WO2023128606A1 - Vcsel 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치 - Google Patents

Vcsel 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023128606A1
WO2023128606A1 PCT/KR2022/021502 KR2022021502W WO2023128606A1 WO 2023128606 A1 WO2023128606 A1 WO 2023128606A1 KR 2022021502 W KR2022021502 W KR 2022021502W WO 2023128606 A1 WO2023128606 A1 WO 2023128606A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
vcsel
heat treatment
treatment apparatus
beam irradiation
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/021502
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김형준
김병국
박왕준
김태형
Original Assignee
주식회사 비아트론
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 비아트론 filed Critical 주식회사 비아트론
Priority to US18/721,571 priority Critical patent/US20250062142A1/en
Priority to CN202280084065.1A priority patent/CN118435337A/zh
Publication of WO2023128606A1 publication Critical patent/WO2023128606A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any of groups F27B1/00 - F27B15/00
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F27B17/0025—Chamber type furnaces specially adapted for treating semiconductor wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68785—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the mechanical construction of the susceptor, stage or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the present invention relates to a substrate heat treatment apparatus for heat treating a flat substrate using a laser beam irradiated from a VCSEL element.
  • a semiconductor wafer or a flat substrate such as a glass substrate for a flat panel display device may be manufactured into a semiconductor or flat panel display module by undergoing a heat treatment process such as an epitaxial process, a thin film crystallization process, an ion implantation process, or an activation process.
  • the epitaxial process is a process of growing a thin film required on the surface of a semiconductor wafer.
  • the epitaxial process is performed by injecting a process gas into a process chamber maintained at a high temperature of 600° C. or higher in a vacuum state. It is necessary to uniformly maintain the temperature of the semiconductor wafer as a whole during the process, and it is necessary to reduce the influence of the emissivity of the outer housing constituting the process chamber. Particularly, among components of the outer housing, the emissivity of components or walls facing the upper surface of the semiconductor wafer affects the process temperature of the semiconductor wafer, so it is necessary to maintain a constant emissivity.
  • the heat treatment process is a method of heat treatment by uniformly irradiating a laser beam to a semiconductor wafer using a beam irradiation module in which a plurality of VCSEL elements are disposed to cover a large area and irradiates a laser beam.
  • the VCSEL device may emit a laser beam from a micro-emitter.
  • the beam irradiation module uses the divergence of laser beams emitted from VCSEL elements, and can uniformly heat a semiconductor wafer through overlapping of laser beams emitted from adjacent VCSEL elements.
  • the beam irradiation module is composed of a plurality of VCSEL elements, and the plurality of VCSEL elements may be disposed in an area covering an entire semiconductor wafer.
  • the heat treatment process requires a small temperature deviation and high temperature uniformity according to miniaturization of semiconductor technology.
  • the currently used heat treatment apparatus has a problem in that it is difficult to realize the required temperature uniformity due to various limitations.
  • An object of the present invention is to provide a substrate heat treatment apparatus capable of individually controlling the output of a VCSEL element capable of reducing temperature deviation of a flat substrate and increasing temperature uniformity in a heat treatment process of a flat substrate.
  • An object of the present invention is to provide a substrate heat treatment apparatus capable of individually controlling a supply current supplied to a VCSEL element so that the output of the VCSEL element is uniform.
  • the substrate heat treatment apparatus capable of controlling the individual output of the VCSEL element of the present invention includes a process chamber and a plurality of VCSEL elements in which a flat substrate to be heat treated is located, and a beam irradiation module for irradiating a laser beam to the flat substrate, ,
  • the beam irradiation module is characterized in that the supply current is controlled so that the outputs of the VCSEL elements are the same.
  • different supply currents may be supplied to each of the VCSEL devices.
  • the beam irradiation module is characterized in that different supply currents are supplied to the VCSEL elements.
  • the correlation between supply current and output may be set in advance for each of the VCSEL elements.
  • the correlation of the VCSEL elements may be set by an equation or a lookup table.
  • the VCSEL element may be supplied with a supply current for required output according to the correlation.
  • the substrate heat treatment apparatus capable of individually controlling the output of the VCSEL elements of the present invention individually controls the supply power supplied to the plurality of VCSEL elements, the output of the VCSEL elements can be uniform throughout.
  • the substrate heat treatment apparatus capable of controlling the individual output of the VCSEL element of the present invention supplies the supply current individually differently according to the pre-evaluated supply current and output relationship for each VCSEL element, so the output is uniformly controlled as a whole, , it is possible to reduce the temperature deviation of the flat substrate.
  • FIG. 1 is a block diagram of a substrate heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the beam irradiation module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a partial perspective view of the beam irradiation module of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the VCSEL element of FIG. 3 along line “A-A”.
  • FIG. 5 is a plan view showing a position for measuring the temperature of a semiconductor wafer in the substrate heat treatment apparatus of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a table of measurement data of supply current and measured light output for each time interval of VCSEL elements constituting the beam irradiation module of FIG. 5 .
  • FIG. 10 is a graph of a result of measuring a temperature distribution in the semiconductor wafer of FIG. 5 .
  • FIG. 11 is a graph of a result of measuring a temperature distribution of a semiconductor wafer in a conventional substrate heat treatment apparatus.
  • FIG. 1 is a block diagram of a substrate heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the beam irradiation module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a partial perspective view of the beam irradiation module of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of the VCSEL element of FIG. 3 along line “A-A”.
  • the substrate heat treatment apparatus 10 capable of individually controlling the output of a VCSEL device according to an embodiment of the present invention includes a process chamber 100, a beam irradiation module 200, and a gas injection module ( 300) and a substrate rotation module 400.
  • the substrate heat treatment apparatus 10 may perform a manufacturing process such as an epitaxial process, a crystallization process, an ion implantation process, or an activation process for the flat substrate (a).
  • 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 or inside the flat substrate.
  • the substrate heat treatment apparatus 10 may use a VCSEL element as a heat source in a beam irradiation module for heating the flat substrate (a).
  • the VCSEL element may irradiate a laser beam of a single wavelength.
  • the VCSEL element may preferably be an element that irradiates 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 the laser beam generated by the beam irradiation module 200 to the flat substrate a.
  • the substrate heat treatment apparatus 10 supplies current to each VCSEL element constituting the beam irradiation module 200 according to a pre-evaluated supply current and output relationship, the output of the VCSEL element can be uniform. Accordingly, the substrate heat treatment apparatus can uniformly heat the flat substrate as a whole.
  • the process chamber 100 may include an outer housing 110, an inner housing 120, a beam irradiation plate 130, a substrate support 140, and an infrared transmission plate 150.
  • the process chamber 100 may provide a space in which the flat substrate (a) is accommodated and heat treated.
  • 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 located outside to be irradiated to the lower surface of the flat substrate located inside.
  • the process chamber 100 passes through the beam irradiation plate 130 so that the laser beam is irradiated to the lower surface of the flat substrate (a) seated on the substrate support 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 cylinder shape, a pentagonal cylinder shape, or a hexagonal cylinder 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) subjected to internal heat treatment.
  • the side wall 111 may be formed in a hollow cylindrical shape, a square cylinder shape, a pentagonal cylinder shape, or a hexagonal cylinder shape.
  • the side wall 111 provides an upper space 100a of the chamber where heat treatment is performed therein.
  • the side wall 111 provides a space in which parts of the beam irradiation module 200 and the substrate rotation module 400 are accommodated.
  • the top plate 112 may be formed in a plate shape corresponding to the top planar shape of the side wall 111 .
