CN107850554B - 相对于气流的镭射扫描定序及方向 - Google Patents

Abstract

使用相对于主要气流方向(25)斜向且与该主要气流方向对抵的镭射扫描方向(20)平衡藉由镭射扫描做出的正交划线(26)的品质及波纹特性。用来形成宽于划线(26)的宽度的特征的多遍扫描的定位及序列可经控制来增强特征的边缘的品质及波纹特性。

Description

相对于气流的镭射扫描定序及方向

相关申请案的交互参照

本申请案为2015年8月26日申请的美国临时专利申请案第62/210,193号的非临时申请案，该美国临时专利申请案的内容以引用方式整体并入本文以用于所有目的。

版权声明

2016Electro Scientific Industries,Inc。本专利文件的揭示内容的一部分含有受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人传真复制本专利文件或专利揭示内容，如同其出现在专利商标局专利档案或记录中一般，但在其他方面保留所有版权权利。37CFR§1.71(d)。

技术领域

本申请案关于用于镭射扫描的系统及方法，且尤其是关于用于相对于气流的方向或相对于扫描定序的镭射扫描方向控制的系统及方法。

背景技术

诸如电晶体、二极管、发光二极管、MEMS装置、平面波导结构及集成电路的大多数半导体及有关产品是以同时制造于诸如晶圆的大工件上的大量元件的形式加以制造。此晶圆通常由Si、GaAs、GaP、InP、蓝宝石，或其他材料，或上述各者的组合组成。装置的创造最通常使用诸如光刻法、氧化、植入、沉积、蚀刻、外延生长和/或旋转涂布的熟知制造技术来进行。在此等装置装载的晶圆完成时，独立装置必须经切单，通常被称为「划割」的制程。独立装置被称为「晶粒」或「晶片」。晶圆上介于邻接晶粒的主动部件之间的区域被称为「迹道(street)」或「晶片道」。迹道由于在划割制程期间移除或毁坏的晶圆材料而限于极小迹道宽度。完全由划割制程移除的晶圆区域可被称为「切口区域」或「锯口」，而其余迹道必须适应围绕切口区域的任何损坏区带及切口的任何未对准或直度偏差。

历史上，已藉由晶圆锯的使用或藉由「划线及断裂」的技术进行划割，其中晶圆通常由钻石尖刻口，且随后沿此划线分裂。由于划线及断裂的诸如低产率的问题，划割锯变成用于划割晶圆的主要工具。熟知的切片刀锋通常具有沿该多个切片刀锋的切割轴的约50至200μm的窄尺寸，且产生比刀锋更宽的切口。切片刀锋当前需要为如此宽的，以例如经得起藉由熟知晶圆的强度及厚度制作直切口的应力。藉由机械切割刀锋制作的宽切口显著地降低可装配至每一晶圆上的晶粒的列及行数目。

对降低切口区域的希望导致镭射在划割制程中的使用研究。由于潜在地极小的切口宽度及镭射至工件的精确对准的可能性，镭射提供可利用的最小迹道宽度的潜力。因此，镭射锯切为对用于划割的熟知技术的具有引力的替代方案。然而，晶圆材料的镭射分离比藉由刀锋进行慢得多，因此迹道大小通常保持足够大，以适应划割刀锋的宽度，此可被用作在镭射划线形成之后的第二步骤。开发许多此等混合镭射及晶片刀锋制程；然而，迹道宽度仍保持相对大的。美国专利第RE 43,400号论述使用镭射来分离装置装载工件的优点。

镭射参数及处理技术的进步已减少在不使用机械锯(诸如晶片刀锋)的情况下分离晶圆材料的通量时间及成本。然而，可进一步改良镭射划割制程。

发明内容

提供此概述来以简化形式介绍稍后在详细描述中进一步描述的概念选择。此概述不意欲识别所请求标的的关键或本质发明概念，亦不意欲判定所请求标的的范畴。

在一些实施例中，一种用于增强由跨于工件的横向镭射扫描引起的镭射诱导材料效应的边缘特性的方法包括：在镭射处理系统的处理站处相对地定向镭射处理场及该工件；自气体供应在跨于该工件的主表面的至少一部分的气体输入方向上建立气体输入流，其中该气体输入流中的气体具有在该气体输入方向上的正气体输入速度；自真空源在跨于该工件的该主表面的至少该部分的气体排出方向上建立气体排出流，其中该气体输入流及该气体排出流建立跨于该工件的该主表面的累加或主要气流方向，且其中该气体输入流及该气体排出流配合来跨于该工件的该主表面提供累加气流特性；在镭射光束的镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第一镭射扫描方向上扫描该镭射光束，其中该镭射光束沿该第一镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第一镭射扫描方向影响该材料，该第一镭射扫描方向与该累加或主要气流方向相对地斜向定向；以及在个别镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束，其中该镭射光束沿该第二镭射扫描方向入射该工件，从而沿第二镭射扫描方向影响材料，该第二镭射扫描方向与累加或主要气流方向相对地斜向定向，其中该第二镭射扫描方向横向于该第一镭射扫描方向。

在一些额外、累加或替代性实施例中，一种用于增强由跨于工件的横向镭射扫描引起的镭射诱导材料效应的边缘特性的方法包括：在镭射处理系统的处理站处相对地定向镭射处理场及该工件；自气体供应在跨于该工件的主表面的至少一部分的气体输入方向上建立气体输入流，其中该气体输入流中的气体具有在该气体输入方向上的正气体输入速度；自真空源在跨于该工件的该主表面的至少该部分的气体排出方向上建立气体排出流，其中该气体输入流及该气体排出流建立跨于该工件的该主表面的至少该部分的累加或主要气流方向，且其中该气体输入流及该气体排出流配合来跨于该工件的该主表面的至少该部分提供累加气流特性；在该镭射光束的镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第一镭射扫描方向上扫描镭射光束，其中该镭射光束沿该第一镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第一镭射扫描方向影响该材料，该第一镭射扫描方向与该累加或主要气流方向相对地斜向定向，以产生具有第一波纹值的第一划线；以及在个别镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束，其中该镭射光束沿该第二镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第二镭射扫描方向影响该材料，该第二镭射扫描方向与该累加或主要气流方向相对地斜向定向，以产生具有第二波纹值的第二划线，其中该第二划线正交于该第一划线，且其中该第二波纹值在该第一波纹值的0.3微米内。

在一些额外、累加或替代性实施例中，一种用于增强由跨于工件的横向镭射扫描引起的镭射诱导材料效应的边缘特性的方法包括：在镭射处理系统的处理站处相对地定向镭射处理场及该工件；自气体供应在跨于该工件的主表面的至少一部分的气体输入方向上建立气体输入流，其中该气体输入流中的气体具有在该气体输入方向上的正气体输入速度；自真空源在跨于该工件的该主表面的至少该部分的气体排出方向上建立气体排出流，其中该气体输入流及该气体排出流建立跨于该工件的该主表面的至少该部分的累加或主要气流方向，且其中该气体输入流及该气体排出流配合来跨于该工件的至少该部分提供具有气流速度的累加气流；在该镭射光束的镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第一镭射扫描方向上扫描镭射光束，其中该镭射光束沿该第一镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第一镭射扫描方向影响该材料且产生一或多个局部化不利气体特性，该一或多个局部化不利气体特性可干扰该镭射光束沿该第一镭射扫描方向相对于该镭射光束处理轴的导向位置精确地入射该工件的能力，且可引起镭射诱导材料效应的边缘特性的波动，其中该第一镭射扫描方向横向于该累加或主要气流方向，其中该第一镭射扫描方向包括第一镭射扫描方向分量，该第一镭射扫描方向分量与该累加或主要气流方向平行或相对，且其中相对于该累加或主要气流方向的该第一镭射扫描方向抑制该一或多个局部化不利气体特性；以及在个别镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束，其中该镭射光束沿该第二镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第二镭射扫描方向影响该材料且产生一或多个局部化不利气体特性，该一或多个局部化不利气体特性可干扰该镭射光束沿该第二镭射扫描方向相对于该镭射光束处理轴的导向位置精确地入射该工件的能力，且可引起该镭射诱导材料效应的边缘特性的波动，其中该第二镭射扫描方向横向于该第一镭射扫描方向，其中该第二镭射扫描方向横向于该累加或主要气流方向，其中该第二镭射扫描方向包括第二镭射扫描方向分量，该第二镭射扫描方向分量与该累加或主要气流方向平行且与该累加或主要气流方向相对，且其中相对于该累加或主要气流方向的该第二镭射扫描方向抑制该一或多个局部化不利气体特性。

在一额外、累加或替代性实施例中，一种用于处理工件的镭射处理系统，该工件具有主表面及形成于该主表面上的一或多个特征，其中该主表面具有表面面积，且其中该镭射处理系统提供处理场，该处理场具有带有第一处理场轴及正交于该第一处理场轴的第二处理场轴的处理场定向，该镭射处理系统包括：处理站，其具有带有第一处理站轴及正交于该第一处理站轴的第二处理站轴的处理站定向；卡盘，其适于将该工件置放在该处理站中，该工件在该处理站处系可定位的，使得该多个特征中至少一个相对于该处理站定向或该处理场定向来定向；镭射，其适于产生镭射光束；光束定位系统，其包括用于支撑该卡盘或该工件的一或多个台，该光束定位系统亦包括快速定位器，该快速定位器具有小于该工件的扫描场，其中该镭射处理场在该扫描场内，使得该镭射处理场在面积方面小于或等于该扫描场，其中该光束定位系统适于将该处理场定位在该工件上的多个相邻位置中，且其中该光束定位系统适于沿镭射光束处理轴扫描该镭射光束，以入射该工件；气流总成，其包括气体输入流装置，该气体输入流装置适于建立气体输入流，该气体输入流在跨于位于该工件的该主表面的一部分上的至少该处理场的气体输入方向上具有正气体输入速度，其中该气流总成亦包括气体排出部，该气体排出部适于在跨于位于该工件的该主表面的该部分上的至少该处理场的气体排出方向上建立气体排出流，其中该气体输入流及该气体排出流适于建立跨于位于该工件的该主表面的该部分上的至少该处理场的主要气流方向，且其中该气体输入流及该气体排出流适于配合来跨于位于该工件的该主表面的该部分上的至少该处理场提供累加气流特性；以及控制器，其适于在该处理场内且在维持该气体输入流及该气体排出流时，控制在该镭射光束的镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第一镭射扫描方向上扫描该镭射光束，使得该第一镭射扫描方向与该主要气流方向相对地斜向定向，且使得该镭射光束沿该第一镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第一镭射扫描方向影响该材料，其中该控制器亦适于在该处理场内且在维持该气体输入流及该气体排出流时，在个别镭射光束处理轴相对于该工件的相对移动的第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束，使得该第二镭射扫描方向与该主要气流方向相对地斜向定向，且使得该镭射光束沿该第二镭射扫描方向入射该工件，从而沿该第二镭射扫描方向影响该材料，且其中该第二镭射扫描方向横向于该第一镭射扫描方向。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第二扫描方向正交于该第一扫描方向。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第一扫描方向相对于主要气流方向成135°±22.5°角度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第一扫描方向相对于主要气流方向成135°±11.25°角度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第一扫描方向相对于主要气流方向成135°±5.125°角度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第二扫描方向相对于主要气流方向成225°±22.5°角度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第二扫描方向相对于主要气流方向成225°±11.25°角度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，第二扫描方向相对于主要气流方向成225°±5.125°角度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，主要气流方向在沿第一镭射扫描方向及第二镭射扫描方向的扫描期间保持大体上相同。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射诱导材料效应包括锯口、标志、贯穿孔通孔、盲通孔、沟槽或削薄(skive)。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射诱导材料效应包括镭射烧蚀。

