專(zhuān)利名稱(chēng)：控制在激光束定位系統(tǒng)上的動(dòng)力和熱負(fù)載以實(shí)現(xiàn)工件特征的高生產(chǎn)率的激光處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光處理工件特征，且特定來(lái)說(shuō)涉及執(zhí)行密集間隔的工件特征的高生產(chǎn)率的激光處理，同時(shí)使由于激光束定位和光學(xué)系統(tǒng)組件上的動(dòng)力和熱負(fù)載而導(dǎo)致的準(zhǔn)確性和工件特征質(zhì)量降級(jí)最小化。
背景技術(shù)：
某些激光處理應(yīng)用要求工件上規(guī)則間隔圖案的目標(biāo)位置的極高生產(chǎn)率的處理。舉例來(lái)說(shuō)，某些太陽(yáng)能電池處理應(yīng)用要求以規(guī)則間隔的柵格圖案穿過(guò)硅晶片鉆鑿?fù)?。這些應(yīng)用的消費(fèi)者要求非常高的處理生產(chǎn)率，大約每秒幾千個(gè)通孔。這些應(yīng)用中通孔的間隔相當(dāng)密集，大約0. 5mm-lmm?？偺幚砻娣e較大，通常為150mm χ 150mm平方晶片。激光處理系統(tǒng)因此必須覆蓋此整個(gè)面積，同時(shí)非?？斓劂@鑿緊密間距的通孔。此類(lèi)系統(tǒng)中要求的準(zhǔn)確性大約為10 μ m-20 μ m。每一通孔的鉆鑿時(shí)間很大程度上取決于激光特性(波長(zhǎng)、脈沖頻率、脈沖功率和脈沖寬度)、通孔直徑和襯底材料以及厚度。 然而，鉆鑿時(shí)間通常約為0. lmsec-0. 5msec。通孔直徑通常約為20 μ m_50 μ m。典型的常規(guī)方法依賴于激光處理射束的基于電流計(jì)的定位，其單獨(dú)(具有非常大的電流計(jì)場(chǎng))或與可移動(dòng)臺(tái)(具有相對(duì)小的電流計(jì)場(chǎng))組合而進(jìn)行。這些方法中的每一個(gè)都具有某些局限性。實(shí)施基于電流計(jì)的處理激光束定位的第一系統(tǒng)架構(gòu)使用單獨(dú)一個(gè)大電流計(jì)場(chǎng)來(lái)覆蓋整個(gè)工件。此實(shí)施方案需要非常大的掃描透鏡或透鏡后掃描系統(tǒng)。在任一情況下，電流計(jì)通常在整個(gè)工件上以恒定速度移動(dòng)處理射束，且控制器在每一通孔位置處發(fā)射激光脈沖而不停止電流計(jì)。要完全鉆鑿每一通孔需要進(jìn)行若干遍處理。這是可能的，因?yàn)槊恳煌仔枰拿}沖數(shù)目相對(duì)較小，而且目標(biāo)通孔位置具有規(guī)則間隔圖案。此方法避免了頻繁的電流計(jì)加速和減速的定時(shí)額外開(kāi)銷(xiāo)以及熱效應(yīng)，因?yàn)殡娏饔?jì)周轉(zhuǎn)僅在工件的邊緣處發(fā)生。如果使用非常大的掃描透鏡來(lái)覆蓋整個(gè)工件場(chǎng)，那么大透鏡經(jīng)受由于光學(xué)元件發(fā)熱而導(dǎo)致的準(zhǔn)確性降級(jí)，光學(xué)元件發(fā)熱是由于以高功率激光束工作而引起。還需要大射束直徑以獲得所需要的工件表面光點(diǎn)大小。此大射束直徑需要大電流計(jì)，這又遭受由于具有大(高慣性)電流計(jì)的移動(dòng)的大(高慣性)鏡面的較低熱效率而導(dǎo)致的準(zhǔn)確性效應(yīng)。如果使用透鏡后掃描系統(tǒng)來(lái)覆蓋整個(gè)工件場(chǎng)，那么透鏡熱準(zhǔn)確性效應(yīng)減小。然而， 處理系統(tǒng)遭受非遠(yuǎn)心射束遞送的影響，這使所鉆鑿?fù)椎馁|(zhì)量降級(jí)。此外，使此類(lèi)遠(yuǎn)心誤差最小化要求焦距保持較大，從而再次要求大射束直徑以獲得所要的工件表面光點(diǎn)大小。這導(dǎo)致類(lèi)似于上文描述的問(wèn)題的熱準(zhǔn)確性問(wèn)題，因?yàn)榇祟?lèi)系統(tǒng)中需要大電流計(jì)。如果遠(yuǎn)心誤差并不顯著，那么可使用較短FL透鏡且通過(guò)使用動(dòng)態(tài)聚焦元件而避免非平坦聚焦場(chǎng)問(wèn)題。 此方法的缺點(diǎn)是因聚焦元件產(chǎn)生的成本、復(fù)雜性、不準(zhǔn)確性；針對(duì)非常高的速度的應(yīng)用的聚焦元件的成本；以及殘余遠(yuǎn)心誤差。第二系統(tǒng)架構(gòu)為復(fù)合定位系統(tǒng)，其中結(jié)合在工件上移動(dòng)電流計(jì)頭的結(jié)構(gòu)機(jī)制而實(shí)施小電流計(jì)場(chǎng)(通常約20平方毫米)(經(jīng)由X-Y工件臺(tái)，或通過(guò)橫軸可移動(dòng)光學(xué)元件配置)。 