TWI580095B - 使用雷射之立體圖案成形方法 - Google Patents
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Description
本發明有關使用雷射形成立體結構組成圖案在工件的方法。更具體係，本發明有關一種使用雷射之立體圖案成形方法，該方法能夠藉由下列防止工件累積熱能：設定工件的單元加工區域；在特定步距的距離處，設定在單元加工區域的雷射光束移動的掃描路徑；及執行單元加工區域的加工。
通常，在直接製造半導體元件時，雷射已使用在薄膜沉積或退火製程；或者，已使用在半導體元件製程的加工工具或裝置。
本發明是要使用雷射來製造金屬蒸鍍光罩，當製造有機EL或有機半導體元件或類似時，金屬蒸鍍光罩使用在真空沉積製程。
此金屬蒸鍍光罩具有各種圓孔或具有錐形的立體似孔狀結構，且一半導體元件(諸如，有機EL)是藉由在基材上面進行光罩矩陣式排列及在基材的特定區域沉積一具有想要圖案的發光層加以製造。
有關使用雷射加工光罩之方法的習知技術實例包括：第10-1267220號韓國專利案名稱「使用雷射製造光罩的方法」。
根據習知技術的方法包括：第一，在沿著提供給對應光罩孔形狀的一第一封閉曲線來傳輸雷射光束時，輻射雷射光束到基材；第二，在沿著一第二封閉曲線傳輸雷射光束時，輻射雷射光束到基材，藉此使用雷射製造光罩，其中第二封閉曲線的內部區域係小於第一封閉曲線的內部區域。
此外，該方法包括：第一，輻射具有一第一能量的雷射光束到基材形成光罩孔的位置；第二，輻射具有一第二能量的另一雷射光束到其位置相同於最初輻射雷射光束的位置，其中第二能量係小於第一能量。
不過，在習知技術中，第一封閉曲線與第二封閉曲線應根據該等光罩孔之每一者來重複進行，且一加工深度可只藉由雷射輸出能量強度進行調整。因此，習知技術是不容易加工精密圖案。
將參考圖1詳細描述習知技術，以加工單立體結構(光罩孔口)，當封閉曲線CC的數量是3時，關於各封閉曲線CC的雷射光束的相對運動方向，需要總共四個方向變化，包括：(+)X方向(第一方向變化DC1)的運動->(-)Y方向(第二方向變化DC2)的運動->(-)X方向(第四方向變化DC4)的運動->(+)Y方向(第三方向變化DC3)的運動。方向變化增加是與封閉曲線CC的數量成比例。
通常，當製造UHD解析度AMOLED的精細金屬蒸鍍光罩(FMM，Fine Metal shadow Mask)時，立體結構的數量是約800萬，且與數量
成比例，需要數百萬到數億雷射光束移動方向變化。因此，總運動距離是非常大，從而導致降低生產率。
此外，在完成加工單件立體結構後，因為加工配置相鄰單件立體結構的另一單元立體結構，使得可沒有任何靜置時間連續進行雷射加工精細局部區域(單元立體結構)。其缺點在於不容易加工精密圖案，因為雷射光束累積在精細局部區域的熱能，使得加工面與底面發生邊緣(Burr)缺陷。
因此，本發明是要解決前述問題，且本發明之一目的是要提供使用雷射之立體圖案成形方法，該方法包括：設定工件上面的單元加工區域；在特定步距距離，設定在單元加工區域的雷射光束移動的掃描路徑；及加工單元加工區域，藉此防止工件累積熱能。
為了達成前述目的，本發明提供一種立體圖案成形方法，其是要使用雷射來立體成形一工件，該方法包括：第一，設定工件的單元加工區域；第二，當沿著一第一掃描路徑移動時，在雷射光束從單元加工區域的一邊界開始且到達單元加工區域的另一邊界以前，加工在單元加工區域中包含的立體結構；第三，雷射光束的方向改變到下一步進方向且雷射光束移到一步距的範圍，藉使雷射光束移到一第二掃描
路徑；及第四，當沿著第n掃描路徑完成雷射光束移動時，經由重複執行第二加工與第三變更來處理整個單元加工區域。
而且，使用雷射之立體圖案成形方法可包括設定對應各掃描路徑的加工深度。
