專利名稱：一種激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于激光微細加工技術(shù)領域中涉及的一種激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)。
二、技術(shù)背景所謂掩膜投影加工，是將加工圖案制作在掩膜上，在平行光源的照射下，利用微縮或放大光學系統(tǒng)，將加工圖案成像在被加工件的表面進行微細加工的一種技術(shù)。
傳統(tǒng)的掩膜投影加工，所用的光源能量較低，主要用于光敏膠曝光光刻，在集成電路、線路板等制作中有著廣泛的應用，與傳統(tǒng)光刻方法相比，激光掩膜投影加工的最大特點是利用激光的高能量密度，可直接在工件表面刻劃加工，并可在金剛石、硬質(zhì)合金、陶瓷等材料上加工各種圖案，其加工精度完全可滿足通常意義上的工業(yè)精度要求。因此，激光掩膜投影精細加工技術(shù)具有重要的應用價值。
激光掩膜投影加工，最初主要采用準分子激光器作為光源，準分子激光器的輸出光斑較大，在掩膜加工中可覆蓋相當尺寸的掩膜，準分子激光的波長較短，可獲得很高的精細度。但是，準分子激光器的價格昂貴，限制了推廣應用。
與本發(fā)明最接近的技術(shù)，是烏克蘭科學院物理所和半導體物理所聯(lián)合開發(fā)的一種“Nd:KGW激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)”，如圖1和圖2所示包括激光器1、掃描器2、擴束器3、掩膜4、成像透鏡5、被加工件6、工作臺7。其中掃描器2中還包括反射鏡8、反射鏡9、反射鏡10、反射鏡11。
在激光器1發(fā)射的激光束的光軸上，從左至右依次置有掃描器2、擴束器3、掩膜4、成像透鏡5、被加工件6、工作臺7；掃描器2是由兩組各自平行的激光反射鏡組成的，反射鏡8和反射鏡9的反射面相對且平行組成一組，垂直于光軸，沿水平方向旋轉(zhuǎn)掃描，另一組反射鏡10和反射鏡11的反射面相對且平行，垂直于光軸并與上組成正交方向旋轉(zhuǎn)掃描；擴束器3可將激光束橫截面面積擴大；掩膜4的工作面垂直于光軸，通過計算機設計圖案，復制在透明塑料板上制備的；成像透鏡5垂直于光軸放置；被加工件6的加工面置于成像透鏡5的焦面上，被加工件6置于工作臺7上。
由于該裝置的激光掃描器由四面反射鏡構(gòu)成，經(jīng)四次反射后，激光能量損耗較大，所能實現(xiàn)的掃描面積較小(30×30mm)，不能滿足尺寸較大的掩膜加工，所獲得的掃描面與激光束垂直，工件只能垂直放置，應用很不方便，而掩膜也只能采用計算機繪制并打印出來的塑料板掩膜，不能承受較大的能量密度，只適合低能量密度的掩膜加工，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于擴大掃描面積范圍，增大加工面積，加大激光能量，擴大應用范圍，特設計一種新型激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如圖3和圖4所示，包括激光器12、擴束器13、掃描器14、光吸收器15、掩膜16、成像透鏡17、被加工件18、工作臺19。其中掃描器14中還包括X軸反射鏡20、Y軸反射鏡21。
在激光器12發(fā)射的激光束的光軸上，從右至左依次置有擴束器13、掃描器14。掃描器14中的X軸反射鏡20的反射面與水平面垂直，并與激光束的光軸成45°角安裝，能沿光軸方向移動一定的距離，對激光束進行掃描，將激光束沿傳播方向折反90°傳播，X軸反射鏡20的入射激光束和反射激光束所構(gòu)成的平面保持水平，在折轉(zhuǎn)的激光束傳播方向上置有Y軸反射鏡21，Y軸反射鏡21與水平面夾角為45°，Y軸反射鏡21將其入射激光束折反90°傳播，反射的激光束傳播方向垂直于水平面，Y軸反射鏡21能沿Y軸移動一定的距離，改變X軸反射鏡20的掃描光線的位置，X軸反射鏡20的X軸方向掃描和Y軸反射鏡21的Y軸方向掃描合成整個掩膜的面積。在Y軸反射鏡21反射的激光束的光軸上依次置有掩膜16、成像透鏡17、被加工件18。掩膜16與光軸之間的夾角采用兩種，90°角或45°角，90°角時，適于光源能量較低的狀態(tài)；45°角時，適于光源能量較高的狀態(tài)。成像透鏡17與光軸垂直安裝，在掩膜與光束成45°角狀態(tài)時，掩膜16的反射光方向上置有光吸收器15，吸收反射光。被加工件18的加工表面置于成像透鏡17的像平面上，被加工件18的加工表面與掩膜16的面在45°或90°兩種狀態(tài)下都保持平行，成像透鏡17將掩膜16的圖案成像在被加工件18上，被加工件18置于工作臺19上。
