CN1232379C - 以发自固体uv激光器的细小均匀光点进行电阻器修调 - Google Patents

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Abstract

一种例如由成像整形的高斯输出(118)所产生的均匀激光光点，或是一种经截削的高斯输出光点，其直径小于20μm，可用于薄膜或厚膜两种膜式电阻器的修调，借以大幅减少微裂纹。可用一种蚀刻、非热性的紫外线(UV)激光波长来产生这些光点，从而降低HAZ和/或TCR中的漂移。

Description

以发自固体UV激光器的细小均匀光点进行电阻器修调
相关申请
本专利申请的优先权源自于2001年2月1所提交的美国临时专利申请第60/266,172号，以及于2001年6月28日所提交的美国临时专利申请第60/301,706号。
联邦资助研究或开发
不适用
技术领域
本发明涉及激光修调技术，且尤其涉及以发自固体激光器的均匀光点来对厚型或薄型的膜式电阻器(film resistor)进行激光修调。
发明背景
通常运用传统的激光系统来处理一些如无源电子元件装置的电阻性或导电性薄膜目标，例如在陶瓷或其它衬底上所构成的电路中的膜式电阻器、电感器或电容器。用以修调膜式电阻器的电阻值的激光处理可包括被动性、功能性或受激激光修调技术，如Sun等人的美国专利第5,685,995号中所详述。
本文中以下所说明的背景仅以厚膜电阻器为例。图1为一工件10的立体图，该工件例如为原有技术的厚膜电阻器10a，其构成混合集成电路装置的一部分，而图2系一剖面图，其中展示一接收传统激光输出脉冲12的厚膜电阻器10a。现请参考图1及2，传统式厚膜电阻器10a通常会包含一厚膜层14，该厚膜层为钌酸盐或是氧化钌材料，延伸于金属接触点16的顶部表面各部分之间并沉积于其上。该层14及金属接触点16支撑在例为如铝氧土(alumina)的陶瓷衬底18上。目前的钌基厚膜材料已经过最佳化处理，可在经过以1.047微米(μm)Nd:YLF激光或是1.064μm Nd:YAG激光所做的激光修整后保持稳定。
特请参看图1，电阻器10的电阻值大体上是该电阻器的材料及其包括长度22、宽度24和高度26的几何尺寸的函数。由于不易遮蔽到精确的容许偏差，因此有意将厚膜电阻器遮蔽到低于标称值的电阻，而修调成所希望的数值。多个具有大约相同电阻值的电阻器10a以相对大的批量进行制造，然后再加修调作业以去除电阻器材料的增加量，直到该电阻器增加到所希望的数值为止。
现请特别参考图2，一个或多个激光脉冲12可大致去除掉在激光输出脉冲12的光点范围28内的电阻器材料的整个高度26，并且叠加光点范围28而构成一截口30。可透过电阻器10a的电阻器材料而修调出简易或复杂的图案，以精细地调整其电阻值。通常是施加激光脉冲12，直到电阻器10a符合一预定电阻值为止。
图3是原有技术的电阻器10的局部立体图，为方便起见展示两个普通的图案修调路径32与34(由虚线分开)，它们处于两个金属接触点16之间。“L型刻槽”路径32表示一种典型的激光引致的调整。在L型刻槽路径32中，以垂直于接触点之间直线的方向，去除电阻器材料的第一去除带36，从而对电阻值做粗调。然后可去除垂直于该第一去除带36的相邻的第二去除带38，从而对该电阻值进行更精细的调整。“蛇型刻槽”路径34则描述另一种常见类型或激光调整方式。在蛇型刻槽路径34中，沿着去除带40而去除电阻器材料，以增加薄膜路径42的长度。在达到所希望的电阻值之前，会一直增加去除带40。去除带36、38和40通常为单一截口30的宽度，且代表一连串叠加激光脉冲12的累积“步切(nibbling)”，其去除掉处于预设图案内的几乎所有电阻器材料。如此，当修调作业完成时，这些截口30就会是“干净的”，它们的底部基本没有电阻器材料而使衬底18完全曝露。不幸的是，为形成传统上干净的截口30，必需对衬底18的表面有轻微的激光冲击。
随著膜式电阻器变得愈来愈微小，例如在较新型的0402与0201片式电阻器中，会需要更小的光点尺寸。以1.047μm及1.064μm激光波长来获得较小光点尺寸，而同时采用传统光学元件并维持标准工作距离(需用以避免蚀刻残渣并清除探头)与适当的场深度(例如陶瓷并不平坦)，会是一项日益艰难的挑战。而对甚至更精确的电阻值的需求，也推动着要求有更严格的修调容忍误差。
