KR20130071289A - 레이저 가공장치 - Google Patents

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KR20130071289A
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Abstract

본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 특히, 기판 중에서 레이저 가공이 요구되는 부분에만 선택적으로 레이저 가공이 진행될 수 있는 레이저 가공장치에 관한 것이다.
본 발명은, 레이저빔을 조사하는 레이저발생부와, 기판이 안착되는 반응챔버와, 레이저발생부로부터 조사되는 레이저빔을 반응챔버 내부로 전달하는 광학부와, 레이저발생부로부터 조사되는 레이저빔을 차단하는 차단부를 포함하는 레이저 가공장치를 제공한다.

Description

레이저 가공장치 {LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 특히, 기판 중에서 레이저 가공이 요구되는 부분에만 선택적으로 레이저 가공이 진행될 수 있는 레이저 가공장치에 관한 것이다.
반도체, FPD, 및 태양광 소자 등을 제조할 때에 고온에서 박막을 증착하면 열화학반응에 의해 반응로가 오염되거나 원하지 않는 화합물 생성되는 등 많은 문제가 발생한다.
따라서 낮은 온도에서 박막을 증착하기 위하여 레이저 여기 플라즈마 화학기상증착 등이 사용되고 있다.
한편, 기판이 대형화됨에 따라 박막 증착 후 어닐링(annealing)을 할 때 균일성을 확보하기 힘들어 여러 가지 대안들이 제시되고 있으며 그 중에 하나가 레이저를 이용한 어닐링 방법이다.
반응챔버에는 반응가스 유출입구가 마련되며 상단에는 석영창이 설치된다. 석영창의 위쪽에는 레이저 장치가 설치되며, 레이저 장치에서 조사되는 레이저 빔은 석영창을 통과하여 반응챔버 내의 기판에 도달한다.
레이저빔은 커튼형태로 기판에 대해 수직하게 또는 약간의 기울기가 있는 상태로 조사된다.
기판은 레이저빔의 면에 대해서 일측 방향으로 수평 이동함으로써 기판의 전면에 레이저빔의 조사가 이루어진다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2010-0138509호(2010년 12월 31일 공개, 발명의 명칭 : 에너지 빔의 길이 및 강도 조절이 가능한 레이저 가공 장치)에 개시되어 있다.
일반적인 레이저 가공장치는 기판 전체에 레이저빔을 조사하여 레이저 가공을 행하기 때문에 기판 중에 가공이 요구되지 않는 부분까지도 레이저빔이 조사되어 레이저 가공공정에 소요되는 시간을 줄이기 어려운 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 기판 중에서 레이저 가공이 요구되는 부분에만 선택적으로 레이저 가공이 진행될 수 있는 레이저 가공장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 레이저빔을 조사하는 레이저발생부; 기판이 안착되는 반응챔버; 상기 레이저발생부로부터 조사되는 레이저빔을 상기 반응챔버 내부로 전달하는 광학부; 및 상기 레이저발생부로부터 조사되는 레이저빔을 차단하는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치를 제공한다.
또한, 상기 차단부는, 상기 레이저발생부의 배출구에 설치되고 레이저빔이 통과되는 유입구 및 토출구를 구비하는 케이스; 상기 유입구와 상기 토출구 사이에 설치되고 레이저빔을 반사시켜 레이저빔이 상기 토출구 통해 조사되는 것을 방지하는 제1차단부; 및 상기 제1차단부에 의해 반사되는 레이저빔의 강도를 측정하는 파워미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1차단부는, 상기 유입구와 상기 토출구 사이에 설치되는 제1반사판; 상기 제1반사판을 지지하고 상기 케이스에 회전 가능하게 설치되는 제1회전축; 및 상기 제1회전축에 동력을 제공하는 제1모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차단부는, 상기 제1차단부에 의해 반사되는 레이저빔을 반사시키는 제2차단부; 및 상기 제2차단부로부터 반사된느 레이저빔을 상쇄시키는 빔덤프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2차단부는, 상기 제1반사판과 상기 파워미터 사이에 설치되는 제2반사판; 상기 제2반사판을 지지하고 상기 케이스에 회전 가능하게 설치되는 제2회전축; 및 상기 제2회전축에 동력을 제공하는 제2모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 가공장치는 기판 중에 레이저 가공이 요구되는 부분에만 레이저빔을 조사할 수 있으므로 레이저빔을 조사하는 작업시간이 단축되어 레이저 가공에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 정확한 위치에 결정화를 행할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치가 도시된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 반응챔버 및 표시부가 도시된 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치에 의해 기준점이 생성된 기판의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 표시부가 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 제거부가 도시된 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 차단부가 