TW201830810A - 用於延長雷射處理設備中的光學器件生命期的方法和系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示用於延長光學組件之生命期的方法及設備。沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導雷射能量光束，該雷射能量光束可透射穿過該掃描透鏡。可使該光束路徑在該掃描透鏡之掃描區域內偏轉，以用由該掃描透鏡透射的該雷射能量處理工件。當處理工件時，該掃描區域可移位至該掃描透鏡內的不同位置，例如，以延遲或避免雷射引發之損壞累積在該掃描透鏡內。

Description

用於延長雷射處理設備中的光學器件生命期的方法和系統 〔相關申請案之交叉參考〕
本申請案主張2016年12月30日申請之美國臨時申請案第62/440,925號之權益，該案係以全文引用之方式併入本文中。
本發明關於用於延長雷射處理設備中的光學器件生命期的方法和系統。
在雷射處理設備內，諸如反射鏡、透鏡(例如，中繼透鏡、掃描透鏡等)、擴束器等之光學組件係配置於光束路徑內，雷射能量可沿著該光學路徑傳播。隨時間推移，沿著光束路徑傳播之雷射能量損害光學組件。通常，此損害被稱為「雷射引發之損害」且可表示為材料軟化、熔融、蒸發、翹曲、凹陷、開裂、碎裂等。
一般而言，假設入射的雷射能量光束之能量含量足夠高，則雷射引發之損害可由於雷射能量之熱吸收、由於非線性吸收(例如，多光子吸收、突崩游離等)或其一組合而出現。熱吸收通常與連續波(continuous wave；CW)輻射或脈衝持續時間大於10ms之雷射脈衝相關聯，且雷射脈衝以高脈衝重複率產生。非線性吸收由於使用了具有超短脈衝持續時間(亦即，持 續時間通常小於幾十個ps)的高強度雷射脈衝而出現。除脈衝持續時間及脈衝重複率以外，雷射引發之損害亦可取決於一或多個其他因素，諸如雷射能量光束的空間強度剖面、時間脈衝剖面以及波長。
傳統上，對雷射處理設備內之光學組件造成的雷射引發之損害已藉由僅替換任何受損光學組件解決。直至光學組件需要替換為止的時間可藉由使用光學器件沖洗及碎片移除技術來延遲，但光學組件最終仍然需要替換。另外，替換光學組件、尤其掃描透鏡之代價巨大。
在一個具體實例中，一種方法之特性可在於其包括：產生雷射能量光束；沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導該雷射能量光束；使該雷射能量光束傳播穿過該掃描透鏡；使該光束路徑在該掃描透鏡之第一區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第一工件；及在使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉之後，使該光束路徑在該掃描透鏡之第二區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第二工件。
在一個具體實例中，一種方法之特性可在於其包括：產生雷射能量光束；沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導該雷射能量光束；使該雷射能量光束傳播穿過該掃描透鏡；使該光束路徑在該掃描透鏡之第一區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第一工件；及在使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉之後，使該光束路徑在該掃描透鏡之第二區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理該第一工件。
在另一具體實例中，一種方法之特性可在於其包括：產生雷射能量光束；沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導該雷射能量光束；使該雷射能量光束傳播穿過該掃描透鏡；使該光束路徑在該掃描透鏡之掃描區域內偏轉， 以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第一工件，其中該掃描區域佔據該掃描透鏡之第一區域；及在使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉之後，使該掃描區域沿著移位方向移位以使得該掃描區域佔據該掃描透鏡之第二區域，且使該光束路徑在該掃描透鏡之該第二區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理該第一工件。
在另一具體實例中，一種設備之特性可在於其包括：雷射源，其經組態以產生雷射能量光束，該雷射能量光束可沿著光束路徑傳播；掃描透鏡，其配置於該光束路徑內；至少一個定位器，其配置於該光束路徑內且經組態以使該光束路徑相對於該掃描透鏡偏轉；選擇性地，至少一個定位器，其經組態以支撐工件且使該工件相對於該掃描透鏡移動；及控制器，其以通信方式耦接至該至少一個定位器。該控制器之特性可在於其包括：處理器，其經組態以產生一或多個控制信號，該至少一個定位器對該一或多個控制信號有回應；及可由該處理器存取之電腦記憶體，其中該電腦記憶體在其上儲存有指令，該等指令在由該處理器執行時使該設備執行如在以上段落中例示性地描述的方法。
100‧‧‧設備
102‧‧‧工件
104‧‧‧雷射源
106‧‧‧第一定位器
108‧‧‧第二定位器
110‧‧‧第三定位器
112‧‧‧掃描透鏡
114‧‧‧控制器
116‧‧‧光束路徑
200‧‧‧透射區域
202‧‧‧傳播區域
204‧‧‧掃描區域
圖1示意性地說明根據一個具體實例的用於處理工件之設備。
圖2根據一個具體實例說明包括於圖1所示之設備中的掃描透鏡之傳播區域內的掃描區域。
圖3說明根據一個具體實例的圖2所示的傳播區域內之掃描區域之例示性配置。
圖4說明根據另一具體實例的圖2所示的傳播區域內之掃描區域之例示性配 置。
在本文中參看隨附圖式來描述實例具體實例。除非另外明確地陳述，否則在圖式中，組件、特徵、元件等的大小、位置等以及其間的任何距離未必依據比例，而是出於明晰之目的加以誇示。在圖式中，相同數字通篇指相同元件。因此，可能參考其他圖式來描述相同或類似數字，即使該等數字在對應圖式中未提及亦未描述。又，即使未經參考數字指示之元件亦可參考其他圖式加以描述。
本文中所使用之術語僅出於描述特定實例具體實例之目的，而不欲為限制性的。除非另外定義，否則本文中所使用之所有術語(包括技術及科學術語)具有一般熟習此項技術者通常所理解之相同意義。如本文中所使用，除非上下文另外明確地指示，否則單數形式「一」及「該」意欲亦包括複數形式。應認識到，術語「包含」在用於本說明書中時指定所陳述之特徵、整體、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但不排除一或多個其他特徵、整體、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。除非另外指定，否則在敍述值範圍時，值範圍包括該範圍之上限及下限兩者以及在其間的任何子範圍。除非另外指示，否則諸如「第一」、「第二」等術語僅用於區別一個元件與另一元件。舉例而言，一個節點可稱為「第一節點」，且類似地，另一節點可稱為「第二節點」，或反之亦然。
除非另外指示，否則術語「約」、「上下」等意謂量、大小、配方、參數及其他量及特性並非且不必為精確的，而視需要可為大致的及/或更大或更小，從而反映容限、轉換因數、捨入、量測誤差及其類似者，以及熟習此項技術者已知之其他因素。空間相對術語，諸如「下方」、「底下」、 「下」、「上方」及「上」以及其類似者可為易於描述而在本文中用以描述一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係，如圖式中所說明。應認識到，該等空間相對術語意欲涵蓋除圖式中所描繪之定向之外的不同定向。舉例而言，若圖式中之物件翻轉，則描述為「在其他元件或特徵下方」或「在其他元件或特徵底下」的元件將定向「在其他元件或特徵上方」。因此，例示性術語「在……下方」可涵蓋「在……上方」及「在……下方」的定向兩者。物件可以其他方式定向(例如，旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用之空間相對描述詞可相應地加以解釋。
