KR200422344Y1 - 레이저 기반의 광대역 마킹장치 - Google Patents

레이저 기반의 광대역 마킹장치 Download PDF

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KR200422344Y1
KR200422344Y1 KR2020060012482U KR20060012482U KR200422344Y1 KR 200422344 Y1 KR200422344 Y1 KR 200422344Y1 KR 2020060012482 U KR2020060012482 U KR 2020060012482U KR 20060012482 U KR20060012482 U KR 20060012482U KR 200422344 Y1 KR200422344 Y1 KR 200422344Y1
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백승웅
최준호
김동욱
고승용
나종상
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Abstract

본 고안은 레이저 기반의 광대역 마킹장치에 관한 것으로, 자외선램프의 실제 노광 에너지와 파장이 유사한 355[㎚]의 자외선 영역의 레이저와 광학기구를 사용하여 글라스 아이디와 패널 아이디의 마킹 및 주변 노광을 수행함과 더불어 마스크에 라인 혹은 면 타입의 빔을 조사하여 특정 패턴을 형성할 수 있도록 하되 집속능력이 보다 뛰어나면서도 2개 이상의 스캔헤드로 광대역으로 패턴을 형성하고 정밀도가 우수한 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 제공함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치는 글라스 아이디와 패널 아이디 및 노광을 처리할 글라스 기판을 탑재한 채로 고속으로 이송하는 스테이지; 소정 파장의 UV 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기; 레이저 발생기에서 발사된 UV 레이저빔을 선형파로 변경시켜 주는 편광판; 편광판에서 편광된 선형파의 UV 레이저빔을 반사하여 정렬하는 적어도 하나 이상의 UV 미러; 각각의 UV 미러를 2축 제어하는 적어도 하나 이상의 제어모터; 각각이 레이저빔의 확대 또는 축소 및 마킹 허용 범위를 담당하는 다이나믹 익스팬더 렌즈, 다이나믹 익스팬더 렌즈에서 출사된 레이저빔을 평행광으로 만들어서 글라스 기판에 포커싱시켜 주는 오브젝트 렌즈와 X축 및 Y축으로 스캐닝할 수 있는 2축 갈바노 스캐너를 포함하는 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드; 및 UV 미러를 통해 정렬된 레이저빔을 프론트용 광대역 스캔헤드 및 리어용 광대역 스캔헤드로 분기시키는 빔 스플리터를 포함하여 이루어진다.
평판, 디스플레이, 기판, 주변, 노광, 글라스 아이디, 패널 아이디, BM 수지,레이저, 광대역헤드

Description

레이저 기반의 광대역 마킹장치{Wide Marking device of a laser foundation}
도 1 은 일반적인 평판 디스플레이 글라스 기판의 주변 노광 및 S패턴을 설명하기 위한 도.
도 2 는 일반적인 자외선(UV) 램프를 채택한 주변 노광 및 S패턴의 형성에 사용되는 노광장비의 구성도.
도 3 은 일반적인 평판 디스플레이 제조 방법에 있어서 글라스 기판 위에 패턴 및 패널 아이디 마킹과 주변 노광을 행하는 라인 공정을 설명하기 위한 플로우차트.
도 4 는 본 고안에 따른 BM 수지의 광대역으로 패턴을 형성하기 위한 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 보인 개략 구성도.
도 5 는 본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 보인 상세 기능 블록도.
도 6 은 도 5 에서 광대역 마킹장치의 주요 부분에 대한 개략 구성도.
