TWI607611B - 即時偵測雷射照射區域之溫度的腔室單元、包含該腔室單元的雷射加工系統以及加工對象物的溫度測定方法 - Google Patents

即時偵測雷射照射區域之溫度的腔室單元、包含該腔室單元的雷射加工系統以及加工對象物的溫度測定方法 Download PDF

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Description

即時偵測雷射照射區域之溫度的腔室單元、包含該腔室單元的雷射加工系統以及加工對象物的溫度測定方法
本發明揭示一種雷射加工用腔室單元，詳細而言，揭示一種用於即時測定雷射照射區域的溫度的腔室單元、及包括上述腔室單元的雷射加工系統。
雷射加工系統利用光學系統將自雷射光源出射的雷射束照射至加工對象物，藉由照射此種雷射束而對加工對象物執行如標記（marking）、切割（dicing）、刻劃（scribing）等的加工作業。
通常，雷射加工作業是以如下方式進行：於內部保持為真空的腔室單元內堆積加工對象物，藉由腔室單元的窗而向加工對象物照射雷射束。於該情形時，需要測定加工對象物的雷射照射區域的溫度，先前使用如下方法：利用一個窗對加工對象物照射雷射束，自溫度測定單元向雷射照射區域照射測定光束，藉此測定溫度。然而，此種方法存在通過設置於腔室單元的窗的雷射束的波長需與測定光束的波長一致的問題。
[發明欲解決的課題] 本發明的至少一實施例提供一種用於即時測定雷射照射區域的溫度的腔室單元及包括其的雷射加工系統。 [解決課題的手段]
於本發明的一觀點中，提供一種腔室單元，其於內部設置加工對象物，使雷射束自外部透射而照射至上述加工對象物，上述腔室單元包括： 底板（base plate）； 蓋板（cover plate），其以覆蓋底板的方式設置； 第一窗（window），其設置至上述蓋板，使上述雷射束透射；及 第二窗，其與上述第一窗相隔而設置至上述蓋板，使用以測定上述加工對象物特定區域的溫度的測定光束透射。
上述第一窗及第二窗可設置至上述蓋板的第一壁面及第二壁面。此處，上述第二壁面可相對於上述第一壁面傾斜地形成。
上述腔室單元可更包括平台（stage），上述平台設置至上述底板，堆積上述加工對象物。此處，上述平台能夠以可於上述底板上移動的方式設置。並且，上述平台能夠以其一端部上下移動的方式設置，以便可相對於上述底板傾斜。
上述雷射束可傾斜地入射至堆積於上述平台的上述加工對象物的表面。另外，自上述加工對象物反射的上述雷射束的一部分可向上述蓋板的內壁面中的未形成上述第一窗及第二窗的區域行進。
上述雷射束與上述測定光束的波長可不同，因此上述第一窗與上述第二窗可包括不同的材質。上述腔室單元的內部可保持為真空。
於另一觀點中，提供一種雷射加工系統，其包括： 雷射照射單元，其向加工對象物出射雷射束； 溫度測定單元，其出射用以測定上述加工對象物的特定區域的溫度的測定光束；及 腔室單元，其於內部設置上述加工對象物；且 上述腔室單元包括： 底板； 蓋板，其以覆蓋底板的方式設置； 第一窗，其設置至上述蓋板，使上述雷射束透射； 第二窗，其與上述第一窗相隔而設置至上述蓋板，使上述測定光束透射。
上述雷射加工系統可更包括將上述腔室單元的內部保持為真空的真空單元。
上述第一窗及第二窗設置至上述蓋板的第一壁面及第二壁面，上述第二壁面可相對於上述第一壁面傾斜地形成。
上述腔室單元可更包括平台，上述平台設置至上述底板，堆積上述加工對象物。此處，上述平台能夠以可於上述底板上移動的方式設置，並且上述平台能夠以其一端部上下移動的方式設置，以便可相對於上述底板傾斜。
於又一觀點中，提供一種加工對象物的溫度測定方法，其是測定設置於包括底板及以覆蓋上述底板的方式設置的蓋板的腔室單元的內部的加工對象物的溫度的方法，且 雷射束藉由上述蓋板的第一窗照射至上述加工對象物而執行雷射加工作業，用以測定溫度的測定光束藉由上述蓋板的第二窗照射至上述加工對象物而測定上述加工對象物的特定區域的溫度。 [發明效果]
根據本發明的至少一實施例，於腔室單元的蓋板的不同的第一壁面及第二壁面分別設置第一窗及第二窗，藉此雷射束可透射第一窗而對加工對象物進行雷射加工作業，測定光束透射第二窗而測定加工對象物的特定區域的溫度。藉此，於進行雷射加工作業的期間，亦可即時測定監控加工對象物特定區域（例如，雷射照射區域或其周圍區域等）的溫度，並且可即時確認雷射加工作業的品質。另外，可使用具有與雷射束不同的波長的各種波長的光作為測定光束。
