KR102143941B1 - 세밀하고 신속한 잉크 소결이 가능한 레이저 리페어 장치 - Google Patents

세밀하고 신속한 잉크 소결이 가능한 레이저 리페어 장치 Download PDF

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이승조
양승진
김용희
이형주
홍석진
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Abstract

세밀하고 신속한 잉크 소결이 가능한 레이저 레페어 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 하나 이상의 광원을 포함하여, 별도의 장치에 의해 주사된 소결용 잉크로 레이저를 조사하여 소결용 잉크를 소결시키는 레이저 리페어 장치에 있어서, 소결용 잉크를 소결시키기 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치와 상기 레이저 장치에서 조사된 레이저 빔의 경로를 조정하는 스캐너 및 상기 스캐너를 거친 레이저 빔의 포커싱 정도를 조정하여 소결용 잉크로 조사하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 리페어 장치를 제공한다.

Description

세밀하고 신속한 잉크 소결이 가능한 레이저 리페어 장치{Laser Repair Device Capable of Fine and Rapid Ink Sintering}
본 실시예는 대상물체의 결함을 리페어 함에 있어, 리페어를 위한 잉크를 세밀하면서도 신속하게 소결할 수 있는 레이저 리페어 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
디스플레이 디바이스 기술의 현저한 발전에 따라 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 각종 방식의 화상 표시 장치에 관련된 기술이 크게 진보되어 왔다. 특히 대형이며 고정밀한 표시를 실현하는 화상 표시 장치 등에서는 그 제조원가의 저감과 화상 품위의 향상을 위해 고도의 기술혁신이 진척되고 있다. 이러한 각종 장치에 탑재되어 화상을 표시하기 위해서 사용되는 유리기판에 대해서도 종전 이상의 높은 치수 품위와 고정밀도의 표면성상이 요구되고 있다. 디스플레이 디바이스 용도 등의 유리의 제조에서는 각종 제조 장치를 사용함으로써 유리기판이 성형되고 있지만, 모두 무기 유리 원료를 가열 용해해서 용융 유리를 균질화한 후에 소정 형상으로 성형한다는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 이때, 유리 원료의 용융 부족이나 제조 도중에서의 의도하지 않은 이물의 혼입, 또는 성형 장치의 노후화나 일시적인 성형 조건의 문제, 그리고 완성 후 원하는 크기로 절단하는 과정에서 발생하는 결함 등, 여러 가지 원인에 의해 유리기판에 표면 품위의 이상 등의 결함이 생기는 경우가 있다.
기판에 형성된 결함 중 단선, 핀홀 또는 결손 등은 결함 부위를 메탈 잉크로 채운 후 소결시킴으로써 리페어해왔다. 종래의 리페어 장치는 기판에 형성된 결함의 위치를 파악하여 결함의 부위에 리페어를 위한 메탈 잉크를 주사하였다. 메탈잉크를 주사한 후, 종래의 리페어 장치는 주사 부위로 레이저를 조사하여 소결시켜왔다.
종래의 리페어 장치는 소결을 위한 레이저를 일정한 면적으로 조사하여 왔다. 이때, 결함 부위 이외의 주변부에 레이저로 인한 악영향이 발생하지 않아야 하기에, 종래의 리페어 장치는 레이저의 세기를 일정한 기준치 이하로 조사하여 왔다. 이에, 종래의 리페어 장치는 결함 부위를 리페어함에 있어 소결공정을 복수 회 반복해야 하기에, 리페어에 있어 상당한 공정시간을 소모하는 불편이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 소결용 잉크를 소결하여 대상물체에 형성된 결함을 리페어함에 있어, 신속하면서도 세밀하게 결함을 리페어할 수 있는 레이저 리페어 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 별도의 장치에 의해 주사된 소결용 잉크로 레이저를 조사하여 소결용 잉크를 소결시키는 레이저 리페어 장치에 있어서, 소결용 잉크를 소결시키기 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치와 상기 레이저 장치에서 조사된 레이저 빔의 경로를 조정하는 스캐너 및 상기 스캐너를 거친 레이저 빔의 포커싱 정도를 조정하여 소결용 잉크로 조사하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 리페어 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 슬릿을 포함하여, 상기 슬릿이 구비하는 중공의 형상대로 레이저 빔을 통과시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 레이저 빔의 광 경로 상으로 상기 슬릿의 후단에 튜브렌즈 및 대물렌즈를 포함하여, 상기 슬릿이 구비하는 중공의 형상대로 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 튜브렌즈는 레이저 빔의 광 경로 상으로 이동하며, 조사되는 레이저 빔의 면적을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 레이저 빔의 광 경로 상으로 상기 슬릿의 전단에 레이저 빔을 포커싱하는 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 렌즈는 상기 슬릿의 중공으로 레이저 빔을 포커싱하여 통과시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예의 일 측면에 따르면, 소결용 잉크를 소결하여 대상물체에 형성된 결함을 리페어함에 있어, 신속하면서도 세밀하게 결함을 리페어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개구부 및 그에 레이저가 조사되는 것을 도시한 모식도이다.
