(57)【要約】  プログラマブルレーザパルス(126)は、所定のパルス波形のレーザパルスを形成するためにパルス周波数の電気変調とパルス波形の光変調とを組み合わせる。所定のパルス波形は高いピークパワー及び低い平均パワーを特徴とする。開示されるレーザシステム(90)は、さらに、パワースケーリング(102)と、他の(より短い又はより長い)波長への非線形変換(104)とを可能にする。このシステムは、様々な波長での整形パルスを達成するために、高い繰返し率をもつレーザ源の使用に代わる経済的で高信頼の代替を提供する。開示される組合せ方式は既存の減法方法よりも本質的に効率的である。【選択図】図１
2012508398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別個の電気変調器及び光変調器の組合せによりプログラムされた所定のパルス波形をもつレーザパルスを放出する非常に効率的で動的なレーザパルス整形発生器であって、
あるパルス繰返し率でパルスレーザ出力を放出するために電気変調器によって駆動されるレーザ源と、
電気制御信号を生成するプログラマブル電気パルス整形回路と、
前記電気制御信号に応じて複数のレーザ出力パルスを生成するために、前記パルスレーザ出力を受け取り、且つ前記プログラマブル電気パルス整形回路と協同する光変調器であり、前記電気制御信号が、前記光変調器によって生成される前記複数のレーザ出力パルスの各々の前記所定のパルス波形を設定する時間的形状にプログラムされる、光変調器と
を含む、パルス整形発生器。
【請求項２】
前記所定のパルス波形が時間的フィーチャ(temporal feature)を示し、前記プログラマブル電気パルス整形回路が、
一連の時間変位されたパルスを創り出すために複数の時間遅延線と協同するパルス発生器と、
前記一連の時間変位されたパルスの各々に対する遅延の量を選択するために前記複数の遅延線に動作可能に接続された制御器と、
前記複数のレーザ出力パルスの各々の前記所定のパルス波形の前記時間的フィーチャを示すように前記電気制御信号を合成するために、前記時間変位されたパルスを受け取り且つ組み合わせるパルス結合器と
を含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項３】
前記プログラマブル電気パルス整形回路が、前記電気制御信号によって示される前記時間的フィーチャの形成に寄与する回路要素をさらに含む、請求項2に記載のパルス整形発生器。
【請求項４】
前記回路要素が、前記時間的フィーチャの形成に寄与するために前記一連の時間変位されたパルスの振幅調整を行う、請求項3に記載のパルス整形発生器。
【請求項５】
前記制御器が利得制御信号を供給し、前記回路要素が利得プログラマブル演算増幅器を含み、前記利得プログラマブル演算増幅器が前記利得制御信号を受け取って、前記利得プログラマブル演算増幅器の利得値を設定し、それによって、前記一連の時間変位されたパルスの振幅調整を行う、請求項4に記載のパルス整形発生器。
【請求項６】
前記回路要素が、前記時間的フィーチャの形成に寄与するために前記一連の時間変位されたパルスの位相調整を行う、請求項3に記載のパルス整形発生器。
【請求項７】
前記制御器が時間遅延制御信号を供給し、前記回路要素が時間遅延要素を含み、前記時間遅延要素が前記時間遅延制御信号を受け取って、前記時間遅延要素の時間遅延値を設定し、それによって、前記一連の時間変位されたパルスの位相調整を行う、請求項6に記載のパルス整形発生器。
【請求項８】
前記複数のレーザ出力パルス中に少なくとも1kWのピークパワーを供給するようにアセンブルされている、利得ファイバ前置増幅器と、ファイバ増幅器及び固体増幅器の一方又は両方とを一緒に含む光パワー増幅器をさらに含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項９】
前記利得ファイバ前置増幅器がYb、Er、又はNdガラスタイプの光ファイバを含む、請求項8に記載のパルス整形発生器。
【請求項１０】
所定のパルス波形の前記複数のレーザ出力パルスが第1の波長で放出され、前記所定のパルス波形の複数のレーザ出力パルスを第2の波長にシフトするために前記光変調器に光学的に関連する高調波発生器をさらに含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１１】
前記第2の波長が前記第1の波長よりも短い、請求項10に記載のパルス整形発生器。
【請求項１２】
前記レーザ源が半導体レーザを含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１３】
