(57)【要約】  ワークピースを加工するために調整レーザパルス形状を用いる。例えば、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）上の半導体デバイスウェハのレーザダイシングにおいて異なる調整レーザパルス形状を用いて、半導体基板までのデバイス層のスクライビング、半導体基板のダイシング、下地のＤＡＦの切断、及び／又はダイ破断強さを増すための上側ダイエッジの後処理をしてもよい。それぞれのレシピ工程に対して、あるいはスクライブラインを横断するレーザビームのパスに対して、異なる単一形状レーザパルス列を用いてもよい。他の実施形態においては、半導体デバイスウェハのスクライビングは、互いに異なる少なくとも２つのレーザパルスを含む混合形状レーザパルス列を用いた、スクライブラインに沿ったレーザビームの単一パスのみを含んでいる。加えて、あるいは他の実施形態においては、１つ以上の調整パルス形状を実行中に選択してワークピースに供給してもよい。この選択をセンサフィードバックに基づいて行ってもよい。
2014514754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実行時に変化する複数の異なる時間的パルスプロファイルを用いてワークピースをレーザダイシングする方法であって、前記ワークピースは、半導体基板上に形成された１層以上のデバイス層を含み、前記１層以上のデバイス層は、側壁によって規定される切断溝をレーザビームにより形成することができる１つ以上のストリートによって分離された複数の互いに離間した電子回路要素のパターンを含み、
第１の時間的パルスプロファイル形状と第２の時間的パルスプロファイル形状を選択し、
単一のレーザ源を用いて、前記第１の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第１のレーザパルス列と、前記第２の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第２のレーザパルス列とを生成し、
ストリートに沿った前記レーザビームの第１のパスにおいて、前記第１のレーザパルス列を前記ワークピースに向けて、前記１層以上のデバイス層の少なくとも第１の部分を前記ストリートに沿って除去し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの第２のパスにおいて、前記第２のレーザパルス列を前記ワークピースに向けて、前記ストリートに沿って前記半導体ウェハを切断する、
方法。
【請求項２】
前記第１の時間的パルスプロファイル形状は、椅子型時間的パルスプロファイルである、請求項１の方法。
【請求項３】
前記第１の時間的パルスプロファイル形状は、約１２ナノ秒から約１４ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第２の時間的パルスプロファイル形状は、ガウス形時間的パルスプロファイル、方形状時間的パルスプロファイル、及び三角形状時間的パルスプロファイルからなる群から選択される、請求項３の方法。
【請求項５】
前記第２の時間的パルスプロファイル形状は、約１ナノ秒から約３ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有する、請求項５の方法。
【請求項６】
前記ワークピースは、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）に載置され、
さらに、
第３の時間的パルスプロファイル形状を選択し、
前記単一のレーザ源を用いて、前記第３の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第３のレーザパルス列を生成し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの第３のパスにおいて、前記第３のレーザパルス列を前記ワークピースに向けて、前記ストリートに沿って前記ＤＡＦを切断する、
請求項１の方法。
【請求項７】
前記第３の時間的パルスプロファイル形状は、約４０ナノ秒から約４００ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有し、第３の時間的パルスプロファイル形状は、ガウス形時間的パルスプロファイル及び方形状時間的パルスプロファイルからなる群から選択される、請求項６の方法。
【請求項８】
さらに、
第４の時間的パルスプロファイル形状を選択し、
前記単一のレーザ源を用いて、前記第４の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第４のレーザパルス列を生成し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの第４のパスにおいて、前記第３のレーザパルス列を前記ワークピースに向けて、前記ストリートに沿って形成された切断溝の側壁をアニールしてダイ破断強さを増す、
請求項７の方法。
【請求項９】
前記第４の時間的パルスプロファイル形状は、約５０ナノ秒から約１００ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有し、前記第４の時間的パルスプロファイル形状は、ガウス形時間的パルスプロファイル及び方形状時間的パルスプロファイルからなる群から選択される、請求項８の方法。
【請求項１０】
さらに、
前記第１のレーザパルス列及び前記第２のレーザパルス列のうち少なくとも一方における前記一連のレーザパルスを空間的に整形する、
請求項１の方法。
【請求項１１】
さらに、
前記第１のレーザパルス列及び前記第２のレーザパルス列のうち少なくとも一方における前記一連のレーザパルスにおいて第１のレーザパルスのピーク強度を第２のレーザパルスに対して変化させる、
請求項１の方法。
【請求項１２】
前記第１のレーザパルス列は、単一形状レーザパルス列からなり、
さらに、
第３の時間的パルスプロファイル形状を選択し、
前記単一のレーザ源を用いて、前記第３の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第３のレーザパルス列を生成し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの第３のパスであって前記第１のパスと前記第２のパスとの間に生じる第３のパスにおいて、前記第３のレーザパルス列を前記ワークピースに向けて、前記ストリートに沿って前記１層以上のデバイス層の少なくとも第２の部分を除去する、
請求項１の方法。
【請求項１３】
前記第１のレーザパルス列は、混合形状レーザパルス列からなり、
さらに、
第３の時間的パルスプロファイル形状を選択し、前記第１のレーザパルス列の生成においてさらに前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された少なくとも１つのレーザパルスを生成し、
前記第１の時間的パルスプロファイル形状を前記１層以上のデバイス層内の第１のクラスの構造に関連付け、
前記第３の時間的パルスプロファイル形状を前記１層以上のデバイス層内の第２のクラスの構造に関連付け、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの前記第１のパスにおいて、前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記少なくとも１つのレーザパルスを前記第２のクラスの構造に関連付けられた前記１層以上のデバイス層状又は前記１層以上のデバイス層内の構造に向ける、
請求項１の方法。
【請求項１４】
前記第１のレーザパルス列は、混合形状レーザパルス列からなり、
さらに、
第３の時間的パルスプロファイル形状を選択し、前記第１のレーザパルス列の生成においてさらに前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された複数のレーザパルスを生成し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの前記第１のパスにおいて、前記レーザビームを前記１層以上のデバイス層に照射することにより形成された切断溝の両側壁の間で前記レーザビームを前後にディザリングし、
前記ディザリング中に前記レーザビームのパスが前記両側壁の間の中央位置を通過する際に、前記第１の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記第１のレーザパルス列の１つ以上のパルスを前記ワークピースに向け、
前記ディザリング中に前記レーザビームの前記パスが前記両側壁のそれぞれの近傍を通過する際に、前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記第１のレーザパルス列の１つ以上のパルスを前記ワークピースに向ける、
請求項１の方法。
【請求項１５】
前記第１のレーザパルス列は、混合形状レーザパルス列からなり、
さらに、
第３の時間的パルスプロファイル形状を選択し、前記第１のレーザパルス列の生成においてさらに前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された複数のレーザパルスを生成し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの前記第１のパスにおいて、前記ワークピースに対する前記レーザビームの速度及び加速度の少なくとも一方を変化させ、
前記速度及び前記加速度の少なくとも一方を変化させる前に、前記第１の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記第１のレーザパルス列の１つ以上のパルスを前記ワークピースに向け、
前記速度及び前記加速度の少なくとも一方を変化させている間に、前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記第１のレーザパルス列の１つ以上のパルスを前記ワークピースに向ける、
請求項１の方法。
【請求項１６】
前記第１のレーザパルス列は、混合形状レーザパルス列からなり、
さらに、
第３の時間的パルスプロファイル形状を選択し、前記第１のレーザパルス列の生成においてさらに前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された複数のレーザパルスを生成し、
前記ストリートに沿った前記レーザビームの第１のパスの間に、前記１層以上のデバイス層の表面に対して前記レーザビームの集束されたビームウェストの深さを変化させ、
前記１層以上のデバイス層の前記表面に対して前記集束されたビームウェストが第１の深さにあるときに、前記第１の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記第１のレーザパルス列の１つ以上のパルスを前記ワークピースに向け、
前記１層以上のデバイス層の前記表面に対して前記集束されたビームウェストが第２の深さにあるときに、前記第３の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記第１のレーザパルス列の１つ以上のパルスを前記ワークピースに向ける、
請求項１の方法。
【請求項１７】
実行中に変更される複数の異なる時間的パルスプロファイルを用いてワークピースをレーザ加工する方法であって、
単一のレーザ源から、
第１の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形される１つ以上の第１のレーザパルスと、
第２の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形される１つ以上の第２のレーザパルスと、
を有する混合形状レーザパルス列を生成し、
前記単一のレーザ源のパルス繰り返し周波数、前記ワークピース上又は前記ワークピース内の複数のターゲット位置、及び前記ターゲット位置に対するレーザビームの運動プロファイルに基づいて、前記１つ以上の第１のレーザパルスと前記１つ以上の第２のレーザパルスのシーケンスを前記混合形状レーザパルス列中に配置し、
前記運動プロファイルによる前記ワークピースに沿った前記レーザビームの単一パスにおいて、前記１つ以上の第１のレーザパルスと前記１つ以上の第２のレーザパルスを前記それぞれのターゲット位置に向ける、
方法。
【請求項１８】
前記シーケンスは、さらに、
前記第１の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記１つ以上の第１のレーザパルスを第１のターゲット位置で第１のクラスの構造に向けることと、
前記第２の時間的パルスプロファイル形状により整形された前記１つ以上の第２のレーザパルスを第２のターゲット位置で第２のクラスの構造に向けることと、
に基づいている、請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記第１のクラスの構造は誘電体であり、前記第２のクラスの構造は金属である、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記第１のクラスの構造は前記ワークピースの単一特徴部に対応する非交差領域であり、前記第２のクラスの構造は２以上の重なり特徴部に対応する交差領域である、請求項１８の方法。
【請求項２１】
前記２以上の重なり特徴部は２つのスクライブラインの交点である、請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記シーケンスは、さらに、ターゲット構造上又はターゲット構造内の特定の部分を加工することに基づいている、請求項１７の方法。
【請求項２３】
前記運動プロファイルは、前記レーザビームを前記ワークピースに照射することにより形成された切断溝の両側壁の間で前記レーザビームを前後にディザリングすることに対応し、前記シーケンスは、
前記ディザリング中に前記レーザビームのパスが前記両側壁の間の中央位置を通過する際に、前記１つ以上の第１のレーザパルスが前記ワークピースに向けられ、
前記ディザリング中に前記レーザビームの前記パスが前記両側壁のそれぞれの近傍を通過する際に、前記１つ以上の第２のレーザパルスが前記ワークピースに向けられる、
ように選択される、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記運動プロファイルは、前記ワークピース内にビアを形成することに対応し、前記シーケンスは、
前記ビアの第１の深さにおいて、前記１つ以上の第１のレーザパルスが前記ワークピースに向けられ、
前記ビアの第２の深さにおいて、前記１つ以上の第２のレーザパルスが前記ワークピースに向けられる、
ように選択される、請求項２２の方法。
【請求項２５】
前記運動プロファイルは、前記ワークピースに対する前記レーザビームの速度及び加速度の少なくとも一方を変化させることを含み、前記シーケンスは、さらに、
前記速度及び前記加速度の少なくとも一方を変化させる前に、前記１つ以上の第１のレーザパルスを前記ワークピースに向けることと、
前記速度及び前記加速度の少なくとも一方を変化させている間に、前記１つ以上の第２のレーザパルスを前記ワークピースに向けることと、
に基づいている、請求項１７の方法。
【請求項２６】
前記ワークピースの表面に対して前記レーザビームの集束されたビームウェストの深さを変化させ、前記シーケンスは、さらに、
前記ワークピースの前記表面に対して前記集束されたビームウェストが第１の深さにあるときに、前記１つ以上の第１のレーザパルスを前記ワークピースに向けることと、
前記ワークピースの前記表面に対して前記集束されたビームウェストが第２の深さにあるときに、前記１つ以上の第２のレーザパルスを前記ワークピースに向けることと、
に基づいている。請求項１７の方法。
【請求項２７】
前記シーケンスを配置することは、少なくとも部分的には、前記ワークピースの前記表面に対する前記集束されたビームウェストの深さの前記変化に対応する焦点誤差に基づいている、請求項２６の方法。
【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ものである。特に、本開示は、整形された時間的プロファイルを有するレーザパルスを用いた半導体素子の微細加工（例えば、スクライビング又はダイシング）及び／又は導電リンクの切断のためのレーザシステム及び方法に関するものである。
【背景情報】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）は、一般的に、半導体基板上に又は半導体基板内に整列された状態で製作される。ＩＣは、一般的に、基板上に形成された複数の層を含んでいる。機械鋸又はレーザを用いてスクライビングレーン又はスクライビングストリートに沿って１つ以上の層を除去する場合がある。スクライビング後、鋸又はレーザを用いて基板を完全に切断して回路の構成要素を互いに分離する（ダイシングすると呼ばれることがある）ことがある。
【０００３】
動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）及び他の素子を加工するために用いられるレーザ加工システムは、通常、Ｑスイッチダイオード励起固体レーザを用いる。メモリ修復用のメモリデバイスを加工する際には、例えば、導電リンク構造を切断するために単一のレーザパルスが通常用いられる。他の工業用途においては、個別の埋め込み部品の抵抗値を調整するためにＱスイッチダイオード励起固体レーザが使用される。
【０００４】
異なる機能を実現するために異なる動作モードを用いるレーザ加工システムがある。例えば、本特許出願の譲受人であるオレゴン州ポートランドのElectro Scientific Industries社から入手可能な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スイッチネオジム添加イットリウムバンデード（Ｎｄ：ＹＶＯ4）レーザを用いて半導体メモリ及び関連するデバイスのレーザ加工を行うものである。このレーザシステムは、リンク構造を加工するためのパルスレーザ出力と、ビームからワーク上のターゲットへの走査のための連続波（ＣＷ）レーザ出力とを供給する。他の例としては、同様にElectro Scientific Industries社から入手可能なＥＳＩモデル9835は、ダイオード励起Ｑスイッチ三逓倍Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザを用いて半導体メモリ及び関連するデバイスのレーザ加工を行うものである。このレーザシステムは、リンク構造を加工するためのＰＲＦ約５０kHzの第１のパルスレーザ出力と、ビームからワーク上のターゲットへの走査を行うためのＰＲＦ約９０kHzの第２のパルスレーザ出力とを用いるものである。システムによっては、より高いＰＲＦ（例えば約１００kHz）が可能である。一般的に、そのようなレーザシステムにより生成されたレーザパルスのパルス幅は、選択されたＰＲＦに機能的に依存しており、ターゲットの構造又は他のプロセス変数の違いに基づいて独立して調整することができない。
【０００５】
図１Ａ及び図１Ｂは、典型的な固体レーザにより生成されるレーザパルスの時間的パルス形状の例である。図１Ａに示されるパルスは、方形波パルスを生成するために当業者に知られているように光学要素により整形され得たものである。図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、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）、及び全幅半値（ＦＷＨＭ）で測定したパルス幅によって適切に表現される。パルス検出器からの信号を用いてパルスエネルギー及び／又はピークパワーを決定してもよい。パルス検出器は、ピークパワー検知のためのアナログピーク捕捉・保持回路に連結されたダイオードを含んでいてもよい。また、このパルス検出器は、パルスエネルギー測定用アナログ積分回路を含んでいてもよい。
