WO2022146060A1 - 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치 - Google Patents

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김태형
이주미
정병규
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주식회사 비아트론
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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • the present invention relates to a substrate heat treatment apparatus using a laser light emitting device for measuring the temperature of the flat substrate under the flat substrate.
  • a flat substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a flat panel display device may be manufactured as a semiconductor or flat panel display module by performing a heat treatment process such as an epitaxial process, a thin film crystallization process, an ion implantation process, or an activation process.
  • a heat treatment process such as an epitaxial process, a thin film crystallization process, an ion implantation process, or an activation process.
  • a substrate heat treatment apparatus using a laser light emitting device has been developed.
  • a substrate heat treatment apparatus for heating a semiconductor wafer using a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) device which is one type of the laser light emitting device.
  • the substrate heat treatment apparatus may use an irradiation module in which a plurality of VCSEL elements are disposed to cover a large area and irradiate a laser beam to uniformly irradiate a laser beam to the semiconductor wafer to perform heat treatment.
  • the VCSEL device may emit a laser beam from a micro-emitter.
  • the irradiation module uses the divergence of the laser beam emitted from the VCSEL element, and can uniformly heat the semiconductor wafer through overlapping of the laser beam emitted from the VCSEL element adjacent to each other.
  • the substrate heat treatment apparatus requires a small temperature deviation and high temperature uniformity according to the miniaturization of semiconductor technology.
  • the substrate heat treatment apparatus generally measures the temperature on the upper surface of the flat substrate in a non-contact manner.
  • various patterns are formed on the flat substrate to have different reflectivities, it is impossible to accurately measure the temperature in a non-contact manner.
  • An object of the present invention is to provide a substrate heat treatment apparatus using a laser light emitting device capable of accurately measuring the temperature of a flat substrate.
  • a substrate heat treatment apparatus using a laser light emitting device of the present invention includes a process chamber having a flat substrate to be heat treated therein, a beam transmitting plate positioned below the flat substrate, and an infrared transmitting plate positioned above the flat substrate; and a beam irradiation module for irradiating a laser beam to the lower surface of the flat substrate through the beam transmission plate, and a temperature measuring module for measuring the temperature of the lower surface or upper surface of the flat substrate.
  • the temperature measuring module may measure the temperature of the lower surface of the flat substrate under the beam irradiation module.
  • the process chamber includes a sidewall on which the flat substrate is seated, an outer housing in which the infrared transmitting plate and the upper plate 112 are positioned on the flat substrate inside the sidewall, and the inner side of the outer housing. and an inner housing positioned under the flat substrate and positioned on the upper portion of the beam transmitting plate, and the beam irradiation module may be positioned below the beam transmitting plate in the inner housing.
  • the beam irradiation module may have a temperature measuring hole that penetrates from the upper surface to the lower surface, and the temperature measuring module may be located below the temperature measuring hole.
  • the temperature measuring module may include a pyrometer.
  • the pyrometer may further include an iris and a filter unit positioned in a path on which the beam is incident.
  • the filter unit may include a color filter that removes a visible light beam from the incident beam.
  • the beam irradiation module may include a laser light emitting device, and the laser light emitting device may include a surface emitting laser device or an edge emitting laser device.
  • the beam irradiation module may include a laser light emitting device, and the laser light emitting device may include a VCSEL device.
  • the process chamber may further include a substrate support for supporting the outside of the flat substrate
  • the substrate heat treatment apparatus may further include a substrate rotation module for supporting and rotating the substrate support.
  • the substrate rotation module has a ring shape in which N poles and S poles are alternately formed along the circumferential direction, and the inner rotation means coupled to the lower part of the substrate support inside the chamber lower space and the outer housing from the outside It may be provided with an outer rotation means positioned opposite the inner rotation means to generate a magnetic force to rotate the inner rotation means.
  • the substrate heat treatment apparatus using the laser light emitting device of the present invention heats the flat substrate by irradiating the laser beam irradiated from the laser light emitting device to the upper surface, and uses a pyrometer to measure the temperature of the flat substrate from the lower surface of the flat substrate. It can measure the temperature accurately.
  • the substrate heat treatment apparatus using the laser light emitting device of the present invention adds a filter unit that removes a component that affects the temperature measurement from the laser beam incident on the front end of the pyrometer to reduce the effect of the laser beam, so that the temperature is more accurately can be measured.
  • FIG. 1 is a block diagram of a substrate heat treatment apparatus using a laser light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the beam irradiation module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is an enlarged view of B of FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a coupling relationship between the beam irradiation module and the temperature measuring module of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a front view of an embodiment of the temperature measuring module of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a front view of another embodiment of the temperature measuring module of FIG. 1 .
  • FIG. 1 is a block diagram of a substrate heat treatment apparatus using a laser light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of the beam irradiation module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 2 .
  • 4 is an enlarged view of B of FIG. 1 .
  • 5 is a perspective view illustrating a coupling relationship between the beam irradiation module and the temperature measuring module of FIG. 1 .
  • 6 is a front view of an embodiment of the temperature measuring module of FIG. 1 .
  • 7 is a front view of another embodiment of the temperature measuring module of FIG. 1 .
  • a substrate heat treatment apparatus 10 according to an embodiment of the present invention, with reference to FIGS. 1 to 7 , a process chamber 100 , a beam irradiation module 200 , a gas injection module 300 , and a temperature measurement module 400 . ) and a substrate rotation module 500 .
  • a heat treatment process or a manufacturing process such as an epitaxial process, a crystallization process, an ion implantation process, or an activation process for the flat substrate a may be performed.
  • the substrate heat treatment apparatus 10 may use a laser light emitting device as a heat source for heating the flat substrate (a).
  • the laser light emitting device may be a surface emitting laser device or an edge emitting laser device.
  • the laser light emitting device may be a VCSEL device.
  • the laser light emitting device may be a VCSEL device irradiating a laser beam of a single wavelength of approximately 940 nm.
  • the substrate heat treatment apparatus 10 may heat the flat substrate a by irradiating a laser beam to the flat substrate a from the beam irradiation module 200 including a laser light emitting device for irradiating a laser beam.
  • the flat substrate (a) may be a semiconductor wafer or a glass substrate.
  • the flat substrate (a) may be a flexible substrate such as a resin film.
  • the flat substrate (a) may include various elements or conductive patterns formed on the surface or inside.
  • the process chamber 100 may include an outer housing 110 , an inner housing 120 , a beam transmitting plate 130 , a substrate support 140 , and an infrared transmitting plate 150 .
  • the process chamber 100 may provide a space in which the flat substrate a is accommodated and heat-treated therein.
  • the flat substrate a may be supported by the substrate support 140 inside the process chamber 100 .
  • the process chamber 100 allows the laser beam generated by the beam irradiation module 200 positioned outside to be irradiated to the lower surface of the flat substrate positioned therein.
  • the process chamber 100 passes through the beam transmission plate 130 so that the laser beam is irradiated to the lower surface of the flat substrate (a) mounted on the substrate supporter (140).
  • the outer housing 110 is formed in a cylindrical shape with a hollow inside, and may include a side wall 111 , an upper plate 112 , and a lower plate 113 .
  • the outer housing 110 may be formed in a substantially cylindrical shape, a square cylindrical shape, a pentagonal cylindrical shape, or a hexagonal cylindrical shape.
  • the outer housing 110 may be formed in a shape having a larger horizontal cross-sectional area than the area of the flat substrate (a) to be heat-treated therein.
