(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルスのバーストを生成するステップと、
前記レーザパルスのバーストを調整し、選択的に成形された単一のバーストエンベロープを生成するステップであって、前記レーザパルスのバーストを調整することが、ターゲット箇所における第１の層の加工特性に基づいて、前記単一のバーストエンベロープ内の１つ以上の第１のレーザパルスを第１の振幅に選択的に調整することと、前記ターゲット箇所における第２の層の加工特性に基づいて、前記単一のバーストエンベロープ内の１つ以上の第２のレーザパルスを第２の振幅に選択的に調整することと、を含む、ステップと、
前記レーザパルスの振幅が調整されたバーストを前記ターゲット箇所に方向付けるステップと、を有し、
前記レーザパルスの前記単一のバーストエンベロープは、同一のターゲット箇所における前記第１及び第２の層の両方を加工する、レーザマイクロマシニング方法。
【請求項２】
前記レーザパルスのバーストを生成するステップは、
各時間的パルス幅が約１ナノ秒以下であるモード同期レーザパルスを生成するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記各時間的パルス幅は、約１ナノ秒から約１００フェムト秒の間の範囲内にある請求項２記載の方法。
【請求項４】
約１００ｋＨｚから約５００ＭＨｚの間の範囲内の繰返し率で前記レーザパルスを生成するステップを更に有する請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記レーザパルスのバーストを生成するステップは、
約１ナノ秒から約１マイクロ秒の間の範囲内の時間的幅内で前記バーストを生成するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記ターゲット箇所は、導電性リンク切断ターゲット、材料トリミングターゲット、ビア形成ターゲット、スクライビングターゲット及びダイシングターゲットからなるターゲットタイプのグループから選択される請求項５記載の方法。
【請求項７】
レーザパルスの複数のバーストを生成するステップと、
第１のターゲット箇所の第１のターゲットタイプに基づいて、前記レーザパルスの第１のバーストのバーストエンベロープを調整するステップであって、前記第１のターゲット箇所における第１の層の加工特性に基づいて、前記第１のバースト内の１つ以上の第１のレーザパルスを第１の振幅に選択的に調整することと、前記第１のターゲット箇所における第２の層の加工特性に基づいて、前記第１のバースト内の１つ以上の第２のレーザパルスを第２の振幅に選択的に調整することと、を含む、ステップと、
第２のターゲット箇所の第２のターゲットタイプに基づいて、前記レーザパルスの第２のバーストのバーストエンベロープを調整するステップと、
前記レーザパルスの第１のバーストを前記第１のターゲットタイプの前記第１のターゲット箇所に方向付けるステップと、
前記レーザパルスの第２のバーストを前記第２のターゲットタイプの前記第２のターゲット箇所に方向付けるステップと、
を有するレーザマイクロマシニング方法。
【請求項８】
前記第１のターゲットタイプ及び第２のターゲットタイプは、導電性リンク切断ターゲット、材料トリミングターゲット、ビア形成ターゲット、スクライビングターゲット及びダイシングターゲットからなるグループから選択される請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１のバースト内の１つ以上の第３のレーザパルスを第３の振幅に選択的に調整するステップを更に有し、
前記１つ以上の第３のレーザパルスは、時間的に、前記１つ以上の第１のレーザパルスと、前記１つ以上の第２のレーザパルスとの間にあり、
前記第３の振幅は、実質的にゼロであり、前記１つ以上の第１のレーザパルスと、前記１つ以上の第２のレーザパルスの間にギャップが形成される請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のターゲット箇所における第３の層の加工特性に基づいて、前記第２のバースト内の１つ以上の第３のレーザパルスを１つ以上の第３の振幅に選択的に調整するステップと、
前記第２のターゲット箇所における第４の層の加工特性に基づいて、前記第２のバースト内の１つ以上の第４のレーザパルスを１つ以上の第４の振幅に選択的に調整するステップと、を更に有する請求項７記載の方法。
【請求項１１】
第３のターゲットタイプに基づいて、前記レーザパルスの第３のバーストのバーストエンベロープを調整するステップと、
前記第３のターゲットタイプの第３のターゲット箇所に前記レーザパルスの第３のバーストを方向付けるステップと、を更に有する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザパルスの複数のバーストを生成するステップは、
約１ｋＨｚから約５００ｋＨｚの間の繰返し率で連続するバーストを生成するステップを含む請求項７記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザパルスの複数のバーストを生成するステップは、
約１ナノ秒から約１マイクロ秒の間の範囲内の時間的幅内で各バーストを生成するステップを含む請求項７記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザパルスの複数のバーストを生成するステップは、
各時間的パルス幅が約１ナノ秒以下であるモード同期レーザパルスを生成するステップを含む請求項７記載の方法。
【請求項１５】
前記各時間的パルス幅は、約１ナノ秒から約１００フェムト秒の間の範囲内にある請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
約１００ｋＨｚから約５００ＭＨｚの間の範囲内の繰返し率で前記レーザパルスを生成するステップを更に有する請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
レーザパルスのバーストを生成する手段と、
前記レーザパルスのバーストを調整し、選択的に成形された単一のバーストエンベロープを生成する手段であって、前記レーザパルスのバーストを調整することが、ターゲット箇所における第１の層の加工特性に基づいて、前記単一のバーストエンベロープ内の１つ以上の第１のレーザパルスを第１の振幅に選択的に調整することと、前記ターゲット箇所における第２の層の加工特性に基づいて、前記単一バーストエンベロープ内の１つ以上の第２のレーザパルスを第２の振幅に選択的に調整することと、を含む、手段と、
前記レーザパルスの前記単一のバーストエンベロープが、同一のターゲット箇所における前記第１及び第２の層の両方を加工するように、前記レーザパルスの振幅が調整されたバーストを前記ターゲット箇所に方向付ける手段と、
を備えるレーザマイクロマシニングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザマイクロマシニングに関する。詳しくは、本発明は、短レーザパルス又は超短レーザパルスのテイラードバースト（tailored burst）を用いるレーザシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザマイクロマシニング加工は、例えば、半導体メモリリンク加工、材料トリミング、ウェハ／パネルスクライビング、ウェハ／パネルダイシング及びビア穴あけを含む。レーザマイクロマシニングは、一般的に、加工される特定の材料及びターゲット構造、使用されるレーザ光源及び使用されるパルス繰返し率に応じて、例えば、１．３μｍ、１．０６４μｍ、１．０５３μｍ又は１．０４７μｍ及びこれらの高調波の波長、並びにナノ秒の範囲（例えば、数ナノ秒と約２００ナノ秒との間）のパルス幅のレーザパルスを用いることができる。例えば、ウェハダイシング等のレーザマイクロマシニング加工では、約１ナノ秒未満のパルス幅及び数Ｈｚ〜約３００ｋＨｚの間にあるパルス繰返し率を有するモード同期レーザパルスを使用することができる。
【０００３】
半導体メモリアレイチップの製造が完了すると、チップの露出表面上の集積回路（integrated circuit：ＩＣ）パターンは、通常、パッシベーション材料の電気的絶縁層によってシールされる。典型的なパッシベーション材料は、例えば、樹脂又は例えば、ポリイミド、ＳｉＯ２又はＳｉＮ等の熱可塑性ポリマを含む。この最終的な「パッシベーション」層の目的は、チップの表面が周囲の湿気に化学的に反応することを防止し、環境微粒子から表面を保護し、機械的応力を吸収することである。パッシベーションに続いて、チップは、金属相互接続が埋め込まれ、メモリセルのプロービング及び機能的な検査を行うことができる電子パッケージに取り付けられる。多くのメモリセルの１つが不良であると判定された場合、そのセルは、アレイ内でそのセルを隣接するセルにリンクする導電性相互接続又はワイヤを切断することによって無効化される。また、複数の「冗長な」メモリセルの１つへのワイヤも切断され、不良のセルの置換のために、冗長なメモリセルが有効化される。「リンク加工」又は「リンクブローイング（link blowing）」による個々のメモリセルの無効化及び／又は有効化は、レーザマイクロマシニング設備によって行われ、レーザマイクロマシニング設備は、レーザビームエネルギを方向付け、ターゲットに隣接する材料及びターゲットの上下の材料にダメージを与えることなく、非常に局部的な領域内のリンク材料を選択的に除去することができる。指定されたリンクの選択的な加工は、レーザビームの波長、スポットサイズ、パルス繰返し率、パルス波形、又はターゲットと送達されるレーザエネルギとの相互作用に影響を及ぼす他の空間的若しくは時間的なビームパラメータを変更することによって達成される。
【０００４】
メモリアレイ又は他のタイプのＩＣチップ内の導電性リンクの後処理を伴うレーザマイクロマシニング加工は、高速な立ち上がりフロントエッジ（rising front edge）を有する（例えば、０．１〜１０ナノ秒の立ち上がり時間を有する）急峻なパルスを使用して、所望の品質、歩留まり及び信頼性を達成する。リンクを綺麗に切り離すために、レーザパルスは、上位のパッシベーション層を貫通して、金属相互接続を切断する。既存の固体レーザからの典型的なパルスの立ち上がりエッジは、パルス幅によって変化する。リンク加工において、５〜２０ナノ秒パルス幅及び傾斜した、徐々に上昇する立ち上がりエッジを有する従来のガウス形レーザパルスを使用すると、特に、パッシベーション層の厚さが厚すぎる又は非一様である場合に、パッシベーション層内に「過剰な凹み（over crater）」が生じる傾向がある。この過剰な凹みによって、ＩＣの信頼性が低下する。
【０００５】
上位のパッシベーション層の破壊の挙動は、Ｙｕｎｌｏｎｇ  Ｓｕｎの博士論文「"Laser processing optimization of semiconductor based devices" (Oregon Graduate Institute, 1997)」において詳しく分析されている。パッシベーション層の厚さは、重要なパラメータであるので、特定のパッシベーション層材料の最適の厚さは、Ｓｕｎの分析に基づくシミュレーションによって決定してもよい。ＩＣ製造の間、パッシベーション層のウエハレベルの加工制御を維持することが困難であるため、厚さが最適ではなくなり、ウェハに亘る厚さ又はウェハ間の厚さが非一様になることがある。したがって、後処理で使用されるレーザパルスの特性を最適化することによって、パッシベーション層の予定外の寸法及び変動の原因を補償することに役立つことがある。
【０００６】
Ｓｍａｒｔの米国特許番号第６，２８１，４７１号は、リンク加工のために実質的に正方形の形状を有するレーザパルスを使用することを提案している。このような急峻なエッジを有するパルスは、主発振器レーザをファイバ増幅器に接続することによって生成できる（ＭＯＰＡ）。この低電力主発振器は、速い立ち上がり時間を有する正方形の形状のパルスを生成することができるダイオードレーザを採用する。一方、本特許出願の譲受人に譲渡されているＹｕｎｌｏｎｇ  Ｓｕｎ他による米国特許番号第７，３４８，５１６号には、垂直な立ち上がりエッジにもかかわらず、実質的に正方形の形状のレーザパルスは、リンク加工のための最良のレーザパルス波形ではないことが指摘されている。これに代えて、Ｓｕｎ他は、最も効果的にリンクを加工する速い立ち上がりピーク又は複数のピークを有し、続いて、信号強度が低下して、シャットオフされる前に、比較的平坦な低いパワーレベルを維持する、一実施の形態では、椅子の形状に類似した、特別に整形されたレーザパルス波形（テイラードレーザパルス波形）の使用を開示している。高いピークパワーを有するが平均パワーが低いこのようなテイラードレーザパルスは、所謂パルススライシング技術によって好適に生成され、これは、電気光学変調（electro-optical modulation：ＥＯＭ）又は音響光学変調（acousto-optical modulation：ＡＯＭ）によって実現できる。例えば、従来のアクティブＱスイッチ固体レーザは、高強度及び高パルスエネルギのナノ秒のシードパルスを提供し、光ループスライシングデバイス（light-loop slicing device）は、標準のレーザパルスを所望のテイラードパルス波形に変形する。
【０００７】
本特許出願の譲受人に譲渡されているＸｉａｏｙｕａｎ  Ｐｅｎｇ他による米国特許出願番号第１２／０５７，２６４号には、例えば、半導体リンク加工のための紫外線（ＵＶ）レーザシステムにおいて実現された光ループスライシング方式が開示されている。これに代えて、パワー増幅器として利得ファイバを使用する主発振器及びパワー増幅器（Master Oscillator, Power Amplifier：ＭＯＰＡ）によって特別なテイラードレーザパルスを生成してもよい。ＭＯＰＡは、特定の一定の周波数で安定した信号源を構成するという点で、ＭＯＰＡの使用は有益である。
【０００８】