以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明進行說明。如下所例示的實施例並不限定本發明的範圍，而是為了向於本技術領域內具有常識者說明本發明而提供。於圖中，相同的參照符號表示相同的構成要素，為了說明的明確性，可誇張地表示各構成要素的尺寸或厚度。並且，例如於說明為特定的構成要素存在於基板時，上述構成要素能夠以與基板直接相接的方式存在，亦可於上述構成要素與基板之間存在其他構成要素。另外，於以下實施例中，構成各構成要素的物質僅為示例，因此亦可使用除此之外的其他物質。
以下所記述的例示性的實施例的腔室單元於其內部設置有加工對象物，使雷射束自外部透射腔室單元而照射至加工對象物，藉此進行雷射加工作業。
圖1是本發明的例示性的實施例的腔室單元的立體圖，圖2是圖1所示的腔室單元的側視圖。另外，圖3及圖4表示腔室單元的內部剖面。
參照圖1至圖4，腔室單元100包括底板（base plate）105、及以覆蓋上述底板105的方式設置的蓋板（cover plate）110。此處，於蓋板110設置有第一窗（window）121及第二窗122。另外，於底板105設置有堆積加工對象物W的平台（stage）130。
第一窗121是使外部的雷射束L透射的部位，可設置至蓋板110的第一壁面110a（於圖1中為蓋板的上表面）。自設置於腔室單元100的外部、例如腔室單元100的上部的雷射照射單元200出射的雷射束L可透射蓋板110的第一窗121而照射至堆積於平台130上的加工對象物W。
第一窗121可包括可使入射的雷射束L的波長良好地透射的材質。例如，於雷射束L具有例如248nm、266nm、355nm等的紫外線範圍的波長的情形時，第一窗121例如可包括熔融矽石(fused silica)等。並且，於雷射束L具有可見光範圍的波長的情形時，第一窗121例如可包括石英(Quartz)等。另外，於雷射束L具有紅外線範圍的波長的情形時，第一窗121可包括ZnSe等。然而，以上所提及的第一窗121的材質僅為示例，除此之外，第一窗121亦可包括各種材質。
第二窗122是使用以測定溫度的測定光束DL透射的部位，可設置至蓋板110的第二壁面110b(於圖1中為蓋板110的一側面)。自設置於腔室單元100的外部、例如腔室單元100的一側上部的溫度測定單元300出射的測定光束DL可透射蓋板110的第二窗122而照射至堆積於平台130上的加工對象物W的特定區域。藉此，溫度測定單元300可即時測定監控加工對象物W的特定區域的溫度。
設置第二窗122的第二壁面110b可相對於設置第一窗121的第一壁面110a傾斜地形成。如上所述般定位使測定光束DL透射的第二窗122的第二壁面110b相對於定位使雷射束L透射的第一窗121的第一壁面110a傾斜地形成的原因在於，藉由調節自溫度測定單元300出射的測定光束DL入射至第二窗122的角度而使測定光束DL準確地到達腔室單元100內的加工對象物W上的所期望的位置。另一方面，本實施例並非必須限定於此，設置第二窗122的第二壁面110b亦可不相對於設置第一窗121的第一壁面110a傾斜地形成。
透射第二窗122的測定光束DL可具有與透射第一窗121的雷射束L不同的波長，但並非必須限定於此。第二窗122可包括可使入射的測定光束DL的波長良好地透射的材質。例如，於測定光束DL具有紅外線範圍的波長的情形時，第二窗122可包括ZnSe等。然而，上述內容僅為示例。本實施例中所使用的測定光束DL可具有各種波長範圍，與此相對，第二窗122可包括可使上述各種波長範圍的光良好地透射的材質。
於底板105的上表面，可設置堆積加工對象物W的平台130。另外，如下所述，平台130可相對於底板105傾斜地設置，其傾斜角度可實現各種調節。為此，平台130的一端部可藉由導引構件137而相對於底板105上下移動，平台130的另一端部藉由防止上下移動的銷（pin）135而固定。如上所述般相對於底板105傾斜地配置平台130的原因在於，可使透射第一窗121的雷射束L或透射第二窗122的測定光束DL準確地入射至加工對象物W的所期望的區域。另一方面，設置於底板105上的平台130以可於底板105上移動至所期望的位置的方式設置。
本實施例的腔室單元100較佳為其內部保持為真空。其原因在於，加工對象物W於藉由雷射束L的照射而進行反應的過程中不應受到其他氣體或雜質的阻礙，並且若於真空狀態下向腔室單元100的內部注入與加工對象物W進行反應的特定氣體，則可執行可靠性較高的加工製程。
圖3是表示圖1所示的腔室單元的內部剖面的圖，且是表示平台相對於底板傾斜第一角度θ1 的狀態的圖。