如在第一系統(tǒng)架構(gòu)中，電流計(jì)可以恒定速度在通孔上掃描，從而在每一通孔處對(duì)處理激光束進(jìn)行脈沖控制，以避免在每一通孔位置處停止的額外開(kāi)銷(xiāo)。當(dāng)電流計(jì)在其場(chǎng)上快速掃描時(shí)，電流計(jì)必須花費(fèi)大量時(shí)間在掃描場(chǎng)邊緣處加速和減速，因?yàn)槠浔裙ぜ『芏唷４藭r(shí)間花費(fèi)導(dǎo)致生產(chǎn)率顯著降低，且如果使用高加速度來(lái)減少周轉(zhuǎn)時(shí)間，那么電流計(jì)的發(fā)熱使準(zhǔn)確性降級(jí)且對(duì)可實(shí)現(xiàn)的加速度施加上限。然而，第二系統(tǒng)架構(gòu)確實(shí)具有較高準(zhǔn)確性(由于較小掃描透鏡的減少的透鏡失真)、改進(jìn)的通孔質(zhì)量(由于較小的較低失真掃描透鏡，和遠(yuǎn)心掃描場(chǎng))，以及潛在高的射束定位速度(由于小電流計(jì)和鏡面)的優(yōu)點(diǎn)。但此方法可能由于上文描述的生產(chǎn)率局限性而不可行，這取決于處理每一通孔所需的激光脈沖的數(shù)目。需要一種激光處理系統(tǒng)，其可在以規(guī)則間隔圖案布置的目標(biāo)位置間以可接受的射束質(zhì)量和精確度在滿足高生產(chǎn)率要求的速度下快速定位處理激光束。

發(fā)明內(nèi)容
一種實(shí)現(xiàn)密集間隔的工件特征的高生產(chǎn)率的激光處理的方法使由于在工件特征處理期間引導(dǎo)激光束的激光束定位和光學(xué)組件上的動(dòng)力和熱負(fù)載而導(dǎo)致的工件特征處理不準(zhǔn)確性和質(zhì)量降級(jí)最小化。優(yōu)選實(shí)施例需要在支撐件上定位具有界定處理表面區(qū)域的處理表面的工件，并將激光束導(dǎo)向射束定位系統(tǒng)以提供處理激光束以供入射在沿著處理表面上的處理帶對(duì)準(zhǔn)的特征位置處。射束定位系統(tǒng)包含可移動(dòng)臺(tái)以及第一和第二射束定位器， 其與可移動(dòng)臺(tái)協(xié)作以在處理表面上的特征位置處處理工件特征。第一射束定位器的特征在于第一響應(yīng)時(shí)間，且可操作以將處理激光束定位在處理表面的掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)。第二射束定位器包含聲光型零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，其特征在于第二響應(yīng)時(shí)間，且可操作以將處理射束移動(dòng)到掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)的位置。第二響應(yīng)時(shí)間比第一響應(yīng)時(shí)間短，且優(yōu)選比處理激光的脈沖間周期短。優(yōu)選方法還需要控制射束定位系統(tǒng)以執(zhí)行若干功能。第一功能是協(xié)調(diào)可移動(dòng)臺(tái)與第一射束定位器的操作以將處理激光束定位在掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)，且移動(dòng)掃描場(chǎng)區(qū)以覆蓋處理表面。掃描場(chǎng)區(qū)實(shí)質(zhì)上小于工件的處理表面區(qū)域且包含多個(gè)處理帶，每一處理帶包含多個(gè)特征位置。第二功能是操作第一射束定位器以將處理激光束連續(xù)定位到掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)的多個(gè)處理帶。第三功能是操作第二射束定位器以處理處理帶的每一個(gè)中的多個(gè)特征位置處的工件特征。這通過(guò)將處理激光束移動(dòng)到每一特征位置并使處理激光束停留于每一特征位置處以處理處理帶中的工件特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。有益的結(jié)果是，第一射束定位器在掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)的工件特征處理期間經(jīng)歷可忽略的加速和減速。另一有益的結(jié)果是，處理激光束在其脈沖間周期內(nèi)移動(dòng)到新的特征位置，借此消除移動(dòng)時(shí)間(在沿著處理帶的處理期間)并增加生產(chǎn)率。通過(guò)以下參看附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的詳細(xì)描述，將了解額外方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是所揭示的激光束定位系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的硬件架構(gòu)的圖。圖2是展示表示工件的處理表面上的部位的特征位置的陣列的平面圖的圖，在所述部位處，圖1的射束定位系統(tǒng)沿著作用線引導(dǎo)處理激光以鉆鑿?fù)住D3是呈現(xiàn)優(yōu)化圖1的射束定位系統(tǒng)的聲光偏轉(zhuǎn)器的掃描場(chǎng)的大小的實(shí)例的一組曲線的曲線圖。圖4是展示在圖2所示的處理激光作用線的移動(dòng)方向上未對(duì)準(zhǔn)的特征位置的陣列的平面圖的圖。
