KR20150029597A

KR20150029597A - 정밀 특징점 마킹을 위한 고해상도 디지털 암호화된 레이저 스캐너의 최적화 방법

Info

Publication number: KR20150029597A
Application number: KR20140120247A
Authority: KR
Inventors: 켄 그로스
Original assignee: 엔라이트 포토닉스 코포레이션
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-03-18
Also published as: CN104416289B; TW201518021A; TWI611855B; CN104416289A; KR101883289B1

Abstract

본 명세서에서는 레이저 스캐닝 시스템 및 이를 이용한 방법이 개시된다. 몇몇 실시예들에서, 레이저 스캐닝 시스템은 물질의 표면을 침습적 또는 비침습적으로 스캔하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들은 다층 구조물을 스캐닝하는 방법들을 포함한다. 몇몇 실시예들은 레이저 빔 직경을 변화시키기 위해 초점 조정 광학 시스템을 변환하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예들은 20-비트 레이저 스캐닝 시스템을 사용한다.

Description

정밀 특징점 마킹을 위한 고해상도 디지털 암호화된 레이저 스캐너의 최적화 방법{OPTIMIZATION OF HIGH RESOLUTION DIGITALLY ENCODED LASER SCANNERS FOR FINE FEATURE MARKING}

본 발명은 일반적으로 레이저 프린팅에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정밀 특징점 마킹(fine feature marking)을 위한 고해상도 디지털 암호화된 레이저 스캐너의 최적화 방법에 관한 것이다.

이 출원은 2013년 9월 18일 출원된 미국 특허출원 14/030,799 및 PCT 출원 PCT/US2013/060470의 계속 출원이다. 이들은 모두 2013년 5월 2일 출원된 임시 특허 출원(Provisional Patent Application) 61/818,881과, 2013년 2월 21일 출원된 임시 특허 출원 61/767,420에 대해 우선권을 주장한다.

이 출원은 2014년 2월 21일 출원된 PCT 출원 PCT/US2014/017841의 계속 출원이고, 2013년 5월 2일 출원된 임시 특허 출원 61/818,881과, 2013년 2월 21일 출원된 임시 특허 출원 61/767,420의 우선권 주장을 수반하여 2013년 9월 9일 출원되었다.

이 출원은 2014년 2월 21일 출원된 PCT 출원 PCT/US2014/017836의 계속 출원이고, 2013년 9월 18일 출원된 미국 특허 출원 14/030,799 및 2013년 5월 2일 출원된 미국 임시 특허 출원 61/818,881 및 2013년 2월 21일 출원된 임시 특허 출원 61/767,420의 우선권 주장의 이익을 향유한다.

이 출원은 2013년 9월 9일 출원된 미국 임시 특허 출원 61/875,679의 우선권 주장의 이익을 주장한다.

선행 특허 출원 PCT/US2013/060470, PCT/US2014/017836, PCT/US2014/017841, 14/030,799, 61/818,881, 61/767,420, 및 61/875,679는 그들 모두가 본 명세서에서 참조 문헌으로 합체된다.

스마트폰 및 테블릿 컴퓨터를 포함하는 많은 분야에서, 더 작고 더 휴대하기 쉬운 컴퓨팅 디바이스에 대한 강한 요구가 실질적인 개혁을 이끌어 왔다. 그러나, 터치 센서 패터닝 및 인쇄된 전자 장치 분야에서는 여전히 발전의 여지가 많이 남아 있다.

포토리소그래피(photolithography), 스크린 인쇄, 레이저 프로세싱 등을 포함하는 현재의 기술들은, 공정 단계의 수 및 많은 공정 단계들 간의 전환에서 소비되는 비용 및 시간 때문에 다양한 문제점을 가지고 있다. 다양한 공정 단계와 관련된 비용 뿐만 아니라, 포토리소그래피와 스크린 인쇄 기술은 많은 단점을 포함하고 있으며, 고가의 가연성(consumable) 및 독성의 쓰레기와 연관된 증가되는 비용을 포함하고 있다.

또한, 전통적인 레이저 처리 기술도 많은 문제점을 가지고 있다. 불행하게도 현재의 기술로는 인쇄된 전자 장치 및 터치 센서를 처리하기 위한 더 효과적인 방법 및 시스템을 제시하지 못하고 있다.

따라서, 문제점을 수반하지 않으면서 이들 장치들을 처리하기 위한 개선된 방법 및 시스템이 필요하다.

본 발명에 따르면, 물질을 흡열(ablating)하지 않고 기판 표면의 전도성을 바꿀 수 있는 레이저 공정 형식의 혁신을 제공함으로써 전술된 문제점을 해결할 수 있게 된다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 투명 기판을 처리하기 위한 방법이 제공된다.

상기 방법은, 상기 투명 기판 위에 배치된 전도층을 비전도 특성으로 변화시키기 위해 선택되는 레이저 파라미터들을 가지는 적어도 하나의 레이저 펄스를 생성하는 단계와 상기 펄스를 상기 전도층으로 조사하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 레이저 파라미터들은 약 200ps 미만의 펄스 길이와 약 1.5 J/cm² 미만의 펄스 강도(pulse fluence)를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 펄스의 스폿 사이즈(spot size)는 입사 펄스에 대하여 상기 기판의 위치를 변화시킴으로써 5 내지 100 μm 범위에서 변화될 수 있다.

어떤 실시예에서는, 상기 투명 기판은 상기 전도층으로부터의 기판 반대편 표면 위에 배치된 보호 필름을 포함하고, 상기 전도층에 대한 비침습 공정(non-ablative processing) 동안 상기 보호 필름은 제거되지 않는다.

어떤 실시예에서는, 상기 투명 기판은 유연성 있는 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate) 물질로 제조된다.

어떤 실시예에서는, 관찰자의 육안으로는, 공정 처리되지 않은 인접한 전도층에 비해 상기 비전도 특성이 눈에 띄게 구별되지 않거나 매우 낮은 가시성(visibility)을 가진다.

어떤 실시예에서는, 상기 펄스는 상기 투명 기판을 통해 상기 전도층으로 조사된다.

어떤 실시예에서는, 상기 전도층은 은 나노와이어를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 레이저 펄스로 처리한 후에 상기 전도층의 표면 거칠기는 실질적으로 변화되지 않는다.

어떤 실시예에서는, 선택적인 산화 반응을 통해 처리된 영역 내에서 상기 전도층은 비전도성이 된다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 플레시블 투명 기판 상의 은 나노와이어의 전도성 매트릭스의 면저항을 변화시키는 방법이 제공된다.

상기 방법은, 은 나노와이어를 흡열냉각(ablating)하지 않고 상기 전도성 매트릭스의 면저항을 증가시키는 범위에서 선택된 레이저 파라미터들을 구비한 적어도 하나의 레이저 펄스를 생성시키는 단계, 면저항을 증가시키기 위해 상기 펄스를 상기 전도성 매트릭스에 조사하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 플렉시블 투명 기판은 상기 은 나노와이어의 전도성 매트릭스 반대편 기판 표면 위에 배치된 보호 필름을 포함하고, 상기 레이저 펄스에 의한 상기 전도성 매트릭스에 대한 비침습적(nonablative) 처리 동안 상기 보호 필름은 제거되지 않는다.

어떤 실시예에서는, 관찰자의 육안으로는, 공정 처리되지 않은 인접한 영역에 비해 다수의 레이저 펄스에 의해 공정 처리된 영역은 눈에 띄게 구별되지 않거나 매우 낮은 가시성(visibility)을 가진다.

본 발명의 또 다른 양상에 의하면, 펄스 레이저 빔으로 투명 기판을 처리하는 방법이 제공된다.

상기 기판은 선택된 표면 위에 배치된 전도성 물질을 구비하고, 상기 전도성 물질은 선택된 파라미터들을 가지는 펄스 레이저 빔에 의해 비전도성 물질로의 비침습적 변화를 일으킬 수 있으며,

상기 방법은 상기 선택된 파라미터들을 갖는 적어도 하나의 레이저 펄스를 발생시키는 단계와 비전도성 물질로의 변화를 발생시키기 위해 상기 기판 위의 전도성 물질에 상기 펄스를 조사하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 투명 기판은 상기 전도성 물질로부터 반대편에 있는 기판의 표면 위에 배치된 보호 필름을 포함하고, 상기 전도성 물질에 대한 비침습 공정 동안 상기 보호 필름은 제거되지 않는다.

어떤 실시예에서는, 관찰자의 육안으로는, 공정 처리되지 않은 물질에 비해 상기 비전도 물질은 눈에 띄게 구별되지 않거나 매우 낮은 가시성(visibility)을 가진다.

본 발명의 또 다른 양상에 의하면, 펄스 레이저 빔으로 플렉시블 투명 기판의 전도성 물질층을 처리하는 방법이 제공된다.

상기 전도성 물질층은, 선택된 레이저 펄스 파라미터들을 갖는 레이저 펄스에 노출되면 물질층을 융해 제거(ablatively removing)하지 않고 전도성 물질이 비전도성 물질이 되도록 한다.

상기 방법은, 선택된 레이저 펄스 파라미터들을 구비한 적어도 하나의 레이저 펄스를 생성시키는 단계, 상기 펄스를 상기 기판의 전도성 물질층에 조사하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 전도성 물질층은 은 나노와이어를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상에 의하면, 타겟 표면들은 레이저 펄스로 처리될 수 있고, 그 결과 처리된 영역들은 실질적인 확대가 아니라면 인접한 비처리 영역들과 구별할 수 없게 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 의하면, 보호층이 처리될 기판의 표면 위에 배치될 수 있고, 이 보호층은 공정 처리 동안 제거될 수도 있고 기판으로부터 제거되지 않을 수도 있다.

본 발명의 일 양상에 의하면, 다층 구조물을 레이저 패터닝하는 방법이 개시된다.

상기 다층 구조물은, 기판, 상기 기판 위에 배치되는 제1층, 상기 제1층 위에 배치되는 제2층, 상기 제2층 위에 배치되는 제3층을 포함하고,

상기 방법은, 선택된 부분이 비전도성이 되도록 상기 제3층의 선택된 영역의 전도성을 비침습적으로 변화시키기 위해 선택된 레이저 파라미터들을 갖는 적어도 하나의 레이저 펄스를 생성시키는 단계와,

상기 펄스를 상기 다층 구조물에 조사하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 펄스에 의해 상기 제1층의 전도성이 실질적으로 변화되지 않는다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층 및 제3층은 은 나노와이어를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층은 ITO를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 제2층은 절연 특성을 가진 포토레지스트이다.

어떤 실시예에서는, 상기 제2층은 상기 펄스의 전도성 변화 특성으로부터 상기 제1층을 보호하도록 구성된다.

어떤 실시예에서는, 상기 제2층은 상기 펄스로부터의 에너지를 흩어지게 하거나 흡수하도록 구성된다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층은 상기 제3층 보다 더 높은 전도 변화 문턱치(conductivity alteration threshold)를 갖는다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층은 전도 변화 문턱치를 높이기 위해 열처리된다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 다층 적층 구조물을 형성하는 방법이 제공된다.

상기 방법은, 기판을 제공하는 단계,

상기 기판 위에 전도성의 제1층을 적층하는 단계,

상기 제1층의 선택된 부분이 비전도성이 되도록 상기 제1층을 레이저 패터닝하는 단계,

상기 제1층 위에 절연성의 제2층을 적층하는 단계,

상기 제2층 위에 전도성의 제3층을 적층하는 단계, 그리고

상기 제1층의 전도성이 실질적으로 변화하지 않으면서 상기 제3층의 선택된 부분이 비전도성이 되도록 상기 제3층을 비침습적 레이저 패터닝하는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층은 ITO를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 제2층은 상기 제3층에 대한 비침습적 레이저 패터닝 동안에 상기 제1층이 전도성 변화하는 것을 보호하도록 구성된다.

어떤 실시예에서는, 상기 제2층은 상기 제3층에 대한 비침습적 레이저 패터닝 동안 에너지를 흩어지게 하거나 흡수하도록 구성된다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층은 상기 제3층 보다 더 높은 전도성 변화 문턱치(conductivity alteration threshold)를 갖는다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층이 레이저 패터닝된 후에 상기 제1층을 열처리하는 과정을 더 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 제1층에 대한 상기 레이저 패터닝은 비침습성(non-ablative)이다.

어떤 실시예에서는, 광학 처리 시스템은,

타겟 표면에 광학 처리 빔을 조사하기 위해 위치된 대물 렌즈(objective lens)와,

상기 광학 처리 빔이 상기 타겟 표면을 가로질러 스캔하도록 위치된 스캐닝 시스템을 포함한다.

초점 조정 광학 시스템은,

초점 조정 광학 소자와 초점 작동기(focus actuator)를 포함하며,

상기 초점 조정 광학 소자는 상기 대물 렌즈에 상기 광학 빔을 조사하기 위해 위치된다.

상기 초점 작동기는, 처리 빔이 상기 타겟 표면을 가로질러 스캔됨에 따라 상기 처리 빔의 초점을 유지하기 위해 상기 대물 렌즈의 축을 따라 상기 초점 조정 광학 소자를 변환(translate)하기 위해 상기 초점 조정 광학 소자와 연동(coupled)된다.

빔 직경 작동기는, 상기 타겟 표면에서의 처리 빔 직경을 정의하기 위해 상기 초점 조정 광학 시스템을 변환하도록 위치된다.

어떤 예시에서는, 상기 타겟 표면을 가로질러 스캔하는 동안 상기 처리 빔의 초점을 유지하기 위해, 컨트롤러가 상기 초점 작동기와 연동된다.

다른 예시에서는, 기판 스테이지가, 상기 대물 렌즈의 축을 따라 상기 타겟 표면의 위치를 위치시키는 스테이지 작동기를 포함한다.

또 다른 예시에서는, 상기 컨트롤러가 상기 빔 직경 작동기 및 상기 스테이지 작동기와 연동되고, 상기 컨트롤러는 선택된 빔 직경을 기반으로 상기 초점 조정 광학 시스템 및 상기 기판 스테이지를 변환한다.

어떤 예시에서는, 상기 빔 직경 작동기는 상기 초점 조정 광학 시스템의 계단식 변환(stepwise translations)을 생성하고, 상기 대물 렌즈의 축을 따른 적어도 두 개의 위치들을 변환할 수 있다.

여기서, 초점된 빔 직경들과 연관된 상기 두 개의 위치들은 큰 직경 대비 작은 직경의 비율이 적어도 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 7.5:1, 또는 10:1 중 어느 하나를 가진다.

일반적으로, 상기 빔 직경 작동기는, 은 페이스트 전도성 경계들, 은 나노와이어 또는 ITO(indium tin oxide) 전도층들에 대한 침습성 처리 및 비침습성 처리에 대응하는 적어도 두 개의 처리 빔 직경을 정의하기 위해, 상기 초점 조정 광학 시스템을 변환하도록 위치된다.

어떤 실시예에서는, 레이저는 처리 빔을 생성하고, 레이저 컨트롤러는 상기 처리 빔 직경에 기반하여 광학 빔 파워를 선택한다.

어떤 실시예에서는, 상기 대물 렌즈의 상면 만곡(field curvature)을 보상하기 위해, 상기 초점 작동기는 상기 대물 렌즈의 축을 따라 상기 초점 조정 광학 소자를 변환하도록 상기 초점 조정 광학 소자와 연동된다.

본 발명의 방법은, 상기 대물 렌즈로부터의 광학 빔으로 기판을 처리하는 동안, 타겟에서의 처리 빔 초점을 유지하기 위해 대물 렌즈의 축을 따라 초점 조정 광학 소자를 변환하는 단계를 포함한다.

처리 빔 직경은, 상기 대물 렌즈의 축을 따라 상기 초점 조정 광학 소자를 변환함으로써 선택된다.

어떤 예시에서는, 처리 빔 직경은 적어도 2 개의 기결정된 값들 중에서 선택되며, 상기 기결정된 값들은 적어도 1.5:1인 큰 직경 대비 작은 직경의 비율을 가진다.

