TW201545829A - 光束塑形遮罩、雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種具有雷射加工於薄膜的開口圖案之形狀的相似形開口之光束塑型遮罩；開口係形成為具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部中仍可確保至少可雷射加工薄膜之最低限度的雷射強度的光穿透率者。

Description

光束塑形遮罩、雷射加工裝置及雷射加工方法
本發明係關於一種具有雷射加工於被加工物之孔的形狀之相似形開口的光束塑型遮罩，特別是關於一種欲防止在雷射加工後之孔的緣部產生毛邊之光束塑型遮罩、雷射加工裝置以及雷射加工方法。
自以往，此種的光束塑型遮罩係被用於投影成像雷射．消除．系統者，並具有形成於可撓性薄膜的孔洞之相似形圖案，而藉由將該圖案成像於該薄膜上，便會使得該薄膜被雷射消除而於薄膜上形成該孔洞之孔(例如參照日本特開表2005-517810號公報)。
然而，此般以往的光束塑型遮罩中，該圖案係形成於薄膜之孔徑的相似形開口，且由於開口內之光穿透率會橫跨整體而為固定，故藉由穿透圖案(開口)之雷射光來貫穿薄膜而加工的孔洞之緣部便會因雷射光面內強度分布的差異而產生切剩(以下稱為「毛邊」)。從而，便無法於薄膜精度良好地形成微細的該孔洞之貫穿孔。
於是，本發明係為了處理此般問題點，其目的在於提供一種欲防止於雷射加工後之孔的緣部產生毛邊的光束塑型遮罩、雷射加工裝置及雷射加工方法。
為了達成上述目的，本發明之光束塑型遮罩係具有雷射加工於被加工物之孔的形狀之相似形開口的光束塑型遮罩，該開口係形成為具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工該被加工物之最低限度的雷射強度之光穿透率者。
又，本發明之雷射加工裝置係將形成於光束塑型遮罩的開口縮小投影至被加工物上，而於該被加工物雷射加工出孔的雷射加工裝置，其中該光束塑型遮罩係將該開口形成為具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工該被加工物之最低限度的雷射強度之光穿透率者。
進一步地，本發明之雷射加工方法係將形成於光束塑型遮罩的開口縮小投影至被加工物上，而於該被加工物雷射加工出孔的雷射加工方法，其係讓複數照射之雷射光穿透以具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工該被加工物之最低限度的雷射強度之光穿透率的方式而形成於該光束塑型遮罩的該開口；將穿透該開口之該複數照射的雷射光照射至該被加工物，來於該被加工物加工出該孔。
根據本發明，便可防止於雷射加工後之孔的緣部產生毛邊。從而，便可精度良好地形成微細的孔於被加工物。
1‧‧‧光束塑型遮罩
2‧‧‧透明基板
3‧‧‧遮光膜
4‧‧‧開口
5‧‧‧遮光點
6‧‧‧XY台
7‧‧‧雷射光源
8‧‧‧耦合光學單元
9‧‧‧成像透鏡
10‧‧‧對物透鏡
11‧‧‧半透鏡
12‧‧‧拍攝照相機
13‧‧‧二向分光鏡
14‧‧‧照明光源
15‧‧‧薄膜
16‧‧‧基準基板
16a‧‧‧面
16b‧‧‧面
17‧‧‧成像透鏡
18‧‧‧中繼透鏡
19‧‧‧全反射鏡
20‧‧‧開口圖案
21‧‧‧孔
22‧‧‧毛邊
O‧‧‧線
L‧‧‧雷射光
圖1係顯示本發明之光束塑型遮罩的一實施形態之圖式，(a)係俯視圖，(b)係(a)之O-O線剖面箭頭視圖。
圖2係說明本發明之光束塑型遮罩的開口內之光穿透率的圖式，(a)係顯示沿著開口內之中心線的光穿透率特性之一範例的圖表，(b)係顯示半色調之說明圖，(c)係顯示(b)之半色調的形成例之說明圖。
圖3係顯示本發明之雷射加工裝置的一實施形態之概略構成的說明圖。
圖4係顯示以往技術之光束塑型遮罩的圖式，(a)係俯視圖，(b)係顯示沿著開口內之中心線的光穿透率特性之一範例的圖表。
圖5係顯示使用以往技術的光束塑型遮罩的雷射加工範例之說明圖，(a)係顯示雷射照射開始時，(b)係顯示雷射加工中途階段，(c)係顯示雷射加工後之狀態。
圖6係以剖面來顯示使用本發明之光束塑型遮罩的雷射加工範例之說明圖。
