CN106664798A - 在基板上进行激光烧蚀的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于进行激光烧蚀的设备和方法。在示例性的布置中，使用空间光调制器(54)对来自固态激光器(52)的脉冲激光束进行调制。使用两级缩小工艺(58，62)以使在空间光调制器(54)处保持相对低的辐射强度，同时能够访问中间成像平面中的反馈传感器(64)。

Description

在基板上进行激光烧蚀的设备及方法
技术领域
本发明涉及使用固态激光器和可编程的空间光调制器在基板上进行激光烧蚀。
背景技术
激光器广泛用于制造先进的印刷电路板(PCB)。一个非常熟悉的例子是在多层PCB中打出接触盲孔(即被称为微通孔)。在该情况下，通常用紫外(UV)固态激光器打穿顶部铜层和下面的介电层，从而能够接触下铜层。在一些情况下，通过使用两种不同的激光工艺去除两种不同的材料，来改善该工艺的成本效益。通常使用UV二极管泵浦固态(DPSS)激光器在顶部铜层中打孔以暴露下介电层，并在单独的工艺中，使用CO2激光器来去除暴露在每个孔下面的介电材料。
最近提出了一种新型的高密度多层电路板制造技术。US2005/0041398A1和出版物“Unveiling the next generation in substrate technology”,Huemoeller et al,2006Pacific Micro-electronics Symposium描述了“激光嵌入电路技术”的概念。在这种新技术中，激光器被用于直接在有机介电基板中烧蚀精细沟槽、较大面积的焊垫以及接触孔。沟槽与焊垫和接触孔相连，这使得在激光结构化和随后的金属电镀之后同时形成第一层和第二层，其中，该第一层由嵌入在介电层顶表面的精细导体和焊垫构成的复杂图案组成，而该第二层由与下金属层相连的更深的接触孔组成。有关这项新技术的进展的更多信息描述在12th Electronic Circuit World Convention in Taiwan,November 9th-11th 2011的论文EU165(David Baron)和TW086-2(Yuel-Ling Lee&Barbara Wood)中。
到目前为止，在该方法中，已使用脉冲UV激光器在利用直写或掩模成像方法的单个工艺中形成沟槽、焊垫和接触孔。
直写方法通常使用光束扫描器在基板表面上移动来自激光器的聚焦的光束，以刻划沟槽并且还产生焊垫和接触孔结构。这种直写方法使用来自具有高光束质量的UV二极管泵浦固态(DPSS)激光器的高度可聚焦的光束，因此非常适合于精细沟槽刻划工艺。它还能够很好地处理与焊垫和接触孔结构有关的不同层深度的要求。通过该方法，可以容易地形成不同深度的沟槽、焊垫和接触孔。然而，由于UV DPSS激光器的低脉冲能量需要非常小的聚焦光斑来进行烧蚀，因此，该方法便于产生窄的轨迹和孔，而在从较大面积的特征和接地层去除材料时其并非有效的方法。同时这种直写方法在沟槽和焊垫之间的交叉处难以保持恒定的深度。适合制造基于嵌入式导体的PCB的直写激光装置描述在12th ElectronicCircuit World Convention in Taiwan,November 9th-11th 2011的论文TW086-9(WeimingCheng&Mark Unrath)里。
掩模成像方法通常使用UV准分子激光器照射掩模，上述掩模包含电路设计的一层或一个板级的全部细节。掩模的图像在基板上是缩小的，从而利用足以烧蚀介电材料的激光脉冲能量水平能够在基板上重现该层上电路的全部区域。在一些情况下，如要形成的电路很大时，使用掩模与基板的相对同步移动来转印全部图案。多年来，用于覆盖大基板面积的准分子激光掩模投影和相关策略是为人所熟知的。Proc SPIE 1997,vol.3223,p 26(Harvey&Rumsby)对该方法进行了描述。
由于在图像转印过程期间照射了掩模的整个区域，所以该方法不受待产生的各个结构的总面积的影响，因此其非常适合于产生精细沟槽、较大面积的焊垫和接地层。该方法在保持沟槽和焊垫之间的交叉处的深度恒定性方面也同样优异。然而，由于准分子激光器的购买和操作成本都非常高，所以除电路非常密集的情况外，该掩模成像方法的成本比直写方法高得多。由于电路的每一层都需要使用新的掩模，故掩模成像方法也非常不灵活。
出版物US2008/0145567A1中描述了克服后一种限制的解决方法。在该情况下，利用准分子激光扫描掩模投影***在绝缘层中形成由深度相同的沟槽和焊垫组成的层，并且在单独的工艺中，利用由单独的光束传输***传输的第二激光形成穿透至下面金属层的更深的接触孔。该两步工艺是一种处理不同深度结构要求的方法。但其仍受到因使用准分子激光器而带来的高成本的影响。
