CN1895832A - 一种激光掩膜投影精细加工*** - Google Patents

Abstract

一种激光掩膜投影精细加工***，属于激光加工技术领域中涉及的加工***。解决的技术问题是：提供一种激光掩膜投影精细加工***。技术方案：包括激光器、扩束器、扫描器、光吸收器、掩膜、成像透镜、被加工件、工作台。在激光束的光轴上，置有扩束器、扫描器。扫描器中的X轴反射镜与光轴成45°角安装，能沿光轴方向移动，在折反的激光束传播方向上置有Y轴反射镜，Y轴反射镜与水平面夹角为45°，Y轴反射镜能沿Y轴移动，在Y轴反射镜反射的激光束的光轴上依次置有掩膜、成像透镜、被加工件；掩膜与光轴之间的夹角采用90°或45°；成像透镜与光轴垂直安装，被加工件的加工表面置于成像透镜的像平面上，被加工件置于工作台上。

Description

一种激光掩膜投影精细加工***    

一、技术领域

本发明属于激光微细加工技术领域中涉及的一种激光掩膜投影精细加工***。

二、技术背景

所谓掩膜投影加工，是将加工图案制作在掩膜上，在平行光源的照射下，利用微缩或放大光学***，将加工图案成像在被加工件的表面进行微细加工的一种技术。

传统的掩膜投影加工，所用的光源能量较低，主要用于光敏胶曝光光刻，在集成电路、线路板等制作中有着广泛的应用，与传统光刻方法相比，激光掩膜投影加工的最大特点是利用激光的高能量密度，可直接在工件表面刻划加工，并可在金刚石、硬质合金、陶瓷等材料上加工各种图案，其加工精度完全可满足通常意义上的工业精度要求。因此，激光掩膜投影精细加工技术具有重要的应用价值。

激光掩膜投影加工，最初主要采用准分子激光器作为光源，准分子激光器的输出光斑较大，在掩膜加工中可覆盖相当尺寸的掩膜，准分子激光的波长较短，可获得很高的精细度。但是，准分子激光器的价格昂贵，限制了推广应用。

与本发明最接近的技术，是乌克兰科学院物理所和半导体物理所联合开发的一种“Nd:KGW激光掩膜投影精细加工***”，如图1和图2所示：包括激光器1、扫描器2、扩束器3、掩膜4、成像透镜5、被加工件6、工作台7。其中扫描器2中还包括反射镜8、反射镜9、反射镜10、反射镜11。

在激光器1发射的激光束的光轴上，从左至右依次置有扫描器2、扩束器3、掩膜4、成像透镜5、被加工件6、工作台7；扫描器2是由两组各自平行的激光反射镜组成的，反射镜8和反射镜9的反射面相对且平行组成一组，垂直于光轴，沿水平方向旋转扫描，另一组反射镜10和反射镜11的反射面相对且平行，垂直于光轴并与上组成正交方向旋转扫描；扩束器3可将激光束横截面面积扩大；掩膜4的工作面垂直于光轴，通过计算机设计图案，复制在透明塑料板上制备的；成像透镜5垂直于光轴放置；被加工件6的加工面置于成像透镜5的焦面上，被加工件6置于工作台7上。

由于该装置的激光扫描器由四面反射镜构成，经四次反射后，激光能量损耗较大，所能实现的扫描面积较小(30×30mm)，不能满足尺寸较大的掩膜加工，所获得的扫描面与激光束垂直，工件只能垂直放置，应用很不方便，而掩膜也只能采用计算机绘制并打印出来的塑料板掩膜，不能承受较大的能量密度，只适合低能量密度的掩膜加工，效率较低。

三、发明内容

为了克服已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于扩大扫描面积范围，增大加工面积，加大激光能量，扩大应用范围，特设计一种新型激光掩膜投影精细加工***。

本发明要解决的技术问题是：提供一种激光掩膜投影精细加工***。解决技术问题的技术方案如图3和图4所示，包括激光器12、扩束器13、扫描器14、光吸收器15、掩膜16、成像透镜17、被加工件18、工作台19。其中扫描器14中还包括X轴反射镜20、Y轴反射镜21。