圖7係以俯視來顯示使用本發明之光束塑型遮罩的雷射加工範例之說明圖。
以下，便基於添附圖式來詳細地說明本發明實施形態。圖1係顯示本發明之光束塑型遮罩的一實施形態之圖式，(a)係俯視圖，(b)係(a)之O-O線剖面箭頭視圖。又，圖2係說明本發明之光束塑型遮罩之開口內的光穿透率之圖式，(a)係顯示沿著開口內之中心線的光穿透率特性之一範例的圖表，(b)係顯示半色調之說明圖，(c)係顯示(b)之半色調的形成例之說明圖。該光束塑型遮罩1係具有加工於被加工物之孔的形狀之相似形開口者，並構成為具備有透明基板2、遮光膜3、開口4。
該透明基板2係特別是能讓可消除薄片狀被加工物之樹脂製薄膜而為波長400nm以下的雷射光以高穿透率來穿透者，例如為石英基板。或者，可為透明的玻璃基板。
包覆該透明基板2之一面來設置遮光膜3。該遮光膜3係遮斷雷射光之穿透者，為例如由鉻(Cr)等所構成而厚度為100nm左右之金屬膜，且利用濺鍍、蒸鍍等習知之成膜技術來在透明基板2上加以成膜。
該遮光膜3係設置有開口4。該開口4係用以將照射於薄膜之雷射光光軸所交叉的橫剖面形狀塑型者，為形成於遮光膜3而雷射光會通過的孔，且具有雷射加工於薄膜的開口圖案之孔形狀的相似形，並如圖1(a)所示般，縱橫排列地設置有複數個。
詳而言之，開口4如圖2(a)所示，係形成為具有該開口4內光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工(消除)該薄膜之最低限度的雷射強度，例如60%左右的光穿透率。該光穿透率之漸減的方式可為線形或非線形。
為了使得開口4內之光穿透率具有上述般從中央部朝向周緣部漸減的特性，便可將如圖2(b)所示般之開口內作為半色調。因此，如同圖(c)所示，便可於開口4內以從中央部朝向周緣部其大小會變大或配置密度變高之方式來形成與該遮光膜3相同而由金屬膜所構成之複數遮光點5。另外，遮光點5之尺寸只要為較由成像透鏡9與對物透鏡10所構成之光學系統的分解能要小的尺寸即可。又，為了讓開口4內之光穿透率從中央部朝向周緣部漸減，便可將複數遮光線從中央部朝向周緣部形成為其寬度會變大或配置密度變高。為了於遮光膜3形成上述般之開口4，便藉由在包覆遮光膜3而塗布光阻，並使用光罩來曝光及顯影該光阻，以形成阻劑遮罩後，將露出於表面之該遮光膜3的部分利用濕蝕刻或乾蝕刻等的習知之蝕刻技術來加以去除，便可形成。
在藉由複數照射之雷射照射來形成薄膜之開口圖案的情況，即便在1次照射的雷射加工時，仍需要讓投影至薄膜之該開口4的周緣部之雷射強度最少也要為可消除薄膜之數值。藉此，薄膜之該投影的開口4所對應的部分便會以雷射光之複數照射來完全地消除而加以去除，並於薄膜形成該開口圖案。該情況，由於薄膜係從其中央部朝向周緣部慢慢地擴張而形成有開口圖案之孔，故不會有於開口圖案之周緣部產生毛邊之虞。
接著，便就具備有本發明之光束塑型遮罩1的雷射加工裝置之實施形態來加以說明。圖3係顯示本發明之雷射加工裝置的一實施形態之概略構成的說明圖。
該雷射加工裝置係依序具備有：XY台6；於該XY台6上方從雷射光L之行進方向上游朝向下游的雷射光源7；耦合光學單元8；光束塑型遮罩1；成像透鏡9；以及對物透鏡10。又，以半透鏡11來分歧從對物透鏡10朝向成像透鏡9的光線路徑之光線路徑上係配置有拍攝照相機12，在以穿透400nm以下的波長之雷射光L並反射可視光之二向分光鏡13來分歧從對 物透鏡10朝向成像透鏡9的光線路徑之光線路徑上係配置有照明光源14。
在此，XY台6係於上面載置可讓可見光穿透之樹脂製薄膜15，並於X、Y方向移動平行於XY平面的面內者，且藉由省略圖示之控制裝置來加以控制，步進移動預先輸入而記憶的移動量。
該雷射光源7係放射出會產生波長為400nm以下的雷射光L之例如KrF248nm的準分子雷射或1064nm之第3諧波或第4諧波的雷射光L之YAG雷射。雷射光L雖可為紅外線或可見光，但對消除薄膜15而言較佳地係紫外線。
又，該耦合光學單元8係包含有擴張從雷射光源7所放射之雷射光束之光束擴張器；將雷射光L之輝度分度均勻化而照射至後述光束塑型遮罩1的光學積分器以及聚光透鏡。
