KR101094322B1 - 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법 - Google Patents

레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101094322B1
KR101094322B1 KR1020090056779A KR20090056779A KR101094322B1 KR 101094322 B1 KR101094322 B1 KR 101094322B1 KR 1020090056779 A KR1020090056779 A KR 1020090056779A KR 20090056779 A KR20090056779 A KR 20090056779A KR 101094322 B1 KR101094322 B1 KR 101094322B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
processing
dimensional line
layer
line beam
Prior art date
Application number
KR1020090056779A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100138312A (ko
Inventor
김병겸
강현구
Original Assignee
(주)미래컴퍼니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)미래컴퍼니 filed Critical (주)미래컴퍼니
Priority to KR1020090056779A priority Critical patent/KR101094322B1/ko
Publication of KR20100138312A publication Critical patent/KR20100138312A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101094322B1 publication Critical patent/KR101094322B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work
    • B23K37/0408—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups for holding or positioning work for planar work
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices

Abstract

레이저 가공장치 및 이를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 복수의 층이 적층된 다층기판에 대하여 레이저를 조사하여 가공하는 레이저 가공장치에 있어서, 레이저 빔을 출사하는 레이저 광원과, 다층기판이 거치되고 XY 방향으로 이동가능한 스테이지부와, 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 소정 길이와 폭을 가지는 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 빔 성형부와, 일차원 라인빔을 조사하여 스테이지부 상에 거치된 다층기판의 일부 층을 1차 가공하고, 가공에 의해 노출된 영역에 일차원 라인빔보다 작은 단면적의 레이저 빔을 조사하여 다층기판의 나머지 층 전부 혹은 일부를 2차 가공하는 빔 조사부를 포함하는 레이저 가공장치가 제공된다. 이에 의하면, 단면적이 큰 레이저 빔을 1차 조사하여 일부 층을 가공한 이후 단면적이 작은 레이저 빔을 2차 조사하여 나머지 층을 가공함으로써 복수 층을 포함하는 다층기판의 가공이 가능하다.
다층기판, 레이저, 가공, 라인빔, 각도

Description

레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법{Laser machining apparatus and Method for manufacturing multi-layer substrate using the same}
본 발명은 레이저 가공장치 및 이를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법에 관한 것이다.
최근 전기ㅇ전자제품 내에는 집적도가 향상된 다층기판이 많이 포함되어 있다. 기본 기판 상에 복수의 층이 적층되어 있으며, 최근 각광받고 있는 태양전지도 이러한 다층기판의 일종이라 볼 수 있다. 예를 들어, 실리콘 박막 태양전지는 유리 기판 상에 투명전도막층(TCO layer, Transparent Conducting Oxide layer), 비정질 실리콘층(a-Si layer), 금속전극층(metal electrode layer) 등이 순차적으로 적층되어 있다.
이와 같이 복수의 층이 적층된 다층기판에 대하여 에지 분리(edge isolation 혹은 edge deletion)와 같은 패터닝(patterning) 공정을 수행함에 있어서 최근 레이저가 많이 활용되고 있다.
이 경우 다수의 층에 대하여 에지 분리와 같은 패터닝을 수행할 필요가 있는 경우에 레이저 빔을 조사하여 가공함에 있어서 다음과 같이 그 가공이 용이하지 않은 문제점이 있다.
고출력의 레이저 빔을 1회 조사하여 가공을 수행하고자 할 때에 고출력 레이저 빔으로 인해 가공 영역 주변에 열적 손상을 가해져 용융 존(Melting zone)이나 열영향 존(Heat affected zone)이 관찰될 수 있다. 그리고 다수의 층이 서로 다른 물질로 구성되어 있을 경우에 각 층에 적합한 파장의 레이저 빔이 다를 수 있는 바 1회 조사를 통한 레이저 가공은 용이하지 않다.
또한, 동일 크기의 레이저 빔을 2회 이상 동일 지점에 조사하고자 하는 경우에도 레이저 빔을 정확히 동일 지점에 정렬하는 작업이 용이하지 않아 필요로 하는 층까지의 가공이 어려운 한계가 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 단면적이 큰 레이저 빔을 1차 조사하여 일부 층을 가공한 이후 단면적이 작은 레이저 빔을 2차 조사하여 나머지 층을 가공함으로써 복수 층을 포함하는 다층기판의 가공이 가능한 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 일차원 방향의 라인빔이 가공 방향에 대하여 소정 각도를 가지도록 조사됨으로써 다층기판의 레이저 가공을 위한 구성요소(빔 조사부 또는 스테이지부)의 이동을 최소화할 수 있어 기판의 가공 속도를 향상시키고 보다 신속한 작업이 가능한 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 복수의 층이 적층된 다층기판에 대하여 레이저를 조사하여 가공하는 레이저 가공장치에 있어서, 레이저 빔을 출사하는 레이저 광원과, 다층기판이 거치되고 XY 방향으로 이동가능한 스테이지부와, 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 소정 길이와 폭을 가지는 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 빔 성형부와, 일차원 라인빔을 조사하여 스테이지부 상에 거치된 다층기판의 일부 층을 1차 가공하고, 가공에 의해 노출된 영역에 일차원 라인빔보다 작은 단면적의 레이저 빔을 조사하여 다층기판의 나머지 층 전부 혹은 일부를 2차 가공하는 빔 조사부를 포함하는 레이저 가공장치가 제공된다.
2차 가공에 이용된 레이저 빔은 일차원 라인빔에 비해 파장이 길 수 있다.
2차 가공에 이용된 레이저 빔은 일차원 라인빔에 비해 고출력일 수 있다.
빔 성형부는 1차 가공 시 패터닝되는 가공 영역의 폭에 따라 일차원 라인빔의 길이와 폭을 결정하여 광학적으로 성형할 수 있다.
일차원 라인빔의 조사면은 1차 가공 시 가공 방향에 대하여 소정 각도를 유지할 수 있다. 여기서, 소정 각도는 45°일 수 있다.
일차원 라인빔은 장방형의 단면 형상을 가질 수 있다. 일차원 라인빔의 길이(L), 폭(WL), 가공 방향에 대한 각도(θ), 가공 영역의 폭(W)은 하기 수학식에 따를 수 있다. 여기서, 수학식은
Figure 112009038494911-pat00001
혹은
Figure 112009038494911-pat00002
이다.
