DE112005002987T5

DE112005002987T5 - Lasermikrobearbeitung von Halbleiterbauelementen mit mehreren Wellenlängen

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Publication number: DE112005002987T5
Application number: DE112005002987T
Authority: DE
Inventors: Yunlong Beaverton Sun; Kelly Portland Bruland; Robert F. Portland Hainsey; Richard Portland Harris; William J. Beaverton Jordens; Ho Wai Portland Lo; Lei Portland Sun
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-11-22
Also published as: JP2008522832A; WO2006063153A2; GB0711068D0; GB2435771A; WO2006063153A3; KR20070089150A

Abstract

Verfahren zur Lasermikrobearbeitung einer mehrlagigen Struktur, um in der Tiefe einen Teil eines Zielschichtmaterials zu entfernen, ohne eine merkliche Beschädigung am nahe liegenden Nicht-Ziel-Schichtmaterial der mehrlagigen Struktur zu verursachen, umfassend:
Erzeugen eines Laserimpulses mit einem Energieprofil, das aus einem ersten und einem zweiten Energieprofilteil besteht, wobei der Laserimpuls ein erstes Laserenergiemerkmal bei einer ersten Laserwellenlänge im ersten Teil des Energieprofils und ein zweites Laserenergiemerkmal bei einer zweiten Laserwellenlänge im zweiten Teil des Energieprofils umfasst;
Richten des Laserimpulses auf das Zielschichtmaterial;
wobei das erste Laserenergiemerkmal bei der ersten Wellenlänge im ersten Teil des Energieprofils in der Tiefe einen anfänglichen Teil des Zielschichtmaterials entfernt, um einen Teil eines offenen Volumenbereichs zu bilden und Nicht-Ziel-Schichtmaterial der mehrlagigen Struktur nicht zu beschädigen; und
das zweite Laserenergiemerkmal bei der zweiten Laserwellenlänge im zweiten Teil des Energieprofils in der Tiefe einen restlichen Teil des Zielschichtmaterials entfernt, um die Bildung des offenen Volumenbereichs...

Description

Verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/635 054, eingereicht am 9. Dezember 2004.
Urheberrechtsanmerkung
© 2005 Electro Scientific Industries, Inc. Ein Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments enthält Material, das dem Urheberrechtsschutz unterliegt. Der Urheberrechtsinhaber hat keinen Einwand gegen die Faksimilereproduktion des Patentdokuments oder der Patentoffenbarung durch irgendjemanden, wie es/sie in der Patentakte oder den Patentregistern des Patent- und Markenamtes erscheint, behält sich jedoch ansonsten absolut alle Urheberrechte vor. 37 CFR § 1.71(d).
Technisches Gebiet
Die Erfindungen betreffen im Allgemeinen die Laserbearbeitung von mehrlagigen Werkstückmaterialien und insbesondere die Verwendung eines im Wesentlichen jitterfreien Laserenergieprofils mit mehreren Wellenlängen, das auf die Halbleiterbauelement-Mikrobearbeitung gezielt ist, um eine Bearbeitung mit hoher Qualität und eine kleinere mögliche Fleckgröße zu erreichen, in der Laserenergien bei den mehreren Wellenlängen innerhalb des Laserenergieprofils überlappen können oder dürfen.
Hintergrund der Erfindung
Die Ausbeuten in IC-Bauelement-Fertigungsprozessen werden häufig durch Defekte beeinflusst, die sich aus Ausrichtungsschwankungen von Schichten oder Strukturen unter der Oberfläche, Teilchenverunreinigungen oder Defekten im Substratmaterial selbst ergeben. 1, 2A und 2B zeigen jeweilige elektronische Schaltungen 10 eines IC-Speicherbauelements oder Werkstücks 12, die typischerweise in Zeilen oder Spalten hergestellt werden, so dass sie mehrere Iterationen von redundanten Schaltungselementen 14 umfassen, wie z.B. Ersatzzeilen 16 und -spalten 18 von Speicherzellen 20. Mit Bezug auf 1, 2A und 2B sind die Schaltungen 10 auch so ausgelegt, dass sie spezielle durch einen Laser durchtrennbare Schaltungsverbindungen 22 zwischen elektrischen Kontakten 24 umfassen, die entfernt werden können, um beispielsweise eine fehlerhafte Speicherzelle 20 abzutrennen und gegen eine redundante Austauschzelle 26 in einem Speicherbauelement wie z.B. einem DRAM, einem SRAM oder einem eingebetteten Speicher auszutauschen. Ähnliche Verfahren werden auch verwendet, um Verbindungen zu durchtrennen, um ein Logikprodukt, Gattermatrizes oder ASICs zu programmieren.
Die Verbindungen 22 werden mit herkömmlichen Verbindungsbreiten 28 von etwa 1,0 Mikrometer, Verbindungslängen 30 und Abständen von Element zu Element (Abständen von Mitte zu Mitte) 32 von etwa 1,5 Mikrometer oder weniger von benachbarten Schaltungsstrukturen oder Elementen 34 wie z.B. Verbindungsstrukturen 36 entworfen. Die Verbindungsabmessungen und -abstände werden von den Bauelementherstellern kontinuierlich verringert. Obwohl die am stärksten vorherrschenden Verbindungsmaterialien Polysilizium und ähnliche Verbindungen waren, haben die Speicherhersteller in jüngerer Zeit eine Vielfalt von besser leitenden Metallverbindungsmaterialien übernommen, die Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Titan, Wolfram, Platin sowie andere Metalle, Metalllegierungen wie z.B. Nickelchromid, Metallnitride wie z.B. Titan- oder Tantalnitrid, Metallsilizide wie z.B. Wolframsilizid oder andere metallartigen Materialien umfassen können, jedoch nicht darauf begrenzt sind.
Die Schaltung 10, die Schaltungselemente 14 oder Zellen 20 werden auf Defekte getestet. Die zum Korrigieren der Defekte zu durchtrennenden Verbindungen werden aus Bauelementtestdaten bestimmt und die Orte dieser Verbindungen werden in eine Datenbank oder ein Programm abgebildet. Laserimpulse wurden für mehr als 20 Jahre verwendet, um Schaltungsverbindungen 22 zu durchtrennen. 2A und 2B zeigen einen Laserfleck 38 mit einem Fleckgrößendurchmesser 40, der auf eine Verbindungsstruktur 36 auftrifft, die aus einer Verbindung 22 besteht, die über einem Siliziumsubstrat 42 und zwischen Komponentenschichten eines Passivierungsschichtstapels mit einer darüber liegenden Passivierungsschicht 44 (in 2A, aber nicht in 2B gezeigt), und einer darunter liegenden Passivierungsschicht 46 (in 2B, aber nicht in 2A gezeigt) angeordnet ist. 2C ist eine bruchstückhafte Querschnittsseitenansicht der Verbindungsstruktur von 2B, nachdem die Verbindung 22 durch den Laserimpuls entfernt ist.
Der Stand der Technik verwendet Laserimpulse, die aus nur einer einzelnen Laserwellenlänge bestehen, für die Halbleiterbauelement-Verbindungsbearbeitung. Ein einzelner Laserimpuls mit einer Wellenlänge von 1064 nm oder 1047 nm wurde für die Halbleiterspeicherchip-Verbindungsbearbeitung im Fluge umfangreich verwendet, welche das Durchtrennen von einzelnen Verbindungen mit einem einzelnen Impuls für jede Verbindung, während die Strahlpositionierungseinrichtungsbewegung nicht gestoppt wird, zur Folge hat. Ein Laserimpuls mit 1320 nm wurde später bei der Metallverbindungsbearbeitung bevorzugt, da er weniger Beschädigung an einem Siliziumsubstrat verursachte. Die Verbindungsbearbeitung mit einem UV-Laserimpuls wurde auch vorgeschlagen und praktiziert. Eine Doppelimpuls-Bearbeitung von fetten (d.h. dicken) Kupferverbindungen wurde von einigen Benutzern versucht. Alle verwendeten Laserimpulse lagen bei derselben Wellenlänge.
Wellenlängen, die zum Minimieren der Siliziumsubstratbeschädigung und zum Verbessern eines Prozessfensters vorteilhaft sind, liegen nahe 1300 nm, wie im US-Patent Nr. 5 265 114 offenbart, das auf den Anmelder dieser Patentanmeldung übertragen ist. Die kleinste praktische Laserstrahl-Fleckgröße bei 1300 nm ist jedoch etwa 1,7 Mikrometer. Die immer weiter schrumpfende Strukturgröße oder Verbindungsabmessungen von Halbleiterspeicherchips verlangen eine Laserstrahl-Fleckgröße von 1,4 Mikrometer und kleiner. Die Verwendung einer kurzen Wellenlänge im UV-Spektralbereich, wie im US-Patent Nr. 6 057 180 offenbart, das auf den Anmelder dieser Patentanmeldung übertragen ist, kann die kleine erforderliche Strahlfleckgröße liefern und eine darüber liegende Passivierungsschicht durchschneiden, erfordert jedoch, dass das Passivierungsmaterial die UV-Wellenlänge absorbiert, um das Siliziumsubstrat zu schützen. Überdies sollte die Verbindungsstrukturkonstruktion mit der darunter liegenden Passivierungsschichtstruktur zusammenwirken, um nur eine unbedeutende Beschädigung am darunter liegenden Passivierungsmaterial zuzufügen. Die Verwendung einer kurzen Wellenlänge im grünen/sichtbaren Bereich würde ein hohes Risiko für eine Beschädigung am Siliziumsubstrat aufgrund seiner hohen Absorption von Wellenlängen im grünen/sichtbaren Bereich tragen.
