KR100716472B1 - 기판 결함 수정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 결함 수정장치 및 방법이 개시된다. 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와, 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 광학변조기(Optic Modulator)와, 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 기판에 조사하는 대물렌즈부와, 대물렌즈부에 대한 거리 조절이 가능한 스테이지부와, 광학변조기의 작동을 제어하는 변조 제어부를 포함하는 기판 결함 수정장치는, 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저를 이용하여 초당 수 내지 수십 kHz에 이르는 높은 반복율(Repetition rate)로 패턴결함이나 돌기결함과 같은 가공 대상에 조사하고, 빔확대기나 빔성형기를 이용하여 빔의 강도분포를 레이저 펄스 전체에 걸쳐 고르게 함으로써 패턴결함이나 돌기결함의 깊이나 높이를 정밀하고 균일하게 수정할 수 있다.
극초단 레이저 펄스, 피코세컨드 레이저, 펨토세컨드 레이저, 컬러필터, 액정표시장치, 돌기

Description

기판 결함 수정장치 및 방법{Device and method for correcting faults of panel}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판 결함 수정장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 빔의 에너지 분포를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 빔의 에너지 분포를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저로 가공한 예와 롱펄스 레이저로 가공한 예를 비교하여 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 극초단 펄스 레이저의 확산길이와 롱펄스 레이저의 확산길이를 비교하여 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 극초단 레이저 펄스로 가공한 돌기결함의 표면조도를 나타낸 그래프.
도 7은 종래기술에 따른 컬러필터의 구조를 나타낸 단면도.
도 8은 레이저 패턴결함 수정방법에 따라 컬러필터의 패턴결함을 수정하는 과정을 나타낸 도면.
도 9는 종래기술에 따른 연마테입을 이용하여 컬러필터의 돌기결함을 수정하 는 과정을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판 결함 수정방법을 나타낸 순서도.
도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 발생부
2 : 셔터(Shutter)
3 : 광학변조기(Optic Modulator)
4 : 빔확대기(Beam expander)
4': 빔성형기(Beam shaper)
5 : 파워검출기(Power detector)
6 : 슬릿조명(Slit light)
7, 12, 13, 15 : 빔스플리터(Beam splitter)
8 : 반사거울(Reflection mirror)
9 : 가공슬릿(Slit unit)
10: 튜브렌즈(Tube lens)
11: 대물렌즈 조명(Objective lens light)
14: 촬상카메라(CCD camera)
16: 3차원 비접촉 높이 측정기
17: 대물렌즈부(Objective lens part)
18: Z축 스테이지(Z-axis stage)
19: 자동 초점 시스템(Auto focus system)
20: X-Y 스테이지(X-Y stage)
21: 제어컴퓨터(Control PC)
22: 레이저 빔의 경로(Path of laser beam)
23: 빔덤프(Beam dump)
24: 가우시안 에너지 분포(Gaussian energy distribution)
25: 플랫탑 에너지 분포(Flat top energy distribution)
26: 유리기판(Mother glass)
27: 블랙매트릭스(Black matrix)
28: 적(R)
29: 녹(G)
30: 청(B)
31: 오버코트(Over coat)
32: 투명전극막(Indium Tin Oxide)
33: 패턴결함(Pattern defect)
34: 돌기결함
35: 연마헤드(Grinding head)
36: 고정블록(Fixed block)
37: 연마테이프(Grinding tape)
본 발명은, 기판 결함 수정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정표시장치용 컬러필터 기판의 결함을 수정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
액정표시장치의 제조에 있어서, 도 7에 도시된 것과 같은 컬러필터의 제조 공정은 다음과 같다. 먼저 유리기판(Mother glass)(26) 위에 크롬이나 검정색 수지(Resin) 등을 도포하고 포토 리소그라피(Photo lithography) 공정 등을 이용하여 가는 격자 모양의 블랙매트릭스(Black matrix)(27)를 형성한 후, 빛의 3원색인 적(R)(28), 녹(G)(29), 청(B)(30)의 수지제의 포토 레지스트(Photo resist)를 블랙매트릭스와 같은 방법으로 순차적으로 도포 및 형성시킨다.
다음으로, 그 위에 각각 미세한 높이 차이를 갖는 적, 녹, 청의 컬러 레지스트면을 평탄화시키고, 액정의 배향 특성을 좋게 하기 위해 수지제의 오버코트(Over coat)(31) 막을 코팅하고, 공통전극 역할을 하는 투명전극막(Indium Tin Oxide)(32)과 액정의 배향을 결정해 주는 배향막(Polyimide)을 순차적으로 형성한다.
그러나 상기와 같은 컬러필터 제조공정에서는 여러 가지 결함들이 발생하게 되는데, 그 중 대표적인 것이 공기 중에 있는 이물 등이 각각의 재료에 혼입되어 컬러필터의 픽셀(Pixel) 등에 고착되어 해당 컬러의 색상에 의해 발휘되는 색감을 저하시키는 문제이다.
또한, 이와 같은 이물들이 제거되지 않을 경우에는 다음 공정에서 이 이물 위로 포토레지스트나 오버코트 등이 도포되어 돌기 형상의 결함이 발생하게 된다. 이와 같이 컬러필터 표면에 돌기결함이 발생되면 이 돌기결함을 통과하는 빛은 돌기결함에 의해 산란되거나 불규칙하게 반사되어 액정표시장치의 화질에 심각한 영향을 주게 된다.
이러한 이물에 의한 패턴결함이나 돌기결함은 액정표시장치의 유리기판의 크기가 커짐에 따라 그 빈도와 양이 급속히 증가하게 된다.
한편, 액정표시장치의 유리기판 크기가 커질수록 그 가격도 상승하며, 상기와 같은 결함이 있는 유리기판을 폐기하는 것은 막대한 손실을 가져오게 되므로, 상기와 같은 결함이 있는 유리기판을 재사용하는 여러 가지 수정방법 및 장치가 고안되었다.
그 대표적인 예의 하나로, 도 9에 도시한 바와 같이 컬러필터 표면에 발생한 돌기결함을 미세 연마 입자가 도포된 릴(Reel) 형태의 연마테이프(37)를 이용한 컬러필터 돌기연마장치를 이용하여 갈아내는 연마식 돌기결함(34) 수정방법을 들 수 있다.
릴(Reel) 형태의 연마테이프(37)를 이용한 컬러필터 돌기연마장치는 도 9에 도시된 바와 같이 돌기결함(34)의 상단부터 기준 높이까지 돌기결함(34)의 재질과 크기에 따라 연마테이프의 속도와 높이를 정밀제어하면서 돌기결함을 연마하고 연마시에 발생하는 이물질은 흡입하는 방식으로 돌기결함을 제거한다.