在Albin及Swenson所著(刊登于1972六月的IEEE Transactions onParts，Hybrids，and Packaging；V01.PHP-8，No.2)的“laser ResistanceTrimming from the Measurement Point of View”一文中，描述了利用一种固体激光器以修调膜式电阻器的各项测量与优点。
NEC指示手册的第7章描述了当利用红外线(1R)高斯光束以修调电阻器，尤其是厚膜电阻器时所面临的挑战。热影响区域(HAZ)、裂纹与漂移是其所针对的其中一些问题。
Swenson等人所著(刊载于1978年12月的IEEE Transactions onComponents，Hybrids，and Manufacturing Technology)，标题为“ReducingPost Trim Drift of Thin Film Resistors by Optimizing YAG Laser OutputCharacteristics”一文中，描述了利用绿光(532nm)固体激光器高斯输出以修调膜式电阻器，从而减少HAZ及后修调漂移。
在Sun与Swenson所拥有的美国专利第5,569,398、5,685,995及5,808,27中，说明一种应用如1.3μm的非传统性的激光波长的方法，借以修调薄膜或装置，从而避免损害到硅衬底和/或减少在功能性修调期间的处理时间。
Sun与Swenson于1999年8月12日公布的国际公布号为WO99/40591的国际专利申请中，即引进一种以紫外线(UV)高斯激光输出来进行电阻器修调的概念。请参考图4，可运用UV高斯激光输出以蚀刻膜式电阻器表面上的区域44，从而维持其表面区域并保留其高频响应特征。通过有意在修调区域44内保留电阻器膜的深度46，可免于必须清洁截口底部48，并显著减少了激光输出与衬底18之间的互动，从而消除了因这种互动所引发的任何问题。不幸的是，表面蚀刻修调是相对缓慢的处理，这是因为必须要审慎地衰减及控制各项激光参数，方可避免将电阻器薄膜完全去除。
微裂纹是与利用固体高斯激光光束来进行电阻器修调相关的另一挑战。微裂纹经常出现在衬底上的截口30的中央，可能会延伸到电阻器膜内，引起潜在的漂移问题。微裂纹也会引发与电阻温度系数(TCR)相关的漂移。与传统电阻器的典型高度或厚度相比，制备于较薄衬底18上的较新的0402和0201片式电阻器的典型高度或厚度约为100到200μm，这种微裂纹问题更为显著。在这些较薄衬底电阻器中的微裂纹会扩散，并在后续处理期间造成该电阻器的灾难性失效或甚至物理性断线，尤其是沿著修调截口30。微裂纹也会产生“较可能”的破裂线，其较之于折板(snapstrate)中预定破裂线的所希望的破裂来更加明显。
因此希望有一种经改良的电阻器修调技术。
发明概要
因此，本发明的一目的在于提供一种经改良的固体激光器修调系统和/或方法。
本发明的另一目的在于提供小于20μm的光点尺寸，用以修调较小的片式电阻器，例如0402和0201片式电阻器。
有些微裂纹可能由高斯光束光点的高强度中心造成，其大致类似于在激光打孔作业中高斯光束可能导致损害盲孔的中心(虽然目标及衬底是不同的材料)。Dunsky等人于2000年12月7日公布的国际公布号为WO00/73013的国际专利申请中说明了一种方法，用以产生并运用图像成形的高斯光束，借以提供特别适用于打孔作业的均匀激光光点。
Swenson、Sun及Dunsky于2000年7月30日至8月4日举行的SPIE 45周年会议(The International Symposiumon Optical SeicenceandTechnology)中发表的标题为“laser Machining in ElectronicsManufacturing：A Historical Overview”一文中，描述了一种改良的表面扫描方法，其利用了由Dickey等人于美国专利第5,864,430号中所描述的透镜而形成40μm均匀光点。
