(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物をレーザで加工する方法であって、
複数の時間パルスプロファイルをそれぞれのターゲット分類と関連付けるステップであって、各時間パルスプロファイルは対応する前記ターゲット分類におけるターゲットタイプ向けに調整され、少なくとも第１時間パルスプロファイルは第２時間パルスプロファイルとは異なる形状を有する、ステップと、
前記加工対象物上の加工する第１ターゲットを選択するステップであって、前記選択される第１ターゲットは前記第１時間パルスプロファイルに関連付けられた第１ターゲット分類に対応し、前記加工対象物上の第２ターゲットは第２ターゲット分類に対応する第２時間パルスプロファイルに関連付けられている、ステップと、
レーザ源が前記選択された第１ターゲットに対してレーザパルスを出射するよう指示され前記加工対象物を即座にレーザ加工する間において、
（Ａ）前記第２ターゲットの選択ではなく前記加工する第１ターゲットの選択に応じて、前記第１ターゲットを加工するために前記第１時間パルスプロファイルを選択し、
（Ｂ）前記選択された第１時間パルスプロファイルにしたがってレーザパルスを整形するように構成されたレーザシステム入力パラメータに基づき前記レーザパルスを生成する、
ステップと、
前記生成されたレーザパルスを検出するステップと、
前記生成されたレーザパルスを前記選択された第１時間パルスプロファイルと比較するステップと、
前記比較に基づき前記レーザシステム入力パラメータを調整するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１時間パルスプロファイルの第１部分は、第１期間の間においてパワー先端部を有し、
前記第１時間パルスプロファイルの第２部分は、第２期間の間においてパワー平坦部を有し、
前記第１期間は前記第２期間よりも実質的に短い
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記比較するステップは、ピークパルスパワー、パルス立ち上がり時間、パルス幅を含むグループから選択された、前記検出されたレーザパルスの１以上の特性を測定するステップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記パルス幅を測定するステップは、前記パルスパワーが前記ピークパルスパワーの所定パーセントに略一致するときの第１時間と最終時間の間の時間間隔を判定するステップを有する
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記パルス幅を測定するステップは、下記式で定義される時間積分２乗（ＴＩＳ）パルス幅を判定するステップを有する
ことを特徴とする請求項３記載の方法。
【数１】
0005766111.tif 000006
【請求項６】
さらに、前記第１ターゲット分類に関連付けられた前記第１時間パルスプロファイルと比較して前記検出されたレーザパルスの統計的測定基準を判定するステップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記統計的測定基準は、標準偏差、時間微分の標準偏差、２乗平均平方根（ＲＭＳ）、絶対誤差の積分を含むグループから選択されている
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１時間パルスプロファイルは、第１期間における第１パルス特性に対応する第１部分と、第２期間における第２パルス特性に対応する第２部分と、を有し、
前記比較するステップは、前記第１時間パルスプロファイルの前記第１部分に対応する先端部を、前記先端部の最大パワーに対応するピーク高さを測定することによって特徴付けるステップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
さらに、前記先端部のパワーレベルが前記先端部のピーク高さと前記第１時間パルスプロファイルの前記第２部分に対応する最大パワーレベルの間の所定パワーレベルに略一致する、第１時間と最終時間との間の時間間隔に対応する幅を測定するステップを有する  ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記先端部の前記パワーレベルが前記先端部のピーク高さの所定パーセントに略一致する、第１時間と最終時間の平均に対応するピーク時間を測定するステップを有する
ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
加工対象物をレーザで加工するシステムであって、
複数の時間パルスプロファイルとそれぞれのターゲット分類との対応関連を格納したメモリデバイスであって、各時間パルスプロファイルは対応する前記ターゲット分類におけるターゲットタイプ向けに調整され、少なくとも第１時間パルスプロファイルは第２時間パルスプロファイルとは異なる形状を有する、メモリデバイスと、
前記加工対象物上の加工する第１ターゲットを選択するコントローラであって、前記選択される第１ターゲットは前記第１時間パルスプロファイルに関連付けられた第１ターゲット分類に対応し、前記加工対象物上の第２ターゲットは第２ターゲット分類に対応する第２時間パルスプロファイルに関連付けられており、前記加工対象物を即座にレーザ加工する間においてかつ前記第２ターゲットの選択ではなく前記加工する第１ターゲットの選択に応じて、前記第１ターゲットを加工するために前記第１時間パルスプロファイルを選択するように構成された、コントローラと、
前記コントローラから出射指示され前記加工対象物を即座にレーザ加工する間において、前記コントローラから受け取ったレーザシステム入力パラメータに基づきレーザパルスを生成するように構成されたレーザ源であって、前記レーザシステム入力パラメータは、前記選択された第１時間パルスプロファイルにしたがって前記レーザパルスを整形するように構成されている、レーザ源と、
前記生成されたレーザパルスを検出するように構成されたパルス検出モジュールと、
を備え、
前記コントローラは、
前記生成されたレーザパルスの特性を前記第１時間パルスプロファイルと比較し、
前記比較に基づき前記レーザシステム入力パラメータを調整する
ように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記レーザ源は、ファイバーレーザ、マスター発振器ファイバーパワー増幅器（ＭＯＦＰＡ）、タンデム光増幅器、切断パルスレーザを含むグループから選択されている
ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記パルス検出モジュールは、
光検出器と、
高速アナログ−デジタル変換器と、
前記レーザパルスを前記光検出器と前記選択されたターゲットに向けるように構成されたビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記比較は、前記パルスパワーが最大パルスパワーの所定パーセントに略一致する第１時間と最終時間の間の時間間隔を判定する処理を含む
ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記比較は、下記式で定義される時間積分２乗（ＴＩＳ）パルス幅を判定する処理を含む
ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【数２】
0005766111.tif 000007
【請求項１６】
前記コントローラはさらに、前記ターゲット分類に関連付けられた前記第１時間パルスプロファイルと比較して前記検出されたレーザパルスの統計的測定基準を判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１７】
前記統計的測定基準は、標準偏差、時間微分の標準偏差、２乗平均平方根（ＲＭＳ）、絶対誤差の積分を含むグループから選択されている
ことを特徴とする請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１時間パルスプロファイルは、第１期間における第１パルス特性に対応する第１部分と、第２期間における第２パルス特性に対応する第２部分と、を有し、
前記比較は、前記第１時間パルスプロファイルの前記第１部分に対応する先端部を、前記先端部の最大パワーに対応するピーク高さを測定することによって特徴付ける処理を含む
ことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラはさらに、前記先端部のパワーが前記先端部のピーク高さと前記第１時間パルスプロファイルの前記第２部分に対応する最大パワーレベルの間の所定パワーレベルに略一致する、第１時間と最終時間との間の時間間隔に対応する幅を判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記コントローラはさらに、前記先端部のパワーが前記先端部のピーク高さの所定パーセントに略一致する、第１時間と最終時間の平均に対応するピーク時間を判定するように構成されている
ことを特徴とする請求項１８記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ加工システムに関する。特に、特定のターゲット構造を加工するため調整された個々の時間プロファイルを有する複数のレーザパルスを動的に生成し監視するレーザシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）および他のデバイスを加工するために用いられるレーザ加工システムは、一般にＱスイッチダイオード励起固体レーザを用いる。例えば、メモリデバイスを加工するとき、導電リンク構造を切断するため単一のレーザパルスが一般に用いられる。他の工業用途では、Ｑスイッチダイオード励起個体レーザは個別部品および埋込部品の抵抗値を調整するために用いられる。
【０００３】
