KR20070029062A

KR20070029062A - 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와그 회수 방법

Info

Publication number: KR20070029062A
Application number: KR1020060085202A
Authority: KR
Inventors: 히데히사 무라세; 요시나리 사사키; 고세이 아소; 나오키 야마다
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-09-05
Publication date: 2007-03-13
Also published as: TW200722217A; TWI301084B; US8288681B2; US20070056941A1; JP5008849B2; JP2007069257A; KR101280001B1; CN1927521A

Abstract

기판의 표면에 형성하는 투명 수지층의 가공시에 발생하는 데브리(debris)를 기판의 위쪽에 방출시켜서, 회수 수납하는 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 얻는다.

기판상에 형성하는 투명 수지층을 패터닝하는 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법에 있어서, 기판(5)상에 투명 수지층(8)을 형성할 때에, 기판(5)의 아래쪽에 설치한 레이저 조사 수단(1, 2, 3, 4)과, 기판(5)의 상부에 설치한 데브리 회수 기구(6)에 의해 레이저 조사 수단(1, 2, 3, 4)의 패터닝시에 발생하는 데브리를 위쪽에 등방적(等方的)으로 방출시킨다.

Description

레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법{Laser processing apparatus and method thereof and debris collecting apparatus and method thereof}

도 1은, 본 발명의 레이저 가공 장치의 형태예를 나타내는 전체적 구성도이다.

도 2는, 본 발명의 데브리의 발생 메커니즘을 설명하기 위한 다층 박막 형성 공정을 나타내는 형태예의 기판의 옆 단면도이다.

도 3은, 본 발명의 데브리의 발생 메커니즘을 설명하기 위한 다층 박막 형성 공정을 나타내는 다른 형태 예의 기판의 옆 단면도이다.

도 4는, 본 발명의 레이저 가공 장치의 형성막의 가공 방법의 형태예를 설명하기 위한 기판의 옆 단면도이다.

도 5는, 본 발명의 레이저 가공 장치의 형성막의 가공 방법의 다른 형태예를 설명하기 위한 기판의 옆 단면도이다.

도 6은, 본 발명의 레이저 가공 장치의 형성막의 가공 방법의 또 다른 형태예를 설명하기 위한 기판의 옆 단면도이다.

도 7은, 종래의 레이저 가공 장치의 형태예를 나타내는 개략의 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 : 레이저 발진기 1a : 레이저광

2 : 평균화 광학계 3 : 가변 애퍼추어

3a : 레이저 빔 4 : 축소 투영 렌즈

5 : 기판 6 : 데브리 회수 기구

7 : 데브리 8 : 투명 수지층

9, 9a : 경계면 10a : 에칭부

10b : 가열 에칭부 11 : 블랙 수지층

11a ; 수지층 11b : 가열부

본 발명은, FPD(플랫 패널 디스플레이)나 태양전지 등의 다층 박막상의 투명 전극에 이용되는 투명 도전막을 패턴 가공하는 레이저 가공 장치나 레이저 가공 방법과 관련된 것이며, 특히, 가공 대상물의 하면(下面)으로부터 레이저광을 조사하여, 광화학 반응(어블레이션), 열 용해 혹은 그러한 복합 작용에 의한 레이저 가공시에 발생하는 가공 비산물(飛散物)(데브리：debris)을 유효하게 제거ㆍ회수하기 위한 레이저 가공 장치와, 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법에 관한 것이다.

액정 패널을 시작으로 하는 플랫 패널 디스플레이의 제조 공정에서는, 레지스트 재료 및 평탄화 재료로서의 수지 재료가 많이 이용되고 있다. 이러한 패터 닝이나 에칭 가공에는, 많은 포토리소그래피 공정이 이용된다. 따라서, 막대한 설비 투자가 필요하고, 약액의 사용량이 많기 때문에 환경으로의 부하가 매우 크다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 레이저를 이용하여, 직접 패터닝하는 기술이 요망되고 있다. 일반적으로 레이저 가공을 실시할 때는 데브리로 불리는 가공 비산물의 회수가 과제가 된다. 여기서 데브리란, 피가공재료가 레이저광을 흡수해 반응해서 생기는 생성물이나, 피가공재료의 미소(微小) 파티클이다. 이것들은, 공기중을 떠돌며 확산되고, 기판에 재부착된다. 특히 반응 생성물은, 기판에 부착되면 열을 빼앗겨 응고하고, 브러쉬 등으로 물리적 세정을 실시해도 제거하지 못하고 제품 불량의 원인이 된다.