本发明优选运用了一种均匀光点，例如图像成形高斯光点或经截削的高斯光点，其直径小于20μm，且可在截口30的底部上传递均匀能量，借以使微裂纹的量值与严重程度最小化。若适当的话，可在一蚀刻性、非热性UV激光波长上产生这些光点，以降低HAZ和/或TCR漂移。这些技术可运用于薄型或厚型两种膜式电阻器的处理。
根据以下本发明优选实施例的详细说明并参看附图，本发明的其它目的及优点即显而易见。
附图简单说明
图1为厚膜电阻器的局部立体图；
图2为接收激光输出的厚膜电阻器的截面侧视图，此激光输出可将电阻器材料的整个厚度去除；
图3为一电阻器的局部立体图，图中显示两种常见的原有技术修调路径；
图4为一厚膜电阻器的立体图，具有表面蚀刻修调轮廓；
图5为根据本发明而用以修调薄膜的激光系统实施例的简化的侧视及部分示意图；
图6A～6C为一系列经简化的激光光束辐射分布图，其随图5的激光系统中各种各样的系统元件而改变；
图7A～7D为示范性的大致均匀的方形或圆形的辐射辐射分布图；
图8是在各项示范性激光处理参数下，按多种典型的传输电平，对于图像成形的高斯输出及截削的高斯输出，在光阑平面处的理想能量密度分布比较图；
图9系相对于标称图像平面，作为工作表面位置的函数的通道锥度比的图形；
图10系相对于标称图像平面，作为工作表面位置的函数的通道直径的图形；
图11为一截口的电子显微照片，其中显示在由一高斯光束所修调的电阻器衬底内形成的微裂纹；
图12为一截口的电子显微照片，其中显示在一由均匀光点所修调的电阻器的衬底内，并未形成显著的微裂纹。
优选实施例详述
现请参照图5，此为本发明的激光系统50的优选实施例，其中含有Q开关、二极管泵浦(DP)的固体(SS)UV激光器52，其优选包含固体激射物，如Nd:YAG、Nd:YLF或Nd:YVO4。激光器52优选提供以谐振方式产生的UV激光脉冲或输出54，其波长例如为355nm(三倍频率的Nd:YAG)、266nm(四倍频率的Nd:YAG)或213nm(五倍频率的Nd:YAG)，主要为TEM00空间模分布。本领域技术人员会认识到，从其它激射物可得到其它波长及其谐波。例如，优选的YLF波长包括349nm与262nm。本领域技术人员亦应了解，多数的激光器52无法发射完美的高斯输出54；然而，为方便起见，在此仍采用高斯一词来描述激光输出54的辐射分布。对于本领域技术人员，激光腔布置、谐波产生与Q开关操作等皆众所周知。示范性激光器52的各项细节描述于Sun和Swenson的第WO99/40591号国际公布中。
虽然亦可采用其它固体激光器波长，如绿光(如532nm)或IR(如1.06μm或1.32μm)，对于修调而言UV激光是优选的，这是因为它具有蚀刻而相对非热的性质，这可降低修调后漂移。而比起运用相同场强的IR或绿光激光波长所能提供的，UV激光波长也可固有地在工件10的表面上提供较小的光点。
UV激光脉冲54可经各种各样公知的光学元件传送，该光学元件包括沿光束路径放置的光束扩展器和/或上行准直光管透镜元件56与58。然后，优选地，将该UV激光脉冲54导向通过一整形和/或成像系统70以产生均匀脉冲或输出72，接著优选以一光束定位系统74对此导向，令均匀输出72经扫描透镜80(此扫描透镜也通称为“第二成像”、聚焦、切削或物镜)而对准所希望的激光目标位置82，该位置在例如厚膜电阻器10a或薄膜电阻器的工件10的图像平面上。均匀输出7优选包含经过截断(截削)、聚焦与分割、整形、或是整形与分割的激光输出。
成像系统70优选是在光学元件90与集光或准直透镜112之间，以及在由光学元件90所产生的光束腰部的聚焦点处或其附近，采用一光阑掩模98。光阑掩模98优选是可阻挡光束中任何不希望的旁瓣，以呈现圆形或其它形状的光点轮廓，而接著将其投影于工件表面上。此外，改变光阑大小可控制光点轮廓的边缘锐度，以产生较小而边缘锐度较大的强度分布，这会强化校准精确性。同时，光阑形状可为正圆形，也可变为矩形、椭圆形或是其它适合于电阻器修调的非圆形状。
掩模98可含有适合于应用在激光输出54的波长的材料。如激光输出54系为UV，则掩模98例如可含有UV反射或UV吸收材料，但优选是以诸如UV等级熔融石英的介电性材料或涂覆多层高UV反射性镀膜和其它UV阻抗性镀膜的蓝宝石制成。掩模98的光阑可视需要在其光出射侧向外扩展。