또는 일차원 라인빔은 복수의 원형 스폿이 일렬로 혹은 일부분이 서로 중첩되어 배열된 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서, 일차원 라인빔의 길이(L), 폭(WL), 가공 방향에 대한 각도(θ), 가공 영역의 폭(W)은 하기 수학식에 따를 수 있다. 여기서, 수학식은
Figure 112009038494911-pat00003
혹은 .
Figure 112009038494911-pat00004
이다.
또는 일차원 라인빔은 타원의 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서, 일차원 라인빔의 길이(L), 가공 방향에 대한 각도(θ), 상기 가공 영역의 폭(W)은 하기 수학식에 따를 수 있다. 여기서, 수학식은
Figure 112009038494911-pat00005
혹은
Figure 112009038494911-pat00006
이다.
빔 성형부는 회절 광학 요소(DOE, diffractive optical element)일 수 있다. 또는 빔 성형부는 장축 방향으로 정렬된 긴 슬릿으로 형태가 형성된 단축 조리개 일 수 있다.
레이저 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 빔 성형부 혹은 빔 조사부로 분배하는 분배부를 더 포함할 수 있다.
레이저 광원은 1000 내지 1100nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 1000ns의 펄스폭(pulse width)을 가지며, 1 내지 500W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 300um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔을 출사할 수 있다.
또는 레이저 광원은 400 내지 700nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 100ns의 펄스폭을 가지며, 10mW 내지 100W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 500um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔을 출사할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 레이저를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법으로서, (a) 스테이지부 상에 다층기판을 적재하는 단계, (b) 레이저 빔을 출사하는 단계, (c) 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 단계, (d) 일차원 라인빔을 다층기판에 조사하여 상부 일부 층을 1차 가공하는 단계 및 (e) 일차원 라인빔보다 단면적이 작은 레이저 빔을 1차 가공된 영역 내에 조사하여 다층기판의 나머지 일부 층 혹은 전층에 대하여 2차 가공하는 단계를 포함하는 다층기판 가공방법이 제공된다.
단계 (c)는, (c-1) 1차 가공될 영역의 폭을 결정하는 단계, (c-2) 폭에 따라 일차원 라인빔의 길이와 폭을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 (d)는 가공 방향에 대하여 일차원 라인빔이 소정 각도를 유지하도록 하여 1차 가공을 수행할 수 있다.
단계 (e)에서 이용된 레이저 빔은 일차원 라인빔에 비해 파장이 길 수 있다.
단계 (e)에서 이용된 레이저 빔은 일차원 라인빔에 비해 고출력일 수 있다.
단계 (c)는 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 장방형의 단면 형상을 가지는 일차원 라인빔을 생성하여 출사할 수 있다.
단계 (c)는 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 복수의 원형 스폿이 일렬로 혹은 일부분이 서로 중첩되어 배열된 단면 형상을 가지는 일차원 라인빔을 생성하여 출사할 수 있다.
다층기판은 유리 기판 상에 투명전도막층, 비정질 실리콘층 및 금속전극층이 순차적으로 적층된 실리콘 박막 태양전지이고, 단계 (d)에서 비정질 실리콘층 및 금속전극층을 패터닝하고, 단계 (e)에서 투명전도막층을 패터닝할 수 있다.
또는 다층기판은 유리 기판 상에 제1 투명전도막층, 비정질 실리콘층, 제2 투명전도막층 및 금속전극층이 순차적으로 적층된 적층형 박막 태양전지이고, 단계 (d)에서 비정질 실리콘층, 제2 투명전도막층 및 금속전극층을 패터닝하고, 단계 (e)에서 제1 투명전도막층을 패터닝할 수 있다.
여기서, 단계 (d)에서 이용된 일차원 라인빔은 400 내지 700nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 100ns의 펄스폭을 가지며, 10mW 내지 100W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 500um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔이 광학적으로 성형된 것이며, 단계 (e)에서 이용된 일차원 라인빔은 1000 내지 1100nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 1000ns의 펄스폭(pulse width)을 가지며, 1 내지 500W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 300um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔이 광학적으로 성형된 것일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발 명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 단면적이 큰 레이저 빔을 1차 조사하여 일부 층을 가공한 이후 단면적이 작은 레이저 빔을 2차 조사하여 나머지 층을 가공함으로써 복수 층을 포함하는 다층기판의 가공이 가능하다.
또한, 일차원 방향의 라인빔이 가공 방향에 대하여 소정 각도를 가지도록 조사됨으로써 다층기판의 레이저 가공을 위한 구성요소(빔 조사부 또는 스테이지부)의 이동을 최소화할 수 있어 기판의 가공 속도를 향상시키고 보다 신속한 작업이 가능한 효과가 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형부에서의 성형 전후의 레이저 빔의 단면 형상을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 레이저 광원(10), 분배부(20), 빔 성형부(30), 빔 조사부(40), 스테이지부(50), 다층기판(100)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 1차적으로 단면적이 큰 레이저 빔을 조사하여 다층기판(100) 중 상부의 일부 층에 대하여 가공을 수행하고, 1차 가공으로 인해 외부에 노출된 영역에 대하여 2차적으로 단면적이 작은 레이저 빔을 조사하여 다층기판(100) 중 하부의 일부 층 혹은 나머지 층에 대하여 가공을 수행함으 로써 에지 분리와 같은 P4 패터닝 공정이 수행될 수 있도록 한다.
레이저 광원(10)은 소정 파장을 가지는 레이저 빔을 출사한다. 레이저 광원(10)은 레이저 매질, 펌핑부, 스위칭부 등으로 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 하나 이상의 레이저 광원(10)을 포함하여 가공하고자 하는 층의 구성재질에 적합한 특성을 가지는 레이저 빔을 선택하여 레이저 가공에 이용할 수 있다.
레이저 가공장치는 P4 패터닝 공정을 수행함에 있어서 최소 2차에 걸친 가공을 필요로 하며, 각 가공 시 이용되는 레이저 빔의 특성이 다를 수 있어 다음과 같은 복수의 레이저 광원을 포함할 수 있다.