其中，設定加工深度可藉由下列各項決定：移動掃描路徑的雷射光束重疊率[重疊率=(雷射光束大小-掃描間距)/雷射光束大小×100，掃描間距=v/f，其中v表示藉由驅動部件操作的工件與雷射光束的相對速度，且f表示施加到工件的雷射光源的脈衝頻率]；掃描路徑彼此重疊次數；設定各掃描路徑的能量強度或設定在單掃描路徑的雷射光源各脈衝的能量強度；或者，結合其至少兩者。
同時，立體結構可藉由設定第一、...、第n掃描路徑、與垂直於掃描路徑的第一、...、第m掃描路徑形成。
此外，具有錐形的立體結構可藉由根據掃描路徑，將能量累積分佈設定為循序強度形成。
而且，使用雷射的立體圖案成形方法可更包括：設定在單元加工區域包括立體結構的複數個能量區域；且根據各能量區域的能量累積分佈設定為連續強度，藉此設定一加工深度。
更詳細地，根據各能量區域來設定能量累積分佈可藉由掃描路徑彼此重疊次數、或藉由根據移動掃描路徑的雷射光源各脈衝的能量強
度變化來執行，且根據各能量區域來設定能量累積分佈亦可包括藉由循序設定掃描路徑彼此重疊次數、或藉由循序設定根據移動掃描路徑的雷射光源各脈衝的能量強度，以形成具有錐形的立體結構。
此外，雷射光束的方向從第n-1掃描路徑改變到第n掃描路徑的步距可等於或小於第n-1掃描路徑的雷射光束大小。
而且，第n-1掃描路徑的雷射光束與第n掃描路徑的雷射光束可在相同方向或相反方向中移動。
此外，一第n-1掃描間距與一第n掃描間距可隨著立體結構的形狀進行不同設定(掃描間距=v/f，其中v表示經由驅動部件操作的工件與雷射光束的相對速度，且f表示施加在工件的雷射光源的脈衝頻率)。
本發明是要形成包含使用雷射之工件立體結構的圖案且包括設定工件的單元加工區域，且採取特定步距來設定在單元加工區域的雷射光束移動的掃描路徑，使得根據各掃描路徑進行加工，藉此允許加工整個單元加工區域。本發明具有以下效果。
1)防止熱能累積的效果
在本發明，由於單立體結構包括數個掃描路徑，使得為了完全加工立體結構，應實現其中包括所有掃描路徑的加工。由於此緣故，單立體結構的加工會採取靜置時間的間歇性來進行，使得可防止工件累積熱能。因此，可有效保護工件，且促進形成微立體結構。
2)去除壓合的效果
單元加工區域係設定使得立體結構(立體結構圖案)的整個區域包括單元加工區域，使得無需將單元加工區域分成數個區域便可整個完成單元加工區域的加工。因此，藉由將加工區域分成數個分離區域可有效防止當使用習知方式加工該加工區域時發生壓合。
3)產生大面積的效果
本發明是藉由將單元製程區域尺寸設定成相同於具有大面積的工件尺寸以有效促成不致發生壓合現象的大表面加工。
4)改善生產效率的效果
根據本發明，可明顯降低加工過程產生雷射光束方向變化次數(當沿著掃描路徑移動時加工->下一步進方向的改變與移動)，且可改善生產率，因為重複進行相當簡單的加工製程。
5)邊緣缺陷控制的效果
因為使用數十飛秒到數百皮秒範圍的超短脈衝雷射在本發明是當作雷射使用，使得可控制在工件表面發生的邊緣缺陷。因此，可有效促成微立體結構的圖案成形。
6)容易實施錐形的效果
特別係，加工深度是隨著掃描路徑來設定，使得可促進形成立體結構，且根據特定掃描路徑或各能量區域來控制總能量累積分佈，使得可促進形成具有錐形的立體結構。
DC1‧‧‧第一方向變化
DC2‧‧‧第二方向變化
DC3‧‧‧第三方向變化
DC4‧‧‧第四方向變化
CC‧‧‧封閉曲線
LB‧‧‧雷射光束
S‧‧‧掃描路徑
S1‧‧‧第一掃描路徑
S2‧‧‧第二掃描路徑
Sn‧‧‧第n掃描路徑
Sn-1‧‧‧第n-1掃描路徑
Sm‧‧‧第m掃描路徑
FS‧‧‧步距
SG‧‧‧掃描間距
E1‧‧‧第一能量區域
E2‧‧‧第二能量區域
1‧‧‧單元加工區域
2‧‧‧立體結構
3‧‧‧雷射分束元件
101‧‧‧光源部件
102‧‧‧光學部件
103‧‧‧掃描器
104‧‧‧驅動部件
105‧‧‧工件
106‧‧‧能量控制部件
201‧‧‧均化器光學系統
202‧‧‧光罩
203‧‧‧雷射分束光學系統
204‧‧‧f-sinθ分透鏡
