DE112019003473T5

DE112019003473T5 - Laserbearbeitungsvorrichtung, laserbearbeitungsverfahren und herstellungsverfahren für abscheidemaske

Info

Publication number: DE112019003473T5
Application number: DE112019003473.1T
Authority: DE
Inventors: Yuji Saito; Hideo Hirayama
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2019-07-08
Publication date: 2021-04-01
Also published as: JPWO2020013122A1; WO2020013122A1; TW202005736A; KR102644949B1; KR20210028650A; WO2020012771A1; CN112384323A; JP7175457B2; TWI814859B; CN112384323B

Abstract

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst: ein laseroptisches System (1), das einen Linienstrahl (Lb) erzeugt; eine Schattenmaske (2) mit einer Vielzahl von offenen Fenstern, die einer Vielzahl von Öffnungspattern entsprechen, die durch Laserbearbeitung in einem Maskenelement (9) zu bilden sind, wobei die Schattenmaske (2) in einer Lichtausbreitungsrichtung des laseroptischen Systems (1) nachgeschaltet vorgesehen ist; eine Projektionsoptik (3), die ein Bild der Schattenmaske (2) auf das Maskenelement (9) projiziert; einen Bewegungsmechanismus (4), der den auf die Schattenmaske (2) aufzubringenden Linienstrahl (Lb) relativ zur Schattenmaske (2) und zur Projektionsoptik (3) in einer Richtung bewegt, die die Längsachse des Linienstrahls (Lb) kreuzt; und einen Tisch (5), der das darauf montierte Maskenelement (9) hält.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung, insbesondere auf eine Laserbearbeitungsvorrichtung, ein Laserbearbeitungsverfahren und ein Herstellungsverfahren für eine Abscheidemaske, die auf die Verkürzung der Taktzeit eines Laserbearbeitungsschrittes gerichtet sind.
STAND DER TECHNIK
Konventionelle Laserbearbeitungsvorrichtungen sind wie folgt aufgebaut. Laserlicht wird auf eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern aufgebracht, die einer Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen entsprechen, die durch Laserbearbeitung auf einem Werkstück gebildet werden sollen. Durch Laserbearbeitung mit einem Laserstrahl, der durch die jeweiligen offenen Fenster hindurchgetreten ist, werden die Bearbeitungsmarkierungen auf dem Werkstück gebildet (siehe z.B. Patentdokument 1).
LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: WO 2017/154233
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Eine solche konventionelle Laserbearbeitungsvorrichtung arbeitet jedoch in einem so genannten Step-and-Repeat-Verfahren. Nach dem Step-and-Repeat-Verfahren wird eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von Laserlichtschüssen bestrahlt, so dass durch Laserbearbeitung in einem vorbestimmten Bereich des Werkstücks Bearbeitungsmarkierungen gebildet werden, und danach wird ein Tisch, auf dem das Werkstück montiert ist, um eine vorbestimmte Strecke bewegt, und in einem anderen Bereich des Werkstücks werden in gleicher Weise Bearbeitungsmarkierungen durch Laserbearbeitung gebildet. Dieser Vorgang wird wiederholt. Der Step-and-Repeat-Prozess erfordert eine lange Zeit, um den Tisch zu bewegen und dabei seine Beschleunigung und Verlangsamung zu steuern sowie die Genauigkeit seiner Bewegung sicherzustellen. Die erforderliche Zeit ist viel länger als die Laserbearbeitungszeit. Daher ist die Taktzeit des Laserbearbeitungsschrittes nur schwer zu verkürzen. Dies verursacht das Problem steigender Herstellungskosten eines bearbeiteten Produkts.
Im Hinblick auf die obige Aufgabe ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, eines Laserbearbeitungsverfahrens und eines Herstellungsverfahrens für eine Abscheidemaske, die auf die Verkürzung der Taktzeit eines Laserbearbeitungsschrittes ausgerichtet sind.
TECHNISCHE LÖSUNG
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst eine Laserbearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung: ein laseroptisches System, das einen Linienstrahl erzeugt; eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern, die einer Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen entsprechen, die durch Laserbearbeitung auf einem Werkstück zu bilden sind, wobei die Schattenmaske in einer Lichtlaufrichtung des laseroptischen Systems nachgeschaltet vorgesehen ist; eine Projektionsoptik, die ein Bild der Schattenmaske auf das Werkstück projiziert; einen Bewegungsmechanismus, der den auf die Schattenmaske aufzubringenden Linienstrahl relativ zur Schattenmaske und zur Projektionsoptik in einer Richtung bewegt, die eine Längsachse des Linienstrahls kreuzt; und einen Tisch, der das darauf montierte Werkstück hält.
Ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: Anwenden eines Linienstrahls auf eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern, die einer Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen entsprechen, die durch Laserbearbeitung auf einem Werkstück zu bilden sind; und Bilden der Bearbeitungsmarkierungen auf dem Werkstück durch Laserbearbeitung unter Verwendung eines Laserstrahls, der durch die jeweiligen offenen Fenster hindurchgetreten ist, wobei der auf die Schattenmaske anzuwendende Linienstrahl relativ zu der Schattenmaske und einer Projektionsoptik in einer Richtung bewegt wird, die eine Längsachse des Linienstrahls während der Laserbearbeitung kreuzt, wobei die Projektionsoptik so konfiguriert ist, dass sie ein Bild der Schattenmaske auf das Werkstück projiziert.
Ein Herstellungsverfahren für eine Abscheidemaske nach der vorliegenden Erfindung umfasst Aufbringen eines Linienstrahls auf eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern, die einer Vielzahl von Öffnungspattern entsprechen, die durch Laserbearbeitung in einem Maskenelement zu bilden sind, das durch Laminieren eines Harzfilms und eines Metallblechs erhalten wird, das aus einem magnetischen Metallmaterial hergestellt ist und eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist; und Bilden der Öffnungspattern in dem Maskenelement durch Laserbearbeitung unter Verwendung eines Laserstrahls, der durch die jeweiligen offenen Fenster hindurchgetreten ist, wobei der auf die Schattenmaske aufzubringende Linienstrahl relativ zu der Schattenmaske und einer Projektionsoptik in einer Richtung bewegt wird, die eine Längsachse des Linienstrahls während der Laserbearbeitung kreuzt, wobei die Projektionsoptik so konfiguriert ist, dass sie ein Bild der Schattenmaske auf das Maskenelement projiziert.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Im Gegensatz zu einer konventionellen Technik, bei der die Laserbearbeitungszeit für einen vorbestimmten Bereich davon abhängt, wie lange es dauert, den Tisch schrittweise zu bewegen, wird die Bearbeitungszeit nach der vorliegenden Erfindung durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Linienstrahls bestimmt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Linienstrahls wird im Wesentlichen durch eine Oszillationsfrequenz eines Lasers bestimmt. Dadurch ist es möglich, die Oszillationsfrequenz des Lasers bei der Laserbearbeitung voll auszunutzen. Dementsprechend kann die Taktzeit des Laserbearbeitungsschrittes verkürzt und die Kosten für ein bearbeitetes Produkt gesenkt werden. Darüber hinaus wird der Linienstrahl zur Laserbearbeitung des Werkstücks so bewegt, dass der Linienstrahl in seiner Bewegungsrichtung eine gemittelte, gleichmäßige Intensitätsverteilung aufweist. Dadurch können Bearbeitungsmarkierungen von völlig gleichmäßiger Größe gebildet werden.
Figurenliste

1 ist eine Vorderansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2A und 2B zeigen ein Maskenelement als Werkstück, wobei 2A eine Schnittdarstellung davon ist und 2B eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Hauptteils mit Öffnungspattern als Bearbeitungsmarkierungen.
3 ist eine Draufsicht, die eine Beziehung zwischen einem Linienstrahl und einer Schattenmaske zeigt.
4 veranschaulicht ein Konfigurationsbeispiel eines Bewegungsmechanismus.
5 ist ein Blockdiagramm eines Konfigurationsbeispiels eines Steuergeräts.
6 ist eine Tabelle, die ein Ergebnis des Vergleichs einer Bearbeitungszeit der Laserbearbeitung durch ein Laserbearbeitungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung und einer konventionellen Methode unter den gleichen Bedingungen zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. 1 ist eine Vorderansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass der Laserstrahl durch eine Schattenmaske auf ein Werkstück gerichtet wird, um Bearbeitungsmarkierungen zu bilden. Die Vorrichtung umfasst ein laseroptisches System 1, eine Schattenmaske 2, ein Projektionsobjektiv 3, einen Bewegungsmechanismus 4, einen Tisch 5 und eine Steuervorrichtung 6.
In der folgenden Beschreibung, wie in 2A gezeigt, ist das Werkstück ein Maskenelement 9, das durch Laminieren eines Harzfilms 7 und eines Metallblechs 8 erhalten wird. Der Harzfilm 7 besteht z.B. aus Polyimid oder Polyethylenterephthalat (PET). Das Metallblech 8 ist aus einem magnetischen Metallmaterial mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 10 hergestellt. Wie in 2B gezeigt, sind die Bearbeitungsmarkierungen Öffnungspattern 11, die in Teilen des Harzfilms 7 innerhalb der Durchgangslöcher 10 ausgebildet sind. In 2A bezeichnet die Kennziffer 12 einen Rahmen, der das Maskenelement 9 trägt.
