TWI386267B - 於雷射處理期間之即時的靶材表面輪廓追蹤 - Google Patents

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Description

於雷射處理期間之即時的靶材表面輪廓追蹤
本發明係有關於靶材物質切削雷射，特別是關於一種用於循序層壓靶材(sequentially laminated target)夾層表面輪廓和厚度之一或二者之自動量測之系統和方法，該逐層壓製靶材之物質以可重複之品質和提升之良率被移除以形成穿孔(via)。
雷射係用於鑚製穿孔並自電子材料產品移除物質。由雷射移除之典型物質包括通常使用於電路板介電層內之環氧樹脂(epoxy)或合成樹脂(resin)。為了使用於切削之雷射光束能可靠且穩定地移除一層物質，其需要雷射光束之聚焦深度(depth of focus)和成像平面(image plane)之一或二者皆在被移除物質層之深度之內。被移除物質層在厚度或表面輪廓之變異，或其他靶材層表面輪廓之變異，均可能改變相對於雷射光束之聚焦深度和成像平面二者或其一之夾層相對位置而導致不穩定而低品質之鑽製穿孔。
於循序層壓靶材使用切削雷射光束和光束定位系統以鑽製穿孔為此技術領域所習知。此等循序層壓靶材通常包含導電層和介電層且於電子電路應用中被用作電路板。
對於穿孔之品質有四種主要之衡量標準。包括穿孔之錐度(taper)、穿孔之圓形度(roundness)、孔壁之平滑度(smoothness)和底層表面之潔淨度(cleanliness)。當切削雷射光束之聚焦深度位於被移除物質層之外時，鑽製之穿孔將具有不均勻之直徑。若夾層厚度之變化超過切削雷射光束之聚焦深度，則穿孔之直徑變化將介於10%至20%之間。當需要移除物質之夾層厚度微小，切削雷射光束發出之多餘功率可能造成穿孔被過度鑽穿，此將使得孔壁品質低下或是穿孔尺寸超出規格之容忍度。若上述物質層過厚，則不足之功率可能導致穿孔之形成不完全。穿孔之品質因此取決於移除物質層表面高度和厚度之精確掌握。
量測循序層壓靶材表面輪廓技術之目前水準需要以探針接觸靶材之表面並量測探針之位移量或者以相機聚焦於該表面之一部分。探針之升降或相機之聚焦於產業之考量上均耗費大量之時間，其於實際之物質移除程序前即耗用。由於目前量測方法耗用之時間，每一靶材僅於單一位置作量測。雖然可以依據不同靶材間之變異對切削光束作聚焦深度之調整，單次量測中靶材表面輪廓之變異卻無法彌補。
雖然單一物質層之厚度之變動可能僅有6微米，靶材表面高度之變動卻可能超過60微米。由於某些夾層需要移除之物質可能薄至25微米，靶材表面高度之變異顯然足以使得聚焦深度落於靶材夾層外部而因此降低了鑽製於該層之穿孔品質。技術持續有微型化之需求，穿孔因而極為可能繼續縮小其直徑、深度、或二者，因此需要以具有更短波長(譬如紫外線)之雷射來形成。尺寸愈小，更高之品質和可重複性對於穿孔之功能正常愈形重要。
被移除物質層之厚度變異亦可能降低形成於該層之穿孔之品質。當夾層厚度無法預知之時，物質移除期間切削雷射光束施加之能量總量可能過度或不足，而導致下方導電層之損傷或是穿孔鑽深不完全。
本發明之實施例於一切削雷射光束系統中使用追蹤裝置以量測循序層壓靶材區域之表面高度和夾層厚度其一或二者之即時變異，該循序層壓之靶材係準備以雷射自其中切削物質之用。追蹤裝置提供和其偵測到之距離變化相關之訊號。適用之追蹤裝置實例包含雷射三角測量(triangulation)、電容式或渦電流式探針(eddy current probe)、或共軛焦式裝置(confocal device)。較高品質之穿孔可藉由改變靶材和切削雷射光束之相對位置及/或追蹤裝置承受之用於量測之切削雷射光束能量而達成。追蹤裝置可以搭配任意形狀之切削雷射光束，只要切削雷射光束符合聚焦深度落於特定作業容忍度外部之條件。