本文中所使用之章節標題僅用於組織目的，且除非另外明確地陳述，否則該等章節標題不應被理解為限制所描述之標的。應瞭解，許多不同形式、具體實例及組合係可能的，而不會背離本發明之精神及教示，且因此，本發明不應被視為限於本文中所闡述之實例具體實例。確切而言，提供此等實例及具體實例，使得本發明將為透徹且完整的，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明之範疇。
I.概述
本文中所描述之具體實例大體上係關於用於雷射處理(或者，更簡單地，「處理」)工件之方法及設備。通常，處理係藉由用雷射輻射輻照工件來完全或部分地實現，以使形成工件所用的一或多種材料受熱、熔融、蒸發、切除、開裂、褪色、拋光、變粗糙、碳化、發泡，或以其他方式修改該一或多種材料之一或多個性質或特性(例如，關於化學組成、原子結構、離子結構、分子結構、電子結構、微結構、奈米結構、密度、黏度、折射率、磁導率、相對電容率、紋理、色彩、硬度、電磁輻射透射率或其類似者或其任何組合)。待處理之材料在處理之前或期間可存在於工件的外部，或在處理之前或期間可完全位於工件內(亦即，不存在於工件的外部)。
可由用於雷射處理的所揭示設備進行的處理之特定實例包括過孔鑽孔或其他孔形成、切割、穿孔、焊接、刻劃、雕刻、標記(例如，表面標記、次表面標記等)、雷射引發之正向傳送、清洗、漂白、明亮像素維修(例如，彩色濾光片暗化、修改有機發光二極體材料等)、除去塗層、表面紋理化(例如，粗糙化、平滑化等)或其類似物或其任何組合。因此，作為處理之結果，可形成於工件上或內的一或多個特徵可包括開口、槽、過孔或其他孔、凹槽、溝槽、切割道、鋸口、凹陷區域、導電跡線、歐姆觸點、光阻圖案、人工或機器可讀標記(例如，由具有一或多個視覺上或質地上可區分之特性的工件中或上的一或多個區域組成)或其類似物，或其任何組合。當自俯視平面圖觀察時，諸如開口、槽、過孔、孔等的特徵可具有任何合適或合乎需要的形狀(例如，圓形、橢圓形、正方形、矩形、三角形、環形，或其類似形狀或其任何組合)。此外，諸如開口、槽、過孔、孔等的特徵可完全延伸穿過工件(例如，從而形成所謂的「通孔」、「穿孔」等)或僅部分地延伸穿過工件(例如，從而形成所謂的「盲孔(blind via)」、「非貫穿孔(blind hole)」等)。
可處理之工件的特性通常在於係由一或多種金屬、聚合物、陶瓷、複合物或其任何組合(例如，不論是否為合金、化合物、混合物、溶液、複合物等)形成。可處理之工件的特定實例包括印刷電路板(printed circuit board；PCB)之面板(在本文中亦被稱作「PCB面板」)、PCB、撓性印刷電路(flexible printed circuit；FPC)、積體電路(integrated circuit；IC)、IC封裝(ICP)、發光二極體(light-emitting diode；LED)、LED封裝、半導體晶圓、電子或光學裝置基板(例如，由以下材料形成的基板：Al2O3、AlN、BeO、Cu、GaAS、GaN、Ge、InP、Si、SiO2、SiC、Si1-xGex(其中0.0001<x<0.9999)或其類似材料或其任何組合或合金)、引線框架、引線框架坯料、由 塑膠、未強化玻璃、熱強化玻璃、化學強化玻璃(例如，經由離子交換製程)、石英、藍寶石、塑膠、矽等形成的物品、電子顯示器之組件(例如，上面形成有以下各物的基板：TFT、彩色濾光片、有機LED(OLED)陣列、量子點LED陣列，或其類似物或其任何組合)、透鏡、反射鏡、螢幕保護器、渦輪葉片、粉末、薄膜、箔片、板、模具(例如，蠟模、用於射出模製製程的模具、熔模鑄造製程等)、織物(編織品、氈織品等)、手術器械、醫療植入物、消費型包裝產品、鞋、腳踏車、汽車、汽車或航空零件(例如，框架、車身板等)、器具(例如，微波爐、烤箱、冰箱等)、(例如，手錶、電腦、智慧型電話、平板電腦、可穿戴電子裝置或其類似物或其任何組合的)的裝置外殼。
因此，可處理之材料包括：一或多種金屬，諸如Al、Ag、Au、Cu、Fe、In、Mg、Pt、Sn、Ti或其類似物或其任何組合(例如，不論是否為合金、複合物等)；導電金屬氧化物(例如，ITO等)、透明的導電聚合物、陶瓷、蠟、樹脂、無機介電材料(例如，用作層間介電結構，諸如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其類似物或其任何組合)、低k介電材料(例如，甲基倍半氧矽烷(MSQ)、三氧化矽烷(HSQ)、氟化正矽酸四乙酯(FTEOS)或其類似物或其任何組合)、有機介電材料(例如，SILK、苯并環丁烯、Nautilus(全部由Dow製造)、聚四氟乙烯(由DuPont製造)、FLARE(由Allied Chemical製造)或其類似物或其任何組合)、玻璃纖維、聚合材料(聚醯胺、聚醯亞胺、聚酯、聚縮醛、聚碳酸酯、改質聚苯醚、聚丁烯對苯二甲酸酯、聚苯硫醚、聚醚碸、聚醚醯亞胺、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、複合物或合金)、皮革、紙張、累積材料(例如，味之素累積膜，亦被稱作「ABF」等)、玻璃加強型環氧樹脂積層(例如，FR4)、預浸體、阻焊劑或其類似物或其任何複合物、積層或其他組合。
II.系統-概述
圖1示意性地說明根據本發明之一個具體實例的用於處理工件之設備。
參考圖1所示之具體實例，用於處理工件之設備100包括用於產生雷射脈衝的雷射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、掃描透鏡112以及控制器114。
鑒於隨後之描述，應認識到，包括第一定位器106係可選的(亦即，設備100不需要包括第一定位器106)，其條件為設備100包括第二定位器108、第三定位器110或其一組合。同樣，應認識到，包括第二定位器108係可選的(亦即，設備100不需要包括第二定位器108)，其條件為設備100包括第一定位器106、第三定位器110或其一組合。最後，類似地，應認識到，包括第三定位器110係可選的(亦即，設備100不需要包括第三定位器110)，其條件為設備100包括第一定位器106、第二定位器108或其一組合。
雖然未說明，但設備100亦包括一或多個光學組件(例如，擴束器、光束整形器、孔隙、濾光片、準直儀、透鏡、反射鏡、偏光器、波片、繞射光學元件、折射光學元件或其類似物或其任何組合)，以對由雷射源104產生的沿著一或多個光束路徑(例如，光束路徑116)到達掃描透鏡112之雷射脈衝進行聚焦、擴展、準直、整形、偏光、濾光、分割、組合、裁剪或另外修改、調節、引導、監視或量測。應進一步瞭解，可提供前述組件中之一或多者，或設備100可進一步包括一或多個額外組件，如以下各者中所揭示：美國專利第4,912,487號、第5,633,747號、第5,638,267號、第5,751,585號、第5,847,960號、第5,917,300號、第6,314,473號、第6,430,465號、第6,700,600號、第6,706,998號、第6,706,999號、第6,816,294號、第6,947,454號、第7,019,891號、第7,027,199號、第7,133,182號、第7,133,186號、第7,133,187號、第 7,133,188號、第7,245,412號、第7,259,354號、第7,611,745號、第7,834,293號、第8,026,158號、第8,076,605號、第8,158,493號、第8,288,679號、第8,404,998號、第8,497,450號、第8,648,277號、第8,680,430號、第8,847,113號、第8,896,909號、第8,928,853號、第9,259,802號；或前述美國專利申請案第2014/0026351號、第2014/0197140號、第2014/0263201號、第2014/0263212號、第2014/0263223號、第2014/0312013號；或德國專利第DE102013201968B4號；或國際專利申請案公告第WO2009/087392號；或其任何組合，其中之每一者係以全文引用的方式併入本文中。
