KR102122778B1 - 레이저 및 드릴을 이용한 미세 홀 가공방법 - Google Patents

레이저 및 드릴을 이용한 미세 홀 가공방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 레이저 및 드릴을 이용하여 실리콘카바이드에 미세 홀을 가공하는 방법으로, 제1검사부를 통해 실리콘카바이드로 구성된 가스 분배판의 위치를 파악하는 단계; 상기 가스 분배판에 레이저부의 레이저를 이용하여 미세 홀을 형성하는 단계; 제2검사부를 통해 상기 미세 홀의 위치를 파악하는 단계; 상기 제2검사부에 의해 파악된 상기 미세 홀의 위치에 드릴부의 드릴을 이용하여 상기 미세 홀을 천공하는 단계;를 포함하여 실리콘카바이드에 미세 홀을 가공할 수 있다.

Description

레이저 및 드릴을 이용한 미세 홀 가공방법{The Method of Making Micro Hole Using Laser and Drill}
이 발명은 레이저 및 드릴을 이용한 재료 가공 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 일정 강도 이상을 갖고 있어 가공이 어려운 기판에 미세한 홀을 생성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에서 가장 중요한 실리콘(Si)은 반도체 산업의 여러 분야에서 이용되고 있다. 실리콘은 지구에 매우 풍부하게 분포되어 있어 값이 싸며, 높은 온도에서 동작이 가능하고, 쉽게 산화 가능하며 비저항의 범위가 넓은 여러 특징이 있어서 반도체의 생산에 매우 적합한 재료로 사용되고 있다.
실리콘은 반도체의 재료로 사용될 수 있지만, 반도체에 해당하는 웨이퍼(Wafer)의 생산에 이용되는 부품으로 사용될 수도 있는데, 대표적으로 웨이퍼의 식각(蝕刻 또는 Etching)을 위해 분배되는 가스(Gas)를 분배하는 가스 분배판(Gas Feedthrough)의 재료로 사용될 수 있다.
종래에 사용되는 실리콘으로 형성된 가스 분배판은 웨이퍼의 식각을 위해 분배되는 가스에 의해 마모되어 성능의 하락을 방지하기 위해 주기적으로 가스 분배판을 교체해주어야 하는데, 해당 가스 분배판의 교체에 소요되는 시간 동안 반도체를 생산하지 못하여 웨이퍼의 시간당 생산량을 저하시키고 있다.
종래의 기술보다 시간당 생산량을 상승시키기 위해서는, 가스 분배판의 교체에 소용되는 시간을 줄이거나, 교체 주기를 길게 하는 방법이 있다. 이 중에서 가스 분배판의 교체 주기를 길게 하는 방법으로 가스 분배판이 가스에 의해 덜 마모될 수 있는 재료를 이용하는 방법이 있다.
가스에 의해 덜 마모될 수 있는 가스 분배판의 재료로는 실리콘과 유사하게 지구에 풍부한 양을 가진 실리콘카바이드(SiC)가 있다.
실리콘카바이드는 다이아몬드에 필적하는 모스경도(실리콘카바이드 9.3, 다이아몬드 10)를 갖고 있어 기계적 안정성이 있으며, 상압에서 액체상태가 없이 섭씨 2000도에서 승화하여 열적 안정성이 있으며, 대부분의 산과 알칼리에 비활성이므로 화학적 안정성이 있다.
위와 같은 실리콘카바이드의 장점으로 가스 분배판의 재료로 안성맞춤이지만, 가스 분배판에서 가스유동을 위한 마이크로 미터(μm) 단위의 직경을 가진 미세 홀(Hole)을 가공하기에는 어려움이 존재하였다.
실리콘카바이드가 다이아몬드에 필적하는 모스경도를 가짐에 따라, 종래에는 미세 홀을 가공하면서 사용되는 드릴의 마모가 굉장히 심하여 미세 홀 가공에 어려움이 있었으며 또한, 레이저를 이용하여서는 두께가 얇은 홀은 가공이 가능하였으나, 가스 분배를 위한 미세 홀의 가공에 어려움이 있었다.
