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KR101862088B1 - Ela 공정용 레이저 빔 조절 모듈 - Google Patents

Ela 공정용 레이저 빔 조절 모듈 Download PDF

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KR101862088B1
KR101862088B1 KR1020160025812A KR20160025812A KR101862088B1 KR 101862088 B1 KR101862088 B1 KR 101862088B1 KR 1020160025812 A KR1020160025812 A KR 1020160025812A KR 20160025812 A KR20160025812 A KR 20160025812A KR 101862088 B1 KR101862088 B1 KR 101862088B1
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coolant
temperature
cutter
cooling
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최동규
백종화
박재현
김병수
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은, 기판 상으로 조사되는 레이저 빔의 길이를 조절하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈로서, 상기 레이저 빔의 진행 방향에 대해 수직으로 배치되며, 내부에 냉매를 포함하는 냉각 수단을 구비하는 레이저 빔 커터와, 상기 레이저 빔 커터의 일측에 형성되어, 상기 냉각 수단 내부로 상기 냉매를 순환공급시키는 냉매공급부와, 상기 냉각 수단의 온도를 검출하는 검출부와, 상기 냉매의 온도 및 유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈을 기술적 요지로 한다.
이를 통해, 본 발명은, ELA 공정 중, 레이저 빔의 길이 조절 시 발생되는 레이저 빔 커터의 열을 억제함으로써 레이저 빔 길이의 균일도를 확보함으로써, 기판의 무라 발생 현상을 개선할 수 있으며, 상기 냉매공급부와 검출부 및 제어부를 통해 레이저 빔 커터의 온도를 효과적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.
또한, 레이저 빔 커터에 의해 레이저 빔의 길이가 조절되는 부분의 온도를 국부적으로 조절함으로써 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈{Laser Beam Adjusting Module for ELA Process}
본 발명은 냉각 수단을 구비한 ELA(Excimer Laser Annealing) 공정용 레이저 빔 조절 모듈에 관한 것으로서, 기판 상으로 조사되는 레이저 빔의 길이를 조절하는 레이저 빔 커터의 내부에 냉각 수단이 형성되고, 이를 제어하는 제어부가 구비되어, ELA 공정을 수행하는 과정에서 발생되는 레이저 빔 커터의 열을 억제함으로써 레이저 빔의 균일도를 확보하고, 레이저 빔의 길이를 조절하는 부분의 국부적인 온도 상승을 억제하여 기판의 무라 현상 발생을 방지할 수 있는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈에 관한 것이다.
유기 발광 디스플레이 장치 등의 경우, 기판으로 유리를 사용하면, 비정질 실리콘(Amorphous silicon) 막을 다결정 실리콘(Polysilicon) 막으로 결정화하는 공정이 필요하다.
이를 위해 기판의 어닐링 공정이 진행되는데, 일반적으로 유기 발광 디스플레이 장치와 같은 평판 디스플레이의 어닐링 공정은 실리콘 웨이퍼 상에 레이저 빔을 주사하여 비정질 실리콘 막을 재결정화시킴으로써 다결정 실리콘 막을 형성하게 된다.
이때 공정에 사용되는 기판의 크기에 따라 레이저 빔의 길이를 조절하여 사용하게 되는데, 레이저 빔의 길이를 조절하기 위해 레이저 빔을 차폐하는 부재를 레이저 빔 커터(Beam cutter)라고 명명한다.
등록특허공보 제10-1288993호에는 레이저광이 통과하도록 입사구가 형성되는 하판부와, 상기 하판부에 안착되고, 상기 입사구를 커버하는 투명창이 형성되는 상판부와, 상기 상판부에 장착되고, 상기 레이저광을 일부 가리는 제1커터부와, 상기 하판부에 장착되고, 상기 입사구를 통과하는 상기 레이저광을 일부 가리는 제2커터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 "레이저 어닐링 장치"가 개시되어 있다.
그러나 이와 같은 특허문헌에 개시된 종래 레이저 어닐링 장치는 레이저 빔 커터를 사용하여 레이저 빔을 차폐하게 되면, 조사되는 레이저 빔에 의해 레이저빔 커터의 온도가 상승하여 레이저 빔 커터 자체의 열 변형이 일어나고, 그 주변부의 온도도 상승하게 되어 그에 따른 기류 변화가 발생하게 된다.