다른 예시에서는, 타겟은 전도층과 전도성 경계를 구비한 복합체(composite)이고, 여기서 상기 적어도 2개의 기결정된 값들은 상기 전도층 및 전도성 경계를 각각 처리하기 위해 선택된 제1 및 제2 처리 빔 직경을 포함한다.

추가적인 예시에서는, 상기 전도층은 비침습성으로 처리되고 상기 전도성 경계는 침습성(또는 그 반대로)으로 처리되도록 상기 제1 및 제2 처리 빔 직경이 선택된다.

전형적인 응용예로, 상기 처리 빔 직경은 하나 이상의 은 나노와이어 또는 ITO층 그리고 은 페이스트 전도성 경계를 처리하기 위해 선택된다.

어떤 실시예에서는, 상기 타겟은 상기 선택된 처리 빔 직경을 기반으로 상기 대물 렌즈의 축을 따라 변환된다.

대타겟인 예시에서, 복합체 기판의 전도층 및 전도성 경계를 처리하기 위해 적어도 2개의 처리 빔 직경이 선택되고,

상기 처리 빔 직경은 적어도 2개의 기결정된 값들 중에서 선택되며, 여기서 기결정된 값들은 적어도 2:1의 큰 직경 대비 작은 직경의 값을 가진다.

어떤 예시에서는, 상기 전도층은 비침습성으로 처리되고 상기 전도성 경계는 침습성(또는 그 반대로)으로 처리되도록 상기 제1 및 제2 처리 빔 직경이 선택된다.

어떤 예시에서는, 본 발명의 방법은, 상기 제1 및 제2 처리 빔 직경에 대응하는 제1 및 제2 광학 빔 파워를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

어떤 실시예에서는, 본 발명의 방법은,

컴퓨터로 판독 가능한 적어도 하나의 저장 매체에 저장되며, 스캔 벡터와 연관된 적어도 하나의 특징 패턴에 대한 정의를 포함하는, 패턴 기술자(pattern description)를 수신하는 단계;

상기 패턴 기술자를 기반으로 한 고정된 스캔 영역 상에 레이저 빔을 조사하며, 상기 레이저 빔은 레이저 빔 직경의 1/20 미만의 가로 변위 해상도를 구비한 스캔 영역 상에 조사되는 단계를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 본 발명의 방법은,

레이저 빔 직경을 선택하는 단계;

상기 선택된 레이저 빔 직경과 연관된 스캔 평면에서 스캔될 기판을 위치시키는 단계;

상기 기판에 대해 상기 레이저 빔을 스캔함으로써 상기 선택된 레이저 빔 직경을 구비한 레이저 빔에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하며,

상기 레이저 빔은 상기 스캔 평면에서 상기 레이저 빔 직경의 1/10 미만에 상응하는 각 스캔(angular scan) 증가에 따라 스캔된다.

어떤 실시예에서는, 본 발명의 장치는,

처리 빔을 발생시키기 위한 레이저;

광학 시스템; 및,

다수의 스캔 벡터로 정의되는 스캔 패턴을 수신하고, 상기 처리 빔을 기결정된 빔 직경으로 스캔 영역에 조사하는 상기 광학 시스템을 제어하는 스캔 컨트롤러를 포함한다.

어떤 실시예에서는, 상기 스캔 컨트롤러는, 상기 노출된 스캔 벡터와 의도된 스캔 벡터 사이의 가로 옵셋(transverse offset)이 상기 기결정된 빔 직경의 1/10 미만이 되도록 상기 노출된 스캔 벡터를 발생시키기 위해, 상기 광학 시스템이 상기 스캔 영역에 대하여 상기 처리 빔을 스캔하도록 컨트롤하기 위해 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 기판 레이저 빔 처리 단계를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 양상에 따른 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 양상에 따른 레이저 빔 패터닝된 기판의 평면 이미지(top view image)이다.
도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 비처리된 영역과 처리된 영역에 대한 중첩된 프로필로미터(profilometer)를 구비한 이미지이다.
도 5a 및 5B는 각각 본 발명의 일 양상에 따른 비처리된 영역 및 처리된 영역에 대한 XPS 그래프이다.
도 6은 도 5b의 그래프로부터 선택된 종들에 대한 XPS 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일 양상에 따른 예시적인 적층 구조를 도시한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 양상에 따른 예시적인 적층 구조를 도시한 단면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 또 다른 양상에 따른 예시적인 적층 구조를 도시한 단면도이다.
도 10은 예시적인 레이저-기반 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 11은 빔 직경 조정과 관련된 변위들을 예시한 도면이다.
도 12는 도 10에 예시된 시스템으로 처리된 복합체을 도시한 도면이다.
도 13은 다른 빔 직경과 관련된 초점 영역을 예시한 도면이다.
도 14는 복합체을 처리하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 15는 컨트롤 시스템 및 레이저 스캐닝 시스템을 포함하는 예시적인 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 16은 초점 컨트롤 및 빔 직경 조정 장치로 기판 처리를 컨트롤하기 위해 구성된 예시적인 컴퓨팅 환경(computing environment)을 도시한 도면이다.
도 17은 빔 직경을 조정하기 위한 대타겟인 어셈블리를 예시한 도면이다.
도 18은 레이저 스캐닝 시스템 및 3개의 초점면을 예시한 도면이다.
도 19a 및 도 19b는 입력 패턴 및 레이저 스캐닝 시스템에 의해 실제로 스캔된 패턴을 각각 예시한 도면이다.
도 20a 및 도 20b는 레이저 스캐닝 시스템에 의해 스캐닝된 몇 개의 라인들을 예시한 도면이다.
도 21은 레이저 스캐닝 시스템을 위한 입력 패턴을 예시한 도면이다.
도 22는 본 발명의 예시적인 방법을 도시한 순서도이다.

Ⅰ. 일반적인 고려사항

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 바와 같은, 레이저 빔 직경들은 일반적으로 최저차 TEM00 모드(lowest order TEM00 mode) 또는 이와 유사한 배전(power distribution)을 기반으로 한다. '축(axis)' 또는 '광학축(optical axis)'은 축 커플링 광학 소자와 관련 있다. 상기 축들은 단일 라인 세그먼트일 필요는 없고, 거울, 프리즘, 또는 다른 광학 소자에 의해 생성되는 굴곡과 접힙(bends and folds)에 대응하는 다수의 라인 세그먼트를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같은, 렌즈는 단일 렌즈 소자 또는 다중 렌즈 소자일 수 있다.

(이정미)

II . 비침습적 레이저 패너닝( Non - Ablative Laser Patterning )

상기 효과들은 종래의 공정들 하에서 실현되지 않지만, 플랙시블 기판들은 제조공정에서 잠재적으로 저비용인 이점을 가진다. 따라서, 본 명세서에 설명된 다섯 개의 다양한 실시예들은 접촉 감지 디스플레이(touch-sensitive display)들에 대한 투명 도전체(transparent conductor)들과 같은 다른 응용들을 위해 처리된 복합 필름들(processed composite films)의 제조에 관한 것이다. 예를 들면, 접촉 감지 영역들은 플랙시블 복합 필름으로 구성되도록 플랙시블(flexible) 복합 필름들를 제조하는 단계들이 구성되어, 접촉 감지 영역은 다양한 디스플레이 장치들에서 사용을 위해 적합하다. 처리된 기판들을 위한 다른 접합한 응용들은 LED 형광제 개선, 다른 상용용과 소비자용 조명 응용들, 착용 전자제품들 및 태양전지들과 같은 더 일반적인 디스플레이 장치들을 포함한다. 그러나, 플랙시블 기판들은 모바일 소비자 디스플레이들에 특히 적합하며, 얇고 내구성 있는 플랙시블 구성들은 매우 바람직하다. 더욱이, 상술된 바를 이용하면, 블랙시블 필름 레이저 패터닝(flexible film laser patterning)은 손상되지 않는 보호층을 달성할 수 있으며,

롤투롤(roll to roll) 공정이 가능하게 한다. 또한, 일부 실시예들에서, 기판은 단단할 수 있다.

도 1를 참조하면, 단면도는 본 발명에 따른 대상물(target)(1012)을 처리하도록 선택된 레이저 펄스 파라미터(paramete)들을 가지는 펄스형 레이저 빔(pulsed laser beam)(1010)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 대상물(1012)은 일 측에 배치된 보호층(1016) 및 일 측의 반대측에 배치된 전도성 물질의 박막(1018)을 가지는 투명한 기판(1014)를 포함한다. 많은 실시예들에서, 기판(1014)은 일반적으로, 기판 및 물질 또는 사용된 물질들에 대한 응용에 따라, 50 μm 내지 200 μm의 범위 내에서 일정하거나, 고정된 두께를 가진다. 상기 실시예들에서, 추가적인 층들은 복합 기판 또는 하나 이상의 다른 물질들을 가지는 기판 또는 상기 기판에 관해 증착된 층 형성처럼, 기판(1014)및 관련된 보호층과 박막들(1016, 1018)에 관하여 배치될 수 있다.

일부 실시예들에서, 전도성 물질의 층(1018)은 은 나노와이어(nanowire)들의 임의의 배열을 포함한다. 일반적으로, 박막(1018)의 은 나노와이어들은 유기 보호막과 같은 폴리머 매트릭스(polymer matrix)로 기판(1014)에 고정된다. 레이저 빔(1010)은 레이저 펄스들을 박막(1018)로 전달하고, 층(1018) 물질의 전도성이 실질적으로 변화하는 처리 부분(processed portion)(1020)을 형성한다. 여기서, 용어'전도성' 및 '비전도성'은 인쇄된 전자소자(printed electronics), 접촉 센서 패터닝 또는 광전자의 기술에서 일반적으로 이해되는 것들에서 기인한 의미들을 가지며, 보다 상세하게 하술한다.

도 2는 본 발명에 따른 예시적인 방법(1100)의 흐름도를 보여주고 있다.

제 1 단계(1102)에서, 기판 위에 배치된 얇은 전도층이 구비된 기판이 제공된다. 기판은 투명하고 플랙시블한(flexible) 것이 바람직하나, 다른 기판들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 본 발명에 따라 처리될 수 있다. 본 발명의 다른 관점에 따르면, 보호층 또는 보호 필름은 기판의 다른 표면, 예를 들면, 전도층의 반대편에 배치될 수 있고, 기판은 보호층 또는 보호 필름을 제거하는 것 없이 처리될 수 있다.

제 2 단계(1104)에 있어서, 적어도 하나의 레이저 펄스는 기판 상에서 얇은 전도층의 비침습적(nonablative) 처리 공정을 달성하기 위해 선택된 레이저 펄스 파라미터들로 형성되어, 얇은 전도층의 처리된 부분은 비전도성이 될 수 있고, 처리된 부분은 낮은 가시성을 가진다.

제 3 단계(1106)에 있어서, 적어도 하나의 레이저 펄스는 기판으로 향해진다. 처리된 기판은 처리되지 않은 기판과 다른 전도성을 가지므로, 특정 감지 영역들 및 전기적 경로들은 기판상에 형성될 수 있다. 펄스 길이, 펄스 강도(pulse fluence), 펄스 에너지, 스폿 크기(spot size), 펄스 반복수 및 스캔 속도(scan speed)와 같은 펄스 파라미터를 포함하는 레이저 펄스의 특성을 신중하게 선택함으로써, 기판은 기판 및 관련된 보호층들 및 전도층들이 실실적으로 손상을 입거나 구조적으로 침습 과정(ablative process)을 통해 변형되는 동안 전기적 특성들이 기선택된 방법으로 변형되도록 처리될 수 있다. 따라서, 보호층(예를 들면, 보호층(1016))은 상기 층을 이용하는 예에서 기판을 처리하는 동안 제거될 필요가 없다.

도 1에서, 일반적으로 빔(1010)이 초점으로 가져와지고, 다른 빔 기하학적 구성들 및 강도 분포들은 가능하며, 초점이 맞추어 지지 않은 빔, 라인 빔들, 정사각형 또는 직사각형 빔들뿐만 아니라, 동일하거나, 하나 이상의 가로축들을 통해 실질적으로 동일하거나, 기선택된 강도 프로파일을 포함한다.

또한, 일부 실시예에서, 빔(1010)을 제공하는 빔 전달 시스템은 대상물(1012)에 관하여 빔(1010)을 이동(translate)하도록 구성되어, 빔은 대상물 상에 선들, 영역들 및 다른 기하학적 특징들을 형성할 수 있다.

다른 실시예들에서, 빔 전달 시스템 및 빔(1010)이 하나 이상의 축에 고정되어 있는 동안, 대상물(1012)은 기하학적 특징들을 형성하도록 이동될 수 있다.

다른 실시예들에서, 대상물(1012) 및 빔(1010) 둘 다는 이동될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 빔(1010)은 반대 방향으로부터 대상물(1012)과 충돌하여, 빔(1010)은 전도층(1018)에 비침습적 효과들을 야기하도록 보호층(1016)(존재하는 경우) 및 기판(1014)을 통해 전파한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 침습 처리 공정은 기화, 광화학 변화 또는 다른 것에 의한 입사 광학 빔에 의해 발생되는, 대상물로부터 물질의 실질적인 제거를 의미한다. 유사하게, 비침습적 처리 공정은 존재하는 대상물의 전기적 또는 다른 특성들이 변화될지라도, 대상물 표면 토폴로지(topology)의 구조적 특징들이 처리 후, 그대로 유지하는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 비침습적으로 처리된 표면은 처리되지 않은 인접한 영역과 시각적으로 구별된다. 일부 실시예들에서, 은 나노와이어의 비침습적 처리 공정은 은 나노 와이어들을 실질적으로 제거하거나 제거하지 않는다. 은 나노 와이어들을 덮는 보호막은 은 나노와이어들에 대하여 침습이 고려되는 처리 없이, 레이저 처리를 통해 은 나노 와이어들로부터 제거될 수 있다.

레이저 빔(1010)의 레이저 펄스들은 처리된 부분(1020)이 비전도성이 되도록 하면서, 처리된 부분(1020)의 가시적 특성들은 실질적으로 변하지 않게 유지한다. 그러므로, 처리된 부분들과 비처리된 부분들(1020, 1018)사이의 구분은 다양한 시야 각들을 포함하는 현미경과 같은 이미지 강화 기구(image enhancement mechanism)의 도움 없이 눈에 띄지 않는다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 대타겟인 방법에 따라 처리된 기판(기판(1014)와 같은)의 평면도로 단색 조명 하에서 1500X로 확대된 현미경 이미지가 도시된다. 처리된 은 나노와이어들의 수평 줄무늬(1022)는 실질적인 확대 하에서조차 육안으로 거의 구별되지 않으며, 도 3에 나타낸 바와 같이, 약 30μm와이어이다. 줄무늬(1022)에 도시된 우수한 비침습적 결과들을 제공하는 레이저 펄스 파라미터들은 약 50 ps의 펄스 길이, 약 0.17 J/cm²의 펄스 강도, 약 40 μm 1/e²의 스폿 크기, 90% 이상의 펄스 투 펄스 중첩(pulse-to-pulse overlap)을 가지는 약 1 m/s의 스캔율, 약 12μJ의 총 펄스 에너지 및 약 100 kHz의 펄스 반복수를 포함한다.

상기 레이저 펄스 파라미터 값들은 주로 예들이며, 다른 파라미터들은 다른 대상물들 및 시스템들을 위해 선택되고, 최적화될 수 있다. 따라서, 파라미터 값들은 다양한 처리 속도들로 확장될 수 있고, 제공된 펄스 중첩 및 펄스 에너지는 비침습적 비전도성 효과를 생성하는데 적합한 파라미터 범위들로 유지된다. 그러므로, 펄스 반복수들은 1 MHz, MHz의 10s로 증가될 수 있고, 처리 속도를 더 증가시키기 위해, 필수적인 레이저가 제공될 수 있어, 이에 따라, 빔 전달 구조들은 구성된다. 펄스 길이는 더 짧아지거나 더 길어지도록 선택될 수 있고, 펄스 강도와 같은 다른 파라미터들은 대상물이 비전도성 특징으로 비침습적으로 처리되도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 가능한 펄스 길이들은 약 1 ps, 100 ps, 200 ps, 500 ps, 800 ps 또는 1ns이하를 포함한다. 다른 파라미터들은 유사하게 다양하고, 이에 따라, 최적화된다.

