CN1813339A - 采用受控声光调制器负载的激光脉冲选取 - Google Patents

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Abstract

激光装置(126)及声光调制器(AOM)(10)以规律性及相同恒定高重复率的脉冲传送，以提供可变非照射间隔(50)的工作激光输出(40)，而不牺牲激光脉冲对脉冲能量稳定度。当要求工作激光输出(40)时，RF脉冲(38)与激光输出(24)重合施加于AOM(10)，以传送其至目标。当不要求工作激光输出(40)时，RF脉冲(38)与激光输出(24)非重合施加于AOM(10)，使其被阻隔。所以，不论如何随机要求工作激光输出(40)，AOM(10)上的平均热负载保持恒定。通过控制施加的RF脉冲(38)功率，AOM(10)也可以控制工作激光输出(40)的能量。当RF功率改变时，RF脉冲(38)的RF持续时间(44)被修改以保持恒定的平均RF功率。

Description

采用受控声光调制器负载的激光脉冲选取
技术领域
本发明涉及激光，且特别涉及依据受控声光调制器(AOM)负载要求提供高重复率、稳定能量激光脉冲，以减少激光束在品质或位置方面精度失真的方法与装置。
背景技术
激光被广泛运用在包括光谱学与生物技术研究的各种研发工作，以及包括检验、制造与微加工各种电子材料与衬底的工业操作中。例如在修复动态随机存取存储器(DRAM)时，便使用激光脉冲来切断导电连接线(link)，以将有缺陷的存储单元从DRAM器件中断开，且随后激活备用的存储单元以取代有缺陷的存储单元。因为需要移除连接线的有缺陷的存储单元是随机分布的，所以，需被切断的连接线也是随机分布的。因此，在激光连接线修复过程中，激光脉冲是在随机的脉冲间隔中被激发的。换言之，激光脉冲是在宽的可变脉冲重复频率(PRF)、而非恒定的PRF的范围中工作的。对于要取得较高制造产出率的工业处理来说，激光脉冲被发射到目标连接线上，同时不停止激光束扫瞄动作。这种制造技术在工业上称为动态(on-the-fly，OTF)连接线处理。在其它常见的激光应用上所运用的激光脉冲，仅在需要它们的随机时刻被激发。
然而，每个脉冲的激光能量通常随着PRF增加而减少，而激光脉冲宽度则随PRF增加而增加，这些特征对Q开关固态激光器来说特别明显。然而，诸多激光应用要求使用按需要而随机时间平移的激光脉冲，这些应用同时也要求每个脉冲的激光能量与脉冲宽度基本保持恒定。对于存储器或其它集成电路(IC)芯片上的连接线处理，不充分的激光能量将造成不完全的连接线切割，而太高的激光能量将对钝化结构或硅衬底造成无法接受的损伤。激光脉冲能量的容许范围通常称为“工艺窗口(window)”。对于许多实际IC器件来说，工艺窗口要求激光脉冲能量的变化小于选定脉冲能量值的5％。
本领域技术人员已采用各种方案来确保操作处于工艺窗口之内，或者扩大工艺窗口。例如，美国专利号5,590,141“METHOD ANDAPPARATUS FOR GENERATING AND EMPLOYING A HIGHDENSITY OF EXCITED IONS IN A LASANT”(此专利被转让给本申请的受让人)描述了一种固态激光器，该激光器所具有的激射物表现出脉冲能量作为PRF函数而降低，也因而具有较高的可用PRF。因此，这种激光器工作在低于其最大PRF时，能够有较稳定的脉冲能量水平。美国专利号5,265,114“SYSTEM AND METHOD FOR SELECTIVELYLASER PROCESSING A TARGET STRUCTURE OF ONE OR MOREMATERIALS OF A MULTIMATERIAL，MULTILAYER DEVICE”(其同样被转让给本申请的受让人)描述的是，使用较长的激光波长如1,320纳米(nm)来扩大连接线工艺窗口，从而在加工中容许有较大的激光脉冲能量变化。美国专利号5,226,051“LASER PUMP CONTROL FOROUTPUT POWER STABILIZATION”(此专利被转让给LightwaveElectronics公司)描述了一种技术，其通过控制泵浦二极管的电流而使激光脉冲能量相等。此技术在使用低于约25或30kHz的激光PRF的实际应用中表现良好。
前述的激光处理应用典型使用波长从1047nm至1324nm、工作在PRF不超过约25或30kHz的红外光(IR)激光。然而，生产需求要求有更高得多的产出率，所以，激光器应能工作在远高于约25kHz、例如50-60kHz或更高的PRF上。此外，许多激光处理应用通过采用典型小于约400nm的紫外光(UV)能量波长而得到改善。这类UV波长可通过提供IR激光与谐波产生处理，激发IR激光的2次、3次或4次谐波而产生。不幸的是因为谐波产生的特点，这种UV激光的脉冲对脉冲能量水平对于PRF与激光脉冲间隔中的时间变化特别敏感。
