KR101918203B1 - 레이저 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부, 레이저 빔의 경로 및 크기를 조절 가능하도록 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 안내부, 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능하도록 안내부를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 가변 광학부, 기판 상에 레이저 빔의 초점을 형성할 수 있도록 가변 광학부를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 결상부를 포함하고, 결함의 크기에 따른 레이저 빔의 크기 조절 시 에너지의 손실을 줄일 수 있는 레이저 처리 장치 및 이에 적용되는 레이저 처리 방법이 제시된다.

Description

레이저 처리 장치 및 방법{Laser Processing Apparatus and Method}
본 발명은 레이처 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결함의 크기에 따른 레이저 빔의 크기 조절 시 에너지의 손실을 줄일 수 있는 레이저 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
각종 표시장치는 기판 상에 형성된 전자 회로를 구비한다. 이들 전자 회로의 제조 중 전자 회로의 도전 라인 일부가 단락이나 중첩되는 결함이 야기될 수 있다. 예컨대 LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Display) 또는 LED(Light Emitting Display) 등의 표시장치를 제조하는 공정 중에 기판 상에 형성되는 각 소자의 전극, 배선 또는 신호라인 등의 신호선이 일부 중첩되어 결함이 생성되는 경우가 있다. 기판 상에 결함이 생성되면, 기판 상에 형성된 화소가 올바른 화상을 형성할 수 없다. 따라서, 중첩된 신호선을 절단하여 상호 중첩되지 않도록 하는 공정이 수행되는데, 이를 리페어라고 한다.
한편, LCD, OLED 또는 LED 등의 표시장치의 경우 단위 면적당 구현되는 화소 수가 점점 많아짐에 따라 이들 화소를 구동하는 소자들이 작아지고 있고, 소자들을 연결하는 신호선들의 선폭이 얇아지고 있다. 이에 따라, 기판 상에 생성된 결함 역시 그 크기가 수㎛ 정도로 매우 작다.
즉, 수㎛ 정도의 작은 크기로 형성된 결함을 리페어하기 위해서는 기판 상의 결함에 조사되는 레이저 빔의 크기도 수㎛ 정도로 작아져야 한다. 통상적으로 수㎛ 정도로 작은 크기의 결함을 리페어하기 위하여, 예컨대 수㎜ 정도의 크기로 발진된 레이저 빔을 슬릿에 통과시켜 백 내지 수백㎛의 크기로 조절한 후, 이를 튜브 렌즈로 집속하며 수십 배율을 가진 대물 렌즈에 통과시킨다. 레이저 빔은 대물 렌즈를 통과한 후 기판 상의 결함에 수㎛ 정도의 크기로 결상되어 결함을 리페어한다.
이때, 수㎜의 레이저 빔이 백 내지 수백㎛ 정도로 작은 크기의 슬릿을 통과하며 레이저 빔이 회절되고, 회절에 의해 레이저 빔이 퍼지면서 결상 시 상의 형태가 유지되지 않는 문제점이 있다.
또한, 레이저 빔의 크기가 수㎜인 것에 반하여 슬릿을 통과하는 레이저 빔의 크기가 백 내지 수백㎛ 정도이고, 이에 상당량의 에너지가 결함의 리페어에 사용되지 못하고 슬릿에서 손실되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 개시되어 있다.
KR 10-1560378 B1 KR 10-2014-0099404 A
본 발명은 레이저 빔의 크기 조절 시 에너지의 손실을 줄일 수 있는 레이저 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 하나의 장치에서 결상 광학계와 초점 광학계를 선택적으로 사용하여 레이저 빔의 크기를 조절할 수 있는 레이저 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 처리 장치는, 레이저 빔을 이용하여 기판을 처리 가능한 장치로서, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부; 레이저 빔의 경로 및 크기를 조절 가능하도록 상기 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 안내부; 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능하도록 상기 안내부를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 가변 광학부; 및 기판 상에 레이저 빔의 초점을 형성할 수 있도록 상기 가변 광학부를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 결상부;를 포함한다.
상기 안내부는, 상기 레이저 발진부에서 발진된 레이저 빔을 상기 가변 광학부로 안내하도록 배치되는 레이저 미러; 상기 레이저 미러에 의해 안내된 레이저 빔의 크기를 조절 가능하도록 배치되는 슬릿;을 포함할 수 있다.