우선 P4 패터닝 공정 중 1차 가공을 수행하기 위한 레이저 광원에서 출사되는 레이저 빔은 다음과 같은 특성을 가질 수 있다. 400 내지 700nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 100ns의 펄스폭을 가지며, 10mW 내지 100W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 500um의 가공부 스팟 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 532 혹은 523.5nm의 파장, 1ps~100ns의 펄스폭, 0.1~5W의 출력 파워, 10~200um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔으로 비정질 실리콘(a-Si)층, 금속전극(metal electrode)층 등을 패터닝할 수 있다.
다음으로 P4 패터닝 공정 중 2차 가공을 수행하기 위한 레이저 광원에서 출사되는 레이저 빔은 다음과 같은 특성을 가질 수 있다. 1000 내지 1100nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 1000ns의 펄스폭(pulse width)을 가지며, 1 내지 500W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 300um의 가공부 스팟 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 1064 ±5nm의 파장, 1~200ns의 펄스폭, 1~20W의 출력 파워, 10~100um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔으로 투명전도막(TCO)층을 패터닝할 수 있다.
분배부(20)는 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저 빔을 후술할 빔 성형부(30) 혹은 빔 조사부(40) 중 하나로 분배한다. 분배부(20)는 레이저 빔의 일부는 소정 경로로 반사하고 다른 부분은 투과하는 반사경 또는 기타의 광학장치로 구성되는 빔 스플리터(beam splitter) 혹은 광학변조기(optical modulator)일 수 있다. 즉, 반사된 레이저 빔은 빔 성형부(30)로 향하고 투과한 레이저 빔은 빔 조사부(40)로 향하게 할 수 있다. 실시예에 따라 이와 반대로 적용할 수도 있다.
분배부(20)는 실시예에 따라 레이저 가공장치에서 생략될 수도 있다. 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저 빔을 모두 빔 성형부(30)로 전달하는 경우에 분배부(20)가 필요하지 않게 된다. 이 경우 1차 가공과 2차 가공에서 이용되는 레이저 빔은 제어부(미도시)에서의 제어에 따라 빔 성형부(30)에서 단면 형상이 성형된 레이저 빔일 수 있다.
빔 성형부(30)는 입사된 레이저 빔에 대하여 레이저 가공에 요구되는 라인빔의 단면 형상을 가지도록 레이저 빔을 광학적으로 성형한다. 빔 성형부(30)는 단면 형상이 하나의 원형 스폿인 레이저 빔에 대하여 균일한 세기를 가지면서도 그 단면 형상이 소정의 길이와 폭을 가지도록 레이저 빔을 광학적으로 성형한다.
도 2를 참조하면, 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저 빔은 소정의 빔 직경을 가지는 원형 스폿(1)의 단면 형상을 가지는 것이 일반적이다. 이러한 레이저 빔에 대하여 빔 성형부(30)에 의해 소정의 길이와 폭을 가지는 일차원 방향의 라인빔 이 성형될 수 있다. 예를 들어, 단축인 제1 축으로 포커싱되고 장축인 제2 축으로 확장된 레이저 빔의 형상을 가지며, 제1 축과 제2 축은 상호 직교하며, 두 축은 레이저 빔의 진행 방향에 대하여 대략적으로 직교한다. 라인빔은 단축인 제1 축으로 소정의 폭(WL)을 가지며, 장축인 제2 축으로 소정의 길이(L)를 가진다. 예를 들어, 라인빔의 폭은 대략 50um 정도일 수 있다.
이러한 빔 성형부(30)는 장축 방향으로 정렬된 긴 슬릿으로서 형태가 형성된 단축 조리개, 예를 들어 필드 조리개(field stop)로 레이저 빔을 포커싱하여 그 단면 형상이 장방형인 라인빔(2a)을 생성하여 출사할 수도 있다.
혹은 빔 성형부(30)는 하나 이상의 렌즈 및 회절 원리를 이용하는 회절 광학 요소(DOE, diffractive optical element)일 수 있다. 입사된 하나의 원형 스폿(1)을 가지는 레이저 빔에 대하여 이웃하는 스폿 사이에 소정의 간격을 가지도록 복수의 레이저 빔만큼 증가시켜 초점면에서 복수의 원형 스폿이 일렬로 배열되도록 할 수 있다. 이때 복수의 원형 스폿 일부가 서로 중첩되어 가우스(Gauss)형 세기 분포를 일차원 방향에서 평탄화(flat-top)시킨 라인빔(2b)으로 생성하여 출사할 수 있다.
혹은 빔 성형부(30)는 입사된 원형 스폿의 레이저 빔에 대하여 장축 방향으로만 길게 늘임으로써 타원 단면 형상을 가지는 라인빔(2c)을 생성하여 출사할 수도 있다.
스테이지부(50)는 레이저 가공을 요하는 다층기판이 거치되며, XY방향으로 의 이동이 가능하다. XY방향은 스테이지부(50)의 평면 상에서의 방향을 나타낸다. 에지 분리 등의 레이저 가공을 수행하기 위해서는 다층기판(100)의 부품 영역과 같은 액티브 영역(Active area)의 외곽을 따라 레이저 빔이 조사되도록 해야 하며, 스테이지부(50) 또는/및 빔 조사부(40)가 서로에 대하여 상대적으로 이동될 필요가 있다.
또한, 스테이지부(50)는 빔 조사부(40)에 의해 조사되는 레이저 빔의 정확한 조사 위치 및 초점을 조절할 수 있도록 하기 위해 빔 조사부(40)와의 거리가 조절될 수 있도록 Z방향으로 이동 가능하다. Z방향은 스테이지부(50)의 평면에 수직인 방향을 나타낸다.
스테이지부(50)는 상술한 것과 같이 XY방향 또는/및 Z방향으로의 이동, 회전 등이 가능하도록 하는 기구적 구성요소가 추가될 수 있다.
빔 조사부(40)는 레이저 광원(10), 빔 성형부(30) 혹은 분배부(20)로부터 입사된 레이저 빔을 스테이지부(50) 상에 거치된 다층기판에 조사한다.
빔 조사부(40)는 초점이 미세하게 조정된 레이저 빔을 집광하여 가공하고자 하는 위치에 조사하는 대물렌즈 유닛을 포함할 수 있다. 대물렌즈 유닛은 하나의 대물렌즈로 구성되거나 볼록렌즈, 오목렌즈 등 여러 개의 렌즈군이 모여 구성될 수도 있으며, 하나 이상의 렌즈와 기타 광학계의 조합으로 구성될 수도 있다. 가공하고자 하는 다층기판의 층 위치에 따라 미세 조정을 수행하여 레이저 빔이 목표로 하는 층에 정확히 조사될 수 있도록 한다.