WO2014/0688274A1公开了一种替代方法，其中，由固态激光器形成的光斑为在掩模上进行光栅扫描。然后将由固态激光器照射的掩模图案的图像投影到基板上，并通过烧蚀形成与掩模图案相对应的结构。这种方法避免了对昂贵的准分子激光器的需求，但仍然受限于与使用掩模有关的不灵活性。对于每一层待形成的结构，则需要不同的掩模或掩模上的不同区域。如果需要对正在形成的结构进行修改，则可能需要全新的掩模。如果在正在形成的结构中检测到由掩模图案而导致的错误，则可能需要新的掩模。
发明内容
本发明的目的是至少在一定程度上解决上述提及的现有技术中的一个或多个问题。具体地，本发明的目的是提供可实现高通量、低成本、高灵活性和/或高水平控制和/或可靠性的激光烧蚀的设备和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在基板上进行激光烧蚀的设备，该设备包括：固态激光器，被配置为提供脉冲激光束；可编程的空间光调制器，被配置为根据由输入到调制器的控制信号所限定的图案来调制所述脉冲激光束；扫描***，被配置为在第一成像平面中多个可能的位置之一处选择性地形成所述图案的图像；以及控制器，被配置为控制所述扫描***和空间光调制器，以在第一成像平面的不同位置处按顺序形成图案的多个图像。
使用固态激光器而非准分子激光器显著降低了拥有成本。另外，为避免损坏空间光调制器，准分子激光器通常必须低于其最大功率来运行，因而降低了效率。
使用空间光调制器能够动态地改变基板上的烧蚀图案，从而增加了灵活性和控制能力。
现有技术中利用空间光调制的高分辨率***倾向使用固定的光学器件(即，无扫描能力)将由空间光调制器限定的图案投影至用于形成图案的目标(例如基板)上。固定的光学器件可使图案缩小，从而在基板上形成的图案是空间光调制器所限定的图案的较小版本。缩小有利于以足够低的脉冲能量密度照射空间光调制器，从而避免其损坏，同时在基板处提供足够高的能量密度以烧蚀基板的表面。缩小还有利于在基板上形成精细特征。如果需要在基板上的不同位置处形成由空间光调制器限定的图案，则可以相对于空间光调制器来扫描基板。使用固定的光学器件简化了光学器件的设计要求并且有利于形成具有高精确度的图案。然而，在激光烧蚀背景下，期望能够高速照射基板的大区域。实现这一目的的一种方法可以是提供具有非常大量的独立可寻址元件(例如大量的微镜)的空间光调制器。对于基板的每个位置，与使用具有较少数量元件的空间光调制器相比，这种方法可将图案的更大部分投影至基板上。然而，提供具有更多元件的空间光调制器可能更昂贵。可能需要空间光调制器更大，这就可能使空间光调制器更难以精确地(例如均匀地)照射。可能更难以将由这种空间光调制器限定的图案精确地照射到基板上。
一种替代方法是更快地扫描基板。然而，这需要布置复杂的电机和基板台以提供必要的加速度和位置精度。
例如，DPSS激光器的参数设置可广泛调谐。这使得它们可以在高频下传送相对低的脉冲能量并同时保持全功率。在高频下利用激光器的全功率通常将产生对基板和光束之间的相对速度(每秒若干米的量级)的需求。这种相对速度仅通过基板扫描难以实现。
根据本发明实施方式所提供的解决方案，是代替扫描基板(或除扫描基板之外)，扫描来自空间光调制器的图像。用这种方式，可以在不需要具有非常大量元件(虽然这些仍然可以使用)的空间光调制器且不需要用于快速扫描基板的复杂机械装置(虽然这些仍然可以使用)的情况下，在基板上大的区域上快速形成复杂图案。与通常的固定(非扫描)光学***情形相比，扫描空间光调制器的图像需要更复杂的光学器件，但是发明人已经认识到，在增加生产量和/或降低成本以及空间光调制器和/或基板扫描***(如果有的话)的复杂性方面的增益要超过与实现更复杂的光学器件相关联的任何挑战。在上面讨论的实例中，提出了使用DPSS激光器，其将需要以每秒若干米的速度移动基板。虽然使基板以这些速度移动可能是不切实际的，但是基于使用光束扫描器扫描激光束来产生相等的扫描速度，完全在当前可获得的激光束扫描器的运行范围内。
在一个实施方式中，基板位于第一成像平面中。基板位于第一成像平面中简化了设备的整体光学要求。
在一个实施方式中，设备还包括投影***，其被配置为在基板上的不同位置处形成图案的多个图像，并且投影***的最终元件被配置为当在第一成像平面中不同位置处形成图案的多个图像时相对于空间光调制器保持静止。因此，投影***的最终元件不直接参与任何扫描过程。具有静止的最终元件的投影***(或完全静止的投影***)有利于布置用于去除由烧蚀工艺产生的碎屑的装置(例如抽吸装置)。
