TW202005736A - 雷射加工裝置、雷射加工方法及成膜遮罩之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之雷射加工裝置具有：雷射光學系統，會生成線束；屏蔽罩，係配置在該雷射光學系統的光行進方向下游側，且對應於被雷射加工在遮罩用組件之複數開口圖案而設置有複數開口窗；投影透鏡，會將該屏蔽罩的影像投影在該遮罩用組件上；移動機構，會使照射在該屏蔽罩上之該線束相對於該屏蔽罩及該投影透鏡來相對地往與該線束的長軸呈交叉之方向移動；以及台座，係載置並保持該遮罩用組件。

Description

雷射加工裝置、雷射加工方法及成膜遮罩之製造方法
本發明係關於一種雷射加工裝置，特別是可縮短雷射加工工序的生產節拍(tact time)之雷射加工裝置、雷射加工方法及成膜遮罩之製造方法。
傳統雷射加工裝置係將雷射光照射在對應於被雷射加工在被加工物的複數加工標記而設置有複數開口窗之屏蔽罩，並藉由通過開口窗之雷射束來將上述加工標記雷射加工在被加工物(例如參閱國際公開第2017/154233號)。
然而，上述般之傳統雷射加工裝置中，由於係一邊將複數發射的雷射光照射在屏蔽罩，一邊將加工標記雷射加工在被加工物的特定區域，當其結束時，會重複進行使載置有被加工物之台座移動特定距離，並與上述同樣地將加工標記雷射加工在被加工物的其他區域之動作，即所謂的分步重複(step and repeat)方式，故一邊確保上述台座的移動精確度一邊控制台座的加減速來使其移動之所需時間便會遠長於雷射加工時間，而難以縮短雷射加工工序的生產節拍。於是，便有加工製品的製造成本變高之問題。
因此，本發明有鑑於上述般之問題點，其目的為提供一種可縮短雷射加工工序的生產節拍之雷射加工裝置、雷射加工方法及成膜遮罩之製造方法。
為達成上述目的，本發明之雷射加工裝置具有：雷射光學系統，會生成線束；屏蔽罩，係配置在該雷射光學系統的光行進方向下游側，且對應於被雷射加工在被加工物之複數加工標記而設置有複數開口窗；投影透鏡，會將該屏蔽罩的影像投影在該被加工物上；移動機構，會使照射在該屏蔽罩上之 該線束相對於該屏蔽罩及該投影透鏡來相對地往與該線束的長軸呈交叉之方向移動；以及台座，係載置並保持該被加工物。
又，本發明之雷射加工方法係將線束照射在對應於被雷射加工在被加工物的複數加工標記而設置有複數開口窗之屏蔽罩上，並藉由通過該開口窗之雷射束來將該加工標記雷射加工在該被加工物；使照射在該屏蔽罩上之該線束在雷射加工中，相對於該屏蔽罩以及會將該屏蔽罩的影像投影在該被加工物上之投影透鏡，來相對地往交叉於該線束的長軸之方向移動。
再者，本發明之成膜遮罩之製造方法係將線束照射在對應於被雷射加工在遮罩用組件的複數開口圖案而設置有複數開口窗之屏蔽罩上，並藉由通過該開口窗之雷射束來將該開口圖案雷射加工在該遮罩用組件，該遮罩用組件係層積有樹脂膜與設置有複數貫穿孔的磁性金屬材料所構成之金屬片；使照射在該屏蔽罩上之該線束在雷射加工中，相對於該屏蔽罩以及會將該屏蔽罩的影像投影在該遮罩用組件上之投影透鏡，來相對地往交叉於該線束的長軸之方向移動。
依據本發明，由於特定區域的雷射加工處理時間係不同於和台座的步進移動時間有相依性之習知技術，而是由線束的移動速度來決定，且線束的移動速度大致是由雷射的振盪頻率來決定，故可進行雷射的振盪頻率充分被發揮之雷射加工。因此，可縮短雷射加工工序的生產節拍，從而可降低加工製品的成本。又，由於係一邊使線束移動一邊對被加工物進行雷射加工，故線束之移動方向的強度分佈會被平均化而變得均勻，從而便可形成無過與不及之均勻的加工標記。
