烧蚀激光特征物形状的再现控制制造技术

本发明专利技术涉及一种用于提高在衬底上形成的激光烧蚀特征物之形状的精度的过程，尤其在衬底为聚合物制品的情况下。所述过程包括用透过延迟片的激光照射聚合物制品，其中延迟片选自：固定可调节的片、旋转片和自转片。延迟片最好是四分之一波或半波的倍数。本发明专利技术还涉及一种用于在衬底中制作烧蚀特征物的激光器设备，该设备包括辐射源；位于辐射源和被照射衬底之间的掩模；以及延迟片。其中延迟片是固定可调片、旋转片或自转片。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及一种在衬底上形成具有更精确形状但形状畸变小的烧蚀特征物的方法和设备，尤其适用于聚合物衬底。相关技术的描述用掩模和成像透镜系统在聚合物材料上形成激光器烧蚀特征物是众所周知的。在此工艺中，用激光照射掩模上的特征物。然后，将透过掩模上透明图案的激光成像到诸如聚合物薄膜等衬底上，在衬底上发生烧蚀过程。附图说明图1示出了传统准分子激光器加工系统的基本布局。一般地说，计算机通过与系统操作人员联系的接口控制系统。计算机控制启动脉冲激光器系统和伺服系统。伺服系统的功能是，对掩模和衬底卡盘定位，以便将激光器研压(milled)图案与衬底上的其它特征物适当对准。为此，通常将一可视系统(未图示)与计算机系统相连。伺服系统或计算机可以控制衰减模块，以改变进入系统中的紫外线辐射量。另一种方法是，通过调节激光器的高电压或者控制能量设置点来改变激光器的脉冲能量，并由激光器内部脉冲的能量控制回路保持激光器的脉冲能量。在此图中，用箭头表示紫外线光束的光路，它体现了系统内部紫外线能量的流向(这里，箭头只是示意性的，并不表示实际的光线线路，一般两路光线不平行)。紫外线功率由脉冲式准分子激光器发出。激光器一般以100-300Hz的频率点火，用持续时间大约为20-40纳秒的脉冲进行经济加工。典型的工业准分子激光器的时均功率为100-150瓦，但由于脉冲的持续时间短，所以峰值功率可以达到兆瓦。这些高峰值功率在加工多种材料中较为重要。离开激光器的输出端后，紫外线能量一般要穿过衰减器；但是，这是一个可供选择的部件，并不是所有激光器加工系统中都有的。衰减器可以实现一种或两种可能的功能。在第一种功能中，衰减器对光列(optical train)的恶化进行补偿。如此用途的衰减器允许激光器运行在较窄的脉冲能量带(从而处于一个受限制的高电压电平范围内)中，以便长时间地进行更稳定的操作。利用系统中的新型光学镜片，可以将衰减器设置成能够耗散一部分激光器功率。当光学镜片本身退化并开始吸收能量时，调节衰减器以提供附加光能。对于此功能，可以使用一个或多个简单的手动衰减板。衰减板一般是具有特殊介电膜的石英或熔融石英板，用以将一部分激光器能量转射向衰减器外罩内的吸光收集器。衰减器的另一个可能功能是对激光器功率进行短期控制。在这方面，用步进电动机或伺服系统驱动衰减器，并且调节衰减器，以便在衬底上提供适当的能量密度(每单位面积的能量)，从而实现合适的工艺控制。离开衰减器后，紫外线能量传播到扩束望远镜(可选的)。扩束望远镜用于调节光束的截面积，以适当提供对光束均质器(beam homogenizer)的入射光线。通过在离开均质器时形成正确的照明数值孔径而对总的系统分辨率有很重要的影响。典型的准分子激光光束在水平与垂直方向上是不对称的。一般称准分子激光光束为“顶帽式高斯分布”，指在激光器出射方向(通常为垂直方向)之间，光束分布是“顶帽形的”(开始时相对平坦，并在边缘处急剧下降)。在横向方向上，光束具有一典型的强度分布曲线，该曲线看上去是高斯性质的，比如一条常规的概率曲线。扩束望远镜对这些方向上的功率分布进行一定程度的相对调整，以减小(但不完全消除)因这两个正交光束方向上数值孔径(光锥半角的正弦值)不同而使成像到衬底上的图案发生畸变，因为成像分辨率是数值孔径的直接函数。图中示出了在扩束望远镜和均质器之间有一个平直束折叠式反射镜。大多数系统由于空间的局限只能容纳少量的这类反射镜以便将系统折叠在有效的空间内。一般来说，可以将反射镜放置在各部件之间，但在某些区域内，能量密度会非常高。因此，要仔细选择反射镜的位置，以避免这些高能量密度的区域。总的来说，系统设计者会限制折叠式反射镜的数量，以最大程度地降低光学镜片更换成本和对准难度。接着，紫外线光进入光束均质器。