KR102051183B1 - 레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법 - Google Patents

레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 레이저빔을 전달하는 광학계를 수용하고, 상기 레이저빔을 출사되는 위치에 보호창이 형성된 레이저빔 조사기와; 상기 레이저빔이 피가공물을 향하여 조사되는 보호창의 주변에 보호 가스를 공급하는 보호가스 공급부를; 포함하여 구성되어, 보호창을 투과한 레이저빔을 이용하여 피가공물의 처리 공정이 행해지는 과정에서, 보호가스 공급부로부터 보호창의 주변에 보호 가스를 공급함으로써, 피가공물에서 발생되는 가스, 분진, 흄 등(이하, 간단히 '흄(fume)'이라고 함)이 보호창에 도달하고자 하는 유동을 보호창 주변에 공급된 보호 가스의 유동에 의해 억제하는 것에 의하여, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 보호창으로 흄 등이 도달하여 보호창의 오염을 방지하는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공한다.

Description

레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법 {APPARATUS AND METHOD OF TREATING WITH LASER BEAM}
본 발명은 레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 레이저빔의 조사기의 보호창의 오염을 방지하여 지속적인 처리 공정을 보장하는 레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.
최근 반도체나 디스플레이를 제조하는 공정의 집적도가 높아지면서 레이저빔을 이용한 처리 공정의 활용도가 점점 높아지고 있다. 예를 들어, 레이저빔을 이용하여 웨이퍼 또는 디스플레이 제작용 기판(이하, 간단히 '기판'이라고 통칭함)의 절삭 공정이나 스크러빙 공정 등 다양한 처리 공정이 행해지고 있다.
최근에는, 얇고 가벼우며 휴대성이 높은 이점을 갖는 유연한(flexible) 디스플레이 기기의 제작을 위하여, 유연한 디스플레이 기판(G1)을 단단한 캐리어 기판(G2)에 결합시킨 상태로 유연한 디스플레이 기판(G1)의 표면에 디스플레이 기능을 위한 다양한 회로를 실장하는 공정을 행하고, 레이저빔을 조사하여 유연한 기판(G)을 단단한 캐리어 기판(G2)으로부터 분리하여, 유연한 디스플레이 기기의 제작에 레이저빔을 이용한 처리 공정이 적용되기도 한다.
그리고, 다양한 처리 공정에 사용되는 레이저 빔(Li)은 레이저빔 발진기에서 출사되어, 1개 이상의 미러로 이루어진 광학계(15)를 거쳐, 피가공물인 기판(G1, G2)을 향하여 조사된다.
이와 같이 다양한 처리 공정에 레이저빔을 조사하여 처리 공정이 행해지는데, 높은 에너지 강도를 갖는 레이저빔(Li)을 기판(G1, G2)에 조사하는 과정에서 기판(G1, G2)이 국부적으로 용융되면서 가스, 분진 또는 흄(fume, 66)이 발생된다. 그리고, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 발생된 흄(66)은 부력 차이에 의한 자연 대류 현상에 의해 상측으로 이동하여, 레이저빔 조사기(10)로 유동하여 광학계(15)를 오염시킨다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 레이저빔 조사기(10)에서 레이저빔(Li)이 출사되는 위치에는 투명한 유리 또는 수지 재질의 보호창(protection window, 12)이 형성되어, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 발생된 가스, 분진, 흄 등(66)이 보호창(12)에 의해 차단되어 광학계(15)의 오염을 방지한다.
그러나, 레이저빔 조사기(10)에 보호창(12)이 형성되어 있더라도, 레이저빔(Li)을 이용한 처리 공정이 반복하여 행해지면, 처리 공정 중에 기판에서 발생된 흄(66)이 상측으로 이동(89)하여 보호창(12)의 표면과 접촉하게 되고, 이에 따라 보호창(12)은 시간의 경과에 따라 오염되는 문제가 발생된다. 이에 따라, 레이저빔 조사기(10)의 광학계(15)에서 레이저 빔(Li)의 강도와 밀도 등이 정확하게 생성되더라도, 보호창(12)의 오염에 의하여 피가공물인 기판(G1, G2)에 예정된 강도와 밀도 분포를 갖는 레이저빔(Li)이 정확하게 도달하지 못하므로, 레이저빔을 이용한 처리 공정의 정확성이 점점 저하되는 문제가 야기된다.