在以雷射三角測量裝置製作之一實施例中，一追蹤光束自靶材反射並被一雷射光束定位感測器所接收。接收之反射光隨之被處理以取得被移除物質層之表面輪廓和厚度之相關資訊。依據接收之資訊，切削雷射光束系統調整沿物鏡(objective lens)和靶材間之軸向距離(axial distance)相對於靶材之脈衝切削雷射光束之光束體(beam waist)成像柱之位置。切削雷射光束系統亦調整使用於物質移除程序之雷射脈衝數目。對於穿孔之形成，脈衝數目對應於形成穿孔需要施用之切削雷射光束能量總量。對於其他使用表面輪廓及/或厚度資訊之切削應用，脈衝數目對應於施加其上之切削雷射光束能量總量，例如，蝕刻半導體晶圓、切割半導體記憶體連結、或是修整電阻式或其他靶材物質。其他實施例使用電容式或渦電流式探針或共軛焦式裝置為追蹤裝置以類似之方式調整軸向距離。
以下將配合圖式詳細說明本發明之較佳實施例，以彰顯其更多的特色和優點。
本發明之較佳實施例係用以執行穿孔鑽製和其他電子電路物質移除程序之切削雷射光束。切削雷射光束通常係配合光學物鏡而藉由脈衝式雷射源產生，該物鏡將雷射聚焦為適用於鑽透固定於一支撐結構之靶材樣本之光束。典型之靶材包含常用於電子工業印刷電路板之循序層壓板。
參見第一圖，一個切削雷射光束系統10包含雷射12，其產生一脈衝式輸出光束14沿光束通道18傳播出去。雷射輸出14在通過光束定位系統22之一連串光束導引組件20之前可以經由許多習知之光學元件加以處理，諸如沿光束通道18設置之光束擴展透鏡組件16。雷射輸出光束14經由諸如聚焦透鏡或遠心掃描透鏡(telecentric scan lens)之物鏡26傳輸，用以做為投射至固定於靶材樣本底座32之循序層壓靶材30上之切削雷射光束28。
光束定位系統22係用來改變切削光束28和靶材30之相對位置且可以移動切削光束28及/或底座32。光束定位系統22運作以將切削光束28相對於靶材30在X軸、Y軸和Z軸方向移動，其中之Z軸係定義為沿切削光束方向並大致垂直於靶材30表面之軸向。量測自切削光束28離開物鏡26且碰觸靶材30表面之點的軸向距離因而隨靶材30或物鏡26沿Z軸方向之移動而變化。
一示範性光束定位系統22於Cutler等人提出之編號5,751,585美國專利中詳細描述，另外包括Cutler提出之編號6,430,465美國專利有提及ABBE誤差校正，此二專利之受讓人(assignee)均和本案相同。光束定位系統22可以運用一轉移平台定位器以至少控制二平台40和42並支撐光束導引組件20以瞄準和聚焦切削光束28至所需之雷射瞄準位置46。在一較佳實施例中，轉移平台定位器係一軸分離式系統，其中一通常以線性馬達驅動之Y平台40支撐並使得靶材30沿軌道48移動，一X平台42支撐並使得快速定位器50和物鏡26沿軌道52移動；X和Y平台40和42間之Z軸長度係可調整的，且光束導引組件20於雷射12和快速操縱反射鏡54間經過所有轉彎排列成光束通道18。典型之轉移平台定位器可具有高達500毫米/秒之速度和1.5G之加速度。為方便說明起見，快速定位器50結合一或多個轉移平台40及/或42可以稱為主要定位系統或整合式定位系統。包含許多上述定位系統組件之雷射系統較佳實例係本專利申請案申請人Electro Scientific Industries,Inc.生產之型號5320或相同系列中之其他雷射系統。然而熟習本項技術者應能理解，其亦可以利用具有用於靶材樣本定位之單一X-Y平台和固定式光束定位及/或靜態式微電流計(galvanometer)之系統加以取代。
雷射系統控制器56以熟習本項技術者熟知之方式使雷射12之發射同步於平台40和42以及快速定位器50之移動。熟習本項技術者應能理解，雷射系統控制器56可以包含整合式或獨立式控制次系統以控制及/或提供電力予任一或所有此等雷射組件，且此等次系統可以置於相對於雷射系統控制器56之遠處。
切削光束28之參數選擇係在促成實體上潔淨之連續鑽製，意即穿孔形成，其應考慮為數眾多具有不同光學吸收性、物質移除難易度門檻值、或相對於紫外線、可見光、或其他適當波長光源之其他特性之金屬、介電質、和其他靶材物質。
第二圖描繪第一圖所示之切削雷射光束系統10通常處理之循序層壓靶材30形式之剖面圖。為說明方便起見，靶材30被描繪成僅具有二夾層60和62。夾層62支撐夾層60，夾層60中之物質被移除以形成穿孔64。為使得穿孔能穩定且正確地鑽成，切削光束28之聚焦深度被調整成受限於夾層60之內。因此，上述聚焦深度被設定為介於循序層壓靶材30之表面66和夾層60下方之夾層62之表面68之間。夾層60具有厚度70，其等於表面66和68間之距離。