【０００６】
レーザ加工に関する１つの課題は、結果が材料に大きく依存する傾向にあることである。例えば、金属を切断するのにはあるレーザタイプ（又はレーザパラメータのセット）が理想的であるかもしれないが、ガラスを切断するのには異なるレーザタイプ（又はレーザパラメータのセット）が理想的であるかもしれない。
【０００７】
この問題に取り組んでいる１つの例は、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）上に実装された半導体デバイスのシンギュレーションである。既知のプロセスを用いたレーザダイシングにより製造されたダイは、機械的なソーイングにより製造されたものと比べて機械的強度が低い傾向があるため、一般的に、これは極薄刃を有する機械的ダイアモンドソーを用いた製造において問題となる。シリコンウェハの厚さを薄くするとともに、脆弱なlow-k誘電材料をこれらの半導体デバイスに組み込むことは、機械的ソーダイシングに関する困難性を増大させ、スループットの低下と歩留まりの低下を招いてきた。これまでなされてきた解決策としては、機械的ソーダイシングの前にレーザを用いてlow-k半導体層をスクライビングしたり、レーザダイシングを後処理エッチプロセスに組み合わせてダイを強くしたり、異なるパルス幅の２つのレーザを有するフルカットのレーザダイシングシステムを用いたりすることが挙げられる。
【０００８】
フルカットのレーザダイシングと異なり、製造においては、銅及び／又はlow-k誘電体デバイスのレーザスクライビングが一般的に採用されてきた。しかしながら、スクライビングのスループットを上げることが依然として求められている。
【開示の概要】
【０００９】
ワークピースを加工するために調整レーザパルス形状を用いる。例えば、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）上の半導体デバイスウェハのレーザダイシングにおいて異なる調整レーザパルス形状を用いて、半導体基板までのデバイス層のスクライビング、半導体基板のダイシング、下地のＤＡＦの切断、及び／又はダイ破断強さを増すための上側ダイエッジの後処理をしてもよい。それぞれのレシピ工程に対して、あるいはスクライブラインを横断するレーザビームのパスに対して、異なる単一形状レーザパルス列を用いてもよい。他の実施形態においては、半導体デバイスウェハのスクライビングは、互いに異なる少なくとも２つのレーザパルスを含む混合形状レーザパルス列を用いた、スクライブラインに沿ったレーザビームの単一のパスのみを含んでいる。加えて、あるいは他の実施形態においては、１つ以上の調整パルス形状を実行中に（on-the-fly）選択してワークピースに供給してもよい。この選択をセンサフィードバックに基づいて行ってもよい。
【００１０】
一実施形態において、ワークピースをレーザダイシングする方法は、実行時に変化する複数の異なる時間的パルスプロファイルを用いる。上記ワークピースは、半導体基板上に形成された１層以上のデバイス層を含む。上記１層以上のデバイス層は、側壁によって規定される切断溝をレーザビームにより形成することができる１つ以上のストリートによって分離された複数の互いに離間した電子回路要素のパターンを含む。この方法では、第１の時間的パルスプロファイル形状と第２の時間的パルスプロファイル形状を選択し、（単一のレーザ源を用いて）上記第１の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第１のレーザパルス列と、上記第２の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形された一連のレーザパルスを含む第２のレーザパルス列とを生成する。この方法では、さらに、ストリートに沿った上記レーザビームの第１のパスにおいて、上記第１のレーザパルス列を上記ワークピースに向けて、上記１層以上のデバイス層の少なくとも第１の部分を上記ストリートに沿って除去し、上記ストリートに沿った上記レーザビームの第２のパスにおいて、上記第２のレーザパルス列を上記ワークピースに向けて、上記ストリートに沿って上記半導体ウェハを切断する。
【００１１】
他の実施形態において、ワークピースをレーザ加工する方法では、（単一のレーザ源から）第１の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形される１つ以上の第１のレーザパルスと、第２の時間的パルスプロファイル形状により時間的に整形される１つ以上の第２のレーザパルスとを有する混合形状レーザパルス列を生成する。この方法では、さらに、上記単一レーザ源のパルス繰り返し周波数、上記ワークピース上又は上記ワークピース内の複数のターゲット位置、及び上記ターゲット位置に対するレーザビームの運動プロファイルに基づいて、上記１つ以上の第１のレーザパルスと上記１つ以上の第２のレーザパルスのシーケンスを上記混合形状レーザパルス列中に配置する。この方法では、さらに、上記運動プロファイルによる上記ワークピースに沿った上記レーザビームの単一パスにおいて、上記１つ以上の第１のレーザパルスと上記１つ以上の第２のレーザパルスを上記それぞれのターゲット位置に向ける。
【００１２】
付加的な態様及び利点は、添付図面を参照して述べられる以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】図１Ａ及び図１Ｂは、典型的な固体レーザによって生成されるレーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図１Ｂ】図１Ａ及び図１Ｂは、典型的な固体レーザによって生成されるレーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図２Ａ】図２Ａ及び図２Ｂは、ある実施形態における方形状時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。
【図２Ｂ】図２Ａ及び図２Ｂは、ある実施形態における方形状時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。
【図３】図３は、一実施形態における三角形状時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。
【図４Ａ】図４Ａは、一実施形態における椅子型時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。
【図４Ｂ】図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、ある実施形態による時間的パルスプロファイルの追加の例をグラフで示すものである。
【図４Ｃ】図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、ある実施形態による時間的パルスプロファイルの追加の例をグラフで示すものである。
【図４Ｄ】図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、ある実施形態による時間的パルスプロファイルの追加の例をグラフで示すものである。
【図５Ａ】図５Ａは、一実施形態における、複数の極大値を有する時間的パルスプロファイル形状の例をグラフで示すものである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、一実施形態における、複数の極大値を有する三角形状の時間的パルスプロファイル形状の例をグラフで示すものである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ある実施形態における、異なる時間だけ分離された２つのピーク又は極大値を有する時間的パルスプロファイルの単一紫外線レーザパルスにより、二酸化ケイ素で不動態化されたアルミニウムプローブパッド内に形成された複数の孔を示す電子顕微鏡写真を含むものである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、単一のピーク又は極大値を有する時間的パルスプロファイルの単一紫外線レーザパルスにより、二酸化ケイ素で不動態化されたアルミニウムプローブパッド内に形成された複数の孔を示す電子顕微鏡写真を含むものである。
【図６Ａ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、ある実施形態における、様々な４段形状の時間的パルスプロファイルをグラフで示すものである。
【図６Ｂ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、ある実施形態における、様々な４段形状の時間的パルスプロファイルをグラフで示すものである。
【図６Ｃ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、ある実施形態における、様々な４段形状の時間的パルスプロファイルをグラフで示すものである。
【図６Ｄ】図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、ある実施形態における、様々な４段形状の時間的パルスプロファイルをグラフで示すものである。
【図７Ａ】図７Ａ及び図７Ｂは、ある実施形態における、単一形状レーザパルス列の例をグラフで表すものである。
【図７Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂは、ある実施形態における、単一形状レーザパルス列の例をグラフで表すものである。
【図８】図８は、一実施形態における複数の単一形状レーザパルス列を用いて加工されたワークピースの上面図を模式的に示すものである。
【図９Ａ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、一実施形態における、図８に示される半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図９Ｂ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、一実施形態における、図８に示される半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図９Ｃ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、一実施形態における、図８に示される半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図９Ｄ】図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、一実施形態における、図８に示される半導体ウェハの側面斜視図を模式的に示すものである。
【図１０】図１０は、ある実施形態において、複数の異なる時間的パルスプロファイルを用いてスクライビングされた例示ワークピースの模式的側面図である。
【図１１】図１１は、一実施形態における混合形状レーザパルス列をグラフで表したものである。
【図１２】図１２は、一実施形態における一連の時間チャンネルにさらに分割される時間的パルスプロファイルをグラフで表したものである。
【図１３】図１３は、一実施形態において、ワークピース上の第１のダイと第２のダイとの間のストリート内でレーザビームを前後にディザリングすることを模式的に示している。
【図１４】図１４は、一実施形態において、ワークピース上の角部を回るレーザビームパスを模式的に示すものである。
【図１５】図１５は、一実施形態において、ワークピースを貫通する孔やビアを形成するために使用されるレーザビームパスを模式的に示すものである。
【図１６】図１６は、一実施形態におけるワークピースのストリートにおける異なるターゲット材料の加工を模式的に示すものである。
【図１７】図１７は、一実施形態におけるストリートを交差するレーザ加工を模式的に示すものである。
【図１８】図１８は、一実施形態におけるターゲットワーク表面に対するビーム焦点位置を模式的に示すものである。
【図１９】図１９は、一実施形態におけるレーザ加工システムの簡略化ブロック図である。
【図２０Ａ】図２０Ａ及び図２０Ｂは、一実施形態における、動的レーザパルス整形器及びパワー増幅器により生成される調整レーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図２０Ｂ】図２０Ａ及び図２０Ｂは、一実施形態における、動的レーザパルス整形器及びパワー増幅器により生成される調整レーザパルスの時間的パルス形状の例である。
【図２１】図２１は、一実施形態における、ワーク面、ターゲットアライメント特徴部、及び導電リンク構造を有する半導体ウェハを示す模式図である。
【図２２】図２２は、一実施形態におけるワークピース上又はワークピース内の構造をレーザ加工する方法のフローチャートである。
【図２３】図２３は、一実施形態における、異なる時間的パルスプロファイルを有するレーザパルスを生成及びモニタリングするレーザ加工システムの例である。
【図２４】図２４は、一実施形態における光検出モジュールの例のブロック図である。
【図２５Ａ】図２５Ａ及び図２５Ｂは、一実施形態における、図２３に示されるレーザ源を示すブロック図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａ及び図２５Ｂは、一実施形態における、図２３に示されるレーザ源を示すブロック図である。
【図２６】図２６は、一実施形態におけるピークパルスパワーによって少なくとも部分的に特徴付けられる正規化された調整レーザパルスをグラフで示すものである。
【図２７Ａ】図２７Ａ及び図２７Ｂは、調整レーザパルスを特徴付けるためにピークパワー及びＦＷＨＭを用いることから生じる問題を示すものである。
【図２７Ｂ】図２７Ａ及び図２７Ｂは、調整レーザパルスを特徴付けるためにピークパワー及びＦＷＨＭを用いることから生じる問題を示すものである。
【図２８】図２８は、一実施形態における、４つの単純化パルス形状（パルスＡ〜Ｄ）と、対応するＦＷＨＭ値とＴISパルス幅値との比較とを示すものである。
【図２９】図２９は、一実施形態における、６つのレーザパルス形状（曲線１〜６）と、対応するＦＷＨＭ値とＴISパルス幅値との比較を示すものである。
【図３０】図３０は、一実施形態における、ピーク高さ、ピーク幅、及びピーク時間により特徴付けられるスパイクを有する正規化された調整レーザパルスをグラフで示すものである。
【図３１】図３１は、一実施形態における、開始時刻、終了時刻、及び許容範囲に関連づけられたレベルにより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をグラフで示すものである。
【図３２】図３２は、一実施形態における、開始時刻、終了時刻、第１の許容範囲に関連づけられた開始レベル、及び第２の許容範囲に関連づけられた終了レベルにより特徴付けられる傾斜部又は傾斜した平坦部を有する正規化された調整レーザパルスをグラフで示すものである。
【図３３Ａ】図３３Ａ、図３３Ｂ、及び図３３Ｃは、ある実施形態における、本明細書で述べたパラメータにより特徴付けられる様々なピーク、平坦部、及び傾斜部を有する調整パルスの例をグラフで示すものである。
【図３３Ｂ】図３３Ａ、図３３Ｂ、及び図３３Ｃは、ある実施形態における、本明細書で述べたパラメータにより特徴付けられる様々なピーク、平坦部、及び傾斜部を有する調整パルスの例をグラフで示すものである。
【図３３Ｃ】図３３Ａ、図３３Ｂ、及び図３３Ｃは、ある実施形態における、本明細書で述べたパラメータにより特徴付けられる様々なピーク、平坦部、及び傾斜部を有する調整パルスの例をグラフで示すものである。
【図３４Ａ】図３４Ａは、一実施形態において、表２により特定される複数の調整パルスをグラフで示すものである。
【図３４Ｂ】図３４Ｂ及び図３４Ｃは、ある実施形態における調整レーザパルスの追加的な例を示すものである。
【図３４Ｃ】図３４Ｂ及び図３４Ｃは、ある実施形態における調整レーザパルスの追加的な例を示すものである。
【図３５】図３５は、一実施形態における、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の例のブロック図である。
【図３６】図３６は、一実施形態における調整レーザパルス出力の生成においてレーザパルススライシング装置として動作する電気光変調器の簡略化ブロック図である。
【図３７】図３７は、図３６のレーザパルススライシング装置により生成される５つの可能なレーザパルス形状形成の例を列（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）に示すものである。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１４】
本明細書で述べるレーザ微細加工システム及びプロセスは、高速で効率的な材料の除去速度、チッピング又はクラッキング又はターゲット材料に対する他の機械的ダメージがないこと、材料のスプラッシュ及び噴出デブリの制御、熱的ダメージやマイクロクラッキングによる材料強度の大幅な低下がないこと、及び（滑らかなエッジ、滑らかな垂直又は水平面のような）美観上の要求を満たすプロセスという、良好なプロセス結果を有し、スループットの高いワークピースのレーザ微細加工を提供する。
【００１５】
「調整レーザパルス」（本明細書では整形された「時間的パルスプロファイル」ともいう）という用語は、時間に対してレーザパワー又は強度（時間に対するレーザ強度）が調整又はプログラミング（整形）されたレーザパルスを意味する。このように、調整レーザパルス又は整形された時間的パルスプロファイルは、レーザパルスの空間的な整形（トップハット空間的ビーム形状のような）と混同すべきではない。しかしながら、レーザスクライビング用途に対して椅子型時間的パルスプロファイルを有するトップハット空間的形状を用いることのように、調整レーザパルスビームを空間的に整形できることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。さらに、本明細書で使用されているように、２つのレーザパルスが、異なる時間的パルス持続時間又は時間的パルス幅を有しながら、同じ種類又はクラスの調整レーザパルスであってもよい。例えば、２つの異なるレーザパルスが、異なる時間的パルス持続時間を有するが、ともに椅子形状又は三角形状であってもよい。
【００１６】
一般に、調整レーザパルスを用いて導電リンクを加工する際には、各ワークピースに対して予め定義された単一の調整レーザパルス形状を用いて、ワークピースごとに（必要であれば）調整レーザパルス形状を変更するだけである。しかしながら、レーザ技術の近年の進歩により、単一のワークピースを加工する際に、レシピの一部として調整レーザパルス形状を変更することが可能となった。レーザスポットサイズ、レーザパワー、繰り返し率、焦点オフセット、加工速度、及び特定のワークピースを加工するための様々な工程に対する他のパラメータのような「レシピ」レーザ及びビーム位置のパラメータ。また、レシピによりレーザエネルギーを用いて加工されるワークピースの領域を定義してもよい。レシピ工程は、例えば、ガルボ（ガルバノメータ）のスイープ工程又は並進ステージの加速工程及び／又は減速工程により定義されるワーク表面を横断するレーザビームのそれぞれのパスに対応していてもよい。また、例えば、ワークピースの異なる領域を加工することのようにワーク表面に対するＸ−Ｙ位置に基づいてレシピ工程を定義してもよい。本明細書に開示された、レシピに基づいて「実行時に（on-the-fly）」調整レーザパルス形状を変更することにより、単一のレーザ加工システム上で微細加工を行い得る異なる種類やクラスの材料に時間的パルスプロファイルを調整することができる。
【００１７】