따라서, 레이저빔 조사기(10)에 보호창(12)을 형성하더라도, 레이저빔을 이용한 처리 공정이 진행될수록 보호창(12)의 오염이 심해지면서 레이저빔의 품질이 저하되며, 장시간 동안 처리 공정을 진행한 후에 보호창(12)의 교체나 세정 공정이 필요하게 되므로 연속적인 처리 공정을 진행하지 못하는 한계가 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 레이저빔을 이용한 처리 공정을 행함에 있어서, 레이저빔의 조사기의 보호창의 오염을 방지하여 지속적인 처리 공정을 보장하는 레이저빔을 이용한 처리 장치 및 그 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은, 레이저빔을 이용하여 처리 공정을 진행하더라도 보호창의 오염을 방지하여, 광학계에서 생성된 레이저빔이 그대로 피가공물에 조사되도록 하여 레이저빔을 이용한 처리 공정의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 레이저빔을 이용한 처리 공정을 장시간 동안 행하더라도, 레이저빔을 이용한 처리 공정을 중단없이 연속적으로 행하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 발생되는 가스, 분진, 흄 등을 곧바로 제거하여, 처리 공정이 행해지는 공간의 오염을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 레이저빔을 전달하는 광학계를 수용하고, 상기 레이저빔을 출사되는 위치에 보호창이 형성된 레이저빔 조사기와; 상기 레이저빔이 피가공물을 향하여 조사되는 보호창의 주변에 보호 가스를 공급하는 보호가스 공급부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치를 제공한다.
이는, 보호창을 투과한 레이저빔을 이용하여 피가공물의 처리 공정이 행해지는 과정에서, 보호가스 공급부로부터 보호창의 주변에 보호 가스를 공급함으로써, 피가공물에서 발생되는 가스, 분진, 흄 등(이하, 간단히 '흄(fume)'이라고 함)이 보호창에 도달하고자 하는 유동을 보호창 주변에 공급된 보호 가스의 유동에 의해 억제하는 것에 의하여, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 보호창으로 흄 등이 도달하여 보호창의 오염을 방지하기 위함이다.
이 때, 상기 보호가스 공급부는 상기 피가공물에서 발생된 흄(fume)이 상기 보호창에 침투하는 압력보다 보다 높은 압력으로 보호 가스를 상기 보호창 주변에 공급하는 것에 의하여, 보호창의 하측 공간에는 보호 가스의 유동이 지배적으로 됨에 따라, 피가공물로부터의 흄이 보호창에 도달하지 못하게 된다.
l
무엇보다도, 상기 보호창을 둘러싸는 형태로 격벽이 형성되어 상기 보호가스 공급부로부터 공급된 보호 가스가 수용되는 차단 공간이 형성되되, 상기 레이저빔이 관통하는 개구가 상기 격벽에 형성될 수 있다.
이를 통해, 격벽으로 둘러싸인 차단 공간 내에 보호가스가 지속적으로 공급되면서 채워지고, 차단 공간에 채워진 보호 가스가 개구를 통해 조금씩 배출되면서, 피가공물에서 발생된 흄이 차단 공간으로 유입되는 것이 보호 가스의 배출 유동에 의해 억제된다. 따라서, 보호창까지 흄이 도달하지 못하므로, 최소한의 보호 가스의 공급량으로 보호창의 오염을 확실하게 방지할 수 있다.
이 때, 상기 보호가스 공급부는, 상기 피가공물에서 발생된 흄이 상기 차단 공간에 침투하는 압력보다 보다 높은 압력으로 상기 차단 공간에 보호 가스로 채우는 것이 바람직하다. 대체로, 피가공물은 대기압 상에 노출되어 자연 대류에 의해 상측으로 이동하므로, 보호가스 공급부로부터 보호가스를 공급하는 압력은 대기압과 동일하거나 이보다 약간만 높더라도 충분하다. 예를 들어, 보호가스 공급부는 1.0bar 내지 1.2bar 보다 더 높은 압력으로 차단 공간에 보호 가스를 공급할 수 있다.
여기서, 상기 보호 가스는 아르곤 등의 불활성 가스와, 질소와 탄소가 없는 공기와, 일반적인 공기를 필터링한 공기, 일반 공기(간단히, '공기'라고 함) 중 어느 하나 이상을 포함하여 채워져 상기 차단 공간 내에 불활성 분위기를 형성할 수 있다. 이를 통해, 차단 공간을 통과하는 레이저 빔과 보호 가스의 반응을 억제할 수 있고, 동시에 피가공물에서 발생된 가스, 분진, 흄과 보호 가스의 반응을 억제하여, 안정적인 분위기 하에서 레이저 빔에 의한 처리 공정이 행해질 수 있다.
