20kHz至约2000kHz的范围内)以改变由激光系统104所产生的脉冲的PRF。
[0030]在一个实施例中，系统控制器114可以控制束调整系统112的操作以相对于工件102扫描束的位置并且在工件102内形成“高特征密度区域”(例如，包含小于或等于500微米或左右的间距所隔开的特征的区域)。系统控制器114进一步可以控制束定位系统110及/或工件定位系统108的操作，同时形成高特征密度区域。
[0031]在另一个实施例中，系统控制器114可以控制束定位系统110的操作以相对于工件102扫描束位置以及在工件102内的工件102内形成“中特征密度区域”(例如，包含大于500微米或左右(诸如约1000微米)的间距所隔开的特征的区域)。系统控制器114进一步可以控制束调整系统112及/或工件定位系统108的操作，同时形成中特征密度区域。
[0032]在又另一实施例中，系统控制器114可以控制束定位系统110的操作，并且进一步以协调的方式控制束调整系统112的操作来克服高速速度限制、小面积定位误差和束定位系统110的带宽限制。例如，如果激光加工设备100没有包含束调整系统112，束定位系统110可被控制以相对于工件102扫描束位置，致使束内的激光脉冲相继地撞击工件102，以形成如图3所示的光斑的圆形图案(如图所示，光斑的圆圈形图案具有约600微米的最大宽度)。但是，通过束调整系统112和束定位系统110的协调操作，激光加工设备100可以被配置以形成如图4所示的光斑的方形图案(如图所示，光斑的方形图案具有约600微米X约600微米的尺寸)。
[0033]在一个实施例中，并且参考图5，在图4所示的光斑的图案可以通过控制束定位系统110以在第二扫描场202内沿着诸如线500的一条线扫描束位置，并且束调整系统112可被控制以进一步在第三扫描场204 (其中心位于线500的端部)内沿着一个方向(例如，由线502所指示，其中心在第三扫描场204内)扫描束位置，使得激光脉冲相继地撞击到工件102，以形成光斑504的方形图案(例如，如图4所示)。通过应用相对于图5的上述讨论的示例性制程，束位置可以每秒约5公尺(公尺/秒)的速率在工件上方被扫描。然而，应当理解的是，束调整系统112的操作和束定位系统110的操作可以任何方式进行协调，从而在工件102上形成光斑的任何合适的或有益的图案。
[0034]一般而言，系统控制器114可以包括操作逻辑(未显示)，其定义各种控制功能，并且可以为专用硬件的形式，诸如硬联机状态机、处理器执行编程指令及/或为本领域技术人士熟知会发生的不同的形式。操作逻辑可以包括数字电路、模拟电路、软件或任何这些类型的混合组合。在一个实施例中，系统控制器114可包括处理器，例如可编程微控制器、微处理器或其它处理器，其可以包括根据操作逻辑安排成执行存储在内存中的指令的一个或多个处理单元。记忆器(例如，计算器可读介质)可包括一种或多种类型，例如半导体、磁性及/或光学的种类、及/或可为挥发性及/或非挥发性种类。在一个实施例中，内存存储可以通过操作逻辑所执行的指令。可替代地或另外地，内存可以存储通过操作逻辑所操纵的数据。在一个配置中，操作逻辑和内存被包含在操作逻辑的控制器/处理器的形式中并且控制工件定位系统108、束定位系统110及/或束调整系统112的操作，尽管在其它配置中它们可能是分开的。
[0035]如本文所述，激光加工设备100被配置为能使束定位系统110和束调整系统112的协调操作，以高速形成具有高精确位置的特征。在其它实施例中，并且如后所述，激光加工设备100进一步可以包括激光功率控制(LPC)系统，其具有例如束调整系统112和系统控制器114以及其它系统，诸如激光能量监测器(LEM)116以及如将在下面更详细地描述的其他组件、系统和子系统。一般地，LPC系统可以被配置为测量个别激光脉冲的脉冲能量(例如，用于质量和控制的目的)、控制个别激光脉冲的脉冲能量、促进对脉冲能量和PRF的快速变化、协调个别激光脉冲的脉冲能量控制和束位置、协调激光脉冲的生成和调整、或类似或它们的组合。