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치 내 광학계의 구성과 리페어되는 대상물체의 단면을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 시스템(100)은 잉크 주사장치(110), 레이저 리페어 장치(120) 및 제어장치(130)를 포함한다. 레이저 리페어 시스템(100)은 대상물체 내 검출된 결함 부위에 소결용 잉크를 주사한 후, 레이저 빔을 조사하여 소결시킴으로써 결함을 리페어하는 시스템이다. 여기서, 대상물체에 가장 대표적인 예가 디스플레이 장치 내 포함되는 기판이다. 이하에서는 대상물체를 기판으로 특정하여 설명하나, 반드시 대상물체가 기판으로 한정되는 것은 아니다.
잉크 주사장치(110)는 제어장치(130)의 제어에 따라, 소결용 잉크를 대상물체의 결함부위로 주사한다. 배경이 되는 기술에서 전술한 대로, 잉크 주사장치(110)는 기판에 발생하는 결함 중 단선, 핀홀 또는 결손 등의 결함의 리페어를 위해 소결용 잉크를 주사한다. 여기서, 소결용 잉크는 기판 내 결함을 리페어하기 위한 메탈 잉크일 수 있다. 잉크 주사장치(110)는 제어장치(130)의 제어를 받아, 기판의 결함 위치로 소결용 잉크를 주사한다. 시스템 관리자가 외부에서 소결용 잉크의 주사 모습을 확인할 수 있도록, 잉크 주사장치(110) 내에는 대물렌즈, 광학계(미도시) 및 카메라(미도시) 등이 포함될 수 있다. 나아가, 시스템 관리자에게 정확한 초점을 갖는 영상을 제공하기 위해, 잉크 주사장치(110)는 내부에 오토 포커싱 모듈(Auto Focusing Module)이 포함될 수도 있다.
잉크 주사장치(110)는 레이저 리페어 장치(120)와는 분리된 장치로 구현된다. 종래의 레이저 리페어 장치 내에는 소결을 위한 레이저 조사 구성들과 함께 잉크의 주사를 위한 구성이 함께 포함되어 있었다. 그러나 이처럼 하나의 장치에 양 구성들이 포함되어 있을 경우, 잉크 주사를 위한 구성(예를 들어, 잉크 카트리지)이 잉크 또는 잉크 비말 등에 의해 막히는 문제가 발생한다. 잉크 주사를 위한 구성은 결함부위로 정밀한 주사를 위해 레이저 조사를 위한 구성들보다 상대적으로 기판에 근접하여 배치된다. 이때, 소결용 잉크가 결함부위로 주사된 후 레이저 조사로 인한 소결과정에서, 소결용 잉크나 잉크의 비말이 주변으로 튀어 오르게 된다. 이처럼, 주변으로 튀는 잉크나 잉크 비말이 기판에 근접해 있는 잉크 주사를 위한 구성에 지속적으로 접착되면서, 잉크 주사를 위한 구성의 주사 경로를 막는 문제를 유발하게 된다. 이러한 문제를 해소하고자, 잉크 주사장치(110)는 소결을 위해 레이저 빔을 조사하는 레이저 리페어 장치(120)와 분리되어 구현된다.
레이저 리페어 장치(120)는 제어장치(130)의 제어에 따라, 잉크 주사장치(110)에 의해 주사된 소결용 잉크를 소결시킨다. 레이저 리페어 장치(120)는 제어장치(130)의 제어에 의해 잉크 주사장치(110)가 소결용 잉크를 주사한 위치로 레이저 빔을 조사함으로써, 소결용 잉크를 소결시킨다. 레이저 리페어 장치(120)는 광학계를 이용하여, 일정 면적을 갖는 레이저 빔을 소결용 잉크로 조사할 수도 있고 레이저 빔을 일 초점으로 포커싱하여 조사할 수도 있다. 특히, 레이저 리페어 장치(120)는 레이저 빔을 일 초점으로 포커싱하여 조사할 경우, 세밀하게(예를 들어, 수㎛ 이하의 선폭) 레이저 빔의 조사 위치를 조정할 수 있는 동시에 조사 위치를 빠른 속도로 스캐닝하여 조사할 수 있다.
제어장치(130)는 잉크 주사장치(110)와 레이저 리페어 장치(120)의 동작을 제어한다. 기판은 복수의 픽셀을 포함한다. 통상 기판은 수많은 픽셀을 포함하여 구성되며, 각 픽셀 역시, 복수의 레이어(Layer)로 구성된다. 기판 내 픽셀은 액티브 레이어(Active Layer), 게이트 레이어(Gate Layer), 소스 및 드레인 레이어 등 복수의 레이어로 구현된다. 기판의 생성 공정 상에서 미세한 파티클(Particle)이 유입되거나 단선되는 등 다양한 종류의 결함이 기판 상에 발생할 수 있으며, 특히, 기판 내 픽셀의 임의의 레이어 상에서 결함이 발생할 수 있다. 이처럼 발생한 기판 내 결함은 별도의 장치에 의해 검출되고 판별되어, 제어장치(130)로 결함의 정보가 전달된다. 제어장치(130)는 수신한 정보를 분석하여, 결함이 발생한 위치로 소결용 잉크를 주사하도록 잉크 주사장치(110)를 제어한다. 잉크 주사장치(110)를 제어한 후, 제어장치(130)는 소결용 잉크가 주사된 위치로 레이저 빔을 조사하도록 레이저 리페어 장치(120)를 제어한다. 이때, 제어장치(130)는 결함의 종류에 따라, 일정 면적을 갖는 레이저 빔을 일시에 조사하도록 레이저 리페어 장치(120)를 제어할 수도 있고, 일 초점으로 포커싱되는 레이저 빔을 조사하도록 레이저 리페어 장치(120)를 제어할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치(120)는 제1 레이저 장치(210), 제1 광학계(미도시), 스캐너(220), 제2 광학계(230) 및 대물렌즈(240)를 포함한다.