一実施形態においては、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）上の半導体デバイスウェハに関するフルカットのレーザダイシングが開示される。ダイシングプロセス中に調整レーザパルス形状が複数回変更される。半導体基板まで半導体デバイス層をスクライビングする際に、（例えば、金属及び誘電材料のパターニングされた材料を切断するために）スクライビングパスそれぞれに対して異なる調整レーザパルス形状を用いたマルチパススクライビング方法を用いてもよい。加えて、半導体ウェハのダイシング（例えば、過剰な熱的ダメージなく純度の高いシリコン材料を切断する）、（ＤＡＦ材料のシリコン側壁や半導体デバイス層への溶融及びスプラッシュを低減した）下地の高分子ＤＡＦの切断、及び／又はダイ破断強さを増すための上側ダイエッジの後処理などの後のレシピ工程に対して異なる調整レーザパルス形状を用いてもよい。完全切断レーザダイシングのある実施形態においては、レーザ微細加工プロセスにおいてそれぞれのレシピ工程に対して異なる単一形状レーザパルス列が用いられる。レーザパルス列においては、レーザパルスが、１からｎのパルスの時系列でワークピースに送られ、列の各パルスはレーザの１回の繰り返しに対応する。単一形状レーザパルス列においては、各レーザパルスは、（レーザのパルスからパルスへの繰り返し性の範囲内で）その列の他のレーザパルスと同一の調整レーザパルス形状を有している。このように、ある実施形態における単一形状レーザパルス列に関して、第１の調整レーザパルス形状が第１のレシピ工程に用いられ、第２の調整レーザパルス形状が第２のレシピ工程に用いられる。
【００１８】
他の実施形態においては、半導体デバイスウェハをスクライビングは、スクライブラインに沿ったレーザビームの単一パスのみを含んでいる。スクライビングのある実施形態では、スクライブラインに沿ったレーザビームの単一パスに対して所定の単一の種類又はクラスの調整レーザパルス形状を用いてもよい。選択されたクラスの調整レーザパルス形状に対して異なる時間的パルス持続時間を用いてもよい。選択されたクラスは、ワークピースのスクライブライン内でターゲット材料を加工するための最適な調整レーザパルス形状を決定する実験に基づいていてもよい。スクライビングの他の実施形態においては、スクライブラインに沿ったレーザビームの単一パスに対して混合形状レーザパルス列が用いられる。混合形状レーザパルス列は、互いに異なる（例えば、方形状から椅子形状へといった、調整レーザパルス形状のクラスの変化及び／又は同一のクラスの調整レーザパルス形状におけるピークパワー（強度）又は時間的パルス持続時間の変化）少なくとも２つのレーザパルスを含んでいる。このように、２つ以上の異なる調整レーザパルス形状を有する一連のレーザパルスをレーザビームの単一パスで用いてワークピースをスクライビングしてもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、同一のワークピースに対して行われる異なるレシピ工程中に異なる混合形状レーザパルス列を用いてもよい。
【００１９】
加えて、あるいは他の実施形態においては、本開示では、ターゲット構造に基づいて強度プロファイルが調整されたレーザパルスを選択し、所望の強度プロファイルを維持するような十分なフィードバックと制御を提供することについて説明する。一実施形態においては、レーザ加工システムは、１つ以上のワークピース上のワークピース構造を加工するために複数の時間的プロファイルを用いる。レーザ加工システムは、ファイバレーザのようなパルスレーザと、主発振器ファイバパワー増幅器（ＭＯＦＰＡ）と、タンデム光増幅器、すなわちレーザに広範囲の形状のレーザパルスを生成可能とするプログラム可能な時間的パルスプロファイルとともに電気光学変調器を用いる「スライスド」パルスレーザとを含んでいてもよい。特定のワークピース構造に向けてレーザパルスを出射するためにレーザを方向付けるときに、レーザパルス形状を「実行時に」選択するようにレーザ加工システムを構成してもよい。
【００２０】
ある実施形態においては、レーザ加工システムは、パルス当たりのエネルギー及び信号伝搬遅延などの他のレーザパラメータを較正する。これらは、プログラミングされた時間的プロファイルによって異なることがある。プログラムされた時間的パルスプロファイルの範囲を超えて確実に動作するようにレーザ加工システムを較正してもよい。したがって、そのような一実施形態においては、レーザ加工システムは、プログラムされたパルス形状の相関的要素としてパルス当たりのエネルギーを正確に較正できるようにパルス波形をデジタル化する光電子検出方法を用いる。
【００２１】
上述したように、典型的なＱスイッチ固体パルス形状は、そのピークパワー、パルスエネルギー、及びパルス幅（例えば、ＦＷＨＭ）によって適切に表現される。しかしながら、一般的に、これらの測定基準は、調整されたパルスレーザを用いて可能な時間的パルス形状を説明するのに十分ではない。例えば、パワーカーブ上のスパイクのピークパワーは、いわゆる椅子形状のパルスの「座」の高さ又はダブルスパイクパルスの第２のピークの高さを表すものではない。
【００２２】
このように、ある実施形態においては、レーザ加工システムは、典型的なリンク加工システムがモニタリングしていないパラメータ用のフィードバックを含んでいる。そのようなフィードバックを設けることにより、多数のパルス形状測定基準が記録され、プロセスフィードバック（例えば、デバイス歩留まりや基板損傷）と相互に関係づけられる。これにより、調整パルス技術の価値をさらに高めるための新しいプロセスや新しいパルス形状を開発するための貴重なツールが提供される。加えて、あるいは他の実施形態においては、フィードバックに基づいてパルス形状をモニタリング及び制御するためにパルス形状測定基準が用いられる。
【００２３】
ここで、同様の参照符号が同様の要素を示している図面を参照する。以下の説明では、本明細書に開示された実施形態が完全に理解できるように、非常にたくさんの具体的な詳細について述べられる。しかしながら、具体的な詳細のうち１つ以上のものがなくても、あるいは、他の方法、構成要素、又は材料によっても実施形態を実現できることは、当業者であれば理解できるであろう。また、実施形態の態様を不明瞭にすることを避けるために、既知の構造、材料、又は動作は、図示されていないか、あるいは詳細には述べられていない場合がある。さらに、１以上の実施形態において、任意の適切な方法により、ここで述べられる特徴、構造、又は特性を組み合わせてもよい。
【００２４】
Ｉ．処理中に時間的パルスプロファイルを変更する
上述したように、レーザ技術の近年の進歩により、ワークピースのレーザ加工中に必要とされる、あるいは求められる調整レーザパルス形状の処理中の変更が可能となった。ある実施形態においては、ワークピース全体に対して単一の調整レーザパルス形状を選択し得る。他の実施形態においては、同一のワークピースに対して行われる異なるレシピ工程に対して、異なる単一形状レーザパルス列を選択し得る。他の実施形態においては、形状の異なるレーザパルス列が、レーザビームの単一パス中に、異なる調整レーザパルス形状を用いる。他の実施形態においては、センサのフィードバックに基づいて、異なる調整レーザパルス形状を有するレーザパルスのパルスからパルスへの処理時の伝達が行われる。
【００２５】
Ａ．調整レーザパルス形状のクラスの例
異なる時間的パルスプロファイル形状を有するレーザパルスにより、加工される材料及びワークピース上又はワークピース内の材料の構成に応じて異なるプロセス結果が生じる。ある実施形態においては、１つのクラスの調整レーザパルスを用いて、ワークピース全体、ワークピースの特定の部分、又はワークピース上又はワークピース内の特定の対象材料を加工することができる。実験に基づいて特定の調整レーザパルス形状を選択して、対象材料を加工するための最適な形状を決定してもよい。調整レーザパルスのクラスを選択することに加えて、他のレーザパルスパラメータを選択して、ピーク強度、空間的パルス形状、及び／又は時間的パルス持続時間のような加工を改善してもよい。例えば、比較的短い時間的パルス持続時間を用いて熱影響部を減らし、あるいはスプラッシュの少ないレーザの切断を実現しつつ、比較的長い時間的パルス持続時間を用いて金属及び半導体材料をより高速に除去することができる。例えば、金属及び誘電体の両方を同一のレシピ工程で加工する場合、椅子型時間的パルスプロファイルにより、金属を切断するのに十分長いパルスを実現するとともに、誘電体を切断するのに必要とされる早い立ち上がり時間と高いピークパワーを実現することができる。時間的パルスプロファイルのクラスの例を以下に述べる。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂは、ある実施形態における方形状時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。上述したように、他の方形状時間的パルスプロファイルが図１Ａに示されている。図２Ａに示される方形状時間的パルスプロファイルは、実質的に一定のピークレーザ強度（例えば、この形状が「実質的に方形」である）を含んでいる。しかしながら、ある実施形態において使用される、図２Ｂに示される方形状の時間的パルスプロファイルは、レーザ強度が時間とともに傾斜又は減少する強度減少（ＩＤ（intensity decline））を含んでいる。他の実施形態においては、レーザ強度が時間とともに増加してもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示される方形状の時間的パルスプロファイルの例は、ともに全幅半値（ＦＷＨＭ）値で定義される時間的パルス持続時間を含んでいる。ある実施形態においては、方形状時間的パルスプロファイルに対する時間的パルス持続時間のＦＷＨＭ値は、約０．５ナノ秒から約１５０ナノ秒の範囲で選択的に調整可能である。図２Ａでは実質的にゼロであるものとしているが、図２Ｂの垂直な破線は立ち上がり時間ＲＴを表している（図１Ａでは、立ち上がり時間ｔ1をパワーがピークパワーの約１０％から約９０％にあるときの時間としていることも参照にされたい）。ある実施形態においては、図２Ｂに示される立ち上がり時間ＲＴは、約０．１ナノ秒から約１５ナノ秒の範囲で選択的に調整可能である。
【００２７】
後述するように、ある実施形態においては、図１Ｂに示されるようなガウス形時間的パルスプロファイルを用いてもよい。図１Ｂに示されるように、ガウス形時間的パルスプロファイルについての時間的パルス持続時間をＦＷＨＭ値で定義してもよい。本明細書に開示されたある実施形態においては、ガウス形時間的パルスプロファイルについての時間的パルス持続時間のＦＷＨＭ値は、約０．５ナノ秒から約１５０ナノ秒の範囲で選択的に調整可能であってもよい。図１Ｂの垂直な破線は、立ち上がり時間ＲＴを表している。ある実施形態においては、図１Ｂに示される立ち上がり時間ＲＴは、約０．１ナノ秒から約１５ナノ秒の範囲で選択的に調整可能である。
【００２８】
図３は、一実施形態における三角形状時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。図３は、三角形状時間的パルスプロファイルについてのピーク高さＨ、立ち上がり時間ＲＴ、立ち下がり時間ＦＴ、及び時間的パルス幅又は時間的パルス持続時間ＰＤを示している。一実施形態においては、立ち上がり時間ＲＴ及び立ち下がり時間ＦＴは、（互いに独立して）約１５ナノ秒から約２００ナノ秒の範囲内で、実質的に一定の傾斜を有するものとして独立して選択的に調整可能である。このため、そのような実施形態に関しては、約３０ナノ秒から約４００ナノ秒の範囲でパルス持続時間ＰＤも選択的に調整することができる。ピーク強度又はピーク高さＨは、立ち上がり時間ＲＴ及び立ち下がり時間ＦＴの傾斜及び持続時間に依存する。
【００２９】
図４Ａは、一実施形態における椅子型時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。椅子型時間的パルスプロファイルは、最初のピーク又はスパイク（「椅子の背もたれ」）と、それに続く平坦部（「椅子の座」）とを含んでいる。椅子の背もたれは、加熱効率を増加させる急峻な立ち上がり時間ＲＴを有しており、これにより熱影響部が小さくなる。加えて、加熱を高速にすることにより、対象材料の表面層でまず加熱が高速になる。そして、椅子の座により、その下にある材料層の制御された加工がなされる。導電リンクを加工する際、例えば、急峻な立ち上がり時間ＲＴと高い初期ピークパワーにより、導電リンクが予熱され、その上にあるパッシベーション層が破断される。導電リンクを破断した後、椅子の背もたれの高さＣＢｈから椅子の座の高さＣＳｈまでパルスエネルギーを下げて、下にある半導体（例えばシリコン）基板にダメージを与えるリスクを低減しつつ、残ったリンク材料を清浄する。
【００３０】
図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、ある実施形態における時間的パルスプロファイルのさらなる例をグラフで示すものである。図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、図示された椅子型時間的パルスプロファイルに関して、ピークレーザ強度又は椅子の背もたれの高さＣＢｈ、椅子の座の高さＣＳｈの複数の異なる値（ＣＳｈ７５、ＣＳｈ５０、又はＣＳｈ２５のいずれかで示されている）、立ち上がり時間ＲＴ、椅子の背もたれの持続時間ＣＢＤ、及び椅子の座の持続時間ＣＳＤを示している。ある実施形態においては、これらのパラメータのそれぞれは選択的に調整可能である。例えば、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、それぞれ３つの異なる時間的パルスプロファイルを示しており、それぞれのプロファイルは椅子の背もたれの高さが異なっている（ＣＳｈ７５は椅子の座の高さがＣＢｈの７５％であることを示しており、ＣＳｈ５０は椅子の座の高さがＣＢｈの５０％であることを示しており、ＣＳｈ２５は椅子の座の高さがＣＢｈの２５％であることを示している）。しかしながら、当業者であれば、本明細書の開示から、椅子の座の高さＣＳｈを、ＣＳｈ２５、ＣＳｈ５０、ＣＳｈ７５としてそれぞれ示されているようにＣＢｈの値の２５％、５０％、又は７５％とするだけではなく、任意の強度値に設定してもよいことは理解できよう。図４Ｂにおいては、椅子の背もたれがガウス形状となっている。図４Ｃにおいては、椅子の背もたれが三角形状となっている。図４Ｄにおいては、椅子の背もたれが方形状となっている。椅子型時間的パルスプロファイルについての時間的パルス持続時間はＣＢＤ＋ＣＳＤにより定義される。以下では、椅子型時間的パルスプロファイルについてのさらなる実施形態と詳細について述べる。
【００３１】
図５Ａは、一実施形態において、複数の極大値を有する時間的パルスプロファイル形状の例をグラフで示すものである。図５Ａに示されるように、「複数の極大値」とは、単一のレーザパルス内における複数のピークレーザ強度値（５つのピークレーザ強度値が示されている）をいい、ピークレーザ強度値の間でレーザ強度がゼロ強度値に戻る。本明細書において使用されているように、「ゼロ強度値」は、レーザパルスの極大ピークレーザ強度値の約１５％として定義される。複数の極大値を有する時間的パルスプロファイル形状は、パルス列（本明細書の別の箇所で述べる）ではなく、複数の別個のパルスのことを意味するものではないことに留意すべきである。そうではなく、複数の極大値を有する時間的パルスプロファイル形状は、パルスレーザ源により生成された単一のレーザパルスの形状を意味している。空間的領域においては、複数の極大値を持つ時間的パルスプロファイル形状を有するレーザパルスは、ワークピース上の（あるスポットサイズを有する）単一のレーザスポットを照射する。
【００３２】
図５Ａにおいては、図示された極大値のそれぞれが椅子型である。しかしながら、複数の極大値は任意の形状をしていてもよい。一実施形態においては、任意の調整レーザパルスに対して、極大値のそれぞれは同じ形状である（例えば、すべてガウス形、すべて方形状、すべて三角形状、あるいはすべて椅子型）が、個々の極大値ピーク強度、個々の極大値時間的持続時間、及び／又は極大値分離（例えば、図５Ａにおけるそれぞれの椅子型の間の時間的分離）はレーザパルス内で変化してもよい。例えば、図５Ｂは、一実施形態において、三角形状を有する複数の極大値を含む時間的パルスプロファイルの例をグラフで示すものである。図５Ｂにおいて、ピーク強度、時間的パルス持続時間、極大値持続時間、及び極大値分離は、図示された極大値（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・Ｐｎ）のうち少なくとも２つの間で変化する。全時間的パルス持続時間は特定のレーザ源の能力に依存し得る。しかしながら、一実施形態においては、複数の極大値を有する時間的パルスプロファイルの全時間的持続時間は約５００ナノ秒未満である。
【００３３】
ある実施形態においては、複数の極大値を有する時間的パルスプロファイルにおける極大値間の時間的分離は、所望のスポットサイズ及び／又は加工品質に基づいて選択される。例えば、図５Ｃは、異なる時間だけ分離された２つのピーク又は極大値（左から右に向かって、８ナノ秒の分離、１２ナノ秒の分離、１６ナノ秒の分離、２０ナノ秒の分離、２４ナノ秒の分離）を有する時間的パルスプロファイルの単一紫外線（ＵＶ）レーザパルスにより、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）で不動態化されたアルミニウム（Ａｌ）プローブパッド内に形成された複数の孔（５つの孔が示されている）を示す電子顕微鏡写真を含んでいる。この例では、二酸化ケイ素の厚さは約２５０ナノメートルである。図５Ｃに示されるように、ピークの分離が増加すると、スポットサイズが減少する。図５Ｃに示される２つのピークの実施形態と比較するために、図５Ｄの電子顕微鏡写真は、単一のピークを有し、（左から右に向かって）それぞれ３．７ナノ秒及び２２ナノ秒の時間的持続時間を有するガウス形時間的パルスプロファイルの単一紫外線レーザパルスにより、二酸化ケイ素により不動態化された同一のアルミニウムプローブパッドに形成された孔を示している。下記の表１に示されるように、図５Ｃに示される２つのピークの実施形態のいずれのスポットサイズも、図５Ｄに示される単一のピークの実施形態のものよりも小さい。
【表１】
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【００３４】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、ある実施形態における、様々な４段形状の時間的パルスプロファイルをグラフで示すものである。４段形状は、椅子形状と三角形状の形態を組み合わせたものである。時間的パルスプロファイルの最初のステージは、本明細書では「ランプアップ」Ｓ１という、一定の傾斜の立ち上がり時間持続時間を有する。ランプアップＳ１にステージ２が続く。ステージ２は、（椅子形状の「椅子の背もたれ」に類似する）時間的パルスプロファイルの高ピークパワー部であり、本明細書では「パルスバック」Ｓ２という。ステージ３は、（椅子形状の「椅子の座」に類似する）実質的に一定のパワー持続時間であり、本明細書では「パルスシート」Ｓ３という。パルスシートＳ３に続いて、ステージ４は、一定の傾斜の立ち下がり時間持続時間であり、本明細書では「ランプダウン」Ｓ４という。４段形状の時間的パルスプロファイルについての全時間的パルス持続時間は、Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３＋Ｓ４の期間で定義される。
【００３５】
一実施形態においては、ランプアップＳ１の最大強度は、パルスバックＳ２の最大強度（ＰＨとして示される）の２５％（ＰＨ２５で示される）か５０％（ＰＨ５０で示される）のいずれかである。パルスシートＳ３の高さ（及びランプダウンＳ４の最大強度）は、パルスバックＳ２の最大強度ＰＨの５０％（ＰＨ５０として示される）か７５％（ＰＨ７５として示される）のいずれかである。パルスバックＳ２についての立ち上がりランプ（ｒ１として示される）及び立ち下がりランプ（ｒ２として示される）はそれぞれ一定の傾斜を有する。
