KR20170047076A

KR20170047076A - 기판 가공 방법

Info

Publication number: KR20170047076A
Application number: KR1020150147502A
Authority: KR
Inventors: 이현철
Original assignee: 이노6 주식회사
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-05-04
Also published as: KR101745467B1

Abstract

기판 가공 방법이 개시된다. 상기 기판 가공 방법은 기판 상에 입사되는 빔의 위치를 제어하는 헤드와 상기 기판이 고정되는 스테이지를 포함하는 기판 가공 장치를 이용한 기판 가공 방법으로서, 제1 직선 가공 구간과 상기 제1 직선 가공 구간에 후속하는 제1 비직선 가공 구간을 포함하는 가공 라인을 갖는 상기 기판의 상기 제1 직선 가공 구간을 가공하는 단계 및 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계를 포함하고, 상기 제1 직선 가공 구간과 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 가공 속도는 기본 가공 속도로부터 소정의 오차 범위 내의 값을 갖도록 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

기판 가공 방법{SUBSTRATE MACHINING METHOD}

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 기판 가공 방법에 관한 것으로, 특히 가공 동작을 숏 스트로크(short stroke)와 롱 스트로크(long stroke)로 구분하여 기판을 가공함으로써, 스테이지의 급격한 동작으로 인한 문제점을 해결할 수 있는 기판 가공 방법에 관한 것이다.

최근에는 스마트폰(smart phone), 가전 제품 등 전자 제품에서의 메탈 케이스는 내장 부품에 대한 보호 케이스의 역할을 수행하는 것에 그치지 아니하고, 소비자에게 시각적으로 차별성을 제공하거나, 기능성을 제공하기 위한 정밀한 구조를 가지는 추세이다. 일 예로 메탈 케이스에 형성된 100 내지 500 ㎛의 직경을 가진 수백 내지 수천 개의 홀을 통해 정보나 디자인적 요소를 디스플레이 할 수 있는 이른바 스타 디스플레이가 존재한다. 이를 위해 메탈 등에 대한 정밀한 가공을 수행할 수 있는 기법이 필요하다.

기존의 레이저 빔 가공 기법으로 헤드가 고정된 상태에서 광학빔만을 제어하는 광학 스캐너 방식과 광학빔을 고정하고 테이블(스테이지) 또는 헤드의 움직임을 제어하는 고초점 광학 방식이 있다.

상기 광학 스캐너 방식의 경우, 사이즈가 큰 스캔 렌즈를 이용하여 넓은 영역에 걸친 가공 작업을 빠르게 수행할 수 있는 장점이 있으나, 초점 빔 사이즈가 증대됨으로 인하여 정밀한 작업을 수행하기에는 적합하지 못하다. 즉, 상기 광학 스캐너 방식의 경우, 고속 가공은 가능하나 정밀 미세 가공은 불가능하다.

상기 고초점 광학 방식의 경우, 사이즈가 작은 고초점 렌즈를 이용하여 좁은 영역에서 정밀한 작업을 수행할 수 있는 장점이 있으나, 가공 영역이 협소할 뿐만 아니라 헤드 자체의 움직임을 제어하는 것이 어려워 고속 가공에는 적합하지 못하다. 이는 가공 시간의 증가로 이어지며, 결국 생산성이 저하될 수 있다. 즉, 상기 고초점 광학 방식의 경우, 정밀 가공은 가능하나, 고속 가공은 불가능하다.

또한, 일반적으로 사이즈가 큰 기판을 가공하기 위해서는 스테이지의 동작이 필수적으로 요청된다. 그러나, 스테이지의 급격한 움직임(급격한 감속 또는 급격한 가속)이 발생하는 경우 스테이지 자체의 무게로 인한 진동이 발생하게 되고, 이는 가공품의 품질 저하로 이어진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 스테이지의 이동 속도를 제어할 수밖에 없으며, 이로 인하여 생산성이 저하되게 된다.

따라서, 가공 속도를 일정하게 유지하여 생산성을 저하시키지 않음과 동시에 가공품의 품질을 보장할 수 있는 가공 방법이 필요하다.

