[发明专利]激光束加工

说明书

技术领域

本发明涉及通过双光子工艺来激光加工工件的设备和方法。

背景技术

通常，通过双光子工艺的工件的激光束加工通过在工件上或在工件中移动激光束焦点来进行，并且还已知为激光写入或激光扫描光刻。用于该目的的设备和方法根据本领域的现状是已知的，并且通常利用例如光敏抗蚀剂的工件的聚合。在J.-M.Lourtioz的自然材料(Nature Materials)3,427(2004)和M.Deubel等的自然材料3,444(2004)中可找到各个描述。例如在US 5034613中描述了用于激光束写入的显微镜。例如，在2006年4月20日的生物技术和生物工程(Biotechnology and Bioengineering)的93卷、第6部分的1060-1068页中Miller J.等的“Laser-Scanning Lithography(LSL)for the S0ft Lithographic Patterning of Cell-AdhesiveSelf-Assembled Monolayers”的出版物中说明了适用于激光束写入的材料。

由此，目标在于实现极高分辨率，这是使用高数值孔径的物镜以加工精度提高到小于100nm的范围内的目的。一般地，使用具有大约1.4数值孔径的油浸透镜。通常，要写入在工件中的结构自身在全空间方向延伸若干个100μm。其中使用光敏树脂(光敏抗蚀剂)作为在盖玻璃上旋转涂覆抗蚀剂的适当工件材料。

除了分辨率之外，短程量级(short-range order)和长程量级的再现以及对至少一个边界面的精确参考对于结构化的质量是相关的。为了扫描(这表示在工件中或在工件上移动焦点)，由此使用通常高精确的压电台来移动工件。然而，需要在垂直于光轴(因此横向)和纵向于光轴(因此轴向)的可能的长写入/曝光工艺期间，确保样品的位置尽可能稳定。对于在特定制造工艺中加工工件以及对焦点位置的绝对参考，这是重要的。

然而，出现这样的问题：焦点的绝对位置的参考通常很难，或甚至不可能，并且可能特别地在加工工艺期间改变。

本领域还已知使用三角测量方法、利用对比度评估的成像方法，以及通过用于自动聚焦功能的倾斜定位共焦缝隙光阑进行的位置确定。在三角测量方法中，将准直激光束反射到透镜的光瞳面中，并且在从样品反射的激光的z位置上根据该激光束相对于成像束路径的进展绘制结果。在通过激光扫描光刻加工的共件的传统尺寸的情况下，这种系统的自动聚焦质量将不足。此外，确定与在为此采用的工件的或检测器的中心或边缘处做出测量结果相关的波动。因此，通常反复执行三角测量方法，这相对耗时。

在利用对比度评估的成像方法中，照射具有特定强度分布的样品，其中通常将光栅置于照射光束路径的视场光阑面中。提取在成像光学元件和样品之间具有不同距离的一系列图片，并且确定在该系列中具有最高对比度的图片，向该图片分配最佳焦距。可在US 5604344或US 6545756中找到通过对向样品投射的图形的对比度分析的用于自动聚焦装置的实例。

通过双光子工艺加工的工件通常是透明的事实在这里出现问题，因为作为其透明的结果在工件中不存在结构。

从例如DE 10319182还已知提供了通过倾斜定位共焦缝隙光阑的位置确定，其中缝隙光阑位于照射光束路径的视场光阑面中，并且被投射到样品。将从样品反射的光引导至CCD线(其以相对于缝隙光阑倾斜的方式被设置)，并确定反射的光具有最大值的在CCD线上的位置。该方法很快，但是由于在样品或样品表面上的杂质而存在问题(可导致强度的波动)。此外，有必要在CCD线上进行间隙投射的大量调节，因为间隙需要很窄，以能够实现高精度。具体地，缝隙光阑在透镜的图片场的边缘处是有效的，这大大限制了精度。因此，该方法不能够用于激光扫描光刻。

所有方法共同包括：他们能够非常精确地找到焦面，但是能够以非常有限的方法确定样品中焦面的位置，特别地涉及其他边界面。

例如在WO 00/43820中描述了几个自动聚焦光束路径的使用。

发明内容

因此，本发明基于以下目的：提供了一种方法和设备，通过双光子工艺能够以高精度方式实现透明工件的激光束加工。