DE69416284T2

DE69416284T2 - Ablative Blitzlampeaufzeichnung

Info

Publication number: DE69416284T2
Application number: DE69416284T
Authority: DE
Inventors: Douglas S. Dunn; Jeffrey B. Hill; Andrew J. Ouderkirk
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2014-12-16
Also published as: KR950019658A; EP0658437B1; EP0658437A1; DE69416284D1; JPH07204873A; CN1082903C; CN1115875A; US5757016A; CA2137632A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück unter Verwendung gepulster Strahlung in Kombination mit einer Schablone.
Es existieren zahlreiche Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück. Derartige Verfahren sind bei der Herstellung zahlreicher Arten von elektronischen Vorrichtungen, beispielsweise Magnetplatten, Speicherkartenschaltungen und flexible Schaltungen, weit verbreitet. Verwandte Verfahren werden ebenfalls verwendet, um verschiedenartige Vorrichtungen mit Informationen, wie Balkencodes, zu versehen, um Druckelemente herzustellen, beispielsweise lithographische Platten, und um Verzierungen zu erstellen.
Prägen stellt ein Verfahren zum Erstellen eine geformten Bildes in einem Werkstück dar. Beispielsweise erstellen Pressen mit Prägestempeln optisch lesbare Servomarkierungen auf Magnetplatten. Ein Problem des Prägeverfahrens besteht in der relativ kurzen Lebensdauer der Prägestempel. Ferner bewirkt die Elastizität der Platten im Lauf der Zeit Veränderungen der Geometrie gestanzter Markierungen.
Chemisches Ätzen ist ein anderes Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück. Bei diesem Verfahren wird Photoresistmaterial auf ein Substrat aufgebracht und auf bekannte Weise strukturiert. Entwickelte Bereiche des Resistmaterials werden anschließend durch chemisches Ätzen unter Zurücklassen des geformten Bildes entfernt. Die zum Ätzen verwendeten Chemikalien sind nicht völlig vorteilhaft. Beispielsweise neigen diese Chemikalien dazu, nicht entwickelte Bereiche des Werkstücks zu hinterschneiden. Diese Hinterschneidung begrenzt die Größe und die Position des in dem Werkstück erstellbaren geformten Bildes.
Andere bekannte Verfahren zum Erzeugen eines geformten Bildes in einem Werkstück sind unter anderem die Bearbeitung mit Elektronenstrahlen, Ionenstrahlen, die Korona-Bearbeitung und die Plasma-Bearbeitung. Diese Verfahren sind entweder kontinuierliche oder mit langen Impulslängen arbeitenden Ätzverfahren, die aufgrund des geringen Energieflusses, eine geringe Wärmeübertragungsrate haben. Geringe Wärmeübertragungsraten sind nachteilig, wenn Oberflächenbeschichtungen, wie Beschichtungen auf Polymerbasis, geätzt werden sollen. Insbesondere erzeugen die geringen Wärmeübertragungsraten einen unerwünschten Wärmebehandlungseffekt in anderen als den geätzten Bereichen der Beschichtung.
Laserverfahren sind ebenfalls zur Erstellung eines geformten Bildes in einem Werkstück geeignet. Ein Verfahren verwendet einen Argon/Ionenlaser zum direkten Brennen einzelner optisch lesbarer Servomarkierungen in Magnetplatten. Der Laserstrahl wird optisch ein- und ausgeschaltet, während die Platte dreht und ein End-Linsenobjektiv verschoben wird. Ein weiteres Verfahren betrifft ein Verfahren zur Herstellung von maschinenlesbaren Markierungen in einer Oberfläche eines Werkstücks, beispielsweise einer gläsernen Frontplatte einer TV-Bildröhre, durch Verdampfen paralleler Bereiche ähnlicher Breite in der Plattenfläche unter Verwendung eines Kohlendioxid-Lasers.
Es ist ferner ein Verfahren zum direkten Vorsehen einer gläsernen Trichterblende in einer TV-Bildröhre durch Abschmelzen von Bildelementen in eine pigmentierte anorganische Beschichtung auf dem Trichter bekannt. Darüber hinaus ist das Strukturieren von metallischen Beschichtungen von Polymersubstraten unter Verwendung von Hochenergie-Laser-Abschmelzverfahren bekannt.
Es wurde von anderer Seite ein Verfahren zum Abschmelzen von Strukturen in metallischen Beschichtungen auf der Vorder- und der Rückseite eines Polymerfilms unter Verwendung eines Excimer-Lasers entwickelt. Der Laser brennt zunächst eine Struktur in die Beschichtung der Vorderseite der Polymerfolie während eines einzelnen Impulses ein. Anschließend brennt der Laser eine Struktur in die Rückseite der Polymerfolie in einem einzelnen Impuls ein, indem er Strahlung durch die auf der Vorderseite eingebrannte Struktur und durch die Folie in Richtung der Beschichtung auf der Rückseite richtet.
Eine weitere Überlegung besteht darin, daß eine direkte Erstellung einzelner Bildelemente manchmal bei Werkstücken mit wenigen Bildelementen und bei geringeren Zahlen von Werkstücken zwar vorteilhaft sein kann, jedoch eine direkte Elementerstellung nicht immer die optimale Wahl darstellt. Beispielsweise erfordert die direkte Einzel-Erstellung von Bildelementen mit einem Laser erheblich mehr Zeit als bei einer Verwendung des Lasers für mehrere Bilder oder Bildelemente, die auf dem Werkstück angeordnet sind.
Es wurden technische Fortschritte erzielt, die eine Verwendung des Lasers für mehr als ein Bild oder Bildelement gleichzeitig ermöglichen. Beispielsweise ist ein lithographisches Kontaktverfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück, beispielsweise einem mit Aluminiumoxid beschichteten Keramiksubstrat, bekannt. Nach diesem Verfahren wird eine Maske aus Material. das für die Wellenlängen des ausgewählten Lasers stark reflektierend wirkt, in Anlage an der Aluminiumoxidschicht gebracht. Es wird Strahlung von einem Kohlendioxidlaser auf die Maske gerichtet, um nicht maskierte Bereiche der Aluminiumoxidbeschichtung zu entfernen. Die reflektierende Oberfläche der Maske reflektiert die Laserstrahlung von durch die Maske bedeckten Bereichen des Werkstücks weg.
Es ist ferner bekannt, ein Tintenmuster auf einem Werkstück vorzusehen, um ein geformtes Bild in dem Werkstück zu erstellen. Üblicherweise weist das Werkstück eine Metall- oder Polymerbeschichtung auf einem keramischen Substrat oder einem Substrat auf Polymerbasis auf. Strahlung eines Lasers, beispielsweise eines Excimer-Lasers, wird auf das Tintenmuster gerichtet, um nicht von dem Tintenmuster bedeckte Bereiche der Beschichtung zu entfernen.
Es ist ein Projektions-Lithographieverfahren bekannt, das einen Excimer-Laser und eine Maske aufweist. Die Maske ist mit Abstand zum Werkstück angeordnet, und die Laserstrahlung wird durch die Maske auf das Werkstück gerichtet, um Vias in einer Polyimid-Beschichtung einer mehrschichtigen Platine zu erzeugen. Der in einem Abstand von etwa 4,2 Metern von der Projektionsoptik angeordnete Excimer-Laser hat einen rechteckigen Ausgangsstrahl (1 cm · 3 cm).
Beim Überfluten einer Maske zum Erstellen eines geformten Bildes ist der Laserstrahl vorzugsweise so groß oder größer als der abgetragene Bereich, um eine angemessene Abdeckung sämtlicher Bilder oder Bildelemente zu gewährleisten. Laserausgangsstrahlen erfordern üblicherweise ein Umformen und Fokussieren mit Optiken, um sicherzustellen, daß eine optimale Strahlform und eine adäquate Energiedichte bestehen. Strahlen, die kleiner als der abzutragende Bereich sind, müssen über die Maske geführt werden und können die Maske nicht überfluten.
