脉冲光图形记录器的制作方法

专利名称：脉冲光图形记录器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种用脉冲光束来记录图形的装置，特别是用锁模激光。印刷电路板的制造是本发明的一个重要应用。
在印刷电路板(PCB)制造的应用中，在覆铜板上涂敷光致抗蚀层，激光可以用来将光致抗蚀层曝光成图形。在一个典型的曝光系统中，如德国LIS的DP100(从以色列Yavne的Orbotetch有限公司可以买到)，CW紫外线(UV)激光束从PCB表面扫描过去，其强度根据即将产生的光栅图形来调制，调制装置接收由控制电路所供给的电子象素数据，在现代PCB制造中，人们在高数据速率下操作来提高制造速度，实际的数据率则受制于调制率和/或可用的激光功率。
在使用对紫外线敏感的光致抗蚀剂来制造PCB时，通常使用CW氩离子激光器。虽然它们被当成紫外线光源广泛地使用，但氩激光器为气体激光器，这种激光器有许多缺点，例如复杂、要小心操作、可维修性差和/或价格高。
产生紫外线激光辐射的各种方法是公知的。比如，用红外线(IR)固态激光振荡器来产生锁模高重复率的激光脉冲。将锁模红外线光脉冲通过一非线性介质，而使红外线锁模激光的波长转变成紫外线。然而，在高数据率下，使用这种激光将光致抗蚀剂曝光是相当受限制的，矛盾存在于频率转换过程中，它是极度非线性的。频率转换在功率增强时变得更加有效。
虽然锁模对得到激光脉冲有用，每一脉冲有一高峰值功率，在加快高效率频率转换时是非常需要的，但是，当激光脉冲重复率增加时，例如为了达到数据率的增加，单独脉冲的峰值功率降低，因而使紫外线的平均功率大幅度下降，因此对于给定的平均红外线功率而言，在频率转换后的平均峰值功率随激光脉冲的重复率增加而下降，导致降低紫外线产生效率。
实际上，使用脉冲激光来记录光栅图形存在许多问题，其理由各异。以完全等于锁模激光的脉冲重复率的调制率来调制数据的话，问题出在高脉冲与数据同步化的困难上。反过来说，以不同于锁模激光的脉冲重复率的调制率来调制数据的话，问题出在定时误差，其中脉冲无法在所需求的时间精确地记录象素或使象素曝光，该象素应该被记录或曝光。在当记录象素的数据率接近或是超过曝光辐射源(如锁模激光器)的脉冲率时，后者的问题特别普遍。
美国专利US3,447,856公开了一种光脉冲倍增器，它使进入的脉冲光束分开，使一个光路相对于另一个光路延伸，以及再使光路组合。
英国专利GB2,245,790A公开了一种结构，该结构包括平行的平面镜，由进入的脉冲串产生一组相互时间延迟的脉冲串。随后，这些相互时间延迟的脉冲串又组合起来。
美国专利US5,462,433公开了一种使用于电子战争的装置，用一个可调式延时单元来延迟相干的射频(RF)信号。此相干的射频信号可分成多个信号路径，有一些路径相对于其它路径来说被延迟，然后被延迟的与未被延迟的路径再重新组合，来增加脉冲重复率。
美国专利US4,205,348公开了一种激光扫描器，使用一声光调制器，利用所谓的Scophony效应来同时进行信息调制和使得入射的CW激光束偏转，因而使得光束跟踪多边形扫描器的侧平面(facet)。该系统降低了记录表面影像的模糊程度。
J.B.Lowry等人在“光学与激光科技”杂志第20卷第5号(1988年10月)发表的题为“脉冲的Scophony激光投射系统”的文章，公开了使用脉冲激光照明来达到“冻结”效应，而非如传统的Scophony调制器那样的扫描动作。在影像平面无扫描动作的情况下，激光脉冲重复率等于数据调制率，也与数据调制率同步。
国际专利WO00/11766和美国专利US6,037,967所公开的内容结合起来，描述了直接的扫描系统，分别用于印刷电路和半导体掩模，其中，所用的激光脉冲率等于或高于数据率。
在本发明的一些实施例的广泛的方面，使用高重复率单脉冲光束的振幅调制来传送信息，特别是对光敏表面进行曝光，例如使用脉冲紫外线激光束。在本发明的一些实施例中，用光栅图形对该表面进行曝光，而信息调制与光脉冲的脉冲重复率不同步。
在本发明的一些实施例中，用脉冲重复率倍增器将光脉冲的脉冲重复率增加至脉冲重复率，该脉冲重复率高于光束脉冲率(当由其光源发射时)。在本发明的另一些实施例中，比脉冲率高的整个数据率通过提供数据通道的倍增性而获得，其每一数据通道以低于整个数据率的数据率而工作，其中每一数据通道独立地调制数据，这些数据被导向由光束定址的空间各个区域。这些数据通道可以与多通道的调制器或与多个分别的调制器相关联。
在此，高脉冲重复率的光束，如由固态激光器二极管推动的锁模激光提供的光束，被称为“准CW”。非同步调制的脉冲辐射，如通过高脉冲重复率锁模的激光辐射，被称为“准CW调制”。
在使用准CW调制系统的一些本发明的实施例中，脉冲重复率可以小于每增加调制数据率的一个激光脉冲。
在本发明的一些实施例中，在记录介质上的空间位置，开始(或结束)对部分光栅图形进行曝光的脉冲，至少是部分地空间固定，其在多个激光脉冲曝光时是在衍射限制的界限之内。位置的固定可以完成，例如用不同空间大小的多个部分重叠脉冲对光栅图形的象素进行曝光，其中，脉冲的空间范围与在光栅图形中被曝光的区域应置相关，特别是激光脉冲的最大范围是固定的(在衍射限制的界限之内)，使得其不可扩展超过被记录区域的边界。
达到此效果的典型方法为，使脉冲入射在声波调制器中，其中传播的声波有前沿和后沿。声波传播的时间通常足够长，以致于在调制器被至少一些光脉冲冲击时，其脉冲前沿或后沿是在调制器中的不同位置。在一些实施例中，在记录介质上一组将要曝光的象素中，当调制器的影像由记录介质上扫描而过时，声波的脉冲前沿或后沿的位置与记录介质边沿保持固定的空间关系。边沿的固定可以通过声波在调制器中的速度与扫描速度的调合来实现。
在本发明的一些实施例广泛的方面，在将记录介质的光敏表面(如光致抗蚀层)曝光的过程中，所用的脉冲重复率低于象素率。在此类系统中，象素有时可以用单脉冲能量来曝光，而且有时完全不能曝光。在一些实施例中，平均0.75脉冲曝光一个象素。当然，这表示大多数象素由单脉冲来曝光，而一些象素则不曝光。或者，用脉冲曝光的区域比单个象素宽，并且，由时间上相邻的脉冲曝光的区域在空间上部分相互重叠。
在本发明的一些实施例广泛的方面，脉冲的光源用来使光敏记录介质的第一区域曝光，此光敏记录介质的第一区域具有第一尺寸并包含一组象素。每个脉冲曝光的面积比第一区域小，但比单个象素宽，并且以一个接一个脉冲的方式，用脉冲光源的多个部分重叠的脉冲将第一区域曝光。可选择的是，每个脉冲曝光面积的空间大小是随着曝光图形的位置而变化，此外，被至少一些脉冲曝光的面积的至少一个边沿最好相对第一区域的某一边沿是固定的。
在本发明一些实施例中，初始脉冲激光束通过波长转换变成第二激光束，可选择的是，初始激光束是红外线光束，而第二光束为紫外线光束，波长转换通过例如非线性介质来实现，具体为激光谐振腔。此实施例可以有效地产生功率足够高的紫外线光束，来曝光涂有光致抗蚀剂的PC板，并且有足够高的脉冲重复率用于准CW调制。
在本发明的一些实施例广泛的方面，涉及脉冲光系统的提供，该脉冲光系统在PCB板的生产制造过程中可直接在光致抗蚀剂上记录。根据本发明的一些实施例，该系统包括脉冲的紫外线激光源和脉冲率倍增装置，用来倍增紫外线激光源的脉冲重复率。本发明一些实施例允许在倍增前数据率高于激光的脉冲重复率。此外，或者是，紫外线激光的部分在适合被准CW调制的数据率上独立地和空间地调制，并且用来调制每一部分的数据率比整个数据率来得低。
