高エネルギーパルス抑制方法
【課題】負荷制御音響光学変調器（ＡＯＭ）に対する不規則な熱的負荷変動による、レーザビーム品質及び位置決め精度に歪みを引き起こすことなく、高繰り返しレートレーザパルス列から不規則に加工レーザパルスを捕獲する。
【解決手段】レーザは、レーザ空洞放出動作によって、かつエネルギー誤差を補償するためにダミーパルス期間を調節するためのその情報を利用することによって、工作物を任意の期間でかつ実質的に一定のエネルギーレベルで供給されるレーザパルス１９２で処理する。ダミーパルス１９４は、工作物に到達することから遮断されるレーザパルスである。第２の方法は工作物に送られるレーザエネルギー量を変動させるＡＯＭを使用する。第３の方法は、ダミーパルス１９４が開始されるときはいつでも、追加のレーザ空洞充電時間を許容するために選択パルスのパルス期間２００を延長することを伴う。
【解決手段】レーザは、レーザ空洞放出動作によって、かつエネルギー誤差を補償するためにダミーパルス期間を調節するためのその情報を利用することによって、工作物を任意の期間でかつ実質的に一定のエネルギーレベルで供給されるレーザパルス１９２で処理する。ダミーパルス１９４は、工作物に到達することから遮断されるレーザパルスである。第２の方法は工作物に送られるレーザエネルギー量を変動させるＡＯＭを使用する。第３の方法は、ダミーパルス１９４が開始されるときはいつでも、追加のレーザ空洞充電時間を許容するために選択パルスのパルス期間２００を延長することを伴う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザに関し、詳細には、レーザビームの品質又は位置精度の歪みを最小限にするために、要求に応じて高繰り返しレートの、安定したエネルギーを有するレーザパルスを負荷制御音響光学変調器（「ＡＯＭ」）に提供する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは、電子材料及び基板を検査し、加工または微細加工することを含む工業的作業や分光学的バイオ技術研究を含む種々の研究開発において採用されている。例えば、動的ランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）を修復するためには、レーザパルスは不良メモリセルをＤＲＡＭデバイスから切り離すために導電性リンクを電気的に切断し、その後その不良メモリセルを取り替えるために余剰のメモリセルを作動させるために使用される。リンクからの除去を必要とする不良メモリセルは不規則に配置されているので、切断される必要のあるリンクは不規則に配置されている。したがって、レーザのリンク修復プロセス間に、レーザパルスは不規則なパルス期間に発出される。換言すると、レーザパルスは一定のパルス繰り返し周波数（「ＰＲＦ」）でなく、広い可変範囲のＰＲＦで出力する。工業的プロセスがより大きい生産スループットを達成するためには、レーザパルスはレーザビーム走査機構を停止することなく、ターゲットリンクに発出される。この生産技術は業界において、「オンザフライ」（「ＯＴＦ」）リンク加工と称される。他の一般的なレーザ応用例は、レーザパルスが不規則な時期に必要とされるときにのみ発出されるレーザパルスを使用する。
【０００３】
しかしながら、１パルス当たりのレーザエネルギーはＰＲＦを増大させることにより典型的に減少し、一方、レーザパルス幅は、Ｑスイッチ固体レーザに特に当てはまるＰＲＦ１特性を増大させることにより増加する。多くのレーザ応用例は要求に応じて不規則に時間変位されたレーザパルスを要求するが、これらの応用例もまた、１パルス当たりのレーザエネルギー及びパルス幅は実質的に一定に維持される。メモリ又は他のＩＣチップのリンク加工処理に対して、不十分なエネルギーは不完全なリンク切断になり、一方、多すぎるレーザエネルギーはパッシベーション構造又はシリコン基板に許容できないダメージを引き起こす。レーザエネルギーの許容範囲はしばしば、「プロセスウインドウ」と称される。多くの実用ＩＣデバイスでは、プロセスウインドウはレーザエネルギーが選択パルスエネルギー値から５％未満で変動することを要求する。
【０００４】
当業者は、プロセスウインドウ内での作業を確実にするために、又はプロセスウインドウを拡張するために様々なアプローチを採っている。例えば、本特許出願の譲受人に譲渡される、「レーザ生成物質（ｌａｓａｎｔｓ）内で高密度の励起イオンを発生させて使用する方法及び装置」に関する米国特許第５，５９０，１４１号はＰＲＦの関数として軽減したパルスエネルギー降下を発揮し、ゆえにより高い使用可能なＰＲＦを発揮するレーザ生成物質を有する固体レーザを記載する。したがって、かかるレーザは、最大値未満で動作させると、より安定したパルスエネルギーレベルを発生させることができる。また、本特許出願の譲受人に譲渡される、「多材料多層デバイスの１又はそれ以上の材料からなるターゲット構造を選択的にレーザ加工するためのシステム及び方法」に関する米国特許第５，２６５，１１４号は、プロセス中にレーザパルスエネルギーのより広い変動を許容するためにリンクプロセス窓を拡張するためにより長いレーザ波長、例えば１，３２０ナノメートル（「ｎｍ」）を使用することを記載する。「出力パワー安定用レーザ励起制御」に関する米国特許第５，２２６，０５１号は、励起ダイオードの電流を制御することによってレーザパルスエネルギーを等化する技術を記載する。この技術は約２５ＫＨｚ又は３０ＫＨｚ以下のレーザＰＲＦを使用する実用化例において功を奏する。
【０００５】
上記レーザ加工応用例は典型的に、約２５ＫＨｚ又は３０ＫＨｚを越えないＰＲＦで稼働する、１，０４７ｎｍから１，３４２ｎｍの波長を有する赤外線（「ＩＲ」）レーザを使用する。しかしながら、生産ニーズはより高い処理量を要求し、レーザは約２５ＫＨｚよりもっと高い、例えば５０〜６０ＫＨｚ以上のＰＲＦで動作させることができなければならない。また、多くのレーザ加工応用例は、典型的に約４００ｎｍ未満の紫外（「ＵＶ」）エネルギー波長を使用することによって改良される。かかるＵＶ波長はＩＲレーザをそのＩＲレーザの第２、第３又は第４高調波を活性化する高調波発生プロセスに付することによって発生できる。残念ながら、高調波発生の性質により、かかるＵＶレーザのパルス対パルスエネルギーレベルは、ＰＲＦの時間変動及びレーザパルス間隔に特に敏感である。
【０００６】
また、本特許出願の譲受人に譲渡される、「レーザ加工パワー出力安定装置及び加工位置フィードバックを行う方法」に関する米国特許第６，１７２，３２５号は、レーザパルス間隔の倍数である不規則時間間隔で、要求に応じて、レーザパルス捕獲を行うための位置フィードバック制御レーザパルス捕獲又は開閉制御デバイスに関連して一定の高繰り返しレートでレーザを動作させる、良好なパルスエネルギー安定性及び高スループットの技術を記載する。
【０００７】
典型的なレーザパルス捕獲又は開閉制御デバイスは、ポッケルセルと呼ばれる、音響光学変調器(「ＡＯＭ」)及び電子光学変調器(「ＥＯＭ」)を含む。典型的なＥＯＭ材料、例えばＫＤ*ＰまたはＫＤＰは、ＵＶ波長の比較的強い吸収の被害を受け、使用周波数での材料のより低い閾値及び開閉制御デバイス内のレーザビーム路に沿って位置決めされた光学デバイスの局所加熱を生じ、それによって半波長遅延を行うための変調器によって要求される電圧変化を生じさせる。ＥＯＭの別の不利な点は、５０ＫＨｚを超える繰り返し周波数で十分機能する能力が疑わしいことである。ＡＯＭ材料は、他方では、２５０ｎｍのＵＶから２０００ｎｍのＩＲまで、非常に高い透過性を有し、それによりＡＯＭはその範囲内で典型的なレーザ波長を通して十分機能できる。ＡＯＭも、数百ＫＨｚまでの繰り返しレートでパルスの望ましい開閉制御を容易に調節できる。ＡＯＭの１つの利点は約７５〜９０％のその制限回折効率にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５９０，１４１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２６５，１１４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２２６，０５１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１７２，３２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図1は、無線周波数(「ＲＦ」)ドライバー１２によって駆動され、レーザパルス捕獲又は開閉制御適用に使用される典型的な先行技術に係るＡＯＭ１０を示し、また図２Ａ〜図２Ｄ（総称して図２）は、入来レーザパルス１４、ＡＯＭのＲＦパルス１５及びＡＯＭ出力パルス１６，２０の対応する先行技術のタイミンググラフを示す。図２Ａはレーザ（図示せず）によって放射されかつＡＯＭ１０に伝搬される一定の繰り返しレートレーザパルス１４ａ〜１４ｋを示す。図２Ｂは、対応する期間２２ａ〜２２ｋに生起するレーザパルス２２ａ〜２２ｋのうちのいずれがターゲットに対して伝搬されるかを選択するためにＡＯＭ１０にＲＦパルスを印加するための２個の模範的なスキームを示す。第１のスキームにおいて、単一のＲＦパルス１５ｃｄｅ（点線で示される）はレーザパルス１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅに対応する期間２２ｃ〜２２ｅを包含するために延長され、第２のスキームにおいて、分離ＲＦパルス１５ｃ、１５ｄ及び１５ｅはレーザパルス１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅの各期間２２ｃ、２２ｄ及び２２ｅを個別に包含するために発生される。図２Ｃ及び図２Ｄは各々、ＡＯＭ１０に印加されるＲＦパルス１５の有無によって決定されるように、ＡＯＭ１０から伝搬される１次ビーム２０及び０次ビーム１６を示す。
【００１０】
図１，２を参照して、ＡＯＭ１０はＲＦドライバー１２によって駆動される。ＲＦパルス１５がＡＯＭ１０に印加されない場合、入来レーザパルス１４はそれらの元のビーム路に実質的に沿ってＡＯＭ１０を通過し、０次ビーム１６として典型的に呼ばれるビーム１６として出て行く。ＲＦパルス１５はＡＯＭ１０に印加される場合、入来レーザパルス１４のエネルギーの一部分は０次ビーム１６から１次ビーム２０の経路に逸らされる。ＡＯＭ１０は１次ビーム２０の入来レーザパルス１４に対する入来レーザパルス１４のレーザエネルギーの比として定義される回折効率を有する。異なる適用条件次第で、１次ビーム２０又は０次ビーム１６は加工ビームとして使用できる。簡易化のために、ＡＯＭ１０に入力するレーザパルス１４は、以降、「レーザパルス」又は「レーザ出力」として参照され、ターゲットに供給されるパルスは「加工レーザパルス」又は「加工レーザ出力」として参照される。なぜなら、それらはＡＯＭ１０によって捕獲されるからである。
【００１１】
１次ビームが加工ビームとして使用される場合、ＲＦパワーがその最大パワーから実質的にゼロに変化するにつれて、加工レーザパルスのエネルギーはその最大値である１００％パワーから実質的にゼロに動的に制御できる。許容最大ＲＦパワー下でのＡＯＭ１０の実用的な回折効率は約７５％〜９０％であるので、加工レーザパルスの最大エネルギー値はレーザからのレーザパルスエネルギーの約７５〜９０％である。しかしながら、０次ビーム１６が加工ビームとして使用される場合、ＲＦパワーが実質的にゼロからその最大パワーに変化するにつれて、加工レーザパルスのエネルギーは、レーザからのレーザパルスエネルギーの最大値の１００％からその最大値の１５〜２０％まで動的に制御できる。例えば、メモリリンク加工に対して、加工レーザパルスが要求に応じていない場合、システムレーザパルスエネルギーの漏れは許容されない。すなわち、加工レーザパルスエネルギーは、１次レーザビーム２０が加工ビームとして使用されるようにゼロになる。
【００１２】
再度、図２に関して、ＲＦパルス１５は不規則な時間間隔でＡＯＭ１０に印加され、加工レーザパルスが要求されるときのみは、不規則な整数倍のレーザパルス間隔でＡＯＭ１０に印加される。加工レーザパルスの不規則な出力はＡＯＭ１０に対する不規則に変動する熱的負荷を生じる。変動する熱的負荷により、ＡＯＭ１０内に幾何的な歪み及び温度勾配を生じ、その屈折率に勾配を生じさせる。熱的負荷を与えることの結果により、ＡＯＭ１０を通過するレーザビームは歪められ、レーザビームの品質劣化及びレーザビーム路における不安定性又はビーム位置決め精度の不良を生じる。これらの歪みは、それらが一定に維持されるのであれば、ある程度補正され得る。しかしながら、システムレーザパルスが例えばレーザリンク加工において不規則に要求される場合、これらの歪みは同じ不規則性を持ち、実際には補正され得ない。
【００１３】
ＡＯＭデバイス、例えばＦＬ．のメルボルン、ＮＥＯＳテクノロジー社によって製造されるモデルＮ２３０８０−２−１．０６−ＬＴＤに対する試験結果は、わずか２ＷのＲＦパワーの場合、レーザビーム位置決め精度はＡＯＭ１０へのＲＦパワーが不規則で断続的に適用されるとき、１ミリラジアンも逸脱し得ることを示した。この逸脱は典型的なメモリリンク加工システムに許容される最大値より数百倍大きい。ＡＯＭ１０への不規則な熱的負荷によるレーザビーム品質の歪みも、レーザビームの焦点可能性を低下させ、より大きいビームスポットサイズを焦点に生じる。レーザビームスポットサイズをできるだけ小さくなるように要求する応用例、例えばメモリリンク加工には、この歪みは極めて望ましくない。
【００１４】