參照圖3，於腔室單元100的上部，設置有出射雷射束L的雷射照射單元200，於腔室單元100的一側上部，設置有出射用以測定溫度的測定光束DL的溫度測定單元300。另外，於腔室單元100的內部，平台130相對於底板105傾斜第一角度θ1 ，於如上所述般傾斜的平台130的上表面堆積有加工對象物W。
於如上所述的構造中，自雷射照射單元200出射的雷射束L透射設置至蓋板110的第一壁面110a（例如，上表面）的第一窗121而照射至加工對象物W。此處，雷射束L可傾斜地入射至加工對象物W的表面。如上所述，雷射束L照射至加工對象物W的特定區域，藉此可執行加工作業。
於此種雷射加工製程中，入射至加工對象物W的雷射束L的一部分會反射，此種反射的雷射束RL較佳為向蓋板110的內壁面中的未形成第一窗121及第二窗122的部分行進。其原因在於，於自加工對象物W反射的雷射束RL向第一窗121或第二窗122側行進的情形時，第一窗121或第二窗122會因反射的雷射束RL而受損。
自溫度測定單元300出射的測定光束DL可透射設置至蓋板110的傾斜的第二壁面110b（例如，側面）的第二窗122而照射至加工對象物W的特定區域。藉此，於進行雷射加工作業的期間，溫度測定單元300亦可測定監控加工對象物W的特定區域的溫度。此處，欲測定溫度的加工對象物W的特定區域通常可為雷射照射區域，但並不限定於此，亦可為雷射照射區域的周邊區域或其他區域。
圖4是表示圖1所示的腔室單元的內部剖面的圖，且是表示平台相對於底板傾斜第二角度θ2 的狀態的圖。
參照圖4，與圖3相比，平台130於底板105上沿一方向直線移動，並且平台130以大於圖3所示的第一角度θ1 的第二角度θ2 傾斜。自雷射照射單元200出射而透射第一窗121的雷射束L可照射至加工對象物W的其他區域來進行雷射加工作業。並且，自溫度測定單元300出射而透射第二窗122的測定光束DL可照射至加工對象物W的特定區域來即時測定並監控溫度。另一方面，可適當地調節圖3及圖4所示的平台130的傾斜角度θ1 、θ2 ，以使雷射束L及/或測定光束DL入射至加工對象物W的角度最佳化。
如上所述，於本實施例的腔室單元100中，在蓋板110的不同的壁面、即第一壁面110a及第二壁面110b分別設置第一窗121及第二窗122，藉此雷射束L可透射第一窗121而照射至加工對象物W的特定區域來進行雷射加工作業，測定光束DL透射第二窗122而測定加工對象物W的特定區域的溫度。藉此，於進行雷射加工作業的期間，亦可測定監控加工對象物W的特定區域（例如，雷射照射區域或其周圍區域等）的溫度，並且可即時確認雷射加工作業的品質。
作為具體例，於如矽薄膜等的特定加工對象物的情形時，可即時測定藉由照射雷射束而進行反應的加工對象物的溫度或損傷（damage）區間等。並且，若於向腔室單元的內部注入蝕刻氣體的狀態下對光罩照射雷射束，則測定雷射束的照射區域或其周圍區域的溫度，藉此可僅對所期望的區域執行蝕刻製程。另外，可藉由一面執行晶圓退火製程，一面即時測定雷射束的特定照射區域或其周圍區域的溫度而準確地執行所期望的退火製程。
另外，於腔室單元100的蓋板110設置分別使雷射束L與測定光束DL透射的第一窗121及第二窗122，藉此可將具有與雷射束L不同的波長的各種光用作測定光束DL。
圖5是本發明的另一例示性的實施例的腔室單元的內部剖面圖。
參照圖5，與上述實施例不同，於本實施例的腔室單元100'中，平台130並不相對於底板105傾斜地設置，而是與底板105並排設置。此處，平台130以可於底板105上移動至所期望的位置的方式設置，藉此可向加工對象物W的各個區域照射雷射束L及測定光束DL。
另外，能夠以雷射束L可傾斜地照射至堆積於平台130的加工對象物W的表面的方式配置雷射照射單元200。如上所述，平台130與底板105並排設置的實施例可應用於例如照射至加工對象物W的雷射束L的尺寸較大的情形。
圖6是概略性地表示本發明的又一實施例的雷射加工系統的立體圖。於圖6中，表示包括上述腔室單元100的雷射加工系統1000。
參照圖6，本實施例的雷射加工系統1000可包括雷射照射單元200、溫度測定單元300及腔室單元100。例如，雷射照射單元200可設置至腔室單元100的上部，溫度測定單元300可設置至腔室單元100的一側上部。然而，上述內容僅為示例，雷射照射單元200及溫度測定單元300的位置可實現多種變形。
雷射照射單元200用於對設置於腔室單元100的內部的加工對象物W照射雷射束L而執行加工作業，例如可出射具有紫外線範圍的波長的雷射束L。然而，上述內容僅為示例，除此之外，雷射照射單元200可根據加工作業的種類而出射各種波長範圍的雷射束L。