제1 레이저 장치(210)는 하나 이상의 광원을 포함하여, 소결용 잉크의 소결을 위한 레이저 빔을 생성하여 조사한다. 제1 레이저 장치(210)는 소결용 잉크(예를 들어, 메탈 잉크)가 소결될 수 있는 파장대역의 레이저 빔을 생성하여 스캐너(220)로 조사한다.
나아가, 레이저 리페어 장치(120)는 제2 레이저 장치(215)를 더 포함할 수 있다. 제2 레이저 장치(215)는 소결용 잉크의 소결로 리페어되는 결함의 리페어를 위함이 아닌, 단락 또는 돌기 등 레이저 빔의 조사만으로 리페어가 가능한 결함을 리페어하기 위한 구성이다. 레이저 리페어 장치(120)는 제1 레이저 장치(210)와 함께 제2 레이저 장치(215)를 모두 포함함으로써, 기판 상에 발생하는 대부분의 결함을 리페어할 수 있다.
제2 레이저 장치(215)는 복수의 광원을 포함하여 서로 다른 파장대역의 단파장 레이저 빔을 생성할 수 있으며, 각 파장대역의 레이저 빔을 서로 상이한 경로로 조사한다. 제2 레이저 장치(215)는 포함하는 광원의 개수에 따라 광원의 개수만큼 다양한 파장대역의 단파장 레이저 빔을 조사할 수 있다. 예를 들어, 제2 레이저 장치(215)는 적외선 대역의 레이저빔, 자외선 대역의 레이저빔 및 가시광 대역의 레이저 빔을 각각 조사할 수 있고, 가시광 파장대역의 레이저 빔 중 적색, 녹색 및 청색 파장대역의 레이저 빔을 각각 조사할 수도 있다.
또는, 제2 레이저 장치(215)는 하나의 광원을 이용하여 다파장 레이저 빔을 생성할 수 있고, 이 중 어느 하나 또는 동시에 모든 파장대역의 레이저 빔을 분리하여 조사한다. 제2 레이저 장치(215)는 다파장 레이저 빔을 생성하는 광원과 광원에서 조사된 레이저 빔의 파장대역을 선택하는 파장 선택기를 포함할 수 있다. 광원에서 생성하는 레이저 빔 중 기판의 결함을 리페어하기에 적합한 파장대역이 존재할 수 있다. 이 경우, 해당 파장대역의 레이저 빔만이 조사되어야 하기에, 제2 레이저 장치(215)는 특정 파장대역의 레이저 빔만을 통과시키는 파장 선택기를 포함할 수 있다.
도 2에는 잉크의 소결을 위한 제1 레이저 장치(210)가 하나만이 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 경우에 따라 복수의 레이저 장치가 포함될 수도 있다. 예를 들어, 다양한 종류의 잉크 소결을 위해, 서로 다른 파장대역의 레이저 빔을 조사하는 복수의 제1 레이저 장치(210)가 포함될 수 있다.
제2 레이저 장치(215)가 포함되어 있을 경우, 제1 레이저 장치(210)와 제2 레이저 장치(215)에서 각각 생성된 레이저 빔은 광학계(미도시)를 거쳐 스캐너(220)로 입사된다. 광학계(미도시)는 미러 및 빔 스플리터 등을 이용하여, 제1 레이저 장치(210)와 제2 레이저 장치(215)에서 출력되는 레이저 빔을 스캐너(220)의 유입구(도 3에서 후술)로 입사시킨다. 광학계(미도시)로 진입하는 레이저 빔은 광학계(미도시)에 의해 유입구 방향으로 진행하나, 출력되는 레이저 장치의 위치라든지 각 레이저 빔의 파장대역에 따라 경로가 미세한 차이를 갖는다.
스캐너(220)는 유입구로 입사하는 레이저 빔의 경로를 조정하여, 대물렌즈(240)를 거쳐 기판으로 조사될 레이저 빔의 포커싱 위치를 가변시킨다. 스캐너(220)는 내부 구성(후술할 미러)의 조정만으로 용이하게 레이저 빔의 경로를 조정함에 따라, 신속하게 레이저 빔의 조사 위치를 가변할 수 있다. 스캐너(220)에 대한 구체적인 설명은 도 3 및 4를 참조하여 후술한다.
나아가, 레이저 리페어 장치(120) 내에 제2 레이저 장치(215)도 포함되어 있을 경우, 스캐너(220)는 유입구로 입사하는 각 레이저 빔의 경로를 조정한다. 스캐너(220)는 입사하는 레이저 빔의 경로를 동일하게 조정하여 제2 광학계(230)로 전달한다. 스캐너(220)는 유입구로 입사하는 레이저 빔을 모니터링하고, 모니터링 결과를 이용하여 레이저 빔의 세기를 모니터링하는 동시에, 각 레이저 빔들이 서로 동일한 경로로 진행하도록 레이저 빔의 경로를 미세하게 조절한다.
