JP7785488B2 - Method and apparatus for performing laser ablation - Google Patents
Method and apparatus for performing laser ablationInfo
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Description
本発明は、特にファインメタルメッシュを形成するための、レーザアブレーションを実行するための方法および装置に関するものである。 The present invention relates to methods and apparatus for performing laser ablation, particularly for forming fine metal mesh.
ファインメタルメッシュ(FMM)は、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイの製造に使用される。具体的には、ディスプレイの製造でOLED蒸着マスクとして使用される。FMMは、OLED分子がディスプレイ上のどこに堆積されるかを画定し、最終的にOLEDディスプレイの解像度を決定する。 Fine metal mesh (FMM) is used in the manufacture of organic light-emitting diode (OLED) displays. Specifically, it is used as an OLED deposition mask in display manufacturing. The FMM defines where the OLED molecules are deposited on the display, ultimately determining the resolution of the OLED display.
ファインメタルメッシュを製造するための現在の技術には、フォトリソグラフィーおよび電鋳プロセスが含まれる。しかしながら、そのようなプロセスのコストは高く、そのような技術を使用して製造されたFMMを使用するOLEDディスプレイの解像度は、通常、600ピクセル/インチ(ppi)未満である。最新のアプリケーション、例えば携帯電話およびバーチャルリアリティのヘッドセットは、より高い解像度、例えば1000ppi以上の解像度が要求される。フォトリソグラフィーおよび電鋳プロセスによって製造されたFMMは、このような高解像度を達成するのに苦労している。 Current technologies for manufacturing fine metal meshes include photolithography and electroforming processes. However, the costs of such processes are high, and the resolution of OLED displays using FMMs manufactured using such techniques is typically less than 600 pixels per inch (ppi). Modern applications, such as mobile phones and virtual reality headsets, require higher resolutions, e.g., 1000 ppi or higher. FMMs manufactured by photolithography and electroforming processes struggle to achieve such high resolutions.
FMMを製造するための他の従来技術は、単一のレーザビームを複数のレーザビームに分割し、これらのレーザビームを基板の表面を横切って走査して、アブレーションによってFMMを形成することを含む。このような技術は通常、フェムト秒パルス赤外線レーザを使用する。しかしながら、そのような技術は、複数のレーザビームを得るために複雑な投影光学系を必要とする。不可能ではないにしても、この技術を数千のレーザビームにスケールアップすることは困難であるため、この方法でFMMを製造できる速度は制限される。このようなシステムは、10μmのクリティカルディメンジョンと数百ドット/インチ(dpi)の解像度を有する開口部を備えたFMMを製造することができる。 Other conventional techniques for fabricating FMMs involve splitting a single laser beam into multiple laser beams and scanning these laser beams across the surface of a substrate to form the FMM by ablation. Such techniques typically use femtosecond pulsed infrared lasers. However, such techniques require complex projection optics to capture the multiple laser beams. Scaling this technique to thousands of laser beams is difficult, if not impossible, limiting the rate at which FMMs can be fabricated this way. Such systems are capable of fabricating FMMs with apertures having critical dimensions of 10 μm and resolutions of hundreds of dots per inch (dpi).
本開示の実施形態は、上記で論じた問題の1つ以上および/または他の問題に少なくとも部分的に対処することを目的としている。 Embodiments of the present disclosure are intended to at least partially address one or more of the problems discussed above and/or other problems.
本発明の一態様によれば、レーザアブレーションを実施する方法であって、マスクを通して、マスクによって画定されるアブレーションパターンの一部を材料層上に画像化するために、紫外線レーザビームを方向付けるステップと、アブレーションパターンの異なる部分を層の異なるそれぞれの領域上に順次画像化し、それにより、アブレーションパターンに対応する構造を層にアブレーションするために、マスク上でレーザビームを走査するステップとを含み、レーザビームは、20ピコ秒未満のパルス長を有する超高速パルスレーザビームを含む、方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method of performing laser ablation, comprising: directing an ultraviolet laser beam through a mask to image a portion of an ablation pattern defined by the mask onto a material layer; and scanning the laser beam over the mask to sequentially image different portions of the ablation pattern onto different respective regions of the layer, thereby ablating structures in the layer corresponding to the ablation pattern, wherein the laser beam comprises an ultrafast pulsed laser beam having a pulse length of less than 20 picoseconds.
