KR100721355B1

KR100721355B1 - 레이저 가공 방법, 레이저 가공 장치, 전자 기기

Info

Publication number: KR100721355B1
Application number: KR1020050065791A
Authority: KR
Inventors: 준 아마코
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-05-25
Also published as: US7157661B2; KR20060053946A; US20060054606A1; TW200616747A; JP2006082106A; JP4293098B2; TWI280901B; CN1748928A; CN100540204C

Abstract

본 발명은 톱 해트 분포(top hat distribution)의 레이저 빔에 의한 가공을 행하는 경우에 있어서, 광이용 효율의 향상을 도모할 수 있게 하는 기술을 제공하는 것을 과제로 한다.

에너지 강도 분포가 가우시안 분포(a)인 레이저 빔(LB)을 발생시키는 제 1 과정과, 레이저 빔의 파면(波面)에 대하여 소정의 위상 변조를 부가하고, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형(整形)하는 제 2 과정과, 제 2 과정을 거쳐 정형된 레이저 빔의 파면에 대하여 소정의 위상 변조를 부가하고, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형하는 제 3 과정과, 제 2 및 제 3 과정을 거쳐 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포(b)로 된 레이저 빔을 피가공체(100)에 조사하여 상기 피가공체를 가공하는 제 4 과정을 포함하는 레이저 가공 방법이다.

에너지 강도 분포, 가우시안 분포, 톱 해트 분포, 레이저 빔, 레이저 가공 방법

Description

레이저 가공 방법, 레이저 가공 장치, 전자 기기{LASER-MACHINING METHOD, LASER-MACHINING DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS}

도 1은 제 1 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 대해서 설명하는 모식도.

도 2는 제 2 과정에서의 위상 변조의 일례를 설명하는 도면.

도 3은 제 3 과정에서의 위상 변조의 일례를 설명하는 도면.

도 4는 일실시예의 레이저 가공 장치의 구성을 설명하는 도면.

도 5는 피가공체의 일례를 설명하는 도면.

도 6은 피가공체의 비교예를 나타내는 도면.

도 7은 제 2 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 대해서 설명하는 모식도.

도 8은 빔 분기 기능의 위상 분포 φ3의 일례를 설명하는 도면.

도 9는 전자 기기의 구체예를 설명하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 제 1 광학 소자

12 : 제 2 광학 소자

14 : 회절형 빔 스플리터

20 : 레이저 광원

21 : Q스위치 드라이버

22 : 익스팬더 콜리메이터(expander collimator)

23 : 미러(mirror)

24 : 회절 광학 소자

25 : 집광 렌즈

26 : 스테이지(위치 조정 수단)

100 : 피가공체

LB : 레이저 빔

본 발명은 레이저 빔을 사용하여 각종 소재를 가공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

각종 제품의 축소화(소형화, 고정세화 등)가 진행됨에 따라, 고정세 및 고밀도인 가공 기술의 필요성이 증대하고 있다. 또한, 제품에 대한 시장 니즈(market needs)의 추이와 함께 제조 프로세스의 내용도 다양화되고, 거기에서 사용되는 소재의 종류도 확대되고 있다. 이러한 다양화되는 요청에 대하여, 종래의 기계 가공이나 포토 에칭등의 기술만으로는 대처가 어려워지고 있다. 그래서, 이러한 요망을 실현하는 유력한 수단으로서 레이저 가공 기술이 기대되고 있고, 폭 넓은 산업 분야에서 그 용도를 확장하고 있다.

레이저 가공에 있어서, 에너지 강도 분포가 가우시안(Gaussian) 분포로 된 레이저 빔을 사용한 경우에는, 빔의 중심 부근과 주위(외측)에서의 에너지 강도의 불균일에 의해 소재의 가공 상태에 차이가 생기기 쉬워 균질 가공이 어려웠다. 이러한 결함을 회피하기 위해서는 레이저 빔의 조사 조건 등의 프로세스 마진이 좁아져서 안정된 생산이 어려워지고, 또는 가공 대상이 되는 소재의 선택지(選擇肢)가 현저하게 제한을 받는다. 이것에 대하여, 에너지 강도 분포를 거의 평탄한 분포(톱 해트(top hat) 분포)로 한 레이저 빔을 채용함으로써 가공 품질을 향상시키는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 일본국 특개평 8-33993호 공보 참조).

