TWI448025B

TWI448025B - 多重脈衝雷射處理系統及方法

Info

Publication number: TWI448025B
Application number: TW097100325A
Authority: TW
Inventors: 柯廷理詹姆斯; 馬特斯帝米崔; 普拉肯麥克
Original assignee: Ｇｓｉ集團股份有限公司
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2008-01-04
Publication date: 2014-08-01
Also published as: WO2008086091A1; CN101578155A; EP2114614A1; US20080164240A1; US8367968B2; CN101578155B; JP2010515577A; TW200835099A; KR20090104001A

Description

多重脈衝雷射處理系統及方法

優先權

本申請案主張2007年1月6日申請的美國暫時專利申請案第60/883583號的優先權。

本發明係有關於雷射處理系統，如揭露在例如美國專利第6559412號、第5812569號、第5998759號、第6339604號、第6727458號、及第6541731號，以及美國專利申請案刊物號碼第2002/0167581號者，各被讓渡給本發明之受讓人，且在此全部一併被供做參考。用於積體電路的記憶體修復的雷射微加工被揭露在例如John Ready的LIA Handbook of Laser Materials Processing，Laser Institute of America,Mongolia Publishing Co.,Inc.(2001),chapter 19。

上述雷射處理系統通常被用於各種微加工工作，包括例如燒斷積體電路的連接以修復記憶體裝置。在此種雷射處理系統中，一雷射光源產生脈衝，其被定位及聚焦在一工件上以執行處理工作。為了等間隔目標(targets)(諸如用於記憶體修復的一維(1D)或二維(2D)陣列的連接)的高速準確處理，雷射以大概對應於連接間距的脈衝率被產生脈衝，且一光學開關被用以選擇脈衝以僅燒斷被選擇的連接。因為雷射光源係以一接近固定的速率被操作，脈衝能量係前後一致，其係處理能力所必須的。脈衝可在目標相對於一雷射脈衝的運動期間被產生。諸如上面確認者之傳統的處理系統通常需要以不同的雷射光源之脈衝產生、脈衝選擇、及用以處理連接或類似的微結構之光束傳送。

被用於在雷射光源及聚焦透鏡(例如在雷射腔外部)之間的光學路徑上以選擇脈衝的一種光學開關係聲光調變器(AOM)。此種類型的開關可被用以減弱脈衝並且對被選擇的脈衝設定輸出脈衝能量。脈衝能量可根據處理參數或者用於光束對準的低能量位準被設定。

AOM的光學上升時間通常比電光調變器(EOMs,Pockel Cells)慢。不過，容易使用使得AOM較受歡迎。雖然具有數伏特的半波電壓及奈秒或更快的上升之積體電光開關有進展，AOM對於大多數的微加工應用係眾所周知的選擇。

在包括記憶體修復的一些微加工應用中，多重脈衝可在一群緊密間隔的脈衝中被傳送至工件。適合的單一雷射，例如鎖模雷射或半導體二極體，可產生快速的瞬時脈衝群。或者，多重的緊密間隔的脈衝可由一系統產生，其中，二或多個雷射光源的輸出被結合。

最好在用於處理及對準的一群多重脈衝內提供脈衝選擇。不過，間歇的脈衝產生通常可能導致不穩定的脈衝能量。各光源可對於各雷射光源被連續地產生脈衝並且被一調變器調變。然而，這並非是一較佳的解決辦法。以單一調變器的脈衝選擇是被期望的，但是在一群內小於約100ns的緊密間隔通常係超過大多數聲光調變器的限制。因此，在一群緊密間隔的脈衝內需要脈衝選擇，其使用單一調變器提供穩定的雷射操作。

本發明通常關於照射區間(impingement intervals)，其係相對於微結構被對準(aligned)，提供調整雷射脈衝時序，使得脈衝可照射在微結構上之想要的目標，或是不照射微結構。

根據一實施例，本發明提供一種以雷射為基礎之處理工件的穩定化的系統。系統包括一或多個雷射光源以產生雷射脈衝，至少某些脈衝在時間上緊密間隔。系統也包括一光學開關，其回應於一或多個控制訊號提供照射區間及非照射區間，其中，在照射區域的期間出現的一雷射脈衝可傳播至一工件位置。系統也包括一控制器，其被耦接至雷射及光學開關以使得若要求一脈衝則將一脈衝傳播至工件，或者若不要求一脈衝則將脈衝時間移位至非照射區間，時間移位係夠小以維持穩定的操作，且夠大以防止顯著的能量照射工件(由於光學開關的有限的反應時間)。

根據另一實施例，本發明提供一種以雷射為基礎之處理工件的方法。方法包括提供一或多個雷射光源以產生雷射脈衝的步驟，至少某些脈衝在時間上緊密間隔。方法也包括回應於一或多個控制訊號提供照射區間及非照射區間的步驟，其中，在照射區域期間出現的一雷射脈衝可傳播至一工件位置。方法也包括提供一控制器的步驟，其被耦接至雷射及光學開關以使得若要求一脈衝則將一脈衝傳播至工件，或者若不要求一脈衝則將脈衝時間移位至非照射區間，時間移位係夠小以維持穩定的操作，且夠大以防止顯著的能量照射工件(由於光學開關的有限的反應時間)。

本發明之一目的係在於提供用於多材料裝置的雷射處理之改良的方法及系統。本發明之再一目的係在於提供一穩定的雷射光源及雷射脈衝，其係從一群雷射脈衝被選擇。雷射脈衝群可以具有或沒有時序調整的重複率被提供，其中，舉例而言，系統容許在操作期間之雷射輸出時序的調整以提供脈衝選擇。