夾層62可以包含，舉例而言，諸如鋁、銅、金、鉬、鎳、鈀、白金、銀、鈦、鎢、金屬氮化物、或其組合之一般金屬。傳統之金屬層62之厚度變化通常介於9微米(um)至36微米，然亦可以更薄或是厚達72微米。單一靶材30內之連續導電層通常由相同之物質所構成。
介電質矩陣或夾層60可以包含，舉例而言，諸如苯并環丁烷(benzocyclobutane)、三氮雜苯雙馬來醯胺樹脂(bismaleimide triazine)、卡紙板(cardboard)、氰酸酯(cyanate esters)、環氧樹脂(epoxies)、酚樹脂(phenolics)、聚亞醯胺(polyimides)、聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene)、各種聚合物合金或其組合之一般有機介電物質。傳統之有機介電層之厚度變化極大，然通常均較諸如夾層62之金屬層厚。有機介電層60之典型厚度約介於30微米至400微米之間。
穿孔直徑最好介於25微米至300微米之間，但雷射系統10可以形成其直徑小至5微米至25微米之間或大於1毫米(mm)之穿孔。由於切削光束28之較佳物質移除光點尺寸約為25微米至75微米，大於25微米之穿孔可以利用環鋸式鑽孔(trepanning)、同心圓處理、或螺旋式處理。
因此，參見第二圖，穿孔64之品質與孔壁72之平滑度、穿孔底部74之潔淨度、以及該穿孔頂部和底部之直徑(即錐度)直接相關。
第三圖顯示鑽製出孔期間切削光束28和靶材30之關係。切削光束28之聚焦光束體78之成像柱76相當於其聚焦深度且定義出一區域，於此區域內切削光束28之聚焦集中度足以穩定地鑽製具有特定直徑之穿孔。成像平面80定義出切削光束28之最佳聚焦平面。為了獲得具可重複性且高品質之穿孔，成像柱76穿越夾層60。若物鏡26至靶材表面66及/或導電表面68之距離改變，成像柱76可能落在夾層60之上方或下方，而導致低品質之穿孔。
第四A圖係切削雷射光束系統90之前視圖，其內固定有彼此相似之追蹤雷射光束源92和94，其分別發射追蹤雷射光束96和98沿接近切削光束28之通道之分離光束通道傳播。第四B圖和第四C圖分別顯示第四A圖所示之雷射系統90之俯視和側視圖。雷射系統90之構造類似雷射系統10，除了其多加入追蹤雷射光束源92和94以及相關之輔助元件，該等輔助元件用以處理追蹤光束96和98所攜帶或自其導出之資訊。雷射系統10和90共用之組件標記以相同之編號。
光束定位系統22致使切削光束28沿靶材30之表面66上之相對移動以及介於物鏡26和靶材30間之相對軸向移動。追蹤光束96和98相對於切削光束28有固定之已知距離偏移，且相對於切削光束28被定位以使得當其沿著X軸相反方向之切削通道移動時，有不同的追蹤光束96和98引導切削光束28。雖然未顯示於圖中，追蹤雷射光束96和98亦可以被規劃為當其沿著Y軸移動時可導引切削雷射光束28。
或者，若夾層60之表面66之表面輪廓或是厚度70相對於切削光束28和自追蹤光束96和98其中之一選定之偏移距離之變化極為微小，該選定之追蹤光束可用以量測靠近雷射瞄準位置46之夾層60之表面66之表面輪廓和厚度70。選定之追蹤光束無須導引切削光束28，且當物鏡26位於雷射瞄準位置46上方即可開始量測。之所以如此，係因為選定之追蹤光束與雷射瞄準位置46夠接近以致於量測之結果近似於和雷射瞄準位置46相關之參數。
第五圖顯示追蹤光束96和相關之光束定位感測器100之位置關係，該光束定位感測器100係用以量測靶材30之表面輪廓和夾層厚度。追蹤光束源92發出追蹤雷射光束96，其投射至靶材30之表面66且部分自該表面反射而形成一第一反射光束102。第一反射光束102由光束定位感測器100接收。由光束定位感測器100量測之第一反射光束102之特性經由處理以決定介於相對於追蹤雷射光束96之一已知位置和追蹤雷射光束96投射至表面66之瞬間位置間之軸向距離104。由已說明之實施例和如第五圖所示可知，前述之已知位置係物鏡26之光束出口表面。軸向距離104等同於量測位置之表面66高度。於追蹤光束96沿著表面66移動時持續決定軸向距離104等於對靶材30作表面輪廓之量測。此致使雷射系統控制器56造成物鏡26沿光束通道18相對之移動以實質維持成像柱76在表面66上或夾層60內之位置。