在又一个实施方式中，基板提供在第二成像平面中，并且设备还包括投影***，该投影***将第一成像平面中图像的缩小版本投影到第二成像平面中的基板上。
因此，空间光调制器的图像形成于成像平面(这里称为第一成像平面)中，所述成像平面位于基板和空间光调制器之间的中间位置。这一布置可以使传感器或其他器件以如果在中间位置未提供第一成像平面就不能采用的方式访问第一成像平面。例如，在基板提供在第一成像平面的情况下，基板的存在阻止了传感器或其他器件的访问。传感器或其他器件对由空间光调制器形成的图像的访问使能够测量图像的性质。例如，可以测量与图像的质量有关的参数。例如在反馈布置中，测量可用于控制扫描***和/或空间光调制器的运行。
在图像被扫描和/或缩小后对图像(在第一成像平面中)的性质进行测量，使能够检测由扫描和/或缩小过程带来的误差。在使用没有可访问的中间成像平面的空间光调制器的***中，只能在空间光调制器的输出处和/或基板自身处检查图像。
在这种类型的实施方式中，投影***的最终元件还可以被配置为在第一成像平面中的不同位置处形成图案的多个图像时相对于空间光调制器保持静止。因此，投影***的最终元件不直接参与任何扫描过程。如上所述，具有静止的最终元件的投影***(或完全静止的投影***)有利于布置用于去除由烧蚀工艺产生的碎屑的装置。
在一个实施方式中，扫描***被配置为使第一成像平面中形成的图案的图像相对于空间光调制器处的图案是缩小的。使空间光调制器处的图案缩小降低了空间光调制器处所需的强度以在基板上进行烧蚀。对于许多类型的空间光调制器，在空间光调制器所能处理且不存在损坏或缩短使用寿命的风险的辐射强度方面都存在限制。在空间光调制器和第一成像平面之间使图案缩小也有利于在基板上形成更精细的结构。
在一个实施方式中，在空间光调制器与第一成像平面之间使图案缩小是在如下实施方式的背景下进行的，在该实施方式中基板提供在第二成像平面中并且设备还包括投影***，该投影***将第一成像平面中图像的缩小版本投影到第二成像平面中的基板上。因此，使用了两级缩小工艺。使用两级缩小进一步有利于通过减小任何一级的缩小要求来实现空间光调制器和基板之间所期望的总体缩小且有利于增强灵活性。可以根据需要通过替换或改变两级中的一级而不改变两级中的另一级来调整总体缩小。
根据又一方面，提供了一种基板上进行激光烧蚀的方法，包括：使用固态激光器以提供脉冲激光束；输入控制信号至可编程的空间光调制器以根据图案调制脉冲激光束；以及在第一成像平面中按顺序形成由所述空间光调制器限定的图案的多个图像，上述多个图像形成于所述第一成像平面中的不同位置处。
如在上面讨论的实施方式中，基板可以位于第一成像平面中。如在上面讨论的实施方式中，或者基板可以提供在第二成像平面中，并且上述方法还可以包括将第一成像平面中的图像的缩小版本投影到第二成像平面中的基板上。
附图说明
现在，将仅以示例的方式参照所附附图来进一步描述本发明，其中：
图1是典型的HDI印刷电路板的透视图，显示了需要在其中形成的结构类型；
图2是类似于图1的透视图，其中，印刷电路板包括上介电层和下介电层；
图3是另一典型印刷电路板的剖面图，其具有形成于其上的薄的保护层或牺牲层；
图4是用于在介电层中形成嵌入式结构的已知设备的示意图；
图5是用于在介电层中形成嵌入式结构的另一已知设备的示意图；
图6是用于在介电层中形成嵌入式结构的又一已知设备的示意图；
图7是用于在介电层中形成嵌入式结构的又一已知设备的示意图；
图8是用于在介电层中形成嵌入式结构的又一已知设备的示意图；
图9是根据实施方式的用于进行烧蚀的设备的示意图；
图10是根据又一实施方式的用于进行烧蚀的设备的示意图；
图11是根据又一实施方式的用于进行烧蚀的设备的示意图。
具体实施方式
图1显示了高密度互连(high density interconnect，HDI)印刷电路板(PCB)或集成电路(IC)基板的剖面，并且示出了需要形成的“嵌入式”结构类型。在介电核心层2上支撑有图案化以形成电路的铜层1。铜层1上涂覆有上介电层3，在上介电层3中，通过激光烧蚀形成了各种不同的结构。沟槽4、4’和4”，大焊垫5和小焊垫6和小焊垫7都具有相同深度，该深度小于上介电层3的整体厚度。对于IC基板，所需的沟槽宽度和焊垫直径通常分别在5微米～15微米和100μm～300μm的范围内，深度在5微米～10微米的范围内。对于HDI PCB，沟槽可以更宽和更深。通过激光烧蚀在焊垫7内形成更深的接触孔(或通孔)8，从而去除所有上介电层材料以暴露下面的铜电路区域。接触孔深度通常可以是焊垫和沟槽的深度的两倍。