그러나 종래의 연마테이프를 이용한 돌기결함 수정방법에는 다음과 같은 문제점들이 도출된다.
첫째, 돌기결함의 연마조건을 찾아내기가 곤란하다. 컬러필터 제조공정에서 발생하는 돌기결함은 그 크기와 형상이 다양하므로 각 돌기결함마다 연마속도 등의 연마조건을 변화시켜야 하지만, 돌기의 크기가 수십 마이크로 미터 이하로 작기 때문에 수정 전 돌기결함의 상태나 조건을 확인하는 것이 매우 어렵다. 따라서 연마에 의한 돌기결함의 수정시 균일한 품질을 얻기 어렵다는 문제가 있다.
둘째, 가늘고 높은 기둥 형태의 돌기는 연마할 수 없다. 연마테이프(37)는 돌기결함(34)의 상면을 마찰시킴과 동시에 연마테이프의 이송방향으로 힘을 가하면서 연마를 하게 된다. 따라서, 돌기결함의 형태가 가늘고 높은 기둥 형태일 경우 연마시 가해지는 힘을 지탱하지 못하고 돌기가 부러지면서 연마테이프와 함께 이동하게 되고, 이 과정에서 부러진 돌기가 컬러필터의 상면을 긁고 지나가면서 추가적인 불량을 유발할 수 있다.
셋째, 유지보수가 번거롭고 비용이 많이 든다. 연마테이프는 소모성이므로 잦은 교체가 이루어져야 하고, 이를 교체하는데 비용이 많이 소요되어 생산비용이 증가한다. 또한, 잦은 교체에 따른 시간이 소요되어 장비의 가동 시간이 줄어들게 되므로 생산성이 감소할 수 있다.
넷째, 수정 작업에 소요되는 시간이 길다. 연마테이프를 이용한 돌기결함 수정방법의 경우 수정할 돌기결함의 물리적 상태를 파악하기 어렵기 때문에, 수정시 연마테이프의 이송속도는 최악의 돌기결함의 상태를 가정하여 설정하게 된다. 따라서 개별 돌기결함마다의 수정 시간은 최악의 돌기결함의 상태에 소요되는 시간만큼이 소요되게 되므로, 결과적으로 컬러필터 제조 공정에서 가장 빈도가 높은 불량인 돌기결함을 수정하는데 여러 대의 수정장치가 필요하게 된다.
또한, 유리기판을 재사용하기 위한 수정방법의 하나로서, 도 8에 도시된 바와 같이 레이저를 이용하여 이물이 혼입된 부위를 잘라내고 해당되는 색깔의 잉크 등을 도포하여 수정하는 레이저 패턴결함(33) 수정방법을 들 수 있다.
종래의 레이저를 이용한 패턴결함 수정방법의 경우, 주로 사용하는 레이저는 펄스 시간이 수～수십 나노세컨드(nano second)인 롱펄스(Long pulse) Nd-YAG 레이저이고, 일반적으로 1,064nm 파장의 레이저 광선을 비선형 크리스탈(Non-linear crystal)에 통과시켜 532nm, 355nm, 266nm 등의 파장으로 변환하여 가공물의 구성 재질에 따라 해당 재질에 흡수율(Absorption rate)이 높은 파장을 선택적으로 사용하며, 레이저빔의 크기를 결함크기에 맞게 조절하는 슬릿(Slit) 등의 기구를 매개로 하여 결상광학계(Imaging optic system)를 구성하여 컬러필터 기판상의 결함을 제거하였다.
그러나 컬러필터 기판상의 결함을 롱펄스(Long pulse) 레이저로 가공하는 경우에는 다음과 같은 문제점들이 도출된다.
첫째, 롱펄스 레이저의 지속시간 동안 레이저에 의한 열의 축적으로 인하여 열확산이 일어난다. 열확산으로 인해 열영향부(Heat Affected Zone : HAZ)가 넓게 발생하며 열파동 또는 냉각파동은 열영향부를 따라 재료주변에 미소균열을 생성시킨다. 또한, 열확산은 표면에 충격파를 형성하여 소자 구조 근처에 손상을 주거나 다층재료를 여러 층으로 분리시키며, 재료가 가공되는 동안 충격파의 진폭이 변하게 되면 에너지의 축적은 더욱 강해지게 된다. 이에 따라 요구되는 가공 형상 및 정밀도를 얻기가 어렵다.
둘째, 수정에 필요한 레이저의 적정 파장을 선택하기 곤란하다. 컬러필터를 구성하는 다층재료의 종류에 따라 재료마다 에너지를 흡수하는 파장이 각각 다르므로 가공에 따라 레이저를 적절한 파장으로 변경시켜야 하며, 컬러필터의 제조공정의 단순화와 환경적인 문제 등으로 인해 다양한 컬러필터용 재료가 개발되고 있어서 레이저 가공에 적절한 파장을 선택하기 더욱 어려워지고 있다.
특히 최근에 생산되는 수지제(Resin) 컬러필터의 경우, 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이 롱펄스 레이저로 가공 테스트를 해 본 결과, 열확산부가 넓게 형성되며 다층재료가 여러 층으로 분리되는 현상이 나타나 종래의 롱펄스(Long pulse) 레이저로 가공하는 것이 상당히 어려운 실정이다.
셋째, 파장변환으로 레이저 빔의 질과 가공 정도가 저하된다. 종래에 주로 사용하는 Nd:YAG 레이저를 비선형 크리스탈을 사용하여 1,064nm 파장에서 532nm, 355nm, 266nm의 파장으로의 변환할 경우, 그 과정에서 각 파장마다 비선형 크리스탈(Non-linear crystal)이 추가되어야 하는데, 이 경우 비선형 크리스탈(Non-linear crystal)이 온도 등 주의 환경에 민감하여 빔의 에너지 분포의 불균일화를 초래하며, 레이저 빔의 강도가 약화되어 빔의 질이 저하되므로 가공면의 상태와 정밀도가 악화된다는 문제가 있다.
본 발명은 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저를 이용하여 보다 정밀하고 신 속하게 컬러필터 등의 기판의 결함을 수정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 종래의 릴(Reel) 형태의 연마테이프를 이용한 돌기결함 수정방법 및 장치를 대신하여 극초단 레이저 펄스를 이용하여 돌기결함 높이를 정밀하게 수정할 수 있는 비접촉식 돌기결함 수정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 릴 형태의 연마테이프를 이용한 돌기결함 수정장치를 제거하여 장비의 크기를 줄일 뿐만 아니라 연마테이프 교체 등에 소요되는 유지 비용 등을 현저히 줄일 수 있는 컬러필터 등의 기판 결함 수정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와, 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 광학변조기(Optic Modulator)와, 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 기판에 조사하는 대물렌즈부와, 대물렌즈부에 대한 거리 조절이 가능한 스테이지부와, 광학변조기의 작동을 제어하는 변조 제어부를 포함하는 기판 결함 수정장치가 제공된다.
