KR101680292B1 - 패턴 라인 형성 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판이 안착되는 스테이지; 상기 기판의 상측에 위치하여 상기 기판 상에 잉크를 토출하여 패턴 라인을 형성하는 노즐 유닛; 하이 레벨 및 로우 레벨의 신호가 소정의 시간 및 간격으로 반복되는 소정 파형의 바이어스 신호를 생성하여 상기 노즐 유닛에 인가하는 바이어스 유닛을 포함하고, 상기 바이어스 신호에 의해 상기 기판에 접지 전위를 인가하지 않고 상기 기판과 노즐 유닛 사이에 전기장이 형성되며, 상기 바이어스 신호의 파형, 상기 하이 레벨 및 로우 레벨의 전위차 및 주기에 따라 상기 노즐 유닛으로부터 토출되는 잉크의 토출량, 토출 시간이 조절되는 패턴 라인 형성 장치 및 방법이 제시된다.

Description

패턴 라인 형성 장치 및 방법{Apparatus and method for forming pattern line}

본 발명은 패턴 라인 형성 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 전기 수력학(electrohydrodynamics)을 이용한 패턴 라인 형성 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 다양한 전자제품들이 출시되고 그 내부에는 다양한 기능을 수행하는 반도체 소자들을 포함하고 있다. 반도체 소자들은 경량화 및 박형화 경향에 따라 크기가 줄어들고 있으며, 그에 따라 내부의 패턴 라인의 폭도 점점 얇아지고 있다. 또한, LCD, OLED 등의 평면 패널 디스플레이(Flat Panel Display; FPD)는 단위 면적당 더 많은 픽셀을 구현하기 위해 각 픽셀을 구동하는 회로 소자들이 작아지고 있으며, 각 회로 소자들을 연결하는 패턴 라인의 폭도 더욱 얇아지고 있다. 그리고, 디스플레이 패널의 고해상도 추세에 따라 스마트폰, TV, 모니터, 노트북 등 각종 디스플레이 기기들이 경량화, 소형화되고 있고, 그에 따라 디스플레이 기기들을 구동하는 회로들이 집적된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)에 형성되는 패턴 라인들도 복잡 다양하게 형성될 뿐만 아니라 미세하게 형성되고 있다.

한편, 플렉서블 디스플레이(Flexible Display)에 대한 요구가 커지면서 기존 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)와 같이 고온 고압 하에서 기판 상에 패턴 라인을 형성하지 못하는 공정들이 증가하고 있다. 즉, 패턴 라인을 형성한 후 결함이 발생된 부분을 리페어해야 하는데, 종래의 CVD를 이용한 리페어 방법은 금속 소오스(Metal source)를 기화시켜 패턴 라인의 끊어진 부분에 공급하고 레이저를 조사하여 증착시키는 방식을 사용한다. 그런데, 이러한 방식은 레이저를 이용하여 증착 과정을 수행함에 따라 기판의 재질이 내열성이 낮은 경우 기판에 손상 및 변형을 주기 때문에 리페어를 수행할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 진공 분위기의 챔버 내에서 리페어가 이루어져야 하기 때문에 장비의 유지 보수가 어렵고, 장비의 사이즈가 커질 수 밖에 없다.

따라서, 반도체, FPD, PCB 등에 패턴 라인을 형성하는 장치 또는 형성된 패턴 라인에 발생한 결함을 리페어(repair)하는 장치들도 저온에서 공정이 가능하고 더 얇은 패턴 라인을 형성할 수 있어야 한다.

저온 공정이 가능하도록 하기 위해 종래에는 공압 또는 압전 소자를 이용하여 잉크를 토출하는 잉크젯 장치를 이용하여 패턴 라인을 형성하였다. 즉, 잉크가 토출되는 노즐에 공압을 인가하거나, 노즐에 압전 소자를 마련하고 압전 소자에 소정의 전위를 인가하여 잉크를 토출하였다. 그러나, 이러한 잉크젯 방식은 잉크의 극미량 토출이 불가능하여 미세한 패턴 라인 형성이 불가능하고, 패턴 라인의 선폭이 불균일한 문제가 있다.

이러한 잉크젯 방식의 문제를 해결하기 위해 노즐과 기판 사이에 전기장(Electrical Field)을 형성하여 잉크를 토출하는 전기 수력학을 이용한 패턴 형성 장치가 이용되었다. 그런데, 기존의 전기 수력학 방식은 기판에 접지 전극을 접촉시키거나 별도의 대전 전극을 기판과 노즐 사이에 적용해야 한다. 따라서, 접지 전극의 접촉으로 인한 기판 손상 및 오염의 문제가 발생되고, 기판의 전기 전도 특성에 따른 불규칙한 전기장 형성으로 인한 토출량 제어 불량 등의 문제가 발생된다.

한편, 본원의 출원인이 출원한 한국등록특허 제10-1454106호에는 노즐에 교류를 인가함으로써 기판에 접지를 인가하지 않아도 됨이 언급되어 있다. 그러나, 단순히 교류 전원을 인가하는 것만으로는 다양한 선폭의 패턴 라인을 형성할 수 없다. 즉, 동일 장치를 이용하여 다양한 선폭의 패턴 라인을 형성해야 장비의 효용성을 향상시킬 수 있지만, 노즐에 단순히 교류 전원을 인가하게 되면 동일 선폭의 패턴을 형성할 수 밖에 없어 다양한 선폭 또는 형상의 패턴 라인을 형성할 수 없다.

한국등록특허 제10-1454106호

본 발명은 고온 고압 공정이 필요없어 장비 구성이 간단하고, 잉크젯 장치에 비해 월등히 미세한 선폭의 패턴 라인을 형성할 수 있는 패턴 라인 형성 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 기판에 접지 전극을 접촉하지 않는 패턴 라인 형성 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 잉크의 토출량 및 간격 등을 다양하게 조절할 수 있어 다양한 선폭 및 형상의 패턴 라인을 형성할 수 있는 패턴 라인 형성 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 패턴 라인 형성 장치는 기판이 안착되는 스테이지; 상기 기판의 상측에 위치하여 상기 기판 상에 잉크를 토출하여 패턴 라인을 형성하는 노즐 유닛; 하이 레벨 및 로우 레벨의 신호가 소정의 시간 및 간격으로 반복되는 소정 파형의 바이어스 신호를 생성하여 상기 노즐 유닛에 인가하는 바이어스 유닛을 포함하고, 상기 바이어스 신호에 의해 상기 기판에 접지 전위를 인가하지 않고 상기 기판과 노즐 유닛 사이에 전기장이 형성되며, 상기 바이어스 신호의 파형, 상기 하이 레벨 및 로우 레벨의 전위차 및 주기에 따라 상기 노즐 유닛으로부터 토출되는 잉크의 토출량, 토출 시간이 조절된다.

상기 패턴 라인의 시각적인 검사를 위한 광학 유닛과, 상기 패턴 라인의 전기적인 검사를 위한 검사 유닛과, 상기 노즐 유닛에 공압을 인가하기 위한 공압 유닛과, 상기 잉크에 사용된 용매를 기화시켜 상기 노즐 유닛의 끝단을 향해 분사하는 용매 공급 유닛과, 상기 기판 상에 형성된 패턴 라인을 경화시키는 경화 유닛의 적어도 어느 하나를 더 포함한다.

상기 바이어스 유닛은, 제 1 바이어스 신호를 생성하는 파형 생성부와, 상기 제 1 바이어스 신호를 증폭시켜 제 2 바이어스 신호를 생성하는 증폭부와, 상기 제 1 및 제 2 바이어스 신호의 적어도 어느 하나를 관찰하는 관찰부를 포함한다.