Zwar können Laser bei einigen Anwendungen vorteilhaft sein, sie sind jedoch nicht immer die beste Antwort auf Strukturabbildungsverfahren. Laserabbildungsverfahren erfordern üblicherweise hochentwickelte Optiken zum Bilden und Verschieben des Strahls und zum Konzentrieren der Strahlenergie. Laser, selbst Laser mit höherer Energie, beispielsweise Excimer-Laser, sind nicht immer in der Lage, gewünschte Bildflächen vollständig zu überfluten. Statt dessen sind komplexe Abtastkonfigurationen erforderlich, die die Wirtschaftlichkeit und Produktivität von fasern im vergleich mit Überflutungskonfigurationen verringern können. Laserabbildungsverfahren, insbesondere solche, die komplizierte Optiken erfordern, bringen hohe gerätekosten mit sich.
Es wurde ebenfalls festgestellt, daß ein Excimer-Laser während des Abtragens einen schmalen Bereich beschädigten Materials erzeugt. Jeder Impuls des Lasers erzeugt einen separaten Bereich beschädigten Materials. Der Bereich erstreckt sich um die Ränder der vom Laserabgetragenen Fläche. Bei Metallbeschichtungen weisen die beschädigten Bereiche oft Haarrisse aufweisendes Metall und im Vergleich zum nicht mit einer Abbildung versehenen Metall verdicktes Metall auf Bei Polymerbeschichtungen enthalten die beschädigten Bereiche eine große Menge von Oberflächenpartikeln. Ungeachtet der Beschichtung ist das beschädigte Material üblicherweise schwieriger vollständig abzutragen als das nicht beschädigte Material. Eine gewisse Menge an beschädigtem Material muß üblicherweise entfernt werden, um das geformte Bild in dem Werkstück vollständig abzutragen. Wiederholtes Verschieben des Werkstücks durch den Laserstrahl hindurch, um so das beschädigte Material abzutragen, ist zeitauf wendig und kann zu einem unvollständigen Abtragen des beschädigten Materials führen.
Laser sind ebenfalls problematisch, wenn sie in Verbindung mit Tintenmustern zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück verwendet werden. Tintenmuster, insbesondere dünnere Tintenmuster, sind oft in gewissem Maße porös und können sich durch das Tintenmuster erstreckende Lunker aufweisen. Es hat sich gezeigt, daß hochauflösende Laser, beispielsweise Excimer-Laser, dazu neigen, Feinlunker in dem Werkstück abzutragen, die den Lunkern des Tintenmusters entsprechen. Feinlunker können in Verbindung mit bestimmten Leiterstrukturen, beispielsweise einer in einer Metallbeschichtung ausgebildeten Leiterstruktur, zu offenen Stellen führen.
Andere Beiträge betreffen die Bestrahlung einer Oberflächenschicht aus semikristallinem Polymer mit einer Blitzlampe, um Bereiche der Oberflächenschicht quasi-amorph zu machen. Es wurde festgestellt, daß das Vorhandensein der quasi-amorphen Schicht zu einer Verbesserung der Verbindung des semi-kristallinen Polymers mit arideren Materialien, einschließlich Haftmaterialien, allgemein verbessert. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß das Vorhandensein der quasi-amorphen Schicht den optischen Reflexionsgrad verringert und die optische Durchlässigkeit des semi-kristallinen Polymers verbessert, die Haftung der Beschichtung an dem semi-kristallinen Polymer verstärkt und den Reibungskoeffizienten der Oberfläche des semi-kristallinen Polymers verringert.
Das Bestrahlen einer Oberflächenschicht aus semikristallinem Polymer mit einer Blitzlampe zum Erstellen einer bildweisen Verteilung von quasi-amorphem Polymer in der Oberflächenschicht wurde erörtert. Es wird ein reaktives Ionenätzverfahren verwendet, um vorzugsweise das semi-kristalline Polymer nach der Bestrahlung der Oberflächenschicht zu entfernen.
Es ist offenbart, daß Farbbeschichtungen von Metall- und Polymersubstraten unter Verwendung einer Blitzlampe entfernt werden können. Die Blitzlampe hat eine relativ lange Impulsbreite zwischen 1200 und 2400 Mikrosekunden, während der die Energiedichte zwischen 9 und 10 J/cm² und die Wellenlänge der emittierten Strahlung zwischen 170 und 5000 nm beträgt. Der Farbentfernungsvorgang unter Verwendung der Blitzlampe wird durch Überwachen der Spektralemissionen der Farbbeschichtung gesteuert.
Aus US-A-4 529 991 ist ein Verfahren zum Kopieren optischer Informationen bekannt. Dieses bekannte Verfahren umfaßt die Schritte des Anordnens einer Master-Maske mit einem darin aufgezeichneten Nachführungssignal oder anderen optischen Informationen über einem optischen Speichermaterial, das aus einem Warmaufzeichnungsmaterial besteht, welches thermisch veränderbar ist, um das Material beim Aufbringen eines Energiestrahls zu verformen, so daß ein Aufzeichnen auf dem veränderten Aufzeichnungsmaterial möglich ist, und des Bestrahlens der Masterplatte mit Blitzlicht für einen Zeitraum von 1 usek oder weniger, oder alternativ, des Abtastens mit einem Laserstrahl, der auf einen Punkt mit einem Durchmesser von wenigsten 10 um auf der Masterplatte fokussiert ist, wobei die Belichtungszeit in jedem Bereich des optischen Speichermaterials vorzugsweise 1 usek oder weniger beträgt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effektiven Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren und einem Anspruch nach den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück unter Verwendung einer Blitzlampe. Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Positionieren einer Schablone nahe dem Werkstück, und Richten der von der Blitzlampe während eines kurzen Impulses von ungefähr 100 usek oder weniger emittierten Strahlung durch die Schablone in Richtung auf das Werkstück, wobei die Strahlung in der Lage ist, Partikel von dem Werkstück zu entfernen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück unter Verwendung einer Breitbandlichtquelle, die Strahlung während eines kurzen Impulses von weniger als ungefähr 100 usek emittiert. Die vorliegende Erfindung weist ferner ein System zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück unter Verwendung einer Blitzlampe auf, die eine Strahlung während eines kurzen Impulses von weniger als ungefähr 100 usek emittiert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Zeichnungen dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche zeigen:
Fig. 1 - eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems.
Fig. 2 - eine perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems.
Fig. 3 - eine vergrößerte Draufsicht auf eine mittels der erfindungsgemäßen Blitzlampe abgebildeten Struktur.
Fig. 4 - eine vergrößerte Draufsicht auf eine mittels eines Lasers abgebildete Struktur.
Fig. 5 - eine vergrößerte Draufsicht auf einen Bereich der Struktur von Fig. 3.
Fig. 6 - eine vergrößerte Draufsicht auf einen Bereich der Struktur von Fig. 4.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück unter Verwendung einer Blitzlampe mit kurzem Impuls und ein System zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück mittels einer Blitzlampe mit kurzem Impuls.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen. System wird Breitbandstrahlung von einer Lichtquelle mit kurzem Impuls, vorzugsweise eine Blitzlampe 12, wie in Fig. 1, auf ein Werkstück 14 gerichtet, um in dem Werkstück 14 ein geformtes Bild, beispielsweise ein dreidimensionales Muster 13, zu erstellen. Ein Reflektor 15 ist über der Blitzlampe 12 angeordnet, um die Strahlung mit einer ausgewählten Energiedichte zum Werkstück 14 zu leiten. Eine Schablone 16, beispielsweise eine Maske 18 mit einer Leitform, ist nahe dem Werkstück 14 angeordnet, um Strahlung auf das Werkstück 14 in Form der Struktur 13 zu leiten.
Besonders geeignete Werkstücke 14 sind (nicht dargestellte) Substrate. Eine oder mehrere Seiten des Substrats können eine (nicht dargestellte) Beschichtung aufweisen. Weist das Substrat die Beschichtung nicht auf, so weist das Substrat einen (nicht dargestellten) Begrenzungsbereich anstelle der Beschichtung auf. Die Struktur 13 wird vorzugsweise in der Beschichtung, falls das Substrat eine Beschichtung aufweist, oder in dem Begrenzungsbereich erstellt, falls das Substrat keine Beschichtung aufweist.
