KR101308484B1

KR101308484B1 - Method and system for high-speed precise laser trimming, scan lens sysytem for use therein and electrical device produced threrby

Info

Publication number: KR101308484B1
Application number: KR1020077008035A
Authority: KR
Inventors: 보 구; 죠지프 브이. 렌토; 조너던 에스. 어맨; 브르스 엘. 카우치; 윤 피 추; 셰파드 디. 존슨
Original assignee: 지에스아이 루모닉스 코포레이션
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2013-09-25
Also published as: KR20080010380A

Abstract

본 발명은 하나 이상의 측정가능한 특성을 지니며, 기판에 지지 된 하나 이상의 전기 요소를 고속의, 레이저에 기초한 정밀 레이저를 이용하여 전기 요소를 트리밍(trimming)하는 방법에 있어서, The present invention relates to a method of trimming an electrical element having at least one measurable characteristic and using a high speed, laser based precision laser on at least one electrical element supported on the substrate,

일정 진동수로 하나 이상의 레이저 펄스를 갖는 펄스 레이저를 발생시키는 단계와;Generating a pulsed laser having one or more laser pulses at a constant frequency;

어느 방향을 따라 비균일한 강도 프로파일을 지니며 약 15마이크론 이하의 하나이상의 스폿에 집속한 하나 이상의 레이저 펄스를 이용하여 하나 이상의 전기 요소를 선택적으로 조사하여서, 파장, 에너지, 펄스 기간 및 스폿 직경을 갖는 하나 이상의 레이저 펄스에 의해 하나 이상의 소자로부터 재료가 제거되어 이 하나 이상의 소자 내의 마이크로 균열을 피하면서 하나 이상의 소자를 선택적으로 조사하는 단계를 구비하며, 상기 파장은 작은 스폿 크기, 엄격한 공차 및 높은 흡수력의 바람직한 파장 특성을 발생하도록 짧으면서도 마이크로균열을 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 방법을 제공하는 것이다.By selectively irradiating one or more electrical elements using one or more laser pulses focused on one or more spots of about 15 microns or less with non-uniform intensity profiles along either direction, wavelength, energy, pulse duration and spot diameter can be determined. Selectively irradiating one or more devices while removing material from the one or more devices by having one or more laser pulses, avoiding micro-cracks within the one or more devices, the wavelengths being small spot size, tight tolerances and high absorption It is to provide a method characterized in that it does not generate a micro-cracks while being short to generate a desirable wavelength characteristic of.

레이저 laser

Description

고속의 정밀한 레이저 트리밍을 위한 장치와 방법, 그에 사용하는 스캔 렌즈 및 그에 의해 제조된 전기 장치 {METHOD AND SYSTEM FOR HIGH-SPEED PRECISE LASER TRIMMING, SCAN LENS SYSYTEM FOR USE THEREIN AND ELECTRICAL DEVICE PRODUCED THRERBY}METHOD AND SYSTEM FOR HIGH-SPEED PRECISE LASER TRIMMING, SCAN LENS SYSYTEM FOR USE THEREIN AND ELECTRICAL DEVICE PRODUCED THRERBY}

관련 출원들에 대한 상호참조 Cross reference to related applications

본 출원은 "레이저 트림밍을 위한 레이저 장치 및 방법" 제하의 2004. 10. 8 미국 가출원 제 60/617,130호에 기초한 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한, 현재 미국 특허 출원 제 2002/0162973호로 공개돼 있으며, 2002. 3. 27 출원의 제 10/108,101호 "장치를 처리하기 위한 방법들과 장치들, 그것을 모델링 하기 위한 방법들과 시스템들 및 장치"의 일부계속 출원이며, 2003. 3. 26 출원의 제 10/397,541호 "장치들의 배열을 고속, 정밀하게 마이크로가공을 하는 방법 및 장치"의 분할이고, 2005. 5. 18 출원의 일부계속 출원 제 11/131,668호 "장치들의 배열을 고속, 정밀하게 마이크로가공하는 방법 및 장치"에 기초한 우선권을 주장한다. 공동 발명자와 함께 본 발명의 양수인에게 양도된 "디더랑에 의한 레이저-빔 강도 프로파일을 형상화하는 장치 및 방법" 제하의 미국 특허 제 6,341,029 호는 그 전체가 여기에 참고로 포함된다. 본 출원은 본 발명의 양수인에게 또한 양도된 "레이저 장치들의 펄스 제어" 제하의 미국 특허 제6,339,604호에 또한 관련된다. 본 출원은 본 발명의 양수인에 또한 양도된 "필드 내의 일 이상의 타깃들의 처리 물질을 위한 고속의, 레이저 기판의 방법 및 장치" 제하의 미국 특허 제6,777,645호에 또한 관련된다. This application claims priority based on US Provisional Application No. 60 / 617,130, filed October 10, 2004 under "Laser Apparatus and Method for Laser Trimming." The present application is also currently published in US Patent Application 2002/0162973, filed 10 / 108,101 of March 27, 2002, entitled "Methods and Apparatuses for Processing Apparatus, Methods and Systems for Modeling It And Apparatus, and part of "Methods and Apparatuses for Fast and Precise Micromachining of Arrangements of Devices", filed March 26, 2003, Some continue claiming priority based on application 11 / 131,668, "method and device for microfabricating an array of devices at high speed and precision." US Pat. No. 6,341,029, entitled "Apparatus and Method for Shaping Laser-Beam Intensity Profile by Dither," assigned to the assignee of the present invention with the co-inventor, is hereby incorporated by reference in its entirety. This application is also related to US Pat. No. 6,339,604, under the "Pulse Control of Laser Devices", which is also assigned to the assignee of the present invention. The present application also relates to US Pat. No. 6,777,645 under "Methods and Apparatus for High Speed, Laser Substrate for Treatment Material of One or More Targets in a Field," also assigned to the assignee of the present invention.

본 발명은 고속, 정밀한 레이저 트리밍, 그에 사용하기 위한 스캔 렌즈 시스템들 및 그에 의해 제조된 전기 장치들에 대한 방법들과 시스템들에 관한 것이다.The present invention relates to methods and systems for high speed, precise laser trimming, scan lens systems for use therein, and electrical devices manufactured thereby.

전통적으로, 1 미크론의 파장을 가진 Nd:YAG 레이저는 칩 레지스터들의 트리밍을 위해 사용된다. 레지스터들의 사이즈가 작아지고, 기판들이 얇아지며, 허용공차들이 엄격해질수록, 이 파장은 트리밍 자국 폭, 열영향부(즉, HAZ) 및 따라서 TRC 및 레지스턴스 R의 드리프트 면에서 그 한계에 다다른다.Traditionally, Nd: YAG lasers with a wavelength of 1 micron are used for trimming chip resistors. As resistors become smaller, substrates thinner, and tighter tolerances, this wavelength approaches its limits in terms of trim mark width, heat affected zone (i.e., HAZ) and, therefore, drift in TRC and resistance R.

더 짧은 파장들이 더 작은 광학 스폿 사이즈를 제공할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 더 짧은 파장에서 필름 재료의 흡수가 더 높다는 것도 또한 잘 알려져 있다. 그러므로, 종래의 1 미크론보다 짧은 파장을 가진 레이저들의 사용은 보다 작은 구성부들(features)이 트림되도록 하며 훨씬 작은 TCR 드리프트와 R 드리프트로 이어지는 보다 작은 HAZ의 장점들을 가진다.It is well known that shorter wavelengths can provide smaller optical spot sizes. It is also well known that the absorption of film material is higher at shorter wavelengths. Therefore, the use of lasers with wavelengths shorter than conventional 1 microns allows the smaller features to be trimmed and has the advantages of smaller HAZs leading to much smaller TCR drift and R drift.

아래의 미국특허들: 5,087,987; 5,111,325; 5,404,247; 5,633,736; 5,835,280; 5,838,355; 5,969,877; 6,031,561; 6,294,778; 및 6,462,306에 설명되었기 때문에, 렌즈 디자인의 기술분야에 숙련한 이들은 다중 파장들을 위해 고안된 스캔 렌즈들의 복합성을 이해할 것이다.United States Patents below: 5,087,987; 5,111,325; 5,404,247; 5,633,736; 5,835,280; 5,838,355; 5,969,877; 6,031,561; 6,294,778; And 6,462,306, those skilled in the art of lens design will understand the complexity of scan lenses designed for multiple wavelengths.

많은 고안 변수들이 고려되며 스폿 시이즈, 필드 사이즈, 스캔 각, 스캔 구멍, 텔리센트리시티, 및 작업거리 따위의 각종 디자인 타협 사항들이 트리밍 용도를 위한 레이저 스캔 렌즈 디자인 해결을 달성하는 데 이용된다. 넓은 구역에 걸친 미세 구조들의 고속 처리에 바람직한, 넓은 스캔 필드에 걸쳐 작은 스폿을 성취하기 위하여, 스캔 렌즈는 조준한 인풋 빔을 집속시켜서 전체 필드에 걸쳐 회절한정 레이저 스폿을 영상화하여야 한다. 스폿은 필드 내에 균일한 트림 컷을 생성하도록 필드에 걸쳐 충분히 둥글고 균일하여야 한다. 렌즈는 교정 및 공정 모니터링을 위해 선택된 타겟 구역을 영상화하도록 적당한 해상도를 또한 제공하여야 한다. 렌즈를 통한 관측을 위해, 광은 조광 필드로부터 수집되고, 스캔 렌즈에 의해 조준되며 보조의 축상 광학계(on-axis optics)들을 이용하는 검출기 상에 영상화된다. 소색화 스캔 렌즈와 타겟 관측에 대하여 상이한 파장영역을 활용함으로써 종전의 이색성 광학 소자들을 이용한 효율적인 빔 조합과 분할이 가능하다. 관측 채널 내에, 양호한 횡 및 축상(lateral and axial) 색 보정이 요구되지만, 관측 및 레이저 채널들 간의 작은 횡색 수차(lateral color)는 스캔 장치에서 조절될 수 있으며 관측 및 레이저 채널들 간의 작은 종색 수차(axial color)는 필드 또는 보조 광학계의 초점 조정으로 조절될 수 있다. 두 개의 미러 스캔 헤드, 예를 들어 동공 보정 광학계가 사용되지 않는 때의 갈바노메터 스캔 헤드의 경우, 스캔 렌즈는 두 개의 스캔 미러들 간의 분리로 인한 동공 변화를 조절하여야 한다.Many design variables are considered and various design compromises such as spot size, field size, scan angle, scan hole, telecentricity, and working distance are used to achieve the laser scan lens design solution for trimming applications. In order to achieve a small spot over a wide scan field, which is desirable for high speed processing of microstructures over a large area, the scan lens must focus the aimed input beam to image the diffraction-limited laser spot over the entire field. The spot must be round and uniform enough over the field to produce a uniform trim cut in the field. The lens must also provide suitable resolution to image the selected target area for calibration and process monitoring. For viewing through the lens, light is collected from the dimming field, aimed by the scan lens and imaged on a detector using auxiliary on-axis optics. By utilizing different wavelength ranges for the bleaching scan lens and target observation, efficient beam combining and segmentation using conventional dichroic optical elements is possible. Within the observation channel, good lateral and axial color correction is required, but the small lateral color aberration between the observation and laser channels can be adjusted in the scanning device and the small longitudinal aberration between the observation and laser channels ( axial color) can be adjusted by adjusting the focus of the field or auxiliary optics. In the case of two mirror scan heads, for example a galvanometer scan head when no pupil correction optics are used, the scan lens must adjust the pupil change due to separation between the two scan mirrors.

상대적인 렌즈 성능은 필드 당 스폿들의 수를 알기 위해 영상화된 스폿 사이즈로 필드 사이즈를 나눔으로써 결정될 수 있다. 레이저 트리밍을 위한 종래의 소색화 스캔 렌즈들, 예를 들어, 1.064 미크론 레이저 파장을 갖는 두꺼운 필름 트리밍을 위한 GSI Lumonics W670에 사용되는 대물렌즈는 100 mm 평방 필드에 걸쳐 30 미크론 스폿을 산출하며 또 종래의 백색 광원들과 보조 카메라 광학계를 갖는 타겟을 모노크롬 CCD 카메라에 영상화한다. W670 장치는 필드 대각선에 걸쳐 약 4667 레이저 스폿들을 산출할 수 있다. 박막 트리밍을 위해 사용되는 장치의 렌즈들은 보다 작은 필드 사이즈들과 보다 작은 스폿 사이즈들을 가진다. 예를 들어, GSI Lumonics W678 트림 장치에 사용되며 또한 백광관측 능력을 가진 스캔 렌즈는 50 mm 필드에 걸쳐 12 미크론 스폿, 또는 약 4167 스폿들을 가진다. 1.047 미크론의 레이저 파장을 가진 또 다른 박막 스캔 렌즈는 GSI Lumonics M310 웨이퍼트림 장치에 사용되며, 1cm sq 텔레센트릭 필드에 걸쳐 6.5 미크론 스폿을 가지며, 관측을 위해 약 860 nm 내지 900 nm의 방출 밴드를 가진 IR LED 조명기들로 약 2175 스폿들을 산출할 수 있다.Relative lens performance can be determined by dividing the field size by the imaged spot size to know the number of spots per field. Conventional bleaching scan lenses for laser trimming, for example, objectives used in GSI Lumonics W670 for thick film trimming with 1.064 micron laser wavelength yield 30 spots over 100 mm square field and A target with white light sources and a secondary camera optics is imaged in a monochrome CCD camera. The W670 device can yield about 4667 laser spots across the field diagonal. The lenses of the apparatus used for thin film trimming have smaller field sizes and smaller spot sizes. For example, a scan lens that is used in a GSI Lumonics W678 trim device and also has a white viewing capability has 12 micron spots, or about 4167 spots, over a 50 mm field. Another thin film scanning lens with a laser wavelength of 1.047 microns is used in the GSI Lumonics M310 wafer trim device, has a 6.5 micron spot over a 1 cm sq telecentric field, and emits an emission band of about 860 nm to 900 nm for observation. IR LED illuminators with approximately 2175 spots can be produced.

어느 정도까지, IR 레이저 스캐닝을 위한 렌즈나 렌즈 디자인 형태, 특히 백광 관측의 IR 스캔 렌즈는 다른 레이저 파장들에, 예를 들어, 녹색 레이저들에 사용되거나 그에 대응하여 변경될 수 있다. 파장의 감소는 원리적으로 스폿 사이즈를 비례적으로 감소시킨다. 그렇지만, 증가된 렌즈 수차들과 제조 공차들을 고려하면, 이는 성취불가능할 수도 있다. 예를 들면, W670 렌즈의 녹색 버젼은 IR 버젼의 30 미크론들에 비해 약 20 미크론들의 스폿들을 산출하며, 필드 당 스폿들의 수는 4667에서 약 7000으로 증대된다.To some extent, a lens or lens design form for IR laser scanning, in particular an IR scan lens of white light observation, can be used or changed correspondingly to other laser wavelengths, for example green lasers. Reducing the wavelength in principle reduces the spot size proportionally. However, considering increased lens aberrations and manufacturing tolerances, this may be unachievable. For example, the green version of the W670 lens yields spots of about 20 microns compared to 30 microns of the IR version, and the number of spots per field increases from 4667 to about 7000.

그에 비해, 긴 파장에서의 관측 채널을 가진 녹색 레이저 파장에서 작동하도록 디자인된 렌즈들은 이차 파장, 예를 들어 1.047 미크론이나 1.064 미크론을 스캔하도록 최적화될 수 있어, 파장에 의해 개략적으로 스케일 업된 스폿을 산출하는 것이 발견되었다.In comparison, lenses designed to operate at green laser wavelengths with observation channels at long wavelengths can be optimized to scan secondary wavelengths, for example 1.047 microns or 1.064 microns, yielding a spot that is scaled up roughly by the wavelength. Was found.

다음의 전형적인 미국 특허들은 레이저 트리밍 방법들 및 장치들에 관련된다: 6,534,743; 6,510,605; 6,322,711; 5,796,392; 4,901,052; 4,853,671; 4,647,899; 4,511,607; 및 4,429,298.The following typical US patents relate to laser trimming methods and apparatuses: 6,534,743; 6,510,605; 6,322,711; 5,796,392; 4,901,052; 4,853,671; 4,647,899; 4,511,607; And 4,429,298.

미국 특허 제 4,429,298 호는 사행 트리밍의 많은 양상에 관한 것이다. 기본적으로, 사행 레지스터는 연속 플런지 컷들로 형성되며 최종 트림 컷은 최후의 플런지로부터 레지스터 모서리에 평행하게 만들어진다. 이것은 일 단부로부터 번갈아 레지스터 상에 "점진적으로" 플런지 컷을 만드는 것을 설명하며, 최대 및 최소 플런지 컷 길이들, 트림 컷에 대한 플런지 컷들의 저항 임계치, 플런지 컷들을 위한 신속한 커팅 속도, 및 각종 저항 및 컷 길이 테스트에 대한 체계적인 공정 흐름을 고려한다. U.S. Patent 4,429,298 relates to many aspects of meander trimming. Basically, the meander register is formed of continuous plunge cuts and the final trim cut is made parallel to the register edge from the last plunge. This describes making the plunge cut "progressively" on the register alternately from one end, with maximum and minimum plunge cut lengths, resistance threshold of plunge cuts to trim cuts, rapid cutting speed for plunge cuts, And systematic process flow for various resistance and cut length tests.

두꺼운 필름 회로들로부터 웨이퍼 트리밍에 이르기까지 모든 작업규모에서의 정밀한 트리밍과 같은 향상된 마이크로가공에 대한 지속적인 요구가 있다. There is a continuing need for improved micromachining, such as precise trimming at all scales, from thick film circuits to wafer trimming.

본 발명의 목적은 고속의, 정밀한 레이저 트리밍을 위한 개선된 장치와 방법, 그에 사용을 위한 스캔 렌즈 및 그에 의해 산출된 전기 장치를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to provide an improved apparatus and method for high speed, precise laser trimming, a scan lens for use thereof, and an electrical device produced thereby.