前記レーザ源がパルスファイバレーザを含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１４】
前記レーザ源がQスイッチ固体レーザを含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１５】
前記所定のパルス波形が、1ns〜3nsの範囲内の立上り前縁及び1ns〜100nsの範囲内のパルス幅を有する、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１６】
前記レーザ出力パルスが半導体デバイス中のリンクを切り離すように誘導される、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
著作権表示
(著作権)2009  エレクトロ・サイエンティフィック・インダストリーズ・インコーポレイテッド(Electro Scientific Industries, Inc.)。本特許出願の開示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をいずれかの者がファクシミリ複製することに対して、それが特許商標庁の特許ファイル又は記録に現れている限り異議はないが、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 § 1.71(d)
【０００２】
本開示は、テイラードレーザパルス(tailored laser pulse)がレーザ微細加工用途用に伝搬するパルスファイバレーザ及び固体レーザ増幅器に関し、特に、別個の電気変調器及び光変調器の組合せによりプログラムされた所定のパルス波形をもつテイラードレーザパルスを放出する非常に効率的なレーザパルス整形発生器に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体メモリアレイチップの製造が完了した後、チップの露出した表面上の集積回路(IC)パターンは不動態化材料の電気絶縁層で封止される。典型的な不動態化材料は樹脂又は例えばポリイミドなどの熱可塑性重合体を含む。この最終的な「不動態化」層の目的は、チップの表面が周囲の水分と化学的に反応しないようにすること、表面を環境の微粒子から保護すること、及び機械的応力を吸収することである。不動態化に続いて、チップは、メモリセルの精査及び機能試験を可能にする金属相互接続が埋め込まれた電子パッケージに取り付けられる。多くの冗長メモリセルのうちの一つが故障していると決定されると、アレイ中でそのセルを隣りのものに連結している導電性相互接続、すなわちワイヤを切り離すことによってそのセルは動作できないようにされる。「リンク処理」又は「リンクブローイング」によって個別のメモリセルを動作できないようにするのは、目標物に隣接する、それの下にある、又はそれの上にある材料に損傷を与えることなしに非常に局所的な領域内のリンク材料を選択的に除去するようにレーザビームエネルギーを導くことができるレーザ微細加工装置によって達成される。指定されたリンクを選択的に処理するのは、レーザビーム波長、スポットサイズ、パルス繰返し率、パルス波形、又はエネルギー送出に影響を及ぼす他の空間的若しくは時間的ビームパラメータを変更することによって達成することができる。
【０００４】
メモリアレイ又は他のタイプのICチップ中の導電性リンクの後処理を必要とするレーザ微細加工プロセスは、所望の品質、歩留り、及び信頼性を達成するために速い立上り前縁をもつ(例えば、1〜2ns立上り時間をもつ)鋭いパルスを使用する。導電性リンクを清浄に切り離すために、レーザパルスは上にある不動態化層を貫通した後、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上り縁はパルス幅と共に変化する。5〜20nsパルス幅及び傾斜した漸進的立上り前縁を有する従来のガウス型レーザパルスをリンク処理で使用すると、特に不動態化層の厚さが大きすぎるか又は不均一な場合、不動態化層に「オーバークレータ(over crater)」を引き起こす傾向がある。
【０００５】