대한민국 등록특허 제10-0492748호

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 헤드와 스테이지의 복합적인 동작을 통하여 가공 속도를 일정하게 유지시키면서 정밀한 가공 동작을 수행할 수 있는 기판 가공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 가공 방법은 기판 상에 입사되는 빔의 위치를 제어하는 헤드와 상기 기판이 고정되는 스테이지를 포함하는 기판 가공 장치를 이용한 기판 가공 방법으로서, 제1 직선 가공 구간과 상기 제1 직선 가공 구간에 후속하는 제1 비직선 가공 구간을 포함하는 가공 라인을 갖는 상기 기판의 상기 제1 직선 가공 구간을 가공하는 단계 및 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계를 포함하고, 상기 제1 직선 가공 구간과 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 가공 속도는 기본 가공 속도로부터 소정의 오차 범위 내의 값을 갖도록 유지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 가공 방법은 기판 상에 입사되는 빔의 위치를 제어하는 헤드와 상기 기판이 고정되는 스테이지를 포함하는 기판 가공 장치를 이용한 기판 가공 방법으로서, 제1 비직선 가공 구간과 상기 제1 비직선 가공 구간에 후속하는 제2 직선 가공 구간을 포함하는 가공 라인을 갖는 상기 기판의 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계 및 상기 제2 직선 가공 구간을 가공하는 단계를 포함하고, 상기 제1 비직선 가공 구간과 상기 제2 직선 가공 구간을 가공하는 가공 속도는 기본 가공 속도로부터 소정의 오차 범위 내의 값을 갖도록 유지되는 것을 특징으로 한다.

기판 가공 방법.

본 발명의 실시 예에 따른 기판 가공 방법에 의할 경우, 가공 속도를 일정하게 유지시킬 수 있어 생산성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 스테이지의 급격한 움직임(급가속 또는 급감속)을 지양함으로써, 스테이지의 동작으로 인한 불량을 제거할 수 있고 가공품의 품질을 보장할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고초점 렌즈를 이용한 정밀 가공이 가능함과 동시에 고속 가공이 가능한 가공 방법을 제공하는 효과가 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 기판 가공 장치를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 가공 장치를 다른 각도에서 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 헤드의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 헤드의 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 스테이지의 부분 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 기판 가공 장치에 의하여 가공되는 기판을 도시한다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 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 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 기판 가공 장치를 도시하고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 가공 장치를 다른 각도에서 도시한 도면이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 기판 가공 장치(10)는 소정의 빔 발생 장치에 의해 생성된 빔을 기판(또는 피가공물) 상에 수직으로 조사함으로서, 상기 기판을 가공(예컨대, 마킹, 절단 또는 커팅, 챔퍼링, 스크라이빙, 면취 가공, 패터닝 등)할 수 있다. 따라서, 기판 가공 장치(10)는 빔 가공 장치, 구체적으로는 레이저 가공 장치로도 명명될 수도 있다.

기판 가공 장치(10)는 빔 발생 장치, 빔 딜리버리 헤드로 불릴 수도 있는 헤드(100), 및 스테이지(500)를 포함한다.

상기 빔 발생 장치로 레이저 발진기(300)를 예시할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 레이저 발진기(300)는 레이저 빔을 발생시킬 수 있다. 레이저 발진기(300)는 가공하고자 하는 기판의 종류나 가공하는 방법 등에 따라 다양한 파장, 예컨대 자외선, 가시광선 또는 적외선 등의 파장 중 원하는 가공에 가장 적합한 파장을 갖는 레이저 빔을 생성하여 조사할 수 있다. 또한, 다양한 형태에 따라 원하는 가공에 적합하도록 레이저 빔의 출력 및 주파수가 조정될 수 있다.

상기 빔 발생 장치에 의해 발생된 빔은 직접 또는 적어도 하나의 미러를 통하여 헤드(100)로 입사될 수 있다. 예컨대, 레이저 발진기(300)에 의해 생성된 레이저 빔은 소정의 미러들(501, 502 및 503)에 의하여 진행 경로가 변경되어, 헤드(100)로 수평하게 입사(또는 조사)될 수 있다. 구체적으로, 레이저 발진기(300)에 의해 제1 축(예컨대, x축)과 평행하게 입사되는 레이저 빔의 진행 경로는 미러(501)에 의하여 제2 축(예컨대, y축)과 평행하도록 변경될 수 있다. 또한, 미러(501)로부터 입사되는 레이저 빔의 진행 경로는 미러(502)에 의하여 제3 축(예컨대, z축)과 평행하도록 변경될 수 있다. 또한, 미러(502)로부터 입사되는 레이저 빔의 진행 경로는 미러(503)에 의하여 제2 축과 평행하도록 변경되어, 헤드(100)로 수평하게 입사될 수 있다. 여기서, 제1 축, 제2 축, 및 제3 축은 서로 수직을 이룰 수 있으며, 제1 축과 제2 축은 수평면과 평행하고, 제3 축은 수평면과 수직을 이룰 수 있다.

