(57)【要約】【課題】高品質の加工及び多重波長でのレーザエネルギーがレーザエネルギープロファイルに重なることができるより小さい可能なスポットサイズを達成するために半導体デバイス微細加工に対して目標とされる実質的にジッタのない多重波長レーザエネルギープロファイルを提供する。【解決手段】異なる時間で異なるレーザ波長によって特徴付けられる特別に成形されたレーザパルスエネルギープロファイル（９８，１０４，１５６）は、高品質加工及びより小さい可能なスポットサイズを達成する半導体デバイスの微細加工を可能にするために軽減制御ジッタを提供する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造の隣接する非ターゲット層材料に相当なダメージを引き起こすことなく、ターゲット層材料の一部を深さ方向に除去するために前記多層構造をレーザ微細加工する方法であって、
第１及び第２のエネルギープロファイル部分から構成されるエネルギープロファイルを有するレーザパルスを発生すること、
前記ターゲット層材料に前記レーザパルスを方向付けることを含み、
前記レーザパルスは前記エネルギープロファイルの前記第１の部分において第１のレーザ波長の第１のレーザエネルギー特性及び前記エネルギープロファイルの前記第２の部分において第２のレーザ波長の第２のレーザエネルギー特性を含み、
前記エネルギープロファイルの前記第１の部分において第１のレーザ波長の前記第１のレーザエネルギー特性は、前記多層構造の開放した容積の大きい領域の一部を形成するために、また前記多層構造の非ターゲット層材料にダメージを与えないために前記ターゲット層材料の最初の部分を深さ方向に除去し、
前記エネルギープロファイルの前記第２の部分において第２のレーザ波長の前記第２のレーザエネルギー特性は、前記開放した容積の大きい領域の形成を完了するために、また前記開放した容積の大きい領域の下方又は隣接する近辺において前記非ターゲット層材料にダメージを与えないために前記ターゲット層材料の残りの部分を深さ方向に除去する、レーザ微細加工方法。
【請求項２】
前記多層構造は、積み重ねた、上部パッシベーション層及び下部パッシベーション層間に位置付けされる導電性リンクを含み、前記ターゲット層材料の前記最初の部分は前記上部パッシベーション層の領域を含み、前記ターゲット層材料の前記残りの部分は前記導電性リンクの領域を含み、前記非ターゲット層材料は前記開放した容積の大きい領域の下方の近辺において前記下部パッシベーション層の領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上部パッシベーション層及び前記導電性リンクは境界中間面で互いに接触し、除去された前記ターゲット層材料の前記最初の部分は前記境界中間面で前記導電性リンクの前記領域から除去される部分を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１のレーザエネルギーは隣接する上部パッシベーション層構造にひび割れを入れることなく、前記上部パッシベーション層を破裂させる量を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の波長は前記紫外波長範囲内である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
１又はそれ以上の前記上方及び下部パッシベーション層は低Ｋ材料から作られる、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記導電性リンクはアルミニウム、銅、金ニッケル、チタニウム、タングステン、白金、ニッケルクロム、チタニウム、ケイ化タングステン又は他の金属様材料を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の波長は前記開放した容積の大きい領域の表面積を規定する有効レーザビームスポットサイズに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の波長は前記可視又は赤外波長範囲内であり、前記開放した容積の大きい領域下方近辺の前記非ターゲット層材料は、実質的に前記第１の波長に透過であり、それによって、前記第１の波長に応答して相当なダメージを受けない、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の波長は前記可視又は赤外波長範囲であり、前記開放した容積の大きい領域下方近辺の前記非ターゲット層材料は、実質的に前記第２の波長に透過であり、それによって、前記第２の波長に応答して相当なダメージを受けない、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記非ターゲット層材料はダメージ閾値を有し、前記第１の波長は前記紫外波長範囲内であり、前記第１の波長は前記非ターゲット層材料によって吸収されるが、前記非ターゲット層材料の前記ダメージ閾値より低い第１のレーザエネルギー量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザパパルスは主として中央領域を有するガウス形状のビームエネルギープロファイルを有し、該ビームエネルギープロファイルの前記中央領域に集中した最高のエネルギー量を有し、前記多層構造は導電性リンク及び基板間に位置付けされたパッシベーション層を含み、前記導電性リンクは前記ターゲット材料の一部を含み、また幅を有し、前記非ターゲット材料は前記パッシベーション層を含み、前記導電性リンクの前記幅は、前記第１のレーザ出力の前記最高のエネルギー量によって前記パッシベーション層にダメージを与えるのを防止するシールドとして前記導電性リンクを機能させる、請求項１に記載される方法。
【請求項１３】
前記レーザパルスは約１０ｎｓより短い前縁立ち上がり時間及び約５ｎｓより長い全持続時間を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のレーザエネルギー特性は１ｐｓから５０ｎｓ持続し、また前記第２のレーザエネルギー特性は１ｐｓから５０ｎｓ持続する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２のレーザエネルギー特性は、それぞれ、第１及び第２のレーザエネルギーピークを含み、前記第１のレーザエネルギーピーク及び前記第２のレーザエネルギーピークは０から３００ｎｓの範囲の時間遅延によって分離される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２のレーザ波長は、１．３２μｍ、１．３０μｍ、１．０６４μｍ、１．０５３μｍ、１．０４７μｍ及びそれらの各第２、第３及び第４高調波を含む前記赤外波長からＵＶ波長の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２のレーザ波長は同じである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のレーザ波長は前記第２のレーザ波長より短い、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のレーザエネルギーは約０．００１μＪから２０μＪであり、前記第２のレーザエネルギーは約０．００１μＪから約２０μＪである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザパルス繰り返し周波数は約１Ｈｚから約２００ＫＨｚである、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
多層構造の隣接する非ターゲット層材料に相当なダメージを引き起こすことなく、ターゲット層材料の一部を深さ方向に除去するために前記多層構造をレーザ微細加工する方法であって、
第１のレーザエネルギー及び第１の波長の第１のレーザ出力をターゲット層材料に入射するために方向付けること、
