KR20230041286A - 레이저 어블레이션을 수행하는 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 어블레이션을 수행하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 어블레이션을 수행하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 장치에서, 자외선 레이저 빔은 마스크에 의해 정의된 어블레이션 패턴의 일부를 재료의 층 상으로 이미징하기 위해 마스크를 통해 지향된다. 레이저 빔은 마스크 위에 스캐닝되어 어블레이션 패턴의 다른 부분을 층의 서로 다른 각각의 영역에 순차적으로 이미징한다. 이에 의해 어블레이션 패턴에 대응하는 구조가 층으로 어블레이션된다. 레이저 빔은 20피코초 미만의 펄스 길이를 갖는 초고속 펄스 레이저 빔을 포함한다.

Description

레이저 어블레이션을 수행하는 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING LASER ABLATION}
본 발명은 특히 미세한 금속 메쉬를 형성하기 위한 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
미세 금속 메쉬(FMM)는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이 제조에 사용된다. 특히, 이들은 디스플레이 제조에서 OLED 증착 마스크로 사용된다. FMM은 OLED 분자가 디스플레이에 증착되는 위치를 정의하여 궁극적으로 OLED 디스플레이의 해상도를 결정한다.
미세 금속 메쉬 생산을 위한 현재 기술에는 포토리소그래피 및 전기 주조 공정이 있다. 그러나, 그러한 공정의 비용은 높고 그러한 기술을 사용하여 제조된 FMM을 사용하는 OLED 디스플레이의 해상도는 일반적으로 인치당 600픽셀(ppi) 미만이다. 휴대폰 및 가상 현실 헤드셋과 같은 최신 애플리케이션은 1000ppi 이상과 같은 더 높은 해상도를 요구한다. 포토리소그래피 및 전기 주조 공정으로 제조된 FMM은 이러한 고해상도를 달성하기 위해 시도된다.
FMM의 생산을 위한 다른 선행 기술 기술은 단일 레이저 빔을 다중 레이저 빔으로 분할하고 이러한 레이저 빔을 기판의 표면을 가로질러 스캐닝하여 어블레이션에 의해 FMM을 형성하는 것을 포함한다. 이러한 기술은 일반적으로 펨토초(femtosecond) 펄스 적외선 레이저(femtosecond pulsed infrared laser)를 사용한다. 그러나 이러한 기술은 다중 레이저 빔을 얻기 위해 복잡한 투영 광학계를 필요로 한다. 이 기술을 수천 개의 레이저 빔으로 확장하는 것은 불가능하지는 않더라도 어렵기 때문에 이러한 방식으로 FMM을 생산할 수 있는 속도는 제한된다. 이러한 시스템은 임계 치수가 10μm이고 해상도가 인치당 수백 도트(dpi)인 구멍이 있는 FMM을 생산할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 위에서 논의된 문제들 및/또는 다른 문제들 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 해결하는 것을 목표로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 어블레이션을 수행하는 방법이 제공되며, 이러한 방법은 마스크에 의해 정의된 어블레이션 패턴의 일부를 재료층 상에 이미지화하기 위해 마스크를 통해 자외선 레이저 빔을 지향시키는 지향 단계; 및 레이저의 각각의 영역 상에 어블레이션 패턴의 다른 일부을 순차적으로 이미지화하도록 마스크 상에 레이저 빔을 스캐닝하는 스캐닝 단계를 포함하여, 상기 레이어에 어블레이션 패턴에 대응하는 구조를 어블레이션하고, 상기 레이저 펄스 길이가 20피코초 미만인 빔은 초고속 펄스 레이저 빔을 포함한다.
