KR101582161B1 - 3-D patterning method using Laser - Google Patents
3-D patterning method using Laser Download PDFInfo
- Publication number
- KR101582161B1 KR101582161B1 KR1020140182140A KR20140182140A KR101582161B1 KR 101582161 B1 KR101582161 B1 KR 101582161B1 KR 1020140182140 A KR1020140182140 A KR 1020140182140A KR 20140182140 A KR20140182140 A KR 20140182140A KR 101582161 B1 KR101582161 B1 KR 101582161B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- laser beam
- scan path
- scan
- energy
- laser
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000059 patterning Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 31
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 29
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229920001621 AMOLED Polymers 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 구조물로 이루어진 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하고, 그 단위 가공영역 상에 레이저 빔이 이동하는 스캔경로를 특정 스텝피치 간격으로 설정하여 각 단위 가공영역의 가공을 수행하여, 피가공대상물에 열에너지가 누적되는 것을 방지하기 위한 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a pattern of a three-dimensional structure on a workpiece by using a laser, and a method of setting a unit machining area on a workpiece and specifying a scan path on which the laser beam moves To a three-dimensional patterning method using a laser for preventing the accumulation of thermal energy on a workpiece by performing machining of each unit machining area by setting the step pitch interval.
레이저는 박막 증착이나 어닐링 공정과 같은 반도체 소자의 직접 제조시에 활용되거나, 반도체 소자 제조 공정에 필요한 도구나 장치의 가공 등에 활용되고 있다.The laser is utilized in the direct manufacture of semiconductor devices such as thin film deposition or annealing processes, or in the processing of tools and devices necessary for the semiconductor device manufacturing process.
본 발명에서는 유기EL이나 유기 반도체 소자 등의 제조시에, 진공 증착 공정에서 사용되는 메탈 쉐도우 마스크를 레이저를 이용하여 제조하고자 하는 것이다.In the present invention, a metal shadow mask used in a vacuum deposition process is manufactured by using a laser when an organic EL or an organic semiconductor device is manufactured.
이러한 메탈 쉐도우 마스크는 다수의 원형 홀이나 테이퍼진 형태의 3차원 홀 구조를 가지는 것으로서, 기판에 상기 마스크를 정렬시키고, 원하는 패턴의 발광층을 기판 상의 특정 영역에 증착하여, 유기EL과 같은 반도체 소자를 제조하는 것이다.Such a metal shadow mask has a three-dimensional hole structure of a plurality of circular holes or tapered shapes. The metal shadow mask has a three-dimensional hole structure in which a mask is aligned on a substrate, a light emitting layer of a desired pattern is deposited on a specific region of the substrate, .
종래의 레이저를 이용한 마스크 가공 방법에 관한 기술로서, 대한민국특허청 등록번호 10-1267220호 "레이저를 이용한 마스크 제조방법"이 있다.As a technique related to a mask processing method using a conventional laser, there is a Korean Patent Registration No. 10-1267220 entitled " Method of manufacturing mask using laser. "
상기 종래기술은 마스크 홀의 형상에 대응하게 마련된 제1폐곡선을 따라 레이저빔을 이송시키면서 기판에 레이저빔을 조사하는 제1조사단계와, 상기 제1폐곡선의 내부에 배치되며 상기 제1폐곡선보다 내부 면적이 작은 제2폐곡선을 따라 레이저빔을 이송시키면서 기판에 레이저빔을 조사하는 제2조사단계로 구성되어, 레이저를 이용하여 마스크를 제조하는 것이다.The above-mentioned prior art has a first irradiation step of irradiating a laser beam onto a substrate while transferring a laser beam along a first closed curve provided corresponding to the shape of a mask hole, and a second irradiation step of irradiating the substrate with a laser beam, And a second irradiation step of irradiating the substrate with a laser beam while transferring the laser beam along the second closed curve, thereby manufacturing a mask using a laser.
또한, 기판상에서 마스크 홀이 형성된 위치에 제1에너지를 가진 레이저빔을 조사하는 제1조사단계와, 상기 제1에너지보다 작은 제2에너지를 가진 레이저빔을 상기 제1조사단계에서 레이저빔이 조사된 동일한 위치에 조사하는 제2조사단계로 이루어진 것이다.A first irradiation step of irradiating a laser beam having a first energy to a position where a mask hole is formed on a substrate, and a second irradiation step of irradiating a laser beam having a second energy smaller than the first energy, And a second irradiation step of irradiating the same to the same position.
그러나, 상기의 종래 기술은 각 마스크 홀에 따라, 상기의 제1폐곡선과 제2폐곡선을 반복 수행하여야 하며, 가공 깊이의 조절을 단순히 레이저의 출력에너지의 세기만으로 조절할 수 있도록 하여, 정밀한 패턴의 가공이 어려운 면이 있다.However, in the above-described conventional technique, the first closed curve and the second closed curve must be repeatedly performed according to each mask hole, and the adjustment of the processing depth can be controlled only by the intensity of the output energy of the laser, This is a difficult aspect.
도 1을 참조하여 상기 종래기술을 상세히 설명하면, 하나의 3차원 구조물(마스크 홀)을 가공하기 위해서는, 각각의 폐곡선에 대해 레이저 빔의 상대 이동 방향은, 폐곡선의 수가 3회인 경우에, (+)X방향 이동(방향 전환 1)->(-)Y방향 이동(방향 전환 2)->(-)X방향 이동(방향 전환 4)->(+)Y방향 이동(방향 전환 3)을 포함하게 되어 총 4번의 방향 전환이 요구된되며, 상기 방향 전환은 폐곡선의 개수에 비례하여 증가하게 된다.1, in order to process one three-dimensional structure (mask hole), the relative movement direction of the laser beam with respect to each closed curve is (+) when the number of closed curves is three, ) Includes X direction movement (direction switching 1) -> (-) Y direction movement (direction switching 2) -> (-) X direction movement (direction switching 4) -> (+) Y direction movement (direction switching 3) A total of four redirections are required, and the redirection increases in proportion to the number of closed curves.
일반적으로 UHD급 해상도의 AMOLED의 미세 메탈 쉐도우 마스크(FMM)를 제작할 경우, 3차원 구조물의 개수는 약 팔백만개 수준으로, 이에 비례하여 수 천만~수 억회의 레이저 빔의 이동 방향 전환이 필요하여, 총 이동 거리가 매우 크게 되어 생산성 저하의 원인이 되고 있다.In general, when a fine metal shadow mask (FMM) of AMOLED having a UHD resolution is manufactured, the number of three-dimensional structures is about eight million, and accordingly, the movement direction of the laser beam needs to be changed from tens of millions to hundreds of millions, The total travel distance becomes very large, which causes a decrease in productivity.
또한, 하나의 단위 3차원 구조물에 대한 가공이 완료된 이후에, 인접하여 배열된 다음 단위 3차원 구조물에 대한 가공이 이루어지게 되므로, 미세한 국부 영역(단위 3차원 구조물)에 대한 레이저 가공이 휴지 시간없이 연속적으로 이루어지게 된다. 이는 미세 국부 영역에 레이저 빔에 의한 열 에너지가 누적되어, 가공 표면과 밑면에 버(burr)를 발생시켜, 정밀 패턴의 가공이 어려운 단점이 있다.Further, after the processing for one unit three-dimensional structure is completed, processing for the next unit three-dimensional structure arranged adjacent to each other is performed, so that laser processing for a fine local area (unit three-dimensional structure) . This has a disadvantage in that heat energy due to the laser beam is accumulated in the fine local area, burrs are formed on the processed surface and the bottom surface, and processing of a precise pattern is difficult.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하고, 그 단위 가공영역 상에 레이저 빔이 이동하는 스캔경로를 특정 스텝피치 간격으로 설정하여 각 단위 가공영역의 가공을 수행하여, 피가공대상물에 열에너지가 누적되는 것을 방지하기 위한 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법의 제공을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and apparatus for setting a unit processing region on a workpiece, setting a scan path in which a laser beam moves on the unit processing region, Dimensional patterning method using a laser to prevent accumulation of heat energy on a workpiece by performing a three-dimensional patterning process.
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
삭제delete
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 패터닝을 하는 방법에 있어서, 상기 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하는 제1단계와, 레이저 빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함되는 3차원 구조물에 대한 가공이 이루어지는 제2단계와, 상기 레이저 빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키는 제3단계 및 상기 제2단계 및 제3단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저 빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법을 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of three-dimensionally patterning a workpiece using a laser, the method comprising: a first step of setting a unit machining area on the workpiece; Dimensional structure included in the unit processing region is processed until the boundary reaches the other boundary of the unit processing region starting from a boundary of the region and moving along a first scan path A second step, a third step of switching the direction of the laser beam to the next step, shifting the laser beam by a step pitch, and moving the laser beam to a second scan path, and repeating the second step and the third step And a fourth step of processing the whole unit processing region when the movement of the laser beam is completed along the nth scan path. A three-dimensional patterning method is a technical point.
또한, 상기 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법은, 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하는 것이 바람직하다.In addition, in the three-dimensional patterning method using the laser, it is preferable to set the processing depth corresponding to each scanning path.
여기에서, 상기 가공깊이의 설정은, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저 빔의 크기 - 스캔피치)/레이저 빔의 크기} x 100, 스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저 빔의 상대 속도, f : 피가공대상물에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수], 상기 스캔경로의 중첩회수 및 상기 스캔경로 별로 에너지 강도를 설정하거나 하나의 스캔경로 내에서도 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 설정하거나, 이들 중 둘 이상의 조합에 의해 결정되는 것이 바람직하다.Here, the setting of the processing depth is performed by setting an overlap rate (overlap ratio = {(laser beam size - scan pitch) / laser beam size} x 100 of the laser beam moving in the scan path, = v / f, v: relative speed between the workpiece and the laser beam due to the operation of the driving unit, f: pulse frequency of the laser source applied to the workpiece), the number of overlapping of the scan paths, Or to set the energy intensity for each pulse of the laser source in one scan path, or by a combination of two or more of them.
