(57)【要約】【課題】エネルギープロファイル及び／又はレーザパルスのパルス幅を制御するレーザ及び方法を提供する。【解決手段】異なる構造形態を有する複数の副共振器（１２，１４）は、レーザ動作が、異なる各パルスエネルギープロファイル及び／又は副共振器（１２，１４）の形態によって与えられるパルス幅特性を併合するコヒーレントなレーザパルスを提供するために実質的に同期できるように共通共振器区域（１８）を共有する。副共振器（１２，１４）はレーザ媒質（４２）を共通共振器区域（１８）において共有できる。又は、各個別の副共振器区域（２８、３６）はそれ自体のレーザ媒質（４２）を持つことができる。模範的な長短の副共振器（１２，１４）は短い立ち上がり時間及び長いパルス幅を持つ特別に調整されたレーザパルスを、メモリリンク加工を含む種々のレーザ及び微細加工適用に有益である１つ又は２つの異なる波長で発生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルスの開始に応答して立ち上がり特性を第１の副共振器パルスプロファイルに与える第１の副共振器長を有する第１の副共振器であって前記第１の副共振器長に寄与する第１の副共振器区域を有する第１の副共振器区域を有する第１の副共振器を使用すること、
レーザパルスの開始に応答して立ち上がり特性を第２の副共振器パルスプロファイルに与える第２の副共振器長を有する第２の副共振器であって前記第１の副共振器長より長い前記第２の副共振器長に寄与する第２の副共振器区域を有する第２の副共振器区域を有する第２の副共振器を使用すること、
レーザパルスの間に示される前記第１及び第２の共振器パルスプロファイルから与えられる特性を生じさせるために前記第１及び第２の副共振器によって共有される共通共振器副区域であって前記第１の副共振器長及び前記第２の副共振器長の両方に寄与する長さを有する共通共振器副区域を使用すること、
前記第１及び第２の副共振器パルスプロファイルから与えられる前記特性を表すために前記レーザパルスを開始すること、
前記第１の副共振器から与えられる前記立ち上がり時間特性及び前記第２の副共振器から与えられる前記パルス幅特性を有するレーザ出力を放射することを含む、レーザ出力パルスの一時的なエネルギープロファイル特性を制御する方法。
【請求項２】
前記第１の副共振器は、短い立ち上がり時間を前記レーザ出力パルスに与える短い第１の副共振器長を有し、また前記第２の副共振器は、長い立ち上がり時間を前記レーザ出力パルスに与える長い第２の副共振器長を有し、前記レーザ出力パルスは短い立ち上がり時間及び長いパルス幅を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザ出力パルスは８ｎｓより短い立ち上がり時間及び１０ｎｓより長いパルス幅を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ出力パルスは１５ｎｓから３００ｎｓの期間内において２つの分離したピークを示す、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ビームスプリッタは前記第１及び第２の副共振器を統合するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
偏光器は前記第１及び第２の副共振器を統合するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記共通共振器副区域はＱスイッチを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の副共振器区域の各々はＱスイッチを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記共通共振器副区域は固体レーザ媒質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記共通共振器副区域は高反射ミラーを含み、前記第１及び第２の副共振器区域は各々、出力ポートを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザ出力パルスは空洞外波長変換器の使用によって異なる波長に変換される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記共通共振器副区域は１又はそれ以上の波長変換器を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の副共振器プロファイルの開始は実質的に同時である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザ出力パルスは１ｋＨｚを超える繰り返し周波数で発生される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザ出力パルスは４０ｋＨｚを超える繰り返し周波数で発生される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
時間遅延が前記第１及び第２の副共振器のパルスプロファイルの開始間に導入される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記時間遅延は３００ｎｓより短い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記時間遅延は、レーザパルス動作が最初に開始される前記副共振器で停止する直前に終了する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の副共振器区域は各々、固体レーザ媒質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は同じレーザ生成材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は実質的に類似の波長で放射する異なるレーザ生成材料を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の副共振器区域の前記固体レーザ媒質はＮｄ：ＹＶＯを含み、また前記第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質はＮｄ：ＹＡＧを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は異なる大きさを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質はほぼ同じ大きさを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１及び第２の副共振器区域は各々、１又はそれ以上の波長変換器を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は異なるレベルに励起される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質はほぼ同じレベルに励起される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
励起は前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質に対して異なる時間に開始される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
励起は前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質に対して同じ時間に開始される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は異なる形状を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記固体レーザ媒質はＣＷで励起される、請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記共通共振器副区域は前記レーザ出力が放射される共通出力ポートを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