圖1為顯示根據習知技術之使用雷射之加工方法的示意圖；圖2為顯示根據本發明之使用雷射以立體圖案成形工件之方法的示意圖；圖3為顯示根據本發明之基於雷射光束的重疊率以控制加工深度之方法的示意圖；圖4為顯示隨著掃描路徑彼此重疊次數以控制加工深度之方法的示意圖；圖5為顯示藉由根據相對於各掃描路徑移動的雷射光源各脈衝來改變能量以控制加工深度之方法的示意圖；圖6為顯示根據本發明之藉由控制加工深度以實施錐形立體結構之方法的示意圖(隨著掃描路徑來設定能量累積分佈)；圖7為顯示根據本發明之藉由控制加工深度以實施錐形立體結構之方法的示意圖(顯示能量區域的能量累積分佈是經由掃描路徑彼此重疊次數控制的情況)；
圖8-1為顯示根據本發明之藉由控制加工深度以實施錐形立體結構之方法的示意圖(顯示能量累積分佈為藉由根據各掃描路徑以改變脈衝能量強度控制的情況)；圖8-2第一掃描路徑與第n掃描路徑的脈衝能量變化示意圖。圖8-3第二掃描路徑與第n-1掃描路徑的脈衝能量變化示意圖。圖9為顯示根據本發明之使用雷射的立體圖案成形設備的示意圖；圖10和11為顯示根據本發明在使用雷射的立體圖案成形設備的光學部件中包括雷射分束元件的實例；及圖12為結合使用光學部件與驅動部件，在工件標示加工區域的示意圖。
本發明是要使用雷射在工件105上面形成立體結構2組成的圖案，且本發明亦藉由設定工件105的單元加工區域1、及在特定步距FS處設定在單元加工區域1的雷射光束LB移動的掃描路徑S，以防止工件105累積熱能，藉此進行單元加工區域1的加工。
此外，本發明使用的雷射可為數十飛秒到數百皮秒範圍超短脈衝的雷射，且可控制工件105表面發生邊緣缺陷，藉此允許圖案成形微立體結構2。
特別係，掃描路徑S的加工深度係設定，使得可容易形成立體結構2，且總能量累積分佈是隨著各特定掃描路徑S或能量區域而受控制，使得可容易形成錐形立體結構2。
本發明將參考附圖說明。圖2為顯示根據本發明之使用雷射的立體圖案成形工件之方法的示意圖；圖3為顯示根據本發明之基於雷射光束的重疊率以控制加工深度之方法的示意圖；圖4為顯示隨著掃描路徑彼此重疊次數以控制加工深度之方法的示意圖；圖5為顯示藉由根據各掃描路徑相對移動的雷射光源各脈衝來改變能量以控制加工深度之方法的示意圖；圖6為顯示根據本發明之藉由控制加工深度以實施錐形立體結構之方法的示意圖(隨著掃描路徑來設定能量累積分佈)；圖7為顯示根據本發明之藉由控制加工深度以實施錐形立體結構之方法的示意圖(顯示能量區域的能量累積分佈是經由掃描路徑彼此重疊次數控制的情況)；圖8-1為顯示根據本發明之藉由控制加工深度以實施錐形立體結構之方法的示意圖(顯示能量累積分佈為藉由根據各掃描路徑以改變脈衝能量強度控制的情況)；圖8-2為第一掃描路徑與第n掃描路徑的脈衝能量變化示意圖；圖8-3為第二掃描路徑與第n-1掃描路徑的脈衝能量變化示意圖。
如圖所示，使用根據本發明之雷射以立體圖案成形工件之方法包括：第一，設定工件105的單元加工區域1；第二，在雷射光束LB從單元加工區域1的一邊界開始，且經由沿著一第一掃描路徑S1移動以到達單元加工區域1的另一邊界以前，加工在單元加工區域1包括的立體結構2；第三，改變雷射光束LB的方向到下一步進方向以使雷射光束LB移到第二掃描路徑S2，且在第二加工後，使雷射光束LB移到第二步距的範圍；及第四，在經由重複執行第二加工及第三改變以完成沿著第n掃描路徑Sn的雷射光束LB移動後，加工整個單元加工區域1。
通常，本發明的工件105可為製造有機EL或有機半導體元件、等等之時，使用在真空沉積製程的金屬蒸鍍光罩；或者，如果使用雷射處理一物件，該物件可當作工件105使用。特別係，對於半導體元件的封裝，當立體圖案是在印刷電路板或立體圖案、或在一特定區域所形成的導通孔中形成，物件可進行各種使用。
此外，本發明的立體結構2意指工件105的表面為採用凹刻形狀加工，且可在工件105上面形成單立體結構2，或可形成複數個相同種類或不同種類立體結構2。立體結構2可採用特定圖案形成。在本發明，此圖案可稱為一立體結構圖案；或者，為了方便描述，稱為立體結構2。
