(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザポンプと、レーザ・ロッドと、前記レーザポンプとレーザ・ロッドとの間に介装したレフレクタであってレーザポンプからのエネルギがそこを通ってレーザ・ロッドへ入るレフレクタと、エネルギがそこを通ってレーザ・ロッドから放射される出力側のレフレクタと、前記レーザ・ロッドと前記レフレクタの少なくとも１つとの間に介装されたスイッチであってエネルギを所望の期間レーザ・ロッドに貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギをレーザ・ロッドから放射されうるよう開放されるべく構成された前記スイッチとを備えるパルス化されたレーザ・システムを設けるステップと、
前記スイッチの作動の或る繰返し率範囲にわたってパルス化されたレーザ・システムを作動させ、それにより複数の放射期間中各繰返し率でレーザエネルギが放射されるようにし、放射期間中放射されるレーザエネルギの少なくとも一部が目標とする構造体に向って導かれるようにするステップと、を備え、
パルス化されたレーザ・システムを作動させる前記ステップが、前記繰返し率範囲内で一次レーザ・パルスの繰返し率とは無関係に各放射期間に先立って固定の予め決定した期間前記スイッチを閉鎖することにより一次レーザ・パルス形状を制御するステップを備え、
パルス化されたレーザ・システムを作動させる前記ステップが更に、一定のパワーでポンプを連続的に作動させるステップを備え、
繰返し率とは無関係に各放射期間に先立って固定の予め決定した期間スイッチを閉鎖する前記ステップは、一次レーザ・パルスの形状が前記繰返し率範囲内で当該一次レーザ・パルスの繰返し率とは無関係に同じままである形状を有することを保証する
パルス化されたレーザ・システムを作動させる方法。
【請求項２】
レーザ源を含むプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法であって、前記レーザ源は、レーザ媒質と、当該レーザ媒質と入力側あるいは出力側レフレクタの少なくとも１つとの間に介挿されたスイッチであってエネルギを所望の貯蔵期間前記レーザ媒質に貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギを前記レーザ媒質から放射され得るよう開放されるべく構成された前記スイッチとを備え、前記レーザ源によって生成される予め選定したパルス形状が加工物において処理すべき目標とする材料の既知の特性に基づいて予め選定可能であり、且つ前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔が前記予め選定したパルス形状とは無関係に選定可能である、前記方法において、
前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔とは無関係に複数の放射期間のそれぞれに先立って固定の予め決定した期間前記レーザ媒質にエネルギを貯えるため前記スイッチを閉鎖することにより、パルス化されたレーザ・システムを作動させるステップと、
パルス化されたレーザ・システムを作動させる前記ステップが更に、前記レーザ媒質を前記貯蔵期間一定のパワーで連続的にポンピングするステップを備え、
エネルギを前記レーザ源から各放射期間中に放射させるステップと、
予め選定したパルス形状が前記時間間隔とは無関係にプリセットされた状態に留まっている間に、前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の選定された時間間隔で、前記レーザ源が加工物上の目標とする材料を処理するようにさせるステップと
を備えるプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法。
【請求項３】
レーザ源を備えるプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法であって、前記レーザ源は、レーザ媒質と、当該レーザ媒質と入力側あるいは出力側レフレクタの少なくとも１つとの間に介挿されたスイッチであってエネルギを所望の貯蔵期間前記レーザ媒質に貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギを前記レーザ媒質から放射され得るよう開放されるべく構成された前記スイッチとを備え、加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔が、前記加工物において処理すべき目標とする材料の既知の特性に基づいて予め選定可能であり、且つ前記レーザ源によって生成されるパルス形状は、前記の予め選定した時間間隔とは無関係に予め選定可能である、前記方法において、
