(57)【要約】【課題】【解決手段】  ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムにおいて、システムが、シードレーザと、光学増幅器と、ビーム発射装置とを具える。シードレーザは、第１の予め定められた波長を有する連続するレーザパルスを発生するためのシードレーザである。光学増幅器は、増幅された連続する出力パルスを得るために、連続するパルスの少なくとも一部を増幅するための光学増幅器である。ビーム発射装置は、増幅された連続する出力パルスの少なくとも１つのパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせるためのビーム発射装置である。少なくとも１つの出力パルスが約１０ピコ秒から１ナノ秒未満の範囲のパルス持続時間を有する。パルス持続時間が熱処理範囲内である。少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつける。【選択図】図１ａ
2007508694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムにおいて、システムが：
第１の予め定められた波長を有する連続するレーザパルスを発生するためのシードレーザと；
増幅された連続する出力パルスを得るために、連続するパルスの少なくとも一部を増幅するための光学増幅器と；
増幅された連続する出力パルスの少なくとも１つのパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせるためのビーム発射装置であって、少なくとも１つの出力パルスが約１０ピコ秒から１ナノ秒未満の範囲のパルス持続時間を有し、パルス持続時間が熱処理範囲内であり、少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつける発射装置と、
を具えることを特徴とする、レーザに基づくシステム。
【請求項２】
ビーム発射装置が、連続するパルスを発射するためのデフレクタを更に具えることを特徴とする、請求項１のシステム。
【請求項３】
ビーム発射装置が、丸くない焦点を合わされた出力パルスを作製するアナモルフィック光学サブシステムを含む請求項１のシステム。
【請求項４】
光学的な増幅の前に、所定のパルスエネルギレベルにシードレーザの連続を予め増幅するためのプリアンプを更に具える、請求項１のシステム。
【請求項５】
光学的な増幅の前に、第１の波長を第２の波長にシフトするためのシフタを更に具える、請求項１のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つの出力パルスの連続を光学的な増幅に供給するために、相対的な動作中リンクおよびレーザビームの位置を同期させる位置および速度の情報に基づいて、連続するパルスの少なくとも一部を制御可能に選択するための変調器を更に具える、請求項１のシステム。
【請求項７】
光学的な増幅の前に、要求に応じてターゲットリンクを処理する少なくとも１つのパルスを提供するために、相対的な動作中リンクおよびレーザビームの位置を同期させる位置および速度の情報に基づいて、連続するパルスの少なくとも一部を制御可能に選択するための変調器を更に具える、請求項１のシステム。
【請求項８】
連続するレーザパルスが、約１ＭＨｚより大きい繰り返しレートを有し、変調器が、繰り返しレートを約１０Ｋｈｚから１００Ｋｈｚの範囲内に減少させる連続するパルスを制御可能に選択する、請求項６のシステム。
【請求項９】
連続するレーザパルスが、１ナノ秒より大きいナノ秒の持続時間を有する少なくとも１つのパルスを含み、システムが、更に、約１０ｐｓから１ｎｓ未満の範囲の持続時間を有するパルスを作製するため少なくとも１つのナノ秒パルスを圧縮またはスライシングするための変調器を具える、請求項１のシステム。
【請求項１０】
少なくとも１つのシードレーザが、ｑスイッチマイクロレーザまたはレーザダイオードである、請求項９のシステム。
【請求項１１】
変調器がシードレーザと増幅器との間に配置されたコンプレッサであり、圧縮が増幅の前に実行される、請求項９のシステム。
【請求項１２】
変調器が増幅器の後に配置されたスライサであり、スライシングが増幅に続いて実行される、請求項９のシステム。
【請求項１３】
シードレーザがダイオードでポンピングされた固体レーザである、請求項１のシステム。
【請求項１４】
ダイオードでポンピングされた固体レーザがファイバレーザである、請求項１３のシステム。
【請求項１５】
シードレーザがアクティブまたはパッシブモードでロックされたレーザである、請求項１のシステム。
【請求項１６】
シードレーザが高速半導体レーザダイオードである、請求項１のシステム。
【請求項１７】
増幅が少なくとも１つのファイバ光学増幅器を使用して実行される、請求項１のシステム。
【請求項１８】
ファイバ光学増幅器が約３０ｄＢの増幅率を有する、請求項１７のシステム。
【請求項１９】
増幅された連続するパルスの少なくとも１つのパルスのレーザ波長を、第１の波長から約１ミクロン未満の第２の波長にシフトするためのシフタを更に具える、請求項１のシステム。
【請求項２０】
ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムにおいて、システムが：
連続するレーザパルスを発生する手段であって、連続するパルスの各パルスが約１０ピコ秒から１ナノ秒の範囲のパルス持続時間を有し、パルス持続時間が熱処理範囲内である手段と；
要求に応じてターゲットリンクを処理する少なくとも１つのパルスを提供するために、連続するパルスの一部を制御可能に選択するための変調手段と；
増幅された連続する出力パルスの少なくとも１つのパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせるための手段であって、少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつける手段と；
を具えることを特徴とする、システム。
【請求項２１】
連続するレーザパルスが増幅された連続するパルスであり、発生手段が主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）である、請求項２０のシステム。
【請求項２２】
変調手段が音響光学変調器または電気光学変調器を含む、請求項２０のシステム。
【請求項２３】
電気光学変調器がマッハツェンダ変調器である、請求項２２のシステム。
【請求項２４】
発射手段が、少なくとも１つのパルスに関連するターゲット材料の少なくとも１つの位置および速度情報に基づき、少なくとも１つのパルスをターゲット材料に偏向するためのビームデフレクタを具える、請求項２０のシステム。
【請求項２５】
ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムにおいて、システムが：
パルス間に時間間隔を有する複数のレーザパルスを作製するための第１レーザおよび第２レーザと；
パルスを結合させるためのビームコンバイナと；
複数のパルスの少なくとも一部を増幅するための少なくとも１つ光学増幅器と；
ターゲット材料の所定の物理的特性に基づき、パルスの時間間隔を制御する制御器と；
少なくとも１つの増幅されたパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせるためのビーム発射装置であって、少なくとも１つの出力パルスが約１０ピコ秒から１ナノ秒未満の範囲のパルス持続時間を有し、パルス持続時間が熱処理範囲内であり、少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつけるビーム発射装置と、
を具えることを特徴とする、システム。
【請求項２６】
システムの制御器がディレイラインを更に具える、請求項２５のシステム。
【請求項２７】
所定の物理的特性が示差熱特性を含む、請求項２５のシステム。
【請求項２８】
所定の物理的特性が蒸発プラズマ柱の損失を含む、請求項２５のシステム。
【請求項２９】
増幅器がファイバ光学増幅器である、請求項２５のシステム。
【請求項３０】
第１および第２レーザの少なくとも１つがダイオードポンプトファイバレーザ発信器である、請求項２５のシステム。
【請求項３１】
第１および第２レーザの少なくとも１つが半導体レーザダイオードである、請求項２５のシステム。
【請求項３２】
時間間隔が約２ナノ秒から１０ナノ秒の範囲である、請求項２５のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願のクロスリファレンス
この出願は、１９９９年１２月２８日に出願され、現在は米国特許番号６，２８１，４７１である、米国出願番号０９／４７３，９２６号の継続出願である、２００１年８月２８日に出願された「ターゲット材料を処理するためのエネルギ効率の良いレーザに基づく方法およびシステム」との名称の、米国特許出願番号０９／９４１，３８９号の部分継続出願である。米国特許番号６，２８１，４７１号の記載は、その全体を参照することによってここに開示されている。この出願は、また、２００１年３月２９日に出願された米国仮出願番号６０／２７９，６４４の効果をクレームする、２００２年３月２７日に出願された「マルチ材料装置を処理する熱に基づくレーザのためお方法およびシステム」との名称の、米国出願番号１０／１０７，８９０号の部分継続出願である。米国出願番号１０／１０７，８９０号の記載は、現在米国特許公開番号２００２／０１６７５８１号として公開されており、その全体を参照することによってここに開示されている。
【０００２】
１．発明の技術分野
本発明は、レーザ処理方法およびシステムの分野に関し、特に、微視的な領域においてターゲット材料を処理するためのレーザ処理方法およびシステム、例えば、基板上のターゲット材料のレーザに基づくミクロ機械加工に関する。この発明は、限定されはしないが、リダンダント半導体メモリ装置のレーザ補修に、特に適用可能である。
【０００３】
２．背景技術
経済性および装置のパフォーマンスが、ＤＲＡＭおよびロジックデバイスに対するサイズを大変小さい物理的な大きさにした。装置が小さくなっただけでなく、近年、内部接続およびリンクの厚さも、また、劇的に減少した。
【０００４】
レーザに基づく材料処理に関する一般的な情報は、「レーザ材料処理のハンドブック」、Laser Institute of America (2003)で利用可能である。内容は、レーザドリリング、カッティング、トリミング、マイクロマシーニング、リンクカッティング／メーキングを含む。
【０００５】