  • the upper plate 112 is coupled to the upper end of the side wall 111 and may seal the upper part of the side wall 111 .
  • the lower plate 113 corresponds to the lower planar shape of the side wall 111 and has a lower through hole 113 formed therein.
  • 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 shape of the lower plane of the chamber lower space 100b.
  • the lower plate 113 is coupled to the lower portion of the side wall 111 and shields the outer side 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 cylinder shape, a pentagonal cylinder shape, or a hexagonal cylinder shape.
  • the inner housing 120 may have an outer diameter or outer width smaller than the inner diameter or inner width of the outer housing 110 .
  • the inner housing 120 may be formed at a lower height than the outer housing 110 .
  • the inner housing 120 may be formed with an upper side positioned at a lower portion of the flat substrate (a) seated inside the process chamber 100 .
  • the inner housing 120 may be formed with a larger diameter or width than the diameter or 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, an upper chamber 100a in which the flat substrate a is seated is formed on the upper portion of the inner housing 120 . That is, the chamber upper space 100a is formed on the upper part of 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 positioned in the chamber upper space 100a such that the lower surface of the region to be heat treated is exposed when viewed from the lower portion of the inner housing 120 .
  • the lower side of the inner housing 120 may be coupled to be positioned at substantially the same level 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 .
  • the 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 an outer surface of the inner housing 120 and an inner surface of the outer housing 110 .
  • the upper chamber space 100a and the lower chamber space 100b are shielded from the outside by the outer housing 110, the inner housing 120, and the lower plate 113, and may be maintained in a vacuum or process gas atmosphere.
  • the beam irradiation plate 130 is coupled to an upper portion of the inner housing 120 and may be positioned below the flat substrate (a).
  • the beam irradiation plate 130 may be formed of a transparent plate through which a laser beam passes, such as quartz or glass.
  • the beam irradiation plate 130 transmits the laser beam and irradiates the lower surface of the flat substrate (a). More specifically, the beam irradiation plate 130 allows the laser beam incident from the inside of the inner housing 120 through the lower surface to be irradiated to the lower surface of the flat substrate (a).
  • the beam irradiation plate 130 may have an area larger than that of the flat substrate (a).
  • the beam irradiation plate 130 may have a larger diameter or width than the diameter or width of the flat substrate (a).
  • the beam irradiation plate 130 may preferably have a diameter or width 1.1 times greater than the diameter or width of the flat substrate (a). In this case, the beam irradiation plate 130 may irradiate the entire lower surface of the flat substrate (a) with the laser beam.
  • the substrate support 140 may include an upper support 141 and a connection support 142 .
  • the substrate support 140 may be positioned above the inner housing 120 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 lower space 100b of the chamber and be coupled with the substrate rotation module 400 .
  • the substrate support 140 may rotate the flat substrate (a) by the operation of the substrate rotation module 400 .
  • the upper support 141 may have a substrate exposure hole 141a inside 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 have a larger diameter or width than the diameter or width of the flat substrate (a).
  • the substrate exposure hole 141a may be formed at the center of the upper support 141 through upper and lower surfaces.
  • the substrate exposure hole 141a may be formed with a predetermined area to entirely expose a region requiring heat treatment on the lower surface of the flat substrate (a).
  • connection support 142 is formed in a cylindrical shape with upper and lower portions open, 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 this.
  • the connection support 142 may be located across the upper chamber space 100a and the lower chamber space 100b.
  • the connection support 142 may have an upper portion coupled to the outer side of the upper support 141 and a lower portion extending into the chamber lower space 100b to be coupled with the substrate rotation module 400 . Accordingly, the connection support 142 can rotate the upper support 141 and the flat substrate (a) while being rotated by the substrate rotation module 400 .
  • the infrared transmission plate 150 may be formed in a plate shape corresponding to the planar shape of the upper portion of the side wall 111 .
  • the infrared transmission plate 150 may be formed of transparent quartz.
  • the infrared transmission plate 150 may be positioned between the upper plate 112 and the substrate support 140 on the upper portion of the side wall 111 .
  • the infrared transmission 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 where the flat substrate (a) is positioned 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 lower surface of the infrared transmission plate 150 may be positioned to face the upper surface of the flat substrate (a) at the top of the flat substrate (a).
  • the infrared transmission plate 150 forms the upper surface of the outer housing 110, and the side wall 111 and the upper plate 112 of the upper part of the infrared transmission plate 150 are separately formed, so that the infrared transmission plate 150 It can be coupled to the upper part of.
  • the infrared transmission plate 150 is formed of transparent quartz and can transmit radiant energy generated from the flat substrate (a) to the outside during the heat treatment process.
  • the infrared transmission plate 150 may transmit radiant energy of wavelengths including infrared rays to the outside.
  • the infrared transmission plate 150 is maintained at a temperature of 400 ° C or less, and may be preferably maintained at a temperature of 300 to 400 ° C. Since the infrared transmission plate 150 is maintained at a temperature of 300 to 400° C., chemical deposition by process gas is prevented, thereby preventing an increase in emissivity due to deposition.
  • the process gas may be different according to the type of heat treatment process. For example, as a process gas in the epitaxial process, gases such as SiH 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , or SiCl 4 may be used.
  • the temperature of the cooling gas is 400° C. or less, chemical vapor deposition may be significantly reduced.
  • the emissivity of the infrared transmission plate 150 does not increase according to the number of heat treatment processes, a process temperature difference between the flat 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 VCSEL element 220 .
  • the beam irradiation module 200 may be positioned outside the lower portion of the process chamber 100 and irradiate a laser beam to the lower surface of the flat substrate (a) through the beam irradiation plate 130 .
  • the beam irradiation module 200 may be located below the beam irradiation plate 130 inside the inner housing 120 .
  • a plurality of VCSEL elements 220 may be arranged in a lattice shape on the upper surface of the element array plate 210 .
  • the VCSEL elements 220 may be arranged in an x-direction and a y-direction on the upper surface of the element array plate 210 in a lattice shape.
  • the element array plate 210 may be formed in a plate shape having a predetermined area and thickness.
  • the element array plate 210 may be formed to correspond to the shape and area of the flat substrate (a).
  • the element array plate 210 may be formed of a thermally conductive ceramic material or metal material.
  • the element array plate 210 may serve to dissipate heat generated from the VCSEL element 220 .
  • the VCSEL element 220 may include an element substrate 221, a laser light emitting element 222, an electrode terminal 223, and a cooling block 224.
  • a plurality of the VCSEL elements 220 may be arranged on the element array plate 210 in a lattice direction.
  • the VCSEL element 220 may be arranged on a surface of the element array plate 210 in an area necessary for irradiating a laser beam to the irradiation area of the flat substrate (a).
  • the device substrate 221 may be coupled to the cooling block 224 by a separate adhesive layer 226 .
  • a supply current may be supplied to a plurality of VCSEL elements so that light output becomes uniform. That is, since the supply current supplied to each of the VCSEL elements is individually controlled, light output may be uniform throughout.
  • the optical power may mean radiant energy or output of a laser beam irradiated in VCSEL irradiation.
  • the light output may be measured using a measuring means such as a pyrometer.
  • the VCSEL elements may be individually supplied with different supply currents according to a previously evaluated relationship between supply current and light output. Accordingly, the VCSEL devices can uniformly control the light output as a whole and reduce the temperature deviation of the flat substrate.
  • different supply currents may be independently supplied to the central portion and the outer portion of the VCSEL device based on the plane of the semiconductor wafer.