したがって、マスクが形成されるアブレーションパターンを画定する方法が提供される。アブレーションパターンは、マスク内の複数の透明領域によって画定することができる。上記の従来技術と比較した場合、単一のレーザビームを使用して、マスク内の複数の透明領域を同時に照射し、それにより、アブレーションされる材料層内の対応する多数のフィーチャーのアブレーションに寄与することができる。これは、複雑なビーム分割およびバランス調整用光学系を必要とせずに達成され、非常に多数のフィーチャーの同時処理を達成するためにスケーリングすることができる。レーザ出力はアブレーションパターンの多くの異なるフィーチャーにわたって分散できるため、高いレーザ出力を使用できる。高出力レーザを使用すると、高スループットが促進される。紫外線照射を使用することで、リーズナブルな運用コストで高い空間分解能を実現できる。(レーザから直接個々のビームスポットを介してではなく)マスクを使用してアブレーションパターンを画定すると、マスクを照射するために使用されるレーザビームの要件を緩和しながら、アブレーションパターンを高精度で画定できる。レーザは、比較的低い解像度でマスク上を簡単に「流す」ことができる。 Thus, a method is provided for defining an ablation pattern formed by a mask. The ablation pattern can be defined by multiple transparent regions within the mask. Compared to the prior art described above, a single laser beam can be used to simultaneously illuminate multiple transparent regions within the mask, thereby contributing to the ablation of a correspondingly large number of features within the material layer being ablated. This is achieved without the need for complex beam-splitting and balancing optics and can be scaled to achieve simultaneous processing of a very large number of features. High laser powers can be used because the laser power can be distributed across many different features of the ablation pattern. The use of high-power lasers promotes high throughput. The use of ultraviolet illumination allows for high spatial resolution at reasonable operating costs. Defining the ablation pattern using a mask (rather than via individual beam spots directly from the laser) allows for high-precision definition of the ablation pattern while easing the requirements of the laser beam used to illuminate the mask. The laser can be easily "swept" across the mask with relatively low resolution.
一実施形態では、アブレーションパターンに対応する構造は、開口部の規則的なアレイを含む。開口部はすべて、略同じサイズおよび形状を有することができる。したがって、アブレーションパターンを使用してFMMを形成することができる。 In one embodiment, the structure corresponding to the ablation pattern includes a regular array of openings. The openings may all have approximately the same size and shape. Thus, the ablation pattern may be used to form an FMM.
一実施形態では、アブレーションパターンの画像化部分は、層内に複数の開口部を形成することに寄与する。各々の画像化部分に対応する複数の開口部は、少なくとも100個の開口部を含むことができる。したがって、レーザパルスエネルギーは、複雑なビーム分割とバランス調整を必要とせずに、少なくとも100個の開口部にわたって拡散される。さらに、一実施形態では、アブレーションパターンの異なる部分の連続的な画像化は、層内に少なくとも100000個の開口部を形成することに寄与することができる。したがって、マスク上でレーザビームを走査するだけで、形成される開口部の数を大幅に増やすことができる。このアプローチは、単一のマスクを使用して、500000個を超える開口部、750000個を超える開口部、または100万個を超える開口部でさえ処理するようにスケールアップできる。 In one embodiment, the imaging portion of the ablation pattern contributes to forming multiple openings in the layer. The multiple openings corresponding to each imaging portion can include at least 100 openings. Thus, the laser pulse energy is spread across at least 100 openings without the need for complex beam splitting and balancing. Furthermore, in one embodiment, sequential imaging of different portions of the ablation pattern can contribute to forming at least 100,000 openings in the layer. Thus, the number of openings formed can be significantly increased simply by scanning the laser beam over the mask. This approach can be scaled up to process more than 500,000 openings, more than 750,000 openings, or even more than 1 million openings using a single mask.
一実施形態では、開口部の各々は、レーザビームの下流方向に減少する断面積を有するようにテーパ状になっている。次に、方向付けするステップおよび走査するステップを複数のマスクパターンに対して繰り返すことができ、各々のマスクパターンは、異なる深さでのテーパ状開口部の断面積を画定する。このアプローチにより、テーパ状開口部のプロファイルを効率的かつ高精度に制御できる。FMMの開口部のテーパを最適化すると、OLED分子のパターンの堆積中のパターンエッジのぼやけを最小限に抑えることで、FMMを使用するOLED製造プロセスのパフォーマンスを向上させることができる。典型的には、FMMのテーパ状の開口部は、OLED分子が上に堆積する基板に面するように(すなわち、基板から外側に開くように)配置される。テーパの角度を制御することで、高解像度で(許容されるテーパの最大量を制限する可能性がある)空間的に正確なFMMの提供と、(一般的に、テーパの量を増やすことで改善できる)FMMの開口部の側壁との望ましくない相互作用(衝突)によるOLED分子軌道のリダイレクトの最小化との間で最適なバランスを実現できる。 In one embodiment, each of the openings is tapered to have a cross-sectional area that decreases in the downstream direction of the laser beam. The directing and scanning steps can then be repeated for multiple mask patterns, each defining a cross-sectional area of the tapered opening at a different depth. This approach allows for efficient and precise control of the tapered opening profile. Optimizing the taper of the FMM openings can improve the performance of OLED fabrication processes that use FMMs by minimizing blurring of the pattern edges during deposition of the OLED molecule pattern. Typically, the tapered openings of the FMM are positioned to face the substrate onto which the OLED molecules are deposited (i.e., open outward from the substrate). Controlling the taper angle allows for an optimal balance between providing a spatially precise FMM with high resolution (which can potentially limit the maximum amount of taper allowed) and minimizing redirection of OLED molecular orbitals due to undesired interactions (collisions) with the sidewalls of the FMM opening (which can generally be improved by increasing the amount of taper).