此外，本發明的單元加工區域1可意指工件105上面的某一區域，其中立體結構2或立體結構圖案可藉由設定根據本發明的圖案成形設備一次形成，或單元加工區域1可由實驗者隨機指定工件105上面的一特定區域而設定為單元加工區域1。此單元加工區域1可包括一或多個立體結構2。鑑於加工速度，最好是將單元加工區域1的尺寸設定成較大。
單元加工區域1可採用單個或複數個形成。當完成加工單元加工區域1，便完成工件105形成立體結構圖案。
如圖2所示，使用根據本發明之雷射以立體圖案成形所要保護物件表面的方法首先包括設定工件105的單元加工區域1(第一步驟)。
單元加工區域1可包括單個或複數個立體結構2，且可設定為在工件105的假想區域。
更詳細地，單元加工區域1的長度是指雷射光束LB無需改變其方向便可沿著一掃描路徑移動的長度，且單元加工區域1的寬度通常可形成到方向改變的步距FS範圍，且此將稍後描述。
單元加工區域1係設定使得單元加工區域1包括立體結構2(立體結構圖案)的整個區域。因此，無需將單元加工區域1分成數個區域便可完成整個加工，藉此克服當在使用習知掃描器分成數個區域的狀態之下處理整個加工產品時發生壓合的問題。
此外，單元加工區域1是採用相同於具有大面積工件105區域的尺寸來設定，使得可加工具有大面積且沒有發生壓合現象的工件105。
其次，該方法包括，在雷射光束LB從單元加工區域1的一邊界開始且在沿著一第一掃描路徑S1移動到達單元加工區域1的另一邊界之前，加工在單元加工區域1包含的立體結構2(第2步驟)。
即是，第一掃描路徑S1的設定是從設定於工件105的單元加工區域1的一邊界到另一邊界，且在單元加工區域1包含立體結構2(或立體結構圖案)的任何部分或所有部分是採用雷射光束LB沿著第一掃描路徑S1移動的方式來加工。
此外，當雷射光束LB沿著第一掃描路徑S1移動到達單元加工區域1的另一邊界時，雷射光束LB的方向會改變到下一步進方向，且雷射光束LB藉由使雷射光束LB移到一步距FS的範圍以移到一第二掃描路徑S2(第3步驟)。
即是，當雷射光束LB到達單元加工區域1的另一邊界時，雷射會關閉，雷射光束LB的方向會改變，且第二掃描路徑S2藉由使雷射光束LB移到一步距FS的範圍來設定。在此情況，雷射會再次啟動。
步距FS視為相鄰掃描路徑間的距離。例如，步距FS意指第一掃描路徑S1與第二掃描路徑S2間的距離，即是，從沿著第一掃描路徑S1移動的雷射光束LB中心到沿著第二掃描路徑S2移動的雷射光束LB中心的距離。
其中，第一掃描路徑S1與第二掃描路徑S2可設定在相同方向，或可設定在相反方向，如圖2所示。即是，雷射光束LB的移動方向可設定在彼此相反方向。即是，一第n-1掃描路徑與一第n掃描路徑Sn可設定成使雷射光束LB在相同方向或相反方向移動，不過未侷限於此。複數個掃描路徑可設定在特定方向、或在相反方向；或者，可設定在其組合的方向。
此外，當雷射光束LB的移動方向從第一掃描路徑S1改變到第二掃描路徑S2時，步距FS形成等於或小於沿著第一掃描路徑S1移動的雷射光束LB大小，使得可均勻進行圖案製程。即是，當雷射光束LB
的方向從第n-1掃描路徑Sn-1改變到第n掃描路徑Sn時，步距FS等於或小於沿著第n-1掃描路徑Sn-1移動的雷射光束LB大小。
此外，一第n-1掃描間距SG與一第n掃描間距SG可隨著立體結構2的形狀進行不同設定。在此情況，掃描間距SG是v/f(其中，v表示藉由驅動部件104操作的工件105與雷射光束LB的相對速度，且f表示施加在工件105的雷射光源的脈衝頻率)。掃描間距SG表示鑑於工件105與脈衝雷射光束LB的相對速度、與脈衝頻率的連續脈衝雷射光束LB間的距離。
掃描間距SG變成用於設定雷射光束LB重疊率的標準，此將稍後描述，且當掃描間距SG減小時，雷射光束LB的重疊率會增加。此會影響設定立體結構2的加工深度。
其次，重複實現第一步驟與第二步驟，因此當沿著第n掃描路徑Sn完成雷射光束LB的移動時，整個加工單元加工區域1(第4步驟)。
