TWI244956B - Laser processing method and processing apparatus - Google Patents

Description

1244956 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明’是關於雷射加工方法及加工裝置，特別是關 於能夠對金屬氧化物所形成的透明導電層的進行加工的雷 射加工方法及加工裝置。 【先前技術】 在玻璃基材表面上形成著樹脂層所形成的濾色片，又 於濾色片的表面上形成著I T 0等金屬氧化物所形成的透明 導電層的基板是例如使用在液晶顯示裝置上。 藉由除去不要的透明導電層來保留著樹脂層表面上指 定區域的透明導電層，以對液晶形成有可施加電壓的透明 電極。例如於單純矩陣構造的液晶顯示裝置的製作中，是 藉由在樹脂層的表面上保留有條紋形的透明導電層以形成 透明電極。這般基板上的透明導電層的圖案形成，習知主 要是採用光刻法和濕式蝕刻法。 以光刻法而言，是需要塗光刻膠的步驟，或光罩製作 的步驟。因此要縮短加工時間實在是不容易。此外，濕式 蝕刻法是使用化學藥品，所以會產生廢液。因此要降低加 工所造成的環境負擔並不容易。 【發明內容】 本發明的一目的，是對形成在樹脂層表面上的金屬氧 化物所形成的透明導電層的加工，提供一種新的能夠良好 -5- 1244956 (2) 進行加工的雷射加工方法及加工裝置。 根據本發明的一觀點時，是提供一種雷射加工方法其 包含有：（a )從雷射光源射出激光束的步驟；及，（b ) 將上述雷射光源所射出的激光束照射在具有樹脂層和形成 在該樹脂層上的金屬氧化物所形成的透明導電層的加工對 象物的表面的第1區域，以除去該透明導電層，形成於底 面是露出著該樹脂層的第1凹部的步驟。 對於在樹脂層上形成有金屬氧化物所形成的透明導電 層的加工對象物，是提供一種可一邊抑制樹脂層的損傷一 邊除去透明導電層，以在加工對象物表面形成凹部的新加 工方法。因不需要習知廣爲使用的光刻法或濕式蝕刻法等 的步驟，所以能夠實現加工時間的縮短或降低加工所造成 的環境負擔。 根據本發明的另一觀點時，是提供一種雷射加工裝置 其具備：可射出具有2 4 0 n m〜3 4 0 n m的波長，具有1 n s〜 6〇ns脈衝寬度的脈衝激光束的雷射光源；在上述保持機 構所保持的加工對象物的表面，可使射束剖面於一方向成 長形狀地對上述雷射光源所射出的脈衝激光束剖面進行整 形的射束剖面整形器；根據外部來的控制訊號，對入射位 置和加工對象物的相對位置進行變化，使上述射束剖面整 形器進行剖面整形後的激光束的脈衝入射位置移動在上述 保持機構所保持的加工對象物的表面上的移動機構；及， 對上述移動機構進行控制’使上述保持機構所保持的加工 對象物的表面上的上述雷射光源所射出的脈衝激光束某一 冬 1244956 (3) 脈衝照射區域和其他脈衝照射區域是隔著間隔，使射束照 射區域可移動在加工對象物表面上的控制裝置。 雷射加工裝置，可使用在層疊有樹脂層和由金屬氧化 物所形成的透明導電層的加工對象物的加工上。對這般加 工對象物的表面，以適度的條件，照射激光束的某一脈衝 ，除去透明導電層，是能夠一邊抑制樹脂層的損傷，一邊 在加工對象物的表面形成第1溝槽。又可在加工對象物表 面的與某一脈衝所照射的區域隔著間隔的區域，照射其他 脈衝，以形成第2溝槽。如此一來，在加工對象物的表面 ’就能夠形成有由複數溝槽所形成的圖案。爲不同脈衝所 照射的區域彼此，由於是形成爲隔著間隔，因此於已形成 的溝槽的底部又爲脈衝所照射，所以就可防止要成爲溝槽 底部的樹脂層損傷。 【實施方式】 [發明之最佳實施形態] 首先參照第1 A圖，對能夠使用本發明進行加工的加 工對象物一例進行說明。例如是於厚度爲〇 . 7 ηι ηι的玻璃 基材2 1的表面上，例如形成著由厚度爲1以m的聚醯亞 胺類樹脂和丙烯酸類樹脂等所形成的樹脂層2 2。