도 7 은 도 6 에서 보인갈바노 스캐너의 상세 구성도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10. 글라스 기판 12. 단방향측 주변 노광부
14. 단방향측 S패턴부 16. 장방향측 주변 노광부
18. 장방향측 S패턴부 20. 노광장치
21. 자외선램프 22. 타원경
23. 3축조정 스테이지 24. 빔 호모지나이저
25. 셔터 26. 폭 블레이드
100. 스테이지 110. 가로대
120. 프론트 마킹부 124. 리어 마킹부
130. 글라스 기판
200. 광대역 마킹장치 210. 레이저 발생기
215. 편광판 220a, 222a. 제어모터
220, 222, 230a, 230b, 231a, 231b, 231c. UV 미러
232, 233, 234. 빔 스플리터 232a, 233a. 비전 시스템
240, 241. 광학셔터 250, 251. 감쇠기
260, 261. 안전셔터 270, 271. 빔 호모지나이저
280, 281. 집광렌즈 290, 291. 다이나믹 익스팬더
300, 301 오브젝트 렌즈 310, 311. 갈바노 스캐너
본 고안은 레이저 기반의 광대역 마킹장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이나믹 익스팬더와 오브젝트 렌즈를 각각 포함하는 적어도 2개의 스캔헤드를 사용하여 광대역의 글라스 기판 위에 글라스 아이디와 패널 아이디를 마킹함과 더불어 주변부의 들뜸 현상을 방지하고 패널에 특정한 라인 패턴을 형성하기 위한 레이저 기반의 광대역 마킹장치에 관한 것이다.
도 1 은 일반적인 평판 디스플레이 글라스 기판의 주변 노광 및 S패턴을 설명하기 위한 도이다. 즉, LCD(Liquid Crystal Display)나 PDP(Plasma Display Panel) 등과 같은 평판 디스플레이(Flat Panel Display)의 글라스 기판의 주변 노광 및 S패턴을 설명하기 위한 도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 평판 디스플레이를 제조함에 있어서 글라스 기판(10) 위에 도포된 BM(Black Matrix) 수지(포토레지스트)의 외곽 부위 들뜸 현상을 사전에 방지하기 위해 글라스 기판(10)에 대해 그 단방향과 장방향으로 외곽에 70[mm] 이하의 선폭을 갖는 주변부(12, 16) 노광을 행하고, 이외에도 글라스 기판(10) 상에 특정한 라인 형상의 패턴(14, 18 : 이하, "S패턴"이라 한다)을 형성하게 된다.
한편, 전술한 바와 같은 S패턴의 선폭과 패턴폭은 각각 대략 200[㎛]와 3000[㎛]이다. 그리고, 이렇게 정해진 선폭의 패턴을 형성하기 위해 퍼스널 컴퓨 터 등을 사용하여 선폭의 패턴을 제어하고 BM 수지의 노광을 위한 300[㎚] ~ 450[㎚] 파장대의 균일하고 적당한 출력의 광을 사용한다.
도 2 는 일반적인 자외선램프를 채택한 주변 노광 및 S패턴의 형성에 사용되는 노광장비의 구성도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 일반적인 주변 노광 및 S패턴 형성 장치(20)에서는 광원으로 300[㎚]~450[㎚]의 자외선 램프(21)가 사용되는데, 자외선 램프(21)에서 방출된 자외광은 이후에 타원경(22)에 의해 집속된 후에 빔 호모지나이저(Homogenizer, 24)를 통해 가우시안적인 광밀도 분포가 균일한 분포로 바뀌어 형성되게 된다.
도 2 에서 참조번호 23은 타원경(22)의 위치와 방향을 자유자재로 조절하기 위한 3축 조정스테이지를 나타내고, 25는 광을 통과 또는 차단시키는 셔터부를 나타내며, 26은 광의 폭을 조정하는 폭 블레이드를 나타낸다.
도 3 은 일반적인 평판 디스플레이 제조 방법에 있어서 글라스 기판 위에 패턴 및 패널 아이디 마킹과 주변 노광을 행하는 라인 공정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 3 에 도시된 바와 같이 종래 패턴 및 패널 아이디 마킹과 주변 노광을 행하는 라인 공정에 따르면 공정 전체의 클린화를 위한 세척공정(S1), 글라스 기판 위에 BM 수지의 도포를 균일하게 하는 스핀 코팅공정(S2)과 코팅공정이 끝난 글라스 기판에 원하는 마스크 패턴을 띄워 자외선을 쪼이는 노광공정(S3), 각 패널당 고유인식 코드를 레이저로 마킹하고 외각 들뜸 현상을 사전에 방지하는 아이디 마 킹 및 주변 노광공정(S4), 마스크 패턴으로 인해 자외선을 받은 부분은 약해지고 받지 않은 부분은 포토레지스트(Photo Resist) 코팅 상태를 유지하게 되어 자외선에 노출된 부분만 제거가 가능하게 하는 현상공정(S5), 노광공정에서 자외선을 받지 않은 포토레지스트에 의해 가려진 부분을 제외한 증착막을 제거하는 식각공정(S6) 및 남은 포토레지스트를 용제를 이용하여 제거하는 포토레지스트 스트립 공정(S7)이 순차적으로 수행되게 된다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따르면 자외선램프의 수명이 1000시간 정도에 불과하기 때문에 단기간 사용 후에 이를 교체해야 하는 바, 이에 따라 램프 교체 비용이 적지 않게 소요되는 문제점이 있고, 이외에도 램프 교체를 위해 공정 라인을 일정시간 동안 멈추어야 하는 시간적인 손실이 있다.