透射穿過掃描透鏡112之雷射脈衝沿著束軸傳播，從而被遞送至工件102。遞送至工件102之雷射脈衝的特性可在於其具有高斯型空間強度剖面或非高斯型(亦即，「成形」)空間強度剖面(例如，「頂帽型」空間強度剖面)。與空間強度剖面之類型無關，空間強度剖面之特性亦可在於沿著束軸(或光束路徑116)傳播之雷射脈衝的形狀(亦即，截面形狀)，該形狀可為圓形、橢圓形、正方形、矩形、三角形、六邊形、環形等或任意形狀。如本文所使用，術語「光點大小」指遞送之雷射脈衝在束軸穿過至少部分地待由遞送之雷射脈衝處理的工件102之一區域所在的位置(亦被稱作「處理光點」、「光點位置」，或更簡單地，「光點」)處的直徑或最大空間寬度。本文中出於論述之目的，將光點大小量測為自束軸至束軸上的光學強度下降至至少光學強度的1/e2之位置處的徑向或橫向距離。一般而言，雷射脈衝之光點大小會在光束腰處達到最小值。
遞送之雷射脈衝之特性可在於以在2μm至200μm範圍內之光點大小照射工件102。然而，應瞭解，可使光點大小小於2μm或大於200μm。因此，遞送至工件102之至少一個雷射脈衝可具有大於、小於或等於以下各值的光點大小：2μm、3μm、5μm、7μm、10μm、15μm、30μm、35μm、40 μm、45μm、50μm、55μm、80μm、100μm、150μm、200μm等，或此等值中之任一者之間的值。在一個具體實例中，遞送至工件102之雷射脈衝可具有在25μm至60μm範圍內之光點大小。在另一具體實例中，遞送至工件102之雷射脈衝可具有在35μm至50μm範圍內之光點大小。
A.雷射源
一般而言，雷射源104操作以產生雷射脈衝。因而，雷射源104可包括脈衝雷射源、CW雷射源、QCW雷射源、叢發模式雷射或其類似物或其任何組合。在雷射源104包括QCW或CW雷射源之情況下，雷射源104可進一步包括一脈衝閘控單元(例如，聲光(acousto-optic；AO)調變器(AOM)、光束斬波器等)以在時間上調變自QCW或CW雷射源輸出的雷射輻射光束。雖然未說明，但設備100可選擇性地包括經組態以轉換由雷射源104輸出之光波長的一或多個諧波產生晶體(亦被稱作「波長轉換晶體」)。在另一具體實例中，雷射源104可提供為QCW雷射源或CW雷射源且不包括脈衝閘控單元。因此，最終遞送至工件102之雷射能量(不論提供為一系列雷射脈衝或CW光束等)的特性可在於其具有在電磁波譜之紫外線(UV)、可見光(例如，紫色、藍色、綠色、紅色等)或紅外線(IR)範圍中之一或多者中的一或多個波長。電磁波譜之UV範圍中之雷射光可具有在10nm(或上下)至385nm(或上下)範圍內的一或多個波長，諸如10nm、121nm、124nm、157nm、200nm、334nm、337nm、351nm、380nm等，或此等值中之任一者之間的值。電磁波譜之可見綠色範圍中之雷射光可具有在500nm(或上下)至570nm(或上下)範圍內的一或多個波長，諸如511nm、515nm、530nm、532nm、543nm、568nm等，或此等值中之任一者之間的值。電磁波譜之IR範圍中之雷射光可具有在750nm(或上下)至15μm(或上下)範圍內的一或多個波長，諸如700nm至1000nm、752.5nm、780nm至1060nm、799.3nm、980nm、1047nm、1053 nm、1060nm、1064nm、1080nm、1090nm、1152nm、1150nm至1350nm、1540nm、2.6μm至4μm、4.8μm至8.3μm、9.4μm、10.6μm等，或此等值中之任一者之間的值。
由雷射源104輸出之雷射脈衝可具有在10fs至900ms範圍內的脈寬或脈衝持續時間(亦即，基於脈衝光功率對時間之半峰全幅值(full-width at half-maximum；FWHM))。然而，應瞭解，可使脈衝持續時間小於10fs或大於900ms。因此，由雷射源104輸出之至少一個雷射脈衝可具有小於、大於或等於以下各值之脈衝持續時間：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，或此等值中之任一者之間的值。
由雷射源104輸出之雷射脈衝可具有在5mW至50kW範圍內之平均功率。然而，應瞭解，可使平均功率小於5mW或大於50kW。因此，由雷射源104輸出之雷射脈衝可具有小於、大於或等於以下各值之平均功率：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，或此等值中之任一者之間的值。
雷射脈衝可由雷射源104以在5kHz至1GHz範圍內之脈衝重複率輸出。然而，應瞭解，可使脈衝重複率小於5kHz或大於1GHz。因此，雷射脈衝可由雷射源104以小於、大於或等於以下各值之脈衝重複率輸出：5kHz、50 kHz、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，或此等值中之任一者之間的值。
除波長、脈衝持續時間、平均功率及脈衝重複率之外，遞送至工件102之雷射脈衝之特性亦可在於諸如脈衝能量、峰值功率等的一或多個其他特性，其可經選擇(例如，選擇性地基於諸如波長、脈衝持續時間、平均功率及脈衝重複率等的一或多個其他特性)而以足以處理工件102(例如，以形成具有一或多個所要特性之一或多個特徵)的光學強度(以W/cm2量測)、通量(以J/cm2量測)等輻照處於處理光點的工件102。
雷射源104之雷射類型之實例之特性可在於氣體雷射(例如，二氧化碳雷射、一氧化碳雷射、準分子雷射等)、固態雷射(例如，Nd：YAG雷射等)、棒狀雷射、纖維雷射、光子晶體棒狀/纖維雷射、被動模式鎖定之固態塊狀或纖維雷射、染料雷射、模式鎖定之二極體雷射、脈衝雷射(例如，ms、ns、ps、fs脈衝雷射)、CW雷射、QCW雷射或其類似物或其任何組合。視該等雷射之組態而定，氣體雷射(例如，二氧化碳雷射等)可經組態以在一或多個模式下(例如，在CW模式、QCW模式、脈衝模式或其任何組合下)操作。可提供作為雷射源104之雷射源之特定實例包括一或多個雷射源，諸如：由EOLITE製造的BOREAS、HEGOA、SIROCCO或CHINOOK系列雷射；由PYROPHOTONICS製造的PYROFLEX系列雷射；由COHERENT製造的PALADIN進階355或DIAMOND系列(例如，DIAMOND E-、G-、J-2、J-3、J-5系列)雷射；由SYNRAD製造的PULSTAR-或FIRESTAR-系列雷射；TRUFLOW-系列雷射(例如，TRUFLOW 2000、2700、3000、3200、3600、 4000、5000、6000、7000、8000、10000、12000、15000、20000)、TRUCOAX-系列雷射(例如，TRUCOAX 1000)或TRUDISK-、TRUPULSE-、TRUDIODE-、TRUFIBER-或TRUMICRO-系列雷射，該等雷射全部由TRUMPF製造；由IMRA AMERICA製造的FCPA μJEWEL或FEMTOLITE系列雷射；由AMPLITUDE SYSTEMES製造的TANGERINE及SATSUMA系列雷射(及MIKAN及T-PULSE系列振盪器)；由IPG PHOTONICS製造的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-系列雷射(例如，包括GPLN-100-M、GPLN-500-QCW、GPLN-500-M、GPLN-500-R、GPLN-2000-S等)，或其類似物或其任何組合。
B.第一定位器
