一種聚合物隔膜上的金屬膜的單脈沖激光燒蝕的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種包括空間選擇性地用一種激光系統(tǒng)的輸出光束以一種預(yù)定的圖案照射在一種聚合物基板與該聚合物基板上的一種金屬膜之間的界面的方法。該聚合物基板對(duì)該激光系統(tǒng)的輸出光束是實(shí)質(zhì)上透明的；該金屬膜吸收大部分的輸出光束。激光系統(tǒng)輸出包括一個(gè)脈沖序列。選擇該激光系統(tǒng)的在該聚合物/金屬界面處的光束大小、脈沖能量、波長(zhǎng)和脈沖持續(xù)時(shí)間，從而使得來(lái)自該激光系統(tǒng)的、照射該聚合物/金屬界面的一個(gè)區(qū)域的每個(gè)脈沖把被照射的區(qū)域的至少一部分通過(guò)燒蝕實(shí)質(zhì)上完全地去除，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上更改該聚合物基板的表面或本體以及不會(huì)在該聚合物基板或金屬膜的剩下的區(qū)域上留下在通過(guò)激光照射熔融之后再固化的實(shí)質(zhì)性的金屬殘余物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種聚合物隔膜上的金屬膜的單脈沖激光燒蝕
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求Vladimir G.Kozlov于2011年4月25日提交的名稱(chēng)為“一種聚合物隔膜上的金屬膜的單脈沖激光燒蝕”的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?3/093，683的優(yōu)先權(quán)，此處通過(guò)引用將所述非臨時(shí)申請(qǐng)并入本文，如同將其完全在此提出。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的領(lǐng)域涉及使用激光的空間選擇性的材料加工。尤其，展示和描述了如下的裝置和方法，其中使用一種激光系統(tǒng)從一種聚合物基板空間選擇性地去除一種金屬涂層而不損壞該聚合物基板，并且不在該基板上留下熔融再固化的金屬殘余物。
【背景技術(shù)】
[0004]使用激光已開(kāi)發(fā)了多種空間選擇性的材料加工技術(shù)，這些技術(shù)被應(yīng)用至金屬、應(yīng)用至聚合物或應(yīng)用至其他材料。選擇的實(shí)例包括:
[0005]于03/13/1973授予Maydan等人的名稱(chēng)為“記錄和顯示方法與裝置”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 3，720，784 ；
[0006]于12/28/1976授予Willens的名稱(chēng)為“用于激光書(shū)寫(xiě)的金屬膜記錄介質(zhì)”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 4，000,492 ；
[0007]于06/21/1988授予Mayer的名稱(chēng)為“脈沖式激光器微制造”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4，752，455 ；
[0008]于03/03/1992授予Andreshak等人的名稱(chēng)為“激光燒蝕鑲嵌法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，093，279 ；
[0009]于04/14/1992授予Wojnarowski等人的名稱(chēng)為“在熱無(wú)效表面使用一種激光直接使金屬圖案化”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，104，480 ；
[0010]于10/29/1996授予Sun等人的名稱(chēng)為“用于選擇性修整膜的激光系統(tǒng)和方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)5，569，398 ；
[0011]于03/14/2000授予Kelly等的名稱(chēng)為“用于從一種基板上釋放一種薄膜結(jié)構(gòu)的方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，036，809 ；
[0012]于02/06/2001授予Kelly等的名稱(chēng)為“用于將一種薄膜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至一種基板的方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，183，588 ；
[0013]于03/11/2003授予Heerman等人的名稱(chēng)為“用于有機(jī)材料的激光機(jī)加工方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，531,679 ；
[0014]于12/21/2004授予Buzerak等人的名稱(chēng)為“使用激光用于修整一種防護(hù)膜的方法和裝置”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，833，222 ；
[0015]于09/27/2005授予Yamada等人的名稱(chēng)為“用于通過(guò)激光加工一種三維結(jié)構(gòu)的方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，949，215 ；