상기 가변 광학부는, 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 복수의 광학계; 및 레이저 빔의 진행 경로에 상기 복수의 광학계를 선택적으로 위치시키는 구동기;를 포함할 수 있다.
상기 복수의 광학계는, 경로 및 크기가 조절된 레이저 빔을 집속빔으로 정형 가능하게 형성되는 제1광학계; 및 경로가 조절된 레이저 빔을 평행빔으로 정형하며 크기를 조절 가능하게 형성되는 제2광학계;를 포함할 수 있다.
상기 제1광학계는 튜브 렌즈부를 포함하고, 상기 제2광학계는 콜리메이트 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 가변 광학부는, 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 가변 광학계;를 포함할 수 있다.
상기 가변 광학계는, 레이저 빔을 집속빔으로 정형 가능하게 형성되고, 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 제1렌즈부; 상기 제1렌즈부로 향하는 레이저 빔의 진행 경로상에 위치하여 상기 제1렌즈부와 함께 콜리메이트 렌즈부를 형성 가능한 제2렌즈부; 및 상기 제1렌즈부로 향하는 레이저 빔의 진행 경로상에 상기 제2렌즈부를 선택적으로 위치시키는 구동기;를 포함할 수 있다.
상기 제1렌즈부는 튜브 렌즈부를 포함하고, 상기 제2렌즈부는 오목 렌즈부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 처리 방법은, 레이저 빔을 발진하는 과정; 상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 과정; 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 가변 광학부를 이용하여 상기 레이저 빔을 정형하는 과정; 및 상기 레이저 빔을 기판에 조사하여 상기 기판의 결함을 처리하는 과정;을 포함한다.
상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 과정 및 상기 레이저 빔을 정형하는 과정의 사이에 상기 레이저 빔의 크기를 조절하는 과정을 수행하고, 상기 레이저 빔을 정형하는 과정은, 경로 및 크기가 조절된 레이저 빔을 집속빔으로 정형하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔을 정형하는 과정은, 경로가 조절된 레이저 빔을 평행빔으로 정형하면서 크기를 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태들에 따르면, 기판 상에 형성되는 다양한 크기의 결함을 하나의 장치로 리페어함에 있어, 결함의 크기에 따라 결상 광학계와 초점 광학계를 선택적으로 사용하여 레이저 빔의 크기를 조절할 수 있다. 이때, 미세한 크기의 결함에 대응하여 레이저 빔의 크기를 수㎛의 크기로 줄일 때 초점 광학계를 이용하여 레이저 빔의 크기를 조절함에 따라 에너지의 손실을 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 상대적으로 큰 크기의 결함에 대응하여 레이저 빔의 크기를 수십㎛ 또는 그 이상의 크기로 정형할 때 결상 광학계를 이용하여 레이저 빔의 크기를 조절함에 따라 레이저 빔의 크기를 쉽게 조절할 수 있고, 다양한 크기의 결함을 효율적으로 리페어할 수 있다. 따라서, 다양한 크기의 결함을 에너지의 손실이나 낭비 없이 하나의 장치로 원활하게 리페어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 제1 작동도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 제2 작동도이다.
도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치의 제1 작동도이다.
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치의 제2 작동도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔의 결상 형태의 사진이다.
도 9는 본 발명의 비교 예에 따른 슬릿의 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치를 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 제1 작동도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치의 제2 작동도이고, 도 6은 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치의 제1 작동도이며, 도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치의 제2 작동도이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔의 각기 다른 결상 형태를 촬영한 사진이고, 도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 비교 예에 따른 슬릿에서 레이저 빔이 회절되는 현상을 설명하기 위한 사진이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치는, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부(100), 레이저 빔의 경로 및 크기를 조절 가능하도록 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 안내부(200), 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능하도록 안내부(200)를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 가변 광학부(300), 기판(10) 상에 레이저 빔의 초점을 형성할 수 있도록 가변 광학부(300)를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 결상부(400)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치는, 기판(10)의 영상을 획득하도록 가변 광학부(300)에서 결상부(400)를 향하는 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 관찰부(500), 결상부(400)를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 기판(10)을 지지하는 지지부(600) 예컨대 스테이지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 장치는, 기판(10)의 결함(defect)을 리페어하는 장치일 수 있고, 기판(10)에 다양한 크기의 레이저 빔을 조사하여 기판(10)을 각종 방식으로 가공 또는 처리하는 장치일 수 있으며, 이때, 수㎛ 정도의 미세한 크기로 레이저 빔을 조사하여 기판(10)의 리페어를 포함한 각종 처리 및 가공이 가능한 장치일 수 있다.