前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔とは無関係に、選定されたパルス形状のため複数の放射期間のそれぞれに先立つ期間であって固定され且つ予め決定された期間に前記レーザ媒質にエネルギを貯えるため前記スイッチを閉鎖することにより、予め選定された時間間隔とは無関係に選定されたパルス形状を用いて、パルス化されたレーザ・システムを作動させるステップと、
パルス化されたレーザ・システムを作動させる前記ステップが更に、前記レーザ媒質を前記貯蔵期間中に一定のパワーで連続的にポンピングするステップを備え、
エネルギを前記レーザ源から各放射期間中に放射させるステップと、
予め選定した時間間隔が前記パルス形状とは無関係にプリセットされた状態に留まっている間に、前記レーザ源が加工物上の目標とする材料を処理するようにさせるステップと
を備えるプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法。
【請求項４】
パルス化されたレーザ・システムを作動させることがトリミング可能な構成要素をトリミングすることを含む請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記目標とする材料がトリミング可能な構成要素であり、
前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔は、トリミング可能な構成要素をそのトリミング中に正確に測定するのを可能にするようにトリミング可能な構成要素のトリミング中に動的に選定される
請求項２又は３に記載の方法。
【請求項６】
前記目標とする材料がトリミング可能な構成要素であり、
前記パルス形状が、過度な加熱無しで前記トリミング可能な構成要素の全体にわたり切るのを可能にするようにプリセット又は選定される
請求項２又は３に記載の方法。
【請求項７】
レーザ源を含むプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法であって、前記レーザ源は、レーザ媒質と、当該レーザ媒質と入力側あるいは出力側レフレクタの少なくとも１つとの間に介挿されたスイッチであってエネルギを所望の貯蔵期間前記レーザ媒質に貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギを前記レーザ媒質から放射され得るよう開放されるべく構成された前記スイッチとを備え、前記レーザ源によって生成される予め選定したパルス・エネルギ特性は、加工物においてマイクロ機械加工すべきトリミング可能な構成要素の既知の特性に基づいて予め選定可能であり、且つ前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔は、トリミング可能な構成要素をそのトリミング中に正確に測定するのを可能にするように、前記予め選定したパルス・エネルギ特性とは無関係にトリミング可能な構成要素のトリミング中に選定可能である、前記方法において、
加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔とは無関係に複数の放射期間のそれぞれに先立って固定の予め決定した期間前記レーザ媒質にエネルギを貯えるため前記スイッチを閉鎖することにより、パルス化されたレーザ・システムを作動させるステップと、
パルス化されたレーザ・システムを作動させる前記ステップが更に、前記レーザ媒質を前記貯蔵期間中に一定のパワーでポンピングするステップを備え、
エネルギを前記レーザ源から各放射期間中に放射させるステップと、
予め選定したパルス・エネルギ特性が前記時間間隔とは無関係にプリセットされた状態に留まっている間に、加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の選定された時間間隔で、前記レーザ源が加工物上のトリミング可能な構成要素をマイクロ機械加工するようにさせるステップと
を備えるプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法。
【請求項８】
レーザ源を含み且つプログラム可能なパルス・エネルギ特性を有するプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法であって、前記レーザ源は、レーザ媒質と、当該レーザ媒質と入力側あるいは出力側レフレクタの少なくとも１つとの間に介挿されたスイッチであってエネルギを所望の貯蔵期間前記レーザ媒質に貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギを前記レーザ媒質から放射され得るよう開放されるべく構成された前記スイッチとを備え、前記レーザ源によって生成される予め選定したパルス・エネルギ特性は、加工物においてマイクロ機械加工すべきトリミング可能な構成要素の既知の特性に基づいて予め選定可能であり、且つ前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔は、トリミング可能な構成要素をそのトリミング中に正確に測定するのを可能にするように、前記予め選定したパルス・エネルギ特性とは無関係にトリミング可能な構成要素のトリミング中に動的に選定可能である、前記方法において、
