KR102035020B1 - 미세 패턴 정밀 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 패턴 정밀 가공 장치에 관한 것으로, 스캔 렌즈를 통해 집광된 레이저 빔이 마스크에 의해 외곽부는 차단되고 중심부만 통과되도록 하고 마스크를 통과한 레이저 빔이 프로젝션 렌즈를 통해 가공 대상 기판에 투영 조사되도록 함으로써, 스캔 렌즈에 의해 발생한 왜곡 수차를 마스크를 통해 제거한 상태로 레이저 빔을 가공 대상 기판에 조사할 수 있고, 이에 따라 스캔 렌즈의 왜곡 수차에 의한 가공 정밀도 저하를 방지하고 더욱 정밀하고 정확하게 레이저 가공을 수행할 수 있고, 마스크와 프로젝션 렌즈를 통해 스캔 렌즈의 왜곡 수차를 제거할 수 있으므로 스캔 렌즈를 대형화하더라도 왜곡 수차가 발생하지 않으며, 이에 따라 마스크를 가공 대상 기판의 가공 영역 면적보다 크게 하여 가공 대상 기판의 상대 이동없이 가공 대상 기판의 가공 영역 전체를 가공 완료할 수 있어 대면적화가 가능한 미세 패턴 정밀 가공 장치를 제공한다.

Description

미세 패턴 정밀 가공 장치{Micro Pattern Processing Apparatus Using Laser}
본 발명은 미세 패턴 정밀 가공 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 스캔 렌즈를 통해 집광된 레이저 빔이 마스크에 의해 외곽부는 차단되고 중심부만 통과되도록 하고 마스크를 통과한 레이저 빔이 프로젝션 렌즈를 통해 가공 대상 기판에 투영 조사되도록 함으로써, 스캔 렌즈에 의해 발생한 왜곡 수차를 마스크를 통해 제거한 상태로 레이저 빔을 가공 대상 기판에 조사할 수 있고, 이에 따라 스캔 렌즈의 왜곡 수차에 의한 가공 정밀도 저하를 방지하고 더욱 정밀하고 정확하게 레이저 가공을 수행할 수 있고, 마스크와 프로젝션 렌즈를 통해 스캔 렌즈의 왜곡 수차를 제거할 수 있으므로 스캔 렌즈를 대형화하더라도 왜곡 수차가 발생하지 않으며, 이에 따라 마스크를 가공 대상 기판의 가공 영역 면적보다 크게 하여 가공 대상 기판의 상대 이동없이 가공 대상 기판의 가공 영역 전체를 가공 완료할 수 있어 대면적화가 가능한 미세 패턴 정밀 가공 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 산업의 발달과 함께 고밀도 집적회로 또는 고밀도 생산품이 요구되고 있는데, 이러한 제품들에 대해 과거의 기계 가공 기술만으로는 정밀한 가공에 한계가 있어 최근에는 레이저를 이용한 정밀 가공 장치가 개발되어 사용되고 있다.
레이저를 이용한 정밀 가공 장치는 목표물에 대해 비접촉 방식으로 매우 국부적인 곳에 레이저 빔을 조사하여 주변에 손상없이 원하는 목표물을 제거하거나 마킹, 표면 처리 등을 수행하는 것으로 최근 반도체 장비를 비롯하여 다양한 산업 분야에 널리 사용되고 있다.
예를 들면, 레이저 정밀 가공 장치는 반도체, 디스플레이나 PCB 등 전자 회로의 미세 패턴 가공 작업에 사용된다. 전자 회로의 미세 패턴은 마이크로 단위의 다양한 패턴 형상과 매우 작은 크기를 가지며, 그 사이 간격 또한 마이크로 단위로 매우 정밀하게 형성되므로, 레이저 정밀 가공 장치의 가공 정밀도가 매우 높아야 한다.
