KR20170087586A - 하향식 기판 에칭장치 - Google Patents

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Abstract

하향식 기판 에칭장치가 개시된다. 본 발명에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 내부에서 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버와, 진공 챔버의 외부에 배치되며 진공 챔버에 마련되는 제1 챔버 윈도우(Chamber Window)를 통해 진공 챔버 내의 기판으로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하여 에칭 공정을 수행하는 레이저유닛과, 진공 챔버의 외부에 배치되며 진공 챔버에 마련되는 제2 챔버 윈도우를 통해 진공 챔버 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받아 레이저 빔의 출력을 측정하는 레이저출력 측정유닛을 포함한다.

Description

하향식 기판 에칭장치{Apparatus for etching substrates}
본 발명은, 하향식 기판 에칭장치에 관한 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에칭 공정 시 기판에 조사되는 레이저의 출력파워를 측정하여 기기 오작동을 인식할 수 있고 불량품 발생을 줄일 수 있는 하향식 기판 에칭장치에 관한 것이다.
정보 통신 기술의 비약적인 발전과 시장의 팽창에 따라 디스플레이 소자로 평판표시소자(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다.
이러한 평판표시소자에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이장치(Plasma Display Panel), 유기발광다이오드 디스플레이(Organic Light Emitting Diode Display ) 등이 있다.
이 중에서 유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)는, 빠른 응답속도, 기존의 액정표시장치(LCD)보다 낮은 소비 전력, 경량성, 별도의 백라이트(back light) 장치가 필요 없어서 초박형으로 만들 수 있는 점, 고휘도 등의 매우 좋은 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 소자로 각광받고 있다.
유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)는 구동방식에 따라 수동형인 PMOLED와 능동형인 AMOLED로 나눌 수 있다. 특히 AMOLED는 자발광형 디스플레이로서 기존의 디스플레이보다 응답속도가 빠르며, 색감도 자연스럽고 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한 AMOLED는 기판이 아닌 필름(Film) 등에 적용하면 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)의 기술을 구현할 수 있게 된다.
이러한 유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)는 패턴(Pattern) 형성 공정, 유기박막 증착 공정, 에칭 공정, 봉지 공정, 그리고 유기박막이 증착된 기판과 봉지 공정을 거친 기판을 붙이는 합착 공정 등을 통해 제품으로 생산될 수 있다.
한편, 다양한 공정들 중에서 에칭 공정은, 기판의 표면에서 불필요한 부분을 물리적 혹은 화학적 방법으로 식각, 즉 에칭함으로써, 원하는 모양을 얻어내는 공정이다.
에칭 공정에는 반도체와 마찬가지로 물리적 혹은 화학적인 다양한 방법이 사용되고 있는데, 이중의 하나가 레이저에 의한 에칭 방법이다. 레이저에 의한 기판의 에칭 방법은 다른 방법들에 비해 구조가 간단하고 에칭 시간을 줄일 수 있어 근자에 들어 널리 채용되고 있다.
도 1은 일반적인 하향식 기판 에칭 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에서 챔버 윈도우에 파티클이 적재된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 하향식 기판 에칭 장치의 경우, 에칭 처리 대상의 기판(G)이 상부에 배치되고, 기판(G)의 하부로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하는 레이저 모듈(10)이 배치되는 구조를 갖는다.
기판(G)은 진공 챔버의 내부에 배치되는데 반해 레이저 모듈(10)은 진공 챔버의 외부에 배치되며, 그 위치에서 레이저 빔을 기판(G)으로 조사한다. 이때, 레이저 모듈(10)이 배치되는 진공 챔버의 벽면에는 레이저 빔이 통과되는 투명한 챔버 윈도우(20, Chamber Window)가 개재된다.
이에, 챔버 윈도우(20)의 바깥쪽에 위치되는 레이저 모듈(10)이 레이저 빔을 조사하면 레이저 빔은 챔버 윈도우(20)를 통과하여 기판(G)으로 조사됨으로써 기판(G)에 불필요한 부분을 에칭하게 된다.
한편, 이와 같은 하향식 기판 에칭 장치를 통해 에칭 공정이 진행될 때는 기판(G)이 상부에 배치되고 레이저 빔이 상부의 기판(G)으로 조사되는 형태가 되기 때문에 기판(G)으로부터 박리되어 낙하되는 파티클(particle, P)이 발생되며, 중력에 의해 기판(G)으로부터 박리되는 파티클(P)은 챔버 윈도우(20)에 적재된다.
이러한 에칭 공정에서 레이저 모듈(10)은 일정한 출력의 레이저 빔을 기판(G)에 제공하여야 하며, 이를 검사하기 위해 종래기술에 따른 에칭장치는, 레이저 모듈(10)에서 발진되어 챔버 윈도우(20)를 통과하기 전의 레이저 빔의 일부를 빔 스플리터(beam splitter, 미도시)를 통해 분리해낸 후, 분리된 레이저 빔의 출력을 측정하는 방식을 사용하고 있다.