レーザ加工システムのなかには、複数機能を実行するため複数の動作モードを用いるものもある。例えば、本願出願人であるオレゴン州ポートランドのＥｌｅｃｔｒｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から入手できるＥＳＩモデル９８３０は、約５０ｋＨｚのパルス繰り返し周波数で動作するダイオード励起Ｑスイッチネオジウム添加バナジン酸イットリウム（Ｎｄ：ＹＶＯ４）レーザを用いて、半導体メモリおよび関連するデバイスのレーザ加工を実施する。このレーザシステムは、リンク構造加工用のパルスレーザ出力と、ビーム加工作業ターゲットをスキャンする連続波（ＣＷ）レーザ出力を提供する。他の例では、同様にＥｌｅｃｔｒｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社から入手できるＥＳＩモデル９８３５は、ダイオード励起Ｑスイッチ３倍周波数Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザを用いて、半導体メモリおよび関連するデバイスを加工する。このレーザシステムは、約５０ｋＨｚＰＲＦのリンク構造加工用の第１パルスレーザ出力と、約９０ｋＨｚＰＲＦのビーム加工作業ターゲットをスキャンする第２パルスレーザ出力を用いる。システムのなかには、より高いＰＲＦ（例えば、約１００ｋＨｚ）が可能であるものもある。一般に、上記レーザシステムによって生成されたレーザパルスのパルス幅は、選択されたＰＲＦに機能的に依拠しており、ターゲット構造または他の加工変数の差異に基づいて独立調整することはできない。
【０００４】
システムのなかには、調整されたパルス形状を用いて、加工対象物を加工するものもある。例えば、本願出願人に特許されている米国特許第７，３４８，５１６号は、上記のようなレーザ技術の１つを記載している。同技術では、メモリチップまたは他の集積回路（ＩＣ）チップ上の導電リンクのレーザ加工は、良好な加工品質と生産量を得るため特別調整された強度プロファイル（パルス形状）を有するレーザパルスを採用したレーザシステムおよび方法によってなされる。他の例では、本願出願人に特許されている米国特許第７，１２６，７４６号は、複数のレーザパルス時間プロファイルを用いて１以上の半導体ウエハ上の半導体作業対象物構造を加工することのできるレーザ加工システムを採用する方法を記載している。
【０００５】
一般に、リンク加工システムにおいては、レーザ−材料間の干渉を規定する複数のレーザパルスパラメータが存在する。レーザ波長に加え、これらパラメータは空間特性（例えば、スポットサイズ、ウエスト位置、楕円率）と時間特性（例えば、ピークパワー、パルスエネルギー、パルス幅、パルス形状）を含む。複数のリンク加工システム上で繰り返し実施することのできる安定した加工を提供するため、レーザパルスパラメータは、（ａ）設計によって受動的に制御し、パフォーマンスを検証するため製造中に測定することができる。（ｂ）周期的に実施する較正を介して制御することができる。または（ｃ）フィードバックループにより能動的に測定し制御することができる。例えば調整パルスレーザ加工システムのようなレーザ加工システムにおいては、方法（ｃ）が方法（ａ）（ｂ）よりも柔軟である。
【０００６】
典型的なレーザ加工システムは、一般に様々なレーザパラメータを異なる方法で監視する。例えば、表１はレーザパルス加工パラメータ制御についての現時点の技術を簡単に示す。
【表１】
0005766111.tif 000002
【０００７】
図１Ａおよび図１Ｂは、典型的な固体レーザによって生成されたレーザパルスの時間的パルス形状の例である。図１Ａに示すパルスは、当該分野で知られている光学素子によって整形され、方形波パルスを生成している。表１と図１Ａおよび図１Ｂに示すように、典型的な固体パルス形状は、そのピークパワー、パルスエネルギー（パワー曲線の時間積分）、半値全幅（ＦＷＨＭ）値によって測定されるパルス幅によってよく表されている。パルス検出器からのフィードバックは、パルスエネルギーおよび／またはピークパワーを判定するために用いることができる。フィードバックのために用いられるパルス検出器は、ピークパワー検出のためのアナログピークキャプチャホールド回路に連結されたダイオードを備えることができる。パルス検出器は、パルスエネルギー測定のためのアナログ積分回路を備えることもできる。
【０００８】
固体レーザを用いて典型的なレーザパルスを生成することとは異なり、例えばファイバーレーザまたはマスター発振器ファイバーパワー増幅器（ＭＯＦＰＡ）を用いる調整パルス技術により、典型的なピークパワー、パルスエネルギー、パルス幅による測定基準では的確に表すことのできないパルス形状を得ることができる。例えば、図２Ａと図２Ｂは、１実施形態に基づきダイナミックレーザパルス整形器および増幅器によって生成された調整レーザパルスの時間的パルス形状の例である。図２Ａに示すように、パワー曲線の立ち上がり先端部のピークパワーＰ１は、いわゆる椅子形状パルスの平坦または「座部」パワーＰ２の高さを表していない。さらに、調整パルスのなかにはピークパワーＰ１によって表すことのできない複数の先端部または複数の平坦部分を有するものもある。例えば、図２Ｂに示すように、先端部のピークパワーＰ１は、第１平坦部パワーＰ２または第２平坦部パワーＰ３の高さを表していない。さらに、以下に説明するように、ＦＷＨＭ測定基準に基づくパルス幅は、異なる「座部」長を有する副数の椅子型パルスについて同じ結果を提供する可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
レーザを用いて加工対象物を加工するシステムおよび方法は、ターゲット分類内に含まれるターゲットタイプ向けに調整された所定の時間パルスプロファイルに関連付けられたターゲット分類に対応する加工ターゲットを選択するステップを有する。上記方法は、所定の時間パルスプロファイルに基づきレーザパルスを整形するように構成されたレーザシステム入力パラメータに基づきレーザパルスを生成するステップ、生成されたレーザパルスを検出するステップ、生成されたレーザパルスを所定の時間パルスプロファイルと比較するステップ、レーザシステム入力パラメータを比較結果に基づき調整するステップ、を有する。
【００１０】
ターゲット分類は、例えば、位置合わせスキャンの間に用いられる位置合わせ構造または導電リンク構造を含む。例えば、導電リンク構造を切断するため、第１期間の間の所定の時間パルスプロファイルの第１部分はパワー先端部を有し、第２期間の間の所定の時間パルスプロファイルの第２部分はパワー平坦部を有し、第１期間は実質的に第２期間よりも短い。実施形態によっては、所定の時間パルスプロファイルのパワーレベルは、第２期間の間に所定の速度で傾斜している。もちろん、他の時間パルスプロファイルを用いることもできる。例えば、所定の時間パルスプロファイルの第１部分は第１先端部を有し、第２部分は第２先端部を有することもできる。
【００１１】
実施形態によっては、レーザパルスを検出するステップは、レーザパルスを分離してパルス検出器と選択したターゲットの双方に照射するステップを有する。パルス検出器は、検出したレーザパルスをサンプリングしてそのデジタル値を生成するように構成することができる。
【００１２】
実施形態によっては、検出したレーザパルスを比較するステップは、検出したレーザパルスの１以上の特性、例えばピークパルスパワー、パルス立ち上がり時間、パルス幅を測定するステップを有する。パルス幅を測定するステップは、例えば、パルスパワーがピークパルスパワーの所定パーセントに概ね等しくなる第１時間と最終時間の間の時間間隔を判定するステップを有する。パルス幅を測定するステップは、例えば、下記式で定義される時間積分２乗（ＴＩＳ）パルス幅を判定するステップを有することもできる。
【数１】
0005766111.tif 000003
ここで、ｌ（ｔ）はパワー対時間のパルス曲線である。
【００１３】
実施形態によっては、上記方法は、検出したレーザパルスの統計的測定基準値を、ターゲット分類に関連付けられた所定の時間パルスプロファイルと比較して判定するステップを有する。統計的測定基準値は、例えば、標準偏差、時間微分の標準偏差、２乗平均平方根（ＲＭＳ）、絶対誤差の積分を含むことができる。
【００１４】
実施形態によっては、レーザパルスを測定するステップは、所定の時間パルスプロファイルの第１部分に対応する先端部を、当該先端部の最大パワーに対応するピーク高さを測定することによって特徴付けるステップを有する。上記方法はまた、先端部のパワーが当該先端部のピーク高さと所定の時間パルスプロファイルの第２部分に対応する最大パワーレベルの間の所定パワーレベルに概ね一致する、第１時間と最終時間との間の時間間隔に対応するピーク幅を測定するステップを有することもできる。上記方法はまた、先端部のパワーが当該先端部のピーク高さの所定パーセントに概ね一致する、第１時間と最終時間の平均に対応するピーク時間を測定するステップを有することもできる。
【００１５】
実施形態によっては、測定ステップは、所定の時間パルスプロファイルの第２部分に対応する少なくとも１つの平坦部と勾配を特徴付けるステップを有する。
【００１６】
さらなる側面と利点は、添付する図面を参照する以下の実施形態の詳細説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】典型的な固体レーザによって生成されたレーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図１Ｂ】典型的な固体レーザによって生成されたレーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図２Ａ】１実施形態に基づき動的レーザパルス整形器およびパワー増幅器によって生成された調整レーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図２Ｂ】１実施形態に基づく、動的レーザパルス整形器およびパワー増幅器によって生成された調整レーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図３】１実施形態に基づく、加工面上にターゲット位置合わせ構造と導電リンク構造を有する半導体ウエハを示す概略図である。
【図４】１実施形態に基づく、加工対象物の上または内部にある構造物をレーザ加工する方法のフローチャートである。
【図５】１実施形態に基づく、様々な時間パルスプロファイルでレーザパルスを生成し監視するレーザ加工システムの例である。
【図６】１実施形態に基づく、光検出モジュールの例のブロック図である。
【図７Ａ】１実施形態に基づく、図５のレーザ源を示すブロック図である。
【図７Ｂ】１実施形態に基づく、図５のレーザ源を示すブロック図である。
【図８】１実施形態に基づく、少なくとも部分的にピークパルスパワーによって特徴付けられる正規化された調整レーザパルスのグラフを示す。
【図９Ａ】調整レーザパルスを特徴付けるためにピークパワーとＦＷＨＭを用いることから生じる課題を示す。
