DE69933224T2

DE69933224T2 - Steuerung der laserpolarisation

Info

Publication number: DE69933224T2
Application number: DE69933224T
Authority: DE
Inventors: J. James Littleton CORDINGLEY; V. Donald Boston SMART; Michael Newton PLOTKIN; William Westford LAUER
Original assignee: GSI Group Corp
Current assignee: Novanta Inc
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: KR100415126B1; US6181728B1; AU4700999A; EP1101260B8; US20010010699A1; EP1101260B1; JP2005014088A; WO2000002292A1; CN1307738A; KR20010071664A; JP2002520643A; EP1101260A4; TW445685B; US6381259B2; DE69933224D1; CN1306665C; EP1101260A1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Laserbearbeitung von Werkstücken, beispielsweise von Halbleitervorrichtungen, und sie betrifft insbesondere das Bearbeiten von DRAMS, Speichern und programmierbaren Vorrichtungen durch das Auftrennen von Fuses oder Verbindungen.
Lasersysteme werden seit vielen Jahren bei der Herstellung von DRAMS und programmierbaren Vorrichtungen eingesetzt. In der DRAM-Fertigung wird beispielsweise redundanter Speicher programmiert, indem man einen fokussierten Laserstrahl dazu verwendet, Fuses oder Verbindungen in dem Speicher aufzutrennen, damit defekte Speicherzellen ersetzt werden. Die Programmierung erzielt man, indem man die Fuses oder Verbindungen mit Hilfe eines Laserimpulses unterbricht, den ein diodengepumpter gütegeschalteter YAG-Laser (oder YLF-Laser) erzeugt.
Neuere Halbleitervorrichtungen weisen Verbindungsgeometrien auf, die in der Regel ungefähr 1 μm breit und 5 μm lang sind. Diese Verbindungen können in Gruppen von horizontal ausgerichteten Verbindungen und vertikal ausgerichteten Verbindungen angeordnet sein. Ein Laser mit einer Laserpunktgröße von 3 – 5 μm kann dazu verwendet werden, eine derartige Verbindung mit einem einzigen Laserimpuls aufzutrennen. Wählt man die Laserenergie, die Punktgröße, die Laserimpulsbreite und die Wellenlänge des Laserstrahls geeignet, so kann man die Laserparameter derart optimieren, dass man die säuberste und zuverlässigste Verbindungsunterbrechung erhält.
Die Qualität der Verbindungsunterbrechung kann man durch eine visuelle Überprüfung der durchgebrannten Verbindung bewerten. Ein praktisch anwendbares Maß beim Durchtrennen von Fuses oder Verbindungen ist der Durchtrenn-Energiebereich bzw. das "Energiefenster", d. h. der Bereich an Energien je Impuls, in dem man eine saubere und zuverlässige Verbindungsunterbrechung erhält. Die Laserenergie, die zum Verarbeiten einer Halbleitervorrichtung verwendet wird, kann man auf die Mitte des vorhergesagten Energiefensters einstellen, das sich ein wenig vom tatsächlichen Energiefenster unterscheiden kann, und zwar aufgrund von Prozessschwankungen, beispielsweise der Dicke des Verbindungsmaterials, der Dicke des Oxidmaterials, das sich oben auf der Verbindung befindet, von Laserinstabilitäten, Fehlern beim Positionieren des Laserstrahls und von Fokussierfehlern.
Zahlreiche diodengepumpte Festkörperlaser, die in Laserbearbeitungssystemen verwendet werden, sind linear polarisiert. Bestimmte Laserbearbeitungssysteme setzen zirkular polarisierte Laserstrahlen anstelle von linear polarisierten Laserstrahlen ein.
In US-A-4,908,493 ist das Drehen der Polarisationsebene eines linear polarisierten Laserstrahls bezogen auf ein Werkstück aus einem Material beschrieben, das simultan bearbeitet wird, und zwar synchronisiert mit dem Steuern des Laserstrahls über das Werkstück, damit die Polarisationsebene parallel zu entweder der Einfallsebene oder der Bewegungsrichtung des Strahls bezogen auf das Werkstück gehalten wird. Zudem wird in einem gewissen Ausmaß abhängig von der besonderen vorgenommenen Bearbeitung, beispielsweise Welding Fusing, der Einfallswinkel des Laserstrahls auf das Werkstück am oder nahe am Polarisierungs- oder Brewsterwinkel gehalten.
