CN110139727B - 用于延长镭射处理设备中的光学器件生命期的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用于延长光学组件的生命期的方法及设备。沿着与扫描透镜相交的光束路径引导镭射能量光束，该镭射能量光束可透射穿过该扫描透镜。可使该光束路径在该扫描透镜的扫描区域内偏转，以用由该扫描透镜透射的该镭射能量处理工件。当处理工件时，该扫描区域可移位至该扫描透镜内的不同位置，例如，以延迟或避免镭射引发的损坏累积在该扫描透镜内。

Description

用于延长镭射处理设备中的光学器件生命期的方法和系统

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2016年12月30日申请的美国临时申请案第62/440,925号的权益，该案以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

在镭射处理设备内，诸如反射镜、透镜(例如，中继透镜、扫描透镜等)、扩束器等光学组件配置于光束路径内，镭射能量可沿着该光学路径传播。随时间推移，沿着光束路径传播的镭射能量损害光学组件。通常，此损害被称为「镭射引发的损害」且可表示为材料软化、熔融、蒸发、翘曲、凹陷、开裂、碎裂等。

一般而言，假设入射的镭射能量光束的能量含量足够高，则镭射引发的损害可由于镭射能量的热吸收、由于非线性吸收(例如，多光子吸收、突崩游离等)或其一组合而出现。热吸收通常与连续波(continuous wave；CW)辐射或脉冲持续时间大于10ms的激光脉冲相关联，且激光脉冲以高脉冲重复率产生。非线性吸收由于使用了具有超短脉冲持续时间(亦即，持续时间通常小于几十个ps)的高强度激光脉冲而出现。除脉冲持续时间及脉冲重复率以外，镭射引发的损害亦可取决于一或多个其他因素，诸如镭射能量光束的空间强度剖面、时间脉冲剖面以及波长。

传统上，对镭射处理设备内的光学组件造成的镭射引发的损害已借由仅替换任何受损光学组件解决。直至光学组件需要替换为止的时间可借由使用光学器件冲洗及碎片移除技术来延迟，但光学组件最终仍然需要替换。另外，替换光学组件、尤其扫描透镜的代价巨大。

发明内容

在一个具体实例中，一种方法的特性可在于其包括：产生镭射能量光束；沿着与扫描透镜相交的光束路径引导该镭射能量光束；使该镭射能量光束传播穿过该扫描透镜；使该光束路径在该扫描透镜的第一区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束处理第一工件；及在使该光束路径在该扫描透镜的该第一区域内偏转之后，使该光束路径在该扫描透镜的第二区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束处理第二工件。

在一个具体实例中，一种方法的特性可在于其包括：产生镭射能量光束；沿着与扫描透镜相交的光束路径引导该镭射能量光束；使该镭射能量光束传播穿过该扫描透镜；使该光束路径在该扫描透镜的第一区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束处理第一工件；及在使该光束路径在该扫描透镜的该第一区域内偏转之后，使该光束路径在该扫描透镜的第二区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束处理该第一工件。

在另一具体实例中，一种方法的特性可在于其包括：产生镭射能量光束；沿着与扫描透镜相交的光束路径引导该镭射能量光束；使该镭射能量光束传播穿过该扫描透镜；使该光束路径在该扫描透镜的扫描区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束处理第一工件，其中该扫描区域占据该扫描透镜的第一区域；及在使该光束路径在该扫描透镜的该第一区域内偏转之后，使该扫描区域沿着移位方向移位以使得该扫描区域占据该扫描透镜的第二区域，且使该光束路径在该扫描透镜的该第二区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束处理该第一工件。

在另一具体实例中，一种设备的特性可在于其包括：镭射源，其经组态以产生镭射能量光束，该镭射能量光束可沿着光束路径传播；扫描透镜，其配置于该光束路径内；至少一个定位器，其配置于该光束路径内且经组态以使该光束路径相对于该扫描透镜偏转；选择性地，至少一个定位器，其经组态以支撑工件且使该工件相对于该扫描透镜移动；及控制器，其以通信方式耦接至该至少一个定位器。该控制器的特性可在于其包括：处理器，其经组态以产生一或多个控制信号，该至少一个定位器对该一或多个控制信号有响应；及可由该处理器存取的计算机内存，其中该计算机内存在其上储存有指令，这些指令在由该处理器执行时使该设备执行如在以上段落中例示性地描述的方法。

附图说明

图1示意性地说明根据一个具体实例的用于处理工件的设备。

图2根据一个具体实例说明包括于图1所示的设备中的扫描透镜的传播区域内的扫描区域。

图3说明根据一个具体实例的图2所示的传播区域内的扫描区域的例示性配置。

图4说明根据另一具体实例的图2所示的传播区域内的扫描区域的例示性配。

具体实施方式

在本文中参看随附图式来描述实例具体实例。除非另外明确地陈述，否则在图式中，组件、特征、组件等的大小、位置等以及其间的任何距离未必依据比例，而是出于明晰的目的加以夸示。在图式中，相同数字通篇指相同组件。因此，可能参考其他图式来描述相同或类似数字，即使这些数字在对应图式中未提及亦未描述。又，即使未经参考数字指示的组件亦可参考其他图式加以描述。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实例具体实例的目的，而不欲为限制性的。除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术及科学术语)具有一般熟习此项技术者通常所理解的相同意义。如本文中所使用，除非上下文另外明确地指示，否则单数形式「一」及「该」意欲亦包括多数形式。应认识到，术语「包含」在用于本说明书中时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件及/或组件的存在，但不排除一或多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、组件及/或其群组的存在或添加。除非另外指定，否则在叙述值范围时，值范围包括该范围的上限及下限两者以及在其间的任何子范围。除非另外指示，否则诸如「第一」、「第二」等术语仅用于区别一个组件与另一组件。举例而言，一个节点可称为「第一节点」，且类似地，另一节点可称为「第二节点」，或反之亦然。

除非另外指示，否则术语「约」、「上下」等意谓量、大小、配方、参数及其他量及特性并非且不必为精确的，而视需要可为大致的及/或更大或更小，从而反映容限、转换因子、舍入、量测误差及其类似者，以及熟习此项技术者已知的其他因素。空间相对术语，诸如「下方」、「底下」、「下」、「上方」及「上」以及其类似者可为易于描述而在本文中用以描述一个组件或特征与另一组件或特征的关系，如图式中所说明。应认识到，这些空间相对术语意欲涵盖除图式中所描绘的定向之外的不同定向。举例而言，若图式中的对象翻转，则描述为「在其他组件或特征下方」或「在其他组件或特征底下」的组件将定向「在其他组件或特征上方」。因此，例示性术语「在……下方」可涵盖「在……上方」及「在……下方」的定向两者。对象可以其他方式定向(例如，旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相对描述词可相应地加以解释。

本文中所使用的章节标题仅用于组织目的，且除非另外明确地陈述，否则该等章节标题不应被理解为限制所描述的目标。应了解，许多不同形式、具体实例及组合是可能的，而不会背离本发明的精神及教示，且因此，本发明不应被视为限于本文中所阐述的实例具体实例。确切而言，提供这些实例及具体实例，使得本发明将为透彻且完整的，且将向熟习此项技术者充分传达本发明的范畴。

I.概述

本文中所描述的具体实例大体上关于用于镭射处理(或者，更简单地，「处理」)工件的方法及设备。通常，处理借由用镭射辐射辐照工件来完全或部分地实现，以使形成工件所用的一或多种材料受热、熔融、蒸发、切除、开裂、褪色、抛光、变粗糙、碳化、发泡，或以其他方式修改该一或多种材料的一或多个性质或特性(例如，关于化学组成、原子结构、离子结构、分子结构、电子结构、微结构、奈米结构、密度、黏度、折射率、磁导率、相对电容率、纹理、色彩、硬度、电磁辐射透射率或其类似者或其任何组合)。待处理的材料在处理之前或期间可存在于工件的外部，或在处理之前或期间可完全位于工件内(亦即，不存在于工件的外部)。