图2显示了与图1的HDI PCB或IC基板类似的剖面，但是在该情况下，铜层顶部的上介电层由不同材料的两层构成，即上介电层9和下介电层10。沟槽4、4’和4”，大焊垫5和小焊垫6和小焊垫7都完全穿透上介电层9，但不明显地穿透下介电层10。接触孔8完全穿透下介电层10以暴露下面的铜电路区域。
图3显示了穿过HDI PCB的剖面，其中，在结构的激光图案化前，在介电层3的顶部施加材料的薄保护层或薄牺牲层11。这样的保护层通常最多只有几微米厚，并且它们的主要目的是在激光烧蚀工艺期间保护介电层3的顶表面免受损坏。在结构的激光烧蚀期间，光束穿透保护层的材料并去除材料至下方介电层3的所需深度。在完成激光烧蚀工艺之后且在进行随后工艺之前，通常将保护层去除以暴露介电材料。
图4显示了通常用于在介电层中产生嵌入式结构的已知设备。准分子激光器12发射脉冲UV光束13，该脉冲UV光束13经均化器单元14成形，通过镜15偏移，并均匀地照射整个掩模16。投影***17使掩模的图像在介电层涂覆的基板18的表面上缩小，从而在基板18处光束的能量密度足以烧蚀介电材料并在该层中形成对应于掩模图案的结构。
透镜19是场镜，其用于控制进入透镜17的光束，使其以最佳方式来进行。每个激光脉冲下，将掩模上的图案以界限清晰的深度加工至介电的表面上。通常来说，每个激光脉冲加工的深度是几分之一微米，因此需要许多激光脉冲来产生深度为多微米的沟槽和焊垫。如果需要将不同深度的特征加工至基板表面上，那么将限定第一水平的掩模换为限定更深水平的另一个掩模20，之后重复激光烧蚀工艺。
为了用一个激光脉冲照射每个掩模的全部区域和基板上的相应区域，激光脉冲需要是来自激光器的高能量脉冲。例如，如果要制造的器件的尺寸为10×10mm(1cm2)，且由于进行有效烧蚀所需的脉冲能量密度为约0.5J/cm2，那么在基板处所需的每个脉冲的总能量为0.5J。由于光学***中的损耗，需要来自激光器的每个脉冲具有显著更多的能量。UV准分子激光器非常适合于这一应用，因为它们通常在低重复率下以高脉冲能量来运行。在高达300Hz的重复率下发射高达1J的输出脉冲能量的准分子激光器是容易获得的。已经设计出各种光学策略来制造更大的器件或在更低的脉冲能量下使用准分子激光器。
图5显示了一种现有技术，该现有技术阐明了将光束成形光学器件21布置为在掩模16的表面产生直线光束的这样一个情况。该直线光束足够长从而能覆盖掩模的全宽。通过镜15的1D移动，直线光束以垂直于上述直线光束的方向扫描掩模的表面。通过从位置22到位置22’直线移动镜15，依次照射了整个掩模区域，并且相应地依次加工了基板上待加工的整个区域。当镜15移动时，掩模、投影***和基板都保持静止。
镜以允许正确数量的激光脉冲撞击基板的每个区域以产生所需深度的结构的速度来移动。例如，对于如下的准分子激光器，该激光器在300Hz下运行，在基板处直线光束的宽度为1mm，并且其中每个激光脉冲去除材料至0.5微米的深度，那么要产生深度为10微米的结构，每个区域需要20个激光脉冲。这种布置需要直线光束以15mm/s的速度移动穿过基板。掩模处的光束的速度以等于透镜的缩小倍数的倍数大于基板处的速度。
图6显示了另一种已知的布置，其阐明了处理有限的激光脉冲能量问题的替代方式。该方式涉及使掩模和基板以精确联动的方式相对于静止的光束移动。光束成形光学器件21形成横越掩模全宽的长度的直线光束。在这种情况下，镜15保持静止，而掩模16如图所示线性地移动。为了在基板上产生准确的掩模图像，基板18必须如图所示以与掩模相反方向移动，移动的速度根据成像透镜17的缩小倍数与掩模的速度相关。在用于制造半导体的准分子激光晶圆曝光工具中，这种1D掩模和基板联动***是众所周知的。
在待加工的器件的面积非常大且每个激光脉冲没有足够的能量来产生横穿器件全宽的直线光束的情况下，准分子激光器也已与2D掩模和基板扫描方案一起使用。ProcSPIE.,1996(2921),p684中描述了这样的一种***。这样的***非常复杂，需要高度精确的掩模和工件台控制，此外，在扫描带重叠的基板的区域上很难控制获得均匀的烧蚀深度。
图7显示了一种已知的布置，其中，使用固态激光器替代了UV准分子激光器。除此之外，该布置与图4、5和6中所示的布置类似，都使用了掩模投影光学***来限定基板中的电路层的结构。
激光器52发射输出光束23，该输出光束23经光学器件24成形，从而在掩模16处形成适当尺寸的圆形或其他形状的光斑，使得在通过透镜17成像到基板18表面上后，其能量密度足以烧蚀基板18表面上的材料。2D扫描器单元25以二维光栅图案在掩模16上移动光斑，从而覆盖了掩模16的全部区域，相应地，也覆盖了基板18待加工的全部区域，从而将掩模16上的图案的图像印到了基板表面上。在图像侧，透镜17可以具有远心性能。这意味着通过透镜形成平行光束，使得图像的尺寸不因距基板距离的变化而改变。这避免了沿着光轴高精度地定位基板的需求并能够适应基板任何的不平整度。