레이저 빔 커터의 열 변형이 일어나게 되면, 레이저 빔의 길이가 일정하지 않게 되어 기판의 어닐링 공정 과정에서 기판에 레이저 빔이 불균일하게 조사되어, 불량 발생의 원인이 되고, 레이저 빔 커터 주변부의 온도가 상승하여 공정 챔버 내 기류에 변화가 발생되면 기판에 무라가 발생하게 된다.
기존의 ELA 장치의 레이저 빔 커터는 내부에 열을 차단하기 위한 냉각 장치를 구비하지 않아 이러한 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 ELA 공정이 수행되는 공정 챔버 내부 전체의 온도를 조절하는 것이 유리하지만, 비용이 과다하게 요구되는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1288993호(2013.08.08 등록)
본 발명은 이상과 같은 종래 기술에서의 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로서, ELA 장치의 레이저 빔 조절 장치의 레이저 빔 커터 내부에 방열판(Heat sink)구조를 구비한 냉각 유로를 개설함으로써, 레이저 빔의 길이를 조절하여 ELA 공정을 수행하는 과정에서 발생되는 레이저 빔 커터의 온도 상승을 억제함으로써 레이저 빔의 균일도를 확보하여, 기판의 무라 현상 발생을 방지할 수 있는 ELA 장치용 레이저 빔 커터의 제공을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈은, 기판 상으로 조사되는 레이저 빔의 길이를 조절하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈로서, 상기 레이저 빔의 진행 방향에 대해 수직으로 배치되며, 내부에 냉매를 포함하는 냉각 수단을 구비하는 레이저 빔 커터와, 상기 레이저 빔 커터의 일측에 형성되어, 상기 냉각 수단 내부로 냉매를 순환공급시키는 냉매공급부와, 상기 냉각 수단의 온도를 검출하는 검출부와, 상기 검출부에 의해 검출된 상기 냉각 수단의 온도로부터 상기 냉매공급부에서 순환공급되는 냉매의 온도 및 유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 냉각 수단은, 내부에 냉매가 이동하는 냉각 유로로 구현되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 냉각 유로는, 상기 레이저 빔 커터의 일측에 냉매의 인입구와 인출구가 형성되어, 상기 냉매공급부와 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각 유로는, 상기 레이저 빔 커터의 길이 방향에 대해 평행한 'U'자관 형태로 형성된 것이 바람직하다.
그리고, 상기 냉각 유로는, 내부에 금속재질의 방열판이 더 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 방열판에는, 상기 냉매의 흐름 방향에 대해 복수개의 방열공이 배열되어 형성된 것이 바람직하다.
이때, 상기 방열공에는, 냉매의 흐름 방향에 대해 평행한 복수개의 방열핀이 냉매의 흐름 방향에 대해 수직되게 배열되어 형성되는 이 바람직하다.
또한, 상기 방열판은, 지그재그 형태로 절곡되어 형성된 것이 바람직하다.
본 발명은, 기판 상으로 조사되는 레이저 빔의 길이를 조절하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈에 있어서, 레이저 빔 커터의 내부에 냉각 수단이 구비되어, ELA 공정 중, 레이저 빔의 길이 조절 시 발생되는 레이저 빔 커터의 온도 상승을 억제함으로써 레이저 빔의 균일도를 확보하여, 기판의 무라 현상 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 냉각 수단으로 냉매를 순환공급시키는 냉매공급부와, 상기 냉각 수단의 온도를 검출하는 검출부와, 상기 냉매공급부에서 순환공급되는 냉매의 온도 및 유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되어, 레이저 빔 커터 내부 냉각 수단의 온도를 효율적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, ELA 공정이 수행되는 챔버 내부 전체의 온도를 조절하지 않고, 레이저 빔 커터에 의해 레이저 빔의 길이가 조절되는 부분의 온도를 국부적으로 조절함으로써 공정 부위의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있어, 기판의 무라 현상 발생 방지가 가능하여 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 사용 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 사용상태를 나타내는 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈에 의해 레이저 빔이 커팅되는 모습을 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 내부 구조를 도시한 투시도와 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 내부 구조를 도시한 투시도와 부분 확대도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 내부 구조를 도시한 투시도와 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 작동 과정을 나타낸 블럭도이다.