[0016]于09/12/2006授予Lee等人的名稱(chēng)為“柔性線柵型偏振器和其制造方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 7, 106，507 ；
[0017]于02/13/2007授予Dimmler的名稱(chēng)為“用于制造高性能有機(jī)設(shè)備的激光燒蝕方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，176,053 ；
[0018]于05/22/2007授予Suganuma的名稱(chēng)為“線柵型偏振器和其生產(chǎn)方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 7，220，371 ；
[0019]于02/19/2008授予Addington等人的名稱(chēng)為“用于使一種有機(jī)發(fā)光二極管設(shè)備形成圖案的方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，332，263 ；
[0020]于04/06/2010授予Sato等人的名稱(chēng)為“線柵型偏振器和其制造方法”的美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 7，692，860 ；
[0021]E.Hunger, H.Pietsch, S.Petzoldi^PE.Matthias ;“在 248nm下聚合物和金屬膜的多脈沖燒蝕”;應(yīng)用表面科學(xué)(Applied Surface Science), Vol.54, pp.227-231 (1992)； [0022]Matthias Bolle和Sylvain Lazare ;“在Si或金屬基板上用準(zhǔn)分子激光或汞燈的低強(qiáng)度UV光束燒蝕薄聚合物膜:橢圓偏振率測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)”；應(yīng)用表面科學(xué)，Vol.54，pp.471-476，(1992)；
[0023]J.Kruger和W.Kautek 金屬和半導(dǎo)體薄膜的飛秒脈沖激光加工”;激光誘導(dǎo)薄膜加31 (Laser—Induced Thin Film Processing), J.J.Dubowski, ed ；Proc.SPIE Vol.2403,p.436 (1995)；
[0024]P.Simon和J.1hlemann ;“通過(guò)超短UV-激光脈沖機(jī)加工金屬和半導(dǎo)體的亞微米結(jié)構(gòu)”；應(yīng)用物理 A (Physics A), Vol.63, p.505 (1996)；
[0025]S.Nolte, C.Momma, H.Jacobs, A.Tiinnermann, B.N.Chichkov, B.Wellegehausen 和
H.Welling ;“通過(guò)超短激光脈沖燒蝕金屬”;美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B( Journal of the OpticalSociety of America B), Vol.14, N0.10，pp.2716-2722 (0CT1997)；
[0026]Itsunari Yamada, Kenji Kintaka, Junji Nishii, Satoshi Akioka, YutakaYamagishiJP Mitsunori Saito 使用娃化物的中紅外線柵型偏振器”;光學(xué)快報(bào)(OpticsLetters), Vol.33，N0.3，pp.258-260 (10SEP2008)；
[0027]Itsunari Yamada, Junji Nishii 和 Mitsunori Saito ;“娃化鶴線柵型偏振器在紅外區(qū)的建模、制造和表征”;應(yīng)用光學(xué)，Vol.47，N0.26，pp.4735-4738 (2008)；
[0028]Andrew C.Strikwerda,Kebin Fan,Hu Tao,Daniel V.Pilon,Xin Zhang和 RichardD.Averitt ;“雙折射電動(dòng)開(kāi)口環(huán)諧振器和四分之一波片的曲折線結(jié)構(gòu)在太赫茲頻率的比較”；光學(xué)快訊(Optics Express), Vol.17, N0.1, pp.136-149 (5JAN2009);和
[0029]Yong Ma, A.Khalid, Timothy D.Drysdale 和 David R.S.Cumming ;“在低吸收聚合物基板上直接制造太赫茲光學(xué)設(shè)備”；光學(xué)快報(bào)，Vol.34，N0.10, pp.1555-1557 (1552009)。
[0030]Maydan (美國(guó)3，720, 784)公開(kāi)了使用一種可見(jiàn)激光的脈沖式輸出在一種透明的聚酯膜上的薄秘膜中形成不同大小的孔。每個(gè)孔通過(guò)單脈沖(3-20nJ、20-30ns、5-10 μ m光束大小)形成，在大約與脈沖能量成正比的區(qū)域上加熱該鉍膜至高于其熔點(diǎn)(272°C )，并且表面張力將熔化的金屬拉伸至新形成的孔的外圍。該熔化的材料再固化，在孔的周?chē)粝孪菘影愕倪吘?。通過(guò)熔融的區(qū)域，因此通過(guò)相應(yīng)的激光脈沖所傳遞的能量來(lái)確定每個(gè)孔的尺寸。