기판(10)은 전자 소자나 도전성 패턴 라인 등이 제조되는 공정이 진행중이거나 종료된 각종 판일 수 있다. 예컨대 기판(10)은 OLED가 제조되는 공정이 진행 중인 TFT(Thin Film Transistor) 기판일 수 있고, 일면에 게이트 라인, 데이터 라인, 화소 및 박막 트렌지스터 등이 구비될 수 있다. 물론, 기판(10)은 각종 표시장치가 제조되는 공정이 진행 중이거나 종료된 다양한 기판일 수 있다. 기판(10)은 지지부(600)에 지지될 수 있다. 기판(10)과 결상부(400)는 서로 상대 이동이 가능하도록 마련될 수 있다. 예컨대 지지부(600)가 이동 가능하게 설치되거나, 결상부(400)가 겐트리(미도시) 등에 의해 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 기판(10)은 레이저 빔에 의하여 다양한 방식으로 처리될 수 있다.
레이저 발진부(100)는 레이저 빔(L)을 발진할 수 있다. 레이저 발진부(100)는 하나 또는 복수의 소스를 이용하여 파장이 각기 다른 레이저 빔을 발진할 수 있고, 예컨대 1064㎚, 532㎚, 355㎚ 및 266㎚ 파장의 레이저 빔을 발진할 수 있으며, 이때 발진되는 레이저 빔은 기판(10)의 가공 또는 처리를 위한 펨토초레이저(Femto Second Laser)나 피코초레이저(Pico Second Laser) 등의 극 초단 레이저 빔일 수 있다. 레이저 발진부(100)가 레이저 빔을 발진하는 방식 및 레이저 발진부(100)에서 발진되는 레이저 빔의 파장은 상기한 바 외에 다양할 수 있다. 한편, 레이저 발진부(100)의 끝단에 플랫탑 렌즈(미도시)가 설치될 수도 있고, 이를 이용하여 레이저 빔의 에너지를 상대적으로 고르게 분포시킬 수 있다.
안내부(200)는 레이저 빔의 경로 및 크기를 조절 가능하도록 레이저 빔의 진행 경로에 배치된다. 안내부(200)는 레이저 발진부(100)에서 발진된 레이저 빔을 가변 광학부(300)로 안내하도록 배치되는 레이저 미러(210), 레이저 미러(210)에 의해 안내된 레이저 빔의 크기를 조절 가능하도록 배치되는 슬릿(220)을 포함할 수 있다.
레이저 미러(210)는 레이저 빔을 반사시켜 진행 경로를 바꿔주는 역할을 한다. 레이저 미러(210)는 다양한 개수로 구비되어 레이저 발진부(100)에서 발진되는 레이저 빔을 슬릿(220)으로 안내할 수 있는 소정의 위치에 배치될 수 있다. 레이저 미러(210)의 개수 및 배치 위치는 특별히 한정하지 않는다.
슬릿(220)은 레이저 미러(210)에서 반사되어 가변 광학계(300)로 향하는 레이저 빔의 진행 경로에 배치되어 레이저 빔의 크기 및 형태를 조절할 수 있다. 즉, 슬릿(220)은 투과되는 레이저 빔의 크기를 조절할 수 있다.
