进行激光烧蚀的方法和装置与流程

1.本发明涉及用于进行激光烧蚀，特别是用于形成细金属网的方法和装置。


背景技术：

2.细金属网(fine metal mesh，fmm)用于制造有机发光二极管(organic light emitting diode，oled)显示器。具体地，它们在显示器的制造中用作oled蒸发掩模。fmm限定了oled分子在显示器上的沉积位置，从而最终确定了oled显示器的分辨率。
3.用于生产细金属网的当前技术包括光刻和电铸工艺。然而，这样的工艺的成本很高，并且使用通过采用此类技术制造的fmm的oled显示器的分辨率通常小于600像素/英寸(pixel per inch，ppi)。现代应用程序，例如手机和虚拟现实耳机，要求更高的分辨率，例如1000ppi或更高。通过光刻和电铸工艺制造的fmm难以获得如此高的分辨率。
4.用于生产fmm的其他现有技术包括将单个激光束分成多个激光束，并且将这些激光束扫描穿过基板的表面以通过烧蚀形成fmm。这样的技术通常使用飞秒脉冲红外激光器。但是，这样的技术需要复杂的投影光学器件以获得多束激光束。如果不是不可能的话，很难将技术扩展到成千上万束激光束，因此以这种方式生产fmm的速度受到限制。这样的系统能够生产具有临界尺寸为10μm的孔和分辨率为每英寸几百个点(dot per inch，dpi)的fmm。


技术实现要素：

5.本公开的实施例旨在至少部分地解决上述问题中的一个或多个和/或其他问题。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种进行激光烧蚀的方法，该方法包括：引导紫外线激光束穿过掩模，将由掩模限定的一部分烧蚀图案成像到材料层上；在掩模上扫描激光束，以将烧蚀图案的不同部分依次成像到该层的不同相应区域上，从而将与该烧蚀图案相对应的结构烧蚀到该层中，其中，该激光束包括脉冲长度小于20皮秒的超快脉冲激光束。
7.因此，提供了一种方法，其中掩模限定了要形成的烧蚀图案。可以通过掩模中的多个透明区域来限定烧蚀图案。当与上述现有技术进行比较时，可以使用单个激光束同时照射掩模中的多个透明区域，从而有助于待烧蚀材料层中相应多个特征的烧蚀。无需复杂的光束分离和平衡光学器件即可实现这一点，并且可以缩放比例以实现大量特征的同时处理。可以使用高激光功率，因为激光功率可以散布在烧蚀图案的许多不同特征上。使用高功率激光器可提高生产量。紫外线的使用允许以合理的操作成本实现高空间分辨率。用掩模限定烧蚀图案(而不是通过直接来自激光器的单个束斑)允许高精度限定烧蚀图案，同时放宽对用于照射掩模的激光束的要求。可以简单地将激光以相对较低的分辨率“清洗”在掩模上。
8.在一个实施例中，对应于烧蚀图案的结构包括规则的孔阵列。孔可以全部具有基本相同的尺寸和形状。烧蚀图案因此可以用于形成fmm。
9.在一个实施例中，烧蚀图案的成像部分有助于在层中形成多个孔。对应于每个成像部分的多个孔可以包括至少100个孔。激光脉冲能量因此分散在至少100个孔上，不需要
复杂的波束分离和平衡。此外，在一个实施例中，烧蚀图案的不同部分的顺序成像可以有助于在该层中形成至少100000个孔。因此，仅通过在掩模上扫描激光束，就可以大大增加形成的孔的数量。该方法可以扩展到使用单个掩模来处理超过500000个孔、超过750000个孔或甚至超过100万个孔。
10.在一个实施例中，每个孔是锥形的，以具有沿激光束的下游方向减小的横截面积。然后可以对多个掩模图案重复引导和扫描步骤，每个掩模图案限定锥形孔在不同深度的横截面积。这种方法可以有效且高精度地控制锥形孔的轮廓。在fmm中优化孔的锥度可以在通过沉积oled分子图案中使图案边缘的模糊最小化来改善使用fmm的oled制造工艺的性能。典型地，fmm的锥形孔被布置成面向(即，向外朝向)要在其上沉积oled分子的基板。控制锥度的角度可以由提供高分辨率和空间精确的fmm(这可能会限制允许的最大锥度的数量)与最小化在fmm中的孔的侧壁不希望的相互作用(碰撞)导致的oled分子轨迹的重定向(通常可以通过增加锥度来改进)之间实现最佳平衡。