上にある不動態化層の破壊挙動は、「半導体ベースデバイスのレーザ処理最適化(Laser processing optimization of semiconductor based devices)」(オレゴン大学院大学(Oregon Graduate Institute)、1997)と題するユンロン・サン(Yunlong Sun)の博士論文で彼によって十分に分析されている。不動態化層の厚さが重要なパラメータであるので、特定の不動態化層材料の最適厚さはサン(Sun)の分析に基づいたシミュレーションによって決定することができる。IC製作中に不動態化層のウェハレベルプロセス制御を維持するのは困難なため、最適でない厚さ及び不十分なウェハ横断(cross-wafer)又はウェハ間の厚さ均一性がもたらされることがある。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のは、不動態化層の誤った目標の寸法及び変動要因を補償するのに役立つことができる。
【０００６】
スマート(Smart)の米国特許第6,281,471号は、実質的に正方形のレーザパルスを使用してリンク処理することを提案している。そのような鋭い縁部のパルスは、主発振器レーザをファイバ増幅器(MOPA)に結合することによって生成することができる。この低パワー主発振器には、速い立上り時間をもつ正方形パルスを生成することができるダイオードレーザが使用される。一方、ユンロン・サン(Yunlong Sun)等の米国特許第7,348,516号(この特許は本特許出願の譲受人に譲渡されている)に、垂直の立上り縁にもかかわらず、実質的に正方形のレーザパルスはリンク処理にとって最良のレーザパルス波形でないことが述べられている。代わりに、サン(Sun)等は、一実施形態では、最も効果的にリンクを処理するための速い立上りのピーク又は複数のピークと、それに続く、より低いパワーレベルで比較的平坦なままである信号強度への減少と、その後の遮断とを有する椅子に似ている特別なテイラードレーザパルス波形の使用を説明している。ピークパワーは高いが平均パワーが低いそのようなテイラードレーザパルスは、電気光学変調(EOM)又は音響光学変調(AOM)のいずれかによって実行することができる、いわゆるパルススライシング技術によって首尾よく生成されている。例えば、従来のアクティブQスイッチ固体レーザは高い強度及び高いパルスエネルギーをもつナノ秒シードパルスを供給し、次に、光ループスライシングデバイスが標準レーザパルスを所望のテイラードパルス波形に変換する。
【０００７】
高効率で高いピークパワーの出力をレーザダイオードから直接得ることが可能である。言い換えれば、電気的に変調されたシードパルスだけを使用して、高いピークパワー及び高いパルスエネルギーを生成することが可能である。この方式の簡単さは有利であり、さらに、より少ない増幅段で実行することができる。しかし、半導体ダイオードの中心波長は、パルス波形の変化に起因する温度のわずかな変化でドリフトする傾向があり、その温度ドリフトは下流の固体増幅器及び高調波発生に悪影響を及ぼすことがある。
【０００８】
代替として、特別なテイラードレーザパルスは、パワー増幅器として利得ファイバを使用するMOPAによって生成することができる。MOPAを使用するのは、MOPAが指定した一定周波数の安定信号源の構成要素になるという点で有利である。
【０００９】
パスカル・デラデュランタイ(Pascal Deladurantaye)の米国特許出願第2006/0159138号には、二つの変調器が連続波(CW)光ビームを整形して様々に整形されたパルスを生成する整形パルスレーザが説明されている。しかし、CW光ビームからパルスレーザを生成するのはかなり非効率であり、したがって、さらなる増幅が必要となる。そのような低いピークパワー信号は雑音によって影響を受けることがあり、それによりパルス間不安定性が引き起こされるので、二つの変調器は同期してパルス安定性及びエネルギー安定性を維持することが好ましいが、それによって、さらなる複雑さ及びコストが付加される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
プログラマブルレーザパルス整形発生器は、レーザパルス周波数の電気変調をレーザパルス波形の光変調と組み合わせて、数ナノ秒から数十ナノ秒程度のパルス幅と、数ナノ秒からから1ナノ秒未満の程度の速い立上り時間とをもつ所定の形状のテイラードレーザパルスを生成する。好ましいレーザパルス整形発生器は、周波数変調電気信号を入力として有するシードレーザダイオードの形態の変調型パルスレーザ源を含む。このシステムは、高速光変調器及び光パワー増幅器によって整形される一連の高パワーテイラードレーザパルスを生成する。パルス整形発生器は、パワースケーリングとより短い波長の高調波の生成とを可能にし、様々な波長での整形パルスを達成するために、高い繰返し率で動作するレーザ源の使用に代わる経済的で高信頼の代替を提供する。パルス整形発生器によって実装される組合せ方式は、シードパルスを光学的にスライスすることによってテイラードパルスを形成する既存の減法方法よりも本質的に効率的である。