한편, 상기 1,...,n번째 스캔경로와, 상기 스캔경로에 수직하는 1,...,m번째 스캔경로를 설정하여, 3차원 구조물을 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the 1 st, ..., and n th scan paths and the 1 st, ..., m th scan paths perpendicular to the scan path are set to form a three-dimensional structure.
또한, 상기 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to form a tapered three-dimensional structure by setting the energy accumulation distribution to a sequential intensity according to the scan path.
또한, 상기 단위 가공영역에 포함된 3차원 구조물 영역 상에 다수개의 에너지 영역을 설정하여, 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 가공깊이를 설정하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to set a plurality of energy regions on the three-dimensional structure region included in the unit processing region, and to set the processing depth by setting the energy accumulation distribution for each energy region to a sequential intensity.
구체적으로는, 상기 에너지 영역별로 에너지 누적 분포의 설정은, 상기 스캔경로의 중첩회수 또는 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도의 변화에 의해 이루어지거나, 또한, 상기 에너지 영역별로 에너지 누적 분포의 설정은, 상기 스캔경로의 중첩회수를 순차적으로 설정하거나, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 순차적으로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 것이 바람직하다.Specifically, the setting of the energy accumulation distribution for each energy region is performed by the number of times of overlapping of the scan paths or the change of the energy intensity for each pulse of the laser source moving in the scan path, Preferably, the tile-shaped three-dimensional structure is formed by sequentially setting the number of times of overlapping the scan paths or sequentially setting energy intensities for each pulse of the laser source moving in the scan path.
또한, n-1번째 스캔경로에서 n번째 스캔경로로의 방향 전환시 스텝피치는, n-1번째 스캔경로의 레이저 빔의 크기보다 같거나 작은 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the step pitch in the direction switching from the (n-1) th scan path to the n th scan path is equal to or smaller than the size of the laser beam in the (n-1) th scan path.
또한, n-1번째 스캔경로와 n번째 스캔경로는, 같은 방향 또는 반대 방향으로 레이저 빔이 이동하는 것이 바람직하다.Also, it is preferable that the laser beam travels in the same direction or the opposite direction in the n-1th scan path and the nth scan path.
또한, n-1번째 스캔피치와 n번째 스캔피치는, 3차원 구조물의 형태에 따라 다르게 설정되는 것(스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저 빔의 상대 속도, f : 피가공대상물 위에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수)이 바람직하다.(Scan pitch = v / f, v: relative speed between the workpiece and the laser beam due to the operation of the driving unit), and the nth scan pitch and the nth scan pitch are set differently according to the shape of the three- , and f is the pulse frequency of the laser source applied on the workpiece).
본 발명은 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 구조물로 이루어진 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하고, 그 단위 가공영역 상에 레이저 빔이 이동하는 스캔경로를 특정 스텝피치 간격으로 설정하여 스캔경로 별로 가공이 이루어지게 함으로써 결과적으로 각 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지도록 하는 것으로서, 다음과 같은 효과가 있다.The present invention relates to a method for forming a pattern of a three-dimensional structure on a workpiece by using a laser, and a method of setting a unit machining area on a workpiece and specifying a scan path on which the laser beam moves Pitch intervals so that machining is performed for each scan path. As a result, machining is performed for each unit machining area as a whole, and the following effects can be obtained.
1)열에너지 누적 방지 효과1) Heat accumulation prevention effect
본 발명은 하나의 3차원 구조물이 여러 개의 스캔경로를 포함하고 있어서, 3차원 구조물에 대한 가공이 모두 완료되기 위해서는, 그에 포함된 모든 스캔경로에 대한 가공이 이루어지게 되므로, 하나의 3차원 구조물에 대한 가공이 휴지 시간을 갖고 간헐적으로 이루어지도록 하여 피가공대상물에 열에너지가 누적되는 것을 방지하여, 피가공대상물을 보호하고 미세 3차원 구조물의 형성이 가능한 효과가 있다.In the present invention, since one 3D structure includes several scan paths, all the scanning paths included in the 3D structure need to be processed in order to complete the 3D structure. Therefore, It is possible to prevent the accumulation of heat energy in the workpiece by preventing the machining of the workpiece from being intermittently performed with the idle time, thereby protecting the workpiece and forming a fine three-dimensional structure.
2)스티칭 제거 효과2) Stitch removal effect
단위 가공영역을 설정함에 있어서, 상기 단위 가공영역 내에 3차원 구조물(3차원 구조물 패턴)의 전체 영역이 포함되도록 설정함으로써, 가공영역을 여러 번에 걸쳐 나누지 않고도 전체 가공이 완료되게 된다. 따라서, 종래의 스캐너 장치를 이용하여 전체 가공물을 여러 개의 분할영역으로 나누어 가공함으로 인해 발생하는 스티칭 발생 문제를 제거할 수 있는 효과가 있다.In setting the unit machining area, by setting the entire area of the three-dimensional structure (three-dimensional structure pattern) to be included in the unit machining area, the entire machining is completed without dividing the machining area several times. Therefore, there is an effect that stitching occurrence problems caused by dividing the entire workpiece into a plurality of divided areas using the conventional scanner device can be eliminated.
3)대면적 생산 효과3) Large area production effect
본 발명은 단위 가공영역을 대면적의 피가공대상물의 크기와 동일하게 설정하여 스티칭 현상없는 대면적 가공이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, the unit processing region is set to be the same as the size of the large-sized workpiece, and the large-area processing can be performed without stitching.
4)생산성 효과4) Productivity effect
본 발명은 가공 중에 발생하는 방향전환의 횟수를 현저히 줄일 수 있고(스캔경로를 이동하며 가공->다음 스텝으로 방향 전환 및 이동), 비교적 단순한 가공 절차를 반복 수행함으로서 생산성 향상의 효가가 있다.The present invention can significantly reduce the number of direction changes that occur during machining (move the scan path and change direction and move to the next step), and perform a relatively simple machining procedure to improve the productivity.
5)버(burr) 억제 효과5) burr inhibition effect
본 발명에 사용되는 레이저는 수십 펨토 초에서 수백 피코 초 사이의 초단 펄스 레이저의 사용으로 피가공대상물의 표면에서의 버(burr)를 억제할 수 있어, 미세 3차원 구조물의 패터닝이 가능한 효과가 있다.The laser used in the present invention can suppress the burr on the surface of the workpiece by using the ultra-short pulse laser between several tens of femtoseconds and several hundreds of picoseconds and has the effect of patterning the fine three-dimensional structure .
6)테이퍼 형상 구현의 용이성 효과6) Ease effect of taper shape implementation
특히, 상기 스캔경로에 대해 가공깊이를 설정하여 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 하였으며, 특정 스캔경로 또는 에너지 영역 별로 에너지의 총 누적 분포 제어를 통해 테이퍼 형상의 3차원 구조물의 형성이 용이한 효과가 있다.Particularly, it is easy to form a three-dimensional structure by setting a processing depth for the scan path, and it is easy to form a tapered three-dimensional structure by controlling cumulative distribution of energy by a specific scan path or energy region have.
도 1 - 종래 기술에 따른 레이저를 이용한 가공방법에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 패터닝을 하는 방법에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명에 따른 레이저 빔의 오버랩률에 의한 가공깊이를 제어하는 방법에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명에 따른 스캔경로의 중첩회수에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명에 따른 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지를 다르게 설정함에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도.
도 6 - 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도(스캔경로에 따른 에너지 누적 분포 설정).
도 7 - 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도(스캔경로의 중첩회수에 의해 에너지 영역에 대한 에너지 누적 분포를 제어하는 경우).
도 8 - 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도(스캔경로 별로 펄스 에너지의 강도를 가변하여 에너지 누적 분포를 제어하는 경우).
도 9 - 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치에 대한 모식도.
도 10, 도 11 - 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치의 광학부에 있어서, 빔 분기 수단의 실시예.
도 12 - 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치에 있어서, 빔 분기 수단에 의한 광학부와 구동부를 조합 사용에 의한 피가공대상물에 가공되는 영역을 표시한 모식도.1 is a schematic diagram of a laser processing method according to the prior art;
2 is a schematic diagram of a method of three-dimensionally patterning a workpiece using a laser according to the present invention.
3 is a schematic diagram of a method for controlling the depth of processing by the overlap ratio of the laser beam according to the present invention.
Fig. 4 is a schematic diagram for controlling the machining depth by the number of superpositions of scan paths according to the present invention; Fig.
5 is a schematic diagram for controlling the depth of processing by setting energy differently for each pulse of the laser source moving relative to each other along each scan path according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a method for implementing a tapered three-dimensional structure by controlling the depth of processing according to the present invention (setting the cumulative energy distribution along the scan path).
FIG. 7 is a schematic diagram of a method for implementing a tapered three-dimensional structure by controlling the processing depth according to the present invention (when the energy accumulation distribution for the energy region is controlled by the overlapping number of scan paths).
FIG. 8 is a schematic diagram of a method for implementing a tapered three-dimensional structure by controlling the depth of processing according to the present invention (when the energy accumulation distribution is controlled by varying the intensity of pulse energy for each scan path).
9 is a schematic diagram of a three-dimensional patterning apparatus using a laser according to the present invention.