기존에 레이저를 이용하여 실리콘카바이드를 가공하는 경우, 실리콘카바이드의 두께가 1mm~2mm 정도인 것으로 제한되어 있었다. 즉, 두께가 3mm 이상의 실리콘카바이드에 직경 100μm 이하의 미세 홀을 레이저로 가공하는 것은 종래의 기술로서는 기술적 어려움이 있었다.
일본 공개번호 제2014-013812호
종래기술에 따른 실리콘카바이드의 가공의 경우, 레이저를 이용하여 미세 홀을 가공하는 경우, 가공된 미세 홀의 오차가 크고, 테이퍼(Taper) 형태로 가공되었으며, 실리콘카바이드의 두께가 5mm 정도로 두꺼운 경우, 미세 홀을 생성할 수 없었다.
또한, 드릴을 이용하여 실리콘카바이드에 미세 홀을 가공하는 경우, 드릴의 팁의 직경이 매우 적은 관계로 가공 중에 파손되고, 실리콘카바이드의 경도로 인하여 팁의 마모가 극심하여 미세 홀 생성이 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 레이저와 드릴을 이용한 기계가공을 이용하여 실리콘카바이드에 미세 홀 가공하는 가공방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 및 드릴을 이용하여 실리콘카바이드에 미세 홀을 가공하는 방법은 제1검사부를 통해 실리콘카바이드로 구성된 가스 분배판의 위치를 파악하는 단계; 상기 가스 분배판에 레이저를 이용하여 미세 홀을 형성하는 단계; 제2검사부를 통해 상기 미세 홀의 위치를 파악하는 단계; 상기 제2검사부에 의해 파악된 상기 미세 홀의 위치에 드릴부의 드릴을 이용하여 상기 미세 홀을 천공하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 미세 홀을 형성하는 단계에서, 상기 레이저는 물 분사 레이저를 이용하여 미세 홀을 형성할 수 있다.
또한, 상기 미세 홀을 형성하는 단계에서, 상기 레이저는 나선형으로 회전하면서 미세 홀을 형성할 수 있다.
또한, 상기 미세 홀을 형성하는 단계에서, 상기 레이저의 폭은 형성하려는 미세 홀 목표 직경의 70% 이하이며, 파장은 1.06μm일 수 있다.
또한, 상기 미세 홀을 천공하는 단계에서, 상기 드릴의 직경은 형성하려는 미세 홀 목표 직경의 95%이하이며, 회전수는 1500rpm 이상일 수 있다.
상기 미세 홀의 위치를 파악하는 단계에서, 상기 제2검사부는 미세 홀의 불합격 미세 홀을 판별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 미세 홀을 천공하는 단계에서, 상기 불합격 미세 홀만을 천공할 수 있다.
실리콘카바이드로 구성된 가스 분배판을 레이저를 이용하여 미세 홀을 형성하고 드릴을 이용하여 형성된 미세 홀을 천공함에 따라, 실리콘카바이드의 가공에 소요되는 시간 및 비용을 줄일 수 있으며, 가스 분배판의 수율을 향상시킬 수 있다.
물 분사 레이저를 이용함에 따라, 미세 홀의 불량률을 감소시킬 수 있고, 가공에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
레이저가 나선형으로 회전하면서 미세 홀을 형성함에 따라, 미세 홀의 불량률을 감소시킬 수 있고, 형성되는 미세 홀의 직경의 편차가 줄어들 수 있다.
레이저 및 드릴의 작동 조건을 변경함에 따라, 가공되는 가스 분배판의 수율을 조절할 수 있다.
제2검사부를 통해 불합격 미세 홀을 판별함에 따라, 특정 조건에서의 레이저 작동에 따라 가공되는 가스 분배판의 수율을 확인할 수 있다.
불합격 미세 홀만을 천공함에 따라, 가스 분배판의 가공에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하여 미세 홀을 형성하는 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 가공된 가스 분배판을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 가공된 가스 분배판의 단면도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴을 이용하여 미세 홀을 천공하는 장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 홀 가공방법의 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 이 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 이 발명에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 이 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재하여 연결되었다고 볼 수 있다.