한편, 레이저 발진부(100)에서 발진되는 레이저 빔은 수㎜의 크기일 수 있으며, 이를 슬릿(220)에서 원하는 크기로 조절하는데, 예컨대 백 내지 수백㎛의 크기로 조절하는 경우, 레이저 빔의 에너지 손실이 많다. 특히, 레이저 빔이 슬릿(220)에서 약 150㎛ 정도의 크기로 조절되는 경우 슬릿(220)에서 레이저 빔의 회절이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 기판(10) 상에 형성하고자 하는 레이저 빔의 초점 크기에 대응하여 기판(10) 상에 형성하고자 하는 레이저 빔의 초점 크기가 수㎛ 정도의 작은 크기이면 슬릿(220)을 완전 개방하여 레이저 빔을 그대로 통과시킨다. 이때, 레이저 빔은 가변 광학부(300)에서 평행빔으로 정형되면서 크기가 백 내지 수백㎛의 크기로 조절된 후, 결상부(400)로 안내된다. 이에 레이저 빔의 에너지 손실이 방지되고 회절이 방지될 수 있다. 또한, 이 경우, 상대적으로 작은 크기의 결함을 정밀하게 리페어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서는 기판(10) 상에 형성하고자 하는 레이저 빔의 초점 크기에 대응하여 기판(10) 상에 형성하고자 하는 레이저 빔의 초점 크기가 수십㎛ 이상이면, 슬릿(220)에서 레이저 빔의 크기를 조절한 후, 가변 광학부(300)로 안내하고, 가변 광학부(300)에서 레이저 빔을 집속빔으로 정형한 후, 결상부(400)로 안내한다. 이 경우, 레이저 빔의 크기 조절 및 정형이 용이할 수 있어, 예컨대 상대적으로 큰 크기의 결함을 용이하게 리페어할 수 있다.
한편, 안내부(200)는 레이저 빔의 진행 경로에 위치하도록 레이저 미러(210)와 슬릿(220)의 사이에 배치되는 슬릿 관찰용 빔 스플리터(230), 슬릿(220)의 이미지를 관찰 가능한 조명을 제공하는 슬릿 관찰용 조명기(240)를 포함할 수 있다.
슬릿 관찰용 조명기(240)에서 슬릿 관찰용 빔 스플리터(230)를 향하도록 슬릿 관찰용 조명이 생성되고, 슬릿 관찰용 조명은 슬릿 관찰용 빔 스플리터(230)에서 반사되어 슬릿(220)으로 유도된다. 이후, 슬릿 관찰용 CCD 카메라(미도시)로 슬릿(220)이 결상부(400)의 후술하는 대물 렌즈(410)에 잘 정렬되었는지를 확인할 수 있고, 정렬이 틀어진 경우, 슬릿(220)이 대물 렌즈(410)에 정렬되도록 정렬을 조절할 수 있다.
슬릿 관찰용 빔 스플리터(230)는 이동 가능하게 설치되어, 기판(10)의 처리 이전 또는 이후에 레이저 빔의 진행 경로에 배치되며, 기판(10)의 처리 중에 레이저 빔의 진행 경로에서 제거될 수 있다.
가변 광학부(300)는 레이저 빔(L)을 각기 다른 형태로 정형 가능하도록 안내부(200)를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치될 수 있다. 가변 광학부(300)는 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 복수의 광학계 및 레이저 빔의 진행 경로에 상기 복수의 광학계를 선택적으로 위치시키는 구동기(미도시)를 포함할 수 있다. 복수의 광학계는 경로 및 크기가 조절된 레이저 빔을 집속빔으로 정형 가능하게 형성되는 제1광학계(310) 및 경로가 조절된 레이저 빔을 평행빔으로 정형하며 크기를 조절 가능하게 형성되는 제2광학계(320)를 포함할 수 있다.
제1광학계(310)는 튜브 렌즈부(311)를 포함하고, 슬릿(220)을 통과하면서 크기 및 형상이 조절 및 결정된 레이저 빔의 형상을 고정시키면서 집속빔으로 정형할 수 있다. 이때, 집속빔은 진행 방향으로 진행하며 소정 각도(θ)로 모아지는 형태의 레이저 빔을 의미한다. 슬릿(220), 제1광학계(310) 및 결상부(400)의 대물 렌즈(410)를 포함하여 결상 광학계라 한다. 결상 광학계는 기판(10)에 형성되는 레이저 빔의 초점 크기를 슬릿(220)을 이용하여 조절할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 기판(10)에 형성되는 레이저 빔의 초점 크기를 수십㎛ 이상의 크기로 조절할 때 결상 광학계를 이용하여 기판(10)을 효율적으로 가공 또는 처리할 수 있다.