上記のように、層は、(例えば、FMMを形成するために)金属層を含むことができる。金属層は、FMMの目的に応じて様々な組成を有することができる。金属層は、例えば、インバーなどの非常に低い熱膨張係数を有する材料から形成することができる。非金属材料を含む他の材料も使用することができる。層は、例えば、誘電体材料および/またはポリマーを含むことができる。 As noted above, the layer may include a metal layer (e.g., to form an FMM). The metal layer may have a variety of compositions depending on the purpose of the FMM. The metal layer may be formed from a material with a very low coefficient of thermal expansion, such as Invar. Other materials, including non-metallic materials, may also be used. The layer may include, for example, a dielectric material and/or a polymer.
一実施形態では、構造は、OLEDベースのディスプレイの製造中にOLED分子を堆積させるための蒸着マスクの一部を含む。したがって、本開示のレーザアブレーションを実行する方法を使用して蒸着マスクを形成し、得られた蒸着マスクを使用して、蒸着マスクによって画定されるパターンで有機発光分子を堆積させる、OLED分子を堆積させる方法を提供することができる。 In one embodiment, the structure comprises part of a deposition mask for depositing OLED molecules during the manufacture of an OLED-based display. Thus, a method for depositing OLED molecules can be provided in which the disclosed method for performing laser ablation is used to form a deposition mask, and the resulting deposition mask is used to deposit organic light-emitting molecules in a pattern defined by the deposition mask.
本発明の別の一態様によれば、レーザアブレーションを実施するための装置であって、
20ピコ秒未満のパルス長を有する超高速パルスレーザビームを生成するように構成された紫外線レーザと、アブレーションパターンを画定するマスクと、マスクを通してレーザビームを方向付けて、アブレーションパターンの一部を材料層上に画像化するように構成された光学システムと、マスク上でレーザビームを走査して、アブレーションパターンの異なる部分を層上に順次画像化し、それにより、アブレーションパターンに対応する構造を層内にアブレーションするように構成された走査装置とを含む、装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for performing laser ablation, comprising:
An apparatus is provided that includes an ultraviolet laser configured to generate an ultrafast pulsed laser beam having a pulse length of less than 20 picoseconds, a mask that defines an ablation pattern, an optical system configured to direct the laser beam through the mask to image a portion of the ablation pattern onto a material layer, and a scanning device configured to scan the laser beam over the mask to sequentially image different portions of the ablation pattern onto the layer, thereby ablating structures in the layer that correspond to the ablation pattern.
ここで、本発明の実施形態を、例としてのみ、添付の図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:
図1は、レーザアブレーションを実行するための例示的な装置2を示している。装置2は、超高速パルスレーザビーム8を提供するように構成された紫外線レーザ6を使用する。超高速パルスレーザビーム8は、20ピコ秒未満、任意選択で15ピコ秒未満、任意選択で10ピコ秒未満、任意選択で8ピコ秒未満、任意選択で6ピコ秒未満、任意選択で5ピコ秒未満のパルス長を有する。(図2に示される)アブレーションパターン18を画定するマスク10が提供される。処理される材料層4は、支持体12(例えば、基板)上に提供される。支持体12は、支持体12をレーザビーム8の下の異なる位置にステッピングさせるための可動テーブル(図示せず)上に提供することができる。マスク10を通して層4上にレーザビーム8を方向付ける光学システム13が提供される。光学システム13は、アブレーションパターン18の一部を層4上に画像化する。 FIG. 1 illustrates an exemplary apparatus 2 for performing laser ablation. The apparatus 2 uses an ultraviolet laser 6 configured to provide an ultrafast pulsed laser beam 8. The ultrafast pulsed laser beam 8 has a pulse length of less than 20 picoseconds, optionally less than 15 picoseconds, optionally less than 10 picoseconds, optionally less than 8 picoseconds, optionally less than 6 picoseconds, and optionally less than 5 picoseconds. A mask 10 defining an ablation pattern 18 (shown in FIG. 2) is provided. A material layer 4 to be processed is provided on a support 12 (e.g., a substrate). The support 12 may be provided on a movable table (not shown) for stepping the support 12 to different positions under the laser beam 8. An optical system 13 is provided to direct the laser beam 8 through the mask 10 onto the layer 4. The optical system 13 images a portion of the ablation pattern 18 onto the layer 4.
走査装置14は、マスク10上でレーザビーム8を走査して、マスク10によって画定されるアブレーションパターン18の異なる部分を、層4の異なるそれぞれの領域に順次画像化する。それによってアブレーションパターンに対応する構造が、層4内にアブレーションされる。レーザビーム8は、通常、(例えば、適切な走査光学系による)レーザ6またはマスク10の対応する動きなしにマスク10上を走査される。 The scanning device 14 scans the laser beam 8 over the mask 10 to sequentially image different portions of the ablation pattern 18 defined by the mask 10 onto different respective areas of the layer 4, thereby ablating structures corresponding to the ablation pattern into the layer 4. The laser beam 8 is typically scanned over the mask 10 without corresponding movement of the laser 6 or the mask 10 (e.g., by appropriate scanning optics).
紫外線波長の使用により、複雑なおよび/または高価な光学系を必要とせずに、高解像度で層4内に構造を形成することができる。通常、最高1000dpiの解像度が形成され、これには、例えば、約3μm以下のクリティカルディメンジョンを有するくぼみまたは開口部などのフィーチャーが含まれる。 The use of ultraviolet wavelengths allows structures to be formed in layer 4 with high resolution without the need for complex and/or expensive optics. Typically, resolutions up to 1000 dpi are formed, including features such as depressions or openings with critical dimensions of about 3 μm or less.