在本发明一些实施例中，例如，提供直接使PCB成像的激光记录系统。此系统可以利用高功率固态脉冲激光器，其激光的波长相当长，重复率低，如红外线锁模激光振荡器，工作频率为80MHz，平均功率可以选择为至少1瓦。此系统将激光转变为紫外线，例如用非线性光学介质。该介质可以设置到激光谐振腔中。将脉冲紫外线光进行振幅调制，并且用脉冲紫外线光来扫描涂有对紫外线敏感的抗蚀剂，以形成图形。
在本发明一些实施例中，紫外线光包括一串如上所述的准CW脉冲，以致于可用现有技术中公知的方法来调制紫外线光，并且利用调制的紫外线光来扫描要被曝光的面积。
根据本发明的实施例，提供一种以数据率来传送信息的装置，该装置包括脉冲的光源，所产生的脉冲光具有脉冲的重复率；以及调制器，以数据率来调制脉冲光；其中，数据率高于脉冲的重复率。
根据本发明的示范性实施例，进一步提供在光敏表面上记录影像的装置，该装置包括脉冲的光源，所产生的脉冲光具有脉冲的重复率；以及调制器，以数据率来调制脉冲光；其中，数据率高于脉冲的重复率。
在本发明的实施例中，调制器可选择地调制部分光束，其中，所述的部分光束被一个脉冲接一个脉冲地发送到光敏表面的空间重叠区域，产生象素化的图形。
可选择的是，已调制的光以第一方向扫描过表面，并且，其中该表面以与扫描方向垂直的方向移动，以致于该表面由光栅扫描来照明。
在本发明的实施例中，光敏表面为光致抗蚀层。
在本发明的示范性实施例中，调制与脉冲不同步。
可选择的是，脉冲的光源为一线光源，并且调制器空间地调制此线。可选择的是，调制器以数据率来单独调制此线的不同部分。
在本发明的实施例中，脉冲的光包括激光束，可以选择紫外线(UV)激光束。
可选择的是，用脉冲光产生器来产生脉冲光，该脉冲光产生器包括束产生器，所产生的初始脉冲束具有初始脉冲重复率；以及脉冲重复率倍增器，它接收初始脉冲光束，并产生至少一个脉冲光束，该脉冲光束的脉冲重复率高于初始率。
可选择的是，该装置包括第二重复率倍增器，它接收脉冲重复率倍增器的输出，并产生输出束，该输出束的重复率高于其接收束的重复率。可选择的是，第一脉冲重复率倍增器与第二脉冲重复率倍增器各自将重复率变成两倍。
可选择的是，增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的两倍，或者增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的三倍，或者增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的四倍，或者增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的四倍以上。
可选择的是，脉冲的光束产生器产生激光束。
可选择的是，激光束产生器包括脉冲激光器，以初始激光频率工作；激光频率转换器，它增加激光频率以产生光束。
可选择的是，脉冲激光器包括锁模激光器。
在本发明的实施例中，脉冲的激光是红外线激光。
在本发明的实施例中，包含在较高重复率脉冲中的功率基本上等于初始脉冲光束的功率。
根据本发明的实施例，提供一种以数据率来传送信息的方法，包括提供脉冲光，它以脉冲重复率来脉冲；以及以数据率来调制脉冲光；其中，数据率高于脉冲的重复率。
根据本发明的实施例，提供一种在光敏表面上记录影像的方法，包括提供脉冲光，该脉冲光以重复率来脉冲；以数据率来调制脉冲光；以及在表面上扫描已调制的脉冲光；其中，数据率高于脉冲的重复率。
可选择的是，已调制的光以第一方向扫描过表面，并且，其中该表面以与扫描方向垂直的方向移动，以致于该表面由光栅扫描来照明。在本发明的实施例中，光敏表面为光致抗蚀层。
在本发明的示范性实施例中，调制与脉冲不同步。
可选择的是，脉冲的光源为一线光源，并且，调制包括空间地调制此线。可选择的是，以数据率来单独调制此线的不同部分。
在本发明的实施例中，脉冲的光包括激光束，可以选择紫外线(UV)激光束。
可选择的是，提供脉冲光包括产生具有初始脉冲重复率的初始脉冲光束；以及倍增初始脉冲来产生至少一个脉冲光束，该脉冲光束的脉冲重复率高于初始率。
可选择的是，本方法更进一步包括倍增至少一个脉冲光束，来产生一个输出束，该输出束的脉冲重复率高于至少一个脉冲光束的重复率。可选择的是，倍增再倍增，而每一次将重复率变成两倍。
在本发明的实施例中，增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的两倍，或者增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的三倍，或者增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的四倍，或者增加后的脉冲重复率是初始脉冲率的四倍以上。
在本发明的实施例中，脉冲的光束是激光束。可选择的是，提供脉冲的光束包括提供脉冲激光器，它产生初始激光频率的初始激光脉冲；将激光频率转换成较高频率来产生光束。
可选择的是，脉冲激光器包括锁模激光器；在本发明的实施例中，初始脉冲为红外线；可选择的是，包含在较高重复率脉冲中的功率基本上等于初始脉冲光束的功率。
根据本发明的示范性实施例，更进一步提供一种在光敏表面上曝光产生图形的装置，该装置包括激光源，它基本上以一时间间隔不断地产生瞬时激光脉冲，由此来提供光束；数据信号源，它提供数据信号；调制器，它接收光束和数据信号，并且用调制信号来选择性地调制光束，所述的调制信号对应于其时间周期比所述时间间隔还要长的数据信号，以致于调制信号可以调制至少两个相邻的脉冲；以及光学子系统，它接收调制过的光束，并将调制器的影像投射到光敏的表面上，以便在光敏的表面上根据调制信号来曝光产生图形。
其中，调制信号为声波，并且，调制信号的属性(attribute)在至少一些两个相邻脉冲之间改变。
在本发明的实施例中，调制器为声光调制器。
可选择的是，调制器有一确定的(defined)长度，并且，所述的属性为调制器中的声波长度。
可选择的是，由光束中脉冲所形成的点的形状，如由光学子系统所投射的点的形状，至少一部分由调制器中的声波长度来确定。
可选择的是，该装置包括一扫描子系统，用来沿光敏表面扫描调制器的影像。可选择的是，声波在调制器中以第一速度传播，其速度有第一传播速率和第一方向，而调制器的影像是以与声波的传播速度有关的速度，在光敏表面上扫描，但其方向相反。
根据本发明的示范性实施例，更进一步提供一种用于在光敏表面上曝光而形成图形的装置，该装置包括激光源，它不断地产生激光脉冲，由此来提供光束；调制器，它选择性地调制光束来提供一组脉冲，以便记录图形，其中，至少一些记录图形的脉冲有不同的空间形状；以及扫描器，它用来将记录图形的脉冲在光敏表面上扫描，以便在光敏表面形成图形。
可选择的是，激光源为锁模激光器。
可选择的是，调制器为声光调制器。可选择的是，脉冲的空间形状由调制器中的声波来确定。
可选择的是，每一用于记录图形的脉冲使光敏表面上确定的空间区域曝光。可选择的是，至少一些确定的空间区域相互重叠。
根据本发明的实施例，更进一步提供一种在光敏表面上记录影像的装置，该装置包括脉冲光源，它产生的脉冲光具有第一波长和脉冲的重复率；与脉冲光源相连的波长转换器，它接收所述的脉冲光，并输出波长转换为第二波长的脉冲光，第二波长小于第一波长；调制器，它接收波长转换了的脉冲光，并以数据率将其调制；以及扫描器，它将转换了波长并经调制后的脉冲光在表面上扫描。