도시된 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 레이저 검사상태가 도시된 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 차단부 작동 상태가 도시된 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 스테이지가 도시된 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치가 도시된 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 제어방법이 도시된 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 산소배출방법이 도시된 순서도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 진동감지방법이 도시된 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 가공장치 및 그 제어방법의 일 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 반응챔버 및 표시부가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치에 의해 기준점이 생성된 기판의 평면도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 표시부가 도시된 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 제거부가 도시된 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 기판(100)이 안착되는 스테이지(12)를 구비하는 반응챔버(10)와, 반응챔버(10)에 구비되고 기판(100)에 기준점(102)을 성형하는 표시부(20)와, 기판(100)의 위치 또는 기준점(102)의 위치를 감지하는 센싱부(26)와, 기판(100)이 안착되는 스테이지(12)를 이동시키는 구동부(14)와, 레이저빔을 조사하는 레이저발생부(50)와, 레이저발생부(50)로부터 조사되는 레이저빔을 반응챔버(10) 내부로 전달하는 광학부(70)와, 레이저발생부(50)로부터 조사되는 레이저빔을 차단하는 차단부(51)와, 스테이지(12)에 구비되고 기판(100)과 스테이지(12) 사이의 산소를 반응챔버(10) 외부로 배출하는 진공부(30)와, 반응챔버(10), 레이저발생부(50), 광학부(70) 또는 스테이지(12)의 진동을 감지하는 진동감지부(80)와, 센싱부(26)로부터 송신되는 위치신호에 따라 표시부(20) 또는 구동부(14)에 작동신호를 송신하고, 스테이지(12)에 기판(100)이 안착되면 스테이지(12)의 중앙부(12a)로부터 외측 방향으로 단계적인 산소배출작업이 진행되도록 진공부(30)에 작동신호를 송신하고, 진동감지부(80)로부터 송신되는 진동신호에 따라 차단부(51)의 작동여부를 판단하는 제어부(90)를 포함한다.
반응챔버(10) 내부에 기판(100)이 수납되면 센싱부(26)의 작동에 의해 기판(100)의 위치가 감지되어 제어부(90)에 위치신호를 송신하게 되고, 제어부(90)에서 송신되는 작동신호에 따라 구동부(14)가 구동되어 기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되도록 기판(100)이 이동된다.
기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되도록 이동되면 표시부(20)의 작동에 의해 기판(100) 내부의 목표위치에 기준점(102)이 가공된다.
기준점(102)이 가공된 후에는 센싱부(26)의 작동에 의해 송신되는 기준점(102)의 위치로부터 레이저 가공이 이루어지는 가공위치(106)까지의 거리 및 방향을 계산하여 가공위치(106)를 판단하게 된다.
기판(100)의 가공위치(106)가 반응챔버(10) 내부로 조사되는 레이저빔과 대향되도록 구동부(14)가 작동되어 기판(100)을 이동시키게 된다.
이후에, 레이저발생부(50)로부터 레이저빔이 공급되면 광학부(70)를 따라 반사되면서 반응챔버(10) 측으로 레이저빔이 공급되고, 반응챔버(10) 상면에 설치되는 석영창을 통해 레이저빔이 반응챔버(10) 내부로 공급된다.
이때, 반응챔버(10) 내부에 설치되는 스테이지(12)의 상면에는 기판(100)이 안착되므로 반응챔버(10) 내부로 공급되는 레이저빔에 의해 기판(100)의 가공위치(106)에 레이저 가공이 이루어지게 된다.
표시부(20)는, 반응챔버(10) 내부에 설치되고 기판(100)에 레이저빔을 조사하는 가공부(22)와, 가공부(22)에 의해 기준점(102)이 가공되면서 발생되는 이물질을 흡입하여 반응챔버(10) 외부로 배출하는 제거부(24)를 포함한다.
가공부(22)는 반응챔버(10) 내부에 설치되므로 기판(100)에 기준점(102)을 가공하는 작업을 별도로 진행하지 않고, 반응챔버(10) 내부에 기판(100)을 수납한 후에 레이저 가공이 진행되기 전에 기준점(102)을 가공할 수 있게 된다.
기준점(102)을 가공할 때에는 가공부(22)에서 공급되는 레이저빔이 기판(100)에 조사되면서 이루어지고, 기준점(102) 가공작업이 진행되는 동안에 기판(100)에서 발생되는 이물질은 제거부(24)에 의해 흡입되어 반응챔버(10) 외부로 배출된다.
제거부(24)는 가공부(22)를 감싸도록 'C' 모양의 곡선을 이루는 곡선부(24a)와, 곡선부(24a)에 형성되어 이물질을 흡입할 수 있도록 하는 진공홀(24b)을 포함한다.
곡선부(24a)는 평면 형상이 'C' 모양으로 형성되고 제거부(24)를 이루는 블록의 하단부에 형성되며, 가공부(22)에서 레이저빔이 조사되는 부위를 감싸도록 배치된다.
