WO2024063402A1 - 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치 - Google Patents

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WO2024063402A1
WO2024063402A1 PCT/KR2023/013348 KR2023013348W WO2024063402A1 WO 2024063402 A1 WO2024063402 A1 WO 2024063402A1 KR 2023013348 W KR2023013348 W KR 2023013348W WO 2024063402 A1 WO2024063402 A1 WO 2024063402A1
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laser module
control area
substrate
laser
temperature
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PCT/KR2023/013348
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English (en)
French (fr)
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이대용
문용수
김성철
지상현
김창교
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에이피시스템 주식회사
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    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
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    • 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 heater block and a substrate heating device including the same, and more specifically, to a heater block capable of precise control of heating temperature and a substrate heating device including the same.
  • Semiconductor devices are typically made by repeating unit processes for processing a substrate, such as ion implantation, thin film deposition, and heat treatment, several times. In these unit processes, it is necessary to supply heat energy to process the substrate at a predetermined process temperature. In particular, using light energy to heat a substrate to a predetermined processing temperature allows the heating process to proceed in a short period of time, which has the advantage of minimizing side effects such as generation of impurities, so it is widely used.
  • a typical substrate heating device heat treatment is performed through a heater block containing a plurality of halogen lamps with the substrate seated in the chamber, and the temperature of the substrate is measured in a non-contact manner through a temperature measuring device such as a pyrometer. It is measured as A pyrometer can collect radiant energy emitted from a substrate and measure the temperature of the substrate in a non-contact manner based on the black body radiation temperature relationship. The temperature measured by this temperature measuring device is fed back to the heater block through the heating control unit to control the temperature of the heater block.
  • a silicon wafer In the case of a silicon wafer, it has a translucent light transmittance at a temperature of 600 °C or lower. If a silicon wafer, which has the characteristic of transmitting light in a low temperature range due to the material's specific nature, is used as a substrate, a halogen lamp will be used at a substrate temperature of 600 °C or lower. A portion of the light passes through the substrate. At this time, the pyrometer with a measurement wavelength band of 0.9 to 1 ⁇ m measures a portion of the light of the halogen lamp with a radiation wavelength of 0.4 to 6 ⁇ m that has passed through the substrate, so it is not possible to accurately measure the temperature of the substrate alone, and a temperature measurement error occurs.
  • halogen lamps cannot be divided into multiple control areas, making more precise control for each control area impossible. Accordingly, a heater block capable of controlling each control area with a smaller area than that of a halogen lamp is required.
  • Patent Document 1 Korean Patent No. 10-0974013
  • the present invention provides a heater block that can improve temperature uniformity of a substrate by enabling precise control of heating temperature for each of a plurality of subdivided control areas, and a substrate heating device including the same.
  • a heater block includes a first laser module having a plurality of laser cells; a second laser module having a plurality of laser cells and provided around the first laser module; and first and second power units that independently supply power to the first laser module and the second laser module, wherein at least one of the first laser module and the second laser module receives power. It is divided into a plurality of control areas each composed of one or more laser cells sharing an input terminal, and the plurality of control areas can be controlled independently of each other.
  • the first laser module and the second laser module may have different division forms of the control area.
  • the second laser module may be composed of a plurality of modules and may be arranged around the first laser module with the first laser module as the center.
  • the first laser module may be divided into a central control area and an edge control area
  • the second laser module may be equally divided into a first control area and a second control area.
  • the first control area and the second control area may be provided at different distances from the first laser module.
  • the first control area and the second control area of the plurality of second laser modules may each be grouped according to the distance from the first laser module.
  • the first power supply unit independently supplies power to the central control area and the edge control area
  • the second power supply unit independently supplies power to the group of the first control area and the group of the second control area. You can.
  • the first laser module and the second laser module may have a polygonal shape.
  • the laser cell may include a vertical cavity surface light-emitting laser.
  • It may further include a reflector unit that surrounds an edge of each of the first laser module and the second laser module to reflect at least a portion of the light emitted from the first laser module and the second laser module in a predetermined direction.
  • a substrate heating device includes a substrate supporter supporting a substrate; and a heater block according to an embodiment of the present invention, which is provided opposite the substrate supporter and heats the substrate by irradiating light to the first side of the substrate.
  • It may further include a pyrometer provided on the second side of the substrate opposite the first side to measure the temperature of the substrate.
  • the pyrometer may be composed of a plurality of pyrometers and provided to each correspond to a plurality of virtual circles with different radii centered on the first laser module.
  • It may further include a heating control unit that controls each control area according to the distance from each virtual circle based on the temperature measured by each of the plurality of pyrometers.
  • a substrate heating method includes the process of providing a substrate opposite a heater block including a first laser module and a second laser module each independently supplied with power; A process of irradiating light to a first side of the substrate facing the heater block using the first laser module and the second laser module; And measuring the temperature of the substrate using a pyrometer provided on the second side of the substrate opposite the first side, wherein at least one of the first laser module and the second laser module It can be divided into a plurality of control areas that are controlled independently from each other.
  • the first laser module is divided into a central control area and an edge control area
  • the second laser module is divided into a first control area and a second control area.
  • the second laser module is composed of a plurality of The distances of the first control area and the second control area from the first laser module may be arranged around the first laser module with the laser module as the center.
  • It may further include grouping and controlling the first control area and the second control area of the plurality of second laser modules, respectively, according to the distance from the first laser module.
  • each control area can be controlled for each group according to the distance from each virtual circle.
  • the heater block independently supplies power to the first laser module and the second laser module through the first and second power units, thereby controlling the first laser module and the second laser module independently of each other. You can. Accordingly, the heating temperature can be adjusted by distinguishing the positions of the first laser module and the second laser module, and the heating uniformity of the object to be heated, such as a substrate, can be improved. In addition, by dividing at least one of the first laser module and the second laser module into a plurality of control areas and controlling them independently from each other, the control areas can be subdivided, and heating uniformity for the object to be heated can be further improved.
  • the heating temperature can be precisely controlled by subdividing in the radial direction from the center of the heater block.
  • the first control area and the second control area of the second laser module disposed around the first laser module are arranged at different distances from the first laser module to create a plurality of control areas according to the distance from the first laser module. 2
  • a plurality of first control areas and a plurality of second control areas can be efficiently controlled for each group forming a concentric circle centered on the first laser module. . Accordingly, the temperature uniformity of the object to be heated through heating can be improved.
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • the substrate heating device including the heater block of the present invention controls the heating temperature of the first laser module and the second laser module using the temperature measured by a pyrometer, thereby improving the temperature uniformity of the substrate during the process.
  • the temperature uniformity of the substrate can be further improved by dividing at least one of the first laser module and the second laser module into a plurality of control areas to subdivide the control area.
  • a plurality of pyrometers are configured to correspond to a plurality of virtual circles with different radii centered on the first laser module, and the first control area of the plurality of second laser modules is adjusted according to the distance from the first laser module.
  • a plurality of first control areas and a plurality of second control areas can be controlled for each group forming a concentric circle centered on the first laser module.
  • a plurality of first control areas and a plurality of second control areas can be precisely controlled for each group according to the distance to each virtual circle based on the temperature each measured by a plurality of pyrometers, thereby providing excellent performance. Process characteristics such as substrate temperature uniformity can be improved.
  • the temperature of the substrate can be maintained even in the low temperature range of 600 °C or less by irradiating a laser with a main emission wavelength band that is different from the measurement wavelength band of the pyrometer. It can be measured accurately and the temperature of the substrate can be precisely controlled. Accordingly, the temperature uniformity of the substrate can be secured to prevent damage to the substrate, and the reliability of low-temperature processes below 600 °C can be secured.
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heater block according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the division of the first laser module and the second laser module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the arrangement of a first laser module and a second laser module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing a reflector according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing a substrate heating device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the arrangement of a pyrometer according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a flowchart showing a substrate heating method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a heater block according to an embodiment of the present invention.
  • a heater block 100 includes a first laser module 110 having a plurality of laser cells 10; a second laser module 120 having a plurality of laser cells 10 and provided around the first laser module 110; and first and second power supply units 130 and 140 that independently supply power to the first laser module 110 and the second laser module 120, respectively.
  • the first laser module 110 may have a plurality of laser cells 10 and provide optical energy for heating.
  • the first laser module 110 may be provided (or located) in the center (part) of the heater block 100, and a plurality of laser cells 10 are two-dimensionally arranged to form an array. can be achieved.
  • the plurality of laser cells 10 may include semiconductor laser diodes, and may be formed in the form of a single chip or may be formed by mounting a plurality of chips.
  • the second laser module 120 may have a plurality of laser cells 10 and, like the first laser module 110, may provide optical energy for heating, and may be located around the first laser module 110. can be provided.
  • a plurality of laser cells 10 may be arranged two-dimensionally to form an array, and a plurality of laser cells 10 composed of semiconductor laser diodes may be formed in the form of a single chip. It may be formed by mounting a plurality of chips.
  • the second laser module 120 may have the same laser cells 10 as the first laser module 110, and the number of laser cells 10 and the arrangement (shape) of the plurality of laser cells 10 are It may be the same as the first laser module 110, but is not limited thereto, and it is sufficient as long as it can effectively provide light energy for heating.
  • the second laser module 120 may be provided around the first laser module 110, and may be provided around the first laser module 110 provided in the center of the heater block 100. ) can be located at the edge (part) of the
  • each of the first laser module 110 and the second laser module 120 may vary, such as a polygon such as a square or hexagon, a circle, an oval, or an arc.
  • the first and second power units 130 and 140 can independently supply power to the first laser module 110 and the second laser module 120, and the first power unit 130 can supply power to the first laser module 110. ), and the second power supply unit 140 can supply power to the second laser module 120.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 can be controlled independently. That is, the first laser module 110 and the second laser module 120 may each have independent power sources (units).
  • the first laser module 110 is provided in the center of the heater block 100 to (mainly) heat the center (part) of the object to be heated, such as the substrate 50
  • the second laser module 120 is provided at the edge of the heater block 100 to (mainly) heat the edge (part) of the object to be heated.
  • the central part of the object to be heated is surrounded by an edge heated by the second laser module 120, so there is (almost) no heat loss, but the edge of the object to be heated is exposed to a vacuum or air, resulting in heat loss. You can.
  • the temperature of the edge of the object to be heated may appear lower than the temperature of the center of the object to be heated. And, temperature unevenness occurs between the center and the edges of the object to be heated.
  • the heater block 100 independently supplies power to the first laser module 110 and the second laser module 120 through the first power supply unit 130 and the second power supply unit 140.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 can be controlled independently of each other. Accordingly, the heating temperature of the first laser module 110 and the second laser module 120 can be adjusted to heat the central portion and the edge portion of the heating object (independently), and the heating object such as the substrate 50 can be heated (independently). Heating uniformity can be improved.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing the division of the first laser module and the second laser module according to an embodiment of the present invention, (a) of Figure 2 shows the division of the first laser module, and (b) of Figure 2 shows the division of the first laser module. It shows the first type of division of the second laser module, and Figure 2(c) shows the second type of division of the second laser module.
  • At least one of the first laser module 110 and the second laser module 120 shares the input terminals 11 and 12 to which power is supplied. It can be divided into a plurality of control areas (110a and 110b and/or 120a and 120b), each composed of the above laser cells 10, and the plurality of control areas (110a and 110b or 120a and 120b) can be controlled independently of each other. You can. At least one of the first laser module 110 and the second laser module 120 is supplied with power from the outside (i.e., from the first power supply unit and/or the second power supply unit). It may include a plurality of (external) input terminals 11 and 12.
  • the laser cells 10 sharing the same input terminals 11 and 12 among the plurality of input terminals 11 and 12 are divided into a plurality of control areas 110a and 110b and/or 120a and 120b.
  • the laser cell (10)(s) of one control area (110a or 110b and/or 120a or 120b) and the laser cell (10) of the other control area (110b or 110a and/or 120b or 120a) )(s) may be electrically connected (or connected) to different input terminals 11 and 12.
  • At least one of the first laser module 110 and the second laser module 120 has a plurality of control areas (110a) each having different input terminals (11 and 12). It may be divided into 110b and/or 120a and 120b), and the laser cells 10 (s) in each control area (110a, 110b, 120a, 120b) may share the same input terminals (11, 12). Accordingly, the plurality of control areas (110a and 110b and/or 120a and 120b) may each be composed of one or more laser cells (10) sharing each input terminal (11 or 12), which input terminal (11 or 12) can be controlled independently of each other depending on whether power is supplied to them.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may have the same or different number of control areas (110a, 110b, 120a, and 120b).
  • only one of the first laser module 110 and the second laser module 120 (110 or 120) is divided, and the divided laser module (110 or 120) is divided into two or more control areas (110a and 120).
  • 110b or 120a and 120b) an undivided laser module (120 or 110) may have a single control area (120a or 110a) as the entire laser module (120 or 110) is a control area.
  • the input terminals 11 and 12 may be composed of a + (electrode) terminal 11 and a - (electrode) terminal 12.
  • one control area (110a or 110b or 120a or 120b) may be composed of one or more laser cells (10) sharing the first + terminal (11a) and the first - terminal (12a)
  • Another control area (110b or 120a or 120b or 110a) may be composed of one or more laser cells 10 sharing the second + terminal (11b) and the second - terminal (12b).
  • the heater block 100 controls at least one laser module 110 and/or 120 of the first laser module 110 and the second laser module 120 to a plurality of control areas 110a and 110b and /Or by dividing into 120a and 120b and controlling them independently, the control areas 110a, 110b, 120a, and 120b can be subdivided, and heating uniformity for the object to be heated can be further improved.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may have different division shapes of the control areas 110a, 110b, 120a, and 120b, and the division shapes may include those that are not divided,
  • the division forms may be different in that one of the first laser module 110 and the second laser module 120 is divided and the other is not divided.
  • the first laser module 110 may be divided concentrically and the second laser module 120 may be divided radially.
  • the concentric division is concentric (i.e., the same center) with the center of the division object (e.g., the first laser module) parallel to the border of the division object forming a virtual figure identical to the shape of the division object. It refers to dividing the inside and the outside based on line(s), and the radial division is based on the line(s) that passes through the center of the division target (e.g., the second laser module) and meets the border of the division target. This refers to dividing both sides of the line(s) that meet the border.
  • both sides can be divided based on the (half) diameter of the circle.
  • the second laser module 120 is a polygon with an even number of angles, it is based on the line connecting (or connecting) the side (center) to the side (center) or the line connecting vertex to vertex. Both sides can be divided, and if the second laser module 120 is a polygon with an odd number of angles, both sides can be divided based on a line connecting the vertex and the center of the side.
  • the first laser module 110 may be provided at the center of the heater block 100 and divided concentrically, and the second laser module 120 may be provided at the edge of the heater block 100 and may be divided radially.
  • the control areas (110a, 110b, 120a, 120b) are subdivided according to the distance from the center of the heater block 100, and the heating temperature can be precisely controlled for each control area (110a, 110b, 120a, 120b). .
  • the heater block 100 has different division forms of the control areas (110a, 110b, 120a, 120b) between the first laser module 110 and the second laser module 120 into concentric division and radial division. By doing so, the heating temperature can be precisely controlled by subdividing in the radial direction from the center of the heater block 100.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing the arrangement of the first laser module and the second laser module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 (a) shows the first embodiment in which only the first laser module is divided
  • Figure 3 (b) shows the second embodiment in which both the first laser module and the second laser module are divided.
  • the second laser module 120 may be composed of a plurality and disposed around the first laser module 110 with the first laser module 110 as the center. It may be arranged to surround the first laser module 110 along the circumference of . For example, only one first laser module 110 may be placed in the center (or center) of the heater block 100, and a plurality of second laser modules 120 may be arranged around the first laser module 110. It may be placed at the edge of the heater block 100 to surround it. At this time, the second laser module 120 may surround the first laser module 110 with only one shell, but may be formed as shown in FIG. 3 depending on the size and shape of the heating object and/or the heater block 100.
  • the control areas 110a, 110b, 120a, and 120b can be divided in the radial direction from the center of the heater block 100.
  • the second power supply unit 140 may independently supply power to the plurality of second laser modules 120, or may commonly supply power to the plurality of second laser modules 120.
  • a plurality of power supply units may be configured, or power may be distributed from one power supply unit to supply power to a plurality of second laser modules 120.
  • the first laser module 110 may be divided into a central control area (110a) and an edge control area (110b), and the second laser module 120 may be divided into a first control area (120a) and a second control area ( 120b) can be divided equally.
  • the first laser module 110 may be concentrically divided into a central control area 110a and an edge control area 110b as shown in (a) of FIG. 2.
  • the central control area 110a may be provided on the inside and located at the center of the heater block 100
  • the edge control area 110b may be provided on the outside of the central control area 110a. Accordingly, even within the first laser module 110, the control areas 110a and 110b may be subdivided in the radial direction from the center of the heater block 100.
  • the second laser module 120 may be divided into two symmetrical first control areas 120a and 120b by radially dividing the first control area 120a and the second control area (120a).
  • 120b) may be symmetrical, and the shape, area, and number of laser cells 10 may be the same.
  • the shape of the second laser module 120 is hexagonal, the first control area 120a and the second control area 120b are formed based on the line connecting the vertices as shown in (b) of FIG. 2.
  • ) may be bisected, or the first control area 120a and the second control area 120b may be bisected based on the line connecting the sides, as shown in (c) of FIG. 2.