Anstelle des Harzfilms 7 kann ein Metallfolienblatt verwendet werden, das im Wesentlichen die gleiche Dicke (etwa 3 µm bis etwa 10 µm) wie der Harzfilm 7 hat. In diesem Fall werden die Öffnungspattern 11 in dem Metallfolienblatt durch die Verwendung von Infrarot-Laserlicht, nicht durch UV-Licht, wie unten beschrieben, gebildet.
Das laseroptische System 1 erzeugt Laserlicht L, das ein Linienstrahl Lb ist, und umfasst eine Laserlichtquelle 13, ein optisches Vorstufen-System 14, ein optisches nachstufiges System 15, das in der angegebenen Reihenfolge von einer stromaufwärts gelegenen Seite in einer Lichtlaufrichtung angeordnet sind.
Die Laserlichtquelle 13 emittiert das Laserlicht L mit einer Wellenlänge in einem UV-Bereich, die die Ablation des Harzfilms 7 ermöglicht. Beispiele für die Laserlichtquelle sind ein Excimer-Laser und ein YAG-Laser. Der Laser und die Wellenlänge des hier verwendeten Laserlichts L werden je nach Material des Werkstücks entsprechend ausgewählt. Das optische Vorstufen-System 14 umfasst beispielsweise einen Strahlaufweiter, eine Kollimatorlinse, einen Abschwächer und einen Verschluss. Der Strahlaufweiter vergrößert den Durchmesser des Laserlichts L, das von der Laserlichtquelle 13 emittiert wird. Die Kollimatorlinse kollimiert das aufgeweitete Laserlicht L. Der Abschwächer passt die Laserintensität an. Der Shutter öffnet/schließt einen optischen Pfad des Laserlichts L. Das optische System der Vorstufe hat beispielsweise Funktionen zur Strahlprofilprüfung, Leistungsüberwachung und Strahlpositionskorrektur. Das optische nachstufige System 15 umfasst beispielsweise einen Homogenisator und eine Zylinderlinse oder eine andere Linse. Der Homogenisator homogenisiert die Intensitätsverteilung in einem Querschnitt des Laserlichts L. Die Zylinderlinse oder andere Linse wandelt das aufgeweitete Laserlicht L in den Linienstrahl Lb um. In 1 bezeichnet die Kennziffer 16 einen planaren Reflexionsspiegel.
Die Schattenmaske 2 ist in Lichtlaufrichtung des laseroptischen Systems 1 nachgeschaltet. Wie in 3 dargestellt, hat die Schattenmaske 2 eine Vielzahl von offenen Fenstern 17, die der Vielzahl von Öffnungspattern 11 entsprechen, die durch Laserbearbeitung in dem Maskenelement 9 gebildet werden sollen. Durch die Schattenmaske 2 wird der Linienstrahl Lb in eine Vielzahl von Laserstrahlen B aufgeteilt und auf das Maskenelement 9 aufgebracht. Die Schattenmaske 2 wird vorbereitet, indem die Vielzahl der offenen Fenster 17 durch Ätzen oder eine andere Bearbeitung in einem nicht-transparenten Film gebildet wird, der z.B. die Oberfläche von transparentem Glas bedeckt. Der nicht-transparente Film wird aus Chrom oder einem anderen Material gebildet. Alternativ kann die Schattenmaske 2 die Vielzahl der offenen Fenster 17 aufweisen, die durch das Metallblech hindurchgehen. Insbesondere ist die Schattenmaske 2 der vorliegenden Erfindung größer als herkömmliche Schattenmasken, um einen größeren Verarbeitungsbereich auf dem Maskenelement 9 abzudecken als ein Verarbeitungsbereich, den herkömmliche Schattenmasken handhaben können.
Das Projektionsobjektiv 3 ist in Lichtlaufrichtung hinter der Schattenmaske 2 angeordnet. Das Projektionsobjektiv 3 projiziert ein Fig. der Schattenmaske 2 auf das Maskenelement 9. In dieser Ausführung projiziert das Projektionsobjektiv 3 Bilder der offenen Fenster 17 der Schattenmaske 2 im Maßstab 1/5 auf den Harzfilm 7 innerhalb der Durchgangslöcher 10 des Blechs 8.