11.如上所述，该层可以包括金属层(例如以形成fmm)。根据fmm的目的，金属层可以具有各种组成。金属层可以，例如，由具有非常低的热膨胀系数的材料形成，如殷钢。也可以使用其他材料，包括非金属材料。该层可以，例如包括介电材料和/或聚合物。
12.在一个实施例中，该结构包括一部分蒸发掩模，用于在制造基于oled的显示器时沉积oled分子。因此，可以提供沉积oled分子的方法，其中，使用本公开的进行激光烧蚀的方法形成蒸发掩模，所得的蒸发掩模用于以由蒸发掩模限定的图案沉积有机发光分子。
13.根据本发明的另一方面，提供了一种用于进行激光烧蚀的装置，该装置包括：紫外激光器，被配置为产生脉冲长度小于20皮秒的超快脉冲激光束；限定烧蚀图案的掩模；光学系统，被配置为引导激光束穿过掩模以将一部分烧蚀图案成像到材料层上；和扫描设备，被配置为在掩模上扫描激光束以将烧蚀图案的不同部分依次成像到该层上，从而将与烧蚀图案相对应的结构烧蚀到该层中。
附图说明
14.现在将仅通过举例的方式并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
15.图1是用于进行激光烧蚀的装置的示意性侧视图；
16.图2是可用于图1所示装置中的采用的掩模的俯视图；
17.图3是示出了如何在掩模上扫描激光束的掩模的俯视图；
18.图4是图1所示的层的俯视图，其中烧蚀图案被烧蚀到该层中；
19.图5
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7是示出了锥形孔的烧蚀的不同阶段的侧视截面图；
20.图8描绘了用于在层的相同区域上的不同扫描的多个掩模图案，其中，掩模图案设置在单独的掩模上；
21.图9描绘了在相同掩模的不同区域上提供掩模图案的层的相同区域上的用于不同扫描的多个掩模图案；和
22.图10和11是示出了通过减小或增加激光能量密度(通量)形成的不同的孔径锥度轮廓的侧截面图。
具体实施方式
23.图1示出了用于进行激光烧蚀的示例装置2。装置2使用紫外线激光器6，该紫外线激光器6被配置为提供超快脉冲激光束8。超快脉冲激光束8的脉冲长度小于20皮秒、可选地小于15皮秒、可选地小于10皮秒、可选地小于8皮秒、可选地小于6皮秒、可选地小于5皮秒。提供了掩模10，其限定了烧蚀图案18(如图2所示)。将要处理的材料的层4设置在支撑件12(例如，基板)上。支撑件12可以设置在可移动台(未示出)上，用于将支撑件12步进到激光束8下方的不同位置。提供光学系统13，该光学系统13将引导激光束8通过掩模10并到达层4上。光学系统13将烧蚀图案18的一部分成像到层4上。
24.扫描设备14在掩模10上扫描激光束8，以将由掩模10限定的烧蚀图案18的不同部分依次成像到层4的不同的相应区域上。从而将与烧蚀图案18相对应的结构烧蚀到层4。激光束8通常将在掩模10上扫描，而激光器6或掩模10没有任何相应的移动(例如，通过合适的扫描光学器件)。
25.紫外线波长的使用允许在高分辨率下在层4中形成结构，而不需要复杂和/或昂贵的光学器件。通常可以形成高达1000dpi的分辨率，包括例如具有大约3μm或更小的临界尺寸的凹痕或孔之类的特征。
26.装置2可以进一步包括用于控制装置2的整体操作的控制器15。控制器15可以控制激光器6(例如，控制激光器何时开启和关闭和/或改变激光器的参数，诸如每脉冲能量或脉冲重复频率)，扫描设备14和光学系统13的操作(例如，控制焦点高度)，以及支撑件12相对于激光器6的运动(例如，通过可移动台和相关的电动机)。
27.在一个实施例中，装置2还包括位于掩模10下游的光学器件16(例如，包括透镜)。光学器件16可以将来自掩模10的激光辐射8聚焦到层4上。在一个实施例中，光学器件16在掩模10和层4之间提供缩小，因此，通过烧蚀在层4上形成的特征小于在掩模10中的相应特征。这个方法可以在层4中形成高分辨率图案，同时在掩模10上的较大区域上分配激光能量。因此，在掩模10上的激光能量密度(通量)比其他情况下要低。这允许使用更高的激光脉冲能量和更高的激光功率，这提高了生产率，而没有损坏掩模10的风险。此外，可以以比层4中所需的图案更低的分辨率制造掩模10，这促进了掩模10的生产。