前記レーザ出力パルスは前記第１及び第２の副共振器の前記パルスプロファイルに分離できない一時的なエネルギープロファイルを有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記共通出力ポートは出力結合ミラーを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１及び第２の副共振器区域はそれ自体の出力ポートを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１及び第２の副共振器区域の各々は波長変換器を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１及び第２の副共振器区域の各々から伝播する前記第１の副共振器パルスプロファイル及び前記第２の副共振器パルスプロファイルは前記レーザ出力パルスを提供するために共通光学路に沿って結合される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の副共振器区域からの第１の放射及び／又は前記第２の副共振器区域からの第２の放射は、前記光学路に沿って結合される前記第１及び第２の放射が少なくとも２つの波長を含むように異なる波長に変換される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の副共振器区域からの第１の放射及び／又は前記第２の副共振器区域からの第２の放射は異なるスポットサイズ特性を有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１及び第２の副共振器パルスプロファイルの前記開始は実質的に同時である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４１】
時間遅延は前記第１及び第２の副共振器パルスプロファイルの開始間に導入される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１及び第２の副共振器パルスプロファイルは実質的に同時にスパイクを示す、請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
前記レーザ出力パルスは４０ｋＨｚより大きい繰り返し周波数で伝播される、請求項３７に記載の方法。
【請求項４４】
前記レーザ出力パルスは可視波長スパイク又はＵＶ波長スパイクとＩＲテールとを有する出力プロファイルを有する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
前記ＩＲテールは約１．０４７、１．０５４、１．０６４又は１．３２ミクロンの１つの波長を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記レーザ出力パルスは即時にリンクを切断するために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項４７】
共通光学路に沿って共通共振器副区域長を有する共通共振器副区域を使用すること、
前記共通光学路に交差させるために位置付けされたビームスプリッタを使用すること、
前記ビームスプリッタに近接して前記共通光学路に交差する第１の副共振器路を含む第１の副共振器区域を使用すること、
前記ビームスプリッタに近接して前記共通光学路に交差する第２の副共振器路を含む第２の副共振器区域を使用すること、
１又はそれ以上のレーザ源からレーザ励起光を受け取るための前記各第１及び第２の副共振器に位置付けされた第１及び第２の固体レーザ媒質を使用すること、
前記第１の副共振器区域から第１の出力ポート及び前記第２の副共振器区域から第２の出力ポートを、前記第１の出力ポートを通して伝搬する第１のレーザ出力及び前記第２の出力ポートを通して伝搬する第２のレーザ出力に各レーザパルスを分割するために使用すること、
第１の波長に前記第１のレーザ出力を変換するために前記第１の出力ポートから第１のビーム路に沿って配置される第１の波長変換器を使用すること及び／又は第２の波長に前記第２のレーザ出力を変換するために前記第２の出力ポートから第２のビーム路に沿って配置される第２の波長変換器を使用すること、
前記レーザ出力パルスは少なくとも２つの個別の波長を示すように、前記基本波長又は第１の波長で少なくとも第１のスパイク特性を有しかつ前記基本波長又は第２の波長で少なくとも第２のスパイク特性を有するレーザ出力パルスを提供するために前記第１のレーザ出力を前記第２のレーザ出力に結合することを含み、
前記第１の副共振器区域は第１の副共振器区域長を有し、前記第１の副共振器区域及び前記共通共振器区域は前記第１の副共振器長及び前記共通共振器長を含む第１の副共振器長を有する第１の共振器を形成し、前記第１の副共振器長は第１のスパイク特性及び第１のパルス幅特性を各レーザパルスに与え、
前記第２の共振器区域は第２の共振器区域長を有し、前記第２副共振器区域及び前記共通共振器区域は前記第２の共振器長及び前記共通共振器長を含む第２の共振器長を有する第２の共振器を形成し、前記第２の副共振器長は第２のスパイク特性及び第２のパルス幅特性を各レーザパルスに与え、前記第２の副共振器長は前記第１の副共振器長より長く、
前記第１及び第２のレーザ媒質は基本波長でレーザ動作を容易にし、
前記共通共振器区域は前記第１の副共振器から与えられる前記第１のスパイク特性と前記第２の副共振器から与えられる前記第２のスパイク特性とを少なくとも示すレーザパルスを伝搬させるために前記第１の副共振器内の前記レーザ動作を前記第２の副共振器内の前記レーザ動作に連係し、
前記第１のレーザ出力は前記第１のスパイク特性及び前記第１のパルス幅特性を示し、前記第２のレーザ出力は前記第２のスパイク特性及び前記第２のパルス幅特性を示す、少なくとも２つの波長を含むレーザ出力パルスプロファイルを有するレーザ出力パルスを発生する方法。
【請求項４８】
各レーザパルスに第１のエネルギープロファイル及び／又はパルス幅特性を与える第１の構造特徴を有する第１の副共振器を使用すること、
各レーザパルスに第２のエネルギープロファイル及び／又はパルス幅特性を与える第２の構造特徴を有する第２の副共振器を使用すること、
前記第１及び第２の副共振器内のレーザ動作を結合するために前記第１及び第２の副共振器によって共有される共通共振器副区域を使用すること、
前記第１及び第２のエネルギープロファイル及び／又はパルス幅特性から得られるレーザ出力エネルギープロファイル及び／又はパルス幅特性を有するレーザ出力パルスをターゲットに方向付けることを含み、
前記第１及び第２の構造特性は前記レーザ出力パルスに異なる特性を与える、レーザ出力パルスの一時的なエネルギープロファイル及び／又はパルス幅特性を制御する方法。
【請求項４９】
ビームスプリッタは前記第１及び第２の副共振器を統合するために使用される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の副共振器は、前記第１の副共振器が短い立ち上がりエッジを前記レーザ出力パルスに与え、また前記第２の副共振器が長いパルス幅を前記レーザ出力パルスに与え、前記レーザ出力は短い立ち上がり時間及び長いパルス幅を示すように、前記第２の副共振器より短い長さを有する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記共通共振器副区域はＱスイッチを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記共通共振器副区域は前記レーザ出力パルス用の共通出力ポートを提供する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記共通共振器副区域は固体レーザ媒質を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１及び第２の副共振器区域は各々、固体レーザ媒質及びＱスイッチを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５５】
前記レーザ出力パルスは空洞外波長変換器の使用によって異なる波長に変換される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記共通共振器副区域は高反射ミラーを含み、前記第１及び第２の副共振器区域は各々、出力ポートを有する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５７】