在激光器12发射的激光束的光轴上，从右至左依次置有扩束器13、扫描器14。扫描器14中的X轴反射镜20的反射面与水平面垂直，并与激光束的光轴成45°角安装，能沿光轴方向移动一定的距离，对激光束进行扫描，将激光束沿传播方向折反90°传播，X轴反射镜20的入射激光束和反射激光束所构成的平面保持水平，在折转的激光束传播方向上置有Y轴反射镜21，Y轴反射镜21与水平面夹角为45°，Y轴反射镜21将其入射激光束折反90°传播，反射的激光束传播方向垂直于水平面，Y轴反射镜21能沿Y轴移动一定的距离，改变X轴反射镜20的扫描光线的位置，X轴反射镜20的X轴方向扫描和Y轴反射镜21的Y轴方向扫描合成整个掩膜的面积。在Y轴反射镜21反射的激光束的光轴上依次置有掩膜16、成像透镜17、被加工件18。掩膜16与光轴之间的夹角采用两种，90°角或45°角，90°角时，适于光源能量较低的状态；45°角时，适于光源能量较高的状态。成像透镜17与光轴垂直安装，在掩膜与光束成45°角状态时，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镜17的像平面上，被加工件18的加工表面与掩膜16的面在45°或90°两种状态下都保持平行，成像透镜17将掩膜16的图案成像在被加工件18上，被加工件18置于工作台19上。

工作原理说明：激光器12发出激光束，经扩束器13扩大指定的倍数后进入扫描器14，扫描器14中的X轴反射镜20的反射面与激光束的光轴成45°角安装，并能沿光轴方向移动一定的距离，实现扫描，同时将激光束的传播方向沿水平方向折反90°，在折反的激光束传播方向上置有Y轴反射镜21，Y轴反射镜21与水平面成45°角并能沿Y轴移动规定的距离，以改变X轴反射镜20的扫描光线的位置，Y轴反射镜21的反射光传播方向垂直于水平面，X轴反射镜20的X轴方向扫描和Y轴反射镜21的Y轴方向扫描合成整个掩膜的扫描面积。掩膜的大小由扫描面积决定，掩膜16和被加工件1

8保持平行，与光轴之间的夹角可调，掩膜能沿光轴方向移动，调节它与成像透镜17之间的距离，改变成像透镜17的放大倍率，被加工件18置于成像透镜17的焦面上，成像透镜17将掩膜16的图案成像在被加工件18的表面上，从而实现了掩膜投影精细加工。

本发明的积极效果：扫描器结构简单，可实现大面积的两维扫描。掩膜与光轴成45°角放置时，可采用高能激光器，适合于对多种材料的掩膜投影加工，同时可以对材料打斜孔加工。

四、附图说明

图1是已有技术的结构示意图；

图2是已有技术中扫描器2的立体结构示意图；

图3是本发明的结构示意图；

图4是本发明中扫描器14的立体结构示意图。

五、具体实施方式

本发明按图3所示的结构实施，其中的扫描器14按图4所示的结构实施。

激光器12，采用YAG激光器，扩束器13采用对激光束进行2-3倍扩束，扫描器14中的X轴反射镜20的基底采用K9光学玻璃，镀能反射1.06μm的激光反射介质膜，反射面面积采用20×20mm，在光轴方向的行程采用100mm，Y轴反射镜21的基底和反射膜与反射镜20相同，反射镜面面积22×120mm，在Y轴方向行程采用100mm，掩膜16的基底，在小功率时采用透明塑料板，大功率时采用光学玻璃，镀制增透膜和反射膜，成像透镜17的通光孔径φ＝150mm，焦距f＝100mm，被加工件18的材料根据需要选择，工作台19的材质采用45^#钢，台面面积采用120×120mm。

Claims (1)

1、一种激光掩膜投影精细加工***，包括激光器、扩束器、扫描器、掩膜、成像透镜、被加工件、工作台；其特征在于还包括光吸收器(15)、扫描器(14)中包括X轴反射镜(20)、Y轴反射镜(21)；在激光器(12)发射的激光束的光轴上，从右至左依次置有扩束器(13)、扫描器(14)。扫描器(14)中的X轴反射镜(20)的反射面与水平面垂直，并与激光束的光轴成45°角安装，能沿光轴方向移动一定的距离，将激光束沿传播方向折反90°传播，X轴反射镜(20)的入射激光束和反射激光束所构成的平面保持水平，在折反的激光束传播方向上置有Y轴反射镜(21)，Y轴反射镜(21)与水平面夹角为45°，Y轴反射镜(21)将其入射激光束折90°传播，反射的激光束传播方向垂直于水平面，Y轴反射镜(21)能沿Y轴移动一定的距离，在Y轴反射镜(21)反射的激光束的光轴上依次置有掩膜(16)、成像透镜(17)、被加工件(18)；掩膜(16)与光轴之间的夹角采用两种，90°角或45°角；成像透镜(17)与光轴垂直安装，在掩膜(16)与光束成45°角状态时，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镜(17)的像平面上，被加工件(18)的加工表面与掩膜(16)的面在45°角或90°角两种状态下都保持平行，被加工件(18)置于工作台(19)上。

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