레이저 정밀 가공 장치는 일반적으로 레이저 발생부로부터 발생된 레이저 빔을 스캐너를 통해 반사하여 조사 방향을 조절하며, 레이저 빔을 스캔 렌즈를 통해 기판의 목표 지점에 집광시켜 가공 대상 기판에 대해 미세 패턴 가공 등의 작업을 수행하게 된다.
레이저 정밀 가공 장치는 일반적으로 레이저 발생부로부터 발생된 레이저 빔을 스캐너를 통해 반사하여 조사 방향을 조절하며, 레이저 빔을 스캔 렌즈를 통해 기판의 목표 지점에 집광시켜 가공 대상 기판에 대해 미세 패턴 가공 등의 작업을 수행하게 된다.
종래 기술에 따른 일반적인 레이저 정밀 가공 장치는 스캔 렌즈의 왜곡 수차에 의해 레이저 빔이 어느 한 목표 지점으로 집광되지 못하고, 좀더 넓은 영역을 갖는 지점에 집광되거나 또는 해당 목표 지점으로부터 벗어난 지점에 집광되는 등 정밀도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 일반적인 레이저 정밀 가공 장치를 통해서는 정밀 패턴 형성이 요구되는 전자 회로 및 디스플레이 부품 가공 작업을 수행하는데 어려움이 있으며, 제작 수율 또한 저하되는 등의 문제가 있다.
국내공개특허 제10-2007-0078702호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 스캔 렌즈를 통해 집광된 레이저 빔이 마스크에 의해 외곽부는 차단되고 중심부만 통과되도록 하고 마스크를 통과한 레이저 빔이 프로젝션 렌즈를 통해 가공 대상 기판에 투영 조사되도록 함으로써, 스캔 렌즈에 의해 발생한 왜곡 수차를 마스크를 통해 제거한 상태로 레이저 빔을 가공 대상 기판에 조사할 수 있고, 이에 따라 스캔 렌즈의 왜곡 수차에 의한 가공 정밀도 저하를 방지하고 더욱 정밀하고 정확하게 레이저 가공을 수행할 수 있는 미세 패턴 정밀 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 마스크와 프로젝션 렌즈를 통해 스캔 렌즈의 왜곡 수차를 제거할 수 있으므로 스캔 렌즈를 대형화하더라도 왜곡 수차가 발생하지 않으며, 이에 따라 마스크를 가공 대상 기판의 가공 영역 면적보다 크게 하여 가공 대상 기판의 상대 이동없이 가공 대상 기판의 가공 영역 전체를 가공 완료할 수 있어 대면적화가 가능한 미세 패턴 정밀 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부; 상기 레이저 발생부에 의해 발생된 레이저 빔을 반사하여 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 스캐너; 상기 스캐너에 의해 반사된 레이저 빔이 통과하도록 배치되어 레이저 빔을 집광시키는 스캔 렌즈; 및 상기 스캔 렌즈에 의해 집광된 레이저 빔이 통과하도록 배치되며, 집광된 레이저 빔의 외곽부를 차단하고 중심부만 통과하도록 마스크 패턴이 형성되는 마스크; 및 상기 마스크의 마스크 패턴을 통과한 레이저 빔을 가공 대상 기판의 가공 지점에 투영시켜 조사하는 프로젝션 렌즈를 포함하고, 상기 프로젝션 렌즈를 통해 조사되는 레이저 빔을 통해 상기 가공 대상 기판의 가공 지점을 가공하는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 정밀 가공 장치를 제공한다.
이때, 상기 마스크는 레이저 빔이 집광되는 상기 스캔 렌즈의 초점 거리 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 마스크에는 상기 마스크 패턴이 다수개 형성되고, 상기 레이저 발생부에 의해 발생된 레이저 빔은 별도의 회절 광학 소자를 통과하여 다수개의 레이저 빔으로 형성되고, 다수개의 레이저 빔이 각각 상기 스캐너에 의해 반사되어 상기 스캔 렌즈를 통과하고, 각각 상기 마스크 패턴을 통과하여 상기 프로젝션 렌즈를 통해 상기 가공 대상 기판에 동시에 조사될 수 있다.