第一定位器106配置、定位或以其他方式安置於光束路徑116中且操作以對由雷射源104產生之雷射脈衝進行繞射、反射、折射或其類似處理或其任何組合(亦即，以使雷射脈衝「偏轉」)，從而賦予光束路徑116(例如，相對於掃描透鏡112)的移動且因此賦予束軸相對於工件102的移動。一般而言，第一定位器106經組態以賦予束軸相對於工件102沿著X及Y軸(或方向)之移動。雖然未說明，但X軸(或X方向)應理解為指正交於所說明之Y及Z軸(或方向)之軸線(或方向)。
如第一定位器106所賦予的束軸相對於工件102之移動通常受限制，以使得處理光點可於在X及Y方向上在0.01mm至4.0mm之間延伸的第一掃描場或「第一掃描範圍」內經掃描、移動或以其他方式定位。然而，應瞭解，第一掃描範圍可在X或Y方向中之任一者上延伸小於0.01mm或多於4.0mm(例 如，取決於一或多個因素，諸如第一定位器106的組態、第一定位器106沿著光束路徑116的位置、入射於第一定位器106上之雷射脈衝的光束大小、光點大小等)。因此，第一掃描範圍可在X或Y方向中之任一者上延伸一距離，該距離小於、大於或等於以下各值：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，或此等值中之任一者之間的值。如本文中所使用，術語「光束大小」指雷射脈衝之直徑或寬度，且可量測為自束軸至沿著光束路徑116之傳播軸線上的光學強度下降至光學強度的1/e2之位置處的徑向或橫向距離。因此，在一些具體實例中，第一掃描範圍之最大尺寸(例如，在X或Y方向或其他方向上)可大於或等於待形成於工件102中之特徵(例如，開口、凹陷、過孔、溝槽等)的對應最大尺寸(在X-Y平面中量測)。然而，在另一具體實例中，第一掃描範圍之最大尺寸可小於待形成之特徵的最大尺寸。
一般而言，第一定位器106能夠將處理光點定位在第一掃描範圍內之任何位置處(因此使束軸移動)時的速率(亦被稱作「定位速率」)在50kHz(或上下)至250MHz(或上下)範圍內。此範圍在本文中亦被稱作第一定位頻寬。然而，應瞭解，第一定位頻寬可小於50kHz或大於250MHz。定位速率之倒數在本文中被稱作「定位週期」且指將處理光點位置自第一掃描範圍內的一個位置改變至第一掃描範圍內的任何其他位置所必需的最小時間量。因此，第一定位器106之特性可在於在20μs(或上下)至0.004μs(或上下)範圍內的定位週期。在一個具體實例中，第一定位頻寬在100KHz(或上下)至10MHz(或上下)範圍內。舉例而言，第一定位頻寬為2MHz(或上下)、1MHz(或上下)等。
第一定位器106可提供作為微機電系統(MEMS)反射鏡或反射 鏡陣列、聲光(AO)偏轉器(AOD)系統、電光偏轉器(electro-optic deflector；EOD)系統、併有壓電致動器、電致伸縮致動器、音圈致動器之快速控制反射鏡(fast-steering mirror；FSM)元件、檢流計反射鏡系統、旋轉多邊形掃描儀等，或其類似物或其任何組合。在一個具體實例中，第一定位器106提供作為一AOD系統，其包括至少一個(例如，一個、兩個等)單元件AOD系統、至少一個(例如，一個、兩個等)相控陣列AOD系統，或其類似物或其任何組合。兩種AOD系統包括由諸如晶體Ge、PbMoO4或TeO2、玻璃態SiO2、石英、As2S3等之材料形成的AO單元格。如本文中所使用，「單元件」AOD系統指僅具有聲學耦接至AO單元格之單一超音波傳感器元件的AOD系統，而「相控陣列」AOD系統包括聲學耦接至共用AO單元格之至少兩個超音波傳感器元件的相控陣列。
如一般技術者將認識到，AO技術(例如，AOD、AOM等)利用由傳播穿過AO單元格之聲波造成的繞射效應來調變同時傳播穿過AO單元格之光波(在本申請案之上下文中，亦即雷射能量光束)的一或多個特性。通常，AO單元格能夠在同一區域中支援聲波及光波兩者。聲波給予AO單元格中之折射率擾動。聲波通常藉由在一或多個RF頻率下驅動超音波傳感器元件而發射至AO單元格中。藉由控制聲波之特性(例如，幅度、頻率、相位等)，傳播光波之一或多個特性可受到可控調變以賦予光束路徑116(例如，相對於掃描透鏡112)的移動。亦應認識到，發射至AO單元格中之聲波的特性可使用熟知技術來控制，以使雷射能量光束中之能量在光束通過AO單元格時衰減。因此，AOD系統亦可經操作以調變最終遞送至工件102之雷射脈衝的脈衝能量(及相應地調變通量、峰值功率、光學強度、平均功率等)。
AOD系統中之任一者可藉由使光束路徑116偏轉而提供作為單軸線AOD系統(例如，組態賦予束軸沿著單一方向的移動)或作為多軸線AOD 系統(例如，組態賦予束軸沿著例如X及Y方向之多個方向的移動)。一般而言，多軸線AOD系統可提供作為多單元格系統或單一單元格系統。多單元格多軸線系統通常包括多個AOD系統，每一系統經組態以賦予束軸沿著不同軸線的移動。舉例而言，多單元格多軸線系統可包括經組態以賦予束軸沿著X方向的移動之第一AOD系統(例如，單元件或相控陣列AOD系統)(例如，「X軸AOD系統」)，及經組態以賦予束軸沿著Y方向的移動之第二AOD系統(例如，單元件或相控陣列AOD系統)(例如，「Y軸AOD系統」)。單一單元格多軸線系統(例如，「X/Y軸AOD系統」)通常包括經組態以賦予束軸沿著X及Y方向的移動之單一AOD系統。舉例而言，單一單元格系統可包括聲學耦接至共用AO單元格之不同平面、刻面、側邊等的至少兩個超音波傳感器元件。
C.第二定位器
類似於第一定位器106，第二定位器108安置於光束路徑116中且操作以對由雷射源104產生且由第一定位器106傳遞之雷射脈衝進行繞射、反射、折射或其類似處理或其任何組合，從而經由光束路徑116相對於掃描透鏡112的移動賦予束軸(例如，沿著X方向、Y方向或其任何組合)相對於工件102的移動。如第二定位器108所賦予的束軸相對於工件102的移動通常受限制，以使得處理光點可於在X及Y方向上延伸遍佈大於第一掃描範圍之區的第二掃描場或「掃描範圍」內經掃描、移動或以其他方式定位。鑒於本文中所描述之組態，應認識到，由第一定位器106賦予的束軸之移動可與由第二定位器108賦予的束軸之移動疊加。因此，第二定位器108操作以在第二掃描範圍內掃描第一掃描範圍。
在一個具體實例中，第二掃描範圍在X及/或Y方向上在1mm至1.5m之間延伸。在另一具體實例中，第二掃描範圍在X及/或Y方向上在15mm至50mm之間延伸。然而，應瞭解，第二定位器108可經組態以使得第二掃描範 圍在X或Y方向中之任一者上延伸小於1mm或多於1.5m。因此，在一些具體實例中，第二掃描範圍之最大尺寸(例如，在X或Y方向或其他方向上)可大於或等於待形成於工件102中之特徵(例如，過孔、溝槽、切割道、凹入區域、導電跡線等)的對應最大尺寸(在X-Y平面中量測)。然而，在另一具體實例中，第二掃描範圍之最大尺寸可小於待形成之特徵的最大尺寸。
一般而言，第二定位器108能夠將處理光點定位在第二掃描範圍內之任何位置處(因此使束軸在第二掃描範圍內移動及/或在第二掃描範圍內掃描第一掃描範圍)時的定位速率跨越小於第一定位頻寬之範圍(在本文中亦被稱作「第二定位頻寬」)。在一個具體實例中，第二定位頻寬在900Hz至5kHz範圍內。在另一具體實例中，第一定位頻寬在2kHz至3kHz範圍內(例如，約2.5kHz)。
第二定位器108可提供作為包括兩個檢流計反射鏡組件之檢流計反射鏡系統，其中一個檢流計反射鏡組件(例如，X軸檢流計反射鏡組件)經配置以賦予束軸相對於工件102沿著X方向的移動且另一檢流計反射鏡組件(例如，Y軸檢流計反射鏡組件)經配置以賦予束軸相對於工件102沿著Y方向的移動。然而，在另一具體實例中，第二定位器108可提供作為包括單一檢流計反射鏡組件之檢流計反射鏡系統，該單一檢流計反射鏡組件經配置以賦予束軸相對於工件102沿著X及Y方向的移動。在另外其他具體實例中，第二定位器108可提供作為旋轉多邊形反射鏡系統等。因此應瞭解，視第二定位器108及第一定位器106之特定組態而定，第二定位頻寬可大於或等於第一定位頻寬。
D.第三定位器