도 8은 ELA 공정 중, 무라가 발생된 기판의 모습을 도시한 정면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어 해석되지 말아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미하며, 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 사용 상태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 확대 사시도이며, 도 3은 레이저 빔이 커팅되는 모습을 도시한 정면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 내부 구조의 투시도와 부분 확대도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투시도와 부분 확대도이며, 도 6은 또다른 실시예에 따른 투시도와 부분 확대도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈의 작동 과정을 나타낸 블럭도이며, 도 8은 ELA 공정 중, 무라가 발생된 기판의 모습을 도시한 정면도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈은, 기판 상으로 조사되는 레이저 빔(L)의 길이를 조절하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈로서, 레이저 빔 커터(100)와, 냉매공급부(200)와, 검출부(300)와, 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
본 발명은 ELA 장비의 레이저 빔(L)의 길이를 조절하는 레이저 빔 커터(100)의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 종래의 레이저 빔 커터는 발생하는 열을 차단하는 장치를 구비하지 않았다. 이로 인해, 상기 레이저 빔 커터(100)의 열 변형으로 인해, 상기 레이저 빔(L)의 길이가 일정하지 않은 현상이 발생 되었고, 상기 레이저 빔 커터(100)에서 발생하는 열이 ELA 공정이 수행되는 챔버 내의 기류에 영향을 주어 기판의 표면에 도 8에 도시된 바와 같은 무라가 발생되었다.
본 발명의 상기 레이저 빔 커터(100)는, 상기 레이저 빔(L)의 진행 방향에 대해 수직으로 배치되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 빔(L)을 차폐함으로써 그 길이를 조절하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광원부로부터 조사되는 상기 레이저 빔(L)의 진행 경로에 상기 레이저 빔 커터(100)가 위치되어, 상기 레이저 빔(L)을 차폐하여 상기 기판의 폭과 같은 길이로 상기 레이저 빔(L)의 길이를 조절한다.
이를 위해, 상기 레이저 빔 커터(100)는 상기 레이저(L)의 진행 방향에 대해 수직인 방향으로 이동이 가능하도록 형성된다. 구체적으로는, 상기 레이저 빔 커터(100)가 결합하여 고정되는 홀더가 레일 구조 위에서 구름 이동이 가능하도록 설치되는 이송블럭에 결합되어, 상기 레일 구조 위를 상기 레이저(L)의 진행 방향에 대해 수직인 방향으로 이동함으로써 상기 레이저 빔 커터(100)를 기 설정된 위치로 이동시키게 된다.
이때, 상기 레이저 빔 커터(100)가 상기 레이저 빔(L)을 차폐하는 부위에 온도 상승이 일어나게 되어, 상기 레이저 빔 커터(100)의 열변형이 발생되고, 열에 의한 기류 변화가 일어나게 된다.
이로 인해, 상기 기판의 표면에 무라 현상이 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위해서는 상기 레이저 빔 커터(100)의 온도 상승을 효과적으로 억제하는 방안이 요구된다.
가장 효과적인 해결 방안은, 상기 ELA 공정이 일어나는 공정 챔버의 내부를 항온, 항습 상태로 유지관리 하는 것이지만, 이를 위해서는 공정 챔버에 항온 항습에 필요한 설비를 구비하여야 하기 때문에 공정 비용이 증가하게 된다.
또 다른 방안으로는, 석션을 사용하여 챔버 내부의 공기의 온도를 조절하는 방법이 있으나, 석션을 사용하면, 석션 장비 근처의 공기의 온도와 다른 부분의 공기의 온도가 균일하게 유지되기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 상기 레이저 빔 커터(100) 내부에 냉각 수단을 마련하여, 상기 레이저(L)에 의해 온도가 상승되는 부분을 국부적으로 관리하여 상기 레이저 빔 커터(100)의 온도 상승을 억제한다.