Ｐａｓｃａｌ  Ｄｅｌａｄｕｒａｎｔａｙｅによる米国特許出願公表番号第２００６／０１５９１３８号は、２つの変調器が連続波（continuous wave：ＣＷ）光ビームを整形して、様々な整形パルスを生成する整形パルスレーザを開示している。但し、ＣＷ光ビームからパルスレーザを生成することは、かなり非効率であり、したがって、より多くの増幅を必要とする。このような低いピークパワー信号は、雑音の影響を受け、これによってパルス間の不安定性が生じることがあるため、パルス安定性及びエネルギ安定性を維持するために、２つの変調器を同期させることが望ましく、このため、複雑性及びコストが更に高まる。
【０００９】
上述したシステム及び方法は、通常、パルス幅がナノ秒の範囲内にあるレーザパルスを用いる。但し、パルス幅がナノ秒の範囲内にあるレーザパルスは、短所を有する。Ｙｕｎｌｏｎｇ  Ｓｕｎの「"Laser Processing Optimization for Semiconductor Based Devices" (unpublished doctoral thesis, Oregon Graduate Institute of Science and Technology, 1997)」に詳細に述べられているように、ナノ秒パルス幅による従来のレーザリンク加工は、リンクの加熱、溶融及び蒸発に依存し、シングルレーザパルスによって、上位のパッシベーション層を爆発的に開くために、機械的応力を生じさせる。このような従来のリンク加工レーザパルスは、大きな熱影響部（heat affected zone：ＨＡＺ）を生成し、これは、切断されたリンクを含むデバイスの品質を劣化させることがある。例えば、リンクが比較的厚い場合、又は適量のレーザパルスエネルギを吸収するには、リンク材料の反射性が高すぎる場合、リンクを切断するために、１レーザパルスあたり、より大きいエネルギが用いられる。レーザパルスエネルギを高めると、ＩＣチップにダメージが生じるリスクも高まり、このダメージには、上位のパッシベーション層内の不規則な又は大きすぎる開口、下位にあるパッシベーション層のクラッキング、隣接するリンク構造へのダメージ及びシリコン（Ｓｉ）基板へのダメージが含まれる。一方、厚いリンクに対してリスクがない範囲内のレーザパルスエネルギを用いると、リンクの切断が不完全になることが多い。
【００１０】
したがって、超高速レーザ（ピコ秒レーザ又はフェムト秒レーザのいずれか）を用いて、ＩＣチップのリンク等の半導体材料を加工するための実験が行われてきた。しかしながら、単一の超高速パルスの高いピークパワーは、下位にあるＳｉ基板にダメージを与えやすく、これは、多くの用途において、容認されない。超高速レーザによって引き起こされる高いピークパワーによる基板へのダメージの問題の解決策の１つは、ピークパワーがより低い超高速パルスのバースト又はトレインを用いることである。また、ピーク強度が低いパルストレインは、材料内の有効なスポットサイズが小さくなるという作用がある。超高速パルスのトレインを用いる問題は、パルスピッカ（pulse picker）を用いる多くの市販の超高速レーザが１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲のパルス繰返し率を有するという点である。パルスピッカがなければ、モード同期レーザは、通常、１０メガヘルツ範囲内の固定された繰返し率で動作する。このような繰返し率は、リンクに直接適用することが困難であることがあり、これは、通常約４００ｍｍ／ｓであるステージの動きが、数十ナノ秒のレーザパルスインターバル期間内で「次」のレーザパルスを「次」のリンクに移動させるには遅すぎるためである。
【００１１】
本特許出願の譲受人に譲渡されているＹｕｎｌｏｎｇ  Ｓｕｎ他による米国特許番号第６，５７４，２５０号では、超短レーザパルスのバーストを使用して、導電性リンクを切断する。バースト内の各レーザパルスのパルス幅は、２５ピコ秒〜１００フェムト秒の間である。Ｂｏ  Ｇｕ他の米国特許出願公表番号第２００７／０１９９９２７号では、約１０ピコ秒及び約１ナノ秒未満の間の範囲のパルス継続時間を有する少なくとも１つのパルスを有するレーザを使用する。Ｌｕｍｅｒａ  Ｌａｓｅｒ  ＧｍｂＨ社のＡｃｈｉｍ  Ｎｅｂｅｌ他は、デジタルタイミング制御を用いてパルスのシーケンス又はグループを生成する受動モード同期レーザを開示している。これについては、「"Generation of Tailored Picosecond-Pulse-Trains for Micro-Machining," Photonics West 2006, LASE Conference: Commercial and Biomedical Applications of Ultrafast Lasers VI Paper No. 6108-37」に記載されている。Ａｃｈｉｍ  Ｎｅｂｅｌ他が開示するシステムは、ポッケルスセル（Pockels cell）の半波を通過させる電圧を駆動し、１サイクルで２つのＨＶパルスを生成する高電圧の電子光学（ＥＯ）パルスピッカによって生成される「二重スイッチ」方式に基づいている。パルスのグループ間の遅延時間は、変更可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ターゲット構造のマイクロマシニングのために、一連のレーザパルスバンドル又はバーストを使用する。ターゲット構造は、半導体デバイス上にあっても、半導体デバイス内にあってもよく、例えば、複数の層を有する半導体デバイス内にあってもよい。各バーストは、時間的パルス幅が約１ナノ秒未満である短レーザパルスを含む。幾つかの実施の形態では、各レーザパルスは、約１ナノ秒〜約１００フェムト秒の範囲の時間的パルス幅を有する。
【００１３】
一実施の形態においては、レーザマイクロマシニング方法は、レーザパルスのバーストを生成するステップと、ターゲット箇所を加工するためにレーザパルスのバーストのエンベロープを調整するステップとを有する。この方法は、ターゲット箇所における第１の特徴形状の加工特性に基づいて、バースト内の１つ以上の第１のレーザパルスを第１の振幅に選択的に調整すること、及びターゲット箇所における第２の特徴形状の加工特性に基づいて、バースト内の１つ以上の第２のレーザパルスを第２の振幅に選択的に調整することによって、バーストのエンベロープを調整するステップを含む。この方法は、更に、レーザパルスの振幅が調整されたバーストをターゲット箇所に方向付けるステップを有する。
【００１４】
他の実施の形態においては、レーザマイクロマシニング方法は、レーザパルスの複数のバーストを生成するステップと、第１のターゲットタイプに基づいて、レーザパルスの第１のバーストのバーストエンベロープを調整するステップと、第２のターゲットタイプに基づいて、レーザパルスの第２のバーストのバーストエンベロープを調整するステップとを有する。この方法は、更に、レーザパルスの第１のバーストを第１のターゲットタイプの第１のターゲット箇所に方向付けるステップと、レーザパルスの第２のバーストを第２のターゲットタイプの第２のターゲット箇所に方向付けるステップとを有する。このような実施の形態の１つでは、バーストが「二重バースト」を形成するように、バースト内の１つ以上のパルスの振幅が略々ゼロに設定される。
【００１５】
更なる側面及び利点は、以下、添付の図面を参照して進める好ましい実施の形態の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】一実施の形態に基づくレーザパルスバーストを図式的に示す図である。
