(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板によって支持される集積回路内に製造された多数の離間した導電性リンクに関連した、多数の選択されたターゲットリンクを、レーザを用いて高スループット率で切断する方法であって、前記ターゲットリンクは、導電性リンク材料を覆う保護層の材料と共に形成され、前記方法は、
ビーム位置決めシステムに、多数の導電性リンク構造の位置を代表する位置データを提供する工程であって、前記ビーム位置決めシステムは、前記基板に対するレーザスポット位置の相対移動を付与する、工程と、
ビーム軸に沿って放出されて伝搬する多数のレーザパルスを、２０ｋＨｚより大きい繰り返し周波数で発生させる工程と、
前記集積回路と、前記多数のレーザパルスが伝搬する前記ビーム軸との、速い相対移動を付与する、ビーム位置決めシステムを提供する工程であって、当該ビーム位置決めシステムは、前記位置決めデータに基づいて、前記ビーム軸に、前記多数の選択されたターゲットリンクのうち、連続したターゲットリンク間を移動させ、特定の期間内に、各々が２μｍより小さいスポットサイズを有する前記レーザパルスの多数が、前記多数の選択されたターゲットリンクの各々のリンク材料に衝突し、かつ、該各々のリンク材料にて空間的に重複するように、前記ビーム軸を前記多数の選択されたターゲットリンクに方向付け、前記多数の選択されたターゲットリンクの各々は、１μｍ未満のリンク幅を有する、工程と、
前記レーザパルスの多数と前記リンク材料との相互作用、及び、前記多数の選択したターゲットリンクの任意の１つの上の前記ビーム軸を静止させないことにより、前記特定の期間内の前記レーザパルスが、前記覆っている保護層材料及びリンク材料の一部を深さ方向に連続的に除去し、重複し、前記多数のターゲットリンクを高スループット率で切断するように、前記集積回路と前記ビーム軸との速い相対移動の制御、及び、前記特定の期間内の前記レーザパルスの多数の前記リンク材料への衝突の制御を調整する工程であって、前記特定の期間内の前記多数のレーザパルスの第１及び第２のパルスセットは、第１及び第２の選択されたターゲットリンクのそれぞれの前記リンク材料に衝突し、かつ、前記第１のパルスセットと第２のパルスセットとの間の繰り返し周波数は、１Ｈｚよりも大きい、工程と、
を具える、導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２】
前記多数の選択したターゲットリンクの任意の１つの前記リンク材料に衝突する、前記多数のレーザパルスの各々のパルス幅は、２５ピコ秒よりも小さい請求項１に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３】
前記多数のレーザパルスを、光学ゲートを通じて方向付ける工程をさらに具える請求項１または２に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項４】
前記多数の選択された導電性ターゲットリンクは、メモリデバイスまたは論理デバイスのリンクを具える請求項１、２または３に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項５】
前記多数のレーザパルスの少なくとも１つは、前記選択されたターゲットリンクの上を覆う前記保護層の０．０１〜０．２μｍの厚さを除去する、請求項１に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項６】
前記多数のレーザパルスは、同じエネルギー密度を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項７】
前記レーザパルスを発生させる工程は、増幅器を利用することを含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項８】
前記特定の期間は、５００ナノ秒未満の幅を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項９】
前記多数のレーザパルスは、２〜５０個のレーザパルスを具える請求項８に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１０】
前記多数のレーザパルスの１つは、直前の多数のレーザパルスの１つの終了後に開始する請求項１〜９のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１１】
前記レーザパルスの各々はエネルギー密度を有し、レーザパルスの数および前記レーザパルスの各々のエネルギー密度は、切断されるべき前記選択されたターゲットリンクの厚さの関数として決定される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１２】
前記選択されたターゲットリンクは、アルミニウム、銅、多結晶シリコン、金、ニッケル、プラチナ、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、またはタングステンシリサイド材料から構成される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１３】
前記多数のレーザパルスは、前記覆っている保護層及びリンク材料の上にレーザスポットを形成し、
前記レーザスポットは、等しいスポットサイズを有する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１４】
前記多数のレーザパルスを発生させる工程は、モード固定レーザを用いて行われる請求項１〜１３のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１５】
前記多数の選択されたターゲットリンクの任意の１つの前記リンク材料に衝突する多数のレーザパルスは、単一ピークパルス形状を有する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１６】
