KR20220168800A - 레이저 빔 커터 및 그 제조방법 - Google Patents

레이저 빔 커터 및 그 제조방법 Download PDF

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방용식
장민규
이현진
김현진
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 레이저 빔 커터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 커터 몸체; 및 금속으로 이루어지고, 상기 커터 몸체의 적어도 일면에 형성되는 반사막;을 포함하고, 레이저 빔 커터의 표면 거칠기를 저감시켜 레이저 빔 커터의 반사율을 향상시킬 수 있고, 이를 통해 레이저 빔에 의해 레이저 빔 커터의 온도가 상승하는 현상과, 공정 챔버 내에서 기류 변화가 발생하는 현상을 억제 혹은 방지하여 기판의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 빔 커터 및 그 제조방법{Laser beam cutter and manufacturing method thereof}
본 발명은 레이저 빔 커터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔 커터의 과열을 억제하고, 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있는 레이저 빔 커터 제조 방법 및 레이저 빔 커터에 관한 것이다.
유기 발광 디스플레이 장치, 액정 디스플레이 장치 등과 같은 평판 디스플레이 장치는 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)을 결정화시킨 다결정 실리콘(Polysilicon)을 기판으로 사용한다. 이를 위해 비정질 실리콘에 레이저 빔을 조사하는 열처리 공정을 실시한다.
이러한 열처리 공정은 기판을 이동시키면서, 이동하는 기판에 레이저 빔을 조사하여 비정질 실리콘을 결정화시킨다. 이때, 기판에 조사되는 레이저 빔은 기판이 이동하는 방향에 대해서 교차하는 방향으로 연장되는 라인 빔(line beam)이며, 기판의 크기에 따라 레이저 빔 커터(laser beam cutter)를 이용하여 그 길이가 조절된다. 레이저 빔 커터는 레이저 발진기와 기판이 안착되는 스테이지 사이에 설치되어, 기판으로 조사되는 레이저 빔의 일부를 차단시켜 레이저 빔의 길이를 조절한다. 그런데 레이저 빔 커터에 차단시킨 레이저 빔이 흡수되어 레이저 빔 커터의 온도가 상승하고, 이로 인해 레이저 빔 커터의 주변 온도가 상승하게 된다. 레이저 빔 커터의 주변 온도가 상승하면, 기판 처리 공간 내에 기류 변화가 발생하여 기판에 무라(MURA)가 형성되어 기판의 품질이 저하되는 문제가 있다.
KR 10-2019-0100995 A KR 10-1828992 B
본 발명은 레이저 빔 커터의 반사율을 향상시키고, 레이저 빔에 의한 온도 상승을 억제할 수 있는 레이저 빔 커터 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 품질을 향상시킬 수 있는 레이저 빔 커터 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 빔 커터는, 커터 몸체; 및 금속으로 이루어지고, 상기 커터 몸체의 적어도 일면에 형성되는 반사막;을 포함할 수 있다.
상기 커터 몸체는 0.1 내지 0.8㎛의 평균 표면 거칠기 값을 가질 수 있다.
적어도 상기 반사막의 표면에 형성되는 산화방지막을 더 포함할 수 있다.
상기 산화방지막은 광투과성이고, 굴절률이 1.5 이하인 물질을 포함할 수 있다.
상기 반사막의 두께는 50㎚ 이상이고, 상기 산화방지막의 두께는 10 내지 30㎚일 수 있다.
상기 커터 몸체와 상기 반사막 사이에 접착층을 포함하고, 상기 접착층은 상기 금속의 산화물로 이루어질 수 있다.
상기 접착층의 두께는 2 내지 20㎚일 수 있다.
상기 커터 몸체는 알루미늄을 포함하고, 상기 반사막은 알루미늄을 포함하고, 상기 산화방지막은 불화마그네슘(MgF2)을 포함할 수 있다.
레이저 빔 커터는 평균 표면 거칠기 값이 0.1㎛ 미만일 수 있다.