在一些额外、累加或替代性实施例中，一或多个局部化不利气体特性包括以下各者中的一或多个：空中浮游碎屑、烟雾、折射率变化、气压变化、温度变化及空气乱流。

在一些额外、累加或替代性实施例中，主要气流方向平行于第一处理站轴或与该第一处理站轴共线，其中工件包括介于工件的特征、装置或晶粒之间的一组迹道，且其中该组迹道斜向地对准至该第一处理站轴。

在一些额外、累加或替代性实施例中，气体包括空气。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射光束包括具有大于或等于2μJ的脉冲能量的镭射脉冲。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射光束包括具有大于或等于6μJ的脉冲能量的镭射脉冲。

在一些额外、累加或替代性实施例中，扫描该镭射光束包括以小于或等于5μm的咬合大小将镭射脉冲递送至工件。

在一些额外、累加或替代性实施例中，扫描镭射光束包括在工件的主表面处递送具有光点大小的镭射脉冲，其中顺序镭射脉冲之间的光点重叠小于或等于光点大小的50％。

在一些额外、累加或替代性实施例中，在第二镭射扫描方向上扫描相同或不同镭射光束跟随在小于或等于0.5秒内于第一扫描方向上扫描镭射光束之后。

在一些额外、累加或替代性实施例中，边缘特性包括直度、深度及光学密度中的一或多个。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射诱导材料效应沿第一镭射扫描方向及第二镭射扫描方向形成狭长扫描特征，其中该多个狭长扫描特征展现具有小于0.5微米的标准偏差的垂直宽度。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射诱导材料效应沿第一镭射扫描方向形成第一扫描特征，其中该第一扫描特征具有相反第一主要边缘及第一次要边缘，其中镭射诱导材料效应沿第二镭射扫描方向形成第二扫描特征，其中第二扫描特征具有相反第二主要边缘及第二次要边缘，其中该多个边缘中的每一者可表达为个别平均笔直拟合线，其中每一边缘的峰值及谷值可表达为相对于个别平均笔直拟合线的绝对值，其中每一边缘的绝对值与该每一边缘的个别平均笔直拟合线的标准偏差小于0.3微米。

在一些额外、累加或替代性实施例中，在第一镭射扫描方向上扫描镭射光束使用以下各者中的一或多个：检流计驱动镜、快速转向镜、旋转多边形扫描器及声光装置。

在一些额外、累加或替代性实施例中，在第一镭射扫描方向上扫描镭射光束使用一或多个检流计驱动镜。

在一些额外、累加或替代性实施例中，沿主要气流方向的累加气流为连续的。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射光束经扫描达多遍的扫描集合以形成具有特征长度及特征宽度的狭长特征，其中用来产生狭长特征的镭射扫描的每一遍在该第一扫描方向上扫描镭射光束，且其中扫描集合中每一遍的镭射诱导材料效应重叠扫描集合中另一遍的至少一个。

在一些额外、累加或替代性实施例中，多遍包括至少一第一遍及一最后遍，其中狭长扫描特征具有相反狭长主要边缘及狭长次要边缘以及与该狭长主要边缘及该狭长次要边缘等距的中线，其中扫描集合的第一遍经定位相较于狭长主要边缘及狭长次要边缘更接近中线，且其中最后遍位于狭长主要边缘及狭长次要边缘的一处。

在一些额外、累加或替代性实施例中，多遍包括至少一第一遍及一最后遍，其中狭长扫描特征具有相反狭长主要边缘及狭长次要边缘以及与该狭长主要边缘及该狭长次要边缘等距的中线，且其中第一遍位于该狭长主要边缘及该狭长次要边缘的一处，且其中扫描集合中的最后遍经定位相较于狭长主要边缘及狭长次要边缘中任一者更接近中线。

在一些额外、累加或替代性实施例中，划线藉由该扫描集合中的每一遍形成，其中扫描集合中的大多数遍产生相对于依时间顺序产生的划线不重叠的划线。

在一些额外、累加或替代性实施例中，多遍包括至少第一遍及第二遍，且其中第一遍及该第二遍使用不同镭射参数配方。

在一些额外、累加或替代性实施例中，光束轴在第一方向上的第一镭射扫描期间处于运动中。

在一些额外、累加或替代性实施例中，沿主要气流方向的累加气流相对于围绕扫描场的流动力学最大化，且在第一扫描方向上扫描镭射光束的速度相对于达成镭射诱导效应的合意品质的参数配方最大化。

在一些额外、累加或替代性实施例中，沿主要气流方向的累加气流在工件上行进大于扫描场的长轴尺寸的一半的距离。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射光束处理轴在镭射处理期间具有相对于该工件的光束位置，且其中沿主要气流方向的累加气流在该工件上行进独立于相对于工件的光束位置的距离。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射光束处理轴在镭射处理期间具有相对于工件的光束轴位置，且其中沿主要气流方向的累加气流在工件上行进独立于相对于工件的光束轴位置的距离。

在一些额外、累加或替代性实施例中，在相对移动的第一镭射扫描方向上扫描镭射光束的步骤包括在于相对移动的第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束的步骤之前，在第一镭射扫描方向上沿多个平行扫描路径扫描镭射光束。

在一些额外、累加或替代性实施例中，扫描场具有矩形周边且其中第一扫描方向平行于扫描场的对角线轴。

在一些额外、累加或替代性实施例中，扫描场具有二等分扫描场的长轴的长轴尺寸，其中气体输入方向大体上垂直于扫描场的长轴，其中沿气体输入方向行进的气流体积具有垂直于气体输入方向的流动宽度尺寸，且其中流动宽度尺寸大于长轴尺寸。

在一些额外、累加或替代性实施例中，长轴尺寸等于扫描场的直径或长轴等于扫描场的对角线轴。

在一些额外、累加或替代性实施例中，工件的镭射光束入射产生一或多个局部化不利气体特性，该一或多个局部化不利气体特性可干扰镭射光束沿第一镭射扫描方向相对于镭射光束处理轴的导向位置精确地入射工件的能力，且可引起镭射诱导材料效应的边缘特性的波动，且其中相对于主要气流方向的第一镭射扫描方向及第二镭射扫描方向抑制一或多个局部化不利气体特性。

在一些额外、累加或替代性实施例中，镭射光束处理轴在于相对移动的第一镭射扫描方向上扫描镭射光束的步骤及在第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束的步骤期间且在该多个步骤之间具有连续运动。

在一些额外、累加或替代性实施例中，在相对移动的第一镭射扫描方向上扫描镭射光束的步骤及在第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或不同镭射光束的步骤各自在维持气体输入流及气体排出流的主要气流方向时于工件上的多个相邻扫描场上进行。

在一些额外、累加或替代性实施例中，气流总成适于结合扫描场的移动来移动，使得将主要气流方向维持在工件上的多个扫描场上。

在一些额外、累加或替代性实施例中，工件包括具有特征定向的一或多个特征，其中处理站具有带有第一处理站轴及正交于第一处理站轴的第二处理站轴的第一处理站定向，其中镭射光束处理轴在扫描场内移动，该扫描场具有带有第一扫描场轴及正交于第一扫描场轴的第二扫描场轴的扫描场定向，且其中特征定向相对于处理站定向或扫描场定向来定向。

此等实施例的许多优点之一在于沿相对于气流方向斜向且与气流方向对抵的两个正交扫描方向做出的划线展现良好品质的类似波纹特性。整体制程品质经改良，从而促进较直划线边缘、较少边缘波纹及摇摆、正交划线的均匀或相等划线品质、较陡侧壁或锥角、更均匀锯口宽度(具有较低标准偏差)、改良的位置准确度效能，以及较少杂讯及较少异常值。更均匀锯口宽度、改良的位置准确度以及较少杂讯及较少异常值容许更可预测的较小锯口宽度跨度，此可允许工件上的较大电路密度。

额外的态样及优点将自以下参考随附图式对示范性实施例的详细描述显而易见。

附图说明

图1为展示工件上的简化熟知切割路线的图解。

图2为展示使用垂直于气流方向的镭射处理方向产生的两个邻接划线的显微照片。

图3A为展示为描迹划线的划线边缘的边缘轮廓的叠加弯曲线以表明用于波纹的量测标准的叠加弯曲拟合线的显微照片。

图3B为展示拟合示范性划线的划线边缘的叠加平均值(平均数)拟合线(藉由虚线延长的直线)且亦展示描迹划线边缘之一的边缘轮廓以表明用于粗糙度的量测标准的叠加弯曲线的显微照片。