[0031]Dimmler (美國(guó) 7，176，053)和 Addington (美國(guó) 7，332，263)都公開(kāi)了使用 UV 激光加工有機(jī)晶體管或LED，其中所有的結(jié)構(gòu)層(例如，金屬層、有機(jī)層和氧化物層)吸收該激光輻射并且被熔化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0032]一種包括空間選擇性地用一種激光系統(tǒng)的輸出光束以一種預(yù)定的圖案來(lái)照射在聚合物基板與在該聚合物基板上的一種金屬涂層之間的界面的方法。該聚合物基板對(duì)該激光系統(tǒng)的輸出光束是實(shí)質(zhì)上透明的。該激光系統(tǒng)的輸出包括激光脈沖序列。選擇該激光系統(tǒng)的在該聚合物/金屬界面處的光束大小、脈沖能量和脈沖持續(xù)時(shí)間，從而使得來(lái)自該激光系統(tǒng)的、照射該聚合物/金屬界面的一個(gè)區(qū)域的每個(gè)脈沖把被照射的區(qū)域的至少一部分通過(guò)燒蝕實(shí)質(zhì)上完全地去除，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上更改該聚合物基板的表面或本體以及不會(huì)在該聚合物基板或金屬膜的剩下的區(qū)域上留下在通過(guò)激光照射熔融之后再固化的實(shí)質(zhì)性的金屬殘余物。
[0033]可穿過(guò)該聚合物基板照射該聚合物/金屬界面。該聚合物基板可包括一個(gè)例如厚度小于約100 μ m，或厚度小于約ΙΟμ--或厚度小于約5μπι的聚合物隔膜。比如這樣一種聚合物隔膜可僅在其外圍的、非照射的部分被機(jī)械地支持。
[0034]例如，該金屬涂層厚度可介于約Inm和約IOOnm之間，或厚度介于約5nm和約50nm之間，并且可包括一種熔點(diǎn)實(shí)質(zhì)上大于該聚合物基板的熔點(diǎn)的金屬或合金(例如鉻、金、銀、銅、鎳、或其他)。
[0035]該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，波長(zhǎng)介于約500nm和約5 μ m之間(例如，532nm或1064nm),脈沖持續(xù)時(shí)間小于約IOOps (例如，介于約IOps和約40ps之間),脈沖能量介于約0.1 μ J和約5μ J之間(例如,介于約0.1 μ J和約2μ J之間)，以及光束大小介于約I μ m和約100 μ m之間(例如，介于約10 μ m和約40 μ m之間)。
[0036]該預(yù)定的圖案的一個(gè)實(shí)例包括一系列基本上平行的、基本上間距相等的線，從而照射后留在該聚合物隔膜上的該金屬層部分包括在該聚合物隔膜上一系列基本上平行的、基本上間距相等的金屬絲。這些金屬絲可具有例如，介于約5 μ m和約50 μ m之間，或介于約10 μ m和約30 μ m之間的間距。這些金屬絲在該聚合物隔膜上可起線柵型偏振器的作用，用于具有例如，介于約ITHz和約50THz之間，或介于約ITHz和約IOTHz之間的頻率的輻射。
[0037]在參考附圖中圖解和在以下的書(shū)面說(shuō)明或所附的權(quán)利要求中所公開(kāi)的示例性實(shí)施例的基礎(chǔ)上，涉及空間選擇性地從一種聚合物基板去除一種金屬涂層的目的和優(yōu)點(diǎn)可變得清楚。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是一個(gè)用于空間選擇性地照射一種聚合物隔膜上的金屬膜的激光源和光束轉(zhuǎn)向機(jī)制的示意圖。
[0039]圖2A、2B、和2C示意性地圖解聚合物/金屬界面的照射和金屬?gòu)脑摼酆衔锏臒g去除。
[0040]圖3是一個(gè)聚合物膜的顯微照片，通過(guò)激光照射將一種金屬膜從該聚合物膜的平行線上去除。
[0041]附圖中示出的實(shí)施方案是示例性的，并且不應(yīng)被視為限制本披露或所附權(quán)利要求 的范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0042]一種包括空間選擇性地用一種激光系統(tǒng)10的一種輸出光束30以一種預(yù)定的圖案照射介于一種聚合物基板40和在該聚合物基板40上的一種金屬膜或涂層50之間的界面的方法(圖1)，以便從所照射的那些區(qū)域去除該金屬膜。該聚合物基板40對(duì)該激光系統(tǒng)的10的輸出光束30是實(shí)質(zhì)上透明的，從而該金屬膜50吸收至少大部分的入射輸出光束30。該激光系統(tǒng)的輸出包括激光脈沖序列。選擇該激光系統(tǒng)的在該聚合物/金屬界面處的光束大小、脈沖能量和脈沖持續(xù)時(shí)間，從而使得來(lái)自該激光系統(tǒng)的、照射該聚合物/金屬界面的一個(gè)區(qū)域的每個(gè)脈沖把被照射的區(qū)域的至少一部分通過(guò)燒蝕實(shí)質(zhì)上完全地去除，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上更改該聚合物基板的表面或本體以及不會(huì)在該聚合物基板或金屬膜的剩下的區(qū)域上留下在通過(guò)激光照射熔融之后再固化的實(shí)質(zhì)性的金屬殘余物。