액정 패널을 비롯한 플랫 디스플레이를 취급하는 파인 프로세스의 세계에서는, 이러한 재부착은 100％ 불량이 되는 레벨의 파티클(먼지)이다. 따라서, 데브리를 회수하는 기술이 필수 사항이 되고 있다. 투명 도전막은, 통상, 포토리소그래피법에 의해서, 소망한 형상으로 패터닝 된다. 예를 들면 유리, 플라스틱, 실리콘 웨이퍼 등의 기판상에, ITO(Indium Tin Oxides)막, 또는 ZnO(산화 아연)막 등으로 이루어지는 투명 도전막을 진공 성막하고, 그 위에 레지스트층을 형성하여, 소정 패턴을 가지는 포토마스크를 통해 빛을 조사하여 레지스트층을 감광(感光)한다. 그리고, 현상(現像), 포스트베이크 하는 것으로 포토마스크 패턴을 레지스트층에 전사하고, 웨트 에칭으로 투명 도전막의 레지스트로 피복되어 있지 않은 부분을 제거하고, 마지막에 잔류 레지스트층을 제거하는 것으로 소망한 투명 도전막의 패턴을 얻을 수 있다.

그러나, 상술의 포토리소그래피 공정은, 코터디벨로퍼 등의 대형의 장치가 필요하고, 설비 투자 및 풋 프린트의 면에서 문제가 된다. 또, 현상액 등의 약액을 대량으로 사용하기 때문에, 환경보전의 면에서도 문제가 된다. 그래서, 포토리소그래피 공정을 생략하여 제조 공정을 간략화하기 위해, 레이저광을 이용하여 직접, 투명 도전막을 가공하는 기술이 특허 문헌 1에 개시되어 있다.

또, 가공 대상물의 표면에 레이저광을 조사하여, 어블레이션(ablation) 또는 열 용해에 의해 가공할 때에, 레이저 가공에 의해 발생하는 가공 비산물의 가공 표면의 재부착을 억제하는 레이저 가공 방법을 얻기 위해서, 가공 대상물의 표면에 레이저광을 조사하여, 레이저의 조사 영역에서 발생하는 가공 대상물 및 데브리를 자기장에 의해서 흡착판에 퇴적시키도록 한 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치가 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 상기한 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 명시된 레이저 가공 방법에서는 가공 대상물의 위쪽으로부터 레이저광을 조사하도록 한 것이다. 따라서, 가공 대상물로부터의 데브리는 사방팔방에 비산(飛散)해 버리는 과제를 가지고 있었다.

또한, 레이저가 산업용으로서 이용되고 있는 금속판의 천공(穿孔) 가공을 행하는 경우 등에서는, 데브리 회수 기술로서 집진용(集塵用)의 덕트(duck)를 설치하여, 그 형상이나 설치 거리를 검토한 것이 특허문헌 3에 개시되어 있다. 또, 조사부 영역을 물리적으로 덮고, 에어를 흘려 회수하는 방법도 특허 문헌 4로 개시되어 있다. 또한, 조사부 주변을 커튼과 같은 것을 이용한 2겹 구조로 하고, 데브리를 흡수하는 방법이 특허문헌 5에 개시되어 있다.

또한, 데브리의 기판상으로의 퇴적을 줄이는 방법으로서, 가공 영역 근방의 표면에 기체를 분출하는 유체 송출 장치를 설치하고, 반대 측에 유체를 흡인하는 흡인 덕트를 설치하여 가공 비산물이나 데브리를 가공 영역으로부터 불어서 제거하고, 동시에 이것을 흡인하여 제거하는 수법이 특허 문헌 6에 개시되어 있다.