In US-A-5,185,753 ist ein instabiles Resonatorsystem beschrieben, dessen Polarisation durch den Gebrauch eines Verbundresonators gesteuert wird, in dem der Elternresonator über eine Öffnung mit einem Polarisationsregelschenkel gekoppelt ist, wobei die Öffnung einen kleinen Anteil des Ausgabestrahls an ein Polarisationssteuerelement weiterleitet und einen polarisierten Rückführstrahl zurückgibt, dessen Mode an den angrenzenden Mode des Elternresonators angepasst ist.
Die Erfindung ist im beigefügten unabhängigen Anspruch bestimmt, der nun eingesehen werden sollte. Zudem kann man bevorzugte Merkmale in den angefügten abhängigen Ansprüchen finden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist durch die Ansprüche bestimmt.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft in der Hauptsache eine Laserpolarisations-Steuervorrichtung, die eine Polarisationsveränderungs-Vorrichtung enthält, beispielsweise einen variablen Flüssigkristall-Verzögerer und einen Controller. Die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung empfängt einen Laserstrahl und verändert dessen Polarisation. Der Controller, der mit der Polarisationsveränderungs-Vorrichtung verbunden ist, stellt ein Eingabesignal für die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung ein, damit die Veränderung der Polarisation des Laserstrahls abhängig von der Ausrichtung einer Struktur geregelt wird, die mit dem Laserstrahl zu bearbeiten ist. Die Polarisation des Laserstrahls kann beispielsweise gedreht werden, damit sie mit der Ausrichtung einer Verbindung in einer Halbleitervorrichtung übereinstimmt, die mit dem Laserstrahl aufzutrennen ist. Die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung ist für die Aufnahme in ein Laserbearbeitungssystem ausgelegt, das den Laserstrahl erzeugt, den die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung empfängt, und das den von der Polarisationsveränderungs-Vorrichtung modifizierten La serstrahl auf ein Werkstück bündelt, das die mit dem Laserstrahl zu bearbeitende Struktur enthält.
Damit kann gemäß der Erfindung ein linear oder elliptisch polarisierter Laserstrahl mit einer aufzutrennenden Verbindung ausgerichtet werden. Beispielsweise kann man die Polarisation des Laserstrahls vertikal ausrichten, wenn die Verbindung vertikal ausgerichtet ist, und die Polarisation horizontal ausrichten, wenn die Verbindung horizontal ausgerichtet ist. Es hat sich herausgestellt, dass es unter Heranziehung dieser Vorgehensweise möglich ist, den Bereich an annehmbaren Schneideenergien zu vergrößern, die für das Auftrennen gewisser Verbindungsarten wirksam sind. Dieser Bereich an annehmbaren Schneideenergien stellt das Energiefenster dar. Durch das Umschalten der Laserstrahlpolarisation abhängig von der Ausrichtung der Verbindung erhält man die besten Ergebnisse hinsichtlich der größtmöglichen Breite des Energiefensters. Es kann auch gewisse Verbindungsarten geben, für die das Energiefenster den größtmöglichen Wert annimmt, wenn man einen linear polarisierten Laserstrahl senkrecht zur Verbindung ausrichtet oder unter einem bestimmten anderen Winkel und nicht parallel zur Verbindung.
Ein Analysewerkzeug empfängt den in der Polarisationsveränderungs-Vorrichtung modifizierten Laserstrahl. Das Analysewerkzeug misst die Polarisationsveränderung des Laserstrahls durch die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung. An die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung werden zahlreiche Eingangssignale angelegt, um die Polarisationsveränderung des Laserstrahls zu steuern. Der in der Polarisationsveränderungs-Vorrichtung modifizierte Laserstrahl wird mit Hilfe des Analysewerkzeugs untersucht, um die Polarisationsveränderung des Laserstrahls durch die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung zu messen. Der Zusammenhang zwischen den Eingangssignalen der Polarisationsveränderungs-Vorrichtung und der Polarisationsveränderung des Laserstrahls wird gespeichert. Verwendet man das Lasersystem zum Bearbeiten einer Struktur, so kann die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung die Polarisation des Laserstrahls abhängig von diesem gespeicherten Zusammenhang verändern.