該光束塑型遮罩1係將照射至薄膜15之雷射光L塑型為具有雷射加工之開口圖案的相似形剖面形狀之複數道雷射光L而射出者，且如圖1(a)所示，為具備有以位於預定單位區域內的複數開口圖案之配列間距的M倍間距來配置相對於形成於薄膜15之開口圖案而以預定之既定擴大倍率M所形成的複數開口4者，且為在披覆於透明石英基板的鉻(Cr)等的遮光膜3形成該開口4者。
詳而言之，該光束塑型遮罩1係具有如前述般開口圖案之相似形開口4，且構成為得到如圖2(a)所示，讓該開口4內之光穿透率從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工薄膜15之最低限度的雷射強度，例如60%左右的光穿透率。
該成像透鏡9係與後述之對物透鏡10連動來將形成於光束塑型遮罩1的複數開口4以預定倍率M縮小投影於薄膜15上者，且為聚光透鏡。
又，該對物透鏡10係與該成像透鏡9連動來將形成於光束塑型遮罩1的複數開口4以預定倍率M縮小投影於薄膜15上，並且配置於例如薄膜15之內面側，而取出設置有為雷射光L之照射定位基準的基準圖案之透明基準基板16的該基準圖案之成像並可藉由後述之拍攝照相機12來拍攝。然後，對物透鏡10之成像位置與光束塑型遮罩1係成為共軛關係。
該拍攝照相機12係拍攝設置於基準基板16之該基準圖案者，且為拍攝例如2維影像之CCD照相機或CMOS照相機等。然後，對物透鏡10之成像位置與拍攝照相機12之拍攝面係成為共軛關係。
該照明光源14係放射可見光，例如鹵素燈等，且為照明拍攝照相機12之拍攝區域而可利用拍攝照相機12來拍攝者。
另外，圖3中，符號17係與對物透鏡10連動而讓基準基板16之基準圖案的像或藉由雷射加工所形成之開口圖案20的像等成像於拍攝照相機12之拍攝面的成像透鏡，符號18係中繼透鏡，符號19係全反射鏡。
接著，便就使用此般所構成之雷射加工裝置而進行的雷射加工方法來加以說明。在此係就於薄膜15形成開口圖案之情況來加以說明。
首先，於XY台6上將基準基板16載置固定，將形成有基準圖案之面16a作為XY台6側，並且將薄膜15密合於與形成有基準基板16之基準圖案的面16a相反側之面16b。
接著，讓XY台6移動，而使得對物透鏡10對位於薄膜15之雷射加工開始位置。詳而言之，係藉由拍攝照相機12，穿透薄膜15來拍攝雷射加工開始位置的例如對應於中心位置而設置於該基準基板16的基準圖案，以將該基準圖案定位於拍攝中心。另外，該拍攝中心係一致於對物透鏡10之光軸。
接著，沿著對物透鏡10之光軸來使得雷射加工裝置的雷射光學單元於Z軸方向上升預定距離，並將對物透鏡10之成像位置定位於薄膜15與該基準基板16之界面。
接著，啟動雷射光源7而脈衝放射，並放射複數照射之雷射光L。所放射之雷射光L係藉由耦合光學單元8來擴張，以成為強度分布均勻的雷射光L而照射至光束塑型遮罩1。
照射至光束塑型遮罩1之雷射光L係藉由穿透該光束塑型遮罩1之複數開口4而被塑型為交叉於光軸之橫剖面形狀會為開口圖案形狀的相似形，並成為複數雷射光L而從光束塑型遮罩1射出。然後，藉由對物透鏡10來聚光於薄膜15上。
該情況下，如圖4(a)所示般，在開口4內之光穿透率會如同圖(b)所示般，橫跨整體而為略固定之先前技術的光束塑型遮罩1中，經塑型之雷射光L的面內強度分布係具有容許範圍內之差異而整體成為略均勻。從而，當藉由此般雷射光L來加工薄膜15時，在從圖5(a)所示之雷射照射開始時到同圖(b)所示之雷射加工途中階段中，便會橫跨整體並以略固定深度來形成開口圖案20之孔21。但是，在開口圖案20之孔21貫穿薄膜15之前，會因雷射光L的面內強度分布之差異而產生開口圖案20之孔21有貫穿之部分及未貫穿之部分。從而，如同圖(c)所示，便會於開口圖案20之雷射光照射側的相反側緣部產生毛邊22。
另一方面，由於本發明中，如圖2(a)所示，係以該開口4內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保可消除薄膜15之雷射強度之方式來得到最低仍有60%左右之光穿透率，故如圖6(a)及圖7(a)所示，薄膜15係從雷射強度較強之中央部加工有孔21，而藉由複數照射之雷射光L的照射，孔21便會如圖6(b)~(d)及圖7(b)~(d)所示般慢慢地增加深度並變大，並如圖6(e)及圖7(e)所示，最後會貫穿薄膜15而形成開口圖案20。