可由用于镭射处理的所揭示设备进行的处理的特定实例包括过孔钻孔或其他孔形成、切割、穿孔、焊接、刻划、雕刻、标记(例如，表面标记、次表面标记等)、镭射引发的正向传送、清洗、漂白、明亮像素维修(例如，彩色滤光片暗化、修改有机发光二极管材料等)、除去涂层、表面纹理化(例如，粗糙化、平滑化等)或其类似物或其任何组合。因此，作为处理的结果，可形成于工件上或内的一或多个特征可包括开口、槽、过孔或其他孔、凹槽、沟槽、切割道、锯口、凹陷区域、导电迹线、欧姆触点、光阻图案、人工或机器可读标记(例如，由具有一或多个视觉上或质地上可区分的特性的工件中或上的一或多个区域组成)或其类似物，或其任何组合。当自俯视平面图观察时，诸如开口、槽、过孔、孔等的特征可具有任何合适或合乎需要的形状(例如，圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、环形，或其类似形状或其任何组合)。此外，诸如开口、槽、过孔、孔等的特征可完全延伸穿过工件(例如，从而形成所谓的「通孔」、「穿孔」等)或仅部分地延伸穿过工件(例如，从而形成所谓的「盲孔(blind via)」、「非贯穿孔(blind hole)」等)。

可处理的工件的特性通常在于由一或多种金属、聚合物、陶瓷、复合物或其任何组合(例如，不论是否为合金、化合物、混合物、溶液、复合物等)形成。可处理的工件的特定实例包括印刷电路板(printed circuit board；PCB)的面板(在本文中亦被称作「PCB面板」)、PCB、挠性印刷电路(flexible printed circuit；FPC)、集成电路(integrated circuit；IC)、IC封装(ICP)、发光二极管(light-emitting diode；LED)、LED封装、半导体晶圆、电子或光学装置基板(例如，由以下材料形成的基板：Al₂O₃、AlN、BeO、Cu、GaAS、GaN、Ge、InP、Si、SiO₂、SiC、Si_1-xGe_x(其中0.0001<x<0.9999)或其类似材料或其任何组合或合金)、引线框架、引线框架坯料、由塑料、未强化玻璃、热强化玻璃、化学强化玻璃(例如，经由离子交换制程)、石英、蓝宝石、塑料、硅等形成的物品、电子显示器的组件(例如，上面形成有以下各物的基板：TFT、彩色滤光片、有机LED(OLED)数组、量子点LED数组，或其类似物或其任何组合)、透镜、反射镜、屏幕保护器、涡轮叶片、粉末、薄膜、箔片、板、模具(例如，蜡模、用于射出模制制程的模具、熔模铸造制程等)、织物(编织品、毡织品等)、手术器械、医疗植入物、消费型包装产品、鞋、脚踏车、汽车、汽车或航空零件(例如，框架、车身板等)、器具(例如，微波炉、烤箱、冰箱等)、(例如，手表、计算机、智能电话、平板计算机、可穿戴电子装置或其类似物或其任何组合的)的装置外壳。

因此，可处理的材料包括：一或多种金属，诸如Al、Ag、Au、Cu、Fe、In、Mg、Pt、Sn、Ti或其类似物或其任何组合(例如，不论是否为合金、复合物等)；导电金属氧化物(例如，ITO等)、透明的导电聚合物、陶瓷、蜡、树脂、无机介电材料(例如，用作层间介电结构，诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其类似物或其任何组合)、低k介电材料(例如，甲基倍半氧硅烷(MSQ)、三氧化硅烷(HSQ)、氟化正硅酸四乙酯(FTEOS)或其类似物或其任何组合)、有机介电材料(例如，SILK、苯并环丁烯、Nautilus(全部由Dow制造)、聚四氟乙烯(由DuPont制造)、FLARE(由Allied Chemical制造)或其类似物或其任何组合)、玻璃纤维、聚合材料(聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚缩醛、聚碳酸酯、改质聚苯醚、聚丁烯对苯二甲酸酯、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、液晶聚合物、丙烯腈丁二烯苯乙烯及其任何化合物、复合物或合金)、皮革、纸张、累积材料(例如，味之素累积膜，亦被称作「ABF」等)、玻璃加强型环氧树脂积层(例如，FR4)、预浸体、阻焊剂或其类似物或其任何复合物、积层或其他组合。

II.系统-概述

图1示意性地说明根据本发明的一个具体实例的用于处理工件的设备。

参考图1所示的具体实例，用于处理工件的设备100包括用于产生激光脉冲的镭射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、扫描透镜112以及控制器114。

鉴于随后的描述，应认识到，包括第一定位器106是可选的(亦即，设备100不需要包括第一定位器106)，其条件为设备100包括第二定位器108、第三定位器110或其一组合。同样，应认识到，包括第二定位器108是可选的(亦即，设备100不需要包括第二定位器108)，其条件为设备100包括第一定位器106、第三定位器110或其一组合。最后，类似地，应认识到，包括第三定位器110是可选的(亦即，设备100不需要包括第三定位器110)，其条件为设备100包括第一定位器106、第二定位器108或其一组合。

虽然未说明，但设备100亦包括一或多个光学组件(例如，扩束器、光束整形器、孔隙、滤光片、准直仪、透镜、反射镜、偏光器、波片、绕射光学组件、折射光学组件或其类似物或其任何组合)，以对由镭射源104产生的沿着一或多个光束路径(例如，光束路径116)到达扫描透镜112的激光脉冲进行聚焦、扩展、准直、整形、偏光、滤光、分割、组合、裁剪或另外修改、调节、引导、监视或量测。应进一步了解，可提供前述组件中的一或多者，或设备100可进一步包括一或多个额外组件，如以下各者中所揭示：美国专利第4,912,487号、第5,633,747号、第5,638,267号、第5,751,585号、第5,847,960号、第5,917,300号、第6,314,473号、第6,430,465号、第6,700,600号、第6,706,998号、第6,706,999号、第6,816,294号、第6,947,454号、第7,019,891号、第7,027,199号、第7,133,182号、第7,133,186号、第7,133,187号、第7,133,188号、第7,245,412号、第7,259,354号、第7,611,745号、第7,834,293号、第8,026,158号、第8,076,605号、第8,158,493号、第8,288,679号、第8,404,998号、第8,497,450号、第8,648,277号、第8,680,430号、第8,847,113号、第8,896,909号、第8,928,853号、第9,259,802号；或前述美国专利申请案第2014/0026351号、第2014/0197140号、第2014/0263201号、第2014/0263212号、第2014/0263223号、第2014/0312013号；或德国专利第DE102013201968B4号；或国际专利申请案公告第WO2009/087392号；或其任何组合，其中的每一者以全文引用的方式并入本文中。

透射穿过扫描透镜112的激光脉冲沿着束轴传播，从而被递送至工件102。递送至工件102的激光脉冲的特性可在于其具有高斯型空间强度剖面或非高斯型(亦即，「成形」)空间强度剖面(例如，「顶帽型」空间强度剖面)。与空间强度剖面的类型无关，空间强度剖面的特性亦可在于沿着束轴(或光束路径116)传播的激光脉冲的形状(亦即，截面形状)，该形状可为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、六边形、环形等或任意形状。如本文所使用，术语「光点大小」指递送的激光脉冲在束轴穿过至少部分地待由递送的激光脉冲处理的工件102的一区域所在的位置(亦被称作「处理光点」、「光点位置」，或更简单地，「光点」)处的直径或最大空间宽度。本文中出于论述的目的，将光点大小量测为自束轴至束轴上的光学强度下降至至少光学强度的1/e²的位置处的径向或横向距离。一般而言，激光脉冲的光点大小会在光束腰处达到最小值。