【００１１】
追加の態様及び利点は、添付図面を参照しながら進める好ましい実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電気変調と光変調との組合せによりテイラードパルスを生成することができるレーザパルス整形発生器の構成要素を示すブロック図であり、さらに、いくつかのパルス整形発生器構成要素の出力部における、テイラードパルスが生成される様々な発達段階で形成されるレーザパルスの時間的プロファイルを示す。
【図２】ダイオードレーザ出力、電気駆動変調のためのパルス整形回路出力、及び図1のパルス整形発生器の変調型パルスレーザ源の光出力の三つの波形図の組を示し、三つの波形は、テイラードレーザパルスプロファイルの四つの例を生成するとき形成される対応するパルス波形を示す。
【図３】図3A、3B、及び3Cは、図1の変調型パルスレーザ源で使用するための利得ファイバ前置増幅器及び出力増幅器の三つの構成を示す概略図である。
【図４】図1のプログラマブルパルス整形回路のアナログ実装形態の電気回路構成要素を示すブロック図である。
【図５】図4のプログラマブルパルス整形回路の様々な段階に対応する電気信号のパルス波形を示す波形図である。
【図６】図4のプログラマブルパルス整形回路のダイオードクランプ回路からのシミュレートされた高分解能(1ns)パルス列出力を示す図である。
【図７】図4のプログラマブルパルス整形回路によって構築された1ns分解能のゲーティング電気制御信号パルスのプロットであり、ゲーティング電気制御信号パルスの形状は所望の「椅子」テイラードレーザパルスプロファイルの波形に近い。
【図８】図1のプログラマブルパルス整形回路のデジタル実装形態の電気回路構成要素を示すブロック図である。
【図９】加工物表面上に半導体リンク構造体を有する半導体ウェハを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図1は、上述で説明した所望の動作及び性能特性をもつレーザパルス整形発生器90を示す。パルス整形発生器90は、1組の光パワー増幅器102による増幅のため及び高調波発生器104による波長変換のための所定のテイラードレーザパルスを生成する変調型パルスレーザ源100から構築される。
【００１４】
半導体レーザなどの変調型パルスレーザ源100は、好ましくは、高い繰返し率で一連のシードレーザパルス116を供給するために電気変調器114により生成されたシードパルス信号112によって変調される高速分布帰還型(DFB)シードレーザダイオード110から構成される。好ましい実装形態では、シードパルス信号112は一連のシードパルス116に相当する。光変調器120はシードレーザパルス116を受け取り、高速プログラマブルパルス整形回路124によって生成され、シードパルス信号112に同期しているゲーティング電気制御信号パルス122に応じてシードレーザパルス116を変調して、一連の所定のレーザパルス126を生成する。光変調器120とパルス整形回路124とは協同して、最適な材料処理のためのレーザパルス126の所望の時間的プロファイルにシードレーザパルス116の各々を再構成する。
【００１５】
光パワー増幅器102は、テイラードレーザパルス126の全体的に忠実なレプリカである増幅されたテイラードレーザパルス132を生成する。高調波発生器104は、増幅されたテイラードレーザパルス132を、緑、紫外(UV)、又は遠紫外(DUV)などの様々な波長範囲にあり、非線形変換プロセスの結果として強調されたテイラードパルスプロファイルをもつ出力レーザパルス134に変換する。
【００１６】
Qスイッチ固体レーザパルス源又はファイバレーザ源は半導体シードレーザ110の代わりになることができるが、後者は以下の利点のために好ましいことが当業者なら理解するであろう。DFBシードレーザダイオード110で構成されたレーザパルス整形発生器90は、コンパクトで堅牢なセットアップで広い調整可能性及び狭い線幅を提供する。偏波保持(PM)ファイバカプラ(図示せず)を備えたそのようなDFBシードレーザダイオード110は、ドイツ、ミュンヘンのトプティカ・フォトニクス・アーゲー(Toptica Photonics, AG)から入手することができる。
【００１７】