在實行本發明之上述目的及其他目的時，對於包括一基板及至少一微結構的多材料裝置的雷射處理提系統及方法的實施例。處理係用多重脈衝在單次操作中發生，其係以雷射處理系統的定位子系統控制。定位子系統包括在裝置及雷射光束腰間的相對運動。在相對運動期間，有關目標位置的照射區間使得一或多個雷射脈衝可照射工件。方法包括產生具有第一預定的特徵之第一脈衝，及以第一脈衝在照射區間的期間照射一目標，其中，與第一脈衝關聯的第一光束腰及目標大體上重疊。方法也包括產生具有第二預定特徵的第二脈衝。第二脈衝相對於第一脈衝延遲一預定時間。預定的時間夠小以維持穩定的操作且夠大以將延遲的脈衝從照射區間移動至鄰接的非照射區間，並且阻擋第二脈衝照射目標。處理乾淨地移除至少一微結構。目標可為一對準目標或一微結構。微結構可為一導電連接。

第一及第二脈衝可被獨立地觸發，使得第二脈衝係根據預定的時間相對於第一脈衝被延遲預定的時間。在不同的實施例中，預定的時間可由基板的熱特性決定，其中，在處理期間，與在以第二脈衝照射至少一微結構的步驟期間之基板的溫度相比，基板的溫度在預定時間之後大體上降低。預定時間可位於約1－500奈秒的範圍中，且在其他實施例中，預定時間可位於約1－200奈秒的範圍中，且在另外的實施例中，預定時間可位於約30－60奈秒的範圍中。產生的步驟可包括提供具有多重雷射的一光學子系統，其中，在光學子系統的觸發脈衝之間的相對延遲相當於預定時間。

對於較長的延遲，例如比200奈秒長，光束掃瞄技術可被使用以減少或消除在雷射光斑及目標位置間的相對運動。相對運動係由定位速度及時序延遲決定，例如，在每秒200毫米的定位速度下之200奈秒的時序延遲對應於40奈米的相對運動。

再者，在實現本發明的上述目的及其他目的時，用於多材料裝置的雷射處理之系統可包括一基板及至少一微結構。處理係以多重脈衝在單次操作中發生，其係以在裝置及雷射光束腰之間產生相對運動的子系統控制。在相對運動的期間，與目標位置有關的照射區間使得一或多個雷射脈衝照射工件。系統包括用於產生具有第一預定的特徵之第一脈衝的裝置，及用於以第一脈衝在照射區間的期間照射一目標的裝置，其中，與第一脈衝關聯的第一光束腰及至少一目標大體上重疊。系統也包括用於產生具有第二預定特徵的第二脈衝的裝置。第二脈衝相對於第一脈衝延遲一預定時間。預定的時間夠小以維持穩定的操作且夠大以將延遲的脈衝從照射區間移動至鄰接的非照射區間，並且阻擋第二脈衝照射目標。系統更包括用以阻擋以第二脈衝照射至少一微結構的裝置，其中，第二脈衝係從一照射區間移動至鄰接的非照射區間，從而阻擋第二脈衝照射至少一微結構。處理乾淨地移除至少一微結構。目標可為一對準目標或一微結構，且微結構可為一導電連接。

第一及第二脈衝可被獨立地觸發，使得第二脈衝係根據預定的時間相對於第一脈衝被延遲預定的時間。預定的時間可由基板的熱特性決定，其中，在處理期間，與在以第二脈衝照射至少一微結構的步驟期間之基板的溫度相比，基板的溫度在預定時間之後大體上降低。預定時間可位於約1－500奈秒的範圍中。在另外的實施例中，預定時間可位於約30－60奈秒的範圍中。

用於產生第一及第二脈衝的裝置可包括具有多重雷射的一光學子系統，其中，在光學子系統的觸發脈衝之間的相對延遲相當於預定時間。

再者，在實現本發明的上述目的及其他目的時，一種以一光學調變器從一群雷射脈衝選擇雷射脈衝的方法被提供。方法包括產生對應於第一雷射觸發訊號的一第一序列的雷射脈衝。方法也包括產生對應於第二雷射觸發訊號的一第二序列的雷射脈衝，其中，來自第一及第二序列的對應的脈衝形成時間上緊密間隔的一群脈衝。方法包括通過光學調變器傳播第一及第二序列的雷射脈衝，其中，光學調變器係被控制以僅在脈衝照射區間的期間選擇一或多個脈衝以照射工件。方法更包括下列步驟：經由以一AOM序列開始照射區間而在一脈衝群中選擇一脈衝以照射工件，及調整至少一觸發訊號的時序以在一脈衝群中產生至少一被調整的脈衝，使得被調整的脈衝從脈衝照射區間移動至鄰接的脈衝阻擋區間。

被調整的脈衝可為一延遲脈衝，且延遲可大於2微秒。在另外的實施例中，延遲可為約2－3微秒。調整至少一觸發訊號的步驟可包含調整第一或第二觸發訊號以選擇從各自的第一或第二序列的雷射脈衝中產生的脈衝。脈衝群包括二或多個緊密間隔的脈衝，且脈衝間隔可為1－500ns。

第一脈衝序列可以一第一雷射光源產生且第二脈衝序列可以一第二雷射光源產生。調變器可為一聲光調變器、一聲光偏轉器、或一電光調變器。傳播的步驟可包括結合第一光束及第二光束的步驟。結合可為以光束結合光學元件結合。光束結合光學元件可為一極化感測光學元件。結合的光束可為平行或發散。方法可包括以調變器控制各被選擇的脈衝之能量的步驟。

再者，在實現本發明的上述目的及其他目的時，一種以一光學調變器從一群雷射脈衝選擇雷射脈衝的系統被提供。系統提供產生對應於第一雷射觸發訊號的一第一序列的雷射脈衝，並且提供產生對應於第二雷射觸發訊號的一第二序列的雷射脈衝，其中，來自第一及第二序列的對應的脈衝形成時間上緊密間隔的一群脈衝。系統也提供通過光學調變器之第一及第二序列的雷射脈衝的傳播，其中，光學調變器係被控制以僅在脈衝照射區間的期間選擇一或多個脈衝以照射工件。系統更提供：經由以一AOM序列開始照射區間而在一脈衝群中選擇一脈衝以照射工件，及調整至少一觸發訊號的時序以在一脈衝群中產生至少一被調整的脈衝，使得被調整的脈衝從脈衝照射區間移動至鄰接的脈衝阻擋區間。

