KR20190080371A - 레이저 드릴링 겸용 에칭장치 - Google Patents

레이저 드릴링 겸용 에칭장치 Download PDF

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KR20190080371A
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Abstract

레이저 드릴링 겸용 에칭장치가 개시된다. 본 발명의 레이저 드릴링 겸용 에칭장치는, 내부에서 기판에 대한 에칭 및 드릴링 공정이 수행되는 진공 챔버와, 진공 챔버의 외부에 배치되고 진공 챔버에 마련되는 챔버 윈도우(Chamber Window)를 통해 레이저 빔(Laser Beam)을 기판으로 조사하는 레이저 가공헤드를 구비하는 레이저유닛과, 레이저유닛에 연결되며 레이저 가공헤드와 기판 사이의 간격을 조절하여 기판에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛을 포함한다.

Description

레이저 드릴링 겸용 에칭장치{A laser etching machine combined with drilling}
본 발명은, 레이저 드릴링 겸용 에칭장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기판에 대한 레이저 드릴링 가공 및 에칭가공을 하나의 장비에서 수행할 수 있는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치에 관한 것이다.
개인 휴대단말기를 비롯하여 TV나 컴퓨터의 모니터 등으로 널리 사용되고 있는 기판은, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등으로 그 종류가 매우 다양하다.
이 중에서 유기 발광 다이오드라 불리는 유기발광다이오드 디스플레이(Organic Light Emitting Diode Display)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체발광형 유기물질을 말한다. 유기발광다이오드 디스플레이(OLED)는 낮은 전압에서 구동이 가능하고 얇은 박형으로 만들 수 있으며, 넓은 시야각과 빠른 응답 속도를 갖고 있어 현재 다양한 제품에 적용되고 있다.
유기발광다이오드 디스플레이(OLED)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)는 패턴(Pattern) 형성 공정, 유기박막 증착 공정, 식각 공정, 봉지 공정, 그리고 유기박막이 증착된 기판과 봉지 공정을 거친 기판을 붙이는 합착 공정 등을 통해 제품으로 생산될 수 있다.
상술한 다양한 공정들 중에서 식각 공정은, 기판의 표면에서 불필요한 부분을 물리적 혹은 화학적 방법으로 식각, 즉 드릴링 또는 에칭함으로써, 원하는 모양을 얻어내는 공정이다.
식각 공정에는 반도체와 마찬가지로 물리적 혹은 화학적인 다양한 방법이 사용되고 있는데, 이중의 하나가 레이저를 이용한 식각 방법이다. 레이저를 이용한 기판의 식각 방법은 다른 방법들에 비해 구조가 간단하고 식각 시간을 줄일 수 있어 근자에 들어 널리 채용되고 있다.
그런데 종래기술에 따른 레이저 식각장비들은 드릴링 및 에칭 중 하나의 공정만을 수행할 수 있는 구조를 가지므로, 기판에 드릴링 공정 및 에칭 공정 모두가 필요한 경우 드릴링 장비와 에칭 장비 모두를 설치해야해 장비 풋-프린트(foot-print)가 증가하고 설치비가 증대되며 택트 타임과 물류비용이 증가하는 문제점이 있다.
대한민국특허청 국내공개특허공보 제10-2005-0083540호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기판에 대한 레이저 드릴링 가공 및 레이저 에칭가공을 하나의 장치로 수행할 수 있어 장치 풋-프린트(foot-print)를 줄일 수 있고 장치 설치비를 감소시킬 수 있으며 택트 타임과 물류비용을 감소시킬 수 있는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에서 기판에 대한 에칭 및 드릴링 공정이 수행되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 외부에 배치되고, 상기 진공 챔버에 마련되는 챔버 윈도우(Chamber Window)를 통해 레이저 빔(Laser Beam)을 상기 기판으로 조사하는 레이저 가공헤드를 구비하는 레이저유닛; 및 상기 레이저유닛에 연결되며, 상기 레이저 가공헤드와 상기 기판 사이의 간격을 조절하여 상기 기판에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛을 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치가 제공될 수 있다.
상기 빔 사이즈 조절유닛은, 상기 레이저 가공헤드에 연결되며 상기 레이저 가공헤드를 상기 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 헤드 업/다운(up/down) 이동부를 포함할 수 있다.
상기 헤드 업/다운(up/down)는, 상기 레이저 가공헤드가 결합되는 헤드용 엘엠블록(LM block); 상기 헤드용 엘엠블록의 이동을 안내하는 헤드용 엘엠 가이드(LM guide); 및 상기 헤드용 엘엠블록에 연결되며, 헤드용 엘엠블록을 이동시키는 헤드용 엘엠 구동부를 포함할 수 있다.