10 and 11 - An embodiment of a beam splitting means in an optical part of a three-dimensional patterning device using a laser according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing an area to be machined on an object to be processed by using a combination of an optical part and a driving part by a beam splitting device in a three-dimensional patterning device using a laser according to the present invention.
본 발명은 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 구조물로 이루어진 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 상기 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하고, 그 단위 가공영역 상에 레이저 빔이 이동하는 스캔경로를 특정 스텝피치 간격으로 설정하여 각 단위 가공영역의 가공을 수행하여, 피가공대상물에 열에너지가 누적되는 것을 방지한 것이다.The present invention relates to a method for forming a pattern of a three-dimensional structure on an object to be processed by using a laser, comprising the steps of setting a unit processing region on the object to be processed, The machining of each unit machining area is performed by setting a specific step pitch interval to prevent accumulation of heat energy in the workpiece.
또한, 본 발명에 사용되는 레이저는 수십 펨토 초에서 수백 피코 초 사이의 초단 펄스 레이저의 사용으로 피가공대상물의 표면에서의 버(burr)를 억제할 수 있어, 미세 3차원 구조물의 패터닝이 가능하도록 한 것이다.In addition, the laser used in the present invention can suppress burrs on the surface of a workpiece by using a very short pulse laser between several tens of femtoseconds and several hundreds of picoseconds, and can pattern the fine three-dimensional structure It is.
특히, 상기 스캔경로에 대해 가공깊이를 설정하여 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 하였으며, 특정 스캔경로 또는 에너지 영역별로 에너지의 총 누적 분포 제어를 통해 테이퍼 형상의 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 한 것이다.
Particularly, it is possible to easily form a three-dimensional structure by setting a processing depth for the scan path, and to facilitate formation of a tapered three-dimensional structure by controlling cumulative distribution of energy by a specific scan path or energy region .
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 패터닝을 하는 방법에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔의 오버랩률에 의한 가공깊이를 제어하는 방법에 대한 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 스캔경로의 중첩회수에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지를 다르게 설정함에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도이고, 도 6은 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도(스캔경로에 따른 에너지 누적 분포 설정)이고, 도 7은 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도(스캔경로의 중첩회수에 의해 에너지 영역에 대한 에너지 누적 분포를 제어하는 경우)이며, 도 8은 본 발명에 따른 가공깊이의 제어를 통한 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 구현하는 방법에 대한 모식도(스캔경로 별로 펄스 에너지의 강도를 가변하여 에너지 누적 분포를 제어하는 경우)이다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 2 is a schematic view of a method of three-dimensionally patterning a workpiece using a laser according to the present invention, FIG. 3 is a schematic view of a method of controlling a depth of processing by an overlap ratio of a laser beam according to the present invention, And FIG. 4 is a schematic diagram for controlling the depth of machining by the number of superpositions of the scan paths according to the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the energy of each pulse of the laser source, FIG. 6 is a schematic diagram (energy cumulative distribution setting according to a scan path) of a method for implementing a tapered three-dimensional structure through control of the processing depth according to the present invention, FIG. 7 is a schematic diagram of a method for implementing a tapered three-dimensional structure through control of the processing depth according to the present invention FIG. 8 is a schematic diagram of a method for implementing a tapered three-dimensional structure by controlling the processing depth according to the present invention (the intensity of pulse energy per scan path To control the cumulative energy distribution).
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 패터닝을 하는 방법에 있어서, 상기 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하는 제1단계와, 레이저 빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함된 3차원 구조물에 대한 가공이 이루어지는 제2단계와, 상기 제2단계의 가공 후, 상기 레이저 빔을 2번째 스캔경로로 이동시키기 위해, 상기 레이저 빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시키는 제3단계 및 상기 제2단계 및 제3단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저 빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 제4단계로 크게 이루어진다.As shown in the drawings, a method for three-dimensionally patterning an object to be processed using a laser according to the present invention includes a first step of setting a unit processing region on the object to be processed, Dimensional structure included in the unit processing region until a boundary of the unit processing region reaches the boundary of the unit processing region, starting from a boundary of the unit processing region, moving along a first scan path, A step of changing the direction of the laser beam to a next step and moving the laser beam by a step pitch so as to move the laser beam to a second scan path after the processing of the second step; The third step and the second step and the third step are repeated to process the entire unit processing region when the movement of the laser beam is completed along the nth scan path, .
본 발명에서의 피가공대상물은 일반적으로 유기EL이나 유기 반도체 소자 등의 제조시에, 진공 증착 공정에서 사용되는 메탈 쉐도우 마스크이나, 레이저로 가공할 수 있는 어떠한 대상물이든 상관없다. 특히, 반도체 소자의 패키징에 있어서, PCB에 형성되는 비아홀(via hole)이나, 반도체 기판 상의 특정 영역에 3차원의 패턴을 형성하고자 하는 경우 등 다양하게 활용될 수 있다.The object to be processed in the present invention is generally not limited to a metal shadow mask used in a vacuum deposition process, or any object that can be processed by a laser, in the production of an organic EL or an organic semiconductor device. Particularly, in the packaging of a semiconductor device, a via hole formed in the PCB or a case of forming a three-dimensional pattern in a specific region on the semiconductor substrate can be utilized.
그리고, 본 발명에서의 3차원 구조물은 피가공대상물의 표면에서 음각 형태로 가공되는 것을 의미하며, 피가공대상물 상에 단일의 3차원 구조물이 형성될 수도 있으며, 동종 또는 이종의 3차원 구조물이 복수 개로 형성될 수도 있다. 이러한 3차원 구조물은 특정 패턴을 이루면서 형성될 수도 있으며, 본 발명에서는 이를 3차원 구조물 패턴이라고 하며, 편의상 3차원 구조물이라고 기술할 때도 있다.The three-dimensional structure in the present invention means that the surface of the object to be processed is machined in a negative shape, and a single three-dimensional structure may be formed on the object to be processed, and a plurality of the same or different three- May be formed. Such a three-dimensional structure may be formed while forming a specific pattern. In the present invention, the three-dimensional structure is referred to as a three-dimensional structure pattern and may be described as a three-dimensional structure for convenience.
또한, 본 발명에서의 단위 가공영역은 본 발명에 따른 패터닝 장치의 한 번 셋팅으로 피가공대상물 상에 3차원 구조물 또는 3차원 구조물 패턴을 형성할 수 있는 영역을 의미하거나, 실험자가 피가공대상물 상의 특정 영역을 임의로 지정하여 단위 가공영역으로 설정할 수도 있다. 이러한 단위 가공영역은 1개 또는 그 이상의 3차원 구조물을 포함할 수 있으며, 가공속도를 고려하여 상기 단위 가공영역의 크기를 크게 설정하는 것이 바람직하다.In addition, the unit processing region in the present invention means a region in which a three-dimensional structure or a three-dimensional structure pattern can be formed on a workpiece by a single setting of the patterning apparatus according to the present invention, A specific area can be arbitrarily designated and set as a unit processing area. Such a unit processing region may include one or more three-dimensional structures, and it is preferable to set the size of the unit processing region to be large in consideration of the processing speed.
이러한 단위 가공영역은 단수 개 또는 복수 개로 형성될 수 있으며, 단위 가공영역의 가공이 완료되면 피가공대상물에 3차원 구조물 패턴의 형성이 완료되는 것이다.
The unit processing region may be formed by a single number or a plurality of unit processing regions. When the processing of the unit processing region is completed, the formation of the three-dimensional structure pattern on the workpiece is completed.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 패터닝을 하는 방법은, 먼저, 상기 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하는 것이다(제1단계).As shown in FIG. 2, a method of three-dimensionally patterning a workpiece using a laser according to the present invention first sets a unit work area on the workpiece (first step).
상기 단위 가공영역은 3차원 구조물을 단수 또는 복수 개로 포함할 수 있으며, 상기 피가공대상물 상에서의 가상의 영역으로 설정된다.The unit processing region may include a single or a plurality of three-dimensional structures, and is set as a virtual region on the workpiece.
구체적으로는, 단위 가공영역의 길이는 레이저 빔이 하나의 스캔경로를 따라 방향전환을 하지 않고 이동할 수 있는 길이를 말하며, 그 폭은 후술할 방향전환된 스텝피치만큼 형성되는 것이 일반적이다.Specifically, the length of the unit processing region refers to a length through which the laser beam can move without being redirected along one scan path, and the width of the unit processing region is generally formed by the directional step pitch to be described later.
이러한 상기 단위 가공영역을 설정함에 있어서, 단위 가공영역 내에 3차원 구조물(3차원 구조물 패턴)의 전체 영역이 포함되도록 설정함으로써, 가공영역을 여러 번에 걸쳐 나누지 않고도 전체 가공이 완료되게 되어, 종래의 스캐너 장치를 이용하여 전체 가공물을 여러 개의 분할 영역으로 나누어 가공함으로 인해 발생하는 스티칭 발생 문제를 제거할 수 있는 것이다.In setting the unit processing region, the whole region of the three-dimensional structure (three-dimensional structure pattern) is included in the unit processing region, so that the entire processing is completed without dividing the processing region several times, It is possible to eliminate stitching problems caused by dividing the entire workpiece into a plurality of divided areas by using the scanner device.
또한 상기 단위 가공영역을 대면적의 피가공대상물의 크기와 동일하게 설정하여 스티칭 현상없는 대면적의 피가공대상물의 가공이 가능하게 된다.
In addition, by setting the unit working area equal to the size of the large workpiece, it becomes possible to process the workpiece having a large area without stitching.