前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔とは無関係に複数の放射期間のそれぞれに先立って固定の予め決定した期間に前記レーザ媒質にエネルギを貯えるため前記スイッチを閉鎖することにより、パルス化されたレーザ・システムを作動させるステップと、
パルス化されたレーザ・システムを作動させる前記ステップが更に、前記レーザ媒質を前記貯蔵期間中に一定のパワーでポンピングするステップを備え、
予め選定したパルス・エネルギ特性が前記時間間隔とは無関係に実質的にプリセットされた状態に留まっている間に、加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の選定された時間間隔で、前記レーザ源が加工物上のトリミング可能な構成要素をマイクロ機械加工するようにさせるステップと
を備えるプロセッサ制御されたパルス化されたレーザ・システムを作動させる方法。
【請求項９】
前記トリミング可能な構成要素が抵抗であり、前記パルス・エネルギが約２００から３００マイクロジュールの範囲にある請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記トリミング可能な構成要素へのパルスの２つの連続した伝達間の選定された時間間隔が、測定中約１ミリ秒（１キロヘルツ）の範囲にあり、且つ測定前の高速トリミング中約２０マイクロ秒（５０キロヘルツ）の範囲にある請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記エネルギ特性が、約７０ナノ秒から約１２５ナノ秒の範囲のパルス幅である請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記エネルギ特性は、実質的な横方向熱伝導を回避することによりマイクロ亀裂を回避しながら前記トリミング可能な構成要素の底部まで切るに十分に長いパルス幅である請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザ源とトリミング可能な構成要素との間に介挿され、（ａ）放射期間中に放射されたパルスの少なくとも一部がトリミング可能な構成要素に、前記時間間隔と相関したコンピュータ制御されたタイミング信号に基づいて衝突するようにし、且つ（ｂ）トリミング可能な構成要素に衝突することになる各パルスのエネルギの小部分を制御する制御装置を設けるステップを更に備える請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
プログラム可能なパルス・エネルギ特性を有するパルス化されたレーザ・システムにおいて、
ダイオード・ポンピングされた固体レーザ源であって、レーザ媒質と、当該レーザ媒質と入力側あるいは出力側レフレクタの少なくとも１つとの間に介挿されたスイッチであってエネルギを所望の貯蔵期間前記レーザ媒質に貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギを前記レーザ媒質から放射され得るよう開放されるべく構成された前記スイッチとを備える、前記固体レーザ源を備え、
前記レーザ媒質が、連続的に一定のパワーでポンピングされ、
加工物においてマイクロ機械加工されるべきトリミング可能な構成要素の既知の特性に基づいて、前記レーザ源により生成されるべき予め選定したパルス・エネルギ特性の事前設定を可能にし、且つ前記予め選定したパルス・エネルギ特性とは無関係にトリミング可能な構成要素のトリミング中に加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔の動的選定を可能にし、それによりトリミング可能な構成要素をそのトリミング中に正確に測定するのを可能にし、且つ前記加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の時間間隔とは無関係に複数の放射期間のそれぞれに先立って固定の予め決定した期間に前記レーザ媒質にエネルギを貯えるため前記スイッチを閉鎖することにより、パルス化されたレーザ・システムを作動させ、それにより前記予め選定したパルス・エネルギ特性が前記時間間隔とは無関係にプリセットされた状態に留まっている間に、加工物上へのパルスの少なくとも２つの連続した伝達間の選定された時間間隔で、前記レーザ源が加工物上のトリミング可能な構成要素をマイクロ機械加工するようにさせるべくプログラムされたプロセッサを更に備える
を備えるパルス化されたレーザ・システム。
【請求項１５】
前記レーザ源が連続的にポンピングされるレーザ源であり、
前記レーザ・システムは、エネルギを前記レーザ源により所望の期間貯めておくよう閉鎖され且つ放射期間中エネルギを前記レーザ源から放射されるべく開放されるよう構成されたスイッチを備える
請求項１４記載のパルス化されたレーザ・システム。
【請求項１６】