光学元件90可包含聚焦光学元件或光束整形元件，例如非球面光学元件、折射性二元光学元件，偏射性二元光学元件或衍射性二元光学元件。部分或所有的这些元件都可与光阑掩模98一起使用或不与其一起使用。在一优选实施例中，光束整形元件含有衍射性光学元件(DOE)，能以高度的效率及精确性执行复杂的光束整形作业。该光束整形元件不仅会将图6A所示的高斯辐射分布转换成图6B所示的近似均匀的辐射分布，还进一步将经过整形的输出94聚焦为可确定或规定的光点尺寸。在此将经整形的辐射曲线94b与预设的光点尺寸两者设计为出现在光学元件90下游的设定距离Z0。虽然单一元件DOE是优选的，不过本领域技术人员应认识到，DOE可包含多个独立元件，例如Dickey等人拥有的美国专利第5,864,430号中所描述的相位板与转换元件，该专利中亦揭示了用以设计供光束整形的DOE的各项技术。
图6A～6C(总称为图6)显示了一系列激光光束的简化辐射曲线92、96及102，其随着通过激光系统50的各个系统元件而变化。图6Ba～6Bc显示经整形输出94(分别为94a、94b及94c)作为相对于Z0′的距离Z的函数的简化辐射曲线96a～96c。Z0′是其中经整形输出94在辐射曲线96b内具有最平坦辐射曲线的距离。在一优选实施例中，Z0′近似于或等于距离Z0。
现请参考图5与图6，其为整形成像系统70的优选实施例，其中包含一个或多个光束整形元件，其将具有原始高斯辐射曲线92的平行脉冲60转换成经过整形(和聚焦)的脉冲或输出94b，其在光束整形元件的光阑掩模98下游附近具有近似均匀的“礼帽”型曲线96b，或特别是超高斯辐射曲线。图6Ba显示一示范性辐射曲线94a，其中Z＜Z0′，而图6Bc显示一示范性辐射曲线94c，其中Z＞Z0′。在此实施例中，透镜112包含适用于抑制衍射光环的成像光学元件。本领域技术人员应认识到可利用单个成像透镜元件或多个透镜元件。
上面讨论的整形与成像技术详述于2000年1月7日公布的国际公开第WO00/73013号中。在此，将Dunsky等人于2000年5月26日提交的相关的美国专利申请第09/580,396号中公开的部分结合作为参考。
图7A～7D(总称为图7)显示示范性的大体均匀的辐射分布，其由通过如美国专利第5,864,430号所述的DOE传播的高斯光束产生。图7A～7C显示矩形辐射分布，而图7D显示圆柱形辐射分布。图7C的辐射分布经过了“反转”，显示出与朝向中央相比，在其边缘处强度较高。本领域技术人员应认识到可设计光束整形元件90，以提供适用于特定应用的各种其它辐射分布，且这些辐射分布通常作为其离开Z0′的距离的函数而变化。本领域技术人员应认识到，如图7D所示的圆柱体辐射分布优选用于圆形光阑98；立方体辐射分布可优选用于矩形光阑：并且可将其它光束整形元件90的性质对应其它光阑的形状加以处理。例如，对于许多直线前向通道修调应用来说，可在掩模98内的矩形光阑情况下采用经过反转的矩形辐射分布。
光束定位系统74优选是采取传统式定位器以用于激光修调系统。这种定位系统74通常具有一个或多个移动工件10的级。定位系统74可被用来以叠加方式移动整形输出118的激光光点，从而沿修调路径32或34形成截口30。优选的光束定位系统可为ESI的2300型、4370型或即将问世的2370型激光修调系统，其可洽购自美国俄勒冈州波特兰市的电子科学工业公司。其它定位系统是可以替代的，且对激光技术人员而言是公知的。
含有许多上述系统元件的优选的激光系统50采用美国俄勒冈州波特兰市的电子科学工业公司所制造的5200型激光系统或其它系列的UV激光(355nm或266nm)。但对于本领域技术人员，应了解亦可采用其它任何具有高斯光束强度分布(在如前所述的成像或整形之前)、其它如IR的波长、或是不同光束扩展因数的激光。
激光系统50能够产生具有优选的典型电阻器修调窗口参数的激光系统输出114，该参数可包括：优选在180-400nm之间的紫外线波长；高于约100mW，且优选大于300mW的平均功率密度；约5μm至大于约50μm的光点尺寸直径或空间主轴；大于约1kHz，且优选大于约5kHz或甚至大于50kHz的重复速率；短于约100ns，且优选为大约40-90ns或更短的脉宽；约1-200mm/sec或更快，优选为10-100mm/sec，且最优选为10-50mm/sec的扫描速度；以及约0.1-20μm，优选为0.1-10μm，且最优选为0.1-5μm的切截大小(bite size)。可选定激光系统输出114的优选参数，以尝试克服对于衬底18的热学的或其它不希望有的损害。本领域技术人员应认识到这些输出脉冲参数相互独立，且由所需性能指定。