또한, ‘연결’이란 접착, 부착, 체결, 접합 및 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
여기에서 사용되는 ‘포함’, ‘구비’, ‘갖는’ 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어로 이해될 수 있다.
또한, ‘제1, 제2’등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하는 것은 아니다.
도 1은 가스 분배판(300)에 미세 홀(310)을 형성하는데에 이용되는 레이저가공장치(200)를 도시하며, 도 2는 미세 홀(310)이 형성된 가스 분배판(300)을 도시하고, 도 4는 가스 분배판(300)에 미세 홀(310)을 천공하는데에 이용되는 드릴가공부(600)를 도시하며, 도 5는 레이저가공장치(200) 및 드릴가공부(600)를 이용하여 미세 홀(310)을 가공하는 가공방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 사용되는 장치를 설명하며, 도 5를 참조하여 본 발명의 가공방법을 설명한다.
먼저 도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하여 미세 홀을 형성하는 장치에 대한 개략도로서 본 장치는 제1고정부(400)와 상기 제1고정부(400) 상부에 위치되는 가스 분배판(300)과 상기 가스 분배판(300)에 미세 홀(310)을 가공하기 위한 레이저가공장치(200)로 구성된다.
레이저가공장치(200)는 레이저 광원 제어부(201)와 레이저 광원(202)을 포함하며, 레이저 광원(202)은 레이저 광원 제어부(201)에 의해 제어된다.
레이저(L)는 레이저 광원(202)에서 조사되어 레이저(L)는 렌즈(203)에 의해 굴절되어 특정 초점으로 모이게 된다. 레이저(L)는 물 수용부(204)에 마련된 입사창(205)을 통해 물 수용부(204)에 입사되며, 노즐(206)에서 설정된 각도로 가스 분배판(300)에 조사되어 미세 홀(310)을 형성한다.
가스 분배판(300)의 특정 위치에 미세 홀(310)을 형성하기 위해서 가스 분배판(300)이 고정된 제1고정부(400)의 위치를 변경함으로써 위치를 레이저(L)의 직하에 위치 시킬 수 있다. 제1고정부(400)의 위치 조정은 회전운동 및 평면운동을 통해서 위치를 고정할 수 있다. 이러한 회전 및 수평운동은 기계공학 분야에서 사용되는 일반적인 기술이므로 구체적인 작동 기구에 대해서 설명을 생략하기로 한다. 즉, 제1고정부(400)의 위치가 변함에 따라 가공하려는 가스 분배판(300)의 특정 홀을 선택할 수 있다.
본 발명에서는 제1고정부(400)의 위치변화를 이용하여 미세 홀(310)의 형성 위치를 조절하나, 제1고정부(400)의 위치가 변화되지 않고 레이저(L)의 조사 위치가 변경되도록 구성하는 것도 물론 가능하다.
실리콘카바이드로 구성된 가스 분배판(300)의 위치를 파악하기 위해 제1검사부(210)가 이용될 수 있다. 제1검사부(210)에 의해 파악된 가스 분배판(300)의 미세 홀(310) 위치를 정확한 위치에 오도록 제1고정부(400)를 통해 가스 분배판(300)의 위치가 변경되고, 이 후 레이저부(200)는 홀 가공을 위한 조건에 맞게 조절된 레이저 광원(202)이 조사된다. 제1검사부(210)에 의해 파악된 가스 분배판(300)의 위치에 따라, 레이저부(200)는 레이저(L)를 이용하여 미세 홀(310)을 형성한다.
상기 제1검사부(210)는 산업용 카메라일 수 있으며, 가스 분배판(300)의 위치를 파악할 수 있는 다른 수단이 이용될 수 있다.
레이저부(200)의 레이저 광원(202)은 레이저 광원 제어부(201)에 의해 제어되며, 레이저(L)의 폭, 파장, 세기, 펄스 주기, 듀티비(Duty Ratio), 조사 각도, 조사 위치 등이 조절될 수 있다.