한편, 상기 보호 가스는 공기보다 가벼운 기체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 헬륨 등이 선택될 수 있다. 이에 따라, 레이저빔의 조사 방향은 대체로 중력의 반대 방향인 하방을 향하여 조사되므로, 보호 가스를 차단 공간에 공급하면, 차단 공간 내에서 보호 가스가 상측으로 이동하여 보호 창의 저면 영역을 채우므로, 공급되는 보호 가스의 양을 최소화하면서 보호창으로 흄이 침투하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
그리고, 보호가스 공급부는 차단 공간의 상측을 포함하여 보호 가스를 차단 공간 내부로 공급할 수 있다. 이에 의하여, 보호 가스가 차단 공간의 상측에 보다 높게 채워져 차단 공간의 상측에서의 보호 가스 밀도를 보다 높일 수 있다.
특히, 상기 격벽은 상기 개구가 뾰족한 위치에 형성되어 상기 개구의 주변의 외면(外面)이 경사면으로 형성될 수 있는데, 차단 공간으로 지속적으로 공급되는 보호 가스가 차단 공간의 하단에 형성된 개구를 통해 차단 공간의 바깥으로 조금씩 하방 유출되면, 유출된 보호 가스가 개구 주변의 상향 경사면을 타고 유동하면서 주변의 가스, 흄, 분진 등도 함께 유동하여, 흄 등이 보호창의 주변으로 유동하는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어, 상기 경사면은 뒤집힌 원추 형태로 형성될 수 있다.
무엇보다도, 상기 경사면 또는 상기 경사면의 상단부에는 기체를 흡입하는 기체 흡입부를; 더 포함하여 구성되어, 보호 가스와 흄 등이 경사면을 타고 중력 반대 방향인 상향 이동하면, 상향 이동된 보호 가스와 흄 등을 흡입하여 외부로 배기시킨다. 이를 통해, 레이저빔을 이용한 처리 공정이 행해지는 현장에 인체에 유해한 흄이 잔류하는 것을 최소화할 수 있으며, 분진, 흄 등이 처리 공정이 행해지는 공기 중을 잔류하다가 기판으로 내려앉아 2차 오염이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 기체 흡입부는 상기 격벽을 둘러싸는 형태로 기체를 포집하는 기체 포집부를 구비하고, 상기 기체 포집부에 연통되게 부압이 인가되어 상기 기체 포집부로 유입되는 기체를 배출시키도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 경사면을 타고 유동하는 보호 가스와 흄의 전부를 외부로 배출시키는 것이 가능해진다.
이 때, 상기 보호가스 공급부에 의해 상기 차단 공간에 채워지는 보호 가스의 공급 압력은, 상기 피가공물에서 발생된 흄이 상기 차단 공간에 침투하는 압력보다 보다 높고, 상기 보호 가스가 상기 개구로 배출되어 주변으로 흩어지게 하는 압력보다 보다 낮게 정해진다. 예를 들어, 보호가스 공급부로부터 보호 가스가 지속적으로 또는 간헐적으로 차단 공간으로 공급하여, 차단 공간 내에 보호 가스로 채워지는 압력을 1.0bar ~ 3.0bar로 유지하여, 개구를 통해 배출되는 보호 가스가 하방으로 강하게 분사되지 않고, 개구를 통해 배출된 보호 가스가 경사면을 타고 상향 이동하게 유도할 수 있다.
이에 따라, 보호 가스는 상기 보호가스 공급부에 의해 공급되면서 상기 개구를 통해 배출되어 상기 경사면을 타고 이동하여 상기 기체 흡입부에 의해 배출될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 광학계를 수용하는 레이저빔 조사기로부터 레이저 빔을 피가공물을 향하여 출사하되, 상기 레이저빔 조사기의 출사부에는 레이저빔이 통과하는 보호창이 형성되어 상기 레이저빔이 상기 피가공물을 향하여 상기 보호창을 통해 상기 레이저빔을 하방 조사하는 레이저빔 조사단계와; 상기 보호창의 하측 둘레를 감싸는 격벽으로 형성된 차단 공간에, 보호 가스를 공급하여 상기 차단 공간을 상기 보호 가스로 채우는 보호가스 공급단계를; 포함하여 구성되어, 상기 피가공물로부터의 흄(fume)이 상기 보호 가스에 차단되어 상기 보호창에 도달하는 것이 억제되는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 방법을 제공한다.