前記多数のレーザパルスは、紫外または近紫外の波長を有する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１７】
前記多数の選択されたターゲットリンクの任意の１つの前記リンク材料に衝突する前記多数のレーザパルスは、０．０１μＪ〜１０ｍＪの総エネルギーを有する請求項１〜１６のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１８】
前記多数の選択されたターゲットリンクは、幅を有し、
特定の期間内の前記レーザパルスは、前記集積回路に、対応するレーザスポットを作り出し、
前記レーザスポットの少なくとも１つは、前記多数の選択された導電性ターゲットリンクの幅の１つよりも大きいスポットサイズを有する請求項１〜１７のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項１９】
前記多数のレーザパルスは、前記集積回路に、対応するレーザスポットを作り出し、
前記ビーム位置決めシステムは、前記集積回路を支持して、前記多数の選択された導電性ターゲットリンクの任意の１つを前記レーザスポットに対して移動させるように作動する、積層配置の少なくとも２つのステージを具える、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２０】
前記多数のレーザパルスを発生させる工程は、Ｑスイッチレーザを用いて行われる請求項１〜１９のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２１】
前記多数のレーザパルスの少なくとも１つのエネルギー密度を変化させる工程をさらに具える請求項１〜５または請求項７〜２０のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２２】
前記多数のレーザパルスを発生させる工程は、第１導電性リンクを切断するための２つ以上のレーザパルスを発生させる第１発生工程と、第２導電性リンクを切断するための２つ以上のレーザパルスを発生させる第２発生工程とを具え、前記第１発生工程および前記第２発生工程は、同じエネルギー密度プロファイルを有する請求項１〜２１のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２３】
前記多数のレーザパルスを発生させる工程は、第１導電性リンクを切断するための２つ以上のレーザパルスを発生させる第１発生工程と、第２導電性リンクを切断するための２つ以上のレーザパルスを発生させる第２発生工程とを具え、前記第１発生工程および前記第２発生工程は、異なるエネルギー密度プロファイルを有する請求項１〜２２のいずれ１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２４】
前記多数のレーザパルスの少なくとも１つは、選択されたリンクの０．０１〜０．０３μｍの厚さを除去する、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２５】
前記調整する工程は、前記多数のレーザパルスが前記選択されたターゲットリンクに方向付けられている間に、前記選択されたターゲットリンクに対して相対移動するフォーカスレンズを設ける工程を含む、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２６】
前記選択されたターゲットリンクの下方に少なくとも１つのプラットフォームを設ける工程を具え、前記プラットフォームは、前記多数のレーザパルスが前記選択されたターゲットリンクに方向付けられている間に、移動している請求項１〜２５のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２７】
前記多数のレーザパルスは、前記選択された導電性リンクを切断するために、選択されたターゲットリンクにオンザフライで方向付けられる請求項１〜２６のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２８】
前記多数のレーザパルスのうちの少なくとも２つのレーザパルスは、前記選択されたターゲットリンクまたは前記レーザビームの少なくとも１つが、前記ビームが前記選択されたターゲットリンクに方向付けられている間に、移動しているようなレーザビームを具える請求項１〜２７のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項２９】
前記レーザスポットおよび前記選択されたターゲットリンクは、前記多数のレーザパルスが前記選択されたターゲットリンクに方向付けられている間に、相対移動している請求項１〜２８のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３０】
前記レーザスポットの少なくとも１つは、前記選択されたターゲットリンクの幅よりも大きいスポットサイズを有し、前記多数のレーザパルスは、紫外線波長を有し、前記多数のレーザパルスは、前記選択されたターゲットリンクを切断し、かつ前記基板は、前記多数のレーザパルスが前記選択されたターゲットリンクに方向付けられている間に、ダメージを受けていない請求項１〜２９のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３１】
前記多数のレーザパルスのうち、少なくとも２つのレーザパルスは、異なるエネルギー密度を有する請求項１〜５または請求項７〜３０のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３２】
前記多数のレーザパルスの少なくとも１つは、前記リンク厚さ未満のリンク材料の深さを除去する請求項１〜３１のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３３】