Was für die Zwecke der Halbleiterbauelement-Mikrobearbeitung erwünscht ist, ist eine Reihe von speziellen Laserimpulsen, jeweils mit einem Energieprofil, das aus verschiedenen Laserwellenlängen zu verschiedenen Zeiten innerhalb des Energieprofils besteht, das auf die verschiedenen Bearbeitungseigenschaften der Schichten in der mehrlagigen Struktur ablaufgesteuert wird. Eine solche Energieprofilsequenz wäre ein erster Teil des Laserimpulsenergieprofils bei einer UV- oder grünen Wellenlänge, um die darüber liegende Passivierungsschicht und den oberen Teil des Verbindungsmaterials am besten zu bearbeiten, gefolgt von einem zweiten Teil des Laserimpulsenergieprofils bei einer Wellenlänge von 1,3 Mikrometer, um das restliche Verbindungsmaterial zu beseitigen, während das Risiko für eine Beschädigung an der darunter liegenden Passivierungsschicht und am darunter liegenden Siliziumwafersubstrat begrenzt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungen haben die Verwendung von Laserimpulsen mit verschiedenen Wellenlängen, die sich von zwei oder mehreren Lasern ausbreiten, um einen Laserimpuls mit einem Energieprofil zu bilden, das aus verschiedenen Laserwellenlängen zu verschiedenen Zeiten innerhalb des Energieprofils besteht, mit wenig oder keinem Jitter, zum Einfall auf und zur Bearbeitung von mehrlagigen Strukturen zur Folge. Die anderen Laserparameter können gleich oder verschieden sein. Die Halbleiterbauelement-Verbindungsbearbeitung wird als bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf das Verbindungsschneiden beschrieben. Die Verwendung von Laserimpulsen gemäß den Erfindungen, die mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist auch auf andere Laserbearbeitungsvorgänge wie z.B. Kontaktlochbohren anwendbar. Typischerweise liegt ein erster Teil des Laserimpulsenergieprofils bei einer kurzen Wellenlänge wie z.B. einer UV- oder grünen Wellenlänge und diesem folgt ein zweiter Teil des Laserimpulsenergieprofils bei einer längeren Wellenlänge wie z.B. einer sichtbaren oder IR-Wellenlänge. Die Zeitverzögerung zwischen der UV/grünen Laserenergie und der sichtbaren/IR-Laserenergie ist auf der Basis des Prozesses und der Zielstruktur steuerbar. Die UV/grüne Laserenergie schneidet oder zerbricht die darüber liegende Passivierungsschicht und entfernt einen Teil des Verbindungsmaterials; dann entfernt die anschließende sichtbare/IR-Laserenergie das restliche Verbindungsmaterial. Die Verwendung der sichtbaren/IR-Laserenergie trägt viel weniger Risiko für eine Beschädigung an der darunter liegenden Passivierungsschicht. Da weniger sichtbare/IR-Laserenergie erforderlich ist, nachdem die Verbindungsstruktur teilweise durch den UV- oder grünen Laserimpuls bearbeitet wurde, besteht ein viel geringeres Risiko für eine Beschädigung am Siliziumwafersubstrat durch den sichtbaren/IR-Laserimpuls.
Die Bearbeitung einer Halbleiterbauelementverbindung gemäß den Erfindungen ist durch mehrere Merkmale oder Aspekte gekennzeichnet. Das erste ist eine Bildung des Laserimpulses mit dem gewünschten Energieprofil, das aus verschiedenen Laserwellenlängen zu verschiedenen Zeiten besteht. Das Energieprofil wird gut gesteuert und es besteht wenig oder kein Zeitjitter zwischen den Laserenergien bei den verschiedenen Laserwellenlängen, um das gesamte Laserimpulsenergieprofil stabil zu halten. Das zweite ist die Auswahl von verschiedenen bevorzugten Laserenergiepegeln und Wellenlängen in verschiedenen Verbindungsbearbeitungsstufen der Verbindungsstruktur, wie z.B. zuerst die Verwendung der UV- oder grünen Laserenergie und anschließend die Verwendung der sichtbaren/IR-Laserenergie. Das dritte ist ein Verbindungsbearbeitungssystem, das implementiert wird, um eine Halbleiterbauelementverbindung im Fluge mit dem Laserimpuls zu bearbeiten, der aus dem gewünschten Energieprofil und der Wellenlängenunterteilung besteht.
Die Erfindungen ermöglichen die Bearbeitung von Verbindungen mit schmäleren Verbindungsbreiten, dichteren Abstandsgrößen, höheren Dicken-Breiten-Verhältnissen sowie komplizierteren Passivierungsschichtstrukturen und bearbeiten zerbrechliche Passivierungsmaterialien. Im Fall eines Laserimpulses, der aus UV- und sichtbarer Laserenergie besteht, bearbeitet die führende UV-Laserenergie die darüber liegende Passivierungsschicht mit einem geringeren Risiko für die Erzeugung eines großen Kraters oder das Verursachen einer Bildung von Rissen in der Passivierungsstruktur, und die nachlaufende sichtbare/IR-Laserenergie entfernt das restliche Verbindungsmaterial mit einem geringeren Risiko für eine Beschädigung an der darunter liegenden Passivierungsschicht und am Siliziumsubstrat. Wenn die sichtbare Laserenergie im grünen und blauen Spektrum gewählt wird, wird die gesamte effektive Laserstrahl-Fleckgröße im Vergleich zum Stand der Technik mit Verwendung einer einzelnen Laserwellenlänge bei IR erheblich verringert. Die Parameter der UV- und IR/sichtbaren Laserenergien und ihre Zeitsteuerung kann für die besten Ergebnisse auf der Basis der Verbindungsstruktur eingestellt werden.
Eine im Wesentlichen jitterfreie Bildung eines Laserimpulses mit einem Energieprofil, das aus verschiedenen Laserwellenlängen besteht, stellt ein stabiles und einzigartiges Laserenergieprofil mit mehreren Energiespitzen bei verschiedenen Wellenlängen mit verringertem, gesteuerten Zeitjitter bereit. Das Verringern des Laserimpulsprofil-Jitters durch synchrone Ansteuersignale für die jeweiligen Generatoren der Laserenergie bei verschiedenen Wellenlängen, die Einleitung des Laserenergieaufbaus bei einer anderen Laserwellenlänge durch Injektionssteuerung oder beides ermöglicht steuerbare zeitlich verschobene Wellenlängenspitzen mit einem kurzen Abstand zwischen den Spitzen.
Zusätzliche Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Teils eines DRAM, das die redundante Anordnung von und programmierbare Verbindungen in einer Ersatzreihe von allgemeinen Schaltungszellen zeigt.
2A ist eine bruchstückhafte Querschnittsseitenansicht einer herkömmlichen, großen Halbleiterverbindungsstruktur, die einen Laserimpuls empfängt, der durch Impulsparameter des Standes der Technik gekennzeichnet ist.
2B ist eine bruchstückhafte Draufsicht auf die Verbindungsstruktur und den Laserimpuls von 2A zusammen mit einer benachbarten Schaltungsstruktur.
2C ist eine bruchstückhafte Querschnittsseitenansicht der Verbindungsstruktur von 2B, nachdem die Verbindung durch den Laserimpuls des Standes der Technik entfernt ist.
3 ist ein vereinfachtes allgemeines Blockdiagramm eines Lasersystemausführungsbeispiels, das mit zwei Laserköpfen konfiguriert ist, die durch Injektionssteuerung gekoppelt sind, deren Ausgänge verwendet werden, um einen gepulsten Laserausgangsstrahl mit einem Impulsenergieprofil zu bilden, das aus zwei verschiedenen Wellenlängen besteht.
4A und 4B zeigen ein Beispiel einer Reihe von Laserenergien mit verschiedenen Laserwellenlängen, die verwendet werden, um das speziell geformte Laserimpulsenergieprofil, das in 4C gezeigt ist, zu bilden, in dem sich zwei teilweise überlappte Energiespitzen bei verschiedenen Wellenlängen von den zwei Laserköpfen von 3 befinden.
5A, 5B und 5C zeigen ein Beispiel einer Reihe von Laserenergien bei verschiedenen Laserwellenlängen, die verwendet werden, um ein speziell geformtes Laserimpulsenergieprofil von zwei nicht-überlappten Energiespitzen bei verschiedenen Wellenlängen von den zwei Laserköpfen von 3 zu bilden.
6A ist ein vereinfachtes allgemeines Blockdiagramm eines Systems des Standes der Technik zum Kombinieren der Ausgänge von zwei gepulsten Lasern.
6B ist eine Oszilloskopkurve, die die Effekte von Laserimpulsjitter zeigt, den das Laserimpuls-Kombinationssystem von 6A aufweist.
7 ist eine Oszilloskopkurve, die das Laserenergieprofil zeigt, das von einem Laserimpuls-Erzeugungssystem verwirklicht wird, das gemäß den vorliegenden Erfindungen implementiert wird.
8 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Laserimpuls-Erzeugungssystem-Ausführungsbeispiels, das mit synchronisierten HF-Ansteuersignalen konfiguriert ist, die an die Güteschalter von zwei Laserköpfen angelegt werden, deren Ausgänge gepulste Laserenergie bilden, die durch stabile Ausgangsenergieprofilmerkmale bei verschiedenen Wellenlängen gekennzeichnet ist.
9A und 9B zeigen alternative Implementierungen des HF-Signaltreibers von 8.
