用于激光射束定位系统的相位阵列操纵技术方案

一种以激光为基础样本的处理系统(112)的激光射束定位系统(110)自一全光纤耦接光学相位阵列激光射束操纵系统(80)在射束定位器载台(124)处产生一操纵激光输入射束(106)。系统(110)透过一或更多其它射束定位器载台(130、131、134)来导引射束(106)以形成一处理激光射束(116)，其处理安装在一支撑件(122)上的工件(120)的目标特征(118)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交互参考本申请案系2013年3月15日所提申，并命名为“第四射束操纵”之美国临时专利申请案号61/789,580之利益，在此将其全体一并整合参考之。著作权公告2014伊雷克托科技工业股份有限公司著作权(2014ElectroScientificIndustries,Inc)。本专利文件的一部分揭示包含受著作权保护的材料。在受著作权保护的材料出现于该专利和商标局的专利档案或记录文件中时，该著作权拥有者不抗议由该专利文件或该专利揭示的任何人产生复制品，但不管如何在其它方面则保留所有著作权权利。37CFR§1.71(d)条款。
本揭示关于激光处理工件特征，且特别地，关于用于高功率激光微机器制造系统的相位阵列操纵。
技术介绍
某些激光处理应用执行一工件上的规律间隔目标位置图案的处理。例如，某些太阳电池处理应用涉及依一规律间隔网格图案钻取穿透该硅晶圆的通孔。这些应用的客户寻求每秒几千通孔层级的非常高生产能力。在这些应用中的通孔间隔系相当紧密，在0.25-1毫米层级上。该整体处理区域系显著的，典型地为150x150毫米平方晶圆。因此，该激光处理系统藉由快速钻取该紧密间距通孔来处理本区域。这类系统精确度系在3-20微米层级。每一个通孔的钻取时间视激光特征(波长、脉冲频率、脉冲功率和脉冲宽度)、通孔直径和基板材料与厚度而定。然而，该钻取时间典型地系在0.1-0.5毫秒层级。通孔直径典型地系在15-50微米层级。典型的传统处理系统方式依靠以电流计(galvo)为基础定位的该激光处理射束，不是单独(使用一非常大的电流计领域)就是选择性地结合着一第二可移动载台(并藉此允许一相当小的电流计领域)。更近地，一第三声光偏转器(AOD)载台已被配置。然而，注意到这些主要、第二和第三射束操纵方式具有某些限制。一第一系统构造配置使用涵盖该整个工件的单一大电流计领域的以电流计为基础的处理激光射束定位。本配置不是一非常大的扫描镜片就是一后镜片扫描系统。在任一案例中，该电流计典型地以一固定速度将该处理射束移动过该整个工件，且一控制器向每一个通孔位置发射一激光脉冲却不停止该电流计。一相当小脉冲量被使用于每一个通孔，因而一些处理操作被执行以彻底地钻取每一个通孔。据此，一规律间隔目标通孔位置图案改善处理时间。因为电流计转向只发生在该工件边缘处，故本方式避免该时序上射部分和惯常电流计加速度和减速度的热效应。在该工件表面的激光焦点(或简称为焦点)未因该自由间隔光学仪器而太失真并保持成焦点的角度偏转范围测量值典型地系介于横跨一扫描轴的1,000至10,000焦点宽度(或简称为焦点)之间。若一非常大型扫描镜片被使用以涵盖该整个工件领域，则该大型镜片系遭遇到起因于搭配高功率激光射束进行工作的光学仪器热量所引起的精确度下降。该大型镜片也使用一大型射束直径以得到该要求工件表面焦点尺寸。这类大型射束直径使用大型电流计，其接着承受起因于移动具有大型(高惯性)电流计的大型(高惯性)反射镜的较低热效率的精确度效应损失。若该后镜片扫描系统被使用以涵盖该整个工件领域，则该镜片热精确度效应被减少。然而，该处理系统承受该非远心射束传送效应损失，其降低该钻孔质量。甚至，减少这类远心错误可藉由维持一长焦距而得，其必须使用一大型射束直径以得到该要求工件表面焦点尺寸。这个导致类似上述那些因为在这类系统中运用该些大型电流计所导致的热精确度议题。若远心错误不重要，则某人可使用较短焦距镜片并避免因使用一动力聚焦构件所产生的不平聚焦领域问题。本方式缺点包含成本代价；复杂；该聚焦构件的不精确性贡献；用于非常高速应用的聚焦构件成本；及残留远心错误。一第二系统构造系一复合定位系统，其中，一小型电流计领域(典型地约为20毫米平方)系结合将一电流计头部移动过该工件(不是透过一X-Y工件表格就是经由一交叉轴可移动光学仪器架构)上方的结构性机械装置来配置之。如在该第一系统构造中地，该电流计可以一固定速度扫过该些通孔，在每一个通孔产生该处理激光射束脉冲，以避免停在每一个通孔位置的上射部分。在该电流计快速扫过它的领域时，该电流计用掉显著时间于该扫描场边缘进行加速并减速。本时间支出引起生产能力上的显著减少，且若高加速度被使用于减少该转向时间，则热加热该电流计降低精确度并对可得加速度放置一上限。然而，该第二系统构造确实具有较高精确度(起因于搭配该较小扫描镜片的减少镜片失真)、改善通孔质量(起因于该较小、较低失真扫描镜片和该远心扫描场)及潜在性高射束定位速度(起因于小电流计和反射镜)的优势。然而，本方式也许会因为上述视使用于处理每一个通孔的激光脉冲数量而定的生产能力限制而无法实行。在一第三射束位置载台中的声光偏转器具有较电流计(约2.5千赫)大约三阶大小的带宽(约1兆赫)。因此，声光偏转器致能用于该些电流计错误校正以及在它们偏转(大约10至50焦点)范围内的非常快速射束操纵。但是，该些习知激光(对于目前发展中的实验性激光更是如此)状态以越来越快的重复速率(例如，自几个兆赫至几千个兆赫)提供越来越高的功率。同时，一些激光可快速地进一步藉由增加重复速率彻底地超过1兆赫来缩放功率并藉此可到达1.6兆赫及以上的最大平均功率。这些带宽超过用以完全地在空间上分开每一个脉冲与它相邻脉冲的第三射束定位系统能力。完全地分开脉冲系由该激光微机器制造领域的许多程序所使用，但若脉冲部分重叠，则发生下列二种负面效应：局部热累积取消超快激光所提供的热消融有利效应并具有脉冲-羽状物相互作用。
