CN101983421A

CN101983421A - 用于动态生成经剪裁的激光脉冲的方法和系统

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Publication number: CN101983421A
Application number: CN2009801112552A
Authority: CN
Inventors: 布莱恩·W·拜尔德; 柯林特·R·凡德吉亚森; 史帝夫·史华伦杰; 罗伯特·汉希; 孙云龙; 凯利·J·布鲁兰德; 安德鲁·虎柏
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: CN101983421B; CA2720057A1; US8526473B2; JP5766111B2; JP2011516266A; TWI516328B; TW200942356A; KR101620045B1; WO2009137174A1; US20090245302A1; KR20110007117A

Abstract

以激光处理例如半导体硅片与其它材料的工件，包括：选择所处理目标，其对应于与一预先界定时间脉冲轮廓有关的一目标种类。该时间脉冲轮廓包括：一第一部份以界定一第一时间期间，以及一第二部份以界定一第二时间期间。一种方法包括：根据此等激光系统输入参数以产生一激光脉冲，所述参数被组态以依据该时间脉冲轮廓成形该激光脉冲；侦测所产生的该激光脉冲；将所产生的该激光脉冲与该时间脉冲轮廓比较；以及根据该比较调整所述激光系统输入参数。

Description

用于动态生成经剪裁的激光脉冲的方法和系统

技术领域

本发明有关于一种激光处理系统。本发明还特别有关于一种激光系统与方法，用于动态地生成与监视多个激光脉冲，其具有被剪裁以处理特定目标结构的各时间轮廓。

背景技术

此等被使用于处理动态随机存取内存(DRAM)与其它装置的激光处理系统，通常使用一种Q-切换二极管泵固态激光。当处理内存装置时，例如通常使用单一激光脉冲以切断一电性传导连接结构。在另一个工业应用中，使用Q-切换二极管泵固态激光，以修改离散与嵌入式组件的电阻值。

一些激光处理系统使用不同操作模式以实现不同功能。例如，此由在美国Oregon州Portland市的Electro Scientific Industries，Inc.(其为本申请案的受让人)所可获得的ESI Model 9830，使用一种二极管泵Q切换钕-搀杂-钇-钒(Nd:YVO4)激光，而以大约50千赫兹的脉冲重复频率操作，用于将半导体内存与相关装置作激光处理。此激光系统提供：脉冲激光输出，用于处理连接结构；以及连续波(CW)激光输出，用于扫瞄光线至工作目标。作为另一个例子，此亦由Electro Scientific Industries，Inc.可获得的ESI Model 9835，使用一种二极管泵Q切换三倍频率Nd:YVO4激光，用于将半导体内存与相关装置作激光处理。此激光系统使用在大约50千赫兹的PRF的第一脉冲激光输出，用于处理连接结构；以及使用在大约90千赫兹的PRF的第二脉冲激光输出，用于扫瞄光线至工作目标。在一些系统中，较高的PRF(例如，大约100千赫兹)亦为可能。通常，由此等激光系统所产生激光脉冲的脉冲宽度是功能上取决于所选择的PRF，而并非可以依据此等目标结构之间或其它过程变量之间的差异而独立地调整。

一些系统已使用经剪裁脉冲形状以处理工件。例如，美国专利案号USP7,348,516(其被让与本申请案的受让人)说明此种激光技术，其中，此在内存芯片或其它集成电路(IC)芯片上导电连接的激光处理是通过使用激光脉冲的激光系统与方法而达成，此等激光脉冲具有特殊剪裁的强度轮廓(脉冲形状)，而用于较佳的处理质量与良率。作为另一个例子，美国专利案号USP7,126,746(其被让与本申请案的受让人)说明一种使用激光处理系统的方法，其能够使用多个激光脉冲时间轮廓，以处理在一或更多个半导体硅片上的半导体工件结构。

通常，一连接处理系统中有数个激光脉冲参数，以界定激光材料的交互作用。除了激光波长以外，此等参数包括：空间特征(例如：光点尺寸、腰位置、以及椭圆率)与时间特征(例如：尖峰功率、脉冲能量、脉冲宽度、以及脉冲形状)。为了提供可以在多个连接处理系统上重复的扎实过程，此等激光脉冲参数可以为：(a)通过设计而被动地控制、且在制造期间测量，以证实其性能表现；(b)经由周期地实施校准而控制；或(c)以回馈回路主动地测量与控制。在某些激光处理系统中(例如经剪裁脉冲激光处理系统中)，此方法(c)可以提供较方法(a)或(b)更大弹性。

典型的激光处理系统通常以不同方式监视各种激光参数。例如，表1总结有关于激光脉冲过程参数控制的目前技术状态。

表1

图1A与图1B为由典型固态激光所产生激光脉冲的示例时间脉冲形状。此在图1A中所显示脉冲可以通过在此技术中已知光学元件而形成形状，以产生正方形波脉冲。如同在表1、图1A与图1B中所示，一典型固态脉冲形状可以通过以下特征而良好说明：尖峰功率、脉冲能量(功率曲线的时间积分)、以及在半高全宽(FWHM)值所测量的脉冲宽度。可以使用来自脉冲侦测器的回馈，以决定脉冲能量及/或尖峰功率。此使用于回馈的脉冲侦测器包括：二极管，其耦接至一用于尖峰功率感测的模拟尖峰撷取与维持电路。此脉冲侦测器亦可以包括：一个用于脉冲能量测量的模拟集成电路。

不同于使用固态激光以产生典型的激光脉冲，经剪裁激光技术使用例如光纤激光或主振荡器光纤功率放大器(MOFPA)以允许脉冲形状，其并无法通过典型尖峰功率、脉冲能量、以及脉冲宽度度量而充分说明。例如，图2A与图2B为通过根据一实施例的动态激光脉冲成形器与功率放大器所产生的经剪裁激光脉冲的示例时间脉冲形状。如同于图2A中所显示，此功率曲线上前导突波的尖峰功率P1并无法说明在所谓椅形脉冲上的高原或「座位」功率P2的高度。此外，一些经剪裁脉冲可以具有由尖峰功率P1所无法说明的多个突波或多个高原。例如，如同于图2B中所显示，此突波的尖峰功率P1无法说明第一高原功率P2或第二高原功率P3的高度。此外，如同以下所讨论，此根据FWHM度量的脉冲宽度，对于具有不同「座位」长度的多个椅形脉冲可以提供相同结果。

发明内容

一种用于以激光处理工件的方法，其包括：选择处理目标，其对应于与此预先界定时间脉冲轮廓有关的目标种类，此轮廓被剪裁而用于包括于此目标种类中的目标型式。此方法包括：根据激光系统输入参数而产生激光脉冲，其被组态成根据预先界定时间脉冲轮廓以成形激光脉冲；侦测所产生的激光脉冲；将产生的激光脉冲与预先界定时间脉冲轮廓比较；以及根据此比较而调整激光系统输入参数。

此目标种类可以包括例如：在对准扫瞄期间所使用的对准特征、或电性传导连接结构。为了切断此电性传导连接结构，例如此在第一时间期间的预先界定时间脉冲轮廓的第一部份可以包括一功率突波，以及此在第二时间期间预先界定时间脉冲轮廓的第二部份可以包括一功率高原，且此第一时间期间可以实质上短于此第二时间期间。在一些实施例中，在第二时间期间，此预先界定时间脉冲轮廓的功率位准是以预定的比率倾斜。当然，亦可以使用其它时间脉冲轮廓。例如：预先界定时间脉冲轮廓的第一部份可以包括一第一突波，且第二部份可以包括一第二突波。

在一些实施例中，侦测一激光脉冲包括：将此激光脉冲分开，以照射脉冲侦测器与所选择的目标。此脉冲侦测器可以被组态成将所侦测的激光脉冲取样，以产生其数字呈现。

在某些实施例中，比较此所侦测的激光脉冲包括：测量此所侦测激光脉冲的一或更多个特征，其例如为：尖峰脉冲功率、脉冲上升时间、以及脉冲期间。测量此脉冲期间可以包括：例如，当此脉冲功率大约等于此尖峰脉冲功率的预定百分比时，决定此第一时间与最后时间之间的时间间隔。测量此脉冲期间亦可以包括：例如，由此方程式所界定的脉冲期间的时间积分平方(T_IS)：