본 발명의 상기 목적 및 타의 목적들을 실행함에 있어서, 적어도 하나의 전기요소를 고속의, 레이저기반의, 정밀한 레이저 트리밍을 하는 방법이 제공된다. 각 전기 소자는 적어도 하나의 측정가능 특성을 가지며 기판 상에 지지된다. 본 방법은 일정한 진동수로 하나 이상의 레이저 펄스들을 가진 레이저 펄스 출력 생성을 포함한다. 각 레이저 펄스는 펄스 에너지, 레이저 파장들의 범위 내의 레이저 파장, 및 펄스 지속시간을 가지고 있다. 본 방법은 일정한 방향을 따라 비균일한 강도 프로파일과 약 15 미크론 보다 작은 스폿 직경을 갖는 적어도 하나의 스폿을 산출하는 하나 이상의 레이저 펄스들로 적어도 하나의 전기소자를 선택적으로 조사하여서 상기 파장, 에너지, 펄스 지속시간 및 스폿 직경을 갖는 하나 이상의 레이저 펄스가 적어도 하나의 상기 요소로부터 선택적으로 재료를 제거하며, 상기 적어도 하나의 전기 요소 내에 실질적으로 마이크로 균열의 발생을 회피하면서 상기 요소를 레이저 트림하는 방법을 포함한다. 파장은 작은 스폿 사이즈, 엄격한 허용공차 및 고 흡수의 바람직한 단파장 장점을 제공하나 마이크로 균열을 야기할 정도로 짧지 않다.In carrying out the above and other objects of the present invention, a method is provided for high speed, laser based, precise laser trimming of at least one electrical element. Each electrical element has at least one measurable characteristic and is supported on a substrate. The method includes generating a laser pulse output with one or more laser pulses at a constant frequency. Each laser pulse has a pulse energy, a laser wavelength within a range of laser wavelengths, and a pulse duration. The method selectively irradiates at least one electrical element with one or more laser pulses yielding at least one spot having a non-uniform intensity profile and a spot diameter of less than about 15 microns along a constant direction, such that the wavelength, energy, One or more laser pulses having a pulse duration and a spot diameter selectively remove material from at least one of said elements, and laser trimming said element while substantially avoiding occurrence of micro cracks in said at least one electrical element. Include. The wavelength offers the desired short wavelength advantage of small spot size, tight tolerances and high absorption but is not short enough to cause micro cracks.

집속된 펄스 레이저 출력 파워는 약 15㎛ 이하의 스폿 직경의 경우 약 10-50 mw에 상당한다. 상기 파워는 상응하는 파워 밀도가 요소를 트림하기에 충분하나 마이크로 균열을 피하기에는 충분히 낮도록 약 15㎛ 이하의 축소된 스폿 사이즈들로 크기조절될 수 있다. The focused pulse laser output power corresponds to about 10-50 mw for spot diameters of about 15 μm or less. The power can be scaled to reduced spot sizes of about 15 μm or less such that the corresponding power density is sufficient to trim the element but low enough to avoid microcracks.

적어도 하나의 요소의 적어도 제 1의 부분으로부터 재료를 제거하여서 얻어진 어떤 마이크로 균열도 레이저 파장들의 범위 외의 적어도 하나의 다른 파장을 이용하여 적어도 하나의 요소로부터 또는 제 2의 요소의 일부분으로부터 재료를 제거하는 때에 얻어지는 마이크로 균열에 비해 사소한 것일 수도 있다.Any microcracks obtained by removing material from at least a first portion of at least one element may be removed from the at least one element or from a portion of the second element using at least one other wavelength outside the range of laser wavelengths. It may be trivial compared with the micro crack obtained at the time.

적어도 하나의 요소로부터의 재료의 제거는 스폿 직경에 상응하는 자국 폭을 가진 트림 컷을 만들 수 있다. Removal of material from the at least one element can produce a trim cut with a mark width corresponding to the spot diameter.

하나 이상의 펄스들로 선택적으로 조사하는 단계는 열 영향 구역의 형성을 제한하도록 실행될 수 있다.Selectively irradiating with one or more pulses may be performed to limit the formation of a heat affected zone.

진동수는 적어도 10 킬로헤르츠일 수도 있다.The frequency may be at least 10 kilohertz.

레이저 출력의 적어도 하나의 레이저 펄스의 존속시간은 약 25 나노초 내지 45 나노초의 범위일 수도 있다. The duration of the at least one laser pulse of the laser output may range from about 25 nanoseconds to 45 nanoseconds.

레이저 출력의 적어도 하나의 레이저 펄스의 존속시간은 약 30 나노초 이하일 수도 있다.The duration of the at least one laser pulse of the laser output may be about 30 nanoseconds or less.

박막 전기 요소들의 배열이 트림될 수도 있으며, 본 방법은 측정가능한 특성 값을 변경시키기 위해 배열 내의 하나의 요소를 선택적으로 마이크로가공하는 것을 더 포함할 수도 있다. 선택적으로 마이크로가공하는 단계는 중지되며, 중지되는 동안, 배열 중의 적어도 하나의 다른 요소가 측정가능한 특성 값을 변경시키기 위해 선택적으로 마이크로가공된다. 본 방법은 하나의 요소의 측정가능한 특성 값을 그 값이 바람직한 범위 내에 있을 때까지 변경하기 위해 선택적으로 마이크로가공하는 단계를 다시 계속하는 것을 더 포함할 수도 있다.The array of thin film electrical elements may be trimmed and the method may further comprise selectively micromachining one element in the array to change the measurable characteristic value. Optionally, the step of micromachining is stopped, during which at least one other element of the array is selectively micromachined to change the measurable characteristic value. The method may further comprise continuing to selectively microfabricate to change the measurable characteristic value of one element until the value is within the desired range.

적어도 하나의 요소는 저항장치를 포함할 수도 있으며, 적어도 하나의 측정가능한 특성 값은 저항 및 온도의 적어도 하나 일 수 있다.At least one element may comprise a resistor, and the at least one measurable characteristic value may be at least one of resistance and temperature.

본 방법은 적어도 하나의 측정가능한 특성 값의 측정이 소정의 범위 내에 있는 경우 마이크로가공을 정지하는 것을 더 포함할 수도 있다.The method may further comprise stopping micromachining if the measurement of the at least one measurable characteristic value is within a predetermined range.

본 발명의 상기 목적과 다른 목적들을 더 성취함에 있어서, 측정가능한 특성 값을 가지는 적어도 하나의 전기 요소를 레이저 트리밍하는 방법이 제공된다. 이 방법은 펄스 레이저 시스템, 빔 송출 시스템, 및 컨트롤러를 포함하는 레이저 트리머의 제공을 포함한다. 제어 프로그램이 마련되어, 실행된 경우, 컨트롤러로 하여금 시스템을 제어하게 하여서 펄스 레이저 출력의 하나 이상의 레이저 출력 펄스들이 적어도 하나의 요소의 마이크로 균열을 피하면서 적어도 하나의 요소를 레이저 트림하도록 한다. 펄스의 레이저 출력은 약 10 KHz 이상의 진동수와 가시 레이저 파장을 갖는다. 빔 송출 시스템은 어느 일정 방향을 따라 비균일 강도 프로파일을 가지며 하나 이상의 레이저 출력 펄스로부터 약 15 미크론 이하의 직경을 갖는 집속된 스폿을 산출하기 위한 광학 서브시스템을 갖는다. 파장은 작은 스폿 사이즈, 엄격한 허용공차 및 고 흡수의 바람직한 단 파장 장점을 갖도록 충분히 짧으나 마이크로 균열을 일으킬 정도로 짧지는 않다.In further achieving the above and other objects of the present invention, a method of laser trimming at least one electrical element having measurable characteristic values is provided. The method includes providing a laser trimmer including a pulsed laser system, a beam delivery system, and a controller. A control program is provided and, when executed, causes the controller to control the system so that the one or more laser output pulses of the pulsed laser output laser trim the at least one element while avoiding micro-cracks of the at least one element. The laser output of the pulse has a frequency of about 10 KHz or more and a visible laser wavelength. The beam delivery system has an optical subsystem for producing a focused spot having a non-uniform intensity profile along a certain direction and having a diameter of about 15 microns or less from one or more laser output pulses. The wavelength is short enough to have the desired short wavelength advantage of small spot size, tight tolerances and high absorption, but not short enough to cause micro cracks.

가시 레이저 파장은 약 .5 미크론 내지 약 .7 미크론의 범위일 수도 있다.The visible laser wavelength may range from about .5 microns to about .7 microns.

직경은 약 6 미크론 내지 약 10 미크론 정도로 작을 수도 있다.The diameter may be as small as about 6 microns to about 10 microns.

박막 전기 요소들의 배열은 트림될 수 있으며, 본 방법은 측정가능한 특성 값을 변경하기 위해 배열 중의 하나의 요소를 선택적으로 마이크로가공하는 것을 더 포함할 수도 있다. 선택적으로 마이크로가공하는 단계는 중지되며, 중지되는 동안, 배열 중의 적어도 하나의 다른 요소가 측정가능한 특성 값을 변경하도록 선택적으로 마이크로가공된다. 이 방법은 하나의 요소의 측정가능 특성 값을 그 값이 바람직한 범위 내에 있을 때까지 변경하도록 선택적인 마이크로가공의 정지된 단계를 다시 계속하는 것을 더 포함할 수도 있다.The array of thin film electrical elements can be trimmed and the method may further comprise selectively micromachining one element of the array to change the measurable characteristic value. Optionally, the step of micromachining is stopped, during which at least one other element of the array is selectively microfabricated to change the measurable characteristic value. The method may further comprise continuing the suspended step of selective micromachining to change the measurable characteristic value of one element until the value is within the desired range.

본 발명의 상기 목적과 다른 목적들을 더 성취함에 있어서, 장치를 생성하는 적어도 하나의 단계 동안 본 발명의 방법에 의해 트림된 적어도 하나의 박막 전기 요소를 가지는 전기 장치가 제공된다. In further achieving the above and other objects of the present invention, there is provided an electrical device having at least one thin film electrical element trimmed by the method of the present invention during at least one step of producing the device.

본 발명의 상기 목적과 다른 목적들을 또한 더 성취함에 있어서, 고속의, 레이저에 기초한, 적어도 하나의 전기 요소의 정밀한 레이저 트리밍을 위한 시스템이 제공된다. 각 전기 요소는 적어도 하나의 측정가능한 특성 값을 가지며 기판 상에 지지된다. 시스템은 일정한 진동수의 하나 이상의 레이저 펄스들을 가지는 펄스 레이저 출력을 발생시키기 위해 레이저 서브시스템을 포함한다. 각 레이저 펄스는 펄스 에너지, 가시 레이저 파장, 및 펄스 지속시간을 갖는다. 빔 송출 서브시스템은 펄스 레이저 출력을 받아들이며, 트림될 적어도 하나의 요소에 대하여 하나 이상의 레이저 펄스들을 위치시키기 위한 적어도 하나의 빔 편향기(deflector)와 가시 레이저 파장을 갖는 하나 이상의 레이저 펄스들을 광학 서브시스템의 필드 내의 적어도 하나의 스폿으로 집속시키는 광학 서브시스템을 포함한다. 적어도 하나의 스폿은 어느 일정한 방향을 따라 비균일 강도 프로파일과 15 미크론 이하의 스폿 직경을 갖는다. 컨트롤러는 빔 송출과 레이저 서브시스템들에 결합되어 적어도 하나의 요소를 선택적으로 조사하도록 빔 송출 및 서브시스템을 제어하여서 가시 레이저 파장, 레이저 지속시간, 펄스 에너지 및 스폿 직경을 갖는 하나 이상의 레이저 출력 펄스들이 적어도 하나의 요소로부터의 재료를 선택적으로 제거하여 적어도 하나의 요소 내의 실질적인 마이크로 균열을 피하면서 적어도 하나의 요소를 레이저 트림한다. 레이저 파장은 작은 스폿 사이즈, 엄격한 허용공차 및 고 흡수의 바람직한 짧은 파장의 장점을 갖도록 충분히 짧으나, 마이크로 균열을 일으킬 만큼 그렇게 짧지는 않다. In further achieving the above and other objects of the present invention, a system is provided for high-speed, laser-based, precise laser trimming of at least one electrical element. Each electrical element has at least one measurable characteristic value and is supported on a substrate. The system includes a laser subsystem to generate a pulsed laser output having one or more laser pulses of constant frequency. Each laser pulse has a pulse energy, visible laser wavelength, and pulse duration. The beam delivery subsystem accepts a pulsed laser output, and the optical subsystem has at least one beam deflector and one or more laser pulses having a visible laser wavelength for positioning one or more laser pulses relative to at least one element to be trimmed. And an optical subsystem for focusing at least one spot in the field of light. At least one spot has a non-uniform strength profile and a spot diameter of less than 15 microns along any constant direction. The controller is coupled to the beam delivery and laser subsystems to control the beam delivery and subsystem to selectively irradiate at least one element so that one or more laser output pulses having visible laser wavelength, laser duration, pulse energy and spot diameter are The material from the at least one element is selectively removed to laser trim the at least one element while avoiding substantial microcracks in the at least one element. The laser wavelength is short enough to have the advantages of small spot size, tight tolerances and desirable short wavelength of high absorption, but not so short that it causes micro cracks.

집속된 펄스 레이저 출력 파워는 약 15 ㎛ 이하의 스폿 직경에 대해 10-50 mw에 상당하다. 상기 파워는 상응하는 파워 밀도가 요소를 트림하기에는 충분히 높지만 마이크로 균열을 피하기에는 충분히 낮되 축소된 스폿 사이즈들로 크기를 조절할 수 있다. The focused pulsed laser output power corresponds to 10-50 mw for a spot diameter of about 15 μm or less. The power can be scaled to reduced spot sizes while the corresponding power density is high enough to trim the element but low enough to avoid microcracks.

스폿은 사실상 회절 한정될 수도 있으며, 비균일 강도 프로파일은 방향을 따라 거의 가우스 프로파일일 수도 있다. The spot may be diffracted confined in nature, and the nonuniform intensity profile may be a nearly Gaussian profile along the direction.

실질적인 마이크 균열은 적어도 하나의 요소에 근접하는 재료 내에서도 또한 피해질 수 있다.Substantial microphone cracks can also be avoided in materials that approach at least one element.

레이저 서브시스템은 q스위치식, 주파수 배증, 다이오드 여기, 고체 레이저를 포함할 수도 있다. The laser subsystem may include q-switched, frequency doubling, diode excitation, solid state lasers.

레이저 서브시스템은 약 1.047 미크론 내지 1.32 미크론의 범위의 기본 파장을 갖는 q스위치식, 주파수 배증, 고체 레이저를 포함할 수도 있으며, 가시 출력 파장은 약 .5 미크론 내지 약 .7 미크론의 가시 파장 범위의 주파수 배증 파장일 수도 있다.The laser subsystem may include a q-switched, frequency doubling, solid state laser having a fundamental wavelength in the range of about 1.047 microns to 1.32 microns, with a visible output wavelength in the visible wavelength range of about .5 microns to about .7 microns. It may be a frequency doubling wavelength.

레이저 파장은 녹색 레이저 파장일 수도 있다. The laser wavelength may be a green laser wavelength.

녹색 레이저 파장은 약 532 nm일 수도 있다.The green laser wavelength may be about 532 nm.

스폿 작경은 약 6 미크론 내지 약 10 미크론 정도로 작을 수도 있다. Spot diameter may be as small as about 6 microns to about 10 microns.

광학 서브시스템은 둘 이상의 파장에서 소색화되는 렌즈를 포함할 수도 있다. 파장들의 적어도 하나는 가시 파장일 수도 있다. The optical subsystem may include a lens that is bleached at two or more wavelengths. At least one of the wavelengths may be a visible wavelength.

시스템은 기판 지역을 하나 이상의 조명 파장들의 조사 에너지로 조명하는 조명기를 더 포함할 수도 있다. 검출 장치가 조명 파장의 하나에서 방사 에너지에 대한 감도를 가질 수도 있어 둘 이상의 파장들의 하나는 가시 레이저 파장이며 다른 것은 조명 파장일 수도 있다.The system may further include an illuminator that illuminates the substrate region with the irradiation energy of one or more illumination wavelengths. The detection device may have sensitivity to radiant energy at one of the illumination wavelengths such that one of the two or more wavelengths is the visible laser wavelength and the other may be the illumination wavelength.

광학 서브시스템은 텔리센트릭 광학 서브시스템일 수도 있다.The optical subsystem may be a telecentric optical subsystem.

텔리센트릭 광학 서브시스템은 텔리센트릭 렌즈를 포함할 수도 있다. The telecentric optical subsystem may include a telecentric lens.

레이저 출력의 적어도 하나의 레이저 펄스의 펄스 지속시간은 약 30 나노초 이하일 수도 있다.The pulse duration of the at least one laser pulse of the laser output may be about 30 nanoseconds or less.

컨트롤러는 적어도 하나의 요소에 대한 펄스의 레이저 출력의 위치를 제어하는 수단을 포함할 수도 있다.The controller may comprise means for controlling the position of the laser output of the pulse relative to the at least one element.

컨트롤러는 적어도 하나의 요소를 선택적으로 조사하도록 펄스 에너지를 제어하는 수단을 포함할 수도 있다.The controller may include means for controlling the pulse energy to selectively irradiate at least one element.

시스템은 광학 서브시스템의 필드 내 그리고 필드에 대해 기판에 지지된 적어도 하나의 요소를 위치시키기 위한 기판 위치결정장치를 더 포함하여서 하나 이상의 레이저 펄스들이 집속되어 적어도 하나의 요소를 약 6 미크론 내지 약 15 미크론처럼 작은 스폿 직경으로 조사한다.The system further includes a substrate positioning device for positioning at least one element supported on the substrate in and relative to the field of the optical subsystem such that one or more laser pulses are focused to produce at least one element from about 6 microns to about 15 Irradiate with a spot diameter as small as microns.

광학 서브시스템은 적어도 하나의 레이저 펄스를 받아서 적어도 하나의 빔 편향기에 의해 편향시킬 수 있다.The optical subsystem may receive at least one laser pulse and deflect it by at least one beam deflector.

집속된 스폿 직경은 광학 서브시스템의 필드 내의 어떤 위치에서도 약 6 미크론 내지 약 10 미크론만큼 작을 수도 있다.The focused spot diameter may be as small as about 6 microns to about 10 microns at any location within the field of the optical subsystem.