装置2は、装置2の全体的な動作を制御するためのコントローラ15をさらに含むことができる。コントローラ15は、(例えば、レーザがいつオンおよびオフになるかを制御するため、および/または1パルスあたりのエネルギーまたはパルス繰り返し率などのレーザのパラメータを変更するために)レーザ6、走査装置14、および(例えば、焦点高さを制御するために)光学システム13、ならびに(例えば、可動テーブルおよび関連するモータを介して)レーザ6に対する支持体12の移動の操作を制御することができる。 Apparatus 2 may further include a controller 15 for controlling the overall operation of apparatus 2. Controller 15 may control operation of laser 6 (e.g., to control when the laser is on and off and/or to change parameters of the laser such as energy per pulse or pulse repetition rate), scanning device 14, and optical system 13 (e.g., to control focal height), as well as movement of support 12 relative to laser 6 (e.g., via a movable table and associated motors).
一実施形態では、装置2は、マスク10から下流の(例えば、レンズを含む)光学系16をさらに含む。光学系16は、マスク10からのレーザ放射8を層4上に集束させることができる。一実施形態では、光学系16は、マスク10と層4との間に縮小を提供する。したがって、アブレーションによって層4上に形成されるフィーチャーは、マスク10内の対応するフィーチャーよりも小さい。このアプローチにより、マスク10でより広い面積にわたってレーザエネルギーを分配しながら、層4内に高解像度パターンを形成することができる。したがって、レーザエネルギー密度(フルエンス)は、マスク10では、そうでない場合よりも低くなる。これにより、より高いレーザパルスエネルギーおよびより高いレーザ出力を使用することが可能になり、これは、マスク10に損傷を与えるリスクなしにスループットを向上させる。さらに、マスク10は、層4で必要とされるパターンよりも低い解像度で製造することができ、これによりマスク10の製造が容易になる。 In one embodiment, the apparatus 2 further includes an optical system 16 (e.g., including a lens) downstream from the mask 10. The optical system 16 can focus the laser radiation 8 from the mask 10 onto the layer 4. In one embodiment, the optical system 16 provides demagnification between the mask 10 and the layer 4. Thus, features formed on the layer 4 by ablation are smaller than corresponding features in the mask 10. This approach allows for high-resolution patterns to be formed in the layer 4 while distributing the laser energy over a larger area in the mask 10. Therefore, the laser energy density (fluence) is lower in the mask 10 than it would otherwise be. This allows for higher laser pulse energies and higher laser powers to be used, which improves throughput without risking damage to the mask 10. Furthermore, the mask 10 can be fabricated with a lower resolution than the pattern required in the layer 4, thereby facilitating the manufacture of the mask 10.
いくつかの実施形態では、マスク10のアブレーションパターンに対応する層4内のアブレーション生成構造は、層4の開口部の規則的なアレイを含む。層4のアレイのピッチは、非常に小さく、例えば10ミクロン以下にすることができる。開口部の少なくとも1つのサブセットのすべては、略同じサイズおよび形状を有する、および/または別の方法で、OLEDベースのディスプレイの製造に使用するためのFMMの全部または一部を形成するのに適した方法で構成することができる。図2は、そのようなアブレーションパターンを形成するための例示的なマスク10の上面図である。この例におけるマスク10は、透明領域20の規則的なアレイを含む。各々の透明領域20は、層4に形成されるそれぞれの開口部に対応する。マスク10上の透明領域20のピッチは、通常、縮小により層4内の対応する開口部のピッチよりも大きい。説明を容易にするために、図2のマスク10は、比較的少数の透明領域20のみを含む。実際には、マスクごとにより多く(例えば、以下に説明するように、100000以上)の透明領域20が提供される可能性が高い。 In some embodiments, the ablation-generating structure in layer 4 corresponding to the ablation pattern of mask 10 comprises a regular array of openings in layer 4. The pitch of the array in layer 4 can be very small, e.g., 10 microns or less. All of at least a subset of the openings can have substantially the same size and shape and/or be otherwise configured in a manner suitable for forming all or part of an FMM for use in manufacturing OLED-based displays. FIG. 2 is a top view of an exemplary mask 10 for forming such an ablation pattern. In this example, mask 10 comprises a regular array of transparent regions 20. Each transparent region 20 corresponds to a respective opening formed in layer 4. The pitch of the transparent regions 20 on mask 10 is typically larger than the pitch of the corresponding openings in layer 4 due to shrinkage. For ease of illustration, mask 10 in FIG. 2 includes only a relatively small number of transparent regions 20. In practice, many more transparent regions 20 (e.g., 100,000 or more, as described below) will likely be provided per mask.