したがって、必要なものは、ＡＯＭに対する不規則な熱的負荷変動による、レーザビーム品質及び位置決め精度への歪みを引き起こすことなく、高繰り返しレートレーザパルス列から不規則に加工レーザパルスを捕獲する装置及び方法である。さらに必要なものは、要求に応じて、及び／又はオンザフライで、メモリチップのレーザリンク加工を含む、幅広いレーザ応用例、例えば分光器適用、バイオテクノロジー適用、又は微細加工適用に対して広範な異なるパルス時間間隔で高ＰＲＦかつ高精度でパルス毎に一定のレーザエネルギー及び一定のパルス幅を有する加工レーザパルスを発生させる装置及び方法である。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、第１の期間によって分割されかつ第１のエネルギーレベルを有する１セットの第１のレーザパルスを生成するためのレーザを発生させること、第２のレーザパルス及び第３のレーザパルスを生成するために前記レーザを発生させること、前記第２のレーザパルスが前記工作物に到達することを防止すること、前記１セットの第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスが前記工作物に伝搬できるようにすることを含み、前記第３のレーザパルスは前記第１の期間より大きい第２の期間によって前記１セットの第１のレーザパルスから分離され、前記第２のレーザパルスは、前記第３のレーザパルスに前記第１のエネルギーレベルと実質的に同一である第２のエネルギーレベルを持たせる所定の時間に引き起こされる、レーザパルスを工作物に供給する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、選択レーザパルスが要求に応じてターゲットに送られ、一方レーザパルスの残りは遮蔽されるようにレーザパルスを捕獲又は開閉制御するための追加空洞ＡＯＭデバイスと協働して、高繰り返しレートのパルス出力でレーザを使用する。加工レーザパルスは先行技術において行われたように要求されるときのみ、ＡＯＭにＲＦパルスを印加する代わりに、実質的に類似のパルス間隔時間、例えばレーザパルスのパルス間隔時間を有するＲＦパルスは、加工レーザパルスが要求されるかどうかにかかわらず、ＡＯＭに印加される。加工レーザパルスが要求されるときは、ＲＦパルスは対応レーザパルスと同時に印加される。加工レーザパルスが要求されないときは、ＲＦパルスも対応レーザパルスに印加されるが、対応レーザパルスと同時ではない。レーザパルスに不一致のＲＦパルスはレーザパルスと同時のＲＦパルスと同じＲＦパワー及び持続時間を好ましくは持つ。不一致ＲＦパルス及びレーザパルス間の時間シフトは、その時間シフトがＡＯＭに対する熱的負荷の観点から実質的に無視できるほど十分小さい。したがって、ＡＯＭは、どれだけ不規則に加工レーザパルスが要求されるかにかかわらず、実質的に熱的負荷変動を経験しない。
【００１７】
好ましい実施例において、加工レーザパルスは一定の高繰り返しレート又は一定のレーザパルス間隔で発生されるレーザパルスから捕獲又はゲート制御される。かかる加工レーザパルスはそれらのエネルギー及びパルス幅における高安定性及び整合性を持つ。
【００１８】
同様に、ＡＯＭは加工レーザパルスがどれだけ不規則に要求されるかにかかわらず、実質的に一定のＲＦパワー負荷又は一定熱的負荷で動作される。したがって、ＡＯＭを不規則に透過的にすることにより、加工レーザビーム品質及びそのポインティング精度への悪影響は実質的にない。
【００１９】
また、ＲＦパルスパワーは、適用ニーズに適合させるために同じＡＯＭデバイスで加工レーザパルスエネルギー制御を行うために制御できる。レーザパルスエネルギー制御を行うためのＲＦパルスパワーの不規則な変動により、加工レーザビーム品質に対する悪影響を回避するために、ＲＦパルス持続時間はＲＦパルスパワー及びＲＦパルス持続時間の積は実質的に一定に維持されるように変調されか、または追加のＲＦパルスは１つのパルス間隔の間にＡＯＭに適用される全ＲＦエネルギーは実質的に一定に維持されるように追加できる。
【００２０】
もし、工作物加工応用例はレーザパルスが任意の時間間隔で供給されることを要求するならば、何らかの行動が、パルス毎のエネルギーは望ましい許容範囲内にあることを保証するために必要とされる。正確なパルスエネルギーを提供する第１の好ましい方法は、不完全な空洞放電挙動を特徴付けること及びエネルギー誤差を補償するために時間間隔Ｔｄを調節するためにその情報を利用することを含む、パルス期間の補償を伴う。
【００２１】
正確なパルスエネルギーを提供する第２の好ましい方法は、工作物を通過するのに許容されるレーザエネルギーの量を変化させるＡＯＭを使用する、パルス高さの補償を伴う。
【００２２】
正確なパルスエネルギーを提供する第３の好ましい方法は、ダミーパルスが開始されるときはいつでも、追加のエネルギーがレーザ空洞から放射され得るためのＱスイッチ信号期間を延長することを伴うＲＦ窓補償を含む。「ダミーパルス」は、本明細書において遮断ＡＯＭで放射されるレーザパルスとして記載される。ダミーパルスは、空洞充電期間Ｔｃが望ましい量のパルスエネルギーレベルになるように空洞から余分なエネルギーを放電する延長期間を含む。
【００２３】
正確なパルスエネルギーを提供する第３の好ましい方法は、加工パルスの放射前に励起電流をレーザに低減することを伴う。パルスタイミング要件に基づいて予め特徴付けられた励起電流を選択することは、放射実パルスが望ましい量のエネルギーレベルを持つようにレーザ媒体内で確立されたエネルギーレートを低減する。
【００２４】
本発明は、ＩＣチップリンク切断のような適用例を含む、レーザパルスを不規則にオン・オフすることを普通要求する適用例に対して安定パルス対パルス加工レーザパルスを発生させるために利点がある。また、本発明は、加工レーザパルスが不規則にオン・オフする２倍周波数、３倍周波数、又は４倍周波数レーザパルスを生成するために非線形高調波発生プロセスを採用するＱスイッチ固体レーザの加工レーザパルス対パルスエネルギーを安定化させるために利点がある。
【００２５】
本発明は、典型的なＡＯＭ材料、ＵＶスペクトルから近ＩＲ１、例えば２５０ｎｍ〜２０００ｎｍの広いスペクトル範囲のレーザ波長に極めて透過性である、例えば上記ＡＯＭモデルＮ２３０８０−２−１．０６−ＬＴＤに使用される溶融水晶及び二酸化テルル（Ｔｅθ２）に対して利点がある。好ましい実施例では、１次ビームは加工ビームとして使用される。しかし、いくつかの適用では、レーザパルスエネルギーの１５〜１０％の漏れが問題を引き起こさなければ、１次又は０次ビームのいずれかは加工ビームとして使用できる。
【００２６】
本発明の別の利点は高繰り返しレートパルスレーザから要求に応じてレーザパルスを捕獲する装置及び方法を提供することである。
【００２７】
本発明の別の利点はレーザビーム品質及び位置決め精度に対する歪みを最小限にするためにＡＯＭに最小の熱的負荷変動で上記パルス捕獲を行うことである。
【００２８】
本発明の別の利点は、ＵＶから近ＩＲまでの選択波長で、また高精度レーザ加工応用例、例えばメモリリンク切断用に高ＰＲＦで安定パルスエネルギー及び安定パルス幅を維持しつつ、要求に応じてシステムレーザパルスを発生させる装置及び方法を提供することにある。
【００２９】
本発明の追加の特徴及び利点は、添付図面に関連して進める、その好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】０次及び／又は１次ビームを伝送する先行技術のＡＯＭ及びＲＦドライバーの部分概略図である。
【図２Ａ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図２Ｂ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図２Ｃ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図２Ｄ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図３Ａ】好ましい実施例において採用されるレーザパルス、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力に対応する模範タイミンググラフである。
【図３Ｂ】好ましい実施例において採用されるレーザパルス、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力に対応する模範タイミンググラフである。
【図３Ｃ】好ましい実施例において採用されるレーザパルス、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力に対応する模範のタイミンググラフである。
【図４Ａ】加工レーザパルス出力のエネルギー制御用ＡＯＭの使用を説明する、レーザ出力、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力の代替の対応模範タイミンググラフである。
【図４Ｂ】加工レーザパルス出力のエネルギー制御用ＡＯＭの使用を説明する、レーザ出力、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力の代替の対応模範のタイミンググラフである。
【図４Ｃ】加工レーザパルス出力のエネルギー制御用ＡＯＭの使用を説明する、レーザ出力、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力の代替の対応模範のタイミンググラフである。
【図５Ａ】ＡＯＭによって供給される加工レーザ出力エネルギーの動的制御範囲を説明する、ＲＦパルス及び加工レーザ出力の代替の対応模範タイミンググラフである。
【図５Ｂ】ＡＯＭによって供給される加工レーザ出力エネルギーの動的制御範囲を説明する、ＲＦパルス及び加工レーザ出力の代替の対応模範タイミンググラフである。
【図６Ａ】対応ビーム位置を有する模範メモリリンク列構造の等角投影図及びどのように加工レーザ出力がリンク処理適用に任意に要求され得るかを示すためのタイミンググラフである。
【図６Ｂ】対応ビーム位置を有する模範メモリリンク列構造の等角投影図及びどのように加工レーザ出力がリンク処理適用に任意に要求され得るかを示すためのタイミンググラフである。
【図６Ｃ】対応ビーム位置を有する模範メモリリンク列構造の等角投影図及びどのように加工レーザ出力がリンク処理適用に任意に要求され得るかを示すためのタイミンググラフである。
【図７】除去用に選択される不等間隔リンクを処理する要求に応じて安定したパルス対パルスＵＶレーザエネルギーを提供するために連続熱的負荷時ＡＯＭを採用する模範的レーザシステムの好ましい実施例を示す概略ブロック図である。
【図８Ａ】等間隔期間で放射される先行技術のＱスイッチ信号及びその結果生じるレーザパルスのタイミンググラフである。
【図８Ｂ】不等間隔期間で放射される先行技術のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフである。
【図９Ａ】図８Ａの等間隔期間にしたがって放射される先行技術のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフであり、さらにダミーパルスを加える作用を示す。
【図９Ｂ】図８Ｂの不等間隔期間にしたがって放射される先行技術のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフであり、さらにダミーパルスを加える作用を示す。
【図１０】本発明のダミーパルスタイミングを考慮して、Ａ及びＢは各々、図９Ａ及び図９Ｂのダミーパルスを採用することによって一定のエネルギーレベルレーザパルスを放射する本発明のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図３Ａ〜３Ｃ（総称して、図３）はレーザ出力２４ａ〜２４ｋ（総称して、レーザ出力２４）、先行技術のＡＯＭ１０に印加されるＲＦパルス３８ａ〜３８ｋ（総称して、ＲＦパルス３８）及び加工レーザ出力４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ及び４０ｉ（総称して、加工レーザ出力４０）の対応タイミンググラフを示す。特に、図３Ａは一定の繰り返しレートでレーザ（図示せず）によって放射され、実質的に同一のレーザ出力間隔４１によって分離されるレーザ出力２４ａ〜２４ｋを示す。典型的な実施例において、レーザ出力繰り返しレートは約１ＫＨｚから約５００ＫＨｚまでの範囲にすることができる。模範的なレーザ出力繰り返しレートは約２５ＫＨｚから約１００ＫＨｚより大きい範囲にある。リンク加工実施例の場合、各加工レーザ出力４０は、多数のナノ秒パルス幅を有する単一のレーザパルスを望ましくは含む。しかし、当業者は、各加工レーザ出力４０は１又はそれ以上のレーザパルスのバーストを含むことができ、その各々は、超短パルス幅、例えば本特許出願の譲受人に譲渡される、超短パルス幅を有するレーザパルスのバーストでメモリリンクを加工するレーザシステム及び方法に関する米国特許第６，５７４，２５０号に開示されるような超短パルス幅を有するか、又は約１０ピコ秒から約１，０００ピコ秒の範囲のパルス幅を有する１又はそれ以上のパルスのバーストを有することを認識する。
【００３２】
図３Ｂは、ＡＯＭ１０に対する熱的負荷の変動を所定の動作上の許容範囲に維持させるために実質的に規則的又は均一であるＲＦパルス間隔３２ａ〜３２ｊによって分離されるＲＦパルスを使用するＲＦパルス発射スキーム３０の好ましい実施例を示す。かかる許容範囲は特有の熱的負荷の窓にすることができるが、所定の許容範囲も又は代替的にスポットサイズ又はビーム位置精度を有する窓にすることができる。ある実施例において、熱的負荷変動は、５％以内に維持される及び／又はビームポインティング精度が０．００５ミリラジアン以内に維持される。好ましい実施例では、少なくとも１つのＲＦパルス３８は各レーザ出力２４に一致させるために発生させる。
【００３３】
加工レーザ出力４０が、ターゲット、例えば導電性リンク６０（図６Ａ）に衝突させるために要求されるときは、ＲＦパルス３８は、レーザ出力２４がＡＯＭ１０を通して送信され、加工レーザ出力４０になるようにレーザ出力２４と同時にＡＯＭ１０に印加される。
【００３４】
図３Ｂにおいて、一致ＲＦパルス３８はＲＦパルス３８ａ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｉである。図３Ｃは結果として生じる対応加工レーザ出力４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｉである。加工レーザ出力がレーザ出力２４に一致するように要求されないときは、ＲＦパルス３８はレーザ出力２４の対応するものと異なる時間にＡＯＭ１０に印加される。図３Ｂにおいて、不一致ＲＦパルス３８はＲＦパルス３８ｂ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈ，３８ｊ，３８ｋである。図３Ｃは不一致ＲＦパルス３８に一致する加工レーザ出力４０がないことを示す。
【００３５】