상술의 특허 문헌 6에 명시된 구성을 도 7에 의해서 설명한다. 도 7에 있어서, 복수의 가공기에 의한 일련의 가공 공정을 거치는 것으로 유리 기판(5)에 각종의 성막 처리와 패터닝을 실시하여 소정의 제품을 제조하는 제조 공정의 일부에 설치한 유리 기판(5)에 제조 번호를 각인하는 레이저 가공 장치에 있어서, 재치(載置)된 유리 기판(5)의 평면에 평행한 2 방향으로 이동하여 제조 번호를 각인하는 각인 영역(21)의 위치 결정을 실시하는 가공 테이블(20)과, 가공 테이블(20)에 재치한 유리 기판(5)의 품종에 대응한 제조 번호를 각인 영역(21)에 각인하는 레이저 조사 장치(22)와, 가공 테이블(20)에 재치한 유리 기판(5)의 각인 영역(21)에 유체(流體)를 분사(噴射)하는 블로 노즐(blow nozzle)(23)을 가지는 유체 송출 장치(24)와, 각인 영역(21)의 유체를 흡인하는 흡인 덕트(28)를 가지는 배기 장치(26)를 갖추고, 레이저 발진기(1)로부터 레이저 조사 장치(22)의 대물렌즈(25)를 거쳐서 출사된 레이저광(1a)에 의한 가공으로 각인 영역(21)의 블랙 매트릭스(27)에 레이저광(1a)을 조사하는 것으로 발생하는 가공 비산물(이물(異物), 데브리)(7)을 제거하도록 구성되어 있다.

그러나, 이것들은 데브리 회수의 목적은 인체에 영향을 주지 않을 정도로 데브리를 회수하는 레벨이며, 액정 패널 유리 기판에 형성하는 투명 도전막과 같은 파인 디바이스의 가공에 적용할 수 있는 수㎛~수십㎛ 오더의 파티클의 패턴을 제어하여 제거하고, 회수하는 것은 아니었다.

또, 레이저원으로서의 예를 들면 엑시머 영역의 레이저 파장에서는, 상기한 바와 같은 어블레이션이라고 하는 반응 메커니즘이 존재한다고 말해지고 있다. 이 어블레이션 가공에서는, 피가공재료가 레이저광의 에너지를 흡수함으로써, 분자 골격을 형성하는 화학 결합을 절단하고, 열을 발생시키지 않고 재료를 분해한다고 말해지고 있다. 그러므로, 발생하는 데브리도 적다고 보고되고 있다. 그리고, 데브리 회수 방법도, 헬륨(He) 가스나 질소(N2) 가스 등을 내뿜을 뿐인 간단하고 편리한 방법이 일반적이다. 그런데 실제의 가공에서는, 광화학 반응의 어블레이션만으로 가공할 수 있는 경우는 적고, 열의 영향도 포함한 복합 프로세스가 된다.

또한, 액정 패널을 비롯한 반도체 프로세스 응용 제품은 재료의 막(膜)구성이 복잡하고, 단층막과는 다른 현상이 일어난다. 이와 같이 복수의 프로세스 요인이 혼재하고 있는 경우, 데브리 회수는 단순하지만은 않게 되며, 데브리 발생 메커니즘을 상세하게 해석하여 각각 맞는 데브리 회수 방법을 개발해야 한다. 투명 도전막은, 현재, 플랫 디스플레이 등의 다층막기판이나 태양전지 등의 투명 전극으로서 채용되고 있다. 또, 장래의 표시 디바이스로서 개발이 진행되고 있는 전자 페이퍼의 분야에서도 투명 전극으로서 투명 도전막이 널리 채용되고 있고, 그 용도는 확대되고 있다. 그리고, 디스플레이의 고정밀화, 저비용화의 경쟁은, 근래보다 격렬해지고 있고, 제조 현장에서도 보다 고품질, 고생산성이 요구되고 있 다. 따라서 본 발명에서는 데브리 발생 메커니즘을 상세하게 해석하여 각각 맞는 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 얻으려고 하는 것이다.