빔 조사부(40)는 빔 성형부(30)에 의해 일차원 방향의 라인빔으로 성형되어 단면적이 큰 레이저 빔 혹은 레이저 광원(10)에서 출사된 단면적이 작은 레이저 빔을 다층기판 상에 조사한다.
본 실시예에 따른 레이저 가공을 수행하기 위해서, 우선 빔 조사부(40)는 빔 성형부(30)로부터 입사된 단면적이 큰 라인빔을 다층기판(100)의 가공 영역 상에 조사하여 다층기판(100)의 상부 일부 층에 대하여 1차 가공을 수행한다. 이후 빔 조사부(40)는 빔 성형부(30)로부터 입사된 단면적이 상대적으로 작은 라인빔 혹은 레이저 광원(10)으로부터 입사된 레이저 빔을 1차 가공에 의해 외부로 노출된 하부 층 표면 상에 조사하여 다층기판(100)의 하부 일부 층 혹은 나머지 전층에 대하여 2차 가공을 수행한다.
빔 조사부(40)는 스테이지부(50)에 대하여 상대적으로 XY방향으로 이동되어 P4 패터닝 공정을 수행할 수 있다. 즉, 빔 조사부(40)가 고정되고 스테이지부(50)가 이동하거나 빔 조사부(40)가 이동하고 스테이지부(50)가 고정될 수 있다. 또는 실시예에 따라 빔 조사부(40)와 스테이지부(50)가 함께 이동할 수도 있다.
빔 조사부(40)에서 조사된 레이저 빔이 일차원 방향의 라인빔인 경우에 라인빔은 가공 방향에 대하여 소정 각도를 유지하며 이동하고, 다층기판의 서로 다른 측에 대한 레이저 가공을 수행할 때에도 레이저 빔의 방향을 회전시킬 필요가 없어 불필요한 공정을 줄일 수 있다.
본 실시예에서 레이저 광원(10), 분배부(20), 빔 성형부(30), 빔 조사부(40)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'의 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에 출사된 광(여기서는, 레이저 빔)을 다른 쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다.
이하에서는 상술한 빔 조사부(40)에 의해 수행되는 레이저 가공공정에 관하여 도 3 이하의 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공이 수행된 다층기판의 단면도이고, 도 4는 라인빔을 이용하여 일반적인 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 라인빔을 이용하여 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도이며, 도 6은 다른 실시예에 따른 라인빔에 따라 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도이고, 도 7은 또 다른 실시예에 따른 라인빔에 따라 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 기판(110) 상에 3개의 층(120, 130, 140)이 적층되어 있다. 제1 층(120)이 적층되며 이후 패터닝 공정에 의해 제1 층(120)을 분할하는 P1 패턴이 형성된다. 그리고 제2 층(130)이 제1 층(120) 상에 적층되며 이후 패터닝 공정에 의해 제2 층(130)을 분할하는 P2 패턴이 형성된다. 그리고 제3 층(140)이 제2 층(130) 상에 적층되며 이후 패터닝 공정에 의해 제2 층(130) 및 제3 층(140)을 분할하는 P3 패턴이 형성된다. 여기서, P3 패턴은 제2 층(130) 및 제3 층(140)에 대하여 한번에 가공을 수행할 수 있다.
도 3에서는 기판(110) 상에 3개의 층(120, 130, 140)이 적층된 다층기판을 도시하여 설명하고 있지만, 실시예에 따라 2개의 층 혹은 4개 이상의 층이 기판(110) 상에 적층되어 있는 다층기판에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 실리콘 박막 태양전지의 경우에 기판(110)은 유리 기판(glass substrate)이고, 제1 층(120)은 투명전도막층(TCO), 제2 층(130)은 비정질 실리콘층(a-Si), 제 3층(140)은 금속전극층(metal electrode)이고, P1, P2, P3 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙 공정일 수 있다. 여기서, 제2 층(130) 및 제3 층(140)은 532nm 파장의 레이저 빔에 의해 패터닝이 가능하지만, 제1 층(120)은 532nm 파장의 레이저 빔으로는 패터닝이 어려우며 1064nm 파장의 레이저 빔을 이용하여 패터닝을 수행해야 한다. 또한, 적층형 박막 태양전지의 경우에는 비정질 실리콘층인 제2 층(130)과 금속전극층인 제3 층(140) 사이에 투명전도막층(TCO) 혹은 기타 물질로 구성된 층이 더 적층되어 있을 수도 있으며, P3 패터닝 공정에 의해 혹은 후술할 P4 패터닝 공정 중 1차 가공 시 패터닝될 수 있다.
고출력의 레이저 빔을 이용하여 제1 층(120) 내지 제3 층(140)에 대하여 한번에 패터닝을 수행하고자 하는 경우에는 가공 영역의 주변에 열적 손상이 가해져 제품 열화를 초래하는 문제점이 있다. 또한, 이 경우에 제1 층(120)부터 제3 층(140)까지를 모두 가공해야 하는 에지 분리(edge isolation) 공정을 수행 시 서로 다른 재질로 이루어진 각 층에 대하여 어느 하나의 파장을 가지는 레이저 빔만으로는 가공이 어려운 점이 있다.
따라서, 어느 하나의 파장을 가지는 레이저 빔으로 동시 가공이 가능한 제2 층(130) 및 제3 층(140)에 대해서 1차 가공을 수행하고, 다른 파장을 가지는 레이저 빔으로 제1 층(120)에 대해서 2차 가공을 수행하여 에지 분리와 같은 P4 패터닝 공정을 수행할 수 있다. 1차 가공 시에 복수의 층(제2 층(130) 및 제3 층(140))에 대하여 동시 가공이 이루어지는 것으로 설명하였지만, 다층기판에 따라 1차 가공 시에 단일 층에 대한 가공이 수행되고 이후 2차 가공 시에 복수 층에 대한 동시 가공이 수행될 수도 있음은 물론이다.