第三定位器110操作以賦予工件102相對於掃描透鏡112的移動，且因此賦予工件102相對於束軸的移動。工件102相對於束軸的移動通常受限制，以使得處理光點可於在X及/或Y方向上延伸遍佈大於第二掃描範圍之區的 第三掃描場或「掃描範圍」內經掃描、移動或以其他方式定位。在一個具體實例中，第三掃描範圍在X及/或Y方向上在25mm至2m之間延伸。在一個具體實例中，第三掃描範圍在X及/或Y方向上在0.5m至1.5m之間延伸。一般而言，第三掃描範圍之最大尺寸(例如，在X或Y方向或其他方向上)將大於或等於待形成於工件102中之任何特徵的對應最大尺寸(在X-Y平面中量測)。選擇性地，第三定位器110可經組態以使工件102於在Z方向上延伸之掃描範圍內(例如，在1mm與50mm之間的範圍內)相對於束軸移動。因此，第三掃描範圍可沿著X、Y及/或Z方向延伸。
鑒於本文中所描述之組態，應認識到，由第一定位器106及/或第二定位器108賦予的束軸之移動可與由第三定位器110賦予的工件102之移動疊加。因此，第三定位器110操作以在第三掃描範圍內掃描第一掃描範圍及/或第二掃描範圍。一般而言，第三定位器110能夠將處理光點定位在第三掃描範圍內之任何位置處(因此使工件102移動、在第三掃描範圍內掃描第一掃描範圍及/或在第三掃描範圍內掃描第二掃描範圍)時的定位速率跨越小於第二定位頻寬之範圍(在本文中亦被稱作「第三定位頻寬」)。在一個具體實例中，第三定位頻寬在10Hz(或上下)或更小之範圍內。
在一個具體實例中，第三定位器110係提供作為一或多個線性平台(例如，每一者能夠賦予工件102沿著X、Y及/或Z方向的平移移動)、一或多個旋轉平台(例如，每一者能夠賦予工件102圍繞平行於X、Y及/或Z方向之軸線的旋轉移動)，或其類似物或其任何組合。在一個具體實例中，第三定位器110包括用於使工件102沿著X方向移動的X平台，及由X平台支撐(且因此可藉由X平台沿著X方向移動)的用於使工件102沿著Y方向移動的Y平台。儘管未圖示，但設備100亦可包括支撐第三定位器110之可選底座(例如，花崗石塊)。
儘管未圖示，但設備100可包括耦接至第三定位器110之可選夾盤，工件102可機械地夾持、固定、固持、緊固以其他方式支撐至該可選夾盤。在一個具體實例中，工件102可經夾持、固定、固持、緊固或以其他方式受支撐，從而直接接觸夾盤之通常平坦的主要支撐表面。在另一具體實例中，工件102可經夾持、固定、固持、緊固或以其他方式受支撐，從而與夾盤之支撐表面隔開。在另一具體實例中，工件102可藉助於自夾盤施加至工件102或另外存在於工件102與夾盤之間的力(例如，靜電力、真空力、磁力)來固定、固持或緊固。
如迄今所描述，設備100使用所謂的「堆疊式」定位系統，其中諸如第一定位器106、第二定位器108、掃描透鏡112等的組件之位置在設備100內相對於工件102保持靜止(例如，如此項技術中已知，經由一或多個支撐件、框架等)，經由第三定位器110來移動該工件。在另一具體實例中，第三定位器110可經配置且經組態以使諸如第一定位器106、第二定位器108、掃描透鏡112等的一或多個組件移動，且工件102可保持靜止。
在又一具體實例中，設備100可使用分割軸線定位系統，其中諸如第一定位器106、第二定位器108、掃描透鏡112等的一或多個組件係由一或多個線性或旋轉平台承載且工件102係由一或多個其他線性或旋轉平台承載。在此具體實例中，第三定位器110包括經配置且經組態以使諸如第一定位器106、第二定位器108、掃描透鏡112等之一或多個組件(例如，在X方向上)移動的一或多個線性或旋轉平台，及經配置且經組態以使工件102(例如，在Y方向上)移動的一或多個線性或旋轉平台。因此，舉例而言，第三定位器110可賦予工件102(例如，沿著Y方向)之移動且賦予第二定位器108及掃描透鏡112之移動。可有益地或有利地用於設備100中之分割軸線定位系統的一些實例包括以下各項中所揭示之系統中的任一者：美國專利第5,751,585號、第5,798,927 號、第5,847,960號、第6,706,999號、第7,605,343號、第8,680,430號、第8,847,113號或美國專利申請案公告第2014/0083983號或其任何組合，其中之每一者係以全文引用的方式併入本文中。
在另一具體實例中，諸如第一定位器106、第二定位器108、掃描透鏡112等的一或多個組件可由鉸接式多軸線機器人臂(例如，2、3、4、5或6軸線臂)承載。在此具體實例中，第二定位器108及/或掃描透鏡112可選擇性地由機器人臂之末端執行器承載。在又一具體實例中，工件102可直接承載於鉸接式多軸線機器人臂之末端執行器上(亦即，不具有第三定位器110)。在再一具體實例中，第三定位器110可承載於鉸接式多軸線機器人臂之末端執行器上。
D.掃描透鏡
掃描透鏡112(例如，提供作為簡單透鏡或複合透鏡)通常經組態以聚焦沿著光束路徑引導之雷射脈衝，從而通常產生可定位在所要處理光點處或附近的光束腰。掃描透鏡112可提供作為f-θ透鏡、遠心透鏡、軸錐透鏡(在此情況下，一系列光束腰產生，從而得到沿著束軸彼此移位的複數個處理光點)，或其類似物或其任何組合。在一個具體實例中，掃描透鏡112係提供作為固定焦距透鏡且耦接至一透鏡致動器(圖中未示)，該透鏡致動器經組態以使掃描透鏡112移動(例如，從而沿著束軸改變光束腰之位置)。舉例而言，該透鏡致動器可提供作為經組態以使掃描透鏡112沿著Z方向線性地平移的音圈。在此情況下，掃描透鏡112可由諸如以下各物之材料形成：熔融矽石、光學玻璃、硒化鋅、硫化鋅、鍺、砷化鎵、氟化鎂等。在另一具體實例中，掃描透鏡112係提供作為可變焦距透鏡(例如，變焦透鏡，或併有由COGNEX、VARIOPTIC等當前提供之技術的所謂「液體透鏡」)，可變焦距透鏡能夠經致動(例如，經由透鏡致動器)以沿著束軸改變光束腰之位置。
在一個具體實例中，掃描透鏡112及第二定位器108係整合於共用外殼或「掃描頭」中。因此，在設備100包括一透鏡致動器之一具體實例中，個透鏡致動器可耦接至掃描透鏡112(例如，從而實現掃描透鏡112在掃描頭內相對於第二定位器108的移動)。替代地，該透鏡致動器可耦接至掃描頭(例如，從而實現掃描頭本身的移動，在此情況下，掃描透鏡112及第二定位器108將一起移動)。在另一具體實例中，掃描透鏡112及第二定位器108係整合於不同外殼中(例如，以使得整合了掃描透鏡112的外殼可相對於整合了第二定位器108的外殼移動)。掃描頭之組件或整個掃描頭本身可為模組化總成，以使得掃描頭之組件可容易移除且用另一組件替換，以使得一個掃描頭可容易移除且用另一掃描頭替換等。
E.控制器
一般而言，控制器114係(例如，經由一或多個有線或無線、串列或並列之通信鏈路，諸如USB、RS-232、乙太網路、Firewire、Wi-Fi、RFID、NFC、藍芽、Li-Fi、SERCOS、MARCO、EtherCAT，或其類似物或其任何組合)以通信方式耦接至設備100之一或多個組件，諸如雷射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透鏡致動器等，該一或多個組件回應於由控制器114輸出的一或多個控制信號而操作。前述組件中之一或多者可受控制以執行的操作之一些實例包括如以下各項中所揭示的任何操作、功能、處理程序及方法等：前述美國專利第4,912,487號、第5,633,747號、第5,638,267號、第5,751,585號、第5,847,960號、第5,917,300號、第6,314,473號、第6,430,465號、第6,700,600號、第6,706,998號、第6,706,999號、第6,816,294號、第6,947,454號、第7,019,891號、第7,027,199號、第7,133,182號、第7,133,186號、第7,133,187號、第7,133,188號、第7,245,412號、第7,259,354號、第7,611,745號、第7,834,293號、第8,026,158號、第8,076,605號、第8,288,679 號、第8,404,998號、第8,497,450號、第8,648,277號、第8,680,430號、第8,847,113號、第8,896,909號、第8,928,853號、第9,259,802號，或前述美國專利申請案公告第2014/0026351號、第2014/0197140號、第2014/0263201號、第2014/0263212號、第2014/0263223號、第2014/0312013號，或德國專利第DE102013201968B4號，或國際專利申請案第WO2009/087392號，或其任何組合。