형성 후에, 줄무의(1022)의 위와 아래에서 대상물(1020)의 두 개의 부분들은 전기 전도성 흐름에 대한 장벽을 효과적으로 형성하는 레이저 빔(1010)으로부터 펄스들에 의한 처리영역(1020)에 부여된 면저항(sheet resistance)의 변화로 인하여, 서로 전기적으로 절연된다. 물질 사양 변화로 인하여, 다른 파라미터들은 처리되지 않은 영역들과 비교하여 처리된 영역의 매우 낮은 가시성을 유지하면서, 본 발명의 처리 관점들을 변화시키는 비침습적 전도성을 달성하기 위해 경험적인 방법들 또는 다른 최적화 방법들을 이용하여 신중하게 선택될 수 있다.

또한, 레이저 빔(1010)은 플랫-탑(flat-top), 슈퍼-가우시안(super-Gaussian)등과 같은 가우시안 이외의 형태를 가지도록 수정될 수 있다. 본 발명의 레이저 파라미터 체제를 작동할 수 있는 레이저 시스템들은 펄스형 광섬유 레이저들, 펄스형 광섬유 증폭기들 및 다이오드 펌핑된 고체상태 레이저들(diode pumped solid-state lasers)을 포함한다.

따라서, 형태들 및 패턴들은 처리되지 않은 일 영역에서부터 다음 영역까지 전기적 절연을 달성하기 위해 본 발명의 방법들로 기판 상에 형성될 수 있다. 마스크, 포터레지스트(photoresist)들, 식각 배스(etch bath)들 사용하지 않는 것 외에, 추가적인 보호 필름들의 교체 또는 제공, 레이저 또는 스캔된 레이저의 사용은 시트 투 시트(sheet-to-sheet), 롤 투 시트(roll-to-sheet), 롤 투 롤(roll-to-roll, R2R), 롤 투 완성된 센서 제조(roll to finished sensor manufacturing)를 허용하는 고도의 구성 과정을 제공한다. 스캔 레이저들(Scanned lasers)은 다양한 패턴 형상들 및 기판들에 대해, 또는 다양한 패턴 형상들 및 기판들 사이에서 용이하게 맞추어진 공정을 갖기 위해 이미지 파일(image file)을 이용하여 프로그래밍될 수 있다.

더욱이, 본 명세서여 설명된 매우 낮은 가시성 공정을 이용함으로써, 주기적 시간에서 더욱 많은 감소들은 레이저 또는 화학적 공정들을 통해 달성될 수 있다. 예를 들면, 종래의 레이저 공정들에서, 침습하도록 처리된 영역들의 가시성을 감소시키기 위해, 추가 영역들은 균일한 패턴 효과를 제공하도록 불필요하게 처리되어여 하며, 그 결과, 사용자의 육안으로 침습 마스크들의 전체적인 가시성을 효과적으로 감소시킨다. 본 발명에 따른 처리 공정이 매우 낮은 가시성 마스크들을 야기하고, 가시성을 감소시키기 위한 영역들을 채우는 것과 관련된 추가적 공정 시간은 더 이상 필수적이지 않으며, 더 빠르고, 더 비용 효율적인 공정이 된다.

투명한 기판(1014)는 유리, 플라스틱 또는 금속을 포함하는 다양한 다른 물질들로 구성될 수 있다. 일반적인 기판들은 저비용 및 투명성, 유연성, 탄력성, 제조의 용이성 등을 포함하는 이점들로 인하여, 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, polyethylene terephthalate)로 구성된다. PET 기판들은 투명한 전도성 필름 제조 공정의 종래 기술과 같이 알려진 하나 이상의 방법들을 이용하여 제조될 수 있고, 일부 실시예들은 롤 투 롤 처리공정을 위한 적합한 롤에서 제공될 수 있다. 다른 가능한 기판 재료들의 불완전한 리스트는 유리, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리우레탄 및 다양한 물질들을 포함한다. 도 3에 도시된 기판(1014)는 약 0.13mm의 두께를 가지고, 폴리에틸렌 테레프타레이트로 구성된다. 상기 두께의 범위에서, 다른 적합한 물질들과 함께 PET는 플랙시블하고(flexible), 기설정된 폭의 롤에서 공정을 위해 축적되거나(stored), 운송되거나, 구성될 수 있다. 기판(1014)는 일반적으로 가시성 디스플레이 응용들을 위해 투명하여, 기판(1014)이 디스플레이 장치(미도시)에 적용되는 경우, 디스플레이 장치로부터 빛은 기판(1014)을 통해 장치의 사용자 쪽으로 전달할 수 있다.

플랙시블하고 투명한 전도성 필름들의 일반적인 실시예들에서, 거친 스톡(rough stock)은 투명한 전도성 필름의 레이저 패턴화된 처리공정을 위해 평평한 시트(sheet) 구성 또는 롤(roll)로 제공되어, 거친 스톡은 광전자 장치와 같은 다양한 응용들로 사용하는데 적합한 처리된 스톡이 된다. 일부 실시예들에서, 투명한 전도성 필름 물질은 기 설정된 두께 또는 전도성으로 증착된 은 나노 와이어들(또한 SNW 또는 AgNW라고 함)을 포함하고, 두께 또는 전도성 모두는 일반적으로 필름 생산 단계에서 은 나노와이어의 밀도를 증가시키거나 감소시킴으로써, 설정된다.

다른 실시예들에서, 투명한 전도성 필름은 다른 물질들 또는 다중 층들을 포함할 수 있다. 투명한 전도성 필름들은 단단한 표면, 예를 들면 단단한 유리 또는 복합체 스크린들(composite screens)상에 최종 사용할 수 있다. 은 나노 와이어들은 전도성 및 구조적 강성과 같은 물질 성질들이 다양한 종류의 굽힘 하중들(예를 들면, 고정적으로 굴곡진, 주기적으로 변형된 또는 휘어지는) 하에서 더 일관성 있기 때문에, 플랙시블 기판들에 매우 적합하다.

또한, 보호층(1016)은 유해 물질, 스커프들(scuffs) 및 스크래치들(scratches)로 인한 손상으로부터 보호하는데 적합한 다양한 물질들로 구성될 수 있다. 일반적으로, 보호층(1016)의 두께는 기본적인 기판(1014)에 대한 보호를 제공하는데 적합하도록 선택된다. 하나의 적합한 두께는 약 0.04mm이지만 다른 두께들이 사용될 수 있다. 본 발명의 관점들은 제조동안 보호층(1016)을 제거하거나 재적용하거나 교체할 필요를 제거할 수 있기 때문에, 다양한 물질들을 포함하는 보호층(1016)이 가능할 수 있다.

폴리에틸렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된 보호 필름들(1016)은 기판(1014)의 표면의 필요한 보호를 제공하는데 적합하다. 처리 공정 동안 레이저에 의해 가해진 강열한 열로부터 야기되는 보호층에 대한 손상을 피하기 위해 보호층(1016)과 같은 보호층들이 기판(1014)를 처리하기 전에 제거되고, 기판을 처리한 후에 재부착되거나 재적용되어야 하는 종래의 공정과정에서 요구사항들은 상당한 추가 처리 시간 및 처리 비용이 발생한다. 본 발명에서처럼, 기판(1014)은 제거 및 보호층(1016)의 재부착 또는 재적용 없이 처리될 수 있어, 플랙시블 투명한 기판들을 포함하는 투명한 기판들을 처리하는 데 있어 혁신적인 비용 감소에 대한 가능성을 야기한다.

도 4는 도 3에서 도시된 바와 같은 대상물 기판(1014)의 평면도와 유사한 이미지로, 중첩된 추가적인 표면 거칠기 데이터를 포함한다. 제 1 수평선(1024)는 처리된 줄무의(1022)의 중간을 따라 연장된다. 제 1 수평선(1024)에 약 30 μm 인접한 제 2 수평선(1026)은 처리되지 않은 영역(1018)을 따라 평행하게 연장된다. 이미지의 하단 영역(1028)은 각각의 평행선(1024, 1026)을 따르는 가로 놓인 깊이 프로파일들(depth profiles)(1030, 1032)를 포함한다. 깊이 프로파일들은 서로 중첩되고, 약 0.2 μm 깊이의 일반적 범위에서 서로에 관하여 최소 변화를 보여주고 있고, 본 발명에 따른 처리와 관련된 비침습적 효과들을 증명한다. 다른 표면들은 전도성 표면층 및 기판의 질에 따라 더 큰 범위의 깊이 변화를 가질 수 있다. 그러나, 처리된 영역 및 처리되지 않은 영역 사이의 변화는 비침습적 처리하에서 최소이다.

도 5a 및 도 5b는 결합 에너지에 관하여 초당 카운트(count)들을 나타내는 기판(1014)의 처리되지 않은 영역들(도 5a) 및 처리된 영역들(도 5b)에 대한 x선 광전자 분광법(XPS)의 결과를 보여주고 있다. x선 광전자 분광법(XPS)은 대상 표면들의 원소 내용물을 설명하고, 다양한 외부 입력들로부터 발생할 수 있는 물질 변화들을 얻는 것을 돕는다. 처리되지 않은 영역 및 처리된 영역에 대해 보여지는 결과들은 실질적으로 일부 특정 예외들과 함께 결합 에너지들의 범위에 동일하다.

AgMNN, Ag 3p3/2, Ag 3p1/2 및 Ag 3d에 대한 결합에너지 최고점(Peaks)은 일반적으로 산화된 은의 존재를 나타내는 처리된 영역들(1020)에 나타난다. 예를 들여, 도 6을 참조하면, 결속에 대한 결합 에너지의 그래프 및 광 에너지들은 약 368 eV를 중심에 두고 일반적으로 처리된 영역에서 산화 형성을 나타낸다. 또한, 다양한 탄소 종들, 염소, 불소, 산소 및 규소 신호 데이터의 비교는 은 나노와이어들이 포함되는 폴리머 메트릭스가 레이저 펄스들에 의해 처리되기 전 및 후에 존재하는 것을 알 수 있다.

그러므로, 보호막의 나머지가 실질적으로 그대로 있는 동안 유기 보호막은 선택적으로 은 나노와이어들로부터 제거되고, 은 나노와이어들은 산화되고, 비전도성 특성을 가지도록 한다. 일반적으로, 은 나노와이어들은 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 종래의 투명한 전도성 필름들보다 뛰어난 특성들이 존재할 수 있다. 투명한 전도층(1018)은 일반적으로 수십 나노미터 두께로 존재한다. 은 나노와이어들은 약 10 μm길이이고, 직경에서 수십 나노미터의 범위를 가지지만, 다른 치수들이 가능하다.

본 발명의 방법들에 따른 비침습적 레이저 처리에 적합한 레이저 파라미터들은 처리되도록 선택되는 물질들의 관련 성질들에 대한 일부를 기초로 선택될 수 있다. 예를 들어, 기본 기판, 얇은 전도층등의 두께를 다양하게 하는 것은 레이저 펄스가 분배될 수 있거나, 완화를 요구하는 다른 시간 의존 효과들을 야기하는 방법에 영향을 미칠 수 있다.

최적화된 처리 파라미터들은 인접 또는 별도의 처리되지 않은 영역과 비교하여 매우 낮은 가시성을 가지는 처리된 영역 또는 특징을 초래할 것이다. 최적화의 한 영역은 레이저 펄스 파장을 포함할 수 있다. 이미지들에서 보여지는 샘플들을 처리하기 위해 사용되는 빛의 파장은 1064nm이고, 일반적으로 상기 더 긴 파장 빛이 투명한 기판, 보호 필름 또는, 더 짧은 파장 이하에 근접한 다른 물질 또는 물질 층들과 상호작용하기 때문에 바람직하다. 포토 리소그래피와 같은 다른 기술들은 종종 가시 스펙트럼 또는 UV 스펙트럼에서 파장들과 같이, 생산하기 더 어렵거나 더 비싼 파장들을 요구한다.

상기 방법들에 따라 대상 기판들을 처리함으로써, 투명 기판을 처리하기 위한 종래의 제조 기술에 비해 다양한 이점들이 구현될 수 있다.

Ⅲ. 다중 구조물의 레이저 패터닝( Laser Patterning of Multi - Layer Structures )

터치 센서는 일반적으로 하나 이상의 증착(deposition) 또는 적층(lamination) 처리를 통해 서로 적층되는 다양한 재료의 필름 복합체을 포함한다. 스택업(stack-up) 배치의 다양성이 가능하고 다양한 중간 처리 단계들은 다중층의 제조 시 구현될 수 있다. 예를 들면, 여기에 개시된 다른 다중 구조물는 도면에 개시된 것과 다른 순서로 배열된 층을 가질 수 있다. 일실시예로, 증착된 재료층들은 기판의 한면 또는 양면에 배치될 수 있다. 다른 일실시예로, 펄스 레이저 빔과 보여지는 반대 방향으로부터 입사될 수 있다. 재료의 다른 종류는 다른 층에 사용될 수 있어, 본 발명의 일부 적절한 예로 되어 논의된다. 이는 본 발명의 범위 내에서 많은 다른 배치 및 변형이 가능하다는 것을 인식하게 될 것이다.

참조는 본 발명의 양태에 따른 재료의 다중층 스택업을 수행하는 비침습 레이저의 방법에 대한 여러 단계들을 도시한 도 7a-7C에 기재되어 있다. 도 7a의 다중층 스택업 구조(2010)은 PET 또는 다른 적절한 재료로 이루어진 기판층(2012)을 포함하여 제공된다. 상기 구조(2010)은 기판층 2012 상에 증착된 전도성 제1층(2014)를 포함한다. 상기 제1층(2014)는 은 나노와이어, 또는 다른 적절한 전도성 재료를 포함한다. 포토레지스트 또는 다른 적절한 절연성 재료로 이루어지는 제2층(2016)은 상기 제1층(2014) 상단에 증착된다. 절연층(2016)이 제1층(2014)상단에 증착 또는 형성되기 전에, 상기 구조(2010)은 선(line), 패턴(pattern) 또는 다른 형상을 포함하는 선택적인 비-전도성 영역을 형성하기 위하여 비침습으로 레이저 처리될 수 있고, 상기 비침습 처리는 추후 보다 상세히 설명된다.

상기 절연층(2016)은 제1층(2014) 상단에 입사한 잔류 플루언스의 양을 감소시키도록 입사 레이저 에너지를 분산 또는 흡수하는 상기 층(2016)의 능력을 증가시키기 위하여 하나 이상의 도펀트(dopant)를 포함할 수 있다. 도 7b의 제3층(2018)은 상기 다층 구조물(2010)의 상기 제2층(2016) 상단에 증착 또는 형성된다. 상기 제3층은 일반적으로 은 나노와이어를 포함할 것이고, 다른 적절한 전도성 재료는 비-융삭 전도성 변화가 가능한 경우에 사용될 수 있다. 바람직한 레이어링은 제1층 (2014) 및 제3층(2018) 내에 은 나노와이어이다.

은 나노와이어는 비침습으로 레이저 처리할 수 있는 능력(본 명세서에 기술된대로) 및 굽힘 하중과 같은 변형 하에 그 특성을 유지하는 능력을 포함하는 여러가지 장점을 제공한다. 예를 들면, 은 나노와이어는 플렉시블 터치 스크린에서 응용하기 위하여 적합하다. 도 7c의 펄스 레이저 빔(2021)은 타켓의 비침습 변화에 적합한 처리 파라미터를 갖도록 생성된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 상기 구조(2010)의 레이저 처리를 위하여 구조(2010)에 구성된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 제3층(2018)의 선택된 부분(2022)의 침습없이 구조(2010)의 제3층(2018)과 상호작용한다. 펄스 레이저 빔(2021)로부터의 레이저 펄스와 상호작용을 통해 선택된 부분(2022)의 전도성은 비-전도성으로 변화된다. 동시에, 제3층(2018)의 하기인 제1층(2014)의 선택된 부분(2024)는 전도성과 같은 변화가 발생되지 않는다. 또한, 상기 선택된 부분(2024)는 상기 빔(2021)에 의해 침습되지 않는다. 상기 절연층(2016)은 전도성 변화 재료 상호작용을 막기 위하여 제1층(2014)에 의해 수신된 펄스 에너지 완화에 도움이 될 수 있다.

