CN101674914B - 多波长激光烧蚀 - Google Patents

Abstract

在第一材料的激光微加工和激光缺陷修复中，根据第一材料的吸收特性选择第一组一个或者多个激光波长，所述第一组激光波长与第二组一个或者多个激光波长进行组合并同时发射，所述第二组激光波长根据第二材料的吸收特性进行选择，所述第二材料由于第一组激光波长对第一材料的烧蚀作用而产生并遗留。第二组一个或者多个激光波长的同时存在使得所述遗留的第二材料被去除。

Description

多波长激光烧蚀

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.119(e)，本申请要求2007年3月21日递交的题为“多波长激光烧蚀”的第60/896,288号临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明通常涉及微电路的非接触性维修，特别是涉及有缘矩阵液晶显示面板的维修。

在LC显示器的制造中，使用大型透明玻璃薄板作为沉积薄膜晶体管(TFT)阵列的衬底。通常，多个独立的TFT阵列包含在一个玻璃基板上，这些TFT阵列通常称为TFT面板。作为一种选择，有源矩阵LCD或AMCLD在每个子象素处覆盖采用了晶体三极管和二极管的显示器组，并从而包围TFT器件，这种玻璃基板也称作AMLCD面板。平板显示器还可使用任何的OLED技术进行制造，并且其尽管通常制造在玻璃上，但也可制造在塑料基板上。

TFT图案沉积在多个阶段实现，在其中的每个阶段，将特定材料(例如金属、氧化铟锡(ITO)、晶体硅、非晶体硅等)以预定的图案沉积在前一层(或玻璃)的顶部。每个阶段通常包括多个步骤，例如沉积、形成掩模、蚀刻、剥离等。

在这些阶段中的每一阶段以及每一阶段的各个步骤中，可能出现可影响最终的LCD产品的电子和/或光学性能的许多生产缺陷。如图1所示，这种缺陷包括但不限于进入ITO的金属突起110、进入金属116的ITO突起114，所谓的蚀刻缺口(mouse bite)118、开路120、晶体管124中的短路122、以及杂质颗粒124。其它缺陷包括掩膜问题、蚀刻过度或不足等。

即使严格控制TFT沉积过程，缺陷的出现也是不可避免的。这就限制了产品的产量，并不利地影响了产品的成本。通常在关键的沉积阶段之后，使用一个或多个自动光学检查(AOI)系统对TFT阵列进行检查，并且由采用光电检查仪器(也称作阵列测试仪或阵列检验仪(AC))来检查完成后的TFT阵列。通常，AOI和AC系统提供缺陷坐标；但是它们并不提供高分辨率的图像，而高分辨率的图像却是将缺陷归类为严重缺陷、可修复的缺陷或者仅仅是不影响TFT阵列性能的瑕疵(所谓的加工缺陷)所必需的。缺陷坐标信息被传送给TFT阵列修复工具，TFT阵列修复工具也称作阵列补救器(AS)，按照惯例，这种缺陷分类是由TFT阵列修复机器的操作者手工完成的。

不同的TFT阵列制造商以及不同的制造工厂生产的面板的平均缺陷数量可能不同。通常对于每个第七代面板来说，TFT阵列装配线内的缺陷检查及修复能力的大小为处理300-400个缺陷。通常来说，每个面板可能有5％-10％的缺陷需要修复。

由于TFT阵列部件通常非常小(子象素大小可为80微米×240微米，而对于由第七代面板制作的大型40英寸的LCD电视机，子象素大小达到216×648微米)，所以阵列修复工具包括显微镜，用于执行缺陷检查以确定缺陷是否可修复。相对于面板的大小(通常为2.1米×2.4米)来说，显微镜的视场是较小的(从100微米×100微米到2毫米×2毫米)。显微镜安装在精确的XY平台上，使得其可从一个缺陷分派至另一个缺陷。可从之前由AOI和AC检查系统执行的检查中获知缺陷坐标。在缺陷检查和修复期间，通过真空吸盘，使玻璃面板在XY平台下保持固定不动。检查之后，通常通过激光微调、激光焊接或桥接开路来对可修复的缺陷进行处理。

上述一系列常规操作是所有阵列修复工具的典型过程。然而，由于面板和面板之间的缺陷的数量、类型、位置、大小、程度经常不同，因此需要一种在捕获缺陷图像之后的几乎所有工具步骤中传递判断的方法，以便判断例如，图像是否真正是缺陷而非障碍、发现了哪种类型的缺陷、具体的缺陷是否需要修复、需要什么类型的修复、需要什么修复参数、下一个待修复的缺陷是什么等等。许多修复工具将工具操作与操作者的判断和介入相结合，以识别、分类、以及然后修复这些缺陷。

