KR102468061B1 - 리페어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 기판을 안착시킬 수 있도록 형성되는 스테이지, 전기전도성 잉크를 토출할 수 있도록 스테이지의 상측에 배치되는 잉크공급부, 및 전기전도성 잉크의 소결을 위한 백색광을 조사할 수 있도록 스테이지의 상측에 배치되는 광공급부를 포함하는 리페어 장치와, 이를 이용한 리페어 방법으로서, 기판상의 결함 부위를 리페어하는 시간을 줄일 수 있으면서 결함 부위에 형성된 막의 품질을 높일 수 있는 리페어 장치 및 방법이 제시된다.

Description

리페어 장치 및 방법{REPAIRING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 리페어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판상의 결함 부위를 리페어하는 시간을 줄일 수 있으면서 결함 부위에 형성된 막의 품질을 높일 수 있는 리페어 장치 및 방법에 관한 것이다
반도체, FPD(Flat Panel Display) 및 PCB(Printed Circuit Board) 등은 기판상에 도전성 잉크를 미세한 액적으로 토출하며 수㎛ 너비로 라인 형상의 패턴을 형성할 수 있는 리페어 장치로 리페어될 수 있다.
종래의 리페어 장치는 기판상의 결함 부위에 도전성 잉크막을 도포한 후, 연속파 레이저(CWL, Continuous Wave Laser)를 조사사여 도전성 잉크막을 소결시키는 방식을 사용하였다. 따라서, 종래에는 도전성 잉크막을 낮은 온도에서 긴 시간동안 소결시켜야 하는 문제점과, 소결된 막의 저항을 원하는 수준까지 낮추기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 종래의 리페어 장치는 레이저 광원으로부터 기판까지 레이저 광을 안내하기 위한 광학계를 설치해야 하기 때문에 장치의 구조가 복잡해지고, 그에 따라 장치의 하중이 증가되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2016-0144152 A
본 발명은 기판상의 결함 부위를 리페어하는 시간을 줄일 수 있으면서 결함 부위에 형성된 막의 품질을 높일 수 있는 리페어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 리페어 장치는, 기판을 안착시킬 수 있도록 형성되는 스테이지; 전기전도성 잉크를 토출할 수 있도록 상기 스테이지의 상측에 배치되는 잉크공급부; 전기전도성 잉크의 소결을 위한 백색광을 조사할 수 있도록 상기 스테이지의 상측에 배치되는 광공급부;를 포함한다.
상기 광공급부는, 상기 백색광을 발생시키는 램프유닛; 상기 램프유닛을 수용하고, 상기 램프유닛으로부터 상기 스테이지로 상기 백색광을 유도할 수 있도록 일측이 개방되는 반사유닛;을 포함할 수 있다.
상기 광공급부는, 상기 램프유닛에 펄스 형태의 전압을 인가할 수 있도록 상기 램프유닛과 연결되는 캐패시터; 상기 캐패시터로부터 상기 램프유닛으로 인가되는 전압의 인가조건을 제어하는 캐패시터 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 반사유닛의 개방부위의 너비는 10mm 이상 1000mm 미만일 수 있다.
상기 잉크공급부는, 전기수력학을 이용하여 상기 잉크를 토출시킬 수 있도록 형성되는 노즐유닛; 상기 스테이지와 상기 노즐유닛 사이에 전위차를 형성할 수 있도록 상기 노즐유닛과 연결되는 전원공급유닛; 상기 잉크를 공급할 수 있도록 상기 노즐유닛과 연결되는 저장유닛;을 포함할 수 있다.
상기 잉크공급부 및 상기 광공급부 각각을 상기 스테이지에 대하여 상대이동시킬 수 있도록 형성되는 이동부; 상기 잉크공급부로부터 토출된 잉크를 관찰할 수 있도록 상기 이동부에 지지되는 관찰부;를 포함할 수 있다.
상기 이동부는, 상기 잉크공급부 및 상기 관찰부가 지지되는 제1 이동유닛; 상기 광공급부가 지지되는 제2 이동유닛;을 포함할 수 있다.
상기 백색광은 근자외선, 가시광선 및 적외선 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 스테이지의 상부의 기판상의 결함 부위에 면광 형상 및 선광 형상 중 어느 하나의 형상으로 조사될 수 있다.
상기 전기전도성 잉크는 은(Ag) 입자를 포함하는 리페어 장치.
상기 광공급부로부터 조사되는 백색광의 가장자리영역의 광을 중심영역측으로 굴절시킬 수 있도록 상기 광공급부와 상기 스테이지 사이에 배치되는 반사광학부;를 포함할 수 있다.
상기 반사광학부는, 상기 광공급부와 상기 스테이지 사이에 배치되고, 중심이 상기 광공급부로부터 상기 스테이지를 향하는 방향으로 개구되는 플레이트; 상기 광공급부와 마주보도록 상기 플레이트의 일면에 형성되는 반사면; 상기 플레이트의 가장자리로부터 상측으로 이격되고, 상기 반사면으로부터 반사되는 반사광의 경로상에 배치되며, 상기 반사광을 상기 플레이트의 가장자리의 외측으로 반사시키는 제1반사미러; 상기 제1반사미러로부터 반사되는 반사광을 상기 플레이트의 개구 하측으로 집중시킬 수 있도록 상기 제1반사미러로부터 반사되는 반사광의 경로상에 배치되는 제2반사미러;를 포함할 수 있다.