美国专利号6,172,325“LASER PROCESSING POWER OUTPUTSTABILIZATION APPARATUS AND METHOD EMPLOYINGPROCESSING POSITION FEEDBACK”(其同样被转让给本申请的受让人)描述了一种操作激光的技术，该技术以恒定的高重复率，结合位置反馈控制的激光脉冲选取或选通装置，借助良好的激光脉冲能量稳定度与高产出率，提供在随机时间间隔(其为多重的激光脉冲间隔)上所要求的激光脉冲选取。典型的激光脉冲选取或选通装置是声光调制器(AOM)或电光调制器(EMO，也称为波克尔斯单元(Pockels cell))。典型的EOM材料如KD*P或KDP在UV波长上受到较强吸收作用的影响，这造成材料在所用波长上损害阈值较低，且沿着器件中的激光束路径局部加热，从而导致器件的半波片(half-wave-plate)电压改变。EOM的另一缺点在于其重复率超过50kHz时性能有问题。另一方面，从250nm的UV至2,000nm的IR可完全穿透AOM材料，这使得AOM能够在此范围中的典型激光波长工作良好。AOM也能容易地在高达数百kHz重复率下实现所需的脉冲选通。AOM的一个缺点在于其约75-90％的有限绕射效率。
图1显示用于激光脉冲选取或选通应用的典型AOM 10，而图2A-2D(统称为图2)显示激光脉冲14、AOM射频(RF)脉冲18与AOM输出脉冲的相应的现有技术时序图。图2A显示恒定重复率的激光脉冲14a-14k，它们是由激光器发射并传送至AOM 10的。图2B展示两种示例性方案，用于施加RF脉冲18至AOM 10，以选择要将哪一个激光脉冲14传送至目标。在第一种方案中，是使得以虚线显示的单一RF脉冲18cde扩展，从而涵盖包括激光脉冲14a、14b与14c的时间段；而在第二种方案中，是产生分立的RF脉冲18c、18d与18e，从而分别涵盖激光脉冲14a、14b与14c的相应时间段。图2C与2D展示出从AOM 10传送的相应的一阶光束20与零阶光束16，它们是由施加至AOM 10的RF脉冲18存在与否所决定的，。
参考图1与图2，AOM 10是由RF驱动器12所驱动的。当无RF功率22被加至AOM 10时，输入激光脉冲14便沿着其原来的光束路径通过AOM 10，并作为零阶光束16输出。当RF功率22被加至AOM10时，部份输入激光脉冲能量便从零阶光束16的光束路径绕射至一阶光束20的光束路径。绕射效率是由一阶光束20的激光能量对输入光束激光脉冲14中的激光能量的比值所决定的。依照不同的应用条件，可用一阶光束20或零阶光束16作为工作光束。为了有效地区分清楚，可将进入AOM 10的激光脉冲称为“激光脉冲”或“激光输出”；而传送至目标的脉冲，因为它们是通过AOM 10所选取的，故可称之为“工作激光脉冲”或“工作激光输出”。
当一阶光束20被当作工作光束使用时，在RF功率22从其最高功率改变至基本为零时，工作激光脉冲的能量可相应地被动态控制，而由其最大值的100％下降至基本为零。因为AOM 10的实际有限绕射效率在允许的最大RF功率负载下约为75％至90％，工作激光脉冲的最大能量值约为来自激光器的激光脉冲能量值的75-90％。然而，当零阶光束16被当作工作光束使用时，在RF功率22从基本零值改变至其最高功率值时，工作激光脉冲的能量可被动态地控制，而从激光器输出的激光脉冲能量最大值的100％下至最大值的15-20％。对存储器连接线处理来说，当不需要工作激光脉冲时，系统激光脉冲能量不容许泄漏出，即工作激光脉冲能量应为零，以使得一阶激光束20可作为工作光束使用。
再次参考图2，仅在随机的时间间隔上需要工作激光脉冲的时候，将RF脉冲18加至AOM 10上，因而在此情况下，多个随机的激光脉冲间隔会产生AOM 10上的随机变动热负载。AOM 10上的热负载会构成AOM 10内的几何形变与热梯度，从而造成折射指数形成梯度。这些热负载的效应将使通过AOM 10的激光束失真，从而使激光束路径中的激光束品质与稳定度恶化，或是光束定位精度变差。这类失真如果能够被保持恒定，则能在一定程度上得到校正。然而，若系统激光脉冲按要求是随机的，例如在进行激光连接线处理时，则这类失真将具有相同的随机特性且无法被实际校正。
例如由美国佛罗里达州Melbourne的NEOS科技公司(NEOSTechnologies)所制造的N23080-2-1.06-LTD型AOM装置的测试结果就表明，当RF功率22被以随机通断的方式加至AOM 10时，在仅2瓦(W)的RF功率下，激光束定位精度便有高达1毫弧度(rad)的偏差。这一偏差值是典型存储器连接线处理系统最大容许值的数百倍。由AOM 10上的随机热负载所造成的激光束品质失真，也将使激光束的对焦性恶化，从而造成在聚焦点上较大的激光束光斑尺寸。而在诸如存储器连接线处理这样的应用上，需要使激光束光斑尺寸尽可能地小，这样的失真是非常不希望见到的。