[특허 문헌 1]특개2004－153171호 공보

[특허 문헌 2]특개2004－188451호 공보

[특허 문헌 3]특개2002－126890호 공보

[특허 문헌 4]특개2000－317670호 공보

[특허 문헌 5]특개평9－271980호 공보

[특허 문헌 6]특개평10－99978호 공보

본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 플랫 디스플레이 패널이나 태양전지 등에 있어서의, 레이저를 이용한 레이저 가공 방법에 있어서, 레이저 조사에 의한 데브리의 발생 메커니즘을 해명하여, 이것을 이용함으로써 효율적으로 데브리를 회수하는 것을 가능하게 한다. 그리고, 종래 포토리소그래피 공정에서 실시했었던 패터닝 방법을 레이저에 의한 패터닝 방법으로 전환함으로써, 투자의 경감ㆍ환경 부하 저감ㆍ제조 비용 삭감ㆍ풋 프린트 삭감을 실현하려고 하는 것이다.

본 발명은 상술의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1의 목적은, 투명 수지층의 에칭이나 패터닝을 실시할 때에 레이저광을 투명 수지층이 형성되는 기판 하부로부터 조사함으로써, 기판 위쪽에 등방적(等方的)으로 데브리를 발생시키도록 한 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 얻는데 있다.

본 발명의 제 2목적은, 기판 하부로부터 조사할 때에, 투명 수지층과의 계면(界面)에 블랙 수지층을 부가함으로써, 레이저광이 가지는 에너지의 흡수를 높이고, 블랙 수지 재료를 기화(氣化)시키고, 그 급격한 체적 팽창에 의해 투명막의 데브리를 위쪽으로 비산시키도록 한 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 얻는데 있다.

본 발명의 제 3목적은, 기판 위쪽에 데브리 회수 기구를 설치하고, 기판의 하부로부터 레이저를 조사함으로써, 데브리 회수 효율을 비약적으로 향상한 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 얻는데 있다.

본 발명의 제 4목적은, 레이저광을 흡수하기 쉬운 블랙 수지층을 투명 수지층상에 형성하고, 이 블랙 수지층에 레이저를 포커스시키고, 그 면의 포커스를 미세 조정함으로써, 패터닝 에지의 가공 형상을 제어한 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 얻는데 있다.

제 1의 본 발명의 레이저 가공 장치는, 기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 레이저 가공 장치에 있어서, 기판의 하부로부터 레이저광을 조사함과 동시에 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 기판상의 투명 수지층의 승화(昇華), 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것이다.

제 2의 본 발명의 레이저 가공 방법은, 기판상에 형성되는 투명 수지층의 패 터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 레이저 가공 방법에 있어서, 기판의 하부로부터 레이저광을 조사함과 동시에 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 기판상의 투명 수지층의 승화, 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것이다.

제 3의 본 발명의 데브리 회수 기구는, 기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 데브리 회수 기구에 있어서, 기판의 하부로부터 레이저광을 조사함과 동시에 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 기판상의 투명 수지층의 승화, 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것이다.

제 4의 본 발명의 데브리 회수 방법은, 기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 데브리 회수 방법에 있어서, 기판의 하부로부터 레이저광을 조사함과 동시에 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 기판상의 투명 수지층의 승화, 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것이다.

제 5의 본 발명의 레이저 가공 장치는, 기판상의 다층막상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 레이저 가공 방법에 있어서, 기판상에 형성한 투명 수지층상에 레이저광의 파장으로 흡수되는 박막을 형성하고, 기판의 위쪽으로부터 조사하는 이 레이저광을 박막에 디포커스 시켜 박막에 단면이 절구 모양의 패턴 에지를 형성하도록 한 것이다.

제 6의 본 발명의 레이저 가공 장치는, 기판상에 형성한 투명 수지층상에 레 이저광의 파장으로 흡수되는 색의 박막을 형성하고, 기판의 위쪽 또는 하부로부터 조사하는 레이저광을 박막에 디포커스 시켜 박막에 단면이 절구 모양 또는 역(逆)절구 모양의 패턴 에지를 형성하도록 한 것이다.

