TWI504963B - 消色差掃描透鏡 - Google Patents

Description

消色差掃描透鏡 相關專利與申請案之交互參考

本申請專利範圍係對於2006年1月30日提申名稱為“高速精準雷射修整之方法及系統、用於其內之掃描透鏡及藉以製造之電性裝置”的美國臨時申請案60/763,242號作權利主張。本申請案係對於2006年3月15日提申名稱為“高速精準雷射修整之方法及系統、及藉以製造之電性裝置”之美國專利申請案11/376,527號作優先權主張且身為其部分接續案。該申請案係對於2005年10月6日提申的美國專利申請案11/245,282號作優先權主張且為其部分接續申請案。該申請案係對於2004年10月8日提申名稱為“用於雷射修整之雷射系統及方法”的美國臨時申請案60/617,130號作權利主張。本申請案亦對於2005年5月18日提申名稱為“用於高速精準微機械加工一裝置陣列之方法及系統”的美國專利申請案11/131,668號作優先權主張且身為其部分接續申請案，其是2003年3月26日提申名稱為“高速經準微機械加工一裝置陣列之方法及系統”10/397,541號之分案，該案則是2002年3月27日提申名稱為“用以加工一裝置之方法及系統、用以將其作模型模擬之方法及系統、及該裝置”的美國專利申請案10/108,101號、現公告為美國專利 申請案2002/0162976號之部分接續申請案。具有共同發明人被讓渡予本發明受讓人之名稱為“用以藉由顫動來定形一雷射束強烈度輪廓之方法及裝備”的美國專利案6,341,029號係被完整合併於本文中以供參考。此申請案亦有關亦讓渡予本發明受讓人之名稱為“雷射系統中之脈衝控制”的美國專利案6,339,604號。本申請案亦有關亦讓渡予本發明的受讓人之名稱為“高速、以雷射為基礎用以加工一場內之一或多個標靶的材料之方法及系統”的美國專利案6,777,645號。

發明領域

本發明概括有關雷射材料加工，且更特別有關利用一雷射作高速、精準修整之方法及系統及用於其內之掃描透鏡。

發明背景

雷射修整超過30年以來已經是半導體及微電子業中製程的一部份。一項挑戰總在於降低修整製程之後的電阻漂移。因為修整之目的原本即在於增高裝置精確度，所以後修整穩定度極為重要。如果裝置稍後漂移至規格外，根本未獲得任何好處。已經知道修整引發的不穩定度或長期漂移係來自於沿著雷射切割邊緣之熱影響區(HAZ)及切割本身中的任何殘留材料所致。雷射修整本身係造成接近修整處之膜材料的融化及加熱。此加熱係造成修整鄰近處區中之薄片電阻、電阻溫度係數(TCR)、及老化特徵之 改變。已被加熱至很高溫度但未汽化之電阻器材料將使其電性特徵被略為更改。這些區的電阻傾向於在變得穩定下來之前隨時間而增加。

改變的量值主要係依據電阻器材料且亦依據雷射加工參數而定。對於現今的雷射科技，沿著雷射切割由於熱影響區所導致之此潛在不穩定度依然存在。其係為修整製程先天所固有而無法消除。因為一旦連結被截斷，不穩定區中很少或毫無電流流動，使用連結切割幾何結構可能係為一種解決方案。但是具有合理解析度的連結係需要裝置房地之一不成比例的部份且只使用於諸如運算放大器(op-amp)偏移電壓等簡單修整或連帶具有一過程/細微配置中的一連續修整。簡單來說，設計較大電阻器係為另一種降低不穩定度之方式，因為如此可讓電流分散於一較大面積上且不穩定部分變成總數的一較小百分比。然而，這將會浪費寶貴的房地，因為使漂移減半需要令電阻器尺寸加倍。類似地，使雷射光點變小將會相對於整體電流攜載區域來降低不穩定區的尺寸，導致整體穩定度的改良。然而，這受限於雷射波長、光學件、及諸如降低的焦深、較小的工作距離、及厚膜案例中的材料再沉積等不同實際狀況之選擇。

傳統上，使用一具有1微米波長之Nd：YAG雷射用以修整晶片電阻。隨著電阻器尺寸變小、基材變薄、公差變緊密，此波長就修整截口寬度、熱影響區(亦即，HAZ)、且因此包括TCR及電阻R之漂移而言係碰到其基礎極限。

已熟知較短波長可提供較小的光學光點尺寸。亦已熟知膜材料在較短波長具有較高的吸收。因此，利用具有短於傳統1微米波長之雷射係將具有較小截口故可允許修整較小特性、及較小HAZ藉以導致遠為更小的TCR漂移及R漂移之優點。

如下列美國專利案5,087,987；5,111,325；5,404,247；5,633,736；5,835,280；5,838,355；5,969,877；6,031,561；6,294,778；及6,462,306號所揭露，熟習透鏡設計之技術者將瞭解對於多重波長設計之掃描透鏡的複雜度。

考量許多設計參數且可使用諸如光點尺寸、場尺寸、掃描角、掃描開孔、遠心性、及工作距離等不同設計取捨關係來達成一用於修整應用之雷射掃描透鏡解決方案。為了如大區域上方之細微結構的高速加工所偏好在一大掃描場上方達成一小型光點，掃描透鏡必須能夠聚焦一經準直輸入束且將一衍射限制式雷射光點成像在整體場上方。光點必須橫越該場呈現夠圓且均勻以在場內產生均勻的修整切割。透鏡亦必須提供恰當的觀視解析度以成像一選定標靶區域供校準及製程監測之用。對於貫穿透鏡之觀視，光係自受照射場被收集、藉由掃描透鏡被準直、且利用輔助位於軸線式光學件成像至一偵測器上。利用對於標靶觀視之一不同波長區及一經非色化的掃描透鏡，可以利用習知二色性光學元件具有有效率的束合成及分割。觀視通路內，需要良好的側向及軸向色矯正，然而，觀視與雷 射通路之間少量的側向色可被容納於掃描系統中，且觀視與雷射通路之間少量的軸向色可藉由場或輔助光學件中的聚焦調整而被容納。藉由一兩面鏡掃描頭，譬如一檢流計掃描頭，當未使用瞳矯正光學件時，掃描透鏡必須容納由於兩掃描面鏡之間的分離所導致之瞳移位。

可藉由將場尺寸除以所成像光點尺寸得出每場的光點數來決定相對透鏡能力。用於雷射修整之習知經非色化的掃描透鏡--譬如用於以1.064微米的雷射波長作厚膜修整之GSI Lumonics W670中所用之物鏡係產生一30微米光點於一100mm正方形場上方且以習知白光源及輔助攝影機光學件將標靶成像至一單色CCD攝影機。W670系統係能夠在場對角線上方具有約4667個雷射光點。薄膜修整所使用之系統中的透鏡係具有較小的場尺寸及較小的光點尺寸。譬如，亦具有白光觀視能力之GSI Lumonics W678修整系統中所使用的掃描透鏡係在一50mm場上方具有一12微米光點，或約4167個光點。另一具有1.047微米的雷射波長之薄膜掃描透鏡係使用在GSI Lumonics M310晶圓修整系統中，在一1公分平方遠心場上方具有一6.5微米光點且能夠具有約2175個光點且帶有呈約860nm至900nm發射頻帶之IR LED照射器以供觀視。

就某程度而言，預定用於IR雷射掃描之一或多個透鏡的設計形式且特別是具有白光觀視之IR掃描透鏡係可被使用或修改至其他雷射波長，譬如具有綠色雷射。降低波長理論上將成正比地降低光點尺寸。然而，考量到增加 的透鏡像差及製造公差，可能無法達成此作用。譬如，相較於IR版本的30微米，一綠色版本的W670透鏡係產生約20微米的一光點，且每場的光點數從4667增至約7000。

相反地，已發現，主要設計用來在一綠雷射波長操作而具有處於較長波長的一觀視通路之透鏡係可被最適化以掃描一第二波長，譬如1.047微米或1.064微米，而產生一被該波長近似地升級之光點。

下列示範性美國專利案係有關雷射修整方法及系統：6,534,743；6,510,605；6,322,711；6,281,471；5,796,392；4,901,052；4,853,671；4,647,899；4,511,607；及4,429,298號。

美國專利案4,429,298號係有關曲折修整之許多態樣。基本上，一曲折電阻器係以順序性直進切割所形成，且自最後直進平行於電阻器邊緣作出一最後修整切割。其描述自一端交替地在一電阻器上“漸進地”作直進切割，考量最大及最小直進切割長度，對於修整切割之直進切割的一電阻低限值，對於直進切割之一較快切割速度，及一具有不同電阻及切割長度測試之結構化製程流程。