本领域技术人员应认识到，激光系统输出114的光点区域优选为圆形或方形，但通过适当选取光学元件90配合掩模98内的所希望光阑形状，也可采用其它如椭圆及长方形的简单图形，并且甚至更为复杂的光束形状也是可能的。用于激光修调，尤其是用于UV激光修调的优选光点区域，优选是直径小于约40μm，更优选是直径小于约20μm，最优选是直径小于约15μm。本领域技术人员应认识到，因为UV激光输出的光点尺寸小于传统激光修调输出的光点尺寸，并且因为均匀输出72可让截口30具有整齐均匀的壁或边缘并从而有较小的HAZ，因此可将电阻器10a修调到较传统截口修调技术的可能容许误差更为严格的容许误差范围。
高斯输出54与成像整形输出118之间的一个差别，就在于脉冲94均匀地在所有点上照射掩模98的光阑，而高斯输出54在其中心具有较高的能量密度或称“热点”，而这会增大对陶瓷衬底18的微裂纹及其它不希望的损害。从而，成像整形输出118有助于在陶瓷衬底18处或其之内，形成具有非常平坦和均匀的底部48的截口30，而这种平坦度与均匀度是未加修饰的高斯输出54无法达到的。此外，成像整形输出118也可从截口30的底部边缘更为完整地清除掉电阻器材料，而无须冒着对陶瓷衬底18造成并不希望的损害的风险，这是因为脉冲94的均匀形状实质上消除了在截口30的底部中心处产生热点的可能性，从而将微裂纹的量值与严重性降至最低。借助成像整形输出118也可将修调速度提高到借助未加修饰的高斯输出54所能取得的修调速度之上。由于可避免潜在的“热点”损害，从而能以较高斯输出更高的激光功率来运用成像整形输出118，因此可有利地调整切截大小、重复速率、及光束移动速度以更快速地修调。
虽可选用优于高斯输出54的经截削的高斯光点，然而这实际上会耗用比成像整形输出118更多的能量，方能取得所希望的均匀性。而比起经截削的高斯输出，成像整形输出118也可提供更为干净的底部边缘与更快的修调速度。图8显示出在典型的激光处理参数下，在几种示范性传输电平上，整形输出94b及截削高斯输出在光阑平面处的理想能量密度曲线的比较。工件10上的能量密度水平等于光阑能量密度水平乘以成像缩倍因数的平方。在一个示例中，整形输出94b及截削高斯输出在光阑边缘处的能量密度分别约1.05J/cm2和0.60J/cm2或更低。因此在工件10处，成像整形输出118与经截削的高斯输出在成像光点边缘(截口边缘)处的能量密度分别为大约7.4及4.3J/cm2。典型的电阻器材料可被蚀刻的速率一般在中央及边缘能量密度水平之间变动。因此，可通过成像整形输出118，以较少的脉冲、较快的扫描速度或以更大的切截大小(或较小的脉冲叠加)来完成各个截口30的处理，提高处理量。
以下说明基于本发明的这些设想，以成像整形输出118进行修调的策略范例。可将整个成像光点上的能量密度维持在会出现不可接受陶瓷穿入或损害，即F损害的数值的例如90％处。例如，蚀入厚膜电阻器的可接受陶瓷穿入度通常低于10μm，而优选是低于5μm。然后，在不会造成如显著微裂纹这样的损害的条件下，对电阻器材料进行蚀刻。相对地，以T＝50％的经截削的高斯输出，可将光点中央维持在该能量密度，在此情况下，边缘仅为F损害的45％。另外，光点边缘可维持在F损害的90％，在此情况下，中央处会是损害阈值能量密度的180％而导致实质性的损害。将成像光点的边缘维持在高能量密度，由于每个脉冲可去除更多的材料，因此可借助较少的激光脉冲而将电阻器材料从截口边缘处清除掉。因此，成像整形输出118的修调处理量将远高于经截削的高斯输出的修调处理量。
除了能够如前所述更快地从截口30的底部边缘处清除电阻器材料以外，成像整形输出118也可以从截口30的底部边缘处更完整地清除电阻器材料，而无须冒损害底层陶瓷陶瓷衬底18的风险，这是因为脉冲94的均匀形状实际上消除了在截口30的底部中央处产生热点的可能性。
关于截口质量，本发明的成像整形输出118也提供了极为精确的激光光点几何形状，并且能够以比起高斯输出或经截削的高斯输出更高的产量速率，来提供更好的锥度最小化性能，由此提供比高斯输出54更为明晰的边缘。在截口30底部上的均匀能量以及更精确边缘的形成，将能提供更具可预测性的修调结果，包含改进的可重复性和更小目标区域内的定位精确性。