[0043]典型地在實(shí)例中，該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，波長(zhǎng)介于約500nm和約5μηι之間，脈沖持續(xù)時(shí)間小于約IOOps (通常定義為時(shí)間上的強(qiáng)度分布的半極大處的全寬度，即FWHM)，脈沖能量介于約0.1 μ J和約5 μ J之間，以及光束大小(在所照射的聚合物/金屬界面處)介于約I μ m和約50 μ m之間(通常定義為介于空間強(qiáng)度分布的Ι/e2點(diǎn)之間的間距，即FWl/e2)。盡管可使用任何可用的、適合的、期望的、或需要的重復(fù)速率，但是該脈沖重復(fù)速率通常介于約IOOkHz和約IMHz之間。這樣的參數(shù)通過(guò)許多種商業(yè)可用的激光源是容易滿足的?？墒褂靡环N在近紅外下工作的、二極管泵送的、鎖模的光纖激光器，以生產(chǎn)例如波長(zhǎng)介于約IOOOnm和約IlOOnm之間的激光輸出。在其他倍頻的實(shí)例中，并且如果需要或期望，可進(jìn)一步使用光纖放大器以生產(chǎn)波長(zhǎng)介于約500nm和約550nm之間的激光輸出。一個(gè)特定的實(shí)例包括基本波長(zhǎng)1064nm或二次諧波波長(zhǎng)532nm，脈沖持續(xù)時(shí)間約30ps，脈沖能量介于約0.1 μ J和約2 μ J之間，脈沖重復(fù)速率約200kHz，以及光束大小(在該金屬/聚合物界面處)介于約10 μ m和約40 μ m之間。給定的所有激光參數(shù)是示例性的；本公開(kāi)或所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)可使用展現(xiàn)其他性能參數(shù)的激光系統(tǒng)。
[0044]可使用此處公開(kāi)的方法來(lái)在空間上形成圖案的金屬/聚合物系統(tǒng)的一個(gè)常見(jiàn)實(shí)例包括在一種聚酯隔膜基板上的鎳涂層。例如，厚度小于約100 μ m(例如，厚度小于約10 μ m
或約5μπι)的Mylar⑩膜(g卩，雙軸定向地聚對(duì)苯二甲酸乙二酯或BoPET)可用一種厚度介
于之間約I和約IOOnm (例如，厚度介于之間約5nm和約50nm)的鎳膜涂覆。通常通過(guò)測(cè)量
該金屬膜的光學(xué)透射率估算該金屬薄膜的厚度。
[0045]可使用任何適合的聚合物基板或隔膜；該聚合物隔膜或基板應(yīng)該對(duì)用于加工該金屬膜的該激光系統(tǒng)的輸出光束的波長(zhǎng)是實(shí)質(zhì)上透明的。適合的聚合物基板或隔膜的例子可
包括Mylar?或其他聚酯、硝化纖維素、醋酸纖維素或其他纖維素酯、聚乙烯、各種氟聚合
物等；其他的例子包括適于制作膜片的任何聚合物?？墒褂萌魏芜m合的金屬膜或合金膜或涂層；該金屬膜或合金膜或涂層應(yīng)該從該激光系統(tǒng)吸收相當(dāng)一部分的入射脈沖。例子可包括銀、金、鶴、銅、鉻、鑰、鎳、鈦等。
[0046]在一個(gè)優(yōu)選的安排中，來(lái)自該激光系統(tǒng)的脈沖通過(guò)該聚合物基板或隔膜40傳播并且聚焦以實(shí)現(xiàn)在聚合物/金屬界面處的期望的光束大小(圖2A-2C)。該聚合物/金屬界面可以但并不需要放置在光束30的焦點(diǎn)(即，在光束的最小尺寸)處。如果期望或如果該聚合物/金屬界面的該聚合物側(cè)被阻礙，該聚合物/金屬界面可改為從另外一側(cè)照射(即，從支承金屬膜50的一側(cè))。該聚合物在激光波長(zhǎng)下的透明度確保激光脈沖實(shí)質(zhì)上不改變(例如熔化、損壞、或其他的改變)該聚合物材料表面或本體。每個(gè)激光脈沖的高峰值能量密度(例如，30ps的I μ J在10 μ m照射點(diǎn)獲得約lOGW/cm2的峰值能量密度)使得能夠從由脈沖照射的聚合物隔膜40的至少中央部分的區(qū)域大體上通過(guò)燒蝕完全地去除該金屬膜50 (圖2B);在典型地使用的光束大小和脈沖能量下，一個(gè)單脈沖典型地大體上完全地去除除了照射區(qū)域的邊緣外的全部金屬。還不清楚燒蝕過(guò)程中是否涉及熔化；清楚的是通過(guò)激光照射熔融之后，該聚合物隔膜40上或金屬膜剩下的區(qū)域50上沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的再固化的金屬殘余物(圖2C)。這是與Maydan (美國(guó)3，720，784)的燒蝕法的顯著區(qū)別，該燒蝕法公開(kāi)了在一種金屬膜中形成了由再固化的熔化的金屬的陷坑狀邊緣所圍繞的孔。
[0047]盡管未提到這一點(diǎn)，但是Maydan的方法必定導(dǎo)致該聚合物隔膜的某些損壞或改
變。公開(kāi)的鉍金屬膜具有272°C的熔點(diǎn)，大于下面的Mylar?隔膜的熔點(diǎn)(254°C)。在該
Myiar?隔膜上熔化的鉍的存在意味著該聚合物隔膜表面的一部分也必定熔化，從而損壞
其表面。在Maydan公開(kāi)內(nèi)容的背景下，這種損壞也許是可接受的，但是在其他背景下(例如，形成一種透射元件比如一種線柵型偏振器，或形成一種柔性電子電路或太陽(yáng)能電池)可能是不可接受的。
[0048]使用具有實(shí)質(zhì)上高于該聚合物基板或隔膜的熔點(diǎn)的金屬或合金涂層可能是期望的。因此，該金屬膜可包括，例如鉻(mpl907°C)、金(mpl064°C)、銀(mp962°C)、銅(mpl085°C)、鎳(mpl455°C)、鎢(mp3422°C)、鑰(mp2623°C)、鈦(mpl668°C)，或其他具有充分高的熔點(diǎn)的金屬。使用具有相對(duì)高的熔點(diǎn)的金屬材料(例如，高于約500°C，或高于約7000C )可降低通過(guò)激光照射所熔化的金屬將留在該聚合物隔膜上或基板上而再固化的可能性，并且進(jìn)而降低通過(guò)這種熔化的材料以及它再固化時(shí)釋放至該聚合物內(nèi)的熱量損壞該聚合物基板或隔膜的可能性。當(dāng)在一個(gè)薄的聚合物隔膜上(例如，厚度小于100 μ m，或厚度小于約5或10 μ m)使一種金屬涂層在空間上形成圖案時(shí)，該特征可為尤其期望的。任何由熔化的金屬擴(kuò)散至該聚合物隔膜內(nèi)的熱將導(dǎo)致在更薄的聚合物膜內(nèi)相應(yīng)地更高的升溫，從而增加這種散熱可能導(dǎo)致該隔膜熔化的可能性。在將該金屬涂層在空間上形成圖案期間，消除這種散熱(通過(guò)大體上消除在該聚合物隔膜上熔化的金屬的存在)降低通過(guò)熔化損壞隔膜的可能性。另外，通過(guò)大體上防止在該聚合物基板上的熔化的金屬的再固化過(guò)程，可在剩下的金屬涂層與通過(guò)燒蝕該金屬涂層暴露的聚合物表面的區(qū)域之間形成一個(gè)整齊的、清晰的邊緣(例如，如在圖3中)。
