KR102324610B1 - 기판 가열 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 가열 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기판 처리 시 균일화된 에너지 분포를 가진 제1 빔(전체 균일 형태의 플랫 탑 레이저 빔)과 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가진 제2 빔(가장자리 강화 형태의 플랫 탑 레이저 빔) 중 하나를 기판으로 선택적으로 제공함으로써, 기판을 전체적으로 균일한 온도로 가열할 수도 있고, 기판의 가장자리 영역의 온도가 상대적으로 낮은 경우 기판의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

Description

기판 가열 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {SUBSTRATE HEATING UNIT, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명의 실시예는 기판 처리 시 기판을 가열하는 데 사용되는 유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예는 이러한 유닛을 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체, 평판 디스플레이(flat panel display, FPD) 등을 제조하려면 다양한 공정을 수행하여야 한다. 예를 들어, 웨이퍼(wafer) 등의 기판을 처리하기 위하여, 포토레지스트 도포 공정(photoresist coating process), 현상 공정(developing process), 식각 공정(etching process), 애싱 공정(ashing process) 등을 수행할 수 있다. 또한, 이들 공정에서 기판에 부착된 오염 물질을 제거하기 위하여, 처리액을 이용하여 기판을 세정하는 세정 공정(wet cleaning process), 기판에 잔류하는 처리액을 제거하는 건조 공정(drying process) 등을 수행할 수 있다.
최근에는 황산(sulfuric acid), 인산(phosphoric acid) 등 고온으로 사용되는 처리액을 이용하여 실리콘 질화막(silicon nitride film), 실리콘 산화막(silicon oxide film) 등을 선택적으로 제거하는 식각 공정을 수행하고 있다. 그리고, 이를 수행하는 기판 처리 장치는, 식각률을 개선하기 위하여 기판을 가열하는 기판 가열 유닛을 포함함으로써, 공정을 수행하는 동안 기판을 요구의 온도로 가열할 수 있다.
그러나, 기판을 고온의 처리액으로 식각하는 때, 종래의 기판 가열 유닛으로는 기판을 전체적으로 균일하게 가열하기 곤란할 뿐만 아니라 고온의 처리액을 이용하는 특성상 기판을 전체적으로 균일한 온도로 유지시킬 수 없는 문제점이 있다.
도 1은 종래의 기판 처리 시 기판의 온도 분포를 나타내는 그래프이다. 도 1에서, C는 기판의 중앙 지점을 나타내고, E1 및 E2는 기판의 가장자리 중 서로 대향하는 양쪽 지점을 나타낸다. 고온의 처리액은 기판의 중앙 부분으로 공급되고 기판의 가장자리 쪽으로 퍼져 나가면서 온도가 저하되므로, 기판은 중앙 부분의 온도가 상대적으로 높고 가장자리 쪽으로 갈수록 온도가 상대적으로 낮다.
이와 같이, 기판의 온도가 전체적으로 균일하지 못하면, 기판에 대한 식각률이 온도 영역별로 다르게 나타날 수 있고, 나아가 공정 불량을 초래할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0027802호(2016.03.10.) 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0049310호(2018.05.11.) 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0075875호(2019.07.01.)
본 발명의 실시예는 기판 처리 시 기판을 보다 균일하게 가열할 수 있는 기판 가열 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 기판 처리 시 기판의 온도 편차를 최소화할 수 있는 기판 가열 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예는 레이저 빔(laser beam)을 이용하여 기판을 균일하게 가열할 수 있는 기판 가열 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하고자 한다.
해결하고자 하는 과제는 이에 제한되지 않고, 언급되지 않은 기타 과제는 통상의 기술자라면 이하의 기재로부터 명확히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판을 가열하기 위한 레이저 빔을 제공하는 레이저 발생기와; 상기 레이저 발생기로부터의 상기 레이저 빔을 가공하여 균일화된 에너지 분포를 가지는 제1 빔(전체 균일 형태의 플랫 탑(flat top) 레이저 빔) 및 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가지는 제2 빔(가장자리 강화 형태의 플랫 탑 레이저 빔) 중 하나를 상기 기판으로 선택적으로 제공하는 빔 셰이퍼(beam shaper)를 포함하는, 기판 가열 유닛이 제공될 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는 가공된 상기 레이저 빔(즉, 상기 제1 빔과 상기 제2 빔 중 선택된 하나)을 상기 기판의 상면 또는 상기 기판의 하면으로 제공하도록 배치될 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는, 상기 레이저 빔을 복수의 빔(즉, 빔릿(beamlet)으로 분할하는 렌즈 어셈블리(lens assembly)와; 상기 렌즈 어셈블리에 의하여 분할된 상기 레이저 빔을 상기 기판에 집광시키는 콘덴서 렌즈(condenser lens)를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 렌즈 어셈블리는 상기 레이저 빔이 이동되는 경로 상에 상기 경로를 따라 배열된 복수의 렌즈 어레이(lens array)를 포함하고, 복수의 상기 렌즈 어레이 중 적어도 하나 이상은 상기 경로를 따라 이동 가능하며, 이동 가능한 상기 렌즈 어레이는 상기 레이저 빔이 상기 제1 빔으로 가공되는 제1 위치와 상기 제2 빔으로 가공되는 제2 위치 중 하나에 선택적으로 배치될 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는 이동 가능한 상기 렌즈 어레이를 이동시키는 렌즈 구동 기구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 가열 유닛은, 상기 기판의 온도 분포를 검출하는 온도 검출기와; 상기 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 기판의 온도 분포에 기초하여 상기 렌즈 구동 기구의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
복수의 상기 렌즈 어레이는, 위치가 고정된 제1 렌즈 어레이와; 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 콘덴서 렌즈 사이에 상기 경로를 따라 이동 가능하게 제공된 제2 렌즈 어레이일 수 있다. 이때, 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이는 상기 콘덴서 렌즈와 동축으로 배치될 수 있다.
이동 가능한 상기 렌즈 어레이가 선택적으로 배치되는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 각각 하기 수학식을 만족하는 위치와 불만족하는 위치이고, 하기 수학식에서, d12는 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이 사이의 거리이고, f2는 상기 제2 렌즈 어레이의 초점 거리일 수 있다.
[수학식]
Figure 112019134411514-pat00001
복수의 상기 렌즈 어레이는, 위치가 고정된 제1 렌즈 어레이와; 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 콘덴서 렌즈 사이에 상기 경로를 따라 이동 가능하게 제공된 제2 렌즈 어레이와; 상기 제2 렌즈 어레이와 상기 콘덴서 렌즈 사이에 상기 경로를 따라 이동 가능하게 제공된 제3 렌즈 어레이일 수 있다. 이때, 상기 제1 렌즈 어레이, 상기 제2 렌즈 어레이 및 상기 제3 렌즈 어레이는 상기 콘덴서 렌즈와 동축으로 배치될 수 있다.
이동 가능한 상기 렌즈 어레이가 선택적으로 배치되는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 각각 하기의 수학식 1과 수학식 2 중 적어도 하나 이상을 만족하는 위치 및 상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 모두 불만족하는 위치이고, 상기 수학식 1 및 상기 수학식 2에서, d12는 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이 사이의 거리이고, d23는 상기 제2 렌즈 어레이와 상기 제3 렌즈 어레이 사이의 거리이며, f2는 상기 제2 렌즈 어레이의 초점 거리이고, f3는 상기 제3 렌즈 어레이의 초점 거리일 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019134411514-pat00002
[수학식 2]
Figure 112019134411514-pat00003
복수의 상기 렌즈 어레이를 각각 구성하는 렌즈릿(lenslet)들은 상기 기판에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 렌즈릿들은 마이크로렌즈(microlens)일 수 있다.
상기 레이저 발생기로부터의 상기 레이저 빔은 상기 기판에 흡수되는 파장을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과; 상기 기판 지지 유닛에 의하여 지지된 상기 기판을 가열하는 기판 가열 유닛을 포함하고, 상기 기판 가열 유닛은, 상기 기판을 가열하기 위한 레이저 빔을 제공하는 레이저 발생기와; 상기 레이저 발생기로부터의 상기 레이저 빔을 가공하여 균일화된 에너지 분포를 가지는 제1 빔 및 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가지는 제2 빔 중 하나를 상기 기판으로 선택적으로 제공하는 빔 셰이퍼를 포함하는, 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에서, 상기 빔 셰이퍼는, 상기 레이저 빔을 복수로 분할하는 렌즈 어셈블리와; 상기 렌즈 어셈블리에 의하여 분할된 상기 레이저 빔을 상기 기판에 집광시키는 콘덴서 렌즈를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 렌즈 어셈블리는 상기 레이저 빔이 이동되는 경로 상에 상기 경로를 따라 배열된 복수의 렌즈 어레이를 포함하고, 복수의 상기 렌즈 어레이 중 적어도 하나 이상은 상기 경로를 따라 이동 가능하며, 이동 가능한 상기 렌즈 어레이는 상기 레이저 빔이 상기 제1 빔으로 가공되는 제1 위치와 상기 제2 빔으로 가공되는 제2 위치 중 하나에 선택적으로 배치될 수 있다. 이러한 상기 빔 셰이퍼는 이동 가능한 상기 렌즈 어레이를 이동시키는 렌즈 구동 기구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 상기 기판의 온도 분포를 검출하는 온도 검출기와; 상기 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 기판의 온도 분포에 기초하여 상기 렌즈 구동 기구의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 상기 기판과 상기 빔 셰이퍼의 이격 거리를 조절하는 거리 조절 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 기판 지지 유닛은 상기 기판의 하면을 노출시키는 노출 개구를 가지도록 구성되고, 상기 기판 가열 유닛은 가공된 상기 레이저 빔을 상기 노출 개구를 통하여 상기 기판의 하면으로 조사할 수 있다.
상기 기판 지지 유닛은, 상측에 상기 기판이 제공되고 상기 노출 개구를 가진 헤드와; 상기 노출 개구의 주위에서 상기 기판의 측면을 지지하는 척 핀들을 가진 기판 척을 포함할 수 있다.
상기 헤드는, 상기 노출 개구가 상하 방향으로 관통된 헤드 본체와; 상기 헤드 본체에 상기 노출 개구를 상측에서 커버하도록 결합된 지지 플레이트를 포함하고, 상기 지지 플레이트는 가공된 상기 레이저 빔이 투과되는 소재로 이루어지고 상기 기판의 하면을 지지하도록 돌출된 지지 핀들을 가질 수 있다.