또한, 상기 마스크의 크기는 상기 가공 대상 기판의 전체 가공 지점을 포함하는 가공 영역의 면적보다 크거나 같게 형성되고, 상기 마스크 패턴의 개수는 상기 가공 대상 기판의 전체 가공 지점의 개수와 동일하게 형성되어 상기 마스크와 가공 대상 기판의 상대 이동 없이 가공 대상 기판의 전체 가공 지점을 가공할 수 있다.
또한, 다수개의 상기 레이저 빔의 개수는 상기 마스크 패턴의 개수보다 작게 형성되고, 각각의 상기 레이저 빔은 상기 스캐너에 의해 조사 각도가 조절되어 다수개의 상기 마스크 패턴 중 서로 다른 일부를 각각 순차적으로 통과하며 상기 가공 대상 기판의 서로 다른 가공 지점에 동시에 조사될 수 있다.
또한, 상기 마스크 패턴은 상기 가공 대상 기판의 가공 지점과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 프로젝션 렌즈는 1:n 투영 배율을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 스캔 렌즈를 통해 집광된 레이저 빔이 마스크에 의해 외곽부는 차단되고 중심부만 통과되도록 하고 마스크를 통과한 레이저 빔이 프로젝션 렌즈를 통해 가공 대상 기판에 투영 조사되도록 함으로써, 스캔 렌즈에 의해 발생한 왜곡 수차를 마스크를 통해 제거한 상태로 레이저 빔을 가공 대상 기판에 조사할 수 있고, 이에 따라 스캔 렌즈의 왜곡 수차에 의한 가공 정밀도 저하를 방지하고 더욱 정밀하고 정확하게 레이저 가공을 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 마스크와 프로젝션 렌즈를 통해 스캔 렌즈의 왜곡 수차를 제거할 수 있으므로 스캔 렌즈를 대형화하더라도 왜곡 수차가 발생하지 않으며, 이에 따라 마스크를 가공 대상 기판의 가공 영역 면적보다 크게 하여 가공 대상 기판의 상대 이동없이 가공 대상 기판의 가공 영역 전체를 가공 완료할 수 있어 대면적화가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 왜곡 수차 방지 구조를 설명하기 위한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 작동 방식을 설명하기 위한 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 마스크 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 왜곡 수차 방지 구조를 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 작동 방식을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치의 마스크 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치는 레이저 빔의 조사 위치를 조절하는 광학 시스템의 오차를 최소화하여 정밀 가공을 가능하게 하는 장치로서, 레이저 발생부(100)와, 스캐너(400)와, 스캔 렌즈(500)와, 마스크(600)와, 프로젝션 렌즈(700)를 포함하여 구성된다.
레이저 발생부(100)는 레이저 빔(L)을 발생시키는 장치로서, 본 발명의 일 실시예에서는 레이저 빔의 펄스 에너지(pulse energy)와 펄스 지속 시간(pulse duration)을 고려하여 펨토초 레이저(femto second laser)를 발생시키도록 형성된다. 펨토초 레이저는 매우 짧은 펄스 폭을 갖는 레이저로서, 짧은 펄스 폭과 높은 첨두 출력 특성을 레이저 가공에 이용하면 가공 재료의 열확산 시간보다 조사되는 레이저 펄스의 시간이 짧아 물질의 열적 변성이 없는 비열 가공에 유리하며, 연속파 또는 나노초 레이저보다 상대적으로 적은 에너지로도 큰 첨두 출력을 내기 때문에 가공 시료에 가해지는 충격이 적어 고품질의 초정밀 미세 가공에 유리하다.
스캐너(400)는 레이저 발생부(100)에 의해 발생된 레이저 빔(L)을 반사하여 레이저 빔(L)의 조사 방향을 조절한다. 이러한 스캐너(400)는 갈바노미터가 적용될 수 있으며, 이를 통해 신속하고 정밀하게 레이저 빔의 조사 방향을 조절할 수 있다.