图9显示截口底部宽度对截口顶部宽度的比值，该比值为相对于标称图像平面，即z＝0的工作表面位置的函数。参看图9，标称图像平面是截口30最无锥度的位置，而以最大锐度规定为顶部边缘。z的正值表示低于标称图像平面的平面，即将工件10置放得离系统光学元件比起z＝0的分隔距离还要远。图中所示的3σ误差线系供参考，因为不易可靠地测出底部宽度的测量结果。最大的底部/顶部比是在z＝0的图像平面上获得的。在整个±400μm范围中，在高产出量上该底部/顶部比总是高于75％。
图10显示截口宽度，其为工件表面位置相对于z＝0时的标称图像平面的函数。随工件10被进一步移到标称图像平面之上，平均截口顶部宽度会稳定增加。而对低于z＝0的位置，顶部宽度会持续相当恒定地变大，直至图像平面之下400μm。而除了在z＝+300μm及z＝-300μm处以外，3σ宽度一般被保持在平均值的±3μm之内。相对地，对于底部宽度，平均值从高于标称图像平面的位置到低于标称图像平面的位置持续递减。由于截口底部的宽度会相较于截口顶部大小明显地更难于控制，因此图中所示底部宽度仅供参考。因此，能够应用于激光系统50的统计处理控制技术对截口顶部的特征是适用的。
图9及10内的数据提示了多种方案，用以解决关于处理强度的焦点深度问题。如要变动材料厚度及加工条件，而仍维持恒定的截口顶部宽度，则有利的是将处理设定在工件表面位置略低于标称图像平面处，如z＝+200μm。这会产生±200μm的z值变化区域，其可适应对顶部直径的极微影响。而另一方表面，若更希望维持一恒定的截口底部/顶部直径比，则较佳的是将处理设定在工件10正好位于标称图像平面处。这可确保截口底部/顶部比在至少±200μm的z值范围中不致递减超过5％。任何一种这类方案的可用性取决于当工件10移动离开标称图像平面时，是否其它截口特性仍保持在可接受范围之内。
此外，可选取各光束整形元件90以产生具有如图7C所示反转辐射分布的脉冲，其于虚线130以外受到截削，以利于沿截口30的外部边缘去除电阻器材料且进一步改善锥度。本发明允许按最高产量为高于80％的锥度比，而不致对陶瓷衬底18造成并不希望有的损害，而高于95％的锥度比(对于低纵横比的截口30)也是可能的，不致对陶瓷衬底18造成不希望有的损害。借助传统光学元件，对于最深的截口30的最小截口宽度，在截口顶部处约为5-18μm宽度，优于75％的锥度比也是可能的。虽然除了达到会对小型电阻器10a的截口宽度造成影响的程度外，在许多修调作业中通常锥度比并不是一个关键条件，但以本发明可获取的高锥度比是截口底部均匀度的进一步证据。
本文所揭示的修调技术可适用于薄型或厚型两种膜电阻器的处理应用，该处理应用如在本发明背景中所引用的任一参考文件中所描述的，包括部分深度修调。对于厚膜电阻器，尤其是在陶瓷材料上的氧化钌，包括具有少于约200μm的高度或厚度的钌层的0402与0201片式电阻器，优选的修调标准是去除截口30内的所有钌，而进入陶瓷衬底18的是最小穿入量。这些所希望的截口30受到清洁，而使陶瓷材料均匀地曝露，且截口30的底部是“白净的”。这种清洁经常要求有意地穿入进入陶瓷材料中，达到约0.1-5μm而通常是至少1μm的深度。成像整形输出118可提供这些清洁的或白净的截口30，而不致造成显著的微裂纹。对于处理陶瓷上的电阻器材料，UV是特别优选的；然而，也可运用其它波长。
虽可采用UV波长，但IR波长，且特别是1.32μm的IR波长，对于运用均匀光点以从硅衬底上修调如NiCr、SiCr或TaN的材料，特别是对于修调有源或电光装置以及涉及功能性修调的应用而言，为优选波长。
本领域技术人员应认识到，本发明所公开的均匀光点修调技术可用于单个电阻器、电阻器阵列(包括在折板上的电阻器阵列)、调压器、电容器、电感器或是任何其它要求进行修调作业的装置。此外，所述均匀光点修调技术可用于其中成像整形输出118不穿入衬底18的表面蚀刻修调或其它应用，以及希望需穿入衬底的各项应用。