  • the VCSEL element is divided into a plurality of zones, and a different supply current can be supplied independently for each zone.
  • different supply currents may be supplied to the VCSEL devices even in this case. Since the laser light emitting unit constituting the VCSEL device has a unique light efficiency, the output light output may not be the same even when the same current is supplied. Therefore, the VCSEL element can measure the output according to the supply current for each element in advance, and individually determine and supply the supply current for the required output.
  • the VCSEL element 220 is formed by arranging a plurality of laser light emitting units 222 in the x-axis direction and the y-axis direction.
  • the VCSEL element 220 includes a light emitting frame (not shown) for fixing the laser light emitting unit 222 and a power line (not shown) for supplying current to the laser light emitting unit 222.
  • the VCSEL element 220 may be formed such that the same current is applied to the entire laser light emitting unit 222 .
  • the VCSEL element 220 may be formed so that different powers are applied to each laser light emitting unit 222 .
  • the device substrate 221 may be formed of a general substrate used to mount electronic devices.
  • the device substrate 221 may be divided into an device area 221a where the laser light emitting unit 222 is mounted and a terminal area 221b where terminals are mounted.
  • a plurality of laser light emitting units 222 may be arranged in a lattice shape and mounted in the device region 221a.
  • the terminal area 221b is positioned in contact with the device area 221a and a plurality of terminals may be mounted thereon.
  • the laser light emitting unit 222 may be formed of various light emitting elements that emit a laser beam.
  • the laser light emitting unit 222 may be preferably formed as a Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) unit.
  • the VCSEL unit may irradiate a laser beam of a single wavelength of 940 nm.
  • the VCSEL unit is formed in a quadrangular shape, and preferably may be formed in a square or rectangular shape in which the ratio of width to length does not exceed 1:2.
  • the VCSEL unit is manufactured as a hexahedral chip, and a high-output laser beam is oscillated on one side. Since the VCSEL unit oscillates a high-output laser beam, the rate of temperature rise of the flat substrate (a) can be increased compared to conventional halogen lamps, and the lifetime is relatively long.
  • a plurality of the laser light emitting units 222 may be arranged in an x-direction and a y-direction in the device region 221a on the upper surface of the device substrate 221 and arranged in a lattice shape.
  • the laser light emitting units 222 may be formed in an appropriate number at appropriate intervals according to the area of the element region 221a and the amount of energy of the laser beam irradiated to the flat substrate (a).
  • the laser light emitting units 222 may be positioned at intervals capable of radiating uniform energy when a laser beam emitted overlaps with a laser beam of an adjacent laser light emitting unit 222 . At this time, the laser light emitting unit 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.
  • the electrode terminal 223 may be formed in plurality 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 unit 222 .
  • the electrode terminal 223 may be electrically connected to the laser light emitting unit 222 in various ways.
  • the electrode terminal 223 may supply current necessary for driving the laser light emitting unit 222 .
  • the cooling block 224 may be formed to have a planar shape and a predetermined height corresponding to the planar shape of the device substrate 221 .
  • the cooling block 224 may be formed of a thermally conductive ceramic or metal 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 emit heat generated from the laser light emitting unit 222 mounted on the surface of the device substrate 221 downward. Thus, the cooling block 224 can cool the device substrate 221 and the laser light emitting unit 222 .
  • the cooling block 224 may have a cooling channel 224a through which cooling water flows.
  • the cooling passage 224a has an inlet and an outlet formed on a lower surface, and may be formed as a passage in various shapes inside the cooling block 224 .
  • the gas dispensing module 300 may include a gas dispensing plate 310 , a gas supply pipe 320 and a gas discharge pipe 330 .
  • the gas dispensing module 300 may cool the infrared penetrating plate 150 by injecting a cooling gas onto the upper surface of the infrared penetrating plate 150 .
  • the cooling gas may be nitrogen gas, argon gas or compressed cooling air.
  • the gas dispensing plate 310 is formed in a plate shape and may have a gas dispensing hole 311 penetrating from an upper surface to a 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 on the top of the outer housing 110 .
  • the gas dispensing plate 310 may separate the gas dispensing space into an upper gas space and a lower gas space.
  • the gas dispensing hole 311 is formed to penetrate from the upper surface of the gas dispensing plate 310 to the lower surface. That is, the gas injection hole 311 may connect the upper gas space and the lower gas space. The gas dispensing hole 311 may inject the cooling gas flowing into the gas dispensing space from the outside into the lower gas space.
  • a plurality of gas dispensing holes 311 may be formed to be entirely spaced apart from the gas dispensing plate 310 .
  • the gas dispensing hole 311 may more uniformly inject the cooling gas supplied into the upper gas space into the lower gas space. Therefore, the gas injection plate 310 can more uniformly cool the lower infrared transmission plate 150 .
  • the gas supply pipe 320 is formed in a tubular shape with both sides open, and is coupled to pass through the inside of the outer housing 110 from the top plate 112 of the outer housing 110 . That is, the gas supply pipe 320 passes through the upper plate 112 from the outside into the upper gas space.
  • 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 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 outward in the lower gas space. That is, the gas discharge pipe 330 penetrates the lower gas space through the side wall 111 from the outside.
  • 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 flowing into the lower gas space to the outside.
  • the substrate rotating module 400 may include an inner rotating unit 410 and an outer rotating unit 420 .
  • the substrate rotation module 400 may rotate the substrate support 140 in a non-contact horizontal direction. More specifically, the inner rotation unit 410 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 420 may be positioned to face the inner rotation means 410 outside the process chamber 100 . The outer rotation means 420 may rotate the inner rotation means 410 in a non-contact manner using magnetic force.
  • the inner rotation means 410 may be formed in the same structure as a rotor of a motor.
  • the inner rotation unit 410 may be formed in a ring shape as a whole and have a magnet structure in which N poles and S poles are alternately formed along the circumferential direction.
  • the inner rotation unit 410 may be coupled to the lower portion of the substrate support 140, that is, to the connection support 142. At this time, the inner rotating means 410 may be positioned to be spaced apart from the top of the lower plate 113 upward.
  • the inner rotation means 410 may be supported by a separate support means to prevent vibration during rotation or to rotate smoothly.
  • the inner rotation unit 410 may be supported by a support bearing or a roller at the bottom.
  • the outer rotation means 420 may be formed in the same structure as a stator of a motor.
  • the outer rotation means 420 may include an iron core formed in a ring shape and a wire wound around the iron core.
  • the outer rotation means 420 may rotate the inner rotation means 410 with magnetic force generated by power supplied to the wire.
  • the outer rotation means 420 may be located outside the outer housing 110 to face the inner rotation means 410 based on the outer housing 110 . That is, the outer rotation means 420 may be positioned outside the outer housing 110 at the same height as the inner rotation means 410 .
  • FIG. 5 is a plan view showing a position for measuring the temperature of a semiconductor wafer in the substrate heat treatment apparatus of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a table of measurement data of supply current and measured light output for each time interval of VCSEL elements constituting the beam irradiation module of FIG. 5 .
  • 7 shows a graph and a three-dimensional equation for the correlation of the seventh VCSEL element.
  • 8 shows a graph and a three-dimensional equation for the correlation of the eighth VCSEL element.
  • 9 shows a graph and a three-dimensional equation for the correlation of the ninth VCSEL element.
  • a supply current supplied to each of the plurality of VCSEL elements used in the beam irradiation module 200 and a laser beam output according to the supply current are experimentally measured.
  • the correlation between the supply current and the output is set using the measurement result of the VCSEL device.
