專利名稱：蝕刻閃光燈成象的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在工件上建立定形圖象的方法，特別涉及一種通過樣板用脈沖幅射在工件上產(chǎn)生定形圖象的方法。
有多種多樣在工件上建立定形圖象的方法，諸如廣泛用于各類電子裝置(如磁盤、存儲(chǔ)卡電路及柔性電路)的制造技術(shù)。相關(guān)的技術(shù)也用于以某種信息如條形碼標(biāo)識(shí)各種裝置，制作印刷元件(如印刷版)，及設(shè)計(jì)裝飾圖案。
模壓是在工件上制作定形圖象的技術(shù)之一，例如用壓模在磁盤上壓制可光讀識(shí)的伺服縫。模壓技術(shù)的缺陷是壓模使用壽命較短。壽命期限后，磁盤本身的彈性將使壓制縫發(fā)生幾何變形。
另一種在工件上建立定形圖象的技術(shù)是化學(xué)蝕刻。該技術(shù)是將光致抗蝕劑涂布在基底上并構(gòu)成需要的圖形。然后，用化學(xué)蝕刻除去抗蝕劑被顯影部分、留下定形圖象。蝕刻用的化學(xué)品并非盡善盡美，例如，某些化學(xué)品可能會(huì)蝕刻工件的未顯影部分。這種無益的蝕刻將限制在工件上建立的定形圖象的大小和位置。
其它周知的技術(shù)是用電子束、離子束及等離子體在工件上制作定形圖象。由于這些手段的能量流低，因此這些方法是具有低熱轉(zhuǎn)換率、連續(xù)的或長脈沖長度的蝕刻工藝。對(duì)于聚合物基的蝕刻面涂層，低熱轉(zhuǎn)換率是有害的。具體地說，低熱轉(zhuǎn)換率會(huì)在非蝕刻的涂層區(qū)產(chǎn)生不良的熱處理效果。
激光技術(shù)也是一類在工件上建立定形圖象的有用方法。其一，是使用氬離子激光器在磁盤上直接燒蝕一個(gè)接一個(gè)的光學(xué)可讀的伺服縫。當(dāng)被燒蝕的磁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光束被光控地啟動(dòng)和關(guān)閉，同時(shí)一個(gè)最終鏡頭目標(biāo)被變換。其二是關(guān)于在工件(例如，電視顯象管的玻璃熒光屏面板)表面制作機(jī)械可讀編碼標(biāo)記的方法，該方法使用二氧化碳激光在該熒光屏面板上蒸鍍相似寬度的平行區(qū)而實(shí)現(xiàn)標(biāo)記制作。
將圖象燒蝕在熒光屏面板上的無機(jī)顏料涂層中而直接構(gòu)成電視顯象管玻璃面板標(biāo)記以及用高能激光在聚合物基層的金屬涂層上構(gòu)圖的方法均是已有技術(shù)。
另一成熟技術(shù)是利用準(zhǔn)分子激光器在位于聚合物膜前、后側(cè)的金屬涂層上蝕刻圖樣。首先，以單個(gè)脈沖方式的激光在聚合物膜前側(cè)金屬涂層上蝕刻圖樣。而后，在以單個(gè)脈沖的激光穿過聚合物膜前側(cè)已蝕刻的圖樣并穿過該聚合物膜到達(dá)其后側(cè)，而在該膜后側(cè)蝕刻圖樣。
盡管當(dāng)工件上的圖象結(jié)構(gòu)較簡單及工件批量較小時(shí)單獨(dú)圖象結(jié)構(gòu)的直接成象較好，但是圖象結(jié)構(gòu)直接成象并非總是最佳選擇。例如，用一次僅成一個(gè)圖象結(jié)構(gòu)的直接激光成象的方法在工件上制多個(gè)圖象或圖象結(jié)構(gòu)時(shí)就要花費(fèi)更多的時(shí)間。
已有技術(shù)可用激光一次構(gòu)成一個(gè)以上的圖象或圖象結(jié)構(gòu)。例如，在瓷基鍍鋁層工件上用接觸光刻技術(shù)制作定形圖象。在該技術(shù)中，把對(duì)所用激光波長具有高反射的材料掩膜貼置在鋁鍍層上。用二氧化碳激光器發(fā)出的激光照射在該掩膜上，以便將未遮蓋的鋁鍍層去掉。掩膜的反射表面把激光幅射從被掩膜遮蓋的工件部分反射掉。
將油墨圖樣加在工件上以在工件上制作定形圖象的方法也是公知技術(shù)。其常用的工件多是在陶瓷或聚合物基底上涂覆金屬或聚合物涂層的工件。將油墨圖樣直接施加在上述涂層上。用激光器(如，準(zhǔn)分子激光器)發(fā)出的光照射該油墨圖樣，以除去未被該油墨圖樣遮蓋的涂層部分。
使用準(zhǔn)分子激光器和掩膜的投影式光刻也是已知技術(shù)。掩膜離開工件設(shè)置，激光器發(fā)出的光直接穿過工件掩膜蝕刻多層印刷電路板上的聚酰亞胺涂層。距投影光學(xué)設(shè)備4.2米的準(zhǔn)分子激光器的輸出光束是矩形的(1厘米×3厘米)。
用掩膜曝光制作定形圖象時(shí)，激光束最好等同或大于被蝕刻區(qū)域，以確保光束完全覆蓋所有的圖象或圖象結(jié)構(gòu)。激光器的輸出光束通常需用光學(xué)設(shè)備再整形和聚焦以確保最佳光束形狀及產(chǎn)生足夠的能量密度。小于被蝕刻區(qū)域的光束必須覆蓋掩膜而掃描，且不能超出該掩膜。
