基于激光放射所控制的射束定位器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请案为2013年3月15日申请的美国临时申请案第61/800, 903号的非临时 申请案，该美国临时申请案的内容出于所有目的以全文引用方式并入本文中。
[0002] 版权声明
[0003] 2014 Electro Scientific Industries, Inc.本专利文件的部分揭不内容含 有受版权保护的材料。版权所有人不反对任何人对专利及商标局的专利文文件或记录中出 现的专利文件或专利揭示内容进行传真复制，但除此之外在任何情况下均保留所有版权。 37CFR§ I. 71(d) 〇
技术领域
[0004] 本发明涉及用于使射束位置与激光击发同步的系统及方法，特别是指一种用于使 工件及射束轴位置与激光脉冲发射的定时同步的系统及方法。
【背景技术】
[0005] 激光处理系统通常借助于触发信号来协调激光脉冲至工件上的位置的击发，该触 发信号由射束定位系统产生且作为外部输入递送至激光控制电子器件。在这类方法中，由 于关于何时击发激光的定时决策完全由射束定位系统计算且判定，故射束定位系统可被视 为"主装置"，而激光被视为"从属装置"。来自射束定位系统的触发信号使激光控制电子器 件启动脉冲起始器件（诸如Q开关）以使得激光脉冲被发射。
[0006] 这些基于定位的机械加工系统中的一些力图通过"预设关闭"方法来最小化脉冲 能量变化性，其中激光脉冲仅在射束定位器到达目标位置时才被击发。在这类系统中，低激 光功率、这过程的性质及系统架构导致激光脉冲的相对较低的工作周期。在一些晶圆切块 激光机械加工系统中，电流计控制器任意地向Q开关发送触发信号，以在通过电流计镜引 导的射束轴以已知速度到达所要位置时起始激光脉冲发射。
[0007] 上述"激光跟随射束定位器"情形的问题为当激光在稳定状态下操作时激光表现 最好且其脉冲参数更一致。此外，发送至Q开关的触发信号脉冲串的定时的任何非恒定开 始、停止或频率改变将会在激光输出射束中导致非所要瞬态现象，例如初始热脉冲、低频率 平均功率漂移以及增加的脉冲至脉冲脉宽变化性及峰值功率变化性。这些变化减弱了对 施加至工作面的激光参数的控制，藉此缩减处理窗，且可能会使激光处理质量降级。布赖 恩·贝亚德（Brian Baird)等人的美国专利第6, 172, 325号及凯斯·格兰特（Keith Grant) 等人的美国专利第7. 61，669号描述了射束定位系统为主装置的基于射束位置的激光同步 方法的改良。此等专利均受让与本申请案的受让人且均以引用方式并入本文中。
【发明内容】
[0008] 提供此概述来以简化形式介绍对概念的选择，该等概念在本发明的详细描述中作 进一步描述。此概述既不意欲识别所主张主题的关键或必要创造性概念，亦不意欲判定所 主张主题的范畴。
[0009] 在一些实施例中，一种用于在一恒定激光脉冲重复率下协调射束轴位置及射束轴 速度与激光发射的方法包含：自一激光按一恒定激光脉冲重复率产生激光脉冲的一射束以 沿一光学路径传播；采用一快速定位器，该快速定位器沿该光学路径定位且可操作以在一 工件上按一移动型样引导该光学路径的一射束轴，其中该移动型样包括在该工件上的非切 割区域上引导该射束轴及在相对于该工件的开始位置与结束位置之间的一切割路径上以 一射束轴速度引导该射束轴，藉此按该激光脉冲重复率及按一照射度递送该等激光脉冲以 沿该切割路径改变该工件的一实体特性；采用一脉冲拾取器件以允许或防止该等激光脉冲 中的选定激光脉冲沿该光学路径传播至该工件，其中被允许传播至该工件的该等激光脉冲 为工作激光脉冲，且其中被防止传播至该工件的该等激光脉冲为非工作激光脉冲；采用一 控制器，该控制器可操作以接收用于改变该工件的该实体特性的激光处理参数及将控制信 号直接或间接地提供至该激光、该射束定位系统及该脉冲拾取器件，其中该等激光处理参 数包括或判定该激光脉冲重复率、该切割路径、该射束轴速度及该照射度；采用一定时器 件，该定时器件与该控制器通信或与该控制器相关联，其中该定时器件可操作以使得按一 恒定重复率将激光触发信号发送至该激光触发器件以使该激光的该激光脉冲重复率为恒 定的，藉此使该等激光脉冲的发射为恒定的，使得它们展现出稳定且可预测的脉冲特性；及 采用处理电路，该处理电路与该控制器相关联且可操作以将快速定位器控制信号提供至该 快速定位器以引导该射束轴使的在该工件上沿该切割路径移动；其中基于该激光脉冲重复 率，该处理电路可操作以使得在该等工作激光脉冲中的一第一者撞击该工件时该射束轴被 引导至相对于该工件的该开始位置且以该射束轴速度移动；且其中经由该定时器件闸控的 一或多个脉冲拾取器信号可操作以使该脉冲拾取器件防止非工作激光脉冲在该工件的非 切割区域上传播且准许工作激光脉冲传播以在该切割路径上撞击该工件，该切割路径包括 相对于该工件的该等开始及结束位置且在该开始位置与该结束位置之间。