1‧‧‧雷射光學系統
2‧‧‧屏蔽罩
3‧‧‧投影透鏡
4‧‧‧移動機構
5‧‧‧台座
6‧‧‧控制裝置
7‧‧‧樹脂膜
8‧‧‧金屬片
9‧‧‧遮罩用組件
10‧‧‧貫穿孔
11‧‧‧開口圖案
12‧‧‧框架
13‧‧‧雷射光源
14‧‧‧前段光學系統
15‧‧‧後段光學系統
16‧‧‧平面反射鏡
17‧‧‧開口窗
18‧‧‧外側反射面
19‧‧‧固定型反射鏡
20‧‧‧內側反射面
21‧‧‧可動型反射鏡
22‧‧‧可動型平面反射鏡
23‧‧‧雷射光源控制器
24‧‧‧前段光學系統控制器
25‧‧‧移動機構控制器
26‧‧‧台座控制器
27‧‧‧記憶體
28‧‧‧演算部
29‧‧‧中央控制部
30‧‧‧玻璃基板
B‧‧‧雷射束
L‧‧‧雷射光
Lb‧‧‧線束
圖1係顯示本發明之雷射加工裝置一實施型態的概略構成之前視圖。
圖2係顯示作為被加工物的遮罩用組件之圖式，(a)為剖面圖，(b)為顯示加工標記(即開口圖案)之主要部分剖面放大圖。
圖3係顯示線束與屏蔽罩的關係之俯視圖。
圖4係顯示移動機構的一構成例之說明圖。
圖5係顯示控制裝置的一構成例之方塊圖。
圖6係針對相同條件下的雷射加工處理時間來將本發明之雷射加工方法與習知方法加以比較之表。
以下，依據添附圖式來詳細地說明本發明之實施型態。圖1係顯示本發明之雷射加工裝置一實施型態的概略構成之前視圖。此雷射加工裝置係介隔著屏蔽罩來將雷射束照射在被加工物而形成加工標記，且係構成為具備有雷射光學系統1、屏蔽罩2、投影透鏡3、移動機構4、台座5及控制裝置6。
以下，便針對被加工物如圖2(a)所示般地，為層積有例如聚醯亞胺或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等樹脂膜7與設置有複數貫穿孔10之磁性金屬材料所構成的金屬片8之遮罩用組件9，且上述加工標記為如圖2(b)所示般地係位在上述貫穿孔10內之樹脂膜7的部分所形成之開口圖案11之情況來加以說明。此外，圖2(a)中，符號12為用以支撐遮罩用組件9之框架。
亦可取代樹脂膜7而使用厚度與該樹脂膜7大致相同(約3μm~約10μm)的金屬箔片。此情況下，為了於金屬箔片形成開口圖案11，係使用與後述紫外線不同的紅外線雷射光。
上述雷射光學系統1會生成線束Lb的雷射光L，係構成為從光行進方向上游側依序具有雷射光源13、前段光學系統14及後段光學系統15。
上述雷射光源13會放射出具有可燒蝕上述樹脂膜7之紫外區域波長的雷射光L，例如為準分子雷射或YAG雷射等。此外，所使用之雷射及雷射光L的波長可依被加工物的材料來適當地選擇。又，上述前段光學系統14係構成為具備有會使從雷射光源13所放射出之雷射光L的光徑擴大之擴束器、會使被擴大後的雷射光L成為平行光之準直透鏡、會調整雷射強度之衰減器、或是會開閉雷射光L的光線路徑之快門等，且具有光束輪廓檢查、功率偵測和光束位置修正等功能。另外，上述後段光學系統15係構成為具備有會使雷射光L之橫剖面內的強度分佈均勻化之均質機、或能夠將光徑被擴大後的雷射光L轉換為線束Lb之例如柱狀透鏡等。此外，圖1中符號16為平面反射鏡。