시스템은 적어도 하나의 요소 내에 조사될 재료의 좌표를 조정하며 이에 의해 또 재료 제거 영역의 치수를 정밀하게 제어하는 교정 알고리즘을 더 포함할 수도 있다. The system may further include a calibration algorithm that adjusts the coordinates of the material to be irradiated within the at least one element and thereby precisely controls the dimensions of the material removal area.

시스템은 적어도 하나의 요소의 적어도 하나의 기하학적 특징을 위치시키거나 측정하는 시각 알고리즘을 포함하는 기계 시각 서브시스템을 더 포함할 수도 있다.The system may further include a machine vision subsystem that includes a vision algorithm for locating or measuring at least one geometrical feature of the at least one element.

이 시각 알고리즘은 모서리 탐지를 더 포함할 수도 있으며 적어도 하나의 기하학적 특징은 적어도 하나의 요소의 모서리들이다. 모서리들은 적어도 하나의 요소의 폭을 결정하며 재료 제거의 치수를 규정하는 데에 사용된다.This visual algorithm may further comprise edge detection and at least one geometrical feature is edges of at least one element. The edges determine the width of at least one element and are used to dimension the material removal.

적어도 하나의 요소는 박막 저항장치를 포함할 수도 있으며, 적어도 하나의 측정가능한 특성 값은 저항과 온도 중 적어도 하나일 수도 있다. 시스템은 적어도 하나의 측정가능한 특성 값의 측정치가 소정의 범위 내에 있는 경우 저항장치의 박막 재료의 제거를 정지하는 수단을 더 포함할 수도 있다.The at least one element may comprise a thin film resistor, and the at least one measurable characteristic value may be at least one of resistance and temperature. The system may further comprise means for stopping the removal of the thin film material of the resistance device if the measurement of the at least one measurable characteristic value is within a predetermined range.

기판의 재료는 반도체일 수도 있고 또는 세라믹일 수도 있다.The material of the substrate may be a semiconductor or ceramic.

적어도 하나의 요소는 박막의 요소를 포함할 수도 있다. At least one element may comprise an element of a thin film.

박막 전기 요소들의 배열은 시스템에 의해 트림될 수도 있다. 컨트롤러는 측정가능한 특성 값의 값을 변화시키기 위해 배열 요소를 선택적으로 마이크로가공하는 수단 및 선택적인 마이크로가공이 정지되는 동안 선택적인 마이크로가공을 정지하는 수단을 포함할 수도 있다. 컨트롤러는 측정가능한 특성 값의 값을 변화시키기 위해 적어도 하나의 다른 배열 요소를 선택적으로 마이크로가공하는 수단 및 그 값이 바람직한 범위 내에 있을 때까지 배열 요소의 측정가능한 특성 값을 변화시키기 위해 선택적 마이크로가공을 재개하는 수단을 더 포함할 수도 있다.The arrangement of thin film electrical elements may be trimmed by the system. The controller may include means for selectively micromapping the array elements to change the value of the measurable characteristic value and means for stopping the selective micromachining while the optional micromachining is stopped. The controller may comprise means for selectively microfabricating at least one other array element to change the value of the measurable characteristic value and selective micromachining to change the measurable characteristic value of the array element until its value is within the desired range. It may further comprise means for resuming.

시스템은 사용자 인터페이스, 및 인터페이스와 컨트롤러에 결합된 소프트웨어 프로그램을 더 포함할 수도 있다. 소프트웨어 프로그램은 적어도 하나의 요소에 대한 서전 트림 타깃 값들을 받아들이며 그 값들을 토대로 적어도 하나의 요소에 인가되는 전기 출력을 제한하도록 적용될 수도 있다.The system may further include a user interface and a software program coupled to the interface and the controller. The software program may be adapted to accept the autograph trim target values for at least one element and to limit the electrical output applied to the at least one element based on the values.

적어도 하나의 요소에 대한 잠재적 손상은 회피될 수 있다.Potential damage to at least one element can be avoided.

본 발명의 상기 목적과 다른 목적들을 또한 더 성취함에 있어서, 레이저에 기초한 마이크로가공 시스템에 사용하는 소색화 스캔 렌즈 시스템이 제공된다. 레이저에 기초한 마이크로가공 시스템은 20 미크론 이하의 레이저 스폿 사이즈를 가진 스캔 필드와 적어도 40 nm의 대역폭을 가진 관측 채널을 가진다. 스캔 렌즈 시스템은 입사 마이크로가공 레이저 빔으로부터 순차적으로 부의 광 강도(optical power), 굴절률(n₁)과 아베 분산 수(v₁)를 가진 제 1의 요소(L₁) 및 굴절률(n₂)와 아베 분산 수(v₂)를 가진 제2의 요소(L₂)를 포함하는 더블릿(doublet)을 갖는 복수 렌즈요소를 갖되, 스폿 사이즈, 필드 사이즈 및 관측 채널 대역폭의 요구에 부합하도록 n₁< n₂와 v₁ > v₂ 가 된다.In further achieving the above and other objects of the present invention, there is provided a bleaching scan lens system for use in laser based micromachining systems. Laser based micromachining systems have a scan field with a laser spot size of 20 microns or less and an observation channel with a bandwidth of at least 40 nm. The scan lens system sequentially measures the first element (L ₁ ) and the refractive index (n ₂ ) having negative optical power, refractive index (n ₁ ) and Abbe dispersion number (v ₁ ) sequentially from the incident microfabricated laser beam. It has a plurality of lens elements with a doublet comprising a _second element (L ₂ ) with an Abbe variance number (v ₂ ), in order to meet the requirements of spot size, field size and observation channel bandwidth n ₁ < n ₂ and v ₁ > v ₂ .

더블릿은 접합면을 가진 접합 더블릿일 수도 있다. 접합면은 입사 마이크로가공 레이저 빔으로부터 이격한 방향으로 오목할 수도 있다. The doublet may be a joint doublet having a joint surface. The bonding surface may be concave in the direction away from the incident micromachining laser beam.

L₁은 평평한 오목 요소일 수도 있다. L₂는 양쪽이 볼록한 요소일 수도 있다.L ₁ may be a flat concave element. L ₂ may be a convex element on both sides.

L₁과 L₂는 복수의 렌즈 요소들의 제 2 및 제 3의 요소들일 수도 있다. 복수의 렌즈 요소들은 적어도 6개의 렌즈 요소들로 이루어질 수도 있다.L ₁ and L ₂ may be second and third elements of the plurality of lens elements. The plurality of lens elements may consist of at least six lens elements.

본 발명의 상기 목적과 다른의 목적들, 특징들, 및 장점들은 첨부 도면을 참조한, 발명을 실행하기 위한 최량의 실시예에 대한 하기의 상세한 설명으로 명료해진다. The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the best embodiments for carrying out the invention with reference to the accompanying drawings.

도 1a-1b는 각각, 레이저 트리밍 전과 후의 전류 흐름 라인을 예시하는 개략도이다;1A-1B are schematic diagrams illustrating current flow lines before and after laser trimming, respectively;

도 1c는 여러 가지 트림 변수들에 대한 각종 컷 형식의 효과를 설명하는 차트이다; 1C is a chart illustrating the effects of various cut formats on various trim parameters;

도 2a는 열과 행으로 배열된 칩 저항장치들의 배열의 개략도이며 본 발명의 실시양태에 따른 레이저 트리밍 단계들을 이용하는 결과들을 설명한다;2A is a schematic diagram of an arrangement of chip resistors arranged in columns and rows and illustrates the results of using laser trimming steps in accordance with an embodiment of the invention;

도 2b는, 도 2a에 상응하는 트리밍 단계들을 더 규정하는 블록도 흐름 차트이다;FIG. 2B is a block diagram flow chart further defining trimming steps corresponding to FIG. 2A;

도 3은 본 발명의 시스템에 도 2a 및 2b의 트리밍 작동들을 더 규정하는 블록 흐름 차트이다;3 is a block flow chart further defining the trimming operations of FIGS. 2A and 2B in the system of the present invention;

도 4a는 열과 행으로 배열된 칩 저항장치들의 배열의 개략도이며 본 발명의 실시양태에 따른 레이저 트리밍 단계들을 이용하는 결과들을 설명한다;4A is a schematic diagram of an arrangement of chip resistors arranged in columns and rows and illustrates the results of using laser trimming steps in accordance with an embodiment of the present invention;

도 4b는, 도 4a에 상응하는 트리밍 단계들을 더 규정하는 블록도 흐름 차트이다;4B is a block diagram flow chart further defining trimming steps corresponding to FIG. 4A;

도 5는 본 발명의 시스템에 도 4a 및 4b의 트리밍 작동들을 더 규정하는 블록도 흐름 차트이다;5 is a block diagram flow chart further defining the trimming operations of FIGS. 4A and 4B in the system of the present invention;

도 6a는 본 발명의 하나의 실시양태에 사용될 수도 있는 레이저 트리밍 장치의 개략도이다;6A is a schematic diagram of a laser trimming apparatus that may be used in one embodiment of the present invention;

도 6b는, 도 6a의 장치로 획득된 데이터를 사용하여, 측정될 기하학적 특성들, 특히 저항장치의 모서리들 가지고 있는 저항장치의 개략도이다;FIG. 6B is a schematic diagram of a resistance device having geometrical characteristics to be measured, in particular the corners of the resistance device, using the data obtained with the device of FIG. 6A;

도 7은 하나의 실시양태에 있어서의 저항장치 배열의 스캐닝 동안 시간 대 레이저 빔의 위치를 보이는 그래프로서, 고체 편향기에 대한 신속 스캔이 전기-기계적 선형 주사와 중첩되어 증속시의 도 2나 도 4의 컷을 선택적으로 형성하는 것을 보여준다;FIG. 7 is a graph showing the time versus position of the laser beam during scanning of the resistor arrangement in one embodiment, in which a rapid scan for a solid deflector is superimposed with an electro-mechanical linear scan to increase in FIG. 2 or FIG. 4. To selectively form a cut of a;

도 8은 트림 속도를 증대하기 위하여 적어도 하나의 저항장치에 복수의 집속 빔들을 송출하는 시스템의 개략도이다;8 is a schematic diagram of a system for sending a plurality of focusing beams to at least one resistor to increase the trim speed;

도 9는 레이저 트리밍 장치의 적어도 하나의 저항장치에 복수 빔들을 제공하는 시스템의 개략도이다;9 is a schematic diagram of a system for providing a plurality of beams to at least one resistor of a laser trimming device;

도 10은 UV 레이저의 의해 산출된 가우스 빔으로 트림된 저항장치의 기판에 형성된 마이크로 균열을 보이는 자국의 (U.S.P.N. 6,534,743의 도 11로부터 재현한) 전자 현미경 사진이다;FIG. 10 is an electron micrograph (reproduced from FIG. 11 of U.S.P.N. 6,534,743) showing microcracks formed on a substrate of a resistance device trimmed with a Gaussian beam produced by a UV laser;

도 11은 녹색 레이저에 의해 처리된 박막 저항장치의 그림이다;11 is a picture of a thin film resistor device processed by a green laser;

도 12는 새로 고안된 광학장치들을 가진 녹색 레이저에 의해 성취된 6-7 미크론의 자국 폭의 그림이다; 12 is a plot of the mark width of 6-7 microns achieved by a green laser with newly designed optics;

도 13은 녹색 레이저에 의해 트림된 칩 저항장치의 그림이다; 그리고13 is a picture of a chip resistor trimmed by a green laser; And

도 14는 본 발명의 레이저 시스템의 하나의 실시양태에 이용하기 위한 8 미크론 Green/IR 스캔 렌즈의 3D 배치도이다. 14 is a 3D layout view of an 8 micron Green / IR scan lens for use in one embodiment of the laser system of the present invention.

고속 사행 트리밍 처리Fast meander trimming treatment

저항장치 트리밍에 있어서, 컷들은 저항성 재료를 통한 전류 흐름을 저항 경로를 따라 유도한다. 컷 사이즈와 형상의 미세 제어와 조정은, 도 1a-1c에 도시한 바와 같이, 저항을 바람직한 값으로 변경한다. 전형적으로, 칩 저항장치들은 기판 상에 열과 행으로 배열된다. 도 2a는 저항장치들 R1,R2,...RN의 열이 처리될 배열을 보이고 있다. 탐침(200)을 갖는, 도 2a에 화살표로 표시된 탐침 배열은 저항장치의 열의 도선들과 접촉된다(202). 매트릭스 스위치는 (예를 들어: R1을 가로지르는 접점) 도선들의 제 1의 쌍을 위한 접촉을 어드레스 지정하며 일련의 컷들과 측정치들은 도선 쌍 간의 저항을 원하는 값으로 변화시킨다. 저항장치의 트리밍이 완료되는 경우, 매트릭스는 다음 열의 요소(예를 들어; R2)의 제 2 세트의 접점으로 전환하며 트리밍 공정이 반복된다.저항장치들(R1...RN)의 전부의 열이 트림돼 있는 경우, 접점들과 탐침 배열 간에는 접촉이 깨진다. 기판은 다음 또 다른 열에 관하여 위치되고, 탐침은 접촉상태로 되며, 제 2의 열이 앞의 열과 같은 방법으로 처리된다.In resistor trimming, the cuts induce a current flow through the resistive material along the resistive path. Fine control and adjustment of the cut size and shape change the resistance to a desirable value, as shown in Figs. 1A-1C. Typically, chip resistors are arranged in rows and columns on a substrate. 2A shows an arrangement in which the rows of resistors R1, R2, ... RN are to be processed. The probe arrangement, indicated by the arrow in FIG. 2A, with the probe 200 is in contact with the leads of the row of resistors (202). The matrix switch addresses the contact for the first pair of leads (eg: a contact across R1) and the series of cuts and measurements change the resistance between the pair of leads to the desired value. When the trimming of the resistors is completed, the matrix switches to the second set of contacts of the elements of the next row (eg R2) and the trimming process is repeated. All rows of resistors R1 ... RN If this is trimmed, the contact is broken between the contacts and the probe array. The substrate is then positioned with respect to another row, the probe is brought into contact, and the second row is treated in the same way as the previous row.

사행 박막 저항장치들의 트리밍은 , 예를 들어 도 1c에 도시된 바와 같이, 도체들 간의 저항성 재료의 구역에 서로 맞물린 컷들을 만들도록 레이저 처리를 수반한다. 서로 맞물린 컷들은 컷들 둘레를 감싸는 사행 경로를 따라 저항성 재료를 통한 전류 흐름을 유도한다. 이러한 형상은 광범위한 저항들이 단일 구역의 필름/도선 배열로 만들어지게 한다. 위에 나타낸 방식은 저항장치 사이트에서 측정 단계들을 이용하여 일련의 사행 컷들을 처리하고 다음의 저항장치에 이동시킨다. Trimming of the meandering thin film resistors involves laser processing to make cuts that engage each other in the region of the resistive material between the conductors, for example as shown in FIG. 1C. The interlocking cuts induce current flow through the resistive material along a meandering path that wraps around the cuts. This shape allows a wide range of resistors to be made in a single zone film / conductor arrangement. The method shown above processes a series of meandering cuts using measurement steps at the resistor site and moves it to the next resistor.

도 2a를 참조하면, 어떤 컷에 대한 초기의 레이저 위치가 205로 표시되고 빔 위치결정장치가 저항장치 재료를 통해 직선 경로를 따라 빔을 유도한다. 본 발명에 따르면, 새로운 패러다임은 제 1의 저항장치(예를 들어, R1의 트림 컷 204)의 다리부분을 트림하며 저항을 측정한다. 저항이 소정의 임계값 이하이면, 유사한 동일 직선 트림들이 열의 다른 저항장치들 R2...RN을 가로질러 만들어진다. 열을 따른 완전한 동일 선상 트림이 도 2에 210으로 도시돼 있으며 상응하는 블록 220은 도 2b에 규정된다. 본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 저항장치들의 서브셋은 기판을 가로질러 박막의 일관성(consitency)을 결정하도록 측정될 수도 있으나, 박막의 일관성이 이미 알려져 있으면 하나의 측정으로 충분할 수도 있다.2A, the initial laser position for a cut is indicated at 205 and the beam positioning device guides the beam along a straight path through the resistor material. According to the invention, the new paradigm measures the resistance by trimming the leg of the first resistor device (eg, trim cut 204 of R1). If the resistance is below a certain threshold, similar identical straight trims are made across the other resistors R2... RN of the row. A full collinear trim along the row is shown 210 in FIG. 2 and the corresponding block 220 is defined in FIG. 2B. In at least one embodiment of the present invention, a subset of the resistors may be measured to determine the consistency of the thin film across the substrate, but one measurement may be sufficient if the consistency of the thin film is already known.

열의 저항장치들을 따른 컷들의 다음의 동일 선상 그룹이 도 2a의 211로 보인 바와 같은 방식으로 이루어져서 도 2b의 블록 221에서 더 규정되며, 저항장치 RN은 처음으로 트림된다. 처리는 도 2a의 212-213에 보인 바와 같이 반복되며 상응하여 도 2b의 블록들 222-223에 더 규정된다. 측정이 임계값을 넘었음을 보이면, 열 R1..RN의 트리밍은 (블록 224에 214로 도시된) 다음의 저항장치로 전환하기 전에 어느 일정 값까지 트림하기 위해 각 저항장치의 측정을 시작한다.The next collinear group of cuts along the row of resistors is made in the same manner as shown by 211 of FIG. 2A, further defined at block 221 of FIG. 2B, with the resistor RN trimmed for the first time. The process is repeated as shown in 212-213 of FIG. 2A and correspondingly further defined in blocks 222-223 of FIG. 2B. If the measurement shows that the threshold has been exceeded, the trimming of column R1..RN starts measuring each resistor to trim to a certain value before switching to the next resistor (shown as 214 in block 224). .

측정 수의 제한과 동일 선상 트림 궤적 유지는 모두 트림 속도를 증대시킨다.Both limiting the number of measurements and maintaining the on-line trim trajectory increase the trim rate.

도 3의 플로차트는 도 2a-2b에 상응하는 단계들 및 트리밍 시스템에 사용된 부가적인 처리 단계들(예를 들어, 색인 및 로딩)을 또한 규정한다.The flowchart of FIG. 3 also defines the steps corresponding to FIGS. 2A-2B and additional processing steps (eg, indexing and loading) used in the trimming system.