【図１Ｂ】一実施の形態に基づくレーザパルスバーストを図式的に示す図である。
【図２】ある実施の形態に基づいて生成できる例示的なバーストエンベロープを図式的に示す図である。
【図３】一実施の形態に基づくレーザマイクロマシニング加工のフローチャートである。
【図４Ａ】一実施の形態に基づく連続したレーザパルスバーストを用いてスクライビングされる多層半導体デバイスの斜視図である。
【図４Ｂ】一実施の形態に基づく図４Ａに示すターゲット箇所４１８の拡大された平面図である。
【図５】一実施の形態に基づく導電性リンクを有するウェハの加工を図式的に示す図である。
【図６】一実施の形態に基づくレーザマイクロマシニング加工のフローチャートである。
【図７】一実施の形態に基づく短レーザパルス又は超短レーザパルスのテイラードバーストを生成するためのレーザシステムのブロック図である。
【図８】一実施の形態に基づく、バーストをプログラミング可能なパルスレーザを有するレーザシステムのブロック図である。
【図９】高速の分布帰還型ダイオードを含む一実施の形態に基づく超高速レーザ光源のブロック図である。
【図１０】一実施の形態に基づく、図８の超高速レーザ光源として用いることができる典型的なファイバモード同期主発振器のブロック図である。
【図１１】一実施の形態に基づく、整形されたバーストエンベロープを生成するために使用可能なシードレーザのブロック図である。
【図１２】一実施の形態に基づく、第１の超高速レーザ光源及び第２の超高速レーザ光源の出力を選択的に結合するシードレーザを有するレーザシステムのブロック図である。
【図１３Ａ】ある実施の形態に基づく、前置増幅器（フェーズ１）及びパワー増幅器（フェーズ２）の異なる構成を実装した各レーザシステムのブロック図である。
【図１３Ｂ】ある実施の形態に基づく、前置増幅器（フェーズ１）及びパワー増幅器（フェーズ２）の異なる構成を実装した各レーザシステムのブロック図である。
【図１３Ｃ】ある実施の形態に基づく、前置増幅器（フェーズ１）及びパワー増幅器（フェーズ２）の異なる構成を実装した各レーザシステムのブロック図である。
【図１４】一実施の形態に基づく、波長変換のための高調波発生器を含むレーザシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ある実施の形態では、ターゲット構造のマイクロマシニングのために、一連のレーザパルスバンドル又はバーストを使用する。ターゲット構造は、半導体デバイス上にあっても、半導体デバイス内にあってもよく、例えば、異なるレーザ加工特性を有する複数の層を有する半導体デバイス内にあってもよい。或いは、ターゲット構造は、複数のレーザ加工特性を有する単一の材料を含んでいてもよい。例えば、材料の上面、材料のバルク又は内部、及び材料の底面は、異なるレーザ加工特性を有することがある。更に、材料内の深さが異なれば、レーザ加工特性が異なることがある。
【００１８】
各バーストは、時間的パルス幅が約１ナノ秒未満である短レーザパルスを含む。幾つかの実施の形態では、各レーザパルスは、約１ナノ秒〜約１００フェムト秒の範囲の時間的パルス幅を有する。ここでは、約１０ピコ秒未満の時間的パルス幅を「超短」又は「超高速」レーザパルスと呼ぶ。
【００１９】
ある実施の形態では、バーストは、短レーザパルス又は超短レーザパルスの複数のモード同期レーザパルスを含む。他の実施の形態では、モード同期されないレーザ光源によって、複数の短レーザパルス又は超短レーザパルスが生成される。バースト内の各パルスのレーザパルスパラメータ（例えば、パルスエネルギ、ピークパワー等）は、ターゲット構造の異なる特徴形状又は層の特性又は異なる加工要求に基づいて、個別に制御してもよい。例えば、バースト内の１つ以上の第１のレーザパルスは、半導体デバイスの第１の層を加工するように構成してもよく、１つ以上の第２のレーザパルスは、半導体デバイスの第２の層を加工するように構成してもよく、バースト内の更なるパルスは、半導体デバイスの更なる層を加工するように構成してもよい。このように、レーザパルスバーストの振幅プロファイル又はエンベロープを選択的に制御することによって、ターゲット構造の各特徴形状について、レーザ加工品質が向上する。更に、短レーザパルス又は超短レーザパルスのバーストは、単一の短レーザパルス又は超短レーザパルスを使用する場合に比べて、より低いピーク強度で、ターゲット構造により大きな総レーザエネルギを伝える。
【００２０】
以下で参照する図面では、同様の要素には同様の参照符号を付している。説明を明瞭にするために、参照符号の第１の桁は、対応する要素が最初に示される図面番号を表す。以下の記述では、本発明の実施の形態の完全な理解のために多くの具体的な詳細事項を提示する。但し、具体的な詳細事項の１つ以上がなくても、又は他の方法、部品又は材料によっても本発明を実施できることは当業者にとって明らかである。更に、幾つかの場合、本発明の側面が不明瞭になることを回避するために、よく知られている構造、材料又は操作については詳細に図示又は説明していない。更に、ここに説明する特徴形状、構造又は特性は、適切な如何なる手法で、１つ以上の実施の形態において組み合わせてもよい。
【００２１】
図１Ａ及び図１Ｂは、一実施の形態に基づくレーザパルスバースト１１０を図式的に示している。各バースト１１０は、複数の短レーザパルス又は超短レーザパルス１１２を含む。この具体例では、各バースト１１０は、４つのレーザパルス１１２を含む。なお、この開示から、バースト１１０は、幾つのレーザパルス１１２を含んでもよいことは当業者にとって明らかである。例えば、一実施の形態においては、各バースト１１０は、３〜１０個のレーザパルス１１２を含んでいてもよい。
【００２２】
上述のように、各レーザパルス１１２は、約１ナノ秒未満の時間的パルス幅を有する。ある実施の形態では、各レーザパルス１１２の時間的パルス幅は、約１ナノ秒〜約１００フェムト秒の範囲内にある。これに加えて、又は他の実施の形態では、バースト１１０内のレーザパルス１１２のパルス繰返し率は、約１００ｋＨｚ〜約３００ＭＨｚの範囲内にある。他の実施の形態では、バースト１１０内のレーザパルス１１２のパルス繰返し率は、約１００ｋＨｚ〜約５００ＭＨｚの範囲内にある。これに加えて、又は他の実施の形態では、各レーザパルス１１２の波長は、約２μｍ〜約０．２μｍの範囲内にある。これに加えて、又は他の実施の形態では、連続したバースト１１０は、約１ｋＨｚ〜約５００ｋＨｚの間の繰返し率で繰り返してもよい。これに加えて、又は他の実施の形態では、各バースト１１０の時間的幅は、約１ナノ秒〜約１マイクロ秒の範囲内にある。
【００２３】