다만, 이 때에도 두 레이저 빔의 단면적이 동일하다면 1차 가공된 영역에 대하여 정확하게 레이저 빔을 정렬시켜 2차 가공을 수행해야 하는 어려움이 있다.
이를 해결하기 위해 1차 가공 시에는 단면적이 큰 레이저 빔을 이용하고, 2차 가공 시에는 보다 단면적이 작은 레이저 빔을 이용함으로써 전술한 정렬의 어려움을 극복할 수 있다.
예를 들어, 전술한 실리콘 박막 태양전지와 같은 실시예에서는 1차 가공 시에 가공 방향에 대하여 수직으로 대략 100 내지 300um 정도의 폭을 가지도록 하고, 2차 가공 시에 가공 방향에 대하여 수직으로 대략 50um 정도의 폭을 가지도록 하여 1차 가공으로 충분히 넓은 폭을 확보한 가공 영역 내에서 2차 가공을 수행함으로써 용이하게 P4 패터닝 공정을 완료할 수 있다.
도 4를 참조하면, 일차원 라인빔(2)을 이용하여 P4 패터닝 공정을 수행하는 과정이 도시되어 있다. 일차원 라인빔(2)을 가공하고자 하는 영역, 예를 들어 에지 라인에 대하여 수직으로 조사되게 한 후 제1 가공 방향을 따라 이동시킴으로써 단일 층 혹은 복수 층에 대한 레이저 가공이 수행된다. 여기서, 레이저 빔을 제1 가 공 방향을 따라 이동시키기 위해서는 빔 조사부(40)가 제1 가공 방향을 따라 이동하거나 스테이지부(50)가 제1 가공 방향과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우 가공 영역(P4-1)의 폭(W1-1)은 일차원 라인빔(2)의 길이(L)와 동일하며, 제1 가공 방향은 수평 방향일 수 있다.
제1 가공 방향으로의 가공이 완료된 이후에 제2 가공 방향으로의 가공을 수행하기 위해서는 일차원 라인빔(2)을 화살표 A를 따라 회전시켜야 한다. 그 후 제2 가공 방향인 수직 방향에 대하여 일차원 라인빔(2)이 수직으로 조사되도록 하여 제2 가공 방향을 따라 이동시킴으로써 단일 층 혹은 복수 층에 대한 레이저 가공이 수행된다. 이 경우 가공 영역(P4-2)의 폭(W1-2)은 일차원 라인빔(2)의 길이(L)와 동일하다.
이와 같이 P4 패터닝 공정을 수행함에 있어서 가공 방향이 서로 다른 영역을 가공하기 위해서는 일차원 라인빔(2)을 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전시켜 재배열시키는 추가 공정이 필요로 하게 된다. 이로 인해 레이저 빔의 정렬이 흐트러질 수도 있으며, 공정이 추가됨으로 인해 작업 시간이 증가하는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 본 실시예에서는 일차원 라인빔(2)을 회전시키지 않고 항상 동일하게 조사하면서도 서로 다른 가공 방향을 요하는 가공 영역에 대하여 실질적으로 동일한 폭을 가지도록 레이저 가공을 수행할 수 있다.
도 5를 참조하여 일 실시예에 따라 가공 방향과 소정 각도를 이루는 일차원 라인빔을 이용한 레이저 가공에 대하여 설명하기로 한다. 일차원 라인빔(2a)은 도 2에 도시된 것과 같이 길이 L, 폭 WL의 장방형의 단면 형상을 가지는 것으로 가정한다.
일차원 라인빔(2a)을 가공하고자 하는 영역, 예를 들어 에지 라인에 대하여 소정 각도(θ)를 가지도록 조사되게 한 후 제1 가공 방향을 따라 이동시킴으로써 단일 층 혹은 복수 층에 대한 레이저 가공이 수행된다. 여기서, 레이저 빔을 제1 가공 방향을 따라 이동시키기 위해서는 빔 조사부(40)가 제1 가공 방향을 따라 이동하거나 스테이지부(50)가 제1 가공 방향과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우 가공 영역(P4-3)의 폭(W1-3)은 일차원 라인빔(2a)의 길이(L)와 폭(WL)에 관한 함수식으로 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 제1 가공 방향은 수평 방향일 수 있다.
Figure 112009038494911-pat00007
제1 가공 방향으로의 가공이 완료된 이후에 제2 가공 방향으로의 가공을 수행함에 있어서 일차원 라인빔(2a)을 도 4에 도시된 것과 같이 회전시킬 필요가 없다. 일차원 라인빔(2a)은 빔 조사부(40)로부터 하방으로 일정하게 조사되며, 가공 방향만을 변경시킴으로써 타 가공 영역(P4-4)에 대한 레이저 가공이 수행될 수 있다. 이 경우 가공 영역(P4-4)의 폭(W1-4)은 일차원 라인빔(2a)의 길이(L)와 폭(WL)에 관한 함수식으로 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 여기서, 제2 가공 방향은 제1 가공 방향과 실질적으로 직교하는 수직 방향일 수 있다.
Figure 112009038494911-pat00008
따라서, 가공 방향과 일차원 라인빔(2a) 간의 각도 θ에 따라 두 가공 영역의 폭이 결정될 수 있다. 두 가공 영역의 폭을 동일하게 하고자 할 때에는 각도 θ가 45ㅀ가 되도록 일차원 라인빔(2a)의 조사면을 조절하면 된다.
그리고, 가공 영역(P4-3)의 폭(W1-3) 및 가공 영역(P4-4)의 폭(W1-4)이 결정되어 있는 경우에 빔 성형부(30)에서 레이저 빔을 광학적으로 성형함에 있어서 일차원 라인빔(2a)의 길이(L)와 폭(WL), 그리고 일차원 라인빔(2a)와 가공 방향 간의 각도 θ를 결정할 수 있다.
도 6을 참조하여 다른 실시예에 따라 가공 방향과 소정 각도를 이루는 일차원 라인빔을 이용한 레이저 가공에 대하여 설명하기로 한다. 일차원 라인빔(2b)은 도 2에 도시된 것과 같이 폭 WL의 원형 스폿이 복수 개가 일렬로 혹은 중첩되어 장축으로 길이 L만큼 배열된 단면 형상을 가지는 것으로 가정한다.