【図９Ｂ】調整レーザパルスを特徴付けるためにピークパワーとＦＷＨＭを用いることから生じる課題を示す。
【図１０】１実施形態に基づく、４つの簡易パルス形状（パルスＡ〜Ｄ）および対応するＦＷＨＭとＴＩＳパルス幅値の比較結果を示す。
【図１１】１実施形態に基づく、６つのレーザパルス形状（曲線１〜６）および対応するＦＷＨＭとＴＩＳパルス幅値の比較結果を示す。
【図１２】１実施形態に基づく、ピーク高さ、ピーク幅、ピーク時間によって特徴付けられる先端部を有する、正規化された調整レーザパルスのグラフを示す。
【図１３】１実施形態に基づく、開始時間、終了時間、許容誤差に関連するレベルによって特徴付けられる平坦部を有する、正規化された調整レーザパルスのグラフを示す。
【図１４】１実施形態に基づく、開始時間、終了時間、第１許容誤差に関連する開始レベル、第２許容誤差に関連する終了レベルによって特徴付けられる傾斜平坦部を有する、正規化された調整レーザパルスのグラフを示す。
【図１５Ａ】１実施形態に基づく、本開示のパラメータによって特徴付けられる様々なピーク、平坦部、勾配を有する、調整レーザパルス例のグラフを示す。
【図１５Ｂ】１実施形態に基づく、本開示のパラメータによって特徴付けられる様々なピーク、平坦部、勾配を有する、調整レーザパルス例のグラフを示す。
【図１５Ｃ】１実施形態に基づく、本開示のパラメータによって特徴付けられる様々なピーク、平坦部、勾配を有する、調整レーザパルス例のグラフを示す。
【図１６Ａ】１実施形態に基づく、表２にしたがって特定される複数の調整レーザパルスのグラフを示す。
【図１６Ｂ】１実施形態に基づく、調整レーザパルスの追加例を示す。
【図１６Ｃ】１実施形態に基づく、調整レーザパルスの追加例を示す。
【図１７】１実施形態に基づく、パルス形状のフィードバック測定値を提供するように構成されたパルスプロファイラ例のブロック図を示す。
【図１８】１実施形態に基づく、調整レーザパルス出力を生成する際にレーザパルス切断装置として動作する電気光学変調器の簡易ブロック図である。
【図１９】カラム（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）において、図１８のレーザパルス切断装置によって生成される５つのレーザパルス形状の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示は、ターゲット構造に基づき調整された強度プロファイルを有するレーザパルスを選択するステップ、所望の強度プロファイルを維持するため十分なフィードバックと制御を提供するステップ、を記載する。１実施形態において、レーザ加工システムは複数の時間プロファイルを用い、１以上の加工対象物上の加工構造（例えば、導電リンク）を加工する。レーザ加工システムは、ファイバーレーザのようなパルスレーザ、マスター発振器ファイバーパワー増幅器（ＭＯＦＰＡ）、タンデム光増幅器、またはレーザが様々な形状のレーザパルスを生成することができるようにするプログラム可能時間パルスプロファイルを有する電気光学変調器（図１８と図１９に関連する説明を参照）を用いる「切断された」パルスレーザを備えることができる。レーザ加工システムは、レーザが特定の加工構造にレーザパルスを出射するように指示されたときレーザパルス形状を即座に選択するように構成することができる。
【００１９】
実施形態によっては、レーザ加工システムがパルス毎エネルギーおよび他のレーザパラメータ、例えばプログラムされた時間プロファイルによって異なる信号伝搬遅延を較正するものもある。レーザ加工システムを、広範なプログラムされた時間パルスプロファイルにわたって信頼性高く動作するように較正することもできる。したがって、１実施形態において、レーザ加工システムは、プログラムされたパルス形状の機能としてパルス波形をデジタル化してパルス毎エネルギーの正確な較正を提供する光電検出手法を用いる。
【００２０】
上述のように、典型的なＱスイッチ固体パルス形状は、ピークパワー、パルスエネルギー、パルス幅（例えばＦＷＨＭ）によって十分に表すことができる。しかし一般に、これら測定基準は、調整パルス形状によって可能となる時間パルス形状を表すには十分ではない。たとえば、パワー曲線上の先端部のピークパワーはいわゆる椅子状パルスの「座部」の高さまたは２重先端パルスの第２ピークの高さを表していない。
【００２１】
したがって、実施形態によっては、レーザ加工システムは、典型的なリンク加工システムが監視しないパラメータのフィードバックを備える。上記フィードバックを提供することにより、複数のパルス形状測定値をログに取り、プロセスフィードバック（例えば、デバイス製造量と基板破損）に相関付けることができる。これにより、新たな加工工程と新たな加工工程とパルス形状を開発し、調整パルス技術の価値をさらに向上させる有用なツールを提供することができる。これに加え、または他の実施形態において、パルス形状測定値は、フィードバックに基づきパルス形状を監視し制御するために用いることができる。
【００２２】
以下に参照する図面では、同様の要素には同様の符号を付与している。以下では、本開示の実施形態を十分に理解するため、様々な詳細部分を説明する。しかし、当業者は以下の実施形態が１以上の詳細部分を用いず、または他の方法、構成要素、材質によって実施できることを理解するであろう。さらに、場合によっては、よく知られている構造、材質、または動作は、実施形態の特徴を不明瞭にすることを避けるため、詳細には提示または記載されていない。さらに、説明する特徴、構造、または特性は、１以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００２３】
１．プログラム可能時間パルスプロファイル
１実施形態において、レーザ加工システムは、加工対象物上の第１タイプ構造については第１時間パルスプロファイルを選択し、加工対象物上の第２タイプ構造については第２時間パルスプロファイルを選択するように構成されている。特定の集積回路構造、例えば半導体メモリデバイス上のリンクを加工するために用いられる時間パルスプロファイルは、同じデバイスに対して個別のレーザ加工を実施するには非効率または非効果的である場合がある。したがって、レーザ加工システムは、加工するターゲット構造のタイプに基づき適切な時間パルスプロファイルを即座に選択する。
【００２４】
図３は、１実施形態に基づき、加工面上３１０にターゲット位置合わせ構造３１２と導電リンク構造３１４を有する半導体ウエハ３００例を示す概略図である。立ち上がりエッジ先端部（例えば、図２Ａ参照）によって生じる高パルスエネルギーと高ピークパワーを有する整形レーザパルスは、１以上のリンク構造３１４を選択的に除去する際に有用である場合がある。しかし、高パルスエネルギーおよび／または高ピークパワーは、位置合わせスキャン中にターゲット位置合わせ構造３１２に損傷を与え、これによりそのスキャンから得られる位置情報に誤差が生じる可能性がある。したがって、レーザ加工システムはターゲットスキャンのための比較的低いパルスエネルギーとピークパワーを有するパルスを生成する第１時間パルスプロファイルモードと、リンク構造３１４を除去するための比較的高いパルスエネルギーとピークパワーを有するパルスを生成する第２時間パルスプロファイルモードの下で動作することができる。
【００２５】
当業者が理解するように、様々なピークパワー、パルスエネルギー、時間プロファイルは、加工対象物上の構造をレーザ加工する場合において魅力的である。調整パルス形状は、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリを含む様々な半導体メモリデバイス内の導電リンク構造を切断する用途；例えば銅／ポリアミド層材料のようなフレキシブル回路、または集積回路（ＩＣ）パッケージ内にレーザ穴開けしたマイクロビアを生成する用途；例えば半導体集積回路、シリコンウエハ、太陽電池セルのレーザスクライビングまたはダイシングのような、半導体のレーザ加工またはマイクロ加工用途；金属、誘電体、ポリマー材料、プラスチックのレーザマイクロ加工用途；に用いることができる。当業者は、本開示の実施形態に基づき、他の多くのタイプの加工対象物および／または加工構造を加工できることを理解するであろう。
【００２６】
したがって、１実施形態において、レーザ加工システムにより、ユーザは特定のタイプまたは分類の構造を加工するための時間パルスプロファイルをプログラムすることができる。図４は、１実施形態に基づき、加工対象物の上またはその内部の構造をレーザ加工する方法４００のフローチャートの例である。開始ステップ４０５の後、方法４００は、複数のユーザ定義時間パルスプロファイルを記憶装置に格納するステップ４１０、各時間プロファイルを加工対象物または加工対象物のグループ上の構造のタイプまたは分類に関連付けるステップ４１２、を有する。構造の分類は、例えば位置合わせ構造、導電リンク、抵抗器またはその他の個別部品を含む。実施形態によっては、分類が例えば加工対象物に対するレーザを用いたスクライブラインまたはカーフカットを含むものもある。
【００２７】
加工対象物を加工する際に、方法４００は、加工する加工対象物の上または内部の特定の構造を選択するステップ４１４、特定の構造分類に関連付けられた複数の時間パルスプロファイルから特定の時間パルスプロファイルを選択するステップ４１６、を有する。方法４００はまた、特定の時間パルスプロファイルを有するレーザパルスを生成するステップ４１８、生成されたレーザパルスで特定構造を加工するステップ４２０、を有する。当業者は、本開示から、特定構造を加工するために単一のパルスを用いることに代えて、レーザ加工システムは特定構造に複数のパルスを振り向けることができることを理解するであろう。さらに、特定構造に振り向けられた各パルスは、同一の時間パルスプロファイルを有することができ、または少なくとも１つのパルスが異なる時間パルスプロファイルを有することもできる。
【００２８】
方法４００は、加工対象物がさらに加工すべき構造を有するか否かを照会するステップ４２２を実行する。さらに加工すべき構造がある場合は、方法４００は、他の加工すべき特定構造を選択するステップ４１４を実行する。このようにして、方法４００は、構造のタイプに基づき、複数の異なる時間パルスプロファイルを用いて、即座に構造を加工する。加工すべき構造がない場合は、方法４００は終了ステップ４２４に進む。
【００２９】
２．レーザ加工システムの例