그런데 이러한 종래기술에 따른 레이저 빔 출력 측정방식은, 발진 영역(레이저 모듈(10)과 챔버 윈도우(20) 사이)의 레이저 빔 출력만을 측정할 수 있을 뿐, 가공 영역, 즉 기판(G)에 조사되는 레이저 빔의 출력을 측정할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 종래기술에 따른 레이저 빔 출력 측정방식은, 레이저 모듈(10)에서 발진되는 레이저 빔의 출력만을 측정하므로, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버 윈도우(20)에 에칭 공정에서 발생된 파티클(P)이 쌓이거나 공정 챔버 내부에 이상이 발생된 경우, 이를 인식할 수 없어 에칭 공정에서 다량의 불량품을 발생시킬 수 있다.(가공 영역에서의 레이저 빔 출력이 비정상인데 발진 영역에서의 레이저 빔 출력은 정상으로 표시되므로, 계속해서 에칭 공정이 수행되어 다량의 불량품이 양산될 수 있음,)
따라서 레이저 모듈에서 발진되는 레이저 빔의 출력이 아닌 진공 챔버 내에 투사된 레이저 빔의 출력을 모니터링할 수 있는 하향식 기판 에칭장치의 개발의 필요한 실정이다.
대한민국특허등록공보 제10-1998-0048944호 (한국전자통신연구원) 1998.09.15
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 진공 챔버 내에 투사된 레이저 빔의 출력을 측정하여 기기 오작동 여부를 인식할 수 있고 불량품 발생을 방지할 수 있는 하향식 기판 에칭장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에서 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 외부에 배치되며, 상기 진공 챔버에 마련되는 제1 챔버 윈도우(Chamber Window)를 통해 상기 진공 챔버 내의 기판으로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하여 상기 에칭 공정을 수행하는 레이저유닛; 및 상기 진공 챔버의 외부에 배치되며, 상기 진공 챔버에 마련되는 제2 챔버 윈도우를 통해 상기 진공 챔버 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받아 상기 레이저 빔의 출력을 측정하는 레이저출력 측정유닛을 포함하는 하향식 기판 에칭장치가 제공될 수 있다.
상기 레이저유닛은 상기 진공 챔버의 하부 영역에 배치되고, 상기 레이저출력 측정유닛은 상기 진공 챔버의 상부 영역에 배치될 수 있다.
상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 레이저유닛에서 방출된 상기 레이저 빔을 상기 레이저출력 측정유닛으로 전달하는 빔 전달유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 빔 전달유닛은, 상기 레이저 빔을 상기 레이저출력 측정유닛에 집속하는 집속모듈을 포함할 수 있다.
상기 집속모듈은, 상기 레이저유닛에서 방출된 레이저 빔의 경로를 변경하는 제1 광학계; 및 상기 제1 광학계에 이격되어 배치되며, 상기 제1 광학계에서 경로 변경된 레이저 빔을 상기 레이저출력 측정유닛으로 전달하는 제2 광학계를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학계 및 제2 광학계 중 적어도 어느 하나에는, 상기 레이저 빔을 집속하는 빔 집속부가 마련될 수 있다.
상기 빔 집속부는, 집속렌즈부 및 집속거울부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학계 및 제2 광학계 각각에는, 상기 레이저 빔을 반사하는 제1 미러부 및 제2 미러부가 마련되고, 상기 제1 광학계 및 제2광학계 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 미러부 또는 상기 제2 미러부의 배치각도를 조절하는 각도조절부를 포함할 수 있다.
상기 빔 전달유닛에 연결되며, 상기 빔 전달유닛을 상기 진공 챔버 내에서 이동시키는 스테이지 이동유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 스테이지 이동유닛은, 상기 빔 전달유닛이 결합되는 스테이지모듈; 및 상기 스테이지모듈을 지지하며, 상기 스테이지모듈을 이동시키는 스테이지용 구동모듈을 포함할 수 있다.
상기 스테이지모듈은, 상기 기판을 이송하는 캐리어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 레이저출력 측정유닛이 제2 챔버 윈도우를 통해 진공 챔버 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받아 전달된 레이저 빔의 출력을 측정함으로써, 가공 영역인 진공 챔버 내에서의 레이저 빔의 출력을 모니터링할 수 있어 기기 오작동 여부를 인식할 수 있고 불량품 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 하향식 기판 에칭 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에서 챔버 윈도우에 파티클이 적재된 상태의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향식 기판 에칭 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4는 도 3의 빔 전달유닛 및 스테이지 이동유닛이 도시된 도면이다.
도 5는 도 4의 A부분의 확대도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7 및 도 8은 도 3의 동작상태도이다.
도 9는 도 3에 파티클 추가유닛이 도시된 도면이다.
도 10은 도 9의 파티클 포집유닛의 도시된 사시도이다.
도 11은 도 10의 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
한편, 이하에서 기술되는 기판은 유기발광다이오드 디스플레이(OLED display)용 유리기판일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향식 기판 에칭 장치가 개략적으로 도시된 도면이고, 도 4는 도 3의 빔 전달유닛 및 스테이지 이동유닛이 도시된 도면이며, 도 5는 도 4의 A부분의 확대도이고, 도 6은 도 5의 측면도이며, 도 7 및 도 8은 도 3의 동작상태도이고, 도 9는 도 3에 파티클 추가유닛이 도시된 도면이며, 도 10은 도 9의 파티클 포집유닛의 도시된 사시도이고, 도 11은 도 10의 단면도이다.