前記多数のレーザパルスの少なくとも１つは、前記導電性リンクを切断するのに不十分である請求項１〜３２のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３４】
前記レーザパルスの少なくとも１つは、材料の０．０２〜０．２μｍの深さを除去する請求項１〜３３のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法。
【請求項３５】
請求項１〜３４のいずれか１項に記載の方法において用いられる、基板によって支持される集積回路内の導電性リンクを切断するためのレーザシステムであって、前記導電性リンクは、１μｍ未満のリンク幅を有し、かつ前記集積回路内で、関連する一対の導電性接点間に位置決めされ、
前記システムは、レーザ源、ビーム位置決めシステム、およびレーザシステム制御系を具え、
前記レーザ源は、少なくとも２つのレーザパルスを、２０ｋＨｚより大きい繰り返し周波数で発生させることができ、前記レーザパルスは、第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを含み、前記第１レーザパルスおよび前記第２レーザパルスの各々は、前記集積回路に２μｍ未満のスポットサイズを有するレーザスポットを生じさせ、
前記ビーム位置決めシステムは、１以上の導電性リンクの位置を代表する位置データを利用して、レーザスポットと導電性リンクとの間の相対位置を変化させることができ、かつ前記ビーム位置決めシステムは、前記レーザ源によって発生させられたレーザパルスを受けることができ、
前記レーザシステム制御系は、前記レーザパルスを、選択されたターゲットリンクにて空間的に重複させるために、前記ビーム位置決めシステムを調節することができ、前記選択されたターゲットリンクまたは前記レーザスポットの少なくとも一方は、前記第１レーザパルスおよび前記第２レーザパルスが前記選択されたターゲットリンクに連続的に方向付けられている間に、移動し、かつ前記レーザパルスは前記選択されたターゲットリンクを切断し、前記特定の期間内の前記レーザパルスの第１及び第２のパルスセットは、第１及び第２の選択されたターゲットリンクのそれぞれの前記リンク材料に衝突し、かつ、前記第１のパルスセットと第２のパルスセットとの間の繰り返し周波数は、１Ｈｚよりも大きい、
レーザシステム。
【請求項３６】
基板によって支持される集積回路内に製造された多数の導電性リンクに関連した、多数の選択されたターゲットリンクを、レーザを用いて高スループット率で切断するためのレーザシステムであって、前記ターゲットリンクは、導電性リンク材料を覆う保護層の材料と共に形成され、前記ターゲットリンクは、１μｍ未満のリンク幅を有し、かつ前記集積回路内で、関連する一対の導電性接点間に位置決めされ、
前記システムは、レーザ源、ビーム位置決めシステム、およびレーザシステム制御系を具え、
前記レーザ源は、少なくとも２つのレーザパルスセットを発生させることができ、前記レーザパルスセットは、第１レーザパルスセットおよび第２レーザパルスセットを含み、第１レーザパルスセットおよび第２レーザパルスセットの各々は、２０ｋＨｚより大きい繰り返し周波数で発生される多数のレーザパルスを含み、前記多数のレーザパルスは、第１レーザパルスおよび第２レーザパルスを含み、前記第１レーザパルスおよび前記第２レーザパルスの各々は、前記集積回路に２μｍ未満のスポットサイズを有するレーザスポットを生じさせ、
前記ビーム位置決めシステムは、多数の導電性リンク構造の位置を代表する位置データを利用して、レーザスポットと導電性リンクとの間の相対位置を変化させることができ、かつ前記ビーム位置決めシステムは、前記レーザ源によってビーム軸に沿って放出されて伝搬される多数のレーザパルスを受けることができ、前記ビーム位置決めシステムは、前記集積回路と、前記多数のレーザパルスが伝搬する前記ビーム軸との、速い相対移動を付与し、前記ビーム位置決めシステムは、前記位置決めデータに基づいて、前記ビーム軸に、前記多数の選択されたターゲットリンクのうち、連続したターゲットリンク間を移動させ、特定の期間内に、前記レーザパルスの多数が、前記多数の選択されたターゲットリンクの各々のリンク材料に衝突するように、前記ビーム軸を前記多数の選択されたターゲットリンクに方向付け、
前記レーザシステム制御系は、前記レーザパルスを、選択されたターゲットリンクにて空間的に重複させるために、前記ビーム位置決めシステムを調節することができ、前記選択されたターゲットリンクまたは前記レーザスポットの少なくとも一方は、前記第１レーザパルスおよび前記第２レーザパルスが、前記特定の期間内に、前記選択されたターゲットリンクに連続的に方向付けられている間に、移動し、かつ前記レーザパルスは前記選択されたターゲットリンクを切断し、前記レーザパルスの前記第１レーザパルスセット及び前記第２レーザパルスセットが、１Ｈｚより大きい繰り返し周波数で、第１および第２の選択したターゲットリンクのそれぞれに衝突する、
レーザシステム。
【請求項３７】
前記レーザ源と前記集積回路との間にフォーカスレンズを具え、該フォーカスレンズは、前記レーザパルスが前記選択されたターゲットリンクに方向付けられている間に、前記選択されたターゲットリンクに対して相対的に移動する請求項３６に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項３８】
前記レーザパルスの少なくとも１つが、材料の０．０２〜０．２μｍの深さを除去する請求項３６又は３７に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項３９】
前記レーザパルスを具えるバーストが、５００ナノ秒未満の幅を有する、請求項３６〜３８のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４０】
