DE102004043895A1 - Mehrstrahliges Mikro-Bearbeitungssystem und Verfahren - Google Patents

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Zvi Kotler
Eliezer Lipman
Dan Alon
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Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zur Abgabe von Energie auf ein Substrat vorgeschlagen. Es ist eine dynamisch steuerbare und ausrichtbare Strahlungsenergiequelle vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Strahlungsstrahlen erzeugt, die sich jeweils in dynamisch wählbare Richtungen ausbreiten. Eine Anzahl unabhängig positionierbarer Strahlsteuerelemente in einer Strahlsteuerelementanordnung empfängt die Strahlen und richtet sie auf wählbare Orte auf dem Substrat. Eine Anzahl von Laserstrahl-Fokussierungsmodulen ist der Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen zugeordnet, um jeden Strahl auf das Substrat zu fokussieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mehrstrahlige Laserstrahl-Strahlpositionierungs- und Energieabgabesysteme, und insbesondere Laser-Mikrobearbeitungssysteme, welche zur Herstellung von Bohrungen in elektrischen Schaltungssubstraten verwendet werden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Verschiedene Lasersysteme werden zur Mikrobearbeitung und für andere termische Bearbeitung von Substraten eingesetzt. Herkömmliche Lasersysteme verwenden Fokusierungsoptiken, welche zwischen einem Strahlsteuergerät und einem Substrat angeordnet sind, um den Strahl auf das Substrat zu fokussieren.
  • Ein Laser-Mikrobearbeitungsgerät, welches eine Mehrzahl unabhängig voneinander positionierbarer Laserstrahlen verwendet, ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Seriennummer 10/170212, beschrieben, welche am 13 Juni 2002 eingereicht wurde und den Titel "Multiple Beam Micro-Machining System and Method" trägt, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme einbezogen sei.
  • Ein Lasergerät, das eine Mehrzahl unabhängig positionierbarer Laserstrahlen zur thermischen Bearbeitung von Dünnfilmmaterialien, beispielsweise dünnen Filmen auf Flachbildschirmsubstraten, verwendet, ist in der gleichzeitig anhängenden PCT-Anmeldung PCT/IL03/00142,eingereicht am 24. Februar 2003 mit dem Titel "Method for Manufacturing Flat panel Display Substrates" beschrieben, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung hier durch Bezugsnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen sei.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung strebt an, ein verbessertes mehrstrahliges Laserstrahl-Energieabgabesystem zur gleichzeitigen Abgabe einer Mehrzahl von Strahlen fokusierter Laserenergie auf ein Substrat hin zu schaffen, welches die Verwendung einer f-Θ-Abtastlinse vermeidet.
  • Die vorliegende Erfindung strebt weiter an, ein verbessertes mehrstrahliges Laserstrahl-Energieabgabesystem zur gleichzeitigen Abgabe einer Anzahl von fokusierter Laserenergie auf ein Substrat hin zu schaffen, welches Fokusierungsoptiken vermeidet, die zwischen der Strahlsteuereinrichtung und dem Substrat angeordnet sind.
  • Desweiteren strebt die Erfindung an, ein integriertes mehrstrahliges Laserstrahl-Energieabgabesystem zur Abgabe einer Anzahl von Strahlen von Laserenergie auf ein Substrat zu schaffen, das so ausgebildet ist, daß es unabhängig jeden der Laserstrahlen zu steuern vermag und unabhängig jeden der Laserstrahlen in Koordination mit der Strahlsteuerung zu fokusieren vermag.
  • Ferner strebt die vorliegende Erfindung an, ein mehrstrahliges Laserstrahl-Laserenergieabgabesystem zu schaffen, das in der Weise arbeitet, daß es Laserenergie an unabhängig wählbare Orte auf einem Werkstück abgibt, wobei das Gerät eine Reihenordnung von Strahlsteuerungsmodulen aufweist, die von der Strahlfokusierungsoptik aus stromabwärts gelegen ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Strahlfokusierungsoptiken so ausgebildet, daß sie unabhängig jeden der Anzahl von Laserstrahlen auf einen wählbaren Ort hin fokusieren.
  • Die vorliegende Erfindung strebt weiter an, ein mehrstrahliges Laserstrahl-Energieabgabesystem zur Abgabe einer Anzahl von Laserstrahlenergie auf ein Werkstück zu schaffen, wobei das System eine redundante Anzahl von unabhängigen Fokusierungsmodulen relativ zu einer Zahl der Laserstrahlen hat. Das System ist in der Weise wirk sam, daß es einige Fokusierungsmodule zur Abgabe fokusierter Laserstrahlen auf eine erste Gruppe von Orten auf dem Substrat verwendet, und gleichzeitig andere Fokusierungsmodule in den Fokus bewegt, um darauffolgend fokusierte Laserstrahlen auf eine zweite Gruppen von Orten auf dem Substrat zu richten. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zeit, welche zur Bewegung eines Fokusierungsmoduls in den Fokus erforderlich ist, größer als die Zeit, welche zur Auswahl eines Fokusierungsmoduls notwendig ist. Die Zeit, welche zum Umschalten zwischen den Fokusierungsmodulen benötigt wird, ist geringer als das Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen.
  • Die vorliegende Erfindung strebt weiterhin an, ein verbessertes mehrstrahliges Laserstrahlenergie-Abgabesystem zur Abgabe einer Anzahl von Strahlen von Laserenergie auf ein Werkstück hin zu schaffen, das eine bestimmte Menge von Laserstrahlfokusierungsmodulen aufweist, die größer ist als die Anzahl von Laserstrahlen, sowie ein Strahlrichtsystem enthält, das zur Ausrichtung jedes Strahles auf ein auswählbares Fokusierungsmodul verwendet wird. Während der Abgabe fokusierter Laserenergie auf eine erste Gruppe wählbarer Orte auf einem Substrat über eine erste Gruppe von Laserstrahl-Fokusierungsmodulen werden andere Laserstrahlfokusierungsmodule in den Fokus für die spätere Abgabe von fokusierter Laserenergie auf eine nächste unterschiedliche Gruppe wählbarer Orte bewegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden also eine Einrichtung und ein Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück mit mindestens einer Laserenergiequelle geschaffen, welche mindestens einen Laserstrahl erzeugt. Ferner ist eine Anzahle von Laserstrahlmodulen vorgesehen, welche so angeordnet sind, daß sie wählbar den mindestens einen Laserstrahl auf eine Anzahl von Ziel-Unterbereichen auf einem Werkstück lenken, welche zusammen einen Zielbereich abdecken, wobei die Anzahl von Laserstrahhnodulen zusätzlich in der Weise wirksam ist, daß sie mindestens einen Laserstrahl auf das Werkstück fokusieren, ohne daß eine dazwischenliegende f-Θ-Linse verwendet wird.
  • Weiter ist gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung und ein Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück vorgesehen, wobei die Einrichtung bzw. das Verfahren mindestens eine gepulste Laserenergiequelle enthält, welche mit einer bestimmten Impulswiederholungsrate arbeitet und mindestens einen gepulsten Laserstrahl erzeugt. Des ferneren ist eine Anzahl von Laserstrahlfokusierungsmodulen so angeordnet, daß sie wählbar jeden der Laserstrahlen oder den mindestens einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort auf einem Werkstück lenken, wobei die Anzahl optischer Laserstrahl-Fokusierungsmodule eine Zahl hat, welche größer als die Zahl des mindestens einen Laserstrahls ist, wodurch mindestens ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul definiert ist.
  • Es ist auch gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Abgabe von Laserstrahlenergie auf ein Werkstück mit mindestens einer Laserenergiequelle vorgesehen, welche mindestens einen Laserstrahl erzeugt. Eine Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen ist so angeordnet, daß sie den mindestens einen Laserstrahl wählbar auf auswählbare Orte auf einem Ziel hinlenkt. Weiter ist eine Anzahl optischer Laserstrahl-Fokusierungsmodule vorgesehen, welche den Laserstrahl-Steuermodulen zugeordnet sind, um einen Laserstrahl auf das Werkstück hin zu fokusieren.
  • Gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück mit einer Laserenergiequelle geschaffen, welche mindestens zwei Laserstrahlen zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück an mindestens zwei unterschiedlichen Orten liefert. Mindestens zwei optische Elemente, welche die mindestens zwei Laserstrahlen aufnehmen sind in der Weise wirksam, daß sie gleichzeitig unabhängig einen Strahlparameter für jeden der mindestens zwei Laserstrahlen steuern. Schließlich ist eine Laserstrahl-Steueranordnung vorgesehen, welche die mindestens zwei Laserstrahlen empfängt und in der Weise wirksam ist, daß sie unabhängig die mindestens zwei Laserstrahlen auf unabhängig wählbare Orte auf eine in der Herstellung befindliche elektrische Schaltung lenkt.
  • Gemäß wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein elektrisches Schaltungssubstrat mit mindestens einer Laserstrahlquelle geschaffen, welche gleichzeitig eine Anzahl von Laserstrahlen abgibt. Eine Anzahl von unabhängig steuerbaren Laserstrahlablenkeinrichtungen, welche zwischen der mindestens einen Laserstrahlquelle und dem elektrischen Schaltungssubstrat angeordnet sind, dient zum Ausrichten der Anzahl von Laserstrahlen derart, daß sie an unabhängig wählbaren Orten auf das elektrische Schaltungssubstrat auftreffen. Schließlich sind Fokusierungsoptiken vorgesehen, um die Anzahl von Laserstrahlen auf unabhängig wählbare Orte ohne Verwendung von f-Θ-Optikelementen zu fokusieren.
  • Gemäß abermals einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein Substrat geschaffen, welche bzw. welches folgendes vorsieht:
    mindestens eine gepulste Laserenergiequelle, welche mindestens einen gepulsten Laserstrahl erzeugt; eine Anzahl von Laserstrahlsteuermodulen, welche so angeordnet sind, daß sie wählbar den mindestens einen Laserstrahl auf ausgewählte Orte auf einem Zielobjekt bei unterschiedlichen Brennweiten hinlenken, wobei die Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen größer als die Anzahl des mindestens einen Laserstrahls ist, wodurch mindestens ein redundantes Strahlsteuerungsmodul definiert ist; eine Anzahl von automatischen optischen Strahlfokusierungsmodulen stromauf von der Anzahl von Laserstrahlsteuermodulen zur automatischen Fokusierung eines durch es hindurchlaufenden Laserstrahls auf ein entsprechendes Laserstrahl-Leitmodul zur Kompensierung der unterschiedlichen Brennweiten, wobei die Anzahl von automatischen optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen größer als die Zahl des mindestens einen Laserstrahls ist, wodurch mindestens ein redundantes automatisches optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul definiert ist und wobei die Redundanz in der Anzahl von Laserstrahl-Leitmodulen und der Anzahl von automatischen optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen eine Differenz zwischen einer Pulswiederholungsrate der mindestens einen gepul sten Laserenergiequelle und einer Zykluszeit der automatischen optischen Fokusierungsmodule kompensiert.
  • Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung enthalten eines oder mehrere der folgenden Merkmale und Charakteristiken. Es sei jedoch bemerkt, daß einige der folgenden Komponenten, Merkmale und Charakteristiken allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen und Charakteristiken vorgesehen sein können. Einige der folgenden Komponenten, Merkmale und Charakteristiken dienen zur Weiterbildung von anderen Komponenten, Merkmalen und Charakteristiken. Die Verwirklichung von einigen der Komponenten, Merkmalen und Charakteristiken schließt die Verwendung von anderen Komponenten, Merkmalen und Charakteristiken wiederum aus.
  • Eine Laserenergiequelle enthält einen Laser und einen Laser-Strahlaufspalter zur Umwandlung des Ausganges des Lasers in eine Anzahl von Laserstrahlen.
  • Eine Laserenergiequelle enthält einen Laser und eine Laserstrahl-Leiteinrichtung, welche in der Weise wirksam ist, daß sie einen Ausgang des Lasers aufnimmt und eine Anzahl von einzeln ausgerichteten Laserstrahlen erzeugt.
  • Ein Strahlaufspalter ist in der Weise wirksam, daß er einen Laserstrahl aufnimmt und jeden der mindestens zwei Laserstrahlen in unabhängig wählbare Richtungen lenkt.
  • Eine Laserstrahlquelle enthält einen Laser und ein akustisch-optisches Gerät (AOD), das in der Weise wirksam ist, daß es einen Ausgang des Lasers in eine wählbare Anzahl von Laserstrahlen aufspaltet und jeden Laserstrahl einzeln auf einen wählbaren Ort hinlenkt.
  • Laserstrahlmodule enthalten mindestens ein Laserstrahl-Steuermodul, das in der Weise wirksam ist, daß es mindestens einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort auf einem Werkstück hinlenkt, sowie mindestens ein optisches Laserstrahl-Fokusierungs modul stromauf von dem mindestens einen Laserstrahl-Steuermodul zur Fokusierung des mindestens einen Laserstrahls auf das Werkstück.
  • Fakultativ enthalten die Laserstrahlmodule mindestens ein Laserstrahl-Steuermodul, das in der Weise wirksam ist, daß es mindestens einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort auf dem Werkstück hinlenkt und eine selektive Ausdehnung oder Zurückziehung bewirkt, um eine Kompensation bezüglich eines tatsächlichen Abstandes des wählbaren Ortes vorzunehmen, derart, daß der mindestens eine Laserstrahl fokusiert auf das Werkstück hin abgegeben wird.
  • Laserstrahlmodule enthalten eine Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen, die in einer Reihenanordnung vorgesehen sind, wobei jedes Laserstrahl-Steuermodul in der Weise wirksam ist, daß es einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort in einem Ziel-Unterbereich hinlenkt.
  • Jedes Laserstrahl-Steuermodul ist in der Weise wirksam, daß es einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort unabhängig von anderen Laserstrahl-Steuermodulen hinlenkt.
  • Die optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodule arbeiten in Zusammenwirkung mit einem entsprechenden Laserstrahl-Steuermodul und sind so ausgebildet, daß sie einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort des Werkstücks hinlenken.
  • Die Laserstrahlmodule enthalten eine Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen und eine entsprechende Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen. Jedes optische Laserstahl-Fokusierungsmodul ist in der Weise wirksam, daß es einen Laserstrahl auf irgendeinen wählbaren Ort in einem Ziel-Unterbereich fokusiert.
  • Die Laserstrahlmodule enthalten mindestens ein redundantes Laserstrahlmodul.
  • Der Laserstrahl ist ein gepulster Laserstrahl. Während eines anfänglichen Impulses ist ein erstes Laserstrahl-Steuermodul in der Weise wirksam, daß es einen Laserstrahl fokusiert auf einen ersten wählbaren Ort hinlenkt. Während eines nachfolgenden Impulses ist ein zweites Laserstrahl-Steuermodul in der Weise wirksam, daß es mindestens einen Laserstrahl fokusiert auf einen zweiten wählbaren Ort hinlenkt, der von dem ersten wählbaren Ort verschieden ist.
  • Ein Laserstrahl-Steuermodul ist so angeordnet, daß es wählbar einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort in einem Ziel-Unterbereich hinlenkt. Mindestens einige der wählbaren Orte im Ziel-Unterbereich sind in verschiedenen Fokusierungsabständen von einem zugehörigen optischen Fokusierungsmodul gelegen. Die Fokusierung geschieht durch dynamisches Ändern eines Fokusierungsparameters des optischen Fokusierungsmoduls.
  • Ein Laserstrahl kann wählbar auf ein wählbares optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul hingelenkt werden. Eine Redundanz in den optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen mit Bezug auf die Laserstrahlen kompensiert eine Differenz zwischen der Pulswiederholungsrate und einer Zykluszeit jedes der optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodule.
  • Während eines ersten Impulses der gepulsten Laserenergiequelle ist ein erstes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul im Sinne einer Fokusierung eines ersten gepulsten Laserstrahls auf ein Werkstück wirksam.
  • Während eines ersten Impulses der gepulsten Laserquelle wird ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul auf eine Position neu positioniert, welche zur Fokusierung eines darauffolgenden gepulsten Laserstrahls auf das Werkstück an einem folgenden wählbaren Ort erforderlich ist, wobei der darauffolgende gepulste Laserstrahl während eines nachfolgenden Impulses der gepulsten Laserenergiequelle ausgegeben wird.
  • Eine gepulste Laserenergiequelle ist in der Weise wirksam, daß sie eine Mehrzahl von gepulsten Laserstrahlen während jedes Impulses erzeugt.
  • Eine gepulste Laserenergiequelle ist in der Weise wirksam, daß sie eine Mehrzahl von gepulsten Laserstrahlen für jeden Impuls erzeugt und die Mehrzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen enthält mindestens ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul bezüglich jedes Laserstrahls.
  • Eine Zykluszeit zum Konfigurieren eines optischen Laserstrahl-Fokusierungsmoduls zur Fokusierung eines Laserstrahls auf das Werkstück überschreitet ein Zeitintervall, welches die Impulse der mindestens einen gepulsten Laserstrahlquelle trennt.
