专利名称：制造工件的方法和激光加工设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造工件的方法，例如微机电系统-(MEMS)。 发明内容根据实施方式的一个方面， 一种制造工件的方法包括如下步骤用 激光照射工件以使该工件的温度上升至使该工件的至少一部分熔融的升 高水平；以及使所述工件的至少一部分保持熔融直至所述工件的该部分 被分开。
图l是示意性地表示根据本发明的示例性激光加工设备的结构的框图。图2是示意性地表示精细工件的结构的局部放大平面图。图3是示意性地表示其中用激光束照射临时保持器(retainer)的状 态的局部放大透视图。图4是表示在根据本发明的示例性激光加工设备中，激光束照射时 间、精细工件的温度和激光束输出之间的关系的图表。图5是示意性地表示其中临时保持器熔融并被分开的状态的局部放 大透视图。图6A至6E是表示本发明实施方式中的工件的示意性剖视图。 图7是表示在根据现有技术结构的激光加工设备中，激光束照射时 间、精细工件的温度和激光束输出之间的关系的图表。
具体实施方式
光转换元件是广泛公知的。光转换元件含有反射镜阵列。反射镜阵列含有多个MEMS反射镜。MEMS反射镜将从光纤的多个输入端口发射的光 反射到该光纤的多个输出端口，由此转换光信号路径。在各MEMS反射镜中，固定电极的前面面对可移动电极的后面。可移 动电极在其前面上具有镜面。可移动电极联接到可移动电极基板，使得 可以改变可移动电极的姿势。可移动电极的姿势，即，镜面的姿势由于 在固定电极和可移动电极之间产生的静电吸引而围绕预定的XY轴改变。可移动电极具有易碎且精细的结构。在制造光转换元件时，期望在 运送反射镜阵列期间防止可移动电极的姿势发生改变。.为防止姿势发生 改变，可移动电极和可移动电极基板用临时保持器固定，并禁止相对运 动。安装到光转换元件之前临时保持器被立即分开。为了分开临时保持器，例如用Q—转换振荡脉冲激光束间歇地照射临 时保持器。脉冲激光束的脉冲宽度为微秒级的值。这种脉冲激光束的输 出较大，从而快速加热临时保持器。结果，极小的灰尘飞散。如果灰尘 粘结到镜面上，镜面的反射率就会变差。此外，由于脉冲激光束的输出较大，所以脉冲激光束可能会冲击临 时保持器。由于照射产生的冲击使临时保持器破裂成小碎片。小碎片飞 散。如果飞散的小碎片跨越可移动电极和可移动电极基板，那么在可移 动电极和可移动电极基板之间会发生短路。根据上述情况，本发明提供了一种制造精细工件的方法和激光加工 设备，它们既可以防止灰尘飞散，又可以防止精细工件破裂成小碎片。下面将参考附图描述本发明的实施方式。图l示意性地表示根据本发明示例性实施方式的激光加工设备ll的 结构。该激光加工设备11具有平台12。平台12可以沿水平面移动。平台12面对光学系统14。光学系统14具有照射源或激光振荡器15。 激光振荡器15输出连续波绿激光束。公知的是绿激光束波长为532mn。激 光振荡器15使用发光二极管(LED)作光源。激光振荡器15放大LED的光。 绿激光束的输出范围例如在从约l. 5到约2. 4W。激光振荡器15面对准直仪16。准直仪16将从激光振荡器15输出的绿 激光束转换成平行光。准直仪16面对反射镜17。反射镜17将从准直仪16输出的激光束反射到平台12上的工件上。两个光圈18和19设置在反射镜17和平台12之间。光圈18和19控制激 光束的光量。透镜21设置在光圈19和平台12之间。激光束发射到平台12 上的工件上，并通过透镜21形成预定亮点。将描述一种使用激光加工设备ll制造精细工件的方法。将工件22放 置在平台12上。工件22是一组MEMS反射镜。如图2所示，在每个MEMS反射 镜中，在可移动电极基板23和可移动电极24之间形成有临时保持器25。 反射镜表面形成在可移动电极24上。临时保持器25防止可移动电极24的 姿势发生改变。