微电子激光加工中使用的平顶光束

平顶（TH）光束是一种强度分布平整且均匀的光束，边缘尖锐，能量迅速下降至零。平顶光束的形状可以是正方形、矩形、直线、圆形或其他任何形状。

平顶光束一般有两种类型，即平行平顶光束和光束腰（焦点）平顶光束。平行平顶光束是平顶光束分布传播一定距离的光束，但是如果聚焦或传播到远场，将不会产生平顶光斑（而是类似贝塞尔光束的中心光斑）。这些光束通常是平行平顶光束或特殊光学模块（如Holo/Or的平行平顶模块）的输出。

这些平行平顶光束不能在透镜的焦点处使用，需要高比率的成像，因此通常用作自由光束（非聚焦），用于晶片检查或传感检测等应用。

至少对于工业高功率激光应用程序来说，更有趣的平顶光束类型是光束腰平顶。由衍射平顶光束整形器产生这些光束，然后聚焦到平顶光斑，平顶光斑仅出现在光束腰周围，即透镜的焦平面。

这种聚焦效果使得聚焦的平顶光束非常适合应用于激光微电子生产过程，因为这种工作通常是在扫描系统的焦平面上完成的。

平顶光学整形器在焦平面上的成像图

平顶光束在微电子激光加工应用中的优势

大多数微电子激光加工都是阈值处理过程，包括微加工，例如通过激光烧蚀从选定区域去除金属、在印刷电路板（PCB）或玻璃上钻孔、激光诱导前向传送接触以及进行其他激光处理。阈值处理过程的特征在于待加工的某些区域必须达到特定阈值激光能量密度。对于这种处理过程，平顶能量分布具有非常理想的优势。

与大多数激光束的高斯光束轮廓不同，其中高斯光斑的宽度（高于工艺阈值）与能量成正比，平顶能量轮廓的特征在于脉冲能量和高于阈值的光斑尺寸之间几乎没有相关性。

对于微电子技术来说，这意味着待加工区域具有锐利的边缘，具有几乎与激光能量无关的明确尺寸。这增加了激光机的灵活性，使其能够处理不同厚度的材料，同时仍然保持正确的形体尺寸。因此，除了在太阳能电池板制造和半导体方面的类似工业应用之外，微电子激光加工也是一个领先的平顶光束应用领域。

使用激光机的PCB生产工艺

将衍射平顶光束整形器集成到激光微电子加工过程中

衍射平顶光束整形器通常很容易地集成到用于微电子加工的现有的激光机中。这种机器通常采用振镜扫描器与F-theta扫描透镜的组合方法来控制工作表面上的光斑。这个光斑可以通过在扫描器前添加一个合适的衍射平顶光束整形器来整形。这是一个使集成操作变得简单明了的单一平面窗格状组件。

成功使用平顶激光整形器的主要要求为：

• 单模输入光束，M2<1.3

• 光束直径±设计光束整形器输入直径的5%

• 扫描仪、透镜和所有其他光学器件的通光孔径，至少为输入光束大小的X2倍。

问答摘要

什么是平顶（TH）光束？

平顶光束是一种能量分布曲线平整而均匀的光束，而不是像大多数激光器那样，在中心呈更高强度的高斯型分布。光束形状可以是任何形状：圆形、方形、线形、矩形或其他形状。

平顶光束有哪些类型？

平顶光束一般有两种类型，平行平顶光束和光束腰（焦点）平顶光束。平行平顶光束不太适合微加工，因为聚焦会导致聚焦时失去平整的顶部轮廓。束腰型平顶光束是微电子激光加工中使用的主要光束。

如何生成用于微加工的平顶光束？

最好的方法之一是使用一个衍射光束整形器，在光束上利用相位轮廓，将光束转换成透镜焦点处的平顶光斑。

在微电子激光加工中使用平顶能量分布曲线的优势是什么？

主要优点是加工区域的尺寸独立于激光脉冲能量，使锐利的边缘具有一致的性能。

如何将衍射平顶光束整形器集成到微电子激光加工机中？

一般来说，激光器必须是单模激光器，光束大小必须符合整形器的设计输入要求，而沿路径的所有孔径至少需要是光束大小的X2倍。