Wie in 1 dargestellt, ist der Bewegungsmechanismus 4 so ausgelegt, dass sich der auf die Schattenmaske 2 aufzubringende Linienstrahl Lb in einer Richtung (Y-Achsen-Richtung) bewegen kann, die eine Längsachse (X-Achse) des Linienstrahls Lb schneidet. Der Bewegungsmechanismus 4 ermöglicht es dem Linienstrahl Lb, der bei der Laserbearbeitung verwendet wird, sich mit einer konstanten Geschwindigkeit (feste Geschwindigkeit) zu bewegen, und umfasst z.B. einen luftgelagerten Schlitten, eine Linearführung oder eine Kugelumlaufspindel zum Bewegen des optischen nachstufigen Systems 15 des optischen Lasersystems 1. Hier kann sich die später beschriebene Projektionsoptik 3 zusammen mit der Schattenmaske 2 relativ zum Linienstrahl Lb bewegen, aber in diesem Beispiel wird ein Fall der Bewegung des Linienstrahls Lb beschrieben.
4 zeigt ein Konfigurationsbeispiel für den Bewegungsmechanismus 4. Der Bewegungsmechanismus 4 wird durch Spiegel konfiguriert, die in einen optischen Pfad auf der Ausgangsseite des optischen nachstufigen Systems 15 eingefügt werden. Der Bewegungsmechanismus umfasst einen festen Reflexionsspiegel 19, einen beweglichen Reflexionsspiegel 21 und einen beweglichen planaren Reflexionsspiegel 22. Der feststehende Reflexionsspiegel 19 hat zwei äußere Reflexionsflächen 18, die in einem Kreuzungswinkel von 90 Grad angeordnet sind. Der bewegliche Reflexionsspiegel 21 hat zwei innere Reflexionsflächen 20, die in einem Kreuzungswinkel von 90 Grad angeordnet sind. Die beiden inneren Reflexionsflächen 20 bewegen sich nahe an die beiden äußeren Reflexionsflächen 18 des feststehenden Reflexionsspiegels 19 heran oder von ihnen weg in einer Richtung, die Kreuzungspunkte zwischen den äußeren Reflexionsflächen 18 und zwischen den inneren Reflexionsflächen 20 verbindet. Während dieser Bewegung bleiben die beiden inneren Reflexionsflächen 20 parallel zu den beiden äußeren Reflexionsflächen 18. Der bewegliche planare Reflexionsspiegel 22 krümmt einen Strahlengang des vom feststehenden Reflexionsspiegel 19 reflektierten Ausgangslichts z.B. um 90 Grad.
Bei der obigen Konfiguration bewegt sich der bewegliche planare Reflexionsspiegel 22 entlang einer optischen Achse des einfallenden Lichts, so dass sich der Linienstrahl Lb auf der Schattenmaske 2 bewegen kann. In diesem Fall bewegt sich der bewegliche Reflexionsspiegel 21 synchron mit der Bewegung des beweglichen planaren Reflexionsspiegels 22, so dass eine optische Weglänge des optischen nachstufigen Systems 15 aufrechterhalten werden kann. Insbesondere unter der Annahme, dass sich der bewegliche planare Reflexionsspiegel 22 in 4 von links nach rechts um eine Strecke D bewegt, kann sich der bewegliche Reflexionsspiegel 21 so bewegen, dass sich sein Abstand zum festen Reflexionsspiegel 19 um D/2 vergrößert.
Der Bewegungsmechanismus 4 kann eine Kombination aus einem Galvano-Spiegel oder einem Polygon-Spiegel und einer fθ Linse sein. Bei dieser Konfiguration kann der Linienstrahl Lb in 4 durch den Galvano- oder den Polygonspiegel nach links und rechts abgetastet und durch die fθ Linse auf der Schattenmaske 2 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden.
Der Tisch 5 ist dem Projektionsobjektiv 3 zugewandt. der Tisch 5 hält das darauf montierte Maskenelement 9. der Tisch 5 ist in einer zweidimensionalen Ebene rechtwinklig zur optischen Achse des Projektionsobjektivs 3 beweglich.
Die Steuervorrichtung 6 ist in Form einer elektrischen Verbindung mit der oben genannten Laserlichtquelle 13, dem optischen Vorstufen-System 14, dem Bewegungsmechanismus 4 und dem Tisch 5 vorgesehen. Die Steuervorrichtung 6 führt die Steuerung aus, um die jeweiligen Komponenten in geeigneter Weise anzusteuern, und enthält, wie in 5 dargestellt, eine Laserlichtquellen-Steuerung 23, eine Steuerung 24 für das optische Vorstufen-System, eine Bewegungsmechanismus-Steuerung 25, eine Tischsteuerung 26, einen Speicher 27, eine Recheneinheit 28 und eine zentrale Steuereinheit 29.
