KR102130060B1 - 레이저 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 가공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피가공대상물의 가공 오류를 줄일 수 있는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법은 피가공대상물 상에 가공 영역을 설정하는 과정; 상기 피가공대상물의 가공 영역 중 1차 가공영역에 레이저 빔을 1차 조사하는 과정; 및 상기 피가공대상물의 가공 영역 중 2차 가공영역에 1차 조사와 상이한 조사 조건으로 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정;을 포함할 수 있다.

Description

레이저 가공 방법{Laser machining method}
본 발명은 레이저 가공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피가공대상물의 가공 오류를 줄일 수 있는 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
능동형 유기 발광 다이오드(Active Matrix Organic Light-Emitting Diode; AMOLED) 제작 시에 진공 증착 공정을 진행하여 유기물을 여러 층 증착하게 된다. 또한, RGB(Red, Green, Blue) 픽셀(pixel)별로 다른 유기물을 증착해야 되는데, 이때 원하는 픽셀에만 원하는 유기물을 증착하고, 그 외 영역에는 유기물이 증착되지 않도록 스크린 마스크 역할을 담당하는 것이 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask; FMM)이다.
일반적으로, 미세 금속 마스크의 제작 시에는 습식 식각(Wet etching) 방식을 통하여 미세 금속 마스크에 유기물을 증착하기 위한 개구부(hole)를 형성하였다. 그런데, 유기 발광 다이오드의 크기(size)가 커지고, 해상도가 높아짐에 따라 습식 식각 방식으로 미세 금속 마스크를 제작하는 경우에 미세 금속 마스크의 크기와 미세 금속 마스크에 형성된 개구부의 정밀도에 대한 한계가 발생한다.
또한, 미세 금속 마스크는 열챙창계수가 매우 낮아 인바(INVAR) 소재를 주로 사용한다. 하지만, 500 PPI 이상의 고해상도 패널을 만들기 위해서는 20 ㎛ 이하의 두께를 갖는 미세 금속 마스크를 사용해야만 하기 때문에 압연 방식으로 인바 소재를 만들어야 하며, 인바 소재는 압연 방식으로 만들 때에 ± 5 %의 두께 산포가 발생하게 된다. 이러한 두께 산포는 다른 부분보다 상대적으로 두꺼운 부분에 개구부가 형성되지 않는 등 미세 금속 마스크에 형성된 개구부의 정밀도에 영향을 주기 때문에 인바 소재의 두께 산포에 의한 가공 오류를 줄일 수 있는 방법이 요구되고 있다.
종래에는 인바 소재의 두께 산포에 의한 가공 오류를 줄이기 위해 1차 식각이 이루어진 면의 반대면(또는 대향면)에 습식 식각 방식으로 2차 식각을 진행하여 상대적으로 두꺼운 두께에 의해 개구부가 형성되지 않은 부분에 개구부를 형성하였다. 하지만, 이러한 방법은 2차 식각이 이루어지는 면에 경사진 둔턱이 발생하게 되어 둔턱에 의해 유기물 증착 시 섀도우(Shadow) 발생을 유발할 수 있고, 양면 식각으로 인한 오정렬(misalign)로 개구부 형상에 편차가 발생할 수도 있다.
한국공개특허공보 제10-2011-0013244호
본 발명은 상이한 조사 조건의 2 단계로 레이저 빔을 조사하여 피가공대상물의 영역별 두께 편차에 의한 가공 오류를 줄일 수 있는 레이저 가공 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법은 피가공대상물 상에 가공 영역을 설정하는 과정; 상기 피가공대상물의 가공 영역 중 1차 가공영역에 레이저 빔을 1차 조사하는 과정; 및 상기 피가공대상물의 가공 영역 중 2차 가공영역에 1차 조사와 상이한 조사 조건으로 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 2차 가공영역은 상기 1차 가공영역 내에 포함될 수 있다.
상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정과 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 동일한 좌표계를 사용하여 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역에 각각 상기 레이저 빔을 조사할 수 있다.
상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정 및 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 피가공대상물의 장축과 평행한 스캔라인과 상기 피가공대상물의 단축과 평행한 스텝라인을 포함하는 스캔 경로를 따라 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키면서 상기 가공 영역을 스캔할 수 있다.
상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정과 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 동일한 스캔 경로를 따라 상기 가공 영역을 스캔하며, 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역에서 각각 상기 레이저 빔을 활성화시킬 수 있다.
상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서는 복수의 상기 스캔라인을 스캔하여 상기 1차 가공영역을 가공하고, 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 복수의 상기 스캔라인 중 상기 1차 가공영역의 중앙부를 통과하는 상기 스캔라인만 스캔하여 상기 2차 가공영역을 가공할 수 있다.
상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는, 상기 레이저 빔의 세기가 상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정보다 크거나, 상기 레이저 빔의 이동 속도와 상기 스캔라인에서의 상기 레이저 빔의 스캔피치가 상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정보다 작을 수 있다.
상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서, 상기 1차 가공영역의 중앙부는 상기 레이저 빔에 의한 영역별 에너지 누적이 일정하고, 상기 1차 가공영역의 가장자리부는 상기 레이저 빔에 의한 영역별 에너지 누적이 상기 1차 가공영역의 중앙부에 가까울수록 클 수 있다.
상기 2차 가공영역은 상기 1차 가공영역의 중앙부와 중첩되며, 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 2차 가공영역의 상기 레이저 빔에 의한 영역별 에너지 누적이 일정할 수 있다.
상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서는 가공 깊이가 일정하게 상기 1차 가공영역의 중앙부를 가공하며, 상기 1차 가공영역의 중앙부에 가까울수록 가공 깊이가 깊어지게 상기 1차 가공영역의 가장자리부를 가공하고, 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 피가공대상물이 관통되도록 상기 2차 가공영역을 가공할 수 있다.
상기 가공 영역 중 가공홀의 형성 여부를 확인하는 과정;을 더 포함하고, 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 가공홀의 형성 여부를 확인하는 과정에서 상기 가공홀이 미형성된 상기 가공 영역에 상기 레이저 빔을 조사할 수 있다.
상기 가공홀의 형성 여부를 확인하는 과정에서는 높이 센서, 이미지 센서, 광 센서, 레이저 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 가공홀의 형성 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 가공 방법은 상이한 조사 조건의 2 단계로 레이저 빔을 가공 영역에 조사하여 피가공대상물을 가공함으로써, 피가공대상물의 영역별 두께 편차에 의한 영향(또는 가공 오류)으로 피가공대상물에 대한 가공이 불완전하게 이루어지는 부분(즉, 가공홀이 형성되지 않은 부분)이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 2차 가공영역의 면적을 1차 가공영역의 면적보다 작게 함으로써, 2 단계의 가공에도 가공홀의 주위에 영향이 없을 수 있으며, 레이저 빔을 2차 조사할 때에 레이저 빔의 세기, 레이저 빔의 이동 속도, 레이저 빔의 스캔피치 등을 레이저 빔을 1차 조사할 때와 상이하게 설정하여 가공홀 중 상대적으로 두꺼운 두께에 의한 둔턱부의 내측면을 수직하게 만들 수 있어 내측면이 경사진 둔턱보다 섀도우(Shadow) 발생을 줄일 수 있다.