도 8a-8C에, 본 발명의 양태에 따른 다중층 스택업 구조(2020) 레이저 처리 방법의 또 다른 양태를 도시하였다.

도 8a의 스택업 구조(2020)는 기판(2012) 및 제1층(2026)을 포함하고, 상기 제1층(2026)은 바람직하게는 은 나노와이어를 포함한다. 상기 제1층(2026)은 열 처리되고, 상기 제1층(2026)의 상향 전도성 변화 임계 특성을 하향 화살표로 나타낸다. 따라서, 열처리 후, 제층(2026)의 전도성의 변화에 대한 임계값은 높다. 실시예에서, 이러한 전도성 변화 임계값은 재료의 침습(ablation) 임계값과 관련될 수 있다. 열처리에 대하여 다양한 온도가 사용될 수 있고, 상기 온도는 제1층(2026)에 여러가지 효과를 제공하기 위하여 선택 또는 조정될 수 있다. 어떤 실시예의 열처리는 오븐, 레이저 또는 다른 열처리 기계로 수행된다. 상기 제1층(2026)의 열처리는 이의 플루언스 임계값이 증가한 제1층(2026) 내의 은 나노와이어의 유기 오버코트 커버링 밀도의 변화를 초래할 수 있다.

도 8b의 상기 구조(2020)는 제1층(2026) 상단의 제2층(2016) 및 제2층(2016) 상단의 제3층(2018)을 제공하기 위하여, 후속 레이어링 단계를 갖는다. 도 8c의 펄스 레이저 빔(2021)은 타겟의 비침습 변화에 적합한 처리 파라미터를 갖도록 생성된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 상기 구조(2020)의 레이저 처리를 위하여 상기 구조(2020)에 구성된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 제3층(2018)의 선택된 부분(2022)의 침습없이 구조(2010)의 제3층(2018)과 상호작용한다. 펄스 레이저 빔(2021)로부터의 레이저 펄스와 상호작용을 통해 선택된 부분(2022)의 전도성은 비-전도성으로 변화된다. 동시에, 제3층(2018)의 하기인 제1층(2026)의 선택된 부분(2024)는 전도성과 같은 변화가 발생되지 않는다. 또한, 상기 선택된 부분(2024)는 상기 빔(2021)에 의해 침습되지 않는다.

도 9a-9C를 참조하면, 본 발명의 양태에 따른 다중층 스택업 구조(2030) 레이저 처리 방법의 또 다른 양태를 도시하였다. 도 9a의 스택업 구조(2030)는 기판(2012) 및 제1층(2028)을 포함하고, 상기 제1층(2028)은 바람직하게는 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)를 포함한다. 상기 제1층(2028)은 제1층(2028)의 부분은 침습 레이저 처리를 통해 제거되는 것과 같이 침습으로 처리될 수 있다. 제2층(2016)은 제1층(2016)의 상단에 증착된다. 도 9b의 제3층(2018)은 상기 제2층(2016) 상단에 증착 또는 형성된다. 제3층(2018)은 제2층(2028)의 재료 조성물로부터 다양하고, 바람직하게는 전도성 은 나노와이어를 포함하는 제3층(2018)이다. 상기 재료의 차이로 인해, 상기 제3층(2018)은 제1층(2028)로부터 다른 임계 특성이 변화한 전도성을 갖는다. 상기 구조(2030)는 도 9c의 펄스 레이저 빔(2021)에 의해 처리된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 타겟의 비침습 변화에 적합한 처리 파라미터를 갖도록 생성된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 상기 구조(2030)의 레이저 처리를 위하여 상기 구조(2030)에 구성된다. 상기 펄스 레이저 빔(2021)은 제3층(2018)의 선택된 부분(2022)의 침습없이 구조(2010)의 제3층(2018)과 상호작용한다. 펄스 레이저 빔(2021)로부터의 레이저 펄스와 상호작용을 통해 선택된 부분(2022)의 전도성은 비-전도성으로 변화된다. 동시에, 제3층(2018)의 하기인 제1층(2028)의 선택된 부분(2024)는 전도성과 같은 변화가 발생되지 않는다. 또한, 상기 선택된 부분(2024)는 상기 빔(2021)에 의해 침습되지 않는다.

전도성 영역 또는 층은 낮은 손상, 기판의 낮은 가시 처리 또는 정밀도가 요구되는 장치를 포함하는, 전자 장치에서 터치 감지 스크린 또는 인쇄된 전자소자기기 또는 광전자와 관련된 다른 장치에서 사용되기 위하여 비침습으로 처리된다. 여기서, 사용된 '침습(ablative)' 또는 '비침습(non-ablative)'은 상기에 나타낸 의미와 동일하다.

어떤 실시예에서, 전도성 재료의 층은 은 나노튜브의 임의의 배열을 포함한다. 이러한 층의 은 나노와이어는 유기 보호막과 같은 폴리머 매트릭스의 기판에 고정될 수 있다. 레이저 빔은 이러한 층에 레이저 펄스를 전달할 수 있고, 전도층의 재료의 전도도가 실질적으로 효과적으로 비-전도성으로 변화된 처리된 부분을 생성할 수 있다. 여기서, 사용된 '전도성(conductive)' 및 '비전도성(nonconductive)'의 용어는 이하에서 더욱 상세히 기재된 바와 같이, 일반적으로 인쇄된 전자 소자, 터치 센서 페터닝 또는 광전자의 분야에서 이해되는 의미를 갖는다.

레이저 펄스는 특정한 영역 및 전기적 경로가 기판 상에 형성되도록 다양한 패턴에서 복합체에 향하게 할 수 있다. 펄스 길이, 펄스 강도, 펄스 에너지, 스폿 크기, 펄스 반복수 및 스캔 속도를 포함하는 레이저 펄스 파라미터의 특성을 신중히 선택함으로써, 기판의 전기적 특성이 기판 및 관련된 보호 및 전도층이 실질적으로 손상되거나 구조적으로 변경되지 않는 소정의 방법으로 기판은 처리될 수 있다.

전도층의 비침습 처리에 적합한 모범적인 레이저 펄스 파라미터는 약 50 ps의 펄스 길이, 약 0.17 J/cm²의 펄스 강도, 약 40 μm의 (1 / e²)의 스폿 크기, 90% 이상의 펄스 간 오버랩으로 약 1m / s의 스캔 속도, 약 12 μJ의 총 펄스 에너지 및 1064 ㎚ (짧은 파장의 빛보다 작은 범위로 기판 및 다른 재료와 상호작용하는 것으로 밝혀짐)의 파장을 갖는 유해 광선을 사용한 약 100 kHz의 펄스 반복수을 포함한다. 또한, 다양한 다른 파라미터가 적합하다.

낮은 정도, 기판과 다른 물질과 상호 작용하는 것으로 밝혀졌다 1064 ㎚의 파장 (갖는 광 방사선을 이용하여 약 100 kHz의 펄스 반복수) 짧은 파장의 빛을보다. 다양한 다른 파라미터가 또한 적합하다. 예를 들면, 펄스 반복수는 처리 속도를 증가시키기 위해, 1 MHz에서 10 MHz으로, 또는 10 MHz 이상으로 증가될 수 있다. 펄스 길이를 더 짧거나 더 길도록 선택될 수 있다. 펄스 강도는 타겟이 비침습으로 처리되도록 조정될 수 있다. 가능한 펄스의 길이는 약 1ps, 100ps, 200ps, 500ps, 800ps, 또는 1 ns 보다 적도록 포함한다. 다른 파라미터들은 이에 따라 유사하게 변경 또는 최적화될 수 있다. 비침습 처리에 적합한 레이저 파라미터는 처리되도록 선택된 재료의 중요한 특성에 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 기판, 전도층 등의 두께 변화는 레이저 펄스 열이 어떻게 분배되는 방식에 영향을 미칠 수 있거나 완화를 요구하는 다른 시간 의존적 효과를 초래한다.

처리를 위한 빔은 일반적으로 구조에 초점을 두는 반면, 균일, 실질적으로 균일 또는 미리 선택된 강도의 빔은 하나 이상의 횡단축(transverse axes)에 대하여 단면을 갖춘 빔과 같은 다른 빔은 비초점 빔(unfocused beam), 선 빔(line beam), 정사각형 또는 직사각형 빔을 포함하는 기하학적 구성 및 강도 분배가 가능하다. 어떤 실시예에는, 복합체은 이의 표면에 기하학적 특징을 달성할 수 있도록 변환될 수 있다. 어떤 실시예에는, 하나 이상의 레이저 빔은 빔이 전도층에 침습 또는 비침습으로 변화를 야기시킴으로써, 기판에서 전도층으로 전파되도록 상부 또는 배변 방향으로부터 복합체에 나쁜 영향을 준다. 어떤 실시예에는, 레이저 펄스는 처리된 부분의 가시적 특성의 변화없이 전도층의 처리된 부분이 비-전도성이 되도록 야기시킨다. 유사하게, 레이저 펄스는 전도성 경계를 침습 또는 비침습으로 처리할 수 있다. 전도성 경계의 레이저 침습은 타겟 표면 상에 입사되는 레이저 빔의 에너지 함량을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 레이저 펄스 파라미터는 펄스 길이, 펄스 강도, 총 펄스 에너지를 증가시키거나, 더 짧은 파장을 사용하거나, 스폿 크기를 감소시키는 것에 의해 조정될 수 있다. 적합한 레이저 시스템은 일반적으로 펄스 섬유 레이저(pulsed fiber lasers), 펄스 섬유 증폭기(pulsed fiber amplifiers) 및 다이오드 펌핑된 레이저를 포함한다.

Ⅳ. 특징점의 크기를 컨트롤하는 가변 초점면 을 사용한 전도성 필름 패터닝( Patterning Conductive Films Using Variable Focal Plane to Control Feature Size )

어떤 실시예에는, 레이저 스캐닝 시스템은 전자 장치(예를 들면, 전자 장치에서 터치 스크린으로 사용하기 위한)에서 사용하기 위하여 복합체 필름과 같은 재료를 처리하는데 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 처리 시나리오에서, 하나 이상의 전도성 재료(예를 들면, 은 나노와이어층 및 은 페이스트의 경계)는 기판 상에 증착될 수 있고, 레이저 스캐닝 시스템은 전도성 재료를 처리하는데 사용될 수 있다(예를 들면, 전도층의 부분의 전도도를 감소하기 위하여, 또는 재료의 침습을 통해 다양한 형상을 형성하기 위하여 사용될 수 있다). 본 발명은 스크린 인쇄 및/또는 리소그래피 기술을 포함하는 종래 터치 스크린 제조 처리에 다양한 장점을 제공한다. 특히, 본 발명은 터치 스크린의 본체 및 단일 레이저 스캐닝 장치를 사용하여 처리되는 이의 IC 레이스웨이를 허용한다.

다양한 디스플레이 장치에서 사용하기 위한 터치 감지 영역이 상기 복합체 필름에 형성되도록 하기 위하여 복합체 필름을 처리하기 위한 단계가 구성될 수 있다. 처리되는 재료에 대한 다른 적합한 응용은 일반적으로 LED 형광체 개선, 기타 상업 및 소비자가 각광하는 응용, 착용적인 전자, 및 태양전지와 같은 된 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 그러나, 복합체 필름은 얇고, 좀 더 튼튼하고, 좀 더 가요성 포맷이 바람직한 모바일 소비자 디스플레이에 특히 적합하다. 모바일 소비자 장치 디스플레이로 사용될 실시예, 가요성 및/또는 투명한 복합체 필름(및 복합체 필름을 구성하는 각 층)이 유리할 수 있다. 그러나, 최종 제품의 용도에 따라, 적어도 부분적으로 또는 고도로 강성, 및/또는 적어도 부분적으로 또는 고도로 불투명하게 되는 복합체 필름이 바람직할 수 있다. 본 발명에 기재된 시스템(system), 장치(device), 처리(process)은 복합체 필름의 투명성(transparency) 및/또는 강성(rigidity)에 관계없이 복합체 필름의 처리에 사용될 수 있다. 여기서, 복합체 필름은 복합체로 간단히 지칭될 수 있다.

사용되는 기판은 다양한 재료로부터 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판은 낮은 가격 및 투명성, 유연성, 탄력성, 제조의 용이성을 포함한 유리한 특징으로 인하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 제조될 수 있다. 다른 가능한 기판 재료의 목록은 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리우레탄, 다양한 플라스틱, 다양한 유리 및 다양한 금속을 포함한다. 상기 기판은 다양한 두께를 가질 수 있다. 예를 들면, 기판은 약 10 μm 내지 1mm, 또는 약 50μ m 내지 200μ m, 또는 하나의 구체적인 예로, 약 130 μ m의 두께를 가질 수 있다.

어떤 실시예에는, 유연성 및 투명성의 혼합 재료는 복합체 제조시 은 나노와이어의 밀도를 증가 또는 감소시킴으로써 달성될 수 있는 소정의 두께 또는 소정의 전도성에 증착된 은 나노와이어층(또한, SNW 또는 AgNW이라 함)을 가진 기판(예를 들면, PET)를 포함한다. 상기 은 나노와이어층은 약 1 nm 내지 100 nm, 또는 약 3 nm 내지 70 nm, 또는 약 30 nm 내지 50 nm와 같은 다양한 두께를 가질 수 있다. 전도성 및 구조적 완전성과 같은 재료의 특성으로 유연성 기판에 적합한 은 나노 와이어는 다양한 형태의 굽힘 하중(예를 들면, 고정된 곡선, 주기적 변형 또는 유연성) 하에 더 일관성있다. 어떤 실시예에는, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 다른 적절한 재료가 은 나노 와이어 대신에 사용될 수 있다.

도 10은 레이저 스캐닝 시스템(100)의 일실시예를 나타낸다, 상기 시스템(100)은 레이 라인 (106), (108)의 쌍에 의해 도시된 레이저 빔(104)의 소스(102)를 포함한다. 상기 레이저 빔(104)은 소스(102)에서 하우징(112)에 의해 유지되는 초점-컨트롤 렌즈(110)로부터 점선으로 나타낸 광학축(124)을 따라 전파된다. 상기 렌즈(110)는 평면 오목(plano-concave) 또는 이중 오목(double concave) 렌즈, 또는 2 종 이상의 단일 렌즈 요소를 포함하는 혼합 렌즈와 같은 단일 광학 요소일 수 있다. 대부분의 경우, 상기 초점-컨트롤 렌즈(110)는 발산 빔을 생성하나, 몇 가지 예에서, 상기 초점-컨트롤 렌즈(110)는 초기에 초점으로 수렴한 다음, 초점으로부터 멀리 전파함에 따라 확장하는 상기 빔(104)을 야기한다. 상기 초점-컨트롤 렌즈(110)를 종료하자마자, 상기 빔(104)은 대물 렌즈 조립체(116)에서 방출됨에 따라 빔(104)을 집광하는 대물 렌즈 조립체(116)를 향해 광학축(124)을 따라 지시된다. 상기 집광하는 빔은 다음으로 빔(104)의 초점 포인트(126)에 집중되는 기판(122)을 향해 상기 빔이 반사하는 제2 반사성 표면(120)을 향해 상기 빔(104)이 반사되는 제1 반사성 표면(118)을 향해 지시된다. 일반적으로, 빔(104)은 기판 두께의 일부에 집중되어 있으나, 빔 초점은 기판(122)의 안에 뿐만 아니라 기판의 앞 또는 뒤에 있을 수 있다.