図2は、光変調器120(及び変調型パルスレーザ源100)の出力部に生成された様々なテイラードレーザパルスプロファイルの形成の四つの例(垂直な点線で分離されている)を示す三つの波形図を示す。図2のラインAは、レーザダイオード110によって放出された一連の四つの同様のシードレーザパルス1161、1162、1163、及び1164を示す。図2のラインBは、プログラマブルパルス整形回路124の四つの異なるゲーティング制御信号パルス1221、1222、1223、及び1224を示し、図2のラインCは、それぞれのゲーティング制御信号パルス1221、1222、1223、及び1224が対応する光変調器120の四つの異なるテイラードレーザパルス1261、1262、1263、及び1264を示す。(テイラードレーザパルスの例のうちの同じものに寄与するシードレーザパルス及びゲーティング制御信号パルスの参照番号は共通の添字を有する。)
四つの例の各々において、ゲーティング制御信号パルスはシードレーザパルスを変調して、テイラードレーザパルスを形成し、その波形はゲーティング制御信号パルスの形状の実質的に忠実なレプリカである。テイラードレーザパルス1261、1262、1263、及び1264は、それぞれ、椅子、逆の椅子、二重ピーク、及び二重スパイクの形状のレーザパルスを示し、それらの各々は高いピークパワーレベル及び低い平均パワーレベルを供給する。
【００１８】
図3A、3B、及び3Cは、それぞれ、光変調器120の出力部に現れるテイラードレーザパルス126を増幅するのに好適である光パワー増幅器102の異なる構成を実装する代替実施形態102a、102b、及び102cを示す。変調型パルスレーザ源100はその出力部で、様々なパルス波形(図2のラインCに示したような)のうちの任意の一つの出力レーザパルス126を生成する。各実施形態102a、102b、及び102cは、ピークパワーが増加した中間整形レーザパルス140を生成するために、イッテルビウム(Yb)、エルビウム(Er)、又はネオジム(Nd)ガラスなどの光利得ファイバを含む利得ファイバ前置増幅器138を含む。増幅段を付加して、少なくとも1kWのピークパワー出力を生成することができる。実施形態102a、102b、及び102cは、それぞれ、高パワーの増幅されたテイラードレーザパルス132を生成するために、増幅段としてファイバ増幅器142、固体増幅器144、又はそれら両方の組合せを使用する。図3Aは簡単で効率的な全光ファイバ構成(いかなる固体構成要素もない)を示すが、それは、単一モード偏波レーザによる高いピークパワー動作下で損傷及びなんらかの望ましくない非線形効果を受けることがある。図3B及び3Cは、固体増幅器144を含むので1kWを超えるピークパワーレベルでより頑強である二つのハイブリッド又は「タンデム」構成を示す。したがって、プログラマブルパルス整形及び逐次的増幅によって、組合せ様式で所望のパルス波形を次第に構築し、所望の出力を積み上げることにより高いピークパワーに増幅された所定のレーザパルス132を漸進的に構築することができる。パルス波形をそのように漸進的に構築すること及びレーザ出力パワーを積み上げることは、高パワーパルスを生成し、エネルギーを選択的に減じるか又は吸収して所望のパルス波形を達成することよりも本質的に効率的なプロセスとなる。
【００１９】
図4は、プログラマブルパルス整形回路124のアナログ実装形態124aの電気構成要素をより詳細に示すブロック図である。図4のパルス整形回路124a内の中間段階で生成される電気信号波形は、図5の対応する参照番号で示され識別される。図1を参照して上述したように、電気変調器114はDFBシードレーザダイオード110を駆動し、シードレーザパルス116を生成する。ホスト制御コンピュータ又はマイクロコントローラ160は、ユニバーサルシリアルバス(USB)、R232、又は同様の外部データバス接続162で、コンプレックスプログラマブルロジックデバイス(CPLD)164の動作を調整し制御する信号を供給する。好適なCPLDは、カリフォルニア州、サンホセのアルテラ・コーポレーション(Altera Corporation)、から入手できるAltera Max II EPM240T100C3Nである。ホスト制御コンピュータ160は、シードパルス信号112及びゲーティング制御信号パルス122が同期するように電気変調器114及びパルス整形回路124の動作を調整する。CPLD164は、一連の正方形パルス168を生成する内部パルス発生器166を含む。パルス168はN個の遅延線回路170(図4では4個が示されている)の入力部に印加されて、時間変位され調整された出力パルス172が生成され、出力パルス172は組み合わせられて電気制御信号122が形成される。
【００２０】