在樹脂 層z 2的表面上，例如形成著由厚度爲〇. 5 " m的IT〇、 Sn〇2等金屬氧化物所形成的透明導電層23。加工對象物 5 ’是由玻璃基材2 I和樹脂層2 2及透明導電層2 3疊層形 成。加工對象物5，例如是爲液晶顯示裝置的構成零件。 -7- 1244956 (4) 於液晶顯示裝置中，樹脂層2 2 ,例如是具濾色片的作用 。透明導電層2 3，是形爲可使液晶層產生電場的透明電 極。 現在，有個需求是希望能加工成不損傷樹脂層22地 只除去透明導電層2 3，在底面形成有露出樹肖曰層2 2的孔 或溝槽等凹部。加工對象物5，具有是在比透明導電層2 3 還光吸收率高的樹脂層22上層疊著透明導電層23的構造 。因此，照射光時，光會透過透明導電層2 3，而被樹脂 層2 2吸收。由此可知，這樣的加工要使用雷射來實施， 是吋預料到有困難。但是，如以下說明，本發明者們已找 出使用雷射能夠良好進行上述需求加工的條件。 本發明者們，是對加工對象物5，進行了 YAG激光 的基本波（波長1 〇 6 4 n m )、2倍高次諧波（波長5 3 2 nm )、3倍高次諧波（波長3 5 5 n m ) 、4倍高次諧波（波長 2 6 6nm) ' 5倍高次諧波（波長213nm)的脈衝激光照射 實驗。其結果，於基本波、2倍高次諧波、3倍高次諧波 、5倍局次諧波是無法進行上述需求的加工，但於4倍高 次諧波卻獲得上述需求的加工。 根據該結杲，發現若荽不損傷樹脂層2 2地除去透明 導電層2 3來進行加工，則最好是照射介於γ a G激光的5 倍局次譜波的波長2 1 3 n m窆3倍高次諧波的波長3 5 5 n m 間具有2 4 0 n m〜3 4 0 n m程度波長的激光（雷射）。 再加上，對其他條件進行檢討後，發現將]ns〜60ns 程度脈衝寬度的激光，以1發射來進行照射可獲得不損傷 1244956 (5) 樹脂層22地對透明導電層23進行加工。此外，得知加工 對象物5的表面的脈衝能量密度以〇·〗j/cm2〜〇.4 J/cm2程 度爲佳。另，在該實驗中照射在加工對象物5上的Y A G 激光的射束光點尺寸，直徑約爲]0 0 // m。 第1 B圖，是表示本發明實施例的雷射加工裝置槪略 圖。雷射光源1，可射出脈衝激光束。雷射光源1，可使 用例如以波長2 4 8 nm，射出脈衝寬度爲數n s〜6 〇 n s脈衝 激光束的KrF激態原子雷射器，或以波長3 0 8 nm，射出脈 衝寬度爲2 0 n s〜6 0 n s脈衝激光束的X e c I激態原子雷射器 。每]脈衝的能量，例如是1 5 J。控制裝置7，是可控制 雷射光源1，以在期望的時機射出激光束的脈衝。 從光雷射光源1射出的激光束，是擴大射束直徑，通 過可成爲平行光的擴展器2，入射至均化器3。 參照第2圖，對第1 B圖所示的均化器3的構成及作 用進行說明。以是具有與要入射至均化器3的光束光軸平 行的軸z的xyz正交座標方向來考量，第2A圖是與yz面 平行的均化器剖面圖，第2 B圖是與X z面平行的均化器剖 面圖。 如弟2 A圖所不’等效的7支柱面透鏡，是將各自母 線方向形成爲平行於X軸，並且配列在y軸方向，構成爲 是沿著平行於X y面的假想平面的柱面陣列透鏡丨1 A和 1 1 B。柱面陣列透鏡〗1 A和1 ] B的各柱面透鏡的光軸面是 平行於X z面。於此，所謂光軸面，是指柱面透鏡的面對 稱成像系的對稱面。柱靣陣列透鏡1 1 A是配置在光的入 冬 1244956 (6) 射側（圖左方），柱面陣列透鏡Π B是配置在光的射出側 (圖右方）。 如第2B圖所示，等效的7支柱面透鏡，是將各自母 線方向形成爲平行於y軸，並且配列在X軸方向，構成爲 是沿著平行於X y面的假想平面的柱面陣列透鏡1 2 A和 1 2 B。柱面陣列透鏡1 2 A和1 2 B的各柱面透鏡的光軸面是 平行於y Z面。柱面陣列透鏡1 2 A是配置在柱面陣列透鏡 1 1 A的前方（圖左方），柱面陣列透鏡1 2 B是配置在柱面 陣列透鏡1 1 A和1 1 B之間。