[发明专利]伯努利加工头

说明书

技术领域

本发明涉及一种对基板执行激光加工的加工头。

特别地，本发明涉及使用脉冲激光从基板表面烧蚀有机的、无机的或金属的材料层，以便以高精度来图案化所述材料层的加工。这样的应用包括但不限于平板显示器、触摸板显示器以及光伏电池板的制造。这些应用经常要求厚度小于1.5mm的薄的柔性基板以及厚度小于1μm的材料层。

背景技术

在激光加工期间，基板和加工头被支撑以至于它们在二维(X-Y平面)中相对于彼此可移动。所述加工头包括：光学器件，用于将激光束聚焦到所述基板表面处的一个特定点或所述基板表面附近(沿Z轴方向)的一个特定点。来自于脉冲激光的能量被传送到材料中以烧蚀所述基板的各部分以形成期望的图案或结构。

在很多情况下，为了精确地对所述基板进行图案化，有必要使得聚焦光学器件的焦点和所述基板在Z轴上的相对位置固定。如果允许所述聚焦光学器件的焦点与所述基板的相对位置波动太多，则所述激光束的能量密度在所述基板表面处可能不足以烧蚀所述材料层，或者在其它位置处可能太高以至于损坏所述基板，进一步损坏材料层或损坏所述基板的相对侧上的材料层。同样重要的是：所述加工头和所述基板不互相接触，因为这可能会损害所述基板或材料层。因此，有必要在所述加工头(例如，特别是聚焦光学器件)和所述基板表面之间的Z轴方向上维持一个恒定的间隙尺寸。

所述聚焦光学器件的焦点与所述基板表面的相对位置上的波动可能由于基板的支撑方式而由所述基板的曲度引起。为了防止所述基板表面上的材料层的污染，基板的待加工的部分优选地在很大程度上不被支撑；所述基板例如可以在有限数量的位置(例如边缘处)被支撑。薄的基板的柔性意味着：不被支撑的区域在其自身的重量下可能弯曲或下垂达到例如1mm。无论所述基板是水平地、垂直地或倾斜地被支撑，这都可能发生。所述聚焦光学器件的焦点与所述基板表面的相对位置也可能由于所述基板的一个或多个材料层的厚度的变化而发生变化。

已经有大量的尝试来克服上述提到的问题。现已经开发出用于自动地固定所述聚焦光学器件的焦点与所述基板表面的相对位置的装置。这些装置通常被称为自动聚焦装置。

GB2400063A公开了一种加工头，该加工头包括链接到空气动力定位盘或空气轴承的聚焦透镜，以自动地控制激光束的聚焦位置的定位。所述定位盘具有带有内孔的环形横截面。所述定位盘的内部(即与内孔相对的定位盘体)被提供有均匀地从所述定位盘体的底部流出的空气。气流在基板上产生排斥力，使得所述定位盘悬浮在所述基板的表面之上位于气垫上。

然而，GB2400063A的加工头不适用于靠近基板的边缘来加工基板。当激光束接近基板的边缘时，来自所述定位盘的至少一些气流不再被引导到所述基板上，所以分离所述基板和所述定位盘的力突然降低。当所述定位盘朝着所述基板的方向(例如，由于重力)偏置时，这可能会导致所述定位盘接触并损坏所述基板。进一步，如果所述定位盘完全越过所述基板的边缘，则偏置力可能导致所述定位盘下降到所述基板的水平之下。当所述定位盘移动回到所述基板之上的一个位置，则它将撞击所述基板的边缘。除非对这种类型的定位盘的排气进行精心设计，否则由于这种类型的定位盘在支撑定位盘的气垫上“弹跳”，从而导致这种类型的定位盘也可能遭受在Z轴方向上的振荡。如果所述基板不被支撑，则在所述定位盘和所述基板之间的排斥力也可能倾向于增加所述基板的下垂程度。