不斷需要諸如所有操作尺度的精準修整等之經改良的高速、微機械加工，其範圍包含從厚膜電路至晶圓修整。

發明概要

本發明之一目的係提供一利用一雷射作高速、精 準修整之經改良的方法及系統及用於其內之掃描透鏡，其中使後修整穩定度受到改良。

進行本發明之上述目的及其他目的時，提供一用於高速、以雷射為基礎、精準雷射修整至少一電性元件之方法。各電性元件具有至少一可測量性質且被支撐於一基材上。該方法包括以一雷射產生一脈衝式雷射輸出，該輸出具有處於一重複率之一或多個雷射脈衝。各雷射脈衝具有一脈衝能量、位於一雷射波長範圍內之一雷射波長、及一脈衝時程。該方法進一步包括以聚焦到至少一光點內的一或多個雷射脈衝選擇性地輻照該至少一電性元件，其中該至少一光點沿著一方向具有一非均勻強烈度輪廓及小於約15微米的一光點直徑藉以造成具有該波長、能量、脈衝時程及光點直徑的一或多個雷射脈衝以沿著一修整路徑自至少一元件選擇性地移除材料且雷射修整至少一元件同時避免該至少一元件內之顯著微破裂。該波長係夠短以產生小型光點尺寸、緊密公差、高吸收以及沿著修整路徑之經降低或消除的熱影響區(HAZ)等之所需要的短波長利益，但並未短到造成微破裂。

經聚焦脈衝式雷射輸出功率可能對應於具有小於約15μm光點直徑之約10-50mw。功率可對於小於約15μm的經降低光點尺寸被縮放使得對應的功率密度夠高以修整該元件但亦夠低以避免微破裂。

相較於自該至少一元件、或利用位於該雷射波長範圍外之至少另一波長自一第二元件的一部分移除材料所 獲得之微破裂而言，自該至少一元件的至少一第一部分移除材料所導致之任何微破裂係可能很顯著。

自該至少一元件之材料移除作用係可生成一具有對應於光點直徑的截口寬度之修整切割。

可進行選擇性地輻照一或多個雷射脈衝之步驟以至少限制一熱影響區的形成。

重複率可為至少10千赫。

雷射輸出的至少一雷射脈衝可具有一微微秒或毫微微秒的脈衝寬度。

可修整一陣列的薄膜電性元件，且該方法可進一步包括選擇性微機械加工該陣列中的一元件以改變一可測量性質的一數值。選擇性地微機械加工之步驟係被中止，且中止時，陣列中的至少另一元件被選擇性地微機械加工以改變一可測量性質的一數值。該方法可進一步包括恢復該中止的選擇性地微機械加工之步驟以改變該一元件的一可測量性質直到其數值位於一所需要範圍內為止。

該至少一元件可包括一電阻器，且該至少一可測量性質可為電阻及溫度之至少一者。

該方法可進一步包括當該至少一可測量性質之一測量位於一預定範圍內時中止微機械加工。

進一步進行本發明之上述目的及其他目的時，提供一用於高速、以雷射為基礎、精準雷射修整至少一電性元件之系統。各電性元件具有至少一可測量性質且被支撐於一基材上。該系統包括一雷射子系統以產生一具有處於 一重複率的一或多個雷射脈衝之脈衝式雷射輸出。各雷射脈衝具有一脈衝能量、一可見雷射波長、及一脈衝時程。一束輸送子系統係接受脈衝式雷射輸出且包括至少一束偏向器以相對於受修整的至少一元件定位該一或多個雷射脈衝，及一光學子系統以將該具有可見雷射波長的一或多個雷射脈衝聚焦至光學子系統的一場內之至少一光點內。該至少一光點沿著一方向具有一非均勻強烈度輪廓及小於約15微米的一光點直徑。一控制器耦合至束輸送及雷射子系統以控制束輸送及雷射子系統以選擇性地輻照該至少一元件使得具有該可見雷射波長、脈衝時程、脈衝能量及光點直徑的一或多個雷射脈衝沿著一修整路徑自該至少一元件選擇性地移除材料且雷射修整該至少一元件同時避免該至少一元件內之顯著微破裂。該雷射波長係夠短以產生小型光點尺寸、緊密公差、高吸收以及沿著修整路徑之經降低或消除的熱影響區(HAZ)等之所需要的短波長利益，但並未短到造成微破裂。

經聚焦脈衝式雷射輸出功率可能對應於呈現小於約15μm光點直徑之約10-50mw。功率可對於小於約15μm的經降低光點尺寸被縮放使得對應的功率密度夠高以修整該元件但亦夠低以避免微破裂。

雷射子系統可包括一具有約1.047微米至1.32微米範圍中的一基礎波長之q切換、頻率加倍式、固態雷射，且可見輸出波長可為位於一約0.5微米至約0.7微米的可見波長範圍中之一頻率加倍式波長。

光點直徑可為約6微米至約10微米。

光學子系統可包括一在兩或更多個波長被非色化之透鏡。波長的至少一者可為一可見波長。

系統可進一步包括一照射器以處於一或多個照射波長之輻射能來照射一基材區。一偵測裝置可對於處於該等照射波長的一者之輻射能具有敏感度，其中兩或更多個波長的一者可為一可見雷射波長而另一者可為照射波長。

光學子系統可為一遠心光學子系統。

遠心光學子系統可包括一遠心透鏡。

重複率可為至少10千赫。

雷射輸出的至少一雷射脈衝可具有一微微秒或毫微微秒脈衝寬度。

經聚焦光點直徑在光學子系統的場內任何位置處可為約6微米至約10微米。

系統可進一步包括一校準演算法以調整該至少一元件內被輻照之材料的座標並藉以精準地控制一材料移除區之一維度。

系統可進一步包括一機器視覺子系統，其包括一視覺演算法以定位或測量該至少一元件的至少一幾何特性。

視覺演算法可包括邊緣偵測且至少一幾何特性係為至少一元件的邊緣。利用邊緣來決定至少一元件的寬度及界定對於材料移除之一維度。

基材的一材料可為一半導體、或可為一陶瓷或玻璃。

至少一電性元件可以0.1%或更好的一公差被修整。

至少一元件可包括一薄膜或厚膜元件。

薄膜中，至少一元件的材料可為鎳鉻合金、矽鉻合金或氮化鉭。

一陣列的薄膜元件可以該系統來修整。控制器可包括用於選擇性地微機械加工一陣列元件以改變一可測量性質的一數值之部件，及用於在選擇性微機械加工被中止時中止選擇性微機械加工之部件。控制器可進一步包括用於選擇性地微機械加工至少另一陣列元件以改變一可測量性質的一數值之部件，及恢復選擇性微機械加工以改變該陣列元件的一可測量性質直到其數值位於一所需要範圍內之部件。

系統可進一步包括一使用者介面，及一耦合至介面及控制器之軟體程式。軟體程式可適可接受對於該至少一元件之預修整目標數值且以該等數值為基礎來限制一被施加至該至少一元件之電性輸出。

雷射可為一快速上升/下降、脈衝形q切換式雷射。

雷射可為一微微秒或毫微微秒雷射。

修整後之TCR漂移可小於約5ppm。

該方法進一步包括空間性定形該一或多個雷射 脈衝以形成被聚焦至該至少一光點內之一或多個經空間性定形的雷射脈衝之步驟。該空間性定形之步驟可以光學子系統進行且可包括至少一色散補償式光學元件。

為了進一步進行本發明之上述目的及其他目的，提供一高速、以雷射為基礎、精準雷射修整具有至少一可測量性質的至少一電性元件之方法。該至少一元件被支撐於一基材上。該方法包括以一雷射產生一脈衝式雷射輸出。該輸出具有處於一重複率之一或多個脈衝。各雷射脈衝具有一脈衝能量，一雷射波長範圍內之一雷射波長，及一脈衝時程。該方法進一步包括以被聚焦至沿著一方向具有一非均勻強烈度輪廓及小於約15微米的一光點直徑之至少一光點內的一或多個雷射脈衝選擇性地輻照該至少一電性元件藉以造成具有該波長、能量、脈衝時程及光點直徑之該一或多個雷射脈衝自該至少一元件選擇性地移除材料並沿著一修整路徑雷射修整該至少一元件同時避免該至少一元件內之顯著微破裂。該一或多個雷射脈衝的時間性特徵係產生小截口尺寸、緊密公差、及沿著修整路徑之經降低或消除的熱影響區(HAZ)之所需要的利益。