레이저 펄스의 폭은 30 펨토세컨드(femto second) 내지 10 피코세컨드(pico second)인 것이 바람직하다. 레이저 발생부와 광학변조기 사이에 레이저 빔의 파장을 변환시키는 파장변환기가 개재되는 것이 바람직하다. 기판은 액정표시장치용 컬러필터 기판이며, 레이저 빔의 파장은 200nm 내지 400nm인 것이 바람직하다. 레이 저 펄스의 반복율(repetition rate)은 1kHz 내지 120MHz인 것이 바람직하다.
광학변조기(Optic Modulator)는 음향 광학변조기(Acoustic Optic Modulator) 또는 전자 광학변조기(Electro Optic Modulator)인 것이 바람직하다. 제2 경로로 분리된 레이저 빔을 수광하는 빔덤프(Beam dump)를 더 포함할 수 있다.
레이저 발생부와 광학변조기 사이에 레이저 빔을 광학변조기에 대해 차단하는 셔터가 개재될 수 있다. 광학변조기와 대물렌즈부 사이에 레이저 빔을 확대하는 빔확대기(Beam expander) 또는 레이저 빔의 강도분포를 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경하는 빔성형기(Beam shaper)가 개재될 수 있다.
결함을 촬영하는 촬상카메라와, 촬상카메라로부터 신호를 수신하여 결함의 위치 정보를 출력하는 위치 측정부를 더 포함할 수 있다. 촬상카메라로부터 신호를 수신하여 대물렌즈부의 촛점에 관한 정보를 출력하는 자동 초점 시스템(Auto focus system)을 더 포함할 수 있다.
기판상에서 결함의 높이를 광학적 방법으로 측정하는 3차원 비접촉 높이 측정기를 더 포함할 수 있다. 변조 제어부는 결함의 수정에 필요한 레이저 펄스의 양을 계산하여 그에 상응하는 신호를 광학변조기에 전송하고, 광학변조기는 신호에 대응하여 레이저 빔을 분리시키는 것이 바람직하다.
결함의 크기에 대응하여 레이저 빔이 조사되는 영역의 크기를 조정하는 가공슬릿과, 가공슬릿의 이동 또는 회전을 제어하는 슬릿 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 가공슬릿의 모양은 사각형인 것이 바람직하다.
또한, 대물렌즈부에 대해 소정의 거리를 유지하도록 조절된 스테이지부에 기 판을 거치시켜 기판의 결함을 수정하는 방법에 있어서, (a) 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계, (b) 결함의 수정에 필요한 레이저 펄스의 양에 대응하여 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 단계, 및 (c) 제1 경로로 분리된 레이저 빔을 집광하여 기판에 조사하는 단계를 포함하는 기판 결함 수정방법이 제공된다.
단계 (a)와 단계 (b) 사이에 레이저 빔을 수광하여 기판을 구성하는 재질에 흡수가 잘 되는 파장영역으로 레이저 빔의 파장을 변환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이저 펄스의 폭은 30 펨토세컨드(femto second) 내지 10 피코세컨드(pico second)인 것이 바람직하다. 레이저 빔의 파장은 200나노미터(nano meter) 내지 400나노미터(nano meter)인 것이 바람직하다. 레이저 펄스의 반복율(repetition rate)은 1kHz 내지 120MHz인 것이 바람직하다.
단계 (b) 또는 단계 (c)는 제2 경로로 분리된 레이저 빔을 빔덤프(Beam dump)에서 수광하는 단계를 더 포함할 수 있다. 단계 (b)는 빔확대기(Beam expander)에 의해 레이저 빔을 확대하는 단계 또는 빔성형기(Beam shaper)에 의해 레이저 빔의 강도분포를 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
단계 (a) 또는 단계 (b)는 결함을 촬영하여 결함의 위치를 측정하는 단계 및 기판상에서 결함의 높이를 광학적 방법으로 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 단계 (c)는 결함의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상을 갖는 가공슬릿에 레이 저 빔을 투과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 기판 결함 수정장치 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 일반적인 원리에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
본 발명은 기판, 예를 들어 액정표시장치 중 컬러필터의 제조과정에서 발생하는 결함을 수정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 극초단(Ultra short) 레이저 펄스를 이용하여 컬러필터의 패턴결함부를 제거하거나 포토레지스트(Photo resist) 도포시 이물로 인하여 발생한 돌기결함을 기준 높이 만큼 정밀하게 가공하여 제거하는 컬러필터 수정방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기판 결함 수정장치는 30 펨토세컨드(femtosecond : 10-15s) 내지 10 피코세컨드(picosecond : 10-12s)와 같이 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저를 사용함으로써 약 10 피코세컨드에 달하는 열확산시간보다 펄스지속시간이 짧아 전자와 격자간의 에너지 전달이 없어 약 1012W/cm2 내지 1014W/cm2 의 높은 에너지 강도로 레이저 광에 노출된 재료는 순식간에 제거된다.
이에 따라, 레이저가 조사된 부분에서 용융부(Melting Zone)나 열영향부(Heat Affected Zone)가 거의 관찰되지 않으며, 레이저 펄스의 지속시간이 짧아 레 이저 펄스가 가공부에 흡수되어 확산되는 확산길이(Diffusion length) 또한 수 나노미터에서 수십 나노미터 정도로 짧아지게 되므로, 돌기결함을 나노미터 단위로 정밀하게 가공할 수 있을 뿐만 아니라 도 5에서와 같이 가공부의 경계 및 표면 조도 또한 Ra 0.1 이하로서 정밀한 가공면을 얻을 수 있게 된다.
레이저 펄스에 의해 가공되는 깊이는 레이저 빔이 가공물에 흡수되어 확산되는 확산길이(Diffusion length : Ldiff.)에 의해 지배되는데, 그 지배식은 다음과 같다.
Ldiff. = SQRT { 4kt} (1)
여기서 k는 열확산계수로서 재료에 따라 고유한 특성을 가지며, t는 레이저 펄스의 폭이다.