그 다음, 레이저 빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함된 3차원 구조물에 대한 가공이 이루어지는 것이다(제2단계).Then, the laser beam is moved in a first scan path starting from a boundary of the unit processing region, and is included in the unit processing region until reaching the other boundary of the unit processing region Dimensional structure is processed (Step 2).
즉, 피가공대상물 상에 설정된 단위 가공영역의 한 경계에서 다른 쪽 경계까지 1번째 스캔경로를 설정하고, 이를 따라 레이저 빔이 이동하면서 단위 가공영역 내에 포함되는 3차원 구조물(또는 3차원 구조물 패턴)에 대한 부분 또는 전체에 대한 가공이 수행되는 것이다.
That is, a first scan path is set from one boundary to the other boundary of the unit processing region set on the object to be processed, and a three-dimensional structure (or a three-dimensional structure pattern) A part or a whole of the workpiece is performed.
그리고, 1번째 스캔경로를 따라 레이저 빔이 이동하면서 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 레이저 빔이 도달하게 되면, 상기 레이저 빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환시키고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키게 된다(제3단계).When the laser beam reaches the other boundary of the unit processing region while the laser beam moves along the first scan path, the direction of the laser beam is changed to the next step, And moves to the second scan path (step 3).
즉, 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 레이저 빔이 도달하게 되면, 레이저를 오프(off)시키고, 레이저 빔의 방향을 전환하고, 설정된 스텝피치(step pitch)만큼 이동시킨 후, 2번째 스캔경로를 설정하게 된다. 이때 레이저가 다시 온(on)되게 된다.That is, when the laser beam reaches the other boundary of the unit processing region, the laser is turned off, the direction of the laser beam is changed, and the laser beam is moved by the set step pitch, . At this time, the laser is turned on again.
상기 스텝피치는 인접하는 스캔경로 간의 거리를 의미하는 것으로서, 예컨대, 1번째 스캔경로와 2번째 스캔경로 사이의 거리로, 1번째 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 중심에서 2번째 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 중심까지의 거리를 의미한다. The step pitch means a distance between adjacent scan paths. For example, the step pitch is a distance between a first scan path and a second scan path, and moves the second scan path from the center of the laser beam moving in the first scan path Means the distance to the center of the laser beam.
여기에서, 1번째 스캔경로와 2번째 스캔경로는 같은 방향일 수도 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 반대 방향으로 설정될 수도 있다. 즉, 레이저 빔의 이동방향이 반대로 설정될 수 있다. 즉, n-1번째 스캔경로와 n번째 스캔경로는 같은 방향 또는 반대 방향으로 레이저 빔이 이동하도록 설정할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 복수 회의 스캔경로는 특정 방향으로, 또는 그 반대 방향으로 설정되거나, 이들의 조합으로 설정될 수 있다.Here, the first scan path and the second scan path may be the same direction, or may be set to the opposite direction, as shown in FIG. That is, the moving direction of the laser beam can be reversed. That is, the n-1 th scan path and the n th scan path may be set to move the laser beam in the same direction or in the opposite direction, but the present invention is not limited thereto, and a plurality of scan paths may be set to a specific direction or vice versa , Or a combination thereof.
또한, 1번째 스캔경로에서 2번째 스캔경로로의 방향 전환시 스텝피치는, 1번째 스캔경로의 레이저 빔의 크기보다 같거나 작게 형성되어, 균일한 패턴의 가공이 이루어지도록 한다. 즉, n-1번째 스캔경로에서 n번째 스캔경로로의 방향 전환시 스텝피치는, n-1번째 스캔경로의 레이저 빔의 크기보다 같거나 작은 것을 특징으로 한다.In addition, the step pitch at the time of changing the direction from the first scan path to the second scan path is formed to be equal to or smaller than the size of the laser beam of the first scan path so that uniform pattern processing is performed. That is, the step pitch in the direction change from the (n-1) th scan path to the nth scan path is equal to or smaller than the size of the laser beam in the (n-1) th scan path.
또한, n-1번째 스캔피치와 n번째 스캔피치는, 3차원 구조물의 형태에 따라 다르게 설정될 수도 있다. 여기에서, 상기 스캔피치=v/f(v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저 빔의 상대 속도, f : 피가공대상물 위에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수)로, 피가공대상물과 펄스 레이저 빔의 상대 속도와 펄스 진동수를 고려하여, 연속되는 펄스 레이저 빔 간의 간격을 의미한다.Also, the (n-1) -th scan pitch and the n-th scan pitch may be set differently depending on the shape of the three-dimensional structure. Here, the scan pitch = v / f (v: the relative velocity between the workpiece and the laser beam due to the operation of the driving unit, and f: the pulse frequency of the laser source applied onto the workpiece) Refers to the interval between successive pulsed laser beams in consideration of the relative velocity of the beam and the pulse frequency.
이러한 스텝피치는 후술할 레이저 빔의 오버랩률(overlap rate)을 설정하는 기준이 되어, 상기 스캔피치의 간격이 좁을수록 레이저 빔의 오버랩률이 증가하게 되며, 이는 3차원 구조물의 가공깊이 설정에 영향을 미치게 된다.
This step pitch serves as a reference for setting an overlap rate of a laser beam to be described later. As the interval of the scan pitch is narrowed, the overlap ratio of the laser beam increases, .
그 다음, 상기 제1단계 및 제2단계를 반복수행하여, n번째 스캔경로를 따라 레이저 빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지게 된다(제4단계).Next, the first and second steps are repeatedly performed, and when the movement of the laser beam is completed along the nth scan path, the entire machining area is processed (step 4).
도 2에 도시된 바와 같이, 설정된 1번째 스캔경로를 따라 레이저 빔이 이동하면서, 1번째 스캔경로 상에 형성된 3차원 구조물에 대한 가공이 이루어지게 된다. 그리고, 레이저 빔이 단위 가공영역 상의 다른 쪽 경계에 도달하면, 다음 스텝으로의 방향 전환 후, 스텝피치만큼 이동하여 2번째 스캔경로를 따라 레이저 빔이 이동하여 처음 단위 가공영역 상의 경계에 도달하게 된다. 다시 이를 반복하여, n번째 스캔경로를 설정하고, 이를 따라 레이저 빔의 이동이 완료되어 단위 가공영역의 어느 경계에 도달하게 되면, 단위 가공영역에 포함된 3차원 구조물 또는 3차원 구조물 패턴에 대한 가공이 완료되게 되는 것이다.As shown in FIG. 2, the laser beam is moved along the first scan path, and the three-dimensional structure formed on the first scan path is processed. Then, when the laser beam reaches the other boundary on the unit processing region, the laser beam moves by the step pitch after the direction change to the next step, and the laser beam moves along the second scan path to reach the boundary on the first unit processing region . When the nth scanning path is set and the movement of the laser beam is completed to reach a certain boundary of the unit processing region, the processing is performed on the three-dimensional structure or the three-dimensional structure pattern included in the unit processing region Is completed.
이에 의해 가공 중에 발생하는 레이저 빔의 방향전환의 횟수를 현저히 줄일 수 있고(스캔경로를 이동하며 가공->다음 스텝으로 방향전환 및 이동), 비교적 단순한 가공절차를 반복수행하여 가공이 이루어지게 되므로, 생산성이 향상되게 된다.As a result, the number of times of changing the direction of the laser beam generated during machining can be significantly reduced (moving the scan path and turning and moving to the next step), and a relatively simple machining procedure is repeatedly performed, Productivity is improved.
이와 같이, 본 발명은 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 구조물로 이루어진 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 상기 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하고, 그 단위 가공영역 상에 레이저 빔이 이동하는 스캔경로를 특정 스텝피치 간격으로 설정하여 각 단위 가공영역의 가공을 수행하여, 피가공대상물에 열에너지가 누적되는 것을 방지하여, 피가공대상물을 보호하고, 미세 패턴의 형성이 가능하도록 한 것이다.As described above, according to the present invention, a laser beam is used to form a pattern of a three-dimensional structure on an object to be processed, and a unit processing region is set on the object to be processed and a laser beam is moved The scan path is set at a specific step pitch interval to perform machining of each unit machining area to prevent thermal energy from accumulating on the workpiece to protect the workpiece and to form a fine pattern.
또한 가공영역 내에 포함되는 하나의 3차원 구조물이 여러 개의 스캔경로를 포함하고 있어서, 하나의 3차원 구조물에 대한 가공이 모두 완료되기 위해서는 그에 포함된 모든 스캔경로에 대한 가공이 이루어지게 되므로, 3차원 구조물에 대한 가공이 휴지 시간을 갖고 간헐적으로 이루어지도록 하여 피가공대상물에 열에너지가 누적되는 것을 방지하여, 피가공대상물을 보호하고 미세 3차원 구조물의 형성이 가능하게 된다.
In addition, since one three-dimensional structure included in the machining area includes a plurality of scan paths, in order to complete machining of one three-dimensional structure, all the scan paths included therein are processed, It is possible to prevent the accumulation of heat energy in the workpiece by making the machining of the structure intermittently with a downtime so that the workpiece can be protected and a fine three-dimensional structure can be formed.
한편, 상기 스캔경로를 따라 레이저 빔이 이동할 때에, 각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정할 수 있다. 즉, 1번째 스캔경로의 가공깊이를 얼마로 설정하고, 2번째 스캔경로의 가공깊이는 또 다른 값으로 설정할 수 있으며, n번째 스캔경로의 가공깊이를 각각 다르게 또는 가장 가운데에 존재하는 스캔경로에 대칭적으로 설정할 수도 있다. 이는 3차원 구조물의 형태에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 이러한 가공깊이의 설정은 레이저 빔의 에너지 누적 분포를 제어함으로써 구현될 수 있다.On the other hand, when the laser beam moves along the scan path, the processing depth can be set corresponding to each scan path. That is, the machining depth of the first scan path can be set to a certain value and the machining depth of the second scan path can be set to another value, and the machining depth of the nth scan path can be set to a different scan path It can also be set symmetrically. This can be variously set according to the shape of the three-dimensional structure, and the setting of the processing depth can be realized by controlling the energy accumulation distribution of the laser beam.