図５は、１実施形態に基づき、様々な時間パルスプロファイルでレーザパルスを生成し監視するレーザ加工システム５００の例である。システム５００は、組込制御コンピュータ（ＥＣＣ）５１２にシステム全体にわたる動作命令を提供するシステム制御コンピュータ５１０を備える。レーザコントローラ５１４とビーム位置コントローラ（ＢＰＣ）５１６は、その動作命令に応答する。システム５００はまた、レーザコントローラ５１４によって制御されるレーザ源５１８を備える。レーザコントローラ５１４は、ＥＣＣ５１２およびＢＰＣ５１６と直接または間接に通信する、コマンドおよびデータレジスタ５２０とタイマ５２２を備える。以下に詳しく説明するように、１実施形態において、レーザ源５１８は、動的レーザパルス整形器とファイバーパワー増幅器を備える。他の実施形態において、レーザ源５１８は、タンデム増幅器を備える。他の実施形態において、レーザ源５１８は、電気光学変調器（図１８と図１９に関する説明を参照）を用いる「切断された」パルスレーザを備える。
【００３０】
レーザコントローラ５１４は、ＥＣＣ５１２から命令を受け取り、ＢＰＣ５１６から信号を受け取る。レーザコントローラ５１４は、レーザコントローラ５１８に、パルス出射（外部トリガ命令を介して）とパルス形状制御についての命令を提供する。１実施形態において、レーザコントローラ５１４は、ＥＣＣ５１２から命令を受け取り、加工対象物構造位置データに基づきＢＰＣ５１６と協調して変調器コントローラ５２４（ＭＣ）５２４からレーザ源５１８に外部トリガ命令を出力することによってその命令に応答する。ＭＣ５２４は、レーザ源５１８によって出射されるパルスの形状と出射時間を制御する。これに代えて、レーザ源５１８は、レーザコントローラ５１４、ＥＣＣ５１２、またはその双方に通知されるパルス間隔時間を用いてパルスを出射する。１実施形態において、出射されたレーザパルスが入射する加工対象物構造のタイプに基づき、レーザ源５１８はＥＣＣ５１２から特定の時間パルスプロファイルを生成するように命令を受ける。上記時間プロファイルの図示例は、図２Ａと図２Ｂに示されている。
【００３１】
プログラム可能な時間パルスプロファイルを提供するため、１実施形態に基づき、システム５００は、様々な関連するレーザ加工パラメータ、例えば時間プロファイル、パルス毎エネルギー、集束ビーム伝搬属性、その他以下に説明するパラメータの十分な測定と較正のための計測を提供する。図５に示すように、システム光学素子５２６は、光検出モジュール５２８を備えることができる。光検出モジュール５２８は、入射レーザ出力と加工面から反射したレーザ出力を検出するために用いることができる。１実施形態において、光検出モジュール５２８は、例えば入射または反射したレーザ出力信号のような検出した光信号を良好にデジタル化し、これにより入射または反射したパルス波形を効率的にデジタル化することのできる光検出器回路を備える。したがって、システム５００は入射または反射したレーザ波形を十分に測定することができ、これにより時間プロファイル、時間プロファイル変化、パルス振幅安定性、パルスエネルギー安定性、パルス毎エネルギーを計算し較正することができる。当業者は、レーザ波長に応じて反射性が急激に変化するターゲット領域にわたってレーザビームをスキャンすることにより、レーザビームの集束スポットサイズ属性を測定し計算する方法を提供できることを理解するであろう。
【００３２】
図６は、１実施形態に基づく、光検出モジュール５２８のブロック図例である。光検出モジュール５２８は、図５に示すレーザレール光学素子５３０からの出力の一部を、信号調整プリアンプ６１４に接続された光電トランスデューサ６１２へ分離する、光学ビームスプリッタ６１０を備える。プリアンプ６１４は、プログラム可能ゲインステージ６１６に接続されている。プログラム可能ゲインステージ６１６は、高速アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）６１８に接続されている。ＡＤＣ６１８のデジタル化された出力は、循環バッファ６２０によってバッファされ、後に図５のシステム制御コンピュータ５１０へ転送される。
【００３３】
光電トランスデューサ６１２は、特定のレーザ波長に対する感度、整形レーザパルスの時間プロファイルに整合する時間応答特性、および／または光照射の予測される強度範囲に整合するダイナミックレンジについて選択することができる。プログラム可能ゲインステージ６１６は、光電トランスデューサ６１２がビームをサンプリングする時点の前に減衰が生じる場合にレーザレール光学素子５３０内で生じる可変光減衰を補償する役割を果たす。ビームを減衰させて加工面におけるパワーを減じると、光電トランスデューサ６１２に入射するパワーの量も減じられる。プログラム可能ゲインステージ６１６は、信号レベルを電気的に復元してＡＤＣ６１８によりサンプリングされた信号の解像度を最大化する。
【００３４】
ＡＤＣ６１８は、予測されるパルスプロファイルを解像するための十分高いサンプリングレートとスルーレートを得るために選択することができる。フラッシュコンバータの仕組みを用いることもできるが、当該機能は継続的にデータをサンプリングするので、パイプラインおよび／または連続近似技術もまた適しており、より良いパフォーマンス測定を提供する場合もある。ＡＤＣの変換幅（例えば、８ビット、１２ビット、１６ビット、またはそれ以上）は、所望の解像度とシステム５００のダイナミックレンジ能力に基づき選択することができる。
【００３５】
検出された信号のデジタル化サンプルは、循環バッファ６２０へ連続的に転送される。バッファ６２０は、開始から終了までの全パルスを格納するため十分なサイズを有するとともに、パルス検出ロジックによるデータ分析における待ち時間の原因となるのに十分な超過容量を有する。実時間において、パルス検出ロジック機能は、デジタル化パルス波形を分析してバッファ６２０内のパルスの存在を検出する。パルスが検出され、完了したと判定された場合、この機能はバッファ６２０をアップデート継続する動作を停止し、後にシステム制御コンピュータ５１０へアップロードするためバッファ６２０を保持する。デジタル化機能および格納機能は、後にシステム制御コンピュータ５１０からの後続命令によって再有効化（re-armed）される。パルス検出ロジック機能は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または他の計算エンジンを用いて実装することができる。ＦＰＧＡによる実装は、単一デバイス内にＤＳＰとバッファメモリ素子を備えることもできる。
【００３６】
完全なパルスが循環バッファ６２０に格納されると、パルスは分析のためシステム制御コンピュータ５１０へアップロードすることができる。分析は、以下に詳しく説明するように、例えばピーク高さの判定、パルスプロファイルの積分によるパルスエネルギーの判定、パルス幅の判定、パルスプロファイルの特徴づけを含むことができる。
【００３７】
加えて、または他の実施形態において、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、または他の計算エンジンも、パルス特徴付け測定値演算の組み合わせを実装することができる。上記実施形態において、システム５００は、生のデジタル化パルスデータをシステム制御コンピュータ５１０へアップロードしないことを選択できるが、代わりにパルス特徴付け測定値のサブセットのみをアップロードしてもよい。この実施形態の利点は、光検出モジュール５２８とシステム制御コンピュータ５１０の間の接続に必要な帯域幅を削減できることである。これにより比較的簡易な電気インターフェースを維持しつつさらに多くの測定をより速く実施することができる。
【００３８】
図５に戻って、レーザ加工システム５００の１実施形態において、レーザ源５１８からの出力は、レーザレール光学素子５３０およびシステム光学素子５２６に入力される。システム光学素子５２６からの出力は、折り畳みミラー５３４によってＺ位置合わせ機構５３６へ向けられる。Ｚ位置合わせ機構５３６には、加工対象物構造（例えば、図３に示すターゲット位置合わせ機構３１２およびリンク構造３１４）をレーザ加工するためターゲット試料５４０の加工面５３８に出力を供給するレンズアセンブリが組み込まれている。ＢＰＣ５１６は、Ｘ−Ｙ調整位置合わせ信号を提供し、Ｘ−Ｙ位置合わせ機構５４２を、Ｚ位置合わせ機構５３６からの出力が所望のターゲット構造を加工することができる位置へ向ける。Ｘ−Ｙ位置合わせ機構５４２は、ＢＣＰ５１６のレジスタ５４４から命令位置信号を受け取り、実位置信号をＢＣＰ５１６の位置エンコーダ５４６へ出力する。ＢＣＰ５１６は、位置差分値を判定してタイマ５２２へ送信する比較器モジュール５４８を備える。タイマ５２２は、レーザレール光学素子５３０内でレーザ源５１８からの出力を変調する音響光学変調器（ＡＯＭ）５５０を動作させるように適切にタイミング付けされたトリガ信号を送信することによって応答する。当業者は、レーザ源５１８からのパルス出力が高調波変換器モジュール５５２へ出力され、レーザレール光学素子５３０とシステム光学素子５２６によって加工面５３８へ供給され、加工対象物構造を高調波レーザ加工することを理解するであろう。
【００３９】
当業者は、レーザ加工システム構成要素の代替構成を採用し、様々な加工対象物をレーザ加工システム５００によって加工できることを理解するであろう。
【００４０】
図７Ａと図７Ｂは、１実施形態に基づく、図５のレーザ源５１８を示すブロック図である。同様のレーザ源は、Ｄｅｌａｄｕｒａｎｔａｙｅ等の米国特許出願公開第２００６−０１５９１３８号、発明の名称「パルスレーザ光源」に記載されている。図７Ａは、動的レーザパルス整形器（ＤＬＰＳ）７００を示す。図７Ｂは、ファイバーパワー増幅器（ＦＰＡ）７１０を示す。図７Ａに示すように、ＤＬＰＳ７００は、レーザ注入源７１２、第１パルス変調器７１４、第１パルスゲインモジュール７１６を備える。実施形態によっては、ＤＬＰＳ７００は第２パルス変調器７１８と第２パルスゲインモジュール７２０を備えてもよい。ＤＬＰＳ７００は、構成要素間に１以上のアイソレータ７２２（ここでは２つを示した）を備えてもよい。当業者が理解するように、変調器とゲイン素子の代替構成を用いることもできる。
【００４１】
レーザ注入源７１２は、後に第１パルス変調器７１４によって変調される連続波（ＣＷ）出力を出射し、第１パルス変調器７１４は、レーザコントローラ５１４によって指示された適切な第１レーザパルスプロファイルを生成する。他の実施形態においては、レーザ注入源７１２は、パルス出力を生成する。第１パルス変調器７１４は、電気光学変調器、音響光学変調器、またはその他の光変調器であってもよい。第１パルス変調器７１４によって生成されたレーザパルスは、第１パルスゲインモジュール７１６によって変換され、増幅と、加工対象物構造のレーザ加工のためレーザレール光学素子５３０とシステム光学素子５２６を介して加工面５３８へ供給するのに適した変換時間パルスパルス出力を生成する。