提供了透镜19，其将扫描器25的镜之间的平面成像到透镜17的入射光瞳26中，从而满足远心性能的条件。重要的是透镜17具有足够的光学分辨率以在介电层的表面中精确地形成低至5μm或更小的轮廓分明的结构。分辨率由波长和数值孔径确定，在激光波长为355nm的情况下，这转换为约0.15或更大的数值孔径。
对透镜17的另一个要求是它将掩模上的图案缩小至基板上，从而在基板处的激光脉冲的能量密度足够高以烧蚀材料，但在掩模处的能量密度足够低从而不会损坏掩模材料，该掩模材料可以是石英基板上的图案化的铬层。在大多数情况下发现3×或更大的透镜放大倍数是适合的。在基板处0.5J/cm2的能量密度通常足以烧蚀大多数聚合物介电材料，因此对于3×缩小透镜，除去透镜中的合理损耗，在掩模处的对应能量密度小于0.07J/cm2，该水平远低于石英掩模上铬的损伤强度。
图8显示了使用图7的布置产生两层结构的一种方式。扫描第一掩模16的全部区域以产生上层沟槽和焊垫结构，接着用具有与下层通孔结构相关的图案的第二掩模33替换第一掩模16。当然，需要精确的掩模配准来确保两个激光加工的图案准确地叠加在基板表面上。在下层图案具有高密度特征的情况下优选这种多重、顺序扫描掩模方法，从而能够有效地扫描下层掩模的全部或大部分。另一方面，如果只需要少数几个较深的特征，例如位于由上层掩模限定的焊垫区域内的通孔，则可以使用替代的方法。例如，可使用“瞄准射击(point and shoot)”方法，在该方法中激光在通孔的位置处长时间保持静止(而并非在整个掩模上扫描)。
下文以及从图9起对本发明的实施方式进行描述。
提供了用于在基板18上进行激光烧蚀的设备50。设备50包括固态激光器52。该固态激光器可以被配置为提供脉冲激光束。固态激光器52可以是Q开关CW二极管泵浦固态(DPSS)激光器。这种激光器与准分子激光器的运行方式非常不同，这种激光器以高(数kHz至100kHz)重复率发射具有低能量(例如0.1mJ至几十mJ的脉冲)的脉冲。现在很容易获得多种类型的Q开关DPSS激光器。在一个实施方式中，使用在UV范围内运行的多模DPSS激光器。与波长更长的光相比，UV适用于多种介电材料的烧蚀，并且成像透镜的光学分辨率优异。此外，多模激光束的非相干性质可在不受衍射效应的影响情况下照射高分辨率图像。尽管单模激光器能很好地聚焦离散的小光斑，但其不太适合于照射图像。也可以使用具有更长波长和低阶模的光束输出的其他脉冲DPSS激光器。
例如，可以使用UV MM CW二极管泵浦固态激光器，其在355nm的波长下运行，以大约10kHz的重复率提供20W、40W或80W的功率，从而分别提供2mJ、4mJ和8mJ的输出脉冲能量。另一个例子是MM UV DPSS激光器，其以6kHz的重复率提供40W的功率，从而每脉冲提供6.7mJ的能量。其他例子是UV低阶模CW二极管泵浦固态激光器，其可以在355nm的波长下运行，以大约100kHz的重复率提供20W或28W的功率，从而分别提供0.2mJ和0.28mJ的输出脉冲能量。
来自激光器52的输出光束23被直接地或间接地引导至可编程的空间光调制器54上。在一个实施方式(如图所示)中，设备50包括光束整形器64。该光束整形器64可被配置为改变输出光束23中的能量分布。例如，光束整形器64可被配置为使光束23呈顶帽(top-hat)强度分布。
空间光调制器是能够对光束施加空间变化调制的装置。可编程的空间光调制器是可以响应控制信号而改变调制的调制器。控制信号可通过计算机提供。在一个实施方式中，调制器54包括微镜阵列。在一个实施方式中，该阵列是二维阵列。每个微镜可以是独立可寻址的，从而无论镜以使辐射到达基板的方向还是以阻止辐射到达基板的方向(例如，通过将辐射引导向吸收辐射的辐射槽)来反射该辐射，控制信号都能独立地指定每个镜。本领域中还有已知的其他形式的空间光调制器，且其可以在本发明实施方式的背景下使用。
在所示的实施方式中，调制器54被配置为使用图案来调制脉冲激光束，该图案通过控制器60提供的控制信号来限定。来自调制器54的输出光束62输入至扫描***56中。扫描***56可以包括例如二维光束扫描器。扫描***56被配置为在第一成像平面101中的多个可能的位置之一处选择性地形成图案的图像。在一个实施方式中，在调制器54的参考系中，上述多个可能的位置彼此不同。控制器60被配置为控制扫描***56和空间光调制器54以在第一成像平面中的不同位置处按顺序(在不同时刻，例如一个接一个地)形成图案的多个图像。在一个实施方式中，在调制器54的参考系中，上述不同位置彼此不同。在一个实施方式中，在第一成像平面中的不同位置处形成多个图像期间，调制器54保持静止。在图9所示的实施方式中，基板18提供在第一成像平面101中。如下所述，在其他实施方式中，基板18可以提供在不同的平面中。可以以光栅扫描图案形成一系列图像。可选地，使图像成形以使图像彼此嵌合。以这种方式，可以通过扫描的一系列图像以连续方式(无间隙)使大于单个图像的区域图案化。例如，每个单独图像可以是正方形或矩形，并且可以扫描图像以连续覆盖由更大的正方形或矩形组成的区域。