例えば、レーザ材料処理のハンドブック、チャプター１９、５９５−６１５頁、Laser Institute of America (2003)の「リンクカッティング／メーキング」に記載されているように、あるリンクの熱的なレーザ処理は、リンク上の酸化物とリンクそれ自身との間の示唆熱膨張に基づく。示唆膨張は、酸化物を含む溶融状態のリンクに高圧力を発生させる結果となる。リンクの酸化物は、酸化物にクラックを与え、リンク材料を爆発的に放出するのにたる圧力を達成するのに十分長い時間、溶融状態のリンクに含まれる必要がある。圧力が低すぎると、リンクはクリーンな状態で除去できない。また、レーザの波長およびレーザの制御は、リンクい続く基板および材料にダメージを与えることなく、レーザの「エネルギウィンドウ」を増加するよう努める。
【０００６】
以下に示す米国特許および公開された米国出願：U.S. Pat. Nos. 4,399,345; 4,532,402; 4,826,785; 4,935,801; 5,059,764; 5,208,437; 5,265,114; 6,057,180; 6,172,325; 6,191,486; 6,239,406; 2002-0003130; 2002-0005396において、材料処理、システムデザイン、デバイスデザインの考慮を含むリンクブローウィング方法およびシステムに関するさらなる情報を利用することができる。
【０００７】
メモリ回路のリンク処理あるいは同様のレーザ処理応用における背景を、以下の文献が提供する："Laser Adjustment of Linear Monolithic Circuits", Litwin and Smart, ICAELO, (1983); "Computer Simulation of Target Link Explosion In Laser Programmable  Memry", Scarfone, Chlipala (1986); "Precicion Laser Micromachining", Boogard", SPIE Vol. 611 (1986); "Laser Processing for Application Specific Integrated Circuits (ascics)", SPIE Vol. 774, Smart (1987); "Xenon Laser Repairs Liquid Crystal Displays", Waters, Laser and Optronics, (1988); "Laser Beam Processinng and Wafer Scale Integration", Cohe (1988); "Optimization of Memory Redundancy Link Processing", Sun Harris, Swenson, Hutchens, Vil. SPIE 2636, (1995); "Analysis of Laser Metal Cut Energy Process Window", Bernstein, Lee, Yang, Dahmas, IEEE Trans. On Semicond. Mannufact., Vol 13, No. 2. (2000); "Link Cutting/Making" in Handbook of Laser Materials Processig, Chapter 19, pp. 595-615, Laser Institute of America (2001)。
【０００８】
次世代のダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）に対する要求は、０．５ミクロン未満のリンク幅と２ミクロン（例えば１．３３ミクロン）未満のリンクピッチ（中心と中心との間の間隔）を有する、微細ピッチを含む。約１から１．３ミクロンの波長と約４から５０ナノ秒（ｎｓ）のパルス幅を有するＱスイッチＮｄベースソリッドステートレーザを使用する、現在市販されているレーザメモリリンクリペアシステムは、そのような要求を満たすためには不十分である。大きな（波長で限定される）スポットサイズと熱的効果（パルス幅で限定される）は、２つの限定ファクタである。
【０００９】
International Journal Of Advanced Manufacturing Technology (2001) 18:323-331において、銅レーザ処理の結果が開示されている。５０ナノ秒（ｎｓ）のパルス期間を有する周波数で３重化されたＮｄ：ＹＡＧレーザが使用された。測定した熱影響ゾーン（ＨＡＺ）は、６×１０８Ｗ／ｃｍ２の光輝に対し約１ミクロンであり、２．５×１０９Ｗ／ｃｍ２の光輝に対し約３ミクロンであった。
【００１０】
この問題を解決するために種々の試みがなされた。以下の米国特許および公開された出願を参照する：5,208,437; 5,656,186; 5,998,759; 6,057,180; 6,300,590; 6,574,250; WO 03/052890; ヨーロッパ特許EP 0902474。要約すると、従来のｑスイッチ、ナノ秒ソリッドステートレーザは、たとえ短い波長であっても、その熱的処理特性により微細ピッチリンクを処理することができない。材料の相互作用は、実質的に、フェムト秒のパルス幅では非熱的プロセスであるが、フェムト秒パルスレーザの複雑性、高コスト、信頼性が、実際の実施を制限する。レーザリペアをサポートする装置および材料の変更は、高価で、それ単独では十分でない。微細リンク処理のための改良した方法および装置は、フェムト秒レーザシステムに付随する複雑性なしで、高い繰り返し率での効果的なリンクの除去に対しすでに具えられた熱的な効果に付随する問題を回避する必要がある。
【００１１】
発明の要約
本発明の目的は、メモリリンクのレーザ処理（すなわち、除去、切除、切断、「ブローイング」など）の品質を改良するための方法または装置を提供しようとするものである。
【００１２】
本発明の他の目的は、微視的な領域におけるターゲット材料のレーザ処理方法または装置を提供しようとするものである。
【００１３】
本発明の上記目的を達成するにあたり、ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムを提供する。システムは、シードレーザ、光学増幅器、および、ビーム発射装置を具える。シードレーザは、第１の予め定められた波長を有する連続するレーザパルスを発生する。光学増幅器は、増幅された連続する出力パルスを得るために、連続するパルスの少なくとも一部を増幅する。ビーム発射装置は、増幅された連続する出力パルスの少なくとも１つのパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせる。少なくとも１つの出力パルスが約１０ピコ秒から１ナノ秒未満の範囲のパルス持続時間を有する。パルス持続時間が熱処理範囲内である。少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつける。
【００１４】
システムが、更に、連続するパルスを発射するためのデフレクタを具えることができる。
【００１５】
システムが、丸くない焦点を合わされた出力パルスを作製するアナモルフィック光学サブシステムを含むことができる。
【００１６】
システムが、光学的な増幅の前に、所定のパルスエネルギレベルにシードレーザの連続を予め増幅するためのプリアンプを、更に具えることができる。
【００１７】
システムが、光学的な増幅の前に、第１の波長を第２の波長にシフトするためのシフタを、更に具えることができる。
【００１８】
システムが、少なくとも１つの出力パルスの連続を光学的な増幅に供給するために、相対的な動作中リンクおよびレーザビームの位置を同期させる位置および速度の情報に基づいて、連続するパルスの少なくとも一部を制御可能に選択するための変調器を、更に具えることができる。
【００１９】
システムが、光学的な増幅の前に、要求に応じてターゲットリンクを処理する少なくとも１つのパルスを提供するために、相対的な動作中リンクおよびレーザビームの位置を同期させる位置および速度の情報に基づいて、連続するパルスの少なくとも一部を制御可能に選択するための変調器を更に具えることができる。
【００２０】
システムでは、連続するレーザパルスが、約１ＭＨｚより大きい繰り返しレートを有し、変調器が、繰り返しレートを約１０Ｋｈｚから１００Ｋｈｚの範囲内に減少させる連続するパルスを制御可能に選択することができる。
【００２１】
システムでは、連続するレーザパルスが、１ナノ秒より大きいナノ秒の持続時間を有する少なくとも１つのパルスを含み、システムが、更に、約１０ｐｓから１ｎｓ未満の範囲の持続時間を有するパルスを作製するため少なくとも１つのナノ秒パルスを圧縮またはスライシングするための変調器を具えることができる。
【００２２】
少なくとも１つのシードレーザが、ｑスイッチマイクロレーザまたはレーザダイオードである。
【００２３】
変調器がシードレーザと増幅器との間に配置されたコンプレッサであり、圧縮が増幅の前に実行される。
【００２４】
変調器が増幅器の後に配置されたスライサであり、スライシングが増幅に続いて実行される。
【００２５】
シードレーザがダイオードでポンピングされた固体レーザである。
【００２６】
ダイオードでポンピングされた固体レーザがファイバレーザである。
【００２７】
シードレーザがアクティブまたはパッシブモードでロックされたレーザである。
【００２８】
シードレーザが高速半導体レーザダイオードである。
【００２９】
増幅が少なくとも１つのファイバ光学増幅器を使用して実行される。
【００３０】
ファイバ光学増幅器が約３０ｄＢの増幅率を有することができる。
【００３１】
システムが、増幅された連続するパルスの少なくとも１つのパルスのレーザ波長を、第１の波長から約１ミクロン未満の第２の波長にシフトするためのシフタを、更に具えることができる。
【００３２】
更に、本発明の目的を達成するために、ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムを提供する。システムは、連続するレーザパルスを発生する手段と、変調手段と、少なくとも１つのパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせるための手段とを具える。連続するパルスの各パルスが、約１０ピコ秒から１ナノ秒の範囲のパルス持続時間を有し、パルス持続時間が熱処理範囲内である。変調手段は、要求に応じてターゲットリンクを処理する少なくとも１つのパルスを提供するために、連続するパルスの一部を制御可能に選択するためのものである。少なくとも１つのパルスが、ターゲット材料に発射されて焦点を合わせられる。発射および焦点合わせのための手段は光学システムを具えることができる。少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつける。
【００３３】
連続するレーザパルスが、増幅された連続するパルスであり、発生手段が主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）である。