그리고 본 발명에서는 피가공대상물의 한 면에 대해 2 단계의 가공이 이루어지기 때문에 양면 가공에 의한 오정렬(misalign)을 방지할 수도 있다.
이에 본 발명의 레이저 가공 방법은 피가공대상물의 영역별 두께 편차에 의한 가공 오류를 줄일 수 있고, 피가공대상물에 대한 가공 정밀도를 종래보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법으로 가공된 피가공대상물을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법으로 가공된 피가공대상물의 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2 단계의 레이저 빔 조사를 설명하기 위한 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔의 스캔을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가공 영역의 영역별 에너지 누적을 설명하기 위한 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법으로 가공된 피가공대상물을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법은 피가공대상물(100) 상에 가공 영역(110)을 설정하는 과정(S100); 상기 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 1차 가공영역에 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200); 및 상기 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 2차 가공영역에 1차 조사와 상이한 조건으로 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300);을 포함할 수 있다.
본 발명에서의 피가공대상물(100)은 일반적으로 유기 EL(Electro Luminescence)이나 유기 반도체 소자 등의 제조 시에 진공 증착 공정에서 사용되는 미세 금속 마스크(Fine Metal Mask; FMM)일 수 있으나, 레이저로 가공할 수 있는 어떠한 대상물이든 상관없다. 특히, 반도체 소자의 패키징에 있어서, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)에 형성되는 비아홀(via hole)이나 반도체 기판 상의 특정 영역에 가공 패턴(pattern)을 형성하고자 하는 경우 등 다양하게 활용될 수 있다.
먼저, 피가공대상물(100) 상에 가공 영역(110)을 설정한다(S100). 가공 영역(110)은 단일 또는 복수로 구성될 수 있으며, 피가공대상물(100) 상에서의 가상의 영역으로 설정될 수 있다. 이때, 가공 영역(110)은 1차 가공영역과 2차 가공영역을 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 1차 가공영역에 레이저 빔(10)을 1차 조사한다(S200). 여기서, 피가공대상물(100)의 일면에 레이저 빔(10)을 조사할 수 있다. 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 1차 가공영역에 레이저 빔(10)을 조사하여 피가공대상물(100)을 가공할 수 있으며, 예를 들어 피가공대상물(100)에 가공홀(11)을 형성할 수 있고, 가공홀(11)은 가공 영역(110)과 동일하거나 가공 영역(110)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 이때, 레이저 빔(10)에 의한 가공 깊이를 피가공대상물(100)의 기준 두께로 설정할 수 있으며, 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 1차 가공영역에 1차적으로 레이저 빔(10)을 조사하여 피가공대상물(100)의 기준 두께(예를 들어, 20 ㎛)에 해당하는(또는 대응되는) 깊이까지 1차적으로 가공할 수 있다. 여기서, 상기 1차 가공영역의 면적은 가공 영역(110)의 면적과 동일할 수 있다.
그 다음 상기 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 2차 가공영역에 1차 조사와 상이한 조건으로 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사한다(S300). 레이저 빔(10)을 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)과 상이한 조건으로 가공 영역(110) 중 2차 가공영역에 조사할 수 있으며, 상기 2차 가공영역의 면적은 가공 영역(110)의 면적과 동일할 수도 있고, 가공 영역(110)의 면적보다 작을 수도 있다. 1차적으로 가공된 가공 영역(110)에 레이저 빔(10)을 다시 조사하여 피가공대상물(100)에 두께 편차가 있는 경우에 상대적으로 두꺼운 두께에 의해 가공홀(11)이 형성되지 않은(즉, 상기 피가공대상물의 기준 두께보다 두꺼운) 가공 영역(110)을 2차적으로 가공함으로써, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)으로 가공홀(11)이 형성되지 않은 가공 영역(110)에도 가공홀(11)이 형성되도록 할 수 있고, 가공홀(11)이 형성되지 않는 가공 영역(110)이 없이 모든 가공 영역(110)에 가공홀(11)을 형성할 수 있다.
한편, 피가공대상물(100)은 인바(INVAR)라는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 인바는 철(Fe) 64%에 니켈(Ni) 36%를 첨가하여 열팽창계수가 매우 작은 합금으로서, 정밀기계 또는 광학기계의 부품, 시계의 부품과 같이 온도 변화에 의해서 치수가 변하면 오차의 원인이 되는 기계에 사용된다. 인바 재질의 피가공대상물(100)은 약 50 피코초(ps) 정도의 열확산시간을 가질 수 있고, 압연 가공 시에 ± 5 %의 영역별 두께 편차(또는 두께 산포)가 발생될 수 있다. 즉, 피가공대상물(100)은 상황에 따라 영역별 두께 편차를 가질 수도 있다.
상기 2차 가공영역은 상기 1차 가공영역 내에 포함될 수 있으며, 상기 1차 가공영역의 전체와 중첩될 수도 있고, 상기 1차 가공영역의 일부와 중첩될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공 방법으로 가공된 피가공대상물의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2 단계의 레이저 빔 조사를 설명하기 위한 개략 단면도로, 도 4(a)는 기준 두께 이하의 두께를 갖는 가공 영역을 나타내는 그림이며, 도 4(b)는 기준 두께보다 두꺼운 가공 영역을 나타내는 그림이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 2차 가공영역의 면적은 상기 1차 가공영역의 면적보다 작을 수 있다. 이때, 상기 1차 가공영역의 면적은 가공 영역(110)의 면적과 동일할 수 있고, 상기 2차 가공영역은 가공 영역(110)의 중앙부(111)에 위치할 수 있다. 즉, 가공 영역(110)은 중앙부(111)와 가장자리부(112)를 포함할 수 있으며, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서는 중앙부(111)와 가장자리부(112)를 포함하는 상기 1차 가공영역에 레이저 빔(10)을 조사할 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 중앙부(111)에만(즉, 상기 2차 가공영역에만) 레이저 빔(10)을 조사할 수 있다. 다시 말하면, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는(또는 두 번째 레이저 빔을 조사할 때는) 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다(또는 첫 번째 레이저 빔을 조사할 때보다) 피가공대상물(100)의 가공 영역(110)에서 레이저 빔(10)이 조사되는 면적을 작게 할 수 있다. 이러한 경우, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 가장자리부(112)에 레이저 빔(10)을 조사하지 않으므로, 2 단계의 레이저 가공에도 가공홀(11)의 주위에 영향이 없을 수 있고, 가공홀(11)의 크기(size)가 기준 크기보다 상대적으로 커지는 과다 식각(over etching)을 방지할 수 있다. 즉, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)을 통한 가공 영역(110)의 1차 가공에 영향을 주지 않을 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서는 가공 깊이가 일정하게 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)를 가공할 수 있고, 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에 가까울수록 가공 깊이가 깊어지게 상기 1차 가공영역의 가장자리부(112)를 가공할 수 있다. 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)는 가공 깊이를 일정하게 가공할 수 있으며, 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에서는 레이저 빔(10)의 조사 조건(예를 들어, 레이저 빔의 세기, 이동 속도 등)을 동일하게 가공할 수 있다.