곡선부(24a)의 내벽에 다수 개의 진공홀(24b)이 형성되고, 진공홀(24b)은 진공을 이루는 펌프에 연결되므로 가공부(22)로부터 조사되는 레이저빔은 곡선부(24a)를 지나 기판(100)에 조사되어 기준점(102)을 가공하게 된다.
이때, 기판(100)으로부터 발생되는 이물질은 진공홀(24b)을 통해 흡입된 후에 제거부(24) 내부에 형성되는 유로를 따라 반응챔버(10) 외부로 배출된다.
진공홀(24b)로부터 반응챔버(10) 외측으로 연장되는 유로 및 가공부(22)는 본 발명의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한다.
센싱부(26)는, 기판(100)의 모서리 위치를 감지하는 제1센서(26a)와, 기준점(102)의 위치를 감지하는 제2센서(26b)와, 반응챔버(10) 내부로 조사되는 레이저빔의 위치를 감지하는 제3센서(26c)를 포함한다.
기판(100)이 반응챔버(10) 내부로 수납되어 스테이지(12) 상면에 안착되면 다수 개의 제1센서(26a)가 기판(100)의 모서리를 감지하여 위치신호를 송신하므로 제어부(90)에서 기판(100)의 위치를 판단하게 된다.
기판(100)의 위치가 설정위치와 이격되면 제어부(90)에서 송신되는 구동신호에 따라 구동부(14)가 구동되어 기판(100)의 위치를 이동시킨다.
따라서 기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되도록 기판(100)이 설정위치에 배치되고, 가공부(22)로부터 레이저빔이 목표위치에 조사되어 기준점(102)을 가공하게 된다.
기준점(102)의 가공이 완료되면 제2센서(26b)에 의해 기준점(102)의 위치가 감지되어 위치신호가 제어부(90)에 송신되고, 제어부(90)에서 기준점(102)을 중심으로 하여 가공위치(106)를 계산하게 된다.
제3센서(26c)는 광학부(70)를 통해 반응챔버(10) 내부로 조사되는 레이저빔의 위치를 감지하므로 레이저 가공이 개시되는 초기에 레이저빔이 조사되는 위치와 기판(100)의 가공위치(106)가 대향되도록 레이저빔의 위치를 제어할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 차단부가 도시된 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 레이저 검사상태가 도시된 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 차단부 작동 상태가 도시된 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 스테이지가 도시된 평면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치가 도시된 블록도이다.
도 1, 도 6 내지 도 10을 참조하면, 진공부(30)는, 스테이지(12)에 구비되는 복수 개의 진공홀부(32)와, 진공홀부(32)에 연결되고 반응챔버(10) 외부로 산소를 배출하는 진공펌프(34)를 포함한다.
센싱부(26)에 의해 기판(100)의 위치가 감지되고, 구동부(14)에 의해 기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되게 배치된 후에는 진공펌프(34)가 작동되어 기판(100)과 스테이지(12) 사이에 잔존하는 산소가 진공홀부(32)를 통해 흡입되어 반응챔버(10) 외부로 배출된다.
따라서 기판(100)과 스테이지(12) 사이에 산소가 잔존하는 것을 방지할 수 있고, 레이저 가공이 진행될 때에 기판(100)에 이물질이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
스테이지(12)는, 스테이지(12)의 중앙을 가로지르도록 배치되어 스테이지(12)를 대칭되는 두 개의 구역으로 분할하는 중앙부(12a)와, 중앙부(12a)에 인접한 제1측부(12b)와, 제1측부(12b)의 외측에 인접한 제2측부(12c)와, 제2측부(12c)의 외측에 인접한 제3측부(12d)와, 제2측부(12c)를 가로지르도록 배치되는 복수 개의 교차부(12e)를 포함한다.
기판(100)과 스테이지(12) 사이에서 산소를 배출할 때에는 기판(100)의 중앙부(12a)로부터 산소를 배출하기 시작하여 외측 방향으로 단계적인 배출작업이 진행되어야 기판(100)의 중앙부(12a)에 산소가 잔존하는 것을 방지할 수 있게 된다.
따라서 스테이지(12)의 상면을 상기한 바와 같이 중앙부(12a), 제1측부(12b), 제2측부(12c), 제3측부(12d) 및 교차부(12e)로 분할하고, 각각의 구역으로부터 반응챔버(10) 외측으로 연장되는 배기라인을 설치한다.
진공홀부(32)는, 중앙부(12a) 내부에 형성되는 제1진공홀부(32a)와, 제1측부(12b) 내부에 형성되는 제2진공홀부(32b)와, 제2측부(12c) 내부에 형성되는 제3진공홀부(32c)와, 제3측부(12d) 내부에 형성되는 제4진공홀부(32d)와, 교차부(12e) 내부에 형성되는 제5진공홀부(32e)를 포함한다.