Durch das Anlegen zahlreicher Eingangssignale an die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung und das Untersuchen des in der Polarisationsveränderungs-Vorrichtung modifizierten Laserstrahls kann man die geeigneten Eingangssignale erkennen, die man beispielsweise zum Erzielen einer vertikalen linearen Polarisation und einer horizontalen linearen Polarisation benötigt. Diese Eingangssignale kann man für eine spätere Verwendung speichern, wenn das Lasersystem Verbindungen auf einer Halbleitervorrichtung bearbeitet. Man kann geeignete Eingangssignale an die Polarisationsveränderungs- Vorrichtung anlegen, um sicherzustellen, dass die Polarisation des Laserstrahls vertikal ausgerichtet ist, falls die Verbindung vertikal ausgerichtet ist, und dass die Polarisation horizontal ausgerichtet ist, falls die Verbindung horizontal ausgerichtet ist.
Zahlreiche weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigegebenen Zeichnungen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1 eine horizontale Querschnittsansicht eines Lasersystems der Erfindung vor dem Einbau eines variablen Flüssigkristall-Verzögerers und eines Polarisations-Strahlteilers;
2 eine vertikale Querschnittsansicht des Lasersystems in 1 entlang der Linie 2-2 in 1;
3 eine horizontale Querschnittsansicht eines Teils des Lasersystems in 1 nach dem Einbau des variablen Flüssigkristall-Verzögerers und des Polarisations-Strahlteilers;
4 eine ausführliche Zeichnung des Laserkopfs und der drehbaren Lambda-Halbe-Platte des Lasersystems in 1;
5 ein Blockdiagramm der Komponenten eines Systems, das die Spannung steuert, die an den variablen Flüssigkristall-Verzögerer des Lasersystems in 1 angelegt wird;
6 eine horizontale Querschnittsansicht eines Teils des Lasersystems in 1 nach dem Einbau eines variablen Flüssigkristall-Verzögerers und eines Polarisations-Strahlteiler-Analysewerkzeugs für die experimentelle Bestimmung der geeigneten Spannungen, die man an den einstellbaren Flüssigkristall-Verzögerer anlegen muss, damit man ein zirkular polarisiertes Laserstrahl-Ausgangssignal erhält; und
7 eine horizontale Querschnittsansicht eines Teils des Lasersystems in 1 nach dem Einbau eines variablen Flüssigkristall-Verzögerers und eines Polarisations-Strahlteiler-Analysewerkzeugs für die experimentelle Bestimmung der geeigneten Spannungen, die man an den einstellbaren Flüssigkristall-Verzögerer anlegen muss, damit man ein vertikal oder ein horizontal polarisiertes Laserstrahl-Ausgangssignal erhält.
Ausführliche Beschreibung
Gemäß dem im Weiteren beschriebenen Polarisationsregelkonzept wird ein linear oder elliptisch polarisierter Laserstrahl mit einer zu unterbrechenden Verbindung ausge richtet, damit das Energiefenster eines Laserbearbeitungssystems vergrößert wird. Da die Erfindung einen breiten Bereich an Energien liefert, in dem eine gegebene Verbindung ordentlich durchtrennt werden kann, erhöht die Erfindung die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Unterbrechung der Verbindung trotz bekannter oder unbekannter Verfahrensparameter, die möglicherweise die Bearbeitung der Verbindung beeinflussen und damit auch die bestmögliche Schneideenergie. Zu diesen Verfahrensparametern können beispielsweise die Unsicherheit der Dicke einer Oxidschicht über dem Verbindungsmaterial gehören, geringe Fehlausrichtungen der Verbindung und des Laserstrahls durch Positionierfehler, Instabilitäten der Laserimpulse oder der Laserimpulsenergie, Fokussierfehler und Unsicherheiten hinsichtlich der Dicke der Verbindung.
Ist beispielsweise eine sehr dünne Oxidschicht über einer bestimmten Verbindung vorhanden, so benötigt man nur sehr wenig Energie zum Durchtrennen dieser Oxidschicht. Liegt andererseits eine sehr dicke Oxidschicht über der Verbindung vor, so benötigt man viel Energie zum Schneiden der Oxidschicht.