被調整的脈衝可為一延遲脈衝，且延遲可大於2微秒。在另外的實施例中，延遲可為約2－3微秒。至少一觸發訊號的調整可包含調整第一或第二觸發訊號以選擇從各自的第一或第二序列的雷射脈衝中產生的脈衝。脈衝群可包括二或多個緊密間隔的脈衝，且脈衝間隔可為1－500ns。在另外的實施例中，脈衝間隔可高至200ns。

第一脈衝序列可以一第一雷射光源產生且第二脈衝序列可以一第二雷射光源產生。調變器可為一聲光調變器、一聲光偏轉器、或一電光調變器。第一及第二序列的雷射脈衝之傳播可包括結合第一光束及第二光束，利用以光束結合光學元件結合。光束結合光學元件可為一極化感測光學元件。結合的光束可為平行或發散。系統可提供以調變器控制各被選擇的脈衝之能量。

再者，在實現本發明的上述目的及其他目的時，一種將在對準的多重脈衝雷射處理系統中的一雷射光源穩定化的方法被提供。方法包括以一脈衝重複率產生一第一序列的雷射脈衝。方法也包括通過光學調變器傳播第一序列的雷射脈衝，其中，光學調變器係根據一AOM命令序列被控制以在脈衝照射區間的期間使得一或多個脈衝可照射工件。方法包括在對應的脈衝照射區域將從第一脈衝序列選擇的脈衝照射到工件上。方法更包括經由下列步驟延遲第一序列的雷射脈衝：相對於對應的脈衝照射區間調整脈衝時序以將第一脈衝時序從對應的脈衝照射區間移動至鄰接的脈衝阻擋區間，從而阻擋第一脈衝序列，其中，產生的步驟大體上是連續的且雷射光源是穩定的。

方法可包括產生一第二序列的雷射脈衝，其中，第二序列的各脈衝對應於在第一序列的雷射脈衝中之一脈衝，並且通過光學調變器傳播第二序列的雷射脈衝以在至少一脈衝選擇時間區間的期間照射工件。

在本發明的一實施例中，脈衝係由兩個市售的q開關雷射光源產生，然後被結合以提供一雷射脈衝序列。特別地，雷射光源產生一綠色輸出波長(例如，約0.5 μm至約0.6 μm)，且可包括任何必須的波長移相器，諸如一倍頻器，以將主要的紅外光束轉換成綠光。

參閱圖1，根據本發明之一實施例的系統10包括一控制器12(諸如由GSI Group Corporation of Billerica,Massachusetts販賣的Model M455的記憶體修復系統控制器)，其除了調變器控制訊號18之外，提供二雷射觸發訊號14及16。雷射觸發訊號14及16通過一觸發器延遲單元20，然後分別被耦接至雷射光源22及24(例如，二市售二極體激發固態綠色q開關雷射光源，諸如由CrystaLaser of Reno,Nevada製造的Model QG532－300－YV雷射)。或者，控制器可包括觸發延遲能力並且獨立地輸出可編程觸發訊號。然後，兩個獨立可編程的雷射輸出被結合並且提供至諸如一AOM的調變器26。調變器26回應於AOM發射序列18接收在AOM命令序列30中的RF控制訊號。雷射輸出被結合，使得脈衝對被提供(從各雷射提供一個脈衝)，其係緊密間隔。對於各對脈衝，調變器26傳送來自各雷射的脈衝(脈衝對)、僅脈衝對的一脈衝、或無脈衝，以做為脈衝序列32的部分被導向一工作表面。

如圖2A之60所示的具有例如6 μ s寬度的RF調變器驅動訊號產生如圖2B所示之對應AOM光學響應62。照射區間64可被定義為一部分的AOM序列62。區間64可包括一均勻部分的實際AOM光學響應62。雷射如圖2C之66所示係在此照射區間64的期間被觸發，且圖2D顯示在照射區間64出現二脈衝68(在一特徵脈衝形成延遲之後)。聲光偏轉器之(有限的)上升時間取決於AOM的孔徑大小及聲音速度。典型的上升/下降時間可為數千奈秒。照射區間的寬度可根據合適的脈衝特徵被決定。例如，在工件上之脈衝對脈衝的能量均勻性可為一典型的脈衝規格。若10%的能量變化係可接受的，則照射區間可比其寬，其中，1%的脈衝－脈衝均勻性是必須的。

圖3A－3C根據本發明之另一實施例顯示一脈衝時序及調變系統，其中，調變控制訊號在要求的時間提供選擇的調變(而非重複的調變訊號)以在照射區間134的期間選擇地容許來自雷射脈衝群132的輸出脈衝130。在此例中，調變器係用以經由啟動第一階響應(開啟一通常關閉的AOM)或是止動第一階響應(關閉一通常開啟的AOM)而產生一響應，以僅在需要時提供一照射區間。

圖4A－4C根據本發明之另一實施例顯示一脈衝時序及調變系統，其中，調變控制訊號提供一調變序列，其在與脈衝142’對準的照射區間144’的期間傳送來自雷射脈衝群142的輸出脈衝140。在此例中，調變器重複率係常數且群144’的相位係以超前的時序被移位以選擇輸出140的脈衝。

圖5A－5C根據本發明之另一實施例顯示一脈衝時序及調變系統，其中，調變控制訊號提供一調變序列，包括非照射區間154’以選擇地阻擋脈衝群156。脈衝群152’被時間移位以出現在照射區間154的期間，不過，在154’的調變器輸出被抑制以阻擋脈衝群156，而在照射區間154的脈衝群152’被傳送至輸出150。在被阻擋的群156輸出150之間的時期可被設定以穩定輸出150的能量，例如，被設定為包括區間154及154’的調變序列的基本期間。在此實施例中，調變控制訊號未被提供為嚴格重複的訊號，而是不規則以提供改善的輸出穩定性。特別地，如在156所示，即使這些脈衝係位於會是照射區間者，若調變訊號重複，因為調變訊號未在該時被觸發，沒有輸出被提供，且輸出脈衝群150係被產生帶有標準的脈衝群間隔。