레이저(L)의 폭은 가공하려는 미세 홀(310) 직경의 60% 이하일 수 있다. 레이저(L)의 폭이 큰 경우, 미세 홀(310)의 가공속도가 빨라지나 정밀도가 떨어질 수 있다. 레이저(L)의 폭이 작은 경우, 미세 홀(310)의 가공속도가 느려지나 정밀도가 향상된다.
따라서, 레이저(L)의 폭은 가공하려는 미세 홀(310)의 조건에 따라 달라질 수 있다. 바람직한 레이저(L)의 폭은 가공미세 홀(310) 직경의 10%~60%일 수 있다.
레이저(L)의 파장은 다양할 수 있지만, 532nm ~ 1.06μm 파장의 레이저(L)가 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 레이저(L)의 출력은 수 와트(W)에서 수 킬로와트(KW)까지의 범위를 가질 수 있으나 바람직하게는 100~400와트(W) 출력의 레이저(L)가 사용될 수 있다.
가스 분배판(300)과 수직하는 가상선과 조사되는 레이저(L) 사이의 각도를 레이저(L)의 조사 각도라고 할 때, 조사 각도는 수평방향으로부터 0도부터 90도까지 다양할 수 있으나, 가공의 용이성을 위해서 바람직하게는 수평방향으로부터 45도에서 90도 범위가 바람직하다.
레이저(L)의 조사 각도는 레이저가공장치(200), 렌즈(203), 물 수용부(204), 입사창(205) 또는 노즐(206)의 움직임에 의해 변경될 수 있다.
레이저가공장치(200)는 전후좌우 이동이 가능함에 따라 레이저(L)의 조사 각도는 물론 조사 위치도 조절될 수 있다.
조사 각도 및 조사 위치가 조절 가능한 레이저(L)는 형성되려는 미세 홀(310)을 중심으로 나선형으로 회전하면서 조사되어 미세 홀(310)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 레이저(L)를 이용하여 형성되는 미세 홀(310)은 더욱 정밀하게 형성될 수 있다.
레이저(L)는 연속하여 조사될 수 있지만, 펄스의 형태로 조사될 수 있다. 펄스 주기는 수 나노초(ns) 부터 수 초(s)까지 다양할 수 있으며, 이는 가공 조건에 따라 달라질 수 있다. 바람직한 펄스 주기는 1 ~ 200 μs일 수 있다.
레이저(L)의 듀티비(Duty Ratio)는 가공 조건에 따라 달리질 수 있다.
본 발명의 레이저가공장치(200)는 레이저(L)와 함께 물(W)이 분사된다. 물(W)과 함께 조사되는 레이저(L)는 물분사 레이저(WL)로서, 레이저(L)가 함께 분사되는 물(WL) 안에서 전반사되어 레이저(L)의 확산이 억제되고 직진성이 강화되어 더욱 정밀하게 미세 홀(310)을 형성할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 물분사 레이저(WL)의 작동 과정을 설명하기로 한다.
레이저 광원(202)에서 발광된 레이저(L)는 렌즈(203)에 의해 굴절되어 특정 초점으로 모이게 된다. 레이저(L)는 물 수용부(204)에 마련된 입사창(205)을 통해 물(W)이 수용되어 있는 물 수용부(204)에 입사된다. 입사된 레이저(L)는 노즐(206)에서 분사되는 물(W)과 함께 조사된다. 이 때, 분사되는 물(W)은 기둥 형태로 분사되거나, 파이프(Pipe)와 같이 속이 빈 기둥 형태로 분사된다.
물(W)은 물 수용부(204)에 50~800bar 정도의 고압으로 주입되며, 노즐(206)에서 고속으로 분사된다. 앞서 언급하였듯이, 레이저(L)는 노즐(206)에서 고속으로 분사되는 물(W)의 내부에서 전반사를 일으키면서 조사되며, 노즐(206)에서는 분사되는 물(W)과 조사되는 레이저(L)의 각도 조절이 가능하다.
노즐의 크기는 가공조건에 따라 다양할 수 있지만, 바람직하게는 20~100 μm 크기를 갖는 것이 바람직하다.
분사되는 물(W)의 양은 1 ml/min에서부터 10 l/min까지 선택 가능하다. 해당 선택 범위는 가공되는 미세 홀(310)의 직경, 깊이 또는 가스 분배판(300)의 재질에 따라 달라질 수 있다.