【００３４】
システムの変調手段が音響光学変調器または電気光学変調器を含むことができる。
【００３５】
電気光学変調器がマッハツェンダ変調器である。
【００３６】
発射手段が、少なくとも１つのパルスに関連するターゲット材料の少なくとも１つの位置および速度情報に基づき、少なくとっも１つのパルスをターゲット材料に偏向するためのビームデフレクタを具えることができる。
【００３７】
更にまた、本発明の目的を達成するために、ターゲット材料を囲む少なくとも１つの材料の電気的または物理的な特徴に望ましくない変化を起こすことなく、微視的な領域内においてターゲット材料を処理するためのレーザに基づくシステムを提供する。システムは、第１レーザおよび第２レーザ、パルスを結合させるためのビームコンバイナ、少なくとも１つ光学増幅器、ビーム発射装置を具える。第１レーザおよび第２レーザは、パルス間に時間間隔を有する複数のレーザパルスを作製することができる。少なくとも１つ光学増幅器が、複数のパルスの少なくとも一部を増幅することができる。制御器が、ターゲット材料の所定の物理的特性に基づき、パルスの時間間隔を制御することができる。ビーム発射装置は、少なくとも１つの増幅されたパルスをターゲット材料に発射して焦点を合わせるためのものであり、少なくとも１つの出力パルスが約１０ピコ秒から１ナノ秒未満の範囲のパルス持続時間を有する。パルス持続時間は熱処理範囲内である。少なくとも１つの焦点を合わせられた出力パルスがターゲット材料内の位置で十分なパワー密度を有し、ターゲット材料の反射力を減少して、ターゲット材料を除くために焦点を合わされた出力をターゲット材料内に効果的に結びつける。
【００３８】
システムの制御器がディレイラインを更に具えることができる。
【００３９】
所定の物理的特性が示差熱特性を含む。
【００４０】
システムの所定の物理的特性が蒸発プラズマ柱の損失を含む。
【００４１】
増幅器がファイバ光学増幅器である。
【００４２】
第１および第２レーザの少なくとも１つがダイオードでポンプされたファイバレーザオシレータである。
【００４３】
第１および第２レーザの少なくとも１つが半導体レーザダイオードである。
【００４４】
時間間隔が約２ナノ秒から１０ナノ秒の範囲である。
【００４５】
本発明の上記目的および他の目的、特徴、および、効果は、以下に図面を参照して行われる、発明を実施するための最良の形態の詳細な説明から明らかである。
【００４６】
本発明のこれらおよびその他の特徴、アスペクト、効果は、以下の記載、クレーム、および、添付された図面により、よりよく理解されるであろう。
【００４７】
好適な実施例の詳細な説明
・概観−レーザシステム構成
図１ａを参照すると、本発明の少なくとも一実施例に含まれる主要なシステム構成を示す、ピコ秒パルス幅（すなわちパルス期間など）１０４１（例えば、ハーフパワーポイントで測定したように）を有する少なくとも１つの出力パルス１０４を使用して、電気的に導電性のリンク１０７を除去するためのレーザ処理システム１００の部分を示すブロック図が示されている。本発明の少なくとも一実施例は、好ましくはピコ秒の範囲のパルス幅１０４１を有する中間パルス１０３を」生成するために、サブシステム１０１においてダイオードポンプ式の固体レーザを具えることができる。レーザは、例えば、市販されているダイオードポンプ式の固体（アクティブまたはパッシブ）モード固定レーザとすることができる。好ましい波長での動作のために、システム１０１の出力１０３は、例えば、近赤外線の波長から可視または近ＵＶの波長へ、光学シフタ１０５（例えば高調波発生器）によって、波長をシフトされる。
【００４８】
信号のパルスあるいは複数のパルスは選択されてリンク１０７に発射され、発射されたパルスは、リンク１０７、基板１１０、上側の誘電層１０９１、下側の誘電層１０９２のうちの少なくとも１つの物理的特性に基づいて、所定のパルス幅およびパルス間（「テンポラルスペーシング」）の時間間隔を有する。ビーム発射システムは、ほとんど回折が制限されたスポットをリンク１０７に作るために、偏向制御、リレー光学系、ビーム拡張、対物レンズを具える。付加的な外部変調サブシステム１０８は、コンピュータ制御のもとで動作し、必要とするパルスを提供し、パルスのパワーを変化させる。一例として、パルス１０６のグループ中のパルス１０２は除外することもできる（点線で記載されているように）。米国特許番号5,998,759および6,281,471（例えば'471特許のカラム１２、ライン６３−カラム１４、ライン３３）は、リンクの動作中に必要に応じてリンクを照射するパルスを提供する変調器の使用、および、レーザ処理システムにおけるレーザビームを教示している。
【００４９】
図１ｂを参照すると、図１ａの外部変調サブシステム１０８の部分のブロック図が示されており、パルス列１０３の部分が、基板１１０とレーザビームとの間（「オンザフライ」）の動作中におけるリンクの処理のために、制御可能に選択される。動作は、Ｘ動作１１３、一般的にウェハステージ上に載置される基板１１０のＹ動作（図示せず）、ビーム発射装置内の少なくとも１つの光学要素１１４のＺ軸方向の動作：からなる３次元である。ウェハおよびリンク位置に対応するビームウェスト部の位置決めのための精密な位置決め方法および装置について本発明の出願人に譲渡された、米国特許番号6,114,118および6,483,071を参照のこと。制御器１２１は、レーザのビーム位置に対するリンクの位置に対応した、位置情報、速度情報、または、位置および速度の両方の情報に基づいた、制御信号１２２を一般的に発生する。制御信号１２２は、通常、光学スイッチ１２０をゲート（すなわち制御）する。光学スイッチ１２０は、通常、入力パルス列１０３の部分である出力パルス１０６を提供する。そのため、発生したパルス１０３は、変調器（例えば変調器１０８）が１つあるいはそれ以上のリンク（または他の微視的構成）を照射する少なくとも１つの出力パルス１０４を選択するために使用されるとき、制御された出力繰り返し率および時間間隔を有する。ビーム発射装置内の少なくとも１つの光学要素１１４は、高速でビームのウェスト部を正確に位置決めするために、更に、焦点を合わせた出力パルスの発射を最適化するために、使用される。
【００５０】
図１ｃを参照すると、ターゲットリンク１０７上の典型的なパルスレーザは、２つの焦点を合わされたレーザパルス１０４２を含み、それぞれが、選択されたパルス１０４に対応する同じスポットサイズを有する。距離１０４３は、相対動作１１３中におけるパルス間の時間間隔に対応する。もし、距離１０４３が例えば２５％未満とリンクの相対的に少ない割合であれば、リンク中に含まれるエネルギの割合は、完全なスポットの位置決めに近づく。距離（または変位）１０４４は、通常、完全な位置に対するレーザスポットサイズに等しい、レーザ出力の有効な大きさを示す。時間間隔が増加すると、相対動作のスピードが増加し、または、より細かいリンクピッチ（中心から中心の距離）１０４３の考慮が増大する。
【００５１】
ここで参考のため記載する本発明の出願人に譲渡された米国特許出願2003/0167581は、レーザパルスを１つあるいはそれ以上のリンクに向ける各種の方法およびサブシステムを記載する。通常、高速信号軸偏向器を含む、光学サブシステムあるいはその変形例は、必要に応じて図１ａのビーム発射装置内に組み込まれる。公開公報'581の図１９および２０と、'581の開示のさらなる情報に対し記載されている対応セクションとに、特定の参照番号が付されている。更に、焦点を合わされた出力は、少なくとも１つの同一でないスポット分布またはパワー濃度を有する複数のスポットを含む。
【００５２】
図２ａを参照すると、本発明の実施例に含まれる、他の固体レーザサブシステムの付加的な詳細のブロック図が示されている。シードレーザ（例えばオシレータ２１１）はパルス列２１４を発生し、パルスは通常レーザ増幅器２１２での増幅に適する十分なエネルギを有する。シードレーザは、所定の速度で「自動運転」可能であり、あるいは、コンピュータ制御のもとパルスを発生するために「増幅率切り換え」可能である。少なくともパルス列の部分は増幅され、メモリ冗長リンクを切断するために必要なレーザパルスエネルギ、たとえば、シンクが単一のパルスで切断（例えば除去）されるエネルギレベルのレーザパルスエネルギを得る。パルスレーザ増幅器の安定で信頼性のある駆動のために実際に考慮すべきことは、定格平均出力内での駆動である。この駆動上の考慮は、与えられたパルスのエネルギ、パルスの数および繰り返し率の間の技術的なトレードオフにつながる。
【００５３】
図２ｂ（倍率は異なる）に示された、他の配置において、パルス列２１４の部分は、リンク処理のためのエネルギレベルへのパルス列の増幅２１２の前であっても、基板１１０とレーザビーム（「オンザフライ」）との間の相対動作中のリンクの処理のために、好適な変調配置１０８１（図１ａの１０８と近似または同様である）により制御可能に選択される。「ダウンカウンティング」、「ディバイドダウン」または「パルスピッキング」動作は、シードレーザ２１１の繰り返し率以下の大きさで、レーザ増幅器２１２の繰り返し率をマッチさせるために使用される。例えば、Ｒがパルス列２１４の繰り返し率だとすると、Ｒ／ｎは、ｎ番目のパルスが選択された時の変調器１０８１の出力における繰り返し率となる。２１４が５０ＭＨＺのパルス列を表すとすると、変調器の出力は、ｎ＝１０００の時５０ｋＨｚである。少なくとも一実施例において、パルス列の繰り返し率は、整数以外の数（例えば１９．９８）で割られ、相対的に小さな範囲にわたって変化し、選択されたパルスをリンクの位置と同期させ、それにより、動作システムの変動を保証する。そのような駆動は、１０８、１０８１のいずれかあるいは両者において制御器１２１によって実施され、位置および／または速度情報に基づく。
【００５４】
本発明の少なくとも一実施例において、複数の近接するパルスが選択される。一例として、レーザ増幅器２１２の出力１０３、１０６は、パルス列２１４から選択された連続する増幅されたパルスの３つのペアを示し、与えられたペアは次に選択的にリンク１０７に適用され、一方、減少された入力繰り返し率および増幅器２１２に対する低い平均入力パワーを提供する。２１４が１００ＭＨＺのパルス列を表すとすると、ペアの連続する出力パルス間の間隔は１０ナノ秒である。処理能力と繰り返し率とは通常関連がある。好ましくは、増幅器の出力繰り返し率は、速いリンク処理速度および「パルスオンデマンド」の能力を提供するために十分であり、一方、システムの位置および／または速度制御の複雑性を制限する。好ましくは、増幅器の出力において１０３、１０６における３つの模範的なペアは、リンクとレーザビームとの相対的な動作１１３の間同数の３つの連続するリンクに適用される。外部変調器１０８は、処理されないリンクからのレーザエネルギをブロックするために使用される。