在一个实施方式中，扫描***56被配置为使在第一成像平面101中形成的图案的图像相对于空间光调制器54处的图案缩小。因此，比在空间光调制器54上形成的图案更小的图案的图像形成在第一成像平面101上。在图9所示的实施例中，缩小通过在投影***58中一个或多个适当配置的光学元件来实现。
在一个实施方式中，投影***58的最终元件(即，沿着通向基板的光路的最后一个元件)被配置为在基板18上扫描图像期间相对于调制器54保持静止。因此在局部区域(在静止的最终元件下面)发生烧蚀。如果允许最终元件移动(例如为了参与在基板上扫描图案)，那么将在更宽的位置范围内发生烧蚀。限制可发生烧蚀的位置范围能更容易地为有效去除碎屑做准备。碎屑去除装置可以是小巧的和/或简单地安装(例如，在一个永久位置，而不是为了实时追踪烧蚀工艺采取的到处移动的方式)。
在一个实施方式中，控制器60被配置为由激光器52的不同的单个脉冲形成在基板18上形成的一系列图像中的每个图像。这不是必须的。在其他实施方式中，控制器60可布置为由来自激光器的两个或更多个不同的脉冲形成一系列图像中一个或多个图像中的每一个。在一个实施方式中，调制器54能够在激光器52的连续脉冲之间根据不同的图案调制脉冲激光束。这使得从一个脉冲到下一个脉冲时，可以改变图案，从而有利于在基板上照射复杂的图案(例如由一系列图像形成的图案，其中，至少对于上述一系列图像中的一部分来说，其从一个图像变为下一个图像)。
图10显示了一种布置的实施例，其中基板18提供在第二成像平面102中。该第二成像平面102位于第一成像平面101的下游。与图9的实施方式类似，扫描***56同样被配置为在第一成像平面101中的多个可能位置之一处选择性地形成通过调制器54形成的图案的图像。投影***62被配置为将第一成像平面101中的图像的缩小版本投影至第二成像平面102中的基板18上。投影***62将在第一成像平面101中的不同位置处形成的图案的多个图像投影至基板18上对应的多个位置。
在图10所示的具体实施例中，设备50包括两个投影***：第一投影***58和第二投影***62。可采用与上述图9中描述的投影***58相同或相似的方式来配置第一投影***58。第一投影***58可以例如在第一成像平面101中形成在调制器54上形成的图案的缩小的图像。如上所述的第二投影***将第一成像平面101中的图像的缩小版本投影至基板18上。因此，该实施方式提供了两级缩小的工艺。
如上述在说明书的发明内容部分所述的，布置设备50的光学器件，使第一成像平面101位于基板18和调制器54之间的中间位置，增强了第一成像平面101的可访问程度。例如，可以(或更容易)通过传感器或其他器件以如果在中间位置未提供第一成像平面101就不能采用的方式访问第一成像平面101。例如在基板18提供在第一成像平面101中的情况下，基板18的存在阻止了传感器或其他器件的访问。
在一个实施方式中，传感器64配置于第一成像平面101中或与第一成像平面101相邻。这种实施方式的示例如图11所示。传感器64被配置为测量在第一成像平面101中形成的图像的性质。该性质可以包括以下中的一个或多个：例如：焦点质量的测量、图案中的一个或多个特征的位置精度的测量、特征的宽度(诸如线或线之间的间隔(例如最小线宽或间隔))的测量、强度精度的测量(例如，预期具有相同强度的区域上的强度均匀性)。
在一个实施方式中，控制器60被配置为使用由传感器64测得的测量性质来控制调制器54和/或扫描***56的运行。例如，控制器60被配置为通过改变扫描***的运行特点(例如标称扫描路径)来响应传感器64检测到的图像质量偏差。或者或另外，控制器64可通过改变调制器54的运行特点来响应偏差。例如，可以改变在调制器54上形成的图像以补偿由传感器64检测到的在第一成像平面101中的失真或其他误差。传感器64可以通过连接线66连接到控制器60上。传感器64可以被配置为在反馈回路中运行。
除存在的传感器64以及传感器64和控制器60之间的连接线66之外，图11的实施方式与上述关于图10所讨论的实施方式相同。