該一或多個雷射脈衝的一時間性特徵可包括一大致正方形脈衝形狀、快速上升及下降時間、及小於約30奈秒(nsec)的一脈衝時程。

脈衝時程可位於毫微微秒或微微秒範圍中。

雷射波長可為一可見或近IR波長。

為了進一步進行本發明之上述目的及其他目 的，提供一高速、以雷射為基礎、精準雷射修整具有至少一可測量性質的至少一電性元件之方法。該至少一元件被支撐於一基材上。該系統包括一含有一用以產生一脈衝式雷射輸出的雷射之子系統。該輸出具有處於一重複率之一或多個脈衝。各雷射脈衝具有一脈衝能量，一雷射波長範圍內之一雷射波長，及一脈衝時程。該系統進一步包括一以被聚焦至沿著一方向具有一非均勻強烈度輪廓及小於約15微米的一光點直徑之至少一光點內的一或多個雷射脈衝選擇性地輻照該至少一電性元件之子系統藉以造成具有該波長、能量、脈衝時程及光點直徑之該一或多個雷射脈衝自該至少一元件選擇性地移除材料並沿著一修整路徑雷射修整該至少一元件同時避免該至少一元件內之顯著微破裂。該一或多個雷射脈衝的時間性特徵係產生小截口尺寸、緊密公差、及沿著修整路徑之經降低或消除的熱影響區(HAZ)之所需要的利益。

雷射可為一纖維雷射。

用以產生脈衝式雷射輸出之子系統可包括一主振盪器/功率放大器。

雷射可為一毫微微秒或微微秒雷射。

波長可為一可見或近IR波長。

為了進一步進行本發明之上述目的及其他目的，提供一多重元件消色差掃描透鏡。多重元件消色差掃描透鏡係構形為可提供一含蓋約25mmx50mm一掃描區域之掃描場，小於20微米至約8微米或更小之一綠波長雷射光 點尺寸，其中一掃描場直徑測量出最高達到約7000光點，及一具有至少40nm至100nm或更大頻寬之觀視通路，其中各元件包含一具有折射率n_n 及一色散v_n 之玻璃類型。掃描透鏡係從入射光的一側接連地包括：一第一雙凹元件(L1)及一包含平凹及雙凸元件(L2,L3)之第一經黏結雙件，遠離入射光呈凹形之第一經黏結雙件的一經黏結表面，其中n₂ <n₃ ,v₂ >v₃ ，其中v₂ 代表一異常色散。掃描透鏡進一步包括一包括平凹及雙凸元件(L4,L5)之第二經黏結雙件，遠離入射光呈凹形之第二經黏結雙件的一經黏結表面，朝向入射光呈凹形之一第一負凹凸(negative meniscus)元件(L6)，及一第一雙凸元件(L7)。對於各玻璃元件之n_n 及v_n 數值的特徵係為下列關係：

第二經黏結雙件(L4/L5)及第一負凹凸元件(L6)之間的空氣空間可被設定為零厚度而元件L4、L5及L6可形成一三件(L4/L5/L6)。

第二經黏結雙件(L4/L5)可以單一元件(L4)取代。

對於各玻璃元件之n_n 及v_n 的數值可為：

本發明之上述目的及其他目的、特性及優點可連同圖式從本發明的最佳實行模式之下文詳細描述得知。

190‧‧‧排熱器

191,194,197,2012,2014,2022‧‧‧面鏡

192,196‧‧‧偏振器

193,2026‧‧‧λ/4板

195,2008,2018‧‧‧λ/2板

200‧‧‧探針

202‧‧‧接觸

204‧‧‧R1的修整切割

205‧‧‧用於任何切割之初始雷射位置

210‧‧‧完成的共線修整

216‧‧‧間隙

220‧‧‧連接R1&修整，未至數值，連接RN，切割R2至RN

221‧‧‧修整RN，未至數值，連接RN，切割R[N-1]至R1

222‧‧‧修整R1，未至數值，連接RN，切割R1至RN

223‧‧‧修整RN，未至數值，連接R1，切割R[N-1]至R1

224‧‧‧修整R1，到達數值，連接及修整(順序性地)R2至RN

405‧‧‧用以完成四個切割之掃描路徑，順序

407‧‧‧RN的修整

410‧‧‧初始條件

413‧‧‧R[N-1]至R1的切割

420‧‧‧對於列作初始探針接觸

421‧‧‧加工預定或經計算的切割數R1至RN(無測量)

422‧‧‧連接R1且修整至目標，未達到目標，連接RN，切割R2至RN(無測量)

423‧‧‧修整RN，未達到目標， 連接R1，切割R[N-1]至R1(無測量)

424‧‧‧重覆製程直到R1或RN修整至目標為止，連接且修整所有R(順序性地)至列末

602‧‧‧紅外線雷射

603‧‧‧雷射束

604‧‧‧光學路徑

605‧‧‧雷射束定位機構

606‧‧‧基材區

607,608‧‧‧面鏡系統，檢流計

609‧‧‧透鏡

610‧‧‧電腦

611‧‧‧照射裝置

612‧‧‧束分割器

614‧‧‧偵測裝置

615‧‧‧攝影機

616‧‧‧訊框抓取器

617‧‧‧二軸線精準步進及重覆平移器

620‧‧‧陣列元件

621‧‧‧水平邊緣

622‧‧‧垂直邊緣

630‧‧‧顯示器

702‧‧‧恆定速度

704‧‧‧快速跳躍

801,802‧‧‧經聚焦光點

803‧‧‧單一經準直雷射束

804,805‧‧‧發散的經準直束

806‧‧‧雷射

807‧‧‧中繼光學件

808‧‧‧固態偏向器，聲光調變器(AOM)

809‧‧‧束旋轉模組，選用性束旋轉控制模組

810‧‧‧物透鏡

812‧‧‧控制信號

901‧‧‧模組

902‧‧‧信號

2002‧‧‧立奧濾器

2004‧‧‧標準具

2006‧‧‧輸出耦合器

2010,2016,2024‧‧‧TFP

2020,2028‧‧‧端面鏡

f0‧‧‧原始RF信號頻率

f1...fN‧‧‧可選擇頻率

L1‧‧‧第一雙凹元件

L2‧‧‧平凹元件

L3‧‧‧雙凸元件

L4‧‧‧平凹元件

L4/L5‧‧‧第二經黏結雙件

L4/L5/L6‧‧‧三件

L5‧‧‧雙凸元件

L5/L6‧‧‧空氣空間

L6‧‧‧第一負凹凸元件

L7‧‧‧第一雙凸元件

R1...RN‧‧‧電阻器

第1a-1b圖為概要圖，其各說明在雷射切削之前與之後之電流線；第1c圖為圖表，其說明各種切割形成對數個切割參數之影響；第2a圖為配置成列與行之晶片電阻器陣列之概要圖，其說明根據本發明實施例使用雷射切削步驟之結果；第2b圖為進一步界定對應於第2a圖之切削步驟之方塊流程圖；第3圖為方塊流程圖，其進一步界定本發明系統中第2a與2b圖之切削操作；第4a圖為配置成列與行中之晶片電阻器陣列之概要圖，其說明根據本發明另一實施例使用雷射切削步驟之 結果；第4b圖為方塊流程圖，其進一步界定對應於第4a圖之切削步驟；第5圖為方塊流程圖；其進一步界定本發明系統中第4a與4b圖之切削操作；第6a圖為可以使用於本發明至少一實施例中雷射切削系統之概要圖；第6b圖為電阻器之概要圖，其具有尤其特別是電阻器邊緣之可測量之幾何特性，可以使用以第6a圖系統所獲得之資料而測量；第7圖為圖表其顯示在一實施例中電阻器陣列掃瞄期雷射光線之位置對(VS)時間之圖，其中將以固態偏光器之快速掃瞄與電子機械線性掃瞄重疊，而以增加的速度選擇性地形成第2圖或第4圖之切割。