이하, 본 발명의 형태예를 도 1 내지 도 6에 의해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 레이저 가공 장치의 형태예를 나타내는 전체적 구성도, 도 2는 본 발명의 레이저 가공 장치의 데브리의 발생 메커니즘을 설명하기 위한 다층 박막 형성 공정을 나타내는 형태예의 기판의 옆 단면도, 도 3은 본 발명의 레이저 가공 장치의 데브리의 발생 메커니즘을 설명하기 위한 다층 박막 형성 공정을 나타내는 다른 형태 예의 기판의 옆 단면도, 도 4는 본 발명의 레이저 가공 장치의 레이저의 형성막의 가공 방법의 형태예를 설명하기 위한 기판의 옆 단면도, 도 5는 본 발명의 레이저 가공 장치의 형성막의 가공 방법의 다른 형태예를 설명하기 위한 기판의 옆 단면도, 도 6은 본 발명의 레이저 가공 장치의 형성막의 가공 방법의 또 다른 형태예를 설명하기 위한 기판의 옆 단면도이다.

본 발명은, 가공 대상물인 유리 기판에 형성한 다층막상에 투명 도전막이나 투명 수지층을 형성할 때에 투명 수지층의 표면에 레이저광을 하면으로부터 조사하여, 어블레이션, 열 용해 혹은 그러한 복합 작용에 의한 레이저 가공시에 발생하는 가공 비산물인 데브리를 제거 회수하는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법을 제공하는 것이다.

이하 본 발명의 레이저 가공 장치의 형태예를 도 1에 의해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 개략적 레이저 광학계와 데브리 회수 기구를 나타내는 것으로, 도 1에 있어서, 레이저 광원을 가지는 레이저 발진기(1)로부터 출사한 레이저광(1a)은 예를 들면, 호모지나이저나 회절 격자로 구성되는 평탄화 광학계(2)를 통해, 레이저 광원으로부터의 에너지가 일정하게 되도록 평탄화된다. 레이저광(1a)의 사이즈를 결정하는 가변 애퍼추어(3)에서 소망한 사이즈의 레이저 빔(3a)으로 정형(整形)된다. 또, 가변 애퍼추어(3)에서 사이즈가 결정된 레이저 빔(3a)은 축소 투영 렌즈(4)에 의해 축소 집광되어서, 유리 등의 기판(5)의 하부로부터 기판(5)의 표면의 다층막상에 형성되는 투명 수지층(8)에 조사된다. 기판(5)의 위쪽에는, 데브리 회수 기구(6)가 설치되어 있고, 발생하는 투명 수지층(8)으로부터 발생하는 데브리(7)를 데브리 회수 기구(6)에 의해서 회수한다 .

도 1에 나타내는 레이저 발진기(1)의 레이저 광원에는, 예를 들면, 엑시머 레이저 등을 이용할 수 있다. 엑시머 레이저에는, 레이저 매질(媒質)이 다른 복수의 종류가 존재하고, 파장이 긴 쪽으로부터 XeF(351 nm), XeCl(308 nm), KrF(248 nm), ArF(193 nm), F2(157 nm)가 존재한다. 단, 레이저원은 엑시머 레이저에 한정되지 않고, 고체 레이저나 CO2 레이저 등이어도 좋다. 평활화 광학계(2)는, 미러에 의해서 반사된 레이저 광원으로부터의 레이저광(1a)을 정형, 빔 강도의 균일화를 실시하여 출력한다. 가변 애퍼추어(3)는, 예를 들면 금속재료로 형성된 소정 애퍼추어의 구멍 뚫린 마스크, 투명한 유리 재료나 금속 박막으로 형성된 포토마스크, 유전체 재료로 형성된 유전체 마스크나 애퍼추어가 가변 가능한 가변 애퍼추어가 이용된다.

애퍼추어(3)를 통과한 레이저광(1a)은 소정의 빔 지름을 가지고 있다. 이 애퍼추어(3)를 통과한 레이저 빔(3a)은 축소 촬영 렌즈(4)를 거쳐서 소정의 축소 배율로 기판(5)상의 가공 대상물인 투명 수지층(8)의 가공면에 투영된다. 이 축소 투영 렌즈(4)로부터 투영되는 레이저광이 기판(5)상에 형성한 투명 수지층(8)의 가공면에 합초(合焦)하도록 축소 투영 렌즈(5)가 배치되어 있다. 기판(5)은 도시하지 않는 스테이지상에 설치되며, 이 스테이지에 설치한 투명한 구멍을 거쳐서, 레이저 발진기(1)로부터의 레이저 빔(3a)이 투명 수지층(8)의 가공면상(加工面上)을 주사 가능하도록, 레이저 빔(3a)의 광축에 직교하는 수평면을 따라서 이동 위치 결정이 가능하게 되어 있다.