이를 위해, 상기 레이저 빔 커터(100) 내부에는 냉매를 포함하는 냉각 수단(110)이 구비된다.
여기에서, 상기 냉매로는 냉각수(PCW) 또는 공기가 적용될 수 있다. 다만, 상기 냉각수가 적용되는 경우에는 온도를 관리 제어해 주어야 하는 부분이 너무 많이 발생한다는 단점이 있다.
이에, 본 발명에서는 공기를 이용한 공랭 방식의 적용이 바람직하다.
여기에서, 상기 냉각 수단(110)은 내부에 상기 냉매가 이동하는 냉각 유로(111)로 구현된다.
상기 냉각 유로(111)는 상기 레이저 빔 커터(100)의 일측에 상기 냉매의 인입구(120)와 인출구(130)가 형성되어, 상기 냉매공급부(200)와 연결되어, 공급된 냉매가 냉각 유로(111) 내부를 순환하도록 형성된다.
상기 냉각 유로(111)는 상기 레이저 빔 커터(100)의 길이 방향에 대해 평행한 'U'자관 형태로 형성되어, 상기 레이저 빔 커터(100)를 골고루 냉각시키게 되며, 이러한 'U'자관 형태가 복수개로 연결 형성되도록 하여, 냉각효율을 더욱 향상시키도록 할 수 있다.
또한, 상기 냉각 유로(111)의 또 다른 실시예로 상기 레이저 빔 커터(100)의 길이 방향에 대해 수직한 지그재그 형태로 마련하면, 상기 냉매가 이동하는 경로가 증가되어 상기 냉매에 의한 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉각 유로(111)는 내부에 금속재질의 방열판(112)이 더 형성된다.
여기에서, 상기 방열판(112)은 동작 중인 전기나 기계 장치에서 발생되는 열을 냉매 유체 방향으로 이동시켜주는 수동적인 열교환기로서, 일반적으로 열전도율이 높은 금속, 예를 들어, 알루미늄이나 구리 등으로 제작된다.
상기 방열판(112)은 장치에서 발생하는 열을 받아 골고루 상기 방열판(112) 전체로 분산시켜 외부로 발열이 쉽게 이루어지도록 하는 것으로, 그 표면적이 넓을수록 발열량이 증가하게 된다.
이에 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 방열판(112)은 넓은 표면적을 갖도록 제작된다. 상기 방열판(112)은 넓은 표면적은 가짐으로써 방열 효과를 높이기 위해 일정한 두께를 갖는 입체형상으로 마련된다.
이때, 보다 넓은 표면적을 갖도록 하기 위해, 상기 방열판(112)에는 상기 냉매의 흐름 방향에 대해 복수개의 방열공(113)이 배열되어 형성된다. 상기 방열공(113)은 상기 방열판(112)을 절삭 가공하여 형성되며, 상기 방열판(112)은 입체형상으로 이루어져 있기 때문에 상기 방열공(113)이 형성됨으로써, 상기 방열공(113)의 내측면으로 인해 상기 방열판(112)의 표면적이 증가한다.
한편, 상기 방열공(113)은 도 4에 도시된 바와 같이 윗면이 직사각형인 형태로 마련될 수 있고, 또 다른 형태, 예를 들어 윗면이 타원형인 형태 등으로 구비될 수 있다.
이때, 상기 방열공(113)에는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 냉매의 흐름 방향에 대해 평행한 복수개의 방열핀(114)이 상기 냉매의 흐름 방향에 대해 수직되게 배열된다.
이와 같이 상기 방열핀(114)이 구비됨으로써, 상기 방열공(113)이 여러 개의 작은 절삭 가공부로 나누어지게 되는 형태가 되어, 각각의 절삭 가공부의 내측면으로 인해 상기 방열판(112)의 표면적이 증가한다.