いくつかの実施形態では、マスク10内のアブレーションパターン18の各々の画像化部分は、層4内に複数の開口部を形成することに寄与する。複数の開口部は、好ましくは、少なくとも100個の開口部を含むことができる。例えば、層4内の各々の開口部は、マスク10上の対応する透明領域20を通してレーザ放射を方向付けることによって(部分的または完全に)形成することができ、アブレーションパターン18の画像化部分は、マスク10上の複数(例えば、100以上)のそのような透明領域20を同時に照射することによって形成することができる。このように多数の透明領域20を同時に照射することにより、同時に層4内の多数の開口部の形成に寄与することが可能である。これにより、利用可能なレーザパルスエネルギーを最大限に活用し、スループットを向上させることができる。走査するステップと組み合わせると、非常に多くの開口部をすばやく形成することができる。アブレーションパターンの異なる部分の連続的な画像化は、例えば、それぞれが少なくとも100個の開口部に寄与するアブレーションパターンの1000個以上の部分を介して、層内に少なくとも10000個の開口部を形成することに寄与することができる。 In some embodiments, each imaged portion of the ablation pattern 18 in the mask 10 contributes to forming multiple openings in the layer 4. The multiple openings preferably include at least 100 openings. For example, each opening in the layer 4 can be formed (partially or completely) by directing laser radiation through a corresponding transparent region 20 on the mask 10, and the imaged portion of the ablation pattern 18 can be formed by simultaneously irradiating multiple (e.g., 100 or more) such transparent regions 20 on the mask 10. Simultaneous illumination of multiple transparent regions 20 in this manner can simultaneously contribute to the formation of multiple openings in the layer 4. This maximizes the use of available laser pulse energy and increases throughput. When combined with a scanning step, a very large number of openings can be rapidly formed. Sequential imaging of different portions of the ablation pattern can contribute to the formation of at least 10,000 openings in the layer, for example, through 1,000 or more portions of the ablation pattern, each contributing at least 100 openings.
図2に概略的に示される例では、マスク10によって画定されるアブレーションパターン18は、正方形の透明領域20のアレイを含む。他の実施形態では、透明領域20は、他の形状を有して、それにより、層4内に異なる形状のフィーチャーまたは開口部を形成することができる。透明領域20は、例えば、長方形、円形、または楕円形とすることができる。 In the example shown schematically in FIG. 2, the ablation pattern 18 defined by the mask 10 includes an array of square transparent regions 20. In other embodiments, the transparent regions 20 can have other shapes, thereby forming differently shaped features or openings in the layer 4. The transparent regions 20 can be, for example, rectangular, circular, or elliptical.
図3は、(レーザ6から見た)走査するステップ中のマスク10上のレーザビームスポット9の例示的な走査経路22を示している。レーザビームスポット9は、任意の所与の時間にレーザビーム8によって照射され、その時点で層4上に画像化されるアブレーションパターンの対応する部分(「画像化部分」)を画定するマスク10の部分である。走査経路22は、ラスター走査として説明することができる。他の走査経路を使用してもよい。走査経路22は、層4内で構造が必要とされない領域を回避するように適合することができる。走査経路22は、使用されるレーザ6の性質(例えば、出力および/またはマスク10でのスポットサイズ9)、マスク10内のアブレーションパターン18、および/または層4の特性などの他の要因を追加的または代替的に考慮することができる。 3 shows an exemplary scanning path 22 of the laser beam spot 9 on the mask 10 during the scanning step (as viewed by the laser 6). The laser beam spot 9 is the portion of the mask 10 that is illuminated by the laser beam 8 at any given time and defines the corresponding portion of the ablation pattern (the "imaged portion") that is imaged onto the layer 4 at that time. The scanning path 22 can be described as a raster scan. Other scanning paths may also be used. The scanning path 22 can be adapted to avoid areas in the layer 4 where no structure is required. The scanning path 22 can additionally or alternatively take into account other factors, such as the nature of the laser 6 used (e.g., power and/or spot size 9 on the mask 10), the ablation pattern 18 in the mask 10, and/or the properties of the layer 4.
図4は、マスク10(例えば、開口部の正方形アレイ)によって画定されたアブレーションパターン18に対応する構造24の層4内へのアブレーション後の層4の上面図である。構造24は、マスク10上での単一の走査によって、またはマスク上での複数の走査によって形成することができる。例えば、マスク10上の第1の走査において、構造のフィーチャーの少なくとも1つのサブセットは、層4を通してそれらの意図された深さの一部のみまでアブレーションされ、それにより、部分的に形成されたフィーチャーを提供することができる。走査プロセスを繰り返すことにより、各々の部分的に形成されたフィーチャーが完全に形成されるまで(例えば、開口部が層4を完全に貫通して延在するようにさせるために)、各々の部分的に形成されたフィーチャーを複数回照射することができる。このアプローチは、有利には、連続するアブレーションプロセス間で熱を放散させ、それにより、アブレーションの標的領域の外側の領域への望ましくない損傷を防ぐのに役立てることができる。一実施形態では、レーザビームスポット9は、図3を参照して上で論じたように走査経路22に沿って複数回走査される。複数の走査は、プロセス中にマスク10と層4との間に相対的な動きが提供されることなく実行することができる。 FIG. 4 is a top view of layer 4 after ablation into layer 4 of structures 24 corresponding to the ablation pattern 18 defined by mask 10 (e.g., a square array of openings). Structures 24 can be formed by a single scan across mask 10 or by multiple scans across the mask. For example, in a first scan across mask 10, at least a subset of the features of the structures can be ablated through layer 4 to only a portion of their intended depth, thereby providing partially formed features. By repeating the scanning process, each partially formed feature can be irradiated multiple times until it is fully formed (e.g., so that the openings extend completely through layer 4). This approach can advantageously help dissipate heat between successive ablation processes, thereby preventing undesired damage to areas outside the ablation target area. In one embodiment, laser beam spot 9 is scanned multiple times along scan path 22, as discussed above with reference to FIG. 3. The multiple scans can be performed without providing relative motion between mask 10 and layer 4 during the process.