因此，需要有一种装置与方法，用于从高重复率激光脉冲串中随机选取工作激光脉冲，而不会因为AOM上的随机热负载变化造成激光束品质及定位正确度上的失真。而且，需要有一种用来产生工作激光脉冲的装置与方法，其中每个脉冲具有恒定激光能量及所要求的恒定脉冲宽度，和/或对于诸如光谱学、生物技术等各种激光应用或诸如存储器芯片上的激光连接线处理的微加工应用，可在高PRF上进行动态处理，并在差异很大的脉冲时间间隔上具有高准确率。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种装置及方法，以便从高重复率脉冲激光选取所要求的激光脉冲。
本发明的另一目的在于以AOM上最小的热负载变化来进行这样的脉冲选取，从而使激光束品质与定位精确度的失真降至最低。
本发明还有另一目的在于提供用来产生所要求的系统激光脉冲的一种装置与方法，其对诸如存储器连接线切断这样的高精确度激光处理应用，其选定的波长从UV直至近IR范围均具有稳定的脉冲能量与稳定的脉冲宽度，且具有高脉冲重复频率。
本发明使用具有高重复率脉冲输出的激光器，其配合外腔AOM装置，用来选取或选通激光脉冲，从而使所选的激光脉冲传送至所要求的目标，而剩余的激光脉冲则被阻隔。这取代了现有技术中实行的仅在要求工作激光脉冲时才施加RF脉冲至AOM，且RF脉冲与激光脉冲具有基本相同的脉冲间隔时间，不管是否需要均将工作激光脉冲施加至AOM。每当需要工作激光脉冲时，即与对应的激光脉冲重合地施加RF脉冲。而每当不再需要工作激光脉冲时，同样将RF脉冲施加至AOM，但不与对应的激光脉冲重合。与激光脉冲不重合的RF脉冲，优选如同与激光脉冲重合的RF脉冲，具有相同的RF功率与持续时间。在不重合的RF脉冲与激光脉冲之间，时序变化小到足以就AOM上的热负载方面看，使得该时序变化可被忽略。所以，不管如何随机要求工作激光脉冲，AOM都基本不会发生热负载变动。
在一优选实施例中，由在恒定高重复率或恒定激光脉冲间隔下产生的激光脉冲，选取或选通工作激光脉冲。这种工作激光脉冲在其能量与脉冲宽度上，具有高稳定度与一致性。
类似地，AOM工作在恒定RF功率负载或恒定热负载下，不管如何随机要求工作激光脉冲。所以，不会因为随机传送的AOM而对工作激光束品质及其定位精度产生负面影响。
用相同的AOM装置，也能够控制RF脉冲功率以进行工作激光脉冲能量控制，从而符合特定应用需要。为避免因随机变化RF脉冲功率以进行激光脉冲能量控制、而对工作激光束品质产生负面影响，可相应地调整RF脉冲持续时间，使得RF脉冲功率与RF脉冲持续时间的乘积保持恒定，或者可增加额外的RF脉冲，使得在1个激光脉冲时间间隔之内加在AOM上的总RF能量保持恒定。
本发明有利于产生稳定的脉冲对脉冲工作激光脉冲能量，用于需要随机启动或关闭激光脉冲的应用，包括诸如IC芯片连接线切割这样的应用。本发明同样有利于稳定Q开关固态激光器的工作激光的脉冲对脉冲能量，该激光器利用非线性谐波产生方法来产生双倍频、三倍频或四倍频激光脉冲，其中，工作激光脉冲是随机地启动或关闭的。
本发明有利于典型AOM材料，如在前述N23080-2-1.06-LTD型AOM中使用的熔融石英及二氧化碲(TeO2)，此种材料对于从UV光谱到近IR光谱、例如从250nm到2,000nm的宽广光谱范围内的激光波长来说，是完全透明的。在一优选实施例中，是将一阶光束当作工作光束来使用，然而，对于某些应用而言，如果15-10％的激光脉冲能量泄漏不会造成问题，那么一阶光束或零阶光束都可被当作工作光束使用。
本发明的其它特点及优点，根据以下参照相关附图进行的优选实施例的详细说明中将更显而易见。
附图说明
图1为传送零阶光束和/或一阶光束的现有技术AOM装置与RF驱动器的部份示意图。
图2A-2D为对应于现有技术的激光脉冲、RF脉冲及一阶与零阶AOM输出激光脉冲的时序图。
图3A-3C为优选实施例中所使用的激光输出、RF脉冲及工作激光输出的对应的示例性时序图。
图4A-4C为激光输出、RF脉冲及工作激光输出的另一对应示例性时序图，说明用于工作激光输出的能量控制的AOM用途。
图5A与5B为RF脉冲及工作激光输出的另一对应示例性时序图，说明AOM所提供的工作激光输出能量的动态控制范围。
图6A-6C为对应的时序与光束定位图，说明对一个示例性连接线处理应用，如何才能随机地要求工作激光输出。
图7为一示意方框图，展示一个示例性激光系统的优选实施例，此实施例使用恒定热负载AOM，来提供所要求的稳定脉冲对脉冲UV激光能量，以处理被选择移除的不平均间隔连接线。
具体实施方式
