TWI870165B - 雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

Abstract

一種雷射加工裝置，包括雷射單元及載台。雷射單元包括脈衝雷射光源、振鏡、遮罩及聚焦模組。脈衝雷射光源提供脈衝雷射光束。振鏡將脈衝雷射光束做轉向。遮罩接收脈衝雷射光束。遮罩具有延第一方向分佈的多個開口。多個開口用以使脈衝雷射光束經過。聚焦模組將經過多個開口的脈衝雷射光束，分別聚焦為沿第一方向分佈的多個雷射光斑。載台承載多個加工元件。多個加工元件在沿第一方向對應設置於多個雷射光斑分佈的位置。一種雷射加工方法亦被提出。

Description

雷射加工裝置及雷射加工方法

本發明是有關於一種雷射加工裝置及雷射加工方法。

微型發光二極體(Micro Light-Emitting Diode,Micro LED)可以透過雷射轉移技術轉移至背板，但一般而言，微型發光二極體單元的晶粒邊長小於100微米，甚至小於50微米，以目前的雷射轉移技術，不論採用高能量(例如：準分子雷射excimer laser或高能量直驅式半導體雷射之發展high-energy diode-pumped solid-state laser)或是高重複頻率的雷射(high pulse-repetition-rate diode-pumped solid-state laser)，都會有空間或時間能量使用效率的問題。另外，高重複頻率的雷射，因為與掃描器(scanner)的同步性問題，也會有時間上抖動(jitter)，造成的空間上精準度問題。

本發明提供一種雷射加工裝置，可具有高精準度、高能量使用效率，以及達到高產能的目標。

本發明提供一種雷射加工方法，可達到高精準度、高能量使用效率，以及高產能的目標。

本發明的一實施例提供一種雷射加工裝置，包括雷射單元及載台。雷射單元包括脈衝雷射光源、振鏡、遮罩及聚焦模組。脈衝雷射光源用以提供脈衝雷射光束。振鏡用以將脈衝雷射光束做轉向。遮罩用以接收脈衝雷射光束。遮罩具有延第一方向分佈的多個開口。多個開口用以使脈衝雷射光束經過。聚焦模組用以將經過多個開口的脈衝雷射光束，分別聚焦為沿第一方向分佈的多個雷射光斑。載台用以承載多個加工元件。多個加工元件在沿第一方向對應設置於多個雷射光斑分佈的位置。

本發明的一實施例提供一種雷射加工方法，包括提供包含加工元件陣列的第一基板。以第一方向延伸的雷射光斑照射第一基板上的加工元件陣列中的第一列加工元件。使第一列加工元件與第一基板分離並轉移至第二基板，以第一方向延伸的雷射光斑照射第一基板上的加工元件陣列中不相鄰的第二列加工元件。使第二列加工元件與第一基板分離並轉移至第二基板。形成中繼加工元件陣列，將第二基板依法線方向旋轉90度並上下面翻轉。以第一方向延伸的雷射光斑照射第二基板上的中繼加工元件陣列中的第一排加工元件，以第一方向延伸的雷射光斑照射第二基板上的中繼加工元件陣列中不相鄰的第二排加工元件，使第二排加工元件與第二基板分離並轉移至第三基板。

基於上述，在本發明實施例的雷射加工裝置及其方法中， 雷射加工裝置包括雷射單元及載台。雷射單元包括脈衝雷射光源、振鏡、遮罩及聚焦模組，脈衝雷射光源提供脈衝雷射光束，振鏡將脈衝雷射光束做轉向，遮罩接收脈衝雷射光束，遮罩具有延第一方向分佈的多個開口，多個開口用以使脈衝雷射光束經過。聚焦模組將經過多個開口的脈衝雷射光束，分別聚焦為沿第一方向分佈的多個雷射光斑。載台承載多個加工元件。此外，多個加工元件在沿第一方向對應設置於多個雷射光斑分佈的位置。如此，可提高精準度，增加高能量使用率，以及高產能目標。