상기 헤드용 엘엠 구동부는, 상기 레이저 가공헤드에 결합되는 이동너트; 상기 이동너트에 치합되는 볼 스크류; 및 상기 볼 스크류에 연결되며, 상기 볼 스크류를 회전시키는 회전용 모터를 포함할 수 있다.
상기 레이저 가공헤드는, 상기 레이저 빔이 직선 형태로 조사되는 직선형 슬롯을 구비하며, 상호간 인접되게 다수 개 배치되는 다수의 멀티 헤드(multi head); 상기 다수의 멀티 헤드를 일체로 지지하는 서포팅 케이스; 및 상기 서포팅 케이스에 결합되어 상기 멀티 헤드들과 각각 연결되며, 상기 서포팅 케이스에 대하여 상기 멀티 헤드들의 위치를 개별적으로 조절하는 헤드위치 개별 조절부를 포함할 수 있다.
상기 헤드위치 개별 조절부는, 상기 서포팅 케이스에 대하여 상기 멀티 헤드의 틸팅도를 조절하는 틸팅도 조절부를 포함할 수 있다.
상기 틸팅도 조절부는, 상기 멀티 헤드 하나당 한 쌍으로 배치되되 상호간 이격배치되고 상기 서포팅 케이스에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트의 노출 단부에는 손잡이용 접이식 고리가 결합될 수 있다.
상기 헤드위치 개별 조절부는, 상기 서포팅 케이스에 대하여 상기 멀티 헤드의 높낮이를 조절하는 높낮이 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 높낮이 조절부는, 상기 멀티 헤드에 결합되며, 일측에 레일홈이 형성되는 레일 블록; 일측은 상기 서포팅 케이스에 연결되고 타측은 상기 레일 블록의 레일홈에 레일식으로 결합되어 상기 멀티 헤드의 높낮이 이동을 가이드하는 레일 플랜지; 및 상기 레일 블록과 연결되어 상기 레일 블록이 상기 레일 플랜지의 길이 방향을 따라 이동되도록 상기 레일 블록을 가압하는 블록 가압부를 포함할 수 있다.
상기 블록 가압부는, 상기 서포팅 케이스의 외벽에서 바깥쪽으로 돌출되게 마련되는 돌출형 브래킷; 일측은 상기 돌출형 브래킷 내에 배치되고 타측은 상기 서포팅 케이스의 내측에서 상기 레일 블록과 연결되는 시소부재; 상기 돌출형 브래킷이 위치되는 상기 서포팅 케이스에 결합되어 상기 시소부재가 시소운동되도록 하는 피봇 회전부; 및 상기 돌출형 브래킷에 회전 가능하게 결합되며, 상기 시소부재의 일단부를 가압하는 가압 플런저를 더 포함할 수 있다.
상기 가압 플런저는 상기 돌출형 브래킷에 형성되는 격벽에 회전 가능하게 결합되며, 상기 가압 플런저에 이웃된 상기 격벽에는 상기 시소부재의 위치를 고정시키는 고정부재가 회전 가능하게 결합될 수 있다.
상기 높낮이 조절부는, 상기 레일 블록과 접촉되는 상기 시소부재의 단부에 결합되는 완충부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 빔(Laser Beam)을 조사하는 레이저 가공헤드를 구비하는 레이저유닛과, 레이저 가공헤드와 기판 사이의 간격을 조절하여 기판에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛을 구비함으로써, 기판에 대한 레이저 드릴링 가공 및 에칭가공을 하나의 장치로 수행할 수 있어 장치 풋-프린트(foot-print)를 줄일 수 있고 장치 설치비를 감소시킬 수 있으며 택트 타임과 물류비용을 감소시킬 수 있는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 겸용 에칭장치의 구조도이다.
도 2는 도 1의 빔 사이즈 조절유닛이 도시된 도면이다.
도 3은 도 1의 레이저 가공헤드가 도시된 사시도이다.
도 4는 도 3의 배면 사시도이다.
도 5 및 도 6은 각각 도 3 및 도 4에서 측벽 플레이트를 제거한 상태의 도면이다.
도 7은 도 5의 B 영역의 확대도이다.
도 8은 도 6의 C 영역의 확대도이다.