通常，控制器114包括經組態以在執行指令後即產生前述控制信號的一或多個處理器。處理器可提供作為經組態以執行指令的可程式化處理器(例如，包括一或多個通用電腦處理器、微處理器、數位信號處理器或其類似物或其任何組合)。可由處理器執行之指令可實施為軟體、韌體等，或為任何適合形式之電路，包括可程式化邏輯裝置(programmable logic device；PLD)、場可程式化閘陣列(field-programmable gate array；FPGA)、場可程式化物件陣列(field-programmable object array；FPOA)、特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit；ASIC)-包括數位、類比及混合類比/數位電路-或其類似者或其任何組合。指令之執行可在一個處理器上執行、分配在多個處理器中、跨一裝置內之處理器或跨裝置之網路並行地進行，或其類似者或其任何組合。
在一個具體實例中，控制器114包括諸如電腦記憶體之有形媒體，其可由處理器存取(例如，經由一或多個有線或無線通信鏈路)。如本文中所使用，「電腦記憶體」包括磁性媒體(例如，磁帶、硬碟機等)、光碟、揮發性或非揮發性半導體記憶體(例如，RAM、ROM、反及型快閃記憶體、反或型快閃記憶體、SONOS記憶體等)等，且可本端、遠端(例如，跨網路)或以其組合方式存取。通常，指令可儲存為可易於由技術人員根據本文中所提供之描述授權的電腦軟體(例如，可執行碼、檔案、指令等，庫檔案等)，其 例如以C、C++、Visual Basic、Java、Python、Tel、Perl、Scheme、Ruby、組合語言、硬體描述語言(例如，VHDL、VERILOG等)等編寫。電腦軟體通常儲存於藉由電腦記憶體輸送之一或多個資料結構中。
儘管未圖示，但一或多個驅動器(例如，RF驅動器、伺服驅動器、線驅動器、電源等)可以通信方式耦接至一或多個組件之輸入端，該一或多個組件諸如雷射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透鏡致動器等。在一個具體實例中，每一驅動器通常包括控制器114以通信方式耦接至的輸入端，且控制器114因此操作以產生一或多個控制信號(例如，觸發信號等)，該一或多個控制信號可傳輸至與設備100之一或多個組件相關聯的一或多個驅動器之輸入端。因此，諸如雷射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透鏡致動器等的組件回應於由控制器114產生之控制信號。
在另一具體實例中，儘管未圖示，但一或多個額外控制器(例如，組件特定控制器)可選擇性地以通信方式耦接至以通信方式耦接至一組件(且因此與該組件相關聯)的一驅動器之輸入端，該組件諸如雷射源104、第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110、透鏡致動器等。在此具體實例中，每一組件特定控制器可以通信方式耦接，且控制器114可操作以回應於自控制器114接收之一或多個控制信號而產生一或多個控制信號(例如，觸發信號等)，該一或多個控制信號接著可傳輸至控制器以通信方式耦接至的驅動器之輸入端。在此具體實例中，組件特定控制器之組態可類似於關於控制器114所描述。
在提供一或多個組件特定控制器之另一具體實例中，與一個組件(例如，雷射源104)相關聯的組件特定控制器可以通信方式耦接至與一個組件(例如，第一定位器106等)相關聯的組件特定控制器。在此具體實例 中，組件特定控制器中之一或多者可操作以回應於自一或多個其他組件特定控制器接收的一或多個控制信號而產生一或多個控制信號(例如，觸發信號等)。
III.與延長光學組件之生命期有關的具體實例
一般而言，設備100經組態以使得其中所含之光學組件，諸如掃描透鏡112，容易具有雷射引發之損害。因此，根據本發明之一些具體實例，選自第一定位器106、第二定位器108及第三定位器110組成之群的一或多個組件之操作可受控制，以確保，在雷射處理期間，雷射脈衝經遞送至工件102處之所要位置，同時透射穿過掃描透鏡112之一區域，該區域未累積非所要量的雷射引發之損害。如本文中所使用，光學組件中之非所要量的雷射引發之損害對光學組件之透射性或反射性有不利影響，或導致光學組件以非所要方式散射光，產生可不當地累積在光學組件之表面上的碎片，或另外災難性地導致光學組件故障。
參看圖2，掃描透鏡112之特性可在於其包括透射區域200，光束路徑116可傳播穿過該透射區域(例如，沿著束軸到達工件102上)。若設備100包括一或多個定位器，諸如前述第一定位器106、第二定位器108或其一組合，則光束路徑116將通常傳播穿過掃描透鏡112之一略微較小區域(亦即，傳播區域202)。一般而言，傳播區域202之形狀及/或大小可對應於投影至工件102上的第二掃描範圍之形狀及/或大小(例如，在設備100包括第二定位器108之情況下)，或對應於投影至工件102上的第一掃描範圍之形狀及/或大小(例如，在設備100包括第一定位器106，但不包括第二定位器108之情況下)。
雖然傳播區域202之形狀經說明為正方形，但應瞭解，視例如所提供之定位器(例如，第一定位器106、第二定位器108、第三定位器110或其任何組合)的組態及配置、存在沿著光束路徑116配置之任何遮罩或其他光學 器件或其類似情況或其任何組合而定，傳播區域202可具有任何其他的所要或有益形狀(例如，矩形、三角形、五邊形、六邊形、八邊形、橢圓形、不規則形狀等)。雖然傳播區域202經說明為小於透射區域200，但應瞭解，傳播區域202之大小可與透射區域200相同。
通常，操作設備100，從而沿著所要軌跡掃描處理光點(例如，使用第一定位器106、第二定位器108及第三定位器110中之一或多者)以在工件(例如，工件102)上或內形成一特徵。在沿著軌跡掃描處理光點後，光束路徑116僅在傳播區域202之相對較小場或「掃描區域」(例如，掃描區域204)內偏轉。當光束路徑116在掃描區域204內偏轉時與光束路徑116相交的傳播區域202之部分在本文中被稱作「光束路徑偏轉路線」。雖然掃描區域204之形狀經說明為正方形，但應瞭解，視例如所提供之定位器的組態及配置、一或多個所要軌跡之組態(將沿著所要軌跡掃描處理光點以在工件102內形成一或多個特徵)或其類似情況或其任何組合而定，掃描區域204可具有任何其他的所要或有益形狀(例如，矩形、三角形、五邊形、六邊形、八邊形、圓形、橢圓形、不規則形狀等)。雖然掃描區域204經說明為定位於傳播區域202之中心，但應瞭解，掃描區域204可配置在傳播區域202內之不同位置處。
隨時間推移，當操作設備100以沿著一或多個軌跡掃描處理光點(例如，處理一個工件，或依序地處理多個工件)時，掃描透鏡112可將雷射引發之損害累積在掃描區域204內之一或多個位置處。為確保雷射脈衝不被引導至已經或預期會累積非所要量的雷射引發之損害的掃描透鏡112之一部分，可使掃描區域204在傳播區域202內的位置移位。換言之，掃描區域204可在傳播區域202內移位或平移，以使得掃描區域204之質心或幾何中心自傳播區域202內的第一位置(例如，位置「A」，如圖2中所示)移位至傳播區域202內之第二位置(例如，位置「B」，如圖2中所示)。使掃描區域204之質心移位的 動作在本文中亦被稱作「掃描區域移位」。掃描區域位移可隨機地、定期地或連續地或以類似方式或其任何組合執行。視掃描處理光點所沿著的軌跡而定，在掃描區域204之質心已移位(例如，自位置「A」移位至位置「B」)之後傳播穿過掃描區域204的雷射脈衝常常會(雖然未必總是)傳播穿過尚未或預期不累積非所要量的雷射引發之損害的掃描透鏡112之一部分。