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele verwenden zwei Laserköpfe, von denen sich Laserimpulsenergien mit verschiedenen Wellenlängen zusammen mit anderen Laserparametern, die entweder gleich oder verschieden sind, ausbreiten, um ein speziell geformtes Laserenergieprofil mit mehreren Energiespitzen bei verschiedenen Laserwellenlängen zu bilden, um eine elektrisch leitende Verbindung auf einem integrierten Schaltungschip der in 1 und 2A-2C gezeigten Art zu bearbeiten.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat die Verwendung von Laserenergie, die sich von einem UV-Oberwellenlängen-Laserkopf ausbreitet, am Beginn des Laserenergieprofils, was am Beginn einer Prozesszeitablaufsequenz stattfindet, gefolgt von Laserenergie von einem Laserkopf mit sichtbarer Wellenlänge, wie z.B. eines grünen oder blauen Lasers, zur Folge. Die Zeitverzögerung zwischen der UV-Laserenergiespitze und der Spitze der sichtbaren Laserenergie ist auf der Basis des Prozesses und der Zielstruktur steuerbar und kann praktisch 0 ns bis 300 ns-500 ns sein. Innerhalb des Zeitbereichs von 500 ns bewegt sich ein Strahlpositionierungssystem (nicht dargestellt) um weniger als 0,1 Mikrometer; daher fallen die zwei Laserenergiespitzen innerhalb des Laserenergieprofils auf dieselbe Verbindungsbreite im Fluge (d.h. das Positionierungssystem wird in Bewegung gehalten) ein, wie im Fall eines einzelnen Laserimpulses.
Aufgrund von Absorption der UV-Laserenergie durch das Passivierungsmaterial durchschneidet die UV-Laserenergie entweder direkt die über der Verbindung liegende Passivierungsschicht oder die darüber liegende Passivierungsschicht wird einer Temperaturerhöhung entlang des Laserstrahlweges ausgesetzt, was zu einem zuverlässigen und konsistenten Aufbrechen der darüber liegenden Passivierungsschicht führt, ohne Risse in der Passivierungsschichtstruktur einzuführen. Dies ist besonders wichtig, wenn die Verbindungsbreite schmal ist, das Verbindungs-Dicken/Breiten-Verhältnis hoch ist und die Passivierungsschichtstruktur an der Unterseite der Verbindung schwach ist oder die Passivierungsschicht aus einem zerbrechlichen Material mit niedrigem k wie z.B. SiLK besteht.
Die UV-Laserenergie wird derart gewählt, dass sie die darüber liegende Passivierungsschicht durchbricht und einen Teil des Verbindungsmaterials entfernt, um einen Teil eines offenen Volumenbereichs zu bilden. Ein Teil des Verbindungsmaterials verbleibt nach der Vollendung des UV-Segments des Laserimpulsenergieprofils. Die Mitte des UV-Laserstrahls, wo die Laserintensität am höchsten ist, fällt nicht direkt auf die darunter liegende Passivierungsschicht und das Siliziumwafersubstrat ein; daher werden beide durch eine Verbindungsmaterial-"Abschirmung" gut vor einer Beschädigung durch die UV- Laserenergie geschützt. Diese "erste Stufe" des Laserimpulsenergieprofils für die Bearbeitung von Verbindungsstrukturen durchbricht die darüber liegende Passivierungsschicht und entfernt einen Teil des Verbindungsmaterials. Alternativ kann Laserenergie im grünen Spektrum am Beginn des Laserimpulsenergieprofils aufgrund seines besseren Energiekopplungswirkungsgrades mit dem leitenden Verbindungsmaterial gewählt werden. Eine kurze Anstiegszeit des Laserimpulsenergieprofils am Beginn des Verbindungsprozesses ist insofern vorteilhaft, als sie die darüber liegende Passivierung schneller durchbricht, was weniger Zeit für die darunter liegende Passivierung lässt, um vor dem Aufbrechen zu reißen.
Die "zweite Stufe" des Laserimpulsenergieprofils zum Bearbeiten von Verbindungsstrukturen verwendet die längere Wellenlänge von sichtbarer grüner oder blauer Laserenergie, um das ganze restliche Verbindungsmaterial zu entfernen. Da die sichtbare Laserenergie nur die zweite Stufe des Verbindungsprozesses beenden muss, d.h. das Verbindungsmaterial, das nach dem UV-Laserimpulsprozess verbleibt, entfernen und dadurch die Bildung des offenen Volumenbereichs vollenden muss, ist die erforderliche Menge an Laserenergie viel geringer als jene, die ansonsten für die herkömmliche Verbindungsbearbeitung mit einem einzelnen Laserimpuls einer einzelnen Laserwellenlänge erforderlich wäre. Folglich wird das Risiko für eine Beschädigung am Siliziumwafersubstrat durch den sichtbaren Laserimpuls erheblich verringert. Andererseits besteht ein geringes Risiko für eine Beschädigung an der darunter liegenden Passivierungsschicht durch diesen Laserimpuls bei einer sichtbaren Wellenlänge, da das darunter liegende Passivierungsmaterial sie nicht absorbiert.
Beide der Laserköpfe, die die Laserenergien emittieren, arbeiten vorzugsweise mit derselben Wiederholungsrate und sind gut miteinander synchronisiert. Eine typische Laserimpulswiederholungsrate für die Verbindungsbearbeitung liegt im Bereich von 1 kHz bis 200 kHz oder mehr. Für verschiedene Anwendungen kann die Laserimpulswiederholungsrate niedriger als 1 kHz (nicht höher als 1 Hz) oder höher als 200 kHz sein. Für die Verbindungsbearbeitung liegt jede der zwei oder mehr Laserenergien, aus denen das eine Laserimpulsprofil gebildet wird, im Bereich von weniger als 0,001 uJ bis etwa 20 uJ, wobei jede ihrer Dauerzeiten im Bereich von 100 fs bis einige zehn ns liegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat die Verwendung eines Laserimpulsenergieprofils zur Folge, das aus Laserenergie von 1064 nm oder 1320 nm und Laserenergie ihrer zweiten oder dritten Oberwelle (532 nm und 660 nm bzw. 355 nm und 440 nm) besteht, um eine elektrisch leitende Verbindung zu durchtrennen. Durch korrekte Auswahl der Energie und Zeitsteuerung jeder Laserwellenlänge, die das Laserimpulsenergieprofil bildet, kann die Verbindung durchtrennt werden, während eine Beschädigung an benachbarten Verbindungen oder am Siliziumwafersubstrat verhindert wird.
Die Tabelle 1 stellt Absorptionsdaten für übliche Halbleiterbauelement-Verbindungsmetalle bei verschiedenen Wellenlängen dar.
Tabelle 1
Die Tabelle 1 gibt an, dass, wenn der ursprüngliche Energiewert, der erforderlich ist, um eine Kupferverbindung mit 1320 nm zu bearbeiten, E ist, dann mit einem Gemisch von 660 nm und 1320 nm der neue Energiewert für 1320 nm 50 % E sein kann und der Energiewert für 660 nm ungefähr 25 % E sein kann. In Bezug auf eine Beschädigung an einer nahe liegenden Verbindungsstruktur besitzt die Energie bei 1320 nm die größere Fleckgröße der zwei angewendeten Energien und stellt dadurch ein größeres Risiko für eine Beschädigung dar. Für einen Strahl mit Gaußform stellt jedoch eine Energie bei 1320 nm bei 50 % E, die auf irgendeinen Teil der Verbindungsstruktur einfällt, von einem Beschädigungsgesichtspunkt eine effektive Strahlfleckgröße dar, die 80 % der Strahlfleckgröße einer Energie bei 1320 nm bei 100 % E ist. Mit einer zweckmäßig entworfenen Fokussieroptik kann die effektive Laserstrahl-Fleckgröße der Laserenergie bei 660 nm bei 25 % E gleich der oder kleiner als die Laserstrahl-Fleckgröße der Laserenergie bei 1320 nm bei 50 % E sein.
In Bezug auf die Beschädigung an einem Siliziumwafersubstrat liegt die Laserenergie bei 660 nm bei 25 % E gut unterhalb der Beschädigungsschwelle des Siliziumsubstrats. Das Hinzufügen von weiteren 50 % E bei 1320 nm lässt ausreichend Spielraum, um das Siliziumwafersubstrat nicht zu beschädigen. Dieses Energieprozentsatzgemisch kann leicht für verschiedene Verbindungsstrukturen eingestellt werden. Es kann beispielsweise 40 %-20 % E für eine Energie bei 660 nm und 20 %-60 % für eine Energie bei 1320 nm sein.
Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele haben die Verwendung von verschiedenen Wellenlängengemischen zur Folge. Zusätzlich zum Gemisch von Laserenergien bei 1320 nm und 660 nm können andere Gemische auch Energien bei 1320 nm und 330 nm (seine vierte Oberwelle) oder eine Energie bei 1064 nm und eine Energie bei einer kürzeren Laserwellenlänge, wie z.B. 532 nm, 355 nm und 266 nm, sein, die alle die Oberwellen von Emissionen bei 1064 nm von einem Nd:YAG- oder Nd:YVO-Laser sind.
Das Mischen der Grundwellenlänge mit ihrer zweiten Oberwelle ist vorteilhaft, da es die Fokussierlinsenkonstruktion vereinfacht. Das Erzeugen einer Doppelwellenlängenlinse, die die gewünschte Strahlfleckgröße für die zwei Wellenlängen liefern kann, ist leichter, wenn die Grundwellenlänge und ihre zweite Oberwelle anstatt der Grundwellenlänge und ihre dritte oder vierte Oberwelle behandelt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das die Verwendung eines Gemisches von UV-Laserenergie und Laserenergie bei 1320 nm zur Folge hat, bietet insofern einen weiteren Vorteil, als die UV-Laserenergie helfen kann, die darüber liegende Passivierungsschicht direkt zu öffnen. Dies ist für die Durchtrennung von Verbindungen mit sehr schmalen Verbindungsbreiten ziemlich erwünscht. Der UV- Laser kann eine dritte Oberwelle eines Nd:YAG-, Yb:YAG-, Nd:YVO-, Nd:YLF-Lasers oder eines mit Nd, Yb dotierten Faserlasers bei 355 nm, 351 nm oder 349 nm oder anderen Wellenlängen im UV-Spektrum sein. Der grüne Laser kann eine zweite Oberwelle eines Nd:YAG-, Yb:YAG-, Nd:YVO-, Nd:YLF-Lasers oder eines mit Nd, Yb dotierten Faserlasers bei 532 nm, 526 nm oder 523 nm oder anderen Wellenlängen im grünen Spektrum sein. Der blaue Laser kann eine dritte Oberwelle eines Nd:YAG- oder Nd:YLF-Lasers bei 440 nm von einer Laserquelle mit 1320 nm oder einer anderen Laserquelle sein. Eine kürzere Laserwellenlänge im sichtbaren Spektrum ist bevorzugt, wie z.B. 400 nm, da eine sichtbare Wellenlänge, die näher an der UV-Wellenlänge (355 nm) liegt, die Fokussierung der gemischten Laserenergie auf eine kleinere Strahlfleckgröße erleichtert.