레이저 발생부(100)와 스캐너(400) 사이에는 회절 광학 소자(200)가 배치될 수 있다. 회절 광학 소자(DOE: Diffractive Optical Element)는 빛의 회절 현상을 이용하여 광선의 방향을 제어하는 렌즈와 같은 역할을 하도록 만든 광학 소자로서, 일반적으로 광학계에선 광을 조절하기 위해 반사 또는 굴절을 이용하는데 반해 회절 광학 소자는 주기적인 패턴을 이용해 회절 작용을 일으켜 광을 조절한다. 이러한 회절 광학 소자는 하나의 광선을 다수개의 광선으로 분기시키는 기능 또한 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 레이저 발생부(100)에서 발생된 레이저 빔(L)이 회절 광학 소자(200)를 통과하며 다수개의 레이저 빔(L: L1,L2,L3,...Ln)으로 분기되도록 구성된다.
회절 광학 소자(200)를 통해 다수개로 분기된 레이저 빔(L: L1,L2,L3)에 대해 광 손실을 최소화할 수 있도록 회절 광학 소자(200)와 스캐너(400) 사이에는 레이저 빔(L: L1,L2,L3)이 통과하도록 릴레이 렌즈(300)가 구비될 수 있다.
스캔 렌즈(500)는 스캐너(400)에 의해 반사된 레이저 빔(L)이 통과하도록 배치되어 레이저 빔(L)을 집광시킨다. 이러한 스캔 렌즈(500)는 다수개의 렌즈 모듈 형태로 형성될 수 있으며, 통과하는 레이저 빔(L)을 광축과 평행한 방향으로 유지시키면서 초점 거리에 집광시킨다. 회절 광학 소자(200)를 통해 다수개로 분기된 레이저 빔은 스캐너(400)에 의해 반사되어 스캔 렌즈(500)를 통과하여 초점 거리에 집광되며, 다수개의 레이저 빔이 스캔 렌즈(500)를 모두 동시에 통과하여 초점 거리에 각각 집광된다.
배경 기술에서 설명한 바와 같이 일반적인 레이저 가공 장치는 레이저 빔이 스캔 렌즈(500)를 통과하여 기판의 가공 지점에 집광됨으로써, 기판을 가공하게 되는데, 이때, 스캔 렌즈(500)의 왜곡 수차 등에 의해 레이저 빔이 정확한 목표 지점에 집광되지 못하는 등의 이유로 가공 정밀도가 상대적으로 낮아지는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 스캔 렌즈(500)의 왜곡 수차 문제를 방지할 수 있도록 스캔 렌즈(500)의 초점 거리 위치에 마스크 패턴(610)이 형성된 마스크(600)를 배치하고, 마스크(600)의 마스크 패턴(610)을 통과한 레이저 빔(L)을 프로젝션 렌즈(700)를 통해 투영시켜 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 조사하도록 구성된다.
마스크(600)는 스캔 렌즈(500)를 통과한 레이저 빔(L)이 집광되는 스캔 렌즈(500)의 초점 거리 위치에 배치된다. 따라서, 스캔 렌즈(500)를 통과한 레이저 빔(L)은 마스크(600) 상에 집광된다. 마스크(600)는 스캔 렌즈(500)에 의해 집광된 레이저 빔(L)이 통과하도록 형성되는데, 이를 위해 마스크(600)에는 관통홀 형태의 마스크 패턴(610)이 형성된다. 마스크 패턴(610)은 집광된 레이저 빔(L)의 외곽부를 차단하고 중심부만 통과하도록 형성된다.
이와 같이 마스크 패턴(610)이 집광된 레이저 빔(L)의 외곽부를 차단하도록 형성됨으로써, 스캔 렌즈(500)를 통과한 레이저 빔(L)은 마스크 패턴(610)을 통과하는 과정에서 외곽부가 차단된 형태로 중심부만 통과하게 되므로, 스캔 렌즈(500)에 의해 발생한 왜곡 수차가 제거된 상태로 마스크 패턴(610)을 통과하여 진행하게 된다.