第２のレーザエネルギー及び第２の波長の第２のレーザ出力を前記ターゲット層材料に入射するために方向付けることを含み、
前記第１の波長及び前記第１のレーザエネルギーは、前記多層構造の開放した容積の大きい領域の一部を形成するために、また前記多層構造の非ターゲット層材料にダメージを与えないために前記ターゲット層材料の最初の部分を深さ方向に除去するために協働し、
前記第２の波長及び前記第２のレーザエネルギーは、前記開放した容積の大きい領域の形成を完了するために、また前記開放した容積の大きい領域の下方又は隣接する近辺において前記非ターゲット層材料にダメージを与えないために前記ターゲット層材料の残りの部分を深さ方向に除去するために協働する、多層構造をレーザ微細加工する方法。
【請求項２２】
前記多層構造は、積み重ねた、上部パッシベーション層及び下部パッシベーション層間に位置付けされる導電性リンクを含み、前記ターゲット層材料の前記最初の部分は前記上部パッシベーション層の領域を含み、前記ターゲット層材料の残りの部分は前記導電性リンクの一部を含み、前記非ターゲット層材料は前記開放した容積の大きい領域の下方近辺に前記下部パッシベーション層の一部を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記上部パッシベーション層及び前記導電性リンクは互いに境界中間部分で接触し、除去された前記ターゲット層材料の前記最初の部分は前記境界中間部分の前記領域から除去された部分を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１のレーザエネルギーは隣接する上部パッシベーション層構造にひび割れを入れることなく、前記上部パッシベーション層を破裂させる量を有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の波長は前記紫外波長範囲内である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の波長は前記可視又は赤外波長範囲内にあり、前記開放した容積の大きい領域の下方近辺の前記非ターゲット層材料は、実質的に前記第１の波長に透過であり、それによって、前記第１の波長に応答して相当なダメージを受けない、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の波長は前記可視又は赤外波長範囲内にあり、前記開放した容積の大きい領域下方近辺の前記非ターゲット層材料は実質的に前記第２の波長に透過性であり、それによって、前記第２の波長に応答して相当なダメージを受けない、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記非ターゲット層材料はダメージ閾値を有し、前記第１の波長は前記紫外波長範囲内にあり、また前記第１の波長は前記非ターゲット層材料によって吸収されるが、前記非ターゲット層材料の前記ダメージ閾値より低い第１のレーザエネルギー量を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１のレーザ出力は主としてガウス分布形状の、中央領域を有するビームエネルギープロファイルを有し、前記エネルギープロファイルは前記中央領域に集中した最高のエネルギー量を有し、前記多層構造は導電性リンク及び基板間に位置付けされたパッシベーション層を含み、前記導電性リンクは前記ターゲット層材料の一部を含み、また幅を有し、
前記非ターゲット材料は前記パッシベーション層を含み、前記導電性リンクの前記幅は、前記第１のレーザ出力の前記最高のエネルギー量だけ前記パッシベーション層へのダメージを防止するシールドとして前記導電性リンクを機能させる、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２のレーザ出力は、それぞれ、時間遅延によって分離される第１及び第２のエネルギーピークを含み、前記第１及び第２のエネルギーピークに少なくとも部分的に対応する別個の特性を有するレーザパルスプロファイルによって特徴付けされるビームを形成することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
安定的なエネルギープロファイルを有するレーザパルスを発生する方法であって、前記エネルギープロファイルの第１の部分において第１のレーザ波長の第１のレーザエネルギー波長及び前記エネルギープロファイルの第２の部分において第２のレーザ波長の第２のレーザエネルギー波長を含み、
第１のエネルギープロファイル特性によって特徴付けされる第１の波長の第１のレーザエネルギーが第１の駆動信号に応答して伝搬する第１のレーザヘッドと第２のエネルギープロファイル特性によって特徴付けされる第２の波長の第２のレーザエネルギーが第２の駆動信号に応答して伝搬する第２のレーザヘッドとを提供すること、
前記第１及び第２のレーザエネルギー間に遅延を確立すること、
前記第１及び第２のエネルギープロファイル特性に少なくとも部分的に対応する出力パルスエネルギープロファイル特性によって特徴付けされるレーザ出力パルスを形成することを含み、
前記第１及び第２の駆動信号はタイミングコマンド信号に応答して同期的に生成され、それによって、動作許容範囲内に規定される範囲内で相対的なジッタを示し、
前記出力パルスエネルギープロファイル特性は前記第１及び第２のレーザエネルギー間に確立された前記遅延によって一時的に分離される、レーザパルスを発生する方法。
【請求項３２】
前記第１のレーザは第１の波長で前記第１のレーザエネルギーを放射し、また前記第２のレーザは前記第１の波長と異なる第２の波長で前記第２のレーザエネルギーを放射する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
ターゲット層材料を除去するために多層構造に入射するために前記レーザ出力パルスを方向付けることを含み、前記レーザ出力パルスは前記ターゲット層材料の領域の最初の部分を破裂させ、前記ターゲット層材料の領域の残りの部分を除去する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ターゲット層材料は導電性リンクを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１及び第２の波長は前記紫外、可視又は赤外波長範囲内あり、前記第１の波長は前記第２の波長より短い、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１及び第２の波長は前記紫外、可視又は赤外波長範囲内あり、前記第１及び第２の波長は同じである、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１及び第２のパルスプロファイル特性は、それぞれ、第１及び第２の別個のパルススパイクを表す、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１及び第２のレーザヘッドは、それぞれ、第１及び第２の音響光学Ｑスイッチを含み、第１及び第２のＲＦドライバは、それぞれ、前記タイミングコマンド信号に応答して前記第１及び第２の駆動信号を第１及び第２のＲＦ伝送媒体を通して前記第１及び第２の音響光学Ｑスイッチに提供し、前記第１及び第２の駆動信号は前記第１及び第２のレーザエネルギー間の前記遅延を確立する相対遅延を示す、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１及び第２のＲＦドライバは、それぞれ、第１及び第２のＲＦ増幅器を含み、前記第１及び第２のＲＦ増幅器はＲＦ信号発生器から共通ＲＦ信号を共有し、前記共通ＲＦ信号は前記タイミングコマンド信号に応答して停止され、前記ＲＦ信号がそのレーザ放射トリガーポイントを交差するとき、それによって、動作許容範囲内に制限される範囲にレーザエネルギー安定性を保証する、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１及び第２のＲＦケーブルの前記長さは前記第１及び第２のレーザエネルギー間の前記所望の時間遅延に基づいて同じ又は異なるように選択される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１のＲＦドライバと第２のＲＦドライバとは、それぞれ、第１のＲＦ信号発生器及び第１の増幅器と第２のＲＦ信号発生器及び第２の増幅器とを含み、前記第１及び第２のＲＦ信号発生器はＲＦ周波数発生器からの共通のＲＦ周波数信号を共有し、前記ＲＦ信号はゼロ電圧レベルを交差するとき、それによって、前記第１のレーザエネルギー安定性を動作許容範囲内に制限される範囲内で保証し、前記ＲＦ信号はゼロ電圧レベルを交差するとき、それによって、前記第２のレーザエネルギー安定性を動作許容範囲内に制限される範囲内で保証し、前記第１のＲＦ発生器は前記第１の増幅器及び前記第１の音響光学Ｑスイッチへの前記ＲＦ信号を前記タイミングコマンド信号に応答して停止し、前記第２のＲＦ信号発生器は、前記第１の音響光学Ｑスイッチが停止された後に、前記第２の増幅器及び前記第２の音響光学Ｑスイッチへの前記ＲＦ信号を前記タイミングコマンド信号に応答して停止し、前記遅延時間は前記ＲＦ周波数の半サイクル時間の整数倍である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１及び第２の波長は前記紫外、可視又は赤外波長範囲内にあり、前記第１の波長は前記第２の波長より短い、請求項３１に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１及び第２のレーザヘッドは前記レーザエネルギーの一部を前記第２のレーザヘッドに注入することによって結合される、請求項３１に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１のレーザヘッドからの前記注入レーザエネルギーは前記第１及び第２のレーザエネルギー間の前記遅延によって決定される光学路を通過する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記光学路は光学ファイバーを含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記第１及び第２のレーザエネルギー間の遅延はゼロから約５００ｎｓである、請求項３１に記載の方法。
【請求項４７】
前記レーザパルスは約１０ｎｓより短い前縁立ち上がり時間及び約５ｎｓより長い全持続時間を有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４８】
前記第１のレーザエネルギーは１ｐｓから１００ｎｓ持続し、前記第２のレーザエネルギーは約１ｐｓから約１００ｎｓ持続する、請求項３１に記載の方法。
【請求項４９】
前記パルスジッタ範囲の前記動作許容範囲は約１０ｎｓである、請求項３１に記載の方法。
【請求項５０】
前記レーザエネルギー安定性の前記動作許容範囲は約±１０％である、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工多層工作物材料に概して関し、特に、高品質の加工及び多重波長でのレーザエネルギーがレーザエネルギープロファイルに重なることができるより小さい可能なスポットサイズを達成するために半導体デバイス微細加工に対して目標とされる実質的にジッタのない多重波長レーザエネルギープロファイルを使用することに関する。
【０００２】
関連出願
本出願は、２００４年１２月９日付け米国仮特許出願第６０／６３５，０５４号の利益を主張する。
【０００３】
著作権表示
著作権２００５  エレクトロサイエンティフィックインダストリーズ社  本特許出願の開示内容の一部は著作権保護を受ける材料を含む。著作権者はその特許文献又は特許開示内容をいずれかの者によってファクシミリによって再生されることに対して、それが特許商標庁のファイル又は記録において現れるので異議はないが、それ以外はすべての著作権をどのような場合でも保持する（３７  ＣＦＲセクション１．７１（ｄ））。
【背景技術】
【０００４】
ＩＣデバイス製造の歩留まりはしばしば、表面下層又はパターンの整列の変動から生じる欠陥、微粒子汚染、又は基板自体の欠陥によって影響される。図１、図２Ａ及び図２Ｂは、余分な回路要素１４、例えばメモリセル２０の予備列１６又は予備行１８の多数の繰り返しを含むために行と列の形で典型的に製造されるＩＣメモリデバイスの反復電子回路１０を示す。図１、図２Ａ及び図２Ｂに関して、回路１０はまた、例えば、欠陥メモリセル２０を切断するために、またメモリデバイス、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ又は埋設メモリの代替の余分なセル２６を代用するために除去できる電気的コンタクト２４間に特定のレーザ切断回路リンク２２を含むために設計される。類似の技術も論理製品、ゲートアレイ又はＡＳＩＣをプログラムするためにリンクを切断するために使用される。
【０００５】
リンク２２は、隣接回路構造又は要素３４、例えばリンク構造３６から約１０ミクロン以下の慣用のリンク幅２８、リンク長３０及び約１．５ミクロン未満の要素対要素ピッチ（中心対中心間隔）３２で設計される。リンクの大きさ及びピッチはデバイス製造者によって絶えず軽減されている。最も普及しているリンク材料はシリコン及び類似の組成物であるが、メモリ製造者は、限定的ではないが、アルミニウム、銅、金ニッケル、チタニウム、タングステン、白金、及び他の金属、ニッケルクロムのような金属合金、チタニウム又はタンタル窒化物のような金属窒化物、ケイ化タングステンのようなタングステン金属合金、又は他の金属状材料を含むことができる種々の導電性金属リンク材料をごく最近採用した。
【０００６】
回路１０、回路要素１４又はセル２０に対して欠陥検査が行われる。欠陥を修正するために切断されるべきリンクがデバイス検査データから決定され、これらのリンクの配置がデータベース又はプログラムに記憶される。レーザパルスは回路リンク２２を切断するために２０年以上も採用されている。図２Ａ及び図２Ｂは、シリコン基板４２上方に及び上部パッシベーション層４４（図２Ｂではなく、図２Ａに示される）及び下部パッシベーション層４６（図２Ａではなく、図２Ｂに示される）を含むパッシベーション層スタックの構成層間に位置付けされるリンク２２から構成されるリンク構造３６に衝突するスポットサイズ径４０のレーザスポット３８を示す。図２Ｃは、リンク２２がレーザパルスによって除去された後の図２Ｂのリンク構造の部分断面側面図である。
【０００７】
先行技術は、半導体デバイスリンク加工用の単一のレーザ波長のみから構成されるレーザパルスを使用する。１０６４ｎｍ又は１０４７ｎｍ波長の単一のレーザパルスは、ビーム位置決め器の運動を停止せずにリンク毎に単一のパルスで個々のリンクを切断することを伴う半導体メモリチップ即時（オンザフライ）加工に広く使用される。１３２０ｎｍのレーザパルスはそれがシリコン基板にほとんどダメージを引き起こさないので、金属リンク加工において後に好ましくなった。ＵＶレーザパルスでのリンク加工も提案され、また実施されている。平坦（すなわち、厚い）銅リンクの２重パルス加工は少数のユーザによって試みられている。使用レーザパルスの全ては同じ波長であった。
【０００８】
シリコン基板のダメージを最小限にし、また加工ウインドウを強化するために有利な波長は、本特許出願人の譲受人に譲渡される米国特許第５，２６５，１１４号に開示される１３００ｎｍ近くである。しかし、１３００ｎｍでの実用的な最小レーザビームスポットサイズは約１．７ミクロンである。かっての半導体メモリチップの縮小特性サイズ又はリンクの大きさは１．４ミクロン以下のレーザビームスポットサイズを要求する。本特許出願人の譲受人に譲渡される米国特許第６，０５７，１８０号に開示されるＵＶスペクトル範囲で短波長を使用することは上部パッシベーション層を切断するために必要とされる最小ビームスポットサイズを供給することができるが、パッシベーション材料はシリコン基板を保護するためにＵＶ波長を吸収することを要求する。また、リンク構造設計はわずかなダメージのみを上部パッシベーション材料に課すために下部パッシベーション層構造と協働する。グリーン／可視範囲の短波長を使用することは、グリーン／可視範囲の波長のその高い吸収によってシリコン基板へのダメージの危険性が高い。