扫描在第一成像平面101中不同位置上的由调制器54限定的图像可能引入图像的失真。这一失真的存在可能由于例如调制器54与第一成像平面101内不同位置之间存在不同的光路长度。与离光轴更近的扫描位置相比，离光轴更远的扫描位置可能产生更大的失真。在一个实施方式中，可以通过根据在第一成像平面101中形成图案的图像的位置调整由调制器54所限定的图案来至少部分地校正这些失真和/或其他失真。为了获得定义如何调整通过调制器54限定的图案的校准数据，可以进行校准测量。
在上述讨论的任一实施方式或其他的实施方式中，扫描***56可以是1D、2D或3D扫描***。扫描***可以例如包括1D、2D或3D光束扫描器和相关联的光学(例如透镜)***，该光学***被配置为根据来自光束扫描器的输出来形成图像。在扫描***56是1D扫描***的情况下，扫描***56可以被配置为沿着扫描线(例如，直线)扫描调制器54上图案的图像且设备可以被配置为沿着垂直于扫描线的方向移动基板18。这样的配置可以例如用于在基板18上产生图像的光栅扫描。在扫描***56是2D扫描***的情况下，扫描***56能够定位调制器54上图案的图像，其相对于与第一成像平面中的光轴垂直的两个相互垂直的轴任意地移位。在扫描***56是3D扫描***的情况下，扫描***56能够在第一成像平面的区域中三维上任意地定位调制器上图案的图像。这种配置能够以与2D扫描***相同的方式定位图像，但是具有额外的沿平行于光轴的方向改变焦点位置的可能性。该功能可用于校正由于在第一成像平面中更远离光轴的位置处的光路增加而可能出现的聚焦误差。

Claims (33)

1.一种用于在基板上进行激光烧蚀的设备，所述设备包括：
固态激光器，被配置为提供脉冲激光束；
可编程的空间光调制器，被配置为根据由输入到所述调制器的控制信号所限定的图案来调制所述脉冲激光束；
扫描***，被配置为在第一成像平面中多个可能的位置之一处选择性地形成所述图案的图像；以及
控制器，被配置为控制所述扫描***和空间光调制器，以在所述第一成像平面的不同位置处按顺序形成所述图案的多个图像。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述基板位于所述第一成像平面中。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括投影***，所述投影***被配置为在所述基板上的不同位置处形成所述图案的多个图像，其中，所述投影***的最终元件被配置为在所述第一成像平面的不同位置处形成所述图案的多个图像时相对于所述空间光调制器保持静止。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，
所述设备进一步包括投影***，所述投影***被配置为使在所述第一成像平面中形成的图像缩小，并将缩小的图像投影到第二成像平面中的基板上；以及
所述投影***被配置为将在所述第一成像平面的不同位置处形成的所述图案的多个图像投影至所述基板上对应的多个位置上。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述投影***的最终元件被配置为在所述第一成像平面中的不同位置处形成所述图案的多个图像时相对于所述空间光调制器保持静止。
6.根据权利要求4或5所述的设备，进一步包括传感器，所述传感器被配置为测量在所述第一成像平面中形成的所述图像的性质。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述控制器被配置为使用由所述传感器测得的测量性质来控制所述空间光调制器和所述扫描***中的一者或两者的运行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述扫描***被配置为使在所述第一成像平面中形成的所述图案的所述图像相对于所述空间光调制器处的所述图案是缩小的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为使所述顺序中的每个图像能够由来自所述固态激光器的不同的单个脉冲形成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述可编程的空间光调制器被配置为能够在所述固态激光器的连续脉冲之间根据不同的图案调制所述脉冲激光束，使得从一个脉冲到下一个脉冲时，所述图案能发生改变。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制器被配置为控制所述空间光调制器以根据在所述第一成像平面中待形成图案的位置来改变在所述第一成像平面中待形成的图案。