첫번째, 가공깊이를 설정하는 방법으로서, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저 빔의 크기 - 스캔피치)/레이저 빔의 크기} x 100, 스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저 빔의 상대 속도, f : 피가공대상물 위에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수]에 의해 제어된다.First, as a method of setting the processing depth, an overlap rate (overlap ratio = {(laser beam size - scan pitch) / laser beam size} x 100 of the laser beam moving in the scan path, = v / f, v is the relative velocity between the workpiece and the laser beam due to the operation of the driving unit, and f is the pulse frequency of the laser source applied to the workpiece.
상기 레이저 빔의 오버랩률에 따른 가공깊이의 설정은 , 레이저 소스부의 펄스 진동수(pulse frequency) 값을 고정한 채, 빔의 상대 속도를 스캔경로 별로 다르게 설정하는 방법과, 빔의 상대 속도 값을 고정한 채, 펄스 진동수 값을 스캔경로 별로 다르게 설정하는 방법이 있다.The setting of the processing depth according to the overlap ratio of the laser beam is performed by a method of setting the relative speed of the beam differently according to the scan path while fixing the pulse frequency value of the laser source part, , And a method of setting the pulse frequency value differently for each scan path.
즉, 상기 레이저 빔의 오버랩률은 레이저 빔의 크기에 따른 스캔피치의 제어에 의해 설정될 수 있으며, 스캔피치=v/f에서, 빔의 상대 속도 및 펄스 진동수 값을 조절하여, 각 스캔경로 별로 레이저 빔의 오버랩되는 정도를 제어하여, 가공깊이를 설정하게 하는 것으로서, 3차원 구조물의 가공깊이가 깊을수록 레이저 빔의 오버랩률은 커지도록 설정하게 된다.That is, the overlap ratio of the laser beam can be set by controlling the scan pitch according to the size of the laser beam, and the relative speed and the pulse frequency value of the beam are adjusted at the scan pitch = v / f, The overlapping degree of the laser beam is controlled to set the processing depth, and the overlap ratio of the laser beam is set to be larger as the processing depth of the three-dimensional structure becomes deeper.
도 3은 이러한 레이저 빔의 오버랩 정도에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도를 나타낸 것으로서, 각 스캔경로 별로 레이저 빔의 오버랩률을 제어하여 깊이가 있는 3차원 구조물을 형성하는 것이다.FIG. 3 is a schematic diagram for controlling the depth of processing according to the degree of overlap of the laser beam. The depth of the three-dimensional structure is formed by controlling the overlap ratio of the laser beam for each scan path.
두번째, 상기 가공깊이의 설정은 상기 스캔경로의 중첩회수에 의해 제어될 수 있다. 즉, 동일한 스캔경로 상에서 레이저 빔을 몇 번 이동시키느냐에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 3차원 구조물의 가공깊이를 설정할 수 있는 것이다.Secondly, the setting of the machining depth can be controlled by the number of overlaps of the scan path. That is, the energy accumulation distribution according to how many times the laser beam is moved on the same scan path is controlled to set the processing depth of the three-dimensional structure.
구체적으로는, 각 스캔경로에 대해서 레이저 빔의 상대 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 단위 가공영역 내의 스캔경로에 선택적으로 스캔경로의 중첩회수를 설정하는 것이다.Specifically, the number of overlapping of the scan paths is set in the scan path in the unit processing region while the relative speed and the pulse frequency value of the laser beam are fixed for each scan path (that is, the scan pitch is constant).
도 4는 스캔경로의 중첩회수에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도로서, 각 스캔경로 별로 레이저 빔의 중첩회수를 제어하여 깊이가 있는 3차원 구조물을 형성하는 것이다.FIG. 4 is a schematic diagram for controlling the depth of processing by the number of superimpositions of the scan paths, in which the number of superimpositions of laser beams is controlled for each scan path to form a three-dimensional structure with depth.
세번째, 상기 가공깊이의 설정은 상기 스캔경로 별로 에너지 강도를 설정하거나 하나의 스캔경로 내에서도 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 설정하거나 이 둘의 조합에 의해 결정될 수 있다. 즉, 동일한 스캔경로 상에서 레이저 빔의 에너지의 세기를 조절에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 3차원 구조물의 가공깊이를 설정할 수 있는 것이다.Thirdly, the setting of the processing depth may be determined by setting the energy intensity for each scan path or setting the energy intensity for each pulse of the laser source in one scan path, or by a combination of the two. That is, the depth of processing of the three-dimensional structure can be set by controlling the energy accumulation distribution according to the intensity of the energy of the laser beam on the same scan path.
구체적으로는, 각 스캔경로에 대해 레이저 빔의 상대 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 도중에 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 다르게 설정하거나, 각 스캔경로 별로 에너지 강도를 다르게 설정하는 것이다.Specifically, while the relative speed of the laser beam and the pulse frequency value are fixed (i.e., the scan pitch is fixed) for each scan path, the energy intensity of each pulse of the laser source is varied Or set different energy intensities for each scan path.
도 5는 각 스캔경로를 따라 상대 위치 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 다르게 설정함에 의한 가공깊이를 제어하는 것에 대한 모식도로서, 각 스캔경로를 따라 레이저 빔의 에너지의 강도를 제어하여 깊이가 있는 3차원 구조물을 형성하는 것이다.FIG. 5 is a schematic diagram for controlling the processing depth by setting different energy intensities for each pulse of the laser source moving relative to each other along each scan path. The intensity of the energy of the laser beam is controlled along each scan path, Dimensional structure.
상기의 가공깊이를 설정하는 방법에 있어서, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 오버랩률, 상기 스캔경로의 중첩회수 및 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 에너지 강도 중 어느 하나, 또는 이들 중 둘 이상의 조합에 의해 결정될 수도 있다.
The method according to any one of the preceding claims, wherein the overlapping ratio of the laser beam traveling in the scan path, the overlapping number of the scan paths, and the energy intensity of the laser beam traveling in the scan path, May be determined by combination.
한편, 상기 1,...,n번째 스캔경로(제1방향)와, 상기 스캔경로에 수직하는 1,...,m번째 스캔경로(제2방향)를 설정하여, 3차원 구조물을 형성할 수 있다.On the other hand, by setting the 1, ..., nth scan path (first direction) and the 1, ..., mth scan path (second direction) perpendicular to the scan path, can do.
이러한 3차원 구조물을 형성하는 방법으로서, 상기 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성할 수 있는 것이다. 즉, 두 방향으로 스캔경로를 직교하게 설정한 채로 스캔경로에 따라 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물이 형성될 수 있도록 가공깊이를 구현하는 것이다.As a method of forming such a three-dimensional structure, a tapered three-dimensional structure can be formed by setting the energy accumulation distribution to a sequential intensity according to the scan path. That is, the energy accumulation distribution is set to the sequential intensity along the scan path while the scan path is set to be orthogonal to the two directions, thereby realizing the processing depth so that a tapered three-dimensional structure can be formed.
구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1방향의 1번째 제1방향의 n번째, 그리고, 제2방향의 1번째, 제2방향의 m번째 스캔경로의 가공깊이를 동일하게 설정하고, 그와 같은 방식으로 나머지 모든 스캔경로에 대한 가공 깊이를 설정하는 것이다.Specifically, as shown in Fig. 6, the machining depths of the m-th scan path in the n-th first direction in the first direction and the first and second directions in the second direction are set to be the same , And set the machining depth for all remaining scan paths in such a way.
예컨대, 제1방향의 1번째(=제1방향 n번째=제2방향 1번째=제2방향 m번째)의 스캔경로의 가공깊이보다, 제1방향의 2번째(=제1방향 n-1번째=제2방향 2번째=제2방향 m-1번째)의 스캔경로의 가공깊이를 같거나 더 큰 값으로 설정하는 것이다. 나머지 스캔경로에 대해서서도 가공깊이는 동일한 방식으로 설정한다.For example, the processing depth of the scan path in the first direction (= the first direction n-1 (= the first direction n-1) is larger than the processing depth of the scan path in the first direction Th scan line in the first direction = second direction = second direction = second direction (m-1) th scan path). The machining depth is set in the same manner for the remaining scan paths.
또한, 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 또 다른 방법으로서, 상기 단위 가공영역에 포함된 3차원 구조물 영역 상에 다수개의 에너지 영역을 설정하여, 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정하여 테이퍼 형상의 3차가공깊이를 설정할 수도 있다.As another method for forming a tapered three-dimensional structure, a plurality of energy regions are set on the three-dimensional structure region included in the unit processing region, and the energy accumulation distribution is set to a sequential intensity level for each energy region The tapered third processing depth can be set.
구체적으로는 제2에너지 영역에 할당되는 에너지 누적분포는 제1에너지 영역에 할당되는 에너지 누적분포보다 크거나 같은 값으로 설정하고, 그와 같은 방식으로 나머지 에너지 영역에 대한 에너지 누적의 할당은 순차적인 값으로 설정된다.Specifically, the energy accumulation distribution allocated to the second energy region is set to a value equal to or greater than the energy accumulation distribution assigned to the first energy region, and the allocation of the energy accumulation to the remaining energy region in such a manner is a sequential Lt; / RTI >
이러한 에너지 영역별로 에너지 누적 분포의 설정은, 상기 스캔경로의 중첩회수 또는 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 에너지 강도의 변화에 의해 이루어지게 된다.The energy accumulation distribution for each energy region is set by the number of times the scan path is superimposed or the energy intensity of the laser beam traveling on the scan path is changed.