상기 1차 가공영역의 가장자리부(112)는 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에 가까울수록 가공 깊이가 깊어지게(또는 깊어지도록) 가공할 수 있고, 피가공대상물(100)의 일면으로부터 멀어질수록(또는 깊어질수록) 가공 영역(110)의 테두리에서 중앙부(111)로 모아지는 형태(즉, 테이퍼 형태)로 경사질 수 있다. 이러한 테이퍼 형태는 가공홀(11)의 치수(size) 및 형상 안정성을 확보할 수 있도록 할 수 있으며, 증착 공정에서 유기물 등의 증착 입자가 용이하게 가공홀(11)을 통과할 수 있고, 이에 따라 증착 공정에서의 마스크(mask)에 의한 섀도우(Shadow) 발생을 감소시킬 수 있다. 즉, 상기 테이퍼 형태에 의해 상기 증착 입자가 가공홀(11)을 중심으로 모아질 수 있어 상기 증착 입자가 가공홀(11)의 주변으로 번지는(또는 퍼지는) 섀도우 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)과 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)은 모두 피가공대상물(100)의 일면에 레이저 빔(10)을 조사할 수 있으며, 이러한 경우에 피가공대상물(100)의 한 면(즉, 일면)에 대해 2 단계(또는 2차)의 레이저 가공이 이루어지므로, 양면 가공에 의한 오정렬(misalign)을 방지할 수 있다.
상기 2차 가공영역은 상기 1차 가공 영역(110)의 중앙부(111)와 중첩될 수 있다. 여기서, 가공 영역(110)의 중앙부(111)에 가공홀(11)이 형성될 수 있으며, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200) 및/또는 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 피가공대상물(100)에 가공홀(11)을 형성할 수 있다. 즉, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)으로 가공홀(11)이 형성되지 않은 가공 영역(110)에 가공홀(11)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 기준 두께 이하의 두께를 갖는 가공 영역(110)에는 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서 도 4(a)와 같이 가공홀(11)이 형성될 수 있고, 상기 기준 두께보다 두꺼운 가공 영역(110)에는 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 도 4(b)와 같이 가공홀(11)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서 피가공대상물(100)의 가공 영역(110) 중 상기 1차 가공영역에 1차적으로 레이저 빔(10)을 조사하여 피가공대상물(100)의 기준 두께의 깊이까지 1차적으로 가공함으로써, 기준 두께 이하의 두께를 갖는 가공 영역(110)에 가공홀(11)을 형성할 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 1차적으로 상기 1차 가공영역이 가공된 가공 영역(110)에 레이저 빔(10)을 다시(또는 2차적으로) 조사하여 상기 1차적으로 상기 1차 가공영역이 가공된 가공 영역(110) 중 상기 2차 가공영역(예를 들어, 상기 기준 두께보다 두꺼운 부분 또는 가공 영역)을 피가공대상물(100)의 최대 두께 편차의 깊이만큼 2차적으로 가공함으로써, 상기 기준 두께보다 두꺼운 가공 영역(110)에 가공홀(11)을 형성할 수 있다. 이에 따라 가공홀(11)이 형성되지 않는 가공 영역(110)이 없이 모든 가공 영역(110)에 가공홀(11)을 형성할 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 피가공대상물(100)이 관통되도록 상기 2차 가공영역을 가공할 수 있다. 이때, 가공 영역(110)의 중앙부(111)와 같이, 가공 깊이가 일정하게 상기 2차 가공영역을 가공할 수 있다. 즉, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 수직 방향으로(또는 수직하게) 가공홀(11)을 형성할 수 있다.
다시 말하면, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 기준 두께보다 두꺼운 가공 영역(110)에 형성되는 가공홀(11) 중 상대적으로 두꺼운 두께에 의한 둔턱부의 내측면이 거의 수직이 되도록 가공홀(11)을 형성할 수 있다. 이러한 경우, 상기 기준 두께보다 두꺼운 가공 영역(110)에 형성되는 가공홀(11)의 크기가 상기 기준 두께 이하의 두께를 갖는 가공 영역(110)에 형성되는 가공홀(11)의 크기와 거의 유사할 수 있어 정확한 치수의 영역에 증착 물질(예를 들어, 유기물)을 증착(또는 정확한 치수의 막을 형성)할 수 있고, 증착 물질이 가공홀(11)을 통과하면서 퍼지는 것을 막아주어 내측면이 경사진 둔턱보다 섀도우 발생을 줄일 수 있다.
한편, 피가공대상물(100)의 영역별 두께 편차가 ± 5 %인 경우, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서 피가공대상물(100)의 가공 영역(110)에 1차적으로 레이저 빔(10)을 조사하여 상기 1차 가공영역을 피가공대상물(100)의 기준 두께의 - 5 % 깊이(즉, 상기 피가공대상물의 최소 두께의 깊이)까지 1차적으로 가공하고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 2차적으로 피가공대상물(100)의 기준 두께의 - 5 % ~ 피가공대상물(100)의 기준 두께의 + 5 % 깊이(즉, 상기 피가공대상물의 최소 두께의 깊이에서 상기 피가공대상물의 최대 두께의 깊이)까지 상기 2차 가공영역을 수직 방향으로 가공하여 가공홀(11)을 형성할 수도 있다. 피가공대상물(100)의 기준 두께의 깊이까지 1차적으로 가공하게 되면, 피가공대상물(100)의 기준 두께보다 얇은 가공 영역(110)의 가공홀(11)과 피가공대상물(100)의 기준 두께 이상인 가공 영역(110)의 가공홀(11) 간에 크기 차이가 발생할 수 있으므로, 가장 얇을 수 있는 두께(예를 들어, 상기 피가공대상물의 기준 두께의 - 5 %)에서 가공홀(11)이 원하는 크기가 되도록 맞춘 후에 2차적으로 나머지 두께(예를 들어, 상기 피가공대상물의 기준 두께의 - 5 % ~ 상기 피가공대상물의 기준 두께의 + 5 %)에(또는 나머지 두께만큼) 수직 방향으로 가공홀(11)을 형성하여 모든 가공홀(11)의 크기가 거의 유사하도록 할 수 있다.
