KR20210129929A - 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 압력으로 피가공물을 흡착하는 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블은 흡입홀 및 상기 흡입홀과 연통되는 공기유동홈을 포함하며, 피가공물이 지지되는 지지 플레이트; 및 상기 흡입홀에 연결되어, 상기 피가공물을 고정하기 위한 진공 흡입력을 제공하는 진공펌프;를 포함하고, 상기 공기유동홈의 깊이는 상기 공기유동홈의 폭보다 작을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블은 흡입홀 및 상기 흡입홀과 연통되는 공기유동홈을 포함하며, 피가공물이 지지되는 지지 플레이트; 및 상기 흡입홀에 연결되어, 상기 피가공물을 고정하기 위한 진공 흡입력을 제공하는 진공펌프;를 포함하고, 상기 공기유동홈의 깊이는 상기 공기유동홈의 폭보다 작을 수 있다.
Description
본 발명은 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 압력으로 피가공물을 흡착하는 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 가공(processing)하는 레이저 가공장치에서는 척 테이블(chuck table)에 피가공물을 지지하여 피가공물에 대한 가공을 수행한다.
예를 들어, 레이저 가공장치는 기판 또는 박막 등의 피가공물을 챔버 내부의 척 테이블 상에 안착시키고 고온으로 열처리(annealing)하여 기판 또는 박막을 결정화시킬 수 있다.
특히, 엑시머 레이저를 이용한 열처리(Eximer Laser Annealing; ELA) 방법은 엑시머 레이저를 기판 또는 박막 상에 조사함으로써, 기판 또는 박막을 순간적으로 가열하여 결정화를 유도하는 방법으로, 기판 또는 박막 전체에 대한 열처리 균일도가 우수하여 대면적 기판에 적용하기가 용이하고, 레이저 빔이 조사되는 국부적인 영역만을 순간적으로 가열하게 되므로, 박판형 기판에의 적용성도 뛰어난 장점이 있으며, 생산성이 높아 최근 연구가 활발한 실정이다.
레이저 가공장치는 다양한 크기와 형상을 가진 피가공물을 가공할 수 있으며, 높은 가공 정밀도(또는 가공 균일도)를 위해서는 척 테이블을 이용하여 피가공물을 정해진 위치에 견고하게 고정하여야 한다.
일반적으로, 척 테이블은 기판의 견고한 고정을 위해 진공 압력으로 기판을 흡착하여 지지(또는 고정)하게 되며, 척 테이블의 지지 플레이트 상면에는 진공 흡착을 위한 흡입홀(또는 흡입홈)이 형성되어 있다.
종래에는 기계 가공(machining)을 이용하여 흡입홀 또는 흡입홈을 형성하였으며, 기계 가공에서는 공정 상의 제약으로 인해 흡입홀 또는 흡입홈의 폭이 클 수 밖에 없었고, 흡입홈의 큰 폭에 따라 흡입홈의 깊이도 깊을 수 밖에 없었다. 이로 인해, 흡입홀 또는 흡입홈을 통해 진공 압력을 형성하는 경우에는 진공 압력에 의해 흡입홀 또는 흡입홈에 대응되는 기판의 일부가 빨려들어가 기판의 휨(warpage)이 발생하게 되고, 기판 상에 레이저 빔을 조사하면서 흡입홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 높이차가 많이 나서 흡입홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 반사율(reflectivity) 등의 반사 특성의 차이도 컸다. 이에 따라 레이저 가공 중에 기판에 얼룩(mura)이 발생하게 되고, 가공 균일도가 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 진공 압력으로 피가공물을 흡착하면서 높은 가공 균일도를 확보할 수 있는 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블은 흡입홀 및 상기 흡입홀과 연통되는 공기유동홈을 포함하며, 피가공물이 지지되는 지지 플레이트; 및 상기 흡입홀에 연결되어, 상기 피가공물을 고정하기 위한 진공 흡입력을 제공하는 진공펌프;를 포함하고, 상기 공기유동홈의 깊이는 상기 공기유동홈의 폭보다 작을 수 있다.
상기 공기유동홈은 10 내지 100 ㎛의 깊이를 가질 수 있다.
상기 공기유동홈은 0.1 내지 5 ㎜의 폭을 가질 수 있다.
상기 공기유동홈은 바닥면에 형성되는 미세 요철을 포함할 수 있다.
상기 공기유동홈의 바닥면은 0.01 내지 1 ㎛의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
상기 지지 플레이트는 곡면으로 형성된 지지면을 가질 수 있다.
상기 지지 플레이트는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 피가공물은 광투과성일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치는 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블; 상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부; 및 상기 피가공물 및 상기 지지 플레이트에서 반사된 상기 레이저 빔의 반사빔을 제거하는 반사빔 제거부;를 포함할 수 있다.
상기 레이저 조사부는 라인 빔 형태의 상기 레이저 빔을 소정 각도로 기울여 상기 피가공물에 조사할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법은 판상의 베이스 플레이트를 마련하는 과정; 상기 베이스 플레이트의 표면에 폭보다 작은 깊이를 갖는 공기유동홈을 형성하는 과정; 및 상기 베이스 플레이트에 상기 공기유동홈과 연통되는 흡입홀을 형성하는 과정;을 포함하고, 상기 공기유동홈을 형성하는 과정은 상기 베이스 플레이트의 표면을 부분적으로 습식 식각하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 부분적으로 습식 식각하는 과정은, 상기 베이스 플레이트 상에 오픈부를 갖는 패턴 마스크를 형성하는 과정; 상기 패턴 마스크가 형성된 상기 베이스 플레이트 상에 식각 용액을 제공하는 과정; 상기 패턴 마스크를 제거하는 과정; 및 상기 패턴 마스크가 제거된 상기 베이스 플레이트의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 부분적으로 습식 식각하는 과정에서는 상기 베이스 플레이트의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정 이전에 상기 오픈부의 면적이 증가된 패턴 마스크로 변경하면서 상기 패턴 마스크를 형성하는 과정, 상기 베이스 플레이트 상에 식각 용액을 제공하는 과정 및 상기 패턴 마스크를 제거하는 과정을 복수회 반복하여 수행할 수 있다.
상기 패턴 마스크를 형성하는 과정은 상기 베이스 플레이트 상에 패턴을 인쇄하여 수행될 수 있다.
상기 베이스 플레이트 상에 식각 용액을 제공하는 과정에서는 상기 베이스 플레이트의 표면이 1 내지 50 ㎛ 식각될 수 있다.
상기 공기유동홈의 바닥면에 미세 요철을 형성하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 금속으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 척 테이블은 공기유동홈의 깊이가 최소화되어 공기유동홈의 폭보다 작을 수 있으며, 이에 따라 공기유동홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상(단)면 간의 높이차를 줄일 수 있고, 공기유동홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 반사율(reflectivity) 등의 반사 특성의 차이를 감소시킬 수 있다. 그리고 공기유동홈의 낮은 깊이로 인해 피가공물(또는 기판)의 일부를 빨아들이는 수직 방향의 힘이 줄어들어 피가공물의 휨(warpage)을 방지할 수도 있다. 이에 따라 피가공물에 대한 레이저 가공 중에 피가공물에 얼룩(mura)이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가공 균일도가 저하되던 문제를 해결할 수 있다.
또한, 공기유동홈의 바닥면에 미세 요철을 형성함으로써, 미세 요철을 통해 레이저 빔을 흡수하여 공기유동홈의 바닥면에서 레이저 빔의 반사율(또는 반사량)을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 공기유동홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 반사 특성 차이를 최소화할 수도 있다.