Andere bevorzugte Laserwellenlängengemische können grün und 1320 nm, grün und 1064 nm, 1064 nm und 1320 nm, 1064 nm und 1047 nm und 1320 nm und 1047 nm sein. Das Gemisch aus grün und 1300 nm könnte bei der Bearbeitung einer "fetten (dicken) Kupferverbindung" sehr nützlich sein, für die die Strahlfleckgröße nicht das kritischste Problem ist. Der grüne Laserimpuls beschleunigt die Erhitzung des oberen Teils der Verbindung, wodurch beim Aufbrechen der darüber liegenden Passivierung mit einem geringeren Risiko für die Erzeugung von Rissen anderswo im Passivierungsmaterial geholfen wird. Nachdem die grüne Laserenergie die darüber liegende Passivierungsschicht aufbricht und einen Teil des Verbindungsmaterials entfernt, beendet die Laserenergie bei 1320 nm den Verbindungsprozess. Da das restliche Verbindungsmaterial durch die grüne Laserenergie erhitzt wurde, wird die Absorption des Verbindungsmaterials bei 1320 nm erheblich verbessert, was wiederum die erforderliche Laserenergie bei 1320 nm verringert. Überdies hat das Siliziumwafersubstrat einen viel niedrigeren Absorptionskoeffizienten bei 1320 nm. Alle diese Faktoren summieren sich und führen zu einem viel geringeren Risiko für eine Beschädigung am Siliziumwafersubstrat durch die verwendete Laserenergie. Für ein Gemisch von UV-Laserwellenlänge und blauer oder grüner Laserwellenlänge kann die UV-Wellenlänge 355 nm, 266 nm oder eine kürzere Wellenlänge sein.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Systems 50 zur Verwendung der Ausgänge von zwei Laserköpfen 52 und 54, die bei verschiedenen Laserwellenlängen arbeiten, um das speziell geformte Laserausgangsimpulsenergieprofil zu bilden. Das System 50 wird vorzugsweise, muss jedoch nicht mit Injektionssteuerung implementiert werden, um den Laserausgangsjitter zum Bilden eines zuverlässigen und stabilen Impulsenergieprofils zu verringern. Die Jitterverringerung ist vorteilhaft, wenn die Ausgangsenergien der zwei Laserköpfe teilweise zeitlich überlappen, um ein Laserimpulsenergieprofil mit separaten, verschiedenen Wellenlängenspitzen zu bilden. In Ausführungsbeispielen, in denen die Ausgangsenergien teilweise überlappen, besitzt das speziell geformte Energieimpulsprofil Eigenschaften, die zumindest teilweise den Eigenschaften der Ausgangsenergien der zwei Laserköpfe entsprechen. Die Quellen des und Verfahren zum Verringern des Jitters werden mit Bezug auf 6A, 6B, 7 und 8 nachstehend beschrieben.
Das System 50 besteht aus zwei Laserköpfen 52 und 54, die einen Laserausgang emittieren. Der Laserkopf 52, der aus einem laseraktiven Material (nicht dargestellt), einer Pumpquelle (nicht dargestellt) und einer Verschlussblendenvorrichtung mit hoher Geschwindigkeit wie z.B. einem Güteschalter 56 besteht, erzeugt einen gepulsten Laserausgangsstrahl mit einem gewünschten Energieprofil. Der Laserkopf 52 und die wahlweisen Dämpfer- 58 und Strahlaufweitungs- 59 Komponenten bilden eine Laserschiene 60, von der sich ein gepulster Ausgangsstrahl 62 von Laserenergie ausbreitet. Ebenso erzeugt ein Laserkopf 54, der aus einem laseraktiven Material (nicht dargestellt), einer Pumpquelle (nicht dargestellt) und einer Verschlussblendenvorrichtung wie z.B. einem Güteschalter 66 besteht, einen gepulsten Laserausgangsstrahl mit einem gewünschten Energieprofil. Der Laserkopf 54 und die wahlweisen Dämpfer- 68 und Strahlaufweitungs- 69 Komponenten bilden eine Laserschiene 70, von der sich ein gepulster Ausgangsstrahl 72 von Laserenergie ausbreitet. Fachleute werden erkennen, dass die Laserausgangswellenlänge und andere Laserparameter die spezielle Konstruktion und Konfiguration der Komponenten der Laserköpfe 52 und 54 vorgeben. Der Strahl 62 des Laserausgangs der Laserschiene 60 fällt auf einen Strahlteiler 74 ein, der in Zusammenwirkung mit einem Spiegel 76 zur Injektionssteuerung einen kleinen Teil 78 der Energie des Laserstrahls 62 auf den Laserkopf 54 richtet und durch direkten Durchlass den Rest der Laserenergie des Laserstrahls 62 zu einem Strahlkombinator 80 leitet. Ein Strahl 72 des Laserausgangs der Laserschiene 70, der teilweise in Reaktion auf die injizierte Laserenergie erzeugt wird, reflektiert an einem Spiegel 84 zum Einfall auf den Strahlkombinator 80. Der Strahlkombinator 80 empfängt die Reihe von gepulstem Laserausgang der Laserschienen 60 und 70, um einen gepulsten Ausgangsstrahl 86 zu bilden, der durch ein gewünschtes Laserimpulsenergieprofil zum Einfall auf eine mehrlagige Struktur gekennzeichnet ist, die einem Mikrobearbeitungsprozess unterzogen werden soll. Ein wahlweiser Oberwellenwandler 88 kann einem Strahl von Laserkopfausgangsimpulsen vor ihrem Einfall auf den Strahlkombinator 80 zugeordnet werden. Die Details des Systembetriebs sowie die Details anderer Systemausführungsbeispiele werden vollständig beschrieben.
4A, 4B und 4C zeigen ein Beispiel der Synthese des Laserimpulsenergieprofils, das durch teilweise zeitlich überlappende Laserausgänge 62 und 72 gebildet wird. 4A zeigt eine Reihe von Impulsspitzen 90, die von der Laserschiene 60 erzeugt werden. Das Energieprofil jeder Impulsspitze 90 weist eine schnelle Anstiegszeit und einen Spitzenenergiepegel 92 auf, die zum Durchbrechen von Zielverbindungsmaterial geeignet sind. 4B zeigt eine Reihe von Impulsspitzen 94, die von der Laserschiene 70 erzeugt werden. Die Impulsspitzen 94 besitzen eine längere Dauer als die Impulsspitzen 90 und sind relativ zu diesen verzögert, so dass die Reihe von Impulsspitzen 90 und 94 teilweise zeitlich überlappen kann. Das Energieprofil von jeder Impulsspitze 94 weist eine relativ allmähliche Anstiegszeit und einen Spitzenenergiepegel 96 auf, die zum Entfernen von Zielmaterial in der Öffnung geeignet sind, die durch Aufbrechen von Zielverbindungsmaterial gebildet wird, das durch die Impulsspitzen 90 verursacht wird. Die Anstiegszeit der Impulsspitzen 94 ist länger als jene der Impulsspitzen 90 und die Energie der Impulsspitzen 94 ist geringer als jene der Impulsspitzen 90. Die Dauern der Impulsspitzen 90 und 94 liegen jeweils im Bereich von etwa 1 ps bis etwa 100 ns. 4C zeigt zwei von einer Reihe von Laserimpulsprofilen 98, die am Ausgang des Strahlkombinators 80 erzeugt werden. Der Strahlkombinator 80 kann auf Polarisation oder auf einfachem teilweisen Durchlass und Reflexion wie z.B. 50%-50% oder 40%-60% auf der Basis der Anforderung der Energie der Impulsspitze 90 und der Energie der Impulsspitze 94 basieren. Die relativen Positionen der Spitzen 92 und 96 der jeweiligen Impulsspitzen 90 und 94 hängen von der Zeitverschiebung zwischen ihnen ab. Eine solche Zeitverschiebung kann beispielsweise durch Festlegen der zweckmäßigen verschiedenen Güteschalteraktivierungszeiten für die Laserköpfe 52 und 54 zusammen mit der zweckmäßigen Länge einer optischen Faser entlang des Weges "A", der in 3 gezeigt ist, verwirklicht werden. 4C zeigt eine Überlappung von Impulsspitzen 90 und 94, die eine Reihe von einzelnen Impulsen 98, jeweils mit zwei Spitzen 100 und 102 bilden, die durch die Zeiten des Auftretens und die Spitzenenergiepegel der Energieprofile der jeweiligen Impulsspitzen 90 und 94 gekennzeichnet sind. Die Verzögerungszeit zwischen den Spitzen 100 und 102 liegt zwischen etwa null und etwa 500 ns. Die Vorderflanken-Anstiegszeit der Spitze 100 ist kürzer als etwa 10 ns und die gesamte Dauer des Laserimpulsprofils 98 ist länger als etwa 5 ns.