在本发明的实施例中，脉冲光源是激光器，可选择的是，脉冲光具有第一波长，该第一波长在红外线光谱的范围内。可选择的是，波长转换器为非线性介质。可选择的是，脉冲光源包括激光谐振腔，非线性介质与激光谐振腔相连。可选择的是，非线性介质为LBO晶体。
在本发明的实施例中，波长转换后的脉冲光的波长在紫外线光谱的范围内。
可选择的是，脉冲重复率小于数据率。
可选择的是，脉冲重复率由脉冲重复率倍增器倍增。
本发明可通过以下参照附图对实施例进行非限定性的描述而更清楚地了解。在附图中，完全相同及类同的结构、元件及部分用完全相同或类同的参考符号来表示。附图中的各部分的尺寸及特征主要都以方便以及清楚展示为原则，而不一定为真实尺寸，附图中

图1为示意图，表示本发明的一些实施例的基本操作原理；图2为示意图，表示本发明的实施例的一种脉冲重复率倍增装置；图3表示进、出图12所示的脉冲重复率倍增装置的输入、中间及输出束脉冲的定时图；图4表示本发明实施例的典型光束再组合的配置；图5表示本发明的实施例的另一种光束再组合部分；图6表示在基板表面上记录光栅图形的系统，其中输入的激光束的各部分同时独立地进行数据调制；图7是激光束脉冲在扫描轴上的能量分布示意图；图8A-8G是声光调制器晶体中声波产生的连续阶段的简化图，并表示以第一脉冲率提供激光脉冲；
图9A-9G是简化图，表示基板上的一组象素以第一脉冲率曝光的不同阶段，这些阶段与图8A-8G所示的阶段相对应；图10A-10G是能量图，表示在图9A-9G所示的各阶段沿一组象素的累积能量图；图11A-11G是简化图，表示声光调制器晶体中各阶段产生的声波，以及以第二脉冲率提供激光脉冲；图12A-12G是简化图，表示基板上的一组象素以第二脉冲率曝光的不同阶段，这些阶段与图11A-11G所示的阶段相对应；图13A-13G是能量图，表示在图12A-12G所示的各阶段沿一组象素的累积能量图；图14A-14G是简化图，表示声光调制器晶体中各阶段产生的声波，以及以第二脉冲率提供激光脉冲，这里的第二脉冲率不同于图11A-11G所示的第二脉冲率；图15A-15G是简化图，表示基板上的一组象素以第二脉冲率曝光的不同阶段，这些阶段与图14A-14G所示的阶段相对应；图16A-16G是能量图，表示在图15A-15G所示的各阶段沿一组象素的累积能量图；图17是示意图，表示将本发明的实施例结合到PCB生产线上的方式。
克服缺点的一种方法是使用氩离子激光来曝光PCB上的对紫外线敏感的光致抗蚀剂，如背景部分所叙述，即一开始用红外线或其它相当波长的激光器，例如提供锁模红外线输出的固态激光器，然后将其光频(或波长)转换变成两倍或其它倍，直到成为紫外线辐射为止。光频的增加是以将光频至少一次转变为两倍来达到的。
固态红外线激光相当有效而且可靠，通过推动(pumping)和光频转换来获得功率足够高的锁模紫外线激光辐射。
因为光频转换为非线性的过程，其效率随初始激光功率增加而增加，因此，紫外线激光辐射通过谐波产生而获得，例如，在激光束通路上设置非线性晶体，该激光束由Spectra-Physics Lasers的Tsunami锁模的钛蓝宝石激光器的高功率红外线或红激光产生，由Spectra-Physics的Millenia激光器来推动。Tsunami激光器的脉冲重复率最好与PCB生产的高速记录所用的数据率在相同的范围内，因而以上所提及的脉冲/数据同步的问题使其使用问题多多。再者，由锁模激光器产生的原有的脉冲重复率限制了以传统方法进行信息调制，因此信息调制与脉冲重复率同步。
从而，根据本发明的一些实施例，用本发明的实施例所构成的系统，使脉冲重复率从原有的脉冲重复率更进一步地增加，原有的脉冲重复率由锁模激光器产生。可选择的是，在激光束的波长转换后，脉冲率倍增系统与激光室相连。因此，根据本发明的一些实施例，与脉冲率倍增进行之后的脉冲率及峰值功率相比，每个独立脉冲还在相当低脉冲重复率以及相当高峰值功率时，进行波长转换。根据本发明的示范性实施例，在脉冲率倍增高到能对由此而产生的、与高数据率信息流相关的脉冲激光束进行准CW调制时，就达到了脉冲重复率。
因此，例如，在使用脉冲率倍增器时，脉冲重复率的倍增通过一装置来实现，此装置最好在高功率紫外线激光器的下游，不影响激光的工作条件，使得激光器能够以相当高的效率来产生紫外线激光。
根据本发明的其它一些实施例，提供单一输入激光束，而且光束的每一空间部分由数据通道矩阵的数据通道来同时、独立地进行信息调制。在整个光束的整个数据增长率已达到时，每个通道有一个已降低的数据率，适合于输入激光束的空间部分的准CW调制。
现在参考图1，图1表示一种示范性紫外线激光曝光系统10的基本工作原理，该紫外线激光曝光系统10使用脉冲激光源和脉冲重复率倍增器，用于直接在光致抗蚀层上记录，并根据本发明的一些实施例构成。高功率脉冲激光器14产生的激光通过波长转换器16，从而脉冲紫外线激光束12，其脉冲重复率为f0，脉冲紫外线激光束12进入分束装置18，分束装置18将初始脉冲光束分成N个光束20。N个分光束的每一束由延迟光学电路22延迟而产生N个时间延迟光束24，然后，这些时间延迟光束24由束组合器26组合，形成组合束30。
组合束30通过调制器32，调制器32对束30进行数据调制，或是束部分34，如以下结合图5进行的详细说明。组合束30更进一步被导引至单一目标36或是数个目标38，以便对基板40(如PCB)上的光致抗蚀层进行曝光形成图形。然而，N个时间延迟束24的每一个可由数个调制器(图中未示出)来进行信息调制，并且同时导引来曝光基板40上的目标36以及38，而不必将N个时间延迟束24的每一个重组。
当N个光束20的每一束由各自的延迟光学电路22进行延时，并且其延时Tn等于nΔt(n为束的序号，由0至N-1)时，则得到一连串的延时束24，其脉冲时间被移动Δt。当使用图1所示的光学结构时，延时束24也在空中(in space)分离。一连串的脉冲束24中，光束的脉冲重复率与光束12的脉冲重复率相同，然而在延时脉冲束中，脉冲的瞬时间隔为延时Tn和延迟线N的数量的函数。
这些延迟束唯一要满足的共同条件为Eq.(1)N*Δt≤1/f0其中，N为束20的数目，f0为激光器14的脉冲重复率。在延时脉冲束24的第N个脉冲之后(延迟了(N-1)*Δt)，束12的后续脉冲进入分束器18，其分束及延迟程序一直重复。在N*Δt=1/f0的情况下，延时脉冲束24中的第N个脉冲的发生比与束12中的后续脉冲相关的第一脉冲早Δt。延迟Tn可以在t0=1/f0时间内变化或保持恒定，只要满足方程式(1)。通常，一连串脉冲的第N个脉冲与下一连串脉冲的第一脉冲之间的时间不必非得等于Δt不可。而且，脉冲之间的时间不一定得完全相同、或是脉冲也不一定得有相同的能量用来在PCB上记录。延时脉冲束24进入光束组合器26，其中，每一单独延时脉冲束24都根据预定的计划被组合。
理想情况下，所有N个脉冲实质上都有相同的能量，并且有相同的间隔。因为这样的结果是使得激光功率的波动最小，因此，尽管这不是要求的，但是通常优选这种条件。在本发明的一些实施例中，能量的变化可由扫描束30来补偿，以便将包括数个目标38在内的图形曝光，其中组合束30的分离部分34的每一个部分曝光一排目标。数个目标38中的每个目标由部分重叠的组合束30连续扫描来至少曝光两次，连续扫描的方法如WO 00/02424所展示和描述，其公开的内容在这里作为参考。
以下段落详细描述具体步骤，a)将输入光束12分束来产生N个光束20；b)使N个光束20中的至少一些束的脉冲延迟，来产生延时脉冲束24；c)使延时脉冲束24再组合；d)重新导引组合束30。上述各步骤都是根据本发明的实施例。