图3C提供展示用于决定粗糙度的算术平均值的立体实例及方程式。

图4为展示使用来决定划线的波纹在其他恒定控制条件下相对于若干变数的度的实验结果的图表。

图5为展示相对于气流方向的预设处理定向的图解。

图6A、图6B及图6C为展示以不同能量在熟知切口方向上产生的平行划线的对的显微照片。

图7为相对于气流方向界定切割方向的图解。

图8为展示在其他恒定控制条件下相对于若干变数进行的划线的摇摆最小量的表。

图9A及图9B为展示以不同能量在替代性扫瞄方向上产生的平行划线的对的显微照片。

图10A为展示相对于气流方向的斜向处理定向的图解。

图10B为展示相对于气流方向的替代性斜向处理定向的图解。

图11A为展示工件上的简化单向划线序列的图解。

图11B、图11C及图11D为展示与图11A中所描绘的简化单向划线序列一致的加速度、速度及位置与时间的示范性个别运动分布的图表。

图11E为展示工件上的简化替代性单向划线序列的图解。

图12为展示与图10B中所示的气流方向及处理定向协调的扫描场定序的实施例的图解。

图13A为展示相对于气流方向的所提出处理定向的图解。

图13B为展示用来与图13A中所示的所提议处理定向及气流方向协调的所提议场定序方法的图解。

图14为展示用来形成诸如工件上的锯口的特征的多个重叠划线的施加的图解。

图15为展示用于用来形成特征的重叠划线的不同参数配方的示范性施加的图解。

图16A及图16B为展示用于多个重叠划线以形成特征的替代性扫瞄序列的图解。

图17为使用能够实行配合气流及扫描技术的气流总成的简化镭射微机械加工系统的示意图。

图18A为定向在扫描场上使得累加气流相对于预期扫描路径斜向地定向的气流总成的示范性实施例的简化平面图。

图18B为图18A中所示的气流总成的顶部、后方及右侧等角视图。

图18C为图18A中所示的气流总成的底部、前方及左侧视图。

具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

下文参考随附图式描述示例性实施例。诸多不同形式及实施例在不背离本揭示案的精神及教示的情况下是可能的，且因此本揭示案不应被视为限于本文所阐明的示例性实施例。实情为，提供此等示例性实施例，使得本揭示案将为彻底的及完整的，且将本揭示案范畴传达给熟习此项技术者。在图式中，组件的大小及相对大小可不成比例且/或夸大以用于清晰性。本文所使用的术语仅出于描述特定示例性实施例的目的且不意欲系限制性的。如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式「一」及「该」意欲亦包括复数形式。应进一步理解，本说明书使用术语「包含」来指定所述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件的存在，而并不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组的存在或添加。除非另外指出，否则值的范围在被陈述时包括该范围的上限及下限以及上限与下限之间的任何子范围。

图1为展示相对于镭射微机械加工系统60(图17)的扫描场14(或扫描区域14)定向的工件12上的简化熟知蛇纹机械加工路线10的图解，该工件诸如具有迹道的电路装载晶圆。工件12可相对于固定镭射光束轴移动，镭射光束轴可相对于静止工件12移动，或镭射光束轴及工件12两者可相对于彼此移动。因为集成电路(IC)装置经构造使得该多个集成电路装置藉由正交迹道(及扫描路径16)分离，所以熟知智慧将定向工件12使得扫描路径16相对于镭射微机械加工系统60的预期扫描场14具有特定定向，诸如与扫描场14(及处理场15)的X轴及Y轴精确地轴向对准。

参考图1，工件12上的扫描场14上的光束轴路径可包括扫描路径16(藉由诸如16a、16b、16c及16d的粗线表示)及非入射(中断请求(IRQ))路径17(藉由虚线表示)，在该扫描路径中，镭射光束入射工件12，在该非入射路径中，防止镭射光束入射工件12(镭射可经关闭或镭射光束可经偏离或阻挡)。通常，扫描路径16由非入射路径17连接。光束轴路径可在扫描场14上扫描一遍或多遍，或扫描路径16中的一或多个可经选择以用于单遍或多遍。

熟知顺序扫描为沿Y轴在相对扫描或处理方向20a及20b上沿间隔开的划线路径16a₁及16b₁进行。在相对扫描方向20上顺序地执行额外扫描，直至沿Y轴的扫描路径16(诸如，16a₂、16b₂、16a₃及16b₃)中全部已经处理。在沿Y轴的扫描路径16中全部已经解决之后，沿X轴在相对扫描或处理方向20c及20d上沿间隔开的划线路径16c₁及16d₁进行顺序扫描。随后，在相对扫描方向20上顺序地执行额外扫描，直至沿X轴的扫描路径16(诸如，16c₂、16d₂、16c₃及16d₃)中全部已经处理。此等扫描可藉由光束定位系统的一或多个元件进行，该一或多个元件诸如一个或多个检流计驱动镜96(例如，一对检流计(图17))。

虽然术语「划线」可用来表达特定的镭射诱导材料效应，但术语「划线」及其派生词(诸如划线(scribe line))在本文中一般地用来意味藉由镭射光束处理轴与工件12之间的相对移动产生的任何镭射诱导材料效应(任何类型的镭射处理)。例如，划线可包括但不限于形成锯口、沟槽、削薄、贯穿孔通孔、盲通孔或标志(在工件表面处或在表面之下)；钻孔；螺旋处理；切割；划割；切片；标记；烧蚀；以及退火。此外，除镭射标记或装置分离应用之外，本文所揭示的技术亦可用于良好的锯口边缘特性将为合意的任何应用，诸如用于金属线装填的电阻修整或挖沟。

类似地，术语「扫描」用来表达镭射光束处理轴与工件12之间的相对移动；然而，术语「扫描」通常亦用来表达镭射光束轴移动。镭射光束轴移动可使用以下各者中的一或多个：检流计驱动镜96(图17)、快速转向镜、旋转多边形扫描器及声光装置。可替代地或另外使用用于光束轴移动的其他系统。为简化，此描述在本文中仅藉由实例的方式主要(而非排他地)进行至移动处理光束轴的光束定位系统82(图17)，且尤其进行至基于检流计的定位技术。

尽管一致的镭射处理参数且尽管用来解决由镭射材料相互作用引起的碎屑的烟羽的在气流方向22上的熟知加压气流及在排气捕获方向24上的真空拉力，申请人已证实由镭射扫瞄产生的划线26的波纹可沿不同扫描路径16变化。

熟知地，此变化尚未成为问题，因为工件12上的装置之间的迹道宽度与由镭射光束给予的锯口宽度相比已保持相对大。然而，电路元件在大小方面继续收缩，用来提高装置密度及产率的对工件区域的更有效利用继续变得更合意。因此，由申请人识别的波纹及粗糙度问题可将极小可靠锯口宽度限制于足够大的大小以适应变化，且可妨碍努力以进一步减少或最小化工件12上的迹道的宽度。

图2为展示工件12的一部分上的两个邻接划线26a及26b的显微照片。此等划线26示出锯口或划线宽度30的偏差及边缘32a及32b的粗糙度。

图3A为展示具有为描迹划线26的划线边缘32a及32b的边缘轮廓的叠加弯曲线的叠加弯曲拟合线40a及40b的示范性划线26以表明用于波纹的量测标准的显微照片。在一些标准中，可跨于单个制程场区域(诸如由光束定位系统界定或诸如由工件12上的特征边界界定)或跨于诸如晶圆的整个工件12量测波纹。在一些标准中，波纹可被定义为如量测为拟合至划线26的划线边缘32a及32b的两个弯曲拟合线40a及40b之间的平行距离的划线宽度42的跨于指定扫描场14或工件区域的标准偏差(以微米(μm)为单位)。

波纹或粗糙度可以各种不同方式加以表征。例如，波纹或粗糙度可藉由以下特性中的一或多个表征：粗糙度分布的极大高度(划线边缘32与个别弯曲拟合线44的最大高度及谷值偏差之和)、粗糙度分布的极大分布峰值高度(划线边缘32与个别弯曲拟合线44的最大高度偏差)、粗糙度分布的极大分布谷值深度(划线边缘32与个别弯曲拟合线44的最大谷值偏差)、粗糙度分布元件的平均高度、粗糙度分布的总高度、粗糙度分布的算术平均偏差、粗糙度分布的均方根偏差、粗糙度分布的偏斜度、粗糙度分布的峰度、粗糙度分布的平均宽度及粗糙度分布的均方根坡度。

在一些标准中，波纹可被定义为亦如量测为拟合至划线26的划线边缘32a及32b的两个弯曲拟合线40a及40b之间的平行距离的波纹划线宽度跨度(μm)。波纹划线宽度跨度可被定义为跨于指定扫描场14或工件区域的极大宽度减去极小宽度。

图3B为展示拟合至示范性划线26的划线边缘32a及32b的叠加平均值(平均数)拟合线(藉由虚线延长的直线)44a及44b，且亦展示描迹划线边缘32a的边缘轮廓以表明用于粗糙度的量测标准的叠加弯曲线40a的显微照片。在一些标准中，可跨于单个制程场区域或跨于整个工件12量测粗糙度。

在一些标准中，粗糙度可经量测为划线边缘32a及32b的峰值及谷值与平均(平均数)笔直拟合线44a及44b的绝对偏差振幅。例如，参考图3B，描迹划线边缘32a的边缘轮廓的叠加弯曲线40a的峰值及谷值的绝对偏差振幅可自笔直拟合线44a取得。划线粗糙度可表达为以微米为单位的算术平均或标准偏差。图3C展示用于决定用于参考长度的绝对值的粗糙度的算术平均的更详细实例及方程式。参考图3C，示范性方程式为：

其中Za为算术平均粗糙度，其中

为参考长度，且其中Zn为划线边缘32a或32b在沿参考长度

的位置n处与个别弯曲拟合线44a及44b的偏差。

申请人试图理解驱动波纹及划线粗糙度的因素且进行各种实验。图4为展示使用来决定划线的波纹在其他恒定控制条件下相对于若干变数的度的一些实验结果的图表。参考图4，将产生飞秒(fs)脉冲宽度的脉冲的绿色波长镭射与检流计驱动镜96(图17)一起用来测试在其他参数保持恒定时在不同变数条件下做出的划线波纹。此等变数包括：1)排气捕获方向24上的真空拉力量；2)气流方向22上的气流中的气流量；3)由镭射系统递送的脉冲能量；4)相对于排气捕获方向24及气流方向22的镭射扫描方向，诸如在与用于Y轴划线的风对抵且垂直于用于X轴划线的风的扫描方向20上划线的「预设」，且诸如在用于Y轴划线的风的相同方向上且垂直于用于X轴划线的风的扫描方向20上划线的「相对」(图4的图表仅展示用于此等条件的X轴迹道波纹)；以及工件12的X轴迹道的相对于气流方向22的旋转定向。

再次参考图4，虚线表示标称条件或设定与模型化结果的交叉点。特别地，虚垂直线表示跨于图4图表中所描绘中的五个变数的模型化条件或设定；且虚水平线表示用于给定变数的模型化波纹值。

在不坚持任何特定理论的情况下，申请人推测碎屑及排气方向可已有助于波纹及粗糙度。半导体工业工件12的镭射处理已知来产生呈不同物态(诸如气态的或熔化的)的各种成分的碎屑的不合需要的烟羽，该物态取决于工件12的材料及导向工件12的镭射能量。

已尝试许多工作以防止或补偿镭射产生的碎屑沉积至工件上。参见例如美国专利第5,925,024号、第6,507,000号、第6,586,707号、第6,649,866号、第6,710,294号、第7,022,941号、第7,038,164号、第7,692,115号、第7,947,919号、第8,344,285号、第8,383,984号及第8,809,732号以及中国专利公开案第103978308号。