具體實(shí)施例方式圖1展示基于激光的樣本處理系統(tǒng)12的激光束定位系統(tǒng)10的優(yōu)選實(shí)施例的硬件架構(gòu)。射束定位系統(tǒng)10接收輸入激光束14且對(duì)其進(jìn)行引導(dǎo)以形成處理激光束16，處理激光束16處理安裝在支撐件22上的工件20的目標(biāo)特征18。射束定位系統(tǒng)10包含基于鏡面的射束定位器30作為第一射束定位器和零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器32作為第二射束定位器，其與可移動(dòng)臺(tái)34協(xié)作以弓I導(dǎo)處理射束16處理工件20的處理表面38上的目標(biāo)特征位置36處的目標(biāo)特征18。優(yōu)選的零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器32為聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD)，例如Neos 45100-5-6. 5DEG-. 51 一維偏轉(zhuǎn)器，其可從佛羅里達(dá)州墨爾本市的雷歐時(shí)技術(shù)有限公司(Neos Technologies, he.)購(gòu)得?；阽R面的射束定位器30可為雙軸快速操縱鏡面(FSM)或雙軸電流計(jì)射束定位器頭，后者用于所描述的實(shí)施例中。優(yōu)選的FSM為PI S330壓電尖端/傾斜平臺(tái)，其可從德國(guó)Kahsruhe/Palmbach的Physik Instrumente有限公司購(gòu)得。優(yōu)選的電流計(jì)為6230H 電流計(jì)，其可從馬薩諸塞州萊克星頓市的劍橋技術(shù)有限公司購(gòu)得。所指明的優(yōu)選裝置適合與532nm輸入激光束14 一起使用?？梢苿?dòng)臺(tái)34支撐電流計(jì)頭30和AOD 32，且是在沿著X 軸的方向40上以及沿著Y軸的方向42上提供可移動(dòng)臺(tái)34位移的組合件的一部分。常規(guī)的中繼透鏡組件44經(jīng)定位以在其被AOD 32偏轉(zhuǎn)之后且在其入射在電流計(jì)頭 30上之前調(diào)節(jié)輸入射束14。中繼透鏡44將從AOD 32傳播的經(jīng)偏轉(zhuǎn)輸入射束14的“樞轉(zhuǎn)點(diǎn)”平移到電流計(jì)頭30的掃描鏡面表面。中繼透鏡44依據(jù)AOD 32的角偏轉(zhuǎn)范圍和射束路徑長(zhǎng)度而為任選的。中繼透鏡40的目的是使撞擊在電流計(jì)掃描鏡面上的射束的偏轉(zhuǎn)最少。理想地，射束應(yīng)撞擊在電流計(jì)掃描鏡面的中心上，因?yàn)槠x中心可產(chǎn)生光點(diǎn)失真和掃描場(chǎng)失真。通常，需要維持撞擊射束在電流計(jì)掃描鏡面的中心的0. lmm-1. Omm內(nèi)。作為一實(shí)例，對(duì)于30 μ m光點(diǎn)，五個(gè)光點(diǎn)(150 μ m)的AOD偏轉(zhuǎn)以及IOOmm掃描透鏡，離開(kāi)AOD 32的偏轉(zhuǎn)角將為0. 15/100 = 1. 5毫弧度(完全角)。如果射束路徑長(zhǎng)度為2m，那么結(jié)果將為3mm 偏轉(zhuǎn)(士 1.5mm)。在此情況下，中繼透鏡44將期望以所有AOD偏轉(zhuǎn)角將撞擊射束定位在鏡面上。掃描透鏡46經(jīng)定位以在其被電流計(jì)頭30偏轉(zhuǎn)之后且在其入射在工件20的處理表面38上之前調(diào)節(jié)處理射束16。電流計(jì)頭30的特征在于X-Y位移限制，其界定由處理射束16覆蓋的處理表面38 的掃描場(chǎng)區(qū)50。掃描場(chǎng)區(qū)50沿著每一軸向維度的大小的范圍在Imm與50mm之間。AOD 32 響應(yīng)于所施加的RF功率而偏轉(zhuǎn)輸入射束14以沿著一個(gè)軸(即，X軸)移動(dòng)處理射束16來(lái)處理沿著掃描場(chǎng)區(qū)50內(nèi)的處理?xiàng)l帶52定位的多個(gè)目標(biāo)特征18?？