圖6係顯示結合來自二雷射光源的脈衝及對於脈衝序列32選擇二脈衝的程序之圖式。二雷射之脈衝產生在70kHz的表觀脈衝率下係接近連續且回應於獨立的雷射觸發訊號34及36產生二獨立而穩定的序列之雷射脈衝。如在40及42所示，脈衝在時間上可由零被分開至500ns。這些獨立的脈衝序列係以一極化型光束結合器44結合以形成一結合序列的雷射脈衝46，其包括緊密間隔的脈衝群(例如，對)。照射區間容許二脈衝被在50顯示的系統輸出。

脈衝間隔T(亦即，在各脈衝群中的脈衝之間的時間)係由在對應的觸發訊號34及36之間的相對延遲控制。延遲可從零被設定至表觀脈衝重複率的期間或是設定至約14微秒。對於典型的雙脈衝處理，延遲係從零(在脈衝間100%時間重疊)被設定至約500奈秒，且通常係小於約1微秒。在另外的實施例中，脈衝間隔可較大，但脈衝間隔係受限於非照射區間的長度。

調變器26可為例如聲光調變器，諸如由NEOS Technologies,Inc.of West Melbourne,Florida製造的低溫漂移模型N23080－3－.532－LTD。聲光調變器係位於光束結合器及聚焦透鏡之間。調變器係由來自系統控制器12的可編程時序訊號18操作，其開始AOM發射序列，其控制至調變器的RF驅動訊號的調變。在一照射區間的期間48(其在如下討論的AOM光學響應的窗口的上升及下降邊緣之間發生)，一或多個脈衝可導向一工件。在非照射區間的期間，脈衝無法從任一雷射光源傳播至上件。雷射脈衝可被產生以更接近圖6所示之AOM光學響應的窗口的下降邊緣。

現在參閱圖7，根據本發明之再一實施例，脈衝時序可相對於照射區間被控制，且脈衝時序可特別被調整，使得至少一被調整的脈衝70被移動(時間移位)至照射區間48’的外部並且進入鄰接的非照射區間。以此方式，被選擇的脈衝沿著光軸傳播至在工件上的對應目標且非選擇的脈衝被阻擋。類似於圖2所示之實施例，圖4的時序系統更包括二雷射22’及24’，其回應於延遲調整雷射觸發訊號34’及36’產生二獨立而穩定序列的雷射脈衝。如在40’及42’所示，脈衝可被分開時間T＋delta(約2－3 μ s)。這些獨立的脈衝序列係以一極化型光束結合器44’結合以形成一結合序列的雷射脈衝46’。照射區間48傳送由在50’顯示的系統輸出的一脈衝。

各個不想要的脈衝之延遲係夠小以經由維持幾乎連續的雷射操作維持穩定的雷射操作，並且也夠大以經由將非選擇的脈衝移動至鄰接的阻擋區間而阻擋脈衝照射工件。特別地，不想要的脈衝在時間(delta)上被延遲一小的數量，典型地約2－3 μ s，從而防止可能會導致損害的任何不想要的能量照射工件。

在較佳的單次處理實施例中，其中，二緊密間隔的脈衝被用於處理，緊密間隔的第二脈衝的脈衝能量被減少以在將基板損壞最小化時將在第一脈衝之後仍存在的任何不想要的材料移除。在此，緊密間隔的脈衝群被用以達成單次、雙脈衝處理，從而經由避免第二次以維持高單次處理速度及系統生產量，且伴隨的處理時間增加而系統生產量降低。

第二脈衝的能量可為任何減小的值；最好，第二脈衝係在第一脈衝的30%及60%之間。經由例如在極化光束結合器之前手動地或自動地旋轉一或二光束的線性光束極化，相對的脈衝能量在聲光調變器之前被設定。

此單程技術相當適合於改善在綠光雷射頻率的記憶體修復處理中的產量，且與紅外光(IR)處理相比，產量改善的利益對於綠光雷射頻率處理係顯著的。例如，雙脈衝綠光雷射頻率系統可將產量從96%增加至99%，而雙脈衝IR頻率系統可將產量從99.6%增加至99.8%。

簡單地說，以多重雷射光源從一脈衝群選擇脈衝因而係以單一調變器而非各雷射光源之個別的調變器達成。脈衝的能量也可被控制。單一調變器係與目標定位同步運轉，使得照射區間可容許脈衝照射被選擇的目標。目標定位係經由以諸如M455的精細定位平台之準確定位系統相對於聚焦的雷射斑點移動目標而被實現。

在本發明的實施例中，脈衝群可以雷射處理的不同方式被產生及使用。例如，美國專利申請案刊物第2002/0167581號(以下稱為Cordingley’ 581發行的申請案)，其說明書一併供做參考，至少部分，在其116－126、193－202及210段中，揭露多重脈衝雷射處理的方法及系統。被選擇的脈衝可對於單一目標或多個目標同時或以快速序列被傳送，同時維持穩定的雷射脈衝能量且以幾乎固定的速率及功率位準對各雷射光源產生脈衝。

脈衝可被產生具有任何要求之預定的脈衝形狀、脈衝寬度、脈衝能量、最大值脈衝功率、及時間間隔。可控制的寬度、最大值強度、及形狀的多個脈衝可經由控制如在2007年5月18日申請之申請中的美國暫時專利申請案序號60/938,967揭露之調變器，從例如一連續的雷射光束被產生，其說明書在此一併供做參考，其部分地揭露多重脈衝串可在即時連接切斷程序期間從一大體上連續的種子雷射輸出切成薄片的10至1000ns的期間內由一調變器輸出。

根據本發明之某些實施例，單一觸發器及可編程的電子延遲可被使用替代多個觸發器以在不同時間觸發各雷射以如在Cordingley’ 581發行的申請案之圖15a所示設定在群中的脈衝之間隔。當一電子延遲被使用時，一固定值可被編程且載入至雷射控制硬體。