상술한 종래 기술의 레이저 가공에서는 진폭 마스크를 사용하여 레이저 빔의 피크 강도의 부근을 부분적으로 통과시킴으로써, 레이저 빔의 에너지 강도 분포를 톱 해트 형상으로 정형했었다. 이 때문에, 레이저 발진기로부터 출력되는 레이저 빔의 일부를 잘라 버리는(truncated) 것이 되어 버려 광이용 효율이 낮았다. 또한, 상술한 종래 기술에서는 레이저 빔을 개구 마스크로 통과시킴으로써 얻어지는 회절광 중, 유한 범위의 차수(예를 들어, ±3차 정도)를 결상(結像)시켜 톱 해트 형상의 에너지 강도 분포를 실현했다. 이 때문에, 보다 높은 차원의 회절광을 절단하는 것에 의한 리플(ripple)이 발생하여 레이저 빔의 에너지 강도 분포의 균일성이 충분하다고는 말할 수 없었다.

그래서, 본 발명은 톱 해트 분포의 레이저 빔에 의한 가공을 행하는 경우에 있어서, 광이용 효율의 향상을 도모할 수 있게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 톱 해트 분포(top hat distribution)의 레이저 빔에 의한 가공을 행하는 경우에 있어서, 상기 레이저 빔의 에너지 강도 분포의 균일성의 향상을 도모할 수 있게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

제 1 형태의 본 발명은 에너지 강도 분포가 가우시안 분포인 레이저 빔을 발생시키는 제 1 과정과, 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음(negative)의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정을 거쳐 정형된 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양(positive)의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형하는 제 3 과정과, 상기 제 2 및 제 3 과정을 거쳐 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포로 된 상기 레이저 빔을 피가공체에 조사하여 상기 피가공체를 가공하는 제 4 과정을 포함하는 레이저 가공 방법이다. 여기서, 본 명세서에서의「가공」이란, 레이저 빔의 조사에 기인하여 피가공체에 어떠한 물리적 변화를 발생시키는 것을 말한다. 상기 가공으로서는, 예를 들면, 절삭(에칭), 구멍뚫기, 개질(改質), 접합, 중합, 감광성 막에 대한 노광 등을 들 수 있다.

본 발명에서는, 가우시안 분포의 레이저 빔에 대하여 소정의 위상 변조를 부여함으로써 톱 해트 분포의 레이저 빔을 생성하고 있으므로, 원리적으로 레이저 빔의 일부를 잘라 버리는 것이 아니다. 따라서, 레이저 가공을 행할 때에 광이용 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에서는 이론적인 잘라버림에 기인하는 오차 발생 요인이 없으므로, 레이저 빔의 에너지 강도 분포의 균일성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

바람직하게는, 상기 제 2 과정에서의 상기 위상 변조가 회절 광학 소자를 사용하여 행해진다.

회절 광학 소자를 사용함으로써, 제 2 과정에서의 위상 변조를 용이하고, 또한 저비용으로 실현할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제 3 과정에서의 상기 위상 변조가 집광 렌즈를 사용하여 행해진다.

집광 렌즈를 사용함으로써, 제 3 과정에서의 위상 변조를 용이하고, 또한 저비용으로 실현할 수 있다.

또한, 상기 제 2 과정을 거친 상기 레이저 빔을 복수로 분기시키는 제 5 과정을 더 포함하고, 상기 제 4 과정에서는 복수개로 분기된 레이저 빔의 각각을 상기 피가공체에 조사함으로써 상기 피가공체의 복수 개소를 대략 동시에 가공하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 복수 개소를 동시 진행으로 가공하는 것이 가능해져 제조시의 제조 수율의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 광이용 효율이 높고, 즉 에너지 손실이 적기 때문에, 레이저 빔을 더욱 많이 분기시키는 것이 가능해진다.

바람직하게는, 상기 제 5 과정에서의 상기 레이저 빔의 분기가 회절형 빔 스플리터를 사용하여 행해진다.

회절형 빔 스플리터를 사용함으로써, 제 5 과정에서의 레이저 빔의 분기를 용이하고, 또한 저비용으로 실현할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 회절형 빔 스플리터가 상기 제 2 과정에서의 상기 위상 변조를 행하는 기능도 겸비한다.

이것에 의해, 본 발명에 따른 방법의 실시에 사용하는 장치·기구를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.