现在参考图2，图2表示根据本发明的实施例构成和工作的脉冲重复率倍增装置50。脉冲重复率倍增装置50可以包括图1所示的分束装置18、延迟光学电路22以及束组合器26，并外接于激光器14，其光频由波长转换器16来转换，例如利用现有技术中公知的谐波产生来转换。
一个脉冲，可选择的是准直的，紫外线激光束12，射向第一部分反射的前表面镜52。初始的脉冲束12分束为两束，其中的一束(54)传送而其另一束(56)反射。被传送的束54由100％反射镜58反射，所产生的后反射传送束(54’)被导向第二部分反射的前表面镜60。后反射传送束54’由镜60分束为第二传送束(62)和第二反射的束(64)，第二反射的束(64)被导向镜58。反射束64由镜58再度反射，形成束64’。束54及64射向单反射镜58，如图2所示，或者也可以射向两个分离的镜(为了清晰起见在图2中未示出)。
为了从初始脉冲激光束12得到三束56、62及64’，三者一起形成图1的延时脉冲束24，通常有相等峰值功率的脉冲，在如图2所示的结构中，部分反射镜52和60的反射率和传送率的理想情况为部分反射镜52反射33.33％、传送66.67％，部分反射镜60反射与传送各50％。这样，束56、62及64’的功率都是Pf=Pi/3，其中Pf为每一束的最终功率，Pi为束12的初始功率。束56、62及64’的每一个束的功率因此由部分反射镜52和60的反射率来控制。这种分配是基于镜子无损失。如果有损失的话，则反射率要相应调整。
图2所示的实施例可延伸到产生任何要求数量的N个相同功率的延时脉冲束，所用的是一组无损失的部分反射镜，如52及60等，其反射值分别为1/N,1/(N-1),…,1/2。
在图2所示的实施例中，长度AB、ACDE已与ACDFG控制束56、62及64’之间的延时。长度AB、ACDE与ACDFG由距离66和/或68、镜52与58之间的角度以及58与60之间的角度来控制。为了由每一初始束12得到三个实质上等间隔(以时间而言)的脉冲，长度实质上应该为ACDFG-ACDE=ACDE-AB=(t0/3)*c，其中c为适当介质中的光速。对本领域的普通技术人员来说，很明显，距离要根据镜52和60的厚度与折射率来做修正。
束56、62及64’，对应图1中的延时束24，由例如光束组合器26(所示的镜片为示范性的实例)组合而成为组合束30，投射到调制器32上，调制器32用来调制信息束30。在脉冲束12的“分束一组合一重新导引”的循环结束时，束12中的后续脉冲到达镜52的点A，重复“分束一组合一重新导引”的循环。将束12中的每一脉冲一分为三，意味着激光14的初始脉冲重复率由脉冲率倍增装置50增为三倍。
在本发明的一些实施例中，镜52、58和60与光束组合装置26组装在一起，形成单一的光学机械结构，以便获得单独的脉冲重复率倍增装置。此单独装置可以经修正来适合激光器14，并能够以不同的倍数用于不同的激光器。通过在外部操作激光14，脉冲率倍增装置50不会影响激光器的正常运作或其效率。当脉冲重复率倍增装置50与锁模激光器一起使用时，脉冲重复率倍增装置50可以使激光原始脉冲重复率倍增，而不改变其谐振腔长度或其它特性。
现在参考图3，图3为定时示意图，表示束12输入于脉冲重复率倍增装置50中脉冲的定时与峰值功率、束56、62及64’中脉冲的定时与峰值功率、以及如图2所示的实施例中投射到调制器32上的脉冲束30中脉冲的定时与峰值功率。如图3所示，束12具有脉冲70，其每一脉冲有一峰值功率pi，并且其时间间隔为t0。束56、62和64’具有脉冲72，其每一脉冲有一峰值功率pi/3，并且每一脉冲与其它脉冲72之间的时间间隔为也为t0。由光束12中脉冲70形成光束56、62及64’，光束56、62及64’的一个光束中的每一脉冲72相对于由束56、62及64’的其它两个光束中的脉冲70所形成的对应脉冲72的时间偏移分别为t0/3和2t0/3。在将光束56、62及64’组合后，组合束30具有脉冲74，其每一脉冲有一峰值功率pi/3，并且在时间上相互隔开t0/3的时间间隔。因此，组合束30的脉冲重复率和占空比(duty cycle)为束12的三倍。虽然每个脉冲74的峰值功率为每个脉冲70的峰值功率的1/3，但它们的平均功率相同。
现在参考图4，根据本发明的实施例，图4表示图2中的束组合和调制部分80的情况。束56、62及64’的每一个单独束投射到调制器的活动窗孔部分(图中未示出)，通过球面镜片82(所示的为负镜片，但亦可用正镜片)与圆柱镜片84的共同组合，来形成组合束30，组合束30投射到调制器32的输入表面86上。对本领域的普通技术人员来说，很明显，组合束30可能在光学上需要进一步地构形，以适合活动窗孔部分以及调制器32的其它特性。例如，圆柱镜片(图中未示出)，其光轴相对于镜片84旋转90°，可以插入光束路径中，以便使光束30的形状变成调制器32所要求的象裂缝一样的形状。根据这种成象方案，光束56、62及64’的每一光束结合在一起形成组合束30，最好全部照明调制器32的活动窗孔部分，调制器32以根据要产生的图形的数据率来调制组合束30。在经过调制器32调制之后，组合束30在边界88和90内的部分由成像光学器具92来成像，为简单起见，图中只示出了单个镜片94，经由一多面旋转多角镜96(图中只示出了一面及其移动方向97)到基板40的目标36上，多角镜96沿扫描方向98(例如沿着X轴)旋转，来扫描一排目标36，而基板40，例如涂敷光致抗蚀层的PCB，则一般沿着与Y轴对应的垂直方向移动。
在本发明的一些实施例中，组合束30的部分34由调制器32同时、独立地调制，来记录多个目标38(参见图1)，它们在空间上相互分开。
对本领域的普通技术人员来说，很明显，图4中调制器32、镜片94和多角镜96之间的相对距离只是示意罢了。在本发明一些实施例中，镜片82和84由棱镜99替代，如图5中所示，它们将组合束56、62和64’组合，投射到调制器32上。现有技术中公知的其它扫描束的方法也可以使用。
如果将三个独立的镜片置于光束56、62与64’中，而不用图2所示的镜片26的话，则光束可用来同时描准三个不同目标38。并且，每一光束都可以展宽，以形成一条线和调制方案(schemes)，例如现有技术中公知的方案，可以提供来调制由每一束56、62与64’所形成的线上的单独象素。
通过改变图2中66与68的距离，可以使束62与64’产生可改变的/不同的延时。一方面变化镜52与60之间的角度，另一方面变化镜58的角度(见图2)，可控制束56、62与64’的方向。此外，输入束12的直径可以用最佳化来合适(fit)几何光学。应该理解，图中所示的角度都非常夸大。一般投射到调制器32的光束之间的角度都非常小。
现在参考图6，图6是简化图，表示激光记录系统100，在本发明的一些实施例中，该系统100同时、独立地对输入激光束12的分离部分进行数据调制，由此在基板表面上记录光栅图形。
在本发明的一些实施例中，脉冲激光束12由激光器14发射，例如，用锁模激光来产生激光脉冲流(stream)。束12由合适的光学器具(图中未示出)来将其成形，并投射到声光多通道的调制器104的输入表面102上。多通道调制器104最好包括一组激光调制通道106，激光调制通道106由合适的材料形成，如结晶石英，它传送激光波长的辐射。每个通道106由数据发生器108-116中的一个来单独控制，以便以数据率来调制数据。