일차원 라인빔(2b)을 가공하고자 하는 영역, 예를 들어 에지 라인에 대하여 소정 각도(θ)를 가지도록 조사되게 한 후 제1 가공 방향을 따라 이동시킴으로써 단일 층 혹은 복수 층에 대한 레이저 가공이 수행된다. 여기서, 레이저 빔을 제1 가공 방향을 따라 이동시키기 위해서는 빔 조사부(40)가 제1 가공 방향을 따라 이동하거나 스테이지부(50)가 제1 가공 방향과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우 가공 영역(P4-5)의 폭(W1-5)은 일차원 라인빔(2b)의 길이(L)와 폭(WL)에 관한 함 수식으로 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 제1 가공 방향은 수평 방향일 수 있다.
Figure 112009038494911-pat00009
제1 가공 방향으로의 가공이 완료된 이후에 제2 가공 방향으로의 가공을 수행함에 있어서 일차원 라인빔(2b)을 도 4에 도시된 것과 같이 회전시킬 필요가 없다. 일차원 라인빔(2b)은 빔 조사부(40)로부터 하방으로 일정하게 조사되며, 가공 방향만을 변경시킴으로써 타 가공 영역(P4-6)에 대한 레이저 가공이 수행될 수 있다. 이 경우 가공 영역(P4-6)의 폭(W1-6)은 일차원 라인빔(2b)의 길이(L)와 폭(WL)에 관한 함수식으로 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. 여기서, 제2 가공 방향은 제1 가공 방향과 실질적으로 직교하는 수직 방향일 수 있다.
Figure 112009038494911-pat00010
따라서, 가공 방향과 일차원 라인빔(2b) 간의 각도 θ에 따라 두 가공 영역의 폭이 결정될 수 있다. 두 가공 영역의 폭을 동일하게 하고자 할 때에는 각도 θ가 45ㅀ가 되도록 일차원 라인빔(2b)의 조사면을 조절하면 된다.
그리고, 가공 영역(P4-5)의 폭(W1-5) 및 가공 영역(P4-6)의 폭(W1-6)이 결정되어 있는 경우에 빔 성형부(30)에서 레이저 빔을 광학적으로 성형함에 있어서 일차원 라인빔(2b)의 길이(L)와 폭(WL), 그리고 일차원 라인빔(2b)와 가공 방향 간 의 각도 θ를 결정할 수 있다.
도 7을 참조하여 또 다른 실시예에 따라 가공 방향과 소정 각도를 이루는 일차원 라인빔을 이용한 레이저 가공에 대하여 설명하기로 한다. 일차원 라인빔(2c)은 도 2에 도시된 것과 같이 폭 WL의 원형 스폿이 장축 방향으로 길이 L만큼 길게 늘여진 타원의 단면 형상을 가지는 것으로 가정한다.
일차원 라인빔(2c)을 가공하고자 하는 영역, 예를 들어 에지 라인에 대하여 소정 각도(θ)를 가지도록 조사되게 한 후 제1 가공 방향을 따라 이동시킴으로써 단일 층 혹은 복수 층에 대한 레이저 가공이 수행된다. 여기서, 레이저 빔을 제1 가공 방향을 따라 이동시키기 위해서는 빔 조사부(40)가 제1 가공 방향을 따라 이동하거나 스테이지부(50)가 제1 가공 방향과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우 가공 영역(P4-7)의 폭(W1-7)은 일차원 라인빔(2c)의 길이(L)에 관한 함수식으로 하기 수학식 5과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 제1 가공 방향은 수평 방향일 수 있다.
Figure 112009038494911-pat00011
제1 가공 방향으로의 가공이 완료된 이후에 제2 가공 방향으로의 가공을 수행함에 있어서 일차원 라인빔(2c)을 도 4에 도시된 것과 같이 회전시킬 필요가 없다. 일차원 라인빔(2c)은 빔 조사부(40)로부터 하방으로 일정하게 조사되며, 가공 방향만을 변경시킴으로써 타 가공 영역(P4-8)에 대한 레이저 가공이 수행될 수 있 다. 이 경우 가공 영역(P4-8)의 폭(W1-8)은 일차원 라인빔(2c)의 길이(L)에 관한 함수식으로 하기 수학식 6과 같이 표현될 수 있다. 여기서, 제2 가공 방향은 제1 가공 방향과 실질적으로 직교하는 수직 방향일 수 있다.
Figure 112009038494911-pat00012
따라서, 가공 방향과 일차원 라인빔(2c) 간의 각도 θ에 따라 두 가공 영역의 폭이 결정될 수 있다. 두 가공 영역의 폭을 동일하게 하고자 할 때에는 각도 θ가 45ㅀ가 되도록 일차원 라인빔(2c)의 조사면을 조절하면 된다.
그리고, 가공 영역(P4-7)의 폭(W1-7) 및 가공 영역(P4-8)의 폭(W1-8)이 결정되어 있는 경우에 빔 성형부(30)에서 레이저 빔을 광학적으로 성형함에 있어서 일차원 라인빔(2c)의 길이(L), 그리고 일차원 라인빔(2c)와 가공 방향 간의 각도 θ를 결정할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 상술한 것과 같이 일차원 라인빔(2a, 2b, 혹은 2c)을 이용하여 다층기판의 상부 일부 층에 대하여 소정의 폭을 가지는 가공 영역을 1차 가공한 이후에, 보다 작은 단면적을 가지는 레이저 빔을 이용하여 해당 가공 영역을 통해 외부로 노출된 하부의 일부 층 또는 나머지 전층에 대하여 2차 가공을 함으로써 P4 패터닝 공정을 완료할 수 있다.
보다 작은 단면적을 가지는 레이저 빔은 전술한 빔 성형부(30)를 통해 1차 가공 시 이용되었던 일차원 라인빔에 비해 작은 길이의 단면 형상을 가지는 일차원 라인빔이거나 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저 빔일 수 있다.
2차 가공에 이용되는 레이저 빔은 1차 가공에 이용되는 레이저 빔에 비해 긴 파장을 가질 수 있으며, 보다 고출력일 수 있다.
이와 같이 상술한 레이저 가공장치를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법에 대하여 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판을 가공하는 방법의 순서도이다.