[0036]A.脉冲能量计量
[0037]为了测量个别激光脉冲的脉冲能量，激光加工设备100进一步可以包括上述的LEM 116和分束组件118 (例如，部分透射镜、衍射束分离器或类似物或它们的组合)。分束组件118被配置在束定位系统110和束调整系统112之间的路径P内，并且被定向或以其它方式被配置为传送束105内的每个脉冲的一部分(例如，从能量的约1%至约2%的范围内)并且沿着朝向工件102的路径P反射在束105内的每个脉冲的剩余部分。传送通过分束组件118束105的部分可以被称为采样束119。
[0038]在一个实施例中，LEM 116被配置成借由整合采样束119内的每个个别激光脉冲的功率来测量采样束119内的每个激光脉冲的脉冲能量。为了整合每个个别激光脉冲的功率，LEM 116可以包括光电检测器(如光电二极管，图中未显示，其配置成借由所述采样束119内的脉冲而入射)以及一个或多个高速放大器、积分器和模拟-数字转换器(ADC)。光电二极管可以被配置为将入射的激光脉冲转换成电流。电流然后可以由高速放大器而被放大及/或过滤。积分器(例如，可重置的积分器)然后整合经放大及/或滤波的电流以建立信号，该信号正比于入射的激光脉冲的总脉冲能量。积分器可以被重置(例如，在系统控制器114的控制之下)，只要在激光脉冲撞击到光电二极管之前保持积分器在有效电压范围内。
[0039]在某些实施例中，ADC然后读取所述积分器的输出两次:第一 ADC读数可被执行在积分器被重置之后，但在激光脉冲撞击到光电二极管上之前；以及然后第二 ADC读数可以执行在激光脉冲撞击到光电二极管之后。在一个实施例中，两个ADC读数之间的延迟可以是固定的(例如，基于激光的脉冲宽度、任意调节放大器的带宽、或类似或它们的组合)。在另一个实施例中，两个ADC读数之间的延迟可以是可变的以计算脉冲宽度随PRF的变化的变化量。对于采样束119内的任何特定的脉冲，两个ADC读数之间的差异可以根据光电二极管和电放大增益来缩放，并且可以解释为表示(例如，作为“PE数据”)最终将撞击到工件102上的相应的激光脉冲的剩余部分的脉冲的脉冲能量(例如，给定的yj)。在一个实施例中，ADC可以读取积分器输出三次(例如，第二 ADC读数之后)来估计到积分器的光或电子偏压输入。这个估计的偏压可以从测得的脉冲能量中减去，以提高耐用性，防止电偏压中的热变化或者光检测器上的环境光的作用。
[0040]应当理解的是，在ADC之前的放大器的设计会影响LEM 116的性能，并且这种设计的权衡可以进行在带宽(稳定时间)、噪声和增益之间。为了转换在从约20kHz至约200kHz的范围内的脉冲重复率的脉冲能量读数，在ADC之前的放大器可以被设计成使得积分器的输出稳定到在脉冲周期时间内(即，1/PRF内)的所需的脉冲能量转换容限内。通过如上所述使用LEM 116测量脉冲能量，采样束119内的每个个别激光脉冲的脉冲能量可以被测量，而不是相继撞击至光电二极管上的一个系列的激光脉冲的平均功率。测量每个个别脉冲的脉冲能量，个别激光脉冲的脉冲能量也可以被逐个脉冲地控制，并且在最终传递到工件102的激光脉冲的脉冲能量中的误差可以被逐个脉冲地修正。
[0041]B.脉冲能量控制
[0042]针对个别脉冲的脉冲能量的控制可以使用束调整系统112来实现。在束调整系统112包括声光(AO)装置(例如，A0D, Α0Μ)的一个实施例中，通过AO装置发送的制程激光束功率的小部分可以借由改变施加到AO装置的射频(RF)功率的水平来控制。在激光加工制程中，个别的激光脉冲的脉冲能量可以借由逐个脉冲地适当地或有益地控制施加到AO装置的RF功率来进行控制。诸如AOD和AOM的AO装置具有非线性传输特性(相对于施加的RF功率)。因此，可能期望将这样的AO装置的非线性传输特性绘制成线性传输响应。在另一个实施例中，束调整系统112包括电光(EO)装置(例如，E0D、E0M)。例如，EOM可以用来改变传输到工件102的处理激光束功率的小部分。