상기 헤드는 회전 구동 유닛에 의하여 상하 방향의 축을 중심으로 회전되고 승강 구동 유닛에 의하여 상하 방향으로 이동되는 스핀 헤드일 수 있다. 상기 회전 구동 유닛은 상기 스핀 헤드를 하측에서 회전 가능하게 지지하며 상기 노출 개구와 연통하는 빔 통로가 상하 방향으로 제공된 헤드 지지 부재를 포함할 수 있다. 상기 승강 구동 유닛은, 상기 헤드 지지 부재를 하측에서 지지하며 상단이 상기 빔 통로와 연통하도록 개방되고 상기 빔 셰이퍼가 상기 기판의 하면과 대향하도록 수용된 하우징과; 상기 하우징을 승강시키는 하우징 구동기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 가열된 처리액을 상기 기판의 상면으로 공급하는 액 공급 유닛을 더 포함할 수 있다. 가열된 상기 처리액은 황산, 인산 또는 상기 황산과 상기 인산의 혼합액일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 처리액을 기판의 상면으로 공급하여 상기 기판을 처리하고, 상기 처리액에 의한 상기 기판의 처리 시 레이저 빔을 상기 기판으로 조사하여 상기 기판을 가열하되, 상기 레이저 빔으로서 균일화된 에너지 분포를 가지는 제1 빔 및 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가지는 제2 빔 중 하나를 선택적으로 제공하는, 기판 처리 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 상기 처리액에 의한 상기 기판의 처리 시 상기 기판의 온도 분포를 검출하고, 검출된 상기 기판의 온도 분포에 따라 상기 제1 빔과 상기 제2 빔 중 하나를 상기 기판으로 선택적으로 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 상기 레이저 빔을 상기 기판의 하면으로 조사할 수 있다.
상기 레이저 빔을 상기 기판의 상면으로 조사하여 상기 기판을 가열할 수도 있다. 그런데, 상기 레이저 빔을 상기 기판의 상면으로 조사하면, 상기 레이저 빔이 상기 기판의 상면으로 공급된 상기 처리액을 거쳐 상기 기판의 상면에 도달하고, 이 과정에서 상기 처리액이 상기 레이저 빔을 흡수하기 때문에, 상기 처리액이 인산 수용액 등 고온으로 사용되는 처리액인 경우, 상기 처리액의 온도가 끓는점에 근접하게 상승되어 상기 처리액에 기포가 발생되고, 상기 기판이 이렇게 발생된 상기 기포의 영향으로 손상될 수 있다. 이에, 상기 레이저 빔을 상기 기판의 하면으로 조사하면, 상기 처리액의 온도 상승 및 이에 따른 상기 기포의 발생으로 인한 상기 기판의 손상 문제를 원천적으로 방지할 수 있다.
과제의 해결 수단은 이하에서 설명하는 실시예, 도면 등을 통하여 보다 구체적이고 명확하게 될 것이다. 또한, 이하에서는 언급한 해결 수단 이외의 다양한 해결 수단이 추가로 제시될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판 처리 시 균일화된 에너지 분포를 가진 제1 빔(전체 균일 형태의 플랫 탑 레이저 빔)과 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가진 제2 빔(가장자리 강화 형태의 플랫 탑 레이저 빔) 중 하나를 기판으로 선택적으로 제공할 수 있다.
따라서, 제1 빔을 기판으로 제공하여 기판을 전체적으로 균일한 온도로 가열할 수 있다. 또, 기판의 가장자리 영역의 온도가 상대적으로 낮은 경우에는 제2 빔을 기판으로 제공하여 기판의 온도 편차를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 기판 처리 시 기판의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치가 적용된 기판 처리 설비의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분이 도시된 확대도로, 이는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 기판 가열 유닛의 일례를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 기판 가열 유닛의 작동을 나타낸다.
도 7은 도 4에 도시된 기판 가열 유닛의 빔 셰이퍼를 나타낸다.
도 8은 도 4에 도시된 기판 가열 유닛으로부터의 레이저 빔의 에너지 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 기판 가열 유닛의 다른 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 구성하는 기판 가열 유닛의 또 다른 예를 나타낸다.
도 11은 도 10에 도시된 기판 가열 유닛과 관련하여 주평면을 설명하기 위한 참고도이다.
도 12은 도 10에 도시된 기판 가열 유닛과 관련하여 렌즈들을 투과하는 레이저 빔이 굴절되는 형태를 설명하기 위한 참고도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 참조하는 도면에서 구성 요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 데 사용되는 용어는 주로 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 용어에 대해서는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 해석하는 것이 마땅하겠다.
본 발명에 따른 기판 가열 유닛은 반도체, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위한 다양한 기판 처리 공정을 수행함에 있어서 기판을 가열하는 데 사용될 수 있는 것이나, 본 발명의 실시예는, 기판 처리 장치가 처리액을 이용하여 기판을 처리하는 액 처리 장치이고, 기판 가열 유닛이 이러한 액 처리 장치에 적용된 것을 중심으로 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치가 적용된 기판 처리 설비의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도로, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 처리 설비는 인덱스 모듈(index module, 1000) 및 처리 모듈(2000)을 포함한다.
인덱스 모듈(1000)은 로드 포트(load port, 1200) 및 인덱스 유닛(1400)을 포함한다. 로드 포트(1200), 인덱스 유닛(1400) 및 처리 모듈(2000)은 순차적으로 일렬로 배치된다. 이하에서는, 로드 포트(1200), 인덱스 유닛(1400) 및 처리 모듈(2000)이 배열된 방향을 제1 방향(D-1)이라 하고, 상측에서 볼 때 제1 방향(D-1)에 수직인 방향을 제2 방향(D-2)이라 하며, 제1 방향(D-1)과 제2 방향(D-2)을 포함하는 평면에 수직인 방향을 제3 방향(D-3)이라 한다.
로드 포트(1200)에는 기판을 수납하는 카세트(cassette, 1300)가 안착된다. 로드 포트(1200)는 복수로 구비되고 제2 방향(D-2)을 따라 일렬로 배치된다. 도 2에는 로드 포트(1200)가 4개인 것으로 도시되어 있으나, 로드 포트(1200)의 개수는 처리 모듈(2000)의 공정 효율, 풋프린트(footprint) 등 실시 조건에 따라 증감될 수 있다. 카세트(1300)는 오버헤드 트랜스퍼(overhead transfer) 등의 카세트 반송 수단에 의하여 로드 포트(1200)들에 놓일 수 있다. 카세트(1300)는 내부에 기판의 가장자리를 지지하는 슬롯(slot)이 마련된다. 카세트(1300)의 슬롯은 복수 개가 제3 방향(D-3)으로 제공되어, 기판은 복수 개가 제3 방향(D-3)을 따라 서로 이격되도록 간격을 두고 카세트(1300)의 내부에 수납된다. 카세트(1300)로는 전면 개방 일체형 포드(front opening unified pod, FOUP)가 사용될 수 있다.
처리 모듈(2000)은 버퍼 유닛(buffer unit, 2200), 반송 유닛(2400) 및 공정 챔버(process chamber, 2600)를 포함한다. 반송 유닛(2400)은 길이 방향이 제1 방향(D-1)과 평행하도록 배치된다. 제2 방향(D-2)을 따라 반송 유닛(2400)의 양쪽으로는 각각 공정 챔버(2600)들이 배치된다. 반송 유닛(2400)의 양쪽으로 위치한 공정 챔버(2600)들은 반송 유닛(2400)을 기준으로 서로 대칭을 이루도록 제공될 수 있다. 공정 챔버(2600)들 중 일부는 반송 유닛(2400)의 길이 방향인 제1 방향(D-1)을 따라 배열된다. 또, 공정 챔버(2600)들 중 일부는 서로 적층된다. 즉, 반송 유닛(2400)의 양쪽 중 적어도 어느 한쪽에는 공정 챔버(2600)들이 A×B(A와 B는 각각 1 이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기서, A는 제1 방향(D-1)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(2600)의 수이고, B는 제3 방향(D-3)을 따라 일렬로 제공된 공정 챔버(2600)의 수이다. 반송 유닛(2400)의 양쪽 중 적어도 어느 한쪽에 공정 챔버(2600)들이 4개 또는 6개 제공되는 경우, 공정 챔버(2600)들은 2×2 또는 3×2의 배열로 배치될 수 있다. 공정 챔버(2600)들의 개수는 증감될 수 있다. 설명한 바와 달리, 공정 챔버(2600)들은 반송 유닛(2400)의 양쪽 중 어느 한쪽에만 제공될 수도 있다.
버퍼 유닛(2200)은 인덱스 유닛(1400)과 반송 유닛(2400) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(2200)은 인덱스 유닛(1400)과 반송 유닛(2400) 간에 기판이 반송되기 전에 기판이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 유닛(2200)은 내부에 기판이 놓이는 슬롯이 마련된다. 버퍼 유닛(2200)의 슬롯은 복수 개가 서로 간에 제3 방향(D-3)을 따라 이격되도록 간격을 두고 배치된다. 버퍼 유닛(2200)에서 인덱스 유닛(1400)과 마주하는 부분 및 반송 유닛(2400)과 마주하는 부분 각각은 개방된다.