不一致ＲＦパルス３８は、約０．５マイクロ秒より長い時間オフセット４２によって、各レーザ出力２４の開始から、好ましくはずれている。当業者は、時間オフセット４２はレーザ出力２４に付随するように示されるが、時間オフセット４２は、レーザ加工出力４０をターゲットにすることを防ぐ十分な時間だけ、レーザ出力２４に交互に先行できることを理解する。したがって、１つの不一致ＲＦパルス３８を囲むＲＦパルス間隔３２（例えば、ＲＦパルス間隔３２ｂ，３２ｈ）は、平均ＲＦパルス間隔３２の全体（例えば、３２ｃ，３２ｄ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｊ）より短くすることができ、又は１つの不一致ＲＦパルス３８を囲むＲＦパルス間隔３２（例えば、ＲＦパルス間隔３２ａ，３２ｅ，３２ｉ）は、平均ＲＦパルス間隔３２の全体より長くすることができる。
【００３６】
再び、図３Ｃに関して、加工レーザ出力４０ｃ，４０ｄ間の非衝突間隔５０ｂ及び加工レーザ出力４０ｄ，４０ｅ間の非衝突間隔５０ｃは各々、レーザ出力間隔４１とほぼ同じである。加工レーザ出力４０ａ，４０ｃ間の非衝突間隔５０ａ及び加工レーザ出力４０ｅ，４０ｉ間の非衝突間隔５０ｄは各々、レーザ出力間隔４１（図３Ａ）のほぼ整数倍である。
【００３７】
当業者は、たとえ、加工レーザ出力４０がほとんどの適用例、例えばリンク加工に対して、望ましくは１次ビーム２０であるとしても、加工レーザ出力４０は、漏れが許容範囲であり、より高い加工レーザ出力パワーが望ましい場合には０次ビーム１６にすることができることを理解する。
【００３８】
好ましい実施例において、一致及び不一致ＲＦパルス３８は、ＲＦパワー値及びＲＦ持続時間の積である同じＲＦエネルギーを使用するだけでなく、ほぼ同じＲＦパワー値及びほぼ同じＲＦ持続時間を使用する。
【００３９】
図４Ａ〜４Ｃ（総称して、図４）は、どのようにＡＯＭ１０が加工レーザ出力４０の出力パワーを制御するのに追加的に使用されるかを示す、レーザ出力２４、ＡＯＭ１０に印加されるＲＦパルス３８及び加工レーザ出力４０の対応タイミンググラフを示す。図４Ａは、図３Ａと同じであり、便宜上のためにのみ示される。図４Ｂ及び図４ＣはＲＦパルス３８’及び加工レーザパルス出力４０’を示し、対応ＲＦパルス３８及び加工レーザパルス４０は便宜上点線でそれらに重ねて示される。加工レーザ出力４０’のエネルギー値は、ＲＦパルス３８用よりＲＦパルス３８’用にＡＯＭ１０にＲＦパワーを少なく適用することによって減衰される。しかし、ＲＦパルス持続時間４２’は、ＡＯＭ１０に実質的に一定の熱的負荷を維持するための、ＲＦパワー値及びＲＦ持続時間の実質的に一定の積を維持するために、ＲＦパルス３８用に使用されるＲＦ持続時間４２を超えてＲＦパルス３８’用に増加される。これにより、ＡＯＭ１０への熱的負荷における実質的な変化なく、加工レーザ出力４０、４０’間の出力パワーの連続に対するオンデマンド選択を可能にする。当業者は、不一致（ｉｎｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）ＲＦパルス３８のＲＦパワー値及びＲＦ持続時間４２が元の値に維持できる、又は一致（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）ＲＦパルス３８’のＲＦ負荷変化の特定許容範囲内で変更できることを理解する。
【００４０】
ＲＦパルス持続時間４２’は約１マイクロ秒からレーザ出力間隔４１のおよそ半分、より好ましくはレーザ出力間隔４１の３０％未満から好ましくは選択される。例えば、レーザ繰り返しレートが５０ＫＨｚであり、レーザ出力間隔４１が２０マイクロ秒であるならば、ＲＦパルス持続時間４２’は１マイクロ秒から１０マイクロ秒までのいずれかにすることができる。最小ＲＦパルス持続時間４２又は４２’はレーザパルスジッタ及びＡＯＭ１０の応答時間によって決定される。レーザ出力２４の中点を囲むＲＦパルス３８、３８’の対応するものから開始することが望ましい。同様に、ＲＦパルス３８、３８’は対応レーザ出力２４の開始から最小ＲＦパルス持続時間の約半分ぐらい遅延又はずれることが望ましい。
【００４１】
図５Ａ及び図５Ｂ（総称して図５）は加工レーザ出力エネルギーの大きい動的制御を示すＲＦパルス３８及び加工レーザ出力４０用の代替対応タイミンググラフを示す。
【００４２】
図４Ａ及び図５に関して、非常に小さいエネルギーの加工レーザ出力４０ａ１は、加工レーザ出力４０ａ〜ｉのターゲットにされた伝播を許容するために十分なほぼ最小限のＲＦパワーのＲＦパルス３８ａ〜ｉを印加することによって生成できる。レーザ出力２４ａに一致するＲＦパルス持続時間４４ａｉは、ＲＦパルス間隔３２の変化を最小限にするために短く維持でき、より高いＲＦパワーを持つ、１又はそれ以上の追加の不一致ＲＦパルス３８ａ２だけでなく、短いＲＦパルス持続時間４４ａ２は、ＲＦパルス３８ａ１、３８ａ２用のＲＦエネルギー充填量の合計がＲＦパルス３８ｂの充填量と実質的に等しくなるようにＡＯＭ１０に印加できる。好ましい実施例において、ＲＦパルス３８ａｉ、３８ａ２間のオフセット時間５２ａは０から数マイクロ秒にすることができる。当業者は、ＲＦパルス３８ａｉ、３８ａ２は、レーザ出力２４ａが完了後にＲＦパワーに上昇する１つのＲＦパルス３８に併合することができることを理解する。また、当業者は、ＲＦパルス３８ａ２はそれに続く代わりに、ＲＦパルス３８ａｉに先行することができることを理解する。当業者は、ＡＯＭ１０の熱的慣性によって、ＲＦ間隔３２ａｉ及びＲＦ間隔３２の小さい差は、レーザビーム品質及びポインティング精度の劣化の観点から、いかなる重大な熱的負荷変動をも生じないことを理解する。したがって、ＡＯＭ１０への熱的負荷の変動を所定の動作上の許容範囲内に維持するために、ＲＦ間隔３２に類似するＲＦ間隔３２ａは十分維持できる。元の不一致ＲＦパルス３８ｂは、その元のＲＦパルス持続時間４４ｂ及びＲＦパワー値に維持でき、又は元の不一致ＲＦパルス３８ｂは、ＲＦパルス３８ａｉ、３８ａ２のセットと同じ態様で変調できる。
【００４３】
図６Ａ〜６Ｃ（総称して、図６）は、模範的なレーザ微細加工プロセス、例えば電気伝導リンク６０ａ〜６０ｋのレーザ加工間のターゲット整合位置７０（走査位置７０でもある）（図７）及び加工レーザ出力４０のタイミンググラフを示す。図６Ａはビーム位置決めシステムのターゲット整合位置７０の近くで走査方向５４に交差する等間隔に離隔したリンク６０を有する典型的なリンクバンク６２を示す。チップの試験結果に基づいて、位置決めシステムは、ＩＣデバイス又は他の工作物１２０（図７）を修理するために切断されねばならない不規則な配置のリンク６０をターゲットにし、一方残存するリンク６０は損なわれないようにするために制御される。例えば、ビーム位置決めシステムの走査速度は一定に設定される、又は制御されることができ、またターゲット整合位置７０が実質的に一定の位置決め間隔で各リンク６０を越えて交差するように変化するように設定又は制御でき、レーザ１２６（図７）は、位置決め間隔に等しい実質的に一定の間隔でレーザ出力を放射する。したがって、適切なタイミング調整で、位置７０がリンク６０を交差するときは、レーザ出力２４（図３Ａ）が放射される。便宜上、リンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉは、加工レーザ出力４０を示す図６Ｂが図３Ｃと同一になるように切断用に示される。したがって、加工レーザ出力４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｉは、リンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉに衝突する。図６Ｃは、リンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉが切断された後のリンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉを示す。レーザ出力２４は走査位置７０に同期してかつ各加工レーザ出力４０が１つのリンク６０に当たるように同じ一定間隔で放射される。したがって、レーザパルス捕獲又は開閉制御ＡＯＭ１０によって、リンク６０が除去用に選択されるときは、ＡＯＭ１０はリンク６０を切断するために加工レーザ出力４０としてレーザ出力２４を送信する。リンク６０が選択されないと、ＡＯＭ１０は、リンク６０が損なわれないようにレーザ出力２４を送信しない。このように、レーザ１２６は実質的に一定の繰り返しレートで出力し、レーザ出力２４は実質的に一定の出力間隔２６を持つが、加工レーザ出力４０はレーザ出力間隔２６の任意の整数倍で発生する。
【００４４】
図７は、歪んでいない加工レーザ出力４０で不等間隔リンクを加工するために要求に応じて安定パルス対パルスＵＶレーザエネルギーを提供するためにＡＯＭ１０上のＲＦ負荷制御を行うＩＣチップリンク切断システム１１０を一例として示す。システム１１０において、システム制御コンピュータ１２０及び埋込制御コンピュータ１１４は、加工レーザ出力４０のターゲット整合位置７０に対して工作物１２０を位置付けるＸ−Ｙ位置決め器１１８からの位置情報を受信するビーム位置コントローラ１１６を制御するために協働する。加工レーザ出力４０は、図示される折り畳みミラー（ｆｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）の他に種々の光学要素（図示せず）を通して伝播させることができる。Ｘ−Ｙ位置決め器１１８も、Ｘ又はＹ段に接続できるＺ位置決め器１２３を含むことができる。Ｘ−Ｙ位置決め器１１８は、本特許出願の譲渡人に譲渡される、「高速高精度多段工具位置決めシステム」に関する米国特許第５，７５１，５８５号に記載される位置決めシステムに好ましくは基づいている。
【００４５】
ある実施例において、ＵＶレーザサブシステム１２４は、Ｑスイッチ固体ＩＲレーザ１２６、例えばダイオード励起音響光学ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４、ＩＲレーザ１２６のレーザ出力を捕獲又は開閉制御及び振幅変調するＡＯＭ１０、及び周知の第２、第３又は第４高調波変換プロセスを使用することによってＩＲレーザ１２６からの赤外線波長放射をグリーン波長及び／又はＵＶ波長に変換する周波数逓倍器１３０を好ましくは含む。ＡＯＭ１０は、代替として、仮想線で示されるＡＯＭ１０ａ（総称して、ＡＯＭ１０）の位置によって示されるように周波数逓倍器１３０の後に配置できる。いずれの実施例においても、レーザコントローラ１３４は、要求にしたがって加工レーザ出力４０を工作物１２０に伝播させるためにレーザ１２６からのレーザパルスを伝達又は遮蔽するＡＯＭ１０の透過度を制御する。
【００４６】
システム制御コンピュータ１１２はバス１３６を通して埋込制御コンピュータ１１４内にレーザ加工を要求する工作物１２０の位置の位置座標を伝達する。典型的な標本加工応用例において、工作物１２０は規則的に離隔するデバイス構造、例えば、いくつかのみが加工を要求する溶解結合リンク６０を含む。加工を要求する配置はターゲット配置と呼ばれ、加工を要求しない配置は中間配置と呼ばれる。埋込制御コンピュータ１１４は、ほぼ等しい間隔４１（図４Ａ）でＩＲレーザ１２６を放射するために離隔された中間配置座標にターゲット配置座標を追加する。埋込制御コンピュータ１１４は、バス１３８を通して所定のレートで一度に１つで、ターゲット及び中間位置座標をビーム位置コントローラ１１６のレジスタ１４０に伝達し、同時に、バス１４２を通して制御データをレーザコントローラ１３４のレジスタ１４４に読み込む。所定のレートはＸ−Ｙ位置決め器１１８の移動速度を制御し、制御データは座標位置が加工ターゲット位置であるかどうかを示し、出力モード情報、タイミング情報、及び振幅情報をさらに含むことができる。
【００４７】
レーザコントローラ１３４は、自動パルスモード又はパルスオンターゲットモードのいずれかでタイマー１４６を動作させる。自動パルスモードにおいて、タイマー１４６は、レジスタ１４４の制御データに応答して開始し、パルスオンターゲットモードにおいて、タイマー１４６は、ビーム位置コントローラ１１６の比較器１５０からの位置一致信号レジスタ１４８の受信に応答して開始する。ビーム位置コントローラ１１６の位置符号器１５２は、Ｘ−Ｙ位置決め器１１８の現在位置を比較器１５０に指示し、現在位置がレジスタ１４０に記憶された位置座標に一致するとき、工作物１２０がターゲット位置又は中間位置上方に適切に位置付けられていることを示す位置一致信号１４８は発生される。したがって、工作物１２０がターゲット位置上に位置付けされると、タイマー１４６はＩＲレーザ１２６のＱスイッチを作動させ、加工レーザ出力４０がＡＯＭ１０を通過しかつターゲットリンク６０（図６Ｃ）に当たるように所定のＲＦパワー及びＲＦ持続時間４４’（図５Ａ）でＲＦパルス３８（図４Ｂ）をＡＯＭ１０に印加することによって、同時にＡＯＭ１０を透過状態に設定する。工作物１２０が中間位置上方に位置付けされると、タイマー１４６はＩＲレーザのＱスイッチを作動させ、Ｑスイッチ作動から所定のオフセット時間４２（図３Ｂ）の後にのみ、所定のＲＦパワー及びＲＦ持続時間４４でＲＦパルス３８をＡＯＭ１０に印加する。したがって、ＲＦパルス３８はレーザ出力２４に不一致であり、加工レーザ出力４０は開閉制御されない。
【００４８】
Ｘ−Ｙ位置決め器１１８の移動速度は、位置決め器１１８はターゲット及び中間位置の組み合わせ上方を一定速度で移動するように好ましくは制御されるので、レーザＱスイッチはかかる一定の繰り返しレートで放射され、すなわち換言すると、レーザ出力間隔２６は、位置移動時間に実質的に等しくなる。したがって、ＩＲレーザ１２６は実質的に一定の繰り返しレートで動作され、又はレーザ出力間隔４１は実質的に一定であり、したがって、レーザ出力２４に仮想的な無視できる不安定性及びレーザ出力間隔４１の変動によるレーザパルス高調波変換における不安定性を生じる。また、ＡＯＭ１０のオンデマンド制御に関する詳細は、参照によって本明細書に導入される、「レーザ加工パワー出力安定化装置及び加工位置フィードバックを使用する方法」に関する米国特許第６，１７２，３２５号に見ることができる。
【００４９】
ＲＦ負荷制御技術は、位置決め器１１８がターゲット上にあるとき、すなわち換言すると、加工レーザ出力４０が要求されるとき、レーザ出力２４と同時にＡＯＭ１０にＲＦパルス３８を印加することによって、ＡＯＭ１０にほとんど一定の熱的負荷を提供し、また位置決め器１１８が中間位置上にあるとき、すなわち換言すると加工レーザ出力４０が要求されないとき、同じＲＦエネルギーを有するＲＦパルス３８をレーザ出力２４と同時ではないがＡＯＭ１０に印加することによって、ＡＯＭ１０にほとんど一定の熱的負荷を提供する。当業者は、ＡＯＭ１０へのかかる実質的に一定の熱的負荷では、加工レーザ出力４０の品質及び位置決め精度にＡＯＭ１０による最小限の悪影響になることを理解する。
