用于使用兩個可旋轉的衍射光學元件形成多個激光束組的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于將激光束分成數個子光束使得多個劃刻處理(multiplescribing processes)能夠并行執行的方法和設備。本發明尤其適用于在薄膜太陽能面板上形成和連接各單元的“一步互連(0SI，one step interconnect1n) ”處理，這是因為在這種情況下需要制作貫穿不同材料層的多個平行刻痕。
【背景技術】
[0002]圖1示出了現有技術(W02012/004230 A9)并示出了如何通過衍射光學元件(DOE) 3將激光束I有角度地分成(在這種情況下4個)子光束2。透鏡4被放置在距該DOE適當的距離處，使得該透鏡偏離所有的光束2，從而使這些光束變得互相平行。透鏡4聚焦光束2以在基板6的表面上形成一行焦斑5。這行焦斑可以用于在該基板相對于透鏡和DOE的組合移動時，在該基板上同時劃刻出多個平行凹槽。這種由DOE有角度地劃分光束可以廣泛地用于顯示、電信和材料處理應用領域。使用透鏡來偏離有角度地分離的光束使其變得更平行或完全平行是公知的。
[0003]這樣的設置尤其廣泛地與2d光學掃描器結合起來使用，其中，輸入光束通過電流計電機驅動反射鏡而在2d中以很大的角范圍內發生偏離，并且透鏡被用于聚焦且偏離光束。這樣的透鏡通常被稱作f-θ透鏡，如果輸出光束是平行的或接近平行的，那么該透鏡被定義為遠心(telecentric)透鏡。一般地，在透鏡之后實現平行輸出光束的要求在于，透鏡的光學中心與電流計-掃描反射鏡之間的距離等于透鏡的焦距。如果輸入光束被準直，那么穿過透鏡的光束將被聚焦在透鏡的焦平面處。以類似的方式，如果DOE 3被放置在透鏡前的焦距處，那么穿過透鏡的光束是平行的。值得注意的是，DOE 3圍繞平行于激光束I的軸旋轉導致基板表面上的那行焦斑旋轉。該效應被用于調整基板表面上的焦斑在垂直于基板移動方向的方向上的有效分離，從而使基板表面上的刻痕線之間的間隙得以容易地改變。
[0004]圖2示出了另一現有技術(US7157661)并示出了 2個DOE的使用。通過第一衍射光學元件(DOE) 3將激光束I有角度地分成(在這種情況下3個)子光束2。DOE 3靠近聚焦透鏡4放置使得光束2被聚焦成基板6上的一行焦斑5。透鏡4偏離角分離的光束2，但是由于DOE在透鏡附近，因而光束2繼續發散。第二 DOE 7被用于變換光束在透鏡的焦平面5處的輪廓或形狀。沒有放置DOE 7時，焦斑5在基板6上具有所謂的高斯輪廓。DOE 7被用于修改焦斑內的能量密度分布以呈現不同的輪廓，例如更有利于一些微加工應用的“禮帽式(top-hat) ”輪廓ο
[0005]圖1和圖2的設置的問題在于，刻痕線的相對間隔的變化程度是有限的。另一問題在于，難以在雙階段凹槽形成過程中有效地使用這些設置，在雙階段凹槽形成過程中，通過沿凹槽線向下連續掃描兩個或多個具有不同特性的激光焦斑形成凹槽。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供至少部分地解決以上所述現有技術中的一個或更多個問題的設備和方法。
[0007]根據本發明的一個方面，提供了一種用于形成多個激光束組的設備，每組包括兩個或多個激光束，所述設備包括第一衍射光學元件(DOE)以及第二衍射光學元件(DOE)，第一 DOE被設置為接收第一激光束并將其分成多個第二激光子光束，并且第二 DOE被設置為接收所述多個第二激光子光束并將每個第二激光子光束分成兩個或多個第三激光子光束組，這些組在垂直于第一軸的方向上的間距可通過所述第一 DOE繞自身光軸的旋轉來調節，并且每組內的第三激光子光束在垂直于所述第一軸的方向上的間距可以通過所述第二DOE繞自身光軸的旋轉來調節。
[0008]因此，與結構比較簡單的現有技術的設置相比，所述設備通過設置兩個光學串聯的可旋轉的D0E(這兩個DOE都被配置為將接收到的任一激光束分成多個角分離的子光束)，使得能夠以更大的靈活度控制例如基板上由子光束形成的激光焦斑的相對間距。特別地，所述設備能夠提供焦斑組，其中，每組內的焦斑之間的間距可以獨立于焦斑組之間的間距而被控制。此外，每組內的焦斑之間的間距由針對每組均相同的第一 DOE的旋轉度來確定，這一事實確保了不同組內的焦斑可靠地具有相同的間隔。通過旋轉第一 DOE和第二DOE控制焦斑間距是具有成本效益的實施且易于以高精度進行控制。
[0009]激光束組之間的間距可以測量為各組中心之間或各組內對應子光束之間(例如具有相同衍射級的不同組內的子光束之間)例如在透鏡的焦點處的角度間距或空間間距，該透鏡用于將光束導向工件。當沿所述第一軸觀察時，這些組可以互相重疊或互相不重疊。
[0010]在一個實施例中，所述設備包括透鏡，例如遠心透鏡，所述透鏡被設置為接收來自所述第二 DOE的所述多個第三激光子光束組。在一個實施例中，所述透鏡沿自身光軸的位置可調節和/或被調整為使得由此輸出的激光子光束組和每組內的激光子光束都是基本平行的。