  • the side wall 111 may be formed in a hollow cylindrical shape, a rectangular cylindrical shape, a pentagonal cylindrical shape, or a hexagonal cylindrical shape.
  • the side wall 111 provides a chamber upper space 100a in which heat treatment is performed and heat treatment is performed therein.
  • the side wall 111 provides a space in which a part of the beam irradiation module 200 and the substrate rotation module 500 are accommodated therein.
  • the upper plate 112 may be formed in a plate shape corresponding to the planar shape of the upper end of the side wall 111 .
  • the upper plate 112 may be coupled to the upper end of the side wall 111 and seal the upper portion of the side wall 111 .
  • the lower plate 113 corresponds to the lower planar shape of the side wall 111 , and a lower through hole 113 is formed inside.
  • the lower plate 113 may be formed as a circular ring or a square ring having a predetermined width.
  • the lower plate 113 may be formed in various shapes according to the lower planar shape of the chamber lower space 100b.
  • the lower plate 113 is coupled to the lower portion of the side wall 111 and shields the outside of the lower side wall 111 .
  • a lower portion of the inner housing 120 described below may be coupled to the outside of the through hole of the lower plate 113 .
  • the inner housing 120 is formed in a cylindrical shape with a hollow inside, and may be formed in a cylindrical shape, a square cylindrical shape, a pentagonal cylindrical shape, or a hexagonal cylindrical shape.
  • the inner housing 120 may have an outer diameter or an outer width smaller than an inner diameter or an inner width of the outer housing 110 .
  • the inner housing 120 may be formed to have a lower height than the outer housing 110 .
  • the inner housing 120 may be formed at a height with an upper side positioned below the flat substrate (a) seated inside the process chamber 100 .
  • the inner housing 120 may be formed to have a diameter or a width greater than a diameter or a width of the flat substrate (a) positioned thereon.
  • the inner housing 120 may be formed to have a larger horizontal area than the flat substrate (a). Accordingly, a chamber upper space 100a in which the flat substrate a is seated is formed in the upper portion of the inner housing 120 . That is, the chamber upper space 100a is formed above the inner housing 120 inside the outer housing 110 and provides a space in which the flat substrate a is seated.
  • the flat substrate (a) may be located in the chamber upper space (100a) so that the lower surface of the region to be heat treated when viewed from the bottom of the inner housing (120) is exposed.
  • the lower side of the inner housing 120 may be coupled to be positioned at the same height as the lower side of the outer housing 110 .
  • the lower end of the inner housing 120 may be coupled to the inner side of the lower plate 113 . Accordingly, a space between the outer side of the inner housing 120 and the inner side of the outer housing 110 may be sealed by the lower plate 113 .
  • a chamber lower space 100b may be formed between the outer surface of the inner housing 120 and the inner surface of the outer housing 110 .
  • the chamber upper space 100a and the chamber lower space 100b may be maintained in a vacuum or process gas atmosphere while being shielded from the outside by the outer housing 110 , the inner housing 120 , and the lower plate 113 .
  • the beam transmitting plate 130 is coupled to the upper portion of the lower housing, and may be positioned under the flat substrate (a).
  • the beam transmitting plate 130 may be formed of a transparent plate through which a laser beam passes, such as quartz or glass.
  • the beam transmitting plate 130 allows the laser beam to pass through and irradiate the lower surface of the flat substrate (a). More specifically, the beam transmitting plate 130 allows the laser beam incident through the lower surface of the inner housing 120 to be irradiated to the lower surface of the flat substrate (a).
  • the beam transmitting plate 130 may be formed to have an area larger than that of the flat substrate (a). For example, the beam transmission plate 130 may be formed to have a diameter or a width larger than that of the flat substrate (a).
  • the beam transmitting plate 130 may be formed to have a diameter or width that is 1.1 times or greater than the diameter or width of the flat substrate (a). In this case, the beam transmitting plate 130 may allow the laser beam to be irradiated to the lower surface of the flat substrate (a) as a whole.
  • the substrate support 140 may include an upper support 141 and a connection support 142 .
  • the substrate support 140 may be positioned above the lower housing to support the lower outer side of the flat substrate a so that the lower surface of the flat substrate a is exposed.
  • the substrate support 140 may extend into the chamber lower space 100b and be coupled to the substrate rotation module 500 .
  • the substrate support 140 may rotate the flat substrate a by the action of the substrate rotation module 500 .
  • the upper support 141 may have a substrate exposure hole 141a therein and may be formed in a ring shape having a predetermined width.
  • the upper support 141 may support the lower outer side of the flat substrate (a) while exposing the lower surface of the flat substrate (a).
  • the upper support 141 may be formed to have a diameter or a width greater than that of the flat substrate (a).
  • the substrate exposure hole 141a may be formed in the center of the upper support 141 through the upper surface and the lower surface.
  • the substrate exposure hole 141a may be formed in a predetermined area so as to completely expose an area requiring heat treatment on the lower surface of the flat substrate a.
  • connection support 142 is formed in a cylindrical shape with an open upper and lower portions, and may be formed in a shape corresponding to the shape of the inner housing 120 .
  • the lower support may be formed in a cylindrical shape corresponding to the case in which the inner housing 120 is formed in a cylindrical shape.
  • the connection support 142 may be positioned over the chamber upper space 100a and the chamber lower space 100b.
  • the connection support 142 may have an upper portion coupled to the outside of the upper supporter 141 , and a lower portion extending into the chamber lower space 100b to be coupled to the substrate rotation module 500 . Accordingly, the connection support 142 may rotate the upper support 141 and the flat substrate a while being rotated by the substrate rotation module 500 .
  • the infrared transmitting plate 150 may be formed in a plate shape corresponding to the planar shape of the upper sidewall 111 .
  • the infrared transmitting plate 150 may be formed of transparent quartz.
  • the infrared transmitting plate 150 may be positioned between the upper plate 112 and the substrate support 140 on the side wall 111 .
  • the infrared transmitting plate 150 may separate the chamber upper space 100a of the outer housing 110 into a heat treatment space 100c and a cooling gas space 100d.
  • the heat treatment space is a space in which the flat substrate (a) is located and heat treatment is performed.
  • the cooling gas space is a space into which a cooling gas for cooling the infrared transmission plate 150 is introduced, and is located above the heat treatment space.
  • the infrared transmitting plate 150 may have a lower surface facing the upper surface of the flat substrate (a) on the upper portion of the flat substrate (a).
  • the infrared transmission plate 150 forms the upper surface of the outer housing 110, the side wall 111 and the upper plate 112 of the upper portion of the infrared transmission plate 150 are separately formed to form the infrared transmission plate 150. may be coupled to the top of the
  • the infrared transmitting plate 150 may be formed of transparent quartz to transmit radiant energy generated from the flat substrate (a) to the outside during the heat treatment process.
  • the infrared transmitting plate 150 may transmit radiant energy of a wavelength including infrared rays to the outside.
  • the infrared transmitting plate 150 may be maintained at a temperature of 400° C. or less, and preferably at a temperature of 300 to 400° C. Since the infrared transmitting plate 150 is maintained at a temperature of 300 to 400° C., chemical vapor deposition by a process gas is prevented, so that an increase in emissivity by deposition can be prevented.
  • the process gas may be different depending on the type of the heat treatment process. For example, in the epitaxial process, gases such as SiH 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , or SiCl 4 may be used as the process gas.
  • the temperature of the cooling gas is 400° C. or less, chemical vapor deposition can be significantly reduced.