적어도 하나의 실시양태에 있어서, 커팅 단계들은 예정된 정보를 토대로 실행될 수도 있다. 예를 들어, 어떤 저항장치 형식들에 대해, 제 1의 일련의 요소들은 저항이 측정되기 전에 그 시퀀스가 저항장치(예를 들어, 기하학적 형상)의 예정된 파라메터 및/또는 알려진 필림 특성들(예를 들어 시트 저항)에 기초하여 컷될 수도 있다. 마찬가지로, 비측정 컷들의 수는 제 1의 저항장치에서의 런 모드(learn mode)로 결정될 수도 있다(예를 들어 적어도 하나의 측정, 또는 반복 측정을 포함). 하나의 런 모드에 있어서, 반복 측정들이 이루어지며 비트림 컷들의 수는 측정들 및 재료 특성들을 토대로 결정된다. 적어도 하나의 실시양태에 있어서 비측정 컷들의 수가 계산될 수도 있다.In at least one embodiment, the cutting steps may be performed based on the predetermined information. For example, for certain resistor types, the first series of elements may be characterized by a predetermined parameter and / or known film properties of the resistor (e.g., geometry) before the resistance is measured. For example, sheet resistance). Likewise, the number of non-measured cuts may be determined in a run mode in the first resistor device (including for example at least one measurement, or repeated measurement). In one run mode, repeat measurements are made and the number of bitrim cuts is determined based on the measurements and the material properties. In at least one embodiment the number of non-measured cuts may be calculated.

예를 들어, 네 개의 컷들이 측정 없이 만들어질 수도 있다. 도 4a를 참조하면, 처음의 상태(410)가 도시돼 있어 탐침들이 도 2a에서처럼 열과 접촉하고 있다(202). 도 4b를 참조하면, 처음 상태는 블록(420)에서 더 규정된다. 예컨대, 도 4a-4b는 처음 네 개의 컷들(411)이 어떤 측정도 하지 않고 만들어지는 트리밍 공정의 실시양태를 설명한다. 도 4b에 보인 바와 같이, 블록(421)이, 적어도 하나의 사전 트림 값이나 상태를 토대로 측정없이 예정된 수의 컷들(예: 네 개)을 형성한다. 네 개의 컷들을 완성하기 위한 스캔 경로는 405에 도시돼 있다. 다음에, 열 중의 제 1의 저항장치 R1이 406에서 트림되어 타깃 값이 도달되었는지를 결정하기 위해 측정된다. 도달하지 않으면, 여타의 저항장치들 R2..RN이 412로 도시되며 블록 422에 의해 규정된 바와 같이 (예를 들어 측정 없이) 컷된다.For example, four cuts may be made without measurement. Referring to FIG. 4A, an initial state 410 is shown where the probes are in contact with heat as in FIG. 2A (202). Referring to FIG. 4B, the initial state is further defined at block 420. For example, FIGS. 4A-4B illustrate an embodiment of a trimming process in which the first four cuts 411 are made without making any measurements. As shown in FIG. 4B, block 421 forms a predetermined number of cuts (eg, four) without measurement based on at least one pre-trim value or state. The scan path to complete the four cuts is shown at 405. Next, the first resistor R1 in the row is trimmed at 406 and measured to determine if the target value has been reached. If not reached, the other resistors R2..RN are shown at 412 and are cut (eg without measurement) as defined by block 422.

다음 공정이 반복되어 RN의 트리밍(407)을 시작하며 다음 413에 도시되며 그리고 블록(422)에 의해 규정된 바와 같이 R[N-1]의 R1까지 커팅된다. 그러므로, 방향의 변경 때마다 R1이나 RN이 트림되며, 타깃 값이 도달하지 않으면 나머지 저항장치들 R2..RN 또는 R[N-1]...R1이 각각 컷된다. 최종 단계는 R1이나 RN이 타깃 값에 도달한 후에 얻어진다. 각 저항장치는 414에 도시되며 블록(424)에 의해 규정된 바와 같이 접속되어 순차적으로 트림된다.The next process is repeated to begin trimming 407 of the RN and is cut up to R1 of R [N-1] as shown at 413 and defined by block 422. Therefore, R1 or RN is trimmed with each change of direction, and if the target value is not reached, the remaining resistors R2..RN or R [N-1] ... R1 are cut respectively. The final step is obtained after either R1 or RN reaches the target value. Each resistor is shown at 414 and connected and trimmed sequentially as defined by block 424.

도 5의 플로차트는 도 4a-4b에 상응하는 단계들과 트리밍 시스템에 사용된 부가 단계들(예:색인과 로딩 단계들을 포함하는)을 또한 규정한다.The flowchart of FIG. 5 also defines the steps corresponding to FIGS. 4A-4B and additional steps used in the trimming system (eg including index and loading steps).

하나의 실시양태에 있어서, 예정된 정보는 반복 측정치들을 이용하여 획득되어, 사전 트림 값들이 제공된다. 그 값들은 오퍼레이터, 공정 엔지니어에 의해 지정되거나 다른 방법으로 얻어질 수 있다. 소프트웨어는 사전 트림 타깃 값들을 지정하거나 이용하는 능력을 제공하여 인가된 시험 전압 및/또는 전류가 제어된다. 이 특징은 사행 트리밍과 연관된 광범위한 저항 변화에 걸쳐 부품을 손상시키기에 충분한 전압들을 피함에 유용하다. 본 발명의 실시양태에 신속 저항장치 측정 시스템을 사용하는 경우, 측정을 위해 저항장치에 인가된 전압은 초기의 저 저항 컷 동안 감소되어서 저항장치를 통한 전류 흐름 및 저항장치에의 잠재적 손상을 제한한다. 연속 컷들이 만들어지며 저항이 증대하기 때문에, 측정 전압은 증대된다. In one embodiment, the predetermined information is obtained using repeat measurements, and pretrim values are provided. The values can be specified by the operator, process engineer or obtained in other ways. The software provides the ability to specify or use pre-trim target values so that the applied test voltage and / or current is controlled. This feature is useful to avoid voltages sufficient to damage components over a wide range of resistance changes associated with meander trimming. When using a quick resistor measurement system in an embodiment of the present invention, the voltage applied to the resistor for measurement is reduced during the initial low resistance cut to limit the current flow through the resistor and potential damage to the resistor. . As the continuous cuts are made and the resistance increases, the measurement voltage increases.

도 2a와 2b 및 4a와 4b의 전형적인 트림과 컷의 시퀀스들은 재료 특성들 및 다른 공정 변수들과 허용공차들에 있어서의 변화들을 허용하도록 조절될 수도 있다.The typical trim and cut sequences of FIGS. 2A and 2B and 4A and 4B may be adjusted to allow for changes in material properties and other process variables and tolerances.

예를 들면, 본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 측정 트림 컷이 타깃 값에 도달하여 길이가 최대 허용의 컷 길이의 예정된 한계 내에 있는 경우, 부가 단계들이 활용될 수도 있다. 한계 내에서, 재료 특성들에 있어서의 변화로 인해 어떤 트림 컷들은 타깃 값에 도달하지 않아서 부가의 컷들을 필요로 할 수도 있다. For example, in at least one embodiment of the present invention, additional steps may be utilized if the measurement trim cut reaches a target value and the length is within a predetermined limit of the maximum allowable cut length. Within limits, some trim cuts may not reach the target value due to changes in material properties and may require additional cuts.

제 1의 모드에 있어서, 트림 컷들은 요소들의 열에 순차적으로 만들어지며 타깃 값에 도달하지 않는 요소들의 위치는 남겨진다. 다음의 트림 컷들의 경우 남겨진 위치들에 남아있는 요소들은 타깃 값으로 트림된다. In the first mode, trim cuts are made sequentially in a row of elements and the positions of the elements that do not reach the target value are left. For the next trim cuts the remaining elements in the remaining positions are trimmed to the target value.

제 2의 모드에 있어서, 어떤 값으로 트림된 제 1의 요소의 길이에 기초하여 컷 길이는 타깃 값이 도달되는 것을 방지하도록 축소되며 비측정 컷들이 열을 완성하도록 처리된다. 다음의 트림 컷들은 열의 모든 요소들을 타깃 값으로 만든다.In the second mode, the cut length is reduced to prevent the target value from being reached based on the length of the first element trimmed to some value and the non-measured cuts are processed to complete the row. The following trim cuts make all the elements of the column the target value.

제 3의 모드에 있어서, 요소 상의 적어도 하나의 선행 컷의 길이는 후속 컷들이 한계 상태에 떨어지는 것을 방지하도록 수정된다. 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 부가 단계들은 측정 트림 컷의 값이 타깃 값의 예정된 한계 내에 있는 경우 활용될 수도 있다. 한계 내에서, 재료 특성들의 변화는 전체 비측정 컷들을 이용하여 일부 요소를 타깃 값을 넘도록 남겨둘 수도 있다.In a third mode, the length of at least one preceding cut on the element is modified to prevent subsequent cuts from falling into the limit state. In at least one embodiment, additional steps may be utilized if the value of the measurement trim cut is within a predetermined limit of the target value. Within limits, changes in material properties may leave some elements above the target value using full unmeasured cuts.

제 1의 모드에 있어서, 트림 컷들은 요소들의 열에 연속하여 만들어지며 타깃 값에 도달하지 않는 요소들의 위치는 남겨진다. 다음의 트림 컷들에 있어, 남겨진 위치의 나머지 요소들은 타깃 값까지 트림된다.In the first mode, trim cuts are made in series of elements and the positions of the elements that do not reach the target value are left. In the next trim cuts, the remaining elements of the remaining position are trimmed to the target value.

제 2의 모드에 있어서, 제 1의 요소에서 측정된 값을 토대로, 컷 길이는 타깃 값이 도달되는 것을 방지하도록 축소되며 비측정 컷들은 열을 완성하도록 처리된다. 다음의 트림 컷들은 열의 모든 요소들을 타깃 값으로 가져온다.In the second mode, based on the value measured at the first element, the cut length is reduced to prevent the target value from being reached and the non-measured cuts are processed to complete the row. The following trim cuts bring all the elements of the row to the target value.

제 3의 모드에 있어서, 요소 상의 적어도 하나의 선행 컷의 길이는 변경되어 다음의 컷들이 한계 상태에 떨어지는 것을 방지하게 된다.In a third mode, the length of at least one preceding cut on the element is changed to prevent subsequent cuts from falling into the limit state.

실험 데이터는, 종래의 단일 저항장치 트림 기술에 반대되는, 도 2-4에 보인 바와 같이, 열의 모든 저항장치들을 커팅함에 의하여 처리량의 개선을 보여준다. 예로서, 대략의 결과를 아래의 표에 보인다.Experimental data shows an improvement in throughput by cutting all resistors in the row, as shown in FIGS. 2-4, as opposed to conventional single resistor trim techniques. By way of example, the approximate results are shown in the table below.

전체 트림 속도는 열의 저항장치들의 수의 증가, 측정들의 감소, 및 최종(즉, 정밀) 트리밍에 대한 시간단축에 따라 증대한다.The overall trim rate increases with increasing number of thermal resistance devices, decreasing measurements, and shortening the time for final (i.e., precision) trimming.

또한, 각 저항장치는 레이저 생성 에너지로부터 회복할 부가시간을 가진다. 컷들의 시퀀스는 요소에 있어서의 온도 변화를 관리(예를 들어, 커팅 중 최대 요소 온도를 감소시킴)하게 결정될 수도 있다. 예를 들어, 도 4a를 참조하면, 시퀀스(405)는 역전될 수도 있으므로 한 세트의 컷들은 요소의 중심 부근에서 시작하여 도선 및 탐침에 접근하는 요소의 끝까지 진척이 이루어진다. 다른 시퀀스들, 적당한 시퀀스들이 이용될 수도 있다(예를 들어, 비인접 컷들의 시퀀스는 열관리에 대한 장점을 가짐). 바람직하게, 제 2의 요소는 측정의 부가 단계에 앞서 컷될 수도 있다. 사행 컷들에 대한 저항 변화의 범위는 현재 재료에 대해서 약 한자리 수(예: 10X)로부터 전형적인 두자리 수(100X), 및 약 500X 까지 변한다.In addition, each resistor has an additional time to recover from the laser generated energy. The sequence of cuts may be determined to manage the temperature change in the element (eg, to reduce the maximum element temperature during cutting). For example, referring to FIG. 4A, the sequence 405 may be reversed so that a set of cuts begins near the center of the element and progresses to the end of the element approaching the conductor and probe. Other sequences, suitable sequences may be used (eg, a sequence of non-adjacent cuts has an advantage for thermal management). Preferably, the second element may be cut prior to the addition step of the measurement. The range of resistance change for meander cuts varies from about one digit (eg 10X) to a typical two digit (100X), and about 500X for the current material.

레이저 laser 트리밍Trimming 시스템들 Systems

본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 레이저 트리밍 시스템은 미국특허 제 4,918,284 호, "레이저 트리밍 장치 교정"에 기재된 방법을 이용하여 교정될 수도 있다. 상기 '284 특허는 기판 영역상의 바람직한 공칭 레이저 위치로 레이저 빔을 이동하도록 레이저 빔 위치결정 장치를 제어하고, 실제 레이저 위치를 확립하도록 매체 상에 마크(예를 들어 라인 커팅)를 새기고, 실제의 레이저 위치를 검출하도록 새긴 마크를 스캐닝하며, 바람직한 공칭 위치와 실제 레이저 위치를 비교함에 의해 레이저 트리밍 장치를 교정하는 것을 가르치고 있다. 바람직하게, 레이저 빔은 하나의 파장에서 작동하며, 마크는 상이한 파장에서 작동하는 검출장치로 스캔된다. 검출장치는 전체 기판영역의 일부분을 커버하는 필드를 관측하며, 필드 내의 마크의 위치를 결정한다. '284 특허는 또한 빔 위치가 카메라 필드의 관측과 관련하여 어디에 있는 가를 결정하는 것을 가르치고 있다.In at least one embodiment of the present invention, the laser trimming system may be calibrated using the method described in US Pat. No. 4,918,284, "Laser Trimming Device Calibration." The '284 patent controls the laser beam positioning device to move the laser beam to the desired nominal laser position on the substrate area, engraves a mark (e.g. line cutting) on the medium to establish the actual laser position, and the actual laser It teaches to calibrate the laser trimming device by scanning the inscribed mark to detect the position and comparing the desired nominal position with the actual laser position. Preferably, the laser beam operates at one wavelength and the mark is scanned with a detection device operating at a different wavelength. The detection device observes a field covering a portion of the entire substrate area and determines the position of the mark in the field. The '284 patent also teaches determining where the beam position is in relation to the observation of the camera field.

다른 교정 법들은 단독으로나 또는 '284 방법과 조합으로 이용될 수도 있다. 예를 들어, 미국특허 제 6,501,061 호 "레이저 교정 장치 및 방법"은 집속 레이저 빔을 정확히 위치시키는 스캐너 좌표를 결정하는 방법을 개시하고 있다. 집속 레이저 빔은 레이저 스캐너에 의해 작업 표면상의 관심 영역(예를 들어, 구멍)에 걸쳐 스캔된다. 집속 레이저 빔의 위치는 시간이나 공간의 예정된 간격에서 또는 집속 레이저 밤이 작업 표면의 구멍을 통하여 나타나는 때 광검출기에 의해 검출된다. 집속 레이저 빔의 검출 위치는 집속 레이저 빔이 검출되는 시간에서 레이저 스캐너의 위치에 기초한 스캐너 위치 대 빔 위치 데이터를 발생하도록 사용된다. 스캐너 위치 대 빔 위치 데이터는 구멍의 중심 또는 집속 레이저 빔의 바람직한 위치에 상응하는 스캔 위치 좌표를 결정하도록 사용된다.Other calibration methods may be used alone or in combination with the '284 method. For example, US Pat. No. 6,501,061 "Laser Calibration Apparatus and Method" discloses a method of determining scanner coordinates for accurately positioning a focused laser beam. The focused laser beam is scanned by a laser scanner over a region of interest (eg a hole) on the working surface. The position of the focused laser beam is detected by the photodetector at predetermined intervals of time or space or when the focused laser balm appears through a hole in the work surface. The detection position of the focused laser beam is used to generate scanner position to beam position data based on the position of the laser scanner at the time the focused laser beam is detected. Scanner position to beam position data is used to determine scan position coordinates corresponding to the center of the hole or the desired position of the focused laser beam.

시스템 교정에 대한 순서는, 많은 다른 시스템 구성요소들의 교정을 포함하며, 트림될 장치들을 가진 적어도 하나의 기판은 트림 스테이션(station) 내에 장입된다. The order for system calibration involves the calibration of many other system components, with at least one substrate having devices to be trimmed loaded into a trim station.

도 6a를 참조하면, '284 특허로부터 부분적으로 포함된, 개량의 레이저 트리밍 시스템은 레이저 빔(603)을 광학 경로(604)를 따라 기판영역(606)까지 또 레이저 빔 위치결정 기구(605)를 통해 기판 영역(606)까지 출력하는 전형적으로 약 1.047 미크론에서 1.32 미크론까지의 파장을 가진 적외선 레이저(602)를 포함할 수도 있다. 박막 배열들의 트리밍에 적용하기 위해, 약 .532 미크론의 파장이 기술분야에 알려지고 상업적으로 구입가능한 각종 기술들을 이용하여 IR 레이저의 출력 주파수를 배증하여 얻어질 수도 있다. With reference to FIG. 6A, an improved laser trimming system, partially incorporated from the '284 patent, provides the laser beam 603 along the optical path 604 to the substrate region 606 and the laser beam positioning mechanism 605. It may also include an infrared laser 602 having a wavelength typically from about 1.047 microns to 1.32 microns that outputs through to the substrate region 606. To apply to the trimming of thin film arrays, a wavelength of about .532 microns may be obtained by doubling the output frequency of the IR laser using various techniques known in the art and commercially available.