따라서, 마스크가 형성될 어블레이션 패턴을 정의하는 방법이 제공된다. 상기 어블레이션 패턴은 마스크의 복수의 투명 영역에 의해 정의될 수 있다. 위에서 설명된 선행 기술 기술과 비교할 때, 단일 레이저 빔은 마스크의 다중 투명 영역을 동시에 조명하는 데 사용될 수 있으며, 그에 따라 어블레이션될 재료 층에서 대응하는 다중 특징부를 제거에하는데 기여할 수 있다. 이는 복잡한 빔 분할 및 밸런싱 광학계 없이도 달성되며 매우 많은 기능을 동시에 처리할 수 있도록 확장될 수 있다. 레이저 출력이 어블레이션 패턴의 여러 다른 기능에 분산될 수 있으므로 높은 레이저 출력을 사용할 수 있다. 고출력 레이저를 사용하면 높은 처리량을 얻을 수 있다. 자외선을 사용하면 합리적인 운영 비용으로 높은 공간 분해능을 얻을 수 있다. (레이저로부터 직접 개별 빔 스폿을 통하지 않고) 마스크로 어블레이션 패턴을 정의하면 마스크를 조명하는 데 사용되는 레이저 빔에 대한 요구 사항을 완화하면서 높은 정확도로 어블레이션 패턴을 정의할 수 있다. 레이저는 상대적으로 낮은 해상도로 마스크 위에 간단히 "세척(washed)"될 수 있다.
일실시예에서, 어블레이션 패턴에 대응하는 구조체는 구멍(aperture)의 규칙적인 어레이를 포함한다. 상기 구멍은 모두 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 따라서, 상기 어블레이션 패턴은 FMM을 형성하는 데 사용될 수 있다.
일실시예에서, 상기 어블레이션 패턴의 이미징된 부분은 층에 복수의 개구를 형성하는 데 기여한다. 각각의 이미징된 부분에 대응하는 복수의 구멍은 적어도 100개의 구멍을 포함할 수 있다. 따라서, 레이저 펄스 에너지는 복잡한 빔 분할 및 균형을 필요로 하지 않고 최소 100개 구멍에 분산된다. 더욱이, 일 실시예에서, 어블레이션 패턴의 서로 다른 부분의 순차적 이미징은 층에 적어도 100,000개의 구멍을 형성하는 데 기여할 수 있다. 따라서, 마스크 위에 레이저 빔을 스캔하는 것만으로도 형성된 개구의 수를 크게 증가시킬 수 있다. 이러한 접근 방식은 단일 마스크를 사용하여 500,000개 이상의 조리개, 750,000개 이상의 조리개 또는 100만 개 이상의 조리개를 처리하도록 확장될 수 있다.
일실시예에서, 각각의 구멍은 레이저 빔의 하류 방향으로 감소하는 단면적을 갖도록 테이퍼링된다. 그 다음, 지향 및 스캐닝 단계는 복수의 마스크 패턴에 대해 반복될 수 있으며, 각각의 마스크 패턴은 상이한 깊이에서 테이퍼진 구멍의 단면적을 정의한다. 이러한 접근 방식을 사용하면 테이퍼된 조리개의 프로파일을 효율적이고 높은 정확도로 제어할 수 있다. FMM에서 조리개의 테이퍼링을 최적화하면 OLED 분자의 패턴을 증착하는 동안 패턴 가장자리가 흐려지는 것을 최소화하여 FMM을 사용하는 OLED 제조 공정의 성능을 향상시킬 수 있다. 일반적으로, FMM의 테이퍼진 구멍은 OLED 분자가 증착될 기판을 향하도록(즉, 바깥쪽으로 개방되도록) 배열된다. 테이퍼링 각도를 제어하면 고해상도와 공간적으로 정확한 FMM(허용되는 최대 테이퍼링의 양을 제한할 수 있음)을 제공하는 것과 (일반적으로 테이퍼의 양을 증가시켜 개선할 수 있음) FMM에서 구멍의 측벽과의 원하지 않는 상호작용(충돌)에 기인한 OLED 분자 궤적을 재지향을 최소화하는 것 사이에서 최적의 균형이 이루어지게 된다.
상기 언급된 바와 같이, 상기 층은 (예를 들어, FMM을 형성하기 위해) 금속 층을 포함할 수 있다. 상기 금속층은 FMM의 목적에 따라 다양한 조성을 가질 수 있다. 상기 금속층은, 예를 들어, 인바(invar)와 같이 매우 낮은 열팽창 계수를 갖는 재료로 형성될 수 있다. 비금속 재료를 포함한 다른 재료도 사용될 수 있다. 상기 층은 예를 들어 유전 물질 및/또는 중합체를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 상기 구조체는 OLED 기반 디스플레이의 제조 동안 OLED 분자를 증착하기 위한 증발 마스크의 일부를 포함한다. 따라서, 본 발명의 레이저 어블레이션을 수행하는 방법을 사용하여 증착 마스크를 형성하고 생성된 증착 마스크를 사용하여 증착 마스크에 의해 정의된 패턴으로 유기 발광 분자를 증착하는 OLED 분자 증착 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는: 20 피코초 미만의 펄스 길이를 갖는 초고속 펄스 레이저 빔을 생성하도록 구성된 자외선 레이저; 어블레이션 패턴을 정의하는 마스크; 재료 층 상으로 어블레이션 패턴의 일부를 이미징하기 위해 마스크를 통해 레이저 빔을 지향시키도록 구성된 광학 시스템; 및 상기 어블레이션 패턴의 다른 부분들을 상기 층 상에 순차적으로 이미지화하여 상기 어블레이션 패턴에 대응하는 구조를 상기 층으로 어블레이션하기 위해 마스크 상에서 레이저 빔을 스캔하도록 된 스캐닝 배열체을 포함한다.