또한 상기 방열판(112)은 도 6에 도시된 바와 같이, 지그재그 형태로 절곡되어 형성된다. 이때, 상기 지그재그 형태의 단위 형태가 촘촘하게 배열되어 형성될 수록, 상기 방열판(112)의 표면적이 증가한다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 검출부(300)는, 상기 냉각 수단(110)의 온도를 검출하는 것으로서, 온도 센서를 이용하여 상기 냉각 유로(111) 내부의 온도를 검출하거나 추가적으로 상기 레이저 빔 커터(100)의 온도를 검출할 수 있으며, 그 온도값을 후술할 제어부(400)에 입력시켜, 냉매의 온도 또는 유량, 유속 등에 대한 제어신호를 냉매공급부(200)에 입력함으로써, 전체적으로 상기 레이저 빔 커터(100)가 일정한 온도 또는 상기 기판의 어닐링 과정에 영향이 없는 온도가 유지되도록 한다.
상기 냉매공급부(200)는 상기 레이저 빔 커터(100)의 일측에 형성되어 상기 제어부(400)에 의해 입력된 온도 또는 유량에 대한 제어신호에 따라 냉매의 속도 및 유량 등이 제어되도록 하거나, 일정한 온도의 냉매를 상기 냉각 유로(111)에 공급시키도록 하는 것이다.
즉, 상기 검출부(300)에 의해 상기 냉각 수단(110)의 온도를 검출하고, 이 온도값을 제어부로 입력하여 냉매의 온도 또는 유량 등에 대한 제어신호를 상기 냉매공급부(200)에 입력시켜, 냉매의 유속 또는 유량 등이 조절되도록 피드백 제어되도록 하여 상기 레이저 빔 커터(100)가 일정한 온도 또는 상기 기판의 어닐링 과정에 영향이 없는 온도가 유지되도록 한다.
이러한 상기 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈은, 종래의 레이저 빔 조절 모듈과는 달리, 레이저 빔 커터의 내부에 냉각 수단이 구비되어, ELA 공정 중, 레이저 빔의 길이 조절 시 발생되는 레이저 빔 커터의 온도 상승을 억제함으로써 레이저 빔의 균일도를 확보하여, 기판의 무라 현상 발생을 방지할 수 있는 이점이 있고, 냉매공급부와, 상기 냉각 수단의 온도를 검출하는 검출부와, 냉매의 온도 및 유량을 제어하는 제어부를 포함하여 구성되어, 레이저 빔 커터 내부 냉각 수단의 온도를 효율적으로 조절하여 냉각 효율을 더욱 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
L : 레이저 빔 100 : 레이저 빔 커터
110 : 냉각 수단 111 : 냉각 유로
112 : 방열판 113 : 방열공
114 : 방열핀 120 : 인입구
130 : 인출구 200 : 냉매공급부
300 : 검출부 400 : 제어부

Claims (8)

  1. 기판 상으로 조사되는 레이저 빔의 길이를 조절하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈에 있어서,
    상기 레이저 빔의 진행 방향에 대해 수직으로 배치되며, 내부에 냉매를 포함하는 냉각 수단을 구비하는 레이저 빔 커터;
    상기 레이저 빔 커터의 일측에 형성되어, 상기 냉각 수단 내부로 냉매를 순환공급시키는 냉매공급부;
    상기 냉각 수단의 온도를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부에 의해 검출된 상기 냉각 수단의 온도로부터 상기 냉매공급부에서 순환공급되는 냉매의 온도 및 유량을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되고,
    상기 냉각 수단은 내부에 상기 냉매가 이동하는 냉각 유로로 구현되고,
    상기 냉각 유로는, 상기 레이저 빔 커터의 일측에 냉매의 인입구와 인출구가 형성되어 상기 냉매공급부와 연결되고, 상기 레이저 빔 커터의 길이 방향에 대해 평행한 'U'자관 형태로 형성되고, 내부에 금속재질의 방열판이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 방열판에는,
    냉매의 흐름 방향에 대해 복수개의 방열공이 배열되어 형성된 것을 특징으로 하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 방열공에는,
    냉매의 흐름 방향에 대해 평행한 복수개의 방열핀이 냉매의 흐름 방향에 대해 수직되게 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 방열판은,
    지그재그 형태로 절곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 ELA 공정용 레이저 빔 조절 모듈.
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