  • first control area 120a and the second control area 120b may be divided (or bisected) based on a line connecting the center of the side and the center of the side as shown in (c) of FIG. 2. It may be divided based on a line connecting the sides and a line that is inclined to form a predetermined angle with the line connecting the centers of the sides.
  • the first control area 120a and the second control area 120b may be provided at different distances from the first laser module 110, as shown in (b) of FIG. 3.
  • one control area (120a or 120b) of the first control area (120a) and the second control area (120b) may be provided close to the first laser module 110, and the other control area (120b) may be provided close to the first laser module 110. or 120a) may be provided far from the first laser module 110.
  • the first control area 120a is located toward the first laser module 110 and close to the first laser module 110, and the second control area 120b is located relative to the first laser module 110.
  • a plurality of second laser modules 120 may be disposed around the first laser module 110 so as to be positioned far outward (radially).
  • a (concentric) circle centered on the first laser module 110 for each (placement) position of the second laser module 120 so that the first control area 120a faces the center of the first laser module 110.
  • Each second laser module 120 may be bisected (or bisected) based on a line passing through the center of the second laser module 120, which is parallel to the tangent line of .
  • the second laser module 120 is placed in the first control area 120a so that the second laser module 120 can be placed so that the first control area 120a faces the first laser module 110.
  • the second control area 120b is not limited to this, and the second laser module 120 is placed in the first control area 120a so that the second laser module 120 can be placed so that the first control area 120a
  • the first power supply unit 130 may include a central power supply unit 130a that supplies power to the central control area 110a and an edge power supply unit 130b that supplies power to the edge control area 110b
  • the second power supply unit 140 may include a first power supply unit 140a that supplies power to the first control area 120a and a second power supply unit 140b that supplies power to the second control area 120b.
  • the central power supply unit 130a can supply power to the central control area 110a
  • the edge power supply unit 130b can supply power to the edge control area 110b.
  • the central control area 110a and the edge control area 110b each have independent power sources (supplies), so they can be controlled independently of each other.
  • the first power supply unit 140a can supply power to the first control area 120a
  • the second power supply unit 140b can supply power to the second control area 120b, through which the first control area 120b can be controlled. Since the area 120a and the second control area 120b each have independent power sources (supplies), they can be controlled independently of each other. At this time, the first power supply unit 140a may supply power to each of the first control areas 120a of the plurality of second laser modules 120. For example, the first power supply unit 140a may independently supply power to each first control area 120a, or group two or more first control areas 120a to control two or more control areas in each group. 1 Power may be commonly supplied to the control area 120a.
  • the second power supply unit 140b may supply power to each of the second control areas 120b of the plurality of second laser modules 120.
  • the second power supply unit 140b may independently supply power to each second control area 120b, or group two or more second control areas 120b to control two or more control areas in each group. Power may be commonly supplied to the two control areas 120b.
  • the first control area 120a and the second control area 120b of the plurality of second laser modules 120 may be grouped according to the distance from the first laser module 110, and for each group ( simultaneously) can be controlled.
  • the first control area 120a and the second control area 120b of the plurality of second laser modules 120 are divided into two or more (or two or more of the above) depending on the distance from the first laser module 110.
  • Each group (a first control area and two or more second control areas) are grouped (a plurality of first control areas and two or more second control areas) at different distances from the first laser module 110. It can be controlled.
  • first control areas 120a that are at the same or similar (or similar) distance from the first laser module 110 may be grouped together, and may be grouped together or A plurality of second control areas 120b located at a similar distance may be grouped together.
  • first control area 120a (s) forming a concentric circle centered on the first laser module 110, or passing (or crossing) the same concentric circle (with the same radius), and the second control area 120b ( ) can be grouped together.
  • the first control areas 120a(s) and the second control areas 120b(s) forming each group may be (electrically) connected to each other.
  • the first control area (120a)(s) of the second laser module(s) 120(s) of the same shell may be grouped together, and the second control area(s) of the second laser module(s) 120(s) of the same shell may be grouped together.
  • the control areas 120b(s) can be grouped together. That is, the first control area (120a) (s) and the second control area (120b) (s) of the second laser module (s) 120 (s) of the first shell (or layer) may be grouped together, The first control area (120a)(s) and the second control area (120b)(s) of the double shell second laser module(s) 120(s) may be grouped together.
  • (120a)(s) and the second control area (120b)(s) may be grouped together.
  • the second laser module 120 when the second laser module 120 is not divided, two or more second laser modules 120 at the same or similar distance from the first laser module 110 may be grouped together, and the first laser module ( 110) may form a concentric circle, or the second laser modules 120(s) passing through the same concentric circle may be grouped together.
  • the first power unit 130 can independently supply power to the central control area 110a and the edge control area 110b, and the second power unit 140 can supply power to the group of the first control area 120a and the second control area 110b. Power can be supplied independently to each group in the control area 120b.
  • the first power supply unit 130 can independently supply power to the central control area 110a and the edge control area 110b, and the central power supply unit 130a of the first power unit 130 is connected to the central control area 110a. Power may be supplied to the edge power supply unit 130b of the first power unit 130 and the edge power supply unit 130b may supply power to the edge control area 110b. Through this, the central control area 110a and the edge control area 110b can be controlled independently.
  • the second power unit 140 can independently supply power to the group of the first control area 120a and the group of the second control area 120b, and the first power supply unit 140a of the second power unit 140 may supply power to the group of the first control area 120a, and the second power supply unit 140b of the second power unit 140 may supply power to the second control area 120b.
  • the group of the first control area (120a) and the group of the second control area (120b) can be controlled independently, and a plurality of first control areas (120a) at different distances from the first laser module 110 The heating temperature can be controlled for each group of the second control area 120b.
  • the plurality of first control areas 120a and the plurality of second control areas 120b may be electrically connected to each group.
  • the first power supply unit 140a is composed of a plurality and can supply power to each group of the first control area 120a
  • the second power supply unit 140b is also composed of a plurality and can supply power to each group of the first control area 120a.
  • the first power supply unit 140a distributes power from one first power supply unit 140a and supplies power to each group of the first control area 120a
  • the second power supply unit 140b also supplies power to each group in the first control area 120a.
  • 2 Power may be supplied to each group of the first control area 120a by distribution from the power supply unit 140b, and switching means (not shown) may be provided for each distribution line to control each group.
  • the heater block 100 is a first control area ( 120a) and the second control area 120b are arranged at different distances from the first laser module 110 to control the first of the plurality of second laser modules 120 according to the distance from the first laser module 110.
  • the control area 120a and the second control area 120b can be grouped, respectively.
  • a plurality of first control areas 120a and a plurality of second control areas 120b are formed for each group that forms a concentric circle centered on the first laser module 110 or through which the same concentric circle passes (i.e., the first control area 120b).
  • (each) group of the control area and (each) group of the second control area can be efficiently (or effectively) controlled, and temperature uniformity of the object to be heated can be improved through heating.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may have a polygonal shape, and the edges of each of the first laser module 110 and the second laser module 120 may form a polygonal shape.
  • the second laser module 120 may be provided on each side of the first laser module 110, and the side of the first laser module 110 and the side of the second laser module 120 may be arranged in parallel. You can.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 are arranged in various ways according to the size and shape of the heating object (e.g., a substrate) and are connected to the first laser module 110 and the heater block 100.
  • the area provided by the second laser module 120 needs to be expanded.
  • the separation space Since there is no light emission (i.e., laser irradiation), the spaced space may exhibit a different light emission state and temperature distribution from the portion where the first laser module 110 and/or the second laser module 120 are disposed. There is no outside.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may have a polygonal shape, and if the first laser module 110 and the second laser module 120 have a polygonal shape, the first laser module 110 and the second laser module 120 may have a polygonal shape.
  • Each side of the laser module 110 and the second laser module 120 is arranged two-dimensionally so that each side is adjacent to each other in parallel, so that the entire (light-emitting) surface of the heater block 100 (or the entire heater block) is uniform. Separation space can be secured.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 have a circular shape, when arranged two-dimensionally, they inevitably exhibit different separation distances (or separation spaces) depending on the direction. .
  • first laser module 110 and the second laser module 120 may have the same shape (or form), and the first laser module 110 needs to be expanded according to the shape and size of the heating object. and the second laser module 120 must each have the same shape, so that a planar heating element (i.e. , the heater block) can be formed.
  • a planar heating element i.e. , the heater block
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may have a hexagonal shape, and one laser module is provided on each side of the first laser module 110 so that the sides are parallel to each other. Two laser modules 120 may be placed each.
  • the heater block 100 may have a circular shape depending on the shape of the substrate 50, and may include a first laser module 110 and a plurality of second laser modules ( It is preferable in terms of temperature uniformity of the object to be heated that the first laser module 110 and the plurality of second laser modules 120 are arranged so that the outline of the arrangement (shape) of the array (120) approximates a circle.
  • the heater block 100 corresponding to a 4-inch wafer includes one hexagonal first laser module 110 and a hexagonal second laser module 120 disposed on each side of the first laser module 110. It can be composed of 6 pieces.
  • the heater block 100 corresponding to a 12-inch wafer consists of one hexagonal first laser module 110 and 60 hexagonal second laser modules 120 arranged around the first laser module 110. It can be configured.
  • the 60 second laser modules 120 include a first shell consisting of 6 second laser modules 120, a double shell consisting of 12 second laser modules 120, and 18 second laser modules 120.
  • the circumference of the first laser module 110 can be wrapped in a quadruple shell consisting of a triple shell made of and a quadruple shell made of 24 second laser modules 120.
  • a honeycomb structure formed by arranging a hexagonal first laser module 110 and a plurality of second laser modules 120 has a minimum (or minimum number) of second laser modules (same as the number of angles). 120) may surround (or surround) the entire circumference of the first laser module 110, including the vertices of the first laser module 110. Accordingly, the number of second laser modules 120 can be reduced to a minimum while the (average) density of the laser cells 10 (per unit area) can be increased, and the production cost (or manufacturing cost) of the heater block 100 can be reduced. The luminous efficiency (or heating efficiency) can be increased while lowering the temperature.
  • each vertex is In order to empty and surround (or wrap around) the vertices, a number of second laser modules 120 are required, which is the number of sides plus the number of vertices (or twice the number of angles), and a polygon with more angles than a hexagon has an angle Even if the entire circumference of the first laser module 110 is surrounded by the same number of second laser modules 120, the number is greater than the number of second laser modules 120 surrounding the hexagonal first laser module 110.
  • водем ⁇ square second laser modules 120 are needed to surround the square first laser module 110 up to the vertex
  • 8 pentagonal second laser modules 120 are needed to surround the pentagonal first laser module 110 up to the vertex.
  • Ten laser modules (120) are required.
  • the number of angles is twice the number of six, which is the number of second laser modules 120 surrounding the hexagonal first laser module 110
  • the arrangement of the second laser modules 120 becomes irregular, and each second laser module 120 The sides are (mostly) not adjacent. In this case, the density of the laser cell 10 cannot be increased, and the luminous efficiency is reduced.
  • the arrangement of the second laser modules 120 can be regular with only six second laser modules 120. It can be adjacent to the sides of each second laser module 120. Accordingly, the density of the laser cell 10 can be increased and luminous efficiency can be improved.
  • the laser cell 10 may include a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • Semiconductor laser diodes used in the laser cell 10 can be roughly divided into edge-emitting lasers (EELs) and vertical cavity surface light-emitting lasers (VCSELs) depending on the light emission method.
  • EELs edge-emitting lasers
  • VCSELs vertical cavity surface light-emitting lasers
  • the existing Distributed Feedback Laser Diode (DFB LD) or Fabri-Perot Laser Diode (FP LD) the Vertical Cavity Surface Light Emitting Laser (VCSEL) radiates in a direction perpendicular to the object to be heated, such as the substrate 50. It has a structure in which a laser beam is emitted.
  • the laser beam is emitted in a direction perpendicular to the object to be heated, it has a circular symmetry distribution, so the optical uniformity is superior to that of the side-emitting laser, and a single silicon wafer (or circular substrate) is used as a whole. Wafer scale processing and manufacturing are possible, making low-cost laser production possible. Additionally, since the resonance distance is made very short, the critical current can be reduced and the overall output can be reduced.
  • the laser cell 10 needs to be manufactured as a two-dimensional array-type parallel light source.
  • the side-emitting laser since it emits light through the side of the structure stacked on the substrate, it is difficult to manufacture the laser cell 10 as a two-dimensional array type parallel light source.
  • a vertical cavity surface light-emitting laser VCSEL
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser
  • the vertical cavity surface light-emitting laser has an irradiation angle of the light source of about 20 to 25° with respect to the vertical direction of the light emitting surface, compared to the 30 to 40° irradiation angle of a light emitting diode (LED). It is very narrow, so light travels in a straight line. Because of this, a two-dimensional array-type parallel light source that can not only irradiate high-output and high-precision light onto the heating object but also emit uniform light may be possible.
  • a vertical cavity surface light emitting laser may be constructed by stacking a mirror layer, an active layer, and a mirror layer in that order on a substrate to emit a laser beam vertically.
  • gallium arsenide GaAs
  • the mirror layer changes the aluminum (Al) composition of aluminum gallium arsenide (AlGaAs) lattice matched to gallium arsenide (GaAs).
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the active layer may (mainly) use a gallium arsenide (GaAs) multi-quantum well structure to generate light of a desired wavelength.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 are provided parallel to each other so that the distance between the light emitting surface and the substrate 50 is constant in order to uniformly heat the substrate 50, which is the heating object. Therefore, the first laser module 110 and the second laser module 120 need to be composed of a surface light source with a size corresponding to the size of the substrate 50.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 in which laser cells 10 including vertical cavity surface light emitting lasers (VCSEL) are arranged in a two-dimensional array, are centered around the first laser module 110.
  • the second laser module 120 may be disposed around the first laser module 110, and a plurality of second laser modules 120 may be provided to correspond to the size of the substrate 50.
  • the heater block 100 has high energy efficiency by using a vertical cavity surface light-emitting laser (VCSEL) in the laser cell 10, and can reduce power consumption compared to a conventional halogen lamp. , light travels in a straight line and is easy to emit at a specific wavelength, making it possible to effectively control optical characteristics.
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser
  • Figure 4 is a diagram showing a reflector unit according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 (a) shows a perspective view of the reflector unit
  • Figure 4 (b) shows a cross-sectional view taken along A-A' of the reflector unit. .
  • the heater block 100 surrounds the edges of each of the first laser module 110 and the second laser module 120 to form the first laser module 110 and the second laser module 120.
  • the reflector unit 150 surrounds the edges of each of the first laser module 110 and the second laser module 120 to reflect at least a portion of the light emitted from the first laser module 110 and the second laser module 120 to a predetermined amount. direction, and at least a portion of the emitted light can be reflected toward the heating object.
  • the laser cell 10 has better light propagation than a light emitting diode (LED), it does not emit light completely perpendicular to the light emitting surface and has an irradiation angle of 20 to 25°, so the laser cell 10 emits light. A case occurs in which some of the light is not incident on the heating object at a high angle. Accordingly, by using the reflector unit 150 to reflect the diffused light(s) among the light emitted from the first laser module 110 and the second laser module 120 and direct them to the heating object, optical efficiency can be maximized. You can.
  • LED light emitting diode
  • the reflector unit 150 may be formed in a plate shape and may have a concave portion or a penetration portion into which the first laser module 110 and the second laser module 120 can be respectively inserted and mounted. .
  • the reflector portion 150 defines the concave portion or penetrating portion and is connected to the side portion and the side portion that is inclined with respect to the light emitting surface of each of the first laser module 110 and the second laser module 120, and generates the first laser module 120.
  • Each of the module 110 and the second laser module 120 may include a front portion parallel to the light emitting surface.
  • the side portion of the reflector portion 150 forms an inclined reflective surface 151 that reflects the light(s) emitted and diffused from the first laser module 110 and the second laser module 120 toward the heating object.
  • the front portion of the reflector 150 allows some of the light(s) emitted from the first laser module 110 and the second laser module 120 to be reflected to the heating object and return to the heater block 100 (side). It is possible to form a front reflective surface 152 that reflects the incident light(s) back toward the heating object.
  • the inclined reflective surface 151 may be provided to form an inclination angle of 80 to 90° with respect to the light emitting surfaces of the first laser module 110 and the second laser module 120.
  • the inclination angle of the inclined reflection surface 151 must be 80 to 90° with respect to the light emitting surface to be effective.
  • the diffused light can be reflected toward the heating object.
  • Light having an irradiation angle of 20 to 25° is obliquely incident and reflected on the inclined reflection surface 151 having an inclination angle of 80 to 90°, so that it may be focused and incident on the heating object at a high angle.
  • the light is incident on the inclined reflection surface 151 at a high angle and reflected, so it is slanted at a low angle to the heating object. Due to the incident light being reflected again, the light energy may not be efficiently transmitted to the object to be heated.
  • LED light emitting diode
  • the inclined reflection surface 151 forms an inclination angle lower than 80° with respect to the light emitting surfaces of the first laser module 110 and the second laser module 120, the light emitted from the laser cell 10 with good optical straightness is inclined. Since the light is not irradiated to the reflecting surface 151 and is directly directed to the object to be heated, and thus cannot be incident on the object to be heated at a high angle, light uniformity may be reduced.
  • the inclined reflective surface 151 forms an inclined angle higher than 90° with respect to the light emitting surfaces of the first laser module 110 and the second laser module 120, the inclined reflective surface 151 is aligned with the first laser module ( 110) and/or the second laser module 120, the reflected light is directed back to the first laser module 110 and/or the second laser module 120, resulting in a problem of light loss.