그리고 지지 플레이트에서 피가공물이 지지되는 지지면(즉, 지지 플레이트의 상면)을 곡면으로 형성함으로써, 공기유동홈의 측벽과 지지 플레이트의 상면이 이루는 모서리에 긁힘(scratch)으로 인한 피가공물의 손상 및/또는 파티클(particle) 발생을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 레이저 가공장치에서는 라인 빔 형태의 레이저 빔을 소정 각도로 기울여 피가공물에 조사함으로써, 피가공물 및/또는 지지 플레이트에서 반사되는 레이저 빔의 반사빔이 레이저 조사부로 유입되어 레이저 조사부의 광학계 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소정 각도로 기울어져 조사되는 레이저 빔으로 인해 공기유동홈의 폭을 줄여 공기유동홈의 바닥면에서 반사되는 반사빔의 양을 줄일 수도 있다.
그리고 본 발명의 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에서는 기계 가공이 아니라 습식 식각(wet etching)을 통해 깊이가 낮은 공기유동홈을 형성할 수 있으며, 지지 플레이트의 상면을 곡면으로 형성할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블을 나타내는 그림.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지 플레이트를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기유동홈의 바닥면에 형성된 미세 요철을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 나타내는 그림.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기유동홈의 형성을 순서적으로 나타낸 그림.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지 플레이트를 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기유동홈의 바닥면에 형성된 미세 요철을 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 나타내는 그림.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기유동홈의 형성을 순서적으로 나타낸 그림.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블을 나타내는 그림으로, 도 1(a)는 지지 플레이트의 사시도이고, 도 1(b)는 척 테이블을 나타낸 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블(100)은 흡입홀(111) 및 상기 흡입홀(111)과 연통되는 공기유동홈(112)을 포함하며, 피가공물(10)이 지지되는 지지 플레이트(110); 및 상기 흡입홀(111)에 연결되어, 상기 피가공물(10)을 고정하기 위한 진공 흡입력을 제공하는 진공펌프(120);를 포함할 수 있다.
지지 플레이트(110)는 피가공물(10)이 지지될 수 있으며, 지지 플레이트(110)의 상면(또는 상부면)에 피가공물(10)이 지지될 수 있다. 예를 들어, 지지 플레이트(110)는 서로 대향하는 제1 면과 제2 면(또는 상면과 하면)을 갖는 판상일 수 있으며, 상기 제1 면과 제2 면 중 위치상 위쪽에 있는 면이 상면이 아니라 노출되어 피가공물(10)이 지지되는 면이 상면일 수 있다. 여기서, 피가공물(10)은 판상(板狀)일 수 있으며, 기판(또는 글래스) 및/또는 박막(thin film)일 수 있다.
그리고 지지 플레이트(110)는 흡입홀(111) 및 흡입홀(111)과 연통되는 공기유동홈(112)을 포함할 수 있다. 흡입홀(111)은 진공펌프(120)와 연결되어, 진공흡입 유로(path)를 형성할 수 있고, 진공(또는 진공 압력)에 의해 지지 플레이트(110) 상에 피가공물(10)이 고정되도록 할 수 있다.
공기유동홈(112)은 흡입홀(111)과 연통될 수 있으며, 피가공물(10)이 지지 플레이트(110)의 상(단)면에 지지되면, 흡입홀(111)의 진공 흡입에 의해 피가공물(10)과의 사이 (공간)에 진공(vacuum)을 형성할 수 있고, 공기유동홈(112)에서 진공 흡착이 이루어질 수 있다. 또한, 공기유동홈(112)은 피가공물(10)과의 사이(예를 들어, 상기 지지 플레이트의 상면과 피가공물(10)의 사이)에 존재하는 공기(air)가 빠져나갈 수 있는 통로(channel)를 제공할 수도 있다. 이를 통해 지지 플레이트(110)의 상면과 피가공물(10)의 사이에 공기가 개재되는 에어 트랩(air trap)을 방지할 수 있고, 에어 트랩으로 인한 피가공물(10)의 슬립(slip)을 방지할 수도 있다.
본 발명에서는 흡입홀(111)과 연통되는 공기유동홈(112)을 통해 지지 플레이트(110)의 상면 전체에 균일하게 진공 흡착이 이루어져 견고하면서도 안정적으로 피가공물(10)을 흡착 고정(또는 지지)할 수 있다.
이때, 피가공물(10)은 광투과성일 수 있으며, 빛(예를 들어, 레이저 빔)이 적어도 부분적으로 투과될 수 있다. 즉, 피가공물(10)은 빛을 흡수 또는 반사하지 않고 전부 투과시킬 수도 있으며, 빛 중에서 일부 파장의 빛만을 투과시킬 수도 있고, 빛의 일부(또는 광량 중 일부)가 흡수 또는 반사되어 빛의 일부만을 투과시킬 수도 있다. 여기서, 피가공물(10)은 동일한 물질(또는 조성)로 이루어진 한 층(layer)으로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 물질로 이루어진 두 층이 적층되어 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 피가공물(10)은 박막이 형성된 기판일 수 있으며, 글래스(glass) 기판 상에 비정질 실리콘(amorphous silicon; α-Si)이 증착(depositing)된 것일 수 있다.
그리고 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블(100)은 피가공물(10)에 레이저 빔(11)을 조사하여 가공(processing)하는 레이저 가공장치(200)에 사용되는 척 테이블(chuck table)일 수 있으며, 레이저 가공장치(200)에서는 레이저 빔(11)을 조사하여 비정질 실리콘(α-Si)을 결정화(crystallization)시킴으로써, 상기 기판 상에 다결정 실리콘(poly-crystalline silicon) 등의 결정질 실리콘(crystalline silicon)을 형성할 수 있다.
여기서, 상기 글래스 기판은 빛이 투과할 수 있고, 비정질 실리콘(α-Si) 박막은 일부 파장의 빛이 투과될 수 있다. 이때, 빛이 비정질 실리콘(α-Si) 박막을 투과하지 못하면, 비정질 실리콘(α-Si) 박막이 전체적으로 결정화되지 못하거나, 레이저 빔(11)의 입사면으로부터의 거리에 따라 결정화 정도에 차이가 나게 되어 결정화 균일도가 저하되게 된다. 반면에, 빛이 비정질 실리콘(α-Si) 박막을 투과하게 되면, 비정질 실리콘(α-Si) 박막에 고르게 빛에너지(또는 광에너지)가 전달될 수 있어 비정질 실리콘(α-Si) 박막이 전체적으로 균일하게 결정화될 수 있다. 그리고 상기 글래스 기판이 빛을 투과시키지 않고 빛을 흡수하거나 반사시키게 되면, 빛을 흡수하는 경우에는 상기 글래스 기판이 고온으로 가열되어 고온의 열에 의해 상기 글래스 기판 및/또는 비정질 실리콘(α-Si) 박막이 손상될 수 있고, 빛을 반사하는 경우에는 비정질 실리콘(α-Si) 박막과의 계면에서 반사가 일어나 전반사되지 못하여 상기 계면과의 거리에 따라 비정질 실리콘(α-Si) 박막의 결정화 정도에 차이가 발생할 수 있다. 반면에, 상기 글래스 기판이 빛을 투과시키게 되면, 빛의 흡수로 인한 고온 가열을 억제 또는 방지할 수 있고, 계면 반사로 인한 결정화 정도의 차이를 억제 또는 방지할 수 있다.
따라서, 피가공물(10)은 광투과성일 수 있다.
대면적의 상기 글래스 기판은 크고 크기에 비해 두께가 얇아 쉽게 휨(warpage)이 발생할 수 있으므로, 대면적의 상기 글래스 기판을 지지하는 경우에는 공기유동홈(112)의 깊이(depth; d)와 폭(width; w)을 줄이는 것이 중요하며, 상기 글래스 기판의 일부가 공기유동홈(112)으로 빨려들어가는 것을 억제 또는 방지할 수 있도록 공기유동홈(112)은 폭(w)보다 작은 깊이(d)를 가질 수 있다. 또한, 폴리머(polymer) 등으로 이루어진 얇은 가요성(flexible) 기판도 쉽게 휨이 발생하므로, 공기유동홈(112)의 깊이(d)와 폭(w)을 줄이는 것과 공기유동홈(112)이 폭(w)보다 작은 깊이(d)를 갖는 것이 중요하다.