제2 광학계(230)는 스캐너(220)를 거친 레이저 빔의 포커싱정도를 조정하여 소결용 잉크로 조사한다.
제2 광학계(230)는 제1 렌즈(233), 슬릿(235) 및 튜브렌즈(237)를 포함한다.
스캐너(220)에서 경로 조정된 레이저 빔은 제2 광학계(230)의 유입구(231)로 입사된다.
제1 렌즈(233)는 제2 광학계(230) 내로 유입된 레이저 빔의 광 경로(도 2에서는 z축) 상에서 슬릿(235)의 전단에 배치되어 레이저 빔을 포커싱한다. 이때, 제1 렌즈(233)는 광 경로의 수직인 평면(도 2에서는 xy 평면) 상에서 이동하며, 레이저 빔의 광 경로 상에 배치될 수도 있고 레이저 빔의 광 경로를 벗어날 수도 있다. 제1 렌즈(233)가 광 경로 상에 배치되는 경우, 레이저 빔은 제1 렌즈(233)에 의해 포커싱되며 슬릿(235), 보다 구체적으로는 슬릿(235) 내 중공(中空)을 통과하게 된다. 반면, 제1 렌즈(233)가 광 경로 상에서 벗어나는 경우, 레이저 빔은 슬릿(235)을 거치며 슬릿(235) 내 중공(中空)의 형태를 갖는다. 이처럼, 제1 렌즈(233)는 제어장치(130)의 제어에 따라 이동하며 레이저 빔의 형태를 결정한다.
슬릿(235)은 자신에 입사하는 레이저 빔의 형태를 가공한다. 기판 내 형성된 결함은 일정한 면적을 갖는 형상으로 형성될 수 있다. 이처럼 일정한 면적을 갖는 결함을 일시에 리페어하기 위해, 슬릿(235)은 자신을 통과하는 레이저 빔이 적절한 면적의 형상을 갖도록 한다. 슬릿(235)은 제어장치(130)의 제어에 따라 적절한 형상을 갖도록 조정될 수 있어, 레이저 빔의 형태를 기판 내 결함을 리페어하는데 최적의 형태로 가공한다.
튜브렌즈(237)는 슬릿(235)을 거치거나 통과한 레이저 빔의 광 경로를 가변시킨다. 레이저 빔이 제1 렌즈(233)를 거치며 슬릿(235)에 의한 형태가공 없이 포커싱되는 경우, 튜브 렌즈(237)는 포커싱된 레이저 빔을 평행광으로 경로를 변화시킨다. 반면, 레이저 빔이 제1 렌즈(233)이 아닌 슬릿(235)을 직접 거치며 슬릿(235)의 중공의 형태로 가공될 경우, 튜브 렌즈(237)는 레이저 빔을 포커싱한다.
대물렌즈(240)는 튜브렌즈(237)를 거친 레이저 빔을 기판으로 조사한다. 튜브렌즈(237)를 거치며 레이저 빔이 평행광으로 입사하는 경우, 대물렌즈(240)는 일 초점으로 레이저 빔을 포커싱하여 조사한다. 반면, 튜브렌즈(237)를 거치며 레이저 빔이 포커싱되어 입사하는 경우, 대물렌즈(240)는 레이저 빔을 평행광으로 경로를 변화시켜 조사한다. 제2 광학계(230)에서 레이저 빔의 경로는 도 5 및 6을 참조하여 후술한다.
제2 광학계(230)는 조사되는 레이저 빔의 경로를 모니터링하기 위한 모니터링 구성(미도시)을 더 포함할 수 있다. 모니터링 구성(미도시)은 광 경로 상으로 튜브렌즈(237)의 전단 또는 후단에서 확인광을 분기시키기 위한 빔 스플리터(미도시) 및 반사광을 수광하여 모니터링하는 모니터링 부(미도시)를 포함할 수 있다. 빔 스플리터(미도시)는 소결을 위한 레이저 빔은 통과시키되, 기판 상으로 조사되는 레이저 빔을 확인하기 위한 확인광은 반사시킬 수 있다. 확인광은 빔 스플리터(미도시)에서 반사되어 기판으로 조사될 수 있으며, 기판으로부터의 반사광은 다시 빔 스플리터(미도시)로 반사되어 모니터링 부(미도시)로 입사한다. 모니터링 부(미도시)는 반사광을 수광하여 모니터링함으로써, 기판의 소결 상태 등을 모니터링할 수 있다. 모니터링 부(미도시)는 모니터링 결과를 제어장치(130)로 전달함으로써, 제어장치(130)가 모니터링 결과에 따라 적절히 레이저 리페어 장치(120) 내 구성들을 제어할 수 있도록 한다.