기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되도록 기판(100)이 정확한 위치에 안착되면 스테이지(12)의 중앙부(12a)에 형성되는 제1진공홀부(32a)에 연결되는 제1진공펌프(34a)가 구동되어 기판(100) 중앙부(12a)로부터 산소가 배출된다.
이후에, 제2진공펌프(34b), 제3진공펌프(34c), 제4진공펌프(34d) 및 제5진공펌프(34e)가 단계적으로 구동되어 제1측부(12b), 제2측부(12c), 제3측부(12d) 및 교차부(12e)에서 단계적으로 산소가 배출되어 기판(100)과 스테이지(12) 사이에 산소가 잔존하는 것을 방지하게 된다.
교차부(12e)는 제2측부(12c)를 가로지르도록 형성되는 구역이며, 다수 개가 간격을 유지하며 배치된다.
대형의 기판(100)이 스테이지(12)에 안착될 때에는 중앙부(12a)로부터 외측 방향으로 단계적인 산소배출을 행하여도 중앙부(12a)와 제3측부(12d) 사이에 산소가 잔존할 수 있다.
따라서 중앙부(12a)로부터 측 방향으로 단계적인 산소배출을 행한 후에 제2측부(12c)를 가로지는 교차부(12e)에서 재차 산소배출을 행하여 대형의 기판(100)과 스테이지(12) 사이에 산소가 잔존하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
차단부(51)는, 레이저발생부(50)의 배출구에 설치되고 레이저빔이 통과되는 유입구(52a) 및 토출구(52b)를 구비하는 케이스(52)와, 유입구(52a)와 토출구(52b) 사이에 설치되고 레이저빔을 반사시켜 레이저빔이 토출구(52b) 통해 조사되는 것을 방지하는 제1차단부(54)와, 제1차단부(54)에 의해 반사되는 레이저빔의 강도를 측정하는 파워미터(58)를 포함한다.
기판(100)이 스테이지(12)에 안착된 후에 레이저발생부(50)로부터 레이저빔이 조사되면 유입구(52a)를 통해 케이스(52) 내부로 유입된 후에 토출구(52b)를 지나 광학부(70) 측으로 조사된다.
광학부(70) 내부로 조사되는 레이저빔은 다수 개의 렌즈를 통과한 후에 반응챔버(10) 측으로 굴절 또는 반사되어 스테이지(12)에 안착된 기판(100)에 조사된다.
본 실시예는 차단부(51)의 작동에 의해 레이저빔의 선택적으로 차단되므로 레이저발생부(50)가 구동 중일 때에 반응챔버(10) 내부로 조사되는 레이저빔을 선택적으로 차단할 수 있게 된다.
따라서 기판(100) 내부에 레이저 가공이 요구되는 가공위치(106)와 가공위치(106) 사이에 간격이 연속적으로 배치되도록 레이저 가공을 행할 수 있게 된다.
스테이지(12)에 기판(100)이 안착된 상태에서 레이저빔이 반응챔버(10) 내부로 조사되면 레이저빔이 기판(100)에 조사되면서 레이저 가공이 이루어지며, 구동부(14)의 작동에 의해 스테이지(12)가 일측으로 이동되면 레이저빔이 기판(100)을 스캔하면서 넓은 면적에 레이저 가공을 행하게 된다.
본 실시예는 차단부(51)의 작동에 의해 레이저빔이 선택적으로 반응챔버(10) 내부로 조사되므로 구동부(14)의 작동에 의해 스테이지(12)가 이동될 때에 일정한 시간 차이를 유지하며 레이저빔이 반응챔버(10) 내부에 조사되면 다수 개의 가공위치(106) 사이에 일정한 간격이 유지되도록 기판(100)이 레이저 가공된다.
제1차단부(54)는, 유입구(52a)와 토출구(52b) 사이에 설치되는 제1반사판(54a)과, 제1반사판(54a)을 지지하고 케이스(52)에 회전 가능하게 설치되는 제1회전축(54b)과, 제1회전축(54b)에 동력을 제공하는 제1모터(54c)를 포함한다.
제1회전축(54b)은 제1반사판(54a)의 일측 단부에 연결되므로 제1모터(54c)에 의해 제1회전축(54b)이 회전되면 제1반사판(54a)이 회전축을 중심으로 회전되면서 유입구(52a)와 토출구(52b) 사이의 공간을 지나게 된다.
제1반사판(54a)이 유입구(52a)와 토출구(52b) 사이에 배치될 때에는 유입구(52a)를 통해 케이스(52) 내부로 유입되는 레이저빔이 제1반사판(54a)에 의해 반사되어 토출구(52b)를 따라 케이스(52) 외부로 배출되지 못하고 파워미터(58) 측으로 향하게 된다.