【００４２】
レーザコントローラ５１４は、第１パルス変調器７１４へ入力して様々なレーザパルスプロファイルを生成するための命令信号の配列とともにプログラムすることができる。そのレーザパルスプロファイルは、後に第１パルスゲインモジュール７１６へ入力され、ＤＬＰＳ７００の出力として望まれる変換レーザパルスプロファイルを生成する。したがって、システム制御コンピュータ５１０は、その後にＤＬＰＳ７００からの時間パルスプロファイル出力を、ＥＣＣ５１２に出力される命令を介して、加工すべき加工対象物構造の関数として選択することができる。次にＥＣＣはレーザコントローラ５１４へ命令を送信する。図７Ａに示すように、ＤＬＰＳ７００は、実施形態によっては第２パルス変調器７１８と第２パルスゲインモジュール７２０を備え、ＤＬＰＳ７００からの時間パルスプロファイル出力の追加またはより複雑な整形機能を提供することができる。
【００４３】
１実施形態において、ＤＬＰＳ７００からの変換パルス出力を、図７ＢのＦＰＡ７１０へ注入することができる。ＦＰＡ７１０は、パワー増幅器カプラ（ＰＡＣ）７２４（ここでは２つ示した）を備える。パワー増幅器カプラ７２４により、ＤＬＰＳの出力とパワー増幅器ポンプレーザ（ＰＡＰＬ）７２６の出力をパワー増幅器ゲインファイバー（ＰＡＧＦ）７２８へ注入することができる。レーザコントローラ５１４は、ＰＡＰＬ７２６に接続され、例えばＰＡＰＬの電流（例えば、ダイオードレーザまたは半導体レーザを介して）を制御し、ＰＡＰＬの温度（例えば、熱電クーラーを介して）を制御し、および／またはＰＡＰＬのパワー（例えば、フォトダイオードを介して）を監視する。ＰＡＣ７２４は、ファイバー端部のいずれかまたは双方に配置することができる。複数の追加ＰＡＣをＰＡＧＦ７２８の長さに接合することができる。ＰＡＧＦ７２８は、大口径（ＬＭＡ）偏光維持ファイバーであることが望ましい。ＰＡＧＦ７２８は、周波数選択構造を備えることができる。ＰＡＧＦ７２８は、１実施形態においては、希土類イオンを添加した石英ファイバーコアと１以上の光材料同心シースを有するクラッドを備えた導波路デバイスである。ＰＡＧＦ７２８は、他の実施形態において、希土類イオンを添加した領域を有する同心クラッドシースを備える。ＰＡＧＦ７２８は、さらに別の実施形態においては、クラッドシースまたはシースが短い間隔で周期的に配置された空気穴を備えるフォトニック結晶ファイバーである。別の実施形態では、ＰＡＧＦ７２８は、シングルモード偏光維持ファイバーである。当業者は、使用されるＰＡＰＬ７２６の数がＰＡＧＬ７２８のタイプと長さおよびＦＰＡ７１０からの所望光パルス出力特性によって定められることを理解するであろう。ＰＡＧＦ７２８からの出力は、必要とされる場合は、終端光学素子７３０によってコリメートされ、偏光される。
【００４４】
１実施形態においては、ＦＰＡ７１０からの出力パルスは、終端光学素子７３０、高調波光モジュール７３２、オプション高調波終端光学素子７３４を介して提供される。高調波光モジュール７３２は、よく知られた高調波変換手法によって入射出力パルスをより高い高調波周波数へ変換するための非線形結晶を備える。１実施形態例においては、ＦＰＡ７１０からの１０６４ｎｍ出力を３５５ｎｍへ高調波変換するため、高調波光モジュール７３２は、第２高調波生成（ＳＨＧ）変換のための、タイプＩ非微調位相整合三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶を備える。その後には、１０６４ｎｍと５３２ｎｍから３５５ｎｍへ高調波変換するための、タイプＩＩ、和周波発生ＬＢＯ結晶カットを備える。他の実施形態例において、２６６ｎｍへの変換のため、ＴＨＧ  ＬＢＯ結晶を、微調位相整合βホウ酸バリウム（ＢＢＯ）結晶へ置き換えることもできる。他の実施形態においては、２６６ｎｍへの第４高調波生成（ＦＨＧ）変換のため、ホウ酸セシウムリチウム（ＣＬＢＯ）を用いることもできる。当業者は、本開示から、高調波光モジュール７３２はフォーカスレンズ素子を備えることができることを理解するであろう。高調波光モジュール７３０内の要素は、アクティブおよび／またはパッシブフィードバックループを用いて正確に位相が整合した温度を制御するレーザコントローラ５１４によって温度を設定制御されている、温度調整された取り付け部に配置することができる。
【００４５】
３．パルス形状フィードバックおよび制御
上述のように、調整パルスプロファイルは、一般にピークパワー、パルスエネルギー、パルス幅による測定基準では適切に表すことができない。したがって、以下の実施形態においては、パルス形状フィードバック（例えば検出）と制御について詳しく説明している。上記実施形態は、特定タイプのフィードバックとフィードバック手法例を含む。パルス形状制御と制御アルゴリズムも記載している。
【００４６】
加工対象物を調整レーザパルスで加工するとき、パルス形状をある期間にわたって維持し、プロセスの傾向に相関付ける目的でパルス形状に関連する統計フィードバックを提供するため、１のリンク加工システムから他のリンク加工システムへパルス形状を再生成することが望ましい。したがって、１実施形態において、レーザ加工システムは、固体レーザについて一般に用いられる典型的なピーク高さ、パルスエネルギー、パルス幅よりも多くのパルス形状フィードバックを提供する。１実施形態において、レーザ加工システムは、実行時にパルス形状を監視するように構成された埋め込み型パルスプロファイラを備える。パルスプロファイラによって集められたデータは、パルス形状および／または公称パルス形状からのずれに対する測定値を計算する所定のアルゴリズムによって処理される。データおよび統計結果は、再生成可能パルス形状およびパルス形状の統計分析を生成し維持するために用いることができる。データおよび統計結果は、以下に説明するようにパルス形状制御のために用いることができる。
【００４７】
Ａ．フィードバック測定基準
以下の測定基準例は、時間パルスプロファイルを特定し分析するために用いることができる。時間パルスプロファイルは、例えば先端部、平坦部、勾配のようなパルス特性に対応する複数のパラメータの組み合わせとして定義することができる。例えば、椅子型パルスは初期ピークまたは先端部とその後の平坦部を備える。当業者は、本開示から、その他の特性も定義できることを理解するであろう。
【００４８】
パルス形状の全ての側面を特定することが望ましい一方で、１実施形態において調整パルスを生成するため制御できるパラメータセットは限られている。例えば、１実施形態において、パルス形状を生成するため調整することのできる変数は約１２あり、そのうちいくつかは短いパルスを特定するときには用いることができない。制御可能なパラメータ数は、レーザがパラメータに応答することのできる能力に依拠する。
【００４９】
１実施形態において、時間パルスプロファイルは、立ち上がり時間やパルス幅のような一般パラメータによって定義することができる。これらパラメータは、全体パルスパラメータおよびパラメータを定義する特性からなる２つの異なる分類に属する。全体パルスパラメータは、例えば立ち上がり時間、総パルス幅、全体ピーク時間のような、全パルス形状に当てはまる測定基準である。パラメータを定義する特性は、例えばピークの時間、高さ、幅または平坦部の開始、終了、高さのような、パルス形状の一部に当てはまる測定基準である。
【００５０】
１．全体パルスパラメータ
以下のフィードバック測定基準例は、全体パルス形状に当てはまる。
【００５１】
（ｉ）ピークパルスパワー
図８は、１実施形態に基づく、少なくとも部分的にはピークパルスパワーＰｐｋによって特徴付けられる正規化した調整レーザパルス８００のグラフを示す。パルス形状は、ピークと平坦部の振幅特定を容易にするため、ピークパルスパワーに対して正規化することができる。ピークパルスパワーＰｐｋは、パルス期間中の任意時点の最大パワーとして定義することができる。ピークパルスパワーは、同一の正規化スケールを有する複数パルスの公差解析によって特定することができる。
【００５２】
（ｉｉ）パルス開始時間
一般に、フィードバック測定基準は、測定できるように定義される。しかし、測定したパルスが開始する正確な時点に関して曖昧さが存在する場合がある。したがって、特定のパルス特性のタイミングは、正確に識別することのできる時間値を有さないパルス開始時間に対して特定される。測定と検証の目的については、パルス特性のタイミングを定義するために用いられるパルス開始時間Ｔｓｔａｒｔは、絶対的な定義を持たない。１実施形態に基づいて、仕様と測定した形状を比較する場合、測定した形状特性がパルス特性仕様に最も合致するように、開始時間を早めるかまたは遅らせることができる。
【００５３】
（ｉｉｉ）パルス立ち上がり時間
図８に示すように、１実施形態に基づくパルス立ち上がり時間τＲは、正規化されたパワープロファイルの下方レベルから上方レベルの間の差異の約１０％から約９０％へ遷移する時間間隔として定義される。１実施形態において、下方レベルはゼロパルスエネルギーに対応し、上方レベルはパルス８００の最大パワーレベルを有する初期先端部の高さに対応する。
【００５４】
（ｉｖ）１０％パルス幅
図８に示すように、１実施形態に基づく１０％パルス幅τ１０は、ピークパルスパワーの１／１０に達する第１および最終点の間の最大時間間隔として定義される。この定義により、パルスはさらに１０％パルス幅領域を定義することなく、ピークパワーの１０％未満に低下することができる。ピークと平坦部は一般に１０％未満に低下する時間パワー変化を含むため、この定義が用いられる。当業者は、本開示から、特定の用途に応じて、他のパーセントを用いることができることを理解するであろう。
【００５５】
（ｖ）時間積分２乗パルス幅
単一の調整パルスは、適切な光検出器とともにオシロスコープを用いて測定することができる。パワー対時間曲線を表す１つの方法は、ピーク高さとＦＷＨＭ値を用いることである。しかし上述のように、ＦＷＨＭは、パルスを例えば調整パルス技術によって生成されたパルスのような大幅に異なる時間プロファイルと比較するための効率的な方法ではない。むしろ必要となるのは、ピークのパルス幅を加工対象材料に現れる効果に関連付けて表す方法である。
【００５６】