可移动电极基板23、可移动电极24和临时保持器25通过 切割硅制成。 '临时保持器25的宽度W为例如约5微米。临时保持器25的长度L为例如 约10微米。临时保持器25的厚度W为例如约10微米。光学系统14的光轴与 平台12的水平移动一致地定位在临时保持器25的中心位置处。在定位后， 激光振荡器15输出绿激光束。绿激光束的输出约为2.4W。如图3所示，绿激光束28照射在临时保持器25上，绿激光束28在临时 保持器25上产生光点26。光点26的尺寸为例如约10微米。由于临时保持 器25由硅制成，所以临时保持器25吸收绿激光束28。由此，临时保持器 25被加热，从而使临时保持器25的温度上升。热从光点26的中心位置传 递到临时保持器25的整个区域。温度上升部分27被加热。如图4所示，绿激光束的输出保持恒定。继续用绿激光束进行照射直至临时保持器25的温^上升部分27的温 度超出熔点，然后达到硅的沸点。因此，如图5所示，临时保持器25熔融 并蒸发。由此，临时保持器25的一部分被熔融而分离。绿激光束28停止 照射。绿激光束28的照射时间约为570毫秒。临时保持器25的温度降低。图6A至6E是表示在本发明的一个实施方式中的工件的示意性剖视 图。如图6A所示，激光束28照射到临时保持器25的表面63。于是，表面 63和表面63附近的温度开始上升。于是，形成温度高于周围区域的温度 上升部分27。温度上升部分27从表面63的中心位置延伸到临时保持器25 的整个区域，如图6B所示。然后，当温度上升部分27的温度超出熔点时，温度上升部分27的一部分由于表面张力而聚集到中心，如图6C所示。于 是，形成具有流动性的球形部分66。球形部分66的外围67A和67B可以分 别收縮。然后，球形部分66断裂，形成熔融部68A和68B，如图6D所示。 烙融部68A和68B所占体积比取决于作用在球形部分66上的表面张力、重 力以及固相与液相之间的界面张力等。此时，虽然临时保持器25熔融、 蒸发，但并没有沸腾。在临时保持器25被分开后，绿激光28的照射停止。 照射后，熔融部68A和68B凝结。然后，熔融部68A与外围67A成为一体， 从而熔融部68A和外围67A构成变换部分69A，如图6E所示。类似的是，熔 融部68B与外围67B成为一体，从而熔融部68B和外围67B构成变换部分 69B，如图6E所示。在临时保持器25被分开后，因为防止临时保持器25沸腾，并防止临 时保持器25周围的其它元件过热，所以优选即时停止照射。为即时停止 照射，可预先检查从照射开始到临时保持器25分开的时间。该时间可以 认为是激光照射时间。检査时间的方法并不特别限定。例如，可以通过 制备分别用各种不同时间照射的多个工件，获取工件的临时保持器的图 像，并判定临时保持器是否分别分开来检查直到分开之前的时间。然后，平台12水平移动。光学系统14的光轴通过平台12的移动而移 动到下一个临时保持器25。临时保持器25以与上述相同的方式熔融并分 开。这样，对于所有的MEMS反射镜来说，临时保持器25都熔融并分开。 MEMS反射镜被组装成反射镜阵列。该反射镜阵列被组装成光转换元件， 由此制成光转换元件。在这种制造精细工件的方法中，在从照射开始到熔融并分开的时间 段内，持续用连续波的绿激光束照射临时保持器25。临时保持器25充分 吸收绿激光束。结果，临时保持器25的温度逐渐增加。'可以防止临时保 持器25的温度快速改变。这样，可以防止在临时保持器25处产生灰尘。 可以可靠地防止灰尘飞散。此外，由于没有向临时保持器25施加冲击， 因此可以防止临时保持器25破裂成小碎片。可以可靠地防止小碎片飞散。相反，利用现有技术的构造，发射出具有例如微秒级脉冲宽度的Q— 转换振荡脉冲激光束。脉冲激光束的振荡频率为kHz级。如图7所示，激光束间歇地发射。激光束具有例如几kW的高输出。每当临时保持器被激 光束照射时其温度都迅速上升。由于温度改变而会在临时保持器处产生 灰尘。