상기 플레이트의 개구의 너비는 1㎛ 이상 100㎛ 미만일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 리페어 방법은, 기판상의 결함 부위를 확인하는 과정; 상기 결함 부위에 전기전도성 잉크를 토출하여 잉크막을 형성하는 과정; 상기 결함 부위에 백색광을 조사하여 상기 잉크막을 소결하는 과정;을 포함한다.
상기 잉크막을 형성하는 과정은, 전기수력학을 이용하여 상기 전기전도성 잉크를 토출하는 과정;을 포함하고, 상기 잉크막을 소결하는 과정은, 동일한 강도(intensity)의 백색광을 펄스 형태로 생성하는 과정; 상기 결함 부위에 펄스 형태의 백색광을 면광 형상으로 조사하는 과정;을 포함한다.
상기 펄스 형태의 백색광을 면광 형상 및 선광 형상 중 어느 하나의 형상으로 조사하는 과정은, 1초 내지 50초 동안 상기 펄스 형태의 백색광을 상기 결함 부위에 조사하여 상기 잉크막의 온도를 100℃ 내지 1000℃의 온도로 가열하는 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 백색광을 이용하여 종래보다 높은 온도로 종래보다 신속하게 기판상의 결함 부위에 도포된 전기전도성 잉크의 잉크막을 가열하여 소결시킬 수 있다. 이에, 기판상의 결함 부위를 리페어하는 시간을 줄일 수 있고, 결함 부위에 형성된 잉크막의 품질을 높일 수 있다.
또한, 잉크막의 소결에 백색광을 이용하기 때문에, 레이저 광학계의 구조를 장치에서 제거할 수 있다. 이에, 장치의 구조를 간단하게 할 수 있고, 장치의 무게를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 공정의 결과를 비교 예와 대비하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 변형 예에 따른 리페어 장치의 부분 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치는 반도체, FPD 및 PCB 등을 제조하기 위한 각종 기판상의 결함 부위를 전기수력학(EHD, electrohydrodynamics)을 이용하여 리페어하는 리페어 장치에 적용될 수 있다.
물론, 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치는 전기전도성 잉크를 이용하여 기판상에 소정 형상의 패턴을 형성 및 수정하는 각종 패턴 형성장치에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치는, 기판(10)을 안착시킬 수 있도록 형성되는 스테이지(100), 전기전도성 잉크를 토출할 수 있도록 스테이지(100)의 상측에 배치되는 잉크공급부(200), 전기전도성 잉크의 소결을 위한 백색광을 조사할 수 있도록 스테이지(100)의 상측에 배치되는 광공급부(300)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치는, 잉크공급부(200) 및 광공급부(300) 각각을 스테이지(100)에 대해 상대이동시킬 수 있도록 형성된 이동부(400)와, 잉크공급부(200)로부터 토출된 잉크를 관찰할 수 있도록 이동부(400)에 지지되는 관찰부(500), 및 리페어 장치의 전체 작동을 제어하기 위한 공정 제어부(600)를 포함할 수 있다.
스테이지(100)는 기판(10)을 안착시킬 수 있도록 소정 면적의 상면을 포함할 수 있다. 스테이지(100)는 플레이트 형상일 수 있다. 스테이지(100)는 소정의 테이블(미도시)상에 고정 설치되거나, 이동 가능하게 설치될 수 있다. 스테이지(100)의 구조 및 형상은 다양할 수 있다.
잉크공급부(200)는 기판(10)상의 결함 부위 예컨대 오픈결함 부위 및 단락결함 부위에 전기전도성 잉크를 토출하여 잉크막을 형성하는 역할을 한다. 이러한 잉크공급부(200)는 전기수력학적 현상을 이용하여, 기판(10)상의 결함 부위에 전기전도성 잉크를 토출할 수 있다.
즉, 잉크공급부(200)는, 전기수력학을 이용하여 전기전도성 잉크를 토출시킬 수 있도록 형성되는 노즐유닛(210), 스테이지(100)와 노즐유닛(210) 사이에 전위차를 형성할 수 있도록 노즐유닛(210)과 연결되는 전원공급유닛(220), 전기전도성 잉크를 공급할 수 있도록 노즐유닛(210)과 연결된 저장유닛(230)을 포함할 수 있다.
노즐유닛(210)은 중공형으로 형성될 수 있고, 경사지게 배치될 수 있다. 노즐유닛(210)은 하단에 토출구가 형성될 수 있다. 노즐유닛(210)은 토출구의 크기를 원하는 만큼 작게 형성할 수 있도록 가공성이 좋은 글라스 및 사파이어 재질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 노즐유닛(210)은 내부에 전극 핀이 배치되거나, 외면에 전극 막이 코팅될 수 있다. 노즐유닛(210)은 이동부(400)에 지지될 수 있다. 물론, 노즐유닛(210)의 재질 및 구조는 다양할 수 있다.
전원공급유닛(220)은 노즐유닛(210)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전원공급유닛(220)은 노즐유닛(210)에 구비된 전극 핀 및 전극 막에 소정 전압을 인가할 수 있고, 노즐유닛(210)과 기판(10) 사이에 소정의 전위차를 형성할 수 있다.