Für eine ganz bestimmte Verbindungsart auf einer bestimmten Halbleitervorrichtung stellt man die Laserenergie, die zum Unterbrechen der Verbindung eingesetzt wird, anhand einer experimentellen Bestimmung der Mitte des vorhergesagten Energiefensters für die bestimmte Verbindungsart ein. Beispielsweise können gewisse Halbleiterwafer eine dicke Oxidschicht besitzen, wogegen andere Wafer eine dünne Oxidschicht oder überhaupt keine Oxidschicht aufweisen. Der Kunde kann eine experimentelle Energieuntersuchung an unterschiedlichen Wafertypen vornehmen, um das vorhergesagte Energiefenster für einen dünnen Wafer und das vorhergesagte Energiefenster für einen dickeren Wafer zu ermitteln, das normalerweise einen höheren Energiebereich überdeckt. Zudem können in einem gegebenen Halbleiterwafer, der zu bearbeitende Halbleitervorrichtungen enthält, unterschiedliche Verbindungsarten vorhanden sein, die unterschiedliche Energien für die optische Unterbrechung benötigen. An den Waferkanten können beispielsweise Bearbeitungsumstände vorliegen, für die experimentell festgestellt wird, dass die Mitte des vorhergesagten Energiefensters verglichen mit anderen Bereichen auf dem Wafer davon abweichen sollte.
Es ist jedoch unmöglich, das tatsächliche Energiefenster für jede gegebene Einzelverbindung sicher zu kennen (im Gegensatz zum vorhergesagten Energiefenster, das die vorgewählte Laserenergie enthält), und zwar wegen möglicher Positionierungsfehler, Fokussierprobleme, Unsicherheiten bezüglich der Verbindungsdicke, Unsicherheiten bezüglich der Oxiddicke, Instabilitäten des Lasers usw. Da die Erfindung trotzdem einen breiten Bereich an Energien liefert, die zum Unterbrechen einer gegebenen Verbindung wirksam sind, ist es wahrscheinlich, dass die vorgewählte Laserenergie in diesen breiten Bereich für die gegebenen Verbindung fällt, da sich das tatsächliche Energiefenster sehr wahrscheinlich mit der vorgewählten Laserenergie überlappt. Aus diesem Grund ist der große Schneideenergiebereich, den die Erfindung bereitstellt, sehr nützlich zum Beibehalten einer verlässlichen Verbindungsunterbrechung.
Da in der Erfindung ein linear oder elliptisch polarisierter Laserstrahl anstelle eines zirkular polarisierten Laserstrahls verwendet wird, kann man die Polarisation des Laserstrahls mit der Verbindung ausrichten und dadurch das tatsächliche Energiefenster optimieren. Ist dagegen der zum Schneiden einer bestimmten Verbindung verwendete Laserstrahl zirkular polarisiert, so kann das tatsächliche Energiefenster zumindest unter gewissen Umständen größer sein als es wäre, wenn der gleiche Laserstrahl linear oder elliptisch polarisiert und senkrecht zur Verbindung ausgerichtet ist. Daher können es gewisse Lasersysteme dem Benutzer freistellen, einen zirkular polarisierten Laserstrahl als Kompromissoption zu wählen, falls der Anwender nicht wünscht, den Vorgang zu durchlaufen, der sicherstellt, dass ein linear oder elliptisch polarisierter Laserstrahl mit der Verbindung ausgerichtet ist. Es wird davon ausgegangen, dass man die größten Energiefenster erzielen kann, wenn man einen linear polarisierten Strahl mit der zu unterbrechenden Verbindung ausrichtet.