梢苿?dòng)臺(tái)34在處理表面38上使掃描場(chǎng)區(qū)50完全轉(zhuǎn)向以處理工件20的所有目標(biāo)特征18。可移動(dòng)臺(tái)34的替代實(shí)施例為分離軸組合件，其由在正交方向上移動(dòng)的兩個(gè)線性臺(tái)組件組成。在所描述的實(shí)施例中，一個(gè)線性臺(tái)將支撐電流計(jì)頭30和AOD 32并在X軸方向40上使其一起移動(dòng)，且充當(dāng)另一線性臺(tái)的支撐件22將支撐工件20并在Y軸方向42上使其移動(dòng)。控制器60以具體參看圖2描述的方式協(xié)調(diào)電流計(jì)頭30、A0D 32和可移動(dòng)臺(tái)34的任一實(shí)施例的操作。圖2是展示密集間隔的特征位置36的陣列62的圖，所述特征位置36彼此間隔開(kāi)一距離64以在處理表面38上形成規(guī)則柵格圖案。密集間隔的特征位置36是其中若干 (即，多于3個(gè))特征位置36位于對(duì)應(yīng)的目標(biāo)特征18的直徑的約2-20倍的倍數(shù)內(nèi)的那些特征位置。對(duì)于所描述的實(shí)施例，特征位置36表示其中處理射束16鉆鑿硅晶片工件20以形成通孔作為目標(biāo)特征18的部位。約0. 5mm-l. Omm的距離64提供通孔位置36的密集間隔，且借此導(dǎo)致通過(guò)處理射束16鉆鑿緊密間距的通孔18。掃描場(chǎng)區(qū)50展示為疊加在且部分重疊在通孔位置36的陣列62上。射束定位系統(tǒng)10操作以通過(guò)根據(jù)由控制器60協(xié)調(diào)的以下射束定位序列移動(dòng)處理射束16而跨越陣列62形成通孔18。AOD 32偏轉(zhuǎn)輸入射束14，使得處理射束16在X軸方向40上移動(dòng)，以沿著處理帶 52以作用線(LOA) 52 (通孔位置36處的一排通孔18)的形式處理。(圖2將所鉆鑿?fù)?8 指示為經(jīng)填充圓，且將待鉆鑿?fù)?8的通孔位置36指示為未經(jīng)填充圓。)處理射束16停留在每一通孔位置36處的時(shí)間足以優(yōu)選地通過(guò)以較小數(shù)目的(例如，1-5個(gè))激光脈沖沖壓而鉆鑿?fù)?8。在完成沿著LOA 52鉆鑿一排通孔18后，電流計(jì)頭30定位處理射束16 的LOA 52以重復(fù)AOD 32的射束偏轉(zhuǎn)操作，以在掃描場(chǎng)區(qū)50中的通孔位置36處鉆鑿一排鄰近的通孔18。定位LOA 52以及鉆鑿一排通孔18的操作一直重復(fù)，直到完成鉆鑿掃描場(chǎng)區(qū)50包含的所有排通孔18為止?？梢苿?dòng)臺(tái)34使處理表面38上的掃描場(chǎng)區(qū)50轉(zhuǎn)向以覆蓋未經(jīng)鉆鑿的通孔位置36，且實(shí)現(xiàn)響應(yīng)于AOD 32的射束偏轉(zhuǎn)而通過(guò)處理激光16鉆鑿?fù)孜恢?6?？梢苿?dòng)臺(tái)34通過(guò)在陣列62的下部邊界處執(zhí)行彎曲箭頭66指示的周轉(zhuǎn)操縱而顛倒方向，以繼續(xù)響應(yīng)于AOD 32的射束偏轉(zhuǎn)針對(duì)處理激光16在未經(jīng)鉆鑿的通孔位置36上移動(dòng)掃描場(chǎng)區(qū)50。掃描場(chǎng)區(qū)50的大小可經(jīng)設(shè)計(jì)以通過(guò)在可移動(dòng)臺(tái)34的周轉(zhuǎn)操縱66期間在掃描場(chǎng)區(qū)50內(nèi)移動(dòng)AOD 32的LOA 52而允許AOD 32的射束偏轉(zhuǎn)操作進(jìn)行的處理繼續(xù)而無(wú)中斷。 熟練的技術(shù)人員將了解，增加由處理激光16響應(yīng)于AOD 32的射束偏轉(zhuǎn)沿著LOA 52掃描且借此處理的通孔位置36的數(shù)目會(huì)減小可移動(dòng)臺(tái)34的所要速度和加速度。熟練的技術(shù)人員將了解，如果通孔位置不規(guī)則地間隔開(kāi)但沿著LOA 52對(duì)準(zhǔn)，則以一個(gè)AOD 32實(shí)施的射束定位系統(tǒng)10的此實(shí)施例可適當(dāng)起作用。AOD 32的操作可考慮到鄰近的通孔位置36之間的不規(guī)則間隔。在替代實(shí)施方案中，控制器60可協(xié)調(diào)可移動(dòng)臺(tái)34和電流計(jì)頭30的移動(dòng)，以將LOA 52維持在處理表面38上的恒定位置，即使當(dāng)可移動(dòng)臺(tái)34處于運(yùn)動(dòng)中時(shí)也是如此。