T_{IS} = \frac{{(&Integral; I (t) dt)}^{2}}{&Integral; I^{2} (t) dt},

而I(t)为功率对时间的脉冲曲线。

在某些实施例中，此方法亦包括：相较于与目标种类有关的预先界定时间脉冲轮廓，决定所侦测激光脉冲的统计度量。此统计度量可以包括例如：标准差、时间导数的标准差、均方根(RMS)、以及绝对误差的积分。

在某些实施例中，测量此激光脉冲包括：通过测量对应于突波最大功率的尖峰高度，而将对应于预先界定时间脉冲轮廓的第一部份的突波特征化。此种方法亦可以包括：测量此对应于时间间隔的尖峰宽度，该时间间隔是介于大约等于预定功率位准的突波功率的第一时间与最后时间之间，而此预定功率位准是在突波的尖峰高度与对应于此预先界定时间脉冲轮廓的第二部份的最大功率位准之间。此种方法亦可以包括：测量尖峰时间，其对应于突波功率大约等于此突波尖峰高度的预定百分比的第一时间与最后时间的平均。

在某些实施例中，此测量包括将对应于预先界定时间脉冲轮廓的第二部份的高原与斜坡的至少一特征化。

本发明此等额外观点与优点将由以下较佳实施例的详细说明并参考所附图式而为明显。

附图说明

图1A与图1B为由典型固态激光所产生激光脉冲的示例时间脉冲形状。

图2A与图2B为根据一实施例由动态激光脉冲成形器与功率放大器所产生的经剪裁激光脉冲的示例时间脉冲形状。

图3为概要图、其说明根据一实施例的半导体硅片、其具有在其工作表面上的目标对准特征与电性传导连接结构。

图4为根据一实施例用于以激光处理在一工件上或工件中结构的方法的流程图。

图5为根据一实施例的示例激光处理系统，其用于产生与监视具有不同时间脉冲轮廓的激光脉冲。

图6为根据一实施例的示例光侦测模块的方块图。

图7A与图7B为方块图，其说明根据一实施例于图5中所示激光源。

图8图示地说明根据一实施例的一标准化剪裁激光脉冲，其至少一部份的特征在于尖峰脉冲功率。

图9A与图9B说明由使用尖峰功率与FWHM将经剪裁激光脉冲特征化所产生的问题。

图10说明根据一实施例的四个简化脉冲形状(脉冲A-D)、以及在FWHM与T_IS脉冲宽度值之间的相对应比较。

图11说明根据一实施例的六个激光脉冲形状(曲线1-6)、以及在FWHM与T_IS脉冲宽度值之间的相对应比较。

图12图示地说明根据一实施例的具有一突波的标准化剪裁激光脉冲，此突波的特征在于尖峰高度、尖峰宽度、以及尖峰时间。

图13图示地说明根据一实施例的具有一高原的标准化剪裁激光脉冲，此高原的特征在于开始时间、结束时间、以及与公差有关的位准。

图14图示地说明根据一实施例的具有一倾斜高原的标准化剪裁激光脉冲，此倾斜高原的特征在于开始时间、结束时间、与第一公差有关的开始位准、以及与第二公差有关的结束位准。

图15A、图15B、以及图15C图示地说明根据某些实施例的示例经剪裁激光脉冲，其所具有各种尖峰、高原、以及斜坡的特征为在此所说明的参数。

图16A图示地说明根据一实施例如同依据表2所设定的多个经剪裁激光脉冲。

图16B与图16C图示说明根据某些实施例经剪裁激光脉冲的额外示例。

图17为根据一实施例的示例脉冲轮廓器的方块图、此轮廓器被组态以提供脉冲形状的回馈度量。

图18为根据一实施例的电子-光学调变器的简化方块图，其在产生经剪裁激光脉冲输出中操作为激光脉冲切割装置。

图19显示由图18的激光脉冲切割装置所产生的五个激光脉冲可能形状的列(a)、(b)、(c)、(d)、以及(e)示例。

具体实施方式

本发明说明此根据目标结构而选择具有所剪裁强度轮廓的激光脉冲，且提供足够的回馈与控制，以维持所想要的强度轮廓。在一实施例中，此激光处理系统使用多个时间轮廓，以处理在一或更多个工件上的工件结构(例如，电性传导连接)。此激光处理系统可以包括：脉冲激光例如光纤激光、主振荡器光纤功率放大器(MOFPA)、串联光子放大器、或“切割”脉冲激光，其使用具有可程序化时间脉冲轮廓的电子-光学调变器(参考在此与图18与图19有关的说明)，以允许激光在形状广大范围中产生激光脉冲。此激光处理系统可以被组态，而在当此激光在被导引朝向特定工件结构发射激光脉冲时，实时地(on-the-fly)选择激光脉冲形状。

在某些实施例中，此激光处理系统校准每个脉冲的能量与其它激光参数，例如信号传播延迟，其可以随着所程序化时间轮廓而变化。可以校准此激光处理系统，而在所程序化时间脉冲轮廓的范围上可靠地操作。因此，在一个此种实施例中，此激光处理系统使用光子电子侦测方法将脉冲波形数字化，以提供每个脉冲的能量的准确校准，而为程序化脉冲形状的函数。

如同以上所讨论，一典型的Q-切换固态脉冲形状通过其尖峰功率、脉冲能量、以及脉冲宽度(例如：FWHM)而良好说明。然而，通常此等度量并不足以说明可能具有所剪裁脉冲激光的时间脉冲形状。例如：在此功率曲线上突波的尖峰功率并无法说明在所谓椅形状脉冲上“座位”的高度、或在双突波脉冲上的第二尖峰的高度。

因此，在某些实施例中，此激光处理系统包括：用于参数的回馈，其典型的连接处理系统并不会监视。通过提供此种回馈，可以登录数个脉冲形状度量，且与过程回馈(例如：装置产量与基板损坏)相关。此提供有价值工具来用于发展新制程与新脉冲形状，以进一步加强所剪裁脉冲技术的价值。此外，或在其它实施例中，使用此脉冲形状度量，以根据回馈而监视与控制脉冲形状。

现在参考此等图式，其中，相同参考号码是指相同元件。在以下说明中，提供各种特定细节，用于彻底了解在此所揭示的实施例。然而，熟悉此技术人士了解，此等实施例可以无需此等一或更多个特定细节而实施，或可以其它方法、组件、或材料而实施。此外，在一些情形中，并未详细显示或说明所熟知的结构、材料、或操作，以避免模糊此等实施例的观点。此外，此等所说明的特性、结构、或特征可以任何适当方式而组合于一或更多个实施例中。

I.可程序化时间脉冲轮廓

在一实施例中，此激光处理系统可以被组态以选择第一时间脉冲轮廓以用于在一工件上的第一型式结构以及第二时间脉冲轮廓以用于在一工件上的第二型式结构。使用此时间脉冲轮廓以用于处理特定集成电路特征(例如在半导体内存装置上的连接)，会对于在相同装置上实施各别激光处理操作无效率或无效能。因此，此激光处理系统根据所处理目标结构的型式，而提供适当时间脉冲轮廓的实时选择。

例如，图3为概要图，以说明根据一实施例的半导体硅片300，在其工作表面310上具有目标对准特征312与电性传导连接结构314。一具有高脉冲能量的成形激光脉冲、与由前缘突波所产生的高尖峰功率(例如：参考图2A)，可以有用于选择性地去除一或更多个连接结构314。然而，高脉冲能量及/或高尖峰功率在对准扫瞄期间会造成对于目标对准特征312的损坏，其然后会导致由此等扫瞄所产生的错误位置信息。因此，此激光处理系统可以在第一时间脉冲轮廓模式中操作，其所产生的脉冲具有用于目标扫瞄的相对较低的脉冲能量与尖峰功率；以及此激光处理系统可以在第二时间脉冲轮廓模式中操作，其所产生的脉冲具有用于去除连接结构314的相对较高的脉冲能量与尖峰功率。

如同熟悉此技术人士了解，此宽广范围的尖峰功率、脉冲能量、以及时间轮廓，对于以激光处理在工件上结构具有吸引力。可以使用经剪裁的脉冲形状，例如以切断以包括DRAM、SRAM、以及快闪式内存的半导体内存装置的广大阵列中的电性传导连接结构；在挠性电路(例如铜/聚酰胺叠层材料中)、与在集成电路(IC)封装中产生激光钻孔微通孔；以达成半导体的激光处理或微机械加工，例如半导体集成电路、硅硅片、以及太阳能电池的激光划线或切割；以及达成金属、介电质、聚合物材料、以及塑料的激光微机械加工。熟悉此技术人士了解，根据在此所揭示的实施例可以处理许多其它型式的工件及/或工件结构。