Hier steuert der Laserlichtquellen-Controller 23 z.B. das Ein-/Ausschalten und die Oszillationsfrequenz der Laserlichtquelle 13. Die Steuerung 24 des optischen Vorstufen-Systems steuert das Dämpfungsglied des optischen Vorstufen-Systems 14 und stellt die Intensität des Laserlichts L ein und steuert auch das Öffnen/Schließen des Verschlusses. Die Bewegungsmechanismus-Steuerung 25 steuert den Bewegungsmechanismus 4, um eine Bewegungsgeschwindigkeit des Linienstrahls Lb auf der Schattenmaske 2 zu steuern. Die Tischsteuerung 26 steuert: den Winkel des Tisches 5, der sich um eine Achse dreht, die die Normale in der Mitte der Montagefläche des Tisches 5 ist; und eine Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsgröße des Tisches 5. Der Speicher 27 speichert darin z.B. die Schwingungsfrequenz der Laserlichtquelle 13 und die Anzahl ihrer Schüsse während der Laserbearbeitung, die Bewegungsgeschwindigkeit des Linienstrahls Lb und die Bewegungsgeschwindigkeit und den Bewegungsbetrag des Tisches 5. Die Recheneinheit 28 vergleicht die Bewegungsgeschwindigkeit des aus dem Speicher 27 ausgelesenen Linienstrahls Lb mit einer tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit des Linienstrahls Lb, um die Steuerung des Bewegungsmechanismus 25 so zu steuern, dass der Bewegungsmechanismus 4 angemessen angetrieben wird. Die Berechnungseinheit 28 liest auch die Bewegungsgeschwindigkeit und den Bewegungsbetrag des Tischs 5 aus dem Speicher 27 und vergleicht sie mit einer tatsächlichen Bewegungsgeschwindigkeit und einem tatsächlichen Bewegungsbetrag des Tischs 5, um die Tischsteuerung 26 so zu steuern, dass sie den Tisch 5 angemessen antreibt. Die zentrale Steuereinheit 29 steuert die jeweiligen Komponenten zentral.
Als nächstes wird eine Laserbearbeitungsmethode mit der so konfigurierten Laserbearbeitungsvorrichtung beschrieben. Insbesondere wird in diesem Beispiel ein Herstellungsverfahren für eine Abscheidemaske im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren unter den gleichen, in 6 dargestellten Bearbeitungsbedingungen beschrieben.
Zunächst wird, wie in 1 und 2A gezeigt, indem der Harzfilm 7 des Maskenelements 9 in engen Kontakt mit dem flachen Glassubstrat 30 gebracht wird, das Maskenelement 9 auf dem Tisch 5 montiert.
Anschließend erfasst eine Bildaufnahmekamera (nicht abgebildet) Ausrichtungsmarkierungen, die links und rechts von der Mittellinie des Maskenelements 9 in Richtung der Y-Achse gebildet werden. Dann stellt die Tischsteuerung 26 den Drehwinkel des Tisches 5 auf der Grundlage des aufgenommenen Bildes so ein, dass die obige Mittellinie des Maskenelements 9 mit der Bewegungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Tisches 5 übereinstimmt.
Anschließend bewegt sich der Tisch 5 in X-Achsen- und Y-Achsen-Richtung, um die Bestrahlungsposition des Laserstrahls B auf die Position einzustellen, an der die Laserbearbeitung für das Maskenelement 9 gestartet werden soll. Zusätzlich bewegt eine Autofokuseinrichtung (nicht abgebildet) das optische System einschließlich der Projektionsoptik 3 in Richtung der Z-Achse zur automatischen Einstellung, so dass der Laserstrahl B auf den Harzfilm 7 fokussiert werden kann. Durch die oben beschriebenen Vorgänge ist die Laserbearbeitung startbereit.
Als nächstes steuert der Laserlichtquellen-Controller 23 des Steuergeräts 6 die Laserlichtquelle 13 zum Einschalten, und auch die Steuerung 24 des optischen Vorstufen-Systems steuert den Verschluss des optischen Vorstufen-Systems 14 zum Öffnen. Als Reaktion darauf wird die Laserbearbeitung gestartet. In diesem Fall emittiert die Laserlichtquelle 13 das Laserlicht L mit einer Wellenlänge von 308 nm, das z.B. mit einer Frequenz von 300 Hz schwingt. Das von der Laserlichtquelle 13 emittierte Laserlicht L dehnt seinen Strahldurchmesser aus und wird durch das optische Vorstufen-System 14 kollimiert und tritt dann in das optische nachstufige System 15 ein. In diesem Fall führt die Steuerung 24 des optischen Vorstufen-Systems die Steuerung aus, um das Dämpfungsglied im Voraus so einzustellen, dass das Laserlicht L z.B. die Energiedichte von 400 mJ/cm2 hat.
Das Laserlicht L, das in das optische nachstufige System 15 eintritt, wird durch den Homogenisator, der im optischen nachstufigen System 15 enthalten ist, in seiner Laserintensität gleichförmig gemacht. Danach wird das Laserlicht L z.B. durch eine Zylinderlinse in einen einzelnen Linienstrahl Lb umgewandelt und in der Folgestufe auf die Schattenmaske 2 aufgebracht.