【００５５】
同様に、増幅器２１２のスペクトル反応に従って、付加的な波長シフタ１０５１が、シードレーザ２１１の波長を増幅器２１２の好ましい（コンパチブルな）波長範囲にマッチさせるために使用される。変調器のサブシステム１０８１および波長シフタ１０５１は、単独またはサブシステム１０８と組み合わせて、特定の応用の規定された設計基準に従って、最終的なパルス時間間隔およびエネルギレベルを適切に制御するために使用される。
【００５６】
図３を参照すると、遅延されたトリガリングにより複数のレーザを使用して、レーザパルスを組み合わせるための、あるいは、近接したパルスの連続を発生させるための、更に他の配置が示されている。トリガパルスの間の予め定められた遅延（例えばｔ１からｔ２）は、複数のパルスの適用のための時間間隔を決定する。組み合わされた出力は、光学増幅器に対しシードパルスを提供する。例えば、１つあるいはそれ以上のパルス（またはパルスのグループ）は、リンク１０７を切断するために使用される。この配置は、時間パルス間隔の微制御（例えば、１００−５００ＭＨＺの有効率または「バーストレート」のパルスペアに対し２−１０ナノ秒）を提供するために使用される。
【００５７】
ここに参考のために記載され、本発明の出願人に譲渡された、米国特許公開公報2002/0167581('581)に開示されているように、レーザシステムは、パルス時間間隔ｔ２−ｔ１を制御するためのプログラマブルディジタル遅延ライン３０１、レーザ３０２、ビームを組み合わせるための偏光キューブ３０３、および、要求に応じてエネルギレベルを増加させるための付加的な増幅器３０４、を含む。一例として、'581のパラグラフ１２０−１２２、１９４−１９７およびより詳細にはクレームを参考のこと。
【００５８】
サブシステム１０１内のレーザ波長は、通常、約０．１５０ミクロンから１．３−１．５５ミクロンの範囲にあり、後者の範囲は高速テレコミュニケーションにおいて使用されるダイオードレーザの波長に対応している。一例として、レーザ波長は、周波数が多重化され（例えば３倍）、あるいは、近ＩＲ、可視またはＵＶの波長にシフタ１０５でラマンシフトされている。
【００５９】
・レーザパラメータおよびリンク除去
リンクピッチおよび大きさを減少するため（すなわち微細ピッチリンクを達成するため）に、（ａ）ターゲット上のレーザビームサイズおよびその焦点深度；（ｂ）ビーム位置決め精度（例えば少なくとも１つの要素１１４の制御されたＸ−Ｙ動作およびＺ軸動作中の、３次元におけるリンクに対応するレーザビームウェスト位置）；および熱影響ゾーン（ＨＡＺ）；を処理する必要性のない、少なくとも３つのパラメータを、基板１１０または隣接するリンク（図示せず）のいずれかにダメージを与えることなくリンク１０７を除去するために、組み合わせて考慮する必要がある。
【００６０】
３−５ミクロンの範囲のリンクピッチ５２１を有する図５ａを参照すると、理論的な最小ピッチが以下の式から得られる：
最小ピッチ＝ビーム半径＋位置決めエラー＋０．５リンク幅  （１）
ここで、レーザビームによる熱影響は無視される。
【００６１】
例えば、本発明の出願人の製造による、ＧＳＩルミナスモデルＭ４３０メモリリペアシステムは、約１．６ミクロンの代表的なスポットサイズおよび約＋／−０．２ミクロンの位置決めエラーを提供する。代表的なパルス幅は、約４−１０ナノ秒であり、約０．８５−１．４ミクロンの熱影響ゾーンに対応する。
【００６２】
モデルＭ４３０システムは、約２ミクロンの最小ピッチ（リンク幅を約０．５ミクロンと仮定すると）でリンクを処理することができる。
【００６３】
しかし、ピッチが熱影響長さと匹敵する大きさに近づくにつれ、リンク１０７の範囲内の熱影響はかなり大きくなる。式は次に以下の式となる：
最小ピッチ＝ビーム半径＋位置決めエラー＋０．５リンク幅＋ＨＡＺ  （２）
ここで、ＨＡＺ（熱影響ゾーン）５２２は熱影響の尺度となる。熱影響ゾーン（ＨＡＺ）は通常（Ｄ＊ｔ）０．５によって決定され、ここでＤは熱拡散係数およびレーザパルス幅である。材料が溶融または蒸発する深さに対する実際の値は、また、ターゲット上の実際のエネルギおよびパワー密度に依存する。
【００６４】
ＨＡＺは、焦点が合わされたスポット５２３を超えて広がり、スポットに隣接する周辺領域に悪影響を与える。ある場合、悪影響がおよぶ周辺領域は、スポットそれ自体より数倍大きい。相対的に大きいＨＡＺは、通常、制御が難しく正確性に乏しい結果となる。リンクを切断する場合、相対的に大きいＨＡＺのサイズは、また、処理窓の上限（近傍のリンクがダメージを受ける）に対する限定要素の１つとなる。
【００６５】
回折限界スポットおよび短いレーザ波長（例えば０．３５５ミクロン）は、もしスポットが適正にリンクに対し位置決めされていたとすれば、ある程度この問題を緩和することができる。しかし、もしシステムの位置決め許容値５２４（Ｘ、Ｙ、Ｚ動作サブシステムを含む）が＋／−０．１ミクロン（高速リンク処理に対し幾分厳しい要求であるが）であるとすると、約０．５８ミクロンのスポットサイズが、０．３８ミクロン幅のリンクに対しレーザビームを発射するために必要となる。波長が０．３５５ミクロンでパルス幅が１０ナノ秒（ｎｓ）であると仮定すると、推定されるＨＡＺは約１．３ミクロンとなる。このように、リンクを処理するための実際の限度は約１．０ミクロンインチに対応する。そのため、より短いパルス幅が通常望ましい。
【００６６】
パルス幅を減少することは、通常また、ＨＡＺを減少する。しかし、熱影響がビームサイズおよび位置決めエラーと比較して大変小さい場合は、他の重要な寄与要素（例えばビームサイズおよび位置決め）を改良する前に熱影響を更に減縮することは不必要である。ナノ秒の範囲からピコ秒の範囲への熱影響の減縮は、微細ピッチリンクを処理するために十分である。望ましくない熱影響を除去するためにフェムト秒の範囲までパルス幅を更に減少させることは、微細ピッチリンクを除去（すなわち切断、「切除」など）する処理を回避させることができる。
【００６７】
本発明によれば、限定された熱的相互作用は、通常、実質的にリンクピッチの累積的な許容値未満の熱影響ゾーン内、および、ターゲット構造に対するレーザ出力の相対位置内、で起こる。例えば、約０．３ミクロンから約１ミクロンの熱影響ゾーン（ＨＡＺ）の直径は、通常、２ミクロン以下のリンクピッチの改良された処理を提供する。好ましくは、ＨＡＺは、３次元のレーザ出力の位置決め許容値（例えば、各方向に０．１ミクロン未満であり、通常無視できる）未満である。
【００６８】
ここで参考のために記載した米国特許6,281,471号は、短く、速い立ち上がり時間を有するパルスの使用の原理について詳しく述べている。特に、カラム４、ライン４５−カラム５、ライン１９は、ターゲット材料に対する結合を改良するために反射率を減少させる効果について詳しく述べている。金属ターゲット構造（例えばアルミニウム）上への照射が約１０９Ｗ／ｃｍ２以上であれば、ターゲット構造の反射率は減少され、レーザエネルギの結合は改善される。熱拡散（ＨＡＺに関連する）は、通常、パルス幅の平方根として変化する。短いレーザパルスは、通常、溶融したリンクの下の基板に対し分散する熱、および、リンクに接触する材料の側面に沿った熱伝導、を減少または防止する。
【００６９】
リンクピッチがより微細になるとともに、ナノ秒のパルスを有する熱相互作用は徐々に混沌となり、その結果、リンク除去に対し精度が悪くなる。図５ｂに示されたように、相対的に大きな材料は加熱され溶融され、材料の除去は、水蒸気圧による溶融物の排除、および、レーザ照射圧の跳ね返りを介して起こる。微細スケールにおいて、除去された材料の形状および量は、一定ではなく、受け入ることができないなど大きな静的変化を含む。ピコ秒の高ピークパワーのパルスでは、相互作用は非線型であり、初期は反射率が金属中の高い自由電子濃度の結果として減少するアバランシェイオン化で、静的変化が徐々に減少する。そのような短いパルスでは、レーザエネルギは、通常、薄層に閉じ込められ、蒸発が通常すぐに起きる。材料の除去は、通常、除去を開始するための減少されたレーザの影響により、より正確で確定的となる。ピコ秒パルスによる材料の除去は、更に、材料の取り出し（固体および蒸気）によるレーザ処理領域からの熱の除去を含む。例えば、重ね合わせられた誘電層１０９１および内層１０９２の存在による、ピコ秒スケールでのリンク除去処理は、切断および熱機械的圧力による除去の混合である。ターゲットリンク構造の除去は、通常、パルス幅およびパルス濃度での、材料取り出しによるリンク処理領域からの熱的な除去を伴っている。
【００７０】
一例として、図５ｃは、２つの典型的な誘電材料（例えば米国特許5,656,186および刊行物：Du et al., "Laser-Induced Breakdown by Impact Ionization in SiO2 with pulse widths from 7 ns to 150 fs", Applied Phys., Lett, 64(23), 6 June 1994, pp3071-3073、に対するフルエンスしきい値における変化を示している。よく知られているように、フルエンスしきい値は、通常、より高い自由電子濃度の結果のために、金属に対しより小さい値（例えば１０倍あるいはそれ以上）となる。ブレークダウンポイント以下で、しきい値５０１、５０２は材料により変化するが、静的変化（エラーバーによって示される）は通常比較的小さい。図示された実施例（刊行物の開示されたデータをも具える）において、５０１は１／（パルス幅）により変化し、５０２はほぼ一定となる（'186特許に示されているように）。ブレークダウンポイント以上で、近似平方根の関係は保たれるが、パルス幅の変化の増大が、特にナノ秒スケールにおいて、明らかとなる。
【００７１】
金属のブレークダウンポイントの特徴パルス幅は、一般的に、約１０ｐｓ（例えば米国特許5,656,186を参照）である。本発明によれば、典型的なレーザパルス幅は、１ナノ秒未満、最も好ましくは、ブレークダウンポイントの特徴パルス幅により近い幅であり、有害な熱影響は無視される（例えば本発明は減少したＨＡＺおよび静的変化を提供する）。しかし、本発明のリンク除去処理は、通常、熱処理である。レーザパルス幅がブレークダウンポイントの幅よりも長く、好ましくは、ブレークダウンポイントに近い幅であるため、レーザパルスと材料との間の相互作用は、主として熱的（ほとんどが減少を通じての）処理である。
【００７２】
本発明は、通常、ほとんどの金属に対しパルス毎に数ナノ秒のオーだの、光学的吸収深さによって定義される遅いエッチング処理よりもむしろ効率的なリンク除去処理を提供する。ブレークダウンポイントは材料に依存するため、パルス幅の下側の端部もまた材料に依存する。好適な最小パルスのパルス幅は、数ピコ秒（ｐｓ）から約１０ｐｓの範囲である。最大パルス幅は、通常、約１ナノ秒（ｎｓ）未満であり、使用可能な熱液用ゾーンによって決定される。一般的に、本発明のパルス幅は、ブレークダウンポイント以上の値から１ｎｓ未満の範囲である。パルス幅は、約１０−１００ｐｓ例えば４０−１００ｐｓの範囲５０５である。最も好ましいパルス幅は、約１０ｐｓから約４０ｐｓあるいは約１０ｐｓから約５０ｐｓの範囲５０６である。