因此，在一实施例中，此激光处理系统允许使用者程序化时间脉冲轮廓，以用于处理特定型式或种类的结构。例如，图4为根据一实施例用于以激光处理在一工件上或工件中的结构的方法400的流程图。在步骤405开始后，此方法400包括在储存410多个使用者界定的时间脉冲轮廓，以及在将各此等时间脉冲轮廓与在工件或工件群组上结构的型式或种类相关联412。此等结构的种类可以包括例如：对准结构、电性传导连接、以及电阻器或其它离散组件。在一些实施例中，此种类亦可以包括例如以激光划线或切割进入工件中。

当处理工件时，此方法400包括：选择414在用于处理的工件上或工件中的一特定结构，以及从与此特定结构种类有关的多个时间脉冲轮廓选择416一特定时间脉冲轮廓。此方法400亦包括：产生418具有特定时间脉冲轮廓的激光脉冲，以及以所产生的激光脉冲处理420此特定结构。此技术人士从在此所作揭示内容可以了解，可以不使用单一脉冲以处理特定结构，此激光处理系统可以导引多个脉冲至此特定结构。此外，被导引至此特定结构的各此等脉冲可以具有相同的时间脉冲轮廓，或此等脉冲的至少之一可以具有不同的时间脉冲轮廓。

然后，此方法400询问422此工件是否包括需要处理的额外结构以。如果有需要处理的额外结构，则此方法400选择414用于处理的另一特定结构。因此，此方法400根据结构的型式、使用多个不同时间脉冲轮廓，以提供结构的实时处理。如果没有需要处理的额外结构，则此方法400结束424。

II.示例激光处理系统

图5为根据一实施例的示例激光处理系统500，用于以不同时间脉冲轮廓以产生与监视激光脉冲。此激光处理系统500包括一系统控制计算机510，将整体系统操作指令提供给嵌入式控制计算机(ECC)512，而激光控制器514与光线位置控制器(BPC)516对此指令响应。此激光处理系统500亦包括一激光源518，其由激光控制器514控制，且其包括指令与数据缓存器520以及定时器522，此两者与ECC 512与BPC 516直接或间接通信。如同在以下详细讨论，在一实施例中，此激光源518包括一动态激光脉冲成形器与光纤功率放大器。在另一实施例中，此激光源518包括串联放大器。在还有另一实施例中，此激光源518包括使用电子-光学调变器的“切割式”脉冲激光(参考有关于图18与图19在此的说明)。

此激光控制器514从ECC 512接收指令，且从BPC 516接收信号。此激光控制器514提供指令给激光源518，以用于脉冲发射(经由外部触发指令)与脉冲形状控制。在一实施例中，此激光控制器514从ECC 512接收指令，且响应于此指令：此根据工件特征位置数据而与BPC 516配合的调变器控制器(MC)524所发出至激光源518的外部触发指令。此MC 524控制由激光源518所发射脉冲的发射时间与形状。以替代方式，激光源518以脉冲间时间发射脉冲，而传送至激光控制器514、ECC 512、或此两者。在一实施例中，取决于此所发射激光脉冲所入射其上的工件特征的型式，此激光源518由ECC 512控制，以产生特定时间脉冲轮廓。在图2A与图2B中显示此时间轮廓的说明示例。

为了提供可程序化时间脉冲轮廓，根据一实施例，此激光处理系统500提供工具用于适当激光过程参数范围的满意测量与校准，此等过程参数例如为：时间轮廓、每脉冲的能量、聚焦光线传送属性、以及以下所讨论其它参数。如同于图5中所显示，系统光学装置526可以包括一光侦测模块528，其可以被使用以侦测入射激光输出、与由工作表面所反射的激光输出。在一实施例中，此光侦测模块528包括一光侦测器电路，其能够将所侦测光线信号例如入射与反射激光输出信号数字化，因而允许此入射与反射脉冲波形被有效地数字化。因此，激光处理系统500允许满意地测量入射与反射激光波形，允许计算与校准时间轮廓、时间轮廓变化、脉冲振幅稳定、脉冲能量稳定、以及每脉冲的能量。如同熟悉此技术人士了解，跨此以激光波长而清晰变化反射率的目标区域以扫瞄激光光线，以提供用于激光光线聚焦光点尺寸属性的测量与计算方法。

图6为根据一实施例的示例光侦测模块528的方块图。此光侦测模块528包括：一光学射束分离器610，用于将从在图5中所示来自激光导引光学装置530输出的一部份分离至一光电转换器612上，此光电转换器连接至一信号调整前置放大器614。此前置放大器614连接至可程序化增益级616，而其馈入一高速模拟-至-数字转换器(ADC)618中。此ADC 618的数字化输出通过一循环缓冲器620而缓冲，以用于稍后移转至于图5中所显示的系统控制计算机510。

可以选择光电转换器612对于特定激光波长的敏感度，以用于时间响应特征，其与成形激光脉冲的时间轮廓一致，及/或用于动态范围，其与将被曝露的光学幅射强度的预期范围一致。如果此衰减是在光线由光电转换器612取样的点之前实施，则此可程序化增益级616用于补偿在激光导引光学装置530中所执行的可变光学衰减。衰减此光线以降低在工作表面的功率亦降低此入射于光电转换器612上的功率数量。此可程序化增益级616电性地恢复信号位准，而将由ADC 618所取样信号的分辨率最大化。

可以为了足够高的取样率与回转率而选择ADC 618，而可以解析所预期的脉冲轮廓。可以使用快闪式转换器结构，但是因为其功能可以为连续地取样资料，所以管道及/或连续近似技术亦合适，且可以提供较佳性能表现度量。可以根据此激光处理系统500的所想要分辨率与动态范围能力而选择ADC的转换宽度(例如：8位、12位、16位或更多)。

此所侦测信号的数字化样本可以被持续地移转至循环缓冲器620中。此循环缓冲器620可以具有足够尺寸，以储存由开始至结束的整个脉冲，而具有至少足够多余容量用于由脉冲侦测逻辑所作数据分析中的潜力。此脉冲侦测器逻辑功能可以实时地(realtime)分析数字化脉冲波形，以侦测在循环缓冲器620中脉冲的存在。当此脉冲被侦测且判断为完整时，此功能停止持续更新循环缓冲器620的动作，且将循环缓冲器620保持以用于稍后上传至系统控制计算机510。此数字化与储存功能可以稍后通过来自系统控制计算机510的随后指令而“重新启动”。此脉冲侦测器逻辑功能可以使用数字信号处理器(DSP)、现场可程序化门阵列(FPGA)、或其它计算引擎而执行。一个FPGA工具可以包括：在单一装置中的DSP与缓冲器内存元件两者。

一旦一个完整脉冲被储存于循环缓冲器620中，其可以被上传至系统控制计算机510以用于分析。此分析可以包括，例如：决定尖峰高度、通过将脉冲轮廓积分决定所得的脉冲能量、决定脉冲宽度、以及脉冲轮廓特征，如同在以下所详细讨论。

此外，或在另一实施例中，此DSP、FPGA、或其它计算引擎亦可以执行脉冲特征度量计算的组合。在此种实施例中，激光处理系统500可以选择不将原始数字化脉冲数据上传至系统控制计算机510，而是选择仅将脉冲特征度量的某子集合上传。此实施例的优点为降低在光侦测模块528与系统控制计算机510间连接的频带宽度需求，以允许较快地执行更多测量，而同时维持相当简单的电性接口。

回至图5，在激光处理系统500的一实施例中，将此来自激光源518的输出应用至激光导引光学装置530与系统光学装置526。此来自系统光学装置526的输出通过折叠式镜534而导引朝向Z-定位机构536，其可以包括透镜组装，以将此输出随后传送至目标样本540的工作表面538来用于工件特征的激光处理(例如：在图3中所示的目标对准特征312与连接结构314)。此BPC 516提供X-Y坐标定位信号以导引X-Y定位机构542至一位置，在此处此来自Z-定位机构536的输出可以处理所想要的目标特征。此X-Y定位机构542接收来自BCP 516的缓存器544的指令位置信号，且导引此实际位置信号至BCP 516的位置编码器546，其包括一比较器模块548，其决定位置差异值，且将其传送至定时器522。此定时器522通过发出一触发信号而响应，此触发信号被适当地计时，而在激光导引光学装置530中操作声音-光学调变器(AOM)550，以调变来自激光源518的输出。熟悉此技术人士了解，此来自激光源518的脉冲输出可以被导向进入于谐波转换模块552中，且随后通过激光导引光学装置530与系统光学装置526而传送至工作表面538，以用于工件特征的谐波激光处理。