雖然，在某些場合使用激光器是有益的，但對(duì)于圖樣成象投影而言，激光器，也并非總是最好的選擇。激光成象處理往往需要復(fù)雜的光學(xué)設(shè)備用以整形和傳輸光束及集中光束能量。既使是高功率激光器(例如，準(zhǔn)分子激光器)亦非總能充分地用泛光照射所要求的圖象區(qū)。在用泛光照射圖象區(qū)時(shí)，復(fù)合掃描圖象區(qū)的方法使激光器的經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)率都降低。激光成象處理所用設(shè)備、特別是那些所需的復(fù)雜光學(xué)設(shè)備的成本很高。
另外，人們已發(fā)現(xiàn)在蝕刻期間準(zhǔn)分子激光器會(huì)使受損材料產(chǎn)生一個(gè)狹窄區(qū)。每個(gè)激光脈沖都產(chǎn)生一個(gè)受損材料的分隔區(qū)。該分隔區(qū)圍繞由激光蝕刻區(qū)的邊緣延伸。在金屬涂層中，受損區(qū)一般是相對(duì)非成象金屬涂層發(fā)生微裂和變厚的金屬層。在聚合物涂層中，受損區(qū)含有大量表面碎屑。無論什么涂層中，受損材料都比非受損材料更難于充分地?zé)g。對(duì)于工件上某些必須清除以便蝕刻出完美定形圖象的被損材料，既使讓工件長時(shí)間反復(fù)在激光束照射之下移動(dòng)也不可能完全被燒蝕掉。
與油墨圖樣結(jié)合使用激光器以在工件上制作定形圖象時(shí)也存在問題。油墨特別是薄油墨常較疏松且有穿透油墨圖樣的空隙。已知高分辨率激光器，例如準(zhǔn)分子激光器，相應(yīng)油墨圖樣中的空隙將在工件上燒蝕許多針孔。若油墨圖樣是金屬涂層上被蝕刻的導(dǎo)電圖樣，則上述針孔可能被導(dǎo)通。
在有關(guān)用閃光燈照射半晶體聚合物表面層以在該表面層內(nèi)生成類非晶聚合物的評(píng)述中，人們注意到，通常類非晶層有增強(qiáng)半晶體聚合物與其它材料(包括粘接材料)粘接的作用。類非晶層還可減小光學(xué)反射率、增強(qiáng)半晶體聚合物的光學(xué)透射，增強(qiáng)涂層與半晶體聚合物的粘接以及減小半晶體聚合物的表面摩擦系數(shù)。
上面講述了用閃光燈照射半晶體聚合物表面層以在該表面層內(nèi)生成具有圖形分布的類非晶聚合物。在該表面層被照射后，可用活性離子蝕刻法選擇性地除去非晶體聚合物。
已知用閃光燈可將金屬和聚合物基底上的涂料層除掉。在能量密度為9-10J/cm2及發(fā)射波長為170nm至5000nm的范圍內(nèi)，閃光燈較長的脈沖寬度在1200至240μs之間。采用閃光燈的涂料除去過程是通過監(jiān)測(cè)涂料層的光譜輻射來控制的。
本發(fā)明涉及用閃光燈在工件上制作定形圖象的方法。該方法包括將模板貼緊工件定位并在小于約100μs的短脈沖期間用閃光燈經(jīng)模板照射該工件。本發(fā)明也涉及在小于約100μs的短脈沖內(nèi)使用寬帶光源在工件上制作定形圖象的方法。本發(fā)明還涉及在小于約100μs的短脈沖內(nèi)用發(fā)出輻射的閃光燈在工件上制作定形圖象的系統(tǒng)。


圖1，本發(fā)明系統(tǒng)的透視圖。
圖2，本發(fā)明系統(tǒng)另一實(shí)施例的透視圖。
圖3，根據(jù)本發(fā)明由閃光燈定形的圖樣放大頂視圖。
圖4，由激光器定形的圖樣放大頂視圖。
圖5，圖3中圖樣的局部放大頂視圖。
圖6，圖4中圖樣的局部放大頂視圖。
本發(fā)明涉及一種用短脈沖閃光燈在工件上制作定形圖象的方法和一種帶有短脈沖閃光燈在工件上制作定形圖象的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，來自短脈沖光源(如圖1所示的閃光燈12)的寬帶光幅射照在工件14上，以在工件14上構(gòu)成例如三維圖樣13的定形圖象。位于閃光燈12上方的反射器15以選擇的能量密度將光輻射導(dǎo)向工件14。模板16(例如，具有導(dǎo)槽圖樣的掩膜18)貼緊該工件14定位，以將光輻射以圖樣13的形式投射在工件14上。特殊用途的工件包含一個(gè)基底(未示出)。基底的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面可具有涂層(未示出)，不含涂層的基底可含有取代涂層的邊界部分(未示出)。如果基底含有涂層，則圖樣13最好制作在該涂層上，如果基底不含涂層，則圖樣13制作在該邊界部分。