본 발명의 실시예는 예시적인 예로서 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 레이저 어블레이션를 수행하기 위한 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치에 사용될 수 있는 마스크의 평면도이다.
도 3은 레이저 빔이 마스크 위에서 어떻게 스캔될 수 있는지를 예시하는 마스크의 평면도이다.
도 4는 어블레이션 패턴이 층으로 어블레이션된 도 1에 도시된 층의 평면도이다.
도 5 내지 도 7은 테이퍼진 구멍의 어블레이션의 서로 다른 단계를 도시하는 측단면도이다.
도 8은 층의 동일한 영역에 대한 상이한 스캔을 위한 복수의 마스크 패턴을 도시하며, 여기서 마스크 패턴은 개별 마스크 상에 제공된다.
도 9는 마스크 패턴이 동일한 마스크의 다른 영역에 제공되는 층의 동일한 영역에 대한 다른 스캔에 대한 복수의 마스크 패턴을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 레이저 에너지 밀도(플루언스)를 감소 또는 증가시킴으로써 형성된 상이한 개구 테이퍼 프로파일을 보여주는 측단면도이다.
도 1은 레이저 어블레이션를 수행하기 위한 예시적인 장치(2)를 도시한다. 상기 장치(2)는 초고속 펄스 레이저 빔(8)을 제공하도록 구성된 자외선 레이저(6)를 사용한다. 초고속 펄스 레이저 빔(8)은 20피코초 미만, 선택적으로 15피코초 미만, 선택적으로 10피코초 미만, 선택적으로 8피코초 미만, 선택적으로 6피코초 미만, 선택적으로 5피코초 미만의 펄스 길이를 갖는다. 어블레이션 패턴(18)(도 2에 도시됨)을 정의하는 마스크(10)가 제공된다. 처리될 재료의 층(4)은 지지체(12)(예를 들어, 기판) 상에 제공된다. 상기 지지체(12)는 지지체(12)를 레이저 빔(8) 아래의 상이한 위치로 스테핑하기 위해 이동 가능한 테이블(미도시) 상에 제공될 수 있다. 상기 레이저 빔(8)을 마스크(10)를 통해 층(4) 상으로 지향시키는 광학 시스템(13)이 제공된다. 상기 광학 시스템(13)은 어블레이션 패턴(18)의 일부를 층(4) 상에 이미징한다.
상기 스캐닝 장치(14)는 마스크(10)에 의해 정의된 어블레이션 패턴(18)의 서로 다른 부분을 층(4)의 서로 다른 각각의 영역 상에 순차적으로 이미징하기 위해 마스크(10) 상에서 레이저 빔(8)을 스캔한다. 이에 의해 어블레이션 패턴(18)에 대응하는 구조가 층(4)으로 어블레이션된다. 상기 레이저 빔(8)은 일반적으로 레이저(6) 또는 마스크(10)의 대응하는 이동 없이(예를 들어, 적절한 주사 광학계에 의해) 마스크(10) 상에서 주사될 것이다.
자외선 파장을 사용하면 복잡하고/하거나 값비싼 광학 장치를 필요로 하지 않고서도 고해상도로 층(4)에 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어 임계 치수가 약 3μm 이하인 만입부 또는 구멍과 같은 특징을 포함하여 최대 1000dpi의 해상도가 일반적으로 형성될 수 있다.