熟悉此技术人士了解，可以使用激光处理系统元件的替代配置，且可以通过激光处理系统500以处理广泛种类的工件。

图7A与7B为方块图，其说明根据一实施例的在图5中所示的激光源518。类似的激光源是在：由Deladurantaye等人所提出申请标题为「Pulsed Laser Light Source」的美国专利申请案公开号2006-0159138中详细说明。图7A说明动态激光脉冲成形器(DLPS)700，且图7B说明光纤功率放大器(FPA)710。如同于图7A中所示，DLPS 700包括：激光注入源712、第一脉冲调变器714、以及第一脉冲增益模块716。在一些实施例中，DLPS 700亦可以包括：第二脉冲调变器718、以及第二脉冲增益模块720。DLPS 700亦可以包括：在此等元件间的一或更多个隔离器722(显示两个)。如同熟悉此技术人士了解，可以有利地使用调变器与增益元件的数个替代配置。

此激光注入源712发射连续波(CW)输出，其然后通过第一脉冲调变器714调变，以产生合适的第一激光脉冲轮廓，而由激光控制器514所控制。在另一实施例中，此激光注入源712可以产生脉冲输出。此第一脉冲调变器714可以为：电子-光学调变器、声音-光学调变器、或其它光学调变器。此第一脉冲调变器714所产生的激光脉冲然后通过第一脉冲增益模块716转换，以产生经转换的时间脉冲输出，其适用于放大且随后经由激光导引光学装置530与系统光学装置526而传送至工作表面538，以用于工件特征的激光处理。

激光控制器514可以指令信号的矩阵而程序化，以用于输入至第一脉冲调变器714，以产生激光脉冲轮廓的范围，其在当随后输入至第一脉冲增益模块716时，导致产生由DLPS 700输出所想要的经转换激光脉冲轮廓。因此，系统控制计算机510然后可以选择由DLPS 700输出的时间脉冲轮廓作为工件特征的函数，而经由发出至ECC 512的指令处理，且ECC 512再发出指令至激光控制器514。如同于图7A中所示，在一些实施例中，此DLPS 700可以包括：第二脉冲调变器718、与第二脉冲增益模块720，以提供由DLPS 700所输出的额外或更复杂成形的时间脉冲轮廓。

在一实施例中，此由DLPS 700输出的经转换脉冲而被注入于图7B中所显示的FPA 710中。此FPA 710包括功率放大器耦合器(PAC)724(显示两个)，其允许DLPS输出的注入，以及将来自功率放大器泵激光(PAPL)726(显示四个)的输出注入于功率放大器增益光纤(PAGF)728中。激光控制器514连接至PAPL 726，且可以例如控制PAPL的电流(例如：经由二极管激光或半导体激光)、控制PAPL的温度(例如：经由热电冷却器)、及/或监视PAPL的功率(例如：经由光二极管)。此PAC 724可以设置在光纤的一端或两端。可以将多个额外PAC接合成PAGF 728的长度。此PAGF 728较佳为大模式面积(LMA)偏极化维持光纤。此PAGF 728可以包括频率选择结构。在一实施例中，此PAGF 728可以为具有硅石光纤核心的波导装置，其以稀土金属离子搀杂、且以一或更多个光学材料同心护套而覆盖。在另一实施例中，此PAGF 728包括同心覆盖护套，其具有以稀土离子所掺杂的区域。在还有另一实施例中，此PAGF 728为光子晶体光纤，其中此一或多个覆盖护套包括空气孔的高度周期性分布。在另一实施例中，此PAGF 728为单一模式偏极化维持光纤。熟悉此技术人士了解，此所使用PAPL 726的数目是由以下所决定：PAGL 728的型式与长度以及来自FPA 710的所想要光学脉冲输出特征。此来自PAGF 728的输出可以被对准与偏极化，如同由终端机光学装置730所要求。

在一实施例中，此来自FPA 710的输出脉冲是经由下列所提供：终端机光学装置730、谐波光学装置模块732、以及选择性谐波终端机光学装置734。此谐波光学装置模块732包括非线性晶体，用于经由熟知的谐波转换方法，将入射的输出脉冲转换成较高谐波频率。在一示例实施例中，对于从FPA 710输出的1064纳米至355纳米的谐波转换，谐波光学装置模块732包括型式I非关键相匹配三硼酸锂(LBO)晶体，用于第二谐波产生(SHG)转换，接着为型式II的总合频率产生LBO晶体切割用于1064纳米加上532纳米至355纳米的谐波转换。在另一示例实施例中，对于转换至266纳米，此THG LBO晶体可以由关键相匹配贝他硼酸钡(BBO)晶体取代。在还有另一示例实施例中，此用于第四谐波产生(FHG)转换至266纳米，可以使用铯锂硼酸(CLBO)。从在此所揭示内容，熟悉此技术人士了解，此谐波光学装置模块732亦包括聚焦透镜元件。在此谐波光学装置模块730中的元件可以置入温度控制基板中，其具有温度设定，且使用主动及/或被动回馈回路通过激光控制器514而控制，以致于可以准确地控制相匹配温度。

III.脉冲形状回馈与控制

如同以上所讨论，此经剪裁脉冲轮廓通常并无法通过尖峰功率、脉冲能量、以及脉冲宽度度量而适当说明。因此，以下所详细说明的某些实施例提供脉冲形状回馈(例如：感测)与控制。此等实施例包括：特定形式回馈与示例回馈方法。亦说明脉冲形状控制与控制算法。

当以经剪裁激光脉冲处理工件时，可能令人所欲从一连接处理系统至另一个连接处理系统再度产生脉冲形状，以随着时间维持脉冲形状，且提供脉冲形状有关统计回馈，以适合用于与过程趋势相关。因此，在一实施例中，一激光处理系统提供脉冲形状回馈，其超过通常使用于固态激光的典型尖峰高度、脉冲能量、以及脉冲宽度解决方案。在一实施例中，此激光处理系统包括一在线脉冲轮廓器，其被组态以监视在操作时间的脉冲形状。此由脉冲轮廓器所收集数据通过一组预定算法处理，以计算脉冲形状上的度量及/或对额定脉冲形状的偏差。此数据与统计结果可供使用于产生与维持可再制脉冲形状与脉冲形状的统计分析。此数据与统计结果可供使用于脉冲形状控制，如同以下说明。

A.回馈度量

可以使用以下示例度量以设定与分析时间脉冲轮廓。时间脉冲轮廓可以界定为：对应于脉冲特征，例如：突波、高原、以及斜坡的数个参数的组合。例如，椅形脉冲包括一最初尖峰、或接着为一高原的突波。此技术人士从在此所揭示内容了解了亦可以界定额外特征。

虽然可以令人所欲以设定脉冲形状的所有观点，在某些实施例中可以控制有限组的参数，以产生经剪裁脉冲。例如，在一实施例中，大约有12个变量，其可以被调整以产生脉冲形状，以及当设定较短脉冲时，可以不使用此等参数的数个。此所控制参数的数目可以取决于激光对于此等参数的回应能力。

在一实施例中，此时间脉冲轮廓通过一般参数、例如上升时间与脉冲期间而界定。此等参数落入于两个不同种类之中，其由整体脉冲参数与特征界定参数所构成。此整体脉冲参数为度量，其被应用至整个脉冲形状，例如上升时间、整个脉冲期间、以及整个尖峰时间。特征界定参数为度量，其被应用至脉冲形状的一些部份，例如：尖峰的时间、高度、以及宽度，或高原的开始、结束、以及高度。

1.整体脉冲参数

以下的示例回馈度量应用至整体脉冲形状。

(i)尖峰脉冲功率

图8图式说明根据一实施例的一标准化剪裁激光脉冲800，其特征的至少一部份为尖峰脉冲功率P_pk。此脉冲形状可以相对于尖峰脉冲功率而标准化，以放宽相对于尖峰与高原的振幅规格。尖峰脉冲功率Ppk界定为在脉冲期间的任何时间的最大功率。此尖峰脉冲功率可以一公差设定，用于分析具有相同标准化转换的多个脉冲。