제2광학계(320)는 콜리메이트 렌즈부를 포함할 수 있다. 이때, 콜리메이트 렌즈부는 오목 렌즈부(322) 및 튜브 렌즈부(321)의 조합으로 구성될 수 있다. 제2광학계(320)는 안내부(200)를 통과하면서 경로가 조절된 레이저 빔을 콜리메이트하여 평행빔의 형상으로 정형하면서 레이저 빔의 크기를 백 내지 수백㎛의 크기로 조절할 수 있다. 이에, 에너지의 손실 없이 레이저 빔을 대물 렌즈(410)로 안내할 수 있다. 제2광학계(320)와 대물 렌즈(410)를 포함하여 초점 광학계라 한다. 초점 광학계는 수㎛의 미세한 크기로 레이저 빔의 초점을 형성할 때 에너지 손실을 방지할 수 있고, 레이저 빔의 크기 조절 시 회절을 원천 방지할 수 있다. 이에, 기판(10)의 미세한 처리 또는 가공이 가능하다. 한편, 제2광학계(320)로 빔 익스펜더의 구조가 사용될 수도 있다.
제1광학계(310) 및 제2광학계(320)는 구동기에 의하여 이동하면서 레이저 빔의 진행 경로에 선택적으로 배치되며, 이를 위한 구동기의 구성 및 방식은 특별히 한정하지 않는다.
한편, 본 발명의 변형 예에 따른 레이저 처리 장치는 가변 광학부(300)로서, 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 가변 광학계(330)를 포함한다. 가변 광학계(330)는 레이저 빔을 집속빔으로 정형 가능하게 형성되고, 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 제1렌즈부, 제1렌즈부로 향하는 레이저 빔의 진행 경로상에 위치하여 제1렌즈부와 함께 콜리메이트 렌즈부를 형성 가능한 제2렌즈부, 제1렌즈부로 향하는 레이저 빔의 진행 경로상에 제2렌즈부를 선택적으로 위치시키는 구동기(미도시)를 포함할 수 있다.
이때, 제1렌즈부는 튜브 렌즈부(331)를 포함할 수 있고, 제2렌즈부는 오목 렌즈부(332)를 포함할 수 있다. 물론, 콜리메이트 렌즈부를 구성하기 위한 각 렌즈부의 구성은 이 외에도 다양할 수 있다.
본 발명의 변형 예의 경우, 슬릿(220), 튜브 렌즈부(331) 및 대물 렌즈(410)를 포함하여 결상 광학계라 한다. 변형 예의 결상 광학계가 가진 기술적인 특징은 실시 예의 결상 광학계가 가진 기술적인 특징에 대응한다.
예컨대 가변 광학계(330)가 결상 광학계로 작용할 경우 제2렌즈부를 레이저 빔의 진행 경로에서 제거하고, 튜브 렌즈부(331)을 이용하여 슬릿(220)을 통과하면서 크기 및 형상이 조절 및 결정된 레이저 빔의 형상을 고정시키면서 집속빔으로 정형할 수 있다. 기판(10)에 형성되는 레이저 빔의 초점 크기를 수십㎛ 이상의 크기로 조절할 때 결상 광학계를 이용하여 기판(10)을 효율적으로 가공 또는 처리할 수 있다.
본 발명의 변형 예의 경우, 오목 렌즈부(332), 튜브 렌즈부(331) 및 대물 렌즈(410)를 포함하여 초점 광학계라 한다. 변형 예의 초점 광학계가 가지는 기술적인 특징은 실시 예의 초점 광학계가 가지는 기술적인 특징에 대응한다.
예컨대 가변 광학계(330)가 초점 광학계로 작용할 경우 제2렌즈부를 레이저 빔의 진행 경로에 위치시켜 콜리메이트 렌즈부를 구성하고, 콜리메이트 렌즈부를 이용하여 안내부(200)를 통과하면서 경로가 조절된 레이저 빔을 콜리메이트하여 평행빔의 형상으로 정형하면서 레이저 빔의 크기를 백 내지 수백㎛의 크기로 조절할 수 있다. 이에, 에너지의 손실 없이 레이저 빔을 대물 렌즈(410)로 안내할 수 있으며, 대물 렌즈(410)에서 수㎛의 크기로 레이저 빔의 초점을 형성하여 미세한 크기로 기판(10)을 가공 또는 처리할 수 있고, 레이저 빔의 크기 조절 시 회절을 원천 방지할 수 있다.
한편, 제2렌즈부를 이동시켜 레이저 빔의 진행 경로에 선택적으로 위치시키기 위한 구동기의 구성 및 방식은 특별히 한정하지 않는다.