第五圖更顯示量測夾層移除厚度68之功能。假設夾層60至少部份透明且入射角θ落於特定範圍之內，部份之追蹤雷射光束96經由夾層60傳播並自其下方之導電層62之表面68反射以形成一第二反射光束106。舉例而言，對於具有一環氧樹脂之上夾層60置於一銅質夾層62上之印刷電路板，上述情況為真。第二反射光束106和第一反射光束104之間以平移距離108互相隔離，該位移距離108等於夾層60之厚度。雷射定位感測器100可用以量測並提供對應於平移距離108之輸出訊號。由第一和第二反射光束102和106投射至定位感測器100所產生之電性訊號提供關於平移距離108之資訊，其亦等同於夾層60之厚度70。雷射系統控制器56可以處理光束定位感測器100之輸出以決定夾層60之實際厚度70並隨之藉以調整施加至夾層60以形成穿孔64之雷射能量之脈衝數目以補償厚度70之變異。熟習本項技術者應能理解，靶材表面輪廓及/或靶材夾層厚度之量測需要在追蹤光束和切削光束28沿光束通道傳輸時藉由雷射系統控制器56對光束定位感測器100之週期性取樣。
第六圖顯示第五圖所示之系統之另一組態，其中追蹤雷射源92和光束定位感測器100被置於同一區隔空間之內。市面上可購得的此種雷射三角測量裝置之一係由Micro Epsilon公司(位於德國Koenigbacher Strasse 15 d－94496,Ortenburg)所生產之opto NCDT 1400機型。
第七圖顯示用於系統10之第一替代追蹤裝置109a，其中使用電容式探針或渦電流式探針以追蹤靶材30之導電層62之表面輪廓，靶材30具有透明之介電層60。市面上可購得的電容式探針和渦電流式探針分別為型號capa NCDT 620和型號eddy NCDT 3300之裝置，二者皆為Micro Epsilon公司(位於德國Koenigbacher Strasse 15 d－94496,Ortenburg)所生產。
第八圖顯示用於系統10之第一替代追蹤裝置109b，其中包含被置於同一區隔空間內之光線追蹤源和回授元件之共軛焦式裝置。此一裝置依據共軛焦光學原理製成，且使用精確置放之透鏡以將多色光轉變為多重聚焦於精確距離之單色光源。單色光源之反射被用以判定單一或多個受量測表面之距離。第八圖顯示共軛焦式追蹤裝置109b同時追蹤表面66和68。市面上可購得的一種共軛焦式裝置係由Micro Epsilon公司(位於德國Koenigbacher Strasse 15 d－94496,Ortenburg)所生產之opto NCDT 2400機型。
第九圖顯示第七圖所示之電容式探針或渦電流式探針109a和第六圖所示之雷射三角測量裝置互相結合以在介電層60對雷射光不透明時監測其厚度。雷射三角測量裝置發射出之光束波長通常約650奈米(nm)。適用於雷射移除之介電靶材物質包括Ajinomoto Fine－Techno Co.,Inc.公司(日本)所生產之Ajinomoto Buildup Film產品家族。其中三個實例包含ABF SH9K(透光)、ABF GX3(透光)和ABF GX13(不透光種類)。
配合第十A圖和第十B圖，以下將更完整地說明夾層60之靶材表面輪廓和厚度70之量測方法。取決於使用者之需求和所選用硬體之限制，靶材30表面輪廓之量測和夾層厚度70之量測有二種運作模式可分別或同時執行。二種運作模式皆需要調整相對於靶材30之聚焦光束體78之成像柱76之位置。
在第一運作模式中，追蹤光束96以和表面66之法線(normal)成θ角之角度投射至靶材30之表面66之上。追蹤光束96之一部分以第一反射光束102之形式於位置A自表面66反射，並由光束定位感測器100接收。光束定位感測器100包含由名義上相同之感測器構件110所組成之二維陣列。為了清楚說明運作模式，第十A和第十B圖顯示一個一維或線性陣列位置感測器100(意即，二維陣列中之一列)，其產生感測器構件110接收第一反射光束102之輸出指示。二維陣列位置感測器100亦產生接收第一反射光束102之感測器構件110之陣列象限之輸出指示。