전위차에 의해, 토출구로부터 하방으로 전기전도성 잉크가 미세한 액적의 형태로 토출될 수 있다. 이때, 전원공급유닛(220)의 작동은 공정 제어부(600)로 제어할 수 있다. 예컨대 전원공급유닛(220)은 공정 제어부(600)의 제어에 따라 노즐유닛(210)으로 인가되는 전압의 세기, 전류의 주파수 및 전기량을 조절하여 전기전도성 잉크의 미세 액적의 분사량 및 분사 형태를 다양하게 조절할 수 있다. 한편, 공정 제어부(600)가 전원공급유닛(220)의 작동을 제어하는 방식은 다양할 수 있다.
저장유닛(230)은 내부에 전기전도성 잉크를 저장하고, 소정의 압력으로 전기전도성 잉크를 노즐유닛(210)의 내부로 공급해줄 수 있다. 저장유닛(230)은 노즐유닛(210)으로부터 이격배치될 수 있고, 소정의 공급관을 통하여 노즐유닛(210)과 연결될 수 있다. 이러한 저장유닛(230)의 구성은 다양할 수 있다.
전기전도성 잉크는 은(Ag) 입자를 포함할 수 있다. 따라서, 전기전도성 잉크가 기판(10)상의 결함 부위에 토출되어 잉크막을 형성한 후 결함 부위의 배선을 전기적으로 연결시킴으로써 기판(10)상의 결함 부위를 치유할 수 있다. 물론, 전기전도성 잉크의 구성성분은 다양할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 잉크공급부(200)는 저장유닛(230)을 구비하지 않을 수 있다. 이 경우, 노즐유닛(210)은 그 내부에 소정량의 전기전도성 잉크를 저장한 채로 저장된 잉크량만큼 리페어를 수행할 수 있다. 그 이후에는 노즐유닛(210)을 충전하거나 또는, 잉크공급부(200)에 구비되어 있던 노즐유닛(210)을 새로운 노즐유닛(210)으로 교체할 수 있다.
광공급부(300)는 기판(10)상에 형성된 잉크막에 백색광을 조사하여 잉크막을 소결시키는 역할을 한다. 광공급부(300)는 스테이지(100)의 상측에 배치되며, 이동부(400)에 지지될 수 있다.
광공급부(300)는, 백색광 예컨대 극단파 백색광(intense pulsed light)을 발생시키는 램프유닛(310), 램프유닛(310)을 수용하고, 램프유닛(310)으로부터 스테이지(100)로 백색광을 유도할 수 있도록 일측이 개방되는 반사 유닛(320), 램프유닛(310)에 펄스 형태의 전압을 인가할 수 있도록 램프유닛(310)과 연결되는 캐패시터(330), 캐패시터(330)로부터 램프유닛(310)으로 인가되는 전압의 인가조건을 제어하는 캐패시터 제어기(340)를 포함할 수 있다.
램프유닛(310)은 근자외선, 가시광선 및 적외선 중 적어도 어느 하나의 파장의 광을 생성할 수 있도록 제논 플레쉬 램프(xenon flash lamp)를 포함할 수 있다. 제논 플레쉬 램프는 내부에 전극이 설치된 실린더 형상의 석영튜브 내에 제논 가스를 주입하여 제조할 수 있다. 램프유닛(310)은 캐패시터(330)로부터 펄스 형태의 전압을 소정 암페어로 인가받아 내부에 순간적으로 플라즈마를 형성하여 강한 세기의 백색광을 발생시킬 수 있다. 물론, 램프유닛(310)의 종류는 다양할 수 있다.
이러한 램프유닛(310)은 리니어 램프의 구조로 반사유닛(320)의 내부에 설치될 수 있다. 이때, 램프유닛(310)의 구조는 벌브 구조를 포함하여 다양할 수 있다.
반사유닛(320)은 내부가 하방으로 개방될 수 있고, 내부면이 상측으로 오목하게 형성될 수 있다. 반사유닛(320)은 내부면에 반사판이 구비될 수 있다. 반사판은 램프유닛(310)으로부터 생성된 백색광을 스테이지(100)에 안착된 기판(10)의 결함 부위로 반사시킬 수 있다. 물론, 반사유닛(320)은 적어도 내부면이 백색광을 반시시킬 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 이러한 반사유닛(320)은 이동부(400)에 지지될 수 있다.
반사유닛(320)의 개방부위 예컨대 하부개구는 정방형 또는 장방형 형상일 수 있다. 따라서, 반사유닛(320)의 하부개구를 통해 기판(10)상의 결함 부위로 조사되는 백색광은 정방형 또는 장방형 면광 형상일 수 있다.
이때, 면광은 광의 폭 및 길이가 유사한 크기로 형성됨으로써, 기판(10)상에 조사된 광의 형상이 라인 형상 및 스팟 형상이 아니라 소정 면적의 면의 형상을 이루는 것을 의미할 수 있다.
반사유닛(320)의 하부개구의 너비는 10mm 이상 1000mm 미만일 수 있다. 여기서, 하부개구의 너비는 폭방향 및 길이방향의 너비이거나, 대각선방향의 너비일 수 있다. 반사유닛(320)의 하부개구의 너비가 10mm 보다 작으면, 램프유닛(310)의 크기가 지나치게 작아지게 되어, 램프유닛(310)의 제작이 어렵고, 램프유닛(310)으로부터 원하는 강도의 백색광을 생성하기 어렵다. 반사유닛(320)의 하부개구의 너비가 1000mm 이상이면 기판(10)상의 결함부위보다 백색광의 조사면적이 지나치게 커지게 되어 에너지를 낭비할 수 있다.