  • the emissivity of the infrared transmitting plate 150 is not increased according to the number of heat treatment processes, the process temperature difference between the flat plate substrates (a) on which the process is performed can be reduced.
  • the beam irradiation module 200 may include an element array plate 210 and a sub-irradiation module 220 .
  • the beam irradiation module 200 may be positioned at the lower outer side of the process chamber 100 to irradiate a laser beam to the lower surface of the flat substrate a through the beam transmitting plate 130 .
  • the beam irradiation module 200 may be located under the beam transmitting plate 130 inside the inner housing 120 .
  • the beam irradiation module 200 includes a temperature measuring hole 200a penetrating from the upper surface to the lower surface in an area corresponding to the lower portion of the flat substrate (a).
  • the temperature measuring hole 200a may be formed in a region corresponding to the center of the flat substrate a.
  • the temperature measurement hole 200a may provide a path through which the temperature measurement module 400 measures the temperature in a non-contact manner.
  • a plurality of sub-irradiation modules 220 may be arranged on the upper surface of the element arrangement plate 210 in a lattice form. Referring to FIG. 2 , the sub-irradiation module 220 may be arranged in the x-direction and the y-direction on the upper surface of the element array plate 210 in a grid shape.
  • the device arrangement plate 210 may be formed in a plate shape having a predetermined area and thickness.
  • the device arrangement plate 210 may be formed to correspond to the shape and area of the flat substrate (a).
  • the element arrangement plate 210 may be formed of a thermally conductive ceramic material or a metallic material.
  • the device arrangement plate 210 may function to dissipate heat generated from the laser light emitting device.
  • the sub-irradiation module 220 may include a device substrate 221 , a laser light emitting device 222 , an electrode terminal 223 , and a cooling block 224 .
  • a plurality of the sub-irradiation modules 220 may be arranged in a grid direction on the element arrangement plate 210 .
  • the sub-irradiation module 220 may be arranged in an area necessary for irradiating a laser beam to the irradiation area of the flat substrate (a) on the surface of the element arrangement plate 210 .
  • the device substrate 221 may be coupled to the cooling block 224 by a separate adhesive layer 226 .
  • the sub-irradiation module 220 is formed by arranging a plurality of laser light emitting devices 222 in the x-axis direction and the y-axis direction.
  • the sub-irradiation module 220 includes a light emitting frame (not shown) for fixing the laser light emitting device 222 and a power line (not shown) for supplying power to the laser light emitting device 222 .
  • the sub-irradiation module 220 may be formed such that the same power is applied to all the laser light emitting devices 222 .
  • the sub-irradiation module 220 may be formed so that different powers are applied to each of the laser light emitting devices 222 .
  • the device substrate 221 may be formed of a general substrate used for mounting an electronic device.
  • the device substrate 221 may be divided into a device region 221a in which the laser light emitting device 222 is mounted and a terminal region 221b in which terminals are mounted.
  • a plurality of laser light emitting devices 222 may be arranged in a lattice shape and mounted thereon.
  • the terminal region 221b is positioned in contact with the device region 221a, and a plurality of terminals may be mounted thereon.
  • the laser light emitting device 222 may be formed of various light emitting devices irradiating a laser beam.
  • the laser light-emitting device 222 may be formed of a surface-emitting laser device or an edge-emitting laser device.
  • the laser light emitting device 222 may be preferably formed of a VCSEL device.
  • the VCSEL device may be formed in a rectangular shape, preferably in a square shape or a rectangular shape in which the ratio of width to length does not exceed 1:2.
  • the VCSEL device is manufactured as a cube-shaped chip, and a high-power laser beam is oscillated from one surface. Since the VCSEL device oscillates a high-power laser beam, it is possible to increase the rate of temperature increase of the flat substrate (a) compared to the conventional halogen lamp, and has a relatively long lifespan.
  • a plurality of the laser light emitting devices 222 may be arranged in the x-direction and the y-direction in the device region 221a on the upper surface of the device substrate 221 in a lattice shape.
  • An appropriate number of the laser light emitting devices 222 may be formed at appropriate intervals according to the area of the device region 221a and the amount of energy of the laser beam irradiated to the flat substrate a.
  • the laser light emitting device 222 may be positioned at an interval capable of irradiating uniform energy when the emitted laser beam overlaps the laser beam of the adjacent laser light emitting device 222 .
  • the VCSEL element 222 may be positioned so that the adjacent laser light emitting element 222 and the side surface are in contact with each other so that there is no separation distance.
  • a plurality of the electrode terminals 223 may be formed in the terminal region 221b of the device substrate 221 .
  • the electrode terminal 223 includes a + terminal and a - terminal, and may be electrically connected to the laser light emitting device 222 .
  • the electrode terminal 223 may be electrically connected to the laser light emitting device 222 in various ways.
  • the electrode terminal 223 may supply power required for driving the laser light emitting device 222 .
  • the cooling block 224 may have a planar shape corresponding to the planar shape of the device substrate 221 and a predetermined height.
  • the cooling block 224 may be formed of a thermally conductive ceramic material or a metallic material.
  • the cooling block 224 may be coupled to the lower surface of the device substrate 221 by a separate adhesive layer.
  • the cooling block 224 may dissipate heat generated from the laser light emitting device 222 mounted on the surface of the device substrate 221 downward. Accordingly, the cooling block 224 may cool the device substrate 221 and the laser light emitting device 222 .
  • the cooling block 224 may have a cooling passage 224a through which cooling water flows.
  • the cooling passage 224a may have an inlet and an outlet formed on a lower surface thereof, and may be formed in various types of flow passages in the cooling block 224 .
  • the gas injection module 300 may include a gas injection plate 310 , a gas supply pipe 320 , and a gas discharge pipe 330 .
  • the gas injection module 300 may spray a cooling gas on the upper surface of the infrared transmission plate 150 to cool the infrared transmission plate 150 .
  • the cooling gas may be nitrogen gas, argon gas or compressed cooling air.
  • the gas injection plate 310 is formed in a plate shape, and may include a gas injection hole 311 penetrating from the upper surface to the lower surface.
  • the gas injection plate 310 may be positioned parallel to the infrared transmission plate 150 between the upper plate 112 and the infrared transmission plate 150 at the upper portion of the outer housing 110 .
  • the gas injection plate 310 may divide the gas injection space 100d into an upper gas space 100e and a lower gas space 100f.
  • the gas injection hole 311 is formed to penetrate from the upper surface to the lower surface of the gas injection plate 310 . That is, the gas injection hole 311 may connect the upper gas space 100e and the lower gas space 100f. The gas injection hole 311 may inject the cooling gas flowing into the gas injection space 100d from the outside into the lower gas space 100f.
  • a plurality of the gas injection holes 311 may be formed to be entirely spaced apart from the gas injection plate 310 .
  • the gas injection hole 311 may more uniformly spray the cooling gas supplied to the upper gas space 100e into the lower gas space 100f. Accordingly, the gas injection plate 310 can more uniformly cool the lower infrared transmission plate 150 .
  • the gas supply pipe 320 is formed in a tube shape with both sides open, and is coupled from the upper plate 112 of the outer housing 110 to the inside of the outer housing 110 . That is, the gas supply pipe 320 passes through the upper plate 112 from the outside to the upper gas space 100e.
  • the gas supply pipe 320 may be formed in plurality according to the area of the upper plate 112 .
  • the gas supply pipe 320 may be connected to an external cooling gas supply device to receive cooling gas.
  • the gas supply pipe 320 may be connected to the gas circulation cooling module to receive cooling gas.