5A, 5B und 5C zeigen ein Beispiel für die Verwendung einer Reihe von separaten Laserimpulsenergieprofilen, um einen Strahl von zeitlich nicht überlappenden gepulsten Laserausgängen 62 und 72 zu bilden. Die Reihe von Impulsspitzen 90 von 4A und 5A sind gleich und die Reihe von Impulsspitzen 94 von 4B und 5B sind gleich. Die Zeitverschiebung von entsprechenden Impulsspitzen 90 und 94 ist jedoch ausreichend groß, so dass sie nicht überlappen. 5C zeigt eine kombinierte Reihe 104 von abwechselnden, nicht überlappenden Impulsspitzen 90 und Impulsspitzen 94, deren jeweilige Spitzenenergiepegel 92 und 96 Teile von separaten, nicht überlappenden Impulsen sind.
Die Halbleiterverbindungsbearbeitung unter Verwendung eines Laserimpulsenergieprofils, das aus zwei verschiedenen Wellenlängen besteht, in verschiedenen Bearbeitungsstufen kann mit einer höheren Laserleistung oder einer höheren Laserimpulswiederholungsrate durchgeführt werden oder auf mehr als zwei verschiedene Laserwellenlängen unter Verwendung von mehreren Laserköpfen und unter Verwendung von polarisationsempfindlichen Komponenten oder anderen Komponenten als Strahlkombinator 80 erweitert werden.
Obwohl Verfahren des Standes der Technik zum Kombinieren von Laserimpulsen, die sich von mehreren Laserköpfen ausbreiten, existieren, gibt es keine Erörterung des Problems des Laserimpulsjitters während der Impulskombination. Der Laserimpulsjitter ist die zufällige Schwankung der Laserimpulszeitsteuerung relativ zum Laserimpuls-Steuersignal. Für einen typischen diodengepumpten Festkörper- (DPSS) Laser, der bei der Laserverbindungsbearbeitung verwendet wird, liegt der Laserimpulsjitter im Bereich von 5 ns-80 ns. Dies bedeutet, dass man die Form des Laserimpulsenergieprofils nicht praktikabel stabilisieren kann, wenn zwei entsprechende Impulse, die sich von zwei Laserköpfen ausbreiten, um ein Ausmaß ähnlich dem Bereich des Impulsjitters zeitverschoben sind.
Das Lösen des Problems des Laserimpulsjitters ermöglicht die Verwirklichung eines Laserimpulses mit einem Energieprofil, das aus zwei oder mehr verschiedenen Laserwellenlängen mit hoher Genauigkeit und Stabilität des Profils besteht. Die Laserenergie, die sich von zwei Laserköpfen ausbreitet und durch ein Zeitintervall im Bereich von null bis einigen hundert Nanosekunden getrennt ist, kann daher verwendet werden, um einen zusammengesetzten Laserimpuls mit einer stabileren Laserimpulsenergieprofilform zu erzeugen, die für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich ist. Dieser Aspekt der Erfindung beseitigt im Wesentlichen den Laserausgangsjitter zwischen mehreren Laserköpfen und ermöglicht dadurch die Verwendung einer höheren Laserleistung, einer höheren Laserimpulswiederholungsrate oder einer speziell konfigurierten Laserimpulsform.
Der Laserimpulsjitter stammt hauptsächlich von zwei Quellen, der Laseransteuerelektronik und dem Laser selbst. Ein Überblick über die herkömmliche Laseransteuerelektronik legt die Ursachen des Laserimpulsjitterproblems dar, das von den nachstehend beschriebenen speziellen Erfindungen gelöst wird. 6A zeigt ein System 110 des Standes der Technik, das zur Laserimpulskombination konfiguriert ist. Das System 110 umfasst DPSS-Laserschienen 112 und 114, die mit akustisch-optischen (A-O) Güteschaltern konfiguriert sind. Eine elektronische Steuereinheit/Verzögerungs-Steuereinheit 116 liefert an den Ausgängen 118 akustisch-optische Güteschalter-HF-Signale und Laserimpulsanforderungs-Steuersignale zu den Laserschienen 112 und 114, die in Reaktion jeweilige gepulste Laserausgangsstrahlen 130 und 132 emittieren. Der Ausgangsstrahl 130 breitet sich direkt zum Einfall auf einen Strahlkombinator 134 aus und der Ausgangsstrahl 132 breitet sich durch Reflexion an einem Spiegel 136 zum Einfall auf den Strahlkombinator 134 aus. Der Strahlkombinator 134 empfängt und kombiniert die gepulsten Laserausgangsstrahlen 130 und 132, um einen koaxialen Strahl 138 von Laserimpulsen zu bilden.
Damit ein akustisch-optischer gütegeschalteter Festkörperlaser eine höhere Stabilität von Laserimpuls zu Laserimpuls verwirklicht, wird das akustisch-optische Güteschalter-HF-Signal nur dann begrenzt, wenn es einen vorgewählten Auslöserpunkt kreuzt, der in bevorzugten Ausführungsbeispielen ein Nullspannungspegel ist, um einen Laserimpuls abzufeuern. Wenn beispielsweise die Güteschalter-HF-Signalfrequenz 48 MHz ist, ist die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Güteschalter-HF-Signal-Nulldurchgangspunkten etwa 10 ns. Da das Laserimpuls-Zeitsteueranforderungs-Steuersignal zufällig ist und zum Güteschalter-HF-Signal asynchron ist, besitzt die tatsächliche Güteschalter-HF-Signalbegrenzung, die in Reaktion auf das Laserimpuls-Zeitsteueranforderungs-Steuersignal geschieht, eine zufällige Zeitsteuerunsicherheit von 10 ns. Wenn zwei ähnliche Laserschienen für die Impulskombination verwendet werden, ist der Impulsjitter zwischen den zwei Laserimpulsen, die sich von den Laserschienen ausbreiten, 20 ns.
6B zeigt den Laserimpulsjitter, der im koaxialen Laserimpulskombinationsstrahl 138 vorliegt, der gemäß dem Stand der Technik gebildet wird. Insbesondere zeigt 6B eine Oszilloskopkurve 150, die den koaxialen Strahl 138 darstellt, der durch Kombinieren von vielen Vorkommnissen eines 12 ns breiten Laserimpulses 152 des Ausgangsstrahls 130 und eines 23 ns breiten Laserimpulses 154 des Ausgangsstrahls 132 gebildet wird. Die mittlere Zeitverzögerung zwischen den benachbarten 12 ns breiten und 23 ns breiten Laserimpulsen ist 60 ns und der kombinierte Laserimpulsjitter zwischen ihnen ist etwa 50 ns. 7 ist eine Oszilloskopkurve 156, die die gewünschte Laserenergieprofilform des Laserimpulses, der die Kombination des Laserausgangs 152 mit einer Impulsbreite von 12 ns und des Laserausgangs 154 mit einer Impulsbreite von 23 ns mit einer Zeitverzögerung von 10 ns zwischen diesen ist, zeigt. Die Laserausgänge 152 und 154 von 7 entsprechen den jeweiligen Laserimpulsen 152 und 154, die mit Bezug auf 6B beschrieben wurden, abgesehen von der Differenz in der mittleren Verzögerungszeit zwischen ihnen. Es ist ersichtlich, dass der Laserimpulsjitter das Laserimpuls-Kombinationsverfahren des Standes der Technik unpraktisch macht.
Um den Laserimpulsjitter, der von der Laseransteuerelektronik stammt, zu verringern, implementiert ein Ausführungsbeispiel eines Lasersystems 160, das in 8 gezeigt ist, eine Konstruktion, in der die akustisch-optischen Güteschalter, die den mehreren Lasern zugeordnet sind, durch synchronisierte Ansteuersignale angesteuert werden, die von einem gemeinsamen HF-Signaltreiber entwickelt werden. Das System 160 umfasst DPSS-Laserköpfe 162 und 164, die mit jeweiligen akustisch-optischen Güteschaltern 166 und 168 konfiguriert sind. Ein Lasertreiberuntersystem 170, das aus einem Lasersteuersignaltreiber 172 und einem HF-Signaltreiber 174 besteht, steuert die Operationen der Laserköpfe 162 und 164. Der Lasersteuersingaltreiber 172 liefert Laserimpuls-Zeitsteueranforderungs-Steuersignale 176 und der HF-Signaltreiber 174 liefert in Reaktion auf diese synchronisierte HF-Signale zu den akustisch-optischen Güteschaltern 166 und 168. Ein Ultraviolettlicht-Wellenlängenwandler 180, der zum Laserkopf 162 gehört, liefert einen gepulsten UV-Laserausgangsstrahl 182 und ein Wellenlängenwandler 184 für grünes Licht, der zum Laserkopf 164 gehört, liefert einen gepulsten grünen Laserausgangsstrahl 186. Der UV-Laserausgangsstrahl 182 breitet sich direkt zum Einfall auf einen Strahlkombinator 188 aus und der grüne Laserausgangsstrahl 186 breitet sich durch Reflexion an einem Spiegel 190 zum Einfall auf den Strahlkombinator 188 aus. Der Strahlkombinator 188, der für UV-Licht stark durchlässig und für grünes licht stark reflektierend ist, empfängt und kombiniert die UV- und grünen Laserausgangsstrahlen 182 und 186, um einen Strahl 192 von Laserimpulsen zu bilden. Verschiedene Längen von HF-Koaxialkabeln 194 und 196 zwischen dem HF-Signaltreiber 174 und den jeweiligen akustisch-optischen Güteschaltern 166 und 168 können verwendet werden, um die Verzögerungszeit zwischen den entsprechenden Laserimpulsen der Ausgangsstrahlen 182 und 182, die sich von den verschiedenen Laserköpfen 162 und 164 ausbreiten, vorzusehen.