도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 내부에서 기판(G)에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버(110)와, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되며 진공 챔버(110)에 마련되는 제1 챔버 윈도우(Chamber Window, 111)를 통해 진공 챔버(110) 내의 기판(G)으로 레이저 빔(Laser Beam, L)을 조사(照射, irradiation)하여 에칭 공정을 수행하는 레이저유닛(120)과, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되며 진공 챔버(110)에 마련되는 제2 챔버 윈도우(Chamber Window, 112)를 통해 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔(L)을 전달받아 레이저 빔(L)의 출력을 측정하는 레이저출력 측정유닛(S)을 포함한다.
진공 챔버(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 박스(box)형 구조물로서, 그 내부에서 기판(G)에 대한 에칭 공정이 진행되는 장소를 이룬다. 진공 챔버(110)의 일측 벽면에는 기판(G)이 출입되는 게이트 밸브(미도시)가 마련된다.
진공 챔버(110)의 저면에는 제1 챔버 윈도우(111)가 마련되고, 진공 챔버(110)의 상면에는 제2 챔버 윈도우(112)가 마련된다. 제1 챔버 윈도우(111)는, 특정 파장의 레이저 빔(L)을 통과시킬 수 있는 창으로서, 진공 챔버(110) 외부에 배치된 레이저유닛(120)으로부터의 레이저 빔(L)이 진공 챔버(110) 내부로 투과되도록 하는 장소를 이룬다.
제2 챔버 윈도우(112)는, 제1 챔버 윈도우(111)와 마찬가지로 특정 파장의 레이저 빔(L)을 통과시킬 수 있는 창으로서, 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔(L)이 진공 챔버(110) 외부에 배치된 레이저출력 측정유닛(S)에 전달되도록 진공 챔버(110) 내부의 레이저 빔(L)을 진공 챔버(110) 외부로 투과시키는 하는 장소를 이룬다.
본 실시예에서 진공 챔버(110)의 저면에는 다수개의 제1 챔버 윈도우(111)가 마련될 수 있고, 진공 챔버(110)의 상면에는 다수개의 제2 챔버 윈도우(112)가 마련될 수 있다.
한편, 진공 챔버(110)의 내부에는 기판(G)을 파지하여 이동시키는 이송하는 기판 캐리어부(172)가 구비된다. 본 실시예에서 기판 캐리어부(172)에는 기판(G)을 척킹하기 위한 정전척(미도시)이나 자력척(미도시) 등이 마련될 수 있다. 이러한 기판 캐리어부(172)는 후술할 스테이지모듈(171)에 구비되는데, 설명의 편의를 위해 스테이지모듈(171)은 후술한다.
레이저유닛(120)은 제1 챔버 윈도우(111)를 통해 진공 챔버(110) 내의 기판(G)으로 레이저 빔(L)을 조사하여 에칭 공정을 진행시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 레이저유닛(120)은 진공 챔버(110)의 외부, 즉 하부 영역에 배치된다. 진공 챔버(110)의 내부는 진공이 형성되기 때문에 기판(G) 외의 구성들이 진공 챔버(110)의 내부에 배치되는 것은 바람직하지 않다.
따라서 레이저유닛(120)은 진공 챔버(110)의 하부 영역에 배치되고, 그 위치에서 제1 챔버 윈도우(111)를 통해 기판(G)으로 레이저 빔(L)을 조사하여 에칭 공정을 수행한다.
이때, 레이저유닛(120)이 기판(G)의 하부 영역에 배치되기 때문에 레이저유닛(120)으로부터 발진된 레이저 빔(L)은 기판(G)의 하부로 조사할 수 있고, 이에 따라 기판(G)의 하부 표면 상에 증착된 불필요한 부분이 에칭되며, 에칭과정에서 파티클(P)이 제1 챔버 윈도우(111) 쪽으로 낙하될 수 있다.
본 실시예에서 레이저유닛(120)은 다수개로 마련되며, 다수개의 레이저유닛(120) 각각이 각각의 제1 챔버 윈도우(111)들을 통해 에칭 작업을 동시에 수행할 수 있고, 그에 따라 종래기술에 비해 넓은 영역에서 에칭 작업이 수행되므로 파티클(P)이 비산되는 범위가 넓어진다. 따라서 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 기판(G)과 제1 챔버 윈도우(111) 사이에 배치되며, 레이저유닛(120)에 의한 에칭 공정 시 기판(G)에서 분리되는 파티클(P)을 포집하는 파티클 포집유닛(130)을 구비할 수 있는데, 이러한 파티클 포집유닛(130)에 대해서는 설명의 편의를 위해 후술한다.
레이저출력 측정유닛(S)은, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되며, 진공 챔버(110)에 마련되는 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔(L)을 전달받아 레이저 빔(L)의 출력을 측정한다.
본 실시예에서 레이저출력 측정유닛(S)에는, 레이저 광원 등으로부터 출사된 레이저 빔(L)을 전달받아 이를 전기신호로 변환하여 표시하는 레이저 파워 미터(Laser power meters)가 사용된다.
상술한 바와 같이 진공 챔버(110)의 내부는 진공 분위기로 형성되기 때문에 기판(G) 외의 구성들이 진공 챔버(110)의 내부에 배치되는 것은 바람직하지 않으므로 레이저출력 측정유닛(S)은 진공 챔버(110)의 상부 영역에 배치되고, 그 위치에서 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110)의 내부를 통과한 레이저 빔(L)을 전달받는다.