溫度測定單元300出射用以測定溫度的測定光束DL而測定加工對象物W中的被照射雷射束L的區域、其周圍區域或其他區域的溫度。例如，溫度測定單元300可出射具有可見光範圍的波長或紅外線範圍的波長的測定光束DL，但並非必須限定於此。作為此種溫度測定單元300，例如可使用熱影像相機或高溫計（pyrometer）等。然而，並不限定於此。
參照圖3，腔室單元100包括底板105、以覆蓋底板105的方式設置的蓋板110、與設置至蓋板110的第一窗121及第二窗122。此處，第一窗121是使雷射束L透射的部位，可設置至蓋板110的第一壁面110a（例如，蓋板110的上表面）。自設置於腔室單元100的上部的雷射照射單元200出射的雷射束L可透射蓋板110的第一窗121而照射至堆積於平台130上的加工對象物W的特定區域。此種第一窗121可包括可使入射的雷射束L的波長良好地透射的材質。
第二窗122是使用以測定溫度的測定光束DL透射的部位，可設置至蓋板110的第二壁面110b（例如，蓋板110的一側面）。自設置於腔室單元100一側上部的溫度測定單元300出射的測定光束DL可透射蓋板110的第二窗122而照射至堆積於平台130上的加工對象物W的特定區域。藉此，溫度測定單元300可即時測定加工對象物W的特定區域的溫度。設置第二窗122的第二壁面110b可相對於設置第一窗121的第一壁面110a傾斜地形成。另一方面，透射第二窗122的測定光束DL可具有與透射第一窗121的雷射束L不同的波長，但並非必須限定於此。第二窗122可包括可使入射的測定光束DL的波長良好地透射的材質。
於底板105上，設置有堆積加工對象物W的平台130，上述平台130以可於底板105上移動的方式設置。另外，平台130能夠以相對於底板105傾斜的方式設置。另一方面，平台130亦可不以相對於底板105傾斜的方式設置。
於腔室單元100的下部，可更設置真空單元400。此種真空單元400發揮與腔室單元100連接而將腔室單元100的內部保持為真空的作用。另外，於真空單元400的上部，可更設置發揮顯示腔室單元100的內部壓力的作用的壓力顯示單元500。
如上所述，藉由在腔室單元100的蓋板110設置第一窗121及第二窗122，雷射束L可透射第一窗121而照射至加工對象物W的特定區域，藉此進行雷射加工作業，測定光束DL透射第二窗122而測定加工對象物W的特定區域的溫度。因此，於進行雷射加工作業的期間，亦可即時測定監控加工對象物W的特定區域（例如，雷射照射區域或其周圍區域等）的溫度。並且，可使用具有與雷射束L不同的波長的各種波長的光作為測定光束DL。
以上所說明的本發明的實施例的腔室單元100可活用於利用雷射加工的各種領域。作為一例，腔室單元100可使用於雷射退火（laser annealing）、去除光罩的接著劑（glue）及利用雷射的蝕刻等中。並且，亦可有效地用於測定與利用雷射的加工對象物的吸收率對應的溫度特性變化或相變（phase transition）等。
以上，對本發明的實施例進行了說明，但上述實施例僅為示例，於本技術領域內具有常識者應理解，可根據上述實施例實現各種變形及其他等同的實施例。
100、100'‧‧‧腔室單元
105‧‧‧底板
110‧‧‧蓋板
110a‧‧‧第一壁面
110b‧‧‧第二壁面
121‧‧‧第一窗
122‧‧‧第二窗
130‧‧‧平台
135‧‧‧銷（pin）
137‧‧‧導引構件
200‧‧‧雷射照射單元
300‧‧‧溫度測定單元
400‧‧‧真空單元
500‧‧‧壓力顯示單元
1000‧‧‧雷射加工系統
DL‧‧‧測定光束
L‧‧‧雷射束
RL‧‧‧反射的雷射束
W‧‧‧加工對象物
θ1‧‧‧第一角度
θ2‧‧‧第二角度
圖1是本發明的例示性的實施例的腔室單元的立體圖。 圖2是圖1所示的腔室單元的側視圖。 圖3是表示圖1所示的腔室單元的內部剖面的圖，且是表示平台相對於底板傾斜第一角度θ1 的狀態的圖。 圖4是表示圖1所示的腔室單元的內部剖面的圖，且是表示平台相對於底板傾斜第二角度θ2 的狀態的圖。 圖5是本發明的另一例示性的實施例的腔室單元的內部剖面圖。 圖6是概略性地表示本發明又一實施例的雷射加工系統的立體圖。
100‧‧‧腔室單元
110‧‧‧蓋板
110a‧‧‧第一壁面
110b‧‧‧第二壁面
121‧‧‧第一窗
122‧‧‧第二窗

Claims (18)