또한, 피가공대상물(100)의 영역별 두께 편차가 ± 5 %인 경우, 가공홀(11) 중 상대적으로 두꺼운 두께에 의한 둔턱부의 수직 방향의 길이(H)는 피가공대상물(100)의 기준 두께의 5 % ~ 피가공대상물(100)의 기준 두께의 10 %일 수 있다.
그리고 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200) 및 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 동일한 좌표계를 사용하여 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역에 각각 레이저 빔(10)을 조사할 수 있다.
상기 가공 영역을 설정하는 과정(S100)에서는 피가공대상물(100) 상에 설정된 좌표계에서 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역을 설정할 수 있으며, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서는 상기 좌표계에서 상기 1차 가공영역에 대응되는 좌표에 레이저 빔(10)을 조사할 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 좌표계에서 상기 2차 가공영역에 대응되는 좌표에 레이저 빔(10)을 조사할 수 있다. 이러한 경우, 상기 1차 가공영역에 대응되는 좌표(또는 좌표 구간) 및/또는 상기 2차 가공영역에 대응되는 좌표(또는 좌표 구간)에서 레이저 빔(10)을 활성화시킬 수 있고, 상기 1차 가공영역 및/또는 상기 2차 가공영역에(만) 레이저 빔(10)을 조사하여 가공하는 데에 용이할 수 있다. 또한, 레이저 빔(10)의 조사 위치를 상기 1차 가공영역(즉, 상기 1차 가공영역에 대응되는 좌표) 및/또는 상기 2차 가공영역(즉, 상기 2차 가공영역에 대응되는 좌표)으로 이동시키는 데에도 용이할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 빔의 스캔을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5를 참조하면, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200) 및 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 피가공대상물(100)의 장축과 평행한 스캔라인(21, scan line)과 피가공대상물(100)의 단축과 평행한 스텝라인(22, step line)을 포함하는 스캔 경로(20, scan path)를 따라 레이저 빔(10)의 조사 위치를 이동시키면서 가공 영역(110)을 스캔할 수 있다. 스캔 경로(20)는 피가공대상물(100)의 장축과 평행한 스캔라인(21, scan line)과 피가공대상물(100)의 단축과 평행한 스텝라인(22, step line)을 포함할 수 있고, 어느 하나의 스캔라인(21)을 스캔한 후에 스텝라인(22)을 균일하게 분할한 스텝피치(step pitch)만큼 스텝라인(22)을 따라 레이저 빔(10)의 조사 위치가 이동되어 다른 스캔라인(21)을 스캔할 수 있다. 스캔라인(21)은 피가공대상물(100)의 장축과 평행할 수 있고, 스캔라인(21)의 일측에서 타측(또는 타측에서 일측)으로 스캔할 수 있다. 스텝라인(22)은 피가공대상물(100)의 단축과 평행할 수 있고, 어느 하나의 스캔라인(21)을 스캔한 후에 스텝라인(22)의 일측부터 타측을 균일하게 분할한 스텝피치만큼 스텝라인(22)을 따라 스텝라인(22)의 타측(또는 일측) 방향으로 레이저 빔(10)의 조사 위치를 이동시켜 다른 스캔라인(21)을 스캔할 수 있다.
여기서, 1번째 스캔라인(21)과 2번째 스캔라인(22)을 동일한 방향으로 스캔할 수도 있으며, 반대 방향으로 스캔할 수도 있다. 즉, 레이저 빔(10)의 조사 위치의 이동방향이 반대로 설정될 수 있으며, n-1번째(또는 홀수번째) 스캔라인(10)과 n번째(또는 짝수번째) 스캔라인(10)은 같은 방향 또는 반대 방향으로 레이저 빔(10)의 조사 위치가 이동하도록 설정할 수 있으며, 이에 한정하지 않고, 복수개의 스캔라인(10)은 특정 방향으로, 또는 그 반대 방향으로 설정되거나, 이들의 조합으로 설정될 수 있다. 한편, 어느 하나의 스캔라인(21)에서 다른 스캔라인(21)으로의 방향 전환시 스텝피치는 어느 하나의 스캔라인(21)의 레이저 빔(10)의 크기보다 같거나 작게 형성될 수 있고, 균일한 패턴의 가공이 이루어지도록 할 수 있다. 즉, 어느 하나의 스캔라인(21)에서 다른 스캔라인(21)으로의 방향 전환시 스텝피치는 어느 하나의 스캔라인(21)의 레이저 빔(10)의 크기보다 같거나 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)과 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 동일한 스캔 경로(20)를 따라 가공 영역(110)을 스캔할 수 있고, 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역에서 각각 레이저 빔(10)을 조사할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(10)이 출사되는 레이저 헤드(미도시)의 조사 방향을 스캔 경로(20)를 따라 이동시켜 가공 영역(110)을 스캔할 수 있다. 스캔 영역 내에 모든(또는 전체) 가공 영역(110)이 포함되도록 스캔 경로(20)를 설정함으로써, 가공 영역(110)을 여러 번에 걸쳐 나누지 않고도 스캔 경로(20)에 따른 1회 스캔시에 전체 가공 영역(110)의 가공이 완료되도록 할 수 있고, 이에 따라 종래의 스캐너 장치를 이용하여 전체 가공 영역을 여러 개의 분할 영역으로 나누어 가공함으로 인해 발생하는 스티칭(stitching) 발생 문제를 제거할 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 동일한 스캔 경로(20)의 n회 스캔으로 전체 가공 영역(110)의 가공이 완료되도록 할 수도 있다. 그리고 구동부(미도시)를 이용하여 레이저 빔(10)의 조사 위치를 이동시킬 수 있으며, 가공홀(11)의 형성을 위해 피가공대상물(100)의 표면 상에서 레이저 빔(10)의 조사 위치를 피가공대상물(100) 표면의 특정 위치로 상대 이동시킬 수 있고, 피가공대상물(100) 또는 레이저 빔(10)의 조사 위치(예를 들어, 상기 레이저 헤드의 위치)를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 구동부(미도시)는 1개 이상의 갈바노 미러를 포함하는 스캐너를 포함하여 정지된 피가공대상물(100) 상에 레이저 빔(10)의 절대 위치를 변경시킬 수 있도록 할 수도 있고, 1축 이상의 직선운동을 하는 피가공대상물 스테이지 이송장치(미도시) 또는 롤투롤(Roll-to-Roll) 이송장치(미도시)로 형성되어 정지된 레이저 빔(10)에 대해 피가공대상물(100)의 절대 위치를 변경시키거나 레이저 빔(10)의 절대 위치 변경과 피가공대상물(100)의 위치 변경 둘 다를 연동하여 동작시킬 수 있도록 할 수도 있다. 즉, 상기 갈바노 미러와 상기 피가공대상물 스테이지 이송장치 및/또는 상기 롤투롤 이송장치는 필요에 의해 서로 조합하여 사용할 수도 있다.