캐패시터(330)는 소정의 전원(미도시)으로부터 전류를 공급받을 수 있고, 램프유닛(310)과 전기적으로 연결될 수 있다. 캐패시터(330)는 램프유닛(310)에 펄스 형태의 전압을 인가할 수 있다. 캐패시터(330)는 내부에 소정의 전하를 충전하였다가 램프유닛(310)으로 저장된 전하를 방전하는 것을 반복하여 펄스 형태의 전압을 램프유닛(310)에 인가할 수 있다.
캐패시터 제어기(340)는 캐패시터(330)와 연결되고, 캐패시터(330)로부터 램프유닛(310)으로 인가되는 전압의 인가조건 예컨대 전압의 크기, 펄스 폭, 펄스 갭 및 펄스 수 등을 조절할 수 있도록 캐패시터(330)의 작동을 제어할 수 있다.
이동부(400)는 잉크공급부(200) 및 광공급부(300)와 연결되고, 이들을 지지하면서 이동시키는 역할을 한다. 이동부(400)는 스테이지(100)에 대하여 상대 이동할 수 있다. 이러한 이동부(400)는, 잉크공급부(200) 및 관찰부(500)가 지지되는 제1 이동유닛(410), 및 광공급부(300)가 지지되는 제2 이동유닛(420)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 이동유닛(410, 420)의 작동은 공정 제어부(600)에 의해 제어될 수 있다.
제1 및 제2 이동유닛(410, 420)은 각각 독립적으로 작동될 수 있다. 제1 및 제2 이동유닛(410, 420)은 예컨대 겐트리 구조를 포함할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 이동유닛(410, 420) 각각은 스테이지(100)가 지지된 테이블(미도시) 상에 설치되는 복수의 레일과, 복수의 레일상을 수평방향으로 주행가능하도록 설치되는 복수의 주행블록을 포함할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 이동유닛(410, 420) 각각은 상하방향으로 승강이 가능한 복수의 승강블록을 포함할 수 있고, 각각의 승강블록에 잉크공급부(200), 광공급부(300) 및 관찰부(500)가 설치될 수 있다.
물론, 이동부(400)는 상호 결합된 복수개의 수직 바 및 수평 바를 포함할 수 있고, 복수개의 수직 바 및 수평 바는 테이블상에 고정 설치될 수 있다. 이 때에는 스테이지(100)가 테이블상에 수평방향 및 상하방향으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다.
관찰부(500)는 기판(10)상의 결함 부위, 결함 부위로 토출된 잉크막 및 전도성 잉크를 토출시키는 노즐유닛(210)의 토출구를 촬영하는 역할을 한다. 이러한 관찰부(500)는 노즐유닛(210)의 토출구의 상측으로 이격되어 설치될 수 있고, 노즐유닛(210)과 동일한 방향 및 동일한 속도로 움직일 수 있다. 물론, 관찰부(500)가 노즐유닛(210)과 다르게 움직일 수도 있다.
공정 제어부(600)는 스테이지(100), 잉크공급부(200), 광공급부(300), 이동부(400) 및 관찰부(500)와 연결될 수 있다. 공정 제어부(600)는 미리 설정된 공정 스케쥴에 따라 스테이지(100), 잉크공급부(200), 광공급부(300), 이동부(400) 및 관찰부(500)의 작동을 제어하여, 기판(10)의 결함 부위를 리페어할 수 있다.
상술한 바와 같이 형성되는 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 장치는 백색광을 이용하여 잉크막을 빠르게 높은 온도에서 소결할 수 있기 때문에, 예컨대 연속파 레이저를 이용하여 잉크막을 느리게 낮은 온도에서 소결하는 것에 비해, 빠른 속도로 리페어공정을 완료할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 이때, 도 3의 그래프의 가로 축은 소결이 진행되는 시간을 나타내고, 세로 축은 펄스 전압의 크기를 나타내고, 막대 그래프는 캐패시터로부터 램프유닛으로 인가되는 펄스 전압을 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 리페어 방법은, 기판(10)상의 결함 부위(D)를 확인하는 과정과, 결함 부위(D)에 전기전도성 잉크(L)를 토출하여 잉크막(F)을 형성하는 과정과, 결함 부위(D)에 백색광(IPL, Intense Pulsed Light)을 조사하여 잉크막(F)을 소결하는 과정을 포함한다.
도 2의 (a)를 참조하면, 기판(10)상의 결함 부위(D)를 확인한다. 즉, 소정의 검사 장치(미도시)를 이용하여 기판(10)상에 형성된 오픈결함 부위 및 단락결함 부위를 확인할 수 있다. 결함 부위(D)가 확인되면 이를 리페어하기 위해 다음 과정들을 수행한다.