결상부(400)는 기판 상에 레이저 빔의 초점을 형성하도록 가변 광학부(300)를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치된다. 결상부(400)는 대물 렌즈(410), 제1빔 스플리터(420), 제2빔 스플리터(430), 자동초점기(440), 반사조명 미러(450) 및 반사조명기(460)를 포함할 수 있다.
대물 렌즈(410)는 레이저 빔이 높은 에너지 밀도를 갖도록 압축하여 이를 기판(10)에 조사하고, 레이저 빔의 초점을 기판(10)에 형성한다. 즉, 대물 렌즈(410)는 레이저 빔을 집속하여 기판(10)에 조사할 수 있다. 대물 렌즈(410)는 서로 다른 배율을 가지는 복수의 렌즈를 선택적으로 사용하여 레이저 빔의 배율을 수 내지 수십배의 배율로 조절할 수 있다. 예컨대 대물 렌즈(410)는 오십 배율로 레이저 빔을 집속할 수 있으나, 이를 특별히 한정하지 않는다. 기판(10) 상에 형성된 레이저 빔의 초점에 의해 기판(10)이 처리될 수 있다.
반사조명기(460)는 기판(10)을 관찰하기 위한 조명을 생성하고, 반사조명 미러(450)는 기판(10)을 관찰하기 위한 조명을 제1빔 스플리터(420)로 안내한다. 제1빔 스플리터(420)는 기판(10)을 처리하기 위한 레이저 빔을 통과시키며, 기판(10)을 관찰하기 위한 조명을 반사시켜 기판(10)으로 안내한다. 자동초점기(440)는 제1빔 스플리터(420)와 제2빔 스플리터(430)에 의해 안내되는 기판(10)의 영상을 받아서 대물 렌즈(410)의 초점을 보정하는 역할을 한다. 이때, 자동초점기(440)가 대물 렌즈(410)의 초점을 보정하는 방식을 특별히 한정하지 않는다.
한편, 제1빔 스플리터(420)는 기판(10)에서 반사되는 조명을 통과시킬 수 있고, 제2빔 스플리터(430)은 기판(10)에서 반사되는 조명을 통과시키면서 기판(10)을 관찰하기 위한 조명을 통과시킬 수 있다.
관찰부(500)는 CCD 카메라(510), 컷오프필터(520), 이미지 미러(530), 이미지 튜브 렌즈(540), 적외선 필터(550) 및 제3빔 스플리터(560)를 포함할 수 있다.
기판(10)을 관찰하기 위한 조명은 반사조명기(460)에서 생성된 후, 반사조명 미러(450), 제2빔 스플리터(430) 및 제1빔 스플리터(420)을 거쳐 기판(10)에 도달한다. 기판(10)에서 반사된 조명은 제1빔 스플리터(420)를 통과한 후 제3빔 스플리터(560)에서 적외선 필터(550)로 안내되고, 이후, 이미지 튜브 렌즈(540), 이미지 미러(530) 및 컷오프필터(520)를 거쳐 CCD 카메라(510)에 도달한 후 영상으로 결상될 수 있다. 이에, 기판(10)의 처리 과정을 실시간으로 관찰할 수 있다. 즉, 영상으로 보면서 기판(10)을 처리할 수 있다.
여기서, 컷오프필터(520)는 CCD 카메라(510)로 들어올 수 있는 레이저 빔을 커팅하는 역할을 하고, 이미지 튜브 렌즈(540)는 대물 렌즈(410)를 통하여 전달받은 조명에 의한 기판(10)의 이미지를 일정한 위치에 결상시켜주는 역할을 한다. 제3빔 스플리터(560)는 기판(10)의 처리를 위한 레이저 빔을 통과시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 처리 방법은, 레이저 빔을 발진하는 과정, 레이저 빔의 경로를 조절하는 과정, 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 가변 광학부를 이용하여 상기 레이저 빔을 정형하는 과정, 레이저 빔을 기판에 조사하여 기판의 결함을 처리하는 과정을 포함한다.
우선, 레이저 빔을 발진한다. 예컨대 레이저 발진부(100)에서 원하는 파장의 레이저 빔을 발진한다. 이후, 레이저 미러(210)를 이용하여 레이저 빔의 경로를 조절한다. 이때, 레이저 빔의 크기(D0)는 수㎜일 수 있고, 예컨대 2 내지 3㎜일 수 있다.