【００３６】
一実施形態においては、ランプアップＳ１の立ち上がり時間持続時間は約０．１ナノ秒から約１００ナノ秒の範囲にあり、パルスバックＳ２の高ピークパワー持続時間は約１ナノ秒から約１５０ナノ秒の範囲にあり、パルスバックＳ２の一定立ち上がりランプｒ１の持続時間は約０．１ナノ秒から約１５ナノ秒の範囲にあり、パルスバックＳ２の一定立ち下がりランプｒ２の持続時間は約０．１ナノ秒から約１５ナノ秒の範囲にあり、パルスシートＳ３の持続時間は約０．０１ナノ秒から約３００ナノ秒の範囲にあり、ランプダウンＳ４の直線傾斜の立ち下がり時間持続時間は約０．１ナノ秒から約１００ナノ秒の範囲にある。
【００３７】
Ｂ．単一形状（Mono-Shape）レーザパルス列
上述したように、レーザパルス列のレーザパルスは、１からｎのパルスの時系列でワークピースに送られ、列の各パルスはレーザの１回の繰り返しに対応する。単一形状レーザパルス列においては、各レーザパルスは、（レーザのパルスからパルスへの繰り返し性の範囲内で）その列の他のレーザパルスと同一の調整レーザパルス形状を有している。ある実施形態における単一形状レーザパルス列に関して、第１の調整レーザパルス形状が第１のレシピ工程に用いられ、第２の調整レーザパルス形状が第２のレシピ工程に用いられる。
【００３８】
図７Ａ及び図７Ｂは、ある実施形態における単一形状レーザパルス列の例をグラフで表すものである。図７Ａに示される第１の単一形状レーザパルス列７００は、それぞれ椅子型時間的パルスプロファイルを有する複数のレーザパルス７１０（５つのレーザパルスが示されている）を含んでいる。第１のレーザパルス７１０は、特定のレーザプロセス又はレシピ工程に対して選択されたパルス繰り返し周波数で繰り返される。図７Ｂに示される第２の単一形状レーザパルス列７２０は、それぞれガウス形時間的パルスプロファイルを有する複数のレーザパルス７２２（５つのレーザパルスが示されている）を含んでいる。レーザパルス７２２は、特定のレーザプロセス又はレシピ工程に対して選択されたパルス繰り返し周波数で繰り返される。
【００３９】
ある実施形態においては、ワークピースを加工する際の第１のレシピ工程で図７Ａに示される第１の単一形状レーザパルス列７００を用い、ワークピースを加工する際の第２のレシピ工程で第２の単一形状レーザパルス列７２０を用いる。第１のレシピ工程及び第２のレシピ工程の双方でほぼ同じパルス繰り返し周波数を有するものとして示されているが、ある実施形態においては、第１の単一形状レーザパルス列７００のパルス繰り返し周波数が、第２の単一形状レーザパルス列７２０のパルス繰り返し周波数とは異なる。示されているように、第１の単一形状レーザパルス列７００におけるレーザパルス７１０の時間的パルス持続時間が、第２の単一形状レーザパルス列７２０におけるパルス７２２の時間的パルス持続時間とは異なっていてもよい。空間形状（例えばトップハット）、ピーク強度、及びパルスエネルギーをはじめとする他のレーザパルスパラメータも、第２の単一形状レーザパルス列７２０におけるパルス７２２のレーザパルスパラメータと比較して、第１の単一形状レーザパルス列７００におけるパルス７１０間で異なっていてもよい。選択されたレーザパルスパラメータは、第１の単一形状レーザパルス列７００及び第２の単一形状レーザパルス列７２０に関連付けられたそれぞれのレシピ工程に基づいている。
【００４０】
ガルボスイープ又は並進ステージの加速及び／又は減速ステップによって定義されるワークの表面を横断するレーザビームのそれぞれのパスによりレシピ工程を定義してもよい。このように、それぞれのレシピ工程は、材料の全く同一の領域で同一のパターンを再加工してもよい。例えば、半導体デバイス上のスクライブラインの表面層を切断する第１のレシピ工程において、図７Ａに示される第１の単一形状レーザパルス列７００を用いてもよい。そして、第２のレシピ工程において、図７Ｂに示される第２の単一形状レーザパルス列７２０の高いピークパワーと短いパルス持続時間を同一のスクライブラインに沿って用いて、小さな熱影響部を有する材料のバルクに加工を行ってもよい。
【００４１】
他の実施形態においては、ワーク表面に対するＸ−Ｙ位置に基づいてレシピ工程を変更して、ワークピースの異なる領域を加工するなどしてもよい。例えば、ワークピースの第１の領域を加工する第１の加工ステップで図７Ａにおける第１単一形状レーザパルス列７００を用いてもよい。その後、第２のレシピ工程において、図７Ｂに示される第２の単一形状レーザパルス列７２０を用いてワークピースの第２の（例えば異なる）部分を加工してもよい。
【００４２】
１．複数の単一形状レーザパルス列を用いたダイシングの例
図８は、一実施形態における複数の単一形状レーザパルス列を用いて加工されたワークピース８００の上面図を模式的に示すものである。ワークピース８００は、ウェハリング８１４内に配置されたダイシングテープ８１２上に載置された半導体ウェハ８１０を含んでいる。半導体ウェハ８１０の表面（図８に示されている）は、スクライブライン又はストリート８１８に沿って複数の半導体チップ８１６に分割される。半導体チップ８１６は、半導体ウェハ８１０の１つ以上のデバイス層（図９Ａ参照）上又はデバイス層内に形成された電子回路要素を含んでいる。半導体ウェハ８１０の裏面（図示せず）は、半導体チップ８１６を配線基板（図示せず）に搭載する際の接着材として機能するダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）（図９Ａ参照）を含んでいてもよい。ＤＡＦは、ポリマーであってもよい。一実施形態においては、ＤＡＦは、熱伝導率が約６．０W/m-Kよりも大きく、摂氏２７５度の温度に耐え得る柔軟で破れにくい熱可塑性材料である。ＤＡＦは、０．３〜１．１ミルの厚さのエポキシ圧感接着材で被覆され、０．８〜１．０ミルの厚さのリリースフィルム（release film）で保護された３．５〜１０．０ミルの厚さのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）ベースフィルムからなっていてもよい。
【００４３】
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、一実施形態における、図８に示される半導体ウェハ８１０の側面斜視図を模式的に示すものである。半導体ウェハ８１０は、半導体ウェハ９１２（例えばシリコン）にわたって形成された１つ以上のデバイス層９１０を含んでいる。この例においては、ＤＡＦ９１４は、半導体ウェハ９１２の裏面に貼付されている。
【００４４】
図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄは、一実施形態において、複数の異なる単一形状レーザパルス列を用いて半導体ウェハ８１０をダイシングするプロセスを図示するものである。図９Ｂに示されるように、ダイシングプロセスの第１のレシピ工程は、半導体ウェハ８１０のストリート８１８に沿ったレーザビーム９１６の第１のパスを含んでいる（例えば、ストリート８１８に対してレーザビーム９１６を矢印の方向に相対的に移動させるＸ−Ｙ並進ステージを用いる）。レーザビーム９１６の第１のパスは、下にある半導体ウェハ９１２をストリート８１８に沿って露出させるように１つ以上のデバイス層９１０を除去することにより、半導体ウェハ８１０をスクライビングする。第１のパスの間、レーザビーム９１６は、（例えば、図７Ａに示される第１の単一形状レーザパルス列７００のように）それぞれ椅子型時間的パルスプロファイル９１８を有する一連のレーザパルスからなる第１の単一形状レーザパルス列を含んでいる。１つ以上のデバイス層９１０の材料及び加工条件によっては、他の形状も使用可能である。椅子型時間的パルスプロファイル９１８は、１つ以上のデバイス層９１０のストリート８１８内で金属（例えば銅）とlow-k誘電体との組み合わせを加工するように構成される。例示の実施形態においては、ＵＶ又は緑色レーザ源が使用され、第１の単一形状レーザパルス列内のそれぞれの椅子型時間的パルスプロファイルの時間的パルス持続時間は、約１２ナノ秒から約１４ナノ秒の範囲にある。
【００４５】
図９Ｃに示されるように、ダイシングプロセスの第２のレシピ工程は、半導体ウェハ９１２を切断するための、ストリート８１８に沿ったレーザビーム９１６の第２のパスを含んでいる。第２のパスの間、レーザビーム９１６は、（例えば、図７Ｂに示される第２の単一形状レーザパルス列７２０のように）それぞれガウス形時間的パルスプロファイル９２０を有する一連のレーザパルスからなる第２の単一形状レーザパルス列を含んでいる。半導体ウェハ９１２の材料及び加工条件によっては、他の形状（例えば、三角形状又は方形状）も使用可能である。ガウス形時間的パルスプロファイル９２０は、半導体ウェハ９１２を切断して、半導体材料の溶融やスプラッシュを削減し、あるいはなくし、高いダイ破断強さの側壁を形成するように構成される。例示の実施形態においては、ＵＶ又は緑色レーザ源により、第２の単一形状レーザパルス列内のそれぞれのガウス形時間的パルスプロファイルの時間的パルス持続時間が約１ナノ秒から約３ナノ秒の範囲となる。
【００４６】
図９Ｄに示されるように、ダイシングプロセスの第３のレシピ工程は、ＤＡＦ９１４を切断するための、ストリート８１８に沿ったレーザビーム９１６の第３のパスを含んでいる。第３のパスの間、レーザビーム９１６は、それぞれ方形状時間的パルスプロファイル９２２を有する一連のレーザパルスからなる第３の単一形状レーザパルス列を含んでいる。他の形状（例えば、三角形状又は方形状）も使用可能である。例示の実施形態においては、ＵＶ又は緑色レーザ源により、第３の単一形状レーザパルス列内のそれぞれの方形状時間的パルスプロファイルの時間的パルス持続時間が約４０ナノ秒から約１ミリ秒の範囲となる。他の例示の実施形態においては、ＵＶ又は緑色レーザ源により、第３の単一形状レーザパルス列内のそれぞれの方形状時間的パルスプロファイルの時間的パルス持続時間が約４０ナノ秒から約４００ナノ秒の範囲となる。
【００４７】
図示はしていないが、他のレシピ工程では、異なる又は付加的な時間的パルスプロファイル形状を用いてもよい。例えば、ダイシングプロセスの第４のレシピ工程は、ダイ側壁をアニールしてダイ破断強さをさらに増すために、ストリート８１８に沿ったレーザビーム９１６の第４のパスを含んでいてもよい。第４のパスの間、レーザビーム９１６は、それより前のステップで用いられたいずれのものとも異なる第４の単一形状レーザパルス列を含んでいてもよい。他の実施形態においては、第４の単一形状レーザパルス列は、それより前のステップで用いられたいずれかと同一であってもよい。一実施形態においては、第４の単一形状レーザパルス内のそれぞれのレーザパルスはガウス形であり、約６０ナノ秒から約７０ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有している。他の実施形態においては、第４の単一形状レーザパルス内のそれぞれのレーザパルスは、ガウス形、方形状、又は三角形状のいずれかであり、約５０ナノ秒から約１００ナノ秒の範囲の時間的パルス持続時間を有している。
【００４８】
２．複数の単一形状レーザパルス列を用いたスクライビングの例
図９Ｂに関して上述したように、第１のレシピ工程は、１つ以上のデバイス層９１０を除去して下層の半導体ウェハ９１２をストリート８１８に沿って露出させるように半導体ウェハ８１０をスクライビングするための、レーザビーム９１６の第１のパスを含んでいる。他の実施形態においては、スクライビングは、それぞれの単一形状レーザパルス列を用いる複数のレシピ工程を含んでいてもよい。
【００４９】
例えば、図１０は、ある実施形態において、複数の異なる時間的パルスプロファイルを用いてスクライビングされた例示ワークピース１０００の模式的側面図である。ワークピース１０００は、基板１０１４にわたって形成された、第１の層１００２と、第２の層１００４と、第３の層１００６と、第４の層１００８と、第５の層１０１０と、第６の層１０１２とを含んでいる。当業者であれば理解できるように、層１００２，１００４，１００６，１００８，１０１０，１０１２は、電気回路を形成するために、low-k誘電体をはじめとする絶縁層により分離された配線層を含んでいてもよい。この例においては、上部の２層１００２，１００４は、パッシベーション及びカプセル化層を形成する。第１の層１００２は二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を含んでいてもよく、第２の層１００４は窒化ケイ素（ＳｉYＮX）を含んでいてもよい。例えば、第２の層１００４はＳｉ4Ｎ3を含んでいてもよい。当業者であれば、パッシベーション及び／又はカプセル化層を形成するために他の材料を用いることができることは理解できるであろう。
【００５０】
この例では、第３の層１００６は金属（例えば、Ｃｕ又はＡｌ）からなり、第４の層１００８は誘電体（例えば、ＳｉＮ）からなり、第５の層１０１０は金属（例えば、Ｃｕ又はＡｌ）からなり、第６の層１０１２はLow-k誘電体からなる。Low-k誘電材料は、例えば、ＳｉＯＦ又はＳｉＯＢのような無機金属、あるいはポリイミド系又はパリレン系ポリマーのような有機金属を含んでいてもよい。層１００６，１００８，１０１０，１０１２に対して説明した材料は例示のためだけであって、他の種類の材料も用いることができることは、当業者であれば理解できよう。さらに、特定の集積回路に対しては、これよりも多くの層あるいはこれよりも少ない層を用いてもよいことは、当業者であれば理解できよう。図示されるように、基板１０１４はシリコン（Ｓｉ）からなる。しかしながら、例えば、ガラス、ポリマー、金属、複合材料、半導体、他の材料をはじめとして、集積回路の製作において有用な他の材料を基板１０１４に対して用いることができることは、当業者であれば理解できよう。例えば、基板１０１４はＦＲ４を含んでいてもよい。
【００５１】
上述したように、層１００２，１００４，１００６，１００８，１０１０，１０１２は電子回路を形成する。個々の回路はスクライビングレーン又はストリート１０１６（図１０においては２つの垂直な破線として示されている）により互いに分離されている。個々の集積回路を作製するために、ワークピース１０００はストリート１０１６に沿ってスクライビングされ、切断され、あるいはその両方がなされる。
【００５２】
一実施形態においては、第１の時間的パルスプロファイル形状を有するレーザパルスを有する第１の単一形状レーザパルス列を用いてストリート１０１６に沿ってパッシベーション及びカプセル化層１００２，１００４を除去し、第２の時間的パルスプロファイル形状を有するレーザパルスを有する第２の単一形状レーザパルス列を用いて層１００６，１００８，１０１０，１０１２，１０１４を除去する。他の実施形態においては、２つ以上の異なる単一形状レーザパルス列を用いてストリート１０１６に沿ってそれぞれの層１００６，１００８，１０１０，１０１２，１０１４を除去する。例えば、ある時間的パルスプロファイル形状を用いて金属層１００６，１０１０を加工し、他の時間的パルスプロファイル形状を用いて誘電体層１００８，１０１２の一方又は両方を加工してもよい。本明細書で述べられたレーザスクライビングプロセスにより、ストリート１０１６の外側の領域では典型的なレーザスクライビングプロセスにおいて頻繁に生じるクラッキングやチッピングがほとんどないか全くなく、ストリート１０１６の領域内では実質的に均一な側壁を有する綺麗な切断溝が形成される。
【００５３】
Ｃ．混合形状レーザパルス列
混合形状レーザパルス列は、互いに異なる（例えば、方形状から椅子形状へといった、調整レーザパルス形状のクラスの変化及び／又は同一のクラスの調整レーザパルス形状におけるピークパワー（強度）又は時間的パルス持続時間の変化）少なくとも２つのレーザパルスを含んでいる。このように、２つ以上の異なる調整レーザパルス形状を有する一連のレーザパルスをレーザビームの単一パスで用いてワークピースをスクライビングしてもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、同一のワークピースに対して行われる異なるレシピ工程中に異なる混合形状レーザパルス列を用いてもよい。
【００５４】
図１１は、一実施形態における混合形状レーザパルス列１１００をグラフで表したものである。図示した例においては、混合形状レーザパルス列１１００は、椅子型時間的パルスプロファイル１１１０と、第１のガウス形時間的パルスプロファイル１１１２と、第２のガウス形時間的パルスプロファイル１１１４と、三角形状時間的パルスプロファイル１１１６と、方形状時間的パルスプロファイル１１１８とを含んでいる。一実施形態においては、混合形状レーザパルス列１１００は単一レーザ源により生成される。混合形状レーザパルス列１１００は、図１１に示されているよりも少ないレーザパルスあるいはこれよりも多いレーザパルスを含んでいてもよい。混合形状レーザパルス列１１００内における特定の時間的パルスプロファイルの選択及び順序は、単一レーザ源のパルス繰り返し周波数、ワークピース上又はワークピース内の複数のターゲット位置、及びターゲット位置に対するレーザビームの運動プロファイルに基づいている。
【００５５】
図１１は、それぞれの形状の時間的パルスプロファイル１１１０，１１１２，１１１４，１１１６，１１１８に対するパルス時間PTと最大調整パルス持続時間TPtmaxとを示している。パルス時間PTは、レーザのパルス繰り返し周波数の逆数である。ある実施形態においては、パルス繰り返し周波数は約１０kHzから約１０MHzの範囲にあり、これによりパルス時間PTは約１００ミリ秒から約０．１ミリ秒の範囲となる。レーザが次のパルスを形成するためにある程度の時間が必要とされるので、パルス時間PTの一部の時間にのみレーザエネルギーを伝達するようにできることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００５６】
図１２に示されるように、ある実施形態における最大調整パルス持続時間TPtmaxは、選択されたレーザ強度値（強度がない場合はゼロの値になる）を用いてプログラミング可能な一連の時間チャンネルにさらに分割される（図１２において垂直線の間に示されている）。最小調整パルス持続時間は、図１２に示される単一チャンネル時間に対応することが多い（しかし常にそうであるとは限らない）。これは、ある実施形態におけるレーザにより伝達され得る、可能な限り短いパルス時間TPの期間である。例えば、調整パルスレーザの一実施形態は、２．５ナノ秒の単一チャンネル時間においてプログラミングできるような、最小調整パルス持続時間が約２．５ナノ秒で、最大調整パルス持続時間TPtmaxが約４０ナノ秒である、時間的に整形されたパルスを伝達する。調整パルスレーザの他の実施形態は、１ミリ秒を超える最大調整パルス持続時間TPtmax及び／又は０．１ナノ秒までの最小調整パルス持続時間を有する１，０００チャンネルを超えるチャンネルを有している。もちろん、ポッケルスセル又は複数のレーザを用いるといった、調整パルスを生成する実施形態は、プログラミング可能なチャンネルを有してないが、最小及び最大調整パルス持続時間は、レーザ、光学系、及びハードウェアの制約により規定される。
【００５７】
３Ｄ空間における位置に基づいたレーザ加工のために、図１１に示される例示の混合形状レーザパルス列１１００を用いてもよい。例えば、材料にビアやトレンチを形成する際に、時間的パルスプロファイル形状を、特徴部の端部から中央に向けて、あるいは上部から底部に向けて変化させてもよい。パターニングされた（半導体デバイスのような）材料を加工する際に、（デバイスの誘電体部を加工するために短い時間的パルス持続時間を用い、金属部を加工するために長い時間的パルス持続時間を用いるといったように）材料により時間的パルスプロファイル形状を変化させてもよい。
