用于激光射束定位系統的相位陣列操縱的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請案的交互參考
[0002] 本申請案系2013年3月15日所提申，并命名為"第四射束操縱"之美國臨時專利 申請案號61/789, 580之利益，在此將其全體一并整合參考之。
[0003] 著作權公告
[0004] 2014伊雷克托科技工業股份有限公司著作權（:? 2014 Electro Scientific Industries, Inc)。本專利文件的一部分揭示包含受著作權保護的材料。在受著作權保護的 材料出現于該專利和商標局的專利檔案或記錄文件中時，該著作權擁有者不抗議由該專利 文件或該專利揭示的任何人產生復制品，但不管如何在其它方面則保留所有著作權權利。 37 CFR § I. 71(d)條款。
技術領域
[0005] 本揭示關于激光處理工件特征，且特別地，關于用于高功率激光微機器制造系統 的相位陣列操縱。
【背景技術】
[0006] 某些激光處理應用執行一工件上的規律間隔目標位置圖案的處理。例如，某些太 陽電池處理應用涉及依一規律間隔網格圖案鉆取穿透該硅晶圓的通孔。這些應用的客戶尋 求每秒幾千通孔層級的非常高生產能力。
[0007] 在這些應用中的通孔間隔系相當緊密，在0. 25-1毫米層級上。該整體處理區域系 顯著的，典型地為150x150毫米平方晶圓。因此，該激光處理系統藉由快速鉆取該緊密間距 通孔來處理本區域。這類系統精確度系在3-20微米層級。每一個通孔的鉆取時間視激光 特征（波長、脈沖頻率、脈沖功率和脈沖寬度）、通孔直徑和基板材料與厚度而定。然而，該 鉆取時間典型地系在〇. 1-0. 5毫秒層級。通孔直徑典型地系在15-50微米層級。
[0008] 典型的傳統處理系統方式依靠以電流計（galvo)為基礎定位的該激光處理射束， 不是單獨（使用一非常大的電流計領域）就是選擇性地結合著一第二可移動載臺（并藉此 允許一相當小的電流計領域）。更近地，一第三聲光偏轉器（AOD)載臺已被配置。然而，注 意到這些主要、第二和第三射束操縱方式具有某些限制。
[0009] -第一系統構造配置使用涵蓋該整個工件的單一大電流計領域的以電流計為基 礎的處理激光射束定位。本配置不是一非常大的掃描鏡片就是一后鏡片掃描系統。在任一 案例中，該電流計典型地以一固定速度將該處理射束移動過該整個工件，且一控制器向每 一個通孔位置發射一激光脈沖卻不停止該電流計。一相當小脈沖量被使用于每一個通孔， 因而一些處理操作被執行以徹底地鉆取每一個通孔。據此，一規律間隔目標通孔位置圖案 改善處理時間。因為電流計轉向只發生在該工件邊緣處，故本方式避免該時序上射部分和 慣常電流計加速度和減速度的熱效應。在該工件表面的激光焦點（或簡稱為焦點）未因該 自由間隔光學儀器而太失真并保持成焦點的角度偏轉范圍測量值典型地系介于橫跨一掃 描軸的1，〇〇〇至10, 〇〇〇焦點寬度（或簡稱為焦點）之間。
[0010] 若一非常大型掃描鏡片被使用以涵蓋該整個工件領域，則該大型鏡片系遭遇到起 因于搭配高功率激光射束進行工作的光學儀器熱量所引起的精確度下降。該大型鏡片也使 用一大型射束直徑以得到該要求工件表面焦點尺寸。這類大型射束直徑使用大型電流計， 其接著承受起因于移動具有大型（高慣性）電流計的大型（高慣性）反射鏡的較低熱效率 的精確度效應損失。
[0011] 若該后鏡片掃描系統被使用以涵蓋該整個工件領域，則該鏡片熱精確度效應被減 少。然而，該處理系統承受該非遠心射束傳送效應損失，其降低該鉆孔質量。甚至，減少這 類遠心錯誤可藉由維持一長焦距而得，其必須使用一大型射束直徑以得到該要求工件表面 焦點尺寸。這個導致類似上述那些因為在這類系統中運用該些大型電流計所導致的熱精確 度議題。若遠心錯誤不重要，則某人可使用較短焦距鏡片并避免因使用一動力聚焦構件所 產生的不平聚焦領域問題。本方式缺點包含成本代價；復雜；該聚焦構件的不精確性貢獻； 用于非常高速應用的聚焦構件成本；及殘留遠心錯誤。