图5为展示预设处理定向的图解，其中工件12对准至扫描场14使得诸如迹道的工件特征或预期划线26共线地或垂直地对准至气流方向22及排气捕获方向24。因此，扫描方向20共线地或垂直地对准至可平行于工件12的表面88(图17)的气流方向22及排气捕获方向24。此气流方向分量及排气捕获方向分量通常为气流方向22及排气捕获方向24的水平分量。将亦了解，气流方向22及排气捕获方向24可包括朝向或远离工件12的表面88定向的方向分量(通常气流方向22的垂向分量)。

排气捕获方向24上的真空拉力量对波纹具有显著影响。较弱真空拉力导致较大波纹。在测试范围内，气流方向22上的气流量在存在真空拉力的情况下对波纹具有可忽略的影响。在气流方向22上的气流相对低的水平处及在相对高的水平处注意到仅波纹中的轻微变化。然而，在无真空拉力的情况下，气流量对波纹具有显著影响。

脉冲能量亦在较高脉冲能量下显著地影响波纹，然而波纹在较低脉冲能量下不显著。波纹通常随着脉冲能量增加而增加。在最高脉冲能量(3.75微焦(uJ))下针对控制配方建立用于脉冲能量的甜点，在该最高脉冲能量下无显著波纹经观察。应注意，此值将针对镭射参数的不同配方(且对于不同工件材料)而不同。

图6A、图6B及图6C为展示以不同镭射脉冲能量在正交于气流方向22的划线方向20c或20d上产生的平行划线26的对的显微照片。参考图6A及图6B，以1.5uJ及3uJ产生的划线26未展现显著波纹。然而，参考图6C，以6uJ产生的划线26清楚地展现显著波纹。

图7为相对于气流方向22界定扫描方向20的示范性图解，该气流方向可平行于工件12的表面88(此气流方向分量通常为气流方向22的水平分量)，其中：在与气流方向22同一方向的扫描方向20a上的镭射处理藉由0°表示；在与气流方向22对抵的扫描方向20b上的镭射处理藉由180°表示；在垂直于气流方向22的处理方向20c及20d上的镭射处理分别藉由90°及270°表示；在斜向地与气流方向22同一方向的处理方向20e及20f上的镭射处理分别藉由45°及315°表示；且在斜向地与气流方向22对抵的处理方向20g及20h上的镭射处理分别藉由135°及225°表示。将记得，气流方向22可包括朝向或远离工件12的表面88定向的气流方向分量(通常气流方向22的垂向分量)。

参考图4及图7，扫描方向20的定向相对于气流方向22变化，诸如自90°处的扫描方向20c分别变化至45°及135°处的扫描方向20e及20g，且诸如自270°处的扫描方向20d分别变化至315°及225°处的扫描方向20f及20h。图4展示当扫描方向20相对于90°处的正交扫描方向20c及270°处的正交扫描方向20d自0°改变至45°时波纹减少。

影响波纹的其他因素包括气体输入喷嘴的高度，其中较高高程通常较好(展现较少波纹)。气体输入喷嘴的形状亦影响划线品质。在实验中的一些中，使用一或多个平坦风扇气动刮刀类型的气体输入喷嘴。波纹效应对于高重叠或低扫描速度制程亦看起来恶化。

美国专利第RE 43,400号揭示划线品质可与相对于扫描方向的极化方向一起变化且教导所导向的极化可与划线方向相关以改良划线品质。美国专利第RE43,400号让渡给本申请案的受让人且藉由引用方式并入本文中。

如先前所述，镭射机械加工工业已努力管理由镭射材料相互作用(诸如镭射烧蚀)引起的碎屑的烟羽。尽管将熟知气流系统及熟知真空排气拉力系统用来管理碎屑，由申请人证实的效应是盛行的。在不受任何特定理论束缚的情况下，申请人推测来自由镭射处理产生的碎屑、烟羽或烟雾的局部化不利气体特性可产生透镜后无意光束偏移(例如，折射或反射)。申请人进一步推测，在不受任何特定理论束缚的情况下，此透镜后无意光束偏移可导致镭射制程的准确度及品质问题。特别地，垂直(90°或270°)于气流方向22的处理路径的划线26可展示显著射速偏移，诸如1-10μm的不准确度，从而引起波纹、粗糙度、摇摆及/或电子注线变化沿划线26的长度的出现。

图8为展示在其他恒定控制配方条件下相对于若干变数对硅工件12执行的划线的摇摆的最小量的表。变数包括脉冲能量(μJ)、相对于气流方向22的方向(预设——相对或与气流方向对抵、相对——与气流方向在同一方向上或在气流方向上)、切口定向(相对于气流方向22的迹道的角定向，其中表中的0°取决于相对空气方向而同等于90°或180°的扫描方向20a或20b，且其中表中的45°取决于相对空气方向而等同于135°(或225°)或45°或(315°)的扫描方向20g或20h)、空气(20或关闭)及废气(打开或关闭)。摇摆用1-5的范围表达，其中1指示摇摆的低的或不显著量(最好)且5指示摇摆的高量(最坏)。

继续参考图8，具有低脉冲能量(1.5μJ)的划线全部指示低摇摆，而不考虑气流方向22或迹道定向。在中间脉冲能量(3μJ)处，甚至直接划线至风中展现相较于低脉冲能量脉冲进行的更多摇摆。令人惊奇的发现包括甚至在高脉冲能量(6μJ)处并且在真空排气关闭的情况下，对于使用与等同于扫描方向20g及20h的气流方向22(预设)对抵的斜向切口定向(在表中列表为45°)的各种配方的良好品质的相对低摇摆的划线。在高脉冲能量(6μJ)处，包括以0°切口定向(相对于气流方向22的180°扫描方向20b)划线至风中的所有其他配方变化在高脉冲能量(6μJ)处且在真空排气打开的情况下展现相较于使用与等同于扫描方向20e及20f的气流方向22(预设)同一方向的斜向切口定向(在表中列表为45°)的配方的更明显较坏的摇摆效应。实验结果亦提供关于波纹的粗糙预测表，从而建立可自特定参数配方预期多少波纹且提供波纹的量将对于特定应用是否为可接受的基础。

图9A及图9B为展示在不同脉冲能量(1.5μJ及6μJ)处形成的平行划线26的对的显微照片，其中在相对于气流方向22的扫描方向20g及20h(斜向地进入风中)上划线。参考图9A及图9B，划线26中展现的波纹及粗糙度的量将对于所有熟知镭射处理应用，甚至对于包括高能镭射脉冲的参数配方为可接受的。此外，在正交方向上做出的划线26粗略地展现相同波纹，此相当不同于与气流方向22直接相对且垂直于气流方向22做出的正交划线26。

通常，熟知基于固定光束及基于光束轴扫描的镭射系统使用抽取或排气系统，该多个抽取或排气系统提供固定气流方向22以收集处理碎屑。由于半导体晶圆上的正交迹道，例如，迹道的一集合熟知地以与气流方向22相对或对抵的光束扫描方向20处理，且正交迹道的集合熟知地垂直于气流方向22地经处理。本文所揭示的实验结果阐明为何波纹可对于藉由熟知镭射系统做出的正交划线显著地不同。

请注意，熟知镭射系统可具备两组气流系统，各自包括加压入流及真空排出，其中该多个气流系统的个别主要流向直接定向至静止工件12上的两个正交划线方向中。气动值可用来接通及断开气流系统以在适当气流方向条件下处理X及Y划线26。此实行方案将需要包括双重气流系统的增添的成本及复杂性。所需要的气动控制变化将不利地影响扫描通量且将在不同镭射参数处理配方的应用中限制灵活性。

替代地，熟知镭射系统可具备单个气流系统，包括加压入流及真空排出，其中主要流向直接定向至工件12上的两个正交划线方向之一中。工件12随后可经旋转，使得Y迹道在旋转之前经逆风处理至完成且X迹道在旋转之后经逆风处理。此实行方案将需要包括工件旋转系统的增添的成本及复杂性。所需要的旋转控制变化将不利地影响扫描通量且将在不同镭射参数处理配方的应用中限制灵活性。

图10A为展示相对于气流方向22的斜向处理定向的一实施例的图解。此实施例为用于藉由相对方向的镭射光束扫描方向与主气流方向25的系统控制的镭射光束转向机构的管理的许多实施例之一，该主气流方向包括平行于工件表面88的气流方向分量及/或平行于工件表面88的排气真空排出方向分量。

将了解，主要气流方向25可为气流方向22及排气捕获方向24两者中的单个方向。替代地，主要气流方向25可为气流方向22及排气捕获方向24的平均方向。此外，在气流方向22及排气捕获方向24有意不同的实施例中，平均方向可亦考虑气流方向22及排气捕获方向24上的气流量的差异及/或气流方向22及排气捕获方向24速度的差异。因此，主要气流方向25可为气流的平均力方向。在许多实施例中，气流方向22及排气捕获方向24两者中的单个方向为较佳的。然而，在一些实施例中，气流方向22与排气捕获方向24之间的偏差可小于或等于20°。在一些实施例中，气流方向22与排气捕获方向24之间的偏差可小于或等于10°。在一些实施例中，气流方向22与排气捕获方向24之间的偏差可小于或等于5°。

在一些实施例中，晶圆工件12的X轴及Y轴迹道分别相对于气流方向22及/或排气捕获方向24以135°及225°定向，因此每一镭射划线的相对运动与气流方向22及/或排气捕获方向24对抵。在不受任何特定理论束缚的情况下，申请人推测，藉由扫描与气流方向22对抵的扫描方向20上的镭射光束轴，光束轴的相对速度相对于自镭射制程产生的局部化不利气体特性(诸如来自碎屑、烟羽、烟雾、折射率变化、气压变化、温度变化或空气乱流)增加，从而允许后续镭射脉冲不受局部化不利气体特性影响(例如未折射或反射)地起作用。此类实施例减少此类透镜后光束转向效应的量，且在两个正交轴的划线26之间平衡任何实际透镜后光束转向效应。工件12的特征或预期特征可相对于气流方向22及/或排气捕获方向24定向，或气流方向22及/或排气捕获方向24可相对于工件12的特征或预期特征定向。

参考图10A，工件12可在熟知工件定向中对准至扫描场14(使得可在无修改的情况下或在仅选择性的修改的情况下使用现有软件及配方参数)。然而，气流方向22及排气捕获方向24相对于扫描场14中的工件定向斜向地定向。特别地，关于图10A，气流方向22及排气捕获方向24系沿扫描场14的同一对角线轴定向，使得图10A中所示的扫描方向20等效于图7的相对于气流方向22及排气捕获方向24的扫描方向20g及20h。此外，图10A仅描绘两个正交方向上的单向制程扫描，亦即，每一划线26与气流方向22(进入风中)斜向地对抵(斜向地相对)扫描。关于图11更详细地描述单向扫描。图10B为展示相对于气流方向的替代性斜向处理定向的图解。