雖然圖2說明掃描區域204之位置經移位以使得處於第二位置「B」的掃描區域204與處於第一位置「A」的掃描區域204重疊，但應瞭解，掃描區域204之位置可經移位，以使得處於第二位置「B」的掃描區域204可鄰接(但不重疊)處於第一位置「A」的掃描區域204，或以使得處於第二位置「B」的掃描區域204可與處於第一位置「A」的掃描區域204隔開。因此，假設雷射脈衝尚未傳播穿過在質心處於位置「A」之掃描區域204外的掃描透鏡112之一部分，或在質心處於位置「A」之掃描區域204外的掃描透鏡112之該部分尚未累積非所要量的雷射引發之損害，在掃描區域204之質心已移位(例如，自位置「A」移位至位置「B」)之後傳播穿過掃描區域204的雷射脈衝會始終傳播穿過尚未或預期不累積非所要量的雷射引發之損害的掃描透鏡112之一部分。
藉由使掃描區域204如上所述地移位，可處理一工件(亦即藉由沿著一或多個軌跡掃描一處理光點以在工件上或內形成一或多個特徵)，或可依序地處理多個工件(亦即，藉由沿著一或多個軌跡掃描一處理光點以在多個工件上或內形成一或多個特徵)，同時掃描透鏡112之生命期可實際上延長。在處理多個工件時，應認識到，針對不同工件可掃描相同軌跡或不同軌跡(亦即，根據處理光點)。
雖然圖2說明掃描區域204僅移位一次之具體實例，但應瞭解，掃描區域204可移位多於一次(例如，兩次、三次、四次、五次、九次、十 次、二十次、三十次等，或此等值中之任一者之間的值)。舉例而言，參看圖3，掃描區域204之質心可移位四次(例如，按如下移位序列：最初自位置「A」移動至位置「B」，接著自位置「B」移動至位置「C」，接著自位置「C」移動至位置「D」，接著自位置「D」移動至位置「E」)。不管上文所概述之序列，應認識到，掃描區域204之質心可按任何其他合適或所需移位序列移位(例如，按如下移位序列：最初自位置「A」移動至位置「C」，接著自位置「C」移動至位置「E」，接著自位置「E」移動至位置「D」，接著自位置「D」移動至位置「B」)。同樣，在圖4中所示之另一實例中，掃描區域204之質心可按使掃描區域204之質心在位置「A」、「F」、「G」、「H」、「I」、「J」、「K」、「L」及「M」中的一些或全部位置間移動的任何移位序列不同地移位。自先前論述應顯而易見，質心處於傳播區域202內之不同位置的任何成對之掃描區域204可彼此重疊、彼此鄰接或彼此隔開。在一個具體實例中，每一掃描區域204與一或多個或所有其他掃描區域204重疊。質心處於傳播區域202內之依序定址位置的任何成對之掃描區域204可彼此重疊、彼此鄰接或彼此隔開。如本文中所使用，當掃描區域204之質心處於傳播區域202內之一位置或已移位該位置時，「定址」該位置。因此，若掃描區域204之質心已自位置「A」移位至位置「C」(亦即，如圖3中所示)，則位置「A」及「C」應被視為「依序定址位置」。
可定址的特有位置之數目、傳播區域202內的可定址之每一位置的定位、掃描區域204可移位之次數及移動掃描區域204之質心所用的移位序列或其類似者或其任何組合可由設備100之使用者、操作員、技術員或製造商(例如，以通信方式耦接至控制器114的經由使用者介面，未圖示)指定，可藉由執行一或多個演算法(例如，最佳化演算法、試探演算法、預測演算法等)或其類似者或其任何組合判定。此等演算法中之任一者可基於一或多個輸 入變數而執行，該一或多個輸入變數表示例如在設備100之操作期間將掃描處理光點所沿著的軌跡、特定軌跡已掃描通過處理光點的次數、設備100在特定軌跡已掃描通過處理光點時已操作的小時數、已處理(亦即，藉由沿著特定軌跡掃描處理光點)之工件的數目、在設備100之操作期間傳播穿過掃描透鏡112的雷射能量之光波長、在設備100之操作期間傳播穿過掃描透鏡112的雷射能量之平均功率或峰值功率、在設備100之操作期間傳播穿過掃描透鏡112的任何雷射脈衝之脈衝持續時間、製造掃描透鏡112所用的材料、掃描透鏡112的大小、傳播區域202的大小、傳播區域202的尺寸，或其類似者或其任何組合。
在一個具體實例中，藉由(例如，在控制器114處、在組件特定控制器或其類似者或其任何組合處)獲得一或多個控制信號(每一者在本文中被稱作「第一參考控制信號」)而使掃描區域204之位置移位，無需考慮掃描透鏡112之狀態，該一或多個控制信號可用以控制第一定位器106及/或第二定位器108之操作，以在沿著一軌跡(例如，第一軌跡)掃描處理光點時，使光束路徑116沿著光束路徑偏轉路線(例如，第一光束路徑偏轉路線)偏轉。此等第一參考控制信號之實例包括可用以控制諸如X軸檢流計反射鏡組件的相關聯定位器之操作的控制信號、可用以控制諸如Y軸檢流計反射鏡組件的相關聯定位器之操作的控制信號、可用以控制諸如X軸AOD系統的相關聯定位器之操作的控制信號、可用以控制諸如Y軸AOD系統的相關聯定位器之操作的控制信號，或其類似者或其任何組合。
視諸如移位之方向(在本文中亦被稱作「移位方向」)、移位之距離(在本文中亦被稱作「移位距離」)或其類似者或其任何組合的一或多個因素而定，接著處理此等第一參考控制信號中之一或多者(例如，藉由將位置偏移加至第一參考控制信號)以(例如，在控制器114處、在組件特定控制器或其類似者或其任何組合處)產生一或多個對應的「第一經修改控制信 號」。舉例而言，為了使掃描區域204之位置在第一方向上(例如，在圖2中所示之+x方向上)移位，可(例如，在控制器114處、在與X軸檢流計反射鏡組件相關聯的組件特定控制器或其類似者或其任何組合處)藉由將位置偏移加至第一參考控制信號(例如，在+x方向上，以任何所要或有益之距離)來處理意欲控制諸如X軸檢流計反射鏡組件的相關聯定位器之操作的第一參考控制信號。在另一實例中，可使掃描區域204之位置在第二方向上(例如，在對應於+x及+y方向之向量和的方向上)移位，可(例如，在控制器114處、在與X軸及/或Y軸檢流計反射鏡組件相關聯的組件特定控制器或其類似者或其任何組合處)藉由將位置偏移加至每一各別第一參考控制信號(例如，在+x及+y方向上，各自以任何所要或有益之距離)來處理意欲控制諸如X軸及Y軸檢流計反射鏡組件的相關聯定位器之操作的第一參考控制信號。
第一經修改控制信號在產生後即可(單獨地，或結合一或多個其他第一經修改控制信號、一或多個第一參考信號或其任何組合)用以控制定位器之操作，以在沿著軌跡(例如，第一軌跡，或不同於第一軌跡的第二軌跡)掃描處理光點時，使光束路徑116沿著一光束路徑偏轉路線(例如，第一光束路徑偏轉路線，或不同於第一光束路徑偏轉路線的第二光束路徑偏轉路線)偏轉。舉例而言，為了使掃描區域204之位置在前述第一方向上(例如，在+x方向上)移位，前述第一經修改控制信號可用以控制X軸檢流計反射鏡組件之操作，且任何其他第一參考控制信號可選擇性地用以控制Y軸檢流計反射鏡組件、X軸AOD系統、Y軸AOD系統或其類似者或其任何組合，以在沿著一軌跡(例如，第一軌跡或第二軌跡)掃描處理光點時，使光束路徑116沿著一光束路徑偏轉路線(例如，第一光束路徑偏轉路線或第二光束路徑偏轉路線)偏轉。在另一實例中，為了使掃描區域204之位置在前述第二方向上(亦即，在對應於+x及+y方向之向量和的方向上)移位，第一經修改控制信號可用以控 制X軸及Y軸檢流計反射鏡組件之操作，且任何其他第一參考控制信號可選擇性地用以控制X軸AOD系統、Y軸AOD系統或其類似者或其任何組合，以在沿著一軌跡(例如，第一軌跡或第二軌跡)掃描處理光點時，使光束路徑116沿著一光束路徑偏轉路線(例如，第一光束路徑偏轉路線或第二光束路徑偏轉路線)偏轉。
在一個具體實例中，除第一定位器106及/或第二定位器108之外，設備100亦包括第三定位器110。在此情況下，第三定位器110可包括一線性平台(例如，經組態以使第二定位器108及掃描透鏡112線性地移動，經組態以使工件102線性地移動)或複數個線性平台(例如，一個平台經組態以使第二定位器108及掃描透鏡112線性地移動，且另一平台經組態以使工件102線性地移動)。可操作第三定位器110之線性平台以補償施加至每一第一參考控制信號之一或多個位置偏移，以確保雷射能量被遞送至工件102之一或多個所要位置，即使當第一定位器106及/或第二定位器108係基於第一經修改控制信號而驅動時。舉例而言，若併入至第一經修改控制信號中之位置偏移導致光束路徑116在一個方向上(例如，在前述第一方向上)移位特定距離(例如，移位「第一距離」)，則可操作第三定位器110以藉由使第二定位器108及掃描透鏡112在與第一方向相反的另一方向上(例如，在-x方向上，如2圖中所示)移動該特定距離(例如，移動該第一距離)來補償該位置偏移。在另一實例中，若併入至第一經修改控制信號中之位置偏移導致光束路徑116在一個方向上(例如，在第一方向上)移位特定距離(例如，移位該第一距離)，則可操作第三定位器110以藉由使工件102在同一方向(例如，在第一方向上)移動該特定距離(例如，移動該第一距離)來補償該位置偏移。