図4に示されるように、1つのマスク10によって提供されるアブレーションパターン18に対応する構造24は、処理される層4の小さな部分のみをカバーすることができる。したがって、この方法を繰り返して、層4の他の必要な部分を処理することができる。一実施形態では、ステップアンドスキャンプロセスが使用され、それによって、構造24が、マスク10に対して第1の位置に提供される層4で形成される。次に、層4をマスク10に対して第2の位置に移動させるために(通常、層4を移動し、マスク10および光学系16を所定の位置に維持したままにすることによって)、層4とマスク10との間に相対運動が提供され、走査プロセスが繰り返されて、前に形成されたインスタンスに隣接する構造24の別のインスタンスを形成する。次に、このプロセスを繰り返して、層4全体を処理することができる。したがって、層4上の複数の異なる位置でアブレーションパターンに対応する構造をアブレーションするために、上記の方向付けするステップおよび走査するステップを、マスク10に対する層4の複数の異なる位置に対して繰り返し、それにより、層4をステッピングすることなしに可能であるよりもはるかに大きな構造を層4に構築することができる。 As shown in FIG. 4, the structure 24 corresponding to the ablation pattern 18 provided by one mask 10 may cover only a small portion of the layer 4 being processed. Therefore, this method can be repeated to process other required portions of the layer 4. In one embodiment, a step-and-scan process is used, whereby the structure 24 is formed in the layer 4 provided at a first position relative to the mask 10. Relative motion is then provided between the layer 4 and the mask 10 to move the layer 4 to a second position relative to the mask 10 (typically by moving the layer 4 while keeping the mask 10 and optics 16 in place), and the scanning process is repeated to form another instance of the structure 24 adjacent to the previously formed instance. This process can then be repeated to process the entire layer 4. Thus, the above orienting and scanning steps are repeated for multiple different positions of the layer 4 relative to the mask 10 to ablate structures corresponding to the ablation pattern at multiple different locations on the layer 4, thereby allowing much larger structures to be built in the layer 4 than would be possible without stepping the layer 4.
一実施形態では、図5~図7に示されるように、アブレーションによって形成された構造24の開口部25の各々は、レーザビーム8の下流方向に減少する断面積を有するようにテーパ状になっている。一実施形態では、テーパは、マスク10を通してレーザビーム8を層4上に方向付けることと、複数の異なるマスクパターンに対してマスク10上でレーザビーム8を走査することとを繰り返すことによって制御され、各々のマスクパターンは、異なる深さでのテーパ状の開口部25の断面領域を画定する。例えば、第1のマスクパターンは、層4に形成されるそれぞれの複数の開口部25に対応する第1の複数の透明領域20を備えてもよく、第2のマスクパターンは、同じそれぞれの複数の開口部25に対応する第2の複数の透明領域20を備えてもよく、第3のマスクパターンは、同じそれぞれの複数の開口部25に対応する第3の複数の透明領域20を備えてもよく、第1のマスクパターンの透明領域20は、第2のマスクパターンの透明領域20よりも大きく、第2のマスクパターンの透明領域は、第3のマスクパターンの透明領域20よりも大きい。第1のマスクパターンを使用した処理の例示的な結果は、直径26を有する浅いくぼみが形成される図5に概略的に示されている。第2のマスクパターンを使用した処理の例示的な結果は、くぼみが深められ、より狭い直径28を有する図6に概略的に示されている。第3のマスクパターンを使用した処理の例示的な結果は、アブレーションが層4を貫通し、くぼみ25の最も深い点で直径30のテーパ状開口部25を形成した図7に概略的に示されている。第1、第2、および第3のマスクパターンの透明領域のサイズの変化は、テーパに沿った異なる点で直径26、28、および30に影響を与えるため、テーパプロファイルを高精度で制御できる。 In one embodiment, as shown in FIGS. 5-7 , each of the openings 25 in the ablated structure 24 is tapered to have a cross-sectional area that decreases downstream of the laser beam 8. In one embodiment, the taper is controlled by repeatedly directing the laser beam 8 onto the layer 4 through a mask 10 and scanning the laser beam 8 over the mask 10 for a plurality of different mask patterns, each mask pattern defining a cross-sectional area of the tapered openings 25 at a different depth. For example, a first mask pattern may include a first plurality of transparent regions 20 corresponding to each of the openings 25 formed in the layer 4, a second mask pattern may include a second plurality of transparent regions 20 corresponding to the same respective openings 25, and a third mask pattern may include a third plurality of transparent regions 20 corresponding to the same respective openings 25, with the transparent regions 20 of the first mask pattern being larger than the transparent regions 20 of the second mask pattern, which in turn are larger than the transparent regions 20 of the third mask pattern. An exemplary result of processing using a first mask pattern is shown schematically in FIG. 5, where a shallow depression having a diameter 26 is formed. An exemplary result of processing using a second mask pattern is shown schematically in FIG. 6, where the depression is deepened and has a narrower diameter 28. An exemplary result of processing using a third mask pattern is shown schematically in FIG. 7, where ablation has penetrated layer 4, forming a tapered opening 25 with a diameter 30 at the deepest point of depression 25. Varying the size of the transparent regions in the first, second, and third mask patterns affects the diameters 26, 28, and 30 at different points along the taper, allowing for precise control of the taper profile.