在一些实施例中，气流藉由空气喷嘴或气动刮刀引入，且/或真空拉力经由亦收集由制程产生的碎屑的烟羽的排气孔或排气箔建立。此配置可跨于扫描场14推动气体且/或跨于扫描场14拉动气体。在许多实施例中，需要推动及拉动两者以用于建立跨于扫描场14的均匀气流，此可对于划线品质且对于最小化波纹为合意的。

在一些实施例中，空气喷嘴或气动刮刀可为关于在工件12上的高程及/或关于朝向工件12的倾斜可调整的。类似地，排气孔或排气箔可为关于在工件12上的高程及/或关于远离工件12的倾斜可调整的。另外，空气喷嘴、气动刮刀、排气孔或排气箔可为相对于围绕扫描场定中心及/或相对于晶圆迹道轴、对准标志或工件12的其他基准点可调整的。以各种形状、大小及组态生产空气引入及收集喷嘴。例如，美国专利第9,259,802号揭示气体喷嘴的实施例。美国专利第9,259,802号让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。

在一些实施例中，穿过空气喷嘴或气动刮刀的气流可藉由可调整旋转流量计或流量计控制。在一些实施例中，穿过排气孔或排气箔的真空拉力可藉由具有藉由压力感测器的回馈的阀控制。用来控制气流的方向及量的可组态部将通常在涉及多个工件12的处理运转之前设定；然而，若需要，若在正交遍之间或在其他时间处需要，则气流的方向及量可经调整。在一些实施例中，可在每一扫描之间调整气流的方向及量。通常，然而，若气流方向及量在正交扫描之间一致，则沿正交迹道的相等划线品质最容易达成。

再次参考图10A及图10B，在一些实施例中，扫描场14具有二等分扫描场14的长轴的长轴尺寸50，且气流方向22及/或排气捕获方向24大体上垂直于二等分扫描场14的长轴。气流可具有沿气流方向22行进的气流体积，其中气流体积具有垂直于气流方向22的流动宽度尺寸52，且其中流动宽度尺寸52大于长轴尺寸50。除真空排气捕获系统的用于控制波纹的应用之外，该真空排气捕获系统可帮助减少可沉积在工件及光学器件上的碎屑，因此提高工作产品的品质且增加镭射系统的寿命，从而减少故障前的平均时间及镭射功率传输降级。

在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要或累加气流方向25成135°±22.5°角度，其中指向排气捕获方向24的气流方向22具有约0°的定向。(在一些实施例中，主要气流方向25可为水平地定向或并行于工件12的主要气流的分量。)在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要或累加气流方向25成135°±11.25°角度。在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要或累加气流方向25成135°±5.125°角度。在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要或累加气流方向25成135°±2.563°角度。在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要或累加气流方向25成135°±1.281°角度。

在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要气流方向25(诸如水平地定向或并行于工件)成225°±22.5°角度，其中指向排气捕获方向24的气流方向22具有约0°的定向。

在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要气流方向25成225°±11.25°角度。在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要气流方向25成225°±5.125°角度。在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要气流方向25成225°±2.563°角度。在一些实施例中，扫描方向20相对于气流方向22及排气捕获方向24的主要气流方向25成225°±1.281°角度。

以与气流方向22相对的大体上+45°及-45°角度的镭射扫描具有提高的通量的优点，因为制程不遭受具有切换气流方向的气动值或具有旋转工件12的旋转机构的时间惩罚。

沿相对于气流方向22斜向且与气流方向22对抵的两个正交扫描方向20做出的划线26展现良好品质的类似波纹特性。整体制程品质经改良，从而促进直划线边缘、较少边缘波纹及较少摇摆、正交划线26的均匀或相等划线品质、较陡侧壁或锥角、更均匀锯口宽度(具有较低标准偏差)、改良的位置准确度效能，以及较少杂讯及较少异常值。更均匀锯口宽度、改良的位置准确度以及较少杂讯及较少异常值容许更可预测的较小锯口宽度跨度，此可允许工件12上的较大电路密度。边缘32的改良的特性倾向于为回应于影响的裂缝传播提供较少时机。相反地，较粗糙边缘可提供更倾于影响及裂缝传播的突起。

气流系统的定向的第二效益为用来防止其他镭射系统组件的光学降级及污染的碎屑及粒子的收集以及保护工件12免受再沉积材料。改良的碎屑管理减少环境污染且有助于镭射系统光学器件的增加的寿命、减少的清洁频率及每周期减少的清洁时间。

在一些实施例中，在气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹标准偏差。

在一些实施例中，在气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹标准偏差。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹标准偏差的差异。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹标准偏差的差异。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹划线宽度跨度。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹划线宽度跨度。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹划线宽度跨度。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹划线宽度跨度。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹划线宽度跨度。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹划线宽度跨度。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹划线宽度跨度的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹划线宽度跨度的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹划线宽度跨度的差异。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.5μm的波纹划线宽度跨度的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.3μm的波纹划线宽度跨度的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26展现小于0.1μm的波纹划线宽度跨度的差异。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26的边缘展现小于0.3μm的粗糙度标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26的边缘展现小于0.1μm的粗糙度标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26的边缘展现小于0.05μm的粗糙度标准偏差。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26的边缘展现小于0.3μm的粗糙度标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26的边缘展现小于0.1μm的粗糙度标准偏差。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26的边缘展现小于0.05μm的粗糙度标准偏差。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26的边缘展现小于0.3μm的粗糙度标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26的边缘展现小于0.1μm的粗糙度标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于5mm的长度的划线26的边缘展现小于0.05μm的粗糙度标准偏差的差异。

在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26的边缘展现小于0.3μm的粗糙度标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26的边缘展现小于0.1μm的粗糙度标准偏差的差异。在一些实施例中，在主要气流方向25下藉由正交扫描方向20做出且具有大于或等于25mm的长度的划线26的边缘展现小于0.05μm的粗糙度标准偏差的差异。

图11A为展示工件12上的简化单向划线序列的图解。图11B、图11C及图11D为展示与图11A中所描绘的简化单向划线序列一致的加速度、速度及位置与时间的示范性个别运动分布的图表。

参考图11A至图11D(共同地为图11)，镭射扫描的定序可经控制以在单向扫描方案下最小化用于每一工件12的扫描时间。在一些实施例中，工件12可以熟知方法定位且对准至扫描场14或工件支撑结构，诸如台。在一些实施例中，镭射光束轴最初与工件12的中心或扫描场14的中心对准(通常垂直地)。在图11A中，主要气流方向25在扫描场14的对角线上(以45°角度)，自左下方流动至右上方。预期划线26平行于或垂直于扫描场14的周边。

气流方向22及工件12上的预期划线的定向促进用于划线工件的迹道的某些序列，该些序列最大化用于单向选路方案的通量。在一些实施例中，以沿第一垂向迹道轴的给定制程速度沿第一定向起始轴自第一垂向起始点扫描划线26，随后使镭射光束轴沿第一定向起始轴但在与第二垂向迹道轴对准的不同轴间位置中重绕回至相邻第二垂向起始点。在图11A中所描绘的实施例中，粗线表示沿扫描路径16的划线26，细线表示重绕路径17(或IRQ路径17)，当镭射关闭或镭射脉冲经阻挡时，镭射光束轴沿该重绕路径行进。在图11A中，朝向扫描场14的左上拐角启动镭射划线，且垂向迹道全部与流向22的风斜向对抵地自上向下划线。

在最左侧垂向迹道为扫描迹道之后，光束轴沿过渡路径行进(当镭射关闭或镭射脉冲经组挡时)至水平第一起始点。随后以沿第一水平迹道轴的给定制程速度沿第二定向起始轴自第一水平起始点扫描划线26，随后使镭射光束轴沿第二定向起始轴但在与第二水平迹道轴对准的不同轴间位置中重绕回至相邻第二水平起始点。水平迹道全部与流向22的风斜向对抵地自上向下划线。将了解，垂向及水平在本文中为方便起见被用作相对术语，且工件12最常见地以使得迹道平行于地板的定向支撑。

整个大扫描场14(诸如30mm x 30mm)中的X轴及Y轴迹道可在一连续操作中处理，其中当镭射光束轴经导向穿过重绕及过渡路径时，镭射光束脉冲经阻挡。

应注意，使用可移动光束轴的许多类型的光束定位系统可极其快速地加速且移动光束轴。例如，用于基于检流计的系统的典型极大速度为约4-5公尺每秒(m/s)，因此若需要，光束轴可在约4-5毫秒(ms)内横越20毫米(mm)扫描场14。因此，用于单向选路的增添的时间惩罚为小的，且此惩罚与对气流方向22做出气动改变所需要的时间或改变工件12的定向所需要的时间相比为可忽略的。

在许多实施例中，镭射光束轴将在扫描路径上导向若干遍，直至镭射处理操作完成。此等重复扫描遍可对准以完全重叠先前扫描遍，部分重叠先前扫描遍，或自先前扫描遍位移且不重叠先前扫描遍，使得划线26分别完全重叠先前划线26，部分重叠先前划线26，或自先前划线26位移且不重叠先前划线26。

另外，用于每一扫描遍的镭射参数配方可经独立地选择，使得任何两个扫描遍可利用一或多个不同镭射参数的一或多个不同值。此外，镭射参数配方可在扫描遍内变化，可在不同正交扫描遍分段之间变化，或可与独立扫描遍分段一起变化。例如，平行迹道的第一集合可以第一镭射参数配方处理，且随后平行迹道的第二集合(该多个平行迹道正交于第一集合中的平行迹道)可以每当镭射光束轴的扫描交叉沿平行迹道的第一集合做出的划线26(使得迹道的两个集合的交叉点经双重处理)时阻挡或修改镭射光束的脉冲的镭射参数配方处理。

图11E为展示工件12上的简化替代性单向划线序列的图解。参考图11E，移动模式18可适于较小区域，诸如较小扫描场14a。较小移动模式18或扫描场14a可经定大小以：使单独特征或装置与工件12分离；适应光束转向组件(诸如AOM)的视场或带宽限制；最大化通量；适应或利用镭射参数配方；或适应或利用暂时镭射材料相互作用。图11E中的扫描场14a经定大小以分离定位在两对正交迹道之间的独立电路。

扫描路径在分量扫描场14a上为连续的。所有划线扫描与气流方向22对抵地斜向定向。当镭射光束轴沿藉由暗线表示的重绕及过渡路径移动时，光束脉冲经阻挡，且当镭射光束轴扫描工件12的迹道子分段时，光束脉冲未阻挡。