따라서 반응챔버(10) 내부로 조사되는 레이저빔은 시간 차이를 유지하며 조사되어 기판(100)의 가공위치(106) 사이에 간격(104)을 형성되는 레이저 가공을 행하게 된다.
제1반사판(54a)에 의해 반사되는 레이저빔은 파워미터(58)에 조사되므로 레이저발생부(50)로부터 조사되는 레이저빔의 파워를 측정할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예의 차단부(51)는, 제1차단부(54)에 의해 반사되는 레이저빔을 반사시키는 제2차단부(56)와, 제2차단부(56)로부터 반사되는 레이저빔을 상쇄시키는 빔덤프(59)를 더 포함한다.
제2차단부(56)의 작동에 의해 제1반사판(54a)에서 반사되는 레이저빔이 파워미터(58) 측으로 진행되지 않고 빔덤프(59) 측으로 반사되므로 빔덤프(59)에서 레이저빔이 상쇄된다.
파워미터(58)에 의해 레이저빔의 강도를 측정하는 작업은 일정 기간을 내에 주기적으로 이루어지거나 특정한 조건에 의해 이루어지는 시험이 진행될 때에 이루어지진다.
따라서 본 실시예와 같이 기판(100)에 불연속적인 가공위치(106)를 레이저 가공할 때에는 제1차단부(54) 및 제2차단부(56)를 동시에 작동시켜 유입구(52a)를 통해 케이스(52)로 유입되는 레이저빔을 제1차단부(54) 및 제2차단부(56)에 의해 빔덤프(59) 측으로 반사시켜 상쇄시킨다.
제2차단부(56)는, 제1반사판(54a)과 파워미터(58) 사이에 설치되는 제2반사판(56a)과, 제2반사판(56a)을 지지하고 케이스(52)에 회전 가능하게 설치되는 제2회전축(56b)과, 제2회전축(56b)에 동력을 제공하는 제2모터(56c)를 포함한다.
제2모터(56c)에 전원이 인가되어 제2회전축(56b)이 회전되면 제2반사판(56a)이 제1반사판(54a)과 파워미터(58) 사이에 배치되므로 제1반사판(54a)에 의해 파워미터(58) 측으로 반사되는 레이저빔이 제2반사판(56a)에 의해 빔덤프(59) 측으로 반사된다.
제1모터(54c)는 제2모터(56c)와 비교하여 큰 회전속도로 회전되는 대용량의 모터를 사용하며, 이는 제1반사판(54a)의 회전속도가 클수록 기판(100)에 가공되는 가공위치(106) 사이의 간격을 좁게 할 수 있으며, 비상시에 레이저빔을 신속하게 차단할 수 있게 하기 위한 것이다.
진동감지부(80)는, 반응챔버(10)에 설치되는 제1진동감지센서(82)와, 레이저발생부(50)에 설치되는 제2진동감지센서(84)와, 광학부(70)에 설치되는 제3진동감지센서(86)와, 스테이지(12)에 설치되는 제4진동감지센서(88)를 포함한다.
레이저 가공이 진행되는 동안에 제1진동감지센서(82)에 의해 반응챔버(10)에 발생되는 진동을 측정하고, 제2진동감지센서(84)에 의해 레이저발생부(50)에 발생되는 진동을 측정하고, 제3진동감지센서(86)에 의해 광학부(70)에 발생되는 진동을 측정하고, 제4진동감지센서(88)에 의해 스테이지(12)에 발생되는 진동을 측정한다.
제1진동감지센서(82) 내지 제3진동감지센서(86)에서 발생되는 진동의 크기가 설정치 이상이면 제어부(90)에서 비정상으로 판단하여 제1모터(54c)에 구동신호를 송신하므로 제1회전축(54b)이 회전되면서 제1반사판(54a)이 레이저빔을 파워미터(58) 측으로 반사시키게 된다.
따라서 광학부(70)를 따라 반응챔버(10) 내부로 조사되던 레이저빔은 차단되어 레이저 가공이 중단된다.
제4진동감지센서(88)에서 측정되는 진동이 설정치 이상일 때는 제어부(90)에서 비정상으로 판단하여 스테이지(12)에 제어신호를 송신하여 스테이지(12)에 발생되는 진동을 상쇄시키도록 한다.
본 실시예의 스테이지(12)는 기체가 충진되어 스테이지(12)를 지지하는 에어 스테이지(12)이며, 이는 본 발명의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 에어 스테이지(12)에 대한 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예의 광학부(70)는 레이저발생부(50)의 차단부(51)에 인접하게 설치되는 본체(74)와, 본체(74)를 지지하는 지지대(72)와, 본체(74)로부터 반응챔버(10)의 석영창 측으로 연장되는 통로부(76)와, 통로부(76)의 단부에 옵틱렌즈가 설치되어 이루어지는 공급부(78)를 포함한다.