此操作通過(guò)第5，798，927和5，751，585號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中描述的復(fù)合射束定位器系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)，所述專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓給本專(zhuān)利申請(qǐng)案的受讓人。AOD 32的操作快速將處理射束16定位(以0. 1 μ sec與10 μ sec之間的響應(yīng)時(shí)間)到下一鄰近的通孔位置36，且借此有效地消除通孔位置36之間以及沿著LOA 52的移動(dòng)時(shí)間，同時(shí)允許處理激光束16在每一通孔位置36處停留以進(jìn)行處理。此移動(dòng)和停留能力放松了電流計(jì)頭30快速且重復(fù)地定位(以0. Imsec與1. Omsec之間的響應(yīng)時(shí)間)掃描場(chǎng)區(qū)50而不在每一通孔位置36處停止的要求。事實(shí)上，在沿著LOA 52的每一通孔位置36 處，若干通孔18在幾毫秒內(nèi)完全經(jīng)處理，且其后電流計(jì)頭30將LOA 52定位在下一排可用通孔位置36處，且重復(fù)所述過(guò)程。如果在每一 LOA 52中處理N數(shù)目個(gè)通孔18，那么電流計(jì)頭30的排到排移動(dòng)時(shí)間僅每隔N數(shù)目個(gè)通孔18發(fā)生一次，借此削弱電流計(jì)頭30的加速和減速頻率對(duì)總生產(chǎn)率的影響。通過(guò)AOD 32沿著LOA 52掃描的通孔18的數(shù)目N設(shè)定其 AOD掃描場(chǎng)。在單一 AOD架構(gòu)的情況下，可獲得的生產(chǎn)率取決于每一通孔18的鉆鑿時(shí)間以及電流計(jì)頭30的移動(dòng)時(shí)間。鉆鑿時(shí)間取決于可用激光功率和激光發(fā)射輸入射束14的重復(fù)率， 且總移動(dòng)時(shí)間是針對(duì)每一 LOA 52的通孔18的數(shù)目N以及電流計(jì)頭30的移動(dòng)時(shí)間的函數(shù)。 對(duì)于LOA 52位置之間的鉆鑿時(shí)間Td和電流計(jì)頭30移動(dòng)時(shí)間Tg，每秒通孔中的總生產(chǎn)率VPS 由下式給出VPS = N/(NXTd+Tg)。Td和Tg的影響是沖突的且因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加以平衡。通孔18的數(shù)目N可隨著較大的AOD掃描場(chǎng)而增加，但當(dāng)AOD掃描場(chǎng)增加時(shí)，AOD 32的最小發(fā)射效率減小，借此減小激光功率且導(dǎo)致較長(zhǎng)的鉆鑿時(shí)間。圖3通過(guò)說(shuō)明折衷Td和Tg的效果呈現(xiàn)AOD掃描場(chǎng)的大小的優(yōu)化的實(shí)例。所述實(shí)例潛在的簡(jiǎn)化的假設(shè)為，AOD 32的效率針對(duì)AOD掃描場(chǎng)中的1個(gè)通孔18和10個(gè)通孔18而線性地從100%變化到70%。在此簡(jiǎn)單實(shí)例中，最佳AOD掃描場(chǎng)大小為4-6個(gè)通孔18。熟練的技術(shù)人員將了解，在實(shí)踐中，AOD效率不是掃描場(chǎng)大小的簡(jiǎn)單線性函數(shù)。最佳掃描場(chǎng)大小的準(zhǔn)確確定需要提供AOD效率對(duì)射束偏轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確模型，但此模型可從給定AOD效率曲線的容易執(zhí)行的計(jì)算導(dǎo)出。在AOD 32的典型設(shè)計(jì)中，激光功率在AOD 32的行程的極端處最顯著減小。因此， 可依據(jù)AOD掃描場(chǎng)位置而變化處理脈沖的數(shù)目和處理射束16的功率中的一個(gè)或兩者。以此方式，鉆鑿時(shí)間盡管在整個(gè)AOD掃描場(chǎng)上并非恒定，但卻是更完全優(yōu)化的。通過(guò)允許電流計(jì)頭30在LOA 52的處理期間沿著X軸方向40使LOA 52轉(zhuǎn)向而可實(shí)現(xiàn)額外延伸，借此有效地延伸LOA 52的長(zhǎng)度且進(jìn)一步削弱電流計(jì)頭30移動(dòng)時(shí)間對(duì)覆蓋工件20的處理表面38所消耗的總時(shí)間的影響。這將需要控制器60實(shí)施電流計(jì)頭30與AOD 32之間的額外程度的協(xié)調(diào)。此延伸的結(jié)果將是，在每一 LOA 52序列處引入電流計(jì)頭30的額外加速和減速，且借此增加電流計(jì)頭30上的熱負(fù)載以及準(zhǔn)確性降級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)。