分量扫描场14a可以使得分量扫描场14a内的每一划线扫描的所有第一脉冲经定位以在先前划线区域(来自邻近的先前划线分量扫描场14a的邻接划线分段的末端)上开始的序列处理。美国专利公开案第2014/0312013号更详细地揭示镭射处理技术，包括光束轴移动、命令控制及寻址处理邻近重叠扫描场14的镭射参数配方。美国专利公开案第2014/0312013号让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。应注意，扫描14自身可为大得多的工件12上的许多邻近扫描场14之一，且可包括多个分量扫描场14a。在一些实施例中，扫描场14可表示藉由一对检流计驱动镜96寻址的区域。在一些实施例中，扫描场14a可表示藉由诸如AOM或AOM的对的高速转向装置寻址的区域。

图12为展示与图10B中所示的气流方向及处理定向协调的扫描场定序的实施例的图解。图12中所描绘的扫描场定序方案稍微类似于关于图11A所描述的扫描场定序方案。然而，图12中所描绘的扫描场定序方案开始于工件12的右侧底部，自底部至顶部划线垂向迹道，且自右至右划线水平迹道以与气流方向22斜向对抵地定向扫描方向。应注意，工件12的迹道具有相对于支撑台及光束定位系统的熟知定向，且气流方向22经设立为相对于传统X轴及Y轴扫描分布斜向的。此方法的优点在于其关于沿工件的迹道的光束轴定位及移动保留现有软件。

图13A为展示相对于气流方向22的斜向处理定向的一替代性实施例的图解。图13B为展示与图13A中所示所提议处理定向及气流方向协调的扫描场定序的替代性实施例的图解。参考图13A及图13B，熟知气流系统保留具有标准气流方向22，但工件12经安装成该工件的迹道相对于支撑台及光束定位系统及熟知光束定位软件指令与标准定向成45°角度。

图13B中所描绘的扫描场定序方案稍微类似于关于图11A及图12所描述的扫描场定序方案。然而，图13B中所描绘的扫描场定序方案开始于工件12的左侧底部，自底部至顶部划线斜向向左的迹道，且自底部至顶部划线斜向向右的迹道以与气流方向22斜向对抵地定向扫描方向。

图14为展示用来形成诸如工件12上的锯口的特征的多个重叠划线26(261、262、263)包括每一划线中的重叠镭射光点的施加的图解。关于图14，将要机械加工的诸如锯口或标志的工件特征可具有比藉由镭射光束轴的单个扫瞄遍形成的划线26的宽度更宽的宽度。邻近划线26的中心的轴间间距56可为所要的锯口宽度、光点大小及空间邻近的划线26之间的所要的重叠的函数。此等参数可直接影响使用来处理迹道或产生工件特征的遍数。镭射光点的轴上间距可藉由所要的轴上光点重叠、镭射光束光点大小及咬合大小驱动。此等参数可直接影响光束轴相对于工件12的速度。此等议题中一些描述于美国专利第6,586,707号及美国专利第RE 43,400号中，该些美国专利让渡给本申请案的受让人，且该些美国专利以引用方式并入本文中。

图15为展示用于重叠用来形成特征的划线26的不同参数配方的示范性施加的图解。镭射参数配方可在每扫描遍基础上加以控制以最小化驱动无意透镜后光束转向及波纹的镭射材料相互作用，亦即，用于重叠划线26中每一者的配方可藉由个别化配方产生(或该些重叠划线可共用配方)。例如，锯口的中心中的划线26可以相较于锯口的边缘处的划线26的较高剂量或能量形成，因此产生锯口的较少边缘波纹及改良的制程品质。如较早所述，迹道的每一扫描遍的部分分段亦可使用不同配方分量。类似地，X迹道及Y迹道可共用镭射参数配方或可具有不同配方。此外，X划线26及Y划线26的交叉点可以相较于X划线26及Y划线26的非交叉部分的不同参数来处理。另外，执行遍的顺序可为配方的部分。特别地，锯口的中心中的划线262可在划线261及263中任一者之前、在划线261及263中两者之后或在划线261与划线263之间处理。应注意，有时同义地使用重复及遍；然而，重复暗示进行精确相同的配方步骤两次或更多次。通常在划割应用中使用该相同配方的重复。

图16A及图16B为展示用于多个重叠划线26以形成特征的替代性扫描遍序列的图解。特别地，可控制在迹道分段内扫描重叠划线26的顺序。波纹效应与所使用的脉冲能量及所移除的材料体积有关，藉由改变重叠划线26的顺序及/或相对位置，可藉由使用「内至外」划线顺序将波纹有效地隐藏在锯口内侧，其中第一划线26在迹道的中心附近，且后续划线经定位成较远离迹道中心，直至达成所要的锯口宽度。

参考图16B，可针对一些实施例实行「外至内」划线顺序。特别地，所描绘的实施例的第一扫描及第二扫描可以相较于更多地执行至锯口的中线的扫描的较少脉冲能量递送。

将亦了解，许多其他划线顺序是可能的。例如，可使用顺序邻近的划线顺序，尤其在锯口的边缘处的划线26以较低脉冲能量递送的情况下。类似地，可使用随机顺序。

配方制程步骤可涉及单个划线26。通常，可使用可在能量、速度、咬合大小及轴间位置方面不同的多个配方制程步骤来产生所要的宽度的锯口。预设序列配方处理为「广度优先」，其中每一配方制程步骤在进行至第二配方步骤的前跨于X及Y迹道分段散布。此广度优先配方处理序列将亦通常包括使用相同配方的遍在进行至第二配方步骤之前的所有重复。然而，对于一些实施例，可使用「深度优先」类型的配方，其中所有配方步骤在移动至下一迹道分段的前递送至单个迹道分段。

典型配方参数包括：自0.1-20μJ的脉冲能量阶；100KHz-100MHz的脉冲重复率；0.1ps至500ns，更特定地0.1ps至1μs的脉冲宽度；自208nm至1700nm的波长(较佳地UV、绿色或IR)；自10-50μm的光点大小(长轴、直径或光点腰宽)；0.1-20μm的咬合大小；高达约4-5m/s的扫描速度；包含高斯型(Gaussian)、成形、「顶帽」或「椅子形状」的一的时间脉冲形状；包含圆形、环状、正方形、椭圆形、矩形、聚光圈形或环形的一的空间脉冲形状；包含连续的、脉冲式或丛发式的镭射模式。

在与主要气流方向25斜向相对的方向上的扫描容许使用相较于可用于在垂直于风的方向上的扫描的更大脉冲能量或注量，此将在较高脉冲能量及注量处展现相对较差的波纹特性。在一些实施例中，脉冲能量大于或等于2μJ。在一些实施例中，脉冲能量大于或等于6μJ。在一些实施例中，咬合大小小于等于5μm。在一些实施例中，光点重叠大于或等于50％。在一些实施例中，横向扫描时间限制小于或等于0.5s。在一些实施例中，重复率大于或等于1MHz。

图17为使用能够实行本文所描述的配合气流及扫描技术的气流总成62的简化镭射微机械加工系统60的示意图。再次参考图17，示范性镭射微机械加工系统60的镭射64沿光学路径66发射镭射脉冲的光束，该光束经由各种光学组件68、脉冲捡取装置74、一或多个折叠镜78传播至光束定位系统82的快速定位器80，该快速定位器最终经由扫描透镜85将光学路径66的光束轴84导向至工件12的表面88上的光点位置86上。在一些实施例中，快速定位器80及扫描透镜可经组配来形成镭射扫描头，该镭射扫描头可作为单元移动，诸如沿高架系统的钢轨移动。光学组件68可包括诸如光束扩展器透镜组件的各种熟知光学器件、诸如声光或电光装置的选择性的衰减器及/或诸如用于能量、计时或位置的回馈感测器，上述各者沿光学路径66定位在各种位置处。

脉冲捡取装置74充当高速快门，该高速快门阻挡或容许镭射脉冲进一步沿光学路径66传播且决定容许哪些镭射脉冲入射在工件12上。脉冲捡取装置74可包括电光装置或声光调变器(AOM)90。AOM 90回应于自控制器94沿AOM信号路径92递送的AOM命令信号。AOM命令信号使AOM 90上的转换器启动AOM中的声波，该些声波使经由AOM 90传播的光束沿与光学路径66对准或不对准的预定出口角度偏离至快速定位器80。替代地，内腔式Q开关106可使用来防止镭射64在移动模式18的非入射部分17期间产生光束。

快速定位器80可包括能够在相对大的扫描场14上快速改变光束轴84的方向的任何光束定位装置。在一些实施例中，快速定位器80可包括一对检流计驱动X轴及Y轴镜96工件12。在一些实施例中，扫描场14具有10mm至100mm的直径(或长轴)。在一些实施例中，扫描场14具有大于15mm的直径。在一些实施例中，扫描场14具有25mm至50mm的直径。在一些实施例中，扫描场14具有小于75mm的直径。在一些实施例中，扫描场14可包括由于扫描透镜的边缘效应而不可用于镭射处理的检流计移动区域，因此可利用的处理场15(例如，图1、图5、图10A、图11A及图11E)可小于扫描场14。

取决于合意的扫描场14的大小，快速定位器80可替代地使用高速定位器，诸如声光装置或可变形镜(或其他快速转向镜)，即使此等装置倾向于具有相较于检流计镜96的较小光束偏转范围。替代地，高速定位器可除检流计镜96之外经使用，且可与藉由检流计镜96提供的光束轴84的控制及移动整合或可叠加在藉由检流计镜96提供的光束轴84的移动上，诸如用于错误校正。在一些实施例中，快速定位器80支撑在固定位置中。在其他实施例中，快速定位器80藉由可相对于工件12移动的台支撑，诸如在分轴式系统中。示范性快速定位器80具有数百千赫的带宽且能够进行自约2m/s或3m/s至约10m/s的线性速度及约1000G至2000G的加速度。自然地，线性速度亦可在此等范围以下操作。

在一些实施例中，光束定位系统82使用工件定位台100，该工件定位台较佳地控制至少两个平台，诸如可支撑卡盘98的上方台102及支撑上方台82的下方台104，该卡盘支撑工件12。卡盘或工件12通常经置放或定向在处理站中，该处理站藉由光束定位系统82的操作能力的区域界定且可选择性地包括台的移动范围。在一些实施例中，工件12或卡盘98可相对于处理站或相对于扫描场14或处理场15定向。在一些实施例中，一或多个特征可用于定向。在一些实施例中，此等特征可为基准点、迹道或特定对准标志等。可使用其他对准定向技术。应注意，工件可对准至特定扫描场14或处理场15定向(诸如藉由软件或处理配方预定)，或扫描场14或处理场15可对准至工件12上的特征。

此等上方台102及下方台104通常藉由线性马达移动，且通常被称为X-Y台，其中上方台102在一轴中可移动且下方台104在另一轴中可移动。典型工件定位台100具有数十千赫的带宽且能够进行2m/s或3m/s的速度及1.5G或更大的加速度。当前成本有效的平移台在约400mm/s至约1m/s的范围内进行。自然地，该些平移台亦可移动得缓慢得多。工件定位台100的工作区间通常比检流计镜96的扫描场14大得多。