递送的激光脉冲的特性可在于以在2μm至200μm范围内的光点大小照射工件102。然而，应了解，可使光点大小小于2μm或大于200μm。因此，递送至工件102的至少一个激光脉冲可具有大于、小于或等于以下各值的光点大小：2μm、3μm、5μm、7μm、10μm、15μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、80μm、100μm、150μm、200μm等，或这些值中的任一者之间的值。在一个具体实例中，递送至工件102的激光脉冲可具有在25μm至60μm范围内的光点大小。在另一具体实例中，递送至工件102的激光脉冲可具有在35μm至50μm范围内的光点大小。

A.镭射源

一般而言，镭射源104操作以产生激光脉冲。因而，镭射源104可包括脉冲镭射源、CW镭射源、QCW镭射源、丛发模式镭射或其类似物或其任何组合。在镭射源104包括QCW或CW镭射源的情况下，镭射源104可进一步包括一脉冲闸控单元(例如，声光(acousto-optic；AO)调变器(AOM)、光束斩波器等)以在时间上调变自QCW或CW镭射源输出的镭射辐射光束。虽然未说明，但设备100可选择性地包括经组态以转换由镭射源104输出的光波长的一或多个谐波产生晶体(亦被称作「波长转换晶体」)。在另一具体实例中，镭射源104可提供为QCW镭射源或CW镭射源且不包括脉冲闸控单元。因此，最终递送至工件102的镭射能量(不论提供为一系列激光脉冲或CW光束等)的特性可在于其具有在电磁波谱的紫外线(UV)、可见光(例如，紫色、蓝色、绿色、红色等)或红外线(IR)范围中的一或多者中的一或多个波长。电磁波谱的UV范围中的镭射光可具有在10nm(或上下)至385nm(或上下)范围内的一或多个波长，诸如10nm、121nm、124nm、157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nm等，或这些值中的任一者之间的值。电磁波谱的可见绿色范围中的镭射光可具有在500nm(或上下)至570nm(或上下)范围内的一或多个波长，诸如511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nm等，或这些值中的任一者之间的值。电磁波谱的IR范围中的镭射光可具有在750nm(或上下)至15μm(或上下)范围内的一或多个波长，诸如700nm至1000nm、752.5nm、780nm至1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nm至1350nm、1540nm、2.6μm至4μm、4.8μm至8.3μm、9.4μm、10.6μm等，或这些值中的任一者之间的值。

由镭射源104输出的激光脉冲可具有在10fs至900ms范围内的脉宽或脉冲持续时间(亦即，基于脉冲光功率对时间的半峰全幅值(full-width at half-maximum；FWHM))。然而，应了解，可使脉冲持续时间小于10fs或大于900ms。因此，由镭射源104输出的至少一个激光脉冲可具有小于、大于或等于以下各值的脉冲持续时间：10fs、15fs、30fs、50fs、100fs、150fs、200fs、300fs、500fs、700fs、750fs、800fs、850fs、900fs、950fs、1ps、2ps、3ps、4ps、5ps、7ps、10ps、15ps、25ps、50ps、75ps、100ps、200ps、500ps、1ns、1.5ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns、200ns、400ns、800ns、1000ns、2μs、5μs、10μs、50μs、100μs、300μs、500μs、900μs、1ms、2ms、5ms、10ms、20ms、50ms、100ms、300ms、500ms、900ms、1s等，或这些值中的任一者之间的值。

由镭射源104输出的激光脉冲可具有在5mW至50kW范围内的平均功率。然而，应了解，可使平均功率小于5mW或大于50kW。因此，由镭射源104输出的激光脉冲可具有小于、大于或等于以下各值的平均功率：5mW、10mW、15mW、20mW、25mW、50mW、75mW、100mW、300mW、500mW、800mW、1W、2W、3W、4W、5W、6W、7W、10W、15W、18W、25W、30W、50W、60W、100W、150W、200W、250W、500W、2kW、3kW、20kW、50kW等，或这些值中的任一者之间的值。

激光脉冲可由镭射源104以在5kHz至1GHz范围内的脉冲重复率输出。然而，应了解，可使脉冲重复率小于5kHz或大于1GHz。因此，激光脉冲可由镭射源104以小于、大于或等于以下各值的脉冲重复率输出：5kHz、50kHz、100kHz、175kHz、225kHz、250kHz、275kHz、500kHz、800kHz、900kHz、1MHz、1.5MHz、1.8MHz、1.9MHz、2MHz、2.5MHz、3MHz、4MHz、5MHz、10MHz、20MHz、50MHz、70MHz、100MHz、150MHz、200MHz、250MHz、300MHz、350MHz、500MHz、550MHz、700MHz、900MHz、2GHz、10GHz等，或这些值中的任一者之间的值。

除波长、脉冲持续时间、平均功率及脉冲重复率之外，递送至工件102的激光脉冲的特性亦可在于诸如脉冲能量、峰值功率等的一或多个其他特性，其可经选择(例如，选择性地基于诸如波长、脉冲持续时间、平均功率及脉冲重复率等的一或多个其他特性)而以足以处理工件102(例如，以形成具有一或多个所要特性的一或多个特征)的光学强度(以W/cm²量测)、通量(以J/cm²量测)等辐照处于处理光点的工件102。

镭射源104的镭射类型的实例的特性可在于气体镭射(例如，二氧化碳镭射、一氧化碳镭射、准分子镭射等)、固态镭射(例如，Nd:YAG镭射等)、棒状镭射、纤维镭射、光子晶体棒状/纤维镭射、被动模式锁定的固态块状或纤维镭射、染料镭射、模式锁定的二极管镭射、脉冲镭射(例如，ms、ns、ps、fs脉冲镭射)、CW镭射、QCW镭射或其类似物或其任何组合。视该等镭射的组态而定，气体镭射(例如，二氧化碳镭射等)可经组态以在一或多个模式下(例如，在CW模式、QCW模式、脉冲模式或其任何组合下)操作。可提供作为镭射源104的镭射源的特定实例包括一或多个镭射源，诸如：由EOLITE制造的BOREAS、HEGOA、SIROCCO或CHINOOK系列镭射；由PYROPHOTONICS制造的PYROFLEX系列镭射；由COHERENT制造的PALADIN进阶355或DIAMOND系列(例如，DIAMOND E-、G-、J-2、J-3、J-5系列)镭射；由SYNRAD制造的PULSTAR-或FIRESTAR-系列镭射；TRUFLOW-系列镭射(例如，TRUFLOW 2000、2700、3000、3200、3600、4000、5000、6000、7000、8000、10000、12000、15000、20000)、TRUCOAX-系列镭射(例如，TRUCOAX 1000)或TRUDISK-、TRUPULSE-、TRUDIODE-、TRUFIBER-或TRUMICRO-系列镭射，这些镭射全部由TRUMPF制造；由IMRA AMERICA制造的FCPA μJEWEL或FEMTOLITE系列镭射；由AMPLITUDE SYSTEMES制造的TANGERINE及SATSUMA系列镭射(及MIKAN及T-PULSE系列振荡器)；由IPG PHOTONICS制造的CL-、CLPF-、CLPN-、CLPNT-、CLT-、ELM-、ELPF-、ELPN-、ELPP-、ELR-、ELS-、FLPN-、FLPNT-、FLT-、GLPF-、GLPN-、GLR-、HLPN-、HLPP-、RFL-、TLM-、TLPN-、TLR-、ULPN-、ULR-、VLM-、VLPN-、YLM-、YLPF-、YLPN-、YLPP-、YLR-、YLS-、FLPM-、FLPMT-、DLM-、BLM-或DLR-系列镭射(例如，包括GPLN-100-M、GPLN-500-QCW、GPLN-500-M、GPLN-500-R、GPLN-2000-S等)，或其类似物或其任何组合。