상기 장치(2)는 장치(2)의 전체 동작을 제어하기 위한 제어기(15)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 제어기(15)는 레이저(6)의 동작(예를 들어, 레이저가 온 및 오프인 때를 제어하고 및/또는 펄스당 에너지 또는 펄스 반복율과 같은 레이저의 파라미터를 변경하기 위해), 스캐닝 배열(14) 및 광학 시스템(13)(예를 들어 초점 높이를 제어하기 위해)의 동작을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 레이저(6)에 대한 지지체(12)의 이동(예를 들어, 이동 가능한 테이블 및 관련 모터를 통해)을 제어할 수 있다.
일실시예에서, 상기 장치(2)는 마스크(10)의 하류에 (예를 들어 렌즈를 포함하는) 광학계(16)를 추가로 포함한다. 상기 광학계(16)는 마스크(10)로부터의 레이저 방사선(8)을 층(4)에 집속시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광학계(16)는 마스크(10)와 층(4) 사이의 축소(demagnification)를 제공한다. 따라서, 어블레이션에 의해 층(4) 상에 형성된 특징부는 마스크(10)의 대응하는 특징부보다 작다. 이러한 접근 방식은 상기 마스크(10)에서 더 넓은 영역에 레이저 에너지를 분산시키면서 고해상도 패턴이 층(4)에 형성될 수 있도록 한다. 따라서, 레이저 에너지 밀도(플루언스)는 그렇지 않은 경우보다 마스크(10)에서 더 낮다. 이것은 더 높은 레이저 펄스 에너지 및 더 높은 레이저 출력이 사용될 수 있게 하여 마스크(10)에 대한 손상 위험 없이 처리량을 향상시킨다. 또한, 상기 마스크(10)는 층(4)에서 요구되는 패턴보다 낮은 해상도로 제조될 수 있고, 이는 마스크(10)의 제조를 용이하게 한다.
일부 실시예에서, 상기 마스크(10)의 어블레이션 패턴에 대응하는 층(4)의 어블레이션 생성 구조는 층(4)의 구멍의 규칙적인 어레이를 포함한다. 상기 층(4)의 어레이의 특징부 매우 작게, 예를 들어 10 미크론 이하로 만들어질 수 있다. 개구의 적어도 서브 세트 모두는 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있고/있거나 OLED 기반 디스플레이를 제조하는데 사용하기 위한 FMM의 전부 또는 일부를 형성하기에 적합한 방식으로 구성될 수 있다. 도 2는 그러한 어블레이션 패턴을 형성하기 위한 예시적인 마스크(10)의 평면도이다. 이 예에서 상기 마스크(10)는 투명 영역(20)의 규칙적인 어레이를 포함한다. 각각의 투명 영역(20)은 층(4)에 형성될 각각의 구멍에 대응한다. 상기 마스크(10) 상의 투명 영역(20)의 특징부는 일반적으로 축소를 고려하여 인해 층(4)의 대응하는 개구의 특징부보다 더 크다. 예시의 편의를 위해, 도 2의 마스크(10)는 비교적 적은 수의 투명 영역(20)만을 포함한다. 실제로, 마스크당 더 많은 투명 영역(20)이 제공될 가능성이 있다(예를 들어, 아래에서 설명되는 바와 같이 100,000개 이상).
일부 실시예에서, 상기 마스크(10)의 어블레이션 패턴(18)의 각각의 이미징된 부분은 층(4)에 복수의 개구를 형성하는 데 기여한다. 복수의 구멍은 바람직하게는 적어도 100개의 구멍을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층(4)의 각 개구는 마스크(10) 상의 대응하는 투명 영역(20)을 통해 레이저 방사선을 지향함으로써 (부분적으로 또는 완전히) 형성될 수 있고, 어블레이션 패턴(18)의 이미징된 부분은 다수의 그러한 투명 영역(20)을 마스크(10) 상에 동시에 조사함으로써 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 많은 투명 영역(20)을 동시에 조명함으로써 동시에 층(4)에 많은 구멍을 형성하는 데 기여할 수 있다. 이를 통해 사용 가능한 레이저 펄스 에너지를 최대한 활용할 수 있으며 처리량이 향상된다. 스캐닝 단계와 결합하면 매우 많은 수의 구멍을 빠르게 형성할 수 있다. 어블레이션 패턴의 서로 다른 부분에 대한 순차적 이미징은 예를 들어 각각이 적어도 100개 구멍에 기여하는 어블레이션 패턴의 1000개 이상의 부분을 통해 층에 적어도 100,000개 구멍을 형성하는 데 기여할 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 예에서, 마스크(10)에 의해 정의된 어블레이션 패턴(18)은 정사각형 투명 영역(20)의 어레이를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 투명 영역(20)은 다른 형상을 가질 수 있고, 이에 의해 층(4)에서 서로 다른 형상의 특징부 또는 구멍을 형성할 수 있다. 상기 투명 영역(20)은 예를 들어 직사각형, 원형 또는 타원형일 수 있다.