상기 파형 생성부는 소정 파형의 신호를 생성하는 파형 생성기와, 직류 전압을 생성하여 상기 파형 생성기에서 생성된 신호의 레벨을 상승시키는 직류 생성기를 포함한다.

상기 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차가 0인 중간 레벨을 더 포함하고, 상기 중간 레벨의 시간에 따라 상기 잉크의 토출 간격이 조절된다.

상기 잉크의 토출량, 간격 및 토출 시간에 따라 상기 패턴 라인의 선폭 및 길이가 조절된다.

상기 스테이지, 노즐 유닛, 바이어스 유닛, 광학 유닛, 검사 유닛, 공압 유닛, 용매 공급 유닛 및 경화 유닛의 적어도 어느 하나를 제어하는 제어 유닛을 더 포함한다.

상기 제어 유닛은, 제어 신호 및 데이터를 입출력하는 입출력부와, 상기 패턴 라인의 선폭 및 길이와, 그에 따른 바이어스 신호의 파형 데이터가 저장되는 데이터 저장부와, 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 이용하여 해당 패턴 라인을 형성하기 위한 바이어스 신호의 파형을 선택하고 상기 입출력부를 통해 상기 바이어스 유닛을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 패턴 라인 형성 방법은 기판이 스테이지에 안착되는 단계; 상기 기판 상에 패턴 라인이 형성될 영역을 확정하는 단계; 상기 패턴 라인의 선폭 및 길이를 확정하고, 그에 따른 바이어스 신호를 생성하는 단계; 상기 바이어스 신호를 노즐 유닛에 인가하는 단계; 상기 노즐 유닛으로부터 잉크가 토출되어 상기 기판 상에 패턴 라인을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 바이어스 신호에 의해 상기 기판에 접지 전위를 인가하지 않고 상기 기판과 노즐 유닛 사이에 전기장이 형성되며, 상기 바이어스 신호의 파형, 상기 하이 레벨 및 로우 레벨의 전위차 및 주기에 따라 상기 노즐 유닛으로부터 토출되는 잉크의 토출량, 토출 시간이 조절된다.

상기 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차가 0인 중간 레벨을 더 포함하고, 상기 중간 레벨의 시간에 따라 상기 잉크의 토출 간격이 조절된다.

상기 잉크의 토출량, 간격 및 토출 시간에 따라 상기 패턴 라인의 선폭 및 길이를 조절한다.

본 발명은 바이어스 유닛으로부터 다양한 파형의 바이어스 신호를 생성하여 노즐 유닛에 인가함으로써 기판에 접지 전극을 연결하지 않고도 기판 상에 패턴 라인을 형성하거나 결함을 리페어할 수 있다. 또한, 바이어스 신호의 전위차, 주기, 중간 레벨의 시간 등을 조절하여 잉크의 토출량을 조절할 수 있고, 그에 따라 다양한 선폭의 패턴 라인을 형성하거나 결함을 리페어할 수 있다.

따라서, 본 발명은 진공 분위기의 챔버 없이도 패턴 라인을 형성할 수 있고, 종래 압전 소자 또는 공압을 이용한 잉크젯 장치에 비해 균일한 극미세 패턴 라인을 형성할 수 있다.

또한, 접지 전극이나 대전 전극 등을 이용하지 않고도 패턴 라인을 형성할 수 있어 장치를 단순화할 수 있고, 접지 구조로 인한 기판의 오염 및 훼손을 방지할 수 있으며, 기판의 전도성 차이에 따른 불규칙한 토출량 변화 및 불안정성을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이어스 유닛의 구성도.
도 3은 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차가 0인 중간 레벨에 따른 패턴 라인 형성 원리를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 유닛의 구성도.
도 5는 종래의 압전 소자 잉크젯 방식의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 7은 종래의 기판에 접지 전극을 연결하여 형성된 패턴 라인을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판에 접지 전극을 연결하지 않고 형성된 패턴 라인을 도시한 도면.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 바이어스 신호의 파형에 따라 형성된 패턴 라인을 도시한 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연속적인 바이어스 신호와 중간 레벨의 조절에 의해 형성된 패턴 라인을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성 장치는 기판(10) 상의 공정 위치를 조절하는 스테이지(100)와, 기판(10) 상에 패턴 라인을 형성하기 위한 잉크를 토출하는 노즐 유닛(200)과, 기판(10)에 형성되는 패턴 라인의 형태를 제어하기 위한 바이어스 신호를 생성하여 노즐 유닛(100)에 공급하는 바이어스 유닛(300)과, 노즐 유닛(100)의 잉크 토출을 보조하기 위한 공압 유닛(400)과, 패턴이 형성되는 과정을 관찰하기 위한 광학 유닛(500)을 포함할 수 있다. 또한, 기판(10) 상에 형성된 패턴의 불량 여부를 검사하기 위한 검사 유닛(600)과, 스테이지(100), 노즐 유닛(200), 바이어스 유닛(300), 공압 유닛(400), 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600) 등을 포함하는 패턴 형성 장치의 전반을 제어하기 위한 제어 유닛(700)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 사용자에게 광학 유닛(500)으로부터 촬영된 영상을 디스플레이하는 디스플레이(미도시)를 더 포함할 수 있다.

스테이지(100)는 기판(10)이 안착되고, 기판(10)을 공정 위치로 이동시킨다. 즉, 스테이지(100)는 기판(10)이 안착된 상태에서 패턴 라인이 형성될 위치 또는 패턴의 결함을 리페어하기 위한 위치로 기판(10)을 이동시킨다. 여기서, 기판(10)은 소정의 도전성 패턴 라인이 형성되거나 형성될 평판 디스플레이, 터치 스크린, PCB 등을 포함할 수 있다. 즉, 기판(10)은 소정 영역에 소정 형상의 패턴 라인을 형성하기 위한 기판(10)일 수 있고, 패턴 라인이 형성되고 패턴 라인에 결함이 발생된 리페어할 기판(10)일 수 있다. 예를 들어, 기판(10)은 화소 전극, 게이트 라인 및 데이터 라인, 박막 트랜지스터 등이 형성되거나, 형성할 액정표시장치의 하부 기판일 수 있다. 이러한 스테이지(100)는 기판(10)을 평면 이동시킬 수 있는데, 서로 직교하는 두 방향, 즉 가로 방향 및 세로 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 스테이지(100)는 노즐 유닛(200) 방향으로의 상측 방향 및 이와 반대 방향의 하측 방향, 즉 수직 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 스테이지(100)는 기판(10)이 안착된 후 기판(10)의 수평을 유지하여 가로 및 세로 방향, 그리고 수직 방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 스테이지(100)는 기판(10)을 스테이지(100) 상으로 인입하는 장치 및 기판(10)을 스테이지(100)로부터 인출하는 장치와 연동될 수도 있다. 한편, 스테이지(100)는 기판(10) 상에 정밀하고 미세한 패턴을 형성하기 위해 기판(10)을 정확한 위치로 이동시켜야 하므로 높은 위치 정밀도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 극미량의 잉크가 전기장에 의해 노즐 유닛(200)으로부터 토출되므로 노즐 유닛(200)과 기판(10) 사이의 거리가 수 ㎛에서 수십 ㎛까지 매우 가깝게 위치하고, 그에 따라 스테이지(100) 상의 기판(10)이 높은 표면 평탄도를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 스테이지(100)는 외부로부터 기판(10)이 인입되어 안착된 후 상측 방향으로 이동하여 노즐(250)과 기판(10)의 간격을 예를 들어 1㎛∼100㎛의 공정 간격으로 유지시키고, 스테이지(100)가 가로 및/또는 세로 방향으로 이동하여 패턴 라인이 형성될 위치 또는 결함을 리페어할 위치로 기판(10)의 소정 영역이 노즐(250)과 대면하도록 위치 조절한다. 그리고, 노즐(250)로부터 잉크가 토출되어 공정이 완료된 후 스테이지(100)가 하측 방향으로 이동된 후 기판(10)이 외부로 인출될 수 있다. 물론, 기판(10)이 안착되고 스테이지(100)가 가로 및/또는 세로 방향으로 이동된 후 상측 방향으로 이동할 수도 있고, 가로 및/또는 세로 방향으로 이동하는 동시에 상측 방향으로 이동할 수도 있다.