  • Eine gepulste Lasterstrahlenergiequelle enthält eine Ablenkeinrichtung, welche wählbar den mindestens einen gepulten Laserstrahl ablenkt. Eine Zykluszeit der Ablenkeinrichtung ist kleiner als ein zweiter Intervall zwischen den Impulsen der gepulsten Laserstrahlquelle.
  • Während eines anfänglichen Impulses der gepulsten Laserenergiequelle ist die Ablenkeinrichtung in der Weise wirksam, daß sie einen anfänglichen Laserstrahl auf ein erstes optisches Laserstrahlfokusierungsmodul ablenkt und während des nächsten Impulses ist die Ablenkeinrichtung in der Weise wirksam, daß sie einen nächsten Laserausgang auf ein redundantes optisches Laserstrahlfokusierungsmodul hinlenkt.
  • Eine Anzahl von Laserstrahl-Steuerungsmodulen ist stromab von der Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen vorgesehen, um einen Laserstrahl auf einen wählbaren Ort auf dem Werkstück hinzulenken.
  • Die Laserstrahl-Fokusierungsmodule enthalten einen wählbar verschwenkbaren Spiegel, der in der Weise wirksam ist, daß er eine Ausdehnung oder Zurückziehung erfährt, um Änderungen bezüglich des Abstandes zu einer ebenen Oberfläche zu kompensieren, die aus einer Schwenkbewegung resultieren.
  • Ein Laserstrahl-Fokusierungsmodul enthält mindestens einen Betätigungsantrieb, der in solcher Weise wirksam ist, daß er einen Teil des Laserstrahl-Steuerungsmoduls bewegt, um Änderungen in einer Länge des optischen Weges als Funktion der Steuerung des mindestens einen Laserstrahls kompensiert.
  • Ein gepulster Laser enthält einen gütegeschalteten gepulsten Laser.
  • Ein gepulster Laser gibt einen Laserstrahl im Ultraviolettspektrum ab.
  • Eine Laserstrahl-Steuerungsanordnung enthält eine Mehrzahl von Laserstrahl- Steuerungsmodulen. Die Laserstrahl-Steuerungsmodule sind in einer zweidimensionalen Anordnung von Laserstrahl-Steuerungsmodulen vorgesehen.
  • Eine Fokusierungsanordnung enthält mindestens zwei dynamisch bewegbare optische Elemente, welche in einer Gruppierung von Linsenmodulen vorgesehen sind.
  • Ein änderbarer Strahlparameter ist ein Fokusparameter. Fokusierungsmodule sind in der Weise wirksam, daß sie gleichzeitig unabhängig mindestens zwei Laserstrahlen auf jeweilige unabhängig wählbare Orte fokusieren. Die mindestens zwei Laserstrahlen werden von derselben Laserstrahlquelle abgeleitet.
  • Eine Gruppe oder Reihe von Fokusierungsmodulen ist zwischen der Laserstrahlquelle und einer Laserstrahlsteuerungsanordnung vorgesehen.
  • Ein Fokusierungsmodul enthält mindestens ein Linsenelement, welches unabhängig relativ zu einem beweglichen Linsenelement in einem anderen Fokusierungsmodul bewegbar ist.
  • Eine Steuerungseinrichtung ist in der Weise wirksam, daß sie unabhängig Linsenelemente bewegt, um unabhängig mindestens zwei Laserstrahlen auf jeweilige unabhängig wählbare Orte zu fokusieren.
  • Eine Zoom-Linse ist in der Weise wirksam, daß sie mindestens zwei Laserstrahlen empfängt und einen Strahldurchmesserwert der Laserstrahlen ändert.
  • Ein Laserstrahl ist fokusiert auf einen unabhängig wählbaren Ort unter einer Anzahl von wählbaren Orten innerhalb eines Ziel-Unterbereiches hinlenkbar. Mindestens einige der unabhängig wählbaren Orte haben unterschiedliche Fokusparameter. Eine Fokusierung wird durch unabhängige dynamische Fokusierung jedes der Strahlen erreicht.
  • Die Fokusierungsmodule sind in der Weise wirksam, daß sie jeden der Laserstrahlen auf einen unabhängig wählbaren Ort als Funktion eines entsprechenden Fokusierungsabstandes fokusieren.
  • Eine Strahlsteueranordnung enthält mindestens zwei Betätigungseinrichtungen, welche jeweils mit einem Reflektor gekoppelt sind, um jeden der Reflektoren unabhängig zu verschwenken. Die Betätigungseinrichtungen sind weiter in der Weise wirksam, daß sie jeden Reflektor vorschieben oder zurückziehen, um unabhängig einen Strahlfokusparameter der mindestens zwei Laserstrahlen einzustellen.
  • Die Laserstrahlen sind in der Weise wirksam, daß sie Laserenergie zum Trimmen einer passiven elektrischen Komponente in einer in der Herstellung befindlichen elektrischen Schaltung abgeben.
  • Ein in der Fertigung befindliches elektrisches Schaltungsteil ist eine in der Fertigung befindliche gedruckte Schaltungsträgerplatte oder eine in der Herstellung befindliche integrierte Schaltung oder ein in der Herstellung befindlicher Flachbildschirm.
  • Die Laserstrahlen sind in der Weise wirksam, daß sie Laserenergie abgeben, um Silizium in einer in der Fertigung befindlichen elektrischen Schaltung, beispielsweise einen in der Fertigung befindlichen Flachbildschirm einer Wärmebehandlung unterziehen.
  • Die Laserstrahlen sind in der Weise wirksam, daß sie Laserenergie abgeben, um die Ionenimplantation in einer in der Fertigung befindlichen elektrischen Schaltung, beispielsweise einer in der Fertigung befindlichen integrierten Schaltung oder einer in der Fertigung befindlicher Flachbildschirmanordnung zu erleichtern.
  • Es wird weiter gegenüber einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zum dynamischen Aufspalten eines Laserstrahls geschaffen, wobei die Einrichtung bzw. das Verfahren einen Strahlablenker vorsieht, der eine Mehrzahl von operativen Bereichen aufweist und in der Weise wirksam ist, daß er einen Laserstrahl an einem ersten einer Mehrzahl von operativen Bereichen empfängt und eine wählbare Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten in Abhängigkeit von einem Steuersignaleingang liefert.
  • Gemäß abermals einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur dynamischen Ablenkung eines Laserstrahls geschaffen, welche ein Strahlablenkelement enthält, daß eine Mehrzahl von operativen Bereichen aufweist. Das Strahlablenkelement ist in der Weise wirksam, daß es einen Eingangslaserstrahl an einem ersten einer Mehrzahl operativer Bereiche empfängt und eine Mehrzahl von Ausgangsstrahlsegmenten erzeugt, die an mindestens einem zusätzlichen operativen Bereich ausgegeben werden, wobei mindestens ein Ausgangsstrahl unabhängig in Abhängigkeit von einem ersten Steuereingangssignal abgelenkt wird.
  • Gemäß abermals einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zur dynamischen Aufspaltung eines Laserstrahls geschaffen. Das Verfahren bzw. die Einrichtung sehen einen Strahlablenker vor, der eine Mehrzahl von operativen Bereichen aufweist, welche in der Weise wirksam sind, daß sie einen Laserstrahl an einem der operativen Bereiche empfangen, wobei die Strahlablenkeinrichtung weiter auf ein Eingangssteuersignal anspricht, um eine wählbare Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten zu erzeugen, wobei mindestens ein Ausgangsstrahl von einem zweiten operativen Bereich abgegeben wird.
  • Verschiedene Ausführungsformen dieser Aspekte der Erfindung enthalten eines oder mehrere der folgenden Merkmale und Charakteristiken. Es sei jedoch bemerkt, daß einige der folgenden Komponenten, Merkmale und Charakteristiken alleine oder in Kombination mit anderen Merkmalen und Charakteristiken festzustellen sind. Einige der folgenden Komponenten, Merkmale und Charakteristiken dienen zur weiteren Ausbildung von anderen Komponenten, Merkmalen und Charakteristiken. Die Verwirklichung von einigen der folgenden Komponenten, Merkmalen und Charakteristiken schließt die Verwirklichung von anderen Komponenten, Merkmalen und Charakteristiken wiederum aus.
  • Ein Steuereingangssignal, welches den Strahlaufspalter / Ablenker steuert, enthält eine Folge von Impulsen wobei jeder der Impulse ein jeweiliges der Ausgangsstrahlsegmente steuert.
  • Jeder der Ausgangsstrahlen hat einen Energieparameter, der durch eine Charakteristik des Eingangssteuersignals gesteuert wird.
  • Jedes der Ausgangsstrahlsegmente wird um einen jeweiligen Ablenkungswinkel abgelenkt, der durch eine Charakteristik eines Impulses in dem Eingangssteuersignal gesteuert wird.
  • Jedes der Ausgangsstrahlsegemente hat im wesentlichen dieselbe Querschnittskonfiguration unabhängig von der wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten.
  • Die wählbare Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten hat einen steuerbaren Energieparameter. Der Energieparameter ist eine Energiedichte oder ein Energiefluß.
  • Die Energiedichte unter den Ausgangsstrahlsegmenten ist so wählbar, daß sie im wesentlichen gleichförmig ist. Fakultativ ist die Energiedichte so wählbar, daß sie jeweils nicht gleichförmig ist.
  • Der Strahlablenker ist in der Weise wirksam, daß er die Ausgangsstrahlsegmente in jeweilige wählbare Richtungen in Abhängigkeit von dem Eingangssteuersignal lenkt.
  • Der Strahlablenker enthält einen akusto-optischen Ablenker und einen Wandler zur Erzeugung von akustischen Wellen in dem akusto-optischen Ablenker in Abhängigkeit von dem Eingangssteuersignal. Die Ablenkungseinrichtung bricht den Laserstrahl an jedem der verschiedenen operativen Bereiche in Abhängigkeit von der akustischen Welle, welche durch das Eingangssteuersignal gebildet wird.
  • Ein Strahl-Neuausrichter ist in der Weise wirksam, daß er ein Ausgangsstrahlsegment empfängt, das in eine zweite Richtung von einem ersten der Mehrzahl von operativen Bereichen gelenkt wurde und das Ausgangsstrahlsegment zu einem zweiten der Mehrzahl von operativen Bereichen hinlenkt.
  • Ein Strahl-Neuausrichter enthält einen ersten Spiegel mit einer Mehrzahl von Bereichen, wobei jeder Bereich zu den operativen Bereichen eines Strahlaufspalters/-ablenkers einen Teil eines neuausgerichteten Strahles leitet und zu einem parallelen Spiegel einen verbleibenden Teil des neu ausgerichteten Strahles reflektiert.
  • Strahlsegmentausgänge, welche durch den Strahlreflektor/-ablenker abgegeben werden, sind relativ zueinander nicht parallel.
  • Der Eingangslaserstrahl hat einen räumlichen Querschnitt in dem ersten der Anzahl von operativen Bereichen. Ein Strahlneuausrichter enthält Korrekturoptiken, welche auf das neuausgerichtete Ausgangsstrahlsegment derart einwirken, daß der räumliche Querschnitt des neuausgerichteten Ausgangstrahlsegmentes im wesentlichen gleich dem räumlichen Querschnitt des Eingangsstrahles ist.
  • Ein Eingangssteuersignal hat eine Frequenzcharakteristik, welche die Strahlrichtung steuert, sowie eine Amplitudencharakteristik, welche einen Energieparameter eines Ausgangsstrahles steuert.
  • Jede der obigen Einrichtungen und Verfahren kann als Teil eines Prozesses zur Herstellung elektrischer Schaltungen verwendet werden, bei welchem Laserenergie auf ein elektrisches Schaltungssubstrat beispielsweise dazu abgegeben wird, ein Material an einem ausgewählten Ort zu entfernen, oder als Teil eines Wärmebehandlungsprozesses oder Ionenimplantationsprozesses. Ein zusätzlicher Herstellungsvorgang für eine elektrische Schaltung, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt darauf, ein zusätzlicher Photolithographieprozeß, Ätzprozeß oder Metallablagerungsprozeß, kann typischerweise an dem elektrischen Schaltungssubstrat durchgeführt werden.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen voll umfänglicher verstanden und erfaßt. In den Zeichnungen stellen dar:
  • 1A eine vereinfachte, teilweise schaubildliche, teilweise durch Blocksymbole verwirklichte Anordnung einer Einrichtung zur Herstellung elektrischer Schaltungen, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und wirksam ist;
  • 1B ein Zeitdiagramm von Laserimpulsen, welche von einem Laser ausgegeben werden, der in dem System bzw. in der Funktion nach 1 verwendet wird;
  • 2A bis 2C vereinfachte Seitenansichten, welche die Wirkungsweise eines Teiles der Einrichtung nach 1A in drei unterschiedlichen Wirkungsorientierungen verdeutlichen;
  • 3A bis 3C vereifachte schematische Darstellungen einer AOD-Einrichtung, welche für die Verwendung in dem System von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist; und
  • 4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung elektrischer Schaltungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es sei nun auf 1A Bezug genommen, in welcher ein vereinfachtes, teilweise schaubildliches, teilweise in Blocksymbolen wiedergegebenes Bild eines Systems und der Funktionalität zur Herstellung einer elektrischen Schaltung dargestellt ist, wobei das System gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut und wirksam ist. Und es sei auf 1B Bezug genommen, in welcher ein Zeitdiagramm der Laserimpulse gezeigt ist, welche von einem Laser ausgegeben werden, der in dem System und der Funktionalität von 1A Verwendung findet. Das in 1A dargestellte System enthält eine Laser-Mikrobearbeitungseinrichtung 10, welche, allgemein ausgedrückt, in der Weise wirksam ist, daß sie gleichzeitig eine Mehrzahl von Energiestrahlen auf ein Werkstück richtet, beispielsweise ein elektrisches Schaltungssubstrat.
  • Die Einrichtung 10 ist besonders nützlich im Zusammenhang mit der Bearbeitung von Mikrobohrungen, beispielsweise Durchkontaktierungen oder Vias 12 an Orten 13 in einem gedruckten Schaltungsträgersubstrat 14 während der Herstellung von gedruckten Schaltungsträgerplatten. Die Einrichtung 10 kann ohne Abweichung von der vorliegend beschriebenen Erfindung auch in anderen geeigneten Herstellungsprozessen eingesetzt werden, welche eine Mikrobearbeitung oder Wärmebehandlung von Substraten vorse hen. Diese Prozesse umfassen ohne eine Beschränkung hierauf die selektive Wärmebehandlung von amorphem Silizium in Flachbildschirmen, die selektive laserunterstützte Dotierung von Halbleitertransistoren, beispielsweise Dünnfilmtransistoren auf Flachbildschirmen, die Entfernung von Lötmasken von elektrischen Schaltungen und das Trimmen von passiven elektronischen Komponenten, beispielsweise eingebetteten Widerständen in gedruckten Schaltungsträgerplatten und Vorsprüngen auf Ballgitteranordnungssubstraten und "Flip-Chip"-artigen Halbleiterschaltungen. Obwohl die Erfindung hier im Zusammenhang mit der Mikrobearbeitung gedruckter Schaltungsträgerplatten beschrieben ist, ist demgemäß der Umfang der Erfindung nicht auf diese Anwendungsart ausschließlich als beschränkt zu betrachten.
  • Gedruckte Schaltungsträgersubstrate, beispielsweise ein Substrat 14, welche für die Mikrobearbeitung unter Verwendung von Systemen und Verfahren der nachfolgend beschriebenen Art geeignet sind, umfassen typischerweise dielektrische Substrate, etwa Epoxiglas, mit einer Schicht oder mehreren elektrischen Schaltungsschichten. Typischerweise wird ein Leitermuster 16 selektiv auf jeder elektrischen Schaltungsschicht gebildet. Die Substrate können aus einer einzigen Schicht oder alternativ aus einem Lamit mit verschiedenen Substratschichten gefertigt sein; welche zusammengeklebt oder aneinander haftend gemacht sind. Zusätzlich kann die äußerste Schicht des Substrates 14 das Leitermuster 16 enthalten, das darauf gebildet ist, wie aus 1A ersichtlich ist. Alternativ kann die äußerste Schicht des Substrates 14 beispielsweise eine Metallfolie enthalten, welche im wesentlichen einen kontinuierlichen Teil der äußeren Oberfläche des Substrates 14 überlagert, wie beispielsweise durch die Bereiche dargestellt ist, welche mit der Bezugszahl 17 bezeichnet sind. Im Zusammenhang mit anderen entsprechenden Anwendungen kann das Substrat 14 beispielsweise ein in der Herstellung befindlicher Flachbildschirm sein.
  • In Entsprechung mit einer Ausführungsform der Erfindung, wie sie in 1A dargestellt ist, kann die Laser-Mikrobearbeitungseinrichtung 10 einen gepulsten Laser 20 enthalten, der einen gepulsten Laserstrahl 22 abgibt. Der gepulste Laserstrahl 22 wird durch einen Strom von Lichtimpulsen definiert, welcher schematisch durch Spit zen 24 und 25 in dem Laserimpulsdiagramm 26 (1B) dargestellt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der gepulste Laser 20 ein Dreifachfrequenz-YAG-Laser mit Güteschaltung, welcher einen gepulsten UV-Laserstrahl 22 mit einer Impulswiederholungsrate zwischen 10 und 100 kHz, und vorzugsweise bei etwa 10 bis 30 kHz abgibt. Geeignete gütegeschaltete Laser sind gegenwärtig erhältlich beispielsweise von Spectra Physics, Lightware Electronics and Coherent, Inc., sämtliche aus Kalifornien, USA. Andere im Handel erhältliche gepulste Laser, welche in geeigneter Weise mit typischen Materialien zusammenwirken, die bei der Herstellung von gedruckten Schaltungsträgerplatten verwendet werden, können ebenfalls eingesetzt werden.