Gleichzeitig wird der Bewegungsmechanismus 4 unter der Steuerung des Bewegungsmechanismus-Controllers 25 der Steuervorrichtung 6 angetrieben, um das optische nachstufige System 15 in Richtung der Y-Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen. Bei diesem Vorgang bewegt sich der Linienstrahl Lb auf der Schattenmaske 2 in Richtung der Y-Achse mit einer konstanten Geschwindigkeit.
In diesem Fall wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Vielzahl von Laserstrahlen B, die durch die Schattenmaske 2 auf das Maskenelement 9 aufgebracht werden sollen, so eingestellt, dass ein vorbestimmter Bereich des Maskenelements 9, z.B. ein Bereich mit einer Breite von 3 mm, die der Breite des Laserstrahls B in Richtung der Y-Achse entspricht, durch 60 Schüsse Laserbestrahlung (300 Hz) bearbeitet wird. Dementsprechend beträgt in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bewegungsgeschwindigkeit jedes Laserstrahls B auf dem Maskenelement 9 15 mm/sec. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Projektionsobjektiv 3 eine Vergrößerung von 1/5, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Linienstrahls Lb auf der Schattenmaske 2 75 mm/sec beträgt.
Die Vielzahl der Laserstrahlen B, die durch die Schattenmaske 2 hindurchgegangen sind, werden durch die Projektionsoptik 3 auf 1/5 herunterskaliert und auf einen 3 mm breiten Bereich des Maskenelements 9 aufgebracht. Bei dieser Anwendung wird der Harzfilm 7 innerhalb der jeweiligen Durchgangslöcher 10 des Blechs 8 des Maskenelements 9 durch die Vielzahl der Laserstrahlen B abgeschliffen, um dadurch die Vielzahl der Öffnungspattern 11 zu bilden.
Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich der Linienstrahl Lb um den Abstand von 160 mm auf der Schattenmaske 2 mit der oben genannten Geschwindigkeit, d.h. 75 mm/sec, um das Maskenelement 9 zu lasern. Infolgedessen wird ein 29 mm breiter Bereich des Maskenelements 9 in Richtung der Y-Achse durch einen Bearbeitungsschritt laserbearbeitet, wodurch die Vielzahl der Öffnungspattern 11 gebildet wird.
Nach Abschluss der Bewegung des Linienstrahls Lb zur Laserbearbeitung eines vorbestimmten Bereichs des Maskenelements 9 wie oben beschrieben, wird der Verschluss durch die Steuerung 24 des optischen Systems der vorherigen Stufe zum Schließen angetrieben, und die Tischsteuerung 26 steuert den Tisch 5 so, dass sie sich schrittweise um eine vorbestimmte Strecke in eine vorbestimmte Richtung bewegt. Anschließend wird ein weiterer Bereich des Maskenelements 9 auf die gleiche Weise laserbearbeitet, um dadurch einen weiteren Satz von Öffnungspattern 11 zu bilden. In diesem Fall kann der Linienstrahl Lb zunächst mit hoher Geschwindigkeit in die Startposition der Bewegung zurückkehren und sich dann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben bewegen. Alternativ kann sich der Linienstrahl Lb mit einer Geschwindigkeit von 75 mm/sec in entgegengesetzter Richtung von der Bewegungsendposition zur Bewegungsstartposition bewegen.
Wie oben beschrieben, bewegt sich nach der vorliegenden Erfindung der Linienstrahl Lb um den Abstand von 160 mm mit einer Geschwindigkeit von 75 mm/sec, um z.B. das Maskenelement 9 mit dem Laser zu bearbeiten. Dementsprechend benötigt man 2,13 s, um den Linienstrahl Lb in einem Laserbearbeitungsschritt zu bewegen. Darüber hinaus beträgt, wie in 6 gezeigt, unter der Annahme, dass die Beschleunigungs- und Abbremszeit (insgesamt) zu Beginn und am Ende der Bewegung des Linienstrahls Lb 1,0 s und die Kommunikationszeit zwischen dem Steuergerät 6 und der Laserlichtquelle 13 0,5 s beträgt, die Bearbeitungszeit eines Laserbearbeitungsschrittes 3,63 s.