또한, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따르면 램프의 특성 때문에 공압조절 및 램프의 파손으로 인한 안전상의 문제점이 있으며, 나아가 완벽히 직진하는 직진광을 형성하지 못하기 때문에 노광 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
무엇보다도, 각 타원경의 노광 허용범위의 한계로 인하여 그 사이즈가 커진 글라스 기판의 전 영역에 걸쳐서 노광을 수행하기 위해서는 많은 수의 타원경 및 높은 파워를 갖는 수은램프가 구비 되어야 하는 문제점이 있었고, 이를 본 출원인이 제안한 레이저를 이용한 노광장치로 대체하더라도 다수, 예를 들어 7세대 글라스 기판의 경우에 총 8개의 스캔헤드가 필요하다고 하는 문제점이 있었다.
본 고안은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 고안의 주된 목적은 자외선램프의 실제 노광 에너지와 파장이 유사한 355[㎚]의 자외선 영역의 레이저와 광학기구를 사용하여 글라스 아이디와 패널 아이디의 마킹 및 주변 노광을 수행함과 더불어 마스크에 라인 혹은 면 타입의 빔을 조사하여 특정 패턴을 형성할 수 있도록 하되, 집속능력이 보다 뛰어나면서도 2개 이상의 스캔헤드로 광대역으로 패턴을 형성하고 정밀도가 우수한 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 제공함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 고안의 다른 목적은 자외선램프의 실제 노광 에너지와 파장이 유사한 355[㎚]의 자외선 영역의 레이저와 광대역으로 패턴을 형성할 수 있는 다이나믹 익스팬더 렌즈, 오프젝트 렌즈 및 스캔헤드 등을 사용하여 평판 디스플레이 제조시 글라스 기판위의 포토레지스트로 사용되는 BM 수지 도포 후 글라스 아이디와 패널 아이디의 마킹 및 주변 노광에 의해 필름 외곽부의 들뜸 현상을 방지하고 패널에 특정한 라인패턴을 형성하되 집속능력이 보다 뛰어나면서도 2개의 헤드로 광대역으로 패턴을 형성하고, 정밀도가 우수한 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 고안은 다음과 같다. 즉, 본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치는 글라스 아이디와 패널 아이디 및 노광을 처리할 글라스 기판을 탑재한 채로 고속으로 이송하는 스테이지; 소정 파장의 UV 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기; 레이저 발생기에서 발사된 UV 레이저빔을 선형파로 변경시켜 주는 편광판; 편광판에서 편광된 선형파의 UV 레이저빔을 반사 하여 정렬하는 적어도 하나 이상의 UV 미러; 각각의 UV 미러를 2축 제어하는 적어도 하나 이상의 제어모터; 각각이 레이저빔의 확대 또는 축소 및 마킹 허용 범위를 담당하는 다이나믹 익스팬더 렌즈, 다이나믹 익스팬더 렌즈에서 출사된 레이저빔을 평행광으로 만들어서 글라스 기판에 포커싱시켜 주는 오브젝트 렌즈와 X축 및 Y축으로 스캐닝할 수 있는 2축 갈바노 스캐너를 포함하는 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드; 및 UV 미러를 통해 정렬된 레이저빔을 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드로 분기시키는 빔 스플리터를 포함하여 이루어진다.
전술한 구성에서 빔 스플리터는 1개로 이루어져 UV 미러에 의해 정렬된 레이저빔의 경로를 일정 비율로 반사 및 통과시켜 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드의 2경로로 분기시키는 기능을 담당한다.