B.第一定位器

第一定位器106配置、定位或以其他方式安置于光束路径116中且操作以对由镭射源104产生的激光脉冲进行绕射、反射、折射或其类似处理或其任何组合(亦即，以使激光脉冲「偏转」)，从而赋予光束路径116(例如，相对于扫描透镜112)的移动且因此赋予束轴相对于工件102的移动。一般而言，第一定位器106经组态以赋予束轴相对于工件102沿着X及Y轴(或方向)的移动。虽然未说明，但X轴(或X方向)应理解为指正交于所说明的Y及Z轴(或方向)的轴线(或方向)。

如第一定位器106所赋予的束轴相对于工件102的移动通常受限制，以使得处理光点可于在X及Y方向上在0.01mm至4.0mm之间延伸的第一扫描场或「第一扫描范围」内经扫描、移动或以其他方式定位。然而，应了解，第一扫描范围可在X或Y方向中的任一者上延伸小于0.01mm或多于4.0mm(例如，取决于一或多个因素，诸如第一定位器106的组态、第一定位器106沿着光束路径116的位置、入射于第一定位器106上的激光脉冲的光束大小、光点大小等)。因此，第一扫描范围可在X或Y方向中的任一者上延伸一距离，该距离小于、大于或等于以下各值：0.01mm、0.04mm、0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.4mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.2mm、5mm、10mm、25mm、50mm、70mm等，或这些值中的任一者之间的值。如本文中所使用，术语「光束大小」指激光脉冲的直径或宽度，且可量测为自束轴至沿着光束路径116的传播轴在线的光学强度下降至光学强度的1/e²的位置处的径向或横向距离。因此，在一些具体实例中，第一扫描范围的最大尺寸(例如，在X或Y方向或其他方向上)可大于或等于待形成于工件102中的特征(例如，开口、凹陷、过孔、沟槽等)的对应最大尺寸(在X-Y平面中量测)。然而，在另一具体实例中，第一扫描范围的最大尺寸可小于待形成的特征的最大尺寸。

一般而言，第一定位器106能够将处理光点定位在第一扫描范围内的任何位置处(因此使束轴移动)时的速率(亦被称作「定位速率」)在50kHz(或上下)至250MHz(或上下)范围内。此范围在本文中亦被称作第一定位带宽。然而，应了解，第一定位带宽可小于50kHz或大于250MHz。定位速率的倒数在本文中被称作「定位周期」且指将处理光点位置自第一扫描范围内的一个位置改变至第一扫描范围内的任何其他位置所必需的最小时间量。因此，第一定位器106的特性可在于在20μs(或上下)至0.004μs(或上下)范围内的定位周期。在一个具体实例中，第一定位带宽在100KHz(或上下)至10MHz(或上下)范围内。举例而言，第一定位带宽为2MHz(或上下)、1MHz(或上下)等。

第一定位器106可提供作为微机电系统(MEMS)反射镜或反射镜数组、声光(AO)偏转器(AOD)系统、电光偏转器(electro-optic deflector；EOD)系统、并有压电致动器、电致伸缩致动器、音圈致动器的快速控制反射镜(fast-steering mirror；FSM)组件、检流计反射镜系统、旋转多边形扫描仪等，或其类似物或其任何组合。在一个具体实例中，第一定位器106提供作为一AOD系统，其包括至少一个(例如，一个、两个等)单元件AOD系统、至少一个(例如，一个、两个等)相控数组AOD系统，或其类似物或其任何组合。两种AOD系统包括由诸如晶体Ge、PbMoO₄或TeO₂、玻璃态SiO₂、石英、As₂S₃等的材料形成的AO单元格。如本文中所使用，「单元件」AOD系统指仅具有声学耦接至AO单元格的单一超音波传感器组件的AOD系统，而「相控数组」AOD系统包括声学耦接至共享AO单元格的至少两个超音波传感器组件的相控数组。

如一般技术者将认识到，AO技术(例如，AOD、AOM等)利用由传播穿过AO单元格的声波造成的绕射效应来调变同时传播穿过AO单元格的光波(在本申请案的上下文中，亦即镭射能量光束)的一或多个特性。通常，AO单元格能够在同一区域中支持声波及光波两者。声波给予AO单元格中的折射率扰动。声波通常借由在一或多个RF频率下驱动超音波传感器组件而发射至AO单元格中。借由控制声波的特性(例如，幅度、频率、相位等)，传播光波的一或多个特性可受到可控调变以赋予光束路径116(例如，相对于扫描透镜112)的移动。亦应认识到，发射至AO单元格中的声波的特性可使用熟知技术来控制，以使镭射能量光束中的能量在光束通过AO单元格时衰减。因此，AOD系统亦可经操作以调变最终递送至工件102的激光脉冲的脉冲能量(及相应地调变通量、峰值功率、光学强度、平均功率等)。

AOD系统中的任一者可借由使光束路径116偏转而提供作为单轴线AOD系统(例如，组态赋予束轴沿着单一方向的移动)或作为多轴线AOD系统(例如，组态赋予束轴沿着例如X及Y方向的多个方向的移动)。一般而言，多轴线AOD系统可提供作为多单元格系统或单一单元格系统。多单元格多轴线系统通常包括多个AOD系统，每一系统经组态以赋予束轴沿着不同轴线的移动。举例而言，多单元格多轴线系统可包括经组态以赋予束轴沿着X方向的移动的第一AOD系统(例如，单元件或相控数组AOD系统)(例如，「X轴AOD系统」)，及经组态以赋予束轴沿着Y方向的移动的第二AOD系统(例如，单元件或相控数组AOD系统)(例如，「Y轴AOD系统」)。单一单元格多轴线系统(例如，「X/Y轴AOD系统」)通常包括经组态以赋予束轴沿着X及Y方向的移动的单一AOD系统。举例而言，单一单元格系统可包括声学耦接至共享AO单元格的不同平面、刻面、侧边等的至少两个超音波传感器组件。

C.第二定位器

类似于第一定位器106，第二定位器108安置于光束路径116中且操作以对由镭射源104产生且由第一定位器106传递的激光脉冲进行绕射、反射、折射或其类似处理或其任何组合，从而经由光束路径116相对于扫描透镜112的移动赋予束轴(例如，沿着X方向、Y方向或其任何组合)相对于工件102的移动。如第二定位器108所赋予的束轴相对于工件102的移动通常受限制，以使得处理光点可于在X及Y方向上延伸遍布大于第一扫描范围的区的第二扫描场或「扫描范围」内经扫描、移动或以其他方式定位。鉴于本文中所描述的组态，应认识到，由第一定位器106赋予的束轴的移动可与由第二定位器108赋予的束轴的移动叠加。因此，第二定位器108操作以在第二扫描范围内扫描第一扫描范围。

在一个具体实例中，第二扫描范围在X及/或Y方向上在1mm至1.5m之间延伸。在另一具体实例中，第二扫描范围在X及/或Y方向上在15mm至50mm之间延伸。然而，应了解，第二定位器108可经组态以使得第二扫描范围在X或Y方向中的任一者上延伸小于1mm或多于1.5m。因此，在一些具体实例中，第二扫描范围的最大尺寸(例如，在X或Y方向或其他方向上)可大于或等于待形成于工件102中的特征(例如，过孔、沟槽、切割道、凹入区域、导电迹线等)的对应最大尺寸(在X-Y平面中量测)。然而，在另一具体实例中，第二扫描范围的最大尺寸可小于待形成的特征的最大尺寸。

一般而言，第二定位器108能够将处理光点定位在第二扫描范围内的任何位置处(因此使束轴在第二扫描范围内移动及/或在第二扫描范围内扫描第一扫描范围)时的定位速率跨越小于第一定位带宽的范围(在本文中亦被称作「第二定位带宽」)。在一个具体实例中，第二定位带宽在900Hz至5kHz范围内。在另一具体实例中，第一定位带宽在2kHz至3kHz范围内(例如，约2.5kHz)。