第8圖為系統概要圖，其將多個聚焦光線傳送至至少一電阻器以增加其切削速度；以及第9圖為系統之概要圖，其在雷射切削系統中提供多個光線給至少一電阻器。

第10圖為截口的電子顯微照片(自U.S.P.N.6,534,743號的第11圖重製)，其顯示藉由一UV雷射產生的一高斯束所修整之一電阻器的基材中形成之微破裂；第11圖為一綠雷射所加工之一薄膜電阻器的視圖；第12圖為利用新設計的光學件已經藉由一綠雷 射達成之截口寬度6-7微米的視圖；第13圖為一綠雷射所修整之一晶片電阻器的視圖；第14圖為使用於本發明的一雷射系統的一實施例中之一8微米綠/IR掃描透鏡的3D佈局圖；第15圖為一快速上升/下降、脈衝形雷射及一高斯脈衝式雷射所產生之脈衝的圖形；第16a圖為具有一相對較大HAZ之一習知雷射修整的俯視平面圖；第16b圖為具有極小或毫無HAZ之一超快速雷射修整的俯視平面示意圖；第17a圖為具有一高斯輪廓之一脈衝的圖形；第17b圖為具有一扁平頂部之一脈衝的圖形；第18圖為以使用於本發明的一實施例中之一碟雷射光為基礎之一共振器設計的一範例之方塊示意圖；第19圖為使用於本發明的一實施例中之一薄碟再生性放大器的一範例之方塊示意圖；第20圖為使用於本發明的一實施例中之一再生性薄碟放大器的一典型系統組態之方塊示意圖。

較佳實施例之詳細說明

高速曲折修整製程

電阻器修整中，切割係導引沿著一電阻路徑流過電阻性材料之電流。切割尺寸及形狀的細微控制及調整係 將電阻改變至所需要數值，如第1a-1c圖所示。一般而言，晶片電阻以列與行配置於一基材上。第2a圖顯示一其中使一列的電阻器R1、R2,...RN受到加工之配置。具有一探針200且由第2a圖箭頭所描繪之一探針陣列係被帶領而接觸202於一列電阻器之導體。一矩陣開關係位址化用於一第一對導體之接觸部(譬如橫越R1之接觸部)且進行一系列切割及測量以將導體對之間的電阻改變至一所需要數值。當一電阻器的修整完成時，矩陣係切換至下列元件(譬如R2)處之一第二組的接觸部且重覆修整製程。當一完整列的電阻器(R1...RN)已經被修整時，接觸部與探針陣列之間的接觸被中斷。基材隨後被相對地定位至另一列，帶領探針陣列作接觸，且第二列以上述方式被加工。

例如第1c圖所示之曲折薄膜電阻器之修整係包含雷射加工以在導體之間的電阻性材料的一區域中生成交錯指狀切割。交錯指狀切割係導引沿著一包繞於切割周圍的曲折路徑流過電阻性材料之電流。此幾何結構可容許藉由單一表面性膜/導體佈局來生成一寬廣範圍的電阻。上文所勾勒的途徑將在一電阻器部位處以測量步驟加工一順序的曲折切割然後移至下個電阻器。

參照第2a圖，一用於任何切割之初始雷射位置係描繪為205，而一束定位器經過電阻器材料沿著線性路徑導引該束。根據本發明，一新典範係修整一第一電阻器上之一腳(譬如，R1的修整切割204)且測量電阻。如果電阻低於一預定低限值，則作出橫越該列中其他電阻器R2...RN之類 似的共線修整。沿著該列之一完成的共線修整係在第2a圖中顯示於210，且對應方塊220進一步界定於第2b圖中。本發明的至少一實施例中，可測量一子組的電阻器以決定橫越基材之薄膜一致性，但如果薄膜具有已知的一致性，一次測量可能足夠。

以與第2a圖211相同的方式作出沿著該列電阻器之下個共線群組的切割，且進一步界定於第2b圖的方塊221，電阻器RN受到初始地修整。如第2a圖的212-213所示重覆該製程且對應地進一步界定於第2b圖的方塊222-223。如果一測量顯示已經交會一低限值，藉由各電阻器的測量繼續進行列R1...RN的修整藉以在切換至下個電阻器之前修整至數值(描繪於方塊224之214)。

限制測量數及維持一共線修整軌跡皆將增加修整速度。

第3圖的流程圖進一步界定對應於第2a-2b圖之步驟，及一修整系統中所使用之額外加工步驟(譬如，索引及裝載)。

至少一實施例中，可以預定資訊為基礎進行切割步驟。範例中，對於部分電阻器類型，一第一系列的元件可在測量電阻之前被切割，順序係以電阻器的預定參數(譬如幾何結構)及/或已知膜性質(譬如薄片電阻)為基礎。類似地，可在第一電阻器處的一學習模式中決定一未測量切割數(譬如，包括至少一測量，或疊代性測量)。一學習模式中，作出疊代性測量且以測量及材料性質為基礎決定非修整切 割數。至少一實施例中，可計算一未測量切割數。

譬如，可作四個切割而無測量。參照第4a圖，顯示一初始條件410而其中將探針放置成接觸202於如第2a圖所示之該列。參照第4b圖，初始條件進一步界定於方塊420。範例中，第4a-4b圖顯示修整製程的一實施例，其中初步作出四個切割411而無任何測量。如第4b圖所示，以至少一預修整數值或條件為基礎，方塊421係界定一預定數量的切割(譬如四個)而無測量。用以完成四個切割之掃描路徑描繪於405。然後，列中的第一電阻器R1在406被修整且測量以決定是否抵達目標數值。若否，則如412所描繪切割留存的電阻器R2...RN(譬如無測量)，進一步由方塊422界定。

然後重複該製程，首先是RN的修整407，然後是R[N-1]至R1的切割如413所示且進一步界定於方塊423。因此，對於各方向改變，則有R1或RN受到修整，且如果未抵達目標數值則分別切割留存的電阻器R2...RN或R[N-1]...R1。在R1或RN抵達一目標數值之後產生一最後步驟。各電阻器係被順序性地連接及修整，如414所示且進一步界定於方塊424。

第5圖的流程圖進一步界定對應於第4a-4b圖之步驟，及使用於一修整系統中之額外加工步驟(譬如，其包括索引及裝載之步驟)。

在一項其中利用疊代性測量獲得預定資訊之實施例中，提供預修整數值。該等數值可由一操作者、製程工程師指定、或以其他方式獲得。軟體提供指定或使用預 修整目標數值之能力藉以控制所施加測試電壓及/或電流。此特性可用來避免在曲折修整相關聯的寬廣電阻變化範圍上夠高足以損壞元件之電壓。本發明的一實施例中使用一快速電阻器測量系統時，用於測量之施加至電阻器的電壓係對於初始低電阻切割被減小以限制電流對於電阻器的潛在損害及通過。隨著作出後續切割及電阻增高，測量電壓係增加。

第2a及2b圖及第4a及4b圖的示範性修整及切割順序可被修改藉以容許材料性質及其他製程參數及公差之變異。

譬如，本發明的至少一實施例中，當一經測量修整切割達到目標數值且長度位於最大容許切割長度的一預定邊際內時，可利用額外步驟。在該邊際內，材料性質的變異可能令部分修整切割不及目標數值而需要額外切割。

第一模式中，在一列元件中順序性作出修整切割且未達到目標數值之元件的位置受到保留。藉由後續修整切割，位於經保留位置之留存元件係被修整至目標數值。

第二模式中，以修整至數值之第一元件的長度為基礎，切割長度係被降低以防止達到目標數值且加工非測試切割以完成該列。後續修整切割將該列中之所有元件帶到目標數值。

第三模式中，一元件上之至少一先前切割的長度係被修改以防止後續切割落入邊際條件內。至少一實施例中，當一經測量修整切割的數值位於目標數值的一預定邊 際內時，可利用額外步驟。該邊際內，材料性質的變異可能使用全非測量切換令部分元件超過目標數值。

第一模式中，在一列元件中順序性地作出修整切割且未達到目標數值之元件的位置受到保留。藉由後續修整切割，位於經保留位置之留存元件係被修整至目標數值。

第二模式中，以第二元件中所測量的數值為基礎，切割長度係被降低以防止達到目標數值且加工非測試切割以完成該列。後續修整切割將該列中之所有元件帶到目標數值。

第三模式中，一元件上之至少一先前切割的長度係被修改以防止後續切割落入邊際條件內。

範性資料係指示出藉由如第2-4圖所示切割一列中所有電阻器所導致產出的改良，而不同於習知的單電阻器修整技術。範例中，下表顯示近似的結果：

隨著一列中之增加的電阻器數、較少個測量、且隨著對於最後(亦即細微)修整的降低時間而使整體修整速度增大。

並且，各電阻器具有額外時間以自雷射產生的能 量回復。可決定切割順序以管理一元件中的溫度變化(譬如，降低切割期間之最大元件溫度)。譬如，參照第4a圖，順序405可反轉藉以作出從接近一元件中心開始而趨近導體及探針進展至該元件一端之一組切割。可使用其他順序、適當順序(譬如，具有對於熱管理的優點之非相鄰切割的任何順序)。較佳可在一額外測量步驟之前切割一第二元件。