柱面陣列透鏡1 1 A和1 1 B的 應對柱面透鏡的光軸面是爲一致，柱面陣列透鏡1 2 A和 ]2B的應對柱面透鏡的光軸面也是爲一致。 於柱面陣列透鏡1 1 B的後方，配置著會聚透鏡1 5。 會聚透鏡1 5的光軸，是平行於z軸。 參照第2A圖，對yz面內相關的光束傳播狀況進行說 明。於y z面內，因柱面陣列透鏡1 2 A和1 2 B是爲單純的 平板，所以不會影響到光束的會聚、發散。從柱面陣列透 鏡1 2 A的左方開始所具有的光軸是平行於z軸的平行光束 1 3是對柱面陣列透鏡1 2 A進行入射。平行光束I 3，例如 以曲線1 7 y所示，具有中央部份爲較強周邊部份爲較弱的 光強度分佈。 接著，平行光束1 3會通過柱面陣列透鏡1 2 A，對柱 面陣列透鏡]1 A進行投射。入射光束，是經柱面陣列透 鏡1 ] A分割成已應對於各柱面透鏡的7個會聚光束。於 弟2A圖中，僅以中央和兩端的光束爲圖示代表。7個會 -10- 1244956 cn 聚光束，分別具有以曲線1 7 y a〜1 7 y g表示的光強度分佈 。經由柱面陣列透鏡1 1 A所會聚的光束，是由柱面陣列 透鏡1 1 B進行再度會聚。 經由柱面陣列透鏡1 1 B所會聚的7個會聚光束〗4， 是分別成像在會聚透鏡1 5的前方。該成像位置是比會聚 透鏡1 5的入射側焦點還靠近透鏡。因此，通過會聚透鏡 1 5的7個光束是分別成爲發散光束，於均化面1 6上形成 重疊。照射均化面1 6的7個光束的y軸方向的光強度分 佈，是等於各光強度分佈17ya〜17yg往y軸方向拉伸後 的分佈。因光強度分佈17 ya和17 y g、17 y b和17 y f 、 1 7 y C和1 7 y e，分別於y軸方向的關係是具有反轉關係， 所以這些光束重合後的光強度分佈，如實線1 8 y所示是接 近於均勻分佈。 參照第2B圖，對xz面內相關的光束傳播狀況進行說 明。於X z面內，因柱面陣列透鏡1 1 A和1 1 B是爲單純的 平板，所以不會影響到光束的會聚、發散。平行光束1 3 是對柱面陣列透鏡1 2 A進行入射。平行光束1 3，例如以 曲線1 7x所示，具有中央部份爲較強周邊部份爲較弱的光 強度分佈。 接著，平行光束1 3會由柱面陣列透鏡1 2 A分割成已 應對於各柱面透鏡的7個會聚光束。於第2 B圖中，僅以 中央和兩端的光束爲圖示代表。7個會聚光束，分別具有 以曲線1 7 y a〜1 7 y g表不的光強度分佈。 各光束，是成像在柱面陣列透鏡1 2 B的前方，成爲發 -11- 1244956 (8) 散光束對柱面陣列透鏡1 2B進行投射。入射至柱面陣列透 鏡1 2 B的各光束，分別以某一射出角射出，然後對會聚透 鏡1 5進彳了投射。 通過會聚透鏡]5的7個光束是分別成爲會聚光束， 於均化面1 6上形成重疊。照射均化面1 6的7個光束的X 軸方向的光強度分佈，是與第2A圖的狀況相同如實線 1 8y所示是接近於均勻分佈。 如上述，均化器3是將均化面1 6上的光照射區域形 成爲在y軸方向爲較長，在軸方向爲較短的直線形，使均 化面1 6上的光照射區域的光強度分佈大致爲均勻。 返回第1 B圖繼續進行說明。從均化器3射出的激光 束’是在折回鏡4反射，反射至第1 A圖所示的加工對象 物5。加工對象物5的表面，是經調整均化器3和加工對 象物5的相對位置後與均化面成一致。藉由1發射的雷射 照射，使加工對象物5的表面的例如：長爲1 100mm,、寬 爲1 mm的線狀區域是爲大致均勻的照射。脈衝能量密度 ’例如是 0.4 J / c m 2。 加工對象物5，是被保持在X Y載物台6上。X Y載物 台6 ’是爲了要使加工對象物5移動在平行於加工對象物 5表面的面內而使用。控制裝置7，是對XY載物台6進 行控制’以在期望的時機使加工對象物5能位於所期望的 位置上。 雷射光源1和XY載物台6，是由控制裝置7控制成 同期進行動作，在加工對象物5位於所期望的位置上時’ - 12 - 1244956 (9) 就射出激光束的脈衝。 