第二定位器108可提供作为包括两个检流计反射镜组件的检流计反射镜系统，其中一个检流计反射镜组件(例如，X轴检流计反射镜组件)经配置以赋予束轴相对于工件102沿着X方向的移动且另一检流计反射镜组件(例如，Y轴检流计反射镜组件)经配置以赋予束轴相对于工件102沿着Y方向的移动。然而，在另一具体实例中，第二定位器108可提供作为包括单一检流计反射镜组件的检流计反射镜系统，该单一检流计反射镜组件经配置以赋予束轴相对于工件102沿着X及Y方向的移动。在另外其他具体实例中，第二定位器108可提供作为旋转多边形反射镜系统等。因此应了解，视第二定位器108及第一定位器106的特定组态而定，第二定位带宽可大于或等于第一定位带宽。

D.第三定位器

第三定位器110操作以赋予工件102相对于扫描透镜112的移动，且因此赋予工件102相对于束轴的移动。工件102相对于束轴的移动通常受限制，以使得处理光点可于在X及/或Y方向上延伸遍布大于第二扫描范围的区的第三扫描场或「扫描范围」内经扫描、移动或以其他方式定位。在一个具体实例中，第三扫描范围在X及/或Y方向上在25mm至2m之间延伸。在一个具体实例中，第三扫描范围在X及/或Y方向上在0.5m至1.5m之间延伸。一般而言，第三扫描范围的最大尺寸(例如，在X或Y方向或其他方向上)将大于或等于待形成于工件102中的任何特征的对应最大尺寸(在X-Y平面中量测)。选择性地，第三定位器110可经组态以使工件102于在Z方向上延伸的扫描范围内(例如，在1mm与50mm之间的范围内)相对于束轴移动。因此，第三扫描范围可沿着X、Y及/或Z方向延伸。

鉴于本文中所描述的组态，应认识到，由第一定位器106及/或第二定位器108赋予的束轴的移动可与由第三定位器110赋予的工件102的移动叠加。因此，第三定位器110操作以在第三扫描范围内扫描第一扫描范围及/或第二扫描范围。一般而言，第三定位器110能够将处理光点定位在第三扫描范围内的任何位置处(因此使工件102移动、在第三扫描范围内扫描第一扫描范围及/或在第三扫描范围内扫描第二扫描范围)时的定位速率跨越小于第二定位带宽的范围(在本文中亦被称作「第三定位带宽」)。在一个具体实例中，第三定位带宽在10Hz(或上下)或更小的范围内。

在一个具体实例中，第三定位器110提供作为一或多个线性平台(例如，每一者能够赋予工件102沿着X、Y及/或Z方向的平移移动)、一或多个旋转平台(例如，每一者能够赋予工件102围绕平行于X、Y及/或Z方向的轴线的旋转移动)，或其类似物或其任何组合。在一个具体实例中，第三定位器110包括用于使工件102沿着X方向移动的X平台，及由X平台支撑(且因此可借由X平台沿着X方向移动)的用于使工件102沿着Y方向移动的Y平台。尽管未图示，但设备100亦可包括支撑第三定位器110的可选底座(例如，花岗石块)。

尽管未图示，但设备100可包括耦接至第三定位器110的可选夹盘，工件102可机械地夹持、固定、固持、紧固以其他方式支撑至该可选夹盘。在一个具体实例中，工件102可经夹持、固定、固持、紧固或以其他方式受支撑，从而直接接触夹盘的通常平坦的主要支撑表面。在另一具体实例中，工件102可经夹持、固定、固持、紧固或以其他方式受支撑，从而与夹盘的支撑表面隔开。在另一具体实例中，工件102可借助于自夹盘施加至工件102或另外存在于工件102与夹盘之间的力(例如，静电力、真空力、磁力)来固定、固持或紧固。

如迄今所描述，设备100使用所谓的「堆栈式」定位系统，其中诸如第一定位器106、第二定位器108、扫描透镜112等的组件的位置在设备100内相对于工件102保持静止(例如，如此项技术中已知，经由一或多个支撑件、框架等)，经由第三定位器110来移动该工件。在另一具体实例中，第三定位器110可经配置且经组态以使诸如第一定位器106、第二定位器108、扫描透镜112等的一或多个组件移动，且工件102可保持静止。

在又一具体实例中，设备100可使用分割轴线定位系统，其中诸如第一定位器106、第二定位器108、扫描透镜112等的一或多个组件由一或多个线性或旋转平台承载且工件102由一或多个其他线性或旋转平台承载。在此具体实例中，第三定位器110包括经配置且经组态以使诸如第一定位器106、第二定位器108、扫描透镜112等的一或多个组件(例如，在X方向上)移动的一或多个线性或旋转平台，及经配置且经组态以使工件102(例如，在Y方向上)移动的一或多个线性或旋转平台。因此，举例而言，第三定位器110可赋予工件102(例如，沿着Y方向)的移动且赋予第二定位器108及扫描透镜112的移动。可有益地或有利地用于设备100中的分割轴线定位系统的一些实例包括以下各项中所揭示的系统中的任一者：美国专利第5,751,585号、第5,798,927号、第5,847,960号、第6,706,999号、第7,605,343号、第8,680,430号、第8,847,113号或美国专利申请案公告第2014/0083983号或其任何组合，其中的每一者以全文引用的方式并入本文中。

在另一具体实例中，诸如第一定位器106、第二定位器108、扫描透镜112等的一或多个组件可由铰接式多轴线机器人臂(例如，2、3、4、5或6轴线臂)承载。在此具体实例中，第二定位器108及/或扫描透镜112可选择性地由机器人臂的末端执行器承载。在又一具体实例中，工件102可直接承载于铰接式多轴线机器人臂的末端执行器上(亦即，不具有第三定位器110)。在再一具体实例中，第三定位器110可承载于铰接式多轴线机器人臂的末端执行器上。

D.扫描透镜

扫描透镜112(例如，提供作为简单透镜或复合透镜)通常经组态以聚焦沿着光束路径引导的激光脉冲，从而通常产生可定位在所要处理光点处或附近的光束腰。扫描透镜112可提供作为f-θ透镜、远心透镜、轴锥透镜(在此情况下，一系列光束腰产生，从而得到沿着束轴彼此移位的多个处理光点)，或其类似物或其任何组合。在一个具体实例中，扫描透镜112提供作为固定焦距透镜且耦接至一透镜致动器(图中未示)，该透镜致动器经组态以使扫描透镜112移动(例如，从而沿着束轴改变光束腰的位置)。举例而言，该透镜致动器可提供作为经组态以使扫描透镜112沿着Z方向线性地平移的音圈。在此情况下，扫描透镜112可由诸如以下各物的材料形成：熔融硅石、光学玻璃、硒化锌、硫化锌、锗、砷化镓、氟化镁等。在另一具体实例中，扫描透镜112提供作为可变焦距透镜(例如，变焦透镜，或并有由COGNEX、VARIOPTIC等当前提供的技术的所谓「液体透镜」)，可变焦距透镜能够经致动(例如，经由透镜致动器)以沿着束轴改变光束腰的位置。

在一个具体实例中，扫描透镜112及第二定位器108整合于共享外壳或「扫描头」中。因此，在设备100包括一透镜致动器的一具体实例中，个透镜致动器可耦接至扫描透镜112(例如，从而实现扫描透镜112在扫描头内相对于第二定位器108的移动)。替代地，该透镜致动器可耦接至扫描头(例如，从而实现扫描头本身的移动，在此情况下，扫描透镜112及第二定位器108将一起移动)。在另一具体实例中，扫描透镜112及第二定位器108整合于不同外壳中(例如，以使得整合了扫描透镜112的外壳可相对于整合了第二定位器108的外壳移动)。扫描头的组件或整个扫描头本身可为模块化总成，以使得扫描头的组件可容易移除且用另一组件替换，以使得一个扫描头可容易移除且用另一扫描头替换等。