도 10에 나타난 바와 같이, 시스템(100)의 반사면(118), (120)은 기판(122)에 대하여 빔을 조종하기 위하여 조정할 수 있다. 하나의 예로써, 상기 반사면(118), (120)은 각각 제1 갈바노미터(119) 및 제2 갈바노미터(121)로 연결된 표면에 반사될 수 있고, 따라서, 그들의 배향성은 스캔 및 초점 컨트롤을 제공하는 컨트롤 시스템(140)을 사용하여 조작될 수 있고, 컨트롤될 수 있다. 상기 컨트롤 시스템(140)은 또한 하나 이상의 갈바노미터 또는 축(124)를 따라 초점-컨트롤 렌즈(110)를 위치시킨 다른 초점 조정 메커니즘(114)에 연결된다. 도 10에 나타난 바와 같이, 상기 초점-컨트롤 렌즈(110)는 점선으로 도시된 위치(115)와 같은 다양한 위치에서 이동될 수 있다. 이러한 이동으로, 상기 초점- 컨트롤 렌즈(110)는 제공한다. 비-평탄한 초점면 또는 곡면 및 / 또는 비-평면 기판를 보상함에 따라 빔이 허용되는 위치에 집중될 수 있도록 대물 렌즈 조립체 (116)에 입력되는 빔을 제공한다.

상기 초점-컨트롤 렌즈(110)는 기판에서 빔(104)의 초점을 조정할 수 있는 반면, 축(124)을 따라 큰 빔의 변위는 일반적으로 사용할 수 없다. 대신에, 상기 초점-컨트롤 렌즈(110)의 하우징(112)은 점선으로 도시된 위치(117)과 같은 다양한 위치로 축(124)를 따라 초점-컨트롤 렌즈(110)가 이동하도록 이동 스테이지(130)에 고정된다. 이러한 하우징(112) 및 초점-컨트롤 렌즈(110)의 상대적으로 큰 움직임은 빔(104)이 초점될 수 있는 확장된 범위 내에 허용하고, 따라서, 초점 위치에 빔 스폿 사이즈 내에 대응하는 변형을 허용한다. 다양한 스폿 사이즈의 빔은 상기 기판 (122)에서 집중될 수 있도록 기판(122)은 이동 스테이지(131)와 축(124)을 따라 위치된다. 편리한 설명을 위하여, 이동 스테이지(130)와 초점-컨트롤 렌즈(110)의 조정은 빔 직경 조정으로부터 지칭될 수 있다.

도 10의 시스템은 심지어 곡선 또는 비-평면 타겟 표면에 걸쳐 집중을 유지하는 것을 허용한다. 도 11은 이러한 시스템(100)과 같은 시스템을 갖는 광학 빔의 초점화를 나타낸다. 대물 렌즈(200)은 축(208)을 따라 광학 빔을 초점하도록 위치된다. 고정된 렌즈 위치 및 축(208)에 따른 빔 초점을 위하여, 상기 빔은 일반적으로 스캔에 따른 평면(204)을 따라 초점되지 않는다. 대신에 상기 스캔된 빔의 초점은 곡면(206)을 정의한다. 평평한 기판(또는 다른 형태의 기판)에 집중하기 위하여, 초점-컨트롤 렌즈는 상기 평면(204)(또는 다른 표면)에 빔 초점를 설정하기 위하여 조정된다. 도 11에 나타난 바와 같이, 일반적으로 선(ray) 방향과 축(208)(즉, 각도 α2보다 클수록) 사이의 각도가 클수록 평면(204)로부터 실질적 초점의 변위가 커진다. 빔 스폿 사이즈를 변화시키기 위하여, 초점-컨트롤 렌즈는 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같은 이동 스테이지(130)로 이동된다. 이러한 조정으로, 빔은 곡선 필드 초점면(216)을 정확히 하기 위한 초점-조정 렌즈를 사용하여 다른 초점면(214)에서 다른 빔 직경으로 초점될 수 있다. 이러한 방식으로, 빔 스폿 사이즈가 상대적으로 큰(전형적으로 느린) 빔 스폿 사이즈 조정으로 조정되는 반면, 빔의 초점은 상대적으로 작은(및 전형적으로 빠른) 초점 조정으로 이루어진다.

어떤 시스템에서, 필드 곡률 보정 및 기판에 빔 초점를 유지하기 위하여 초점-컨트롤 렌즈를 이동시키도록 서보모터(servomotor) 또는 다른 동작 컨트롤 장치(또는 압전 소자, 검류계, 이동 스테이지 등)는 자리할 수 있다. 추가적인 서보모터(또는 압전 소자, 검류계, 이동 스테이지 등)는 광학 축에 따른 빔 초점 위치를 조정하는, 일반적으로 빔 직경을 조정하는 초점-컨트롤 렌즈를 이동시키도록 자리할 수 있다.

일반적으로 도 12를 참조하면, 단면도는 각각 선택된 레이저 펄스 파라미터, 복합체(300)로 지시되고, 다른 복합체 기능에 초점을 맞춘 세 개의 (전형적으로 펄스)레이저 빔(302), (303), (304)를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 복합체(300)는 하부 부분(305) 및 주변적 립(307), 주변적 전도성 경계(308) 및 기판(306)의 표면 상단에 증착된 전도성 재료의 층(310)을 가지는 기판(306)을 포함한다.

어떤 실시예에서, 기판(306)은 상수 또는 고정된 두께를 갖거나, 복합체의 응용에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다. 어떤 실시예에서, 주변적 전도성 경계(308)는 전도성 은(Silver) 페이스트를 포함한다. 어떤 일 실시예에서, 상기 복합체(300)는 전자 장치에서 용량성 터치 스크린으로 사용되도록 처리될 수 있다. 이러한 실시예에서 복합체(300)는 디스플레이의 사용자의 시야를 가리지 않고 터치 스크린 기능을 제공하는 전자 장치의 디스플레이를 오버레이할 수 있도록 투명할 수 있다. 얇은 층(310)은 터치스크린의 본체(즉, 디스플레이의 오버레이를 할 수 있다)를 포함할 수 있고, 상기 경계(308)는 터치스크린의 본체에 연결되는 하나 이상의 집적 회로(IC) 궤도를 포함할 수 있다. 상기 IC는 예를 들면, 터치 스크린 상의 다양한 위치에서 용량의 변화에 기초한 터치스크린의 터치 이벤트의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 궤도는 이러한 결정을 활성화하기 위하여 IC를 터치스크린 자체에 연결한다.

다양한 전자기기에 있어서, 디스플레이의 모든 범위와 상호작용하는 것을 사용자에게 허용하기 위하여, 박막 (310)은 상기 기기의 디스플레이 전체를 덮어씌우는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 전자기기의 베젤 내의 IC 레이스웨이(IC raceways)와 맞추는 것이 요구될 수 있다. 전자기기의 베젤이 작게 만들어질수록, IC 레이스웨이의 사이즈를 줄이는 것과 유사한 효과를 나타낼 수 있고(따라서, 이들은 베젤 내에 맞추어질 수 있다.), 또한 이들의 특성(예를 들어, 이들의 전도성 및 치수)을 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.

상기 경계(308) 및 박막(310)이 다른 목적으로 역할함(serve)에 따라서, 이들은 다른 결과를 달성하기 위하여, 다른 방법으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 균질한 두께 및 사용자로의 외형을 유지하는 것과 같은 상기 박막(310)의 비침습(non-ablatively) 공정이 바람직할 수 있다. 그러나, 연속적인 경계(308)로부터 균질한 IC 레이스웨이를 형성하기 위하여, 경계(308)의 침습(ablatively) 공정이 바람직할 수 있다. 나아가, 펄스 레이저 빔(302, 304 및 303) 상의 상기 면 z1, z2 및 z3 각각은 상기 박막(310) 및 경계(308)를 처리하기 위하여 초점되고(focused), 펄스 레이저 빔(302, 303 및 304)의 광학축(optical axes)들을 따라 서로 분리될 수 있다.

따라서, 단일 시스템의 막(310) 및 경계(308) 모두를 처리하는 것을 허용하고, 다양한 장점을 제공하는 기술이 하기에 서술된다.

상기한 바와 같이, 도 12는 시스템(100)과 같은 레이저 패턴 시스템에 의해 처리되는 복합체의 구성을 나타낸다. 앞서 서술한 것에 따라, 상기 시스템(100)은 박막(310) 및 경계(308)를 다양한 다른 방법으로 처리하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템(100)은 하기에 더욱 상세히 서술한 바와 같이 경계(308)를 침습시키는 공정에 적용될 수 있다. 이러한 공정단계에 있어서, 초점 컨트롤 렌즈(110)는 상면 만곡(field curvature)을 바로잡기 위하여 자동화될 수 있다. 하우징(112)의 이동은 수동, 또는 빔의 광학축 방향에서 레이저 빔의 초점 위치를 제어하기 위한 컴퓨터 제어 서보 모듈을 통해 제어될 수 있다.

따라서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 펄스 레이저 빔(302)는, 막(310)의 비침습(non-ablatively) 공정을 위한 초점면 z1에서 박막(310)의 노출면 상으로 초점되기 위하여 제어될 수 있다. 유사하게, 펄스 레이저 빔(304)는 막(308)의 침습 공정을 위한 초점면 z2에서 경계(308)의 노출면 상으로 초점되기 위하여 제어될 수 있다.

나아가, 레이저 빔이 복합체(300)의 침습 공정에 사용되는 경우, 상기 레이저 빔은 연속적으로 제어될 수 있고, 재료(탈착이 일어나는 것과 같이 이동할 수 있는)의 표면에서 초점된다. 또 다른 경우에 있어서, 처리되는 표면 상의 레이저 빔의 스폿 사이즈(spot size)를 최소화하는 것이 바람직하다. 이 경우, 레이저 빔(302 및 304)을 나타낸 바와 같이, 상기 레이저 빔의 초점면은 처리되는 재료의 노출면과 일치한다.

다른 경우에 있어서, 그러나 더욱 큰 특징점 크기(feature sizes) 및 더욱 큰 스폿 사이즈는 사용될 수 있다. 이 경우, 레이저 빔 303을 나타낸 바와 같이, 레이저 빔의 초점면은 레이저 빔의 광학축을 따라 처리되는 재료의 노출면으로부터 이격될 수 있다. 따라서, 스캐닝 레이저 시스템은 서술한 바와 같이 특징점 크기의 조정을 허용한다.

몇몇 경우에 있어서, 레이저 스캐닝 시스템 및 처리되는 재료의 표면 사이의 거리는 조정될 수 있고, 예를 들어 더욱 큰 필드 사이즈(field size)를 제공하기 위하여 거리가 늘어날 수 있고, 정확도를 향상시키거나 또는 스폿 사이즈를 변화시키기 위하여 거리가 감소될 수 있다. 따라서, 이 경우, 레이저 스캐닝 시스템에 의해 처리되는 재료는, 스캐닝 시스템 및 처리되는 표면 사이의 거리를 제어하기 위하여 이동할 수 있는 제어가능한 표면 상에 구비될 수 있다.

예를 들어, 도 12에 나타낸 바와 같이, 복합체(300)는 축 ZF를 따라 조정될 수 있는 플랫폼(312) 상에 구비될 수 있다. 다양한 메커니즘이 ZF축을 따라 플랫폼(312)를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 일례로써, 상기 플랫폼은 내부면 상의 대응 쓰레드(corresponding threads)를 갖는 각각의 중공형 튜브(316) 내로 쓰레딩된 하나 또는 그 이상의 쓰레딩된 로드(314)와 연결(coupled)될 수 있다. 따라서, 상기 튜브(316)의 회전은 플랫폼(312) 및 축 ZF를 따른 복합체(300)의 동작을 야기한다. 상기 튜브(316)은 베이스 유닛(318) 상에 지지될 수 있다. 물론, 어떠한 다른 이동 메커니즘(translation mechanisms)이 사용될 수 있다.

도 13은, 시스템(100)과 유사한 구성을 가질 수 있는 레이저 스캐닝 시스템(412)에 의해 제작된 다른 축을 따라 각각 전파하는(propagating) 레이저 빔(406, 408, 410)을 나타낸다. 각각의 레이저 빔(406, 408, 410)은 세가지 다른 구성으로 표현된다(각각 406A, 406B, 406C 또는 408A, 408B, 408C, 또는 410A, 410B, 410C); 제1 초점면(400A 또는 400B) 상에 초점된 제1 구성(예를 들어, 406A, 408A, 및 410A에서 나타내어진 바와 같이), 제2 초점면(402A 또는 402B) 상에 초점된 제2 구성(예를 들어, 406B, 408B, 및 410B에서 나타내어진 바와 같이), 및 제3 초점면(404A 또는 404B) 상에 초점된 제3 구성(예를 들어, 406C, 408C, 및 410C에서 나타내어진 바와 같이).

초점면(400A)는 초점면(402A)보다 x2 거리만큼 시스템(412)로부터 더 멀리 떨어지고, 초점면(402A)는 초점면(404A)보다 x3 거리만큼 시스템(412)로부터 더 멀리 떨어진다. 거리 x4, x5, x6는 일반적으로 대물 렌즈(objective lens) 내의 상면 만곡(field curvature)과 대응되는 다른 초점 위치에 대응된다. 따라서, 상기 대물 렌즈는 면(400A)에서 대물 렌즈 축 상에 구비되는 기판의 타켓부분(target portion)으로 빔 초점을 형성할 수 있다; 초점 조정이 없을 시에는, 상기 축외의(off-axis) 타겟 부분으로 입사하는 빔은 면(400B) 상에 초점된다. 상기한 바와 같이, 초점 제어 렌즈는 보상을 위한 초점위치 제어를 위해 제공될 수 있다.

변위(Displacements) x2, x3는 일반적으로 초점 제어 렌즈의 더욱 큰 이동을 위하여 제공되며, 빔 스폿 사이즈의 변화를 제조할 수 있다. 상기 변위 x2, x3는 일반적으로 상이하고, 또한 면(400A)에 초점된 빔 스폿 사이즈는, 면(404A)에서의 초점을 위한 빔 스폿 사이즈보다 결과적으로 커지는, 면(402A)에서의 빔 스폿 사이즈보다 일반적으로 크다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 공정 시스템은, 상이한 빔 스폿 사이즈와 관련된 위치(예를 들어 변위 x2, x3)에서 초점 조정(x4, x5, x6)을 제공하기 위하여 구성된다.

도 14는 전자기기의 터치스크린으로써 사용되기 위해 처리될 복합체와 같은 복합체의 처리를 위한 모범적인 방법(500)을 나타낸 것이다. 502에 있어서, 복합체는, 전도층을 갖는 기판 및 이의 상부에 형성된 전도성 경계(conductive border)를 포함한다. 504에 있어서, 패턴 기술자(pattern description) 또는 공정 기술자(process description)는 복합체의 다양한 부분을 어떻게 처리할 것인지를 나타내는 것으로 얻어지고, 또한 패턴 레이아웃, 드웰시간(dwell times), 특징점 크기, 처리형태(예를 들어, 침습 또는 다른 공정들)을 포함할 수 있다. 506에 있어서, 처리빔 파라미터, 예를 들어, 파워, 파장, 펄스 반복수, 펄스 에너지 및 빔 스폿 사이즈는 패턴 기술자(pattern description)와 관련된다. 508에 있어서, 초점면(또는 작업 거리(working distances))은 선택된 빔 스폿 사이즈를 제조하기 위해 선택된다. 510에 있어서, 초점 조절 어셈블리는 위치되고, 초점 조절 어셈블리로부터의 빔은 선택된 초점면에서 적합한 빔 스폿 사이즈로 초점된다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 초점면은 전도층을 처리하기 위해 선택된다. 512에 있어서, 상기 전도층(또는 다른 기판 영역)은 초점 컨트롤 렌즈에 의해 제공된 초점 컨트롤와 함께 선택된 스폿 사이즈/작업 거리와 함께 처리된다. 514에 있어서, 초점 컨트롤 어셈블리는 위치되고, 초점 컨트롤 어셈블리로부터의 빔은 선택된 다른 초점면에서 다른 적합한 빔 스폿 사이즈로 초점된다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 이러한 초점면은 전도성 경계를 처리하기 위해 선택된다. 516에 있어서, 상기 전도성 경계(또는 다른 기판 영역)은 초점 컨트롤 렌즈에 의해 제공된 초점 컨트롤과 함께 선택된 스폿 사이즈/작업 거리로 처리된다. 처리는 520에서 종결된다. 복수개의 상이한 작업 거리 및 빔 스폿 사이즈는 패턴 기술자(pattern description)에 기반하여 사용될 수 있다.