프로젝션 렌즈(700)는 입사되는 광을 그대로 투영시켜주는 렌즈로서 왜곡 수차가 거의 발생하지 않는 렌즈이며, 본 발명의 일 실시예에서는 마스크 패턴(610)을 통과한 레이저 빔(L)이 통과하도록 배치되며, 마스크 패턴(610)을 통과한 레이저 빔(L)을 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 조사한다.
이와 같이 마스크 패턴(610)을 통과하여 왜곡 수차가 제거된 상태로 진행되는 레이저 빔(L)은 프로젝션 렌즈(700)를 통해 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 조사되며, 따라서, 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 조사되는 레이저 빔(L)은 왜곡 수차가 거의 발생하지 않은 상태이므로, 매우 정확하고 정밀하게 가공 지점을 가공할 수 있다.
이러한 원리를 좀더 자세히 살펴보면, 예를 들어, 가공 대상 기판(10)에 도 2에 도시된 바와 같이 직경 d를 갖는 미세 패턴(11)을 가공하고자 하는 경우, 일반적인 레이저 가공 장치를 이용하면, 스캔 렌즈(500)를 통해 레이저 빔(L)을 가공 대상 기판(10)의 미세 패턴(11) 지점에 집광시켜 조사하게 된다. 이때, 가공 대상 기판(10)은 스캔 렌즈(500)의 초점 거리에 위치하게 될 것이다. 스캔 렌즈(500)를 통해 초점 거리에 집광되는 레이저 빔(L)은 일정 면적을 갖는데, 이러한 레이저 빔(L)의 초점 영역에서의 직경(FA)이 가공 대상 기판(10)의 미세 패턴(11) 직경(d)과 동일하게 형성되어야만 정확한 크기의 미세 패턴을 가공할 수 있다.
그러나, 스캔 렌즈(500)에서 왜곡 수차가 발생하므로, 일반적으로 레이저 빔(L)의 초점 영역에서의 직경 FA는 가공 대상 기판(10)의 미세 패턴(11) 직경 d보다 더 크게 나타난다. 따라서, 이 상태로 레이저 가공을 진행하게 되면, 설계상의 직경 d 보다 더 큰 직경 FA의 미세 패턴(11)이 형성되게 된다.
이는 스캔 렌즈(500)의 왜곡 수차에 기인한 것으로, 일반적인 레이저 가공 장치에서는 이러한 문제를 해결할 수 없어 정밀한 미세 가공시에는 가공 정밀도가 높지 않다는 문제가 있다.
본 발명에서는 스캔 렌즈(500)의 왜곡 수차를 해결하기 위해 별도의 마스크(600)가 스캔 렌즈(500)의 초점 거리 위치에 배치된다. 마스크(600)에는 가공 대상 기판(10)의 미세 패턴(11)의 직경 d와 동일한 직경 d를 갖는 마스크 패턴(610)이 형성되며, 스캔 렌즈(500)를 통과한 레이저 빔(L)은 마스크(600) 상에서 초점을 맺으며 집광된 후, 마스크 패턴(610)을 통과하여 계속 진행하도록 구성된다.
이때, 스캔 렌즈(500)를 통과한 레이저 빔(L)은 전술한 바와 같이 초점 영역에서 직경 FA를 갖는데, 이는 마스크 패턴(610)의 직경 d 보다 크다. 따라서, 스캔 렌즈(500)를 통과하여 마스크(600) 상에 집광된 레이저 빔(L)은 마스크 패턴(610)을 통과하는 과정에서 외곽부가 마스크(600)에 의해 차단되고 중심부만 마스크 패턴(610)을 통과하게 된다. 즉, 스캔 렌즈(500)를 통해 집광된 레이저 빔(L)은 초점 영역에서의 직경(FA)이 마스크 패턴(610)의 직경(d)보다 크기 때문에, 마스크 패턴(610)의 직경(d) 영역보다 외곽 영역인 외곽부는 차단되고 마스크 패턴(610)의 직경 영역보다 내측 영역인 중심부만 마스크 패턴(610)을 통과하게 된다.