노즐 유닛(200)은 잉크 저장 유닛(미도시)으로부터 공급되는 잉크를 토출하는 노즐(250)을 포함할 수 있다. 또한, 노즐(250)을 둘러싸는 하우징(미도시)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 잉크 저장 유닛은 노즐 유닛(200)과 연통되어 노즐 유닛(200)을 통해 토출되는 잉크를 저장한다. 잉크 저장 유닛은 패턴 라인이 수㎛ 이상 또는 이하의 선폭으로 형성되는 경우에 토출되는 잉크의 양이 많지 않기 때문에 소용량의 실린지 타입으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 않고 잉크의 종류, 사용량, 교체 주기 등 공정 조건에 따라 적절한 재질, 용량, 형태로 제작될 수 있다. 또한, 잉크를 토출하기 위해 노즐 유닛(200)과 기판(10) 사이에 형성되는 전기장과 더불어 공압이 이용될 경우 공압을 공급하기 위해 잉크 저장 유닛과 공압 유닛(400)이 연결될 수 있으며, 잉크 저장 유닛은 전기가 노즐 유닛(200)과 기판(10) 사이 이외의 다른 방향으로 흐르지 않도록 절연 재질 또는 절연 처리된 것이 바람직하다. 또한, 잉크 저장 유닛으로부터 공급되는 잉크는 전도성 및 기능성 잉크로서 그 내부에 이온들이 포함된다. 따라서, 기판(10)에 접지 전극을 연결하지 않고 노즐(250)과 기판(10) 사이에 전기장을 형성하는 전기 수력학의 원리를 이용하여 극미량의 잉크를 정밀하게 토출할 수 있다. 즉, 전도성 및 기능성 잉크에 포함된 이온들이 노즐(250)과 기판(10) 사이의 전기장에 의해 기판(10) 방향으로 힘을 받아 이동하기 때문에 극미량의 잉크를 정밀하게 토출할 수 있다. 이때, 노즐(250)과 기판(10) 사이의 전기장은 바이어스 유닛(300)으로부터 공급되는 바이어스 신호에 의해 형성된다. 또한, 노즐(250)과 기판(10) 사이에 전기장을 형성하기 위해서는 노즐(250)이 전극으로 기능해야 한다. 이를 위해 노즐(250)을 금속 재질로 제작하거나, 노즐(250) 내부에 금속 배선을 형성하거나, 절연성 재질의 몸체 외측에 금속을 코팅할 수 있다. 그런데, 금속 재질로 노즐(250)을 제작할 경우 노즐(250)의 끝단 면적을 작게 형성하는데 한계가 있어 극미량의 잉크 토출이 어렵다. 또한, 노즐(250) 내부에 금속 배선을 형성하는 경우 전기장이 금속 배선을 중심으로 형성되기 때문에 노즐(250) 내부에 균일하게 전기장을 형성할 수 없어 잉크에 균일한 힘이 가해지지 않아 극미량의 잉크 토출이 불가능하다. 따라서, 노즐(250)의 끝단 면적을 작게 형성하기 위해 금속에 비해 가공 처리가 용이한 유리나 플라스틱 등의 재질로 노즐(250)을 제작하고, 노즐(250)의 외측 표면에 금속막을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우 극미량의 잉크 토출이 가능하고, 노즐(250) 내부에 균일한 전기장이 발생될 수 있어 잉크의 토출량을 정밀하게 조절할 수 있다. 노즐(250)의 외측 표면에 금속막을 형성하기 위해 도금, 증착 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다. 그런데, 유리나 플라스틱 등으로 제작된 노즐(250) 끝단의 막힘을 방지하고 금속막을 수 ㎚ 또는 그 이하로 균일하게 형성할 수 있는 증착 방법을 이용하는 것이 바람직하다. 한편, 노즐 유닛(200)은 노즐(250) 또는 노즐 유닛(200)을 상하로 이동할 수 있도록 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 구동부는 노즐(250) 및 기판(10)의 교체를 위해 노즐 유닛(200)을 상승시키거나, 기판(10)에 형성할 패턴의 형태, 잉크의 종류 등에 따라 노즐(250)과 기판(10) 사이의 간격을 조절할 경우 노즐 유닛(200)을 상하로 구동시킨다. 즉, 스테이지(100)가 수직 방향으로 이동하는 것과 무관하게 노즐(250)과 기판(10) 사이의 거리를 미세하게 조절하기 위해 노즐 유닛(200)에 기판(10)과의 거리를 조절하기 위한 구동부가 마련될 수 있다.

바이어스 유닛(300)은 소정의 바이어스 신호를 생성하여 노즐 유닛(200)에 공급한다. 바이어스 유닛(300)으로부터 생성된 바이어스 신호는 노즐 유닛(200)에 인가되어 노즐 유닛(200)과 기판(10) 사이에 전기장이 형성되도록 하고, 노즐 유닛(200)으로부터 토출되는 잉크량 및 간격이 조절될 수 있도록 한다. 즉, 잉크 방울의 크기 및 간격이 조절될 수 있다. 바이어스 유닛(300)은 하이 레벨 및 로우 레벨의 신호가 소정의 시간 및 간격으로 반복되는 소정 파형의 바이어스 신호를 생성한다. 즉, 바이어스 유닛(300)은 사인파, 코사인파, 펄스파, 구형파, 톱니파, 삼각파 등 다양한 파형의 바이어스 신호를 생성할 수 있고, 이들 이외에 사용자에 의해 정의된 파형을 생성할 수도 있다. 또한, 바이어스 유닛(300)은 적어도 하나 이상의 기본 파형과 직류 파형을 이용하여 다양한 파형의 바이어스 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 사인파와 코사인파를 기본 파형으로 하고, 기본 파형의 전위 레벨, 주기 등을 조절하여 소정 파형의 바이어스 신호를 생성할 수 있다. 또한, 기본 파형이 아닌 펄스파, 구형파, 톱니파, 삼각파, 사용자 정의 파형 등의 바이어스 신호는 기본 파형을 조합하여 원하는 파형의 바이어스 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 다양한 파형의 바이어스 신호를 생성하기 위해 바이어스 유닛(300)은 소정의 파형을 생성하는 파형 생성부(310)와, 파형 생성부(310)에서 생성된 파형을 증폭하는 증폭부(320)를 포함할 수 있다. 바이어스 유닛(300)에 대해서는 도 2 및 도 3을 이용하여 보다 상세하게 설명하겠다.

공압 유닛(400)은 노즐(250)로 공급된 잉크가 노즐(250)의 끝단에 머무를 수 있도록 압력으로써 보조한다. 공압 유닛(400)은 노즐 유닛(200)에 미리 설정된 크기의 공압을 공급함으로써 노즐 유닛(200)에 공급되는 바이어스 신호의 세기를 줄일 수 있어 안정성을 확보할 수 있고, 잉크의 정밀한 토출량의 조절도 가능하다. 또한, 노즐(250)이 막혔을 경우 공압 유닛(400)으로부터 소정의 공압을 공급함으로써 기판(10)을 오염시키지 않고 막힌 노즐(250)을 뚫을 수 있다. 즉, 잉크를 토출하는 동안에는 양압을 노즐(250)에 공급하고, 노즐(250)이 막힌 경우에는 음압을 노즐(250)에 공급하여 노즐(250) 끝단에 굳어 있는 금속 물질을 다시 회수하여 잉크 내의 용매에 의해 녹도록 하여 노즐(250)을 교체하지 않고서도 끝단 막힘을 해결할 수 있다.