상기한 레이저 가공 장치를 이용하여, 레이저 발진기(1)로부터 조사되는 레이저광의 파장이, 투명 수지층(8)에 많이 흡수되는 경우의 데브리 발생의 메커니즘을 도 2(a) 내지 도 2(f)에 의해 설명한다. 먼저, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 유리 등의 기판(5)상에 형성한 투명 수지층(8)과의 경계면(9)에 레이저원으로부터 레이저 빔(3a)의 조사가 하면으로부터 투명한 기판(5)을 거쳐서 행해지면, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 열 반응에 의한 용해나 어블레이션 반응에 의한 승화나 물리적 파괴의 복합 작용이 일어나 투명 수지층(8)의 하면에서 에칭이 시작된다. 이 경우, 기판(5)의 하부로부터 레이저 빔(3a)을 조사하고 있기 때문에, 투명 수지층(8)은 기판(5)과의 계면면(界面面)(9) 측으로부터 레이저 빔(3a)의 에너지를 흡수하여, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 에칭된 부분이 가열되어, 가열 에칭부(10a)를 구성한다.

레이저 빔(3a)의 에너지가 투명 수지층(8)의 임계치(기화열)를 넘으면, 투명 수지층(8)은 고체로부터 단번에 기화(氣化)하고, 경계면(9)에서 도(d)에 나타내는 바와 같이 가열 에칭부(10a)가 급격한 체적 팽창을 일으켜 체적 팽창부(10b)를 발생시킨다.

그리고, 투명 수지층(8)이 밀어 올려져서 마이크로 균열이 생기고, 마지막에는, 도 2(e) 및 도 2(f)에 나타내는 바와 같이, 투명 수지층은 위쪽을 향해 등방적으로 부서지며, 폭발하는 것 같이 흩날리게 되며, 이것이 데브리가 된다.

다음에, 도 3(a) 내지 도 3(f)에 의해서 레이저 발진기(1)의 레이저원으로부터의 레이저광(3a)의 파장이 투명 수지(8)에 그다지 흡수되지 않는 경우의 구성에 대해 설명한다. 이 경우는 기판(5)과 투명 수지층(8)과의 사이에 예를 들면 블랙 수지층(11)과 같은 레이저광을 흡수하기 쉬운 층을 개재시킨다. 즉, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이 유리의 기판(5)과 블랙 수지층(11)의 사이의 경계면(9a)에 블랙 수지층(11)을 형성하고, 이 블랙 수지층(11)상에 투명 수지층(8)을 형성한다. 이 예에서는 자외(紫外) 영역의 파장의 레이저광을 발생하는 레이저광(1a)을 이용하고 있기 때문에, 블랙 수지층(11)의 색을 검게 하고 있지만, 사용하는 레이저광의 파장이 흡수하기 쉬운 색의 파장 흡수색층이면, 흑색으로 특히 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에서는 만일 블랙 수지층(11)이라고 부르는 것으로, 이 블랙 수지층(11)은 파장에 따른 색을 흡수하는 파장 흡수색층에 포함되는 것이다.

도 1의 레이저 가공 장치를 이용하여, 상술의 레이저 발진기(1)로부터 조사되는 레이저광(1a)의 파장이, 파장에 따른 색을 흡수하는 파장 흡수색층을 거쳐서 투명 수지층(8)에 흡수되기 어려운 경우의 데브리 발생의 메커니즘을 도 3(a) 내지 도 3(f)에 의해 설명한다. 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 유리 등의 기판(5)상에 레이저 빔(3a)의 파장에 따른 색을 흡수하는 파장 흡수색층(이하, 블랙 수지층이라고 적는다)(11)을 형성하고, 이 블랙 수지층(11)상에 투명 수지층(8) 형성한다. 투명의 유리 등의 기판(5)과 블랙 수지층(11)의 경계면(9a)에 레이저원으로부터 레이저 빔(3a)의 조사가 도 3(b)과 같이 하면으로부터 기판(5)을 거쳐서 행해지면, 블랙 수지층(11)에 레이저 빔(3a)의 에너지가 흡수되어 가열되어, 가열부(11a)가 형성된다.