基底可由多種有機(jī)或無機(jī)材料構(gòu)成。這些材料包括硅，金屬，及摻入諸如碳和玻璃的纖維或摻入諸如聚酯，聚碳酸酯，聚乙烯，聚乙烯對(duì)酞酸鹽，聚酰胺，聚酰亞胺的聚合物的復(fù)合材料?；卓蔀槿嵝曰騽傂越Y(jié)構(gòu)。邊界部分的構(gòu)成材料最好與基底相同。該涂層包含一個(gè)表面涂層，并可包含一或多個(gè)附加涂層。上述各涂層依照設(shè)計(jì)的順序進(jìn)行涂層。根據(jù)需要，圖樣13可形成在上述涂層中任何一個(gè)能獲得充足的光輻射量以形成具有圖樣13的涂層。所述的形成圖樣13的涂層厚度最好小于1μm。
有機(jī)和無機(jī)材料可摻入上述各涂層，以提供所需的操作、結(jié)構(gòu)、識(shí)別和美學(xué)特性。例如，由導(dǎo)電金屬構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)涂層可提供所需的導(dǎo)電特性。良好的導(dǎo)電金屬包括銅、銀、鎳、鉻，以及它們的合金和銦、氧化錫。由磁性金屬構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)涂層可提供所需的磁特性。用于本發(fā)明目的的磁性金屬是單體金屬或具有磁特性的金屬化合物。磁性金屬可以是一特定涂層的某一組分或是構(gòu)成該特定涂層的若干組分的一種組合，例如一種在該特定涂層中分布的磁性顆粒。磁性金屬包括，鐵，氧化鐵，鐵酸鋇，鎳鈷合金，鉻鈷合金，磷化鋇，及鋇的氧化物。
潛在的工件可以是包括涂有磁性金屬或磁材料的基底，例如，磁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤、通常最好是軟盤。潛在的工件也可以是涂有導(dǎo)電金屬的基底，例如，存儲(chǔ)卡電路、觸屏電路。潛在的工件還可以是包括聚合物涂覆的基底，例如，帶有條碼信息的基底。
短脈沖光源(最好是閃光燈12)用眾所周知為下文將描述的光解蝕刻技術(shù)在工件14的涂層或邊界部分有選擇地構(gòu)成圖樣。圖樣13的蝕刻成形取決于涂層或邊界部分對(duì)短脈寬、高密度能量的實(shí)際吸收程度。
在短促的圖樣蝕刻過程中，短脈寬、高密度能量的吸收在極短的時(shí)間周期內(nèi)所產(chǎn)生的大量的熱滯留在該涂層或邊界部分上。短脈寬、高密度能量會(huì)集中在緊靠圖樣13的涂層或邊界部分而不滲入工件14上離開圖樣13的區(qū)域，或不滲入工件14上非所說涂層或邊界部分的區(qū)域。
良好的圖樣蝕刻條件包括在脈沖寬度小于100μsec期間產(chǎn)生的能量密度大于或等于約0.5J/cm2。低密度(約小于0.5J/cm2)，長脈寬(約大于100μsec)脈沖的能量不能完全集中在貼近圖樣13的涂層或邊界部分，且會(huì)對(duì)工件14離開圖樣13的區(qū)域帶來不良的熱影響。最好，閃光燈12的寬帶輻射在短脈寬(小于100μsec)期間即達(dá)到高能量(約大于1.5J/cm2)以保證在工件14的涂層或邊界部分獲得圖樣13的滿意的蝕刻圖象。
輻射波長的范圍和分布也與光源、尤其是閃光燈12的選擇有關(guān)。波長的選擇應(yīng)結(jié)合基底及涂層的性質(zhì)(如，成分和厚度)來考慮。不同工件14的涂層和邊界部分依據(jù)許多可變量(例如，工件14的成分，涂層的成分和厚度，以及輻射的能量密度)以不同的比率吸收輻射的不同波長。由于良好的蝕刻特性取決于輻射能量的快速吸收，因此選擇能被工件14的涂層或邊界部分迅速吸收的輻射波長就可以顯著改善圖樣的蝕刻。例如人們熟知的用波長小于800nm的短波長輻射的集中能量加工某些基底和涂層，可以改善蝕刻成象效果、降低成本和提高效率。
使用吸收增強(qiáng)劑可提高對(duì)輻射的吸收。用于本發(fā)明的吸收增強(qiáng)劑是一種為提高輻射吸收，可以根據(jù)涂層或邊界部分的性質(zhì)而選擇輻射波長，而被施加在工件14的涂層或邊界部分中的化學(xué)制劑。吸收增強(qiáng)劑可包括某些染料和顏料。吸收增強(qiáng)劑也可是一種在金屬涂層表面中生成的氧化物。該氧化物可抵消某些金屬(如鋁)的反射特性。
可通過改變與工件14的涂層或邊界部分接觸的輻射波長，以使該波長更好地以多種方式與被涂層或邊界部分吸收的波長相匹配。例如，改變閃光燈12的輸入功率而有效地改變輻射的波長分布和峰值波長。另一作法是，將一光濾波器置于閃光燈12與工件14之間，以使輻射穿過該光濾波器。光濾波器應(yīng)設(shè)置得能將不需要的波長從輻射中濾掉。濾掉不需要之波長也就提高了所需波長的輻射能量密度。濾掉不需要的波長即可減小輻射對(duì)工件產(chǎn)生的負(fù)作用(如使工件發(fā)熱)，從而改善蝕刻質(zhì)量。
也可根據(jù)吸收染料或顆粒來選擇或更換基層以減少到達(dá)基底背側(cè)涂層的能量密度。另外，可將反射材料用于基底中或作為基底背側(cè)涂層的內(nèi)層，以減小背側(cè)涂層或基底吸收的能量。