然而，此延伸將允許總通孔處理時(shí)間接近通孔18的原始鉆鑿時(shí)間。使用單一 AOD 32提供射束定位系統(tǒng)10的略微復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)。使用二維AOD 掃描架構(gòu)是可行的，但通常需要相對(duì)于一維AOD掃描架構(gòu)的成本和復(fù)雜性增加成本和復(fù)雜性。(二維AOD掃描架構(gòu)是其中零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器32由經(jīng)配置以沿著X軸和Y軸引導(dǎo)處理射束16的兩個(gè)AOD組成的AOD掃描架構(gòu)。)這是因?yàn)楫?dāng)使用兩個(gè)AOD裝置時(shí)，提供額外光學(xué)組件以用于適當(dāng)?shù)纳涫{(diào)節(jié)。然而，單一 AOD 32系統(tǒng)架構(gòu)在工件特征18相當(dāng)一致地對(duì)準(zhǔn)(至少在所需特征放置準(zhǔn)確性的分?jǐn)?shù)內(nèi))時(shí)表現(xiàn)得令人滿意。如果工件特征18標(biāo)稱(chēng)對(duì)準(zhǔn)但相對(duì)于AOD 32的偏轉(zhuǎn)軸(即，X軸)旋轉(zhuǎn)，那么可采用工件和光學(xué)旋轉(zhuǎn)中的一個(gè)或兩者來(lái)使AOD 32與特征18對(duì)準(zhǔn)。舉例來(lái)說(shuō)，旋轉(zhuǎn)的“ θ ”臺(tái)70(圖1)可旋轉(zhuǎn)工件20，或沿著 LOA 52的AOD 32的偏轉(zhuǎn)軸可利用道威棱鏡旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，如果射束定位系統(tǒng)10可使工件20 以足夠的角準(zhǔn)確性對(duì)準(zhǔn)，那么將不使用旋轉(zhuǎn)臺(tái)或道威棱鏡。二維AOD掃描架構(gòu)的使用的實(shí)際應(yīng)用包含處理不規(guī)則間隔的工件特征、在處理帶的寬度足夠小(即，特征位置與直線作用線偏離約特征的寬度)的條件下處理，以及處理工件特征的中等數(shù)目(即，五到十個(gè))的AOD掃描場(chǎng)。圖4說(shuō)明第二情形，其中陣列62'中的密集間隔的特征位置36未在LOA 52的方向上對(duì)準(zhǔn)，但描述具有等于特征位置36的直徑的約兩倍的寬度的處理帶52'。在處理不沿著線性處理帶(即，L0A)安置的不規(guī)則間隔的工件特征時(shí)，復(fù)雜性的增加和光學(xué)效率的削弱可證明是有理由的，且光學(xué)效率的削弱是處理中等數(shù)目的工件特征時(shí)的顯著不利方面。在一些應(yīng)用中可使用簡(jiǎn)單的二維AOD掃描架構(gòu)，在此情況下甚至可有效消除LOA 移動(dòng)時(shí)間。此外，二維AOD掃描架構(gòu)可放松上述方法對(duì)規(guī)則間隔的工件特征18的應(yīng)用，因?yàn)榭蓱?yīng)用第二 AOD偏轉(zhuǎn)軸來(lái)調(diào)整特征18之間的橫軸位置。熟練的技術(shù)人員將了解，在其停留時(shí)間期間，處理射束16響應(yīng)于二維AOD的偏轉(zhuǎn)可環(huán)截式或螺旋式處理工件20以在通孔位置36處形成通孔18。射束定位系統(tǒng)10的優(yōu)點(diǎn)包含以下各個(gè)。射束定位系統(tǒng)10提供規(guī)則間隔的工件特征18的極高生產(chǎn)率的處理，同時(shí)使由于射束定位和光學(xué)組件上的動(dòng)力和熱負(fù)載而導(dǎo)致的準(zhǔn)確性和工件特征質(zhì)量降級(jí)最小化。射束定位系統(tǒng)10可通過(guò)消除大掃描透鏡的高成本而降低此類(lèi)應(yīng)用的系統(tǒng)成本。調(diào)制施加到AOD 32的用于射束定位的RF功率也可提供激光功率控制，借此消除額外系統(tǒng)組件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，可對(duì)上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)作出許多改變而不脫離本發(fā)明的基本原理。電光偏轉(zhuǎn)器(EOD)類(lèi)型的零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器可替代A0D，但因?yàn)镋OD的位移范圍比AOD的位移范圍更有限，所以EOD可實(shí)現(xiàn)約3-5激光光點(diǎn)直徑偏轉(zhuǎn)范圍。