제 2 형태의 본 발명은 상기 제 1 형태의 본 발명에 따른 방법의 실시에 사용이 적합한 장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 제 2 형태의 본 발명은 에너지 강도 분포가 가우시안 분포인 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원과, 상기 레이저 빔의 진로 위에 배치되고, 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형하는 제 1 광학 소자와, 상기 제 1 광학 소자에 의해 정형된 후의 상기 레이저 빔의 진로 위에 배치되고, 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형하는 제 2 광학 소자와, 상기 제 1 및 제 2 광학 소자에 의해 정형되고, 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포로 된 상기 레이저 빔이 피가공체의 소정 위치에 조사되도록 상기 피가공체의 상대적 배치를 조정하는 위치 조정 수단을 포함하여 구성되는 레이저 가공 장치이다.

이러한 구성에 의하면, 레이저 가공을 행할 때에 광이용 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 레이저 가공을 행할 때에 레이저 빔의 에너지 강도 분포의 균일성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

상술한 제 1 광학 소자는, 예를 들면, 회절 광학 소자에 의해 실현되는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 레이저 가공 장치의 구성을 더욱 간소화, 저비용화하는 것이 가능해진다.

상술한 제 2 광학 소자는, 예를 들면, 집광 렌즈에 의해 실현되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 광학 소자에 의해 정형된 후의 상기 레이저 빔을 복수로 분기시키는 제 3 광학 소자를 더 포함하도록 레이저 가공 장치를 구성하고, 복수개로 분기된 레이저 빔의 각각을 상기 피가공체에 조사함으로써 상기 피가공체의 복수 개소를 대략 동시에 가공하는 것도 바람직하다.

이것에 의해, 복수 개소를 동시 진행으로 가공하는 것이 가능해지고, 제조시의 제조 수율의 향상을 도모할 수 있다. 특히, 본 발명에서는 광이용 효율이 높고, 즉 에너지 손실이 적기 때문에, 레이저 빔을 더욱 많이 분기시키는 것이 가능해진다.

상술한 제 3 광학 소자는, 예를 들면, 회절형 빔 스플리터에 의해 실현되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 회절형 빔 스플리터가 상기 제 1 광학 소자의 기능도 겸하도록 구성하는 것도 바람직하다.

이것에 의해, 레이저 가공 장치를 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.

제 3 형태의 본 발명은 상술한 제 1 형태의 본 발명에 따른 가공 방법을 이용하여 제조되고, 또는 제 2 형태의 본 발명에 따른 레이저 가공 장치를 이용하여 제조되는 피가공체를 구비하는 전자 기기이다. 여기서,「피가공체」로서는 특히, 한정되지 않고 다양한 것이 생각되지만, 예를 들면, 유리 등의 기판 위에 성막된 투명 도전막을 들 수 있다. 이러한 피가공체는 액정 표시 장치의 구성 부품으로서 사용되는 등의 다양한 용도가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

<제 1 실시예>

도 1은 제 1 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 대해서 설명하는 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 우선 레이저 발진기 등을 사용하여 에너지 강도 분포가 가우시안 분포(부호 a 참조)인 레이저 빔(LB)을 발생시킨다(제 1 과정). 그리고, 레이저 빔(LB)의 파면에 대하여 소정의 위상 변조를 부가함으로써, 레이저 빔(LB)을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형한다(제 2 과정). 이 제 2 과정에서의 위상 변조는 회절 광학 소자 등으로 이루어지는 제 1 광학 소자(10)를 사용하여 실현할 수 있다.

도 2는 제 2 과정에서의 위상 변조의 일례를 설명하는 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 레이저 빔(LB)에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수 r로 하고, 음의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가한다. 도시하는 바와 같은 위상 분포 φ1이 얻어지는 일차함수는, 예를 들면, 하기 (1) 식에 의해 나타난다. 단, P1은 일차함수의 주기이다.

φ1 = -2πr/P1···(1)

여기서, 상술한 각 과정을 거친 레이저 빔(LB)은, 예를 들면, 함수 φ1의 기울기가 적당히 큰 경우에는, 충분히 먼거리까지 전파했을 때에 링 형상으로 확대되는 상태로 된다. 이 링의 반경 Δ은 하기 (2) 식에 의해 나타난다. 단, λ은 레이저 빔(LB)의 파장, f는 집광 거리이다.