在一些实施例中，镭射微机械加工系统60以步骤及重复方式进行镭射划割，其中工件定位台100将工件12移动至相对于快速定位器80及光束轴84的位置，使得在由快速定位器80执行的划割操作期间维持工件位置。特别地，工件定位台100可将工件12的特定区域定位在检流计镜96的扫描场14内。当工件定位台100可完全停止在扫描场14上时，检流计镜96可导向光束轴84以进行一或多个配方或移动模式18，该一或多个配方或移动模式包括在工件12上的于扫描场14内的一或多个切割扫描路径16。在一些实施例中，出于合意通量，光束轴84不变得静止，直至完成给定扫描场14上的移动模式18的所有遍。

在移动模式18中的光束轴84的一或多个遍之后，工件定位台100可移动以将检流计镜96的扫描场14定位在工件12的不同区域(诸如相邻区域或扫描场14)上。对于一些实施例，当光束轴84正加速时，无镭射处理发生。使用具有恒定速度移动及恒定重复率脉冲的光束轴的优点包括稳定及可预测的镭射脉冲特性。

本文所揭示的技术可实行于ESI型号9900及9970机器上，该些机器使用诸如由Portland,Oregon的Electro Scientific industries Inc.(ESI)出售的基于检流计的光束定位系统。另外，本文所揭示的技术可实行于任何ESI基于检流计的划线、划割或标记镭射系统上。本文所揭示的技术亦可实行于采用可移动光束转向轴的任何ESI镭射系统上。

可实行并不与单向镭射扫描互斥的揭示于美国专利第6,586,707号、美国专利第6,841,482号、美国专利第7,947,575号、美国专利公开案第2011/0029124号及美国专利公开案第2014/0312013号中的包括光束轴移动、命令控制及镭射参数配方的镭射系统及镭射处理技术中任一者，使得镭射扫描方向与如本文所揭示的主要气流方向25对抵地斜向定向。美国专利第6,586,707号，美国专利第6,841,482号，美国专利第7,947,575号，美国专利公开案第2011/0029124号及美国专利公开案第2014/0312013号让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。

另外，可实行并不与单向镭射扫描互斥的揭示于美国专利第RE 43,400中的包括光束轴移动、命令控制及镭射参数配方的镭射系统及镭射处理技术中任一者，使得镭射扫描方向与如本文所揭示的主要气流方向25对抵地斜向定向。美国专利第RE 43,400号让渡给本申请案的受让人且藉由引用方式并入本文中。

扫描方向至气流方向技术亦可实行于使用多个光束来同时或顺序地进行镭射扫描的镭射系统上。在一些实施例中，可使用两个光束来在正交方向上提供扫描。

图18A为定向在扫描场14上使得累加气流相对于预期扫描路径16斜向地定向的气流总成62的示范性实施例的简化平面图。图18B为图18A中所示的气流总成62的顶部、后方及右侧等角视图。图18C为图18A中所示的气流总成62的底部、前方及左侧视图。参考图17、图18A、图18B及图18C，气流总成62可包括一或多个气体注入装置110，诸如气动刮刀，该一或多个气体注入装置可自排气导管116的排气入口部114跨于扫描场框架112定位。

气体注入装置110可使用单个喷嘴120或可类似地定向或不同地定向的多个喷嘴120。此外，每一喷嘴120可提供相同气体压力或速度及气流形状，或喷嘴120可提供不同压力或速度及气流形状。具有此等特性的喷嘴120可经预建立，或喷嘴120可为针对压力、速度及形状单独可调整的。此外，此类可单独控制的喷嘴120可由控制器94直接或间接控制。在一些实施例中，喷嘴120经定向来提供相对平行于工件12的表面88的平均气流。在一些实施例中，喷嘴120经定向来提供至少部分朝向工件12的表面88导向的气流。在一些实施例中，喷嘴适于提供朝向工件12的表面88扇风的气流分量及远离工件12的表面88扇风的气流分量。扇风角度不需要为相同的，且亦可由控制器直接或间接控制。构建至喷嘴120中的任何可变性位置变通性可由控制器94直接或间接控制。

气体注入装置110可藉由气体输入部122经由软管或来自压缩气源(未示出)的其他导管进料。流动穿过气体输入部122的空气压力可由控制器94直接或间接控制。由喷嘴120供应的气体速度亦可影响波纹。通常，较低气体输入速度较好地下降至非零值。通常，换言之，较低气体输入速度减少波纹。在一些实施例中，所使用的气体为氮、氧或在经由气体输入部122进料之前的空气(空气可经过滤)之一。将了解，气体可包括其他组成，且可使用任何类型的流体，诸如液体或气体。

扫描场框架112可将支撑气体注入装置110的气体注入支撑结构124实体连接至排气导管116的排气入口部114。通常，扫描场框架112界定大于扫描场14的区域或大于处理场15的区域的无障碍气流场123。在一些实施例中，扫描场框架14(或气流场123)的长度及宽度尺寸中的一或多个大于处理场15的对角线尺寸或大于扫描场14的直径或长轴。

在一些实施例中，扫描场框架112在扫描场框架112的气流场123上不具有介于边缘124a与124b之间的重叠顶部表面或介于边缘124c与124d之间的底部表面。在一些实施例中，然而，若表面对于镭射光束的波长为透明的，则扫描场框架112可使用介于边缘124a与124b之间的顶部覆盖表面。在一些实施例中，扫描场框架112使用介于边缘124a与124c之间的侧壁126a及/或介于边缘124b与124d之间的侧壁126b。

在一些实施例中，主要气流方向25平行于侧壁126a及126b中一者或两者，且扫描场框架112定位在工件12的表面88上方，使得工件12的迹道相对于主要气流方向25斜向定向。如先前所述，相对定向可藉由相对于处理场15及镭射微机械加工系统60将工件12的迹道定向于标准定向中，及藉由定向气流总成62(或尤其扫描场框架112)使得该气流总成相对于工件12的迹道的定向为斜向来达成。替代地，气流总成62(或尤其扫描场框架112)可经定向为与工件迹道的标准定向对准，但工件12可经定向使得该工件的迹道相对于处理场15的标准定向斜向地定向。

在一些实施例中，排气导管116可具有大体上平行于主要气流方向25的长轴。然而，在一些实施例中，排气导管116可在排气入口部114与排气出口部130之间具有一或多个角度，该排气出口部可直接或间接连接至真空源(未示出)。由真空源提供的真空吸入量可由控制器94直接或间接控制。气流总成62亦可使用在喷嘴附近或在排气导管116内的选择性的叶片阀或挡板134来导向气流且帮助碎屑移除。

气流总成62可经安装以相对于工件12具有独立移动。在一些实施例中，气流总成62可藉由安装支架132直接或间接(诸如经由接触板136，藉由任何类型的连接器诸如分接螺丝138)附接至镭射扫描头(或快速定位器头)或支撑修整光学器件(诸如扫描透镜85)的光具座，使得可与镭射扫描头的移动及镭射光束轴84相对于任何给定处理场15的开始位置协调地容易移动气流场123。将了解，安装支架132可在扫描场14与扫描场框架112之间提供位置调整，且/或提供气流总成62相对于工件12的表面88的尖端或倾斜调整。将亦了解，若扫描场14及气流总成62为可独立移动的(在整个工件12上的处理运转期间)，则该扫描场及该气流总成的相对移动或协调移动可由控制器94直接或间接控制。

如先前所述，排气入口部114相对于工件12的表面88的高度或高程亦可影响波纹。通常，较高为较好的，直至受真空拉力；引入气体的力、角度及高度；以及碎屑的组成及化学状态影响的限制。换言之，排气部114相对于工件12的表面88的高度高程的增加可减少波纹。在一些实施例中，气流总成62(或排气入口部114)的底部相对于工件12的表面88在高程方面可在1mm至20mm的范围内。在一些实施例中，气流总成62(或排气入口部114)的底部相对于工件12的表面88在高程方面可在2mm至10mm的范围内。在一些实施例中，气流总成62(或排气入口部114)的底部相对于工件12的表面88在高程方面可在3mm至7mm的范围内。在一些实施例中，气流总成62(或排气入口部114)的底部相对于工件12的表面88在高程方面可在4mm至6mm的范围内。当然，高程可相对于工件12的表面88小于1mm或大于20mm。在一些实施例中，空气喷嘴120朝向气流总成162的底部定位，且低于排气入口部114的横截面区域的主要部分。

前文是对本发明的仅少许实施例的说明且不应被理解为对本发明的限制。尽管已描述数个特定示例性实施例，但熟习此项技术者将容易理解在不实质上偏离本发明的新颖性教示及优点的情况下，对所揭示的示范性实施例以及其他实施例的诸多修改是可能的。

因此，所有此类修改意欲包括于如权利要求书中所界定的本发明的范畴内。举例而言，本领域技术人员将理解任一句子或段落的标的可与一些或所有其他句子或段落的标的组合，除此类组合互斥的情况外。

对熟习此项技术者将显而易见，可在不脱离本发明的基本原理的情况下，对上文所描述实施例的细节进行诸多变化。因而，本发的的范畴应由以下权利要求书以及包括在其中的权利要求的等效物来决定。

Claims (42)

1.一种用于增强由跨于一工件的镭射扫描引起的一镭射诱导材料效应的一边缘特性的方法，所述方法包括：

在一镭射处理系统的一处理站处相对地定向一镭射处理场及所述工件；

自一气体供应在跨于所述工件的一主表面的至少一部分的一气体输入方向上建立一气体输入流，其中所述气体输入流中的气体具有在所述气体输入方向上的一正气体输入速度；

自一真空源在跨于所述工件的所述主表面的所述至少一部分的一气体排出方向上建立一气体排出流，其中所述气体输入流及所述气体排出流跨于所述工件的所述主表面的所述至少一部分建立一主要气流方向；以及

当维持所述气体输入流及所述气体排出流时，在一镭射光束的一镭射光束处理轴相对于所述工件的相对移动的一第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束，其中所述镭射光束沿所述第一镭射扫描方向入射所述工件，其中所述第一镭射扫描方向与所述主要气流方向相对地斜向定向，

其中所述气体供应包含多个空气喷嘴，且所述真空源包含一排气入口部，

其中所述多个空气喷嘴以低于所述排气入口部的方式来定位。

2.如权利要求1的方法，进一步包括：

当维持所述气体输入流及所述气体排出流时，在一个别镭射光束处理轴相对于所述工件的相对移动的一第二镭射扫描方向上扫描镭射光束，其中所述第二镭射扫描方向与所述主要气流方向相对地斜向定向，其中所述第二镭射扫描方向横向于所述第一镭射扫描方向。