對於曲折切割之電阻變化範圍藉由目前材料係變動於從約1數量級(譬如10X)、二數值級(譬如100X)、最高來到約500X。

雷射修整系統

本發明的至少一實施例中，一雷射修整系統可首先利用如“校準雷射修整裝備”的美國專利案4,918,284號中所描述之一方法被校準。’284號專利案係教導利用控制一雷射束定位機構以將一雷射束移至一基材區上的一所需要標稱雷射位置、將一標記(譬如切割一線)壓印在一媒體上以建立一實際雷射位置、掃描該經壓印標記以偵測一實際雷射位置、及比較該實際雷射位置與所需要標稱位置來藉以校準一雷射修整裝備。雷射束較佳係以一波長操作，且標記係由一以一不同波長操作之偵測裝置所掃描。偵測裝置係觀視一涵蓋整體基材區的一部分之場，且決定該場內之一標記的位置。’284號專利案係進一步教導決定出一束位置在何處相對於一攝影機視場。

可單獨地或與’284號專利案合併地使用其他校 準技術。例如，“雷射校準裝備及方法”的美國專利案6,501,061號係揭露一決定掃描器座標以精確地定位一經聚焦雷射束之方法。經聚焦雷射束係藉由一雷射掃描器掃描於一工作表面上的一相關區(譬如一開孔)上方。以預定時間或空間間隔或隨著經聚焦雷射束出現經過工作表面中的一開孔而由一光偵測器來偵測經聚焦雷射束之位置。在偵測到經聚焦雷射束時以雷射掃描器位置為基礎利用經聚焦雷射束的所偵測位置來產生掃描器位置vs.束位置資料。可利用掃描器位置vs.束位置資料來決定對應於經聚焦雷射束的一所需要位置之掃描器位置座標或開孔的中心。

在較佳包括校準許多其他系統組件之系統校準後，將含有受修整裝置之至少一基材裝載至修整站中。

參照自’284號專利案部分地合併之第6a圖，一經改良的雷射修整系統可包括一通常具有從約1.047微米至1.32微米的波長之紅外線雷射602，其將一雷射束603沿著一光學路徑604輸出至且經過一雷射束定位機構605到一基材區606。為了應用於薄膜陣列的修整，可利用該技藝已知且可購得的不同技術藉由使IR雷射的輸出頻率加倍來獲得約0.532微米的一較佳波長。

雷射束定位機構605較佳包括一對面鏡及附接的各別檢流計607及608(可自本發明受讓人取得多種)。束定位機構605係導引雷射束603經過一透鏡609(其可為遠心性或非遠心性，且較佳在兩波長被非色化)至一基材區606，位於一場上方。X-Y檢流計面鏡系統若維持充分精準則可提供 整體基材的角度性涵蓋。否則，可利用不同的定位機構來提供基材與雷射束之間的相對動作。例如，可利用一示意性顯示為617之二軸線精準步進及重覆平移器來將基材定位在以檢流計為基礎的面鏡系統607、608的場內(譬如，X-Y平面中)。雷射束定位機構605係沿著兩垂直軸線移動雷射束603，藉以提供雷射束603的二維定位，橫越基材區606。各面鏡及相關聯的檢流計607、608係在一電腦610控制下使束沿著其各別x或y軸線移動。可能身為鹵素燈或發光二極體之照射裝置611係產生可見光以照射基材區606。

一束分割器612(一部分反射性面鏡)係設置於光學路徑604內以將沿著路徑604反射回來的光能從基材區606導引至一偵測裝置614。偵測裝置614係包括一可身為數位CCD攝影機(譬如，彩色或黑/白)之攝影機615，及相關聯的訊框抓取器616(或設有攝影機之數位訊框緩衝器)，其將來自電視攝影機615的視訊輸入數位化以獲得代表基材區606一部分的一二維影像之像素資料。像素資料係儲存在訊框抓取器616的一記憶體中，或譬如被一高速連結直接地傳輸至電腦610以供加工。

束定位子系統可包括其他光學組件，諸如一用以調整雷射光點尺寸及/或雷射光點在基材之一位置處的自動聚焦之電腦控制式、光學子系統。

本發明應用於電阻器陣列之薄膜修整時，至少一薄膜陣列被基材所支撐。如上述獲得之校準資料較佳係與一經自動化機器視覺演算法合併使用以定位該陣列的一元 件(譬如，電阻器R1)及測量第6b圖的一元件620之至少一幾何特性的位置。例如，該特性可為利用許多可取得邊緣偵測演算法的一者藉由記憶體中的像素資料分析所找到之水平邊緣621的一者(譬如，一平行於X方向之邊緣)、及垂直邊緣622的一者(譬如，一平行於Y方向之邊緣)。邊緣可包括沿著一電阻器的整體周邊、邊緣的一樣本、或來自該陣列的許多電阻器的邊緣之多重邊緣測量。隨後決定出電阻器的寬度而其可用來界定切割長度，通常身為寬度的一預定百分比。邊緣資訊較佳係自動地獲得且譬如連同校準資料用來控制列R1...RN內之各切割的長度。亦可在適宜時使用其他測量演算法，例如影像交叉相關演算法或滴點偵測方法。

可將校準施加於沿著切割之一或多點處。至少一實施例中，至少一切割的起點將以校準資料作矯正。

較佳將矯正第2及4圖中複數個切割的長度及起點。

最佳將矯正第2a及4a圖中所有切割之長度及起點。

一實施例中，將校準第一電阻器(譬如R1或RN)，且將一對應矯正施加至該列的所有電阻器(譬如R1...RN)。

較佳採用完全自動方式。然而，可使用一具有操作者介入之半自動演算法，例如在一檢流器設置成使陣列元件620位於場中之案例，則束係互動地沿著元件被順序性 定位，且一操作者在一顯示器630上觀察強烈度輪廓(或導函數或強烈度)。

對於改良雷射束定位的精準度而不使產出變差而言，使用校準資訊來調整陣列區內的座標是有價值的。對於控制一切割的長度及相對於掃描器X,Y座標系來矯正陣列的線性及非正交性之偏差而言，對準資料及電阻器寬度之測量是有用的。對於幾何矯正使用校準資料之方式係特別適合使用於具有一或多個線性平移階段之雷射修整系統中。

幾何矯正未必取代包括f-θ透鏡線性、扇束補償等其他有用的系統設計特性。一般可利用系統公差堆積以預期位置誤差為基礎來決定切割校準位置數之間的取捨。當束扇出時，特別是隨著橫越許多電阻器的大間隔，只有一者被校準及對準。例如，當電阻器的間隔相對較大時，可能校準及對準單一切割。所產生的位置誤差預期部分地隨著系統設計、f-θ線性、扇分散補償而受到消減。一橫向扇之緊密分隔的切割預期比起位於軸線式扇而言具有較小的誤差。

進一步的產出改良-光學技術

本發明的至少一實施例中，可利用一或多個下列技術增加有效掃描率藉以進一步改良產出。

可利用較快跳躍橫越一列電阻器之修整間隙來達成藉由共線修整之加工速度的進一步增高。第2a圖顯示一此等間隙216。參照第7圖，本發明的至少一實施例中， 一單軸線聲光束偏向器(AOBD)係隨著檢流計以一恆定速度702掃描橫越該列而疊置一鋸齒線性掃描圖案701。修整期間，呈倒退動作703且位於修整之間的AOBD掃描係提供一快速跳躍704至下個切割。如此可容許檢流計以恆定速度掃描且盡量減小跳躍對於總加工時間之貢獻。

連同檢流計使用聲光偏向器以具有速度改良之方式係為該技藝所熟知。例如，美國專利案5,837,962號揭露一經改良之用以加熱、融化、汽化、或切割一工件的裝備。一二維聲光偏向器係在標記速度方面提供約5倍因數的改良。

完整併入本文以供參考之美國專利案6,341,029號在第5圖中係顯示一具有當在一倒退模式中實行本發明時可使用於一完全系統中以具有增加速度之數個組件之實施例。’029號專利案中，顯示聲光偏向器及檢流計及一相關聯的控制器用以顫動CW束以供雷射圖案化。亦請見’029號專利案的欄3行47及欄4關於系統構造之額外細節。