激光束12通过与每个通道106相关的调制器介质，每个通道都单独调制激光束12的空间确定部分118。每个通道106中央平面的影像由合适的光学器具(图中未示出)经由旋转多边形120来投射，并实质上投射到基板40的一组目标38上，这些目标38构成光栅图形中的象素。当多边形120沿箭头122的方向旋转时，通道106中央平面的影像被连续沿扫描方向124来扫描基板40，而数据以数据率调制。因此，当一声波存在于通道106中时，相对的激光束部分118被偏转，以致于这部分使基板40上的一个目标38(如象素126)曝光。当没有声波存在于顿道106中时，相对的激光束部分118不使目标(如象素128)曝光。数据率为调制器开与关的率(rate)，调制器开与关用来产生或停止产生声波，此声波通常有一非瞬时的上升时间和通过介质的行进(travel)时间，该介质在调制器104中形成通道106。
在本发明的一些实施例中，调制器32可以为，例如，利用亚伯拉罕葛罗斯(Abraham Gross)的美国专利5,309,178中所描述的工作原理的调制器，并进一步描述于WO 00/02424中，二者在这里作为参考。示范性的光学结构将激光束投射到多通道声光调制器上，并使激光束来在PCB上扫描而产生图形，这在WO 00/02424中也有描述。
通常，部分118至少在空间互相重叠，并且通道106的总数通常对应于同时记录于基板40上的图形的象素线数，在本发明的一些实施例中，当投射到基板40上时，每个通道影像的大小在扫描124的方向例如等于三个象素。
注意，多通道调制器用来同时调制不同的空间确定部分118，用多通道调制器来调制光束12，因为数据在空间区域上被分开，所以，所要求的整个数据率可以获得，同时减低提供给每个通道106的数据率。因此，如果调制器32的总的数据调制通道数为N，并且S为在给定时间内记录光栅图形所需的总数据率，则激光束12的每一部分118暂时以S/N的数据率调制。
在本发明的一些示范性实施例中，调制器32包括至少24个相邻的通道106。假设数据以每秒300-1200兆个象素的数据率来记录，则由每个通道记录的调制数据则在每秒12.5-50兆个象素的范围内。假设激光束12产生一连串大约80MHz的脉冲，每一象素则以一平均1.6-6.4个激光脉冲来记录，它是每个通道的数据率的函数。
因此，可用来使象素曝光的平均脉冲数可通过脉冲重复率的增加而增加，例如将装置50那样的脉冲重复率倍增器(图2)置于激光器14与调制器32之间。或者，每通道的有效数据率可以减低。可以通过减低总数据率S或增加通道106的数目来减低每个通道的数据率。
对本领域的普通技术人员来说，很明显，激光束12的各个调制部分可以是空间重叠的部分或是分开不连续的部分，每个部分独立地由调制器32中一个通道调制，或者由分开的调制器调制。
当可用来记录数据串中的象素的激光12中，脉冲数目接近或者低于每象素一个脉冲时，用传统调制方法的准CW记录模式所记录的图形就很容易出现定时误差。当代表记录的象素的数据位(如由任一数据发生器108-116所提供的)被激光束12中的脉冲全部或部分漏掉(missed)时，定时误差就会产生。当定时误差产生时，目标36中该被记录的象素事实上只有一部分记录，甚至于根本没有记录。
对本领域的普通技术人员来说，很明显，在记录光栅图形的系统中，定时误差在曝光与不曝光的区域之间的边缘上特别地明显。没有考虑定时误差的话，结果就容易产生不平或边缘移位，根据本发明的一些实施例，用光栅图形在基板上曝光的脉冲激光束记录系统，例如系统100，如此构成，以致于在连续的脉冲期间，使一组象素曝光的激光束部分的边缘位置，实质上都固定在基板40上所要曝光的位置上。固定边缘可以通过例如协调调制器32中声波速度和扫描速度来实现，最好是，由成像光学器具94在基板40上形成声波影像的速度，以及调制器32的调制部分的影像扫描速度，大小基本相同(最好＜±25％)，但是方相相反。如此，协调声波投射影像的相对方向与速度以及扫描速度，有效地使调制器32中声波的影像“冻结”在基板40上，如后面结合图8A-图16G中所述的那样。
固定边缘的结果，使得声波影像的位置在基板上变得几乎是“静止不动”，而且由连续脉冲曝光的区域的边缘位置对激光脉冲所引起的光闪的精确定时变得不敏感。因为由激光部分118形成的光点的空间范围在扫描方向大于单个象素的宽度，例如，在扫描方向有3个象素宽，在扫过基板40时由束定址的每一点上提供数目足够的曝光脉冲。虽然光点的大小在扫描方向大于单个象素的宽度，但特性边缘的定位最好仍然由定址元件的大小来决定，定址元件为数据率的函数，在数据率下象素由每一调制器通道106和扫描速度来定址，进一步地减少激光脉冲与象素率的比，最终受限制于图形误差，其成因是在扫描方向由于激光束的高斯(Gaussian)能线图而使曝光不均匀引起的。
注意，前面(foregoing)所提及的效应与公知的Scophony扫描效应类似，Scophony扫描效应通常用来将以下因素产生的图形空间模糊最小化a)调制器中声波的有限速度，以及b)激光照明器的连续本性(nature)。根据本发明的一些实施例，调制器通道106中的声波有限速度，使得对应于数据象素的声波信号由连续脉冲所形成的多光闪来照射(impinged)。多个相互部分重叠的激光影像因此投射在基板40上，此激光影像空间受限于声波的边缘，此声波边缘相对于记录于基板40上的边缘而言是固定的。应当注意，由于Scophony效应在过去都用于CW照明，因此，用于脉冲扫描是新的主意。这种应用是基于不必用CW照明来记录界限良好的边缘，但脉冲照明，特别是准CW脉冲照明，连同此效应也能够形成良好的边缘。
现在参考图7，图7是激光束脉冲在扫描轴上的能量分布示意图。根据本发明的一些实施例，激光束12的能量分布示意图130在扫描方向124上一般为高斯分布图，相对于声光调制器通道106中的声波传递的时标，并相对于基板40上象素的扫描时间，锁模激光脉冲实质上为瞬时的。各脉冲之间由大小介于3-50毫微秒的时间间隔分开，取决于激光束12的脉冲重复率大小以及是否用前面所述的脉冲重复率倍增器来使重复率倍增。脉冲中到达目标38的能量大小是到达目标38的激光能量分布130的(segment)的函数。在激光脉冲中激光能量分布图的分段由调制器104的调制来决定，例如由声光调制器中的声波的存在和位置来决定。
现在参考图8A-8G和图9A-9G，图8A-8G是声波104在声光调制器的调制区域142中的连续传播阶段的简化图，该声光调制器与一个波束调制通道106(图6)相关，图9A-9G是对应于图8A-8G中所示阶段，使一组象素144曝光的不同阶段的简化图，象素144包括象素146、148、150和152，在基板40上，例如在涂敷抗蚀剂的PCB上，根据本发明的一些实施例来曝光。一组象素144上的阴影表示已由激光束脉冲曝光。图8A-9G表示一种示范性的方法，该方法可用来将定时误差减少到最低，甚至当准CW调制构形中曝光象素的激光脉冲数目下降到平均每象素两个脉冲时，以及接近或低于平均每象素一个脉冲或更低时，该方法仍然可用。如图8A-9G所示，一串大约7个连续的脉冲用来曝光四个象素的线性区域，平均每象素约1.75个脉冲。
