CN111185665A - 一种线路结构蚀刻方法、装置、系统与设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量束加工技术领域，具体涉及一种线路结构蚀刻方法、装置、系统与设备，该方法包括：将第一能量束和第二能量束射向待加工工件表面，并形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；第一聚焦能量斑与第二聚焦能量斑构成组合能量斑；使组合能量斑运动并加工，并使第一聚焦能量斑与第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于组合能量斑运动方向上的分量为预设值且大于第一聚焦能量斑与第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在第一聚焦能量斑与第二聚焦能量斑之间未被加工的区域形成线路图形。本发明采用宏观尺寸的聚焦能量斑实现微观的精细线路，突破了传统聚焦能量斑的蚀刻线宽极限和稳定性，轻松实现微米量级甚至纳秒量级的线路蚀刻加工。

Description

一种线路结构蚀刻方法、装置、系统与设备

技术领域

本发明涉及能量束加工技术领域，具体涉及一种线路结构蚀刻方法、装置、系统与设备。

背景技术

目前，对于精细结构图形的能量束精细加工，都是单束能量束进行重复扫描获得，包括触摸屏线路的激光蚀刻，晶圆的直写光刻，线路板的激光直接制作等；激光前一道扫描和后一道扫描之间的区域被保留形成导电线路，由于激光扫描的精度问题，不稳定性问题，会导致线路的线宽均匀性受到限制，线宽极限收到限制，对于纳米线宽，亚微米线宽，甚至10微米以内的线宽与线间距，都是非常困难的事情，要么线宽与线间距精度满足要求，但是加工效率太低，不能满足规模稳定生产，要么加工效率可以提起来，但是做不了均匀的细小线宽与线距。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种线路结构蚀刻方法、装置、系统与设备，解决纳米级别的线路图型的稳定制作，或者亚微米与微米级的线路图形的高效批量制作问题。

第一方面，本发明提供了一种线路结构蚀刻方法，该方法包括如下步骤：

将第一能量束和第二能量束射向待加工工件表面，并对应在所述待加工工件表面形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；其中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑构成组合能量斑；

通过控制所述第一能量束和所述第二能量束，使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑构成的组合能量斑在所述待加工工件表面运动并加工，并使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量为预设值，且大于所述第一聚焦能量斑的有效直径与所述第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑加工的区域形成线路；

其中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间满足d*sinθ>(D1+D2)/2，其中，d为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距，θ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角，d*sinθ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量，D1为所述第一聚焦能量斑的有效直径，D2为所述第二聚焦能量斑的有效直径；

所述组合能量斑运动方向具体为所述第一聚焦能量斑运动方向，或为所述第二聚焦能量斑运动方向，或为所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑合成运动方向；

所述预设值为保持不变的固定值，或为根据线路线宽变化而相应变化的动态值。

第二方面，本发明提供了一种线路结构蚀刻系统，该系统包括以下模块，

双束能量束生成模块，其用于获得第一能量束和第二能量束，并将所述第一能量束和所述第二能量束射向待加工工件表面，且对应在所述待加工工件表面形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；其中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑构成组合能量斑；

双束能量束运动模块，其用于通过控制所述第一能量束和所述第二能量束，使所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动并加工，并使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量为预设值，且大于所述第一聚焦能量斑的有效直径与所述第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑加工的区域形成线路；

其中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间满足d*sinθ>(D1+D2)/2，其中，d为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距，θ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角，d*sinθ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于组合能量斑运动方向上的分量，D1为所述第一聚焦能量斑的有效直径，D2为所述第二聚焦能量斑的有效直径；

所述组合能量斑运动方向具体为所述第一聚焦能量斑运动方法，或为所述第二聚焦能量斑运动方向，或为所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑的合成运动方向；

所述预设值为保持不变的固定值，或为根据线路线宽变化而相应变化的动态值。

第三方面，本发明提供了一种线路结构蚀刻装置，该装置包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序运行时实现上述所述的方法步骤。

