[发明专利]掩膜作轨道运动以形成激光烧蚀的特征物

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及一种在喷墨打印头应用中诸如通过激光器烧蚀聚合物衬底而在衬底中形成烧蚀特征物的方法和设备。

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。

图1示出了传统准分子激光器加工系统10的基本布局。一般地说，计算机12通过与系统操作人员联系的接口控制系统10。计算机12控制启动脉冲激光器系统24和低速度、低分辨率的伺服系统14。伺服系统14的功能是，对掩模16和衬底卡盘18定位，以便在烧蚀衬底19之前将激光器研压(milled)图案与衬底19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14或计算机12可以控制衰减模块20，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22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22并不表示实际的光线线路，一般两路光线不平行)。紫外线功率发源于脉冲准分子激光器24。激光器24一般以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20；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20可以实现一种或两种可能的功能。在第一种功能中，衰减器20对光列(opticaltrain)的恶化进行补偿。如此用途的衰减器20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20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20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20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20，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20后，紫外线能量传播到扩束望远镜26(可选的)。扩束望远镜26用于调节光束的截面积，以适当提供对光束均质器(beam homogenizer)28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26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)成像到衬底19上的图案因这两个轴上分辨率的差而产生的畸变。

图中示出了在扩束望远镜26和均质器28之间有一个平直束折叠式反射镜30。大多数系统由于空间的局限只能容纳少量的这类反射镜为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30的数量，以最大程度地降低光学镜片更换成本和对准难度。