[0010] 在一些实施例中，一种用于处理具有一表面的一工件的激光机械加工系统包含： 一激光，该激光包括一激光触发器件，该激光触发器件可操作以使得自该激光按一激光脉 冲重复率发射激光脉冲以沿一光学路径传播；一射束定位系统，该射束定位系统包括一快 速定位器，该快速定位器沿该光学路径定位且可操作以在一工件上按一移动型样引导该光 学路径的一射束轴，其中该移动型样包括在该工件上的非切割区域上引导该射束轴及在相 对于该工件的开始位置与结束位置的间的一切割路径上以一射束轴速度引导该射束轴，藉 此按该激光脉冲重复率及按一照射度递送该等激光脉冲以沿该切割路径改变该工件的一 实体特性；一脉冲拾取器件，该脉冲拾取器件沿该光学路径定位且可操作以允许或防止该 等激光脉冲中的选定激光脉冲沿该光学路径传播至该工件，其中被允许传播至该工件的该 等激光脉冲为工作激光脉冲，且其中被防止传播至该工件的该等激光脉冲为非工作激光脉 冲；一控制器，该控制器可操作以接收用于改变该工件的该实体特性的激光处理参数及将 控制信号直接或间接地提供至该激光、该射束定位系统及该脉冲拾取器件，其中该等激光 处理参数包括或判定该激光脉冲重复率、该切割路径、该射束轴速度及该照射度；一定时器 件，该定时器件与该控制器相关联，其中该定时器件可操作以使得按一恒定重复率将激光 触发信号发送至该激光触发器件以使该激光的该激光脉冲重复率为恒定的，藉此使该等激 光脉冲的发射为恒定的，使得它们展现出稳定且可预测的脉冲特性；及处理电路，该处理电 路与该控制器相关联且可操作以将快速定位器控制信号提供至该快速定位器以引导该射 束轴使的在该工件上沿该切割路径移动；其中基于该激光脉冲重复率，该处理电路可操作 以使得在该等工作激光脉冲中的一第一者撞击该工件时该射束轴被引导至相对于该工件 的该开始位置且以该射束轴速度移动；且其中经由该定时器件闸控的一或多个脉冲拾取器 信号可操作以使该脉冲拾取器件防止非工作激光脉冲在该工件的非切割区域上传播且准 许工作激光脉冲传播以在该切割路径上撞击该工件，该切割路径包括相对于该工件的该等 开始及结束位置且在该开始位置与该结束位置之间。
[0011] 在一些替代或额外实施例中，该处理电路可操作以考虑在传输该脉冲拾取器信号 与该第一工作激光脉冲到达该工件的该表面之间的激光脉冲传播延迟。
[0012] 在一些替代、额外或累积实施例中，该处理电路可操作以考虑在传输该脉冲拾取 器信号与该脉冲拾取器在操作上能够自防止非工作激光脉冲传播切换至允许工作激光脉 冲在该工件上传播之间的脉冲拾取器传播延迟。
[0013] 在一些替代、额外或累积实施例中，该处理电路可操作以考虑在传输该等快速定 位器控制信号与以该射束轴速度将该射束轴引导至相对于该工件的该开始位置之间的快 速定位器延迟。
[0014] 在一些替代、额外或累积实施例中，该处理电路可操作以考虑在该脉冲拾取器自 防止非工作激光脉冲传播有效地改变至允许工作激光脉冲在该工件上传播与该第一工作 激光脉冲传递通过该脉冲拾取器件之间的脉冲拾取器领先时间。
[0015] 在一些替代、额外或累积实施例中，该处理电路可操作以考虑在该脉冲拾取器自 允许工作激光脉冲传播有效地改变至防止非工作激光脉冲在该工件上传播与撞击该工件 上的该切割路径的该末端位置的工作激光脉冲传递通过该脉冲拾取器件之间的脉冲拾取 器滞后时间。
[0016] 在一些替代、额外或累积实施例中，该快速定位器具有大到足以包含该移动型样 的一可用扫描场，且其中该快速定位器可操作以在该可用扫描场内对该移动型样重复多 遍。
[0017] 在一些替代、额外或累积实施例中，该工件足够大以包括该快速定位器的第一及 第二相邻可用扫描场，其中该第一扫描场中的一第一切割路径的该结束位置邻近于该第二 切割路径中的一第二切割路径的该开始位置，且其中因激光撞击而改变的该实体特性沿该 第一切割路径、该第二切割路径及在其连接点处为相同的。
[0018] 在一些替代、额外或累积实施例中，该激光触发器件包含一 Q开关，及/或该快速 定位器包含一对电流计镜，