레이저 빔 위치결정 기구(605)는 바람직하게 한 쌍의 미러와 부착된 각각의 검류계(607 및 608)(각각 본 발명의 양수인으로부터 구입가능한 다양한 것)를 포함한다. 빔 위치결정 기구(605)는 레이저 빔을 렌즈(609)(텔리센트릭 또는 비텔리센트릭일 수도 있으며 바람직하게 두 개의 파장에서 소색화될 수 있음)를 통해 필드 위의 기판영역을 향하도록 유도한다. X-Y 검류계 미러 시스템은 충분한 정밀도가 유지되면 전체 기판의 각도 범위를 커버할 수도 있다. 만약 그렇지 않으면, 각종 위치결정 기구들은 기판과 레이저 빔 간에 상대운동을 제공하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들면, 617에서 개략적으로 설명된 두 축 정밀 단계와 반복 트랜슬레이터는 미러 시스템(607, 608)(예: X-Y 평면 내)에 기초한 검류계의 필드 내에 기판을 위치시키도록 사용될 수도 있다. 레이저 빔 위치결정 기구(605)는 두 개의 수직 축들을 따라 레이저 빔(603)을 이동시킴으로써 기판 영역(606)을 가로질러 레이저 빔(603)의 이차원 위치결정을 제공한다. 각 미러와 관련된 검류계(607, 608)는 컴퓨터(610)의 통제 하에 그 각각의 x 또는 y 축을 따라 빔을 이동시킨다. 조명 장치들(611)은 할로겐 광 또는 다이오드들에서 방사하는 광일 수도 있으며 기판 영역(606)을 조명하도록 가시광을 생성한다.The laser beam positioning mechanism 605 preferably includes a pair of mirrors and respective galvanometers 607 and 608 (various ones available from the assignee of the present invention, respectively). The beam positioning mechanism 605 directs the laser beam towards the substrate region over the field through the lens 609 (which may be telecentric or non-telecentric and preferably bleached at two wavelengths). do. The X-Y galvanometer mirror system may cover the angular range of the entire substrate if sufficient precision is maintained. If not, various positioning mechanisms may be used to provide relative motion between the substrate and the laser beam. For example, the two axis precision step and repeat translator outlined at 617 may be used to position the substrate in a field of galvanometer based on mirror systems 607 and 608 (eg, in the X-Y plane). The laser beam positioning mechanism 605 provides two-dimensional positioning of the laser beam 603 across the substrate region 606 by moving the laser beam 603 along two vertical axes. Galvanometers 607 and 608 associated with each mirror move the beam along its respective x or y axis under the control of the computer 610. The lighting devices 611 may be halogen light or light emitting from diodes and generate visible light to illuminate the substrate region 606.

빔 분할기(612) (부분 반사 미러)는 기판 영역(606)으로부터 검출 장치(614)까지 경로(604)를 따라 반사 광 에너지를 유도하도록 광 경로(604) 내에 위치돼 있다. 검출 장치(614)는 디지털 CCD 카메라(예를 들어, 컬러 또는 흑/백)일 수 있는 카메라(615)와 텔레비전 카메라(615)로부터 비디오 입력을 디지털화하여 기판 영역(606)의 일 부분의 이차원 영상을 표현하는 화소 데이터를 획득하는 연관 프레임 그래버(616)(또는 카메라에 마련된 디지털 프레임 완충기)를 포함한다. 상기 화소 데이터는 프레임 그래버(616)의 메모리에 기억되거나, 예를 들어, 처리를 위해 컴퓨터(610)에 직접, 고속 링크에 의해 전송된다.A beam splitter 612 (partially reflective mirror) is located in the light path 604 to direct reflected light energy along the path 604 from the substrate region 606 to the detection device 614. The detection device 614 digitizes the video inputs from the camera 615, which may be a digital CCD camera (e.g., color or black / white) and the television camera 615, to two-dimensional images of a portion of the substrate area 606. And an associated frame grabber 616 (or a digital frame buffer provided in the camera) for acquiring pixel data representing. The pixel data is stored in the memory of the frame grabber 616 or transmitted, for example, by a high speed link directly to the computer 610 for processing.

빔 위치결정 서브시스템은 레이저 스폿 사이즈를 조절 및/또는 기판의 한 위치에 레이저 스폿을 자동 집속하는 컴퓨터 제어공학 서브시스템과 같은 다른 광학 구성요소들을 포함할 수도 있다.The beam positioning subsystem may include other optical components, such as a computer control subsystem that adjusts the laser spot size and / or automatically focuses the laser spot at a location on the substrate.

본 발명을 저항장치 배열들의 박막 트리밍에 적용함에 있어서, 적어도 하나의 박막 배열은 기판에 의해 지지돼 있다. 상기와 같이 획득된 교정 데이터는 배열의 요소(예를 들어, 저항장치 R1)를 위치시키며 도 6b의 요소(620)의 적어도 하나의 기하학적 특징의 위치를 측정하는 자동화 기계 비전 알고리즘과 조합되어 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 특징은 수평 모서리들(621)(예; X 방향에 평행하는 모서리)의 하나 및 많은 입수가능한 모서리 검출 알고리즘의 하나를 이용하여 메모리의 화소 데이터 분석에 의해 발견된 수직 모서리들(622)(예; Y 방향에 평행하는 모서리)의 하나일 수도 있다. 모서리들은 저항장치 전체 주변을 따른 복수의 모서리 측정치, 모서리들의 샘플, 배열의 많은 저항장치들로부터의 모서리들을 포함할 수도 있다. 다음에 저항장치의 폭이 결정되어 커팅 길이, 전형적으로 예정된 퍼센티지의 폭으로서 규정하는 데 사용될 수도 있다. 바람직하게, 모서리 정보는 자동적으로 획득되며 예를 들어 열 R1...RN 내의 각 컷의 길이를 제어하도록 교정 데이터와 함께 이용된다. 다른 측정 알고리즘, 예를 들어 영상 교정 알고리즘이나 블로브(blob) 검출 방법들에 또한 이용될 수도 있다.In applying the present invention to thin film trimming of resistor arrays, at least one thin film array is supported by a substrate. The calibration data obtained as described above is used in combination with an automated machine vision algorithm that locates an element of the array (eg, resistor R1) and measures the position of at least one geometrical feature of element 620 of FIG. 6B. It is preferable. For example, the feature may include the vertical edges found by pixel data analysis in memory using one of the horizontal edges 621 (e.g., edges parallel to the X direction) and one of many available edge detection algorithms. 622 (eg, edges parallel to the Y direction). The edges may include a plurality of edge measurements along the entire perimeter of the resistor, samples of the edges, and edges from many resistors in the array. The width of the resistor may then be determined and used to define it as the cutting length, typically the width of a predetermined percentage. Preferably, the corner information is obtained automatically and used together with the calibration data to control the length of each cut in the columns R1 ... RN, for example. It may also be used in other measurement algorithms, such as image calibration algorithms or blob detection methods.

교정은 컷을 따라 하나 이상의 점들에 적용된다. 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 적어도 하나의 컷의 시발점은 교정 데이터로 교정될 것이다. The correction is applied to one or more points along the cut. In at least one embodiment, the starting point of at least one cut will be corrected with calibration data.

바람직하게, 도 2 및 4의 복수의 컷들의 길이와 출발점은 교정될 것이다.Preferably, the length and starting point of the plurality of cuts in FIGS. 2 and 4 will be corrected.

가장 바람직하게, 도 2a 및 4a의 모든 컷들의 길이와 출발점은 교정될 것이다.Most preferably, the length and starting point of all cuts in FIGS. 2A and 4A will be corrected.

하나의 실시양태에 있어서, 제 1의 저항장치(예: R1 또는 RN)는 교정되게 되며, 상응하는 교정은 열의 모든 저항장치들(예; R1,..,RN)에 적용된다.In one embodiment, the first resistor (eg R1 or RN) is to be calibrated and the corresponding calibration is applied to all resistors in the column (eg R1, .. RN).

완전한 자동화가 바람직하다. 그렇지만, 오퍼레이터 간섭의 반자동 방식이 이용되어도 좋으며, 예를 들어 검류계가 배치되어서 배열 요소(620)가 필드에 있고, 다음 빔은 요소를 따라 순차적으로 배치되며 오퍼레이터에 의해 디스플레이(630) 상에 강도 프로파일(또는 강도의 도함수)이 관찰된다. Full automation is desirable. However, a semi-automatic way of operator interference may be used, for example a galvanometer is placed so that the array element 620 is in the field, the next beam is placed sequentially along the element and the intensity profile on the display 630 by the operator. (Or derivative of strength) is observed.

배열 영역 내의 좌표를 조정하기 위한 교정 정보의 사용은 처리량의 악화없이 레이저 빔 위치 결정 정밀도를 향상시키는 데 유용하다. 저항장치 폭의 측정치와 정렬 데이터는 컷의 길이를 제어하고 스캐너 X,Y 좌표 시스템에 대한 배열의 선형성과 비직교성으로부터의 일탈을 바로잡는 데 유용하다. 기하학적 교정을 위한 교정 데이터의 사용은 하나 이상의 선형 병진 단계를 가진 레이저 트리밍 시스템들에의 사용에 특히 적합하다. 기하학적 교정은 f-세타(theta) 렌즈 선형성, 선(扇)형 빔 보정 등등을 포함하는 다른 유용한 시스템 고안 특징들을 필연적으로 대체하는 것은 아니다. 시스템 공차 스택업(stack-up)은 일반적으로 예기된 위치 오차에 기초한 컷 교정 위치들의 수 사이의 타협점(trade off)들을 결정하는 데 이용될 수도 있다. 특히 많은 저항장치를 가로지르는 큰 공간으로, 빔을 선형으로 펼치는(fanning out) 경우, 하나만이 교정되어 정렬된다. 예를 들면, 저항장치들 간의 공간이 비교적 큰 경우, 단일의 컷이 교정되어 정렬된다. 얻어진 위치 오류들은 요소들에서 예상되며 시스템 디자인, f세타 선형성, 선형 퍼짐 보정 등등으로 부분적으로 완화된다. 횡방향 팬(fan)의 밀접하게 이격된 컷들은 축 상의 팬과 비교하여 보다 작을 오류를 가질 것으로 예측된다.The use of calibration information to adjust the coordinates within the array area is useful for improving laser beam positioning accuracy without degrading throughput. The measurement of the width of the resistor and the alignment data are useful for controlling the length of the cut and correcting deviations from the linearity and non-orthogonality of the array relative to the scanner X, Y coordinate system. The use of calibration data for geometric correction is particularly suitable for use in laser trimming systems with one or more linear translation steps. Geometric corrections do not necessarily replace other useful system design features, including f-theta lens linearity, linear beam correction, and the like. System tolerance stack-up may generally be used to determine trade offs between the number of cut calibration positions based on the expected position error. Especially in large spaces across many resistors, only one is calibrated and aligned when the fan is fanned out linearly. For example, if the space between resistors is relatively large, a single cut is calibrated and aligned. The resulting position errors are expected in the elements and are partially mitigated by system design, f-theta linearity, linear spread correction, and so on. Closely spaced cuts of the lateral fan are expected to have a smaller error compared to the fan on the axis.

처리량 개량들-광학 기술들Throughput Improvements-Optical Technologies

본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 처리량은 아래의 일 이상의 기법들을 이용하여 유효 스캔 속도를 증대시킴으로써 더 개선될 수도 있다. In at least one embodiment of the present invention, throughput may be further improved by increasing the effective scan rate using one or more of the techniques below.

동일 선상의 트림들에 의한 처리 속도의 더욱 증대는 한 열의 저항장치들 사이의 트림 틈들을 가로지르는 빠른 점프들로 달성될 수 있다. 하나의 그러한 틈(216)은 도 2a에 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 적어도 하나의 실시태양에 있어서, 단일 축의 음향-광학 빔 편향기(AOBD)는 일정 속도(702)로 검류계가 열을 가로질러 스캔할 때, 톱니 직선형 스캔 패턴(701)을 중첩시킨다. 트림밍 동안 AOBD는 역행 운동(703)으로 스캔하며 트림들 간에는 다음의 컷으로 신속 점프(710)를 제공한다. 이는 검류계가 일정 속도로 스캔하게 하며 총 처리 시간에 대한 점프들의 기여를 최소화한다.Further increase in processing speed by collinear trims can be achieved with fast jumps across the trim gaps between a row of resistors. One such gap 216 is shown in FIG. 2A. Referring to FIG. 7, in at least one embodiment of the present invention, a single axis acoustic-optical beam deflector (AOBD) is a sawtooth straight scan pattern (when the galvanometer scans across a row at a constant speed 702). 701 is superimposed. During trimming the AOBD scans with retrograde motion 703 and provides a quick jump 710 to the next cut between trims. This allows the galvanometer to scan at a constant rate and minimizes the contribution of jumps to the total processing time.

속도 개선을 위한 검류계들과 조합한 음향-광학 빔 편향기의 이용은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 예를 들면, 미국특허 제 5,837,962 호는 작업편(workpiece)을 가열, 용해, 기화 또는 커팅하는 개량된 장치를 기술하고 있다. 이차원의 음향-광학 편향기는 마킹 속도에서 다섯 배의 개선을 제공하였다.The use of an acoustic-optic beam deflector in combination with galvanometers for speed improvement is well known in the art. For example, US Pat. No. 5,837,962 describes an improved apparatus for heating, dissolving, vaporizing or cutting a workpiece. The two-dimensional acoustic-optical deflector provided a fivefold improvement in marking speed.

그 전체를 참고로 포함하는 미국특허 제 6,341,029 호는 이 특허의 제 5 도에 속도증가를 위해 역행 모드에서 본 발명을 실행하는 경우 완전한 시스템에서 사용될 수 있는 여러 구성요소들을 가진 실시양태를 보이고 있다. '029 특허에 있어서, 음향-광학 편향기들과 검류계들은, 관련 컨트롤러와 함께, 레이저 패턴화를 위한 CW 빔들의 디더링(dithering)을 보이고 있다. 또한 시스템 구성에 관련하는 부가적인 상세한 설명에 대해서는 '029 특허의 컬럼 3의 47행과 컬럼 4를 참조하기 바란다.U. S. Patent No. 6,341, 029, which is incorporated by reference in its entirety, shows an embodiment of FIG. 5 of this patent with several components that can be used in a complete system when implementing the invention in retrograde mode for speed increase. In the '029 patent, acoustic-optical deflectors and galvanometers, along with the associated controller, show dithering of the CW beams for laser patterning. Also see column 47 of column 3 and column 4 of the '029 patent for additional details related to the system configuration.

'029 특허의 배열은, 바람직하게는 부가적인 하드웨어 교정절차에 의해, 본 발명의 역행 스캐닝 기술을 실행하도록 공학 구성요소 및 스캔 제어 프로파일의 변경을 위해 이용가능한 기술을 사용하여 적합화될 수 있다. The arrangement of the '029 patent may be adapted using techniques available for changing engineering components and scan control profiles to implement the retrospective scanning technique of the present invention, preferably by additional hardware calibration procedures.

발명의 또 다른 실시양태에 있어서, 사행 저항장치들 상의 동일 선상 트림들은 열을 따른 다수의 스폿들에 의해 평행하게 달성될 수도 있다. 팬-아웃 회절격자 또는 다른 다중 빔 발생 장치는 2 이상의 스폿들이 형성되어 저항장치 피치에 따라 열을 따라 정렬되도록 스폿 배열을 만드는데 이용된다. 예를 들어, 미국특허 제 5,521,628 호는 동시에 여러 부분들을 마크하기 위해 회절광학계를 이용을 개시하고 있다. 복수의 빔들은 더 강한 레이저 광원으로부터 생성된 저전력 빔이거나 복수의 레이저 광원으로부터 조합된 빔들일 수도 있다. 스캔 시스템은 다수의 빔을 스캔하여 공통 스캔 렌즈를 통해 다수의 저항장치들을 따라 스폿들을 형성한다. 트림 과정은 비측정 커팅 단계들 동안 둘 이상의 컷들이 나란하게 되는 단일 스폿 방법과 유사하다. 임계값이 도달되는 경우, 시스템은 각 저항장치를 연속으로 소정 값으로 트림하도록 단일 스폿 모드로 변환한다.In another embodiment of the invention, collinear trims on meandering resistance devices may be achieved in parallel by a number of spots along the row. Fan-out diffraction gratings or other multi-beam generators are used to create a spot array such that two or more spots are formed and aligned along rows according to the resistor pitch. For example, US Pat. No. 5,521,628 discloses the use of a diffraction optical system to mark several parts at the same time. The plurality of beams may be low power beams generated from a stronger laser light source or beams combined from the plurality of laser light sources. The scan system scans the multiple beams and forms spots along the multiple resistors through a common scan lens. The trim process is similar to the single spot method in which two or more cuts are side by side during non-measured cutting steps. When the threshold is reached, the system switches to single spot mode to trim each resistor continuously to a predetermined value.

마찬가지로, 사행 저항장치들 상의 동일 선상 트림들은 평행 컷들을 만들도록 다수의 스폿들이 타깃 상에 평행하게 형성되도록 하여 달성될 수도 있다. 팬-아웃 회절격자 또는 다른 복수의 빔 생성장치가 2 이상의 스폿들이 형성되되 스폿들은 컷들 간에 예정된 간격으로 요소에 정렬되는 스폿 어레이를 생성할 때 이용된다. 컷들의 예정된 수가 실행된 경우(예를 들어, 도 4a에 보인 바와 같이 넷), 하나의 실시양태에 있어서, 통과 횟수는 50%로 축소될 수 있다(예를 들어: 각 방향에 1회 통과). 이 실시양태는 저항장치 처리변동 및 공차들이 잘 확립되면 가장 유용할 수도 있다. 회절 격자는 다수 스폿들 또는 단일 스폿을 선택적으로 형성하기 위해 변환 경로에 있을 수도 있다. Likewise, collinear trims on meandering resistors may be achieved by allowing multiple spots to be formed parallel to the target to make parallel cuts. A fan-out diffraction grating or other plurality of beam generators is used when a spot array is formed in which two or more spots are formed and the spots are aligned with the elements at predetermined intervals between the cuts. If a predetermined number of cuts has been performed (eg, four as shown in FIG. 4A), in one embodiment, the number of passes may be reduced to 50% (eg: one pass in each direction). . This embodiment may be most useful if the resistor treatment variations and tolerances are well established. The diffraction grating may be in the transformation path to selectively form multiple spots or a single spot.