第四方面，本发明提供了一种线路结构蚀刻设备，该设备包括机台、激光器以及如上述所述的线路结构蚀刻装置，所述线路结构蚀刻装置与所述激光器电连接；

所述机台，用于放置待加工工件；

所述激光器，用于生成第一能量束和第二能量束；

所述线路结构激光蚀刻装置，用于控制所述激光器按上述所述的方法步骤运行，对放置在所述机台上的所述待加工工件进行激光加工，在所述待加工工件表面生成线路图形。

本发明提供的一种线路结构蚀刻方法、系统、装置与设备的有益效果是：第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑在空间不相交，其边缘间距设计可以做到微米量级甚至纳米量级；由于被组合能量斑(具体为第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑构成)覆盖的材料被清除或者改性，组合能量斑内部没有被能量束作用的材料得以保存，随着组合能量斑的运行，材料表面形成精细的线路图形，实现线宽比聚焦能量斑宽度小得多的线路图形；本发明采用宏观尺寸的聚焦能量斑实现微观的精细线路，突破了传统聚焦能量斑的蚀刻线宽极限，通过本发明生成的线路线宽稳定，轻松实现微米量级甚至纳米量级的线路蚀刻加工，完全不同于现有单束能量束直写方式(对加工系统的精度稳定性、温度稳定性等有超高要求)，是微细结构能量束直写加工的原理性突破，将为超精细线路板激光直接蚀刻加工、为精细结构的光刻胶的激光光刻加工，对于超级精细结构的导电膜的导线线路加工，产生极大的影响，具备极大的技术里程碑意义，和巨大的经济价值。

附图说明

图1为本发明一种线路结构蚀刻方法的流程图；

图2为本发明方法中第一种线路结构蚀刻的原理图；

图3为本发明方法中第二种线路结构蚀刻的原理图；

图4为本发明方法中第三种线路结构蚀刻的原理图；

图5为本发明方法中第四种线路结构蚀刻的原理图；

图6为本发明方法中第五种线路结构蚀刻的原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一聚焦能量斑，2、第二聚焦能量斑，3、线路图形，4、第一聚焦能量斑运动覆盖区域，5、第二聚焦能量斑运动覆盖区域，6、待加工工件；

11、历史第一聚焦能量斑，21，历史第二聚焦能量斑，31、历史线路图形，41、历史第一聚焦能量斑运动覆盖区域，51、历史第二聚焦能量斑运动覆盖区域；12、当前第一聚焦能量斑，22、当前第二聚焦能量斑，32、当前线路图形，42、当前第一聚焦能量斑运动覆盖区域，52、当前第二聚焦能量斑运动覆盖区域，7、重叠区域。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种线路结构蚀刻方法，包括以下步骤，

将第一能量束和第二能量束射向待加工工件表面，并对应在所述待加工工件表面形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；其中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑构成组合能量斑；

通过控制所述第一能量束和所述第二能量束，使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑构成的组合能量斑在所述待加工工件表面运动并加工，并使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量为预设值，且大于所述第一聚焦能量斑的有效直径与所述第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑加工的区域形成线路；

其中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间满足d*sinθ>(D1+D2)/2，其中，d为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距，θ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角，d*sinθ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于组合能量斑运动方向上的分量，D1为所述第一聚焦能量斑的有效直径，D2为所述第二聚焦能量斑的有效直径；

所述组合能量斑运动方向具体为所述第一聚焦能量斑运动方向，或为所述第二聚焦能量斑运动方向，或为所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑合成运动方向；

所述预设值为保持不变的固定值，或为根据线路线宽变化而相应变化的动态值。

在本实施例中，所述组合能量斑运动时，控制所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑相对静止，从而使所述预设值为保持不变的固定值。

具体的，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑保持中心距不变或者基本不变，在待加工工件表面运动，并去除或者部分去除或者改性被组合能量斑覆盖的材料，使得所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间，没有被所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑覆盖的材料得以保留或者未被改性，随着所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑在所述待加工工件表面的运动，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被覆盖的材料形成线路图形。