본 실시예에서 레이저유닛(120)은 다수개로 마련되며, 각각의 레이저출력 측정유닛(S)은 각각의 제2 챔버 윈도우(112)들을 통과한 레이저 빔(L)의 출력을 측정한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 레이저출력 측정유닛(S)이 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔(L)을 전달받아 전달된 레이저 빔(L)의 출력을 측정함으로써, 가공 영역인 진공 챔버(110) 내에서의 레이저 빔(L)의 출력을 모니터링할 수 있어 기기 오작동 여부를 인식할 수 있고 불량품 발생을 방지할 수 있다.
한편, 에칭 공정의 수행 시 기판의 평탄도, 얼라인 등에 의해 레이저유닛(120)이 기판(G)을 향해 레이저 빔(L)을 방출하는 각도가 달라질 수 있다. 따라서 진공 챔버(110)의 하부 영역 배치된 레이저유닛(120)의 레이저 빔(L) 방출각도에 따라 레이저 빔(L)이 진공 챔버(110)의 상부 영역에 배치되는 레이저출력 측정유닛(S)에 용이하게 도달되지 못할 수도 있다.
그러므로 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 진공 챔버(110) 내부에 배치되며 레이저유닛(120)에서 방출된 상기 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)으로 전달하는 빔 전달유닛(160)을 더 포함한다.
한편, 상술한 바와 같이 기판(G)의 에칭 작업은 진공 챔버(110)의 내부에서 수행되고, 레이저유닛(120)에서 발진된 레이저 빔(L)은 기판(G)이 배치되는 높이에 포커싱된다. 그런데 기판(G) 위치에 포커싱되도록 설정된 레이저 빔(L)이 레이저출력 측정유닛(S)을 직접 조사하는 경우, 진공 챔버(110)의 상부 영역에 배치되는 레이저출력 측정유닛(S)과 진공 챔버(110) 내부에 배치되는 기판(G)과의 위치 차이에 의해 레이저출력 측정유닛(S)을 조사하는 레이저 빔(L)은 레이저출력 측정유닛(S)에 포커싱될 수 없으며, 그에 따라 레이저출력 측정유닛(S)에서 측정되는 레이저 빔(L)의 출력은 기판(G)에 조사되는 레이저 빔(L)의 출력과 다를 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 빔 전달유닛(160)은, 상기 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)에 집속하는 집속모듈(161)을 포함한다. 본 실시예에서 집속모듈(161)은 빔 전달유닛(160)에 마련되는 전달유닛 프레임부(165)에 지지된다.
집속모듈(161)은, 레이저출력 측정유닛(S)에 도달되는 레이저 빔(L)의 경로가 기판(G)에 도달되는 레이저 빔(L)의 경로보다 늘어나서 레이저출력 측정유닛(S)에 도달된 레이저 빔(L)이 레이저출력 측정유닛(S)에 포커싱되지 않는 것을 방지한다. 즉 집속모듈(161)은, 레이저유닛(120)에서 발진된 레이저 빔(L)을 집속하여 레이저출력 측정유닛(S)에 제공한다.
본 실시예에서 집속모듈(161)은, 레이저유닛(120)에서 방출된 레이저 빔(L)의 경로를 변경하는 제1 광학계(162)와, 제1 광학계(162)에 이격되어 배치되며 제1 광학계(162)에서 경로 변경된 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)으로 전달하는 제2 광학계(163)를 포함한다. 본 실시예에서 제1 광학계(162) 및 제2 광학계(163)는 서로 마주보게 배치된다.
도 6에 도시된 바와 같이 제1 광학계(162)는 제1 챔버 윈도우(111)를 통과한 레이저 빔(L)의 경로를 제2 광학계(163) 쪽으로 변경하며, 제2 광학계(163)는 제1 광학계(162)로부터 전달받은 레이저 빔(L)의 경로를 레이저출력 측정유닛(S) 쪽으로 변경한다.
상술한 바와 같은 레이저 빔(L)의 경로변경을 위해, 제1 광학계(162)에는 레이저 빔(L)을 반사하는 제1 미러부(미도시)가 마련될 수 있으며, 제2 광학계(163)에도 레이저 빔(L)을 반사하는 제2 미러부(미도시)가 마련될 수 있다. 본 실시예에서 제1 미러부(미도시) 및 제2 미러부(미도시)는 하나 또는 다수개의 레이저용 반사거울을 구비한다.
이러한 제1 광학계(162) 및 제2 광학계(163) 중 적어도 어느 하나에는, 레이저 빔(L)을 집속하는 빔 집속부(미도시)가 마련된다. 본 실시예에서 설명의 편의를 위해 빔 집속부(미도시)가 제2 광학계(163)에 마련되는 경우로 설명하는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며, 빔 집속부(미도시)가 제1 광학계(162)에 마련될 수도 있다.
본 실시예에서 빔 집속부(미도시)는, 집속렌즈부(미도시) 및 집속거울부(미도시) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 여기서 집속렌즈부(미도시)는 볼록렌즈 계열을 포함하고 집속거울부(미도시)는 오목거울 계열을 포함한다.