100a、100b、100c、100d:雷射加工裝置

110:雷射單元

111:脈衝雷射光源

113:振鏡

115:遮罩

117:聚焦模組

120:載台，

122、122’:加工元件

122-1、122-2:中繼加工元件

130:控制器

140、150、160:基板

C1、C2、C3:行

D1:第一方向

D2:第二方向

H:間距

L:脈衝雷射光束

L2:間距

L1、L3a、L3b:長度

LS:雷射光斑

O:開口

R1a、R1b、R1c、R2a、R2b、R3、R4:照射範圍

r1、r2、r3、r4、r5:列

W1、W2:寬度

圖1是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。

圖2是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。

圖3A-3D是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的遮罩的上視示意圖。

圖4是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。

圖5是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的基板示意圖。

圖6是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。

圖7是根據圖5的一種雷射加工方法的基板上視示意圖。

圖1是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。雷射加工裝置100a包括雷射單元110以及載台120。雷射單元110包括脈衝雷射光源111、振鏡113、遮罩115以及聚焦模組117。脈衝雷射光源111用以提供脈衝雷射光束L。振鏡113用以將脈衝雷射光束L做轉向，而遮罩115用以接收脈衝雷射光束L。

遮罩115具有延第一方向D1分佈的多個開口O，比開口O略大的雷射脈衝光束L，沿第一方向D1依序掃多個開口，當雷射脈衝光束L穿過開口O時，各個開口O會依序亮起來。

開口O用以使脈衝雷射光束L經過。聚焦模組117用以將經過多個開口O的脈衝雷射光束L，分別聚焦為沿第一方向D1分佈的多個雷射光斑LS。

載台120用以承載基板(如第一基板140)上的多個加工元件122，加工元件122在沿第一方向D1對應設置於多個雷射光斑LS分佈的位置。

圖2是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。雷射加工裝置100b還包括控制單元130。控制單元130控制振鏡113連續性的轉動。

脈衝雷射光源111以按需脈衝(pulse on demand,PoD)的模式運行。按需脈衝模式可依據外部訊號做觸發，控制單元130可依據特定條件的達成，發送外部訊號至脈衝雷射光源111，使脈衝雷射光源111在特定時點發射出脈衝雷射光束L。

此處特定條件是指當振鏡113在連續性的轉動(等速度或等角速度或固定角加速度)的過程中，可使來自脈衝雷射光源111的脈衝雷射光束L，反射給特定開口O的方向，此時才觸發脈衝雷射光源111，脈衝雷射光束L可照射至特定開口O。

相較之下，具有固定頻率的重複脈衝，則需要另外以聲光調變器來對於重複脈衝做篩選，待振鏡的角度符合上述狀態時，才使某一脈衝能出射(否則將濾除，浪費功率)。

亦或是說，振鏡的角度須符合上述狀態時，重複脈衝中的某一脈衝不見得是恰好要發射，這導致振鏡必須停下來等待，待雷射脈衝發射後，再重新開始轉動(即是重新提供角加速度)至下一位置，然後停止轉動(即是提供負的角加速度)。因此，本發明的脈衝雷射光源111搭配使用按需脈衝(pulse on demand,PoD)的模式，振鏡113不需停下-擊發-轉動，如此，可縮短加工所需的時間。

在本實施例中，當脈衝雷射光源111在按需脈衝的模式，控制單元130驅動脈衝雷射光源111，在脈衝雷射光束L的投射範圍得以對準多個開口O時，脈衝雷射光源111放射脈衝雷射光束L。脈衝雷射光束L的投射範圍得以對準多個開口O，包括如圖3A-3D中所舉例，脈衝雷射光束L的照射範圍覆蓋開口O的態樣。