图2以剖视图的方式示出了缺陷修复示例。示出了几个典型层：钝化层210覆盖金属电路层212，并且所述钝化层和电路层都置于衬底214之上。图2A(图1的顶视图)中示出了金属突起缺陷110。在该示例中，在对缺陷110进行识别和分类之后，产生修复方案，然后利用激光220执行所述修复方案来去除所述突起，如图2B所示。精确激光烧蚀或者激光微加工需要将激光特性(波长、脉宽、能量等)与被去除的材料进行匹配。所述去除的材料可以采取相对直接的处理方法，采用典型的激光切除或烧蚀技术，其中首先选择最适合的波长，然后精心优化激光能量和操作过程。

然而，在某些情况下，待去除的材料不能被很好地烧蚀，并在处理过程中产生额外的残渣。在另外一些情况下，某种材料的薄层需要被去除干净而又不能损坏其下面一层，所述下面一层由于具有不同的光学特性而对激光波长具有不同的反应。对于这种薄层，为了不会由于光束剖面内的“热”斑而不经意地损坏下面各层，或者由于能量密度太小而遗留过剩材料，激光能量密度(每区域能量)在光束剖面上必须是均匀的。有时采用多次激光处理来清除残渣，尽管这经常会导致对衬底或者其它下层的损坏并增加操作次数。

图3A示出了位于层312之上的待被去除的层310，层312必须不被损坏，所述层310和312位于衬底314之上。图3B示出了使用具有波长λ1的激光束320对层310进行处理。图3C示出了使用具有不损坏下层312的能量密度的激光束320对层310进行烧蚀后的结果。如图所示，构成层310的材料可能产生残渣330，所述残渣330必须在后续制作电路之前被去除。

可以有几种方法确保没有残渣遗留。如图3D所示，一种传统的方法是采用更高能量密度的激光束320以使得不产生残渣，但这种方法增加了损坏下层312的可能性，所述下层可能由于较高的能量密度而被部分烧蚀，如图3E所示。现有技术中的另外一种方法允许在图3A、3B和3C示出的步骤中产生残渣，但是又引入了附加步骤，在所述附加步骤中具有不同波长λ2的激光322被导向残渣330(图3F)。在该示例中，残渣330和下层312可能具有类似的光学特性，因此下层仍然具有损坏的危险，因为它也吸收λ2(图3E)。在残渣和下层具有不同光学特性的示例中，在后续步骤中使用波长λ2清除残渣需要对激光能量密度进行小心的控制，因为太高的能量密度仍然可能损坏下层，同时太低的能量密度又不足以烧蚀残渣。由于残渣可能具有不同的尺寸和体积，对于每种情况都需要调节激光能量密度。即，获得没有遗留残渣的整齐切割的工艺窗口可能非常窄，使得此残渣的自动化去除过程非常困难。

发明内容

在第一材料的激光微机械加工和激光缺陷修复中，根据第一材料的吸收特性选择第一组一个或者多个激光波长，所述第一组激光波长与第二组一个或者多个激光波长进行组合并同时射出，所述第二组激光波长根据第二材料的吸收特性进行选择，所述第二材料由于第一组激光波长对第一材料的烧蚀作用而产生并遗留。所述第二组一个或者多个激光波长的同时存在使得所述遗留的第二材料被去除。

在一个实施方案中，第一材料是形成在衬底之上的材料层。在另外一个实施方案中，第一材料是形成在衬底之上的材料层中的缺陷。在一个实施方案中，对激光束的第一和第二波长进行选择以使得位于第一材料之下的层不被损坏。在一个实施方案中，激光束中第一和第二波长中每一个的能量大小是不同的。在一个实施方案中，所述衬底是玻璃衬底。