본 실시예에 따른 제1 광학계(162) 및 제2광학계 중 적어도 어느 하나는, 제1 미러부(미도시) 또는 제2 미러부(미도시)의 배치각도를 조절하는 각도조절부(미도시)를 포함한다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 제2 광학계(163)가 제2 미러부(미도시)의 배치각도를 조절하는 각도조절부(미도시)를 구비하는 경우로 설명하는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며 제1 광학계(162)도 제1 미러부(미도시)의 배치각도를 조절하는 각도조절부(미도시)를 구비할 수 있다.
각도조절부(미도시)는, 제2 광학계(163) 내부에 회전 가능하게 마련되며 제2 미러부(미도시)가 결합되는 회전축(미도시)과, 회전축(미도시)에 연결되며 회전축(미도시)을 회전시키는 조작부(미도시)를 포함한다. 사용자는 조작부(미도시)를 통해 회전축(미도시)을 회전시켜 제2 미러부(미도시)의 배치각도를 조절할 수 있다.
이러한 각도조절부(미도시)는 제2 미러부(미도시)의 배치각도를 조절하여 을 레이저출력 측정유닛(S)으로 반사되는 레이저 빔(L)의 반사각도를 조절한다. 이와 같이 본 실시예에 따른 제2 광학계(163)는, 제2 미러부(미도시)의 배치각도를 조절하여 할 수 있는 각도조절부(미도시)를 구비함으로써, 레이저유닛(120)에서 발진되는 레이저 빔(L)의 방출각도가 변경되더라도 제2 광학계(163)에서 반사되는 레이저 빔(L)의 반사각도를 조절하여 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)에 용이하게 전달할 수 있다.
한편 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 빔 전달유닛(160)에 연결되며, 빔 전달유닛(160)을 진공 챔버(110) 내에서 이동시키는 스테이지 이동유닛(170)을 더 포함한다. 스테이지 이동유닛(170)은 미도시된 지지부(미도시)를 통해 진공 챔버(110)의 내벽에 연결되어 지지된다.
이러한 스테이지 이동유닛(170)은, 기판(G)에 대한 에칭 가공 시에는 빔 전달유닛(160)을 레이저 빔(L)의 경로에서 회피된 상태에 배치하며, 기판(G)에 대한 에칭 가공이 완료되어 기판(G)이 대기 위치로 이동된 후에는 빔 전달유닛(160)을 레이저 빔(L)의 경로로 이동시켜 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)으로 전달한다.
본 실시예에서 스테이지 이동유닛(170)은, 빔 전달유닛(160)이 결합되는 스테이지모듈(171)과, 스테이지모듈(171)을 지지하며 스테이지모듈(171)을 이동시키는 스테이지용 구동모듈(176)을 포함한다.
스테이지모듈(171)에는 빔 전달유닛(160)이 결합된다. 또한 본 실시예에 따른 스테이지모듈(171)에는 상술한 기판 캐리어부(172)가 마련된다. 이러한 기판 캐리어부(172)는 빔 전달유닛(160)에 대해 이격된 위치에 배치된다.
상술한 바와 같이 기판 캐리어부(172) 및 빔 전달유닛(160)이 스테이지모듈(171)에 연결되므로, 스테이지모듈(171)의 이동에 따라 빔 전달유닛(160) 및 기판(G)은 함께 이동된다. 따라서 기판(G)에 대한 에칭 공정 시 빔 전달유닛(160)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저유닛(120)에서 방출된 레이저 빔(L)의 경로를 회피하는 위치에 위치한다.
반면에 기판(G)에 대한 판에 대한 에칭 가공이 완료되어 기판(G)이 대기 위치로 이동된 후 빔 전달유닛(160)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 빔 전달유닛(160)을 레이저 빔(L)의 경로로 이동되어 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)으로 전달한다.
스테이지용 구동모듈(176)은 스테이지모듈(171)을 지지하며 스테이지모듈(171)을 이동시킨다. 본 실시예에서 스테이지용 구동모듈(176)은 리니어모터 방식으로 스테이지모듈(171)을 이동시킨다. 이러한 스테이지용 구동모듈(176)은, 스테이지모듈(171)에 연결되며 스테이지모듈(171)의 이동을 안내하는 가이드레일(미도시)과, 전자기력에 의해 스테이지모듈(171)을 이동시키는 구동부(미도시)를 포함한다. 여기서 구동부(미도시)는 스테이지모듈(171)에 마련되는 제1 자성체(미도시)에 상호 작용하여 스테이지모듈(171)에 전자기력에 의한 추진력을 발생시키도록 가이드레일(미도시)의 길이방향을 따라 배치되는 제2 자성체(미도시)를 포함한다.
여기서 제 자성체는 영구자석으로 마련되고 제2 자성체는 전자석으로 마련된다.
한편 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 기판(G)과 제1 챔버 윈도우(111) 사이에 배치되며, 레이저유닛(120)에 의한 에칭 공정 시 기판(G)에서 분리되는 파티클(Particle)을 포집하는 파티클 포집유닛(130)을 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서 에칭 공정은 다수개의 레이저유닛(120)을 통해 종래기술에 비해 넓은 영역에서 에칭 작업이 수행되므로 파티클(P)이 비산되는 범위가 넓어진다. 따라서 본 실시예에서 사용되는 파티클 포집유닛(130)은 넓은 범위를 커버할 수 있는 크기를 가져야하고, 그에 따라 파티클 포집유닛(130)은 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 박스 형상을 가진다.