이와 같이 레이저 빔(L)이 마스크 패턴(610)을 통해 마스크 패턴(610)의 직경 d의 내부 영역인 중심부만 진행하게 되므로, 마스크 패턴(610)을 통과한 레이저 빔(L)은 이후 과정에서 초점 영역 직경 d를 갖는 레이저 빔과 동일한 형태를 나타내게 된다. 이와 같이 마스크 패턴(610)을 통과한 레이저 빔(L)은 프로젝션 렌즈(700)를 통해 투영되어 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 집광 조사된다. 이때, 프로젝션 렌즈(700)는 왜곡 수차가 거의 발생하지 않으므로, 이를 통해 가공 대상 기판(10)에 집광된 레이저 빔(L)은 초점 영역에서 직경 d를 갖는 형태로 형성된다. 따라서, 이러한 레이저 빔(L)에 의해 가공 대상 기판(10)에는 직경 d를 갖는 미세 패턴(11)이 정확하게 형성된다.
한편, 도 2에서는 하나의 레이저 빔(L)의 경로에 대해서만 도시되었으나, 전술한 바와 같이 레이저 빔(L)은 회절 광학 소자(200)를 통해 다수개의 레이저 빔(L: L1,L2,L3,...Ln)으로 분기되므로, 다수개로 분기된 각각의 레이저 빔(L1,L2,L3,...Ln) 모두 동일한 방식으로 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 조사된다.
즉, 마스크(600)에는 마스크 패턴(610)이 다수개 형성되고, 각각의 레이저 빔(L1,L2,L3,...Ln)이 각각 서로 다른 마스크 패턴(610)을 통과한 후, 프로젝션 렌즈(700)를 통해 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 동시에 집광된다. 이때, 가공 대상 기판(10)의 가공 지점에 집광되는 각각의 레이저 빔(L)은 전술한 바와 같은 원리에 의해 모두 그 직경이 마스크 패턴(610)의 직경 d와 동일한 직경으로 형성된다.
이때, 마스크(600)의 크기는 가공 대상 기판(10)의 전체 가공 지점을 포함하는 가공 영역(MA)의 면적보다 크거나 같게 형성되고, 마스크 패턴(610)의 형상 및 개수는 가공 대상 기판(10)의 전체 가공 지점에 대한 형상 및 개수와 동일하게 형성되어 마스크(600)와 가공 대상 기판(10)의 상대 이동 없이 가공 대상 기판(10)의 전체 가공 지점을 가공할 수 있도록 구성된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 가공 대상 기판(10)에 다수개의 미세 패턴(11)을 형성하고자 하는 경우, 다수개의 미세 패턴(11) 형성 지점이 가공 지점인데, 이들을 전체 포함하는 영역을 가공 대상 기판(10)의 가공 영역(MA)이라 할 수 있다. 마스크(600)는 이러한 가공 대상 기판(10)의 가공 영역(MA)보다 더 크거나 같게 형성되고, 가공해야 할 미세 패턴(11)의 개수만큼 각각 대응되게 동일한 개수만큼 마스크 패턴(610)이 형성되며, 각 마스크 패턴(610)의 형상은 가공해야 할 미세 패턴(11)의 형상과 동일하게 형성된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치는 가공 대상 기판(10)을 이동시키거나 마스크(600)를 이동시킬 필요없이 최초 세팅된 상태에서 가공 대상 기판(10)에 전체 미세 패턴(11)을 가공할 수 있고, 이에 따라 스테이지 이동 등의 작업이 불필요하고 스테이지 이동시 얼라인 작업 등이 불필요하여 작업 공정이 단순해짐은 물론 정밀도가 더욱 향상된다.