附图说明

图1示出了具有晶体管阵列的大型平板构图媒介的局部顶视图中的多个不同缺陷，如现有技术中已知的。

图2A和2B示出了在修复前后都具有突起缺陷的器件剖视图，如现有技术中已知的。

图3A、3B、3C示出了以不损坏下层但产生残渣的激光能量密度对堆叠材料进行微加工或者烧蚀的步骤，如现有技术中已知的。

图3D、3E示出了用足够大以去除残渣，但也足够大以至于至少部分烧蚀下层材料的激光能量密度对堆叠材料进行微加工或者烧蚀的步骤，如现有技术中已知的。

图3F、3G示出了在步骤3C完成后，向剩余残渣施加具有不同波长的第二激光的步骤，如现有技术中已知的。

图4示出了根据本发明一个实施方案的、激光烧蚀或者微加工系统中激光光学子系统的示意图。

图5示出了根据本发明另一个实施方案的、激光烧蚀或者微加工系统中激光光学子系统的示意图。

图6A-6C示出了根据本发明一个实施方案的激光束的剖视图，所述激光束至少包含同时撞击目标材料的两种波长。

具体实施方案

在第一材料的激光微机械加工和激光缺陷修复中，根据第一材料的吸收特性选择第一组一个或者多个激光波长，所述第一组激光波长与第二组一个或者多个激光波长进行组合并同时射出，所述第二组激光波长根据第二材料的吸收特性进行选择，所述第二材料由于第一组激光波长对第一材料的烧蚀作用而产生并遗留。

根据本发明的一个实施方案，一种装置同时向待被去除材料(目标材料)射出多于一个波长的激光。图4是根据本发明一个实施方案的激光烧蚀或者微加工系统中激光光学子系统400的示意图。图4局部地示出了激光光学子系统400，其包括能够同时产生多个波长的激光器410，将激光输出分离为特定波长光束路径的第一组谐波光束分离器418(在此示例中，三个激光束中的每一个具有不同的波长，示出为442A、444A和446A)，分别对应光束442A、444A和446A且用于控制各自对应光束能量的衰减器422、424、426，将激光束442B、444B和446B引回到单光束路径440B的第二组谐波激光束分离器458，所述单光束路径440B然后通过光束增强器460并聚焦到限束孔径462上。所述限束孔径462将光束引导到光束组合器466，所述光束组合器466将激光光束与摄像机474的成像路径以及其照明器470进行组合。所述光束然后被导引以穿过物镜484射向待被修复的衬底490上的目标材料。一个或者多个物镜，例如482、484和486，可通过使用机械装配方法如转台480而被定位到光束路径中。图4还示出了用于激光的控制器408和用于每个衰减器的控制器(432、434、436)。

激光控制器408控制两个或者多个激光波长。每个衰减器(422、424、426)分别通过控制器432、434、436利用固件或软件进行单独控制。所有激光光束路径的光学部件特性如覆层、衬底材料等被优化以适应激光器可以提供波长的全部范围。图4示出了三个衰减器，但是应该理解，依赖于激光器能够产生的波长数量，可以使用任意数目的衰减器。

在一个实施方案中，激光器410可以是能够提供1066纳米、532纳米、355纳米和266纳米波长的Nd:YAG激光器。所述激光器可为二极管泵浦或者闪光灯泵浦。可以使用其它具有多波长输出的激光器。

在一些实施方案中，并非使用如图4所示的能够产生多个波长的单个激光器410，而是可以使用两个或者多个激光器，各个激光器发射单一但不同的波长。在图5中示出的示例性实施方案500中，示出了三个激光器512、514、516，其中各个激光器发射波长不同的单波长激光束442A、444A、446A。激光束442A、444A和446A被引入到衰减器422、424、426，作为响应，衰减器422、424、426提供激光束442B、444B和446B，所述激光束442B、444B和446B通过谐波光束分离器组458被组合成为单光束440B。系统500的其他光束发射系统与图4示出的系统400相同。然而，对于图4和5示出的配置，最终结果是相同的：由至少两个波长组成的波束440B被同时并共线发射到目标材料。图4的单激光器配置比图5的多激光器配置成本低且复杂性小。

作用于目标材料的具有至少一个波长的激光束改变了所述目标材料，对其进行至少部分烧蚀或者改变了其成分。改变后的材料可能具有与原始目标材料不同的吸收特性。根据本发明，所述激光束还包括至少一个优化为适合于被改变材料吸收特性的第二波长。所述第二波长被改变后的材料所吸收，从而至少部分地产生烧蚀。最终的结果是目标材料被完全和干净地去除。在激光束中具有第一波长并同时至少具有第二波长。具体地，在微电路中使用的一些材料如在平板显示器中所发现的材料，可以很好地吸收266纳米的波长同时对可见波长如532纳米波长保持透明。典型地，金属能良好地吸收可见波长，而有机层能良好地吸收深紫外(DUV)波长。