인덱스 유닛(1400)은 카세트(1300)와 버퍼 유닛(2200) 간에 기판을 반송한다. 인덱스 유닛(1400)에는 인덱스 레일(index rail, 1420) 및 인덱스 로봇(index robot, 1440)이 제공된다. 인덱스 레일(1420)은 길이 방향이 제2 방향(D-2)과 나란하도록 제공된다. 인덱스 로봇(1440)은 인덱스 레일(1420) 상에 설치되어 인덱스 레일(1420)을 따라 제2 방향(D-2)으로 이동된다. 인덱스 로봇(1440)은 베이스(base, 1441), 몸체(1442) 및 인덱스 암(index arm, 1443)을 포함한다. 인덱스 로봇(1440)에 있어서, 베이스(1441)는 인덱스 레일(1420)을 따라 이동 가능하게 설치되고, 몸체(1442)는 베이스(1441)에 결합된다. 인덱스 로봇(1440)에 있어서, 몸체(1442)는, 베이스(1441) 상에서 제3 방향(D-3)을 따라 이동 가능하게 제공되고, 또 베이스(1441) 상에서 제3 방향(D-3)의 축을 중심으로 회전 가능하게 제공된다. 인덱스 로봇(1440)에 있어서, 인덱스 암(1443)은 몸체(1442)에 결합되고 몸체(1442)에 대하여 전후 이동 가능하게 제공된다. 인덱스 암(1443)은 복수로 구비되고 개별적으로 구동하도록 제공된다. 인덱스 암(1443)들은 제3 방향(D-3)을 따라 서로 이격되도록 간격을 두고 배치된다. 인덱스 암(1443)들 중, 일부는 기판을 처리 모듈(2000)로부터 카세트(1300)로 반송하는 데 사용되고, 다른 일부는 기판을 카세트(1300)로부터 처리 모듈(2000)로 반송하는 데 사용될 수 있다. 이러한 구성은 인덱스 로봇(1440)이 기판을 반입하고 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판으로부터 발생된 파티클(particle)이 공정 처리 후의 기판에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
반송 유닛(2400)은 버퍼 유닛(2200)과 공정 챔버(2600)들 간 및 공정 챔버(2600)들 간에 기판을 반송한다. 반송 유닛(2400)에는 반송 레일(2420)과 반송 로봇(2440)이 제공된다. 반송 레일(2420)은 길이 방향이 제1 방향(D-1)과 나란하도록 배치된다. 반송 로봇(2440)은 반송 레일(2420) 상에 설치되어 반송 레일(2420)을 따라 제1 방향(D-1)으로 이동된다. 반송 로봇(2440)은 베이스(2441), 몸체(2442) 및 반송 암(2443)을 포함한다. 반송 로봇(2440)에 있어서, 베이스(2441)는 반송 레일(2420)을 따라 이동 가능하게 설치되고, 몸체(2442)는 베이스(2441)에 결합된다. 반송 로봇(2440)에 있어서, 몸체(2442)는, 베이스(2441) 상에서 제3 방향(D-3)을 따라 이동 가능하게 제공되고, 또 베이스(2441) 상에서 제3 방향(D-3)의 축을 중심으로 회전 가능하게 제공된다. 반송 로봇(2440)에 있어서, 반송 암(2443)은 몸체(2442)에 결합되고 몸체(2442)에 대하여 전후 이동 가능하게 제공된다. 반송 암(2443)은 복수로 구비되고 개별적으로 구동하도록 제공된다. 반송 암(2443)들은 제3 방향(D-3)을 따라 서로 이격되도록 간격을 두고 배치된다. 기판을 버퍼 유닛(2200)으로부터 공정 챔버(2600)들로 반송하는 때와 기판을 공정 챔버(2600)들로부터 버퍼 유닛(2200)으로 반송하는 때에는 서로 다른 반송 암(2443)이 사용될 수 있다.
공정 챔버(2600)는 기판 처리 공정을 수행하는 기판 처리 장치를 포함한다. 공정 챔버(2600) 각각의 기판 처리 장치는 수행하는 공정의 종류에 따라 구조가 상이할 수 있다. 선택적으로, 공정 챔버(2600) 각각의 기판 처리 장치는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로, 공정 챔버(2600)들은 복수의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정 챔버(2600)의 기판 처리 장치는 서로 동일한 구조를 가지고, 상이한 그룹에 속하는 공정 챔버(2600)의 기판 처리 장치는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(2600)들이 2개의 그룹으로 구분되는 경우, 반송 유닛(2400)의 양쪽 중, 한쪽에는 제1 그룹의 공정 챔버(2600)가 제공되고, 다른 쪽에는 제2 그룹의 공정 챔버(2600)가 제공될 수 있다. 선택적으로, 적층된 공정 챔버(2600)들 중, 하층에는 제1 그룹의 공정 챔버(2600)가 제공되고, 상층에는 제2 그룹의 공정 챔버(2600)가 제공될 수 있다. 제1 그룹의 공정 챔버(2600)와 제2 그룹의 공정 챔버(2600)는 공정에 사용되는 처리액의 종류 등에 따라 구분될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 나타내는 단면도로, 도 3에 도시된 기판 처리 장치는 처리액을 이용하여 기판을 처리하는 액 처리 장치이고, 공정 챔버(도 2의 도면 부호 2600 참조)들 중 적어도 어느 하나 이상은 기판 처리 장치로서 액 처리 장치를 포함한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버(1), 처리 용기(2), 기판 지지 유닛(3), 제1 승강 구동 유닛(4), 회전 구동 유닛(5), 제2 승강 구동 유닛(6), 액 공급 유닛(7) 및 기판 가열 유닛(8)을 포함한다.
챔버(1)는 기판(W)에 대한 처리 공정이 이루어지고 외부와 차단 가능한 기판 처리 공간(내부 공간, 11)을 제공한다. 기판(W)(이하, 도면 부호의 병기는 생략한다.)에 대한 처리는 상압 또는 진공에서 이루어질 수 있다. 챔버(1)에는 기판 처리 공간(11)을 감압에 의하여 진공 분위기로 조성하기 위한 진공 펌프(vacuum pump)가 연결될 수 있다.
액 회수 유닛인 처리 용기(2)는 기판 처리 공간(11)에 배치된다. 처리 용기(2)는 상부가 개방되고 내부에 개방된 상부와 연통하는 수용 공간이 마련된 컵(cup) 구조를 가지도록 형성된다. 처리 용기(2)의 수용 공간에는 기판 지지 유닛(3)이 배치된다. 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판의 상면(표면)에는 액 공급 유닛(7)에 의하여 처리액이 공급되고, 처리 용기(2)는 액 공급 유닛(7)으로부터 기판의 상면으로 공급된 처리액을 회수한다. 처리 용기(2)는, 수용 공간을 감싸는 제1 컵 부재(제1 용기, 21), 제1 컵 부재(21)를 일정한 간격을 두고 감싸는 제2 컵 부재(제2 용기, 22), 그리고 제2 컵 부재(22)를 일정한 간격을 두고 감싸는 제3 컵 부재(제3 용기, 23)를 포함할 수 있다. 이에, 내측의 제1 컵 부재(21)와 외측의 제3 컵 부재(23) 사이에는 제2 컵 부재(22)가 배치될 수 있다. 이렇게 처리 용기(2)는 복수의 컵 부재(용기, 21, 22, 23)로 구성될 수 있다. 복수의 컵 부재(용기, 21, 22, 23)는 공통된 중앙 공간을 가질 수 있다. 각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 서로 다른 처리액을 회수하는 용도로 사용될 수 있다. 제1 컵 부재(21)는 회수할 처리액이 유입되는 개구인 제1 유입구(21a)를 가질 수 있다. 제1 컵 부재(21)와 제2 컵 부재(22) 사이의 개구는 회수할 처리액이 유입되는 제2 유입구(22a)로 기능할 수 있다. 제2 컵 부재(22)와 제3 컵 부재(23) 사이의 개구는 회수할 처리액이 유입되는 제3 유입구(23a)로 기능할 수 있다.
제1 컵 부재(21)는 제1 벽체(211, 212) 및 제1 바닥(213)을 포함할 수 있다. 제1 벽체(211, 212)는 수용 공간의 주위를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제1 벽체(211, 212)는, 횡단면이 일정한 원형 구조를 가지도록 형성된 제1 하부 벽(211), 그리고 제1 하부 벽(211)의 상단으로부터 내측 방향으로 일정한 각도 경사지도록 연장되어 원뿔대 구조를 가진 제1 상부 벽(212)을 포함할 수 있다. 제1 하부 벽(211)과 제1 상부 벽(212)은 일체로 형성될 수 있다. 제1 상부 벽(212)의 상단에는 링 형상의 제1 돌기가 마련될 수 있다. 제1 돌기는 제1 상부 벽(212)의 상단으로부터 하측 방향으로 돌출된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 제1 바닥(213)은 링 형상으로 형성되어 공통된 중앙 공간의 일부를 제공할 수 있다. 제1 바닥(213)에는 제1 하부 벽(211)이 세워질 수 있다.
제2 컵 부재(22)는 제2 벽체(221, 222) 및 제2 바닥(223)을 포함할 수 있다. 제2 벽체(221, 222)는 제1 벽체(211, 212)의 주위를 일정한 간격을 두고 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제2 벽체(221, 222)는, 횡단면이 일정한 원형 구조를 가지도록 형성된 제2 하부 벽(221), 그리고 제2 하부 벽(221)의 상단으로부터 내측 방향으로 일정한 각도 경사지도록 연장되어 원뿔대 구조를 가진 제2 상부 벽(222)을 포함할 수 있다. 제2 하부 벽(221)과 제2 상부 벽(222)은 일체로 형성될 수 있다. 제2 상부 벽(222)은 상단의 높이가 제1 상부 벽(212)의 상단에 비하여 높고 내주의 크기가 제1 상부 벽(212)의 내주와 동일하거나 유사하도록 형성되어, 제1 상부 벽(212)의 상단과 제2 상부 벽(222)의 상단 사이에는 제2 유입구(22a)로 기능하는 개구가 형성될 수 있다. 제2 상부 벽(222)의 상단에는 링 형상의 제2 돌기가 마련될 수 있다. 제2 돌기는 제2 상부 벽(222)의 상단으로부터 하측 방향으로 돌출된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 제2 바닥(223)은 제1 바닥(213)으로부터 하측으로 일정한 거리 이격될 수 있다. 제2 바닥(223)은 링 형상으로 형성되어 공통된 중앙 공간의 일부를 제공할 수 있다. 제2 바닥(223)에는 제2 하부 벽(221)이 세워질 수 있다.
제3 컵 부재(22)는 제3 벽체(231, 232) 및 제3 바닥(233)을 포함할 수 있다. 제3 벽체(231, 232)는 제2 벽체(221, 222)의 주위를 일정한 간격을 두고 둘러싸도록 형성될 수 있다. 제3 벽체(231, 232)는, 횡단면이 일정한 원형 구조를 가지도록 형성된 제3 하부 벽(231), 그리고 제3 하부 벽(231)의 상단으로부터 내측 방향으로 일정한 각도 경사지도록 연장되어 원뿔대 구조를 가진 제3 상부 벽(232)을 포함할 수 있다. 제3 하부 벽(231)과 제3 상부 벽(232)은 일체로 형성될 수 있다. 제3 상부 벽(232)은 상단의 높이가 제2 상부 벽(222)의 상단에 비하여 높고 내주의 크기가 제2 상부 벽(222)의 내주와 동일하거나 유사하도록 형성되어, 제2 상부 벽(222)의 상단과 제3 상부 벽(232)의 상단 사이에는 제3 유입구(23a)로 기능하는 개구가 형성될 수 있다. 제3 상부 벽(232)의 상단에는 링 형상의 제3 돌기가 마련될 수 있다. 제3 돌기는 제3 상부 벽(232)의 상단으로부터 하측 방향으로 돌출된 구조를 가지도록 형성될 수 있다. 제3 바닥(233)은 제2 바닥(223)으로부터 하측으로 일정한 거리 이격될 수 있다. 제3 바닥(233)은 링 형상으로 형성되어 공통된 중앙 공간의 일부를 제공할 수 있다. 제3 바닥(233)에는 제3 하부 벽(231)이 세워질 수 있다.