여기서, 동일한 스캔 경로(20)는 가공 영역(110)을 스캔하는 시작점과 끝점이 동일하고 시작점에서 끝점까지 진행하는 경로가 동일한 것을 의미할 수 있다. 이러한 경우, 레이저 가공의 모든 과정(즉, 상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정과 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정)에서 하나의 스캔 경로(20)로 레이저 빔(10)의 조사 위치를 이동되므로, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)과 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300) 간 또는 어느 하나의 피가공대상물(100)의 레이저 가공과 다른 피가공대상물(100)의 레이저 가공 간에 레이저 빔(10)의 조사 위치의 오차를 줄일 수 있고, 레이저 가공(예를 들어, 가공홀의 형성)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)과 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)은 레이저 빔(10)을 활성화시키는 구간이 상이할 수 있으며, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서의 레이저 빔(10)의 활성화 구간 중 일부 구간에서 레이저 빔(10)을 활성화시킬 수 있다. 즉, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서는 가공 영역(110)의 어느 한 경계(즉, 상기 1차 가공영역의 한 경계)에서 가공 영역(110)의 다른 경계(즉, 상기 1차 가공영역의 다른 경계)에 도달할 때까지 레이저 빔(10)을 활성화시킬 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 어느 한 경계(즉, 상기 2차 가공영역의 한 경계)에서 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 다른 경계(즉, 상기 2차 가공영역의 다른 경계)에 도달할 때까지 레이저 빔(10)을 활성화시킬 수 있다. 다시 말하면, 스캔 경로(20)를 따라 모든 가공 영역(110)이 포함되는 스캔 영역(예를 들어, 상기 피가공대상물의 일면 전체)을 스캔하면서 레이저 빔(10)에 의한 가공이 필요한 가공 영역(110) 또는 가공 영역(110) 중 일부 영역(예를 들어, 중앙부)에만 레이저 빔(10)을 온(on)시킬 수 있고, 레이저 빔(10)에 의한 가공이 필요하지 않은 그 외 영역에는 레이저 빔(10)을 오프(off)시킬 수 있다. 이에 따라 피가공대상물(100) 중에 레이저 가공이 요구되는 부분에만 레이저 빔(10)을 조사할 수 있으므로, 레이저 빔(10)을 조사하는 작업시간이 단축되어 레이저 가공에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 정확한 위치에 가공홀(11)을 형성할 수 있는 이점이 있다.
예를 들어, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서 가공 영역(110)의 어느 한 경계에 도달하면, 가공 영역(110)의 다른 경계에 도달할 때까지 레이저 빔(10)을 온(on)시킬 수 있고, 가공 영역(110)의 다른 경계에 도달하게 되면, 레이저 빔(10)을 오프(off)시킬 수 있으며, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 어느 한 경계에 도달하면, 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 다른 경계에 도달할 때까지 레이저 빔(10)을 온(on)시킬 수 있고, 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 다른 경계에 도달하게 되면, 레이저 빔(10)을 오프(off)시킬 수 있다. 이를 통해 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서 가공 영역(110)의 어느 한 경계에서 가공 영역(110)의 다른 경계에 도달할 때까지 레이저 빔(10)을 활성화시키는 것이 용이해질 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 어느 한 경계에서 가공 영역(110)의 중앙부(111)의 다른 경계에 도달할 때까지 레이저 빔(10)을 활성화시키는 것이 용이해질 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서는 복수의 스캔라인(21)을 스캔하여 상기 1차 가공영역을 가공할 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 복수의 스캔라인(21) 중 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)를 통과하는 스캔라인(21)만 스캔하여 상기 2차 가공영역을 가공할 수 있다. 상기 1차 가공영역은 가공 영역(110)과 거의 동일하므로, 복수의 스캔라인(21)을 스캔하여 피가공대상물(100)의 일면 전체를 스캔할 수 있고, 상기 2차 가공영역은 가공 영역(110) 중 일부에 해당하므로, 일부의 스캔라인(21)만을 스캔할 수 있다. 이러한 경우, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 가공이 필요한 부분만 스캔할 수 있어 스캔 시간이 단축될 수 있고, 이에 따라 레이저 가공에 소요되는 전체적인 시간을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 스캔을 위해 사용되는 상기 구동부(미도시) 등의 구동 비용을 절감할 수도 있다.
스캔라인(21)은 단위 시간당 레이저 빔(10)의 이동 거리인 스캔피치(scan pitch)를 가질 수 있고, 스텝라인(22)은 스캔라인(21) 간의 간격인 스텝피치를 가질 수 있다. 여기서, 상기 스캔피치와 상기 스텝피치는 레이저 빔(10)의 크기(size) 이하일 수 있으며, 상기 스캔피치와 상기 스텝피치가 레이저 빔(10)의 크기보다 크게 되면, 가공 영역(110) 중 가공되지 않는 부분이 발생하게 된다. 예를 들어, 레이저 빔(10)의 크기(size)가 1 ㎛인 경우, 상기 스캔피치와 상기 스텝피치는 0 ~ 1 ㎛의 범위에서 조절될 수 있고, 바람직하게는 상기 스캔피치와 상기 스텝피치는 0.1 ~ 1 ㎛의 범위에서 조절될 수 있으며, 상기 스캔피치 및/또는 상기 스텝피치를 조절하여 가공되는 면(또는 가공홈 또는 가공홀의 내측면)의 경사도(또는 기울기)를 조절할 수 있고, 상기 스캔피치 및/또는 상기 스텝피치가 작아질수록 상기 가공되는 면의 경사도는 증가할 수 있다. 이때, 상기 스캔피치는 레이저 빔(10)의 이동 속도와 레이저 소스의 펄스 진동수(예를 들어, 펄스 간의 간격)를 이용하여 조절할 수 있고, 상기 스텝피치는 스캔라인(21) 간의 간격으로 조절할 수 있다.