1 und 2 zeigen die Hauptkomponenten eines Lasersystems 10 der Erfindung vor dem Einbau eines variablen Flüssigkristall-Verzögerers und eines Polarisations-Strahlteilers, die dazu dienen, die lineare Polarisation abhängig von der Ausrichtung einer zu unterbrechenden Verbindung einzustellen. Ein diodengepumpter gütegeschalteter Laserkopf 20 erzeugt einen durch eine gestrichelte Linie dargestellten Laserstrahl 12, der eine Lambda-Halbe-Platte 22 (siehe die in 4 dargestellte Einzelheit) durchläuft, die bewirkt, dass der Laserstrahl linear polarisiert ist. Der Laserstrahl 12 breitet sich durch eine kleine Voraufweitungs-Teleskopbaugruppe 14 aus, die den Laserstrahl beispielsweise ungefähr um den Faktor drei aufweiten kann. Anschließend wird der Laserstrahl 12 an einem hinteren Umlenkspiegel 16 reflektiert und um 90 Grad abgelenkt. Der Laserstrahl 12 wird an einem vorderen Umlenkspiegel 26 reflektiert und durchläuft den Strahlteiler 28 und die Teleskopbaugruppe 32 zur Abtastlinse 30, die die Galvanometer 34 und 36 enthält, die den Laserstrahl 12 auf eine Bearbeitungsoberfläche lenken.
Es wird nun Bezug auf 3 genommen, die das Lasersystem 10 in 1 und 2 nach dem Einbau eines einstellbaren Flüssigkristall-Verzögerers 24 und eines Polarisati ons-Strahlteilers 18 zeigt. Nach der Reflexion des Laserstrahls 12 am hinteren Umlenkspiegel 16 durchläuft dieser die Polarisations-Strahlteilerbaugruppe 18, die einen Teil der Energie des Laserstrahls abzweigt (um stabile kurze Impulse zu erhalten, kann man den Laser mit der größtmöglichen Leistung betreiben, wobei der Laserstab so kräftig wie möglich gepumpt wird). Die Polarisations-Strahlteilerbaugruppe 18 zweigt den horizontal polarisierten Teil des Laserstrahls 12 ab und erlaubt den vertikal polarisierten Teilen des Laserstrahls 12 den Durchgang. Der Laserstrahl 12 selbst ist vor dem Eintritt in die Polarisations-Strahlteilerbaugruppe 18 linear polarisiert. Durch das Drehen der Lambda-Halbe-Platte 22 kann man also den prozentualen Anteil des Laserstrahls 12 steuern, den die Polarisations-Strahlteilerbaugruppe 18 abzweigt. Damit arbeitet die Polarisations-Strahlteilerbaugruppe 18 als einstellbarer Strahlteiler. Der aus der Polarisations-Strahlteilerbaugruppe 18 austretende Laserstrahl 12 ist stets vertikal polarisiert.
Ein einstellbarer spannungsgesteuerter Flüssigkristall-Verzögerer (LCVR, LCVR = Liquid Crystal Variable Retarder) 24 mit Befestigung, der gemäß der Erfindung bereitgestellt wird, enthält einen doppelbrechenden Flüssigkristall, der zwischen zwei Platten liegt. Bekanntlich kann der doppelbrechende Flüssigkristall die Polarisation eines Laserstrahls drehen, da sich das Licht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang unterschiedlicher Achsen durch den doppelbrechenden Flüssigkristall bewegt. Dies führt zu einer Phasenverschiebung der Polarisation. Ferner kann der doppelbrechende Flüssigkristall das linear polarisierte Lasereingangssignal auch in ein elliptisch oder zirkular polarisiertes Laserausgangssignal transformieren. Der Laserstrahl 12 behält seine Polarisation bei, wenn er sich vom LCVR 24 zur Bearbeitungsoberfläche bewegt. Außerhalb des Lasersystems 10 benötigt man keine zusätzlichen optischen Einrichtungen zum Verändern der Polarisation des Laserstrahls 12.