한편, 지지 플레이트(110)는 금속(metal)으로 이루어질 수 있다. 지지 플레이트(110)가 세라믹(ceramic)으로 이루어지는 경우에는 피가공물(10)과의 마찰로 인해 마모(wear)되거나, 파티클(particle)이 쉽게 발생할 수 있으며, 지지 플레이트(110) 및/또는 피가공물(10)에 스크래치(scratch) 등의 손상이 발생할 수 있고, 이로 인해 피가공물(10)을 안정적으로 지지(또는 고정)하지 못할 수도 있다. 또한, 지지 플레이트(110)에는 기계 가공(machining)이 아니라 습식 식각(wet etching)을 통해 공기유동홈(112)을 형성할 수 있으며, 세라믹으로 이루어진 지지 플레이트(110)는 식각률(etch rate) 제어(control)가 용이하지 않을 수 있다. 예를 들어, 식각률이 너무 높아(또는 빨라) 얕은 공기유동홈(112)을 형성하지 못할 수도 있고, 식각률이 너무 낮아(또는 느려) 공기유동홈(112)을 형성하는 시간이 오래 걸리거나, 패턴 마스크(20)를 형성하여 식각할 때에 방향성을 가지고 깊이(depth) 방향으로만 식각되지 않고 패턴 마스크(20)의 하부(또는 하방)를 향하는 폭(width) 방향으로도 식각이 진행될 수 있다. 이러한 경우, 지지 플레이트(110)의 상면에서 피가공물(10)에 대한 안정적인 지지가 이루어지지 않을 수 있으며, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)으로부터 돌출되는 부분의 지지 강도가 저하될 수도 있고, 공기유동홈(112) 하부의 상대적으로 넓은 폭으로 인해 기압차가 발생하여 진공이 제대로 형성되지 않거나, 지지 플레이트(110)의 상면과 피가공물(10)의 사이에 존재하는 공기를 효과적으로 빼주지 못할 수도 있다.
하지만, 본 발명에서와 같이, 지지 플레이트(110)가 금속으로 이루어지게 되면, 식각 용액(etchant)의 농도만을 조절하여 식각률을 제어할 수 있어서, 식각률 제어가 용이할 수 있으며, 공기유동홈(112)을 낮게(또는 얕게) 형성할 수 있고, 패턴 마스크(20)를 형성하여 식각할 경우에 분(minute) 단위의 시간 조절을 통해 폭 방향으로 식각이 진행되는 과잉 식각을 억제 또는 방지할 수 있다. 깊이가 낮은 공기유동홈(112)에 대해서는 아래에서 자세히 설명하도록 한다.
여기서, 상기 금속은 단일 금속뿐만 아니라 복수의 금속으로 이루어진 합금일 수도 있다. 예를 들어, 상기 금속은 알루미늄(Aluminium; Al)을 포함할 수 있으며, 순수 알루미늄일 수도 있고, 알루미늄 합금 또는 알루미나 등의 산화막이 형성된 알루미늄일 수도 있다. 알루미늄의 경우에는 약 1분(또는 60초) 동안 약 10 ㎛가 식각될 수 있으며, 이에 따라 식각이 용이할 수 있고, 분 단위의 짧은 시간만 식각을 수행할 수 있어 상기 폭 방향으로 식각이 진행되는 과잉 식각이 억제 또는 방지될 수 있다. 스테인리스 스틸(stainless steel) 등의 다른 금속은 알루미늄보다 상대적으로 식각률이 낮을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지지 플레이트를 설명하기 위한 개념도로, 도 2(a)는 지지 플레이트의 실시예를 나타내고, 도 2(b)는 지지 플레이트의 변형예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 공기유동홈(112)의 깊이(d)는 공기유동홈(112)의 폭(w)보다 작을 수 있고, 공기유동홈(112)의 종횡비(aspect ratio)는 1 보다 작을 수 있다. 이때, 공기유동홈(112)의 종횡비는 공기유동홈(112)의 폭과 깊이의 비(w : d) 또는 깊이(d) / 폭(w)로 나타낼 수 있다.
평면의 표면 상에 홈(예를 들어, 상기 공기유동홈)을 형성하기 위해서는 상기 홈(groove)이 소정의 폭(예를 들어, 약 0.1 ㎜ 이상)을 가져야 하며, 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 공기유동홈(112)의 폭(w) 이상이 되는 경우에는 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 너무 깊어지게 된다. 또한, 종래에는 기계 가공으로 상기 홈을 형성하였으며, 기계 가공으로 공기유동홈(112)을 형성하는 경우에는 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 깊어질 수 밖에 없었다. 이로 인해, 공기유동홈(112)에 진공을 형성하는 경우에는 피가공물(10)을 빨아들이는 수직 방향의 힘(또는 진공 압력)이 너무 강하여 피가공물(10)의 일부가 공기유동홈(112)으로 빨려들어가 피가공물(10)의 휨이 발생할 수 있다. 또한, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 높이차가 많이 나게 되어, 금속으로 이루어진 지지 플레이트(110)를 포함하는 척 테이블(100)이 레이저 가공장치(200)에 사용되는 경우에 레이저 빔(11)이 반사되는 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 레이저 빔(11)에 대한 반사율(reflectivity) 등의 반사 특성의 차이가 커질 수도 있다. 이러한 경우, 피가공물(10)에 대한 레이저 가공 중에 피가공물(10)에 얼룩(mura)이 발생할 수 있고, 가공 균일도가 저하될 수 있다.
이에, 본 발명에서는 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 공기유동홈(112)의 폭(w)보다 작을 수 있으며, 공기유동홈(112)의 깊이(d)를 최소화하여(또는 줄여) 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 높이차를 줄일 수 있고, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성(예를 들어, 반사율)의 차이를 감소시킬 수 있다. 또한, 공기유동홈(112)의 낮은 깊이를 통해 피가공물(10)의 일부를 빨아들이는 수직 방향의 힘이 줄어들게 하여 피가공물(10)의 휨을 방지할 수도 있다. 이에 따라 피가공물(10)에 대한 레이저 가공 중에 피가공물(10)에 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가공 균일도가 저하되던 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에서는 습식 식각을 이용하여 공기유동홈(112)을 형성하므로, 패턴 마스크(20)의 오픈부(20a)의 확보(즉, 상기 공기유동홈의 폭의 확보)가 중요하다. 습식 식각의 경우에는 식각 용액과의 접촉 면적(즉, 반응 가능 면적)이 너무 작게 되면, 상기 식각 용액과의 반응이 충분히 이루어지지 않아 식각이 어렵게 되고, 공기유동홈(112)의 형성이 어렵다. 이로 인해 상기 식각 용액과 반응할 수 있는 상기 식각 용액과의 충분한 접촉 면적을 위해 공기유동홈(112)의 폭(w)을 약 0.1 ㎜ 이상으로 충분히 확보할 필요가 있다. 그러나 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성의 차이 감소 및 피가공물(10)의 휨 방지를 위해서는 공기유동홈(112)의 폭(w)에 따라 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 약 0.1 ㎜ 이상으로 커지면 안되므로, 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 공기유동홈(112)의 폭(w)보다 작을 수 있다.