图3A-3C(统称为图3)是显示施加至AOM 10的激光输出24a-24k(统称激光输出24)、RF脉冲38a-38k(统称RF脉冲38)与工作激光输出40a、40c、40d、40e及40i(统称工作激光输出40)的对应时序图。尤其是，图3A显示出由激光器126(图7)以恒定重复率发射、并由相等激光输出间隔26分隔开的激光输出24。在典型实施例中，激光输出重复率可从约1kHz往上至约500kHz。示例性的激光输出重复率高于约25kHz、高于约40kHz、或高于约100kHz。对连接线处理实施例来说，每个工作激光输出40最好包括具有多纳秒脉冲宽度的典型单一激光脉冲。然而，本领域技术人员会认识到，每个工作激光输出40可包括一个或多个激光脉冲组成的脉冲串，每个激光脉冲具有极短的脉冲宽度，如美国专利号6,574,250“LASER SYSTEM ANDMETHOD FOR PROCESSING A MEMORY LINK WITH A BURST OFLASER PULSES HAVING ULTRASHORT PULSE WIDTHS(用于以具有极短脉冲宽度的激光脉冲串处理存储器连接线的激光系统与方法)”中所揭示的(该专利被转让给本申请的受让人)，或者一个或多个脉冲组成的脉冲串，脉冲所具有的脉冲宽度介于约10皮秒与约1纳秒间。
图3B显示RF脉冲方案30的一优选实施例，该实施例利用由RF脉冲间距32a-32j(统称RF脉冲间距32)分隔开的RF脉冲38，上述RF脉冲间距是规则或均匀的，从而将AOM 10上的热负载变动保持在预定的操作容差范围之内。这种容差可能是特定的热负载窗口(window)，但预定容差可能还是、或可选择地是光斑大小的窗口或光束定位正确度的窗口。在一实施例中，热负载变动被维持在5％之内，且/或光束定位正确度被维持在0.005毫弧度内。在一优选实施例中，对应于每个激光输出24，至少产生1个RF脉冲38。
一旦工作激光输出40被要求照射在诸如导电连接线60这样的目标上(图6A)，与激光输出24重合的RF脉冲38便被施加至AOM 10，以使其被传送通过AOM 10并变成工作激光输出40。
在图3B中，重合的RF脉冲38是RF脉冲38a、38c、38d、38e与38i。图3C显示出所产生的对应工作激光输出40a、40c、40d、40e及40i。当不要求工作激光输出对应于激光输出24时，施加至AOM 10的RF脉冲38不与激光输出24重合。在图3B中，非重合RF脉冲38是RF脉冲38b、38f、38g、38h及38j。图3C显示无工作激光输出40对应于非重合RF脉冲38。
非重合RF脉冲38最好从相应的激光输出40的起始点偏移一时间偏差量42，该时间偏差量大于约0.5微秒。本领域技术人员会认识到，尽管图3B中显示的是时间偏差量42处于激光输出40之后，但时间偏差量42也可处于激光输出40之前一段充足时间，以避免工作激光输出40对准目标。所以，包围非重合RF脉冲38的RF脉冲间隔32可以比整体平均RF脉冲间隔32(例如32c、32d、32f、32g与32j)更短(例如RF脉冲间隔32b、32f与32h)，或比平均RF脉冲间隔32更长(例如RF脉冲间隔32a、32e与32i)。
再次参考图3C，分别处于工作激光输出40c与40d之间、及处于工作激光输出40d与40e之间的非照射间隔50b及50c，约与激光输出间隔26相等。分别处于工作激光输出40a与40c之间、及处于工作激光输出40e与40i之间的非照射间隔50a及50d，约为激光输出间隔26的数倍。
本领域技术人员将认识到，即使对于大多数应用例如连接线处理来说，工作激光输出40最好为一阶光束20，但工作激光输出40也可以是零阶光束16，其中泄漏光束是可容忍的，且期望有较高的工作激光输出。
在一优选实施例中，重合与非重合的RF脉冲38不仅使用大约相同的RF能量(此能量为RF功率值与RF持续时间的乘积)，也使用大约相同的RF功率值以及大约相同的RF持续时间。
图4A-4C显示施加在AOM 10上的激光输出24、RF脉冲38及工作激光输出40的对应的时序图，其说明如何能够额外使用AOM 10以控制工作激光输出40的输出功率。图4A与图3A完全相同，且其仅是为方便起见才展示的。图4B与4C显示RF脉冲38′以及工作激光输出40′，其中为方便起见，对应的RF脉冲38及工作激光输出40是以重叠于其上的虚线来展示的。通过采用与RF脉冲38相比，针对RF脉冲38′给AOM 10较低功率的方式，来衰减工作激光输出40′的能量；然而，RF脉冲38′的RF持续时间44′比用在RF脉冲38上的RF持续时间44增加，以保持RF功率值与RF持续时间的恒定乘积，从而使AOM 10上的热负载保持恒定。本领域技术人员会认识到，此技术容许对于工作激光输出40或40′之间的输出功率的连续性依要求进行选择，而在AOM 10上的热负载不会有变化。本领域技术人员也会认识到，非重合RF脉冲38的RF功率值与RF持续时间44能够保持与原始值相同，或者在重合RF脉冲38′的RF负载变化的指定容差值范围内变化。
