激光装置和激光照射方法与流程

激光装置和激光照射方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年9月22日提交到韩国知识产权局的第10-2020-0122320号韩国专利申请的优先权及权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开总体上涉及包括光束校准器的激光装置以及用于通过使用激光装置来照射激光的方法。更具体地，本公开涉及包括能够提高激光照射位置的精度的光束校准器的激光装置。


背景技术：

4.一般而言，当通过使用激光装置进行处理时，对齐标记位于被激光照射的对象的正面上，并且激光装置的激光束的位置通过使用正面上的对齐标记位置来校正。
5.存在关于校正这种激光装置的激光束的方法的各种公开。
6.美国专利6,501,061公开了一种用于确定扫描仪坐标以便精确地布置聚焦的激光束的方法。聚焦的激光束扫过激光扫描仪的工作表面的感兴趣区域(例如，开口)。由光电检测器以预定的时间间隔或空间检测聚焦的激光束的位置，或者当聚焦的激光束穿过工作表面的开口时检测聚焦的激光束的位置。所检测的聚焦的激光束的位置用于生成与基于数据的扫描仪位置的实际光束位置关系。关于实际光束位置与扫描仪位置的关系的数据可用于确定聚焦的激光束是否位于与期望位置对应的开口的中心处，或者确定光束的准确位置坐标。
7.美国专利公布us 2010/0292947公开了一种借助引导标记执行扫描头校准处理的方法。用激光在对象上形成校准标记，用相机捕获校准标记，并且测量和校正引导标记与校准标记之间的位置误差。在这种方法中，在校准操作期间使用激光损伤对象以形成校准标记，并且只有在校准标记和引导标记位于相同的平面上时才能够进行校准。
8.欧洲专利ep 1666185涉及具有图像采集和处理装置的激光处理机和方法，并且根据该专利，在不使用具有特殊对齐标记的校准基板的情况下，能够使用对象的图案(例如，微芯片电路图案或显示像素结构)来执行激光校准处理。然而，当在对象的侧面上而不是在形成有对象本身的图案的前表面上使用激光执行处理时，这也是难以应用的。
9.在本背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强对所描述的技术的背景的理解，并且因此其可包含不构成在本国被本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

10.实施方式已致力于提供包括光束校准器的激光装置以及使用激光装置的激光照射方法，该光束校准器通过在与对齐标记所位于的表面不同的表面上使用激光执行处理，由此即使当对齐标记位于与执行处理的表面不同的表面上时，也能够提高激光照射位置的精度。
11.显而易见的是，实施方式的目的不限于上述目的，并且能够在不背离实施方式的精神和领域的范围内进行各种扩展。
12.根据实施方式的激光装置包括激光源、激光偏转器、物镜、图像捕获装置和校正器，激光源向处理对象提供激光束，激光偏转器偏转从激光源供给的激光束，物镜聚焦入射到处理对象上并且然后被散射的激光束的散射光，图像捕获装置捕获在物镜中聚焦的散射光的图像，校正器通过使用捕获的图像来校正激光束的位置。
13.校正器可包括存储器和计算器。
14.处理对象可包括彼此垂直的第一表面和第二表面，处理对象包括布置在第一表面上的多个对齐标记，并且激光束照射到处理对象的第二表面。
15.第二表面的面积可小于第一表面的面积，并且多个对齐标记可为形成在第一表面中的多个像素。
16.物镜可布置成面对第二表面。
17.物镜可具有小于1的数值孔径。
18.物镜可具有0.65的数值孔径。
19.图像捕获装置可布置成面对第一表面。
20.图像捕获装置可捕获多个对齐标记的图像。
21.根据实施方式的激光照射方法包括：向处理对象供给具有第一强度的激光束；通过扫描供给的激光束，将激光束照射到处理对象的表面的多个位置；捕获入射到处理对象的表面上并且然后被散射的激光束的散射光的第一图像以及处理对象的对齐标记的第二图像；通过使用捕获的第一图像和第二图像来计算激光束的位置误差；以及对计算的位置误差进行校正。