헤드(100)는 입사되는 빔, 예컨대 레이저 빔의 경로를 제어하여 기판 상에 입사되는 레이저 빔의 위치를 제어할 수 있다. 구체적으로는 제1 축 방향과 제2 축 방향에서 레이저 빔의 경로를 제어하여 기판 상에 입사되는 레이저 빔의 위치를 제어할 수 있다. 헤드(100)의 구조 및 동작에 관하여는 도 3과 도 4를 통하여 상세히 설명하기로 한다.

스테이지(500)에는 베이스(510), 베이스(510)의 상부에 배치되어 제2 축(예컨대, y축) 방향으로 이동하는 제1 스테이지(530), 제1 스테이지(530)의 상부에 배치되어 제1 축(예컨대, x축) 방향으로 이동하는 제2 스테이지(550), 제1 스테이지(530)가 제2 축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 발생시키는 제1 구동부, 제1 스테이지(530)의 제2 축 방향의 이동을 가이드하기 위한 제1 가이드부, 제2 스테이지(550)가 제1 축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 발생시키는 제2 구동부, 및 제2 스테이지(550)의 제1 축 방향의 이동을 가이드하기 위한 제2 가이드부를 포함한다. 또한, 스테이지(500)에는 헤드(100)를 고정하기 위한 헤드 베이스(510)가 구비될 수 있으며, 상기 빔 발생 장치는 헤드 베이스(510) 상에 위치할 수 있다. 스테이지(500)의 구체적인 구성은 도 5를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 도 1에 도시된 헤드의 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 헤드의 측면도이다.

도 1 내지 도 4을 참조하면, 헤드(100)는 제1 보이스 코일 모터(110), 제2 보이스 코일 모터(130), 제1 미러(150), 제2 미러(170), 및 렌즈(190)를 포함한다. 실시 예에 따라, 헤드(100)는 제1 보이스 코일 모터(110)를 헤드 베이스(510)에 고정하기 위한 고정 수단(예컨대, 브라켓(120)), 제2 보이스 코일 모터(130)와 제1 미러(150)를 제1 보이스 코일 모터(110)의 제1 가동자(113)에 고정하기 위한 고정 수단(예컨대, 제1 고정 블럭(140)), 및 제2 미러(170)와 렌즈(190)를 제2 보이스 코일 모터(130)의 제2 가동자(133)에 고정하기 위한 고정 수단(예컨대, 제2 고정 블럭(160))을 더 포함할 수 있다.

제1 보이스 코일 모터(110)는 기판이 놓여지는 스테이지의 상측에 설치되는 헤드 베이스(510)에 소정의 고정 수단, 예컨대 브라켓(120)에 의하여 설치될 수 있다. 제1 보이스 코일 모터(110)는 제1 고정자(111)와 제1 고정자(111)의 내측에서 제1 축(예컨대, y 축) 방향으로 이동하도록 설치되는 제1 가동자(113)로 구성된다. 제1 고정자(111)는 직접 헤드 베이스(510)에 고정되거나, 상기 소정의 고정 수단을 통하여 헤드 베이스(510)에 고정될 수 있다.

제1 고정자(111)는 내부가 개방된 중공의 원통형 몸체를 가질 수 있으며, 상기 몸체의 내면에 자력 형성을 위한 영구 자석(미도시)이 부착될 수 있다. 제1 가동자(113)의 외면에는 상기 영구 자석과 상호 작용하여 자력을 형성하는 코일(미도시)이 소정 횟수로 권선되어 있을 수 있다. 상기 코일은 제어부(미도시)로부터 전류를 인가받아 자력을 형성한다. 제1 가동자(113)는 예컨대 스프링과 같은 탄성 부재에 의해 제1 고정자(111)의 내측에 탄성적으로 지지됨이 바람직할 수 있다.

제1 보이스 코일 모터(110)는 제1 가동자(113)의 코일에 인가되는 전류량에 따라 제1 가동자(113)에 가해지는 추력이 가변되는 특성을 가지고 있으며, 빠른 응답 특성을 가지고 있다.