  • Ein anderer geeigneter Laser zur Verwendung als gepulster Laser 20, der in solcher Weise wirksam ist, daß er einen gepulsten UV-Laserstrahl abgibt, der besonders für die Mikrobearbeitung von Substraten, welche Glas enthalten, geeignet ist, ist in der anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 10/167,472 des vorliegenden Anmelders beschrieben, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen sein.
  • In der Ausführungsform, welche in 1A dargestellt ist, trifft der gepulste Laserstrahl 20 auf eine erste Linse 28, beispielsweise eine Zylinderlinse, welche den Strahl 22 zu einem schmalen Strahl 23 abflacht, welcher eine Einschnürung aufweist, welcher zu einer Abbildungsebene (nicht dargestellt) in einer ersten veränderlichen Deflektoranordnung abgegeben wird, beispielsweise zu einem akusto-opischen Deflektor (AOD) 30. Vorzugsweise enthält der akusto-optische Deflektor 30 ein Wandelement 32 und ein durchscheinendes Kristallteil 34, welches aus Quarz oder einem anderen geeigneten kristallinen Material gebildet ist.
  • Es sei bemerkt, daß verschiedene Konstruktionsdetails der Mikrobearbeitungseinrichtung 10, wie sie in 1A dargestellt ist, welche durchaus sich innerhalb der Kenntnis eines geübten Konstrukteurs im Bereich der Optik befinden, weggelassen sind, in dem Bestreben, die Klarheit zu erhalten und eine Überdeckung der Kernpunkte der Lehre nach der Erfindung zu vermeiden. Beispielsweise sind verschiedene Linsen und optische Wege nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Darüber hinaus enthalten einige Linsen, beispielsweise (jedoch nicht beschränkt hierauf) die Linse 28, mehrere gesonderte Linsenelemente, welche nicht dargestellt sind. In gleicher Weise sind Strahlstabilisierungsmittel, welche einem geübten Konstrukteur auf dem Gebiete der Optik geläufig sind, wie sie typischerweise in einem komplexen Laserenergie-Abgabesystem erforderlich sind, in den Zeichnungen weggelassen, um die Klarheit aufrechtzuerhalten und wiederum eine Überdeckung der Kernpunkte der Lehre nach der Erfindung zu vermeiden.
  • Es sein nun zu 1A zurückgekehrt. Der Wandler 32 empfängt ein Steuersignal 6 und 30 und erzeugt eine akustische Welle 38, die sich durch das Kristallteil 34 des akustisch-optischen Gerätes 30 ausbreitet. Das Steuersignal 36 ist vorzugsweise ein Hochfrequenzsignal, welches von einem Hochfrequenzmodulater 46 geliefert wird, der vorzugsweise durch einen direkten digitalen Synthesizer (DDS) 42 oder durch einen anderen geeigneten Signalgenerator angetrieben wird, beispielsweise einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO). Ein System-Steuergerät 44, welches in operativer Verbindung mit dem direkten digitalen Synthesizer 42 und einem Lasertreiber (nicht dargestellt) steht, ist vorgesehen, um die Zusammenwirkung zwischen der Erzeugung des Steuersignales 36 und der Laserimpulse 24 zu koordinieren, welche den gepulsten Laserstrahl 22 bilden, so daß Teile des Substrates 14 entfernt werden, beispielsweise durch Abtragung, was in Entsprechung mit einem gewünschten Konstruktionsmuster einer elektrischen Schaltung geschieht, welche herzustellen ist. Dieses Konstruktionsmuster kann beispielsweise durch computerunterstützte Konstruktion oder computerunterstützte Herstellung (CAD, CAM) aus einer Datendatei 46 oder eine andere geeignete Rechner-Dateidarstellung einer elektrischen Schaltung, welche herzustellen ist, geschehen.
  • In einigen Anwendungsfällen wird der gepulste Laserstrahl 24 zu dem Substrat 14 hin abgegeben, um Teile des Substrates ohne Abtragung zu erhitzen, beispielsweise zur Verwendung bei einer laserunterstützten Vergütung von amorphem Silizium oder bei einer laserunterstützten Ionenimplantation in Dünnfilmtransistoren, wie dies etwa in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 10/170,212 der Anmelderin vom 13. Juni 2002 mit dem Titel "Multiple Beam Micro-Machining System and Method" und in der gleichzeitig anhängigen PCT-Anmeldung PCT/IL03/00142 vom 24. Februar 2003 mit dem Titel "Method for Manufacturing Flat Panel Display Substrates" beschrieben ist, wobei die Offenbarung dieser Anmeldungen durch Bezugnahme hier in ihrer Gesamtheit einbezogen sei.
  • Wie in der Technik bekannt, verursacht das Vorhandensein einer akustischen Welle 38 in dem Kristallteil 34, wenn der Strahl 23 darauf trifft, daß der Strahl 23 mit einem Winkel θn relativ zu einer Achse abgelenkt wird, die mit einer Strahleinfallsachse zusammenfällt, wobei die Ablenkung eine Funktion der Frequenz fn der Welle 38 ist, nämlich gemäß folgender Formel:
    Figure 00200001
  • Hierin bedeuten
    Δfn = fn-f0;
    λ = Wellenlänge des Strahles 22
    νs = Schallgeschwindigkeit in dem Kristall 34 des akustisch optischen Gerätes 30; und
    n = eine ganze Zahl, welche eine Indexzahl eines Laser-Unterstrahls darstellt, wie weiter unten beschrieben wird.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das akustisch-optische Gerät 30 in der Weise wirksam, daß es als ein dynamischer Strahlaufspalter und Strahlablenker wirkt, der mindestens einen der folgenden Gesichtspunkte bestimmt: Eine Anzahl von Segmenten, in welche der Strahl 23 aufgespalten wird und ein Winkel der Ablenkung jedes Segmentes. Das Signal 36 kann wählbar so erzeugt werden, daß es bewirkt, daß sich die akustische Welle 38 mit einer gleichförmigen Frequenz durch einen aktiven Teil des Kristallteiles 34 ausbreitet. Alternativ kann das Signal 36 wählbar so erzeugt werden, daß es bewirkt, daß sich die akustische Welle 38 mit unterschiedlichen Frequenzen in dem aktiven Teil des Kristallteiles 34 ausbreitet.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verursacht das Signal 36, daß die akustische Welle 38 in dem akustisch-optischen Gerät 30 mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt wird, so daß zu einem Zeitmoment, an welchem die akustische Welle 38 mit einem Laserimpuls 24 innerhalb des Laserstrahls 23 zusammenwirkt, diese akustische Welle 38 mindestens zwei unterschiedliche Frequenzkomponenten enthält. Diese Komponenten können beispielsweise mindestens zwei verschieden überlagerte Frequenzen bilden oder zwei räumlich getrennte Bereiche jeweils mit derselben Frequenz. Durch Erzeugung einer akustischen Welle 38 mit mehr als einer Frequenzkomponente können die Segmentierung des Strahls 23 und die jeweiligen Richtungen, in welchen jedes Segment von dem akustisch-optischen Gerät 30 ausgegeben wird, gesteuert werden. Typischerweise enthält das Signal 36 eine Folge von Impulsen 37, welche zeitlich so bestimmt sind, daß die resultierenden unterschiedlichen Frequenzkomponenten in der akustischen Welle 38 in dem akustisch-optischen Gerät 30 an dem Moment räumlich getrennt sind, an welchem ein Laserimpuls 24 oder 25 im Strahl 23 darauf trifft. Alternativ sind die unterschiedlichen Frequenzen in einer komplexen Wellenform mit sich räumlich überlappenden Frequenzkomponenten (nicht dargestellt) überlagert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung breitet sich die akustische Welle 38 durch das Kristallteil 34 in einer nicht gleichförmigen Wellenform aus und tritt in Wechselwirkung mit dem Laserstrahl 23, so daß der Strahl 23 in mindestens zwei Strahlsegmente 50 oder Unterstrahlen segmentiert wird.
  • Die Strahlsegmente 50 sind in 1A als durchgezogene Linien eingezeichnet. Wie weiter unten mehr ins Einzelne gehend beschrieben wird, können sich die Strahlsegmente 50 längs verschiedenen unterschiedlichen Strahlwegen ausbreiten, welche als Strahlwege 51 bezeichnet sind. Strahlwege, welche nicht durch ein Strahlsegment besetzt sind, sind in 1A als gepunktete Linien eingezeichnet. Jedes der Strahlsegmen te 50 wird vorzugsweise unabhängig unter einem Winkel θn abgelenkt, welcher einer Funktion einer akustischen Wellenfrequenz oder der akustischen Wellenfrequenzen der akustischen Welle 38 im Kristallteil 34 zu der Zeit ist, zu der ein Impuls in dem Laserstrahl 24 auf das Kristallteil trifft.
  • Jedes der Strahlsegmente 50, sei es nun ein einziges Segment, das beispielsweise durch eine akustische Welle erzeugt wird, welche nur eine Frequenz aufweist, oder seien es mehrere Segmente, wie in 1A dargestellt ist, welche beispielsweise durch eine akustische Welle erzeugt werden, welche verschiedene unterschiedliche Frequenzen längs ihrer Länge hat, wird so gelenkt, daß es auf eine veränderliche Deflektoranordnung 52 auftrifft. Die veränderliche Deflektoranordnung 52 enthält eine Gruppenanordnung von Strahlsteuermodulen 54. Jedes Modul enthält ein unabhängig kippbares Reflektorelement 56 und einen Betätigungsantrieb 58, der so wirksam ist, daß er jedes Reflektorelement 56 unabhängig in eine gewünschte räumliche Orientierung kippt, um einen Strahl, der auf das Reflektorelement fällt, auf einen wählbaren Ort auf dem Substrat 14 hinzulenken.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die veränderliche Deflektoranordnung 52 ein optisches MEM-Gerät oder wird durch eine Gruppenanordnung von Spiegeln gebildet, die durch geeignete piezoelektrische Motoren kippbar sind, oder wird durch eine Gruppenanordnung von Galvanometern gebildet, oder enthält eine andere geeignete Gruppenanordnung unabhängig kippbarer Reflektoreinrichtungen. In dem Beispiel der veränderlichen Deflektoranordnung 52, wie sie in 1A dargestellt ist, ist eine 4 × 5-Gruppenanordnung von piezoelektrisch betätigten Strahlsteuermodulen 54 vorgesehen. Jede andere Gruppenanordnung, welche eine geeignete Menge von unabhängig kippbaren Steuermodulen 54 enthält, kann hier verwendet werden.
  • Wie in 1A dargestellt ist, wird der Betrieb jedes der Strahlsteuermodule 54 unabhängig beispielsweise mittels eines Servo-Steuergerätes 60 in wirkungsmäßiger Verbindung mit der Systemsteuereinrichtung 44 gesteuert. Jedes Strahlsteuermodul 54 steuert in geeigneter Weise ein entsprechendes Strahlsegment 50 derart, daß es auf dem Substrat 14 an einem gewünschten Ort 13 in Entsprechung mit einem gewünschten Konstruktionsmuster einer herzustellenden elektrischen Schaltung auftrifftt. Ein solches Konstruktionsmuster kann beispielsweise durch die CAM-Datendatei 46 oder eine andere geeignete Rechnerdateiwiedergabe einer elektrischen Schaltung, welche herzustellen ist, geliefert werden.
  • Schreitet man nun längs des optischen Weges stromab von dem akustisch-optischen Gerät 30 fort, so sieht man aus 1A, daß die Strahlsegmente 50 von dem akustisch-optischen Gerät 30 so ausgegeben werden, daß sie in einer Ebene liegen, welche relativ zu der optischen Achse des eintreffenden Strahles 23 orientiert ist. Die Winkel θn, unter welchen die Strahlsegmente 50 durch das akustisch-optische Gerät 30 abgelenkt werden, sind typischerweise sehr klein relativ zu der optischen Achse des eintreffenden Strahles 23, nämlich in der Größenordnung von 10-2 Radian. Um ein kompakteres System zu schaffen, ist ein Strahlwinkelexpander, beispielsweise in Form von einem optischen Teleskopelement oder mehreren optischen Teleskopelementen, vorgesehen, welcher schematisch durch die Linse 60 dargestellt ist, und in der Weise wirksam ist, daß er eine Trennung zwischen den Strahlsegmenten 50 vergrößert, wobei der Strahlwinkelexpander stromab von dem akustisch-optischen Gerät 30 vorgesehen ist.
  • Eine lineare, zweidimensionale Einteilungsanordnung 62 empfängt die Strahlsegmente 50, welche, wie oben angemerkt, in einer ersten Ebene liegen, und richtet die Strahlsegmente auf eine erste Parallelstrahl-Reflektoranordnung 64, welche eine Gruppenanordnung von Strahlreflektoren 66 enthält. Die Einteilungsanordnung 62 ist aus einer Anzahl von eingeteilten Abschnitten 63 gebildet, von denen jeder in einer geeigneten räumlichen Orientierung positioniert ist, so daß jedes Strahlsegment 50, welches von der akustisch-optischen Einrichtung 30 ausgegeben wird, und welches auf einen bestimmten eingeteilten Abschnitt 63 auftrifft, auf einen entsprechenden Strahlreflektor 66 trifft, für welchen es bestimmt ist.
  • Jeder Strahlreflektor 66 ist in einen geeigneten, einstellbaren Halter eingesetzt, der es ermöglicht, die räumliche Orientierung des Strahlreflektors unabhängig mit Bezug auf andere Strahlreflektoren 66 einzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gruppenanordnung von Reflektoren 66 so ausgebildet, daß sie die von der Einteilungsanordnung 62 empfangenen Strahlsegmente 50 längs der Strahlwege 51 ausrichtet. Es sei bemerkt, daß mindestens einige, und in der Ausführungsform, welche in 1A gezeigt ist, sämtliche, der Strahlwege 51 vertikal relativ zu der Ebene versetzt sind, längs welcher sich der Strahl 23 ausbreitet. Sämtliche der Strahlwege 51 halten jedoch im Allgmeinen eine Parallelorientierung zwischen der Reflektoranordnung 64. und der Ablenkeinrichtung 52 ein. Die Strahlsegmente 50 breiten sich also längs paralleler Strahlwege 51 aus, um Orte zu erreichen, welche in einer Ebene liegen, die sich außerhalb der Ebene befindet, durch welche der Strahl 23 sich ausbreitet.
  • In der in 1A dargestellten Ausführungsform verlaufen also die Strahlwege 51, bevor die Strahlen auf die veränderbare Ablenkeinrichtung 52 stromab von der Reflektoranordnung 64 treffen, jeweils durch eine Gruppenanordnung von Zoom-Linsen 68, welche eine Zoom-Funktionalität bieten, um einen Querschnittdurchmesser der Strahlsegmente 50 zu steuern, und durch eine Gruppe von Strahlformungslinsen 70, welche eine Strahlformungsfunktionalität bieten, und schließlich durch eine Gruppenanordnung von unabhängig steuerbaren Stralilfokusierungslinsen 72, welche eine unabhängige Fokusierungsfunktionalität für die Strahlsegmente 50 auf jedem der Strahlwege 51 ermöglichen. Jeder der Strahlwege 51 erreicht ein entsprechendes Strahlsteuermodul 54 in der veränderbaren Ablenkeinrichtung oder Reflektoreinrichtung 52. Strahlsegmente 50, welche ein Steuerungsmodul 54 erreichen, werden durch die Reflektorelemente 56 unabhängig gesteuert, um unabhängig wählbare Orte 13 auf dem Substrat 14 zu erreichen.
  • In der Ausführungsform nach 1A wird die räumliche Orientierung jedes reflektierenden Elementes 56 durch ein Positionierungsgerät unabhängig gesteuert, welches beispielsweise mindestens drei piezoelektrische Positionierungsantriebe 58 enthält, die in einer sternartigen Anordnung derart wirksam sind, daß sie eine Einstellung in Richtung des Pfeiles 59 vornehmen. Geeignete piezoelektrische Positionierungsantriebe sind in der gleichzeitig anhängigen U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 10/107,212 vom 13. Juni 2002 mit dem Titel "Multiple Beam Micro-Machining System and Method" beschrieben, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit einbezogen sei.
  • Die Zoom-Funktionalität kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß die Gruppenanordnung von Zoom-Linsen 68 bewegt wird, in welcher jeweils eine Zoom-Linse für jeden Strahlweg 51 vorgesehen ist. Während eine solche Anordnung vorzuziehen ist, da die jeweiligen Zoom-Linsen kleiner und weniger kostspielig ausgebildet werden können, kann eine oder können mehrere Zoom-Linsen verwendet werden, welche Strahlen empfangen, die sich über alle oder einige von verschiedenen Strahlsegmenten 50 ausbreiten. Typischerweise sind die Linsen in der Zoom-Linsenanordnung 68 zusammen einer Bewegung unterzogen, um sicherzustellen, daß sämtliche Strahlsegmente 50 im wesentlichen denselben Durchmesser haben. In einer Ausführungsform der Erfindung jedoch kann ein unterschiedliches Zoomen vorgesehen sein, so daß einige Strahlen mit einem größeren oder kleineren Zoom-Faktor behandelt werden, als andere Strahlen.