图8A-8G中的每一幅图表示声波140的状态的瞬时抽点(snapshot)，声波140用来在对应于激光束脉冲存在的瞬间，对束部分118(图6)进行调制。因此，图8A-8G由大小介于3-50毫微秒的时间间隔分开，通常是大约125毫微秒的时间间隔，视激光脉冲重复率而定，在本发明的一些实施例中，调制活动区域142的宽度(在用光学器具适当地解除放大(de-magnification)以后)对应于要在基板40上成像的大约2-5个象素的宽度，最好是大约3个象素的宽度。正如所看到的那样，声光调制器中声波140的产生并非为瞬时的，而声波140沿方向156经过调制活动区域142的传播速率，是形成调制活动区域142的材料物理性质的函数。而且，如图8A-10G所示，声波的边缘可以由激光束脉冲投影到基板上，以便在固定位置形成要记录的特性边缘，即使未充满(fill)整个调制活动区域142。尽管在一些实施例中可能要求间隔大于一个象素，但是，通常，在开始传播通过调制活动区域142以后，在小于一个象素的空间内，声波适合于被投影而在基板上形成边缘。
现在参考图9A-9G，根据本发明的一些实施例，调制活动区域142的影像158(为简便起见，在图中，影像158位于被扫描区域的上方)，从基板40上扫描而过，其速度的大小基本上等于调制活动区域142中成像波140传播速度，但方向相反。理论上，前进(progression)和传播的速率会有小于±25％的误差。扫描的方向124与声波140的传播方向156相反。如图9A-9G所示，影像158中存在有激光束160的一段落。可以看出，段落160对应于声波140在调制活动区域中142的位置，而每一光闪的光点大小随时间的变化，是定位及在调制活动区域142中声波140的位置的函数。在图9A-9G的示意图中，影像158为扫描窗，而声波140为窗孔，允许全部或部分扫描窗被射入的激光束所充满。象素146-152由一个接一个的相邻瞬时激光脉冲来曝光，基板40上由脉冲曝光的区域，由影像158的瞬时位置以及相对基板40的调制声波140的段落160来确定。能量分布由段落160与激光束的分布130(相对于影像158而固定)之间的重叠而定。
对本领域的普通技术人员来说，很明显，由于画出的边缘很整齐(sharp)，因此图9A-9G所示的各部分是示意性的。实际上，由到达基板40的段落160所形成的光点的大小与分布，大部分由系统的衍射效应和光学误差所制约。在曝光过程中所产生的边缘模糊现象可以在后面对光敏记录介质形成基板40进行显影的过程中来弥补，以致于以上所描述的模糊现象不会减低前面(forgoing)所述的通用性和有效性。
再者，对本领域的普通技术人员来说，很明显，声波140的传播速度与影像158的扫描速度基本上相同，但方向相反，因此，声波140的前缘162与后缘164实质上决定了激光束160的那一段落来记录一组象素114的边缘166与168。注意，因为影像158的速度与声波140的速度基本上相同但方向相反，所以，边缘的固定与影像158在两闪光之间所走的距离无关。因此，边缘166与168的固定与影像158在任何整数象素或任何数目的部分象素的闪光之间是否前进无关。
因此，根据本发明的一些实施例，一组曝光象素144的位置，与用于使象素146-152曝光的激光脉冲的平均数、或者束扫描的脉冲重复率与速度之间的同步、或影像158的扫描的脉冲重复率与速度之间的同步，基本上是无关的。因此象素曝光或不曝光，是到达象素146-152的连续脉冲所累积能量的函数。
现在参考图10A-10G，图10A-10G表示沿一组象素144的能量分布图，对应于图9A-9G所示的每一曝光阶段。注意，在没有曲线170-182的下面的区域与单个象素146-152重合，然而在所有曲线170-182的下面的区域合在一起与一组象素144重合。再者，在图10G中各个曝光的曲线170-182合在一起，使得提供给一组象素144中所有的象素146-152的能量基本上是均匀的。
总之，如图8A-10G所示，调制数据的声波140在形成调制活动区域142的介质中传播，该传播持续一段确定的非瞬时时间间隔；声波140在调制活动区域142的存在与范围随时间改变；在声波140存在期间，数个脉冲射在调制活动区域142上，以致于声波将激光束段落160偏转至基板40，此激光束段落160的形状随声波140在调制活动区域142内形状的改变而改变。再者，如图9A-9G所示，由各个脉冲以光栅影像曝光的区域，与前一个脉冲曝光的区域部分重叠；由声波162偏转的每一脉冲的段落大小，其变化为其在即将被记录的图形中的位置的函数，例如其位置接近边缘166及168；由每个脉冲曝光的区域的大小小于被曝光的一组象素；一组象素由数个脉冲曝光，且其每一个脉冲曝光的区域小于这组象素；一组象素的总曝光为数个相互重叠脉冲的曝光总和。
图12A-12G是简化图，表示基板上的一组象素以第二脉冲率曝光的不同阶段，这些阶段与图11A-11G所示的阶段相对应；现在参考图11A-11G和图12A-12G，为简单起见，图11A-11G表示在声光调制器晶体的调制活动区域142中各阶段产生的声波140，例如，与一个束调制通道106(图6)相关；图12A-12G表示与图11A-11G相对应，一组象素144曝光的不同阶段，这组象素144包括象素146、148、150和152，在基板40(如涂敷抗蚀剂的PCB板)上，根据本发明的实施例来曝光。象素组144的阴影表明了由激光束脉冲的曝光。从说明的角度来看，图11A-12G与8A-9G一般是类似的，都是示意性的。
然而要注意，图11A-11G表示声波140的传播，其传播的时段是与图8A-8G中相同的时间间隔来分开的时段。只有在图11A、11C、11E和11G所对应阶段的时段中，激光脉冲才存在。因此，在图11A-11G中每个脉冲间的时间间隔为图8A-8G中脉冲间时间间隔的两倍。由此可见，只有在图12A、12C、12E和12G所示的影像158中，才存在激光束段落160来曝光象素组144的一部分。因此，如图12A-12F所示，4个脉冲曝光象素组144的4个象素，仍维持着象素组144中的边缘166和168的整体性。
参考图13A-13G，图13A-13G是能量曲线图，表示在图12A-12G所示的每个曝光阶段象素组144上累积的激光能量。从说明的角度来看，图13A-13G与图10A-10G一般是类似的，都是示意性的。然而要注意，虽然曝光象素组144的脉冲较少，但在象素组144上累积的激光能量由于激光脉冲的重叠至少部分均衡了。象素组144的所有超过最低能量阈值的部分因此会被曝光，应当注意，曝光面积的一些部分由一个以上的脉冲来曝光，并且，曝光一部分的脉冲数可以低到只有一个，如本发明某些实施例。还应当注意，那些部分可以由脉冲上的不同空间区域来曝光。这些使象素曝光的必需的效应和曝光，可以决定记录满意图形的最低脉冲率。
参考图14A-14G和图15A-15G，为简单起见，图14A-14G表示在声光调制器晶体的调制活动区域中各阶段产生的声波，例如，与一个束调制通道106(图6)相关；图15A-15G表示与图14A-14G相对应，一组象素144曝光的不同阶段，这组象素144包括象素146、148、150和152，在基板40(如涂敷抗蚀剂的PCB板)上，根据本发明的实施例来曝光。象素组144的阴影表明了由激光束脉冲的曝光。从说明的角度来看，图14A-15G与图8A-9G、图11A-12G一般是类似的，都是示意性的。
然而要注意，图14A-14G表示声波140的传播，其传播的时段是与图8A-8G中相同的时间间隔来分开的时段，只有在图14B、14D和14F所对应阶段的时段，激光脉冲才存在。因此，在图14A-14G中每个脉冲间的时间间隔与图11A-11G中的相等，并且为图8A-8G中脉冲间时间间隔的两倍。由此可见，只有在图15B、15D以及15F中所示的影像158中，才存在激光束段落160来曝光象素组144的一部分。因此，如图15A-15F所示，虽然脉冲间的时间间隔与图11A-11G所示的相同，但脉冲定时有相对偏移，因此只有3个脉冲来曝光象素组144。根据本发明的这些实施例，象素组144中的边缘166与168的整体性的维持，这种维持与脉冲间的时间间隔或脉冲到达影像158和将被曝光的象素组144相对位置的时间无关。