Das Substrat kann aus zahlreichen organischen und anorganischen Materialien bestehen, einschließlich Silizium, Metall, Verbundmaterialien, die mit Fasern, beispielsweise aus Kohlenstoff oder Glas, imprägniert sind, oder Polymermaterialien, beispielsweise Polyester, Polycarbonat, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyamid oder Polyimid. Das Substrat kann eine flexible oder starre Struktur haben. Der Begrenzungsbereich besteht vorzugsweise aus dem selben Material wie das Substrat. Die Beschichtung besteht aus einer Oberflächenbeschichtungsschicht und kann eine oder mehrere zusätzliche Beschichtungsschichten aufweisen. Die Beschichtungsschichten können in jeder gewünschten Abfolge angeordnet sein. Die Struktur 13 kann je nach Wunsch in jeder der Beschichtungsschichten ausgebildet sein, solange die gewünschte Beschichtungsschicht für eine zur Bildung der Struktur 13 ausreichende Strahlungsmenge erreichbar ist. Vorzugsweise ist die Beschichtungsschicht, in der die Struktur 13 ausgebildet ist, weniger als ungefähr 1 um dick.
Es können in den Beschichtungsschichten organische und anorganische Materialien vorgesehen sein, um gewünschte betriebsmäßige, strukturelle, der Identifizierung dienende und ästhetische Merkmale vorzusehen. Beispielsweise kann eine oder mehrere der Beschichtungsschichten aus einem leitfähigen Metall bestehen, um erwünschte Leitfähigkeitsmerkmale zu erreichen. Beispiele für leitfähige Metalle sind Kupfer, Silber, Nickel, Chrom, Legierungen derselben, und Indium-Zinnoxid. Ferner kann eine oder mehrere der Beschichtungsschichten aus einem magnetischen Metall hergestellt sein, um erwünschte magnetische Eigenschaften zu erzielen. Für die Zwecke dieser Offenbarung handelt es sich bei dem magnetischen Metall um ein Elementarmetall oder eine metallische Verbindung mit magnetischen Eigenschaften. Das magnetische Metall kann der einzige Bestandteil einer bestimmten Beschichtungsschicht oder ein einzelner Bestandteil mehrerer Bestandteile sein, welche die bestimmte Beschichtungsschicht bilden. Beispiele für magnetische Metalle sind Eisen, Eisenoxid, Barium-Ferrit, Kobalt-Nickel, Kobalt-Phosphor, Kobalt-Phosphor, Kobalt- Chrom und Kobaltoxide.
Beispiele für potentielle Werkstücke sind Substrate, die mit magnetischen Metallen oder magnetischem Material beschichtet sind, beispielsweise Magnetdatenspeicherplatten, die manchmal als Floppy-Disks bezeichnet werden. Andere Beispiele potentieller Werkstücke sind Substrate, die mit leitfähigem Metall beschichtet sind, beispielsweise Speicherkartenschaltungen und Touch- Screen-Schaltungen. Zusätzliche Beispiele für potentielle Werkstücke sind polymer-beschichtete Substrate, beispielsweise Gegenstände, auf denen Strichcodeinformationen vorgesehen werden.
Die mit kurzem Impuls arbeitende Lichtquelle, vorzugsweise die Blitzlampe 12, strukturiert die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 selektiv durch ein bekanntes Verfahren, das als ablative Dekomposition, im folgenden Ablation genannt, bekannt ist. Die ablative Bildung der Struktur 13 ist von einer erheblichen Absorption hochdichter Energie mit geringer Impuls weite in der Beschichtung oder dem Grenzbereich abhängig. Die Absorption der hochdichten Energie mit geringer Impulsweite erzeugt eine erhebliche Wärmemenge in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich in einer sehr kurzen Zeitspanne, so daß die erzeugte Wärme in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich während der kurzen Zeitinkremente des Strukturablationsvorgangs verbleibt. Es wird angenommen, daß die hochdichte Energie mit geringer Impulsweite sich in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich nahe der Struktur 13 konzentriert, anstatt in von der Struktur 13 entfernte Bereiche des Werkstücks 14 oder in von der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich verschiedene Bereiche der Struktur 13 zu fließen.
Günstige Strukturablationsbedingungen umfassen Energiedichten von mehr als oder gleich ungefähr 0,5 J/cm², die während einer Impulsweite von weniger als ungefähr einhundert Mikrosekunden (100 usek) erzeugt werden. Energie mit geringerer Dichte (weniger als 0,5 J/cm²) und längerer Impulsweite (größer als ungefähr 100 usek) konzentriert sich nicht vollständig in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich nahe der Struktur 13, sondern erzeugt unerwünschte thermische Effekte in von der Struktur 13 entfernt gelegenen Bereichen des Werkstücks 14. Vorzugsweise hat die Breitbandstrahlung der Blitzlampe 12 eine hohe Energiedichte (größer als ungefähr 1,5 Joule/cm²), die während einer kurzen Impulsweite (weniger als ungefähr 100 usek) erreicht wurde, um eine zufriedenstellende ablative Abbildung der Struktur 13 in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 zu erreichen.
Der Bereich und die Verteilung der Strahlungswellenlängen ist ebenfalls für die Auswahl der Lichtquelle, vorzugsweise der Blitzlampe 12, bedeutsam. Diese Wellenlängeninformation wird in Kombination mit Eigenschaften des Substrats und der Beschichtung, beispielsweise Zusammensetzung und Dicke, erwogen. Die Beschichtungen und Begrenzungsbereiche verschiedener Werkstücke 14 absorbieren unterschiedliche Strahlungswellenlängen mit unterschiedlichen Raten, und zwar in Abhängigkeit von zahlreichen Variablen, beispielsweise der Zusammensetzung des Werkstücks 14, der Beschichtungszusammensetzung und der Dicke der Beschichtung sowie der Energiedichte der Strahlung. Da erwünschte Ablationseigenschaften von der schnellen Absorption von Strahlungsenergie abhängig sind, verbessert die Auswahl der Strahlungswellenlängen, die von der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 absorbiert werden üblicherweise die Strukturablation. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß bei einigen Substraten und Beschichtungen die Konzentration der Strahlung bei kürzeren Wellenlängen, die kürzer als ungefähr 800 nm sind, die Ablationsabbildung und die damit verbundene wirtschaftliche und verfahrensmäßige Effizienz der Ablationsabbildung verbessert wird.
Die Absorption der Strahlung kann durch sie Anwendung von absorptionsverbessernden Mitteln begünstigt werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung sind absorptionsverbessernde Mittel chemische Mittel, die auf die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 zum Zweck der Verbesserung der Strahlungsabsorption, vorzugsweise ausgewählter Strahlungswellenlängen, durch die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich angewendet werden. Beispiele für absorptionsverbessernde Mittel sind bestimmte Farben und Pigmente. Ein anderes Beispiel für ein absorptionsverbesserndes Mittel ist ein in der Oberfläche einer Metallbeschichtung erzeugtes Oxid. Ein solches Oxid kann die reflektierende Eigenschaft bestimmter Metalle, beispielsweise Aluminium, kompensieren.