共通の光学路に沿って共通共振器副区域長を有する共通共振器副区域と、
レーザ励起源からレーザ励起光を受け取るために前記共通の光学路に沿って位置付けされる固体レーザ媒質であってレーザパルスの発生を容易にする固体レーザ媒質と、
各レーザパルスを発生させる各レーザパルス発生イベントを開始するための、前記共通の光学路に沿って位置付けされるＱスイッチと、
前記共通の光学路に交差するために位置付けされるブームスプリッタと、
前記ビームスプリッタに近接して前記共通の光学路に交差する第１の副共振器路に沿って位置付けされる第１の端部ミラーを含む第１の副共振器区域と、
前記ビームスプリッタに近接して前記共通の光学路に交差する第２の副共振器路に沿って位置付けされる第２の端部ミラーを含む第２の副共振器区域と、
各パルス開始イベントから、前記第１の副共振器から得られる立ち上がり時間特性及び前記第２の副共振器から得られるパルス幅特性を有するレーザパルスを伝搬するための、前記共通の光学路に沿って位置付けされる出力ポートとを含み、
前記第１の副共振器区域は第１の副共振器区域長を有し、前記第１の副共振器区域及び前記共通共振器区域は前記第１の副共振器長及び前記共通共振器長を含む第１の副共振器長を有する第１の副共振器を形成し、前記第１の副共振器長は各レーザパルス開始イベントから立ち上がり特性を各レーザパルスに与え、
前記第２の副共振器区域は第２の副共振器区域長を有し、前記第２の副共振器区域及び前記共通共振器区域は前記第２の副共振器長及び前記共通共振器長を含む第２の副共振器長を有する第２の副共振器を形成し、前記第２の副共振器長は各レーザパルス開始イベントからパルス幅特性を各レーザパルスに与え、前記第２の副共振器長は前記第１の副共振器長より長い、固体レーザ。
【請求項５８】
前記第１の副共振器は短い立ち上がり時間を前記レーザ出力パルスに与える短い第１の副共振器長を有し、また前記第２の副共振器は長いパルス幅を前記レーザ出力パルスに与える長い第２の副共振器長を有し、前記レーザパルスは短い立ち上がり時間及び長いパルス幅を示す、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項５９】
前記レーザパルスは５ｎｓより短い立ち上がり時間及び１０ｎｓより長いパルス幅を示す、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６０】
ビームスプリッタは前記第１及び第２の副共振器を統合するために使用される、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６１】
前記ＱスイッチはＡＯＭを含む、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６２】
前記レーザ出力パルスは空洞外波長変換器の使用によって異なる波長に変換される、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６３】
前記共通共振器副区域は１又はそれ以上の波長変換器を含む、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６４】
前記第１の副共振器区域は第１の副共振器パルスプロファイルを前記レーザパルスに与え、また前記第２の副共振器区域は第２の副共振器パルスプロファイルを前記レーザパルスに与える、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６５】
前記第１及び第２の副共振器プロファイルの前記開始は実質的に同時である、請求項６４に記載の固体レーザ。
【請求項６６】
前記レーザ出力パルスは前記第１及び第２の副共振器の前記パルスプロファイルに分離できない一時的なエネルギープロファイルを有する、請求項６４に記載の固体レーザ。
【請求項６７】
前記レーザ出力パルスは１Ｈｚより大きい繰り返し周波数で伝播される、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６８】
前記レーザ出力パルスは４０ｋＨｚを超える繰り返し周波数で伝播される、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項６９】
前記共通出力ポートは出力結合ミラーを含む、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項７０】
前記固体レーザ媒質はＣＷで励起される、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項７１】
前記レーザ出力パルスは即時にリンクを切断するために適切である、請求項５７に記載の固体レーザ。
【請求項７２】
レーザ励起光からレーザ励起光を受け取るための第１及び第２の固体レーザ媒質であってレーザ動作を容易にする第１及び第２の固体レーザ媒質と、
共通の光学路に沿って共通共振器副区域長を有する共通共振器副区域と、
前記共通の光学路に交差するために位置付けされるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタに近接して前記共通の光学路に交差する第１の副共振器路に沿って位置付けされる前記第１のレーザ媒質を含む第１の副共振器区域と、
前記ビームスプリッタに近接して前記共通の光学路に交差する第２の副共振器路に沿って位置付けされる前記第２のレーザ媒質を含む第２の副共振器区域とを含み、
前記第１の副共振器区域は第１の副共振器区域長を有し、前記第１の副共振器区域及び前記共通共振器区域は前記第１の副共振器長及び前記共通共振器長を含む第１の副共振器長を有する第１の副共振器を形成し、前記第１の副共振器長はスパイク特性を各レーザパルスに与え、
前記第２の副共振器区域は第２の副共振器区域長を有し、前記第２の副共振器区域及び前記共通共振器区域は前記第２の副共振器長及び前記共通共振器長を含む第２の副共振器長を有する第２の副共振器を形成し、前記第２の副共振器長はパルス幅特性を各レーザパルスに与え、前記第２の副共振器長は前記第１の副共振器長より長く、
前記共通共振器は、前記第１の副共振器から与えられる前記スパイク特性及び前記第２の副共振器から与えられるパルス幅特性を有するレーザパルスを伝搬させるために前記第２の副共振器の前記レーザ動作に前記第１の副共振器の前記レーザ動作を連係する、固体レーザ。
【請求項７３】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は同じレーザ生成材料を含む、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項７４】
前記第１及び第２の副共振器区域の前記固体レーザ媒質は実質的に類似の波長で放射する異なるレーザ生成材料を含む、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項７５】
前記第１及び第２のレーザ媒質は異なる大きさ又は異なる形状を有する、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項７６】
前記第１及び第２のレーザ媒質は異なるレベルで励起される、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項７７】
励起は前記第１及び第２のレーザ媒質に対して異なる時間に開始される、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項７８】
前記共通共振器区域は出力ポートを含む、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項７９】
前記共通共振器区域は前記レーザ動作を開始するＱスイッチを含む、請求項７８に記載の固体レーザ。
【請求項８０】
前記第１の副共振器区域は第１のＱスイッチを含み、また前記第２の副共振器区域は第２のＱスイッチを含む、請求項７８に記載の固体レーザ。
【請求項８１】
遅延は前記第１のＱスイッチ及び前記第２のＱスイッチ間で実行される、請求項８０に記載の固体レーザ。
【請求項８２】
遅延は前記第２のＱスイッチ及び前記第１のＱスイッチを開放することの間で実行される、請求項８０に記載の固体レーザ。
【請求項８３】