【００５０】
ＡＯＭ１０へのＲＦパルス３８のＲＦパワーはターゲット加工のニーズを満たすために加工レーザ出力のエネルギーを制御できるが、ＲＦパルス３８のＲＦ持続時間４４は、実質的に一定のＲＦエネルギーすなわちＲＦパルス３８のＲＦパワー及びＲＦ持続時間４４の算術積を維持するために適宜制御できることがさらに認識される。
【００５１】
しかしながら、すべてのレーザ加工適用は、本質的に一定のレーザＰＲＦで作動するのにふさわしいとは限らない。本明細書の背景技術に記載されるように、多くの応用が任意に時間が計られたレーザパルス放射を要求する。不運にも、任意に時間が計られる場合、パルスエネルギー量は先のパルスから経過した時間間隔に依存するので、レーザ、例えばＩＲレーザ１２６は反復可能なレーザパルスエネルギーを放射しない。
【００５２】
パルスレーザ空洞動作の大体の実用的な類似物はキャパシタである。一般的にポンプと称される電源からのエネルギーは時間と共にレーザ空洞に「充電」される。Ｑスイッチ信号が生じるとき、空洞に貯蔵されるエネルギーは放電され、空洞は再度、充電し始める。結果として生じるレーザパルスによって供給されるエネルギー量は空洞がどれだけ長く充電することができるかに依存する。２つのＱスイッチ信号が短期間内に生じるならば、レーザパルスによって供給されるエネルギー量は２つのＱスイッチ信号がより長い期間によって分離されている場合よりも低い。したがって、いくつかの形態のパルスエネルギー制御がなければ、典型的な許容範囲である５％のプロセスウインドウ変動を十分外れる１０〜２０％のパルスエネルギー変動は可能である。
【００５３】
したがって、本発明はまた、不規則なタイミング間隔で所定のレーザパルスエネルギーレベルを提供するために要求される訂正要因を自動的に決定するパルスエネルギー補償技術を提供する。
【００５４】
再度、図７を参照して、本発明の不規則な時間に作動するレーザシステムはＩＣチップリンク切断システム１１０に基づくことができ、このＩＣチップリンク切断システム１１０は、レーザビームを工作物１２０に到達することから選択的に遮蔽するための、又は遮蔽しないためのＱスイッチ固体ＩＲレーザ１２６及びＡＯＭ１０を含む。しかしながら、工作物１２０の加工適用例はレーザパルスが一様なＱスイッチ信号期間の整数倍でない時間間隔で供給されることを要求されるならば、いくつかの動作は、パルス毎のエネルギーが所望の許容範囲内にあることを保証するために採られる必要がある。これに対する１つの解決策は、加工パルスに先立って１又はそれ以上のダミーパルスを使用することである。「ダミーパルス」は本明細書においてＡＯＭ１０が遮蔽される状態で放射されるレーザパルスとして称され、「加工パルス」は本明細書においてＡＯＭ１０が遮蔽されない状態で放射されるレーザパルスとして称される。
【００５５】
図８Ａ及び図８Ｂは各々、等間隔時間間隔１／Ｆ及び不等間隔時間間隔Ｔで放射される慣用のＱスイッチ信号１６０及び結果として生じるレーザパルス１６２のタイミンググラフを示す。ＩＲレーザ１２６は典型的に一定期間１／Ｆによって分離されるＱスイッチ信号を受信し、実質的に一定のエネルギーパルス１６４（遮蔽される又は遮蔽されないかのいずれかである）を放射する。しかしながら、ＩＲレーザ１２６は、実パルス１６８を放射するために、１／Ｆとは異なり、望ましくは１／Ｆより大きく２／Ｆより小さい期間Ｔによってレーザパルス１６０の先行するものから分離される少なくとも１つのＱスイッチパルス１６６をさらに受信する。Ｑスイッチ信号間の期間Ｔが増加するにつれてエネルギーパルスが増加するので、実パルス１６８は、一定エネルギーパルス１６４のエネルギーレベル１７２より大きいエネルギーレベル１７０を持つ。
【００５６】
図９Ａ及び図９Ｂは各々、図８Ａ及び図８Ｂの離隔時間間隔にしたがって放射される先行技術のＱスイッチ信号１８０及び結果として生じるレーザパルス１８２のタイミンググラフを示し、さらにダミーパルス１８４を追加する効果を示す。実パルス１６８前に期間１／Ｆでダミーパルス１８４を追加することにより、実パルス１６８は一定エネルギーのパルス１６４のエネルギーレベル１７２と実質的に同じであるエネルギーレベル１８６を持つ。理想的には、ダミーパルス１８４はレーザ空洞にエネルギーを放電し、レーザが期間１／Ｆ内に要求エネルギー値に再充電されるのを許容する。ＡＯＭ１０はダミーパルス１８４によって引き起こされるレーザパルスを遮蔽するので、レーザパルスエネルギーが工作物１２０（図７）に到達するのは防止される。
【００５７】
いくつかの工作物加工適用例には適切であるが、実験は実パルス１６８のパルスエネルギー誤差に寄与するＩＲレーザ１２６の２次効果があることを示した。例えば、一定エネルギーパルス１６４及びダミーパルス１８４間の期間Ｔｄが減少するにつれて、実パルス１６８のエネルギーレベル１８６は増加する。この効果は、期間Ｔｄがより短くなると、空洞に貯蔵されたエネルギーが効率よく放電されないので、生じるように思われる。期間Ｔｄ中に空洞に蓄積されるエネルギーはダミーパルスによって一部だけ放電される。その後、空洞がダミーパルス１８４及び 実パルス１６８間の間隔に充電されるにつれて、空洞に貯蔵されるエネルギー量は所望量より大きくなり、実パルス１６８のエネルギーレベルは予想より大きくなる。
【００５８】
図１０のＡ及び図１０のＢは、本発明のダミーパルスのタイミングを考察したダミーパルス１９４を使用することによって、本発明のＱスイッチ信号１９０及びその結果として生じる、実質的に一定のエネルギーレベルのレーザパルス１９２の各タイミンググラフを示す。
【００５９】
不完全な空洞放電現象への第１の好ましい解決法は、不完全な空洞放電動作を特徴付けること及びエネルギー誤差を補償するために期間Ｔｄを調節するためにその情報を利用することを伴うパルス期間補償を伴う。これは、１セットのパルス期間Ｔｐ値と関連セットのエネルギー値１９６と実パルス１９８を発生させることに関連した期間Ｔｄとの間の関係を含む、データセットを収集するための埋込制御コンピュータ１１４（図７）を望ましくは使用する。このデータセットは、所定のパルス期間Ｔｐ値毎に所定パルスエネルギー値１９６を発生させるダミーパルス１９４を開始するために要求される期間Ｔｄを決定するために実行時に使用することができる。望ましくは、期間Ｔｄは、パルスエネルギー値１９６は実質的に一定エネルギーパルス１６４のエネルギーレベル１７２に等しくなるように選択される。
【００６０】
不完全な空洞放電現象の別の好ましい解決法は、図４，５に関して上述のように工作物１２０を通過するのに許容されるレーザエネルギー量を変更させるＡＯＭ１０（図７）を使用するパルス高さの補償を伴う。これは、パルスエネルギーレベル値を所定の値に設定するために、パルスエネルギー値１９６、パルス期間Ｔｄ及びＡＯＭ１０の減衰レベル間の関係を含むデータセットを収集する埋込制御コンピュータ１１４を使用することを望ましくは伴う。
【００６１】
不完全空洞放電現象への第３の好ましい解決策は、ダミーパルス１９４が開始されるときはいつでも、追加のエネルギーがレーザ空洞から放射され得るようにダミーパルス１９４に延長期間２００を提供することを伴うＲＦ窓補償を使用する。追加のエネルギーも、ＡＯＭ１０によって遮断される。それによって、ダミーパルス１９４は、ダミーパルス１９４及び実パルス１９８間の充電期間Ｔｃは、望ましくは実質的に同じエネルギーレベル１７２である望ましい量のエネルギーレベル１９６になるように空洞から余分なエネルギーを放出するための延長期間を含む。
【００６２】
不完全空洞放電現象に対する第４の好ましい解決策は、実パルス１６８（図８Ｂ又は図９Ｂ）又は実パルス１９８（図１０のＢ）の放射前に励起電流をレーザ１２６（図７）に減少させることを伴うレーザ励起補償を使用する。パルスタイミング要件に基づいて、予め特徴付けられた励起電流を選択することは、放射実パルスが、望ましくは実質的に同じエネルギーレベル１７２である、望ましい量のエネルギーレベル１７０、１８６又は１９６を持つようにレーザ媒体でエネルギー増強の割合を減少させる。
【００６３】
上記技術の利点は、レーザベースの工作物加工システムが、内部システムのタイミング及びレーザパルスエネルギー測定値に基づいて要求されるレーザパルスエネルギーレベルの訂正要因を決定できることである。
【００６４】
当業者は、本発明の部分は好ましい実施例に対して上述の実施形態から異なって実行できることを認識する。多くの変形が本発明の基礎原理から逸脱することなく、上述の実施例の細部に対して行うことができることを当該技術分野の当業者には自明である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザに関し、詳細には、レーザビームの品質又は位置精度の歪みを最小限にするために、要求に応じて高繰り返しレートの、安定したエネルギーを有するレーザパルスを負荷制御音響光学変調器（「ＡＯＭ」）に提供する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは、電子材料及び基板を検査し、加工または微細加工することを含む工業的作業や分光学的バイオ技術研究を含む種々の研究開発において採用されている。例えば、動的ランダムアクセスメモリ（「ＤＲＡＭ」）を修復するためには、レーザパルスは不良メモリセルをＤＲＡＭデバイスから切り離すために導電性リンクを電気的に切断し、その後その不良メモリセルを取り替えるために余剰のメモリセルを作動させるために使用される。リンクからの除去を必要とする不良メモリセルは不規則に配置されているので、切断される必要のあるリンクは不規則に配置されている。したがって、レーザのリンク修復プロセス間に、レーザパルスは不規則なパルス期間に発出される。換言すると、レーザパルスは一定のパルス繰り返し周波数（「ＰＲＦ」）でなく、広い可変範囲のＰＲＦで出力する。工業的プロセスがより大きい生産スループットを達成するためには、レーザパルスはレーザビーム走査機構を停止することなく、ターゲットリンクに発出される。この生産技術は業界において、「オンザフライ」（「ＯＴＦ」）リンク加工と称される。他の一般的なレーザ応用例は、レーザパルスが不規則な時期に必要とされるときにのみ発出されるレーザパルスを使用する。
【０００３】
しかしながら、１パルス当たりのレーザエネルギーはＰＲＦを増大させることにより典型的に減少し、一方、レーザパルス幅は、Ｑスイッチ固体レーザに特に当てはまるＰＲＦ１特性を増大させることにより増加する。多くのレーザ応用例は要求に応じて不規則に時間変位されたレーザパルスを要求するが、これらの応用例もまた、１パルス当たりのレーザエネルギー及びパルス幅は実質的に一定に維持される。メモリ又は他のＩＣチップのリンク加工処理に対して、不十分なエネルギーは不完全なリンク切断になり、一方、多すぎるレーザエネルギーはパッシベーション構造又はシリコン基板に許容できないダメージを引き起こす。レーザエネルギーの許容範囲はしばしば、「プロセスウインドウ」と称される。多くの実用ＩＣデバイスでは、プロセスウインドウはレーザエネルギーが選択パルスエネルギー値から５％未満で変動することを要求する。
【０００４】
当業者は、プロセスウインドウ内での作業を確実にするために、又はプロセスウインドウを拡張するために様々なアプローチを採っている。例えば、本特許出願の譲受人に譲渡される、「レーザ生成物質（ｌａｓａｎｔｓ）内で高密度の励起イオンを発生させて使用する方法及び装置」に関する米国特許第５，５９０，１４１号はＰＲＦの関数として軽減したパルスエネルギー降下を発揮し、ゆえにより高い使用可能なＰＲＦを発揮するレーザ生成物質を有する固体レーザを記載する。したがって、かかるレーザは、最大値未満で動作させると、より安定したパルスエネルギーレベルを発生させることができる。また、本特許出願の譲受人に譲渡される、「多材料多層デバイスの１又はそれ以上の材料からなるターゲット構造を選択的にレーザ加工するためのシステム及び方法」に関する米国特許第５，２６５，１１４号は、プロセス中にレーザパルスエネルギーのより広い変動を許容するためにリンクプロセス窓を拡張するためにより長いレーザ波長、例えば１，３２０ナノメートル（「ｎｍ」）を使用することを記載する。「出力パワー安定用レーザ励起制御」に関する米国特許第５，２２６，０５１号は、励起ダイオードの電流を制御することによってレーザパルスエネルギーを等化する技術を記載する。この技術は約２５ＫＨｚ又は３０ＫＨｚ以下のレーザＰＲＦを使用する実用化例において功を奏する。
【０００５】
上記レーザ加工応用例は典型的に、約２５ＫＨｚ又は３０ＫＨｚを越えないＰＲＦで稼働する、１，０４７ｎｍから１，３４２ｎｍの波長を有する赤外線（「ＩＲ」）レーザを使用する。しかしながら、生産ニーズはより高い処理量を要求し、レーザは約２５ＫＨｚよりもっと高い、例えば５０〜６０ＫＨｚ以上のＰＲＦで動作させることができなければならない。また、多くのレーザ加工応用例は、典型的に約４００ｎｍ未満の紫外（「ＵＶ」）エネルギー波長を使用することによって改良される。かかるＵＶ波長はＩＲレーザをそのＩＲレーザの第２、第３又は第４高調波を活性化する高調波発生プロセスに付することによって発生できる。残念ながら、高調波発生の性質により、かかるＵＶレーザのパルス対パルスエネルギーレベルは、ＰＲＦの時間変動及びレーザパルス間隔に特に敏感である。
【０００６】
また、本特許出願の譲受人に譲渡される、「レーザ加工パワー出力安定装置及び加工位置フィードバックを行う方法」に関する米国特許第６，１７２，３２５号は、レーザパルス間隔の倍数である不規則時間間隔で、要求に応じて、レーザパルス捕獲を行うための位置フィードバック制御レーザパルス捕獲又は開閉制御デバイスに関連して一定の高繰り返しレートでレーザを動作させる、良好なパルスエネルギー安定性及び高スループットの技術を記載する。
【０００７】