本发明方法的好处是，采用宏观尺寸的聚焦能量斑，实现微观的精细线路，突破了传统聚焦能量斑的蚀刻线宽极限，具备重大的微加工意义。同时，预设值为保持不变的固定值，可以实现稳定的线宽。

在另外的实施例中，所述预设值为根据线路线宽变化而相应变化的动态值，即所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑在所述待加工工件表面的运动，加工形成的线宽可变，例如可以为波浪形的线宽，以实现不同的需求。

如图2所示，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2空间不相交，且都处于同一水平方向，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2之间的中心间距(中心间距具体为所述第一聚焦能量斑1的中心与所述第二聚焦能量斑2的中心之间的距离)为d，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2的尺寸分别为D1和D2。所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2相对静止地在所述待加工工件6表面沿竖直方向运动，所述第一聚焦能量斑1覆盖的区域形成第一聚焦能量斑运动覆盖区域4，所述第一聚焦能量斑2覆盖的区域形成第二聚焦能量斑运动覆盖区域5，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2之间，没有被所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2覆盖的区域保留(没有被加工)，形成线路图形3，则所述线路图形3的线宽尺寸为：d-(D1+D2)/2(此时，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向之间的夹角θ＝90°，所以s i nθ＝1)。

如图3所示，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2空间不相交，但是处于不同的水平位置，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2之间的中心间距为d，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2的尺寸分别为D1和D2。所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2相对静止地在所述待加工工件6表面沿竖直方向运动，所述第一聚焦能量斑1覆盖的区域形成第一聚焦能量斑运动覆盖区域4，所述第一聚焦能量斑2覆盖的区域形成第二聚焦能量斑运动覆盖区域5，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2之间，没有被所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2覆盖的区域保留(没有被加工)，形成线路图形3，则所述线路图形3的线宽尺寸为：d*sinθ-(D1+D2)/2。在图3中，θ的角度是所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与水平方向的角度。

在实际应用中，尽量按照图2所示的原理进行加工，所述第一聚焦能量斑1与所述第二聚焦能量斑2处于同一水平位置或者同一竖直位置，这样在线路拐弯时候，设备好控制所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2的运动轨迹。

优选的，本发明中的所述第一能量束和所述第二能量束可以为能量粒子束；例如，能量粒子束具体可以为电子束或X射线或γ射线或离子束等。

优选的，本发明中的所述第一能量束和所述第二能量束还可以为光子束；光子束可以经过同一个聚焦镜聚焦，也可以经过不同的聚焦镜聚焦。所述聚焦镜，可以是单透镜，可以是组合透镜，可以是静态聚焦镜，还可以是平场聚焦镜等。

在本实施例中，本发明的第一能量束和第二能量束均为激光束，分别为1号激光束和2号激光束，它们可以来自不同的激光光源，好处是相互之间不干涉；也可以来自同一激光光源，通过分光可以很容易获得，在激光聚焦光斑距离相对大的时候使用方便。假设激光光源波长355纳米，经过外光路的光路变换(扩束，分束，或者相位调制等)，获得1号激光束和2号激光束，它们在待加工材料6表面上形成的激光束聚焦光斑的尺寸D1和D2均为10微米，且处于同一水平位置，聚焦光斑中心间距为15微米。当1号激光束聚焦光斑与2号激光束聚焦光斑相对静止地沿竖直方向运动时，1号激光束聚焦光斑与2号激光束聚焦光斑之间未被激光光斑覆盖的区域形成线宽为5微米的线路图形，且线宽均匀稳定。这里采用的较大的聚焦激光光斑，对应的激光聚焦光斑较深较长，获得比聚焦光斑更细，线宽更稳定的线路图形，是激光蚀刻线路的全新思路。传统方法采用振镜扫描，画一条线，再偏移一定距离画第二条线，振镜镜片的抖动，都可以产生2～3微米的聚焦光斑的抖动，从而导致两条线之间的线路线宽不均匀。

优选的，所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动的过程中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角可控。这里的组合能量斑运动方向，也即是线路图形3上所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2所处位置点的切线方向。