[0049]此處公開(kāi)的金屬燒蝕方法適于在一種聚合物基板上的一種金屬膜中，尤其是薄聚合物隔膜(例如，厚度小于100 μ m,或厚度小于約5或10 μ m)創(chuàng)造空間圖案。在一個(gè)典型地安排中，這樣一種薄聚合物隔膜僅在其外圍的、非照射的部分被機(jī)械地支持。例如，隨著隔膜通過(guò)該框或環(huán)僅在隔膜的外圍部分被固定和支持，該聚合物隔膜40可通過(guò)大體上剛性的框或環(huán)42 (圖1)被支持。該隔膜的中央部分(即，在框或環(huán)內(nèi))將不受框或環(huán)阻擋，并且因此被暴露以使得能夠通過(guò)激光系統(tǒng)得到照射。在照射之后，所得的具有形成了空間圖案的金屬涂層的聚合物隔膜可仍通過(guò)框或環(huán)被固定和支持，或可將其去除并且按照需要或期望在另一結(jié)構(gòu)上重裝。
[0050]如上所述，通過(guò)用該激光系統(tǒng)的輸出脈沖對(duì)其直接照射，可將該金屬膜空間選擇性地去除(即不照射該聚合物/金屬界面或穿過(guò)該聚合物隔膜傳播光束，直到將該金屬涂層去除)。在該安排中，必須通過(guò)激光脈沖燒蝕該金屬涂層的整個(gè)厚度至大體上完全地將其從該聚合物的被照射的區(qū)域去除。另一方面，通過(guò)穿過(guò)該聚合物基板傳播激光脈沖以及從該側(cè)照射該聚合物/金屬界面，與聚合物接觸的該金屬的初始燒蝕可導(dǎo)致金屬涂層的該部分充當(dāng)釋放層。一旦粘連至該聚合物表面的該金屬涂層部分被燒蝕，在其上的金屬可從該聚合物表面離開(kāi)(圖2B，示意性地圖解了噴出金屬的羽流54)。這可具有如下令人期望的效果:降低用于大體上完全去除所照射的金屬涂層所需的脈沖能量，進(jìn)而通過(guò)激光脈沖進(jìn)一步降低該聚合物隔膜的不希望的損壞或其他改變的可能性。
[0051]在前一段落中描述的所謂的“背面”燒蝕(即“升空”方法)使得能夠用激光脈沖形成另外的空間圖案。可將一個(gè)或多個(gè)另外的層安排在該金屬涂層的至少一部分上，即，使得該金屬涂層在該聚合物基板和該(這些)另外的層之間?？臻g選擇性地照射該聚合物/金屬界面(通過(guò)該聚合物)并且所得的金屬層的燒蝕也可導(dǎo)致從照射的區(qū)域空間選擇性地去除一個(gè)或多個(gè)另外的層。該金屬涂層充當(dāng)激光活化的釋放層并且使得能夠用激光使一個(gè)或多個(gè)另外的層形成空間圖案，包括不能以其他方式通過(guò)激光脈沖去除的材料層。此處公開(kāi)或提出權(quán)利要求的基于激光的空間圖案形成方法可用于在一種聚合物基板或隔膜上制造各種結(jié)構(gòu)，例如電子電路、光電或光伏部件、薄膜晶體管或二極管、MEMS結(jié)構(gòu)等。該一個(gè)或多個(gè)另外的層可包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層、介電層、絕緣層、導(dǎo)電層、金屬層、聚合物層、結(jié)晶層、玻璃層、有機(jī)層、無(wú)機(jī)層或其他適合的材料層，單獨(dú)地或結(jié)合地，以便形成期望的結(jié)構(gòu)或部件。
[0052]如在前一段落中所描述的，使用一種薄的金屬涂層作為一種激光活化的釋放層也能夠使這些覆蓋的層在空間上形成圖案而不熔化那些層。因此，此處公開(kāi)的空間上形成圖案的方法可有利地用于多個(gè)圖案層，這些圖案層將會(huì)通過(guò)在圖案的邊緣附近熔化被損壞或失活，例如，用于太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體膜。相反，MaydaruDimmler和Addington所公開(kāi)的方法導(dǎo)致從基板上去除的材料的熔化。
[0053]一個(gè)高脈沖重復(fù)速率，以及通過(guò)一個(gè)單激光脈沖將該金屬涂層大體上完全去除，使得用此處公開(kāi)或提出權(quán)利要求的方法能夠快速“書(shū)寫(xiě)”空間圖案。例如，約10至40μπι的光束大小和約100至200kHz的激光脈沖重復(fù)速率可獲得一個(gè)大約每秒數(shù)米的量級(jí)上的線性的“書(shū)寫(xiě)速率”。應(yīng)當(dāng)注意為了實(shí)現(xiàn)該聚合物/金屬界面的期望的空間選擇性照射，該聚合物基板或該激光光束中的一者或兩者可相對(duì)于彼此移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)例中，該聚合物基板或隔膜(具有該金屬涂層)可保持固定，然而該激光光束通過(guò)運(yùn)動(dòng)受控的光束操控部件(例如，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)或伺服驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鏡或平移型棱鏡，裝在電流計(jì)上的鏡子，或其他適合的安排)，橫跨其期望的空間圖案進(jìn)行掃描。