28.在一些实施例中，与掩模10中的烧蚀图案相对应的层4中的烧蚀产生结构包括在层4中的规则的孔阵列。可以使层4中的阵列的间距非常小，例如，10微米或更小。孔的至少一个子集的全部可以具有基本相同的尺寸和形状和/或以适合于形成用于制造基于oled的显示器的fmm的全部或一部分的方式配置。图2是用于形成这种烧蚀图案的示例掩模10的俯视图。在该示例中，掩模10包括规则排列的透明区域20。每个透明区域20对应于要在层4中形成的相应的孔。由于缩小，掩模10上的透明区域20的间距通常大于层4中的对应孔的间距。为了便于说明，图2的掩模10仅包含相对少量的透明区域20。实际上，每个掩模很可能设置更多的透明区域20(例如，如下所述为100000或更多)。
29.在一些实施例中，掩模10中的烧蚀图案18的每个成像部分有助于在层4中形成多个孔。多个孔可优选地包括至少100个孔。例如，可以通过引导激光辐射穿过掩模10上的相应透明区域20来(部分地或完全地)形成层4中的每个孔，并且可以通过同时照射掩模10上多个这样的透明区域20(例如100或更多)来形成烧蚀图案18的成像部分。通过以这种方式同时照射许多透明区域20，可以有助于在层4中同时形成许多孔。这样可以充分利用可用的
激光脉冲能量，并提高生产率。当与扫描步骤结合时，可以迅速形成大量的孔。烧蚀图案的不同部分的顺序成像可以例如通过经由烧蚀图案的1000个或更多部分中的每个构成至少100个孔而有助于在层中形成至少100000个孔。
30.在图2中示意性示出的示例中，由掩模10限定的烧蚀图案18包括正方形透明区域20的阵列。在其他实施例中，透明区域20可以具有其他形状，从而在层4中形成不同形状的特征或孔。透明区域20可以是例如矩形、圆形或椭圆形。
31.图3描绘了在扫描步骤中(从激光器6观察)在掩模10上方的激光束点9的示例扫描路径22。激光束点9是掩模10的在任何给定时间被激光束8照射的部分，并且限定了此时被成像到层4上的烧蚀图案的对应部分(“成像部分”)。扫描路径22可以被描述为光栅扫描。可以使用其他扫描路径。扫描路径22可以适于避免在层4中不需要结构的区域，扫描路径22可以附加地或替代地考虑其他因素，例如所使用的激光器6的性质(例如，掩模10处的功率和/或点尺寸9)、在掩模10中的烧蚀图案18和/或层4的属性。
32.图4是在烧蚀到结构24的层4中之后的层4的俯视图，其对应于由掩模10(例如，孔的正方形阵列)限定的烧蚀图案18。可以通过在掩模10上的单次扫描或在掩模上的多次扫描来形成结构24。例如，在掩模10上的第一扫描中，结构的特征的至少一个子集可以通过层4被烧蚀至其预期深度的一部分，从而提供部分形成的特征。重复扫描过程允许对每个部分形成的特征进行多次照射，直到每个部分形成的特征完全形成为止(例如，使孔一直延伸穿过层4)。该方法可以有利地允许热量在连续的烧蚀过程之间消散，从而有助于防止对烧蚀目标区域之外的区域造成不必要的损害。在一个实施例中，沿着诸如以上参考图3所讨论的扫描路径22多次扫描激光束点9。在该过程中，可以进行多次扫描，而在掩模10和层4之间不提供任何相对移动。
33.如图4所示，与由一个掩模10提供的烧蚀图案18相对应的结构24可以仅覆盖待处理的层4的一小部分。因此，可以重复该方法以处理层4的其他所需部分。在一个实施例中，使用分步扫描过程，从而形成结构24，其中层4设置在相对于掩模10的第一位置处。然后在层4和掩模10之间提供一个相对运动(通常通过移动层4并保持掩模10和光学器件16固定在适当的位置)，以使层4相对于掩模10到达第二位置，并重复扫描过程以形成与先前形成的实例相邻的结构24的另一实例。然后可以重复该过程以处理整个层4。因此，可以针对层4相对于掩模10的多个不同位置重复上述的引导和扫描步骤，以便在层4上的多个不同的位置烧蚀与烧蚀图案相对应的结构，从而在层4中建立的结构要比不进入层4时大得多。
34.在一个实施例中，如图5