스테이지부(50) 상에 다층기판(100)을 적재한다(단계 S200). 다층기판(100)은 기본 기판 상에 복수의 층이 순차적으로 적층되어 있다. 예를 들어, 실리콘 박막 태양전지의 경우에는 유리 기판 상에 투명전도막층, 비정질 실리콘층, 금속전극층이 순차적으로 적층되어 있을 수 있다. 또는 적층형 박막 태양전지의 경우에는 유리 기판 상에 제1 투명전도막층, 비정질 실리콘층, 제2 투명전도막층, 금속전극층이 순차적으로 적층되어 있을 수 있다.
레이저 광원(10)은 레이저 빔을 출사한다(단계 S210). 레이저 광원(10)에 의해 출사되는 레이저 빔은 그 단면 형상이 원형 스폿을 가짐이 일반적이다.
레이저 광원(10)으로부터 출사된 레이저 빔을 빔 성형부(30)에서 광학적으로 성형한다(단계 S220). 이를 위해 레이저 광원(10)과 빔 성형부(30) 사이에 분배부(20)가 개재되어 있을 수 있다.
빔 성형부(30)에서 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 도 2에 도시된 것과 같은 일차원 라인빔을 생성하여 출사한다. 이를 위해 1차 가공하고자 하는 가공 영 역의 폭을 결정한다(단계 S222). 그리고 전술한 수학식 1 내지 6 중 하나 이상에 따라 라인빔의 길이, 폭을 조정하여 적합한 일차원 라인빔이 생성되도록 레이저 빔을 성형한다(단계 S224).
단계 S220에서 성형된 레이저 빔, 즉 일차원 라인빔을 다층기판(100)에 조사하여 상부 일부 층에 대한 1차 가공을 수행한다(단계 S230). 복수의 가공 영역에 대하여 소정 각도를 가질 수 있도록 일차원 라인빔의 조사면을 제어할 수 있다(단계 S232). 1차 가공으로 인해 패터닝되는 가공 영역의 폭은 일차원 라인빔의 길이, 폭, 가공 방향과의 각도에 따라 결정된다.
하나의 가공 영역에 대한 가공이 완료된 후 이웃하는 가공 영역으로 이동함에 있어서 일차원 라인빔의 조사면 각도를 변경시킬 필요가 없어 종래 요구되던 추가적인 공정의 생략이 가능한 장점이 있다.
1차 가공이 완료된 이후에 해당 가공 영역 내에 레이저 빔을 조사하여 하부 일부 층 또는 나머지 전층에 대한 2차 가공을 수행한다(단계 S240). 1차 가공에 이용된 일차원 라인빔에 비해 작은 단면적을 가지는 레이저 빔을 조사하여 2차 가공을 수행하며(단계 S242), 2차 가공에 이용되는 레이저 빔은 빔 성형부(30)에 의해 광학적으로 성형된 길이가 짧은 일차원 라인빔이거나 레이저 광원(10)에서 출사된 레이저 빔일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발 명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 성형부에서의 성형 전후의 레이저 빔의 단면 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공이 수행된 다층기판의 단면도.
도 4는 라인빔을 이용하여 일반적인 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도.
도 5는 일 실시예에 따른 라인빔을 이용하여 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도.
도 6은 다른 실시예에 따른 라인빔에 따라 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 라인빔에 따라 레이저 가공이 수행되는 다층기판의 일부분에 대한 평면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판을 가공하는 방법의 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 원형 스폿 2, 2a, 2b, 2c: 일차원 라인빔
10: 레이저 광원 20: 분배부
30: 빔 성형부 40: 빔 조사부
50: 스테이지부 100: 다층기판

Claims (27)

  1. 복수의 층이 적층된 다층기판에 대하여 레이저를 조사하여 가공하는 레이저 가공장치에 있어서,
    레이저 빔을 출사하는 레이저 광원과;
    상기 다층기판이 거치되고 XY 방향으로 이동가능한 스테이지부와;
    상기 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 소정 길이와 폭을 가지는 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 빔 성형부와;
    상기 일차원 라인빔을 조사하여 상기 스테이지부 상에 거치된 상기 다층기판의 일부 층을 1차 가공하고, 상기 가공에 의해 노출된 영역에 상기 일차원 라인빔보다 작은 단면적의 레이저 빔을 조사하여 상기 다층기판의 나머지 층 전부 혹은 일부를 2차 가공하는 빔 조사부를 포함하는 레이저 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 가공에 이용된 레이저 빔은 상기 일차원 라인빔에 비해 파장이 긴 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차 가공에 이용된 레이저 빔은 상기 일차원 라인빔에 비해 고출력인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 빔 성형부는 상기 1차 가공 시 패터닝되는 가공 영역의 폭에 따라 상기 일차원 라인빔의 길이와 폭을 결정하여 광학적으로 성형하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔의 조사면은 상기 1차 가공 시 가공 방향에 대하여 소정 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소정 각도는 45°인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔은 장방형의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔의 길이(L), 폭(WL), 가공 방향에 대한 각도(θ), 상기 가공 영역의 폭(W)은 수학식
    Figure 112011023824511-pat00013
    또는
    Figure 112011023824511-pat00014
    에 따르는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔은 복수의 원형 스폿이 일렬로 혹은 일부분이 서로 중첩되어 배열된 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔의 길이(L), 폭(WL), 가공 방향에 대한 각도(θ), 상기 가공 영역의 폭(W)은 수학식
    Figure 112011023824511-pat00015
    또는
    Figure 112011023824511-pat00016
    에 따르는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔은 타원의 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 일차원 라인빔의 길이(L), 가공 방향에 대한 각도(θ), 상기 가공 영역의 폭(W)은 수학식
    Figure 112011023824511-pat00017
    또는
    Figure 112011023824511-pat00018
    에 따르는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 빔 성형부는 회절 광학 요소(DOE, diffractive optical element)인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 빔 성형부는 장축 방향으로 정렬된 긴 슬릿으로 형태가 형성된 단축 조리개인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 상기 빔 성형부 혹은 상기 빔 조사부로 분배하는 분배부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 1000 내지 1100nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 1000ns의 펄스폭(pulse width)을 가지며, 1 내지 500W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 300um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 광원은 400 내지 700nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 100ns의 펄 스폭을 가지며, 10mW 내지 100W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 500um의 가공부 스팟 크기를 가지는 레이저 빔을 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  18. 레이저를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법으로서,
    (a) 스테이지부 상에 상기 다층기판을 적재하는 단계;
    (b) 레이저 빔을 출사하는 단계;
    (c) 상기 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 단계;
    (d) 상기 일차원 라인빔을 상기 다층기판에 조사하여 상부 일부 층을 1차 가공하는 단계; 및