优选地，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角为90度或者接近90度，使得所形成的线路宽度保持不变或者基本不变，也有利于曲线线路图形的制作。实际应用中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角为70度到110度之间。

这一点尤其重要，对于曲线而言，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向垂直最佳，因而要不断根据曲线坐标位置，对第一能量束与第二能量束构成的平面与所述组合能量斑运动方向的角度进行调整，才可以获得一致或者基本一致的线宽，如图4所示。

如图4所示，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2在所述待加工材料6表面沿竖直方向运动转为水平方向运动时候，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向(组合能量斑运动方向)的夹角保持垂直或者接近垂直不变，因此，所述第一能量束和所述第二能量束构成的平面与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向(组合能量斑运动方向)的夹角，要随着线路转角的弧度坐标进行相应变化，确保所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向的夹角保持垂直或者接近垂直不变，获得圆滑均匀的曲线。这里的运动方向，指线路图形3上所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2所处位置点的切线方向。

一种比较容易实现的方式是，一束激光(能量束)经过衍射光学元件分两束，采用电机控制衍射光学元件旋转，使得衍射光学元件所分束的两束激光所在平面跟着旋转，使得两束激光束聚焦光斑中心连线在待加工工件表面与组合光斑运动方向的夹角保持垂直或者接近垂直。

在本发明中，所述第一能量束为一束或者多束组合的激光束，或/和，所述第二能量束为一束或者多束组合的激光束。例如，每一激光束可以由刻槽激光束(例如刻铜)和清洗激光束(清洗刻槽残渣)组成。

优选的，所述第一能量束和所述第二能量束由一束激光束经过激光分束装置分束获得，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角通过旋转所述激光束分束装置进行控制。

所述激光分束装置，可以是衍射光学元件，可以是声光衍射或者固体光栅衍射，还可以是采用声光或者电光对脉冲激光每一个脉冲进行时空分配，例如一个脉冲偏向左边，另一个脉冲偏转到右边，下一个脉冲再偏转到左边，再下一个脉冲偏转到右边，如此类推，宏观看就是一束激光束变为两束激光束。

请见图5，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2由一束激光束经过激光分束装置分束获得，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2在待加工工件6表面运动获得线路图形3。其中，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2处于同一水平位置，先沿竖直方向运动，再拐弯，进入水平方向运动。在整个线路图形3拐弯90度的过程中，所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向的保持垂直或者接近垂直，即所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向之间的夹角(可以通过旋转激光分束面控制)，要随着线路转角的弧度坐标进行相应变化，获得圆滑均匀的曲线。

优选的，所述第一能量束和第二能量束由一束激光束经过空间光调制器分束获得，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角通过所述空间光调制器控制所述第一能量束和所述第二能量束的平面法线与所述所述组合能量斑运动方向的夹角获得。目前空间光调制器主要有相位调制器或者DMD(数字微镜器件)。

空间光调制器可以对入射的光束的波前进行幅度和相位的调制，从而实现对空间光束或空间光信号的控制。空间光调制器广泛的应用于全息显示、虚拟现实、信息光学、三维立体视觉等技术领域，是一种十分重要的电控光学元件。

现有空间光调制器主要采用液晶等材料，利用这些材料在不同的电控制参数条件下自身结构的变化和对入射光的影响的不同实现对光波前的幅度和相位的调制。因此调制的性能和精度完全由相关材料的属性决定。现有大部分空间光调制器采用液晶材料，在调制精度上一般量化为8b it(实际精度可能更低)，刷新速度为60Hz。这类空间光调制器一般仅能够对波前的幅度进行调制或者对入射光波前的相位进行调制，

采用TI公司的DLP系列中的数字微镜器件(DMD)作为核心的空间光调制器件，对空间光波前的幅度和相位进行调制。优于10bit的高精度空间光调制；高达15kHz帧率的高速调制数据加载；高达10W量级的高光功率耐受；更加广域的波段适用范围，本产品覆盖了可将光谱段，通过对DMD器件的镀膜处理可以使之适应极紫外和远红外的谱段空间光的处理能力；一台设备同时实现幅度相位的独立调制，同时实现空间光波前幅度和相位的同时调制，幅度和相位的调制两者为独立设置，将极大的降低光学系统的复杂度。