在一例中，雙重脈衝系統被快速地切換成使用延遲脈衝的脈衝選擇之單脈衝系統以選擇一要求的脈衝做為單脈衝且同時維持穩定的雷射操作。單脈衝可從例如一雷射或是以二雷射的結合輸出被產生。

合適的雷射系統包括固態q開關雷射、光纖雷射、以高速半導體雷射為種子且以光纖放大器放大的MOPA(主振盪器－功率放大型)排列、鎖模雷射、及其結合。雷射可產生奈秒、披秒、飛秒的輸出。

在至少一實施例中，脈衝群可用直調式高速半導體雷射二極體產生及延遲，且以至少一光纖光放大器(MOPA結構)放大。然後，放大器輸出將透過AOM被傳播。根據另外的實施例，不同的光纖型MOPA結構也可以本發明之系統及方法被使用。

根據本發明之另外的實施例，例如當單一雷射光源產生一脈衝群時，雷射脈衝相對於同步的照射區間的時間移位可被用以從一脈衝群選擇預定數目的脈衝。隨著脈衝群的延遲被改變，不同的脈衝從群中被選擇。通常，最好脈衝群中的能量保持大體上固定，使得雷射光源輸出保持穩定。不過，在脈衝群中的脈衝可具有不同的特性；且當整個群的能量保持大體上固定時，脈衝的時間移位可被用以在具有不同特徵的脈衝群中選擇脈衝。例如，一脈衝群可包括具有不同的脈衝寬度、不同的脈衝形狀、或不同的脈衝能量之脈衝。此類型的脈衝特性選擇可被用以選擇脈衝群的低能量部分，例如一低能量對準脈衝。脈衝能量可不改變時間移位而從在照射區間內的脈衝被轉移至在照射區間外部的脈衝，以便在維持大體上固定之脈衝群的能量時，改變脈衝能量特徵。

在一些雷射光源中，可能需要顯著的時間以建立及校準脈衝特徵的改變。與其改變在一脈衝群內的脈衝特徵，帶有不同特徵的多重脈衝可被包括在單一脈衝群中。群的時間移位可被用以提供在雷射處理操作中之脈衝特徵的快速選擇。例如，若二脈衝類型被用於單一處理運轉中，時間移位可被用以選擇一群二脈衝的一部分以根據處理的需要快速地設定適當的脈衝寬度及/或脈衝能量或脈衝形狀。在帶有單一雷射光源的此情況中，當群的一脈衝被選擇時，未被選擇的脈衝在被選擇的脈衝之照射期間之前或之後的非照射期間被阻擋。

圖8根據本發明之再一實施例顯示脈衝時序系統，其包括用以提供二脈衝的一雷射光源80、及一調變器82。脈衝84可被分開約0至100ns的時間，且一照射區間86，例如窗口，可如在88所示傳送二脈衝的輸出。

如圖9所示，根據本發明之再一實施例，除了一雷射光源80’被用以產生二脈衝84’之外，類似於圖7所示的系統，脈衝時序可被調整，使得至少一被調整的脈衝90被移動(時間移位)至照射區間86’的外部並進入鄰接的非照射區間。以此方式，被選擇的脈衝沿著光軸傳播至在工件上的對應目標且未被選擇的脈衝被阻擋。類似於圖8所示的實施例，圖9的時序系統更包括一調變器82’，其提供照射區間86’。脈衝可被分開時間T＋delta(約2－3 μ s)。照射區間86’傳送僅由系統輸出的一脈衝且未被選擇的脈衝90’係如在88’所示被阻擋。

可使用脈衝群的不同部分被選擇的脈衝特徵包括脈衝能量、脈衝形狀、及脈衝寬度。脈衝能量被理解為在時間區間的期間發射的能量。時間區間可為一固定值或是可在脈衝期間從相對的功率值決定，例如，半高全寬、最大值的10%等。脈衝形狀係用以指可在功率對時間的圖式中被繪示的時間輪廓。例如，脈衝形狀可包括高斯、方形、尖形、彎曲形、波浪形、鋸齒形、或其他波型。最好，一外部調變之光纖放大的cw種子雷射被用以回應於控制訊號產生可變的脈衝形狀。

在替代的實施例中，對雷射光源提供一高速界面可有利於雷射參數之更快的設定。例如，一RS－232串聯界面可用IEEE1394或其他標準高速界面取代。當一脈衝群的參數可被夠快速地設定時，例如，在10微秒內或更快，然後脈衝特性的即時結構對於典型的處理速率是可能的，其對應於照射區間的100kHz重複率。設立即時處理的雷射需要的準確時期將取決於處理速率。較快或較慢的速率將分別需要較快或較慢的雷射脈衝參數設立。即使當參數對於每一照射區間無法被夠快地改變以設立時，高速設立可經由對於不同部分的處理運轉設立脈衝參數而有利於整體的生產量。這些部分可包括將不同群之被處理的目標或是不同類型的目標，諸如對準目標及處理目標。

根據本發明之某些實施例，三脈衝的脈衝群可被使用，且三、二、一、或沒有脈衝可被選擇以在如圖10A－10C所示的照射區間之內。如圖10A所示，調變器響應160的照射區間W係同步於具有如顯示之對應於微結構位置的周期P₁ 、P₂ 、P₃ 的重複序列，且對於脈衝群之不同的個別的時間移位t₁ 、t₂ 、t₃ 及t₄ 被用以從在照射區間中出現的群162、164、166及168(圖10B所示)選擇脈衝的數目。通常，當處理等間隔的微結構群時，周期P₁ 、P₂ 、P₃ 全部是相同的長度，而在其他的實施例中，例如當將被處理的微結構的間隔或時序係不規則時，周期可能是不固定。移位可被施加至整個脈衝群或至群內的一脈衝子集以分別如圖10C中在172、174、176及178顯示提供三、二、一或沒有脈衝的輸出群。因此，系統簡單地為照射區間序列選擇適當的時間移位，其將提供期望的輸出。

圖10D及10E顯示若脈衝群各自包括脈衝形狀不同於在群182中的其他脈衝的一或多個脈衝180，則照射區間可使得一種類型的脈衝184照射工件，或是可使得另一類型的脈衝186照射工件。