여기서, 상기 차단 공간을 형성하는 상기 격벽의 하단에는 상기 레이저빔이 통과하는 개구가 형성되고, 상기 개구의 주변의 상기 격벽은 상향 경사면으로 형성되어, 상기 차단 공간에 공급된 보호 가스가 상기 개구를 통해 조금씩 누출되면서, 상기 보호 가스가 상기 피가공물로부터 발생된 흄(fume)과 함께 상기 상향 경사면을 따라 상향 이동하게 유도하고, 상기 상향 경사면을 따라 이동하는 기체를 흡입 배기하는 기체 흡입단계를; 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 상향 경사면을 따라 상향 이동하는 기체를 포집하는 포집부가 구비되어, 상기 포집부에 부압을 인가하여, 보호가스와 흄을 포함하는 기체와 분진을 한번에 흡입 배기할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 보호창을 투과한 레이저빔을 이용하여 피가공물의 처리 공정이 행해지는 과정에서, 보호가스 공급부로부터 보호창의 주변에 보호 가스를 공급함으로써, 피가공물에서 발생되는 가스, 분진, 흄 등이 보호창에 도달하고자 하는 유동을 보호창 주변에 공급된 보호 가스의 유동에 의해 억제하여, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 보호창으로 흄 등이 도달하여 보호창의 오염을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 레이저빔 조사기의 보호창의 하부를 둘러싸는 형태로 격벽이 형성되어, 격벽에 의해 보호 가스를 수용하는 차단 공간이 마련되어, 차단 공간 내에 보호 가스를 채우는 간단한 공정으로 레이저빔이 투과하는 보호창을 향하여 침투하는 흄 등을 확실하게 차단하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명은, 격벽으로 둘러싸인 차단 공간 내에 보호가스가 지속적으로 공급되면서 채워지고, 차단 공간에 채워진 보호 가스가 개구를 통해 조금씩 배출되면서, 차단 공간의 하단에 형성된 개구 주변의 상향 경사면을 타고 보호 가스가 유동하도록 유도하여, 피가공물에서 발생된 분진과 흄 등이 보호 가스와 함께 격벽의 상향 경사면을 타고 이동하여 외부로 배출시킴으로써, 처리 공정이 이루어지는 대기 중에 분진이 부유하다가 기판에 내려앉는 2차 오염을 방지하고, 인체에 유해한 흄, 가스를 외부로 배출시켜 청결한 환경을 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래의 레이저빔을 이용한 처리 공정을 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔을 이용한 처리 장치의 구성을 도시한 도면,
도3은 도2의 'A'부분의 확대도,
도4는 도3의 'B'부분의 확대도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔을 이용한 처리 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저빔을 이용한 처리 장치(100)는, 레이저빔 발진기(118)로부터 출사된 레이저빔(Li)을 보호창(112)을 투과하여 조사하는 레이저빔 조사기(110)와, 보호창(112)의 하측을 둘러싸는 형태로 형성되어 내부에 차단 공간(S2)을 형성하는 격벽(120)과, 격벽(120)의 경사면(120s)의 상측을 감싸는 형태로 형성되어 기체를 포집하는 기체 포집부(130)와, 격벽(120)으로 둘러싸인 차단 공간(S2)에 보호 가스를 공급하는 보호가스 공급부(G)와, 기체 포집부(130)에 부압을 인가하여 기체 포집부에 포집된 분진과 가스 등을 외부로 배기시키는 기체 흡입부(V)를 포함하여 구성된다.
상기 레이저빔 조사기(110)는, 레이저빔을 발진시키는 레이저빔 발진기(118)와, 레이저빔 발진기(118)로부터 발진된 레이저빔(Li)을 다수의 미러 등으로 구성된 광학계(115, 도면에는 편의상 하나만 도시되어 있음)와, 광학계(115)를 감싸고 내부에 불활성 분위기의 질소 가스나 카본프리에어가 채워진 케이싱과, 레이저빔(Li)이 출사되는 위치에 광투과성 재질로 형성된 보호창(112)이 구비된다.
여기서, 보호창(112)은 투명한 유리나 플라스틱, 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 격벽(120)은, 도3에 도시된 바와 같이, 레이저빔(Li)이 조사되는 방향을 따라 보호창(112)의 주변을 감싸도록 형성된다. 격벽(120)은 가스나 분진이 퉁과할 수 없는 재질로 형성되며, 처리 공정에서 발생되는 가스 등과 반응이 일어나지 않는 재질로 정해진다.
격벽(120)의 하단부에는 레이저빔(Li)이 통과하는 개구(120a)가 형성된다. 따라서, 격벽(120)으로 둘러싸인 공간은 상부가 하단부의 개구(120a)를 제외하고 밀폐 공간을 형성하며, 보호가스 공급부(G)로부터 보호 가스(77)가 채워진다.
도면에 도시된 바와 같이, 격벽(120)은 개구(120a) 주변의 외면이 상향 경사면(120s)으로 형성된다. 개구(120a)의 하단부는 주변 유동에 와류나 난류의 발생을 최소화하기 위하여 매끈한 곡면 형태(120r)로 형성되는 것이 바람직하다. 대체로, 개구(120a) 주변의 격벽 외면은 뒤집힌 원추 형태 또는 이와 유사한 형태로 형성될 수 있다. 다만, 격벽(120)의 외면이 형성하는 상향 경사면(120s)은 개구(120a)를 중심으로 대칭 형태로 배치되지 않고, 개구(120a)의 일측에만 형성되더라도 무방하다.