광학 유닛(500)은 기판(10) 상에 형성된 패턴 라인을 촬영하거나, 패턴 라인이 형성되는 과정을 촬영한다. 즉, 광학 유닛(500)은 기판(10) 상에 형성된 패턴 라인을 촬영하여 패턴의 광학적인 검사, 즉 시각적인 검사를 실시할 수 있고, 노즐 유닛(200)에서 토출되는 잉크를 이용하여 기판(10) 상에 패턴 라인이 형성되는 과정을 촬영할 수 있다. 광학 유닛(500)에서 촬영된 영상은 디스플레이를 통해 사용자에게 표시될 수 있다. 이러한 광학 유닛(500)은 스테이지(100) 하측에 마련된 조명부(510)와 스테이지(100) 상측에 마련된 촬영부(520)을 포함할 수 있다. 즉, 조명부(510)가 스테이지(100)의 하측으로부터 조명을 비추고, 촬영부(520)가 기판(10)의 상측에서 기판(10)을 촬영한다. 이때, 스테이지(100)는 적어도 기판(10)이 안착되는 부분이 투명하게 구성되어 스테이지(100) 하측의 조명부(510)로부터 조명이 조사될 수 있도록 하여 보다 선명한 화질의 기판(10) 영상을 얻을 수 있다. 광학 유닛(500)에서 기판(10) 상에 형성된 패턴 라인을 촬영하여 디스플레이를 통해 표시함으로써 패턴 라인이 정확하게 형성되었는지를 검사할 수 있고, 실시간으로 기판(10)에 형성되는 패턴 라인을 촬영하여 기판(10)의 상황을 보다 정확하게 파악할 수 있게 됨으로써 공정의 효율을 증대시킬 수 있다. 한편, 촬영부(520)는 기판(10)에 수직하게 배치하고 노즐 유닛(200)을 비스듬하게 설치함으로써 기판(10)을 왜곡 없이 촬영할 수 있다. 즉, 노즐(250)과 기판(10) 사이에 형성된 전기장의 방향으로 잉크가 토출되므로 노즐(250)이 비스듬하게 마련되더라도 노즐(250)과 기판(10) 사이의 전기장의 방향이 수직으로 있을 때와 큰 차이가 없으므로 형성되는 패턴의 형태는 동일하다.

검사 유닛(600)은 기판(10)의 결함을 검사하거나, 리페어가 정상적으로 이루어졌는지를 검사하기 위해 마련될 수 있다. 즉, 검사 유닛(600)은 기판(10) 상에 형성된 소정의 패턴 라인의 결함 여부를 검사하거나, 결함을 리페어한 후 정상적으로 리페어가 수행되었는지를 검사할 수 있다. 검사 유닛(600)은 적어도 일부가 스테이지(100) 상의 소정 영역에 마련될 수 있는데, 예를 들어 기판(10) 상에 형성된 패턴 라인에 소정의 신호를 인가하여 패턴 라인의 결함 또는 리페어 여부를 검사할 수 있는 프로브(미도시)를 포함할 수 있다. 프로브는 기판(10) 상의 패턴에 접촉되는 적어도 하나의 핀이 마련되고, 핀과 접촉되는 측의 반대측에 신호선과 연결될 수 있다. 즉, 기판(10) 상에 형성된 패턴의 일측은 프로브의 핀과 연결되고 타측은 신호선과 연결될 수 있다. 따라서, 핀을 통해 소정 전위의 신호가 인가되고 이 신호가 타측의 신호선에 전달되는지를 판단하여 패턴 라인의 결함 또는 리페어 여부를 검사할 수 있다. 여기서, 핀은 텅스텐 등의 고강도 금속을 이용하여 니들 형태로 마련될 수 있다. 검사 유닛(600)에 의해 측정된 데이터는 제어 유닛(700)으로 공급되고, 제어 유닛(700)은 검사 유닛의 데이터를 이용하여 결함 및/또는 리페어 여부를 판단한 후 리페어 또는 재리페어를 판단할 수 있다. 한편, 본 발명은 광학 유닛(500)을 이용한 시각적인 검사와 검사 유닛(600)을 이용한 전기적인 검사가 가능하다. 물론, 광학 유닛(500)을 이용한 시각적인 검사와 검사 유닛(600)을 이용한 전기적인 검사의 어느 하나도 가능하다.

제어 유닛(700)은 스테이지(100), 노즐 유닛(200), 바이어스 유닛(300)를 포함하여 본 발명의 패턴 라인 형성 장치를 전반적으로 제어한다. 즉, 제어 유닛(700)은 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600)으로부터 데이터를 제공받아 스테이지(100), 노즐 유닛(200) 및 바이어스 유닛(300) 등을 제어한다. 이러한 제어 유닛(700)은 본 발명의 패턴 형성 장치의 각 구성 요소와 연결되어 데이터를 입출력하는 입출력부(710)와, 본 발명의 패턴 형성 장치의 구동을 제어하기 위한 데이터가 저장된 데이터 저장부(720)와, 입출력부(710)를 통해 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600)의 데이터를 입력받고 스테이지(100), 노즐 유닛(200), 바이어스 유닛(300), 공압 유닛(400) 등을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 입출력부(710)를 통해 공급하는 제어부(730)를 포함할 수 있다. 제어 유닛(700)에 대해서는 도 4를 이용하여 보다 상세하게 설명하겠다.

한편, 본원 발명은 도시되지 않았지만, 잉크에 사용된 용매를 기화시켜 노즐(250) 끝단을 향해 분사하는 용매 공급 유닛이 더 마련될 수 있다. 본 발명은 기판(10) 상에 패턴 라인을 형성하거나, 이미 형성된 패턴 라인의 결함을 리페어하기 위해 노즐 유닛(200)으로부터 잉크가 토출되는데, 패턴 라인은 기본적으로 전기적인 신호가 흐르도록 기판(10)에 형성된 배선이므로 잉크의 내부에는 형성해야 할 패턴 라인의 종류에 맞는 금속 물질이 포함되어 있다. 또한, 이러한 금속 물질은 적절한 용매와 섞여 용액의 형태를 띠고 있으며 금속 물질이 포함된 용액 즉, 잉크는 노즐유닛(200)과 기판(10) 사이에 형성된 전기장에 의해 토출된다. 그런데, 잉크가 토출되지 않는 시간동안 용매가 날라가 금속 물질만 남을 경우 노즐(250) 끝단이 막힐 수도 있으며 이 경우 미리 설정된 대로 패턴 라인이 형성되지 않을 수도 있고, 심한 경우에는 노즐(250)을 교체하여야 할 수도 있다. 이렇게 용매가 날라가 노즐(250)이 막히는 것을 방지하기 위해 본 발명은 노즐(250)의 끝단으로 기화된 용매를 공급하여 노즐(250) 끝단에서 용매가 날라가는 것을 막고 용매(250)가 날라가 금속 물질만 남아 있는 경우라도 용매 공급 유닛에서 공급된 용매에 의해 금속 물질이 다시 녹도록 함으로써 노즐(250)의 끝단이 막히는 것을 방지할 수 있다. 극미량의 잉크를 토출하기 위해서는 노즐(250)의 끝단 면적이 매우 작아야 하므로 휘발성이 강한 용매인 경우 잠시라도 잉크의 토출이 중지되는 경우 노즐(250) 끝단이 막힐 가능성이 매우 크다. 따라서, 기화된 용매를 지속적으로 노즐(250) 끝단으로 공급함으로써 노즐(250) 끝단이 막히는 것을 최대한 방지할 수 있으며, 이를 통해 안정적인 패턴 라인의 형성이 가능히다. 또한, 노즐 유닛(200)에서 토출되는 잉크의 양이 매우 적으므로 사소한 외란에 의해서도 정확한 위치로 잉크가 토출되지 않고 다른 위치로 잉크가 토출되어 엉뚱한 패턴 라인이 형성될 가능성이 크다. 이를 방지하기 위해 노즐(250)에서 토출된 잉크가 수직으로 정확하게 기판(10)에 도달하도록 용매 공급 유닛에서 공급되는 기화된 용매가 기판(10)에 수직 방향으로 불어넣어 준다면 잘못된 위치로 잉크가 토출되는 것을 최대한 방지할 수도 있다.