图6A、6B、6C示出了根据本发明如何去除材料。图6A示出了一种需要加工层310而不损坏下层312的层状结构。包含至少两个波长λ1和λ2的激光束634在图6B中示意性地表示为两个不同的射线630(实线)和632(点线)。在图6中，λ1(630)可代表层310对其敏感的紫外波长，而λ2(632)可代表层310对其透明但例如金属对其特别敏感的可见波长。如图6B示意性所示，激光波长λ1(630)部分地烧蚀材料310，导致材料改变或者形成了残渣330。所述残渣可包括分解为单质金属的材料层310。激光束的波长λ2(632)被选择为与构成残渣的单质金属的吸收特性更好地匹配，然后烧蚀并干净地去除所述单质金属或者由于材料330暴露在激光波长λ1(630)中而形成的其它残渣。图6B示意性地示出了材料310对于λ2(632)射线透明，而残渣330对其不透明。由于激光波长λ2(632)与激光波长λ1(630)被同时提供，因此波长λ2去除了由于将材料330暴露在激光波长λ1(630)中以修改材料330而形成的任何残渣。图6C示出了使用多波长光束634后的情况，没有残渣残留。

本发明可应用于平板显示器(FPD)阵列的生产和修复中。具体地，一般的FPD修复过程需要去除液晶显示(LCD)面板衬底上的部分ITO(氧化铟锡)层而不损坏下面的金属层。使用Nd:YAG激光器作为激光源，最佳适用于ITO去除的波长是紫外(UV)波长(266纳米)。如果处理过程不能够严格受控(激光能量、停留时间、光斑尺寸等)，则可能产生过量残渣。特别是，所述残渣可包含用激光束烧蚀时来自于ITO复合材料的原料混合物。然而，所述原料混合物残渣的吸收特性可能与原始ITO非常不同。进一步，由于所述原料可能被完全或者部分分解为单质金属，因此其可能能够很强地吸收可见波长而非原始使用的UV波长。

因此，根据本发明，为了去除残渣，将可见(532纳米波长)激光能量与UV(266纳米波长)激光能量进行组合。这两种波长的激光能量组合被同时发射，以能够完全去除ITO材料而不损坏下面的金属。具体地，ITO层对于UV波长敏感且至少能够被部分烧蚀或去除，而下面的金属层对于UV是透明的，从而不被损坏也基本上未被加热。同时使用可见激光能量和UV激光能量足够完全烧蚀已被加热的残渣，所述已被加热的残渣包含被全部或者部分分解为单质金属状态、从而对于可见波长敏感的ITO。由于残渣处于升高的温度，因此需要将相对少量的可见激光能量与UV激光能量进行组合或混合。可见激光能量的大小小于UV激光能量并且被调整为使得下层不受损坏。经验表明，使用UV和可见波长组成的激光束能够成功去除残渣而不损坏下层，其中，可见激光能量大约占全部的20％到45％。

传统的独立使用两种波长已经被证明是效率不高的。具体地，经验表明，如果首先使用266纳米的激光波长，然后使用应该容易被残渣材料吸收的532纳米的波长，则在第二步骤中用来去除残渣的532纳米能量将损坏金属层。与传统技术相比，根据本发明同时使用两个(或者更多)波长使得残渣材料在仍处于升高的温度的情况下进行吸收，并能够仅用第二波长的少量能量去除残渣。

以上参照部分第一材料层的微加工或者去除进行了描述。然而，应该理解，本发明同样适用于去除嵌在不同材料层中或者其上的、可能处于缺陷形式的第一材料，所述第一材料由于其不同的光学特性而对于多种激光能量具有不同的响应。另外，所述缺陷可以是嵌入在衬底上形成的不同材料叠层中的杂质。

本发明的上述实施方式是示例性的而非限制性的。各种可选方案和等价方案都是可能的。本发明不受激光器类型或者激光束中的波长数量的限制。本发明不受待被去除的缺陷的数量或类型的限制。本发明不受存在缺陷的材料的限制。对于本发明的公开内容，其它的补充、删减和修改都是显而易见的，其均落入所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种微加工/修复衬底之上的第一材料的方法，所述方法包括：

生成激光束，所述激光束包含至少一个第一激光波长并且在其中同时包含至少一个第二激光波长，所述至少一个第一激光波长与所述至少一个第二激光波长是不同的；以及

将所述激光束应用于所述第一材料，根据所述第一材料的吸收特性选择所述至少一个第一激光波长，以使得所述至少一个第一激光波长能够对所述第一材料产生烧蚀作用，根据第二材料的吸收特性选择所述至少一个第二激光波长，所述第二材料由于所述至少一个第一激光波长对所述第一材料的烧蚀作用而产生并遗留，所述至少一个第二激光波长从而去除所述第二材料。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料是形成在衬底之上的材料层。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一材料是形成在衬底之上的材料层中存在的缺陷。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述激光束的所述第一和第二波长被选择为不损害位于所述第一材料之下的层。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括改变所述激光束中的至少第一和第二波长中每一个的能量大小。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底是玻璃衬底。

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