여기서. 상향 경사면(120s)은 피가공물인 기판(G1, G2)에서 발생된 분진, 가스, 흄 등(66)이 자연 대류에 의하여 서서히 상향 이동을 할 때에, 자연스럽게 타고 이동할 수 있는 정도의 기울기로 정해진다. 예를 들어, 20도 내지 65도 정도로 정해질 수 있다.
한편, 도면에 도시된 격벽(120)의 하부 형태는 V자 형태인 구성이 예시되었지만, 격벽(120)은 하방이 개방된 원통 형태로 형성될 수도 있으며, 다양한 형태로 변형 실시 가능하다.
상기 보호가스 공급부(G)는, 격벽(120)으로 둘러싸인 차단 공간(S2)의 내부에 보호 가스(77)를 지속적으로 또는 간헐적으로 공급(PG)하여, 레이저빔을 이용한 처리 공정 중에 차단 공간(S2)의 내부에는 보호 가스(77)가 항상 채워진 상태를 유지하면서, 개구(120a)를 통해 보호 가스(77)가 완만히 배출되고 있는 상태를 유지하도록 한다.
여기서, 보호가스 공급부(G)는 보호창(112)으로 흄(66) 등의 유입을 보다 효과적으로 억제하기 위하여, 상측 공급로(Ga)를 통해서는 보호창(112)이 위치한 수용 챔버(S2)의 상측에 보호 가스(77)를 공급(PG)하고, 동시에 하측 공급로(Gb)를 통해서는 개구(120a)를 향하여 보호 가스(77)를 공급한다.
이와 같이, 상측 공급로(Ga)로부터 공급되는 보호 가스(77)에 의해, 보호창(112)의 저면에는 보호 가스(77)가 항상 잔류하는 상태가 되므로, 일부의 흄(fume, 66)이 개구(120a)를 통해 차단 공간(S2)으로 유입되더라도, 보호창(112)이 흄(66) 등에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 하측 공급로(Gb)로부터 개구(120a)를 향해 보호 가스(77)를 공급하는 것에 의하여, 개구(120a)를 통해 흄(66)의 일부가 유입되는 것을 보호 가스(77)가 밀어내는 역할을 하여, 차단 공간(S2)으로 흄(66) 등이 유입되는 것을 억제한다.
여기서, 상측 공급로(Ga)와 하측 공급로(Gb)는 각각 하나씩 형성될 수도 있지만, 도4에 도시된 바와 같이, 서로 다른 원주 방향의 위치에 2개 이상 배치되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상측 공급로(Ga)는 보호 가스(77)를 반경 방향으로 공급할 수도 있지만, 원주 방향 성분을 갖고 공급할 수도 있다. 그리고, 상측 공급로(Ga)의 일부에서 공급되는 보호 가스(77)는 수평 또는 약간 상측을 향하여 경사지게 공급되고, 상측 공급로(Ga)의 다른 일부에서 공급되는 보호 가스(77)는 약간 하측을 향해 경사지게 공급된다. 이를 통해, 차단 공간(S2) 내에 채워지는 보호 가스(77)는 소용돌이 방향 성분을 갖는 유동과 반경 중심을 향하는 유동이 합쳐지면서, 차단 공간(S2)을 채우고 있는 보호 가스(77)는 하방을 향하는 소용돌이 형태의 유동 성분이 존재하면서, 개구(120a)를 통해 흄(66)이 유입되더라도, 유입된 흄(66)이 보호 가스(77)의 소용돌이 형태의 하방 유동에 휩쓸려 곧바로 개구(120a)를 통해 외부로 배출된다. 따라서, 보호창(112)이 오염되는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보호가스 공급부(G)는 차단 공간(S2)으로 보호 가스(77)를 공급하는 압력은 대기압보다 살짝 높은 정도로 충분하다. 즉, 보호가스 공급부(G)로부터 보호 가스(77)를 공급(PG)하여 차단 공간(S2)의 압력은 대기압의 압력인 1.0bar의 압력으로 유지되게 보호 가스(77)를 차단 공간(S2)에 공급하더라도 충분하다. 다만, 차단 공간(S)의 보호가스의 압력이 3.0bar를 초과하면, 개구(120a)를 통해 보호 가스(77)가 배출(78)되는 압력이 높아져, 개구(120a)로 배출된 보호 가스(77)가 격벽(120)의 상향 경사면(78)을 타고 유동하는 데 방해될 수 있으므로, 보호가스 공급부(G)에 의해 차단 공간(S2)에 채워진 보호 가스(77)의 압력은 3.0bar 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 보호가스 공급부(G)의 공급압력은 차단 공간(S2)의 체적과 처리 공정이 행해지는 주변 분위기에 따라 차이가 있지만, 예를 들어, 차단 공간(S2) 내의 압력은 1.2bar ~ 1.6bar로 유지되며, 상측 공급로(Ga)는 1.3~1.7bar로 공급되고 하측 공급로(Gb)에서는 1.1~1.4bar정도로 공급될 수 있다.