22.激光照射方法还可包括：通过使用物镜来聚焦激光束的散射光。
23.图像的捕获可包括捕获聚焦的散射光的第一图像。
24.计算激光束的位置误差可包括：用于计算捕获的第一图像与第二图像之间的位置差的第一误差计算。
25.第一误差计算可为计算激光束在第一方向上的误差或者激光束在与第一方向垂直的第二方向上的误差。
26.计算激光束的位置误差还可包括用于通过将捕获的第一图像和存储在校正器中的基准图像进行比较来确定位置差的第二误差计算。
27.第二误差计算可为计算激光束在与第一方向和第二方向垂直的第三方向上的误差。
28.校正可包括控制激光束的位置。
29.控制激光束的位置可使用激光扫描仪。
30.激光照射方法还可包括：在校正之后向处理对象供给具有第二强度的激光束，其中，第二强度可高于第一强度。
31.激光束的第一强度可为0.01j/cm2至0.1j/cm2，并且激光束的第二强度可为1j/cm2或更大。
32.依据根据实施方式的包括光束校准器的激光装置和使用激光装置的激光照射方法，即使当对齐标记布置在与执行处理的表面不同的表面上时，激光所照射的位置的精度
也提高了，并且相应地，能够提高激光照射处理的精度。
33.显然，实施方式的效果不限于上述效果，并且能够在不背离实施方式的精神和领域的范围内进行各种扩展。
附图说明
34.图1是根据实施方式的激光装置的框图。
35.图2示出了根据实施方式的处理对象。
36.图3是根据实施方式的激光装置的示意图。
37.图4是顺序地示出根据实施方式的激光装置的激光照射方法的流程图。
38.图5和图6是图3的一部分的放大图。
39.图7a和图7b被提供用于描述根据实施方式的物镜的操作。
40.图8示出了根据实施方式的激光装置的光束校准器的第一操作。
41.图9示出了根据实施方式的图像的实例和图像测量器的结果的实例。
42.图10示出了根据实施方式的激光装置的光束校准器的第二操作。
43.图11示出了根据实施方式的图像的实例。
44.图12示出了根据实施方式的图像的实例。
45.图13示出了根据实施方式的图像测量器的结果的实例。
具体实施方式
46.在下文中，将参照示出了本发明的实施方式的附图对本发明进行更加全面的描述。如本领域技术人员将领会的，所描述的实施方式可以各种不同的方式进行修改，而全部不背离本发明的精神或范围。
47.附图和描述将在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。在整个说明书中，相似的附图标记指代相似的元件。
48.在附图中，为了描述的便利而任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，并且本发明不必受限于如附图中所示的。在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区等的厚度被夸大。另外，在附图中，为了更好地理解和便于描述，一些层和区的厚度被夸大。
49.应理解，当诸如层、膜、区或基板的元件被称为在另一元件“上”时，该元件能够直接在另一元件上，或者也可存在有居间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”时，则不存在居间元件。此外，在整个说明书中，措辞在目标元件“上”将被理解为位于目标元件上方或下方，而不必理解为位于基于与重力方向相反的方向的“上侧”。
50.另外，除非有明确相反的描述，否则措辞“包括(comprise)”以及诸如“包括(comprises)”或“包括有(comprising)”的变体将被理解为暗示包含所述元件，而不排除任何其它元件。
51.此外，在整个说明书中，短语“在平面上”意味着从顶部观察目标部分，并且短语“在剖面上”意味着从侧面观察通过垂直地切割目标部分而形成的剖面。
