TWI581886B - 微結構加工裝置 - Google Patents

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Description

微結構加工裝置
本發明是一種微結構加工裝置，特別是指一種應用貝索光束進行加工的微結構加工裝置。
現階段超精密機械加工技術雖然可滿足800奈米以上的加工需求及精度要求，但目前800奈米以下的加工方式仍是以半導體製程為主。而半導體製程對應500奈米以下的製程主要是以乾蝕刻製程處理，乾蝕刻製程雖可得到較精確的形狀精度，但其加工耗時且製程參數受材料影響較大。此外，半導體製程無法即時對應不同的尺寸設計製作出目標特徵，不利於彈性生產。
本發明之目的，即在提供一種利於彈性製造生產的微結構加工裝置。
本發明微結構加工裝置，用於加工一待加工件。該微結構加工裝置包含一可控制出光方向及出光形狀並朝該待加工件方向出光的光源、一位於該光源及該待加工件之間的第一錐狀鏡，及一位於該第一錐狀鏡及該待加工件之間的第二錐狀鏡。
該光源投射出的光是依序通過該第一錐狀鏡及該第二錐狀鏡而形成貝索光束，以加工該待加工件。
本發明之功效在於：該光源投射出的高斯光源在通過該第一錐狀鏡後形成貝索光束，並透過對偶式配置的第二錐狀鏡調控貝索光束，使通過該第二錐狀鏡的貝索光束能在該待加工件上加工出所需的幾何結構。透過調整該第一錐狀鏡及該第二錐狀鏡相對設計與配置，可改變貝索光束在該待加工件上所加工出的幾何結構，達到彈性生產製造之功效，提高泛用性。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1及圖2，本發明微結構加工裝置1之一第一實施例，適用於加工一待加工件2，該微結構加工裝置1包含一可控制出光方向及出光形狀並朝該待加工件2方向出光的光源3、一位於該待加工件2及該光源3之間的第一錐狀鏡4、一位於該第一錐狀鏡4及該待加工件2之間的第二錐狀鏡5，及一位於該第二錐狀鏡5及該待加工件2之間的透鏡6。該第一錐狀鏡4包括一第一環錐面41，及一相反於該第一環錐面41且面向該光源3的第一平面42。該第二錐狀鏡5包括一面向該第一環錐面41的第二環錐面51，及一相反於該第二環錐面51且面向該透鏡6的第二平面52。在該第一實施例中，該光源3為點光源雷射，且該第一錐狀鏡4、該第二錐狀鏡5，及該透鏡6是同軸設置。該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5的幾何尺寸是對應該光源3所投射的光束，而該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5間的距離則視需調變的光型調整。並可配合使用不同物理光學性質之透鏡6調變，使所生成的貝索光束放大或縮小。
該光源3產生的光線是先依序通過該第一錐狀鏡4之第一平面42及第一環錐面41，從而產生貝索光束(Bessel-beam)，接著再依序通過該第二錐狀鏡5之第二環錐面51及第二平面52，以將單點貝索光束調變成環形貝索光束，產生高指向性電場干涉分佈，在通過該透鏡6後，透過光束能量匯聚，可於該待加工件2上加工出如圖3所示的環形微結構。而透過改變該透鏡6與該第二錐狀鏡5間的距離，可調變縮放欲加工出的環形結構幾何尺寸，例如直徑等等，尺寸調變方便而具彈性，並可對應500奈米以下的製程。
需要特別說明的是，每一個環形結構加工前，需先以影像對位方式進行校正，其是將分光鏡設置於該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5之間，並將環形光射向分光鏡使其投射至該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5上，使用者可藉由反射至該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5上的環形光束，確認該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5為同軸設置，接著再根據所需的環形結構直徑調整該透鏡6與該第二錐狀鏡5間的距離，最後開啟該光源3進行加工，加工完後可重新進行上述步驟，以連續加工出如圖4所示的同心圓結構。
藉由該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5的對偶式配置，並配合點光源的出光，可聚焦貝索光束在該待加工件2上直接進行加工，以加工出環形微結構，而透過調整該透鏡6可彈性地縮放欲加工之結構的幾何尺寸，利於彈性製造生產，提高泛用性。
參閱圖5，為本發明微結構加工裝置1之一第二實施例，該第二實施例大致與該第一實施例相同，不同之處在於：該第一錐狀鏡4的第一環錐面41是面向該光源3，而該第一平面42是面向該第二錐狀鏡5的第二環錐面51，亦即將該第一錐狀鏡4反向設置，並維持光源3是使用點光源，該光源3投射出的光是依序通過該第一環錐面41、該第一平面42、該第二環錐面51，及該第二平面52而形成貝索光束，並如圖6所示地於該待加工件2上匯聚成二相間隔的點，此時使該微結構加工裝置1及該待加工件2之間產生相對位移，即可在該待加工件2上加工出線形或柵狀結構。
該第二實施例透過更換該第一錐狀鏡4的對位方式，可在該待加工件2上加工出線形或柵狀微結構，調控容易且更換快速，並提供另一種實施態樣。
需要特別說明的是，該透鏡6使用泛用凸透鏡可縮小待加工範圍，而使用泛用凹透鏡則可以放大待加工範圍，藉此因應不同需求變更待加工範圍，提高泛用性。
綜上所述，該第一錐狀鏡4及該第二錐狀鏡5為對偶式配置，配合不同的光源3輸出，可加工出不同的幾何結構，而藉由調整該透鏡6，能縮放欲加工之微結構的幾何尺寸，泛用性高且利於彈性生產製造，並可對應500奈米以下的製程，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧微結構加工裝置
2‧‧‧待加工件
3‧‧‧光源
4‧‧‧第一錐狀鏡
41‧‧‧第一環錐面
42‧‧‧第一平面
5‧‧‧第二錐狀鏡
51‧‧‧第二環錐面
52‧‧‧第二平面
6‧‧‧透鏡
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，為本發明微結構加工裝置之一第一實施例； 圖2是一立體圖，說明該第一實施例中之一第一錐狀鏡，及一第二錐狀鏡； 圖3是一示意圖，說明該第一實施例進行一次加工所得之結構； 圖4是一示意圖，說明該第一實施例進行批次加工所得之結構； 圖5是一示意圖，為本發明微結構加工裝置之一第二實施例；及 圖6是一示意圖，說明該第二實施例進行一次加工所得之結構。
1‧‧‧微結構加工裝置
2‧‧‧待加工件
3‧‧‧光源
4‧‧‧第一錐狀鏡
41‧‧‧第一環錐面
42‧‧‧第一平面
5‧‧‧第二錐狀鏡
51‧‧‧第二環錐面
52‧‧‧第二平面
6‧‧‧透鏡