前記第１の副共振器区域は第１の出力ポートを含み、また前記第２の副共振器区域は第２の出力ポートを含み、各レーザパルスを前記第１の出力ポートを伝播する第１のレーザ出力及び前記第２の出力ポートを伝播する第２のレーザ出力に分割する、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項８４】
前記第１の副共振器区域は第１のＱスイッチを含み、また前記第２の副共振器区域は第２のＱスイッチを含む、請求項８３に記載の固体レーザ。
【請求項８５】
遅延は前記第１のＱスイッチ及び前記第２のＱスイッチを開放することの間で実行される、請求項８４に記載の固体レーザ。
【請求項８６】
遅延は前記第２のＱスイッチ及び前記第１のＱスイッチを開放することの間で実行される、請求項８４に記載の固体レーザ。
【請求項８７】
第１の波長変換器は前記第１の出力ポートからの第１のビーム路に沿って位置付けされ、及び／又は第２の波長変換器は前記第２の出力ポートからの第２のビーム路に沿って位置付けされる、請求項８６に記載の固体レーザ。
【請求項８８】
第１の波長変換器は前記第１の出力ポートからの第１のビーム路に沿って位置付けされ、及び／又は第２の波長変換器は前記第２の出力ポートからの第２のビーム路に沿って位置付けされる、請求項８３に記載の固体レーザ。
【請求項８９】
前記第１の波長変換器は第１の波長で前記第１のレーザ出力を提供し、また前記第２の波長変換器は前記大１の波長とは異なる第２の波長で前記第１のレーザ出力を提供する、請求項８８に記載の固体レーザ。
【請求項９０】
前記第１及び第２のレーザ出力の１つはＵＶ又は可視波長を含み、前記第１及び第２のレーザ出力の他方は可視波長又はＩＲ波長を含む、請求項８８に記載の固体レーザ。
【請求項９１】
前記第１のレーザ出力及び前記第２のレーザ出力は共通ビーム路に沿って結合され、またターゲットに方向付けられる、請求項８８に記載の固体レーザ。
【請求項９２】
前記第１及び第２のＱスイッチは４０ｋＨｚより大きい繰り返し周波数で伝播する、請求項８３に記載の固体レーザ。
【請求項９３】
前記固体レーザ媒質はＣＷで励起される、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項９４】
前記レーザ出力パルスは即時にリンクを切断するために適切である、請求項７２に記載の固体レーザ。
【請求項９５】
前記第１及び第２の固体レーザ媒質の１つはＮｄ：ＹＶＯを含み、また前記第１及び第２の固体レーザ媒質の他方はＮｄ：ＹＡＧを含む、請求項７２に記載の固体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レーザパルス幅及び／又はパワープロファイルを制御することは共通区域を共有する２又はそれ以上の副共振器を有するレーザを使用することによって強化できる。
【背景技術】
【０００２】
高パルス繰り返し周波数で稼働するダイオード励起（ＤＰ）レーザ、固体（ＳＳ）レーザはレーザ微細加工を含む種々の適用において幅広く使用される。これらのレーザにおいて、パルス幅は共振器設計によって概ね決定される。一旦、共振器が構成されると、所定の励起レベル及びパルス繰り返し周波数で所定のレーザ媒質に対するパルス幅又は一時的なパワープロファイルを変更する実用的な方法は少ない。しかし、他のレーザパルスパラメータを維持しつつ、いくつかの適用、例えば、特に積層物においてリンクを加工するために、パルス幅及び一時的なエネルギープロファイルの制御を良好に行うことが望ましい。
【０００３】
高速ダイオードマスター発振器／ファイバー増幅器（ＭＯＰＡ）形態を使用するレーザは約１ｎｓ〜１０ｎｓの調節可能なパルス幅を有する実質的に正方形のエネルギープロファイルレーザパルスを供給することができるが、現在のファイバー増幅器は、不規則な非偏光レーザ出力を供給し、近接基板又は他の材料に悪影響を及ぼすことなく、所望の微細加工操作を遂行するために十分小さい焦点ビームスポットサイズを達成する際、実際に困難性を課す不利な幅広い波長スペクトラム出力を典型的に有する。本特許出願の譲受人に譲渡されるサン等の米国特許出願番号第１０／９２１，４８１号及び第１０／９２１，７６５号は特定の適用に特別に調整されるエネルギープロファイルを有するＭＯＰＡを得るための方法を記載する。
【０００４】
また、電子光学（Ｅ−Ｏ）デバイスはレーザパルスのエネルギープロファイル又はパルス幅を再成形するために光学ゲートとして使用できる。しかし、高繰り返し周波数、特に約４０ｋＨｚ以上でＥ−Ｏデバイスを動作させること及びレーザパルスとＥ−Ｏデバイスの動作とを所望の精度で同期させることは、実際の制約上、極めて達成困難である。
【０００５】
異なる一時的なエネルギープロファイル及びパルス幅を各々が有するパルスを発生する２つの独立したレーザによって放射されるレーザパルスは、望ましい特徴を有する結合エネルギープロファイル及びパルス幅を理論的に結合できる。しかし、実際上、かかる独立して生成されるパルスの結合は、典型的なＱスイッチレーザに固有のレーザパルス開始制御信号に対してレーザパルスの開始を不規則に変動させるレーザパルスジッタの被害を受ける。多くの適用において、パルスジッタは、レーザ設計及びレーザパルス繰り返し周波数によって、しばしば５ｎｓ〜３０ｎｓより大きい。このジッタはしばしば大きすぎて望ましい精度で、特に結合パルスのセットが２００ｎｓ未満の間隔で生起することが望まれるとき、パルス結合を容易にすることができない。例えば、レーザリンク加工のような適用に対する一致した再生可能パルスエネルギープロファイルは１ｎｓの２つのパルス間でタイミング安定性を要求する可能性がある。この同期問題は高繰り返し周波数で、特に例えば約４０ｋＨｚを超えるとより深刻になる。
【特許文献１】米国特許出願番号第１０／９２１，４８１号
【特許文献２】米国特許出願番号第１０／９２１，７６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いくつかの実施例の目的は、エネルギープロファイル及び／又はレーザパルスのパルス幅を制御するレーザ及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある実施例はレーザ動作が実質的に自己同期されるように共通の共振器区域を２又はそれ以上の副共振器を使用する。各副共振器は、少なくとも１つの異なるパルスエネルギープロファイル及び／又はパルス幅特徴を提供するために適応される異なる構造形態、例えば共振器長さを有する。共振器の共有部分が出力ポートを含むとき、結果として生じるレーザ出力は副共振器によって与えられるエネルギープロファイル及び／又はパルス幅を併合する独自のレーザ出力パルスを提供する。いくつかの実施例において、副共振器は共通共振器区域のレーザ媒質を共有し、またいくつかの実施例において、各副共振器区域はそれ自体のレーザ媒質を持つことができる。ある実施例において、長短副共振器は、短い立ち上がり時間及び長いパルス幅を有するレーザパルスを発生させるために共通共振器区域を共有する。
【０００８】
いくつかの実施例において、共通共振器区域は高反射ミラーを含み、一方、各副共振器区域はそれ自体の出力ポートを有する。各副共振器からのレーザプロファイル特性は共振器の外部で再結合でき、一方、レーザパルスジッタの悪影響の多くが非常に軽減できる。副共振器出力の明確なプロファイルは、プロファイルが再結合され１つのレーザ出力パルスになる前に、レーザ出力パルスが特別に調整されたプロファイルを２以上のレーザ波長を使用して持つことができるようにする異なる光学高調波変換技術に付すことができる。他の実施例において、かかる異なる波長プロファイルは互いに対して異なる時間に生起するために制御できる。
【０００９】
本発明の追加の特徴及び利点は、添付図面に関連して進める、その好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、共通共振器区域１８を使用するためにビームスプリッタ１６に一体化された長副共振器１２及び短副共振器１４を有するレーザ１０の概略図である。ビームスプリッタ１６は、発振が長副共振器１２及び短副共振器１４の両方において実質的に同時に確立できるようにするために部分的に反射性及び透過性を有するミラーにすることができる。ビームスプリッタ１６は、代替として、短副共振器１４において実質的にｐ−偏光レーザビームの発振及び長副共振器１２において実質的にｓ−偏光レーザビームの発振を許容する偏光器にすることができる。
【００１１】