그리고 공기유동홈(112)은 10 내지 100 ㎛의 깊이(d)를 가질 수 있다. 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 100 ㎛보다 커지게 되면, 수직 방향의 진공 압력이 너무 강하게 되어 피가공물(10)의 일부가 공기유동홈(112)으로 빨려들어가 피가공물(10)의 휨이 발생할 수 있고, 척 테이블(100)이 레이저 가공장치(200)에 사용되는 경우에 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 높이차에 따른 반사 특성의 차이가 커질 수 있다. 종래에는 지지 플레이트(110)의 상면에 기계 가공으로 상기 홈을 형성하여 공정 상의 제약으로 인해 약 500 ㎛ 이상의 깊이를 갖는 상기 홈을 형성할 수 밖에 없었고, 고가의 장비로 가공 시간을 늘려 상기 홈을 형성한다고 하여도 100 ㎛ 이하의 깊이를 갖는 상기 홈은 형성할 수 없었다. 하지만, 본 발명에서는 습식 식각으로 공기유동홈(112)을 형성하여 100 ㎛ 이하의 깊이를 갖는 공기유동홈(112)을 형성할 수 있다. 이에 따라 공기유동홈(112)의 낮은 깊이를 통해 피가공물(10)의 일부를 빨아들이는 수직 방향의 힘이 줄어들게 하여 피가공물(10)의 휨을 억제 또는 방지할 수 있고, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성의 차이를 감소시킬 수 있다.
반면에, 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 10 ㎛보다 작아지게 되면, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 높이차가 거의 나지 않게 되어(또는 상기 공기유동홈의 깊이가 상기 지지 플레이트의 두께 오차와 비슷하게 되어) 공기유동홈(112)의 기능이 저하될 수 있다. 즉, 피가공물(10)과의 사이 공간이 너무 협소하여 진공 흡입력이 저하될 수 있고, 공기 및/또는 파티클의 배출이 용이하지 않을 수 있다. 여기서, 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 10 ㎛(바람직하게는, 약 20 ㎛) 이상인 경우에 효과적인 진공 흡입력이 제공될 수 있고, 공기 및/또는 파티클의 원활한 배출이 이루어질 수 있다.
따라서, 공기유동홈(112)은 10 내지 100 ㎛의 깊이(d)를 가질 수 있다.
공기유동홈(112)의 깊이(d)가 얕을수록 피가공물(10)에서 공기유동홈(112)으로 출사되는 레이저 빔(11)의 출사 위치와 공기유동홈(112)에서 피가공물(10)로 입사되는 반사빔(12)의 입사 위치가 가까워질 수 있어서, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서의 반사 특성이 지지 플레이트(110)의 상면과 피가공물(10)의 계면에서 반사되어 레이저 빔(11)의 출사 위치와 반사빔(12)의 입사 위치가 동일한 지지 플레이트(110)의 상면에서의 반사 특성과 유사해질 수 있고, 이에 따라 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성의 차이가 감소될 수 있다.
종래에는 도 2(b)와 같이, 깊은 깊이(d2) 및/또는 넓은 폭(w2)를 갖는 공기유동홈(112)을 형성할 수 밖에 없었으며, 피가공물(10)의 일부가 공기유동홈(112)으로 빨려들어가 피가공물(10)의 휨이 발생하므로, 가공 공정 중에는 피가공물(10)의 휨을 완화할 수 있도록 진공 압력을 낮추거나, 공기유동홈(112)의 잔여 압력으로 피가공물(10)을 지지할 수 밖에 없었다. 이러한 경우, 피가공물(10)을 안정적으로 고정하지 못하여 피가공물(10)의 슬립이 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명에서는 도 2(a)와 같이, 공기유동홈(112)이 얕은 깊이(d1) 및/또는 좁은 폭(w1)를 가져 피가공물(10)의 휨이 발생하지 않을 수 있으므로, 가공 공정 중에도 진공 압력을 충분히 유지할 수 있고, 피가공물(10)을 안정적으로 고정하여 피가공물(10)의 슬립을 방지할 수 있다.
또한, 공기유동홈(112)은 0.1 내지 5 ㎜의 폭(w)을 가질 수 있다. 종래에는 기계 가공으로 상기 홈을 형성하여 공정 상의 제약으로 인해 약 5 ㎜ 이상의 폭을 갖는 상기 홈을 형성할 수 밖에 없었다. 공기유동홈(112)의 폭(w)이 5 ㎜보다 커지게 되면, 피가공물(10)이 자중(또는 자기 하중)에 의해서만으로도 처지게 되어 피가공물(10)의 휨이 발생할 수 있고, 전체적인 지지면(115)의 면적이 줄어들어 피가공물(10)의 안정적인 지지가 이루어지지 않을 수도 있다. 반면에, 공기유동홈(112)의 폭(w)이 0.1 ㎜보다 작아지게 되면, 공기유동홈(112)의 폭이 너무 협소하여 공기 및/또는 파티클의 배출이 어려울 수 있고, 진공 흡입력이 저하되어 피가공물(10)을 안정적으로 고정시키는 데에 어려움이 있을 수 있다. 또한, 상기 식각 용액과 반응할 수 있는 상기 식각 용액과의 접촉 면적이 너무 작게 되어, 상기 식각 용액과의 반응이 충분히 이루어지지 않아 식각이 어렵게 되고, 공기유동홈(112)의 형성이 어렵게 될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 공기유동홈(112)이 0.1 내지 5 ㎜의 폭(w)을 가지므로, 자중에 의한 피가공물(10)의 처짐을 방지할 수 있으면서도 공기 및/또는 파티클을 원활하게 배출시키고 진공 흡입력을 충분히 제공할 수 있는 공기유동홈(112)의 기능을 확보할 수 있다. 또한, 상기 식각 용액과 반응할 수 있는 상기 식각 용액과의 충분한 접촉 면적을 확보할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기유동홈의 바닥면에 형성된 미세 요철을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 공기유동홈(112)은 바닥면(112a)에 형성되는 미세 요철(112b)을 포함할 수 있다. 즉, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 요철(112b)을 형성할 수 있다. 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 요철(112b)을 형성하는 경우에는 미세 요철(112b)을 통해 레이저 빔(11)을 흡수할 수 있으며, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 레이저 빔(11)의 반사율(또는 반사량)을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면(또는 지지면) 간의 반사 특성 차이를 최소화할 수 있다.
자세히 살펴보면, 피가공물(10)이 지지되는 지지 플레이트(110)의 상면에서는 피가공물(10)과의 계면(interface)에서 반사가 이루어져 일정 각도로 반사됨으로써, 반사빔(12)의 경로(path)가 일정하게 된다. 하지만, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서는 피가공물(10)을 투과하여 공기(층)를 거친 레이저 빔(11)이 반사되며, 피가공물(10)과 공기의 계면에서 레이저 빔(11)의 광량 중의 일부(예를 들어, 약 4 %)는 내부 반사되고 나머지 광량만이 반사된다. 또한, 나머지 광량의 레이저 빔(11)은 피가공물(10)과 공기의 계면에서 굴절되어 출사되므로, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 입사되는 입사각이 지지 플레이트(110)의 상면에 입사되는 레이저 빔(10)의 입사각과 상이하게 된다. 그리고 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 반사된 반사빔(12)은 피가공물(10)에 다시 입사하면서 광량 중 일부(예를 들어, 약 4 %)가 반사되고 나머지 광량이 굴절되면서 입사된다.
이로 인해 지지 플레이트(110)의 상면에서 반사된 반사빔(12)과 동일 각도의 경로를 갖는 상기 내부 반사되는 광량에는 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 반사되는 반사빔(12)이 합쳐지지 않고, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 반사되는 반사빔(12)은 오히려 지지 플레이트(110)의 상면에서 반사된 반사빔(12)과 합쳐 지므로, 지지 플레이트(110)의 상면에서 반사된 반사빔(12)이 도달하는 위치의 광량과 상기 내부 반사되는 반사빔(12)이 도달하는 위치의 광량의 차이가 커지게 되고, 피가공물(10)의 위치에 따라 가공 불균일이 발생하게 된다.
이에, 미세 요철(112b)을 통해 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)으로 입사되는 레이저 빔(11)을 흡수(또는 산란)하여 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 반사되는 반사빔(12)을 억제 또는 방지함으로써, 지지 플레이트(110)의 상면에서 반사된 반사빔(12)이 도달하는 위치의 광량과 상기 내부 반사되는 반사빔(12)이 도달하는 위치의 광량의 차이를 줄일 수 있다. 즉, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성의 차이를 감소시킬 수 있고, 피가공물(10)의 위치에 따른 가공 불균일을 억제 또는 방지하여 가공 균일도를 향상시킬 수 있다.