Die Wellenlänge der die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 berührenden Strahlung kann verändert werden, um eine bessere Anpassung an die von der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich absorbierten Wellenlängen auf verschiedene Arten zu erreichen. Beispielsweise führt eine Veränderung der Energiezufuhr zur Blitzlampe 12 üblicherweise zu einer Veränderung der Wellenlängenverteilung und der Spitzenwellenlänge der Strahlung. Bei einem anderen Verfahren kann ein (nicht dargestelltes) optisches Filter zwischen der Blitzlampe 12 und dem Werkstück 14 angeordnet werden, so daß die Strahlung durch das optische Filter läuft. Das optische Filter kann so konfiguriert sein, daß unerwünschte Wellenlängenkomponenten aus der Strahlung gefiltert werden. Das Ausfiltern unerwünschter Wellenlängen konzentriert ferner die Energiedichte der Strahlung bei interessierenden Wellenlängen. Das Ausfiltern unerwünschter Wellenlängen kann die Ablation der Struktur 13 durch Verringern schädlicher Werkstückeffekte der Strahlung, beispielsweise das Erwärmen des Werkstücks, optimieren.
Das Substrat kann ferner ausgewählt oder durch absorbierende Farben oder Partikel modifiziert werden, um die Intensität der eine Beschichtung auf der Rückseite des Substrats erreichenden Strahlung zu verringern. Alternativ kann ein reflektierendes Material in dem Substrat oder als Unterschicht der Rückseitenbeschichtung verwendet werden, um die von rückseitigen Beschichtung oder dem Substrat absorbierte Strahlung zu verringern.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Blitzlampe 12 vorzugsweise eine lineare Blitzlampe. Die lineare Blitzlampe ist in der Lage, Entladungen mit hoher Energie und hoher Energiedichte bei kürzeren Wellenlängen in relativ kurzen Impulsen in der Größenordnung von 5 usek zu erzeugen. Die lineare Blitzlampe weist üblicherweise eine Quarzlampenröhre mit einer Wanddicke von ungefähr 1 mm, eine Innenbohrung mit einem Durchmesser im Bereich von ungefähr 3- 20 mm und eine Länge von bis zu einigen Zentimetern auf. Oft aus Wolfram bestehende Elektroden sind dicht in die Enden der Lampenröhre eingesiegelt. Ferner ist die Lampenröhre mit einem Edelgas, aus Effizienzgründen vorzugsweise Xenon, gefüllt.
Die lineare Blitzlampe wird durch schnelles Anlegen einer hohen Spannung, üblicherweise im Bereich von 5-40 kv, an die Elektroden unter Verwendung einer Kondensatorbank erreicht. Die Ladung ionisiert die Xenon-Atome zu einem Plasma, das die Strahlung emittiert. Die Hochspannung wird an die Kondensatorbank mit einer hohen Geschwindigkeit angelegt, wobei ein schnell schließender Entladeschalter zum Erzeugen einer verkürzten Impulsweite in der Größenordnung von 5 usek verwendet wird. Das Fließen eines Gleichstroms in der Größenordnung weniger Ampere mit niedriger Spannung, der als Simmer- Strom bekannt ist, durch die Elektroden wird vorzugsweise, sowohl während als auch zwischen den Impulsen der Blitzlampe 12 aufrechterhalten, um das Plasma warm zu halten. Das Erwärmen des Plasmas verhindert einen thermischen Schock in der Blitzlampe 12, wenn die Blitzlampe 12 Impulse abgibt.
Darüber hinaus ist die hochdichte Energie der linearen Blitzlampe über einen im Vergleich mit anderen Lichtquellen, beispielsweise Lasern, relativ großen Bereich verfügbar. Die große Bestrahlungsfläche ermöglicht es zusammen mit der Führungsform der Maske 18 der Lichtquelle 12 manchmal, in erwünschter Weise mehrere Bildelemente auf einmal zu erzeugen, ohne die Blitzlampe 12 relativ zur Maske 18 oder dem Werkstück 14 zu bewegen.
Dir große Bestrahlungsfläche von Blitzlampen, im Vergleich zu der Bestrahlungsfläche von Lasern wie Excimer-Lasern, minimiert unerwünschte Bereiche beschädigten Materials in der abgetragenen Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich. Wie bereits erwähnt, erzeugt jeder Laserimpuls einen separaten Bereich beschädigten Materials. Es wird angenommen, daß das bei einem Laser auftretende beschädigte Material von einer verringerten Energiedichte in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich nahe dem Außenrand des Laserstrahls herrührt. Es wird vermutet, daß die verringerte Energiedichte durch Strahlablenkung, Stahlzittern aufgrund von Systemvibrationen und Strahlzittern durch ungleichmäßige Laser-Plasmaerzeugung verursacht wird.
Die Blitzlampe 12 erzeugt ferner bei jedem Impuls der Blitzlampe einen Bereich beschädigten Materials in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich. Es wird vermutet, daß das mit der Blitzlampe 12 verbundene beschädigte Material auf die verringerte Energiedichte in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich nahe dem Außenrand der von der Blitzlampe 12 emittierten Strahlung zurückzuführen ist. Es wird vermutet, daß die mit der Blitzlampe 12 einhergehende verringerte Energiedichte auf die thermische Diffusion nahe dem Umfang des ablatierten Musters zurückzuführen ist. Die thermische Diffusion tritt offenbar aufgrund der Absorption der Strahlung über einen längeren Zeitraum als bei einem. Laser auf. Die langsamere Absorption tritt auf, da die Energiedichte der Blitzlampe während eines Impulses erzeugt wird, der länger als derjenige eines Lasers ist.
Zwar erzeugt die Blitzlampe beschädigtes Material, jedoch ist der Bereich des beschädigten Materials der Blitzlampe weniger problematisch als der Bereich des beschädigten Materials des Lasers. Der Bereich des von dem Laser er zeugten beschädigten Materials umfaßt einen erheblich größeren Prozentsatz der abgetragenen Fläche als der durch die Blitzlampe erzeugte Bereich beschädigten Materials. Infolgedessen erfordert das Abtragen des durch die Blitzlampe beschädigten Materials weniger korrektives Abbilden als das Abtragen des durch einen Laser beschädigten Materials. Infolgedessen verringert das beschädigte Material die Produktivität der Blitzlampe mit einer erheblich geringeren Rate als bei einem Laser der Fall ist.
Erfindungsgemäß wird die Schablone 16, beispielsweise die Markierung 18 mit der führenden Form, nahe der Beschichtung oder des Begrenzungsbereichs angeordnet. Die Führungsform der Maske 18 weist im wesentlichen ein oder mehrere (nicht dargestellte) geformte Fenster auf, die die Strahlung der Blitzlampe 12 auf die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich richten, um die Struktur 13 in dem Werkstück 14 auszubilden. Das Werkstück 14 ist auf einer Seite der Maske 18 und die Blitzlampe 12 ist auf der anderen Seite der Maske 18 angeordnet.
Die Maske 18 weist vorzugsweise eine unterliegende Trageinrichtung für die Fensterbereiche der Maske 18 auf. Gestützte Masken vermeiden zahlreiche Ausrichtungs- und Maskenverformungsprobleme. Ferner sind gestützte Masken in der Lage, isolierte Bereiche von Maskenmaterial zu enthalten, beispielsweise eine X-Y-Struktur oder den Mittelpunkt des Buchstabens "O".
Vorzugsweise besteht die Maske 18 aus einem Basismaterial mit hoher Transparenz für die Strahlung der Blitzlampe 12, beispielsweise geschmolzenem Siliziumoxid, allgemein als synthetischer Quarz bekannt. Eine hohe Transparenz des Basismaterials, das die Fensterbereiche der Maske überspannt, minimiert Verzerrungen und Brechungen der durch die Maske gehenden Strahlung und minimiert die durch Strahlungsabsorption bewirkte Erwärmung der Maske. Die Maske 18 weist ferner eine Oberflächenbeschichtung, die für die Strahlung der Blitzlampe 12 hoch-reflektierend ist. Eine hohe Reflektivität der Maske 18 minimiert das Ätzen der Maske 18 in Bereichen der Maske 18, in denen es erwünscht ist, die Strahlung abzublocken, und minimiert ferner ein unerwünschtes Erwärmen der Maske 18.
Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die Oberflächenbeschichtung der Maske 18 aus Aluminium, das auf das geschmolzene Siliziumoxid-Basismaterial auf eine Tiefe von ungefähr 600 nm unter Unterdruck aufgebracht wird. Das Aluminium ist zur Bildung der Führungsform der Maske 18 durch standardmäßige in der Halbleiterindustrie verwendete photolithographische und naß-ätzende Bearbeitungsverfahren gebildet.