  • the VCSEL element may have different outputs even when the same current is supplied, depending on the characteristics of each laser light emitting unit and the electrical resistance of wires connecting the laser light emitting units. That is, since the laser light emitting unit constituting the VCSEL device has a unique light efficiency, the output light output may not be the same even when the same current is supplied. Therefore, the VCSEL element can measure the output according to the supply current for each element in advance, and individually determine and supply the supply current for the required output. In particular, different supply currents may be supplied to the VCSEL element so that the output thereof is the same as a whole.
  • the correlation may be an equation or a look-up table for the supply current supplied to the VCSEL element and the optical power of the laser beam of the VCSEL element.
  • the correlation is set for all VCSEL elements used in the beam irradiation module 200, respectively. Accordingly, all of the VCSEL elements may be correlated with each other prior to being mounted in the beam irradiation module 200 .
  • temperature uniformity can be relatively increased in terms of temperature uniformity compared to the existing method of controlling only a part of the range from relatively few calibration values.
  • the above correlation can be established as an equation after experimentally measuring the supply current supplied to each VCSEL element and the resulting output.
  • the output may be an optical power measured at a location spaced a certain distance from the VCSEL element.
  • the separation distance may be the distance between the VCSEL element and the substrate in the substrate heat treatment apparatus on which the VCSEL element is actually mounted.
  • the output may be an optical power measured by a pyrometer located at a position spaced a certain distance from the VCSEL element.
  • the output may be the temperature of the substrate to which the laser beam is irradiated.
  • the separation distance may be the distance between the VCSEL element and the substrate in the substrate heat treatment apparatus on which the VCSEL element is actually mounted.
  • the correlation can be established by a three-dimensional equation.
  • the correlation can be set as light output to supply current.
  • the supply current is supplied to the VCSEL element to be set while increasing from 0.000A to 5.530 at intervals of 0.005 to 0.010A.
  • the supply current is increased at intervals of 0.2 seconds.
  • the light output is measured using a pyrometer located at a set separation distance from the VCSEL element.
  • 6 is a table of measurement data of supply current and measured light output for each time interval. The data displayed in FIG. 6 represents only a part of measurement data. As shown in FIG. 6 , it can be seen that the supply current increases at intervals of 0.02 seconds and the light output also increases.
  • a three-dimensional function is determined by fitting data of the supplied current and the measured light output for the VCSEL element.
  • FIGS. 7, 8, and 9 graphs of supply current and light output are shown, and a three-dimensional equation for the graphs is set.
  • the graphs shown in FIGS. 7, 8, and 9 are set as 3D equations through a fitting process. It can be seen that No. 7, No. 8, and No. 9 are different from each other in the coefficients of each three-dimensional equation. Therefore, it can be confirmed that each VCSEL element has a difference in light output even when the supplied current is the same.
  • a 3D equation for supply current and light output is set as a 3D equation for each VCSEL element.
  • the table of supply current and light output shown in FIG. 6 may be used as a lookup table. That is, the table of FIG. 6 displays the light output with respect to the supply current at intervals of 0.005 to 0.010 A from 0.000 A to 5.530 for the correlation between the supply current and the light output for each VCSEL device. Accordingly, the table of FIG. 6 can be used as a lookup table displaying supply current and light output for each VCSEL element.
  • the correlation between the supply current and light output may be set by a 2-dimensional equation or a 4-dimensional or higher equation in addition to a 3-dimensional equation.
  • the above correlation is set as the input (i.e. x value) is the supply current and the output (i.e. y value) is the light output, but conversely the input (i.e. x value) is the light output and the output (i.e. the y value) y value) can be set as the supply current.
  • a supply current required for each VCSEL element of the beam irradiation module to output the same light output is calculated by a cubic equation set for each VCSEL element.
  • the VCSEL elements are controlled to receive the calculated supply current and output a laser beam.
  • the beam irradiation module 200 is mounted on a substrate heat treatment apparatus, and may irradiate a laser beam to heat a flat substrate.
  • the VCSEL element may irradiate the flat substrate with a laser beam having an output required to heat the flat substrate to a set heating temperature.
  • the output of the VCSEL element may be set in advance according to the heating temperature of the flat substrate.
  • the output of the VCSEL element may be changed by measuring the heating temperature of the flat substrate in real time during the heating process.
  • Each of the VCSEL elements may be supplied with a supply current for required output. At this time, the supply current may be determined according to a preset correlation. Different supply currents may be supplied to the VCSEL elements according to a set correlation.
  • the beam irradiation module 200 may include a control module for controlling supply current supplied to each VCSEL element.
  • FIG. 10 is a graph of a result of measuring a temperature distribution in the semiconductor wafer of FIG. 5 .
  • 11 is a graph of a result of measuring a temperature distribution of a semiconductor wafer in a conventional substrate heat treatment apparatus.
  • the substrate heat treatment apparatus is set to heat the central portion of the semiconductor substrate to 528°C and heat the outer portion to 509°C.
  • the beam irradiation module 200 of the substrate heat treatment apparatus sets the supply current supplied to each VCSEL element to an output required for a set heating temperature. That is, each of the VCSEL elements receives a different supply current and irradiates a laser beam.
  • the flat substrate used a semiconductor wafer. As shown in FIG. 5 , the substrate heat treatment apparatus measures the temperature at each of 18 locations of the semiconductor substrate. As shown in FIG. 10 , the flat substrate is heated in the range of 526 to 530° C. in the center and heated in the range of 508 to 510° C. in the outer portion. It can be seen that the flat substrate is uniformly heated in a relatively narrow temperature range.
  • the conventional substrate heat treatment apparatus heats a semiconductor wafer in a relatively wide temperature range.
  • the device module of the substrate heat treatment apparatus may supply a supply current to the VCSEL device in a constant current method. That is, all of the element modules receive the same supply current and output laser beams. The element module irradiates laser beams of different outputs, and the semiconductor wafer has a wide temperature range to be heated. In addition, it can be confirmed that the semiconductor wafer is not clearly distinguished between the temperature of the central part and the outer part.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하는 공정 챔버 및 복수 개의 VCSEL 소자를 포함하며, 상기 평판 기판으로 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈을 포함하며, 상기 빔 조사 모듈은 상기 VCSEL 소자들의 출력이 동일하게 되도록 공급 전류가 제어되는 기판 열처리 장치를 개시한다.

Description

VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치
본 발명은 VCSEL 소자에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 평판 기판을 열처리하는 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.
상기 에피텍셜 공정은 반도체 웨이퍼의 표면에 필요한 박막을 성장시키는 공정이다. 상기 에피텍셜 공정은 진공 상태이며 600℃이상의 고온으로 유지되는 공정 챔버의 내부에 공정 가스를 주입하여 진행된다. 상기 반도체 웨이퍼는 공정 중에 전체적으로 온도를 균일하게 유지하는 것이 필요하며, 공정 챔버를 구성하는 외부 하우징의 방사율에 의한 영향을 감소시키는 것이 필요하다. 특히, 상기 외부 하우징의 구성 요소중에서 반도체 웨이퍼의 상면과 대향하는 구성 요소 또는 벽면의 방사율은 반도체 웨이퍼의 공정 온도에 영향을 주게 되므로 일정한 방사율을 유지시키는 것이 필요하다.