前記レーザ源が連続的にポンピングされるレーザ源である請求項１４記載のパルス化されたレーザ・システム。
【請求項１７】
前記レーザ源とトリミング可能な構成要素との間にあって、（ａ）放射期間中に放射されたパルスの少なくとも一部がトリミング可能な構成要素に、選定された時間間隔と相関したコンピュータ制御されたタイミング信号に基づいて衝突するのを可能にし、且つ（ｂ）トリミング可能な構成要素に衝突することになる各パルスのエネルギの小部分を制御する制御装置を更に備える請求項１４記載のパルス化されたレーザ・システム。
【請求項１８】
前記レーザ源が、
レーザポンプと、
レーザ・ロッドと、
前記レーザポンプとレーザ・ロッドとの間に介装され、そこを通してレーザポンプからのエネルギがレーザ・ロッドへ入るレフレクタと、
そこを通してエネルギがレーザ・ロッドから放射される出力側のレフレクタと、
前記レーザ・ロッドと前記レフレクタの少なくとも１つとの間に介装されたスイッチであって、所望の期間レーザ・ロッドに貯めておくよう閉鎖され、且つ放射期間中エネルギをレーザ・ロッドから放射されるべく開放されるよう構成された前記スイッチと
を備える請求項１４記載のパルス化されたレーザ・システム。
【請求項１９】
前記制御装置は、音響−光変調器、電気−光変調器、液晶変調器あるいは高速光スイッチを備え、且つ
前記制御装置は、加工物から不所望の二次レーザ放射を回折、偏向、方向直し、あるいは遮断することによって二次レーザ放射が加工物に衝突しないようにするか、又は一次パルスを加工物に向って回折、偏向、方向直し、あるいは遮断することによって一次レーザ・パルスが加工物に衝突するようにさせる
請求項１７記載のパルス化されたレーザ・システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、レーザ・システムにおいてパルスを制御することに関し、特に例えば抵抗のトリミングとかキャパシタのトリミングのようなマイクロ機械加工工程の間異なる繰返し率でパルスの幅およびエネルギを制御することに関する。
【０００２】
レーザのパルス幅は、典型的に繰返し率（すなわちレーザによってパルスが放射されるレート）が増すと増加する。この理由は、高繰返し率においては各パルスの前にレーザ・ロッドにエネルギを貯える時間が短く、低繰返し率においては、各パルスの前にレーザ・ロッドにエネルギを貯える時間が長いからである。従って、各パルスを基準にすると、繰返し率が変動するにつれてエネルギの出力と時間的パルス幅には大きな変動がある。
【０００３】
このような結果は、レーザ・ロッドから抽出しうるエネルギがロッドに貯えられたエネルギによって左右されるという事実に起因している。例えば、３０キロヘルツの繰返し率において、エネルギの貯えと、Ｑスイッチを開放してレーザ・パルスを放射しうるために利用可能な時間は単に約３３マイクロ秒であり、一方１キロヘルツでは、エネルギの貯えおよびＱスイッチを開放するのに利用可能な時間は約１０００マイクロ秒である。レーザの利得は、ロッドに貯えられたエネルギ量に比例する。従って、レーザ・パルスが低繰返し率で付勢されると、より多くのエネルギがロッドに貯えられ、その結果時間的パルス幅が短くなるので、低繰返し率においてはレーザ・パルスはより高い周波数におけるよりもはるかに急速に掃引する。
【０００４】
パルス当たりに所定のエネルギに対して、ピーク・パワーはレーザ・パルス幅とは反比例して変動する。従って、３００ナノ秒のパルスのピーク・パワーは、同じ全体エネルギを有している１００ナノ秒のパルスのピーク・パワーよりもはるかに小さい。加工物に供給されるパルス当たり全体エネルギは典型的にはビームを減衰させる装置によって制御され、１キロヘルツでのレーザ・パルスは各ステップでのパルスが同じ全体エネルギを有するようにするには１０キロヘルツにおけるレーザ・パルスよりもより多く減衰する。
【０００５】
低い繰返し率において所定のレーザによって提供されたレーザ・パルスは、レーザが低い繰返し率で作動しているときにレーザ・ロッドに貯えられたエネルギを低くさせることによって幅を広げることが可能である。このことはレーザポンプからレーザ・ロッドへ入るエネルギの量を低くすることによって達成可能である。光波電子モデル１１０（Ｌｉｇｈｔ  Ｗａｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｍｏｄｅｌ  １１０）レーザはこの原理に従って作動する。
【０００６】
また、繰返し率とは無関係に概ね同じ貯蔵時間にわたって各レーザ・パルスに先立ってエネルギをレーザ・ロッド中へポンピングすることによって異なる繰返し率であっても類似のパルス幅を保証することが可能である。この高いエネルギ貯蔵時間の後、但しＱスイッチの開放前に、レーザ・ロッド中へポンピングされたエネルギは、レーザ・ロッドに貯えられたエネルギの損失を補償するに要するスレッショルドを丁度上回るレベルまで低減する。このように低減したレベルは、Ｑスイッチが開放してパルスがレーザ・ロッドから解放されうるようになるまで保持することが可能である。