또한, 본 발명은 도시되지 않았지만, 기판(10) 상에 형성된 패턴 라인을 경화시키기 위한 경화 유닛이 더 마련될 수 있다. 예를 들어, 경화 유닛은 패턴 라인에 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 유닛을 포함할 수 있다. 레이저 빔 조사 유닛은 패턴 라인에 열 에너지를 공급하여 패턴 라인이 경화되도록 한다. 레이저는 발진 형태에 따라 CW(Continuous Wave), 펄스(Pulsed) 레이저로 분류할 수 있으며, 파장에 따라 크게 IR, 비주얼(Visual), UV 레이저로 구분할 수 있다. CW 레이저는 피크 파워(Peak Power)가 존재하지 않고 에너지의 공급만으로 경화 과정이 일어나고, 펄스 레이저는 나노초(nano cesond) 이하의 짧은 펄스 지속 시간(Pulse Duration)에 높은 피크 파워를 발진시켜 순간적인 경화가 이루어진다. 한편, IR과 비주얼의 경우 물체에 흡수되어 열을 발생시켜 경화시키는 복사열 경화이고, UV의 경우 높은 광자 에너지(Photon energy)로 물체에 흡수되어 화학적 결합을 파괴시키는 반응성 경화가 일어나게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이어스 유닛의 구성도이고, 도 3은 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차가 0인 중간 레벨에 따른 패턴 라인 형성 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 파형의 바이어스 신호를 생성하기 위해 바이어스 유닛(300)은 소정의 파형을 생성하는 파형 생성부(310)와, 파형 생성부(310)에서 생성된 파형을 증폭하는 증폭부(320)를 포함할 수 있다. 또한, 파형 생성부(310) 및 증폭부(320)의 적어도 어느 하나의 출력 파형을 실시간으로 관찰하는 관찰부(330)를 더 포함할 수 있다.

파형 생성부(310)는 적어도 하나의 파형 생성기(311)와 직류 생성기(312)를 포함할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 파형 생성기(311)는 소정의 전위차를 갖는 하이 레벨 및 로우 레벨이 소정의 주기로 반복되는 소정의 파형을 생성하고, 직류 생성기(311)는 파형 생성기(311)로부터 출력되는 소정의 파형에 직류 전압을 혼합하여 파형이 소정 전위 이상을 갖도록 한다. 파형 생성기(311)는 사인파 및 코사인파 등의 적어도 둘 이상의 기본 파형을 생성하고 이를 혼합하여 소정 파형의 바이어스 신호를 소정 주기 및 시간으로 출력할 수 있다. 또한, 직류 생성기(312)는 파형 생성기(311)로부터 생성되는 바이어스 신호의 로우 레벨이 0V 이상 또는 이하의 전위를 갖도록 직류 성분을 더해준다. 따라서, 파형 생성부(310)로부터 하이 레벨과 로우 레벨이 소정 주기 및 시간으로 반복되고 로우 레벨이 적어도 0V 이상 또는 이하인 소정 형태의 파형이 생성될 수 있다.

한편, 파형 생성부(310)에서 생성된 바이어스 신호의 전위는 노즐(250)과 기판(10) 사이의 전위차를 발생시킬 정도로 큰 전위차를 갖지 않는다. 따라서, 증폭부(320)는 파형 생성부(310)에서 생성된 바이어스 신호의 레벨을 증폭시켜 노즐(250)과 기판(10) 사이에 전기장이 발생될 수 있는 전위차를 갖도록 한다.

관찰부(330)는 파형 생성부(310) 및 증폭부(320)를 통해 생성된 소정의 파형을 실시간으로 관찰한다. 즉, 관찰부(330)는 파형 생성부(310)에서 생성된 바이어스 신호를 관찰하거나, 증폭부(320)에서 증폭된 바이어스 신호를 관찰할 수 있고, 파형 생성부(310) 및 증폭부(320)의 바이어스 신호를 모두 관찰할 수 있다. 이러한 관찰부(330)에 의해 관찰된 바이어스 신호의 파형은 제어 유닛(700)과 디스플레이를 통해 사용자에게 표시될 수 있다.

상기한 바와 같은 바이어스 유닛(300)은 소정 시간 하이 레벨을 유지하고 소정 시간 로우 레벨을 유지하는 파형이 소정 주기로 반복되는 바이어스 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 로우 레벨은 접지 전위, 즉 OV를 반드시 의미하지 않고, 하이 레벨보다 낮은 전위를 갖는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨이 +100V일 때, 로우 레벨은 +50V, 0V, -50V, -100V 등 다앙할 수 있다. 이렇게 생성된 바이어스 신호에 따라 노즐(250)로부터 토출되는 잉크 방울의 크기, 잉크 방울의 토출 시간 및 간격을 조절할 수 있고, 그에 따라 기판(10) 상에 다양한 형상의 패턴 라인을 형성할 수 있다. 즉, 바이어스 신호의 파형, 전위차의 크기, 주기 등에 따라 노즐(250)으로부터 토출되는 잉크의 양을 조절할 수 있고, 잉크에 의해 기판(10) 상에 형성되는 도트의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 도트를 중첩하여 소정의 선폭 및 길이를 갖는 패턴 라인이 형성될 수 있다. 따라서, 기판(10) 상에 형성될 패턴의 선폭 및 길이 등에 따라 다양한 파형의 바이어스 신호를 인가할 수 있다. 여기서, 바이어스 신호의 주기에 따라 토출되는 잉크의 양을 조절할 수 있고, 그에 따라 도트의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨 및 로우 레벨의 주기가 짧을수록, 즉 하이 레벨 및 로우 레벨의 유지 시간이 짧을수록 도트의 크기를 줄일 수 있고, 하이 레벨 및 로우 레벨의 유지 시간이 길수록 도트의 크기를 크게 할 수 있다. 즉, 하이 레벨 및 로우 레벨의 일 주기에서 소정 양의 잉크 방울가 토출될 수 있는데, 바이어스 신호의 주기가 짧을수록 잉크 방울의 양이 적어 도트의 크기가 작고, 바이어스 신호의 주기가 길수록 잉크 방울의 양이 많아 도트의 크기가 클 수 있다. 또한, 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차에 따라 잉크 방울의 양을 조절할 수 있고, 그에 따라 도트의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차가 커질수록 도트의 크기가 커지고, 전위차가 작을수록 도트의 크기가 작아질 수 있다. 예를 들어, 하이 레벨이 +100V일 경우, 로우 레벨이 +50V, 0V 및 -50V로 줄어들수록 노즐 유닛(250)에서 토출되는 잉크의 양이 많아지고, 그에 따라 도트의 크기가 커질 수 있다. 그리고, 바이어스 주기 사이에 전위차가 0V인 구간, 즉 하이 레벨과 로우 레벨의 중간 레벨을 마련함으로써 잉크의 토출 간격을 조절할 수 있고, 그에 따라 도트의 간격을 조절할 수 있다. 즉, 중간 레벨의 시간이 길수록 잉크의 토출 간격이 길어져 도트의 간격이 길어지고, 중간 레벨의 시간이 짧을수록 잉크의 토출 간격이 짧아져 도트의 간격이 짧아질 수 있다.