Mit dieser Konstruktion werden, wenn Laserimpulse von den Laserimpuls-Zeitsteueranforderungs-Steuersignalen 176 angefordert werden, beide Laserenergien aktiviert, wenn beide HF-Ansteuersignale, die an die akustisch-optischen Güteschalter 166 und 168 angelegt werden, auf einem Nullspannungspegeldurchgang liegen, d.h. nicht zufällig relativ zum HF-Ansteuersingalpegel sind, um eine hohe Laserausgangsamplituden-Stabilität aufrechtzuerhalten. Selbst wenn die Güteschalter-HF-Signalgrenze einen Zeitjitter derselben 10 ns relativ zum Laserimpuls-Zeitsteueranforderungs-Steuersignal 176 aufweist, besteht jedoch kein relativer Impulsjitter wie zwischen den Laserimpulsen aufgrund der Synchronisation beider HF-Ansteuersignale, die an die akustisch-optischen Güteschalter 166 und 168 angelegt werden. Folglich ist ein stabiles Laserimpulsenergieprofil mit genauer Zeitsteuerung zwischen den Laserimpulsspitzen erreichbar. Eine Betriebstoleranz der Laserstabilität innerhalb etwa ± 10 % ist erreichbar.
9A zeigt eine Implementierung des HF-Signaltreibers 174, der aus einem HF-Signalgenerator 200 besteht, der ein gemeinsames Güteschalter-HF-Signal zu einem ersten HF-Treiber/Verstärker 202 und einem zweiten HF-Treiber/Verstärker 204 liefert. Der HF-Treiber/Verstärker 202 liefert das HF-Ansteuersignal entlang eines Koaxialkabels 194 zum akustisch-optischen Güteschalter 166 und der HF-Treiber/Verstärker 204 liefert das HF-Ansteuersignal entlang eines Koaxialkabels 196 zum akustisch-optischen Güteschalter 168.
9B zeigt eine alternative Implementierung des HF-Signaltreibers 174, der aus einem HF-Frequenzgenerator 210 besteht, der ein gemeinsames Güteschalter-HF-Frequenzsignal zu einer ersten Kombination eines HF-Signalgenerators 212 und eines Verstärkers 214 und zu einer zweiten Kombination 218 eines HF-Signalgenerators 216 und eines Verstärkers 218 liefert. Der Verstärker 214 liefert das HF-Ansteuersignal entlang eines Koaxialkabels 194 zum akustisch-optischen Güteschalter 166 und der Verstärker 218 liefert das HF-Ansteuersignal entlang des Koaxialkabels 196 zum akustisch-optischen Güteschalter 168. In der alternativen Implementierung verwendet der Güteschalter-HF-Signaltreiber 174 ein gemeinsames Güteschalter-HF-Frequenzsignal als Eingangssignal in die verschiedenen HF-Signalgeneratoren 212 und 214 und ihre jeweiligen Leistungsverstärker 214 und 218, die die verschiedenen akustisch-optischen Vorrichtungen 166 und 168 ansteuern. Die Differenz der Güteschalter-HF-Signalgrenzzeiten für die verschiedenen Leistungsverstärker 214 und 218 können eine ganzzahlige Anzahl mal eine Hälfte der Güteschalter-HF-Frequenzzykluszeit sein. In diesem Fall werden alle an die verschiedenen Laserköpfe angelegten HF-Signale beim Nullspannungspegeldurchgang begrenzt, jedoch mit einer Verzögerungszeit einer ganzzahligen Anzahl mal eine Hälfte der Güteschalter-HF-Frequenzzykluszeit. Dies ergibt eine programmierbare Verzögerungszeit zwischen den Laserimpulsen in Schritten von einigen Nanosekunden in Abhängigkeit von der Güteschalter-HF-Signalfrequenz.
Fachleute werden erkennen, dass, wenn die HF-Auslösepunkte der HF-Signalgeneratoren 212 und 216 kontinuierlich auf denselben Pegel oder verschiedene Pegel programmierbar sind, eine kontinuierlich programmierbare Verzögerungszeit zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie verwirklicht werden kann.
Nachdem das Güteschalter-HF-Signal begrenzt ist, baut sich der Laserimpuls auf, wobei er vom so genannten Quantenrauschen beginnt. Aufgrund der zufälligen Art des Quantenrauschens besteht eine zufällige Zeitschwankung im Bereich von einigen Nanosekunden bis 10 ns zwischen der Zeit der Güteschalter-HF-Signalbegrenzung und der Zeit, zu der der Laserimpuls beginnt sich aufzubauen. Um den Laserimpulsjitter, der vom Laserimpuls-Aufbauprozess stammt, zu verringern, verwendet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen kleinen Teil der Laserausgangsenergie von einem Laserkopf (der seinen Impulsaufbau früher begonnen hat als der andere), damit er in den anderen Laserkopf injiziert wird, so dass der andere Laserkopfimpulsaufbau ab dem injizierten Lasersignal beginnt, und dadurch den Laseraufbaujitter beseitigt.
3 zeigt eine Systemkonfiguration des Ausführungsbeispiels, die zwei DPSS-Laser verwendet, die durch Injektionssteuerung gekoppelt sind. Die Injektionssteuerung wird unter Verwendung eines kleinen Teils der Laserenergie des ersten Laserimpulses 62, der sich vom Laserkopf 52 (oder von der Laserschiene 60) über einen optischen Weg ausbreitet, zur Injektion in den Laserkopf 54 durchgeführt. Das Aktivieren des Güteschalters 66 des Laserkopfs 54 wird gegenüber dem Aktivieren des Güteschalters 56 des Laserkopfs 52 verzögert. Der optische Weg kann einen Faserlaser zum Liefern des injizierten Lasersignals umfassen. Die Länge des optischen Weges kann eingestellt werden, um die gewünschte Verzögerungszeit zwischen den zwei Laserenergien von den Laserköpfen 52 und 54 zu liefern. Mit der injizierten Laserenergie des Laserkopfs 52 baut sich der Laserimpuls des Laserkopfs 54 vielmehr in Reaktion auf die injizierte Laserenergie als durch einen Reiz durch Quantenrauschen im Resonator auf. Die Injektionssteuerung synchronisiert die Laserimpulse der Strahlen 62 und 72 sehr und verringert dadurch erheblich den relativen Impulsjitter zwischen ihnen. Die gestrichelte Linie 220 in 8 stellt die Injektionssteuerung der Laserköpfe 162 und 164 zur Bereitstellung eines mit beiden Lösungen für den Laserimpulsjitter implementierten Lasersystems dar.
Die Grundwellenlänge des Laserkopfs 52 kann einer Oberwellenumwandlung außerhalb des Hohlraums in die zweite oder dritte Oberwellenlänge unterzogen werden, während die Injektionslaserenergie von der Grundwellenlänge abgeleitet wird, die dieselbe Laserwellenlänge wie jene des Laserkopfs 54 ist. Die Implementierung der Oberwellenumwandlung außerhalb des Hohlraums wird unter Verwendung eines wahlweisen Oberwellenwandlers 88 durchgeführt, der den gepulsten Laserstrahl 60 vom Laserkopf 52 (oder von der Laserschiene 60) empfängt.
Die Zeitsteuerung der Aktivierung des Laserkopfs 54 kann relativ zu den Ausgangsimpulsen der Laserschiene 60 derart elektronisch gesteuert werden, dass der Startpunkt von jedem der Ausgangsimpulse der Laserschiene 70 zu einer beliebigen Zeit liegen kann, die zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt des entsprechenden Ausgangsimpulses der Laserschiene 60 liegt, wie in 4A und 4B gezeigt, um dadurch die Impulsform des gebildeten Laserimpulsenergieprofils von 4C zu ändern.
Der Schwanz eines typischen Laserimpulses dauert selbst mit einer kürzeren vollen Impulsbreite bei halbem Maximum (FWHM) eine relativ lange Zeit. Für einen Laserimpuls mit einer nominalen Impulsbreite (FWHM) von 5 ns kann die gesamte Laserimpulsbreite (von seinem absoluten Anfang und absoluten Ende der Laserenergie gemessen) beispielsweise nicht kürzer als 15 ns-20 ns sein. Dies stellt einen im Wesentlichen breiten verfügbaren Bereich von Aktivierungszeitsteuerung eines Ausgangsimpulses des Laserkopfs 54 bereit. Wenn der optische Strahlweg des injizierten Lasersignals "A" in 3 vor der Injektion in den Laserkopf 54 länger gemacht wird, kann. die Verzögerung zwischen entsprechenden Ausgangsimpulsen der Laserköpfe 52 und 54 erhöht werden, so dass die zwei Energiespitzen, die das gebildete Laserimpulsenergieprofil bilden, mit geringem Jitter zeitlich vollständig getrennt werden können, wie in 5A, 5B und 5C gezeigt.
Das Lösen beider dieser Aspekte des Laserimpulsjitters ermöglicht die Erzeugung von Laserimpulsen mit einem speziell geformten Laserenergieprofil von mehreren Laserköpfen mit sehr genauer Zeitsteuerung und Profilstabilität. Zwei Laserimpulse, die sich von verschiedenen Laserköpfen mit einer Zeitdifferenz im Bereich von Null bis einigen hundert Nanosekunden ausbreiten, können beispielsweise verwendet werden, um einen Laserimpuls mit einer genauen und stabilen Impulsprofilform oder "Laserenergieverteilung als Funktion der Zeit" zu erzeugen. Die zwei Laserköpfe können mit verschiedenen Laserimpulsparametern, wie z.B. unterschiedlicher Impulsbreite, Energie pro Impuls, Strahldivergenz und verschiedenen Laserwellenlängen arbeiten. Die breite Flexibilität in der Änderung der Laserimpulsprofilform, der Verteilung der "Laserenergie als Funktion der Zeit", verschiedener Divergenzen und Wellenlängen des resultierenden Laserimpulsprofils ist ein sehr nützliches Werkzeug für eine Vielfalt von Anwendungen.