図１Ａに示すように、バースト１１０内の各レーザパルス１１２は、同じ振幅で生成してもよい。図１Ｂに示すように、各レーザパルス１１２の振幅は、各バースト１１０が所望の振幅プロファイル又はバーストエンベロープ１１４を有するように個別に調整してもよい。バーストエンベロープ１１４の形状は、意図されたターゲット構造又は加工要求に基づいて選択してもよい。例えば、上述したように、レーザパルス１１２の１つ以上の振幅は、ターゲット構造の第１の特徴形状を加工するために選択してもよく、１つ以上の異なるレーザパルス１１２の振幅は、ターゲット構造の第２の特徴形状を加工するために選択してもよい。したがって、バースト１１０内の２つ以上の連続したレーザパルス１１２は、同じ特徴形状を加工するために同じ振幅を有していてもよく、バースト１１０内の２つ以上の連続したレーザパルス１１２は、異なる特徴形状を加工するために異なる振幅を有していてもよい。また、２つ以上の連続したレーザパルス１１２は、同じ特徴形状を加工するために異なる振幅を有してもよい。例えば、第１のレーザパルス１１２は、ターゲット箇所における特徴形状の第１の部分を取り除くための第１の振幅を有していてもよく、第２のレーザパルス１１２は、ターゲット箇所における同じ特徴形状の第２の部分を取り除くための第２の振幅を有していてもよい。
【００２４】
図２は、ある実施の形態に基づいて生成できる例示的なバーストエンベロープを図式的に示している。図２は、１３個の異なるバーストエンベロープ形状（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）を示しているが、ここに示した形状は、例示的なものにすぎず、ここに開示するシステム及び方法に基づいて、無数の異なるバーストエンベロープ形状を生成できることは当業者にとって明らかである。更に、上述したように、エンベロープ形状は、特定のターゲット構造又は材料に基づいて選択してもよい。図２に示すように、バースト内のレーザパルスの１つ以上の振幅を略々０に調整して、バースト内のパルスの第１の組及びバースト内のパルスの第２の組との間にギャップ２００を形成してもよい（バーストエンベロープ形状（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）参照）。すなわち、バーストは、２つのバースト又は「二重バースト」を形成するように構成してもよい。
【００２５】
例えば、本特許出願の譲受人に譲渡されているＹｕｎｌｏｎｇ  Ｓｕｎ他による米国特許番号第７，３４８，５１６号（以下、「５１６特許」と呼ぶ。）では、一実施の形態として、最も効果的にリンクを加工する速い立ち上がりピーク又は複数のピークを有し、続いて、信号強度が低下して、シャットオフされる前に、比較的平坦な低いパワーレベルを維持する、椅子の形状に類似した特別に整形されたレーザパルス波形（テイラードレーザパルス波形）の使用を開示している。このような椅子形のパルスは、図２に示すバーストエンベロープ（ｈ）に対応する。５１６特許では、単一のナノ秒パルスが整形され、一方、本出願では、複数の短レーザパルス又は超短レーザパルスに対応するバーストエンベロープを整形する。他の材料加工用途では、図２のバーストエンベロープ形状（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｋ）、（ｌ）、（ｍ）等に示すように、所望の分離時間を有する複数のピークを用いて、材料を連続的に加熱して、材料の一部を除去し、カーフを作成し、カーフをクリーンアウトしてもよい。この実施の形態に基づいて、当業者は、多くの異なる用途のための他の多くのバーストエンベロープ形状を想到することができる。
【００２６】
図３は、一実施の形態に基づくレーザマイクロマシニング加工３００のフローチャートである。図１Ａ、図１Ｂ及び図３を参照して説明すると、方法３００は、レーザパルス１１２のバースト１１０の生成３１０を含む。また、方法３００は、１つ以上の第１のレーザパルス１１２を、ターゲット箇所における第１の特徴形状を加工するための第１の振幅に調整し、１つ以上の第２のレーザパルスを、ターゲット箇所における第２の特徴形状を加工するための第２の振幅に調整することによるバーストエンベロープ１１４の調整３１２を含む。方法３００は、レーザパルス１１２の振幅が調整されたバースト１１０のターゲット箇所への方向付け３１４を含む。
【００２７】
異なるタイプのターゲットは、レーザ加工のための異なるタイプの特徴形状を有することができる。例えば、図４Ａは、一実施の形態に基づき、連続したレーザパルスバースト１１０を用いてスクライビングされる多層半導体デバイス又はフラットパネルデバイス４００の斜視図である。デバイス４００は、基板４０６上に形成された層４０２、４０４を含む。層４０２、４０４は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、弗珪酸塩ガラス（ＦＳＧ）、有機珪酸塩ガラス（ＯＳＧ）、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ及びＩＣ製造で用いられる他の材料を含んでいてもよい。更に、層４０２、４０４の１つは、例えば、ＳｉＯＦ又はＳｉＯＢ等の無機材料、又はポリイミドベース若しくはパリレンベースのポリマ等の有機材料を含む低誘電パッシベーション層（low-k passivation layer）であってもよい。基板４０６は、例えば、Ｓｉ、ＦＲ４、ガラス、ポリマ、金属、複合材料及びＩＣ製造で用いられる他の材料を含んでいてもよい。
【００２８】
ストリート４１２によって互いに分離される能動素子領域に電子回路（図示せず）を形成してもよい。この具体例では、半導体デバイス又はフラットパネルデバイス４００は、スクライビングされ、ストリート４１２の両側にレーザカーフ４１４、４１６が形成される。図４Ａは、レーザカーフ４１６に沿って隣接するターゲット箇所４１８を示している。説明の目的のために、図４Ｂは、一実施の形態に基づく図４Ａに示すターゲット箇所４１８の拡大された平面図を図式的に示している。デバイス４００内にレーザカーフ４１６を連続的に形成する際、第１のレーザパルスバースト１１０が第１のターゲット箇所４２０を照射する。次に、第２のレーザパルスバースト１１０が第２のターゲット箇所４２２を照射する。この加工は、第Ｎのレーザパルスが第Ｎのターゲット箇所４２４を照射して、デバイス４００内でレーザカーフ４１６を完成するまで続けられる。
【００２９】
例えば、第１のレーザパルスバースト１１０では、１つ以上の第１のレーザパルス１１２の振幅は、第１のターゲット箇所４２０において、最上位層４０２を除去し、下位の層４０４を露出するように構成される。同様に１つ以上の第２のレーザパルス１１２の振幅は、第１のターゲット箇所４２０において、層４０４を除去し、カーフ４１６を形成するように構成される。更に、１つ以上の第３のレーザパルス１１２の振幅は、基板４０６の一部又は全て（例えば、ダイシングのため）を除去するように構成してもよい。
【００３０】
レーザパルス１１２のテイラードバースト１１０によって加工される異なるタイプのターゲット及びターゲット特徴形状の他の具体例として、図５は、一実施の形態に基づく導電性リンク５０９を有するウェハ５０５の加工を図式的に示している。連続的なリンクのブローイング加工は、各リンクラン５１０毎に一回、ウェハ５０５を横切るようにＸＹ移動ステージ（図示せず）を走査することを含む。ウェハ５０５を横切るように往復の走査を繰り返すことによって、ウエハ加工が完了する。マシンは、通常、往復の走査によって全てのＸ軸リンクラン５１０（実線で示す）を加工した後、Ｙ軸リンクラン５１２（破線で示す）を加工する。この具体例は、単に例示的なものにすぎない。他の構成のリンクラン及び加工様式も可能である。例えば、ウェハ又は光学レール（optics rail）を動かすことによってリンクを加工することも可能である。更に、リンクバンク及びリンクランは、連続動作で加工しなくてもよい。