因此，采用空间光调制器，既可以实现激光束的分束，也可以实现所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2运动方向之间的夹角可控，即保持所述第一聚焦能量斑1和所述第二聚焦能量斑2之间的中心连线与运动方向的夹角保持垂直或者接近垂直。这里的运动方向，指线路图形3上所述第一聚焦能量斑1或所述第二聚焦能量斑2所处位置点的切线方向。

在本发明中，所述第一能量束和所述第二能量束为激光束，通过控制反射光学元件反射扫描和/或透射光学元件折射扫描和/或衍射光学器件衍射扫描和/或声光器件偏转扫描和/或驱动待加工工件运动，实现控制所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑构成的组合能量斑在所述待加工工件表面运动。

所述的反射光学元件对激光束进行扫描，可以是电机驱动反射镜，可以是压电陶瓷驱动反射镜；所述的透射射光学元件对激光束进行扫描，可以是电机或者压点陶瓷驱动棱镜或者平面透镜或者其他类型透镜实现透射光束的运动调制。

在本发明中，当所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动时，被所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑覆盖的区域被除去预设厚度的材料或被改性，进而实现加工；在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑覆盖的区域未被除去材料或未被改性，则形成线路图形。

优选地，所述第一能量束和所述第二能量束为激光束，所述待加工工件至少为一层图形层与一层绝缘层基材的叠加，中间还可以有其他材料层。所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动，被所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑覆盖的区域被除去预设厚度的材料或被改性；在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑覆盖的区域未被除去材料或未被改性，则形成线路图形。

优选地，所述待加工工件至少包括一层层叠在绝缘层基材上的图形层，所述图形层为导电层或者光刻胶层或者掩模层。

如图4所示，如果待加工工件6的图形层为光刻胶，就形成光刻胶线路图形，至于采用正性或者负性光刻胶，视应用情况而定。正性光刻胶，曝光后可溶于显影液，那么形成的线路图形3不溶于显影液，构成掩模；负性光刻胶，曝光后不溶于显影液，那么形成的线路会被显影液溶解，露出下层材料。

如图4所示，如果待加工工件6的图形层为导电层，就形成导电的线路图形。所述的导电层，可以为透明或者不透明导电薄膜，也可以是有一定厚度的金属导电膜，例如2～3微米厚度铜箔。

对于2～3微米厚度的铜箔，附着在聚酰亚胺薄膜基材(PI基材)上，在COF(CHIP ONFILM)领域使用较多，目前主要采用加成法或者半加成法生产COF线路板。如果采用单束激光直接蚀刻这么薄的铜箔，激光热量与激光等离子体直接在激光刻画万线条的一边时候，在刻画另一边时，直接把导电铜线剥离，或者由于激光等离子体单侧冲击力形成铜材与PI基材之间的微裂纹，减少了超细铜线在PI基材表面的附着力。而采用本发明，双束激光同时作用在超细线条两侧，激光等离子体冲击对于超细铜线两侧是均匀压力，不会导致铜线剥离，对超细铜线在PI基材表面的附着力也影响不大。这是双束激光同时蚀刻微细线路与单束激光蚀刻线路的另一个根本效果区别。2到3微米厚度铜箔附着在PI基材上，单束激光蚀刻细线宽线路时候，由于激光加工等离子体的冲击，接将线路剥离离开基材或者极大降低了精细线路与基材的附着力。双束激光加工方式，激光产生的等离子体冲击力直接把线路压在基材表面，不会造成微细线路剥离离开基材。

优选的，当所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动时，被所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑覆盖的区域被除去预设厚度的图形层材料，形成线路图形；当所述组合能量斑在所述待加工工件表面再次运动时，使当前的所述第一聚焦能量斑或所述第二聚焦能量斑的运动轨迹与前一次对应的所述第二聚焦能量斑或所述第一聚焦能量斑的运动轨迹全部重叠或部分重叠，直至露出非图形层为止。