在另一個(gè)實(shí)例中，該激光光束指向一個(gè)固定的位置，并且具有金屬涂層的該聚合物基板根據(jù)期望的空間圖案被掃描(例如，裝在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)或伺服驅(qū)動(dòng)雙軸平移器上)。這些情況中的任何一個(gè)可稱(chēng)作“光束掃描”，并且在圖1中裝置20—般代表這種光束掃描。在這兩個(gè)實(shí)例中，如果需要或期望，可以用一種受控的方式使用一種斷路器或調(diào)制器以阻擋或傳遞該激光光束，以使得能夠從該聚合物基板或隔膜的不連續(xù)的區(qū)域去除該金屬涂層。[0054]通過(guò)根據(jù)一種相應(yīng)的、預(yù)定的空間圖案照射該聚合物/金屬界面，可使用此處公開(kāi)或提出權(quán)利要求的方法生產(chǎn)在該聚合物隔膜上的該金屬膜的任何適合的或期望的空間圖案。在一個(gè)實(shí)例中，該預(yù)定的照射圖案包括一系列基本上平行的、基本上間距相等的線46，從而在照射之后，留在該聚合物隔膜40上的、金屬層50的部分包括一系列在該聚合物隔膜40上的基本上平行的、基本上間距相等的金屬絲56 (圖3)?？缮a(chǎn)任何期望的線寬度或線間距(即從一條線的中心至下一條線的中心的距離)，受到光束掃描裝置的最小可實(shí)現(xiàn)的光束大小(通過(guò)波長(zhǎng)和激光光束質(zhì)量用標(biāo)準(zhǔn)方式限制)和最小分辨率的限制。小于約50 μ m,小于約30 μ m,或小于約20 μ m的線間距已被證實(shí)，并且更小的間距可容易實(shí)現(xiàn)。如圖3中可見(jiàn)，由于該照射光束的圓形的光束剖面，這些細(xì)絲的邊緣可能是扇形的。如果需要或期望，可通過(guò)用間距更緊密的脈沖照射來(lái)減少有扇形的形狀，或通過(guò)使用光束整形光學(xué)部件以形成更適合的光束剖面，例如某種程度上矩形。
[0055]具有這種間距相等的金屬絲的圖案的薄聚合物膜(例如小于約10 μ m或約5 μ m)可很好的用作用于所謂太赫茲輻射的線柵型偏振器。在該頻率范圍內(nèi)(即從約ITHz直到10或甚至20THz)，該薄膜降低或大體上消除由隔膜表面的反射引起的法布里-珀羅(Fabry-Perot)效應(yīng)。這種具有間距約30 μ m的線柵可偏振頻率至多約IOTHz的福射。在本公開(kāi)或所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對(duì)于其他的頻率范圍可使用其他的間距。同樣地，在本公開(kāi)或所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可使用產(chǎn)生其他光學(xué)的、電子學(xué)的或機(jī)械的功能性的其他空間圖案。
[0056]意圖的是，所披露的示例性實(shí)施方案和方法的等效物應(yīng)落入本披露或隨附權(quán)利要求的范圍。意圖的是，在仍處于本披露或所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)之時(shí)，可以修改披露的示例性實(shí)施方案和方法，以及它們的等效物。
[0057]為了流暢說(shuō)明本公開(kāi)的目的，在以上的詳細(xì)描述中，在幾個(gè)示例性的實(shí)施例中可能將不同的特征集合在一起。本披露的這種方法不應(yīng)被解釋為反映以下意圖:任何提出權(quán)利要求的實(shí)施方案需要有比相對(duì)應(yīng)的權(quán)利要求中明確列舉的特點(diǎn)更多的特點(diǎn)。而是，如所附的權(quán)利要求反映的是，本發(fā)明的主題可在于小于單獨(dú)公開(kāi)的示例性實(shí)施例的所有的特征。因此，所附權(quán)利要求特此被結(jié)合到詳細(xì)描述中，其中每項(xiàng)權(quán)利要求自身作為一個(gè)單獨(dú)披露的實(shí)施方案存在。然而，本披露和所附權(quán)利要求還應(yīng)被理解為隱含地披露了具有所披露的或所提出權(quán)利要求的特征的任何適合組合(即，相容或不互相互斥的特征的組合)的任何實(shí)施方案，包括在此未明確披露的那些特征組合。應(yīng)進(jìn)一步注意到，所附權(quán)利要求的范圍不必涵蓋在此披露的整個(gè)主題。
[0058]為了本公開(kāi)和所附的權(quán)利要求的目的，連詞“或”應(yīng)被包括性地解釋(例如，“一只狗或一只貓”將被解釋為“一只狗、或一只貓、或二者”;例如，“一只狗、一只貓、或一只小鼠”將被解釋為“一只狗、或一只貓、或一只小鼠、或任何二者、或所有的三者”)，除非:(i)明確地另外指出，例如，通過(guò)使用“要么…要么(either...0r)，” “僅其中一個(gè)，”或類(lèi)似的語(yǔ)言；或(ii)列舉的兩個(gè)或更多個(gè)可選物在具體的背景下是互相排斥的，在這種情況下“或”將僅包括涉及非互相排斥的可選物的那些結(jié)合。出于本披露或所附權(quán)利要求的目的，詞語(yǔ)“包括”，“包含”，“具有”以及其變形，無(wú)論在何處出現(xiàn)，應(yīng)被理解為是開(kāi)放性術(shù)語(yǔ)，就如同短語(yǔ)“至少”已被追加在其每個(gè)實(shí)例之后一般，具有相同的含義。