각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 바닥(213, 223, 233)의 액 배출구에 액 배출관(24, 25, 26)이 각각 연결될 수 있다. 각각의 액 배출관(24, 25, 26)은 하측 방향으로 연장되어 각각의 유입구(21a, 22a, 23a)를 통하여 각각의 컵 부재(21, 22, 23)로 회수된 처리액을 배출할 수 있다. 각각의 액 배출관(24, 25, 26)을 통하여 배출된 처리액은 액 재생 유닛에 의하여 재생된 후 재사용될 수 있다.
기판 지지 유닛(3)은 기판 처리 공정 수행 시 기판을 지지한다. 기판 지지 유닛(3)은 기판 처리 공정이 진행되는 동안 회전 구동 유닛(5)에 의하여 회전될 수 있다. 기판 지지 유닛(3)은 스핀 헤드(spin head, 31) 및 기판 척(substrate chuck, 32)을 포함한다.
스핀 헤드(31)는 기판이 웨이퍼인 경우 웨이퍼에 대응하는 원형 형상의 상면을 가질 수 있다. 스핀 헤드(31)의 상측에는 기판이 제공된다. 스핀 헤드(31)는 처리 용기(2)의 수용 공간에 배치된다. 스핀 헤드(31)는 회전 구동 유닛(5)에 의하여 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)의 축을 중심으로 회전된다. 회전 구동 유닛(5)은 스핀 헤드(31)를 고속으로 회전시킬 수 있다. 스핀 헤드(31)에는 지지 핀(support pin, 314)이 복수로 제공된다. 지지 핀(314)들은 기판의 하면(이면)을 지지하도록 스핀 헤드(31)의 상면으로부터 돌출되고 서로 이격되도록 간격을 두고 배치된다.
기판 척(32)은 스핀 헤드(31)에 제공된다. 기판 척(32)은 스핀 헤드(31)의 상측에 적용된 복수의 척 핀(321, chuck pin)을 포함한다. 척 핀(321)들은 지지 핀(314)들에 비하여 스핀 헤드(31)의 중심으로부터 멀리 이격된 위치에 배치될 수 있다. 기판 척(32)은 척 핀(321)들이 서로 이격된 위치에서 각각 기판의 측면을 지지하여 기판이 정위치에서 이탈되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 척 핀(321)들은 핀 구동기에 의하여 스핀 헤드(31)의 중심 쪽과 중심으로부터 바깥쪽 방향을 따라 이동되어 대기 위치에 위치되거나 지지 위치에 위치될 수 있다. 대기 위치는 척 핀(321)들에 의한 기판의 지지가 이루어지는 지지 위치에 비하여 스핀 헤드(31)의 중심으로부터 멀리 이격된 위치일 수 있다. 척 핀(321)들은, 기판이 스핀 헤드(31)의 상측에 대하여 로딩(loading)되는 때 또는 언로딩(unloading)되는 때에는 대기 위치로 이동되어 대기할 수 있고, 로딩된 기판에 대한 처리 공정이 수행되는 동안에는 지지 위치로 이동되어 기판을 지지할 수 있다. 척 핀(321)들은 지지 위치에서 기판의 측면에 각각 접촉되어 기판을 지지할 수 있다.
제1 승강 구동 유닛(4)은 처리 용기(2)를 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 승강시킨다. 제1 승강 구동 유닛(4)은 각각의 컵 부재(21, 22, 23)를 동시에 이동시키거나 개별적으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 처리 용기(2)가 제1 승강 구동 유닛(4)에 의하여 승강되면, 각각의 컵 부재(21, 22, 23)는 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판에 대한 상대 높이가 변경된다. 승강 구동 유닛(4)은 브래킷(bracket, 41), 승강 가능한 로드(rod, 42) 및 로드 구동기(43)를 포함할 수 있다.
브래킷(41)은 처리 용기(2)의 외부에 장착될 수 있다. 구체적으로, 브래킷(41)은 가장 외측에 위치한 제3 컵 부재(23)를 구성하는 제3 벽체(231, 232)의 외벽에 장착될 수 있다. 로드(42)는 브래킷(41)에 결합될 수 있다. 로드(42)는 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 연장될 수 있다. 로드 구동기(43)는 로드(42)를 동력원으로부터의 동력에 의하여 승강시키도록 구성될 수 있다.
제1 승강 구동 유닛(4)은 기판이 스핀 헤드(31)의 상측에 로딩되거나 언로딩되는 때 반송 로봇(도 2의 도면 부호 2440 참조)과 처리 용기(2) 간의 간섭 발생이 방지되도록 처리 용기(2)를 하강시킬 수 있다. 또한, 제1 승강 구동 유닛(4)은 기판 처리 공정 중 액 공급 유닛(7)으로부터 기판의 상면으로 공급되는 처리액의 종류에 따라 처리액이 사전에 설정한 유입구(21a, 22a, 23a)로 유입되도록 처리 용기(2)를 승강시켜 처리 용기(2)의 높이를 조정할 수 있다.
회전 구동 유닛(5)은 기판 지지 유닛(3)을 회전시켜 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판을 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)의 축을 중심으로 회전시킨다. 회전 구동 유닛(5)에 의하면, 기판은 기판 처리 공정이 진행되는 동안 회전될 수 있고, 회전되는 기판의 상면에 공급된 처리액은 주위로 비산될 수 있으며, 비산된 처리액은 사전에 설정한 유입구(21a, 22a, 23a)로 유입될 수 있다.
제2 승강 구동 유닛(6)은 기판 지지 유닛(3)을 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 승강시켜 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판을 기판 지지 유닛(3)과 동일한 방향으로 승강시킨다. 기판 지지 유닛(3)이 제2 승강 구동 유닛(6)에 의하여 승강되면, 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판은 처리 용기(2)에 대한 상대 높이가 변경된다. 또, 기판에 대한 액 공급 유닛(7)으로부터의 처리액 공급 높이가 변경된다. 처리 용기(2)에 대한 기판의 상대 높이가 변경되는 점을 고려할 때, 처리 용기(2)를 승강시키는 제1 승강 구동 유닛(4)은 생략될 수 있다. 물론, 제1 승강 구동 유닛(4) 대신 제2 승강 구동 유닛(6)이 생략될 수도 있다.
액 공급 유닛(7)은 처리액을 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판의 상면으로 공급한다. 액 공급 유닛(7)은 암 지지대(71), 노즐 암(72), 노즐(nozzle, 73) 및 지지대 구동기(74)를 포함할 수 있다.
암 지지대(71)는 기판 처리 공간(11)에서 처리 용기(2)의 외부에 배치되고 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 연장될 수 있다. 노즐 암(72)은 암 지지대(71)의 상단 부분에 결합되고 제3 방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다. 노즐(73)은 노즐 암(72)의 선단 부분에 처리액을 하측 방향으로 토출하도록 장착될 수 있다. 지지대 구동기(74)는 암 지지대(71)의 회전(제3 방향의 축을 중심으로 하는 회전)과 승강(제3 방향으로의 승강) 중 적어도 어느 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다. 지지대 구동기(74)가 작동되면, 노즐(73)은 이동(회전 이동 및/또는 승강 이동)될 수 있다.
이와 같은 액 공급 유닛(7)에 의하면, 노즐(73)은 지지대 구동기(74)에 의하여 암 지지대(71)를 중심으로 회전되어 대기 위치에 위치되거나 공급 위치에 위치될 수 있다. 이때, 대기 위치는 노즐(73)이 처리 용기(2)의 수직 상부로부터 벗어난 위치이고, 공급 위치는 노즐(73)로부터 토출된 처리액이 기판의 상면에 공급되도록 노즐(73)이 처리 용기(2)의 수직 상부에 배치된 위치일 수 있다. 노즐(73)은, 기판이 스핀 헤드(31)의 상측에 로딩되거나 언로딩되는 때에는 대기 위치로 이동되어 대기할 수 있고, 로딩된 기판에 대한 처리 공정이 수행되는 동안에는 공급 위치로 이동되어 처리액을 기판의 상면으로 공급할 수 있다.
한편, 액 공급 유닛(7)은 복수로 구비될 수 있다. 또는, 노즐(73)은 복수로 구비될 수 있다. 액 공급 유닛(7)을 복수로 구비하거나 액 공급 유닛(7)이 노즐(73)을 복수로 구비하는 경우, 복수의 액 공급 유닛(7) 또는 복수의 노즐(73)은 기판의 상면으로 서로 다른 처리액을 공급할 수 있다. 이때, 서로 다른 처리액은 제1 처리액과 제2 처리액일 수 있다. 제1 처리액은 고온(예를 들어, 150 내지 170℃)으로 사용하는 처리액일 수 있다. 구체적으로, 제1 처리액은 인산, 황산 또는 인산과 황산의 혼합액일 수 있다. 제2 처리액은 상온의 순수(eionized water, DIW)일 수 있다.
기판 가열 유닛(8)은 기판 처리 공정 수행 시 기판 지지 유닛(3)에 의하여 지지된 기판을 가열할 수 있다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 기판 가열 유닛(8)은 레이저 발생기(81), 빔 셰이퍼(82), 온도 검출기(83) 및 제어기(84)를 포함하고 레이저를 이용하여 기판을 가열할 수 있게 구성된다. 레이저 발생기(81)는 기판을 가열하기 위한 레이저 빔을 제공하고, 빔 셰이퍼(82)는 레이저 발생기(81)에 의하여 제공된 레이저 빔을 가공하여 에너지 분포가 서로 다른 제1 빔(B1)과 제2 빔(B2) 중 어느 하나를 기판으로 선택적으로 제공하며, 기판에 도달한 레이저 빔(제1 빔과 제2 빔 중 선택된 어느 하나)은 기판을 가열한다. 온도 검출기(83)는 기판의 온도 분포를 실시간으로 검출하고, 제어기(84)는 온도 검출기(83)에 의하여 검출된 기판의 온도 분포에 따라 빔 셰이퍼(82)가 레이저 빔을 제1 빔(B1)과 제2 빔(B2) 중 선택된 어느 하나로 가공하도록 빔 셰이퍼(82)를 컨트롤한다. 기판 가열 유닛(8)은 케이싱(casing, 85)을 더 포함할 수 있다. 레이저 발생기(81)와 빔 셰이퍼(82)는 케이싱(85)에 의하여 외부로부터 보호될 수 있다. 케이싱(85)은 레이저 발생기(81)로부터 기판으로 이동되는 레이저 빔과의 간섭 발생이 없는 구조를 가지도록 구성될 수 있다.