나아가, 갈바노 스캐너는 X축 및 Y축으로 스캐닝 할 수 있는 2축 갈바노 모터 및 상기 2축 갈바노 모터 끝단에 장착되어 빔의 반사를 담당하는 스캐닝용 UV 미러로 구성될 수 있다.
또한, 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드 각각은 빔 스플리터를 통해 분기된 레이저빔의 오목 혹은 볼록렌즈가 복합적으로 구성되어 이루어져 가우시안 분포를 갖는 레이저빔의 광밀도 분포를 균일하게 하는 빔 호모지나이저 및 글라스 아이디와 패널 아이디 또는 원하는 주변 노광 폭만큼의 빔폭을 형성하기 위해 레이저빔을 평행광으로 만들어 주는 집광렌즈를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서, 빔 호모지나이저와 집광렌즈 사이에 레이저빔의 출력을 감쇠시켜 그 출력의 변동폭을 상대적으로 감쇠시키는 감쇠기를 더 구비할 수 있고, 더욱이 감쇠기의 전단에 레이저빔의 온/오프를 광학적으로 제어하는 광학 셔터를 더 구비시킬 수도 있다.
또한, 전술한 UV 미러에 의해 정렬 상태를 모니터링하는 비전 시스템 및 UV 미러에 의해 정렬된 레이저빔을 비전 시스템으로 분기시키는 빔 스플리터를 더 구비시킬 수도 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시 예에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치에서 핵심적인 기술 사상은 자외선램프를 사용하는 광원을 레이저 기반의 광원으로 대체하고, 스캔헤드의 타켓 판의 허용마킹 범위를 다이나믹 익스팬더 렌즈(dynamic expander lenz; 이하 간단히 "다이나믹 액스팬더"라고도 한다)와 오브젝트 렌즈를 이용하여 넓힘으로써 광대역 마킹을 행할 수 있도록 하는데 있다. 즉, 본 고안은 종래의 자외선램프를 대체하여 355[㎚] DPSS Nd:YVO4(Diode Pumped Solid State Neodymium doped Yttrium ortho Vanadate)의 레이저를 사용하게 되면 레이저 고유의 특징을 바탕으로 정밀한 조정이 가능하여 높은 수준의 노광 품질을 얻을 수 있으며, 또한 레이저마킹에 의해 7세대 글라스 기판의 전역(2,250 * 1,950)에 대해 글라스 아이디와 패널 아이디의 마킹, 주변부 노광 및 각종 라인을 패터닝하기 위해 기존에 8개 이상의 스캔헤드가 필요했던 것을 개량하여 2개의 광대역 스캔헤드로 충분하도록 구현한 점에 있다.
일반적으로, BM 수지를 패터닝하기 위한 자외선램프로는 300[㎚] ~ 450[㎚] 파장 영역의 초고압 수은램프가 주로 사용되는데, 대략적으로 패터닝에 필요한 에너지 밀도로 50[mJ/㎠]를 갖는 1[W]급이 사용한다.
아래의 수학식 1 은 BM 수지의 패터닝 등에 필요한 종래의 자외선램프의 첨두 출력과 기타 변수와의 관계를 나타내고 있다.
Figure 112006032787557-utm00001
위의 수학식 1에서
Figure 112006032787557-utm00002
는 첨두 출력(Peak Power)을 나타내고,
Figure 112006032787557-utm00003
는 펄스 지속시간(Pulse Duration Time)을 나타내며,
Figure 112006032787557-utm00004
와
Figure 112006032787557-utm00005
은 각각 평균 출력(Average Power)과 펄스 반복률(Pulse Repetition Rate)를 나타낸다.
따라서, 평균 출력(
Figure 112006032787557-utm00006
)이 1[W]이고, 펄스 지속시간(
Figure 112006032787557-utm00007
)이 10[㎱]이며, 펄스 반복률(
Figure 112006032787557-utm00008
)이 20[㎑]인 DPSS UV(Ultra Violet) 레이저를 사용하는 경우에 위의 수학식 1 에 의해 첨두 출력(
Figure 112006032787557-utm00009
)이 5[㎾]로 계산되기 때문에 노광에 필요한 충분한 에너지를 가짐을 알 수가 있다.