도 3은 (레이저(6)로부터 볼 때) 스캐닝 단계 동안에 마스크(10) 상에 레이저 빔 스폿(9)의 예시적인 스캐닝 경로(22)를 도시한다. 상기 레이저 빔 스폿(9)은 임의의 주어진 시간에 레이저 빔(8)에 의해 조명되는 마스크(10)의 부분이고 그 시간에 층(4) 상에 이미징되는 어블레이션 패턴의 대응하는 부분("이미징된 부분")을 정의한다 . 상기 스캐닝 경로(22)는 래스터 스캔으로 설명될 수 있다. 다른 스캐닝 경로를 사용할 수 있다. 스캐닝 경로(22)는 층(4)에서 구조체가 필요하지 않은 영역을 피하도록 될 수 있다. 상기 스캐닝 경로(22)는 사용되는 레이저(6)의 특성(예를 들어, 마스크(10)에서 전력 및/또는 스폿 크기(9)), 마스크(10)의 어블레이션 패턴(18) 및/또는 속성과 같은 다른 인자를 추가적으로 또는 대안적으로 고려할 수 있다.
도 4는 마스크(10)(예를 들어, 구멍의 정사각형 어레이)에 의해 정의된 어블레이션 패턴(18)에 대응하는 구조체(24)의 층(4)으로의 어블레이션을 수행한 후의 상기 층(4)의 평면도이다. 상기 구조체(24)는 마스크(10)에 대한 단일 스캔 또는 마스크에 대한 다중 스캔에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크(10)에 대한 제1 스캔에서, 상기 구조체의 특징부의 적어도 서브세트는 상기 층(4)을 통해 의도된 깊이의 일부까지만 제거될 수 있고, 이에 의해 부분적으로 형성된 특징부를 제공하게 된다. 스캐닝 과정을 반복하면 부분적으로 형성된 각각의 특징부가 완전히 형성될 때까지(예를 들어, 구멍이 층(4)을 통해 끝까지 연장됨) 부분적으로 형성된 각각의 특징부가 여러 번 조사될 수 있다. 이러한 접근법은 유리하게는 연속적인 어블레이션 공정 사이에서 열이 소산되는 것을 허용할 수 있고, 이에 의해 어블레이션을 위한 표적 영역 외부의 영역에 대한 원치 않는 손상을 방지하는 것을 도울 수 있다. 일실시예에서, 상기 레이저 빔 스폿(9)은 도 3을 참조하여 위에서 논의된 것과 같은 스캐닝 경로(22)를 따라 여러 번 스캐닝된다. 다중 스캔은 상기 과정 동안 마스크(10)와 층(4) 사이에 제공되는 임의의 상대 이동 없이 수행될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 마스크(10)에 의해 제공된 어블레이션 패턴(18)에 대응하는 구조체(24)는 처리될 층(4)의 작은 부분만을 덮을 수 있다. 따라서, 상기 방법은 층(4)의 다른 필요한 부분을 처리하기 위해 반복될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 마스크(10)에 대한 제1 위치에 제공된 층(4)을 갖는 구조(24)가 형성되도록 단계 및 스캐닝 과정이 사용된다. 그런 다음, 상기 층(4)과 마스크(10) 사이에 상대적인 이동이 제공되어(일반적으로 상기 층(4)을 이동하고 상기 마스크(10)와 광학계(16)를 제자리에 고정된 상태로 유지함으로써), 상기 층(4)을 마스크(10) 및 스캐닝 과정에 대한 제2 위치로 가져오게 하여, 이전에 형성된 경우에 인접한 구조물(24)의 다른 경우를 형성하기 위해 스캐닝 과정이 반복된다. 그런 다음, 상기 과정을 반복하여 전체 레이어(4)를 처리할 수 있게 된다. 따라서, 위에서 언급한 지향 및 스캐닝 단계는 마스크(10)에 대한 층(4)의 복수의 서로 다른 위치에 대해 반복되어, 상기 층(4) 상의 다수의 서로 다른 위치에서 어블레이션 패턴에 대응하는 구조를 어블레이션하고, 그에 의해 많은 층(4)를 스테핑하지 않고 가능한 것보다 층(4)에서 더 큰 구조를 형성하게 된다.