【００３１】
説明ために、Ｘ軸リンクラン５１０及びＹ軸リンクラン５１２の交点の近くのウェハ５０５の一部を拡大し、グループ又はリンクバンク内に構成された複数のリンク５０９を示す。リンク加工の間、第１のターゲット箇所５１４は、レーザパルス１１２の第１のテイラードバースト１１０によって照射され、リンク５０９の１つがブローイングされる。そして、第２のターゲット箇所５１６は、レーザパルス１１２の第２のテイラードバースト１１０によって照射され、他のリンク５０９がブローイングされる。各テイラードバースト１１０は、対応するターゲット箇所５１４、５１６において上位のパッシベーション層（図示せず）を除去するように構成された１つ以上の第１のレーザパルス１１２及びリンク５０９を除去するように構成された１つ以上の第２のレーザパルス１１２を含んでいてもよい。
【００３２】
この開示から、この実施の形態に基づいて、他の多くのターゲットタイプ及びターゲット特徴形状を加工できることは当業者にとって明らかである。更に、特定のターゲットタイプに基づいて、各バースト１１０の形状を動的に選択してもよい。このように、異なるバーストエンベロープを有するレーザパルス１１２のバースト１１０によって、異なるターゲットタイプを有するデバイスを加工できる。
【００３３】
例えば、図６は、一実施の形態に基づくレーザマイクロマシニング加工６００のフローチャートである。図１Ａ、図１Ｂ及び図６を参照して説明すると、方法は、レーザパルス１１２のバースト１１０の生成６１０及び第１のターゲットタイプに基づく、レーザパルス１１２の第１のバースト１１０のバーストエンベロープ１１４の調整６１２を含む。また、方法６００は、レーザパルス１１２の第１のバースト１１０の第１のタイプの第１のターゲットへの方向付け６１４を含む。方法６００は、第２のターゲットタイプに基づく、レーザパルス１１２の第２のバースト１１０のバーストエンベロープ１１４の調整６１６及びレーザパルス１１２の第２のバースト１１０の第２のターゲットタイプの第２のターゲットへの方向付け６１８を含む。第１のターゲットタイプ及び／又は第２のターゲットタイプは、例えば、スクライビングターゲット、ダイシングターゲット、導電性リンク切断ターゲット、材料トリミングターゲット及びビア形成ターゲットを含むことができる。
【００３４】
図７は、一実施の形態に基づく短レーザパルス又は超短レーザパルスのテイラードバーストを生成するためのレーザシステム７００のブロック図である。レーザシステム７００は、レーザ光源７１０、変調器７１２及びコントローラ７１４を含む。また、システム７００は、オプションの増幅器７１６を含んでいてもよい。レーザ光源７１０は、一連の短レーザパルス又は超短レーザパルスの複数のモード同期レーザパルスを生成する。レーザ光源７１０は、例えば、ダイオード励起固体レーザ又はファイバレーザを含むことができる。変調器７１２は、レーザ光源７１０が提供するレーザパルスを振幅変調する。この変調は、コントローラ７１４から受信した制御信号に基づいて行われる。すなわち、コントローラ７１４は、特定の用途又はターゲットタイプのための所望のバーストエンベロープによってプログラムできる。オプションの増幅器７１６は、変調器７１２によって提供されるレーザパルスのテイラードバーストを増幅する。
【００３５】
他のシステム構成を用いて、短レーザパルス又は超短レーザパルスのテイラードバーストを生成してもよい。例えば、ある実施の形態では、本出願の譲受人に譲渡されている米国特許出願番号第１２／３５４，３７３号に開示されているシステム及び方法を用いることができる。以下、図８、図９、図１０、図１１、図１２、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１４を参照して、このような幾つかの実施の形態について説明する。
【００３６】
図８は、一実施の形態に基づくレーザシステム８００のブロック図である。レーザシステム８００は、シードレーザ８１０、前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４を含む。シードレーザ８１０は、超高速レーザ光源８１６及び高速光変調器８１８を含む。超高速レーザ光源８１６は、高速光変調器８１８に超高速レーザパルスのトレイン８２０を提供する。一実施の形態においては、各超高速レーザパルス８２０の時間的パルス幅は、約３００フェムト秒〜約１ナノ秒の範囲内にある。
【００３７】
超高速レーザ光源８１６は、高い繰返し率で超高速レーザパルス８２０を提供する。一実施の形態においては、超高速レーザ光源８１６は、約１Ｈｚ〜約１００ｋＨｚの範囲内の繰返し率で動作する。他の実施の形態では、この繰返し率は、約１００ｋＨｚ〜約８０ＭＨｚの範囲内にある。この開示から、更に高い繰返し率を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。例えば、幾つかの実施の形態では、５００ＭＨｚ以上の繰返し率を用いてもよい。他の実施の形態においては、繰返し率は、約１０ＧＨｚ以上であってもよい。
【００３８】
一実施の形態においては、超高速レーザ光源８１６は、高速な超高速半導体ダイオードを含む。例えば、図９は、高速の分布帰還型（distributed feedback：ＤＦＢ）ダイオード９１０を含む一実施の形態に基づく超高速レーザ光源８１６のブロック図である。ＤＦＢダイオード９１０は、高速ドライバ９１４が生成するシードパルス信号９１２によって変調され、高い繰返し率で超高速レーザパルスのトレイン８２０が生成される。ある実施の形態では、レーザ光源８１６は、光変調器を含む。例えば、レーザ光源８１６は、５０ピコ秒のパルス幅を提供できる２０ＧＨｚの帯域幅変調器を含んでいてもよい。この開示から、光変調器は、２０ＧＨｚ以上又は２０ＧＨｚ以下で動作してもよいことは当業者にとって明らかである。例えば、一実施の形態では、光変調器は、最大約４０ＧＨｚの帯域幅で動作してもよい。
【００３９】
レーザ光源８１６として、ＤＦＢダイオード９１０を用いることによって、小型で堅牢なセットアップで、広い可同調性、狭いライン幅、高い出力パワーが提供される。例えば、ブラッググレーティング（Bragg grating）等のＤＦＢダイオード９１０内の周波数選択素子（図示せず）が半導体の能動セクションに組み込まれる。これによって、バルク光学部品なしで、単一周波数動作及び高いコヒーレンス（例えば、約５０ｍ〜約２００ｍの範囲内のコヒーレンス長）が得られ、このため、ＤＦＢダイオード９１０は、厳しい産業環境内での使用又は航空用途（airborne application）に特に適する。
【００４０】