도 4 는 본 고안에 따른 BM 수지의 글라스 아이디와 패널 아이디 및 주변 노광을 위한 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 보인 개략 구성도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이 본 고안의 노광장치에 따르면 시료를 정밀하면서도 고속으로 이송시키는 스테이지(100)에 평판 디스플레이 글라스 기판(130)이 탑재되어 전진하게 된다.
한편, 스테이지(100)의 상부에는 이를 가로질러 스테이지(100)와는 독립적으로 가로대(110)가 설치된다.그리고 이러한 가로대(110)의 좌측 부위에는 글라스 기판(130)의 전방 노광을 수행함과 함께 글라스 아이디와 패널 아이디를 마킹하기 위한 하나의 스캔헤드로서의 프론트 마킹부(120)가 배치되고, 그 우측 부위에는 글라스 기판(130)의 후방 노광을 수행함과 아울러 글라스 아이디와 패널 아이디를 마킹하기 위한 다른 하나의 스캔헤드로서의 리어 마킹부(124)가 배치되게 된다.
전술한 바와 같은 구조에 의해 시료, 즉 글라스 기판(130)이 탑재된 스테이지(100)가 정밀하면서도 고속으로 가로대(110) 밑을 통과하여 전진하는 과정에서 프론트 마킹부(120)와 리어 마킹부(124)가 주변 노광 및 글라스 아이디와 패널 아이디 마킹을 동시에 수행할 수 있게 된다.
도 5 는 본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치를 보인 상세 기능 블록도, 도 6 은 도 5 에서 광대역 마킹장치의 주요 부분에 대한 개략 구성도, 도 7 은 도 6 에서 보인갈바노 스캐너의 상세 구성도이다.
먼저, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이 본 고안의 레이저 기반의 광대역 마킹장치는 전술한 바와 같은 프론트 마킹부(120), 리어 마킹부(124), 종래의 자외선램프를 대체하는 광원으로서 BM 수지의 소재 흡수율이 적합한 레이저인 355[㎚] DPSS Nd:YVO4로 이루어진 레이저 발생기(210), 레이저 발생기(210)에서 발사된 UV 레이저빔을 선형 편광하는 편광판(215), 편광된 레이저빔을 반사하여 정렬하는 적어도 하나 이상의 UV 미러(220, 222)와 이러한 UV 미러(220, 222)를 2축(X축 및 Y축) 제어하여 그 각도와 위치를 조정하는 제어모터(220a, 222a), UV 미러(220, 222)에 의해 정렬된 레이저빔의 경로를 일정 비율로 반사 및 통과시켜 프론트 마킹부(120) 및 리어 마킹부(124)의 2경로로 분기시키는 1개의 빔 스플리터(beam splitter : 234)와 프론트 마킹부(120) 및 리어 마킹부(124)에 대해 각각 쌍으로 구비되는 UV 미러(230a, 230b, 231a, 231b, 231c)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같은 구성에서 편광판(215)은 더욱 정밀하게 파워를 보정하기 위하여 삽입될 수 있고 하나의 빔 스플리터(234)는 레이저빔을 1:1로 분기 시키게 된다. 또한, 마지막 단의 UV 미러(231c)는 100% 반사 미러로 구현될 수 있고, 나머지의 UV 미러(230a, 230b, 231a, 231b, 231c)는 레이저빔을 더욱 정밀하게 보정하기 위한 용도로 주어질 수 있다.