  • the inclined reflective surface 151 and/or the front reflective surface 152 may be coated with a metal reflective film to further increase reflection efficiency.
  • the body portion of the reflector portion 150 may be made of an aluminum alloy with good thermal conductivity and mechanical strength, and the inclined reflective surface 151 and/or the front reflective surface 152 can form a mirror surface through polishing. However, through polishing, there may still be microstructures on the surface that cause diffuse reflection. For this reason, reflection efficiency can be further increased by coating the inclined reflective surface 151 and/or the front reflective surface 152 with the metal reflective film.
  • the metal reflective film may be made of gold (Au), aluminum (Al), etc., but there is no need to be particularly limited to the material, and it is sufficient as long as it is made of a metal material that is stable at high temperatures and provides mirror reflection.
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing a substrate heating device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 a substrate heating device according to another embodiment of the present invention will be examined in more detail. Details that overlap with those previously described with respect to the heater block according to an embodiment of the present invention will be omitted.
  • a substrate heating device 200 includes a substrate support 210 supporting a substrate 50; and a heater block 100 according to an embodiment of the present invention, which is provided opposite the substrate support 210 and heats the substrate 50 by radiating light to the first side of the substrate 50. It can be included.
  • the substrate support portion 210 may support the substrate 50 and may be configured to support the edge of the lower portion of the substrate 50. Accordingly, among the lower surfaces of the substrate 50, the substrate support portion 210 and Parts (or areas) that are not in contact may be exposed.
  • the substrate supporter 210 may be formed in a hollow shape with the center open, and accordingly, when the substrate 50 is seated on the substrate supporter 210, the edge portion of the lower surface of the substrate 50 may be in contact with the substrate support portion 210, and the remaining portion may be exposed to the lower portion.
  • the heater block 100 may be a heater block 100 according to an embodiment of the present invention, and may be provided facing the substrate support 210, and may be provided on the first side (e.g., upper side) of the substrate 50.
  • the substrate 50 can be heated by irradiating light (i.e., a laser) to the surface.
  • the heater block 100 serves to supply heat energy to the substrate 50, and the first laser module 110 and the second laser module 120 radiate light toward the first side of the substrate 50. can do.
  • the heater block 100 is arranged to be spaced apart from the upper side of the substrate support 210, so that the optical energy generated by the first laser module 110 and the second laser module 120 is seated on the substrate support 210. It is provided through the first side of the substrate 50 to heat the substrate 50.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may provide light energy to heat the substrate 50 and may be installed in each of a plurality of mounting grooves.
  • the first laser module 110 and the second laser module 120 may be arranged to be spaced apart from each other, and the arrangement and installation structure of the first laser module 110 and the second laser module 120 are connected to the substrate 50. It can be changed in various ways depending on its shape and size.
  • the heater block 100 may further include a window (not shown) provided on the first laser module 110 and the second laser module 120.
  • a window (not shown) is provided on the first laser module 110 and the second laser module 120 and is positioned between the first laser module 110 and the second laser module 120 and the substrate 50. You can. Due to this, the window (not shown) is connected to the first laser module 110 and the second laser module so that the optical energy generated from the first laser module 110 and the second laser module 120 can be provided to the substrate 50. It may serve to transmit light emitted from the module 120.
  • the substrate heating device 200 can heat the substrate 50 for various processes, such as heat treating the substrate 50 or forming a thin film on the substrate 50.
  • the substrate heating device 200 may be a rapid thermal process (RTP) device that generates high temperature heat to rapidly heat treat the substrate 50, and the substrate 50 is used in a semiconductor device. It may be a silicon wafer, or it may be a variety of objects that require heat treatment (for example, glass applied to display devices such as LCD and OLED).
  • the substrate heating device 200 of the present invention may further include a chamber 240 having an internal space, and the chamber 240 has an internal space to provide a process space separated from the external space, and the box It can be formed into any shape.
  • a substrate supporter 210 may be installed in the inner space of the chamber 240 to support the substrate 50, and an entrance through which the substrate 50 can enter and exit may be provided on one side of the chamber 240. It can be provided.
  • the process can be performed by bringing the substrate 50 into the inner space of the chamber 240 through the doorway, and after the process is completed, the substrate 50 can be brought into the inner space of the chamber 240 through the doorway to the outside of the chamber 240.
  • the substrate 50 can be taken out.
  • a gas supply unit (not shown) that supplies process gas to the internal space of the chamber 240 and/or a plasma generator (not shown) that activates the process gas may be connected.
  • Figure 6 is a cross-sectional view showing the arrangement of a pyrometer according to another embodiment of the present invention.
  • the substrate heating device 200 is provided on the second side of the substrate 50 opposite the first side, and includes a pyrometer to measure the temperature of the substrate 50. 220); may be further included.
  • the pyrometer 220 is provided on the second side (e.g., lower surface) of the substrate 50 opposite the first side (e.g., the lower side of the substrate) to measure the temperature of the substrate 50.
  • the temperature can be measured by detecting light incident from the substrate 50.
  • the pyrometer 220 can receive radiant light incident from the substrate 50 and measure the radiant energy (or amount of light) of the radiant light, and the lower side of the substrate 50 seated on the substrate support 210. is disposed, and by acquiring the radiant energy and reflectance from the facing portion, (each) pyrometer 220 can measure the temperature for each position (or part) of the substrate 50 at the corresponding position.
  • the pyrometer 220 measures temperature using light emitted from an object using the black body radiation theory, and since the process is widely known, detailed description thereof will be omitted.
  • the pyrometer 220 measures temperature using a wavelength band of 0.9 to 1 ⁇ m, the measurement (temperature) range is about 400 to 1,150 °C, and the substrate (50) for light in the 0.9 to 1 ⁇ m wavelength band ) has characteristics that depend on the temperature of the substrate 50.
  • the substrate 50 for light in the 0.9 to 1 ⁇ m wavelength band
  • the substrate 50 has characteristics that depend on the temperature of the substrate 50.
  • a silicon wafer has a translucent light transmittance at a temperature of 600° C. or lower, and a silicon wafer has the characteristic of transmitting light in a low temperature range due to the nature of the material. Due to these characteristics, when the temperature of the substrate 50 is low at 600° C. or lower, a portion of light from a halogen lamp with a radiation wavelength of 0.4 to 6 ⁇ m passes through the substrate 50.
  • the substrate heating device 200 includes a first laser module 110 each having a plurality of laser cells 10 having a main emission wavelength shorter than the measurement wavelength of the pyrometer 220, and
  • the second laser module 120 can be used as a light source, and a vertical cavity surface light-emitting laser (VCSEL) can be used in the laser cell 10.
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser
  • the semiconductor laser diode (or semiconductor laser) of the laser cell 10 is a device that emits coherent laser light from a junction when a voltage is applied to both ends, and has a structure in which an active region is inserted between PN junctions. It emits light at a wavelength determined by the thickness and composition of the active region. Therefore, the semiconductor laser diode can emit light of a predetermined wavelength by changing the thickness and composition of the active region.
  • the silicon wafer has translucent light transparency at temperatures below 600°C, like the light from the halogen lamp, the light from the first laser module 110 and the second laser module 120 also passes through the silicon wafer and reaches the pyrometer 220. ) can be reached.
  • the main emission wavelength of the first laser module 110 and the second laser module 120 is shorter than the measurement wavelength of the pyrometer 220, it can be excluded from the amount of light measured by the pyrometer 220, so the pyrometer 220 The amount of light measured can only measure the amount of light radiated or reflected from the substrate 50.
  • the pyrometer 220 Since the light is outside the measurement wavelength of 0.9 to 1 ⁇ m (220), it can be excluded from the amount of light measured by the pyrometer 220, allowing the accurate temperature of the substrate 50 to be measured.
  • LEDs can also emit light of various wavelengths by changing the composition of the active region, but in the case of light emitting diodes (LEDs), the spectrum width of the output light is generally 30 to 120 nm, which is relatively wide. It is not suitable because there is a high possibility that a band overlapping with the measurement wavelength of the pyrometer 220, 0.9 to 1 ⁇ m, will be generated. In order to not overlap with the measurement wavelength band of the pyrometer 220, the emission wavelength of the light emitting diode (LED) must be a shorter wavelength in the visible or ultraviolet light band, but such short-wavelength light(s) transmits thermal energy more than infrared light of 850 nm. It is not appropriate because it is not effective.
  • the spectral width of the output light of the single-mode laser diode (LD) may generally be much narrower than 1 nm, and the output light of the multi-mode laser diode (LD) may be 3 to 3 nm. It has a narrow spectral width of about 10 nm, so it is possible to obtain a wavelength band of output light that does not overlap with the measurement wavelength of the pyrometer 220, 0.9 to 1 ⁇ m, while using infrared light (for example, infrared light with a wavelength of 850 nm). .
  • a plurality of pyrometers 220 may be provided to each correspond to a plurality of virtual circles 20 with different radii centered on the first laser module 110.
  • the pyrometer 220 may be composed of a plurality of pyrometers, each corresponding to a plurality of virtual circles 20 with different radii centered on the first laser module 110 (or concentric with the center of the first laser module). may be provided to do so. Accordingly, the temperature can be measured for each part (or position) of the substrate 50 corresponding to each area divided according to the distance from the center of the heater block 100 (or the center of the first laser module). .
  • the plurality of pyrometers 220 are opposed to each region divided according to the distance from the center of the heater block 100 in each part (or position) of the substrate 50 that is (mainly) heated by each region. Temperature can be measured. Through this, each area (the control area(s) of) according to the temperature of each part of the substrate 50 measured by the plurality of pyrometers 220 so that the temperature of each part of the substrate 50 can be uniform during the process.
  • the heating temperature can be controlled.
  • the substrate 50 may be circular, and the substrate heating device 200 of the present invention may further include a rotation driver (not shown) that rotates the substrate 50.
  • the rotation driver (not shown) can rotate the substrate 50 to make the temperature of the substrate 50 (more) uniform, and rotates the substrate support portion 210 to support the substrate 50 together with the substrate support portion 210. may be rotated, or only the substrate 50 may be rotated on the substrate supporter 210.
  • the first laser module 110 is divided into a central control area 110a and an edge control area 110b and forms a concentric circle around the first laser module 110, or
  • the first control area (120a)(s) and the second control area (120b)(s) passing through (or crossing) the same concentric circle (with the same radius) are grouped together, as well as centered around the first laser module 110.
  • a plurality of pyrometers 220 may be arranged to respectively correspond to a plurality of virtual circles 20 having different radii.
  • one pyrometer 220 can be arranged to correspond to each of the plurality of virtual circles 20, and by rotating the substrate 50 by a rotation driver (not shown), each pyrometer 220 ) can also measure the temperature of a wide (ring-shaped) portion of the substrate 50 extending along the virtual circle 20. That is, as the substrate 50 rotates, (all) a wide portion of the substrate 50 extending along the virtual circle 20 may pass the pyrometer 220 (the position where it is placed), and one pyrometer The temperature of a wide portion of the substrate 50 extending along the virtual circle 20 can also be measured using 220 .
  • the virtual circles 20 are set one for each shell (or layer) of the first laser module 110 and/or the second laser module 120, and one (each) corresponds to each virtual circle 20. ) of the pyrometer 220 may be disposed, the central control area 110a and the edge control area 110b of the first laser module 110 and/or the first control area of the plurality of second laser modules 120. One pyrometer 220 may be arranged to correspond to each virtual circle 20, one for each group of 120a and the second control area 120b.
  • the setting of the plurality of virtual circles 20 and the arrangement of the plurality of pyrometers 220 are not limited to this and can be set and arranged in various ways, and the temperature of each part of the substrate 50 is measured (the control area It is sufficient to make the temperature of each part of the substrate 50 uniform during the process by controlling the heating temperature for each region (or group).
  • the pyrometer 220 includes a first pyrometer 220a disposed corresponding to the virtual first circle 20a, a second pyrometer 220b disposed corresponding to the virtual second circle 20b, and a virtual pyrometer 220. It may include a third pyrometer (220c) arranged to correspond to the third circle (20c) and a fourth pyrometer (220d) arranged to correspond to the virtual fourth circle (20d).
  • the first pyrometer 220a may be arranged corresponding to the virtual first circle 20a, and is located between (boundary) the central control area 110a and the edge control area 110b of the first laser module 110. can be placed.
  • the second pyrometer 220b may be arranged corresponding to the virtual second circle 20b, and may be formed by a group of the first control area 120a of the second laser module 120 of the first shell. It may be placed between (on the concentric circle) the group (concentric circle) and the second control area 120b.
  • the third pyrometer 220c may be arranged corresponding to the virtual third circle 20c, and the group of the first control area 120a of the second laser module 120 of the double shell (concentric circles formed by this) It may be placed between (on the concentric circle) the group (concentric circle formed by the group) and the second control area 120b.
  • the fourth pyrometer 220d may be arranged to correspond to the virtual fourth circle 20d, and the concentric circle formed by the group of the first control area 120a of the second laser module 120 of the triple shell ) and the group of second control areas 120b (the concentric circles formed by this group) may be placed between (on the concentric circles).
  • the substrate heating device 200 controls each control area (110a, 110b, 120a, 120b) according to the distance from each virtual circle 20 based on the temperature measured by each of the plurality of pyrometers 220. It may further include a heating control unit 230 that controls.
  • the heating control unit 230 can control each control area (110a, 110b, 120a, 120b) according to the distance from each virtual circle 20 based on the temperature measured by the plurality of pyrometers 220. , the power supplied to each control area (110a, 110b, 120a, 120b) can be controlled using the measured temperature.
  • the plurality of pyrometers 220 can calculate the temperature by measuring the amount of light incident from the substrate 50, and the heating control unit 230 uses the calculated temperature to control each control area 110a, 110b, and 120a. ,120b) can control the power input.
  • the heating control unit 230 compares the temperature setting unit 231 that sets the target temperature of the substrate 50 and the target temperature set in the temperature setting unit 231 with the temperature measured by the pyrometer 220. It may include a power determination unit 232 that determines the supplied power value.
  • the temperature setting unit 231 can set the target temperature of the substrate 50 and can set the temperature of the substrate 50 to be achieved through heating by the heater block 100.
  • the power determination unit 232 may determine the supply power value by comparing the target temperature set in the temperature setting unit 231 with the temperature measured by the pyrometer 220, and transfer the determined power to the first power unit 130 and/ Alternatively, it can be supplied from the second power supply unit 140. Through this, the determined power is supplied to the area (of the heater block) corresponding to (or opposite to) the part of the substrate 50 measured by the pyrometer 220, thereby heating the area.
  • the temperature can be controlled (or adjusted), and the temperature (difference) of the portion of the substrate 50 measured by the pyrometer 220 can be compensated (or corrected).
  • the heating control unit 230 may simultaneously control the entire first laser module 110 and/or the second laser module 120 according to the measured temperature, but each of the plurality of pyrometers 220 corresponds to a provided position.
  • each group for example, the central control area, the edge control area, the first control area group, and the second control area group
  • power supply can be adjusted.
  • the heating control unit 230 may control the heating temperature of two or more groups using the temperature measured by one pyrometer 220.
  • the temperature measured by the first pyrometer 220a disposed between the central control area 110a and the edge control area 110b of the first laser module 110 is the temperature measured by the central control area 110a and the edge control area 110a.
  • the heating temperature of the control area 110b can be controlled.
  • the temperature measured by the second pyrometer (220b) disposed between the group of the first control area (120a) and the group of the second control area (120b) of the second laser module 120 of the first shell It is possible to control the heating temperature of the group of the first control area (120a) and the group of the second control area (120b) of the second laser module 120 of the first shell.
  • the temperature measured by the third pyrometer 220c disposed between the group of the first control area 120a and the group of the second control area 120b of the double shell second laser module 120. The heating temperature of the group of the first control area (120a) and the group of the second control area (120b) of the double-shell second laser module 120 can be controlled.
  • the temperature measured by the fourth pyrometer (220d) disposed between the group of the first control area (120a) and the group of the second control area (120b) of the second laser module 120 of the triple shell can be controlled.
  • the provided area of the first laser module 110 and the second laser module 120 of the heater block 100 may be larger than the area of the substrate 50 to compensate for heat loss outside the substrate 50
  • the pyrometer 220 can only measure within the area of the substrate 50, so when controlling only the heating temperature of the area opposite (or corresponding to) the portion of the substrate 50 measured by the pyrometer 220, the substrate 50 ), the control areas (110a, 110b, 120a, 120b) provided beyond the area cannot control the heating temperature. Accordingly, when the fourth pyrometer 220d is the outermost pyrometer 220 that measures the temperature of the substrate 50 within the area of the substrate 50, the temperature measured by the fourth pyrometer 220d is used to measure the temperature of the substrate 50.
  • the heating temperature of the group of the first control area 120a and the group of the second control area 120b of 120 can also be controlled.
  • the heating temperature is controlled (or controlled heating temperature) of the central control area 110a and the edge control area 110b according to the distance from each virtual circle 20 and/or the group of the first control area 120a
  • the heating temperature control (or controlled heating temperature) of the group of the second control area 120b may be different.
  • the temperature of the substrate 50 can be measured by the pyrometer 220 even in a temperature range lower than 600°C.
  • NiSi nickel silicide
  • a low-temperature process below 600°C is essential.
  • the pyrometer 220 cannot accurately measure the temperature in a low temperature range of 600 ° C. or lower.