【００５８】
調整パルスレーザの柔軟性は、加工動作の運動プロファイル中の異なる部分の間で時間的パルスプロファイル形状を変化させることによりレーザ加工の結果がよくなる機会を提供する。以下に述べるある例示の実施形態においては、加工動作では、スクライビング動作又はシンギュレーション動作においてダイストリートでレーザビームを進ませつつ前後にディザリングする。レーザビームが切断部のエッジの近くに位置しているときに綺麗な側壁を作るためにある時間的パルスプロファイル形状が出力され、パルスが切断部の中心に出力されているときにバルク材料を高速で除去するために異なる時間的パルスプロファイル形状が出力される。後述する他の例示の実施形態では、異なる時間的パルスプロファイル形状が、材料が加工されているときに見つけられた異なる特徴部と同期される。例えば、ストリート内でシリコンを横断してスクライビングする際に１つの時間的パルスプロファイル形状が出力されてもよく、そのストリート内で金属特徴部を横断してスクライビングする際に異なる時間的パルスプロファイル形状が出力されてもよい。
【００５９】
ある実施形態においては、混合形状レーザパルス列内で時間的パルスプロファイル形状、パルスエネルギー又は高さ、及びパルス繰り返し周波数の少なくとも１つを変化させて、運動プロファイルパラメータ（例えば、指令又は計測位置、速度、又は加速度）、駆動装置（例えば、音響光学偏向器（ＡＯＤ）、ガルボ、ＸＹステージ、Ｚステージ、３次ビームポジショナ、ファーストステアリングミラー（ＦＳＭ）、あるいは他のビームステアリングデバイス）の運動パラメータ（例えば、指令又は計測位置、速度、又は加速度）、駆動装置の組み合わせに対する連係運動パラメータ、運動特性によってスポットの重なりが大きくなるか小さくなり得る加工面積、位置誤差特性（例えば、ＸＹ又はＺステージ位置誤差）、加工される物の特徴部の変化、加工される物の材料組成の変化、加工される物の異なる位置で要求される異なる処理結果、運動セグメントの開始又は終了（例えば、パルスの重なり量が異なるために異なる加工がなされる加工セグメントにおける最初のパルス及び最後のパルス）、加工される材料における異なる熱状態、異なるレーザ状態（例えば、異なる熱状態）、及びレーザ加工セグメントのうち他の加工セグメントと重なる又は交差し得る部分（例えば、加工フィールドの端部又は加工セグメントが交差する部分の「綴じ合わせ（stitching together）」又は組み合わせ）のうち少なくとも１つに基づいて異なる加工特性を実現してもよい。
【００６０】
以下の例は、混合形状レーザパルス列内の時間的パルスプロファイル形状をワークピースの異なる領域にある運動プロファイル又は特徴部に同期させることを示している。図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、及び図１８においては、混合形状レーザパルス列に対して規定された時間的パルスプロファイル形状に応じて生成されたレーザパルスが、ワークピース上又はワークピース内のそれぞれのレーザスポットによって空間的に表されている。換言すれば、これらの例は、ワークピース上又はワークピース内の異なる位置でのターゲット材料の加工に基づく時間的パルスプロファイル形状の変化を説明している。
【００６１】
１．混合形状レーザパルス列を用いたディザリング例
図１３は、一実施形態において、ワークピース上の第１のダイ１３１２と第２のダイ１３１４との間のストリート１３１０内でレーザビームを前後にディザリングすることを模式的に示している。第１のダイ１３１２と第２のダイ１３１４との間でストリート１３１０に沿ってレーザビームを横に移動させつつ、ビームパス１３１６に沿ってレーザビームをディザリングすることで、レーザビームによりスクライビング又はダイシング用途に対して（個々のレーザパルスのスポットサイズと比較して）より広い切断溝を生成することができる。例示の実施形態において、ストリート１３１０の中央付近のレーザパルス１３１８は、残りの材料の品質を考慮することなくバルク材料を除去するために構成された時間的パルスプロファイル形状を有している。しかしながら、第１のダイ１３１２のエッジ付近に出力されるレーザパルス１３２０及び第２のダイ１３１４のエッジ付近に出力されるレーザパルス１３２２は、バルク材料の除去において（パルス１３１８の時間的パルスプロファイル形状ほど）効率的ではない場合がある時間的パルスプロファイル形状を有しており、パルス１３１８に用いられる時間的パルスプロファイル形状と比べて、より綺麗な側壁、より急峻な側壁、より少ない熱影響部、より少ないダイエッジクラッキング、及び増加したダイ破断強さのうちの少なくとも１つをもたらす。
【００６２】
２．運動プロファイルパラメータに基づく混合形状レーザパルス列を用いた加工例
図１４は、一実施形態において、ワークピース１４１２上の角部を回るレーザビームパスを模式的に示すものである。レーザビームパス１４１０が方向を変えるとき（例えば、Ｘ方向からＹ方向に）、特定のスクライビング又はダイシングプロセスに対する運動プロファイルパラメータにより、速度及び／又は加速度の変化を特定してもよい。混合形状レーザパルス列における時間的パルスプロファイル形状は、運動プロファイルパラメータの変化と同期され、スクライビング又はダイシングプロセスが改善される。Ｘ方向に沿ったレーザビームパス１４１０の第１の部分においては、レーザパルス１４１４は、運動プロファイルパラメータに対応する第１の時間的パルスプロファイル形状からなる。Ｘ方向からＹ方向への角部を回るカーブを含むレーザビームパス１４１０の第２の部分においては、レーザパルス１４１６は、速度及び／又は加速度の変化に基づいてパルスごとに出力されるエネルギー量を変化させるように構成された第２の時間的パルスプロファイル形状からなる。Ｙ方向に沿ったレーザビームパス１４１０の第３の部分においては、レーザパルス１４１８は第３の時間的パルスプロファイル形状からなる。一実施形態においては、運動プロファイルパラメータ及びターゲット材料がＸ方向及びＹ方向に沿って同一であるので、第３の時間的パルスプロファイル形状は第１の時間的パルスプロファイル形状と同一である。
【００６３】
図１５は、一実施形態において、ワークピースを貫通する孔やビアを形成するために使用されるレーザビームパス１５１０を模式的に示すものである。ビームパス１５１０に沿ってレーザビームでくり抜くことで、個々のレーザパルスのスポットサイズに比べて広いビアをレーザビームにより形成することができる。図１５に示されるように、レーザビームパス１５１０は異なる半径の曲線セグメントからなる。ある実施形態においては、曲線セグメントの半径がビアの中心に向かって小さくなるにつれ、ワークピースに対するレーザビームの速度及び／又は加速度が変化する。速度及び／又は加速度の変化を考慮して、図１５に示される例に関する混合形状レーザパルス列は、それぞれのレーザスポットが異なるグレースケールで示されている、パルス１５１２から始まる第１の時間的パルスプロファイル形状と、パルス１５１４から始まる第２の時間的パルスプロファイル形状と、パルス１５１６から始まる第３の時間的パルスプロファイル形状と、パルス１５１８から始まる第４の時間的パルスプロファイル形状とを用いる。特定の用途によっては、これよりも多くの時間的パルスプロファイル形状あるいはこれよりも少ない時間的パルスプロファイル形状を使用してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【００６４】
３．ターゲット材料に基づいた混合形状レーザパルス列を用いた加工例
図１６は、一実施形態におけるワークピースの第１のストリート１６１０における異なるターゲット材料の加工を模式的に示すものである。第１のダイ１６１２、第２のダイ１６１４、第３のダイ１６１６、及び第４のダイ１６１８の間でのワークピースの分離により、第１のストリート１６１０と第２のストリート１６２０との間の交差が規定される。この例では、第１のストリート１６１０及び第２のストリート１６２０は誘電材料からなる。しかしながら、第１のストリート１６１０と第２のストリート１６２０の交点には（例えば、スクライビング又はダイシング前にワークピースに形成された集積回路をテストするために使用される）金属特徴部１６２２が含まれる。金属特徴部１６２２を交点以外の場所に配置してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【００６５】
図１６に示されるように、レーザビームパス１６２４が第１のストリート１６１０に沿って通過するとき、金属特徴部１６２２の前（例えば、パルス１６２６から始まる）あるいは金属特徴部１６２２の後（例えば、パルス１６３０から始まる）で第１の時間的パルスプロファイル形状を使用してもよい。レーザビームパス１６２４が金属特徴部１６２２を通過するとき（例えば、パルス１６２８から始まる）、第２の時間的パルスプロファイル形状が使用される。
【００６６】
図示はされていないが、ターゲット材料に基づく時間的パルスプロファイル形状の変化の他の例では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む基板のスクライビング及びダイシング中に異なる時間的パルス形状を適用する。レーザスポットがダイの能動領域に近づいたときに異なる時間的パルスプロファイル形状を適用することにより、光損失のようなダメージを最小限にすることができる。
【００６７】
４．加工された特徴部に基づいた混合形状レーザパルス列を用いた加工例
図１７は、一実施形態におけるストリートを交差するレーザ加工を模式的に示すものである。ストリートの交点で異なる濃さのレーザスポットによって表されているように、２つの切断溝又はスクライブが交差又は綴じ合わされる位置で異なる時間的パルスプロファイル形状が用いられる。この例では、第１のダイ１７１０、第２のダイ１７１２、第３のダイ１７１４、第４のダイ１７１６、第５のダイ１７１８、及び第６のダイ１７２０の間の分離により、第１のストリート１７２２の第２のストリート１７２４及び第３のストリート１７２６に対する交点が規定される。それぞれのストリート１７２２、１７２４、１７２６は、それぞれの混合形状レーザパルス列によって加工される。
【００６８】
第２のストリート１７２４を加工するために使用される混合形状レーザパルス列は、交点に位置するレーザパルス（例えばパルス１７２８）に対する第１の時間的パルスプロファイル形状と、交点に位置していないレーザパルス（例えばレーザパルス１７３０）に対する第２の時間的パルス形状とを含んでいる。第３のストリート１７２６を加工するために使用される混合形状レーザパルス列も、第２の時間的パルスプロファイル形状を用いて第１のストリート１７２２内の交点以外の位置（例えばパルス１７３２）を加工してもよく、交点で使用されるレーザパルス（例えばパルス１７３４）に対して第３の時間的パルスプロファイル形状を用いてもよい。図１７は、第２のストリート１７２４及び第３のストリート１７２６が加工された後における第１のストリート１７２２に沿ったレーザビームパス１７３６を示している。また、第１のストリート１７２２を加工するために用いられる混合レーザパルス列は、交点ではない領域（例えばパルス１７３８）において第２の時間的パルスプロファイル形状を、第２のストリートとの交点（例えばパルス１７４０）及び第３のストリート（例えばパルス１７４２）との交点において第４の時間的パルスプロファイル形状を含んでいてもよい。
【００６９】
５．Ｚ位置又は深さに基づく混合形状レーザパルス列を用いた加工例
図１８は、一実施形態におけるターゲットワーク表面１８１２に対するビーム焦点位置１８１０を模式的に示すものである。図示されるように、レンズ１８１４を用いてレーザビーム１８１６の焦点をビームウェストに対応するビーム焦点位置１８１０に合わせる。ビーム焦点位置１８１０は、ステージ位置誤差によりターゲットワーク表面１８１２の上方又は下方に位置することがある。例えば、図１８に示される位置のレーザパルス１８１８は、破線で表されている誤差Ｅに対応している。この例においては、誤差特性は、加工スポットサイズの変化を生じ得る焦点誤差である。誤差は、動的サーボトラッキング誤差やステージによりトラッキングされていない被加工ワークピースの（傾きのような）既知のＺトポロジを有することに起因し得る。例えば、小さな領域をガルボやＡＯＤにより加工する場合、速度及び帯域制限によりトポロジ変化をＺステージにより補償するのが難しいか、あるいは不可能なことがある。同様に、加工されているターゲットワーク表面１８１２では、（特徴部１８２０のような）素子特徴部又はこれまでの加工によりＺ高さが急激に変化し得る。これらの場合には、ある時間的パルスプロファイル形状が焦点についてはうまく機能するが、ビームウェストが理想的な焦点位置の上方又は下方に位置しているときには、異なる時間的パルスプロファイル形状がより良い加工ができるということになり得る。
【００７０】
図１８においてグレースケールが変わっているのは、ターゲットワーク表面１８１２に対するレーザビームの垂直方向のビーム焦点位置１８１０に依存して時間的パルスプロファイル形状が変化していることを示している。例えば、第１のセットのレーザパルス１８２２が第１の時間的パルスプロファイル形状を有し、第２のセットのレーザパルス１８２４が第２の時間的パルスプロファイル形状を有し、第３のセットのレーザパルス１８２６が第３の時間的パルスプロファイル形状を有するなどのようにしてもよい。異なる時間的パルスプロファイル形状は、レーザ加工に対してエネルギーのような異なる時間的特性を与え、異なる程度の焦点誤差をもってプロセスを改善する。
【００７１】
Ｄ．異なる調整レーザパルス形状を有するレーザパルスのパルスからパルスへの実行時の伝達
本明細書に開示された実施形態では、所定のレシピ工程に基づいて時間的パルスプロファイル形状が選択される。加えて、あるいは他の実施形態においては、計算又は検出されたある種の加工の必要性に基づいて、１つ以上のレーザパルスの時間的パルスプロファイル形状を実行時に決定してもよい。例えば、特定の時間的パルスプロファイル形状を要求するためにレーザ源にフィードバックを与えてもよい。一実施形態においては、レーザがより厚さのある材料に近づいていることを厚さセンサによって決定する。これに対して、プロセッサが時間的パルスプロファイル形状を変化させるようにレーザ源を制御して、より厚い材料をより効果的に切断する。
【００７２】
図１９は、一実施形態におけるレーザ加工システム１９００の簡略化ブロック図である。このレーザ加工システム１９００は、メモリデバイス１９１０と、プロセッサ１９１２と、レーザ源１９１４と、光学系１９１６と、ユーザインタフェイス１９１８とを含んでいる。また、レーザ加工システム１９００は、時間的パルスプロファイル形状を実行時に選択するためにプロセッサ１９１２により使用されるフィードバックを供給するように構成されたセンサ１９３０を含んでいてもよい。
【００７３】
プロセッサ１９１２は、本明細書で述べられたプロセスを行うために（例えば、メモリデバイス１９１０又は他のコンピュータ読取可能な記憶媒体に格納された）コンピュータ読取可能な指示を実行するように構成された汎用又は専用コンピュータ（又は他の電子デバイス）であってもよい。マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は周知の他のデバイスとしてプロセッサ１９１２を具現化してもよい。
【００７４】
メモリデバイス１９１０は、レーザ源１９１４により生成可能な複数の異なる時間的パルスプロファイル形状を規定する時間的パルスプロファイルデータ１９２０を格納していてもよい。時間的パルスプロファイルデータ１９２０は、例えば、図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄで示された時間的パルスプロファイル形状及び／又は本明細書で述べられた他の種類の時間的パルスプロファイルのいずれかの１つ以上のものを規定し得る。ある実施形態においては、ユーザは、ユーザインタフェイス１９１８を介してプロセッサ１９１２と互いに伝達し合い、特別な時間的パルスプロファイルを規定したり、メモリデバイス１９１０に時間的パルスプロファイルデータ１９２０として格納された所定の又は既定の時間的パルスプロファイルのパラメータ（例えば、パルス持続時間、パワー振幅、対称性、及び形状を規定する他のパラメータ）を変更したりしてもよい。
【００７５】
また、メモリデバイス１９１０は、ターゲットクラス関連データ１９２２を格納していてもよい。ターゲットクラス関連データ１９２２は、時間的パルスプロファイルデータ１９２０により規定される時間的パルスプロファイルのうち１つ以上のプロファイルを対応するターゲットクラス構造と関連付けたものである。例えば、ターゲットクラス関連データ１９２２は、特定の時間的パルスプロファイルをワークピース上又はワークピース内の特定の材料又は構造と関連付けたものであってもよい。ある実施形態においては、ユーザがユーザインタフェイス１９１８を介してプロセッサ１９１２と互いに伝達し合い、新しいターゲットクラスの関連付けを規定したり、ターゲットクラス関連データ１９２２内の所定の設定又は初期設定を修正したりしてもよい。
【００７６】
動作中、プロセッサ１９１２は、ワークピース（図示せず）上又はワークピース内のターゲット材料又は構造を加工用に選択する。ターゲットクラス関連データ１９２２に基づいて、プロセッサ１９１２は、選択されたターゲット材料又は構造に対応する時間的パルスプロファイルデータ１９２０を選択する。そして、レーザ源１９１４は、選択された時間的パルスプロファイルデータ１９２０に基づいてレーザパルス１９２４を生成する。レーザ源１９１４により所望のパルス形状を生成する方法の例を以下で述べる。その後、生成されたレーザパルス１９２４を光学系１９１６がワークピースに向けて、選択された構造を加工する。光学系１９１６は、例えば、ミラー、集束レンズ、電気光学又は音響光学偏向器及び／又は変調器、ファーストステアリングミラー、ガルバノメータ駆動ミラー、及び並進ステージ（例えば、Ｘ、Ｙ、及び／又はＺステージ）と連係可能な他の光学装置を含み、生成されたパルスを選択された構造に供給してもよい。
【００７７】
ある実施形態においては、プロセッサ１９１２は、特定のレシピ工程に基づいて時間的パルスプロファイルデータ１９２０を選択する。加えて、あるいは他の実施形態においては、プロセッサ１９１２は、センサ１９３０からのフィードバックに基づいて時間的パルスプロファイルデータ１９２０を選択する。例えば、一実施形態においては、センサ１９３０は、ターゲット材料の厚さをレーザビームパスに沿って検出する厚さセンサである。センサ１９３０は、材料の厚さの測定結果をプロセッサ１９１２に供給し、プロセッサ１９１は、検出された材料の厚さを効果的に加工するように構成された時間的パルスプロファイル形状を選択することによってこれに応答する。一実施形態においては、センサ１９３０は、日本国大阪のキーエンス社により販売されているような、レーザベースの反射位置センサを含んでいる。他の実施形態においては、センサ１９３０は、（例えば、センサ先端が試料に接触するまで下降し、試料とチャックとの間の高さの差が判断されるような）接触型のセンサを含んでいる。他の実施形態においては、センサ１９３０は、（例えば、最初にチャックに焦点を合わした後、試料表面に焦点を合わせ、焦点の高さの差に基づいて厚さを算出するような）光学顕微鏡を含んでいる。
【００７８】
ＩＩ．プログラム可能な時間的パルスプロファイル
一実施形態においては、レーザ加工システムは、ワークピース上の第１の種類の構造に対する第１の時間的パルスプロファイルを選択し、ワークピース上の第２の種類の構造に対する第２の時間的パルスプロファイルを選択するように構成されている。半導体メモリデバイス上のリンクのような特定の集積回路の特徴を加工するのに使用される時間的パルスプロファイルは、同一のデバイス上で異なるレーザ加工動作をするのには非効率的又は非効果的であることがある。このため、レーザ加工システムは、加工されるターゲット構造の種類に基づいて適切な時間的パルスプロファイルを実行時に選択する。