[0059]在所附權(quán)利要求 中，如果希望在一個(gè)設(shè)備權(quán)利要求中調(diào)用35USC§ 112f 6的條款，那么詞語(yǔ)“裝置”將出現(xiàn)在該設(shè)備權(quán)利要求之中。如果希望在一個(gè)方法權(quán)利要求中調(diào)用那些條款，那么詞語(yǔ)“用于……的一個(gè)步驟”將出現(xiàn)在該方法權(quán)利要求中。相反地，如果詞語(yǔ)“裝置”或 “用于……的一個(gè)步驟”未出現(xiàn)在一項(xiàng)權(quán)利要求中，那么不意圖在該項(xiàng)權(quán)利要求中調(diào)用35USC § 1121 6的條款。
【權(quán)利要求】
1.一種包括空間選擇性地用一種激光系統(tǒng)的輸出光束以一種預(yù)定的圖案照射在一種聚合物基板與該聚合物基板上的一種金屬膜之間的界面的方法，其中: Ca)該聚合物基板對(duì)該激光系統(tǒng)的輸出光束是實(shí)質(zhì)上透明的； (b)該激光系統(tǒng)的輸出包括一個(gè)脈沖序列；和 (C)選擇該激光系統(tǒng)的在該聚合物/金屬界面處的光束大小、脈沖能量、波長(zhǎng)和脈沖持續(xù)時(shí)間，從而使得來(lái)自該激光系統(tǒng)的、照射該聚合物/金屬界面的一個(gè)區(qū)域的每個(gè)脈沖把被照射的區(qū)域的至少一部分通過(guò)燒蝕實(shí)質(zhì)上完全地去除，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上更改該聚合物基板的表面或本體以及不會(huì)在該聚合物基板或金屬膜的剩下的區(qū)域上留下在通過(guò)激光照射熔融之后再固化的實(shí)質(zhì)性的金屬殘余物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)穿過(guò)該聚合物基板的脈沖來(lái)照射該聚合物/金屬界面。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的方法，其中該聚合物基板包括一個(gè)厚度小于約100 μ m的聚合物隔膜。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該聚合物隔膜包括一種聚酯隔膜。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該聚合物隔膜僅在其外圍的、非照射的部分被機(jī)械地支持。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該聚合物隔膜的厚度小于約10μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該聚合物基板包括一個(gè)厚度小于約100μ m的聚合物隔膜。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該聚合物隔膜包括一種聚酯隔膜。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該聚合物隔膜僅在其外圍的、非照射的部分被機(jī)械地支持。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該聚合物隔膜的厚度小于約10μ m。
11.如權(quán)利要求1、2或7- 10中任一項(xiàng)中所述的方法,其中該金屬膜包括一種熔點(diǎn)大于約500 °C的金屬或合金。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該金屬膜包括一種熔點(diǎn)大于約700°C的金屬或合金。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中該金屬膜包括鉻、金、銀、銅、鎳、鎢、鈦、或鑰。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬膜包括一種熔點(diǎn)大于約500°C的金屬或合金。
15.如權(quán)利要求14所述的方法,其中該金屬膜包括一種熔點(diǎn)大于約700°C的金屬或合金。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該金屬膜包括鉻、金、銀、銅、鎳、鎢、鈦、或鑰。
17.如權(quán)利要求1、2、7- 10或14 - 16中任一項(xiàng)所述的方法,其中該金屬膜的厚度小于約 IOOnm。
18.如權(quán)利要求17所述的方法,其中該金屬膜的厚度介于約5nm和約50nm之間。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該金屬膜的厚度小于約lOOnm。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,其中該金屬膜的厚度介于約5nm和約50nm之間。
21.如權(quán)利要求1、2、7_10、14_ 16、19或20中任一項(xiàng)所述的方法，其中該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，在界面處的波長(zhǎng)介于約500nm和約5 μ m之間，脈沖持續(xù)時(shí)間小于約lOOps，脈沖能量介于約0.1 μ J和約5 μ J之間，以及光束大小介于約I μ m和約50 μ m之間。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，波長(zhǎng)介于約500nm和約IIOOnm之間，脈沖持續(xù)時(shí)間小于約50ps，脈沖能量介于約0.1 μ J和約2 μ J之間，以及光束大小介于約10 μ m和約40 μ m之間。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，在界面處的波長(zhǎng)介于約500nm和約5 μ m之間，脈沖持續(xù)時(shí)間小于約lOOps，脈沖能量介于約0.1 μ J和約5 μ J之間，以及光束大小介于約Iym和約50 μ m之間。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，波長(zhǎng)介于約500nm和約IIOOnm之間，脈沖持續(xù)時(shí)間小于約50ps，脈沖能量介于約0.1 μ J和約2 μ J之間，以及光束大小介于約10 μ m和約40 μ m之間。