具体请见图6所示，进行了两次线路图形的加工，分别为历史线路图形加工和当前线路图形加工；当历史线路图形加工时，历史第一聚焦能量斑11运动时形成历史第一聚焦能量斑运动覆盖区域41，宽度为10微米；历史第二聚焦能量斑21运动时形成历史第二聚焦能量斑运动覆盖区域51，宽度为10微米；按照本发明方法，获得宽度10微米的历史线路图形31；历史线路图形加工后进行当前线路图形加工，历史第一聚焦能量斑11与历史第二聚焦能量斑21整体平移(即组合能量斑平移加工当前线路)，历史第一聚焦能量斑11与历史第二聚焦能量斑21分别变为当前第一聚焦能量斑12和当前第二聚焦能量斑22，运动对应形成当前第一聚焦能量斑运动覆盖区域42和当前第二聚焦能量斑运动覆盖区域52；按照本发明方法，获得宽度10为微米的当前线路图形32；为了避免当前第一聚焦能量斑12对历史线路图形31形成激光损伤或者改性，当前第一聚焦能量斑运动覆盖区域42与历史第二聚焦能量斑运动覆盖区域51形成重叠区域7，本实施例重叠区域7的宽度为5微米。如此类推，可以形成线宽10微米，线距15微米密集金手指线路板。

依旧如图6所示，重叠区域7有两次加工过程，因此本实施例中，重叠区域7会被加工得更深。在本实施例中，可以设计重叠区域7的宽度为8微米，图形层为3微米厚度铜箔，基底为50微米厚度PI膜，为了不伤及基底材料，可以每次激光作用只去除一半厚度的导电层铜箔，所加工最左边和最右边的线路废弃不用，这样可以形成线宽10微米，线距12微米的密集金手指区域。

在本发明方法中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑在所述待加工工件表面运动时，所形成的线路图形的线宽保持不变或者基本不变。

优选的，所述线路图形的线路宽度范围为大于1纳米且小于100微米。

这里面非常有意义的事情是，如果采用现有离子束光刻，或者极紫外进行光刻，可以把线宽降低到比目前现有刻画线宽更细的水平，对目前直写光刻机机型原理性改变都是可能的。另外，采用目前比较容易实现的激光光刻方法，轻松实现100纳米线宽也非常容易，例如：所述第一能量束和所述第二能量束为激光束，分别为1号激光束和2号激光束，采用飞秒激光器，利用多光子效应超衍射极限加工，经过同一聚焦镜，1号激光束和2号激光束聚焦作用光斑比如都是120纳米，如果其间距控制在比如200纳米，那么就可以获得80纳米的线宽；退一步，采用波长175纳米的固体激光器，分束获得1号激光束和2号激光束，通过同一聚焦镜，对应有效聚焦光斑，例如200纳米，间距300纳米，那么就可以轻松实现100纳米线宽的图形。

再退一步，在COF应用领域而言，本发明有重大应用前景。COF(Chip On Flex，or，Chip On Film)，常称覆晶薄膜，是将集成电路(IC)固定在柔性线路板上的晶粒软膜构装技术，运用软质附加电路板作为封装芯片载体将芯片与软性基板电路结合。对于线间距越来越小的柔性线路板，采用加成法与半加成法生产。如果采用本发明，将颠覆COF软板的生产流程并极大降低软板成本。例如，采用波长355纳米紫外激光器，一束激光分为两束激光，经过扫描振镜与平场聚焦镜，1号激光束与2号激光束聚焦光斑均为10微米，设计两聚焦光斑中心水平间距20微米，1号激光束与2号激光束聚焦光斑在平面内处于同一水平方向，那么竖直方向运动可以获得10微米线宽的线路；在刻画下一条线路时候，1号激光束与2号激光束聚焦光斑构成的组合能量斑整体平移，使得1号激光束聚焦光斑中心距离前一条线路刻画时候2号激光束的聚焦光斑中心距离大于0微米，这样刻画下一条线路就不会影响上一条线路，即线路宽度10微米，线间距则会大于10微米，比如15微米，如此获得完美的精细线路。