典型的なレーザパルス捕獲又は開閉制御デバイスは、ポッケルセルと呼ばれる、音響光学変調器(「ＡＯＭ」)及び電子光学変調器(「ＥＯＭ」)を含む。典型的なＥＯＭ材料、例えばＫＤ*ＰまたはＫＤＰは、ＵＶ波長の比較的強い吸収の被害を受け、使用周波数での材料のより低い閾値及び開閉制御デバイス内のレーザビーム路に沿って位置決めされた光学デバイスの局所加熱を生じ、それによって半波長遅延を行うための変調器によって要求される電圧変化を生じさせる。ＥＯＭの別の不利な点は、５０ＫＨｚを超える繰り返し周波数で十分機能する能力が疑わしいことである。ＡＯＭ材料は、他方では、２５０ｎｍのＵＶから２０００ｎｍのＩＲまで、非常に高い透過性を有し、それによりＡＯＭはその範囲内で典型的なレーザ波長を通して十分機能できる。ＡＯＭも、数百ＫＨｚまでの繰り返しレートでパルスの望ましい開閉制御を容易に調節できる。ＡＯＭの１つの利点は約７５〜９０％のその制限回折効率にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，５９０，１４１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２６５，１１４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２２６，０５１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１７２，３２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図1は、無線周波数(「ＲＦ」)ドライバー１２によって駆動され、レーザパルス捕獲又は開閉制御適用に使用される典型的な先行技術に係るＡＯＭ１０を示し、また図２Ａ〜図２Ｄ（総称して図２）は、入来レーザパルス１４、ＡＯＭのＲＦパルス１５及びＡＯＭ出力パルス１６，２０の対応する先行技術のタイミンググラフを示す。図２Ａはレーザ（図示せず）によって放射されかつＡＯＭ１０に伝搬される一定の繰り返しレートレーザパルス１４ａ〜１４ｋを示す。図２Ｂは、対応する期間２２ａ〜２２ｋに生起するレーザパルス２２ａ〜２２ｋのうちのいずれがターゲットに対して伝搬されるかを選択するためにＡＯＭ１０にＲＦパルスを印加するための２個の模範的なスキームを示す。第１のスキームにおいて、単一のＲＦパルス１５ｃｄｅ（点線で示される）はレーザパルス１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅに対応する期間２２ｃ〜２２ｅを包含するために延長され、第２のスキームにおいて、分離ＲＦパルス１５ｃ、１５ｄ及び１５ｅはレーザパルス１４ｃ、１４ｄ及び１４ｅの各期間２２ｃ、２２ｄ及び２２ｅを個別に包含するために発生される。図２Ｃ及び図２Ｄは各々、ＡＯＭ１０に印加されるＲＦパルス１５の有無によって決定されるように、ＡＯＭ１０から伝搬される１次ビーム２０及び０次ビーム１６を示す。
【００１０】
図１，２を参照して、ＡＯＭ１０はＲＦドライバー１２によって駆動される。ＲＦパルス１５がＡＯＭ１０に印加されない場合、入来レーザパルス１４はそれらの元のビーム路に実質的に沿ってＡＯＭ１０を通過し、０次ビーム１６として典型的に呼ばれるビーム１６として出て行く。ＲＦパルス１５はＡＯＭ１０に印加される場合、入来レーザパルス１４のエネルギーの一部分は０次ビーム１６から１次ビーム２０の経路に逸らされる。ＡＯＭ１０は１次ビーム２０の入来レーザパルス１４に対する入来レーザパルス１４のレーザエネルギーの比として定義される回折効率を有する。異なる適用条件次第で、１次ビーム２０又は０次ビーム１６は加工ビームとして使用できる。簡易化のために、ＡＯＭ１０に入力するレーザパルス１４は、以降、「レーザパルス」又は「レーザ出力」として参照され、ターゲットに供給されるパルスは「加工レーザパルス」又は「加工レーザ出力」として参照される。なぜなら、それらはＡＯＭ１０によって捕獲されるからである。
【００１１】
１次ビームが加工ビームとして使用される場合、ＲＦパワーがその最大パワーから実質的にゼロに変化するにつれて、加工レーザパルスのエネルギーはその最大値である１００％パワーから実質的にゼロに動的に制御できる。許容最大ＲＦパワー下でのＡＯＭ１０の実用的な回折効率は約７５％〜９０％であるので、加工レーザパルスの最大エネルギー値はレーザからのレーザパルスエネルギーの約７５〜９０％である。しかしながら、０次ビーム１６が加工ビームとして使用される場合、ＲＦパワーが実質的にゼロからその最大パワーに変化するにつれて、加工レーザパルスのエネルギーは、レーザからのレーザパルスエネルギーの最大値の１００％からその最大値の１５〜２０％まで動的に制御できる。例えば、メモリリンク加工に対して、加工レーザパルスが要求に応じていない場合、システムレーザパルスエネルギーの漏れは許容されない。すなわち、加工レーザパルスエネルギーは、１次レーザビーム２０が加工ビームとして使用されるようにゼロになる。
【００１２】
再度、図２に関して、ＲＦパルス１５は不規則な時間間隔でＡＯＭ１０に印加され、加工レーザパルスが要求されるときのみは、不規則な整数倍のレーザパルス間隔でＡＯＭ１０に印加される。加工レーザパルスの不規則な出力はＡＯＭ１０に対する不規則に変動する熱的負荷を生じる。変動する熱的負荷により、ＡＯＭ１０内に幾何的な歪み及び温度勾配を生じ、その屈折率に勾配を生じさせる。熱的負荷を与えることの結果により、ＡＯＭ１０を通過するレーザビームは歪められ、レーザビームの品質劣化及びレーザビーム路における不安定性又はビーム位置決め精度の不良を生じる。これらの歪みは、それらが一定に維持されるのであれば、ある程度補正され得る。しかしながら、システムレーザパルスが例えばレーザリンク加工において不規則に要求される場合、これらの歪みは同じ不規則性を持ち、実際には補正され得ない。
【００１３】
ＡＯＭデバイス、例えばＦＬ．のメルボルン、ＮＥＯＳテクノロジー社によって製造されるモデルＮ２３０８０−２−１．０６−ＬＴＤに対する試験結果は、わずか２ＷのＲＦパワーの場合、レーザビーム位置決め精度はＡＯＭ１０へのＲＦパワーが不規則で断続的に適用されるとき、１ミリラジアンも逸脱し得ることを示した。この逸脱は典型的なメモリリンク加工システムに許容される最大値より数百倍大きい。ＡＯＭ１０への不規則な熱的負荷によるレーザビーム品質の歪みも、レーザビームの焦点可能性を低下させ、より大きいビームスポットサイズを焦点に生じる。レーザビームスポットサイズをできるだけ小さくなるように要求する応用例、例えばメモリリンク加工には、この歪みは極めて望ましくない。
【００１４】
したがって、必要なものは、ＡＯＭに対する不規則な熱的負荷変動による、レーザビーム品質及び位置決め精度への歪みを引き起こすことなく、高繰り返しレートレーザパルス列から不規則に加工レーザパルスを捕獲する装置及び方法である。さらに必要なものは、要求に応じて、及び／又はオンザフライで、メモリチップのレーザリンク加工を含む、幅広いレーザ応用例、例えば分光器適用、バイオテクノロジー適用、又は微細加工適用に対して広範な異なるパルス時間間隔で高ＰＲＦかつ高精度でパルス毎に一定のレーザエネルギー及び一定のパルス幅を有する加工レーザパルスを発生させる装置及び方法である。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、第１の期間によって分割されかつ第１のエネルギーレベルを有する１セットの第１のレーザパルスを生成するためのレーザを発生させること、第２のレーザパルス及び第３のレーザパルスを生成するために前記レーザを発生させること、前記第２のレーザパルスが前記工作物に到達することを防止すること、前記１セットの第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスが前記工作物に伝搬できるようにすることを含み、前記第３のレーザパルスは前記第１の期間より大きい第２の期間によって前記１セットの第１のレーザパルスから分離され、前記第２のレーザパルスは、前記第３のレーザパルスに前記第１のエネルギーレベルと実質的に同一である第２のエネルギーレベルを持たせる所定の時間に引き起こされる、レーザパルスを工作物に供給する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、選択レーザパルスが要求に応じてターゲットに送られ、一方レーザパルスの残りは遮蔽されるようにレーザパルスを捕獲又は開閉制御するための追加空洞ＡＯＭデバイスと協働して、高繰り返しレートのパルス出力でレーザを使用する。加工レーザパルスは先行技術において行われたように要求されるときのみ、ＡＯＭにＲＦパルスを印加する代わりに、実質的に類似のパルス間隔時間、例えばレーザパルスのパルス間隔時間を有するＲＦパルスは、加工レーザパルスが要求されるかどうかにかかわらず、ＡＯＭに印加される。加工レーザパルスが要求されるときは、ＲＦパルスは対応レーザパルスと同時に印加される。加工レーザパルスが要求されないときは、ＲＦパルスも対応レーザパルスに印加されるが、対応レーザパルスと同時ではない。レーザパルスに不一致のＲＦパルスはレーザパルスと同時のＲＦパルスと同じＲＦパワー及び持続時間を好ましくは持つ。不一致ＲＦパルス及びレーザパルス間の時間シフトは、その時間シフトがＡＯＭに対する熱的負荷の観点から実質的に無視できるほど十分小さい。したがって、ＡＯＭは、どれだけ不規則に加工レーザパルスが要求されるかにかかわらず、実質的に熱的負荷変動を経験しない。
【００１７】
好ましい実施例において、加工レーザパルスは一定の高繰り返しレート又は一定のレーザパルス間隔で発生されるレーザパルスから捕獲又はゲート制御される。かかる加工レーザパルスはそれらのエネルギー及びパルス幅における高安定性及び整合性を持つ。
【００１８】
同様に、ＡＯＭは加工レーザパルスがどれだけ不規則に要求されるかにかかわらず、実質的に一定のＲＦパワー負荷又は一定熱的負荷で動作される。したがって、ＡＯＭを不規則に透過的にすることにより、加工レーザビーム品質及びそのポインティング精度への悪影響は実質的にない。
【００１９】
また、ＲＦパルスパワーは、適用ニーズに適合させるために同じＡＯＭデバイスで加工レーザパルスエネルギー制御を行うために制御できる。レーザパルスエネルギー制御を行うためのＲＦパルスパワーの不規則な変動により、加工レーザビーム品質に対する悪影響を回避するために、ＲＦパルス持続時間はＲＦパルスパワー及びＲＦパルス持続時間の積は実質的に一定に維持されるように変調されか、または追加のＲＦパルスは１つのパルス間隔の間にＡＯＭに適用される全ＲＦエネルギーは実質的に一定に維持されるように追加できる。
【００２０】
もし、工作物加工応用例はレーザパルスが任意の時間間隔で供給されることを要求するならば、何らかの行動が、パルス毎のエネルギーは望ましい許容範囲内にあることを保証するために必要とされる。正確なパルスエネルギーを提供する第１の好ましい方法は、不完全な空洞放電挙動を特徴付けること及びエネルギー誤差を補償するために時間間隔Ｔｄを調節するためにその情報を利用することを含む、パルス期間の補償を伴う。
【００２１】
正確なパルスエネルギーを提供する第２の好ましい方法は、工作物を通過するのに許容されるレーザエネルギーの量を変化させるＡＯＭを使用する、パルス高さの補償を伴う。
【００２２】
正確なパルスエネルギーを提供する第３の好ましい方法は、ダミーパルスが開始されるときはいつでも、追加のエネルギーがレーザ空洞から放射され得るためのＱスイッチ信号期間を延長することを伴うＲＦ窓補償を含む。「ダミーパルス」は、本明細書において遮断ＡＯＭで放射されるレーザパルスとして記載される。ダミーパルスは、空洞充電期間Ｔｃが望ましい量のパルスエネルギーレベルになるように空洞から余分なエネルギーを放電する延長期間を含む。
【００２３】
正確なパルスエネルギーを提供する第３の好ましい方法は、加工パルスの放射前に励起電流をレーザに低減することを伴う。パルスタイミング要件に基づいて予め特徴付けられた励起電流を選択することは、放射実パルスが望ましい量のエネルギーレベルを持つようにレーザ媒体内で確立されたエネルギーレートを低減する。
【００２４】
本発明は、ＩＣチップリンク切断のような適用例を含む、レーザパルスを不規則にオン・オフすることを普通要求する適用例に対して安定パルス対パルス加工レーザパルスを発生させるために利点がある。また、本発明は、加工レーザパルスが不規則にオン・オフする２倍周波数、３倍周波数、又は４倍周波数レーザパルスを生成するために非線形高調波発生プロセスを採用するＱスイッチ固体レーザの加工レーザパルス対パルスエネルギーを安定化させるために利点がある。
【００２５】
本発明は、典型的なＡＯＭ材料、ＵＶスペクトルから近ＩＲ１、例えば２５０ｎｍ〜２０００ｎｍの広いスペクトル範囲のレーザ波長に極めて透過性である、例えば上記ＡＯＭモデルＮ２３０８０−２−１．０６−ＬＴＤに使用される溶融水晶及び二酸化テルル（Ｔｅθ２）に対して利点がある。好ましい実施例では、１次ビームは加工ビームとして使用される。しかし、いくつかの適用では、レーザパルスエネルギーの１５〜１０％の漏れが問題を引き起こさなければ、１次又は０次ビームのいずれかは加工ビームとして使用できる。
【００２６】
本発明の別の利点は高繰り返しレートパルスレーザから要求に応じてレーザパルスを捕獲する装置及び方法を提供することである。
【００２７】
本発明の別の利点はレーザビーム品質及び位置決め精度に対する歪みを最小限にするためにＡＯＭに最小の熱的負荷変動で上記パルス捕獲を行うことである。
【００２８】
本発明の別の利点は、ＵＶから近ＩＲまでの選択波長で、また高精度レーザ加工応用例、例えばメモリリンク切断用に高ＰＲＦで安定パルスエネルギー及び安定パルス幅を維持しつつ、要求に応じてシステムレーザパルスを発生させる装置及び方法を提供することにある。
【００２９】
本発明の追加の特徴及び利点は、添付図面に関連して進める、その好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】０次及び／又は１次ビームを伝送する先行技術のＡＯＭ及びＲＦドライバーの部分概略図である。
【図２Ａ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図２Ｂ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図２Ｃ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図２Ｄ】レーザパルス、ＲＦパルス、及び１次及び０次ＡＯＭ出力レーザパルスの対応先行技術のタイミンググラフである。
【図３Ａ】好ましい実施例において採用されるレーザパルス、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力に対応する模範タイミンググラフである。
【図３Ｂ】好ましい実施例において採用されるレーザパルス、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力に対応する模範タイミンググラフである。