도 9는 레이저 가공헤드의 틸팅 동작 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 레이저 가공헤드의 높낮이 동작 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 1의 레이저 드릴링 겸용 에칭장치의 동작에 따른 빔 사이즈의 변화가 도시된 동작상태도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도면 대비 설명에 앞서, 이하에서 설명될 기판이란 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 중 어떠한 종류의 기판이 적용되어도 좋으나 본 실시예에서는 대형 OLED(Organic Light Emitting Diodes)용 유리기판을 기판이라 하여 설명하기로 한다. 여기서, 대형이라 함은 가로 또는 세로의 길이가 2m 내외에 이르는 사이즈를 가리킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 겸용 에칭장치의 구조도이고, 도 2는 도 1의 빔 사이즈 조절유닛이 도시된 도면이며, 도 3은 도 1의 레이저 가공헤드가 도시된 사시도이고, 도 4는 도 3의 배면 사시도이며, 도 5 및 도 6은 각각 도 3 및 도 4에서 측벽 플레이트를 제거한 상태의 도면이고, 도 7은 도 5의 B 영역의 확대도이며, 도 8은 도 6의 C 영역의 확대도이고, 도 9는 레이저 가공헤드의 틸팅 동작 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 10 및 도 11은 레이저 가공헤드의 높낮이 동작 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 12 및 도 13은 도 1의 레이저 드릴링 겸용 에칭장치의 동작에 따른 빔 사이즈의 변화가 도시된 동작상태도이다.
본 실시예에 따른 레이저 드릴링 겸용 에칭장치는, 도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 내부에서 기판(G)에 대한 에칭 및 드릴링 공정이 수행되는 진공 챔버(110)와, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되고 진공 챔버(110)에 마련되는 챔버 윈도우(Chamber Window, 111)를 통해 레이저 빔(Laser Beam, L)을 기판(G)으로 조사하는 레이저 가공헤드(300)를 구비하는 레이저유닛(120)과, 레이저유닛(120)에 연결되며 레이저 가공헤드(300)와 기판(G) 사이의 간격을 조절하여 기판(G)에 에칭용 라인빔(line beam)과 드릴링용 스폿빔(spot beam)을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛(130)과, 진공 챔버(110)의 외부에 배치되고 레이저유닛(120)에 의해 가공된 기판(G)의 가공부위를 검사하는 검사유닛(140)을 포함한다.
진공 챔버(110)는 도 1에 자세히 도시된 바와 같이 박스(box)형 구조물로서, 그 내부에서 기판(G)에 대한 드릴링 공정 및 에칭 공정이 진행되는 장소를 이룬다.
진공 챔버(110)의 일측 벽면에는 기판(G)이 출입되는 게이트 밸브(미도시)가 마련된다. 진공 챔버(110) 내에는 기판(G)을 파지하여 이동시키는 기판 흡착 캐리어(미도시)가 마련된다. 기판 흡착 캐리어(미도시)에는 기판(G)을 척킹하기 위한 정전척(미도시)이나 자력척(미도시) 등이 마련될 수 있다.
기판 흡착 캐리어(미도시)는 기판(G)을 척킹한 상태로 도 1의 화살표 방향으로 이동된다.
진공 챔버(110)의 저면에는 챔버 윈도우(111)가 마련된다. 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. 본 실시예에서 진공 챔버(110)의 저면에는 다수개의 챔버 윈도우(111)가 마련될 수 있다.
또한 진공 챔버(110)의 저면에는, 도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 검사유닛(140)의 검사를 위한 검사창(112)이 마련된다. 검사창(112)은 검사유닛(140)을 위한 견시창으로 광 투과율이 우수한 재질로 마련된다.
레이저유닛(120)은 챔버 윈도우(111)를 통해 진공 챔버(110) 내의 기판(G)으로 레이저 빔(L)을 조사하여 드릴링 공정 및 에칭 공정을 진행시키는 역할을 한다. 본 실시예에서 레이저유닛(120)은 진공 챔버(110)의 외부, 즉 하부 영역에 배치된다. 진공 챔버(110)의 내부는 고압의 진공이 형성되기 때문에 기판(G) 외의 구성들이 진공 챔버(110)의 내부에 배치되는 것은 바람직하지 않다.
따라서, 본 실시예의 레이저유닛(120)은 진공 챔버(110)의 하부 영역에 배치되고, 그 위치에서 챔버 윈도우(111)를 통해 기판(G)으로 레이저 빔(L)을 조사하여 드릴링 공정 및 에칭 공정을 수행한다.
이러한 레이저유닛(120)은, 레이저 빔(L)이 발진되는 레이저 발진기(미도시)와, 레이저 발진기에서 발진된 레이저 빔(L)을 변환하는 레이저 변환기(미도시)와, 레이저 변환기(미도시)에서 변환된 레이저 빔(L)을 전달받아 기판(G)으로 조사하는 레이저 가공헤드(300)를 포함한다.
레이저 발진기(미도시)는 레이저 빔(L)을 발진시키는 역할을 하고, 레이저 변환기((미도시)는 레이저 발진기(410)와 레이저 가공헤드(300) 사이에 배치되어 레이저 발진기(미도시)에서 발진된 레이저 빔(L)을 변환시키는 역할을 한다. 레이저 변환기(미도시)는 다수의 미러(mirror)를 포함한다.