配合簡易之幾何學，介於物鏡26的光束出口表面之發射參考點112和光束定位感測器陣列100間之和表面66之法線成θ角之角度和固定之距離可茲用以於每一投射位置決定自發射參考點112至表面66和68之距離。例如，假設自發射參考點112至光束定位感測器100之第一感測器構件1101 之距離表示為D，每一感測器構件110之單元長度為L，且n表示接收第一反射光束102之感測器構件110之位置數目(從最接近追蹤光束96之感測器構件110算起)，則自發射參考點112至表面66或68之距離可由下式決定(D+n[L])/(2[tan θ])
第十A圖顯示追蹤光束96於位置A觸及靶材30，此處之表面高度和夾層厚度70對應於該等變數之期望值。第一反射光束102由光束定位感測器100之第四感測器構件1104 所接收，其對應自距離114A ，自發射參考點112至表面66之位置A之距離。第十B圖顯示追蹤光束96於位置B觸及靶材30，此處之表面高度和夾層厚度70皆減少。雖然位置B與追蹤光束96發射參考點112之距離遠大於位置A和其間之距離，雷射系統控制器56回應光束定位感測器100之輸出，以使得光束定位系統22將物鏡26朝下沿Z軸移動，而讓第一反射光束102觸及光束定位感測器100之前移動相同之距離。由於光束定位感測器100和物鏡26之行動一致，第一反射光束102由對應於自發射參考點112距表面66位置B之距離為114A 之第四感測器構件1104 所接收，此處靶材30之表面高度相對於位置A係減少的。第十A圖和第十B圖中穿過夾層60而折回光束定位感測器100之實心線表示依據司涅耳折射定律(Snell's law of refraction)應用於通過不同媒介之光線傳導而產生之實際光束通道。(圖中所示光束通道之彎曲程度有所誇大以清楚呈現折射之效應。)
當追蹤雷射光束96於位置A或B投射於表面66上之時，光束定位感測器100產生分別對應於第二反射光束106所投射之感測器構件1104 和1107 之輸出訊號。雷射系統控制器56回應上述之輸出訊號以使得光束定位系統22將物鏡26沿光束通道18移動至維持成像柱76之位置於表面66之軸向距離104。
在一第二運作模式中，雷射系統90依據量測之靠近鑽孔位置之夾層60之厚度70自動調整切削光束28施加之總能量。如同在第一運作模式中，追蹤光束96以角度θ產生且第一反射光束102由光束定位感測器100接收。然而在第二運作模式中，部份之追蹤光束96穿過靶材表面66並自第二夾層62之表面68反射，其中第二夾層62通常係一金屬導體。此第二反射光束106亦由光束定位感測器100接收。光束定位感測器100接收追蹤雷射光束96自循序層壓靶材30表面66和68反射之二部分。
第十A圖顯示分別接收第一和第二反射光束102和106之第四感測器構件1104 以及第十感測器構件1101 0 。距離114B 係導電層62之表面68相對於參考點112之參考基準。第十B圖顯示，當追蹤光束96於靶材30之夾層60之厚度70縮小之位置上移動之時，介於第一和第二反射光束102和106間之平移距離108亦為之縮小，且第四感測器構件1104 和第七感測器構件1107 分別接收反射光束102和106。第十A圖中夾層60較大之厚度70造成涵蓋六個感測器構件110之展開幅度(介於感測器構件1104 和1101 0 之間)，而第十B圖中較小之厚度70則造成僅僅涵蓋三個感測器構件110之展開幅度(介於感測器構件1104 和1107 之間)。因此，介於感測器構件110間之展開幅度直接正比於夾層60之厚度70，是以其可經由處理光束定位感測器100之輸出訊號以辨識夾層60之厚度70並調整用於移除靶材30針對量測厚度之適量物質所施加之對應切削光束總能量。
監測介電層60之厚度70可以藉由過濾感測器構件1101 0 中之第一反射光束102和過濾感測器構件1104 中之反射光束106。若上述之雙反射架構無法正確運作，其可以使用二光束定位感測器100，其中之一監測介電表面66，而另一感測器則監測導電表面68。每一感測器100均具有一濾光器，其使得第一光束定位感測器100上之濾光器濾除介電反射光束102，而第二光束定位感測器100上之另一濾光器則濾除導電層反射光束108。光極化濾光器可適用於用以偵測夾層66和68間距離70差異之濾光器。