빔 스폿 사이즈의 범위는 2 ㎛ 내지 10 mm, 4 ㎛ 내지 1 mm, 5 ㎛ 내지 0.5 mm, 또는 8 ㎛ 내지 0.2 mm와 같이 사용될 수 있고, 일반적인 빔 스폿 사이즈는 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 이다. 이러한 빔들은 일반적으로 전도성 은 페이스트 또는 대응되는 사이즈의 특성을 갖는 은 나노와이어를 포함하는 복합체를 처리할 수 있다.

전도층 및 전도성 경계에 대한 침습( ablatively ) 및 비침습 ( non - ablatively ) 공정

몇몇 경우에 있어서, 상기 전도층은 비침습 처리되고, 이는 전자기기 내의 터치감지 스크린으로써 사용될 수 있으며, 상기 전도성 경계는 침습 처리되고, 이는 터치 감지 스크린으로부터 집적회로로 이끄는 IC 레이스웨이를 형성한다. 대체 실시예로써, 그러나 전도층 또는 전도성 경계는 침습 또는 비침습 처리될 수 있고, 이는 특별한 실시예에서 적합하다. 상술한 바와 같이 "침습" 및 "비침습"은 상기한 바와 같은 의미를 가진다.

몇몇 경우에 있어서, 전도성 재료의 층들은 은 나노와이어가 임의 배열된 것을 포함한다. 이러한 층들의 은 나노와이어는 유기 오버코트(overcoat)와 같은 고분자 매트릭스 내의 기판에 고정될 수 있다. 레이저 빔은 이러한 층들로 레이저 펄스를 전달할 수 있고, 또한 전도층의 재료의 전도성이 실질적으로 변화된 처리된 부분을 만들 수 있고, 이러한 처리된 부분은 사실상 비전도성이다. 상기한 바와 같이, "전도성" 및 "비전도성"은 인쇄전자기기, 터치 센서 패터닝 또는 광전자공학의 기술자에게 일반적으로 이해될 수 있는 그들 스스로에게 부여된 의미를 가진다.

예를 들어,이러한 재료의 적합한 면저항은 30 내지 250 Ω/sq를 포함하는 전도성이 고려될 수 있고, 또한 이러한 재료의 적합한 면저항 또는 전기적 절연 측정은 비전도성 또는 약 20 MΩ/sq 이상의 저항을 포함하는 전기적 절연이 고려될 수 있다. 그러나, 이러한 면저항은 단지 예시일 뿐이고, 다른 전도성 및 비전도성 범위는 특정 용도의 요구에 따라 적용될 수 있다.

어떠한 처리된 기판은 500 Ω/sq, 1 kΩ/sq, 5 kΩ/sq, 또는 10 kΩ/sq의 면저항인 충분한 전도성이 고려될 수 있고, 또한 약 100 kΩ/sq, 1 MΩ/sq, 또는 100 MΩ/sq의 면저항인 비전도성이 고려될 수 있다.

레이저 펄스는 특정 영역과 같은 다양한 패턴의 복합체로 향할 수 있고, 또한 전기적 경로(pathways)는 기판 상에 형성된다. 펄스 길이, 펄스 감응(pulse fluence), 펄스 에너지, 스폿 사이즈, 펄스 반복수 및 스캔 스피드를 포함하는 레이저 펄스 파라미터의 특성을 세심한 선택에 의하여, 기판은 처리될 수 있고, 이들의 전기적 특성은 결정된 방식으로 변형된다. 이와 동시에, 상기 기판 및 관련된 보호 및 전도층들은 실질적인 데미지 또는 구조적 변형(예를 들어, 침습)되지 않는다.

전도층의 비침습 공정에 적합한 모범적인 레이저 펄스 파라미터는 약 50 ps의 펄스 길이, 약 0.17J/cm²의 펄스 감응, 약 40 μm의 스폿 사이즈(1/e²), 90%를 초과하여 중첩되는 펄스간 간격(pulse-to-pulse)인 약 1m/s의 스캔 속도, 약 12 μJ의 전체 펄스 에너지, 및 약 100 kHz의 펄스 반복수를 포함하고, 1064 nm(더욱 짧은 파장의 광보다 적은 면적으로 기판 및 다른 재료를 상호 반응시키는 것으로 발견된)의 파장을 갖는 광방사(optical radiation)를 사용한다.

다양한 다른 파라미터들 또한 적합할 수 있다. 예를 들어, 펄스 반복수는 1 MHz, 10 MHz까지 증가될 수 있고, 또는 처리 속도를 향상시키기 위하여 10 MHz를 초과할 수 있다. 펄스 길이는 더욱 짧거나 또는 더욱 길게 선택될 수 있다. 펄스 감응은 타겟이 비침습 처리되는 것을 보장하기 위해 조정될 수 있다. 가능한 펄스 길이는 약 1 ps, 100 ps, 200 ps, 500 ps, 800 ps, 또는 1 ns 미만을 포함한다. 다른 파라미터들은 이에 따라 유사하게 변화 및 최적화될 수 있다.

비침습 레이저 공정에 적합한 레이저 파라미터들은 처리될 선택된 재료의 적절한 특성 부분에 기반하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판, 전도층의 두께 변화 등은 레이저 펄스 열이 어떻게 분포하는지 또는 완화를 요구하는 다른 시간 종속 영향을 야기하는 데 영향을 미칠 수 있다.

빔들이 초점을 이끄는 것으로 일반적으로 서술될 동안, 초점되지 않은 빔, 라인 빔(line beams), 정사각형 또는 직사각형 빔, 균질, 실질적 균질 또는 하나 또는 그 이상의 횡단축(transverse axes)을 가로지르는 미리선택된 강도 프로파일의 빔들을 포함하는 기하학적 구성(geometrical configuration) 및 강도 분포(intensity distributions)는 가능하다. 몇몇 경우, 복합체는 이들 표면 상에 기하학적 특성을 달성하는 것을 돕기 위하여 이동될 수 있다. 이 경우, 하나 또는 그 이상의 레이저 빔은 상부 또는 배면측 방향으로부터 복합체에 나쁜 영향을 주고, 상기 빔은 전도층으로 기판을 따라 전파되고, 상기 빔은 전도층으로 침습 또는 비침습 변화를 야기한다. 이 경우, 레이저 펄스는 전도층의 처리된 부분이 가시적 특성(visible characteristics) 변화없이 비전도성을 나타내도록 야기한다. 유사하게, 레이저 펄스는 침습 또는 비침습적으로 전도성 경계를 처리할 수 있다.

전도성 경계의 레이저 침습(Laser ablation)은 타겟 표면 상으로 입사하는 레이저 빔의 에너지 함량(energy content)을 증가시킴에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 펄스 파라미터는 펄스 길이, 펄스 감응, 전체 펄스 에너지, 더욱 짧은 파동의 사용에 의해, 또는 스폿 사이즈를 감소시킴에 의해 조정될 수 있다. 적합한 레이저 시스템은 펄스드 파이버 레이저(pulsed fiber lasers), 펄스드 파이퍼 증폭기(pulsed fiber amplifiers) 및 다이오드 펌핑된 고체 상태 레이저(diode pumped solid-state lasers)를 일반적으로 포함할 수 있다.

모범적인 제어 시스템 및 컴퓨팅 환경( Computing Environment )

도 15는 레이저 빔 전달 시스템(603)을 제어하기 위한 제어 시스템(600)을 포함하는 모범적인 레이저 처리 시스템을 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 제어 시스템(600)은 레이저 빔 파라미터 컨트롤 인터페이스(602), 스테이지 컨트롤 인터페이스(604), 레이저 빔의 스캐닝을 제어하기 위한 2개의 검류계(galvanometer) 컨트롤 인터페이스(606 및 608) 및 제1 및 제2 스테이지 컨트롤 인터페이스(610, 612)를 포함한다. 상기 레이저 빔 파라미터 컨트롤 인터페이스(602)는 소스(605)와 같은 레이저 빔 소스와 연결될 수 있고, 이에 의하여 펄스 길이, 펄스 감응, 펄스 에너지, 펄스 광 파장 등의 제조된 레이저 빔의 파라미터를 제어할 수 있다.

일반적으로, 제어 시스템(600)은 하나 또는 그 이상의 프로세서(607) 및 패턴 데이터 및 레이저 스캔 파라미터를 결정하기 위한 패턴 데이터를 처리하기 위한 지시를 저장하는 메모리(609)를 포함한다. 상기 컨트롤 인터페이스들은 일반적으로 마그네틱 디스크 또는 랜덤 액세스 메모리와 같은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터로 읽기가능한 저장매체 내에 저장된 컴퓨터 상에서 구현가능한 지시에 기반하여 시행된다.

스테이지 컨트롤 인터페이스(604)는 처리될 복합체의 위치를 제어할 수 있는 기판 스테이지(618)과 연결될 수 있다. 상기 기판 스테이지(618)은 압전 또는 전동(motorized) 스캐닝 장치와 같은 다양한 동작 제어 장치 중 어떠한 것을 포함할 수 있다. 상기 검류계(galvanometer) 컨트롤 인터페이스(606, 608)들은, 각각 반사면(reflective surfaces, 617, 615)를 제어할 수 있는 검류계(616, 614)와 각각 연결될 수 있다. 제1 및 제2 스테이지 컨트롤 인터페이스(610, 612)는 동작 제어 장치(629, 630)과 각각 연결될 수 있고, 광학축을 따라 스테이지들의 선형 동작을 제어할 수 있다.

동작 제어 장치(629)는 초점 제어 어셈블리(628)과 연결되고, 빔 초점은 빔 스캐닝동안 유지될 수 있다. 상기 초점 제어 어셈블리(628)는 처리될 기판에 적합한 빔 직경을 선택할 수 있도록 동작 제어 장치(630)와 고정된다(secured). 또 다른 초점 제어 어셈블리(628)의 추가적인 구비는 628A에서 나타내어졌다. 동작 제어 장치(630)과 초점 제어 어셈블리(628)의 제어는 일반적으로 기판(618)의 대응 이동과 동반되고, 스캔 필드 전체의 초점이 동작 제어 장치(629)와 함께 유지될 수 있으면서, 상이한 빔 직경에서의 빔 초점이 달성된다.

도 16은 상술한 특징들이 시행될 수 있는 적합한 컴퓨팅 환경(700)의 일반적인 예를 묘사한다. 상기 컴퓨팅 환경(700)은 특징들이 다양한 일반적 목적 또는 특별한 목적의 컴퓨팅 시스템으로 시행될 수 있도록, 사용 또는 기능의 범주에서 어떠한 제한도 제안하지 않을 예정이다. 예를 들어, 컴퓨팅 환경(700)은 다양한 컴퓨터 장치(예를 들어, 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 미디어 플레이어, 게이밍 시스템, 모바일 장치 등) 중 어떠한 것도 될 수 있다.

도 16을 참고하면, 상기 컴퓨팅 환경(700)은, 하나 또는 그 이상의 처리유닛(processing units, 710, 715) 및 메모리(720, 725)를 포함하는 기본 구성(730, basic configuration)을 포함한다. 상기 처리 유닛(710, 715)는 컴퓨터로 실행가능한 지시를 실행한다. 상기 처리 유닛은 일반적 목적의 중앙 처리 유닛(CPU)일 수 있고, 특수용도의 집적회로(application-specific integrated circuit, ASIC) 내의 프로레서, 또는 어떠한 다른 형태의 프로세서일 수 있다. 멀티 프로레싱 시스템에 있어서, 멀티플 처리 유닛은 처리 파워를 증가시키기 위하여 컴퓨터로 실행가능한 지시를 실행한다.

예를 들어, 도 16은 그래픽 처리 유닛 또는 코프로레싱 유닛(co-processing unit, 715)뿐만 아니라, 중앙처리유닛(710)을 나타낸다. 실체적 메모리(tangible memory, 720, 725)는 휘발성 메모리(예를 들어, 레지스터스, 캐쉬, RAM), 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, EEPROM, 플래쉬 메모리 등) 또는 처리유닛(들)에 의해 접속할 수 있는 둘 이상의 어떠한 조합일 수 있다. 상기 메모리(720, 725)는, 처리 유닛(들)에 의하여 집행하는 데 적합한 컴퓨터로 실행가능한 지시 형태로 상술한 바와 같은 하나 또는 그 이상의 특징(innovations)들을 실행하는 소프트웨어(780)을 저장한다.

컴퓨팅 시스템은 추가적인 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 컴퓨팅 환경(700)은 저장장치(740), 하나 또는 그 이상의 입력장치(750), 하나 또는 그 이상의 출력장치(760) 및 하나 또는 그 이상의 통신연결(communication connections, 770)을 포함한다. 버스, 컨트롤러 또는 네트워크와 같은 상호 연결 메커니즘(미도시)은 컴퓨팅 환경(700)의 구성요소들을 상호연결한다. 일반적으로 구동 시스템 소프트웨어(미도시)는 컴퓨팅 환경(700) 내의 다른 소프트웨어 실행을 위해 구동 환경을 제공하고, 또한 컴퓨팅 환경(700)의 구성요소들의 활동의 편성한다.

실체적 저장장치(740)은 제거가능하거나 또는 제거가능하지 않을 수 있고, 마그네틱 디스크, 마그네틱 테이프 또는 카세트, CD-ROM, DVD, 또는 비-일시적인 방법(non-transitory way)으로 정보를 저장하는데 사용될 수 있고, 컴퓨팅 환경(700) 내에서 접속될 수 있는 어떠한 다른 매체를 포함한다. 저장장치(740)은 하나 또는 그 이상의 상술한 특징들을 실행하는 소프트웨어(780)를 위한 지시를 저장한다.

입력장치(750)는 키보드, 마우스, 펜 또는 트랙볼과 같은 터치 입력 장치, 음성 입력 장치, 스캐닝 장치 또는 컴퓨팅 환경(700)으로 입력을 제공할 수 있는 다른 장치일 수 있다. 비디오 인코딩을 위하여, 상기 입력장치(750)은 카메라, 비디오 카드, TV 튜너 카드 또는 아날로그 또는 디지털 형태 또는 비디오 입력을 받아들이는 유사장치, 또는 컴퓨팅 환경(700) 내의 비디오 샘플을 읽는 CDROM 또는 CD-RW일 수 있다. 상기 출력장치(760)는 디스플레이, 프린터, 스피커, CD-라이터, 또는 컴퓨팅 환경(700)으로부터 출력을 제공할 수 있는 다른 장치일 수 있다.

통신연결(770)은 다른 컴퓨팅 전체로 통신매체(communication medium)를 이용하여 소통할 수 있게 한다. 상기 통신매체는 컴퓨터로 실행가능한 지시, 오디오 또는 비디오 입력 또는 출력, 또는 변조된 데이터 신호(modulated data signal)의 다른 데이터와 같은 정보를 전달한다. 변조된 데이터 신호는, 이들의 특성셋(characteristics set) 중 하나 또는 그 이상을 갖거나, 또는 신호의 인코딩 정보와 같은 방식으로 변화된 신호이다. 제한되지 않는 일례로써, 통신매체는 전기적, 광학적, RF 또는 다른 캐리어(carrier)를 사용할 수 있다.

소프트웨어(780)는 하나 또는 그 이상의 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어(780)는 레이저 빔 파라미터의 셋팅 및/또는 레이저 빔의 소스, 축을 따라 기판 위치를 셋팅하고 기판 스테이지를 제어하기 위한 기판 스테이지 동작 모듈(784) 및 빔 스캐닝 시스템의 파라미터를 결정하기 위한 빔 스캐닝 모듈(786)을 제어 및/또는 빔 스캐닝 시스템을 제어하기 위한 레이저 빔 소프트웨어 모듈(782)를 포함할 수 있다.