技术实现思路
一种用于导引一激光射束朝向一工件上的目标位置以响应一位置命令的设备，包含：一低带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的低频部分；一中带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的中频部分；及一高带宽定位器载台，包含架构来对相对于该工件的激光射束进行相位阵列操纵以响应该位置命令的高频部分的一相位调变器阵列。一种用于导引一激光射束来处理一工件上的目标位置以响应一位置命令的方法，必须：导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的低频部分；导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的中频部分；及利用一相位调变器阵列对相对于该工件的激光射束进行相位阵列操纵以响应该位置命令的高频部分。一种对安排成一紧密间隔图案的工件特征实现高生产能力激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于导引激光射束朝向工件上的目标位置以响应位置命令的设备，包括：低带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的低频部分；中带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响应该位置命令的中频部分；及高带宽定位器载台，包含架构来相对于该工件的激光射束的相位阵列操纵以响应该位置命令的高频部分的相位调变器阵列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US 61/789,5801.一种用于导引激光射束朝向工件上的目标位置以响应位置命令的设备，
包括：
低带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响
应该位置命令的低频部分；
中带宽定位器载台，导引相对于彼此的工件和激光射束中的至少一个以响
应该位置命令的中频部分；及
高带宽定位器载台，包含架构来相对于该工件的激光射束的相位阵列操纵
以响应该位置命令的高频部分的相位调变器阵列。
2.如权利要求1的设备，其中，该中带宽定位器载台包括第一中带宽定
位器载台，且进一步包括第二中带宽定位器载台。
3.如权利要求2的设备，其中，该低带宽定位器载台包括可移动载台，
该第一中带宽定位器载台包括以电流计为基础的定位器，及该第二中带宽定位
器载台包括零惯性光学偏转器。
4.如权利要求1的设备，其中，该中带宽定位器载台包括由以电流计为
基础的定位器、声光偏转器、电光偏转器或其它零惯性光学偏转器、快速操纵
反射镜、或其任何结合所构成的族群中所选取的构件。
5.如权利要求1的设备，其中，该高带宽定位器载台系光纤耦合系统。
6.如权利要求1的设备，其中，该高带宽定位器载台包含多核心光子晶
体光纤或棒放大器。
7.如权利要求6的设备，其中，该多核心光子晶体光纤或棒放大器包含
至少7核心。
8.如权利要求6的设备，其中，该多核心光子晶体光纤或棒放大器包含

\t暂时地耦合的放大器核心。
9.如权利要求6的设备，其中，该多核心光子晶体光纤或棒放大器包含
架构来被动地锁相以响应放大该激光射束的放大器核心。
10.如权利要求6的设备，其中，该多核心光子晶体光纤或棒放大器包含
架构来主动地锁相以响应放大该激光射束的放大器核心。
11.如权利要求1的设备，其中，该高带宽定位器载台包含多核心光子晶
体光纤或棒放大器，内含非暂时地耦合的放大器核心。
12.如权利要求1的设备，其中，该高带宽定位器载台系架构来产生该激
光射束的中心波瓣能量变化，该设备进一步包括：
种子激光源，架构来补偿该中心波瓣能量变化。
13.如权利要求12的设备，其中，该种子激光源系架构来依据该目标位
置以藉由接收该种子激光源操作与该相位调变器阵列操作的同步信息对该中
心波瓣能量变化进行补偿。
14.如权利要求1的设备，其中，该激光射束包含具有脉冲宽度持续时间
的脉冲，且该相位调变器阵列系架构来相位阵列操纵在该脉冲宽度持续时间的
周期内的该脉冲，用以将该脉冲的不同部分操纵至该目标位置内的不同位置上。
15.如权利要求14的设备，其中，该脉冲宽度系一奈秒或更大。
16.如权利要求14的设备，其中，该相位调变器阵列系架构来在相对于
该工件一表面的二维平面中同时地相位阵列操纵该脉冲。
17.一种用于导引激光射束来处理工件上的目标位置以响应位置命令的方
法，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰恩·克雷能特，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US