레이저 빔(3a)의 에너지가 투명 수지층(8)의 임계치를 넘으면, 도 3(c)에 나타내는 투명 수지층(8)의 가열 에칭부(10a)는 가열되며, 한층 더 에너지를 흡수한 블랙 수지장(樹旨裝)(11)의 가열부(11a)는 기화하고, 급격한 체적 팽창(10b)을 일으킨다. 그리고, 한층 더 에너지를 흡수한 가열부(11a)는 기화열을 넘으면 고체로부터 단번에 기화하고, 급격한 체적 팽창을 일으킨다. 그리고, 도 3(d)과 같이, 투명 수지층(8)의 가열 에칭부(10a)에 마이크로 크랙(10c)을 발생시킨다. 마지막에는, 도 3(e) 및 도 3(f)에 나타내는 바와 같이, 투명 수지층(8)은 위쪽으로 등방적으로 부서지며, 폭발하는 것 같이 흩날리게 되며, 이것이 데브리가 된다.

이러한 데브리 발생 메커니즘을 이용하면, 데브리(7)는 위쪽에 등방적으로 비산하기 때문에, 위쪽에 데브리 회수 기구(6)를 설치함으로써, 수㎛~수십㎛ 오더의 패터닝 성형시의 데브리(7)의 회수 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또 에너지 흡수의 방법 및 에너지의 힘에 의해, 마이크로 균열이 생기는 정도를 제어할 수 있고, 데브리의 사이즈를 컨트롤하는 것이 가능해진다.

다음에, 도 4(a) ~ 도4(c)에 의거하여 기판(5)의 상하 방향에서 레이저 빔(3b, 3a)을 조사했을 경우에, 가공 대상물의 에칭 패턴 에지를 소망한 형상으로 가공하는 방법을 설명한다. 도 4(a)와 같이, 기판(5)상에 형성한 투명수층(8)상에 조사하는 레이저광(1a)의 파장을 흡수하는 파장 흡수색층의 파장이 예를 들면, 자외선을 흡수하는 것이면 블랙의 박막으로 이루어지는 수지층(11b)을 부가한다. 이 박막의 수지층(11b)은, 블랙의 수지층이어도 좋지만, 간단하게는 매직 펜에 의한 도료 등의 유기물로 착색하는 것만으로도 좋다. 여기에, 도 7에서 설명한 대물렌즈(25)나 축소 투영 렌즈(4)의 초점 심도(深度)가 위쪽 레이저 빔(3b)과 아래쪽으로부터 조사하는 레이저 빔(3a)이 도 4(a)의 A부 확대도인 도 4(c)에 나타내는 바와 같이 수지층(11b)의 표리면에 정확히 포커스점(F1, F2)이 맞도록 레이저광(1a)의 조사를 실시하면, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이 에칭 패턴 에지를 대략 수직 형상(12)의 에지로 가공이 가능해진다.

한편, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 아래쪽으로부터의 레이저 빔(3a)의 포커스점(F3)이 위쪽으로 어긋나 있는 경우는 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 역절구 모양의 역(逆)테이퍼 형상(13)이 된다. 또, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 위쪽으로부터의 레이저 빔(3b)의 포커스점(F4)이 아래쪽으로 어긋나 있는 경우는 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 절구 모양의 테이퍼 형상(14)이 된다. 이러한 현상은, 수지장(樹脂裝)(11a)의 도장(塗裝)의 색을 검게 하여 에너지의 흡수를 높임으로써, 빔 프로파일이 현저하게 가공에 영향을 주기 때문으로 생각된다. 이 실시예에서는, 액정 패널 제작에 맞춘 투명 수지층으로 설명했지만, 투명 수지층은 수 지 재료로 한정되지 않고, ITO 등의 투명 도전막 등이어도 좋은 것은 분명하다.