因此， 本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求書(shū)確定。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)以密集間隔的圖案布置的工件特征的高生產(chǎn)率的激光處理的方法，其同時(shí)使由于在工件特征處理期間引導(dǎo)激光束的激光束定位和光學(xué)組件上的動(dòng)力和熱負(fù)載而導(dǎo)致的工件特征處理不準(zhǔn)確性和質(zhì)量降級(jí)最小化，所述方法包括在支撐件上定位具有界定處理表面區(qū)域的處理表面的所述工件；將激光束導(dǎo)向射束定位系統(tǒng)以提供處理激光束以供入射在所述工件的所述處理表面上的特征位置處，所述射束定位系統(tǒng)包含可移動(dòng)臺(tái)以及第一和第二射束定位器，所述射束定位器與所述可移動(dòng)臺(tái)協(xié)作以在所述工件的所述處理表面上的所述特征位置處以密集間隔圖案處理工件特征，所述第一射束定位器的特征在于第一響應(yīng)時(shí)間，且可操作以將所述處理激光束定位在所述處理表面的掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)，且所述第二射束定位器包含零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，其特征在于第二響應(yīng)時(shí)間，且可操作以將所述處理射束移動(dòng)到所述掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)的位置，所述第二響應(yīng)時(shí)間比所述第一響應(yīng)時(shí)間短；以及控制所述射束定位系統(tǒng)以協(xié)調(diào)所述可移動(dòng)臺(tái)與所述第一射束定位器的操作以將所述處理激光束定位在所述掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)，且移動(dòng)所述掃描場(chǎng)區(qū)以覆蓋所述處理表面，所述掃描場(chǎng)區(qū)實(shí)質(zhì)上小于所述工件的所述處理表面區(qū)域且包含多個(gè)處理帶，每一處理帶包含多個(gè)特征位置；操作所述第一射束定位器以將所述處理激光束連續(xù)定位到所述掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)的所述多個(gè)處理帶；且操作所述第二射束定位器以處理所述處理帶的每一個(gè)中的所述多個(gè)特征位置處的所述工件特征，這是通過(guò)將所述處理激光束移動(dòng)到每一特征位置并使所述處理激光束停留于每一特征位置處以處理所述處理帶中的所述工件特征來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使得所述第一射束定位器在所述掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)的工件特征處理期間經(jīng)歷可忽略的加速和減速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工件是以太陽(yáng)能電池陣列圖案化的硅晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一射束定位器包含基于鏡面的射束定位器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述基于鏡面的射束定位器包含雙軸電流計(jì)射束定位器頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述基于鏡面的射束定位器包含雙軸快速操縱鏡
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可移動(dòng)臺(tái)支撐所述第一射束定位器和所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可移動(dòng)臺(tái)包含在正交方向上移動(dòng)的第一和第二線性臺(tái)組件，所述第一線性臺(tái)組件支撐所述第一射束定位器和所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器， 且所述第二線性臺(tái)組件包含上面定位所述工件的所述支撐件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器包含操作以將作用線描述為所述處理帶的聲光偏轉(zhuǎn)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器包含操作以將作用線描述為所述處理帶的電光偏轉(zhuǎn)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器是一維掃描架構(gòu)的組件， 且包含操作以將作用線描述為所述處理帶的聲光偏轉(zhuǎn)器或電光偏轉(zhuǎn)器，且其中所述處理激光束在每一特征位置處停留，以通過(guò)若干激光脈沖沖壓而處理所述作用線中的所述工件特征。