이후, 도 4 및 도 6을 참조하면, 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 가변 광학부를 이용하여 상기 레이저 빔을 정형하는데, 이때, 기판(10)에 형성하고자 하는 레이저 빔(L)의 초점 크기가 예컨대 수십㎛ 이상의 크기일 경우, 레이저 빔의 경로를 조절하는 과정 및 레이저 빔을 정형하는 과정의 사이에 슬릿(220)을 이용하여 레이저 빔(L)의 크기를 조절할 수 있다. 이때, 레이저 빔의 크기(D1)는 수백㎛의 크기일 수 있다.
이후, 레이저 빔을 가변 광학부(300)에 통과시켜 정형한다. 예컨대 경로 및 크기가 조절된 레이저 빔을 집속빔으로 정형한다. 이때, 레이저 빔의 크기(D3)는 레이저 빔이 소정의 각도(θ)로 점차 모아짐에 따라 작아질 수 있다.
이후, 레이저 빔을 대물 렌즈(410)에 통과시켜 수십 배율로 압축하여 기판에 조사한다. 이때의 레이저 빔 초점 크기(D)는 수십㎛ 이상일 수 있다. 이때의 초점 형상은 도 8의 (a)와 같은 형상일 수 있다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 기판(10)에 형성하고자 하는 레이저 빔(L)의 초점 크기가 예컨대 수㎛ 의 크기일 경우, 슬릿(220)을 완전 개방하여 경로가 조절된 레이저 빔을 크기 조절 없이 원형 빔의 형태로 통과시킨 후, 가변 광학부(330)에 통과시켜 평행빔으로 정형하면서 크기를 조절한다. 이때, 슬릿(220)을 통과하기 전의 레이저 빔의 크기(D0)와 슬릿(220)을 통과한 후의 레이저 빔의 크기(D1)가 같을 수 있고, 가변 광학부(330)를 통과하여 크기가 조절된 평행빔의 크기(D2)는 예컨대 백 내지 수백㎛일 수 있다.
이후, 레이저 빔을 대물 렌즈(410)에 통과시켜 수십 배율로 압축하여 기판에 조사한다. 이때의 레이저 빔 초점 크기(D)는 수㎛일 수 있고, 예컨대 5 내지 3㎛ 또는 1㎛ 이하일 수 있다. 이때의 초점 형상은 도 8의 (b)와 같은 스팟 형상일 수 있다.
이후, 레이저 빔을 기판(10)에 조사하여 기판(10)의 결함을 처리한다. 상술한 것처럼 본 발명의 실시 예에서 레이저 처리 장치를 이용한 레이저 처리 방법을 예시하였으나, 레이저 처리 장치를 이용한 기판의 처리 방식은 다양할 수 있다.
도 9의 (a)를 보면, 슬릿을 통과하는 레이저 빔의 크기가 수백㎛ 이상의 큰 크기일 때는 회절 현상 없이 잘 통과하는 것을 볼 수 있고, 도 9의 (b)를 보면 슬릿을 통과하는 레이저 빔의 크기가 약 백 내지 이백㎛ 정도의 크기로 통과할 때 회절이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 상술한 실시 예에서는 기판에 형성하고자 하는 레이저 빔의 초점 크기에 대응하여 가변 광학부에 레이저 빔의 크기를 크게 하여 전달해야 하는 경우, 결상 광학계를 사용한다. 이에 레이저 빔의 초점 크기 및 형상을 원하는 대로 조절하면서 기판을 처리할 수 있다.
반면, 가변 광학부에 레이저 빔의 크기를 작게 해서 전달해야 하는 경우에, 초점 광학계를 사용한다. 이에, 에너지 손실을 방지할 수 있고, 미세한 스팟 빔의 형태로 레이저 빔을 조사하여 기판을 정밀하게 처리할 수 있다.