기판 가열 유닛(8)은 기판을 가열하기 위하여 레이저 빔을 기판의 하면으로 조사한다. 레이저 빔을 이렇게 조사하기 위하여, 기판 지지 유닛(3)은 기판의 하면을 노출시키는 노출 개구(312)가 마련된 구조를 가지도록 구성되고, 빔 셰이퍼(82)는 기판 지지 유닛(3)의 하측에서 노출 개구(312)를 통하여 제1 빔(B1)과 제2 빔(B2) 중 선택된 어느 하나를 기판의 하면으로 제공한다. 또, 회전 구동 유닛(5)은 기판 지지 유닛(3)의 하측에 노출 개구(312)와 연통된 빔 통로(511)를 제공하도록 구성되고, 제2 승강 구동 유닛(6)은 회전 구동 유닛(5)의 하측에 빔 통로(511)와 연통된 하우징(61)을 제공하도록 구성됨으로써, 기판 지지 유닛(3), 회전 구동 유닛(5) 및 제2 승강 구동 유닛(6)은 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)을 따라 배치되고, 빔 셰이퍼(82)는 레이저 발생기(81)와 함께 하우징(61)의 내부에 수용된다. 먼저, 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
기판 지지 유닛(3)의 노출 개구(312)는 스핀 헤드(31)에 마련되다. 스핀 헤드(31)는, 노출 개구(312)가 상하 방향인 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 관통된 헤드 본체(311), 그리고 노출 개구(312)의 상단을 커버하는 지지 플레이트(313)를 포함한다.
노출 개구(312)는 기판의 하면 전체를 노출시키는 크기로 형성되고, 척 핀(321)들은 헤드 본체(311)의 상측에서 노출 개구(312)의 주위에 배치되어 기판의 측면을 지지한다. 노출 개구(312)는 상단 쪽에서 하단 쪽으로 갈수록 축소되는 형상을 가지도록 형성될 수 있고, 헤드 본체(311)도 상단 쪽에서 하단 쪽으로 갈수록 축소되는 외형을 가지도록 형성될 수 있다.
지지 플레이트(313)는 노출 개구(312)를 상측에서 커버한 상태로 헤드 본체(311)에 결합된다. 지지 플레이트(313)는 지지 핀(314)들을 가진다. 지지 핀(314)들은 지지 플레이트(313)의 상면으로부터 돌출되어 일정한 길이를 가진다. 지지 핀(314)들을 포함하는 지지 플레이트(313)는 빔 셰이퍼(82)로부터의 가공된 레이저 빔(즉, 제1 빔과 제2 빔 중 선택된 어느 하나)이 투과되는 소재로 이루어져, 가공된 레이저 빔은 지지 플레이트(313)를 투과하여 기판의 하면으로 조사된다. 지지 플레이트(313)는 레이저 투과율과 함께 처리액에 대한 내식성이 우수한 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 지지 플레이트(313)의 소재는 사파이어(sapphire), 석영(quartz) 등의 세라믹일 수 있다.
회전 구동 유닛(5)은 헤드 지지 부재(51) 및 헤드 구동기를 포함한다. 헤드 지지 부재(51)는 스핀 헤드(31)가 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)의 축을 중심으로 회전 가능하도록 스핀 헤드(31)를 지지하고, 헤드 구동기는 동력원으로부터의 동력에 의하여 스핀 헤드(31)를 회전시키도록 구성된다.
헤드 지지 부재(51)는 헤드 본체(311)의 하측에 견고하게 결합되고 노출 개구(312)와 연통된 빔 통로(511)를 가진다. 빔 통로(511)는 헤드 지지 부재(51)에 상하 방향으로 관통된 형상으로 마련된다. 헤드 지지 부재(51)는 링 형상으로 형성될 수 있다. 헤드 구동기는 모터의 회전력을 스핀 헤드(31)에 전달하는 전동 기구로서 래크 앤드 피니언(rack and pinion)을 포함할 수 있다. 피니언과 맞물린 래크는 헤드 본체(311)의 하부에 헤드 본체(311)의 외주 방향을 따라 마련될 수 있다. 피니언은 헤드 지지 부재(51)에 장착될 수 있다.
제2 승강 구동 유닛(6)은 하우징(61) 및 하우징 구동기(도 3의 도면 부호 62 참조)를 포함한다. 하우징(61)은 회전 구동 유닛(5)에 결합되고, 하우징 구동기(62)는 동력원으로부터의 동력에 의하여 회전 구동 유닛(5)을 승강시키도록 구성된다. 회전 구동 유닛(5)이 승강되면, 스핀 헤드(31)가 동일하게 함께 승강된다. 하우징(61)은 헤드 지지 부재(51)를 하측에서 지지하고 상단이 개방된 형상으로 형성되어 빔 통로(511)와 연통된다. 하우징(61)은 처리 용기(2)의 공통된 중앙 공간을 통과하도록 배치될 수 있고, 하우징 구동기(62)는 하우징(61)의 하부에 결합되어 기판 처리 공간(11)에서 처리 용기(2)의 외부에 배치될 수 있다.
다시 기판 가열 유닛(8)에 대하여 살펴보면, 레이저 발생기(81)는 적어도 하나 이상의 레이저 광원을 포함하고 요구의 파장을 가진 레이저 빔을 빔 셰이퍼(82)로 제공할 수 있게 구성된다. 레이저 광원은 단일의 벌크 레이저(bulk laser)일 수도 있고 서로 나란한 복수의 파이버 레이저로 구성된 파이버 레이저 번들(fiber laser bundle)일 수도 있다. 레이저 광원으로서 벌크 레이저가 적용되면, 레이저 발생기(81)는 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔을 요구의 크기로 확대시키는 빔 확대 수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 레이저 발생기(81)는 기판을 가열하기 위한 레이저 빔으로서 기판에 대하여 우수한 흡수성을 가진 파장의 레이저 빔을 제공한다. 일례로, 기판은 웨이퍼이고, 레이저 발생기(81)로부터 출력된 레이저 빔의 파장은 355nm일 수 있다. 기판에 대한 흡수율이 높은 파장의 레이저 빔을 제공하면, 기판을 요구의 온도로 보다 신속히 가열할 수 있다.
레이저 발생기(81)에 의하여 제공된 레이저 빔은 가우시안(gaussian) 분포를 나타내어 중앙 부분에서 에너지가 크고 가장자리 부분으로 갈수록 에너지가 작다. 빔 셰이퍼(82)는 가우시안 분포를 가지는 레이저 빔을 가공하여 균질화된 플랫 탑(flat top) 레이저 빔으로 변환할 수 있다. 도 5를 참조하면, 빔 셰이퍼(82)에 의하여 가공된 제1 빔(B1)은 전체적으로 균일화된 에너지 분포를 가지는 전체 균일 형태의 플랫 탑 레이저 빔이다. 그리고, 도 6을 참조하면, 빔 셰이퍼(82)에 의하여 가공된 제2 빔(B2)은 가장자리 영역이 상대적으로 강화된 에너지 분포를 가지는 가장자리 강화 형태의 플랫 탑 레이저 빔이다.
빔 셰이퍼(82)는 기판으로 제공되어 기판의 하면에 도달한 레이저 빔의 이미지가 기판과 사실상 동일하거나 유사한 수준의 크기 및 형상을 가지도록 레이저 발생기(81)로부터의 레이저 빔을 가공할 수 있다. 이에, 제1 빔(B1)을 기판의 하면으로 제공하여 기판을 전체적으로 균일화된 온도로 가열할 수도 있고, 제2 빔(B2)을 기판의 하면으로 제공하여 기판의 가장자리 영역을 기판의 중앙 영역에 비하여 상승된 온도로 가열할 수도 있다.
도 7은 도 4에 도시된 기판 가열 유닛(8)의 빔 셰이퍼(82)를 나타낸다. 도 4 및 도 7을 참조하면, 빔 셰이퍼(82)는, 레이저 발생기(81)로부터의 레이저 빔을 복수로 분할하는 렌즈 어셈블리(821), 그리고 렌즈 어셈블리(821)에 의하여 분할된 레이저 빔을 기판에 집광시키는 콘덴서 렌즈(822)를 포함함으로써, 레이저 발생기(81)에 의하여 제공된 가우시안 분포의 레이저 빔을 균질화된 플랫 탑 레이저 빔으로 변환할 수 있다. 렌즈 어셈블리(821)는 레이저 발생기(81)로부터의 레이저 빔이 이동되는 경로인 빔 이동 경로 상에 빔 이동 경로를 따라 배열된 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3)를 포함한다. 레이저 발생기(81)에 의하여 제공된 레이저 빔은 빔 이동 경로 중 적어도 일부 구간에서 기판을 향하여 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 이동된다. 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3)는 제3 방향을 따라 일렬로 배열된다. 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3)는 동축으로 배치된다. 콘덴서 렌즈(825)는 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3)와 동축으로 배치된다.
세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3) 각각은 렌즈 베이스 및 렌즈릿(L)들을 포함한다. 렌즈릿(L)들은 렌즈 베이스에 복수의 열 및 복수의 행을 가지도록 일정한 간격으로 배열된다. 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3) 각각에서, 서로 이웃한 열이나 서로 이웃한 행의 렌즈릿(L)들은 서로 동일한 위치에 배치될 수도 있고 서로 엇갈린 위치에 배치될 수도 있다. 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3) 각각에는 렌즈릿(L)들로서 오목 렌즈와 볼록 렌즈 중 어느 하나 이상이 적용될 수 있다. 렌즈릿(L)들로서 오목 렌즈나 볼록 렌즈는 마이크로렌즈(microlens)일 수 있다. 세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3)는 서로 동일할 수 있다.
기판의 하면에 도달한 레이저 빔의 이미지는 그 형상이 렌즈릿(L)들의 형상에 따라 결정된다. 즉, 렌즈릿(L)들의 형상이 사각형이면 레이저 빔의 이미지도 사각형으로 되고, 렌즈릿(L)들의 형상이 원형이면 레이저 빔의 이미지도 원형으로 된다. 렌즈릿(L)들의 형상은 기판에 대응하는 형상으로 형성된다. 예를 들어, 기판이 웨이퍼이면, 렌즈릿(L)들은 웨이퍼에 대응하는 원형으로 형성된다. 이때, 렌즈 베이스도 웨이퍼에 대응하는 원형일 수 있다.