【００７３】
ピコ秒パルスを発生するレーザシステムは、一般的に、フェムト秒レーザと比較して、構成が簡単で、信頼性および安定性が高く、費用もかからない。重要な相違点は、高いピークパワーのパルスのフェムト秒を作るためのパルス圧縮の実施である。
【００７４】
参照符号は、フェムト秒−ピコ秒パルス範囲における相互作用を更に詳しく説明する。例えば、Chichkov et al., "Femtosecond, Picosecond, and Nanosecond Laser Ablation of Solids", Applied Physics, A63, 109-115, 1196は、理論的な背景および実験結果を提供する。フェムト秒パルスは、良い近似では無視できるターゲットへの熱伝導を有し、固体から気体への直接変移と見なされる処理を有し、その結果、正確なレーザ処理となる。切断深さはレーザパルスフルエンスにおける対数依存性を有する。ピコ秒パルスでは、切断は、例えば金属からなるターゲット中での熱伝導および溶融ゾーンのプロセスにより達成される。ターゲットへの熱伝導が無視できるのであれば（これはいくぶんそのままの仮定であるが）、フルエンスにおける切断深さの対数依存性は、通常、ピコ秒パルスで可能である。しかし、ナノ秒範囲での処理は、通常、溶融した材料のより大きな層の熱的な波動伝播び形成の結果と比べて、より複雑な処理とみなされている。
【００７５】
Jandeleit et al., "Picosecond Lase Ablation of Thin Copper Films", Applied Physics A, 63, 117-121, 1996は、ピコ秒パルスを使用して石英ガラス上の銅薄膜に孔をドリルで開ける切断実験の結果を開示している。ブレークダウンポイントの特徴パルス幅より大きいパルス幅を有する高い強度のピコ秒パルスは、通常、対数関係に従うが、ナノ秒でより長いパルスと比較した時、減少した熱影響ゾーンおよびより低下した熱負荷は、ターゲット材料の速い加熱および除去を提供する。約３．１μｍ直径のスポットで約１０１０−１０１１Ｗ／ｃｍ２の強度が、１．０５３ミクロンの波長で４０ｐｓパルス毎に（平均で）約０．１−０．２μｍの材料を除去した。１．０５３ミクロンで公知の銅の光学切断深さの結果の比較は、熱伝導が通常切断深さを決定することを示した。除去された材料のパルス−パルス変化は重要である（例えば２：１）。しかし、ＨＡＺは相対的に小さく、巻き添え被害は最小であった。
【００７６】
従って、約１０−２５ｐｓからブレークダウンポイント以下（一般的に１０ｐｓ未満）までのパルス幅の効果は、通常、全体のシステム能力に対するビームスポットサイズの減少および位置決めエラーの改良によって提供される効果と比較して、それほど重要ではない。また、フェムト秒レーザ源のコストは、ピコ秒レーザシステム特にファイバレーザに基づくピコ秒レーザシステムのコストより一般的に高い。
【００７７】
リンク処理は、ターゲット構造一般的に金属薄膜の除去を含む。リンクは、通常、異なる熱および光学特性を有する材料（例えば、不働態層１０９１、１０９２、基板１１０）によって囲まれている。そのため、ある複数材料相互作用メカニズムは、一様な「バルク」材料の材料処理相互作用に比べて、いくぶん複雑である。少なくとも１つの大きさ（例えばリンク幅）は、通常、可視あるいはＵＶ光の波長のオーダーである。また、新しい微細リンクピッチ技術では、リンクの大きさ内に含まれたスポットエネルギの面積は、リンク処理装置の設計者が注意深く考慮する必要がある。少なくとも一実施例において、レーザ波長は、減縮されたパルス幅とともにリンク上の小さいスポットサイズを達成するために、１ミクロン未満例えば０．９０ミクロン以下である。
【００７８】
最も小さいスポットサイズは通常波長に比例するため、波長の減縮は、達成可能な最も小さいスポットサイズへの減少に対し効果がある。また、焦点深度は、通常、そのような短い波長では同じスポットサイズに対しより大きくなる。例えば、１０６４ｎｍのレーザに対し、回折限界スポットサイズは、近似的に（すなわち実質的に、ほぼ、約、基本的に）１．２ミクロンである（回折限界スポットサイズ＝（定数）＊波長：レンズのｆ数）。波長を０．８ミクロンまで減縮するとき、回折限界スポットサイズは、従って２０％減縮する、すなわち、近似的に０．９ミクロンとする。一般的に、微細ピッチ処理に対し、約１．５ミクロン未満のスポットサイズが好ましく、最も好ましくは１ミクロン以下である。本発明の少なくとも一実施例において、丸くないスポット形状（例えばアナモルフィック光学サブシステムで作製した楕円スポット）が使用される（例えば米国特許出願2002/0167581を参照のこと）。特に、パラグラフ133-136は、丸くないスポットがどのようにして少なくとも一実施例においてリンク内のエネルギを改良するか、を示している。
【００７９】
材料変化（例えば設計、処理欠陥、プロダクトプロセスによる変化）が発生し、最良変化が、ピッチが減少することで処理エネルギウィンドウに更に影響を与えると予想されている。リンクは、金属（例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｕなど）、ポリシリコン、あるいは、超硬合金である。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の少なくとも一層１０９１がリンクをカバーし、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の一層１０９２が基板１１０とリンク１０７とを分離する。しかし、ある場合は、リンクは外層でカバーされない。また、不純物、基板または誘電層内のドーパント、および、次世代の誘電体（例えば低ｋ高分子材料）は、それぞれ、材料の光学特性に実質的な効果を有する。波長が誘電体１０９１、１０９２の吸収端部よりも大きくて基板１１０の吸収端部未満の波長領域において、基板のダメージが長いレーザパルスで簡単に起こる。
【００８０】
リンク１０７はレーザ波長で実質的に反射する。本発明によれば、レーザ出力波長は通常基板の吸収端部以下であり、従って、吸収および／または反射波長領域に対応する。レーザ波長は、一般的に、誘電層１０９１、１０９２の吸収端部以上であり、誘電層は、一例として、無機材料であり、本発明の半導体メモリで使用される典型的な無機不働態層（例えばＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２など）に対し、実質的に最大透過領域に対応する。
【００８１】
シリコンの吸収係数（例えば室温での）における典型的な変化を示す図５ｄを参照すると、短い波長で非常に高い吸収が示されている。ドーピング（図示せず）は、通常、吸収を変化させ、近ＩＲ吸収の端部をより短い波長にシフトする。１９９９年３月１７日に公開されたヨーロッパ特許出願EP0902474は、基板のダメージを避けるために基板を１つまたはそれ以上の材料でシールドすることを教示している。そのような変形例では、より短い波長のレーザ（および減縮されたスポットサイズ）を、リンクピッチの減縮のために提供する。そのような変形例は、また、性能をより高めるために本発明で使用することができる。
【００８２】
本発明によれば、レーザ波長は０．４μｍから約１．５５μｍの範囲である。模範的な波長は、ＵＶの範囲（例えば５１４、２１２−２６６ｎｍ）、近ＵＶ（例えば５１０、３５５ｎｍ）、可視（例えば５１１、約５００ｎｍ、例えば５３２ｎｍ）、および、近ＩＲスペクトル（５１２、約７５０−８５０ｎｍ、または、５１３、約１μｍ）である。シリコン吸収が、波長領域を通して１０００：１で変化していることがわかる。好ましい波長は、約０．１８ミクロンから約０．５５ミクロンの範囲である。下限は層の吸収によって決定される。シリコン基板では、吸収および反射の両者がより短い波長で増加する。対象となる波長範囲において、シリコン半導体特性は、近ＩＲの誘電体に似た特性からＵＶ範囲における金属に似た特性に大きく変化する。二酸化ケイ素および窒化ケイ素に対し、内部透過率および単一表面の反射率は、可視および近ＩＲの範囲を通して実質的に一定である。典型的に大きなバンドギャップを有する誘電材料に対するスペクトル透過曲線は、透過がＵＶ波長でいくぶん弱くなることを示している。例えば、Handbook of Laser Science and Technologyにおいて、二酸化ケイ素の透過範囲は０．１８μｍより大きい波長で特定される。窒化ケイ素および二酸化ケイ素の両者の吸収係数は、可視範囲（＞４００ｎｍ）ではいくぶん低く残り、ＵＶ範囲では徐々に増加する。
【００８３】
もし所定の波長が基板の吸収端部よりも下であるときは、基板のパルスエネルギ密度は減縮され、処理窓は少なくとも以下の原因の一つによって増加する：（ａ）ビームの開き（焦点の浅い深さ）；（ｂ）誘電表面の反射；（ｃ）ビームの回折；（ｄ）多重スキャッタリング（例えば、ドーパントあるいは不純物によって発生する）；（ｅ）内部反射（焦点を合わせたレーザの開口数で変化する）；（ｆ）複層の干渉；および（ｇ）微細構造内の非線型吸収（もしレーザスポットが３次元で正しく位置決めされていれば、高いピークパワーのレーザパルスの立ち上がり端部において、材料中の自由電子密度が吸収を増加し、リンク材料の除去が基板での除去速度より速い速度で起こる）。基板はオフリンクエネルギ（例えばより低いピークの強度）で照射され、リンクよりもより少ない自由電子を有する。
【００８４】
例えば、アルミニウムまたは銅のリンクなどの０．５ミクロン未満の厚さのリンクを処理するために、ピークエネルギ強度（ジュール／ｃｍ２）の範囲は、約０．２Ｊ／ｃｍ２から３００Ｊ／ｃｍ２の範囲の範囲、典型的な値としては２−８０Ｊ／ｃｍ２の範囲である。ピークパワー強度の範囲は、約５×１０９Ｗ・ｃｍ２から１．２×１０１３Ｗ／ｃｍ２の範囲、典型的な値としては５×１０１０−２×１０１２Ｗ／ｃｍ２の範囲である。１ミクロンのスポットサイズを有する４０ｐｓパルス幅レーザに対し、０．５ミクロン未満の厚さのリンクを切断するためのパルスエネルギ範囲は、通常、０．００１−３マイクロジュールの範囲、典型的な値としては０．０２−１マイクロジュールの範囲である。
【００８５】
単一パルスまたは複数パルスのいずれかがリンクを除去するために使用される。単一パルスがリンクを除去するために使用されるならば、ピコ秒レーザシステムが、１０ＫＨｚ−１２０ＫＨｚの繰り返し率でパルス毎に約１−５マイクロジュールの範囲を提供する。模範的な範囲は、約１マイクロジュール未満であり、最大でも２マイクロジュールである。好ましくは、単一パルスの処理は、例えばシーダ／増幅器の図２ａに示される構成のオシレータ／増幅器の構成で実施することができる。