제2 레이저 장치(215)를 포함하는 경우, 레이저 리페어 장치(120)는 서로 상이한 파장대역의 레이저 빔을 생성하여 조사할 수 있다. 또한, 복수의 레이저 장치가 레이저 리페어 장치(120) 내 포함되어 있기에, 각 레이저 장치는 서로 상이한 위치에서 동일하거나 서로 상이한 파장대역의 레이저 빔을 조사할 수 있다. 이에, 종래의 레이저 리페어 장치에서 조사되는 레이저 빔은 조사되는 위치 및 파장대역의 차이로 인해 광학계를 거치며 동일한 방향으로 출력된다 하더라도, 미세한 경로차이가 발생해왔다. 레이저 리페어 장치(120)는 각 장치에서 조사되는 레이저 빔을 모니터링하여 경로를 세밀히 조정함으로써, 레이저 빔이 조사되는 위치 및 파장대역의 차이와 무관하게 모든 레이저 빔이 동일한 경로로 온전히 출력될 수 있도록 한다. 이와 동시에, 레이저 리페어 장치(120)는 출력되는 레이저 빔의 세기를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 (x-y평면상의) 단면을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너(220)는 제1 틸팅미러(320), 제1 모터(미도시), 제2 틸팅미러(325), 제2 모터(미도시), 빔 스플리터(330), 개구부(340) 및 에너지 센서(350)를 포함한다.
제1 틸팅미러(320)는 유입구(310)로 유입되는 레이저 빔을 제2 틸팅미러(325)의 기 설정된 포인트로 반사시킨다. 각 레이저 장치에서 출력되는 레이저 빔들은 유입구(310)를 거쳐 스캐너(220)로 유입된다. 도 2에 도시된 대로, 각 레이저 장치에서 출력되었거나 동일한 레이저 장치에서 출력되었더라도 서로 다른 파장대역의 레이저 빔은 동일한 방향으로 진행한다 하더라도 미세한 경로 차이를 갖는다. 제1 틸팅미러(320)는 유입구(310)로 유입되는 레이저 빔을 제2 틸팅미러(325) 방향으로 반사시킨다. 제1 틸팅미러(320)는 xy축 상을 틸팅할 수 있어, 어떠한 경로로 입사되는 레이저 빔이라도 그것의 반사각을 조정할 수 있다. 이에, 제1 틸팅미러(320)는 서로 다른 경로로 유입되는 레이저 빔 모두를 동일한 각도로 반사시키는 것이 아니라, 제1 모터(미도시)에 의해 동력을 제공받아 반사각을 가변하여 각 경로의 레이저 빔들을 제2 틸팅미러(325)의 기 설정된 포인트로 반사시킨다.
제1 모터(미도시)는 제어부(미도시)의 제어에 따라, 제1 틸팅미러(320)의 반사각을 조정한다. 제1 모터(미도시)는 제어부(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부(미도시)로부터 제어신호를 수신하여 동작한다.
빔 스플리터(330)는 제1 틸팅미러(320)로부터 반사된 레이저 빔 중 기 설정된 비율은 에너지 센서(350)로 반사시키고, 나머지 비율은 제2 틸팅미러(325)로 통과시킨다. 빔 스플리터(330)는 반사면에 반사방지(AR: Anti-Reflection) 코팅층(335)을 포함한다. 코팅층(335)은 빔 스플리터(330)로 입사하는 레이저 빔 중 기 설정된 비율만큼을 반사시키고 나머지 빔은 투과하도록 한다. 여기서, 기 설정된 비율은 1% 일 수 있다. 즉, 입사되는 레이저 빔 중 1%만을 에너지 센서(350) 방향으로 반사시키고 나머지 레이저 빔은 투과시킨다. 반사되는 레이저 빔의 양이 많아질수록 결함의 리페어를 위해 출력되는 레이저 빔의 양이 줄어들기 때문에, 빔 스플리터(330)는 모니터링할 수 있을 정도의 레이저 빔만을 분기시키는 것이 적절하다. 이에, 빔 스플리터(330)는 표면에 기 설정된 비율만큼을 반사시키는 반사방지 코팅층(335)을 포함한다.
빔 스플리터(330)는 빔 스플리터(330)와 제1 틸팅미러(320)가 이루는 평행축을 기준으로 45°각도를 가지며 형성될 수 있다. 빔 스플리터(330)가 45°각도를 갖지 않으면, 빔 스플리터(330)에 반사방지 코팅층(335)의 도포가 어려워 재연성 확보가 곤란한 문제점이 발생하며, 에너지 센서(350)로 반사되는 반사광량도 증가하는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 빔 스플리터(330)는 전술한 조건으로 형성될 수 있다.
에너지 센서(350)는 빔 스플리터(330)로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여, 수광한 레이저 빔의 세기를 센싱한다. 에너지 센서(350)는 빔 스플리터(330)가 레이저 빔을 반사시키는 방향(빔 스플리터가 45°를 가질 경우, 연직하방)으로 배치되어, 빔 스플리터(330)로부터 반사된 레이저 빔을 수광한다. 이때, 에너지 센서(350)는 제2 틸팅미러(325)가 빔 스플리터(330)로부터 떨어진 거리와 동일한 거리만큼 떨어진 채 전술한 방향으로 배치된다. 개구부(340)를 거쳐 레이저 빔이 수광될 경우, 에너지 센서(350)는 해당 레이저 빔을 수광하여 빔의 세기를 센싱한다. 에너지 센서(350)는 센싱결과를 제어부(미도시)로 전달한다. 에너지 센서(350)는 제어부(미도시)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부(미도시)로 센싱결과를 전송한다.
