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使用定制衍射光学元件替代柱面光学元件进行激光剥离

作者: 时间:2022-03-30

激光剥离需要利用细长的激光光斑,传统方法使用复杂且昂贵的大型光学元件来实现。本文介绍了一种利用单个DOE和标准场镜(F-theta镜)的方法来替代。


激光紫外剥离加工的背景

在许多平板显示工艺中,屏幕层通常非常薄,使得加工极具挑战性。为了解决这个问题,这些屏幕层通常用一种特殊的粘合剂粘合到载体晶片上,以便于加工。在粘合处理过后,还需要将它们分开,分开屏幕层得通过化学工艺、机械工艺或者越来越普遍的激光剥离从载体晶片上剥离。激光紫外剥离是比其他方法更清洁、更经济和更生态的方法,并且正在迅速成为平板显示器生产中领先的剥离方法。


通常,为了执行激光剥离工艺,要在晶圆上扫描出一条细长的紫外激光能量线,以实现高速率和良好的剥离均匀性。这种线的典型宽度在20-50um之间,长度为100mm或更长。然而,为了实现这样的线条尺寸,通常使用大型光学元件——这种光学元件难以生产、安装和对齐。

本文提出了一种替代方法,通过使用单个定制DOE(激光剥离衍射光学元件)结合单模紫外激光器和标准F-theta扫描透镜来获得平板显示DOE整形,从而获得长达100毫米的平板显示直线平顶光斑。


衍射光学元件基础知识

衍射光学元件是一种透射相位掩模,它可以对通过它的激光的波前施加任意相位。这个相位改变了激光远场的光束强度,使衍射光学元件(通常称为衍射透镜)能够对光束进行整形或分束。定制的衍射光学元件可以在系统的焦点(即远场)处提供任何所需的强度分布,例如,包括分束和平顶线整形功能的组合。衍射光学元件市场高度多样化,因为它们用于许多激光应用,例如材料加工、美容医学、计量学、AR/VR等。


衍射光学设计、制造和测试

激光剥离衍射光学元件设计采用先进的计算机辅助方法(例如迭代傅里叶变换)来优化定制衍射光学元件的相位,使其产生所需的强度分布。在相位设计之后,定制衍射光学元件通过半导体工艺生产,其中相位轮廓被光刻写入和蚀刻。


在生产之后,必须单独测试用于工业和商业应用的衍射光学器件以验证其性能,因为它们通常用于高价值、高功率的激光系统,其中不合格可能会损坏其他系统组件。该测试在光学平台和实际产线上都进行(以验证所生产的阶段是否按计划进行)。


定制衍射光学元件替代无柱面光学元件进行激光剥离

通过使用定制的衍射光学元件和F-theta聚焦透镜,可以生成高度均匀的平顶UV线,但是,制造公差限制了DOE光束整形器的角度,因此对于所有市售的扫描振镜,这样的线是没有的超过20毫米长。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            


克服这一限制的有效方法是在工艺开发阶段添加第二个DOE,即一维衍射分束器。将分束器以微小的角度旋转,使得所形成的分割线呈阶梯状排列,重叠由旋转角度控制。通过调整定制衍射光学元件的旋转,可以精确控制拼接,从而在F-theta的整个视场即超过100mm的范围内产生均匀的扫描线。

带有单个定制DOEF-theta透镜的激光剥离线的阶梯式概念

一旦找到正确的角度,两个DOE就可以在设计中组合成一个定制的平板显示行业激光剥离专用的衍射光学元件,这个专业衍射光学元件能进行平板显示DOE整形从而生成平板显示直线平顶光斑。因此,可以通过使用单模紫外激光器、单个DOEF-theta透镜生成100mm的高均匀度线,而无需大型、高质量的光学元件和变形系统,从而降低成本。


紫外激光剥离的常见问题

什么是紫外激光剥离?

激光剥离是一种通过向载体晶片施加高激光强度的紫外线将薄层从载体晶片上分离出来的工艺,通常形状为长度为(≥100mm),厚度为(<50um)的长线。

 

衍射光学元件如何帮助激光剥离?

通过使用单模紫外激光器与线光束成形器和多点衍射分光器,并使用标准的F-theta透镜聚焦产生的光束,可以产生超过100mm长度和衍射有限宽度的完美缝合线。一旦找到了为完美的拼接旋转,两个DOE可以组合成一个单一的定制衍射光学元件。


DOE是如何工作的?

DOE(激光剥离衍射光学元件)是一种透明窗口片状的光学元件,通过在不同区域产生可变延迟来控制激光束的相位。这是通过在DOE表面上的不同点将玻璃蚀刻到不同高度来完成的。


DOE是如何设计、生产和测试的?       

每个定制衍射光学元件的设计都是使用基于计算机的工具完成的,这些工具定义了最佳相位分布,同时考虑了生产公差。然后使用半导体方法产生相位,并使用自动光学装置以及拓扑测量来测试元件。

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