한편, 공기유동홈(112)의 폭(w)이 1 ㎜ 이하인 경우에는 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 요철(112b)을 형성하기 어려우므로, 공기유동홈(112)이 1 내지 5 ㎜인 경우에 미세 요철(112b)을 형성할 수 있다. 또한, 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 10 ㎛보다 작은 경우에는 미세 요철(112b)의 최대 높이(Rmax)를 확보하기 어려우므로, 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 10 ㎛ 이상으로 확보할 필요가 있다.
그리고 지지 플레이트(110)의 상면에도 미세 요철(112b)을 형성할 수 있으나, 거친 지지면(115)으로 인해 피가공물(10)이 긁힘(scratch)으로 피가공물(10)의 손상 및/또는 파티클이 발생할 수 있다.
여기서, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)은 0.01 내지 1 ㎛의 표면 거칠기(surface roughness)를 가질 수 있다. 이때, 표면 거칠기(또는 조도)는 중심 평균 거칠기(Ra)일 수 있다. 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)의 표면 거칠기가 0.01 ㎛보다 작은 경우에는 레이저 빔(11)의 흡수 및/또는 산란이 효과적이지 않을 수 있다. 반면에, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)의 표면 거칠기가 1 ㎛보다 큰 경우에는 공기유동홈(112) 내에서 원활한 공기 및/또는 파티클의 흐름이 형성되지 못하고, 미세 요철(112b) 사이사이에 쌓인(또는 박힌) 파티클을 제거하는 데에도 어려움이 생기게 된다.
따라서, 본 발명에서는 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)의 표면 거칠기를 0.01 내지 1 ㎛로 함으로써, 레이저 빔(11)을 효과적으로 흡수 및/또는 산란시킬 수 있으면서 원활한 공기 및/또는 파티클의 흐름을 형성할 수 있고, 미세 요철(112b) 사이사이에 쌓인 파티클을 용이하게 제거할 수 있다.
그리고 지지 플레이트(110)는 곡면으로 형성된 지지면(115)을 가질 수 있다. 여기서, 지지면(115)은 피가공물(10)이 지지되는 지지 플레이트(110)의 상단면(또는 상부면)일 수 있다. 지지면(115)이 평면으로 형성되어 공기유동홈(112)의 측벽과 직각을 이루는 경우에는 공기유동홈(112)의 측벽과 지지면(115) 사이의 직각 모서리에 피가공물(10)의 긁힘이 발생할 수 있고, 이로 인해 스크래치 등의 피가공물(10)의 손상 및/또는 파티클이 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명에서는 지지면(115)이 곡면으로 형성되어, 공기유동홈(112)의 측벽과 지지면(115)이 이루는 모서리에 긁힘으로 인한 피가공물(10)의 손상 및/또는 파티클 발생을 방지할 수 있다. 또한, 피가공물(10)이 지지면(115)에 중앙부에서 가장자리 방향으로 순차적으로 접촉되므로, 지지 플레이트(110)의 상면과 피가공물(10) 사이의 공기를 공기유동홈(112)으로 유도하여 에어 트랩을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서, 상기 곡면의 호(arc)의 높이는 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다. 이때, 상기 곡면의 호의 높이는 상기 곡면의 수직 단면에서의 호의 높이일 수 있다. 상기 곡면의 호의 높이가 0.1 ㎛보다 작게 되면, 곡면 형상의 지지면(115)에 의한 효과가 미미할 수 있다. 반면에, 상기 곡면의 호의 높이가 0.1 ㎛보다 크게 되면, 피가공물(10)이 접촉되는 상기 호의 정점과 양 끝점의 높이차가 크게 되어, 지지면(115) 내에서도 반사 특성의 차이가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기 곡면의 호의 높이를 0.1 내지 10 ㎛로 하여 상기 호의 정점과 양 끝점의 작은 높이차로 인해 지지면(115)의 최대한 많은(또는 넓은) 부분이 피가공물(10)이 접촉되도록 할 수 있고, 지지면(115) 내에서의 반사 특성의 차이를 억제 또는 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 나타내는 그림으로, 도 4(a)는 레이저 가공장치의 사시도이고, 도 4(b)는 레이저 가공장치를 나타낸 개략 단면도이다.
도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블과 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치(200)는 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블(100); 상기 피가공물(10)에 레이저 빔(11)을 조사하는 레이저 조사부(210); 및 상기 피가공물(10) 및 상기 지지 플레이트(110)에서 반사된 상기 레이저 빔(11)의 반사빔(12)을 제거하는 반사빔 제거부(220);를 포함할 수 있다.
척 테이블(100)은 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블(100)일 수 있으며, 폭(w)보다 작은 깊이(d)를 갖는 공기유동홈(10)을 가질 수 있고, 가공 공정 중에 피가공물(10)을 지지(또는 고정)할 수 있다. 예를 들어, 피가공물(10)은 비정질 실리콘(α-Si) 박막이 증착된 글래스 기판일 수 있다.
레이저 조사부(210)는 피가공물(10)에 레이저 빔(11)을 조사할 수 있으며, 레이저 빔(11)의 조사를 통해 피가공물(10)을 가공할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(11)을 조사하여 비정질 실리콘(α-Si) 박막을 다결정 실리콘 등의 결정질 실리콘으로 결정화시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 레이저 가공장치(200)는 엑시머 레이저(Eximer Laser)를 이용한 열처리(Eximer Laser Annealing; ELA) 장치일 수 있으며, 엑시머 레이저를 비정질 실리콘(α-Si) 박막 상에 조사함으로써, 비정질 실리콘(α-Si) 박막을 순간적으로 가열하여 결정화를 유도할 수 있다. 엑시머 레이저를 이용한 열처리(ELA) 장치는 비정질 실리콘(α-Si) 박막 및/또는 글래스 기판 전체에 대한 열처리 균일도가 우수하여 대면적 기판에 적용하기가 용이하고, 레이저 빔(10)이 조사되는 국부적인 영역만을 순간적으로 가열하게 되므로, 박판형 기판에의 적용성도 뛰어난 장점이 있으며, 생산성이 높다.
반사빔 제거부(220)는 지지 플레이트(110)에서 반사된 레이저 빔(11)의 반사빔(12)을 제거할 수 있으며, 반사빔(12)이 레이저 조사부(210)로 유입되어 레이저 조사부(210)의 광학계 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 에너지를 갖는 반사빔(12)이 다른 곳에 영향을 주는 것도 방지할 수 있다.
이때, 레이저 조사부(210)는 라인 빔(Line Beam) 형태의 레이저 빔(10)을 소정 각도로 기울여 피가공물(10)에 조사할 수 있다. 본 발명에서는 레이저 빔(10)을 소정 각도로 기울여 피가공물(10)에 조사함으로써, 반사빔(12)이 레이저 조사부(210)로 향하는 것 조차도 사전에 방지할 수 있다. 그리고 반사빔(12)의 반사 각도를 고려하여 반사빔 제거부(220)를 제공하기만 하면 되므로, 반사빔 제거부(220)의 구성도 용이해질 수 있다. 예를 들어, 상기 소정 각도는 1 내지 10°(예를 들어, 약 6°)일 수 있다. 상기 소정 각도가 1°보다 작은 경우에는 반사빔(12)이 레이저 조사부(210)로 향하게 될 수 있으며, 상기 소정 각도가 10°보다 큰 경우에는 레이저 빔(11)과 반사빔(12)의 광 경로(optical path) 사이의 간격이 넓어져 국부적인 영역의 순간적인 가열이 어려워질 수 있고, 반사빔 제거부(220)의 설치 위치(또는 제공 위치)에 따라 전체적인 레이저 가공장치(200)의 크기가 커질 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 소정 각도로 기울어져 조사되는 레이저 빔(10)으로 인해 공기유동홈(112)의 폭을 줄이는 경우에는 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 반사되는 반사빔(12)의 양을 줄일 수도 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 척 테이블 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법은 판상의 베이스 플레이트(110a)를 마련하는 과정(S100); 상기 베이스 플레이트(110a)의 표면에 폭(w)보다 작은 깊이(d)를 갖는 공기유동홈(112)을 형성하는 과정(S200); 및 상기 베이스 플레이트(110a)에 상기 공기유동홈(112)과 연통되는 흡입홀(111)을 형성하는 과정(S300);을 포함할 수 있다.