(ii)脉冲开始时间

通常，界定回馈度量，以致于其可以被测量。然而，有关于所测量脉冲开始的准确时刻经常有一些模糊。因此，此特定脉冲特征的计时可以相对于脉冲开始时间设定，而其并不具有可准确地辨识的时间值。为了测量与确认目的，使用脉冲开始时间T_start，以界定脉冲特征的计时，而并不具有绝对定义。当根据某些实施例将规格与所测量形状比较时，此开始时间可以提前或延后，以便使得此所测量形状特征最符合脉冲特征规格。

(iii)脉冲上升时间

如同于图8中所示，此根据一实施例的脉冲上升时间τ_R可以界定为从此标准化功率轮廓的下位准与上位准间差异的大约10％转换至大约90％的时间期间。在某些实施例中，此下位准对应于零脉冲能量，以及此上位准对应于此最初突波的高度、其包括此脉冲800的最高功率位准。

(iv)10％脉冲期间

如同于图8中所示，此根据一实施例的10％脉冲期间τ₁₀可以界定为在达成1/10的尖峰脉冲功率时间中第一点与最后点之间的最大时间期间。此定义允许一脉冲降低至尖峰功率10％以下，而无需界定额外10％脉冲期间区段。使用此定义因为：尖峰与高原通常包括可能降低于10％以下的时间功率变化。此技术人士从在此所揭示内容了解，取决于特定应用，亦可以使用其它百分比。

(v)时间积分平方/脉冲期间

可以使用具有适当光侦测器的示波器以测量单一剪裁脉冲。一种说明所产生功率对(vs)时间曲线的方式为通过尖峰高度与FWHM值。然而，如同以上所讨论，此FWHM并非为有效的方法来比较具有重大不同时间轮廓的脉冲，此例如为由经剪裁脉冲技术所产生者。而是，所需要为一种方式，以说明相对于所产生效应的尖峰的脉冲宽度，此效应是在所处理材料中所观察。

图9A与9B说明由于使用尖峰功率与FWHM将所剪裁激光脉冲特征化所产生的问题。图9A与9B各说明根据某些实施例通过例如光纤激光或MOFPA所产生多个不同时间脉冲形状(在图9A中显示4个时间脉冲形状，且在图9B中显示3个时间脉冲形状)。虽然，在图9A中的四个脉冲的尖峰高度与FWHM值为相等，然而当使用于电性传导连接的激光处理时，此四个脉冲形状产生相当不同的结果。

图9B提供此具有不同长度“椅”的成形脉冲的另一示例。当此椅的高度低于最大值的一半时，可以将相当数量脉冲能量加至此脉冲(例如：此脉冲的“椅”部份的长度可以无限定地延伸)，而无需在FWHM值中作任何改变。

此脉冲宽度的另一个可接受工业标准特征为时间积分平方(TIS)方法，其克服FWHM方法的限制。因此，在某些实施例中，此用于剪裁脉冲的回馈度量包括决定T_IS脉冲期间或宽度，而非使用共同FWHM方法。下列的式界定T_IS脉冲宽度：

T_{IS} = \frac{{(&Integral; I (t) dt)}^{2}}{&Integral; I^{2} (t) dt}

而I(t)为功率对(vs)时间的脉冲曲线。

此T_IS方法与193纳米微影术系统一起使用。此使用于193纳米微影术系统的准分子激光的脉冲形状为振荡式，且可以说明作为数个重叠尖峰，其相对强度在激光操作条件上变化。因为在193纳米此对于熔化硅石的损害为一所关切问题，因此寻求有关方法将193纳米脉冲的不寻常形状与对硅石的预期损害相关。此T_IS方法对于预测熔化硅石的压实被证明有效，且为在193纳米微影术的应用中为所接受的标准。

此T_IS值与其它脉冲参数例如能量密度、脉冲长度、以及尖峰功率密切相关。此T_IS方法为有用，因为其较FWHM方法更佳地获取脉冲的相关特征，且允许对于熔化硅石所建立损坏模式相关。

图10说明四个简化脉冲形状(脉冲A-D)、以及FWHM与T_IS脉冲宽度值之间的相对应比较。脉冲A显示对于任何正方形脉冲，T_IS值大约等于FWHM值。脉冲B显示对于更高斯似形状，T_IS大于FWHM值(在此情形中，FWHM值为3.0单元，而所产生的T_IS脉冲宽度为5.4单元)。脉冲C与D各显示椅形状经剪裁脉冲的简化版本，而所具有的椅高度被调整至最大功率的一半之上或之下。对于尖峰C，FWHM值与TIS值均为大约5.0单元。降低此用于尖峰D的椅功率高度，提供2.0单元的FWHM值与4.6单元的TIS值，而建议此T_IS方法为更有效的方法，以获得脉冲的材料处理能力。

图11说明六个激光脉冲形状(曲线1-6)、以及在FWHM与T_IS脉冲宽度值间的相对应比较。曲线1为高斯形状脉冲，其所具有FWHM值(2.5纳秒)小于T_IS值(3.5纳秒)。曲线2显示将稍微不对称性导入于脉冲后缘，而产生用于T_IS的稍微较大的值(4.5纳秒)而大于FWHM(3.0纳秒)。曲线3～6为椅形剪裁脉冲的示例、且显示使用T_IS方法的优于FWHM方法的优点。当此椅高度的功率落于最大值一半之下时，此项优点非常明显。将曲线3与4相比较显示此FWHM值从2.6纳秒改变至7.5纳秒，而T_IS方法提供更合理的值比较而各为7.3纳秒至8.6纳秒。对于曲线5与6可以观察到相同趋势。将曲线3、4、5、以及6比较亦显示：T_IS脉冲宽度具有更合理趋势，因为其跟随实际脉冲区域，且更密切相关于以激光处理材料的结果。因此，在一实施例中，此回馈度量包括决定所产生脉冲形状的T_IS值。

(vi)与所储存的脉冲形状相比较

在一实施例中，此回馈度量包括决定所产生脉冲形状对于所储存额定脉冲形状的标准差。

(vii)与所储存的脉冲形状的时间导数相比较

在另一实施例中，此回馈度量包括决定所产生脉冲形状的时间导数对于额定脉冲形状的时间导数的标准差。此时间导数的比较为有用，例如用于分析所测量的脉冲形状是否具有所想要的上升时间。所可以使用的其它统计度量包括但并不受限于使用均方根(RMS)、或绝对误差的积分。

2.特征界定参数

以下示例的回馈度量可以应用至脉冲的特定部份或特征。在一实施例中，此等脉冲界定为特征化突波、高原、以及斜坡的组合。

(i)突波特征

图12图示说明：根据一实施例标准化剪裁激光脉冲1200，其所具有一突波的特征为：尖峰高度PK_H、尖峰宽度PK_W、以及尖峰时间PK_time。此尖峰高度PK_H界定为在包含此突波且不包含其它特征(例如：没有其它突波或高原)的时间间隔所达成的最大功率。因为一脉冲可以包含多个突波，一特定尖峰高度PK_H可以与相关于图8在以上所讨论的整个脉冲高度或尖峰脉冲功率P_pk不同。

尖峰宽度PK_W界定成此突波所达成的振幅为此尖峰高度PK_H与在此突波的前或的后最高特征(例如：高原)的振幅之间一半值的从第一时间至最后时间的突波宽度。尖峰时间PK_time为此尖峰功率达成对于此突波最大值90％的第一时间与最后时间的平均值。因为此为两个时间的平均，此尖峰时间PK_time并无需发生在此突波达成最大功率的时刻。

(ii)高原特征

图13图示说明：根据一实施例标准化经剪裁激光脉冲1300，其所具有一高原的特征为：开始时间PL_start、结束时间PL_stop、以及与公差ΔPL_level有关的位准PL_level。此开始时间PL_start与结束时间PL_stop各自设定成相对于脉冲开始时间的高原的开始与结束。此开始时间PL_start与结束时间PL_stop参数可以不需要公差而设定。此高原位准PL_level为所期望振幅。开始时间PL_start与结束时间PL_stop之间，此振幅保持在盒子1310(以虚线所显示)中，此为在所设定的高原的公差+/-ΔPL_level中。

(iii)斜坡特征

图14图示说明：根据一实施例标准化经剪裁激光脉冲1400，其所具有一倾斜高原的特征为：开始时间SL_start、结束时间SL_stop、与公差ΔSL_start level有关的开始位准SL_start level、以及与公差ΔSL_stop level有关的结束位准SL_stop level。