동력을 발생시키는 제2 보이스 코일 모터(130)의 제2 고정자(131)는 소정의 고정 수단, 예컨대 제1 고정 블럭(140)을 통하여 제1 가동자(113)에 고정 설치될 수 있다. 제2 보이스 코일 모터(130)는 제2 고정자(131)와 제2 고정자(131)의 내측에서 제2 축(예컨대, x 축) 방향으로 이동하도록 설치되는 제2 가동자(133)로 구성된다. 제2 고정자(131)와 제2 가동자(133)의 구조 및 기능은 제1 고정자(111)의 제1 가동자(113)의 구조 및 기능과 동일할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

제1 미러(150)는 소정의 고정 수단, 예컨대 제1 고정 블럭(140)에 의하여 제1 가동자(113)에 고정 설치된다. 제1 가동자(113)의 운동 방향(y 축)과 나란한 방향으로 입사되는 광의 진행 경로는 제1 미러에 의하여 제2 축(x 축) 방향으로 변화할 수 있다. 즉, 제1 미러(150)에 의하여 광의 진행 경로는 제2 가동자(133)의 운동 방향(x 축)과 나란하게 된다. 제1 미러(150)는 상기 광의 진행 경로 상에서 반사 지점만을 변경함으로써, 기판에 입사되는 광의 y 축 위치를 제어할 수 있다.

제2 미러(170)는 소정의 고정 수단, 예컨대 제2 고정 블럭(160)에 의하여 제2 가동자(133)에 고정 설치된다. 제1 미러(150)에 의하여 제2 가동자(133)의 운동 방향(x 축)과 나란한 방향으로 입사되는 광의 진행 경로는 제2 미러(170)에 의하여 제3 축(z 축) 방향으로 변화할 수 있다. 제2 미러(170)는 상기 광의 진행 경로 상에서 반사 지점만을 변경함으로써, 기판에 입사되는 광의 x 축 위치를 제어할 수 있다.

렌즈(190)는 제2 미러(170)에 의해 반사된 빔을 기판에 모아주는 역할(포커싱)을 수행한다. 렌즈(190)는 5mm 보다 크고 100mm 보다 작은 초점 거리(focal length)를 갖는 고초점 렌즈로 구현되어, 상기 기판을 근점 거리에서 정밀하게 가공할 수 있다.

헤드(100)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

인가되는 전류량에 응답하여 제1 가동자(113)가 제1 축 방향으로 이동함과 동시에 제1 가동자(113)와 결합되어 있는 제2 고정자(131)와 제1 미러(150), 제2 가동자(133)에 결합되어 있는 제2 미러(170)와 렌즈(190)가 이동하게 된다. 이때, 제1 가동자(113)의 이동 거리 및 방향, 제2 고정자(131)의 이동 거리 및 방향, 제1 미러(150)의 이동거리 및 방향, 제2 미러(170)의 이동 거리 및 방향, 렌즈(190)의 이동 거리 및 방향은 모두 동일하다.

상기와 같이, 제1 보이스 코일 모터(110)의 작동에 의하여 렌즈(190)를 통과하여 기판에 입사되는 광의 위치, 즉 상기 기판 상에 입사되는 광의 제1 축 상에서의 위치를 제어할 수 있다.

또한, 인가되는 전류량에 응답하여 제2 가동자(133)가 제2 축 방향으로 이동함과 동시에 제2 가동자(133)와 결합되어 있는 제2 미러(170)와 렌즈(190)가 이동하게 된다. 이때, 제2 가동자(133)의 이동 거리 및 방향, 제2 미러(170)의 이동 거리 및 방향, 렌즈(190)의 이동 거리 및 방향은 모두 동일하다.

상기와 같이, 제2 보이스 코일 모터(130)의 작동에 의하여 렌즈(190)를 통과하여 기판에 입사되는 광의 위치, 즉 상기 기판 상에 입사되는 광의 제2 축 상에서의 위치를 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 보이스 코일 모터(110)와 제2 보이스 코일 모터(130)를 개별적으로 또는 동시에 제어함으로써, 상기 기판 상에 입사되는 광의 제1 축 상에서의 위치와 제2 축 상에서의 위치를 개별적으로 또는 동시에 제어할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 스테이지의 부분 확대도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 스테이지(500)는 베이스(510), 베이스(510)의 상부에 배치되어 제2 축(예컨대, y축) 방향으로 이동하는 제1 스테이지(530), 제1 스테이지(530)의 상부에 배치되어 제1 축(예컨대, x축) 방향으로 이동하는 제2 스테이지(550), 제1 스테이지(530)가 제2 축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 발생시키는 제1 구동부(531), 제1 스테이지(530)의 제2 축 방향의 이동을 가이드하기 위한 제1 가이드부(533), 제2 스테이지(550)가 제1 축 방향으로 이동할 수 있도록 구동력을 발생시키는 제2 구동부(551), 및 제2 스테이지(550)의 제1 축 방향의 이동을 가이드하기 위한 제2 가이드부(553)를 포함한다.