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7所示，通过烧蚀形成的结构24的每个孔25是锥形的，以具有在激光束8的下游方向上减小的横截面积。在一个实施例中，通过对多个不同的掩模图案重复引导激光束8穿过掩模10并到达层4上以及在掩模10上对激光束8进行扫描来控制锥度，每个掩模图案限定一个锥形孔25在不同深度处的横截面积。例如，第一掩模图案可以设置有对应于要在层4中形成的相应的多个孔25的第一多个透明区域20，第二掩模图案可以设置有对应于相同的相应的多个孔25的第二多个透明区域20，并且第三掩模图案可以设置有对应用于相同的相应的多个孔25的第三多个透明区域20，其中第一掩模图案的透明区域20大于第二掩模图案的透明区域20并且第二掩模图案的透明区域大于第三掩模图案的透明区域20。在图5中示意性地示出了使用第一掩模图案的处理的示例性结果，其中形成了直径为26的浅凹痕。在图6中示意性地示出了使用第二掩模图案的处理的示例性结果，其中凹
痕已经加深并且具有更窄的直径28。在图7中示意性地示出了使用第三掩模图案的处理的示意性结果，其中烧蚀已经穿过层4，并且在锥形孔25的最深点处形成直径为30的锥形孔25。第一、第二和第三掩模图案中的透明区域的尺寸变化影响沿锥度的不同点处的直径26、28和30，因此允许以高精度控制锥度轮廓。
35.对限定不同的各自烧蚀图案的多个掩模图案重复引导和扫描步骤的方法不限于以下情况：所形成的结构是孔的规则阵列，并且不同的烧蚀图案对应于孔的不同深度。该方法可以应用于不同或更复杂的结构。只要在控制层4中的凹痕或孔的形状作为凹痕或孔的深度的函数是有好处的，该方法都是有用的。为了实现作为深度的函数的形状控制，通常需要重复进行引导和扫描步骤，从而将不同的激光烧蚀图案施加到层4的相同或重叠区域。通常，这将涉及重复引导和扫描，而掩模10和层4之间的相对位置没有任何变化，例如这使得它是每次要处理的层4的相同部分。如图8中示意性地描绘了多个掩模图案可以设置在单独的掩模101、102和103上，或者如图9中示意性地描绘了可以设置在同一掩模10上的不同区域10a、10b，10c中。
36.其他控制锥度的方法可以与上述结合使用或作为替代。例如，在一类实施方式中，通过控制激光束8到掩模10上的通量(脉冲能量密度
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激光脉冲的能量除以激光脉冲照射的面积)来至少部分地控制锥度。例如，可以在掩模10上多次扫描激光束8，其中至少以不同的通量进行两次扫描。激光束8入射到层4上时的通量影响该层中被烧蚀的凹痕的壁的锥角。通量越高，锥角越小(更垂直的)。较低的通量会导致较大(较小的垂直)的锥角。提供根据层4中的深度来改变能量密度的能力提供了有用的附加自由度，用于调整在层4中形成的结构的内部形状(例如，锥形轮廓)。
37.基于以上所述，在一类实施例中，对于一个或多个孔中的每一个，在形成孔中，激光束8在掩模10处的通量是变化的。改变掩模10处的通量会导致层4处的通量发生相应的变化。这种变化使得在孔的形成随层4中不同深度的部分的过程中，掩模(因此在层4处)处的通量是不同的，从而控制孔的锥角随层4中的深度而变化。
38.在一个示例过程中，利用在掩模10处提供第一通量的激光束8进行在掩模10上的第一扫描。该扫描可以，例如，遵循诸如以上参考图3描述的扫描路径22。激光束8的通量可以是这样的，使得在对掩模10的第一次扫描之后，形成在层4中的结构仅部分地延伸穿过层4(类似于图5中的情况)。然后在激光束8提供低于第一通量的第二通量的情况下在掩模10上进行第二扫描。该扫描的结果是在第一扫描中形成的结构被加深。但是，由于在第二扫描中激光束8的通量较低，所以锥角也增大。然后在激光束8提供低于第二通量的第三通量的情况下，在掩模10上进行第三扫描。该扫描的结果是在第二扫描中形成的结构被加深，直到烧蚀穿透到层4的另一侧为止。激光束8第三扫描中的较低通量意味着锥角在新到达的深度处进一步增大。图10示出了通过这种方法产生的孔的轮廓。因此，该方法提供了一种替代或附加的方式来控制孔中锥度的形状。尽管已经参考三次扫描例示了该实施例，但是可以使用任何数量的扫描。此外，不一定需要以上述方式来调节通量，而是可以以任何合适的方式来改变通量。如果在连续扫描中通量逐渐增加，则将创建图11中所示类型的孔径轮廓。此外，激光束8的通量不必在每次扫描中都不同，只要在至少两次扫描中存在差异即可。在不同扫描之间可以增加或减少通量。