광학부(70)에 설치되는 제3진동감지센서(86)는 본체(74)에 설치될 수 있으며, 통로부(76) 내부에 설치되는 복수 개의 렌즈에 설치될 수 있고, 공급부(78) 내부에 설치되는 옵틱렌즈에 설치될 수 있다.
이는 본 발명의 기술구성을 인지한 당업자가 용이하게 변경하여 실시할 수 있는 것이므로 다른 실시예에 대한 구체적인 도면이나 설명은 생략하기로 한다.
미설명 부호 22a는 가공부(22)로부터 레이저빔이 조사되는 토출홀부(22a)이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 제어방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 제어방법이 도시된 순서도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 산소배출방법이 도시된 순서도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 진동감지방법이 도시된 순서도이다.
도 1 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 제어방법은, 반응챔버(10) 내부에 안착되는 기판(100)의 위치를 감지하는 단계(S10)와, 기판(100) 내부의 목표위치에 표시부(20)가 대향되도록 기판(100)을 이동시키는 단계(s20)와, 표시부(20)를 구동시켜 기판(100)에 기준점(102)을 가공하는 단계(S30)와, 기판(100)과 스테이지(12) 사이의 산소를 제거하는 단계(S40)와, 공정이 개시된 후에 최초로 이루어지는 가공인지 판단하는 단계(50)와, 기준점(102)을 기준으로 하여 레이저 가공이 이루어지는 가공위치(106)를 계산하고 저장하는 단계(S60)와, 반응챔버(10) 외부로부터 반응챔버(10) 내부로 레이저빔을 조사하여 제어부(90)에 저장된 가공위치(106)에 레이저 가공을 행하는 단계(S70)와, 레이저 가공된 기판(100)의 개수가 설정치에 도달되었는지 판단하는 단계(S80)를 포함한다.
기판(100)이 반응챔버(10) 내부로 공급되어 스테이지(12)에 안착되면 제1센서(26a)에 의해 기판(100)의 모서리가 감지되고, 제1센서(26a)로부터 송신되는 위치신호에 의해 제어부(90)에서 기판(100)의 위치를 설정위치와 판단하게 된다.
기판(100)의 위치가 설정위치와 이격되는 경우에는 제어부(90)에서 송신되는 구동신호에 의해 구동부(14)가 구동되어 기판(100)이 설정위치에 배치되도록 한다.
여기서, 설정위치는 기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되도록 배치되는 위치를 의미한다.
기판(100)이 설정위치에 배치된 후에 가공부(22)로부터 레이저빔이 조사되어 기판(100)에 기준점(102)을 가공하면 반복하여 제공되는 기판(100)에 항상 동일한 위치에 기준점(102)을 가공할 수 있게 된다.
기준점(102)이 가공된 후에는 제2센서(26b)에서 기준점(102)의 위치를 감지하여 제어부(90)에 위치신호를 송신하고, 제3센서(26c)에서 레이저빔이 조사되는 위치를 감지하여 제어부(90)에 위치신호를 송신한다.
제2센서(26b) 및 제3센서(26c)로부터 수신되는 위치신호를 바탕으로 하여 제어부(90)에서는 기준점(102)으로부터 레이저 가공이 이루어질 가공위치(106)를 계산하게 된다.
상기한 바와 같은 센싱작동에 의해 레이저 가공이 반복되어 다수 개의 기판(100)이 공급되어도 동일한 가공위치(106)에 레이저 가공을 행할 수 있게 된다.
공정이 개시된 후에 최초로 이루어지는 가공인지 판단하는 단계(S50)에서 공정이 개시된 후에 최초로 이루어지는 가공이 아니면 반응챔버(10) 외부로부터 반응챔버(10) 내부로 레이저빔을 조사하여 제어부(90)에 저장된 가공위치(106)에 레이저 가공을 행하는 단계(S70)가 진행된다.
다수의 기판(100)에 레이저 가공을 행하는 양산공정이 진행될 때에는 최초 가공이 이루어질 때에 제어부(90)에 저장되는 가공위치(106)와 동일한 위치에 연속하여 레이저 가공을 행하게 된다.
따라서 두 번째 이루어지는 레이저 가공부(22)터는 기준점(102)으로부터 가공위치(106)를 계산하는 단계가 생략되어 진행되어 레이저 가공에 소요되는 시간을 줄일 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 레이저 가공은 제1모터(54c)에 의해 회전되는 제1반사판(54a)에 의해 레이저빔이 선택적으로 반응챔버(10)에 공급되므로 다수 개의 가공위치(106)가 간격을 유지하며 연속되게 배치되는 레이저 가공을 행할 수 있게 된다.