즉, 보호가스 공급부(G)에 의해 차단 공간(S2)에 채워지는 보호 가스(77)의 공급 압력은, 피가공물인 기판(G1, G2)에서 발생된 흄(66)이 차단 공간(S2)에 침투하는 압력보다 보다 높고, 보호 가스(77)가 개구(120a)로 배출되어 주변으로 흩어지게 하는 압력보다 보다 낮게 정해진다. 이에 의해, 보호 가스(77)는 차단 공간(S2)의 개구(120a)를 통해 배출되어, 대부분이 상향 경사면(120s)을 타고 이동하여 기체 포집부(130)에 도달하게 된다.
상기 보호 가스(77)는 다양한 형태의 기체가 사용될 수 있으며, 처리 공정 중에 발생되거나 공급되는 가스 또는 기판(G1, G2)과 반응하지 않는 기체가 바람직하다. 예를 들어, 아르곤 등의 불활성 가스나, 질소나, 탄소가 없는 공기나, 일반 공기 중 어느 하나 이상을 포함하여 채워져 상기 차단 공간 내에 불활성 분위기를 형성할 수 있다. 한편, 적은 공급량의 보호 가스(77)로 차단 공간(S2)을 채운 상태로 유지하기 위하여, 공기보다 가벼운 헬륨(He) 등의 기체를 적용하여, 헬륨이 항상 중력 반대 방향으로 차단 공간(S2)을 채움에 따라, 흄(66) 등이 개구(120a)를 통해 차단 공간(S2)의 내부로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 격벽(120)에 의한 차단 공간(S2)을 구비하지 않고, 피가공물(G1, G2)에서 발생된 흄(fume, 66)이 보호창(112)에 침투하는 압력보다 보다 높은 압력으로 보호 가스를 상기 보호창(112)의 주변 또는 보호창(112)을 향하여 분사하여, 보호가스의 유동으로 흄(66)이 보호창(112)에 도달하는 것을 억제하여, 흄(66) 등에 의해 보호창(112)이 오염되는 것을 억제하게 구성될 수도 있다.
상기 기체 포집부(130)는, 격벽(120)의 상향 경사면 또는 그 상측에서 'ㄱ'단면 또는 '∩'단면을 포함하게 형성되어, 격벽(120)의 상향 경사면(120s)을 타고 유동하는 기체 및 분진을 포집한다.
즉, 보호가스 공급부(G)로부터 낮은 압력으로 차단 공간(S2)에 공급된 보호 가스(77)는, 차단 공간(S2)을 모두 채우고, 추가로 공급(PG)되는 보호 가스(77)에 의하여 개구(120a)를 통해 지속적으로 배출(78)되는 상태로 유지된다. 이에 따라, 레이저 빔(Li)을 이용한 처리 공정 중에 발생된 분진, 가스, 흄(66) 등은 개구(120a)를 통해 차단 공간(S2)으로 유입되지 못하는데, 개구(120a)를 통해 배출(78)되는 보호 가스(77)는 대기압보다 약간 높은 압력 상태로 배출되므로, 자연대류 현상에 의해 격벽(120)의 완만한 경사면(120s)을 타고 상측으로 이동(88)한다. 또한, 이와 함께 피가공물(G1, G2)에서 발생된 흄(66) 등은 보호 가스(77)의 유동(88)과 함께 격벽(120)의 완만한 경사면(120s)을 타고 상측으로 이동(88)한다.
따라서, 기체 포집부(130)는 격벽(120)의 경사면(120s)을 타고 부력 차이에 의해 중력 반대 방향 성분을 갖고 상측으로 낮은 유속으로 완만히 이동하는 보호 가스(77)와 분진, 가스, 흄(66) 등을 'ㄱ'자 또는 '∩'자 또는 이와 유사한 형태의 단면을 갖는 포집 공간(S3)으로 포집하게 된다.
도면에 도시된 기체 포집부(130)는 격벽의 경사면(120s)의 상측에 격벽(130)의 둘레를 감싸는 형태로 형성된 구성이 예시되어 있지만, 격벽 경사면(120s)의 중간 지점에 배치될 수도 있다.