52.在整个说明书中，“连接”不仅意味着在两个或更多个构成元件直接连接时，而且还意味着在两个或更多个构成元件通过另一构成元件间接连接时，或者在物理连接或电连接时，并且“连接”可包括尽管实质上的组成部分根据位置或功能而通过不同的名称指代，
但是它们彼此连接的情况。
53.参照图1、图2和图3，将对根据实施方式的激光装置100进行描述。图1是根据实施方式的激光装置100的框图，图2示出了根据实施方式的处理对象200，并且图3是根据实施方式的激光装置100的示意图。
54.参照图1，根据实施方式的激光装置100包括向处理对象200提供激光束2的激光源1以及对激光束2进行校准的光束校准器20。光束校准器20包括激光偏转器3、物镜4、图像捕获装置6和校正器7。校正器7包括存储器7a和计算器7b。
55.参照图2，将对处理对象200进行描述。处理对象200包括第一表面f1和与第一表面f1垂直的第二表面f2。第一表面f1是通过使第一方向x与第二方向y交叉而形成的平面，并且可为处理对象200的顶表面或底表面。第二表面f2是通过使第二方向y与垂直于第一方向x和第二方向y的第三方向z交叉而形成的平面，并且可为处理对象200的侧表面。在本实例中，第一表面f1的面积可大于第二表面f2的面积。处理对象200包括形成在第一表面f1中的多个对齐标记5。多个对齐标记5可为形成在第一表面f1中的多个像素。
56.可在第二表面f2上而不是在形成有多个对齐标记5的第一表面f1上进行使用激光束的处理。例如，处理对象200可为形成有多个像素的基板，并且多个像素可形成在第一表面f1中。为了形成具有大的面积的显示装置，多个形成有多个像素的基板可彼此连接以创建大的显示装置，并且在这种情况下，必须在多个基板彼此连接的侧表面中(即，在第二表面f2中)形成用于信号传输的信号线。
57.如前所述，当在处理对象200的第二表面f2上进行用于形成信号线的激光照射处理时，需要确定激光是否被精确地照射到预期位置，从而校准激光照射位置。然而，由于对齐标记5不位于进行处理的第二表面f2中，因此难以执行一般的校准方法。
58.现在，将与图1一起参照图3，描述用于校准根据实施方式的激光装置100的照射到处理对象200的侧表面(即，未布置有对齐标记5的第二表面f2)的激光束的光束校准器20。
59.如前所述，光束校准器20包括激光偏转器3、物镜4、图像捕获装置6和校正器7。
60.激光源1在期望的时间段内供给具有期望强度的激光束，并且激光偏转器3对从激光源1供给的激光束进行偏转并且沿与处理对象200的第二表面f2垂直的方向照射偏转后的激光束。
61.物镜4布置在与处理对象200的第二表面f2面对的位置处，并且对在处理对象200的第二表面f2处散射的散射光进行聚焦。
62.图像捕获装置6通过使用由物镜4聚焦的光来捕获由在第二表面f2处散射的散射光形成的第一图像e1(未示出)，并且捕获形成在处理对象200的第一表面f1中的对齐标记5的第二图像e2(未示出)。
63.校正器7的计算器7b通过使用由图像捕获装置6捕获的第一图像e1和第二图像e2来确定第一图像e1和第二图像e2是否彼此匹配，以计算第二方向y上的误差，并且通过对存储在存储器7a中的数据进行比较以计算第三方向z上的误差。如前所述，待照射有激光束的位置被移动以对计算的第二方向y和第三方向z上的误差进行校准。
64.接着，将与图1、图2和图3一起参照图4、图5、图6、图7a、图7b、图8和图9对根据实施方式的激光装置100的光束校准器20的第一操作进行描述。
65.图4是顺序地示出根据实施方式的激光装置100的激光照射方法的流程图。图5和
图6是图3的一部分的放大图，图7a和图7b被提供用于描述根据实施方式的物镜4的操作，图8示出了根据实施方式的激光装置100的光束校准器20的第一操作，并且图9示出了根据实施方式的图像的实例和图像测量器的结果的实例。