또한, 중간 레벨의 시간을 조절함으로써 일 도트의 끝단과 타 도트의 끝단이 접촉될 수 있고, 도트가 소정 영역에서 중첩되도록 형성할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 바이어스 유닛(300)에서 생성되는 바이어스 신호의 중간에 미리 설정된 시간의 전위차가 0인 구간, 즉 중간 레벨을 삽입하되 그 시간을 조절함으로써 인접한 도트의 중심 사이의 간격(a1)을 조절할 수 있게 되고, 이를 통해 형성된 도트 사이의 거리를 줄여 도트와 도트가 연결된 배선 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 인접한 도트의 가장자리가 접촉되도록 할 수 있고(a2), 도 3(c)에 도시된 바와 같이 인접한 도트가 소정 폭으로 중첩되도록 할 수도 있다(a3). 이를 통해 기판(10)에 필요한 패턴을 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 아주 미세한 선폭을 안정적으로 형성할 수 있고, 그 제어를 손쉽게 할 수 있다. 따라서, 바이어스 신호의 주기, 전위차, 중간 레벨의 시간 등을 조절하여 잉크의 토출량 및 토출 시간을 조절할 수 있고, 그에 따라 다양한 선폭 및 길이의 패턴 라인을 형성할 수 있다. 예를 들어, 선폭이 좁고 긴 패턴 라인을 형성하는 경우 하이 레벨과 로우 레벨의 전위차를 작게 하고, 일 도트와 타 도트의 적어도 일부가 접촉 또는 중첩되도록 중간 레벨의 시간을 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 유닛의 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 유닛(700)은 본 발명의 패턴 형성 장치의 각 구성 요소와 연결되어 데이터를 입출력하는 입출력부(710)와, 본 발명의 패턴 형성 장치의 구동을 제어하기 위한 데이터가 저장된 데이터 저장부(720)와, 입출력부(710)를 통해 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600)의 데이터를 입력받고 스테이지(100), 노즐 유닛(200), 바이어스 유닛(300), 공압 유닛(400) 등을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 입출력부(710)를 통해 공급하는 제어부(730)를 포함할 수 있다.

입출력부(710)는 제어 유닛(700)과 패턴 형성 장치의 다른 구성들과의 데이터 입출력을 위해 마련된다. 입출력부(710)는 외부로부터 데이터를 입력하는 입력부(미도시)와, 제어 신호를 외부로 출력하는 출력부(미도시)를 포함할 수 있다. 입력부는 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600)과 연결될 수 있고, 이들로부터 출력되는 데이터를 입력받을 수 있다. 즉, 입력부는 광학 유닛(500)에서 촬영한 영상을 입력하고, 검사 유닛(600)으로부터 공급되는 데이터를 입력받는다. 광학 유닛(500)에서 촬영한 영상은 디스플레이를 통해 실시간으로 디스플레이될 수 있고, 검사 유닛(600)으로부터 공급되는 데이터는 패턴 라인의 형성 및 리페어를 위해 이용될 수 있다. 또한, 출력부는 스테이지(100), 노즐 유닛(200), 바이어스 유닛(300), 공압 유닛(400), 광학 유닛(500), 검사 유닛(600) 등과 연결되어 제어부(710)에서 생성된 제어 신호를 이들에 제공한다.

데이터 저장부(720)는 패턴 라인 형성 장치의 구동 및 제어를 위한 데이터가 저장된다. 예를 들어, 데이터 저장부(720)에는 패턴 라인의 선폭 및 길이와 그에 따른 잉크의 토출량 및 토출 시간이 저장될 수 있다. 또한, 잉크의 토출량 및 토출 시간에 따른 바이어스 신호가 저장될 수 있다. 여기서, 바이어스 신호는 하이 레벨 및 로우 레벨의 전위차, 주기, 시간 등과, 중간 레벨의 주기 및 시간 등이 저장될 수도 있다. 또한, 데이터 저장부(720)에는 잉크의 성분에 따른 바이어스 신호가 저장될 수도 있다. 즉, 데이터 저장부(720)에는 패턴의 선폭 및 길이와, 그에 따른 잉크의 성분, 토출량, 토출 시간과, 이를 위한 바이어스 신호가 각각 매칭되어 저장될 수 있다. 이러한 데이터 저장부(720)에 저장되는 데이터는 공정 시작 이전에 사용자가 저장할 수 있으며, 공정 중 또는 공정 후 지속적으로 업데이트할 수도 있다.

제어부(730)는 패턴 형성 장치의 각 부문을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 이를 입출력부(710)를 통해 각 부분에 공급한다. 즉, 제어부(730)는 스테이지(100), 노즐 유닛(200), 바이어스 유닛(300), 공압 유닛(400), 광학 유닛(500), 검사 유닛(600) 등의 구동의 제어를 위한 제어 신호를 생성하여 입출력부(710)의 출력부를 통해 공급한다. 또한, 제어부(730)는 형성될 패턴 라인 또는 리페어할 패턴 라인의 위치, 선폭 및 길이를 판단하고, 데이터 저장부(720)에 저장된 데이터를 참조하여 적절한 조건의 공정이 수행될 수 있도록 한다. 즉, 제어부(730)는 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600)으로부터 공급된 데이터를 이용하여 형성될 패턴 라인 또는 리페어할 패턴 라인의 위치, 선폭 및 길이를 판단하고, 그에 따른 공정 조건을 데이터 저장부(730)로부터 참조하여 적절한 바이어스 신호를 획득하여 바이어스 유닛(300)에 해당 바이어스 신호를 생성할 수 있도록 하는 제어 신호를 공급한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 바이어스 유닛(300)으로부터 다양한 파형의 바이어스 신호를 생성하여 노즐 유닛(200)에 인가함으로써 기판(10)에 접지 전극을 연결하지 않고도 기판(10) 상에 패턴 라인을 형성하거나 결함을 리페어할 수 있다. 또한, 바이어스 신호의 전위차, 주기, 중간 레벨의 시간 등을 조절하여 잉크의 토출량을 조절할 수 있고, 그에 따라 다양한 선폭의 패턴 라인을 형성하거나 결함을 리페어할 수 있다. 따라서, 본 발명은 진공 분위기의 챔버 없이도 패턴 라인을 형성할 수 있고, 종래 압전 소자 또는 공압을 이용한 잉크젯 장치에 비해 균일한 극미세 패턴 라인을 형성할 수 있다. 또한, 접지 전극이나 대전 전극 등을 이용하지 않고도 패턴 라인을 형성할 수 있어 장치를 단순화할 수 있고, 접지 구조로 인한 기판의 오염 및 훼손을 방지할 수 있으며, 기판의 전도성 차이에 따른 불규칙한 토출량 변화 및 불안정성을 방지할 수 있다.