파티클 포집유닛(130)은, 기판(G)에서 분리되어 낙하하는 파티클(P)에 충돌되어 파티클(P)을 포집하는 배플형 파티클 포집유닛(130)으로 이루어진다. 즉 기판(G)에서 분리되어 낙하하는 파티클(P)은 배플형 파티클 포집유닛(130)에 충돌되어 배플형 파티클 포집유닛(130)에 포집된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 배플형 파티클 포집유닛(130)이 기판(G)의 하측 영역에 배치되어 기판(G)에서 분리되어 낙하하는 파티클(P)을 자연스럽게 포집함으로써, 파티클(P) 포집을 위해 별도의 펌프 등을 설치할 필요가 없이 구조가 간단한 이점이 있다.
상술한 배플형 파티클 포집유닛(130)은, 상부가 개구되고 내부에 수용공간이 형성되는 박스모듈(140)과, 박스모듈(140)에 지지되고 수용공간에 배치되며 파티클(P)이 충돌되는 배플모듈(150)을 포함한다. 또한 배플형 파티클 포집유닛(130)은, 박스모듈(140)에 결합되고 후술할 온도조절유닛(미도시)에 지지되는 연결부(미도시)를 포함한다. 온도조절유닛(미도시) 및 연결부(미도시)에 대해서는 설명의 편의를 위해 후술한다.
박스모듈(140)은 박스 형상으로 마련되며, 상부가 개구되고 내부에는 수용공간이 형성된다. 즉 박스모듈(140)은, 하벽부와 하벽부에서 세로 방향으로 연장 형성된 측벽부를 구비하고, 하벽부와 측벽부를 통해 수용공간을 형성한다.
이러한 박스모듈(140), 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 직육면체에 유사한 형상을 가지며, 기판(G)의 가공 영역의 하부측에 배치되어 넓은 영역을 커버한다.
이러한 박스모듈(140)의 하벽부 중앙 영역에는 레이저 빔(L)이 관통하는 관통공(141)이 형성된다. 관통공(141)은, 레이져 유닛에서 파티클 포집유닛(130)의 하부 영역에 배치된 레이저유닛(120)에서 발진된 레이저 빔(L)을 통과시켜 레이저 빔(L)이 파티클 포집유닛(130)에 간섭되지 않고 기판(G)에 도달되도록 한다.
배플모듈(150)은, 수용공간에 배치되어 박스모듈(140)에 지지되며 파티클(P)과 충돌되어 파티클(P)을 포집한다. 본 실시예에서 배플모듈(150)은 한 쌍으로 마련되며, 한 쌍의 배플모듈(150)은 관통공(141)을 기준으로 대칭되고 상호 이격되어 배치된다.
상술한 배플모듈(150)은, 박스모듈(140)에 지지되는 배플모듈용 지지부(151)와, 배플모듈용 지지부(151)에 지지되고 파티클(P)이 충돌되며 파티클(P)과의 충돌면적이 확장되도록 배플모듈용 지지부(151)에서 돌출되게 마련되는 면적확대 충돌부(152)를 포함한다.
면적확대 충돌부(152)는, 배플모듈용 지지부(151)에 지지되고 파티클(P)과 충돌한다. 이러한 면적확대 충돌부(152)는, 배플모듈(150)의 부피 대비 파티클(P)과의 충돌면적이 확장되도록 배플모듈용 지지부(151)에서 돌출되게 마련된다.
이러한 면적확대 충돌부(152)는, 배플모듈용 지지부(151)에서 세로방향으로 미리 결정된 길이만큼 돌출되게 마련되는 제1 충돌 플레이트(153)를 포함한다. 이러한 제1 충돌 플레이트(153)는, 다수개로 마련되어 가로 방향으로 상호 이격되어 배치된다.
또한 면적확대 충돌부(152)는, 제1 충돌 플레이트(153)에 지지되며 제1 충돌 플레이트(153)에서 가로방향으로 미리 결정된 길이만큼 돌출되게 마련되는 제2 충돌 플레이트(154)를 더 포함한다.
제2 충돌 플레이트(154)는 제1 충돌 플레이트(153)들 사이에 배치되어 배플모듈(150)의 부피 대비 파티클(P)과의 충돌면적을 더욱 확장한다. 이러한 제2 충돌 플레이트(154)는 다수개로 마련되어 세로 방향으로 상호 이격되어 배치된다.
이러한 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 배플모듈(150)의 부피 대비 파티클(P)과의 충돌면적을 확장시키는 면적확대 충돌부(152)를 구비함으로써, 파티클(P)의 포집효율을 향상시킬 수 있다.
한편 상술한 제2 충돌 플레이트(154)는, 일단부에서 타단부로 갈수록 배플모듈용 지지부(151)에 대한 거리가 작아지도록 경사지게 배치된다. 여기서 제2 충돌 플레이트(154)의 일단부는 박스모듈(140)의 관통공(141)에 근접한 단부이다.
상술한 바와 같이 박스모듈(140)의 중앙 영역에는 관통공(141)이 형성되고 한 쌍의 배플모듈(150) 역시 박스모듈(140)의 중앙 영역에 소정의 이격간격을 두고 배치된 상태이므로, 본 실시예에 따른 배플형 파티클 포집유닛(130)은, 파티클(P)이 박스모듈(140)의 관통공(141) 방향으로 이동되는 것을 최소화하여야 한다.