其次參照第3圖，對於使用上述雷射加工裝置，在加 工對象物表面以一定的中心間隔L形成直線形溝槽的雷射 加工方法進行說明。第3圖，是加工對象物5的平面圖。 對加工對象物5的表面，進行激光束的第1次發射。由於 射束剖面是由均化器整形爲直線形，所以成爲加工對象物 表面上的直線形區域的照射區域3 I a，是爲雷射所照射。 藉由第1次發射的照射，使照射區域3 1 a內的透明導電層 23去除，於底面露出樹脂層22，形成有第1條的溝槽。 在第1條的溝槽的形成結束後，就將X Y載物台在與 加工對象物5表面爲平行的面內，朝與射束剖面的長度方 向爲正交的方向進行僅長度L的移動。於此長度L，是比 加工對象物表面上的射束剖面寬度還長。 接著進行激光束的第2次發射。成爲加工對象物表面 上的直線形區域的照射區域3 1 b，是爲雷射所照射。由於 溝槽的中心間隔L是比射束剖面的寬度還長，所以照射區 域3 1 a和照射區域3 1 b，是隔著某一間隔的距離。藉由第 2次發射的照射，使照射區域3 ] b內的透明導電層2 3去 除，於底面露出樹脂層2 2，形成有第2條的溝槽。 以後问樣地’用星覆的方式在將加工封象物5朝與射 束剖靣的長度方向爲正交的方向進行僅長度L的移動後進 行雷射的1發射，就可每隔一定的中心間隔L形成有直線 形溝槽。 如以上說明，對第]A圖所示的加工對象物5，以適 -13- 1244956 (10) 度的條件照射激光束來除去透明導電層2 3，就能夠一邊 抑制樹脂層2 2的損傷，一邊在加工對象物5的表面形成 底面露出樹脂層2 2的溝槽。 爲不同脈衝所照射的區域彼此，由於是形成爲隔著間 隔’因此於已形成的溝槽的底部又爲脈衝所照射，所以就 可防止要成爲溝槽底部的樹脂層損傷。 然而，在進行由脈衝激光束照射以形成溝槽的加工時 ’如以下說明的方法是廣爲使用。將加工對象物表面應形 成爲1條溝槽的區域於長度方向分割成複數的部份區域， 對每個部份區域照射脈衝激光束來形成凹部，然後使各凹 部連續以形成整體爲1條的溝槽。當採用如上述於每個部 份形成有溝槽的方法時，則難以提昇所形成的溝槽開口緣 長度方向的直線性。 於本實施例的雷射加工方法中，是使用射束剖面被整 形爲長尺寸的脈衝激光束來對加工對象物表面的1條溝槽 整體所應對的區域進行1發射照射，以形成溝槽。溝槽的 開口形狀，是應對於被整形爲直線形的射束剖面形狀。平 行於經均化器整形後的射束剖面長度方向的緣，具有高直 線性。因此，就能夠提高所形成的溝槽的開口緣長度方向 的直線性。因是只以1發射的照射就可形成]條溝槽，所 以也能夠實現加工時間的縮短。 ’ 另，雖是以一定的中心間隔L來形成溝槽的例子進行 了說明，但相鄰的2條溝槽的間隔也可爲不一定。 雖是對採整形成長尺寸的射束剖面來形成溝槽的例子 -14 · 1244956 (11) 進行了說明，但射束剖面也可整形成其他形狀。如此一來 ’就能夠使形成的凹部具有應對於射束剖面形狀的開口。 另，第1 B圖所示的雷射加工裝置中，也可省略擴展 器2及均化器3，使用上述實驗所採用的高次諧波yag 雷射器等的高次諧波固體雷射器做爲雷射光源1來對加工 對象物5進行形成孔的加工。 雖是以移動XY載物台來移動加工對象物表面的激光 束照射區域的例子進行了說明，但激光束的照射區域，也 可使用電流掃瞄器等來擺動激光束的進行方向以使其移動 〇 於習知所進行的透明導電層的圖案形成，採光刻法是 需要的光刻膠塗抹步驟或光罩製作步驟。此外，採溼式蝕 刻法會有廢液產生。根據本實施例的雷射加工方法時，對 於透明導電層的圖案形成，是可不需採光刻法也可不需採 溼式蝕刻法。因此，就能實現加工時間的縮短或減輕加工 所造成的環境負擔。 以來是隨著實施例對本發明進行了說明，但本發明並 不限於此。例如：其是可進行種種的變更、改良、組合等 ，相信這些都能爲該當業者所理解。 【圖式簡單說明】 第1 A圖爲加工對象物的剖面圖，第1 B圖爲實施例 的雷射加工裝置槪略圖。 