圖3A-3C是依照本發明的一實施例的一種雷射加工裝置的遮罩的上視示意圖。

如圖3A所示，振鏡113將脈衝雷射光束L轉向，使脈衝雷射光束L的照射範圍R1a覆蓋至少一個開口O。照射範圍R1a須完全覆蓋遮罩115上的開口O，即是照射範圍R1a完全覆蓋，而非僅僅只覆蓋開口O的部分，用以確保通過開口O的脈衝雷射光束L能完全呈現出開口O的形狀而沒有缺損，進而提高聚焦後的雷射光斑LS照射於加工元件122時的準確度與良率。

當振鏡113連續性的轉動，使脈衝雷射光束L在遮罩115上形成一長條狀的照射範圍R1b。長條狀的照射範圍R1b的長度L1小於兩倍的開口寬度W2，可減少被遮擋掉浪費的脈衝雷射光束L的雷射能量。

此外，在一實施例中，長條狀的照射範圍R1c相對於開口O可以是非對稱，能接受較大的觸發時間點誤差。相鄰的兩個開口之間的雷射光束照射範圍沿第一方向D1上的長度和(即L3a和L3b之和)，小於相鄰的兩個開口之間沿第一方向D1的節距L2的90%。相較於脈衝雷射光源111照射於相鄰兩開口O之間全部的節距，本技術減少照射節距中無效區域比例，可降低脈衝雷射光源111的功率消耗。

如圖3B所示，當振鏡113將脈衝雷射光束L轉向，使脈衝雷射光束L的照射範圍R2a沿第一方向D1依序覆蓋相鄰的多個開口O，在本實施例中，每一開口O的間距相等。例如：脈衝雷射光束L的照射範圍R2a依序覆蓋相鄰的任兩個開口O或是脈衝雷射光束L的照射範圍R2b沿第一方向D1依序覆蓋相鄰的任 三個開口O。因此，圖3B與圖3A的差異主要在於照射範圍的不同。

如圖3C所示，當振鏡113將脈衝雷射光束L轉向，使脈衝雷射光束L的照射範圍R3依序覆蓋不相鄰的多個開口O。

如此，在第一方向D1上，即使振鏡113連續性的轉動所產生的照射範圍，僅僅只是完全覆蓋開口O，而開口O與開口O之間沿第一方向D1的間距L2，依然有部分的範圍沒有被脈衝雷射光束L照射到。

因此，脈衝雷射光束L在第一方向D1上的照射範圍的長度L1只需比開口O在第一方向D1上的寬度W2大即可，不需相等於或超過開口O與開口O之間的間距L2的寬度。當沒有加工元件進行轉移時，將不會有多餘的脈衝雷射光束L照射在遮罩上，可有效降低能源的浪費。

如圖3D所示，當遮罩具有沿第二方向D2排列的多組開口O而每一組開口O具有沿第一方向D1分佈的多個開口O時，由於脈衝雷射光束L在遮罩上對各個開口O照射範圍R3都只需比開口的寬度大即可，不需相等於或超過開口與開口之間節距的寬度。在沒有加工元件進行轉移時，將不會有多餘的脈衝雷射光束照射在遮罩上，更可有效降低能源的浪費。其中，第一方向D1可與第二方向D2正交。

圖4是依照本發明的另一實施例的一種雷射加工裝置的示意圖。圖4與圖2的差異在於，聚焦模組117將經過多個開口 O的脈衝雷射光束L，分別聚焦為沿第一方向D1分佈的多個雷射光斑LS，而相鄰雷射光斑LS照射在非相鄰的加工元件122上，如此，在沿第一方向上分佈的多個雷射光斑LS，可針對特定的加工元件122進行照射，有效提高脈衝雷射光源111使用效率，增加量產產能。

如圖5所示，脈衝雷射光束L在經過開口O的定義，以及聚焦模組117的匯聚，雷射光斑LS的照射範圍R4在沿第一方向D1的寬度，能夠控制得比加工元件122沿第一方向D1的寬度W1小。如此，可減少脈衝雷射光束L照射在基板(如第一基板140)的現象，有效降低因脈衝雷射光束L照射在基板(如第一基板140)所造成的製程不確定性現象。