Währenddessen wird nach der konventionellen Methode die Laserbearbeitung mit dem Linienstrahl Lb durchgeführt und der Tisch 5 gestoppt. So wird ein 3 mm breiter Bereich in Richtung der Y-Achse mit 60 Schüssen Laserlicht L mit einer Oszillationsfrequenz von 300 Hz in einem Laserbearbeitungsschritt bearbeitet. Die Laserbearbeitungszeit für den 3 mm breiten Bearbeitungsbereich beträgt demnach 0,2 s. Unter der Annahme, dass die Kommunikationszeit zwischen dem Steuergerät 6 und der Laserlichtquelle 13 wie in der vorliegenden Erfindung 0,5 sec beträgt, beträgt die Bearbeitungszeit eines Laserbearbeitungsschrittes 0,7 sec.
Bei der konventionellen Methode bewegt sich der Tisch 5 jedes Mal, wenn die Laserbearbeitung für einen 3 mm breiten Bearbeitungsbereich abgeschlossen ist, schrittweise zur Laserbearbeitung eines weiteren 3 mm breiten Bearbeitungsbereichs. Um also wie bei der vorliegenden Erfindung einen 29 mm breiten Bereich in Richtung der Y-Achse mit dem Laser zu bearbeiten, sind zehn Bearbeitungsschritte und neun schrittweise Bewegungen der Tisch 5 erforderlich. Die schrittweise Bewegung des Tisches 5 dauert 1,70 Sekunden. Die konventionelle Methode benötigt also insgesamt 22,3 Sekunden, um den 29 mm breiten Bereich (Y) wie in der vorliegenden Erfindung mit dem Laser zu bearbeiten. Diese Bearbeitungszeit ist wesentlich länger als die Bearbeitungszeit der vorliegenden Erfindung von 3,63 sec.
Dementsprechend ist die Laserbearbeitungszeit für das Maskenelement 9 eines bestimmten Bereichs in der vorliegenden Erfindung wesentlich kürzer als bei der konventionellen Methode. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Taktzeit zur Herstellung einer Abscheidemaske verkürzt werden.
Insbesondere kann nach der vorliegenden Erfindung, wenn die Größe der Schattenmaske 2 größer wird, d.h. ein größerer Bereich in einem Schritt bearbeitet werden soll, die Bearbeitungszeit kürzer sein, was bedeutet, dass die Taktzeit kürzer sein kann.
Die obige Beschreibung wird für die Herstellungsvorrichtung und das Herstellungsverfahren für eine Abscheidungsmaske gegeben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt und ist auch auf eine Vorrichtung zum Laserglühen von amorphem Silizium eines Halbleitersubstrats, eine Belichtungsvorrichtung, eine Vorrichtung zur Bildung eines Durchgangs in einer Leiterplatte oder eine andere Laserbearbeitungsvorrichtung und ein Laserbearbeitungsverfahren anwendbar. Beispiele für die Leiterplatte als Werkstück sind eine flexible Leiterplatte und eine starre Leiterplatte. Beispiele für die Durchkontaktierung als Bearbeitungsmarkierung sind eine Durchkontaktierungsbohrung, eine Sacklochdurchkontaktierung, eine eingebettete Durchkontaktierung und eine Mikrodurchkontaktierung.
Bezugszeichenliste

1: Optisches Lasersystem
2: Schattenmaske
3: Projektionsoptik
4: Bewegungsmechanismus
5: Tisch
7: Harzfilm
8: Metallblech
9: Maskenelement (Werkstück)
10: Durchgangsloch
11: Öffnungspattern (Verarbeitungsmarke)
17: offene Fenster
Lb: Linienstrahl
B: Laserstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/154233 [0003]

Claims

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, bestehend aus: einem laseroptischen System, das einen Linienstrahl erzeugt; eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern, die einer Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen entsprechen, die durch Laserbearbeitung auf einem Werkstück gebildet werden, wobei die Schattenmaske in einer Lichtausbreitungsrichtung des laseroptischen Systems nachgeschaltet vorgesehen ist; eine Projektionsoptik, die ein Bild der Schattenmaske auf das Werkstück projiziert; einen Bewegungsmechanismus, der den Linienstrahl, der auf die Schattenmaske angewandt wird, relativ zur Schattenmaske und zur Projektionsoptik in einer Richtung bewegt, die eine Längsachse des Linienstrahls kreuzt; und ein Tisch, der das darauf montierte Werkstück hält.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Linienstrahl mit einer konstanten relativen Bewegungsgeschwindigkeit bewegt wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Tisch so konfiguriert ist, dass er in einer zweidimensionalen Ebene orthogonal zu einer optischen Achse der Projektionsoptik beweglich ist.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück ein Maskenelement ist, das durch Laminieren eines Harzfilms und eines Metallblechs mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern erhalten wird, und wobei die Bearbeitungsmarkierung ein Öffnungspattern ist, das in einem Abschnitt des Harzfilms innerhalb der jeweiligen Durchgangslöcher ausgebildet ist.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Werkstück ein Maskenelement ist, das durch Laminieren eines Harzfilms und eines Metallblechs mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern erhalten wird, und wobei die Bearbeitungsmarkierung ein Öffnungspattern ist, das in einem Abschnitt des Harzfilms innerhalb der jeweiligen Durchgangslöcher ausgebildet wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Werkstück eine Leiterplatte ist, und wobei die Bearbeitungsmarkierung eine Durchkontaktierung ist, die in der Leiterplatte zu bilden ist.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Werkstück eine Leiterplatte ist, und wobei die Bearbeitungsmarkierung eine Durchkontaktierung ist, die in der Leiterplatte zu bilden ist.