Als Alternative zur Maske 18 kann die Schablone 16 eine (nicht dargestellte) Tintenausbildung sein, die auf oder in der Nähe der Beschichtung oder des Begrenzungsbereichs angeordnet wird. Die Tintenausbildung ersetzt die Maske 18. Die Tintenausbildung dient als Führung für die Strahlung der Blitzlampe 12.
Es hat sich gezeigt, daß die Tintenausbildung manchmal Lunker aufweisen kann, die das Ausbilden von kleinen Löchern in der Beschichtung oder dem Werkstück bewirken. Wenn der Laser, beispielsweise der Excimer-Laser, die Struktur in dem Werkstück durch die Lunker aufweisende Tintenausbildung abbildet; können Hochauflösungs-Feinlunker in der Beschichtung des Werkstücks ausgeformt. Wenn jedoch die Blitzlampe 12 das Muster in dem Werkstück durch die Tintenausbildung, die im wesentlichen gleich der bei dem Laser verwendeten Tintenausbildung ist, abbildet, wurde eine erhebliche Verringerung in der Feinlunkerausbildung beobachtet. Sowohl die Größe und die Zahl der Feinlunker wird im Vergleich mit dem Abtrag der Struktur durch einen Laser verringert, wenn die Blitzlampe 12 die Struktur abträgt. Das Minimieren der Größe und der Zahl der Feinlunker ist zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Öffnungen in bestimmten leitfähigen Strukturen erwünscht, beispielsweise der Struktur 13, wenn diese in einem leitfähigen Metall abgetragen wird.
Es wird angenommen, daß das Abbilden von Feinlunkern bei der Blitzlampe relativ zum Laser aufgrund vergrößerter thermischer Effekte in der Beschichtung abnimmt, die der Blitzlampe zuzuordnen sind. Insbesondere wird die Energiedichte der Blitzlampe 12 während einer längeren Zeitspanne auf die Beschichtung aufgebracht als die Energiedichte des Lasers. Infolgedessen wird davon ausgegangen, daß in der Beschichtung von der Blitzlampe erzeugte thermische Energie von Bereichen des von der durch Lunker in der Tintenausbildung laufenden Blitzlampenstrahlung abgebildeten Bereichen des Werkstücks wegdiffundiert. Es wird angenommen, daß die verringerte Konzentration der thermischen Energie in dem Werkstück, die durch Diffusion der Energie in dem Werkstück bewirkt wird, sowohl die Zahl, als auch die Größe der von der Blitzlampe in der Beschichtung geformten Feinlunker verringert. Andere mögliche Erklärungen für ein verringertes Abbilden der Feinlunker in Verbindung mit der Blitzlampe sind unter anderen eine erhöhte Strahlungsdivergenz der Blitzlampe und verringerte Richtungsgleichmäßigkeit der Blitzlampenstrahlen.
Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Pufferschicht 20 nahe der Beschichtung oder der Begrenzungsschicht des Werkstücks 14 angeordnet. Es ist bekannt, daß die Ablation der Struktur 13 in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich zu einer Hochenergiefragmentierung von Partikeln führt, und es wird angenommen, daß die Partikelfragmente in der Größenordnung von einem bis zwei Zentimeter vom Werkstück 14 weg wandern, wenn keine Pufferschicht 20 vorgesehen ist. Die Pufferschicht 20 wirkt als physikalische, undurchlässige Sperre, die das Bewegen von Partikeln von dem Werkstück 14 verhindert und somit den Kontakt zwischen den Partikeln und der Schablone 16, beispielsweise der Maske 18, verhindert.
Die Pufferschicht 20 ist nahe genug an der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 angeordnet, um, wie angenommen wird, die Bewegung von Partikeln über mehr als ein paar Millimeter vom Werkstück 14 weg zu verhindern. Wäre die Pufferschicht 20 nicht vorgesehen, ist bekannt, daß Partikel in den Fenstern die Maske 18 berühren und an dieser haften würden. Das Entfernen der Partikel von der Maske 18 oder das Austauschen der Maske 18 wäre zum Verhindern von Dispersion und Brechung der Strahlung und unerwünschter Abbildungseffekte erforderlich. Das Entfernen von Partikeln unterbricht den Ablauf und das Ersetzen der Maske 18 ist kostspielig.
Bei Verwendung mit der Tintenausbildung wirkt die Pufferschicht 20 als physikalische undurchlässige Sperre, die die Bewegung der Partikel von dem Werkstück 14 und damit den Kontakt der Partikel mit der Blitzlampe 12 verhindert. Die Tintenausbildung ist zwischen der Pufferschicht 20 und dem Werkstück 14 ausgebildet, wenn die Tintenausbildung direkt auf die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich aufgebacht ist. Anderenfalls ist die Pufferschicht 20 zwischen der Tintenausbildung und dem Werkstück 14 angeordnet. Wäre die Pufferschicht 20 nicht vorhanden, ist bekannt, daß Partikel die Blitzlampe 12 berühren und an dieser haften würden. Das Entfernen der Partikel von der Blitzlampe 12 oder das Ersetzen der Blitzlampe 12 wäre erforderlich, um eine Dispersion und Brechung der Strahlung und unerwünschte Abbildungseffekte zu vermeiden. Das Entfernen von Partikeln unterbricht den Ablauf und das Ersetzen der Blitzlampe 12 ist kostspielig.
Bei einem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat des Werkstücks 14 die Pufferschicht 20. Eine (nicht dargestellte) beschichtete Seite des Substrats weist die Beschichtung auf. Das Substrat weist ebenfalls eine (nicht dargestellte) Seite auf Die beschichteten und die nicht beschichteten. Seiten liegen einander gegenüber. Die Blitzlampe 12 ist auf der nicht beschichteten Seite des Substrats angeordnet. Die Strahlung der Blitzlampe 12 tritt in die nicht beschichtete Seite des Substrats ein und geht durch das Substrat hindurch. Die Strahlung trifft auf eine Seite der Beschichtung, die das Substrat berührt und erzeugt das Muster 13 in der Beschichtung des Werkstücks 14.
Bei bevorzugteren Ausführungsbeispielen ist die Pufferschicht 20 entweder, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Blatt aus Folie 22 oder eine (nicht dargestellte) Bahn aus Folie, das/die zum Isolieren der Beschichtung oder des Begrenzungsbereichs gegenüber der Blitzlampe 12 angeordnet ist. Sämtliche Beschreibungen der Pufferschicht 20 beziehen sich auf das Blatt aus Folie 22, die Folienbahn und das Substrat (wenn das Substrat die Pufferschicht 20 ist), wenn dies nicht anders angegeben ist. Die Pufferschicht 20 ist haltbar genug, um adäquate Handhabungseigenschaften zu haben, und sie ist fest genug, um das Durchlasen von aus dem Werkstück 14 freigesetzten Partikeln zu verhindern.
Es ist im allgemeinen erwünscht, die Pufferschicht 20 nahe der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich anzuordnen, derart, daß die Blitzlampe 12 nahe dem Werkstück 14 angeordnet werden kann. Ein enger Abstand der Blitzlampe 12 zum Werkstück 14 kann eine günstigere Abbildungsökonomie und verbesserte Strukturmerkmale liefern. Ein enger Abstand begrenzt ferner die Kontamination nicht abgebildeter Bereiche des Werkstücks 14, die außerhalb der Struktur 13 liegen.
Jedoch kann der Grad des gewünschten engen Kontakts zwischen der Pufferschicht 20 und der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich von Werkstückvariablen abhängen, wie der Rauheit der Beschichtung oder des Begrenzungsbereichs des Werkstücks 14. Beispielsweise haben einige Beschichtungen rauhere Oberflächen als andere Beschichtungen. Es wird angenommen, daß bei einem engen Kontakt der Pufferschicht 20 mit einer rauhen Oberfläche, und zwar derart, daß die Pufferschicht 20 der rauhen Oberfläche angepaßt ist, die durch die Strahlung erzeugte Struktur 13 eine etwas schlechtere Auflösung hat. Es wird angenommen, daß die schlechtere Auflösung durch Dispersions- und Brechungseffekte bewirkt wird, die entstehen, wenn die Strahlung relativ zur Pufferschicht 20 in anderen als im wesentlichen senkrechter Richtung durch die Pufferschicht 20 läuft.