E.控制器

一般而言，控制器114(例如，经由一或多个有线或无线、串行或并列的通信链路，诸如USB、RS-232、以太网络、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、蓝芽、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCAT，或其类似物或其任何组合)以通信方式耦接至设备100的一或多个组件，诸如镭射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透镜致动器等，该一或多个组件响应于由控制器114输出的一或多个控制信号而操作。前述组件中的一或多者可受控制以执行的操作的一些实例包括如以下各项中所揭示的任何操作、功能、处理程序及方法等：前述美国专利第4,912,487号、第5,633,747号、第5,638,267号、第5,751,585号、第5,847,960号、第5,917,300号、第6,314,473号、第6,430,465号、第6,700,600号、第6,706,998号、第6,706,999号、第6,816,294号、第6,947,454号、第7,019,891号、第7,027,199号、第7,133,182号、第7,133,186号、第7,133,187号、第7,133,188号、第7,245,412号、第7,259,354号、第7,611,745号、第7,834,293号、第8,026,158号、第8,076,605号、第8,288,679号、第8,404,998号、第8,497,450号、第8,648,277号、第8,680,430号、第8,847,113号、第8,896,909号、第8,928,853号、第9,259,802号，或前述美国专利申请案公告第2014/0026351号、第2014/0197140号、第2014/0263201号、第2014/0263212号、第2014/0263223号、第2014/0312013号，或德国专利第DE102013201968B4号，或国际专利申请案第WO2009/087392号，或其任何组合。

通常，控制器114包括经组态以在执行指令后即产生前述控制信号的一或多个处理器。处理器可提供作为经组态以执行指令的可程序化处理器(例如，包括一或多个通用计算机处理器、微处理器、数字信号处理器或其类似物或其任何组合)。可由处理器执行的指令可实施为软件、固件等，或为任何适合形式的电路，包括可程序化逻辑设备(programmable logic device；PLD)、场可程序化门阵列(field-programmable gatearray；FPGA)、场可程序化对象数组(field-programmable object array；FPOA)、特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit；ASIC)-包括数字、模拟及混合模拟/数字电路-或其类似者或其任何组合。指令的执行可在一个处理器上执行、分配在多个处理器中、跨一装置内的处理器或跨装置的网络并行地进行，或其类似者或其任何组合。

在一个具体实例中，控制器114包括诸如计算机内存的有形媒体，其可由处理器存取(例如，经由一或多个有线或无线通信链路)。如本文中所使用，「计算机内存」包括磁性媒体(例如，磁带、硬盘机等)、光盘、挥发性或非挥发性半导体内存(例如，RAM、ROM、反及型闪存、反或型闪存、SONOS内存等)等，且可本端、远程(例如，跨网络)或以其组合方式存取。通常，指令可储存为可易于由技术人员根据本文中所提供的描述授权的计算机软件(例如，可执行码、档案、指令等，库档案等)，其例如以C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Ruby、汇编语言、硬件描述语言(例如，VHDL、VERILOG等)等编写。计算机软件通常储存于借由计算机内存输送的一或多个数据结构中。

尽管未图标，但一或多个驱动器(例如，RF驱动器、伺服驱动器、线驱动器、电源等)可以通信方式耦接至一或多个组件的输入端，该一或多个组件诸如镭射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透镜致动器等。在一个具体实例中，每一驱动器通常包括控制器114以通信方式耦接至的输入端，且控制器114因此操作以产生一或多个控制信号(例如，触发信号等)，该一或多个控制信号可传输至与设备100的一或多个组件相关联的一或多个驱动器的输入端。因此，诸如镭射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透镜致动器等的组件响应于由控制器114产生的控制信号。

在另一具体实例中，尽管未图标，但一或多个额外控制器(例如，组件特定控制器)可选择性地以通信方式耦接至以通信方式耦接至一组件(且因此与该组件相关联)的一驱动器的输入端，该组件诸如镭射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透镜致动器等。在此具体实例中，每一组件特定控制器可以通信方式耦接，且控制器114可操作以回应于自控制器114接收的一或多个控制信号而产生一或多个控制信号(例如，触发信号等)，该一或多个控制信号接着可传输至控制器以通信方式耦接至的驱动器的输入端。在此具体实例中，组件特定控制器的组态可类似于关于控制器114所描述。

在提供一或多个组件特定控制器的另一具体实例中，与一个组件(例如，镭射源104)相关联的组件特定控制器可以通信方式耦接至与一个组件(例如，第一定位器106等)相关联的组件特定控制器。在此具体实例中，组件特定控制器中的一或多者可操作以响应于自一或多个其他组件特定控制器接收的一或多个控制信号而产生一或多个控制信号(例如，触发信号等)。

III.与延长光学组件的生命期有关的具体实例

一般而言，设备100经组态以使得其中所含的光学组件，诸如扫描透镜112，容易具有镭射引发的损害。因此，根据本发明的一些具体实例，选自第一定位器106、第二定位器108及第三定位器110组成的群的一或多个组件的操作可受控制，以确保，在镭射处理期间，激光脉冲经递送至工件102处的所要位置，同时透射穿过扫描透镜112的一区域，该区域未累积非所要量的镭射引发的损害。如本文中所使用，光学组件中的非所要量的镭射引发的损害对光学组件的透射性或反射性有不利影响，或导致光学组件以非所要方式散射光，产生可不当地累积在光学组件的表面上的碎片，或另外灾难性地导致光学组件故障。

参看图2，扫描透镜112的特性可在于其包括透射区域200，光束路径116可传播穿过该透射区域(例如，沿着束轴到达工件102上)。若设备100包括一或多个定位器，诸如前述第一定位器106、第二定位器108或其一组合，则光束路径116将通常传播穿过扫描透镜112的一略微较小区域(亦即，传播区域202)。一般而言，传播区域202的形状及/或大小可对应于投影至工件102上的第二扫描范围的形状及/或大小(例如，在设备100包括第二定位器108的情况下)，或对应于投影至工件102上的第一扫描范围的形状及/或大小(例如，在设备100包括第一定位器106，但不包括第二定位器108的情况下)。

虽然传播区域202的形状经说明为正方形，但应了解，视例如所提供的定位器(例如，第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110或其任何组合)的组态及配置、存在沿着光束路径116配置的任何屏蔽或其他光学器件或其类似情况或其任何组合而定，传播区域202可具有任何其他的所要或有益形状(例如，矩形、三角形、五边形、六边形、八边形、椭圆形、不规则形状等)。虽然传播区域202经说明为小于透射区域200，但应了解，传播区域202的大小可与透射区域200相同。

通常，操作设备100，从而沿着所要轨迹扫描处理光点(例如，使用第一定位器106、第二定位器108及第三定位器110中的一或多者)以在工件(例如，工件102)上或内形成一特征。在沿着轨迹扫描处理光点后，光束路径116仅在传播区域202的相对较小场或「扫描区域」(例如，扫描区域204)内偏转。当光束路径116在扫描区域204内偏转时与光束路径116相交的传播区域202的部分在本文中被称作「光束路径偏转路线」。虽然扫描区域204的形状经说明为正方形，但应了解，视例如所提供的定位器的组态及配置、一或多个所要轨迹的组态(将沿着所要轨迹扫描处理光点以在工件102内形成一或多个特征)或其类似情况或其任何组合而定，扫描区域204可具有任何其他的所要或有益形状(例如，矩形、三角形、五边形、六边形、八边形、圆形、椭圆形、不规则形状等)。虽然扫描区域204经说明为定位于传播区域202的中心，但应了解，扫描区域204可配置在传播区域202内的不同位置处。