优选的是，RF脉冲持续时间44被选择为约1微秒至激光输出间隔26的大约一半，更优选的是短于激光输出间隔26的30％。例如，如果激光重复率为50kHz且激光输出间隔26为20微秒，则RF脉冲持续时间44可介于1与10微秒之间。最小的RF脉冲持续时间44是由激光脉冲抖动时间与AOM 10的响应时间来决定的。对重合的RF脉冲38，最好能够在RF脉冲38的中心点启动激光输出24。对非重合的RF脉冲38，最好使RF偏差量从对应的激光输出24启动延时大约一半的最小RF脉冲持续时间44。
图5A-5B(统称图5)显示RF脉冲38与工作激光输出40的另一对应时序图，其表明工作激光输出能量大的动态控制范围。
参考图5，通过施加接近最小RF功率(此功率足以使工作激光输出40a能够对准目标传播)的RF脉冲38a1，可产生非常低能量的工作激光输出40a1。与激光输出24a重合的RF持续时间44a可保持较短(例如与RF持续时间44的持续时间相同)，从而减小RF脉冲间隔32中的变动，且可将一个或多个具有较高RF功率、同时又有较短RF持续时间44a2的额外非重合RF脉冲38a2施加至AOM 10，从而使RF脉冲38a1与38a2的RF能量负载总和与RF脉冲38b基本相等。在一优选实施例中，RF脉冲38a1与38a2之间的偏差时间52可以从零至数微秒。本领域技术人员将认识到，RF脉冲38a1与38a2能被合并成单一RF脉冲38，该单一RF脉冲在激光输出24a结束之后提高RF功率。本领域技术人员也将认识到，RF脉冲38a2可处于RF脉冲38a1之前，而不是跟随于其后。本领域技术人员将认识到，因为AOM 10上的热惯性，就激光束品质与定位精度恶化的观点来看，RF间隔32a1与RF间隔32中的细小差异将不会造成任何有意义的热负载变化。因此，RF间隔32a1可被保持成足够地接近于RF间隔32，从而维持AOM 10上的热负载变动处于预定的操作容差范围之内。起始的非重合RF脉冲38b可维持在其起始的RF持续时间44b与RF功率值，或者可以相同方式调整成为RF脉冲38a与38a2的组合。
图6A-6B(统称图6)显示在一示例性的激光微加工处理，例如导电连接线60a-60k(统称连接线60)的激光处理期间，目标调准位置70(也称为扫瞄位置70)(图7)与工作激光输出40的时序图。图6A显示一典型连接线组62，其具有平均地间隔开的连接线60，这些连接线在扫瞄方向64上与光束定位系统的目标调准位置70交叉。依据芯片测试结果，上述定位系统被控制对准随机位置上的连接线60(其必须被切断以修复IC器件)或其它工件120(图7)，而其余的连接线60保持不动。例如，光束定位系统的扫瞄速度可设定为是恒定的，或者是可控与可变的，以使得目标调准位置70以恒定的定位间隔与每个连接线60交叉，且激光器126以相当于定位间隔的恒定间隔发送激光输出。所以，在正确的时序坐标下，一旦位置70与连接线60交叉，即启动激光输出24。为方便起见，指定连接线60a、60c、60d、60e与60i进行切割，从而使展示工作激光输出40的图6B能够与图3C相同。因此，工作激光输出40a、40c、40d、40e与40i照射连接线60a、60c、60d、60e与60i。图6C显示出切割后的连接线60a、60c、60d、60e与60i。激光输出24与扫瞄位置70同步并且是以相同的恒定间隔来启动的，从而使每个工作激光输出40都会击中一个连接线60。所以，借助于激光脉冲选取或选通AOM 10，一旦选定要移除的连接线60，AOM10即发出激光输出24作为工作激光输出40，以切割连接线60。当连接线60未被选中时，AOM 10不会发出激光输出40，从而使连接线60保持完好。以此方式，激光器126以基本恒定的重复率运行，且激光输出24具有基本恒定的间隔26，但工作激光输出40在激光输出间隔26中的随机的多个间隔上发生。
作为一个示例，图7展示一IC芯片连接线切割系统110，该系统利用AOM 10上的RF负载控制，按需要提供稳定的脉冲对脉冲UV激光能量，从而以无失真的工作激光输出40来处理非等间距的连接线。在系统110中，系统控制计算机112及嵌入式控制计算机114一同工作以控制光束定位控制器116，该光束定位控制器从X-Y定位器118接收位置信息，定位器118相对于工作激光输出40的目标调准位置70来定位工件120。工作激光输出40可透过图示折射镜之外的各种光学器件(图中未示)传送。X-Y定位器118也可包含Z定位器123，Z定位器123可连接至X或Y平台。X-Y定位器118最好是依据美国专利号5,751,585(该专利被转让给本申请的受让人)“HIGH SPEED，HIGHACCURACY MULTI-STAGE TOOL POSITIONING SYSTEM(高速、高精度多重平台工具定位系统)”中所述定位系统。