図１に関して、長副共振器１２は、光学路２６に沿って配置される長副共振器ミラー２２及び出力ポート２４によって規定される。長副共振器１２は共通共振器区域１８及び長副共振器区域２８を含む。短副共振器１４は短副共振器ミラー３４及び出力ポート２４によって規定でき、したがって、共通共振器区域１８及び短副共振器区域３６を含む。レーザ１０はまた、損失軽減ミラー４０を有する選択損失軽減副区域３８を使用できる。長副共振器ミラー２２、短副共振器ミラー３４及び選択損失ミラー４０は好ましくはすべて、共通共振器区域１８に配置されるレーザ媒質４２によって生成される望ましい波長に対して高反射性（ＨＲ）を有する。
【００１２】
レーザ媒質４２は好ましくは、慣用の固体レーザ生成物、例えばＮｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶ４又はＹｂ：ＹＡＧを含み、それらの典型的なレーザ波長のすべて及びそれの高調波を利用可能にする。いくつかの実施例において、レーザ媒質４２は１又はそれ以上のダイオード又はダイオードアレイ（図示せず）によって側面から直接又は間接的に励起される。しかし、当業者は、励起源が長共振器ミラー２２、短共振器ミラー３４又は選択損失軽減ミラー４０の１又はそれ以上の後部に、それらが所望の励起波長で入力カプラであるように適切に適応されるならば、配置できることを理解する。他の周知の光学構成部品（図示せず）は追加的に又は代替的に端部励起を容易にするために使用できる。当業者はまた、１又はそれ以上のランプ、レーザ又は他の励起デバイスが励起光を提供するために使用でき、またレーザ媒質４２は、異なるタイプのレーザ媒質、例えばガス、ＣＯ２、エキシマー又は銅蒸散レーザ媒質を代替的に使用できることを理解する。 
【００１３】
共通共振器区域１８はまた、好ましくは光学路２６に沿って配置されるＱスイッチ４４、例えば音響光学変調器（ＡＯＭ）又は電子光学変調器（ＥＯＭ）を含む。開口４８はまた、共通共振器区域１８に含むことができ、レーザ媒質４２又はＱスイッチ４４及び出力ポート２４間に好ましくは配置できる。出力ポート２４は好ましくは、レーザ媒質４２によって発生される好ましい波長に対して部分的に反射性（ＰＴ）（約５％〜２０％透過性）を有する出力結合ミラーである。
【００１４】
模範的なレーザ出力繰り返し周波数は約１Ｈｚより大きい、約１ｋＨｚより大きい、約２５Ｈｚより大きい、約４０ｋＨｚより大きい、又は約１００ｋＨｚより大きい、また約５００ｋＨｚまで又は約５００ｋＨｚより大きい。典型的な実施例において、他のパルスパラメータは、限定的ではないが、０．１μＪから１０μＪのレーザエネルギー及び約１Ｈｚから約５００ｋＨｚまでのレーザ出力繰り返し周波数でさらに１００ｍＪまでのレーザエネルギーをも含む。
【００１５】
所望により、１又はそれ以上の波長変換器５２は、レーザ出力５０ａを高調波レーザ出力に変換するために共通共振器区域１８の外部の光学路２６に沿って位置付けできる。各波長変換器５２は、レーザ波長変換用に１又はそれ以上の非線形水晶、例えばＫＴＰ（カリウムチタンリン酸化物、ＫＴｉＯＰＯ４）、ＢＢＯ（ベータバリウムホウ酸塩、β−ＢａＢ２Ｏ４）及びＬＢＯ（リチウム３ホウ酸塩、ＬｉＢ３Ｏ５）を好ましくは含む。典型的な基本レーザ波長は、限定的ではないが、５３２ｎｍ（２倍周波数）、３５５ｎｍ（３倍周波数）、２６６ｎｍ（４倍周波数）、及び２１３ｎｍ（８倍周波数）を有する１０６４ｎｍを含む。当業者は、波長変換器５２が代替的に空洞内周波数変換用に共通共振器区域１８内に配置できることを理解する。
【００１６】
短副共振器１４及び長副共振器１２は共通共振器区域１８を共有するので、両方の副共振器１２、１４においてレーザエネルギー及びレーザ動作は結合される。レーザ動作のこの結合はある副共振器から他の副共振器への注入播種に類似し、２つの（又はそれ以上の）副共振器は高プロファイル安定性を有する単一のレーザパルスに実質的に自己同期される。
【００１７】
図２Ａは、共通共振器区域８８ａを使用するために長副共振器８２ａ及びビームスプリッタ１６に一体的な短副共振器８４ａを有するレーザ８０ａの概略図である。共通共振器区域８８ａは長副共振器８２ａを形成するために短副共振器区域９４ａに光学的に関連する。図２Ａのレーザ８０ａは図１のレーザに非常に類似し、それらの対応構成の多くは同様に番号付けされる。
【００１８】
レーザ８０の１つの大きな相違は、レーザ出力５０ｂ〜ｉのパルスのエネルギープロファイル１６０（図４〜７）においてより多くの多用途性を許容するために、長副共振器区域９２ａがレーザ媒質４２ａを含み、また短副共振器区域９４ａがレーザ媒質４２ｂを含むことである。ほとんどの実施例において、レーザ媒質４２ａ、４２ｂは同じレーザ生成物を好ましくは含むが、当業者は、レーザ媒質４２ａはレーザ媒質４２ｂとは、例えば、組成、サイズ、形態又はドーパント濃度において、それらのレーザ波長が実質的に類似である限り、異なり得ることを理解する。ある実施例おいて、レーザ媒質４２ａは棒状、円盤状、直方体状、球状、チップ状、スラブ状又は他の形状を有し、またレーザ媒質４２ｂはこれらの形状の異なるものを有する。
【００１９】
いくつかの実施例において、レーザ媒質４２ａ、４２ｂは、従来から公知の駆動電子機器の使用によって同じ励起レベル及びタイミングスキームで同じ励起源によって同じ励起結合方法で励起される。いくつかの適用、例えばリンク切断に関して、ＣＷ励起は概して好ましい。他の実施例において、レーザ媒質４２ａ，４２ｂは異なる励起源によって及び／又は従来から公知の駆動電子機器の使用によって同じ励起レベル及びタイミングスキームで異なる励起結合方法で励起される。いくつかの実施例において、例えば、レーザ媒質４２ａは終端励起でき、一方、レーザ媒質４２ｂは側部励起され、又はその逆である。
【００２０】
共通の共振器区域８８ａはまた、レーザ媒質４２を含むことができるが、かかる実施例はそれほど好ましくない。光学偏光器９０は、長副共振器区域９２ａ及び短副共振器区域９４ａの両方において使用でき、実例として長副共振器区域９２ａ内に配置される光学偏光器９０が示される。
【００２１】
図２Ｂは、レーザ８０ａに非常に類似する代替レーザ８０ｂの概略図であり、それらの対応構成の多くは同様に参照番号が付される。１つの大きな相違は、共通Ｑスイッチ４４が共通共振器区域８８ｂから除去され、また２つの独立Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂ（例えば、ＡＯＭ）が長短副共振器区域９２ｂ、９４ｂに各々挿入されるということである。Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂは同じ時間に単一のドライバ（例えば、不図示のＲＦドライバ）又は別個であるが同期独立ドライバによって開始できる。
【００２２】
代替として、Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂはレーザ出力５０ｂ２のパルスのプロファイル１６０の調整能力をさらに強化するために別個の独立ドライバによって異なる時間に開始できる。２つの副共振器８２ｂ、８４ｂ間のレーザエネルギー結合を保証にするために、当業者は、Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂの開始間の遅延時間が、後で開始されるＱスイッチはレーザ動作が他のＱスイッチを収容する副共振器内で停止する前に開始されるように制限されることを理解する。偏光器９０は図２Ｂに示されていないが、偏光器は１又はそれ以上の副共振器区域９２ｂ、９４ｂ及び／又は共通共振器区域８８ｂに使用できる。
【００２３】
図３Ａは、共通共振器区域１８８ａを使用するためにビームスプリッタ１６に一体的な長副共振器１１２ａ及び短副共振器１１４ａを有するレーザ１１０ａの概略図である。共通共振器区域１１８ａは長副共振器１１２ａを形成するために長副共振器区域１２２ａに光学的に関連し、また共通共振器区域１１８ａは短副共振器１１４ａを形成するために短副共振器区域１２４ａに光学的に関連する。図３Ａのレーザ１１０ａは図２Ａのレーザ８０ａに非常に類似し、それらの対応構成の多くは同様に番号付けされる。これらのレーザ間の１つの大きな相違は、レーザ１１０ａにおいて、出力ポート２４が高反射ミラーで置換され、長短副共振器ミラー２２、３４が、レーザ出力５０ｃ１、５０ｄ１の別個であるが一時的に同期されるプロファイル１５０、１５２（図４〜７）を提供するために短長出力ポート２４ｃ、２４ｄで置換されることである。１又はそれ以上の追加の又は代替的な開口４８はレーザ媒質４２ｃ及び出力ポート２４ｃ間の副共振器区域１２２ａ内に、またレーザ媒質４２ｄ及び出力ポート２４ｄ間の副共振器区域１２４ａ内に含むことができる。