개구부(340)는 빔 스플리터(330)에서 반사되는 레이저 빔이 진행하는 경로 상에서 에너지 센서(350)의 전방에 배치되어, 특정 방향으로 반사되어 오는 레이저 빔만을 통과시킨다. 도 4에 개구부(340)의 평면도가 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개구부 및 그에 레이저가 조사되는 것을 도시한 모식도이다.
도 4(a)를 참조하면, 개구부(340) 내에는 특정방향으로 조사되는 레이저 빔만이 통과할 수 있는 면적(레이저 빔과 동일하거나 일정 오차범위 내의 면적)을 갖는 개구(410)가 포함된다. 개구(410)는 (제1 틸팅미러(320)로부터 반사되어) 제2 틸팅미러(325)의 기 설정된 포인트로 진행하는 레이저 빔이 빔 스플리터(330)에서 반사될 경우에만 온전히 통과할 수 있는 위치에 형성된다. 이에, 제1 틸팅미러(320)로부터 반사되어 제2 틸팅미러(325)의 기 설정된 포인트로 진행하는 레이저 빔만이 개구(410)를 통과하여 에너지 센서(350)로 입사될 수 있으며, 그렇지 않은 방향 또는 포인트로 진행하는 레이저 빔은 개구(410)를 통과하지 못하여 에너지 센서(350)로 입사히지 못한다. 즉, 도 4(b)에 도시된 예를 참조하면, 레이저 빔(420c)만이 개구(410)를 통과할 수 있으며, 나머지 레이저 빔(420a, 420b, 420d)은 개구부(340)에 의해 차단되어 에너지 센서(350)로 입사되지 못한다.
다시 도 3을 참조하면, 제어장치(130)는 에너지 센서(350)의 센싱값을 토대로, 제1 모터(미도시)를 제어한다. 전술한 대로, 에너지 센서(350)에서는 개구(410)를 통과하는 레이저 빔이 존재할 경우에만 센싱값이 발생한다. 이에, 특정 레이저 장치가 레이저 빔을 조사하고 있는데 에너지 센서(350)에서 센싱값이 발생하지 않고 있을 경우, 제어장치(130)는 제1 모터(미도시)를 제어하여 제1 틸팅미러(320)의 반사각을 변화시킨다. 제어장치(130)는 개구부(340)로 입사되는 레이저 빔이 종과 횡으로 이동하며 레이저 빔이 개구부(340)의 모든 면적을 스캐닝할 수 있도록 제1 모터(미도시)를 제어한다. 제어장치(130)는 전술한 대로 제어하며, 에너지 센서(350)에서 센싱값이 발생하는지를 판단한다. 에너지 센서(350)에서 발생한 센싱값이 기 설정된 기준치를 초과할 경우, 제어장치(130)는 (제1 틸팅 미러가) 해당 각도로 레이저 빔을 반사시키도록 제1 모터(미도시)를 제어한다. 경우에 따라, 개구(410)에는 레이저 빔의 일부 만이 통과되며 에너지 센서(350)에 기준치 이하의 세기(파워)의 레이저 빔이 센싱될 수 있다, 그러나 이러한 경우는 제1 틸팅미러(320)에서 기 설정된 포인트로 레이저 빔이 온전히 반사된 경우가 아니기에, 제어부(미도시)는 지속적으로 스캐닝을 수행하도록 제1 모터(미도시)를 제어한다.
전술한 대로, 개구부(340)는 빔 스플리터(330)를 기준으로 제2 틸팅미러(325)와 동일한 거리만큼 떨어져 배치된다. 이에, 제1 모터(미도시)에 의해 제1 틸팅미러(320)로부터 반사각이 가변될 경우, 레이저 빔이 개구부(340) 상에서 이동하는 정도나 제2 틸팅미러(325)에서 이동하는 정도는 동일하다. 따라서, 제어부(미도시)가 에너지 센서(350)의 센싱값을 토대로 제1 모터(미도시)를 제어하여 스캐닝하는 경우, 그와 동일한 비율로 대응되도록 제2 틸팅미러(325)에서도 레이저 빔의 스캐닝이 일어나게 된다. 개구(410)는 제2 틸팅미러의 기 설정된 포인트로 진행하는 레이저 빔이 반사되는 경로에 형성되어 있기 때문에, 에너지 센서(350)에서 기 설정된 기준치를 초과하도록 센싱된 레이저 빔은 개구(410)로 진입함과 동시에 제2 틸팅미러(325)의 기 설정된 포인트로 진행하게 된다. 이러한 방법으로 제어부(미도시)는 어떠한 경로로 유입되는 레이저 빔이라 하더라도 에너지 센서(350)의 센싱값을 모니터링함으로써, 모두 동일한 포인트로 반사시킬 수 있다.
특정 방향으로 조사되는 레이저 빔만을 센싱하기 위해 아주 작은 크기를 갖거나, 조사되는 레이저 빔의 좌표까지 인식할 수 있는 에너지 센서(350)는 비용이 과도하게 높아지기 때문에, 스캐너(220)는 개구부(340)를 포함하여 낮은 비용으로도 정확히 레이저 빔의 경로를 센싱하여 조정할 수 있다.