한편, 최근에는 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 소자를 이용하여 반도체 웨이퍼를 가열하는 열처리 공정이 개발되고 있다. 상기 열처리 공정은 대면적 영역을 커버하도록 복수 개의 VCSEL 소자가 배치되어 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈을 이용하여, 반도체 웨이퍼에 레이저 빔을 균일하게 조사하여 열처리하는 방식이다. 상기 VCSEL 소자는 micro-emitter에서 레이저 빔을 방출할 수 있다. 상기 빔 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 빔 조사 모듈은 복수 개의 VCSEL 소자로 구성되고, 복수 개의 VCSEL 소자가 전체 반도체 웨이퍼를 커버하는 영역까지 배치될 수 있다.
최근에는, 상기 열처리 공정은 반도체 기술의 미세화에 따라 작은 온도 편차와 높은 온도 균일도를 요구한다. 그러나, 현재 사용되는 열처리 장치는 여러가지 한계로 인하여 필요한 온도 균일도를 실현하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 평판 기판의 열처리 공정에서 평판 기판의 온도 편차를 감소시키고, 온도 균일도를 증가시킬 수 있는 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 VCSEL 소자의 출력이 균일하게 되도록 VCSEL 소자에 공급되는 공급 전류를 개별적으로 제어할 수 있는 기판 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치는 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하는 공정 챔버 및 복수 개의 VCSEL 소자를 포함하며, 상기 평판 기판으로 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈을 포함하며, 상기 빔 조사 모듈은 상기 VCSEL 소자들의 출력이 동일하게 되도록 공급 전류가 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 VCSEL 소자는 각각 서로 다른 공급 전류가 공급될 수 있다.
상기 빔 조사 모듈은 상기 VCSEL 소자가 각각 서로 다른 공급 전류가 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 VCSEL 소자는 각각 공급 전류와 출력에 대한 상관 관계가 미리 설정될 수 있다.
또한, 상기 VCSEL 소자의 상관 관계는 방정식 또는 룩업 테이블로 설정될 수 있다.
또한, 상기 VCSEL 소자는 각각 상기 상관 관계에 따라 필요로 하는 출력을 위한 공급 전류가 공급될 수 있다.
본 발명의 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치는 복수 개의 VCSEL 소자로 공급되는 공급 전력을 개별적으로 제어하므로 VCSEL 소자의 출력을 전체적으로 균일하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치는 각각의 VCSEL 소자들에 대하여 사전에 평가된 공급 전류와 출력 관계에 따라 공급 전류를 개별적으로 다르게 공급하므로 출력을 전체적으로 균일하게 제어하며, 평판 기판의 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 빔 조사 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 2의 빔 조사 모듈의 부분 사시도이다.
도 4는 도 3의 VCSEL 소자의 "A-A"에 대한 수직 단면도이다.
도 5는 도 1의 기판 열처리 장치에서 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하는 위치를 표시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 빔 조사 모듈을 구성하는 VCSEL 소자들의 시간 간격별로 공급 전류와 측정된 광출력의 측정 데이터에 대한 테이블이다.
도 7은 7번 VCSEL 소자의 상관 관계에 대한 그래프와 3차원 방정식을 나타낸다.
도 8은 8번 VCSEL 소자의 상관 관계에 대한 그래프와 3차원 방정식을 나타낸다.
도 9는 9번 VCSEL 소자의 상관 관계에 대한 그래프와 3차원 방정식을 나타낸다.
도 10은 도 5의 반도체 웨이퍼에서 온도 분포를 측정한 결과 그래프이다.
도 11은 종래의 기판 열처리 장치에서 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 측정한 결과 그래프이다.
이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 빔 조사 모듈의 평면도이다. 도 3은 도 2의 빔 조사 모듈의 부분 사시도이다. 도 4는 도 3의 VCSEL 소자의 "A-A"에 대한 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치(10)는, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 공정 챔버(100)와 빔 조사 모듈(200)과 가스 분사 모듈(300) 및 기판 회전 모듈(400)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 제조 공정이 진행될 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 기판 열처리 장치(10)는 평판 기판(a)을 가열하기 위한 빔 조사 모듈에서 열 광원으로 VCSEL 소자를 사용할 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자는 단일 파장의 레이저 빔을 조사할 수 있다. 예를 들면, 상기 VCSEL 소자는 바람직하게는 대략 940nm의 단일 파장의 레이저 빔을 조사하는 소자일 수 있다. 상기 기판 열처리 장치(10)는 빔 조사 모듈(200)에서 생성되는 레이저 빔을 평판 기판(a)에 조사하여 평판 기판(a)을 가열할 수 있다.
상기 기판 열처리 장치(10)는 빔 조사 모듈(200)을 구성하는 각각의 VCSEL 소자에 대하여 사전에 평가된 공급 전류와 출력 관계에 따라 전류를 공급하므로 VCSEL 소자의 출력을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 상기 기판 열처리 장치는 평판 기판을 전체적으로 균일하게 가열할 수 있다.
상기 공정 챔버(100)는 외부 하우징(110)과 내부 하우징(120)과 빔 조사판(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 조사판(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(400)의 일부가 수용되는 공간을 제공한다.
상기 상부판(112)은 측벽(111)의 상단 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 조사판(130)은 내부 하우징(120)의 상부에 결합되며, 평판 기판(a)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 빔 조사판(130)은 쿼쯔, 유리와 같이 레이저 빔이 투과하는 투명판으로 형성될 수 있다. 상기 빔 조사판(130)은 레이저 빔이 투과하여 평판 기판(a)의 하면에 조사되도록 한다. 보다 구체적으로는, 상기 빔 조사판(130)은 내부 하우징(120)의 내측에서 하면을 통하여 입사되는 레이저 빔이 평판 기판(a)의 하면에 조사되도록 한다. 상기 빔 조사판(130)은 평판 기판(a)의 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 빔 조사판(130)은 직경 또는 폭이 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 크게 형성될 수 있다. 상기 빔 조사판(130)은 바람직하게는 평판 기판(a)의 직경 또는 폭보다 1.1배 이상의 직경 또는 폭으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 빔 조사판(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 내부 하우징(120)의 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(400)과 결합될 수 있다. 상기 기판 지지대(140)는 기판 회전 모듈(400)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(400)과 결합될 수 있다. 따라서, 상기 연결 지지대(142)는 기판 회전 모듈(400)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 증가가 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 VCSEL 소자(220)를 포함할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 공정 챔버(100)의 외측 하부에 위치하여 빔 조사판(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 조사판(130)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 빔 조사 모듈(200)은 소자 배열판(210)의 상면에 복수 개의 VCSEL 소자(220)가 격자 형태로 배열될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(220)는, 도 2와 도 3을 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 VCSEL 소자(220)에서 발생되는 열을 방열시키는 작용을 할 수 있다.
상기 VCSEL 소자(220)는 소자 기판(221)과 레이저 발광 소자(222)와 전극 단자(223) 및 냉각 블록(224)을 포함할 수 있다. 상기 VCSEL 소자(220)는 복수 개가 소자 배열판(210)에 격자 방향으로 배열되어 위치할 수 있다. 상기 VCSEL 소자(220)는 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 VCSEL 소자는 복수 개가 광출력이 균일하게 되도록 공급 전류가 공급될 수 있다. 즉, 상기 VCSEL 소자들은 각각에 공급되는 공급 전류가 개별적으로 제어되어 광출력이 전체적으로 균일하게 될 수 있다. 여기서 상기 광출력은 VCSEL 조사에서 조사되는 레이저 빔의 방사 에너지 또는 출력을 의미할 수 있다. 상기 광출력은 파이로미터와 같은 측정 수단을 이용하여 측정될 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자들은 사전에 평가된 공급 전류와 광출력 관계에 따라 공급 전류가 개별적으로 다르게 공급될 수 있다. 따라서, 상기 VCSEL 소자들은 광출력을 전체적으로 균일하게 제어하며, 평판 기판의 온도 편차를 감소시킬 수 있다.