레이저 가공헤드(300)는 레이저 변환기로부터 레이저 빔(L)을 전달받아 윈도우(Chamber Window)를 통해 기판(G)에 레이저 빔(L)을 조사한다. 설명의 편의를 위해 레이저 가공헤드(300)의 구성에 대해서는 후술한다.
한편, 빔 사이즈 조절유닛(130)은 레이저 가공헤드(300)와 기판(G) 사이의 간격을 조절하여 기판(G)에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시킨다.
이러한 빔 사이즈 조절유닛(130)은, 레이저 가공헤드(300)에 연결되며 레이저 가공헤드(300)를 기판(G)에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)를 포함한다.
본 실시예에서 헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)는, 도 2에 자세히 도시된 바와 같이, 레이저 가공헤드(300)가 결합되는 헤드용 엘엠블록(LM block, 132)과, 헤드용 엘엠블록(132)의 이동을 안내하는 헤드용 엘엠 가이드(LM guide, 133)와, 헤드용 엘엠블록(132)에 연결되며 헤드용 엘엠블록(132)을 이동시키는 헤드용 엘엠 구동부(134)를 포함한다.
본 실시예에서 헤드용 엘엠블록(132)은 레이저 가공헤드(300)의 후술할 서포팅 케이스(320)에 연결된다. 이러한 헤드용 엘엠블록(132)은 상하방향으로의 이동되어 레이저 가공헤드(300)와 기판(G) 사이의 거리를 조절한다.
헤드용 엘엠 구동부(134)는, 헤드용 엘엠블록(132)에 연결되며, 헤드용 엘엠블록(132)을 이동시킨다. 이러한 헤드용 엘엠 구동부(134)는, 레이저 가공헤드(300)에 결합되는 이동너트(미도시)와, 이동너트에 치합되는 볼 스크류(미도시)와, 볼 스크류에 연결되며 볼 스크류를 회전시키는 회전용 모터(135)를 포함한다.
회전용 모터(135)의 구동에 의해 볼 스크류가 회전되며, 볼 스크류의 회전에 의해 이동너트가 볼 스크류를 따라 상하방향으로 이동되며 이동너트에 결합된 헤드용 엘엠블록(132)이 상하방향으로 이동된다.
상술한 헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)에 의해 가공 헤드부와 기판(G) 사이의 거리가 변경됨으로써, 기판(G)에 결상되는 레이저 빔(L)의 빔 사이즈가 변경된다.
헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)가 레이저 가공헤드(300)를 기판(G)에 대해 멀어지는 방향으로 이동시키면, 도 12에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)이 디포커싱(defocusing)되어 기판(G)에 결상되는 레이저 빔(L)은 에칭공정에 사용되는 라인빔(line beam)의 형상을 갖는다. 여기서, 도 12에서는 도시의 편의를 위해 레이저 가공헤드(300)에 마련되는 후술할 멀티 헤드(310)를 도시하였다. 멀티 헤드(310)는 레이저 가공헤드(300)에 마련되므로 레이저 가공헤드(300)의 이동 시 멀티 헤드(310)도 함께 이동된다.
반대로 헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)가 가공 헤드를 기판(G)에 대해 멀어지는 방향으로 이동시키면, 도 13에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)이 기판(G)에 포커싱(focusing)되어 기판(G)에 결상되는 레이저 빔(L)은 드릴링 공정에 사용되는 스폿빔(spot beam)의 형상을 갖는다. 여기서, 도 13에서도 도 12와 마찬가지로 도시의 편의를 위해 레이저 가공헤드(300)에 마련되는 후술할 멀티 헤드(310)를 도시하였다.
이와 같이 본 실시예에 따른 레이저 드릴링 겸용 에칭장치는, 레이저 가공헤드(300)와 기판(G) 사이의 간격을 조절하여 기판(G)에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛(130)을 구비함으로써, 레이저 드릴링 가공과 레이저 에칭 가공을 별도의 장비에서 수행하는 종래기술에 달리 기판(G)에 대한 레이저 드릴링 가공 및 에칭가공을 하나의 장소에서 수행할 수 있어 장치 풋-프린트(foot-print)를 줄일 수 있고 장치 설치비를 감소시킬 수 있으며 택트 타임과 물류비용을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 레이저 가공헤드(300)는 챔버 윈도우(111)를 통해 기판(G)에 레이저 빔(L)을 기판(G)으로 조사한다. 이러한 레이저 가공헤드(300)는 도 3 내지 도 11에 자세 도시된 바와 같이, 다수의 멀티 헤드(310, multi head)와, 다수의 멀티 헤드(310)를 지지하는 서포팅 케이스(320)와, 서포팅 케이스(320)에 결합되어 멀티 헤드(310)들과 각각 연결되며, 서포팅 케이스(320)에 대하여 멀티 헤드(310)들의 위치를 개별적으로 조절하는 헤드위치 개별 조절부(330)를 포함할 수 있다.