【０００９】
半導体デバイスの微細加工のために要求されるものは一連のパルスであり、各々は、多層構造の層の異なる加工特性に付随するエネルギープロファイルの範囲内で異なる時間に異なる波長で構成されるエネルギープロファイルを有する。１つのかかるエネルギープロファイルシーケンスは上部パッシベーション層及びリンク材料の頂部を最良に加工するためにＵＶ又はグリーン波長でレーザパルスエネルギーの第１の部分であり、引き続き、上部パッシベーション層及びシリコンウェハ基板へのダメージの危険を制限しつつ、残りのリンク材料を掃除するために１．３ミクロンでレーザパルスエネルギープロファイルの第２の部分である。
【特許文献１】米国特許第５，２６５，１１４号公報
【特許文献２】米国特許第６，０５７，１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明の概要
本発明の好ましい実施例は、エネルギープロファイル内で異なる時間に異なるレーザ波長から構成されるエネルギープロファイルを有し、またジッタがほとんどない又は全くない、多層構造に入射するレーザパルスを形成するために２又はそれ以上のレーザから伝搬し、多層構造を加工する異なる波長のレーザパルスの使用を伴う。他のレーザパラメータは同じ又は異なることができる。半導体デバイスリンク加工はリンク切断に関して好ましい実施例として記載される。好ましい実施例に関して記載される本発明に従うレーザパルスの使用はまた、他のレーザ加工動作、例えばビア穿孔に適用できる。典型的に、レーザパルスエネルギープロファイルの第１の部分は短波長、例えばＵＶ又はグリーン波長であり、その後のレーザパルスエネルギープロファイルの第２の部分は長波長、例えば可視又はＩＲ波長である。ＵＶ／グリーンレーザエネルギー及び可視／ＩＲレーザエネルギー間の時間遅延はプロセス及びターゲット構造に基づいて制御可能である。ＵＶ／グリーンレ＝ザエネルギーは上部パッシベーション層を切断又は破裂させ、リンク材料の一部を除去する。その後、次の可視／ＩＲレーザエネルギーは残りのリンク材料を除去する。可視／ＩＲレーザエネルギーの使用は下部パッシベーション層へのダメージの危険が高い。リンク構造がＵＶ又はグリーンレーザパルスによって部分的に加工された後により少ない可視／ＩＲレーザエネルギーが必要とされるので、可視／ＩＲレーザパルスによってシリコンウェハ基板に対するダメージの危険はほとんどない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にしたがって半導体デバイスリンクを加工することはいくつかの特徴又は面によって特徴付けられる。第１は、異なる時間に異なる波長から構成される所望のエネルギープロファイルを有するレーザパルスの形成である。エネルギープロファイルは十分制御され、全体的なレーザエネルギープロファイルを安定的に維持するためには、異なるレーザ波長でレーザエネルギー間に時間ジッタはほとんどない、又は全くない。第２は、リンク構造の異なるリンク加工ステージで、例えば初めにＵＶ又はグリーンレーザエネルギーを使用し、その後可視又はＩＲエネルギーを使用して異なる好ましいレーザエネルギーレベル及び波長を選択することである。第３は、レーザパルスが所望のエネルギープロファイル及び波長分割から構成される、即時（オンザフライ）、半導体デバイスを加工するために実行されるリンク加工システムである。
【００１２】
本発明は、より狭いリンク幅、より密集するピッチサイズ、より高い厚さ対幅比、並びにより複雑なパッシベーション層構造を有するリンクの加工を可能にし、脆いパッシベーション材料を加工する。ＵＶ及び可視レーザエネルギーから構成されるレーザパルスの場合、前縁部のＵＶレーザエネルギーはパッシベーション構造に大きい窪みを作る又はひび割れを生じさせる危険性がほとんどなく上部パッシベーション層を加工し、後縁部の可視／ＩＲレーザエネルギーは上部パッシベーション層及びシリコン基板へのダメージの危険性がほとんどなく残りのリンク材料を除去する。可視レーザエネルギーがグリーン及び青色スペクトル内で選択されるとき、全体的に効率的なレーザビームスポットサイズはＩＲで単一レーザ波長を使用する先行技術に比較して大きく軽減される。ＵＶ及びＩＲ／可視レーザエネルギーのパラメータ及びそれらのタイミングはリンク構造に基づいて、最良の結果のために調節できる。
【００１３】
異なるレーザ波長から構成されるエネルギープロファイルでレーザパルスを実質的にジッタなく形成することは、軽減した制御時間ジッタを有する異なる波長で多数のエネルギーピークを有する安定した独自のレーザエネルギープロファイルを提供する。異なる波長のレーザエネルギーの各発生器への同期駆動信号を通してレーザパルスプロファイルジッタを軽減すること、注入同期によって異なるレーザ波長で確立されたレーザエネルギーの開始又はその両方は短いピーク間分離の制御可能な時間変位波長ピークを可能にする。
【００１４】
本発明の追加の特徴及び利点は、添付図面に関連して進める、その好ましい実施例の詳細な説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい実施例は、図１、２Ａ〜２Ｃに示されるタイプの集積回路チップ上の導電性リンクを加工するために異なるレーザ波長の多数のエネルギーピークで特別に成形されたレーザエネルギープロファイルを形成するために、同じ又は異なる他のレーザパラメータと共に異なる波長でレーザパルスエネルギーを伝播する２つのレーザヘッドを使用する。
ある好ましい実施例は、加工タイミングシーケンスの始めに起こるレーザエネルギープロファイルの始めにＵＶ高調波長レーザから伝播するレーザエネルギーとその後の可視波長レーザヘッド、例えばグリーン又は青色レーザからのレーザエネルギーの使用を伴う。ＵＶレーザエネルギーピーク及び可視レーザエネルギーピーク間の時間遅延はプロセス及びターゲット構造に基づいて制御可能であり、実際、０から３００ｎｓ〜５００ｎｓにすることができる。５００ｎｓ時間範囲内で、ビーム位置決めシステム（図示せず）は０．１ミクロン未満を移動し、したがって、レーザエネルギープロファイル内の２つのレーザエネルギーピークは、単一レーザパルスの場合のように、同じリンクに即時（すなわちピーク位置決めシステムが移動中に）入射する。
【００１６】
ＵＶレーザエネルギーのパッシベーション材料による吸収のために、ＵＶレーザエネルギーはリンクの上にあるパッシベーション層を直接切断するか又は上部パッシベーション層がレーザビーム路に沿って温度上昇を受け、それにより、パッシベーション層構造にひび割れをもたらすことなく、上部パッシベーション層の信頼性のある調和した裂け目を生じる。これは、リンク幅が狭く、リンク厚さ対幅比が高く、及びパッシベーション構造がリンク底部で弱いときに、又はパッシベーション層が脆い低Ｋ材料、例えばＳｉＬＫから作られるとき、特に重要である。
【００１７】
ＵＶレーザエネルギーはそれが上部パッシベーション層を破裂させ、開放した容積の大きい領域の一部を形成するためにリンク材料の一部を除去するように選択される。レーザパルスエネルギープロファイルのＵＶセグメントの完了の後に残っているリンク材料の一部がある。レーザ強度が最高であるＵＶレーザビームの中心は上部パッシベーション層及びシリコンウェハ基板に直接入射せず、したがって、両者はＵＶレーザエネルギーによるダメージからリンク材料の「シールド」によって十分保護される。リンク構造を加工するためのレーザパルスエネルギープロファイルの「第１ステージ」は上部パッシベーション層を破裂し、リンク材料の一部を除去する。代替として、グリーンスペクトルのレーザエネルギーは、そのより良好な、導電性リンク材料に対するエネルギー結合効率のためにレーザエネルギープロファイルの始めに選択することができる。リンク加工の始めのレーザパルスエネルギープロファイルの短い立ち上がり時間は、それが上部パッシベーション層をより早く破裂させ、上部パッシベーション層が破裂前にひび割れる時間をほとんど残さないという点において利点がある。