특히, 최근에는 가공 대상 기판(10)이 대형화됨에 따라 가공 대상 기판(10)의 이동 없이 가공 대상 기판(10)에 레이저 가공하기 위해서는 가공 대상 기판(10)의 가공 영역(MA) 전체 영역에 레이저 빔을 집광시켜 조사할 수 있도록 스캔 렌즈(500)가 대형화되어야 하는데, 스캔 렌즈(500)가 대형화될수록 스캔 렌즈(500)의 왜곡 수차가 증가하여 정밀도가 더욱 낮아지는 문제가 있다. 이러한 문제로 인해, 현재 레이저 가공 장치로는 대형 가공 대상 기판(10)에 대해 가공 대상 기판(10)의 상대 이동 없이 가공을 완료하지 못하고, 일정 영역씩 분리하여 레이저 가공하고, 하나의 영역에 대한 레이저 가공이 완료될 때마다 가공 대상 기판(10)을 스캔 렌즈(500)에 대해 상대 이동해야 한다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 정밀 가공 장치는 전술한 바와 같이 마스크 패턴(610)이 형성된 마스크(600)와 프로젝션 렌즈(700)를 이용하여 스캔 렌즈(500)의 왜곡 수차를 제거한 상태로 가공 대상 기판(10)에 레이저 빔(L)을 집광 조사할 수 있기 때문에, 스캔 렌즈(500)를 가공 대상 기판(10)의 전체 가공 영역(MA)의 크기에 대응하여 크게 확장하더라도 레이저 빔(L)을 정확하게 가공 대상 기판(10)에 집광 조사할 수 있으며, 이에 따라 마스크(600) 또한 가공 대상 기판(10)의 가공 영역(MA)만큼 크게 제작하여 가공 대상 기판(10)의 상대 이동 없이 고정된 상태로 가공 대상 기판(10)의 가공 영역(MA) 전체를 모두 가공 완료할 수 있다. 따라서, 더욱 정확하고 신속한 가공 작업이 가능하다.
한편, 회절 광학 소자(200)에 의해 분기되는 다수개의 레이저 빔(L)의 개수가 마스크 패턴(610)의 개수보다 작게 형성되고, 각각의 레이저 빔(L)은 스캐너(400)에 의해 조사 각도가 조절되어 다수개의 마스크 패턴(610) 중 서로 다른 일부를 각각 순차적으로 통과하며 가공 대상 기판(10)의 서로 다른 가공 지점에 동시에 조사되도록 구성될 수 있다. 이때, 가공 대상 기판(10)에 동시에 조사되는 각각의 레이저 빔(L) 사이의 간격은 마스크 패턴(610) 사이 간격보다 더 크게 형성된다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 마스크(600)에 마스크 패턴(610)이 9개 형성되는 경우, 각각의 마스크 패턴(610)을 레이저 빔(L)이 통과하여 프로젝션 렌즈(700)를 통해 가공 대상 기판(10)에 조사되면, 가공 대상 기판(10)에는 마스크 패턴(610)에 대응하여 9개의 미세 패턴(11)이 형성된다. 이때, 회절 광학 소자(200)에 의해 분기된 다수개의 레이저 빔(L1,L2,L3)의 개수가 3개로 형성된 경우, 각각의 레이저 빔(L1,L2,L3)은 스캐너(400)에 의해 조사 각도가 조절되며, 도 3에 도시된 방향을 기준으로 좌측에서 우측 방향으로 마스크 패턴(610)을 순차적으로 통과한다.
즉, 3개의 레이저 빔(L1,L2,L3)은 스캐너(400)에 의해 조사 각도 조절되며 각각 3개씩의 마스크 패턴(610)을 순차적으로 통과하고, 이에 따라 가공 대상 기판(10)에 동시에 3개씩의 미세 패턴(11)을 순차적으로 형성시킨다.