现在参考图16A-16G，图16A-16G是能量曲线图，表示在图15A-15G所示的每个曝光阶段象素组144上累积的激光能量。从说明的角度来看，图16A-16G与图10A-10G和图13A-13G一般是类似的，都是示意性的。然而要注意，虽然只有3个脉冲来曝光象素组144，但累积的激光能量由于激光脉冲的重叠至少部分均衡了。象素组144的所有超过最低能量阈值的部分因此会被曝光。
注意，因为当声波140的前缘162或后缘164存在时，若总和能量足够曝光象素的话，则脉冲的某部分投射于调制活动区域142上，如此边缘166与168的位置一般是对脉冲投射的时间，或对调制介质142中前缘162或后缘的位置不敏感。
在以上所述的实施例中，用来使曝光脉冲的边缘相对于被曝光的象素组的边缘固定，这种固定的限定条件是通过数个脉冲来送达足够的激光能量，使象素曝光。因此，根据本发明的一些实施例，采用多通道的调制器来调制束12(图6)的分开部分118，并且在基板40上，束12后续的扫描用来部分重叠前面的扫描。每一条将被曝光的象素线因此通过在至少两个后续的扫描路径(passes)中调制器102的不同通道来定址，以致于在后续的重叠扫描中，额外的脉冲被送达将被曝光的一组象素，以确保均衡及足够的激光能量送达将被曝光的每一象素。
用来增加脉冲激光的脉冲重复率并用脉冲激光来记录光栅影像的装置的构形，如图1至5所示，这在上述参考文献WO00/11766中已经展示。
现在参考图17，图17是示意图，表示将本发明结合到PCB生产线上的方式。线性极化与脉冲的紫外线激光束280例如由高功率锁模红外线激光器282产生，并以谐波产生的方式通过频率转换器284，使激光280的频率转换。例如由Spectra Physics Lasers的Millennia激光器所发射的激光束280，其波长为532毫微米，它推动(pump)另一个同为Spectra-Physics Lasers的Tsunami锁模钛蓝宝石激光器。Tsunami锁模钛篮宝石激光器的输出束的频率倍增为390毫微米，例如，通过LBO晶体外接到激光器的谐振腔上而进行频率倍增，LBO晶体可从中国的福建Casix激光股份有限公司买到。红外线激光的重复率例如为大约82MHz，而其波长为大约780毫微米。根据本发明的一些实施例，紫外线束280的脉冲重复率由一脉冲率倍增装置286(如以上所述的脉冲率倍增装置50和215)来倍增(如2倍，4倍等)。注意，其它合适的高功率脉冲激光器用来将红外线激光的频率翻三倍，产生紫外线脉冲激光，这时用加利福尼亚的Spectra-Physics来显影。从装置286出来的输出束288投射于光学记录装置290上，并沿涂敷光致抗蚀剂的PCB292表面扫描而过，其中利用多角形镜294在X方向移动，使PCB292沿Y方向横向移动，将这两个移动动作的结合用于PCB的制造。在示范性的实施例中，束288扩展成一条线，而其中一部分如上所述进行单独调制。很明显，如果与束288的脉冲数据率相比，束288被光学记录装置290调制的数据率够低，就可以不要使用脉冲率倍增装置286。例如，如果光学记录装置同时单独地调制一组束280的空间部分，则这种情况就会发生。
因此，在本发明的一些实施例中，输入束280的脉冲重复率在80MHz(在无脉冲率倍增时)与320MHz(当脉冲率倍增为4倍或更多时)之间变化，而脉冲与数据的比为平均每个将被记录的象素0.75个脉冲(或更小)到8个脉冲。通常最好使用调制器，在由多个激光束脉冲曝光时，用来固定记录区域的边缘，特别是在使用低脉冲/数据比时。
对本领域的普通技术人员来说，很清楚，本发明的范围并不局限于以上所描述或展示的构形，也不局限于只使用脉冲紫外线激光束。例如，利用本发明实施例的基本原理来工作的脉冲率倍增装置，可以将任何脉冲光束倍增，不光是只有对脉冲激光，也不是对紫外线激光才能使用。
再者，本发明在使用以上所描述的准CW调制方案方面并不须要在紫外线下操作，而且当然也不必要使用频率翻倍的激光。本发明较广义的方面为，例如，为了扫描表面或数据传送，可使用任何这样的准CW调制的光。
此外，本发明已经以举例的方式提供了本发明的实施例，但对实施例的说明是非限制性的，不以此来限制本发明的范围。对本领域的普通技术人员来说，可以对本发明的实施例作任何改变，包括不同实施例中特征的组合。本发明的范围只受权利要求的限制。而且，为了避免有关权利要求的保护范围的任何问题，这里，在权利要求中使用了“包含”、“包括”、或类似的字眼，表示“包括但不限于”的意思。
权利要求
1．一种以数据率来传送信息的装置，包括脉冲光源，产生有脉冲重复率的脉冲光；以及调制器，以数据率来调制脉冲光；其中，数据率高于脉冲重复率。
2．一种在光敏表面上记录影像的装置，包括脉冲光源，产生有脉冲重复率的脉冲光；调制器，以数据率来调制脉冲光；以及扫描器，将已调制的脉冲光在所述的表面上扫描；其中，数据率高于脉冲重复率。
3．如权利要求2所述的装置，其中调制器选择性地调制束的部分，其中，所述的部分以一脉冲接一脉冲的方式送达至光敏表面的空间重叠区域，建立象素化的图形。
4．如权利要求2或3所述的装置，其中，已调制的光以第一方向扫描所述的表面，而所述的表面以与扫描方向垂直的方向移动，以致于通过光栅扫描来照射所述的表面。
5．如权利要求2-4中的任意一项所述的装置，其中，所述的光敏表面为光致抗蚀层。
6．如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述的调制与所述的脉冲不同步。
7．如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述的脉冲光源为线光源，并且所述的调制器空间调制此线。
8．如权利要求7所述的装置，其中，所述的调制器以数据率单独地调制所述线的不同部分。
9．如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述的脉冲光包含激光束。
10．如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，所述的光束为紫外线激光束。
11．如前述权利要求中的任意一项所述的装置，其中，使用脉冲光产生器来产生所述的脉冲光，包括束产生器，产生初始脉冲光束，该初始脉冲光束具有初始脉冲重复率；以及脉冲重复率倍增器，接收初始脉冲光束，并产生至少一个脉冲光束，该脉冲光束的脉冲重复率高于所述的初始率。
12．如权利要求11所述的装置，进一步包括第二脉冲重复率倍增器，该第二脉冲重复率倍增器接收所述的重复率倍增器的输出束，并产生输出束，该输出束的重复率高于所接收的束的重复率。
13．如权利要求12所述的装置，其中，所述的第一重复率倍增器和所述的第二脉冲重复率倍增器都将重复率增加一倍。
14．如权利要求11所述的装置，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的两倍。
15．如权利要求11所述的装置，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的三倍。
16．如权利要求11-13中的任意一项所述的装置，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的四倍。