도 7은 스캔경로의 중첩회수에 의해 에너지 영역에 대한 에너지 누적 분포가 제어되는 경우를 나타낸 것으로서, 고정 값의 레이저 빔의 상대 속도, 펄스 진동수, 그리고 펄스 에너지 값이 설정된 상태에서, 제1에너지 영역과 제2에너지 영역의 차집합 영역에 대한 스캔경로의 특정 중첩회수를 설정하는 것이다.FIG. 7 shows a case where the energy accumulation distribution for the energy region is controlled by the number of overlapping of the scan paths. In a state where the relative velocity of the fixed laser beam, the pulse frequency, and the pulse energy value are set, And the number of overlapping of the scan paths with respect to the difference area between the first energy region and the second energy region.
그리고, 제2에너지 영역과 제3에너지 영역의 차집합 영역에 대해 상기 중첩회수보다 크거나 같은 중첩회수로 설정하고, 나머지 모든 에너지 영역에 대해 위와 같은 에너지 누적 분포를 제어하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 것이다.Then, the number of overlapping times is set to be greater than or equal to the overlapping number of the second energy region and the third energy region, and the energy accumulation distribution is controlled for all the remaining energy regions to form a tapered three- .
도 8은 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도의 변화에 의해 각 에너지 영역에 대해 에너지 누적 분포가 제어되는 경우를 나타낸 것으로서, 각 에너지 영역에 대해 펄스 에너지의 강도 수준을 동일한 값으로 설정하는 것이다. 즉, 1번째 스캔경로와 n번째 스캔경로에 대해 동일한 파형의 펄스 에너지 강도를 설정하는 것이다.FIG. 8 shows a case where the energy accumulation distribution is controlled for each energy region by a change in energy intensity for each pulse of the laser source moving in the scan path, and the intensity level of the pulse energy for each energy region is set to the same value . That is, the pulse energy intensity of the same waveform is set for the first scan path and the nth scan path.
도 8에 도시된 바와 같이, 2번째(=n-1번째) 스캔경로의 펄스 에너지의 파형은 1번째(=n번째) 스캔경로의 펄스 에너지의 파형과 비교해, 각 에너지 영역에 대응하여 각 펄스 에너지의 강도가 결정되는 것이다.As shown in FIG. 8, the waveform of the pulse energy of the second (= n-1) th scan path is compared with the waveform of the pulse energy of the first (= n) scan path, The intensity of the energy is determined.
여기에서, 상기 스캔경로의 중첩회수를 순차적으로 설정하거나, 상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 순차적으로 설정하여 에너지 영역별로 에너지 누적 분포를 순차적인 강도로 설정할 수 있다.Here, the number of overlapping of the scan paths may be sequentially set or the energy intensity may be sequentially set for each pulse of the laser source moving in the scan path so that the energy accumulation distribution for each energy region may be set to a sequential intensity.
이와 같이, 본 발명은 상기 스캔경로에 대해 가공깊이를 설정하여 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 하였으며, 특정 스캔경로 또는 에너지 영역별로 에너지의 총 누적 분포 제어를 통해 테이퍼 형상의 3차원 구조물의 형성이 용이하도록 한 것이다.
As described above, according to the present invention, formation of a three-dimensional structure is facilitated by setting a processing depth for the scan path, and formation of a tapered three-dimensional structure is performed by controlling the cumulative distribution of energy by a specific scan path or energy region .
이하에서는 상기의 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법을 실현시키기 위한 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치에 대해 설명하고자 한다. 도 9는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치에 대한 모식도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치의 광학부에 있어서, 빔 분기 수단의 실시예를 나타낸 것이며, 도 12는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치에 있어서, 빔 분기 수단에 의한 광학부와 구동부를 조합 사용에 의한 피가공대상물에 가공되는 영역을 표시한 모식도이다.Hereinafter, a laser-based three-dimensional patterning apparatus for realizing the above-described three-dimensional patterning method using a laser will be described. FIG. 9 is a schematic view of a three-dimensional patterning apparatus using a laser according to the present invention, and FIGS. 10 and 11 are views showing an embodiment of a beam splitting means in an optical section of a three-dimensional patterning apparatus using a laser according to the present invention FIG. 12 is a schematic diagram showing a region to be machined on a workpiece by using a combination of an optical part and a driving part by beam splitting means in a three-dimensional patterning device using a laser according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 3차원 패터닝 장치는, 레이저를 이용하여 피가공대상물에 3차원 패터닝을 하는 장치에 있어서, 펄스 레이저 빔을 공급하는 소스부와, 상기 레이저 빔의 에너지를 상기 피가공대상물의 표면 상에 특정 분포로 형성시키기 위한 광학부와, 3차원 구조물 패턴의 형성을 위해 상기 피가공대상물의 표면 상에서 레이저 빔의 위치를 3차원 구조물의 특정 위치로 상대 이동시키는 구동부 및 상기 레이저 빔과 상기 3차원 구조물의 상대적 위치를 제어하고, 특정 가공영역에서 레이저 빔의 펄스 에너지의 세기, 펄스의 온/오프 유무, 레이저 빔의 오버랩을 제어하여 총 에너지 누적 분포를 결정하는 에너지제어부로 크게 구성된다.As shown in the drawings, a three-dimensional patterning device using a laser according to the present invention is an apparatus for three-dimensionally patterning an object to be processed with a laser, comprising: a source part for supplying a pulse laser beam; Dimensional structure; a driving unit for relatively moving the position of the laser beam on the surface of the workpiece to a specific position of the three-dimensional structure in order to form a three-dimensional structure pattern; And controlling the relative positions of the laser beam and the three-dimensional structure, controlling the intensity of the pulse energy of the laser beam, the on / off state of the pulse, and the overlap of the laser beam in a specific machining area, And a control unit.
상기 소스부는 가공을 위한 툴로써, 레이저 빔, 바람직하게는 수십 펨토 초에서 수백 피코초 사이의 펄스 폭을 갖는 펄스 레이저 빔을 공급하도록 하여, 피가공대상물의 표면에서의 버(burr)를 억제할 수 있어, 미세 3차원 구조물의 패터닝이 가능하도록 한 것이다.The source portion is a tool for machining, and it supplies a laser beam, preferably a pulsed laser beam having a pulse width of several tens of femtoseconds to several hundreds of picoseconds, so as to suppress burrs on the surface of the workpiece So that the patterning of the fine three-dimensional structure can be performed.
상기 광학부는 상기 레이저 빔의 에너지를 상기 피가공대상물의 표면 상에 특정 분포로 형성시키기 위한 것으로서, 레이저 빔 스팟(spot)의 에너지 분포를 균질화시키기 위한 호모지나이저(homogenizer) 광학계를 포함하여 사용한다.The optical unit is used for forming the energy of the laser beam in a specific distribution on the surface of the workpiece and includes a homogenizer optical system for homogenizing the energy distribution of the laser beam spot .
여기에서, 상기 호모지나이저 광학계는 DOE(diffractive optical element) 또는 ROE(refrctive optical element)를 포함하는 빔 호모지나이저 광학계를 포함할 수 있고, 크롬 또는 유전체 재료로 만들어지는 이미징 마스크를 포함할 수도 있으며, projection 렌즈 또는 f-sinθ 렌즈를 포함할 수 있다.Herein, the homogenizer optical system may include a beam homogenizer optical system including a diffractive optical element (DOE) or a refracting optical element (ROE), and may include an imaging mask made of chromium or a dielectric material , a projection lens, or an f-sin? lens.
또한, 상기 광학부는 분기된 다수의 레이저 빔에 의한 동시 가공 프로세스를 수행하기 위한 빔 분기 수단을 더 구비할 수 있으며, 상기 빔 분기 수단으로는 DOE(diffractive optical element) 또는 빔 스플릿(beam split) 광학계를 사용할 수 있다.The optical unit may further include beam splitting means for performing a simultaneous machining process using a plurality of split laser beams. The beam splitting means may be a diffractive optical element (DOE) or a beam split optical system Can be used.
도 10은 빔 분기 수단을 사용한 일실시예로, DOE(diffractive optical element)를 사용한 것으로서, 호모지나이저 광학계 및 마스크, f-sinθ 렌즈 등을 사용하여 균질화된 레이저 빔을 분기하여 동시 가공 프로세스가 가능하도록 하는 것이다. 즉, 동시에 다수개의 스캔경로에서의 가공 프로세스가 가능하도록 하여 생산성을 향상시킨 것이다.FIG. 10 shows an embodiment using a beam splitting means, which uses a diffractive optical element (DOE), and a homogenized laser beam is branched by using a homogenizer optical system, a mask, and an f- . That is, the machining process can be performed in a plurality of scan paths at the same time, thereby improving the productivity.
도 11은 빔 분기 수단의 다른 실시예로 빔 스플릿(beam split) 광학계를 도시한 것으로서, 레이저 빔의 투과, 반사율에 의한 분기된 다수의 빔을 피가공대상물에 조사시키는 것이다.FIG. 11 shows a beam split optical system as another embodiment of the beam splitting means, which irradiates a plurality of beams branched by the transmission and reflectance of the laser beam onto the workpiece.