  • cumbersome processes such as having to additionally install other means capable of measuring temperature even in low temperature ranges of 600°C or lower to the substrate heating device 200 are necessary, and the structure of the substrate heating device 200 becomes complicated accordingly. There may be a problem.
  • the substrate heating device 200 uses the laser cell 10, which has a main emission wavelength shorter than the measurement wavelength of the pyrometer 220, as a heating light source, thereby providing precise heating even at temperatures lower than 600°C. Temperature measurement becomes possible, making it possible to process processes over a wide temperature range, from low-temperature processes lower than 600 °C to high-temperature processes, without additional temperature measurement means.
  • the substrate heating device 200 including the heater block 100 heats the first laser module 110 and the second laser module 120 using the temperature measured by the pyrometer 220.
  • temperature uniformity of the substrate 50 during the process can be improved.
  • at least one of the first laser module 110 and the second laser module 120 is divided into a plurality of control areas 110a, 110b, 120a, and 120b, so that the control areas 110a, 110b, 120a, and 120b are subdivided. As a result, the temperature uniformity of the substrate 50 can be further improved.
  • a plurality of pyrometers 220 are configured to correspond to a plurality of virtual circles 20 with different radii centered on the first laser module 110, and are provided at a distance from the first laser module 110. Accordingly, the first control area 120a and the second control area 120b of the plurality of second laser modules 120 are grouped to form a concentric circle centered on the first laser module 110, and a plurality of first control areas are controlled for each group. The area 120a and a plurality of second control areas 120b can be controlled. Through this, a plurality of first control areas 120a and a plurality of second control areas 120b are created for each group according to the distance to each virtual circle 20 based on the temperatures respectively measured by the plurality of pyrometers 220. ) can be precisely controlled, and thus process characteristics such as excellent temperature uniformity of the substrate 50 can be improved.
  • a vertical cavity surface light-emitting laser (VCSEL) is used in the laser cell 10 of the heater block 100, a laser in a main emission wavelength band different from the measurement wavelength band of the pyrometer 220 is irradiated, thereby producing a temperature of 600 ° C.
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser
  • the temperature of the substrate 50 can be accurately measured and the temperature of the substrate 50 can be precisely controlled. Accordingly, damage to the substrate 50 can be prevented by ensuring temperature uniformity of the substrate 50, and reliability of low-temperature processes below 600° C. can be secured.
  • Figure 7 is a flowchart showing a substrate heating method according to another embodiment of the present invention.
  • a substrate heating method according to another embodiment of the present invention will be examined in more detail with reference to FIG. 7 , as previously described in relation to a heater block according to one embodiment of the present invention and a substrate heating device according to another embodiment of the present invention. Omit items that overlap with the above.
  • a substrate heating method includes the process of providing a substrate opposite a heater block including a first laser module and a second laser module each independently supplied with power (S100); A process of irradiating light to the first side of the substrate facing the heater block using the first laser module and the second laser module (S200); and measuring the temperature of the substrate using a pyrometer provided on the second side of the substrate opposite the first side (S300).
  • a substrate is provided facing the heater block including the first laser module and the second laser module, each of which is supplied with power independently (S100).
  • a substrate may be provided opposite a heater block including a first laser module and a second laser module each independently supplied with power, and the substrate may be supported on a substrate support provided opposite the heater block.
  • the substrate supporter is installed in the internal space of the chamber and the substrate is supported on the substrate supporter, so that the substrate can be provided in the process space of the chamber, and the substrate can be provided through an entrance provided on one side of the chamber.
  • a substrate may be brought into the interior space of the chamber.
  • the laser cell may include a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical-cavity surface-emitting laser
  • the temperature of the substrate is measured using a pyrometer provided on the second side of the substrate opposite the first side (S300).
  • the temperature of the substrate can be measured using a pyrometer provided on the second side of the substrate, and the pyrometer can measure the temperature using radiant energy of light incident from the substrate.
  • the main emission wavelength of the laser cell may be shorter than the measurement wavelength of the pyrometer.
  • At least one of the first laser module and the second laser module may be divided into a plurality of control areas that are controlled independently from each other.
  • At least one of the first laser module and the second laser module may include a plurality of input terminals and may be divided into a plurality of control areas each having the input terminals.
  • the plurality of control areas may each be composed of one or more laser cells sharing each of the input terminals, and may be controlled independently of each other depending on which input terminal is supplied with power.
  • the first laser module may be divided into a central control area and an edge control area
  • the second laser module may be equally divided into a first control area and a second control area.
  • the first laser module may be concentrically divided into a central control area and an edge control area.
  • the central control area may be provided on the inside and located at the center of the heater block
  • the edge control area may be divided into a central control area and an edge control area. It may be provided outside the area. Accordingly, even within the first laser module, the control area can be subdivided in a radial direction from the center of the heater block.
  • the second laser module may be bisected by radial division and divided into a symmetrical first control area and a second control area, and the first control area and the second control area may be symmetrical, and the shape, area, and The number of laser cells may be the same. For example, if the shape of the second laser module is hexagonal, the first control area and the second control area may be bisected based on the line connecting the vertices, and the line connecting the sides. The first control area and the second control area may be divided based on .
  • the second laser module is composed of a plurality, and the distance between the first control area and the second control area from the first laser module is different from the first laser module around the first laser module.
  • the second laser module may be composed of a plurality and may be arranged around the first laser module with the first laser module as the center, and may be arranged to surround the first laser module along the circumference of the first laser module. You can. For example, only one first laser module may be placed in the center (or center) of the heater block, and a plurality of second laser modules may be placed at the edge of the heater block to surround the circumference of the first laser module. can be placed.
  • the second laser module may surround the first laser module with only one shell, but is concentric (circle) around the first laser module depending on the size and shape of the substrate and/or the heater block. It may be provided in a multiple wrapping form, such as a double shell or triple shell. Through this, the control area can be subdivided in the radial direction from the center of the heater block.
  • first control area and the second control area may be provided at different distances from the first laser module, and any one of the first control area and the second control area may be provided with a different distance from the first laser module. It may be provided close to the laser module, and another control area may be provided far from the first laser module.
  • the first control area is located toward the first laser module and close to the first laser module, and the second control area is located relatively far outward (radially) from the first laser module.
  • a plurality of the second laser modules may be respectively arranged around the first laser module.
  • the substrate heating method according to the present invention further includes a process (S400) of grouping and controlling the first control area and the second control area of the plurality of second laser modules according to the distance from the first laser module. It can be included.
  • first control area and the second control area of the plurality of second laser modules can be grouped and controlled according to the distance from the first laser module (S400).
  • the heating control unit may group and control the first control area and the second control area of the plurality of second laser modules according to the distance from the first laser module, and the temperature of each part of the substrate during the process may be adjusted.
  • the heating temperature of the grouped first control area and the grouped second control area can be controlled to be uniform.
  • first control areas i.e., groups of the first control areas
  • second control areas i.e., groups of the second control areas
  • a plurality of pyrometers may be provided to each correspond to a plurality of virtual circles with different radii centered on the first laser module.
  • a plurality of pyrometers may be provided to each correspond to a plurality of virtual circles with different radii centered on the first laser module.
  • the pyrometer may be composed of a plurality of pyrometers, and the plurality of pyrometers may form a plurality of virtual circles with different radii centered on the first laser module (or concentric with the center of the first laser module). Can be provided to correspond to each.
  • the temperature for each part (or location) of the substrate corresponding to each area (the control area(s) of) divided according to the distance from the center of the heater block (or the center of the first laser module) can be measured.
  • the first control area and the second control area are grouped so that the group of the first control area and the second control area can be well controlled so that the temperature of each part of the substrate is uniform during the process.
  • the plurality of virtual circles may be set, and a plurality of the pyrometers may be provided to correspond to the set plurality of virtual circles.
  • each control area can be controlled for each group according to the distance from each virtual circle based on the temperature measured by each of the plurality of pyrometers.
  • the heating control unit may control each of the control areas for each group according to the distance from each virtual circle based on the temperatures each measured by the plurality of pyrometers, and each control area may be controlled using the measured temperatures.
  • the power supplied to the area can be controlled.
  • the plurality of pyrometers can calculate the temperature by measuring the amount of light incident from the substrate, and the heating control unit can control the power input to each control area using the calculated temperature.
  • the grouping and controlling process (S400) includes a process of setting a target temperature of the substrate (S410) and a process of determining a supply power value by comparing the set target temperature and the measured temperature (S420). It can be included.
  • the target temperature of the substrate can be set (S410).
  • the target temperature of the substrate can be set through the temperature setting unit, and the temperature of the substrate to be achieved through heating by the heater block can be set.
  • the supplied power value can be determined by comparing the set target temperature and the measured temperature (S420).
  • the supply power value may be determined by comparing the target temperature set in the temperature setting unit with the temperature measured by the pyrometer, and the determined power may be applied to the first power unit and the /Or it can be supplied from the second power supply unit.
  • the determined power is supplied to the area (of the heater block) corresponding to (or opposite to) the part of the substrate measured by the pyrometer, thereby controlling the heating temperature of the area (s). or control), and can compensate (or correct) the temperature (difference) of the portion of the substrate measured by the pyrometer.
  • the substrate heating method has each area (the control area(s)) divided according to the distance from the center of the heater block (or the center of the first laser module) through the plurality of pyrometers. Heating of each region (the control region(s)) according to the temperature of each portion of the substrate measured by the plurality of pyrometers by measuring the temperature for each portion (or location) of the substrate corresponding to the Temperature can be controlled. Accordingly, the temperature can be precisely adjusted for each part (in the radial direction) divided according to the distance from the center of the (circular) substrate, and the temperature of each part of the substrate is made uniform during the process to ensure uniform temperature of the substrate. Performance (or temperature uniformity) can be improved.
  • each process(s) of the substrate heating method according to another embodiment of the present invention does not necessarily need to be performed in chronological order, and if necessary, each process(s) may be performed in the opposite order. , can also be performed simultaneously. For example, after measuring the temperature of the substrate (S300), a process of irradiating light to the first surface of the substrate (S200) may be performed. Additionally, a plurality of processes may be repeatedly performed, or only the process(s) selected from among the plurality of processes may be repeatedly performed.
  • the heating temperature can be adjusted by distinguishing the positions of the first laser module and the second laser module, and the heating uniformity of the object to be heated, such as a substrate, can be improved.
  • the control areas can be subdivided, and heating uniformity for the object to be heated can be further improved.
  • the heating temperature can be precisely controlled by subdividing in the radial direction from the center of the heater block.
  • the first control area and the second control area of the second laser module disposed around the first laser module are arranged at different distances from the first laser module to create a plurality of control areas according to the distance from the first laser module. 2
  • a plurality of first control areas and a plurality of second control areas can be efficiently controlled for each group forming a concentric circle centered on the first laser module. . Accordingly, the temperature uniformity of the object to be heated through heating can be improved.
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser
  • energy efficiency is high, so power consumption can be lowered compared to conventional halogen lamps, and light travels easily and emits specific wavelengths, making it possible to effectively control optical characteristics. You can.
  • the temperature uniformity of the substrate during the process can be improved.
  • the temperature uniformity of the substrate can be further improved by dividing at least one of the first laser module and the second laser module into a plurality of control areas to subdivide the control area.
  • a plurality of pyrometers are configured to correspond to a plurality of virtual circles with different radii centered on the first laser module, and the first control area of the plurality of second laser modules is adjusted according to the distance from the first laser module.
  • a plurality of first control areas and a plurality of second control areas can be controlled for each group forming a concentric circle centered on the first laser module.
  • a plurality of first control areas and a plurality of second control areas can be precisely controlled for each group according to the distance to each virtual circle based on the temperature each measured by a plurality of pyrometers, thereby providing excellent performance. Process characteristics such as substrate temperature uniformity can be improved.
  • the temperature of the substrate can be maintained even in the low temperature range of 600 °C or less by irradiating a laser with a main emission wavelength band that is different from the measurement wavelength band of the pyrometer. It can be measured accurately and the temperature of the substrate can be precisely controlled. Accordingly, the temperature uniformity of the substrate can be secured to prevent damage to the substrate, and the reliability of low-temperature processes below 600 °C can be secured.
  • VCSEL vertical cavity surface light-emitting laser

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Abstract

본 발명은 정밀한 가열 온도의 제어가 가능한 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 장치에 관한 것으로, 상기 히터 블록은 복수의 레이저 셀을 갖는 제1 레이저 모듈; 복수의 레이저 셀을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈; 및 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부;를 포함하고, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 전력이 입력되는 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성되는 복수의 제어영역으로 분할되며, 상기 복수의 제어영역은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.

Description

히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치
본 발명은 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀한 가열 온도의 제어가 가능한 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 통상적으로 이온 주입, 박막 증착, 열처리 등의 기판을 처리하는 단위 공정을 수차례 반복함으로써 이루어진다. 이러한 단위 공정들에서는 열에너지를 공급하여 소정의 공정 온도에서 기판을 처리할 필요가 있다. 특히, 소정의 공정 온도까지 기판을 가열하는 데 있어서 광에너지를 이용하면 짧은 시간 동안에 가열 공정이 진행되므로, 불순물이 발생되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있어 널리 사용되고 있다.
일반적인 기판 가열장치에서는 챔버 내에 기판이 안착된 상태에서 다수의 할로겐 램프(halogen lamp)를 포함하는 히터 블록을 통하여 열처리가 이루어지고, 기판의 온도는 고온계(pyrometer) 등의 온도 측정 장치를 통하여 비접촉 방식으로 측정된다. 고온계는 기판으로부터 방출되는 복사 에너지를 집광하여, 흑체 복사 온도 관계를 바탕으로 기판의 온도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있다. 이러한 온도 측정 장치에서 측정된 온도는 가열 제어부를 통해 히터 블록으로 피드백되어 히터 블록에 대한 온도 제어가 이루어진다.
실리콘 웨이퍼의 경우, 600 ℃ 이하의 온도에서 반투명 상태의 광 투과도를 가지며, 물질 특정상 저온 영역에서 빛을 투과하는 특성이 있는 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용하게 되면, 600 ℃ 이하의 기판 온도에서 할로겐 램프의 광의 일부가 기판을 투과하게 된다. 이때, 측정 파장 대역이 0.9 내지 1 ㎛인 고온계가 기판을 투과한 0.4 내지 6 ㎛ 방사 파장의 할로겐 램프의 광의 일부를 측정하게 되어 정확한 기판만의 온도를 측정하지 못하고, 온도 측정 에러가 생기게 된다.
또한, 할로겐 램프는 복수의 제어영역으로 분할될 수 없어 제어영역별로 더욱 정밀한 제어가 불가능하며, 이에 따라 할로겐 램프보다 작은 면적의 제어영역별로 제어가 가능한 히터 블록이 요구된다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-0974013호
본 발명은 세분화된 복수의 제어영역별로 정밀한 가열 온도의 제어가 가능하여 기판의 온도 균일도(temperature uniformity)를 향상시킬 수 있는 히터 블록 및 이를 포함하는 기판 가열장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록은 복수의 레이저 셀을 갖는 제1 레이저 모듈; 복수의 레이저 셀을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈; 및 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부;를 포함하고, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 전력이 입력되는 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성되는 복수의 제어영역으로 분할되며, 상기 복수의 제어영역은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 상기 제어영역의 분할 형태가 상이할 수 있다.
상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되고, 상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할될 수 있다.
상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 제공될 수 있다.
복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화될 수 있다.
상기 제1 전원부는 상기 중앙 제어영역과 상기 가장자리 제어영역에 각각 독립적으로 전력을 공급하고, 상기 제2 전원부는 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 다각형 형상을 가질 수 있다.
상기 레이저 셀은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저를 포함할 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각의 가장자리를 감싸서 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사하는 반사기부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치는 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부와 대향하여 제공되며, 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하여 상기 기판을 가열하는 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록;을 포함할 수 있다.
상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어, 상기 기판의 온도를 측정하는 고온계;를 더 포함할 수 있다.
상기 고온계는 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다.
복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 각 상기 제어영역을 제어하는 가열 제어부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법은 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공하는 과정; 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정; 및 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 과정;을 포함하고, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 제어되는 복수의 제어영역으로 분할될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되며, 상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할되고, 상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 상기 제1 레이저 모듈로부터 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 거리가 상이하게 배치될 수 있다.
복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공되고, 상기 그룹화하여 제어하는 과정에서는 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 히터 블록은 제1 및 제2 전원부를 통해 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 서로 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 따라 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 위치별로 구분하여 가열 온도를 조절할 수 있고, 기판 등의 가열 대상물에 대한 가열 균일도(heating uniformity)를 개선할 수 있다. 또한, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 서로 독립적으로 제어함으로써, 제어영역을 세분화할 수 있으며, 가열 대상물에 대한 가열 균일도가 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 간에 제어영역의 분할 형태를 동심 분할과 방사형 분할로 상이하게 함으로써, 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 세분화하여 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다. 이때, 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치되는 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 배치하여 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화함으로써, 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 효율적으로 제어할 수 있다. 이에, 가열을 통한 가열 대상물의 온도 균일도(temperature uniformity)가 향상될 수 있다.
또한, 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)를 사용함으로써, 에너지 효율이 높아 종래의 할로겐 램프(halogen lamp) 대비 소비 전력을 낮출 수 있고, 빛의 직진성 및 특정 파장 방출이 용이하여 효과적으로 광 특성을 제어할 수 있다.