前記各パルスセットが、２〜５０個のレーザパルスを具える請求項３９に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４１】
前記第２レーザパルスが、前記第１レーザパルスの終了後に開始する請求項３６〜４０のいずれか１項に記載の導電性リンクのレーザ切断方法または導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４２】
前記レーザ源が、モード固定レーザを含む請求項３６〜４１のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４３】
前記第１レーザパルスおよび第２レーザパルスの各々が、単一ピークパルス形状を有する請求項３６〜４２のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４４】
前記レーザパルスが、紫外または近紫外の波長を有する請求項３６〜４３のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４５】
前記レーザスポットの少なくとも１つが、前記選択されたターゲットリンクの幅よりも大きいスポットサイズを有する請求項３６〜４４のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４６】
前記選択されたターゲットリンクを、前記レーザスポットに対して移動させるように作動する２軸配置の少なくとも２つのステージを具える請求項３６〜４５のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４７】
前記選択されたターゲットリンクを、前記レーザスポットに対して移動させるように作動する積層配置の少なくとも２つのステージを具える請求項３６〜４５のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４８】
前記レーザ源が、Ｑスイッチレーザを含む請求項３６〜４７のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項４９】
前記レーザパルスの少なくとも１つのエネルギー密度を変化させることができるデバイスを具え、前記デバイスは、前記レーザ源と前記集積回路との間に位置され、前記デバイスは、音響光学デバイス、ポケッスルスセル、Ｅ−Ｏデバイス、Ｑスイッチ、偏光器、または調波変換器のうちの１つを具える請求項３６〜４８のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【請求項５０】
前記レーザパルスの少なくとも１つが、２５ピコセカンド未満のパルス幅を有する請求項３６〜４９のいずれか１項に記載の導電性リンクを切断するためのレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、メモリ又は他のＩＣリンクのレーザ加工に関し、特にはＩＣリンクを切断するための超短パルスレーザ光のバーストを用いたレーザシステム及び方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
ＩＣデバイスの作製の歩留まりは表面下層やパターンの配列変化、又は粒子状不純物によりもたらされる欠陥に影響される。図１、並びに図２Ａ及び図２Ｂは、ＩＣデバイスにおける反復性の電子回路、すなわちワークピース１２を示すものである。ワークピース１２においては、メモルセル２０のスペアロウ１６及びコラム１８のような余剰的な複数の回路素子１４が横方向及び縦方向に配列されている。図１、並びに図２Ａ及び２Ｂにおいては、回路１０は、電気接点２４間に位置する特殊なレーザ切断回路リンク２２を含むように設計され、例えば、不良なメモリセル２０を断線させるために除去され、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、その他の埋め込み型メモリのようなメモリデバイス中に代替セル２６を置換する。同様の技術は、リンクを切断し論理プロダクト、ゲートアレイ、又はＡＳＩＣなどをプロムラミングする場合にも用いられる。
【０００３】
リンク２２は約０．５−２μｍの厚さを有するとともに、約０．８−２．５μｍの標準的なリンク幅２８と、リンク長さ３０と、リンク構造３６のような隣接する回路構造又は回路素子３４に対して約２−８μｍのピッチ間隔３２（中心間距離）とを有している。最も汎用されているリンク材料としては多結晶シリコンなどがあるが、アルミニウム、銅、金ニッケル、チタン、タングステン、白金、及びこれらの合金、並びに窒化チタン及び窒化タンタルなどの金属窒化物、タングステンシリサイドなどの金属シリサイドなどの種々の導電性金属リンク材料を用いることもできるが、これらに限定されるものではない。
【０００４】
回路１０、回路素子１４、又はセル２０については欠陥があるか否かについての試験がなされ、欠陥の位置はデータベース又はプログラム中にマッピングされる。２０年以上もの間、回路リンク２２を除去するために波長１．０４７μｍ又は波長１．０６４μｍの赤外線レーザが用いられている。従来のメモリリンク加工システムでは、４―２０ナノ秒のパルス幅の、短パルスレーザ出力光を各リンク２２に対して照射する。図２Ａ及び２Ｂは、スポットサイズ直径４０のレーザスポット３８を示している。このレーザスポット３８は、多結晶シリコン又は金属からなるリンク２２より構成されるリンク構造３６に衝突し、シリコン基板４２上方であって、厚さ２０００−１０，０００Åの上部保護膜４４（図２Ａにおいては図示されているが、図２Ｂにおいては図示されていない）と、下部保護膜４６との間に位置している。シリコン基板４２は赤外線をわずかに吸収するが、二酸化シリコンや窒化シリコンなどからなる保護膜４４及び４６は赤外線に対して透明である。図２Ｃは、リンク２２が従来のレーザパルスを用いて除去された後の、図２Ｂのリンク構造を示す部分断面図である。
【０００５】