그러므로 식 (1)에서와 같이 어떤 재료에 레이저 펄스가 흡수되어 확산되는 길이는 레이저 펄스의 폭과 비례한다고 볼 수 있다. 따라서 30 펨토세컨드 내지 10 피코세컨드와 같은 극초단 레이저 펄스를 조사하게 되면 도 5에서 보는 바와 같이 수 내지 수십 나노미터의 열 확산길이를 갖게 되므로, 1개의 레이저 펄스로 가공할 수 있는 깊이 및 표면조도 또한 수 내지 수십 나노미터의 정밀도로 가공할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 기판 결함 수정장치에 있어서, 액정표시장치의 컬러필터의 결함을 수정하는 경우에는 도 7에서 보는 바와 같이 컬러필터를 구성하는 모든 재질 즉, 수지제(Resin)의 블랙매트릭스(Black matrix)(27), 수지제(Resin)의 포토레지스트(Photo resist) 및 오버코트(Over coat)(31) 등에 모두 흡수가 잘되는 200nm 내지 400nm의 자외선 파장 영역을 갖는 30 펨토세컨드 내지 10 피코세컨드와 같은 극초단 레이저 펄스의 레이저를 사용하는 것이 좋다.
이로써 도 8에서와 같이 적(R)(28), 녹(G)(29), 청(B)(30)의 컬러 픽셀에 발생하는 패턴결함(33)과 이물질에 의해 상기 수지제(Resin)로 형성되는 돌기결함(34)을 하나의 레이저 광원을 이용하여 수정함으로써, 재료가 가지는 고유한 에너지 흡수 파장을 선택하기 위해 비선형 크리스탈 광학계를 채용할 필요가 없어져 가공 품질의 안정성을 확보할 수 있고, 또한 돌기결함을 가공하는 릴 형태의 연마테이프(37)를 이용한 수정장치를 제거함으로써 장비의 크기를 줄일 뿐만 아니라 연마테이프 교체 등에 소요되는 유지 비용 등을 현저히 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 기판 결함 수정장치는 극초단 레이저 펄스와, 이를 초당 수 내지 수십 kHz에 이르는 높은 반복율(Repetition rate)로 패턴결함 또는 돌기결함에 조사할 수 있는 펄스 발진형 레이저와, 발진된 레이저 펄스를 정해진 양만큼 분리해 내는 음향광학변조기(Acousto Optic Modulator) 또는 전자광학변조기(Electro Optic Modulator)(3)를 이용하여 1개의 펄스당 수십나노미터 정도의 미세한 양으로 초당 수십 내지 수만 번의 가공을 수행하여 매우 신속하고 정확하게 결함을 수정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판 결함 수정장치는 하나의 극초단 레이저 펄스를 대상물에 조사하여 펄스당 가공량을 측정하고 그 값을 컴퓨터에 저장한 후, 3차원 비접촉 돌기 높이 측정기(16)에 의해 측정된 돌기결함 또는 패턴결함의 높이 및 칫수에 따라 레이저에서 발진하는 펄스의 양, 조사 시간 및 펄스에너지(Pulse energy) 등을 컴퓨터로 조절하여 가공 대상물인 패턴결함 또는 돌기결함의 깊이나 높이를 정밀하게 수정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판 결함 수정장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 레이저 발생부(1), 셔터(2), 광학변조기(3), 빔확대기(4), 빔성형기(4'), 파워검출기(5), 슬릿조명(6), 빔스플리터(7, 12, 13, 15), 반사거울(8), 가공슬릿(9), 튜브렌즈(10), 대물렌즈 조명(11), 촬상카메라(14), 3차원 비접촉 높이 측정기(16), 대물렌즈부(17), Z축 스테이지(18), 자동 초점 시스템(19), X-Y 스테이지(20), 제어컴퓨터(21), 레이저 빔의 경로(22), 빔덤프(23)가 도시되어 있다.
본 발명은 극초단 레이저 펄스를 사용하여 기판의 결함을 수정하는 것을 특징으로 하며, 이를 위해 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부(1), 레이저 빔의 양을 조절하기 위해 레이저 빔의 경로를 분리시키는 광학변조기(3), 광학변조기(3)에 의해 양이 조절된 레이저 빔을 집광하여 기판에 조사하는 대물렌즈부(17), 수정 대상이 되는 기판을 올려놓기 위한 스테이지부를 핵심 구성요소로 한다.
스테이지부는 정확한 위치 및 촛점을 조절할 수 있도록 하기 위해 대물렌즈부(17)에 대해 거리가 조절되는 것이 좋으며, 이를 위해 당업자에게 자명한 범위 내에서 스테이지부의 이동, 회전 등의 기구적 구성요소가 추가될 수 있다.
도 1의 경우 기판의 평면상에서의 이동은 X-Y 스테이지(20)에 의해 이루어지 며, 기판과 대물렌즈부(17)와의 거리는 대물렌즈부(17)에 결합되어 있는 Z축 스테이지(18)에 의해 이루어진다. 도 1에 도시되지는 않았지만 X-Y 스테이지(20)의 회전을 위한 구성이 추가될 수 있음은 물론이다.
광학변조기(3)는 레이저 펄스의 일부는 대물렌즈부(17)에, 나머지 일부는 빔덤프(23)로 조사되도록 조절하는 역할을 하며, 그 방식은 음향 광학변조기(Acoustic Optic Modulator) 또는 전자 광학변조기(Electro Optic Modulator)일 수 있다.
즉, 광학변조기(3)는 레이저 펄스의 양을 조절하며, 레이저 발생부(1)로부터 발진된 레이저 펄스 중 기판의 결함을 수정하는 데에 필요한 만큼의 펄스를 대물렌즈부(17)에 이르는 경로로, 나머지 펄스를 바이패스 경로와 같은 다른 경로로 분기시킴으로써 레이저 펄스의 양을 조절하게 된다. 레이저 발생부(1)로부터 발진되는 레이저 펄스의 갯수가 자연수의 단위라고 할 때, 광학변조기는 펄스의 갯수, 즉 수량을 분리함으로써 레이저 펄스의 양을 조절하게 된다.
또한, 광학변조기(3)에는 결함의 크기에 따라 이를 수정하는데 필요한 양의 레이저 펄스를 계산하여, 계산된 양만큼의 레이저 펄스만 대물렌즈부(17)에 조사되도록 광학변조기(3)의 작동을 변조 제어부가 부가된다. 변조 제어부는 광학변조기(3)와 일체로 구성될 수 있고, 별도의 장치로 연결될 수도 있으며, 제어컴퓨터(21)에 통합되어 구성될 수도 있다.
본 발명 기판 결함 수정장치를 액정표시장치용 컬러필터의 결함을 수정하기 위해 사용할 경우에는 컬러필터를 구성하는 수지재 등에 흡수가 잘되는 파장영역의 레이저 빔을 사용하는 것이 좋다. 통상 컬러필터용 수지재는 200nm 내지 400nm의 자외선 영역의 파장에서 흡수가 잘 이루어진다.