공개된 미국특허 출원 제 2002/0162973 호는 메모리 복구를 위해 반도체 링크들을 처리하기 위한 다수의 스폿을 생성하는 방법 및 시스템을 개시하고 있다. 렌즈 시스템과 편향기 시스템에 있어서의 각종 변경들은 본 발명에 이용하기 위한 다수의 스폿들을 발생시키는 데 이용될 수도 있다. Published US Patent Application 2002/0162973 discloses a method and system for creating multiple spots for processing semiconductor links for memory recovery. Various modifications to the lens system and the deflector system may be used to generate multiple spots for use in the present invention.

하나의 실시양태에 있어서, 단일 레이저 펄스는 한번에 두 개의 저항장치들까지 트림하는 데 사용된다(예를 들어, 컷이 없거나 하나나 두개). 도 8을 참조하면, 두 개의 집속 스폿들(801, 802)이 단일의 평행 레이저 빔(803)을 두 개의 분기 평행 빔들(804, 805)로 공간적으로 분할함으로써 두 개의 컷 상에 형성된다. 차동 주파수의 미세 조정에 의해 스폿 분리를 제어한다. 재료 처리 용도들에 있어서 빔들을 공간적으로 분리하기 위한 음향-광학 장치의 이용은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특허 요약 JP 53152662는 선택가능한 주파수들 f1...fN을 가진 다중 주파 편향기를 이용하여 미소 구멍들을 뚫는 하나의 배열을 보이고 있다. In one embodiment, a single laser pulse is used to trim up to two resistors at a time (eg, no or one or two cuts). Referring to FIG. 8, two focusing spots 801, 802 are formed on two cuts by spatially dividing a single parallel laser beam 803 into two branched parallel beams 804, 805. Spot separation is controlled by fine tuning of the differential frequency. The use of an acoustic-optical device for spatially separating beams in material processing applications is well known in the art. For example, Japanese Patent Summary JP 53152662 shows one arrangement for drilling micro holes using a multi-frequency deflector with selectable frequencies f1 ... fN.

도 8의 레이저(806)는 소정의 진동수로 펄스된다. 레이저 빔은 레이저 빔 웨이스트 부의 중간 영상을 음향 광학 모듈레이터(AOM) 구멍 내에 형성하는 중계 광학장치(807)를 통과한다. Bragg 체계에서 작동하는 AOM(808)은 두 개의 약간 분기하는 평행 일차 회절 레이저 빔들을 제어가능하게 발생시키며 각 레이저 빔의 에너지를 제어하는데 이용된다. AOM은 두 개의 주파수들, f1과 f2(f1=f0+df, f2=f0-df, 여기서 df는 원래 RF 신호 주파수 f0의 소량의 퍼센티지)에 의해 구동된다. 두 빔들 간의 각도는 f0를 2(df/f0)배 한 Bragg 각과 대략 같다. AOM은 두 개의 주파수 구성요소들, RF 신호(812)에 있어서의 f1과 f2의 신호 진폭을 변조하여 빔이 교차결합하도록 조절해서 각 레이저 빔들의 에너지를 제어한다. The laser 806 of FIG. 8 is pulsed at a predetermined frequency. The laser beam passes through a relay optic 807 that forms an intermediate image of the laser beam waste portion in the acousto-optic modulator (AOM) aperture. The AOM 808, which operates in the Bragg system, controllably generates two slightly divergent parallel first order diffraction laser beams and is used to control the energy of each laser beam. AOM is driven by two frequencies, f1 and f2 (f1 = f0 + df, f2 = f0-df, where df is a small percentage of the original RF signal frequency f0). The angle between the two beams is approximately equal to the Bragg angle with f0 times 2 (df / f0). The AOM modulates the signal amplitudes of f1 and f2 in the two frequency components, RF signal 812, and adjusts the beams to cross-couple to control the energy of each laser beam.

AOM(808)을 나온 후, 빔들은 X 또는 Y로 빔을 향하도록 빔을 90도 회전시키기 위해 빔 회전 제어 모듈(809)을 통과한다. 비록 많은 회전 방법들이 미국특허 공개 제 2002/0170898 호와 관련하여 설명된 바와 같이 잘 알려져 있지만 하나의 실시양태에 있어서는, 프리즘이 이 회전을 위해 사용되다.After exiting the AOM 808, the beams pass through the beam rotation control module 809 to rotate the beam 90 degrees to face the beam with X or Y. Although many methods of rotation are well known as described in connection with US Patent Publication No. 2002/0170898, in one embodiment a prism is used for this rotation.

다음, 빔은 빔 웨이스트부를 위치결정하도록 한 세트의 광학계를 통과하며 줌 광학장치와 대물 렌즈(810)에 적절하도록 빔 사이즈를 설정한다. 줌 광학장치는 또한 두 개의 빔들 간의 각도를 변경시키며 따라서 AOM(808)을 나온 두 개의 빔들 간의 각도는 초점면에서 원하는 스폿 분리를 초래하도록 줌 설정에 의해 조정돼야 한다. 다음, 레이저 빔들은 두 개의 저항장치들 상에 집속된 한 쌍의 스폿들(801, 802)을 제공하는 대물 렌즈(810)로 들어간다. 두 개의 스폿들은, 두 빔들 사이의 각도와 렌즈(810)의 초점 길이를 곱한 것과 거의 같은 거리에 의해 분리된다. 역행 및 평행법들은 사행 저항장치들 상에 동일 선상 트리밍을 위해 조합될 수 있다. 예를 들면, 밤이 AOBD에 의해 스캔되고 다음 한쌍으로 분할되며 필드를 가로질러 스캔된다. 두 개의 인접하는 저항장치들은 동시에 트림되며 점프는 저항장치 N로부터 저항장치 N+2까지 다음의 쌍 또는 저항장치들까지다.The beam then passes through a set of optics to position the beam waist portion and sets the beam size to suit the zoom optics and objective lens 810. The zoom optics also change the angle between the two beams so the angle between the two beams exiting the AOM 808 must be adjusted by the zoom setting to result in the desired spot separation in the focal plane. The laser beams then enter an objective lens 810 providing a pair of spots 801, 802 focused on two resistors. The two spots are separated by a distance approximately equal to the angle between the two beams times the focal length of the lens 810. The retrograde and parallel methods can be combined for collinear trimming on meander resistors. For example, chestnuts are scanned by the AOBD, split into the next pair, and scanned across the field. Two adjacent resistors are trimmed at the same time and the jump is from resistor N to resistor N + 2 to the next pair or resistors.

다른 방법으로, 또는 이차원 편향기로, 한 쌍의 스폿들이 사행 스캔 방향에 직교하는 방향으로 생성될 수도 있다. 예를 들어, 일차원 AOBD의 비교적 단순한 제어와 프로그래밍으로, 편향기는 도 4a에 보인 바와 같은 네 개의 컷을 만들기 위해 사용된 네 개의 빔들의 적어도 두 개를 동시에 생성하도록 (적당한 출력 파워 제어와 함께) 이용될 수도 있다. 이와 같이, 컷들에 대한 스캔 시간은 50% 까지 축소될 수도 있다. 프로그램가능한 편향기에 의해, AODB는 팬-아웃 회절격자에 비해 바람직할 수도 있다. 다수의 스폿들은 또한 필요에 따라 거칠며 미세한 트림 중에 생성될 수도 있다.Alternatively, or with a two-dimensional deflector, a pair of spots may be created in a direction orthogonal to the meandering scan direction. For example, with relatively simple control and programming of one-dimensional AOBD, the deflector is used to simultaneously generate (with adequate output power control) at least two of the four beams used to make four cuts as shown in FIG. 4A. May be As such, the scan time for cuts may be reduced by 50%. By means of a programmable deflector, AODB may be preferred over fan-out diffraction gratings. Multiple spots may also be created during rough and fine trim as needed.

도 9는 역행 스캐닝, 평행 처리 또는 그 조합을 위해 부가된 도 8로부터의 모듈(901)을 가진 개선된 레이저 트리밍 시스템의 예시적 실시양태를 개략적으로 설명하고 있다. 예를 들어, 컴퓨터(610)로부터의 신호(902)는, 하나 이상의 축상으로 AOBD 또는 다른 고체 편향기(808), 및 구비된 경우에는 빔 회전모듈(809)을 제어하는데 이용될 수도 있다. 모듈(901)은 릴레이 광학장치(807) 및 다른 빔 형상화 구성요소들을 포함할 수도 있다. 바람직하게, 적어도 하나의 AOBD는 상당한 유연성과 사용편의를 제공하도록, 예를 들어 컴퓨터(610)로부터 제어 신호(812)를 제공하는 디지털 RF 발생기와 함께 이용된다.9 schematically illustrates an exemplary embodiment of an improved laser trimming system with module 901 from FIG. 8 added for retrograde scanning, parallel processing, or a combination thereof. For example, the signal 902 from the computer 610 may be used to control the AOBD or other solid deflector 808 and, if provided, the beam rotation module 809 on one or more axes. Module 901 may include relay optics 807 and other beam shaping components. Preferably, at least one AOBD is used in conjunction with a digital RF generator, for example, providing a control signal 812 from the computer 610 to provide considerable flexibility and ease of use.

또한, 가늘고 긴 또는 타원형의 스폿들을 형성하는 기법들은 처리 속도 또는 품질을 더 증대시키기 위하여 본 발명에 채용될 수 있다. 스폿 형상화와 관련된 트리밍 속도에 있어서의 개선들은 미국특허 출원 제 2002/0170898 호에 설명돼 있다.Also, techniques for forming elongated or elliptical spots may be employed in the present invention to further increase processing speed or quality. Improvements in trimming speeds associated with spot shaping are described in US Patent Application 2002/0170898.

다수의 다른 설계 대안들이 시스템 실행과 사용편의를 향상시키기 위해 발명의 적어도 하나의 실시양태에 이용될 수도 있다. 예를 들면, 대안들은 하기를 포함하지만 그에 한정되지 않는다.Many other design alternatives may be used in at least one embodiment of the invention to enhance system implementation and ease of use. For example, alternatives include but are not limited to the following.

1. 시스템은 컴퓨터 제어 스폿 사이즈 및/또는 초점 조정을 제공할 수 있다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허 제 6,483,071 호는 스폿 사이즈 제어와 레이저 기반의 메모리 복구용 동적 초점 양자를 제공하는 광학 서브시스템을 보여주고 있다.1. The system may provide computer controlled spot size and / or focus adjustment. U. S. Patent No. 6,483, 071 assigned to the assignee of the present invention shows an optical subsystem that provides both spot size control and dynamic focus for laser based memory recovery.

2. 또 다른 대안은 가변 빔 감쇠기에 의한 빔 에너지의 제어이다. 감쇠기는 음향광학 편향기(또는 모듈레이터)일 수도 있다. 중성 밀도 필터들 또는 극성화에 기초한 감쇠기들이, 수동으로 조정되든 자동적으로 조정되든, 이용될 수도 있다. 미국특허제 6,518,540 호에 있어서, 회전하는 반 파장 플레이트와 극성화에 민감한 빔 분할기를 가진 적당한 가변 감쇠기가 예시적으로 도시되어 있다.2. Another alternative is the control of the beam energy by the variable beam attenuator. The attenuator may be an acoustic optical deflector (or modulator). Neutral density filters or attenuators based on polarization may be used, whether manually adjusted or automatically adjusted. In US Pat. No. 6,518,540, a suitable variable attenuator with a rotating half wavelength plate and a beam splitter sensitive to polarization is exemplarily shown.

3. 펄스 폭은 q 스위치식 레이저의 에너지가 진동수에 따라, 특히 고 진동수에서 변하게 될 것이라는 이해를 가진, 이 기술분야의 숙련된 이들에게 알려진 방법을 이용하여 변경될 수도 있다. 동적 트리밍을 위하여, 측정이 펄스들 사이에서 행해지어, 사실상 일정한 펄스 에너지를 유지하는 것이 바람직할 수도 있다. 펄스 에너지 제어를 위한 방법은 6,339,694 특허에 개시돼 있어, 저항값이 소정의 타깃값에 도달하는 경우 정밀측정의 기간들에 상응하여 트리밍 속도가 감소되는 때(예: 펄스의 보다 큰 시간적 간격), 타깃에서의 에너지의 변화를 감소시킨다. 3. The pulse width may be varied using methods known to those skilled in the art, with the understanding that the energy of the q switched laser will vary with frequency, especially at high frequencies. For dynamic trimming, it may be desirable for measurements to be made between pulses to maintain a substantially constant pulse energy. A method for controlling pulse energy is disclosed in the 6,339,694 patent, when the trimming speed is reduced (e.g., larger temporal intervals of the pulse) when the resistance value reaches a predetermined target value, corresponding to the periods of the precision measurement. Reduce the change in energy at the target.

4. 적어도 하나의 실시양태에 있어서, 다이오드 여기, 주파수 배증, YAG 레이저가 저항장치 배열을 트림하는 데 사용된다. 532 nm의 출력 파장은, 다른 파장들과 비교하여, 저 드리프트, 마이크로 균열의 부재, 및 무시할 많한 열 영향부를 초래한다. 약 25-45 ns의 펄스 폭, 전형적으로는 30 ns 이하가 바람직할 수 있다. 바람직한 최대 레이저 진동수는 적어도 10 KHz일 것이다. 박막 시스템들에 대해 전형적인 것보다 훨씬 적은 펄스 폭은 비교적 고 진동수에서 박막 재료 제거를 제공한다. 바람직하게, 감소된 펄스 폭들과 고 진동수들에서의 최대 유효 펄스 에너지는 다수의 스폿들이 제공되도록 회절 광학계(예: 회절격자 또는 AOBD)와 관련된 손실들을 고려할 것이다.4. In at least one embodiment, diode excitation, frequency doubling, YAG lasers are used to trim the resistor array. The output wavelength of 532 nm results in low drift, the absence of micro cracks, and a lot of negligible heat effects compared to other wavelengths. Pulse widths of about 25-45 ns, typically 30 ns or less, may be desirable. The preferred maximum laser frequency will be at least 10 KHz. Much less pulse width than typical for thin film systems provides thin film material removal at relatively high frequencies. Preferably, the maximum effective pulse energy at reduced pulse widths and high frequencies will take into account losses associated with the diffraction optics (eg diffraction grating or AOBD) such that multiple spots are provided.

5. 레이저는 근사적인, 회절 한정 스폿 사이즈로 집속될 수도 있다. 스폿 사이즈는 전형적으로 약 30 미크론보다 작으나, 바람직하게는 약 20 미크론보다 작으며, 가장 바람직하게는 약 6-15 미크론, 예를 들어 10-15 미크론의 범위이다.5. The laser may be focused to an approximate, diffraction limited spot size. Spot sizes are typically smaller than about 30 microns, but preferably smaller than about 20 microns, most preferably in the range of about 6-15 microns, for example 10-15 microns.

6. 발명의 예시된 실시양태들에 있어서, 사행 컷들은 일련의 평행한 서로 맞물린 낀 컷들로서 예시돼 있다. 그렇지만, 본 발명의 적용은 평행 컷들을 형성하는 것으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 감소된 측정수에 의해 복수의 비교차 컷들을 생성하기 위한 트리밍 또는 마이크로가공은 발명의 범위 내로 간주된다. 6. In the illustrated embodiments of the invention, the meander cuts are illustrated as a series of parallel interlocked cuts. However, it will be appreciated that the application of the present invention is not limited to forming parallel cuts. Trimming or micromachining to produce a plurality of non-cross cuts with a reduced number of measurements is considered within the scope of the invention.

7. 또한, 본 발명의 실시양태들은 박막 저항장치 측정에 한정되지 않으나, 물리적 특성이 측정가능한 다른 마이크로가공에 응용될 수 있다. 측정은 전기 측정들에 한정되지 않으나, 온도 모니터링(예를 들어, 적외선 센서에 의한), 스트레스, 진동, 또는 다른 특성일 수 있다.7. Embodiments of the present invention are also not limited to thin film resistance device measurements, but may be applied to other microfabrications whose physical properties are measurable. The measurement is not limited to electrical measurements, but can be temperature monitoring (eg, by an infrared sensor), stress, vibration, or other characteristic.

여기에 설명된 바와 같이, 세가지 형식들의 레이저, 즉, 종래의 IR 레이저 1.064 ㎛, 녹색 레이저 0.532 ㎛, 및 UV 레이저 0.355 ㎛를 이용한 비교 응용연구가 수행되었다. 연구의 결과는 녹색 레이저가 TCR 드리프트 및 저항 공차의 면에서 UV 레이저보다 양호하거나 같은 결과를 명확하게 나타내었다. 그러나, UV 레이저들에 의해 처리된 샘플들은 도 10에 나타낸 것과 같이, 컷에 마이크로 균열이 용이하게 형성된다.As described herein, comparative application studies were conducted using three types of lasers: conventional IR laser 1.064 μm, green laser 0.532 μm, and UV laser 0.355 μm. The results of the study clearly show that green lasers are better or equal to UV lasers in terms of TCR drift and resistance tolerances. However, samples treated with UV lasers easily form microcracks in the cut, as shown in FIG. 10.

예시의 목적으로, 약 30 mW의 펄스 레이저 출력이 표면상에 약 13 미크론의 스폿 사이즈에 걸쳐 저항장치 재료에 인가되었다. 파장은 .532 미크론이었다. 좋은 결과, 특히 마이크로 균열의 부재가 녹색 파장에서 얻어졌다. 레이저 작동은 13 미크론 스폿 직경에 걸쳐 약 10 mw 내지 50 mw의 범위 내에서 실행될 수도 있다.For illustration purposes, a pulsed laser power of about 30 mW was applied to the resistor material over a spot size of about 13 microns on the surface. The wavelength was .532 microns. Good results, in particular the absence of micro cracks, were obtained at the green wavelength. Laser operation may be performed within the range of about 10 mw to 50 mw over a 13 micron spot diameter.

상응하는 출력 밀도(와트/cm²)는 스폿 사이즈의 함수이며, 펄스에 있어서의 레이저 출력 파워는 스폿 사이즈에 따라서 변화된다. 예를 들어, 펄스의 레이저 파워(mW)는 스폿 시이즈가 6 미크론이면 4 배 감소될 수도 있다.The corresponding output density (watts / cm ² ) is a function of the spot size, and the laser output power in the pulse varies with the spot size. For example, the laser power (mW) of the pulse may be reduced by four times if the spot size is 6 microns.