상기 VCSEL 소자는 반도체 웨이퍼의 평면을 기준으로 중심부와 외곽부가 각각 독립적으로 공급 전류가 다르게 공급될 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자는, 도 2에서 보는 바와 같이 복수개의 존(zone)으로 구분되어 존별로 독립적으로 공급 전류가 다르게 공급될 수 있다. 다만, 상기 VCSEL 소자는 이경우에도 각각 서로 다른 공급 전류가 공급될 수 있다. 상기 VCSEL 소자를 구성하는 레이저 발광 유닛은 고유의 광효율을 가지므로 동일한 전류가 공급되더라도 출력되는 광출력이 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 VCSEL 소자는 각 소자별 공급 전류에 따른 출력을 사전에 측정하고 필요한 출력을 위한 공급 전류를 개별적으로 결정하여 공급할 수 있다.
상기 VCSEL 소자(220)는 복수 개의 레이저 발광 유닛(222)이 x 축 방향과 y 축 방향으로 배열되어 형성된다. 상기 VCSEL 소자(220)는 구체적으로 도시하는 않았지만, 레이저 발광 유닛(222)을 고정하기 위한 발광 프레임(미도시)과 레이저 발광 유닛(222)에 전류를 공급하기 위한 전력선(미도시)를 구비하여 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자(220)는 전체 레이저 발광 유닛(222)에 동일한 전류가 인가되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자(220)는 각각의 레이저 발광 유닛(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 유닛(222)이 실장되는 소자 영역(221a) 및 단자가 실장되는 단자 영역(221b)으로 구분될 수 있다. 상기 소자 영역(221a)은 복수 개의 레이저 발광 유닛(222)이 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 유닛(222)은 레이저 빔을 조사하는 다양한 발광 소자로 형성될 수 있다. 상기 레이저 발광 유닛(222)은 바람직하게는 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 유닛으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 유닛은 940nm의 단일 파장의 레이저 빔을 조사할 수 있다. 상기 VCSEL 유닛은 사각 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 정사각형 또는 폭과 길이의 비가 1:2를 초과하지 않는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 유닛은 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저 빔이 발진된다. 상기 VCSEL 유닛은 고출력의 레이저 빔을 발진하므로, 기존의 할로겐 램프에 대비하여 평판 기판(a)의 온도 상승률을 증가시킬 수 있으며, 수명도 상대적으로 길다.
상기 레이저 발광 유닛(222)은 복수 개가 소자 기판(221)의 상면에서 소자 영역(221a)에 x 방향과 y 방향으로 배열되어 격자 형상으로 배열될 수 있다. 상기 레이저 발광 유닛(222)은 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 유닛(222)은 발광되는 레이저 빔이 인접하는 레이저 발광 유닛(222)의 레이저 빔과 오버랩될 때 균일한 에너지를 조사할 수 있는 간격으로 위치할 수 있다. 이때, 상기 레이저 발광 유닛(222)은 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 유닛(222)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는, 구체적으로 도시하지 않았지만, 다양한 방식으로 레이저 발광 유닛(222)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극 단자(223)는 레이저 발광 유닛(222)의 구동에 필요한 전류를 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 유닛(222)에서 발생되는 열을 하부로 방출할 수 있다. 따라서, 상기 냉각 블록(224)은 소자 기판(221)과 레이저 발광 유닛(222)을 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) 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 공간을 상부 가스 공간과 하부 가스 공간으로 분리할 수 있다.
상기 가스 분사홀(311)은 가스 분사판(310)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성된다. 즉, 상기 가스 분사홀(311)은 상부 가스 공간과 하부 가스 공간을 연결할 수 있다. 상기 가스 분사홀(311)은 외부에서 상기 가스 분사 공간으로 유입되는 냉각 가스를 하부 가스 공간으로 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 공간으로 공급되는 냉각 가스를 보다 균일하게 하부 가스 공간으로 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 공간으로 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.
상기 가스 배출관(330)은 양측이 개방된 관 형상으로 형성되며, 하부 가스 공간에서 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 공간으로 관통된다. 상기 가스 배출관(330)은 상부판(112)의 면적에 따라 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 가스 배출관(330)은 하부 가스 공간으로 유입된 냉각 가스를 외부로 배출할 수 있다.
상기 기판 회전 모듈(400)은 내측 회전 수단(410) 및 외측 회동 수단(420)을 포함할 수 있다. 상기 기판 회전 모듈(400)은 기판 지지대(140)를 비접촉식으로 수평 방향으로 회전시킬 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 내측 회전 수단(410)은 공정 챔버(100)의 챔버 하부 공간(100b)에서 기판 지지대(140)의 하부에 결합될 수 있다. 또한, 상기 외측 회동 수단(420)은 공정 챔버(100)의 외측에서 내측 회전 수단(410)과 대향하여 위치할 수 있다. 상기 외측 회동 수단(420)은 내측 회전 수단(410)을 자력을 이용하여 비접촉식으로 회전시킬 수 있다.
상기 내측 회전 수단(410)은 모터의 로터와 같은 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 회전 수단(410)은 전체적으로 링 형상으로 형성되며 N극과 S극이 원주 방향을 따라 교대로 형성되는 자석 구조로 형성될 수 있다. 상기 내측 회전 수단(410)은 기판 지지대(140)의 하부 즉, 연결 지지대(142)에 결합될 수 있다. 이때, 상기 내측 회전 수단(410)은 하부판(113)의 상부에서 상측으로 이격되어 위치할 수 있다. 한편, 상기 내측 회전 수단(410)은, 구체적으로 도시하지 않았지만, 회전시에 진동을 방지하거나 원활하게 회전할 수 있도록 별도의 지지 수단에 의하여 지지될 수 있다. 예를 들면, 상기 내측 회전 수단(410)은 하부에 지지 베어링 또는 롤러에 의하여 지지될 수 있다.
상기 외측 회동 수단(420)은 모터의 스테이터와 같은 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 외측 회동 수단(420)은 링 형태로 형성되는 철심과 철심에 권취되는 도선을 포함할 수 있다. 상기 외측 회동 수단(420)은 도선에 공급되는 전원에 의하여 발생되는 자력으로 내측 회전 수단(410)을 회전시킬 수 있다. 상기 외측 회동 수단(420)은 외부 하우징(110)을 기준으로 내측 회전 수단(410)과 대향하도록 외부 하우징(110)의 외부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 외측 회동 수단(420)은 내측 회전 수단(410)과 동일한 높이에서 외부 하우징(110)을 기준으로 외측에 위치할 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치에서 VCSEL 소자의 출력을 제어하는 방법에 대하여 설명한다.
도 5는 도 1의 기판 열처리 장치에서 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하는 위치를 표시한 평면도이다. 도 6은 도 5의 빔 조사 모듈을 구성하는 VCSEL 소자들의 시간 간격별로 공급 전류와 측정된 광출력의 측정 데이터에 대한 테이블이다. 도 7은 7번 VCSEL 소자의 상관 관계에 대한 그래프와 3차원 방정식을 나타낸다. 도 8은 8번 VCSEL 소자의 상관 관계에 대한 그래프와 3차원 방정식을 나타낸다. 도 9는 9번 VCSEL 소자의 상관 관계에 대한 그래프와 3차원 방정식을 나타낸다.