물(W)이 분사됨에 따라, 미세 홀(310)이 가공되는 가스 분배판(300)의 표면에 물(W)층이 형성되어 미세 홀(310)이 가공될 때 생성되는 칩(Chip) 또는 버(Burr)가 제거될 수 있다.
이에 따라, 추가적인 세척공정이 필요하지 않을 수 있다. 또한, 물(W)이 냉매 역할을 수행하여, 미세 홀(310)의 형성 시 가스 분배판(300)의 발열에 대해 냉각효과를 기대할 수 있다.
이하에서는 설명되는 레이저(L)는 물분사 레이저(WL)에 대한 설명을 포함한다.
미세 홀(310) 형성이 되면 제1검사부(210)는 미세 홀(310)이 형성되었는지 확인할 수 있다.
제1검사부(210)에 의해 미세 홀(310)이 형성되지 않은 것으로 확인되면, 형성되지 않은 위치에 레이저(L)를 이용하여 미세 홀(310) 형성 과정을 반복할 수 있다.
또한, 제1검사부(210)에 의해 미세 홀(310)이 형성된 것으로 확인되면, 가스 분배판(300)은 제1고정부(400)에서 드릴을 이용하여 미세 홀을 천공하는 장치인 도 4에 도시된 제2고정부(500)의 상부로 이동된다.
제1고정부(400) 및 제2고정부(500)는 도면에 도시함에 있어서 편의를 위해 별개의 구성으로 표현한 것일 뿐이며, 동일한 구성일 수 있다.
이하에서는, 형성된 미세 홀(310)을 합격 미세 홀(311)과 불합격 미세 홀(312)로 구분하는 절차를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 가공된 가스 분배판을 도시한 것으로서, 가스 분배판(300)에 미세 홀(310)이 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 3(a)는 도 2에 도시된 가스 분배판(300)을 점선 A-A`을 따라 자른 일부 단면도 이며, 도 3(b)는 도 2에 도시된 가스 분배판(300)을 점선 A-A`을 따라 확대한 일부 평면도이다.
도 3(a) 및 3(b)를 참조하면 합격 미세 홀(311) 및 불합격 미세 홀(312a~312d)을 확인할 수 있다.
제1검사부(210) 또는 제2검사부(620)에는 조명이 구비되어 미세 홀(310)에 생성되는 그림자 또는 조도를 통해 미세 홀(310)의 합격 여부를 판별할 수 있다.
제1검사부(210) 및 제2검사부(620)는 도면 작성의 편의를 위해 별개의 구성으로 표현하여 미세 홀(310)의 형성 및 천공 완료 여부를 판단하나, 제1검사부(210) 및 제2검사부(620)는 동일한 구성일 수 있다.
합격 미세 홀(311)은 상부 및 하부 직경이 d1이고 가스 분배판(300)의 평면에 수직하게 h의 깊이로 형성되어 있다. 이러한 합격 미세 홀(311)은 도 3(b)에서와 같이 생성되는 그림자가 없다.
도 3(a)에서 도시된 합격 미세 홀(311)의 깊이 h 값은 5mm 이지만 이는 예시에 불과하며, 가공 조건에 따라 달라질 수 있으며, 실제로는 5mm 이상의 깊이를 가질 수 있다.
또한, 합격 미세 홀(311)의 직경 d1 값은 40~50μm 이지만, 이는 예시에 불과하며, 가공 조건에 따라 달라질 수 있다. 레이저로 가공 가능한 미세 홀(310)의 직경 값은 100μm 이하이며, 목표하고자 하는 가스 분배판(300)의 미세 홀(310)의 직경은 약 50μm 이므로, 이하에서는 합격 미세 홀(310)의 직경 d1 값을 40μm를 기준으로 서술하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
불합격 미세 홀(312)은 합격 미세 홀(311)이외의 모든 미세 홀(310)을 의미한다.