時間移位脈衝的實施例可與多光束處理一起使用。當單一光源或多光源結合光束被使用時，時間移位脈衝可被用以從一特別的光束源選擇脈衝。當單一光源被分開時，時間移位通常會利用一光學延遲，最好是一可變的光學延遲，被施加於至少一光束。光學延遲及觸發延遲的結合或多重光學延遲可被用以從任一光束選擇脈衝。方便地，以多光源，多觸發延遲可被使用。

通常，以多光束的時間移位可被用以在光束特性間切換，而未限定於脈衝特性。例如，雷射光源中的差異、光束路徑、及光學路徑中的光學元件可給予不同的光束特性；且時間移位可被用以有效地切換光束及選擇光束特性。

結合的光束路徑可為發散，使得雷射斑點被形成以彼此偏移。它們可沿著斑點相對於連接的行進方向且在一列連接中之不同的目標連接上被偏移。同樣地，雷射斑點可在垂直於行進方向的方向上被偏移，單獨或結合在行進至不同列的連接中之連接的方向上的偏移，其可在斑點相對於連接的行進方向上垂直對準、偏移或交錯。使用時間移位，一或多個結合光束的脈衝可被移位至照射窗的外部而在維持穩定的雷射操作時以單一AOM從多光束選擇用於照射的工作脈衝。

使用帶有光源之單一AOM或聲光偏轉器可消除與多個聲光裝置有關的不同漂移。以單一裝置，漂移實質上係共模且可改善光束對光束的瞄準精度並減少多光束校準的需求。

圖11A－11C根據本發明之再一實施例顯示脈衝時序及調變系統，其中，調變控制訊號也提供不規則的調變訊號，其在與脈衝192’對準的照射區間194的期間選擇地阻擋脈衝群192並從雷射脈衝192’群傳送輸出脈衝190。如在196顯示，某些調變振幅控制訊號可以一較高的能量位準被提供以偏移會隨著在194’的照射區間出現之被抑制的能量，其中，沒有調變出現，以使在調變器中的溫度變動的管理變得容易。如上所述，在被阻擋的群192’輸出190之間的時期被設定以穩定輸出190的能量。

根據本發明之再一實施例，極化或非極化光束結合技術可被用以將不同之雷射光源的輸出結合成一群緊密間隔脈衝，如同在例如Cordingley’ 581發行的申請案之193－203段中揭露者，其說明被一併供做參考。

許多用以將一或多個雷射脈衝傳送至一或多個目標的選擇(使用用於快速切換光束路徑的EO調變器)也可被利用，例如在美國專利第6541731號(Mead’ 731專利)中揭露者，其說明書在此一併供做參考。Mead’ 731專利的裝置使用二或多個雷射系統以達成處理參數的彈性。來自獨立控制的雷射系統之輸出光束係使用一分光器被結合，其將光束結合成單一或多個處理光束。系統的操作彈性可透過使用多個EO調變器及一極化感測分光器被進一步被增強。Mead’ 731專利的圖9係繪示利用三個雷射系統的系統，其獨立地操作以實現要求的輸出特徵；Mead’ 731專利的圖10係繪示本發明之供選擇的實施例，其中，來自二獨立的雷射系統的輸出係與極化分光器結合；Mead’ 731專利的圖11繪示使用EO調變器的本發明之供選擇的實施例。

用於以選擇的波長之雷射處理及脈衝選擇的方法及系統也可如在其中揭露者被利用。例如，不同操作波長的不同雷射光源可被利用，且雷射光源可為紅外光、可見光或紫外光，且波長可為1.32um、1.064um、1.047um、.532um、.351um、.266um或其他可利用的雷射線、移位的雷射線、或是乘頻式雷射線。

記憶體修復的處理特徵可隨著波長顯著地改變，如同在例如美國專利第6559412號中(其說明書被一併供做參考)及至少在Cordingley’ 581發行的申請案的149－156段中揭露者。矽基板在IR波長係透明的且通常對於損壞不零敏。不過，對於可見光及紫外光波長，矽具有顯著的吸收且低能量脈衝被用以避免基板損壞。由於材料之不完全的移除，低能量可見光及UV處理的結果可為減少的產量。

在本發明的一實施例之一種應用中，若二雷射被穩定化且一個被選擇用於對準且另一個係經由將一脈衝選擇地時間移位至照射窗的外部而被有效地阻擋時，優於約0.18微米的系統對準可被實現。在穩定的雷射之間的快速切換在沒有過度的穩定時間的情況下是可能的。在此實施例中，對準可使用被獨立地應用至各光束之熟知的邊緣掃瞄技術被實現，如同顯示在例如Cordingley’ 581發行的申請案的圖10、14a及14b者及如同在例如General Scanning,Inc.1998發行之Don Smart and John Edwards的“Link Processing with Lasers”的第16－20頁揭露者，其整體的說明在此一併供做參考。另外，對於重疊或偏移的脈衝，對工件的對準及脈衝之相對的空間對準是很緊要的。在雷射處理領域中已知的各種對準架構可被使用在多重脈衝處理中，如同在例如Cordingley’ 581發行的申請案的第129－131及177段中揭露者。

在又一實施例中，二觸發器訊號可同時被延遲以阻擋二光束。此技術可被使用以例如在對準或校準的例行程序中檢測背景能量。當二觸發器被延遲時，調變器也可經由使用等間隔的照射區間而被熱穩定化以提供更均勻的熱負載。

不同類型的光學調變器可被使用，諸如聲光調變器、及電光調變器。通常，對於以高至約100kHz的速率脈衝選擇單一脈衝或一群脈衝，聲光調變器是較佳的，不過，本發明可用任何具有照射區間及阻擋區間的調變器實施。一聲光偏轉器可被使用做為調變器或是除了調變器之外可被使用。