먼저, 상기 빔 조사 모듈(200)에 사용되는 복수 개의 VCSEL 소자들에 대하여 각각 공급되는 공급 전류와 공급 전류에 따른 레이저 빔의 출력을 실험적으로 측정한다. 또한, 상기 VCSEL 소자에 대하여 측정 결과를 사용하여 공급 전류와 출력에 대한 상관 관계를 설정한다. 상기 VCSEL 소자는 각각의 레이저 발광 유닛의 특성과 레이저 발광 유닛을 연결하는 배선의 전기 저항등에 따라 동일한 전류가 공급되더라도 출력이 다를 수 있다. 즉, 상기 VCSEL 소자를 구성하는 레이저 발광 유닛은 고유의 광효율을 가지므로 동일한 전류가 공급되더라도 출력되는 광출력이 동일하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 VCSEL 소자는 각 소자별 공급 전류에 따른 출력을 사전에 측정하고 필요한 출력을 위한 공급 전류를 개별적으로 결정하여 공급할 수 있다. 특히, 상기 VCSEL 소자는 전체적으로 출력이 동일하게 되도록 서로 다른 공급 전류가 공급될 수 있다.
상기 상관 관계는 VCSEL 소자에 공급되는 공급 전류와 VCSEL 소자의 레이저 빔의 광출력에 대한 방정식 또는 룩업 테이블일 수 있다. 상기 상관 관계는 빔 조사 모듈(200)에 사용되는 전체 VCSEL 소자에 대하여 각각 설정한다. 따라서, 상기 VCSEL 소자는 모두 빔 조사 모듈(200)에 장착되기 전에 미리 상관 관계가 설정될 수 있다. 상기 VCSEL 소자가 상관 관계에 의하여 제어되는 경우에 기존의 상대적으로 적은 교정값들로부터 일부 구간만을 제어하는 방식과 대비하여 온도 균일도 측면에서 상대적으로 온도 균일성을 증가시킬 수 있다.
상기 상관 관계는 각각의 VCSEL 소자에 대하여 공급되는 공급 전류와 이에 따른 출력을 실험적으로 측정한 후에 방정식으로 설정될 수 있다. 상기 출력은 VCSEL 소자로부터 일정 거리 이격된 위치에서 측정되는 광출력일 수 있다. 여기서 이격 거리는 상기 VCSEL 소자가 실제로 장착되는 기판 열처리 장치에서 VCSEL 소자와 기판의 거리일 수 있다. 또한, 상기 출력은 VCSEL 소자로부터 일정 거리 이격된 위치에 위치하는 파이로미터에 의하여 측정되는 광출력일 수 있다. 또한, 상기 출력은 레이저 빔이 조사되는 기판의 온도일 수 있다. 여기서 이격 거리는 상기 VCSEL 소자가 실제로 장착되는 기판 열처리 장치에서 VCSEL 소자와 기판의 거리일 수 있다.
이하에서는 상기 상관 관계를 설정하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 상기 상관 관계는 3차원 방정식으로 설정될 수 있다. 상기 상관 관계는 공급 전류에 대한 광출력으로 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 5에서 7번과 8번과 9번으로 표시된 위치에 위치하는 VCSEL 소자에 대하여 측정한 결과를 설명한다. 상기 공급 전류는 0.000A부터 5.530까지 0.005 ~ 0.010A 간격으로 증가시키면서 설정 대상인 VCSEL 소자에 공급한다. 상기 공급 전류는 0.2초 간격으로 증가시킨다. 상기 광출력은 VCSEL 소자에서 설정된 이격 거리에 위치하는 파이로미터를 이용하여 측정한다. 도 6은 시간 간격별로 공급 전류와 측정된 광출력의 측정 데이터에 대한 테이블이다. 도 6에 표시된 데이터들은 측정 데이터에서 일부만을 표시한다. 도 6에서 보는 바와 같이 0.02초 간격으로 공급 전류가 증가되며, 광출력도 함께 증가되는 것을 확인할 수 있다. 상기 VCSEL 소자에 대하여 공급된 공급 전류와 측정된 광출력의 데이터를 피팅하여 3차원 함수를 결정한다. 도 7과 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이 공급 전류와 광출력에 대한 그래프가 도시되며, 그래프에 대한 3차원 방정식이 설정된다. 도 7과 도 8 및 도 9에 도시된 그래프는 피팅 과정을 통하여 3차원 방정식으로 설정된다. 7번과 8번 및 9번은 각각의 3차원 방정식의 계수에서 서로 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 각 VCSEL 소자는 공급되는 전류가 동일한 경우에도 광출력에서 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 상기 빔 조사 모듈은 각각의 VCSEL 소자에 대하여 3차원 방정식으로 공급 전류와 광출력에 대한 3차원 방정식이 설정된다.
한편, 도 6에 도시된 공급 전류와 광출력의 테이블은 록업 테이블로 사용될 수 있다. 즉, 도 6의 테이블은 각 VCSEL 소자 별로 공급 전류와 광출력의 상관 관계를 0.000A부터 5.530까지 0.005 ~ 0.010A 간격으로 공급 전류에 대하여 광출력을 표시한다. 따라서, 상기 도 6의 테이블은 각 VCSEL 소자 별로 공급 전류와 이에 대한 광출력을 표시하는 룩업 테이블로 사용될 수 있다.
또한, 상기 공급 전류와 광출력의 상관 관계는 3차원 방정식외에도 2차원 방정식 또는 4차원 이상의 방정식으로 설정될 수 있다. 또한, 상기 상관 관계는 입력(즉, x값)이 공급 전류이고, 출력(즉, y값)이 광출력으로 설정되지만, 그 반대로 입력(즉, x값)이 광출력이고, 출력(즉, y값)이 공급 전류로 설정될 수 있다.
상기 빔 조사 모듈의 각 VCSEL 소자들은 동일한 광출력을 출력하는데 필요한 공급 전류가 각 VCSEL 소자 별로 설정된 3차 방정식에 의하여 산출된다. 상기 VCSEL 소자들은 산출된 공급 전류를 공급받아 레이저 빔을 출력하도록 제어된다.
다음은 상기 빔 조사 모듈(200)이 기판 열처리 장치에 장착되며, 레이저 빔을 조사하여 평판 기판을 가열할 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 평판 기판을 설정된 가열 온도로 가열하기 위하여 필요한 출력을 갖는 레이저 빔을 평판 기판에 조사할 수 있다. 상기 VCSEL 소자의 출력은 평판 기판의 가열 온도에 따라 미리 설정될 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자의 출력은 평판 기판의 가열 온도를 가열 과정에서 실시간으로 측정하여 변경될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 각각 필요한 출력을 위한 공급 전류를 공급받을 수 있다. 이때, 상기 공급 전류는 미리 설정된 상관 관계에 따라 정해질 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 각각 설정된 상관 관계에 따라 서로 다른 공급 전류가 공급될 수 있다. 상기 빔 조사 모듈(200)은 구체적으로 도시하지 않았지만, 각각의 VCSEL 소자로 공급되는 공급 전류를 제어하기 위한 제어 모듈을 구비할 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 장치의 평판 기판 가열 균일도에 대한 평가 결과를 설명한다.
도 10은 도 5의 반도체 웨이퍼에서 온도 분포를 측정한 결과 그래프이다. 도 11은 종래의 기판 열처리 장치에서 반도체 웨이퍼의 온도 분포를 측정한 결과 그래프이다.