第十一圖顯示一關係圖120，其例示一高斯(Gaussian)分布切削光束122和一成像分布切削光束124之雷射光點直徑相對於靶材和物鏡間軸向距離之關係。高斯分布切削光束122和成像分布切削光束124表示切削雷射光束28能量分布之不同型態。理論上之成像平面係介於物鏡26和靶材表面66間之數學理想距離。其最好能取得此距離並於處理時全程維持之。偏離理論上之成像平面是可容忍的，但是，當切削雷射光束28之光點尺寸縮小，允許對成像平面80之偏移量將變小，以致於靶材30表面輪廓之變異將開始使得穿孔尺寸變化至所鑽製之穿孔從品質觀點而言無法接受之程度。此即所以此設備被設計成緊隨靶材之表面輪廓。
習於該技術領域者應能理解，上述實施例之細節在不脫離本發明之原理下可以有許多變化。本發明之範疇以所附之申請專利範圍為準。
10．．．切削雷射光束系統
12．．．雷射
14．．．雷射輸出光束
16．．．透鏡組件
18．．．光束通道
20．．．光束導引組件
22．．．光束定位系統
26．．．物鏡
28．．．切削雷射光束
30．．．循序層壓靶材
40．．．控制平台
42．．．控制平台
46．．．雷射瞄準位置
48．．．軌道
50．．．快速定位器
52．．．軌道
54．．．反射鏡
60．．．靶材夾層
62．．．靶材夾層
64．．．穿孔
66．．．靶材表面
68．．．靶材表面
70．．．靶材夾層厚度
72．．．孔壁
74．．．穿孔底部
76．．．成像柱
78．．．聚焦光束體
80．．．成像平面
90．．．切削雷射光束系統
92．．．追蹤雷射光束源
94．．．追蹤雷射光束源
96．．．追蹤雷射光束
98．．．追蹤雷射光束
100．．．光束定位感測器
102．．．第一反射光束
104．．．軸向距離
106．．．第二反射光束
108．．．光束平移距離
109a．．．第一替代追蹤裝置
109b．．．第一替代追蹤裝置
110/1101 /1104 /1107 /1101 0 ．．．感測器構件
112．．．發射參考點
114/104A /104B ．．．靶材表面相對於發射參考點112之距離
A．．．表面66特定位置
B．．．表面66特定位置
D．．．發射參考點112至光束定位感測器100之第一感測器構件1101 之距離
L．．．感測器構件之單元長度
θ．．．追蹤雷射光束入射角
第一圖顯示用於雷射切削靶材樣本之習知切削雷射光束系統和光束定位系統。
第二圖係一雙層循序層壓靶材以雷射切削形成一穿孔後之片段剖面圖。
第三圖顯示物鏡和切削雷射光束之聚焦深度與靶材之相對關係。
第四A、四B和四C圖分別描繪切削雷射和雷射定位系統一實施例之前視圖、俯視圖和側視圖，其搭配二追蹤雷射和相關之定位感測元件。
第五圖顯示一追蹤雷射光束、雷射光束定位感測器和相關循序層壓靶材表面之示意圖。
第六圖顯示如第五圖所示之系統組件另一實施例之示意圖。
第七圖顯示用以做為追蹤裝置之電容式或渦電流式探針。
第八圖顯示用以做為追蹤裝置之共軛焦式探針。
第九圖顯示如第七圖所示之電容式探針或渦電流式探針配合如第六圖所示之雷射三角測量裝置以量測一不透光靶材層之厚度。
第十A圖和第十B圖描繪如第五圖所示之追蹤光束、光束定位感測器和循序層壓靶材於層壓靶材上表面之追蹤光束二入射區域之位置關係。
第十一圖顯示具有不同能量分布之雷射光束和物鏡至靶材表面距離之關係圖。
30．．．循序層壓靶材
60．．．靶材夾層
62．．．靶材夾層
66．．．靶材表面
68．．．靶材表面
70．．．靶材夾層厚度
92．．．追蹤雷射光束源
96．．．追蹤雷射光束
100．．．光束定位感測器
102．．．第一反射光束
104．．．軸向距離
106．．．第二反射光束
108．．．光束平移距離
112．．．發射參考點
114．．．靶材表面相對於發射參考點112之距離
θ．．．追蹤雷射光束入射角

Claims (20)

