The object of this study is to improve productivity and facilitate large-scale and mass production by laser process that is spotlighted for next-generation technology. Previous laser process has many problems in optical image distortion due to the scanner with f-theta lens and pattern density dependence of processing time. For this reason, productivity of previous laser process is very low and it is impossible to do large-scaled production. In this study, to solve the problems, We propose the Ag photomask which is fabricated by fiber laser and scanner with laser serial direct patterning method and laser parallel direct patterning system with diode line-beam laser and photomask to fabricate fine metal electrodes with parallel process. Main pa-rameters of this process are protective layer thickness of Ag photomask, laser power and scanning speed. We optimize the protective layer thickness by analyzing optical diffraction of laser and absorption depth & heat diffusion length and Laser Power & Scanning Speed. Then the patterns have an 2~3% observational line width error of photomask’s pattern. The pattern generated by laser parallel direct patterning has minimum line-width 6μm to several millimeter. Pattern cross section profile is uniform as compared with pattern gener-ated by previous laser serial direct patterning process with scanner and fiber laser. Surface roughness of pat-tern is 14~16nm. Finally, through optimization of the sintering temperature and time, we could fabricate Ag electrodes which has 2.91uΩ·cm specific resistance on glass substrate and flexible substrate such as polyi-mide film.
본 연구의 목적은 차세대 기술로 주목 받고 있는 레이저 공정의 대면적화와 생산성 향상을 위한 새로운 개념의 레이저 공정 개발이다. 기존의 레이저 공정은 F-Theta렌즈가 포함된 스캐너와 Fiber레이저의 사용으로 사용 기판의 크기가 커질수록 광학적 이미지 변형과 왜곡이 발생하여 대면적이 불가능하고, 직렬 공정으로 형성 패턴의 복잡성과 밀도에 따라서 공정 시간이 변하여 실제 산업에 적용이 불가능한 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고자, 공정의 유연성이 우수한 기존 레이저 공정을 이용하여 포토마스크를 제조하고, 제조된 포토마스크를 바탕으로 다이오드 라인빔 레이저를 이용하여 병렬 방식의 레이저 직접 패터닝 공정을 제안한다. 은 포토마스크는 사용되는 다이오드 라인빔 레이저의 파장인 적외선 영역에서 광학적 특성이 우수하며, 스캐너와 레이저를 사용하기 때문에 쉽고 간결하면서 정확도가 우수한 포토마스크 제조가 가능하다. 이렇게 제조된 포토마스크는 대기 상에 노출되어 잔류 유기물인 아민에 의해서 중합과 산화가 발생하여, 산소와 공기를 차단함으로써, 은 포토마스크의 정밀도와 신뢰성을 향상 시킬 수 있었다. 또한, 보호 층을 통하여 물리적, 화학적 오염으로부터 패턴을 보호하고, 광학적 이미지 손상과 변형 없이 포토마스크의 기능을 보존할 수 있었다. 이렇게 형성된 포토마스크를 기반으로, 병렬 방식의 레이저 직접 패터닝 공정을 검증하였다. 보호 층의 두께가 두꺼울 경우 광학적 회절로 인하여 이미지 변형이 발생하고, 얇거나 존재하지 않을 경우, 열 흡수 및 확산으로 포토마스크와 하부기판에 손상을 가져다 준다. 광학적 회절과, 투과거리, 열 확산 거리의 이론을 통하여 보호 층을 최적화 하고, 2~3%의 오차를 가지는 전극을 병렬 방식으로 형성할 수 있었다. 최소 6μm 에서 수mm까지 다양한 선폭을 동일한 시스템과 동시에 형성이 가능하고, 형성된 패턴은 깁스-마랑고니 현상이 덜 발생하여 균일한 패턴 두께가 형성 가능하였다. 소결 온도와 시간을 조절하여 최소 2.91uΩ·cm의 비저항과 14~16nm의 표면 조도를 가지는 전극 형성이 가능하며 이러한 공정은 유리와 같은 경한 기판 뿐만 아니라 유연기판(PI, Polyimide)에도 형성이 가능하였다.