세 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3)는 제1 렌즈 어레이(LA1), 제2 렌즈 어레이(LA2) 및 제3 렌즈 어레이(LA3)로, 제2 렌즈 어레이(LA2)는 제1 렌즈 어레이(LA1)와 제3 렌즈 어레이(LA3) 사이에 배치되고, 제3 렌즈 어레이(LA3)는 제2 렌즈 어레이(LA2)와 콘덴서 렌즈(822) 사이에 배치되어, 레이저 발생기(81)로부터의 레이저 빔은 제1 렌즈 어레이(LA1), 제2 렌즈 어레이(LA2), 제3 렌즈 어레이(LA3) 및 콘덴서 렌즈(822)를 순차적으로 투과한다. 제1 렌즈 어레이(LA1)와 콘덴서 렌즈(822)는 위치가 고정된 반면, 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)는 각각 빔 이동 경로에서 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)과 나란한 구간을 따라 이동 가능하게 제공된다.
제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)는 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)으로 연장된 가이드(guide, 823)를 따라 각각 직선으로 이동된다. 빔 셰이퍼(82)는 각각 이동 가능한 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)를 독립적으로 이동시키는 렌즈 구동 기구(824)를 더 포함한다. 렌즈 구동 기구(824)는 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)를 각각 동력원으로부터의 동력에 의하여 이동시키도록 구성될 수 있다.
도 7에서, f1은 제1 렌즈 어레이(LA1)의 초점 거리이고, f2는 제2 렌즈 어레이(LA2)의 초점 거리이며, f3는 제3 렌즈 어레이(LA3)의 초점 거리이고, fc는 콘덴서 렌즈(822)의 초점 거리이다. 또한, d12는 제1 렌즈 어레이(LA1)와 제2 렌즈 어레이(LA2) 사이의 거리이고, d23는 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3) 사이의 거리이며, d3c는 제3 렌즈 어레이(LA3)와 콘덴서 렌즈(822) 사이의 거리이고, dci는 콘덴서 렌즈(822)와 기판 사이의 거리이다. 또, p는 렌즈릿(L)들 간의 피치(pitch)이다. 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)를 렌즈 구동 기구(824)에 의하여 이동시키는 줌(zoom) 작동을 수행하면, 제1 렌즈 어레이(LA1)와 제2 렌즈 어레이(LA2) 사이의 거리(d12), 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3) 사이의 거리(d23) 및 제3 렌즈 어레이(LA3)와 콘덴서 렌즈(822) 사이의 거리(d3c)가 변경되고, 이로 인하여 기판의 하면에 도달한 플랫 탑 레이저 빔의 이미지의 크기와 함께 플랫 탑 레이저 빔의 경사도, 균질도 등이 변화된다.
여기에서, 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 다음의 식 1에 의하여 계산될 수 있다. 참고로, 렌즈릿(L)들이 원형이고 서로 연접하도록 배열되면, 피치(p)는 렌즈릿(L)들의 지름일 수 있다.
[식 1]
Figure 112019134411514-pat00004
그리고, 레이저 빔의 이미지가 최적의 경사도와 균질도를 가지도록 가공하려면 이미징 조건(imaging condition)을 만족하여야 한다. 이미징 조건은 다음의 식 2 및 식 3과 같이 정리할 수 있다.
[식 2]
Figure 112019134411514-pat00005
[식 3]
Figure 112019134411514-pat00006
제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)가 이동되어 식 2 또는 식 3을 만족하거나 식 2와 식 3을 모두 만족하는 위치에 배치되면, 최적의 경사도와 균질도를 가진 플랫 탑 레이저 빔을 제공할 수 있다. 최적의 경사도와 균질도를 가진 플랫 탑 레이저 빔은 전체적으로 균일화된 에너지 분포를 가지는 전체 균일 형태의 플랫 탑 레이저 빔인 제1 빔(B1)이다. 이에 대하여, 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)가 이동되어 식 2와 식 3을 모두 불만족하는 위치에 배치되면, 상대적으로 저하된 경사도와 균질도를 가진 플랫 탑 레이저 빔을 제공할 수 있다. 상대적으로 저하된 경사도와 균질도를 가진 플랫 탑 레이저 빔은 가장자리 영역이 상대적으로 강화된 에너지 분포를 가지는 가장자리 강화 형태의 플랫 탑 레이저 빔인 제2 빔(B2)이다.
이미징 조건을 만족하는 때, 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 식 4로 계산될 수 있다.
[식 4]
Figure 112019134411514-pat00007
예를 들어, p가 4.0㎜이고, f1, f2 및 f3가 모두 38.24㎜이며, fc가 75.0㎜이고, d12, d23 및 dci가 각각 1.20㎜, 37.0㎜, 11.8㎜라고 가정할 때, 이미징 조건을 만족하는 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 8.1㎜이다. 또한, p가 4.0㎜이고, f1, f2 및 f3가 모두 38.24㎜이며, fc가 75.0㎜이고, d12, d23 및 dci가 각각 12.8㎜, 19.0㎜, 18.2㎜라고 가정할 때, 이미징 조건을 만족하는 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 11.8㎜이다. 또한, p가 4.0㎜이고, f1, f2 및 f3가 모두 38.24㎜이며, fc가 75.0㎜이고, d12, d23 및 dci가 각각 18.9㎜, 1.0㎜, 30.1㎜라고 가정할 때, 이미징 조건을 만족하는 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 15.5㎜이다. 이를 표로 정리하면 다음과 같다.
Figure 112019134411514-pat00008
도 8은 빔 셰이퍼(82)에 의하여 가공된 레이저 빔의 에너지 분포를 나타내는 그래프로, (A)는 제1 빔(B1)에 대한 에너지 분포를 나타내고, (B)는 제2 빔(B2)에 대한 에너지 분포를 나타낸다.
도 8의 (A)에서는 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)가 식 2와 식 3 중 적어도 어느 하나 이상을 만족하도록 배치되면 플랫 탑 레이저 빔의 경사도와 균질도가 최적으로 유지되어 전체 균일 형태의 플랫 탑 레이저 빔이 제공되는 것을 확인할 수 있다. 도 8의 (B)에서는 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)가 식 2와 식 3 모두를 불만족하도록 배치되면 플랫 탑 레이저 빔의 경사도와 균질도가 상대적으로 낮아져 가장자리 강화 형태의 플랫 탑 레이저 빔이 제공되는 것을 확인할 수 있다. 도 8의 (A)와 (B)의 그래프에서 플랫 탑 레이저 빔의 가장자리 영역에 대응되는 부분을 대비하여 보면, 도 8의 (A)의 제1 빔(B1)은 회절 효과로 인한 레이저 빔의 변화가 상대적으로 적으므로 레이저 빔의 에너지 분포 편차가 작음을 확인할 수 있고, 도 8의 (B)의 제2 빔(B2)은 가장자리 영역의 에너지 강도가 회절 효과에 의하여 크게 상승되어 가장자리 영역이 강화되었을 확인할 수 있다. 또한, 도 8에서 (A)의 제1 빔(B1)과 (B)의 제2 빔(B2)은 경사도가 상이하여, 제1 빔(B1)은 수직에 근접한 것에 대하여, 제2 빔(B2)은 제1 빔(B1)에 비하여 완만한 것을 확인할 수 있다.
온도 검출기(83)는 기판 지지 유닛(3)의 상방에 배치된 열화상 카메라(thermal imager)를 포함할 수 있다. 제어기(84)는, 온도 검출기(83)에 의하여 검출된 기판의 온도 분포가 전반적으로 일정한 수준이면, 전체 균일 형태의 제1 빔(B1)이 기판으로 조사되어 기판이 전체적으로 균일화된 온도로 가열되도록 렌즈 구동 기구(824)를 작동시킬 수 있다. 반면, 기판의 가장자리 영역의 온도가 상대적으로 낮아 기판의 온도 분포가 온도 검출기(83)에 의하여 불균일한 것으로 검출되면, 제어기(84)는 가장자리 강화 형태의 제2 빔(B2)이 기판으로 조사되어 기판의 가장자리 영역이 기판의 중앙 영역에 비하여 상승된 온도로 가열되도록 렌즈 구동 기구(824)를 작동시킬 수 있다. 제2 빔(B2)에 의하면, 기판의 중앙 영역과 가장자리 영역 간의 온도 차이를 최소화할 수 있다. 기판의 중앙 영역과 가장자리 영역 간의 온도 차이는 기판의 중앙 부분으로 공급된 고온의 처리액이 기판의 가장자리 쪽으로 퍼져 나가면서 발생하는 온도 저하 현상에 기인한 것일 수 있다.
살펴본 바와 같은 기판 가열 유닛(8)은 레이저 발생기(81)가 제공하는 가우시안 분포의 레이저 빔을 균질화된 플랫 탑 레이저 빔으로 가공하여 기판으로 제공함으로써 기판을 가열할 수 있다. 이때, 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)의 위치에 따라 플랫 탑 레이저 빔의 이미지의 크기 및 플랫 탑 레이저 빔의 특성이 결정되는바, 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)를 이미징 조건을 만족하는 위치에 배치시켜 플랫 탑 레이저 빔으로서 제1 빔(B1, 전체 균일 형태)을 제공할 수도 있고, 제2 렌즈 어레이(LA2)와 제3 렌즈 어레이(LA3)를 이미징 조건을 불만족하는 위치에 배치시켜 플랫 탑 레이저 빔으로서 제2 빔(B2, 가장자리 강화 형태)을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 기판 가열 유닛(8)은 제1 빔(B1)의 이미지가 기판에 대응하는 크기를 가지고 제2 빔(B2)의 이미지가 기판에 비하여 다소 작거나 큰 크기를 가지도록 설정되고 작동될 수 있다. 반대로, 기판 가열 유닛(8)은 제2 빔(B2)의 이미지가 기판에 대응하는 크기를 가지고 제1 빔(B1)의 이미지가 기판에 비하여 다소 작거나 큰 크기를 가지도록 설정되고 작동될 수도 있다.