  1. 一種用於雷射切削具有表面之靶材樣本之系統，包含：一雷射源和物鏡，其係配合產生一切削雷射光束，該切削雷射光束具有一成像柱並沿著一切削光束軸傳播以投射至該靶材樣本之上，該物鏡和該靶材樣本間隔一軸向距離；一光束定位系統，其係可用以改變該軸向距離並使得該切削雷射光束和該靶材樣本沿著一切削光束通道方向相對於彼此移動以於所選定位置處理該靶材樣本；一追蹤裝置，其係位於不接觸該靶材樣本之該表面之處，且配合該切削雷射光束運作以於沿著該切削光束通道方向之相對移動期間導引該切削雷射光束，該追蹤裝置於該相對移動期間可用以重覆性地即時量測介於該靶材樣本之該表面和該物鏡間之距離，並產生一對應於所量測之該距離之訊號；以及一雷射控制器，其係配合該光束定位系統於該相對移動期間依據該訊號設定分隔該物鏡和該靶材樣本之該軸向距離，以控制該成像柱於該選定位置相對於該靶材樣本之位置，且依據所設定的該軸向距離來傳送該切削雷射光束的能量受控總量以在該所選定位置處投射至該靶材樣本之上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該追蹤裝置包含一雷射三角測量裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一層電性傳導物質且其中該追蹤裝置包含一電容式探針。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一層電性傳導物質且其中該追蹤裝置包含一渦電流式探針。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該追蹤裝置包含一共軛焦式量測裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一層介電物質緊鄰於一層電性傳導物質。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中該追蹤裝置發射一追蹤雷射光束且該介電層至少部份相對於該追蹤雷射光束為透光且具有一厚度，更包含一雷射光束定位感測器，該雷射光束定位感測器接收部分該追蹤雷射光束沿該介電層傳播並被該電性傳導層反射以提供該介電層之該厚度之量度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該切削雷射光束之形式係一連串切削雷射脈衝，且其中該雷射控制器致使一些依據在該所選定位置處的該介電層之該厚度之判定而產生之該切削雷射脈衝在每一個所選定位置處來傳送以投射至該介電層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該追蹤裝置發射一追蹤雷射光束且包含一雷射光束定位感測器，該 靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一至少部份相對於該追蹤雷射光束為透光之上層，且部分該追蹤雷射光束自該上層反射並投射至該雷射光束定位感測器以產生該訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該追蹤裝置發射一追蹤雷射光束，且更包含一雷射光束定位感測器，該軸向距離藉由反射自一投射通道之該追蹤雷射光束之平移量所決定，且由該雷射光束定位感測器所量測。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該靶材樣本包含一層具有厚度之物質且可穿透之以形成一穿孔，該切削雷射光束之形式係一連串切削雷射脈衝，且該追蹤裝置和該雷射控制器互相配合以將一些依據該層物質之該厚度之判定而產生之該切削雷射脈衝傳送至該靶材樣本以形成該穿孔。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該切削雷射光束之形式係一連串切削雷射脈衝且雷射控制器致使一些依據該追蹤裝置之該重覆性量測而產生之該切削雷射脈衝傳送至該靶材樣本。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該相對移動以沿著該切削光束通道之一相同方向或一相反方向發生，且其中該追蹤裝置構成一第一追蹤裝置，且更包含一第二追蹤裝置位於不接觸該靶材樣本之該表面之處，該第一和第二追蹤裝置配合該雷射切削光束以使得該雷射切削光束由不同之追蹤裝置沿著該切削光束通道分別導引至該 相同方向和該相反方向。