따라서 제2 충돌 플레이트(154)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 박스모듈(140)의 중앙부에서 모서리 방향으로 갈수록 배플모듈용 지지부(151)에 대한 거리가 작아지도록 경사지게 배치된다.
이렇게 경사지게 배치된 제2 충돌 플레이트(154)는, 제2 충돌 플레이트(154)에 충돌된 파티클(P)을 자연스럽게 박스모듈(140)의 모서리 방향으로 유도할 수 있고, 낙하하는 파티클(P)의 흐름을 박스모듈(140)의 모서리 방향으로 유도함으로써, 낙하하는 파티클(P)이 박스모듈(140)의 관통공(141) 방향으로 이동되는 것을 최소화할 수 있다.
한편 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 파티클 포집유닛(130)에 연결되어 파티클 포집유닛을 지지하며, 파티클 포집유닛(130)의 온도를 가변시키는 온도조절유닛(미도시)을 더 포함한다.
온도조절유닛(미도시)은 박스모듈(140)에 결합되는 연결부(미도시)에 연결된다. 이러한 온도조절유닛(미도시)은 냉매(미도시)가 입출입되며 연결부(미도시)와 열교환하는 열교환부(미도시)를 포함한다. 또한 온도조절유닛(미도시)은 열교환부(미도시)에 연결되며 냉매를 순환시키는 순환라인(미도시)을 포함한다.
본 실시예에서 연결부(미도시), 박스모듈(140) 및 배플모듈(150)은 열전도율이 높은 재질로 마련되며, 배플모듈(150)은 박스모듈(140) 및 연결부(미도시)를 통해 온도조절유닛(미도시)의 열교환부(미도시)와 열교환되어 배플모듈(150)이 냉각된다.
이러한 온도조절유닛(미도시)에 의해 배플모듈(150)의 온도가 낮아질 수 있고. 파티클(P)은 낮은 온도를 가지는 배플모듈(150)의 표면에 용이하게 흡착될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 파티클 포집유닛(130)의 온도를 가변시키는 온도조절유닛(미도시)을 구비함으로써, 파티클 포집유닛(130)의 온도를 낮추어 파티클(P)의 포집효율을 높일 수 있다.
한편 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 제1 챔버 윈도우(111)와 배플형 파티클 포집유닛(130) 사이에 배치되며 제1 챔버 윈도우(111)를 차폐하는 보호 윈도우(미도시)를 구비하는 챔버 윈도우 보호유닛(180)을 더 포함한다.
보호 윈도우(미도시)는 제1 챔버 윈도우(111)와 마찬가지로 특정 파장의 레이저 빔(L)을 통과시킬 수 있는 창이며, 제1 챔버 윈도우(111)의 상부에 배치되어 배플형 파티클 포집유닛(130)에 포집되지 않은 극소량의 파티클(주로 박스모듈(140)의 관통공(141)을 통과한 파티클)이 제1 챔버 윈도우(111)에 쌓이는 것을 방지한다.
즉 배플형 파티클 포집유닛(130)에 포집되지 않은 극소량의 파티클(P)은 보호 윈도우(미도시)에 쌓이게 되고, 사용자는 소정 횟수의 에칭 공정 후에 파티클(P)이 쌓인 보호 윈도우(미도시)를 새로운 보호 윈도우(미도시)로 교체하는 간단한 작업을 통해 클리닝 시간을 줄일 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 챔버 윈도우 보호유닛(180)에 연결되며, 챔버 윈도우 보호유닛(180)을 배플형 파티클 포집유닛(130)에 대하여 상대이동시키는 보호유닛용 이동유닛(미도시)을 더 포함한다.
상술한 바와 같이, 배플형 파티클 포집유닛(130)에 포집되지 않은 극소량의 파티클(P)은 주로 박스모듈(140)의 관통공(141)을 통과한 파티클(P)이므로 보호 윈도우(미도시)에 쌓인 파티클(P)은 박스모듈(140)의 관통공(141) 아래쪽에 띠 형태로 밀집되어 있다. 즉 보호 윈도우(미도시)의 일부 영역에만 파티클(P)이 쌓여 있다.
따라서 도 3에 도시된 챔버 윈도우 보호유닛(180)을 가로방향으로 소정 거리만큼 이동시키면 보호 윈도우(미도시)에 띠 형태로 쌓인 파티클(P)도 가로방향으로 이동되고, 그에 따라 보호 윈도우(미도시)를 통과하는 레이저는 파티클(P)이 쌓여 있지 않은 영역을 통과할 수 있다.
소정 횟수의 에칭 공정에 따라 순차적으로 챔버 윈도우 보호유닛(180)을 상술한 바와 같이 이동시키면, 보호 윈도우(미도시)의 상면 전체에 파티클(P)이 쌓일 때까지 보호 윈도우(미도시)를 사용할 수 있고, 그에 따라 보호 윈도우(미도시)의 교체주기를 늘려 생산성을 형상시킬 수 있다.