【０００７】
ジェネラル・スキャニング社（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ）のＭ３２０型パルス化レーザ・システムは、異なる繰返し率において類似のパルス幅を保証しないシステムの一例である。このシステムにおいては、音響−光変換器（ＡＯＭ）がレーザと加工物との間に位置されている。レーザが加工物を走査するにつれて、音響−光変換器は、加工物上のリンクを取り外すためにレーザ・パルスが必要とされるとき以外はレーザ・パルスが加工物に衝突しないよう阻止している。リンクを除去するには、音響−光変換器は、Ｑスイッチを開放した直後放射された単一のパルスがリンクに衝突しうるようにする。音響−光変換器は、希望に応じてパルスのエネルギの極く一部のみがリンクに衝突しうるようにする。
【０００８】
トガリ（Ｔｏｇａｒｉ）他への米国特許第５，７１９，３７２号は、レーザ・パルスが加工物においてマーキングを形成する孔を形成するレーザ・マーキング・システムを記載している。Ｑスイッチがオフ（開放）している間の各放射期間は、全て加工物に衝突する一次放射パルスおよび複数の二次放射パルスをレーザが放射しうるようにするに十分長い。これらの一次および二次放射パルスの強度は、もしも放射期間がより短くて、繰返し率が同じとされたとしたら放射されるであろう単一の放射パルスの強度よりは小さい。低パワーの二次放射は加工物に余分のエネルギを供給する。本特許は、低パワーの二次放射は結果的に炭素を含有する樹脂の膜を含む加工物のマーキングラインの可視性を改良すると主張している。
【０００９】
（発明の概要）
本発明の一局面は、レーザポンプ（例えば、連続波（ＣＷ）ポンプ）と、レーザ・ロッドと、前記レーザポンプとレーザ・ロッドとの間に介装されたレフレクタであってそこを通してレーザポンプからのエネルギがレーザ・ロッドへ入るレフレクタと、エネルギがそこを通してレーザ・ロッドから放射される出力側レフレクタと、前記レーザ・ロッドと出力側レフレクタとの間に介装されたスイッチ（例えば、Ｑスイッチ）とを含むパルス化されたレーザ・システムを特徴とする。更に、レーザ共振器に対して外部に位置しうる制御装置がある。Ｑスイッチは、閉鎖するとエネルギをレーザ・ロッドで貯えることが出来るようにし、開放すると放射期間の間エネルギがレーザ・ロッドから放射されうるようにする。制御装置は、放射期間の間レーザ・ロッドから放射された一次レーザ・パルスが加工物に衝突しうるようにし、放射期間の間一次パルスの後発生した二次レーザ放射の少なくとも一部が加工物に衝突しないようにする。
【００１０】
本発明によるダイオード・ポンピングされたレーザ（ｄｉｏｄｅ  ｐｕｍｐｅｄ  ｌａｓｅｒ）技術は、性能を最適化するために繰返し率と共にパルスの幅の柔軟性と制御性とを提供する。本発明は、不当に短いパルスを放射することなく低い繰返し率で加工物を処理する（例えば、抵抗のトリミングを実行する）ために高い繰返し率で短いパルス幅を有するレーザを使用出来るようにする。低い繰返し率は、例えば高い値の抵抗をトリミングするようなある用途に対して特に有用でありうる。
【００１１】
本発明は、低い繰返し率において幅の広いパルスを提供するためにレーザポンプの出力を何ら低下させる必要はない。このように、レーザポンプの安定出力を保証するよう設計された電源電子機器およびフィードバック回路を設計し直したり、他の方法で許容させる必要はない。また、本発明は、一次レーザ・パルスの放射に続く放射期間の一部の間エネルギを低いレベルでレーザ・ロッド中へポンピングする必要はない。このように、本発明は、一次レーザ・パルスの放射に続いてレーザ・ロッドに貯えられた全体エネルギ中へ導入される可能性のあるエラーであって特に低減衰時に顕著となるエラーについて何ら懸念する必要はない。
【００１２】
一次パルスの放射の後放射期間の間放射される望ましくない出力が加工物に衝突しないようにする制御装置が設けられているので、レーザ出力のこの部分は、加工物の温度に影響せす、従って各一次パルスの前に行なうことが可能であり、感温式でよい測定に影響を与えず、加工物の性能にも影響しない。例えば、厚膜の抵抗のトリミングにおいて、抵抗測定は各一次パルスの直前に行なえばよい。シリコン基板上の半導体回路のマイクロ機械加工において、二次パルス及び連続波出力を排除することによりシリコン基板の過度の加熱を阻止することが可能であって、それによりシリコン基板を損傷から保護することが出来る。
【００１３】
本発明の別の局面は、各繰返し率において複数の放射期間の間レーザが放射されるようにある繰返し率の範囲にわたってパルス化されたレーザ・システムが作動するようにする方法を特徴とする。放射期間の間放射されるレーザエネルギの少なくとも一部は、目標とされる構造体に向って導かれる。繰返し率の範囲内の一次レーザ・パルスの繰返し率には関係なく各放射期間の前に固定された所定の時間期間スイッチは閉鎖する。ポンプは一定のパワーで連続的に作動する。
【００１４】
