[发明专利]利用结构化光学元件和聚焦光束的激光刻图

说明书

技术领域

本发明涉及用于改变或曝光物体(对象)例如工件的材料的基于激光的系统。

背景技术

通过高速定位系统例如振镜(检流计)扫描系统已经获得了高激光加工速度。例如，可以获得可达到几m/s的光束扫描速度。不过，对于某些激光，难以并且有时候不可能例如通过开和关调制来快速控制激光。因此，可以机械加工、修改或曝光的最小结构是相对较大的：

结构尺寸=平移速度x2x（切换时间间隔）

其中假设开-关切换时间是相等的。此外，如果沿多个方向（例如双向）进行扫描，那么由于开/关控制机构的动作时间会导致扫描线交错（不对齐）。例如，如果开/关动作时间是1毫秒并且平移速度是1m/s，则扫描线线段的始端和末端(终端)会交错2mm，同样假设开动作时间和关动作时间一致。

发明内容

在至少一个实施例中，披露了设置在激光源和物体(对象)之间的结构化光学元件可控制地辐照所述物体的选定部分。所述结构化光学元件的至少一部分被设置成在所述物体上或物体内形成辐照的图案。

所述结构化光学元件可以表示辐照的非均匀图案。

在一些实施例中，所述结构化光学元件可包括用于控制物体的曝光的投影掩膜，并且所述投影掩膜可吸收、散射、反射激光输出或使激光输出衰减。

在不同的实施例中，所述激光系统可以改变(改性)所述物体的材料。

在不同的实施例中，所述激光系统可用于探测物体的物理特性。

附图说明

图1示意性地示出了对应一个实施例的激光材料系统的示图。

图2示出了具有振镜(检流计)平面镜扫描系统的激光系统的示例。

图3是示出利用振镜平面镜系统写在聚碳酸酯中的光栅扫描线图案的显微图像。使用矩形硅片形成投影掩膜，用于控制聚碳酸酯样本对扫描激光束的曝光。

图4示意性地示出了对于图3在聚碳酸酯中的投影掩膜和图案位置。

图5-9示意性地示出了可用于不同实施例的图案的示例：显示盘，由曲线构成数字‘100’，填充有偏心光栅扫描曲线的圆(圈)，多光子显微镜光栅扫描图案，和具有投影掩膜的多光子显微镜光栅扫描图案。

具体实施方式

不同的实施例以高平移速度提供激光写入图案。在至少一个实施例中，制作结构化光学元件，例如希望图案的投影掩膜。结构化光学元件在不希望在靶上进行激光机械加工、修改或曝光的区域中阻挡、散射激光或使激光显著衰减，同时在希望在靶上进行激光机械加工、修改或曝光的区域中传输(透射)激光。结构化光学元件可被设置成传输(透射)、反射、折射、衍射或以其它方式改变光束以便在物体(对象)的至少一部分上或至少一部分内形成辐照的希望图案。结构化光学元件可以保持固定，或在计算机控制下动态定位。在不同的实施例中，辐照的图案可在物体上或物体内的照射域(范围)内变化，并且可包括周期性、非周期性和/或其它预定空间和/或空间-时间图案。

图1示意性地示出了对应于一个实施例的激光材料系统的示图。在本示例中，结构化光学元件被示出为投影掩膜，并且被设置成用于光传输。掩膜可以一体形成在单个基片上。在基于激光的系统的一些实施例中，系统的结构化光学元件还可被设置成具有多个光学部件，所述多个光学部件被组合在光学路径中以提供希望图案的辐照。从激光源发射出激光束。利用衰减器可将来自激光源的激光束光功率减小至希望的水平。在一些实施例中，还可控制激光束偏振。通过光束偏转器转移激光束焦点。在本示例中，移动的激光束通过聚焦元件进行聚焦，并且或者通过投影掩膜阻挡以避免到达(影响)靶，或者通过投影掩膜透射以便与靶相互作用并形成希望的结构(特征)、修改或曝光图案。在靶上生成的图案可通过投影掩膜上的图案、通过掩膜致动器的投影掩膜的运动和通过靶致动器的靶的运动来限定。在本示例中，控制器控制激光源的输出，衰减器的功率输出，通过光束偏转器的运动的激光束的方向，通过掩膜致动器的投影掩膜的运动和通过靶致动器的靶的运动。

可改变由衰减器控制的激光功率，以改变由激光在靶中或靶上产生的修改的尺寸、深度和类型。

确定靶相对于聚焦元件的轴向位置（沿着激光束的路径），以便聚焦的激光束在靶处的能流足以在通过投影掩膜后产生希望的烧蚀或材料改性。

设定投影掩膜相对于聚焦元件的轴向位置，以避免激光束对投影掩膜的透射部分的烧蚀或材料改性。