Active thin films are ubiquitous in the manufacture of all forms of flat panel display (FPD). One of the most widely employed thin films is indium tin oxide (ITO) and metal films used electrically conductive materials in display industries. ITO is widely used for fabrication of LCD, OLED device, and...
Active thin films are ubiquitous in the manufacture of all forms of flat panel display (FPD). One of the most widely employed thin films is indium tin oxide (ITO) and metal films used electrically conductive materials in display industries. ITO is widely used for fabrication of LCD, OLED device, and many kinds of optical applications because of transparency in visible range and its high conductivity and metal films are also widely employed as electrodes in various electric and display industries. It is important that removing specific area of layer, such as ITO or metal film on substrate, to fabricate and repair electrode in display industries. In this work, we demonstrate efficient selective ablation process to ITO and aluminum film on glass using a femtosecond laser (${\lambda}p=1025nm$) respectively. The femtosecond laser with wavelength of 1025nm, pulse duration of 400fs, and the repetition rate of 100kHz was used for selectively removing ITO and Al on glass in the air. We can successfully remove the ITO and Al films with various pulse energies using a femtosecond laser.
Active thin films are ubiquitous in the manufacture of all forms of flat panel display (FPD). One of the most widely employed thin films is indium tin oxide (ITO) and metal films used electrically conductive materials in display industries. ITO is widely used for fabrication of LCD, OLED device, and many kinds of optical applications because of transparency in visible range and its high conductivity and metal films are also widely employed as electrodes in various electric and display industries. It is important that removing specific area of layer, such as ITO or metal film on substrate, to fabricate and repair electrode in display industries. In this work, we demonstrate efficient selective ablation process to ITO and aluminum film on glass using a femtosecond laser (${\lambda}p=1025nm$) respectively. The femtosecond laser with wavelength of 1025nm, pulse duration of 400fs, and the repetition rate of 100kHz was used for selectively removing ITO and Al on glass in the air. We can successfully remove the ITO and Al films with various pulse energies using a femtosecond laser.
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문제 정의
임계 에너지(threshold energy)를 알아보고 선택적인 가공에 대한 연구를 진행하였다. 레이저 시스템의 펄스 에너지와 스캔 속도의 조절 등의 가공조건 변경을 통해 동일한 유리 기판 조건 위에 ITO 필름과 알루미늄의 가공 특성을 알아보고 선택적인 가공에 대하여 연구하였다. 유리 기판과 ITO의 가공에 필요한 에너지를 각각 구하고 최종적으로 선택적 어블레이션을 수행하기 위한 가공 조건을 시험적으로 도출하는 것을 목표로 진행하였다.
본 연구에서는 유리 기판 위의 ITO 필름 및 알루미늄 성장층에 대해 1025nm 고반복률 펨토초레이저를 이용하여 기판 물질에 대한 임계 펄스에너지를 실험적으로 관찰하고 유리 기판 위의 ITO 및 알루미늄이 증착된 기판에 대한 선택적 어블레이션에 대한 연구를 하였다. 유리 기판, ITO 박막 및 알루미늄의 가공에 필요한 임계 펄스 에너지가 유리 기판은 0.
본 연구에서는 유리 기판에 손상을 주지 않고 깨끗한 가공을 하기 위해서, 펨토초 레이저(1025nm 파장, 400fs 펄스 폭, 100kHz 반복률, 최대 출력 4W)의 펄스 에너지를 조절하여 동일한 유리 기판 조건 위에 ITO 필름과 알루미늄 필름의 가공 특성 및 임계 에너지(threshold energy)를 알아보고 선택적인 가공에 대한 연구를 진행하였다. 레이저 시스템의 펄스 에너지와 스캔 속도의 조절 등의 가공조건 변경을 통해 동일한 유리 기판 조건 위에 ITO 필름과 알루미늄의 가공 특성을 알아보고 선택적인 가공에 대하여 연구하였다.
레이저 시스템의 펄스 에너지와 스캔 속도의 조절 등의 가공조건 변경을 통해 동일한 유리 기판 조건 위에 ITO 필름과 알루미늄의 가공 특성을 알아보고 선택적인 가공에 대하여 연구하였다. 유리 기판과 ITO의 가공에 필요한 에너지를 각각 구하고 최종적으로 선택적 어블레이션을 수행하기 위한 가공 조건을 시험적으로 도출하는 것을 목표로 진행하였다.
제안 방법
각 샘플에는 20 펄스가 조사되도록 설정하였고, 레이저와 시편사이는 Air 블로윙(blowing) 및 석션(suction)으로 가공 중 발생되는 오염물질에 의하여 재 오염 되는 것을 방지하였다. 가공 샘플의 임계 펄스 에너지 값을 알아내고 선택적 어블레이션을 위한 비교를 위하여 각 샘플에 대하여 펨토초 레이저에 의하여 동일한 펄스 에너지를 단계별로 조사하였다. 펨토초 레이저의 펄스 에너지 변화에 따른 가공 결과를 알아보기 위하여 광학 현미경을 이용하여 실험을 진행하였다.