被選擇的脈衝通常將以單一的接物透鏡被聚焦成在工件上的一斑點。多重脈衝可通過多個光學路徑被導向至多個透鏡。

熟知此技藝者將瞭解在不脫離本發明之精神及範疇的情形下，可對上述揭露的實施例進行許多修正及變動。

10．．．系統

12．．．控制器

18．．．調變器控制訊號

20．．．觸發器延遲單元

22’、24’．．．雷射

26．．．AOM調變器

30．．．AOM命令序列

32．．．脈衝序列

62．．．AOM光學響應

82、82’．．．調變器

150．．．輸出

154’．．．非照射區間

160．．．調變器響應

22、24、80、80’．．．雷射光源

44、44’．．．極化型光束結合器

14、16、34、34’、36、36’．．．雷射觸發訊號

48’、64、86、86’、134、144’、154、194．．．照射區間

132、142、152’、156、162、164、166、168、182、192．．．脈衝群

46、46’、68、70、84、84’、90、90’、130、140、180、184、186、190、192’．．．脈衝

圖1繪示顯示脈衝時序控制及時序AOM控制的示意圖；圖2A－2D係根據本發明之一實施例顯示在系統中之AOM命令、AOM回應、雷射觸發、及一對脈衝的示意圖；圖3A－3C係根據本發明之再一實施例顯示在一系統中之對一選擇的AOM命令的光學回應、及對應群的雷射脈衝及選擇的脈衝的示意圖；圖4A－4C係根據本發明之再一實施例顯示在一系統中之對一AOM命令序列的光學回應、及對應群的雷射脈衝及選擇的脈衝的示意圖；圖5A－5C係根據本發明之再一實施例顯示在一系統中之對一AOM命令序列的光學回應、及對應群的雷射脈衝及選擇的脈衝的示意圖；圖6繪示顯示雙脈衝產生、脈衝時序、及脈衝群選擇的示意圖；圖7係根據本發明之另一實施例繪示顯示雙脈衝產生、延遲的脈衝時序、及單脈衝選擇的示意圖；圖8係根據本發明之再一實施例繪示顯示雙脈衝產生、脈衝時序、及脈衝選擇的示意圖；圖9係根據本發明之再一實施例繪示顯示雙脈衝產生、延遲的脈衝時序、及單脈衝選擇的示意圖；圖10A－10E係根據本發明之另一實施例顯示在一系統中之對一AOM命令的光學回應、及對應群的雷射脈衝及選擇的脈衝的示意圖；及圖11A－11C係根據本發明之再一實施例顯示在一系統中之對再一AOM命令序列的光學回應、及對應群的雷射脈衝及選擇的脈衝的示意圖。