따라서 레이저 가공 이후에 진행되는 공정에서는 기준점(102)을 중심으로 하여 가공위치(106)를 판단하고, 레이저 가공이 이루어진 가공위치(106)에만 다음의 공정을 진행할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 제품으로 사용되지 않는 기판(100)에 레이저 가공 또는 다음의 공정들이 진행되지 않고, 가공위치(106)에만 선택적으로 공정이 진행되므로 제품 생산에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 나타나게 된다.
레이저 가공이 반복되어 레이저 가공된 기판(100)의 개수가 설정치에 도달되면 레이저 가공이 종료된다.
레이저 가공된 기판(100)의 개수가 설치에 도달되는지 판단하는 단계(S80)에서 가공된 기판(100)의 개수가 설정치에 도달되지 않았으면 반응챔버(10)에서 기판(100)의 배출하고 새로운 기판(100)을 공급하는 단계(S90)로 진행된 후에 기판(100)의 위치를 감지하는 단계(S10)로 진행된다.
기판(100)과 스테이지(12) 사이에 잔존하는 산소를 제거하는 단계(S40)는, 반응챔버(10) 내부에 설치되는 스테이지(12)에 기판(100)이 안착되면 스테이지(12)의 중앙부(12a)에서 산소를 배출하는 단계(S41)와, 중앙부(12a)에서 산소 배출이 완료되면 중앙부(12a)에 인접한 제1측부(12b)에서 산소를 배출하는 단계(S42)와, 제1측부(12b)에서 산소 배출이 완료되면 제1측부(12b)의 외측에 인접한 제2측부(12c)에서 산소를 배출하는 단계(S44)와, 제2측부(12c)에서 산소 배출이 완료되면 제2측부(12c)의 외측에 인접한 제3측부(12d)에서 산소를 배출하는 단계(S46)와, 제3측부(12d)에서 산소 배출이 완료되면 제2측부(12c)를 가로지르는 교차부(12e)에서 산소를 배출하는 단계(S48)를 포함한다.
기판(100) 내부의 목표위치가 표시부(20)에 대향되도록 기판(100)이 이동된 후에는, 기판(100)의 중앙부(12a)로부터 산소배출이 이루어지고, 제1측부(12b), 제2측부(12c) 및 제3측부(12d) 방향으로 가면서 산소배출이 단계적으로 이루어진다.
이후에, 제2측부(12c)를 가로지르는 교차부(12e)에서 재차 산소배출이 이루어지므로 기판(100)과 스테이지(12) 사이에 산소가 잔존하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
특히, 대형의 기판(100)이 스테이지(12)에 안착되는 경우에는 기판(100)의 중앙부(12a)와 측단부 사이에 산소가 잔존하기 쉽다.
본 실시예는 중앙부(12a)로부터 외측 방향으로 단계적인 산소배출을 행한 후에 제2측부(12c)를 가로지르는 교차부(12e)에서 재차 산소배출을 행하기 때문에 대형 기판(100)과 스테이지(12) 사이에 산소가 잔존하는 것을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
레이저 가공장치의 제어방법 중에 레이저 가공을 행하는 단계에서는 반응챔버(10), 레이저발생부(50), 광학부(70) 및 스테이지(12)에서 발생되는 진동을 감지하는 단계가 진행된다.
본 실시예에 따른 레이저 가공장치에서 진동을 감지하기 위한 레이저 가공장치의 제어방법은, 기판(100)이 안착되는 스테이지(12)를 구비하는 반응챔버(10)의 진동이 설정치 미만인지 판단하는 단계(S110)와, 반응챔버(10)의 진동이 설정치 미만이면 반응챔버(10) 내부로 조사되는 레이저빔을 제공하는 레이저발생부(50)의 진동이 설정치 미만인지 판단하는 단계(S120)와, 레이저발생부(50)의 진동이 설정치 미만이면 레이저발생부(50)로부터 조사되는 레이저빔을 반응챔버(10) 내부로 안내하는 광학부(70)의 진동이 설정치 미만인지 판단하는 단계(S130)와, 광학부(70)의 진동이 설정치 미만이면 스테이지(12)의 진동이 설정치 미만인지 판단하는 단계(S140)를 포함한다.
레이저 가공단계(S70)가 진행되면 제1진동감지센서(82)에 의해 반응챔버(10)의 진동을 측정하고, 제2진동감지센서(84)에 의해 레이저발생부(50)의 진동을 측정하고, 제3진동감지센서(86)에 의해 광학부(70)의 진동을 측정하고, 제4진동감지센서(88)에 의해 스테이지(12)의 진동을 감지한다.
반응챔버(10)의 진동을 측정하는 단계(S110)에서 반응챔버(10)의 진동이 설정치 이상이면 차단부(51)의 작동에 의해 레이저빔이 차단되는 단계(S150)가 진행된다.
레이저발생부(50)의 진동을 측정하는 단계(S120)에서 레이저발생부(50)의 진동이 설정치 이상이면 차단부(51)의 작동에 의해 레이저빔이 차단되는 단계(S150)가 진행된다.