  1. 一種腔室單元，其於內部設置加工對象物，使雷射束自外部透射而照射至所述加工對象物，所述腔室單元包括：底板；蓋板，其以覆蓋底板的方式設置；第一窗，其設置至所述蓋板，使所述雷射束透射；以及第二窗，其與所述第一窗相隔而設置至所述蓋板，使用以測定所述加工對象物的特定區域的溫度的測定光束透射，其中自所述加工對象物反射的所述雷射束的一部分向所述蓋板的內壁面中的未形成所述第一窗及所述第二窗的區域行進。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的腔室單元，其中所述第一窗及所述第二窗設置至所述蓋板的第一壁面及第二壁面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的腔室單元，其中所述第二壁面相對於所述第一壁面傾斜地形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的腔室單元，其更包括平台，所述平台設置至所述底板，堆積所述加工對象物。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的腔室單元，其中所述平台以可於所述底板上移動的方式設置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的腔室單元，其中所述平台以其一端部上下移動的方式設置，以便可相對於所述底板傾斜。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的腔室單元，其中所述雷射束傾斜地入射至堆積於所述平台的所述加工對象物的表面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的腔室單元，其中所述雷射束與所述測定光束的波長不同，所述第一窗與所述第二窗包括不同的材質。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的腔室單元，其內部保持為真空。
  10. 一種雷射加工系統，其包括：雷射照射單元，其向加工對象物出射雷射束；溫度測定單元，其出射用以測定所述加工對象物的特定區域的溫度的測定光束；以及腔室單元，其於內部設置所述加工對象物；且所述腔室單元包括：底板；蓋板，其以覆蓋所述底板的方式設置；第一窗，其設置至所述蓋板，使所述雷射束透射；以及第二窗，其與所述第一窗相隔而設置至所述蓋板，使用以測定所述加工對象物的特定區域的溫度的測定光束透射，其中自所述加工對象物反射的所述雷射束的一部分向所述蓋板的內壁面中的未形成所述第一窗及所述第二窗的區域行進。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工系統，其更包括將所述腔室單元的內部保持為真空的真空單元。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工系統，其中所述第一窗及所述第二窗設置至所述蓋板的第一壁面及第二壁面， 所述第二壁面相對於所述第一壁面傾斜地形成。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工系統，其中所述腔室單元更包括平台，所述平台設置至所述底板，堆積所述加工對象物。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的雷射加工系統，所述平台以可於所述底板上移動的方式設置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的雷射加工系統，其中所述平台以其一端部上下移動的方式設置，以便可相對於所述底板傾斜。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的雷射加工系統，其中所述雷射束傾斜地入射至堆積於所述平台的所述加工對象物的表面。
  17. 如申請專利範圍第10項所述的雷射加工系統，其中所述雷射束與所述測定光束的波長不同，所述第一窗與所述第二窗包括不同的材質。
  18. 一種加工對象物的溫度測定方法，其是測定設置於包括底板及以覆蓋所述底板的方式設置的蓋板的腔室單元的內部的加工對象物的溫度的方法，且雷射束藉由所述蓋板的第一窗照射至所述加工對象物而執行雷射加工作業，用以測定溫度的測定光束藉由所述蓋板的第二窗照射至所述加工對象物而測定所述加工對象物的特定區域的溫度， 其中自所述加工對象物反射的所述雷射束的一部分向所述蓋板的內壁面中的未形成所述第一窗及所述第二窗的區域行進。
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