図９Ａと図９Ｂは、調整レーザパルスを特徴付けるためにピークパワーとＦＷＨＭを用いることによって生じる課題を示す。図９Ａと図９Ｂはそれぞれ、１実施形態に基づき、例えばファイバーレーザまたはＭＯＦＰＡによって生成された複数の異なる時間パルス形状を示す（図９Ａには４つの時間パルス形状が示され、図９Ｂには３つの時間パルス形状が示されている）。図９Ａの４つのパルスのピーク高さとＦＷＨＭ値は同じであるが、これら４つのパルス形状は、導電リンクのレーザ加工に用いると全く異なる結果をもたらす。
【００５７】
図９Ｂは、異なる長さの「椅子型」を有する形状調整パルスの他例を示す。椅子の高さが最大値の半分未満であれば、ＦＷＨＭ値が大きく異なることなく、パルスに多大な量のパルスエネルギーが加えられる（例えば、パルスの「椅子型」部分の長さが無限に伸びた場合）。
【００５８】
業界で受け入れられている、パルス幅を特徴付ける他の基準、時間積分２乗（ＴＩＳ）手法は、ＦＷＨＭ手法の制約を克服することができる。したがって、１実施形態において、調整パルスのフィードバック測定基準は、一般的なＦＷＨＭ手法に代えて、ＴＩＳパルス時間または幅を判定するステップを有する。下記式は、ＴＩＳパルス幅を定義する。
【数２】
0005766111.tif 000004
ここで、ｌ（ｔ）はパワー対時間のパルス曲線である。
【００５９】
ＴＩＳ手法は、１９３ｎｍリソグラフィーシステムで用いられている。１９３ｎｍリソグラフィーで用いられるエキシマレーザのパルス形状は振動し、レーザの動作条件にわたって相対強度が変化する複数の重なるピークとして表すことができる。１９３ｎｍではシリカガラスへの損傷が課題となるため、１９３ｎｍパルスの特殊形状をシリカへの予測損傷と相関付ける方法が求められていた。ＴＩＳは、シリカガラスの圧縮を予測する際に有効であることが明らかになり、１９３ｎｍリソグラフィー用途における標準として受け入れられている。
【００６０】
ＴＩＳ値は、例えばエネルギー密度、パルス長、ピークパワーのような他のパルスパラメータと強く相関している。ＴＩＳ手法は、パルスの関係する特性をＦＷＨＭよりも遥かに良好に捉えることができ、シリカガラスの損傷モデルと相関付けることができるので、有用である。
【００６１】
図１０は、４つの簡易パルス形状（パルスＡ〜Ｄ）および対応するＦＷＨＭとＴＩＳパルス幅値の比較結果を示す。パルスＡは、方形パルスについてはＴＩＳ値が概ねＦＷＨＭ値と等しいことを示す。パルスＢは、よりガウス形状に近いパルスについてはＴＩＳ値がＦＷＨＭ値よりも大きいことを示す（この場合、ＦＷＨＭ値は３．０単位であり、ＴＩＳ値パルス幅は５．４単位である）。パルスＣとパルスＤは、椅子高さが最大パワーの半分よりも大きく調整された椅子型調整パルスと小さく調整された椅子型調整パルスそれぞれの簡易版を示す。ピークＣについては、ＦＷＨＭ値とＴＩＳ値はともに約５．０単位である。ピークＤについて椅子パワーの高さを下げると、ＦＷＨＭ値は２．０単位となり、ＴＩＳ値は４．６単位となる。このことは、ＴＩＳがパルスの材質加工能力をとらえるためにより有効な手法であることを示す。
【００６２】
図１１は、６つのレーザパルス形状（曲線１〜６）および対応するＦＷＨＭとＴＩＳパルス幅値の比較結果を示す。曲線１は、ＴＩＳ値（３．５ｎｓ）より小さいＦＷＨＭ値（２．５ｎｓ）を有するガウス形状パルスである。曲線２は、パルス後方エッジにわずかな非対称性を導入することにより、ＴＩＳ値（４．５ｎｓ）がＦＷＨＭ値（３．０ｎｓ）よりわずかに大きくなることを示す。曲線３〜６は、椅子型調整パルスの例であり、ＴＩＳ手法を用いることによるＦＷＨＭ手法に対する利点を示す。この利点は、椅子高さのパワーが最大値の半分未満に低下したとき、非常に明白となる。曲線３と曲線４を比較すると、ＦＷＨＭ値は２．６ｎｓから７．５ｎｓへ変化し、一方でＴＩＳ手法ではそれぞれ７．３ｎｓから８．６ｎｓとなり、値比較結果がより妥当であることが分かる。同じ傾向が、曲線５と曲線６に見られる。曲線３、４、５、６の比較結果はまた、ＴＩＳパルス幅が実際のパルス領域に合致するより妥当な傾向を有し、レーザ材料加工の結果により密接に関係していることを示す。したがって、１実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状のＴＩＳ値を判定するステップを有する。
【００６３】
（ｖｉ）格納しているパルス形状との比較
１実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状の、記憶装置に格納されている公称パルス形状からの標準偏差を判定するステップを有する。
【００６４】
（ｖｉｉ）格納しているパルス形状の時間微分との比較
他の実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状の時間微分の、公称パルス形状の時間微分からの標準偏差を判定するステップを有する。時間微分の比較結果は、例えば測定したパルス形状が所望の立ち上がり時間を有するか否かを分析する際に有用である。他に用いることのできる統計的測定基準には、２乗平均平方根（ＲＭＳ）または絶対誤差の積分を用いることが含まれるが、これに限られるものではない。
【００６５】
２．特性定義パラメータ
以下に説明するフィードバック測定基準例は、パルスの特定の部分または特性に当てはまる。１実施形態において、パルスは特徴付けられた先端部、平坦部、勾配の組み合わせとして定義される。
【００６６】
（ｉ）先端部の特徴付け
図１２は、１実施形態に基づく、ピーク高さＰＫＨ、ピーク幅ＰＫＷ、ピーク時間ＰＫｔｉｍｅによって特徴付けられる先端部を有する正規化した調整レーザパルス１２００のグラフを示す。ピーク高さＰＫＨは、先端部を含みその他の特性を含まない（例えば、他の先端部または平坦部を含まない）時間間隔の間に到達する最大パワーとして定義される。パルスは複数の先端部を含むことがあるので、特定のピーク高さＰＫＨは、全体パルス高さまたは図８で説明したピークパルスパワーＰｐｋとは異なる場合がある。
【００６７】
ピーク幅ＰＫＷは、先端部がピーク高さＰＫＨと、先端部前後の最大特性振幅（例えば平坦部）との間の中間振幅となる第１時間から最終時間までの先端部の幅として定義される。ピーク時間ＰＫｔｉｍｅは、ピークパワーが当該先端部の最大値の９０％となる第１時間と最終時間の平均である。ピーク時間ＰＫｔｉｍｅは２つの時間の平均であるため、先端部が最大パワーに達する時点で必ず生じるわけではない。
【００６８】
（ｉｉ）平坦部の特徴付け
図１３は、１実施形態に基づく、開始時間ＰＬｓｔａｒｔ、終了時間ＰＬｓｔｏｐ、許容誤差ΔＰＬｌｅｖｅｌを有するレベルＰＬｌｅｖｅｌによって特徴付けられる平坦部を有する正規化した調整レーザパルス１３００のグラフを示す。開始時間ＰＬｓｔａｒｔと終了時間ＰＬｓｔｏｐは、パルス開始時間に対する平坦部の開始と終了をそれぞれ特定する。開始時間ＰＬｓｔａｒｔと終了時間ＰＬｓｔｏｐパラメータは、許容誤差なしで特定することができる。平坦部レベルＰＬｌｅｖｅｌは、予定している振幅である。開始時間ＰＬｓｔａｒｔと終了時間ＰＬｓｔｏｐの間で、振幅は平坦部の特定許容誤差＋／−ΔＰＬｌｅｖｅｌの範囲内のボックス１３１０内の値を維持する。
【００６９】
（ｉｉｉ）勾配の特徴付け
図１４は、１実施形態に基づく、開始時間ＳＬｓｔａｒｔ、終了時間ＳＬｓｔｏｐ、許容誤差ΔＳＬｓｔａｒｔｌｅｖｅｌに関連する開始レベルＳＬｓｔａｒｔｌｅｖｅｌ、ΔＳＬｓｔｏｐｌｅｖｅｌに関連する終了レベルＳＬｓｔｏｐｌｅｖｅｌによって特徴付けられる傾いた平坦部を有する正規化した調整レーザパルス１４００のグラフを示す。
【００７０】
開始時間ＳＬｓｔａｒｔと終了時間ＳＬｓｔｏｐは、パルス開始時間に対する平坦部の開始と終了をそれぞれ特定する。これらパラメータは、許容誤差なしで特定することができる。開始レベルＳＬｓｔａｒｔｌｅｖｅｌ＋／−ΔＳＬｓｔａｒｔｌｅｖｅｌは予定している開始振幅であり、終了レベルＳＬｓｔｏｐｌｅｖｅｌ＋／−ΔＳＬｓｔｏｐｌｅｖｅｌは予定している終了振幅である。開始時間ＳＬｓｔａｒｔと終了時間ＳＬｓｔｏｐの間で、振幅は開始レベルおよび終了レベルと許容誤差で特定される終端を有するボックス１４１０（例えば、破線で示す台形）内の値を維持する。
【００７１】
（ｉｖ）パルス領域によるピークパワー
１実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状の様々な領域のピーク高さ（パワー）を測定するステップを有する。例えば、椅子型パルスの「背面部」と「座部」のピークを個別に測定し、それぞれの所定値と比較することができる。他の例として、複数先端部を有するパルス内の各先端部のパワーを個別に測定し、それぞれの所定値と比較することもできる。
【００７２】
（ｖ）パルス領域によるエネルギー
１実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状の様々な領域のエネルギーを測定するステップを有する。例えば、椅子型パルスの「背面部」と「座部」のエネルギーを個別に測定し、それぞれの所定値と比較することができる。他の例として、複数先端部を有するパルス内の各先端部のエネルギーを個別に測定し、それぞれの所定値と比較することもできる。
【００７３】
（ｖｉ）ビン形状情報による特徴付け
１実施形態において、フィードバック測定基準は、ビン形状情報を判定するステップを有する。例えば、レーザシステムはそれぞれ約２．５ｎｓ幅の１２個の時間ビンを制御する。上記実施形態において、フィードバックは、調整を容易にするため、同一の１２個のビンに対応する形状情報（例えば、パワーとエネルギー）を含む。
【００７４】
３．パルス形状特徴付けの例
図１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、１実施形態に基づく、本開示のパラメータによって特徴付けられる様々な先端部、平坦部、勾配を有する調整パルス１５１０、１５１２、１５１４のグラフ例を示す。図１５Ａにおいて、先端部は、第１ボックス１５１６によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、平坦部は、第２ボックス１５１８によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義される。同様に、図１５Ｂにおいて、第１先端部は第１ボックス１５２０によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、平坦部は第２ボックス１５２２によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、第２先端部は第３ボックス１５２４によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義される。