한편, 도면 부호 86은 기판과 빔 셰이퍼(82)의 이격 거리를 조절하는 거리 조절 유닛이다. 거리 조절 유닛(86)은 하우징(61)의 내부에서 하우징(61)이 장착되고 케이싱(85)에 결합되며 동력원으로부터의 동력에 의하여 케이싱(85)을 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)을 따라 이동시키도록 구성될 수 있다. 하우징(61)이 제3 방향을 따라 기판 쪽으로 이동되면, 기판과 빔 셰이퍼(82)의 이격 거리는 단축된다. 반대로, 하우징(61)이 제3 방향을 따라 기판의 맞은편으로 이동되면, 기판과 빔 셰이퍼(82)의 이격 거리는 연장된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 적용된 기판 가열 유닛의 다른 예를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 기판 가열 유닛의 다른 예는, 앞서 살펴본 기판 가열 유닛의 일례와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 데 대하여, 렌즈 어셈블리(821)가 두 렌즈 어레이(LA1, LA2)를 포함하는 점 정도만이 상이하다. 참고로, 도 9에는 기판 가열 유닛의 다른 예가 빔 셰이퍼 위주로 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 두 렌즈 어레이(LA1, LA2)는 제1 렌즈 어레이(LA1) 및 제2 렌즈 어레이(LA2)로, 제2 렌즈 어레이(LA2)는 제1 렌즈 어레이(LA1)와 콘덴서 렌즈(822) 사이에 배치되어, 레이저 발생기로부터의 레이저 빔은 동축 상의 제1 렌즈 어레이(LA1), 제2 렌즈 어레이(LA2) 및 콘덴서 렌즈(822)를 순차적으로 투과한다. 물론, 제1 렌즈 어레이(LA1)와 콘덴서 렌즈(822)는 위치가 고정된 반면, 제2 렌즈 어레이(LA2)는 빔 이동 경로에서 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)과 나란한 구간을 따라 이동 가능하게 제공되고, 렌즈 구동 기구는 제2 렌즈 어레이(LA2)를 이동시킨다.
도 9에서, f1은 제1 렌즈 어레이(LA1)의 초점 거리이고, f2는 제2 렌즈 어레이(LA2)의 초점 거리이며, fc는 콘덴서 렌즈(822)의 초점 거리이다. 또한, d12는 제1 렌즈 어레이(LA1)와 제2 렌즈 어레이(LA2) 사이의 거리이고, d2c는 제2 렌즈 어레이(LA2)와 콘덴서 렌즈(822) 사이의 거리이고, dci는 콘덴서 렌즈(822)와 기판 사이의 거리이다. 또, p는 렌즈릿(L)들 간의 피치이다. 제2 렌즈 어레이(LA2)를 렌즈 구동 기구에 의하여 이동시키는 줌 작동을 수행하면, 제1 렌즈 어레이(LA1)와 제2 렌즈 어레이(LA2) 사이의 거리(d12) 및 제2 렌즈 어레이(LA2)와 콘덴서 렌즈(822) 사이의 거리(d2c)가 변경되고, 이로 인하여 기판의 하면에 도달한 플랫 탑 레이저 빔의 이미지의 크기와 함께 플랫 탑 레이저 빔의 경사도, 균질도 등이 변화된다.
여기에서, 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 다음의 식 5에 의하여 계산될 수 있다.
[식 5]
Figure 112019134411514-pat00009
그리고, 레이저 빔의 이미지가 최적의 경사도와 균질도를 가지도록 가공하려면 이미징 조건을 만족하여야 한다. 이미징 조건은 다음의 식 6과 같이 정리할 수 있다. 제2 렌즈 어레이(LA2)가 이동되어 식 5를 만족하는 위치에 배치되면, 최적의 경사도와 균질도를 가진 플랫 탑 레이저 빔(즉, 전체 균일 형태의 제1 빔)을 제공할 수 있다. 이에 대하여, 제2 렌즈 어레이(LA2)가 이동되어 식 5를 불만족하는 위치에 배치되면, 상대적으로 저하된 경사도와 균질도를 가진 플랫 탑 레이저 빔(즉, 가장자리 강화 형태의 제2 빔)을 제공할 수 있다.
[식 6]
Figure 112019134411514-pat00010
이미징 조건을 만족하는 때, 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 식 7로 계산될 수 있다.
[식 7]
Figure 112019134411514-pat00011
이와 같이, 렌즈 어레이를 세 매가 아닌 두 매를 구비하더라도 제1 빔(전체 균일 형태)과 제2 빔(가장자리 강화 형태) 중 어느 하나를 기판으로 선택적으로 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 적용된 기판 가열 유닛의 또 다른 예를 나타낸다. 그리고, 도 11 및 도 12는 기판 가열 유닛의 또 다른 예와 관련된 참고도이다.
도 10을 참조하면, 기판 가열 유닛의 또 다른 예는, 앞서 살펴본 기판 가열 유닛의 일례 및 다른 예와 비교하여 볼 때, 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 렌즈 어셈블리(821)가 임의의 복수 매(예를 들어, 넷 이상)의 렌즈 어레이(LA1, LA2, LA3, LA4)를 포함하고, 콘덴서 렌즈(822)가 적어도 하나 이상 구비된 점 정도만이 상이하다. 참고로, 도 10에는 기판 가열 유닛의 또 다른 예가 빔 셰이퍼 위주로 도시되어 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 빔 셰이퍼는 렌즈 어셈블리(821)와 콘덴서 렌즈 그룹(G3)을 포함한다. 렌즈 어셈블리(821)는, 적어도 하나 이상의 렌즈 어레이(LA1, LA2)를 가진 제1 렌즈 어레이 그룹(G1), 그리고 적어도 하나 이상의 렌즈 어레이(LA3, LA4)를 가진 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)을 포함한다. 콘덴서 렌즈 그룹(G3)은 적어도 하나 이상의 콘덴서 렌즈(822)를 가진다. 렌즈 어레이 그룹(G1, G2)의 렌즈 어레이(LA1, LA2)들 및 콘덴서 렌즈 그룹(G3)의 콘덴서 렌즈(822)는 빔 이동 경로를 따라 배열되고 동축으로 배치된다. 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)은 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)과 콘덴서 렌즈 그룹(G3) 사이에 배치되어, 레이저 발생기로부터의 레이저 빔은 제1 렌즈 어레이 그룹(G1), 제2 렌즈 어레이 그룹(G2) 및 콘덴서 렌즈 그룹(G3)을 순차적으로 투과한다. 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)과 제2 렌즈 어레이 그룹(G2) 중 적어도 어느 하나는 렌즈 어레이를 복수로 가질 수 있다.
레이저 빔의 이동 방향을 기준으로 최전단에 배치된 렌즈 어레이(LA1)는 위치가 고정되고, 나머지 렌즈 어레이(LA2, LA3, LA4) 중 적어도 일부는 빔 이동 경로에서 제3 방향(도 2의 도면 부호 D-3 참조)과 나란한 구간을 따라 이동 가능하게 제공된다. 콘덴서 렌즈 그룹(G3)이 콘덴서 렌즈(822)를 단수로 가진 경우, 콘덴서 렌즈(822)는 위치가 고정된다. 콘덴서 렌즈 그룹(G3)이 콘덴서 렌즈(822)를 복수로 가진 경우, 레이저 빔의 이동 방향을 기준으로 최후단에 배치된 콘덴서 렌즈(822)는 위치가 고정되지만, 나머지 콘덴서 렌즈(822)는 적어도 일부가 빔 이동 경로에서 제3 방향과 나란한 구간을 따라 이동 가능하게 제공될 수도 있고 모두 위치가 고정될 수도 있다. 이동 가능한 렌즈 어레이 또는 이동 가능한 렌즈 어레이와 콘덴서 렌즈는 렌즈 구동 기구에 의하여 이동된다.
도 10에서, f1e는 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)의 등가 초점 거리(equivalent focal length)이고, f2e는 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 등가 초점 거리이며, fce는 콘덴서 렌즈 그룹(G3)의 등가 초점 거리이다. 또, p는 렌즈릿(L)들 간의 피치이다.
여기에서, 레이저 빔의 이미지의 크기(D)는 다음의 식 8에 의하여 계산될 수 있다.
[식 8]
Figure 112019134411514-pat00012
제1 렌즈 어레이 그룹(G1)의 주평면에서 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 주평면까지의 거리는 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 등가 초점 거리(f2e)와 동일할 수 있고, 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)의 등가 초점 거리(f1e)와 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 등가 초점 거리(f2e)를 변화시켜 줌 기능을 구현할 수 있다.
도 11을 참조하면, 주평면이란, 제1 렌즈 어레이 그룹(G1), 제2 렌즈 어레이 그룹(G2) 및 콘덴서 렌즈 그룹(G3) 각각에서 입사되는 레이저 빔을 연장한 가상의 직선이 출사되는 레이저 빔을 연장한 가상의 직선과 만나는 지점에서 빔 축에 수직한 가상의 평면으로, 복수 매의 렌즈(렌즈 어레이, 콘덴서 렌즈)를 구비한 경우에는 주평면으로서 렌즈 1매로 가정할 수 있다.
등가 초점 거리란 복수 매의 렌즈로 구성된 렌즈 그룹(렌즈 어레이 그룹, 콘덴서 렌즈 그룹)의 초점 거리를 가상의 렌즈 1매의 초점 거리로 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, i번째 렌즈의 굴절능을 Ki, i번째 렌즈의 굴절율을 ni, i번째 렌즈와 그 다음 렌즈 간의 거리를 di, i번째 렌즈에 입사되는 레이저 빔과 출사되는 레이저 빔의 각도를 ui, i번째 렌즈의 중심점으로부터 입사되는 레이저 빔의 높이(폭)를 hi라 표현할 때, 다음의 식 9 및 식 10과 같은 관계가 성립될 수 있다.
[식 9]
Figure 112019134411514-pat00013
[식 10]
Figure 112019134411514-pat00014
한편, 등가 초점 거리는 굴절능의 역수로 표현될 수 있다.
[식 11]
Figure 112019134411514-pat00015
따라서, 렌즈가 1매일 때의 등가 초점 거리는 다음의 식 12로 표현될 수 있다.
[식 12]
Figure 112019134411514-pat00016
또한, 렌즈가 2매일 때의 등가 초점 거리는 다음의 식 13으로 표현될 수 있다.
[식 13]
Figure 112019134411514-pat00017
렌즈가 N매일 때의 등가 초점 거리는 다음의 식 14로 표현될 수 있다.