【００７９】
例えば、図２１は、一実施形態における、ワーク面２１１０、ターゲットアライメント特徴部２１１２、及び導電リンク構造２１１４を有する半導体ウェハ２１００を示す模式図である。前縁エッジスパイク（例えば、図２０Ａ参照）に起因する高パルスエネルギー及び高ピークパワーを有する整形レーザパルスは、１つ以上のリンク構造２１１４を選択的に吹き飛ばすのに有用なことがある。しかしながら、高いパルスエネルギー及び／又は高いピークパワーは、アライメント走査中にターゲットアライメント特徴部２１１２にダメージを与え、これによりそのような走査から得られる位置情報に誤りが生じる可能性がある。このように、レーザ加工システムは、ターゲットの走査のために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の時間的パルスプロファイルモードで動作し、リンク構造２１１４を吹き飛ばすために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の時間的パルスプロファイルモードで動作してもよい。
【００８０】
当業者であれば理解できるように、ワークピース上の構造をレーザ加工するには、広い範囲のピークパワー、パルスエネルギー、及び時間的プロファイルを使用したい場合がある。例えば、調整パルス形状を用いて、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、及びフラッシュメモリをはじめとする半導体メモリデバイスの幅広いアレイにおける導電リンク構造を切断したり、銅／ポリアミド積層材料のようなフレキシブル回路内及び集積回路（ＩＣ）パッケージ内のマイクロビアをレーザ穿孔したり、半導体集積回路、シリコンウェハ、及び太陽電池のレーザスクライビング又はダイシングのような半導体のレーザ加工又は微細加工をしたり、金属、誘電体、高分子材料、及びプラスチックのレーザ微細加工をしたりしてもよい。本明細書に開示された実施形態により、他の多くの種類のワークピース及び／又はワークピース構造を加工してもよいことは、当業者であれば理解できるであろう。
【００８１】
このように、一実施形態においては、レーザ加工システムにより、ユーザは、特定の種類又はクラスの構造を加工する時間的パルスプロファイルをプログラミングすることができる。例えば、図２２は、一実施形態におけるワークピース上又はワークピース内の構造をレーザ加工する方法２２００のフローチャートである。開始（２２０５）後、方法２２００は、ユーザが定義した複数の時間的パルスプロファイルを格納し（２２１０）、時間的パルスプロファイルのそれぞれをワークピース上のある種類又はクラスの構造あるいはワークピースのグループに関連付ける（２２１２）。例えば、このクラスの構造は、アライメント構造、導電リンク、及び抵抗又は他の個別部品を含む場合がある。ある実施形態においては、このクラスは、例えば、ワークピースにレーザを用いて形成されたスクライブラインや切断溝を含む場合もある。
【００８２】
ワークピースを加工する際に、方法２２００は、ワークピース上又はワークピース内の特定の構造を加工のために選択し（２２１４）、その特定の構造のクラスに関連付けられた複数の時間的パルスプロファイルから特定の時間的パルスプロファイルを選択する（２２１６）。また、方法２２００は、その特定の時間的パルスプロファイルを有するレーザパルスを生成し（２２１８）、生成されたレーザパルスで特定の構造を加工する（２２２０）。単一パルスを用いて特定の構造を加工する代わりに、レーザ加工システムが特定の構造に複数のパルスを照射してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。さらに、特定の構造に照射されるパルスのそれぞれが同じ時間的パルスプロファイルを有していてもよいし、あるいは、それらのパルスの少なくとも１つが異なる時間的パルスプロファイルを有していてもよい。
【００８３】
その後、方法２２００は、さらに加工する構造がワークピースにあるかどうかを問い合わせる（２２２２）。さらに加工する構造がある場合には、方法２２００は、別の特定の構造を加工のために選択する（２２１４）。このように、方法２２００は、構造の種類に基づいて複数の異なる時間的パルスプロファイルを用いて構造のオンザフライ加工を行う。さらに加工する構造がない場合には、方法２２００が終了する（２２２４）。
【００８４】
ＩＩＩ．レーザ加工システムの例
図２３は、一実施形態における、異なる時間的パルスプロファイルを有するレーザパルスを生成及びモニタリングするレーザ加工システム２３００の例である。システム２３００は、レーザコントローラ２３１４及びビーム位置コントローラ（ＢＰＣ）２３１６が反応する全体システム動作コマンドを組み込み型制御コンピュータ（ＥＣＣ）２３１２に供給するシステム制御コンピュータ２３１０を含んでいる。また、システム２３００は、レーザコントローラ２３１４により制御されるレーザ源２３１８を含んでおり、レーザコントローラ２３１４は、ＥＣＣ２３１２及びＢＰＣ２３１６と直接又は間接的に通信するコマンド・データレジスタ２３２０及びタイマ２３２２を含んでいる。以下に詳しく述べるように、一実施形態においては、レーザ源２３１８は、動的レーザパルス整形器及びファイバパワー増幅器を含んでいる。他の実施形態においては、レーザ源２３１８は、タンデム増幅器を含んでいる。さらに他の実施形態においては、レーザ源２３１８は、電気光変調器（図３６及び図３７に関連する本明細書の説明を参照）を用いた「スライスド」パルスレーザを含んでいる。
【００８５】
レーザコントローラ２３１４は、ＥＣＣ２３１２からコマンドを受信し、ＢＰＣ２３１６から信号を受信する。レーザコントローラ２３１４は、（外部のトリガコマンドを介した）パルス出射とパルス形状制御のためにレーザ源２３１８にコマンドを供給する。一実施形態においては、レーザコントローラ２３１４は、ＥＣＣ２３１２からコマンドを受信し、ワークピース特徴部の位置データに基づいてＢＰＣ２３１６と連係して変調器コントローラ（ＭＣ）２３２４からレーザ源２３１８に外部トリガコマンドを発行することによりこのコマンドに応答する。ＭＣ２３２４は、レーザ源２３１８により出射されるパルスの出射時間と形状を制御する。あるいは、レーザ源２３１８は、レーザコントローラ２３１４、ＥＣＣ２３１２、あるいはそれら双方と通信されるパルス間隔時間でパルスを出射する。一実施形態においては、出射されたレーザパルスが入射するワークピース特徴部の種類に応じて、特定の時間的パルスプロファイルを生成するようにレーザ源２３１８に指示がなされる。そのような時間的プロファイルの例示が図２０Ａ及び図２０Ｂに示されている。
【００８６】
プログラミング可能な時間的パルスプロファイルを提供するために、一実施形態においては、時間的プロファイル、パルスごとのエネルギー、集束ビーム伝搬属性、後述する他のパラメータのような関係するレーザプロセスパラメータの範囲を十分に計測し較正するための機器がシステム２３００により提供される。図２３に示されるように、システム光学系２３２６は、光検出モジュール２３２８を含んでいてもよく、光検出モジュール２３２８を用いて入射レーザ出力及びワーク表面から反射したレーザ出力の検出を行ってもよい。一実施形態においては、光検出モジュール２３２８は、入射レーザ出力信号や反射レーザ出力信号といった検出された光信号の高精度デジタル化が可能な光検出回路を含んでおり、入射パルス及び反射パルスの波形を効果的にデジタル化できるようになっている。このように、システム２３００は、入射レーザ及び反射レーザの波形を十分に測定することができ、時間的プロファイル、時間的プロファイル変化、パルス振幅の安定性、パルスエネルギーの安定性、及びパルスごとのエネルギーの算出及び較正が可能となっている。当業者であれば理解できるように、そのレーザ波長で反射率を急激に変化させたターゲット領域にわたってレーザビームを走査することにより、レーザビームの焦点のスポットサイズ属性の測定及び較正のための方法が提供される。
【００８７】
図２４は、一実施形態における光検出モジュール２３２８の例のブロック図である。光検出モジュール２３２８は、図２３に示されるレーザレール光学系２３３０からの出力の一部を、前置増幅器２４１４を調整する信号に接続された光電変換器２４１２に分離する光学ビームスプリッタ２４１０を含んでいる。前置増幅器２４１４は、プログラミング可能な利得ステージ２４１６に接続されており、このプログラミング可能な利得ステージ２４１６は、高速アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２４１８に入力を行う。ＡＤＣ２４１８のデジタル化された出力は、図２３に示されるシステム制御コンピュータ２３１０へ後で転送するためにサーキュラバッファ２４２０にバッファされる。
【００８８】
特定のレーザ波長に対する感度に関して、整形レーザパルスの時間的プロファイルに整合する時間反応特性に関して、及び／又は光電変換器２４１２が晒される光学放射の強度について予想される範囲に整合する動的な範囲に関して、光電変換器２４１２を選択することができる。プログラミング可能な利得ステージ２４１６は、光電変換器２４１２によりビームがサンプリングされる時点の前にレーザレール光学系２３３０において可変の光学的減衰が生じた場合に、その減衰を補償する役割を有する。ビームを減衰させてワーク表面でのパワーを低減させることにより、光電変換器２４１２に入射するパワー量も減少する。プログラミング可能な利得ステージ２４１６は、信号レベルを電気的に回復させてＡＤＣ２４１８によりサンプリングされるような信号の分解能を最大にする。
【００８９】
予想されるパルスプロファイルを分解するために十分に高いサンプリングレート及びスルーレートに関して、ＡＤＣ２４１８を選択することができる。フラッシュ変換器アーキテクチャを用いてもよいが、その機能は連続的にデータをサンプリングし得るので、パイプライン化及び／又は連続近似技術も好適であり、より良好な性能計測を可能にし得る。システム２３００の所望の分解能及びダイナミックレンジ能力に基づいて、ＡＤＣの変換幅（例えば、８ビット、１２ビット、１６ビット以上）を選択することができる。
【００９０】
検出された信号をデジタル化したサンプルが連続的にサーキュラバッファ２４２０に送られる。サーキュラバッファ２４２０は、開始から終了までパルス全体を格納するのに十分なサイズであり、パルス検出ロジックによるデータの解析における待ち時間の原因となるほど十分に余分な能力を少なくとも持っていてもよい。リアルタイムでは、パルス検出器ロジック機能は、デジタル化されたパルス波形を解析し、バッファ２４２０内のパルスの存在を検出する。パルスが検出され完全であると判断されたとき、この機能は、バッファ２４２０を更新し続ける動作を停止し、後にシステム制御コンピュータ２３１０にアップロードするためにバッファ２４２０を保持する。システム制御コンピュータ２３１０からの後続コマンドによってこのデジタル化及び記憶機能を後に「再実装」してもよい。デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、書換可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他のコンピュータエンジンを用いてパルス検出器ロジック機能を実現してもよい。ＦＰＧＡ実装は、単一のデバイス中にＤＳＰとバッファメモリ要素の両方を含んでいてもよい。
【００９１】
完全なパルスがサーキュラバッファ２４２０に格納されると、分析のためにそのパルスをシステム制御コンピュータ２３１０にアップロードすることが可能である。分析には、例えば、ピーク高さの決定、パルスのプロファイルの積分によるパルスエネルギーの決定、パルス幅の決定、後述するようなパルスプロファイルの特徴付けが含まれ得る。
【００９２】
加えて、あるいは他の実施形態においては、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、又は他のコンピュータエンジンにより、パルス特徴付け計測算出の組み合わせを実装してもよい。そのような実施形態においては、システム２３００が、デジタル化されたパルスの生データをシステム制御コンピュータ２３１０にアップロードしないようにして、その代わりにパルス特徴付け計測のサブセットの一部をアップロードするだけでもよい。この実施形態の利点は、光検出モジュール２３２８とシステム制御コンピュータ２３１０との間の接続のバンド幅の要件を下げ、これにより比較的簡単な電気的インタフェイスを維持しつつ、より多くの測定をより高速に行うことができる点にある。
【００９３】
図２３に戻って、レーザ加工システム２３００の一実施形態においては、レーザ源２３１８からの出力をレーザレール光学系２３３０及びシステム光学系２３２６に照射する。システム光学系２３２６からの出力は、フォルドミラー２３３４によってＺ位置決め機構２３３６に向けられ、このＺ位置決め機構２３３６には、ワークピース特徴部（例えば、図２１に示されるようなターゲットアライメント特徴部２１１２及びリンク構造２１１４）のレーザ加工のためにターゲット試料２３４０のワーク表面２３３８に後で送るために、レンズアセンブリが組み込まれていてもよい。ＢＰＣ２３１６は、Ｘ−Ｙ座標位置決め信号を供給し、Ｚ位置決め機構２３３６からの出力により所望のターゲット特徴部を加工できる場所にＸ−Ｙ位置決め機構２３４２を向ける。Ｘ−Ｙ位置決め機構２３４２は、ＢＰＣ２３１６のレジスタ２３４４からコマンド位置信号を受信し、実際の位置信号をＢＰＣ２３１６の位置エンコーダ２３４６に送る。ＢＰＣ２３１６は、位置の差を決定し、それをタイマ２３２２に送る比較器モジュール２３４８を含んでいる。タイマ２３２２は、適切にタイミングが取られたトリガ信号を送信して、レーザ源２３１８からの出力を変調するレーザレール光学系２３３０内の音響光変調器（ＡＯＭ）２３５０を動作させることにより、これに応答する。レーザ源２３１８からのパルス出力を高調波変換モジュール２３５２に入力して、その後、ワークピース特徴部の高調波レーザ加工のために、レーザレール光学２３３０及びシステム光学系２３２６によりワーク表面２３３８に送ってもよいことは、当業者であれば理解できるであろう。
【００９４】
レーザ加工システム要素の別の構成を用いてもよく、レーザ加工システム２３００により種々のワークピースを加工してもよいことは、当業者であれば理解できるであろう。
【００９５】
図２５Ａ及び図２５Ｂは、一実施形態における、図２３に示されるレーザ源２３１８を示すブロック図である。同様のレーザ源は、Deladurantaye等による「Pulsed Laser Light Source」という表題の米国特許出願公開第２００６−０１５９１３８号公報に記載されている。図２５Ａは動的レーザパルス整形器（ＤＬＰＳ）２５００を示しており、図２５Ｂはファイバパワー増幅器（ＦＰＡ）２５１０を示している。図２５Ａに示されるように、ＤＬＰＳ２５００は、レーザ注入源２５１２、第１のパルス変調器２５１４、及び第１のパルス利得モジュール２５１６を含んでいる。また、ある実施形態においては、ＤＬＰＳ２５００は、第２のパルス変調器２５１８と第２のパルス利得モジュール２５２０を含んでいる。また、ＤＬＰＳ２５００は、要素間に１つ以上のアイソレータ２５２２（２つが図示されている）を含んでいてもよい。当業者であれば理解できるように、変調器及び利得要素の別のいくつかの構成を有利なように用いることができる。
【００９６】
レーザ注入源２５１２は、その後第１のパルス変調器２５１４によって変調される連続波（ＣＷ）出力を出射して、レーザコントローラ２３１４により指示されるように好適な第１の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２５１２によりパルス出力を生成してもよい。第１のパルス変調器２５１４は、電気光変調器、音響光変調器、又は他の光変調器であってもよい。そして、第１のパルス変調器２５１４により生成されたレーザパルスは、第１のパルス利得モジュール２５１６によって変換され、ワークピース特徴部のレーザ加工のために増幅後にレーザレール光学系２３３０及びシステム光学系２３２６を介してワーク表面２３３８に伝達するのに好適な変換時間的パルス出力を生成する。
【００９７】
第１のパルス変調器２５１４への入力に対するコマンド信号のマトリクスでレーザコントローラ２３１４をプログラミングして、第１のパルス利得モジュール２５１６へ続いて入力されたときに、ＤＬＰＳ２５００からの出力として所望の変換レーザパルスプロファイルを生成するレーザパルスプロファイルの領域を生成してもよい。したがって、その後、システム制御コンピュータ２３１０は、ＥＣＣ２３１２に対して発行されたコマンドを介して加工されるワークピース特徴部の相関的要素としてＤＬＰＳ２５００から時間的パルスプロファイル出力を選択してもよい。ＥＣＣ２３１２は、続いてレーザコントローラ２３１４にコマンドを発行する。図２５Ａに示されるように、ある実施形態では、ＤＬＰＳ２５００は、第２のパルス変調器２５１８及び第２のパルス利得モジュール２５２０を含み、ＤＬＰＳ２５００からの時間的パルスプロファイル出力を付加的にあるいはより複雑に整形してもよい。
【００９８】
一実施形態においては、ＤＬＰＳ２５００からの変換パルス出力が図２５Ｂに示されるＦＰＡ２５１０に注入される。ＦＰＡ２５１０は、ＤＬＰＳの出力及びパワー増幅器ポンプレーザ（ＰＡＰＬ）２５２６（４つが図示されている）からの出力をパワー増幅器利得ファイバ（ＰＡＧＦ）２５２８に注入可能とするパワー増幅器カプラ（ＰＡＣ）２５２４（２つが図示されている）を含んでいる。レーザコントローラ２３１４は、ＰＡＰＬ２５２６に接続されており、例えば、（例えば、ダイオードレーザ又は半導体レーザを介して）ＰＡＰＬの電流を制御してもよく、（例えば、熱電気クーラーを介して）ＰＡＰＬの温度を制御してもよく、及び／又は（例えば、フォトダイオードを介して）ＰＡＰＬのパワーをモニタリングしてもよい。ＰＡＣ２５２４をファイバの一端又は両端に配置してもよい。複数の付加的なＰＡＣをＰＡＧＦ２５２８の長さに継ぎ合わせてもよい。好ましくは、ＰＡＧＦ２５２８は、大モード面積（ＬＭＡ）偏波保持ファイバである。ＰＡＧＦ２５２８は、周波数選択構造を含んでいてもよい。一実施形態におけるＰＡＧＦ２５２８は、希土類イオンでドープされたシリカファイバコアと光材料からなる１以上の同心シースを有するクラッドとを有する導波路デバイスである。他の実施形態におけるＰＡＧＦ２５２８は、希土類イオンでドープされた領域を有する同心クラッドシースを含んでいる。さらに他の実施形態におけるＰＡＧＦ２５２８は、１つ以上のクラッドシースが空気孔の高周期分布を有しているフォトニック結晶ファイバである。他の実施形態においては、ＰＡＧＦ２５２８は、シングルモード偏波保持ファイバである。使用されるＰＡＰＬの数は、ＰＡＧＦ２５２８の種類と長さ及びＦＰＡ２５１０からの所望の光パルス出力特性によって決まることは、当業者であれば理解できるであろう。終端光学系２５３０によって必要とされることがあるように、ＰＡＧＦ２５２８からの出力をコリメートして偏光させてもよい。
【００９９】
一実施形態においては、ＦＰＡ２５１０からの出力パルスは、終端光学系２５３０、高調波光学系モジュール２５３２、及びオプションとしての高調波終端光学系２５３４を介して供給される。高調波光学系モジュール２５３２は、入射した出力パルスを公知の高調波変換方法によってより高い高調波周波数に変換するための非線形結晶を含んでいる。例示の実施形態においては、ＦＰＡ２５１０からの１０６４nmの出力を３５５nmに高調波変換するために、高調波光学系モジュール２５３２は、２次高調波発生（ＳＨＧ）変換用のタイプＩ非決定的位相整合三ホウ酸リチウム（ＬＢＯ）結晶を含み、これに１０６４nmに５３２nmを加えた３５５nm高調波変換用に切断されたタイプＩＩの和周波生成ＬＢＯ結晶が続く。他の例示の実施形態においては、２６６nmへの変換のために、ＴＨＧ  ＬＢＯ結晶を決定的位相整合ベータバリウムボラート（ＢＢＯ）結晶で置き換えてもよい。さらに他の例示の実施形態においては、２６６nmへの４次高調波発生（ＦＨＧ）変換のために、セシウムリチウムボラート（ＣＬＢＯ）を用いてもよい。高調波光学系モジュール２５３２が焦点レンズ要素を含んでいてもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。能動及び／又は受動フィードバックループを用いて位相整合温度を正確に制御するようにレーザコントローラ２３１４により温度が設定及び制御された温調マウント内に高調波光学系モジュール２５３２の要素を配置してもよい。