ある実施の形態では、図９に示すＤＦＢダイオード９１０は、（例えば、通常、約２５ＧＨｚ／Ｋのチューニングレートで）温度を変更し又は（例えば、通常、約１ＧＨｚ／ｍＡ〜約２ＧＨｚ／ｍＡのチューニングレートで）動作電流を変更することによって、チューニングしてもよい。電流のチューニングは、急速な変調目的に好適であり、温度のチューニングは、非常に広いモードホップフリーの同調範囲（例えば、最大１２００ＧＨｚ）が提供される利点がある。包括的に言えばＤＦＢレーザの波長は、レーザ電流又はチップ温度を変更することによってチューニングされる。電気的変調は、小さい範囲内（例えば、ｋＨｚ〜ＭＨｚ範囲の変調周波数において、約０．１ｎｍ〜約０．２ｎｍの範囲内のライン幅）での高速周波数走査に適する。最大約３ｎｍのより広い同調範囲は、通常、約４０℃を超える間隔でレーザ温度を変更することによって、実現される。
【００４１】
一例として、ＤＦＢダイオード９１０は、偏波保持（polarization maintaining：ＰＭ）ファイバカプラを備えるＤＦＢダイオード（図示せず）であってもよく、これは、ドイツのミュンヘンのＴｏｐｔｉｃａ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，  ＡＧ社から入手できる。他の具体例としてダイオード９１０は、ドイツのベルリンのＰｉｃｏＱｕａｎｔ  ＧｍｂＨ社が公表している、５０ピコ秒パルス幅を提供する直接変調された光源を有する超高速利得切換ダイオード（ultrafast gain-switched diode）を含んでいてもよい。
【００４２】
図８に戻って説明すると、他の実施の形態では、超高速レーザ光源８１６は、固体超高速レーザ（solid-state ultrafast laser）、受動モード同期ファイバ主発振器（passively mode-locked fiber master oscillator）、マルチファイバ主発振器（multi-fiber master oscillators）の組合せ、受動モード同期半導体レーザ（passively mode-locked semiconductor laser）、又は他のあらゆる高い繰返し率を有する超高速レーザであってもよい。例えば、図１０は、一実施の形態に基づく、図８の超高速レーザ光源８１６として用いることができる典型的なファイバモード同期主発振器のブロック図である。図１０に示す具体例では、ファイバモード同期主発振器は、一端が半導体可飽和吸収ミラー（semiconductor saturable absorber mirror：ＳＥＳＡＭ）１０１２によって終端され、他端がファイバ格子１０１４等の波長セレクタによって終端されたレーザ共振器を形成する単一モード利得ファイバ（single mode gain fiber：ＳＭＦ）１０１０を含む。利得ファイバ１０１０は、例えば、レーザダイオード（図示せず）によって励起され、この出力は、波長分割マルチプレクサ（wavelength division multiplexer：ＷＤＭ）１０１６を介して、共振器に供給される。実際の動作では、図１０に示すファイバモード同期主発振器は、上述したように、高い繰返し率で、超高速レーザパルスのトレイン８２０を生成する。ファイバモード同期主発振器のパルス繰返し率は、共振器の長さによって決まる。
【００４３】
図８に示すように、超高速レーザパルスのトレイン８２０は、高速光変調器８１８に供給され、高速光変調器８１８は、各パルスの振幅を個別に調整し、特定の材料加工用途のための所望のバーストエンベロープ形状を実現する。高速光変調器８１８は、エンベロープ、バーストエンベロープの時間的幅及び／又はバーストエンベロープの振幅及び特定の形状に基づいて超高速パルスの時間的な間隔を制御するようにプログラムしてもよい。プログラミング可能なバーストエンベロープは、例えば、パルスピッキング（例えば、パルス間の距離又はパルス繰り返し周波数を制御するためにパルスを選択すること）、高速変調、半導体利得切換超高速レーザの場合のシード光源の電気的変調、又はこれらの組合せを用いて得ることができる。一実施の形態においては、高速光変調器８１８は、超高速レーザパルスのトレインのパワーを変調して所望のバーストエンベロープを得るマッハツェンダ干渉計（図示せず）を含む。
【００４４】
一実施の形態に基づくバーストエンベロープの時間的幅は、約１０ピコ秒〜約１ナノ秒の範囲内にある。他の実施の形態では、バーストエンベロープの時間的幅は、約１ナノ秒〜約１０ナノ秒の範囲内にある。他の実施の形態では、バーストエンベロープの時間的幅は、約１０ナノ秒〜約１００ナノ秒の範囲内にある。他の実施の形態では、バーストエンベロープの時間的幅は、約１００ナノ秒〜約１マイクロ秒の範囲内にある。バーストエンベロープは、特定の用途に応じて、他の時間的幅を有していてもよい。
【００４５】
一実施の形態においては、バーストエンベロープの立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間は、１ナノ秒未満である。例えば、立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間は、約１０ピコ秒〜約１ナノ秒の範囲内にあってもよい。また、異なる用途のために、より速い又はより遅い立ち上がり／立ち下がり時間を用いてもよい。例えば、立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間は、約１ナノ秒〜約５ナノ秒の範囲内にあってもよい。速い立ち上がり時間及び／又は立ち下がり時間をバーストエンベロープに提供するレーザシステムの能力は、上位のパッシベーション層内に過剰な凹みが生じるリスクが低減されるため、例えば、リンク切断用途において有用である。
【００４６】
前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４は、高速光変調器８１８から出力される超高速レーザパルスの整形されたバーストを適切に増幅する。ある実施の形態では、前置増幅器８１２は、フォトニック結晶、ＬＭＡ利得ファイバ又は単一モード利得ファイバを含んでいてもよい。これに加えて、又は他の実施の形態では、パワー増幅器８１４は、固体利得媒質を含む。後述するように、ある実施の形態では、前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４は、ファイバ又は半導体増幅器の如何なる組合せも含むことができる。
【００４７】
図１１は、一実施の形態に基づく、整形されたバーストエンベロープを生成するために図８に示すレーザシステム８００において使用可能なシードレーザ８１０のブロック図である。図１１に示すシードレーザ８１０は、超高速レーザ光源８１６、パルスピッカ１１１０及びパルス整形器１１１２を含む。この実施の形態の超高速レーザ光源８１６は、ファイバモード同期主発振器であり、ファイバモード同期主発振器は、図１０に関して上述したように、ＳＭＦ１０１０、ＳＥＳＡＭ１０１２、ファイバ格子１０１４及びＷＤＭ１０１６を含む。
【００４８】