도 2의 (b)를 참조하면, 기판(10)상의 결함 부위(D)에 전기전도성 잉크(L)를 토출하여 잉크막(F)을 형성한다. 즉, 이동부(400)를 이용하여, 노즐유닛(210)을 이동시키고, 결함 부위(D)의 상측에 노즐유닛(210)을 위치시킨다. 이후, 전원공급유닛(220)으로부터 노즐유닛(210)으로 소정 전압을 인가하고, 노즐유닛(210) 내에 수용된 전기전도성 잉크(L)의 액적을 결함 부위(D)로 토출시켜, 결함 부위(D)에 잉크막(F)을 형성한다. 즉, 전기수력학을 이용하여 노즐유닛(210)으로부터 전기전도성 잉크(L)를 토출하여 결함 부위(D) 내에 잉크막(F)을 형성할 수 있다. 이때, 잉크막(F)에 의해 기판(10)상의 패턴(P)이 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2의 (c)를 참조하면, 결함 부위(D)에 백색광(IPL)을 조사하여 잉크막(F)을 소결한다. 즉, 이동부(400)를 이용하여, 램프유닛(310)과 반사유닛(320)을 잉크막(F)의 상측으로 이동시키고, 캐패시터(330)로부터 램프유닛(310)으로 펄스 형태의 전압을 인가하여 백색광을 생성한다. 또한, 반사유닛(320)으로 백색광을 안내하여 기판(10)의 결함 부위(D)에 형성된 잉크막(F)에 백색광(IPL)을 조사한다.
상세하게는, 도 3에 도시된 것처럼, 소정 시간동안 동일한 크기의 펄스 전압을 소정 간격으로 램프유닛(310)에 공급함으로써 동일한 강도(intensity)의 백색광을 펄스 형태로 생성할 수 있다.
이처럼 백색광을 펄스 형태로 생성하면서, 기판(10)상의 결함 부위(D)에 펄스 형태의 백색광(ILP)을 면광 형상 및 선광 형상 중 어느 하나의 형상으로 조사한다. 이때, 펄스 형태의 백색광을 면광 형상으로 조사하는 과정은, 1초 내지 50초 동안 펄스 형태의 백색광을 결함 부위(D)에 조사하여 잉크막의 온도를 100℃ 내지 1000℃의 온도로 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
이에 의하여, 소결이 완료된 잉크막(F')의 비저항이 8.7 내지 15 μΩ-cm 의 범위로 제어될 수 있고, 소결이 완료된 잉크막(F')에 함유된 은(Ag) 입자가 100 ㎚ 초과 300 ㎚ 이하의 크기로 성장될 수 있다. 이로부터 결함 부위(D)에 고품질의 수정 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 펄스 형태의 백색광을 1초 미만으로 조사하고 잉크막(F)의 온도를 100℃ 미만의 온도로 가열하면, 소결이 완료된 잉크막(F')의 비저항을 8.7 μΩ-cm 이상으로 제어하기 어려울 수 있고, 잉크막(F) 중의 은(Ag) 입자를 100 ㎚보다 크게 성장시키기 어려울 수 있다.
펄스 형태의 백색광을 50초 이내로 결함 부위(D)에 조사하여 잉크막의 온도를 100℃ 내지 1000℃의 온도로 가열하면 소결이 완료된 잉크막(F')으로부터 원하는 비저항 및 원하는 은(Ag) 입자의 크기를 얻을 수 있으므로, 백색광의 조사 시간과 잉크막의 가열 온도가 상술한 범위를 초과하도록 소결 과정을 진행하면, 공정 시간이 길어질 수 있고, 불필요하게 에너지를 낭비할 수 있다.
또한, 펄스 형태의 백색광을 면광 형상으로 조사하는 과정은, 백색광의 강도를 10J/cm2 내지 180J/cm2 범위로 하고, 펄스 지속시간을 1000μs 내지 17000μs 범위로 하여, 기판(10)상의 결함 부위(D)에 조사하는 과정을 포함할 수 있다. 백색광의 강도가 10J/cm2 보다 작으면 잉크막에 충분한 에너지를 공급하기 어려워서 소결이 어려운 문제점이 있다. 백색광의 펄스 지속시간이 17000μs 보다 크면 단위 시간당 입사 에너지가 줄어들어 소결 효율이 저하될 수 있다. 백색광의 강도가 180J/cm2 보다 크면, 램프유닛에 무리가 가해질 수 있고, 램프유닛의 수명이 줄어들 수 있다. 백색광의 펄스 지속시간이 1000μs 보다 작으면 잉크막에 충분한 에너지를 공급하기 위해 펄스 수를 늘려주고, 펄스 갭을 줄여줘야 하기 때문에 램프유닛에 무리가 가해질 수 있고, 램프유닛의 수명이 줄어들 수 있다.
백색광의 강도를 10J/cm2 내지 180J/cm2 범위로 하고, 펄스 지속시간을 1000μs 내지 17000μs 범위로 하여, 기판(10)상의 결함 부위(D)에 조사하면, 램프 유닛에 무리를 주지 않으면서, 결함 부위의 잉크막에 충분한 에너지를 안정적으로 공급해줄 수 있다.
도 4 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 공정의 결과를 비교 예와 대비하여 설명하기 위한 도면이다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 공정은 상술한 리페어 장치 및 리페어 방법을 적용하여, 기판상에 5㎛의 선폭과 100㎛의 길이로 전도성잉크의 잉크막을 형성하고, 백색광을 조사하여 잉크막을 소결하는 방식으로 진행하였다.
또한, 본 발명의 비교 예에 따른 리페어 공정은 기판상에 5㎛의 선폭과 100㎛의 길이로 전도성잉크의 잉크막을 형성한 후에, 종래의 레이저 광을 조사하여 잉크막을 소결하는 방식으로 진행하였다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 리페어 공정을 간단하게 실시예라고 지칭하고, 본 발명의 비교 예에 따른 리페어 공정을 간단하게 비교예라고 지칭한다.