상기 기체 흡입부(V)는, 기체 포집부(130)의 포집 공간(S3)과 연통하는 위치에 대기압보다 낮은 부압을 인가하여, 기체 포집부(130)의 포집 공간(S3)으로 포집되는 기체와 분진 등을 흡수하여 외부로 배기시킨다.
이에 따라, 레이저 빔(Li)을 이용한 처리 공정 중에 발생되는 분진이나 흄 등이 대기 중에 부유하다가 피가공물인 기판(G1, G2)에 내려앉아 2차 오염이 생기는 것을 방지할 수 있으며, 인체에 유해한 흄, 가스 등을 곧바로 외부로 배기하여 친환경적인 환경에서 처리 공정이 행해지게 유지할 수 있다.
이하, 첨부된 도5를 참조하여, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔을 이용한 처리 방법(S100)을 상술한다.
단계 1: 먼저, 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(Li)을 이용한 처리 공정이 시작되기에 앞서, 격벽(120)으로 둘러싸인 차단 공간(S2) 내에 보호가스 공급부(G)로부터 보호 가스(77)를 공급하여, 차단 공간(S2) 내를 보호 가스(77)로 채운다(S110).
여기서, 보호 가스(77)는 레이저빔(Li)과 반응하지 않으며 기판이나 기판으로부터 발생된 분진, 흄 등과 반응하지 않는 가스로 정해진다.
단계 2: 그리고 나서, 도2에 도시된 바와 같이, 거치대(90)에 캐리어 기판(G2)에 유연한 디스플레이 기판(G1)이 결합된 상태의 피가공물을 위치시킨 후, 레이저빔 조사기(110)를 이동(110d)시켜 원하는 위치에 레이저빔(Li)을 조사한다(S120).
도면에는, 유연한 디스플레이 장치를 제조하기 위한 구성을 예로 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 레이저빔을 이용한 절단, 스크러빙 등 다양한 처리 공정에 적용될 수 있다.
단계 3: 레이저 빔(Li)이 피가공물인 기판(G1, G2)에 도달하여 처리공정이 행해지는 동안에, 기판(G1, G2)으로부터 가스, 분진, 흄(66)이 발생되지만, 도4에 도시된 바와 같이, 차단 공간(S2)의 개구(120a)로부터 보호 가스(77)가 지속적으로 배출되면서 흄(66) 등이 개구(120a)의 내부로 유입되는 것이 방해된다.
또한, 흄(66)의 일부가 개구(120a)를 통하여 차단 공간(S2)의 내부로 유입되더라도, 차단 공간(S2)의 내부에 하방으로 향하는 소용돌이 유동으로 보호 가스(77)가 하방으로 유동하고 있으므로, 차단 공간(S2)의 내부로 유입된 흄(66)은 하향 소용돌이 유동과 함께 개구(120a)를 통해 곧바로 바깥으로 배출된다.
그리고, 개구(120a)를 통해 배출된 보호 가스(77)는 주변의 공기와의 부력 차이로 인하여, 그리고 기판에서 발생된 낮은 부력의 흄(66) 등과 함께 격벽(120)의 상향 경사면(120s)을 타고 완만한 속도로 상측으로 이동한다(S130).
단계 4: 격벽(120)의 상향 경사면(120s)을 타고 상측으로 이동하던 보호 가스(77)와 흄(66) 등은 기체 포집부(130)에 의해 포집되어 포집 공간(S3)에 있게 되는데, 기체 흡입부(V)에 의해 포집 공간(S3)에 인가되는 부압에 의해 곧바로 외부로 배기된다(S140).
상기 단계 1 내지 단계 4는 레이저 빔을 이용한 처리 공정이 행해지는 내내 지속된다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명은, 레이저 빔(Li)을 피가공물에 조사하여 행해지는 다양한 처리 공정 중에 발생되는 흄 등에 의해 레이저빔 조사기(110)의 보호창(112)의 오염을 신뢰성있게 방지하므로, 장시간 동안 사용하더라도 보호창(112)이 깨끗한 상태를 유지하여, 보호창 오염에 따른 레이저빔의 출력 저하나 스폿 크기의 오류 등의 문제를 완전히 해소할 수 있다.
또한, 본 발명은, 보호창의 오염을 근본적으로 해결하므로, 주기적으로 보호창의 세정이나 교체를 위해 처리 공정을 중단하였던 것을 없앨 수 있으므로, 중단없이 연속적인 처리 공정을 할 수 있게 되어 처리 공정의 효율을 높일 수 있다.