[식 14]
Figure 112019134411514-pat00018
따라서, 위의 식을 이용하여 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)의 등가 초점 거리(f1e), 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 등가 초점 거리(f2e) 및 콘덴서 렌즈 그룹(G3)의 등가 초점 거리(fce)를 계산할 수 있고, 이에 따라 기판의 하면에 도달한 레이저 빔의 이미지 크기를 계산할 수 있다. 이때, 이미징 조건을 만족시키기 위하여, 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)의 주평면에서 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 주평면까지의 거리가 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 등가 초점 거리(f2e)와 동일하도록 위치시킬 수 있다. 제1 렌즈 어레이 그룹(G1)의 등가 초점 거리(f1e), 제2 렌즈 어레이 그룹(G2)의 등가 초점 거리(f2e) 및 콘덴서 렌즈 그룹(G3)의 등가 초점 거리(fce)는 양수(positive)일 수 있다.
살펴본 바와 같이, 기판 가열 유닛의 또 다른 예의 경우에도, 기판 가열 유닛의 일례 및 다른 예와 마찬가지로 제1 빔(전체 균일 형태)과 제2 빔(가장자리 강화 형태) 중 어느 하나를 기판으로 선택적으로 제공할 수 있고, 기판 가열 유닛의 일례와 마찬가지로 레이저 빔의 이미지의 크기를 조절할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 설명한 기술적 사상은, 각각 독립적으로 실시될 수도 있고, 둘 이상이 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
1: 챔버
2: 처리 용기(액 회수 유닛)
3: 기판 지지 유닛
31: 스핀 헤드
311: 헤드 본체
312: 노출 개구
313: 지지 플레이트
314: 지지 핀
32: 기판 척
321: 척 핀
4: 제1 승강 구동 유닛
5: 회전 구동 유닛
51: 헤드 지지 부재
511: 빔 통로
6: 제2 승강 구동 유닛
61: 하우징
7: 액 공급 유닛
73: 노즐
8: 기판 가열 유닛
81: 레이저 발생기
82: 빔 셰이퍼
821: 렌즈 어셈블리
822: 콘덴서 렌즈
83: 온도 검출기
84: 제어기
B1: 제1 빔
B2: 제2 빔
LA1, LA2, LA3, LA4: 렌즈 어레이
W: 기판

Claims (26)

  1. 기판을 가열하기 위하여 단일 파장의 레이저 빔을 제공하는 레이저 발생기와;
    상기 레이저 발생기로부터의 상기 레이저 빔을 가공하여 균일화된 에너지 분포를 가지는 제1 빔 및 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가지는 제2 빔 중 하나를 상기 기판으로 선택적으로 제공하는 빔 셰이퍼를 포함하는,
    기판 가열 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는,
    상기 레이저 빔을 복수로 분할하는 렌즈 어셈블리와;
    상기 렌즈 어셈블리에 의하여 분할된 상기 레이저 빔을 상기 기판에 집광시키는 콘덴서 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈 어셈블리는 상기 레이저 빔이 이동되는 경로 상에 상기 경로를 따라 배열된 복수의 렌즈 어레이를 포함하며,
    복수의 상기 렌즈 어레이 중 적어도 하나 이상은 상기 경로를 따라 이동 가능하고,
    이동 가능한 상기 렌즈 어레이는 상기 레이저 빔이 상기 제1 빔으로 가공되는 제1 위치와 상기 제2 빔으로 가공되는 제2 위치 중 하나에 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는 이동 가능한 상기 렌즈 어레이를 이동시키는 렌즈 구동 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판의 온도 분포를 검출하는 온도 검출기와;
    상기 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 기판의 온도 분포에 기초하여 상기 렌즈 구동 기구의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  5. 청구항 2에 있어서,
    복수의 상기 렌즈 어레이는,
    위치가 고정된 제1 렌즈 어레이와;
    상기 제1 렌즈 어레이와 상기 콘덴서 렌즈 사이에 상기 경로를 따라 이동 가능하게 제공된 제2 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이, 상기 제2 렌즈 어레이 및 상기 콘덴서 렌즈는 동축으로 배치된 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    이동 가능한 상기 렌즈 어레이가 선택적으로 배치되는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 각각 하기의 수학식을 만족하는 위치와 불만족하는 위치이고,
    [수학식]
    Figure 112019134411514-pat00019

    상기 수학식에서,
    d12는 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이 사이의 거리이고,
    f2는 상기 제2 렌즈 어레이의 초점 거리인 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  8. 청구항 2에 있어서,
    복수의 상기 렌즈 어레이는,
    위치가 고정된 제1 렌즈 어레이와;
    상기 제1 렌즈 어레이와 상기 콘덴서 렌즈 사이에 상기 경로를 따라 이동 가능하게 제공된 제2 렌즈 어레이와;
    상기 제2 렌즈 어레이와 상기 콘덴서 렌즈 사이에 상기 경로를 따라 이동 가능하게 제공된 제3 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 렌즈 어레이, 상기 제2 렌즈 어레이, 상기 제3 렌즈 어레이 및 상기 콘덴서 렌즈는 동축으로 배치된 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    이동 가능한 상기 렌즈 어레이가 선택적으로 배치되는 상기 제1 위치와 상기 제2 위치는 각각 하기의 수학식 1과 수학식 2 중 적어도 하나 이상을 만족하는 위치 및 상기 수학식 1과 상기 수학식 2를 모두 불만족하는 위치이고,
    [수학식 1]
    Figure 112019134411514-pat00020

    [수학식 2]
    Figure 112019134411514-pat00021

    상기 수학식 1 및 상기 수학식 2에서,
    d12는 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이 사이의 거리이고,
    d23는 상기 제2 렌즈 어레이와 상기 제3 렌즈 어레이 사이의 거리이며,
    f2는 상기 제2 렌즈 어레이의 초점 거리이고,
    f3는 상기 제3 렌즈 어레이의 초점 거리인 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  11. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
    복수의 상기 렌즈 어레이를 각각 구성하는 렌즈릿들은 상기 기판에 대응하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
    상기 레이저 발생기로부터의 상기 레이저 빔은 상기 기판에 흡수되는 파장을 가진 것을 특징으로 하는,
    기판 가열 유닛.
  13. 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛에 의하여 지지된 상기 기판을 가열하는 기판 가열 유닛을 포함하고,
    상기 기판 가열 유닛은,
    상기 기판을 가열하기 위하여 단일 파장의 레이저 빔을 제공하는 레이저 발생기와;
    상기 레이저 발생기로부터의 상기 레이저 빔을 가공하여 균일화된 에너지 분포를 가지는 제1 빔 및 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가지는 제2 빔 중 하나를 상기 기판으로 선택적으로 제공하는 빔 셰이퍼를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는,
    상기 레이저 빔을 복수로 분할하는 렌즈 어셈블리와;
    상기 렌즈 어셈블리에 의하여 분할된 상기 레이저 빔을 상기 기판에 집광시키는 콘덴서 렌즈를 포함하고,
    상기 렌즈 어셈블리는 상기 레이저 빔이 이동되는 경로 상에 상기 경로를 따라 배열된 복수의 렌즈 어레이를 포함하며,
    복수의 상기 렌즈 어레이 중 적어도 하나 이상은 상기 경로를 따라 이동 가능하고,
    이동 가능한 상기 렌즈 어레이는 상기 레이저 빔이 상기 제1 빔으로 가공되는 제1 위치와 상기 제2 빔으로 가공되는 제2 위치 중 하나에 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는 이동 가능한 상기 렌즈 어레이를 이동시키는 렌즈 구동 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 기판의 온도 분포를 검출하는 온도 검출기와;
    상기 온도 검출기에 의하여 검출된 상기 기판의 온도 분포에 기초하여 상기 렌즈 구동 기구의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  17. 청구항 13 내지 청구항 16 중 어느 하나에 있어서,
    상기 기판과 상기 빔 셰이퍼의 이격 거리를 조절하는 거리 조절 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  18. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛은 상기 기판의 하면을 노출시키는 노출 개구를 가지도록 구성되고,
    상기 기판 가열 유닛은 가공된 상기 레이저 빔을 상기 노출 개구를 통하여 상기 기판의 하면으로 조사하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 기판 지지 유닛은,
    상측에 상기 기판이 제공되고 상기 노출 개구를 가진 헤드와;
    상기 노출 개구의 주위에서 상기 기판의 측면을 지지하는 척 핀들을 가진 기판 척을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 헤드는,
    상기 노출 개구가 상하 방향으로 관통된 헤드 본체와;
    상기 헤드 본체에 상기 노출 개구를 상측에서 커버하도록 결합된 지지 플레이트를 포함하고,
    상기 지지 플레이트는 가공된 상기 레이저 빔이 투과되는 소재로 이루어지고 상기 기판의 하면을 지지하도록 돌출된 지지 핀들을 가진 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 헤드는 회전 구동 유닛에 의하여 상하 방향의 축을 중심으로 회전되고 승강 구동 유닛에 의하여 상하 방향으로 이동되는 스핀 헤드이고,
    상기 회전 구동 유닛은 상기 스핀 헤드를 하측에서 회전 가능하게 지지하며 상기 노출 개구와 연통하는 빔 통로가 상하 방향으로 제공된 헤드 지지 부재를 포함하며,
    상기 승강 구동 유닛은,
    상기 헤드 지지 부재를 하측에서 지지하며 상단이 상기 빔 통로와 연통하도록 개방되고 상기 빔 셰이퍼가 상기 기판의 하면과 대향하도록 수용된 하우징과;
    상기 하우징을 승강시키는 하우징 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  22. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    가열된 처리액을 상기 기판의 상면으로 공급하는 액 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  23. 청구항 22에 있어서,
    가열된 상기 처리액은 황산, 인산 또는 상기 황산과 상기 인산의 혼합액인 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 장치.
  24. 처리액을 기판의 상면으로 공급하여 상기 기판을 처리하고,
    상기 처리액에 의한 상기 기판의 처리 시 단일 파장의 레이저 빔을 상기 기판으로 조사하여 상기 기판을 가열하되,
    상기 레이저 빔을 균일화된 에너지 분포를 가지는 제1 빔 또는 가장자리 영역이 강화된 에너지 분포를 가지는 제2 빔으로 가공하여 상기 기판으로 제공하는,
    기판 처리 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 처리액에 의한 상기 기판의 처리 시 상기 기판의 온도 분포를 검출하며,
    검출된 상기 기판의 온도 분포에 따라 상기 제1 빔과 상기 제2 빔 중 하나를 상기 기판으로 선택적으로 제공하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 레이저 빔을 상기 기판의 하면으로 조사하는 것을 특징으로 하는,
    기판 처리 방법.
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