  • Die Gruppenanordnung von Strahlformungslinsen 70 bietet eine Strahlformungsfunktionalität, beispielsweise im Sinne einer Formung des Energieprofils. Diese Strahlformungsfunktionalität kann beispielsweise unter Verwendung von brechenden oder streuenden optischen Elementen geschaffen werden, wie dies in der Technik bekannt ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden unterschiedliche Strahlformungseigenschaften durch seitlich versetzte, überlappende Untergruppen von Linsen oder Strahlformungselementen erreicht. Wie also aus 1A ersichtlich ist, verläuft jedes Strahlsegment 50 durch eines von vier Seite an Seite angeordneten optischen Elementen. Für jeden Strahlenweg 51 wird eine erste Strahlformungsfunktion gegenüber einem Strahlungssegment 50 durch ein erstes optisches Element, eine zweite Strahlformungsfunktion für ein Strahlsegment 50 durch ein zweites optisches Element, eine dritte Strahlformungsfunktion für ein Strahlsegment 50 durch ein drittes optisches Element und eine vierte Strahlformungsfunktion für ein Strahlsegment 50 durch ein viertes optisches Element geschaffen. Durch geeignete Bewegung eines Halters zur Halterung sämtliche der Elemente in der Gruppenanordnung 70 wird eine gegebene bestimmte An von optischen Elementen in geeigneter Weise gegenüber jedem der Strahlungswege 51 positioniert, um eine gewünschte Strahlformungsfunktion gegenüber jedem Strahlsegment 50, welches sich über einen Strahlweg 51 ausbreitet, zu schaffen. In dem dargestellten Beispiel erkennt man, daß die Strahlsegmente 50 jeweils durch das zweite der vier Strahlformungselemente laufen.
  • Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Gruppenanordnung unabhängig steuerbarer Strahlfokusierungslinsen 72 eine Anzahl von Fokusierungsmodulen 74 enthält, wobei jedes Fokusierungsmodul ein Strahlsegment 50, welches durch es hindurchtritt, fokusiert. Jedes Fokusierungsmodul 74 enthält mindestens eine bewegbare Linse 76, die unabhängig von entsprechenden bewegbaren Linsen 76, welche zu anderen Fokusierungsmodulen 74 gehören, betätigt wird. Jedes Strahlsegment 50 wird auf einen wählbaren Ort 13 durch das Strahlsteuermodul 74 hingelenkt und wird auf das Substrat an dem wählbaren Ort 13 unabhängig von anderen Strahlsegmenten 30 fokusiert. Dieses Merkmal der unabhängigen Fokusierung ermöglicht beispielsweise eine Kompensation bezüglich unterschiedlicher fokaler Abstände zwischen dem Fokusierungsmodul 74 und dem wählbaren Ort, an welchem das Strahlsegment 50 auf das Substrat 14 auftrifft. Die unterschiedlichen fokalen Abstände können beispielsweise auf der Strahlsteuerung zu den Orten 13 hin resultieren, die sich in unterschiedlichen Abständen befinden. Folglich kann jedes Strahlsegment 50 optimal auf den wählbaren Ort 13 auf dem Substrat 14 unabhängig von anderen Strahlsegmenten 50 fokusiert werden und verschiedene Strahlsegmente 50 können jeweils gleichzeitig optimal auf die entsprechenden wählbaren Orte 13 fokusiert werden.
  • Es sei bemerkt, daß zwar die Zoom-Linsen, die Strahlformungslinsen, die Fokusierungslinsen und die Strahlsteuermodule in 1A jeweils als gesonderte funktionelle Anordnungen gruppiert gezeigt sind, daß aber diese Gruppierung hier nur zur Vereinfa chung der Beschreibung der grundsätzlichen Gesichtspunkte der Lehre nach der Erfindung vorgenommen worden ist. Praktisch werden die jeweiligen Funktionalitäten des Zoomens, der Strahlformung, der Strahlfokusierung und der Strahlsteuerung durch irgendeine geeignete Gruppierung oder Anordnung optischer Komponenten verwirklicht, wie für den Fachmann auf dem Gebiet der optischen Technik geläufig ist. Zur Vereinfachung sei jede geeignete Kombination oder Anordnung optischer Komponenten, welche mindestens eine unabhängige Strahlfokusierung und Strahlsteuerung für jeden Strahl bzw. jedes Strahlsegment 50 ermöglicht, als ein Laserstrahlmodul bezeichnet.
  • Gemäß einer Ausführugsform der Erfindung, wie in 1A gezeigt ist, entspricht die Anzahl von Fokusierungsmodulen 74 der Anzahl von Strahlwegen 51 und übertrifft die Zahl von Strahlsegmenten 50, welche von dem akustisch-optischen Gerät 30 in Abhängigkeit von einem gegebenen Laserimpuls 24 abgegeben wird. Diese erhöhte Anzahl von Fokusierungselementen 74 im Vergleich zu der Zahl von Strahlsegmenten 50 führt zu einer Redundanz in der Zahl der Fokusierungsmodule 74. Während eine erste Gruppe von Fokusierungsmodulen 74 wirksam ist, um unabhängig jedes der Strahlsegmente 50, welches von dem Ausgang des akustisch-optischen Gerätes 30 ausgeht und auf eine erste Gruppe wählbarer Orte 13 hingelenkt wird, werden die bewegbaren Linsen 76 in mindestens einer der anderen redundanten Fokusierungsmodule 74 jeweils in eine neue Fokusposition bewegt. In gleicher Weise werden mindestens einige der entsprechenden Steuermodule 74 in eine entsprechende neue Position bewegt.
  • Die neuen Fokusierungspositionenen sind zur Fokusierung entsprechender Strahlsegmente 50 von einem nachfolgenden Laserimpuls 25 geeignet, welche zu einer zweiten Gruppe wählbarer Orte 78 hingelenkt werden. Während des folgenden Impulses 25 spaltet also die akustische Welle 38 in der akustisch-optischen Einrichtung 30 den Strahl 23 in verschiedene Strahlsegmente auf und lenkt die resultierenden verschiedenen Strahlsegmente 50 derart ab, daß sie durch andere Fokusierungsmodule 74 laufen. Die anderen Fokusierungsmodule 74 sind nun in geeigneter Weise korfiguriert, um die resultierenden unterschiedlichen Strahlsegmente 50 fokusiert auf die zweite Gruppe wählbarer Orte 78 auf dem Substrat 74 hinzuführen.
  • Es sei bemerkt, daß die akustisch-optische Einrichtung 30 eine Zykluszeit hat, welche kürzer als das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen 24 und 25 des Laserstrahls 22 ist. Mit anderen Worten, die Zeit, welche zur Rekonfiguration der akustischen Welle 38 in dem akustisch-optischen Gerät 30 erforderlich ist, um eine unterschiedliche Komposition von Frequenzen zu enthalten, wenn der Laserimpuls 25 auftrifft, um mindestens eines der Anzahl von Strahlsegmenten 50 und die jeweiligen Richtungen der Strahlen beim Ausgang von dem akustisch-optischen Gerät 30 zu ändern, ist kürzer als der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen 24 und 25 im Strahl 22. Folglich können die Zahl der Strahlsegmente 50 und die Richtung θn jedes der Strahlsegmente 50, und somit entsprechende Paare von Strahlfokusierungsmodulen 74 und Steuermodulen 54 in weniger Zeit geändert werden, als das Zeitintervall ausmacht, welches die Impulse 24 und 25 trennt. Eine bevorzugte Ausführungsform einer akustisch-optischen Einrichtung 30, welche eine wählbare Anzahl von Strahlsegmenten 50 abgibt und eine Richtung jedes Strahlsegmentes 50 steuert, wird nachfolgend mehr ins einzelne gehend unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschrieben.
  • Im Gegensatz zu der Zykluszeit der akustisch-optischen Einrichtung 30, welche kürzer ist als das Zeitintervall zwischen den Impulsen 24 und 25 im Strahl 22, sind die jeweiligen Zeitzyklen der Strahlsteuermodule 52 und der Strahlfokusierungsmodule 74 typischerweise langsamer als die Zeitintervalle zwischen den Impulsen 24 und 25 im Strahl 22. Dies bedeutet, daß das Zeitintervall, welches zur Repositionierung des Reflektorelementes 56 in dem Strahlsteuermodul 54 oder zur Bewegung einer bewegbaren Linse 76 in dem Fokusierungsmodul 74 erforderlich ist, größer ist als das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen 24 und 25. Da jedoch die akustische Welle in der akustisch-optischen Einrichtung 30 in weniger Zeit rekonfiguriert werden kann als das Zeitintervall zwischen den Impulsen 24 und 25 beträgt, und aufgrund der Redundanz in den Fokusierungsmodulen 74 und den Strahlsteuermodulen 54 kann die akustisch-optische Einrichtung 30 dazu verwendet werden, Paare von Fokusierungsmodulen 74 und Strahlsteuermodulen 54 (als Laserstrahlmodule bezeichnet) auszuwählen, welche in geeigneter Weise während eines oder mehrerer der vorausgehenden Impulsintervalle repositioniert worden ist.
  • Ein Nutzen der Redundanz bezüglich der Fokusierungsmodule 74 und der Strahlsteuermodule 54 besteht darin, daß eine optimale Ausnützung der Impulse 24 und 25 im Strahl 22 ermöglicht wird. Während einige Fokusierungsmodule 74 und Strahlsteuermodule 54 aktiv Strahlsegmente 50 steuern, welche dem ersten Impuls 24 (oder der ersten Impulsgruppe) zugeordnet sind, können andere, nicht gebrauchte, d. h. redundante, Fokusierungslinsen 76 und entsprechende Reflektorelemente 56 so repositioniert, daß darauffolgende Strahlsegmente 50, die durch die ihnen zugeordneten entsprechenden Fokusierungsmodule 73 und Steuermodule 54 gehen, fokusiert zu unterschiedlich wählbaren Orten 78 ausgesandt werden. Durch Rekonfiguration einer akustischen Welle 38 in dem Zeitintervall zwischen den Impulsen 24 wird somit die akustisch-optische Einrichtung 30 so eingesetzt, daß geeignet positionierte Fokusierungsmodule 74 und Strahlsteuermodule 54 gewählt werden, um fokusierte Strahlen an unabhängig wählbare Orte auszusenden, ohne daß Impulse ausgelassen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Repositionierungsvorgang und Auswahlvorgang für eine Mehrzahl von Strahlen gleichzeitig durchgeführt.
  • Es sei bemerkt, daß es ein Merkmal der oben beschriebenen Anordnung ist, daß zwischenliegende f-θ-Optiken oder andere Abtastoptiken zwischen den Strahlsteuermodulen 54 in der veränderlichen Ablenkeinrichtung 52 und dem Substrat 14 fehlen. Zusammen überdecken die Strahlsegmente 50, welche durch die Kombination von Fokusierungsmodulen 74 und Steuermodulen 54 treten, einen Zielbereich auf dem Substrat 14, der größer ist als ein Zielunterbereich, der jeweils einem Paar eines Fokusierungsmoduls 74 und eines Strahlsteuermoduls 54 zugeordnet ist.
  • Da keine zwischenliegende f-θ-Linse stromab von der veränderlichen Ablenkeinrichtung 52 in dem System nach 1A vorgesehen ist, wird der Fokus jedes Strahlsegmentes 50 auf dem Substrat 14 durch unabhängiges Fokusieren der Strahlsegmente 50 stromauf von den Strahlsteuermodulen 54 aufrechterhalten. Ohne eine stromauf vorgenommene Fokusierung vor den Strahlsteuermodulen 54 kann ein Strahlsegment 50 möglicherweise nicht fokusiert sein, wenn es zu mindestens einigen wählbaren Orten 13 auf dem Substrat 14 ausgesandt wird. Der Verlust der Fokusierung resultiert beispielsweise daraus, daß die Strahlsegmente 50 typischerweise einen endlichen und kleinen annehmbaren Fokusbereich haben. Folglich führt die Verschwenkung des Reflektors 56 in den Steuermodulen 54 zu einer Krümmung eines nicht kompensierten Fokusierungsfeldes, wie weiter unten beschrieben wird. An mindestens einigen wählbaren Orten auf der im wesentlichen flachen Oberfläche 17 des Substrates 14 kann somit eine ausreichende Zunahme des Abstandes auftreten, so daß ein Verlust der Fokusierung verursacht wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann fakultativ die Funktionalität der Fokuskompensation an dem geeigneten Strahlsteuermodul 54 vorgenommen werden, wodurch ein stromauf gelegenes Fokusierungsmodul vermieden wird. In einer solchen Konfiguration sind die Strahlfokusierungsmodule 54 so ausgebildet, daß eine komplexe räumliche Positionierung erzeugt wird, die in der Weise wirksam ist, daß gleichzeitig die Strahlsegmente 50 durch Verschwenken eines Reflektorelementes 56 gesteuert werden und ein Vorschieben oder Zurückziehen erfolgt, um den optischen Weg zu verkürzen oder zu verlängern oder um Fokusänderungen zu kompensieren, die aus der Verschwenkung resultieren.
  • Es folgt nun eine vereinfachte allgemeine Beschreibung der Wirkungsweise und Funktionalität des Systems 10. In dem Kristall 34 wird einen akustische Welle 38 im Synchronismus mit den Impulsen 24 und 25 des Strahles 22 erzeugt. Die akustische Welle 38 breitet sich so aus, daß eine gewünschte akustische Wellenstruktur in dem Kristallteil 34 zu der Zeit vorhanden ist, zu der ein erster Laserstrahlimpuls 24 auf das Kristallteil auftrifft, um den Strahl 23 in Strahlsegmente 50 aufzuspalten. Die jeweiligen Richtungen der ausgegebenen Strahlsegmente 50 werden unabhängig als eine Funktion der Frequenzen in der akustischen Welle 38 gesteuert.
  • Typischerweise hat die akustische Welle 38 verschiedene unterschiedliche Frequenzen beispielsweise an verschiedenen räumlichen Segmenten längs ihrer Länge im Kristall 34. Die Anzahl der Strahlsegmente 50 und ihre jeweiligen Richtungen oder ihre Ablenkung werden durch Änderung der Frequenzen in der akustischen Welle 38 gesteuert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zykluszeit der akustisch-optischen Einrichtung 30 ausreichend kurz, so daß die akustischen Wellen 38 zwischen den Impulsen 24 und 25 dynamisch rekonfiguriert werden, um wählbar die Richtung der Ablenkung der Strahlsegmente 50 zwischen den Impulsen 24 und 25 zu ändern, ohne daß die Impulse abgeschnitten werden oder Energie verloren geht. Es sei bemerkt, daß eine akustische Welle mit einer Wellenstruktur, welche geeignet ist, um den Strahl 23 aufzuspalten und in geeigneter Weise jedes der resultierenden Strahlsegmente auszurichten, für jeden der Impulse 24 und 25 erzeugt werden muß.
  • Jedes Stralilsegment 50 wird mit einem wählbaren Winkel θn abgelenkt, welcher eine Funktion der Frequenz oder der Frequenzen der aktustischen Welle 38 ist. Da die Ablenkwinkel verhältnismäßig klein sind, werden die Strahlsegmente 5 vorzugsweise durch eine Winkelausdehnungslinse oder mehrere Winkelausdehnungslinsen 60 geführt. Die Strahlsegmente 50 treffen auf einen gewählten Einteilungsabschnitt 63 der Einteilungsanordnung 62. Jedes Strahlsegment 50 wird durch einen zugehörigen Einteilungsabschnitt 63 auf ein entsprechendes Reflektorelement 66 in der Parallelstrahl-Reflektoranordnung 64 hingelenkt. Jedes Reflektorelement 66 ist in geeigneter Weise so geneigt, daß es ein Strahlsegment 50 längs eines im wesentlichen parallelen Strahlweges 51 reflektiert. Strom ab von der Reflektoranordnung 64 läuft jedes Strahlsegment 50 vorzugsweise durch eine Zoom-Linse in der Gruppe von Zoom-Linsen 68, durch eine Strahlformungslinse in der Gruppe von Strahlformungslinsen 70 und durch ein Fokusierungsmodul 74 in der Gruppe von unabhängig steuerbaren Fokusierungslinsen 72, um auf ein zugehöriges Strahlsteurmodul 54 zu treffen. Jedes Strahlsegment 50 wird dann unabhängig durch ein entsprechendes Strahlsteuermodul so gelenkt, daß es an einem wählbaren Ort 13 auf das Substrat 14 trifft. Die wählbaren Orte 13 können nach belieben bzw. statistisch gewählt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung arbeitet die akustisch-optische Einrichtung 30 mit einem Arbeitszyklus oder einem Tastungsverhältnis, welcher bzw. welches im Allgemeinen schneller ist als die Pulswiederholungsrate des Laserstrahls 22. Die durch die akustisch-optische Einrichtung 30 erzeugte Ablenkung ist jedoch verhält- nismäßig begrenzt, insofern, als sie die Strahlsegmente 50 um verhältnismäßig kleine Winkel ablenkt und als sämtliche Strahlsegmente 50 in derselben Ebene abgegeben werden.