在另外的实施例中，本发明提供了一种线路结构蚀刻系统，该系统包括以下模块，

双束能量束生成模块，其用于获得第一能量束和第二能量束，并将所述第一能量束和所述第二能量束射向待加工工件表面，且对应在所述待加工工件表面形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；所述第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑构成组合能量斑；

双束能量束运动模块，其用于通过控制所述第一能量束和所述第二能量束，使所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动并加工，并使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于聚焦能量斑运动方向上的分量为预设值，且大于所述第一聚焦能量斑的有效直径与所述第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑加工的区域形成线路图形；

其中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间满足d*sinθ>(D1+D2)/2，其中，d为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距，θ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角，d*sinθ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于聚焦能量斑运动方向上的分量，D1为所述第一聚焦能量斑的有效直径，D2为所述第二聚焦能量斑的有效直径；

所述组合能量斑运动方向具体为所述第一聚焦能量斑运动方向，或为所述第二聚焦能量斑运动方向，或为所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑的合成运动方向；

所述预设值为保持不变的固定值，或为根据线路线宽变化而相应变化的动态值。

在另外的实施例中，本发明提供了一种线路结构蚀刻装置，该装置包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序运行时实现上述所述的方法步骤。

在另外的实施例中，本发明提供了一种线路结构蚀刻设备，该设备包括机台、激光器以及如上述所述的线路结构蚀刻装置，所述线路结构蚀刻装置与所述激光器电连接；

所述机台，用于放置待加工工件；

所述激光器，用于生成第一能量束和第二能量束；

所述线路结构激光蚀刻装置，用于控制所述激光器按上述所述的方法步骤运行，对放置在所述机台上的所述待加工工件进行激光加工，在所述待加工工件表面生成线路图形。

具体地，该设备还可包括用于对准的拍摄装置和位移装置、光路装置等。

本发明提供的一种线路结构蚀刻方法、系统、装置与设备具有以下优点：

1、使用大尺寸的聚焦能量斑，获得更为精细的线路，实现了微细线路加工精细能力数量级的提升；

2、获得稳定的精细线宽，对聚焦能量斑运动控制精度要求与稳定性要求极大降低；

3、在晶圆光刻领域，以及精细线路板领域，精细导电薄膜蚀刻方面，将掀起新一代技术潮流；

4、进行微细线路加工时候，双束激光束对线路在基板上的附着力的损伤远低于单束激光束，使得传统方式加工COF基板由不可能变为现实。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种线路结构蚀刻方法，其特征在于：包括以下步骤，

将第一能量束和第二能量束射向待加工工件表面，并对应在所述待加工工件表面形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；其中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑构成组合能量斑；

通过控制所述第一能量束和所述第二能量束，使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑构成的组合能量斑在所述待加工工件表面运动并加工，并使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量为预设值，且大于所述第一聚焦能量斑的有效直径与所述第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑加工的区域形成线路；

其中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间满足d*sinθ>(D1+D2)/2，其中，d为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距，θ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角，d*sinθ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量，D1为所述第一聚焦能量斑的有效直径，D2为所述第二聚焦能量斑的有效直径；

所述组合能量斑运动方向具体为所述第一聚焦能量斑运动方向，或为所述第二聚焦能量斑运动方向，或为所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑合成运动方向；

所述预设值为保持不变的固定值，或为根据线路线宽变化而相应变化的动态值。

2.根据权利要求1所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述组合能量斑运动时，控制所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑相对静止，从而使所述预设值为保持不变的固定值。

3.根据权利要求1所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一能量束和所述第二能量束为能量粒子束；或，所述第一能量束和所述第二能量束为光子束。

4.根据权利要求3所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一能量束和所述第二能量束为光子束，所述光子束为激光束。

5.根据权利要求1所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动的过程中，所述组合能量斑的第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角可控。