먼저, 판상의 베이스 플레이트(110a)를 마련한다(S100). 흡입홀(111)과 공기유동홈(112)을 형성하여 척 테이블(100)용 지지 플레이트(110)를 제조할 베이스 플레이트(110a)를 마련할 수 있다.
다음으로, 상기 베이스 플레이트(110a)의 표면에 폭(w)보다 작은 깊이(d)를 갖는 공기유동홈(112)을 형성한다(S200). 베이스 플레이트(110a)의 표면에 폭(w)보다 작은 깊이(d)를 갖는 공기유동홈(112)을 형성할 수 있으며, 피가공물(10)이 지지될 베이스 플레이트(110a)의 상면에 형성할 수 있다.
본 발명에서는 습식 식각을 이용하여 공기유동홈(112)을 형성하므로, 패턴 마스크(20)의 오픈부(20a)의 확보가 중요하며, 습식 식각의 경우에는 식각 용액과 반응할 수 있는 상기 식각 용액과의 접촉 면적이 너무 작게 되면, 상기 식각 용액과의 반응이 충분히 이루어지지 않아 식각이 어렵게 되고, 공기유동홈(112)의 형성이 어려울 수 있다. 이로 인해 상기 식각 용액과 반응할 수 있는 상기 식각 용액과의 충분한 접촉 면적을 위해 패턴 마스크(20)의 오픈부(20a)를(즉, 상기 공기유동홈의 폭을) 약 0.1 ㎜ 이상으로 충분히 확보할 필요가 있다. 그러나 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성의 차이 감소 및 피가공물(10)의 휨 방지를 위해서는 공기유동홈(112)의 폭(w)에 따라 공기유동홈(112)의 깊이(d)가 약 0.1 ㎜ 이상으로 커지면 안되므로, 공기유동홈(112)의 깊이(d)는 공기유동홈(112)의 폭(w)보다 작을 수 있다.
그 다음 상기 베이스 플레이트(110a)에 상기 공기유동홈(112)과 연통되는 흡입홀(111)을 형성한다(S300). 베이스 플레이트(110a)에 공기유동홈(112)과 연통되는 흡입홀(111)을 형성할 수 있으며, 공기유동홈(112)을 형성한 후에 공기유동홈(112)과 연통시켜서 흡입홀(111)을 형성할 수도 있고, 흡입홀(111)을 먼저 형성한 후에 흡입홀(111)과 연통되는 공기유동홈(112)을 형성할 수도 있다.
상기 공기유동홈(112)을 형성하는 과정(S200)은 상기 베이스 플레이트(110a)의 표면을 부분적으로 습식 식각하는 과정(S210)을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(110a)의 표면을 부분적으로 습식 식각(wet etching)할 수 있다(S210). 본 발명의 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에서는 기계 가공이 아니라 습식 식각을 통해 깊이가 낮은 공기유동홈(112)을 형성할 수 있다. 또한, 습식 식각의 방법에 따라 지지 플레이트(110)의 상(단)면(또는 지지면)을 곡면으로 형성할 수도 있다.
여기서, 베이스 플레이트(110a)는 금속으로 이루어질 수 있다. 세라믹으로 이루어진 베이스 플레이트(110a)로 제조된 지지 플레이트(110)의 경우에는 피가공물(10)과의 마찰로 인해 마모되거나, 파티클이 쉽게 발생할 수 있으며, 지지 플레이트(110) 및/또는 피가공물(10)에 스크래치 등의 손상이 발생할 수 있고, 이로 인해 피가공물(10)을 안정적으로 지지하지 못할 수도 있다. 또한, 본 발명에서는 베이스 플레이트(110a)에 기계 가공이 아니라 습식 식각을 통해 공기유동홈(112)을 형성할 수 있으며, 세라믹으로 이루어진 베이스 플레이트(110a)는 식각률 제어가 용이하지 않을 수 있다. 예를 들어, 식각률이 너무 높아 얕은 공기유동홈(112)을 형성하지 못할 수도 있고, 식각률이 너무 낮아 공기유동홈(112)을 형성하는 시간이 오래 걸리거나, 패턴 마스크(20)를 형성하여 식각할 때에 방향성을 가지고 깊이 방향으로만 식각되지 않고 패턴 마스크(20)의 하부를 향하는 폭 방향으로도 식각이 진행될 수 있다. 이렇게 지지 플레이트(110)가 제조되는 경우, 지지 플레이트(110)의 상면에서 피가공물(10)에 대한 안정적인 지지가 이루어지지 않을 수 있으며, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)으로부터 돌출되는 부분의 지지 강도가 저하될 수도 있고, 공기유동홈(112) 하부의 상대적으로 넓은 폭으로 인해 기압차가 발생하여 진공이 제대로 형성되지 않거나, 지지 플레이트(110)의 상면과 피가공물(10)의 사이에 존재하는 공기를 효과적으로 빼주지 못할 수도 있다.
하지만, 본 발명에서와 같이, 베이스 플레이트(110a)가 금속으로 이루어지게 되면, 식각 용액의 농도만을 조절하여 식각률을 제어할 수 있어서, 식각률 제어가 용이할 수 있으며, 공기유동홈(112)을 얕게 형성할 수 있고, 패턴 마스크(20)를 형성하여 식각할 경우에 분(minute) 단위의 시간 조절을 통해 폭 방향으로 식각이 진행되는 과잉 식각을 억제 또는 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기유동홈의 형성을 순서적으로 나타낸 그림으로, 도 6(a)는 제1 패턴마스크를 형성하는 과정을 나타내며, 도 6(b)는 제1 패턴마스크를 이용한 습식 식각 후를 나타내고, 도 6(c)는 제2 패턴마스크를 형성하는 과정을 나타내며, 도 6(d)는 제2 패턴마스크를 이용한 습식 식각 후를 나타내고, 도 6(e)는 완성된 지지 플레이트를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 상기 부분적으로 습식 식각하는 과정(S210)은 상기 베이스 플레이트(110a) 상에 오픈부(20a)를 갖는 패턴 마스크(20)를 형성하는 과정(S211); 상기 패턴 마스크(20)가 형성된 상기 베이스 플레이트(110a) 상에 식각 용액을 제공하는 과정(S212); 상기 패턴 마스크(20)를 제거하는 과정(S213); 및 상기 패턴 마스크(20)가 제거된 상기 베이스 플레이트(110a)의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정(S214)을 포함할 수 있다.
베이스 플레이트(110a) 상에 오픈부(20a)를 갖는 패턴 마스크(20)를 형성할 수 있다(S211). 베이스 플레이트(110a)의 표면을 부분적으로 습식 식각하기 위해 패턴 마스크(20)를 형성할 수 있으며, 습식 식각을 진행할 부분에 오픈부(20a)를 제공할 수 있다.
그리고 패턴 마스크(20)가 형성된 베이스 플레이트(110a) 상에 식각 용액(etchant)을 제공할 수 있다(S212). 이때, 패턴 마스크(20)가 형성된 베이스 플레이트(110a)를 식각 용액에 침지(dipping)하여 패턴 마스크(20)가 형성된 베이스 플레이트(110a) 상에 상기 식각 용액을 제공할 수도 있고, 패턴 마스크(20)가 형성된 베이스 플레이트(110a) 상에 상기 식각 용액을 분사하여 상기 식각 용액을 제공할 수도 있다. 이를 통해 오픈부(20a)에 의해 노출된 영역에서(만) 식각이 진행될 수 있다.