パルスピッカ１１１０は、例えば、超高速パルスのトレイン８２０の繰返し率を変更するように構成された音響光学（acousto-optical：ＡＯ）変調器又は電気光学（electro-optical：ＥＯ）変調器を含んでいてもよい。上述のように、主モード同期周波数は、共振器の長さによって決まり、これは、所与の発振器について固定である。例えば、モード同期周波数は、約１ＧＨｚであることがあり、これは、ある材料を加工するには理想的でない場合がある。したがって、パルスピッカ１１１０は、ファイバモード同期主発振器が供給するパルスを選択されたレートで通過させ、図１１に超高速レーザパルスのトレイン１１１４によって示すように、繰返し率を下げる（例えば、約１ＧＨｚから約５００ＭＨｚ又は数Ｈｚ等により低く変更する）。他の具体例として、熱消散の時間を確保するために、バースト内の２つの超高速レーザパルス間に更なる時間的な遅延を加えてもよい。このようにして、パルスピッカ１１１０を用いて、超高速レーザパルス間の間隔を選択的に変更して、材料加工の間の加熱を制御してもよい。
【００４９】
パルス整形器１１１２は、例えば、超高速レーザパルスのトレイン１１１４内の各パルスに対して振幅変調を選択的に行うように構成されたＥＯ変調器を含んでいてもよい。すなわち、パルス整形器１１１２は、図１１に示すように、バーストエンベロープ１１１６を選択的に整形する。そして、図８に関して説明したように、レーザパルスの整形されたバーストは、被加工物に適用される前に、前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４に供給してもよい。
【００５０】
２つ以上の超高速レーザ光源を選択的に結合することによって、繰返し率を高め、及び更に制御してもよい。例えば、図１２は、一実施の形態に基づく、第１の超高速レーザ光源１２１０及び第２の超高速レーザ光源１２１２の出力を選択的に結合するシードレーザ８１０を有するレーザシステム８００のブロック図である。これらの出力は、例えば、高速光変調器８１８に供給される超高速レーザパルスのトレイン８２０の総合的な繰返し率を増加させるように結合してもよい。
【００５１】
第１の超高速レーザ光源１２１０及び第２の超高速レーザ光源１２１２は、それぞれ、ここに説明した例示的な超高速レーザ光源の実施の形態又は当分野で知られている他の光源を含んでいてもよい。一実施の形態においては、第１のパルスピッカ１２１４を用いて、第１の超高速レーザ光源１２１０の繰返し率を選択的に低減し、第２のパルスピッカ１２１６を用いて、第２の超高速レーザ光源１２１２の繰返し率を選択的に低減してもよい。また、シードレーザ８１０は、第１のパルスピッカ１２１４及び第２のパルスピッカ１２１６と通信し、それぞれの繰返し率を選択的に制御するためのコントローラ１２１８を備えていてもよい。コントローラ１２１８は、超高速レーザパルスのトレイン８２０の総合的な繰返し率を制御すると共に、超高速レーザパルスのトレイン８２０内の任意の２つのパルス間の時間的な間隔も制御する。そして、上述のように、超高速レーザパルスのトレインは、バーストエンベロープ整形のための高速光変調器８１８、前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４に供給される。
【００５２】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、ある実施の形態に基づく、前置増幅器８１２（フェーズ１）及びパワー増幅器８１４（フェーズ２）の異なる構成を実装した各レーザシステム８００のブロック図である。図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示す例示的な実施の形態は、それぞれ、図８に関して上述したように、整形されたバーストエンベロープを選択的に提供するためのシードレーザ８１０を備える。図１３Ａでは、前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４は、それぞれ１つ以上の利得ファイバ増幅器を含む。図１３Ｂでは、前置増幅器８１２及びパワー増幅器８１４は、それぞれ１つ以上の半導体増幅器を含む。図１３Ｃでは、前置増幅器８１２が１つ以上の利得ファイバ増幅器を含み、パワー増幅器８１４が１つ以上の半導体増幅器を含むハイブリッド増幅器が使用されている。図には示さないが、他の実施の形態として、図１３Ｃに示すハイブリッド増幅器を逆にしてもよく、すなわち、前置増幅器８１２が半導体増幅器を含み、パワー増幅器８１４が利得ファイバ増幅器を含んでいてもよい。他の実施の形態では、前置増幅器８１２及び／又はパワー増幅器８１４は、利得ファイバ増幅器及び半導体増幅器の組合せを含んでいてもよい。利得ファイバ増幅器のそれぞれは、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）又はネオジム（Ｎｄ）ガラスを含んでいてもよい。各実施の形態では、２個の増幅段のみを示しているが、ある実施の形態では、少なくとも１ｋＷのピークパワー出力を生成するために、増幅段を追加してもよい。ハイブリッド又は「タンデム」構成は、バルク半導体増幅器を含むので、１ｋＷより大きいピークパワーレベルにおいて、よりロバストである。
【００５３】
図１４は、一実施の形態に基づく、波長変換のための高調波発生器１４１０を含むレーザシステム８００のブロック図である。レーザシステム８００は、図８に関して上述したように、超高速レーザ光源８１６を有するシードレーザ８１０を含む。超高速レーザ光源８１６は、直線偏光、狭帯域幅光源であってもよい。例えば、超高速レーザ光源８１６は、約１ｎｍ未満である帯域幅を有していてもよく、増幅器８１２、８１４は、高調波発生によるより短い波長への非線形の変換、又はラマン（Raman）又はＯＰＯによるより長い波長への非線形の変換に適する偏光を維持するように構成してもよい。これにより、高調波発生器１４１０を用いて、例えば、緑色域、紫外（ＵＶ）、又は深紫外（ＤＵＶ）の波長域を得ることができる。
【００５４】
ここに開示した実施の形態は、材料のレーザ加工、例えば、デバイス基板にダメージを与えることなく、１つ以上の層を加工することが望まれる多層半導体デバイス又はフラットパネルデバイスの加工について、特有の利点を提供する。従来のナノ秒レーザパルスは、積層されたデバイス内のサブミクロンのサイズの特徴形状の加工には適さないことがあり、これは、結果として生じる熱影響部が大きく、隣接する基本的な構造を破損する場合があるためであり、又は異なる層が、許容できる加工品質を確保するために異なるレーザパラメータを必要とし、これは、単一のナノ秒パルスでは達成できない場合があるためである。また、従来のピコ秒レーザも、半導体層の加工には適さないことがあり、これは、必要とされる大きなピークパワーが、下位の基板に深刻な加熱を引き起こす場合があるためである。上述のように、ここに開示したバーストパルスレーザは、ナノ秒パルスタイプ及びピコ秒パルスタイプの両方の有用な特徴を組み合わせている。
【００５５】
本発明の基底にある原理から逸脱することなく、上述の実施の形態の詳細に多くの変更を加えることができることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって定義される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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