異なるそれぞれのアブレーションパターンを画定する複数のマスクパターンに対して方向付けするステップと走査するステップとを繰り返すアプローチは、形成される構造が開口部の規則的な配列であり、異なるアブレーションパターンが開口部の異なる深さに対応する場合に限定されない。このアプローチは、異なる構造またはより複雑な構造に適用され得る。このアプローチは、くぼみまたは開口部の深さの関数として、層4内のくぼみまたは開口部の形状を制御することに利点がある場合はいつでも有用である。深さの関数として形状の制御を達成するために、通常、方向付けするステップと走査するステップの繰り返しは、層4の同じまたは重複する領域に異なるレーザアブレーションパターンの適用をもたらすことが望ましいであろう。典型的には、これは、マスク10と層4との間の相対位置を変更することなく、例えばそれが毎回処理される層4の同じ部分になるように、方向付けおよび走査を繰り返すことを含むであろう。複数のマスクパターンは、図8に概略的に示されるように、別個のマスク101、102、および103上に、または図9に概略的に示されるように、同じマスク10上の異なる領域10A、10B、10Cとして提供することができる。 The approach of repeating the directing and scanning steps for multiple mask patterns defining different respective ablation patterns is not limited to cases where the structure being formed is a regular array of openings, with different ablation patterns corresponding to different opening depths. This approach can be applied to different or more complex structures. This approach is useful whenever it is advantageous to control the shape of the depressions or openings in layer 4 as a function of the depression or opening depth. To achieve control of shape as a function of depth, it will usually be desirable for the repeated directing and scanning steps to result in the application of different laser ablation patterns to the same or overlapping regions of layer 4. Typically, this will involve repeating the directing and scanning without changing the relative position between mask 10 and layer 4, e.g., so that it is the same portion of layer 4 being processed each time. The multiple mask patterns can be provided on separate masks 101, 102, and 103, as shown schematically in FIG. 8, or as different regions 10A, 10B, and 10C on the same mask 10, as shown schematically in FIG. 9.
テーパを制御するための他のアプローチは、上記と組み合わせて、または代替として使用することができる。例えば、一クラスの実施形態では、テーパは、マスク10上へのレーザビーム8のフルエンス(パルスエネルギー密度-レーザパルスのエネルギーをレーザパルスが照射している面積で割ったもの)を制御することによって少なくとも部分的に制御される。例えば、レーザビーム8は、マスク10上で複数回走査することができ、走査のうちの少なくとも2つは、異なるフルエンスで実行される。層4に入射するときのレーザビーム8のフルエンスは、層内のアブレーションされたポケットの壁のテーパ角度に影響を与える。フルエンスが高いほど、テーパ角度が小さくなる(鉛直方向が大きくなる)。フルエンスが低いほど、テーパ角度が大きくなる(鉛直方向が小さくなる)。層4内の深さの関数としてフルエンスを変化させる能力を提供することは、層4内に形成された構造の内部形状(例えば、テーパプロファイル)を調整するための有用な追加の自由度を提供する。 Other approaches to taper control can be used in combination with or as an alternative to the above. For example, in one class of embodiments, the taper is controlled at least in part by controlling the fluence (pulse energy density—the energy of the laser pulse divided by the area illuminated by the laser pulse) of the laser beam 8 onto the mask 10. For example, the laser beam 8 can be scanned multiple times over the mask 10, with at least two of the scans being performed at different fluences. The fluence of the laser beam 8 as it impinges on the layer 4 affects the taper angle of the walls of the ablated pockets within the layer. A higher fluence results in a smaller taper angle (more vertical). A lower fluence results in a larger taper angle (less vertical). Providing the ability to vary the fluence as a function of depth within the layer 4 provides a useful additional degree of freedom for tailoring the internal shape (e.g., taper profile) of the structures formed within the layer 4.
上記に基づいて、一クラスの実施形態では、1つ以上の開口部の各々に対して、マスク10でのレーザビーム8のフルエンスは、開口部の形成中に変化する。マスク10でのフルエンスを変化させると、層4でフルエンスの対応する変化が生じる。変化は、層4内の異なる深さにある開口部の部分の形成中に、マスク(したがって層4)でのフルエンスが異なるようなものであり、それにより、層4内における深さの関数としての開口部のテーパ角度の変化を制御する。 Based on the above, in one class of embodiments, for each of the one or more openings, the fluence of the laser beam 8 at the mask 10 is varied during the formation of the opening. Varying the fluence at the mask 10 results in a corresponding change in fluence at the layer 4. The variation is such that the fluence at the mask (and therefore at the layer 4) is different during the formation of portions of the opening at different depths within the layer 4, thereby controlling the variation in the taper angle of the opening as a function of depth within the layer 4.