如圖2所示，當雷射光束LB沿著已設定的第一掃描路徑S1移動時，實現加工在第一掃描路徑S1形成的立體結構2。此外，當雷射光束LB到達單元加工區域1的另一邊界時，雷射光束LB的方向會改變到下一步進方向，然後，雷射光束LB移到步距FS的範圍，藉此經由沿著第二掃描路徑S2移動雷射光束LB以到達單元加工區域1的初始邊界。藉由重複此步骤，設定第n掃描路徑Sn。因此，當沿著第n掃描路徑Sn完成雷射光束LB的移動，且雷射光束LB到達單元加工區
域1的任何邊界時，完成加工在單元加工區域1包含的立體結構2或立體結構圖案。
如此，可明顯降低在加工期間改變雷射光束LB方向的次數(當沿著掃描路徑S移動雷射光束LB時執行加工->將雷射光束LB的方向改變成下一步進方向且移動雷射光束LB)。此外，由於經由重複執行相對簡單加工程序以實現加工，使得可改善生產率。
因此，本發明是要在工件105上面形成立體結構2組成的圖案，且本發明藉由設定工件105的單元加工區域1以防止熱能累積在工件105，且採取特定步距FS，在雷射光束LB移動時設定在單元加工區域1的掃描路徑S，藉此保護工件105且能夠形成微圖案。
因為加工區域包含的一立體結構2包括數個掃描路徑S，以完全加工立體結構2，立體結構2包含的所有掃描路徑S應進行加工。因此，加工立體結構2為採取靜置時間的間歇性執行，使得可防止工件105累積熱能，藉此保護要受保護的物件，且能夠形成微立體結構2。
同時，當雷射光束LB沿著掃描路徑S移動時，可設定對應於各掃描路徑S的加工深度。即是，對應於第一掃描路徑S1的加工深度可採用一值來設定，且對應於第二掃描路徑S2的加工深度可採用另一值來設定。對應於第n掃描路徑Sn的加工深度可採用不同於其他值的數值來設定，或可設定為對稱存在於中間的掃描路徑S。加工深度可隨著立體結構2的形狀進行各種設定，且加工深度的設定可藉由控制雷射光束LB的能量累積分佈來實現。
首先，關於一種設定加工深度的方法，加工深度是受到沿著掃描路徑S移動的雷射光束LB重疊率的控制[重疊率=(雷射光束LB大小-掃描間距SG)/雷射光束LB大小x 100，掃描間距SG=v/f，其中v表示經由驅動部件104操作的工件105與雷射光束LB的相對速度，且f表示施加到工件105的雷射光源的脈衝頻率。
基於雷射光束LB的重疊率來設定加工深度的實例包括：一種在固定雷射光源的脈衝頻率值的狀態下，根據各掃描路徑S以改變雷射光束LB的相對速度之方法；及一種在固定雷射光束LB的相對速度值的狀態下，根據各掃描路徑S來改變脈衝頻率值之方法。
即是，雷射光束LB的重疊率可藉由控制從雷射光束LB大小造成的掃描間距SG來設定。在掃描間距SG=v/f，雷射光束LB的相對速度與脈衝頻率值是受到控制，使得雷射光束LB的重疊率是根據各掃描路徑S來控制，藉此設定加工深度。當立體結構2的加工深度變得較深時，雷射光束LB的重疊率設定為增加。
圖3為顯示基於雷射光束LB的重疊率以控制加工深度的示意圖，且具有深度的立體結構2是藉由根據各掃描路徑S以控制雷射光束LB的重疊率形成。
其次，設定加工深度可藉由掃描路徑S彼此重疊次數來控制。即是，能量累積分佈是根據雷射光束LB在相同掃描路徑S移動次數來控制，使得可設定立體結構2的加工深度。
更詳細地，在雷射光束LB與掃描路徑的相對速度、且脈衝頻率值是固定(即是，掃描間距SG是均勻)兩者的狀態下，掃描路徑S彼此重疊次數可在單元加工區域1的掃描路徑S中選擇性設定。
圖4為顯示根據掃描路徑彼此重疊次數以控制加工深度的示意圖，其中具有深度的立體結構2是藉由根據各掃描路徑S以控制雷射光束LB彼此重疊次數形成。
第三，加工深度的設定可藉由下列設定進行：設定各掃描路徑S的能量強度、或設定在一掃描路徑S的雷射光源的各脈衝的能量強度、或藉由其組合來決定。即是，立體結構2的加工深度可藉由控制從相同掃描路徑S調整雷射光束LB的能量強度造成的能量累積分佈來設定。