도 4는 실시예와 비교예에서 잉크막에 가해지는 광의 강도와 그에 따른 잉크막의 온도를 대비하여 보여주는 표이다.
도 4를 참조하면, 실시예에서는 백색광이 1.2kW/cm2 이상의 강도로 신속하게 생성되는 것을 확인하였다. 반면, 비교예에서는 레이저광이 75W/cm2 부터 680W/cm2의 강도까지 계단식으로 생성되는 것을 확인하였다.
이처럼 실시예에서는 백색광을 거의 처음부터 강하게 생성하여 결함 부위에 조사하기 때문에, 결함 부위에 도포된 잉크막의 온도를 0ms에서 4ms 사이에 빠르게 올릴 수 있고, 약 800℃ 까지의 높은 온도로 올릴 수 있는 것을 확인하였다.
반면, 비교예에서는 레이저광을 약한 강도부터 단계적으로 생성하여 결함 부위에 조사하므로, 0s 부터 30s 까지의 긴 시간동안, 결함 부위에 도포된 잉크막의 온도도 100℃ 미만의 온도에서부터 300℃ 부근의 저온으로 단계적으로 상승되는 것을 확인하였다.
즉, 실시예는 상당히 빠른 시간내에 높은 온도까지 잉크막을 가열시킬 수 있는 반면에, 비교예는 긴 시간동안 잉크막을 가열하여도 실시예처럼 높은 온도까지 잉크막을 가열시킬 수 없는 것을 확인하였다.
도 5 및 도 6은 실시예와 비교예에서 소결된 잉크막의 거리당 저항값과, 비저항값을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 실시예에서 잉크막을 4.8초 소결을 하면 소결된 잉크막의 거리당 저항값이 0.5Ω/㎛로 우수하게 나오는 것을 확인하였다. 또한, 실시예에서 잉크막을 15초 소결하면 소결된 잉크막의 거리당 저항값이 0.29Ω/㎛로 더욱 우수하게 나오는 것을 확인하였다. 여기서, 거리당 저항값이 작을수록 잉크막이 전기를 더욱 잘 이동시키는 것이다. 즉, 거리당 저항값이 작을수록 리페어 품질이 높은 것을 의미한다.
반면, 비교예에서는 잉크막을 30초 소결을 하여도 거리당 저항값이 0.8Ω/㎛로 상대적으로 높게 나오는 것을 확인하였다. 비교예에서는 잉크막을 60초 내지 90초로 상당히 오래 소결시켜야 실시예에 준하는 잉크막의 거리당 저항값을 얻을 수 있음을 확인하였다.
도 6을 참조하면, 실시예 및 비교예에서 소결된 잉크막의 비저항을 측정하여 그 결과를 그래프로 도시하였다. 그래프를 보면 비교예에서는 30초 동안 잉크막을 소결시킴에도 소결된 비저항값이 24μΩ-cm가 되나, 실시예에서는 4.8초만 잉크막을 소결시키더라도 소결된 잉크막의 비저항값이 15μΩ-cm로 우수하게 나오는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 실시예에서 소결시간을 15초까지 늘리는 경우, 소결된 잉크막의 비저항값이 8.7μΩ-cm가 되는 것을 확인할 수 있다. 이는 비교예 이후 별도의 열처리 과정을 추가하였을 때의 잉크막의 비저항값에 준하는 것임을 확인할 수 있다.
실시예에서는 별도의 열처리 과정을 더 수행하지 않더라도, 비교예의 과정에 열처리를 추가한 것보다 잉크막의 비저항값이 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 7은 실시예와 비교예에서 제조된 잉크막의 단면 사진을 보여주는 표이다.
도 7을 참조하면, 실시예에서는 잉크막 중의 은 입자의 크기가 100㎚보다 크게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실시예에서는 백색광을 잉크막에 조사하기 때문에 잉크막 중의 은 입자를 원활하게 성장시킬 수 있고, 이에 따라, 잉크막의 표면을 부드럽게 형성해줄 수 있다.
반면, 비교예에서는 잉크막 중의 은 입자의 크기가 100㎚ 미만으로 다수 형성되는 것을 확인할 수 있다. 이처럼 은 입자 크기가 100㎚ 미만으로 다수 형성되면, 잉크막의 표면이 거칠어지고, 막의 밀도가 낮아지는 문제점이 있다.
이와 같이, 실시예에서는 잉크막내의 미세조직을 큰 조직으로 키워서 제거할 수 있는 반면, 비교예에서는 잉크막내의 미세조직을 제거하지 못하여 그 표면이 더칠고, 막 밀도가 낮은 것을 확인할 수 있다.
도 8은 잉크막 너비를 늘려가면서 실시예와 비교예에 따른 소결을 수행하고 소결된 잉크막의 저항을 측정하여 그래프로 도시하였다. 도 8을 참조하면, 실시예에서는 비교예에 비하여 잉크막의 저항을 크게 개선한 것을 확인할 수 있다. 이때, 잉크막의 너비를 크게 할수록 실시예와 비교예의 잉크막의 저항의 차이가 더욱 크게 벌어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 실시예의 잉크막이 비교예의 잉크막보다 유효선폭이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 여기서, 유효선폭은 실제 잉크막의 저항에 영향을 미치는 연결성을 갖는 선폭을 의미한다.