  • the gas discharge pipe 330 is formed in a tubular shape with both sides open, and may be coupled to the sidewall 111 of the outer housing 110 so as to penetrate outwardly in the lower gas space 100f. That is, the gas discharge pipe 330 penetrates through the side wall 111 from the outside to the lower gas space 100f.
  • the gas discharge pipe 330 may be formed in plurality according to the area of the upper plate 112 .
  • the gas discharge pipe 330 may discharge the cooling gas introduced into the lower gas space 100f to the outside.
  • the gas discharge pipe 330 may be connected to the gas circulation cooling module to discharge the cooling gas.
  • the temperature measuring module 400 may include a pyrometer 410 and a pyrometer support 420 .
  • the temperature measurement module 400 may measure the temperature of the flat substrate a from the lower surface of the flat substrate a through the temperature measurement hole 200a of the beam irradiation module 200 .
  • the temperature measurement module 400 may measure the temperature of the flat substrate (a) on the upper surface of the flat substrate (a).
  • the temperature measuring module 400 may measure the temperature of a region in which the pattern is relatively uniform or uniformly formed on the upper surface of the flat substrate (a).
  • the pyrometer 410 may measure the temperature in a non-contact manner.
  • the pyrometer 410 may measure the temperature more accurately by using a 1 ⁇ m band.
  • the pyrometer 410 is located below the temperature measuring hole 200a in the lower portion of the beam irradiation module 200 .
  • the pyrometer 410 may measure the temperature from the lower surface of the flat substrate (a) through the temperature measurement hole (200a).
  • the pyrometer 410 may be located on the flat substrate (a).
  • the pyrometer 410 may measure the temperature at the top of the flat substrate (a).
  • the pyrometer 410 may include an iris 411 and a filter unit 412 in order to minimize the influence of beams of different wavelengths included in the incident beam.
  • the iris 411 and the filter unit 412 are located in the path where the beam is incident from the front side of the pyrometer 410, and reduce the effect of the laser beam irradiated from the laser light emitting device on the incident beam to accurately measure the temperature makes this possible
  • the laser light emitting device is a VCSEL device
  • the effect of a laser beam (940 nm) of the VCSEL device is reduced to enable more accurate temperature measurement.
  • the iris 411 may remove a part of the laser beam of the laser light emitting device that may affect the temperature measurement in the incident laser beam.
  • the filter unit 412 may include a general filter and a color filter.
  • the pyrometer 410 may be affected by temperature measurement as the laser beam irradiated from the laser light emitting device and reflected from the lower surface of the flat substrate a or the beam transmitting plate 130 is incident. Accordingly, since the filter unit 412 reduces the influence of the laser beam of the laser light emitting device, the pyrometer 410 can measure the temperature more accurately.
  • the general filter may be included in the laser beam of the laser light emitting device incident to the pyrometer 410 to remove some wavelength components affecting the temperature measurement.
  • the color filter may be included in the laser beam incident to the pyrometer 410 to remove a beam in the visible ray region that affects the temperature measurement.
  • the pyrometer support 420 may fix the pyrometer 410 to the lower portion of the beam irradiation module 200 under the beam irradiation module 200 .
  • the pyrometer support 420 may be formed in various structures capable of supporting the pyrometer 410 .
  • the substrate rotation module 500 may include an inner rotation means 510 and an outer rotation means 520 .
  • the substrate rotation module 500 may rotate the substrate support 140 in a horizontal direction in a non-contact manner.
  • the inner rotation means 510 may be coupled to the lower portion of the substrate support 140 in the chamber lower space 100b of the process chamber 100 .
  • the outer rotation means 520 may be positioned to face the inner rotation means 510 from the outside of the process chamber 100 .
  • the outer rotation means may rotate the inner rotation means 510 in a non-contact manner using magnetic force.
  • the inner rotation means 510 may be formed to have the same structure as a rotor of a motor.
  • the inner rotation means 510 may be formed as a magnet structure in which an overall ring shape is formed, and an N pole and an S pole are alternately formed along the circumferential direction.
  • the inner rotation means 510 may be coupled to the lower portion of the substrate support 140 , that is, the connection support 142 .
  • the inner rotation means 510 may be positioned to be spaced apart upward from the upper portion of the lower plate 113 .
  • the inner rotation means 510 may be supported by a separate support means to prevent vibration during rotation or to rotate smoothly.
  • the inner rotation means 510 may be supported by a support bearing or roller at a lower portion.
  • the outer rotation means 520 may be formed to have the same structure as a stator of a motor.
  • the outer rotation means 520 may include an iron core formed in a ring shape and a conducting wire wound around the iron core.
  • the outer rotation means 520 may rotate the inner rotation means 510 with magnetic force generated by power supplied to the conducting wire.
  • the outer rotation means 520 may be located outside the outer housing 110 to face the inner rotation means 510 with respect to the outer housing 110 . That is, the outer rotation means 520 may be located outside the outer housing 110 at the same height as the inner rotation means 510 .

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Abstract

본 발명은 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하고 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 투과판과 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판을 구비하는 공정 챔버와, 빔 투과판을 통하여 평판 기판의 하면으로 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈 및 평판 기판의 하면 또는 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 포함하는 것을 기판 열처리 장치를 개시한다.

Description

레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치
본 발명은 평판 기판의 하부에서 평판 기판의 온도를 측정하는 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 또는 평판 패널 디스플레이 장치용 유리 기판과 같은 평판 기판은 에피텍셜 공정, 박막 결정화 공정, 이온 주입 공정 또는 활성화 공정과 같은 열처리 공정이 진행되어 반도체 또는 평판 디스플레이 모듈로 제조될 수 있다.
최근에는 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치가 개발되고 있다. 예를 들면, 상기 레이저 발광 소자의 한 종류인 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 소자를 이용하여 반도체 웨이퍼를 가열하는 기판 열처리 장치가 개발되고 있다. 상기 기판 열처리 장치는 대면적 영역을 커버하도록 복수 개의 VCSEL 소자가 배치되어 레이저 빔을 조사하는 조사 모듈을 이용하여, 반도체 웨이퍼에 레이저 빔을 균일하게 조사하여 열처리할 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 micro-emitter에서 레이저 빔을 방출할 수 있다. 상기 조사 모듈은 VCSEL 소자에서 방출되는 레이저 빔의 divergence를 이용하며, 서로 인접하는 VCSEL 소자에서 방출되는 레이저 빔의 overlapping을 통해 반도체 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치는 반도체 기술의 미세화에 따라 작은 온도 편차와 높은 온도 균일도를 요구한다. 상기 기판 열처리 장치는 일반적으로 비접촉식으로 평판 기판의 상면에서 온도를 측정한다. 그러나, 상기 평판 기판은 상부에 다양한 패턴이 형성되어 반사율이 다르므로 비접촉식 방식으로 온도를 정확하게 측정할 수 없게 된다.