일실시예에서, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 어블레이션에 의해 형성된 구조체(24)의 각각의 구멍(25)은 레이저 빔(8)의 하류 방향으로 감소하는 단면적을 갖도록 테이퍼진다. 일실시예에서, 이러한 테이퍼링은 마스크(10)를 통해 층(4) 상으로 레이저 빔(8)의 지향 및 복수의 서로 다른 마스크 패턴에 대해 마스크(10) 상에서 레이저 빔(8)의 스캐닝을 반복함으로써 제어되며, 각각의 마스크 패턴은 서로 다른 깊이에서 테이퍼진 구멍(25)의 단면을 정의하게 된다. 예를 들어, 제1 마스크 패턴에는 상기 층(4)에 형성될 복수의 구멍(25) 각각에 대응하는 복수의 제 1 투명 영역(20)이 제공될 수 있고, 제2 마스크 패턴에는 동일한 각각의 복수의 구멍(25)에 대응하는 복수의 제 2 투명 영역(20)이 제공되며, 제 3 마스크 패턴에는 동일한 각각의 복수의 구멍(25)에 대응하는 복수의 제 3 투명 영역(20)이 제공되며, 제 1 마스크 패턴의 상기 투명 영역(20)은 제 2 마스크 패턴의 투명 영역(20)보다 크며, 제 2 마스크 패턴의 투명 영역은 제 3 마스크 패턴의 투명 영역(20)보다 더 크다. 제1 마스크 패턴을 사용한 처리의 예시적인 결과가 도 5에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 직경(26)을 갖는 얕은 만입부가 형성된다. 제2 마스크 패턴을 사용한 처리의 예시적인 결과가 도 6에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 만입부는 더 깊어지고 더 좁은 직경(28)을 갖는다. 제3 마스크 패턴을 사용한 처리의 예시적인 결과가 도 7에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서 어블레이션은 상기 층(4)을 관통하고 만입부(25)의 가장 깊은 지점에서 직경(30)을 갖는 테이퍼진 구멍(25)을 형성한다. 제 1, 제 2, 및 제 3 마스크 패턴의 투명 영역 크기의 변화는 테이퍼부를 따라 서로 다른 지점에서 직경(26, 28, 30)에 영향을 미치므로, 테이퍼 프로파일을 높은 정확도로 제어할 수 있게 된다.
서로 다른 각각의 어블레이션 패턴을 정의하는 복수의 마스크 패턴에 대한 지향 및 스캐닝 단계를 반복하는 접근 방식은 형성되는 구조체가 구멍의 규칙적인 어레이이고 사로 다른 어블레이션 패턴이 구멍의 서로 다른 깊이에 대응하는 경우에 제한되지 않는다. 이러한 접근 방식은 다르거나 더 복잡한 구조에 적용될 수 있다. 이러한 접근 방식은 만입부 또는 구멍의 깊이의 함수로서 상기 층(4)의 만입부 또는 구멍의 형상을 제어하는 이점이 있다는 점에서 유용하다. 깊이의 함수로서 형상의 제어를 달성하기 위해, 지향 및 스캐닝 단계의 반복이 층(4)의 동일하거나 중첩되는 영역에 서로 다른 레이저 어블레이션 패턴을 적용하는 결과를 초래하는 것이 일반적으로 바람직할 것이다. 일반적으로, 이것은 마스크(10)와 층(4) 사이의 상대 위치의 어떠한 변화도 없이, 예를 들어 매번 처리되는 층(4)의 동일한 부분이 되도록 지시 및 스캐닝을 반복하는 것을 수반할 것이다. 복수의 마스크 패턴은 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이 개별 마스크(101, 102 및 103) 상에 제공되거나 도 9에 개략적으로 도시된 바와 같이 동일한 마스크(10) 상의 상이한 영역(10A, 10B, 10C)으로서 제공될 수 있다.