如此般，根據本發明，由於薄膜15係從其中央部朝向周緣部慢慢地擴張來形成有開口圖案20之孔21，故於開口圖案20之周緣部便不會有產生毛邊22之虞。
如此一來，在於雷射加工開始位置之單位區域形成複數開口圖案20時，XY台6會在X或Y軸方向步進移動預定距離，並依序地於第2單位區域、第3單位區域...等各單位區域雷射加工複數開口圖案20。如此一來，便會於薄膜15之預定既定位置形成有複數開口圖案20。
如上述，複數開口圖案20之形成係以拍攝照相機12來拍攝雷射加工開始位置之單位區域的例如對應於中心位置而設置於該基準基板16的基準圖案，而在確認該基準圖案之位置後，便以該基準圖案之位置為基準來於X、Y方向步進移動XY台6而加以進行。此時，可基於XY台之機械精度來步進移動預定的既定距離，並於各單位區域形成複數開口圖案20，或亦可以拍攝照相機12來拍攝各單位區域之對應於中心位置來設置於基準基板16 的基準圖案，而在於基準圖案定位拍攝照相機12之例如拍攝中心(一致於對物透鏡10之光軸)後，來雷射加工複數開口圖案20。進一步地，亦可將XY台6步進移動預定之既定距離，並將讓設置於光束塑型遮罩1的1個開口4通過之1道雷射光L照射至薄膜15，來形成複數開口圖案20。
另外，上述實施形態中，雖已就於XY之二維方向移動XY台6的情況來加以說明，但本發明並不被限定於此，亦可移動包含對物透鏡10之雷射光學單元側，或亦可相對地移動台及雷射光學單元兩者。
又，上述實施形態中，雖已就被加工物為樹脂製薄膜15的情況來加以說明，但本發明並不被限定於此，被加工物亦可為層積有設置至少內包有一個該開口圖案20之大小的貫穿孔之金屬遮罩，以及樹脂製薄膜15的層積體之該薄膜15。或者，被加工物亦可為薄片狀金屬箔。
1‧‧‧光束塑型遮罩
2‧‧‧透明基板
3‧‧‧遮光膜
4‧‧‧開口
O‧‧‧線

Claims (10)

  1. 一種光束塑型遮罩，係具有雷射加工於被加工物之孔的形狀之相似形開口的光束塑型遮罩，其中該開口係形成為具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工該被加工物之最低限度的雷射強度之光穿透率者。
  2. 如申請專利範圍第1項之光束塑型遮罩，其中該開口係縱橫排列地設置有複數個。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之光束塑型遮罩，其中該被加工物之孔係以雷射光之複數照射來加以形成。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之光束塑型遮罩，其中該被加工物係樹脂製薄膜。
  5. 如申請專利範圍第3項之光束塑型遮罩，其中該被加工物係樹脂製薄膜。
  6. 一種雷射加工裝置，係將形成於光束塑型遮罩的開口縮小投影至被加工物上，而於該被加工物雷射加工出孔的雷射加工裝置，其中該光束塑型遮罩係將該開口形成為具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工該被加工物之最低限度的雷射強度之光穿透率者。
  7. 如申請專利範圍第6項之雷射加工裝置，其中該被加工物之孔係以雷射光之複數照射來加以形成。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之光束塑型遮罩，其中該被加工物係樹脂製薄膜。
  9. 一種雷射加工方法，係將形成於光束塑型遮罩的開口縮小投影至被加工物上，而於該被加工物雷射加工出孔的雷射加工方法，其係讓複數照射之雷射光穿透以具有該開口內之光穿透率會從中央部朝向周緣部漸減，並且即便在周緣部仍可確保至少可雷射加工該被加工物之最低限度的雷射強度之光穿透率的方式而形成於該光束塑型遮罩的該開口； 將穿透該開口之該複數照射的雷射光照射至該被加工物，來於該被加工物加工出該孔。
  10. 如申請專利範圍第9項之雷射加工方法，其中該被加工物係樹脂製薄膜。
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