‘029號專利案的配置可利用可取得技術被容易地改用，藉以提供掃描控制輪廓及光學組件的修改以較佳藉由額外硬體校準程序來實行本發明的倒退掃描技術。

本發明的另一實施例中，可沿著該列的多重光點以一平行方式來達成曲折電阻器上的共線修整。利用一扇出格柵或其他多束產生裝置來生成一光點陣列藉以根據沿著該列的電阻器間距來形成及對準2或更多個光點。譬如，美國專利案5,521,628號係揭露使用衍射光學件來同時地標 記多重部份。多重束可為自一較有威力雷射源產生之較低功率束，或來自多重來源之合併束。掃描系統係掃描多重束且橫越多重電阻器同時地經由一共同掃描透鏡形成光點。修整製程係類似於非測量切割步驟期間平行地具有兩或更多切割之單光點方法。當達到低限值時，該系統轉換至一單光點模式以序列地將各電阻器修整至其數值。

類似地，可藉由一標靶上所形成的多重光點作平行切割以一平行方式來達成曲折電阻器上的共線修整。利用一扇出格柵或其他多束產生裝置來生成一光點陣列藉以形成2或更多個光點，光點被對準至一元件而在切割之間具有預定間隔。如果進行一預定數量的切割(譬如，如第4a圖所示的四個)，則在一實施例中，通行數可降低50%(譬如，各方向中之單一通行)。如果良好地建立電阻器製程變異及公差，此實施例可最為有用。格柵可位於一光學切換式路徑中藉以選擇性地形成多重光點或單一光點。

公告的美國專利申請案2002/0162973號係描述一用以產生多重光點以加工半導體連結作記憶體修復之方法及系統。可利用透鏡系統及偏向器系統之不同修改來產生多重光點供本發明之用。

一實施例中，利用單一雷射脈衝在同一時間修改最多兩個電阻器(譬如，無、一或二個切割)。參照第8圖，藉由將單一經準直雷射束803空間性分割成兩個發散的經準直束804、805使得兩個經聚焦光點801、802形成於兩切割上。差異性頻率的細微調整係控制光點分隔。材料加工 應用中利用用來空間性分割束之聲光裝置係為此技藝所已知。譬如，日本專利案摘要JP 53152662號顯示一利用一具有可選擇頻率f1...fN的多頻率偏向器來鑽製微觀孔之配置。

第8圖的一雷射806係以一預定重複率脈動。雷射束係行經中繼光學件807，其形成進入聲光調變器(AOM)開孔內之雷射束腰的一中間影像。較佳利用在布萊格方案(Bragg regime)中操作之AOM 808來可控制地產生兩個略微發散經準直第一階衍射雷射束且控制各束中的能量。AOM係被兩頻率f1及f2驅動，其中f1=f0+df且f2=f0-df而其中df係為原始RF信號頻率f0的一小百分比。對於f0乘以2(df/f0)，兩束之間的角度近似等於布萊格角。AOM藉由調變RF信號812中兩頻率組件f1及f2的信號振幅及對於束交互耦合作調整來控制各雷射束中的能量。

離開AOM 808之後，束行經一選用性束旋轉控制模組809以將束旋轉90度藉以使束定向在X或Y中。一實施例中，對於此旋轉使用一稜鏡，但許多旋轉技術係已為人熟知如相關的美國專利公告案2002/0170898號中所描述。

接著，該束係行經一組光學件以對於變焦光學件及物透鏡810適當地定位束腰且設定束尺寸。變焦光學件亦修改兩束之間的角度，因此離開AOM 808之兩束之間的角度必須依據變焦設定被調整以導致焦平面處所需要的光點分隔。接著，雷射束係進入物透鏡810而其提供兩電阻器上之一對經聚焦光點801、802。兩光點係分隔一近似等於透 鏡810焦長度乘以兩束之間的角度之距離。可對於曲折電阻器上的共線修整來合併倒退及平行方法。譬如，一束係由一AOBD所掃描然後分割成一對且掃描橫越該場。兩相鄰電阻器係被同時地修整且該跳躍係從電阻器N至電阻器N+2至下對的電阻器。

或者，或藉由一二維偏向器，一對的光點可產生於一正交於曲折掃描方向之方向中。例如，藉由一一維AOBD之相對較簡單的控制及程式化，可利用偏向器(藉由適當的輸出功率控制)以同時地產生用以作四個切割之四束的至少兩者，如第4a圖所示。就本身而言，對於切割之掃描時間可降低50%。由於可程式化偏向之緣故，可能在一扇出格柵上方偏好採用AOBD。亦可依需要在粗糙及細微修整期間產生多重光點。

第9圖示意地顯示具有對於倒退掃描、平行加工、或其一組合所添加之來自第8圖的一模組901之一經改良的雷射修整系統的一示範性實施例。譬如，可利用一來自電腦610的信號902以在一或多個軸線中控制AOBD或其他固態偏向器808，及如果有提供之束旋轉模組809。模組901可包括中繼光學件807及其他束定形組件。較佳使用至少一AOBD來提供相當的彈性及使用容易性，譬如藉由一自電腦610提供控制信號812之數位RF產生器。

尚且，可連同本發明採用用以形成長形或橢圓形光點之技術以進一步增加加工速度或品質。與光點定形相關聯之修整速度的改良係描述於共同審查中的經公開美國 專利申請案2002/0170898號中。

本發明的至少一實施例中可利用許多其他設計替代方式以增強系統效能及使用容易性。譬如，替代方式係包括但不限於下列：

1.該系統可提供電腦控制式光點尺寸及/或聚焦調整。讓渡予本發明受讓人的美國專利案6,483,071號係顯示一提供用於以雷射為基礎的記憶體修復之動態聚焦及光點尺寸控制之光學子系統。

2.另一替代方式係為藉由一可變束衰減器之束能量的控制。衰減器可為一聲光偏向器(或調變器)。可使用中立的密度濾器或以偏振為基礎的衰減器，不論人工或自動調整式皆可。美國專利案6,518,540號中，顯示一適當的可變衰減器，範例中，其具有一旋轉半波板及一偏振敏感性束分割器。

3.脈衝寬度可利用熟習該技術者所瞭解之方法來改變，其中瞭解到一q切換式雷射的能量將隨重複率、特別是在高重複率時而改變。對於其中在脈衝之間進行一測量之動態修整，可能較佳維持大致恆定的脈衝能量。一用於脈衝能量控制之方法係揭露於6,339,604號專利案中，其隨著當電阻值趨近預定目標數值時對應於精準測量的週期之修整速度減小(譬如，較大的脈衝時間性間隔)而降低標靶處的能量變異。

4.至少一實施例中，利用一二極體泵輸式、經頻率倍增、YAG雷射來修整電阻器陣列。相較於其他波長， 532nm的輸出波長係導致低漂移、缺乏微破裂、及可忽略的熱影響區。可能較佳採用約25至45ns的一脈衝寬度，一般係小於30ns。較佳的最大雷射重複率將為至少10KHz。遠小於厚膜系統所典型者之脈衝寬度係提供處於一相對較高重複率之薄膜材料移除。處於降低的脈衝寬度及高重複率之最大可取得脈衝能量將可容許與衍射光學件(譬如格柵或AOBD)相關聯之損失故可提供多重光點。

5.雷射可被聚焦至一近似、衍射限制式的光點尺寸。光點尺寸將通常小於約30微米或更小，其中一較佳的光點尺寸係小於約20微米，且一最佳光點尺寸位於約6至15微米範圍中，例如10至15微米。

6.本發明的圖示實施例中，將曲折切割顯示為一系列的平行交錯指狀切割。然而請瞭解，本發明的應用並不限於形成平行切割。用以產生具有減少測量數的複數個非交會切割之修整或微機械加工係被視為位於本發明的範圍內。

7.並且，本發明的實施例並不限於薄膜電阻器測量，而是可適用於其中可測量一物理性質之其他微機械加工應用。測量並不限於電性測量，而是可為溫度監測(例如，藉由一紅外線感測器)、應力、振動、或其他性質。

如此處所述，利用三類型的雷射亦即一習知IR雷射1.064μm、一綠雷射0.532μm及一UV雷射0.355μm來執行一比較性應用研究。研究結果清楚地顯示就所達成的TCR漂移及電阻公差而言，綠雷射提供與UV雷射相同或更 好的結果。然而，UV雷射所加工之樣本係容易在切割中具有微破裂，就像第10圖所示者一樣。

範例中，約30mW的輸出係在表面上約13微米的一光點尺寸上方施加至電阻性材料。波長為0.532微米。藉由綠雷射出現了有利的結果，特別是缺乏微破裂。雷射操作可在13微米光點直徑上方於約10mw至約50mw的一範圍中進行。