6.根据权利要求5所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角范围为70度到110度之间。

7.根据权利要求5所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一能量束为一束或者多束组合的激光束，或/和，所述第二能量束为一束或者多束组合的激光束。

8.根据权利要求7所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一能量束和所述第二能量束由一束激光束经过激光分束装置分束获得，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角通过旋转所述激光束分束装置进行控制。

9.根据权利要求7所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一能量束和第二能量束由一束激光束经过空间光调制器分束获得，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角通过所述空间光调制器控制所述第一能量束和所述第二能量束的平面法线与所述所述组合能量斑运动方向的夹角获得。

10.根据权利要求1至9任一项所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述第一能量束和所述第二能量束为激光束，通过控制反射光学元件反射扫描和/或透射光学元件折射扫描和/或衍射光学器件衍射扫描和/或声光器件偏转扫描和/或平台驱动待加工工件运动，实现控制所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动。

11.根据权利要求1至9任一项所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：当所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动时，被所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑覆盖的区域被除去预设厚度的材料或被改性，进而实现加工；

在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑覆盖的区域未被除去材料或未被改性，则形成线路图形。

12.根据权利要求11所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述待加工工件至少包括一层层叠在绝缘层基材上的图形层，所述图形层为导电层或者光刻胶层或者掩模层。

13.根据权利要求12所述的线路结构蚀刻方法，其特征在于：当所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动时，被所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑覆盖的区域被除去预设厚度的图形层材料，形成线路图形；当所述组合能量斑在所述待加工工件表面再次运动时，使当前的所述第一聚焦能量斑或所述第二聚焦能量斑的运动轨迹与前一次对应的所述第二聚焦能量斑或所述第一聚焦能量斑的运动轨迹全部重叠或部分重叠，直至露出非图形层为止。

14.根据权利要求1-9、12-13任一项所述的精细线路结构蚀刻方法，其特征在于：所述线路图形的线路宽度范围为大于1纳米且小于100微米。

15.一种线路结构蚀刻系统，其特征在于：包括以下模块，

双束能量束生成模块，其用于获得第一能量束和第二能量束，并将所述第一能量束和所述第二能量束射向待加工工件表面，且对应在所述待加工工件表面形成相离的第一聚焦能量斑和第二聚焦能量斑；其中，所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑构成组合能量斑；

双束能量束运动模块，其用于通过控制所述第一能量束和所述第二能量束，使所述组合能量斑在所述待加工工件表面运动并加工，并使所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于所述组合能量斑运动方向上的分量为预设值，且大于所述第一聚焦能量斑的有效直径与所述第二聚焦能量斑的有效直径和的一半，则在所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间未被所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑加工的区域形成线路；

其中，所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间满足d*sinθ>(D1+D2)/2，其中，d为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距，θ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心连线与所述组合能量斑运动方向之间的夹角，d*sinθ为所述第一聚焦能量斑与所述第二聚焦能量斑之间的中心间距在垂直于组合能量斑运动方向上的分量，D1为所述第一聚焦能量斑的有效直径，D2为所述第二聚焦能量斑的有效直径；

所述组合能量斑运动方向具体为所述第一聚焦能量斑运动方向，或为所述第二聚焦能量斑运动方向，或为所述第一聚焦能量斑和所述第二聚焦能量斑的合成运动方向；

所述预设值为保持不变的固定值，或为根据线路线宽变化而相应变化的动态值。

16.一种线路结构蚀刻装置，其特征在于：包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序运行时实现如权利要求1至14任一项所述的方法步骤。

17.一种线路结构蚀刻设备，其特征在于：包括机台、激光器以及如权利要求16所述的线路结构蚀刻装置，所述线路结构蚀刻装置与所述激光器电连接；

所述机台，用于放置待加工工件；

所述激光器，用于生成第一能量束和第二能量束；

所述线路结构激光蚀刻装置，用于控制所述激光器按权利要求1至14任一项所述的方法步骤运行，对放置在所述机台上的所述待加工工件进行激光加工，在所述待加工工件表面生成线路图形。

Images