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中：該靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一第一層不透光物質緊鄰於一第二層電性傳導物質，該第一層不透光物質具有一第一表面且以一第一軸向距離和該物鏡分隔，且該第二層電性傳導物質具有一第二表面且以一第二軸向距離和該物鏡分隔；以及該追蹤裝置構成一第一追蹤裝置，該第一追蹤裝置包含一雷射三角測量裝置，更包含一第二追蹤裝置，該第二追蹤裝置包含一電容式探針或一渦電流式探針，該第一和第二追蹤裝置於該切削光束和該靶材樣本之該相對移動期間分別量測該第一和第二軸向距離。
  15. 一種由切削雷射光束形成穿孔之品質控制方法，該切削雷射光束產生於一種於具有上介電表面和電性傳導表面之循序層壓靶材形成穿孔之系統，該系統包含一雷射源和一雷射光束定位系統，該雷射源發射一雷射光束沿一光軸穿透一物鏡傳輸以產生該切削雷射光束，該切削雷射光束具有一聚焦光柱，該雷射光束定位系統致使該循序層壓靶材和該切削雷射光束有相對運動以使其可以移除靶材物質而藉此於該循序層壓靶材之選定位置行程穿孔，且該物鏡可相對於該循序層壓靶材定位而沿著該光軸之方向建立一軸向距離以將該切削雷射光束之該聚焦光柱定位於該循序層壓靶材之上或之內，該由切削雷射光束形成穿孔之品質控制方法包含： 導引一追蹤雷射光束使其投射至該循序層壓靶材之上，以追蹤該上介電表面之表面輪廓，投射至該循序層壓靶材上之該追蹤雷射光束分為反射自該介電表面和該電性傳導表面之第一和第二光束部份，該第一和第二光束部份被一等同於該介電表面之厚度之分隔距離所分隔；定位一光束定位感測器以接收該第一和第二光束部份並產生一表示該分隔距離之訊號；依據該訊號設定介於該物鏡和該循序層壓靶材間之軸向距離以將該切削光束之該聚焦光柱即時維持等於該介電層厚度或該介電層厚度之內；以及依據所設定的該軸向距離來傳送該切削雷射光束的能量受控總量以在該所選定位置處投射至該循序層壓靶材之上，藉以控制所形成之穿孔之變異。
  16. 一種以雷射切削具有靶材表面之靶材樣本之方法，該系統包含一雷射源和一雷射光束定位系統，該雷射源發射一雷射光束沿著一光軸通過一物鏡傳播以產生一切削雷射光束，該切削雷射光束具有一聚焦光柱，該雷射光束定位系統致使該靶材樣本和該切削雷射光束有相對運動以使其可以於該靶材樣本之選定位置移除靶材物質，且該物鏡可相對於該靶材樣本定位而沿著該光軸之方向建立一軸向距離以將該切削雷射光束之該聚焦光柱定位於該靶材樣本之上或之內，該以雷射切削具有靶材表面之靶材樣本之方法包含：將一追蹤裝置定位於不接觸該靶材樣本之該靶材表面 之處以追蹤該靶材表面之表面輪廓，該追蹤裝置於該相對運動期間即時重覆性地量測一介於該靶材表面和該物鏡間之距離以產生一對應於所量測之該距離之訊號；依據該訊號設定介於該物鏡和該靶材樣本間之該軸向距離以將該切削光束之該聚焦光柱即時維持等於該靶材樣本之上或之內；以及依據所設定的該軸向距離來傳送該切削雷射光束的能量受控總量以在該所選定位置處投射至該靶材樣本之上，藉以控制於該選定位置靶材物質移除之變異。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該追蹤裝置包含一雷射三角測量裝置。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一層電性傳導物質，且其中該追蹤裝置包含一電容式探針。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該靶材樣本包含一循序層壓靶材，該循序層壓靶材包含一層電性傳導物質，且其中該追蹤裝置包含一渦電流式探針。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該追蹤裝置包含一共軛焦式量測裝置。
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