상기 기판 열처리 장치는 반도체 기판의 중심부를 528℃로 가열하고, 외곽부를 509℃로 가열하도록 설정된다. 상기 기판 열처리 장치의 빔 조사 모듈(200)은 각각의 VCSEL 소자에 공급되는 공급 전류를 설정된 가열 온도에 필요한 출력으로 설정한다. 즉, 상기 VCSEL 소자는 각각 서로 다른 공급 전류를 공급받아 레이저 빔을 조사한다. 상기 평판 기판은 반도체 웨이퍼를 사용하였다. 상기 기판 열처리 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이 반도체 기판의 18곳에서 각각 온도를 측정한다. 상기 평판 기판은, 도 10에서 보는 바와 같이, 중심부가 526 ~ 530℃의 범위로 가열되고, 외곽부가 508 ~ 510℃의 범위로 가열되는 것을 확인할 수 있다. 상기 평판 기판은 상대적으로 좁은 온도 범위로 균일하게 가열되는 것을 확인할 수 있다.
이에 비하여, 도 11을 참조하면, 기존의 기판 열처리 장치는 반도체 웨이퍼를 상대적으로 넓은 온도 범위로 가열하는 것을 확인할 수 있다. 상기 기판 열처리 장치의 소자 모듈은 정전류 방식으로 VCSEL 소자에 공급 전류를 공급할 수 있다. 즉, 상기 소자 모듈은 모두 동일한 공급 전류를 공급받아 레이저 빔을 출력한다. 상기 소자 모듈은 서로 다른 출력의 레이저 빔을 조사하며, 반도체 웨이퍼는 가열되는 온도 범위가 넓게 된다. 또한, 상기 반도체 웨이퍼는 중심부와 외곽부의 온도 구분이 명확하지 않은 것을 확인할 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 (9)

  1. 내부에 열처리되는 평판 기판이 위치하는 공정 챔버 및
    복수 개의 VCSEL 소자를 포함하며, 상기 평판 기판으로 레이저 빔을 조사하는 빔 조사 모듈을 포함하며,
    상기 빔 조사 모듈은 상기 VCSEL 소자들의 출력이 동일하게 되도록 공급 전류가 제어되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 VCSEL 소자는 각각 서로 다른 공급 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 VCSEL 소자는 각각 공급 전류와 출력에 대한 상관 관계가 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 VCSEL 소자의 상관 관계는 방정식 또는 룩업 테이블로 설정되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 VCSEL 소자는 각각 상기 상관 관계에 따라 필요로 하는 출력을 위한 공급 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는
    상기 평판 기판의 하부에 위치하는 빔 조사판과 상기 평판 기판의 상부에 위치하는 적외선 투과판과, 상기 평판 기판이 내부에 안착되는 측벽과, 상기 측벽의 내부에서 상기 평판 기판의 상부에 상기 적외선 투과판과 상부판이 위치하는 외부 하우징 및 상기 외부 하우징의 내측에서 상기 평판 기판의 하부에 위치하며 상기 빔 조사판이 상부에 위치하는 내부 하우징을 포함하며,
    상기 빔 조사 모듈은 상기 내부 하우징의 내부에서 상기 빔 조사판의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적외선 투과판은 투명 쿼쯔로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상기 평판 기판의 외측을 지지하는 기판 지지대를 더 포함하며,
    상기 VCSEL을 이용한 기판 열처리 장치는 상기 기판 지지대를 지지하여 회전시키는 기판 회전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 장치.
  9. 제 8 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.
PCT/KR2022/021502 2021-12-30 2022-12-28 Vcsel 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치 WO2023128606A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/721,571 US20250062142A1 (en) 2021-12-30 2022-12-28 Substrate heat treatment apparatus cotrolling individually the output of the vcsel module
CN202280084065.1A CN118435337A (zh) 2021-12-30 2022-12-28 可单独控制垂直腔面发射激光器器件输出的基板热处理装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0192703 2021-12-30
KR20210192703 2021-12-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023128606A1 true WO2023128606A1 (ko) 2023-07-06

Family

ID=86999605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2022/021502 WO2023128606A1 (ko) 2021-12-30 2022-12-28 Vcsel 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20250062142A1 (ko)
KR (1) KR20230104009A (ko)
CN (1) CN118435337A (ko)
WO (1) WO2023128606A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118712105A (zh) * 2024-08-29 2024-09-27 一塔半导体(安徽)有限公司 一种快速热退火装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244212A (ja) * 2000-03-02 2001-09-07 Ushio Inc 白熱ランプ点灯制御方法および光照射式加熱装置
KR20110009187A (ko) * 2008-06-25 2011-01-27 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 어닐링 장치
JP2014182061A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 温度測定装置および熱処理装置
JP2016054242A (ja) * 2014-09-04 2016-04-14 東京エレクトロン株式会社 熱処理方法及び熱処理装置
KR20210149382A (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 주식회사 비아트론 Vcsel를 이용한 기판 열처리 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244212A (ja) * 2000-03-02 2001-09-07 Ushio Inc 白熱ランプ点灯制御方法および光照射式加熱装置
KR20110009187A (ko) * 2008-06-25 2011-01-27 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 어닐링 장치
JP2014182061A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 温度測定装置および熱処理装置
JP2016054242A (ja) * 2014-09-04 2016-04-14 東京エレクトロン株式会社 熱処理方法及び熱処理装置
KR20210149382A (ko) * 2020-06-02 2021-12-09 주식회사 비아트론 Vcsel를 이용한 기판 열처리 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118712105A (zh) * 2024-08-29 2024-09-27 一塔半导体(安徽)有限公司 一种快速热退火装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20250062142A1 (en) 2025-02-20
CN118435337A (zh) 2024-08-02
KR20230104009A (ko) 2023-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021246579A1 (ko) Vcsel를 이용한 기판열처리장치
US10490465B2 (en) Thermal processing method and thermal processing apparatus through light irradiation
KR100430947B1 (ko) 가열장치및열처리장치
KR970003906B1 (ko) 반도체 기판의 제조 방법 및 그 장치
US4511788A (en) Light-radiant heating furnace
KR100820608B1 (ko) 반도체 프로세싱 시스템의 전력 분배 인쇄회로기판
WO2022146060A1 (ko) 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치
WO2015030457A1 (ko) 기상식각 및 세정을 위한 플라즈마 장치
WO2023128606A1 (ko) Vcsel 소자의 개별 출력 제어가 가능한 기판 열처리 장치
WO2022145875A1 (ko) 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치
WO2016186302A1 (ko) 급속 열처리 장치
US9082797B2 (en) Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
WO2014104551A1 (ko) 수직형 플레이트 히터를 이용한 증착 장치
WO2022145930A1 (ko) 레이저 발광 소자를 이용한 기판 열처리 장치
KR102618207B1 (ko) 에피택시 공정을 이용한 반도체 소자 제조 방법 및 이를 위한 제조 장치
KR102788280B1 (ko) 에피택셜 공정용 반도체 제조 장치
WO2023128607A1 (ko) Vcsel 모듈을 구비하는 평판 기판 가열 장치
WO2023017908A1 (ko) 기판 처리 장치
WO2023128565A1 (ko) 에피택셜 공정용 반도체 제조 장치
WO2024005276A1 (ko) 에피택시 공정을 이용한 반도체 소자 제조 방법 및 이를 위한 제조 장치
WO2025116091A1 (ko) 에피택셜 공정용 반도체 제조 장치
KR101413525B1 (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법
WO2024144347A1 (ko) 반도체 칩 레이저 본딩 장치
JPH03272139A (ja) 表面処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22916747

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18721571

Country of ref document: US

Ref document number: 202280084065.1

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22916747

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1