随时间推移，当操作设备100以沿着一或多个轨迹扫描处理光点(例如，处理一个工件，或依序地处理多个工件)时，扫描透镜112可将镭射引发的损害累积在扫描区域204内的一或多个位置处。为确保激光脉冲不被引导至已经或预期会累积非所要量的镭射引发的损害的扫描透镜112的一部分，可使扫描区域204在传播区域202内的位置移位。换言之，扫描区域204可在传播区域202内移位或平移，以使得扫描区域204的质心或几何中心自传播区域202内的第一位置(例如，位置「A」，如图2中所示)移位至传播区域202内的第二位置(例如，位置「B」，如图2中所示)。使扫描区域204的质心移位的动作在本文中亦被称作「扫描区域移位」。扫描区域位移可随机地、定期地或连续地或以类似方式或其任何组合执行。视扫描处理光点所沿着的轨迹而定，在扫描区域204的质心已移位(例如，自位置「A」移位至位置「B」)之后传播穿过扫描区域204的激光脉冲常常会(虽然未必总是)传播穿过尚未或预期不累积非所要量的镭射引发的损害的扫描透镜112的一部分。

虽然图2说明扫描区域204的位置经移位以使得处于第二位置「B」的扫描区域204与处于第一位置「A」的扫描区域204重叠，但应了解，扫描区域204的位置可经移位，以使得处于第二位置「B」的扫描区域204可邻接(但不重叠)处于第一位置「A」的扫描区域204，或以使得处于第二位置「B」的扫描区域204可与处于第一位置「A」的扫描区域204隔开。因此，假设激光脉冲尚未传播穿过在质心处于位置「A」的扫描区域204外的扫描透镜112的一部分，或在质心处于位置「A」的扫描区域204外的扫描透镜112的该部分尚未累积非所要量的镭射引发的损害，在扫描区域204的质心已移位(例如，自位置「A」移位至位置「B」)之后传播穿过扫描区域204的激光脉冲会始终传播穿过尚未或预期不累积非所要量的镭射引发的损害的扫描透镜112的一部分。

借由使扫描区域204如上所述地移位，可处理一工件(亦即借由沿着一或多个轨迹扫描一处理光点以在工件上或内形成一或多个特征)，或可依序地处理多个工件(亦即，借由沿着一或多个轨迹扫描一处理光点以在多个工件上或内形成一或多个特征)，同时扫描透镜112的生命期可实际上延长。在处理多个工件时，应认识到，针对不同工件可扫描相同轨迹或不同轨迹(亦即，根据处理光点)。

虽然图2说明扫描区域204仅移位一次的具体实例，但应了解，扫描区域204可移位多于一次(例如，两次、三次、四次、五次、九次、十次、二十次、三十次等，或这些值中的任一者之间的值)。举例而言，参看图3，扫描区域204的质心可移位四次(例如，按如下移位序列：最初自位置「A」移动至位置「B」，接着自位置「B」移动至位置「C」，接着自位置「C」移动至位置「D」，接着自位置「D」移动至位置「E」)。不管上文所概述的序列，应认识到，扫描区域204的质心可按任何其他合适或所需移位序列移位(例如，按如下移位序列：最初自位置「A」移动至位置「C」，接着自位置「C」移动至位置「E」，接着自位置「E」移动至位置「D」，接着自位置「D」移动至位置「B」)。同样，在图4中所示的另一实例中，扫描区域204的质心可按使扫描区域204的质心在位置「A」、「F」、「G」、「H」、「I」、「J」、「K」、「L」及「M」中的一些或全部位置间移动的任何移位序列不同地移位。自先前论述应显而易见，质心处于传播区域202内的不同位置的任何成对的扫描区域204可彼此重叠、彼此邻接或彼此隔开。在一个具体实例中，每一扫描区域204与一或多个或所有其他扫描区域204重叠。质心处于传播区域202内的依序寻址位置的任何成对的扫描区域204可彼此重叠、彼此邻接或彼此隔开。如本文中所使用，当扫描区域204的质心处于传播区域202内的一位置或已移位该位置时，「寻址」该位置。因此，若扫描区域204的质心已自位置「A」移位至位置「C」(亦即，如图3中所示)，则位置「A」及「C」应被视为「依序寻址位置」。

可寻址的特有位置的数目、传播区域202内的可寻址的每一位置的定位、扫描区域204可移位的次数及移动扫描区域204的质心所用的移位序列或其类似者或其任何组合可由设备100的使用者、操作员、技术员或制造商(例如，以通信方式耦接至控制器114的经由用户接口，未图标)指定，可借由执行一或多个算法(例如，优化算法、试探算法、预测算法等)或其类似者或其任何组合判定。此等算法中的任一者可基于一或多个输入变量而执行，该一或多个输入变量表示例如在设备100的操作期间将扫描处理光点所沿着的轨迹、特定轨迹已扫描通过处理光点的次数、设备100在特定轨迹已扫描通过处理光点时已操作的小时数、已处理(亦即，借由沿着特定轨迹扫描处理光点)的工件的数目、在设备100的操作期间传播穿过扫描透镜112的镭射能量的光波长、在设备100的操作期间传播穿过扫描透镜112的镭射能量的平均功率或峰值功率、在设备100的操作期间传播穿过扫描透镜112的任何激光脉冲的脉冲持续时间、制造扫描透镜112所用的材料、扫描透镜112的大小、传播区域202的大小、传播区域202的尺寸，或其类似者或其任何组合。

在一个具体实例中，借由(例如，在控制器114处、在组件特定控制器或其类似者或其任何组合处)获得一或多个控制信号(每一者在本文中被称作「第一参考控制信号」)而使扫描区域204的位置移位，无需考虑扫描透镜112的状态，该一或多个控制信号可用以控制第一定位器106及/或第二定位器108的操作，以在沿着一轨迹(例如，第一轨迹)扫描处理光点时，使光束路径116沿着光束路径偏转路线(例如，第一光束路径偏转路线)偏转。此等第一参考控制信号的实例包括可用以控制诸如X轴检流计反射镜组件的相关联定位器的操作的控制信号、可用以控制诸如Y轴检流计反射镜组件的相关联定位器的操作的控制信号、可用以控制诸如X轴AOD系统的相关联定位器的操作的控制信号、可用以控制诸如Y轴AOD系统的相关联定位器的操作的控制信号，或其类似者或其任何组合。

视诸如移位的方向(在本文中亦被称作「移位方向」)、移位的距离(在本文中亦被称作「移位距离」)或其类似者或其任何组合的一或多个因素而定，接着处理此等第一参考控制信号中的一或多者(例如，借由将位置偏移加至第一参考控制信号)以(例如，在控制器114处、在组件特定控制器或其类似者或其任何组合处)产生一或多个对应的「第一经修改控制信号」。举例而言，为了使扫描区域204的位置在第一方向上(例如，在图2中所示的+x方向上)移位，可(例如，在控制器114处、在与X轴检流计反射镜组件相关联的组件特定控制器或其类似者或其任何组合处)借由将位置偏移加至第一参考控制信号(例如，在+x方向上，以任何所要或有益的距离)来处理意欲控制诸如X轴检流计反射镜组件的相关联定位器的操作的第一参考控制信号。在另一实例中，可使扫描区域204的位置在第二方向上(例如，在对应于+x及+y方向的向量和的方向上)移位，可(例如，在控制器114处、在与X轴及/或Y轴检流计反射镜组件相关联的组件特定控制器或其类似者或其任何组合处)借由将位置偏移加至每一各别第一参考控制信号(例如，在+x及+y方向上，各自以任何所要或有益的距离)来处理意欲控制诸如X轴及Y轴检流计反射镜组件的相关联定位器的操作的第一参考控制信号。