【００２４】
当業者は、レーザ出力５０ｃ１、５０ｄ１のプロファイル１５０、１５２が再結合されるかどうかにかかわらず、これらのプロファイル１５０、１５２は、高タイミング精度で共通共振器区域によって一時的に結合されるので、特別に調整されたエネルギープロファイル特性を有する単一の一時的なパルスを形成するために考慮することができることを理解する。レーザ出力５０ｃ１、５０ｄ１は、特別に調整されたパルスを有する同期レーザ出力５０ｅ１を提供するために、慣用の光学機器、例えばミラー１３０，結合器１３２を通して方向付けられ再結合できる。代替的に、レーザ出力は５０ｃ１、５０ｄ１は、別個のターゲット又はターゲット位置に衝突する異なるエネルギープロファイル部分を特別に調整された同期パルスに提供するために独立して使用できる。
【００２５】
レーザ出力５０ｃ、５０ｄはまた、それぞれ、同じ又は異なる波長変換を提供できる選択波長変換器５２ｃ、５２ｄを通過することができる。ある例において、レーザ出力５０ｃは第２の高調波長に変換され、またレーザ出力５０ｄは第４の高調波長に変換される。かかるレーザ出力５０ｃ１、５０ｄ１は、各パルスが２又はそれ以上の選択波長を含むようにレーザ出力５０ｅ１の特別に調整されたパルスを提供するために再結合できる
【００２６】
図３Ｂは、図３Ａに示されるレーザ１１０ａに非常に類似する代替レーザ１１０ｂの概略図であり、それらの対応構成の多くは同様に参照番号が付される。１つの大きな相違は、共通Ｑスイッチ４４が共通共振器区域１１８ｂから除去され、また２つの独立Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂ（例えば、ＡＯＭ）が長短副共振器区域１２２ｂ、１２４ｂに各々挿入されるということである。Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂは同じ時間に単一のドライバ（例えば、不図示のＲＦドライバ）又は別個であるが同期独立ドライバによって開始できる。
【００２７】
Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂはレーザ出力５０ｅ２のパルスのプロファイル１６０の調整能力をさらに強化するために別個の独立ドライバによって異なる時間に開始できる。いくつかの実施例において、Ｑスイッチ４４ａ、４４ｂ（又はその逆）の開始間の遅延時間は、レーザ開始Ｑスイッチが、２つの副共振器１１２ｂ、１１４ｂ間のレーザエネルギー結合を保証にするために、レーザ動作が他のＱスイッチを収容する副共振器内で停止する前に開始できるように制限できる。
【００２８】
模範的な実施例のいくつかによって提供されるレーザ出力５０ａ，５０ｂ１，５０ｂ２，５０ｃ１，５０ｃ２，５０ｄ１，５０ｄ２，５０ｅ１，５０ｅ２（総称して、レーザ出力５０）は、ターゲット位置決めシステムによって移動できる各ターゲットにビーム供給システムによって好ましくは方向付けられる。ビーム供給システムは、種々の選択的な慣用の光学要素、例えばビーム拡大器、ミラー及び焦点レンズを焦点スポットサイズを生成するために含むことができる。リンク加工のために、焦点レーザスポット径は典型的に、約０．５μｍ及び約３μｍ間の範囲内であり、好ましくは、リンク幅、リンクピッチサイズ、リンク材料及び他のリンク構造やプロセス考慮事項によってリンクの幅より４０％から１００％大きい。他のレーザ適用に対しては、レーザスポットサイズは数十ミクロンから数百ミクロンに適用要件を満たすために調節できる。
【００２９】
好ましいビーム供給位置決めシステムは、集積回路上の焦点ビームを位置決めする方法及び装置に関するオーバベックの米国特許第４，５３２，４０２号に詳細に記載される。かかる位置決めシステムは、本特許出願の譲受人に譲渡されるカットラー等の米国特許第５，７５１，５８５号、カットラーの米国特許第６，４３０，４６５号Ｂ２、ウンラス等の米国特許第６，８１６，２９４号及び／又はバレット等の米国特許第６，７０６，９９９号に記載される改良例又はビーム位置決め器を代替的に又は追加的に使用できる。他の固定ヘッドシステム、高速位置決めヘッドシステム、例えばガルバノメータ制御ミラー、圧電制御ミラー、音声コイル制御ミラー又は慣用の線形モータ駆動位置決めシステム又はオレゴン州ポートランドのエレクトロサイエンティフィックインダストリー社（ＥＳＩ）によって製造される５３００、９３００又は９０００モデルシリーズのそれらのものも使用できる。 
【００３０】
各レーザパルスの全体持続時間は１０００ｎｓより短い（典型的には３００〜５００ｎｓより短い）ので、典型的なリンク加工位置決めシステムは約０．１μｍ未満（リンク幅より短い距離）のレーザスポット位置をかかる１０００ｎｓ期間内で移動できる。したがって、レーザシステムはオンザフライでリンクを加工できる。すなわち、位置決めシステムはレーザシステムがレーザパルスを放射するとき移動を停止する必要がない。いくつかの実施例において、長短副共振器プロファイルのレーザスポットはスパイク又はピークが位置付けされるときに関係なく、リンク幅を含む。
【００３１】
再度、図１〜図３に関して、長副共振器１２、８２ａ、８２ｂ、１１２ａ、１１２ｂ（総称して、長副共振器１２）は異なり、また所望の特性をレーザ出力５０に提供するために独立して選択される。ある実施例において、長共振器１２および短共振器１４の長さは、特定のパルスプロファイル特性をレーザ出力５０に与えるために選択される。特に、短共振器区域３６、９４ａ、９４ｂ、１２４ａ、１２４ｂ（総称して、短副共振器区域３６）は、短い持続期間立ち上がりエッジをレーザ出力５０のパルスに与えるために、それぞれ、共通共振器区域１８、８８ａ、８８ｂ、１１８ａ、１１８ｂ（総称して、共通共振器区域１８）の長さに協働するように調節され、また長共振器区域２８、９２ａ、９２ｂ、１２２ａ、１２２ｂ（総称して、長副共振器２８）は、長いパルス幅をレーザ出力５０のパルスに与えるために、それぞれ、各共通共振器区域１８の長さに協働するように調節される。これらのパルス特性の特定値は独立して選択でき、短副共振器区域３６、長副共振器区域２８及び共通共振器区域１８の長さ又は他の特性は、レーザ出力５０の所望のパルスプロファイルを達成するために他のレーザパラメータに協働して選択される。
【００３２】
共振器特性及びパルスプロファイル間の関係は比較的複雑である。しかし、所定の励起エネルギーに関する所定のレーザゲイン要因に対して、パルス幅は、光子がレーザ期間中に共振器及びミラー間に作る「往復路」の数に概して依存する。したがって、所定のレーザ媒質４２、所定の励起レベル及び所定のパルス繰り返し周波数を有する類似のパラメータ下で動作される特定のレーザに対して、 パルス幅は空洞長に概して直接的に比例する。したがって、概して、空洞が短ければ、パルス幅は短くなり、空洞が長ければ、長くなる。リンク加工例において、３Ｗダイオードによって励起される８〜１０ｃｍの共振器を有する典型的なＮｄ：ＹＡＧレーザは２０ｋＨｚで約１０ｎｓのパルス幅を有する。したがって、他のパラメータをほぼ同じに維持しかつ選択的に共振器を短くすることによって、５ｎｓパルス幅を得ることができ、選択的に共振器を長くすることによって、例えば２０ｎｓのパルス幅を得ることができる。また、立ち上がり時間はパルス幅によって影響を受ける。立ち上がり時間は最大ピークパワーの半分の全幅（最大パワーのパルスプロファイルのポイント間の時間）に概して近似する。したがって、より短いパルス幅はより短い立ち上がり時間が規定されるときに生じる。
【００３３】
したがって、各副共振器の構成は、公知の技術に従って、独立したパルス伝播特性の発生を容易にするために当業者によって調整できる。例えば、高反射ミラーの配置及び曲率、レーザ媒質４２の表面の曲率及び長さ、及び励起ドープレベルはすべて、２つの結合した副共振器からの特定の伝播特性を、それらが工作物の表面に整列した実質的に類似のスポットサイズを生成するようにするために十分類似させるために調節される。代替として、各副共振器の構成は、特定の伝播特性、例えばスポットサイズは故意に異なるように調整できる。出力カプラの透過性もまた、パルス持続期間に影響を与えるように調節できる。より大きい透過性はパルス幅を減少させる関係はより小さい透過性がパルス幅を増加させる関係と同じである。
【００３４】