在一個(gè)實(shí)施例中，閃光燈12最好是直線型閃光燈。直線型閃光燈能在5μsec級(jí)的較短脈沖內(nèi)以較短波長產(chǎn)生大功率并釋放高的能量密度。典型的直線型閃光燈是管壁厚1mm，內(nèi)腔直徑為3-20mm，長度達(dá)數(shù)厘米的石英燈。常用的鎢制電極密封在石英燈管的兩端。燈管內(nèi)充入惰性氣體，為提高光效，最好充入氙氣。
通常，利用電容器組迅速將5-40KV的高電壓加在電極上，而觸發(fā)直線型閃光燈。電荷電離氙原子而形成發(fā)出輻射的等離子體。高電壓以極大的速率加在電容器組上，而后快速閉合斷電開關(guān)，以產(chǎn)生5μsec級(jí)的短脈沖。幾個(gè)安培的低壓直流電，即常說的小電流最好在閃光燈的觸發(fā)期間內(nèi)及兩次觸發(fā)之間始終通過電極，以保持等離子體的溫度。在閃光燈12觸發(fā)時(shí)，等離子體的加溫可防止閃光燈12內(nèi)的熱沖擊。
另外，與其他輻射(如激光器)相比，直線型閃光燈能在較大的區(qū)域施加高密度能量。對(duì)于有導(dǎo)槽圖形的掩膜18的這種大輻射覆蓋區(qū)，閃光燈12之類的光源往往可在閃光燈12與掩膜18或工件4不發(fā)出相對(duì)移動(dòng)的條件下，根據(jù)需要、一次制作出多個(gè)圖象結(jié)構(gòu)。
與激光器、例如準(zhǔn)分子激光器的輻射覆蓋區(qū)相比，閃光燈的大輻射覆蓋區(qū)將被蝕刻涂層或邊界部分中有害的受損材料區(qū)減至最低。如已指出的，每個(gè)激光脈沖產(chǎn)生一個(gè)被損材料分離區(qū)。這種被損材料區(qū)的產(chǎn)生被認(rèn)為它是由于靠近照射在涂層或邊界部分上的激光周邊的能量密度下降而引起的。能量密度的降低可因系統(tǒng)振動(dòng)而產(chǎn)生的光束離散和光束振動(dòng)引起，也可因非均勻激光等離子體產(chǎn)生所造成的光束振動(dòng)而引起。
在閃光燈的每個(gè)脈沖期間，閃光燈12也會(huì)使涂層或邊界部分中出現(xiàn)被損材料區(qū)。閃光燈12造成的被損材料區(qū)是因閃光燈12發(fā)出并照射在涂層或邊界部分的輻射周邊區(qū)域的能量密度下降而引起的。被蝕刻圖樣周邊附近的熱擴(kuò)散將導(dǎo)致閃光燈12輻射能量密度下降。由于輻射的吸收時(shí)間遠(yuǎn)大于其釋放的時(shí)間周期，所以激光器產(chǎn)生顯著的熱擴(kuò)散。由于閃光燈在大于激光器的脈沖周期內(nèi)產(chǎn)生能量密度，因此閃光燈的輻射吸收較慢。
雖然閃光燈造成被損材料，但其被損材料區(qū)并不明顯小于激光器的被損材料區(qū)。但激光器造成的被損材料區(qū)與閃光燈的被損材料區(qū)相比在蝕刻區(qū)中占有較大的比例。因此，與激光器相比，閃光燈的被損材料蝕刻的影象修正較少，同時(shí)閃光燈造成的被損材料對(duì)生產(chǎn)的影響也較小。
根據(jù)本發(fā)明，所述模板16(例如具有導(dǎo)槽的掩膜18)可貼靠涂層或邊界部分定位。掩膜18的導(dǎo)槽形主要是一個(gè)或多個(gè)可將閃光燈12的輻射引向涂層或邊界部分，以在工件14上構(gòu)成圖樣13的窗口(未示出)。工件14位于掩膜18的一側(cè)，閃光燈12位于掩模18的另一側(cè)。
掩膜18最好具有用于其窗口部分的下墊支撐。被支撐的掩膜易調(diào)準(zhǔn)且不變形。被支撐的掩膜可含有掩膜材料的隔離區(qū)，如X-Y圖樣或字母″O″的中心。
掩膜18最好含有高透過閃光燈12輻射的基底材料，例如被通稱為合成石英的石英玻璃。跨越掩膜窗口區(qū)的基底材料的高透過率可把穿過該掩膜輻射的扭曲和衍射以及由于對(duì)輻射的吸收而引起的掩膜溫升降至最小。掩膜18還有一個(gè)對(duì)閃光燈12的輻射強(qiáng)反射的表面層。高反射率的掩膜18可將掩膜18上用于阻擋輻射的區(qū)域以及掩膜18的有害溫升減至最小。
在一個(gè)實(shí)施例中，掩膜18的表面層由真空蒸鍍?cè)谑⒉ＡЩ撞牧仙霞s60nm厚的鋁層構(gòu)成。該鋁層用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工業(yè)照相及濕刻技術(shù)成形在掩膜18上并具導(dǎo)槽圖形。
對(duì)于另一種掩膜18，模板16可是一種貼靠涂層或邊界部分設(shè)置的油墨構(gòu)形(未示出)。該油墨構(gòu)形取代掩膜18對(duì)閃光燈12的輻射導(dǎo)向。