【００８６】
本発明の一実施例において、複数パルスは、少なくとも１ＭＨｚの繰り返し率でパルス毎に少なくとも０．００１マイクロジュール（１ナノジュール（ｎｊ））を提供するピコ秒レーザシステムでリンクを除去するために使用される。リンクに与えられるパルスは、リンクとレーザビームの間の３次元の相対動作中（例えばＸ−Ｙ軸に沿って５−５０ｍｍ／ｓｅｃ）のリンク除去に対し、単一パルスとして取り扱われる。本発明の他の実施例では、約１５−２０パルスが１０−１００ＭＨｚの繰り返し率で与えられ、それぞれが単一パルスでの除去に要求されるエネルギの約１−１０倍のエネルギを有し、一方、リンクの部分を横切る。
【００８７】
本発明の実施例は、また、複数の近接した増幅されたパルス、例えば、それぞれが単一パルスでリンクを除去するために通常要求されるエネルギの約５０％の、２つあるいはそれ以上のパルスを含む。パルスは、レーザシステム１０１、外部変調器サブシステム１０８あるいはそれらの組合せの中の、変調器サブシステム１０８１の制御で選択される。
【００８８】
複数レーザ処理において、必要に応じてリンクを照射するために使用されるパルス間の空間は、リンクの予め定められた物理的特性（例えば示唆熱特性）および周囲の材料に基づき、選択される。図４を参照すると、一例として、予め定められた遅延を有する２つのパルスを適用することによって基板にダメージを与えることなくリンクを除去するための、リンクおよびその下に存在する基板の異なる熱特性を利用する効果を示す、シミュレーションの結果が示されている。得られたシミュレーションの結果（この場合四角形を有するナノ秒パルス）によると、「シングルブラスト」の５０％のエネルギを有する「ダブルブラスト」（例えば２つのパルス）が大変興味深い。シリコン基板は、通常、ヒートシンクの役目を果たし、リンクと比較して大変速く冷却する。図５ａに示されているように、結果は、基板が室温においてたった１０から２０ｎｓしか安定していないことを示した。リンク１０７（銅）の回復は大変ゆっくりであり、熱特性の大きな相違を示している。この結果に基づくと、第２パルスは、通常また、切断サイトにおいて破片をクリアし（すなわちリンクの除去）、その結果「オープンサーキット」を得ることができる。
【００８９】
もし、例えば、６０ＭＨｚモードでロックされたシステム（例えばピコ秒パルス）が使用されると、出力パルス列の連続するパルス間の間隔は、予め定められた間隔と大変良くマッチする。もしより大きな時間間隔を望むなら、高速変調器の配置を、例えば、連続するパルスあるいはパルスのグループを選択するために使用すれば良い。より高い繰り返し率はパルスの時間間隔を減少するために使用でき、あるいは、第２のレーザを図３に示すように具えることもできる。例えば、それぞれが約４０ｐｓから１００ｐｓの範囲のパルス幅を有し互いに２−１０ｎｓの間隔を開けた、２つのパルスを発生する。一例として、ｑスイッチマイクロレーザが、約１０ＫＨｚ−１００ＫＨｚの繰り返し率で数ナノ秒のパルス幅を提供するために使用される。更に、増幅に続き、高速変調がパルスをピコ秒スケールの状態に「スライス」もしくは圧縮するために使用される、ナノ秒パルスの処理が起こる（後に示す、例えば、図８ｂに示す実施例のように）。時間パルス成形に関する更に詳細な情報は、本発明の出願人に譲渡された、米国特許第6,281,471および4,483,005（「影響パルス幅」の名称）において見つけられる。
【００９０】
他の物理的特性を使用することもできる。いくつかの文献（Zhu et al., "Influence of Laser Parameters and Material Properties on Micro-Drilling with Femtosecond Laser Pulses", Appl. Phu. A 67 (Suppl.) 5367-5371 (1999)など)で教示されているように、例えば、５０フェムト秒から数ピコ秒の範囲において、超短パルスを種々の材料に適用すると、レーザビームのプラズマシールディングを通常無視できる。フェムト秒範囲での動作は効率的でないため、ブレークダウンポイントに近くいくぶんブレークダウンポイントより長い（例えば５％から２５％の範囲長い）好ましいパルス幅を有するピコ秒パルスを、ナノ秒パルスよりもより良いレーザエネルギの結合のために具えることができる。例えば１０−３０ナノ秒のようにより長いパルスによるエネルギの結合は、ひどく劣化し、結果として蒸気／プラズマ／柱状噴出として排出される。更に、入射ビームは、散乱し、処理エネルギ窓を減少できる実質的なオフリンクエネルギを作製する。
【００９１】
従って、「オンザフライ」除去の目的では一連のピコ秒パルスが複数ナノ秒パルスと同等であるとしても、それぞれがパルス間に少なくとも数ナノ秒の時間間隔を有する複数のパルスを使用すると、材料に対するレーザの全ての相互作用と処理結果とは大きく異なる。米国特許第6,552,301は、それぞれのパルスが約１０ｐｓ未満のパルス幅を有し、それぞれのパルスがターゲット材料との前回のパルスの相互作用から生じる選択された一時的影響の持続を利用するために個々のパルス間に時間分離を有する、超高速レーザパルスのバーストの使用を開示している。更に、"Laser Micromachining of Transparent Glasses and Aluminum with ps-pulse burst at 1054 nm", Herman, CLEO 2000, CDF3, (2000)は、７．５ｎｓのパルス分離がある程度柱状噴流の吸収効果を緩和することを開示している。時間間隔を、（少なくとも）高いピークパワーでピコ秒のパルスの適用の後、プラズマ／蒸気／柱状噴流の実質的な損失のための時間間隔に基づいて、予め選択することができる。典型的な範囲は約５ｎｓから数百ナノ秒である。付加的なパルスを効率的な結合のために連続して与えることもできる。
【００９２】
更に、高いパワー密度を有するピコ秒パルス（例えば１０９−１０１３Ｗ／ｃｍ２）がリンクに適用されると、例えば誘電層１０９２または他の隣接する材料内において、強度に依存する非線型の吸収が、リンクが除去された後入射エネルギを減衰させて、基板または相並んだリンクのダメージを減少させることができる。不純物（設計によるもの、または処理欠陥または副生産物）、格子欠陥、あるいは、種々の処理欠陥は、１つあるいはそれ以上の誘電層における非線型吸収を向上させる。更に、重合誘電体などのある低ｋ誘電体は、非線型吸収による材料の制御された除去をサポートする。
【００９３】
・ピコ秒レーザの実施例
固体レーザの波長は、ネオジム（Ｎｄ）をドープした固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ，Ｎｄ：ＹＶＯ４）、または、他の希土類元素（例えばイッテリビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ））をドープしたファイバレーザで、１．３、１．１８、１．０９、１．０６４、１．０５３または１．０４７である。好ましいレーザ波長は、また、特定の応用の設計基準を満たすように小さいスポットサイズおよびより大きな焦点深度を達成するため、それらあるいは他の適当なレーザの第２、第３、第４、第５高調波である。例えば、従来の波長に対しスポットサイズの改良を提供する、ＵＶ（例えば第３高調波で３５５ｎｍ、第４高調波で２６６ｎｍ、第５高調波で２１２ｎｍ）のレーザ波長、可視（例えば第２高調波で５３２ｎｍ）のレーザ波長、近ＩＲ（例えば７００−９００ｎｍ）の波長を有する、レーザソースが使用される。そのようなレーザシステムの１つが、ピコ秒の範囲のパルス幅を有する７５０から８５０ｎｍ範囲のレーザパルスを作製する、モードロックしたＴｉ：サファイヤ超高速レーザ（圧縮器なし）である。他の例は、８００−９８０ｎｍの範囲の波長を発生する、希土類元素をドープしたファイバレーザである。
【００９４】
本発明の実施例に含まれる典型的なレーザサブシステムを、次に、より詳細に記載する。図１ａに対応する一実施例において、市販されているダイオードポンプ式パッシブまたはアクティブモード固定システムが具えられる。外部変調器システム１０８は、選択されたパルス１０６をリンク１０７へ発射するために導入されている。
【００９５】
本発明の少なくとも一実施例において使用される他のレーザ構造が、図２ａにおいて示されている。ＭＯＰＡ構造において、ピコ秒シードレーザ（例えば増幅のための範囲において出力を作製する発信器）および（パワー）増幅器システムが、要求されたパルスエネルギを得るために使用される。
【００９６】
図６ａを参照すると、図２ａまたは図２ｂのいずれかがダイオードポンプ式の固体レーザ発信器６０２であるレーザサブシステムの付加的な詳細が示されたブロック図が開示されている。ダイオードポンプ式の固体レーザ増幅器６０３は、シードレーザの出力を増幅するために使用される。発信器６０２は、モードロックされた、ダイオードポンプ式の固体発信器のシードである。外部変調器サブシステム１０８は、各リンクにおけるパルスの数およびパルス間の時間間隔を制御するために仕様される。モードロックされた発信器は、通常、従来のｑスイッチレーザと比べて非常に高い繰り返し率（＞１ＭＨｚ）で動作する。レーザシステムは、各ターゲットのパルスの数を制御する一方レーザビームに対するリンクの動作中リンクを処理するために、制御信号２０２（例えば２０−１５０ＫＨｚの典型的な範囲）を有する図２ｂの変調器サブシステム１０８を含むことができる。いずれにしても、シードレーザ（例えば、適合すれば、パッケージ化された市販のレーザソース）は、パルスエネルギをパワー増幅器６０３でのパワー増幅に対する適切な範囲に増幅するための、内部プリアンプを含むことができる。
【００９７】
他の構成は、シードレーザ６０２として、ダイオードポンプ式モードロックされたピコ秒ファイバレーザ発信器を含む。全てのファイバレーザシステムを、ダイオードポンプ式の固体増幅器６０３がファイバ光学増幅器であるならば、構成することができる。
【００９８】
高いパワーで短いパルス特に超短パルスを増幅するために好適な典型的なファイバ構成が、米国特許第5,400,350、5,701,319および5,818,630において開示されている。典型的なレーザは、'350、'319および'630特許の出願人であるＩＭＲＡによって提供されるFemtolite and Wattlite seriesを含む。出力波長が１．０３−１．０６ミクロンの範囲で、１ワットの平均出力を有し、０．１ｐｓ間隔以下のパルスは、Fenitikuteに基づくソースを増幅したＹｂファイバで達成される。他の波長（例えば７８０ｎｍ）および１．０３−１．０６ミクロンの周波数多重化（第２高調波）の出力を有するレーザも、また、ＩＭＲＡで利用可能である。付加的な情報が、また、米国特許第6,281,471（本発明の出願人に譲渡された）および公開された特許出願WO98/92050において利用可能である。