一例の手順では、マスク10上での第1の走査は、マスク10で第1のフルエンスを提供するレーザビーム8を用いて実行される。走査は、例えば、図3を参照して上記したような走査経路22をたどることができる。レーザビーム8のフルエンスは、マスク10上でのこの第1の走査の後、(図5の状況と同様に)層4に形成された構造が層4の途中までしか延在しないようなものとすることができる。次に、マスク10上での第2の走査が、第1のフルエンスよりも低い第2のフルエンスを提供するレーザビーム8を用いて実行される。この走査の結果、第1の走査で形成された構造が深くされる。しかしながら、第2の走査中のレーザビーム8のより低いフルエンスのために、テーパ角度もまた増加する。次に、マスク10上での第3の走査が、第2のフルエンスよりも低い第3のフルエンスを提供するレーザビーム8を用いて実行される。この走査の結果は、アブレーションが層4の反対側に突破するまで、第2の走査で形成された構造が深くされることである。第3の走査中のレーザビーム8のより低いフルエンスは、新しく到達した深さで、テーパ角度がさらに増加することを意味する。図10は、このような方法で作成された開口部のプロファイルを示している。したがって、このアプローチは、開口部のテーパの形状を制御するための代替または追加の方法を提供する。この実施形態は、3つの走査を参照することによって例示されてきたが、任意の数の走査を使用することができる。さらに、フルエンスは必ずしも上記の方法で調整する必要はなく、代わりに任意の適切な方法で変更することができる。連続走査でフルエンスが徐々に増加すると、図11に示すタイプの開口部プロファイルが作成される。さらに、レーザビーム8のフルエンスは、少なくとも2つの走査において差がある限り、すべての走査で異なる必要はない。フルエンスは、異なる走査間で増加または減少させることができる。 In one example procedure, a first scan on the mask 10 is performed using a laser beam 8 that provides a first fluence at the mask 10. The scan can, for example, follow the scan path 22 as described above with reference to FIG. 3. The fluence of the laser beam 8 can be such that after this first scan on the mask 10, the structure formed in layer 4 extends only partway through layer 4 (similar to the situation in FIG. 5). A second scan on the mask 10 is then performed using a laser beam 8 that provides a second fluence that is lower than the first fluence. This scan results in the structure formed in the first scan being deepened. However, due to the lower fluence of the laser beam 8 during the second scan, the taper angle also increases. A third scan on the mask 10 is then performed using a laser beam 8 that provides a third fluence that is lower than the second fluence. This scan results in the structure formed in the second scan being deepened until ablation breaks through to the other side of layer 4. The lower fluence of the laser beam 8 during the third scan means that the taper angle increases further at the newly reached depth. Figure 10 shows an aperture profile created in this manner. This approach therefore provides an alternative or additional method for controlling the shape of the aperture taper. While this embodiment has been illustrated by reference to three scans, any number of scans can be used. Furthermore, the fluence does not necessarily have to be adjusted in the manner described above; instead, it can be varied in any suitable manner. A gradual increase in fluence with successive scans creates an aperture profile of the type shown in Figure 11. Furthermore, the fluence of the laser beam 8 does not have to be different for every scan, as long as there is a difference between at least two scans. The fluence can be increased or decreased between different scans.
Claims (16)
マスクを通して、前記マスクによって画定されるアブレーションパターンの一部を材料層上に画像化するために、紫外線レーザビームを方向付けるステップと、
前記アブレーションパターンの異なる部分を前記層の異なるそれぞれの領域上に順次画像化し、それにより、前記アブレーションパターンに対応する構造を前記層にアブレーションするために、レーザも前記マスクも対応して動くことなく、走査光学系を用いて前記マスク上で前記レーザビームを走査するステップとを含み、
前記レーザビームは、20ピコ秒未満のパルス長を有する超高速パルスレーザビームを含み、
前記アブレーションパターンに対応する前記構造は、開口部の規則的なアレイを含み、 前記開口部の各々は、前記レーザビームの下流方向に減少する断面積を有するようにテーパ状になっている、方法 1. A method of performing laser ablation, comprising:
directing an ultraviolet laser beam through a mask to image a portion of an ablation pattern defined by the mask onto a material layer;
scanning the laser beam over the mask using scanning optics, without corresponding movement of either the laser or the mask, to sequentially image different portions of the ablation pattern onto different respective regions of the layer, thereby ablating structures in the layer corresponding to the ablation pattern;
the laser beam comprises an ultrafast pulsed laser beam having a pulse length of less than 20 picoseconds;
the structure corresponding to the ablation pattern comprises a regular array of openings, each of the openings tapering to have a decreasing cross-sectional area in a downstream direction of the laser beam .
請求項15に記載の方法を実施することにより蒸着マスクを形成するステップと、
前記蒸着マスクによって画定されたパターンで有機発光分子を堆積させるために、前記蒸着マスクを使用するステップとを含む、方法。 1. A method for depositing organic light-emitting molecules, comprising:
forming a deposition mask by carrying out the method of claim 15 ;
using the deposition mask to deposit organic light-emitting molecules in a pattern defined by the deposition mask.
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