图11与12为电子显微照片，其中显示以UV高斯光束修调的电阻器10a(图11)和以UV均匀(成像整形)光束修调的电阻器10a(图12)两者间微裂纹的差异。参看图11，电阻器10a经过UV高斯输出54所做修调，该UV高斯输出54具有平均功率0.6W，重复速率为14.29kHz，修调速度为30mm/s，截切大小为2.10μm。所得截口30a展现出许多微裂纹，如显著微裂纹140、显著宽的截口边缘150a，以及在截口30a中央处进入陶瓷衬底18的深度穿入。现参看图12，电阻器10a经过UV成像整形输出118所做修调，该UV成像整形输出118具有平均功率2.86W，重复速率为8kHz，修调速度为32mm/s，而截切大小为4μm。所得截口30b未显示出不希望有的损害，微裂纹即便有也极少。截口边缘150b相对狭窄，且衬底穿入浅薄而大致均匀。
对于本领域技术人员，显然可对本发明实施例中的各项细节进行多种变化，而不背离其基础原理。因此本发明的范围应仅以所附权利要求书所界定。

Claims (50)

1.一种激光修整膜式电阻器以使该电阻器的参数从初始值改变为标称值的方法，该电阻器包含有被沉积于一衬底上的膜式电阻器材料，该膜式电阻器材料可供决定所述参数的初始值，所述方法包含：
产生至少一个UV激光脉冲的高斯光束辐射，该辐射具有大体为高斯形状的能量密度空间分布；
沿光学路径经一光束整形元件而传播该高斯光束，以将该高斯光束转换成为具有更加基本均匀的能量密度空间分布的经转换的光束；
通过一光阑而传播所述经转换的光束的主要部分，以将其转换成为一目标光束，其可构成具有实质均匀的能量密度空间分布的目标光点；以及
将该目标光束导引到所述膜式电阻器的目标区域，以蚀刻在该电阻器的目标区域内的膜式电阻器材料，从而将其初始值改变为标称值，并部分穿入该衬底而构成透过该膜式电阻器材料的截口，并且均匀地曝露出在该目标区域内的该衬底的主要部分，所述目标光点的实质均匀的能量密度空间分布具有一有效能量密度值，以使得该衬底内微裂纹的形成最小化。
2.如权利要求1的方法，其中该衬底被穿入到小于10μm的深度。
3.如权利要求1的方法，其中该衬底被穿入到至少为0.1μm的深度。
4.如权利要求3的方法，其中该衬底被穿入到小于5μm的深度。
5.如权利要求1的方法，其中该膜式电阻器材料包括含有氧化钌的厚膜电阻器材料。
6.如权利要求5的方法，其中该衬底包含陶瓷材料。
7.如权利要求1的方法，其中该电阻器包含0402或0201片式电阻器。
8.如权利要求3的方法，其中该电阻器包含0402或0201片式电阻器。
9.如权利要求1的方法，其中该衬底包含陶瓷材料而该膜式电阻器材料包括薄膜电阻器材料。
10.如权利要求9的方法，其中该膜式电阻器材料包含铬镍化合物或氮化钽化合物。
11.如权利要求1的方法，其中该膜式电阻器材料组成电阻器薄膜材料的多个类似区域的其中一个区域，该多个类似区域彼此间隔开，且被支撑于所述衬底上并为形成于该衬底内的预制划线所隔离，以隔开该多个类似区域；所述的多个类似区域中的每一个区域的电阻器薄膜具有相对的两端并于两金属导体之间；并且该目标光点的实质均匀的能量密度空间分布具有一有效能量密度值，以使得在该衬底内微裂纹的大小与深度的构成最小化，该微裂纹导致该衬底内不同于该预制划线的附加破裂线。
12.如权利要求1的方法，其中该截口具有一底部中央，并且该目标光点的实质均匀的能量密度空间分布具有一有效能量密度值，使得该衬底内在该截口的底部中央处的微裂纹形成最小化。
13.如权利要求1的方法，其中该目标光点的实质均匀的能量密度空间分布具有一有效能量密度值，其使得该衬底内或膜层材料内微裂纹的大小与深度的构成最小化，该微裂纹导致参数值漂移离开所述标称值。
14.如权利要求1的方法，其中该截口具有至少100μm的深度，以及在最高产量时呈现出至少75％锥度比的侧壁。
15.如权利要求1的方法，其中该具有基本均匀的能量密度空间分布的目标光点拥有短于或等于20μm的主轴。
16.如权利要求1的方法，其进一步包含：
从Q开关、二极管泵浦(DP)的固体激光器产生该高斯光束。
17.如权利要求1的方法，其中该高斯光束整形元件包括衍射光学元件。
18.如权利要求1的方法，其中该高斯光束包含约355nm、349nm、266nm或262nm的波长。
19.如权利要求1的方法，其中该高斯光束具有能量，且该目标光束具有大于该高斯光束的能量约50％的光阑整形能量。