Claims (6)

  1. 一種微結構加工裝置，用於加工一待加工件，包含：一光源，可控制出光方向及出光形狀，並朝該待加工件方向出光；一第一錐狀鏡，位於該光源及該待加工件之間；及一第二錐狀鏡，位於該第一錐狀鏡及該待加工件之間；該光源投射出的光是依序通過該第一錐狀鏡及該第二錐狀鏡而形成貝索光束，以加工該待加工件。
  2. 如請求項1所述的微結構加工裝置，該第一錐狀鏡包括一第一環錐面，及一相反於該第一環錐面且面向該光源的第一平面，該第二錐狀鏡包括一面向該第一環錐面的第二環錐面，及一相反於該第二環錐面且面向該待加工件的第二平面。
  3. 如請求項2所述的微結構加工裝置，還包含一位於該第二錐狀鏡及該待加工件之間的透鏡，該光源投射出的光是依序通過該第一平面、該第一環錐面、該第二環錐面、該第二平面，及該透鏡而形成貝索光束，以加工該待加工件。
  4. 如請求項1所述的微結構加工裝置，其中，該光源為點光源。
  5. 如請求項1所述的微結構加工裝置，其中，該第一錐狀鏡包括一面向該光源的該第一環錐面，及一相反於該第一環錐面的該第一平面，該第二錐狀鏡包括一面向該第一平面 的該第二環錐面，及一相反於該第二環錐面且面向該待加工件的該第二平面，以加工該待加工件。
  6. 如請求項5所述的微結構加工裝置，還包含一位於該第二錐狀鏡及該待加工件之間的該透鏡，該光源投射出的光是依序通過該第一環錐面、該第一平面、該第二環錐面、該第二平面，及該透鏡而形成貝索光束，以加工該待加工件。
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