有時(shí)油墨構(gòu)形具有的空隙可使工件的涂層中產(chǎn)生針孔燒蝕。當(dāng)激光器、例如準(zhǔn)分子激光器穿過有空隙的油墨構(gòu)形在工件上形成圖樣時(shí)，工件涂層中會(huì)燒蝕出高分辨率的針孔。而用閃光燈12通過與激光器所用類似的油墨在工件上形成圖樣時(shí)則可以大大減少可觀測(cè)到的燒蝕的針孔。與激光器相比，使用閃光燈12燒蝕圖樣時(shí)針孔的大小及數(shù)量均下降。當(dāng)燒蝕導(dǎo)電金屬時(shí)，希望盡可能降低針孔的尺寸和數(shù)量，以便減小某些導(dǎo)電圖樣、如圖樣13中的類似開口。
閃光燈給予涂層的熱效應(yīng)可使閃光燈相比激光器降低了針孔的形成。特別是與激光器相比閃光燈12可在較長的時(shí)間周期內(nèi)對(duì)涂層施加能量密度。閃光燈在涂層中產(chǎn)生的熱能量穿過油墨構(gòu)形中的空隙離開閃光燈輻射成象部分而擴(kuò)散。工件中能量擴(kuò)散減低了工件中的熱量聚集，也就減少了被閃光燈輻照涂層中形成的針孔的數(shù)量和大小。閃光燈輻照可使針孔形成下降的其它原因包括，閃光燈輻射擴(kuò)散的增強(qiáng)和閃光燈光輻射方向均勻性下降。
在圖1的實(shí)施例中，隔離層20貼靠工件14的涂層或邊界部分設(shè)置。涂層或邊界部分中的圖樣13的蝕刻會(huì)引起涂層的高能碎化。在不設(shè)置隔離層20時(shí)，碎化的碎屑將以一或二厘米的量級(jí)從工件14游離。隔離層20實(shí)際上是一個(gè)防止碎屑離開工件14而與模板16，如掩膜18接觸的物理性防滲透隔層。
隔離層20的設(shè)置充分靠近工件14的涂層或邊界部分，以確保碎屑離開工件14的移動(dòng)小于數(shù)毫米。如果不設(shè)置隔離層20，碎屑將接觸并粘結(jié)到窗口內(nèi)的掩膜18上。清除掩膜18上的碎屑或更換掩膜18必須防止輻射的散射和衍射，以及不良的成象效果。清除碎屑具有破壞性，而更換掩膜18其價(jià)格昂貴。
當(dāng)使用油墨構(gòu)形時(shí)，作為物理性防滲透隔層的隔離層20可限止碎屑離開工件14的運(yùn)動(dòng)，并防止碎屑與閃光燈12接觸。如果將油墨構(gòu)形直接施加在涂層或邊界部分，則該油墨構(gòu)形被置于隔離層20與工件14之間。否則，隔離層20被置于該油墨構(gòu)形與工件14之間。若不設(shè)置隔離層20，則碎屑將接觸并粘到閃光燈12上。清除閃光燈12上的碎屑或更換閃光燈12必須防止輻射的散射和衍射以及不良的成象效果。清除碎屑對(duì)生產(chǎn)有破壞性，而更換閃光燈12很昂貴。
在圖2的實(shí)施例中，工件14的基底是隔離層20?；椎囊粋€(gè)涂覆側(cè)(未示出)有涂層?；走€有一個(gè)非涂覆側(cè)(未示出)。該涂覆側(cè)與非涂覆側(cè)彼此相對(duì)。閃光燈2設(shè)置在基底非涂覆側(cè)。閃光燈12的輻射進(jìn)入基底非涂覆側(cè)，并穿過基底。輻射照到與基底接觸的涂層側(cè)的涂層上，并在工件14的涂層上產(chǎn)生圖樣13。
在其它優(yōu)選實(shí)施例中，隔離層20可以是如圖1的膜片22、也可以是將涂層或邊界部分與閃光燈12隔開的膜板(未示出)。除非另有說明，所有關(guān)于隔離層20的解釋均是對(duì)膜片22、膜板以及基底(當(dāng)基底是隔離層20時(shí))而言。隔離層20很牢靠地提供強(qiáng)控制特性，充分地限制游離于工件14的碎屑的通過。
通常，可將隔離層20貼靠涂層或邊界部分，以使閃光燈接近工件14。減小工件14與閃光燈間的間隔可使成象更經(jīng)濟(jì)且改善圖樣特征。這種近間隔也可限制位于圖樣13外側(cè)的工件14非成象部分的污染。
隔離層20與涂層或邊界部分的接近程度取決于工件的某些變化特征，例如工件14涂層或邊界部分的粗糙度。一些涂層表面比另一些涂層表面更粗糙，與粗糙面緊密接觸的隔離層20會(huì)適應(yīng)該粗糙面，將使被輻射產(chǎn)生的圖樣13獲得較差的分辨率。較差的分辨率是因輻射未以垂直隔離層20的方向穿過隔離層20所產(chǎn)生的擴(kuò)散和衍射而引起的。
以基底作隔離層20時(shí)，隔離層20與涂層的間隔自然可做得很小。如圖1所示，在抵靠著工件14的涂層或邊界部分涂布隔離層時(shí)，隔離層20與涂層或邊界部分間的間隔極小，以至隔離層20與工件14彼此粘接在一起。諸如薄膜片的隔離層可用常用的層壓或擠壓技術(shù)和設(shè)備把它層壓或擠壓在涂層或邊界部分上。
在另一種改型中，可用連續(xù)操作系統(tǒng)，依靠動(dòng)力設(shè)置該涂層或邊界部分和隔離層20，以使隔離層20和涂層或邊界部分以同一速度、同一方向彼此相接地移動(dòng)、但彼此不相固結(jié)。這里，工件14構(gòu)成工件板(未示出)而隔離層20構(gòu)成隔離板(未示出)。