【図３Ｃ】好ましい実施例において採用されるレーザパルス、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力に対応する模範のタイミンググラフである。
【図４Ａ】加工レーザパルス出力のエネルギー制御用ＡＯＭの使用を説明する、レーザ出力、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力の代替の対応模範タイミンググラフである。
【図４Ｂ】加工レーザパルス出力のエネルギー制御用ＡＯＭの使用を説明する、レーザ出力、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力の代替の対応模範のタイミンググラフである。
【図４Ｃ】加工レーザパルス出力のエネルギー制御用ＡＯＭの使用を説明する、レーザ出力、ＲＦパルス、及び加工レーザパルス出力の代替の対応模範のタイミンググラフである。
【図５Ａ】ＡＯＭによって供給される加工レーザ出力エネルギーの動的制御範囲を説明する、ＲＦパルス及び加工レーザ出力の代替の対応模範タイミンググラフである。
【図５Ｂ】ＡＯＭによって供給される加工レーザ出力エネルギーの動的制御範囲を説明する、ＲＦパルス及び加工レーザ出力の代替の対応模範タイミンググラフである。
【図６Ａ】対応ビーム位置を有する模範メモリリンク列構造の等角投影図及びどのように加工レーザ出力がリンク処理適用に任意に要求され得るかを示すためのタイミンググラフである。
【図６Ｂ】対応ビーム位置を有する模範メモリリンク列構造の等角投影図及びどのように加工レーザ出力がリンク処理適用に任意に要求され得るかを示すためのタイミンググラフである。
【図６Ｃ】対応ビーム位置を有する模範メモリリンク列構造の等角投影図及びどのように加工レーザ出力がリンク処理適用に任意に要求され得るかを示すためのタイミンググラフである。
【図７】除去用に選択される不等間隔リンクを処理する要求に応じて安定したパルス対パルスＵＶレーザエネルギーを提供するために連続熱的負荷時ＡＯＭを採用する模範的レーザシステムの好ましい実施例を示す概略ブロック図である。
【図８Ａ】等間隔期間で放射される先行技術のＱスイッチ信号及びその結果生じるレーザパルスのタイミンググラフである。
【図８Ｂ】不等間隔期間で放射される先行技術のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフである。
【図９Ａ】図８Ａの等間隔期間にしたがって放射される先行技術のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフであり、さらにダミーパルスを加える作用を示す。
【図９Ｂ】図８Ｂの不等間隔期間にしたがって放射される先行技術のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフであり、さらにダミーパルスを加える作用を示す。
【図１０】本発明のダミーパルスタイミングを考慮して、Ａ及びＢは各々、図９Ａ及び図９Ｂのダミーパルスを採用することによって一定のエネルギーレベルレーザパルスを放射する本発明のＱスイッチ信号及び生じるレーザパルスのタイミンググラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図３Ａ〜３Ｃ（総称して、図３）はレーザ出力２４ａ〜２４ｋ（総称して、レーザ出力２４）、先行技術のＡＯＭ１０に印加されるＲＦパルス３８ａ〜３８ｋ（総称して、ＲＦパルス３８）及び加工レーザ出力４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ及び４０ｉ（総称して、加工レーザ出力４０）の対応タイミンググラフを示す。特に、図３Ａは一定の繰り返しレートでレーザ（図示せず）によって放射され、実質的に同一のレーザ出力間隔４１によって分離されるレーザ出力２４ａ〜２４ｋを示す。典型的な実施例において、レーザ出力繰り返しレートは約１ＫＨｚから約５００ＫＨｚまでの範囲にすることができる。模範的なレーザ出力繰り返しレートは約２５ＫＨｚから約１００ＫＨｚより大きい範囲にある。リンク加工実施例の場合、各加工レーザ出力４０は、多数のナノ秒パルス幅を有する単一のレーザパルスを望ましくは含む。しかし、当業者は、各加工レーザ出力４０は１又はそれ以上のレーザパルスのバーストを含むことができ、その各々は、超短パルス幅、例えば本特許出願の譲受人に譲渡される、超短パルス幅を有するレーザパルスのバーストでメモリリンクを加工するレーザシステム及び方法に関する米国特許第６，５７４，２５０号に開示されるような超短パルス幅を有するか、又は約１０ピコ秒から約１，０００ピコ秒の範囲のパルス幅を有する１又はそれ以上のパルスのバーストを有することを認識する。
【００３２】
図３Ｂは、ＡＯＭ１０に対する熱的負荷の変動を所定の動作上の許容範囲に維持させるために実質的に規則的又は均一であるＲＦパルス間隔３２ａ〜３２ｊによって分離されるＲＦパルスを使用するＲＦパルス発射スキーム３０の好ましい実施例を示す。かかる許容範囲は特有の熱的負荷の窓にすることができるが、所定の許容範囲も又は代替的にスポットサイズ又はビーム位置精度を有する窓にすることができる。ある実施例において、熱的負荷変動は、５％以内に維持される及び／又はビームポインティング精度が０．００５ミリラジアン以内に維持される。好ましい実施例では、少なくとも１つのＲＦパルス３８は各レーザ出力２４に一致させるために発生させる。
【００３３】
加工レーザ出力４０が、ターゲット、例えば導電性リンク６０（図６Ａ）に衝突させるために要求されるときは、ＲＦパルス３８は、レーザ出力２４がＡＯＭ１０を通して送信され、加工レーザ出力４０になるようにレーザ出力２４と同時にＡＯＭ１０に印加される。
【００３４】
図３Ｂにおいて、一致ＲＦパルス３８はＲＦパルス３８ａ，３８ｃ，３８ｄ，３８ｅ，３８ｉである。図３Ｃは結果として生じる対応加工レーザ出力４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｉである。加工レーザ出力がレーザ出力２４に一致するように要求されないときは、ＲＦパルス３８はレーザ出力２４の対応するものと異なる時間にＡＯＭ１０に印加される。図３Ｂにおいて、不一致ＲＦパルス３８はＲＦパルス３８ｂ，３８ｆ，３８ｇ，３８ｈ，３８ｊ，３８ｋである。図３Ｃは不一致ＲＦパルス３８に一致する加工レーザ出力４０がないことを示す。
【００３５】
不一致ＲＦパルス３８は、約０．５マイクロ秒より長い時間オフセット４２によって、各レーザ出力２４の開始から、好ましくはずれている。当業者は、時間オフセット４２はレーザ出力２４に付随するように示されるが、時間オフセット４２は、レーザ加工出力４０をターゲットにすることを防ぐ十分な時間だけ、レーザ出力２４に交互に先行できることを理解する。したがって、１つの不一致ＲＦパルス３８を囲むＲＦパルス間隔３２（例えば、ＲＦパルス間隔３２ｂ，３２ｈ）は、平均ＲＦパルス間隔３２の全体（例えば、３２ｃ，３２ｄ，３２ｆ，３２ｇ，３２ｊ）より短くすることができ、又は１つの不一致ＲＦパルス３８を囲むＲＦパルス間隔３２（例えば、ＲＦパルス間隔３２ａ，３２ｅ，３２ｉ）は、平均ＲＦパルス間隔３２の全体より長くすることができる。
【００３６】
再び、図３Ｃに関して、加工レーザ出力４０ｃ，４０ｄ間の非衝突間隔５０ｂ及び加工レーザ出力４０ｄ，４０ｅ間の非衝突間隔５０ｃは各々、レーザ出力間隔４１とほぼ同じである。加工レーザ出力４０ａ，４０ｃ間の非衝突間隔５０ａ及び加工レーザ出力４０ｅ，４０ｉ間の非衝突間隔５０ｄは各々、レーザ出力間隔４１（図３Ａ）のほぼ整数倍である。
【００３７】
当業者は、たとえ、加工レーザ出力４０がほとんどの適用例、例えばリンク加工に対して、望ましくは１次ビーム２０であるとしても、加工レーザ出力４０は、漏れが許容範囲であり、より高い加工レーザ出力パワーが望ましい場合には０次ビーム１６にすることができることを理解する。
【００３８】
好ましい実施例において、一致及び不一致ＲＦパルス３８は、ＲＦパワー値及びＲＦ持続時間の積である同じＲＦエネルギーを使用するだけでなく、ほぼ同じＲＦパワー値及びほぼ同じＲＦ持続時間を使用する。
【００３９】
図４Ａ〜４Ｃ（総称して、図４）は、どのようにＡＯＭ１０が加工レーザ出力４０の出力パワーを制御するのに追加的に使用されるかを示す、レーザ出力２４、ＡＯＭ１０に印加されるＲＦパルス３８及び加工レーザ出力４０の対応タイミンググラフを示す。図４Ａは、図３Ａと同じであり、便宜上のためにのみ示される。図４Ｂ及び図４ＣはＲＦパルス３８’及び加工レーザパルス出力４０’を示し、対応ＲＦパルス３８及び加工レーザパルス４０は便宜上点線でそれらに重ねて示される。加工レーザ出力４０’のエネルギー値は、ＲＦパルス３８用よりＲＦパルス３８’用にＡＯＭ１０にＲＦパワーを少なく適用することによって減衰される。しかし、ＲＦパルス持続時間４２’は、ＡＯＭ１０に実質的に一定の熱的負荷を維持するための、ＲＦパワー値及びＲＦ持続時間の実質的に一定の積を維持するために、ＲＦパルス３８用に使用されるＲＦ持続時間４２を超えてＲＦパルス３８’用に増加される。これにより、ＡＯＭ１０への熱的負荷における実質的な変化なく、加工レーザ出力４０、４０’間の出力パワーの連続に対するオンデマンド選択を可能にする。当業者は、不一致（ｉｎｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）ＲＦパルス３８のＲＦパワー値及びＲＦ持続時間４２が元の値に維持できる、又は一致（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）ＲＦパルス３８’のＲＦ負荷変化の特定許容範囲内で変更できることを理解する。
【００４０】
ＲＦパルス持続時間４２’は約１マイクロ秒からレーザ出力間隔４１のおよそ半分、より好ましくはレーザ出力間隔４１の３０％未満から好ましくは選択される。例えば、レーザ繰り返しレートが５０ＫＨｚであり、レーザ出力間隔４１が２０マイクロ秒であるならば、ＲＦパルス持続時間４２’は１マイクロ秒から１０マイクロ秒までのいずれかにすることができる。最小ＲＦパルス持続時間４２又は４２’はレーザパルスジッタ及びＡＯＭ１０の応答時間によって決定される。レーザ出力２４の中点を囲むＲＦパルス３８、３８’の対応するものから開始することが望ましい。同様に、ＲＦパルス３８、３８’は対応レーザ出力２４の開始から最小ＲＦパルス持続時間の約半分ぐらい遅延又はずれることが望ましい。
【００４１】
図５Ａ及び図５Ｂ（総称して図５）は加工レーザ出力エネルギーの大きい動的制御を示すＲＦパルス３８及び加工レーザ出力４０用の代替対応タイミンググラフを示す。
【００４２】
図４Ａ及び図５に関して、非常に小さいエネルギーの加工レーザ出力４０ａ１は、加工レーザ出力４０ａ〜ｉのターゲットにされた伝播を許容するために十分なほぼ最小限のＲＦパワーのＲＦパルス３８ａ〜ｉを印加することによって生成できる。レーザ出力２４ａに一致するＲＦパルス持続時間４４ａｉは、ＲＦパルス間隔３２の変化を最小限にするために短く維持でき、より高いＲＦパワーを持つ、１又はそれ以上の追加の不一致ＲＦパルス３８ａ２だけでなく、短いＲＦパルス持続時間４４ａ２は、ＲＦパルス３８ａ１、３８ａ２用のＲＦエネルギー充填量の合計がＲＦパルス３８ｂの充填量と実質的に等しくなるようにＡＯＭ１０に印加できる。好ましい実施例において、ＲＦパルス３８ａｉ、３８ａ２間のオフセット時間５２ａは０から数マイクロ秒にすることができる。当業者は、ＲＦパルス３８ａｉ、３８ａ２は、レーザ出力２４ａが完了後にＲＦパワーに上昇する１つのＲＦパルス３８に併合することができることを理解する。また、当業者は、ＲＦパルス３８ａ２はそれに続く代わりに、ＲＦパルス３８ａｉに先行することができることを理解する。当業者は、ＡＯＭ１０の熱的慣性によって、ＲＦ間隔３２ａｉ及びＲＦ間隔３２の小さい差は、レーザビーム品質及びポインティング精度の劣化の観点から、いかなる重大な熱的負荷変動をも生じないことを理解する。したがって、ＡＯＭ１０への熱的負荷の変動を所定の動作上の許容範囲内に維持するために、ＲＦ間隔３２に類似するＲＦ間隔３２ａは十分維持できる。元の不一致ＲＦパルス３８ｂは、その元のＲＦパルス持続時間４４ｂ及びＲＦパワー値に維持でき、又は元の不一致ＲＦパルス３８ｂは、ＲＦパルス３８ａｉ、３８ａ２のセットと同じ態様で変調できる。
【００４３】
図６Ａ〜６Ｃ（総称して、図６）は、模範的なレーザ微細加工プロセス、例えば電気伝導リンク６０ａ〜６０ｋのレーザ加工間のターゲット整合位置７０（走査位置７０でもある）（図７）及び加工レーザ出力４０のタイミンググラフを示す。図６Ａはビーム位置決めシステムのターゲット整合位置７０の近くで走査方向５４に交差する等間隔に離隔したリンク６０を有する典型的なリンクバンク６２を示す。チップの試験結果に基づいて、位置決めシステムは、ＩＣデバイス又は他の工作物１２０（図７）を修理するために切断されねばならない不規則な配置のリンク６０をターゲットにし、一方残存するリンク６０は損なわれないようにするために制御される。例えば、ビーム位置決めシステムの走査速度は一定に設定される、又は制御されることができ、またターゲット整合位置７０が実質的に一定の位置決め間隔で各リンク６０を越えて交差するように変化するように設定又は制御でき、レーザ１２６（図７）は、位置決め間隔に等しい実質的に一定の間隔でレーザ出力を放射する。したがって、適切なタイミング調整で、位置７０がリンク６０を交差するときは、レーザ出力２４（図３Ａ）が放射される。便宜上、リンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉは、加工レーザ出力４０を示す図６Ｂが図３Ｃと同一になるように切断用に示される。したがって、加工レーザ出力４０ａ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｉは、リンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉに衝突する。図６Ｃは、リンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉが切断された後のリンク６０ａ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ，６０ｉを示す。レーザ出力２４は走査位置７０に同期してかつ各加工レーザ出力４０が１つのリンク６０に当たるように同じ一定間隔で放射される。したがって、レーザパルス捕獲又は開閉制御ＡＯＭ１０によって、リンク６０が除去用に選択されるときは、ＡＯＭ１０はリンク６０を切断するために加工レーザ出力４０としてレーザ出力２４を送信する。リンク６０が選択されないと、ＡＯＭ１０は、リンク６０が損なわれないようにレーザ出力２４を送信しない。このように、レーザ１２６は実質的に一定の繰り返しレートで出力し、レーザ出力２４は実質的に一定の出力間隔２６を持つが、加工レーザ出力４０はレーザ出力間隔２６の任意の整数倍で発生する。