Δ = λf/P1···(2)

다음에, 상술한 제 2 과정을 거쳐 정형된 레이저 빔(LB)의 파면에 대하여 소 정의 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형 한다(제 3 과정). 이 제 3 과정에서의 위상 변조는 집광 렌즈 등으로 이루어지는 제 2 광학 소자(12)를 사용하여 실현할 수 있다.

도 3은 제 3 과정에서의 위상 변조의 일례를 설명하는 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 레이저 빔(LB)에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수 r로 하고, 양의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가한다. 도시하는 바와 같은 위상 φ2의 분포가 얻어지는 n차 함수는, 예를 들면, 하기 (3) 식에 의해 나타난다.

φ2 = πr²/(λf) ···(3)

여기서, 제 2 광학 소자(12)에 의해 집광된 레이저 빔의 직경 w는 하기 (4)식에 의해 나타난다. 단, D는 제 2 광학 소자(12)에 입사하는 레이저 빔의 직경이다.

w = 2.44λf/D···(4)

따라서, 상기 (2) 식으로 나타낸 레이저 빔(LB)의 링의 반경 Δ이 하기 (5) 식의 관계를 만족하도록 설정하면, 레이저 빔(LB)의 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포(톱 해트 분포:부호 b 참조)로 할 수 있다. 단, α는 에너지 강도 분포의 평탄화의 수준을 정하기 위하여 임의로 설정할 수 있는 계수로서, 예를 들면, 0.50정도로 설정된다.

Δ<αw···(5)

이러한 각 과정을 거쳐 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포로 정형된 후의 레이저 빔(LB)을 피가공체(100)에 조사함으로써, 상기 피가공체(100)가 가공된다(제 4 과정). 여기서,「가공」이란, 상술한 바와 같이 레이저 빔의 조사에 기인하여 피가공체(100)에 어떠한 물리적 변화를 발생시키는 것을 말한다.

다음에, 본 실시예의 레이저 가공 방법에 적합한 레이저 가공 장치의 구성 예를 설명한다.

도 4는 일실시예의 레이저 가공 장치의 구성을 설명하는 도면이다. 도 4에 나타낸 레이저 가공 장치는 레이저 광원(20), Q스위치 드라이버(21), 익스팬더 콜리메이터(expander collimator)(22), 미러(23), 회절 광학 소자(제 1 광학 소자)(24), 집광 렌즈(제 2 광학 소자)(25), 스테이지(위치 조정 수단)(26)를 포함하여 구성되어 있다.

레이저 광원(20)은 에너지 강도 분포가 가우시안 분포인 레이저 빔을 발생시킨다. 이러한 레이저 광원(20)으로서는, 각종 레이저 발진기가 적합하게 사용된다. 일례로서 본 실시예에서는 Q스위치 제어의 펄스 YAG 레이저(파장 532nm, 평균 출력 5W정도, Q스위치 주파수 1kHz정도)를 레이저 광원(20)으로서 사용한다. 레이저 광원(20)의 Q스위치 주파수는 Q스위치 드라이버(21)에 의해 제어된다.

익스팬더 콜리메이터(22)는 레이저 광원(20)으로부터 출사되는 레이저 빔(LB)(예를 들어, 빔 직경 약 1mm)의 빔 직경을 확대한다. 익스팬더 콜리메이터(22)에 의해 확대된 후의 레이저 빔(LB)은 미러(23)에 의해 진로가 변경된다.

회절 광학 소자(24)는 미러(23)에 의해 진로를 절곡(折曲)시킨 후의 레이저 빔(LB)의 진로 위에 배치되고, 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 소정의 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔(LB)을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형한다. 구체적으로는, 회절 광학 소자(24)는 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가한다(도 2 참조).

집광 렌즈(25)는 회절 광학 소자(24)에 의해 정형된 후의 레이저 빔(LB)의 진로 위에 배치되고, 상기 레이저 빔(LB)의 파면에 대하여 소정의 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔(LB)을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형한다. 구체적으로는, 집광 렌즈(25)는 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가한다(도 3 참조).

스테이지(26)는 피가공체(100)를 지지하고, 회절 광학 소자(24) 및 집광 렌즈(25)에 의해 정형되고, 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포로 된 레이저 빔(LB)이 피가공체(100)의 소정 위치에 조사되도록 상기 피가공체(100)와 레이저 빔(LB)의 상대적 배치를 조정한다.