따라서, 본 발명 기판 결함 수정장치의 가공대상이 되는 기판의 재질에 따라 흡수가 잘되는 파장영역의 레이저 빔을 사용하는 것이 좋다. 이를 위해 레이저 발생부에서 발진된 레이저 빔을 광학변조기(3)에 의해 필요한 양만큼 분리하기 전에 레이저 빔의 파장을 변환시키는 파장변환기(미도시)가 개재되는 것이 좋다. 본 발명은 당업자에게 자명한 범위 내에서 레이저 빔의 파장을 변환시키는 모든 장치를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
파장변환기는 레이저 발생부(1)로부터 발진된 레이저 빔을 수광하여 적절한 파장의 레이저 빔으로 변환하며, 광학변조기(3)는 파장이 변환된 레이저 빔에 대해 결함을 수정하는 데에 필요한 만큼의 레이저 펄스만을 대물렌즈부(17)로 보내고 나머지는 바이패스시키는 역할을 한다.
즉, 레이저 발생부(1), 파장변환기, 광학변조기(3)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.
레이저 펄스는 30 펨토세컨드 내지 10 피코세컨드의 것을 사용하는 것이 좋다. 극초단 레이저 펄스의 경우 도 5에 도시된 바와 같이 롱 레이저 펄스에 비해 확산길이가 짧아 도 4의 (a)와 같이 수정부위의 주변에 영향을 미치지 않고 도 4의 (b)와 같이 필요한 부분만 정확히 수정할 수 있다.
극초단 레이저 펄스는 펨토세컨드 또는 피코세컨드 단위의 레이저 펄스라고 할 수 있으나, 본 발명의 효과를 도출하기 위해서는 일반적으로 30 펨토세컨드에서 10 피코세컨드 사이의 레이저 펄스가 적합하다. 다만, 본 발명이 반드시 레이저 펄스의 단위를 상기 수치에 한정하는 것은 아니다.
레이저 펄스의 반복율(repetition rate)은 극초단 레이저 펄스에 있어서 일반적인 범위인 1kHz 내지 120MHz인 것이 좋다.
한편, 기판상의 결함을 수정하기 위해서는 결함의 위치, 형태, 크기, 높이를 측정해야 하며, 레이저 빔이 결함부위에 정확히 조사될 수 있도록 대물렌즈의 촛점이 맞아야 한다.
이를 위해 본 발명에는 촬상카메라(14)를 사용하여 결함을 촬영하고, 촬영된 정보를 수신하여 결함의 위치를 파악할 수 있는 위치 측정부가 부가된다. 위치 측정부는 전술한 변조 제어부와 마찬가지로 다른 장치와 일체로 또는 별도로 형성될 수 있으며, 제어컴퓨터(21)에 통합되어 구성될 수 있다. 본 발명은 당업자에게 자명한 범위 내에서 촬상카메라(14)를 사용하여 위치를 측정하는 모든 장치를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
위치 측정부에 의해 결함의 위치, 형태를 측정할 수 있으나, 보다 정밀한 수정을 위해서는 결함의 크기, 즉 결함의 높이를 정확히 측정해야 한다. 돌기결함의 경우 돌기의 높이를 측정함으로써 이를 제거하기 위해 필요한 레이저 펄스의 양을 계산할 수 있으며, 계산 결과에 따라 광학변조기(3)에서 필요한 양의 레이저 펄스를 분리시키게 된다.
돌기의 높이는 여러 가지 방법으로 측정할 수 있으나, 광학시스템을 갖는 본 발명의 경우 광학적 방법으로 돌기의 높이를 측정하는 3차원 비접촉 높이 측정기(16)를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명은 당업자에게 자명한 범위 내의 모든 광학적 방법에 의한 3차원 비접촉 높이 측정기(16)를 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 전술한 변조 제어부는 위치 측정부 및 3차원 비접촉 높이 측정기(16)로부터 돌기결함의 위치, 형태, 크기 등에 관한 정보를 수신하여 돌기결함의 수정에 필요한 레이저 펄스의 양을 계산하며, 계산된 결과에 따라 광학변조기(3)에서 필요한 양의 레이저 펄스를 분리하도록 광학변조기(3)의 작동을 제어한다.
한편, 레이저 빔이 수정 대상이 되는 부위에 정확히 조사되도록 하기 위해, 위치 측정을 위해 사용하는 촬상카메라(14)로부터 신호를 수신하여 대물렌즈부(17)의 촛점을 맞추는 자동 초점 시스템(Auto focus system)(19)을 구비한다. 다만, 상기 촬상카메라(14)는 반드시 위치 측정을 위해 사용하는 것을 병용할 필요는 없으며, 별도의 전용 카메라를 사용할 수 있음은 물론이다. 본 발명은 당업자에게 자명한 범위 내에서 카메라로부터 신호를 수신하여 렌즈의 촛점을 맞추는 모든 자동 초점 시스템(19)을 포함할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 전술한 바와 같은 핵심 구성요소를 포함한 기판 결합 수정장치의 구성에 대해 레이저 빔의 경로를 따라 상세히 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이 레이저 발생부(1)로부터 극초단 펄스 레이저가 발진된다.
발진된 레이저 빔은 광학변조기(3) 등 광학시스템을 거쳐 대물렌즈부(17)를 통해 대상물에 조사되는데, 비상시 등 경우에 따라서는 레이저 빔을 긴급히 차단해야 할 필요가 있다. 이를 위해 레이저 발생부 다음에 셔터(2)를 구비하는 것이 좋다.
레이저 발생부(1)로부터 발진된 레이저 펄스 중 결함을 수정하는데 필요한 양만큼의 레이저 펄스만을 추출하여 광학시스템으로 전송하기 위해 광학변조기(3)가 설치된다. 광학변조기(3)는 음향광학변조기(Acousto Optic Modulator) 또는 전자광학변조기(Electro Optic Modulator)가 사용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다른 형식의 광학변조기도 사용될 수 있다.
광학변조기(3)에 의해 조절된 양만큼의 레이저 빔에 대해 레이저 빔의 에너지 분포를 평탄화하기 위해 레이저 빔의 분포범위를 확대하는 빔확대기(Beam expander)(4)와, 레이저 빔의 강도분포를 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경하여 레이저 빔의 에너지 분포를 균일하게 함으로써 가공면의 편평도와 표면 거칠기를 향상시키는 빔성형기(Beam shaper)(4')가 추가로 개재될 수 있다. 빔확대기(4)와 빔성형기(4')에 대해서는 후술한다.
기타, 레이저 빔의 세기를 검출하는 파워검출기(Power meter)(5)와, 레이저를 조사하지 않고도 가공대상이 되는 영역을 확인하기 위한 슬릿조명(6)과, 슬릿조명(6)의 빛은 광학경로로 반사시키고 레이저 빔은 투과시키는 빔스플리터(Beam splitter)(7)가 설치된다.