다음으로, 프론트 마킹부(120)와 리어 마킹부(124)는 각각 빔 스플리터(234)와 UV 미러(230a, 230b, 231a, 231b, 231c)를 통해 분기된 레이저빔을 광학적으로 신속하게 온/오프 제어하기 위한 광학셔터(acoustooptic modulator : 240, 241), 광학셔텨(240, 241)를 통과한 레이저빔의 출력을 감쇠시켜 그 출력의 변동폭을 상대적으로 감쇠시키는 감쇠기(attenuator : 250, 251), 오목 혹은 볼록렌즈가 복합적으로 구성되어 이루어져서 가우시안 분포를 갖는 레이저빔의 광밀도 분포를 균일하게 하는 빔 호모지나이저(270, 271), 레이저빔을 평행광으로 만들어주는 집광 렌즈(280, 281), 집광렌즈(280, 281)를 통해 평행광이 된 레이저빔을 광폭의 크기를 원하는 크기로 확대 또는 축소함과 아울러 포커싱을 행하는 다이나믹 익스팬더(290, 291) 1개 이상의 렌즈가 복합적으로 구성되어진 오브젝트 렌즈(300, 301), 확대 또는 축소 및 포커싱을 행한 다이나믹 익스팬더(290, 291) 및 오브젝트 렌즈(300, 301)를 통과한 레이저빔의 폭을 주변 노광부의 폭만큼 스캐닝하여 주는 갈바노 스캐너(310, 311)로 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서 광학셔터(240, 241)는 크리스털에 일정한 전류를 흘려보내 주면 레이저빔이 굴절을 일으킴으로써 셔터의 역할을 하게 된다. 도 5 에서 미설명 260 및 261은 프론트 마킹부(120)와 리어 마킹부(124)의 각각에 대해 안전을 위해 미세하게 누설되는 레이저빔이 없도록 차단하는 안전셔터를 나타낸다.
한편, 각각의 갈바노 스캐너(310, 311)는 도 7 에 도시된 바와 같이 끝단에 X축 및 Y축용 UV 미러(310a, 321b, 311a, 311b)가 축 결합된 적어도 1개 이상(본 실시 예에서는 2개)의 갈바노 모터(310c, 311c, 310d, 311d)로 이루어져 입사되는 레이저빔을 X 및 Y축으로 반사시켜 스캐닝하게 된다. 여기에서, UV 미러(310a, 321b, 311a, 311b)는 갈바노 모터(310c, 311c, 310d, 311d)에 의해 X축 및 Y축으로 회전하여 마킹 허용 범위 안의 글라스 아이디와 패널 아이디 및최대 노광폭을 만들어 주게 된다.
도면에서 미설명 부호 232a 및 233a는 각각 레이저빔의 정렬 유무의 모니터링 등에 사용되는 비전 시스템을 나타내고, 232 및 233은 각각 UV 미러(220, 222)에 의해 정렬된 레이저빔을 분기하여 이들 비전 시스템(232a, 233a)에 전달하는 빔 스플리터를 나타낸다. 나아가, 스테이지(100), 제어모터(220a, 222a), 광학셔 터(240, 241), 감쇠기(250, 251), 안전 셔터(260, 261), 1개 이상의 모터가 장착된 다이나믹 익스팬더(290, 291), 갈바노 스캐너(310, 311)와 같이 전자적으로 제어되는 구성부에 대한 제어 명령은 퍼스널 컴퓨터에 의해 하달될 수 있을 것이다.
이하에서는 전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치에 대해 설명한다. 먼저, 스테이지(100) 상에 글라스 기판(130)을 탑재한 채로 정밀하면서도 고속으로 이동시키는 과정 중에 355[㎚] DPSS Nd:YVO4로 이루어진 레이저 발생기(210)를 작동시키면서 원하는 출력의 직진하는 레이저 광원을 편광판의 편광특성에 의해 선형파장(레이저에는 P파(종파)와 S파(횡파)가 존재함)만 최초 광원으로 확보하게 된다.
다음으로, 전술한 바와 같이 확보된 단일의 레이저빔은 빔 스플리터(234) 및 UV 미러(230a, 230b 231a, 231b, 231c)에 의해 프론트 노광부(120)와 리어 노광부(124)로 분기되어 제공되게 되는데, 이에 따라 레이저빔의 정렬도가 매우 중요하게 된다. 그리고, 이러한 레이저빔의 정밀 정렬은 X축 및 Y축의 2축 제어가 가능한 제어모터(220a, 222a)에 의해 UV 미러(220, 222)의 위치와 각도를 정밀하게 조정함으로써 달성될 수 있다.