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中沿著所述第一和第二射束定位器之間的光學(xué)路徑定位中繼透鏡以控制所述掃描場(chǎng)區(qū)的失真。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理激光束包含若干激光脈沖以處理所述工件特征中的一個(gè)，且所述方法進(jìn)一步包括依據(jù)沿著所述掃描場(chǎng)區(qū)中的所述處理帶經(jīng)受處理的所述特征的所述特征位置而確定激光脈沖的數(shù)目，借此進(jìn)一步優(yōu)化所述處理激光束在所述掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)處理工件特征所花費(fèi)的時(shí)間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理激光束的特征在于用以處理所述工件特征中的一個(gè)的激光功率，且所述方法進(jìn)一步包括依據(jù)沿著所述掃描場(chǎng)區(qū)中的所述處理帶經(jīng)受處理的所述特征的所述特征位置而確定所述激光功率，借此進(jìn)一步優(yōu)化所述處理激光束在所述掃描場(chǎng)區(qū)內(nèi)處理工件特征所花費(fèi)的時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理帶具有一長(zhǎng)度，且所述方法進(jìn)一步包括控制所述射束定位系統(tǒng)以操作所述第一射束定位器使其轉(zhuǎn)向且借此延伸所述處理帶，此時(shí)所述第二射束定位器移動(dòng)所述處理激光束并使所述處理激光束停留以處理所述處理帶中的所述工件特征，借此減少所述第一射束定位器當(dāng)移動(dòng)所述掃描場(chǎng)區(qū)時(shí)的移動(dòng)時(shí)間，所述移動(dòng)時(shí)間是覆蓋所述工件的所述處理表面所花費(fèi)的總時(shí)間的組成因素。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器是二維掃描架構(gòu)的組件且包含兩個(gè)聲光偏轉(zhuǎn)器或兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器，且其中所述處理激光束在每一特征位置處停留以通過(guò)若干激光脈沖沖壓而處理所述處理帶中的所述工件特征。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器是二維掃描架構(gòu)的組件且包含兩個(gè)聲光偏轉(zhuǎn)器或兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器，且其中所述處理射束在每一特征位置處停留以通過(guò)環(huán)截式處理所述工件特征而處理所述處理帶中的所述工件特征。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器是二維掃描架構(gòu)的組件且包含兩個(gè)聲光偏轉(zhuǎn)器或兩個(gè)電光偏轉(zhuǎn)器，且其中所述處理射束在每一特征位置處停留以通過(guò)螺旋式處理所述工件特征而處理所述處理帶中的所述工件特征。
全文摘要
一種實(shí)現(xiàn)以密集間隔圖案布置的工件特征(18)的高生產(chǎn)率的激光處理的方法使由于在工件特征處理期間引導(dǎo)激光束的激光束定位和光學(xué)組件上的動(dòng)力和熱負(fù)載而導(dǎo)致的工件特征處理不準(zhǔn)確性和質(zhì)量降級(jí)最小化。以激光束定位系統(tǒng)(32)實(shí)施優(yōu)選實(shí)施例，所述激光束定位系統(tǒng)(32)由以下各項(xiàng)組成聲光射束偏轉(zhuǎn)器(AOD)或電光偏轉(zhuǎn)器(EOD)類(lèi)型的零慣性光學(xué)偏轉(zhuǎn)器、電流計(jì)頭(30)以及線性臺(tái)(34)，其協(xié)作以在所述工件特征間定位所述激光束(16)。
文檔編號(hào)B23K26/04GK102245341SQ200980149356
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者馬克·A·昂瑞斯 申請(qǐng)人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司