66.参照图3和图4，如前所述，根据实施方式的激光照射方法包括：通过使用激光源1将具有第一强度的激光束供给到处理对象200的步骤(s100)。激光束的第一强度可小于实际处理中使用的激光束的强度。例如，激光束的第一强度可小于或等于0.1j/cm2。如上所述，在激光照射方法中，在光束校准器20的光束校准操作期间照射相对弱的第一强度的激光束，使得能够在不损坏处理对象200的情况下进行光束校准操作。
67.接着，根据实施方式的激光照射方法包括以下步骤(s200)：在通过使用激光偏转器3对从激光源1供给的激光束进行偏转来与处理对象200的第二表面f2垂直的同时，在沿与第二方向y和第三方向z平行的方向进行扫描的同时照射激光束。
68.接着，根据实施方式的激光照射方法包括：如图5中所示，通过使用物镜4对从处理对象200的第二表面f2散射的散射光s进行聚焦的步骤(s300)，以及如图6中所示，通过使用图像捕获装置6，通过使用由物镜4聚焦的光来捕获由从第二表面f2散射的散射光s形成的第一图像e1，并且捕获形成在处理对象200的第一表面f1中的对齐标记5的第二图像e2的步骤(s400)。在第一图像e1和第二图像e2的捕获(s400)中，可在一帧中捕获第一图像e1和第二图像e2。
69.将与图5和图6一起参照图7a和图7b对此进行详细描述。
70.如前所述，在捕获图像(s400)中，不仅能够捕获形成在处理对象200的第一表面f1中的多个对齐标记5的第二图像e2，而且能够捕获根据垂直地照射到处理对象200的第二表面f2的激光束的第一图像e1。
71.即，图像捕获装置6同时对布置在处理对象200的第一表面f1中的多个对齐标记5的第二图像e2以及由从与处理对象200的第一表面f1垂直的第二表面f2散射的散射光s形成的第一图像e1进行捕获。在这种情况下，图像捕获装置6能够在一帧中捕获第一图像e1和第二图像e2。
72.如图5和图6中所示，由于图像捕获装置6位于处理对象200的第一表面f1上，因此能够对布置在处理对象200的第一表面f1中的多个对齐标记5的第二图像e2进行捕获。然而，难以直接对从处理对象200的第二表面f2散射的散射光s进行捕获，并因此经由通过使用物镜4对从处理对象200的第二表面f2散射的散射光s进行聚焦的步骤(s300)来对散射光s进行捕获。
73.如图5中所示，物镜4可布置在与照射有激光束的处理对象200的第二表面f2面对的位置处。照射到处理对象200的第二表面f2的激光束在第二表面f2处被散射，散射光s能够在物镜4中聚焦，并且由在物镜4中聚焦的散射光s形成的第一图像e1被图像捕获装置6捕获。
74.参照图7a，如等式1中所示，在处理对象200的第二表面f2处散射的散射光的量i(θ)能够通过朗伯余弦定律来估算。
75.《等式1》
76.i(θ)＝i0cos(θ)
77.另外，由包括物镜4的成像系统的图像传感器感测的散射光的量根据物镜4的数值
孔径na来改变，并且数值孔径na如等式2中给出的那样计算。
78.《等式2》
79.na＝tan(α)
80.例如，通过具有数值孔径na的物镜4入射到图像传感器上的散射光的量i
camera
能够通过等式3计算。
81.《等式3》
[0082][0083]
此处，φ是针对入射激光束方向的方位角。当成像系统的物镜4的数值孔径na不太高时(例如，当数值孔径na小于1或na＜＜1时)，能够如等式4中所示地计算入射到图像传感器上的散射光的强度(即，散射光的量i
camera
)。
[0084]
《等式4》
[0085]icamera
≈i0na3[0086]
如等式4中所示，为了在作为处理对象200的侧表面的第二表面f2处感测大量的散射光，期望具有小于1但尽可能大的数值孔径na。例如，优选的是，数值孔径大于约0.1。
[0087]
图7b示出了当物镜4的数值孔径为0.65时由图像传感器捕获的图像的实例。图7b示出了激光束以约10mw的激光功率和约1mhz的激光脉冲照射到约8μm的区域的情况下的图像。这对应于约0.02j/cm2的能量密度。
[0088]
在图7b中，中心处的亮光斑对应于照射在处理对象200的侧表面上的激光束的位置。
[0089]