【０１００】
ＩＶ．パルス形状フィードバック及び制御
上述したように、一般的に、調整パルスプロファイルは、ピークパワー、パルスエネルギー、及びパルス幅計測によっては適切に説明できない。このため、以下に詳しく述べるある実施形態では、パルス形状フィードバック（例えばセンシング）及び制御が提供される。この実施形態は、特定の種類のフィードバック及び例示のフィードバック方法を含んでいる。パルス形状制御及び制御アルゴリズムについても説明する。
【０１０１】
調整レーザパルスでワークピースを加工する際に、リンク加工システム間でパルス形状を復元し、時間の経過とともにパルス形状を維持し、プロセスの傾向に相関させるのに好適な、パルス形状に関連する統計的フィードバックを提供することが望ましい場合がある。このように、一実施形態においては、レーザ加工システムは、一般的に固体レーザに使用される典型的なピーク高さ、パルスエネルギー、及びパルス幅の解法を超えるパルス形状フィードバックを提供する。一実施形態においては、レーザ加工システムは、実行時にパルス形状をモニタリングするように構成されたインラインパルスプロファイラを含んでいる。パルスプロファイラにより収集されるデータは、パルス形状に関する測定基準及び／又は公称パルス形状からの偏差を計算するための所定の１セットのアルゴリズムを介して処理される。データ及び統計結果は、復元可能なパルス形状及びパルス形状の統計的解析を生成し維持するために利用することができる。また、データ及び統計的結果は、以下に述べるように、パルス形状制御にも利用することができる。
【０１０２】
Ａ．フィードバック測定基準
時間的パルスプロファイルを特定及び解析するために、以下の例示の測定基準を用いることができる。時間的パルスプロファイルは、スパイク、平坦部、及び傾斜のようなパルスの特徴に対応するいくつかのパラメータの組み合わせとして定義され得る。例えば、椅子型パルスは、最初のピーク又はスパイクとその後の平坦部とを含んでいる。付加的な特徴を定義してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【０１０３】
パルス形状のすべての側面を特定することを望ましい場合があるが、ある実施形態においては、調整パルスを生成するために制御されるパラメータは限定される。例えば、一実施形態においては、パルス形状を生成するために調整され得る変数が約１２個あり、より短いパルスを特定する際には、これらのパラメータのうちいくつかは使用されなくてもよい。制御されるパラメータの個数は、これらのパラメータに応答するレーザの能力に依存し得る。
【０１０４】
一実施形態においては、時間的パルスプロファイルは、立ち上がり時間やパルス持続時間などの一般的なパラメータによって定義される。これらのパラメータは、全体パルスパラメータと特徴定義パラメータという２つの異なるカテゴリに属する。全体パルスパラメータは、立ち上がり時間、全パルス持続時間、及び全ピーク時間のようなパルス形状の全体に適用される測定基準である。特徴定義パラメータは、ピークの時間、高さ、及び幅あるいは平坦部の開始、終了、及び高さのようなパルス形状の一部に適用される測定基準である。
【０１０５】
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の例はパルス形状の全体に適用される。
【０１０６】
（i）ピークパルスパワー
図２６は、一実施形態におけるピークパルスパワーＰpkによって少なくとも部分的に特徴付けられる正規化された調整レーザパルス２６００をグラフで示すものである。パルス形状をピークパルスパワーに対して正規化してピークや平坦部の振幅仕様を軽減してもよい。ピークパルスパワーＰpkは、パルス中の任意の時間における最大パワーとして定義される。同一の正規化スケールにおける複数のパルスの解析に対する許容度を用いてピークパルスパワーを特定してもよい。
【０１０７】
（ii）パルス開始時刻
一般的に、フィードバック測定基準は、測定し得るように定義される。しかしながら、測定されたパルスが開始する正確な時点が多少不明確であることが多い。このため、正確に特定できるような時刻値を有していないパルス開始時刻に対して特定のパルス特徴部のタイミングを指定してもよい。測定及び検証のため、パルス特徴部のタイミングを定義するために使用されるパルス開始時刻Ｔstartは絶対的な定義を持っていない。ある実施形態における仕様及び測定された形状を比較する際に、測定された形状の特徴部をパルス特徴部の仕様に最もよく適合させるために、開始時刻を早めてもよいし、あるいは遅らせてもよい。
【０１０８】
（iii）パルス立ち上がり時間
図２６に示されるように、一実施形態におけるパルス立ち上がり時間τRは、正規化パワープロファイルの下限レベルと上限レベルとの間の差のおよそ１０％からおよそ９０％になるまでの遷移に対する時間間隔として定義される。ある実施形態においては、下限レベルは、ゼロパルスエネルギーに対応し、上限レベルは、パルス２６００の最も高いパワーレベルを含む最初のスパイクの高さに対応する。
【０１０９】
（iv）１０％パルス持続時間
図２６に示されるように、一実施形態における１０％パルス持続時間τ10は、ピークパルスパワーの１／１０を得る最初の時点と最後の時点との間の最大時間間隔として定義される。この定義により、付加的な１０％パルス持続時間部分を定義することなく、ピークパワーの１０％以下にパルスを低下させることができる。一般的に、ピークと平坦部は１０％以下に低下する時間的パワー変化を含んでいるのでこの定義が使用される。特定の用途によっては他のパーセンテージを用いることも可能であることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【０１１０】
（v）時間積分平方パルス持続時間
好適な光検出器を有するオシロスコープを用いて単一の調整パルスを測定してもよい。時間に対して得られるパワーの曲線を説明する１つの方法は、ピーク高さ及びＦＷＨＭ値によるものである。しかしながら、上述したように、ＦＷＨＭは、調整パルス技術によって生成されたもののように非常に異なる時間的プロファイルとパルスを比較するのには有効な方法ではない。その代わりに、必要とされているものは、加工される材料に生じる効果に対してピークのパルス幅を説明する方法である。
【０１１１】
図２７Ａ及び図２７Ｂは、調整レーザパルスを特徴付けるためにピークパワー及びＦＷＨＭを用いることから生じる問題を示している。図２７Ａ及び図２７Ｂは、それぞれ、例えば、ある実施形態におけるファイバレーザ又はＭＯＦＰＡにより生成される複数の異なる時間的パルス形状を示している（４つの時間的パルス形状が図２７Ａで示されており、３つの時間的パルス形状が図２７Ｂに示されている）。図２７Ａにおける４つのパルスのピーク高さ及びＦＷＨＭ値は同一であるが、これら４つのパルス形状は、導電リンクのレーザ加工に使用された場合には著しく異なった結果を生み出す。
【０１１２】
図２７Ｂは、異なる長さの「椅子」を有する整形パルスの他の例を示している。椅子の高さが半値以下であるとき、ＦＷＨＭ値に変化を与えることなく相当量のパルスエネルギーがパルスに追加され得る（例えば、パルスの「椅子」部の長さを無限に延ばし得る）。
【０１１３】
パルス幅の一般に認められている他の業界標準の特徴付け方法である時間積分平方（ＴIS）方法は、ＦＷＨＭ方法の制限を克服することができる。このように、ある実施形態においては、調整パルスに対するフィードバック測定基準は、通常のＦＷＨＭ方法を用いる代わりに、ＴISパルス持続時間又は幅を決定することを含んでいる。以下の式がＴISパルス幅を定義している。
【数１】
2014514754.tif 000004
ここで、I(t)は、時間に対するパワーにおけるパルス曲線である。
【０１１４】
ＴIS方法は、１９３nmリソグラフィーシステムで用いられている。１９３nmリソグラフィー用に使用されるエキシマレーザのパルス形状は、振動性があり、レーザの動作条件に対する相対強度を変化させる、重なったいくつかのピークとして説明されることがある。１９３nmでは溶融シリカに対するダメージが問題となるため、関連する方法では、予測されるシリカのダメージに１９３nmパルスの異常な形状を関連付けていた。ＴISは、溶融シリカの圧縮（compaction）を予想するのに有効であるとされており、１９３nmリソグラフィー用途において一般的に認められた標準となっている。
【０１１５】
ＴIS値は、エネルギー密度、パルス長、及びピークパワーなどの他のパルスパラメータとよく相関する。ＴIS方法は、パルスの関連する特徴をＦＷＨＭよりも非常によく捕捉することができ、溶融シリカに対して確立されたダメージモデルと相関させることができるので有用である。
【０１１６】
図２８は、４つの単純化パルス形状（パルスＡ〜Ｄ）と、対応するＦＷＨＭ値とＴISパルス幅値との比較とを示している。パルスＡは、任意の方形パルスに対して、ＴIS値がほぼＦＷＨＭ値に等しいことを示している。パルスＢは、よりガウス形の形状についてはＴISがＦＷＨＭ値よりも大きいことを示している（この場合、得られるＴISパルス幅は５．４単位であるのに対してＦＷＨＭ値は３．０単位である）。パルスＣ及びＤは、椅子の高さをそれぞれ最大パワーの半分より大きく調整した椅子形状と小さく調整した椅子形状の調整パルスの簡易版を示している。ピークＣについて、ＦＷＨＭ値及びＴIS値はともに約５．０単位である。ピークＤの椅子のパワーの高さが下がることで、ＦＷＨＭ値が２．０単位、ＴIS値が４．６単位となり、パルスの材料加工能力をとらえるためにはＴISがより効果的な方法であることを示唆している。
【０１１７】
図２９は、６つのレーザパルス形状（曲線１〜６）と、対応するＦＷＨＭ値とＴISパルス幅値との比較を示している。曲線１は、ＴIS値（３．５ns）よりも小さいＦＷＨＭ値（２．５ns）を有するガウス形状パルスである。曲線２は、非対称性をパルス後縁に少し導入することで、ＦＷＨＭ（３．０ns）の値を超えてＴIS（４．５ns）が少し大きな値になることを示している。曲線３〜６は、椅子形状の調整パルスの例であり、ＦＷＨＭ法よりも優れたＴIS法の使用の利点を示している。この利点は、椅子高さのパワーが半値未満に落ち込む際に非常に明確になる。曲線３及び４を比較すると、ＦＷＨＭ値が２．６nsから７．６nsに変化する一方、ＴIS法では７．３nsから８．６nsというより妥当な値比較となることがわかる。同じような傾向が曲線５及び６においても見られる。また、曲線３、４、５、及び６を比較すると、ＴISパルス幅が、実際のパルス面積に従うというより妥当な傾向を持っており、レーザ−材料加工に関する結果とより密接に関連していることがわかる。このため、一実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状のＴIS値を決定することを含んでいる。
【０１１８】
（vi）記憶されたパルス形状との比較
一実施形態において、フィードバック測定基準は、生成されたパルス形状に対する記憶された公称パルス形状からの標準偏差を決定することを含んでいる。
【０１１９】
（vii）記憶されたパルス形状の時間微分との比較
他の実施形態においては、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に対する公称パルス形状の時間微分からの標準偏差を決定することを含んでいる。時間微分の比較は、例えば測定されたパルス形状が所望の立ち上がり時間を有しているかどうかを分析する際に有用である。使用可能な他の統計的な測定基準としては、二乗平均平方根（ＲＭＳ）又は絶対誤差の積分を利用することが挙げられるが、これに限られるものではない。
【０１２０】
２．特徴定義パラメータ
以下のフィードバック測定基準の例は、パルスの特定の部分又は特徴に当てはまる。一実施形態において、パルスは、特徴付けられたスパイク、平坦部、及び傾斜部の組み合わせとして定義される。
【０１２１】
（i）スパイク特徴付け
図３０は、一実施形態における、ピーク高さＰＫH、ピーク幅ＰＫW、及びピーク時間ＰＫtimeにより特徴付けられるスパイクを有する正規化された調整レーザパルス３０００をグラフで示すものである。ピーク高さＰＫHは、スパイクを含み、他の特徴を含まない（例えば他のスパイクや平坦部を含まない）時間間隔の間に得られる最大パワーとして定義される。パルスは複数のスパイクを含むことがあるので、特定のピーク高さＰＫHが、全体のパルス高さ又は図２６に関連して先に述べたピークパルスパワーＰpkとは異なる場合がある。
【０１２２】
ピーク幅ＰＫWは、ピーク高さＰＫHと、スパイクに先行する又は後に続く最も高い特徴部（例えば、平坦部）の振幅との間にある振幅にスパイクが最初になったときから最後になったときまでのスパイクの幅として定義される。ピーク時間ＰＫtimeは、ピークパワーがそのスパイクの最大値の９０％に最初になった時点と最後になった時点との平均である。ピーク時間ＰＫtimeは２つの時点の平均であるので、ピーク時間ＰＫtimeは、スパイクがその最大パワーになった瞬間に必ずしも生じるわけではない。
【０１２３】
（ii）平坦部特徴付け
図３１は、一実施形態における、開始時刻ＰＬstart、終了時刻ＰＬstop、及び許容範囲ΔＰＬlevelに関連づけられたレベルＰＬlevelにより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３１００をグラフで示すものである。開始時刻ＰＬstart及び終了時刻ＰＬstopは、それぞれパルス開始時刻に対して平坦部の開始と終了を特定するものである。開始時刻ＰＬstart及び終了時刻ＰＬstopのパラメータは、許容範囲がなく特定されてもよい。平坦部レベルＰＬlevelは予定している振幅である。開始時刻ＰＬstartと終了時刻ＰＬstopとの間では、振幅は、平坦部の特定の許容範囲＋ΔＰＬlevel／−ΔＰＬlevelの中にある（破線で示される）枠３１１０の内部にあり続ける。
【０１２４】
（iii）傾斜部特徴付け
図３２は、一実施形態における、開始時刻ＳＬstart、終了時刻ＳＬstop、許容範囲ΔＳＬstartLevelに関連づけられた開始レベルＳＬstartLevel、及び許容範囲ΔＳＬstopLevelに関連づけられた終了レベルＳＬstopLevelにより特徴付けられる傾斜部又は傾斜した平坦部を有する正規化された調整レーザパルス３２００をグラフで示すものである。
【０１２５】
開始時刻ＳＬstart及び終了時刻ＳＬstopは、パルス開始時刻に対して平坦部の開始と終了を特定するものである。これらのパラメータは、許容範囲がなく特定されてもよい。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は予定している最後の振幅である。開始時刻ＳＬstartと終了時刻ＳＬstopとの間では、振幅は、開始及び終了レベルと許容範囲により特定される端部を有する（例えば破線で示される台形）枠３２１０の内部にあり続ける。
【０１２６】
（iv）パルス区画によるピークパワー
一実施形態において、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区画のピーク高さ（パワー）を測定することを含んでいる。例えば、椅子形状のパルスの「背もたれ」及び「座」のピーク（例えば最大パワーレベル）を別個に測定して、それぞれの所定値と比較してもよい。他の例としては、複数スパイクを有するパルスにおいて各スパイクのパワーを別個に測定して、それぞれの所定値と比較してもよい。
【０１２７】
（v）パルス区画によるエネルギー
一実施形態において、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区画のエネルギーを測定することを含んでいる。例えば、椅子形状のパルスの「背もたれ」及び「座」のエネルギーを別個に測定して、それぞれの所定値と比較してもよい。他の例としては、複数スパイクを有するパルスにおいて各スパイクのエネルギーを別個に測定して、それぞれの所定値と比較してもよい。
【０１２８】
（vi）ビン形状情報による特徴付け
一実施形態において、フィードバック測定基準は、ビン形状情報を決定することを含んでいる。例えば、レーザシステムは、それぞれ約２．５ns幅の１２個の時間ビンに対して制御を行ってもよい。そのような実施形態では、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）を含んでいる。
【０１２９】
３．パルス形状特徴付けの例
図３３Ａ、図３３Ｂ、及び図３３Ｃは、ある実施形態における、本明細書で述べたパラメータにより特徴付けられる様々なスパイク、平坦部、及び傾斜部を有する調整パルス３３１０，３３１２，３３１４の例をグラフで示すものである。図３３Ａにおいて、スパイクは、第１の枠３３１６により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、平坦部は、第２の枠３３１８により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義される。同様に、図３３Ｂにおいて、第１のスパイクは、第１の枠３３２０により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、平坦部は、第２の枠３３２２により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、第２のスパイクは、第３の枠３３２４により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義される。
【０１３０】
図３３Ｃにおいて、第１のスパイクは、第１の枠３３２６により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、第１の平坦部は、第２の枠３３２８により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、第２の平坦部は、第３の枠３３３０により表される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、第２のスパイクは、第４の枠３３３２により定義される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義され、傾斜した平坦部は、第５の枠（例えば台形）３３３４により定義される１組のパラメータ／許容範囲の中にあると定義される。図３３Ａ、図３３Ｂ、及び図３３Ｃに示されたパルスは単なる例示であって、本明細書で述べたパルスを特徴付ける方法は、任意の形状のパルス又は任意の数のスパイク、平坦部、及び／又は傾斜部を有するパルスに適用可能であることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【０１３１】
表２は、一実施形態における椅子形状のパルスを定義する１組のパラメータの例である。種々のパラメータに対して表２に列挙された値は単なる例示にすぎず、限定するものではないことは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。
【表２】
2014514754.tif 000005
【０１３２】