그리고 본 발명의 히터 블록을 포함하는 기판 가열장치는 고온계(pyrometer)에 의해 측정된 온도를 이용하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 가열 온도를 제어함으로써, 공정 중 기판의 온도 균일도를 개선할 수 있다. 특히, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 제어영역이 세분화됨으로써, 기판의 온도 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 이때, 고온계를 복수개로 구성하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공하고, 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 제어할 수 있다. 이를 통해, 복수개의 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 우수한 기판의 온도 균일도 등의 공정 특성이 향상될 수 있다.
한편, 히터 블록의 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용하는 경우에는 고온계의 측정 파장 대역과 상이한 주발광 파장 대역의 레이저를 조사함으로써, 600 ℃ 이하의 저온 영역에서도 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 기판의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라 기판의 온도 균일도를 확보하여 기판의 파손을 방지할 수 있고, 600 ℃ 이하 저온 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록을 나타내는 개략단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 분할을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 배열을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사기부를 나타내는 그림.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치를 나타내는 개략단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온계의 배열을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법을 나타낸 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록을 나타내는 개략단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록(heater block, 100)은 복수의 레이저 셀(10)을 갖는 제1 레이저 모듈(110); 복수의 레이저 셀(10)을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈(120); 및 상기 제1 레이저 모듈(110)과 상기 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부(130, 140);를 포함할 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)은 복수의 레이저 셀(10)을 가질 수 있으며, 가열(heating)을 위한 광에너지를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙(부)에 제공(또는 위치)될 수 있고, 복수의 레이저 셀(10)이 2차원적으로 배열되어 어레이(array)를 이룰 수 있다. 여기서, 복수의 레이저 셀(10)은 반도체 레이저 다이오드를 포함할 수 있으며, 하나의 칩(chip) 형태로 형성될 수도 있고, 복수의 칩을 실장하여 형성할 수도 있다.
제2 레이저 모듈(120)은 복수의 레이저 셀(10)을 가질 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 같이 가열을 위한 광에너지를 제공할 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 모듈(120)에도 복수의 레이저 셀(10)이 2차원적으로 배열되어 어레이를 이룰 수 있으며, 반도체 레이저 다이오드 등으로 구성된 복수의 레이저 셀(10)이 하나의 칩 형태로 형성될 수도 있고, 복수의 칩을 실장하여 형성할 수도 있다. 이때, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)과 동일한 레이저 셀(10)을 가질 수 있고, 레이저 셀(10)의 수와 복수의 레이저 셀(10)의 배열(형태)이 제1 레이저 모듈(110)과 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 가열을 위해 효과적으로 광에너지를 제공할 수 있으면 족하다.
여기서, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공될 수 있으며, 히터 블록(100)의 중앙에 제공된 제1 레이저 모듈(110)의 주변에 제공되어 히터 블록(100)의 가장자리(부)에 위치될 수 있다.
한편, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 형태는 사각형, 육각형 등의 다각형, 원형, 타원형, 원호형 등으로 다양할 수 있다.
제1 및 제2 전원부(130, 140)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있으며, 제1 전원부(130)는 제1 레이저 모듈(110)에 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원부(140)는 제2 레이저 모듈(120)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 각각 독립적인 전원(부)을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙에 제공되어 기판(50) 등 가열 대상물의 중앙(부)을 (주로) 가열할 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)은 히터 블록(100)의 가장자리에 제공되어 상기 가열 대상물의 가장자리(부)를 (주로) 가열할 수 있다. 이때, 상기 가열 대상물의 중앙부는 제2 레이저 모듈(120)에 의해 가열이 이루어지는 가장자리부로 둘려있어 열 손실이 (거의) 없지만, 상기 가열 대상물의 가장자리부는 외곽이 진공 또는 공기중에 노출되어 열 손실이 발생할 수 있다. 이로 인해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 동일한 가열 온도로 제어하여 상기 가열 대상물을 가열하는 경우에는 상기 가열 대상물의 가장자리부 온도가 상기 가열 대상물의 중앙부 온도보다 낮게 나타날 수 있고, 상기 가열 대상물의 중앙부와 가장자리부 간에 온도 불균일이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 전원부(130)와 제2 전원부(140)를 통해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급하여 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 서로 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 따라 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 가열 온도를 조절하여 상기 가열 대상물의 중앙부와 가장자리부를 각각 (독립적으로) 가열할 수 있고, 기판(50) 등의 상기 가열 대상물에 대한 가열 균일도(heating uniformity)를 개선할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 분할을 나타낸 단면도로, 도 2의 (a)는 제1 레이저 모듈의 분할을 나타내며, 도 2의 (b)는 제2 레이저 모듈의 제1 형태의 분할을 나타내고, 도 2의 (c)는 제2 레이저 모듈의 제2 형태의 분할을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)은 전력이 공급되는 입력단자(11,12)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 각각 구성되는 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할될 수 있고, 복수의 제어영역(110a와 110b or 120a와 120b)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)은 외부에서(즉, 상기 제1 전원부 및/또는 상기 제2 전원부로부터) 전력이 공급되는 복수의 (외부) 입력단자(11,12)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 입력단자(11,12) 중 동일한 입력단자(11,12)를 공유하는 레이저 셀(10)(들)끼리 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할될 수 있고, 어느 하나의 제어영역(110a or 110b 및/또는 120a or 120b)의 레이저 셀(10)(들)과 다른 하나의 제어영역(110b or 110a 및/또는 120b or 120a)의 레이저 셀(10)(들)은 서로 다른 입력단자(11,12)에 전기적으로 연결(또는 접속)될 수 있다.
즉, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)은 서로 다른 입력단자(11,12)를 각각 갖는 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할될 수 있고, 각 제어영역(110a,110b,120a,120b) 내의 레이저 셀(10)(들)은 동일한 입력단자(11,12)를 공유할 수 있다. 이에, 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)은 각각의 입력단자(11 or 12)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 각각 구성될 수 있으며, 어느 입력단자(11 or 12)에 전력이 공급되는지에 따라 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
이때, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 제어영역(110a,110b,120a,120b)의 수가 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 또한, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 어느 하나의 레이저 모듈(110 or 120)만 분할되어, 분할된 레이저 모듈(110 or 120)은 2개 이상의 제어영역(110a와 110b or 120a와 120b)을 갖고, 분할되지 않은 레이저 모듈(120 or 110)은 레이저 모듈(120 or 110) 전체가 제어영역으로서 단일의 제어영역(120a or 110a)을 가질 수도 있다.
여기서, 입력단자(11,12)는 + (전극)단자(11)와 - (전극)단자(12)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 제어영역(110a or 110b or 120a or 120b)은 제1 + 단자(11a)와 제1 - 단자(12a)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 구성될 수 있고, 다른 하나의 제어영역(110b or 120a or 120b or 110a)은 제2 + 단자(11b)와 제2 - 단자(12b)를 공유하는 하나 이상의 레이저 셀(10)로 구성될 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나의 레이저 모듈(110 and/or 120)을 복수의 제어영역(110a와 110b 및/또는 120a와 120b)으로 분할하여 서로 독립적으로 제어함으로써, 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 세분화할 수 있으며, 상기 가열 대상물에 대한 가열 균일도가 더욱 향상될 수 있다.
이때, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 제어영역(110a,110b,120a,120b)의 분할 형태가 상이할 수 있으며, 상기 분할 형태에는 분할되지 않는 것도 포함될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 어느 하나는 분할되고 다른 하나는 분할되지 않는 것도 분할 형태가 상이한 것일 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 모두 분할되는 경우에는 제1 레이저 모듈(110)이 동심 분할되고, 제2 레이저 모듈(120)이 방사형 분할될 수 있다. 여기서, 상기 동심 분할은 분할 대상(예를 들어, 상기 제1 레이저 모듈)의 중심을 동심(즉, 동일한 중심)으로 상기 분할 대상의 형상과 동일한 가상의 도형을 이루는 상기 분할 대상의 테두리와 평행한 선(들)을 기준으로 내측과 외측을 분할하는 것을 말하고, 상기 방사형 분할은 분할 대상(예를 들어, 상기 제2 레이저 모듈)의 중심을 지나 상기 분할 대상의 테두리와 만나는 선(들)을 기준으로 상기 테두리와 만나는 선(들)의 양측을 분할하는 것을 말한다. 이때, 제2 레이저 모듈(120)이 원형인 경우에는 원의 (반)지름을 기준으로 양측을 분할할 수 있다. 또한, 제2 레이저 모듈(120)이 각의 개수가 짝수인 다각형인 경우에는 변(의 중심)과 변(의 중심)을 연결한(또는 잇는) 선 또는 꼭지점과 꼭지점을 연결한 선을 기준으로 양측을 분할할 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)이 각의 개수가 홀수인 다각형인 경우에는 꼭지점과 변의 중심을 연결하는 선을 기준으로 양측을 분할할 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙에 제공되어 동심 분할될 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)은 히터 블록(100)의 가장자리에 제공되어 방사형 분할될 수 있다. 이를 통해 히터 블록(100)의 중심으로부터의 거리에 따라 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 세분화하여 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)별로 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 간에 제어영역(110a,110b,120a,120b)의 분할 형태를 동심 분할과 방사형 분할로 상이하게 함으로써, 히터 블록(100)의 중심으로부터 반경방향으로 세분화하여 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 배열을 나타낸 단면도로, 도 3의 (a)는 제1 레이저 모듈만 분할된 제1 실시예를 나타내고, 도 3의 (b)는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 모두 분할된 제2 실시예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 제2 레이저 모듈(120)은 복수개로 구성되어 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 배치될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 따라 제1 레이저 모듈(110)을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 히터 블록(100)의 중앙(또는 중심)에 하나만 배치될 수 있고, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 감싸도록 히터 블록(100)의 가장자리에 배치될 수 있다. 이때, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)을 한 겹(shell)만 감쌀 수도 있으나, 상기 가열 대상물 및/또는 히터 블록(100)의 크기와 형태에 따라서 도 3과 같이 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심(원)을 이루는 이중 쉘(shell), 삼중 쉘 등 다중으로 감싸는 형태로 제공될 수도 있다. 이를 통해 히터 블록(100)의 중심으로부터 반경방향으로 제어영역(110a,110b,120a,120b)이 세분화될 수 있다. 한편, 제2 전원부(140)는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수도 있고, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)에 공통으로 전력을 공급할 수도 있다. 이때, 제2 전원부(140)에 있어서, 전원공급부를 복수개로 구성할 수도 있고, 하나의 전원공급부에서 분배하여 복수개의 제2 레이저 모듈(120)에 전력을 공급할 수도 있다.
여기서, 제1 레이저 모듈(110)은 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)으로 분할될 수 있고, 제2 레이저 모듈(120)은 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)으로 이등 분할될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)은 동심 분할되어 도 2의 (a)와 같이 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)으로 분할될 수 있다. 이때, 중앙 제어영역(110a)은 내측에 제공되어 히터 블록(100)의 중심에 위치할 수 있고, 가장자리 제어영역(110b)은 중앙 제어영역(110a)의 외측에 제공될 수 있다. 이에 따라 제1 레이저 모듈(110) 내에서도 히터 블록(100)의 중심으로부터 반경방향으로 제어영역(110a,110b)이 세분화될 수 있다.
제2 레이저 모듈(120)은 방사형 분할로 양분되어 대칭적인 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)으로 이등 분할될 수 있으며, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 대칭될 수 있고, 모양과 면적 및 레이저 셀(10)의 수가 동일할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 모듈(120)의 형상이 육각형인 경우에는 도 2의 (b)와 같이 꼭지점과 꼭지점을 연결한 선을 기준으로 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)이 양분될 수도 있고, 도 2의 (c)와 같이 변과 변을 연결한 선을 기준으로 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)이 양분될 수도 있다. 한편, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 도 2의 (c)와 같이 변의 중심과 변의 중심을 연결한 선을 기준으로 분할(또는 양분)될 수도 있으나, 변의 중심과 변의 중심을 연결한 선과 소정 각도를 이루도록 기울어진 변과 변을 연결한 선을 기준으로 분할될 수도 있다.
이때, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 도 3의 (b)와 같이 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리가 상이하게 제공될 수 있다. 여기서, 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b) 중 어느 하나의 제어영역(120a or 120b)은 제1 레이저 모듈(110)과 가깝게 제공될 수 있고, 다른 하나의 제어영역(120b or 120a)은 제1 레이저 모듈(110)과 멀게 제공될 수 있다.
예를 들어, 제1 제어영역(120a)이 제1 레이저 모듈(110)을 향하여 제1 레이저 모듈(110)과 가깝게 위치되고, 제2 제어영역(120b)은 제1 레이저 모듈(110)로부터 상대적으로 멀게 (반경방향) 외측을 향하여 위치되도록 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 각각 배치될 수 있다. 이때, 제1 제어영역(120a)이 제1 레이저 모듈(110)의 중심을 향하도록 제2 레이저 모듈(120)의 (배치) 위치별로 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 하는 (동심)원의 접선과 평행한 제2 레이저 모듈(120)의 중심을 지나는 선을 기준으로 각 제2 레이저 모듈(120)을 양분(또는 이등 분할)할 수도 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 제1 제어영역(120a)이 제1 레이저 모듈(110)을 향하게 제2 레이저 모듈(120)을 배치할 수 있도록 제2 레이저 모듈(120)을 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)으로 분할할 수 있으면 족하다.
한편, 제1 전원부(130)는 중앙 제어영역(110a)에 전력을 공급하는 중앙 전원공급부(130a) 및 가장자리 제어영역(110b)에 전력을 공급하는 가장자리 전원공급부(130b)를 포함할 수 있고, 제2 전원부(140)는 제1 제어영역(120a)에 전력을 공급하는 제1 전원공급부(140a) 및 제2 제어영역(120b)에 전력을 공급하는 제2 전원공급부(140b)를 포함할 수 있다. 여기서, 중앙 전원공급부(130a)는 중앙 제어영역(110a)에 전력을 공급할 수 있고, 가장자리 전원공급부(130b)는 가장자리 제어영역(110b)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)이 각각 독립적인 전원(공급부)을 가짐으로써, 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
그리고 제1 전원공급부(140a)는 제1 제어영역(120a)에 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원공급부(140b)는 제2 제어영역(120b)에 전력을 공급할 수 있으며, 이를 통해 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)이 각각 독립적인 전원(공급부)을 가짐으로써, 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 이때, 제1 전원공급부(140a)는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a) 각각에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제1 전원공급부(140a)는 각 제1 제어영역(120a)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수도 있고, 2개 이상의 제1 제어영역(120a)을 그룹화하여 각 그룹의 2개 이상의 제1 제어영역(120a)에 공통으로 전력을 공급할 수도 있다. 또한, 제2 전원공급부(140b)는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제2 제어영역(120b) 각각에 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제2 전원공급부(140b)는 각 제2 제어영역(120b)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수도 있고, 2개 이상의 제2 제어영역(120b)을 그룹화하여 각 그룹의 2개 이상의 제2 제어영역(120b)에 공통으로 전력을 공급할 수도 있다.
여기서, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 각각 그룹화될 수 있고, 각 그룹별로 (동시에) 제어될 수 있다. 이때, 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)은 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 2개 이상씩(또는 2개 이상의 상기 제1 제어영역씩 및 2개 이상의 상기 제2 제어영역씩) 그룹화되어 제1 레이저 모듈(110)로부터 거리가 상이한 (복수(개)의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의) 그룹별로 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)로부터 동일하거나 비슷한(또는 유사한) 거리에 있는 복수(개)의 제1 제어영역(120a)끼리 그룹화될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)로부터 동일하거나 비슷한 거리에 있는 복수(개)의 제2 제어영역(120b)끼리 그룹화될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, (반경이) 동일한 동심원이 지나는(또는 횡단하는) 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있다. 이때, 각 그룹을 이루는 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리는 (전기적으로) 연결될 수 있다.
예를 들어, 동일한 쉘의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 그룹화할 수 있고, 동일한 쉘의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화할 수 있다. 즉, 제1 쉘(또는 겹)의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있고, 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있다. 이때, 제1 레이저 모듈(110)을 감싸는 제2 레이저 모듈(120)의 겹(또는 쉘)의 수에 따라 n중 쉘(까지)의 제2 레이저 모듈(120)(들)의 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화될 수 있다.
한편, 제2 레이저 모듈(120)이 분할되지 않는 경우에는 제1 레이저 모듈(110)로부터 동일하거나 비슷한 거리에 있는 2개 이상의 제2 레이저 모듈(120)끼리 그룹화될 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, 동일한 동심원이 지나는 제2 레이저 모듈(120)(들)끼리 그룹화될 수도 있다.