한편, UV 미러(220, 222)를 통과하면서 정렬이 완료된 레이저빔은 전술한 바와 같이 2개의 빔 경로로 분기되어야 하는 바, 이는 레이저빔을 일정비율로 반사하고 통과시키는 1개의 빔 스플리터(234)에 의해 달성될 수 있다. 그리고, 이렇게 2경로로 분기된 레이저빔은 통상적으로 가우시안 분포를 나타내는데, 이와 같이 가우시안 분포를 갖는 광은 노광 주변부의 품질을 저하시키는 원인으로 작용하게 된 다. 이를 해소하기 위해 본 고안에서는 오목 혹은 볼록렌즈가 복합 구성되어 광밀도 분포를 균일하게 하는 각각의 빔 호모지나이저(270, 271)에 의해 가우시안 밀도를 갖는 레이저빔의 광밀도 분포를 균일하게 하고, 이에 따라 노광시 높은 노광 품질을 기대할 수가 있다.
또한, 높은 품질의 레이저빔을 얻는 다른 하나의 방법으로 출력의 변동폭을 줄여주는 방법이 있는데, 각각의 감쇠기(250, 251)를 통해 레이저빔의 출력을 감쇠시켜서 결과적으로 출력의 변동폭을 줄일 수가 있게 된다.
다음으로, 빔 호모지나이저(270, 271) 또는 감쇠기(250, 251)를 통과하여 균일하고 안정화된 레이저빔은 이후에 각각의 집광렌즈(280, 281)에 의해 집광된다. 이후에 각각의 다이나믹 익스팬더(290, 291)에서는 집광렌즈(280, 281)에 의해 집광되어 작은 광폭을 갖는 레이저빔의 크기를 원하는 비율로 확대 또는 축소하여 마킹 허용 범위를 담당하고, 오브젝트 렌즈(300, 301)에서는 다이나믹 익스팬더(290, 291)에서 출사된 레이저빔을 평행광으로 만들어서 글라스 기판(130)에 포커싱시켜 주는데, 이러한 다이나믹 익스팬더(290, 291)와 오브젝트 렌즈(300, 301)가 본 고안의 광대역 마킹장치의 핵심적인 광학 파트가 될 수 있다.
한편, 갈바노 스캐너(310, 311)의 갈바노 모터(310c, 311c, 310d, 311d)의 제어, 즉 UV 미러(310a, 321b, 311a, 311b)의 회전에 의해 허용 가능한 최대 노광폭을 만들어 주게 된다.
본 고안에 따른 레이저 기반의 광대역 마킹장치는 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 고안의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들어, 도 5 의 실시 예에서는 빔 호모지나이저(270, 271)와 감쇠기(250, 251)를 함께 사용하는 것으로 하여 설명을 진행하였으나 빔 호모지나이저(270, 271)만을 사용하여 마킹 품질을 유지시키는 것이 가능한 경우에는 빔 호모지나이저(270 ; 271)만을 채택할 수도 있고, 반대로 감쇠기(250, 251)만을 채택할 수도 있을 것이다.
나아가, 프론트 노광이나 리어 노광과 같은 주변부 전용 노광용으로도 사용될 수 있을 것이며, 이 경우에 본 고안에 따른 노광장치의 구성도 적절하게 생략될 수 있을 것이다. 또한, 레이저 발생기의 종류도 자외선램프의 파장 범위 내에서 적절하게 변형될 수 있을 것이고, 더욱이 일반적인 마킹 장비로도 활용이 가능할 것이다. 이하, 프론트 노광부 및 리어 노광부를 각각 프론트용 광대역 스캔헤드 및 리어용 광대역 스캔헤드라고 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 고안의 레이저 기반의 광대역 마킹장치에 따르면 첫 번째로 기존의 램프방식의 노광장치의 광원이 레이저로 바뀌면서 램프의 교체비용, 교체시간, 교체시 생기는 작업 중지 기간 및 교체 후 장비의 리셋(reset) 과정 등이 필요치 않게 된다.
두 번째로, 레이저가 가지는 고유의 직진성, 집광성 및 단색성을 바탕으로 좀 더 높은 노광 품질을 기대할 수 있고 제어가 용이하게 된다.