잉크젯 방식과 전기 수력학 방식의 비교

도 5는 종래의 압전 소자 잉크젯 방식을 설명하기 위한 개략도로서, 압전 소자 잉크젯 방식의 원리(도 5(a)), 잉크 토출 과정(도 5(b)) 및 패턴 형상(도 5(c))을 도시한 도면이다. 종래의 압전 소자 잉크젯 방식은 도 5(a)에 도시된 바와 같이 압전 소자에 의해 생성된 압력이 잉크 방울 표면에 퍼져 잉크 방울이 커지며, 동시에 도 5(b)에 도시된 바와 같이 노즐의 표면 장력에 의해 잉크가 붙어 있는 힘이 해소되는 순간 잉크와 노즐이 분리되어 토출되는 원리로, 도 5(c)에 도시된 바와 같이 패턴 라인을 제어할 수 있는 한계가 수십 ㎛에 이른다.

도 6은 본 발명에 따른 전기 수력학 방식을 설명하기 위한 개략도로서, 전기 수력학 방식의 원리(도 6(a)), 잉크 토출 과정(도 6(b)) 및 패턴 형상(도 6(c))을 도시한 도면이다. 전기 수력학 방식은 도 6(a)에 도시된 바와 같이 노즐과 기판 사이의 전위차를 이용하여 잉크 내부의 이온 성분이 대전되는 기판 방향으로 끌려가며 도 6(b)에 도시된 바와 같이 잉크의 표면이 길게 늘어지는 형상(Taylor-Cone Shape)으로 잉크 표면의 일부만이 분리되어 매우 작은 방울이 형성되며, 도 6(c)에도시된 바와 같이 2 ㎛ 이하의 패턴을 형성할 수 있다.

전기 수력학의 종래와 본 발명의 비교

도 7은 기판에 접지 전극을 연결하고 노즐 유닛에 직류 전압을 인가하는 종래의 방법에 의해 형성된 패턴의 사진이다. 도 7에 도시된 바와 같이 기판 표면의 부도체 부분과 금속 배선의 전도성 차이에 의해 불균일한 전기장이 형성되므로 연속된 미세 패턴을 형성하지 못하는 것을 보여준다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판에 접지 전극을 연결하기 않고 노즐 유닛에 바이어스 신호를 인가하여 형성된 패턴의 사진이다. 기판에 접지 전극을 인가하지 않으므로 기판의 부도체 부분과 바이어스 신호가 인가되는 노즐 유닛 사이에 균일한 전기장을 형성하여 균일한 패턴을 형성할 수 있다. 여기서, 바이어스 신호는 음의 전위차와 양의 전위차가 순차적으로 생성되어 인가되는데, 이는 접지 전극이 없어 충전(Charge)되는 전하를 해소하기 위함이다. 예를 들어, 바이어스 신호는 기판의 전위가 0V라면 -100V와 +100V가 교대로 인가되는 펄스 파형으로 인가된다.

본 발명의 바이어스의 형태에 따른 패턴 형상

도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 바이어스 신호의 파형과 그에 따라 토출된 잉크에 의해 형성된 패턴 형상을 도시한 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 노즐 유닛에 구형파 형태의 바이어스 신호가 인가되면 각 신호에 대응되는 크기의 잉크 방울이 토출되고, 신호의 중간에 전위차가 0인 구간을 마련함으로서 잉크의 토출 간격을 조절할 수 있다. 또한, 공급되는 바이어스 신호의 형태, 예를 들어 파형의 형태, 전위차의 크기, 주파수 등에 따라 토출되는 잉크 방울의 크기가 변함을 알 수 있고, 이를 통해 종래 압전 소자 잉크젯 방식에서 불가능했던 극미량의 잉크 토출이 가능하고, 교류 전원을 인가하는 전기 수력학 방식에서 불가능했던 다양한 크기의 잉크 토출이 가능하다. 따라서, 패턴의 미세 선폭 및 다양한 선폭의 패턴을 형성할 수 있다.

도 10 및 도 11은 노즐 유닛에 연속된 바이어스 신호가 인가된 경우 기판에 형성된 패턴을 도시한 도면으로서, 도 10은 바이어스 신호가 톱니파인 경우의 패턴 라인 형태이고, 도 11은 구형파인 경우의 패턴 형태이다. 동일한 잉크를 사용하고 토출 조건이 동일한 경우로서 신호가 구형파인 경우와 톱니파인 경우에 형성되는 패턴의 선폭이 다른 것을 알 수 있다. 이렇게 바이어스 신호에 따라 형성되는 패턴의 선폭을 포함하여 패턴의 형태가 달라지므로 본 발명은 잉크의 종류 및 기판에 형성될 패턴의 형태에 따라 바이어스 신호를 다르게 하여 노즐에 공급함으로써 해당 기판에 필요한 패턴을 정밀하게 형성할 수 있다.

다만, 연속된 바이어스 신호를 인가하는 경우 도 10 및 도 11의 A 부분과 같이 불균일하게 두꺼운 부분이 발생할 수도 있다. 이는 잉크의 특성 또는 토출 환경에 따라 발생할 수도 있지만, 노즐에 연속적인 바이어스 신호가 공급됨에 따라 노즐의 끝단에서 토출과 토출 정지가 반복되고 그에 따라 미처 토출되지 못하고 누적된 잉크가 한꺼번에 토출되면서 발생하는 현상이다. 이러한 현상은 바이어스 신호의 중간에 전위차가 0인 구간, 즉 중간 레벨을 마련함으로써 바이어스 신호의 형태에 대응하는 크기의 잉크만이 토출되도록 하여 방지할 수 있다. 또한, 중간 레벨의 길이를 적정하게 설정하여 균일한 미세 선폭의 패턴을 구현할 수 있다.

도 12 및 도 13은 바이어스 신호의 전위차가 0, 즉 중간 레벨의 길이를 조절함에 따라 형성되는 패턴의 형태를 도시한 도면이다. 도 12는 바이어스 신호의 전위차가 0인 시간의 길이가 긴 경우로서 연속적인 패턴 라인이 아닌 개개의 도트가 형성된 것을 보여주며, 신호의 전위차가 0인 구간을 짧게 형성하면 도트가 서로 접촉하거나 중첩되어 도 13과 같이 연속적인 패턴을 형성하게 된다.

도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패턴 라인 형성 방법은 기판(10)이 안착된 스테이지(100)가 이동하는 단계(S110)와, 기판(10) 상의 패턴 라인 형성 영역을 확정하는 단계(S120)와, 패턴 라인의 선폭 및 길이에 따른 바이어스 신호를 선택하는 단계(S130)와, 바이어스 신호를 생성하여 노즐 유닛(200)에 인가하는 단계(S140)와, 바이어스 신호에 따라 노즐 유닛(200)으로부터 토출되는 잉크에 의해 기판(10) 상에 패턴 라인을 형성하는 단계(S150)와, 패턴 라인이 정상적으로 형성되었는지 확인하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.

S110 : 스테이지(100) 상에 기판(10)이 안착되면 제어 유닛(700)은 스테이지(100)에 제어 신호를 인가하여 스테이지(100)가 상승 및 좌우 이동할 수 있도록 한다. 즉, 제어 유닛(700)의 제어부(730)은 제어 신호를 발생하고 입출력부(710)를 통해 스테이지(100)의 구동부에 인가하여 스테이지(100)의 상승 및 좌우 이동하도록 한다.

S120 : 기판(10) 상의 패턴 라인을 형성할 영역 또는 리페어할 영역을 확정한다. 이를 위해 광학 유닛(500) 및 검사 유닛(600)의 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 즉, 광학 유닛(500)은 스테이지(100) 상에 안착된 기판(10)을 촬영하고, 이를 디스플레이를 통해 사용자에게 영상을 제공하여 사용자가 패턴 라인 형성 영역 또는 리페어 영역을 확정할 수 있다. 물론, 광학 유닛(500)으로부터 제공되는 영상을 이용하여 제어 유닛(700)이 패턴 라인 형성 영역 또는 리페어 영역을 설정할 수도 있다. 이러한 광학 유닛(500)을 이용한 기판(10) 촬영은 스테이지(100)가 이동하는 동안에 이루어질 수도 있고, 스테이지(100)가 정지한 후에 이루어질 수도 있다. 이때, 디스플레이에는 기판(10) 상에 형성된 패턴의 확대된 영상이 디스플레이될 수 있다. 또한, 검사 유닛(600)을 이용하여 리페어 영역을 확정할 수 있는데, 이미 형성된 패턴 라인의 일 측에 프루브를 접촉시키고 타측에 신호선을 연결시켜 프루브를 통해 인가되는 신호가 신호선에 전달되는지를 판단하여 패턴 라인의 결함 을 검사할 수 있다.