Die Erzeugung eines genauen und stabilen Laserimpulsenergieprofils, das aus verschiedenen Laserwellenlängen besteht, ist für die Verwendung in der Halbleiterspeicherchip-Verbindungsbearbeitung geeignet. Erhöhungen der Qualität der Verbindungsstrukturbearbeitung können beispielsweise unter Verwendung einer Laserenergie mit einer kürzeren Dauerzeit von einem ersten Laserkopf und einer Laserenergie mit einer längeren Dauerzeit von einem zweiten Laserkopf zum Bilden eines Laserimpulsprofils mit einer schnell ansteigenden Flanke und einer langen Impulsbreite oder einer Laserprofilform mit einer Spitze, die irgendwo entlang des Profils liegt, erhalten werden. Mit erneutem Bezug auf 4A-4C kann man, wenn die zwei Laserköpfe bei verschiedenen Laserwellenlängen arbeiten, gemäß dieser Erfindung ein Laserimpulsprofil erreichen, das beispielsweise durch eine Laserenergie bei einer UV-Wellenlänge in einem ersten gewünschten Zeitraum des Profils und eine Laserenergie bei einer grünen oder anderen Wellenlänge in einem zweiten gewünschten anderen Zeitraum des Profils gekennzeichnet ist. Der vordere Teil oder die Spitze 100 des Laserimpulsprofils 98 liegt beispielsweise bei der UV-Wellenlänge und der hintere Teil oder die Spitze 102 des Laserimpulsprofils 98 liegt bei der grünen Wellenlänge. Dies ist für den Verbindungsprozess aus den vorstehend beschriebenen Gründen sehr vorteilhaft. Die bevorzugten Wellenlängenkombinationen, wie z.B. 1064 nm und 1320 nm, UV von 355 nm und nahes IR von 1064 nm oder 1320 nm, für verschiedene Verbindungsstrukturen oder verschiedene Anwendungen sind erreichbar.
Das Anwendungssystem kann das Laserimpulsprofil, seine Energiekomponenten und Wellenlängenkomponenten weiter steuern, um andere Funktionen des Systems, wie z.B. die Ausrichtung des Strahls auf das Arbeitsziel, zu erleichtern. Zur Ausrichtung des Strahls auf das Arbeitsziel kann das System beispielsweise nur den grünen Energieteil des Laserimpulsprofils oder nur den UV Laserenergieteil aktivieren, während der andere Teil des Energieprofils nicht aktiviert wird, um den Kontrast und verbessern und den Rauschabstand der Reflexion an einer Zielstruktur zu erhöhen, wodurch die Ausrichtungsgenauigkeit erhöht wird. Für die Verbindungsbearbeitung macht das System von der Laserimpuls-Energieprofilierungsfähigkeit vollen Gebrauch.
Für Fachleute wird es offensichtlich sein, dass viele Änderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindungen abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindungen sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche festgelegt werden.
Zusammenfassung
Ein speziell geformtes Laserimpulsenergieprofil (98, 104, 156), das durch verschiedene Laserwellenlängen zu verschiedenen Zeiten des Profils gekennzeichnet ist, stellt verringerten, gesteuerten Jitter bereit, um eine Halbleiterbauelement-Mikrobearbeitung zu ermöglichen, die eine Bearbeitung mit hoher Qualität und eine kleinere mögliche Fleckgröße erreicht.

Claims

Verfahren zur Lasermikrobearbeitung einer mehrlagigen Struktur, um in der Tiefe einen Teil eines Zielschichtmaterials zu entfernen, ohne eine merkliche Beschädigung am nahe liegenden Nicht-Ziel-Schichtmaterial der mehrlagigen Struktur zu verursachen, umfassend: Erzeugen eines Laserimpulses mit einem Energieprofil, das aus einem ersten und einem zweiten Energieprofilteil besteht, wobei der Laserimpuls ein erstes Laserenergiemerkmal bei einer ersten Laserwellenlänge im ersten Teil des Energieprofils und ein zweites Laserenergiemerkmal bei einer zweiten Laserwellenlänge im zweiten Teil des Energieprofils umfasst; Richten des Laserimpulses auf das Zielschichtmaterial; wobei das erste Laserenergiemerkmal bei der ersten Wellenlänge im ersten Teil des Energieprofils in der Tiefe einen anfänglichen Teil des Zielschichtmaterials entfernt, um einen Teil eines offenen Volumenbereichs zu bilden und Nicht-Ziel-Schichtmaterial der mehrlagigen Struktur nicht zu beschädigen; und das zweite Laserenergiemerkmal bei der zweiten Laserwellenlänge im zweiten Teil des Energieprofils in der Tiefe einen restlichen Teil des Zielschichtmaterials entfernt, um die Bildung des offenen Volumenbereichs zu vollenden und das Nicht-Ziel-Schichtmaterial in einer Nähe unter dem oder benachbart zum offenen Volumenbereich nicht zu beschädigen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehrlagige Struktur eine elektrisch leitende Verbindung umfasst, die zwischen einer oberen Passivierungsschicht und einer unteren Passivierungsschicht in einem Stapel angeordnet ist; und wobei der anfängliche Teil des Zielschichtmaterials einen Bereich der oberen Passivierungsschicht umfasst, der restliche Teil des Zielschichtmaterials einen Bereich der elektrisch leitenden Verbindung umfasst und das Nicht-Ziel-Schichtmaterial einen Bereich der unteren Passivierungsschicht in einer Nähe unter dem offenen Volumenbereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die obere Passivierungsschicht und die elektrisch leitende Verbindung einander an einer Grenzfläche berühren, und wobei der anfängliche Teil des entfernten Zielschichtmaterials ferner einen Teil umfasst, der vom Bereich der leitenden Verbindung an der Grenzfläche entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Laserenergie eine Menge ist, die die obere Passivierungsschicht durchbricht, ohne die benachbarte obere Passivierungsschichtstruktur zu zerbrechen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-Wellenlängenbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine oder mehrere der oberen und der unteren Passivierungsschicht aus Materialien mit niedrigem k bestehen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die elektrisch leitende Verbindung Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Titan, Wolfram, Platin, Nickelchromid, Titan, Tantalnitrid, Wolframsilizid oder andere metallartige Materialien umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Wellenlänge einer effektiven Laserstrahl-Fleckgröße entspricht, die eine Oberflächenabmessung des offenen Volumenbereichs definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Wellenlänge innerhalb des sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegt und wobei das Nicht-Ziel-Schichtmaterial in einer Nähe unter dem offenen Volumenbereich für die erste Wellenlänge im Wesentlichen durchlässig ist und dadurch keiner merklichen Beschädigung in Reaktion auf die erste Wellenlänge unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Wellenlänge innerhalb des sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegt und wobei das Nicht-Ziel-Schichtmaterial in einer Nähe unter dem offenen Volumenbereich für die zweite Wellenlänge im Wesentlichen durchlässig ist und dadurch keiner merklichen Beschädigung in Reaktion auf die zweite Wellenlänge unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Nicht-Ziel-Schichtmaterial eine Beschädigungsschwelle aufweist, die erste Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-Wellenlängenbereichs liegt und die erste Wellenlänge vom Nicht-Ziel-Schichtmaterial absorbiert wird, jedoch eine erste Laserenergiemenge aufweist, die unter der Beschädigungsschwelle des Nicht-Ziel-Schichtmaterials liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Laserimpuls ein hauptsächlich gaußförmiges Strahlenergieprofil mit einem zentralen Bereich aufweist und die höchsten Energiemengen des Energieprofils im zentralen Bereich konzentriert sind; die mehrlagige Struktur eine Passivierungsschicht umfasst, die zwischen einer elektrisch leitenden Verbindung und einem Substrat angeordnet ist, wobei die elektrisch leitende Verbindung einen Teil des Zielschichtmaterials umfasst und eine Breite aufweist; und das Nicht-Ziel-Material die Passivierungsschicht umfasst und die Breite der elektrisch leitenden Verbindung bewirkt, dass sie als Abschirmung fungiert, die eine Beschädigung an der Passivierungsschicht durch die höchsten Energiemengen des ersten Laserausgangs verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Laserimpuls eine Vorderflanken-Anstiegszeit von kürzer als 10 ns und eine Gesamtdauer von länger als 5 ns aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Laserenergiemerkmal 1 ps bis 50 ns dauert, das zweite Laserenergiemerkmal 1 ps bis 50 ns dauert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Energiemerkmal jeweilige erste und zweite Laserenergiespitzen umfassen und wobei die erste Laserenergiespitze und die zweite Laserenergiespitze um eine Zeitverzögerung im Bereich von null bis 300 ns getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Laserwellenlänge innerhalb der Infrarot- bis Ultraviolett-Wellenlängenbereiche liegen, einschließlich 1,32 μm, 1,30 μm, 1,064 μm, 1,053 μm, 1,047 μm und ihrer jeweiligen zweiten, dritten und vierten Oberwellen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste und die zweite Laserwellenlänge gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Laserwellenlänge kürzer ist als die zweite Laserwellenlänge.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Laserenergie etwa 0,001 uJ bis 20 uJ ist und die zweite Laserenergie etwa 0,001 uJ bis etwa 20 uJ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Laserimpulswiederholungsrate etwa 1 Hz bis etwa 200 kHz ist.