工作原理說明激光器12發(fā)出激光束，經(jīng)擴束器13擴大指定的倍數(shù)后進入掃描器14，掃描器14中的X軸反射鏡20的反射面與激光束的光軸成45°角安裝，并能沿光軸方向移動一定的距離，實現(xiàn)掃描，同時將激光束的傳播方向沿水平方向折反90°，在折反的激光束傳播方向上置有Y軸反射鏡21，Y軸反射鏡21與水平面成45°角并能沿Y軸移動規(guī)定的距離，以改變X軸反射鏡20的掃描光線的位置，Y軸反射鏡21的反射光傳播方向垂直于水平面，X軸反射鏡20的X軸方向掃描和Y軸反射鏡21的Y軸方向掃描合成整個掩膜的掃描面積。掩膜的大小由掃描面積決定，掩膜16和被加工件18保持平行，與光軸之間的夾角可調(diào)，掩膜能沿光軸方向移動，調(diào)節(jié)它與成像透鏡17之間的距離，改變成像透鏡17的放大倍率，被加工件18置于成像透鏡17的焦面上，成像透鏡17將掩膜16的圖案成像在被加工件18的表面上，從而實現(xiàn)了掩膜投影精細加工。
本發(fā)明的積極效果掃描器結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)大面積的兩維掃描。掩膜與光軸成45°角放置時，可采用高能激光器，適合于對多種材料的掩膜投影加工，同時可以對材料打斜孔加工。
四

圖1是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是已有技術(shù)中掃描器2的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明中掃描器14的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實施例方式
本發(fā)明按圖3所示的結(jié)構(gòu)實施，其中的掃描器14按圖4所示的結(jié)構(gòu)實施。
激光器12，采用YAG激光器，擴束器13采用對激光束進行2-3倍擴束，掃描器14中的X軸反射鏡20的基底采用K9光學玻璃，鍍能反射1.06μm的激光反射介質(zhì)膜，反射面面積采用20×20mm，在光軸方向的行程采用100mm，Y軸反射鏡21的基底和反射膜與反射鏡20相同，反射鏡面面積22×120mm，在Y軸方向行程采用100mm，掩膜16的基底，在小功率時采用透明塑料板，大功率時采用光學玻璃，鍍制增透膜和反射膜，成像透鏡17的通光孔徑φ＝150mm，焦距f＝100mm，被加工件18的材料根據(jù)需要選擇，工作臺19的材質(zhì)采用45#鋼，臺面面積采用120×120mm。
權(quán)利要求
1.一種激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)，包括激光器、擴束器、掃描器、掩膜、成像透鏡、被加工件、工作臺；其特征在于還包括光吸收器(15)、掃描器(14)中包括X軸反射鏡(20)、Y軸反射鏡(21)；在激光器(12)發(fā)射的激光束的光軸上，從右至左依次置有擴束器(13)、掃描器(14)。掃描器(14)中的X軸反射鏡(20)的反射面與水平面垂直，并與激光束的光軸成45°角安裝，能沿光軸方向移動一定的距離，將激光束沿傳播方向折反90°傳播，X軸反射鏡(20)的入射激光束和反射激光束所構(gòu)成的平面保持水平，在折反的激光束傳播方向上置有Y軸反射鏡(21)，Y軸反射鏡(21)與水平面夾角為45°，Y軸反射鏡(21)將其入射激光束折90°傳播，反射的激光束傳播方向垂直于水平面，Y軸反射鏡(21)能沿Y軸移動一定的距離，在Y軸反射鏡(21)反射的激光束的光軸上依次置有掩膜(16)、成像透鏡(17)、被加工件(18)；掩膜(16)與光軸之間的夾角采用兩種，90°角或45°角；成像透鏡(17)與光軸垂直安裝，在掩膜(16)與光束成45°角狀態(tài)時，掩膜(16)的反射光方向上置有光吸收器(15)；被加工件(18)的加工表面置于成像透鏡(17)的像平面上，被加工件(18)的加工表面與掩膜(16)的面在45°角或90°角兩種狀態(tài)下都保持平行，被加工件(18)置于工作臺(19)上。
全文摘要
一種激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)，屬于激光加工技術(shù)領域中涉及的加工系統(tǒng)。解決的技術(shù)問題是提供一種激光掩膜投影精細加工系統(tǒng)。技術(shù)方案包括激光器、擴束器、掃描器、光吸收器、掩膜、成像透鏡、被加工件、工作臺。在激光束的光軸上，置有擴束器、掃描器。掃描器中的X軸反射鏡與光軸成45°角安裝，能沿光軸方向移動，在折反的激光束傳播方向上置有Y軸反射鏡，Y軸反射鏡與水平面夾角為45°，Y軸反射鏡能沿Y軸移動，在Y軸反射鏡反射的激光束的光軸上依次置有掩膜、成像透鏡、被加工件；掩膜與光軸之間的夾角采用90°或45°；成像透鏡與光軸垂直安裝，被加工件的加工表面置于成像透鏡的像平面上，被加工件置于工作臺上。
文檔編號B23K26/06GK1895832SQ200510119100
公開日2007年1月17日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者李雨田, 謝冀江, 李維, 卜憲章, 卡丹, 奧列斯卡 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所