예를 들어, 베이스 플레이트(110a)가 알루미늄(Al)으로 이루어진 경우에는 상기 식각 용액으로 질산(HNO3)과 인산(H3PO4)을 포함하는 혼합 용액을 사용할 수 있다. 질산(HNO3)은 알루미늄(Al)을 산화시키고, 인산(H3PO4)은 산화 알루미늄(Al2O3)을 용해시킴으로써, 베이스 플레이트(110a)를 식각할 수 있다. 상기 혼합 용액에는 초산(CH3COOH), 정제수(DI water) 등이 첨가될 수 있으며, 식각 속도는 상기 식각 용액의 농도, 온도, 불순물이나 혼합물 등에 의존될 수 있다.
그 다음 패턴 마스크(20)를 제거할 수 있다(S213). 패턴 마스크(20)를 제거함으로써, 공기유동홈(112)이 형성된 베이스 플레이트(110a)를 얻을 수 있다.
그리고 패턴 마스크(20)가 제거된 베이스 플레이트(110a)의 표면에 상기 식각 용액을 제공할 수 있다(S214). 공기유동홈(112)이 형성된 베이스 플레이트(110a)에 패턴 마스크(20) 없이 식각을 진행함으로써, 공기유동홈(112)의 측벽과 베이스 플레이트(110a)의 상면(또는 표면) 사이의 직각 모서리를 완만하게 식각할 수 있다. 즉, 공기유동홈(112)이 형성된 베이스 플레이트(110a)의 표면을 전반적으로 식각하여 직각 모서리(들)을 완만하게 식각할 수 있다.
상기 부분적으로 습식 식각하는 과정(S210)에서는 상기 베이스 플레이트(110a)의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정(S214) 이전에 상기 오픈부(20a)의 면적이 증가된 패턴 마스크(20)로 변경하면서 상기 패턴 마스크(20)를 형성하는 과정(S211), 상기 베이스 플레이트(110a) 상에 식각 용액을 제공하는 과정(S212) 및 상기 패턴 마스크(20)를 제거하는 과정(S213)을 복수회 반복하여 수행할 수 있다. 상기 오픈부(20a)의 면적이 증가된 패턴 마스크(20)로 변경하면서 상기 패턴 마스크(20)를 형성하는 과정(S211), 상기 베이스 플레이트(110a) 상에 식각 용액을 제공하는 과정(S212) 및 상기 패턴 마스크(20)를 제거하는 과정(S213)을 복수회(즉, 2회 이상) 반복하여 공기유동홈(112)의 측벽을 계단식(stairs type)으로 형성할 수 있고, 상기 베이스 플레이트(110a)의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정(S214)에서 공기유동홈(112)의 계단식 측벽의 모서리(들)을 식각하여 완만하게 만듦으로써, 베이스 플레이트(110a)의 상단면을 곡면으로 만들 수 있다.
여기서, 패턴 마스크(20)의 오픈부(20a) 또는 패턴 간격은 상기 패턴 마스크(20)를 형성하는 과정(S211)이 반복될수록 커질 수 있고, 패턴 마스크(20)의 오픈부(20a) 간격 또는 패턴 폭은 상기 패턴 마스크(20)를 형성하는 과정(S211)이 반복될수록 작아질 수 있다.
예를 들어, 도 6(a)와 같이, 베이스 플레이트(110a) 상에 제1 패턴마스크(21)를 형성하여 습식 식각함으로써, 도 6(b)와 같이, 1차적으로 공기유동홈(112)을 형성할 수 있다. 그리고 도 6(c)와 같이, 베이스 플레이트(110a) 상에 제1 패턴마스크(21)의 오픈부(20a)보다 큰 오픈부(20a)를 갖는 제2 패턴마스크(22)를 형성하여 습식 식각함으로써, 도 6(d)와 같이, 2차적으로 계단식의 공기유동홈(112)을 형성할 수 있다. 그 다음 상부에 노출되는 베이스 플레이트(110a)의 표면을 전반적으로 식각하여 공기유동홈(112)의 계단식 측벽의 모서리(들)을 식각하여 완만하게 만듦으로써, 상(단)면(또는 지지면)이 곡면으로 형성된 지지 플레이트(110)를 제조할 수 있다.
한편, 첫번째 상기 패턴 마스크(20)를 제거하는 과정(S213)에서(즉, 상기 제1 패턴마스크를 제거하는 과정에서) 패턴 마스크(20)의 일부(즉, 상기 제1 패턴마스크의 일부)만을 제거하여 상기 오픈부의 면적이 증가된 패턴 마스크(20)를(즉, 상기 제2 패턴마스크를) 제공(또는 형성)할 수도 있다.
여기서, 상기 패턴 마스크(20)를 형성하는 과정(S211)은 베이스 플레이트(110a) 상에 패턴(pattern)을 인쇄(printing)하여 수행될 수 있다. 패턴을 인쇄하는 프린팅 방식으로 패턴 마스크를 형성하므로, 원하는 형태의 패턴을 구현할 수 있으며, 패턴 간의 간격이 조밀한(또는 상기 오픈부의 면적이 작은) 상기 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 디지털 프린팅(digital printing)을 이용하여 베이스 플레이트(110a) 상에 패턴을 인쇄함으로써, 패턴 마스크(20)를 형성할 수 있다.
그리고 상기 베이스 플레이트(110a) 상에 식각 용액을 제공하는 과정(S212)에서는 베이스 플레이트(110a)의 표면이 깊이 방향으로 1 내지 50 ㎛ 식각될 수 있다. 상기 베이스 플레이트(110a) 상에 식각 용액을 제공하는 과정(S212)에서 베이스 플레이트(110a)의 표면을 깊이 방향으로 50 ㎛ 넘게 식각하는 경우에는 베이스 플레이트(110a)의 표면이 방향성을 가지고 깊이 방향으로만 식각되지 않고 패턴 마스크(20)의 하부(또는 하방)를 향하는 폭 방향으로도 과잉 식각이 진행되게 된다. 반면에, 베이스 플레이트(110a)의 표면을 깊이 방향으로 1 ㎛보다 작게 식각하는 경우에는 공기유동홈(112)이 형성된 베이스 플레이트(110a)에 패턴 마스크(20) 없이 전반적으로 식각을 진행하면서 공기유동홈(112)의 측벽이 사라지고 곡면의 지지면(115)만이 남게 될 수 있고, 이러한 경우에는 공기유동홈(112)의 기능이 효과적으로 수행될 수 없다.
상기 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 요철(112b)을 형성하는 과정(S250);을 더 포함할 수 있다.
그리고 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 요철(112b)을 형성할 수 있다(S250). 이때, 미세 요철(112b)은 흡입홀(111)이 형성된 후에 형성할 수도 있고, 흡입홀(111)을 형성하기 전에 형성할 수도 있다. 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 요철(112b)을 형성하는 경우에는 미세 요철(112b)을 통해 레이저 빔(11)을 흡수할 수 있으며, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에서 레이저 빔(11)의 반사율을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)과 지지 플레이트(110)의 상면 간의 반사 특성 차이를 최소화할 수 있다.
여기서, 상기 미세 요철(112b)을 형성하는 과정(S250)은 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 패턴 마스크를 형성하는 과정(S251); 및 상기 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)을 습식 식각하는 과정(S252)을 포함할 수 있다.
미세 요철(112b)은 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 패턴 마스크(미도시)를 형성하여 습식 식각함으로써, 형성할 수 있다.
일단, 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에 미세 패턴 마스크를 형성할 수 있다(S251). 원하는 표면 거칠기에 따라 상기 미세 패턴 마스크를 형성할 수 있다.