在一实施例中，UV激光子系统124最好包含：Q开关固态IR激光器126，例如二极管泵浦、声光Q开关的Nd:YVO4激光器；AOM 128，用于IR激光器126的激光输出选取或选通及振幅调制；以及倍频器130，用于将IR激光器126所发射的IR波长，通过公知的二次、三次或四次谐波转换处理，而转变成为绿光和/或UV波长。AOM 10也可选择被置于倍频器130之后，如图中以虚线所示的AOM 10a(概括称为AOM 10)的位置。在任一实施例中，激光控制器134控制AOM 10的发射，以便从激光器126发射或阻断激光输出24，从而依要求将工作激光输出40传送至工件120。
系统控制计算机112透过总线136，传送需要激光处理的工件120位置的位置坐标至嵌入式控制计算机114。在典型的样本处理应用中，工件120包括有规律间隔的器件结构，例如可熔断连接线60，仅有其中一部份需作处理。需作处理的位置称为“目标位置”，而不需作处理的位置称为“中间位置”。嵌入式控制计算机114将被间隔开的中间位置的坐标加入目标位置坐标，以便以几乎相等的间隔26触发IR激光器126。嵌入式控制计算机114将目标与中间位置坐标透过总线138，以预定速率每次一个地传送至光束定位控制器116中的寄存器140，且同时将负载控制数据透过总线142传送至激光控制器134中的寄存器144。上述预定速率控制X-Y定位器118的移动速度，且控制数据指出是否坐标位置为待处理的目标位置，并可进一步包含输出模出模式、时序及振幅信息。
激光控制器134以自动脉冲模式或目标上脉冲(pulse-on-target)模式操作定时器146。在自动脉冲模式中，定时器146依据寄存器144中的控制数据而启动，而在目标上脉冲模式中，定时器146依据从光束定位控制器116中的比较器150收到的位置重合信号148而启动。光束定位控制器116中的位置编码器152，为比较器150指示X-Y定位器118的目前位置，且当此目前位置匹配储存在寄存器140中的位置坐标时，即产生位置重合信号148，指出工件120已被适当地定位在目标位置或中间位置。相应地，如果工件120被定位在一目标位置，定时器146同一时间操作IR激光器126中的Q开关，并通过以预定的RF功率与RF持续时间44将RF脉冲38施加至AOM 10，将AOM 10设定成发射状态，从而使工作激光输出40通过AOM 10并击中目标连接线60。如果工件120被定位在一中间位置，定时器146即操作IR激光器126中的Q开关，并仅在Q开关操作后预定的时间偏移量42之后，以预定的RF功率与RF持续时间44，将RF脉冲38施加至AOM10。所以，RF脉冲38不与激光输出24重合，且无工作激光输出40被选通。
因为X-Y定位器118的移动速率最好是受控的，从而使定位器118以恒定速率移动于目标与中间位置上，激光Q开关以此恒定的重复率被启动，或者换言之，激光输出间隔26与位置移动时间基本相等。因此，IR激光器126是以基本恒定的重复率工作的，或者说激光输出间隔26是基本恒定的，所以，在激光输出24与激光脉冲谐波转换中，因为激光输出间隔26变动所造成的不稳定性实际上可忽略。关于AOM10按需触发的进一步细节，可参看美国专利号6,172,325“LASERPROCESSING POWER OUTPUT STABILIZATION APPARATUS ANDMETHOD EMPLOYING PROCESSING POSITION FEEDBACK(利用处理位置反馈的激光处理功率输出稳定装置与方法)”，该专利在此一并作为参考。
通过以下方式，RF负载控制技术在AOM 10上提供接近于恒定的热负载：当定位器118在目标上时，或换言之，当要求工作激光输出40时，将与激光输出40重合的RF脉冲38施加至AOM 10上；而当定位器118在中间位置上时，或换言之，当不要求工作激光输出40时，便将具有相同RF能量、但不与激光输出24重合的RF脉冲38施加至AOM 10上。本领域技术人员将认识到，借助AOM 10上这种基本恒定的热负载，AOM 10对于工作激光输出40的品质与定位精度有最小的负面影响。
将进一步认识到的是，AOM 10上的RF脉冲38的RF功率可被调节，以控制工作激光输出40的能量满足目标处理的需要，同时可相应地控制RF脉冲38的RF持续时间44，以保持恒定的RF能量或RF脉冲38的RF能量与RF持续时间44的算术乘积。
本领域技术人员将认可，本发明的某些部份可用有别于前述优选实施例说明的实施方式来加以实施。对于本领域技术人员而言，显而易见的是在不偏离本发明基本原理的情形下，前述实施例的细节可作许多改变。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求来决定。