本明細書に記載されるレーザから派生される特別に調整されたパルス波形でリンク加工することは、スループットを犠牲にすることなく、慣用のリンク加工よりも幅広い加工ウインドウ及び切断リンクの優れた品質を提供する。レーザ出力パルスの多用途性によって、特定のリンク特性又は他のレーザ加工操作に良好な調整を可能にする。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃ（総称して、図４）は仮想短副共振器プロファイル１５０及び仮想長副共振器プロファイル１５２の各々のパワー対時間のグラフを示す。短副共振器プロファイル１５０及び長副共振器プロファイル１５２は、それらが結合されなければ、各共振器が独立して何を提供するかを示すことができるが、かかる短副共振器プロファイル１５０及び長副共振器プロファイル１５２は模範的な実施例の多くにおいて、例えば図１，２Ａ，２Ｂに示されるもののように別々に存在しないという意味において仮想的である。
【００３６】
図４Ａに関して、いくつかの実施例について、短副共振器区域３６は模範的な２ｎｓ〜１５ｎｓの短いパルス幅及び約８ｎｓ未満の、好ましくは約５ｎｓ未満の立ち上がり時間を有する短副共振器プロファイル１５０を提供するように適応されている。当業者は、かかる短副共振器プロファイル１５０のパルス幅及び立ち上がり時間の種々の副範囲又は代替範囲は可能であるということを理解する。ある模範的な代替範囲は１０ｎｓ未満のパルス幅及び２ｎｓの立ち上がり時間を含む。
【００３７】
図４Ｂに関して、いくつかの実施例について、長副共振器区域２８は模範的な１０ｎｓを超える長いパルス幅及び好ましくは１５ｎｓ〜５０ｎｓのパルス幅及び５ｎｓより長い、典型的には８ｎｓ又は１０ｎｓより長い立ち上がり時間を有する長副共振器プロファイル１５２を提供するように適応されている。当業者は、かかる長副共振器プロファイル１５２のパルス幅及び立ち上がり時間の種々の代替範囲は可能であるということを理解する。いくつかの模範的な代替範囲は１５ｎｓ〜３０ｎｓのパルス幅又は２０ｎｓを超えるパルス幅を含む。
【００３８】
図４Ｃに関して、パワープロファイル１６０は、仮想短副共振器１５０及び仮想長副共振器１５２から得られるスパイク、立ち上がり時間及びパルス幅特性を有する特別に調整されたエネルギープロファイルを示す。各パワープロファイル１６０ａは、概して仮想プロファイル１５０，１５２の合計となり得るレーザ出力１５２の単一の一時的なパルスのパワープロファイルを示す。しかし、当業者は、仮想プロファイル１５０，１５２が全体として加算的になり得ず、また仮想的プロファイル１５０、１５２の他の派生物がパワープロファイル１６０を生成できることを理解する。パワープロファイル１６０ａは短立ち上がり時間及び長パルス幅を有するとして特徴付けることができる。代替として、パワープロファイル１６０ａは別個のピークを有する２つの付加スパイクを有するとして特徴付けることができる。ピークは約１５ｎｓから約３００ｎｓの期間内で好ましくは分離され、各パルスの持続期間は３００ｎｓより大きくすることができる。
【００３９】
短副共振器区域３６によって与えられる短い立ち上がり時間（及びある程度、より高いピークパワー）は、例えば半導体メモリリンクを覆うほとんどのパッシベーション層又は他の層を綺麗に除去することを促進し、いくつかの実施例において、同様にリンクの除去さえも開始する。長副共振器１２から寄与されるより長いパルス幅及びより低いピークパワーは、上部又は隣接基板の整合性を危うくすることなく、リンク除去を完了するのに役立つ。
【００４０】
図５Ａ〜５Ｃ（総称して、図５）は、模範的な時間遅延Ｔｄ１が使用されるとき、仮想副共振器プロファイル１５０及び長副共振器プロファイル１５２の各々及び模範的な特別に調整されたプロファイル１６０ｂのパワー対時間のグラフを示す。
【００４１】
図２Ｂ，３Ｂ，５に関して、別個の副共振器区域にＱスイッチ４４ａ、４４ｂを有するレーザ８０ｂ、１１０ｂによって例示される実施例は短長副共振器又はその逆のレーザ動作の開始間の時間遅延（一般的に、Ｔｄ）を導入するのに十分適する。図５に示される典型的な実施例において、長副共振器８２のＱスイッチ４４ａは、特別に調整されたプロファイル１６０ｂを生成するために、Ｑスイッチ４４ｂが短副共振器８４で開放された後まもなく短い遅延時間Ｔｄ１で開放される。各パワープロファイル１６０ｂはレーザ出力５０の単一の一時的なパルスのパワープロファイルを示す。上述のように、仮想プロファイル１５０，１５２は全体として追加しても、追加しなくてもよく、又はそれらの他の派生物はパワープロファイル１６０ｂの変化例を生成できる。
【００４２】
同様に、図６Ａ〜図６Ｃ（総称して、図６）は、模範的な時間遅延Ｔｄ２が使用されるとき、仮想副共振器プロファイル１５０及び長副共振器プロファイル１５２の各々及び模範的な特別に調整されたプロファイル１６０ｃのパワー対時間のグラフを示す。図６に示される典型的な実施例において、長副共振器８２のＱスイッチ４４ａは、特別に調整されたプロファイル１６０ｃを生成するために、短副共振器８４でレーザ動作が停止する直前に終了する長い遅延時間Ｔｄ２後に開状態になる。各パワープロファイル１６０ｃはレーザ出力５０の単一の一時的なパルスのパワープロファイルを示す。上述のように、仮想プロファイル１５０，１５２は全体として、追加しても、追加しなくてもよく、又はそれらの他の派生物はパワープロファイル１６０ｃの変化例を生成できる。
【００４３】
図７Ａ〜図７Ｃ（総称して、図７）は、模範的な時間遅延Ｔｄ３が使用されるとき、短副共振器プロファイル１５０、長副共振器プロファイル１５２及び模範的な特別に調整されたプロファイル１６０ｄのパワー対時間のグラフを示す。図７に示される典型的な実施例において、短副共振器８４のＡＯＭ４４ｂは、特別に調整されたプロファイル１６０ｂを生成するためにプロファイル１５２のスパイクについてプロファイル１５０のスパイクを実質的に中央にする中間遅延時間Ｔｄ３を有するＡＯＭ４４ａの後に開状態になる。各パワープロファイル１６０ｄはレーザ出力５０の単一の一時的なパルスのパワープロファイルを示す。上述のように、仮想プロファイル１５０，１５２は全体として追加しても、追加しなくてもよく、又はそれらの他の派生物はパワープロファイル１６０ｄの変化例を生成できる。
【００４４】
レーザ１０、８０ａ、８０ｂに関して、各出力ポートで放射されるパルスのレーザプロファイル１６０は、（偏光要素が使用されない限り）結合した副共振器からのそれらの仮想プロファイル１５０，１５２に一般的に切り離せない。しかし、当業者は、短副共振器プロファイル１５０及び長副共振器プロファイル１５２がレーザ１１０ａ、１１０ｂからの別個のレーザ１１０ａ、１１０ｂから現れ、プロファイル高安定性及びパルス対パルス一致性を有するプロファイル１６０を有するレーザ出力５０の単一のパルスを提供するために順次再結合されることを理解する。
【００４５】
レーザ１１０ａ、１１０ｂの代替実施例はプロファイル１６０に対して種々の独自の有用な可能性を許容する。ある実施例において、ＵＶ波長範囲において短い立ち上がり時間及びグリーン波長範囲において長いパルス幅を有するプロファイル１６０を提供するために、短副共振器１５０プロファイルは調和的に紫外波長（ＵＶ）に変換され、また長副共振器１５２プロファイルは調和的にグリーン波長に変換される。別の実施例において、３５５ｎｍで短い立ち上がり時間及び１０６４ｎｍで長いパルス幅を有するプロファイル１６０を提供するために、短共振器プロファイル１５０は調和的に３５５ｎｍ波長に変換され、また長副共振器１５２プロファイルは１０６４ｎｍ基本波長を維持する。また、別の実施例において、１．３２μｍの基本波長は、紫又は青波長で短い立ち上がり時間及び１．３２μｍ波長で長いパルス幅を有するレーザ出力パルスを提供するために、長副共振器プロファイル１５２及び調和的に２倍（６６０ｎｍ）又は３倍（４４０ｎｍ）の短共振器プロファイル１５０を生成するために使用される。最初の小さいスポットサイズのＵＶ短副共振器プロファイル１５０は上部パッシベーション層を融解又は切断するために使用でき、窪みサイズを最小限にしかつひび割れの広がり又は形成を軽減しつつ、リンクの一部を除去する。その後、大きいスポットサイズの可視又はＩＲ長副共振器プロファイル１５２はリンクの残りを特に、慣用の可視又はＩＲ出力パルスエネルギー又はピークパワー未満でシリコン又は他の基板に対するダメージの危険を軽減して除去する。
【００４６】