25.如權(quán)利要求1、2、7- 10、14 - 16、19、20、23或24中任一項(xiàng)所述的方法，其中在該金屬膜的至少一部分上布置一個(gè)或多個(gè)另外的層，并且對(duì)該聚合物/金屬界面的空間選擇性的照射從該金屬膜被燒蝕式去除的那些聚合物/金屬界面的區(qū)域去除這些另外的層，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上熔化這些另外的層。
26.如權(quán)利要求25所述的方法,其中該一個(gè)或多個(gè)另外的層包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層、介電層、絕緣層、導(dǎo)電層、金屬層、聚合物層、結(jié)晶層、玻璃層、有機(jī)層或無(wú)機(jī)層。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該金屬膜的至少一部分上布置一個(gè)或多個(gè)另外的層，并且對(duì)該聚合物/金屬界面的空間選擇性的照射從該金屬膜被燒蝕式去除的那些聚合物/金屬界面的 區(qū)域去除這些另外的層，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上熔化這些另外的層。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該一個(gè)或多個(gè)另外的層包括一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層、介電層、絕緣層、導(dǎo)電層、金屬層、聚合物層、結(jié)晶層、玻璃層、有機(jī)層、或無(wú)機(jī)層。
29.—種包括空間選擇性地用一種激光系統(tǒng)的輸出光束以一種預(yù)定的圖案照射一種聚合物基板和該聚合物基板上的一種金屬膜之間的界面的方法，其中: Ca)該聚合物基板對(duì)該激光系統(tǒng)的輸出光束是實(shí)質(zhì)上透明的； (b)該激光系統(tǒng)的輸出包括一個(gè)脈沖序列； (c)選擇該激光系統(tǒng)的在該聚合物/金屬界面處的光束大小、脈沖能量、波長(zhǎng)和脈沖持續(xù)時(shí)間，從而使得來(lái)自該激光系統(tǒng)的、照射該聚合物/金屬界面的一個(gè)區(qū)域的每個(gè)脈沖把被照射的區(qū)域的至少一部分通過(guò)燒蝕實(shí)質(zhì)上完全地去除，而不會(huì)實(shí)質(zhì)上更改該聚合物基板的表面或本體以及不會(huì)在該聚合物基板或金屬膜的剩下的區(qū)域上留下在通過(guò)激光照射熔融之后再固化的實(shí)質(zhì)性的金屬殘余物； Cd)通過(guò)穿過(guò)該聚合物基板的這些脈沖來(lái)照射該聚合物/金屬界面； Ce)該聚合物基板包括一種厚度小于約10 μ m的聚酯隔膜； Cf)該聚合物隔膜僅在其外圍的、非照射的部分被機(jī)械地支持； (g)該金屬膜包括鉻、金、銀、銅、鎳、鎢、鈦、或鑰，并且厚度介于約5nm和約50nm之間；和 (h)該激光系統(tǒng)的輸出的特征在于，波長(zhǎng)532nm或1064nm，脈沖持續(xù)時(shí)間小于約lOOps，脈沖能量介于約0.1 μ J和約2 μ J之間，以及光束大小介于約10 μ m和約100 μ m之間。
30.如權(quán)利要求1、2、7- 10,14 - 16、19、20、23、24或27 - 29中任一項(xiàng)所述的方法，其中該預(yù)定的圖案包括一系列基本上平行的、基本上間距相等的線，從而使得照射后留在該聚合物隔膜上的該金屬膜的一部分包括在該聚合物隔膜上的一系列基本上平行的、基本上間距相等的金屬絲。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該金屬絲具有介于約5μ m和約50 μ m之間的間距。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中該該聚合物隔膜上的該金屬絲起線柵型偏振器的作用，用于頻率介于約ITHz和約20THz之間的輻射。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其中該金屬絲具有介于約10μ m和約30 μ m之間的間距。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中該聚合物隔膜上的該金屬絲起線柵型偏振器的作用，用于頻率介于約ITHz和約IOTHz之間的輻射。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述`的方法制造的一種線柵型偏振器。
【文檔編號(hào)】B23K26/362GK103764338SQ201280026523
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月25日
【發(fā)明者】弗拉基米爾·G·科茲洛夫 申請(qǐng)人:弗拉基米爾·G·科茲洛夫