微電子激光加工中使用的平頂光束

平頂（TH）光束是一種強度分布平整且均勻的光束，邊緣尖銳，能量迅速下降至零。平頂光束的形狀可以是正方形、矩形、直線、圓形或其他任何形狀。

平頂光束一般有兩種類型，即平行平頂光束和光束腰（焦點）平頂光束。平行平頂光束是平頂光束分布傳播一定距離的光束，但是如果聚焦或傳播到遠場，將不會產生平頂光斑（而是類似貝塞爾光束的中心光斑）。這些光束通常是平行平頂光束或特殊光學模塊（如Holo/Or的平行平頂模塊）的輸出。

這些平行平頂光束不能在透鏡的焦點處使用，需要高比率的成像，因此通常用作自由光束（非聚焦），用于晶片檢查或傳感檢測等應用。

至少對于工業高功率激光應用程序來說，更有趣的平頂光束類型是光束腰平頂。由衍射平頂光束整形器產生這些光束，然后聚焦到平頂光斑，平頂光斑僅出現在光束腰周圍，即透鏡的焦平面。

這種聚焦效果使得聚焦的平頂光束非常適合應用于激光微電子生產過程，因為這種工作通常是在掃描系統的焦平面上完成的。

平頂光學整形器在焦平面上的成像圖

平頂光束在微電子激光加工應用中的優勢

大多數微電子激光加工都是閾值處理過程，包括微加工，例如通過激光燒蝕從選定區域去除金屬、在印刷電路板（PCB）或玻璃上鉆孔、激光誘導前向傳送接觸以及進行其他激光處理。閾值處理過程的特征在于待加工的某些區域必須達到特定閾值激光能量密度。對于這種處理過程，平頂能量分布具有非常理想的優勢。

與大多數激光束的高斯光束輪廓不同，其中高斯光斑的寬度（高于工藝閾值）與能量成正比，平頂能量輪廓的特征在于脈沖能量和高于閾值的光斑尺寸之間幾乎沒有相關性。

對于微電子技術來說，這意味著待加工區域具有銳利的邊緣，具有幾乎與激光能量無關的明確尺寸。這增加了激光機的靈活性，使其能夠處理不同厚度的材料，同時仍然保持正確的形體尺寸。因此，除了在太陽能電池板制造和半導體方面的類似工業應用之外，微電子激光加工也是一個領先的平頂光束應用領域。

使用激光機的PCB生產工藝

將衍射平頂光束整形器集成到激光微電子加工過程中

衍射平頂光束整形器通常很容易地集成到用于微電子加工的現有的激光機中。這種機器通常采用振鏡掃描器與F-theta掃描透鏡的組合方法來控制工作表面上的光斑。這個光斑可以通過在掃描器前添加一個合適的衍射平頂光束整形器來整形。這是一個使集成操作變得簡單明了的單一平面窗格狀組件。

成功使用平頂激光整形器的主要要求為：

• 單模輸入光束，M2<1.3

• 光束直徑±設計光束整形器輸入直徑的5%

• 掃描儀、透鏡和所有其他光學器件的通光孔徑，至少為輸入光束大小的X2倍。

問答摘要

什么是平頂（TH）光束？

平頂光束是一種能量分布曲線平整而均勻的光束，而不是像大多數激光器那樣，在中心呈更高強度的高斯型分布。光束形狀可以是任何形狀：圓形、方形、線形、矩形或其他形狀。

平頂光束有哪些類型？

平頂光束一般有兩種類型，平行平頂光束和光束腰（焦點）平頂光束。平行平頂光束不太適合微加工，因為聚焦會導致聚焦時失去平整的頂部輪廓。束腰型平頂光束是微電子激光加工中使用的主要光束。

如何生成用于微加工的平頂光束？

最好的方法之一是使用一個衍射光束整形器，在光束上利用相位輪廓，將光束轉換成透鏡焦點處的平頂光斑。

在微電子激光加工中使用平頂能量分布曲線的優勢是什么？

主要優點是加工區域的尺寸獨立于激光脈沖能量，使銳利的邊緣具有一致的性能。

如何將衍射平頂光束整形器集成到微電子激光加工機中？

一般來說，激光器必須是單模激光器，光束大小必須符合整形器的設計輸入要求，而沿路徑的所有孔徑至少需要是光束大小的X2倍。