开始时间SL_start与结束时间SL_stop设定：相对于脉冲开始时间的高原的开始与结束。此等参数可以无需公差而设定。开始位准SL_start level+/-ΔSL_start level为所期望的开始振幅，以及结束位准SL_stop level+/-ΔSL_stop level为所期望的最后振幅。在开始时间SL_start与结束时间SL_stop之间，此振幅保持在盒子1410(例如：以虚线所显示的梯形)中，而所具有的端点通过开始位准、结束位准、以及公差所辨识。

(iv)脉冲区段的尖峰功率

在一实施例中，此回馈度量包括测量所产生脉冲形状的各种区段的尖峰高度(功率)。例如：可以各别地测量此椅形脉冲的“椅背”与“椅座”的尖峰(例如：最大功率位准)，且与用于各尖峰的预定值比较。作为另一例子，可以各别地测量在一多突波脉冲中各突波的功率，以及与用于各突波的预定值相比较。

(v)脉冲区段的能量

在一实施例中，此回馈度量包括测量所产生脉冲形状的各种区段的能量。例如：可以各别地测量此椅形脉冲的“椅背”与“椅座”的能量，且与用于各“椅背”与“椅座”的预定值比较。作为另一例子，可以各别地测量在一多突波脉冲中各突波的能量，而与用于各突波的预定值相比较。

(vi)所装箱形状信息的特征

在一实施例中，此回馈度量包括决定所装箱形状信息。例如：此激光系统可以对于各大约为2.5纳秒宽的12个时间箱具有控制。在此等实施例中，此回馈包括形状信息(例如：功率与能量)，其对应于容易调整的相同的12个箱。

3.示例脉冲形状特征

图15A、15B、以及15C图示说明：根据某些实施例的示例经剪裁脉冲1510、1512、1514，其所具有各种尖峰、高原、以及斜坡的特征为在此所说明的参数。在图15A中，此突波是界定于由第一箱1516所代表的一组参数/公差中，且此高原是界定于由第二箱1518所代表的一组参数/公差中。类似地，在图15B中，此第一突波是界定于由第一箱1520所代表的一组参数/公差中，且此高原是界定于由第二箱1522所代表的一组参数/公差中，以及此第二突波是界定于由第三箱1524所界定的一组参数/公差中。

在图15C中，此第一突波是界定于由第一箱1526所代表的一组参数/公差中，此第一高原是界定于由第二箱1528所代表的一组参数/公差中，此第二高原是界定于由第三箱1530所代表的一组参数/公差中，此第二突波是界定于由第四箱1532所界定的一组参数/公差中，以及一倾斜高原是界定于由第五箱(例如：梯形)1534所代表的一组参数/公差中。此领域的技术人员由在此所揭示内容可以了解：在图15A、15B、以及15C中所说明的脉冲仅提供作为示例而已，以及在此所说明的方法用于将脉冲特征化，而可以应用至：任何形状的脉冲、或具有任何数目突波、高原、及/或斜坡的脉冲。

表2提供一组示例参数，其界定根据一实施例的一椅形脉冲。此领域的技术人员由在此所揭示内容可以了解：在表2中所列示用于各种参数的值仅提供作为示例而已，且并非作为限制。

表2

参数	设定值	公差(+/-)	单位
				尖峰时间	4	1	纳秒
尖峰宽度	3.5	1	纳秒
				尖峰高度	1	0.05	标准化功率
高原开始	7	-	纳秒
				高原结束	W-1	-	纳秒
高原高度	0.6	0.05	标准化功率
				上升时间	2	1	纳秒
10％期间	W-2	2	纳秒
				尖峰功率	1	0.05	标准化功率

在表2中，W为椅宽度且可以变化，以界定具有不同椅宽度的一组脉冲形状。例如，图16A图示说明根据表2所设定多个剪裁脉冲(显示为8个)，而所具有各宽度为W＝12.5、15、17.5、20、22.5、25、27.5以及30。此等在表2中所显示值与公差界定在第一箱1610中的突波、与在第二箱1612中的高原(具有各宽度W)的特征。图16B与16C说明根据某些实施例的由一激光系统所产生经剪裁激光脉冲的额外示例。

4.示例脉冲轮廓器

图17为根据一实施例的示例脉冲轮廓器1700的方块图，其被组态以提供脉冲形状的回馈度量。此示例脉冲轮廓器1700包括：一光学分光器1710、一功率传感器1712、一高速模拟-至-数字转换器(ADC)1714或“范围”、一处理单元1716、以及一内存装置1718。在一实施例中，此处理单元1716与主机装置1720通信。

此光学分光器1710被组态，而在将激光脉冲传送至工作表面的前接收激光脉冲，且将激光脉冲的一部份导引至功率传感器1712。此功率传感器1712的模拟输出被提供至高速ADC 1714，而被适当地调整与数字化。此功率传感器1712及/或高速ADC 1714可以包括适当逻辑，以处理触发相当快的脉冲形状(例如：大约50纳秒的总时间宽度)，其在一些实施例中，其被以大约100千赫兹的脉冲重复率接收。

此高速ADC 1714提供资料给对应于个别脉冲的处理单元1716。此处理单元1716将此数据过滤，且使用此经过滤数据以计算以上说明的一或更多个度量。此处理单元1716可以发出经计算度量至主机1720，以用于处理监视，且在一些实施例中，是用于处理控制。内存装置1718被组态以记录对应于时间脉冲形状及/或对应于所计算度量的数据。在一实施例中，此对应于时间脉冲形状的数据被加载于循环缓冲器(未图示)中，且被离线(offline)方式撷取以用于研究实际脉冲形状，此相对于操作时监视脉冲形状度量。

此脉冲轮廓器1700可以经由自动程序或响应于使用者指令，而周期地或持续地计算回馈度量。此脉冲轮廓器1700可以在所产生每一个激光脉冲上、所产生激光脉冲的大部份上、所产生激光脉冲的小部份上计算回馈度量。当此外部度量(例如固定与尝试比率)偏离正常或期望值时，此脉冲轮廓器1700亦可以计算回馈度量。

在当使用以上说明回馈度量以分析脉冲形状数据而显示此脉冲形状并非为最适、或并不在所设定公差中时，则此系统可以实施一或更多个修正行动。例如：此系统可以显示警告以表示想要作脉冲形状校准。此外，或在另一实施例中，此系统可以中断处理、提示一使用者(例如：维修工程师)，以调整脉冲形状以及重新开始处理。

在另一实施例中，如同以下所讨论，此系统可以自动地计算一或更多个激光系统输入参数，以产生经改良脉冲形状。此系统可以自动地执行此等经重新组态参数。此外，或在另一实施例中，此系统可以提示一使用者(例如：一操作者或维修工程师)，以执行此所自动地计算的系统输入参数。

B.脉冲形状控制

如同以上所讨论，此由脉冲形状回馈所提供信息可以对于脉冲形状控制以许多不同方式使用。当提供多个激光处理系统给特定使用者时，此在一个系统上所发展的过程可以在其它系统上重新产生。因此，根据一实施例，各系统被组态，以再度产生相同的额定脉冲形状。可以使用由各种系统所提供的回馈(如同在激光处理材料期间或脉冲形状设定程序期间所需)，以调整各激光，其被组态以提供此再度产生。

亦可以使用此信息，以提供随着时间的脉冲形状稳定。对于光纤激光或以MOFPA为主的经剪裁脉冲系统，例如：此脉冲形状可以为从此激光头可供使用激光功率的函数而失真。或者，此失真可以是由于激光系统组件例如泵二极管或增益模块的退化而产生。因此，在某些实施例中，使用操作时间回馈以周期地调整脉冲形状，以维持随着时间的稳定性。

在一实施例中，可以使用反复学习方法以用于脉冲形状控制。在反复学习算法中，波形被期望成相较于额定波形重复，且可以对于适当控制参数作小的调整，一直至所测量的形状汇集至额定形状为止。此反复学习算法非常有效于在非线性环境中重新产生波形，且特别地良好地适合用于调整此经剪裁脉冲形状的控制参数。

在某些实施例中，可以使用重复控制技术以产生：具有所想要脉冲形状的激光脉冲。此重复控制/重复向前馈给(FF)控制使用一种调整、演进、或学习元素，而从输入信号(例如：施加至声音-光学偏转器、声音-光学调变器、电子-光学偏转器、或电子-光学调变器的电压)而产生所想要的结果(例如：脉冲形状)，此等输入信号可以被改变以提供不同的脉冲时间轮廓。亦可以控制输入参数，以程序化激光功率供应，其可以被组态以接收在不同箱指令信号中的振幅指令。即使此输入与输出的关系为非线性，反复控制可以达成所想要的结果。