.532 미크론의 파장이 좋은 결과를 나타내기는 했지만, 다른 파장들이 활용될 수도 있다. 그렇지만 본 발명의 실시양태들은 실질적으로 마이크로 균열을 일으킬 정도로 짧은 파장들을 피한다.Although wavelengths of .532 microns have shown good results, other wavelengths may be utilized. However, embodiments of the present invention substantially avoid wavelengths short enough to cause microcracks.

6 미크론 정도로 작은 자국 폭은 도 12에 보인, 새 광학장치로 달성된다. 전형적으로, 대략 12 미크론 정도의 자국 폭은 0402와 0201까지의 낮은 칩 사이즈를 취급할 수 있다.도 13은 녹색 레이저로 처리된 0402 저항장치를 보이고 있다.Mark widths as small as 6 microns are achieved with the new optics, shown in FIG. Typically, a mark width of around 12 microns can handle low chip sizes up to 0402 and 0201. FIG. 13 shows a 0402 resistor treated with a green laser.

UV 레이저에 의한 컷들의 마이크로 균열은 막 내측에서 연장되어 R과 TCR 드리프트를 초래할 수 있다. 이것은 보다 얇은 기판의 사용으로 인해 보다 새로운 0402와 0201 칩 저항장치들에서 더욱 심화된다. 마이크로 균열은 전파하여 기판에 파국적 손상으로 귀착한다. 따라서, 레이저 파장이 예를 들어, UV 영역 내로 너무 짧게 되는 경우, UV 처리는 마이크로 균열이 균열에 의해 초래된 불안정성의(즉, 박막에서의 균열 및 그 전파에 따른 R 및 TCR의 드리프트) 단점을 갖는다. Microcracks of cuts by UV laser can extend inside the film, resulting in R and TCR drift. This is exacerbated in newer 0402 and 0201 chip resistors due to the use of thinner substrates. Microcracks propagate and result in catastrophic damage to the substrate. Thus, if the laser wavelength becomes too short, for example into the UV region, the UV treatment has the disadvantage of micro-cracking instability caused by cracking (i.e. drift of R and TCR due to cracking and propagation of the thin film). Have

UV 빔의 빔 균질화가 제안돼 있다(미국특허 제 6,534,743 호). 이 특허에 의하면, 마이크로 균열의 수는 감소하나, 마이크로균열을 완전히 배제하지 않는다.Beam homogenization of UV beams is proposed (US Pat. No. 6,534,743). According to this patent, the number of microcracks is reduced but the microcracks are not completely excluded.

또한, UV 레이저들은 하나보다는 두 개의 비선형 결정의 필요로 인해 본질적으로 안정성이 적다. 저항장치 트리밍을 위한 UV 레이저들의 다른 결점들은 기판 손상 및 빔 프로파일에 대한 민감성을 포함하여 공정을 불안정하게 만든다.In addition, UV lasers are inherently less stable due to the need for two nonlinear crystals than one. Other drawbacks of UV lasers for resist trimming include process instability, including substrate damage and sensitivity to beam profiles.

여기에 보인 데이터는 이들 칩 저항장치들을 트리밍함에 있어서 UV 레이저들의 이용에 따른 장점이 없음을 보여주고 있다. 녹색 레이저들은 레이저들이 할 수 있는 바와 같은 작은 자국들 및 TCR을서 성취하고 있다. 도 11에는 녹색 레이저에 의해 처리된 부분을 보이고 있다,The data presented here show that there is no advantage in using UV lasers in trimming these chip resistors. Green lasers are achieving with small marks and TCR as lasers can. 11 shows the part processed by the green laser,

6 미크론 자국의 이 새로운 가능성으로, 녹색레이저 파장이 작은 스폿 사이즈의 광학적 관점으로부터 볼 때 향후 칩 저항장치를 처리하는 데 충분히 짧다는 것은 의심의 여지가 없다. With this new possibility of 6 micron marks, there is no doubt that the green laser wavelength is short enough to handle future chip resistors from a small spot size optical point of view.

따라서, Gaussian 빔 형상을 가진 녹색 레이저들은 마이크로 균열 및 불안정성과 같은 UV 레이저 처리에 수반되는 위험들 없이 UV 레이저들이 갖는 온갖 장점들을 가진다. Thus, green lasers with Gaussian beam shapes have all the advantages of UV lasers without the risks associated with UV laser processing such as micro cracks and instability.

바람직한 파장은 보다 작은 스폿 사이즈들, 엄격한 공차 및 높은 흡수와 같은 짧은 파장의 바람직한 장점들을 산출하도록 충분히 작아야 하나, 마이크로 균열을 일으킬 정도로 너무 짧지 않아야 한다.The preferred wavelength should be small enough to yield the desired advantages of shorter wavelengths such as smaller spot sizes, tight tolerances and high absorption, but not too short to cause micro cracks.

본 발명의 각종 실시양태들은 자본 및 운영비, 공정 불안정성, 복잡성 및 불안정성의 사실상의 증대들을 일반적으로 피하게 될 것이다. 예시의 목적으로, 본 발명의 상기 장점들은 UV 파장(실제 마이크로 균열은 야기하도록 짧은) 및 제 3차 고주파 발생을 위한 관련 광학 구성요소 하드웨어의 회피로부터 유래한다. 게다가 균일 스폿 분포를 산출하기 위한 보조 빔 형상화 광학장치들은 본 발명의 실시양태들을 실행하는 경우 필요치 않다.Various embodiments of the present invention will generally avoid substantial increases in capital and operating costs, process instability, complexity and instability. For purposes of illustration, the advantages of the present invention stem from the avoidance of UV wavelengths (short to cause actual microcracks) and associated optical component hardware for third order high frequency generation. In addition, auxiliary beam shaping optics for calculating a uniform spot distribution are not necessary when implementing embodiments of the present invention.

따라서, 본 발명의 하나의 실시양태에 있어서의 목적은 트리밍을 위한 녹색 레이저의 사용이다.Thus, an object in one embodiment of the present invention is the use of a green laser for trimming.

이 실시양태의 몇몇 특징들은 이하와 같다: Some features of this embodiment are as follows:

1. 보다 작은 칩 사이즈들에 필요한 작은 스폿 사이즈와 고 흡수를 성취하나, 기판에 대한 마이크로 균열과 손상을 발생하는 가능성을 회피하도록 레이저 트림에의 녹색 레이저의 사용. 1. The use of green lasers in laser trim to achieve the small spot size and high absorption needed for smaller chip sizes, but to avoid the possibility of causing micro cracks and damage to the substrate.

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2. 녹색 레이저 처리 가능성을 실제화하는 수단으로서 녹색 파장을 위해 새로 고안된 광학장치의 사용. 이 광학장치는 도 14와 함께 이하에 보다 상세하게 설명돼 있다. 2. Use of newly designed optics for green wavelengths as a means of realizing the possibility of green laser processing. This optical device is described in more detail below in conjunction with FIG.

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3. 녹색 레이저 처리 가능성을 실제화하는 수단으로서 고 정밀도 빔 배치 시스템의 사용. 3. Use of high precision beam placement system as a means of realizing green laser processing potential.

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4. 녹색 레이저 처리 가능성을 실제화하는 수단으로서의 서브시스템을 측정 및 시험하는 트림 시스템의 사용. 4. Use of a trim system to measure and test the subsystem as a means of realizing the green laser processing potential.

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박막 하이브리드 시스템은 20 미크론보다 작은, 바람직하게는 12 미크론보다 작은, 가장 바람직하게는 8 미크론의 스폿 사이즈로서 필드 직경을 가로질러 약 7000개 스폿으로 약 25 mm×50 mm의 스캔 구역을 포위하는 스캔 필드를 가지며; 적어도 40nm의, 바람직하게는 100nm의, 그리고 가장 바람직하게는 >100nm의 밴드폭을 가진 관측 채널을 가지는 것이 바람직하다. 관측 채널은 밴드 통과나 고역 광학 필터로 선택된 약 550 nm 이상의 백색 스펙트럼의 일부분일 수도 있다. 관측 채널은 LED 조명기의 발광 스펙트럼에 의해 선택될 수도 있다. 필드를 가로질러 약 532 nm에서의 8 미크론 녹색 스폿을 산출하는 스캔 렌즈는 필드에 걸쳐 1.064 미크론에서 약 17 미크론의 스폿을 산출하는것이 또한 바람직하다.Thin film hybrid systems have a scan size of about 25 mm × 50 mm, with a spot size of less than 20 microns, preferably less than 12 microns, most preferably 8 microns, with about 7000 spots across the field diameter. Has a field; It is preferred to have an observation channel with a bandwidth of at least 40 nm, preferably of 100 nm and most preferably of> 100 nm. The observation channel may be part of a white spectrum of about 550 nm or more selected as a band pass or high pass optical filter. The viewing channel may be selected by the emission spectrum of the LED illuminator. It is also desirable for scan lenses that yield 8 micron green spots at about 532 nm across the field to yield spots of about 17 microns at 1.064 microns across the field.

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선택된 관측 채널에서 25 mm×50 mm의 스캔 영역, 532 nm 에서 8 미크론 스폿, 1.064 nm에서 17 미크론 스폿의 요구들에 부응하기 위하여 아래의 렌즈 형태가 유효한 것으로 밝혀졌다. The following lens types were found to be effective to meet the requirements of a scan area of 25 mm × 50 mm, 8 micron spot at 532 nm, and 17 micron spot at 1.064 nm in the selected observation channel.

평면을 가지는 것으로 설명된 요소는 진 평면 또는 실질적으로는 강도에 기여하지 않는 긴 반경들을 가진 곡면들을 가진 거의 평면이라 할 수 있음을 이해해야 할 것이다.It will be appreciated that an element described as having a plane may be a true plane or an almost plane with curved surfaces with long radii that do not substantially contribute to strength.

다수 요소 무색 스캔 렌즈는 입사광 측으로부터 순차적으로 하기를 포함함:The multi-element achromatic scan lens comprises the following sequentially from the incident light side:

n₂< n₃의 경우 for n ₂ <n ₃

v₂> v₃임 v ₂ > v ₃

바람직한 해결책(도 14에 도시)Preferred Solution (shown in Figure 14)

제 1의 양쪽 오목 요소(L1)First both concave element L1

평 오목(plano-concave) 및 양쪽 볼록 요소들(L2, L3)을 포함하는 제 1의 접합 더블릿, 상기 접합면은 입사광으로부터 멀어지는 방향으로 오목함. A first bonded doublet comprising a plano-concave and both convex elements (L2, L3), said bonding surface concave in a direction away from incident light.

평 오목 및 양쪽 볼록 요소들(L4, L5)을 포함하는 제 2의 접합 더블릿,A second bonded doublet comprising planar concave and both convex elements L4, L5,

접합면은 입사광으로부터 멀어지는 방향으로 오목함.The bonding surface is concave in the direction away from the incident light.

입사광을 향해 오목한 제 1의 부의 메니스커스(meniscus) 요소(L6)Meniscus element L6 of the first negative concave toward the incident light

제1의 양쪽 볼록 요소(L7)First both convex elements L7

트리플릿Triplet 해결책 solution

트리플릿을 만들도록 에어스페이스 L5/L6이 제거됨: Airspace L5 / L6 removed to create triplet:

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제 1의 양쪽 오목 요소(L1)First both concave element L1

평 오목 및 양쪽 볼록 요소들(L2, L3)을 포함하는 제 1의 접합 더블릿, 접합면은 입사광으로부터 멀어지는 방향으로 오목함.A first bonded doublet comprising planar concave and both convex elements (L2, L3), the joining surface is concave in a direction away from the incident light.

평 오목, 양쪽 볼록 요소들, 부의 메니스커스 요소(L4,L5,L6)를 포함하는 제 1의 접합 트리플릿, 제 1의 접합면은 입사광으로부터 멀어지는 방향으로 오목함.
제1의 양쪽 볼록 요소(L7)Flat concave, first convex elements, a first junction triplet comprising negative meniscus elements (L4, L5, L6), the first junction surface concave in a direction away from the incident light.
First both convex elements L7

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6 요소 해결책6 element solution

6 요소 디자인을 창출하도록 L5가 제거됨;L5 is removed to create a six element design;

제 1의 양쪽 오목 요소(L1)First both concave element L1

제 1의 평 볼록 요소(L4)First planar convex element L4

입사광을 향해 오목한 제 1의 부의 미니스커스 요소(L6)The first negative miniscus element L6 concave toward the incident light

제1의 양쪽 볼록 요소(L7)First both convex elements L7

바람직하게, L2는 변칙 분산 유리, 예를 들어 KzFSN4이다.Preferably, L2 is an anomalous dispersion glass, for example KzFSN4.

굴절률 분산Refractive index dispersion

L1 n₁>1.58 v₁<40L1 n ₁ > 1.58 v ₁ <40

L2 1.85>n₂>1.5 v₂<50L2 1.85> n ₂ > 1.5 v ₂ <50

L3 n₃>1.58 v₃<40L3 n ₃ > 1.58 v ₃ <40

L4 n₄>1.61 v₄<35L4 n ₄ > 1.61 v ₄ <35

L5 1.85>n₅>1.5 v₅<40L5 1.85> n ₅ > 1.5 v ₅ <40

L6 n₆>1.61 v₆<35L6 n ₆ > 1.61 v ₆ <35

L7 1.85>n₇>1.5 v₇<40L7 1.85> n ₇ > 1.5 v ₇ <40

유효초점거리 110 mmmEffective focal length 110 mmm

입사 동공 직경 13.8 mmIncident pupil diameter 13.8 mm

입력 빔 1/e²직경 13.8 mmInput beam 1 / e ² diameter 13.8 mm

후방 작동 거리 150 mmRear working distance 150 mm

커팅 파장(들) 532 nm, 1.064 ㎛Cutting wavelength (s) 532 nm, 1.064 μm

스폿 사이즈 1/e²직경 .532 ㎛에서 8 ㎛ Spot size 1 / e ² diameter .532 μm to 8 μm

스폿 사이즈 1/e²직경 1.064 ㎛에서 17 ㎛Spot size 1 / e ² 17 μm to 1.064 μm in diameter

필드 각도 15°Field angle 15 °

필드 사이즈 25 mm × 50 mmField size 25 mm × 50 mm

텔리센트리시티 <3° Telecentricity <3 °

스폿 진원도 ≥90%Spot roundness ≥90%

렌즈를 통과한 관측을 갖는 녹색/IR 스캔 렌즈Green / IR scan lens with observation through the lens

유리 데이터Glass data

굴절률 분산Refractive index dispersion

L1 1.65 33.8L1 1.65 33.8

L2 1.61 44.3 anomalousL2 1.61 44.3 anomalous

L3 1.88 25.4L3 1.88 25.4

L4 1.81 25.4L4 1.81 25.4

L5 1.69 53.3L5 1.69 53.3

L6 1.81 25.4L6 1.81 25.4

L7 1.61 56.9L7 1.61 56.9

바람직한 렌즈는 다음 제품 사양에 따라, Special Optics, Inc.를 포함하는 여러 광학 제조사에 의해 제조될 수 있다. Preferred lenses can be manufactured by several optical manufacturers, including Special Optics, Inc., according to the following product specifications.

렌즈 규격 또는 제품 사양Lens specification or product specification

본 발명의 실시예가 예시적으로 설명되었지만, 이들 실시예는 본 발명이 가능한 모든 형태를 예시하고 설명하려는 것은 아니다. 더욱이 명세서에 사용한 용어는 제한하려는 것이 아니라 설명을 위한 용어이고 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어 나지 않으면서 여러 변경이 있을 수 있다.While embodiments of the invention have been described by way of example, these embodiments are not intended to illustrate and describe all forms of the invention. Moreover, the terminology used herein is for the purpose of description and not of limitation, and various changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims

기판상에 지지된 적어도 1개의 측정가능한 특성을 가지는 적어도 하나의 전기 요소를 고속의, 레이저에 기초한 정밀 레이저 트리밍을 하는 방법에 있어서, A method for high speed, laser based precision laser trimming of at least one electrical element having at least one measurable characteristic supported on a substrate, the method comprising:

각각이 펄스 에너지와, 레이저 파장의 범위 내의 레이저 파장과, 펄스 지속시간을 갖는 일정 진동수의 1개 이상의 레이저 펄스를 갖는 펄스 레이저 출력을 발생시키는 단계와;Generating a pulse laser output each having a pulse energy, a laser wavelength within a range of laser wavelengths, and one or more laser pulses of constant frequency having a pulse duration;

어떤 일정의 방향을 따른 불균일한 강도 프로파일과 15미크론 미만의 스폿 직경을 가지는 적어도 1개의 스폿 내에 집속된 상기 1 개 이상의 레이저 펄스로 상기 적어도 하나의 전기 요소를 선택적으로 조사하고, 상기 파장, 에너지, 펄스 지속 시간 및 상기 스폿 직경을 가지는 상기 1 개 이상의 레이저 펄스로 상기 적어도 하나의 요소의 일부를 선택적으로 제거시키고, 또한, 이 요소 내의 마이크로균열 발생을 피하면서 요소를 레이저 트리밍시키는 단계를 구비하고, Selectively irradiating the at least one electrical element with the one or more laser pulses focused in at least one spot having a non-uniform intensity profile along a certain direction and a spot diameter of less than 15 microns, the wavelength, energy, Selectively removing a portion of the at least one element with the one or more laser pulses having a pulse duration and the spot diameter, and also laser trimming the element while avoiding the occurrence of microcracks in the element,

상기 파장은 작은 스폿 사이즈, 엄밀한 공차 및 고 흡수의 단파장의 장점을 갖도록 짧지만 마이크로균열 발생을 야기하는 만큼 짧지 않은 것을 특징으로 하는 방법. Wherein said wavelength is short to have the advantages of small spot size, tight tolerances and high absorption short wavelength but not short enough to cause microcracks to occur.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