Verfahren zur Lasermikrobearbeitung einer mehrlagigen Struktur, um in der Tiefe einen Teil eines Zielschichtmaterials zu entfernen, ohne eine merkliche Beschädigung am nahe liegenden Nicht-Ziel-Schichtmaterial der mehrlagigen Struktur zu verursachen, umfassend: Richten eines ersten Laserausgangs mit einer ersten Wellenlänge mit einer ersten Laserenergie zum Einfall auf das Zielschichtmaterial, wobei die erste Wellenlänge und die erste Laserenergie zusammenwirken, um in der Tiefe einen anfänglichen Teil des Zielschichtmaterials zu entfernen, um einen Teil eines offenen Volumenbereichs zu bilden und das Nicht-Ziel-Schichtmaterial der mehrlagigen Struktur nicht zu beschädigen; und Richten eines zweiten Laserausgangs mit einer zweiten Wellenlänge und einer zweiten Laserenergie zum Einfall auf das Zielschichtmaterial, wobei die zweite Wellenlänge und die zweite Laserenergie zusammenwirken, um in der Tiefe einen restlichen Teil des Zielschichtmaterials zu entfernen, um die Bildung des offenen Volumenbereichs zu vollenden und das Nicht-Ziel-Schichtmaterial in einer Nähe unter dem oder benachbart zum offenen Volumenbereich nicht zu beschädigen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die mehrlagige Struktur eine elektrisch leitende Verbindung umfasst, die zwischen einer oberen Passivierungsschicht und einer unteren Passivierungsschicht in einem Stapel angeordnet ist; und wobei der anfängliche Teil des Zielschichtmaterials einen Bereich der oberen Passivierungsschicht umfasst, der restliche Teil des Zielschichtmaterials einen Bereich der elektrisch leitenden Verbindung umfasst und das Nicht-Ziel-Schichtmaterial einen Bereich der unteren Passivierungsschicht in einer Nähe unter dem offenen Volumenbereich umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die obere Passivierungsschicht und die elektrisch leitende Verbindung einander an einer Grenzfläche berühren, und wobei der anfängliche Teil des entfernten Zielschichtmaterials ferner einen Teil umfasst, der aus dem Bereich der leitenden Verbindung an der Grenzfläche entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die erste Laserenergie eine Menge ist, die die obere Passivierungsschicht durchbricht, ohne die benachbarte obere Passivierungsschichtstruktur zu zerbrechen.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die erste Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-Wellenlängenbereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die erste Wellenlänge innerhalb des sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegt und wobei das Nicht-Ziel-Schichtmaterial in einer Nähe unter dem offenen Volumenbereich für die erste Wellenlänge im Wesentlichen durchlässig ist und dadurch keiner merklichen Beschädigung in Reaktion auf die erste Wellenlänge unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die zweite Wellenlänge innerhalb des sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegt und wobei das Nicht-Ziel-Schichtmaterial in einer Nähe unter dem offenen Volumenbereich für die zweite Wellenlänge im Wesentlichen durchlässig ist und dadurch keiner merklichen Beschädigung in Reaktion auf die zweite Wellenlänge unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Nicht-Ziel-Schichtmaterial eine Beschädigungsschwelle aufweist, die erste Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-Wellenlängenbereichs liegt und die erste Wellenlänge vom Nicht-Ziel-Schichtmaterial absorbiert wird, aber eine erste Laserenergiemenge aufweist, die unter der Beschädigungsschwelle des Nicht-Ziel-Schichtmaterials liegt.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei: der erste Laserausgang ein hauptsächlich gaußförmiges Strahlenergieprofil mit einem zentralen Bereich aufweist und die höchsten Energiemengen des Energieprofils im zentralen Bereich konzentriert sind; die mehrlagige Struktur eine Passivierungsschicht umfasst, die zwischen einer elektrisch leitenden Verbindung und einem Substrat angeordnet ist, wobei die elektrisch leitende Verbindung einen Teil des Zielschichtmaterials umfasst und eine Breite aufwest; und das Nicht-Ziel-Material die Passivierungsschicht umfasst und die Breite der elektrisch leitenden Verbindung bewirkt, dass sie als Abschirmung fungiert, die eine Beschädigung an der Passivierungsschicht durch die höchsten Energiemengen des ersten Laserausgangs verhindert.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der erste und der zweite Laserausgang jeweilige erste und zweite Energiespitzen umfassen, die durch eine Zeitverzögerung getrennt sind, und ferner umfassend das Bilden eines Strahls, der durch ein Laserimpulsprofil mit separaten charakteristischen Merkmalen gekennzeichnet ist, die zumindest teilweise der ersten und zweiten Energiespitze entsprechen.
Verfahren zum Erzeugen eines Laserimpulses mit einem stabilen Energieprofil mit einem ersten Laserenergiemerkmal bei einer ersten Laserwellenlänge in einem ersten Teil des Profils und einem zweiten Laserenergiemerkmal bei einer zweiten Laserwellenlänge in einem zweiten Teil des Profils, umfassend: Vorsehen eines ersten Laserkopfs, von dem sich erste Laserenergie mit einer ersten Wellenlänge, die durch ein erstes Energieprofilmerkmal gekennzeichnet ist, in Reaktion auf ein erstes Ansteuersignal ausbreitet, und eines zweiten Laserkopfs, von dem sich zweite Laserenergie mit einer zweiten Wellenlänge, die durch ein zweites Energieprofilmerkmal gekennzeichnet ist, in Reaktion auf ein zweites Ansteuersignal ausbreitet, wobei das erste und das zweite Ansteuersignal synchron in Reaktion auf ein Taktbefehlssignal entwickelt werden und dadurch relativen Jitter in einem Bereich aufweisen, der in eine Betriebstoleranz eingeschränkt ist; Herstellen einer Verzögerung zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie; und Bilden eines Laserausgangsimpulses, der durch Ausgangsimpulsenergieprofilmerkmale gekennzeichnet ist, die zumindest teilweise dem ersten und dem zweiten Energieprofilmerkmal entsprechen, wobei die Ausgangsimpulsenergieprofilmerkmale zeitlich durch die zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie hergestellte Verzögerung getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der erste Laser die erste Laserenergie mit einer ersten Wellenlänge emittiert und der zweite Laser die zweite Laserenergie mit einer zweiten Wellenlänge, die von der ersten Wellenlänge verschieden ist, emittiert.
Verfahren nach Anspruch 31, welches ferner das Richten des Laserausgangsimpulses zum Einfall auf eine mehrlagige Struktur zum Entfernen von Zielschichtmaterial umfasst, und wobei der Ausgangsimpuls nacheinander einen anfänglichen Teil eines Bereichs des Zielschichtmaterials durchbricht und einen restlichen Teil eines Bereichs des Zielschichtmaterials entfernt.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Zielschichtmaterial eine elektrisch leitende Verbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die erste und die zweite Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-, sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegen und die erste Wellenlänge kürzer ist als die zweite Wellenlänge.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die erste und die zweite Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-, sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegen und die erste und die zweite Wellenlänge gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das erste und das zweite Impulsprofilmerkmal jeweilige erste und zweite separate Impulsspitzen darstellen.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der erste und der zweite Laserkopf jeweilige erste und zweite akustisch-optische Güteschalter umfassen, erste und zweite HF-Treiber die jeweiligen ersten und zweiten Ansteuersignale über erste und zweite HF-Übertragungsmedien zum ersten und zum zweiten akustisch-optischen Güteschalter in Reaktion auf das Taktsteuersignal liefern, und die ersten und zweiten Ansteuersignale eine relative Verzögerung aufweisen, die die Verzögerung zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie herstellt.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei der erste und der zweite HF-Treiber jeweilige erste und zweite HF-Verstärker umfassen, wobei sich der erste und der zweite HF-Verstärker ein gemeinsames HF-Signal von einem HF-Signalgenerator teilen, das gemeinsame HF-Signal in Reaktion auf das Taktbefehlssignal und, wenn das HF-Signal seinen Laseraktivierungsauslösepunkt kreuzt, abgeschaltet wird, wodurch Laserenergiestabilität in einem Bereich sichergestellt wird, der in eine Betriebstoleranz eingeschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Längen der ersten und zweiten HF-Kabel so gewählt werden, dass sie auf der Basis der gewünschten Zeitverzögerung zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie gleich oder verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei der erste HF-Treiber und der zweite HF-Treiber einen ersten HF-Signalgenerator und Verstärker bzw. einen zweiten HF-Signalgenerator und Verstärker umfassen, sich die ersten und zweiten HF-Signalgeneratoren ein gemeinsames HF-Frequenzsignal von einem HF-Frequenzgenerator teilen, der erste HF-Signalgenerator das HF-Signal für den ersten Verstärker und den ersten akustisch-optischen Güteschalter in Reaktion auf das Taktsteuersignal und, wenn das HF-Signal seinen Nullspannungspegel kreuzt, abschaltet, wodurch die erste Laserenergiestabilität in einem Bereich sichergestellt wird, der in eine Betriebstoleranz eingeschränkt ist; und der zweite HF-Signalgenerator das HF-Signal für den zweiten Verstärker und den zweiten akustisch-optischen Güteschalter mit einer programmierbaren Verzögerungszeit, nachdem das HF-Signal für den ersten akustisch-optischen Güteschalter abgeschaltet wird, und, wenn das HF-Signal seinen Nullspannungspegel kreuzt, abschaltet, wodurch die zweite Laserenergiestabilität in einem Bereich sichergestellt wird, der in eine Betriebstoleranz eingeschränkt ist, und die Verzögerungszeit eine ganze Zahl mal eine halbe Zykluszeit der HF-Frequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die erste und die zweite Wellenlänge innerhalb des Ultraviolett-, sichtbaren oder Infrarot-Wellenlängenbereichs liegen und die erste Wellenlänge kürzer ist als die zweite Wellenlänge.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der erste und der zweite Laserkopf durch Injizieren eines Teils der ersten Energie in den zweiten Laserkopf gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei die Injektionslaserenergie vom ersten Laserkopf durch einen optischen Weg mit einer Länge läuft, die durch die Verzögerung zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 44, wobei der optische Weg eine optische Faser umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Verzögerungszeit zwischen der ersten und der zweiten Laserenergie zwischen null und etwa 500 ns liegt.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Laserimpuls eine Vorderflanken-Anstiegszeit von kürzer als etwa 10 ns und eine Gesamtdauer von länger als etwa 5 ns aufweist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die erste Laserenergie 1 ps bis 100 ns dauert und die zweite Laserenergie etwa 1 ps bis etwa 100 ns dauert.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Betriebstoleranz des Impulsjitterbereichs etwa 10 ns ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Betriebstoleranz der Laserenergiestabilität etwa ± 10 % ist.