중파장 자외선 영역으로부터 가시광선 영역의 파장에서 90% 이상의 반사율을 가질 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법은, 커터 몸체를 마련하는 과정; 및 상기 커터 몸체에 금속으로 이루어지는 반사막을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 커터 몸체를 마련하는 과정은, 모재를 마련하는 과정; 및 상기 모재를 절단 가공하여 커터 몸체를 제조하는 과정;을 포함하고, 상기 커터 몸체를 마련하는 과정 이후에 상기 커터 몸체의 적어도 일부를 연마하는 표면 처리 과정;을 포함할 수 있다.
상기 표면 처리 과정은 상기 커터 몸체의 평균 표면 거칠기 값을 0.1 내지 0.8㎛로 조절하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 반사막을 형성하는 과정은 상기 표면 처리 과정에서 상기 커터 몸체의 표면에 형성되는 홈의 적어도 일부를 메우는 과정을 포함할 수 있다.
상기 반사막을 형성하는 과정은, 상기 반사막의 평균 표면 거칠기 값이 표면 처리된 커터 몸체의 평균 거칠기 값보다 작아지도록 상기 반사막의 두께를 조절할 수 있다.
상기 커터 몸체의 적어도 일부에 상기 금속의 산화물로 이루어지는 접착층을 형성하는 과정을 더 포함하고, 상기 접착층을 형성하는 과정은 상기 반사막을 형성하는 과정 이전에 수행할 수 있다.
적어도 상기 반사막의 표면에 산화방지막을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저 빔 커터의 표면 거칠기를 저감시켜 레이저 빔 커터의 반사율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 레이저 빔에 의해 레이저 빔 커터의 온도가 상승하는 현상과, 공정 챔버 내에서 기류 변화가 발생하는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 따라서 기판 처리 중 발생하는 기류 변화에 의해 기판에 무라가 발생하는 것을 방지하여, 기판의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 빔 커터가 레이저 빔에 의해 산화되는 것을 억제하여, 레이저 빔 커터의 사용 수명을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 레이저 빔 커터의 교체 주기를 증가시키고, 레이저 빔 커터의 교체에 의해 발생하는 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터가 적용되는 레이저 열 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터를 제조하는 상태를 순차적으로 보여주는 도면.
도 5는 종래기술에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법으로 제조된 레이저 빔 커터와, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법으로 제조된 레이저 빔 커터의 표면 상태를 보여주는 사진.
도 6은 비교 예에 따른 레이저 빔 커터와 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 시간 경과에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 레이저 빔 커터의 레이저 빔의 파장에 따른 반사율의 변화를 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 형태에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 형태들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터가 적용되는 레이저 열 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이저 열 처리 장치는 기판(S)의 처리 공간을 제공하는 공정 챔버(110)와, 상부에 기판(S)을 지지하기 위한 지지면을 제공하고, 공정 챔버(110)에 설치되는 스테이지(120)와, 공정 챔버(110)에 설치되고 기판(S)에 레이저 빔(LB)을 조사하는 레이저 빔 발진부(130) 및 레이저 빔(LB)의 길이를 조절하기 위한 레이저 빔 커터(140)를 포함한다.
공정 챔버(110)는 내부에 진공을 형성할 수 있으며, 일측에는 공정 챔버(110) 내부로 기판(S)을 반입시키거나 공정 챔버(110) 외부로 기판(S)을 반출시킬 수 있는 게이트(gate)가 형성된다.
스테이지(120)는 공정 챔버(110) 내부에 형성되며, 상부에 기판(S)을 안착시키기 위한 지지면을 제공한다. 스테이지(120)는 결정화를 위한 기판(S)을 레이저 빔에 대해 상대적으로 이동시켜, 기판(S)의 모든 영역에 레이저 빔(LB)이 조사되도록 한다. 스테이지(120)는 기판(S)을 고정시키기 위한 진공척(미도시)을 포함할 수 있다. 여기에서 기판(S)이라 함을 글라스 상에 비정질 실리콘이 증착된 상태를 의미하며, 본 발명에서 기판(S)을 결정화시킨다는 것은 글라스의 상부에 증착된 비정질 실리콘을 결정화시키는 것을 의미한다. 이하에서는 글래스 상부에 결정화 대상인 비정질 실리콘이 증착된 것을 기판(S)이라 한다.
