ATOM™ 엠코더 드라이브 FPD 검사

경량, 초소형 ATOM™ 리니어 엔코더 시스템, TPC 옵티컬 슬릿 어셈블리에 채택

ATOMTM 시리즈는 FPD 어셈블리와 금속 포토마스크의 레이저 수리를 위한 소형의 정밀 조리개 제어 솔루션을 제공한다. ATOMTM 시리즈의 리니어 엔코더 시스템은 5×5μm~50×50μm 범위의 크기로 조리개를 정밀 제어하고 일정하고 안정적으로 유지하는 소형 정밀 조리개 제어 솔루션이다. 이 시스템은 작은 크기에 탑재할 수 있도록 구경 조리개 어셈블리를 경량 설계했다. ATOMTM 시리즈는 고성능, 저소음, 경량 초소형 엔코더 시스템에 대한 모든 주요 요건을 충족시켜 동급 최고의 성능을 제공한다.

소형의 정밀 조리개 제어 솔루션

오랜 기간 동안 우리나라의 평판 디스플레이(FPD) 공정 장비 제조업체들이 시장을 주도해 왔다. 최근 유기 발광 다이오드(OLED)와 액티브-매트릭스 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 제조 부문에서 많은 발전이 있었던 것은 이들 제조업체들의 역할이 컸다.

모션 제어 구성품 생산으로 유명한 우리나라 제조업체인 TPC Motion(TPC)은 여러 X축과 Y축에 Renishaw의 초소형 ATOMTM 리니어 엔코더 시스템을 채택한 레이저 구경 조리개(옵티컬 슬릿) 어셈블리를 개발했다. ATOMTM 시리즈는 FPD 어셈블리와 금속 포토마스크의 레이저 수리를 위한 소형의 정밀 조리개 제어 솔루션을 제공한다. FPD 제조 공정에는 한 번에 한 가지 패턴 레이어를 만드는 데는 그 단계가 수없이 많다. 특히, FPD 어셈블리에 추가될 때마다 디스플레이 품질에 영향을 미칠 수 있는 결함 식별 검사를 통과해야 한다. 공정이 다음 단계로 넘어가기 전에 엔디야그(Nd: YAG - neodymium-doped yttrium aluminium garnet) 레이저 또는 그와 유사한 물질에 의한 레이저 방사가 결함 수리에 종종 사용된다.

패널 결함 수리

최근의 FPD 제조 기술이 더욱 복잡해지고 까다로워져 패널 결함이 수시로 발생하는 경우가 많다. 오류 발생 시 디스플레이 품질에 미치는 영향이 최소화되도록 세심하고 강력한 검사 및 수리 절차가 개발되고 있다. 가령 액정 디스플레이(LCD) 제조에서 수리 작업이 필요한 공정에는 박막 트랜지스터(TFT) 기판, 컬러 필터(CF) 기판 및 TFT/CF 정렬(셀 어셈블리)이 포함된다. LCD 패널 안에 있는 수백만 개의 트랜지스터 중 하나라도 손상되면 서브 픽셀이 영구적으로 켜지거나 꺼져 디스플레이에 약간 어둡거나 밝은 부분이 생기게 된다. 파손되었거나 단락된 TFT 데이터 라인이 밝은/어두운 라인 결함의 원인인 경우가 많다. TFT 레이어에 통합된 수리 구조는 레이저와 함께 조사되어 흰색 픽셀 결함이 ‘검게’ 또는 ‘흐리게’ 바뀌도록 만들어준다. 레이저는 융제/용접에 사용되며 TFT 수리 작업에서 증발시키거나 새로운 접촉부를 만들기 위해 결함에 초점이 맞춰진다. 레이저가 결함 부위를 포함시키되, 손상되지 않은 주변의 정상 기판에는 닿지 않도록 레이저 빔의 스팟 크기(직경)를 조심스럽게 조절해야 한다. 성공적인 패널 수리와 공정 수율 개선을 위해, 레이저 통과 구멍을 직경 5 ~50μm 범위로 정밀 조작하는 것이 필수이다.