한편, 상기 스캔피치는 모든 스캔라인(21)에서 동일할 수도 있고, 스캔라인(21)의 위치에 따라 상이할 수도 있다. 이때, 상기 스텝피치는 일정할 수 있고, 스캔라인(21) 간의 간격에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(10)의 크기(size)가 1 ㎛인 경우, 상기 스텝피치가 1 ㎛로 고정될 수도 있고, 상기 스텝피치가 1 ㎛로 고정되어 일정하게 되면, 상기 스캔피치는 스캔라인(21)의 위치에 따라 상이할 수 있으며, 이를 통해 스텝방향으로 중첩되지 않아도 상기 스텝방향으로 경사지게 만들 수 있다. 또한, 상기 스캔피치는 상기 스텝피치보다 작을 수 있으며, 상기 스캔피치를 작게 하여 스캔방향으로 가공되는 면에 스텝방향으로 가공되는 면보다 평면에 가까운 경사면을 형성할 수 있다.
그리고 피가공대상물(100)은 증착 공정에 이용되는 마스크일 수 있고, 스캔라인(21)을 따르는 스캔방향은 선형 증착원(미도시)의 스캔방향일 수 있으며, 상기 가공되는 면을 상기 스캔방향과 상기 스텝방향 중 적어도 상기 스캔방향으로 경사지게 가공할 수 있다. 선형 증착원(미도시)은 상기 스텝방향으로 연장되어 형성될 수 있고, 상기 스캔방향으로 피가공대상물(100) 또는 기판(미도시)을 스캔할 수 있다. 이때, 상기 선형 증착원(미도시) 또는 상기 기판(미도시)을 이동시켜 스캔할 수 있으며, 피가공대상물(100)은 상기 선형 증착원(미도시) 또는 상기 기판(미도시)과 함께 이동하거나 상기 선형 증착원(미도시) 또는 상기 기판(미도시)과 함께 고정될 수 있다. 상기 선형 증착원(미도시) 또는 상기 기판(미도시)은 상기 스캔방향으로 이동하여 상기 기판(미도시)의 전체면에 증착 물질(또는 증착 입자)이 증착되도록 하므로, 상기 스텝방향보다는 상기 스캔방향으로 섀도우가 발생하게 되고, 이에 따라 상기 스캔방향 위주로 경사지게(또는 테이퍼지게) 가공할 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 레이저 빔(10)의 세기가 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 클 수도 있고, 레이저 빔(10)의 이동 속도와 스캔라인(21)에서의 레이저 빔(10)의 스캔피치가 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 작을 수도 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 레이저 빔(10)의 세기가 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 클 수 있다. 레이저 빔(10)에 의한 가공 깊이의 설정은 레이저 빔(10)의 세기를 조절하여 설정할 수도 있다. 이때, 스캔라인(21)별로 에너지 강도를 설정하거나 하나의 스캔라인(21) 내에서도 레이저 소스의 펄스별로 에너지 강도를 설정할 수 있고, 이 둘의 조합에 의해 레이저 빔(10)의 세기가 결정될 수도 있다. 즉, 동일한 스캔라인(21) 상에서 레이저 빔(10)의 에너지 세기를 조절하여 에너지 누적 분포를 제어함으로써, 가공 깊이를 설정할 수 있다. 구체적으로는, 각 스캔라인(21)에 대해 레이저 빔(10)의 이동 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 각 스캔라인(21)을 따라 레이저 빔(10)의 조사 위치가 상대적으로 위치 이동하는 도중에 레이저 소스의 펄스별로 에너지 강도를 다르게 설정하거나, 각 스캔라인(21)별로 에너지 강도를 다르게 설정할 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 가공되는 면(또는 내측면)이 거의 수직이 되도록(즉, 상기 기준 두께보다 두꺼운 가공 영역에 형성되는 가공홀 중 상대적으로 두꺼운 두께에 의한 둔턱부의 내측면이 거의 수직이 되도록) 가공하기 위해 가공되는 면이 경사지도록 가공하는 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 레이저 빔(10)의 세기가 클 수 있다. 즉, 상기 가공되는 면이 거의 수직이 되도록 형성하기 위해서는 레이저 빔(10)이 온(on)되기 시작하였을 때부터 가공 가능한 깊이가 깊어 레이저 빔(10)이 조사된 위치가 한 번에 개방(open)되어야 하므로, 레이저 빔(10)의 세기를 크게 하여 레이저 빔(10)이 조사된 위치가 한 번에 개방되도록 할 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 레이저 빔(10)의 세기가 클 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 레이저 빔(10)의 이동 속도와 스캔라인(21)에서의 레이저 빔(10)의 스캔피치가 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 작을 수 있다. 레이저 빔(10)에 의한 가공 깊이를 설정하는 다른 방법으로는 스캔라인(21)을 이동하는 레이저 빔(10)의 오버랩률(overlap rate)[오버랩률={(레이저 빔의 크기 - 스캔피치)/레이저 빔의 크기} x 100, 스캔피치 = v / f, v : 레이저 빔의 이동 속도, f : 레이저 소스의 펄스 진동수]을 제어하여 설정할 수 있다. 레이저 빔(10)의 오버랩률에 따른 가공 깊이의 설정은 레이저 소스의 펄스 진동수(pulse frequency)값을 고정한 채, 레이저 빔(10)의 이동 속도(또는 상기 피가공대상물과 상기 레이저 빔의 상대 속도)를 스캔라인(21)별로 다르게 설정하는 방법과 레이저 빔(10)의 상대 속도 값을 고정한 채, 펄스 진동수 값을 스캔라인(21)별로 다르게 설정하는 방법이 있다. 즉, 레이저 빔(10)의 오버랩률은 레이저 빔(10)의 크기에 따른 스캔피치의 제어에 의해 설정될 수 있으며, 스캔피치 = v / f에서 레이저 빔(10)의 이동 속도 및 펄스 진동수 값을 조절하여 각 스캔라인(21)별로 레이저 빔(10)의 오버랩되는 정도를 제어함으로써, 가공 깊이를 설정할 수 있고, 레이저 빔(10)의 오버랩률이 커질수록 레이저 빔(10)에 의한 가공깊이가 깊어질 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 가공되는 면이 거의 수직이 되도록 가공하기 위해 상기 가공되는 면이 경사지도록 가공하는 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 레이저 빔(10)의 이동 속도와 스캔라인(21)에서의 레이저 빔(10)의 스캔피치가 작을 수 있다. 즉, 상기 가공되는 면이 거의 수직이 되도록 형성하기 위해서는 레이저 빔(10)이 온(on)되기 시작하였을 때부터 가공 가능한 깊이가 깊어 레이저 빔(10)이 조사된 위치가 모두 개방되어야 하므로, 레이저 빔(10)의 이동 속도와 스캔라인(21)에서의 레이저 빔(10)의 스캔피치를 작게 하여 레이저 빔(10)의 오버랩률을 증가시킴으로써, 레이저 빔(10)이 조사된 위치가 모두 개방되도록 할 수 있고, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 레이저 빔(10)의 이동 속도와 스캔라인(21)에서의 레이저 빔(10)의 스캔피치가 작을 수 있다.