10．．．系統

12．．．控制器

14．．．觸發器1

16．．．觸發器2

18．．．調變器控制訊號

20．．．觸發器延遲

22．．．雷射1

24．．．雷射2

26．．．聲光調變器

30．．．AOM序列

32．．．被選擇的脈衝

Claims

一種以雷射為基礎之沿著連續的運動軌道處理一工件的方法，該方法包括下列步驟：回應於可變的時序訊號，產生時間上緊密間隔的至少二雷射脈衝；以一光調變器，其係根據一命令序列的脈衝照射區間及非照射區間而被控制，在對應於一工件目標的連續的運動軌道期間選擇至少二脈衝的緊密間隔脈衝，以使得各被選擇的脈衝可在一脈衝照射區間照射工件目標；改變可變的雷射脈衝時序訊號以變化緊密間隔脈衝的間隔，其中，至少一脈衝時間從照射區間被移動至鄰接的非照射區間；及以光調變器在非照射區間阻擋至少一被移動的脈衝照射工件；其中，可變的雷射脈衝時序訊號係足夠地連續以維持穩定的雷射操作。
如申請專利範圍第1項的方法，其中，該方法更包括下列步驟：將被選擇的至少二雷射脈衝聚焦在工件上；及相對於聚焦的至少二雷射脈衝，準確地定位至少一微結構的多材料裝置。
一種處理包括一基板及至少一微結構的多材料裝置，其沿著相對的軌道在單次操作中與多重脈衝一起存在且其係以處理系統的定位子系統控制的方法，該方法包括下列步驟：導致在多材料裝置及一雷射光束腰間的相對運動；在使得一或多個雷射脈衝可照射在目標位置的一工件之相對運動的期間開始與一目標位置相關的照射區間；在對應於在相對軌道中的目標位置的一時間產生一第一雷射脈衝；以第一雷射脈衝在照射區間的期間照射目標，在鄰接照射區間的一非照射區間的期間，在相對於第一脈衝延遲的一時間產生一第二脈衝，及阻擋第二脈衝照射目標，或是在非照射區間的期間阻擋第二脈衝照射非目標材料，其中，與第一脈衝關聯的一第一光束腰與目標大體上重疊，且其中，延遲係相對於第一脈衝的一預定時間，其夠小以維持穩定的雷射操作且夠大以將延遲的脈衝從照射區間移動至鄰接的非照射區間。
如申請專利範圍第3項的方法，其中，第一及第二脈衝係獨立被觸發。
如申請專利範圍第3項的方法，其中，預定的時間係由多材料裝置的熱特性決定。
如申請專利範圍第3項的方法，其中，預定的時間係位於約1-500奈秒的範圍中。
如申請專利範圍第3項的方法，其中，產生第一脈衝的步驟包括以第一雷射產生第一雷射脈衝，且其中，產生第二脈衝的步驟包括以第二雷射產生第二雷射脈衝，且其中，在脈衝間的相對延遲對應於預定的時間。
一種以一光調變器從一群雷射脈衝選擇雷射脈衝的方法，該方法包括下列步驟：產生對應於一雷射時序訊號的一群雷射脈衝、對應於相對於雷射脈衝而移動的一工件目標之雷射脈衝群的一第一部分、及對應於鄰接與雷射脈衝群的第一部分相關聯的照射區間之非照射區間的雷射脈衝群的一第二部分；根據一命令序列的照射區間及非照射區間控制一光調變器，以光調變器選擇雷射脈衝群的第一部分以使得各被選擇的脈衝可在一脈衝照射區間期間照射工件目標；及阻擋雷射脈衝群的第二部分照射工件。
如申請專利範圍第8項的方法，更包括調整雷射時序訊號以產生相對於工件之被調整的脈衝群的步驟，其中，調整雷射時序訊號的步驟將一被移動的脈衝從雷射脈衝群的第二部分移動至雷射脈衝群的第一部分，藉以在照射區間期間選擇被移動的脈衝。
如申請專利範圍第8項的方法，更包括調整雷射時序訊號以產生相對於工件之被調整的脈衝群的步驟，其中，調整雷射時序訊號的步驟將一被移動的脈衝從雷射脈衝群的第一部分移動至雷射脈衝群的第二部分，藉以阻擋被移動的脈衝照射工件。
如申請專利範圍第8項的方法，其中，產生雷射脈衝群的步驟包括產生具有不同的脈衝特性之一群脈衝，且其中，被選擇的脈衝根據雷射時序訊號具有要求的脈衝特性。
如申請專利範圍第8項的方法，其中，選擇雷射脈衝群的第一部分的步驟從雷射脈衝群選擇要求數目的脈衝。
如申請專利範圍第8項的方法，其中，產生雷射脈衝群的步驟包括產生對應於一第一雷射觸發訊號的一第一序列的雷射脈衝、產生對應於一第二雷射觸發訊號的一第二序列的雷射脈衝、及將第一及第二序列的雷射脈衝傳播至光調變器；且其中，方法更包括根據要求的脈衝選擇調整至少一觸發訊號的時序，其中，來自第一及第二序列的對應的脈衝形成一群脈衝，其係在時間上緊密間隔，且脈衝間隔係在約1-500ns的範圍中。
如申請專利範圍第13項的方法，其中，第一脈衝序列係以第一雷射光源產生且第二脈衝序列係以第二雷射光源產生。
一種將在對準的多重脈衝雷射處理系統中的一雷射脈衝序列穩定化的方法，該方法包括下列步驟：回應於一雷射脈衝時序訊號，產生一第一序列的雷射脈衝，其中，在第一序列的一第一部分中的脈衝係在對應於沿著相對於雷射脈衝的連續的處理軌道移動之工件的目標的位置的時間產生；以一光調變器，其係根據一命令序列的照射區間及非照射區間被控制，選擇第一序列的一或多個脈衝以使得各被選擇的脈衝可在一脈衝照射區間的期間照射一工件目標；及調整相對於工件之第一序列的雷射脈衝的一第二部分的雷射脈衝時序訊號，其中，在第一序列的第二部分中的脈衝係在對應於鄰接照射區間的非照射區間的時間被產生，從而阻擋第一脈衝序列的脈衝照射工件；其中，產生及調整的步驟維持一大體上連續且被穩定化的第一脈衝序列。
如申請專利範圍第15項的方法，更包括下列步驟：產生一第二序列的雷射脈衝，其中，在部分的第二序列中的脈衝係在對應於工件的目標的位置之時間產生；及根據命令序列的照射區間及非照射區間以光調變器選擇第二序列的一或多個脈衝，以使得各被選擇的脈衝可在一脈衝照射區間的期間照射至少一工件目標。
如申請專利範圍第16項的方法，其中，第二序列之一被選擇的脈衝對應於在第一序列中的一脈衝且對應的脈衝在時間上被調整並在鄰接的非照射區間中被阻擋。
如申請專利範圍第16項的方法，其中，第二序列之一被選擇的脈衝對應於在第一序列中的一被選擇的脈衝，因此多重脈衝在一照射區間的期間照射一工件目標以處理一微結構。
如申請專利範圍第16項的方法，其中，該方法更包括將在第一及第二序列的照射脈衝間的延遲設定為從1 至500奈秒的步驟。
如申請專利範圍第16項的方法，其中，第一脈衝序列係以第一雷射光源產生且第二脈衝序列係以第二雷射光源產生。
一種穩定化的系統，用於雷射處理包括一基板及至少一微結構的多材料裝置，其在單次軌道中與多重脈衝一起存在，該穩定化系統包括：脈衝產生裝置，用以回應於一可調整的雷射脈衝時序訊號產生第一及第二脈衝；調變器裝置，用以回應於一命令序列之對應於微結構的照射區間及鄰接的非照射區間調變第一及第二雷射脈衝；訊號產生裝置，用以根據軌道及在第一及第二脈衝間之要求的脈衝延遲產生可調整的雷射脈衝時序訊號；命令產生裝置，用以在軌道期間產生命令序列的照射區間及非照射區間；及照射裝置，用以在照射區間期間以選擇的脈衝照射微結構，其中，與各被選擇的脈衝相關聯的一光束腰跟微結構大體上重疊，其中，該調變器裝置包括當相對於微結構的第二脈衝延遲夠大以將第二脈衝從照射區間移動至鄰接的非照射區間，從而阻擋第二脈衝照射至少一微結構時阻擋第二脈衝的裝置，及其中，可調整的雷射脈衝時序訊號在照射區間期間提供第一脈衝的選擇，且其中，延遲夠小以維持穩定的操作。
如申請專利範圍第21項的穩定化的系統，其中，該脈衝產生裝置更包括：第一裝置，用以產生具有一第一預定的特徵之一第一脈衝，第二裝置，用以產生具有一第二預定的特徵之一第二脈衝，第二脈衝相對於第一脈衝延遲一預定的時間。
如申請專利範圍第21項的穩定化的系統，其中，該系統更包括至少一雷射光源及被耦接至各雷射光源及調變器裝置而以可變的脈衝時序控制脈衝傳播的一控制器。
如申請專利範圍第21項的穩定化的系統，其中，該系統更包括二q開關倍頻雷射光源。
如申請專利範圍第21項的穩定化的系統，其中，該系統更包括具有可編程的脈衝輪廓之單光纖雷射光源，其中，雷射時序訊號產生至少二緊密間隔脈衝的群。
如申請專利範圍第21項的系統，其中，該系統更包括：一光學系統，用以聚焦雷射脈衝，及一定位系統，用以相對於聚焦的雷射脈衝準確地設置一多材料裝置的至少一微結構。