此外，由于用激光束进行照射，所以会向临时保持器施加冲击。 临时保持器可能会破裂成小碎片。激光加工设备ll可以使用准连续波激光束代替上述绿激光束。公知 的是，准连续波的脉冲宽度的值小于上述脉冲波的脉冲宽度。该脉冲宽度为例如几十ps。激光振荡器是几十MHz。峰值能量为几百W。此外，与 上述脉冲波相比，准连续波的输出可以降低。也即是说，激光束形成准 态连续波。另选的是，例如，可以使用脉冲宽度为l毫秒或更大的脉冲波 激光束。这种脉冲波激光束的脉冲宽度可以大于从照射开始到熔融并分 开的照射时间。上述实施方式可以提供制造精细工件的方法以及激光加工设备，它 们既能够防止灰尘飞散，又可以防止精细工件破裂成小碎片。8
权利要求
1. 一种制造工件的方法，该方法包括如下步骤用激光照射工件以使该工件的温度上升至使该工件的至少一部分熔融的升高水平；以及使所述工件的至少一部分保持熔融直至所述工件的该部分被分开。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光是连续波激光。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光是脉冲波激光，该 脉冲波激光的脉冲宽度等于或大于1毫秒，并且该脉冲宽度等于或大于 照射所述工件的时间。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光是准连续波激光。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件包括硅。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件的温度保持持续上 升直至所述工件的所述部分被分开。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，照射所述激光使得温度不下 降，直至所述工件的所述部分被分开。
8. —种制造工件的方法，该方法包括如下步骤 用连续波激光持续照射工件，直至该工件的一部分被分开。
9. 一种制造工件的方法，该方法包括如下步骤用准连续波激光持续照射工件，直至该工件的一部分被分开。
10. —种用于制造工件的激光加工设备，该激光加工设备包括 用于放置所述工件的平台；照射源，该照射源用激光照射所述工件以使该工件的温度上升至使 该工件的至少一部分熔融的升高水平，并且使所述工件的至少一部分保 持熔融直至所述工件的该部分被分开。
11. 根据权利要求10所述的激光加工设备，其中，所述激光是连续 波激光。 '
12. 根据权利要求10所述的激光加工设备，其中，所述激光是脉冲 波激光，该脉冲波激光的脉冲宽度等于或大于1毫秒，并且该脉冲宽度等于或大于照射所述工件的时间。
13. 根据权利要求10所述的激光加工设备，其中，所述激光是准连 续波激光。
14. 根据权利要求10所述的激光加工设备，其中，.所述工件的温度保持持续上升，直至所述工件的所述部分被分开。
15. 根据权利要求10所述的激光加工设备，其中，照射所述激光使得温度不下降。
16. —种用于制造工件的激光加工设备，该激光加工设备包括 用于放置所述工件的平台；照射源，该照射源用连续波激光持续照射所述工件，直至该工件的 一部分被分开。
全文摘要
本发明提供了一种制造工件的方法和激光加工设备。根据实施方式的一个方面，所述制造工件的方法包括如下步骤用激光照射工件以使该工件的温度上升至使该工件的至少一部分熔融的升高水平；以及使所述工件的至少一部分保持熔融直至所述工件的该部分被分开。
文档编号C03B33/08GK101259569SQ20081009206
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月7日
发明者十仓史彦 申请人:富士通株式会社