레이저 빔 발진부(130)는 기판(S)에 레이저 빔(LB)을 조사하도록 공정 챔버(110)에 설치될 수 있다. 레이저 빔 발진부(130)는 레이저 빔(LB)을 발진시키는 발진기(미도시)와, 발진기에서 발진된 레이저 빔(LB)을 기판(S) 쪽, 즉 스테이지(120)를 향해 조사하도록 레이저 빔(LB)의 경로를 조절하는 광학 모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 이때, 광학 모듈은 발진기에서 발진된 레이저 빔(LB)을 스테이지(120)가 이동하는 방향, 예컨대 제1방향에 대해서 수평으로 교차하는 방향, 예컨대 제2방향으로 연장되는 라인 빔으로 형성하며 스테이지(120)를 향해 조사되도록 레이저 빔(LB)의 경로의 형상 및 경로를 조절할 수 있다.
레이저 빔 커터(140)는 레이저 빔 발진부(130)와 스테이지(120) 사이, 보다 구체적으로는 레이저 빔 발진부(130)의 하부에 설치되어, 레이저 빔 발진부(130)에서 조사되는 레이저 빔(LB)의 일부를 차단할 수 있다. 즉, 레이저 빔 발진부(130)는 일방향으로 연장되는 라인 빔을 형성하여 기판(S) 쪽으로 조사하는데, 라인 빔의 길이는 적어도 기판(S)의 길이보다 짧아야 한다. 이에 레이저 빔 커터(140)는 레이저 빔(LB), 즉 라인 빔의 이동 경로에 배치되어, 라인 빔의 양쪽 일부를 차단하여 라인 빔의 길이를 조절할 수 있다. 그리고 레이저 빔 커터(140)는 차단시킨 레이저 빔을 빔 덤프(150)로 반사시킨다. 이때, 레이저 빔 커터(140)의 반사율이 높아 차단시킨 레이저 빔(LB)의 대부분을 반사시킬 수 있으며 레이저 빔 커터(140)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 반면, 레이저 빔 커터(140)의 반사율이 낮으면, 차단된 레이저 빔(LB) 중 많은 양이 레이저 빔 커터(140)에 흡수되어 레이저 빔 커터(140)의 온도가 상승하게 되고, 이로 인해 공정 챔버(110) 내부에서 기류가 불안정해지므로 기판(S)에 무라가 발생하는 문제가 있다. 이처럼, 레이저 빔 커터(140)의 온도가 상승하는 이유 중 하나는 레이저 빔 커터(140)의 표면 거칠기에 의해 레이저 빔 커터(140)의 반사율이 낮아지는데 있다. 즉, 일반적으로 레이저 빔 커터(140)는 모재를 절단 가공하여 커터 몸체를 제조하고, 커터 몸체의 표면, 예컨대 레이저 빔이 입사되는 쪽의 표면을 연마하여 제조된다. 이때, 커터 몸체는 사포(sandpaper), 컴파운드(compound) 및 양피를 이용하여 3차에 걸쳐 연마된다. 이렇게 제조된 레이저 빔 커터(140)는 육안으로는 자세하게 보이지 않는 미세한 요철 또는 스크래치가 형성된다. 예컨대 레이저 빔 커터(140)는 0.1 내지 0.8㎛ 정도의 평균 표면 거칠기 값을 가진다. 여기에서 평균 표면 거칠기 값은 레이저 빔 커터(140)의 표면에 함몰되도록 형성되는 홈 또는 요부의 깊이를 의미한다. 이러한 레이저 빔 커터(140)의 표면 상태는 반사율을 저감시켜 레이저 빔 커터(140)의 온도를 상승시키는 요인으로 작용한다.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 레이저 빔 커터(140)의 표면 상태, 즉 표면 거칠기를 저감시켜 레이저 빔 커터(140)의 반사율을 높이고 이를 통해 공정 중 온도가 상승하는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터(140)를 개략적으로 보여주고 있으며, 레이저 빔 커터(140)는 커터 몸체(142)와, 금속으로 이루어지고, 커터 몸체(142)의 적어도 일면에 형성되는 반사막(146)을 포함할 수 있다. 또한, 레이저 빔 커터(140)는 적어도 반사막(146)의 표면에 형성되는 산화방지막(148)을 포함할 수 있다. 또한, 레이저 빔 커터(140)는 커터 몸체(142)와 반사막(146) 사이에 반사막(146)의 증착 효율을 향상시킬 수 있는 접착층(144)을 포함할 수도 있다. 이러한 레이저 빔 커터(140)의 구조는 레이저 빔 커터의 제조방법을 설명하면서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법을 순차적으로 보여주는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터를 제조하는 상태를 순차적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법은, 커터 몸체(142)를 마련하는 과정(S110)과, 커터 몸체(142)의 적어도 일부에 금속으로 이루어지는 반사막(146)을 형성하는 과정(S140)을 포함할 수 있다. 또한, 반사막(146)을 형성하는 과정 이후에, 반사막(146)의 표면에 산화방지막(148)을 형성하는 과정(S150)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 커터 몸체(142)를 마련하는 과정은, 모재를 마련하는 과정과, 모재를 절단 가공하여 커터 몸체(142)를 제조하는 과정을 포함할 수 있다.