한편, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)보다 레이저 빔(10) 또는 스캔 경로(20)의 중첩횟수가 많을 수도 있다. 레이저 빔(10)에 의한 가공 깊이를 설정하는 또 다른 방법으로는 레이저 빔(10) 또는 스캔 경로(20)의 중첩횟수를 제어하여 설정할 수 있다. 즉, 동일한 스캔 경로(20) 상에서 레이저 빔(10)을 몇 번 이동시키느냐에 따른 에너지 누적 분포를 제어하여 레이저 빔(10)에 의한 가공 깊이를 설정할 수 있다. 구체적으로는, 각 스캔 경로(20)에 대해서(즉, 각 스캔라인 및/또는 각 스텝라인에 대해서) 레이저 빔(10)의 이동 속도와 펄스 진동수 값을 모두 고정한 채(즉, 스캔피치는 일정), 가공 영역(110) 내의 스캔 경로(20)에 선택적으로 스캔 경로(20)의 중첩횟수를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가공 영역의 영역별 에너지 누적을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200)에서, 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)는 레이저 빔(10)에 의한 영역별 에너지 누적이 일정할 수 있고, 상기 1차 가공영역의 가장자리부(112)는 레이저 빔(10)에 의한 영역별 에너지 누적이 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에 가까울수록 클 수 있다. 이러한 경우, 상기 1차 가공영역의 가장자리부(112)에는 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에 가까울수록 가공 깊이가 깊어져 상기 1차 가공영역의 가장자리부(112)가 가공 영역(110)의 테두리에서 중앙부(111)로 모아지는 형태로 경사질 수 있으며, 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에는 가공 깊이가 일정하여 가공홀(11) 또는 평평한 바닥면을 형성할 수 있다. 즉, 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에서는 가공홀(11)을 형성하거나 평평한 바닥면을 형성하기 위해 레이저 빔(10)에 의한 영역별 에너지 누적이 일정할 수 있고, 상기 1차 가공영역의 가장자리부(112)에서는 테이퍼 형태로 경사지도록 레이저 빔(10)에 의한 영역별 에너지 누적이 상기 1차 가공영역의 중앙부(111)에 가까울수록 클 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 2차 가공영역의 레이저 빔(10)에 의한 영역별 에너지 누적이 일정할 수 있다. 즉, 가공 영역(110)의 중앙부(111)에 상기 가공되는 면이 거의 수직이 되도록 가공홀(11)을 형성할 수 있다. 다시 말하면, 가공 영역(110)의 중앙부(111)에 상기 가공되는 면이 거의 수직인 가공홀(11)을 형성하기 위해 상기 2차 가공영역의 레이저 빔(10)에 의한 영역별 에너지 누적이 일정할 수 있다.
그리고 레이저 에너지제어부(미도시)를 통해 레이저 빔(10)과 피가공대상물(100)의(즉, 상기 피가공대상물 표면의) 상대적 위치를 제어할 수 있고, 특정 가공 영역(110)에서 레이저 빔(10)의 펄스 에너지의 세기, 펄스의 온/오프 유무, 레이저 빔(10)의 오버랩을 제어하여 총 에너지 누적 분포를 결정할 수 있다.
한편, 레이저 분기 수단(미도시)을 통해 레이저 빔(10)을 복수(개)로 분기하여 분기된 복수의 레이저 빔(10)에 의한 복수의 가공 영역(110)의 동시 가공을 수행할 수도 있다. 즉, 동시에 복수의 스캔 경로(20)에서의 가공 공정이 가능하도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 레이저 분기 수단(미도시)으로는 회절광학계(Diffractive Optical Element; DOE) 또는 빔 스플릿(beam split) 광학계를 사용할 수 있다. 또한, 상기 레이저 헤드(미도시)를 멀티 헤더(multi header)로 구성할 수도 있으며, 복수의 가공 영역(110)을 해당 헤더의 개수만큼 분할되도록 하여 동시에 복수의 가공 영역(110)의 가공이 이루어지도록 하여 생산성을 더욱 높일 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 가공 방법은 가공 영역(110) 중 가공홀(11)의 형성 여부를 확인하는 과정(S250);을 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔(10)을 1차 조사하는 과정(S200) 이후에 가공 영역(110) 중 가공홀(11)의 형성 여부를 확인할 수 있다(S250). 가공 영역(110) 중 가공홀(11)의 형성 여부가 확인되면, 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서는 상기 가공홀(11)의 형성 여부를 확인하는 과정(S250)에서 가공홀(11)이 미형성된 가공 영역(110)에 레이저 빔(10)을 조사할 수 있다. 이에 따라 상기 레이저 빔(10)을 2차 조사하는 과정(S300)에서 가공 영역(110) 중에 레이저 가공이 반드시 요구되는 부분에만 레이저 빔(10)을 조사할 수 있으며, 이로 인해 레이저 빔(10)을 조사하는 작업시간이 단축되어 레이저 가공에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 이미 형성된 가공홀(11)을 통과하는 레이저 빔(10)에 의한 피가공대상물 지지부(미도시) 등 레이저 가공 장치 중 다른 구성 요소의 손상을 보다 감소시킬 수 있다.
상기 가공홀(11)의 형성 여부를 확인하는 과정(S250)에서는 높이 센서, 이미지 센서, 광 센서, 레이저 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하여 가공홀(11)의 형성 여부를 확인할 수 있다. 상기 높이(high) 센서(또는 z축 측정센서)는 피가공대상물(100)에 형성된 홈 또는 홀의 깊이를 측정할 수 있으며, 레이저 가공되는 피가공대상물(100)의 일면 상에 위치할 수 있고, 빛을 조사한 후에 반사되는 빛을 수광하여 피가공대상물(100)에 형성된 홈 또는 홀의 깊이를 측정할 수 있다.
상기 이미지 센서는 피가공대상물(100)의 상부 또는 하부에서 가공 영역(110)의 이미지를 획득한 후에 분석하여 가공홀(11)의 형성 여부를 확인할 수 있으며, 가공홀(11)이 형성된 가공 영역(110)과 가공홀(11)이 미형성된 가공 영역(110)의 이미지 차이를 구별하여 가공홀(11)의 형성 여부를 확인할 수 있다.