如前所述，通过使用数值孔径大于约0.1的物镜4，可以对由因照射到处理对象200的侧表面的激光束的散射而引起的散射光形成的图像进行捕获。
[0090]
如前所述，通过使用图像捕获装置6，通过使用由物镜4聚焦的光来捕获由从与处理对象200的第一表面f1垂直的第二表面f2散射的散射光形成的第一图像e1(未示出)以及捕获位于处理对象200的第一表面f1中的多个对齐标记5的第二图像e2(未示出)。在这种情况下，可由图像捕获装置6在一帧中捕获第一图像e1和第二图像e2。
[0091]
在对第一图像e1和第二图像e2进行捕获的步骤(s400)之后，根据实施方式的激光照射方法包括：如图8中所示的利用校正器7使用第一图像e1和第二图像e2来计算水平方向(即，第一方向x和第二方向y)上的误差的步骤(s500)。
[0092]
校正器7的计算器7b通过使用由图像捕获装置6捕获的第一图像e1和第二图像e2，对根据第一图像e1的位置dx和dy与根据第二图像e2的位置dx_ref和dy_ref之间的差值dx_correction和dy_correction进行计算。如等式5a和等式5b中给出的那样计算位置差值。
[0093]
dx_correction＝dx_ref－dx《等式5a》
[0094]
dy_correction＝dy_ref－dy《等式5b》
[0095]
如前所述，根据实施方式的激光照射方法包括：用于通过使用计算的位置差值(dx_correction和dy_correction)对第一方向x和第二方向y上的激光束照射位置进行校正的第一校正(s600)。
[0096]
接着，将参照图9对在第一校正(s600)中使用的校正器7的程序界面进行描述。
[0097]
在图9中，第一界面(a)示出了第一图像e1(激光束)和第二图像e2(基准图像)的实例。
[0098]
在图9中，第二界面(b)以多个对齐标记5中的一个为基准，将固定区域(在(a)中由四边形标记的区域)中的一个对齐标记5的中心显示为0。
[0099]
在图9中，第三界面(c)是在使激光束的位置相对于一个对齐标记5以2μm来移动的同时，通过使用根据位置检测的激光束的第一图像e1以曲线图示出激光束的强度的曲线图。
[0100]
参照图9，激光束的强度在约1μm或更小的范围内改变，并且具有激光束的最大强度的部分是照射有激光束的位置，并且相应地，激光束的位置能够调节到对齐标记5的中心。相应地，可以1μm或更小的范围对激光束的位置进行校正。
[0101]
接着，将与图1、图2、图3和图4一起参照图10、图11、图12和图13，对根据实施方式的激光装置100的光束校准器20的第二操作进行描述。图10示出了根据实施方式的激光装置100的光束校准器20的第二操作，图11示出了根据实施方式的图像的实例，图12示出了根据实施方式的图像的实例，并且图13示出了根据实施方式的图像测量器的结果的实例。
[0102]
激光装置100的光束校准器20的第一操作是对激光束在水平方向(第一方向x和第二方向y)上的位置进行校准，并且激光装置100的光束校准器20的第二操作是对激光束2在垂直方向(第三方向z)上的位置进行校准。
[0103]
返回参照图4，根据实施方式的激光照射方法包括：利用校正器7通过使用第一图像e1确定第三方向z上的误差的步骤(s700)。
[0104]
首先，在照射激光束的步骤(s200)中，可通过使用激光偏转器3在沿第三方向z不断地改变位置的同时照射从激光源1照射的激光束。
[0105]
如前所述，由在沿第三方向z持续改变位置的同时照射的激光束的散射光形成的第一图像e1通过对散射光进行聚焦的步骤(s300)和对聚焦的散射光进行捕获的步骤(s400)来捕获。
[0106]
在确定第三方向z上的误差的步骤(s700)中，将捕获的第一图像e1与存储在校正器7的存储器7a中的图像数据进行比较，并且相应地，由校正器7的计算器7b对第三方向z上的误差进行计算。
[0107]
这将参照图10、图11和图12进行详细描述。
[0108]