Ein enger Abstand der Pufferschicht 20 und der Beschichtung ist inhärent gegeben, wenn es sich bei dem Substrat um die Pufferschicht 20 handelt. Ansonsten kann, wie in Fig. 1 dargestellt, eine enge Beabstandung der Pufferschicht 20 und der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich durch Anlegen der Pufferschicht 20 an die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 derart erhalten werden, daß die Pufferschicht 20 und das Werkstück 14 in festem Kontakt miteinander stehen. Ferner kann die Pufferschicht 20, beispielsweise das Folienblatt, unter Verwendung herkömmlicher Laminierungs- oder Extrusionsverfahren und -vorrichtungen auf die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich laminiert oder extrudiert werden.
Bei einer anderen Alternative können die Beschichtung und die Pufferschicht 20 in dynamischer Beziehung angeordnet werden, wobei ein kontinuierliches Auflagesystem verwendet wird, derart, daß die Pufferschicht 20 und die Beschichtung oder der Begrenzungsbereich jeweils mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung bewegt werden und in Kontakt miteinander stehen, jedoch nicht miteinander verbunden sind. Hier ist das Werkstück 14 eine (nicht dargestellte) Werkstückbahn und die Pufferschicht 20 ist eine (nicht dargestellte) Pufferbahn.
Die Pufferschicht 20 ist vorzugsweise derart ausgewählt, daß sie eine optimale Bilderstellung in der Beschichtung oder in dem Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 und eine effiziente Nutzung der Strahlung gewährleistet. Die an der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich erwünschte Strahlung zur Bildung der Struktur 13 hängt stark von den Absorptionseigenschaften der Beschichtung oder des Begrenzungsbereichs des Werkstücks 14 ab. Die Strahlung, die die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich tatsächlich erreicht, hängt von der Durchlässigkeit der Pufferschicht 20 für die Strahlung ab. Eine höhere Durchlässigkeit der Pufferschicht 20 verringert die Energieanforderungen der Blitzlampe 12 und verringert die absorptive Erwärmung der Pufferschicht 20. Die Durchlässigkeit der Pufferschicht 20 hängt stark von dem Material der Pufferschicht 20 und der Dicke der Pufferschicht 20 ab.
Die Pufferschicht 20 ist ausreichend durchlässig für die Strahlung der Blitzlampe 12, daß die Strahlung nach dem Durchgang durch die Pufferschicht 20 ausreichend Restenergie hat, um die Struktur 13 in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 zu bilden. Vorzugsweise ist die Pufferschicht 20 stark durchlässig für die Strahlung, so daß die Blitzlampe 12 die Struktur 13 in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich wirksam entwickelt. Vorzugsweise ist die Pufferschicht 20 ausreichend strahlungsdurchlässig, um wenigstens ungefähr fünfzig Prozent (50%) und vorzugswiese wenigstens ungefähr achtzig Prozent (80%) der Strahlung durch die Pufferschicht 20 hindurch zu lassen.
Die Pufferschicht 20 ist ferner derart gewählt, daß sie eine optimale Bilderstellung in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich gewährleistet. Die Bilderstellung hängt von geometrischen Veränderungen der Strahlung, beispielsweise Streuung und Brechung der Strahlung, aufgrund des Durchgangs der Strahlung durch die Pufferschicht 20 ab. Die geometrischen Veränderungen der Strahlung werden durch Herstellungsfehler, beispielsweise Extrusionslinien, Oberflächenunregelmäßigkeiten und Ungleichmäßigkeiten der Dicke, bewirkt. Vorzugsweise weist die Pufferschicht 20 minimale Herstellungsfehler auf und hat eine ausreichende Qualität für eine gute Bildauflösung in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich.
Die Durchlässigkeit der Pufferschicht 20 und die auf die Strahlung einwirkenden geometrischen Veränderungen, hängen vom Material der Pufferschicht 20, der Dicke der Pufferschicht 20 und den in der Pufferschicht 20 vorhandenen Herstellungsfehlern ab. Es hat sich gezeigt, daß einige organische Polymerfolien, beispielsweise bestimmte Arten von Polypropylen-Folie, unter bestimmten Bedingungen für eine optimale Bilderzeugung und eine wirksame Verwendung der Strahlung der Blitzlampe 12 besonders geeignet sind.
Die Pufferschicht 20, vorzugsweise das Folienblatt, kann aus einer handelsüblichen Polymerfolie, beispielsweise handelsüblichem Polypropylen und handelsüblichem Polyethylen, bestehen. Jedoch sind handelsübliche Polymerfolien nicht die optimale Wahl, da handelsübliche Polymerfolien üblicherweise Herstellungsfehler haben, beispielsweise Extrusionslinien, Oberflächenunregelmäßigkeiten und Ungleichmäßigkeiten der Dicke. Diese Defekte bringen üblicherweise Unregelmäßigkeiten in die Strahlung ein, wenn die Strahlung das Folienblatt durchdringt. Darüber hinaus neigen handelsübliche Polymerfolien mit diesen Defekten dazu, Energie der Strahlung zu absorbieren. Dies bewirkt eine Erwärmung der Folie und kann zu einer Verringerung der Haltbarkeit und der Nutzdauer der Polymerfolie führen.
Werden dennoch handelsübliche Polymere gewählt, hat sich gezeigt, daß handelsübliches Polyethylen gegenüber handelsüblichem Polypropylen erheblich weniger durchlässig für einige der betreffenden Wellenlängenbänder ist. Entsprechend ist die der Blitzlampe 12 zum Erzeugen einer identischen Struktur in einem identischen Werkstück 14 zugeführte erforderliche Energie für eine bestimmte Blitzlampe 12, die Strahlung durch eine handelübliche Polyethylenfolie emittiert im Vergleich zu einer ähnlichen Blitzlampe 12, die Strahlung durch eine handelsübliche Polypropylenfolie sendet, erhöht.
Vorzugsweise besteht die Pufferschicht 20 aus kondensatorfähigem biaxial ausgerichtetem Polypropylen (BOPP). Es hat sich herausgestellt, daß kondensatorfähiges Polypropylen eine hohe Durchlässigkeit für die Strahlung der Blitzlampe 12 hat. Ferner weist das kondensatorfähige Polypropylen eine glatte Oberfläche, gleichmäßige Dicke und minimale Oberflächenfehler, beispielsweise Gußmarken, auf. Diese Eigenschaften minimieren Veränderungen der Strahlungsgeometrie beim Durchgang der Strahlung durch das Folienblatt, wodurch die Strukturauflösung gewahrt bleibt und die lebendauer der Folie verlängert wird.
Nach dem Erzeugen der Struktur 13 in der Beschichtung oder dem Begrenzungsbereich wird die Pufferschicht 20 vom Werkstück 14 entfernt. Erhebliche Mengen an Partikeln werden üblicherweise mit der Filmbahn entfernt, wenn die Pufferschicht 20 aus biaxial ausgerichteter Polypropylenfolie besteht. Die Beschichtung oder der Begrenzungsbereich wird sodann unter Verwendung eines herkömmlichen Kohlendioxidschneeblasvorgangs von verbleibenden Partikeln gereinigt. Bei dem Schneeblasvorgang wird Kohlendioxid mit ungefähr 850 PSI (59,76 kg/cm²) mit Umgebungsluft gemischt, um kristallisierte Schneekörner zu erzeugen. Die kristallisierten Schneekörner werden auf die Beschichtung oder den Begrenzungsbereich des Werkstücks 14 unter Verwendung einer handelsüblichen Strahlpistole nach "Sandstrahl"-Manier gerichtet. Zwar können zahlreiche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ausgeführt werden, wird die Erfindung durch die folgenden illustrativen, jedoch nicht einschränkenden Beispiele erläutert.