對應的功率密度(以瓦特/平方公分為單位)係為光點尺寸之一函數，且一脈衝中的雷射輸出功率可隨著光點尺寸改變而依此被縮放。例如，如果光點尺寸為6微米，一脈衝中的雷射功率(以mW為單位)可降低4倍。

雖然示範0.532微米的一波長具有有利結果，可採用其他波長。然而，本發明的實施例係避免短到會造成顯著微破裂之波長。

已經藉由新設計光學件來達成小到6微米的截口寬度，如第12圖所示。一般而言，一12微米左右的截口寬度可處置小到0402及0201之晶片尺寸。第13圖顯示藉由一綠雷射所加工之一0402電阻器。

藉由UV雷射所致之切割中的微破裂可延伸於膜內側而造成R及TCR漂移。其由於所使用的較薄基材而在較新的0402及0201晶片電阻器中變得更嚴重及顯著。微破裂係傳播且導致基材中的災難性失效。因此，顯然當雷射波長變得太短譬如進入UV區中時，UV加工將具有微破裂及破裂造成的不穩定性(亦即，由於破裂及其傳播於膜材料中 所導致之R及TCR的漂移)之缺點。

已經提出一UV束的束均質化(美國專利案6,534,743號)。根據此專利案，其降低微破裂數、但未完全地修除微破裂。

此外，UV雷射由於需要二個非線性結晶而非一者故本徵性地較不穩定。因此，UV雷射比綠雷射更昂貴。用於電阻器修整之UV雷射的其他缺點係包括基材損害及對於束輪廓之敏感度，其使得該製程不穩定。

此處所顯示的資料係指示出在修整這些晶片電阻器時使用UV並無優點。綠雷射已經達成與UV雷射者一樣小的截口及TCR。第11圖顯示由一綠雷射所加工之部份。

藉由6微米截口的此新能力，從小型光點尺寸的光學觀點來看，綠雷射波長無疑夠短足以加工任何未來的晶片電阻器。

因此，具有一高斯束形狀的綠雷射係具有UV雷射的各項優點而無與UV雷射加工相關之如微破裂及不穩定度等風險。

較佳的波長應該恰好夠短足以產生如較小光點尺寸、緊密公差及高吸收等之短波長的所需要利益，但未過短而造成微破裂。

本發明的不同實施例亦將概括地避免資本及營運成本、製程不穩定度、複雜度及不穩定度之顯著增加。範例中，本發明的此等利益係來自於避免UV波長(短到造成顯著微破裂)及對於第三諧波產生之相關聯的光學組件硬 體所致。並且，當實行本發明的實施例時並不需要用以產生一均勻光點分佈之輔助束定形光學件。

因此，本發明的一實施例中之目的係在於使用一綠雷射以供修整。

此實施例的部分特性係為：

1.使用一綠雷射作雷射修整以達成加工較小晶片尺寸所需要之小型光點尺寸及高吸收，但避免產生微破裂及損害基材之可能性。

2.使用對於綠波長新設計的光學件作為一用以實現綠雷射加工能力之部件。該等光學件連同第14圖更詳細地描述於下文。

3.使用一高精準束定位系統作為一用以實現綠雷射加工能力之部件。

4.使用一修整系統測量及測試一子系統作為一用以實現綠雷射加工能力之部件。

一薄膜混合修整系統理想上係具有一含蓋約25mm x 50mm的一掃描區域之掃描場，其中一綠雷射具有小於20微米的一光點尺寸，較佳光點尺寸小於12微米，最佳為8微米或更小的一光點，或橫越場直徑約有7000光點；並具有呈約40nm、較佳100nm、最佳>100nm頻寬之一觀視通路。觀視通路可為以一頻通或高通光學濾器所選擇之高於約550nm的白光頻譜的一部分。觀視通路可藉由一LED照射器的發射頻譜作選擇。對於橫越場產生一處於532nm之8微米綠光點的掃描透鏡，理想上亦可橫越該場產生一處 於1.064微米之約17微米光點。

為了符合藉由一選定觀視通路之25mm x 50mm的一掃描區域、處於532nm的一8微米光點、處於1.064微米的一17微米光點之要求，已經發現下列透鏡形式為有效。

請瞭解元件係被描述為具有平表面且可能為真正平面性表面、或呈現具有並未貢獻顯著光學功率之相對較長半徑的彎曲表面而近似平面性。

一多重元件消色差掃描透鏡係從入射光的一側接連地包含：其中n₂ <n₃

且v₂ >v₃

較佳解決方案(顯示於第14圖)

一第一雙凹元件(L1)

一第一經黏結雙件包括平凹及雙凸元件(L2,L3)，經黏結表面係遠離入射光呈凹形

一第二經黏結雙件包括平凹及雙凸元件(L4,L5)，經黏結表面係遠離入射光呈凹形

一第一負凹凸元件朝向入射光呈凹形(L6)

一第一雙凸元件(L7)

三件解決方案

其中空氣空間L5/L6被移除以生成一三件：一第一雙凹元件(L1)

一第一經黏結雙件包括平凹及雙凸元件(L2,L3)，經黏結表面遠離入射光呈凹形

一第一經黏結三件包括平凹、雙凸元件，負凹凸元件(L4,L5,L6)，第一經黏結表面遠離入射光呈凹形

一第一雙凸元件(L7)

6元件解決方案

其中L5被移除以生成一6元件設計：一第一雙凹元件(L1)

一第一經黏結雙件包括平凹及雙凸元件(L2,L3)，經黏結表面遠離入射光呈凹形

一第一平凸元件(L4)

一第一負凹凸元件朝向入射光呈凹形(L6)

一第一雙凸元件(L7)

L2較佳為一異常色散玻璃，譬如KzFSN4

具有貫穿透鏡觀視之綠/IR掃描透鏡

玻璃資料：

可根據下列製造規格由包括特殊光學件公司(Special Optics,Inc.)等不同光學製造商製造出較佳的透鏡： 透鏡配方或製造規格

傳統的1微米雷射波長可能無法產生容許修整很細微特性、維持電阻器的穩定度、且盡量減小漂移及電阻溫度係數(TCR)變化所需要之小型光點尺寸及降低的熱影響區(HAZ)。傳統上，已經使用1微米的波長，因為其係為來自以經Nd摻雜結晶為基礎的一常用工業雷射之波長。其亦具有適當特徵(功率、重複率、束品質、及該波長之材料吸收)而成為選用者。近來，隨著維度縮小及公差變得緊密，出現有新材料。傳統的1微米雷射並未在部分新材料上作良好修整。並且，修整品質及後修整穩定度會由於1微米波長的熱及光效應而不再符合新要求。

較短波長具有能夠產生較小的束及較小截口之優點，故容許修整較小特性。因為大部份材料在比起1微米更短的波長可較強地吸收，將預期具有較小的熱效應。因此，較短波長之熱影響區係傾向於較小。這轉而將導致較小的TCR漂移，其係由雷射修整截口周圍之熱影響區所造成。

具有用於電阻器之兩群組的膜技術，亦即厚膜及薄膜。厚膜技術係使用絲網印刷技術。導體及電阻器皆墨印在一基材上。電阻器膜的典型厚度為10至25微米，其中電阻值介於10歐姆/平方至100,000歐姆/平方範圍。薄膜技術使用一氣相沉積技術。初始地，導體及電阻器膜係沉積在基材上。圖案受到光罩幕及化學蝕刻。薄膜厚度小於1微米，通常為10至100nm之間。基材可為玻璃、陶瓷、或矽。 薄膜電阻值通常依據材料而位於從100歐姆/平方至1,000歐姆/平方。最常用的薄膜材料為鎳鉻合金、矽鉻合金及氮化鉭。

為了瞭解較短波長的利益，利用一傳統IR(1微米)雷射及一綠(0.532微米)雷射來執行一應用研究。樣本係為薄膜晶片電阻器(鎳鉻合金)。晶片電阻器的初始值為180歐姆+/-10%。修整後之所需要最後值：10k歐姆，具有0.1%公差及修整後的一最小TCR漂移(<7%)。

雷射修整系統係包括一雷射源、一具有高速檢流計之光學束輸送系統及一機械加工頭。雷射源提供1.064微米及0.532微米。所使用的修整方法為曲折式。經確認的測量係包括離線修整之前與之後的TRC測量。標靶上的實際功率對於1.064微米及0.532微米分別為35mw及30mw。樣本上觀察到之截口分別為20微米及13微米。