도 5는 상기한 레이저 가공 장치에 의해 가공된 피가공체의 일례를 설명하는 도면으로서, 유리 기판 위의 ITO(Indium Tin Oxide)막을 레이저 에칭한 경우의 형상을 개략적으로 나타내고 있다. 또한, 도 6은 피가공체의 비교예를 나타내는 도 면으로서, 상기와 동일한 가공(레이저 에칭)을 가우시안 분포의 레이저 빔에 의해 행한 경우의 형상을 개략적으로 나타내고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 톱 해트 형상(사다리꼴 형상)의 에너지 강도 분포를 갖는 레이저 빔을 사용함으로써, 하측의 유리 기판에 불필요한 손상을 주지 않고 ITO막만을 균일하게 제거하는 것이 가능해진다. 이것에 대하여, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가우시안 분포의 레이저 빔을 사용한 경우에는, 소요(所要)의 폭에서 ITO를 제거하기 위하여 레이저 빔의 전체 강도를 올릴 필요가 있고, 그 영향에 의해 빔 중앙에 대응하는 유리 기판의 부위도 일부 제거되어 버리는 결함이 생기고 있다.

<제 2 실시예>

상술한 제 1 실시예에서는 톱 해트 형상의 에너지 강도 분포를 갖는 레이저 빔을 1개만 발생시키는 경우에 대해서 설명했지만, 상기 레이저 빔을 복수개로 분기시켜 가공을 행할 수도 있다. 이하, 그 경우에 대해서 설명한다. 또한, 상기 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 적절히 설명을 생략한다.

도 7은 제 2 실시예에 따른 레이저 가공 방법에 대해서 설명하는 모식도이다. 상술한 제 1 실시예와 동일한 방법으로, 가우시안 분포(부호 a 참조)의 레이저 빔(LB)을 발생시키고(제 1 과정), 상기 레이저 빔(LB)의 파면에 대하여 소정의 위상 변조를 부가한다(제 2 과정).

다음에, 각 과정을 거친 레이저 빔을 복수로 분기시킨다(제 5 과정). 이 제 5 과정에서의 빔 분기는, 예를 들면, 회절형 빔 스플리터(14)를 사용하여 실현할 수 있다. 또한, 이 회절형 빔 스플리터(14)에 제 2 과정에서의 위상 변조 기능(빔 정형 기능)과 빔 분기 기능을 집적하고, 양쪽 기능을 겸비하도록 구성하는 것도 가능하다. 도 7에서는, 양쪽 기능이 회절형 빔 스플리터에 집적되어 있는 경우의 구성이 나타나 있다.

여기서, 빔 정형 기능의 위상 함수를 φ1(상기 (1) 식 참조), 빔 분기 기능의 위상 함수를 φ3으로 하면, 회절형 빔 스플리터에 기록되어야 할 위상 함수는 φ1 + φ3으로 된다.

또한, 제 3 과정에서의 빔 집광 기능도 회절형 빔 스플리터에 중첩하는 경우에는, 회절형 빔 스플리터에 기록되어야 할 위상 함수는 φ1 + φ2 + φ3으로 된다.

어느 경우에도, 피가공체상에는 이하의 식으로 부여되는 회절광 패턴의 강도 분포 I(x)를 얻을 수 있다. 단, “F [ ]”은 푸리에(Fourier) 변환을 나타낸다.

I(x)=|F[φ1 + φ2 + φ3]|² ···(6)

도 8은 회절형 빔 스플리터가 가져야 할 빔 분기 기능의 위상 분포 φ3의 일례를 설명하는 도면이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 위상 함수 φ3은 위상이 0 또는 π로 되는 소정의 패턴을 갖는 주기적인 위상 분포(주기 P2)로 된다. 도 8에서는 4주기분의 위상 분포가 나타나 있다. 여기서, 위상 함수 φ1의 주기 P1과 위상함수 φ3의 주기 P2를 비교하면, P1≫P2라고 하는 관계에 있다. 또한, 위상 함수φ3은 소정의 반복 알고리즘에 의거하여 계산을 반복함으로써 설계된다.