本発明の多数のその他の特徴、目的および利点は、添付図面と関連して読めば以下の詳細説明から明らかとなる。
【００１５】
（詳細説明）
厚膜の抵抗のトリミングにおいて、最適のピーク・レーザ・パルス・パワー、パルス幅、およびパルスエネルギは、抵抗のペースト材料のタイプと厚さとによって変わる。
【００１６】
例えば、高オームのペーストは、一般に低オームのペーストよりも金属の含有が少なく、一般に低オームのペーストよりも厚い。高オームのペーストは一般に、半絶縁性の高オームのペーストにおける熱伝導が一般に低オームのペーストにおけるより時間がかかるので低オームのペーストよりも長いレーザ・パルス幅を必要とする。
【００１７】
対照的に、低オームのペーストは大量の金属を含有する傾向がある。これらのペーストは、レーザ・パルスによって生成された切り溝（切り欠き）から横方向に離れる方向に熱を伝導する傾向を有している。短いレーザ・パルスは、これらの低オームのペーストにおけるこのような横方向の熱伝導の可能性を制限する傾向がある。
【００１８】
厚膜の抵抗は典型的に厚さが約５ミクロンであり、従って熱拡散性のため抵抗全体を通してレーザ・パルスが加熱するには時間がかかる。典型的には、１００ナノ秒がそのような抵抗に対して良好なパルス幅であるが、７０ナノ秒以下であれば、パルスは抵抗全体に進入するに十分な時間を有していない可能性があり、従って切り溝の底にある程度の抵抗材料を残す可能性がある。このような材料が、漏洩電流を促進し、抵抗の性能を危うくする可能性がある。他方、３００ナノ秒のパルス幅においては、パルスは抵抗に完全に進入するが、パルスが極めて長いので熱が抵抗を通して横方に放散しようとする可能性がある。この横方向の熱伝導は、結果的に溶融ゾーンを発生させ、抵抗の切り溝の縁部に残留物を残し、これが抵抗の温度係数（ＴＣＲ）を変化させ、マイクロ亀裂を発生させる可能性がある。マイクロ亀裂の方は長期での抵抗性のふらつきを起因する可能性がある。
【００１９】
パルス幅に加えて、レーザ・パルスのネルギはまた、ある量のエネルギが抵抗の材料を蒸発させるに必要とされるので重要である。
【００２０】
また、トリミングの速度も重要であり、高速のトリミング・レートは特に望ましい。トリミング・レートに対する究極の制限は、抵抗に供給されるべきパルス当たりのエネルギの量の関数である。このパルス当たりのエネルギは、使用される抵抗のペーストのタイプに応じて約２００から３００マイクロジュールである。平均７ワットのパワーを有するレーザに対して、もしもパルス当たりの所望のエネルギが２００マイクロジュールであるとすれば、パルスの繰返し率は７ワットを０．０００２ジュールで除したもの、又は３４キロヘルツを上回ることはできない。もしもパルス当たりの所望のエネルギが３００マイクロジュールであるとすれば、パルスの繰返し率は７ワットを０．０００３ジュールで除したもの、又は約２３キロヘルツを上回ることはできない。３００マイクロジュールというより高いエネルギが典型的に低オームの材料に対して使用され、これはいずれにしても通常低い繰返し率でトリミングされる。
【００２１】
以下説明する動的パルス幅制御技術は、高パワーの、短いパルス幅の、ダイオード・ポンピングされたレーザを使用して実行される。このレーザ・システムは、低繰返し率において７０ナノ秒のパルスと、４０キロヘルツにおいて３００ナノ秒のパルスを提供するランプでポンピングしたレーザ・システムと比較して、低繰返し率において３０ナノ秒のパルスと、５０キロヘルツにおいて１２５ナノ秒のパルスを提供しうる。しかしながら、動的パルス幅制御技術は、代替的にランプでポンピングしたレーザ・システムを使用して実行することも可能である。
【００２２】
以下説明する動的パルス幅制御は、例えばスペクトラ・フィジックス社（Ｓｐｅｃｔｒａ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）のＤＰＬレーザ・システムのようなレーザが、例えば単一のパルスから５０キロヘルツまでのいずれかの繰返し率において１２５ナノ秒のパルス幅を提供出来るようにしうる。
【００２３】
高繰返し率が典型的に望ましいが、そのようなレーザは、抵抗がトリミングされている間パルス間で抵抗の測定を可能とするよう低繰返し率で作動しうる。もしも測定すべき抵抗が非常に高いとすれば、各測定を正確に実行するには典型的に比較的長い時間を要し、従ってより低い繰返し率が望ましい。本発明によれば、そのようなレーザは、（動的パルス幅制御を行なわない場合の典型である）３０ナノ秒でなくむしろ、例えば約１２５ナノ秒のパルス幅において約１キロヘルツの低繰返し率で作動可能である。動的パルス幅制御は、パルス幅が抵抗の底まで該抵抗の材料を貫通して切り込むに十分長いものであることを保証する。
【００２４】