金属又は非金属からなるリンク２２を加工すべく十分なエネルギーを照射している間に、基板４２のダメージを低減すべく、サンらはUSP5,265,114及びUSP5,473,624において、例えば波長１．３μｍの長波長であって、パルス幅９−２５ｎｓの短パルスを用い、シリコンウエハ上のメモリリンク２２を加工するという方法を提案している。この場合において、リンク材料とシリコン基板２０との吸収差は従来の波長１μｍのレーザ光を用いた場合よりもはるかに大きくなる。この技術を利用することにより、レーザ加工窓をより広くすることができ、加工品質を向上させることができる。そして、前記技術は過去３年間に亘って偉大な成功を収めている。
【０００６】
しかしながら、波長１．０μｍ及び１．３μｍの波長のレーザ光を用いることは幾分不利な面もある。赤外線レーザビームを電気導電性の金属リンク２２に対して照射して場合において、その結合効率は極めて小さい。そして、リンク切断のために使用する赤外線レーザビームの実際的なスポットサイズ３８は比較的大きく、リンク幅２８及び接点２４間のリンク長さ３０、並びにリンクピッチ３２の大きさを制限してしまうことになる。このような従来のレーザリンク加工は加熱、溶融、及びリンク２２の蒸発、並びに機械的応力を生成させて、下部保護膜４４に開口部を形成する。このような従来のレーザパルスを用いたリンク加工は、大きな熱損傷領域を生成し、リンク接合を含んだデバイス品質を劣化させてしまっていた。
【０００７】
熱応力によるリンクの除去挙動はリンク２２の幅に依存する。リンク幅が１μｍ以下となると、保護膜４４の除去形態が不規則になり、リンク加工品質が十分なものでなくなり、回路密度を劣化させてしまっていた。したがって、熱応力の挙動によって、リンク２２の大きさを制限してしまうとともに、回路密度を増大させるに際の妨げにもなっていた。
【０００８】
スエンソンらはUSP6,057,180及びUSP6,025,256において、紫外レーザ光を用いてリンクを切断又は露出させ、異なる材料除去メカニズムを用いて保護層に開口部を形成することが記載されており、この技術によれば比較的小さいスポットサイズのレーザ光を照射するのみで足りる。しかしながら、このようなＵＶレーザパルスを用いたリンクの除去は、前記保護膜がＵＶ吸収性を有することが必要となり、結果的に熱的なプロセスになってしまうという問題があった。
【０００９】
モンローらによるUSP5,656,186には高周期パルスレーザ光を用いることによって、レーザ誘起ブレイクダウンやアブレーションを生ぜしめる一般的な方法が開示されている。
【００１０】
ミヤウチらによるUSP5,208,437には、サブナノ秒のパルス幅の短パルスレーザ光を用いることによって、リンクを加工する技術が開示されている。
【００１１】
リーガーらによるUSP5,742,634には、ダイオードポンピングを伴った同時Ｑスイッチモード固定ネオジウム（Ｎｄ）レーザ装置が開示されている。このレーザ装置からは、１００ナノ秒の時間間隔において６０−３００ピコ秒のパルス幅を有するパルスレーザ光が連続して発振される。６０−３００ピコ秒のパルス幅を有するレーザ光を用いた材料の加工は熱的なメカニズムによって行われる。
【００１２】
（発明の開示）
本発明の目的は、ＩＣリンクのレーザ加工品質を改良するための方法又は装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、保護層とリンク材料との間において熱的な相互作用を引き起こさずことなく、超短パルスレーザ光を用いてリンクを加工することである。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、リンクを高速で加工するために超短パルスレーザのバーストを利用することである。
【００１５】
本発明は、従来のリンク加工システムにおける単一の多重ナノ秒レーザパルスを用いる代わりに、超短パルスレーザのバーストを用いてＩＣリンクを切断する。バーストの時間間隔は好ましくは１０−５００ナノ秒の範囲に設定する。バーストを構成する各レーザパルスのパルス幅は２５ピコ秒よりも小さく、好ましくは１０ピコ秒よりも小さく、特に好ましくは１０ピコ秒から１００フェムト秒の間に設定する。前記レーザパルスのパルス幅は極めて小さいので、ターゲット材料（保護膜や金属リンク）との相互作用は熱的なものとはならない。各レーザパルスはそのレーザエネルギー、レーザ波長、及び材料の種類などに応じて、前記材料の約１００−２０００Åの厚さの薄いサブレイヤーを除去する。各バーストにおけるレーザパルスのパルス数は最後のパルスによってリンクの下部が除去できるように設定し、下方に位置する保護膜や基板には何ら影響を与えないようにする。バーストの時間間隔は１０−５００ナノ秒であるので、前記バーストは従来のリンク切断レーザ位置決めシステムにおいては単一のパルスとして取り扱われる。したがって、本発明のレーザシステムによれば、高速でリンクを切断することができる。すなわち、前記レーザシステムによって各リンクにレーザパルスのバーストを照射している間に、前記位置決め装置を連続的に駆動させる。
【００１６】
超短パルスレーザ加工の非熱的かつ良好な制御性に加えて、前記超短パルスレーザ源からは約８００ｎｍの波長のレーザパルスが射出されるようになるので、小さいレーザスポットを簡易に形成できるようになる。好ましくは、ダイオードポンピングされた、又はダイオードポンピングされた固体連続波（ＣＷ）グリーンポンプの、モード固定固体レーザを用いて、従来のような波長領域又は調波領域において超短パルスを生成する。
【００１７】
本発明の他の目的及び有利な効果については、以下に示す添付図面好ましい態様の詳細な説明から明らかになる。
【００１８】
（好ましい態様の詳細な説明）