제1 구동부(531)와 제2 구동부(551) 각각은 전자기력을 이용한 선형 모터(linear motor)와 자석 트랙을 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 일 예로 제1 구동부(531)는 수신되는 제어 신호에 응답하여 추력을 발생시켜, 발생된 추력을 제1 스테이지(530)로 전달한다. 제1 구동부로부터 전달받은 추력이 제1 스테이지(530)를 구동하는 구동력에 해당한다. 또한, 제2 구동부(551)는 수신되는 제어 신호에 응답하여 추력을 발생시켜, 발생된 추력을 제2 스테이지(550)로 전달한다. 제2 구동부로부터 전달받은 추력이 제2 스테이지(550)를 구동하는 구동력에 해당한다. 또한, 실시 예에 따라 제1 구동부(531)과 제2 구동부(551) 각각은 복수의 선형 모터와 복수의 자석 트랙으로 구현될 수도 있다.

제1 가이드부(533)와 제2 가이드부(553)는 제1 축 및 제2 축 방향으로 이동하는 제2 스테이지(550)와 제1 스테이지(530)의 이동을 가이드하기 위한 것으로, 이동 방향에 대해서는 강성이 없도록 하고, 그 외 방향에 대해서는 강성을 최대화하도록 설계하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 가이드부(533)는 제2 축 방향으로 이동하는 제1 스테이지(530)에 대해서 제2 축 방향을 제외한 5자유도를 구속하는 구조이고, 제2 가이드부(553)는 제1 축 방향으로 이동하는 제2 스테이지(550)에 대해서 제1 축 방향을 제외한 5자유도를 구속하는 구조로 구현될 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 기판 가공 장치에 의하여 가공되는 기판을 도시한다. 도 1 내지 도 6을 참조하여 기판 가공 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 소정의 크기를 갖는 기판(700)은 미리 설정된 가상의 가공 라인(L)에 따라 가공될 수 있다. 가공 라인(L)은 적어도 하나의 직선 가공 구간(L1, L3)과 적어도 하나의 곡선 가공 구간 또는 적어도 하나의 비직선 가공 구간(L2)을 포함한다. 도 6에는 제1 직선 가공 구간(L1), 제1 비직선 가공 구간(L2), 및 제2 직선 가공 구간(L2)을 포함하는 예시적인 가공 라인(L)이 도시되어 있다. 또한, 제1 비직선 가공 구간(L2)는 반드시 곡선 가공 라인일 필요는 없고, 실시 예에 따라 미리 정해진 길이보다 짧은 길이를 갖는 직선 가공 구간일 수도 있다.

제1 직선 가공 구간(L1)과 제2 직선 가공 구간(L3) 각각의 길이는 미리 정해진 길이보다 큰 길이를 갖을 수 있다. 예컨대, 헤드(100)의 동작 범위가 제1 축 방향으로 ±a mm(예컨대, ±30 mm) 이고, 제2 축 방향으로 ±b mm(예컨대, ±30 mm) 인 경우, 제2 축 방향과 평행한 제1 직선 가공 구간(L1)의 길이는 적어도 a mm 이상이고, 제1 축 방향과 평행한 제2 직선 가공 구간(L3)의 길이는 적어도 b mm 이상일 수 있다. 즉, 제1 직선 가공 구간(L1)과 제2 직선 가공 구간(L3) 각각은 헤드(100)의 제2 축 이동 범위(b mm)와 헤드(100)의 제1 축 이동 범위(a mm)를 초과하는 길이를 갖을 수 있다.

순차적으로 제1 직선 가공 구간(L1), 제1 비직선 가공 구간(L2), 및 제2 직선 가공 구간(750)을 포함하는 가공 라인에 따라 기판(700)을 가공하는 방법을 설명하면, 다음과 같다.

우선, 제1 직선 가공 구간(L1), 제1 비직선 가공 구간(L2), 및 제2 직선 가공 구간(L3)을 가공하는 동안의 가공 속도, 즉 빔이 기판 상에서 움직이는 속도는 일정하게 유지될 수 있다. 다만, 기술적인 문제로 인하여 가공 속도를 일정하게 유지시키는 것이 어려울 수 있으므로, 가공 속도는 정해진 가공 속도(V₀, 기본 가공 속도) ±오차 범위로 유지될 수도 있다. 이를 통하여, 가공 속도가 일정하지 않음으로 인한 문제점, 즉 기판(700)의 가공면의 불량, 단차, 돌출 등의 문제를 해결할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.