在某实施例中，允许使用者输入所想要的脉冲形状，此重复控制技术汇集适当输入信号以达成此脉冲形状，且将此激光适当地组态。此外，或在其它实施例中，通过使用重复控制而可以减少或去除系统至系统与激光至激光的变化。此外，经由使用重复控制技术而可以调整去除长期/中期瞬时效应、例如热偏移或退化效应。可以将此种型式调整技术应用至任何激光，其中输出是以振幅及/或时间而形成形状。此种调整技术亦可以应用至光纤激光、MOFPA、或其它型式激光。此种调整技术可以在偶尔的校准步骤中实施，或在系统操作期间持续地实施。

IV.示例“切割”脉冲激光

图18显示根据某些实施例的电子-光学调变器1810，其可以在激光脉冲“切割”系统中执行，以产生经剪裁激光脉冲输出。此电子-光学调变器1810包括一电子-光学晶体1812，其设置在光线偏极化装置(偏极化器)1814与1816之间，且接收由脉冲激光源1820所发射激光脉冲1818的光线。此电子-光学晶体单元1812具有电极1822，而对其施加驱动器电路1824的驱动输出信号，以造成入射激光脉冲1818的形成形状。此激光源1820可以为任何脉冲激光，其发射在数纳秒至100纳秒范围中脉冲宽度的激光脉冲。此电子-光学晶体单元1812可以由以下材料所制成：KDP、KD*P、ADP、AD*P、RTP、RTA、BBO、LiNbO₃、或其它电子-光学材料。此合适电子-光学晶体单元1812的例为：由在美国俄亥俄州Highland Heights的Cleveland Crystals，Inc.所制成的LightGate 4BBO Pockels单元。此LightGate 4单元可以100千赫兹操作，且其几何形状在355纳秒将驱动电压最小化至大约1.3千伏特四分之一波延迟。此LightGate 4单元仅具有4pf电容，以提供小于2纳秒的上升与下降光学响应时间的可能性。此合适驱动器电路1824的例为：高电压快速切换时间的Pockels单元驱动器，其可以由在德国Murnau的BergmannMessegeraete Entwicklung，KG获得供应。

此以BBO为主的电子-光学调变器1810操作为四分之一波旋转器，以响应施加于RTP单元1812的电极1822的四分之一波驱动电压。如同所显示，此脉冲激光光线1818通过偏极化器1814以成为p-偏极化(p-pol)。激光光线1818通过BBO晶体单元1812一次。当并未施加驱动电压至BBO晶体单元1812的电极1822时，此等激光脉冲保持在p-pol状态中，且通过偏极化器1816。当以激光波长将四分之一波驱动电压施加至BBO晶体单元1812的电极1822时，此光线偏极化方向旋转90度而成为s偏极化(s-pol)。当此施加至BBO晶体单元1812的电极1822的驱动电压是在0与四分之一波电压之间时，此由偏极化器1816透射的偏极化激光光线1818的部份可以大约表示为：

T＝sin²〔(π/2)(V/V_1/2)〕，

其中T为由偏极化器1816所透射的激光光线，V为施加至电子-光学晶体单元1812的电极1822的电压，以及V_1/2为半波电压。

根据以上式子，此电子-光学调变器1810的可控制透射T提供激光脉冲成形功能。理论上，此电子-光学晶体单元1812与偏极化器1814与1816的光线透射可以为大约0％-100％。图19显示激光脉冲形状的五个可能例子。图19显示作为列(a)脉冲形成形状的一例，其中透射从0％改变至100％而以小于2纳秒的上升时间使得激光脉冲抵达其尖峰，以及因此提供激光脉冲快的上升前缘。熟悉此技术人士了解，在此技术中被知为双通组态的替代配置中，可以使用四分之一波电压，以达成所想要位准的偏极化旋转，但此所设计获得的改善效率的代价为较大光学对准复杂度。

此上升与下降时间是与以下因素有关：此电子-光学单元的电压与电容、此等驱动电路晶体管的切换时间、重复率、以及整个电功率消耗。此电子-光学单元的较低电压与电容造成快的响应时间；因此，对于电子-光学单元适当材料的选择为重要。熟悉此技术人士了解，此BBO与RTP显示用于在电子-光学调变器中执行的有用的材料特征。Koechner在Springer-Verlag所出版的Solid-State Laser Engineeering中说明：对于纵向电子-光学单元、其中电场平行于晶体光轴施加且是在与入射光线相同方向中施加，此相位差δ是与在晶体长度I中所施加电压有关，而给定为：

δ＝(2π/λ)n₀ ³r₆₃V_Z，

其中V_Z＝E_ZI。

为了获得半波延迟，Pockels单元产生相位差异δ＝π。在此情形中，对于此入射于Pockels单元上的线性偏极化光线，此输出光线亦为线性偏极化，但其偏极化平面旋转90度。通过将现有技术中所熟知的偏极化光学装置并入，此

Pockels单元可以作用为电压控制光学调变器。Koechner将取决于此种装置的透射T表示为：

T＝sin²〔(π/2)(V/V_1/2)〕，

其中将半波电压给定为V_1/2＝λ/2n₀ ³r₆₃。

对于横向电子-光学晶体单元，其中电场垂直于光线方向而施加，此半

波电压给定为：V_1/2＝λd/2n₀ ³r₆₃I。

此种型式的电子-光学晶体单元具有有用的属性，以致于半波电压取决于晶体厚度对长度的比，而通过适当选择此等参数，可以设计此电子-光学晶体单元在所施加较低电压操作、此低于施加至纵向电子-光学晶体单元的电压，以达成所给定的相差。

熟悉此技术人士了解，在以上式中此项r₆₃代表：用于KDP族群磷化物的电子-光学系数。此RTP晶体为此族群中的重要成员，且为受偏好的电子-光学晶体材料，用于所说明与1064纳米激光输入一起使用的较佳实施例。此BBO晶体较佳与355纳米激光输入一起使用。

RTP晶体对于1064纳米激光输入具有低电压需求(对于π或半波延迟与3.5纳米孔径为大约1.6千伏特)，且可以10百万赫兹的重复率操作。当此平均功率通常大于10瓦、或因为透明度限制而并不适用于紫外线(UV)应用时，此RTP晶体并无法良好地实施。对于此等后者的应用，如同以上说明，BBO受到偏好。在实际上，因为高电压需求(在半波延迟大约6千伏特)，难以在100千赫兹对于1064纳米激光驱动BBO。因此，对于1064纳米激光，RTP电子-光学晶体单元为目前受到偏好的选择，且对于355纳米激光，BBO电子-光学晶体单元受到偏好(对于在半波延迟的LightGate 4 BBO Pockels单元、为大约1.3千伏特)。其它电子-光学材料例如：KDP、RTA、以及ADP，由于压电(PE)共振，而在高重复率与脉冲调变具有使用上的主要限制。较快的上升与下降时间会导致较高的频率成份，因此，会有较大的机会此等频率成份之一会落入主要共振频率中。此对于快速上升时间剪裁脉冲特别为真、此脉冲所包含许多频率成份在基本重复率上的频率中延伸。

为了产生经剪裁脉冲形状，此等较佳实施例是以被设计避免PE共振的“快速多状态”(FMS)电子-光学调变器实施。对于1064纳米激光输出，此通过使用不会产生重大PE共振的RTP晶体材料所制的电子-光学单元与短电性脉冲而达成。纳秒等级的脉冲长度导致相当低的PE共振。例如：一RTP电子-光学晶体单元对于5％的负载循环脉冲可以达成10百万赫兹的重复率。

此获得快速上升与下降时间的另一个关切问题为此电子-光学调变器驱动器的设计。对于电子-光学晶体单元并无实际限制，以避免其产生次-纳秒或微微(pico)秒的切换时间；因此，快速切换时间主要取决于此电性驱动器。熟悉此技术人士了解，有两种主要型式的电性切换器：崩溃式晶体管与MOSFET。此等晶体管是在非常有限电压范围中操作，以达成最快的切换时间。可以使用7至10晶体管的堆栈在1.6千伏特范围中操作。崩溃式晶体管可以达成2纳秒的切换时间，但其重复率受到限制而小于10千赫兹。对于较高的重复率，MOSFET目前受到偏好，这是因为通常其具有1纳秒的响应时间与最大1千伏特的操作电压。可以使用至少2至3个MOSFET的堆栈而在1.6千伏特范围中操作。