가공경로는 CAD로 설계된 DXF 및 PLT 파일을 컨버팅 프로그램을 통해 PMAC 코드로 변경 후 소프트웨어에 입력하는 구조로 되어있다. 가공용 대물렌즈와 동일한 축에 설치된 CCD 를 통해 레이저 초점을 결정하고 가공 상태를 모니터링을 할 수 있도록 하였다. Fig.
레이저가 방출 되는 지속 시간을 조절하여 펄스수를 조절하였으며, 레이저 빔 에너지를 ND 필터를이용하여 조절함으로써 펄스 에너지를 조절하였고각 샘플에 대한 임계(theshold) 펄스 에너지에 대흐} 여 시험을 진행하였다. 각 샘플에는 20 펄스가 조사되도록 설정하였고, 레이저와 시편사이는 Air 블로윙(blowing) 및 석션(suction)으로 가공 중 발생되는 오염물질에 의하여 재 오염 되는 것을 방지하였다. 가공 샘플의 임계 펄스 에너지 값을 알아내고 선택적 어블레이션을 위한 비교를 위하여 각 샘플에 대하여 펨토초 레이저에 의하여 동일한 펄스 에너지를 단계별로 조사하였다.
14) 대물렌즈를 사용호} 였으며, 셔터(shutter)를 이용하여 레이저 빔의 조사 시간(duration time)을 조절 할 수 있게 구성하였다. 레이저가 방출 되는 지속 시간을 조절하여 펄스수를 조절하였으며, 레이저 빔 에너지를 ND 필터를이용하여 조절함으로써 펄스 에너지를 조절하였고각 샘플에 대한 임계(theshold) 펄스 에너지에 대흐} 여 시험을 진행하였다. 각 샘플에는 20 펄스가 조사되도록 설정하였고, 레이저와 시편사이는 Air 블로윙(blowing) 및 석션(suction)으로 가공 중 발생되는 오염물질에 의하여 재 오염 되는 것을 방지하였다.
5μJ로조절하여 펨토초 레이저 펄스를 조사시켜 가공한 결과를 광학 현미경으로 측정한 사진이다. 알루미늄 박막 샘플의 경우도 유리기판과 같이 패턴간의 간격은 100μm이고 2x2 매트릭스 구조로 유리 기판 위의 알루미늄 박막에 펄스 에너지를 조절하며 레이저 가공 실험을 진행하였다. 알루미늄 박막의 경우 유리 기판의 가공 임계 펄스에너지 0.
5μJ로조절하여 펨토초 레이저를 조사시켜 가공한 결과를 광학 현미경으로 측정한 사진이다. 패턴 간의 간격은 100μm이고, 2x2 매트릭스 구조로 유리 기판에 레이저 가공을 진행하였다. 유리 기판의 경우 0.
X-Y 스테이지는 CAD로 설계된 가공경로를 표현하고 Z-슬라이드를 통해 가공초점을 결정한다그 외에 레이저를 가공물까지 전달하기 위한 미러와 출력 조절을 위한 ND 필터 및 감쇄기(attenuator)가 그 중간에 위치하고 있다. 펨토초 레이저는 10kHz의펄스 형태로 연속적으로 출력되므로 가공을 위해서는 레이저 On/Off 셔터가 사용되며 스테이지와 함께 PMAC 모션 컨트롤러를 통해 구동하도록 하였다. 가공경로는 CAD로 설계된 DXF 및 PLT 파일을 컨버팅 프로그램을 통해 PMAC 코드로 변경 후 소프트웨어에 입력하는 구조로 되어있다.
펨토초 레이저를 이용한 ITO, 알루미늄 박막의 선택적 어블레이션 실험은 펨토초 레이저 출력을4W로 고정시킨 후 5x(NA: 0.14) 대물렌즈를 사용호} 였으며, 셔터(shutter)를 이용하여 레이저 빔의 조사 시간(duration time)을 조절 할 수 있게 구성하였다. 레이저가 방출 되는 지속 시간을 조절하여 펄스수를 조절하였으며, 레이저 빔 에너지를 ND 필터를이용하여 조절함으로써 펄스 에너지를 조절하였고각 샘플에 대한 임계(theshold) 펄스 에너지에 대흐} 여 시험을 진행하였다.
가공 샘플의 임계 펄스 에너지 값을 알아내고 선택적 어블레이션을 위한 비교를 위하여 각 샘플에 대하여 펨토초 레이저에 의하여 동일한 펄스 에너지를 단계별로 조사하였다. 펨토초 레이저의 펄스 에너지 변화에 따른 가공 결과를 알아보기 위하여 광학 현미경을 이용하여 실험을 진행하였다.
대상 데이터
Fig. 3에서는 본 실험에 사용된 샘플의 모식도를 나타낸 것으로서, 그림에서 보는 바와 같이 유리 기판의 두께는 500nm로 일정하고, ITO 박막은 500nm 두께의 유리기판 위에 lOOnm로 증착되었으며' 알루미늄 박막은 500pm 두께의 유리기판 위에 300nm로 증착이 되어 있다.