본 실시예에서 보호유닛용 이동유닛(미도시)은, 진공 챔버(110)에 지지되고 챔버 윈도우 보호유닛(180)이 연결되며 챔버 윈도우 보호유닛(180)의 이동을 안내하는 보호유닛용 가이드 레일(미도시)과, 챔버 윈도우 보호유닛(180)에 연결되어 챔버 윈도우 보호유닛(180)을 이동시키는 보호유닛용 구동부(미도시)를 포함한다. 본 실시예에서 보호유닛용 구동부(미도시)는 랙피니언 방식, 리니어모터 방식 등이 사용될 수 있다.
이하에서 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치의 동작을 도 3 내지 도 8을 위주로 설명한다. 도 7 및 도 8에서는 설명의 편의를 위해 기판 캐리어부(172)는 도시하되, 스테이지모듈(171) 및 스테이지용 구동모듈(176)은 미도시하였다.
먼저 기판(G)에 대한 에칭 공정 시 도 7에 도시된 바와 같이 레이저유닛(120)에서 방출된 레이저 빔(L)이 기판(G)을 조사하여 에칭 공정이 수행된다.
에칭 공정이 완료되면 도 8에 도시된 바와 같이 기판 캐리어부(172)가 이동되어 기판(G)을 대기 위치로 위치시키며 빔 전달유닛(160)이 이동되어 레이저 빔(L)의 경로에 배치된다.
레이저 빔(L)의 경로에 위치된 빔 전달유닛(160)은, 레이저유닛(120)에서 방출된 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)으로 전달한다. 이때 빔 전달유닛(160)에 마련된 집속모듈(161)이 레이저 빔(L)을 레이저출력 측정유닛(S)에 포커싱한다.
레이저출력 측정유닛(S)은 빔 전달유닛(160)으로부터 레이저 빔(L)을 전달받아 진공 챔버(110)를 통과한 레이저 빔(L)의 출력을 모니터링한다.
이와 같이 본 실시예에 따른 하향식 기판 에칭장치는, 레이저출력 측정유닛(S)이 제2 챔버 윈도우(112)를 통해 진공 챔버(110) 내부를 통과한 레이저 빔(L)의 출력을 측정함으로써, 가공 영역인 진공 챔버(110) 내에서의 레이저 빔(L)의 출력을 모니터링하여 기기 오작동 여부를 인식할 수 있고 불량품 발생을 방지할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 진공 챔버 111: 제1 챔버 윈도우
112: 제2 챔버 윈도우 130: 파티클 포집유닛
160: 빔 전달유닛 161: 집속모듈
165: 전달유닛 프레임부 162: 제1 광학계
163: 제2 광학계 170: 스테이지 이동유닛
171: 스테이지모듈 172: 기판 캐리어부
176: 스테이지용 구동모듈 180: 챔버 윈도우 보호유닛
S: 레이저출력 측정유닛 L: 레이저 빔
G: 기판

Claims (11)

  1. 내부에서 기판에 대한 에칭 공정이 수행되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 외부에 배치되며, 상기 진공 챔버에 마련되는 제1 챔버 윈도우(Chamber Window)를 통해 상기 진공 챔버 내의 기판으로 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하여 상기 에칭 공정을 수행하는 레이저유닛; 및
    상기 진공 챔버의 외부에 배치되며, 상기 진공 챔버에 마련되는 제2 챔버 윈도우를 통해 상기 진공 챔버 내부를 통과한 레이저 빔을 전달받아 상기 레이저 빔의 출력을 측정하는 레이저출력 측정유닛을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저유닛은 상기 진공 챔버의 하부 영역에 배치되고, 상기 레이저출력 측정유닛은 상기 진공 챔버의 상부 영역에 배치되는 하향식 기판 에칭장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공 챔버 내부에 배치되며, 상기 레이저유닛에서 방출된 상기 레이저 빔을 상기 레이저출력 측정유닛으로 전달하는 빔 전달유닛을 더 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 전달유닛은,
    상기 레이저 빔을 상기 레이저출력 측정유닛에 집속하는 집속모듈을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 집속모듈은,
    상기 레이저유닛에서 방출된 레이저 빔의 경로를 변경하는 제1 광학계; 및
    상기 제1 광학계에 이격되어 배치되며, 상기 제1 광학계에서 경로 변경된 레이저 빔을 상기 레이저출력 측정유닛으로 전달하는 제2 광학계를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광학계 및 제2 광학계 중 적어도 어느 하나에는, 상기 레이저 빔을 집속하는 빔 집속부가 마련되는 하향식 기판 에칭장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 빔 집속부는, 집속렌즈부 및 집속거울부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 광학계 및 제2 광학계 각각에는, 상기 레이저 빔을 반사하는 제1 미러부 및 제2 미러부가 마련되고,
    상기 제1 광학계 및 제2광학계 중 적어도 어느 하나는, 상기 제1 미러부 또는 상기 제2 미러부의 배치각도를 조절하는 각도조절부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 빔 전달유닛에 연결되며, 상기 빔 전달유닛을 상기 진공 챔버 내에서 이동시키는 스테이지 이동유닛을 더 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스테이지 이동유닛은,
    상기 빔 전달유닛이 결합되는 스테이지모듈; 및
    상기 스테이지모듈을 지지하며, 상기 스테이지모듈을 이동시키는 스테이지용 구동모듈을 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스테이지모듈은, 상기 기판을 이송하는 캐리어부를 포함하는 하향식 기판 에칭장치.
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