제1 직선 가공 구간(L1)의 가공은 주로 스테이지(500)의 움직임을 통한 가공 구간이다. 우선 +y축 방향과 평행한 제1 직선 가공 구간(710)을 가공하기 위해 스테이지(500)의 제1 스테이지(530)를 V₀의 속도로 +y축 방향으로 이동시킨다. 제1 스테이지(530)의 이동 속도는 제1 직선 가공 구간(710)을 가공을 마침과 동시에 0이 될 수 있도록, 제1 직선 가공 구간(710) 내의 특정 지점(P1)을 지남과 동시에 감소하기 시작한다. 이때, 헤드(100)의 움직임을 통하여 가공 속도를 V₀로 유지시킬 수 있다. 즉, 제1 직선 가공 구간(L1)의 가공을 마친 시점에서 제1 스테이지(530)의 속도는 0이고, 헤드(100)의 제1 가동자(113)의 이동 속도는 V₀이다. 이와 같이, 제 1 스테이지(530)의 속도를 순차적으로 감소시켜 0으로 만듦으로써, 무거운 스테이지의 움직임(스테이지의 급격한 속도 변화)으로 인한 반발력을 제거할 수 있으며, 가공 속도의 변화없이 연속적인 가공을 수행할 수 있다.

제1 비직선 가공 구간(L2)의 가공은 헤드(100)의 움직임만으로 진행된다. 예컨대, 도 6에 도시된 제1 비직선 구간(L2)의 가공을 위해서는, 제1 가동자(113)의 이동 속도를 줄이고, 제2 가동자(133)의 이동 속도를 높여 일정한 가공 속도(V₀)로 제1 비직선 가공 구간(L2)의 가공을 수행할 수 있다.

제1 비직선 가공 구간(L2)의 가공이 완료되는 순간, 빔의 이동 속도(가공 속도)는 V₀이나, 스테이지(500)의 움직임은 없는 상태이다.

후속하는 제2 직선 가공 구간(L3)의 가공은 주로 스테이지(500)의 움직임에 의한 가공 구간이다. 우선 -x축 방향과 평행한 제2 직선 가공 구간(L3)을 가공하기 위해 스테이지(500)의 제2 스테이지(550)의 이동 속도를 특정 지점(P2)까지 증가시킨다. 이 때, 헤드(100)의 제2 가동자(133)의 이동 속도는 순차적으로 감소하여 특정 지점(P2)에서 정지하게 된다. 즉, 특정 지점(P2)에서 헤드(100)의 움직임은 정지하며, 제2 스테이지(550)의 이동 속도는 V₀이다.

상술한 방법에 의할 경우, 기판(700)을 신속하게 가공할 수 있는 효과가 있다. 그러나, 직선 가공 구간과 비직선 가공 구간이 다수 존재하는 경우, 헤드(100)의 연속적인 움직임으로 인하여 헤드(100)가 정위치가 아닌 위치에 위치할 수 있다. 이로 인하여 연속되는 비직선 구간을 가공할 때, 헤드(100)가 한계 위치까지 도달함으로 인하여 더이상의 가공이 어려울 수 있다. 따라서, 헤드(100)의 위치를 정위치시키는 보정 구간이 필요할 수 있다.

헤드(100)의 위치 보정은 직선 가공 구간에서 수행될 수 있으며, 직선 가공 구간의 시작부 또는 말단부에서 수행될 수 있다. 예컨대, 보정 구간은 제1 직선 가공 구간(L1)의 말단부와 제2 직선 가공 구간(L3)의 시작부에 위치할 수 있다.

제1 직선 가공 구간(L1)에서 특정 지점(P1)부터의 구간을 제1 보정 구간이라 하고, 제2 직선 가공 구간(L3)에서 특정 지점(P2)까지의 구간을 제2 보정 구간이라 하자.

상기 제1 보정 구간에서는 제2 축(y축) 상에서 헤드(100)의 위치가 보정될 수 있고, 상기 제2 보정 구간에서는 제1 축(x축) 상에서 헤드(100)의 위치가 보정될 수 있다. 즉, y축 방향의 가공 구간인 제1 직선 가공 구간(L1)에서는 헤드(100)의 y축 위치를 보정하고, x축 방향의 가공 구간인 제2 직선 가공 구간(L3)에서는 헤드(100)의 x축 위치를 보정할 수 있다.