更詳細地，在雷射光束LB與個別掃描路徑的相對速度及脈衝頻率值是固定(即是，掃描間距SG是均勻)的狀態下，能量強度可在沿著個別掃描路徑S執行雷射光束LB的相對位置移動期間根據雷射光源的各脈衝來改變，或能量強度可根據各掃描路徑S來改變。
圖5為顯示藉由根據沿著個別掃描路徑執行相對位置移動的雷射光源各脈衝來改變能量強度以控制加工深度的示意圖(一)及(二)。具有深度的立體結構2是藉由根據各掃描路徑S以控制雷射光束LB的能量強度形成。
關於設定加工深度的方法，加工深度的設定可藉由下列任一者來決定：沿著掃描路徑S移動的雷射光束LB重疊率、掃描路徑S彼此重疊次數、沿著掃描路徑S移動的雷射光束LB強度、或其至少兩的組合。
同時，藉由設定第一、...、第n掃描路徑Sn(一第一方向D1)、與垂直於掃描路徑S的第一、...、第m掃描路徑(一第二方向D2)，可形成立體結構2。
關於形成立體結構2的方法，具有錐形的立體結構2可藉由根據掃描路徑S將能量累積分佈設定為連續強度形成。即是，掃描路徑S在兩方向設定成直角交叉的狀態下，能量累積分佈是根據掃描路徑S設定成連續強度，藉此實施加工深度，使得可形成具有錐形的立體結構2。
更詳細地，如圖6所示，第一方向D1的第一掃描路徑S1的加工深度、第一方向D1的第n掃描路徑Sn的加工深度、第二方向D2的第一掃描路徑S1的加工深度、與第二方向D2的第m掃描路徑Sm的加工深度可為相同設定，且除了掃描路徑S以外的其餘掃描路徑S的加工深度可採用此方式來設定。
例如，在第一方向D1的第二掃描路徑S2的加工深度(=第一方向D1的第n-1掃描路徑=第二方向D2的第二掃描路徑S2=第二方向D2的第m-1掃描路徑)可設定成等於或大於第一方向D1的第一掃描路徑S1的加工深度值。其餘掃描路徑S的加工深度可採用相同方式設定。
此外，關於形成具有錐形的立體結構2之另一方法，當各種能量區域設定在單元加工區域1包含的立體結構2區域時，具有錐形的立體加工深度可藉由根據各能量區域將能量累積分佈設定為連續強度來設定。
更詳細地，分配給一第二能量區域E2的能量累積分佈是設定成大於或等於分配給第一能量區域E1的能量累積分佈的值，且分配給除了第一能量區域E1與第二能量區域E2以外的各其餘能量區域的能量累積分佈亦採用此方式(即是，連續值)來設定。
設定各能量區域的能量累積分佈是藉由掃描路徑S彼此重疊次數、或藉由移動掃描路徑S的雷射光束LB能量強度變化來執行。
圖7顯示能量區域的能量累積分佈是受到掃描路徑彼此重疊次數的控制，其中第一能量區域E1與第二能量區域E2間相對互補區域的掃描路徑S彼此重疊的特定次數是在具有固定值的雷射光束LB相對速度、脈衝頻率數量、與脈衝能量值的狀態之下設定。
此外，第二能量區域E2與一第三能量區域間的相對互補區域的掃描路徑S彼此重疊的次數是設定成大於或等於前述的次數，且具有錐形的立體結構2是藉由控制關於除了能量區域以外的所有其餘能量區域的能量累積分佈形成。
圖8-1、8-2及8-3顯示每個能量區域的能量累積分佈受到根據沿著掃描路徑S移動的雷射光源各脈衝的能量強度變化的控制，其中各能量區域的脈衝能量強度位準是設定成相同值。即是，關於第一掃描路徑S1與第n掃描路徑Sn，設定具有相同波形的脈衝能量強度。
如圖8-1、8-2及8-3所示，藉由比較第二(=第n-1)掃描路徑S2(Sn-1)的脈衝能量波形與第一(=第n)掃描路徑S1(Sn)的脈衝能量波形，可決定對應每個能量區域的每個脈衝能量強度。
其中，藉由循序設定掃描路徑S重疊次數、或根據移動掃描路徑S的雷射光源各脈衝的能量強度以循序設定能量強度，每個能量區域的能量累積分佈可設定為連續強度。
因此，本發明能夠藉由設定掃描路徑S的加工深度而容易形成立體結構2，且還允許具有藉由控制每個能量區域的總能量累積分佈容易形成錐形的立體結構2。
以下將描述使用雷射之立體圖案成形設備，其用來實現使用雷射之立體圖案成形方法。圖9為顯示根據本發明之使用雷射之立體圖案成形設備的示意圖；圖10和11為顯示根據本發明之使用雷射之立體圖案成形設備的光學部件的雷射分束元件的實例；及圖12為結合使用光學部件與驅動部件，工件標示加工區域的示意圖。