    (e) 상기 일차원 라인빔보다 단면적이 작은 레이저 빔을 상기 1차 가공된 영역 내에 조사하여 상기 다층기판의 나머지 일부 층 혹은 전층에 대하여 2차 가공하는 단계를 포함하는 다층기판 가공방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 단계 (c)는,
    (c-1) 상기 1차 가공될 영역의 폭을 결정하는 단계;
    (c-2) 상기 폭에 따라 상기 일차원 라인빔의 길이와 폭을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 가공 방향에 대하여 상기 일차원 라인빔이 소정 각도를 유지하도록 하여 상기 1차 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 단계 (e)에서 이용된 레이저 빔은 상기 일차원 라인빔에 비해 파장이 긴 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 단계 (e)에서 이용된 레이저 빔은 상기 일차원 라인빔에 비해 고출력인 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 장방형의 단면 형상을 가지는 상기 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 단계 (c)는 상기 레이저 빔을 광학적으로 성형하여 복수의 원형 스폿이 일렬로 혹은 일부분이 서로 중첩되어 배열된 단면 형상을 가지는 상기 일차원 라인빔을 생성하여 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  25. 제18항에 있어서
    상기 다층기판은 유리 기판 상에 투명전도막층, 비정질 실리콘층 및 금속전극층이 순차적으로 적층된 실리콘 박막 태양전지이고,
    상기 단계 (d)에서 상기 비정질 실리콘층 및 상기 금속전극층을 패터닝하고, 상기 단계 (e)에서 상기 투명전도막층을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  26. 제18항에 있어서
    상기 다층기판은 유리 기판 상에 제1 투명전도막층, 비정질 실리콘층, 제2 투명전도막층 및 금속전극층이 순차적으로 적층된 적층형 박막 태양전지이고,
    상기 단계 (d)에서 상기 비정질 실리콘층, 상기 제2 투명전도막층 및 상기 금속전극층을 패터닝하고, 상기 단계 (e)에서 상기 제1 투명전도막층을 패터닝하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
  27. 제25항 또는 제26항 중 어느 한 항에 있어서
    상기 단계 (d)에서 이용된 상기 일차원 라인빔은 400 내지 700nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 100ns의 펄스폭을 가지며, 10mW 내지 100W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 500um의 가공부 스팟 크기를 가지는 상기 레이저 빔이 광학적으로 성형된 것이며,
    상기 단계 (e)에서 이용된 상기 일차원 라인빔은 1000 내지 1100nm의 파장을 가지고, 1ps 내지 1000ns의 펄스폭(pulse width)을 가지며, 1 내지 500W의 출력 파워를 가지고, 10 내지 300um의 가공부 스팟 크기를 가지는 상기 레이저 빔이 광학적으로 성형된 것임을 특징으로 하는 레이저 가공방법.
KR1020090056779A 2009-06-25 2009-06-25 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법 KR101094322B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090056779A KR101094322B1 (ko) 2009-06-25 2009-06-25 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090056779A KR101094322B1 (ko) 2009-06-25 2009-06-25 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100138312A KR20100138312A (ko) 2010-12-31
KR101094322B1 true KR101094322B1 (ko) 2011-12-19

Family

ID=43511799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090056779A KR101094322B1 (ko) 2009-06-25 2009-06-25 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101094322B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11786990B2 (en) 2019-01-21 2023-10-17 Samsung Display Co., Ltd. Laser etching apparatus and laser etching method using the same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101702568B1 (ko) * 2015-07-28 2017-02-06 (주)엔에스 단차 가공용 레이저 절단 장치
KR102124793B1 (ko) * 2018-12-17 2020-06-19 한국기술교육대학교 산학협력단 스트라이프 코팅용 슬롯 다이 헤드

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11786990B2 (en) 2019-01-21 2023-10-17 Samsung Display Co., Ltd. Laser etching apparatus and laser etching method using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100138312A (ko) 2010-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102665999B (zh) 激光加工方法
JP5887929B2 (ja) 被加工物の分断方法および光学素子パターン付き基板の分断方法
US9120178B2 (en) Method of radiatively grooving a semiconductor substrate
CN103962728A (zh) 激光加工方法
KR20120098869A (ko) 레이저 가공과 스크라이빙 시스템 및 방법
EP2379274A1 (en) Method and apparatus for forming grooves in the surface of a polymer layer
JP2002141301A5 (ko)
TWI702106B (zh) 用於經塗覆基材之雷射切割及雷射製備的方法
US20090016400A1 (en) Multi-beam laser apparatus
CN102626835A (zh) 激光刻划方法以及激光加工装置
KR101331518B1 (ko) 회절광학소자와 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 레이저 가공 장치 및 이를 구비하는 웨이퍼 다이싱용 레이저 개질 시스템
JP2010212478A (ja) レーザ加工方法およびレーザ加工装置
KR101094322B1 (ko) 레이저 가공장치 및 이를 이용한 다층기판 가공방법
TW201328811A (zh) 分斷裝置、被加工物之分斷方法、及具有光學元件圖案之基板的分斷方法
WO2015098388A1 (ja) 加工装置
JP2010118409A (ja) レーザアニール装置及びレーザアニール方法
JP2007015169A (ja) スクライブ形成方法、スクライブ形成装置、多層基板
US20210252640A1 (en) Additive manufacturing systems and related methods utilizing optical phased array beam steering
TWI765905B (zh) 用於半導體材料層退火之裝置，半導體材料層退火之方法，及平面顯示器
US9755190B2 (en) Laser-induced thermal imaging apparatus, method of laser-induced thermal imaging, and manufacturing method of organic light-emitting display apparatus using the method
JP2012164740A (ja) レーザスクライブ方法
US20220219260A1 (en) Additive manufacturing systems and related methods utilizing risley prism beam steering
CN115319278A (zh) 基于二维声光偏转器的晶圆激光解键合的系统及方法
US20060243714A1 (en) Selective processing of laminated target by laser
KR100924280B1 (ko) 광역 레이저 패터닝 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161129

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191203

Year of fee payment: 9