세 번째로, 각각의 광학장치를 제어함에 있어 기존의 램프방식은 구성 특성상 고정식 혹은 수작업이 주를 이루고 있어 최초 셋업(setup) 혹은 리셋(reset) 시 정밀도와 객관성이 떨어지는데 반하여 본 고안에서는 레이저 광학장치를 제어함에 있어서 그 구성 특성상 퍼스널 컴퓨터와의 연동이 가능하기 때문에 정밀도를 높일 수 있다.
네 번째, 편광판을 사용함으로써 보다 정밀한 파워 보정이 가능해지고, 안전셔터 및 광학셔터를 채택함으로써 안전도를 보다 증대시킬 수가 있다.
마지막으로, 퍼스널컴퓨터의 제어 하에 다이나믹 익스팬더와 오브젝트 렌즈를 탑재한 스캔헤드를 통하여 레이저빔의 확대 또는 축소 및 포커싱을 할 수 있어서 레이저빔의 집속 능력과 정밀도를 향상시키면서도 7세대 글라스 기판을 충분히 커버하는 최대 마킹 범위 2400㎜의 광대역으로 글라스 아이디와 패널 아이디 및 패터닝 노광을 형성할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 글라스 아이디와 패널 아이디 및 노광을 처리할 글라스 기판을 탑재한 채로 고속으로 이송하는 스테이지;
    소정 파장의 UV 레이저빔을 발생시키는 레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기에서 발사된 UV 레이저빔을 선형파로 변경시켜 주는 편광판;
    상기 편광판에서 편광된 선형파의 UV 레이저빔을 반사하여 정렬하는 적어도 하나 이상의 UV 미러;
    상기 각각의 UV 미러를 2축 제어하는 적어도 하나 이상의 제어모터;
    각각이 레이저빔의 확대 또는 축소 및 마킹 허용 범위를 담당하는 다이나믹 익스팬더 렌즈, 상기 다이나믹 익스팬더 렌즈에서 출사된 레이저빔을 평행광으로 만들어서 글라스 기판에 포커싱시켜 주는 오브젝트 렌즈와 X축 및 Y축으로 스캐닝할 수 있는 2축 갈바노 스캐너를 포함하는 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드; 및
    상기 UV 미러를 통해 정렬된 레이저빔을 상기 프론트용 광대역 스캔헤드와 리어용 광대역 스캔헤드로 분기시키는 빔 스플리터를 포함하여 이루어진 레이저 기반의 광대역 마킹장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 스플리터는 1개로 이루어져 상기 UV 미러에 의해 정렬된 레이저빔의 경로를 일정 비율로 반사 및 통과시켜 상기 프론트용 광대역 스캔헤드 및 상기 리어용 광대역 스캔헤드의 2경로로 분기시키는 것을 특징으로 하는 레이저 기반의 광대역 마킹장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 갈바노 스캐너는 X축 및 Y축으로 스캐닝 할 수 있는 2축 갈바노 모터; 및
    상기 2축 갈바노 모터 끝단에 장착되어 빔의 반사를 담당하는 스캐닝용 UV 미러로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 기반의 광대역 마킹장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프론트용 광대역 스캔헤드 및 상기 리어용 광대역 스캔헤드 각각은 상기 빔 스플리터를 통해 분기된 레이저빔의 오목 혹은 볼록렌즈가 복합적으로 구성되어 이루어져 가우시안 분포를 갖는 레이저빔의 광밀도 분포를 균일하게 하는 빔 호모지나이저; 및
    글라스 아이디와 패널 아이디 또는 원하는 주변 노광 폭만큼의 빔폭을 형성하기 위해 레이저빔을 평행광으로 만들어 주는 집광렌즈를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 기반의 광대역 마킹 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 빔 호모지나이저와 상기 집광렌즈 사이에 레이저빔의 출력을 감쇠시켜 그 출력의 변동폭을 상대적으로 감쇠시키는 감쇠기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 기반의 광대역 마킹장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 감쇠기의 전단에 레이저빔의 온/오프를 광학적으로 제어하는 광학 셔터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 기반의 광대역 마킹장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 UV 미러에 의해 정렬 상태를 모니터링하는 비전 시스템; 및
    상기 UV 미러에 의해 정렬된 레이저빔을 상기 비전 시스템으로 분기시키는 빔 스플리터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 기반의 광대역 마킹장치.
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