상기 광 센서는 수발광 센서일 수 있고, 가공 영역(110)에 빛을 조사한 후에 반사되는 빛을 수광하여 가공홀(11)의 형성 여부를 확인할 수 있으며, 빛이 수광되는 가공 영역(110)은 가공홀(11)이 미형성된 가공 영역(110)으로 판단할 수 있고, 빛이 수광되지 않는 가공 영역(110)은 가공홀(11)이 형성된 가공 영역(110)으로 판단할 수 있다. 이때, 피가공대상물(100)은 금속(metal) 등 빛이 반사될 수 있는 소재로 이루어질 수 있고, 상기 광 센서는 레이저 빔(10) 조사되는 면과 대향하는 피가공대상물(100)의 타면 상에 위치할 수 있다.
상기 레이저 센서는 입사되는 레이저 빔(10)을 감지할 수 있고, 가공홀(11)이 형성되어 가공홀(11)을 통과한 레이저 빔(10)을 감지하여 가공홀(11)의 형성 여부를 확인할 수 있으며, 레이저 빔(10)이 감지된 가공 영역(110)은 가공홀(11)이 형성된 가공 영역(110)으로 판단할 수 있고, 레이저 빔(10)이 미감지된 가공 영역(110)은 가공홀(11)이 미형성된 가공 영역(110)으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 레이저 센서는 피가공대상물(100)이 지지되는 피가공대상물 지지부(미도시) 상에 제공될 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 상이한 조사 조건의 2 단계로 레이저 빔을 가공 영역에 조사하여 피가공대상물을 가공함으로써, 피가공대상물의 영역별 두께 편차에 의한 영향(또는 가공 오류)으로 피가공대상물에 대한 가공이 불완전하게 이루어지는 부분(즉, 가공홀이 형성되지 않은 부분)이 발생하는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 2차 가공영역의 면적을 1차 가공영역의 면적보다 작게(즉, 두 번째 레이저 빔을 조사할 때에 첫 번째 레이저 빔을 조사할 때보다 피가공대상물의 가공 영역에서 레이저 빔이 조사되는 면적을 작게) 함으로써, 2 단계의 가공에도 가공홀의 주위에 영향이 없을 수 있으며, 레이저 빔을 2차 조사할 때(즉, 레이저 빔의 2차 조사 시)에 레이저 빔의 세기, 레이저 빔의 이동 속도, 레이저 빔의 스캔피치 등을 레이저 빔을 1차 조사할 때(즉, 레이저 빔의 1차 조사 시)와 상이하게 설정하여 가공홀 중 상대적으로 두꺼운 두께에 의한 둔턱부의 내측면을 수직하게 만들 수 있어 내측면이 경사진 둔턱보다 섀도우(Shadow) 발생을 줄일 수 있다. 그리고 피가공대상물의 한 면에 대해 2 단계의 가공이 이루어지기 때문에 양면 가공에 의한 오정렬을 방지할 수도 있다. 이에 본 발명에서는 피가공대상물의 영역별 두께 편차에 의한 가공 오류를 줄일 수 있고, 피가공대상물에 대한 가공 정밀도를 종래보다 향상시킬 수 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부 또는 하부에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다. 따라서, “피가공대상물 상에”는 피가공대상물의 표면(상부면 또는 하부면)이 될 수도 있고, 피가공대상물의 표면에 증착된 막의 표면이 될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 레이저 빔 11 : 가공홀
20 : 스캔 경로 21 : 스캔라인
22 : 스텝라인 100 : 피가공대상물
110 : 가공 영역 111 : 중앙부
112 : 가장자리부

Claims (12)

  1. 피가공대상물 상에 복수의 가공 영역을 설정하는 과정;
    상기 피가공대상물의 가공 영역과 동일한 면적의 1차 가공영역에 레이저 빔을 1차 조사하는 과정; 및
    상기 1차 가공영역의 중앙부와 중첩되는 2차 가공영역에 1차 조사와 상이한 조사 조건으로 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정;을 포함하고,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정과 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 동일한 좌표계를 사용하여 상기 복수의 가공 영역을 통과하는 스캔 경로를 따라 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키면서 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역에 각각 상기 레이저 빔을 조사하며,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서는 상기 1차 가공영역의 중앙부에 가까울수록 상기 레이저 빔에 의한 영역별 에너지 누적이 크게 하여 상기 1차 가공영역의 가장자리부를 경사지게 가공하고,
    상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 레이저 빔에 의한 영역별 에너지 누적이 일정하게 하여 상기 2차 가공영역을 수직하게 가공하는 레이저 가공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정 및 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 피가공대상물의 장축과 평행한 스캔라인과 상기 피가공대상물의 단축과 평행한 스텝라인을 포함하는 상기 스캔 경로를 따라 상기 레이저 빔의 조사 위치를 이동시키면서 상기 복수의 가공 영역을 스캔하는 레이저 가공 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정과 상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 동일한 스캔 경로를 따라 상기 복수의 가공 영역을 스캔하며, 상기 1차 가공영역과 상기 2차 가공영역에서 각각 상기 레이저 빔을 활성화시키는 레이저 가공 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서는 복수의 상기 스캔라인을 스캔하여 상기 1차 가공영역을 가공하고,
    상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 복수의 상기 스캔라인 중 상기 1차 가공영역의 중앙부를 통과하는 상기 스캔라인만 스캔하여 상기 2차 가공영역을 가공하는 레이저 가공 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는,
    상기 레이저 빔의 세기가 상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정보다 크거나,
    상기 레이저 빔의 이동 속도와 상기 스캔라인에서의 상기 레이저 빔의 스캔피치가 상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정보다 작은 레이저 가공 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서,
    상기 1차 가공영역의 중앙부는 상기 레이저 빔에 의한 영역별 에너지 누적이 일정한 레이저 가공 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 빔을 1차 조사하는 과정에서는 가공 깊이가 일정하게 상기 1차 가공영역의 중앙부를 가공하며, 상기 1차 가공영역의 중앙부에 가까울수록 가공 깊이가 깊어지게 상기 1차 가공영역의 가장자리부를 가공하고,
    상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 피가공대상물이 관통되도록 상기 2차 가공영역을 가공하는 레이저 가공 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 가공 영역 각각의 가공홀의 형성 여부를 확인하는 과정;을 더 포함하고,
    상기 레이저 빔을 2차 조사하는 과정에서는 상기 가공홀의 형성 여부를 확인하는 과정에서 상기 가공홀이 미형성된 상기 가공 영역에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 가공 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가공홀의 형성 여부를 확인하는 과정에서는 높이 센서, 이미지 센서, 광 센서, 레이저 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 가공홀의 형성 여부를 확인하는 레이저 가공 방법.
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KR101582161B1 (ko) * 2014-12-17 2016-01-05 에이피시스템 주식회사 레이저를 이용한 3차원 패터닝 방법

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