Ein Laserbearbeitungsverfahren, umfassend: Anwenden eines Linienstrahls auf eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern, die einer Vielzahl von Bearbeitungsmarkierungen entsprechen, die durch Laserbearbeitung auf einem Werkstück zu bilden sind; und Bilden der Bearbeitungsmarkierungen auf dem Werkstück durch Laserbearbeitung mit einem Laserstrahl, der durch die jeweils geöffneten Fenster hindurchgetreten ist, wobei der auf die Schattenmaske anzuwendende Linienstrahl während der Laserbearbeitung relativ zur Schattenmaske und einer Projektionsoptik in einer Richtung bewegt wird, die eine Längsachse des Linienstrahls kreuzt, wobei das Projektionsobjektiv so konfiguriert ist, dass es ein Bild der Schattenmaske auf das Werkstück projiziert.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 8, bei dem der Linienstrahl mit einer konstanten relativen Bewegungsgeschwindigkeit bewegt wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend, nach Beendigung der Bewegung des Linienstrahls auf der Schattenmaske, das Bewegen des Werkstücks und das Bilden der Bearbeitungsmarkierungen in einem anderen Bereich des Werkstücks durch Laserbearbeitung unter Verwendung des Linienstrahls, der relativ zu der Schattenmaske und der Projektionsoptik bewegt wird.
Das Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Werkstück ein Maskenelement ist, das durch Laminieren eines Harzfilms und eines Metallblechs mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern erhalten wird, und wobei die Bearbeitungsmarkierung ein Öffnungspattern ist, das in einem Abschnitt des Harzfilms innerhalb der jeweiligen Durchgangslöcher auszubilden ist.
Das Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Werkstück ein Maskenelement ist, das durch Laminieren eines Harzfilms und eines Metallblechs mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern erhalten wird, und wobei die Bearbeitungsmarkierung ein Öffnungspattern ist, das in einem Abschnitt des Harzfilms innerhalb der jeweiligen Durchgangslöcher ausgebildet wird.
Das Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Werkstück eine Leiterplatte ist, und wobei die Bearbeitungsmarkierung eine Durchkontaktierung ist, die in der Leiterplatte gebildet wird.
Das Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 10, wobei das Werkstück eine Leiterplatte ist, und wobei die Bearbeitungsmarkierung eine Durchkontaktierung ist, die in der Leiterplatte gebildet wird.
Ein Herstellungsverfahren für eine Abscheidungsmaske, umfassend: Anwenden eines Linienstrahls auf eine Schattenmaske mit einer Vielzahl von offenen Fenstern entsprechend einer Vielzahl von Öffnungspattern, die durch Laserbearbeitung in einem Maskenelement gebildet werden, das erhalten wird durch Laminieren eines Harzfilms und eines Metallblechs, das aus einem magnetischen Metallmaterial hergestellt wird und eine Vielzahl von Durchgangslöchern aufweist; und Bilden der Öffnungspattern im Maskenelement durch Laserbearbeitung mit einem Laserstrahl, der durch die jeweils offenen Fenster getreten ist, wobei der auf die Schattenmaske aufzubringende Linienstrahl während der Laserbearbeitung relativ zur Schattenmaske und einer Projektionsoptik in einer Richtung bewegt wird, die eine Längsachse des Linienstrahls kreuzt, wobei die Projektionsoptik so konfiguriert ist, dass sie ein Bild der Schattenmaske auf das Maskenelement projiziert.
Herstellungsverfahren für eine Abscheidungsmaske nach Anspruch 15, bei dem der Linienstrahl mit einer konstanten relativen Bewegungsgeschwindigkeit bewegt wird.
Herstellungsverfahren für eine Abscheidungsmaske nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Verfahren weiterhin umfasst, dass nach Abschluss der Bewegung des Linienstrahls auf der Schattenmaske das Maskenelement bewegt wird und die Öffnungspattern in einem anderen Bereich des Maskenelements durch Laserbearbeitung unter Verwendung des Linienstrahls, der relativ zu der Schattenmaske und der Projektionsoptik bewegt wird, gebildet werden.