第一经修改控制信号在产生后即可(单独地，或结合一或多个其他第一经修改控制信号、一或多个第一参考信号或其任何组合)用以控制定位器的操作，以在沿着轨迹(例如，第一轨迹，或不同于第一轨迹的第二轨迹)扫描处理光点时，使光束路径116沿着一光束路径偏转路线(例如，第一光束路径偏转路线，或不同于第一光束路径偏转路线的第二光束路径偏转路线)偏转。举例而言，为了使扫描区域204的位置在前述第一方向上(例如，在+x方向上)移位，前述第一经修改控制信号可用以控制X轴检流计反射镜组件的操作，且任何其他第一参考控制信号可选择性地用以控制Y轴检流计反射镜组件、X轴AOD系统、Y轴AOD系统或其类似者或其任何组合，以在沿着一轨迹(例如，第一轨迹或第二轨迹)扫描处理光点时，使光束路径116沿着一光束路径偏转路线(例如，第一光束路径偏转路线或第二光束路径偏转路线)偏转。在另一实例中，为了使扫描区域204的位置在前述第二方向上(亦即，在对应于+x及+y方向的向量和的方向上)移位，第一经修改控制信号可用以控制X轴及Y轴检流计反射镜组件的操作，且任何其他第一参考控制信号可选择性地用以控制X轴AOD系统、Y轴AOD系统或其类似者或其任何组合，以在沿着一轨迹(例如，第一轨迹或第二轨迹)扫描处理光点时，使光束路径116沿着一光束路径偏转路线(例如，第一光束路径偏转路线或第二光束路径偏转路线)偏转。

在一个具体实例中，除第一定位器106及/或第二定位器108之外，设备100亦包括第三定位器110。在此情况下，第三定位器110可包括一线性平台(例如，经组态以使第二定位器108及扫描透镜112线性地移动，经组态以使工件102线性地移动)或多个线性平台(例如，一个平台经组态以使第二定位器108及扫描透镜112线性地移动，且另一平台经组态以使工件102线性地移动)。可操作第三定位器110的线性平台以补偿施加至每一第一参考控制信号的一或多个位置偏移，以确保镭射能量被递送至工件102的一或多个所要位置，即使当第一定位器106及/或第二定位器108基于第一经修改控制信号而驱动时。举例而言，若并入至第一经修改控制信号中的位置偏移导致光束路径116在一个方向上(例如，在前述第一方向上)移位特定距离(例如，移位「第一距离」)，则可操作第三定位器110以借由使第二定位器108及扫描透镜112在与第一方向相反的另一方向上(例如，在-x方向上，如2图中所示)移动该特定距离(例如，移动该第一距离)来补偿该位置偏移。在另一实例中，若并入至第一经修改控制信号中的位置偏移导致光束路径116在一个方向上(例如，在第一方向上)移位特定距离(例如，移位该第一距离)，则可操作第三定位器110以借由使工件102在同一方向(例如，在第一方向上)移动该特定距离(例如，移动该第一距离)来补偿该位置偏移。

可另外用以在处理工件102期间控制第三定位器110的操作(亦即，不考虑扫描透镜112的状态)的控制信号(在本文中被称作「第二参考控制信号」)可(例如，在控制器114处、在组件特定控制器处等)经修改。举例而言，第二参考控制信号可借由将位置偏移加至其中的命令来修改。已如上文所论述地经修改的第二参考控制信号在本文中被称作「第二经修改控制信号」。第二经修改控制信号可用作在工件102之后续处理期间控制第三定位器110的操作(例如，如上文所论述)的控制信号。当经加至第二参考控制信号时，位置偏移使得镭射能量能够递送至工件102的一或多个所要位置，即使当第一定位器106及/或第二定位器108基于第一经修改控制信号而驱动时。

在另一具体实例中，设备100不包括第三定位器110，但可手动地(例如，借由设备100的使用者)使工件102相对于扫描透镜112移动，以确保当第一定位器106及/或第二定位器108基于一经修改控制信号而驱动时，镭射能量被递送至工件102的一或多个所要位置。另外或替代地，可手动地(例如，借由设备100的用户)使扫描透镜112相对于工件102移动，以确保当第一定位器106及/或第二定位器108基于一经修改控制信号而驱动时，镭射能量被递送至工件102的一或多个所要位置。

由于诸如扫描透镜112的光学组件的替换，本文中所论述的具体实例能够减少服务成本及停工时间。这些益处在以下情况下大部分实现：当待形成于工件中的特征比传播区域202小得多时；当分割适当大型扫描透镜比使用且定期替换相对较小扫描透镜便宜时；当扫描透镜112比光学器件产品保固将持续更快地受损时；当由第一定位器106赋予的束轴的移动与由第二定位器108赋予的束轴的同时移动叠加时；或其类似情况或其任何组合。

IV.结论

前文说明本发明的具体实例及实例，且不应解释为对其的限制。虽然已参看图式描述了几个特定具体实例及实例，但熟习此项技术者将易于了解，对所揭示具体实例及实例以及其他具体实例的诸多修改在不显著背离本发明的新颖教示及优点的情况下为可能的。相应地，所有这些修改意欲包括于如申请专利范围中所界定的本发明的范围内。举例而言，熟习此项技术者应了解，任何句子、段落、实例或具体实例的目标可与一些或全部其他句子、段落、实例或具体实例的目标组合，除非此等组合互斥。本发明的范围因此应由以下申请专利范围判定，且技术方案的等效物应包括于本发明的范围中。

Claims (11)

1.一种用以操作具有扫描透镜及定位器的镭射处理系统的方法，其中该扫描透镜可操作以聚焦沿光束路径传播的镭射能量，该定位器可操作以使该光束路径相对于该扫描透镜偏转，其中该定位器可操作以使该光束路径偏转在该扫描透镜的传播区域内，该方法包含：

使该光束路径在该传播区域的第一区域内偏转，以用传播穿过该扫描透镜的该镭射能量光束依次处理第一多个工件，及在处理该多个工件时，在该第一区域内的该扫描透镜中累积镭射引起的损坏；及

在通过使该光束路径在该第一区域内偏转来处理该第一多个工件之后，使该光束路径在该传播区域的第二区域内偏转，以依次处理第二多个工件，其中该第二区域内的该扫描透镜没有镭射引起的损坏。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该镭射能量光束包括多个激光脉冲。

3.根据权利要求2所述的方法，其中该多个激光脉冲具有小于10 ps的脉冲持续时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该第一区域与该第二区域重叠。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该第一区域不与该第二区域重叠。

6.根据权利要求5所述的方法，其中该第一区域与该第二区域隔开。

7.根据权利要求1所述的方法，其中

使该光束路径在该第一区域内偏转包含使该光束路径沿着第一光束路径偏转路线偏转；且

使该光束路径在该第二区域内偏转包含使该光束路径沿着该第一光束路径偏转路线偏转。

8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含，以与该第一多个工件不同的方式相对于该扫描透镜定位该第二多个工件，该方式是使在该第一区域内的该光束路径偏转的变化补偿到该第二区域内的该光束路径偏转。

9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括以使在该第一区域内的该光束路径偏转的变化补偿到该第二区域内的该光束路径偏转这样的方式以与相对于该第一多个工件不同地相对于该第二多个工件定位该扫描透镜，其中该第二多个工件和该扫描透镜之间的相对运动包括沿偏移方向移动该扫描透镜。

10.根据权利要求1所述的方法，其中

使该光束路径在该扫描透镜的该第一区域内偏转包含使该光束路径沿着一第一光束路径偏转路线偏转；且

使该光束路径在该扫描透镜的该第二区域内偏转包含使该光束路径沿着不同于该第一光束路径偏转路线的第二光束路径偏转路线偏转。

11.一种镭射处理设备，其包含：

镭射源，其经组态以产生镭射能量光束，该镭射能量光束可沿着光束路径传播；

扫描透镜，其配置于该光束路径内；

至少一个定位器，其配置于该光束路径内且经组态以使该光束路径相对于该扫描透镜偏转；及

控制器，其以通信方式耦接至该至少一个定位器，其中该控制器包括：

处理器，其经组态以产生一或多个控制信号，该至少一个定位器对该一或多个控制信号有响应；及

由该处理器存取的计算机内存，其中该计算机内存在其上储存有指令，这些指令在由该处理器执行时使该设备执行根据权利要求1所述的方法。

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