【００７５】
図１５Ｃにおいて、第１先端部は第１ボックス１５２６によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、第１平坦部は第２ボックス１５２８によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、第２平坦部は第３ボックス１５３０によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、第２先端部は第４ボックス１５３２によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義され、勾配平坦部は第５ボックス１５３４（例えば台形）によって表されるパラメータ／許容誤差のセットの範囲内にあるものとして定義される。当業者は、本開示から、図１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに示すパルスは例示であり、本開示のパルス特徴付け手法は任意形状または任意数の先端部、平坦部、および／または勾配を有するパルスに適用できることを理解するであろう。
【００７６】
表２は、１実施形態に基づく、椅子型パルスを定義するパラメータの例示セットを提供する。当業者は、本開示から、表２にリストしている様々なパラメータの値が例示であり、これらに限定されるものではないことを理解するであろう。
【表２】
0005766111.tif 000005
【００７７】
表２において、Ｗは椅子幅であり、異なる椅子幅を有するパルス形状のセットを定義するため変数となっている。例えば図１６Ａは、表２に基づき特定される、それぞれ幅Ｗ＝１２．５、１５、１７．５、２０、２２．５、２５、２７．５、３０を有する複数の調整パルス（ここでは８個）のグラフを示す。表２に示す値と許容誤差は、第１ボックス１６１０内の先端部と第２ボックス１６１２内の平坦部（それぞれ長さＷを有する）の特性を定義する。図１６Ｂと図１６Ｃは、１実施形態に基づくレーザシステムによって生成された調整レーザパルスの追加例を示す。
【００７８】
４．パルスプロファイラの例
図１７は、１実施形態に基づく、パルス形状のフィードバック測定基準を提供するように構成されたパルスプロファイラ１７００のブロック図例を示す。パルスプロファイラ１７００は、光スプリッタ１７１０、パワーセンサ１７１２、高速アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１７１４または「スコープ」、演算ユニット１７１６、メモリデバイス１７１８を備える。１実施形態において、演算ユニット１７１６はホスト装置１７２０と接続されている。
【００７９】
光スプリッタ１７１０は、レーザパルスが加工面に供給される前にこれを受け取り、レーザパルスの一部をパワーセンサ１７１２に向けるように構成されている。パワーセンサ１７１２のアナログ出力は、高速ＡＤＣ１７１４に提供され、適切に調整およびデジタル化される。パワーセンサ１７１２および／または高速ＡＤＣ１７１４は、関連する高速パルス形状（例えば、総時間幅が約５０ｎｓ）をトリガする処理を実施するための適切なロジックを備えることができる。高速パルス形状は、実施形態によっては約１００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数で受信される。
【００８０】
高速ＡＤＣ１７１４は、演算ユニット１７１６に、個々のパルスに対応するデータを提供する。演算ユニット１７１６は、データをフィルタリングし、フィルタリングしたデータを用いて上述の１以上の測定基準を計算する。演算ユニット１７１６は、計算した測定基準を監視のためホスト１７２０へ送信し、実施形態によっては加工制御のためホスト１７２０へ送信することができる。メモリデバイス１７１８は、時間パルス形状に対応するデータおよび／または対応する計算測定基準を記録するように構成されている。１実施形態において、時間パルス形状に対応するデータは、循環バッファ（図示せず）に読み出され、パルス形状測定基準を実行時に監視することとは対極に、実パルス形状を調べるためにオフラインで取得される。
【００８１】
パルスプロファイラ１７００は、周期的または連続的に、自動実行またはユーザ命令に対して応答するいずれかにより、フィードバック測定基準を計算する。パルスプロファイラ１７００は、フィードバック測定基準を、生成されたレーザパルス毎、生成されたレーザパルスの大断片毎、または生成されたレーザパルスの小断片毎に計算することができる。パルスプロファイラ１７００は、例えば固定対試行レートのような外部測定基準が標準または予定している値から逸脱しているとき、フィードバック測定基準を計算することもできる。
【００８２】
上述のフィードバック測定基準を用いたパルス形状データの分析が、パル形状が最適でないか、または特定の許容誤差範囲内にない旨を示すときは、システムは１以上の訂正動作を実行することができる。例えばシステムは、パルス形状を較正することが望ましい旨を示す警告を表示することができる。これに加え、または他の実施形態において、システムは加工を中止し、パルス形状を調整して加工を再開するようにユーザ（例えばサービスエンジニア）へ促すことができる。
【００８３】
他の実施形態において、上述のように、システムは１以上のレーザシステム入力パラメータを自動的に計算し、パルス形状を改善することができる。システムは、自動的にこれら再構成されたパラメータを実装することができる。これに加え、または他の実施形態において、システムは、自動計算されたシステム入力パラメータを実装するようにユーザ（例えばサービスエンジニア）へ促すことができる。
【００８４】
Ｂ．パルス形状制御
上述のように、パルス形状フィードバックから提供される情報は、パルス形状制御に対して様々な方法で用いることができる。特定のユーザへ複数のレーザ加工システムを提供するとき、１のシステムで適用したプロセスを他のシステムで再適用することができる。したがって、１実施形態に基づき、同じ公称パルス形状を再生成するように各システムを構成することができる。様々なシステムによって提供されるフィードバックは、材料のレーザ加工の間または上記再生成を実施するように構成されたパルス形状セットアップ手続きの間に、個々のレーザを必要に応じて調整するために用いることができる。
【００８５】
上記情報はまた、所定時間にわたってパルス形状安定性を提供するために用いることができる。例えば調整パルスシステムに基づくファイバーレーザまたはＭＯＦＰＡについては、パルス形状はレーザヘッドから得られるレーザパワーの機能により歪んでいる場合がある。または、その歪みはレーザシステム構成要素、たとえばポンプダイオードまたはゲインモジュールの劣化に起因する場合がある。したがって、実行時フィードバックは１実施形態において、パルス形状を周期的に調整し、所定期間にわたって安定性を維持するために用いられる。
【００８６】
１実施形態において、パルス形状制御のため繰り返し学習手法が用いられる。繰り返し学習アルゴリズムにおいて、繰り返す予定の波形は、公称波形と比較され、測定した形状が公称形状に収束するまで、適切な制御パラメータが微調整される。繰り返し学習アルゴリズムは、非線形環境において波形を再生成する際に非常に有効であり、調整パルス形状の制御パラメータを調整するのに特に適している。
【００８７】
１実施形態において、所望のパルス形状を有するレーザパルスを生成するため、繰り返し制御技術を用いることができる。繰り返し制御／繰り返しフィードフォワード（ＦＦ）制御は、適応、進化、または学習要素を用いて、提供される様々なパルス時間プロファイルに変化する可能性のある入力信号（例えば、音響光学偏向器、音響光学変調器、電気光学偏向器、または電気光学変調器に印加された電圧）から所望の結果（例えばパルス形状）を生成する。入力パラメータは、様々なビン命令信号内の振幅命令を受け取るように構成されたレーザパワー供給部をプログラムするように制御することができる。繰り返し制御は、入力と出力の間の関係が非線形であっても、所望の結果を得ることができる。
【００８８】
１実施形態において、ユーザは所望のパルス形状を入力することができる。繰り返し制御技術は、適切な入力信号に収束してこのパルス形状を達成する。レーザは適切に構成される。これに加え、または他の実施形態において、繰り返し制御を適用することを介して、システム間またはレーザ間の多様性を減じ、または除去することができる。さらに、長期間／中期間の過渡効果、例えば熱シフトまたは劣化効果を、繰り返し制御技術を適用することによって除去することができる。このタイプの調整技術は、出力が振幅および／または時間の観点で整形される任意のレーザに適用することができる。この調整技術は、ファイバーレーザ、ＭＯＦＰＡ、または他のタイプのレーザにも適用することもできる。この調整技術は、不定期の較正ステップにおいて、またはシステム動作中に継続的に適用することもできる。
【００８９】
４．「切断された」パルスレーザの例
図１８は、１実施形態に基づきレーザパルス「切断」システム内で実装して調整レーザパルス出力を生成することができる電気光学変調器１８１０を示す。電気光学変調器１８１０は、光偏向デバイス（偏光器）１８１４および１８１６の間に配置され、パルスレーザ源１８２０によって出射されたレーザパルス１８１８のビームを受け取る電気光学結晶セル１８１２を備える。電気光学結晶説１８１２は、入射レーザパルス１８１８の整形に寄与する、駆動回路１８２４の駆動出力信号が入力される電極１８２２を有する。レーザ源１８２０には、パルス幅が数ナノ秒〜１００ｎｓの範囲にあるレーザパルスを出射する任意のパルスレーザを用いることができる。電気光学結晶セル１８１２は、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ、ＡＤＰ、ＡＤ＊Ｐ、ＲＴＰ、ＲＴＡ、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ３、またはその他の電気光学材料で作成されたものを用いることができる。適切な電気光学結晶セル１８１２の１例は、オハイオ州ハイランドハイツのクリーブランドクリスタル社が製造しているＬｉｇｈｔＧａｔｅ４  ＢＢＯ  ポッケルスセルである。ＬｉｇｈｔＧａｔｅ４セルは、１００ｋＨｚで動作し、その形状により駆動電圧を３５５ｎｍの４分の１波長遅延で約１．３ＫＶまで最小化する。ＬｉｇｈｔＧａｔｅ４セルは、わずか４ｐｆのキャパシタンスを有し、これにより２ｎｓ未満の立ち上がりおよび立ち下がり光応答時間を提供することができる。適切な駆動回路１８２４の１例は、ドイツ国ムルナウ（Ｍｕｒｎａｕ）のＢｅｒｇｍａｎｎ  Ｍｅｓｓｅｇｅｒａｅｔｅ  Ｅｎｔｗｉｃｋｌｕｎｇ合資会社から入手できる、高圧でスイッチング時間の速いポッケルスセルドライバである。