커터 몸체(142)의 모재로서 알루미늄을 마련할 수 있다. 알루미늄은 판재나 각재로 마련될 수 있으며, 원하는 크기로 절단하여 커터 몸체(142)로 제조될 수 있다. 이때, 모재를 절단할 때 사용된 기계 공구와의 접촉으로 인해 커터 몸체(142)의 표면에는 미세한 스크래치가 형성된다. 예컨대 커터 몸체(142)의 표면에는 도 4의 (a)에 도시된 것처럼 요철 또는 홈(142a)이 형성될 수 있다.
커터 몸체(142)가 마련되면, 커터 몸체(142)의 표면을 처리하는 과정(S120)을 수행할 수 있다. 표면 처리 과정은, 커터 몸체(142)의 적어도 일부를 연마하여 절단 가공에 의해 발생하는 요철 구조, 또는 표면 거칠기를 저감시킬 수 있다. 도 4의 (b)를 참조하면, 커터 몸체(142)는 사포, 컴파운드 및 양피 중 적어도 하나의 연마재(P)를 이용하여 연마될 수 있다. 커터 몸체(142)의 표면을 여러 차례에 걸쳐 연마하면, 커터 몸체(142)의 표면 거칠기를 저감시킬 수 있으나, 이후 커터 몸체(142)의 적어도 일부에 반사막(146)을 형성하기 때문에 커터 몸체(142)를 여러 차례에 걸쳐 연마할 필요는 없다. 다만, 커터 몸체(142)의 표면 거칠기, 예컨대 평균 표면 거칠기 값이 큰 경우, 표면 거칠기를 저감시키기 위해 커터 몸체(142)에 형성할 반사막(146)의 두께가 증가하기 때문에 커터 몸체(142)가 적어도 0.1 내지 0.8㎛ 정도의 평균 표면 거칠기 값을 가지도록 연마하는 것이 좋다. 즉, 커터 몸체(142)의 표면을 연마하면, 연마재에 의해 커터 몸체(142)의 표면에 수평면보다 낮은 요부 또는 홈이 형성되는데, 평균 표면 거칠기 값은 커터 몸체(142)의 표면에 형성되는 요부 또는 홈의 깊이를 의미한다.
도 4의 (d)를 참조하면, 커터 몸체(142)의 표면을 연마하여 커터 몸체(142)의 표면 거칠기를 저감시킨 다음, 커터 몸체(142)의 표면에 반사막(146)을 형성할 수 있다. 이때, 반사막(146)은 반사율이 좋은 물질이 사용될 수 있으며, 예컨대 비정질 실리콘을 결정화시킬 수 있는 308㎚ 파장 대역에서 90% 이상의 반사율을 가지는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 반사막(146)은 알루미늄, 스테인레스 및 금 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있으나, 여기에서는 알루미늄을 이용하여 반사막(146)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
한편, 커터 몸체(142)의 반사막(146)을 형성하기 이전에, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 커터 몸체(142)의 표면에 접착층(144)을 형성(S130)할 수 있다. 접착층(144)은 커터 몸체(142) 및 반사막(146)과 흡착력이 좋은 물질을 사용하여 형성될 수 있으며, 여기에서는 커터 몸체(142)와 반사막(146)을 형성하는 알루미늄의 산화물로서, 커터 몸체(142) 및 반사막(146)과 흡착성이 좋은 알루미나(Al2O3)를 이용하여 접착층(144)을 형성하는 예에 대해서 설명한다.