테이퍼를 제어하는 다른 접근 방식이 위의 방법과 조합되거나 대안으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 부류의 실시예에서, 테이퍼부는 마스크(10) 상의 레이저 빔(8)의 플루언스(펄스 에너지 밀도 - 레이저 펄스의 에너지를 레이저 펄스가 조사하는 면적으로 나눈 것)를 제어함으로써 적어도 부분적으로 제어된다. . 예를 들어, 상기 레이저 빔(8)은 상이한 플루언스에서 수행되는 적어도 2개의 스캐닝으로 상기 마스크(10)에 걸쳐 여러 번 스캐닝 된다. 상기 층(4)에 입사할 때 레이저 빔(8)의 플루언스는 상기 층에서 어블레이션된 포켓 벽의 테이퍼 각도에 영향을 준다. 더 높은 플루언스는 더 낮은(더 수직적인) 테이퍼 각도로 이어진다. 더 낮은 플루언스는 더 높은(더 적은 수직) 테이퍼 각도로 이어진다. 상기 층(4)에서 깊이의 함수로서 플루언스를 변화시키는 능력을 제공하는 것은 상기 층(4)에 형성된 구조체의 내부 형상(예를 들어, 테이퍼 프로파일)을 조정하기 위한 유용한 추가 자유도를 제공한다.
전술한 것에 기초하여, 일부류의 실시예에서, 하나 이상의 구멍 각각에 대해, 마스크(10)에서의 레이저 빔(8)의 플루언스는 구멍의 형성 동안 변화된다. 상기 마스크(10)에서 플루언스를 변화시키면 상기 층(4)에서 플루언스의 상응하는 변화가 발생한다. 이러한 변화는 마스크(따라서 층(4))에서의 플루언스가 상기 층(4)에서 서로 다른 깊이에 있는 구멍 부분의 형성 동안 상이하게 되도록 하고, 이에 의해 상기 층(4)에서의 깊이의 함수로서 상기 구멍의 테이퍼링 각도의 변화를 제어하게 된다.
일례의 절차에서, 상기 마스크(10)에 대한 제1 스캔은 마스크(10)에 제1 플루언스를 제공하는 레이저 빔(8)으로 수행된다. 예를 들어, 스캔은 도 3을 참조하여 위에서 설명된 것과 같은 스캐닝 경로(22)를 따를 수 있다. 상기 레이저 빔(8)의 플루언스는 상기 마스크(10) 상에서 제 1 스캐닝 후에 상기 층(4)에 형성된 구조체가 상기 층(4)을 통해 부분적으로만 연장되도록 할 수 있다(도 5의 상황과 유사). 상기 마스크(10)에 대한 제2 스캔은 제1 플루언스보다 낮은 제2 플루언스를 제공하는 레이저 빔(8)으로 수행된다. 이러한 스캐닝의 결과는 제 1 스캐닝에서 형성된 구조체가 깊어지게 되는 것이다. 그러나, 제 2 스캔 동안 상기 레이저 빔(8)의 낮은 플루언스로 인해 테이퍼 각도는 증가하게 된다. 상기 마스크(10)에 대한 제3 스캔은 제2 플루언스보다 낮은 제3 플루언스를 제공하는 레이저 빔(8)으로 수행된다. 이러한 스캐닝의 결과로써, 어블레이션이 층(4)의 다른 면을 뚫을 때까지 제 2 스캔에서 형성된 구조체가 깊어지게 된다. 제 3 스캔 동안, 상기 레이저 빔(8)의 낮은 플루언스는 새로 도달한 깊이에서 테이퍼 각도가 더 증가한다는 것을 의미한다. 도 10은 이러한 방법으로 생성된 구멍의 프로파일을 보여준다. 따라서, 이러한 접근 방식은 구멍에서 테이퍼의 모양을 제어하는 대안 또는 추가 방법을 제공한다. 이러한 실시예가 3개의 스캐닝을 참조하여 예시되었지만, 임의의 수의 스캔닝이 사용될 수 있다. 또한, 상기 플루언스는 반드시 위에서 설명된 방식으로 조정될 필요는 없으며 대신 임의의 적절한 방식으로 변경될 수 있다. 연속 스캔에서 플루언스가 점진적으로 증가하면 도 11에 표시된 유형의 구멍 프로파일이 생성된다. 또한, 상기 레이저 빔(8)의 플루언스는 스캔들 중 적어도 2개의 스캔에서 차이가 있는 한 모든 스캔에서 다르게 될 필요가 없다. 상기 플루언스는 서로 다른 스캔 간에 증가하거나 감소할 수 있다.