【００１８】
リンク構造を加工するためのレーザパルスエネルギーの「第２ステージ」は残りのリンク材料のすべてを除去するために可視グリーン又は青色レーザエネルギーのより長い波長を使用する。可視レーザエネルギーはリンク加工の第２ステージを終了することのみを必要とする、すなわちＵＶレーザ加工の後に残っているリンク材料を除去することのみを必要とし、それによって、開放した容積の大きい領域の形成を完了するので、必要とするレーザエネルギー量は単一レーザ波長の単一レーザパルスを使用する伝統的なリンク加工に必要とされるレーザエネルギー量よりかなり少ない。結果として、可視レーザパルスによるシリコンウェハ基板へのダメージの危険は大きく軽減される。他方、可視波長でこのレーザパルスによる上部パッシベーション層へのダメージの危険は、上部パッシベーション材料がそれを吸収しないのでほとんどない。
【００１９】
レーザエネルギーを放射するレーザヘッドの両方は好ましくは同じ繰り返し周波数で動作し、また互いに十分同期される。リンク加工用の典型的なレーザパルスの繰り返し周波数は１ＫＨｚから２００ＫＨｚ以上の範囲にある。異なる適用に対して、レーザパルス繰り返し周波数は１ＫＨｚより低く（１Ｈｚまで低く）又は２００ＫＨｚより高くすることができる。リンク加工に対して、１つのレーザパルスプロファイルが形成される２又はそれ以上のレーザエネルギーの各々は０．００１μＪ未満から約２０μＪまでの範囲にあり、各持続時間は１００ｆｓから数十ｎｓの範囲にある。
【００２０】
別の好ましい実施例は、導電性リンクを切断するために、１０６４ｎｍ又は１３２０ｎｍのレーザエネルギー及びその第２又は第３高調波（各々、５３２ｎｍ、６６０ｎｍ、３５５ｎｍ、４４０ｎｍ）レーザエネルギーから構成されるレーザパルスエネルギープロファイルの使用を伴う。レーザパルスエネルギープロファイルを作り上げる各レーザ波長のエネルギー及びタイミングを適切に選択することによって、リンクは、隣接リンク又はシリコンウェハ基板へのダメージを防止しつつ切断できる。
【００２１】
表１は異なる波長で共通の半導体デバイスのリンク金属に対する吸収データを示す。
【００２２】
表１
１３２０ｎｍ        ６６０ｎｍ            ５３２ｎｍ
Ａｌ      ３％              ９％                  ９％
Ｃｕ      ２．５％          ５％                  ２５％
Ｗ        ４０％            ５０％
【００２３】
表１は、銅リンクを１３２０ｎｍで加工するために必要な元のエネルギー値がＥであるならば、６６０ｎｍ及び１３２０ｎｍの混合物に関して、新しい１３２０ｎｍエネルギー値は５０％Ｅにすることができ、６６０ｎｍエネルギー値はおよそ２５％Ｅにすることができることを示す。隣接リンク構造に対するダメージに関して、１３２０ｎｍエネルギーは２つの適用エネルギーのより大きいスポットサイズを有し、それによって、ダメージの危険性がより大きくなる。しかし、ガウス分布形状ビームに対して、リンクの任意の部分に対して５０％Ｅで入射する１３２０ｎｍエネルギーは、ダメージの観点から、１００％Ｅの１３２０ｎｍのビームスポットサイズの８０％である有効ビームスポットサイズを提供する。適切に設計された焦点光学機器において、２５％Ｅの６６０ｎｍレーザエネルギー有効レーザビームスポットサイズは５０％Ｅの１３２０ｎｍレーザエネルギーのレーザビームスポットサイズ以下にすることができる。
【００２４】
シリコンウェハに対するダメージに関して、２５％Ｅの６６０ｎｍのレーザエネルギーはシリコン基板のダメージ閾値より十分低い。１３２０ｎｍでさらに５０％Ｅを追加することはシリコンウェハ基板にダメージを与えないように十分なヘッドの余地を残す。このエネルギーパーセント混合は異なるリンク構造に対して容易に調節できる。例えば、それは、６６０ｎｍエネルギーに対して４０％〜２０％Ｅにでき、また１３２０ｎｍエネルギーに対して２０％〜６０％Ｅにできる。
【００２５】
他の好ましい実施例は異なる波長混合物の使用を伴う。１３２０ｎｍ及び６６０ｎｍレーザエネルギーの混合物の他に、他の混合物もまた、１３２０ｎｍ及び３３０ｎｍ（その第４高調波）エネルギー又は１０６４ｎｍエネルギー及びより短いレーザ波長エネルギー、例えば５３２ｎｍ、３５５ｎｍ及び２６６ｎｍにすることができ、それらのすべてはＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＶＯレーザからの１０６４ｎｍ高調波の放射である。
【００２６】
基本波長をその第２の高調波に混合することは、それが焦点レンズ設計を簡易化するので利点がある。２つの波長に対して所望のビームスポット径を供給できる２重波長レンズを作成することは基本波長及びその第３又は第４高調波より基本波長及びその第２高調波を加工するときに容易である。
【００２７】
ＵＶ及び１３２０ｎｍレーザエネルギーの混合物の使用を伴う好ましい実施例はＵＶレーザエネルギーが上部パッシベーション層を直接開放するのに役立つことができるという点で別の利点を提供する。これは、非常に狭いリンク幅を有するリンクを切断するために全く望ましい。ＵＶレーザは、ＵＶスペクトルの３５５ｎｍ、３５１ｎｍ、３４９ｎｍ又は他の波長でのＮｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ又はＮｄ、Ｙｂドープファイバレーザの第３高調波にすることができる。グリーンレーザは、グリーンスペクトルの５３２ｎｍ、５２６１ｎｍ、５２３ｎｍ又は他の波長でのＮｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ又はＮｄ、Ｙｂドープファイバの第２高調波にすることができる。  青色レーザは１３２０ｎｍから４４０ｎｍの又は他のレーザ源のＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬＦレーザの第３高調波にすることができる。可視スペクトルのより短いレーザ波長、例えば４００ｎｍが、ＵＶ波長（３５５ｎｍ）に近似する可視波長がより小さいビームスポットサイズに対する混合レーザエネルギーの焦点を容易にするので好ましい。
【００２８】
他の好ましいレーザ波長混合物はグリーン及び１３２０ｎｍ、グリーン及び１０６４ｎｍ、１０６４ｎｍ及び１３２０ｎｍ、１０６４ｎｍ及び１０４７ｎｍ、及び１３２０ｎｍ及び１０４７ｎｍにすることができる。グリーン及び１３００ｎｍ混合物は、ビームスポットサイズが最も臨界的な問題ではない「平坦（厚い）銅リンク」を加工するのに非常に有用である。グリーンレーザパルスはリンクの頂部の加熱を加速し、それによって、パッシベーション材料のどこかでひび割れを発生する危険性を少くして、上部パッシベーションを破裂させるのに役立つ。グリーンレーザエネルギーが上部パッシベーション層を破裂し、リンク材料の一部を除去した後に１３２０ｎｍレーザエネルギーはリンク加工を終了する。残っているリンク材料はグリーンレーザエネルギーによって加熱されるので、順次、１３２０ｎｍの要求レーザエネルギーを軽減する１３２０ｎｍのリンク材料の吸収は、大きく改良される。また、シリコンウェハ基板はかなり低い吸収係数を１３２０ｎｍで有する。これらすべての要因は加算され、使用レーザエネルギーによるシリコンウェハ基板に対するダメージの危険性をかなり低くする。ＵＶレーザ波長及び青色又はグリーンレーザ波長の混合物に対して、ＵＶ波長は３５５ｎｍ、２６６ｎｍ、又はより短い波長にすることができる。
【００２９】