N個の遅延線回路170はすべて公称では同じであり、参照番号170及び添字1、2、3、…、Nのうちの異なるものによって識別される。遅延線回路170の対応する構成要素は、その構成要素が存在する遅延線回路を識別する添字をもつ共通の参照番号を有する。したがって、個々の遅延線回路の構造及び動作についての以下の説明は遅延線回路1701だけを対象とする。遅延線回路1701は、遅延したパルス信号1841を生成するために、正方形パルス168を受け取る信号入力部と、CPLD164からの時間遅延制御信号1821を受け取る遅延時間入力部とを有するプログラマブル時間遅延要素1801を含む。好適なプログラマブル時間遅延要素1801は、カリフォルニア州、サニーヴェールのマキシム・インテグレーテッド・プロダクツ・インコーポレイテッド(Maxim Integrated Products, Inc.)から入手できるDS 1020である。キャパシタC1は遅延したパルス信号1841の直流(DC)部分を阻止し、それによって、正方向に向かう電圧部分及び負方向に向かう電圧部分をもつ信号パルスを生成する。ダイオードクランプ回路1881は負方向に向かう電圧部分を阻止して、一連のピークパルス1901を供給する。利得制御可能な演算増幅器1921は、プログラマブル電圧レベルの一連の出力パルス1721を生成するために、ピークパルス1901を受け取る信号入力部と、CPLD164からの利得制御信号1941を受け取る利得制御入力部とを有する。
【００２１】
好適な高帯域で速いスルーレートの演算増幅器192は、テキサス州、ダラスのテキサス・インスツルメンツ(Texas Instruments)から入手でき、ユニティゲインでの2.2GHz帯域幅を特徴とするTHS3201である。好適な代替の演算増幅器は、カリフォルニア州、サンタクララのナショナル・セミコンダクター(National Semiconductor)から入手でき、825MHz帯域幅及び500ピコ秒立上り/立下り時間を特徴とするデジタルプログラムド差動増幅器LMH6518を含む。
【００２２】
N個の遅延線回路170は、所望の形状のゲーティング電気制御信号122を形成するために加算演算増幅器196によって組み合わされる時間遅延ピークパルス1721〜172Nを生成するようにプログラムされる。より具体的には、それぞれのプログラマブル時間遅延要要素1801〜180Nに印加される時間遅延制御信号1821〜182Nは、遅延したパルス信号1841〜184Nを生成するために正方形パルス168の前縁200を基準としてプログラムされた量の遅延を付与する。付与された遅延により、所望の複合波形状のゲーティング電気制御信号122を形成することが可能になる。図5は、一例として、対応する時間遅延制御信号1821、1822、及び1823によって付与された0、1遅延単位のd、及び2遅延単位の2dを表す一連の遅延パルス信号1841、1842、及び1843を示す。付与された0、1遅延単位のd、及び2遅延単位の2dは、図示のように、一定量だけ累進的に遅延した時間的にオーバーラップしない一連の遅延パルス信号1841、1842、及び1843を生成する。例えば、実現可能な遅延単位のdは0.15nsである。ダイオードクランプ回路1881、1882、及び1883は、図示のように、それぞれのピークパルス1901、1902、及び1903を生成する。演算増幅器1921〜192Nの各々は速いスルーレート及び広い帯域幅を特徴とし、ピークパルス1901〜190Nのうちの関連するものを様々な、個別にプログラム可能な電圧レベルに増幅する。したがって、図5の例では、第1のパルス1901は、図示のように、後続のパルス1902及び1903よりも多く増幅することができる。そのような差動増幅は先頭の高エネルギーピーク1721を生成し、それは、後続の時間変位された増幅ピークパルス1722及び1723と組み合わせたとき、図2において例示のパルスプロファイル1として示したタイプの結果として得られるゲーティング電気制御信号122の「椅子」の背を形成する。
【００２３】
図4のパルス整形回路124aをプログラムする二つの方法を別々に又は組み合わせて使用し、図2のラインBのゲーティング電気制御信号パルス1221、1222、1223、及び1224の波形などの様々なテイラード波形を指定することができる。第1の方法は、利得値の各々が2進重み付き利得値を有するように演算増幅器192の固定利得値を指定することを必要とする。この場合、時間遅延要素180は、時間遅延制御信号182によって、新しい所定の電気制御信号パルス波形を形成するように様々な値に単に事前にプログラムされることになる。第2の方法は、固定遅延値にプログラムされた時間遅延要素180を使用することと、所望の所定の電気制御信号パルス波形を達成するために関連する利得制御信号194によって各演算増幅器192の利得レベルを制御することとを必要とする。代替として、二つのプログラミング方法の組合せを使用することができる。