  • Andererseits ist die Zykluszeit, welche zur geeigneten Positionierung der beweglichen Linsen 76 in den Fokusierungsmodulen 74 und der Reflektorelemente 56 in den Strahlsteuermodulen 54 erforderlich ist, typischerweise größer als der zeitliche Abstand zwischen den benachbarten Impulsen 24 und 25, welche den Laserstrahl 22 ausmachen. Da jedes Reflektorelement 54 über einen verhältnismäßig großen Winkelbereich geschwenkt werden kann, vorzugsweisen in 2 Dimensionen, kann ein Laserstrahlsegment 50, das auf das Reflektorelement 54 trifft, so abgegeben werden, daß es einen verhältnismäßig großen räumlichen Bereich abdeckt. Es sei jedoch bemerkt, daß gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der räumliche Bereich, der durch ein Strahlsegment 50 erreicht wird, verhältnismäßig groß ist, typischerweise in der Größeriordnung von 100 × 100mm. Gemäß. einer Ausführung der Erfindung ist der Abstand zwischen der veränderbaren Ablenkeinrichtung 52 und dem. Substrat 14 ausreichend groß, um einen annehmbar niedrigen Grad der Telezentrizität, typischerweise in der Größenordnung von weniger als etwa 3 Grad, einzuhalten.
  • Gemäß einer Ausführungform der Erfindung ist jedes der Reflektorelemente 56 ausreichend kippbar, so das die Reflektorelemente 56 in benachbarten Strahlsteuermodulen 54 so wirksam werden, das Strahlsegmente 50 zu wählbaren Orten in sich gegenseitig mindestens teilweise überlappenden Bereichen auf der Oberfläche des Substrates 14 hin lenkbar sind. Fakultativ stoßen die Bereiche nur aneinander an, überlappen sich aber nicht. Wenn ein Reflektorelement 56 in eine neue räumliche Orientierung gekippt wird, wird die bewegliche Linse 76 in einem entsprechenden Fokusierungsmodul 74 entsprechend bewegt, um ein Strahlsegment 50, das hier durchtritt, auf das Sub strat 14 zu fokusieren. Die jeweiligen Bewegungen der Strahlsteuermodule 54 und der Fokusierungsmodule 74 sind so koordiniert, das sichergestellt wird, das sämtliche der Anzahl von Strahlsegmenten 50, welche auf das Substrat 14 treffen, unabhängig von irgendwelchen Unterschieden der jeweiligen Längen der jeweiligen optischen Wege fokusiert sind.
  • Nach Vervollständigung der Mikrobearbeitungsvorgänge in einem ersten Bereich, welcher durch die Strahlsteuermodule 54 abgedeckt wird, werden das Substrat 14 und die Einrichtung 10 relativ zueinander versetzt, so daß die Strahlsteuermodule 54 nun einen zweiten Bereich auf dem Substrat 14 abdecken. Nach Vervollständigung sämtlicher gewünschter Mikrobearbeitungsvorgänge wird das Substrat 14 zu einer nachfolgenden Bearbeitungsstufe in einem Prozess zur Herstellung elektrischer Schaltungen beispielsweise zu einem Ätzvorgang weitergegeben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung übersteigt die Anzahl der Steuermodule 54 und die Anzahl der Fokusierungsmodule 74 in der Einrichtung 52 die Zahl der Strahlsegmente 50, in welche der Laserstrahl 23 durch die akustisch-optische Einrichtung 30 aufgespalten wird. Während eines anfänglichen Zeitintervalls treffen die Strahlsegmente 50 auf einen ersten Teil der Strahlsteuermodule 54 und einen ersten Teil der Fokusierungsmodule 74, nicht jedoch auf andere, redundante Steuermodule 54 und Fokusierungsmodule 74. Das anfängliche Zeitintervall dient auch zur Repositionierung der anderen, redundanten Strahlsteuermodule 54 und Fokusierungsmodule 74, welche nicht jeweils ein Strahlsegment 50 während dieses anfänglichen Zeitintervalls empfangen.
  • Während eines nachfolgenden Zeitintervalls zwischen den nächsten einander benachbarten Impulsen 24 und 25 werden Strahlsegmente 50 durch die akustisch-optische Einrichtung 30 so abgelenkt, daß sie auf mindestens einige der Strahlsteuermodule 54 und Fokusierungsmodule 74 auftreffen, welche während des vorausgegangenen Zeitintervalls keine Strahlsegmente 50 empfangen hatten. Die Strahlsteuermodule 54 und Strahlfokusierungsmodule 74, die in dem darauffolgenden Zeitintervall verwendet wer den, wurden in den vorausgehenden Zeitintervall repositioniert und sind nun in geeigneter Weise neu positioniert, um die entsprechenden Strahlsegmente 50 auf das Substrat 14 hin abzulenken. Während des darauffolgenden Zeitintervalls trifft auf mindestens einige der Strahsteuermodule 54 und Fokusierungsmodule 74 kein Strahlsegment 50, wobei sich hierunter möglicherweise Strahlsteuermodule 54 und Fokusierungsmodule 74 finden, die in dem vorausgehenden Zeitintervall verwendet wurden, und diese Strahlsteuermodule 54 und Fokusierungsmodule werden jetzt für die Verwendung in einem weiteren Zeitintervall repositioniert. Dieser Vorgang der Repositionierung der Strahlsteuermodule 54 und der Fokusierungsmodule 74, welche während eines gegebenen Zeitintervalls nicht verwendet werden, wird wiederholt. Es sei bemerkt, daß gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Strahlsegmente 50 typischerweise während verschiedener Impulse auf denselben Substratort hingelenkt werden, bis an diesem Ort die Mikrobearbeitung beendet ist. Nur nach Beendigung des Mikrobearbeitungsvorganges wird das Strahlsegment 50 durch die akustisch-optische Einrichtung 30 neu ausgerichtet, um auf ein anderes Paar eines Fokusierungsmoduls 74 und eines Strahsteuermoduls 54 zu treffen, um einen Mikrobearbeitungsvorgang an einem neuen wählbaren Ort 78 auszuführen.
  • Allgemein ausgedrückt kann festgestellt werden, daß gleichzeitig mit dem Auftreffen von Strahlsegmenten 50 von einem ersten Laserimpuls auf ausgewählte Fokusierungsmodule 74 und Strahlsteuermodule 54 andere Fokusierungsmodule und Strahlsteuermodule repositioniert werden, um Strahlsegmente 50 von nachfolgenden Strahlimpulsen zu empfangen.
  • Typischerweise ist das Zeitintervall zur Repositionierung eines Reflektorelementes 56 in dem Strahlsteuerungsmodul 54 oder zur Bewegung einer bewegbaren Linse 76 in dem Fokusierungsmodul 74 in der Größenordnung zwischen etwa 2 bis 20 Millisekunden entsprechend den Verhältnissen zwischen etwa 40 bis 400 Impulsen eines 20 kHz-gütegeschalteten Lasers. Diese verhältnismäßig lange Zeitdauer, welche das Zeitintervall zwischen den Laserimpulsen 24 und 25 überschreitet, dient zur Sicherstellung einer stabilisierten Strahlzielrichtung und einer Genauigkeit der Strahlfokusierung. Zu sätzlich sichert die Verwendung von mehrfachen Strahlsteuermodulen 54 und mehrfachen Fokusierungsmodulen 74 eine Redundanz, welche den Verlust von Impulsen von den sich bewegenden bewegbaren Linsen 76 zur Fokusierung von Strahlsegmenten oder von sich repositionierenden Reflektoren 56 zur Steuerung der Strahlen minimiert. Man erkennt, daß zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Einrichtung 10 und zur Erzeugung einer gesteuerten Energiedosierung in jedem Strahlsegment 50 es notwendig oder wünschenswert sein kann, daß ein Strahlsegment 50 oder mehrere Strahlsegmente 50 gleichzeitig auf die Oberfläche des Substrates an demselben Ort auftritt bzw. auftreffen. In einer solchen Anordnung werden mehrfache Strahlsegmente 50 jeweils individuell abgelenkt, um auf gesonderte Fokusierungsmodule 74 und Strahlsteuermodule 54 zu treffen und die jeweiligen Strahlsteuermodule sind jeweils so orientiert, daß sie die Strahlsegmente 50 zum Auftreffen auf das Substrat 14 an demselben Ort ausrichten.
  • Es sei nun auf die 2A bis 2C Bezug genommen, welche vereinfachte Seitenansichten darstellen, welche die Wirkungsweise einer Gruppenanordnung von unabhängig steuerbaren Strahlfokusierungslinsen 720 entsprechend einem Teil der Anordnung unabhängig steuerbarer Strahlfokusierungslinsen 72 in der Einrichtung von 1A, sowie eine Anordnung von unabhängig steuerbaren Strahlsteuermodulen 540 entsprechend einem Teil der veränderlichen Deflektoranordnung 52 in der Einrichtung von 1A in drei unterschiedlichen Betriebsorientierungen zeigen. Die Gruppenanordnung 720 enthält drei unabhängig steuerbare Fokusierungsmodule 742, 744 und 746. Jedes Fokusierungsmodul enthält eine unabhängig bewegbare Fokusierungslinse, wobei diese Linsen durch die Bezugszahlen 762 bis 778 jeweils bezeichnet sind. Die Gruppenanordnung 540 enthält drei unabhängig beeinflußbare Strahlsteuermodule 542 bzw. 544 bzw. 546. Jedes Strahlsteuermodul enthält ein unabhängig bewegbares Reflektorelement. Eine Anordnung, welche ein Strahlfokusierungsmodul und ein entsprechendes Strahlsteuermodul enthält, welche in Zusammenwirkung arbeiten, kann als ein Laserstrahlmodul bezeichnet werden, das durch die Bezugszahl 800 bezeichnet ist.
  • Strahlwege, welche allgemein mit 510 bezeichnet sind, sind in der Weise dargestellt, daß sie durch jede der Fokusierungslinsen 742, 744 und 746 verlaufen und auf das Reflektorelement eines entsprechenden Strahlsteuermoduls 542 bzw. 544 bzw 546 treffen. In den 2A bis 2C ist nur ein Strahlsegment, welches durch die Bezugszahl 502, 504 und 506 bezeichnet ist, in den 2A, 2B und 2c jeweils dargestellt, wobei in 2C eine Besetzung des Strahles 510 gezeigt ist. Dieser Überschuß von Fokusierungsmodulen und Strahlsteuerungsmodulen relativ zur Zahl der Strahlsegmente 502, 504 und 506 entspricht einer Redundanz von Fokusierungsmodulen und Strahlsteuermodulen, wie sie zuvor unter Bezugnahme auf 1A beschrieben wurde. Die leeren Strahlwege, welche durch eine Bezugszahl 512 bis 522 bezeichnet sind, sind durch unterbrochene Linien dargestellt, während die Strahlsegmente 502 bis 506 in jeder der 2A bis 2C als durchgezogene Linien dargestellt sind. Jedes der Strahlsegmente 502, 504 und 506 trifft auf ein Substrat 140 entsprechend dem Substrat 14 von 1A an einem zufällig oder beliebig oder statistisch wählbaren Ort.
  • In den 2A bis 2C ist ein erster Maßstab 580 unterhalb der Fokusierungsmodule 742 bis 446 eingezeichnet. Dieser Maßstab enthält vier Graduierungen und zeigt eine relative Position der unabhängig bewegbaren Linsen 762 bis 768 in den Fokusierungsmodulen 742 bis 746 zur Fokusierung der Strahlsegmente 502, 504 und 506 auf das Substrat 140 an.
  • Eine zweite Gruppe von Maßstäben 590, welche jeweils sieben Graduierungen (0 ± 3) haben, zeigt einen Ort der Strahlsegmente 502 bis 506 auf dem Substrat 140 an, nämlich innerhalb eines Bereiches möglich wählbarer Orte. Die Anzahl von Graduierungen, welche in den Maßstäben 580 und 590 in den 2A bis 2C gezeigt ist, ist beliebig. Die Anzahl von Graduierungen und Abstufung, welche in den Maßstäben 580 und 590 gezeigt ist, wurde im Sinne einer Klarheit und Vereinfachung der Lehre der Erfindung gewählt. Praktisch können die Strahlen 502 bis 506 mit einer beliebigen Anzahl von mehr oder weniger möglicher wählbarer Orte auf dem Substrat 140 positioniert werden und die Linsen 762, 764 und 766 können eine entsprechende größere oder kleiner Anzahl möglicher Positionen haben, wie sie notwendig sind, um einen Strahl auf mögliche wählbare Orte zu fokusieren. Weiter ist festzustellen, daß insofern, als die 2A bis 2C Frontansichten sind, die wählbaren Orte typischerweise in einem zweidimensionalen Bereich auf dem Substrat 140 angeordnet sind, und daß demgemäß die Steuermodule 542 bis 546 so betätigt werden, daß sie die Strahlsegmente 502 bis 506 auf irgendwelche entsprechende wählbare Orte in dem zweidimensionalen Bereich hinlenken.
  • Der mittlere Ort 0 auf dem Maßstab 590 entspricht der kürzesten optischen Weglänge zwischen einem Fokusierungsmodul 742 bis 746 und dem Substrat 140 auf dem Weg über ein Strahlsteuermodul 542 bis 546. Wenn ein Strahl von dem mittelsten Ort in irgendeiner Richtung abweicht, dann nimmt die Länge des optischen Weges zu der Oberfläche des Substrates 140 zu. Eine Krümmung in dem unkompensierten Fokusfeld ist schematisch durch die Kurven 780 angedeutet, welche im allgemeinen einem gleichbleibenden optischen Weg von den Linsenmodulen 742 bis 746 aus unter Verwendung des mittleren Ortes 0 als Bezugspunkt entsprechen.
  • In 2A, welche einer betriebsmäßigen Orientierung während des ersten Impulses 24 des Laserstrahls 20 (1A) entspricht, wird das Strahlsegment 502 durch ein geeignet gekipptes Reflektorelement des Steuermoduls 544 reflektiert, um sich auf den mittleren Ort 0 zu richten. Insoweit als der optische Weg zu dem mittleren Ort die kürzeste optische Länge zu irgendeinem wählbaren Ort ist, der durch das Strahlsegment 502 angesteuert werden kann, ist die Linse 764 in der Lage der Position 0 (wie durch den Maßstab 580 angedeutet ist) in dem Fokusierungsmodul 744, um den Strahl 502 auf das Substrat 140 zu fokusieren.
  • In dem Zeitmoment, welcher in 2A dargestellt ist, ist das Steuermodul 552 so ausgerichtet, daß es den Strahlweg 512 auf den Ort –2 auf dem Substrat 140 lenkt. Die Linse 762 ist in dem Fokusierungsmodul 742 an der Position 2 gelegen, so daß ein Strahlsegment, das durch das Fokusierungsmodul 742 längs des Strahlweges 512 tritt, auf den Ort –2 fokusiert würde. Das Steuermodul 546 ist so orientiert, daß es den Strahlweg 514 so steuert, daß er auf einen Ort 1 auf dem Substrat 140 gerichtet ist. Die Linse 766 ist an einer Position 1 im Fokusierungsmodul 746 angeordnet, so daß ein Strahlsegment, daß durch das Fokusierungsmodul 746 längs des Strahlweges 514 tritt, auf das Substrat 140 am Ort 1 fokusiert würde. Es sei bemerkt, daß entsprechende Positionen der Fokusierungslinsen 762, 764 und 766 in den Fokusierungsmodulen 742 bis 746 einem Absolutwert der Abweichung in irgendeiner Ebenenrichtung eines Strahlweges von dem mittelsten Ort 0 auf dem Substrat 140 entsprechen. Obwohl die jeweiligen Linsenpositionen, wie sie durch die Maßstabseinteilungen im Maßstab 580 angezeigt sind, als eine lineare Verteilung aufweisend dargestellt sind, sei angemerkt, daß praktisch die Verteilung der Linsenpositionen gleichförmig linear oder nicht linear sein kann.
  • In 2B, welche einer betriebsmäßigen Orientierung während des zweiten Impulses 25 des Laserstrahls 22 (1A) entspricht, wird das Strahlsegment 504 durch das in geeigneter Weise gekippte Reflektorelement des Steuermoduls 546 so reflektiert, daß es auf den wählbaren Ort 1 auftrifft. Die Linse 772 ist an einer entsprechenden Position 1 im Fokusierungsmodul 746 gelegen, um den Strahl 504 auf das Substrat 140 über das Fokusierungsmodul 546 an dem wählbaren Ort 1 zu fokusieren. Es sei bemerkt, daß das Strahlsteuermodul 546 und das Fokusierungsmodul 746 nicht relativ zu ihren Positionen, wie sie in 2A gezeigt sind bewegt worden sind.