[0012] 一第二系統構造系一復合定位系統，其中，一小型電流計領域（典型地約為20毫 米平方）系結合將一電流計頭部移動過該工件（不是透過一X-Y工件表格就是經由一交叉 軸可移動光學儀器架構）上方的結構性機械裝置來配置之。如在該第一系統構造中地，該 電流計可以一固定速度掃過該些通孔，在每一個通孔產生該處理激光射束脈沖，以避免停 在每一個通孔位置的上射部分。在該電流計快速掃過它的領域時，該電流計用掉顯著時間 于該掃描場邊緣進行加速并減速。本時間支出引起生產能力上的顯著減少，且若高加速度 被使用于減少該轉向時間，則熱加熱該電流計降低精確度并對可得加速度放置一上限。然 而，該第二系統構造確實具有較高精確度（起因于搭配該較小掃描鏡片的減少鏡片失真）、 改善通孔質量（起因于該較小、較低失真掃描鏡片和該遠心掃描場）及潛在性高射束定位 速度（起因于小電流計和反射鏡）的優勢。然而，本方式也許會因為上述視使用于處理每 一個通孔的激光脈沖數量而定的生產能力限制而無法實行。
[0013] 在一第三射束位置載臺中的聲光偏轉器具有較電流計（約2. 5千赫）大約三階大 小的帶寬（約1兆赫）。因此，聲光偏轉器致能用于該些電流計錯誤校正以及在它們偏轉 (大約10至50焦點）范圍內的非常快速射束操縱。但是，該些習知激光（對于目前發展中 的實驗性激光更是如此）狀態以越來越快的重復速率（例如，自幾個兆赫至幾千個兆赫） 提供越來越高的功率。同時，一些激光可快速地進一步藉由增加重復速率徹底地超過1兆 赫來縮放功率并藉此可到達1. 6兆赫及以上的最大平均功率。這些帶寬超過用以完全地在 空間上分開每一個脈沖與它相鄰脈沖的第三射束定位系統能力。完全地分開脈沖系由該激 光微機器制造領域的許多程序所使用，但若脈沖部分重疊，則發生下列二種負面效應：局部 熱累積取消超快激光所提供的熱消融有利效應并具有脈沖-羽狀物相互作用。
【發明內容】
[0014] 一種用于導引一激光射束朝向一工件上的目標位置以響應一位置命令的設備，包 含：一低帶寬定位器載臺，導引相對于彼此的工件和激光射束中的至少一個以響應該位置 命令的低頻部分；一中帶寬定位器載臺，導引相對于彼此的工件和激光射束中的至少一個 以響應該位置命令的中頻部分；及一高帶寬定位器載臺，包含架構來對相對于該工件的激 光射束進行相位陣列操縱以響應該位置命令的高頻部分的一相位調變器陣列。
[0015] -種用于導引一激光射束來處理一工件上的目標位置以響應一位置命令的方法， 必須：導引相對于彼此的工件和激光射束中的至少一個以響應該位置命令的低頻部分；導 引相對于彼此的工件和激光射束中的至少一個以響應該位置命令的中頻部分；及利用一相 位調變器陣列對相對于該工件的激光射束進行相位陣列操縱以響應該位置命令的高頻部 分。
[0016] -種對安排成一緊密間隔圖案的工件特征實現高生產能力激光處理并極小化工 件特征處理不精確和質量下降的方法，該不精確和質量下降起因于工件特征處理期間在 導引該激光射束的激光射束定位和光學組件上的動力和熱負載，包含定位一支撐件上的工 件，該工件具有定義一處理表面區域的處理表面；導引一激光射束至一射束定位系統以提 供一處理激光射束入射在該工件的處理表面上的特征位置處，該射束定位系統包含一可移 動載臺及第一和第二射束定位器，其搭配該可移動載臺來處理該工件處理表面上的特征位 置處的一緊密間隔圖案中的工件特征，該第一射束定位器具有一第一響應時間與可操作來 定位該處理表面的掃描場區域內的處理激光射束，且該第二射束定位器包含具有一第二響 應時間與可操作來相位陣列操縱該處理射束行進至該掃描場區域內的位置，該第二響應時 間系短于該第一響應時間；及協調該可移動載臺、該第一射束定位器和該第二射束定位器 的操作以定位該掃描場區域內的處理激光射束并移動該掃描場區域以涵蓋該處理表面。
[0017] 額外觀點及優勢會顯而易見于參考該些附圖所進行的下列較佳實施例詳細說明 中。
【附圖說明】
[0018] 圖1系一維激光射束操縱系統的方塊圖。
[0019] 圖2系顯不一多核心光子晶體光纖剖面的掃描式電子顯微鏡的顯微照相描繪圖。
[0020] 圖3、圖4、圖5和圖6系由圖2多核心光子晶體光纖所傳送的二射束輪
[0021] 廓對描繪圖，每一對包含一近場和遠場描繪。
[0022] 圖7系該揭示光纖耦合光學激光射束操縱系統實施例的硬件構造方塊圖。
[0023] 圖8系該