이러한 구조를 통해 가공 대상 기판(10)에 동시에 가공되는 가공 지점 사이의 간격이 일정 거리 이상 유지되므로, 다수개의 레이저 빔(L)을 동시에 조사하여 가공 대상 기판(10)을 가공하더라도 가공 대상 기판(10)의 열 손상이 방지된다.
한편, 마스크(600)에 형성되는 다수개의 마스크 패턴(610)은 가공 대상 기판(10)의 가공 지점과 대응되는 위치에 형성되며, 프로젝션 렌즈(700)는 1:1 투영 배율을 갖도록 형성될 수 있다. 물론, 프로젝션 렌즈(700)는 가공 용이성을 위해 1:2, 1:3 등의 다양한 투영 배율로 설정될 수도 있고, 1:0.5 등의 투영 배율 등 다양하게 설정될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 기판 11: 미세 패턴
100: 레이저 발생부
200: 회절 광학 소자
300: 릴레이 렌즈
400: 스캐너
500: 스캔 렌즈
600: 마스크 610: 마스크 패턴
700: 프로젝션 렌즈

Claims (7)

  1. 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생부;
    상기 레이저 발생부에 의해 발생된 레이저 빔을 반사하여 레이저 빔의 조사 방향을 조절하는 스캐너;
    상기 스캐너에 의해 반사된 레이저 빔이 통과하도록 배치되어 레이저 빔을 집광시키는 스캔 렌즈;
    상기 스캔 렌즈에 의해 집광된 레이저 빔이 통과하도록 상기 스캔 렌즈의 초점 거리 위치에 배치되며, 집광된 레이저 빔의 외곽부를 차단하고 중심부만 통과하도록 레이점 빔의 초점 영역에서의 직경(FA)보다 더 작은 직경(d)을 갖는 마스크 패턴이 형성되는 마스크; 및
    상기 마스크의 마스크 패턴을 통과한 레이저 빔을 가공 대상 기판의 가공 지점에 투영시켜 조사하는 프로젝션 렌즈
    를 포함하고, 상기 프로젝션 렌즈를 통해 조사되는 레이저 빔을 통해 상기 가공 대상 기판의 가공 지점을 가공하며,
    상기 마스크에는 상기 마스크 패턴이 다수개 형성되고,
    상기 레이저 발생부에 의해 발생된 레이저 빔은 별도의 회절 광학 소자를 통과하여 다수개의 레이저 빔으로 형성되고, 다수개의 레이저 빔이 각각 상기 스캐너에 의해 반사되어 상기 스캔 렌즈를 통과하고, 각각 상기 마스크 패턴을 통과하여 상기 프로젝션 렌즈를 통해 상기 가공 대상 기판에 동시에 조사되며,
    다수개의 상기 레이저 빔의 개수는 상기 마스크 패턴의 개수보다 작게 형성되고,
    각각의 상기 레이저 빔은 상기 스캐너에 의해 조사 각도가 조절되어 다수개의 상기 마스크 패턴 중 서로 다른 일부를 각각 순차적으로 통과하며 상기 가공 대상 기판의 서로 다른 가공 지점에 동시에 조사되고, 상기 가공 대상 기판에 동시에 조사되는 레이저 빔 사이의 간격은 상기 마스크 패턴 사이 간격보다 더 크게 형성되도록 조사되는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 정밀 가공 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크의 크기는 상기 가공 대상 기판의 전체 가공 지점을 포함하는 가공 영역의 면적보다 크거나 같게 형성되고,
    상기 마스크 패턴의 개수는 상기 가공 대상 기판의 전체 가공 지점의 개수와 동일하게 형성되어 상기 마스크와 가공 대상 기판의 상대 이동 없이 가공 대상 기판의 전체 가공 지점을 가공할 수 있는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 정밀 가공 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 상기 가공 대상 기판의 가공 지점과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 정밀 가공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 프로젝션 렌즈는 1:n 투영 배율을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 패턴 정밀 가공 장치.

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