멀티 헤드(310)는 레이저 빔(L)이 조사되는 부분이다. 레이저 빔(L)이 직선 형태로 조사되도록 멀티 헤드(310)에는 직선형 슬롯(311)이 형성된다.
본 실시예에서 멀티 헤드(310)는 서포팅 케이스(320) 상에 다수개가 상호간 인접되게 배치된다. 다수개의 멀티 헤드(310)는 그 구조가 모두 동일하다.
본 실시예 처럼 멀티 헤드(310)가 다수개로 배치될 경우, 그에 형성되는 직선형 슬롯(311)을 통해 길이가 긴 직선형 레이저 빔(L)이 조사될 수 있기 때문에 대형 기판(G)인 경우라도 멀티 헤드(310)를 움직이지 않고 레이저 가공을 진행할 수 있다. 따라서 종래보다 택트 타임을 현저하게 감소시킬 수 있다. 본 실시예의 경우, 3개의 멀티 헤드(310)가 적용된 것을 도시하였는데, 멀티 헤드(310)의 개수는 2개일 수도 있고, 4개 이상일 수도 있으므로 이의 개수에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
서포팅 케이스(320)는 다수의 멀티 헤드(310)를 일체로 지지하는 역할을 한다. 이러한 서포팅 케이스(320)는 넓은 개구부(322)를 구비하는 측벽 플레이트(321)와, 측벽 플레이트(321)에 교차 배치되되 헤드위치 개별 조절부(330)를 이루는 대다수의 구성이 탑재되는 후벽 플레이트(323)와, 측벽 플레이트(321) 및 후벽 플레이트(323)에 교차 연결되고 양 사이드를 이루는 한 쌍의 사이드 플레이트(324)를 포함한다. 측벽 플레이트(321) 및 후벽 플레이트(323)와 달리 사이드 플레이트(324)는 ㄱ자 형상으로 제작될 수 있다.
한편, 헤드위치 개별 조절부(330)는 서포팅 케이스(320)에 대하여 멀티 헤드(310)들의 위치를 개별적으로 조절하는 역할을 한다.
이러한 헤드위치 개별 조절부(330)는 서포팅 케이스(320)에 대하여 멀티 헤드(310)의 틸팅도를 조절하는 틸팅도 조절부(340)와, 서포팅 케이스(320)에 대하여 멀티 헤드(310)의 높낮이를 조절하는 높낮이 조절부(350)를 포함할 수 있다.
본 실시예처럼 레이저 가공헤드(300)에 틸팅도 조절부(340)와 높낮이 조절부(350)가 갖춰질 경우, 틸팅도와 높낮이 조절을 통해 멀티 헤드(310)들에 대한 기판(G)과의 상대위치, 즉 워킹 디스턴스(working distance)를 용이하게 조절할 수 있게 되며, 이로 인해 레이저 가공 품질 향상을 이끌어낼 수 있다.
우선, 틸팅도 조절부(340)는 서포팅 케이스(320)에 대하여 멀티 헤드(310)의 틸팅도를 조절하는 역할을 한다.
본 실시예에서 틸팅도 조절부(340)는 수동조작에 의해 기구식으로 동작되는 기구식 틸팅도 조절부(340)로 적용된다.
이러한 틸팅도 조절부(340)는, 멀티 헤드(310) 하나당 한 쌍으로 배치되되 상호간 이격배치되고 서포팅 케이스(320)에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트(341,342)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트(341,342)는 도 8 및 도 9처럼 하나의 멀티 헤드(310)에 대하여 상호 이격되게 한 쌍으로 배치된다. 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트(341,342)들은 서포팅 케이스(320)의 후벽 플레이트(323)를 가로지르게 배치된다.
제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트(341,342)들의 노출 단부에는 손잡이용 접이식 고리(343)가 결합된다. 손잡이용 접이식 고리(343)는 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트(341,342)를 별도의 공구 없이 매뉴얼로 조작하기 위한 수단이다.