Die an den einstellbaren Flüssigkristall-Verzögerer 24 angelegte Spannung, siehe 5, wird von einem digitalen Controller 44 und/oder einem manuellen Controller 40 gesteuert, die über ein Kabel mit dem einstellbaren Flüssigkristall-Verzögerer 24 verbunden sind, das durch einen Kabelport des Lasersystems in 1 verläuft. Der manuelle Controller 40 kann von einem Benutzer eingestellt werden, um die Spannung an dem LCVR 24 zu verändern, wobei der Benutzer beispielsweise wissen muss, ob eine zu zerstörende Verbindung vertikal oder horizontal verläuft. Der digitale Controller 44 erhält Eingaben vom Computer 42, damit die Spannung an dem LCVR 24 automatisch verändert wird, und zwar abhängig von im Computer 42 gespeicherten Informationen, die die Ausrichtung der aufzutrennenden Verbindungen betrifft. Diese Eingaben aus dem Computer 42 steuern den digitalen Controller 44, damit eine geeignete Spannung an den LCVR 24 angelegt wird. Die korrekten Spannungen zum Erzielen einer horizontalen Polarisation, einer vertikalen Polarisation, einer zirkularen Polarisation usw. kann man experimentell bestimmen. In einer Ausführungsform ist der digitale Controller 44 dafür programmiert, unter drei verschiedenen Spannungen zu wählen, die einer vertikalen linearen Polarisation, einer horizontalen linearen Polarisation und einer zirkularen Polarisation entsprechen. In anderen Ausführungsformen speichert der digitale Controller 44 vierundsechzig oder sechsundneunzig verschiedene Spannungen, die unterschiedlichen elliptischen Polarisationen entsprechen. Es sind auch andere Ausführungsformen möglich, in denen der einstellbare Flüssigkristall-Verzögerer die lineare Polarisation auf zahlreiche Winkel drehen kann, die nicht horizontal oder vertikal sind, falls sich die Polarisation bei diesen Winkeln als nützlich für das Durchtrennen gewisser Arten von Strukturen erweist.
Will man im Experiment die geeigneten Spannungen ermitteln, die man für ein zirkular polarisiertes Laserstrahl-Ausgangssignal an den LCVR 24 anlegen muss, so wird, siehe 6, der vordere Umlenkspiegel 26 (3) aus dem Lasersystem entfernt. Dadurch läuft der Laserstrahl 12 zu einem Polarisations-Strahlteiler-Analysewerkzeug 46, das in das Lasersystem eingesetzt wird. Das Polarisations-Strahlteiler-Analysewerkzeug 46, das zum Untersuchen der Polarisation des Laserstrahls 12 nach dem Durchlaufen des LCVR 24 dient, enthält einen Polarisations-Strahlteiler 48, der eine davor angebrachte Lambda-Viertel-Platte 50 aufweist. Die Lambda-Viertel-Platte 50 linearisiert jegliches vom LCVR 24 empfangene zirkular polarisierte Licht. Trifft dieses zirkular polarisierte Licht auf den Polarisations-Strahlteiler, so wird es abhängig von seiner Händigkeit entweder zu hundert Prozent durchgelassen oder zu hundert Prozent reflektiert. Die Erfassungsplatten 52 und 54 erkennen die Lichtmenge, die den Polarisations-Strahlteiler 48 durchläuft, und die Lichtmenge, die vom Polarisations-Strahlteiler 48 reflektiert wird. Ist das vom LCVR 24 empfangene Licht nicht zirkular polarisiert, sondern statt dessen elliptisch polarisiert, so werden weniger als hundert Prozent des vom LCVR 24 empfangenen Lichts durchgelassen oder reflektiert. Auf diese Weise ist es möglich, festzustellen, ob eine an den LCVR 24 angelegte Spannung zum Erzielen einer zirkularen Polarisation geeignet ist.
Um im Experiment die geeigneten Spannungen zu ermitteln, die man für ein vertikal oder horizontal polarisiertes Laserstrahl-Ausgangssignal an den LCVR 24 anlegen muss, siehe 7, wird die Ausrichtung des Strahlteiler-Analysewerkzeugs 46 geschwenkt, so dass der Polarisations-Strahlteiler 48 vor der Lambda-Viertel-Platte 50 angeordnet wird und nicht dahinter. In dieser Ausrichtung erfüllt die Lambda-Viertel-Platte 50 keinerlei nützliche Funktion, da sie lediglich linear polarisiertes Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandelt, ohne die Energie des Lichts zu verändern, das die Platte durch läuft. Ist der Laserstrahl 12 linear polarisiert, so sollte er den Polarisations-Strahlteiler 48 zu hundert Prozent durchlaufen oder vom Polarisations-Strahlteiler 48 zu hundert Prozent reflektiert werden, und zwar abhängig davon, ob der Laserstrahl 12 vertikal oder horizontal polarisiert ist.