上述雷射光學系統1的光行進方向下游側係配設有屏蔽罩2。此屏蔽罩2如圖3所示，係對應於被雷射加工在遮罩用組件9之複數開口圖案11而設置有複數開口窗17，會使線束Lb分歧為複數雷射束B來照射在遮罩用組件9，且係藉由蝕刻等來將複數開口窗17形成於例如透明玻璃表面所披覆之鉻等的非透明膜。抑或，亦可為設置有貫穿金屬片之複數開口窗17者。詳細地說明，本發明之屏蔽罩2係較傳統屏蔽罩更為大型，俾能夠覆蓋較傳統屏蔽罩所覆蓋之遮罩用組件9上的加工區域更廣之區域。
上述屏蔽罩2的光行進方向下游側係設置有投影透鏡3。此投影透鏡3會將屏蔽罩2的影像投影在遮罩用組件9上，本實施型態中係將屏蔽罩2之開口窗17的影像縮小為1/5並投影在金屬片8之貫穿孔10內的樹脂膜7上。
如圖1所示，係設置有可使照射在上述屏蔽罩2上之線束Lb移動於與該線束Lb的長軸(X軸)呈交叉之方向(Y軸方向)之移動機構4。此移動機構4會使雷射加工中之線束Lb的移動以等速(固定速度)進行，係由會使雷射光學系統1的後段光學系統15移動之例如空氣滑塊、線性導引件或滾珠螺桿等所構成。此外，雖亦可讓包含有屏蔽罩2之後述投影透鏡3相對於線束Lb做移動，但此處係針對讓線束Lb移動之情況來加以說明。
圖4係顯示上述移動機構4的一構成例之說明圖。此移動機構4為插入至後段光學系統15的輸出側光線路徑之鏡體結構，係構成為具備有固定型反射鏡19、可動型反射鏡21以及可動型平面反射鏡22，該固定型反射鏡19係具有以90°角相交叉之二個外側反射面18，該可動型反射鏡21係具有以90°角相交叉之二個內側反射面20，且該二個內側反射面20會相對於上述固定型反射鏡19的二個外側反射面18而維持平行狀態，並遠離及接近於連結上述外側及內側反射面18、20的各交點之方向，該可動型平面反射鏡22則是會使因上述固定型反射鏡19而被反射之輸出光的光線路徑彎折例如90°。
然後，使上述可動型平面反射鏡22沿入射光的光軸移動，藉此線束Lb便會在屏蔽罩2上移動。此情況下，藉由同步於可動型平面反射鏡22的移動來讓可動型反射鏡21移動，便可維持後段光學系統15的光線路徑長度。具體而言，圖4中，若使可動型平面反射鏡22由左往右移動距離D的情況，則只要 移動可動型反射鏡21來讓可動型反射鏡21與固定型反射鏡19的間隔拉寬D/2即可。
又，上述移動機構4亦可為組合了檢流計鏡或多面鏡與fθ透鏡者。藉此，便可以檢流計鏡或多面鏡來使線束Lb左右晃動，並且以fθ透鏡來使在屏蔽罩2上移動之線束Lb的速度為等速。
對向於上述投影透鏡3而設置有台座5。此台座5會載置並保持遮罩用組件9，係構成為可在正交於投影透鏡3的光軸之二維平面內移動。
電連接於上述雷射光源13、前段光學系統14、移動機構4及台座5而設置有控制裝置6。此控制裝置6會進行控制來適當地驅動各構成要素，如圖5所示，係具有雷射光源控制器23、前段光學系統控制器24、移動機構控制器25、台座控制器26、記憶體27、演算部28及中央控制部29。
此處，上述雷射光源控制器23會控制雷射光源13的點啟及熄滅、振盪頻率等。又，前段光學系統控制器24可控制前段光學系統14的衰減器來調整雷射光L的強度，且會控制快門的開閉。另外，移動機構控制器25會控制移動機構4來控制屏蔽罩2上之線束Lb的移動速度。又，台座控制器26會控制以台座5之載置面中心處的法線為軸之台座5的轉動角度、台座5的移動方向、移動速度及移動量。再者，記憶體27會記憶雷射光源13的振盪頻率及雷射加工的發射數、線束Lb的移動速度、台座5的移動速度及移動量等。另外，演算部28會比較從記憶體27所讀取之線束Lb的移動速度與線束Lb的實際移動速度來控制移動機構控制器25，俾能夠適當地驅動移動機構4，並從記憶體27讀取台座5的移動速度及移動量，而和台座5的實際移動速度及移動量相比較，來控制台座控制器26俾能夠適當地驅動台座5。然後，中央控制部29會統合並控制各構成要素。