BEISPIELE

Beispiele 1-2 (Blitzlampenablation eines metallbeschichteten Substrats)

Das Werkstück 14 jedes Beispiels, gemäß Fig. 1, war eine im Vakuum metallisierte Polymerfolie, die durch Aufdampfen einer 75 nm dicken Beschichtung aus Kupfer auf ein Polyethylen-Terephthalat-Substrat (PET) unter Verwendung eines standardmäßigen E-Strahl-Aufdampfungsverfahrens in einer Unterdruckkammer gebildet wurde. Die Pufferschicht 20 bestand au einer s kondensatorfähigen biaxial ausgerichteten Polypropylenfolie, die von Bollmet Inc., Dayville, Connecticut erhältlich ist. Die Pufferschicht 20 hatte eine Dicke von 0,001 Inch (25 um).
Die Blitzlampe 12 war eine unter der Teilenummer ILCT-18 von ILC Technology, Inc., Sunnyvale, California erhältliche lineare Blitzlampe. Die Blitzlampe 12 wies eine transparente Röhre aus geschmolzenem Siliziumoxid mit einer Wanddicke von 1,0 mm und einem Lumen von 6,0 mm im Durchmesser auf. Das Lumen enthielt druckbeaufschlagtes Xenon mit einem Manometerdruck von 400 mm Hg (0ºC). Die Blitzlampe 12 hatte eine Impulsweite von 6 usek (FWH M) mit einer Eingangsenergie von 100 Joules. Eine Ladespannung von ungefähr 10 kv wurde an einen Kondensator mit einer Kapazitanz von ungefähr 2 uf angelegt, um die Blitzlampe 12 zu pulsen. Ein Simmerstrom von ungefähr 1,7 Ampere wurde an die Elektroden der Blitzlampe 12 angelegt, um das Plasma warm zu halten und thermische Schocks von der Blitzlampe 12 fernzuhalten. Die Strahlung der Blitzlampe 12 wurde von dem elliptisch geformten Reflektor 15 in Richtung auf einen Bereich des Werkstücks 14 mit einer Fläche von ungefähr 44,5 cm² gerichtet. Die Reflektoröffnung war 5,0 cm breit und der Blitzlampenbogen war 8,9 cm lang.

Beispiel 1

Die Tintenausbildung wurde auf die Kupferbeschichtung des Werkstücks 14 mittels eines herkömmlichen Verfahrens vor dem Belichten mit der Blitzlampe 12 aufgedruckt. Die Struktur 13 bestand aus einer Reihe von ungefähr 30 parallelen Reihen von Linien. Jede Reihe von Linien wies Linien auf, die in der Breite zwischen 0,002 Inch (50 um) und 0,010 Inch (250 um) betrugen. Die Pufferschicht 20 wurde über die Tintenausbildung in engem Kontakt mit der Tintenausbildung und der Kupferbeschichtung angeordnet. Eine Fläche von ungefähr 14 cm² der das Ziel bildenden Fläche von 44,5 cm² wurde abgetragen, als die Blitzlampe gepulst wurde. Diese 14,2 cm² große Fläche bot eine gute Auflösung für Linien bis zu 0,004 Inch (100 um) Breite, bei einem Linienabstand von 0,002 Inch (50 um), Ferner verhinderte die Pufferschicht 20 eine Verunreinigung der Blitzlampe 12 und des Reflektors 15 durch Ablationspartikel.

Beispiel 2

Die Pufferschicht 20 wurde über dem Werkstück 14 in enger Anlage an der Kupferbeschichtung angeordnet. Die Maske 18 mit der Führungsform wurde in enger Anlage an der Pufferschicht 20 angebracht. Das Basismaterial der Maske 18 bestand aus geschmolzenem Siliziumoxid und das Oberflächenbeschichtungsmaterial war Aluminium. Das Aluminium wurde auf das Basismaterial aus geschmolzenem Siliziumoxid mit einer Tiefe von ungefähr 600 nm unter Vakuum aufgebracht. Das Aluminium wurde zur Bildung der Führungsform in der Maske 18 unter Verwendung standardmäßiger in der Halbleiterindustrie verwendeter photolithographischer und nasser Ätzbearbeitungsverfahren geformt.
Die Struktur 13 bestand aus einer Reihe von ungefähr 30 parallelen Reihen von Linien. Jede Reihe von Linien wies Linien auf, die in der Breite zwischen 0,002 Inch (50 um) und 0,010 Inch (250 um) betrugen. Eine Fläche von ungefähr 14 cm² der das Ziel bildenden Fläche von 44,5 cm² wurde abgetragen. Diese 14,2 cm² große Fläche bot eine gute Auflösung für Linien bis zu 0,006 Inch (150 um) Breite, bei einem Linienabstand von 0,003 Inch (75 um), Ferner verhinderte die Pufferschicht 20 den Kontakt und eine Verunreinigung der Maske 18, der Blitzlampe 12 und des Reflektors 15 durch Ablationspartikel.