다음에, 분기된 각 레이저 빔에 대하여 소정의 위상 변조를 부가한다(제 3 과정). 이것에 의해, 에너지 강도 분포가 대략 평탄한 분포(부호 b 참조)로 된 복수개의 레이저 빔을 얻을 수 있다. 그리고, 복수개로 분기된 레이저 빔의 각각을 피가공체(100)에 조사함으로써 상기 피가공체의 복수 개소가 대략 동시에 가공된다 (제 4 과정). 본 실시예에서는 광이용 효율이 높고, 즉 에너지 손실이 적기 때문에 레이저 빔을 더욱 많이 분기시키고, 많은 개소를 병행하여 가공하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예의 레이저 가공 방법에 적합한 레이저 가공 장치의 구성예는 상술한 도 4에 나타내는 제 1 실시예의 경우와 거의 동일하고, 회절 광학 소자(24)를 회절형 빔 스플리터로 치환하는 점만이 상이한다. 따라서, 제 2 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 구성예의 도시는 생략한다.

상술한 각 실시예에 따른 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치는 각종 용도에 적용 가능하고, 예를 들면, 액정 표시 장치를 제조할 때의 투명 전극의 가공(형상 가공, 리페어 등)에 적합하다. 이하에, 본 실시예의 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 적용하여 제조되는 액정 표시 장치를 구비하는 전자 기기에 대해서 예시한다.

도 9는 전자 기기의 구체예를 설명하는 도면이다. 도 9의 (A)는 휴대 전화로의 적용예로서, 상기 휴대 전화(530)는 안테나부(531), 음성 출력부(532), 음성입력부(533), 조작부(534) 및 본 실시예에 따른 피가공체(투명 전극)가 일체로 구성된 액정 표시 장치(100)를 구비하고 있다. 도 9의 (B)는 비디오 카메라에의 적용예로서, 상기 비디오 카메라(540)는 수상부(541), 조작부(542), 음성 입력부 (543) 및 본 실시예에 따른 피가공체(투명 전극)가 조립된 액정 표시 장치 (100)를 구비하고 있다. 또한, 전자 기기는 이들에 한정되지 않고, 예를 들면, 이들 이외에, 표시 기능 부착 팩시밀리 장치, 디지털 카메라의 파인더, 휴대형 TV, 전자 수첩 등도 포함된다.

이와 같이, 상술한 각 실시예에 의하면, 가우시안 분포의 레이저 빔에 대하여 소정의 위상 변조를 부여함으로써 톱 해트 분포의 레이저 빔을 생성하고 있으므로, 원리적으로 레이저 빔의 일부를 잘라 버릴 필요가 없다. 따라서, 레이저 가공을 행할 때에 광이용 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시예에 의하면, 이론적인 잘라냄에 기인하는 오차 발생 요인이 없으므로, 레이저 빔의 에너지 강도 분포의 균일성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 제 2 실시예에 의하면, 복수 개소를 동시 진행으로 가공하는 것이 가능해져 제조시의 제조 수율의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 종래와 같이 프로세스 마진을 확보하기 위하여 레이저 출력을 정밀 조정하는 등의 비용을 소비할 필요가 없고, 양산 라인에의 적용이 용이하다.

또한, 본 발명은 상기 실시예의 내용에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.

예를 들면, 상술한 실시예에서는 피가공체의 일례로서 유리 기판 위의 ITO막을 설명했지만, 피가공체는 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 가공에 대해서도 박막의 제거에 한정되는 것은 아니고, 그 이외에도 절단, 구멍뚫기, 개질, 감광성 막의 노광 등, 다양한 가공을 행할 수 있다.

또한, 상술한 제 1 실시예에서는 설명의 편의상, 회절 광학 소자와 집광 렌즈를 각기 다른 소자로서 설명하고 있지만, 이들의 기능을 1개의 소자에 집적(중첩)시킬수 있도록 할 수도 있다. 마찬가지로, 제 2 실시예에서는 설명의 편의상, 회절형 빔 스플리터와 집광 렌즈를 각기 다른 소자로서 설명하고 있지만, 이들의 기능을 1개의 소자에 집적(중첩)시킬수 있도록 할 수도 있다.