優(yōu)選的隔離層20應(yīng)確保工件14涂層或邊界部分中的最佳圖象形狀及輻射的利用效率。在涂層或邊界部分構(gòu)成所需的圖樣13主要取決工件14涂層或邊界部分的輻射吸收特性。輻射穿越隔離層20的透過率決定實(shí)際到達(dá)涂層或邊界部分的輻射量。隔離層20的較高透過率降低了對(duì)閃光燈能量的要求，并可降低隔離層20的熱吸收。隔離層20的透過率尤其與隔離層20的制作材料及厚度有關(guān)。
充分透過閃光燈12輻射的隔離層20將使穿過隔離層20的輻射保留了在工件14涂層或邊界部分構(gòu)成圖樣13的足夠能量。隔離層20對(duì)輻射的透過應(yīng)很強(qiáng)，以使圖樣13完全形成在涂層或邊界部分上。隔離層20最好允許至少百分之五十(50％)的輻射完全通過，能使至少百分之八十(80％)的輻射通過則更好。
隔離層20的選擇也可確保在涂層或邊界部分上構(gòu)成最佳圖象形狀。由于輻射路徑穿過隔離層20，所以圖象定形取決輻射的幾何變化(如輻射的散射和衍射)。隔離層20的制造缺陷，如擠壓線，表面不平度以及內(nèi)徑的不均勻度均可使輻射發(fā)生幾何變化。應(yīng)將隔離層20的制造缺陷減至最小，以便以合格的品質(zhì)在涂層或邊界部分上形成優(yōu)良的象分辨率。
隔離層20的制作材料，制作厚度及其本身的制作缺陷將影響隔離層20的透過率并致使輻射產(chǎn)生幾何變化。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，某些聚合物薄膜，諸如特級(jí)聚丙烯薄膜，在一定條件下能顯著改善圖象形狀，并有效地利用閃光燈12的輻射。
隔離層20，尤其是薄膜片，可由商業(yè)級(jí)聚合物膜、諸如商業(yè)級(jí)聚丙烯和聚乙烯制作。然而，商業(yè)級(jí)聚合物膜往往因其存在的制作缺陷，諸如擠壓線、表面不平度和內(nèi)徑不均勻度而不能被選用。當(dāng)輻射穿過薄膜片時(shí)上述缺陷常使輻射變得不規(guī)則。另外，帶有上述缺陷的商業(yè)級(jí)聚合物膜會(huì)吸收輻射的能量，使聚合物膜的溫度升高，并降低該膜的耐久性和使用壽命。
在非選用商業(yè)級(jí)聚合物不可時(shí)，應(yīng)注意對(duì)于某些需要的波長帶而言，商業(yè)級(jí)聚乙烯的透過率明顯地小于商業(yè)級(jí)聚丙烯的透過率。因此，對(duì)于在同樣的工件14上制作同樣的圖樣時(shí)，閃光燈12經(jīng)商業(yè)級(jí)聚乙烯膜發(fā)射輻射所加的功率應(yīng)大于用類似閃光燈12經(jīng)商業(yè)級(jí)聚丙烯膜發(fā)射輻射所加的功率。
隔離層20最好用電容器級(jí)的雙軸取向的聚丙烯(BOPP)制作。電容器級(jí)聚丙烯為閃光燈12輻射提供高透過率。另外，電容器級(jí)聚丙烯可具有平滑的表面、均勻的厚度和最小的表面缺陷，如模壓痕跡。這些優(yōu)良特性使穿越薄膜片的輻射的幾何變化減至最小，從而保持了圖樣分辨率并延長了薄膜的壽命。
在涂層或邊界部分上構(gòu)成圖樣13后，隔離層20被從工件14上除去。當(dāng)隔離層20是由雙軸取向聚丙烯制成時(shí)，常有大量碎屑隨薄膜片被除去。然后，用常規(guī)的二氧化碳雪噴法清除涂層或邊界部分上剩余的碎屑。根據(jù)雪噴法，二氧化碳以約850PSI(59.76kg/cm2)與空氣混合而產(chǎn)生結(jié)晶的雪粒。利用市售的噴槍以噴沙方式將結(jié)晶雪粒投射到工件14的涂層或邊界部分。
下述實(shí)施例僅是根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)典型，它們并不限制本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1-3(金屬基底的閃光燈蝕刻)參照?qǐng)D1，各實(shí)施例中的工件14是在真空室內(nèi)用標(biāo)準(zhǔn)電子束蒸發(fā)技術(shù)在聚乙烯對(duì)酞酸鹽(PET)基底上蒸鍍75nm銅層而制成的真空金屬化聚合物膜。隔離層20是由產(chǎn)自Connecticut州的Dayville的Bollmet公司的電容器級(jí)雙軸取向聚丙烯膜構(gòu)成。隔離層20厚0.001英寸(25μm)。
閃光燈12是產(chǎn)自California州Sunnyvale的ILC科技公司的ILC-18型直線型閃光燈。閃光燈12含有一個(gè)直徑6.0mm的燈腔和一個(gè)壁厚1.0mm的透明石英玻璃燈管。燈腔內(nèi)含有表壓為400mm汞柱(0℃)的高壓氙氣。閃光燈12的脈沖寬度6μs(FWHM)、其輸出能量100焦耳。對(duì)2μF電容量的電容器施加10KV的充電電壓，以觸發(fā)閃光燈12。給閃光燈12的電極施加1.7A的小電流以維持等離子體的溫度并防止對(duì)閃光燈12的熱沖擊。橢圓形反射器把閃光燈12的輻射導(dǎo)向工件14上面積為44.5cm2的表面。反射器的開口寬5.0cm，閃光燈弧長8.9cm。