可另外用以在處理工件102期間控制第三定位器110之操作(亦即，不考慮掃描透鏡112之狀態)的控制信號(在本文中被稱作「第二參考控 制信號」)可(例如，在控制器114處、在組件特定控制器處等)經修改。舉例而言，第二參考控制信號可藉由將位置偏移加至其中之命令來修改。已如上文所論述地經修改之第二參考控制信號在本文中被稱作「第二經修改控制信號」。第二經修改控制信號可用作在工件102的後續處理期間控制第三定位器110之操作(例如，如上文所論述)的控制信號。當經加至第二參考控制信號時，位置偏移使得雷射能量能夠遞送至工件102之一或多個所要位置，即使當第一定位器106及/或第二定位器108係基於第一經修改控制信號而驅動時。
在另一具體實例中，設備100不包括第三定位器110，但可手動地(例如，藉由設備100之使用者)使工件102相對於掃描透鏡112移動，以確保當第一定位器106及/或第二定位器108係基於一經修改控制信號而驅動時，雷射能量被遞送至工件102之一或多個所要位置。另外或替代地，可手動地(例如，藉由設備100之使用者)使掃描透鏡112相對於工件102移動，以確保當第一定位器106及/或第二定位器108係基於一經修改控制信號而驅動時，雷射能量被遞送至工件102之一或多個所要位置。
由於諸如掃描透鏡112之光學組件的替換，本文中所論述之具體實例能夠減少服務成本及停工時間。此等益處在以下情況下大部分實現：當待形成於工件中之特徵比傳播區域202小得多時；當分割適當大型掃描透鏡比使用且定期替換相對較小掃描透鏡便宜時；當掃描透鏡112比光學器件產品保固將持續更快地受損時；當由第一定位器106賦予的束軸之移動與由第二定位器108賦予的束軸之同時移動疊加時；或其類似情況或其任何組合。
IV.結論
前文說明本發明之具體實例及實例，且不應解釋為對其之限制。雖然已參看圖式描述了幾個特定具體實例及實例，但熟習此項技術者將易於瞭解，對所揭示具體實例及實例以及其他具體實例的諸多修改在不顯著背離 本發明之新穎教示及優點的情況下為可能的。相應地，所有此等修改意欲包括於如申請專利範圍中所界定的本發明之範圍內。舉例而言，熟習此項技術者應瞭解，任何句子、段落、實例或具體實例之標的可與一些或全部其他句子、段落、實例或具體實例之標的組合，除非此等組合互斥。本發明之範圍因此應由以下申請專利範圍判定，且技術方案之等效物應包括於本發明之範圍中。

Claims (15)

  1. 一種方法，其包含：產生雷射能量光束；沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導該雷射能量光束；使該雷射能量光束傳播穿過該掃描透鏡；使該光束路徑在該掃描透鏡之第一區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第一工件；及在使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉之後，使該光束路徑在該掃描透鏡之第二區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第二工件。
  2. 一種方法，其包含：產生雷射能量光束；沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導該雷射能量光束；使該雷射能量光束傳播穿過該掃描透鏡；使該光束路徑在該掃描透鏡之第一區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理第一工件；及在使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉之後，使該光束路徑在該掃描透鏡之第二區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理該第一工件。
  3. 一種方法，其包含：產生雷射能量光束；沿著與掃描透鏡相交之光束路徑引導該雷射能量光束；使該雷射能量光束傳播穿過該掃描透鏡；使該光束路徑在該掃描透鏡之掃描區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡 之該雷射能量光束處理第一工件，其中該掃描區域佔據該掃描透鏡之第一區域；及在使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉之後，使該掃描區域沿著移位方向移位以使得該掃描區域佔據該掃描透鏡之第二區域，且使該光束路徑在該掃描透鏡之該第二區域內偏轉，以用傳播穿過該掃描透鏡之該雷射能量光束處理該第一工件。
  4. 如請求項1、2或3中任一項所述之方法，其中該雷射能量光束包括複數個雷射脈衝。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該複數個雷射脈衝具有小於10ps之脈衝持續時間。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該複數個雷射脈衝具有小於1ps之脈衝持續時間。
  7. 如請求項1、2或3中任一項所述之方法，其中該第一區域與該第二區域重疊。
  8. 如請求項1、2或3中任一項所述之方法，其中該第一區域不與該第二區域重疊。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該第一區域與該第二區域隔開。
  10. 如請求項1、2或3中任一項所述之方法，其中使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉包含使該光束路徑沿著第一光束路徑偏轉路線偏轉；且使該光束路徑在該掃描透鏡之該第二區域內偏轉包含使該光束路徑沿著該第一光束路徑偏轉路線偏轉。
  11. 如請求項10所述之方法，其進一步包含，在使該光束路徑在該第一區域內偏轉之後及在使該掃描區域移位之前，以補償該掃描區域的該移位 之方式賦予該第二工件與該掃描透鏡之間的相對移動。
  12. 如請求項11所述之方法，其中賦予該第二工件與該掃描透鏡之間的相對移動包含使該第二工件在與該移位方向相反的方向上移動。
  13. 如請求項11所述之方法，其中賦予該第二工件與該掃描透鏡之間的相對移動包含使該掃描透鏡在該移位方向上移動。
  14. 如請求項1、2或3中任一項所述之方法，其中使該光束路徑在該掃描透鏡之該第一區域內偏轉包含使該光束路徑沿著一第一光束路徑偏轉路線偏轉；且使該光束路徑在該掃描透鏡之該第二區域內偏轉包含使該光束路徑沿著不同於該第一束路徑偏轉路線的第二光束路徑偏轉路線偏轉。
  15. 一種設備，其包含：雷射源，其經組態以產生雷射能量光束，該雷射能量光束可沿著光束路徑傳播；掃描透鏡，其配置於該光束路徑內；至少一個定位器，其配置於該光束路徑內且經組態以使該光束路徑相對於該掃描透鏡偏轉；選擇性地，至少一個定位器，其經組態以支撐工件且使該工件相對於該掃描透鏡移動；及控制器，其以通信方式耦接至該至少一個定位器，其中該控制器包括：處理器，其經組態以產生一或多個控制信號，該至少一個定位器對該一或多個控制信號有回應；及可由該處理器存取之電腦記憶體，其中該電腦記憶體在其上儲存有指令，該等指令在由該處理器執行時使該設備執行如請求項1至14中任一項所述之方法。
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