구체적으로, 제1 직선 가공 구간(L1) 상의 특정 지점(P1)까지의 가공을 마친 후에 헤드(100)를 가공 방향과는 반대 방향(-y축 방향)으로 이동시킴으로써 보정을 수행할 수 있다. 즉, 헤드(100)의 y축 상 움직임을 제어하는 제1 보이스 코일 모터(110)의 제1 가동자(113)을 -y축 방향으로 이동시킴으로서 보정이 수행될 수 있다. 이 경우에도, 헤드(100)의 움직임으로 인한 가공 속도의 감소는 제1 스테이지(530)의 제어를 통하여 보상될 수 있으므로, 가공 속도는 일정하게 유지될 수 있다. 이 때, 헤드(100)는 -y축 방향으로 한계지점까지(또는 y축 상에서의 위치가 정위치가 되도록) 위치가 보정될 수 있다.

헤드(100)의 보정이 완료되면, 제1 스테이지(530)의 이동 속도를 감소시켜, 제1 직선 가공 구간(L1)의 가공이 완료되는 순간의 이동 속도가 0이 되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 스테이지(530)의 감속으로 인한 가공 속도의 감소는 헤드(100), 구체적으로는 제1 보이스 코일 모터(110)의 제어를 통하여 보상될 수 있으므로, 가공 속도는 일정하게 유지될 수 있다.

제1 비직선 가공 구간(L2)의 가공은 헤드(100)의 움직임만으로 진행되기 때문에, 제1 비직선 가공 구간(L2)의 가공이 완료되는 순간의 헤드(100)의 위치는 제1 축(x축) 상에서 (-) 방향(가공 방향)으로 치우쳐 있음이 자명하다. 따라서, 헤드(100)의 위치를 제1 축 상에서 보정하는 보정 동작이 필요하다.

제2 직선 가공 구간(L3)의 가공 시작과 동시에 헤드(100), 즉 헤드(100)의 제2 가동자(133)의 이동 속도는 저하되어 0이 되고, 헤드(100)의 x축 상에서의 위치 보정을 위하여 제2 가동자(133)는 x축 방향으로 이동한 후에 동작을 멈추게 된다. 이 경우에도, 헤드(100)의 움직임으로 인한 가공 속도의 감소는 제2 스테이지(550)의 제어를 통하여 보상될 수 있으므로, 가공 속도는 일정하게 유지될 수 있다. 이 때, 헤드(100)는 x축 방향으로 한계지점까지(또는 x축 상에서의 위치가 정위치가 되도록) 위치가 보정될 수 있다.

제2 직선 가공 구간(L3) 상의 특정 지점(P2)부터의 가공은 제2 스테이지(550)의 움직임만으로 수행된다.

이상에서는, 헤드(100)의 위치 보정을 2 구간에 나누어 수행하는 방안을 설명하였다. 그러나, 실시 예에 따라, 하나의 보정 구간에서 헤드(100)의 제1 축상 위치와 제2 축 상 위치가 보정될 수도 있다. 또한, 각 보정 구간에서의 보정 정도는 실시 예에 따라 상이하게 구현될 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 기판 가공 장치
100 : 헤드
110 : 제1 보이스 코일 모터
120 : 브라켓
130 : 제2 보이스 코일 모터
140 : 제1 고정 블럭
150 : 제1 미러
160 : 제2 고정 블럭
170 : 제2 미러
190 : 렌즈
300 : 레이저 발진기
500 : 스테이지
510 : 베이스
530 : 제1 스테이지
550 : 제2 스테이지