즉, 실시예와 비교예에서 잉크막을 2.3㎛로 동일하게 토출한 다음 각각을 백색광 및 연속파 레이저 광으로 소결하게 되면, 실시예에서 소결된 잉크막의 유효선폭은 2.0㎛로 우수하게 나오는 것에 비해, 비교예에서 소결된 잉크막의 유효선폭은 1.38㎛로 다소 부족하게 나오는 것을 확인할 수 있다. 이는 실시예에서 백색광을 사용하여 잉크막을 소결하기 때문에 잉크막이 결함 부위 상에서 수평방향으로 퍼지는 속도보다 빠르게 잉크막을 소결시킬 수 있기 때문이다.
도 10은 본 발명의 변형 예에 따른 리페어 장치의 부분 확대도이다.
본 발명의 변형 예에 따른 리페어 장치는 실시 예의 구성에 더하여, 광공급부(300)로부터 조사되는 백색광의 가장자리영역의 광을 백색광의 중심영역측으로 굴절시킬 수 있도록 광공급부(300)와 스테이지(100) 사이에 배치되는 반사광학부(700)를 포함할 수 있다.
반사광학부(700)는, 광공급부(300)와 스테이지(100) 사이에 배치되고, 중심이 광공급부(300)로부터 스테이지(100)를 향하는 방향으로 개구되는 플레이트(710), 광공급부(300)의 램프유닛(310)을 마주보도록 플레이트(710)의 일면 즉, 상면에 형성되는 반사면, 플레이트(710)의 가장자리로부터 상측으로 이격되고, 플레이트(710)의 개구(H) 둘레의 반사면으로부터 반사되는 반사광의 경로상에 배치되며, 반사광을 플레이트(710)의 가장자리의 외측으로 반사시키는 제1반사미러(720), 제1반사미러(720)로부터 반사되는 반사광을 플레이트(710)의 개구 하측으로 집중시킬 수 있도록 제1반사미러(720)로부터 반사되는 반사광의 경로상에 배치되는 제2반사미러(730)를 포함할 수 있다. 이때, 플레이트(610)의 개구(H)의 너비는 1㎛ 이상 100㎛ 미만일 수 있다. 개구(H)의 너비가 1㎛보다 작으면 기판(10)의 결함 부위를 덮도록 백색광을 통과시키기 어렵다. 한편, 개구(H)의 너비가 100㎛ 이내이면 기판(10)의 결함 부위에 충분한 면적으로 백색광을 조사할 수 있으므로, 그 이상의 크기로 개구(H)의 크기를 키우는 것은 불필요하다.
플레이트(610)는 개구(H)를 통하여 백색광을 기판(10)의 결함 부위까지 안내할 수 있고, 개구(H)를 제외한 나머지 면적에서는 백색광을 반사시킬 수 있다. 플레이트(610)에서 반사되는 반사광은 제1 및 제2 반사미러(620, 630)를 거쳐 기판(10)의 결함 부위까지 경사지게 안내되어, 잉크막의 소결에 사용될 수 있다.
이를 위해, 제1 및 제2 반사미러(620, 630)에는 다양한 패턴이 형성될 수 있고, 제1 및 제2 반사미러(620, 630)의 적어도 일부는 반사광을 집중시킬 수 있도록 소정의 곡면을 가질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 반사미러(620, 630)는 소정의 구동유닛(미도시)에 지지되어 소정 각도로 회전할 수 있고, 소정 거리 이동할 수 있다. 한편, 플레이트(610)와 제1 및 제2 반사미러(620, 630)는 이동부(400)에 지지될 수 있고, 광공급부(300)와 함께 움직일 수 있다. 구동유닛은 공정 제어부(600)와 연결되고, 공정 제어부(600)에 의해 작동이 제어될 수 있다.
예컨대 광공급부(300)는 램프유닛(310)를 사용하여 백색광을 생성하고, 반사유닛(320)을 이용하여 백색광을 하측으로 반시시키는 구성이므로 그 크기(D1)를 mm 단위보다 더 작게 만들기 어렵다.
하지만, 기판(10)상의 결함 부위는 크기(D2)가 μm 단위이기 때문에, 램프유닛(310)으로부터 생성되는 백색광의 대부분은 결함 부위의 주변에 조사되어 잉크막의 소결에 기여하는 바가 작다.