接下來，針對使用上述方式構成的雷射加工裝置之雷射加工方法來加以說明。特別是此處係針對圖6所示之相同加工條件下所進行成膜遮罩的製造方法，和過去方式相比較來加以說明。
首先，如圖1及圖2(a)所示，使遮罩用組件9的樹脂膜7密著於平坦的玻璃基板30之狀態下來載置於台座5上。
接下來，藉由攝影相機(省略圖示)來拍攝相對於遮罩用組件9之Y軸方向的中心線而設置於左右之對位記號，並依據該拍攝影像，藉由台座控制器26來調整台座5的轉動角度，以使遮罩用組件9的上述中心線對齊於台座5的移動方向(Y軸方向)。
接著，使台座5移動於X軸及Y軸方向，來讓雷射束B的照射位置一致於遮罩用組件9的雷射加工開始位置。同時，藉由自動對焦機構(省略圖示)進行自動調整，來使包含有投影透鏡3之光學系統移動於Z軸方向，而讓雷射束B會聚光在樹脂膜7上。藉此，便結束雷射加工的準備。
接下來，透過控制裝置6的雷射光源控制器23來點啟雷射光源13，並透過前段光學系統控制器24來打開前段光學系統14的快門而開始雷射加工。此情況下，係從雷射光源13來放射出會以例如300Hz振盪之波長308nm的雷射光L。從雷射光源13所放射出之雷射光L的束徑會因前段光學系統14而擴大並成為平行光後再入射至後段光學系統15。此外，係事先透過前段光學系統控制器24來調整衰減器，以使雷射光L的能量密度成為例如400mJ/cm2。
入射至後段光學系統15之雷射光L因構成該後段光學系統15之均質機來讓雷射強度被均勻化後，會藉由例如柱狀透鏡而被轉換為1根線束Lb並照射在後段的屏蔽罩2。
同時，移動機構4會藉由控制裝置6的移動機構控制器25而被控制並驅動，來讓上述後段光學系統15以固定速度移動於Y軸方向。藉此，線束Lb便會在屏蔽罩2上以等速移動於Y軸方向。
此情況下，通過屏蔽罩2而照射在遮罩用組件9之複數雷射束B的移動速度係以遮罩用組件9的特定區域(例如和雷射束B之Y軸方向的寬度相等之寬度3mm的區域)會因60次發射(300Hz)的雷射照射而被加工之方式來加以決定。因此，本發明之實施例中，雷射束B的移動速度便會在遮罩用組件9上成為15mm/sec。本發明之實施例中，由於投影透鏡3的倍率為1/5，故屏蔽罩2上之線束Lb的移動速度便會成為75mm/sec。
通過屏蔽罩2之複數雷射束B會因投影透鏡3而被縮小為1/5，並照射在遮罩用組件9之寬度3mm的區域。藉此，位處於遮罩用組件9之金屬片8的貫穿 孔10內之樹脂膜7便會因上述複數雷射束B而被燒蝕來形成複數開口圖案11。
此時，當線束Lb一邊以上述75mm/sec的速度在屏蔽罩2上移動距離160mm，一邊將遮罩用組件9雷射加工後，針對遮罩用組件9以1步驟的加工處理來對Y軸方向的區域寬度29mm施予雷射加工，便會形成有複數開口圖案11。
如上述般地一邊移動線束Lb一邊對遮罩用組件9的特定區域施予雷射加工後，快門會因前段光學系統控制器24而被驅動並關閉，並藉由台座控制器26來讓台座5往特定方向步進移動特定距離。然後，針對遮罩用組件9的新區域與上述同樣地進行雷射加工來形成下一複數開口圖案11。此情況下，當線束Lb以高速暫時回到移動開始位置後，可使其與上述同樣地移動，或是從移動結束位置朝向移動開始位置而以75mm/sec的速度移動於相反方向。