이상의 설명에 따르면, 본 발명은 톱 해트 분포의 레이저 빔에 의한 가공을 행하는 경우에 있어서, 광이용 효율의 향상을 도모할 수 있고, 톱 해트 분포의 레이저 빔에 의한 가공을 행하는 경우에 있어서, 상기 레이저 빔의 에너지 강도 분포의 균일성의 향상을 도모할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims

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에너지 강도 분포가 가우시안(Gaussian) 분포인 레이저 빔을 발생시키는 제 1 과정과,

상기 레이저 빔의 파면(波面)에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음(negative)의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형(整形)하는 제 2 과정과,

상기 제 2 과정을 거쳐 정형된 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양(positive)의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형하는 제 3 과정과,

상기 제 2 및 제 3 과정을 거쳐 에너지 강도 분포가 평탄한 분포로 된 상기 레이저 빔을 피가공체에 조사하여 상기 피가공체를 가공하는 제 4 과정을 포함하는 레이저 가공 방법.
제 1 레이저 빔을 제 1 광학 소자 및 제 2 광학 소자를 통과시킴으로써 제 2 레이저 빔을 생성하는 제 1 공정과,

상기 제 2 레이저 빔을 피가공체에 조사하여 상기 피가공체를 가공하는 제 2 공정을 포함하고,

상기 제 1 광학 소자는 레이저 빔의 중심으로부터 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가하는 것이며,

상기 제 2 광학 소자는 레이저 빔의 중심으로부터 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가하는 것인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 2 과정에서의 상기 위상 변조가 회절 광학 소자를 사용하여 행해지는 레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 3 과정에서의 상기 위상 변조가 집광 렌즈를 사용하여 행해지는 레이저 가공 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 2 과정을 거친 상기 레이저 빔을 복수로 분기(分岐)시키는 제 5 과정을 더 포함하고,

상기 제 4 과정은 복수개로 분기된 레이저 빔의 각각을 상기 피가공체에 조사함으로써, 상기 피가공체의 복수 개소를 동시에 가공하는 레이저 가공 방법.
제 18 항에 있어서,

상기 제 5 과정에서의 상기 레이저 빔의 분기가 회절형 빔 스플리터를 사용하여 행해지는 레이저 가공 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 회절형 빔 스플리터가 상기 제 2 과정에서의 상기 위상 변조를 행하는 기능도 겸비하는 레이저 가공 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 제 2 레이저 빔의 강도 분포는 평탄부를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
에너지 강도 분포가 가우시안 분포인 레이저 빔을 발생시키는 레이저 광원과,

상기 레이저 빔의 진로(進路) 위에 배치되고, 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 진행되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 지연되도록 정형하는 제 1 광학 소자와,

상기 제 1 광학 소자에 의해 정형된 후의 상기 레이저 빔의 진로 위에 배치되고, 상기 레이저 빔의 파면에 대하여 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가함으로써, 상기 레이저 빔을 그 중심일수록 상대적으로 위상이 지연되고, 상기 중심으로부터 멀어질수록 상대적으로 위상이 진행되도록 정형하는 제 2 광학 소자와,

상기 제 1 및 제 2 광학 소자에 의해 정형되고, 에너지 강도 분포가 평탄한 분포로 된 상기 레이저 빔이 피가공체의 원하는 위치에 조사되도록 상기 피가공체의 상대적 배치를 조정하는 위치 조정 수단을 포함하는 레이저 가공 장치.
레이저 광원과,

제 1 광학 소자와,

제 2 광학 소자를 구비하고,

상기 제 1 광학 소자는 레이저 빔의 중심으로부터 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 음의 기울기를 갖는 일차함수로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가하는 것이며,

상기 제 2 광학 소자는 레이저 빔의 중심으로부터 빔 직경 방향의 위치를 변수로 하고, 양의 기울기를 갖는 n차 함수(n은 2 이상의 자연수)로 표현되는 위상 분포에 의한 위상 변조를 부가하는 것인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

상기 제 1 광학 소자가 회절 광학 소자인 레이저 가공 장치.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

상기 제 2 광학 소자가 집광 렌즈인 레이저 가공 장치.
제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,

상기 제 1 광학 소자에 의해 정형된 후의 상기 레이저 빔을 복수로 분기시키는 제 3 광학 소자를 더 포함하고,

복수개로 분기된 레이저 빔의 각각을 상기 피가공체에 조사함으로써, 상기 피가공체의 복수 개소를 동시에 가공하는 레이저 가공 장치.
제 26 항에 있어서,

상기 제 3 광학 소자가 회절형 빔 스플리터인 레이저 가공 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 회절형 빔 스플리터는 상기 제 1 광학 소자의 기능도 겸하는 레이저 가공 장치.