S130 : 제어 유닛(700)은 형성할 패턴 라인의 선폭 및 길이 또는 리페어할 영역의 선폭 및 길이를 확인하고, 그에 따른 바이어스 신호의 파형을 선택한다. 즉, 제어 유닛(700)의 제어부(730)는 형성할 패턴 라인 또는 리페어할 영역의 선폭 및 길이를 계산하고, 데이터 저장부(720)에 저장된 데이터 중에서 선폭 및 길이에 대응되는 바이어스 신호의 파형을 선택한다.

S140 : 제어 유닛(700)은 기판(10) 상에 형성된 패턴 또는 리페어할 패턴의 선폭 및 길이에 따른 바이어스 신호를 생성하도록 바이어스 유닛(300)에 제어 신호를 공급한다.

S150 : 바이어스 유닛(300)은 제어 유닛(700)의 제어 신호에 따른 소정 파형의 바이어스 신호를 생성하여 노즐 유닛(200)에 인가하고 그에 따라 노즐 유닛(200)의 노즐(250)로부터 잉크가 토출된다. 이때, 공압 유닛(500)을 통해 노즐 유닛(200)에 공압을 제공할 수도 있다. 이렇게 바이어스 유닛(300)으로부터 소정의 바이어스 신호가 노즐 유닛(200)에 공급되므로 기판(10)에 접지 전극을 연결하지 않고 노즐 유닛(200)으로부터 토출되는 잉크에 의해 기판(10) 상에 소정의 패턴 라인이 형성되거나 결함이 리페어된다. 또한, 노즐 유닛(200)으로부터 잉크가 토출되는 과정과, 그에 따라 기판(10) 상에 패턴 라인이 형성되는 과정이 광학 유닛(500)에 의해 촬영되어 디스플레이를 통해 표시될 수 있다.

S160 : 검사 유닛(500)을 이용하여 기판(10) 상에 형성된 패턴 라인 또는 리페어된 패턴의 전기적 검사를 실시한다. 즉, 패턴 라인 형성 또는 리페어가 완료된 후 이들이 정상적으로 수행되었는지를 확인한다. 확인 결과, 패턴 또는 리페어가 정상적이지 못하고 중간에 결함이 다시 발생되었을 경우 결함의 선폭 및 길이 등을 판단하고 바이어스 유닛(300)을 통해 소정의 바이어스를 노즐 유닛(200)에 공급하여 노즐 유닛(200)으로부터 잉크가 토출되도록 한다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 스테이지 200 : 노즐 유닛
300 : 바이어스 생성 유닛 400 : 공압 유닛
500 : 광학 유닛 600 : 검사 유닛
700 : 제어 유닛

Claims (11)

1. 기판이 안착되는 스테이지;
   상기 기판의 상측에 위치하여 상기 기판 상에 잉크를 토출하여 패턴 라인을 형성하는 노즐 유닛;
   하이 레벨 및 로우 레벨의 신호가 소정의 시간 및 간격으로 반복되는 소정 파형의 바이어스 신호를 생성하여 상기 노즐 유닛에 인가하는 바이어스 유닛을 포함하고,
   상기 바이어스 신호에 의해 상기 기판에 접지 전위를 인가하지 않고 상기 기판과 노즐 유닛 사이에 전기장이 형성되며,
   상기 바이어스 신호의 파형, 상기 하이 레벨 및 로우 레벨의 전위차 및 주기에 따라 상기 노즐 유닛으로부터 토출되는 잉크의 토출량, 토출 시간이 조절되되,
   상기 바이어스 유닛은 패턴 라인의 선폭을 조절하기 위해 상기 하이 레벨과 로우 레벨 사이에 삽입되는 중간 레벨의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 패턴 라인 형성 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴 라인의 시각적인 검사를 위한 광학 유닛과,
   상기 패턴 라인의 전기적인 검사를 위한 검사 유닛과,
   상기 노즐 유닛에 공압을 인가하기 위한 공압 유닛과,
   상기 잉크에 사용된 용매를 기화시켜 상기 노즐 유닛의 끝단을 향해 분사하는 용매 공급 유닛과,
   상기 기판 상에 형성된 패턴 라인을 경화시키는 경화 유닛의 적어도 어느 하나를 더 포함하되,
   상기 검사 유닛은 기판 상에 형성된 패턴의 전기적인 특성을 검사하기 위해 프루브를 구비한 검사 유닛인 것을 특징으로 하는 패턴 라인 형성 장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 바이어스 유닛은,
   제 1 바이어스 신호를 생성하는 파형 생성부와,
   상기 제 1 바이어스 신호를 증폭시켜 제 2 바이어스 신호를 생성하는 증폭부와,
   상기 제 1 및 제 2 바이어스 신호의 적어도 어느 하나를 관찰하는 관찰부를 포함하는 패턴 라인 형성 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 파형 생성부는 소정 파형의 신호를 생성하는 파형 생성기와,
   직류 전압을 생성하여 상기 파형 생성기에서 생성된 신호의 레벨을 상승시키는 직류 생성기를 포함하는 패턴 라인 형성 장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 4에 있어서, 상기 스테이지, 노즐 유닛, 바이어스 유닛, 광학 유닛, 검사 유닛, 공압 유닛, 용매 공급 유닛 및 경화 유닛의 적어도 어느 하나를 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 패턴 라인 형성 장치.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 제어 유닛은,
   제어 신호 및 데이터를 입출력하는 입출력부와,
   상기 패턴 라인의 선폭 및 길이와, 그에 따른 바이어스 신호의 파형 데이터가 저장되는 데이터 저장부와,
   상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 이용하여 해당 패턴 라인을 형성하기 위한 바이어스 신호의 파형을 선택하고 상기 입출력부를 통해 상기 바이어스 유닛을 제어하는 제어부를 포함하는 패턴 라인 형성 장치.
   
9. 기판이 스테이지에 안착되는 단계;
   상기 기판 상에 패턴 라인이 형성될 영역을 확정하는 단계;
   상기 패턴 라인의 선폭 및 길이를 확정하고, 그에 따라 하이 레벨 및 로우 레벨이 포함된 바이어스 신호를 생성하는 단계;
   상기 바이어스 신호를 노즐 유닛에 인가하는 단계;
   상기 노즐 유닛으로부터 잉크가 토출되어 상기 기판 상에 패턴 라인을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 바이어스 신호에 의해 상기 기판에 접지 전위를 인가하지 않고 상기 기판과 노즐 유닛 사이에 전기장이 형성되며,
   상기 바이어스 신호의 파형, 상기 하이 레벨 및 로우 레벨의 전위차 및 주기에 따라 상기 노즐 유닛으로부터 토출되는 잉크의 토출량, 토출 시간이 조절되되,
   상기 바이어스 신호를 생성하는 단계에서 기판 상에 형성되는 패턴 라인의 선폭을 조절하기 위해 상기 하이 레벨과 로우 레벨 사이에 포함되는 중간 레벨의 길이를 조절하는 것을 특징으로 하는 패턴 라인 형성 방법.
   
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