그 다음 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)을 습식 식각할 수 있다(S252). 공기유동홈(112)의 바닥면(112a) 중 상기 미세 패턴 마스크의 오픈부에 의해 노출된 부분을 습식 식각함으로써, 미세 요철(112b)을 형성할 수 있다. 이를 통해 폭(w)이 좁은 공기유동홈(112)의 바닥면(112a)에도 간단하게 미세 요철(112b)을 형성할 수 있다. 그리고 습식 식각 후에는 상기 미세 패턴 마스크를 제거할 수 있다(S253).
한편, 상기 미세 패턴 마스크를 형성할 때에 공기유동홈(112)의 폭(w)이 상기 미세 패턴 마스크의 미세 패턴 폭(예를 들어, 약 0.1 ㎜) 이하인 경우에는 상기 미세 패턴 마스크가 공기유동홈(112)을 막을 뿐이고, 미세 요철(112b)을 형성할 수 없다.
이처럼, 본 발명에서는 공기유동홈의 깊이가 최소화되어 공기유동홈의 폭보다 작을 수 있으며, 이에 따라 공기유동홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 높이차를 줄일 수 있고, 공기유동홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 반사율 등의 반사 특성의 차이를 감소시킬 수 있다. 그리고 공기유동홈의 낮은 깊이로 인해 피가공물의 일부를 빨아들이는 수직 방향의 힘이 줄어들어 피가공물의 휨을 방지할 수도 있다. 이에 따라 피가공물에 대한 레이저 가공 중에 피가공물에 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가공 균일도가 저하되던 문제를 해결할 수 있다. 또한, 공기유동홈의 바닥면에 미세 요철을 형성함으로써, 미세 요철을 통해 레이저 빔을 흡수하여 공기유동홈의 바닥면에서 레이저 빔의 반사율을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 공기유동홈의 바닥면과 지지 플레이트의 상면 간의 반사 특성 차이를 최소화할 수도 있다. 그리고 지지 플레이트에서 피가공물이 지지되는 지지면을 곡면으로 형성함으로써, 공기유동홈의 측벽과 지지 플레이트의 상면이 이루는 모서리에 긁힘으로 인한 피가공물의 손상 및/또는 파티클 발생을 방지할 수 있다. 한편, 레이저 가공장치에서는 라인 빔 형태의 레이저 빔을 소정 각도로 기울여 피가공물에 조사함으로써, 피가공물 및/또는 지지 플레이트에서 반사되는 레이저 빔의 반사빔이 레이저 조사부로 유입되어 레이저 조사부의 광학계 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소정 각도로 기울어져 조사되는 레이저 빔으로 인해 공기유동홈의 폭을 줄여 공기유동홈의 바닥면에서 반사되는 반사빔의 양을 줄일 수도 있다. 그리고 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법에서는 기계 가공이 아니라 습식 식각을 통해 깊이가 낮은 공기유동홈을 형성할 수 있으며, 지지 플레이트의 상면을 곡면으로 형성할 수도 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다. 따라서, “베이스 플레이트 상에”는 베이스 플레이트의 표면(상부면 또는 하부면)이 될 수도 있고, 베이스 플레이트의 표면에 제공된 패턴 마스크의 표면이 될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 피가공물 11 : 레이저 빔
12 : 반사빔 20 : 패턴 마스크
20a: 오픈부 21 : 제1 패턴마스크
22 : 제2 패턴마스크 100 : 척 테이블
110 : 지지 플레이트 110a: 베이스 플레이트
111 : 흡입홀 112 : 공기유동홈
112a: 공기유동홈의 바닥면 112b: 미세 요철
115 : 지지면 115a: 베이스 플레이트의 상면
120 : 진공펌프 200 : 레이저 가공장치
210 : 레이저 조사부 220 : 반사빔 제거부
12 : 반사빔 20 : 패턴 마스크
20a: 오픈부 21 : 제1 패턴마스크
22 : 제2 패턴마스크 100 : 척 테이블
110 : 지지 플레이트 110a: 베이스 플레이트
111 : 흡입홀 112 : 공기유동홈
112a: 공기유동홈의 바닥면 112b: 미세 요철
115 : 지지면 115a: 베이스 플레이트의 상면
120 : 진공펌프 200 : 레이저 가공장치
210 : 레이저 조사부 220 : 반사빔 제거부
Claims (17)
- 흡입홀 및 상기 흡입홀과 연통되는 공기유동홈을 포함하며, 피가공물이 지지되는 지지 플레이트; 및
상기 흡입홀에 연결되어, 상기 피가공물을 고정하기 위한 진공 흡입력을 제공하는 진공펌프;를 포함하고,
상기 공기유동홈의 깊이는 상기 공기유동홈의 폭보다 작은 척 테이블. - 청구항 1에 있어서,
상기 공기유동홈은 10 내지 100 ㎛의 깊이를 갖는 척 테이블. - 청구항 1에 있어서,
상기 공기유동홈은 0.1 내지 5 ㎜의 폭을 갖는 척 테이블. - 청구항 3에 있어서,
상기 공기유동홈은 바닥면에 형성되는 미세 요철을 포함하는 척 테이블. - 청구항 4에 있어서,
상기 공기유동홈의 바닥면은 0.01 내지 1 ㎛의 표면 거칠기를 갖는 척 테이블. - 청구항 1에 있어서,
상기 지지 플레이트는 곡면으로 형성된 지지면을 갖는 척 테이블. - 청구항 1에 있어서,
상기 지지 플레이트는 금속으로 이루어진 척 테이블. - 청구항 1에 있어서,
상기 피가공물은 광투과성인 척 테이블. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 척 테이블;
상기 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사부; 및
상기 피가공물 및 상기 지지 플레이트에서 반사된 상기 레이저 빔의 반사빔을 제거하는 반사빔 제거부;를 포함하는 레이저 가공장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 레이저 조사부는 라인 빔 형태의 상기 레이저 빔을 소정 각도로 기울여 상기 피가공물에 조사하는 레이저 가공장치. - 판상의 베이스 플레이트를 마련하는 과정;
상기 베이스 플레이트의 표면에 폭보다 작은 깊이를 갖는 공기유동홈을 형성하는 과정; 및
상기 베이스 플레이트에 상기 공기유동홈과 연통되는 흡입홀을 형성하는 과정;을 포함하고,
상기 공기유동홈을 형성하는 과정은 상기 베이스 플레이트의 표면을 부분적으로 습식 식각하는 과정을 포함하는 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 부분적으로 습식 식각하는 과정은,
상기 베이스 플레이트 상에 오픈부를 갖는 패턴 마스크를 형성하는 과정;
상기 패턴 마스크가 형성된 상기 베이스 플레이트 상에 식각 용액을 제공하는 과정;
상기 패턴 마스크를 제거하는 과정; 및
상기 패턴 마스크가 제거된 상기 베이스 플레이트의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정을 포함하는 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 부분적으로 습식 식각하는 과정에서는 상기 베이스 플레이트의 표면에 상기 식각 용액을 제공하는 과정 이전에 상기 오픈부의 면적이 증가된 패턴 마스크로 변경하면서 상기 패턴 마스크를 형성하는 과정, 상기 베이스 플레이트 상에 식각 용액을 제공하는 과정 및 상기 패턴 마스크를 제거하는 과정을 복수회 반복하여 수행하는 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 패턴 마스크를 형성하는 과정은 상기 베이스 플레이트 상에 패턴을 인쇄하여 수행되는 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 베이스 플레이트 상에 식각 용액을 제공하는 과정에서는 상기 베이스 플레이트의 표면이 1 내지 50 ㎛ 식각되는 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 공기유동홈의 바닥면에 미세 요철을 형성하는 과정;을 더 포함하는 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 베이스 플레이트는 금속으로 이루어진 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법.
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| KR1020200048049A KR102346435B1 (ko) | 2020-04-21 | 2020-04-21 | 척 테이블, 이를 포함하는 레이저 가공장치 및 척 테이블용 지지 플레이트 제조방법 |
| CN202010645513.3A CN113539924A (zh) | 2020-04-21 | 2020-07-07 | 卡盘工作台、其支撑板制造方法及包含其的激光处理装置 |
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