Claims (42)

1.一种降低工作激光输出的负载变化与不希望有的失真的方法，其实施于基于激光的系统中；该基于激光的系统产生脉冲激光发射并包括外腔光学调制器，用以根据控制指令，提供输出发射状态及输出阻隔状态；所述输出发射状态让激光输出能够以工作激光输出的形式传送至目标；所述输出阻隔状态主要防止工作激光输出传送至目标；所述激光系统在其运行期间，将变化的热负载条件，作为连续输出发射状态之间不均匀间隔的结果，施加至所述外腔光学调制器；所述变化的负载条件造成不希望有的工作激光输出失真；所述方法包括：
以基本恒定的激光输出重复率，产生一系列激光输出，其中，相邻的所述激光输出是由基本均匀的激光输出间隔彼此分隔开的；
施加RF脉冲至所述外腔光学调制器，以RF脉冲重复率产生一系列输出发射状态，其中，相邻的所述输出发射状态是由充分均匀的RF脉冲间隔彼此分隔开的，以维持所述外腔光学调制器的热负载变动处于预定的操作容差范围内；以及
定时产生RF脉冲，并根据控制指令而定时产生所述激光输出；用于在非重合RF脉冲期间，实现输出发射状态与对应的激光输出不重合，以防止工作激光输出；并用于在重合RF脉冲期间，实现输出发射状态与对应的激光输出的重合，以达到用不同的工作激光输出间隔来照射各目标。
2.如权利要求1所述的方法，其中，RF脉冲具有RF功率值与RF持续时间，且其中所述工作激光输出具有功率值，所述方法进一步包括：
改变重合RF脉冲的RF功率值，以造成所述工作激光输出的功率值的对应改变。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述RF功率值与RF持续时间的乘积响应所述RF脉冲的RF功率值的改变，而保持基本恒定。
4.如权利要求3所述的方法，其中，由相应的重合RF脉冲所产生的连续工作激光输出具有不同的功率值。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述热负载变动被保持在5％以内。
6.如权利要求2所述的方法，其中，连续重合与非重合RF脉冲具有不同的RF持续时间。
7.如权利要求2所述的方法，其中，连续重合与非重合RF脉冲具有不同的RF功率值。
8.如权利要求2所述的方法，其中，连续重合与非重合RF脉冲具有类似的RF功率值与类似的RF持续时间。
9.如权利要求2所述的方法，其中，重合RF脉冲的RF功率值小于连续非重合RF脉冲的RF功率值，且连续重合与非重合RF脉冲具有大约相同的RF持续时间，所述方法进一步包括：
在相邻的激光脉冲间隔期间，插入至少一个额外的非重合RF脉冲至所述工作激光输出，以使得相应重合与额外非重合RF脉冲的相应的RF功率值与RF持续时间的乘积之和，基本等于非重合RF脉冲的RF功率值与RF持续时间的乘积。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光输出间隔与RF脉冲间隔之间的差异微小得足以维持所述外腔调制器的热负载变动处于预定的操作容差范围内。
11.如权利要求1所述的方法，其中，RF脉冲包含的RF持续时间短于相邻激光输出间隔的约30％。
12.如权利要求11所述的方法，其中，RF脉冲包含的RF持续时间长于约0.1微秒。
13.如权利要求1所述的方法，其中，非重合RF脉冲与相应激光输出的起始点偏差一延时，该延时长于约0.2微秒。
14.如权利要求1所述的方法，其中，相邻的工作激光输出之间的间隔包含不同的持续时间，其接近多个所述激光输出间隔的总值。
15.如权利要求1所述的方法，其中，非重合RF脉冲发生于定位系统在工件上的不同目标之间移动的时候。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述控制指令适用于动态连接线处理。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于激光的系统适用于微加工。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述基于激光的系统适用于光谱学、生物技术或研发工作。
19.如权利要求1所述的方法，其中，光束定位精度被保持在0.005毫弧度以内。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光输出重复率大于约25kHz。
21.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光输出重复率大于约40kHz。
22.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光输出重复率大于约100kHz。
23.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作激光输出包含以UV、可见光、RR激光或它们的谐波所发射的波长。