【００４４】
図７は、歪んでいない加工レーザ出力４０で不等間隔リンクを加工するために要求に応じて安定パルス対パルスＵＶレーザエネルギーを提供するためにＡＯＭ１０上のＲＦ負荷制御を行うＩＣチップリンク切断システム１１０を一例として示す。システム１１０において、システム制御コンピュータ１２０及び埋込制御コンピュータ１１４は、加工レーザ出力４０のターゲット整合位置７０に対して工作物１２０を位置付けるＸ−Ｙ位置決め器１１８からの位置情報を受信するビーム位置コントローラ１１６を制御するために協働する。加工レーザ出力４０は、図示される折り畳みミラー（ｆｏｌｄ ｍｉｒｒｏｒ）の他に種々の光学要素（図示せず）を通して伝播させることができる。Ｘ−Ｙ位置決め器１１８も、Ｘ又はＹ段に接続できるＺ位置決め器１２３を含むことができる。Ｘ−Ｙ位置決め器１１８は、本特許出願の譲渡人に譲渡される、「高速高精度多段工具位置決めシステム」に関する米国特許第５，７５１，５８５号に記載される位置決めシステムに好ましくは基づいている。
【００４５】
ある実施例において、ＵＶレーザサブシステム１２４は、Ｑスイッチ固体ＩＲレーザ１２６、例えばダイオード励起音響光学ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４、ＩＲレーザ１２６のレーザ出力を捕獲又は開閉制御及び振幅変調するＡＯＭ１０、及び周知の第２、第３又は第４高調波変換プロセスを使用することによってＩＲレーザ１２６からの赤外線波長放射をグリーン波長及び／又はＵＶ波長に変換する周波数逓倍器１３０を好ましくは含む。ＡＯＭ１０は、代替として、仮想線で示されるＡＯＭ１０ａ（総称して、ＡＯＭ１０）の位置によって示されるように周波数逓倍器１３０の後に配置できる。いずれの実施例においても、レーザコントローラ１３４は、要求にしたがって加工レーザ出力４０を工作物１２０に伝播させるためにレーザ１２６からのレーザパルスを伝達又は遮蔽するＡＯＭ１０の透過度を制御する。
【００４６】
システム制御コンピュータ１１２はバス１３６を通して埋込制御コンピュータ１１４内にレーザ加工を要求する工作物１２０の位置の位置座標を伝達する。典型的な標本加工応用例において、工作物１２０は規則的に離隔するデバイス構造、例えば、いくつかのみが加工を要求する溶解結合リンク６０を含む。加工を要求する配置はターゲット配置と呼ばれ、加工を要求しない配置は中間配置と呼ばれる。埋込制御コンピュータ１１４は、ほぼ等しい間隔４１（図４Ａ）でＩＲレーザ１２６を放射するために離隔された中間配置座標にターゲット配置座標を追加する。埋込制御コンピュータ１１４は、バス１３８を通して所定のレートで一度に１つで、ターゲット及び中間位置座標をビーム位置コントローラ１１６のレジスタ１４０に伝達し、同時に、バス１４２を通して制御データをレーザコントローラ１３４のレジスタ１４４に読み込む。所定のレートはＸ−Ｙ位置決め器１１８の移動速度を制御し、制御データは座標位置が加工ターゲット位置であるかどうかを示し、出力モード情報、タイミング情報、及び振幅情報をさらに含むことができる。
【００４７】
レーザコントローラ１３４は、自動パルスモード又はパルスオンターゲットモードのいずれかでタイマー１４６を動作させる。自動パルスモードにおいて、タイマー１４６は、レジスタ１４４の制御データに応答して開始し、パルスオンターゲットモードにおいて、タイマー１４６は、ビーム位置コントローラ１１６の比較器１５０からの位置一致信号レジスタ１４８の受信に応答して開始する。ビーム位置コントローラ１１６の位置符号器１５２は、Ｘ−Ｙ位置決め器１１８の現在位置を比較器１５０に指示し、現在位置がレジスタ１４０に記憶された位置座標に一致するとき、工作物１２０がターゲット位置又は中間位置上方に適切に位置付けられていることを示す位置一致信号１４８は発生される。したがって、工作物１２０がターゲット位置上に位置付けされると、タイマー１４６はＩＲレーザ１２６のＱスイッチを作動させ、加工レーザ出力４０がＡＯＭ１０を通過しかつターゲットリンク６０（図６Ｃ）に当たるように所定のＲＦパワー及びＲＦ持続時間４４’（図５Ａ）でＲＦパルス３８（図４Ｂ）をＡＯＭ１０に印加することによって、同時にＡＯＭ１０を透過状態に設定する。工作物１２０が中間位置上方に位置付けされると、タイマー１４６はＩＲレーザのＱスイッチを作動させ、Ｑスイッチ作動から所定のオフセット時間４２（図３Ｂ）の後にのみ、所定のＲＦパワー及びＲＦ持続時間４４でＲＦパルス３８をＡＯＭ１０に印加する。したがって、ＲＦパルス３８はレーザ出力２４に不一致であり、加工レーザ出力４０は開閉制御されない。
【００４８】
Ｘ−Ｙ位置決め器１１８の移動速度は、位置決め器１１８はターゲット及び中間位置の組み合わせ上方を一定速度で移動するように好ましくは制御されるので、レーザＱスイッチはかかる一定の繰り返しレートで放射され、すなわち換言すると、レーザ出力間隔２６は、位置移動時間に実質的に等しくなる。したがって、ＩＲレーザ１２６は実質的に一定の繰り返しレートで動作され、又はレーザ出力間隔４１は実質的に一定であり、したがって、レーザ出力２４に仮想的な無視できる不安定性及びレーザ出力間隔４１の変動によるレーザパルス高調波変換における不安定性を生じる。また、ＡＯＭ１０のオンデマンド制御に関する詳細は、参照によって本明細書に導入される、「レーザ加工パワー出力安定化装置及び加工位置フィードバックを使用する方法」に関する米国特許第６，１７２，３２５号に見ることができる。
【００４９】
ＲＦ負荷制御技術は、位置決め器１１８がターゲット上にあるとき、すなわち換言すると、加工レーザ出力４０が要求されるとき、レーザ出力２４と同時にＡＯＭ１０にＲＦパルス３８を印加することによって、ＡＯＭ１０にほとんど一定の熱的負荷を提供し、また位置決め器１１８が中間位置上にあるとき、すなわち換言すると加工レーザ出力４０が要求されないとき、同じＲＦエネルギーを有するＲＦパルス３８をレーザ出力２４と同時ではないがＡＯＭ１０に印加することによって、ＡＯＭ１０にほとんど一定の熱的負荷を提供する。当業者は、ＡＯＭ１０へのかかる実質的に一定の熱的負荷では、加工レーザ出力４０の品質及び位置決め精度にＡＯＭ１０による最小限の悪影響になることを理解する。
【００５０】
ＡＯＭ１０へのＲＦパルス３８のＲＦパワーはターゲット加工のニーズを満たすために加工レーザ出力のエネルギーを制御できるが、ＲＦパルス３８のＲＦ持続時間４４は、実質的に一定のＲＦエネルギーすなわちＲＦパルス３８のＲＦパワー及びＲＦ持続時間４４の算術積を維持するために適宜制御できることがさらに認識される。
【００５１】
しかしながら、すべてのレーザ加工適用は、本質的に一定のレーザＰＲＦで作動するのにふさわしいとは限らない。本明細書の背景技術に記載されるように、多くの応用が任意に時間が計られたレーザパルス放射を要求する。不運にも、任意に時間が計られる場合、パルスエネルギー量は先のパルスから経過した時間間隔に依存するので、レーザ、例えばＩＲレーザ１２６は反復可能なレーザパルスエネルギーを放射しない。
【００５２】
パルスレーザ空洞動作の大体の実用的な類似物はキャパシタである。一般的にポンプと称される電源からのエネルギーは時間と共にレーザ空洞に「充電」される。Ｑスイッチ信号が生じるとき、空洞に貯蔵されるエネルギーは放電され、空洞は再度、充電し始める。結果として生じるレーザパルスによって供給されるエネルギー量は空洞がどれだけ長く充電することができるかに依存する。２つのＱスイッチ信号が短期間内に生じるならば、レーザパルスによって供給されるエネルギー量は２つのＱスイッチ信号がより長い期間によって分離されている場合よりも低い。したがって、いくつかの形態のパルスエネルギー制御がなければ、典型的な許容範囲である５％のプロセスウインドウ変動を十分外れる１０〜２０％のパルスエネルギー変動は可能である。
【００５３】
したがって、本発明はまた、不規則なタイミング間隔で所定のレーザパルスエネルギーレベルを提供するために要求される訂正要因を自動的に決定するパルスエネルギー補償技術を提供する。
【００５４】
再度、図７を参照して、本発明の不規則な時間に作動するレーザシステムはＩＣチップリンク切断システム１１０に基づくことができ、このＩＣチップリンク切断システム１１０は、レーザビームを工作物１２０に到達することから選択的に遮蔽するための、又は遮蔽しないためのＱスイッチ固体ＩＲレーザ１２６及びＡＯＭ１０を含む。しかしながら、工作物１２０の加工適用例はレーザパルスが一様なＱスイッチ信号期間の整数倍でない時間間隔で供給されることを要求されるならば、いくつかの動作は、パルス毎のエネルギーが所望の許容範囲内にあることを保証するために採られる必要がある。これに対する１つの解決策は、加工パルスに先立って１又はそれ以上のダミーパルスを使用することである。「ダミーパルス」は本明細書においてＡＯＭ１０が遮蔽される状態で放射されるレーザパルスとして称され、「加工パルス」は本明細書においてＡＯＭ１０が遮蔽されない状態で放射されるレーザパルスとして称される。
【００５５】
図８Ａ及び図８Ｂは各々、等間隔時間間隔１／Ｆ及び不等間隔時間間隔Ｔで放射される慣用のＱスイッチ信号１６０及び結果として生じるレーザパルス１６２のタイミンググラフを示す。ＩＲレーザ１２６は典型的に一定期間１／Ｆによって分離されるＱスイッチ信号を受信し、実質的に一定のエネルギーパルス１６４（遮蔽される又は遮蔽されないかのいずれかである）を放射する。しかしながら、ＩＲレーザ１２６は、実パルス１６８を放射するために、１／Ｆとは異なり、望ましくは１／Ｆより大きく２／Ｆより小さい期間Ｔによってレーザパルス１６０の先行するものから分離される少なくとも１つのＱスイッチパルス１６６をさらに受信する。Ｑスイッチ信号間の期間Ｔが増加するにつれてエネルギーパルスが増加するので、実パルス１６８は、一定エネルギーパルス１６４のエネルギーレベル１７２より大きいエネルギーレベル１７０を持つ。
【００５６】
図９Ａ及び図９Ｂは各々、図８Ａ及び図８Ｂの離隔時間間隔にしたがって放射される先行技術のＱスイッチ信号１８０及び結果として生じるレーザパルス１８２のタイミンググラフを示し、さらにダミーパルス１８４を追加する効果を示す。実パルス１６８前に期間１／Ｆでダミーパルス１８４を追加することにより、実パルス１６８は一定エネルギーのパルス１６４のエネルギーレベル１７２と実質的に同じであるエネルギーレベル１８６を持つ。理想的には、ダミーパルス１８４はレーザ空洞にエネルギーを放電し、レーザが期間１／Ｆ内に要求エネルギー値に再充電されるのを許容する。ＡＯＭ１０はダミーパルス１８４によって引き起こされるレーザパルスを遮蔽するので、レーザパルスエネルギーが工作物１２０（図７）に到達するのは防止される。
【００５７】
いくつかの工作物加工適用例には適切であるが、実験は実パルス１６８のパルスエネルギー誤差に寄与するＩＲレーザ１２６の２次効果があることを示した。例えば、一定エネルギーパルス１６４及びダミーパルス１８４間の期間Ｔｄが減少するにつれて、実パルス１６８のエネルギーレベル１８６は増加する。この効果は、期間Ｔｄがより短くなると、空洞に貯蔵されたエネルギーが効率よく放電されないので、生じるように思われる。期間Ｔｄ中に空洞に蓄積されるエネルギーはダミーパルスによって一部だけ放電される。その後、空洞がダミーパルス１８４及び 実パルス１６８間の間隔に充電されるにつれて、空洞に貯蔵されるエネルギー量は所望量より大きくなり、実パルス１６８のエネルギーレベルは予想より大きくなる。
【００５８】
図１０のＡ及び図１０のＢは、本発明のダミーパルスのタイミングを考察したダミーパルス１９４を使用することによって、本発明のＱスイッチ信号１９０及びその結果として生じる、実質的に一定のエネルギーレベルのレーザパルス１９２の各タイミンググラフを示す。
【００５９】
不完全な空洞放電現象への第１の好ましい解決法は、不完全な空洞放電動作を特徴付けること及びエネルギー誤差を補償するために期間Ｔｄを調節するためにその情報を利用することを伴うパルス期間補償を伴う。これは、１セットのパルス期間Ｔｐ値と関連セットのエネルギー値１９６と実パルス１９８を発生させることに関連した期間Ｔｄとの間の関係を含む、データセットを収集するための埋込制御コンピュータ１１４（図７）を望ましくは使用する。このデータセットは、所定のパルス期間Ｔｐ値毎に所定パルスエネルギー値１９６を発生させるダミーパルス１９４を開始するために要求される期間Ｔｄを決定するために実行時に使用することができる。望ましくは、期間Ｔｄは、パルスエネルギー値１９６は実質的に一定エネルギーパルス１６４のエネルギーレベル１７２に等しくなるように選択される。
【００６０】
不完全な空洞放電現象の別の好ましい解決法は、図４，５に関して上述のように工作物１２０を通過するのに許容されるレーザエネルギー量を変更させるＡＯＭ１０（図７）を使用するパルス高さの補償を伴う。これは、パルスエネルギーレベル値を所定の値に設定するために、パルスエネルギー値１９６、パルス期間Ｔｄ及びＡＯＭ１０の減衰レベル間の関係を含むデータセットを収集する埋込制御コンピュータ１１４を使用することを望ましくは伴う。
【００６１】
不完全空洞放電現象への第３の好ましい解決策は、ダミーパルス１９４が開始されるときはいつでも、追加のエネルギーがレーザ空洞から放射され得るようにダミーパルス１９４に延長期間２００を提供することを伴うＲＦ窓補償を使用する。追加のエネルギーも、ＡＯＭ１０によって遮断される。それによって、ダミーパルス１９４は、ダミーパルス１９４及び実パルス１９８間の充電期間Ｔｃは、望ましくは実質的に同じエネルギーレベル１７２である望ましい量のエネルギーレベル１９６になるように空洞から余分なエネルギーを放出するための延長期間を含む。
【００６２】
不完全空洞放電現象に対する第４の好ましい解決策は、実パルス１６８（図８Ｂ又は図９Ｂ）又は実パルス１９８（図１０のＢ）の放射前に励起電流をレーザ１２６（図７）に減少させることを伴うレーザ励起補償を使用する。パルスタイミング要件に基づいて、予め特徴付けられた励起電流を選択することは、放射実パルスが、望ましくは実質的に同じエネルギーレベル１７２である、望ましい量のエネルギーレベル１７０、１８６又は１９６を持つようにレーザ媒体でエネルギー増強の割合を減少させる。