[0011 ] 在一個實施例中，所述設備還包括合束器，所述合束器使得來自第四激光束的子光束與源自第一激光束的子光束合并(例如，從而合并的子光束被投影到基板的相同區域上，任選地在該區域內的不同位置處)。在一個實施例中，第三DOE被提供并被設置為接收第四激光束。在一個實施例中，第四激光束具有至少一個與第一激光束不同的特性(例如，波長、脈沖長度、脈沖重復頻率、脈沖能量)。以這種方式，源于第四激光束的焦斑可以對基板或基板上形成的材料層產生不同的影響。例如，特性上的差別可以使得基板上的至少一層能夠被源于第一激光束和第二激光束之一的焦斑移除，而不被源于另一光束的焦斑移除。該設置提供了增強的靈活性，因而使得能夠便于在基板上創建范圍更大的結構。在一個實施例中，第三DOE被配置為將所述第四激光束分成多個第五激光子光束，所述第五激光子光束在垂直于所述第一軸的方向上的間距可通過所述第三DOE繞自身光軸的旋轉來調節。在一個實施例中，所述合束器被設置為將離開所述第二 DOE的第三激光子光束組與離開所述第三DOE的所述第五激光子光束合并。
[0012]在一個實施例中，所述設備被配置為使得所述第三激光子光束中的至少一個在基板上形成第一焦斑，所述第一焦斑在平行于所述第一軸的方向上與所述第五激光子光束之一形成的第二焦斑對齊但彼此間隔開。以這種方式，當基板沿所述第一軸移動時，能夠使第一焦斑在第二焦斑之前或之后于基板上的給定位置處與基板相互作用。這在第一焦斑被配置與以不同于第二焦斑的方式與基板(或其上形成的層)相互作用時是有利的。例如，第一焦斑可被配置為移除第一類型的層，并且第二焦斑可被配置為移除不同于第一類型的層的第二類型的層。如果第一類型的層被放置在第二類型的層的上方，則便于設置第一焦斑在給定位置處在第二焦斑之前與基板相互作用，使得能夠在第二焦斑到達之前移除第一類型的層以暴露第二類型的層。
[0013]在一個實施例中，所述設備還包括光束偏轉器，所述光束偏轉器用于控制所述第四激光束入射到所述第三DOE的方向。所述光束偏轉器可被配置為例如使所述第一焦斑與所述第二焦斑之間的間距能被改變(或者根據位置連續改變或者離散地改變)。在沿平行于所述第一軸的方向上維持第一焦斑與第二焦斑之間對齊的同時可實現間距上的變化。因此，在基板被配置為沿第一軸移動時，第一焦斑與基板上的給定點相互作用和第二焦斑與該點相互作用之間的時間差能夠以可控方式改變。可以使用光束偏轉器來改變焦斑與基板相互作用的順序。例如，該光束偏轉器可被用于當基板改變方向時，通過轉換第一焦斑與第二焦斑的相對位置使第二焦斑在基板運動的兩個相反方向上滯后于第一焦斑(或與此相反)O
[0014]在一個實施例中，所述光束偏轉器包括反射鏡，所述反射鏡被安裝為圍繞位于垂直于所述第一軸的平面內的軸可旋轉。
[0015]在一個實施例中，基板上由第一 DOE創建的子光束組的間距和/或由子光束組形成的焦斑的間距(例如角間距和/或準直后的空間間距)大于基板上由第二 DOE創建的第三激光子光束的間距和/或由第三激光子光束形成的焦斑的間距。在一個替換實施例中，基板上由第一 DOE創建的子光束組的間距和/或由子光束組形成的焦斑的間距(例如角間距和/或準直后的空間間距)小于基板上由第二 DOE創建的第三激光子光束的間距和/或由第三激光子光束形成的焦斑的間距。
[0016]在一個實施例中，與第二 DOE相比，第一 DOE使輸入激光束拆分得較窄。例如，在第一 DOE和第二 DOE包括衍射光柵時，第一 DOE的周期可以大于第二 DOE的周期。因此，第一DOE的給定旋轉與第二 DOE的相同旋轉相比，將導致激光子光束在工件上所形成的特征(例如刻痕線)的位置變化更小。因此，第一 DOE有效地提供微調，而第二 DOE提供粗調。該設置減小了在第一 DOE與第二 DOE之間的給定間隔下的第二 DOE的最小尺寸，因而有利于這些元件的安裝(例如通過放松對第二 DOE需要非常靠近第一 DOE以涵蓋自第一 DOE輸出的所有光束的要求而無需太大)以及整體緊湊性。在其他實施例中，使用了相反的設置，其中第一 DOE提供粗調，而第二 DOE提供微調。
[0017]在一個實施例中，在工件上對應于一個或更多個第三激光子光束組中的每組內的第三激光子光束的激光焦斑之間的間隔至少在50微米(micron)至200微米的范圍內是可調節的。
[0018]在一個實施例中，第一 DOE與第二 DOE被安裝在第一加工頭上。在一個實施例中，所述第一加工頭相對于工件是可移動的以執行加工，例如，對所述工件的直接激光劃刻。
[0019]在一個實施例中，設置有兩個或多個加工頭。在一個實施例中，兩個或多個加工頭中的每個加工頭被配置為攜帶根據實施例的第一 DOE與第二 D0E。在一個實施例中，兩個或多個加工頭中的每個加工頭相對于工件是可移動