이에, 도 17을 기준으로 해서 우측에 도시된 제1 틸팅도 조절용 볼트(341)를 회전시켜 전진시키면 제1 틸팅도 조절용 볼트(341)의 전진량 만큼 멀티 헤드(310)의 우측이 좌측에 대해 틸팅될 수 있다. 반대로, 좌측에 도시된 제1 틸팅도 조절용 볼트(341)를 회전시켜 전진시키면 제2 틸팅도 조절용 볼트(342)의 전진량 만큼 멀티 헤드(310)의 좌측이 우측에 대해 틸팅될 수 있다. 이와 같은 틸팅도 조절을 통해 멀티 헤드(310)의 기울어진 상태를 조절할 수 있게 되고, 이로 인해 멀티 헤드(310) 상에 마련되는 직선형 슬롯(311)의 직진도를 용이하게 조절할 수 있다.
다음으로, 높낮이 조절부(350)는 서포팅 케이스(320)에 대하여 멀티 헤드(310)의 높낮이를 조절하는 역할을 한다.
본 실시예에서 높낮이 조절부(350) 역시, 틸팅도 조절부(340)와 마찬가지로 수동조작에 의해 기구식으로 동작되는 기구식 높낮이 조절부(350)로 적용된다.
이러한 높낮이 조절부(350)는 도 7, 도 10 및 도 11에 자세히 도시된 바와 같이, 멀티 헤드(310)에 결합되며, 일측에 레일홈(352)이 형성되는 레일 블록(351)과, 일측은 서포팅 케이스(320)에 연결되고 타측은 레일 블록(351)의 레일홈(352)에 레일식으로 결합되어 멀티 헤드(310)의 높낮이 이동을 가이드하는 레일 플랜지(353)와, 레일 블록(351)과 연결되어 레일 블록(351)이 레일 플랜지(353)의 길이 방향을 따라 이동되도록 레일 블록(351)을 가압하는 블록 가압부(360)를 포함할 수 있다.
레일 블록(351)은 도 7에 잘 나타난 것처럼 멀티 헤드(310)에 결합되는 구조물이다. 즉 레일 블록(351)은 멀티 헤드(310)와 한 몸체를 이룬다.
이러한 레일 블록(351)이 상하 방향을 따라 이동될 때, 가이드될 수 있게 레일 플랜지(353)가 마련된다. 레일 플랜지(353)는 일측은 서포팅 케이스(320)에 연결되고 타측은 레일 블록(351)의 레일홈(352)에 레일식으로 결합되어 멀티 헤드(310)의 높낮이 이동을 가이드한다. 안정적인 가이드를 위해 레일 플랜지(353)는 한 쌍으로 마련되고 레일 블록(351)의 양 사이드를 가이드한다.
한편, 블록 가압부(360)는 레일 블록(351)이 레일 플랜지(353)의 길이 방향을 따라 이동되도록 레일 블록(351)을 가압하는 역할을 한다. 이러한 블록 가압부(360)는 돌출형 브래킷(361), 시소부재(362), 피봇 회전부(363), 그리고 가압 플런저(364)를 포함할 수 있다.
돌출형 브래킷(361)은 서포팅 케이스(320)의 외벽, 즉 서포팅 케이스(320)의 후벽 플레이트(323)에서 바깥쪽으로 돌출되게 마련되는 구조물이다. 돌출형 브래킷(361) 내에 시소부재(362) 등이 탑재된다. 돌출형 브래킷(361)에는 격벽(361a)이 형성된다.
시소부재(362)는 그 일측은 돌출형 브래킷(361) 내에 배치되고 타측은 서포팅 케이스(320)의 내측에서 레일 블록(351)과 연결되는 막대형 구조물이다. 이러한 시소부재(362)는 피봇 회전부(363)를 통해 시소운동되면서 레일 블록(351)을 가압한다. 레일 블록(351)과 접촉되는 시소부재(362)의 단부에는 완충부재(366)가 결합된다.
피봇 회전부(363)는 돌출형 브래킷(361)이 위치되는 서포팅 케이스(320)에 결합되어 시소부재(362)가 시소운동되도록 하는 역할을 한다. 본 실시예에서 피봇 회전부(363)는 단면이 대략 원형 형상을 이루되 시소부재(362)의 길이방향에 교차되게 서포팅 케이스(320)에 결합되어 시소부재(362)의 시소운동이 가능해질 수 있게 한다.
가압 플런저(364)는 돌출형 브래킷(361)의 격벽(361a)에 회전 가능하게 결합되며, 시소부재(362)의 일단부를 가압하는 역할을 한다.
이러한 구성에 의해, 가압 플런저(364)를 매뉴얼로 조작해서 도 11처럼 시소부재(362)의 일단부를 가압하면 시소부재(362)가 피봇 회전부(363)를 축심으로 해서 시소운동되면서 레일 블록(351)을 가압한다. 따라서 멀티 헤드(310)가 도 11의 진한 화살표 방향으로 하향 이동될 수 있게 되고, 이러한 작용으로 멀티 헤드(310)의 높낮이를 맞출 수 있다. 멀티 헤드(310)를 위로 올리려면 아래에서 멀티 헤드(310)를 위로 강제로 가압하면서 작업하면 된다.