3.如权利要求2的方法，其中所述第二镭射扫描方向正交于所述第一镭射扫描方向。

4.如权利要求1的方法，其中所述第一镭射扫描方向相对于所述主要气流方向成一135°±22.5°角度。

5.如权利要求4的方法，其中所述第一镭射扫描方向相对于所述主要气流方向成一135°±11.25°角度。

6.如权利要求5的方法，其中所述第一镭射扫描方向相对于所述主要气流方向成一135°±5.125°角度。

7.如权利要求2的方法，其中所述第二镭射扫描方向相对于所述主要气流方向成一225°±22.5°角度。

8.如权利要求7的方法，其中所述第二镭射扫描方向相对于所述主要气流方向成一225°±11.25°角度。

9.如权利要求8的方法，其中所述第二镭射扫描方向相对于所述主要气流方向成一225°±5.125°角度。

10.如权利要求2的方法，其中所述主要气流方向在沿所述第一镭射扫描方向及所述第二镭射扫描方向的扫描期间保持大体上相同。

11.如权利要求1的方法，其中所述镭射诱导材料效应包括一锯口、标志、贯穿孔通孔、盲通孔、沟槽或削薄。

12.如权利要求1的方法，其中所述镭射诱导材料效应包括镭射烧蚀。

13.如权利要求1的方法，其中所述主要气流方向平行于第一处理站轴或与所述第一处理站轴共线，其中所述工件包括介于所述工件的特征、装置或晶粒之间的一组迹道，且其中该组迹道斜向地对准至所述第一处理站轴。

14.如权利要求1的方法，其中所述气体包括空气。

15.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束包括具有大于或等于2μJ的一脉冲能量的镭射脉冲。

16.如权利要求1的方法，其中扫描所述镭射光束包括以小于或等于5μm的一咬合大小将镭射脉冲递送至所述工件。

17.如权利要求1的方法，其中扫描所述镭射光束包括在所述工件的所述主表面处递送具有一光点大小的镭射脉冲，其中顺序镭射脉冲之间的一光点重叠小于或等于所述光点大小的50％。

18.如权利要求2的方法，其中在所述第二镭射扫描方向上扫描相同或不同镭射光束是跟随在小于或等于0.5秒内于所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束之后。

19.如权利要求1的方法，其中所述边缘特性包括直度、深度及光学密度中的一或多个。

20.如权利要求2的方法，其中所述镭射诱导材料效应沿所述第一镭射扫描方向及所述第二镭射扫描方向形成狭长扫描特征，其中所述狭长扫描特征展现具有小于0.5微米的一标准偏差的一垂直宽度。

21.如权利要求1的方法，其中所述镭射诱导材料效应沿所述第一镭射扫描方向形成一第一扫描特征，其中所述第一扫描特征具有相反第一主要边缘及第一次要边缘，其中所述边缘中的每一者表达为一个别平均笔直拟合线，其中每一边缘的水平峰值及谷值表达为相对于所述个别平均笔直拟合线的绝对值，其中每一边缘的所述绝对值与所述每一边缘的所述个别平均笔直拟合线的一标准偏差小于0.3微米。

22.如权利要求1的方法，其中在所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束使用以下各者中的一或多个：一检流计驱动镜、一快速转向镜、一旋转多边形扫描器及一声光装置。

23.如权利要求1的方法，其中在所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束使用一或多个检流计驱动镜。

24.如权利要求1的方法，其中沿所述主要气流方向的累加气流在于相对移动的所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束的步骤期间为连续的。

25.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束经扫描达多遍的一扫描集合以形成具有一特征长度及一特征宽度的一狭长扫描特征，其中用来产生所述狭长扫描特征的镭射扫描的每一遍在所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束，且其中所述扫描集合中每一遍的所述镭射诱导材料效应重叠所述扫描集合中另一遍的至少一个。

26.如权利要求25的方法，其中所述多遍包括至少一第一遍及一最后遍，其中所述狭长扫描特征具有相反狭长主要边缘及狭长次要边缘以及与所述狭长主要边缘及所述狭长次要边缘等距的一中线，其中所述扫描集合的所述第一遍经定位相较于所述狭长主要边缘及所述狭长次要边缘更接近所述中线，且其中所述最后遍位于所述狭长主要边缘及所述狭长次要边缘的一处。

27.如权利要求25的方法，其中所述多遍包括至少一第一遍及一最后遍，其中所述狭长扫描特征具有相反狭长主要边缘及狭长次要边缘以及与所述狭长主要边缘及所述狭长次要边缘等距的一中线，且其中所述第一遍位于所述狭长主要边缘及所述狭长次要边缘的一处，且其中所述扫描集合中的所述最后遍经定位相较于所述狭长主要边缘及所述狭长次要边缘中任一者更接近所述中线。

28.如权利要求25的方法，其中一划线藉由所述扫描集合中的每一遍形成，其中所述扫描集合中的大多数所述遍产生相对于依时间顺序产生的划线不重叠的划线。

29.如权利要求25的方法，其中所述多遍包括至少第一遍及第二遍，且其中所述第一遍及所述第二遍使用不同镭射参数配方。

30.如权利要求1的方法，其中在所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束的期间，所述镭射光束处理轴处于运动中。

31.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在一扫描场内移动，其中所述扫描场包括所述镭射处理场，所述镭射处理场在面积方面小于或等于所述扫描场，其中沿所述主要气流方向的累加气流相对于围绕所述镭射处理场的流动力学经最大化，且其中在所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束的一速度相对于达成所述镭射诱导材料效应的合意品质的一参数配方经最大化。

32.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在一扫描场内移动，其中所述扫描场包括所述镭射处理场，所述镭射处理场在面积方面小于或等于所述扫描场，其中沿所述主要气流方向的累加气流在所述工件上行进大于所述镭射处理场的一长轴尺寸的一半的一距离。

33.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在镭射处理期间具有相对于所述工件的一光束位置，且其中沿所述主要气流方向的累加气流在所述工件上行进独立于相对于所述工件的所述光束位置的一距离。

34.如权利要求1的方法，其中在相对移动的所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束的步骤包括在于相对移动的一第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或一不同镭射光束的步骤之前沿所述第一镭射扫描方向上的多个平行扫描路径扫描所述镭射光束。

35.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在一扫描场内移动，其中所述扫描场包括所述镭射处理场，所述镭射处理场在面积方面小于或等于所述扫描场，其中所述镭射处理场具有一矩形周边，且其中所述第一镭射扫描方向平行于所述镭射处理场的一对角线轴。

36.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在一扫描场内移动，其中所述扫描场包括所述镭射处理场，所述镭射处理场在面积方面小于或等于所述扫描场，其中所述镭射处理场具有二等分所述镭射处理场的一长轴的一长轴尺寸，其中所述气体输入方向大体上垂直于所述镭射处理场的所述长轴，其中沿所述气体输入方向行进的一气流体积具有垂直于所述气体输入方向的一流动宽度尺寸，且其中所述流动宽度尺寸大于所述长轴尺寸。

37.如权利要求36的方法，其中所述镭射处理场在面积方面小于或等于所述扫描场，或所述长轴等于所述镭射处理场的一对角线轴。

38.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在于相对移动的所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束的步骤期间具有连续运动。

39.如权利要求1的方法，其中所述镭射光束处理轴在一扫描场内移动，其中在相对移动的所述第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束的步骤及在一第二镭射扫描方向上扫描相同镭射光束或一不同镭射光束的步骤各自在维持所述气体输入流及所述气体排出流的所述主要气流方向时于所述工件上的多个相邻扫描场上进行。

40.如权利要求1的方法，其中所述工件包括具有一特征定向的一或多个特征，其中所述处理站具有带有一第一处理站轴及正交于所述第一处理站轴的一第二处理站轴的一处理站定向，其中所述镭射光束处理轴在一扫描场内移动，所述扫描场具有带有一第一扫描场轴及正交于所述第一扫描场轴的一第二扫描场轴的一扫描场定向，且其中所述特征定向相对于所述处理站定向或所述扫描场定向来定向。

41.一种用于处理一工件的镭射处理系统，所述工件具有一主表面及形成于所述主表面上的一或多个特征，其中所述主表面具有一表面面积，且其中所述镭射处理系统提供一镭射处理场，所述镭射处理场具有带有一第一处理场轴及正交于所述第一处理场轴的一第二处理场轴的一处理场定向，所述镭射处理系统包括：

一处理站，其具有带有一第一处理站轴及正交于所述第一处理站轴的一第二处理站轴的一处理站定向；

一卡盘，其适于将所述工件置放在所述处理站中，所述工件在所述处理站处是可定位的，使得所述特征中至少一个是相对于所述处理站定向或所述处理场定向来定向；

一镭射，其适于产生一镭射光束；

一光束定位系统，其包括用于支撑所述卡盘或所述工件的一或多个台，所述光束定位系统亦包括一定位器，所述定位器具有小于所述工件的一扫描场，其中所述镭射处理场在所述扫描场内，使得所述镭射处理场在面积方面小于或等于所述扫描场，其中所述光束定位系统适于将所述镭射处理场定位在所述工件上的多个相邻位置中，且其中所述光束定位系统适于沿一镭射光束处理轴扫描所述镭射光束，以入射所述工件；

一气流总成，其包括一气体输入流装置，所述气体输入流装置适于建立一气体输入流，所述气体输入流在跨于位于所述工件的所述主表面的一部分上的至少所述镭射处理场的一气体输入方向上具有一正气体输入速度，其中所述气流总成亦包括一气体排出部，所述气体排出部适于在跨于位于所述工件的所述主表面的所述部分上的至少所述镭射处理场的一气体排出方向上建立一气体排出流，其中所述气体输入流及所述气体排出流适于建立跨于位于所述工件的所述主表面的所述部分上的至少所述镭射处理场的一主要气流方向，其中所述气体输入流及所述气体排出流适于配合来跨于位于所述工件的所述主表面的所述部分上的至少所述镭射处理场提供累加气流特性，其中所述气体输入流装置包含多个空气喷嘴，且其中所述多个空气喷嘴以低于所述气体排出部的方式来定位；以及

一控制器，其适于在所述镭射处理场内且在维持所述气体输入流及所述气体排出流时，控制在所述镭射光束的所述镭射光束处理轴相对于所述工件的相对移动的一第一镭射扫描方向上扫描所述镭射光束，使得所述第一镭射扫描方向与所述主要气流方向相对地斜向定向，且使得所述镭射光束沿所述第一镭射扫描方向入射所述工件，从而沿所述第一镭射扫描方向影响镭射材料。

42.如权利要求41的镭射处理系统，其中所述气流总成适于结合所述扫描场的移动来移动，使得在所述工件上的多个扫描场上维持所述主要气流方向。

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