図１を参照すれば、レーザ１０は、エネルギ貯蔵ロッド１２と、連続的にポンピングされるダイオード・ポンプ１４とを含む。ダイオード・ポンプからのエネルギは、レンズ１６と１００％レフレクタ１８とを介してレーザ・ロッド１２へ入る。基本的には光スイッチである音響−光Ｑスイッチ２０は、エネルギがレーザ・ロッド１２内で貯えられた状態に留まるようオンーオフと切り替え可能である。Ｑスイッチ２０がオンとなると、レイジング作用が阻止されることによってレーザ・ダイオード１４からのエネルギがロッド１２に供給されうるようにする。レーザ・ロッド１２に貯えられたエネルギは、Ｑスイッチ２０がレーザ・ビームの放射を阻止するので増大する。Ｑスイッチ２０がオフとなった後約１あるいは２マイクロ秒で、レーザ・パルスは、レフレクタ２４を介してレーザ・ロッド１２から放射される。Ｘ−走査ミラーおよびＹ−走査ミラー（図示せず）が、パルス化されたレーザ・ビームを運動させて、厚膜の抵抗のトリミングを実行する。
【００２５】
Ｑスイッチ２０がオフである時間期間は、「放射期間」である。Ｑスイッチ２０が作動するレートは、「繰返し率（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）」として知られている。
【００２６】
図１に示す抵抗トリミング・システムの一適用例において、レーザ１０は、全ての繰返し率において本質的に短いパルス幅を有している。しかしながら、レーザ・パルスのエネルギ、パルス幅およびピーク・パワーはエネルギの貯え量によって変わる。低繰返し率において、エネルギの貯えは高く、従ってパルス幅は短く、パルス当たりのエネルギおよびピーク・パワーは高い。以下詳細に説明するように、低繰返し率における抵抗トリミング・システムの作動の間、Ｑスイッチ２０は、レーザ・パルスが低減した後開放状態に留まり、そして一連の二次パルスと連続波（ＣＷ）出力とを含む二次放射が、レーザ１０から放射される。これらの二次パルスは、エネルギがダイオード・ポンプ１４によってエネルギ貯蔵ロッド１２中へ連続してポンピングされるという事実から発生する。この連続した入力から結果的に貯えられたエネルギがスレッショルド（エネルギ貯蔵ロッド・システムにおける損失を充足するに必要な最小のエネルギ）を上回るといつでも、二次パルスは放射される。
【００２７】
一次パルスのエネルギは、基本的に、ＱスイッチのＲＦパワーがオンであってＱスイッチを閉鎖させている間の貯蔵時間をポンプ・ダイオード・レーザ１０のパワーに掛け算したものと等しい。もしも貯蔵時間が約３０ミクロン秒であり且つレーザのパワーが約７ワットであるとすれば、一次パルスにおける全体エネルギは約２１０マイクロジュールである。
【００２８】
１キロヘルツにおいて、一次パルス並びに連続波出力は一緒にすると２１０マイクロジュールをはるかに上回る全体エネルギを有している。一次パルス出力は、Ｑスイッチ２０と同期作動する音響−光変調器（ＡＯＭ）２６によって加工物に向って偏向させられる。音響−光変調器２６は、一次レーザ・パルスが加工物に対して偏向しうるようにするに十分作動が高速で、次いでオフに切り替えることにより連続波の出力と短いパルス・レーザからの二次パルスとを熱だめ２８上へ投入する。音響−光変換器２６は、少なくとも８０％の効率で、より好ましくは約９０％あるいはそれ以上で一次レーザ・パルスを偏向させ、そして連続波の出力および短いパルス・レーザ１０の二次パルスの全ては熱だめ２８上に投入される。
【００２９】
例えば電気−光変調器、液晶変調器、あるいは高速光スイッチのようなその他の光学シャッタを音響−光変換器２６の代替としうる。
【００３０】
代替的な方法によれば、一次ビームは、音響−光変調器２６を通過し、図２に示すように、９０％の効率で望ましくない連続波出力と二次パルスとを偏向する。使用するべき方法はマイクロ機械加工の用途の性格によって決まる。このように、図２に示す方法によれば、光学シャッタは、望ましくないレーザ出力を加工物から離れる方向に回折、偏向あるいは方向し直し、あるいはその他の方法で遮断し、一方図１に示す方法によれば、光学シャッタは、望ましいレーザ出力を加工物に向って回折、偏向、方向直し、あるいはその他の方法で遮断する。
【００３１】
図３は図１に示すように、一次ビーム偏向技術を使用した動的パルス幅制御メカニズムの作動を示す。図３の上３種類の波形は、動的パルス幅制御を行なわない高い固定繰返し率における短いパルス・レーザの作動を示す。この場合、Ｑスイッチは、最大の所望繰返し率（この例の場合は４０Ｋｈｚと示されている）で作動する。レーザ・トリガ・パルス３０の立ち上がり時間がＲＦ・Ｑスイッチ制御信号３２の付勢をトリガし、次いで該信号はＱスイッチに印加されて、Ｑスイッチのオン／オフ状態を制御する。ＲＦ・Ｑスイッチ制御信号が付勢している間３２、Ｑスイッチに印加されたＲＦ信号は、Ｑスイッチに供給され、Ｑスイッチを「オン」（閉鎖）状態にし、そしてＱスイッチは、レーザ・ビームの放射を阻止する。このためエネルギはレーザ・ロッドに貯えられる。レーザ・トリガ・パルス３０が低下することによってＲＦ・Ｑスイッチ制御信号３２を消勢させ、そしてＲＦ信号が何ら印加されていないため、Ｑスイッチは「オフ」（開放）状態とされる。このため光パワーがレーザの空洞（レーザ空洞は１００％レフレクタと出力ミラーとの間に位置している全てのものから構成されている）内で蓄積され、そして短時間の後、レーザ・パルス３４が「放射期間」の間に放射される。