이 뿐만 아니라, 본 발명은, 레이저 빔을 이용한 처리 공정 중에 발생된 흄(66) 등을 곧바로 외부로 배기시키므로, 레이저 빔을 이용한 처리 공정 중에 발생된 분진이나 흄(66)에 의해 2차 오염이 생기거나 인체에 유해한 환경이 되는 것을 효과적으로 억제하는 이점을 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
100: 처리 장치 110: 레이저빔 조사기
112: 보호창 115: 광학계
118: 레이저빔 발진기 120: 격벽
130: 기체 포집부 G: 보호가스 공급부
V: 기체 흡입부

Claims (16)

  1. 레이저빔을 전달하는 광학계를 수용하고, 상기 레이저빔이 출사되는 위치에 보호창이 형성된 레이저빔 조사기와;
    상기 보호창을 둘러싸는 형태로 차단 공간을 형성하고, 상기 레이저빔이 관통하는 개구를 뾰족한 하단부에 형성하며, 상기 개구의 주변의 외면(外面)이 경사면으로 형성된 격벽과;
    상기 격벽으로 둘러싸인 차단 공간 내에 보호 가스를 공급하여 피가공물에서 발생된 흄이 상기 차단 공간에 침투하는 압력보다 보다 높은 압력으로 상기 보호가스가 수용되도록 채우되, 상기 차단 공간에 공급되는 보호 가스는 원주 방향 성분을 갖고 하향 경사지게 공급되어, 상기 차단 공간을 채우는 보호가스가 하방으로의 소용돌이 형태의 유동을 유도하는 보호가스 공급부와;
    상기 경사면 또는 상기 경사면의 상단부에 기체를 흡입하는 기체 흡입부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보호가스 공급부는, 상기 차단 공간 내의 압력을 1.0 bar 내지 3.0 bar의 범위로 유지하도록 상기 보호 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 보호 가스는 불활성 가스와, 질소와 탄소가 없는 공기, 공기 중 어느 하나 이상을 포함하여 채워져 상기 차단 공간 내에 불활성 분위기를 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 보호 가스는 공기보다 가벼운 기체인 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치.
  9. 제 1항 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 흡입부는 상기 격벽을 둘러싸는 형태로 기체를 포집하는 기체 포집부를 구비하고, 상기 기체 포집부에 연통되게 부압이 인가되어 상기 기체 포집부로 유입되는 기체를 배출시키는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 보호가스 공급부에 의해 상기 차단 공간에 채워지는 보호 가스의 공급 압력은, 상기 피가공물에서 발생된 흄이 상기 차단 공간에 침투하는 압력보다 보다 높고, 상기 보호 가스가 상기 개구로 배출되어 주변으로 흩어지게 하는 압력보다 보다 낮아, 상기 보호 가스는 상기 보호가스 공급부에 의해 공급되면서 상기 개구를 통해 배출되어 상기 경사면을 타고 이동하여 상기 기체 흡입부에 의해 배출되는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 장치.
  11. 광학계를 수용하는 레이저빔 조사기로부터 레이저 빔을 피가공물을 향하여 출사하되, 상기 레이저빔 조사기의 출사부에는 레이저빔이 통과하는 보호창이 형성되어 상기 레이저빔이 상기 피가공물을 향하여 상기 보호창을 통해 상기 레이저빔을 하방 조사하는 레이저빔 조사단계와;
    상기 보호창의 하측 둘레를 감싸는 격벽으로 형성된 차단 공간에 보호 가스를 공급하여, 상기 피가공물에서 발생된 흄이 상기 차단 공간에 침투하는 압력보다 보다 높은 압력으로 상기 차단 공간에 보호 가스로 채우되, 상기 차단 공간에 공급되는 보호 가스는 원주 방향 성분을 갖고 하향 경사지게 공급되어, 상기 차단 공간을 채우는 보호가스가 하방으로의 소용돌이 형태의 유동을 유도하는 보호가스 공급단계와;
    상기 차단 공간을 형성하는 상기 격벽의 하단에는 상기 레이저빔이 통과하는 개구가 형성되고, 상기 개구의 주변의 상기 격벽은 상향 경사면으로 형성되어, 상기 차단 공간에 공급된 보호 가스가 상기 개구를 통해 누출되면서, 상기 보호 가스가 상기 피가공물로부터 발생된 흄(fume)과 함께 상기 상향 경사면을 따라 상향 이동하게 유도하여, 상기 상향 경사면을 따라 이동하는 기체를 흡입 배기하는 기체 흡입단계를;
    포함하여 구성되어, 상기 피가공물로부터의 흄(fume)이 상기 보호 가스에 차단되어 상기 보호창에 도달하는 것이 억제되는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상향 경사면을 따라 상향 이동하는 기체를 포집하는 포집부가 구비되어, 상기 포집부에 부압을 인가하여 기체를 흡입 배기하는 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 처리 방법.


  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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