【００６３】
上記技術の利点は、レーザベースの工作物加工システムが、内部システムのタイミング及びレーザパルスエネルギー測定値に基づいて要求されるレーザパルスエネルギーレベルの訂正要因を決定できることである。
【００６４】
当業者は、本発明の部分は好ましい実施例に対して上述の実施形態から異なって実行できることを認識する。多くの変形が本発明の基礎原理から逸脱することなく、上述の実施例の細部に対して行うことができることを当該技術分野の当業者には自明である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルスを工作物に供給する方法であって、
第１のエネルギーレベルを有する１セットの第１のレーザパルスであって各々が第１の期間によって分離されている１セットの第１のレーザパルスを生成するためのレーザを発生すること、
第２のレーザパルス及び第３のレーザパルスを生成するための前記レーザを発生すること、
前記第２のレーザパルスが前記工作物に到達することを防止すること、
前記第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスを前記工作物に伝搬できるようにすることを含み、
前記第３のレーザパルスは前記第１の期間より大きい第２の期間によって前記第１のレーザパルスから分離されており、前記第２のレーザパルスは、前記第３のレーザパルスが前記第１のエネルギーレベルと実質的に同一である第２のエネルギーレベルを持つようになる所定の時間に発生する、レーザパルスを工作物に供給する方法。
【請求項２】
第１のエネルギーレベルのセットと第２のエネルギーレベルのセットと所定の時間のセットとを関連付ける関係データセットを決定すること、
前記関係データセットから前記所定の時間を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスを前記工作物に伝搬できるようにすることは、減衰係数によって前記第３のレーザパルスの前記エネルギーレベルを減衰することを含み、前記方法は前記第２のエネルギーレベルのセットと減衰係数のセットと所定の時間のセットとを関連付ける関係データセットを決定すること及び前記第２のエネルギーレベルが前記第１のエネルギーレベルと実質的に等しくなる、前記所定の時間及び減衰係数のうちの少なくとも１つを前記関係データセットから選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記防止すること、前記減衰すること及び前記第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスを前記工作物に伝搬できるようにすることは音響光学変調器及び電子光学変調器のうちの少なくとも１つによって実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のエネルギーレベルが前記第１のエネルギーレベルに実質的に等しくなる所定のパルス幅に前記第２のレーザパルスを設定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザはＱスイッチ固体レーザを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
遮蔽すること及び遮蔽しないことは音響光学変調器及び電子光学変調器のうちの少なくとも１つによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の期間は２倍の前記第１の期間に等しいか又は小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の時間は前記第１のレーザパルスからの時間の関数及び前記第３のレーザパルスからの時間の関数のうちの少なくとも１つによって決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記工作物は切断可能なリンクを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
Ｑスイッチレーザ空洞によって生成されるレーザパルスから、実質的に一定のパルスエネルギーを有する、不均一に時間変位された加工レーザ出力パルス流を形成する方法であって、
前記Ｑスイッチレーザ空洞によって放射されるレーザパルスの合成流を形成するために所定の不均一時間変位レーザ出力パルス流にダミーレーザ出力パルスを挿入すること、
前記所定の不均一時間変位レーザ出力パルス流内の前記ダミーレーザ出力パルス及び該ダミーレーザ出力パルスに対応する最も隣接するレーザ出力パルスの相互作用から発生する空洞エネルギー放電の異常から生じた加工レーザ出力パルスのパルスエネルギー変動誤差を予め割り当てられた動作許容レーザ範囲内に制限するためのダミーレーザ出力パルス補償を行うこと、
一定のパルスエネルギーを有しかつ前記所定の不均一時間変位レーザ出力パルス流に対応する加工レーザ出力パルス流を提供するために前記レーザパルスの合成流の選択的な開閉制御を行うことを含む、不均一に時間変位された加工レーザ出力パルス流をレーザパルスから形成する方法。
【請求項１２】
前記ダミーレーザ出力パルス及び最も隣接するレーザ出力パルスの各々は開始時間を有し、前記ダミーレーザ出力パルス補償は、前記レーザパルスの合成流内の所定のダミーレーザ出力パルスの前記開始時間及び前記所定のダミーレーザ出力パルスに最も隣接するレーザ出力パルスの前記開始時間の間に、前記所定のダミーレーザ出力パルス後に生起する加工レーザパルスのパルスエネルギーを前記予め割り当てられた動作上の許容範囲内で設定する量に前記相互作用を弱める遅延を導入することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
後続の加工レーザ出力パルスは所定のダミーレーザ出力パルス後に生起し、前記ダミーレーザ出力パルス補償は、前記レーザパルスの合成流の前記選択的な開閉制御によって、前記後続の加工レーザ出力パルスのパルスエネルギーを前記予め割り当てられた動作上の許容範囲内の値に設定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ダミーレーザ出力パルスは持続時間を有し、前記ダミーレーザ出力パルス補償は、前記ダミーレーザ出力パルス後に生起する後続の加工レーザ出力パルスの望ましいパルスエネルギーを提供するために十分な空洞エネルギー放電を生じさせる値に前記ダミーレーザ出力パルスの前記持続時間を設定すること、
前記加工レーザ出力パルス流内に前記ダミーレーザ出力パルスを包含させることを防止するために前記選択的な開閉制御を行うことを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１】
レーザパルスを工作物に供給する方法であって、
第１のエネルギーレベルを有する１セットの第１のレーザパルスであって各々が第１の期間によって分離されている１セットの第１のレーザパルスを生成するためのレーザを発生すること、
第２のレーザパルス及び第３のレーザパルスを生成するための前記レーザを発生すること、
前記第２のレーザパルスが前記工作物に到達することを防止すること、
前記第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスを前記工作物に伝搬できるようにすることを含み、
前記第３のレーザパルスは前記第１の期間より大きい第２の期間によって前記第１のレーザパルスから分離されており、前記第２のレーザパルスは、前記第３のレーザパルスが前記第１のエネルギーレベルと実質的に同一である第２のエネルギーレベルを持つようになる所定の時間に発生する、レーザパルスを工作物に供給する方法。
【請求項２】
第１のエネルギーレベルのセットと第２のエネルギーレベルのセットと所定の時間のセットとを関連付ける関係データセットを決定すること、
前記関係データセットから前記所定の時間を選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスを前記工作物に伝搬できるようにすることは、減衰係数によって前記第３のレーザパルスの前記エネルギーレベルを減衰することを含み、前記方法は前記第２のエネルギーレベルのセットと減衰係数のセットと所定の時間のセットとを関連付ける関係データセットを決定すること及び前記第２のエネルギーレベルが前記第１のエネルギーレベルと実質的に等しくなる、前記所定の時間及び減衰係数のうちの少なくとも１つを前記関係データセットから選択することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記防止すること、前記減衰すること及び前記第１のレーザパルス及び前記第３のレーザパルスを前記工作物に伝搬できるようにすることは音響光学変調器及び電子光学変調器のうちの少なくとも１つによって実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のエネルギーレベルが前記第１のエネルギーレベルに実質的に等しくなる所定のパルス幅に前記第２のレーザパルスを設定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザはＱスイッチ固体レーザを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
遮蔽すること及び遮蔽しないことは音響光学変調器及び電子光学変調器のうちの少なくとも１つによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の期間は２倍の前記第１の期間に等しいか又は小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の時間は前記第１のレーザパルスからの時間の関数及び前記第３のレーザパルスからの時間の関数のうちの少なくとも１つによって決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記工作物は切断可能なリンクを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
Ｑスイッチレーザ空洞によって生成されるレーザパルスから、実質的に一定のパルスエネルギーを有する、不均一に時間変位された加工レーザ出力パルス流を形成する方法であって、
前記Ｑスイッチレーザ空洞によって放射されるレーザパルスの合成流を形成するために所定の不均一時間変位レーザ出力パルス流にダミーレーザ出力パルスを挿入すること、
前記所定の不均一時間変位レーザ出力パルス流内の前記ダミーレーザ出力パルス及び該ダミーレーザ出力パルスに対応する最も隣接するレーザ出力パルスの相互作用から発生する空洞エネルギー放電の異常から生じた加工レーザ出力パルスのパルスエネルギー変動誤差を予め割り当てられた動作許容レーザ範囲内に制限するためのダミーレーザ出力パルス補償を行うこと、
一定のパルスエネルギーを有しかつ前記所定の不均一時間変位レーザ出力パルス流に対応する加工レーザ出力パルス流を提供するために前記レーザパルスの合成流の選択的な開閉制御を行うことを含む、不均一に時間変位された加工レーザ出力パルス流をレーザパルスから形成する方法。
【請求項１２】
前記ダミーレーザ出力パルス及び最も隣接するレーザ出力パルスの各々は開始時間を有し、前記ダミーレーザ出力パルス補償は、前記レーザパルスの合成流内の所定のダミーレーザ出力パルスの前記開始時間及び前記所定のダミーレーザ出力パルスに最も隣接するレーザ出力パルスの前記開始時間の間に、前記所定のダミーレーザ出力パルス後に生起する加工レーザパルスのパルスエネルギーを前記予め割り当てられた動作上の許容範囲内で設定する量に前記相互作用を弱める遅延を導入することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
後続の加工レーザ出力パルスは所定のダミーレーザ出力パルス後に生起し、前記ダミーレーザ出力パルス補償は、前記レーザパルスの合成流の前記選択的な開閉制御によって、前記後続の加工レーザ出力パルスのパルスエネルギーを前記予め割り当てられた動作上の許容範囲内の値に設定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ダミーレーザ出力パルスは持続時間を有し、前記ダミーレーザ出力パルス補償は、前記ダミーレーザ出力パルス後に生起する後続の加工レーザ出力パルスの望ましいパルスエネルギーを提供するために十分な空洞エネルギー放電を生じさせる値に前記ダミーレーザ出力パルスの前記持続時間を設定すること、
前記加工レーザ出力パルス流内に前記ダミーレーザ出力パルスを包含させることを防止するために前記選択的な開閉制御を行うことを含む、請求項１１に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９３５８１（Ｐ２０１３−９３５８１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２３５９７２（Ｐ２０１２−２３５９７２）
【出願日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【分割の表示】特願２００７−５４３０１３（Ｐ２００７−５４３０１３）の分割
【原出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（５９３１４１６３２）エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド (161)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２３５９７２（Ｐ２０１２−２３５９７２）
【出願日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【分割の表示】特願２００７−５４３０１３（Ｐ２００７−５４３０１３）の分割
【原出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（５９３１４１６３２）エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド (161)
【Ｆターム（参考）】
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