하나의 모범적인 빔 스캐닝 시스템은 한쌍의 검류계를 포함할 수 있다. 초점 제어 모듈(780)은 또한 초점 조정 렌즈의 동작에 의한 상면 만곡(field curvature)을 보정하기 위한 동작을 결정하는 필드 초점 보정 모듈(field focus correction module, 788)을 포함할 수 있다. 빔 직경 모듈(beam diameter module, 790)은 선택된 빔 직경을 얻기위한 특정 거리에서 빔을 초점하기 위한 동작을 제어할 수 있다.

비록, 상술한 방법들 중 몇몇의 작동(operations)은 특정한 경우에 대해서 설명되었고, 순차적 순서(sequential order)는 편리한 방식으로 설명되었으나, 이는 상술한 특정 언어에 의하여 요구되는 특별한 배치(ordering)를 제외하고는 기술(description)이 재배열을 포함하는 형태로 이해될 것이다. 예를 들어, 순차적으로 설명된 구동은 몇몇의 경우 재배열될 수 있고, 또는 동시에 수행될 수 있다. 나아가, 단순화를 위하여, 첨부된 도면들은 다른 방법들과 결합하여 사용될 수 있는 서술된 방법들을 다양한 방법으로 나타내지는 않았다.

개시된 방법들은 하나 이상의 컴퓨터로 해독 가능한 저장매체(예를 들어, 하나 이상의 광학 매체 디스크, 휘발성 기억 장치(예를 들어, DRAM 또는 SRAM), 또는 비휘발성 기억장치(예를 들어, 플래쉬 메모리 또는 하드 드라이브))에 저장된 컴퓨터로 실행 가능한 명령으로서 실행되고, 컴퓨터(예를 들어, 컴퓨터 하드웨어를 포함하는 스마트 폰 또는 다른 모바일 장치를 포함하는 어떠한 상업적으로 가능한 컴퓨터) 상에서 수행될 수 있다. 컴퓨터로 해독 가능한 저장매체라는 용어는 시그널 및 캐리어 웨이브(signals and carrier waves)와 같은 통신연결(communication connections)을 포함하지 않는다. 개시된 구체예들을 시행하는 과정에서 생성되거나 또는 사용되는 것을 포함하여, 개시된 기술을 시행하기 위한 어떠한 컴퓨터로 실행 가능한 명령도 하나 이상의 컴퓨터로 해독 가능한 저장매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터로 실행 가능한 명령은 예를 들어, 이를 위한 소프트웨어 응용 또는 웹브라우저 또는 다른 소프트웨어 응용(예를 들어, 원거리 컴퓨팅 응용)을 통하여 접근 가능하거나 다운로드 가능한 소프트웨어 응용의 일부일 수 있다. 이와 같은 소프트웨어는 예를 들어 단일 로컬 컴퓨터(예를 들어, 어떠한 적절한 상업적으로 구입가능한 컴퓨터) 또는 하나 이상의 네트워크 컴퓨터를 이용한 네트워크 환경(예를 들어, 인터넷, 광역 네트워크, 근거리 통신망, 클라이언트-서버 네트워크(예를 들어, 클라우드 컴퓨팅 네트워크))에서 실행될 수 있다.

더욱이, 어떠한 소프트웨어에 기초한 구체예들(예를 들어, 컴퓨터가 개시된 어떠한 방법들을 수행하도록 하는 컴퓨터로 실행가능한 명령들을 포함)도 적절한 통신 수단을 통하여 업로드, 다운로드, 또는 원격 접속이 가능하다. 이와 같은 적절한 통신 수단은 예를 들어, 인터넷, 월드와이드웹, 인트라넷, 소프트웨어 응용, 케이블(광섬유 포함), 자기통신(magnetic communications), 전자기통신(RF, 극초단판, 및 적외선 통신 포함), 전기 통신, 또는 다른 통신 수단을 포함한다.

도 17은 멈춤부 구성(810A - 810C)에 기초하여 고정된 위치(예를 들어 808A)로 이동이 가능한 초점 구성(808)을 도시하고 있다. 스테이지(802)는 대물랜즈(814)의 축(812)을 따라 초점 구성(808)을 이동시킨다. 초점 구성(808)은 초점 구성(808) 내에서 이동 가능한 렌즈(806)를 포함하여 대물 렌즈(814)에 의하여 설정된 빔 초점 위치를 조절하고, 이에 의하여 필드의 굴곡 또는 비평면 대상에 대한 보정을 한다. 렌즈(806)의 하나의 대타겟인 위치가 806A에 도시되어 있다.

V. 미세 대상물의 마킹을 위한 고 해상도 디지털 인코딩 레이저 스캐너의 최적화

레이저 스캐닝 시스템의 중요한 특성은 얻을 수 있는 해상도(이 이후부터, 구분되는 2개의 점 사이의 최소 거리를 의미함)이다.

통상적인 레이저 스캐닝 시스템들은 레이저 스캐너와 스캔되는 표면과의 작업거리를 감소시키는 방법으로 해상도를 향상시켜왔으며, 이에 따라 작은 스캐닝 필드에 대하여 스캐닝하는 경우 낮은 해상도를 보였다. 광역-필드 스캐닝 능력을 유지하기 위하여, 통상적인 시스템들은 스캔될 표면을 이동시키기 위한 고가의 이동가능한 스태이지를 적용하였고, 복수의 작은 필드들이 표면에서 서로 인접한 상태로 스캔되어 대면적 필드를 형성할 수 있었다. 이와 같은 통상적인 시스템은 몇가지 단점이 있었다.

기존의 레이저 스캐닝 시스템은 주로 16-비트 레이저 스캐너를 사용하였고, 원하는 해상도를 얻을 때까지 작업 거리를 감소시켰으며, 그 후, 복수의 작은 필드들을 스캔하였고, 이동 가능한 스테이지에 의존하여 스캔된 표면을 스캐너를 기준으로 이동시켰다.

20-bit 스캐너를 사용하는 경우, 유사한 기술을 사용하여도 향상된 해상도(예를 들어, 16배)를 얻을 수 있다는 것이 알려졌다. 대안으로, 20-bit 스캐너를 사용함으로써, 더 넓은 작업 거리에서 유사한 해상도를 얻을 수 있고, 따라서, 복수의 필드를 스캔할 필요성을 감소 또는 제거할 수 있고, 따라서, 스캔된 표면을 스캐너를 기준으로 이동시킬 필요성을 감소 또는 제거할 수 있다는 것이 또한 알려졌다.

이는 통상의 시스템과 비교하여 몇가지 구별되고 우수한 장점들을 제공한다. 예를 들어, 현저하게 작은 해상도의 스캐닝을 얻을 수 있다. 또한, 많은 스캔 필드를 함께 조합할 필요성을 감소 또는 제거함에 의하여, 조합 공정에 발생하는 에러를 감소 또는 제거할 수 있다.

도 18은 디지털 레이저 스캐닝 시스템(3000)(예를 들어, 20-비트 레이저 스캐닝 시스템) 및 시스템(3000)의 지시에 따라 다른 축을 따라 각각 진행하는 레이저 빔(3008, 3010 및 3012)를 보여준다. 레이저 빔들 각각(3008, 3010, 3012)은 3가지 서로 다른 배열(10)(각각 빔 3008A, 3008B, 3008C 또는 3010A, 3010B, 3010C, 또는 3012A, 3012B, 3012C와 같이)로 보여지고, 제1 초점면(3002)에 초점이 맞춰진 제1 배열(예를 들어, 3008A, 3010A, 3012A와 같은), 제2 초점면(3004)에 초점이 맞춰진 제2 배열(예를 들어, 3008B, 3010B, 3012B와 같은), 제3 초점면(3006)에 초점이 맞춰진 제3 배열(예를 들어, 3008C, 3010C, 3012C와 같은)로 보여진다. 초점면(3002)는 초점면(3004)보다 시스템(3000)으로부터 더 멀고, 초점면(3004)는 초점면(3006)보다 시스템(3000)으로부터 더 멀다.

디지털 레이저 스캐닝 시스템(3000)은 일반적으로 기설정된 비트 수에 의하여 디지털 방식으로 특정되는 각편향(α)을 제공한다. 예를 들어, 디지털 레이저 시스템(3000)은 n이 8, 16, 18, 20 또는 그 이상의 정수라고 할 때, n 비트에 기초하여 편향 각을 특정할 수 있다. n-비트 디지털 레이저 스캐닝 시스템은 2n의 구별되는 편향 각들을 인식할 수 있다. 선택된 초첨면 상의 가로변위(d)는 일반적으로 각 편향(α)과 축(3050)에 따른 초점면 거리의 곱에 비례한다. 가로 변위 해상도(고정된 각편향 거리를 위한)는 가로 변위에 있어서의 관련된 차이(associated difference)로 정의된다.

도 18에 도시된 바와 같이, 초점면(3006)에서의 가로변위 해상도는 초점면(3004)에서의 가로 변위 해상도보다 작고, 이는 초점면(3002)에서의 가로변위 해상도보다 작다. 즉, 시스템(3000)으로부터의 작업 거리가 증가할수록, 가로변위 해상도는 증가한다. 초점면(3004)이 초점면(3004)보다 시스템(3000)으로부터 멀고, 초점면(3004)이 초점면(3006)보다 시스템(3000)으로부터 멀기 때문에, 가로변위 해상도는 x10 > x11 > x12이다. 16-비트 스캐닝 시스템보다는 20-30 비트 스캐닝 시스템을 사용함으로써, 스캐닝 시스템을 기준으로 스캔된 표면을 이동시키거나 더 큰 스캔 필드를 얻기 위하여 복수의 작은 스캔 필드를 조합하지 않고, 1 제곱미터 크기의 스캔 필드를 스캔하기에 충분한 작업 거리에서 바람직한 해상도를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 20-비트 스캐닝 시스템은 1 마이크로미터 미만의 해상도로 1 제곱미터의 스캔 필드를 스캐닝할 수 있다. 시스템(3000)은 처리 빔을 제공하기 위한 레이저, 광학 시스템, 및 스캔 패턴을 수신하고, 스캔 조절 신호를 광학 시스템과 접목시키기 위한 스캔 컨트롤러를 포함한다. 특정 경우에 있어서는, 스캔 패턴은 복수의 스캔 벡터들로 정의될 수 있다. 어떠한 경우에는, 스캔 조절 신호는 광학 시스템을 조절하여 처리 빔이 기 설정된 빔 직경으로 스캔 위치로 향하도록 조절할 수 있다. 어떠한 경우에는, 스캔 컨트롤러는 스캔 조절 신호를 광학 시스템에 접목시켜 스캔 위치를 가로질러, 또는 스캔 위치에 대하여 광학 시스템이 처리 빔을 스캔하도록 조절하고, 이를 통하여 적어도 하나의 노출된 스캔 벡터를 도출하도록 한다. 어떤 경우에는, 노출된 스캔 벡터와 의도된 스캔 벡터 사이의 가로 옵셋은 기 설정된 빔 직경의 1/0 미만, 또는 1/20 미만이다. 어떠한 경우에는, 스캔 조절 신호는 적어도 1/216(0.0015%), 예를 들어, 약 1/217(0.00076%), 또는 약 1/218 (0.00038%), 또는 약 1/219 (0.00019%), 또는 약 1/220 15 (0.000095%)의 정확도 범위 내에서 스캔 벡터에 대응된다.

표 1은 복수의 필드 크기를 위한 다양한 스캐닝 시스템에서의 획득 가능한 해상도를 μm/bit 단위로 보다 구체적으로 보여준다. 특히, 표 1은 서로 다른 길이의 변의 길이를 갖는 사면체 필드에 대하여 16-비트 스캐닝과 비교하여 20-비트 스캐닝 시스템이 갖는 구체적인 장점을 보여준다.

비트수	정사각 필드 모서리 길이
비트수	0.1m	0.25m	0.5m	0.75m	1.0m	1.2m
10	98	244	488	732	976	1172
12	24	61	122	183	244	293
14	6.1	15.3	31	46	61	73
16	1.53	3.81	7.6	11	15	18
18	0.38	0.95	1.9	2.9	3.8	4.6
20	0.095	0.2384	0.48	0.72	0.95	1.14
22	0.024	0.06	0.12	0.18	0.24	0.29
24	0.0006	0.015	0.03	0.04	0.06	0.072

<표 1: 주어진 필드 크기의 함수로서의 해상도>

도 19a 및 도 19b는 각각 16-비트 스캐닝 시스템과 20-비트 스캐닝 시스템에서 얻을 수 있는 해상도를 보여준다. 도 19a 및 19B에서 좌측 이미지는 가장 큰 것이 1 mm의 직경을 갖는 동심 원들의 입력 패턴을 보여준다. 도 19a 및 도 19b의 우측 이미지는 동심 원들의 입력 패턴에 따라 각각 16-비트 및 20-비트 스캐닝 시스템에 의하여 실제로 스캔된 패턴을 보여준다. 이와 같은 패턴은 동일한 광학 시스템, 레이저, 및 스캐너(16-비트 및 20-비트 모드로 작동하는)를 이용하여 감광제로 스캔되었다. 이 예들에서 사용된 필드 크기에 기초하여 보면, 16-비트 스캐닝 시스템의 가로 변위 해상도는 9.2 μm였고, 20-비트 스캐닝 시스템의 가로 변위 해상도는 0.6 μm였다. 상기 실험의 결과는 20-비트 스캐닝 시스템에서 스캐닝 해상도가 현저히 향상됨을 명확히 보여준다. 더 높은 가로 변위 해상도와 함께, 형상은 보다 정확하게 기판(substrate)으로 이동될 수 있다. 따라서, 20-비트 스캐닝 시스템은 공지의 스캐닝 시스템과 비교하여 보다 작은 스캐닝 피치(형상들(features) 사이에서 얻을 수 있는 가장 작은 중심과 중심간 거리를 의미함)와 함께 보다 작은 레이저 스크라이브 라인(scribe lines)을 제공할 수 있고, 신호 비트 정확도 한계에 따르는 빔 위치와 관련된 양자화된 오류를 감소시킬 수 있다. 특히, 0.5 m x 0.5 m 필드에 대하여 40 μm를 갖는 20 μm의 스크라이브 라인을 스캔하기 위하여, 16-비트 스케닝 시스템은 스크라이브 라인들 사이에 단지 5에서 6 비트(7.6 μm/bit에서)만을 제공한다. 스크라이브 폭을 10 μm로, 피치를 20 μm로 감소시키면, 16-비트 시스템은 스크라이브 사이에서 단지 2 에서 3 비트만을 제공할 수 있으며, 이는 현저한 빔 위치의 양자화 및 이에 따르는 오류(예를 들어, 형상들 사이의 공간이 일정하지 않음)를 도출할 수 있다. 반면, 0.5 m x 0.5 m 필드에 대하여 20 μm 피치로 10 μm 스크라이브를 스캔하기 위하여, 20-비트 스캐닝 시스템은 스크라이브 라인들 사이에 41에서 42 비트를 제공하며, 양자화 효과를 현저히 저감시킨다. 도 20a와 20B는 이와 같은 향상을 보여준다. 도 20a는 100 μm 피치에서 16-비트 스캐닝 시스템으로 스캔한 복수개의 라인을 보여주고, 도 20b는 20-비트 스캐닝 시스템에 의하여 스캔한 동일한 입력 패턴을 보여준다. 공간 일정성에 있어서의 향상은 시각적으로 확인할 수 있다.

20-비트 스캐닝에 의하여 제공되는 향상을 평가하기 위하여 추가적인 테스트가 수행되었다. 도 21은 16-비트 및 20-비트 스캐닝 시스템에 의하여 스캔된 입력 패턴을 나타내고, 도 21에 표시된 숫자들은 관련된 패턴의 mm 단위의 피치를 나타낸다. 스캔된 형상들의 피치는 고배율로 측정되었고, 각 패턴들에 대하여 표 2에 제시되었다(주어진 공간을 갖는 선과 모서리들).