본 연구에 사용된 펨토초 레이저 가공시스템은 펨토초 레이저와 빔 전송을 위한 광학계, X-Y 스테이지, Z축 슬라이드로 구성된다. X-Y 스테이지는 CAD로 설계된 가공경로를 표현하고 Z-슬라이드를 통해 가공초점을 결정한다그 외에 레이저를 가공물까지 전달하기 위한 미러와 출력 조절을 위한 ND 필터 및 감쇄기(attenuator)가 그 중간에 위치하고 있다.
본 연구에서는 유리기판 위에 코팅된 ITO 필름과 알루미늄 필름의 선택적 어블레이션을 위하여 사용된(6)펨토초 레이저는 JENOPTIK사의 JenLas D2.fi 모델로써, 1025nm의 중심 파장을 가지고 100kHz의 반복률을 가지며 펄스폭(FWHM)이 400fs이고, 최대 평균출력 에너지가 4W인 펨토초 레이저를 사용하였다. 방출된 레이저 빔 profilee Gaussian 형태를 가지며 출력 빔은 선편광(100:1)을 가진다.
성능/효과
7에서는 유리 기판, ITO 박막층, 알루미늄 박막층에 대한 선행되었던 실험을 통해서 얻은 임계 펄스 에너지 결과를 활용하여 유리 기판 위의 ITO 박막 층과 알루미늄 박막 층에 대하여 유리 기판에 손상 없이 라인형태의 가공을 수행한 결과를 보여주고 있다. 두 가지 샘플 모두 유리 기판 위에 ITO와 알루미늄을 성장시킨 것으로서, 각각 유리 기판에 손상을 주지 않으며 선택적 어블레이션을 위하여 필요한 최소 펄스 에너지인 0.125pJ(ITO)와 0.2nJ(aluminum)임을 앞 선 실험에서 확인하고, 적용시켜 가공을 수행한 결과이다. Fig.
7(b)는 ITO 박막에서와 같은 조건으로라인 스캐닝 가공을 한 것을 보여주고 있다. 두 박막의 펄스 에너지 임계값이 다르기 때문에 패턴의 크기가 다르지만 임계값 이상의 펄스 에너지를 조사함에 따라서 유리 기판에 손상을 주지 않고 선택적으로 정밀한 패턴을 가공할 수 있었다.
4μJ이하의 펄스에너지에서는 가공이 되지 않았음을 광학 현미경을 통하여 알 수 있다. 따라서 본 실험에서 사용된 펨토초 레이저를 이용하여 유리 기판의 경우 0.4μJ이하의 펄스 에너지를 조사하면 유리 기판에 손상(damage)을 주지 않음을 알 수 있다.
4pJ이하의 펄스에너지에서도 가공이 가능함을 알 수 있다. 따라서 본 실험에서 사용된 펨토초 레이저를 이용하여 유리기판 위의 ITO 박막의 경우 0.4 μJ이하의 펄스에너지를 조사함으로써 유리 기판에 손상을 주지 않고 ITO 박막 층만 선택적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다.
125μJ이하에서는 가공 형상이 확인되지는 않았다. 따라서 본 실험에서 사용된 펨토초 레이저를 이용하여 유리기판 위의 알루미늄박막의 경우 0.4μJ이하인 의 펄스에너지를 조사함으로써 유리 기판에 손상을 주지 않고 알루미늄 박막층만을 선택적으로 제거할 수 있음을 알 수 있다
2nJ(aluminum)을 넘어선 임계값을 가지므로유리기판 위의 성장 층에 대한 선택적인 어블레이션이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한이번 실험적인 결과를 바탕으로 향후 ITO 박막층과 금속 박막층에서의 복합층(multi layer) 구조에서도 IR 영역(1025nm) 파장을 가지는 펨토초레이저에 의한 선택적 어블레이션이 가능함을 확인할 수 있었다.
대한 연구를 하였다. 유리 기판, ITO 박막 및 알루미늄의 가공에 필요한 임계 펄스 에너지가 유리 기판은 0.4μJ, ITO 박막은 0.125μJ 이하이며, 알루미늄 박막은 0.2hJ 임을 확인하였다. 특히, 기판의 역할을 하는 유리의 최소 가공 에너지의 수치가 0.
2hJ 임을 확인하였다. 특히, 기판의 역할을 하는 유리의 최소 가공 에너지의 수치가 0.4pJ 이였으며 ITO와 알루미늄의 가공에 필요한 최소 펄스 에너지인 0.125pJ(ITO) 와 0.2nJ(aluminum)을 넘어선 임계값을 가지므로유리기판 위의 성장 층에 대한 선택적인 어블레이션이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 또한이번 실험적인 결과를 바탕으로 향후 ITO 박막층과 금속 박막층에서의 복합층(multi layer) 구조에서도 IR 영역(1025nm) 파장을 가지는 펨토초레이저에 의한 선택적 어블레이션이 가능함을 확인할 수 있었다.
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