代替として、短副共振器プロファイル１５０のスパイクは長副共振器プロファイル１５２のパルス幅にしたがってどこか他の場所で生起するために遅延される。かかる遅延スパイクは、例えば、埋設パッシベーション層を通して加工するのに有用である。代替として、可視又はＩＲスパイクは他の適用に対して所望によりＵＶ長副共振器プロファイル１５２のパルス幅にしたがってどこかで生起するために導入できる。
【００４７】
異なる波長で異なるプロファイル部分に対するパルスを特別に調整する能力は特別の多用途性を加える。リンクブローイング及び他の適用に対する慣用のＩＲレーザ波長及びそれらの高調波の混合によって、ターゲットのいくつかの層を加工するためにより小さいレーザビームスポットサイズを使用することができ、そのターゲットの他の層に対しては問題が少ない波長を使用することができる。新材料又は寸法は、レーザ出力５０のプロファイル及び持続時間が調整でき、また下位又は隣接パッシベーション構造にダメージを与える危険を減少させるので使用できる。
【００４８】
約１．０６μｍより非常に短い波長は約１．５μｍ未満の臨界的なスポットサイズ径を生成するために使用できるので、レーザ出力５０で加工されるリンク間の中心対中心ピッチは、慣用の単一ＩＲレーザビーム切断パルスによって膨張したリンク間のピッチより実質的に小さくすることができる。したがって、より狭くより密集したリンクの加工は容易にでき、より良好にリンクを除去し、リンクが互いに近くに配置されるのを許容し、回路密度を減少させる。
【００４９】
同様に、レーザパルスのパワープロファイル１６０をより良好に調整する多用途性は異なる又はより複雑なパッシベーション特性を調節する良好な柔軟性を提供する。例えば、リンクの上方又は下方のパッシベーション層は伝統的な材料以外の材料で製造でき、所望によって典型的な高さ以外に改変できる。
【００５０】
上部パッシベーション層は慣用のパッシベーション材料、例えば二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化珪素（ＳｉＯＮ）及び窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を含むことができる。下部パッシベーション層は上部パッシベーション層と同じパッシベーション材料又は異なるパッシベーション材料を含むことができる。特に、ターゲット構造の下部パッシベーション層は、限定的ではないが、低Ｋ材料、低Ｋ誘電材料、低Ｋ酸化物ベース誘電材料、オルトケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、ケイフッ化ガラス、有機ケイ酸塩ガラス、テトラエチルオルトケイ酸塩ベース酸化物（ＴＥＯＳベース酸化物）、メチルトリエトキシオルトケイ酸塩（ＭＴＥＯＳ）、プロピレングリコールモノメチル酢酸エーテル（ＰＧＭＥＡ）、ケイ酸エステル、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、ポリアリレンエステル、ベンゾチクロブテン（ＢＣＢ）、ＳｉＣＯＨ又はＳｉＣＯＨ−誘導フィルム（例えば、アプライドマテリアル社販売「ブラックダイヤモンド」）、又はスピンオンベース低Ｋ誘電ポリマー（例えば、ダウケミカルカンパニー販売「ＳｉＬＫ」）から形成されるを含む脆い材料から形成できる。これらの材料のいくつかから製造される下部パッシベーション層は、それらのターゲットとされるリンクが慣用的に成形されたレーザパルスのリンク除去動作によって膨張又は切断されるとき、ひび割れる傾向がより大きい。当業者は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、低Ｋ材料、低Ｋ誘電材料、低Ｋ酸化物から造られる誘電材料、ＯＳＧ、ケイフッ化ガラス、有機ケイ酸塩ガラス、ＨＳＱ、ＭＳＱ、ＢＣＢ、ＳｉＬＫ（商標）、ブラックダイアモンド（商標）は実際の層材料であり、ＴＥＯＳ、ＭＴＥＯＳ及びポリアリレンエーテルは半導体凝縮前駆体材料であることを理解する。より新規な上部パッシベーション層のいくつかは慣用のレーザ加工を受け入れがたく、及び／又は下部パッシベーション層のいくつかは慣用のレーザ加工に対してより敏感であるとしても、本明細書に記載される技術は、異なる特性を有する層を処理するとき、より大きい多様性を示す。
【００５１】
多くの変形が本発明の基礎原理から逸脱することなく、上述の実施例の細部に対して行うことができることを当該技術分野の当業者には自明である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】レーザ媒質及び出力ポートを含む共通共振器区域を有する２つの副共振器からなるレーザの概略図である。
【図２Ａ】レーザ媒質が収容されていない共通共鳴区域を共有するレーザ媒質を各々含む２つの副共振器からなるレーザの概略図である。
【図２Ｂ】２つの副共振器からなる代替レーザの概略図であり、各副共振器はレーザ媒質が収容されていない共通共振器区域を共有するレーザ媒質及びＡＯＭ１を含む。
【図３Ａ】２つの副共振器からなるレーザの概略図であり、各副共振器は高反射ミラーを有する共通共振器区域を共有する、レーザ媒質及び出力ポートを含む。
【図３Ｂ】２つの副共振器からなる代替レーザの概略図であり、各副共振器は高反射ミラーを有する共通共振器区域を共有する、レーザ媒質、ＡＯＭ及び出力ポートを含む。
【図４Ａ】結果として生じる出力パルスの短副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図４Ｂ】結果として生じる出力パルスの長副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図４Ｃ】結果として生じる出力パルスの特別に調整されたプロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図５Ａ】第１の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの短副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図５Ｂ】第１の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの長副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図５Ｃ】第１の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの特別に調整されたプロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図６Ａ】第２の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの短副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図６Ｂ】第２の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの長副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図６Ｃ】第２の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの特別に調整されたプロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図７Ａ】第３の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの短副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図７Ｂ】第３の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの長副共振器プロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図７Ｃ】第３の模範的な時間遅延が用いられるとき、結果として生じる出力パルスの特別に調整されたプロファイルのパワー対時間のグラフを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【国際調査報告】
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