Die in Verbindung mit 6 und 7 beschriebenen Prozeduren können im Zuge der Herstellung der Vorrichtung in 3 vorgenommen werden oder beim Einbau des LCVR 24 und der Halterung in ein vorhandenes Lasersystem im Fall einer Aufrüstung. Sind diese Prozeduren erfolgt, so sollte das Strahlteiler-Analysewerkzeug 46 aus dem Lasersystem entfernt werden und der vorderen Umlenkspiegel sollte wieder in das Lasersystem eingebaut werden. Durch das Anlegen einer Anzahl unterschiedlicher Spannungen an den LCVR 24 und das Beobachten der relativen Lichtmengen, die die Erfassungsplatten 52 und 54 erfassen, kann man die geeignete Spannung feststellen, die man zum Erzielen einer vertikalen linearen Polarisation, einer horizontalen linearen Polarisation und einer zirkularen Polarisation benötigt. Diese Spannungen kann man mit dem Computer 42 oder dem digitalen Controller 44 speichern, oder man kann sie für den Gebrauch durch einen Benutzer des manuellen Controllers 40 aufzeichnen. Ein Kunde kann den digitalen Controller 44 so programmieren, dass jede beliebige Spannung an den LCVR 24 angelegt wird. Wünscht beispielsweise ein bestimmter Kunde, eine Spannung zu ermitteln, mit der man eine vertikale elliptische Polarisation oder eine horizontale elliptische Polarisation erhält, so kann der Kunde diese Spannung experimentell feststellen, indem er die im Zusammenhang mit 6 und 7 beschriebenen Vorgehensweisen anwendet. Die im Zusammenhang mit 6 und 7 beschriebenen Vorgehensweisen sollten für jedes Gerät gesondert ausgeführt werden, da gewisse Abweichungen im Betrieb des LCVR 24 geräteabhängig auftreten können, weil unterschiedliche Laser bei unterschiedlichen Wellenlängen, unterschiedlichen Spannungen und unterschiedlichen Polarisationen arbeiten können. Wünscht man beispielsweise die Wellenlänge zu ändern, auf der ein bestimmtes Lasersystem arbeitet, so ist es wichtig, die oben beschriebenen experimentellen Prozeduren erneut auszuführen.
Es ist möglich, im Experiment das Energiefenster zu ermitteln, das man durch Ausrichten der linearen oder elliptischen Polarisation des Laserstrahls mit Verbindungen erzielen kann. Man kann das Lasersystem dazu verwenden, sämtliche Verbindungen in einer Verbindungsbank zu durchtrennen (die tausende von Verbindungen enthalten kann), wobei die Polarisation des Laserstrahls mit jeder Verbindung ausgerichtet ist und jede Verbindung mit einer geringfügig anderen Energie unterbrochen wird. Die Verbindungen werden anschließend überprüft, um festzustellen, ob die Verbindungen sauber aufgetrennt sind oder ob der Schnitt rau ist oder ob Material aus dem Schneidebereich entfernt ist, weil Laserenergie nicht sauber von der Verbindung absorbiert wird. Ist die Laserenergie zu gering, so werden die Verbindungen nicht sauber aufgetrennt, und ist die Energie viel zu gering, so werden die Verbindungen überhaupt nicht durchtrennt. Ist die Laserenergie zu hoch, so können das die Verbindung umgebende Substrat sowie umgebende Merkmale beschädigt werden, beispielsweise weitere Verbindungen. Die sauber aufgetrennten Verbindungen bestimmen das Energiefenster.
Führt man die gleiche Prozedur mit der linearen oder elliptischen Polarisation des Laserstrahls aus, die senkrecht mit jeder Verbindung ausgerichtet ist, oder mit der zirkularen Polarisation des Laserstrahls oder irgendeiner anderen möglichen Polarisation, so kann man auch das Energiefenster ermitteln, das zu diesen Polarisationen gehört. Es hat sich gezeigt, dass man unter Verwendung dieser Vorgehensweisen das Energiefenster vergrößern kann, indem man einen linear polarisierten Laserstrahl mit den aufzutrennenden Verbindungen ausrichtet.
Es werden eine neuartige und verbesserte Vorrichtung sowie neuartige und verbesserte Vorgehensweisen für die Laserbearbeitung von Halbleitervorrichtungen beschrieben. Es ist offensichtlich, dass Fachleute die besonderen hier beschriebenen Ausführungsformen mit zahlreichen Änderungen und Abwandlungen verwenden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der in den Ansprüchen bestimmt ist.