본 발명 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법 조사에 의하면, 이하가 달성된다.

(가) 레이저광의 흡수가 높은 투명 수지층에 하부로부터 레이저를 조사하고, 데브리를 위쪽에 등방적으로 발생시키는 것이 가능해진다.

(나) 레이저광의 흡수가 낮은 투명 수지층에 블랙 수지층과 같은 레이저광을 흡수하기 쉬운 수지층을 부가함으로써, 데브리를 위쪽에 등방적으로 발생시키는 것이 가능해진다.

(다) 상기 (가) (나)에 의해, 위쪽에 데브리 회수 기구를 설치함으로써, 데브리 회수율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

(라) 기판에 블랙 수지층을 부가함으로써, 소망한 패턴 에지 형상을 얻을 수 있다.

(마) 상기 (다) (라)에 의해, 레이저에 의한 직접적인 패터닝이 가능해지고, 종래 포토리소 공정에서 실시했었던 패터닝을 치환하는 것이 가능해지는 등의 효과를 가진다.

본 발명의 제 1 내지 제 4의 레이저 가공 장치와 그 가공 방법 및 데브리 회수 기구와 그 회수 방법에 의하면, 기판의 다층막상에 투명 도전막을 패터닝 할 때에 발생하는 데브리를 지극히 효율적으로, 회수 가능한 데브리 회수 수단을 제공할 수 있다.

본 발명의 제 5 및 제 6의 레이저 가공 장치에 의하면, 소정 패턴 형상의 수지층을 얻을 수 있다.

Claims

기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리(debris)를 제거 회수하는 레이저 가공 장치에 있어서,

상기 기판의 하부로부터 상기 레이저광을 조사함과 동시에 이 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 이 기판상의 상기 투명 수지층의 승화, 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 레이저 가공 방법에 있어서,

상기 기판의 하부로부터 상기 레이저광을 조사함과 동시에 이 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 이 기판상의 상기 투명 수지층의 승화, 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 데브리 회수 기구에 있어서,

상기 기판의 하부로부터 상기 레이저광을 조사함과 동시에 이 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 이 기판상의 상기 투명 수지층의 승화, 열 가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것을 특징으로 하는 데브리 회수 기구.
기판상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 데브리 회수 방법에 있어서,

상기 기판의 하부로부터 상기 레이저광을 조사함과 동시에 이 기판의 상부에 데브리 회수 수단을 설치시키는 것으로 이 기판상의 상기 투명 수지층의 승화, 열가공 및 그러한 복합 작용에 의한 데브리를 흡수 회수하도록 한 것을 특징으로 하는 데브리 회수 방법.
제 3항에 있어서,

상기 기판과 상기 투명 수지층간에 상기 레이저광의 파장으로 흡수되는 색의 박막을 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 데브리 회수 기구.
제 5항에 있어서,

상기 박막이 상기 레이저광의 자외(紫外) 파장 영역에서 흡수되는 블랙 박막인 것을 특징으로 하는 데브리 회수 기구.
제 2항에 있어서,

상기 기판상에 형성한 상기 투명 수지층상에 상기 레이저광의 파장으로 흡수 되는 색의 박막을 형성하고, 이 기판의 하부로부터 조사하는 이 레이저광을 이 박막에 디포커스 시켜 이 박막에 단면이 역(逆)절구 모양의 패턴 에지를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
기판상의 다층막상에 형성되는 투명 수지층의 패터닝 가공시의 레이저광의 조사로 발생하는 데브리를 제거 회수하는 레이저 가공 방법에 있어서,

상기 기판상에 형성한 상기 투명 수지층상에 상기 레이저광의 파장으로 흡수되는 박막을 형성하고, 이 기판의 위쪽으로부터 조사하는 이 레이저광을 이 박막에 디포커스 시켜 이 박막에 단면이 절구 모양의 패턴 에지를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 8항에 있어서,

상기 기판의 위쪽으로부터 상기 박막에 상기 레이저광을 조사함과 동시에 이 기판의 하부로부터도 이 박막에 저스트 포커스 시키는 것으로 이 박막에 단면이 수직장의 패턴 에지를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.