레이저 빔의 경로는 필요에 따라 변경될 수 있으며, 이를 위해 반사거울(8) 이 사용된다. 결함의 형태 및 크기에 따라 대물렌즈부(17)에 의해 조사되는 레이저 조사 영역이 결정되어야 하며 이를 위해 가공슬릿(9)이 사용된다.
가공슬릿(9)의 슬릿형태 및 크기는 결함의 형태 및 크기에 대응하며, 결함제거 후 다시 도포하는 공정의 편의성을 고려하여 결정된다. 일반적으로는 정사각형이나 원형의 형태가 범용적으로 사용하기에 바람직하나, 본 발명이 반드시 슬릿의 형태로서 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 슬릿의 형태 및 크기를 조절하기 위해 가공슬릿(9)의 이동 또는 회전을 제어하는 슬릿 제어부(미도시)가 구비된다. 슬릿 제어부는 변조 제어부의 경우와 마찬가지로, 가공슬릿(9)과 일체로 구성될 수 있고, 별도의 장치로 연결될 수도 있으며, 제어컴퓨터(21)에 통합되어 구성될 수도 있다.
가공슬릿(9)에 형성된 슬릿의 형태는 튜브렌즈(Tube lens)(10)에 의해 대물렌즈부(17)로 전달된다. 대물렌즈부(17)에는 명시야 관찰을 위한 대물렌즈용 조명(11)과, 레이저 빔은 투과시키고 대물렌즈용 조명의 빛은 반사하는 빔스플리터(12, 13)가 설치된다.
대물렌즈부(17) 및 제어컴퓨터(21)와 연계되어 수정 대상에 관한 정보를 획득하는 시스템이 설치된다. 즉, 반사된 가공부의 영상을 처리하는 촬상카메라(14)와, 대물렌즈 조명(11)을 반사 및 투과하는 빔스플리터(15)와, 반사거울(8)에 의해 전달되는 돌기의 3차원 높이를 측정하는 3차원 비접촉 돌기 높이 측정기(16)가 설치되며, 이는 제어컴퓨터(21)와 연결되어 결함의 위치, 형태, 크기, 높이 등을 측정함으로써 전술한 광학변조기(3)의 작동여부 및 스테이지부의 이동, 회전 등을 제 어하게 된다.
레이저 빔을 수정 대상 부위에 조사하는 것은 대물렌즈부(17)에서 이루어지며, 대물렌즈부(17)는 가공슬릿(9)의 슬릿형태로 가공되어 튜브렌즈(10)에 의해 전달된 레이저 빔을 소정의 축소배율로 집광하여 수정 대상이 되는 결함부위에 조사한다.
한편, 레이저 빔의 정확한 조사를 위해 대물렌즈부(17) 및 스테이지부의 위치, 각도 등이 조절되어야 하며, 이를 위해 대물렌즈부(17)를 상하로 정밀하게 이동시켜 자동 초점을 잡아주고 가공 높이에 따라 대물렌즈부(17)의 높이를 변경시키는 Z축 스테이지(18)와, 촬상카메라(14)의 영상자료를 수신, 분석하여 Z축 스테이지(18)를 구동함으로써 대물렌즈의 초점 위치를 잡아주는 자동초점시스템(19)과, 수정 대상이 되는 기판이 거치되는 X-Y 스테이지(20)가 설치된다.
전술한 각종 구동부 및 측정을 위한 구성요소들은 모두 제어컴퓨터(21)에 연결되어 제어 된다. 도 1에는 하나의 제어컴퓨터(21)에 의해 각종 구성요소들이 모두 제어되는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 각 구동장치에 별도의 제어부가 통합되어 구성될 수 있고, 복수의 제어컴퓨터(21)에 의해 각각의 구동장치가 제어될 수도 있음은 물론이다.
제어컴퓨터(21)에서는 촬상카메라(14)로부터 수신된 영상을 분석하여 결함의 위치를 측정하는 위치 측정부가 포함될 수 있으며, 3차원 비접촉 높이 측정기(16)로부터 신호를 수신하여 결함의 제거에 필요한 레이저 펄스의 양을 계산한 후 광학변조기(3)의 작동을 제어하는 변조 제어부와, 가공슬릿(9)의 이동 및 회전을 제어 하는 슬릿 제어부가 포함될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 빔의 에너지 분포를 도시한 그래프이다. 도 2 및 도 3의 (a)는 레이저 발생부에서 출력되는 레이저 빔의 에너지 분포를 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 빔확대기를 통과한 레이저 빔의 에너지 분포를 나타낸 것이고, 도 2의 (c)는 가공슬릿을 통과한 레어지 빔의 에너지 분포를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 빔성형기를 통과하기 전과 후의 레이저 빔 에너지 분포를 나타낸 것이고, 도 3의 (c)는 빔성형기를 통과한 레이저 빔의 에너지 분포를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 극초단 레이저 펄스는 광학변조기(3)에 의해 결함의 수정에 필요한 양만큼 조절되며, 가공슬릿(9)에 의해 조사될 영역으로 한정된다. 다양한 형태의 결함을 정확하게 수정하기 위해서는 레이저 빔의 에너지 분포가 그에 대응하도록 제어되어야 한다.
즉, 광학변조기(3) 및 가공슬릿(9)에 의해 제어된 레이저 빔의 에너지 분포는 도 2의 (a)와 같이 편차가 큰 것보다는 도 2의 (c)와 같이 평탄한 것이 좋다. 이를 위해 레이저 빔의 에너지 분포를 도 2의 (a)에서 도 2의 (b)와 같이 확대하는 빔확대기(Beam expander)(4)가 사용된다.
광학변조기(3)에 의해 조절된 양의 레이저 펄스는 빔확대기(4)에 의해 도 2의 (b)와 같이 에너지 분포가 확대되고, 이는 다시 가공슬릿(9)에 의해 도 2의 (c)와 같이 조사영역이 제한되므로, 빔확대기(4)는 광학변조기(3)와 가공슬릿(9) 사이에 개재되는 것이 좋다.
한편, 빔확대기(4)를 사용하지 않을 경우에는 레어지 빔의 강도분포를 도 3의 (a)와 같은 가우시안(Gaussian) 형태에서 도 3의 (c)와 같은 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경함으로써 빔확대기(4)를 사용한 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 레이저 빔의 에너지 분포를 균일하게 변경함으로써 가공면의 편평도와 표면 거칠기를 향상시킬 수 있으며, 이와 같이 빔의 강도분포의 형태를 변경하기 위해서는 오목렌즈와 플라이아이렌즈를 포함하여 구성되는 빔성형기(Beam shaper)(4')를 빔확대기(4) 대신에 사용할 수 있다.