그리고 제1 전원부(130)는 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원부(140)는 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있다. 제1 전원부(130)는 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있으며, 제1 전원부(130)의 중앙 전원공급부(130a)가 중앙 제어영역(110a)에 전력을 공급하고, 제1 전원부(130)의 가장자리 전원공급부(130b)가 가장자리 제어영역(110b)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
제2 전원부(140)는 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급할 수 있으며, 제2 전원부(140)의 제1 전원공급부(140a)가 제1 제어영역(120a)의 그룹에 전력을 공급하고, 제2 전원부(140)의 제2 전원공급부(140b)가 제2 제어영역(120b)에 전력을 공급할 수 있다. 이를 통해 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹을 각각 독립적으로 제어할 수 있으며, 제1 레이저 모듈(110)로부터 거리가 상이한 복수의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)의 그룹별로 가열 온도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 제어영역(120a)과 복수의 제2 제어영역(120b)은 각각 그룹별로 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 이때, 제1 전원공급부(140a)는 복수개로 구성되어 제1 제어영역(120a)의 각 그룹에 각각 전력을 공급할 수 있고, 제2 전원공급부(140b)도 복수개로 구성되어 제2 제어영역(120b)의 각 그룹에 각각 전력을 공급할 수 있다. 한편, 제1 전원공급부(140a)는 하나의 제1 전원공급부(140a)에서 분배하여 제1 제어영역(120a)의 각 그룹에 각각 전력을 공급하고, 제2 전원공급부(140b)도 하나의 제2 전원공급부(140b)에서 분배하여 제1 제어영역(120a)의 각 그룹에 각각 전력을 공급할 수도 있으며, 각 분배라인별로 스위칭 수단(미도시)을 마련하여 각 그룹별로 제어할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 따라 제1 레이저 모듈(110)을 감싸도록 배치되는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)을 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리가 상이하게 배치하여 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)을 각각 그룹화할 수 있다. 이를 통해, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, 동일한 동심원이 지나는 그룹별로 복수의 제1 제어영역(120a)과 복수의 제2 제어영역(120b)을(즉, 상기 제1 제어영역의 (각) 그룹과 상기 제2 제어영역의 (각) 그룹을) 효율적으로(또는 효과적으로) 제어할 수 있고, 가열을 통한 상기 가열 대상물의 온도 균일도(temperature uniformity)가 향상될 수 있다.
여기서, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 다각형 형상을 가질 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리가 다각형 형태를 이룰 수 있다. 이때, 제1 레이저 모듈(110)의 각 변에 제2 레이저 모듈(120)이 각각 제공될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)의 변과 제2 레이저 모듈(120)의 변이 평행하게 배치될 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 상기 가열 대상물(예를 들어, 기판)의 크기와 형태에 따라서 다양하게 배열되어 히터 블록(100) 중 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 제공 면적이 확장될 필요가 있다. 또한, 반사기부(150) 등으로 인해 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 사이 및/또는 복수개의 제2 레이저 모듈(120) 간에 이격 공간이 발생되는 경우에는 상기 이격 공간에서 빛의 발광(즉, 레이저의 조사)이 없으므로, 상기 이격 공간은 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)이 배치된 부분과는 상이한 발광 상태와 온도 분포를 나타낼 수 밖에 없다. 이러한 이유로, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 사이 및/또는 복수개의 제2 레이저 모듈(120) 간에 상기 이격 공간(또는 이격거리)을 2차원적으로 일정하게 유지할 필요가 있다. 이를 위해, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 다각형 형상을 가질 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 다각형 형상을 갖는 경우에는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 각 변을 평행하게 인접하도록 2차원적으로 배열하여 히터 블록(100)의 전체 (발광)면에서(또는 상기 히터 블럭에 전체적으로) 균일한 상기 이격 공간을 확보할 수 있다. 반면에, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 원형 형상을 갖게 되면, 2차원적으로 배열하는 경우에 방향에 따라서 서로 상이한 이격거리(또는 이격 공간)를 나타낼 수 밖에 없다.
또한, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 동일한 형상(또는 형태)을 가질 수 있으며, 상기 가열 대상물의 형태와 크기에 따라서 확장될 필요가 있는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각이 동일한 형상를 갖고 있어야 간단히 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)을 평면상으로 배열(또는 조립)하는 것에 의해서 면상의 가열체(즉, 상기 히터 블록)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 육각형 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 변끼리 평행하게 인접하도록 제1 레이저 모듈(110)의 각 변에 하나의 제2 레이저 모듈(120)씩 각각 배치될 수 있다. 상기 가열 대상물이 웨이퍼 등 원형의 기판(50)인 경우에는 기판(50)의 형태에 따라 히터 블록(100)이 원형 형상일 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 배열(형태)의 외곽도 원형에 근사하게 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)가 배열되는 것이 상기 가열 대상물의 온도 균일성 측면에서 바람직하다. 여기서, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리를 육각형으로 하는 경우에는 전체적으로 상기 이격 공간을 균일하게 유지하면서 상기 가열 대상물의 크기와 형태에 맞추어 용이하게 확장이 가능할 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 배열(형태)의 외곽을 원형에 근사하게 만들 수 있다. 이때, 4 인치(in) 웨이퍼에 대응하는 히터 블록(100)은 육각형의 제1 레이저 모듈(110) 1개와 제1 레이저 모듈(110)의 각 변에 배치되는 육각형의 제2 레이저 모듈(120) 6개로 구성할 수 있다. 그리고 12 인치(in) 웨이퍼에 대응하는 히터 블록(100)은 육각형의 제1 레이저 모듈(110) 1개와 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 배치되는 육각형의 제2 레이저 모듈(120) 60개로 구성할 수 있다. 여기서, 60개의 제2 레이저 모듈(120)은 6개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 제1 쉘, 12개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 이중 쉘, 18개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 삼중 쉘, 24개의 제2 레이저 모듈(120)로 이루어진 4중 쉘로 구성되는 4중으로 제1 레이저 모듈(110)의 둘레를 감쌀 수 있다.
한편, 육각형의 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 배열되어 이루어지는 허니컴(honeycomb) 구조는 (각의 수와 동일한) 최소한(또는 최소 개수)의 제2 레이저 모듈(120)로 제1 레이저 모듈(110)의 꼭지점을 포함하여 제1 레이저 모듈(110)의 전체 둘레를 두를(또는 감쌀) 수 있다. 이에 따라 제2 레이저 모듈(120)의 수를 최소한으로 줄일 수 있으면서 (단위면적당) 레이저 셀(10)의 (평균)밀도가 높아질 수 있고, 히터 블록(100)의 생산단가(또는 제조단가)를 낮추면서 발광 효율(또는 가열 효율)을 높일 수도 있다.
반면에, 육각형보다 각의 수가 적은 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다각형은 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 각 변을 평행하게 복수개의 제2 레이저 모듈(120)을 배치하는 경우에 각 꼭지점이 비게되어 꼭지점까지 감싸기(또는 두르기) 위해서는 변의 수에 꼭지점의 수를 더한 수(또는 각의 수의 2배)의 제2 레이저 모듈(120)이 필요하게 되고, 육각형보다 각의 수가 많은 다각형은 각의 수와 동일한 제2 레이저 모듈(120)로 제1 레이저 모듈(110)의 전체 둘레를 두르더라도 육각형의 제1 레이저 모듈(110)을 두르는 제2 레이저 모듈(120)의 수보다 많게 된다. 예를 들어, 사각형의 제1 레이저 모듈(110)을 꼭지점까지 감싸기 위해 사각형의 제2 레이저 모듈(120) 8개가 필요하게 되고, 오각형의 제1 레이저 모듈(110)을 꼭지점까지 감싸기 위해 오각형의 제2 레이저 모듈(120) 10개가 필요하게 된다. 그리고 삼각형의 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 경우에는 각의 수의 2배가 6개로 육각형의 제1 레이저 모듈(110)을 두르는 제2 레이저 모듈(120)의 수와 갖지만, 6개의 제2 레이저 모듈(120)만으로 삼각형의 제1 레이저 모듈(110)의 꼭지점까지 감싸기 위해서는 제2 레이저 모듈(120)의 배열이 규칙적이지 않게 되고, 각 제2 레이저 모듈(120)의 변 간에는 (대부분) 인접하지 않게 된다. 이러한 경우, 레이저 셀(10)의 밀도가 높아질 수 없고, 발광 효율이 저하된다.
하지만, 육각형의 제1 레이저 모듈(110)과 복수개의 제2 레이저 모듈(120)이 배열되어 이루어지는 허니컴 구조에서는 6개의 제2 레이저 모듈(120)만으로도 제2 레이저 모듈(120)의 배열이 규칙적일 수 있고, 각 제2 레이저 모듈(120)의 변 간에도 인접할 수 있다. 이에 따라 레이저 셀(10)의 밀도가 높아질 수 있고, 발광 효율이 향상될 수 있다.
그리고 레이저 셀(10)은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)를 포함할 수 있다.
레이저 셀(10)에 사용되는 반도체 레이저 다이오드는 광방출 방식에 따라 크게 측면 방출 레이저(Edge-Emitting Laser; EEL)와 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)로 나뉠 수 있다. 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 기존의 DFB LD(Distributed Feedback Laser Diode)나 FP LD(Fabri-Perot Laser Diode)와 같은 측면 방출 레이저와 달리 기판(50) 등의 상기 가열 대상물에 수직한 방향으로 레이저 빔이 방출되는 구조를 갖는다. 상기 가열 대상물에 수직한 방향으로 레이저 빔이 방출되므로, 원형 대칭(circular symmetry)인 분포를 지니고 있어 광균일도가 상기 측면 방출 레이저에 비해서 우수하고, 한 장의 실리콘 웨이퍼(또는 원형의 기판)을 통째로 사용하는 웨이퍼 규모(wafer scale)의 공정 및 제작이 가능하여 저가의 레이저 제작이 가능하다. 또한, 공진 거리는 매우 짧게 만들어지므로, 임계 전류는 감소하고, 전체 출력은 감소할 수 있다.
특히, 기판 가열장치(200)에서 가열용 광원으로 사용되기 위해서는 넓은 면적을 갖는 면광원 형태를 이루어여 하는데, 이를 위해서는 레이저 셀(10)이 이차원 어레이형의 병렬 광원으로 제작될 필요가 있다. 상기 측면 방출 레이저의 경우는 기판에 적층된 구조물의 측면을 통해서 발광되므로, 레이저 셀(10)을 이차원 어레이형의 병렬 광원으로 제작하기 어렵다. 반면에, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 기판 상 적층된 구조물을 원하는 구조로 형성하면 되므로, 원하는 형태로 이차원 어레이형의 병렬 광원으로 매우 용이하게 제작될 수 있다.
또한, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 광원의 조사 각도가 발광면의 수직한 방향에 대해서 20 내지 25° 정도로 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 갖는 30 내지 40°의 조사 각도에 비해서 매우 좁아서 빛의 직진성이 좋다. 이로 인해, 고출력 및 고정밀도의 광을 상기 가열 대상물 상에 조사할 수 있을 뿐만 아니라 균일한 광을 방출할 수 있는 이차원 어레이형의 병렬 광원이 가능할 수 있다.
예를 들어, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)는 수직으로 레이저 빔을 방출하기 위하여 기판 상에 거울층, 활성층 및 거울층의 순서로 적층되어 구성될 수 있다. 여기서, 850 ㎚ 대역의 단파장의 경우, 상기 기판으로는 갈륨비소(GaAs)를 사용할 수 있으며, 상기 거울층은 갈륨비소(GaAs)에 격자 정합된 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)의 알루미늄(Al) 조성 변화를 통하여 낮은 굴절율과 높은 굴절율이 교대로 성장된 분배 브래그 반사기(Distributed Bragg Reflector; DBR)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 활성층은 원하는 파장의 빛을 생성하기 위한 갈륨비소(GaAs) 다중 양자 우물 구조를 (주로) 사용할 수 있다.
제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 상기 가열 대상물인 기판(50)을 균일하게 가열하기 위하여 발광면과 기판(50) 사이의 간격이 일정할 수 있도록 서로 평행하게 제공되는 것이 바람직하므로, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 기판(50)의 크기에 대응하는 크기를 갖는 면광원으로 구성될 필요가 있다. 이를 위하여 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 포함하는 레이저 셀(10)이 이차원 어레이로 배열된 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 제1 레이저 모듈(110)의 둘레에 제2 레이저 모듈(120)이 배치될 수 있으며, 제2 레이저 모듈(120)은 기판(50)의 크기에 대응하도록 복수개가 제공될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 레이저 셀(10)에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용함으로써, 에너지 효율이 높아 종래의 할로겐 램프(halogen lamp) 대비 소비 전력을 낮출 수 있고, 빛의 직진성 및 특정 파장 방출이 용이하여 효과적으로 광 특성을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 반사기부를 나타내는 그림으로, 도 4의 (a)는 반사기부의 사시도를 나타내고, 도 4의 (b)는 반사기부를 A-A´를 따라 자른 단면도를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리를 감싸서 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사하는 반사기부(150);를 더 포함할 수 있다.
반사기부(150)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 가장자리를 감싸서 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사할 수 있으며, 상기 방출되는 빛의 적어도 일부를 상기 가열 대상물을 향하여 반사시킬 수 있다.
레이저 셀(10)은 빛의 직진성이 발광 다이오드(LED)보다는 우수하지만, 발광면에 대해서 완전히 수직하게 광을 방출하지는 못하고, 20 내지 25°의 조사 각도를 가지므로, 레이저 셀(10)에서 발광되는 빛 중에서 일부는 고각으로 상기 가열 대상물에 입사하지 못하게 되는 경우가 발생하게 된다. 이에, 반사기부(150)를 사용하여 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 발광되는 빛 중에서 확산되는 빛(들)을 반사하여 상기 가열 대상물로 향하게 함으로써, 광효율을 극대화할 수 있다.
예를 들어, 반사기부(150)는 판상 형태로 형성될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 각각 삽입되어 장착될 수 있는 오목부 또는 관통부를 구비할 수 있다. 이때, 반사기부(150)는 상기 오목부 또는 관통부를 정의하고 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 발광면에 대해서 경사를 이루는 측면부 및 상기 측면부와 연결되고 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 각각의 발광면과 평행한 정면부를 포함할 수 있다. 여기서, 반사기부(150)의 측면부는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 발광되어 확산되는 광(들)을 상기 가열 대상물을 향하게 반사하는 경사반사면(151)을 이룰 수 있고, 반사기(150)의 정면부는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)로부터 발광된 광(들) 중에서 일부가 상기 가열 대상물에 반사되어 다시 히터 블록(100)(쪽)으로 입사하는 광(들)을 다시 상기 가열 대상물 쪽으로 반사하는 정면반사면(152)을 이룰 수 있다. 이때, 경사반사면(151)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 발광면에 대해서 80 내지 90°의 경사각을 이루도록 제공될 수 있다.
레이저 셀(10)은 발광면에 수직한 방향에 대해서 20 내지 25°의 조사 각도(또는 방사 각도)를 가지므로, 경사반사면(151)의 경사각이 발광면에 대해서 80 내지 90°를 이루어야 효과적으로 확산되는 빛을 상기 가열 대상물을 향하여 반사시킬 수 있다. 20 내지 25°의 조사 각도를 갖는 빛은 80 내지 90°의 경사각을 갖는 경사반사면(151)에 비스듬하게 입사하여 반사됨으로써, 상기 가열 대상물에는 포커싱되어 고각으로 입사될 수 있다. 반면에, 발광면에 수직한 방향에 대해서 30 내지 40°의 조사 각도를 갖는 발광 다이오드(LED)의 경우는 경사반사면(151)에 고각으로 입사해서 반사되므로, 상기 가열 대상물에는 낮은 각도로 비스듬하게 입사하게 됨으로 인해 다시 반사하게 되어서 효율적으로 상기 가열 대상물로 광에너지가 전달되지 못할 수 있다.
경사반사면(151)이 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 발광면에 대해서 80°보다 낮은 경사각을 이루면, 광 직진성이 좋은 레이저 셀(10)로부터 발광된 빛이 경사반사면(151)에 조사되지 못하고, 그대로 상기 가열 대상물로 향하게 되어 상기 가열 대상물에 고각으로 입사하지 못하게 됨으로써, 광균일도가 저하될 수 있다. 반면에, 경사반사면(151)이 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 발광면에 대해서 90°보다 높은 경사각을 이루면, 경사반사면(151)이 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)을 대향하므로, 반사된 빛이 다시 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)을 향하게 됨으로써, 광손실이 발생되는 문제점이 생긴다.
한편, 경사반사면(151) 및/또는 정면반사면(152)에는 반사 효율을 더욱 높이기 위해서 금속 반사막이 코팅될 수 있다. 반사기부(150)의 몸체부는 열전도성이 좋으면서 기계적 강도가 좋은 알루미늄 합금 등으로 구성될 수 있으며, 경사반사면(151) 및/또는 정면반사면(152)은 폴리싱을 통해서 거울면을 형성할 수도 있으나, 폴리싱을 통해서는 난반사를 일으키는 표면에 미세 구조가 여전히 존재할 수도 있다. 이러한 이유로, 경사반사면(151) 및/또는 정면반사면(152)에 상기 금속 반사막을 코팅하여 더욱 반사효율을 높일 수 있다. 상기 금속 반사막은 금(Au), 알루미늄(Al) 등일 수 있으나, 재료에 특별히 한정될 필요는 없으며, 고온에서 안정적이고 거울 반사를 시키는 금속 재료로 이루어지면 족하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치를 나타내는 개략단면도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록과 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치(200)는 기판(50)을 지지하는 기판 지지부(210); 및 상기 기판 지지부(210)와 대향하여 제공되며, 상기 기판(50)의 제1 면에 빛을 조사하여 상기 기판(50)을 가열하는 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록(100);을 포함할 수 있다.
기판 지지부(210)는 기판(50)을 지지할 수 있으며, 기판(50) 하부의 가장자리(Edge)를 지지하도록 구성될 수 있고, 이에 따라 기판(50)의 하부면 중 기판 지지부(210)와 접촉하지 않는 부분(또는 영역)이 노출될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지부(210)는 중심부가 개방되어 중공형으로 형성될 수 있으며, 이에 따라 기판 지지부(210) 상에 기판(50)이 안착되는 경우에 기판(50)의 하부면에서 가장자리 부분은 기판 지지부(210)와 접촉하고, 나머지 부분은 하부로 노출될 수 있다.