20.如权利要求1的方法，其中该光阑具有矩形形状。
21.一种用以使微电子电路元件的参数从初始值改变为具有长期稳定性的标称值的方法，该微电子电路元件含有被支撑于衬底上的薄膜材料区域，该区域确定了一体积空间，并据此确定了所述参数的初始值，所述方法包含：
产生激光光束，该激光光束具有大体为高斯形状的能量密度空间分布；
将该具有能量密度空间分布的激光光束转换成为目标光束，该目标光束形成具有实质均匀的能量密度空间分布的目标光点；以及
将该目标光束导引到所述薄膜材料的区域以蚀刻一定量的该薄膜材料，从而将其初始值改变为标称值，该目标光点的实质均匀的能量密度空间分布具有一有效能量密度值，其使得在该衬底内或该薄膜材料内微裂纹的大小及深度的构成最小化，该微裂纹导致该衬底内附加破裂线的形成。
22.如权利要求21的方法，其中该衬底包括陶瓷材料，而该薄膜材料包含厚膜电阻器材料。
23.如权利要求22的方法，其中该厚膜电阻器材料包括二氧化钌。
24.如权利要求21的方法，其中该衬底包括陶瓷材料，而该薄膜材料包含薄膜电阻器材料。
25.如权利要求24的方法，其中该薄膜电阻器材料包含铬镍化合物或氮化钽化合物。
26.如权利要求21的方法，其中该薄膜材料的区域构成薄膜材料的多个类似区域的其中一个区域，该多个类似区域彼此间隔开，并被支撑于所述衬底上，且所述的薄膜材料的多个类似区域中的每一个区域具有设置于金属导体之间的相对端部。
27.如权利要求26的方法，其中所述的薄膜材料的多个类似区域为形成于该衬底内的预制划线所隔离。
28.如权利要求26的方法，其中该衬底包括陶瓷材料，而该薄膜材料包含厚膜电阻器材料。
29.如权利要求21的方法，其中该薄膜材料的区域构成多个电性互连元件的阵列中的元件，且进一步构成多个电性互连元件的多个阵列，各该阵列彼此间隔开并支撑于所述衬底上。
30.如权利要求29的方法，其中所述的多个电性互连元件的多个阵列为该衬底内的预制划线所隔离。
31.如权利要求21的方法，其中该微电子元件为电阻器，该参数为电阻值，而该衬底包括陶瓷材料。
32.如权利要求21的方法，其中所述具有实质均匀的能量密度空间分布的目标光点具有短于或等于20μm的主轴。
33.如权利要求21的方法，其进一步包含：
从Q开关、二极管泵浦(DP)的固体激光器产生高斯光束。
34.如权利要求21的方法，其中将该高斯光束转换成为目标光束包含使该光束穿过一光阑掩模，用以截削该高斯光束的周边部分。
35.如权利要求34的方法，其中将该激光光束转换成为目标光束包含使该光束穿过一置于该光阑掩模的上游处的光束整形元件，借以对该激光光束进行整形。
36.如权利要求35的方法，其中该光束整形元件包含衍射光学元件。
37.如权利要求36的方法，其中将该激光光束转换或为目标光束包含使该光束穿过一置于该光阑掩模的上游处的聚焦元件，借以对该激光光束进行整形。
38.如权利要求21的方法，其中所述目标光点的实质均匀的能量密度空间分布具有一有效能量密度值，其使得该衬底内或薄膜材料内微裂纹的大小与深度的构成最小化，该微裂纹导致参数值漂移离开所述标称值。
39.如权利要求21的方法，其中该微电子元件包含0402或0201片式电阻器。
40.如权利要求21的方法，其中该衬底被穿入到小于10μm的深度。
41.如权利要求40的方法，其进一步包含：
形成一截口，而在该截口的底部处具有均匀曝露的衬底。
42.如权利要求21的方法，其中该衬底被穿入到至少为0.1μm的深度。
43.如权利要求21的方法，其中该衬底被穿入到小于5μm的深度。
44.如权利要求21的方法，其中将激光光束转换成为目标光束包含将使该激光光束穿过一光束整形元件。
45.如权利要求21的方法，其中该激光光束包含UV波长。
46.如权利要求35的方法，其中该激光光束包含IR波长。
47.如权利要求46的方法，其中该目标光点包含约1.32μm的波长，且该衬底含有硅。
48.如权利要求21的方法，其中仅该薄膜材料的体积空间的顶部的一定量被蚀刻，使得该衬底保持为未曝光。
49.如权利要求35的方法，其中该激光光束包含可见光波长。
50.如权利要求21的方法，其中该微电子元件包含电容器或电感器。
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