	30μm (선)		50μm (선)		80μm (선)		100μm (선)		70.7μm (모서리)		141.4μm (모서리)
비트수	16	20	16	20	16	20	16	20	16	20	16	20
최대 (μm)	36.4	31.5	55.6	51.2	90.6	81.6	110.5	102	87.9	72.7	155.8	143.3
최소 (μm)	26.8	28.9	41.2	49.4	73.4	78	85.6	97.6	59	69.4	127.7	139.4
최대-최소 (μm)	9.6	2.6	14.4	1.8	17.2	3.6	24.9	4.4	28.9	3.3	28.1	3.9
평균 (μm)	29.7	30.1	48.9	50.1	80.4	80.2	99.7	100	71.4	70.9	141.4	141.7
표준 편차 (μm)	3.7	0.8	5.7	0.6	6.6	1	9	1.2	12	0.9	10	1.1

<표 2: 스캔된 형상들의 측정된 피치>

표 2는 스캔된 형상들의 피치 측정값을 보여주고 있으며, 16-비트 및 20-비트 스캐닝에서 패턴화된 6개의 서로 다른 패턴들에 대하여, 최대 거리, 최소 거리, 최소 및 최대 거리 사이의 차이, 평균 거리, 및 거리에 대한 표준편차를 포함한다. 모서리 형상의 거리는 모서리들 간의 대각선 상에서 측정되었고, 따라서, 50 μm 피치를 갖는 형상들을 위한 명목 거리는 70.7 μm이고, 100 μm 피치를 갖는 형상들의 명목 거리는 141.4 μm이다. 표 2에 기재된 바에 따르면, 20-비트 스캐닝은 16-비트 스캐닝과 비교하여 일정하고 현정한 우수한 성능을 보여주었다. 특히, 20-비트 측정의 모든 표준편차는 두배의 단일 비트 해상도 한계 범위 이내이다.

도 22는 물질들이 처리될 수 있는 예시적인 방법(2200)을 도시하고 있다. 2202에서, 레이저 스캐닝 시스템에 의하여 처리될 물질이 수신된다. 2204에서, 물질로 스캔될 패턴 기술자가 수신된다. 2206에서, 20-비트 모드로 작동하는 레이저 스캐닝 시스템을 사용하여 상기 패턴 기술자에 따라 물질이 처리된다. 2208에서, 처리는 종결된다. 어떤 경우에는, 상기 방법은 물질을 스캐너를 기준으로 움직이지 않고, 단일 레이저 스캐너로 적어도 1 제곱미터의 스캔 필드를 처리하기 위하여 사용된다.

다른 예시적인 방법은 하나 이상의 특징 패턴을 정의하는 패턴 기술자를 수신하는 것을 포함할 수 있으며, 이는 각각의 스캔 벡터와 연관될 수 있다. 상기 방법은 레이저 빔의 직경을 선택하고, 패턴 기술자에 기초하여 대상의 스캔 범위에 대하여 선택된 또는 다른 방법으로 기 설정된 빔 직경을 갖는 레이저 빔의 방향을 정하는 것을 더 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 레이저 빔은 빔 직경의 1/10 미만인 가로 방향 해상도를 갖는 스캔 범위 위로 방향이 정해질 수 있다. 어떤 경우에는, 상기 레이저 빔은 빔 직경의 1/20 미만인 가로변위 해상도를 갖는 스캔 범위 위로 방향이 정해질 수 있다. 스캔 범위는 정사각형, 직사각형, 원형 또는 어떠한 다른 적절한 형태일 수 있다.

또 다른 예시적인 방법은 레이저 빔의 직경을 선택하고(예를 들어, 약 10 μm에서 100 μm 범위), 레이저 빔원으로부터 바람직한 작업 거리에 있는 스캔 면 상에 대상을 위치하여 레이저 빔이 스캔 면에서 선택된 직경을 갖도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 어떠한 경우에는, 스캔 면은 선택된 레이저 빔 직경과 연관될 수 있고, 예를 들어, 작업 거리는 선택된 직경에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 방법은 대상을 가로질러, 또는 대상에 대하여 레이저 빔을 스캐닝함으로써 대상을 레이저 빔에 노출시키는 것을 더 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 레이저 빔은 선택된 레이저 빔 직경의 1/10 미만, 또는 1/20 미만, 또는 1/100 미만, 또는 1/1000 미만에 상응하는 각 스캔 증가량으로 스캔될 수 있다. 20-비트 스캐닝 시스템은 스캐닝 시스템이 더 이상 얻을 수 있는 해상도에 있어서 제한 요소가 아닐 수 있는 정도까지 해상도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 스캐닝 시스템을 보정하기 위하여 사용되는 장치는 스캐닝 시스템에 의하여 얻을 수 있는 해상도 범위 내에서 보정을 할 수 없을 수 있다. 다른 예에 따르면, 빔 조정 및/또는 물질 한계 뿐만 아니라, 열적 및/또는 진동 영향이 스캔 시스템에 의하여 얻을 수 있는 해상도보다 큰 오류를 제공할 수 있다. 20-비트(또는 다른) 레이저 스케닝 시스템은 스캔 필드를 가로질러 빔을 위치시키기 위하여 다점 외삽법 및 평균화를 사용할 수 있고, 이를 통하여 16-비트 인코딩에 비하여 더 향상된 점을 확인할 수 있다. 자외선, 가시광선, 적외선 또는 다른 파장의 어떠한 적절한 파장, 또는 파장의 범위를 갖는 광학적 방사도 사용될 수 있다. 어떤 구체예에서는, 레이저 스케닝 시스템은 제1 축에 따른 스캐닝 패턴의 해상도가 제2축에 따른 스캐닝 패턴의 해상도와 같도록 2-차원 표면을 스캔하는데 사용될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 레이저 스캐닝 시스템은 제1축에 대한 스캐닝 패턴의 해상도가 제2축에 대한 스캐닝 패턴의 해상도보다 크도록 2-차원 표면을 스캔하는데 사용될 수 있다.

본 발명에서 기술된 시스템 및 방법들은 현저한 장점을 제공한다. 예를 들어, 본 발명에서 기술된 시스템 및 방법은 물질에 대한 보다 정확한 레이저 패터닝을 얻을 수 있다. 본 발명에서 기술된 시스템 및 방법은 공지의 시스템 및 방법과 비교하여 유사하거나 또는 우수한 해상도를 가지면서도 현저히 넓은 스캔 필드에 대한 레이저 패터닝을 수행할 수 있도록 한다. 특히, 본 발명에서 기술된 시스템 및 방법은 물질을 이동시키거나, 더 큰 조합된 스캔 필드를 형성하기 위하여 복수의 스캔 필드를 조합할 필요 없이, 1 μm 미만의 해상도를 갖는 1 제곱미터보다 큰 스캔 필드에 대한 스캐닝이 가능하도록 할 수 있다. 이는 이동 단계 및 조합 공정에서 발생할 수 있는 오류를 감소 또는 제거한다. 이는 또한 넓은 필드를 스캔하기 위하여 필요한 시간을 감소시키고, 이에 의하여 전체적인 생산 신간을 감소시키고, 고가의 이동 가능한 스테이지에 대한 필요성을 제거하여 전체적인 생산 비용을 절감할 수 있다.

어떠한 구체예에서는, 복합 20-비트 레이저 스캐너가 일렬로 사용되어 보다 더 넓은 스캔 필드를 얻기 위하여 및/또는 단일 20-비트 스캐너에서 보다 더 작은 해상도를 얻기 위하여 표면을 동시에 스캔하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 기술은 직렬로 보다 병렬로 복수의 위치에 대하여 처리를 수행함에 의하여 요구되는 처리 시간(이동을 위하여 요구되는 추가 시간)을 더욱 감소시킬 수 있다. 어떠한 구체예에서는, 하나 이상의 20-비트 레이저 스캐닝 시스템이 물질 표면의 일부를 스캔하고, 그 후, 물질은 상기 하나 이상의 스캐닝 시스템에 대하여 이동되고(예를 들어, 하나 이상의 이동가능한 스테이지에서), 이에 따라 스캐닝 시스템은 물질 표면의 다른 부분을 스캔할 수 있다. 이와 같은 기술은 또한 보다 더 넓은 스캔 필드 및/또는 보다 작은 해상도를 얻기 위하여 사용될 수 있다.

표면의 복수의 스캔 필드를 스캔하기 위하여 복수의 20-비트 스캐닝 시스템이 사용되는 구체예에서, 그리고, 표면의 복수의 스캔 필드를 스캔하기 위하여 20-비트 스캐닝 시스템이 이동 가능한 스테이지와 조합되어 사용되는 구체예에서, 복수의 스캔 필드는 함께 조합되어 더 큰 조합 스캔 필드를 형성할 수 있다. 예를 들어, 만약 복수의 20-비트 스캐닝 시스템이 사용되면, 각각의 스캐닝 시스템은 비전 시스템(vision system)과 함께 제공될 수 있고, 표면은 비전 시스템 관점의 필드 내에 위치하는 복수개의 기준 마크와 함께 제공될 수 있다. 상기 비전 시스템은 기준 마크를 사용하여 스캐닝 시스템이 스캔하도록 정해진 표면의 지역을 인지할 수 있고, 필요한 경우 다른 스캐닝 시스템으로부터 스캔을 조절할 수 있다. 다른 예에서, 만약 20-비트 스캐닝 시스템이 복수의 스캔 필드를 스캔하기 위하여 이동 가능한 스테이지와 조합하여 사용되는 경우, 비전 시스템은 더 큰 조합 스캔 필드를 형성하기 위하여, 복수의 스캔 필드 각각을 인식하기 위한 기준 마크를 사용하여 복수의 스캔 필드를 배열할 수 있다. 20-비트 스캐닝 시스템은 현저히 향상된 해상도를 제공하기 때문에, 복수의 필드는 훨씬 더 정확한 값으로 배열(함께 조합)될 수 있다.

어떠한 경우에 있어서는, 컴퓨터 시스템이 하나 이상의 컴퓨터로 해독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터로 실행 가능한 명령과 함께 제공될 수 있고, 상기 매체는 스캔 패턴의 벡터가 레이저 스캐닝 시스템에 의하여 스캔되는 순서를 최적화 또는 다른 방법으로 정하는 컴퓨터로 실행 가능한 방법을 포함한다. 이와 같은 방법 및 시스템은 표면을 스캔하는데 필요한 시간을 감소시킬 수 있고, 따라서 전체적인 공정 시간을 감소시킬 수 있다. 이와 같은 방법에 의하여 사용되는 최적화 알고리듬은 스캔 패턴 내의 벡터 수가 증가할수록 더욱 효율성을 제공한다. 따라서, 넓은 스캔 필드는 주로 많은 수의 벡터를 포함하기 때문에, 이와 같은 방법은 넓은 스캔 필드에 있어서 특히 가치가 있다.

상기한 바와 같이, 20-비트 스캐닝 시스템은 휴대폰 또는 테블릿과 같은 전자장비에 있는 용량성(capacitive) 터치 스크린으로 사용되는 물질을 처리하는데 사용될 수 있다. 이와 같은 구체예에서, 넓은 스캔 필드는 단일 스캐닝 세션으로 일반적인 대상으로부터 복수의 터치 스크린을 제작하는데 사용될 수 있다. 넓은 스캔 필드는 또한 넓은 터치 스크린을 제작하는데 사용될 수 있다.

VI. 결론

본 발명의 원리가 적용될 수 있는 다양한 가능한 구체예의 관점에서, 예시된 구체예들은 단지 바람직한 예들이며, 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 우리는 첨부된 청구항의 범위 내의 모두를 권리로 청구한다.

Claims

컴퓨터로 판독 가능한 적어도 하나의 저장 매체에 저장되며, 스캔 벡터와 연관된 적어도 하나의 특징 패턴에 대한 정의를 포함하는, 패턴 기술자(pattern description)를 수신하는 단계;
상기 패턴 기술자를 기반으로 한 고정된 스캔 영역 상에 레이저 빔을 조사하며, 상기 레이저 빔은 레이저 빔 직경의 1/20 미만의 가로 변위 해상도를 구비한 스캔 영역 상에 조사되는 단계를 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고정된 스캔 영역은 적어도 1 제곱 미터인 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 가로 변위 해상도는 1 ? 미만인 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고정된 스캔 영역은 정사각형 또는 원형인 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 고정된 스캔 영역에 위치된 기판 상에 상기 레이저 빔을 조사하며, 상기 레이저 빔 파워, 펄스 에너지, 펄스 반복수, 레이저 빔 직경 중 적어도 하나는 상기 기판을 처리하기 위해 선택되는 단계를 더 포함하는 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 가로 변위 해상도는 0.5 ? 미만인 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 고정된 스캔 영역은 적어도 1 제곱 미터의 크기를 가지는 정사각형인 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 레이저 빔을 조사하는 단계는, 다점 외삽법(multi-point extrapolation)을 사용하고 상기 레이저 빔 조사를 위한 평균화(averaging) 작업을 포함하는 방법.
레이저 빔 직경을 선택하는 단계;
상기 선택된 레이저 빔 직경과 연관된 스캔 평면에서 스캔될 기판을 위치시키는 단계;
상기 기판에 대해 상기 레이저 빔을 스캔함으로써 상기 선택된 레이저 빔 직경을 구비한 레이저 빔에 상기 기판을 노출시키는 단계를 포함하며,
상기 레이저 빔은 상기 스캔 평면에서 상기 레이저 빔 직경의 1/10 미만에 상응하는 각 스캔(angular scan) 증가에 따라 스캔되는 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 스캔 평면에서 상기 레이저 빔 직경의 1/100 미만에 상응하는 각 스캔 증가에 따라 스캔되는 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 레이저 빔은 상기 스캔 평면에서 상기 레이저 빔 직경의 1/1000 미만에 상응하는 각 스캔 증가에 따라 스캔되는 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 선택된 레이저 빔 직경은 10 ? 내지 100 ?인 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 기판에 대해 상기 레이저 빔을 스캔하는 단계는 상기 기판의 고정된 스캔 영역 상에 레이저 빔을 스캔하는 단계를 포함하며, 상기 고정된 스캔 영역은 적어도 1 제곱 미터인 방법.
처리 빔을 발생시키기 위한 레이저;
광학 시스템; 및,
다수의 스캔 벡터로 정의되는 스캔 패턴을 수신하고, 상기 처리 빔을 기결정된 빔 직경으로 스캔 영역에 조사하는 상기 광학 시스템을 제어하는 스캔 컨트롤러를 포함하며,
상기 스캔 컨트롤러는, 상기 노출된 스캔 벡터와 의도된 스캔 벡터 사이의 가로 옵셋(transverse offset)이 상기 기결정된 빔 직경의 1/10 미만이 되도록 상기 노출된 스캔 벡터를 발생시키기 위해, 상기 광학 시스템이 상기 스캔 영역에 대하여 상기 처리 빔을 스캔하도록 컨트롤하기 위해 구성되는 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 스캔 영역은 직사각형이고, 상기 가로 옵셋(transverse offset)은 스캔 길이의 1/105 미만인 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 스캔 영역은 직사각형이고, 상기 가로 옵셋(transverse offset)은 스캔 길이의 1/106 미만인 장치.
청구항 14에 있어서,
스캔 컨트롤 신호가 적어도 0.0015% 이내에서 상기 스캔 벡터와 대응하도록, 상기 스캔 컨트롤러는 상기 스캔 컨트롤 신호를 상기 광학 시스템과 커플링시키는 장치.
청구항 14에 있어서,
스캔 컨트롤 신호가 적어도 0.0008% 이내에서 상기 스캔 벡터와 대응하도록, 상기 스캔 컨트롤러는 상기 스캔 컨트롤 신호를 상기 광학 시스템과 커플링시키는 장치.
청구항 14에 있어서,
스캔 컨트롤 신호가 적어도 0.0004% 이내에서 상기 스캔 벡터와 대응하도록, 상기 스캔 컨트롤러는 상기 스캔 컨트롤 신호를 상기 광학 시스템과 커플링시키는 장치.
청구항 14에 있어서,
스캔 컨트롤 신호가 적어도 0.0001% 이내에서 상기 스캔 벡터와 대응하도록, 상기 스캔 컨트롤러는 상기 스캔 컨트롤 신호를 상기 광학 시스템과 커플링시키는 장치.