  • In dem zeitlichen Moment, der durch 2B dargestellt ist, hat sich das Steuermodul 542 unabhängig von den Steuermodulen 544 und 546 bewegt und ist nun so orientiert, daß der Strahlweg 516 zum Auftreffen auf den mittlersten Ort 0 auf dem Substrat 140 gesteuert wird. Die Linse 762, welche sich unabhängig von den Linsen 764 und 766 bewegt hat, ist an der Position 0 in dem Fokusierungsmodul 742 gelegen, so daß ein Strahlsegment, welches durch das Fokusierungsmodul 742 längs des Strahlweges 516 geht, auf den Ort 0 auf dem Substrat 140 fokusiert würde.
  • Das Steuermodul 544 hat sich auch relativ zu seiner Orientierung von 2A bewegt und ist nun so orientiert, daß es den Strahlweg 518 so steuert, daß er auf den Ort –1 auf dem Substrat 140 trifft. Die Linse 764, welche sich unabhängig von den Linsen 762 und 766 bewegt hat, ist an der Position 1 im Fokusierungsmodul 744 gelegen, so daß ein Strahlsegment, das durch das Fokusierungsmodul 744 tritt, auf den Ort 1 auf dem Substrat 140 fokusiert würde.
  • In 2C gemäß einer betriebsmäßigen Orientierung während eines dritten Impulses eines Laserstrahls 20 (1A), wird das Strahlsegment 506 durch das in geeigneter Weise gekippte Reflektorelement des Steuermoduls 542 so reflektiert, daß es auf den wählbaren Ort 3 trifft. Die Linse 762 ist an einer entsprechenden Position 3 in dem Fokusierungsmodul 742 gelegen, um den Strahl 506 auf das Substrat 140 am wählbaren Ort 3 zu fokusieren. Es sei hier bemerkt, daß das Strahlsteuermodul 542 und die Fokusierungslinse 762 im Fokusierungsmodul 742 sich bezüglich ihrer entsprechenden Positionen, wie sie in den 2A und 2B gezeigt sind, bewegt worden sind.
  • Zu dem zeitlichen Moment, der durch 2C dargestellt ist, hat sich das Steuermodul 544 unabhängig von den Steuermodulen 542 und 546 bewegt und ist nun so orientiert, daß es den Strahlweg 520 steuert, um auf den Ort –2 auf dem Substrat 140 zu treffen. Die Linse 764, welche sich unabhängig von den Linsen 762 und 766 bewegt hat, ist an der Position 2 im Fokusierungsmodul 744 gelegen, so daß ein Strahlsegment, das durch das Fokusierungsmodul 744 längs des Strahlweges 520 tritt, auf dem Substrat 140 am Ort –2 fokusiert würde.
  • Das Steuermodul 546 hat sich auch relativ zu seiner Orientierung in 2B bewegt und ist nun so orientiert, daß es den Strahlweg 522 steuert, um ihn auf den mittlersten Ort 0 auf dem Substrat 140 zu richten. Die Linse 768, welche sich unabhängig von den Linsen 762 und 764 bewegt hat, ist an der Position Null im Fokusierungsmodul 746 gelegen, so daß ein Strahlsegment, welches durch das Fokusierungsmodul 746 tritt, auf dem Substrat 140 am Ort 0 fokusiert würde.
  • Aus vorstehendem erkennt man somit, daß die Fokusierungslinsen 762, 764 und 766 in den Fokusierungsmodulen 742 bis 746 unabhängig voneinander, jedoch in Koordination mit einer wechselnden Orientierung der Strahlsteuermodule in der notwendigen Weise so bewegt werden, daß sie Strahlsegmente auf gewünschte Orte hin lenken. Dies stellt sicher, daß ein Strahlsegment auf das Substrat 140 unabhängig von einer Zunahme oder einer Abnahme in der Länge eines optischen Weges fokusiert bleibt, etwa als Ergebnis der Krümmung in einem unkompensierten Brennpunktfeldes, resultierend aus der Strahlsteuerung. Fokuskompensationswerte, nämlich die jeweiligen Positionen einer Fokusierungslinse in einem Fokusierungsmodul für eine gegebene räumliche Orientierung eines entsprechenden Strahlsteuermoduls zum Treffen eines wählbaren Ortes auf dem Substrat 140 können beispielsweise in einer Suchtabelle gespeichert werden.
  • Darüber hinaus kann insofern, als die Bearbeitung eines gegebenen Ortes auf einem Substrat über die Dauer mehrerer Impulse, fortdauern kann, beispielsweise während des Bohrers einer Durchgangsbohrung oder eines Vias in dem Substrat einer gedruckten Schaltungsträgerplatte, eine optische Weglänge in der Länge zu nehmen, was eine weitere Fokusnachstellung erforderlich. macht. Eine solche Änderung der optischen Weglänge kann durch Bewegen der entsprechenden Fokusierungslinsen 762 bis 768 während des Bohrers kompensiert werden, um die Fokusierung zu optimieren. Fakultativ kann ein aktives Autofokusgerät vorgesehen sein, um die tatsächliche Länge eines Strahlweges zu messen und den Ort einer Fokusierungslinse dementsprechend ein zu stellen. Dies kann auch beispielsweise von Nutzen sein, um Höhenabweichungen in der Oberfläche eines Substrates zu kompensieren, welches nicht notwendigerweise gleichförmig flach sein kann.
  • Fakultativ kann an Stelle der Schaffung einer Funktionalität der Fokuskompensierung durch Bewegen der bewegbaren Linsen 762 bis 766 eine Funktionalität der Fokuskompensierung durch geeignetes Vorschieben oder Zurückziehen der Strahsteuermodule 542, 544 und 546 geschaffen werden. Ein solches Vorschieben oder Zurückziehen kompensiert Änderungen in der Länge des optischen Weges, wobei solche Änderungen beispielsweise aus der Verschwenkung der Reflektoren 56 (1A) oder aus Änderungen in der Tiefe eines gebohrten Loches resultieren. Eine Möglichkeit zum Erreichen einer derartigen Fokuskompensation besteht darin, einen Piezo-elektrischen Betätigungsantrieb (nicht dargestellt) vorzusehen, der so wirksam ist, daß er in geeigneter Weise die Strahsteuermodule 542 bis 546 als eine Einheit vorschiebt oder zurückschiebt. Ein solches Vorschieben oder Zurückziehen der Strahlsteuermodule 542, 544 und 546 kann die Geometrie des optischen Weges in einem Maße beeinflussen, wie es notwendig ist, um feine Einstellungen der Winkelorientierung des Reflektors 76 zu machen, um einen gewünschten Ort zu treffen.
  • Es sei nun auf die 3A bis 3C Bezug genommen, welche vereinfachte schematische Darstellungen eines akustisch-optischen Gerätes 300 sind, wie es für die Verwendung in dem System von 1A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geeignet ist. Das akustisch-optische Gerät 300 entspricht im Allgemeinem dem akustisch-optischen Gerät 30 von 1A. Das akustisch-optische Gerät 300 enthält ein Wandlerelement 320 und ein lichtdurchlässiges, durchscheinendes Kristallteil 340, das aus Quarz oder einem anderen geeigneten kristallinen Material, beispielsweise Quarzgut, gefertigt ist. Ein Steuersignal, beispielsweise ein Hochfrequenzsignal 360 treibt das Wandlerelement 320 an, um zu veranlassen, daß sich eine akustische Welle, welche allgemein durch die Bezugszahl 380 bezeichnet ist, über das Kristallteil 340 ausbreitet. Das Steuersignal 360 wird beispielsweise durch einen Hochfrequenzmodulator 400 in betriebsmäßiger Zusammenwirkung mit der DDS-Einrichtung 42 und der System-Steuereinrichtung 44; wie sie beispielsweise in 1A gezeigt sind, erzeugt sind.
  • Es ist ein Merkmal der akustisch-optischen Einrichtung 300, daß durch Ändern einer Charakteristik oder mehrerer Charakteristiken der akustischen Welle 380, welche sich durch das Kristallelement 340 ausbreitet, in Abhängigkeit von einem Steuersignal ein Eingangs-Laserstrahl 220 dynamisch in n Strahlen aufgespalten werden kann, wobei n > 1, und die Ausgangsrichtung jedes resultierenden Ausgangsstrahlsegmentes 500 unabhängig als Funktion der Frequenz der akustischen Welle gesteuert werden kann. Es sei bemerkt, daß in den 3A bis 3C die Zahl n 5 Strahlen entspricht. Diese Zahl n der Ausgangsstrahlen ist beliebig und die akustisch-optische Einrichtung 300 kann leicht so angepaßt werden, daß sie eine unterschiedliche Anzahl von Strahlen entsprechend der Anforderung bei einer bestimmten Anwendung abgibt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung trifft ein Laserstrahl 220 auf ein Kristallelement 340 an einem bestimmten vorgewählten Ort 342. In einer akustisch-optischen Ablenkeinrichtung ist der Wirkungsgrad, mit welchem ein Strahl durch die akustische Welle 380 in der Ablenkeinrichtung 300 abgelenkt wird, durch die Amplitude der akustischen Welle bestimmt. Wie so mit aus 3A zu sehen ist, wird, wenn sich ein akustischer Wellenanteil 382 geeignet hoher Energie an dem vor gewähltem Ort 342 befindet, im wesentlichen das gesamte des Eingangsstrahles 220 als Ausgangsstrahlsegment 502 abgelenkt.
  • Wie in 3B dargestellt ist, wird eine akustische Welle in der Weise erzeugt, daß zu dem Moment, zu welchem der Strahl 220 auf das Kristallelement 340 an dem vorbestimmten Ort 342 auftrifft, keine akustische Welle an dem vorgewählten Ort 342 vorhanden ist. Dies wird durch ein geeignetes Zeitsteuersignal 360 erreicht. Als Ergebnis läuft der Strahl 220 durch das Kristallelement 340 im Wesentlichen ohne eine Ablenkung. Der Durchgangsstrahl 222 wird durch eine Gruppe von Reflektoren 224, 226 und 228 reflektiert, welche so orientiert sind, daß sie den Durchgangsstrahl 222 auf eine Gruppe von Strahlaufspaltern 230 zurückleiten, welche in der Weise wirksam sind, daß sie eine gegebene Anzahl von Strahlsegmenten abgeben, von denen jedes zu der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 230 an einem anderen vorbestimmtem Ort 232 geführt wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Durchgangsstrahl 222 durch Optiken 234 gelenkt, welche beispielsweise bewirken, daß der Durchgangsstrahl 222 wieder in Form gebracht wird, beispielsweise um den Strahl wieder parallel zu richten, bevor er aufgespalten und durch die anderen vorgewählten Orte 232 der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 geleitet wird.
  • Man erkennt, daß die Gruppe von Strahlaufspaltern 230 eine erste reflektierende Oberfläche 235 mit einer Anzahl von teilreflektierenden Bereichen aufweist, die neben einer vollständig reflektierenden Oberfläche 236 gelegen sind. Der Durchgangsstrahl 222 tritt in die Gruppe von Strahlaufspaltern 230 ein und trifft auf einen ersten teilreflektierenden Bereich 238, der so ausgebildet ist, daß er das 1/(n-1)-fache des Ausgangsstrahles 222 durchläßt, worin n die Gesamtzahl von Strahlen ist, die von der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 ausgegeben werden können (in der Ausführungform, die in 3B gezeigt ist, ist beispielsweise n = 5). Der verbleibende Bruchteil des Ausgangsstrahles 222 wird zu der vollständig reflektierenden Oberfläche 236 reflektiert und dann zu einem zweiten teilreflektierenden Bereich 240 zurückreflektiert, der so ausgebildet ist, daß er das 1/(n-2)-fache des auf ihn treffenden Strahls reflektiert. Der Ausgangsstrahl wird so in eine Kaskadenanordnung aufgespalten, um n-1 Strahlsegmente auszubilden, welche der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 für die Ablenkung zugeleitet werden.
  • In der Ausführungsform der Erfindung welche in 3B gezeigt ist, ist n=5. Der Strahlaufspalter 230 ist in der Weise wirksam, daß er 4 Strahlanteile 246 liefert, welche im Wesentlichen das selbe Profil und einen im Allgemeinen zueinander äquivalenten Energiepegel haben und dem Kristallelement 340 an den anderen zuvor gewählten Orten 232 zugeführt werden. Der erste teilreflektierende Bereich 238 läßt somit 25 % des Ausgangsstrahles 222 durch und reflektiert 75 % in Richtung auf die Oberfläche 236. Der zweite teilreflektierende Bereich 240 läßt 33,33 % des verbleibenden Teiles des Ausgangsstrahles 222 durch und reflektiert 66,67 % in Richtung auf die Oberfläche 236. Ein dritter teilreflektierender Bereich 242 empfängt den verbleibenden Anteil des Durchgangsstrahles 222, läßt 50 % durch und reflektiert 50 % in Richtung auf die Oberfläche 236. Ein letzter Ort 244 läßt 100 % des verbleibenden Anteils des Ausgangsstrahles 222 durch.
  • Jeder der Strahlanteile 246 wird zu dem Kristallelement 340 an einen entsprechenden der anderen Orte oder Stellen 232 geliefert. Eine akustische Welle 380 mit Frequenzen, die geeignet zur unabhängigen Ablenkung jedes Ausgangsstrahlsegmentes 247 in einer gewünschten Richtung gewählt sind, wird in das Kristallelement 340 zeitlich gesteuert injiziert, um an jedem der anderen Orte oder Stellen 232 gegenwärtig zu sein, wenn die Strahlanteile 246 auf das Kristallelement 340 treffen. Es sei bemerkt, daß die Rekollimation des Durchgangsstrahles 222 und die teilweise Aufspaltung und Reflexion durch den Strahlaufspalter 230 so gewählt sind, daß sie das Ergebnis haben, daß jeder der Strahlen 500 im wesentlichen gleichförmige Querschnittskonfiguration und Energiedichte hat.
  • Die akustische Welle 380 ist somit in der Weise wirksam, daß abgelenkte Strahlanteile 247 abgegeben werden, wobei jeder Strahlanteil mit einem wählbaren Winkel als Funktion der Frequenz der akustischen Welle 380 zu dem Zeitmoment, zu welchem die Strahlanteile 246 mit der akustischen Welle 380 in Wechselwirkung treten, abgegeben wird, wie in Zusammenhang mit 1A beschrieben wurde. Es sei bemerkt, daß die Zeitsteuerung der akustischen Welle 380 kritisch ist und die Länge des Kristallelelementes 340 und die Geschwindigkeit der Welle 380 in dem Kristall berücksichtigen muß, so daß eine akustische Welle mit Frequenzen, die zur unabhängigen Ablenkung jedes der Strahlanteile 246 in den gewünschten wählbaren Richtungen geeignet sind, in dem Kristall an geeigneten jeweiligen anderen Orten 232 für jeden Impuls des Strahles 220 vorhanden ist.
  • Es sei nun auf 3C Bezug genommen. Man erkennt, daß der Strahl 220 in fünf Ausgangsstrahlsegmente 500 aufgespalten wird. Der Strahl 220 tritt in Wechselwirkung mit einer akustischen Welle verhältnismäßig niedriger Leistung (dargestellt mit niedriger Amplitude) an dem vorgewählten Bereich 342, welcher in der Weise wirksam ist, daß er 20 % des Strahls 220 ablenkt und 80 % als Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung durchtreten läßt. Der Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung wird durch die Reflektoren 224, 226 und 228 reflektiert, wobei die Reflektoren so orientiert sind, daß sie den Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung durch die Anordnung von Teil-Strahlaufspaltern 230 zurückleiten, welche so arbeiten, daß sie eine gegebene Zahl von Strahlsegmenten abgeben, von denen jeder an einem jeweils anderen vorgewählten Ort 232 zu der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 geführt wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung durch Optiken 234 geführt, die beispielsweise in der Weise wirksam sind, daß sie den Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung wieder neu formen und beispielsweise den Strahl wieder kollimieren, bevor er aufgespalten und durch die akustisch-optische Ablenkeinrichtung 300 geleitet wird.
  • Die Gruppe von Teil-Strahlaufspaltern 230 enthält eine erste reflektierende Oberfläche 235 mit einer Anzahl von teilreflektierenden Bereichen, welche neben einer vollständig reflektierenden Oberfläche 236 gelegen sind. Der Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung tritt in die Gruppe von Teil-Strahlaufspaltern 230 ein und trifft auf einen ersten teilreflektierenden Bereich 238, der so ausgebildet ist, daß er das 1/(n-1)-fache des Durchgangsstrahles 223 verminderter Leistung durchläßt, worin n die Gesamtzahl der Strahlen ist, welche durch die akustisch-optische Ablenkeinrichtung 300 abgegeben werden kann. Der verbleibende Bruchteil des Durchgangsstrahles 223 verminderter Leistung wird zu der vollständig reflektierenden Oberfläche 236 reflektiert und dann zu einem zweiten teilreflektierenden Bereich 240 zurückreflektiert, welcher so ausgebildet ist, daß er das 1/(n-2)-fache des auf in treffenden Strahles durchläßt. Der Ausgangsstrahl wird somit in eine Kaskadenanordnung von n-1 Strahlsegmenten aufgespalten, welche der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 zur Ablenkung zugeführt werden.