그리고, 상기 구동부는 3차원 구조물(또는 3차원 구조물 패턴)의 형성을 위해 상기 피가공대상물의 표면 상에서 레이저 빔의 위치를 3차원 구조물의 특정 위치로 상대 이동시키는 것으로서, 피가공대상물 또는 레이저 빔의 위치를 이동시킬 수 있도록 한다.The driving unit relatively moves the position of the laser beam on the surface of the workpiece to a specific position of the three-dimensional structure in order to form a three-dimensional structure (or a three-dimensional structure pattern) So that the position can be moved.
여기에서, 상기 구동부는 1개 이상의 갈바노 미러를 포함하는 스캐너를 포함하여 정지된 피가공대상물 상에 레이저 빔의 절대 위치를 변경시킬 수 있도록 한다. Here, the driving unit includes a scanner including at least one galvanometer mirror, so that the absolute position of the laser beam can be changed on the stationary workpiece.
또한, 상기 구동부는 1축 이상의 직선운동을 하는 피가공대상물 스테이지 이송장치 또는 롤투롤(Roll-to-Roll) 이송장치로 형성되어, 정지된 빔에 대해 피가공대상물의 절대 위치를 변경시키거나, 또는 레이저 빔의 절대 위치 변경과 기판의 위치 변경 둘 다를 연동하여 동작시킬 수 있도록 한다. 즉, 상기 갈바노 미러와 피가공대상물 스테이지 이송장치 및 롤투롤 이송장치는 필요에 의해 서로 조합하여 사용할 수 있다.The driving unit may include a workpiece stage transfer device or a roll-to-roll transfer device that performs linear motion of more than one axis to change the absolute position of the workpiece with respect to the stopped beam, Or both the absolute positional change of the laser beam and the positional change of the substrate can be operated in cooperation with each other. That is, the galvanometer mirror, the workpiece stage transfer device, and the roll-to-roll transfer device can be used in combination with each other as needed.
여기에서, 상기 광학부는, 분기된 다수의 빔에 의한 동시 가공 프로세스를 수행하기 위한 빔 분기 수단과 상기 구동부를 조합하여 사용할 수 있다.Here, the optical unit may use a combination of the beam splitting unit and the driving unit for performing a simultaneous machining process using a plurality of beams that are branched.
도 12는 빔 분기 수단에 의한 광학부와 구동부를 조합 사용에 의한 피가공대상물에 가공되는 영역을 표시한 것으로서, 일실시예로 3개로 분기된 빔(분기된 1번째 빔, 분기된 2번째 빔, 분기된 3번째 빔)에 의해 동시에 가공 프로세스가 진행되도록 한다.FIG. 12 shows an area to be machined to the workpiece by using the optical part and the driving part in combination by the beam splitting device. In one embodiment, the beam is divided into three beams (a first branched beam, , The third branched beam) to allow the machining process to proceed at the same time.
이러한 빔 분기 수단 및 구동부의 구성은, 단위 가공영역을 피가공대상물의 크기와 동일한 정도로 대면적으로 설정함에도 간단한 방법으로 대면적 가공이 가능하여 그 생산성을 향상시킬 수 있으며, 스티칭 현상이 없는 대면적의 미세 3차원 구조물의 형성이 가능하게 된다.Even though the unit processing region is set to a large area as large as the size of the object to be processed, the beam branching means and the driving portion can be processed in a large area by a simple method, and the productivity can be improved. It becomes possible to form a fine three-dimensional structure of the substrate.
그리고, 상기 에너지제어부는 상기 레이저 빔과 상기 3차원 구조물의 상대적 위치를 제어하고, 특정 가공영역에서 레이저 빔의 펄스 에너지의 세기, 펄스의 온/오프 유무, 레이저 빔의 오버랩을 제어하여 총 에너지 누적 분포를 결정하는 것이다.The energy control unit controls the relative positions of the laser beam and the three-dimensional structure, and controls the intensity of the pulse energy of the laser beam, the on / off state of the pulse, and the overlap of the laser beam in a specific processing region, To determine the distribution.
이와 같이, 초단 펄스 레이저와 적절한 광학계를 이용하여, 피가공대상물의 표면에 임의적으로 배치되는 3차원 구조물(테이퍼 형태가 포함될 수 있음)을 스테이지 또는 스캐너의 모션(motion)으로 정해진 위치에서 정확하게 가공되도록 하는 것이다.As described above, the three-dimensional structure (which may include a tapered shape) arbitrarily arranged on the surface of the object to be processed can be precisely processed at a position determined by the motion of the stage or the scanner by using a short pulse laser and an appropriate optical system .
이러한 패터닝 장치의 일부 구성요소를 다수 개 구성하여 멀티 헤더(multi header)로 구성되도록 하여, 생산성을 향상시키도록 할 수 있다.A plurality of some of the constituent elements of the patterning device may be configured as a multi header to improve the productivity.
구체적으로는, 동일한 소스부에 대해 두개 이상의 광학부를 구비하여 피가공대상물에 조사되는 레이저 빔이 두개 이상되도록 하거나, 다수개의 구동부를 구비하여 레이저 빔 또는 피가공대상물의 움직임을 제어하여 하여, 각기 다른 단위 가공영역으로 레이저 빔이 조사되도록 하여 레이저 가공이 동시에 이루어지도록 할 수 있다.Specifically, it is preferable that two or more optical portions are provided for the same source portion so that two or more laser beams are irradiated on the workpiece, or a plurality of driving portions are provided to control the movement of the laser beam or the workpiece, The laser beam is irradiated to the unit processing region so that laser processing can be performed simultaneously.
즉, 멀티 헤더 시스템의 경우, 상기 단위 가공영역은 해당 헤더의 개수만큼 분할되도록 하여, 동시에 다수의 단위 가공영역의 가공이 이루어지도록 하여 생산성을 더욱 높일 수 있도록 한다.That is, in the case of the multi-header system, the unit processing region is divided by the number of the corresponding header, and a plurality of unit processing regions are processed at the same time, so that the productivity can be further increased.
Claims (24)
상기 피가공대상물 상에 단위 가공영역을 설정하는 제1단계;
레이저 빔이 상기 단위 가공영역의 한 경계에서 시작하여, 1번째 스캔경로(scan path)를 따라 이동해가며, 상기 단위 가공영역의 다른 쪽 경계에 도달할 때까지, 상기 단위 가공영역 내에 포함되는 3차원 구조물에 대한 가공이 이루어지는 제2단계;
상기 레이저 빔을 다음 스텝(step)으로 방향을 전환하고, 스텝피치(step pitch)만큼 이동시켜 2번째 스캔경로로 이동시키는 제3단계; 및
상기 제2단계 및 제3단계를 반복수행하여 n번째 스캔경로를 따라 레이저 빔의 이동이 완료되면 단위 가공영역 전체에 대한 가공이 이루어지는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.A method of three-dimensionally patterning a workpiece using a laser,
A first step of setting a unit processing region on the workpiece;
Wherein the laser beam is moved along a first scan path starting from a boundary of the unit processing region until the laser beam reaches the other boundary of the unit processing region, A second step of processing the structure;
A third step of switching the direction of the laser beam to a next step, moving the laser beam by a step pitch, and moving the laser beam to a second scan path; And
And a fourth step of repeating the second step and the third step to process the entire unit processing region when the movement of the laser beam is completed along the nth scan path. Patterning method.
각 스캔경로에 대응하여 가공깊이를 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.12. The method of claim 11, wherein the three-
And setting a processing depth corresponding to each scan path.
상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저 빔의 크기 - 스캔피치)/레이저 빔의 크기} x 100, 스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저 빔의 상대 속도, f : 피가공대상물에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수]에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.The method according to claim 12,
(Overlap ratio = {(laser beam size - scan pitch) / laser beam size} x 100, scan pitch = v / f, v: operation of the driving unit And f is a pulse frequency of a laser source applied to an object to be processed. The three-dimensional patterning method using laser according to claim 1,
상기 스캔경로의 중첩회수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.The method according to claim 12,
And the number of times of overlap of the scan paths is determined.
상기 스캔경로 별로 에너지 강도를 설정 및 하나의 스캔경로내에서도 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 설정하거나 이 둘의 조합에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.The method according to claim 12,
Wherein the energy intensity is set for each scan path and the energy intensity is set for each pulse of the laser source even in one scan path, or is determined by a combination of the two.
상기 스캔경로를 이동하는 레이저 빔의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저 빔의 크기 - 스캔피치)/레이저 빔의 크기} x 100, 스캔피치=v/f, v : 구동부의 동작에 의한 피가공대상물과 레이저 빔의 상대 속도, f : 피가공대상물에 인가되는 레이저 소스의 펄스 진동수];
상기 스캔경로의 중첩회수; 및
상기 스캔경로 별로 에너지 강도를 설정하거나 하나의 스캔경로 내에서도 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 설정;
이들 중 둘 이상의 조합에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.The method according to claim 12,
(Overlap ratio = {(laser beam size - scan pitch) / laser beam size} x 100, scan pitch = v / f, v: operation of the driving unit And f is the pulse frequency of the laser source applied to the workpiece;
An overlapping number of the scan paths; And
Setting the energy intensity for each scan path or setting the energy intensity for each pulse of the laser source in one scan path;
Wherein the pattern is determined by a combination of two or more of the above.
상기 스캔경로의 중첩회수 또는
상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도의 변화에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.20. The method of claim 19, wherein the setting of the energy accumulation distribution for each energy region comprises:
The number of overlaps of the scan path or
Wherein the energy of the laser beam is changed by the energy of the pulse of the laser source moving in the scan path.