図３から図５は、本発明に従ってリンク２２を切断するために用いた超短パルスレーザ５２ａ、５２ｂ及び５２ｃ（一般的なレーザパルス５２）のバースト５０ａ、５０ｂ及び５０ｃ（一般的なバースト５０）の例を示すパワー及び時間の関係を示すグラフである。各バースト５０の持続時間は好ましくは５００ナノ秒以下であり、さらに好ましくは１０−２００ナノ秒の間である。バースト５０間におけるレーザパルス５２のパルス幅は一般的には２５ピコ秒以下であり、さらには１０ピコ秒以下であることが好ましく、特には１０ピコ秒から１００フェムト秒の間であることが好ましい。レーザパルス５２を用いた材料加工は長パルス幅のレーザ光を用いた場合と異なり、非熱的に材料を加工する。
【００１９】
レーザパルス５２のバーストの間に、各レーザパルスは保護層４４の微小部分又はサブレイヤー部分、及び／又は除去されるべきリンク材料に対して、リンク構造３６及びＩＣデバイス１２に対して重大な熱的影響を与えることなく、開口を形成する。レーザスポット３８は、好ましくは上部保護層４４上に焦点させる。レーザパルスのパルス幅が極めて短いために、各パルスは高いレーザ強度を有し、従来の透明な保護材料に対して絶縁破壊を生ぜしめる。各レーザパルスは上部保護層４４が除去されるまで、この層を構成する、厚さ１０００−２０００Åのサブレイヤーを破壊する。さらに、超短パルスレーザを照射し続けることによって、金属リンク２２を同様にアブレーションする。従来のような不透明材料を用いる場合、各超短パルスレーザは、使用波長に対する前記材料の吸収深さに相当する厚さを有するサブレイヤーをアブレーションする。近紫外、可視光、及び近赤外領域の波長のパルスレーザを用いた場合、超短パルスレーザの１ショット当たりの照射に対する、吸収すなわちアブレーション深さは、ほとんどの材料に対して１００−３００Åとなる。
【００２０】
使用するパルスレーザ光の波長及びリンク材料の特性を考慮して、リンク２２に適用されるレーザパルスによる切断深さが正確に計算され、パルス５２のエネルギー及び各バーストにおけるレーザパルス数を適宜に選択することによって制御され、所定のリンク２２の底部までクリーンオフし、下部保護層４６及び基板４２は何ら加工が施されないようにしておく。したがって、近紫外領域の波長のレーザ光が使用された場合においても、シリコン基板４２に対する損傷の危険性は実質的に除去されることになる。多くの状況下においては、超短レーザパルス５２当たりのエネルギー範囲は実質的に同様の切断深さを生ぜしめることになる。好ましい態様においては、各超短レーザパルス５２は、スポットサイズ４０の状態において材料を０．０２−０．２μｍのアブレーションする。一般に、フォーカスされたスポットサイズ４０の好ましいアブレーションパラメータには、約１Ｈｚ以上、好ましくは１−２０ｋＨｚ以上において０．０１μＪ−１０ｍＪのバーストのレーザエネルギーが含まれる。好ましくは、バースト５０が２−５０の超短パルス５２を含むことが好ましく、さらには４−２０の超短パルスを含むことが好ましい。
【００２１】
超短パルス５２のバースト５０のエネルギー密度プロファイルは、従来の短パルス多重ナノ秒レーザパルスのエネルギー密度プロファイルよりも良好に制御することができる。図３においては、各超短パルス５２ａは同じエネルギー密度を有するように生成されており、フラットトップのエネルギー密度プロファイルを提供している。バースト５０ａは、光電子（Ｅ−Ｏ）又は光弾性（Ａ−Ｏ）の光学ゲートを有するモード固定レーザ及び増幅器を用いることによって得ることができる（図８参照）。
【００２２】
図４において、パルス５２ｂのエネルギー密度はパルス５２ｂのバースト５０ｂがパルス５２ｂのバースト５０ｂが従来の多重ナノ秒レーザパルスのエネルギー密度プロファイルと類似させるようにすることによって調節することができる。バースト５０ｂは同時Ｑスイッチ及びモード固定レーザシステム６０を用いることによって生ぜしめることができる（図６参照）。
【００２３】
図５において、バースト５０ｃは、種々の厚さのリンク又は保護層からなり、種々のタイプのリンク構造３６におけるリンク２２を切断するために好ましく用いることのできる、種々のエネルギー密度プロファイルの一例を示したものである。図示されていない他のバースト５０においては、高エネルギー密度の初期パルス５２を有するとともに、エネルギー密度の減少した後縁パルス５２を有する。このようなエネルギープロファイルを有するバースト５０は、特に影響を受けやすいワークピースに対してダメージリスクを生ぜしめることなく、リンクの下部を除去するために有用である。バースト５０ｃを形状は、Ｅ−Ｏ又はＡ−Ｏデバイスに対する電圧値をプログラミングするか、偏光子を用いることによって実現することができる。
【００２４】
好ましくは、各バースト５０は単一のリンク２２を切断する。大部分の応用例においては、各バースト５０のエネルギー密度プロファイルは同一である。しかしながら、ワークピース１２が異なる種類のリンク２２（例えば材料が異なる場合や大きさが異なる場合）を含む場合は、位置決め装置６２（図６参照）がワークピース１２をスキャンする間に、種々のエネルギー密度プロファイル（高さや長さ、及び形状などにおいて）を適用することができる。
【００２５】
前述した超短パルス５２のバースト５０を用いたリンク加工によれば、より大きな加工窓を形成することができるとともに、従来のリンク加工方法に比べて切断したリンク品質をより高くすることができる。バースト５０中には極めて多様のパルス５２を生成することができるので、特別な特性のリンクに対しても好適に用いることができる。また、超短パルスレーザ加工の非熱的な制御性に加えて、これらの超短パルスレーザは約８００ｎｍの波長を有するので、比較的小さいスポットサイズでパルスレーザをスキャンさせることができる。
【００２６】