본 발명은 평판 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하고 상기 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 투과판과 상기 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판을 구비하는 공정 챔버와, 상기 빔 투과판을 통하여 상기 평판 기판의 하면으로 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈 및 상기 평판 기판의 하면 또는 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도 측정 모듈은 상기 빔 조사 모듈의 하부에서 상기 평판 기판의 하면의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버는 상기 평판 기판이 내부에 안착되는 측벽과, 상기 측벽의 내부에서 상기 평판 기판의 상부에 상기 적외선 투과판과 상부판(112)이 위치하는 외부 하우징 및 상기 외부 하우징의 내측에서 상기 평판 기판의 하부에 위치하며 상기 빔 투과판이 상부에 위치하는 내부 하우징을 포함하며, 상기 빔 조사 모듈은 상기 내부 하우징의 내부에서 상기 빔 투과판의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 빔 조사 모듈은 상면에서 하면으로 관통되는 온도 측정홀을 구비하며, 상기 온도 측정 모듈은 상기 온도 측정홀의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 온도 측정 모듈은 파이로미터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파이로미터는 빔이 입사되는 경로에 위치하는 아이리스 및 필터 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터 유닛은 입사되는 빔에서 가시광선 영역의 빔을 제거하는 컬러 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 VCSEL 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공정 챔버는 상기 평판 기판의 외측을 지지하는 기판 지지대를 더 포함하며, 상기 기판 열처리 장치는 상기 기판 지지대를 지지하여 회전시키는 기판 회전 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 회전 모듈은 N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 링 형상이며, 상기 챔버 하부 공간의 내부에서 기판 지지대의 하부에 결합되는 내측 회전 수단 및 상기 외부 하우징의 외측에서 상기 내측 회전 수단과 대향하여 위치하며 자력을 발생시켜 상기 내측 회전 수단을 회전시키는 외측 회동 수단을 구비할 수 있다.
본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 레이저 발광 소자에서 조사되는 레이저 빔을 상면으로 조사하여 평판 기판을 열처리하며, 파이로미터를 이용하여 평판 기판의 하면에서 평판 기판의 온도를 측정하므로 보다 정확하게 온도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치는 파이로미터의 전단에 입사되는 레이저 빔에서 온도 측정에 영향을 주는 성분을 제거하는 필터 유닛을 추가하여 레이저 빔의 영향을 감소시킴으로써 보다 정확하게 온도를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 빔 조사 모듈의 부분 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A에 대한 수직 단면도이다.
도 4는 도 1의 B에 대한 확대도이다.
도 5는 도 1의 빔 조사 모듈과 온도 측정 모듈의 결합 관계를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1의 온도 측정 모듈의 일 실시예의 정면도이다.
도 7은 도 1의 온도 측정 모듈의 다른 실시예의 정면도이다.
이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 빔 조사 모듈의 부분 사시도이다. 도 3은 도 2의 A-A에 대한 수직 단면도이다. 도 4는 도 1의 B에 대한 확대도이다. 도 5는 도 1의 빔 조사 모듈과 온도 측정 모듈의 결합 관계를 나타내는 사시도이다. 도 6은 도 1의 온도 측정 모듈의 일 실시예의 정면도이다. 도 7은 도 1의 온도 측정 모듈의 다른 실시예의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치(10)는, 도 1 내지 도 7을 참조하면, 공정 챔버(100)과 빔 조사 모듈(200)과 가스 분사 모듈(300)과 온도 측정 모듈(400) 및 기판 회전 모듈(500)을 포함할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)에 대한 에피텍셜 공정, 결정화 공정, 이온 주입 공정 또는 활성화 공정과 같은 열처리 공정 또는 제조 공정이 진행될 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)을 가열하기 위한 열 광원으로 레이저 발광 소자를 사용할 수 있다. 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자일 수 있다. 또한, 상기 레이저 발광 소자는 VCSEL 소자일 수 있다. 상기 레이저 발광 소자는 바람직하게는 대략 940nm의 단일 파장의 레이저 빔을 조사하는 VCSEL 소자일 수 있다. 따라서, 상기 기판 열처리 장치(10)는 레이저 빔을 조사하는 레이저 발광 소자를 포함하는 빔 조사 모듈(200)에서 레이저 빔을 평판 기판(a)에 조사하여 평판 기판(a)을 가열할 수 있다. 여기서, 상기 평판 기판(a)은 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판일 수 있다. 또한, 상기 평판 기판(a)은 수지 필름과 같은 플렉서블 기판일 수 있다. 또한, 상기 평판 기판(a)은 표면 또는 내부에 형성되는 다양한 소자 또는 도전 패턴을 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 외부 하우징(110)과 내부 하우징(120)과 빔 투과판(130)과 기판 지지대(140) 및 적외선 투과판(150)을 포함할 수 있다. 상기 공정 챔버(100)는 내부에 평판 기판(a)이 수용되어 열처리되는 공간을 제공할 수 있다. 상기 평판 기판(a)은 공정 챔버(100)의 내부에서 기판 지지대(140)에 의하여 지지될 수 있다. 상기 공정 챔버(100)는 외부에 위치하는 빔 조사 모듈(200)에서 생성되는 레이저 빔이 내부에 위치하는 평면 기판의 하면으로 조사되도록 한다. 상기 공정 챔버(100)는 빔 투과판(130)을 통과하여 레이저 빔이 기판 지지대(140)에 안착되는 평판 기판(a)의 하면으로 조사되도록 한다.
상기 외부 하우징(110)은 내부가 중공인 통 형상으로 형성되며, 측벽(111)과 상부판(112) 및 하부판(113)을 구비할 수 있다. 상기 외부 하우징(110)은 대략 원통 형상 또는 사각통 형상, 오각통 형상 또는 육각통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 외부 하우징(110)은 내부에서 열처리되는 평판 기판(a)의 면적보다 큰 수평 단면적을 갖는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 측벽(111)은 내부가 중공인 원통 형상 또는 사각통 형상, 오각통 형상 또는 육각통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 측벽(111)은 내부에 열처리가 진행되는 열처리되는 챔버 상부 공간(100a)을 제공한다. 또한, 상기 측벽(111)은 내부에 빔 조사 모듈(200)과 기판 회전 모듈(500)의 일부가 수용되는 공간을 제공한다.
상기 상부판(112)은 측벽(111) 상단의 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 상부판(112)은 측벽(111)의 상단에 결합되며 측벽(111)의 상부를 밀폐할 수 있다.
상기 하부판(113)은 측벽(111)의 하부 평면 형상에 대응되며, 내측에 하부 관통홀(113)이 형성된다. 상기 하부판(113)은 소정 폭을 갖는 원형 링 또는 사각 링으로 형성될 수 있다. 상기 하부판(113)은 챔버 하부 공간(100b)의 하측 평면 형상에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 하부판(113)은 측벽(111)의 하부에 결합되며, 하부 측벽(111)의 외측을 차폐한다. 상기 하부판(113)의 관통홀의 외측에는 이하에서 설명하는 내부 하우징(120)의 하부가 결합될 수 있다.
상기 내부 하우징(120)은 내부가 중공인 통 형상으로 형성되며, 원통 형상, 사각통 형상, 오각통 형상 또는 육각통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 내부 하우징(120)은 외부 하우징(110)의 내경 또는 내측 폭보다 작은 외경 또는 외측 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 외부 하우징(110)보다 낮은 높이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 상측이 공정 챔버(100)의 내부에 안착되는 평판 기판(a)의 하부에 위치하는 높이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 상부에 위치하는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 큰 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 내부 하우징(120)은 평판 기판(a)보다 큰 수평 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 내부 하우징(120)의 상부에는 평판 기판(a)이 안착되는 챔버 상부 공간(100a)이 형성된다. 즉, 상기 챔버 상부 공간(100a)은 외부 하우징(110)의 내측에서 내부 하우징(120)의 상부에 형성되며, 평판 기판(a)이 안착되는 공간을 제공한다. 상기 평판 기판(a)은 내부 하우징(120)의 하부에 볼 때 열처리되는 영역의 하면이 노출되도록 챔버 상부 공간(100a)에 위치할 수 있다.