【００２４】
電気制御信号パルス190の所望の時間パルス幅がそれらの間の時間遅延よりも長い場合、又は演算増幅器192が目標パワーレベルをオーバーシュート又はアンダーシュートする場合、図6のピークパルス1902と1903との間のオーバーラップ202によって示されるように、隣接するパルスのオーバーラップが生じる。したがって、時間遅延要素180にプログラムされた遅延時間又は演算増幅器192に設定された増幅器利得値をカスタム調整して所定の電気制御信号パルス波形を達成することが好ましく、精度を最大にするためにより短いパルス期間を可能にするキャパシタC1、…、CNの値を選ぶことが望ましい。
【００２５】
図7により詳細に示される電気制御信号122は出力パルス1721、…、172NNの和を示し、それは加算演算増幅器196の出力部に現れ、図2のラインBで示した所定の「椅子」形状の制御信号1221に近い。先頭のピークパルス206の後の後続のパルス204によって生成される「リンギング」は、平均が低いパワー値208になる。先頭のピークパルス206の高いピークパワー210は、10ns程度である全パルス幅214と比較して1ns程度の短い立上り時間212を有する。再度図1を参照して、パルス整形回路124によって生成された電気制御信号122はシードレーザパルス116を変調して、光変調器120の出力部でテイラードレーザパルス126を形成する。次に、高帯域光パワー増幅器102のセットがテイラードレーザパルス126を増幅して、所定のテイラードレーザパルス126の形状を忠実に示す形状を有する高パワー化されたテイラードレーザ出力パルス132を生成する。
【００２６】
図8は、プログラマブルパルス整形回路124の代替のデジタル実装形態の電気構成要素を示すブロック図である。代替のデジタル実装形態124dは、図4のアナログ実装形態のプログラマブル時間遅延要素180、ダイオードクランプ回路188、及び演算増幅器192の代わりとしてプログラマブルデジタルパルス整形回路を含む。プログラマブルデジタルパルス整形回路は、上述のアナログ実装形態で使用された椅子の例などの所望のテイラードパルス波形を指定する2進データ222のストリームを生成するために、カリフォルニア州、サンホセのザイリンクス・インコーポレイテッド(Xilinx, Inc.)から入手できるXilinx Virtex 5などの高速フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)220を含む。FPGA220はCPLD164と一緒に図8に示される。FPGA220の出力部に現れる2進データ222のストリームは、デジタル-アナログ変換器(DAC)224の入力部に印加され、デジタル-アナログ変換器(DAC)224はそれの出力部で電気制御信号122の形状を有するアナログ制御信号を生成する。好適なDAC224はテキサス州、ダラスのテキサス・インスツルメンツ・インコーポレイテッド(Texas Instruments, Inc.)から入手できるDAC 5681である。DAC224の出力は演算増幅器226の入力部に印加され、その出力部に電気制御信号122が現れる。
【００２７】
図4のアナログ実装形態は、図8のデジタル実装形態の構成部品の数よりも少ない構成部品を有するという点でより単純である。図4及び8の回路は両方ともデータが他の信号に対して同時に又は所定の遅延で到着するように回路レイアウトに厳しい要求事項がある。現時点では、図4の遅延線ベース回路がより大きい分解能を有するが、近い将来により速いDACが利用可能になると予想される。
【００２８】
テイラード時間的プロファイルを有する出力レーザパルス134の有用な用途の例示的な例は、図9に示されるウェハ試料232上の半導体リンク構造230の切離しである。
【００２９】
本発明の根本原理から逸脱することなく、上述の実施形態の詳細に多くの改変を行うことができることが当業者には明白であろう。したがって、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
【図１】