17．如权利要求11-14中的任意一项所述的装置，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的四倍以上。
18．如权利要求11-17中的任意一项所述的装置，其中，脉冲光束产生器产生激光束。
19．如权利要求18所述的装置，其中，激光束产生器包括以初始激光频率工作的脉冲激光器；激光频率转换器，它使激光频率增加而产生光束。
20．如权利要求19所述的装置，其中，所述的脉冲激光包括锁模激光。
21．如权利要求19或20所述的装置，其中，所述的脉冲激光是红外线激光。
22．如权利要求13-21所述的装置，其中，较高重复率脉冲的功率基本上等于初始脉冲光束的功率。
23．一种以数据率来传送信息的方法，包括提供脉冲光，该脉冲光以脉冲重复率脉冲；以及以数据率来调制脉冲光；其中，数据率高于脉冲重复率。
24．一种在光敏表面上记录影像的方法，包括提供脉冲光，该脉冲光以重复率脉冲；以数据率来调制脉冲光；以及将已调制的脉冲光在所述的表面上扫描；其中，数据率高于脉冲重复率。
25．如权利要求24所述的方法，其中，已调制的光以第一方向扫描所述的表面，而所述的表面以与扫描方向垂直的方向移动，以致于通过光栅扫描来照射所述的表面。
26．如权利要求24或25所述的方法，其中，所述的光敏表面为光致抗蚀层。
27．如权利要求23-26中的任意一项所述的方法，其中，所述的调制与所述的脉冲不同步。
28．如权利要求23-27中的任意一项所述的方法，其中，所述的脉冲光源为线光源，并且所述的调制器空间调制此线。
29．如权利要求28所述的方法，其中，以数据率单独地调制所述线的不同部分。
30．如权利要求23-29中的任意一项所述的方法，其中，所述的脉冲光包含激光束。
31．如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述的光束为紫外线激光束。
32．如权利要求23-30中的任意一项所述的方法，其中，提供脉冲光的步骤进一步包括下列步骤产生初始脉冲光束，该初始脉冲光束具有初始脉冲重复率；以及将初始脉冲倍增，以产生至少一个脉冲光束，该脉冲光束的脉冲重复率高于所述的初始率。
33．如权利要求32所述的方法，包括进一步地将所述的至少一个脉冲光束倍增，以产生输出束，该输出束的重复率高于所述的至少一个脉冲光束的重复率。
34．如权利要求33所述的方法，其中，倍增和进一步地倍增都是将重复率增加一倍。
35．如权利要求32所述的方法，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的两倍。
36．如权利要求32所述的方法，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的三倍。
37．如权利要求32或33所述的方法，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的四倍。
38．如权利要求32或33所述的方法，其中，增加了的脉冲重复率为初始脉冲率的四倍以上。
39．如权利要求32-38中的任意一项所述的方法，其中，脉冲光束是激光束。
40．如权利要求39所述的方法，其中，提供脉冲光的步骤进一步包括下列步骤提供脉冲激光器，它以初始激光频率产生初始激光脉冲；将激光频率转换成更高的频率而产生所述的光束。
41．如权利要求40所述的方法，其中，所述的脉冲激光包括锁模激光。
42．如权利要求39或40所述的方法，其中，所述的初始脉冲是处于红外线中。
43．如权利要求32-42中的任意一项所述的方法，其中，较高重复率脉冲的功率基本上等于初始脉冲光束的功率。
44．一种在光敏表面上曝光图形的装置，包括提供束的激光源，所述的束由时间间隔分开的实质上为连续瞬时的激光脉冲组成；数据信号源，它提供信号；调制器，它接收所述的束和数据信号，并且在比所述的时间间隔长的期间内，用对应于数据信号的调制信号选择性地调制所述的束，以致于调制信号可以用来调制至少两个连续脉冲；以及光学子系统，它接收已调制的束，并根据所述的调制信号将调制器的影像投射至光敏表面上来曝光图形；其中，所述的调制信号为声波，所述调制信号的属性(attribute)在至少一些两个相邻脉冲之间改变。
45．如权利要求44所述的装置，其中，所述的调制器为声光调制器。
46．如权利要求44或45所述的装置，其中，调制器有一确定的长度，并且，所述的属性为调制器中声波的长度。
47．如权利要求46所述的装置，其中，当所述的束由所述的光学子系统投射时，由所述的束中的脉冲所形成的点的形状，至少部分地由调制器中声波的长度来确定。
48．如权利要求44-47中的任意一项所述的装置，进一步包括扫描子系统，用于光敏表面扫描调制器的影像。
49．如权利要求48所述的装置，其中，声波在调制器中以第一速度传播，所述的第一速度传播具有第一传播速率和第一方向，而且在光敏表面上扫描调制器的影像，其速度与声波传播的速度相关，但其方向相反。
50．一种在光敏表面上曝光图形的装置，包括激光源，提供由连续激光脉冲所形成的束；以及调制器，选择性地调制所述的束，以提供可用来记录图形的一组脉冲，其中，至少一些可用来记录图形的脉冲有不同的空间形状；以及扫描器，将可用来记录图形的一组脉冲在光敏表面上扫描，以便在光敏表面上形成图形。
51．如权利要求50所述的装置，其中，所述的激光源为锁模激光器。
52．如权利要求50或51所述的装置，其中，所述的调制器为声光调制器。
53．如权利要求52所述的装置，其中，脉冲的空间形状由调制器中的声波确定。
54．如权利要求50-53中的任意一项所述的方法，其中，每个可用于记录图形的脉冲在光敏表面上的空间确定区域曝光。
55．如权利要求54所述的方法，其中，至少一些空间确定的区域彼此相互重叠。
56．一种在光敏表面上记录影像的装置，包括脉冲光源，它产生的脉冲光具有第一波长和脉冲的重复率；与脉冲光源相连的波长转换器，它接收所述的脉冲光，并输出波长转换为第二波长的脉冲光，第二波长小于第一波长；调制器，它接收波长转换了的脉冲光，并以数据率将其调制；以及扫描器，它将转换了波长并经调制后的脉冲光在所述的表面上扫描。
57．如权利要求56所述的装置，其中，所述的脉冲光源是激光器。
58．如权利要求57所述的装置，其中，所述的脉冲光具有第一波长，该第一波长在红外线光谱的范围内。
59．如权利要求58所述的装置，其中，所述的波长转换器为非线性介质。
60．如权利要求59所述的装置，其中，所述的脉冲光源包括激光谐振腔，而所述的非线性介质与激光谐振腔相连。
61．如权利要求60所述的装置，其中，所述的非线性介质为LBO晶体。
62．如权利要求56-61中的任意一项所述的方法，其中，波长转换后的脉冲光的波长在紫外线光谱的范围内。
63．如权利要求56-62中的任意一项所述的方法，其中，脉冲重复率小于数据率。
64．如权利要求56-62中的任意一项所述的方法，其中，脉冲重复率由脉冲重复率倍增器倍增。
全文摘要
一种以数据率来传送信息的装置,包括:脉冲光源,产生有脉冲重复率的脉冲光;以及调制器,以数据率来非同步地调制脉冲光;其中,数据率高于脉冲重复率。
文档编号G03F7/20GK1304282SQ0110050
公开日2001年7月18日 申请日期2001年1月5日 优先权日2000年1月5日
发明者伊加尔·凯兹尔, 鲍里斯·克林, 阿维·格罗斯, 沃尔夫冈·雷奇凯 申请人:奥博泰克有限公司