図３は、特別に成形されたレーザ出力パルスエネルギープロファイルを形成するために、異なるレーザ波長で動作する２つのレーザヘッド５２，５４の出力を使用するシステム５０のある実施例を示す。システム５０は、好ましくは、必要ではないが、信頼性のある安定したパルスエネルギープロファイルを形成するためにレーザ出力ジッタを軽減する注入同期で実行される。ジッタ軽減は、別個の異なる波長ピークでレーザパルスエネルギープロファイルを形成するために２つのレーザヘッドのエネルギーは部分的に一時的に重なるときに有利である。出力エネルギーが一時的に重なる実施例において、特別に成形されるエネルギーパルスプロファイルは２つのレーザヘッドの出力エネルギーの特性に少なくとも部分的に対応する特性を有する。ジッタを軽減するための源及び技術は以下の図６Ａ、図６Ｂ、図７及び図８に関して記載される。
【００３０】
システム５０は、レーザ出力を放射する２つのレーザヘッド５２，５４から構成される。レーザ生成物（図示せず）、励起源（図示せず）、及び高速シャッターデバイス、例えばＱスイッチ５６から構成されるレーザヘッド５２は所望のエネルギープロファイルのパルスレーザ出力ビームを発生する。レーザヘッド５２、選択減衰器５８及びビーム拡大器５９の構成物はレーザレール６０を形成し、それからレーザエネルギーのパルス出力ビーム６２を伝搬する。同様に、レーザ生成物（図示せず）、励起源（図示せず）及び高速シャッターデバイス、例えばＱスイッチ６６から構成されるレーザヘッド５４は所望のエネルギープロファイルのパルスレーザ出力ビームを発生する。レーザヘッド５４、選択減衰器６８及びビーム拡大器６９の構成物はレーザレール７０を形成し、それからレーザエネルギーのパルス出力ビーム７２を伝搬する。当業者は、レーザ出力波長及び他のレーザパラメータはレーザヘッド５２，５４の構成部品の特定の構造及び形態を要求する。レーザレール６０のレーザ出力のビーム６２は、レーザビーム６２のエネルギーの小さい部分７８を注入同期するためにミラー７６に協働してレーザヘッド５４に方向付け、直接伝送によってレーザビーム６２のレーザのエネルギーの残りをビーム結合器８０に送るビームスプリッタ７４に入射する。注入レーザエネルギーに応答して部分的に生成されるレーザレール７０のレーザ出力のビーム７２はビーム結合器８０に入射用ミラー８４から反射する。ビーム結合器８０は、微細加工プロセスを行うために意図された多層構造に入射される所望のレーザパルスエネルギープロファイルによって特徴付けされるパルス出力ビーム８６を形成するためにレーザレール６０，７０の一連のパルスレーザ出力を受け取る。選択高調波変換器８８はレーザヘッド出力パルスのビームに、それらをビーム結合器８０に入射する前に関連付けできる。システム動作の細部及び他のシステムの細部は十分以下に記載される。
【００３１】
図４Ａ，図４Ｂ及び図４Ｃは、部分的に一時的に重なるレーザ出力６２，７２によって形成されるレーザパルスエネルギープロファイルの合成の一例を示す。図４Ａは、レーザレール６０によって生成される一連のパルススパイク９０を示す。各パルススパイク９０のエネルギープロファイルは、ターゲットリンク材料を破裂させるのに適切な急速な立ち上がり時間及びピークエネルギーレベル９２を示す。図４Ｂはレーザレール７０によって生成される一連のパルススパイク９４を示す。パルススパイク９０，９４は、パルススパイク９０より長い持続時間を有し、またそのパルススパイク９０に対して遅延される。各パルススパイク９４のエネルギープロファイルは、パルススパイク９０によって引き起こされる裂け目によって形成される開口のターゲット材料を除去するために適切な比較的ゆるやかな立ち上がり時間及びピークエネルギーレベル９６を示す。パルススパイク９４の立ち上がり時間はパルススパイク９０のそれよう長く、パルススパイク９４のエネルギーはパルススパイク９０のそれより小さい。パルススパイク９０、９４の持続時間は各々、約１ｐｓから約１００ｎｓの範囲にある。図４Ｃは、ビーム結合器８０の出力で生成される一連のパルスプロファイル９８の内の２つを示す。ビーム結合器８０は、パルススパイク９０のエネルギー及びパルススパイク９４のエネルギーの要件に基づいて、偏光に基づくことができ、又は単純な部分伝送及び反射、例えば５０％-５０％又は４０％-６０％に基づくことができる。各パルススパイク９０，９４のピーク９２，９６の相対位置はそれらの間の時間変位に依存する。かかる時間変位は例えば、図３に示される経路「Ａ」に沿う光学ファイバーの適切な長さと共に、レーザヘッド５２，５４に対する適切な異なるＱスイッチ放射時間を特定することによって実現できる。図４Ｃは、一連の単一のパルスを形成するパルススパイク９０，９４の重なりを示し、各々は各パルススパイク９０，９４のエネルギープロファイルの発生及びピークエネルギーレベルによって特徴付けされる２つのピーク１００，１０２を有する。ピーク１００，１０２間の遅延時間はほぼゼロから約５００ｎｓの間である。ピーク１００の前縁立ち上がり時間は約１０ｎｓより短く、またレーザパルスプロファイル９８の全持続時間は５ｎｓより長い。 
【００３２】
図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、一時的に重ならないパルスレーザ出力６２，７２のビームを形成するために、一連の別個のレーザパルスエネルギープロファイルを使用する実施例を示す。図４Ａ及び図５Ａは同じであり、図４Ｂ及び図５Ｂの一連のパルススパイク９４は同じである。しかし、対応パルススパイク９０、９４の時間変位はそれらが重複しないように十分大きい。図５Ｃは、交互の重ならないパルススパイク９０、９４の結合列１０４を示し、それらの各ピークエネルギーレベル９２、９６は別個の重ならないパルスの部分である。
【００３３】
異なる加工ステージで２つの異なる波長から構成されるレーザパルスエネルギープロファイルを使用する半導体リンク加工は、多重レーザヘッドを使用しかつビーム結合器８０のように偏光感応要素又は他の要素を使用することによって、より高いレーザパワー又はより高いレーザパルス繰り返し周波数で達成でき、又は２を超える異なるレーザ波長に延長できる。
【００３４】
多重レーザヘッドから伝播するレーザパルスを結合する先行技術はあるが、パルス結合中のレーザパルスジッタの問題に関する議論はない。レーザパルスジッタはレーザパルス制御信号に対するレーザパルスタイミングの不規則な変動である。レーザリンク加工に使用される典型的なダイオード励起固体（ＤＰＳＳ）レーザに対して、レーザパルスジッタは５ｎｓ〜３０ｎｓの範囲内にある。これは、２つのレーザヘッドから伝播する２つの対応するパルスがパルスジッタの範囲に類似する量だけ時間変位されるとき、レーザパルスエネルギープロファイルの形状を実行可能に安定化することができないことを意味する。
【００３５】
レーザパルスジッタの問題を解決することはプロファイルの高精度及び安定性を持って、２又はそれ以上の異なるレーザ波長から構成されるエネルギープロファイルを有するレーザパルスの実現を可能にする。したがって、２つのレーザヘッドから伝播しかつゼロから数百ナノ秒の範囲の期間によって分離されるレーザエネルギーは、種々の適用に対して有用な安定的なレーザパルスエネルギープロファイル形状を有する合成レーザパルスを発生するために利用できる。本発明のこの特徴は多重レーザヘッド間のレーザ出力ジッタを実質的に除去し、それによって、より高いレーザパワー、より高いレーザパルス繰り返し周波数又は特別に構成されたレーザパルス形状の使用を可能にする。
【００３６】
レーザパルスジッタは本質的に２つの源、レーザ駆動電子機器及びレーザ自体から来る。伝統的なレーザ駆動電子機器は以下に記載される本発明によって解決されるレーザパルスジッタの問題の原因を提示する。図６Ａはレーザパルス組み合わせように構成される先行技術システム１１０を示す。システム１１０は音響光学（Ａ−Ｏ）Ｑスイッチで構成されるＤＰＳＳレーザレール１１２、１１４を含む。電子コントローラ／遅延コントローラ１１６は出力１１８で音響光学ＱスイッチＲＦ信号及びレーザパルスデマンド制御信号を、応答して各パルスレーザ出力ビーム１３０、１３２ を放射するレーザレール１１２，１１４に提供する。出力ビーム１３０はビーム結合器１３４に直接入射用に伝播し、また出力ビーム１３２はビーム結合器１３４に入射用にミラー１３６から反射によって伝播する。ビーム結合器１３４はパルスレーザ出力ビーム１３２，１３４をレーザパルスの同軸ビーム１３８を形成するために受け取りかつ結合する。