불합격 미세 홀(312a)은 상부의 직경은 d1이지만, 하부의 직경이 d1 보다 작은 d2로 불합격 미세 홀(312a)의 하부로 갈수록 직경이 작아진다. 불합격 미세 홀(312a)에 조명을 비추면 상부와 하부의 직경 차이로 인하여 조명의 반사로 인하여 내부와 외부의 조도가 다를 수 있어서 제2검사부(620)에 의해 불합격 미세 홀(312)로 판정될 수 있다.
불합격 미세 홀(312b)의 깊이는 h-h1으로 홀이 형성된 것이 아니라 홈이 형성된 것이다. 이와 같은 불합격 미세 홀(312b)에 조명을 비추면 조명의 반사로 인하여 내부와 외부의 조도가 다를 수 있어서 제2검사부(620)에 의해 불합격 미세 홀(312)로 판정될 수 있다.
불합격 미세 홀(312c)은 상부와 하부의 직경이 d1보다 작은 d3이며 h의 깊이로 형성되어 있다. 이와 같은 불합격 미세 홀(312c)은 제2검사부(620)에 의해 직경이 작은 것을 확인할 수 있어 불합격 미세 홀(312)로 판정될 수 있다.
불합격 미세 홀(312d)은 상부와 하부의 직경이 d1이며 h의 깊이로 홀이 형성되어 있으나, 가스 분배판(300) 또는 홀 내부에 버(Burr, 313)가 잔존하는 것이다. 이와 같은 버(313)는 미세먼지가 허용되지 않는 반도체 제조공정에 없어야 할 구성이다.
이와 같은 버(313)는 제2검사부(620) 및 조명에 의해 판독 가능하므로 불합격 미세 홀(312)로 판정될 수 있다.
이하에서는, 미세 홀(310)이 형성된 가스 분배판(300)에 미세 홀(310)을 천공하는 드릴가공부(600)에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴가공부를 도시한다.
가스 분배판(300)에 형성된 미세 홀(310)은 제2검사부(620)에 의해 위치가 파악된다. 가스 분배판(300)은 제2고정부(500)의 상부에 마련되며, 미세 홀(310)이 천공되기 알맞은 곳에 위치하도록 제2고정부(500)의 위치가 조절될 수 있다. 미세 홀(310)을 천공하기에 알맞은 드릴의 조건이 설정될 수 있다.
드릴부(610)는 드릴 제어부(601)에 의해 제어되며, 드릴의 직경, 회전수, 작동시간 등의 조건이 설정될 수 있다.
드릴의 직경은 가공 조건에 따라 달라질 수 있지만, 바람직한 드릴의 직경은 가공하려는 미세 홀(310) 직경의 80~90%일 수 있다.
드릴의 회전수는 가공 조건에 따라 달라질 수 있지만, 바람직한 드릴의 회전수는 1000 ~ 3000 rpm(Revolution Per Minute) 일 수 있다.
제2검사부(620)는 제1검사부(210)와 같이 산업용 카메라일 수 있으며, 형성된 미세 홀(310)의 위치를 파악할 수 있는 다른 수단이 사용될 수 있다.
제2검사부(620)에 의해 가스 분배판(300) 및 미세 홀(310)의 위치가 파악되면, 드릴부(610)의 드릴(630)을 이용하여 미세 홀(310)을 천공할 수 있다.
드릴(630)을 이용하여 미세 홀(310)을 천공함으로써, 불합격 미세 홀(312)을 합격 미세 홀(311)로 가공할 수 있다.
또는, 제2검사부(620)에 의해 불합격 처리된 불합격 미세 홀(312)을 판별하여, 드릴(630)을 이용하여 불합격 미세 홀(312)만을 선별하여 천공할 수 있다. 불합격 미세 홀(312)만을 천공함으로써, 천공에 소요되는 시간을 줄일 수 있어 생산성이 향상될 수 있다.
또는, 앞서 설명한 방법과 달리, 레이저(L)로는 목표하는 크기보다 작게 미세 홀(310)을 형성하고, 나머지 부분을 드릴(630)을 이용하여 미세 홀(310)을 천공함으로써, 미세 홀(310) 가공 과정을 마무리할 수 있다.