한편, 가압 플런저(364)의 주변에는 가압 플런저(364)의 동작을 고정시키기 위해 고정부재(365)가 마련된다. 고정부재(365)는 가압 플런저(364)에 이웃된 격벽(361a)에 마련되되 시소부재(362)의 위치를 고정시키는 역할을 한다.
다시 말해, 가압 플런저(364)를 동작시킨 후, 시소부재(362)가 임의로 동작되지 않도록 고정부재(365)를 통해 시소부재(362)를 동작을 고정시킬 수 있다. 고정부재(365)는 통상의 스크루일 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 레이저 가공헤드(300)를 사용하면, 대형 기판(G)이 적용되더라도 택트 타임(tact time)의 증가 없이 레이저 가공을 진행할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 검사유닛(140)은 진공 챔버(110) 외부에 배치된다. 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, 검사유닛(140)은 진공 챔버(110)의 하부 영역에 배치된다.
이러한 검사유닛(140)은, 기판(G)의 평탄도를 측정하는 평탄도 검사모듈(미도시)과, 평탄도 검사모듈(미도시)에 인접하게 배치되고 기판(G)의 레이저 가공부위를 검사하는 가공부위 검사모듈(미도시)과, 평탄도 검사모듈(미도시)과 가공부위 검사모듈(미도시)이 결합되는 검사유닛 프레임부(미도시)를 포함한다.
이하에서 본 실시예에 따른 레이저 드릴링 겸용 에칭장치의 동작을 도 1 내지 도 13을 참고하여 도 12 및 도 13을 위주로 설명한다. 도 12 및 도 13에서는 설명의 편의를 위해 레이저 가공헤드(300)에서 하나의 멀티 헤드(310)만을 도시하였다.
헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)에 의해 레이저 가공헤드(300)의 멀티 헤드(310)가 기판(G)에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동되어 기판(G)에 결상되는 레이저 빔(L)의 빔 사이즈가 변경된다.
먼저 기판(G)에 대해 에칭작업이 필요한 경우, 헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)가 멀티 헤드(310)를 기판(G)에 대해 멀어지는 방향, 즉 멀티 헤드(310)를 하측으로 이동시킨다.
멀티 헤드(310)와 기판(G) 사이의 거리가 멀어지면, 도 12에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)이 디포커싱(defocusing)되어 기판(G)에 결상되는 레이저 빔(L)은 에칭공정에 사용되는 라인빔(line beam)의 형상을 갖는다.
다음 기판(G)에 대해 드릴링 작업이 필요한 경우, 헤드 업/다운(up/down) 이동부(131)가 멀티 헤드(310)를 기판(G)에 대해 접근하는 방향, 즉 멀티 헤드(310)를 상측으로 이동시킨다.
멀티 헤드(310)와 기판(G) 사이의 거리가 가까워지면, 도 13에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(L)이 기판(G)에 포커싱(focusing)되어 기판(G)에 결상되는 레이저 빔(L)은 드릴링 공정에 사용되는 스폿빔(spot beam)의 형상을 갖는다.