  • In der Ausführungsform der Erfindung, welche in 3C gezeigt ist, ist n = 5 und der Strahlaufspalter 230 ist in der Weise wirksam, daß er vier Strahlanteile 246, von denen jeder im allgemeinen einen gleichen Leistungspegel hat, zu dem Kristallelement 340 an die anderen vorgewählten Orte 232 liefert. Der erste teilreflektierende Bereich 238 läßt 25 % des Durchgangsstrahles 223 verminderter Leistung durch und reflektiert 75 %. Der zweite teilreflektierende Bereich 240 läßt 33,33 % des verbleibenden Anteils der Durchgangsstrahles 223 verminderter Leistung durch und reflektiert 66,67 % in Richtung auf die Oberfläche 236. Ein dritter teilreflektierender Bereich 242 empfängt den verbleibenden Anteil des Durchgangsstrahles 223 verminderter Leistung, läßt 50 % davon durch und reflektiert 50 % in Richtung auf die Oberfläche 236. Ein letzter Ort 244 läßt 100 % des verbleibenden Teiles des Durchgangsstrahles 223 verminderter Leistung durch.
  • Es sei bemerkt, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sämtliche der Ausgangsstrahlsegmente 500 im allgemeinen dieselbe Gestalt, dasselbe Profil und dieselbe Energiedichte und Intensität untereinander haben. Eine Intensitätsei genschaft der Ausgangsstrahlsegmente 500 kann durch Änderung der Anzahl der Ausgangsstrahlsegmente 500 geändert werden, und die Anzahl der Ausgangsstrahlsegmente kann durch Änderung der Amplitude eines Steuersignals, nämlich der akustischen Welle 380 an dem vorgewählten Ort 342 geändert werden. Wie in den 3B und 3C dargestellt ist, hat jeder der vier oder fünf Strahlen dieselbe Gestalt, dasselbe Profil und dieselbe Intensität. Eine Intensitätseigenschaft der Ausgangsstrahlen wird jedoch geändert, wenn ein Strahl vier Strahlen oder fünf Strahlen ausgegeben wird bzw. werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die akustisch-optische Ablenkeinrichtung 300 typischerweise so betrieben, daß sämtliche der Strahlen untereinander so abgegeben werden, daß sie im wesentlichen eine gleichförmige Intensitätseigenschaft haben. In einer Betriebsweise bei der fünf Strahlsegemente 500 abgegeben werden, wird die akustische Welle 380 so gewählt, daß 20 % des Strahles 223 am vorgewählten Ort 243 abgelenkt werden und 80 % als ein Durchgangsstrahl 223 verminderter Leistung durchgelassen werden. Fakultativ jedoch kann die akustische Welle 380 so ausgebildet sein, daß ein Anteil des Strahles 223 an dem vorgewählten Ort 243 abgelenkt wird, der größer oder kleiner als 20 % ist.
  • In einigen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Laser-Mikrobearbeitung von kupferbelegten PCB-Substraten sind Strahlen mit einer größeren Kontinuitätseigenschaft zur Mikrobearbeitung einer Kupferbelegung im Vergleich zu einem darunterliegenden Glas-Epoxysubstrat erforderlich. Typischerweise erfordert die Mikrobearbeitung von Kupfer annähernd das sechsfache der Leistung, welche zur Mikrobearbeitung von Glas-Epoxysubstraten erforderlich ist. Die unterschiedlichen Leistungsanforderungen für die Mikrobearbeitung von Kupfer und von Epoxysubstrat werden durch Erzeugung eines ersten Strahlsegmentes oder mehrerer erster Strahlsegmente, beispielsweise in einem Strahl, berücksichtigt, wobei jedes der Segmente eine Energieeigenschaft hat, welche zur Mikrobearbeitung von Kupfer geeignet ist, wobei dieser Strahl zur Mikrobearbeitung von Kupfer an mehreren Orten eingesetzt wird. Nachfolgend wird der Laserstrahl 220 in eine größere Anzahl von Strahlsegmenten durch die aküstisch-optische Ablenkeinrichtung 300, beispielsweise in vier oder fünf Strahlsegmente je nach den Energieanforderungen aufgespalten, wobei jedes für die Mikrobearbeitung von Glas-Epoxysubstrat geeignet ist. Die größere Anzahl von Strahlsegmenten wird dann zur Mikrobearbeitung von Glas-Epoxysubstrat verwendet, wo das Kupfer zuvor zur Freilegung bearbeitet worden ist.
  • Gemäß einer fakultativen Ausführungsform der Erfindung kann es wünschenswert sein, an einem zuvor gewählten Ort 342 wesentlich weniger als 20 % des Strahls 223 abzulenken, beispielsweise nur 4 %, und dann die verbleibenden 96 % unter den anderen vier Strahlsegmenten aufzuteilen, welche von der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 abgegeben werden. Dies resultiert in Strahlen mit einer ungleichförmigen Kontinuität untereinander. In diesem Beispiel wird das Strahlsegment von 4 % zur Abtragung des Glas-Epoxysubstrates verwendet, was verhältnismäßig schnell vor sich geht. Die verbleibenden 96 % des Strahles 223 werden dann in mehrfache Strahlsegmente, beispielsweise in vier Strahlsegmente aufgeteilt, welche jeweils 24 % der verbleibenden Gesamtenergie aufweisen. Nimmt man an, daß der Laserstrahl 220 ausreichend hohe Leistung hat, dann sind diese resultierenden Strahlsegmente beispielsweise dazu geeignet, eine Kupferbelegung einer Mikrobearbeitung zu unterziehen.
  • Man erkennt, daß diese Betriebsweise eine Laserquelle erfordert, welche einen geeignet hohen Leistungsausgang zur gleichzeitigen Erzeugung von mehrfachen Strahlen hat, welche jeweils ausreichend energiegeladen sind, um Kupfer einer Mikrobearbeitung zu unterziehen. Darüber hinaus ist anzunehmen, daß ein Mikrobearbeitungsbetrieb von Glas-Epoxy mit einer Geschwindigkeit vor sich geht, welche schnell genug ist, so daß ein Strahl in der Lage ist, mit einer größeren Anzahl von Strahlsegmenten Schritt zu halten, die gleichzeitig einen Mikrobearbeitungsvorgang an der Kupferbelegung vornehmen.
  • Alternativ kann es wünschenswert sein, Strahlen auszusenden, welche eine nichtgleichförmige Intensität oder Energiedichteeigenschaft haben, indem an dem vorgewählten Ort 342 wesentlich mehr als 20 % des Strahles 223, beispielsweise etwa 60 % des Strahles abgelenkt werden. Die verbleibenden 40 % des unabgelenkten Strahles, aufgeteilt unter den anderen vier Strahlsegmenten, welche von der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 300 abgegeben werden, bilden Strahlsegmente mit etwa 10 % der Anfangsenergie. In diesem Beispiel wird der Bruchteil von 60 % des Strahles 223 zur Mikrobearbeitung der Kupferbelegung verwendet und die verbleibenden 4 × 10 % in den Strahlsegmenten dienen zur Abtragung des Glas-Epoxysubstrates. Es ist festzustellen, daß die Leistung einer Laserquelle, welche den Strahl 220 erzeugt, und die Anzahl der Strahlsegmente, welche durch die akustisch-optische Ablenkeinrichtung 300 ausgegeben werden, und ihre jeweiligen relativen Energien, modifiziert werden können, um das gleichzeitige Mikrobearbeiten von Kupfer und Substrat zu optimieren.
  • Durch Ändern der Leistungscharakteristik der akustischen Welle 380 an dem vorgewählten Bereich 342 kann also die relative Energiedichte oder Kontinuität eines ersten Strahlsegmentes 500 modifiziert und relativ zu der Kontinuität oder Energiedichte anderer Strahlsegmente ausgeglichen werden. Durch Bewertung bezüglich der relativen Leistung eines Laserstrahls 220 und darauffolgender Modifizierung der Anzahl der Strahlsegmente, welche von der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung 230 abgegeben werden, sowie der jeweiligen Energieverteilung zwischen den Ausgangsstrahlsegmenten kann ein Mikrobearbeitungssystem für die gleichzeitige Mikrobearbeitung einer Kupferbelegung und eines Substrates optimiert werden.
  • Es sei nun auf 4 Bezug genommen, welche ein Flußdiagramm 600 der Verfahrensweise zur Herstellung elektrischer Schaltungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt. Die Verfahrensweise wird im Zusammenhang mit einem Prozeß zur Bildung von Mikro-Durchgangsbohrungen oder Vias in einem merhschichtigen gedruckten Schaltungsträgerplattensubstrat beschrieben, welches eine Metallfolie aufweist, die ein dielektrisches Substrat überdeckt.
  • Die vorliegend beschriebene Verfahrensweise zur Herstellung elektrischer Schaltungen verwendet eine Vielfachstrahl-Mikrobearbeitungseinrichtung, welche in der Weise wirksam ist, daß sie eine Anzahl unabhängig fokusierter und unabhängig gesteu erter Strahlen lenkt, um Laserstrahlenergie auf unabhängig wählbare Orte auf einem Substrat einwirken zu lassen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung arbeitet eine dynamische Ablenkeinrichtung, beispielsweise eine akustisch-optische Ablenkeinrichtung, in der Weise, daß sie wählbar mindestens ein Strahlsegment zur Metallbearbeitung liefert. In einer Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Strahlaufspaltfunktionalität durch die dynamische Strahlablenkungeinrichtung vorgesehen. Das metallbearbeitende Strahlsegment hat eine Energiedichte die zur Entfernung eines Teiles der Metallfolienschicht, beispielsweise durch Abtragung, geeignet ist.
  • Jedes Metallbearbeitungs-Strahlsegment wird dynamisch auf ein Laserstrahlmodul abgelenkt, wo es unabhängig fokusiert und unabhängig gesteuert wird. Jedes Laserstrahlmodul kann beispielsweise eine unabhängig fokusierende Linse 74 enthalten, welche den Strahl zu einem gesondert tipbaren Reflektorelement 56 leitet, wie in 1A dargestellt ist. Das Reflektorelement ist in geeigneter Weise positioniert, so daß das Metallbearbeitungs-Strahlsegment zu einem wählbaren Ort auf einem PCB-Substrat hingelenkt wird, wo ein Teil der Metallfolie entfernt wird, um das darunterliegende dielektrische Substrat freizulegen.
  • Während ein Metallbearbeitungsstrahl einen Teil der Metallfolie an einem ersten Ort entfernt, kann mindestens ein anderes Strahlsteuermodul, welches gegenwärtig nicht verwendet wird, in geeigneter Weise repositioniert werden, um einen Teil der Metallfolie an anderen wählbaren Orten in nachfolgenden Mikrobearbeitungsvorgängen zu entfernen. Ein darauffolgender Impuls wird durch die dynamische Strahlablenkeinrichtung abgelenkt, um auf ein vorpositioniertes Strahlsteuermodul aufzutreffen, das in der Weise wirksam ist, daß ein metallentfernender Bearbeitungsstrahl auf den nächsten Ort gelenkt wird, wo ein Teil der Metallfolie entfernt wird.
  • Die Entfernung von Teilen der Metallfolie an wählbaren Orten wird fortgesetzt, bis die Metallfolie an sämtlichen der gewünschten Mehrzahl von Orten entfernt ist, wie dies durch die Konstruktion einer elektrischen Schaltung vorgegeben ist. Diese erwünschten Orte können sämtliche Orte umfassen, die auf dem Substrat einer Mikrobearbeitung unterzogen werden sollen, oder eine Untergruppe sämtlicher gewünschter Orte.
  • In einem darauffolgenden Vorgang wird die dynamische Ablenkeinrichtung so betrieben, daß sie mindestens ein zur Dielektrikumsbearbeitung dienendes Strahlsegment abgibt, daß eine Energieeigenschaft, beispielsweise eine Kontinuität hat, welche von dem zur Metallbearbeitung dienenden Strahlsegment verschieden ist. Eine Strahlaufspaltungsfunktionalität kann vorgesehen sein, indem eine geeignete akustische Welle in eine akustisch-optische Ablenkeinrichtung injiziert wird, wie dies beispielsweise unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschrieben wurde. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat ein zur Dielektrikumsbearbeitung dienendes Strahlsegment eine geringere Energiedichte als ein zur Metallbearbeitung dienendes Strahlsegment. Die Kontinuität oder Energiedichte bezieht sich auf die Strahlenergie je Flächeneinheit (Joule/cm2). Die Energieeigenschaft des zur Dielektrikumsbearbeitung dienenden Strahlsegmentes ist dazu geeignet, einen Teil der Dielektrikumsschicht zu entfernen, beispielsweise durch Abtragung, ist jedoch nicht geeignet zur Entfernung eines Teiles der Metallfolie. Dieser reduzierte Energiepegel kann beispielsweise durch Aufteilung eines Laserstrahls in eine größere Anzahl von Strahlsegmenten erreicht werden, wie dies etwa unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C oben beschrieben wurde.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Energiedichteeigenschaften der Strahlsegmente 50 (in 1A) durch Aufspalten eines Laserstrahls 22 in eine geeignete Anzahl von Strahlsegmenten 50 und durch Aufrechterhalten des Durchmessers der resultierenden Strahlelemente 50 unabhängig von der Anzahl der Strahlsegmente, beispielsweise durch Verwendung von Zoom-Optiken gesteuert, etwa der Zoomlinsenanordnung 68.
  • Jedes zur Dielektrikumsbearbeitung dienende Strahlsegment wird durch ein Lasermodul geleitet, welches die Funktionalitäten einer Fokuskompensation und einer Strahlsteuerung umfaßt. Optiken zur unabhängigen Fokuskompensation fokusieren den Strahl mindestens in Abhängigkeit von einem zu treffenden Ort auf dem zu bearbeitenden PCB-Substrat. Der Strahl wird durch ein Strahlsteuermodul, welches dem Laserstrahlmodul zugeordnet ist, auf den betreffenden Ort hingelenkt. Das Strahlsteuermodul ist in geeigneter Weise positioniert, so daß jedes zur Dielektrikumsbearbeitung dienende Strahlsegment auf einen wählbaren Ort gelenkt wird, wo ein Teil der Metallfolie bereits entfernt worden ist, um die darunterliegende Dielektrikumsschicht freizulegen. Ein gewünschter Teil des Dielektrikums wird dann entfernt.
  • Während ein Strahl oder mehrere Strahlen, welche zur Dielektrikumsbearbeitung geeignet sind, Teile des Dielektrikums an einer ersten Gruppe von Orten entfernen, können Strahlfokusierungsmodule und Strahlsteuermodule, welche gegenwärtig nicht verwendet werden, in geeigneter Weise zur Entfernung von Dielektrikum an anderen wählbaren Orten während einer darauffolgenden Betriebsphase repositioniert werden. Somit kann ein nachfolgender Impuls durch die dynamische Strahlablenkeinrichtung abgelenkt werden, um auf ein bereits positioniertes Strahlfokusierungsmodul und das entsprechende Strahlsteuermodul aufzutreffen. Da zur Entfernung von Dielektrikum eine reduzierte Energiedichte erforderlich ist, kann der Strahl 220 in eine größere Anzahl von zur Dielektrikumsbearbeitung dienenden Strahlsegmenten in Vergleich zu den metallbearbeitenden Strahlsegmenten aufgeteilt werden, so daß sich ein größerer Systemdurchsatz zur Entfernung von Dielektrikum im Vergleich zur Entfernung der Metallfolie ergibt. Fakultativ kann durch Einstellen der Amplitude des Steuersignals in einer akustisch-optischen Ablenkeinrichtung, wie dies unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschrieben ist, die akustisch-optische Ablenkeinrichtung gleichzeitig einen Strahl oder mehrere Strahlen niedriger Energiedichte zusammen mit einem Strahl oder mehreren Strahlen hoher Energiedichte abgeben, wobei der Strahl oder die Strahlen mit der jeweiligen hohen Energiedichte zur Mikrobearbeitung von Kupfer und der Strahl oder die Strahlen niedriger Energiedichte zur gleichzeitigen Mikrobearbeitung eines Substratmaterials verwendet werden.
  • Die Entfernung von Dielektrikum wird an wählbaren Orten fortgesetzt, bis das Dielektrikum an im wesentlichen allen Orten entfernt ist, an welchen die Metallfolie zuvor entfernt worden ist. Ist dieser Vorgang beendet, dann kann ein Substrat für die Mikrobearbeitung in einem nächsten folgenden Bereich des Substrates repositioniert werden.
  • Der Fachmann auf diesem Gebiet erkennt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was hier im einzelnen gezeigt und vorliegend beschrieben wurde. Vielmehr umfaßt die vorliegende Erfindung Modifikationen und Änderungen, welche sich dem Fachmann auf diesem Gebiet nach Lesen der obigen Beschreibung bieten und welche nicht Stand der Technik sind.

Claims (63)

  1. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück, wobei die Einrichtung folgendes enthält: mindestens eine Laserenergiequelle zur Erzeugung mindestens eines Laserstrahls; eine Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen, welche so angeordnet sind, daß sie wählbar den genannten mindestens einen Laserstrahl auf wählbare Orte auf einem Zielobjekt hinlenken; und eine Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen, welche den genannten Laserstrahl-Steuermodulen zugeordnet sind, um einen Laserstrahl auf das Werkstück zu fokusieren.