【００３７】
より高いレーザパルス対パルス安定性を実現する音響光学Ｑスイッチ固体レーザに対して、音響光学ＱスイッチＲＦ信号は、それが好ましい実施例においてゼロボルトレベルである、レーザパルスを放射するための所定のトリガーポイントを交差するときにのみ遮断される。例えば、ＱスイッチＲＦ信号周波数が４８ＭＨｚならば、２つの連続ＱスイッチＲＦ信号交差ポイント間の時間差は約１０ｎｓである。レーザパルスタイミングデマンド制御信号は不規則であり、ＱスイッチＲＦ信号に非同期であるので、レーザパルスタイミングデマンド制御信号に応答して起きる実際のＱスイッチＲＦ信号は１０ｎｓの不規則なタイミングの不確実性を有する。２つの類似のレーザレールはパルスを結合するために使用されるとき、レーザレールから伝搬する２つのレーザパルス間のパルスジッタは２０ｎｓである。
【００３８】
図６Ｂは先行技術にしたがって形成されるレーザパルス結合同軸ビーム１３８に存在するレーザパルスジッタを示す。特に、図６Ｂは出力ビーム１３０の１２ｎｓ幅レーザパルス１５２及び出力ビーム１３２の２３ｎｓ幅レーザパルス１５４の多くの事象を混合することによって形成される同軸ビーム１３８を示すオシロスコープ図形１５０を示す。隣接１２ｎｓ幅パルス及び２３ｎｓ幅レーザパルス間の平均時間遅延は６０ｎｓであり、それらの結合レーザパルスジッタは約５０ｎｓである。図７は、１２ｎｓのパルス幅のレーザ１５２と２３ｎｓのパルス幅のレーザ出力１５４との、それらの１０ｎｓのパルス幅を有する結合物であるレーザパルスの所望のレーザエネルギープロファイル形状を示すオシロスコープ図形である。図７のレーザ出力１５２、１５４は、それぞれ、図６Ｂに関して記載されるレーザパルス１５２、１５４にそれらの平均遅延時間の差を除いて対応する。レーザパルスジッタによって先行技術のレーザパルスの結合技術が実用的でなくなるのは明らかである。
【００３９】
レーザ駆動電子機器から派生するレーザパルスジッタを軽減するために、図８に示されるレーザシステム１６０の実施例は、多重レーザに関連した音響光学Ｑスイッチが共通ＲＦ信号ドライバによって生成される同期駆動信号によって駆動される構造を実施する。システム１６０は音響光学Ｑスイッチ１６６，１６８で各々構成されたＤＰＳＳレーザヘッド１６２，１６４を含む。レーザ制御ドライバ１７２及びＲＦ信号ドライバ１７２によって構成されるレーザドライバ副システムはレーザヘッド１６２、１６４の動作を制御する。レーザ制御信号ドライバ１７２はレーザパルスタイミングデマンド制御信号１７６を提供し、ＲＦ信号ドライバ１７４はそれらに応答して同期ＲＦ信号を音響Ｑスイッチ１６６，１６８に提供する。レーザヘッド１６２に関連した紫外光波長変換器１８０はパルスＵＶレーザ出力ビーム１８２を提供し、レーザヘッド１６４に関連したグリーン光波長変換器１８４はパルスグリーンレーザ出力ビーム１８６を提供する。ＵＶレーザ出力ビーム１８２はビーム結合器１８８に直接入射するために伝搬し、グリーンレーザ出力ビーム１８６はビーム結合器１８８にミラー１９０から反射によって入射するために伝搬する。ＵＶ光の高透過性及びグリーン光の高反射性であるビーム結合器１８８はレーザパルスのビーム１９２を形成するためにＵＶ及びグリーンレーザ出力ビーム１８２，１８６を受け取り、結合する。ＲＦ信号ドライバ１７４及び各音響光学Ｑスイッチ１６６，１６８間のＲＦ同軸ケーブル１９４，１９６の異なる長さは異なるレーザヘッド１６２，１６４から伝搬する出力ビーム１８２，１８６の対応レーザパルス間の遅延時間を提供するために使用できる。
【００４０】
この構造に関して、レーザパルスはレーザパルスタイミングデマンド制御信号１７６によって要求され、両方のレーザエネルギーは、音響光学Ｑスイッチ１６６，１６８に印加される両方のＲＦ駆動信号が、光レーザ出力振幅安定性を維持するためにゼロ電圧レベルで交差するとき、すなわち、ＲＦ駆動信号に対して不規則ではないときに放射される。しかし、ＱスイッチＲＦ駆動信号遮断がレーザパルスタイミングデマンド制御信号１７６に対して同じ１０ｎｓの時間ジッタを示したとしても、音響光学Ｑスイッチ１６６，１６８に印加される両方のＲＦ駆動信号の同期によって、レーザパルス間に相対的なパルスジッタはない。したがって、安定したレーザパルスエネルギープロファイルはレーザパルスピーク間の正確なタイミングで達成可能である。約±１０％以内のレーザ安定性の動作許容範囲は達成可能である。
【００４１】
図９Ａは共通ＱスイッチＲＦ信号を第１のＲＦドライバ／増幅器２０２及び第２のＲＦドライバ／増幅器２０４に提供するＲＦ信号発生器２００から構成されるＲＦ信号ドライバ１７４の実施例を示す。ＲＦドライバ／増幅器２０２はＲＦ駆動信号を同軸ケーブル１９４に沿って音響光学Ｑスイッチ１６６に提供し、またＲＦドライバ／増幅器２０４はＲＦ駆動信号を同軸ケーブル１９６に沿って音響光学Ｑスイッチ１６８に提供する。
【００４２】
図９Ｂは、共通のＱスイッチＲＦ周波数信号を第１のＲＦ信号発生器２１２及び増幅器２１４結合物及び第２のＲＦ信号発生器２１６及び増幅器２１８結合物に提供するＲＦ周波数発生器２１０から構成される代替実施例を示す。増幅器２１４は同軸ケーブル１９４に沿ってＲＦ駆動信号を音響光学Ｑスイッチ１６６に提供し、増幅器２１８は同軸ケーブル１９６に沿ってＲＦ駆動信号を音響光学Ｑスイッチ１６８に提供する。代替実施例において、ＱスイッチＲＦ信号ドライバ１７４は異なるＲＦ信号発生器２１２、２１４及びそれらの、異なる音響光学デバイス１６６，１６８を駆動する各パワー増幅器２１４，２１８への入力として共通のＱスイッチＲＦ周波数信号を使用する。異なるパワー増幅器２１４、２１８用のＱスイッチＲＦ信号遮断時間の差はＱスイッチＲＦ周波数サイクル時間の１／２の整数倍にすることができる。この場合、異なるレーザヘッドに印加されるＲＦ信号はゼロ電圧レベル交差で遮断されるが、ＱスイッチＲＦ周波数サイクル時間の１／２の整数倍の遅延時間を有する。これは、ＱスイッチＲＦ信号周波数しだいで、数ナノ秒のステップのレーザパルス間にプログラム可能な遅延時間を与える。
【００４３】
当業者は、ＲＦ信号発生器２１２、２１６のＲＦトリガーポイントが同じレベルで又は異なるレベルで連続してプログラム可能であるとき、第１及び第２レーザエネルギー間の、連続してプログラム可能な遅延時間が実現できることを理解する。
【００４４】
ＱスイッチＲＦ信号が遮断された後、いわゆる量子ノイズから開始するレーザパルスは確立する。量子ノイズの不規則な性質のために、ＱスイッチＲＦ信号遮断の時間及びレーザパルスが確立し始めるときの時間の間の数ナノ秒から１０ｎｓの範囲の不規則な時間変動がある。レーザパルス確立プロセスから派生するレーザパルスジッタを軽減するために、好ましい実施例は１つのレーザヘッド（他のものより早くそのレーザパルス確立を開始した）からの、他のレーザヘッドのパルス確立が注入レーザ信号から開始するように他のレーザヘッドに注入されるべき少量のレーザ出力エネルギーを利用し、それによって、レーザ確立ジッタを排除する。
【００４５】
図３は、注入同期によって結合される２つのＤＰＳＳレーザヘッド１６２レーザを使用する実施例のあるシステム形態を示す。注入同期は、レーザヘッド５２（又はレーザレール６０）から注入用光学路を通してレーザヘッド５４に伝搬する第１のレーザパルス６２のレーザエネルギーの小さい部分を使用することによって遂行される。レーザヘッド５４のＱスイッチ６６の放射はレーザヘッド５２のＱスイッチ５６の放射から遅延する。光学路は注入レーザ信号を供給するためにファイバーレーザを含むことができる。光学路の長さはレーザ５２，５４からの２つのレーザエネルギー間の所望の遅延時間を供給するために調節できる。レーザヘッド５２の注入レーザエネルギーに関して、レーザヘッド５４のレーザパルスは共振器内の量子ノイズによる刺激ではなく、注入レーザエネルギーに応答して確立する。注入同期はビーム６２，７２のレーザパルスを高精度に同期させ、それによって、それらの間の相対的なパルスジッタを大きく軽減する。図８の点線はレーザパルスジッタに対して両方の解決策で実施されたレーザシステムを提供するためにレーザヘッド１６２，１６４の注入同期を示す。