本發明的實施例提出一種加工方法，本發明的實施例的雷射加工方法可應用於上述各實施例中的雷射加工裝置，以下以應用於圖6的雷射加工裝置100d為例。請參照圖6至圖7。

如圖6以及圖7所示，本實施例的雷射加工方法包括下列步驟。提供一包含加工元件122陣列的第一基板140，以第一方向D1延伸的雷射光斑LS照射第一基板140上的加工元件122陣列中的第一列r1加工元件122。

使第一列r1加工元件122與第一基板140分離並轉移至第二基板150，以第一方向D1延伸的雷射光斑LS照射第一基板140上的所述加工元件122陣列中不相鄰的第二列r2加工元件122在第一基板140上。

使第二列r2加工元件122與第一基板140分離並轉移至第二基板150，形成一中繼加工元件陣列。第三列至第五列(r3~r5)採用相同方式。於第二基板150上可得多顆沿第一方向D1上分布排列的中繼加工元件122-1。

相較於第一基板140沿第二方向D2上的中繼加工元件122-1分布，在第二基板150上，每一列之間(r1~r5)沿第二方向D2可具有較大的間距，而沿第一方向D1上，中繼加工元件122-1之間的間距較小。

將第二基板150依法線方向法線旋轉90度並上下面翻轉，使第二基板150上每一列轉換成排，以第一方向D1延伸的雷射光斑LS照射第二基板150上的中繼加工元件陣列中的第一行C1中繼加工元件122-2。

再將新的第一行C1沿第一方向D1上連續的多顆中繼加工元件122-2自第二基板150取下，使新的第一行C1沿第一方向D1上連續的多顆中繼加工元件122-2轉移至第三基板160。

以第一方向D1延伸的雷射光斑LS照射第二基板150上的中繼加工元件陣列中不相鄰的第二行C2中繼加工元件122-2。將非相鄰的另一行C2晶片沿第一方向D1上連續的多顆中繼加工元件122-2自第二基板150上取下，使非相鄰的第二行C2中繼加工元件122-2沿第一方向D1上連續的多顆中繼加工元件122-2轉移至第三基板160。第三行C3沿第一方向D1上連續的多顆中繼加工元件122-2轉移採用相同方法。在本實施例中，列與行的走向 為正交。

本實施例中，脈衝雷射光源111為按需脈衝光束，並提供一遮罩115，用以接收脈衝雷射光束L，遮罩115具有沿第一方向D1分佈的多個開口O，而多個開口O用以使脈衝雷射光束L經過，在按需脈衝光束投射範圍得以對準開口O時，脈衝雷射光源111放射按需脈衝光束，脈衝雷射光源111放射按需脈衝光束利用雷射剝離技術(laser lift-off)，將加工元件自基板140上取下。

於第三基板160可得沿第一方向D1上連續的多顆加工元件122’經加工後形成的晶片排行(C1~C3)，而每一行之間沿第二方向D2上的間距H將符合目標基板上的間距。

本實施例的雷射加工方法的其他細節可參照上述各實施例中對雷射加工裝置的描述，在此不再重述。

綜上所述，本發明在實施例的雷射加工裝置及其方法中，脈衝雷射光源提供脈衝雷射光束。振鏡將脈衝雷射光束做轉向。遮罩接收脈衝雷射光束。遮罩上具有多個開口用以使脈衝雷射光束經過。聚焦模組用以將經過多個開口的脈衝雷射光束，分別聚焦為多個雷射光斑上。載台上的加工元件對應設置在雷射光斑分佈的位置。如此，可提高精準度，增加高能量使用率，以及高產能目標。

100a:雷射加工裝置

110:雷射單元

111:脈衝雷射光源

113:振鏡

115:遮罩

117:聚焦模組

120:載台

122:加工元件

L:脈衝雷射光束

D1:第一方向

O:開口

LS:雷射光斑

Claims (14)