이와 같이 가공하는 경우, 가공하려는 미세 홀(310)의 일부분만을 레이저(L)를 이용하여 가공하고 나머지 부분을 드릴(630)을 이용하여 천공함으로써, 마모되는 드릴(630)의 양을 줄일 수 있고, 드릴(630)을 이용하여 미세 홀(310)을 천공함으로써 미세 홀(310)의 정밀도 향상을 꾀할 수 있다.
미세 홀(310)의 천공 단계 이후, 제2검사부(610)는 미세 홀(310)이 천공되었는지 확인할 수 있다. 제2검사부(210)에 의해 미세 홀(310)이 천공이 완료되지 않은 것으로 확인되면, 제2고정부(500)의 위치 및 드릴(630) 조건 설정단계를 반복한다.
제1검사부(210)에 의해 미세 홀(310)이 형성된 것으로 확인되면 가스 분배판(310)의 미세 홀(310) 가공 과정을 종료한다.
이하에서는, 앞서 설명한 장치를 이용하여 가스 분배판(300)에 미세 홀(310)을 가공하는 단계를 설명한다.
도 5는 이 발명의 일 실시예에 따른 미세 홀 가공방법의 흐름도이다.
먼저 제1 검사부에 의해 가스 분배판의 위치 파악 후 제1고정부 위치 및 레이저 조건 설정 단계(S110)에서는 미세 홀(310)이 형성될 실리콘카바이드로 구성된 가스 분배판(300)의 위치를 파악하기 위해 제1검사부(210)가 이용될 수 있다. 제1검사부(210)에 의해 파악된 가스 분배판(300)에서 미세 홀(310)을 형성하기에 알맞도록 제1고정부(400)를 통해 가스 분배판(300)의 위치가 변경되고, 레이저 광원(102)의 조건이 설정될 수 있다.
레이저를 이용하여 미세 홀 형성단계(S120)에서는 제1검사부(210)에 의해 파악된 가스 분배판(300)의 위치에 따라, 레이저부(200)는 레이저(L)를 이용하여 미세 홀(310)을 형성한다.
미세홀 형성 완료 확인단계(S121)는 제1검사부(210)는 미세 홀(310) 형성이 완료되었는지 확인하는 단계이다. 제1검사부(210)에 의해 미세 홀(310)이 형성되지 않은 것으로 확인되면(단계 S121의 '아니오'), 단계 S110을 반복한다.
미세 홀(310) 형성의 완료 여부는, 가스 분배판(310)에 목표한 미세 홀(310)의 개수가 형성되었는지, 형성된 미세 홀(310)이 합격 미세 홀(311)인지 불합격 미세 홀(312)인지 여부를 확인하여 판단한다.
예를 들어, 목표한 미세 홀(310)의 개수가 형성되지 않으면 미세 홀(310) 형성이 완료되지 않았다고 판단할 수 있다.
또 다른 예로는, 형성된 미세 홀(310)이 불합격 미세 홀(312)인 경우 미세 홀(310) 형성이 완료되지 않았다고 판단할 수 있다.
제1검사부(210)에 의해 미세 홀(310) 형성이 완료된 것으로 확인되면(단계 S121의 '예'), 그 다음 단계로 넘어간다.
제2 검사부에 의해 가스 분배판의 위치 파악 후 제2 고정부 위치 및 드릴 조건 설정단계(S130)에서는 가스 분배판(300)에 형성된 미세 홀(310)은 제2검사부(620)에 의해 위치가 파악된다. 가스 분배판(300)은 제2고정부(500)의 상부에 마련되며, 미세 홀(310)이 천공되기 알맞은 곳에 위치하도록 제2고정부(500)의 위치가 조절될 수 있다. 미세 홀(310)을 천공하기에 알맞은 드릴의 조건이 설정될 수 있다.
다음 단계인 드릴을 이용하여 미세홀 형성단계(S140)에서는 제2검사부(620)에 의해 미세 홀(310)의 위치가 파악되면, 드릴부(610)의 드릴(630)을 이용하여 미세 홀(310)을 천공된다.