2: 장치 6: 레이저
8: 레이저 빔 13: 광학 시스템
18: 어블레이션 패턴

Claims (19)

  1. 레이저 어블레이션을 수행하는 방법으로서,
    마스크에 의해 정의된 어블레이션 패턴의 일부를 재료의 층 상으로 이미징하기 위해 마스크를 통해 자외선 레이저 빔을 지향시키는 지향 단계; 및
    상기 어블레이션 패턴의 서로 다른 부분을 상기 층의 서로 다른 각각의 영역 상에 순차적으로 이미징하기 위해 마스크 상에서 레이저 빔을 스캐닝하는 스캐닝 단계로서, 어블레이션 패턴에 대응하는 구조를 상기 층으로 어블레이션하는, 스캐닝 단계;를 포함하며,
    상기 레이저 빔은 20 피코초 미만의 펄스 길이를 갖는 초고속 펄스 레이저 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어블레이션 패턴에 대응하는 구조체는 구멍(aperture)의 규칙적인 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구멍의 적어도 서브세트의 전부는 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 구멍은 상기 레이저 빔의 하류 방향으로 갈수록 단면적이 감소하도록 테이퍼진 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    하나 이상의 개구 각각에 대하여, 상기 마스크에서의 레이저 빔의 플루언스(fluence)는 구멍의 형성 동안 변화되고, 상기 변화는 재료의 층에서의 서로 다른 깊이에 있는 구멍의 부분을 형성하는 동안 플루언스가 서로 다르게 되도록 되어, 재료의 층의 깊이의 함수로서 구멍의 테이퍼 각의 변화를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    지향 단계 및 스캐닝 단계는 복수의 마스크 패턴에 대해 반복되고, 각각의 마스크 패턴은 서로 다른 깊이에서 테이퍼진 구멍의 단면을 정의하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어블레이션 패턴의 각각의 이미징된 부분은 상기 층에 복수의 개구를 형성하는 데 기여하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 이미징된 부분에 대응하는 복수의 구멍은 적어도 100개의 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 어블레이션 패턴의 서로 다른 부분들에 대한 순차적인 이미징은 상기 층에 적어도 100,000개의 구멍을 형성하는 데 기여하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    어레이의 피치가 10 마이크론보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    지향 단계 및 스캐닝 단계는 서로 다른 각각의 어블레이션 패턴을 정의하는 복수의 마스크 패턴에 대해 반복되는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    지향 단계 및 스캐닝 단계의 반복은 서로 다른 레이저 어블레이션 패턴을 상기 층의 동일하거나 중첩하는 영역에 적용하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 마스크 패턴은 별도의 마스크에 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    복수의 상기 마스크 패턴은 동일한 마스크의 서로 다른 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  15. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층은 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  16. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    지향 단계 및 스캐닝 단계가 마스크에 대한 층의 서로 다른 복수의 위치에 대해 반복됨으로써, 상기 층 상의 서로 다른 복수의 위치에서 어블레이션 패턴에 대응하는 구조체를 어블레이션하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  17. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조체는 유기 발광 분자 기반 디스플레이를 제조하는 동안 유기 발광 분자를 증착하기 위한 증착 마스크의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 방법.
  18. 유기 발광 분자의 증착 방법으로서:
    제17항의 방법을 수행하여 증착 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 증착 마스크를 사용하여 증착 마스크에 의해 정의된 패턴으로 유기 발광 분자를 증착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 분자의 증착 방법.
  19. 레이저 어블레이션을 수행하기 위한 장치로서,
    20피코초 미만의 펄스 길이를 갖는 초고속 펄스 레이저 빔을 생성하도록 된 자외선 레이저;
    어블레이션 패턴을 정의하는 마스크;
    재료의 층 상으로 어블레이션 패턴의 일부를 이미징하기 위해 마스크를 통해 레이저 빔을 지향시키도록 된 광학 시스템; 및
    상기 마스크 상에 레이저 빔을 스캔하여 상기 층 상에 상기 어블레이션 패턴의 서로 다른 부분들을 순차적으로 이미징함으로써, 상기 어블레이션 패턴에 대응하는 구조체를 상기 층으로 어블레이션하도록 구성된 스캐닝 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어블레이션을 수행하는 장치.
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