또한, 상기 내부 하우징(120)은 하측이 외부 하우징(110)의 하측과 대략 동일한 높이에 위치하도록 결합될 수 있다. 상기 내부 하우징(120)은 하단이 하부판(113)의 내측에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 내부 하우징(120)의 외측과 외부 하우징(110)의 내측 사이의 공간은 하부판(113)에 의하여 밀폐될 수 있다. 상기 내부 하우징(120)의 외측면과 외부 하우징(110)의 내측면 사이에는 챔버 하부 공간(100b)이 형성될 수 있다. 상기 챔버 상부 공간(100a)과 챔버 하부 공간(100b)은 외부 하우징(110)과 내부 하우징(120) 및 하부판(113)에 의하여 외부와 차폐되면서 진공 또는 공정 가스 분위기로 유지할 수 있다.
상기 빔 투과판(130)은 하부 하우징의 상부에 결합되며, 평판 기판(a)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 빔 투과판(130)은 쿼쯔, 유리와 같이 레이저 빔이 투과하는 투명판으로 형성될 수 있다. 상기 빔 투과판(130)은 레이저 빔이 투과하여 평판 기판(a)의 하면에 조사되도록 한다. 보다 구체적으로는, 상기 빔 투과판(130)은 내부 하우징(120)의 내측에서 하면을 통하여 입사되는 레이저 빔이 평판 기판(a)의 하면에 조사되도록 한다. 상기 빔 투과판(130)은 평판 기판(a)의 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 빔 투과판(130)은 직경 또는 폭이 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 크게 형성될 수 있다. 상기 빔 투과판(130)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 1.1배 이상의 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 빔 투과판(130)은 레이저 빔이 평판 기판(a)의 하면에 전체적으로 조사되도록 할 수 있다.
상기 기판 지지대(140)는 상부 지지대(141) 및 연결 지지대(142)를 포함할 수 있다. 상기 기판 지지대(140)는 하부 하우징의 상부에 위치하여, 평판 기판(a)의 하면이 노출되도록 평판 기판(a)의 하부 외측을 지지할 수 있다. 또한, 상기 기판 지지대(140)는 챔버 하부 공간(100b)으로 연장되어 기판 회전 모듈(500)과 결합될 수 있다. 상기 기판 지지대(140)는 기판 회전 모듈(500)의 작용에 의하여 평판 기판(a)을 회전시킬 수 있다.
상기 상부 지지대(141)는 내측에 기판 노출홀(141a)을 구비하며 소정 폭을 갖는 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 상부 지지대(141)는 평판 기판(a)의 하면을 노출시키면서 평판 기판(a)의 하부 외측을 지지할 수 있다. 상기 상부 지지대(141)는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 큰 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다.
상기 기판 노출홀(141a)은 상부 지지대(141)의 중앙에서 상면과 하면을 관통하여 형성될 수 있다. 상기 기판 노출홀(141a)은 평판 기판(a)의 하면에서 열처리가 필요한 영역을 전체적으로 노출할 수 있도록 소정 면적으로 형성될 수 있다.
상기 연결 지지대(142)는 대략 상부와 하부가 개방된 통 형상으로 형성되며, 내부 하우징(120)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 하부 지지대는 내부 하우징(120)이 원통 형상으로 형성되는 경우에 이에 대응하여 원통 형상으로 형성될 수 있다. 상기 연결 지지대(142)는 챔버 상부 공간(100a)과 챔버 하부 공간(100b)에 걸쳐서 위치할 수 있다. 상기 연결 지지대(142)는 상부가 상부 지지대(141)의 외측에 결합되며, 하부가 챔버 하부 공간(100b)으로 연장되어 기판 회전 모듈(500)과 결합될 수 있다. 따라서, 상기 연결 지지대(142)는 기판 회전 모듈(500)에 의하여 회전되면서 상부 지지대(141)와 평판 기판(a)을 회전시킬 수 있다.
상기 적외선 투과판(150)은 측벽(111) 상부의 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 투명 쿼쯔로 형성될 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 측벽(111) 상부에서 상부판(112)과 기판 지지대(140)의 사이에 위치할 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 외부 하우징(110)의 챔버 상부 공간(100a)을 열처리 공간(100c)과 냉각 가스 공간(100d)으로 분리할 수 있다. 상기 열처리 공간은 평판 기판(a)이 위치하여 열처리가 진행되는 공간이다. 상기 냉각 가스 공간은 적외선 투과판(150)을 냉각하기 위한 냉각 가스가 유입되는 공간이며, 열처리 공간의 상부에 위치한다. 상기 적외선 투과판(150)은 하면이 평판 기판(a)의 상부에서 평판 기판(a)의 상면과 대향하여 위치할 수 있다. 한편, 상기 적외선 투과판(150)은 외부 하우징(110)의 상면을 형성하고, 적외선 투과판(150)의 상부의 측벽(111)과 상부판(112)이 별도로 형성되어 적외선 투과판(150)의 상부에 결합될 수 있다.
상기 적외선 투과판(150)은 투명 쿼쯔로 형성되어 열처리 공정 중에 평판 기판(a)에서 발생되는 복사 에너지를 외부로 투과시킬 수 있다. 특히, 상기 적외선 투과판(150)은 적외선을 포함하는 파장의 복사 에너지를 외부로 투과시킬 수 있다. 또한, 상기 적외선 투과판(150)은 400℃ 이하의 온도로 유지되며 바람직하게는 300 ~ 400℃의 온도로 유지될 수 있다. 상기 적외선 투과판(150)은 300 ~ 400℃의 온도로 유지되므로, 공정 가스에 의한 화학 증착이 방지되어 증착에 의한 방사율 중가가 방지될 수 있다. 여기서 상기 공정 가스는 열처리 공정의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 상기 에피텍셜 공정에서 공정 가스는 SiH4, SiH2Cl2, SiHCl3, 또는 SiCl4와 같은 가스들이 사용될 수 있다.
상기 냉각 가스는 온도가 400℃이하인 경우에 화학 증착이 현저히 감소될 수 있다. 또한, 상기 적외선 투과판(150)은 열처리 공정의 회수에 따라 방사율이 증가되지 않으므로, 공정이 진행되는 평판 기판(a)들 사이의 공정 온도 차이를 감소시킬 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 소자 배열판(210) 및 서브 조사 모듈(220)을 포함할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 공정 챔버(100)의 외측 하부에 위치하여 빔 투과판(130)을 통하여 평판 기판(a)의 하면으로 레이저 빔을 조사할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 내부 하우징(120)의 내측에서 빔 투과판(130)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 평판 기판(a)의 하부에 대응되는 영역에 상면에서 하면으로 관통되는 온도 측정홀(200a)을 포함한다. 상기 온도 측정홀(200a)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 중앙에 대응되는 영역에 형성될 수 있다. 상기 온도 측정홀(200a)은 온도 측정 모듈(400)이 비접촉식으로 온도를 측정하는 경로를 제공할 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 소자 배열판(210)의 상면에 복수 개의 서브 조사 모듈(220)이 격자 형태로 배열될 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은, 도 2를 참조하면, 소자 배열판(210)의 상면에 x 방향과 y 방향으로 배열되어 격자 형상으로 배열될 수 있다.
상기 소자 배열판(210)은 소정 면적과 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 소자 배열판(210)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 형상과 면적에 대응되도록 형성될 수 있다. 상기 소자 배열판(210)은 열전도성이 있는 세라믹 재질 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 소자 배열판(210)은 레이저 발광 소자에서 발생되는 열을 방열시키는 작용을 할 수 있다.