접착층(144)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)방식이나 PVD(Physical Vapor Deposition)방식을 이용하여 커터 몸체(142)에 형성될 수 있다. 접착층(144)은 커터 몸체(142)의 표면에 20㎚ 이하, 또는 2 내지 15㎚ 정도, 또는 5 내지 12㎚ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 접착층(144)은 반사막(146)의 증착 효율을 높이기 위해 형성되는 것으로, 접착층(144)에 의해 커터 몸체(142)의 표면 거칠기, 예컨대 커터 몸체(142)에 형성되는 요부 또는 홈이 제거되지는 않는다. 이러한 접착층(144)은 적어도 레이저 빔이 입사되는 쪽, 즉 레이저 빔과 직접 접촉하는 면에만 형성될 수도 있고, 커터 몸체(142)의 표면 전체에 형성될 수도 있다.
커터 몸체(142)에 접착층(144)을 형성한 이후, 적어도 접착층(144)의 표면에 반사막(146)을 형성할 수 있다. 반사막(146)은 CVD 방식이나 PVD 방식으로 형성될 수 있으며, 접착층(144)의 표면에만 형성될 수 있다. 또한, 반사막(146)은 접착층(144)의 표면은 물론, 접착층(144)이 형성되지 않은 커터 몸체(142)의 표면에도 형성될 수도 있으나, 여기에서는 반사막(146)이 접착층(144)의 표면에 형성된 예에 대해서 설명한다. 이러한 접착층(144)은 커터 몸체(142)와 반사막(146)을 형성하는 물질의 종류에 따라 형성될 수도 있고, 형성되지 않을 수도 있다.
커터 몸체(142)의 표면, 즉 접착층(144)의 표면에 반사막(146)을 증착하면, 반사막(146)에 의해 커터 몸체(142)의 표면에 형성되는 요부 또는 홈의 적어도 일부가 메워지게 된다. 이때, 홈(142a)이 반사막(146)에 의해 메워지는 정도는 반사막(146)의 형성 방식이나 조건에 따라 달라질 수 있다. 이에 따라 반사막(146)은 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이 홈(142a) 전체를 메우도록 증착될 수도 있고, 도 4의 (c)에 도시된 접착층(144)처럼 커터 몸체(142)의 표면 형상을 따라 일정한 두께를 갖도록 증착되어 홈(142a)의 일부만 메우도록 증착될 수도 있다. 이처럼, 반사막(146)은 커터 몸체(142)의 표면 또는 접착층(144)의 표면에 증착 방식으로 형성되기 때문에 대략 거울면과 같은 표면 상태를 갖도록 형성되어 연마 공정에 의해 표면 처리된 커터 몸체(142)의 표면 거칠기를 완화해줄 수 있다. 또한, 반사막(146)은 커터 몸체(142)에 형성된 홈(142a)의 적어도 일부를 메워 커터 몸체(142)의 표면을 평탄화시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 반사막(146)은 접착층(144) 표면에 50 내지 200㎚, 또는 70 내지 180㎚ 또는 100 내지 150㎚ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 이때, 커터 몸체(142)에 형성되는 홈(142a)의 깊이에 따라 홈(142a)이 완전히 메워질 수도 있고, 홈(142a)의 일부만 메워질 수도 있다. 반사막(146)의 두께가 지나치게 얇으면, 커터 몸체(142)의 표면 거칠기를 충분하게 제거할 수 없고, 이로 인해 레이저 빔 커터(140)의 반사율을 충분하게 높일 수 없다. 반면, 커터 몸체(142)의 두께가 지나치게 두꺼우면, 커터 몸체(142)의 표면 거칠기는 제거할 수 있다. 그러나 반사막(146)의 두께가 불필요하게 두꺼워지므로 반사막(146) 증착에 소요되는 비용이 증가하게 된다. 따라서 반사막(146)은 커터 몸체(142)의 표면 거칠기를 제거할 수 있을 정도로 증착될 수 있으며, 적어도 반사막(146)의 표면이 0.1㎛ 미만의 평균 표면 거칠기 값을 가지도록 증착되는 것이 좋다.