均质器的目的是在掩模平面产生一个均匀的强照射场。它还决定了照射场的数值孔径(即，入射到掩模上的光锥的半角的正弦值)。如上所述数值孔径会影响总的系统分辨率。由于准分子光束的某些部分比其它部分热，所以均匀照射要求将光束解析成较小分段，并且光束在掩模平面上延伸和覆盖。本领域已知几种方法，其中一些方法基于例如美国专利4,733,944和5,414,559所揭示的传统的折射光学镜片，两项专利的内容通过引用包括在此。均质过程还可以基于例如美国专利5,610733所揭示的衍射或全息光学镜片，该专利的内容通过引用包括在此。另一种方法是，基于连续起伏微透镜阵列(Nikoladjeff等人在1997年的《应用光学》第36卷，第32期，第8481-8489页上发表的“用于准分子激光光束均质化的、在熔融石英中重复的衍射微透镜”对此有描述)。离开光束均质器后，光传播到场透镜，场透镜用于收集来自均质器28的光，并将其适当耦合到成像透镜中。根据应用，场透镜可以是简单的球面透镜、柱面透镜、其变形或组合。场透镜的精心设计和放置对于在透镜的衬底侧实现远心成像是很重要的。掩模一般放在场透镜的附近。掩模带有一图案，该图案将被复制在衬底上。此图案一般比衬底上所需的尺寸大(2-5倍)。成像透镜设计，可以在将掩模成像到衬底上的过程中放大(或缩小)掩模。这可以获得以下所需性能，即在掩模平面上保持较低的紫外线能量密度，而在衬底平面上保持较高的能量密度。大比例的缩小通常会限制衬底平面上可用的场的大小。掩模可以通过以下方式制成，即在石英或熔融石英衬底上涂覆铬或铝，然后用光刻或其它已知方法将图案刻蚀在金属层内。另一种方法是，熔融石英掩模上的反射层和/或吸收层可以包含一系列介电层，诸如美国专利4,923,772和5,298,351中所描述的介电层。两专利的内容通过引用包括在此。成像透镜的目的是缩小掩模图案并将其转传到衬底上。如果图案在每一维上缩小到1/M，那么能量密度将升高M2乘以成像透镜的透射系数(一般约80％)。在最简单的情况下，成像透镜是单元件透镜。一般，成像透镜是一个复杂的多元件透镜，它被设计成用于减小像中的各种像差和畸变。成像透镜最好被设计成具有为实现所需图像质量所必需的最少元件，以便提高透光率，降低成像透镜的成本。一般来说，成像透镜是光束列中最昂贵的部件之一。成像透镜在衬底上产生掩模之图案的缩小像。每次激光器发射，都将一个强的具有图案的区域照射在衬底上。结果，在被照射区域刻蚀衬底材料。可以对许多衬底材料如此成像，特别是对聚合物材料。各种商品名的聚酰亚胺是微电子应用和喷墨应用中最通用的材料。图1所描述的系统是一种“典型的”系统。对于那些没有具体要求的应用来说，系统可以进一步简化但仍可以产生烧蚀部分，只是在特征物容限、重复性或两方面有一些损失。在应用的具体需要驱使下，对这种典型构造作一些改变对于系统来说是不足为奇的。例如，在美国专利4,940,881中，揭示了在成像透镜和掩模之间插入一个旋转的折射元件，这将在一定程度上控制烧蚀孔的形状。所述专利的内容通过引用包括在此。对聚合物材料进行激光烧蚀有许多应用。一些应用或其中的一些部分在例如电气通路(electrical via)的容限方面没有要求，而是将重点放在小尺寸、高密度特征物和低成本上。其它应用对容限和重复性有很高的要求。后一类应用的例子有诸如喷墨打印头喷嘴制造和配药喷嘴制造等液流应用。在这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底中形成激光烧蚀特征物的激光器设备，其特征在于，包括：辐射源，它能够发射激光；掩模，用于照射位于辐射源和被照射衬底之间的所述烧蚀特征物；至少一个延迟片，它选自以下物体组成的组：旋转板、固定的可调节板，以及自转板，所述板位 于辐射源和掩模之间；其中所述设备形成一烧蚀特征物，与以前用不包含所述旋转半波片或自转四分之一波片的激光设备在衬底上形成的特征物相比，所述特征物具有所述掩模上所述特征物的更精确的形状。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CL休梅克，DJ特雷德维尔，B布格哈特，SV戈沃科夫，
申请(专利权)人：美国三M公司，麦克罗拉斯激光体系有限公司，兰姆达物理有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]