상기 서브 조사 모듈(220)은 소자 기판(221)과 레이저 발광 소자(222)와 전극 단자(223) 및 냉각 블록(224)을 포함할 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 복수 개가 소자 배열판(210)에 격자 방향으로 배열되어 위치할 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 소자 배열판(210)의 표면에서 평판 기판(a)의 조사 영역에 레이저 빔을 조사하는데 필요한 영역에 배열될 수 있다. 상기 소자 기판(221)은 별도의 점착제층(226)에 의하여 냉각 블록(224)에 결합될 수 있다.
상기 서브 조사 모듈(220)은 복수 개의 레이저 발광 소자(222)가 x 축 방향과 y 축 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 구체적으로 도시하는 않았지만, 레이저 발광 소자(222)를 고정하기 위한 발광 프레임(미도시)과 레이저 발광 소자(222)에 전력을 공급하기 위한 전력선(미도시)를 구비하여 형성될 수 있다. 상기 서브 조사 모듈(220)은 전체 레이저 발광 소자(222)에 동일한 전력이 인가되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 서브 조사 모듈(220)은 각각의 레이저 발광 소자(222)에 서로 다른 전력이 인가되도록 형성될 수 있다.
상기 소자 기판(221)은 전자 소자를 실장하는데 사용되는 일반적인 기판으로 형성될 수 있다. 상기 소자 기판(221)은 레이저 발광 소자(222)가 실장되는 소자 영역(221a) 및 단자가 실장되는 단자 영역(221b)으로 구분될 수 있다. 상기 소자 영역(221a)은 복수 개의 레이저 발광 소자(222)가 격자 형상으로 배열되어 실장될 수 있다. 상기 단자 영역(221b)은 소자 영역(221a)에 접하여 위치하며 복수 개의 단자가 실장될 수 있다.
상기 레이저 발광 소자(222)는 레이저 빔을 조사하는 다양한 발광 소자로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 레이저 발광 소자(222)는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 발광 소자(222)는 바람직하게는 VCSEL 소자로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 사각 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 정사각형 또는 폭과 길이의 비가 1:2를 초과하지 않는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저 빔이 발진된다. 상기 VCSEL 소자는 고출력의 레이저 빔을 발진하므로, 기존의 할로겐 램프에 대비하여 평판 기판(a)의 온도 상승률을 증가시킬 수 있으며, 수명도 상대적으로 길다.
상기 레이저 발광 소자(222)는 복수 개가 소자 기판(221)의 상면에서 소자 영역(221a)에 x 방향과 y 방향으로 배열되어 격자 형상으로 배열될 수 있다. 상기 레이저 발광 소자(222)는 소자 영역(221a)의 면적과 평판 기판(a)에 조사되는 레이저 빔의 에너지 량에 따라 적정한 개수가 적정한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 발광 소자(222)는 발광되는 레이저 빔이 인접하는 레이저 발광 소자(222)의 레이저 빔과 오버랩될 때 균일한 에너지를 조사할 수 있는 간격으로 위치할 수 있다. 이때, 상기 VCSEL 소자(222)는 인접하는 레이저 발광 소자(222)와 측면이 서로 접촉되어 이격 거리가 없도록 위치할 수 있다.
상기 전극 단자(223)는 소자 기판(221)의 단자 영역(221b)에 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는 + 단자와 - 단자를 포함하며, 레이저 발광 소자(222)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는, 구체적으로 도시하지 않았지만, 다양한 방식으로 레이저 발광 소자(222)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는 레이저 발광 소자(222)의 구동에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)의 평면 형상에 대응되는 평면 형상과 소정 높이로 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록(224)은 열전도성이 있는 세라믹 재질 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)의 하면에 별도의 점착제층에 의하여 결합될 수 있다. 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)의 표면에 실장되는 레이저 발광 소자(222)에서 발생되는 열을 하부로 방출할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)과 레이저 발광 소자(222)를 냉각할 수 있다.
상기 냉각 블록(224)은 내부에 냉각수가 흐르는 냉각 유로(224a)가 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(224a)는 유입구와 유출구가 하면에 형성되고, 냉각 블록(224)의 내부에 다양한 행태의 유로로 형성될 수 있다.
상기 가스 분사 모듈(300)은 가스 분사판(310)과 가스 공급관(320) 및 가스 배출관(330)을 포함할 수 있다. 상기 가스 분사 모듈(300)은 적외선 투과판(150)의 상면에 냉각 가스를 분사하여 적외선 투과판(150)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각 가스는 질소 가스, 아르곤 가스 또는 압축 냉각 공기일 수 있다.
상기 가스 분사판(310)은 판상으로 형성되며, 상면에서 하면으로 관통되는 가스 분사홀(311)을 구비할 수 있다. 상기 가스 분사판(310)은 외부 하우징(110)의 상부에서 상부판(112)과 적외선 투과판(150)의 사이에 적외선 투과판(150)과 평행하게 위치할 수 있다. 상기 가스 분사판(310)은 가스 분사 공간(100d)을 상부 가스 공간(100e)과 하부 가스 공간(100f)으로 분리할 수 있다.
상기 가스 분사홀(311)은 가스 분사판(310)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 즉, 상기 가스 분사홀(311)은 상부 가스 공간(100e)과 하부 가스 공간(100f)을 연결할 수 있다. 상기 가스 분사홀(311)은 외부에서 상기 가스 분사 공간(100d)으로 유입되는 냉각 가스를 하부 가스 공간(100f)으로 분사할 수 있다.
상기 가스 분사홀(311)은 복수 개가 가스 분사판(310)에 전체적으로 이격되어 형성될 수 있다. 상기 가스 분사홀(311)은 상부 가스 공간(100e)으로 공급되는 냉각 가스를 보다 균일하게 하부 가스 공간(100f)으로 분사할 수 있다. 따라서, 상기 가스 분사판(310)은 하부의 적외선 투과판(150)을 보다 균일하게 냉각할 수 있다.
상기 가스 공급관(320)은 양측이 개방된 관 형상으로 형성되며, 외부 하우징(110)의 상부판(112)에서 외부 하우징(110)의 내측으로 관통되도록 결합된다. 즉, 상기 가스 공급관(320)은 외부에서 상부판(112)을 관통하여 상부 가스 공간(100e)으로 관통된다. 상기 가스 공급관(320)은 상부판(112)의 면적에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 가스 공급관(320)은 외부의 냉각 가스 공급 장치와 연결되어 냉각 가스를 공급받을 수 있다. 또한, 상기 가스 공급관(320)은 가스 순환 냉각 모듈과 연결되어 냉각 가스를 공급받을 수 있다.
상기 가스 배출관(330)은 양측이 개방된 관 형상으로 형성되며, 하부 가스 공간(100f)에서 외측으로 관통되도록 외부 하우징(110)의 측벽(111)에 결합될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출관(330)은 외부에서 측벽(111)을 관통하여 하부 가스 공간(100f)으로 관통된다. 상기 가스 배출관(330)은 상부판(112)의 면적에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 가스 배출관(330)은 하부 가스 공간(100f)으로 유입된 냉각 가스를 외부로 배출할 수 있다. 또한, 상기 가스 배출관(330)은 가스 순환 냉각 모듈과 연결되어 냉각 가스를 배출할 수 있다.