  2. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen eine Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen enthält, welche größer ist als die Anzahl des genannten mindestens einen Laserstrahls, so daß mindestens ein redundantes Laserstrahl-Steuermodul definiert ist.
  3. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen eine Anzahl von Laserstrahl-Fokusierungsmodulen enthält die größer ist als die Zahl des genannten mindestens einem Laserstrahls, so daß mindestens ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul definiert ist.
  4. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 2, bei welcher der genannte mindestens eine Laserstrahl wählbar auf ein wählbares Laserstrah-Steuermodul hinlenkbar ist und bei welcher die genannte Redundanz in der Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen einen Unterschied zwischen der Pulswiederholungsrate und einer Zykluszeit jedes der Laserstrahl-Steuermodule kompensiert.
  5. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 1, bei welcher die genannte Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen eine Zahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen enthält, die größer als die Zahl des genannten mindestens einen Laserstrahls ist, so daß mindestens ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul definiert ist.
  6. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 5, bei welcher der genannte mindestens eine Laserstrahl wählbar auf ein wählbares optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul hinlenkbar ist, und bei welcher die genannte Redundanz in der Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen einen Unterschied zwischen einer Impulswiederholungsrate des mindestens einen Laserstrahls und einer Zykluszeit jedes der optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodule kompensiert.
  7. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 1, bei welcher die Laserenergiequelle eine gepulste Laserenergiequelle ist, und bei welcher während eines ersten Impulses der mindestens einen gepulsten Laserenergiequelle ein erstes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul wirksam ist, um einen ersten gepulsten Laserstrahl auf das Werkstück zu fokusieren.
  8. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 7, bei welcher während des ersten Impulses ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul in der Weise wirksam ist, daß es auf eine Position repositioniert wird, die zur Fokusierung eines darauffolgenden gepulsten Laserstrahls auf das Werkstück erforderlich ist, wobei der darauffolgende gepulste Laserstrahl während eines nachfolgenden Impulses der mindestens einen gepulsten Laserenergiequelle abgegeben wird.
  9. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie an ein Werkstück nach Anspruch 8, bei welcher das Laserstrahl-Fokusierungsmodul stromauf von dem Laserstrahl-Steuermodul angeordnet ist und das Laserstrahl-Fokusierungsmodul mindestens eine bewegliche Linse enthält, um den Laserimpuls auf das Werkstück zu fokusieren.
  10. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 8, bei welcher das Laserstrahl-Steuermodul mindestens einen Betätigungsantrieb in dem mindestens einen Laserstrahl-Steuermodul enthält, welcher derart betrieben wird, daß er einen Teil des Laserstrahl-Steuermoduls längs einer Achse bewegt, um Änderungen der Länge eines optischen Weges in Abhängigkeit von der Steuerung des mindestens einem Laserstrahls zu kompensieren.
  11. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 1, bei welcher die mindestens eine Laserenergiequelle so ausgebildet ist, daß sie eine Mehrzahl von Laserstrahlen liefert.
  12. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 1, bei welcher die mindestens eine Laserenergiequelle so ausgebildet ist, daß sie eine Anzahl von Laserstrahlen liefert, wobei die genannte Anzahl von optischen Laser strahl-Fokusierungsmodulen mindestens ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul jeweils für jeden Laserstrahl enthält.
  13. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 7, bei welcher eine Zykluszeit zur Rekonfigurierung eines optischen Laserstrahl-Fokusierungsmoduls zur Fokusierung eines Laserstrahls auf das Werkstück ein Zeitintervall überschreitet, das Impulse der mindestens einen gepulsten Laserquelle überschreitet.
  14. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 4, bei welcher die mindestens eine gepulste Laserenergiequelle eine Ablenkeinrichtung enthält, welche wählbar den mindestens einen gepulsten Laserstrahl ablenkt.
  15. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 7, bei welcher die mindestens eine Laserenergiequelle eine akustisch-optische Ablenkeinrichtung enthält, welche eine Zykluszeit aufweist, die kürzer als ein Zeitintervall zwischen Impulsen der gepulsten Laserenergiequelle ist.
  16. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück nach Anspruch 15, bei welcher während eines anfänglichen Impulses der gepulsten Laserenergiequelle die Ablenkeinrichtung in der Weise wirksam ist, daß sie einen anfänglichen Laserstrahl auf ein erstes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul ablenkt, und während eines nächsten Impulses die Ablenkeinrichtung in der Weise wirksam ist, daß sie einen nächsten Laserausgang auf ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul ablenkt.
  17. Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein Werkstück mit folgenden Schritten: Bereitstellen von mindestens zwei Laserstrahlen; wählbares Steuern jedes der mindestens zwei Laserstrahlen auf unabhängig wählbare Orte auf einem Zielobjekt; und unabhängiges Fokusieren jedes der mindestens zwei Laserstrahlen auf das Zielobjekt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das wählbare Steuern durch eine Anzahl von Laserstrahl-Steuermodulen durchgeführt wird, welche eine Zahl von Laserstrahl-Steuermodulen enthält, die größer ist als die Zahl der mindestens zwei Laserstrahlen, wodurch mindestens ein redundantes Laserstrahl-Steuermodul definiert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das genannte Fokusieren durch eine Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen durchgeführt wird, welche eine Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen enthalten, die größer ist als die mindestens zwei Laserstrahlen, wodurch mindestens ein redundantes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul definiert wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem das Vorsehen mindestens zweier Laserstrahlen das wählbare Hinlenken der mindestens zwei Laserstrahlen auf wählbare Laserstrahl-Steuermodule umfaßt, und bei welchem die mindestens zwei redundanten Laserstrahl-Steuermodule eine Differenz zwischen einer Pulswieder holungsrate der mindestens zwei Laserstrahlen und einer Zykluszeit jedes der Laserstrahl-Steuermodule kompensiert.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem das Vorsehen mindestens zweier Laserstrahlen das wählbare Hinlenken der mindestens zwei Laserstrahlen auf wählbare optische Laserstrahl-Fokusierungsmodule umfaßt, und bei welchem die Redundanz in der Anzahl von optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodulen eine Differenz zwischen einer Pulswiederholungsrate der mindestens zwei Laserstrahlen und einer Zykluszeit jedes der optischen Laserstrahl-Fokusierungsmodule kompensiert.
  22. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem die mindestens zwei Laserstrahlen gepulste Laserstrahlen sind und bei welchem eine Fokusierung eines ersten Laserstrahls auf das Werkstück während eines ersten Impulses vorgesehen ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, welches das Repositionieren eines redundanten optischen Laserstrahl-Fokusierungsmoduls während eines ersten Impulses auf eine Position umfaßt, die zur Fokusierung eines nachfolgenden gepulsten Laserstrahls auf das Werkstück an einem nachfolgenden wählbaren Ort erforderlich ist, wobei der nachfolgende gepulste Laserstrahl während eines nachfolgenden Impulses abgegeben wird.
  24. Verfahren nach Anpruch 23, bei welchem das Fokusieren durch mindestens eine bewegbare Linse durchgeführt wird, welche stromauf von der Strahlsteuerung angeordnet ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem das genannte Fokusieren durch Bewegung eines verschwenkbaren Steuerungsspiegels längs einer Achse durchgeführt wird, um Änderungen in der Länge eines optischen Weges, welche aus der Steuerung resultiert zu kompensieren.
  26. Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem das Vorsehen mindestens zweier Laserstrahlen die Erzeugung mindestens dreier Laserstrahlen umfaßt.
  27. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem eine Zeit zur Konfiguration eines optischen Laserstrahl-Fokusierunsmoduls zur Fokusierung eines Laserstrahls auf das Werkstück, ein Zeitintervall überschreitet, welches die Impulse der genannten mindestens zwei gepulsten Laserstrahlen trennt.
  28. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem das Vorsehen mindestens zweier Laserstrahlen die Lieferung eines ersten Laserstrahls an einen Strahlaufspalter und Aufspalten des genannten ersten Laserstrahls in mindestens zwei Ausgangslaserstrahlen umfaßt.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem das Aufspalten des ersten Laserstrahls das Durchleiten des ersten Laserstrahls durch eine akustisch-optische Ablenkeinrichtung (AOD) und das Erzeugen einer akustischen Welle in der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung in der Weise umfaßt, daß der erste Laserstrahl in mindestens zwei Laserstrahlen aufgespalten wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, bei welchem das Erzeugen einer akustischen Welle in kürzerer Zeit erfolgt, als das Zeitintervall zwischen den Impulsen der gepulsten Laserquelle ausmacht.
  31. Verfahren nach Anspruch 29, bei welchem die mindestens zwei Laserstrahlen, welche einem ersten Laserstrahl-Impuls zugeordnet sind, auf ein erstes und ein zweites optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul in Abhängigkeit von einer ersten akustischen Welle abgelenkt werden und dann mindestens zwei Laserstrahlen, die einem nachfolgenden Laserstrahlimpuls zugeordnet sind, auf ein drittes und ein viertes optisches Laserstrahl-Fokusierungsmodul in Abhängigkeit von einer zweiten akustischen Welle abgelenkt werden.
  32. Einrichtung zur Abgabe von Laserenergie auf ein elektrisches Schaltungssubstrat, wobei die Einrichtung folgendes enthält: mindestens eine Laserstrahlquelle, welche gleichzeitig eine Mehrzahl von Laserstrahlen abgibt; eine Anzahl von unabhängig steuerbaren Laserstrahl-Ablenkeinrichtungen, die zwischen der mindestens einen Laserstrahlquelle und dem elektrischen Schaltungssubstrat angeordnet sind, um die genannte Anzahl von Laserstrahlen so zu lenken, daß sie an unabhängig wählbaren Orten auf das elektrische Schaltungssubstrat treffen; und Fokusierungsoptiken, welche in der Weise wirksam sind, daß sie die genannte Anzahl von Laserstrahlen auf verschiedene unabhängig wählbare Orte ohne optische f-θ-Elemente fokusieren.
  33. Einrichtung nach Anspruch 32, bei welcher die mindestens eine Laserstrahlquelle einen Laser enthält, der einen ersten Laserstrahl abgibt, und mindestens einen Strahlaufspalter enthält, der den ersten Laserstrahl in die genannte Anzahl von Laserstrahlen aufspaltet.
  34. Einrichtung nach Anspruch 33, bei welcher der Strahlaufspalter eine akustisch optische Ablenkeinrichtung enthält.
  35. Einrichtung nach Anspruch 34, bei welcher die akustisch-optische Ablenkeinrichtung in der Weise wirksam ist, daß sie in den ersten Laserstrahl in die genannte Anzahl von Laserstrahlen aufspaltet und jeden Laserstrahl in unabhängig wählbare Richtungen auf eine Anzahl unabhängig wählbarer Orte hinlenkt.
  36. Einrichtung nach Anspruch 32, bei welcher die Fokusierungsoptiken mindestens ein bewegbares optisches Element enthalten.
  37. Verfahren zur Abgabe von Laserenergie auf ein elektrisches Schaltungssubstrat, wobei das Verfahren folgendes vorsieht: gleichzeitiges Ausgeben einer Anzahl von Laserstrahlen von einer Laserstrahlquelle; unabhängiges Steuern der Anzahl von Laserstrahlen derart, daß sie an unabhängig wählbaren Orten auf das elektrische Schaltungssubstrat treffen; und Fokusieren der Anzahl von Laserstrahlen auf unabhängig wählbare verschiedene Orte ohne die Verwendung von optischen f-θ-Elementen.
  38. Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem das gleichzeitige Ausgeben einer Mehrzahl von Laserstrahlen das Ausgeben eines ersten Laserstrahls und das Aufspalten des ersten Laserstrahls in die genannte Mehrzahl von Laserstrahlen umfaßt.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, bei welchem das Aufspalten des ersten Laserstrahls das Aufspalten mittels einer akustisch-optischen Ablenkeinrichtung umfaßt.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem das Aufspalten das Hinlenken einzelner der Anzahl von Laserstrahlen in unabhängig wählbare Richtungen umfaßt.
  41. Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem das Fokusieren die Bewegung mindestens eines optischen Elementes vorsieht.
  42. Strahlaufspalter, welcher folgendes enthält: eine Strahlablenkeinrichtung mit einer Anzahl von wirksamen Bereichen, wobei die Strahlablenkeinrichtung in der Weise wirkt, daß sie einen Laserstrahl an einem ersten der Anzahl von wirksamen Bereichen empfängt und eine wählbare Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten in Abhängigkeit von einem Eingangssteuersignal liefert.
  43. Strahlaufspalter nach Anspruch 42, bei welchem das Eingangssteuersignal eine Folge von Impulsen umfaßt, wobei jeder der Impulse ein entsprechendes der Ausgangsstrahlsegmente steuert.
  44. Strahlaufspalter nach Anspruch 43, bei welchem jeder der Ausgangsstrahlen einen Energieparameter aufweist, der durch eine Charakteristik eines zugehörigen der Steuersignalimpulse gesteuert ist.#
  45. Strahlaufspalter nach Anspruch 43, bei welchem jedes der Ausgangsstrahlsegmente um einen jeweiligen Ablenkwinkel abgelenkt wird, der durch eine Charakteristik eines zugehörigen der Steuerimpulse bestimmt ist.
  46. Strahlaufspalter nach Anspruch 42, bei welchem jeder der wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten im wesentlichen dieselbe Querschnittskonfiguration hat.
  47. Strahlaufspalter nach Anspruch 42, bei welchem mindestens einige der wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten einen steuerbaren Energieparameter hat.
  48. Strahlaufspalter nach Anspruch 47, bei welchem der Energieparameter eine Energiedichte ist.
  49. Strahlaufspalter nach Anspruch 48, bei welchem die Energiedichte der Ausgangsstrahlsegemente im wesentlichen gleichförmig ist.
  50. Strahlaufspalter nach Anspruch 48, bei welchem die Energiedichte der Ausgangsstrahlsegmente im wesentlichen nicht gleichförmig ist.
  51. Strahlaufspalter nach Anspruch 42, bei welchem die Strahlablenkeinrichtung in der Weise wirksam ist, daß sie die Ausgangsstrahlsegmente in jeweilige Richtungen in Abhängigkeit von dem Eingangssteuersignal ablenkt.
  52. Strahlaufspalter nach Anspruch 42, bei welchem die Strahlablenkeinrichtung eine akustisch-optische Ablenkeinrichtung enthält und einen Wandler aufweist, der so angekoppelt ist, daß er akustische Wellen in der akustisch-optischen Ablenkeinrichtung in Abhängigkeit von den Eingangssteuersignal derart erzeugt, daß der Laserstrahl in jeden der wirksamen Bereiche gebrochen wird.
  53. Verfahren zur dynamischen Aufspaltung eines Strahles mit folgenden Schritten: Empfangen eines Laserstrahls an einem ersten einer Anzahl von wirksamen Bereichen in einer Strahlablenkeinrichtung; und Ausgabe einer wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten von mindestens einem anderen wirksamen Bereich in Abhängigkeit vom Eingangssteuersignal.
  54. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem die genannte Abgabe der wählbaren Zahl von Ausgangsstrahlsegmenten die Erzeugung eines Eingangssteuersignales mit einer Folge von Impulsen umfaßt, von denen jeder ein jeweiliges Ausgangsstrahlsegment steuert.
  55. Verfahren nach Anspruch 54, bei welchem die Ausgangsstrahlsegemente einen Energieparameter aufweisen, der durch eine Charakteristik mindestens eines der Impulse gesteuert ist.
  56. Verfahren nach Anspruch 54, bei welchem die Ausgangsstrahlsegmente jeweils um einen jeweiligen Ablenkwinkel abgelenkt werden, wobei der Ablenkwinkel durch eine Charakteristik eines jeweiligen Impulses gesteuert wird.
  57. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem die Ausgabe der Anzahl von Ausgangssstrahlsegmenten das Ausgeben einer wählbaren Zahl von Ausgangsstrahlsegmenten umfaßt, welche im wesentlichen dieselbe Querschnittskonfiguration haben.
  58. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem das Ausgeben der wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten vorsieht, daß mindestens einige der Ausgangsstrahlsegemente einen steuerbaren Energieparameter haben.
  59. Verfahren nach Anspruch 58, bei welchem der Energieparameter eine Energiedichte ist.
  60. Verfahren nach Anspruch 59, bei welchem die Energiedichten der Ausgangsstrahlsegmente im wesentlichen gleichförmig sind.
  61. Verfahren nach Anspruch 59, bei welchem die Energiedichten der Ausgangsstrahlsegmente im wesentlichen nicht gleichförmig sind.
  62. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem das Ausgeben einer wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten das Hinlenken der Ausgangsstrahlsegmente in wählbaren Richtungen in Abhängigkeit von dem Eingangssteuersignal umfaßt.
  63. Verfahren nach Anspruch 53, bei welchem das Ausgeben einer wählbaren Anzahl von Ausgangsstrahlsegmenten die Erzeugung akustischer Wellen in einer akusttisch-optischen Ablenkeinrichtung in Abhängigkeit von einem Eingangssteuersignal umfaßt, derart, daß der Laserstrahl an jedem der wirksamen Bereiche gebrochen wird.
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