상기 스캔경로의 중첩회수를 순차적으로 설정하거나,
상기 스캔경로를 이동하는 레이저 소스의 펄스 별로 에너지 강도를 순차적으로 설정하여 테이퍼 형상의 3차원 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법.20. The method of claim 19, wherein the setting of the energy accumulation distribution for each energy region comprises:
Sequentially setting the number of overlapping of the scan paths,
Wherein the energy intensity is sequentially set for each pulse of the laser source moving in the scan path to form a tapered three-dimensional structure.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140182140A KR101582161B1 (en) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | 3-D patterning method using Laser |
| JP2017550438A JP6616841B2 (en) | 2014-12-17 | 2015-05-21 | Three-dimensional patterning method using laser |
| PCT/KR2015/005090 WO2016098966A1 (en) | 2014-12-17 | 2015-05-21 | 3d patterning method using laser |
| CN201580067949.6A CN107004780B (en) | 2014-12-17 | 2015-05-21 | Utilize the three dimensional patterned method of laser |
| TW104140995A TWI580095B (en) | 2014-12-17 | 2015-12-07 | 3-d patterning method using laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140182140A KR101582161B1 (en) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | 3-D patterning method using Laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101582161B1 true KR101582161B1 (en) | 2016-01-05 |
Family
ID=55164785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140182140A KR101582161B1 (en) | 2014-12-17 | 2014-12-17 | 3-D patterning method using Laser |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6616841B2 (en) |
| KR (1) | KR101582161B1 (en) |
| CN (1) | CN107004780B (en) |
| TW (1) | TWI580095B (en) |
| WO (1) | WO2016098966A1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101819105B1 (en) * | 2016-05-31 | 2018-01-16 | (주)솔리드이엔지 | 3D printing system and method |
| KR20190040833A (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-19 | 에이피시스템 주식회사 | Laser machining method |
| KR20200022189A (en) | 2018-08-22 | 2020-03-03 | 주식회사 코윈디에스티 | Apparatus for producing of metal mask |
| CN111783795A (en) * | 2020-06-10 | 2020-10-16 | 恒通西交智能机器(广东)有限公司 | Method, apparatus, device and medium for converting image into laser scanning path |
| CN113257118A (en) * | 2020-02-10 | 2021-08-13 | 三星显示有限公司 | Method of manufacturing electronic device |
| KR102495826B1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-02-06 | 에이피에스머티리얼즈(주) | Mask manufacturing method based on multi-layer laser irrdation |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102081191B1 (en) * | 2016-06-24 | 2020-02-26 | 에이피시스템 주식회사 | A Method for Manufacturing a Fine Metal Mask Using Electroplating |
| JP6649328B2 (en) * | 2017-09-01 | 2020-02-19 | 東芝機械株式会社 | Laser processing apparatus and laser processing method |
| KR102125148B1 (en) * | 2018-12-05 | 2020-06-19 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Manufacturing method of engraved pattern and nano metal coated layer produced by the method |
| CN111185665A (en) * | 2020-01-21 | 2020-05-22 | 武汉铱科赛科技有限公司 | Circuit structure etching method, device, system and equipment |
| JP2022011407A (en) | 2020-06-30 | 2022-01-17 | セイコーエプソン株式会社 | Decorating method for component for watch, component for watch, movement for watch, and watch |
| WO2023084681A1 (en) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | ギガフォトン株式会社 | Laser machining system, laser machining method, and method for manufacturing electronic device |
| CN114734058B (en) * | 2022-03-31 | 2024-02-09 | 西安航天发动机有限公司 | Multi-laser spliced scanning path planning method and multi-laser spliced scanning method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007273833A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Sharp Corp | Crystallization device and crystallization method of semiconductor film |
| WO2012173008A1 (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | 株式会社日本製鋼所 | Laser processing device and laser processing method |
| KR101267220B1 (en) | 2011-10-06 | 2013-05-24 | 주식회사 엘티에스 | Method For Manufacturing Mask Using Laser |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58107339A (en) * | 1981-12-19 | 1983-06-27 | Takanobu Yamamoto | Engraving method for seal by laser beam |
| JPH06304769A (en) * | 1993-04-20 | 1994-11-01 | Iida Kogyo Kk | Laser sculpturing method |
| JPH1177340A (en) * | 1997-09-10 | 1999-03-23 | Miyachi Technos Corp | Marking method |
| JP3213882B2 (en) * | 1997-03-21 | 2001-10-02 | 住友重機械工業株式会社 | Laser processing apparatus and processing method |
| JP2000006597A (en) * | 1998-06-19 | 2000-01-11 | Naoto Nishida | Paper processed article |
| JP2002336540A (en) * | 2001-05-18 | 2002-11-26 | Yoshiko Kido | Method of manufacturing for mah-jongg piece and mah- jongg piece manufactured thereby |
| WO2003064107A1 (en) * | 2002-02-01 | 2003-08-07 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Method of planning machining and machining equipment |
| KR100594528B1 (en) * | 2002-08-09 | 2006-06-30 | 티디케이가부시기가이샤 | Laser processing device, processing method, and method of producing circuit substrate using the method |
| JP2005066653A (en) * | 2003-08-26 | 2005-03-17 | Gijutsu Transfer Service:Kk | Laser marking system and laser marking method |
| WO2006129473A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | Phoeton Corp. | Laser processing apparatus and laser processing method |
| US7903336B2 (en) * | 2005-10-11 | 2011-03-08 | Gsi Group Corporation | Optical metrological scale and laser-based manufacturing method therefor |
| JP4467633B2 (en) * | 2008-03-24 | 2010-05-26 | 丸文株式会社 | Beam processing apparatus, beam processing method, and beam processing substrate |
| JP4961468B2 (en) * | 2009-10-29 | 2012-06-27 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | Laser processing method, workpiece dividing method, and laser processing apparatus |
-
2014
- 2014-12-17 KR KR1020140182140A patent/KR101582161B1/en active IP Right Grant
-
2015
- 2015-05-21 CN CN201580067949.6A patent/CN107004780B/en active Active
- 2015-05-21 JP JP2017550438A patent/JP6616841B2/en active Active
- 2015-05-21 WO PCT/KR2015/005090 patent/WO2016098966A1/en active Application Filing
- 2015-12-07 TW TW104140995A patent/TWI580095B/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007273833A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Sharp Corp | Crystallization device and crystallization method of semiconductor film |
| WO2012173008A1 (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-20 | 株式会社日本製鋼所 | Laser processing device and laser processing method |
| KR101267220B1 (en) | 2011-10-06 | 2013-05-24 | 주식회사 엘티에스 | Method For Manufacturing Mask Using Laser |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101819105B1 (en) * | 2016-05-31 | 2018-01-16 | (주)솔리드이엔지 | 3D printing system and method |
| KR20190040833A (en) * | 2017-10-11 | 2019-04-19 | 에이피시스템 주식회사 | Laser machining method |
| KR102130060B1 (en) * | 2017-10-11 | 2020-07-03 | 에이피에스홀딩스 주식회사 | Laser machining method |
| KR20200022189A (en) | 2018-08-22 | 2020-03-03 | 주식회사 코윈디에스티 | Apparatus for producing of metal mask |
| CN113257118A (en) * | 2020-02-10 | 2021-08-13 | 三星显示有限公司 | Method of manufacturing electronic device |
| CN111783795A (en) * | 2020-06-10 | 2020-10-16 | 恒通西交智能机器(广东)有限公司 | Method, apparatus, device and medium for converting image into laser scanning path |
| CN111783795B (en) * | 2020-06-10 | 2023-12-01 | 恒通西交智能机器(广东)有限公司 | Method, device, equipment and medium for converting image into laser scanning path |
| KR102495826B1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-02-06 | 에이피에스머티리얼즈(주) | Mask manufacturing method based on multi-layer laser irrdation |
| WO2023200066A1 (en) * | 2022-04-11 | 2023-10-19 | 에이피에스머티리얼즈㈜ | Mask manufacturing method based on multi-layer laser emission |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016098966A1 (en) | 2016-06-23 |
| JP6616841B2 (en) | 2019-12-04 |
| TW201635614A (en) | 2016-10-01 |
| CN107004780B (en) | 2018-12-11 |
| TWI580095B (en) | 2017-04-21 |
| CN107004780A (en) | 2017-08-01 |
| JP2018501115A (en) | 2018-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101582161B1 (en) | 3-D patterning method using Laser | |
| US9120178B2 (en) | Method of radiatively grooving a semiconductor substrate | |
| US8883656B2 (en) | Single-shot semiconductor processing system and method having various irradiation patterns | |
| TWI481462B (en) | Laser processing device and laser processing method | |
| JP2018526536A (en) | Shadow mask manufacturing method using composite processing method and shadow mask manufactured thereby | |
| KR101989410B1 (en) | Laser machining method and laser machining device | |
| JP2004268144A (en) | Laser beam machining device | |
| US20150104956A1 (en) | Adjustable spatial filter for laser scribing apparatus | |
| JP6608040B2 (en) | Shadow mask manufacturing method using composite processing method and shadow mask manufactured thereby | |
| US20140291306A1 (en) | Method of manufacturing mask | |
| JP2008168297A (en) | Apparatus and method for laser beam machining | |
| TW202140821A (en) | Method and apparatus of performing laser ablation and method of depositing organic light emitting molecules | |
| JP5100917B1 (en) | Laser processing method | |
| JP2008060314A (en) | Laser annealer, laser annealing method, and method of manufacturing semiconductor device | |
| TWI400747B (en) | Laser irradiation method and device | |
| KR102495826B1 (en) | Mask manufacturing method based on multi-layer laser irrdation | |
| KR102199211B1 (en) | Laser processing apparatus and processing method using the same | |
| JP2023039239A (en) | Method and apparatus for executing laser ablation | |
| KR20230069240A (en) | Laser processing device and laser processing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190909 Year of fee payment: 5 |