因此，MOSFET的选择与电路设计，与达成FMS脉冲调变密切地有关。特别是，此驱动器电路功率消耗为所关切问题，因为其与尖峰操作电压的平方成正比。例如，此在大约6千伏特操作的BBO电子-光学单元所需功率消耗、较在1.6千伏特操作的RTP电子-光学单元所需功率消耗大约大于1814倍的多，以便以所给定重复率达成可比较的相位移。熟悉此技术人士了解，降低操作电压可以降低功率消耗。因此可以减少MOSFET的数目，此再经由孔径尺寸与所产生驱动电压的合理选择，而再提供FMS脉冲调变的较佳性能表现。在此横向电子-光学调变器的一较佳实施例中，此RTP与BBO电子-光学晶体单元孔径的减少至大约2毫米，在1064纳米对于各RTP与BBO电子-光学晶体单元可以产生半波延迟电压中相对应的降低至大约800伏特与4千伏特。

一个FMS电子-光学调变器可以有多个可程序化调变步骤，其中，各步骤具有：少于大约4纳秒的上升时间、与少于大约4纳秒的下降时间，且更较佳为，其中，各步骤具有：少于大约2纳秒的上升时间、与少于大约2纳秒的下降时间。此等所揭示实施例的操作优点为：其可以提供经剪裁脉冲形状而可以被程序化具有多于一个振幅值。另一个此种操作优点为：此能力以提供可程序化经剪裁脉冲形状，其具有离散振幅与时间期间成份。此种能力特别有用于产生经剪裁脉冲输出，其具有在图19(a)中所显示型式的脉冲形状。此脉冲形状具有相对于最大第一振幅的总共下降时间，其实质上长于至此最大第一振幅的上升时间。

此等实施例可以一或更多个电子-光学调变器实施，以接收驱动信号，其选择地改变此入射脉冲激光发射的数量，以形成经剪裁脉冲输出。触发此来自脉冲激光发射的驱动信号，可以抑制与此系统其它级有关的抖动，且可以实质上去除与此脉冲激光发射建立时间有关的抖动。此等经剪裁脉冲可以被调整功率，而用于合谐产生较短波长。

熟悉此技术人士了解，可以对于以上所说明实施例的细节作许多改变，而不会偏离本发明的基本原则。因此，本发明的范围应仅由以下申请专利范围所决定。

Claims

1.一种用于以激光处理工件的方法，该方法包括：

选择一处理目标，所选择的该目标对应于与一预先界定时间脉冲轮廓有关的一目标种类，其被剪裁以用于包含于该目标种类中的目标型式；

根据激光系统输入参数以产生一激光脉冲，所述参数被组态，以依据该预先界定时间脉冲轮廓成形该激光脉冲；

侦测所产生的该激光脉冲；

将所产生的该激光脉冲与该预先界定时间脉冲轮廓比较；以及

根据此比较而调整所述激光系统输入参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该预先界定时间脉冲轮廓的一第一部份包括在一第一时间期间的一功率突波，且该预先界定时间脉冲轮廓的一第二部份包括在一第二时间期间的一功率高原，其中该第一时间期间实质上短于该第二时间期间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该比较包括：测量所侦测的该激光脉冲的一或更多个特征，其由包括以下所构成的群组选出：一尖峰脉冲功率、一脉冲上升时间、以及一脉冲期间。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量该脉冲期间包括：当该脉冲功率大约等于该尖峰脉冲功率的一预定百分比，决定一第一时间与一最后时间之间的一时间间隔。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，测量该脉冲期间包括决定由一方程式所界定脉冲期间的时间积分平方(T_IS)：

T_{IS} = \frac{{(&Integral; I (t) dt)}^{2}}{&Integral; I^{2} (t) dt},

其中，I(t)为在功率对时间中的脉冲曲线。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：相较于与该目标种类有关的该预先界定时间脉冲轮廓，而决定所侦测的该激光脉冲的统计度量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该统计度量是由以下所构成的群组选出：一标准差、一时间导数的该标准差、一均方根(RMS)、以及一绝对误差的积分。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该预先界定时间脉冲轮廓包括：对应于在该第一时间期间中的一第一脉冲特征的该第一部份，与对应于在该第二时间期间中的一第二脉冲特征的该第二部份，以及其中该比较包括：通过测量对应于该突波的最大功率的一尖峰高度，而将对应于该预先界定时间脉冲轮廓的该第一部份的该突波特征化。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：测量对应于一时间间隔的一宽度，该时间间隔是介于大约等于一预定功率位准的该突波功率位准的该第一时间与该最后时间之间，该预定功率位准是在该突波的该尖峰高度与对应于该预先界定时间脉冲轮廓的该第二部份的一最大功率位准之间。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：测量一尖峰时间，其对应于该突波的该功率位准的该第一时间与该最后时间的一平均，而该突波的该功率位准大约等于该突波的该尖峰高度的一预定百分比。

11.一种用于处理工件的激光处理系统，其特征在于，该系统包括：

一控制器，其被组态成选择一处理目标，所选择的该目标对应于与一预先界定时间脉冲轮廓有关的一目标种类，该轮廓被剪裁以用于包含于该目标种类中的目标型式；

一激光源，其被组态成根据从该控制器所接收的激光系统输入参数，而产生一激光脉冲，所述激光系统输入参数被组态成依据该预先界定时间脉冲轮廓来成形该激光脉冲；以及

一脉冲侦测模块，其被组态以侦测所产生的该激光脉冲；

其中，该控制器被组态成：

将所产生的该激光脉冲的该特征与该预先界定时间脉冲轮廓比较，以及

根据该比较而调整所述激光系统输入参数。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该激光源是由以下所构成的群组选出：一光纤激光、一主振荡器光纤功率放大器(MOFPA)、一串联光子放大器、以及一切割脉冲激光。

13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该脉冲侦测模块包括：

一光侦测器；

一高速模拟-至-数字转换器；以及

一射束分离器，其被组态成将该激光脉冲导引至该光侦测器与所选择的该目标。

14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该比较包括：当此脉冲功率大约等于一最大脉冲功率的一预定百分比时，决定一第一时间与一最后时间之间的一时间间隔。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述该比较包括决定由一方程式所界定一脉冲期间的一时间积分平方(T_IS)：

T_{IS} = \frac{{(&Integral; I (t) dt)}^{2}}{&Integral; I^{2} (t) dt},

其中，I(t)为在功率对时间中的脉冲曲线。

16.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该控制器还被组态以相较于与该目标种类有关的该预先界定时间脉冲轮廓而决定所侦测的该激光脉冲的一统计度量。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，该统计度量是由以下所构成的群组选出：一标准差、一时间导数的该标准差、一均方根(RMS)、以及一绝对误差的积分。

18.如权利要求11所述的系统，其特征在于，该预先界定时间脉冲轮廓包括：对应于在一第一时间期间中的一第一脉冲特征的一第一部份，与对应于在一第二时间期间中的一第二脉冲特征的一第二部份，以及其中该比较包括：通过测量对应于一突波的一最大功率的一尖峰高度，而将对应于该预先界定时间脉冲轮廓的该第一部份的该突波特征化。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，该控制器还被组态以决定：对应于该时间间隔的一宽度，该时间间隔是介于大约等于一预定功率位准的该突波功率的该第一时间与该最后时间之间，该预定功率位准是在该突波的该尖峰高度与对应于该预先界定时间脉冲轮廓的该第二部份的一最大功率位准之间。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，该控制器还被组态以决定一尖峰时间，其对应于该突波功率的该第一时间与该最后时间的一平均，而该突波功率大约等于该突波的该尖峰高度的一预定百分比。

21.一种用于以激光处理工件的方法，其特征在于，该方法包括：

选择在该工件上处理的一第一目标，该第一目标与一第一目标种类有关；

产生具有一第一时间脉冲轮廓的一第一激光脉冲，该第一时间脉冲轮廓与该第一目标种类有关；

以该第一激光脉冲处理该第一目标；

选择在该工件上处理的一第二目标，该第二目标与一第二目标种类有关；

产生具有一第二时间脉冲轮廓的一第二激光脉冲，该第二时间脉冲轮廓与该第二目标种类有关；以及

以该第二激光脉冲处理该第二目标种类。