Claims

Polarisationsgestütztes Laserbearbeitungssystem (10) zum Auftrennen von Verbindungen in einem Werkstück, beispielsweise einer Halbleitervorrichtung, das eine gepulste Laserquelle (20) enthält, die ein Impulse lieferndes Element besitzt, das Laserimpulse bei einer Arbeitswellenlänge bereitstellt, und ein optisches System, das ein Fokussierelement (32) aufweist, das einen Laserstrahl (12) von der gepulsten Laserquelle (20) auf ein erstes Material einer aufzutrennenden Verbindung lenkt, wobei das polarisationsgestützte Bearbeitungssystem zudem eine einstellbare Polarisationsveränderungs-Vorrichtung (24) enthält, und das System dadurch gekennzeichnet ist, dass die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung während des Betriebs des Systems eingestellt wird, und zwar mit Hilfe eines digitalen Controllers (44), damit die Verbindung mit dem Laser durchtrennt wird, indem man einen elliptisch oder linear polarisierten Laserstrahl bereitstellt, der eine gewünschte Orientierung der Polarisation relativ zur Ausrichtung der zu unterbrechenden Verbindung hat, damit man ein optimiertes Energiefenster bereitstellen kann, das breiter ist als andere Energiefenster, die man mit anderen Orientierungen des elliptisch oder linear polarisierten Laserstrahls hinsichtlich des ersten Materials der Verbindung erhalten würde, die zu durchtrennen ist, so dass man die Verbindung unterbrechen kann, ohne dass Schäden am umgebenden Substrat oder an umgebenden Merkmalen entstehen.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei die gepulste Laserquelle (20) einen gütegeschalteten Laser umfasst, der gütegeschaltete Impulse erzeugt.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung (24) einen variablen Flüssigkristall-Verzögerer enthält.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei das System eine variable Strahlteilervorrichtung enthält, damit man die Energie der ausgesendeten Laserimpulse kontrollieren kann, die die einstellbare Polarisationsveränderungs-Vorrichtung (24) erreichen.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 4, wobei die variable Strahlteilervorrichtung einen Polarisations-Strahlteiler (18) und eine Lambda-Halbe-Platte (22) enthält.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei der Controller (44) mit der einstellbaren Polarisationsveränderungs-Vorrichtung verbunden ist und die einstellbare Polarisationsveränderungs-Vorrichtung abhängig von der Ausrichtung der Verbindung steuert, die an der Oberfläche des Werkstücks mit dem polarisationsgestützten Lasersystem zu bearbeiten ist.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 6, wobei unterschiedliche Arten von Verbindungen in einem Halbleiterwafer, der Halbleitervorrichtungen enthält, mit unterschiedlichen Energien optisch aufgetrennt werden.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei das Werkstück zahlreiche Verbindungen enthält.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 8, wobei mindestens eine Verbindung mindestens eine darüber liegende Oxidschicht enthält.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei die einstellbare Polarisationsveränderungs-Vorrichtung (24) auf die Laserbearbeitung des ersten Materials der Verbindung eingestellt wird, damit man ein größtmögliches Energiefenster für die zu bearbeitenden Verbindungen erhält.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei das System das erste Material an einer ersten Verbindung mit einer ersten elliptischen oder linearen Polarisation bearbeitet, und eine zweite Verbindung mit einer zweiten elliptischen Polarisation, die sich von der ersten elliptischen oder linearen Polarisation unterscheidet.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 11, wobei die ersten und zweiten Verbindungen mit entsprechenden horizontalen und vertikalen Ausrichtungen der Polarisation bearbeitet werden.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei das System ferner einen Polarisations-Strahlteiler (18) enthält, der einen linear polarisierten Laser strahl an die Polarisationsveränderungs-Vorrichtung (24) liefert.
Polarisationsgestütztes Lasersystem nach Anspruch 1, wobei unterschiedliche Arten von Verbindungen in einem Halbleiterwafer, der Halbleitervorrichtungen enthält, mit unterschiedlichen Energien optisch aufgetrennt werden.