最後結果及TCR顯示於表1中。表2總結對於綠雷射之公差結果。

表2. 對於綠雷射修整之後兩分鐘所測量的公差結果

相較於一IR雷射，綠雷射所作之一切割係具有較窄截口及較乾淨的切割品質。電阻器中未觀察到損害或微破裂。

結果顯示，綠雷射所修整之薄膜電阻器已經容易地符合困難的公差要求，亦即優於0.1%。藉由將波長自1微米降至0.5微米，光點尺寸亦可降低一半。從一光學觀點，一處於1微米波長之20微米直徑束係等同於處於0.5微米之10微米直徑束。隨著電阻器尺寸繼續縮小，此光點尺寸降低變得更重要。

此外，大部份的薄及厚膜材料在綠色相較於其在1微米的吸收係具有遠為更強之吸收。這導致更好的切割品質，及因此較穩定的結果。

為了自經Nd摻雜固態雷射得到綠光，使用一諧波產生器以將處於1微米的基礎波長轉換至綠色。用於光學件之材料及塗覆就成本與壽命而言很類似於1微米者。因此，綠雷射仍為用於製程之一可靠且合乎成本效益的雷射源。

總言之，具有較小截口(13微米)及較好吸收之綠雷射已經顯示係為一修整高效能薄膜晶片電阻器之很有效來源。已經達成優於0.1%之公差。

本發明的一態樣係為藉由降低或消除沿著修整路徑的熱影響區(HAZ)來改良後修整穩定度，如第16a圖所 示。為了達成此作用，可使用非習知類型的雷射特別是快速上升/下降、脈衝形或超快速雷射、或其組合以供修整。亦建議採用一束定形光學件來產生平頂束輪廓以降低沿著修整路徑之HAZ。

現在參照第15圖，一快速上升/下降、脈衝形雷射係藉由將雷射能較良好地耦合至材料內以導致較有效率的製程。快速上升時間係防止來自典型q切換脈衝的尾部之過度能量衝擊於材料。因此，接近修整路徑的鄰近區留下較小殘留能量，故產生較小HAZ。可使用一快速上升/下降、脈衝形雷射作修整以降低沿著修整路徑由HAZ造成之修整後漂移。

當雷射的脈衝寬度降低時，由熱擴散長度所指示的熱影響區域係縮短。已經顯示，當製程主要為熱性本質時，擴散長度係與雷射脈衝寬度的平方根成正比。當脈衝時程小於依據特定材料而粗略為數微微秒之電子-光子交互作用時間常數者時，交互作用變成非熱性本質。在此例中，HAZ將被消除。可使用超快速雷射作修整以降低或消除沿著修整路徑由HAZ所造成之後修整漂移，如第16b圖所示。

藉由將雷射束從習知高斯(亦即第17a圖)空間性束定形成一平頂(亦即第17b圖)，將有效地降低用於修整之光點尺寸，故降低或消除高斯束的尾部分中之能量，其係為使沿著修整路徑的周遭區域發熱之主要成因之一。因為修整截口外側留下之較小能量，對於相同的總能量將產生 較小的HAZ。可使用一較佳為平頂之經空間性定形的束作修整以降低沿著修整路徑由HAZ所造成之後修整漂移。

數種不同的雷射類型可使用於本發明的方法及系統中。譬如，最佳係為第1至8圖及美國專利案6,979,798號、及第6a至8e圖及經公告的美國專利申請案2004/0134896號的對應文字所揭露之雷射類型(亦即，所有類型的纖維及固態雷射及其MOPA組態)。

亦可如參照第18至20圖所描述使用下列雷射類型：

1.q切換式薄碟雷射。此雷射可產生ns範圍中的短脈衝(通常1至30ns)且具有碟雷射的所有優點。以一碟雷射為基礎之一共振器設計的範例係顯示於第18圖中且包括一面鏡180(HR，R=5000mm)，排熱器182上之Yb：YAG碟，一面鏡184(HR，R=-33000mm)，一AOM 186及元件188(T=10%，平面)。此範例中，結晶厚度為150μm，泵輸直徑為2.2nm且腔長度為840nm。

2.再生性薄碟放大器。一典型系統組態顯示於第20圖中且包含：a)一籽晶雷射，其包括一薄碟泵輸模組，一立奧濾器(Lyot filter)2002、一標準具2004、一輸出耦合器2006及一最適隔離器；b)一脈衝切片器，其包括一λ/2板2008，一泡克耳斯盒及一TFP 2010；c)一對面鏡2012；及 d)一輸入-輸出分離模組或單元，其包括一面鏡2014，一TFP 2016，一用以偵測一輸出束之偵測器，一λ/2板2018及一法拉第隔離器；及e)一再生性放大器，其包括一TFP 2024，面鏡2022，一薄碟泵輸模組，一端面鏡2020，一λ/4板2026，一泡克耳斯盒及一端面鏡2028。

3.以碟為基礎的超快速雷射。一範例係為Yb：YAG被動模式鎖定振盪器，其將提供具有處於34.6MHZ的730ft脈衝寬度之16.2瓦特且描述於光學通訊(Optics Letters),25,859(2000)。另一範例係為諸如第19圖所示之一薄碟再生性放大器。可使用一籽晶雷射作為主振盪器，其本身可能為一如剛才上述的碟雷射或其他類型的超快速雷射源。此配置提供處於超快速脈衝寬度之高脈衝能量。一薄碟再生性放大器的一範例顯示於第19圖中且包含：a)主振盪器；b)面鏡197；c)一分離模組或單元，其包括一偏振器196，一用以偵測來自偏振器196的一輸出束之偵測器，一法拉第旋轉器及一λ/2板195；及d)一共振器單元或模組，其包括安裝在一排熱器190上之一薄碟，面鏡191，一偏振器192，一λ/4板193，一泡克耳斯盒及一面鏡194。

當一超短脈衝傳播經過一諸如窗口或甚至空氣等透明媒體時，其將由於材料的色散而在時間上被拉伸。 當聚焦超寬頻毫微微秒脈衝時，必須提供透鏡的色散之補償藉以獲得最好解決方案以將超短脈衝聚焦至一小且未扭曲的光點尺寸。控制色散效應之能力對於需要超短(毫微微秒)雷射脈衝之所有應用皆相當重要。因此，系統束輸送系統中之光學元件必須小心地設計及選擇藉以具有極小相位扭曲且因此具有最佳色散效能。可購得譬如轉動面鏡、束分割器、透鏡、稜鏡等這些色散補償式或控制式光學元件。其中一供應商為奧地利維也納的毫微微雷射製造公司(Femtolasers Produktions GmbH)。

雖然已經顯示及描述本發明的實施例，這些實施例無意顯示及描述本發明之所有可能的形式。而是，說明書的用語係為描述用語而非限制用語，並請瞭解可作出不同變化而不脫離本發明之精神與範圍。

200‧‧‧探針

202‧‧‧接觸

204‧‧‧R1的修整切割

205‧‧‧用於任何切割之初始雷射位置

210‧‧‧完成的共線修整

216‧‧‧間隙

R1…RN‧‧‧電阻器

Claims (4)

1. 一種具多重元件之消色差掃描透鏡，該掃描透鏡構形為可提供：一涵蓋約25mm x 50mm的一掃描區域之掃描場；小於20微米至約8微米或更小之一綠波長雷射光點尺寸，其中一掃描場直徑測量出最高達到約7000光點；及一具有至少40nm至100nm或更大的一頻寬之觀視通路，其中該掃描透鏡之各元件包含一具有折射率n_n 及一色散v_n 之玻璃類型；該掃描透鏡係從入射光的一側接連地包括：一第一雙凹元件(L1)；一包括平凹及雙凸元件(L2,L3)之第一經黏結雙件，該第一經黏結雙件的一經黏結表面遠離該入射光呈凹形，其中n₂ <n₃ ,v₂ >v₃ ，且v₂ 代表一異常色散；一包括平凹及雙凸元件(L4,L5)之第二經黏結雙件，該第二經黏結雙件的一經黏結表面遠離該入射光呈凹形；朝向該入射光呈凹形之一第一負凹凸元件(L6)；一第一雙凸元件(L7)；及其中對於各玻璃元件之n_n 及v_n 數值的特徵係為下列關係：
2. 如請求項1之具多重元件之消色差掃描透鏡，其中該第二經黏結雙件(L4/L5)及該第一負凹凸元件(L6)之間的空氣空間係被設定為零厚度而元件L4、L5及L6係形成一三件(L4/L5/L6)。
3. 如請求項1之具多重元件之消色差掃描透鏡，其中該第二經黏結雙件(L4/L5)係以單一元件(L4)取代。
4. 如請求項1之具多重元件之消色差掃描透鏡，其中對於該掃描透鏡之各元件之n_n 及v_n 的數值係為：