使用する材料は、パルス５２と実質的に非熱的に相互作用するので、リンク２２に対して赤外レーザを用いることができ、比較的狭小なリンク２２に対しても均一なパターンを形成することができる。より小さいレーザスポットサイズを形成するためには、赤外より波長の短いレーザを用いることが有利であり、狭小化され、高密度化されたリンクの加工をより簡易に行うことができるようになる。このような高精度のリンク除去技術によれば、リンク２２をより近接させて配置させることができ、回路密度を増大させることができる。リンク構造３６の大きさは通常用いられているような大きさに設定することができ、リンク幅２８は、例えば１．０μｍ以下にすることができる。同様に、リンク２２の上方又は下方に位置する保護層４４の高さは、代表的には０．５μｍであるが、パルス５２のバースト５０の設計に応じて、０．５μｍから変更することもできる。加えて、超短パルス５２のバーストを用いて加工されたリンク２２の中心間距離であるピッチ３２は、従来のビーム切断パルスによって加工し際のピッチ間隔に比較して十分に小さくすることができる。リンク２２は、例えば、他のリンク２２又は近接した回路構造から２．０μｍ以下の距離に配置することができる。
【００２７】
図６は、ＣＷモード固定レーザ装置６４を含む簡易な構成のレーザシステム６０の好ましい態様を示すものである。このレーザシステム６０によれば、本発明に従ってリンク切断を行うに好適な超短パルスのレーザパルスを生成することができる。２００−１３２０ｎｍの好ましいレーザ波長領域には、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｙｂ：ＹＡＧ、又はＴｉ：サファイアレーザ６４などの発振波長１．３、１．０６４、１．０４７、１．０３−１．０５、０．７５−０．８５μｍの波長の他、これらの第２次、第３次、第４次、又は第５次の高調波が含まれるが、これらに限定されるものではない。当業者において適宜最適な波長のレーザを選択し、使用することができる。
【００２８】
レーザシステム６０は、一例としてＮｄ：ＹＡＧレーザ６４の第２次高調波（５３２ｎｍ）を用いるようにして設計されている。このとき、周波数倍増素子は除去することができ、調波変換を排除することができる。前記Ｎｄ：ＹＡＧ又はその他の固体レーザ６４は、好ましくはレーザダイオード７０又はレーザダイオードポンピング固体レーザによってポンピングする。レーザダイオード７０から発振されたレーザ光７２はレンズ系７４によってレーザ共振器８２内に焦点させる。レーザ共振器８２は、好ましくは短吸収長のレサント８４と、光軸９０に沿ってフォーカス／屈曲ミラー７６及び７８の間に位置するＱスイッチ８６とを含む。ミラー７８は、光をミラー７６及び半導体可飽和吸収ミラーデバイス９２へ向けて反射し、レーザ６４をモード固定する。ミラー７６は、光をミラー７８及び部分反射出力結合器９４に反射し、光軸９８に沿って共振出力光９６を伝搬させる。調波変換重複器１０２は、好ましくは共振器８２の外部に配置され、レーザビームの周波数を第２次高調波レーザ１０４に変換する。当業者においては、ＵＶに対する調波変換を行う場合においては、光学ゲートや偏光状態調節器及び偏光子などのようなＥ−Ｏデバイス１０６を調波変換装置の手前に配置することができる。また、超短パルスレーザを用いること、したがって、高強度レーザを用いていることに起因して、高レーザ周波数変換効率が直ちに達成される。
【００２９】
当業者は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２次、第３次、又は第４次高調波（５３２ｎｍ，３５５ｎｍ，２６６ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２次、第３次、第４次高調波（５２４ｎｍ，３４９ｎｍ，２６２ｎｍ）、又はＴｉ：サファイアレーザの第２次高調波（３７５−４２５ｎｍ）を採用し、公知の調波変換技術を適宜に用いることによって、種々のタイプのリンク２２を加工することができる。調波変換プロセスは、”Handbook of Nonlinear Optical Crystals”, Springer-Verlag, New York, pp.138-141 (1991,ISBN 3-540-53547-0), by V.G. Dmitriev, et al.において記載されている。
【００３０】
超高速Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＮｄ：ＹＬＦレーザ６４の例としては、スイスのチューリッヒにあるタイムバンドワイドス（Time-Bandwidth）で販売されているジャガー(JAGUAR)を例示することができる。ジャガーQCW-1000は０−１００Ｈｚの周期で１ｍＪ以上のパルスエネルギーを有する約８−１０ピコ秒のパルス幅を有するパルスを提供することができる。ジャガーCW-250は、０−５ＫＨｚの周波数において２５０μＪ以上のパルスエネルギーを有する約２５−３０ピコ秒のパルス幅を有するパルスを提供することができる。
【００３１】
レーザ６４としては、例えば７５０−８５０ｎｍの近赤外領域の波長領域にあるモード固定Ｔｉサファイア超短パルスレーザを用いることができる。スペクトル物理によれば、ＭＡＩ  ＴＡＩと呼ばれる超高速Ｔｉサファイアレーザを作製することができ、８０ＭＨｚの周波数かつ７５０−８５０ｎｍの周波数範囲において１Ｗ当たり１００フェムト秒のパルス幅を有する超短パルス５２を生成することができる。このレーザ６４は、ダイオードポンピングされるとともに、周波数倍加された固体グリーンＹＡＧレーザ（５Ｗ又は１０Ｗ）によってポンピングすることができる。
【００３２】
図７は、本発明に適用することのできるレーザシステム１０８の構成を簡略化して示すダイアグラムである。当業者であれば、緑色又はそれよりも長波長の光に調波変換するために、Ｅ−Ｏデバイス１０６を調波変換器１０２の後方に配置することができる。
【００３３】
図８は、第２の共振器又は増幅器１１２を採用したレーザシステム１１０の構成を概略的に示す構成図である。
【００３４】