집속 펄스 레이저 출력 전력은 스폿 직경이 15 ㎛미만이 되도록 10-50mw이고, 이 전력은 15 ㎛미만의 스폿 사이즈인 채로 전력 밀도가 상기 요소를 트림밍하도록 높지만 마이크로균열 발생을 피할 만큼 낮도록 크기조절될 수 있는 (scalable) 것을 특징으로 하는 방법. The focused pulsed laser output power is 10-50mw so that the spot diameter is less than 15 μm, and this power is scaled so that the power density is high to trim the element but low to avoid microcracks, while the spot size is less than 15 μm. Characterized by being scalable.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 적어도 하나의 요소의 적어도 제 1의 부분으로부터 상기 일부를 제거하는 결과로 얻어진 마이크로균열은 상기 레이저 파장의 범위 외의 적어도 1개의 다른 파장을 이용하여 상기 적어도 하나의 요소 또는 제2의 요소로부터 일부를 제거할 때 얻어진 마이크로균열 발생에 비교하여 사소한 것을 특징으로 하는 방법. The microcracks obtained as a result of removing the portion from at least a first portion of the at least one element are adapted to remove a portion from the at least one element or the second element using at least one other wavelength outside the range of the laser wavelength. A method, characterized in that it is minor in comparison with the microcracks generated when removed.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 적어도 하나의 요소로부터의 상기 일부제거는 상기 스폿 직경에 대응하는 자국 폭(kerf width)을 갖는 트림컷(trim cut)을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법. Said partial removal from said at least one element forms a trim cut having a kerf width corresponding to said spot diameter.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 1개 이상의 레이저 펄스로 선택적으로 조사하는 상기 단계는 열 영향을 받는 구역의 형성을 제한하기 위해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법. Selectively irradiating with the one or more laser pulses is performed to limit the formation of heat affected zones.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

진동수는 적어도 10 킬로 헤르쯔인 것을 특징으로 하는 방법. And wherein the frequency is at least 10 kilohertz.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 레이저 출력의 적어도 1개의 레이저 펄스의 상기 펄스 지속시간은 25나노초에서 45나노초의 범위인 것을 특징으로 하는 방법. And wherein said pulse duration of at least one laser pulse of said laser output ranges from 25 nanoseconds to 45 nanoseconds.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 레이저 출력의 적어도 1개의 레이저 펄스의 상기 펄스 지속 시간은 30 나노초 이하인 것을 특징으로 하는 방법. And said pulse duration of at least one laser pulse of said laser output is less than 30 nanoseconds.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 레이저 트리밍에 의해 박막 전기요소의 어레이를 트리밍하는 경우,When trimming the array of thin film electrical elements by the laser trimming,

측정 가능한 특성 값을 변화시키기 위해 상기 어레이 내의 제1 요소를 선택적으로 마이크로가공하는 단계와, Selectively micromachining a first element in the array to change a measurable characteristic value;

상기 선택적으로 마이크로 가공하는 단계를 정지하는 단계 및 이 선택적으로 마이크로 가공하는 단계가 정지될 때, 측정가능한 특성 값을 변화시키기 위해 상기 어레이 내의 적어도 하나의 제2 요소를 선택적으로 마이크로 가공하는 단계를 더 포함하고, Stopping the selectively micromachining step and when the selectively micromachining step is stopped, selectively micromachining at least one second element in the array to change a measurable characteristic value. Including,

상기 정지된 선택적으로 마이크로 가공하는 단계를 재개하여, 상기 제1 요소의 측정가능한 특성 값을 예정된 범위 내에 있을 때까지 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. Resuming the stopped selectively micromachining, changing the measurable characteristic value of the first element until it is within a predetermined range.

제 9항에 있어서,10. The method of claim 9,

상기 제2 요소는 저항장치를 포함하고,The second element comprises a resistor;

상기 적어도 1개의 측정가능한 특성은 저항 및 온도 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법. Said at least one measurable characteristic is at least one of resistance and temperature.

제 9항에 있어서, 10. The method of claim 9,

상기 적어도 1개의 측정가능한 특성의 측정 값이 소정의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법. The measured value of the at least one measurable characteristic is within a predetermined range.

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제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 레이저 파장은 0.5 미크론에서 0.7 미크론인 것을 특징으로 하는 방법.The laser wavelength is from 0.5 microns to 0.7 microns.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 직경은 6 미크론에서 10 미크론인 것을 특징으로 하는 방법.And the diameter is from 6 microns to 10 microns.

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기판상에 지지되어 있는 적어도 1개의 측정가능한 특성을 가지는 적어도 하나의 전기요소를 고속의, 레이저에 기초한, 정밀 레이저 트리밍을 하는 시스템에 있어서, A high speed, laser based, precision laser trimming system for at least one electrical element having at least one measurable characteristic supported on a substrate,

각각이 펄스 에너지와 가시 레이저 파장과 펄스 지속시간을 가지는 일정 진동수의 1개 이상의 레이저 펄스를 가지는 펄스 레이저 출력을 발생하는 레이저 서브시스템과, A laser subsystem for generating a pulsed laser output having one or more laser pulses of constant frequency each having pulse energy, visible laser wavelength, and pulse duration;

트리밍된 상기 적어도 하나의 요소에 대하여 상기 1개 이상의 레이저 펄스를 위치결정하는 적어도 1개의 빔 편향기 및 어떤 일정한 방향을 따른 불균일한 강도 프로파일과 15미크론 미만의 스폿 직경을 가지는 광학 서브시스템의 필드 내의 적어도 1개의 스폿 내에 가시 레이저 파장을 가지는 1개 이상의 레이저 펄스를 집속시키는 광학 서브시스템을 포함하며, 상기 펄스 레이저 출력을 받아들이는 빔 송출 서브시스템과, Within a field of an optical subsystem having at least one beam deflector for positioning the at least one laser pulse relative to the at least one trimmed element and a nonuniform intensity profile along any constant direction and a spot diameter of less than 15 microns An optical subsystem for concentrating one or more laser pulses having visible laser wavelength within at least one spot, the beam transmitting subsystem receiving the pulsed laser output;

상기 적어도 하나의 요소를 선택적으로 조사하도록 상기 빔 송출 서브시스템 및 레이저 서브 시스템을 제어하기 위해 이 빔 송출 서브시스템 및 레이저 서브시스템에 연결된 컨트롤러를 포함하여서,A controller coupled to the beam delivery subsystem and the laser subsystem for controlling the beam delivery subsystem and the laser subsystem to selectively irradiate the at least one element,

상기 가시 레이저 파장과 상기 펄스 지속시간과 상기 펄스 에너지와 상기 스폿 직경을 가지는 상기 1개 이상의 레이저 출력 펄스가 적어도 하나의 요소 내에 마이크로균열 발생을 피하면서 이 요소의 일부를 선택적으로 제거하며, The at least one laser output pulse having the visible laser wavelength, the pulse duration, the pulse energy, and the spot diameter selectively removes a portion of this element while avoiding microcracking in at least one element,

상기 레이저 파장은 작은 스폿 사이즈, 엄밀한 공차, 및 고 흡수의 단파장의 장점을 갖도록 짧지만 마이크로균열 발생을 야기할 정도로 짧지는 않은 것을 특징으로 하는 시스템. Wherein the laser wavelength is short to have the advantages of small spot size, tight tolerances, and high absorption short wavelength, but not short enough to cause microcracks to occur.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

집속 펄스 레이저 출력 전력은 스폿 직경이 15 ㎛ 미만이 되도록 10-50mw이고, 이 전력은 15 ㎛ 미만의 스폿 사이즈인 채로 전력 밀도가 상기 요소를 트리밍하도록 높지만 마이크로균열 발생을 피할 만큼 낮도록 크기조절될 수 있음을 특징으로 하는 시스템. The focused pulsed laser output power is 10-50 mw so that the spot diameter is less than 15 μm, and this power can be scaled so that the power density is high to trim the element but low to avoid microcracking with a spot size of less than 15 μm. System, characterized in that it can.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 스폿은 회절 한정되고, 상기 불균일한 강도 프로파일은 상기 방향을 따라서 가우스 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.The spot is diffracted confined, and the non-uniform intensity profile has a Gaussian distribution along the direction.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

마이크로균열이 상기 적어도 하나의 요소에 인접한 물체(object) 내에도 역시 발생되지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.And wherein no microcracking occurs in the object adjacent to the at least one element.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 레이저 서브시스템은 q 스위치식, 주파수 배증, 다이오드 여기, 고체 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.The laser subsystem comprises q switched, frequency doubling, diode excitation, solid state laser.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 레이저 시스템은 1.047미크론에서 1.32미크론의 범위의 기본 주파수를 가지는 q 스위치식, 주파수 배증, 고체 레이저를 포함하고, 상기 가시 레이저 파장은 0.5 미크론으로부터 0.7미크론의 가시파장 범위인 것을 특징으로 하는 시스템.The laser system comprises a q-switched, frequency doubling, solid-state laser having a fundamental frequency ranging from 1.047 microns to 1.32 microns, and wherein the visible laser wavelength ranges from 0.5 microns to 0.7 microns in visible wavelength range.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 레이저 파장은 녹색 레이저 파장인 것을 특징으로 하는 시스템.The laser wavelength is a green laser wavelength.

제 24항에 있어서, 25. The method of claim 24,

상기 녹색 레이저 파장은 532nm인 것을 특징으로 하는 시스템.And the green laser wavelength is 532 nm.

제18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 스폿 직경은 6미크론에서 10미크론인 것을 특징으로 하는 시스템. And said spot diameter ranges from 6 microns to 10 microns.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 광학 서브시스템은 2개 이상의 파장으로 소색된 렌즈를 포함하고, 이 파장의 적어도 하나는 가시 파장인 것을 특징으로 하는 시스템.The optical subsystem comprises a lens chrominized with at least two wavelengths, at least one of which is a visible wavelength.

제 27항에 있어서, 28. The method of claim 27,

하나 이상의 조명파장을 갖는 방사 에너지로 기판 영역을 조명하도록 하는 조명기와;An illuminator for illuminating the substrate region with radiant energy having one or more illumination wavelengths;

상기 조명파장 중 어느 하나의 파장을 갖는 방사 에너지에 민감한 검출장치를 더 구비하며,Further comprising a detection device sensitive to radiation energy having a wavelength of any one of the illumination wavelength,

2개 이상의 파장 중 1개는 가시 레이저 파장이고, 나머지는 조명 파장인 것을 특징으로 하는 시스템. One of the two or more wavelengths is the visible laser wavelength and the other is the illumination wavelength.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

광학 서브시스템은 텔레센트릭 광학 서브시스템인 것을 특징으로 하는 시스템.The optical subsystem is a telecentric optical subsystem.

제 29항에 있어서. The method of claim 29.

텔레센트릭 광학 서브시스템은 텔레센트릭 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.The telecentric optical subsystem includes a telecentric lens.

제 18항에 있어서,19. The method of claim 18,

진동수는 적어도 10킬로 헤르츠인 것을 특징으로 하는 시스템. And wherein the frequency is at least 10 kilohertz.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

레이저 출력의 하나 이상의 레이저 펄스의 상기 펄스 지속 시간은 25 나노초에서 45 나노초인 것을 특징으로 하는 시스템. Said pulse duration of at least one laser pulse of laser power is from 25 nanoseconds to 45 nanoseconds.

제 18항에 있어서,19. The method of claim 18,

레이저 출력의 하나 이상의 레이저 펄스의 상기 펄스 지속 시간은 30나노초 이하인 것을 특징으로 하는 시스템. And wherein said pulse duration of at least one laser pulse of laser power is less than 30 nanoseconds.

제 18항에 있어서,19. The method of claim 18,

컨트롤러는 상기 적어도 하나 이상의 요소에 대한 펄스 레이저 출력의 위치를 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.A controller comprising means for controlling the position of a pulsed laser output relative to said at least one element.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

컨트롤러는 상기 적어도 하나 이상의 요소를 선택적으로 조사하도록 상기 펄스 에너지를 제어하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. The controller includes means for controlling the pulse energy to selectively irradiate the at least one element.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

하나 이상의 레이저 펄스가 집속되어 상기 적어도 하나 이상의 요소를 6미크론에서 15 미크론의 스폿 직경으로 조사하도록 상기 기판상에 지지된 상기 적어도 하나의 요소를 상기 광학 서브시스템에 대하여 또는 그 필드 내에 위치결정하는 기판 위치 결정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. A substrate positioning the at least one element relative to or within the field of the optical subsystem supported on the substrate such that one or more laser pulses are focused to irradiate the at least one or more elements with a spot diameter of 6 microns to 15 microns The system further comprises a positioner.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

광학 서브시스템은 하나 이상의 빔 편향기에 의한 편향 후 하나 이상의 레이저 펄스를 받아들이는 것을 특징으로 하는 시스템. And the optical subsystem receives one or more laser pulses after deflection by one or more beam deflectors.

제 36항에 있어서, 37. The method of claim 36,

집속된 스폿 직경은 광학 서브시스템의 필드 내의 어느 위치에서도 6미크론에서 10미크론인 것을 특징으로 하는 시스템. The focused spot diameter is from 6 microns to 10 microns at any location within the field of the optical subsystem.

제 18항에 있어서, 상기 시스템이 19. The system of claim 18, wherein the system is

조사하여 제거될 상기 적어도 하나의 상기 일부의 좌표를 조절하고, 이에 의해 상기 일부 제거 영역의 수치를 정밀히 제어하는 교정 알고리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.And a calibration algorithm that adjusts the coordinates of the at least one portion to be irradiated and removed, thereby precisely controlling the numerical value of the portion removed area.

제 18항에 있어서,19. The method of claim 18,

상기 적어도 하나의 요소의 적어도 1개의 기하학적 특징의 위치를 정하거나 측정하는 시각 알고리즘을 포함하는 기계 관측 서브어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. And a machine observation subassembly comprising a visual algorithm for locating or measuring at least one geometrical feature of said at least one element.

제 40항에 있어서, 41. The method of claim 40,

상기 시각 알고리즘은 모서리 검출을 포함하고, 상기 적어도 1개의 기하학적 특징은 상기 적어도 하나의 요소의 모서리이며, 이 모서리는 상기 적어도 하나의 요소의 폭을 판단하여 상기 일부 제거를 위한 치수를 규정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 시스템. The visual algorithm includes edge detection, the at least one geometrical feature being an edge of the at least one element, the edge being used to determine the width of the at least one element to define dimensions for the partial removal. System characterized in that the.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 적어도 하나의 요소는 박막 저항장치를 포함하고, 상기 적어도 1개의 측정가능한 특성은 저항 및 온도 중 적어도 하나이며,The at least one element comprises a thin film resistor, the at least one measurable characteristic being at least one of resistance and temperature,

적어도 1개의 측정가능한 특성의 측정값이 소정의 범위 내에 있을 때, 상기 저항장치의 상기 일부 제거를 정지하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. And means for stopping said removal of said portion of said resistive device when said measured value of at least one measurable characteristic is within a predetermined range.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

기판의 재료는 반도체인 것을 특징으로 하는 시스템.The material of the substrate is a semiconductor.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

기판의 재료는 세라믹인 것을 특징으로 하는 시스템.And the material of the substrate is ceramic.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

상기 적어도 하나의 요소는 박막요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템. Wherein said at least one element comprises a thin film element.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

박막 전기 요소의 어레이를 상기 시스템으로 트림하는 경우, 콘트롤러는,When trimming an array of thin film electrical elements into the system, the controller

측정가능한 특성의 값을 변화시키도록 어레이 요소를 선택적으로 마이크로 가공하는 수단과;Means for selectively microfabricating the array element to change the value of the measurable characteristic;

상기 마이크로 가공을 정지하는 수단과;Means for stopping the micromachining;

상기 마이크로 가공이 정지되는 동안에 측정가능한 특성의 값을 변화시키기 위해 적어도 하나의 다른 어레이 요소를 선택적으로 마이크로 가공하는 수단과;Means for selectively microfabricating at least one other array element to change the value of the measurable characteristic while the micromachining is stopped;

상기 어레이의 측정가능한 특성 값이 예정된 범위에 있을 때까지 특성 값을 변화시키기 위해 상기 정지된 마이크로 기계가공을 재개하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 시스템. And means for resuming the stationary micromachining to change the characteristic value until the measurable characteristic value of the array is within a predetermined range.

제 18항에 있어서, 19. The method of claim 18,

유저 인터페이스, 이 유저 인터페이스 및 상기 컨트롤러에 연결된 소프트웨어 프로그램을 더 포함하며, 이 소프트웨어 프로그램은 상기 적어도 하나의 요소에 대한 예정된 트림 타킷 값을 받아들여 이 값을 토대로 이 적어도 하나의 요소에 인가되는 전기 출력을 제한하도록 하는 것을 특징으로 하는 시스템. And a software program coupled to the user interface, the user interface, and the controller, the software program receiving a predetermined trim target value for the at least one element and applying an electrical output to the at least one element based on the value. To limit the system.

제 47항에 있어서, 49. The method of claim 47,

상기 전기 출력 제한에 의해 상기 적어도 하나의 요소에 대한 손상이 피해지는 것을 특징으로 하는 시스템. Damage to the at least one element by the electrical output limitation.

20미크론 미만의 레이저 스폿 사이즈를 구비한 주사 필드와, 적어도 40nm의 대역폭을 구비한 관측 채널을 가지는 레이저에 기초한 마이크로가공 시스템에 사용하기 위한 소색 주사 렌즈 시스템에 있어서. A bleaching scanning lens system for use in a laser based micromachining system having a scanning field with a laser spot size of less than 20 microns and an observation channel with a bandwidth of at least 40 nm.

더블릿을 포함하는 복수의 렌즈 요소를 포함하고,A plurality of lens elements including doublets,

상기 더블릿은 입사 마이크로 기계가공 레이저 빔의 단부로부터 순차적으로,The doublet is sequentially from the end of the incident micromachining laser beam,

부의 광강도, 굴절률(n₁), 및 아베 분산 수(v₁)를 가지는 제 1 요소(L₁)와;A first element L ₁ having a negative light intensity, a refractive index n ₁ , and an Abbe dispersion number v ₁ ;

굴절률(n₂)과 아베 분산수(v₂)를 가지는 제 2 요소(L₂)를 구비하며,A second element (L ₂ ) having a refractive index (n ₂ ) and an Abbe dispersion number (v ₂ ),

여기서, 스폿 사이즈, 필드 사이즈 및 관측 채널 대역 폭의 조건을 만족하기 위해 n₁〈n₂ 및 v₁〉v₂ 인 것을 특징으로 하는 시스템.Wherein n ₁ < n ₂ and v ₁ > v ₂ to satisfy the conditions of spot size, field size and observation channel bandwidth.

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