이처럼, 커터 몸체(142)의 표면, 즉 접착층(144)의 표면에 반사막(146)을 형성하면, 표면 거칠기가 저감된 레이저 빔 커터(140)를 제조할 수 있다.
한편, 반사막(146)으로 사용되는 알루미늄은 대기 중에 노출되거나 레이저 빔에 반복해서 노출되면 산화되는 문제가 있다. 따라서 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, 반사막(146)을 증착한 이후, 반사막(146)의 표면에 산화방지막(148)을 증착할 수 있다. 이때, 산화방지막(148)은 반사막(146)의 표면은 물론, 반사막(146)이 증착되지 않은 커터 몸체(142)의 표면, 접착층(144)의 표면에도 형성될 수 있다. 산화방지막(148)은 광투과성을 가지며, 굴절률이 매우 낮은 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 산화방지막(148)은 1.5 이하 또는 1.4 이하의 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있으며, 예컨대 불화마그네슘(MgF2)로 형성될 수 있다. 이러한 산화방지막(148)은 30㎚ 이하, 또는 10 내지 20㎚ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 산화방지막(148)의 두께가 지나치게 얇으면, 산화방지 효과가 저하될 수 있고, 산화방지막(148)의 두께가 지나치게 두꺼우면 레이저 빔이 산화방지막(148)에 흡수되는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 레이저 빔 커터(140)의 온도가 상승하여 레이저 빔 커터(140)의 주변에서 기류 변화가 발생하고, 이로 인해 기판(S)에 무라가 발생할 우려가 있다. 이처럼, 레이저 빔 커터(140)의 표면에 산화방지막(148)이 형성되면, 레이저 빔 커터(140)의 산화가 억제되어 그 사용 수명을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 레이저 빔 커터(140)가 제조되면, 검사 장비에서 레이저 빔 커터(140)의 성능을 검사할 수 있다. 검사 결과, 제조된 레이저 빔 커터(140)의 성능이 원하는 조건을 만족하면 정상으로 판정하고, 이후 레이저 열처리 장치에 설치할 수 있다. 반면, 제조된 레이저 빔 커터(140)의 성능이 원하는 조건을 만족하지 못하면, 불량으로 판정하고 폐기할 수 있다. 여기에서 원하는 조건이란 비정질 실리콘을 결정화시킬 때 사용되는 레이저 빔의 파장(308㎚)에서, 레이저 빔 커터(140)의 반사율을 의미하며, 예컨대 레이저 빔 커터(140)의 반사율을 90% 이상일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 성능을 검증하기 위한 실험 결과에 대해서 설명한다.
도 5는 종래기술에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법으로 제조된 레이저 빔 커터와, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 제조방법으로 제조된 레이저 빔 커터의 표면 상태를 보여주는 사진이고, 도 6은 비교 예에 따른 레이저 빔 커터와 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 시간 경과에 따른 온도의 변화를 보여주는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 제조된 레이저 빔 커터의 레이저 빔의 파장에 따른 반사율의 변화를 보여주는 그래프이다.
비교 예
알루미늄(AL5052) 판재를 레이저 빔 커터의 모재로 마련하고, 절단 가공을 통해 레이저 빔 커터의 커터 몸체를 제조하였다. 그리고 사포(sandpaper), 컴파운드(compound) 및 양모를 이용하여 커터 몸체의 표면을 3차에 걸쳐 연마하여 레이저 빔 커터를 제조하였다.
실시 예
알루미늄(AL5052) 판재를 레이저 빔 커터의 모재로 마련하고, 절단 가공을 통해 레이저 빔 커터의 커터 몸체를 제조하였다. 그리고 사포(sandpaper)를 이용하여 커터 몸체의 표면을 연마하였다. 이후, 커터 몸체의 표면에 알루미나(Al2O3), 알루미늄(Al) 및 불화마그네슘(MgF2)을 순차적으로 증착하여 레이저 빔 커터를 제조하였다.
도 5의 (a)는 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 표면 상태를 보여주는 사진으로, 레이저 빔 커터의 표면에는 연마 과정에서 많은 양의 스크래치가 여러 방향으로 연속적으로 형성된 것을 알 수 있다. 이처럼, 레이저 빔 커터의 표면에 스크래치가 많이 발생하였다는 것은 레이저 빔 커터의 표면이 매우 거칠다는 것을 의미한다.