[0043]无论用于控制束105内的激光脉冲的脉冲能量的特定装置，所使用的装置应该足够快以在逐个脉冲地进行操作，这可能需要约20kHz至约2000kHZ的更新速率。借由逐个脉冲地控制个别激光脉冲的脉冲能量，激光系统104可以恒定的PRF “自由运行”并且由激光系统104产生的任何激光脉冲的脉冲能量可以借由束调整系统112而被控制(例如，部分地衰减或完全衰减，从而被“消隐”至零功率)。如果激光系统104的操作进行控制以启动和停止产生激光脉冲，消隐的脉冲激光可提高了可受激光系统104内的温度变化所影响的激光系统104的稳定性(例如，标示、功率及/或束质量的术语)。
[0044]C.脉冲能量刻度
[0045]如上所述，在激光加工设备100可以被配置为逐个脉冲地改变借由激光系统104所产生的个别激光脉冲的脉冲能量，并且可以改变生成激光脉冲的PRF。在一个实施例中，激光加工设备100可以被配置为非常迅速地改变脉冲能量及/或PRF(例如，一个脉冲间周期(IPP)内或在几个脉冲间周期内，其中脉冲间周期对应于1/PRF)。在另一个实施例中，脉冲能量和PRF可以同时改变。当改变PRF及/或脉冲能量时，脉冲能量随PRF的变化的校准可能是有用的。例如，特定的工具制造的动作可以在一个步骤中借由以相对高的脉冲能量以及相对低的PRF发送激光脉冲至工件102以及然后在随后的步骤中以相对较低的脉冲能量以及相对高的PRF发送激光脉冲至工件102来被执行。依赖于脉冲能量输出的反馈控制可能太慢，因为许多脉冲需要允许控制器来适当地调整传输以达到所期望的脉冲能量设定点。借由实施开环前馈控制路径(借由脉冲能量相对于PRF绘制所支持)，脉冲能量的变化可以迅速地实现而无需依赖较慢的反馈控制路径。这可以在加工开始之前借由绘制脉冲能量相对于PRF之间的关系来完成。由于激光的特性可以随时间而改变，这种绘制可以被周期性地重新更新，例如，在加工每个工件之前。
[0046]D.脉冲能量控制与束位置的协调
[0047]根据本文公开的实施例，脉冲能量测量和脉冲能量控制可以被用于协调传递到工件102的特定激光脉冲的脉冲能量与相对于工件102的特定激光脉冲束位置。在一个实施例中，这种协调可以通过将激光加工指令(例如，从系统控制器114发出至激光系统104、工件定位系统108、束定位系统110及/或束调整系统112中的一个或多个)划分成一系列分离的“制程区段”，其各自包括描述束位置、激光脉冲的脉冲能量设定值、或类似的信息或者它们的组合。因此，系统控制器114可以包括区段加工子系统，其配置成过滤、划分、加工或以其他方式转换包含在每个“处理区段”中的信息成束位置指令和激光脉冲能量指令。束位置指令可以通过系统控制器114束位置控制子系统而执行，并且该激光脉冲能量指令可能借由激光功率控制子系统来执行。
[0048]在一个实施例中，区段加工子系统和激光功率控制系统可以每个包括实时控制器。当束位置指令从系统控制器束位置控制子系统114传输到工件定位系统108、束定位系统110和束调整系统112中的一个或多个时，这些组件的一个或多个的操作可被控制，从而控制相对于工件102束位置的定位。当激光脉冲能量指令从系统控制器114的激光功率控制系统传递到激光功率控制系统、激光系统104、工件定位系统108、束定位系统110和束调整系统112中的一个或多个时，这些组件的一个或多个的操作可以被控制，从而控制相对于工件102束位置的定位。适当的同步时间延迟被包括在某些实施例中，以正确地将激光