2012508398.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月12日(2011.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別個の電気変調器及び光変調器の組合せによりプログラムされた時間的フィーチャ(temporal feature)を示す所定のパルス波形をもつレーザパルスを放出する非常に効率的で動的なレーザパルス整形発生器であって、
あるパルス繰返し率でパルスレーザ出力を放出するために電気変調器によって駆動されるレーザ源と、
一連の時間変位されたパルスを創り出すために複数の時間遅延線と協同するパルス発生器と、前記一連の時間変位されたパルスの各々に対する遅延の量を選択するために前記複数の遅延線に動作可能に接続された制御器と、前記電気制御信号を合成するために、前記時間変位されたパルスを受け取り且つ組み合わせるパルス結合器とを含み、電気制御信号を生成するプログラマブル電気パルス整形回路と、
前記電気制御信号に応じて複数のレーザ出力パルスを生成するために、前記パルスレーザ出力を受け取り、且つ前記プログラマブル電気パルス整形回路と協同する光変調器であり、前記電気制御信号が、前記光変調器によって生成される前記複数のレーザ出力パルスの各々の前記所定のパルス波形を設定する時間的形状にプログラムされている、光変調器と
を含む、パルス整形発生器。
【請求項２】
前記プログラマブル電気パルス整形回路が、前記電気制御信号によって示される前記時間的フィーチャの形成に寄与する回路要素をさらに含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項３】
前記回路要素が、前記時間的フィーチャの形成に寄与するために前記一連の時間変位されたパルスの振幅調整を行う、請求項2に記載のパルス整形発生器。
【請求項４】
前記制御器が利得制御信号を供給し、前記回路要素が利得プログラマブル演算増幅器を含み、前記利得プログラマブル演算増幅器が前記利得制御信号を受け取って、前記利得プログラマブル演算増幅器の利得値を設定し、それによって、前記一連の時間変位されたパルスの振幅調整を行う、請求項3に記載のパルス整形発生器。
【請求項５】
前記回路要素が、前記時間的フィーチャの形成に寄与するために前記一連の時間変位されたパルスの位相調整を行う、請求項2に記載のパルス整形発生器。
【請求項６】
前記制御器が時間遅延制御信号を供給し、前記回路要素が時間遅延要素を含み、前記時間遅延要素が前記時間遅延制御信号を受け取って、前記時間遅延要素の時間遅延値を設定し、それによって、前記一連の時間変位されたパルスの位相調整を行う、請求項5に記載のパルス整形発生器。
【請求項７】
前記複数のレーザ出力パルス中に少なくとも1kWのピークパワーを供給するようにアセンブルされている、利得ファイバ前置増幅器と、ファイバ増幅器及び固体増幅器の一方又は両方とを一緒に含む光パワー増幅器をさらに含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項８】
前記利得ファイバ前置増幅器がYb、Er、又はNdガラスタイプの光ファイバを含む、請求項7に記載のパルス整形発生器。
【請求項９】
所定のパルス波形の前記複数のレーザ出力パルスが第1の波長で放出され、前記所定のパルス波形の複数のレーザ出力パルスを第2の波長にシフトするために前記光変調器に光学的に関連する高調波発生器をさらに含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１０】
前記第2の波長が前記第1の波長よりも短い、請求項9に記載のパルス整形発生器。
【請求項１１】
前記レーザ源が半導体レーザを含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１２】
前記レーザ源がパルスファイバレーザを含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１３】
前記レーザ源がQスイッチ固体レーザを含む、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１４】
前記所定のパルス波形が、1ns〜3nsの範囲内の立上り前縁及び1ns〜100nsの範囲内のパルス幅を有する、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【請求項１５】
前記レーザ出力パルスが半導体デバイス中のリンクを切り離すように誘導される、請求項1に記載のパルス整形発生器。
【国際調査報告】
2012508398.tif 000012
2012508398.tif 000013