반면, 도 5의 (b)는 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 표면 상태를 보여주는 사진으로, 레이저 빔 커터의 표면에 하얀색 점이 단속적으로 형성된 것을 알 수 있다. 이는 레이저 빔 커터의 표면 거칠기가 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 표면 거칠기에 비해 저감된 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 커터의 성능을 검증하기 위해 다음과 같은 실험을 실시하였다.
먼저, 비교 예에 의한 방법으로 제조된 레이저 빔 커터를 반사율 측정장치에 설치하고, 레이저 빔 커터의 온도를 측정하였다. 이후, 레이저 빔 커터에 레이저 빔을 조사하면서 레이저 빔 커터의 반사율을 측정하였다. 이때, 레이저 빔 커터에 비정질 실리콘을 결정화하는데 사용되는 308㎚ 파장의 레이저 빔을 2분 동안 조사하면서 레이저 빔 커터의 온도를 연속적으로 측정하였다. 레이저 빔의 조사가 완료된 다음, 레이저 빔 커터에 가시광선을 조사하고, 레이저 빔 커터의 반사율을 측정하였다.
다음, 실시 예에 의한 방법으로 제조된 레이저 빔 커터를 반사율 측정장치에 설치하고, 레이저 빔 커터의 온도를 측정하였다. 그리고 비교 예와 동일한 방법으로 레이저 빔 커터에 레이저 빔을 조사하면서, 레이저 빔 커터의 반사율과 온도를측정하였다. 레이저 빔의 조사가 완료된 다음, 레이저 빔 커터에 가시광선을 조사하고, 레이저 빔 커터의 반사율을 측정하였다.
아래의 표 1은 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 반사율과, 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 반사율을 측정한 결과를 보여준다.
반사율(%)
(308㎚)		 반사율
(가시광선)
비교 예 61.98 62
실시 예 95.42 92.86
표 1을 참조하면, 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터는 308㎚의 레이저 빔을 조사한 경우, 약 62% 정도의 반사율을 나타내는 반면, 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터는 92% 이상의 반사율을 나타내는 것을 알 수 있다. 특히, 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터는 비정질 실리콘을 결정화시키는 308㎚의 레이저 빈을 조사했을 때, 95% 이상의 반사율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.
도 6은 레이저 빔 커터에 레이저 빔을 조사하면서, 각각의 레이저 빔 커터의 온도를 연속적으로 측정한 결과이다. 그리고 아래의 표 2는 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터와 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터에 308㎚의 레이저 빔을 조사하면서, 60초 후, 90초 후, 120초 후에 레이저 빔 커터의 온도를 측정한 결과이다.
레이저 빔 커터의 온도(℃)
0초 60초 경과 90초 경과 120초 경과
비교 예 21.4 23.9 25.2 26.4
실시 예 22.8 23.1 23.2 23.4
표 2 및 도 6을 참조하면, 레이저 빔을 조사하기 이전에 측정한 레이저 빔 커터의 온도는 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터가 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터보다 1.4℃ 낮은 것을 알 수 있다. 그러나 레이저 빔을 조사하는 시간이 약 30초 정도 경과한 후에는 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 온도가 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 온도보다 높아지는 것을 확인(도 6 참조)할 수 있었다. 특히, 비교 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터의 온도는 레이저 빔을 조사하기 이전보다 5℃ 상승하여, 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터는 레이저 빔을 조사하기 이전보다 0.6℃ 상승한 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터에 비해 온도 상승률이 매우 높은 것을 알 수 있었다.
이와 같은 결과를 통해 본 발명의 실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터는 반사막에 의해 표면 거칠기가 현저하게 저감되어 92% 이상의 반사율을 얻을 수 있고, 이를 통해 공정 중 온도 상승을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 의해 제조되는 레이저 빔 커터가 다른 파장 영역대에서도 유사한 반사율을 나타내는지 여부를 확인하는 실험을 수행하였다.