表２において、Ｗは、椅子幅であり、異なる椅子幅を有する１組のパルス形状を定義するために変化させてもよい。例えば、図３４Ａは、それぞれの幅がＷ＝１２．５，１５，１７．５，２０，２２．５，２５，２７．５，３０である、表２により特定される複数の調整パルス（８つの調整パルスが示されている）をグラフで示すものである。表２に示された値及び許容範囲は、第１の枠３４１０内のスパイク及び第２の枠３４１２内の（それぞれ長さＷを有する）平坦部の特性を規定する。図３４Ｂ及び図３４Ｃは、ある実施形態におけるレーザシステムにより生成される調整レーザパルスの追加的な例を示すものである。
【０１３３】
４．パルスプロファイラの例
図３５は、一実施形態における、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３５００の例のブロック図である。例示したパルスプロファイラ３５００は、光スプリッタ３５１０と、パワーセンサ３５１２と、高速アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３５１４又は「スコープ」と、処理装置３５１６と、メモリデバイス３５１８とを含んでいる。一実施形態においては、処理装置３５１６は、ホストデバイス３５２０と通信を行う。
【０１３４】
光スプリッタ３５１０は、レーザパルスがワーク表面に到達する前にレーザパルスを受け、該レーザパルスの一部をパワーセンサ３５１２に向けるように構成されている。パワーセンサ３５１２のアナログ出力は、高速ＡＤＣ３５１４に供給され、適切に調節されデジタル化される。パワーセンサ３５１２及び／又は高速ＡＤＣ３５１４は、比較的速いパルス形状（例えば、全時間幅が約５０ns）でのトリガを扱うのに適切な論理回路を含んでいてもよい。実施形態によっては、その比較的速いパルス形状が約１００kHzのパルス繰り返し率で受けられる。
【０１３５】
高速ＡＤＣ３５１４は、個々のパルスに対応するデータを処理装置３５１６に供給する。処理装置３５１６は、データをフィルタリングし、フィルタリングされたデータを用いて１以上の上述した測定基準を算出する。処理装置３５１６は、プロセスのモニタリングのため、及び実施形態によってはプロセス制御のために、算出された測定基準をホストデバイス３５２０に送信してもよい。メモリデバイス３５１８は、時間的パルス形状に対応するデータ及び／又は対応する算出された測定基準を記録するように構成されている。一実施形態においては、時間的パルス形状に対応するデータは、サーキュラバッファ（図示せず）にロードされ、パルス形状の測定基準の実行時モニタリングとは対照的に、実際のパルス形状の考察のためにオフラインで取得される。
【０１３６】
パルスプロファイラ３５００は、自動処理により、あるいはユーザコマンドに応じて、周期的又は連続的にフィードバック測定基準を算出してもよい。パルスプロファイラ３５００は、生成されたレーザパルスのすべて、生成されたレーザパルスの大多数、あるいは生成されたレーザパルスの少数についてフィードバック測定基準を算出してもよい。また、パルスプロファイラ３５００は、固定対試行率のような外部測定基準が正常なあるいは予定されている値から逸脱したときにフィードバック測定基準を算出してもよい。
【０１３７】
上述した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により、パルス形状が最適なものではないか、あるいは特定の許容範囲内にないと示された場合には、システムは、１以上の訂正処理を行ってもよい。例えば、システムは、パルス形状較正が望まれることを示す警告を表示してもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、システムは、処理を中断して、ユーザ（例えばサービスエンジニア）にパルス形状を調整することを促し、処理を再スタートしてもよい。
【０１３８】
他の実施形態においては、後述するように、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て改良したパルス形状を生成してもよい。システムは、これらの再構成されたパラメータを自動的に実行してもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、システムは、自動的に計算されたシステム入力パラメータを実行することをユーザ（例えばオペレータ又はサービスエンジニア）に促してもよい。
【０１３９】
Ｂ．パルス形状制御
上述したように、パルス形状フィードバックから得られた情報をパルス形状制御に関して多くの異なる方法で使用してもよい。複数のレーザ加工システムを特定のユーザに提供する際に、１つのシステム上に開発されたプロセスを他のシステム上に再現してもよい。したがって、一実施形態によれば、それぞれのシステムは、同一の公称パルス形状を再現するように構成される。材料のレーザ加工中又はこの再現を行うように構成されたパルス形状セットアップ処理中に、必要に応じてそれぞれのレーザを調整するために、様々なシステムにより提供されるフィードバックを使用してもよい。
【０１４０】
また、長年にわたるパルス形状の安定性を提供するためにこの情報を使用してもよい。ファイバレーザ又はＭＯＦＰＡベースの調整パルスシステムについては、例えば、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相関的要素として歪んでいてもよい。あるいは、歪みは、ポンプダイオードや利得モジュールのようなレーザシステムの構成要素の劣化によるものであってもよい。このため、ある実施形態では、パルス形状を周期的に調整して長年にわたる安定性を維持するために実行時フィードバックが用いられる。
【０１４１】
一実施形態においては、パルス形状制御のために反復学習方法が用いられる。反復学習アルゴリズムにおいては、繰り返される予定の波形が公称波形と比較され、測定され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に対して少しの調整がなされる。反復学習アルゴリズムは、非線形環境において波形を再現する際に非常に効果的であり、特に調整パルス形状の制御パラメータを調整するのにうまく合わせられる。
【０１４２】
ある実施形態においては、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に反復制御技術を用いてもよい。反復制御／反復フィードフォワード（ＦＦ）制御は、異なるパルス時間的プロファイルを提供するために変更可能な入力信号（例えば、音響光学偏向器、音響光変調器、電気光学偏向器、又は電気光変調器に印加される電圧）から所望の結果（例えばパルス形状）を得るために、適応、進展、又は学習エレメントを利用する。また、異なるビンコマンド信号における振幅コマンドを受信するように構成されたレーザ電源をプログラミングするように入力パラメータを制御してもよい。入力と出力との間の関係が非線形になる場合であっても、反復制御により所望の結果が得られることがある。
【０１４３】
ある実施形態においては、ユーザが所望のパルス形状を入力可能であり、反復制御技術が適切な入力信号に収束してこのパルス形状を生成し、レーザが適切に構成される。加えて、あるいは他の実施形態においては、反復制御の適用により、システム間変動及びレーザ間変動が低減又は除去され得る。また、反復制御技術の適用により、熱シフト又は劣化作用などの長期／中期過渡効果がなくなるように調整してもよい。この種の調整技術は、出力が振幅及び／又は時間の点から整形される任意のレーザに適用できる。また、この調整技術をファイバレーザ、ＭＯＦＰＡ、又は他の種類のレーザに適用することができる。この調整技術は、不定期の較正ステップにおいて適用してもよく、あるいはシステム動作中に連続的に適用してもよい。
【０１４４】
Ｖ．「スライスド」パルスレーザの例
図３６は、調整レーザパルス出力を生成するためのある実施形態に係るレーザパルス「スライシング」システムにおいて実現され得る電気光変調器３６１０を示している。電気光変調器３６１０は、光偏光装置（偏光器）３６１４，３６１６の間に配置された電気光学結晶セル３６１２を含んでおり、パルスレーザ源３６２０により発されたレーザパルス３６１８のビームを受ける。電気光学結晶セル３６１２は、入射レーザパルス３６１８の整形に寄与すべくドライバ回路３６２４の駆動出力信号が印加される電極３６２２を有している。レーザ源３６２０は、数ナノ秒から１００nsの範囲内のパルス幅を有するレーザパルスを出射する任意のパルスレーザとすることができる。電気光学結晶セル３６１２は、ＫＤＰ、ＫＤ＊Ｐ、ＡＤＰ、ＡＤ＊Ｐ、ＲＴＰ、ＲＴＡ、ＢＢＯ、ＬｉＮｂＯ3、又は他の電気光学材料から作ることができる。好適な電気光学結晶セル３６１２の一例は、アメリカ合衆国オハイオ州ハイランドハイツのCleveland Crystals社により製造されたLightGate 4 ＢＢＯポッケルスセルである。LightGate 4セルは、１００KHzで動作可能であり、その幾何学的配置が駆動電圧を３５５nmの４分の１波長遅延で約１．３KVまで最小化する。LightGate 4セルは、静電容量がたった４pfであり、２ns未満の立ち上がり及び立ち下がり光学応答時間を提供することができる。好適なドライバ回路３６２４の一例は、ドイツ連邦共和国ムルナウのBergmann Messegeraete Entwicklung社から入手できる高圧高速スイッチング時間のポッケルスセルである。
【０１４５】
ＢＢＯ系の電気光変調器３６１０は、電気光学結晶セル３６１２の電極３６２２に印加される４分の１波長駆動電圧に応答して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３６１８は、偏光器３６１４を通過して図示されるようにｐ偏光（p-pol）となる。レーザビーム３６１８は、ＢＢＯ結晶セル３６１２を一回通過する。ＢＢＯ結晶セル３６１２の電極３６２２に駆動電圧が印加されないときは、レーザパルスはp-pol状態のままで偏光器３６１６を通過する。ＢＢＯ結晶セル３６１２の電極３６２２にレーザ波長の４分の１波長駆動電圧が印加されると、ビームの偏光方向が９０度回転し、ｓ偏光（s-pol）となる。ＢＢＯ結晶セル３６１２の電極３６２２に印加される駆動電圧が０から４分の１波長電圧の間であるとき、偏光されたレーザビーム３６１８の偏光器３６１６から送られる部分は、およそ以下のように表現される。
Ｔ＝sin2［（π／２）（Ｖ／Ｖ1/2）］
ここで、Ｔは偏光器３６１６からのレーザビームの透過率、Ｖは電気光学結晶セル３６１２の電極３６２２に印加される電圧、Ｖ1/2は２分の１波長電圧である。
【０１４６】
上記式に基づいて、電気光変調器３６１０の制御可能な透過率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３６１２及び偏光器３６１４，３６１６の透過率は約０％〜１００％とすることができる。図３７は、５つの可能なレーザパルス形状の例を示している。図３７は、列（ａ）として、立ち上がり時間が２ns未満であり、レーザパルスがピークに達してこれによりレーザパルスの前縁が短時間で立ち上がる、透過率が０％から１００％まで変化する場合のパルス形状の一例を示している。ダブルバス構成として知られる他の構成においては、４分の１波長電圧を利用して所望のレベルの偏光回転を実現してもよいが、この効率の改善は、光学的な位置決の複雑性の増加を犠牲にして得られるということは、当業者であれば理解できるであろう。
【０１４７】
立ち上がり時間及び立ち下がり時間は、電気光学セルの電圧及び静電容量、駆動回路トランジスタのスイッチング時間、繰り返し率、及び全体の電力消費量に関係している。電気光学セルの電圧及び静電容量が低いと応答時間が早くなり、したがって、電気光学セルに対して適切な材料を選択することが重要である。ＢＢＯ及びＲＴＰが電気光変調器における実装に対して有用な材料特性を有することは、当業者であれば理解できるであろう。シュプリンガー出版社発行のKoechner著「Solid-State Laser Engineering」は、電界が結晶光軸に平行にかつ入射光と同一方向に印加される縦型電気光学セルについて、位相差δは、結晶の長さｌにおける印加電圧に以下のような関係を有していると述べている。
δ＝（２π／λ）ｎ03ｒ63ＶZ
ここでＶZ＝EZｌである。
【０１４８】
２分の１波長遅延を得るために、ポッケルスセルは位相差δ＝πを生成する。この場合において、ポッケルスセルに入射する線形偏光された光については、出力ビームも線形偏光されるが、偏光面は９０度回転される。既知の偏光光学系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透過率Ｔ依存性を以下のように表している。
Ｔ＝sin2［（π／２）（Ｖ／Ｖ1/2）］
ここで、２分の１波長電圧は、Ｖ1/2＝λ／２ｎ03ｒ63で与えられる。
【０１４９】
電界がビームの方向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、以下のように与えられる。
Ｖ1/2＝λｄ／２ｎ03ｒ63ｌ
【０１５０】
この種の電気光学結晶セルは、２分の１波長電圧が結晶厚さの長さに対する比率に依存するという有用な属性を有しており、これらの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て所望の位相差を実現してもよい。
【０１５１】
上記式中のｒ63の項がＫＤＰ系のリン酸塩の電気光学係数を表すことは、当業者であれば理解できるであろう。ＲＴＰ結晶は、この系の重要な要素であり、１０６４nmレーザ入力とともに使用するために述べられた好ましい実施形態について好ましい電気光学結晶材質である。ＢＢＯ結晶は、好ましくは３５５nmレーザ入力とともに用いられる。
【０１５２】
ＲＴＰ結晶は、１０６４nmレーザ入力に対する電圧要求が低く（π又は２分の１波長遅延で３．５mm開口の場合は約１．６KV）、１０MHzまでの繰り返し率で動作することが可能である。ＲＴＰ結晶は、平均パワーが概ね１０Ｗを超えると十分に機能することができないか、あるいは、透明度の制約によりＵＶ用途に適さない。上述した後者の用途についてはＢＢＯが好ましい。実際には、電圧要求が高いため（２分の１波長遅延において約６KV）、１０６４nmレーザに関してＢＢＯを１００KHzで動作させるのは難しい。したがって、１０６４nmレーザについては、ＲＴＰ電気光学結晶セルが現在の好ましい選択であり、３５５nmレーザ（LightGate 4 ＢＢＯポッケルスセルの場合、２分の１波長遅延で約１．３KV）については、ＢＢＯ電気光学結晶セルが好ましい。ＫＤＰ、ＲＴＡ、ＡＤＰなどの他の電気光学材質は、圧電（ＰＥ）共振のため、高い繰り返し率とパルス変調での使用に対して大きな制限がある。より短い立ち上がり時間及び立ち下がり時間により周波数成分が高くなり、これらの周波数成分の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、基本繰り返し率よりもずっと高い範囲にわたる周波数成分を多く含む、短い立ち上がり時間の調整パルスに当てはまる。
【０１５３】
調整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「ファーストマルチステート」（ＦＭＳ）電気光学変調器により実現される。これは、１０６４nmレーザ出力については、ＲＴＰ結晶材質からなる電気光学セルと、ＰＥ共振をそれほど生じない短い電気パルスを用いることによって実現される。ナノ秒オーダーのパルス長では、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のパルスに対して１０MHzの繰り返し率に達する。
【０１５４】
短い立ち上がり時間及び立ち下がり時間を得ることの他の懸念は、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又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存する。電気スイッチには主に２つのタイプ、アバランシェトランジスタとＭＯＳＦＥＴがあることは、当業者であれば理解できるであろう。トランジスタは、最速のスイッチング時間を得るために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に、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実現することができるが、その繰り返し率は１０KHz未満に制限される。一般的にＭＯＳＦＥＴは１nsの応答時間と最大１KVの動作電圧を有するので、より高い繰り返し率に対しては、現時点ではＭＯＳＦＥＴが好ましい。１．６KVレンジで動作するために、少なくとも２〜３個のＭＯＳＦＥＴのスタックが用いられる。
【０１５５】
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、ドライバ回路消費電力は、ピーク動作電圧の２乗に比例するため、懸念となる。例えば、約６KVで動作するＢＢＯ電気光学セルは、所定の繰り返し率で同様の位相シフトを得るために１．６KVで動作するＲＴＰ電気光学セルの約３，６１４倍の消費電力を必要とする。動作電圧を低くすれば消費電力を低減できることは、当業者であれば理解できるであろう。ＭＯＳＦＥＴの数を削減することができ、それにより次に開口サイズと得られる駆動電圧とを慎重に選択することでＦＭＳパルス変調の性能が良くなる。横型電気光学変調器の一実施形態においては、ＲＴＰ及びＢＢＯ電気光学結晶セルの開口を約２mmまで小さくすると、１０６４nmでの２分の１波長遅延電圧がこれに対応して、ＲＴＰ及びＢＢＯ電気光学結晶セルについてそれぞれ約２６００Ｖ及び４KVまで減少する。
【０１５６】
ＦＭＳ電気光学変調器は、プログラミング可能な複数の変調工程を行うことができる。各工程は約４ns未満の立ち上がり時間と約４ns未満の立ち下がり時間を有しており、より好ましくは、各工程は約２ns未満の立ち上がり時間と約２ns未満の立ち下がり時間を有している。開示された実施形態の動作上の利点は、２以上の振幅値を有するようにプログラミングされ得る調整パルス形状を提供できることである。他の動作上の利点は、離散的な振幅及び時間成分とともにプログラミング可能な調整パルス形状を提供できる能力である。そのような能力は、図３７の（ａ）に示されるタイプのパルス形状を有する調整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、最初の最大振幅に関して、最初の最大振幅に至る立ち上がり時間よりも相当に長い合計立ち下がり時間を有している。
【０１５７】
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信する１以上の電気光学変調器により実現することができる。パルスレーザ出射から駆動信号をトリガすることにより、システムの他のステージに関連するジッタが抑制され、パルスレーザ出射形成時間に関連するジッタが実質的に除去される。より短い波長の高調波を生成するために調整パルスをパワー調整することができる。
【０１５８】
本発明の基礎をなす原則から逸脱することなく上述した実施形態の詳細に対して多くの変更をなし得ることは、当業者であれば理解できるであろう。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画定されるべきである。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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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９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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