개구부(340)는 에너지 센서(350)와 접촉해 있거나 기 설정된 거리 내에서 아주 근접하여 배치될 수 있다. 개구부(340)와 에너지 센서(350)가 떨어져 위치할 경우, 빔 스플리터(330)에서 반사된 레이저 빔이 진행하는 각도에 따라 필터링되지 말아야 할 레이저 빔이 개구부(340)에 의해 필터링되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 개구부(340)는 에너지 센서(350)와 접촉해 있거나 기 설정된 거리 내에서 아주 근접하여 배치될 수 있다.
또한, 제어장치(130)는 에너지 센서(350)의 센싱값을 토대로 조사되는 레이저 빔의 세기를 모니터링한다. 레이저 장치에서 조사될 때의 레이저 빔의 세기와 기판으로 최종적으로 조사될 레이저 빔의 세기는 서로 상이할 수 있다. 제어장치(130)는 에너지 센서(350)의 센싱값을 토대로 지속적으로 레이저 빔의 세기를 모니터링하여 이상 발생여부를 감지할 수 있다. 즉, 제어부(미도시)는 레이저 빔의 세기를 실시간으로 감지하는 동시에, 레이저의 경로를 조정할 수 있다.
제2 틸팅미러(325)는 기 설정된 포인트로 반사되는 각각의 레이저 빔들을 동일한 경로로 반사시킨다. 제어부(미도시)의 제어에 따라 서로 다른 경로로 유입되는 다양한 레이저 빔들은 제2 틸팅미러(325)의 기 설정된 포인트로 반사된다. 여기서, 제2 틸팅미러(325)와 유출구(360)의 중심이 동일한 축상에 배치될 경우, 기 설정된 포인트는 제2 틸팅미러(325)의 중심이 될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 틸팅미러(325)와 유출구(360)의 위치관계나 제2 틸팅미러(325)가 레이저 빔들을 반사시킬 방향 등에 따라 기 설정된 포인트는 제2 틸팅미러(325) 내에서 다양하게 가변될 수 있다.
제2 틸팅미러(325)는 기 설정된 포인트로 진행하는 레이저 빔들을 유출구(360)로 반사시킨다. 다만, 유입구(310)로 서로 다른 경로로 각 레이저 빔들이 입사하기 때문에, 동일한 포인트로 진행하더라도 제2 틸팅미러(325)로 진행하는 각도(제2 틸팅미러의 반사면으로 입사하는 입사각)가 상이할 수 있다. 제2 틸팅미러(325)는 제2 모터(미도시)의 제어에 따라 반사각을 조정하며, 서로 다른 각도로 진행하는 각 레이저 빔들을 동일한 경로로 진행시켜 유출구(360)로 반사시킨다.
제2 모터(미도시)는 제어장치(130)의 제어에 따라 제2 틸팅미러(325)의 반사각을 조정한다. 제2 모터(미도시)도 제어장치(130)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어장치(130)로부터 제어신호를 수신하여 동작한다.
나아가, 제어장치(130)는 제2 광학계(230)의 모니터링 결과를 토대로 제2 모터(미도시)를 제어할 수 있다. 제어장치(130)는 제2 광학계(230)의 모니터링 결과를 토대로, 제2 틸팅미러(325)로부터 반사된 레이저 빔이 기판 내 어느 위치로 조사되는지 파악한다. 파악한 결과에 따라, 제어장치(130)는 각 레이저 빔들이 제2 틸팅미러(325)에서 동일한 경로로 반사되도록 제2 모터(미도시)를 제어한다. 이에 따라, 제2 틸팅미러(325)에서 반사되어 유출구(360)로 출력되는 레이저 빔들은 어떠한 레이저 장치에서 조사되든, 어떠한 파장대역을 갖든 모두 동일한 경로로 출력된다.
전술한 대로, 스캐너(220)는 제1 틸팅미러(320)와 제2 틸팅미러(325)의 동작에 따라 레이저 빔의 경로를 신속하게 조정할 수 있다. 이에, 레이저 리페어 장치(120)는 소결용 잉크의 소결을 위한 레이저 빔의 부위를 신속하게 가변할 수 있다.
다만, 스캐너(220)의 구성은 도 3 및 4에 도시된 구성으로 한정되는 것은 아니고, 레이저 빔의 광경로를 가변할 수 있는 구성이면 어떠한 구성으로 대체되어도 무방하다. 예를 들어, DMD(Digital Micromirror Device) 등 (레이저 빔의)광 경로 가변을 위한 구성이면 어떠한 것으로 대체될 수 있다.
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 리페어 장치 내 광학계의 구성과 리페어되는 대상물체의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 레이저 빔의 광 경로 상에 제1 렌즈(233)가 배치되지 않았을 때의 레이저 빔의 경로와 리페어되는 기판의 단면을 도시한 도면이다.
도 5(a)를 참조하면, 제2 광학계(230)로 입사하는 레이저 빔이 직접 슬릿(235)으로 입사된다. 입사되는 레이저 빔은 슬릿(235)을 거치며 슬릿(235)의 중공의 형상으로 변하며, 슬릿(235)을 거친 레이저 빔은 튜브렌즈(237)에 의해 포커싱된다. 튜브렌즈(237)에 의해 포커싱되는 레이저 빔은 대물렌즈(240)를 거치며, 평행광으로 기판에 조사된다. 이에 따라, 레이저 빔은 슬릿(235), 보다 구체적으로는 일정한 면적을 갖는, 슬릿(235) 내 중공의 형상으로 조사된다. 조사되는 레이저 빔의 면적은 슬릿(235) 내 중공의 면적이나 튜브렌즈의 (레이저 빔의) 광축 상으로의 이동으로 조정될 수 있다.