出力されたレーザ光１０４は、（その波長とは無関係に）その進行方向に沿って配置された種々の光学部品１１６及び１１８によって操作される。光学部品１１６及び１１８は、ビーム拡張器又はその他の部品を含んでおり、レーザ光１０４をコリメートし、有用な伝播特性を有するビームを生成する。１以上のビーム反射ミラー１２２、１２４、１２６、及び１２８を選択的に設けることができ、目的とする波長のレーザビームを高い反射率の下に所定方向に反射させることができる。これらのミラーは必要としない波長のレーザビームに対しては透過性を有するように設定することができる。この結果、所望する波長のレーザビームのみをリンク構造３６に到達させることができる。フォーカスレンズ１３０は、Ｆ１、Ｆ２又はＦ３の単一の部品又は多重のレンズ部品系から構成することができ、前記コリメートされたパルスレーザ１４０がスポットサイズ４０を有するように焦点させる。このスポットサイズ４０は、好ましくは２μｍ以下、又はパルスレーザ１４０の波長に依存してそれ以下のサイズに設定する。
【００３５】
ビーム位置決めシステム６２の好ましい態様はオーバーベックによるUSP4,532,402に記載されている。ビーム位置決めシステム６２はレーザ制御装置１６０を有していることが好ましく、これによって少なくとも２つの（積層された又は軸分離された）プラットフォームすなわちステージを制御することができる。レーザ制御装置１６０は、ミラー１２２、１２４、１２６及び１２８と協働し、パルスレーザ１４０をＩＣデバイス又はワークピース上のリンク２２へ向けて焦点させる。ビーム位置決めシステム６２は、同一又は異なるワークピース１２上において、リンク２２間を高速で移動することができる。したがって、設計値に基づいてリンク切断操作を効果的に実行することができる。
【００３６】
位置決めデータによって、フォーカスされたレーザスポット３８はワークピース１２上に向けられ、リンク構造３６上に焦点される。このとき、パルスレーザ１４０の、超短パルス５２を有するバースト５０によって、リンク２２は除去される。レーザシステム６０を用いた場合は、リンク２２上におけるビーム位置決めシステム６２の操作を連続して行なっている状態において、超短パルスレーザ５２の、単一のバーストによってリンク２２を切断することが好ましい。バースト５０は５００ナノ秒以下であるので、各バースト５０は位置決め装置６２によって単一の多重ナノ秒パルスとして処理される。
【００３７】
レーザ制御装置１６０は、リンク構造３６の特性に応じて、パルス５２の所望するエネルギー及びパルス幅のパルス５２が得られるように、さらには所望するパルス数が得られるように、及び／又は所望するバースト５０の時間間隔が得られるように設定する。レーザ制御装置１６０は、レーザシステム６０の発振をプラットフォームの動作と同期させたタイミングデータによって影響を受ける可能性がある。このことは、コネックニーによるUSP5,453,594（照射ビーム位置及び発振協働システム）にも記載されている。当業者においては、レーザ制御装置１６０を、ポッケルスセル又は光弾性デバイス１０６を介してレーザエネルギーのエクストラキャビティー変調を行なうために用いることができる。さらに、レーザ制御装置１６０から、Ｑスイッチ８６又はＥ−Ｏデバイス１０６を制御する１以上のサブコントローラ１６４を選択的に制御するようにすることができる。ビーム位置決めシステム６２に対しては種々の改良を行なうこともできるし、カットラーらによるUSP5,751,585に記載されたビーム位置決め装置を具備するようにすることもできる。前記特許は本出願の譲受人に譲渡されている。その他の固定ヘッド、圧電的に駆動するガルバノメータのような高速位置決め装置、ボイスコイル制御ミラー、リニアモーター駆動位置決めシステムなどを用いることができる。具体的には、オレゴン州のポートランドにあるエレクトロサイエンティフィック工業株式会社（ＥＳＩ）によって製造された９３００又は９０００シリーズにおいて用いられているものを採用することができる。
【００３８】
当業者においては、根底に存在する原理から逸脱しない限りにおいて、上述した実施例の詳細について変更を加えることができる。したがって、本発明の範疇は、上述した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】
【図１】  ジェネリック回路セルの横方向配列におけるプログラム可能な余剰リンクの配置状態を示したＤＲＡＭの一部を示す概略図である。
【図２Ａ】  従来のパルスパラメータによって特徴づけられたレーザパルスが照射される、半導体リンク構造を示す部分断面図である。
【図２Ｂ】  図２Ａに示すリンク構造及びレーザパルス状態を、隣接した回路構造とともに示す上面図である。
【図２Ｃ】  前記リンクが前記従来のレーザパルスによって除去された後の、図２Ｂに示すリンク構造の部分断面図である。
【図３】  本発明におけるリンク切断のために使用する超短パルスレーザのバーストの一例を示すパワーと時間との関係を示すグラフである。
【図４】  本発明におけるリンク切断のために使用する超短パルスレーザのバーストの他の例を示すパワーと時間との関係を示すグラフである。
【図５】  本発明におけるリンク切断のために使用する超短パルスレーザのバーストのさらに他の例を示すパワーと時間との関係を示すグラフである。
【図６】  本発明の方法を実施するために、レーザ加工制御系と協働したワークピースポジショナーを含む好ましいＵＶレーザシステムの一例を部分的に簡略化して示す図である。
【図７】  本発明において用いることのできるレーザ装置系構成を示す概略図である。
【図８】  本発明において用いることのできる他のレーザ装置系構成を示す概略図である。
【図１】
0005123456.tif 000002
【図２Ａ】
0005123456.tif 000003
【図２Ｂ】
0005123456.tif 000004
【図２Ｃ】
0005123456.tif 000005
【図３】
0005123456.tif 000006
【図４】
0005123456.tif 000007
【図５】
0005123456.tif 000008
【図６】
0005123456.tif 000009
【図７】
0005123456.tif 000010
【図８】
0005123456.tif 000011