第2 A圖及第2 B圖爲第]B圖雷射加工裝置所使用的 1244956 (12) 均化器剖面圖。 第3圖爲實施例的雷射加工方法說明用的加工對象物 平面圖。 [圖號說明] 1 :雷射光源 2 :擴展器 3 :均化器 # 4 :折回鏡 5 :加工對象物 6 : XY載物台 7 :控制裝置 1 1 A、1 1 B :柱面陣列透鏡 1 2A、12B :柱面陣列透鏡 1 3 :平行光束 1 4 :會聚光束 Φ 1 5 :會聚透鏡 ]6 :均化面 17xa〜17xg:光強度分佈（曲線） 1 7ya〜1 7yg :光強度分佈（曲線） 18x、18y :光強度分佈（實線） 2 1 :玻璃基材 2 2 :樹脂層 2 3 :透明導電層 -16- 1244956 (13) 3 1a： 3 1b： L :中 照射區域（第1次發射） 照射區域（第2次發射） 心間隔

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Claims (1)

1. (1) 1244956 拾、申請專利範圍 1 · 一種雷射加工方法，其特徵爲，包含：（a )從雷 射光源射出激光束的步驟；及，（b )將上述雷射光源所 射出的激光束對具有樹脂層和形成在該樹脂層上的金屬氧 化物所形成的透明導電層的加工對象物的表面的第1區域 進行照射’以除去該透明導電層，形成於底面是露出著該 樹脂層的第1凹部的步驟。 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的雷射加工辛法，其 中’在上述步驟（b )之後，更包含：對與上述第1區域 是隔著間隔的上述加工對象物表面的第2區域照射上述雷 射光源所射出的激光束，以除去上述透明導電層，形成於 底面是露出著上述樹脂層的第2凹部的步驟。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載的雷射加工方法，其 中，上述雷射光源，可射出具有2 4 0 n m〜3 4 011 m的波長， 具有1 n s〜6 0 n s脈衝寬度的脈衝激光束。 4 ·如申請專利範圍第2項所記載的雷射加工方法，其 中，上述雷射光源，可射出具有2 4 0 n m〜3 4 0 n m的波長， 具有Ins〜6 Ons脈衝寬度的脈衝激光束。 5 .如申請專利範圍第3項所記載的雷射加工方法，其 中，上述加工對象物表面所照射的脈衝激光束的被照射面 的脈衝能量密度爲0 . 1 J7 c m2〜0.4 J / c m2。 6 .如申請專利範圍第4項所記載的雷射加工方法，其 中，上述加工對象物表面所照射的脈衝激光束的被照射面 的脈衝能量密度爲0 . 1 J / c m 2〜〇 . 4 J7 c m 2。 - 18 - (2) 1244956 7 .如申請專利範圍第】項至第6項任一項所記載的雷 射加工方法，其中，上述步驟（b )，是包含有可使上述 透明導電層表面的射束剖面於〜方向成長形狀地對上述雷 射光源所射出的脈衝激光束剖面進行整形的步驟。 8 . —種雷射加工裝置，其特徵爲，具備：可保持加工 對象物的保持機構；可射出具有2 4 0 n m〜3 4 0 n m的波長， 具有1 n s〜6 0 n s脈衝寬度的脈衝激光束的雷射光源；在上 述保持機構所保持的加工對象物的表面，可使射束剖面於 一方向成長形狀地對上述雷射光源所射出的脈衝激光束剖 面進行整形的射束剖面整形器；根據外部來的控制訊號， 對入射位置和加工對象物的相對位置進行變化，使上述射 束剖面整形器進行剖面整形後的激光束的脈衝入射位置移 動在上述保持機構所保持的加工對象物的表面上的移動機 構；及，對上述移動機構進行控制，使上述保持機構所保 持的加工對象物的表面上的上述雷射光源所射出的脈衝激 光束某一脈衝照射區域和其他脈衝照射區域是隔著間隔， 使射束照射區域可移動在加工對象物表面上的控制裝置。