이와 같은 일정 면적을 갖는 레이저 빔이 조사되며, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 기판의 결함에 주사된 소결용 잉크(510)를 일시에 소결시킬 수 있다. 이때, 레이저 빔은 슬릿(235)을 거치며 상대적으로 급격한 경사를 가질 수 있다.
도 6은 레이저 빔의 광 경로 상에 제1 렌즈(233)가 배치되었을 때의 레이저 빔의 경로와 리페어되는 기판의 단면을 도시한 도면이다.
도 6(a)를 참조하면, 제2 광학계(230)로 입사하는 레이저 빔은 제1 렌즈(233)를 거치며, 슬릿(235) 내로 포커싱된다. 레이저 빔이 포커싱되는 위치는 제1 렌즈(233)의 입사 방향에 따라 상이해지며, 스캐너(220)의 경로 조정에 따라 가변된다. 제1 렌즈(233)를 거치며 포커싱되는 레이저 빔은 슬릿(235)의 중공을 통과하여 튜브렌즈(237)로 입사한다. 튜브렌즈(237)는 포커싱된 레이저 빔을 평행광으로 조정하며, 대물렌즈(240)는 평행광을 일 초점으로 포커싱한다. 포커싱되는 위치는 스캐너(220)의 경로 조정에 의해 신속하게 가변될 수 있다.
이에, 레이저 빔은 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 상대적으로 좁은 면적의 결함에 주사된 소결용 잉크(610)을 세밀하게 소결시킬 수 있다. 이에 따라, 도 6에 도시된 광학계를 거쳐 조사되는 레이저 빔은 결함 부위 주변으로 영향을 최소화할 수 있어, 레이저 빔의 세기가 상대적으로 세질 수 있다. 이에, 신속한 소결이 가능하다. 또한, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 스캐너(220)의 동작에 따라 레이저 빔의 포커싱 위치를 조정함으로써 일정한 면적의 결함에 주사된 소결용 잉크(620)도 소결시킬 수 있다. 일정한 면적의 결함을 리페어함에 있어서, 레이저 리페어 장치(120)는 스캐너(220)의 동작으로 처리할 수 있어, 신속하면서도 세밀한 리페어가 가능하다. 이처럼, 레이저 리페어 장치(120)는 소결용 잉크를 소결시켜 결함을 리페어함에 있어서, 신속하면서도 세밀하게 리페어할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 레이저 리페어 시스템
110: 잉크 주사장치
120: 레이저 리페어 장치
130: 제어장치
210, 215: 레이저 장치
220: 광경로 조절부
230: 제2 광학계
231, 310: 유입구
233: 제1 렌즈
235: 슬릿
237: 튜브렌즈
240: 대물렌즈
320, 325: 틸팅미러
335: 반사방지 코팅층
340: 개구부
350: 에너지 센서
360: 유출구
410: 개구
510, 610, 620: 소결용 잉크

Claims (6)

  1. 별도의 장치에 의해 주사된 소결용 잉크로 레이저를 조사하여 소결용 잉크를 소결시키는 레이저 리페어 장치에 있어서,
    소결용 잉크를 소결시키기 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치;
    상기 레이저 장치에서 조사된 레이저 빔의 경로를 조정하는 스캐너; 및
    상기 스캐너를 거친 레이저 빔의 포커싱 정도를 조정하여 소결용 잉크로 조사하는 광학계를 포함하며,
    상기 광학계는,
    상기 광학계 내로 유입된 레이저 빔을 포커싱하며, 광 경로 상에 배치되거나 광 경로를 벗어나도록 광 경로의 수직인 평면 상에서 이동하는 제1 렌즈;
    광 경로 상에서 상기 제1 렌즈의 후단에 배치되어, 자신에 입사하는 레이저 빔의 형태를 가공하는 슬릿;
    상기 슬릿을 거치거나 통과한 레이저 빔의 광 경로를 가변시키며, 레이저 빔의 광 경로 상으로 이동하여 조사되는 레이저 빔의 면적을 조정하는 튜브렌즈; 및
    상기 튜브렌즈를 거친 레이저 빔을 기판으로 조사하는 대물렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈가 광 경로 상에 배치되는 경우, 레이저 빔은 상기 제1 렌즈를 거치며 상기 슬릿에 의한 형태 가공없이 포커싱되고, 상기 튜브 렌즈는 포커싱된 레이저 빔을 평행광으로 변화시키며, 상기 대물렌즈는 일 초점으로 레이저 빔을 포커싱하여 조사하고,
    상기 제1 렌즈가 광 경로 상에서 벗어나는 경우, 레이저 빔은 상기 슬릿을 거치며 상기 슬릿 내 중공(中空)의 형태로 가공되고, 상기 튜브 렌즈는 슬릿을 통과한 레이저 빔을 포커싱하며, 상기 대물렌즈는 레이저 빔을 평행광으로 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 리페어 장치.

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