이와 같이 본 실시예에 따른 레이저 드릴링 겸용 에칭장치는, 멀티 헤드(310)와 기판(G) 사이의 간격을 조절하여 기판(G)에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛(130)을 구비함으로써, 레이저 드릴링 가공과 레이저 에칭 가공을 별도의 장비에서 수행하는 종래기술에 달리 기판(G)에 대한 레이저 드릴링 가공 및 에칭가공을 하나의 장소에서 수행할 수 있어 장치 풋-프린트(foot-print)를 줄일 수 있고 장치 설치비를 감소시킬 수 있으며 택트 타임과 물류비용을 감소시킬 수 있는 이점이 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: 챔버 윈도우
112: 검사창 120: 레이저유닛
130: 빔 사이즈 조절유닛 131: 헤드 업/다운(up/down) 이동부
132: 헤드용 엘엠블록 133: 헤드용 엘엠 가이드
134: 헤드용 엘엠 구동부 135: 회전용 모터
140: 검사유닛 300: 레이저 가공헤드
310 : 멀티 헤드 311 : 직선형 슬롯
320 : 서포팅 케이스 330 : 헤드위치 개별 조절부
340 : 틸팅도 조절부 341 : 제1 틸팅도 조절용 볼트
342 : 제2 틸팅도 조절용 볼트 343 : 손잡이용 접이식 고리
350 : 높낮이 조절부 351 : 레일 블록
352 : 레일홈 353 : 레일 플랜지
360 : 블록 가압부 361 : 돌출형 브래킷
361a : 격벽 362 : 시소부재
363 : 피봇 회전부 364 : 가압 플런저
365 : 고정부재 366 : 완충부재

Claims (13)

  1. 내부에서 기판에 대한 에칭 및 드릴링 공정이 수행되는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버의 외부에 배치되고, 상기 진공 챔버에 마련되는 챔버 윈도우(Chamber Window)를 통해 레이저 빔(Laser Beam)을 상기 기판으로 조사하는 레이저 가공헤드를 구비하는 레이저유닛; 및
    상기 레이저유닛에 연결되며, 상기 레이저 가공헤드와 상기 기판 사이의 간격을 조절하여 상기 기판에 에칭용 라인빔과 드릴링용 스폿빔을 결상시키는 빔 사이즈 조절유닛을 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 빔 사이즈 조절유닛은,
    상기 레이저 가공헤드에 연결되며 상기 레이저 가공헤드를 상기 기판에 대하여 접근 및 이격되는 방향으로 이동시키는 헤드 업/다운(up/down) 이동부를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 헤드 업/다운(up/down)는,
    상기 레이저 가공헤드가 결합되는 헤드용 엘엠블록(LM block);
    상기 헤드용 엘엠블록의 이동을 안내하는 헤드용 엘엠 가이드(LM guide); 및
    상기 헤드용 엘엠블록에 연결되며, 헤드용 엘엠블록을 이동시키는 헤드용 엘엠 구동부를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 헤드용 엘엠 구동부는,
    상기 레이저 가공헤드에 결합되는 이동너트;
    상기 이동너트에 치합되는 볼 스크류; 및
    상기 볼 스크류에 연결되며, 상기 볼 스크류를 회전시키는 회전용 모터를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 가공헤드는,
    상기 레이저 빔이 직선 형태로 조사되는 직선형 슬롯을 구비하며, 상호간 인접되게 다수 개 배치되는 다수의 멀티 헤드(multi head);
    상기 다수의 멀티 헤드를 일체로 지지하는 서포팅 케이스; 및
    상기 서포팅 케이스에 결합되어 상기 멀티 헤드들과 각각 연결되며, 상기 서포팅 케이스에 대하여 상기 멀티 헤드들의 위치를 개별적으로 조절하는 헤드위치 개별 조절부를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 헤드위치 개별 조절부는,
    상기 서포팅 케이스에 대하여 상기 멀티 헤드의 틸팅도를 조절하는 틸팅도 조절부를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 틸팅도 조절부는,
    상기 멀티 헤드 하나당 한 쌍으로 배치되되 상호간 이격배치되고 상기 서포팅 케이스에 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 틸팅도 조절용 볼트의 노출 단부에는 손잡이용 접이식 고리가 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 헤드위치 개별 조절부는,
    상기 서포팅 케이스에 대하여 상기 멀티 헤드의 높낮이를 조절하는 높낮이 조절부를 더 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 높낮이 조절부는,
    상기 멀티 헤드에 결합되며, 일측에 레일홈이 형성되는 레일 블록;
    일측은 상기 서포팅 케이스에 연결되고 타측은 상기 레일 블록의 레일홈에 레일식으로 결합되어 상기 멀티 헤드의 높낮이 이동을 가이드하는 레일 플랜지; 및
    상기 레일 블록과 연결되어 상기 레일 블록이 상기 레일 플랜지의 길이 방향을 따라 이동되도록 상기 레일 블록을 가압하는 블록 가압부를 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 블록 가압부는,
    상기 서포팅 케이스의 외벽에서 바깥쪽으로 돌출되게 마련되는 돌출형 브래킷;
    일측은 상기 돌출형 브래킷 내에 배치되고 타측은 상기 서포팅 케이스의 내측에서 상기 레일 블록과 연결되는 시소부재;
    상기 돌출형 브래킷이 위치되는 상기 서포팅 케이스에 결합되어 상기 시소부재가 시소운동되도록 하는 피봇 회전부; 및
    상기 돌출형 브래킷에 회전 가능하게 결합되며, 상기 시소부재의 일단부를 가압하는 가압 플런저를 더 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가압 플런저는 상기 돌출형 브래킷에 형성되는 격벽에 회전 가능하게 결합되며,
    상기 가압 플런저에 이웃된 상기 격벽에는 상기 시소부재의 위치를 고정시키는 고정부재가 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 높낮이 조절부는,
    상기 레일 블록과 접촉되는 상기 시소부재의 단부에 결합되는 완충부재를 더 포함하는 레이저 드릴링 겸용 에칭장치.
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