히터 블록(100)은 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록(100)일 수 있으며, 기판 지지부(210)와 대향하여 제공될 수 있고, 기판(50)의 제1 면(예를 들어, 상부면)에 빛(즉, 레이저)을 조사하여 기판(50)을 가열할 수 있다.
여기서, 히터 블록(100)은 기판(50)에 열에너지를 공급하는 역할을 하며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 기판(50)의 제1 면을 향하여 빛을 조사할 수 있다. 이때, 히터 블록(100)은 기판 지지부(210)의 상측에 이격되어 배치됨으로써, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)이 발생시키는 광에너지가 기판 지지부(210)에 안착된 기판(50)의 제1 면을 통해 제공되어 기판(50)을 가열할 수 있다.
예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 기판(50)을 가열하기 위한 광에너지를 제공할 수 있으며, 복수개의 장착홈 각각에 설치될 수 있다. 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)은 상호 이격되어 배치될 수도 있으며, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 배열구조 및 설치구조는 기판(50)의 형상과 크기 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 히터 블록(100)은 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 상에 제공되는 윈도우(미도시)를 더 포함할 수 있다. 윈도우(미도시)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 상에 제공되어 제1 레이저 모듈(110) 및 제2 레이저 모듈(120)과 기판(50)의 사이에 위치할 수 있다. 이로 인해, 윈도우(미도시)는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에서 발생하는 광에너지가 기판(50)으로 제공될 수 있도록 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)에서 발광된 빛을 투과시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 기판(50)을 열처리하거나, 기판(50) 상에 박막을 형성하는 등의 다양한 공정을 위해 기판(50)을 가열할 수 있다. 예를 들어, 기판 가열장치(200)는 고온의 열을 발생시켜 기판(50)을 급속으로 열처리하는 급속 열처리(Rapid Thermal Process; RTP) 장치일 수 있으며, 기판(50)은 반도체 장치에 사용되는 실리콘 웨이퍼(Wafer)일 수도 있고, 열처리가 필요한 다양한 피처리물(예를 들어, LCD, OLED 등의 디스플레이 장치에 적용되는 글라스(Glass) 등)일 수도 있다.
이때, 본 발명의 기판 가열장치(200)는 내부 공간을 갖는 챔버(240)를 더 포함할 수 있으며, 챔버(240)는 내부 공간을 가져 외부 공간과 분리되는 공정 공간을 제공할 수 있고, 박스 모양으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 챔버(240)의 내부 공간에는 기판(50)을 지지할 수 있도록 기판 지지부(210)가 설치될 수 있고, 챔버(240)의 일측에는 기판(50)이 출입할 수 있는 출입구가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 출입구를 통해 챔버(240)의 내부 공간으로 기판(50)을 반입하여 공정을 수행할 수 있고, 공정이 완료된 후에 상기 출입구를 통해 챔버(240)의 내부 공간에서 챔버(240)의 외부로 기판(50)을 반출할 수 있다. 필요에 따라서, 챔버(240)의 내부 공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급부(미도시) 및/또는 상기 공정가스를 활성화하는 플라즈마 발생부(미도시) 등이 연결될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온계의 배열을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 상기 제1 면에 대향하는 기판(50)의 제2 면 측에 제공되어, 기판(50)의 온도를 측정하는 고온계(pyrometer, 220);를 더 포함할 수 있다.
고온계(220)는 상기 제1 면에 대향하는 기판(50)의 제2 면(예를 들어, 하부면) 측(예를 들어, 상기 기판의 하측)에 제공되어, 기판(50)의 온도를 측정할 수 있으며, 기판(50)으로부터 입사하는 빛을 검출하여 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 고온계(220)는 기판(50)으로부터 입사하는 복사광을 입력받아 복사광의 복사 에너지(또는 광량)을 측정할 수 있으며, 기판 지지부(210) 상에 안착된 기판(50)의 하측에 배치되어, 마주보는 부분에서의 복사 에너지와 반사율을 획득하여 (각) 고온계(220)가 대응하는 위치에서의 기판(50)의 위치별(또는 부분별) 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 고온계(220)가 물체에서 방출되는 빛을 이용하여 온도를 측정하는 것은 흑체 복사 이론식을 이용하며, 그 과정은 널리 알려진 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
일반적으로, 고온계(220)는 0.9 내지 1 ㎛의 파장 대역을 이용하여 온도를 측정하고, 그 측정 (온도) 영역은 400 내지 1,150 ℃ 정도이며, 0.9 내지 1 ㎛ 파장 대역의 빛에 대한 기판(50)의 광 투과도(transmittance)는 기판(50)의 온도에 의존하는 특성을 가진다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼의 경우는 600 ℃ 이하의 온도에서는 반투명 상태의 광 투과도를 가지며, 실리콘 웨이퍼는 물질 특정상 저온 영역에서 빛을 투과하는 특성이 있다. 이러한 특성으로 인하여 기판(50)의 온도가 600 ℃ 이하의 저온일 경우에는 0.4 내지 6 ㎛ 방사 파장을 갖는 할로겐 램프(halogen lamp)의 광의 일부가 기판(50)을 투과하게 된다. 이로 인해, 저온 기판(50)의 경우에는 0.4 내지 6 ㎛ 방사 파장을 갖는 할로겐 램프의 광의 일부가 기판을 투과하게 되어 측정 파장 대역이 0.9 내지 1 ㎛인 고온계(220)가 투과된 광의 일부를 측정하게 됨으로써, 정확한 기판(50)만의 온도를 측정하지 못하고, 온도 측정 에러가 생기는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 기판 가열장치(200)에서는 고온계(220)의 측정 파장보다 짧은 주발광 파장을 갖는 복수의 레이저 셀(10)을 각각 갖는 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 광원으로서 사용할 수 있고, 레이저 셀(10)에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용할 수 있다.
레이저 셀(10)의 반도체 레이저 다이오드(또는 반도체 레이저)는 양단에 전압을 인가하면 접합(junction)에서 결맞는(coherent) 레이저 빛이 나오게 하는 소자로서, PN 접합 사이에 활성영역이 삽입되어 있는 구조로 되어 있고, 상기 활성영역 부분의 두께 및 조성에 의해 결정되는 파장에서 발광한다. 따라서, 상기 반도체 레이저 다이오드는 상기 활성영역의 두께와 조성을 변화시키면 소정의 파장의 빛을 발광할 수 있다.
실리콘 웨이퍼는 600 ℃ 이하의 온도에서는 반투명 상태의 광 투과도를 갖게 되므로, 할로겐 램프의 빛과 마찬가지로 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 빛도 실리콘 웨이퍼를 투과하여 고온계(220)에 도달할 수 있다. 하지만, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 주발광 파장은 고온계(220)의 측정 파장보다 짧으므로, 고온계(220)에서 측정되는 광량에는 제외될 수 있어서 고온계(220)에서 측정되는 광량은 기판(50)에서 방사되거나 반사되는 광량만을 측정할 수 있게 된다. 예를 들어, 발광 파장이 0.85 ㎛인 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)을 광원으로 사용하면, 600 ℃ 이하의 실리콘 웨이퍼를 투과한 빛이 고온계(220)에 도달하더라도 고온계(220)의 측정 파장인 0.9 내지 1 ㎛를 벗어난 빛이므로, 고온계(220)에서 측정되는 광량에서 제외될 수 있어서 기판(50)의 정확한 온도를 측정할 수 있다.
한편, 발광 다이오드(LED)의 경우도 상기 활성영역의 조성을 변화시켜 다양한 파장의 빛을 발광할 수 있으나, 발광 다이오드(LED)의 경우에는 출력광의 스펙트럼 폭이 일반적으로 30 내지 120 ㎚로서 상대적으로 넓어서 고온계(220)의 측정 파장인 0.9 내지 1 ㎛와 겹치는 대역이 발생될 가능성이 커서 적합하지 않다. 고온계(220)의 측정 파장 대역과 겹치지 않기 위해서는 발광 다이오드(LED)의 발광 파장이 가시광이나 자외광 대역의 더욱 단파장이어야 하나, 이러한 단파장의 빛(들)은 850 ㎚의 적외광보다 열에너지를 전달하는 데에 있어서 효과적이지 못해서 적절하지 않다.
하지만, 반도체 레이저 다이오드(Laser Diode; LD)의 경우, 단일모드 레이저 다이오드(LD)는 출력광의 스펙트럼 폭이 일반적으로 1 ㎚보다 훨씬 좁을 수 있고, 다중모드 레이저 다이오드(LD)도 출력광이 3 내지 10 ㎚ 정도의 좁은 스펙트럼 폭을 갖고 있어서 적외광(예를 들어, 850 ㎚ 파장의 적외광)을 사용하면서도 고온계(220)의 측정 파장인 0.9 내지 1 ㎛와 겹치지 않는 출력광의 파장 대역을 얻을 수 있다.
여기서, 고온계(220)는 복수개로 구성되어 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 고온계(220)는 복수개로 구성될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심을 동심으로 하는) 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 이에 따라 히터 블록(100)의 중심(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심)으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역에 대응되는 기판(50)의 부분별(또는 위치별)로 온도를 측정할 수 있다. 즉, 복수개의 고온계(220)는 히터 블록(100)의 중심으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역과 대향하여 상기 각 영역에 의해 (주로) 가열되는 기판(50)의 각 부분(또는 위치)에서 온도를 측정할 수 있다. 이를 통해 공정 중 기판(50)의 부분별 온도가 균일할 수 있도록 복수개의 고온계(220)에 의해 측정된 기판(50)의 각 부분의 온도에 따라 상기 각 영역(의 상기 제어영역(들))의 가열 온도를 제어할 수 있다.
이때, 기판(50)은 원형일 수 있고, 본 발명의 기판 가열장치(200)는 기판(50)을 회전시키는 회전구동부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
회전구동부(미도시)는 기판(50)의 온도를 (더욱) 균일하게 하기 위하여 기판(50)을 회전시킬 수 있으며, 기판 지지부(210)를 회전시켜 기판 지지부(210)와 함께 기판(50)을 회전시킬 수도 있고, 기판 지지부(210) 상에서 기판(50)만을 회전시킬 수도 있다.
본 발명에서는 기판(50)이 원형이므로, 제1 레이저 모듈(110)을 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)으로 분할하고 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루거나, (반경이) 동일한 동심원이 지나는(또는 횡단하는) 제1 제어영역(120a)(들)끼리 및 제2 제어영역(120b)(들)끼리 그룹화할 뿐만 아니라 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 복수개의 고온계(220)를 배치할 수 있다. 여기서, 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 하나씩의 고온계(220)를 배치할 수 있으며, 회전구동부(미도시)에 의해 기판(50)을 회전시킴으로써, 하나(씩)의 고온계(220)로도 가상의 원(20)을 따라 연장되는 기판(50)의 넓은 (링 형상) 부분의 온도를 측정할 수 있다. 즉, 기판(50)이 회전하면서 상기 가상의 원(20)을 따라 연장되는 기판(50)의 넓은 부분이 (모두) 고온계(220)(가 배치된 위치)를 지나치게 될 수 있으며, 하나의 고온계(220)로도 상기 가상의 원(20)을 따라 연장되는 기판(50)의 넓은 부분의 온도를 측정할 수 있다.
여기서, 가상의 원(20)은 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120)의 각 쉘(또는 겹)마다 하나씩 설정되어 각 가상의 원(20)에 대응되어 하나(씩)의 고온계(220)가 배치될 수도 있고, 제1 레이저 모듈(110)의 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b) 및/또는 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹마다 하나씩 설정되어 각 가상의 원(20)에 대응되어 하나(씩)의 고온계(220)가 배치될 수도 있다. 그러나 복수의 가상의 원(20)의 설정과 복수개의 고온계(220)의 배치는 이에 한정되지 않고, 다양하게 설정 및 배치될 수 있으며, 기판(50)의 부분별 온도를 측정하여 (상기 제어영역(들)의) 각 영역(또는 그룹)별로 가열 온도를 제어함으로써, 공정 중 기판(50)의 부분별 온도를 균일하게 할 수 있으면 족하다.
예를 들어, 고온계(220)는 가상의 제1 원(20a)에 대응되어 배치되는 제1 고온계(220a), 가상의 제2 원(20b)에 대응되어 배치되는 제2 고온계(220b), 가상의 제3 원(20c)에 대응되어 배치되는 제3 고온계(220c) 및 가상의 제4 원(20d)에 대응되어 배치되는 제4 고온계(220d)를 포함할 수 있다. 제1 고온계(220a)는 가상의 제1 원(20a)에 대응되어 배치될 수 있고, 제1 레이저 모듈(110)의 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 사이(경계)에 배치될 수 있다. 또한, 제2 고온계(220b)는 가상의 제2 원(20b)에 대응되어 배치될 수 있고, 상기 제1 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹(이 이루는 동심원)과 제2 제어영역(120b)의 그룹(이 이루는 동심원)의 사이(의 동심원 상)에 배치될 수 있다.
그리고 제3 고온계(220c)는 가상의 제3 원(20c)에 대응되어 배치될 수 있고, 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹(이 이루는 동심원)과 제2 제어영역(120b)의 그룹(이 이루는 동심원)의 사이(의 동심원 상)에 배치될 수 있다. 또한, 제4 고온계(220d)는 가상의 제4 원(20d)에 대응되어 배치될 수 있고, 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹(이 이루는 동심원)과 제2 제어영역(120b)의 그룹(이 이루는 동심원)의 사이(의 동심원 상)에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 복수개의 고온계(220)에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 제어하는 가열 제어부(230);를 더 포함할 수 있다.
가열 제어부(230)는 복수개의 고온계(220)에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)을 제어할 수 있으며, 상기 측정된 온도를 이용하여 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 여기서, 복수개의 고온계(220)는 기판(50)으로부터 입사하는 빛의 광량을 측정하여 온도를 산출할 수 있고, 가열 제어부(230)는 산출된 온도를 이용하여 각 제어영역(110a,110b,120a,120b)에 입력되는 전력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 가열 제어부(230)는 기판(50)의 목표 온도를 설정하는 온도설정부(231) 및 온도설정부(231)에 설정된 상기 목표 온도와 고온계(220)에 의해 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정하는 전력결정부(232)를 포함할 수 있다. 온도설정부(231)는 기판(50)의 목표 온도를 설정할 수 있으며, 히터 블록(100)에 의한 가열을 통해 달성할 기판(50)의 온도를 설정할 수 있다.
전력결정부(232)는 온도설정부(231)에 설정된 상기 목표 온도와 고온계(220)에 의해 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정할 수 있으며, 결정된 전력을 제1 전원부(130) 및/또는 제2 전원부(140)에서 공급하도록 할 수 있다. 이를 통해 상기 결정된 전력이 고온계(220)가 측정한 기판(50)의 부분과 대응(또는 대향)하는 상기 (히터 블록의) 영역(의 상기 제어영역(들))에 공급되도록 하여 상기 영역의 가열 온도를 제어(또는 조절)할 수 있고, 고온계(220)가 측정한 기판(50)의 부분의 온도(차)를 보상(또는 보정)해줄 수 있다.
가열 제어부(230)는 상기 측정된 온도에 따라 제1 레이저 모듈(110) 및/또는 제2 레이저 모듈(120) 전체를 동시에 제어할 수도 있으나, 복수개의 고온계(220) 각각이 제공된 위치에 대응하는 기판(50)의 부분별 온도에 따라 복수의 그룹(예를 들어, 상기 중앙 제어영역과 상기 가장자리 제어영역 및 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹)별로 각각 독립적으로 동작 여부 및 공급 전력 등을 조절할 수 있다.
한편, 가열 제어부(230)는 하나의 고온계(220)에 의해 측정된 온도로 2개 이상의 상기 그룹의 가열 온도를 제어할 수도 있다. 예를 들어, 제1 레이저 모듈(110)의 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 사이에 배치되는 제1 고온계(220a)에 의해 측정된 온도로 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 제1 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 사이에 배치되는 제2 고온계(220b)에 의해 측정된 온도로 상기 제1 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도를 제어할 수 있다. 그리고 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 사이에 배치되는 제3 고온계(220c)에 의해 측정된 온도로 상기 이중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도를 제어할 수 있다. 또한, 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 사이에 배치되는 제4 고온계(220d)에 의해 측정된 온도로 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도를 제어할 수 있다.
여기서, 히터 블록(100) 중 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 제공 면적은 기판(50) 외곽의 열 손실을 보상하기 위해 기판(50)의 면적보다 클 수 있으며, 고온계(220)는 기판(50)의 면적 내에서만 측정할 수 있어 고온계(220)가 측정한 기판(50)의 부분과 대향(또는 대응)하는 상기 영역의 가열 온도만을 제어하는 경우에는 기판(50)의 면적을 벗어나 제공된 제어영역(110a,110b,120a,120b)(들)은 가열 온도를 제어할 수 없게 된다. 이에, 제4 고온계(220d)가 기판(50)의 면적 내에서 기판(50)의 온도를 측정하는 최외곽의 고온계(220)인 경우에는 제4 고온계(220d)에 의해 측정된 온도로 상기 삼중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도뿐만 아니라 그 외측의 상기 4중 쉘 등 n중 쉘의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도도 제어할 수 있다.
이때, 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 중앙 제어영역(110a)과 가장자리 제어영역(110b)의 가열 온도 제어(또는 제어되는 가열 온도) 및/또는 제1 제어영역(120a)의 그룹과 제2 제어영역(120b)의 그룹의 가열 온도 제어(또는 제어되는 가열 온도)가 달라질 수 있다.