實(shí)施例1在閃光燈12曝光前，用常規(guī)技術(shù)將油墨構(gòu)形印在工件14的銅涂層上。圖樣13是一列平行的排線。每排線的線寬為0.002英寸(50μm)至0.010英寸(250μm)。隔離層20被置于油墨構(gòu)形之上并與該油墨構(gòu)形和銅涂層緊密接觸。閃光燈觸發(fā)時(shí)，在44.5cm2被照區(qū)域中的14cm2的面積被燒蝕。這14cm2面積內(nèi)具有線寬0.004英寸(100μm)、線與線間隔為0.002英寸(50μm)的優(yōu)良的分辨率。另外，隔離層20可防止燒蝕的碎屑沾污閃光燈12和反射器15。
實(shí)施例2將隔離層20置于工件14上并與銅涂層緊密接觸。具有導(dǎo)槽圖形的掩膜18與隔離層20緊密接觸。掩膜18的基底材料是石英玻璃，其表面層材料是鋁。鋁被真空沉積在石英玻璃基底材料上約600nm厚。用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工業(yè)照相及濕刻技術(shù)使鋁在掩膜18上構(gòu)成導(dǎo)槽圖形。
圖樣13是一列平行的排線。每排的線寬為0.002英寸(50μm)至0.010英寸(250μm)。在44.5cm2被照區(qū)域中的14cm2的面積被燒蝕。這14cm2面積內(nèi)具有線寬0.006英寸(150μm)、線與線間隔為0.003英寸(75μm)的優(yōu)良的分辨率。此外，隔離層20可防止燒蝕碎屑沾污掩膜18、閃光燈12和反射器15。
實(shí)施例3本實(shí)施例的工件14與實(shí)施例1和2所述工件相同。模板16是由普通有機(jī)油墨形成的油墨構(gòu)形并用常規(guī)技術(shù)被印制在工件的銅涂層上。油墨構(gòu)形的導(dǎo)槽圖樣具有中心距為0.008英寸(200μm)，寬為0.004英寸(100μm)的線。隔離層20由產(chǎn)自Connecticut州Dayville的Bollmet公司的電容器級(jí)雙軸取向聚丙烯膜制成。隔離層20厚為0.001英寸(25μm)。
閃光燈12是產(chǎn)片California州Sunnyvale的ILC科技公司的L786E型直線型閃光燈。閃光燈12有一個(gè)壁厚1.0mm的透明石英玻璃燈管和一個(gè)直徑8.0mm的燈腔。燈腔內(nèi)含有表壓為400mm汞柱(0℃)的壓縮氙氣。閃光燈12的脈沖寬度為4μs(FWHM)，其輸出能量是200焦耳，每個(gè)脈沖能燒蝕60cm2。對(duì)0.84μF電容量的電容器施加21.8KV的充電電壓，以觸發(fā)閃光燈12。給閃光燈12的電極施加1.9A的小電流。尖頂形反射器把閃光燈12的輻射導(dǎo)向工件14。反射器開口寬是50cm，閃光燈弧長是20.3cm。閃光燈12在工件14上產(chǎn)生的能量密度是1.5J/cm2。
(在圖3和圖5中，淺色區(qū)是涂層被燒蝕的區(qū)域，深色區(qū)是涂層未燒蝕的區(qū)域)。(圖3是12.5倍的放大圖，圖5是200倍的放大圖)。
如圖3所示，閃光燈12在工件14上構(gòu)成線23的圖樣。與比較實(shí)施例1的激光器相比，閃光燈12燒蝕出的線23圖樣的分辨率較低，但是合格的。導(dǎo)致分辨率下降的原因是閃光燈12每單位時(shí)間的能量密度較低。
每個(gè)閃光燈12的脈沖在涂層上產(chǎn)生受損材料的狹窄區(qū)(未示出)。在實(shí)施例1中，激光器每個(gè)脈沖產(chǎn)生的受損材料區(qū)在被燒蝕涂層中的百分比要比閃光燈12每個(gè)脈沖產(chǎn)生的同種百分比大若干倍。
比較實(shí)施例1本實(shí)施例中的工件14，模板16和隔離層20與實(shí)施例3中的工件件14，模權(quán)16和隔離層20相同。以激光器(未示出)代替閃光燈12和反射器15。
激光器是產(chǎn)片Massachusetts州Acton的Lambda Physik的LPX315型150瓦準(zhǔn)分子激光器。LPX315型激光器可以高達(dá)150Hz的脈沖頻率在400至800mJ的范圍內(nèi)選擇光束的能量輸出。該激光器脈沖寬度是0.02微秒(FWHM)，每個(gè)脈沖的燒蝕范圍在2至3cm2。該準(zhǔn)分子激光器最好選用充氟的，并產(chǎn)生波長248nm的紫外輻射。設(shè)置一個(gè)焦距42英寸(106.68cm)的柱面會(huì)聚透鏡和一個(gè)焦距6英寸(15.24cm)的柱面發(fā)散透鏡對(duì)激光器的光束聚焦并整形。調(diào)整會(huì)聚透鏡和激光器之間以及會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡之間的距離，以便同時(shí)滿足燒蝕銅涂層所需光束的寬度、高度及能量密度。