다만, 본 발명이 빔성형기(4')의 구성으로서 반드시 상기와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 레이저 빔의 강도분포를 가우시안 형태에서 플랫탑 형태로 변경할 수 있는 다른 빔성형기(4')를 사용할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서 사용된 레이저 발생부(1)는 펄스 출력이 가능한 레이저 시스템이며 이로부터 발진되는 레이저 펄스의 반복율(Repetition rate)은 제어컴퓨터(21)에 의해 수 내지 수만 kHz의 범위로 제어될 수 있다.
이와 같이 발진된 레이저 빔(22)은 비상시에 레이저의 전원을 끊지 않고 차단할 수 있는 셔터(2)를 통과하며, 연속적으로 발진되는 레이저 펄스를 가공에 필요한 양만큼 분리해 내는 광학변조기(3)를 거쳐 미리 계산된 양만큼의 레이저 펄스가 조사되게 된다.
미리 계산된 양만큼의 레이저 펄스의 조사가 끝나면 광학변조기(3)는 레이저 빔(22)의 방향을 바꾸는 스위치 역할을 하게 되어 광학변조기(3)를 통과한 레이저 빔(22)은 빔덤프(Beam dump)(23)로 바이패스된다. 이 때 레이저 발생부(1)로부터 레이저 펄스의 발진은 중단되지 않는다.
통상적으로 레이저 발생부(1)에서 발진된 레이저 빔(22) 단면상 에너지 분포는 도 2의 (a)와 같이 가우시안(Gaussian) 분포를 가지는데 이러한 분포를 갖는 레이저 빔을 이용해서 기판의 결함을 수정하는 경우 편평한 가공면을 얻는 것이 곤란하다.
따라서, 미세한 가공을 위해서는 도 2의 (c)나 도 3의 (c)와 같이 일정 영역에서 에너지의 분포가 균일한 레이저 빔이 요구된다. 이를 위해 광학변조기(3)를 거쳐 조사되는 레이저 빔(22)을 빔확대기(4)를 이용하여 도 2의 (b)와 같은 형태로 확대하거나, 빔성형기(4')를 이용하여 도 3의 (c)와 같은 레이저 펄스의 형태로 변화시킨다.
이와 같이 변화된 레이저 펄스는 가공슬릿(9)에 의해서 원하는 크기로 잘려지고 튜브렌즈(10)에 의해 대물렌즈부(17)로 전달되어 기판의 결함을 수정하는 데에 사용된다.
한편, 대물렌즈부(17)를 통해 명시야 관찰을 가능케 해주는 대물렌즈 조명(11)은 빔스플리터(13)에 반사되어 대물렌즈부(17)을 통과하여 결함부에서 반사되며, 반사되어진 대물렌즈 조명(11)의 빛은 빔스플리터(13)를 통과하고 빔스플리터 (12)에서 반사된 후, 빔스플리터(15)를 거쳐 촬상카메라(14)로 전달되어 결함부의 영상을 맺게 한다.
이와 같은 영상은 자동 초점 시스템(19)에 전달되며, 대물렌즈부(17)에 장착된 Z축 스테이지(18)와 연동하여 대물렌즈부(17)의 초점위치를 자동으로 조절한다.
빔스플리터(15)에 의해 분기된 대물렌즈 조명(11)의 다른 빛은 반사거울(8)을 거쳐 3차원 비접촉 높이 측정기(16)로 전달되어 비접촉 방식으로 돌기결함의 높이를 3차원으로 정밀 측정하고 그 측정값을 제어컴퓨터(21)로 전송하며, 제어컴퓨터(21)는 변조 제어부의 역할을 하여 광학변조기(3)에 의해 레이저 펄스의 양이 조절되도록 그 작동을 제어한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기판 결함 수정방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명에 따른 기판 결함 수정방법은 레이저 발생부(1)로부터 극초단 펄스 레이저를 발진시키고, 이를 광학변조기(3)에 의해 필요한 양만큼 조절하여 대물렌즈부(17)를 통해 기판에 조사함으로써, 기판의 결함을 수정하는 일련의 과정을 포함한다.
먼저, 레이저 발생부(1)로부터 극초단 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시킨다(100), 다음으로, 레이저 빔을 수광하여 기판을 구성하는 재질에 흡수가 잘 되는 파장영역으로 레이저 빔의 파장을 변환시키는 단계가 포함될 수 있다(110). 액정표시장치용 컬러필터 기판의 경우 전술한 바와 같이 수지재 등의 재질로 구성되며, 이에 흡수가 잘되는 파장영역은 통상 200nm 내지 400nm의 자외선 영역의 파장이다.
결함의 수정에 필요한 레이저 펄스를 양을 계산하고, 그에 대응하여 레이저 빔을 광변조기에 의해 제1 경로와 제2 경로로 분리시킨다(120).
결함의 수정에 필요한 레이저 펄스의 양의 계산을 위해서는, 촬상카메라(14) 등에 의해 결함을 촬영하여 결함의 위치를 측정하고 3차원 비접촉 높이 측정기(16) 등에 의해 결함의 높이를 측정하는 과정이 선행되어야 한다(140). 레이저 펄스의 양의 계산 및 광변조기의 작동은 변조 제어부에 의해 수행된다.
한편, 광변조기에 의해 필요한 양만큼 분리된 레이저 펄스는 보다 정밀한 가공을 위해 빔확대기(Beam expander)(4)에 의해 확대되거나 빔성형기(Beam shaper)(4')에 의해 강도분포가 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경된다(150).
결함의 수정에 필요한 양만큼 분리된 레이저 빔은 대물렌즈부(17)에 의해 집광되어 수정 대상이 되는 기판에 조사된다(130). 기판은 스테이지부에 거치되며, 스테이지부는 대물렌즈부(17)에 대해 거리 및 방향이 조절가능하도록 구동장치가 결합된다.
한편, 광변조기에 의해 조절된 레이저 펄스는 대물렌즈부(17)에 의해 조사되기 전에 결함의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상을 갖도록 가공슬릿(9)에 의해 제한된다. 즉, 도 2의 (c)와 같이 레이저 펄스 중 원하는 크기만큼만 잘려지게 된다.
광학변조기(3)에 의해 분리된 나머지 레이저 빔은 빔덤프(Beam dump)(23)에 수광되어 바이패스된다(160).
본 실시예는 본 발명이 액정표시장치용 컬러필터 기판의 수정에 적용되는 경 우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 기판은 물론이고, 극초단 펄스 레이저를 이용하여 물체의 손상을 최소화하고, 보다 미세하고 정밀한 구조물 및 패턴과 형상을 요구하는 3차원 미세 가공분야에 적용할 수 있다.