또한, 고온계(220)에 의한 기판(50)의 온도 측정은 600 ℃보다 낮은 온도 구간에서도 이루어질 수 있다.
최근 들어, 나노 씨모스(Nano-CMOS), 핀펫(FinFET) 등의 최신 반도체 소자에서 쉘로우 정션(Shallow junction)의 누설전류와 저항을 낮추기 위하여 니켈 실리사이드(NiSi) 등과 같은 새로운 재료가 요구된다. 니켈 실리사이드 등의 박막을 증착하기 위해서는 600 ℃ 이하의 저온 공정이 필수적이다.
일반적으로, 가열용 광원으로 사용되는 할로겐 램프 혹은 반도체 발광 다이오드(LED)를 이용하는 경우에는 고온계(220)가 600 ℃ 이하의 저온 구간에서는 온도를 정확하게 측정하지 못한다. 이로 인해, 600 ℃ 이하의 저온 구간에서도 온도 측정이 가능한 다른 수단을 추가로 기판 가열장치(200)에 장착해야 하는 등의 번거로운 과정이 필요하고, 이에 따라 기판 가열장치(200)의 구조도 복잡해지는 문제가 있을 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 기판 가열장치(200)는 고온계(220)의 측정 파장보다 짧은 주발광 파장을 갖는 레이저 셀(10)을 가열용 광원으로 사용함으로써, 600 ℃보다 낮은 온도의 경우도 정밀한 온도 측정이 가능하게 되어, 추가적인 온도 측정 수단 없이도 600 ℃보다 낮은 저온 공정부터 고온 공정까지 넓은 온도 범위의 공정을 모두 처리할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 히터 블록(100)을 포함하는 기판 가열장치(200)는 고온계(220)에 의해 측정된 온도를 이용하여 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120)의 가열 온도를 상기 그룹별(또는 상기 제어영역별)로 제어함으로써, 공정 중 기판(50)의 온도 균일도를 개선할 수 있다. 특히, 제1 레이저 모듈(110)과 제2 레이저 모듈(120) 중 적어도 하나를 복수의 제어영역(110a,110b,120a,120b)으로 분할하여 제어영역(110a,110b,120a,120b)이 세분화됨으로써, 기판(50)의 온도 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 이때, 고온계(220)를 복수개로 구성하여 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원(20)에 각각 대응하도록 제공하고, 제1 레이저 모듈(110)로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈(120)의 제1 제어영역(120a)과 제2 제어영역(120b)을 각각 그룹화하여 제1 레이저 모듈(110)을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역(120a)과 복수개의 제2 제어영역(120b)을 제어할 수 있다. 이를 통해, 복수개의 고온계(220)에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원(20)과의 거리에 따라 그룹별로 복수개의 제1 제어영역(120a)과 복수개의 제2 제어영역(120b)을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 우수한 기판(50)의 온도 균일도 등의 공정 특성이 향상될 수 있다.
한편, 히터 블록(100)의 레이저 셀(10)에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용하는 경우에는 고온계(220)의 측정 파장 대역과 상이한 주발광 파장 대역의 레이저를 조사함으로써, 600 ℃ 이하의 저온 영역에서도 기판(50)의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 기판(50)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라 기판(50)의 온도 균일도를 확보하여 기판(50)의 파손을 방지할 수 있고, 600 ℃ 이하 저온 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 히터 블록 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 가열장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법은 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공하는 과정(S100); 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정(S200); 및 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 과정(S300);을 포함할 수 있다.
먼저, 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공한다(S100). 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공할 수 있으며, 상기 히터 블록과 대향하여 제공되는 기판 지지부에 상기 기판을 지지할 수 있다. 예를 들어, 챔버의 내부 공간에 상기 기판 지지부가 설치되어 상기 기판 지지부에 상기 기판이 지지됨으로써, 상기 챔버의 공정 공간에 상기 기판이 제공될 수 있으며, 상기 챔버의 일측에 구비되는 출입구를 통해 상기 기판이 상기 챔버의 내부 공간에 반입될 수 있다.
다음으로, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사한다(S200). 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사할 수 있으며, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각의 레이저 셀에서 발광된 빛(의 광에너지)을 상기 기판의 제1 면에 조사할 수 있고, 광에너지가 열에너지로 변환되어 상기 기판의 온도를 상승시킬 수 있다. 여기서, 상기 레이저 셀은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에서 조사되는 빛의 광에너지는 제1 및 제2 전원부에서 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각에 공급하는 전력의 크기에 따라 결정될 수 있다.
그 다음 상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계(pyrometer)를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정한다(S300). 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정할 수 있으며, 상기 고온계는 상기 기판으로부터 입사하는 빛의 복사 에너지를 이용하여 온도를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 셀의 주발광 파장은 상기 고온계의 측정 파장보다 짧을 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 제어되는 복수의 제어영역으로 분할될 수 있다. 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나의 레이저 모듈은 복수의 입력단자를 포함할 수 있으며, 상기 입력단자를 각각 갖는 복수의 제어영역으로 분할될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 제어영역은 각각의 상기 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성될 수 있으며, 어느 상기 입력단자에 전력이 공급되는지에 따라 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할될 수 있고, 상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할될 수 있다. 상기 제1 레이저 모듈은 동심 분할되어 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할될 수 있으며, 상기 중앙 제어영역은 내측에 제공되어 상기 히터 블록의 중심에 위치할 수 있고, 상기 가장자리 제어영역은 상기 중앙 제어영역의 외측에 제공될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 레이저 모듈 내에서도 상기 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 상기 제어영역이 세분화될 수 있다.
상기 제2 레이저 모듈은 방사형 분할로 양분되어 대칭적인 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할될 수 있으며, 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 대칭될 수 있고, 모양과 면적 및 상기 레이저 셀의 수가 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 레이저 모듈의 형상이 육각형인 경우에는 꼭지점과 꼭지점을 연결한 선을 기준으로 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역이 양분될 수도 있고, 변과 변을 연결한 선을 기준으로 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역이 양분될 수도 있다.
이때, 상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 상기 제1 레이저 모듈로부터 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 거리가 상이하게 배치될 수 있다. 상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치될 수 있으며, 상기 제1 레이저 모듈의 둘레를 따라 상기 제1 레이저 모듈을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 레이저 모듈은 상기 히터 블록의 중앙(또는 중심)에 하나만 배치될 수 있고, 복수개의 상기 제2 레이저 모듈이 상기 제1 레이저 모듈의 둘레를 감싸도록 상기 히터 블록의 가장자리에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 레이저 모듈은 상기 제1 레이저 모듈을 한 겹(shell)만 감쌀 수도 있으나, 상기 기판 및/또는 상기 히터 블록의 크기와 형태에 따라서 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심(원)을 이루는 이중 쉘(shell), 삼중 쉘 등 다중으로 감싸는 형태로 제공될 수도 있다. 이를 통해 상기 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 상기 제어영역이 세분화될 수 있다.
그리고 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 제공될 수 있으며, 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역 중 어느 하나의 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈과 가깝게 제공될 수 있고, 다른 하나의 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈과 멀게 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 제어영역이 상기 제1 레이저 모듈을 향하여 상기 제1 레이저 모듈과 가깝게 위치되고, 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터 상대적으로 멀게 (반경방향) 외측을 향하여 위치되도록 복수개의 상기 제2 레이저 모듈이 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 각각 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 가열방법은 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어하는 과정(S400);을 더 포함할 수 있다.
그리고 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어할 수 있다(S400). 가열 제어부가 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어할 수 있으며, 공정 중 상기 기판의 부분별 온도가 균일할 수 있도록 그룹화된 상기 제1 제어영역과 그룹화된 상기 제2 제어영역의 가열 온도를 제어할 수 있다. 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 각각 그룹화함으로써, 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루거나, 동일한 동심원이 지나는 그룹별로 복수의 상기 제1 제어영역(즉, 상기 제1 제어영역의 그룹)과 복수의 상기 제2 제어영역(즉, 상기 제2 제어영역의 그룹)을 효율적으로(또는 효과적으로) 제어할 수 있고, 가열을 통한 상기 기판의 온도 균일도(temperature uniformity)가 향상될 수 있다.
상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 고온계가 복수개로 구성될 수 있고, 복수의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심을 동심으로 하는) 반경이 상이한 상기 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공될 수 있다. 이에, 상기 히터 블록의 중심(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심)으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역(의 상기 제어영역(들))에 대응되는 상기 기판의 부분별(또는 위치별)로 온도를 측정할 수 있다. 이때, 공정 중 상기 기판의 부분별 온도가 균일할 수 있게 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹을 잘 제어할 수 있도록 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 상기 복수의 가상의 원이 설정될 수 있고, 설정된 상기 복수의 가상의 원에 대응하도록 복수개의 상기 고온계가 제공될 수 있다.
그리고 상기 그룹화하여 제어하는 과정(S400)에서는 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어할 수 있다. 상기 가열 제어부가 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어할 수 있으며, 상기 측정된 온도를 이용하여 각 상기 제어영역에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 복수개의 상기 고온계는 상기 기판으로부터 입사하는 빛의 광량을 측정하여 온도를 산출할 수 있고, 상기 가열 제어부는 산출된 온도를 이용하여 각 상기 제어영역에 입력되는 전력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 그룹화하여 제어하는 과정(S400)은 상기 기판의 목표 온도를 설정하는 과정(S410) 및 설정된 상기 목표 온도와 상기 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정하는 과정(S420)을 포함할 수 있다.
상기 기판의 목표 온도를 설정할 수 있다(S410). 온도설정부를 통해 상기 기판의 목표 온도를 설정할 수 있으며, 상기 히터 블록에 의한 가열을 통해 달성할 상기 기판의 온도를 설정할 수 있다.
그리고 설정된 상기 목표 온도와 상기 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정할 수 있다(S420). 전력결정부가 상기 목표 온도를 설정하는 과정(S410)에서 상기 온도설정부에 설정된 상기 목표 온도와 상기 고온계에 의해 측정된 온도를 비교하여 공급 전력값을 결정할 수 있으며, 결정된 전력을 상기 제1 전원부 및/또는 상기 제2 전원부에서 공급하도록 할 수 있다. 이를 통해 상기 결정된 전력이 상기 고온계가 측정한 상기 기판의 부분과 대응(또는 대향)하는 상기 (히터 블록의) 영역(의 상기 제어영역(들))에 공급되도록 하여 상기 영역의 가열 온도를 제어(또는 조절)할 수 있고, 상기 고온계가 측정한 상기 기판의 부분의 온도(차)를 보상(또는 보정)해줄 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기판 가열방법은 상기 복수개의 상기 고온계를 통해 상기 히터 블록의 중심(또는 상기 제1 레이저 모듈의 중심)으로부터의 거리에 따라 구분되는 각 영역(의 상기 제어영역(들))에 대응되는 상기 기판의 부분별(또는 위치별)로 온도를 측정하여 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 측정된 상기 기판의 각 부분의 온도에 따라 상기 각 영역(의 상기 제어영역(들))의 가열 온도를 제어할 수 있다. 이에 따라 (원형의) 상기 기판의 중심으로부터의 거리에 따라 구분되는 (반경방향의) 각 부분별로 온도를 정밀하게 조정할 수 있고, 공정 중 상기 기판의 부분별 온도를 균일하게 하여 상기 기판의 온도 균일성(또는 온도 균일도)을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 가열방법의 각 과정(들)은 반드시 시계열적으로 순서에 따라 수행될 필요는 없으며, 필요에 따라서 각 과정(들)은 반대 순서로 수행될 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상기 기판의 온도를 측정하는 과정(S300) 이후에 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정(S200)을 수행할 수도 있다. 또한, 복수의 과정이 반복 수행될 수도 있고, 복수의 과정 중에서 선택된 과정(들)만 반복 수행될 수도 있다.
이처럼, 본 발명에서는 제1 및 제2 전원부를 통해 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 서로 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 따라 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 위치별로 구분하여 가열 온도를 조절할 수 있고, 기판 등의 가열 대상물에 대한 가열 균일도를 개선할 수 있다. 또한, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 서로 독립적으로 제어함으로써, 제어영역을 세분화할 수 있으며, 가열 대상물에 대한 가열 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 간에 제어영역의 분할 형태를 동심 분할과 방사형 분할로 상이하게 함으로써, 히터 블록의 중심으로부터 반경방향으로 세분화하여 정밀하게 가열 온도를 제어할 수 있다. 이때, 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치되는 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 배치하여 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화함으로써, 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 효율적으로 제어할 수 있다. 이에, 가열을 통한 가열 대상물의 온도 균일도가 향상될 수 있다. 또한, 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용함으로써, 에너지 효율이 높아 종래의 할로겐 램프 대비 소비 전력을 낮출 수 있고, 빛의 직진성 및 특정 파장 방출이 용이하여 효과적으로 광 특성을 제어할 수 있다. 그리고 고온계에 의해 측정된 온도를 이용하여 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈의 가열 온도를 제어함으로써, 공정 중 기판의 온도 균일도를 개선할 수 있다. 특히, 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나를 복수의 제어영역으로 분할하여 제어영역이 세분화됨으로써, 기판의 온도 균일도가 더욱 향상될 수 있다. 이때, 고온계를 복수개로 구성하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공하고, 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 복수개의 제2 레이저 모듈의 제1 제어영역과 제2 제어영역을 각각 그룹화하여 제1 레이저 모듈을 중심으로 동심원을 이루는 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 제어할 수 있다. 이를 통해, 복수개의 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 복수개의 제1 제어영역과 복수개의 제2 제어영역을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이에 따라 우수한 기판의 온도 균일도 등의 공정 특성이 향상될 수 있다. 한편, 히터 블록의 레이저 셀에 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL)를 사용하는 경우에는 고온계의 측정 파장 대역과 상이한 주발광 파장 대역의 레이저를 조사함으로써, 600 ℃ 이하의 저온 영역에서도 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있고, 기판의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라 기판의 온도 균일도를 확보하여 기판의 파손을 방지할 수 있고, 600 ℃ 이하 저온 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 복수의 레이저 셀을 갖는 제1 레이저 모듈;
    복수의 레이저 셀을 가지며, 상기 제1 레이저 모듈의 주변에 제공되는 제2 레이저 모듈; 및
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 제1 및 제2 전원부;를 포함하고,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 전력이 입력되는 입력단자를 공유하는 하나 이상의 상기 레이저 셀로 각각 구성되는 복수의 제어영역으로 분할되며,
    상기 복수의 제어영역은 서로 독립적으로 제어되는 히터 블록.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 상기 제어영역의 분할 형태가 상이한 히터 블록.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 배치되는 히터 블록.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되고,
    상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할되는 히터 블록.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리가 상이하게 제공되는 히터 블록.
  6. 청구항 5에 있어서,
    복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역은 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화되는 히터 블록.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전원부는 상기 중앙 제어영역과 상기 가장자리 제어영역에 각각 독립적으로 전력을 공급하고,
    상기 제2 전원부는 상기 제1 제어영역의 그룹과 상기 제2 제어영역의 그룹에 각각 독립적으로 전력을 공급하는 히터 블록.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈은 다각형 형상을 갖는 히터 블록.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 셀은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저를 포함하는 히터 블록.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 각각의 가장자리를 감싸서 상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈로부터 방출되는 빛의 적어도 일부를 소정 방향으로 반사하는 반사기부;를 더 포함하는 히터 블록.
  11. 기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부와 대향하여 제공되며, 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하여 상기 기판을 가열하는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 히터 블록;을 포함하는 기판 가열장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되어, 상기 기판의 온도를 측정하는 고온계;를 더 포함하는 기판 가열장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고온계는 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공되는 기판 가열장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 각 상기 제어영역을 제어하는 가열 제어부;를 더 포함하는 기판 가열장치.
  15. 각각 독립적으로 전력이 공급되는 제1 레이저 모듈과 제2 레이저 모듈을 포함하는 히터 블록에 대향하여 기판을 제공하는 과정;
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈을 이용하여 상기 히터 블록과 대향하는 상기 기판의 제1 면에 빛을 조사하는 과정; 및
    상기 제1 면에 대향하는 상기 기판의 제2 면 측에 제공되는 고온계를 이용하여 상기 기판의 온도를 측정하는 과정;을 포함하고,
    상기 제1 레이저 모듈과 상기 제2 레이저 모듈 중 적어도 하나는 서로 독립적으로 제어되는 복수의 제어영역으로 분할되는 기판 가열방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 레이저 모듈은 중앙 제어영역과 가장자리 제어영역으로 분할되며,
    상기 제2 레이저 모듈은 제1 제어영역과 제2 제어영역으로 이등 분할되고,
    상기 제2 레이저 모듈은 복수개로 구성되어 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 상기 제1 레이저 모듈의 둘레에 상기 제1 레이저 모듈로부터 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 거리가 상이하게 배치되는 기판 가열방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    복수개의 상기 제2 레이저 모듈의 상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역을 상기 제1 레이저 모듈로부터의 거리에 따라 각각 그룹화하여 제어하는 과정;을 더 포함하는 기판 가열방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 제어영역과 상기 제2 제어영역의 그룹화에 따라 복수개의 상기 고온계가 상기 제1 레이저 모듈을 중심으로 반경이 상이한 복수의 가상의 원에 각각 대응하도록 제공되고,
    상기 그룹화하여 제어하는 과정에서는 상기 복수개의 상기 고온계에 의해 각각 측정된 온도를 기반으로 각 상기 가상의 원과의 거리에 따라 그룹별로 각 상기 제어영역을 제어하는 기판 가열방법.
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