【００４６】
レーザヘッド５２の基本波長は第２又は第３高調波への空洞外高調波変換を経験でき、一方、注入レーザエネルギーはレーザヘッド５２のレーザ波長と同じレーザ波長である基本波長から得られる。空洞外高調波変換実施例はレーザヘッド５２（又はレーザレール６０）からパルスレーザビーム６０を受け取る光学高調波変換器８８の使用で達成される。
【００４７】
レーザヘッド５４の放射のタイミングは、レーザレール７０の各出力パルスの開始点が、図４Ａ、４Ｂに示されるように、レーザレール６０の対応出力パルスの開始点及び終了点間の任意の時間にできるようにレーザレール６０の出力パルスに対して電子的に制御でき、それによって、図４Ｃの形成されたレーザパルスエネルギープロファイルのパルス形状を変更する。
【００４８】
最大値の半分（ＦＷＨＭ）でより短いパルス全幅を有する典型的なレーザパルスのテールは比較的長時間続く。例えば、公称５ｎｓパルス幅（ＦＷＨＭ）を有するレーザパルスに対して、全レーザパルス幅（レーザエネルギーの最初から最後までから測定される）は、１５ｎｓ〜２０ｎｓの長さにできる。これは、レーザヘッド５４の出力パルスのタイミングを放射する実質的に広い利用可能な範囲を提供する。注入レーザ信号、図３の「Ａ」はレーザヘッド５４の光学ビーム路は注入される前に長くされるとき、レーザヘッド５２，５４の対応出力パルス間の遅延は増加でき、形成されるレーザパルスプロファイルからなる２つのエネルギーピークが一時的に全体的に小さいジッタで図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示されるように分離される。
【００４９】
レーザパルスジッタのこれらの面の両方を解決することは、高精度タイミング及びプロファイル安定性を有する多重レーザヘッドから特別に成形されたレーザエネルギープロファイルを有するレーザパルスの発生を許容する。例えば、ゼロから数百ナノ秒の範囲の時間差を有する異なるレーザヘッドから伝搬する２つのレーザパルスは正確な安定的なパルスプロファイル形状すなわち「レーザエネルギー供給対時間」を有するレーザパルスを発生するために利用できる。２つのレーザヘッドは異なるレーザパルスパラメータ、例えば異なるパルス幅、パルス当たりのエネルギー、ビーム発散及び異なるレーザ波長で動作できる。レーザパルスプロファイル形状、「レーザエネルギー対時間」の分布、異なる発散及び生じるレーザパルスプロファイルの波長を変更する上での幅広い柔軟性は、種々の適用に対して非常に有用なツールである。
【００５０】
異なるレーザ波長からなる正確な安定的なレーザパルスエネルギープロファイルの発生は半導体メモリチップリンク加工に使用するのに適切である。リンク構造加工の品質の増加は、高速立ち上がりエッジ及び長いパルス幅を有するレーザパルスプロファイル又はプロファイルに沿ってどこかに配置されるスパイクを有するレーザプロファイル形状を形成するために、例えば、第１のレーザヘッドからのより短い持続時間のレーザエネルギー及び第２のレーザヘッドからのより長い持続時間のレーザエネルギーを使用して得ることができる。図４Ａ〜４Ｃに関して、２つのレーザヘッドは異なるレーザ波長で動作するとき、例えば、レーザプロファイルの所望の第１の期間のＵＶ波長のレーザエネルギー及びレーザプロファイルの所望の第２の期間のグリーン又は他の波長のレーザエネルギーによって特徴付けされるレーザパルスプロファイルを達成することができる。例えば、レーザパルスプロファイル９８のピーク１００の前部はＵＶ波長であり、レーザパルスプロファイル９８の後部又はピーク１０２はグリーン波長である。これは上述の理由でリンク加工に非常に有益である。好ましい組み合わせ、例えば１０６４ｎｍ及び１３２０ｎｍ、３５５ｎｍのＵＶ及び１０６４ｎｍ又は１３２０ｎｍの近ＩＲは異なるリンク構造又は異なる適用に対して達成可能である。
【００５１】
アプリケーションシステムはレーザパルスプロファイル、そのエネルギー構成要素及び波長成分をシステムの他の機能、例えばビーム対加工ターゲットの整列をさらに容易にするために制御できる。例えば、ビーム対加工ターゲットの整列に関して、システムは、エネルギープロファイルの他の部分がターゲット特性からの反射の対比及び増加信号対ノイズ比を改良することを可能にしないで、レーザパルスプロファイルのグリーンエネルギー部分のみ又はＵＶレーザエネルギー部分のみを可能にでき、それによって、整列精度を増大させる。リンク加工に対して、システムはレーザパルスエネルギープロファイルの全使用を行う。
【００５２】
多くの変形が本発明の基礎原理から逸脱することなく、上述の実施例の細部に対して行うことができることを当該技術分野の当業者には自明である。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】汎用回路セルの余分なレイアウト及び予備の列のプログラム可能なリンクを示すDRAMの一部分の概略図である。
【図２Ａ】先行技術のパルスパラメータによって特徴付けられるレーザパルスを受け取る慣用の大きい半導体リンク構造の部分断面側面図である。
【図２Ｂ】隣接回路構造とともに、図２Ａのリンク構造及びレーザパルスの部分平面図である。
【図２Ｃ】リンクが先行技術のレーザパルスによって除去された後、図２Ｂのリンク構造の部分断面側面図である。
【図３】注入同期によって結合される２つのレーザヘッドで構成されるレーザシステムの実施例の簡易汎用ブロック図であり、その出力は２つの異なる波長から構成されるパルスエネルギープロファイルでパルスレーザ出力ビームを形成するために使用される。
【図４Ａ】図４Ｃに示される特別に成形されるレーザパルスエネルギープロファイルを形成するために使用される異なるレーザ波長での一連のレーザエネルギーの実施例である。
【図４Ｂ】図４Ｃに示される特別に成形されるレーザパルスエネルギープロファイルを形成するために使用される異なるレーザ波長での一連のレーザエネルギーの実施例である。
【図４Ｃ】、図３の２つのレーザヘッドから異なる波長で２つの部分的に重なるエネルギーピークがあることを示すレーザエネルギーの実施例である。
【図５Ａ】図３の２つのレーザヘッドから異なる波長で２つの重ならないエネルギーピークを有する特別に成形されるレーザパルスエネルギープロファイルを形成するために使用される異なるレーザ波長での一連のレーザエネルギーの実施例である。
【図５Ｂ】図３の２つのレーザヘッドから異なる波長で２つの重ならないエネルギーピークを有する特別に成形されるレーザパルスエネルギープロファイルを形成するために使用される異なるレーザ波長での一連のレーザエネルギーの実施例である。
【図５Ｃ】図３の２つのレーザヘッドから異なる波長で２つの重ならないエネルギーピークを有する特別に成形されるレーザパルスエネルギープロファイルを形成するために使用される異なるレーザ波長での一連のレーザエネルギーの実施例である。
【図６Ａ】２つのパルスレーザの出力を結合する先行技術のシステムの簡易汎用ブロック図である。
【図６Ｂ】図６Ａの先行技術のレーザパルス結合システムによって示されるレーザパルスジッタの効果を示すオシロスコープ図形である。
【図７】本発明にしたがって実行されるレーザパルス発生システムによって実現されるレーザエネルギープロファイルを示すオシロスコープ図形である。
【図８】２つのレーザヘッドのＱスイッチに印加される同期ＲＦ駆動信号で構成されるレーザパルス発生システムの実施例の簡易ブロック図であり、その出力は異なる波長で安定した出力エネルギープロファイル特性によって特徴付けされるパルスレーザエネルギーを形成する。
【図９Ａ】図８のＲＦ信号ドライバの代替実施例を示す。
【図９Ｂ】図８のＲＦ信号ドライバの代替実施例を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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