【００９９】
種々の他の固体レーザ増幅器の構成を、本発明の少なくとも一実施例において使用するために適用することができる。平面の導波路技術は、高いピークパワーで短いパルス増幅に良く適合する。本発明の出願人に譲渡された、米国特許公開第2003/0161375、2003/0160034および2003/0021324およびそれに付随する引用例は、いくつかの導波路増幅器の実施例を開示している。導波路設計は、ファイバ増幅器技術ほど利用することができないが、シード波長の望ましくないラマンシフトを生じることなく、高いピークパワー出力および良好なビーム品質を提供する。また、平面導波路増幅器は、フェムト秒パルス増幅器に良く適合する。
【０１００】
図６ｂを参照すると、図２ａのシードレーザがピコ秒のパルスを発生するためのピコ秒レーザダイオード６１１である、他のレーザサブシステムの付属的な詳細を示す、ブロック図が示されている。ダイオードシーズレーザは直接的に変調される。
【０１０１】
また、ダイオードレーザはナノ秒パルスを発生するために使用され、ナノ秒パルスは、更に、ピコ秒パルスを発生するためにレーザシステム内で処理される（例えば、図８ｂと関連してより詳細を示すように）。
【０１０２】
更に他の構成において、シードレーザ６１１はアクティブまたはパッシブのｑスイッチマイクロチップレーザである。市販されているマイクロレーザの例は、Advanced Optical Technologyで利用可能なＡＯＴ−ＹＶＯ−１Ｑである。例えば、ＡＯＴは、２０ＫＨｚの繰り返し率で利用可能な２ナノ秒のパルス幅を提供する。周波数２重化バージョンもまた利用可能である（５３２ｎｍ）。マイクロチップレーザはＪＤＳ Uniphaseによっても提供されている。いずれの場合でも、変調器は、例えば図８ｂを参照してその詳細を示すように、パルス幅を減少させるために使用される。ダイオードポンプ式のファイバレーザ増幅器６１２は、シードレーザの出力を増幅するために使用される。
【０１０３】
好ましい実施例は、ピコ秒レーザパルスを得るために、シーダとしてのダイオードレーザとファイバレーザ増幅器とを含む。ファイバレーザシステムは、コンパクトな点、良好なビーム品質および制御の点、高いシステム信頼性の点、熱的取り扱いが容易な点、メンテナンスフリーな動作の点における効果を有する。米国特許第6,281,471およびWO98/92050は、ダイオードシードレーザがファイバ増幅器で増幅される主発信器−パワーアンプ（a master oscillator - power amplifier；ＭＯＰＡ）の数多くの特徴を開示している。
【０１０４】
少なくとも一実施例において、連続するパルスの時間間隔は、例えば米国特許第6,281,471において教示されているように、シードレーザの「増幅率スイッチング」によって制御される。高速パルスレーザの設計は、通常、ｑスイッチ動作、増幅率スイッチ動作またはモードロック動作の単独または組合せを使用する。「パルスポンプ」（例えば図６ａのポンプトダイオードモジュールのリアルタイム制御）は、出力の安定性が受け入れられる場合、使用される。米国特許第5,812,569は、パルス固体レーザの出力エネルギを安定化するための典型的な方法を開示する。
【０１０５】
レーザサブシステム１０１の出力（および増幅器６０３から）は、シフタ１０５によってシフトされた波長である。高調波発生モジュールまたは他の波長シフタを含む波長シフタは、処理要求に従ってより短い波長あるいはより長い波長へ波長をシフトするために使用される。波長シフトまたは変換技術は、よく知られており、文書化されている。波長シフタの例は、ラマンシフタ、周波数上方変換または下方変換、周波数多重化などを含む。例えば、Concept Design Inc.は、フェムト秒のＴｉ：サファイア出力（７５０−８５０ｎｍの範囲の基本的な波長）の第２、第３および第４高調波変換を提供し、その結果、約２１５ｎｍと同じくらい短い利用可能な波長を得ることができる。超高速周波数変換器を含む付加的な製品が、Coherent, Spectra Physics and Lumeraによって提供されている。
【０１０６】
図７（ａ−ｃ）を参照すると、レーザサブシステム１０１内で使用される各種の他の構成を示すブロック図が示されている。図７ａにおいて、波長シフタ７０１はシードレーザと増幅器との間に配置される。この場合、シードレーザの波長はパワー増幅器の波長と同じではない。従って、波長のシフトは、シードレーザからの出力波長をパワー増幅器の範囲内の波長にシフトすることで実施される。波長シフタの例は、ラマンシフタ、周波数上方変換または下方変換、周波数多重化などを含む。
【０１０７】
図７ｂは、プリアンプがシードレーザステージとパワー増幅器ステージとの間に配置された、更に他の構成を示す。プリアンプは、通常、ピコ秒シードレーザの出力をパワー増幅器の前段で増幅し、パルスパワーは、通常、ファイバレーザ増幅器（または他の好ましい増幅器）によって、増幅の好ましい範囲内になる。好ましくは、プリアンプはまたファイバに基づくものである。
【０１０８】
図７ｃは、パワー増幅器の前段に配置された変調器７０３を含む、更に他の構成を示す。変調器（例えば下方カウンタまたは分割器）は、通常、繰り返し率がパワー増幅器とシードレーザとの間で異なるときに、使用される。普通、モードをロックしたシードレーザからの繰り返し率は、相対的に高く、ＭＨＺの範囲である。しかし、レート化された平均限界パワーの結果として、パワー増幅器に対する繰り返し率の要求は、ＫＨｚの数倍から数百倍の範囲である。従って、装置は「下方カウンタ」または「パルスピッカー」として動作する（例えば図１ａおよび１ｂの変調器サブシステムおよび光学スイッチと近似または同一である）。好ましくは、変調器サブシステム１０８と同様に、光学スイッチが、位置および／または速度上方に基づいた、そのため、レーザ処理システムの他の構成要素と同期した制御振動で駆動される。そのような下方カウンティング装置の例は、音響−光学変調器または他の高速光学スイッチである。装置は、リンクまたは他のターゲット構成に発射されるパルスを選択するために、単独または変調器１０８を組み合わせて、使用される。波長シフタ１０５は、図７（ａ−ｃ）に示されているように出力に配置される。
【０１０９】
図８（ａ−ｃ）を参照すると、本発明の実施例で使用される典型的なレーザシステムのより詳細な構成を示すブロック図が、示されている。一例として、シードレーザは市販されている半導体レーザダイオードであり、増幅器システムは少なくとも１つのファイバ光学増幅器を含み、いくつかの増幅のステージを含むこともできる。
【０１１０】
図８ａは複数ステージ増幅器の配置を有するシードレーザを示す。通常、シーダ（オシレータ）は、１００ＫＨｚまたは１０ＭＨｚまでの調整可能な（すなわち変形可能、選択可能など）繰り返し率を有し、ピコ秒の間隔（１０ｐｓ−１ｎｓ）のパルスを発生する。典型的なユニットは、１００ＫＨｚの繰り返し率で４０−５０ｐｓの間隔を有する。プリアンプステージおよびパワー増幅器ステージの両者が含まれている。ファイバに基づく、好ましくは単一モードのプリアンプ８１１１は、通常、シーダからのパルスを最後のパワー増幅器８１１２（複数ステージ増幅器の場合）で飽和状態に導くレベルへ増幅する。ファイバに基づくパワー増幅器は、通常、単一のパルスでリンクを除去するとともに光学システム内の損失を補償するのに十分な、約５マイクロジュールから５０マイクロジュールの範囲の出力エネルギレベルを作製するための構成を有している。１ミクロンの出力波長に対し、イッテルビウムをドープしたファイバが通常選ばれる。ファイバは偏光維持（ＰＭ）ファイバである。
【０１１１】
図８ｂは、本発明の実施例に含ませることができる他の構造の一構成の付加的な詳細を示す。変調されたレーザダイオード８２１は、ナノ秒パルス（２つのパルス８２１１、縮尺は異なる）を発生する。パルスの各々は１−２００ｎｊのエネルギ範囲であり、それぞれ約２−１０ｎｓの典型的なパルス幅を有している。ｑスイッチマイクロレーザは、ダイオードに対する他の例として使用され、選択の間のトレードオフは特定の設計の考慮および基準に基づく。分離器８３１は、通常、ノイズレベルを、例えば裏側への反射によって生じるノイズを、減少するために使用される。パルスは次にダイオードポンプ式（ポンプダイオード８２４）およびＹｂ増幅器８２２によって増幅される。増幅は、パルスエネルギをマイクロジュールの範囲に上昇させてシステム内の各種の損失を解消するために、約３０ｄＢである。
【０１１２】
第２の分離器８３１は、通常、裏側への反射によって生じるノイズレベルを減少させるために使用される。偏光器８２６は、通常、ビームの偏光を設計基準に合わせるよう維持するために使用され、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）８２５が波長感知フィルタとして使用される。パルス幅は、次に、好ましくは少なくとも１０ＧＨｚのフルパワーバンド幅の非常に高速のＧＨｚ強度変調器８２７を使用して、ピコ秒の範囲に「スライス」される。また、より効率的な配置は、ナノ秒パルスがピコ秒の範囲に圧縮されほぼ１０ｐｓの範囲のパルス幅を作製する、マッハツェンダー変調器８２７で実施できる。増幅された出力パルス８２７１は、点線で示された除去されたあるいは圧縮された部分で示される。この場合、増幅器８２２は最終的に要求された繰り返し率で動作する。
【０１１３】
図８ｃは、本発明の一実施例に含ませることのできる、他のシード増幅器および「パルスピッカー」の構成の詳細を示す。図８ｃの構成の全体は、図７ｂのものと似ているが、例えば、波長シフトが除かれている。ピコ秒パルス８３１１は、複数の最終的に要求された繰り返し率（例えば１−１００ＫＨｚの複数）で、シードダイオード８２９から直接あるいはシードダイオード８２９の外部変調器（図示せず）により、発生される。パルスエネルギは典型的には約１ｎｊである。上述したように、信号は、通常、好適な変調器１０８１を「下方カウンタ」または「パルスピッカー」として使用して（例えば１−１００ＫＨｚ）、繰り返し率が要求された最終値まで減少される前に、増幅器８１１１で増幅される（例えば約３０ｄｂだけ）。選択されたパルス８２８１が示される。
【０１１４】