실시 예에 의해 제조된 레이저 빔 커터를 반사율 측정장치에 설치하고, 레이저 빔 커터에 레이저 빔을 조사하였다. 이때, 레이저 빔의 파장을 200㎚에서 400㎚까지 연속적으로 변경시키면서, 레이저 빔 커터의 반사율을 측정하였다. 도 7은 레이저 빔 커터에 조사되는 레이저 빔의 파장에 따라 레이저 빔 커터의 반사율을 측정한 결과를 보여준다. 도 7을 참조하면, 레이저 빔 커터는 200㎚ 파장에서 65% 정도의 반사율을 보이다가, 파장이 중파장 자외선 영역인 약 280㎚에서 파장에서부터 90% 이상의 반사율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 레이저 빔 커터는 비정질 실리콘의 결정화가 이루어지는 308㎚에서는 92.86%의 반사율을 보이고 가시광선 영역에서는 반사율이 96% 정도까지 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해 본 발명의 실시 예에 의해 제조되는 레이저 빔 커터는, 비정질 실리콘을 결정화시키는 파장 대역은 물론, 가시광선 영역의 파장 대역을 사용하는 공정에서 광을 차단하는데 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 공정 챔버 120: 스테이지
130: 레이저 빔 발진부 140: 레이저 빔 커터
142: 커터 몸체 144: 접착층
146: 반사막 148: 산화방지막
150: 빔 덤프

Claims (17)

  1. 커터 몸체; 및
    금속으로 이루어지고, 상기 커터 몸체의 적어도 일면에 형성되는 반사막;을 포함하는 레이저 빔 커터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커터 몸체는 0.1 내지 0.8㎛의 평균 표면 거칠기 값을 가지는 레이저 빔 커터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    적어도 상기 반사막의 표면에 형성되는 산화방지막을 더 포함하는 레이저 빔 커터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 산화방지막은 광투과성이고, 굴절률이 1.5 이하인 물질을 포함하는 레이저 빔 커터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 반사막의 두께는 50㎚ 이상이고,
    상기 산화방지막의 두께는 10 내지 30㎚인 레이저 빔 커터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 커터 몸체와 상기 반사막 사이에 접착층을 포함하고,
    상기 접착층은 상기 금속의 산화물로 이루어지는 레이저 빔 커터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 접착층의 두께는 2 내지 20㎚인 레이저 빔 커터.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 커터 몸체는 알루미늄을 포함하고,
    상기 반사막은 알루미늄을 포함하고,
    상기 산화방지막은 불화마그네슘(MgF2)을 포함하는 레이저 빔 커터.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 표면 거칠기 값이 0.1㎛ 미만인 레이저 빔 커터.
  10. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    중파장 자외선 영역으로부터 가시광선 영역의 파장에서 90% 이상의 반사율을 가지는 레이저 빔 커터.
  11. 커터 몸체를 마련하는 과정; 및
    상기 커터 몸체에 금속으로 이루어지는 반사막을 형성하는 과정;을 포함하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 커터 몸체를 마련하는 과정은,
    모재를 마련하는 과정; 및
    상기 모재를 절단 가공하여 커터 몸체를 제조하는 과정;을 포함하고,
    상기 커터 몸체를 마련하는 과정 이후에 상기 커터 몸체의 적어도 일부를 연마하는 표면 처리 과정;을 포함하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 표면 처리 과정은 상기 커터 몸체의 평균 표면 거칠기 값을 0.1 내지 0.8㎛로 조절하는 과정을 포함하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
  14. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 반사막을 형성하는 과정은 상기 표면 처리 과정에서 상기 커터 몸체의 표면에 형성되는 홈의 적어도 일부를 메우는 과정을 포함하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
  15. 청구항 12 또는 13에 있어서,
    상기 반사막을 형성하는 과정은,
    상기 반사막의 평균 표면 거칠기 값이 표면 처리된 커터 몸체의 평균 거칠기 값보다 작아지도록 상기 반사막의 두께를 조절하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 커터 몸체의 적어도 일부에 상기 금속의 산화물로 이루어지는 접착층을 형성하는 과정을 더 포함하고,
    상기 접착층을 형성하는 과정은 상기 반사막을 형성하는 과정 이전에 수행하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
  17. 청구항 11 또는 16에 있어서,
    적어도 상기 반사막의 표면에 산화방지막을 형성하는 과정을 포함하는 레이저 빔 커터의 제조방법.
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