【００９０】
ＢＢＯを用いた電気光学変調器１８１０は、ＲＴＰセル１８１２の電極１８２２に印加される４分の１波長駆動電圧に応答する際に、４分の１波長回転子として動作する。パルスレーザビーム１８１８は、偏光器１８１４を通過し、図示するようにｐ偏光（ｐ−ｐｏｌ）される。レーザビーム１８１８は、ＢＢＯ結晶セル１８１２を一度通過する。ＢＢＯ結晶セル１８１２の電極１８２２に駆動電圧が印加されていないとき、レーザパルスはｐ偏光状態を維持して偏光器１８１６を通過する。レーザ波長の４分の１波長駆動電圧がＢＢＯ結晶セル１８１２の電極１８２２に印加されているとき、ビームの偏光方向は９０度回転し、ｓ偏光（ｓ−ｐｏｌ）される。ＢＢＯ結晶セル１８１２の電極１８２２に印加される駆動電圧が０と４分の１波長電圧の間であるとき、偏光レーザビーム１８１８のうち偏光器１８１６から伝送される部分は、およそ以下のように表される。
【００９１】
Ｔ＝ｓｉｎ２［（π／２）（Ｖ／Ｖ１／２）］
ここで、Ｔは偏光器１８１６からのレーザビームの伝送分、Ｖは電気光学結晶セル１８１２の電極１８２２へ印加される電圧、Ｖ１／２は２分の１波長電圧である。
【００９２】
上記式に基づき、電気光学変調器１８１０の制御可能な伝送分Ｔは、レーザパルス整形機能を提供する。理論的には、電気光学結晶セル１８１２と偏光器１８１４および１８１６の伝送分は、約０％〜１００％となり得る。図１９は、レーザパルス形状の５つの例を示す。図１９は、カラム（ａ）として、パルス整形の１例を示す。ここでは、伝送分が０％から１００％へ、２ｎｓ未満の立ち上がり時間で変化してレーザパルスがピークに到達し、レーザパルスの立ち上がりエッジを高速にすることができる。当業者は、ダブルパス構成として当該分野で知られる別構成において、所望レベルの偏光回転を達成するため、４分の１波長電圧を採用することもできるが、この効率改善は光学部品をより複雑にしてしまうというコストの下で成り立つことを理解するであろう。
【００９３】
立ち上がりおよび立ち下がり時間は、電気光学セルの電圧とキャパシタンス、駆動回路トランジスタのスイッチング時間、繰り返し周波数、および全体的な消費電力に関連している。電気光学セルの電圧とキャパシタンスが低いと、応答時間が高速になる。したがって、電気光学セルに適切な材質を選択することが重要である。当業者は、ＢＢＯとＲＴＰが電気光学変調器を実装するための有用な材質特性を示すことを理解するであろう。Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−ＶｅｒｌａｇのＫｏｅｃｈｎｅｒは、「固体レーザエンジニアリング」において、以下のように述べている。電界が結晶光軸に平行に、入射光と同じ方向に印加される縦型電気光学セルについては、位相差δは長さｌの結晶に印加される電圧に対して下記式のような関係を有する。
【００９４】
δ＝（２π／λ）ｎ０３ｒ６３Ｖｚ
ここで、Ｖｚ＝Ｅｚｌである。
【００９５】
２分の１波長遅延を得るため、ポッケルスセルは位相差δ＝πを生成する。この場合、線形偏光された、ポッケルスセルに入射する光については、出力ビームもまた線形偏光されるが、偏光面は９０度回転する。当該分野で知られている偏光光学素子を組み込むことにより、ポッケルスセルは電圧制御された光変調器として機能することができる。Ｋｏｅｃｈｎｅｒは、そのような装置における伝送分Ｔを、下記式で表している。
【００９６】
Ｔ＝ｓｉｎ２［（π／２）（Ｖ／Ｖ１／２）］
ここで、２分の１波長電圧は、Ｖ１／２＝λ／２ｎ０３ｒ６３である。
【００９７】
電界がビームに対して垂直に印加される横型電気光学結晶セルについては、２分の１波長電圧は下記式で与えられる。
Ｖ１／２＝λｄ／２ｎ０３ｒ６３ｌ
【００９８】
このタイプの電気光学結晶セルは、２分の１波長電圧が結晶厚さと長さの比に依拠するという有用な属性を有している。これらパラメータを適切に選択することにより、電気光学結晶セルを縦型電気光学結晶セルに印加される電圧より低い印加電圧で動作するように設計し、所与の位相差を達成することができる。
【００９９】
当業者は、上記式のｒ６３の項がＫＤＰ系リン酸塩の電気光学係数を表すことを理解するであろう。ＲＴＰ結晶は、この系の重要な要素であり、１０６４ｎｍレーザ入力を用いるための望ましい実施形態において望ましい電気光学結晶材質である。ＢＢＯ結晶は３５５ｎｍレーザ入力において用いるのが望ましい。
【０１００】
ＲＴＰ結晶は、１０６４ｎｍレーザ入力について必要となる電圧が低く（πまたは２分の１波長遅延および３．５ｍｍ開口の場合については約１．６ｋＶ）、１０ＭＨｚまでの繰り返し周波数で動作することができる。ＲＴＰ結晶は、平均パワーが概ね１０Ｗを超える場合、透過制約のため良好に動作することができず、またはＵＶ用途に適していない。上述した最近の用途については、ＢＢＯが望ましい。実際には、高い電圧が必要になるため（２分の１波長遅延において約６ＫＶ）、１０６４ｎｍレーザについてＢＢＯを１００ＫＨｚで動作させるのは難しい。したがって、ＲＴＰ電気光学結晶セルが１０６４ｎｍレーザについては現時点で望ましい選択である。ＢＢＯ電気光学結晶セルは３５５ｎｍレーザの場合に望ましい（ＬｉｇｈｔＧａｔｅ４  ＢＢＯ  ポッケルスセルの場合、２分の１波長遅延で約１．３ＫＶ）。他の電気光学材質、例えばＫＤＰ、ＲＴＡ、ＡＤＰは、圧電（ＰＥ）共振のため、高い繰り返し周波数とパルス変調で用いる際に主要な制約がある。より高速な立ち上がりおよび立ち下がり時間により、より高い周波数成分を得ることができる。そのため、これら周波数成分の１つが１次共振周波数に合致する可能性が高くなる。これは特に、基本周波数よりもずっと高い範囲にわたって多くの周波数成分を含む、立ち上がり時間の速い調整されたパルスに当てはまる。
【０１０１】
調整されたパルス形状を生成するため、実施形態は、ＰＥ共振を回避するように設計された「高速多値（Ｆａｓｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔａｔｅ：ＦＭＳ）」電気光学変調器を用いて実装されている。１０６４ｎｍレーザ出力については、これはＲＴＰ結晶材質で作成された電気光学セルと、多大なＰＥ共振を生じない短い電気パルスを用いることによって達成される。ナノ秒オーダのパルス長では、ＰＥ共振は比較的低い。例えば、ＲＴＰ電気光学結晶セルは、５％のデューティサイクルパルスについて、１０ＭＨｚの繰り返し周波数に達する。
【０１０２】
高速な立ち上がりおよび立ち下がり時間を得る際の他の課題は、電気光学変調器ドライバの設計である。電気光学結晶セルがサブナノ秒またはピコ秒のスイッチング時間を生成することを妨げる事実上の制約はない。したがって、高速なスイッチング時間は、主に電気ドライバに依拠する。当業者は、電気スイッチには２つの主なタイプがあることを理解するであろう。アバランシェトランジスタとＭＯＳＦＥＴである。トランジスタは、最高速度のスイッチング時間を得るため、非常に限られた電圧範囲で動作する。１．６ＫＶレンジで動作するため、７〜１０個のトランジスタのスタックを用いることができる。アバランシェトランジスタは、２ｎｓのスイッチング時間を達成することができるが、繰り返し周波数が１０ＫＨｚ未満に制限される。より高い繰り返し周波数については、ＭＯＳＦＥＴが現時点では望ましい。これは、一般にＭＯＳＦＥＴは１ｎｓの応答時間と最大１ＫＶの動作電圧を有するからである。少なくとも２〜３個のＭＯＳＦＥＴのスタックが、１．６ＫＶレンジで動作するために用いられる。
【０１０３】
したがって、ＭＯＳＦＥＴと回路設計の選択は、ＦＭＳパルス変調を達成するために密接な関係がある。特に、駆動回路消費電力は、ピーク動作電圧の２乗に比例するため、課題となる。例えば、約６ＫＶで動作するＢＢＯ電気光学セルは、所与の繰り返し周波数で同等の位相シフトを得るため、１．６ＫＶで動作するＲＴＰ電気光学セルの約１８１４倍の消費電力を必要とする。当業者は、動作電圧を低くすることによって消費電力を低減できることを理解するであろう。開口サイズと駆動電圧を慎重に選択することにより、ＭＯＳＦＥＴの数を削減し、その結果としてＦＭＳパルス変調のパフォーマンスを向上させることができる。横型電気光学変調器の実施形態において、ＲＴＰおよびＢＢＯ電気光学結晶セルの開口を約２ｍｍまで減少させると、２分の１波長遅延電圧がこれに対応して、１０６４ｎｍレーザについてＲＴＰおよびＢＢＯ電気光学結晶セルそれぞれにおいて約８００Ｖおよび４ＫＶまで減少する。
【０１０４】
ＦＭＳ電気光学変調器は、複数のプログラム可能な変調ステップを実施することができる。各ステップは、約４ｎｓ未満の立ち上がり時間と、４ｎｓ未満の立ち下がり時間を有する。より望ましくは、各ステップは２ｎｓ未満の立ち上がり時間と、２ｎｓ未満の立ち下がり時間を有する。開示する実施形態の動作上の利点は、１以上の振幅値を有するようにプログラムされた、調整パルス形状を提供することである。他の動作上の利点は、プログラム可能な調整パルス形状を、離散的な振幅および時間成分とともに提供できることである。これは、図１９（ａ）に示すタイプのパルス形状を有する、調整されたパルス出力を生成する際に特に有用である。このパルス形状は、第１の最大振幅までの立ち上がり時間よりも実質的に長い総立ち下がり時間を有する。
【０１０５】
実施形態は、入射パルスレーザ出射量を選択的に変更して調整パルス出力を形成する駆動信号を受け取る１以上の電気光学変調器を用いて実装することができる。駆動信号をパルスレーザ出射からトリガすることは、システムの他ステージに関連するジッタを抑制し、パルスレーザ出射形成時間に関連するジッタを実質的に除去する。調整パルスは、より短い波長の高調波生成のためパワー調整することができる。
【０１０６】
当業者にとって、上記実施形態の詳細部分について、本発明の趣旨から逸脱することなく多くの変更をなし得ることが理解されよう。したがって本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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