Claims

기판 상에 입사되는 빔의 위치를 제어하는 헤드와 상기 기판이 고정되는 스테이지를 포함하는 기판 가공 장치를 이용한 기판 가공 방법에 있어서,
제1 직선 가공 구간과 상기 제1 직선 가공 구간에 후속하는 제1 비직선 가공 구간을 포함하는 가공 라인을 갖는 상기 기판의 상기 제1 직선 가공 구간을 가공하는 단계; 및
상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 직선 가공 구간과 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 가공 속도는 기본 가공 속도로부터 소정의 오차 범위 내의 값을 갖도록 유지되는,
기판 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 직선 가공 구간을 가공하는 단계는,
상기 스테이지에 포함되고 제2 축 방향으로 이동 가능한 제1 스테이지의 이동 속도를 상기 제1 직선 가공 구간에 포함된 제1 지점까지 일정하게 유지시키는 단계; 및
상기 제1 스테이지의 이동 속도를 감소시켜 상기 제1 직선 가공 구간의 가공이 끝나는 지점에서의 상기 제1 스테이지의 이동을 정지시키는 단계를 포함하는,
기판 가공 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 스테이지의 이동을 정지시키는 단계는,
상기 헤드에 포함되고 상기 기판 상에 입사되는 빔의 제2 축 상의 위치를 제어하는 제1 보이스 코일 모터를 제어하여 가공 속도를 일정하게 유지시키는,
기판 가공 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 직선 가공 구간을 가공하는 단계는,
상기 스테이지에 포함되고 제2 축 방향으로 이동 가능한 제1 스테이지의 이동 속도를 상기 제1 직선 가공 구간에 포함된 제1 지점까지 일정하게 유지시키는 단계; 및
상기 헤드의 제2 축 상의 위치를 보정하는 단계를 포함하는,
기판 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 헤드는 상기 기판 상에 입사되는 빔의 제2 축 상의 위치를 제어하는 제1 보이스 코일 모터와 상기 기판 상에 입사되는 빔의 제1 축 상의 위치를 제어하는 제2 보이스 코일 모터를 포함하고,
상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계는, 상기 제1 보이스 코일 모터와 상기 제2 보이스 코일 모터의 동작을 제어하여 가공 속도를 일정하게 유지시키는,
기판 가공 방법.
기판 상에 입사되는 빔의 위치를 제어하는 헤드와 상기 기판이 고정되는 스테이지를 포함하는 기판 가공 장치를 이용한 기판 가공 방법에 있어서,
제1 비직선 가공 구간과 상기 제1 비직선 가공 구간에 후속하는 제2 직선 가공 구간을 포함하는 가공 라인을 갖는 상기 기판의 상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계; 및
상기 제2 직선 가공 구간을 가공하는 단계를 포함하고,
상기 제1 비직선 가공 구간과 상기 제2 직선 가공 구간을 가공하는 가공 속도는 기본 가공 속도로부터 소정의 오차 범위 내의 값을 갖도록 유지되는,
기판 가공 방법.
제6항에 있어서,
상기 제2 직선 가공 구간을 가공하는 단계는,
상기 제2 직선 가공 구간에 포함된 제2 지점까지 상기 스테이지에 포함되고 제1 축 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지의 이동 속도를 증가시키는 단계;
상기 제2 직선 가공 구간 중 상기 제2 지점 이후의 구간 동안 상기 제2 스테이지의 이동 속도를 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는,
기판 가공 방법.
제7항에 있어서, 상기 제2 스테이지의 이동 속도를 증가시키는 단계는,
상기 헤드에 포함되고 상기 기판 상에 입사되는 빔의 제1 축 상의 위치를 제어하는 제2 보이스 코일 모터를 제어하여 가공 속도를 일정하게 유지시키는,
기판 가공 방법.
제6항에 있어서, 상기 제2 직선 가공 구간을 가공하는 단계는,
상기 헤드의 제1 축 상의 위치를 보정하는 단계; 및
상기 제2 직선 가공 구간의 제2 지점부터 상기 스테이지에 포함되고 제1 축 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지의 이동 속도를 일정하게 유지시키는 단계를 포함하는,
기판 가공 방법.
제6항에 있어서,
상기 헤드는 상기 기판 상에 입사되는 빔의 제2 축 상의 위치를 제어하는 제1 보이스 코일 모터와 상기 기판 상에 입사되는 빔의 제1 축 상의 위치를 제어하는 제2 보이스 코일 모터를 포함하고,
상기 제1 비직선 가공 구간을 가공하는 단계는, 상기 제1 보이스 코일 모터와 상기 제2 보이스 코일 모터의 동작을 제어하여 가공 속도를 일정하게 유지시키는,
기판 가공 방법.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 헤드는,
제2 축 방향으로 이동가능한 제1 가동자와 제1 고정자를 포함하는 제1 보이스 코일 모터;
상기 제1 가동자와 결합되는 제2 고정자와 제1 축 방향으로 이동가능한 제2 가동자를 포함하는 제2 보이스 코일 모터;
상기 제1 가동자와 결합되고, 상기 제2 축 방향과 평행하게 입사되는 빔의 진행 경로를 상기 제1 축 방향과 평행하게 변경하는 제1 미러;
상기 제2 가동자와 결합되고, 상기 제1 축 방향과 평행하게 입사되는 빔의 진행 경로를 제3 축 방향과 평행하게 변경하는 제2 미러; 및
상기 제3 축 방향과 평행하게 입사하는 빔을 투과시키는 렌즈를 포함하고,
상기 스테이지는,
베이스;
상기 베이스 상에 위치하고 제2 축 방향으로 이동 가능한 제1 스테이지; 및
상기 제1 스테이지 상에 위치하고 제1 축 방향으로 이동 가능한 제2 스테이지를 포함하는,
기판 가공 방법.
제11항에 있어서,
상기 렌즈는 5mm 보다 크고 100mm 보다 작은 초점 거리(focal length)를 갖는 고초점 렌즈인,
기판 가공 방법.