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述空间光调制器包括镜的阵列。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，在所述可编程的空间光调制器的参考系中，所述不同位置彼此不同。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述扫描***使得所述第一成像平面中多个可能的位置是在所述可编程的空间光调制器的参考系中彼此不同的多个位置，其中，在所述多个可能的位置处，所述扫描***能形成所述图案的所述图像。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述扫描***包括二维光束扫描器。
16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述可编程的空间光调制器包括多个独立可寻址的元件。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述可编程的空间光调制器包括独立可寻址的元件的二维阵列。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述可编程的空间光调制器被配置为在所述第一成像平面的不同位置处形成所述图案的多个图像期间保持静止。
19.一种在基板上进行激光烧蚀的方法，所述方法包括：
使用固态激光器以提供脉冲激光束；
输入控制信号至可编程的空间光调制器，以根据图案调制所述脉冲激光束；以及
在第一成像平面中，按顺序形成由所述空间光调制器限定的图案的多个图像，所述多个图像在所述第一成像平面中的不同位置处形成。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述基板位于所述第一成像平面中。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，使用投影***在所述基板上的不同位置处形成所述图案的所述多个图像，其中，当在所述第一成像平面的不同位置处形成所述图案的所述多个图像时，所述投影***的最终元件相对于所述空间光调制器保持静止。
22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，进一步包括：
将所述第一成像平面中所述图像的缩小版本投影至第二成像平面的基板上，其中，将位于所述第一成像平面中不同位置的图像投影至所述基板上对应的不同位置。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，使用投影***将所述第一成像平面中所述图像的所述缩小版本投影至所述基板上，并且当在所述第一成像平面的不同位置处形成所述图案的所述多个图像时，所述投影***的最终元件相对于所述空间光调制器保持静止。
24.根据权利要求19-23中任一项所述的方法，进一步包括测量在所述第一成像平面中形成的所述图像的性质，以及利用测得的性质来控制所述空间光调制器和所述扫描***中一者或两者的运行。
25.根据权利要求19-24中任一项所述的方法，其中，在所述第一成像平面中形成的所述图案的每个图像相对于阵列处的所述图案是缩小的。
26.根据权利要求19-25中任一项所述的方法，其中，在所述第一成像平面中形成的所述图像彼此嵌合。
27.根据权利要求19-26中任一项所述的方法，其中，所述不同位置在所述可编程的空间光调制器的参考系中彼此不同。
28.根据权利要求19-27中任一项所述的方法，其中，使用二维光束扫描器在所述不同位置处形成由所述空间光调制器限定的图案的所述图像。
29.根据权利要求19-28中任一项所述的方法，其中，所述可编程的空间光调制器包括多个独立可寻址的元件。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述可编程的空间光调制器包括独立可寻址的元件的二维阵列。
31.根据权利要求19-30中任一项所述的方法，其中，在所述第一成像平面中的不同位置处形成所述图案的所述多个图像期间，所述可编程的空间光调制器保持静止。
32.一种用于进行激光烧蚀的设备，所述设备被布置和配置为大体上以如下文参照附图中从图9起的附图所描述的方式和/或如附图中从图9起的附图所示的方式来运行。
33.一种用于进行激光烧蚀的方法，所述方法大体上如下文参照附图中从图9起的附图所进行的描述和/或如附图中从图9起的附图所示。
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