상기 온도 측정 모듈(400)은 파이로미터(Pyrometer)(410) 및 파이로미터 지지대(420)를 포함할 수 있다. 상기 온도 측정 모듈(400)은 빔 조사 모듈(200)의 온도 측정홀(200a)을 통하여 평판 기판(a)의 하면에서 평판 기판(a)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도 측정 모듈(400)은 평판 기판(a)의 상면에서 평판 기판(a)의 온도를 측정할 수 있다. 다만, 상기 온도 측정 모듈(400)은 평판 기판(a)의 상면에서 상대적으로 패턴이 균일하거나 일정하게 형성되는 영역의 온도를 측정할 수 있다.
상기 파이로미터(410)는 비접촉식으로 온도를 측정할 수 있다. 상기 파이로미터(410)는 1㎛ 대역을 이용하여 보다 정확하게 온도를 측정할 수 있다. 상기 파이로미터(410)는 빔 조사 모듈(200)의 하부에서 온도 측정홀(200a)의 하부에 위치한다. 상기 파이로미터(410)는 온도 측정홀(200a)을 통하여 평판 기판(a)의 하면으로부터 온도를 측정할 수 있다. 또한, 상기 파이로미터(410)는 평판 기판(a)의 상부에 위치할 수 있다. 상기 파이로미터(410)는 평판 기판(a)의 상부에서 온도를 측정할 수 있다.
상기 파이로미터(410)는 입사되는 빔에 포함되는 다른 파장의 빔의 영향을 최소화하기 위하여 아이리스(Iris)(411) 및 필터 유닛(412)을 포함할 수 있다. 상기 아이리스(411)와 필터 유닛(412)은 파이로미터(410)의 전측에서 빔이 입사되는 경로에 위치하며 입사되는 빔에서 레이저 발광 소자에서 조사되는 레이저 빔의 영향을 감소시켜 정확한 온도의 측정이 가능하게 한다. 예를 들면, 상기 레이저 발광 소자가 VCSEL 소자인 경우에 VCSEL 소자의 레이저 빔(940nm)의 영향을 감소시켜 보다 정확한 온도의 측정이 가능하게 한다. 보다 구체적으로는 상기 아이리스(411)는 입사되는 레이저 빔에서 온도 측정에 영향을 줄 수 있는 레이저 발광 소자의 레이저 빔의 일부를 제거할 수 있다. 또한, 상기 필터 유닛(412)은 일반 필터와 컬러 필터를 포함할 수 있다. 상기 파이로미터(410)는 레이저 발광 소자에서 조사되어 평판 기판(a) 또는 빔 투과판(130)의 하면에서 반사되는 레이저 빔이 입사되면서 온도 측정에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 상기 필터 유닛(412)이 레이저 발광 소자의 레이저 빔의 영향을 감소시킴으로써 파이로미터(410)는 보다 정확하게 온도를 측정할 수 있다. 상기 일반 필터는 파이로미터(410)로 입사되는 레이저 발광 소자의 레이저 빔에 포함되어 온도 측정에 영향을 주는 일부 파장 성분을 제거할 수 있다. 또한, 상기 컬러 필터는 파이로미터(410)로 입사되는 레이저 빔에 포함되어 온도 측정에 영향을 주는 가시광선 영역의 빔을 제거할 수 있다.
상기 파이로미터 지지대(420)는 빔 조사 모듈(200)의 하부에서 파이로미터(410)를 빔 조사 모듈(200)의 하부에 고정시킬 수 있다. 상기 파이로미터 지지대(420)는 파이로미터(410)를 지지할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
상기 기판 회전 모듈(500)은 내측 회전 수단(510) 및 외측 회동 수단(520)을 포함할 수 있다. 상기 기판 회전 모듈(500)은 기판 지지대(140)를 비접촉식으로 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 내측 회전 수단(510)은 공정 챔버(100)의 챔버 하부 공간(100b)에서 기판 지지대(140)의 하부에 결합될 수 있다. 또한, 상기 외측 회동 수단(520)은 공정 챔버(100)의 외측에서 내측 회전 수단(510)과 대향하여 위치할 수 있다. 상기 외측 회동 수단은 내측 회전 수단(510)을 자력을 이용하여 비접촉식으로 회전시킬 수 있다.
상기 내측 회전 수단(510)은 모터의 로터와 같은 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 회전 수단(510)은 전체적으로 링 형상으로 형성되며 N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 자석 구조로 형성될 수 있다. 상기 내측 회전 수단(510)은 기판 지지대(140)의 하부 즉, 연결 지지대(142)에 결합될 수 있다. 이때, 상기 내측 회전 수단(510)은 하부판(113)의 상부에서 상측으로 이격되어 위치할 수 있다. 한편, 상기 내측 회전 수단(510)은, 구체적으로 도시하지 않았지만, 회전시에 진동을 방지하거나 원활하게 회전할 수 있도록 별도의 지지 수단에 의하여 지지될 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 회전 수단(510)은 하부에 지지 베어링 또는 롤러에 의하여 지지될 수 있다.
상기 외측 회동 수단(520)은 모터의 스테이터와 같은 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 외측 회동 수단(520)은 링 형태로 형성되는 철심과 철심에 권취되는 도선을 포함할 수 있다. 상기 외측 회동 수단(520)은 도선에 공급되는 전원에 의하여 발생되는 자력으로 내측 회전 수단(510)을 회전시킬 수 있다. 상기 외측 회동 수단(520)은 외부 하우징(110)을 기준으로 내측 회전 수단(510)과 대향하도록 외부 하우징(110)의 외부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 외측 회동 수단(520)은 내측 회전 수단(510)과 동일한 높이에서 외부 하우징(110)을 기준으로 외측에 위치할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 여러 가지 실시 가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함 물론, 균등한 다른 실시예의 구현이 가능하다.

Claims (11)

  1. 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하고 상기 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 투과판과 상기 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판을 구비하는 공정 챔버와,
    상기 빔 투과판을 통하여 상기 평판 기판의 하면으로 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈 및
    상기 평판 기판의 하면 또는 상면의 온도를 측정하는 온도 측정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정 모듈은 상기 빔 조사 모듈의 하부에서 상기 평판 기판의 하면의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는
    상기 평판 기판이 내부에 안착되는 측벽과, 상기 측벽의 내부에서 상기 평판 기판의 상부에 상기 적외선 투과판과 상부판(112)이 위치하는 외부 하우징 및 상기 외부 하우징의 내측에서 상기 평판 기판의 하부에 위치하며 상기 빔 투과판이 상부에 위치하는 내부 하우징을 포함하며,
    상기 빔 조사 모듈은 상기 내부 하우징의 내부에서 상기 빔 투과판의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 빔 조사 모듈은 상면에서 하면으로 관통되는 온도 측정홀을 구비하며,
    상기 온도 측정 모듈은 상기 온도 측정홀의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 측정 모듈은 파이로미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파이로미터는 빔이 입사되는 경로에 위치하는 아이리스 및 필터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 필터 유닛은 입사되는 빔에서 가시광선 영역의 빔을 제거하는 컬러 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자 또는 에지 발광 레이저 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 조사 모듈은 레이저 발광 소자를 포함하며, 상기 레이저 발광 소자는 VCSEL 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상기 평판 기판의 외측을 지지하는 기판 지지대를 더 포함하며,
    상기 기판 열처리 장치는 상기 기판 지지대를 지지하여 회전시키는 기판 회전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 회전 모듈은
    N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 링 형상이며, 상기 챔버 하부 공간의 내부에서 기판 지지대의 하부에 결합되는 내측 회전 수단 및
    상기 외부 하우징의 외측에서 상기 내측 회전 수단과 대향하여 위치하며 자력을 발생시켜 상기 내측 회전 수단을 회전시키는 외측 회동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
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