JP2007508694A - ピコ秒レーザでのメモリリンク処理のためのレーザに基づくシステム - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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。
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。
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。
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。
・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。
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。
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。
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。
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。
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。
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"。
Claims (32)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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