1. 一種雷射加工裝置，包括：雷射單元，包括：脈衝雷射光源，用以提供脈衝雷射光束；振鏡，用以將所述脈衝雷射光束做轉向；遮罩，用以接收所述脈衝雷射光束，其中所述遮罩具有沿第一方向分佈的多個開口，而所述多個開口用以使所述脈衝雷射光束經過；以及聚焦模組，用以將經過所述多個開口的所述脈衝雷射光束，分別聚焦為沿所述第一方向分佈的多個雷射光斑；以及載台，用以承載多個加工元件，其中所述多個加工元件在沿所述第一方向對應設置於所述多個雷射光斑分佈的位置。
2. 如請求項1所述的雷射加工裝置，還包括控制單元，其中所述控制單元控制所述振鏡連續性的轉動，在按需脈衝的模式，所述控制單元驅動所述脈衝雷射光源，在所述脈衝雷射光束的投射範圍得以對準所述多個開口時，所述脈衝雷射光源放射所述脈衝雷射光束。
3. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中所述振鏡將所述脈衝雷射光束轉向，使所述脈衝雷射光束的第一照射範圍覆蓋至少一個所述多個開口。
4. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中所述振鏡將所述脈衝雷射光束轉向，使所述脈衝雷射光束的第二照射範圍沿所述第一方向依序覆蓋相鄰的所述多個開口。
5. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中所述振鏡將所述脈衝雷射光束轉向，使所述脈衝雷射光束的第三照射範圍依序覆蓋不相鄰的所述多個開口。
6. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中所述振鏡連續性的轉動，使所述脈衝雷射光束在所述遮罩上形成一長條狀的第四照射範圍。
7. 如請求項6所述的雷射加工裝置，其中所述第四照射範圍的長度小於兩倍的所述多個開口的開口寬度。
8. 如請求項6所述的雷射加工裝置，其中所述第四照射範圍相對於所述開口非對稱。
9. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中所述多個開口所對應產生的所述多個雷射光斑，對應多個依序不相鄰的所述多個加工元件。
10. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中所述遮罩具有沿著第二方向排列的多組開口，每一組開口具有沿所述第一方向分佈的多個開口。
11. 一種雷射加工方法，包括：提供一包含加工元件陣列的第一基板，以第一方向延伸的雷射光斑照射所述第一基板上的所述加工元件陣列中的第一列加工 元件；使所述第一列加工元件與所述第一基板分離並轉移至第二基板，以所述第一方向延伸的所述雷射光斑照射第一基板上的所述加工元件陣列中不相鄰的第二列加工元件；使所述第二列加工元件與所述第一基板分離並轉移至所述第二基板，形成一中繼加工元件陣列；將所述第二基板依法線方向法線旋轉90度並上下面翻轉，以所述第一方向延伸的所述雷射光斑照射所述第二基板上的所述中繼加工元件陣列中的第一排加工元件，以所述第一方向延伸的所述雷射光斑照射所述第二基板上的所述中繼加工元件陣列中不相鄰的第二排加工元件；以及使所述第二排加工元件與所述第二基板分離並轉移至第三基板。
12. 如請求項11所述的雷射加工方法，其中所述雷射光斑的脈衝雷射光源為按需脈衝光束，並提供一遮罩，用以接收脈衝雷射光束，其中所述遮罩具有沿所述第一方向分佈的多個開口，而所述多個開口用以使所述脈衝雷射光束經過，在所述按需脈衝光束投射範圍得以對準所述開口時，所述脈衝雷射光源放射所述按需脈衝光束。
13. 如請求項11所述的雷射加工方法，其中列與排的走向為正交。
14. 如請求項11所述的雷射加工方法，其中以所述第一方向延伸的所述雷射光斑照射所述第一基板時，相鄰的所述雷射光斑照射在位於第一列/第一排中非相鄰的所述加工元件位置。