如圖所示，根據本發明之使用雷射的立體圖案成形設備，在很大程度上，即是，一種供使用雷射以立體圖案成形工件之設備，包括：
一光源部件101，其用來供應一脈衝雷射光束LB；一光學部件102，其採用特定分佈在工件105表面形成雷射光束LB能量；一驅動部件104，其用來將雷射光束LB的位置從工件105表面相對移到立體結構2的特定位置，以形成立體結構圖案；及一能量控制部件106，其用來控制雷射光束LB與立體結構2的相對位置，且藉由控制在特定加工區域的雷射光束LB的脈衝能量強度、雷射光束LB的啟動/關閉、及雷射光束LB的重疊，以決定總能量累積分佈。
作為加工的工具，光源部件101供應雷射光束LB，最好是具有數十飛秒至數百皮秒範圍脈衝寬度的脈衝雷射光束LB，使得可控制工件105表面的邊緣缺陷發生，藉此促成圖案成形微立體結構2。
光學部件102是要採用特定分佈在工件105表面形成雷射光束LB的能量，且包括一均化器光學系統201，用於均化雷射光束LB點的均化能量分佈。
其中，均化器光學系統201可包括一光束均化器光學系統，該光束均化器光學系統包含一繞射光學元件(DOE，Diffractive Optical Element)或一折射光學元件(ROE，Refractive Optical Element)或一利用鉻或介電材料製成的成像光罩、與一投影透鏡或f-sinθ透鏡。
此外，光學部件102可更包括一雷射分束元件3，供使用複數個雷射分束來執行同時加工製程，其中一繞射光學元件(DOE，Diffractive Optical Element)或一雷射分束光學系統203可當作雷射分束元件3使用。
圖10顯示使用雷射分束元件3的一實例，其中繞射光學元件(DOE，Diffractive Optical Element)是當作雷射分束元件3使用，且使用一均化器光學系統201、一光罩202、一f-sinθ分透鏡204、與類似物來分離均化雷射光束LB，以允許同時加工製程。即是，加工製程可同時在複數個掃描路徑S執行，以改善生產率。
圖11是雷射分束元件3的另一實例且示意說明藉由在工件105上面的雷射透射與反射，用於輻射複數個雷射分束的雷射分束光學系統203。
此外，驅動部件104將雷射光束LB的位置從工件105表面相對移到立體結構2的特定位置，以形成立體結構2(或立體結構圖案)，藉此移動工件105或雷射光束LB的位置。
其中，驅動部件104包括：一掃描器103，該掃描器103包含至少一振動(Galvano)反射鏡，藉此改變在工件105上面的雷射光束LB的制動絕對位置。
此外，驅動部件104包括一工件105平台轉移裝置或一滾轉裝置，以沿著至少一軸執行直線運動，且驅動部件104允許雷射光束LB的絕對位置變化與聯鎖操作基材的位置變化兩著。即是，振動反射鏡、工件105平台轉移裝置、與滾轉裝置可隨著需要予以組合使用。
在此情況，光學部件102可藉由結合驅動部件104與雷射分束元件3使用，以供使用複數個雷射分束來執行同時加工製程。
在圖12，結合使用光學部件102與驅動部件104的工件105標示加工區域。如一實例所示，三個分光束(一第一分光束、一第二分光束與一第三分光束)同時進行加工製程。
由於雷射分束元件3與驅動部件104的此結構，儘管採用相同於工件105尺寸的位準在大面積設定單元加工區域1，不過可採用簡單方法進行大表面加工，藉此提高生產力且促進形成具有大面積且沒有發生壓合現象的微立體結構2。
此外，能量控制部件106控制雷射光束LB與立體結構2的相對位置，且還控制在特定加工區域的雷射光束LB脈衝能量強度、脈衝的啟動/關閉、及雷射光束LB的重疊，藉此決定總能量累積分佈。
因此，藉由使用超短脈衝雷射與一適當光學系統，工件105表面隨機配置的立體結構2(其可包括一錐形)可藉由平台或掃描器103的運動而在預定位置處精確加工。