단계 S130에서 제2검사부(620)는 미세 홀(310)을 합격 미세 홀(311) 및 불합격 미세 홀(312)로 분별할 수 있으며, 단계 S140에서 불합격 미세 홀(312)로 분류된 미세 홀(310)만이 드릴(630)에 의해 천공될 수 있다.
마지막 단계인 미세홀 천공 완료 확인단계(S141)에서는 제2검사부(610)가 미세 홀(310) 천공이 완료되었는지 확인하는 단계이다.
예를 들어, 목표한 미세 홀(310)의 개수가 천공되지 않으면 미세 홀(310) 천공이 완료되지 않았다고 판단할 수 있다.
또 다른 예로는, 천공된 미세 홀(310)이 불합격 미세 홀(312)인 경우 미세 홀(310) 형성이 완료되지 않았다고 판단할 수 있다.
제2검사부(610)에 의해 미세 홀(310)이 천공이 완료되지 않은 것으로 확인되면(단계 S141의 '아니오'), 단계 S130을 반복하며, 미세 홀(310) 천공이 완료된 것으로 확인되면(단계 S141의 '예'), 미세 홀(310) 가공 과정을 종료한다.
이상에서 설명한 이 발명에 따른 레이저 및 드릴을 이용하여 실리콘카바이드에 미세 홀을 가공하는 방법은 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 이 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 이 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200 : 레이저가공장치
201 : 레이저 광원 제어부 202 : 레이저 광원
203 : 렌즈 204 : 물 수용부
205 : 입사창 206 : 노즐
210 : 제1검사부
300 : 가스 분배판
310 : 미세 홀 311 : 합격 미세 홀
312 : 불합격 미세 홀 313 : 버
400 : 제1고정부 500 : 제2고정부
600 : 드릴가공부
601 : 드릴 제어부 610 : 드릴부
620 : 제2검사부 630 : 드릴

Claims (8)

  1. 레이저 및 드릴을 이용하여 실리콘카바이드에 미세 홀을 가공하는 방법에 있어서,
    제1검사부(210)를 통해 실리콘카바이드로 구성된 가스 분배판(300)의 위치를 파악하는 단계(S110);
    상기 가스 분배판(300)에 레이저부(200)의 레이저(L)를 이용하여 미세 홀(310)을 형성하는 단계(S120);
    제2검사부(620)를 통해 상기 미세 홀(310)의 위치를 파악하는 단계(S130);
    상기 제2검사부(620)를 이용하여 상기 레이저(L)에 의해 형성된 미세 홀(310)이 기 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판별하는 단계; 및
    상기 기 설정된 조건을 만족하지 못하는 불합격 미세 홀(312)에 대해서만, 상기 제2검사부(620)에 의해 파악된 상기 미세 홀(310)의 위치에 드릴부(610)의 드릴(630)을 이용하여 상기 기 설정된 조건을 만족하도록 상기 미세 홀(310)을 천공하는 단계(S140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 홀 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세 홀(310)을 형성하는 단계에서, 상기 레이저(L)는 물 분사 레이저(WL)를 이용하여 미세 홀(310)을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 홀 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세 홀(310)을 형성하는 단계에서, 상기 레이저(L)는 나선형으로 회전하면서 미세 홀(310)을 형성하는 것을 특징으로 하는 미세 홀 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세 홀(310)을 형성하는 단계에서, 상기 레이저(L)의 폭은 형성하려는 미세 홀(310) 목표 직경의 70% 이하이며, 파장은 532nm ~ 1.06 μm인 것을 특징으로 하는 미세 홀 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세 홀(310)을 천공하는 단계에서, 상기 드릴(630)의 직경은 형성하려는 미세 홀(310) 목표 직경의 95%이하이며, 회전수는 1500rpm 이상인 것을 특징으로 하는 미세 홀 가공 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 기 설정된 조건은 상기 미세 홀(310)의 상부 직경의 크기에 관한 조건, 하부 직경의 크기에 관한 조건, 상기 상부 직경과 상기 하부 직경의 차이에 관한 조건, 상기 미세 홀(310)의 깊이에 관한 조건, 및 상기 미세 홀(310) 내부에 버(burr)가 존재하는지 여부 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 홀 가공 방법.
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