즉, 하나의 장치가 각각 다른 가공 특성을 가질 수 있고, 이에 공정의 효율이 향상될 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명의 상기 실시 예에 제시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차 적용되어 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야의 업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 레이저 발진부 200: 안내부
300: 가변 광학부 400: 결상부

Claims (11)

  1. 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부;
    레이저 빔의 경로 및 크기를 조절 가능하도록 상기 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 안내부;
    집속빔 및 평행빔을 포함하는 각기 다른 형태로 레이저 빔을 정형 가능하도록 상기 안내부를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 가변 광학부; 및
    기판 상에 레이저 빔의 초점을 형성할 수 있도록 상기 가변 광학부를 통과한 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 결상부;를 포함하고,
    상기 안내부는 기판 상에 형성할 레이저 빔의 초점 크기에 따라 레이저 빔의 크기를 조절하여 통과시키거나 레이저 빔을 그대로 통과시킬 수 있도록 슬릿을 구비하고,
    상기 안내부, 가변 광학부 및 결상부가 상기 레이저 빔의 진행 경로에서 결상 광학계 또는 초점 광학계를 선택적으로 형성하도록, 상기 가변 광학부는 상기 슬릿을 통과한 레이저 빔을 각기 다른 형태로 정형 가능한 가변 광학계를 구비하고,
    상기 가변 광학계는,
    레이저 빔을 집속빔으로 정형 가능하게 형성되고, 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 제1렌즈부;
    상기 제1렌즈부와 조합하여 콜리메이트 렌즈부를 형성할 수 있고, 상기 제1렌즈부로 향하는 레이저 빔의 진행 경로상에서 상기 제1렌즈부와 함께 레이저 빔을 평행빔으로 정형할 수 있는 제2렌즈부; 및
    상기 제1렌즈부로 향하는 레이저 빔의 진행 경로상에 상기 제2렌즈부를 선택적으로 위치시키는 구동기;를 포함하는 레이저 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 안내부는,
    상기 레이저 발진부에서 발진된 레이저 빔을 상기 가변 광학부로 안내하도록 배치되는 레이저 미러;를 더 포함하고,
    상기 슬릿은 상기 레이저 미러에서 반사되어 상기 가변 광학계로 향하는 레이저 빔의 진행 경로에 배치되는 레이저 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    기판 상에 형성할 레이저 빔의 초점 크기가 상대적으로 클 때, 상기 슬릿, 제1렌즈부, 및 결상부가 상기 레이저 빔의 진행 경로에 결상 광학계를 형성하고,
    기판 상에 형성할 레이저 빔의 초점 크기가 상대적으로 작을 때, 상기 제1렌즈부, 제2렌즈부, 및 결상부가 상기 레이저 빔의 진행 경로에 초점 광학계를 형성하는 레이저 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 제1렌즈부는 튜브 렌즈부를 포함하고,
    상기 제2렌즈부는 오목 렌즈부를 포함하는 레이저 처리 장치.
  9. 레이저 빔을 발진하는 과정;
    상기 레이저 빔의 경로를 조절하는 과정;
    기판 상에 형성할 상기 레이저 빔의 초점 크기에 따라, 레이저 빔의 진행 경로에 배치된 슬릿에 레이저 빔을 통과시키며 크기를 조절하거나, 레이저 빔을 그대로 통과시키는 과정;
    레이저 빔의 진행 경로에서 결상 광학계 또는 초점 광학계를 선택적으로 형성하며 집속빔 및 평행빔을 포함한 각기 다른 형태로 레이저 빔을 정형하도록 레이저 빔의 진행 경로에서 제1렌즈부 및 제2렌즈부를 선택적으로 조합시킬 수 있는 가변 광학계를 이용하여, 상기 레이저 빔을 정형하는 과정; 및
    상기 레이저 빔을 기판에 조사하여 상기 기판의 결함을 처리하는 과정;을 포함하는 레이저 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 레이저 빔을 정형하는 과정은,
    상기 기판 상에 형성할 레이저 빔의 초점 크기가 상대적으로 클 때, 상기 슬릿에서 크기가 조절된 레이저 빔을 상기 제1렌즈부에만 통과시켜 집속빔으로 정형하는 과정;
    상기 기판 상에 형성할 레이저 빔의 초점 크기가 상대적으로 작을 때, 상기 슬릿을 그대로 통과한 레이저 빔을 상기 제1렌즈부 및 제2렌즈부에 통과시켜 평행빔으로 정형하며 크기를 조절하는 과정;을 포함하는 레이저 처리 방법.
  11. 삭제
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