選択されたピコ秒パルス８２８１は、次に、付加的なステージで増幅される。図８ｄは、２ステージ増幅器の構成の一例を示す。上述したように、構成要素は、ノイズレベルを減少させるための分離器８３１、ビームの偏光を維持するための偏光器８２６、および、波長フィルタとしてのファイバブラッグ格子８２５、を含む。ファイバ増幅器８４１および９４２の両者とも、通常、それぞれダイオード（またはダイオードアレイ）８４１１および８４２１によってポンプされる。第１ステージは３０ｄＢ単一モードのＹｂ増幅器である。第２ステージは「大きなモード」または「大きなコア」の３０ｄＢの利得を有するＹｂ増幅器である。先行技術で知られている各種の方法が、出力モードおよび対応するビーム品質を制御するために、および、ノイズ（ＡＳＥ）抑制のために（例えば米国特許第5,818,630および5,600,350およびWO98/92050を参照）、使用され、ほぼ回折限度出力ビームがリンクに対する発射のために作製される。図８ｃ−８ｄの３ステージシステムは、ほぼ回折限度であるビーム品質を有する数十−数百マイクロジュールの範囲の出力を発生する。
【０１１５】
ポンプエネルギをファイバ増幅器に発射する方法および装置は知られている。図８ｅは、一例として、ダイオードレーザエネルギをファイバ増幅器に結合させる方法の一つを示している。光学システム（例えばレンズシステム）を有するダイクロイックミラー８５０は、垂直方向に裂けたファイバ端部８５２を通して、Ｙｂドープ２重クラッドファイバ８５１内にポンプ光を透過する。増幅器の出力は、ポンプエネルギ８５５がファイバを介して再循環する近似したダイクロイック構成でも透過する。当業者であれば、シードおよび増幅器のレーザとして異なるタイプのレーザソースの他の可能性のある適切な組合せが、特定の応用例の設計基準を満たすよう実施されることは、理解できる。
【０１１６】
・メモリリペアシステム
図９を参照すると、ピコ秒レーザシステムを含み、更に、本発明の多くの主要システム構成要素を示す、レーザに基づくメモリリペアシステムのブロック図が示されている。
【０１１７】
ピコ秒レーザを使用する完全な微細機械加工ステーションが実施される。ピコ秒レーザシステムの少なくとも１つの実施例では、ＧＳＩ Lumonicsによって製造されたＭ４３０シリーズと、あるいは、好適にはサブミクロンの許容値を有するとともに高速微細機械加工に対する仕様性能を有する他の微細機械加工システムと、一体化される。本発明の出願人に譲渡された、添付した特許および公開公報の以下のリストは、メモリリペア方法およびシステムに関連した数多くの観点を記載している：
１．米国特許第5,300,756号、名称："Method and System for Severing Integrated-Circuit Connection Paths by a Phase Plate Adjusted Laser beam"；
２．米国特許第6,144,118号、名称："High Speed Precision Positioning Apparatus"；
３．米国特許第6,181,728号、名称："Controlling Laser Polarization"；
４．米国特許第5,998,471号、名称："Laser Processing"；
５．米国特許第6,281,471号、名称："Energy Efficient, Laser-Based Method and System for Processing Target Materials"；
６．米国特許第6,340,806号、名称："Energy-Efficient Method and System for Processing Taget Material"；
７．２０００年５月１６日に出願され、２００１年１２月にWO 0187534 A2として公開され、この出願番号09/572,925の分割出願が、現在米国特許第6,483,071号となっている、米国特許出願09/572,925、名称："Method and System For Precisely Positioning A Waist of A Material-Processing Laser Beam To Process Microstructures Within A Laser-Processing Site"；
８．米国特許第6,300,590号、名称："Laser Processing"；
９．米国特許第6,339,604号、名称"Pulse Control in Laser Systems"。
【０１１８】
ここでの教示から明らかなように、本発明は、無視できる熱影響ゾーンを有し、フェムトレーザシステムの複雑性なしで、２ミクロン未満のピッチを有するリンクの処理のためのシステムを提供する。正確なリンク除去は、速度の遅いエッチング処理と比べた場合高効率で、および、従来のナノ秒リンク処理アプローチと比べた場合改良された正確さで、達成される。本発明に係るリンク処理は、高速レーザ処理システムで実行される。
【０１１９】
本発明の実施例が図示され記述されているが、これらの実施例が、本発明の全ての実施可能な形態を図示して記述しているわけではない。また、明細書中で使用されている語句は限定するためというか記述のための語句であり、本発明の精神および範囲から逸脱することなく各種の変形が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１ａ】図１ａは、本発明の少なくとも一実施例における、少なくとも１つのパルスを使用するリンク除去のためのレーザ処理システムの一部を示すブロック図である；
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａの外部変調サブシステムの一部のブロック図であり、増幅されたパルス列の一部が、リンクの「オンザフライ」処理のために制御可能に選択される：
【図１ｃ】図１ｃは、レーザビームに対するリンクの動作中における、ターゲットリンク構造上に焦点を合わせられたレーザ出力を一例として示す、リンク列のターゲットリンクの平面図（倍率は異なる）である；
【図２ａ】図２ａは、本発明の少なくとも一実施例に含まれる、それぞれが主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）を有する、他の固体レーザサブシステムのある要素を示すブロック図である；
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の少なくとも一実施例に含まれる、それぞれが主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）を有する、他の固体レーザサブシステムのある要素を示すブロック図である；
【図３】図３は、遅延トリガリングを具える複数レーザを使用する、レーザパルスを結合するための、あるいは、近接したパルス列を発生するための、ある配置を示す図である；
【図４】図４は、リンクの異なる熱的特性を利用したシミュレーション結果の例、および、所定の遅延を有する２つのパルスを適用することによって、基板にダメージを与えることなくリンクを除去するためのその下の基板を示すプロットである；
【図５ａ】図５ａは、熱影響ゾーン（ＨＡＺ）、スポットサイズ、リンクピッチの間の関係を一例として示すグラフである；
【図５ｂ】図５ｂは、ナノ秒パルスでの材料除去の一例を示す；
【図５ｃ】図５ｃは、レーザパルス幅におけるフルエンスしきい値の依存性の一例を示すグラフであり、本発明の一実施例に係る、典型的なパルス幅レンジと典型的なパルスパラメータを示す；
【図５ｄ】図５ｄは、波長におけるシリコンの吸収率の依存性の一例を示すグラフであり、本発明の一実施例に係る、典型的なレーザ波長を示す；
【図６ａ】図６ａは、レーザサブシステムの要素を示すブロック図であり、図２ａまたは２ｂのシードレーザは、ダイオードポンプ式の固体レーザオシレータであり、シードレーザの出力を増幅するために、固体レーザ増幅器が使用される；
【図６ｂ】図６ｂは、レーザサブシステムの要素を示すブロック図であり、図２ａまたは２ｂのシードレーザは、一例として、ピコ秒パルスを発生させるための、ピコ秒レーザダイオードあるいはミクロチップレーザである；
【図７ａ】図７ａは、増幅、波長シフト、「ダウンカッティング」／「パルスピッキング」の少なくとも１つに対する構成を含む、本発明の一実施例において使用できる、変形例の設計を示すブロック図である；
【図７ｂ】図７ｂは、増幅、波長シフト、「ダウンカッティング」／「パルスピッキング」の少なくとも１つに対する構成を含む、本発明の一実施例において使用できる、変形例の設計を示すブロック図である；
【図７ｃ】図７ｃは、増幅、波長シフト、「ダウンカッティング」／「パルスピッキング」の少なくとも１つに対する構成を含む、本発明の一実施例において使用できる、変形例の設計を示すブロック図である；
【図８ａ】図８ａは、本発明の一実施例において使用できる、典型的な主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）の詳細を示す図であり、シードレーザは、ピコ秒パルスを発生させるため少なくとも１つのファイバ光学増幅器で増幅され、パルスを選択するための少なくとも１つの変調器を具える；
【図８ｂ】図８ｂは、本発明の一実施例において使用できる、典型的な主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）の詳細を示す図であり、シードレーザは、ピコ秒パルスを発生させるため少なくとも１つのファイバ光学増幅器で増幅され、パルスを選択するための少なくとも１つの変調器を具える；
【図８ｃ】図８ｃは、本発明の一実施例において使用できる、典型的な主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）の詳細を示す図であり、シードレーザは、ピコ秒パルスを発生させるため少なくとも１つのファイバ光学増幅器で増幅され、パルスを選択するための少なくとも１つの変調器を具える；
【図８ｄ】図８ｄは、本発明の一実施例において使用できる、典型的な主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）の詳細を示す図であり、シードレーザは、ピコ秒パルスを発生させるため少なくとも１つのファイバ光学増幅器で増幅され、パルスを選択するための少なくとも１つの変調器を具える；
【図８ｅ】図８ｅは、本発明の一実施例において使用できる、典型的な主発信器及びパワーアンプ（a master oscillator and power amplifier；ＭＯＰＡ）の詳細を示す図であり、シードレーザは、ピコ秒パルスを発生させるため少なくとも１つのファイバ光学増幅器で増幅され、パルスを選択するための少なくとも１つの変調器を具える；
【図９】図９は、ピコ秒レーザシステムを含むレーザに基づくメモリリペアシステムのブロック図であり、更に、本発明の実施例を示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図８ｅ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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