参照图10，在照射激光束的步骤(s200)中，将对在沿第三方向z持续改变位置的同时照射的激光束的位置进行描述。如图10中所示，可在从处理对象200的第二表面f2的基准位置z0沿向上方向z 和向下方向z-改变位置的同时扫描和照射激光束。
[0109]
基准位置z0是待对其执行处理的位置，并且可为与物镜4对焦的位置。
[0110]
图11示出了存储在校正器7的存储器7a中的图像数据的图像。参照图11，在基准位置z0的情况下，激光束的第一图像e1的光斑尺寸小，并且这意味着激光束聚焦在准确的位置处。另外，在从基准位置z0朝向上方向z 偏转和从基准位置20朝向下方向z-偏转的情况下，激光束的图像具有方向彼此相反的半圆形的形状的图像。如前所述，通过将存储在校正器7的存储器7a中的图像数据与实际测量的激光束的第一图像e1进行比较，可以确定激光束从基准位置z0沿第三方向z偏转了多少。
[0111]
图12示出了通过使用具有约0.65的数值孔径的物镜4，照射在基准位置z0处的激
光束(0μm)和在从基准位置z0沿向上方向z 偏转约10μm的位置( 10μm)处捕获以及在从基准位置z0沿向下方向z-偏转约10μm的位置(-10μm)处捕获的第一图像e1的实例。在图12中示出了以约10mw的激光功率和约1mhz的激光脉冲照射到约8μm的区域的激光束的图像。这对应于约0.02j/cm2的能量密度。
[0112]
参照图12，与参照图11描述的情况相似，照射在基准位置z0处的激光束(0μm)具有聚焦在狭窄区域中的图像，并且照射在从基准位置z0朝向上方向z 偏转约10μm的位置处的激光束和照射在从基准位置z0朝向下方向z-偏转约-10μm的位置处的激光束具有方向彼此相反的半圆形的形状的图像。
[0113]
在图13中，测量在沿第三方向z进行扫描的同时照射的激光束的第一图像e1的光斑尺寸。参照图13，第一图像e1的光斑尺寸最小的位置(即，偏转约8μm的位置)是激光束最聚焦的位置，并且这是将执行实际处理的位置。
[0114]
在根据实施方式的激光照射方法的确定第三方向z上的误差的步骤(s700)中，将存储在校正器7的存储器7a中的图像数据和实际测量的激光束的第一图像e1进行比较，从而计算激光束从基准位置沿第三方向z偏转了多少。根据实施方式的激光照射方法包括：通过使用在确定第三方向z上的误差的步骤(s700)中计算的值对激光束在第三方向z上的第二位置误差进行校正的步骤(s800)。
[0115]
在对第一位置误差进行校正的步骤(s600)和对第二位置误差进行校正的步骤(s800)中照射激光束的位置可被改变，或者处理对象200的位置可被改变。可通过使用激光扫描仪将照射激光束的位置改变到期望的位置。例如，激光扫描仪可为检流计或多边形扫描仪，并且可包括至少两个反射镜。
[0116]
根据实施方式的激光照射方法包括：在通过对第一位置误差进行校正的步骤(s600)和对第二位置误差进行校正的步骤(s800)来对激光束照射到处理对象200的第二表面f2的位置进行校正之后，照射实际处理所需的第二强度的激光束的步骤(s900)。实际激光处理中使用的激光束的第二强度为约1j/cm2或更大。
[0117]
如前所述，根据实施方式的激光照射方法，在将相对弱的第一强度的激光束照射到与处理对象200的多个表面之中形成有多个对齐标记5的第一表面f1垂直的第二表面f2上之后，由激光束形成的第一图像e1和多个对齐标记5的第二图像e2被捕获，并且通过捕获的图像在第一方向x和第二方向y上进行对第一位置误差进行校正的步骤(s600)以及在第三方向z上进行对第二位置误差进行校正的步骤(s800)，并且然后，照射具有实际处理所需的第二强度的激光束，以使得即使在处理对象200的未形成有对齐标记5的侧表面，激光束也能够照射在正确的位置处。
[0118]
虽然已结合当前被认为是实际的实施方式描述了本公开，但是要理解的是，本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。