24.如权利要求1所述的方法，其中，至少有一些所述工作激光输出包含至少2个激光脉冲。
25.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作激光输出失真包含在目标上的光束光斑尺寸的变动。
26.如权利要求1所述的方法，其中，RF脉冲间隔确定定时窗口且所述工作激光输出具有较小功率值，所述定时窗口在一RF功率值处具有连续RF功率；且其中，施加RF脉冲包含施加其功率值小于所述RF功率值的RF脉冲，使得所述工作激光输出以大于所述较小功率值的较高功率值传送至目标。
27.一种降低不希望有的热负载变化与工作激光输出失真的方法，其实施于产生工作激光输出的基于激光的工件处理系统中；该工件处理系统包括定位系统，用以相对于工件，控制所述工作激光输出的目标调准，使得所述工作激光输出照射在被半导体晶片所支撑的选定导电连接线上；且所述工件处理系统包括外腔光学调制器，用以根据控制指令，提供输出发射状态及输出阻隔状态；所述输出发射状态让激光输出能够以工作激光输出的形式传送至所述工件上的导电连接线；所述输出阻隔状态主要防止工作激光输出传送至所述工件；所述激光系统在其运行期间，将变化的热负载条件，作为连续输出发射状态之间不均匀间隔的结果，施加至所述外腔光学调制器；所述变化的负载条件造成不希望有的工作激光输出失真；所述方法包括：
以基本恒定的激光输出重复率，产生一系列激光输出，其中，相邻的所述激光输出是由基本均匀的激光输出间隔彼此分隔开的；
施加RF脉冲至所述外腔光学调制器，以RF脉冲重复率产生一系列输出发射状态，其中，相邻的所述输出发射状态是由充分均匀的RF脉冲间隔彼此分隔开的，以维持所述外腔光学调制器的热负载变动处于预定的操作容差范围内；
相对于工件，移动所述定位系统的目标调准，以寻址在所述工件上选定的导电连接线；
定时产生所述RF脉冲及产生所述激光输出，用于在非重合RF脉冲期间，实现输出发射状态与对应的激光输出不重合，以在所述定位系统未寻址选定的导电连接线时，防止工作激光输出损伤所述工件；以及
定时产生所述RF脉冲及产生所述激光输出，用于在重合RF脉冲期间，实现输出发射状态与对应的激光输出重合，以传送工作激光输出，达到用不同工作激光输出间隔来照射导电连接线。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述激光输出重复率大于约30kHz。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述定位系统在一RF脉冲期间仅寻址单一一个导电连接线。
30.如权利要求28所述的方法，其中，一RF脉冲具有RF功率值与RF持续时间，且其中，所述工作激光输出具有功率值，所述方法进一步包括：
改变重合RF脉冲的RF功率值，以造成所述工作激光输出的功率值的对应改变。
31.如权利要求30所述的方法，其中，在改变RF脉冲的RF功率值时，RF功率值与RF持续时间的乘积系维持恒定。
32.如权利要求31所述的方法，其中，由相应的重合RF脉冲所产生的连续工作激光输出具有不同的功率值。
33.如权利要求30所述的方法，其中，重合RF脉冲的RF功率值小于连续非重合RF脉冲的RF功率值，且连续重合与非重合RF脉冲具有大约相同的RF持续时间，所述方法进一步包括：
在相邻的激光脉冲间隔期间，插入至少一个额外的非重合RF脉冲至所述工作激光输出，以使得相应重合与额外非重合RF脉冲的相应的RF功率值与RF持续时间的乘积之和，基本等于非重合RF脉冲的RF功率值与RF持续时间的乘积。
34.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作激光输出包含零阶激光输出。
35.如权利要求27所述的方法，其中，所述工作激光输出包含零阶激光输出。
36.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作激光输出包含一阶激光输出。
37.如权利要求27所述的方法，其中，所述工作激光输出包含一阶激光输出。
38.如权利要求28所述的方法，其中，RF脉冲包含的RF持续时间短于相邻激光输出间隔的约30％。
39.如权利要求38所述的方法，其中，RF脉冲包含的RF持续时间长于约0.1微秒。
40.如权利要求28所述的方法，其中，非重合RF脉冲与相应激光输出的起始点偏差一延时，该延时长于约0.2微秒。
41.如权利要求28所述的方法，其中，光束定位精度被保持在0.005毫弧度以内。
42.如权利要求28所述的方法，其中，所述热负载变动被保持在5％以内。
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