放射期間の後、別のレーザ・トリガ・パルス３０がＲＦ・Ｑスイッチ制御信号３２を付勢し、再びエネルギをレーザ・ロッド内で貯えるようにする。このような高繰返し率において、ＲＦ・Ｑスイッチ制御信号３２の「オン」の時間は、パルス３４間で最大のレーザ貯蔵時間が取れうるようセットされる。例えば、４０キロヘルツの繰返し率において、貯蔵時間は約２５マイクロ秒からパルス３４がレーザ空洞内で蓄積され且つ放射されるのに要する時間（これは約２から３マイクロ秒）を差し引いたものである。代替実施形態において、Ｑスイッチは、電気−光Ｑスイッチでよく、そして高電圧のＱスイッチ制御信号をＲＦ・Ｑスイッチ制御信号の代わりに使用しうる。
【００３２】
図３の下５種類の波形は、動的パルス幅制御を使用した低い固定した繰返し率における短いパルス・レーザの作動を示す。ＲＦ・Ｑスイッチ制御信号３２は、例えば図３に示す上３種類の高繰返し率の例のパルス当たり同じエネルギ貯蔵およびパルス幅と同じであるパルス当たりの所望のエネルギ貯蔵および所望のパルス幅を提供するに必要な時間期間のみ付勢される。エネルギ貯蔵に必要な時間が経過した後、ＲＦ・Ｑスイッチ制御信号３２は消勢され、そのためＱスイッチをオフにしレーザが出力を放射しうるようにする。Ｑスイッチは、次の放射期間のための貯蔵が所望されるまでオフの状態に保持される。この方法によれば、エネルギ貯蔵時間は、パルス当たりの所望のエネルギおよび所望のパルス幅に対応する。図３の下５種類の波形で示されるように、低繰返し率において、レーザは、蓄積し、そして一次パルス３６が放射された後、放射期間の間連続波モード出力３８でレーザを放出する。一次パルスの後の出力３８は、ＣＷ出力が続く一連のレーザから放射された二次パルスから構成される。図１に示す実施形態において、音響−光変換器信号４０は、一次パルスを抵抗に向って偏向するために一次パルス３６が放射される直前音響−光変換器をトリガし、次いでＡＯＭをオフに切り替え、そのため望ましくない二次およびＣＷ出力が図１に示すように熱だめに投入される。従って、トリミングすべき抵抗の望ましくない加熱が阻止される。
【００３３】
図４および図５は、音響−光変換器が不在の場合の時間の関数として、一次パルス３６と二次パルス及び連続波の出力３８とを含むレーザ出力のパワーを示す。図６は、音響−光変調器がレーザからの連続波出力を熱だめに投入したレーザ出力のパワーを示す。
【００３４】
操作者は、コンピュータ制御により所望のレーザ・パルス幅を選択することが出来る。コンピュータは、探索テーブルを利用してプログラム化され、所望のレーザ・パルス幅に対する正しいＱスイッチ貯蔵時間を提供する。コンピュータはまた、ＡＯＭ偏向器のために正しいタイミング信号を提供する。一旦操作者が所望のパルス幅を選択すると、レーザは、パルス当たりの全体エネルギあるいはパルス幅を変化させることなく、この貯蔵時間と対応する最大繰返し率より下の何れかの繰返し率において作動しうる。このように、抵抗に供給されたエネルギ、パルス幅、およびピーク・パワーは、全ての繰返し率にわたって一定の値に固定される。
【００３５】
レーザ・システムにおいてパルスを制御する新規で改良された装置と技術について説明してきた。該技術分野の専門家には本発明の概念から逸脱することなく本明細書に記載の特定実施形態の多数の用途および修正並びに展開を行ないうることは明らかである。例えば、本装置の厚膜抵抗のトリミングに対する装置の適用を開示してきたが、例えば、厚膜キャパシタのトリミング、シリコン基板上の半導体回路のマイクロ機械加工、抵抗あるいはキャパシタの薄膜トリミング、リンクのブローイング等の本技術のその他の適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明によるレーザ・システムの主要構成要素を開示するブロック図である。
【図２】  図２は、本発明による代替レーザ・システムの主要構成要素を開示するブロック図である。
【図３】  図３は、図１に示すレーザ・システムの高い、固定された繰返し率およびまた低繰返し率における作動を示す一組の波形を示す図である。
【図４】  図４は、音響−光変換器が不在する場合の時間の関数として、図１に示すレーザ・システムの出力のパワーを示す図である。
【図５】  図５は、時間の目盛りを縮小した図４と類似の図である。
【図６】  図６は、音響−光変換器がレーザからの連続波出力を熱だめに投入するために使用される場合の時間の関数として図１に示すレーザ・システムの出力のパワーを示す図である。従って、図６は、二次の望ましくないパルスが除去された場合の図４と同じである。
【図１】
0003825631.tif 000002
【図２】
0003825631.tif 000003
【図３】
0003825631.tif 000004
【図４】
0003825631.tif 000005
【図５】
0003825631.tif 000006
【図６】
0003825631.tif 000007