如此般地，依據本發明，由於係以例如75mm/sec的速度來一邊讓線束Lb移動距離160mm一邊對遮罩用組件9進行雷射加工，故1步驟的雷射加工處理所需之線束Lb的移動時間便會成為2.13sec。又，如圖6所示，若使線束Lb的移動開始及停止時之加減速時間(總合)為1.0sec，且使控制裝置6與雷射光源13間之通訊時間為0.5sec，則1步驟之雷射加工的處理時間便會成為3.63sec。
另一方面，依據過去方式，由於雷射加工係在停止線束Lb及台座5之狀態下進行，故1步驟的雷射加工係藉由300Hz的雷射光L而以60次發射來被進行在Y軸方向之寬度3mm的區域。於是，寬度3mm之加工區域的雷射加工時間便會成為0.2sec。又，若與本發明同樣地使控制裝置6與雷射光源13間之通訊時間為0.5sec，則1步驟之雷射加工的處理時間便會成為0.7sec。
在過去方式中，由於每當寬度3mm之加工區域的雷射加工結束後，台座5便會步進移動來對下一寬度3mm的加工區域進行雷射加工，故若要與本發明同樣地對Y軸方向之寬度29mm的區域進行雷射加工，則必須實施10次處理步驟與台座5的9次步進移動。由於台座5的步進移動時間為1.70sec，故藉由 過去方式來對與本發明相同之寬度29mm(Y)的區域進行雷射加工之所需處理時間總計便會成為22.3sec，遠大於本發明之處理時間3.63sec。
因此，就雷射加工具有相同面積的遮罩用組件9之處理時間來說，本發明會遠小於過去方式，亦即，本發明可縮短用以製造成膜遮罩之生產節拍。
特別是本發明中屏蔽罩2的尺寸是變大的，若1次的處理面積愈大，則可更加縮短處理時間，從而可更加縮短生產節拍。
此外，以上的說明中，雖已針對成膜遮罩之製造裝置及成膜遮罩之製造方法來加以說明，但本發明並未侷限於此，亦可應用於將半導體基板的非晶矽予以雷射退火之裝置、曝光裝置、或是於印刷基板形成導通孔之裝置等其他的雷射加工裝置及雷射加工方法。作為被加工物之印刷基板包括可撓性印刷基板及剛性基板等，作為加工標記之導通孔包括貫穿孔(through-hole via)、盲孔(blind via)、埋孔(buried via)、微通孔(micro via)孔等。
1‧‧‧雷射光學系統
2‧‧‧屏蔽罩
3‧‧‧投影透鏡
4‧‧‧移動機構
5‧‧‧台座
6‧‧‧控制裝置
8‧‧‧金屬片
9‧‧‧遮罩用組件
12‧‧‧框架
13‧‧‧雷射光源
14‧‧‧前段光學系統
15‧‧‧後段光學系統
16‧‧‧平面反射鏡
30‧‧‧玻璃基板
B‧‧‧雷射束
L‧‧‧雷射光
Lb‧‧‧線束

Claims (17)

  1. 一種雷射加工裝置，具有：雷射光學系統，會生成線束；屏蔽罩，係配置在該雷射光學系統的光行進方向下游側，且對應於被雷射加工在被加工物之複數加工標記而設置有複數開口窗；投影透鏡，會將該屏蔽罩的影像投影在該被加工物上；移動機構，會使照射在該屏蔽罩上之該線束相對於該屏蔽罩及該投影透鏡來相對地往與該線束的長軸呈交叉之方向移動；以及台座，係載置並保持該被加工物。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中該線束的相對移動速度為固定。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中該台座係構成為可在正交於該投影透鏡的光軸之二維平面內移動。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中該被加工物為層積有樹脂膜與設置有複數貫穿孔的金屬片之遮罩用組件；該加工標記為位在該貫穿孔內之該樹脂膜的部分所形成之開口圖案。