工件14被安裝在一個(gè)X-Y向移動(dòng)平臺(tái)上，該平臺(tái)穿過激光束平移以使激光束掃描油墨構(gòu)形的導(dǎo)槽圖樣進(jìn)而在銅涂層上制作該圖樣。X-Y向移動(dòng)平臺(tái)沿Y向以100英寸/分(254cm/min)的速度移動(dòng)。激光器在工件14上產(chǎn)生125mJ/cm2的能量密度。測(cè)量能量密度的ED-500開窗式焦耳計(jì)產(chǎn)自加拿大的Queqec省ste-Fog的Gentech。
(在圖4和圖6中，淺色區(qū)是涂層燒蝕區(qū)，深色區(qū)是涂層未燒蝕區(qū)。圖4是12.5倍的放大圖，圖6是200倍的放大圖)。
如圖4所示，激光器在工件14上產(chǎn)生線25的圖樣。激光器燒蝕出分辨率良好的線25的圖樣，并在覆蓋工件14的油墨構(gòu)形處燒蝕出針孔26。與實(shí)施例3中閃光燈12燒蝕的針孔24相比，針孔26的尺寸和數(shù)量均明顯偏大。由于針孔26比針孔24具有更大的尺寸和更多的數(shù)量，所以極清晰地顯示出，在圖6中位于金屬涂層中的針孔26比閃光燈12產(chǎn)生的針孔24更可能引起電路斷開。
在每個(gè)脈沖期間激光器在涂層上產(chǎn)生的受損材料狹窄區(qū)(未示出)緊靠著被燒蝕的涂層。激光器每個(gè)脈沖產(chǎn)生的受損材料區(qū)在被燒蝕涂層中的百分比要比實(shí)施例3中閃光燈12每個(gè)脈沖產(chǎn)生的同種百分比大若干倍。
本文僅敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明本質(zhì)和范圍的前提下對(duì)本發(fā)明實(shí)施例之形式和調(diào)節(jié)作某些變化是可能的。
權(quán)利要求
1. 一種用閃光燈在工件上制作定形圖象的方法，該方法包括將一模板緊貼工件定位；將閃光燈在約等于或小于100微秒的短脈沖內(nèi)發(fā)射的輻射通過模板導(dǎo)向工件，輻射可從工件上去除碎屑。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中輻射波長小于800nm。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其中輻射波長在200nm與800nm之間。
4. 如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在閃光燈和工件之間設(shè)置一光學(xué)濾波器，輻射穿越濾光器時(shí)被濾掉的輻射波長不能通過光學(xué)濾波器。
5. 如權(quán)利要求1的方法，其中的閃光燈是一個(gè)充有氙氣的管狀燈體的直線型閃光燈。
6. 如權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括緊貼模板設(shè)置一個(gè)防止碎屑從工件上擴(kuò)散的層，該層的設(shè)置使閃光燈的輻射在工件上形成圖樣前穿過該層，該層允許足夠的能量透過，以使閃光燈能夠建立定形圖象。
7. 如權(quán)利要求1的方法，其中工件包括一個(gè)具有磁性的或?qū)щ娦缘慕饘偻繉拥幕住?br> 8. 如權(quán)利要求7的方法，其中基底包含選自由聚酯，聚乙烯對(duì)鈦酸鹽，和聚酰亞胺構(gòu)成基體的單一聚合物。
9. 一種在工件上制作定形圖象的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)緊貼工件設(shè)置的模板和，一個(gè)靠近模板設(shè)置的直線型閃光燈，該閃光燈在等于或小于約100μs的短脈沖內(nèi)發(fā)射波長小于800nm的輻射，該輻射穿過模板射向工件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用閃光燈在工件上制作定型圖象的方法，該方法包括將模板緊貼工件并用閃光燈在等于或小于約100μs的短脈沖內(nèi)發(fā)射的輻射經(jīng)模板照射工件。
文檔編號(hào)B29C59/00GK1115875SQ94120780
公開日1996年1月31日 申請(qǐng)日期1994年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月17日
發(fā)明者道格拉斯S·鄧恩, 杰弗里B·希爾, 安德魯J·烏德柯克 申請(qǐng)人:美國3M公司