광학부(70)의 진동을 측정하는 단계(S130)에서 광학부(70)의 진동이 설정치 이상이면 차단부(51)의 작동에 의해 레이저빔이 차단되는 단계(S150)가 진행된다.
상기한 바와 같이 반응챔버(10), 레이저발생부(50) 또는 광학부(70) 중 어느 하나에서 측정되는 진동이 설정치 이상이면 제어부(90)에서 제1모터(54c)에 작동신호를 송신한다.
따라서 제1모터(54c)가 구동되어 제1회전축(54b) 및 제1반사판(54a)을 회전시키므로 유입구(52a)를 통해 케이스(52) 내부로 유입되는 레이저빔은 토출구(52b)를 통해 반응챔버(10)로 공급되지 않고 차단된다.
스테이지(12)의 진동을 측정하는 단계(S140)에서 스테이지(12)의 진동이 설정치 이상이면 스테이지(12)를 제어하여 진동을 상쇄시키는 단계(S160)가 진행된다.
본 실시예의 스테이지(12)는 공압에 의해 지지되는 에어 스테이지(12)이므로 스테이지(12)의 진동이 설정치 이상이면 공압을 낮춰 스테이지(12)에 전달되는 진동이 공압에 의한 지지부에 의해 상쇄되도록 한다.
이로써, 기판 중에서 레이저 가공이 요구되는 부분에만 선택적으로 레이저 가공이 진행될 수 있고, 레이저 가공을 위한 기판 정렬작업을 간소화할 수 있는 레이저 가공장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 레이저 가공장치 및 그 제어방법을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 레이저 가공장치 및 그 제어방법이 아닌 다른 제품에도 본 발명의 가공장치 및 그 제어방법이 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 반응챔버 12 : 스테이지
12a : 중앙부 12b : 제1측부
12c : 제2측부 12d : 제3측부
12e : 교차부 14 : 구동부
20 : 표시부 22 : 가공부
22a : 토출홀부 24 : 제거부
24a : 곡선부 24b : 진공홀부
26 : 센싱부 26a : 제1센서
26b : 제2센서 26c : 제3센서
30 : 진공부 32 : 진공홀부
32a : 제1진공홀부 32b : 제2진공홀부
32c : 제3진공홀부 32d : 제4진공홀부
32e : 제5진공홀부 34 : 진공펌프
34a : 제1진공펌프 34b : 제2진공펌프
34c : 제3진공펌프 34d : 제4진공펌프
34e : 제5진공펌프 50 : 레이저발생부
51 : 차단부 52 : 케이스
52a : 유입구 52b : 토출구
54 : 제1차단부 54a : 제1반사판
54b : 제1회전축 54c : 제1모터
56 : 제2차단부 56a : 제2반사판
56b : 제2회전축 56c : 제2모터
58 : 파워미터 59 : 빔덤프
70 : 광학부 72 : 지지대
74 : 본체 76 : 통로부
78 : 공급부 80 : 진동감지부
82 : 제1진동감지센서 84 : 제2진동감지센서
86 : 제3진동감지센서 88 : 제4진동감지센서
90 : 제어부 100 : 기판
102 : 기준점 104 : 간격
106 : 가공위치

Claims (5)

  1. 레이저빔을 조사하는 레이저발생부;
    기판이 안착되는 반응챔버;
    상기 레이저발생부로부터 조사되는 레이저빔을 상기 반응챔버 내부로 전달하는 광학부; 및
    상기 레이저발생부로부터 조사되는 레이저빔을 차단하는 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단부는,
    상기 레이저발생부의 배출구에 설치되고 레이저빔이 통과되는 유입구 및 토출구를 구비하는 케이스;
    상기 유입구와 상기 토출구 사이에 설치되고 레이저빔을 반사시켜 레이저빔이 상기 토출구 통해 조사되는 것을 방지하는 제1차단부; 및
    상기 제1차단부에 의해 반사되는 레이저빔의 강도를 측정하는 파워미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1차단부는,
    상기 유입구와 상기 토출구 사이에 설치되는 제1반사판;
    상기 제1반사판을 지지하고 상기 케이스에 회전 가능하게 설치되는 제1회전축; 및
    상기 제1회전축에 동력을 제공하는 제1모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 차단부는,
    상기 제1차단부에 의해 반사되는 레이저빔을 반사시키는 제2차단부; 및
    상기 제2차단부로부터 반사된느 레이저빔을 상쇄시키는 빔덤프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2차단부는,
    상기 제1반사판과 상기 파워미터 사이에 설치되는 제2반사판;
    상기 제2반사판을 지지하고 상기 케이스에 회전 가능하게 설치되는 제2회전축; 및
    상기 제2회전축에 동력을 제공하는 제2모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
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