Beispiel 3

Das Werkstück 14 in diesem Beispiel entsprach im wesentlichen dem Werkstück der Beispiele 1 und 2. Die Schablone 16 war die Tintenausbildung, die aus einer herkömmlichen organischen Tinte gebildet und mittels eines Standardverfahrens auf die Kupferbeschichtung des Werkstücks 14 gedruckt wurde. Das Führungsmuster der Tintenausbildung wies Linien mit einer Breite von 0,004 Inch (100 um) und einem Mittenabstand von 0,008 Inch (200 um) auf. Die Pufferschicht 20 bestand aus kondensatorfähiger biaxial ausgerichteter Polypropylenfolie, erhältlich von Bollmet Inc., Dayville, Connecticut. Die Pufferschicht 20 hatte eine Dicke von 0,001 Inch (25 um).
Bei der Blitzlampe 12 handelte es sich um eine lineare Blitzlampe mit der Modellnummer L786E der ILC Technology, Inc., Sunnyvale, California. Die Blitzlampe 12 wies eine transparente Röhre aus geschmolzenem Siliziumoxid mit einer Wanddicke von 1,0 mm und einem Lumen mit einem Durchmesser von 8,0 mm auf. Das Lumen enthielt druckbeaufschlagtes Xenon mit einem Manometerdruck von 400 mm Hg (0ºC). Die Blitzlampe 12 hatte eine Impulsweite von 4 usek (FWHM) bei einer Eingangsenergie von 200 Joules und trug etwa 60 Quadratzentimeter pro Impuls ab.
Eine Ladespannung von ungefähr 21,8 kv wurde an einen Kondensator mit ungefähr 0,84 uF Kapazitanz zum Pulsen der Blitzlampe 12 angelegt. Ein Simmerstrom von ungefähr 1,9 Ampere wurde an die Elektroden der Blitzlampe 12 angelegt. Die Strahlung der Blitzlampe 12 wurde von dem becherförmigen Reflektor 15 auf einen Bereich des Werkstücks 14 geleitet. Die Reflektoröffnung war 5,0 cm breit und der Blitzlampenbogen war 20,3 cm lang. Die Blitzlampe 12 erzeugte eine Energiedichte von 1,5 J/cm² am Werkstück 14.
(In den Fig. 3 und 5 stellen helle Bereiche Bereiche dar, in denen die Beschichtung abgetragen wurde, während dunkle Bereiche Bereiche darstellen, in denen die Beschichtung nicht abgetragen wurde.) (Ferner ist Fig. 3 eine ungefähr 12,5-fache Vergrößerung und Fig. 5 ist ungefähr um das 200-fache vergrößert).
Die Blitzlampe 12 erzeugte eine Struktur von Linien 23 in dem Werkstück 14, wie in der Fig. 3 dargestellt. Die Blitzlampe 12 trug die Linienstruktur 23 im Vergleich mit dem Laser des Vergleichsbeispiels 1 mit einer annehmbaren verringerten Auflösung ab. Es wird angenommen, daß eine geringere Energiedichte pro Zeiteinheit der Blitzlampe 12 für die verringerte Auflösung verantwortlich ist.
Jeder Impuls der Blitzlampe 12 erzeugte ferner einen (nicht dargestellten) Bereich beschädigten Materials in der Beschichtung. Der durch jeden Impuls des Lasers des Vergleichsbeispiels 1 erzeugte Bereich beschädigten Materials, als Prozentanteil der abgetragenen Beschichtung, war einige Maie größer als der durch jeden Impuls der Blitzlampe 12 erzeugte Bereich.

Vergleichsbeispiel 1

Das Werkstück 14, die Schablone 16 und die Pufferschicht 20 dieses Beispiels waren im wesentlichen gleich dem Werkstück 14, der Schablone 16 und der Pufferschicht 20 des Beispiels 3. Ein (nicht dargestellter) Laser wurde für die Blitzlampe 12 und den Reflektor 15 eingesetzt.
Der Laser war ein Excimer-Laser mit der Modellbezeichnung LPX 315 mit 150 Watt, erhältlich von Lambda Physik, Acton, Massachussetts. Der LPX 315 Laser war in der Lage, eine selektive Ausgangsstrahlenergie im Bereich von 400 bis 800 mJ bei einer Impulsrate bis zu 150 Hz zu liefern. Der Laser hatte eine Impulsweite von 0,02 Mikrosekunden (FWHM) und trug zwischen 2 und 3 cm² pro Impuls ab. Der Excimer-Laser wurde für Fluor optimiert und erzeugte Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von 248 nm. Eine zylindrische Sammellinse mit einer Brennweite von 42 Inch (106,68 cm) und eine zylindrische Zerstreuungslinse mit einer Brennweite von 6 Inch (15, 24 cm) wurden zum Fokussieren und Formen des Laserstrahls angeordnet. Die Entfernungen zwischen der Sammellinse und dem Laser und zwischen der Sammellinse und der Zerstreuungslinse waren derart eingestellt, daß sie die zum Abtragen der Kupferbeschichtung erforderliche Strahlbreite, Höhe und Energiedichte lieferten.
Das Werkstück 14 wurde auf einer in X- und Y-Richtung verschiebbaren Auflage angebracht, die durch den Laserstrahl geschoben wurde, um die Führungsform der Tintenausbildung zur Bildung des Musters in der Kupferbeschichtung abzutasten. Die X-Y-Verschiebungsauflage wurde in Y-Richtung mit einer linearen Rate von 100 Inch/Min. (254 cm/Min.) verschoben. Der Laser erzeugte eine Energiedichte von 125 mJ/cm² am Werkstück 14. Die Energiedichte wurde mit einem Loch-Joulemeter Modell ED-500, erhältlich von Gentech, Ste.-Fog, Quebec, Kanada, gemessen. Das Meßgerät wurde in dem gleichen Abstand vom Laser angeordnet, der zwischen dem Laser und dem Werkstück 14 bestand.
(In den Fig. 4 und 6 stellen helle Bereiche Bereiche dar, in denen die Beschichtung abgetragen wurde, während dunkle Bereiche Bereiche darstellen, in denen die Beschichtung nicht abgetragen wurde.) (Ferner ist Fig. 4 eine ungefähr 12,5-fache Vergrößerung und Fig. 5 ist ungefähr um das 200-fache vergrößert).
Der Laser erzeugte ein Muster von Linien 25 in dem Werkstück 14, wie in Fig. 4 dargestellt. Der Laser trug das Linienmuster 25 mit guter Auflösung ab und trug ferner Feinlunker 26 ab, wo die Tintenausbildung das Werkstück 14 bedeckte. Die Feinlunker 26 sind verglichen mit den von der Blitzlampe 12 im Beispiel 3 abgetragenen Feinlunkern 24 erheblich größer und zahlreicher. Die Feinlunker 26 in der Metallbeschichtung, die deutlicher in Fig. 6 zu erkennen sind, erzeugen wahrscheinlicher eine offene Stelle in einem Schaltungspfad als die von der Blitzlampe 12 gebildeten Feinlunker 24, da die Feinlunker 26 gegenüber den Feinlunkern 24 größer und zahlreicher sind.
Während jedes Impulses erzeugte der Laser den (nicht dargestellten) schmalen Bereich beschädigten Materials in der Beschichtung nahe der abgetragenen Beschichtung. Die pro Impuls des Lasers erzeugte Fläche des beschädigten Materials, als Prozentsatz der abgetragenen Beschichtung, war einige Male größer als die durch jeden Impuls der Blitzlampe 12 im Beispiel 3 erzeugte Fläche.

Claims

1. Verfahren zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück unter Verwendung einer Blitzlampe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Positionieren einer Schablone nahe dem Werkstück, und

Richten der von der Blitzlampe während eines kurzen Impulses von ungefähr 100 usek oder weniger emittierten Strahlung durch die Schablone in Richtung auf das Werkstück, wobei die Strahlung in der Lage ist, Partikel von dem Werkstück zu entfernen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Strahlung weniger als ungefähr 800 nm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Strahlung zwischen ungefähr 200 nm und 800 nm beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Anordnen eines optischen Filters zwischen der Blitzlampe und dem Werkstück, derart, daß die Strahlung durch das optische Filter läuft, wobei ausgewählte Wellenlängen der Strahlung nicht durch das Filter laufen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blitzlampe eine lineare Blitzlampe mit einem Xenon enthaltenden rohrförmigen Lampenkörper ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Anordnen einer Schicht nahe der Schablone, um das Verteilen vom Werkstück kommender Partikel zu verhindern, wobei die Schicht derart angeordnet ist, daß die Strahlung der Blitzlampe durch die Schicht läuft, bevor sie das Muster in dem Werkstück bildet, und wobei die Schicht eine ausreichende Strahlungsdurchlässigkeit bietet, derart, daß die Blitzlampe das zu formende Bild erzeugen kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück ein Substrat mit einer Beschichtung aus magnetischem oder leitendem Metall aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein homogenes Polymer aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyester, Polycarbonat, Polyethylen, Polyethylenterephthalat, Polyamid und Polyimid besteht.

9. Vorrichtung zum Erstellen eines geformten Bildes in einem Werkstück, mit:

- einer nahe dem Werkstück angeordneten Schablone, und

- einer nahe der Schablone angeordneten linearen Blitzlampe, wobei die Blitzlampe während eines kurzen Impulses von ungefähr 100 usek oder weniger Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als ungefähr 800 nm emittiert und die Strahlung durch die Schablone in Richtung auf das Werkstück gerichtet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Merkmale der Ansprüche 3 bis 8.