此圖案成形設備的某些元件是採用複數個配置，其是由多頭部組成，藉此提高生產率。
更詳細地，兩或更多個光學部件102是採取同光源部件設置，使得兩或多個雷射光束LB輻射到工件105，或複數個驅動部件104設置
用於控制雷射光束LB或工件105的移動，使得雷射光束LB照射到各別單元加工區域1，藉此同時實現雷射加工。
即是，在多頭部系統的情況下，單元加工區域1是採用符合對應頭部數量的數目進行雷射分束，使得可同時在複數個單元加工區域1實現加工，藉此提高生產率。
LB‧‧‧雷射光束
S‧‧‧掃描路徑
S1‧‧‧第一掃描路徑
S2‧‧‧第二掃描路徑
FS‧‧‧步距
SG‧‧‧掃描間距
1‧‧‧單元加工區域
2‧‧‧立體結構
Claims (13)
- 一種立體圖案成形方法，其是使用雷射之立體圖案成形工件，該方法包括：第一，設定工件的單元加工區域；第二，在雷射光束從該單元加工區域的一邊界開始且當沿著一第一掃描路徑移動時，到達該單元加工區域的另一邊界以前，加工在該單元加工區域中包含的立體結構；第三，改變雷射光束的方向到下一步進方向且使雷射光束移到一步距的範圍內，藉此使該雷射光束移到一第二掃描路徑；第四，當沿著一第n掃描路徑完成雷射光束的移動時，經由重複執行該第二加工與該第三改變以製程整個單元加工區域；其中，該雷射光束的方向從一第n-1掃描路徑改變到一第n掃描路徑的步距是等於或小於第n-1掃描路徑的雷射光束大小。
- 如請求項1所述之方法，其中使用雷射之立體圖案成形方法包括：設定對應於各掃描路徑的加工深度。
- 如請求項2所述之方法，其中設定該加工深度是經由橫跨掃描路徑的雷射光束的重疊率決定[重疊率=(雷射光束大小-掃描間距)/雷射光束大小x 100，掃描間距=v/f，其中v表示經由驅動部件操作的工件與雷射光束的相對速度，且f表示施加到工件的雷射光源的脈衝頻率]。
- 如請求項2所述之方法，其中設定該加工深度是經由該掃描路徑彼此重疊次數決定。
- 如請求項2所述之方法，其中設定該加工深度是經由設定各掃描路徑的能量強度、或設定在單掃描路徑的雷射光源各脈衝的能量強度、或其組合決定。
- 如請求項2所述之方法，其中設定該加工深度是經由以下各項決定：移動掃描路徑的雷射光束重疊率[重疊率=(雷射光束大小-掃描間距)/雷射光束大小×100，掃描間距=v/f，其中v表示經由驅動部件操作的工件與雷射光束的相對速度，且f表示施加到工件的雷射光源的脈衝頻率]；掃描路徑彼此重疊次數；及設定各掃描路徑的能量強度、或設定在單掃描路徑的雷射光源各脈衝的能量強度；及其至少兩者的組合。
- 如請求項1所述之方法，其中該立體結構是藉由設定第一、...、第n掃描路徑、與垂直於該等掃描路徑的第一、...、第m掃描路徑形成。
- 如請求項7所述之方法，其中該立體結構是藉由根據該等掃描路徑將能量累積分佈設定為連續強度形成而具有錐形。
- 如請求項1所述之方法，更包括：設定在該單元加工區域中包含立體結構的複數個能量區域；且根據各能量區域將能量累積分佈設定為連續強度，藉此設定一加工深度。
- 如請求項9所述之方法，其中根據掃描路徑彼此重疊次數、或藉由根據沿著各掃描路徑移動的雷射光源各脈衝來改變能量強度執行的各能量區域，以設定能量累積分佈。
- 如請求項9所述之方法，其中根據各能量區域設定該能量累積分佈包括藉由下列各項形成具有錐形的立體結構：循序設定掃描路徑彼此重疊次數；或者，根據移動掃描路徑的雷射光源各脈衝以循序設定能量強度。
- 如請求項1所述之方法，其中該第n-1掃描路徑的雷射光束與該第n掃描路徑的雷射光束是在相同方向或相反方向移動。
- 如請求項1所述之方法，其中一第n-1掃描間距與第n掃描間距是隨著立體結構的形狀進行不同設定(掃描間距=v/f，其中v表示經由驅動部件操作的工件與雷射光束的相對速度，且f表示施加在工件上面的雷射光源的脈衝頻率)。
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