본 발명의 변형 예에서는 광공급부(300)로부터 조사되는 백색광의 가장자리영역의 광을 백색광의 중심영역측으로 굴절시킴으로써, 백색광이 잉크막의 소결에 기여하는 부분을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 기판
100: 스테이지
200: 잉크공급부
210: 노즐유닛
300: 광공급부
310: 램프유닛
320: 반사유닛
330: 캐패시터
400: 이동부
500: 관찰부
600: 공정 제어부
700: 반사광학부

Claims (15)

  1. 기판을 안착시킬 수 있도록 형성되는 스테이지;
    전기전도성 잉크를 토출할 수 있도록 상기 스테이지의 상측에 배치되는 잉크공급부;
    전기전도성 잉크의 소결을 위한 백색광을 조사할 수 있도록 상기 스테이지의 상측에 배치되며, 기판상의 결함 부위에 형성된 잉크막에 상기 백색광을 조사하기 위한 크기를 가지며 상기 백색광을 통과시키기 위한 하부개구를 가지는 광공급부;를 포함하고,
    상기 광공급부는,
    상기 백색광을 발생시키는 램프유닛;
    상기 램프유닛을 수용하고, 상기 램프유닛으로부터 상기 스테이지로 상기 백색광을 유도할 수 있도록 일측이 개방되는 반사유닛;
    상기 백색광의 강도를 10J/cm2 내지 180J/cm2 범위로 하고, 펄스 지속시간을 1000μs 내지 17000μs 범위로 하도록, 상기 램프유닛으로 펄스 전압을 공급하기 위한 캐패시터;를 포함하고,
    상기 반사유닛은 내부의 전체 면적이 하방으로 개방됨에 의해, 상기 하부개구가 반사유닛의 내부와 동일하거나 큰 면적을 가지는 리페어 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광공급부는,
    상기 캐패시터로부터 상기 램프유닛으로 인가되는 전압의 인가조건을 제어하는 캐패시터 제어기;를 포함하는 리페어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사유닛의 상기 개구의 너비는 10mm 이상 1000mm 미만인 리페어 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 잉크공급부는,
    전기수력학을 이용하여 상기 잉크를 토출시킬 수 있도록 형성되는 노즐유닛;
    상기 스테이지와 상기 노즐유닛 사이에 전위차를 형성할 수 있도록 상기 노즐유닛과 연결되는 전원공급유닛;
    상기 잉크를 공급할 수 있도록 상기 노즐유닛과 연결되는 저장유닛;을 포함하는 리페어 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 잉크공급부 및 상기 광공급부 각각을 상기 스테이지에 대하여 상대이동시킬 수 있도록 형성되는 이동부;
    상기 잉크공급부로부터 토출된 잉크를 관찰할 수 있도록 상기 이동부에 지지되는 관찰부;를 포함하는 리페어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 잉크공급부 및 상기 관찰부가 지지되는 제1 이동유닛;
    상기 광공급부가 지지되는 제2 이동유닛;을 포함하는 리페어 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 백색광은 근자외선, 가시광선 및 적외선 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 스테이지의 상부의 기판상의 결함 부위에 면광 형상 및 선광 형상 중 어느 하나의 형상으로 조사되는 리페어 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기전도성 잉크는 은(Ag) 입자를 포함하는 리페어 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 광공급부로부터 조사되는 백색광의 가장자리영역의 광을 중심영역측으로 굴절시킬 수 있도록 상기 광공급부와 상기 스테이지 사이에 배치되는 반사광학부;를 포함하는 리페어 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 반사광학부는,
    상기 광공급부와 상기 스테이지 사이에 배치되고, 중심이 상기 광공급부로부터 상기 스테이지를 향하는 방향으로 개구되는 플레이트;
    상기 광공급부와 마주보도록 상기 플레이트의 일면에 형성되는 반사면;
    상기 플레이트의 가장자리로부터 상측으로 이격되고, 상기 반사면으로부터 반사되는 반사광의 경로상에 배치되며, 상기 반사광을 상기 플레이트의 가장자리의 외측으로 반사시키는 제1반사미러;
    상기 제1반사미러로부터 반사되는 반사광을 상기 플레이트의 개구 하측으로 집중시킬 수 있도록 상기 제1반사미러로부터 반사되는 반사광의 경로상에 배치되는 제2반사미러;를 포함하는 리페어 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 플레이트의 개구의 너비는 1㎛ 이상 100㎛ 미만인 리페어 장치.
  13. 기판상의 결함 부위를 확인하는 과정;
    상기 결함 부위에 전기전도성 잉크를 토출하여 잉크막을 형성하는 과정;
    상기 잉크막을 소결하는 과정;을 포함하고,
    상기 잉크막을 소결하는 과정은,
    상기 결함 부위로 백색광을 유도하기 위한 반사유닛의 내부에서 백색광을 생성하고, 상기 결함 부위에 백색광을 조사하기 위한 크기를 가지면서, 상기 반사유닛의 내부와 동일하거나 큰 면적을 가지는 상기 반사유닛의 하부개구로 상기 백색광을 통과시켜서, 백색광의 조사면적이 결함 부위의 크기보다 지나치게 커지는 것을 방지하고, 에너지의 낭비를 방지하는 과정;
    상기 개구를 통과시킨 백색광을 상기 결함 부위에 조사하여 상기 잉크막이 상기 결함 부위 상에서 퍼지는 속도보다 빠르게 상기 잉크막을 소결시키는 과정;을 포함하고,
    상기 잉크막을 형성하는 과정은,
    전기수력학을 이용하여 상기 전기전도성 잉크를 토출하는 과정;을 포함하고,
    상기 잉크막을 소결하는 과정은,
    10J/cm2 내지 180J/cm2 범위의 강도와 1000μs 내지 17000μs 범위의 펄스 지속시간을 갖도록 하는 백색광을 펄스 형태로 생성하는 과정;
    상기 결함 부위에 펄스 형태의 백색광을 면광 형상으로 조사하는 과정;을 포함하는 리페어 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 펄스 형태의 백색광을 면광 형상 및 선광 형상 중 어느 하나의 형상으로 조사하는 과정은,
    1초 내지 50초 동안 상기 펄스 형태의 백색광을 상기 결함 부위에 조사하여 상기 잉크막의 온도를 100℃ 내지 1000℃의 온도로 가열하는 과정;을 포함하는 리페어 방법.
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