  5. 如申請專利範圍第3項之雷射加工裝置，其中該被加工物為層積有樹脂膜與設置有複數貫穿孔的金屬片之遮罩用組件；該加工標記為位在該貫穿孔內之該樹脂膜的部分所形成之開口圖案。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之雷射加工裝置，其中該被加工物為印刷基板；該加工標記為形成於該印刷基板之導通孔。
  7. 如申請專利範圍第3項之雷射加工裝置，其中該被加工物為印刷基板；該加工標記為形成於該印刷基板之導通孔。
  8. 一種雷射加工方法，係將線束照射在對應於被雷射加工在被加工物的複數加工標記而設置有複數開口窗之屏蔽罩上，並藉由通過該開口窗之雷射束來將該加工標記雷射加工在該被加工物；使照射在該屏蔽罩上之該線束在雷射加工中，相對於該屏蔽罩以及會將該屏蔽罩的影像投影在該被加工物上之投影透鏡，來相對地往交叉於該線束的長軸之方向移動。
  9. 如申請專利範圍第8項之雷射加工方法，其中該線束的相對移動速度為固定。
  10. 如申請專利範圍第8或9項之雷射加工方法，其中當該屏蔽罩上之該線束的移動結束後，會移動該被加工物並使該線束相對於該屏蔽罩及該投影透鏡來一邊相對地移動至該被加工物上的其他區域，一邊雷射加工出該加工標記。
  11. 如申請專利範圍第8或9項之雷射加工方法，其中該被加工物為層積有樹脂膜與設置有複數貫穿孔的金屬片之遮罩用組件；該加工標記為位在該貫穿孔內之該樹脂膜的部分所形成之開口圖案。
  12. 如申請專利範圍第10項之雷射加工方法，其中該被加工物為層積有樹脂膜與設置有複數貫穿孔的金屬片之遮罩用組件；該加工標記為位在該貫穿孔內之該樹脂膜的部分所形成之開口圖案。
  13. 如申請專利範圍第8或9項之雷射加工方法，其中該被加工物為印刷基板；該加工標記為形成於該印刷基板之導通孔。
  14. 如申請專利範圍第10項之雷射加工方法，其中該被加工物為印刷基板；該加工標記為形成於該印刷基板之導通孔。
  15. 一種成膜遮罩之製造方法，係將線束照射在對應於被雷射加工在遮罩用組件的複數開口圖案而設置有複數開口窗之屏蔽罩上，並藉由通過該開口窗之雷射束來將該開口圖案雷射加工在該遮罩用組件，該遮罩用組件係層積有樹脂膜與設置有複數貫穿孔的磁性金屬材料所構成之金屬片； 使照射在該屏蔽罩上之該線束在雷射加工中，相對於該屏蔽罩以及會將該屏蔽罩的影像投影在該遮罩用組件上之投影透鏡，來相對地往交叉於該線束的長軸之方向移動。
  16. 如申請專利範圍第15項之成膜遮罩之製造方法，其中該線束的相對移動速度為固定。
  17. 如申請專利範圍第15或16項之成膜遮罩之製造方法，其中當該屏蔽罩上之該線束的移動結束後，會移動該遮罩用組件並使該線束相對於該屏蔽罩及該投影透鏡來一邊相對地移動至該遮罩用組件上的其他區域，一邊雷射加工出該開口圖案。
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