레이저 빔 형성

FPD 수리 공정에서, 패널 기판에 레이저 빔을 정밀하게 배치하는 작업은 거울이나 기타 유사한 물체를 스캔하는 방식으로 조절되며 기판은 XY 에어 베어링 스테이지에 안착된다. 구경 조리개는 레이저 소스와 목표 지점 사이에 놓이게 되는데 응용 분야에 따라, 공정 요건을 충족하기 위해 레이저 빔 모양, 확산(발산) 또는 세기를 변경할 수 있다. 이 응용 분야에서는 대물 렌즈 시스템이 일반적이므로, FPD 수리에서 TPC의 가변 구경 조리개는 새로운 설계 분야이다. 기계적으로 조정되는 조리개의 한 가지 장점은 10세대 디바이스의 통상적인 피처 크기인 1㎛ 이하까지 레이저 스팟 크기를 정밀하게 제어할 수 있어 빔 분산의 매우 정확한 조절이 가능하다는 점이다. TPC Motion의 황현주 이사는 “레이저 구경 조리개는 교차된 쌍 형태로 정렬된 4개의 이동하는 날개로 구성된다”며 “각 날개는 최대 이동 거리가 2mm에 불과한 개별 음성 코일 모터로 구동된다”고 설명했다.

또한 그는 “네 개의 음성 코일 모터 모두 위치 피드백 제어를 위해 ATOMTM 엔코더 시스템이 장착되어 있다”고 언급하고 “TPC에서는 여기에 분해능이 50nm이고 RTLF 테이프 스케일이 있는 ATOM 엔코더를 선택했다”고 밝혔다. 덧붙여 그는 “ATOMTM의 정확도 덕분에 5×5㎛~50×50㎛ 범위의 조리개 크기를 정밀하게 조절할 수 있게 되었다”고 말하며 “결함 수리를 시작하기 전에 조리개 크기를 사전 설정한 후 다음 번 수리 작업 때까지 변경하지 않은 채로 유지할 수 있는 점이 장점”이라고 설명했다.

초소형 설계

TPC는 작은 크기에 탑재할 수 있도록 구경 조리개 어셈블리를 최대한 작게 설계했다. 선택한 엔코더 시스템의 물리적인 크기를 고려하는 것은 이 기준을 충족시키기 위해 반드시 필요한 사항이다. 이어서 황 이사는 “레이저 수리 공구는 패널 앞/뒤로 결함이 있는 모든 위치까지 신속히 추적하므로 처리량 극대화를 위해 경량 설계에 반드시 필요하다”고 강조하고 “조리개 어셈블리는 4개의 음성 코일 모터를 탑재하고 있는데, 각 모터는 ATOMTM 엔코더를 가지고 있고 약 100 제곱 밀리미터의 면적 안에 이 모두가 들어간다는 점이 초소형 설계를 구현한 ATOM 엔코더의 가장 큰 특징”이라고 덧붙였다.

높은 반복 정도 및 안정성

레이저를 사용한 결함 수리 도중, 작업자 조정 간에 레이저 조리개 크기를 일정하고 안정적으로 유지해야 한다. 따라서 각 날개가 요동 없이 한 곳에 고정되도록 엔코더 출력 소음을 최소화해야 한다. TPC에서는 주변 기판이 예기치 않게 손상되는 것을 방지하기 위해 구경 조리개 반복 정도를 ±0.5㎛ 범위로 유지해야 한다. 황 이사는 “ATOM 시리즈는 고성능, 저소음, 경량 초소형 엔코더 시스템에 대한 우리 회사의 모든 주요 요건을 충족했다”고 전제하고 “경쟁사 브랜드와 직접 비교해 보았을 때 ATOMTM 성능이 동급에서는 우수했으며 Renishaw의 배송 시간과 판매 후 지원 역시 좋았다”고 평가했다. TPC는 최근 ATOMTM 엔코더를 통합하여 초소형 정밀 리니어 모션 스테이지를 개발했는데 이 새로운 스테이지의 잠재적인 응용 분야로는 반도체, FPD 그리고 기타 유연한 고정밀, 소형 생산 장비로 확대할 수 있음을 입증한 것이다.

TPC에 대하여

1973년에 설립된 TPC(Tanhay Pneumatic Engineering Company)는 한국에서 가장 규모가 큰 공압 장비 제조업체로 2009년 리니어 스테이지 모터, 서보 모터, 직교 좌표 로봇, 3D 프린터 및 기타 광학 부품을 포함하여 다양한 모션 제어 관련 제품을 전문적으로 개발하는 모션 제어 사업부(TPC Motion)를 설립했다. 반도체, FPD 및 인쇄 회로 기판(PCB) 업계의 여러 기업을 고객사로 두고 있으며 ATOMTM 시리즈 외에 양질의 점검을 위해 Renishaw의 TONiC™ 옵티컬 엔코더 시리즈와 XL-80 레이저 간섭계도 채용하고 있다.

자료제공 : 레니쇼 코리아