본 발명의 기술 사상이 상술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상술한 실시예는 그 설명을 위한 것이지 그 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 극초단 레이저 펄스를 갖는 피코세컨드 또는 펨토세컨드 레이저를 이용하여 초당 수 내지 수십 kHz에 이르는 높은 반복율(Repetition rate)로 패턴결함이나 돌기결함과 같은 가공 대상에 조사하고, 빔확대기나 빔성형기를 이용하여 빔의 강도분포를 레이저 펄스 전체에 걸쳐 고르게 함으로써 패턴결함이나 돌기결함의 깊이나 높이를 정밀하고 균일하게 수정할 수 있다.
또한, 종래에 연마테이프를 이용한 돌기 수정장치가 불필요하게 되므로, 유지보수 비용과 교체시간을 절감하여 경제성과 장비가동 효율을 높일 뿐만 아니라 장비의 설치에 소요되는 공간을 획기적으로 축소할 수 있다.
또한, 돌기결함의 수정에 있어서 높은 반복율의 레이저 펄스를 사용함으로써 수정 시간을 약 절반 이상으로 대폭 줄일 수 있어 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 빔을 사용하기 때문에 돌기결함의 형상이나 상태에 구애받지 않고 종래 가장 우수한 연마기법과 동등 이상의 표면조도 분포를 나타내 결함 수정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (24)

  1. 소정 시간 폭의 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부와;
    상기 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 광학변조기(Optic Modulator)와;
    상기 제1 경로로 분리된 상기 레이저 빔을 집광하여 기판에 조사하는 대물렌즈부와;
    상기 대물렌즈부에 대한 거리 조절이 가능한 스테이지부와;
    상기 광학변조기의 작동을 제어하는 변조 제어부를 포함하되,
    상기 광학변조기(Optic Modulator)는 음향 광학변조기(Acoustic Optic Modulator) 또는 전자 광학변조기(Electro Optic Modulator)인 것을 특징으로 하는 기판 결함 수정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 폭은 30 펨토세컨드(femto second) 내지 10 피코세컨드(pico second)인 기판 결함 수정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 발생부와 상기 광학변조기 사이에 상기 레이저 빔의 파장을 변환시키는 파장변환기가 개재되는 기판 결함 수정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 액정표시장치용 컬러필터 기판이며, 상기 레이저 빔의 파장은 200nm 내지 400nm인 기판 결함 수정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 반복율(repetition rate)은 1kHz 내지 120MHz인 기판 결함 수정장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 경로로 분리된 상기 레이저 빔을 수광하는 빔덤프(Beam dump)를 더 포함하는 기판 결함 수정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 발생부와 상기 광학변조기 사이에 상기 레이저 빔을 상기 광학변조기에 대해 차단하는 셔터가 개재되는 기판 결함 수정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광학변조기와 상기 대물렌즈부 사이에 상기 레이저 빔을 확대하는 빔확대기(Beam expander) 또는 상기 레이저 빔의 강도분포를 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경하는 빔성형기(Beam shaper)가 개재되는 기판 결함 수정장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결함을 촬영하는 촬상카메라와, 상기 촬상카메라로부터 신호를 수신하여 상기 결함의 위치 정보를 출력하는 위치 측정부를 더 포함하는 기판 결함 수정장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 촬상카메라로부터 신호를 수신하여 상기 대물렌즈부의 촛점에 관한 정보를 출력하는 자동 초점 시스템(Auto focus system)을 더 포함하는 기판 결합 수정장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판상에서 상기 결함의 높이를 광학적 방법으로 측정하는 3차원 비접촉 높이 측정기를 더 포함하는 기판 결함 수정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 변조 제어부는 상기 결함의 수정에 필요한 상기 레이저 펄스의 양을 계산하여 그에 상응하는 신호를 상기 광학변조기에 전송하고, 상기 광학변조기는 상기 신호에 대응하여 상기 레이저 빔을 분리시키는 기판 결함 수정장치.
  14. 제10항 또는 제12항에 있어서,
    상기 결함의 크기에 대응하여 상기 레이저 빔이 조사되는 영역의 크기를 조 정하는 가공슬릿과, 상기 가공슬릿의 이동 또는 회전을 제어하는 슬릿 제어부를 더 포함하는 기판 결함 수정장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가공슬릿의 모양은 사각형인 기판 결함 수정장치.
  16. 대물렌즈부에 대해 소정의 거리를 유지하도록 조절된 스테이지부에 기판을 거치시켜 상기 기판의 결함을 수정하는 방법에 있어서,
    (a) 소정 시간 폭의 레이저 펄스를 갖는 레이저 빔을 발생시키는 단계;
    (b) 상기 결함의 수정에 필요한 레이저 펄스의 양에 대응하여 상기 레이저 빔을 제1 경로와 제2 경로로 분리시키는 단계; 및
    (c) 상기 제1 경로로 분리된 상기 레이저 빔을 집광하여 상기 기판에 조사하는 단계를 포함하는 기판 결함 수정방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (a)와 상기 단계 (b) 사이에 상기 레이저 빔을 수광하여 상기 기판을 구성하는 재질에 흡수가 잘 되는 파장영역으로 상기 레이저 빔의 파장을 변환 시키는 단계를 더 포함하는 기판 결함 수정방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 폭은 30 펨토세컨드(femto second) 내지 10 피코세컨드(pico second)인 기판 결함 수정방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 파장은 200나노미터(nano meter) 내지 400나노미터(nano meter)인 기판 결함 수정방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 레이저 펄스의 반복율(repetition rate)은 1kHz 내지 120MHz인 기판 결함 수정방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (b) 또는 상기 단계 (c)는 상기 제2 경로로 분리된 상기 레이저 빔을 빔덤프(Beam dump)에서 수광하는 단계를 더 포함하는 기판 결함 수정방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (b)는 빔확대기(Beam expander)에 의해 상기 레이저 빔을 확대하는 단계 또는 빔성형기(Beam shaper)에 의해 상기 레이저 빔의 강도분포를 가우시안(Gaussian) 형태에서 플랫탑(Flat-top) 형태로 변경하는 단계를 더 포함하는 기판 결함 수정방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 단계 (a) 또는 상기 단계 (b)는 상기 결함을 촬영하여 상기 결함의 위치를 측정하는 단계 및 상기 기판상에서 상기 결함의 높이를 광학적 방법으로 측정하는 단계를 더 포함하는 기판 결함 수정방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 결함의 크기 및 형상에 대응하는 크기 및 형상을 갖는 가공슬릿에 상기 레이저 빔을 투과시키는 단계를 더 포함하는 기판 결함 수정방법.
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