JP2005522023A - デバイスのアレイを高速かつ正確にマイクロマシニング加工する方法及びシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】 デバイスのアレイの高速で正確なマイクロマシニング加工のための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】 デバイスのアレイを高速かつ正確にマイクロマシニング加工する方法及びシステムが開示され、処理能力及び抵抗器トリミング精度のような精度の改善がもたらされる。抵抗測定の数は、非測定カットの使用により、不連続の共線カットの使用により、スポットが扇形に広がる平行カットの使用により、及びより高速の共線カットに対する逆行走査技術の使用により制限される。熱的な影響を管理するために不連続カットも使用され、精度を改善するために較正されたカットが使用される。抵抗器の損傷を回避するために試験電圧が制御される。

Description

関連特許及び出願
本出願は、2002年3月28日出願の「レーザベースのマイクロマシニング方法及びシステムとチップ構成要素及び同様の構造の高速レーザトリミングへの応用」という名称の米国特許仮出願一連番号第60/368,421号の恩典を主張する。本出願はまた、現在は米国特許出願第2002/0162973号として公告されている2002年3月27日出願の「デバイスを処理する方法、それをモデリングする方法及びシステム、及びデバイス」という名称の米国特許出願一連番号第10/108,101号に対する優先権を主張し、またその一部継続出願である。「ディザリングによってレーザビーム強度プロフィールを成形する方法及び装置」という名称の本発明の譲渡人に譲渡された本発明人による米国特許第6,341,029号は、本明細書においてその全内容が引用により援用される。本出願はまた、同じく本発明の譲渡人に譲渡された「レーザシステムにおけるパルス制御」という名称の米国特許第6,339,604号に関連している。本出願はまた、同じく本発明の譲渡人に譲渡され、現在は米国特許出願第2002/0170898号として公告された、2002年3月27日出願の「フィールド内の1つ又はそれ以上の目標の材料を処理する高速レーザベースの方法及びシステム」という名称の現在特許出願中の米国特許出願一連番号第10/107,027号に関連している。
本発明は、デバイスのアレイの高速で正確なマイクロマシニング加工のための方法及びシステムに関する。本発明はまた、抵抗器のトリミング、特に薄膜ブロック構造上の蛇行抵抗器のトリミングの分野に関連する。レーザ抵抗器トリミングは、導体間の抵抗材料区域のレーザ処理カットを伴う。
抵抗器トリミングは(他の電子構成要素及び回路のトリミング及びマイクロマシニング加工と同様に)、過去20年以上に亘って進展し、現在では厚膜、薄膜、及び他の電子技術の回路を調節するために使用されている。「レーザ材料処理のLIAハンドブック」、17章、583−588ページ、2001年掲載の論文「トリミング」には、レーザトリミングのいくつかの態様を説明する業績が収録されている。本出願の図1a−1cは、その論文から取り入れられている。図1aは、非トリミング抵抗器の電流流線を示し、それに対して、図1bは、電流流線に対するレーザトリミングの効果を示している。図1cは、様々な抵抗器の幾何学形状及びカットの種類によるいくつかの結果(安定性、速度、及び公差)をまとめている。
米国特許第6,510,605号、第6,322,711号、第5,796,392号、第4,901,052号、第4,853,671号、第4,647,899号、第4,511,607号、及び第4,429,298号は、レーザトリミング方法及びシステムに関する例示的な米国特許である。
米国特許第4,429,298号は、蛇行トリミングの多くの態様に関連する。基本的に、蛇行抵抗器は、連続プランジカットで形成され、最終トリムカットは、最終プランジからの抵抗器のエッジに対して平行に為される。それは、抵抗器上で一端から交互に「漸進的に」プランジカットを形成すると説明され、最大及び最小のプランジカット長さ、トリムカットに対するプランジカットの抵抗閾値、プランジカットのより高速のカット速度、及び様々な抵抗及びカット長さ試験で構造化された処理流れを考慮する。
厚膜回路からウェーハトリミングに至る全ての作動スケールでの正確なトリミングのような改良型高速マイクロマシニング加工に対する必要性が依然として存在する。
米国特許仮出願一連番号第60/368,421号 米国特許出願第2002/0162973号 米国特許出願一連番号第10/108,101号 米国特許第6,341,029号 米国特許第6,339,604号 米国特許出願第2002/0170898号 米国特許出願一連番号第10/107,027号 米国特許第6,510,605号 米国特許第6,322,711号 米国特許第5,796,392号 米国特許第4,901,052号 米国特許第4,853,671号 米国特許第4,647,899号 米国特許第4,511,607号 米国特許第4,429,298号 米国特許第4,918,284号 米国特許第6,501,061号 米国特許第5,837,962号 米国特許第5,521,628号 日本特許要約JP53152662 米国特許第6,483,071号 米国特許第6,518,540号
本発明の目的は、デバイスのアレイを高速で正確にマイクロマシニング加工するための改良された方法及びシステムを提供することである。
本発明の上記及び他の目的を達成する上で、デバイスのアレイを高速で正確にマイクロマシニング加工する方法が提供される。デバイスの各々は、少なくとも1つの測定可能な特性を有する。本方法は、(a)測定可能な特性の値を変化させるためにアレイ内のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工する段階と、(b)選択的にマイクロマシニング加工する段階を中断する段階と、(c)選択的にマイクロマシニング加工する段階が中断されている間に、測定可能な特性の値を変化させるためにアレイ内の少なくとも1つの他のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工する段階と、(d)デバイスの測定可能な特性をその値が望ましい範囲に入るまで変化させるために、中断された選択的にマイクロマシニング加工する段階を再開する段階とを含む。
デバイスは、抵抗器とすることができる。
抵抗器は、薄膜抵抗器とすることができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階は、デバイスをカットする少なくとも1つのレーザビームで実行することができる。
本方法は、測定値を取得するために、デバイスのうちの少なくとも1つの1つの測定可能な特性を測定する段階を更に含むことができる。
本方法は、比較を得るために測定値を所定の閾値と比較する段階と、その比較に基づいて他のデバイスの少なくとも1つをマイクロマシニング加工する段階とを更に含むことができる。
本方法は、測定値に基づいて他のデバイスの少なくとも1つを選択的にマイクロマシニング加工する段階を更に含むことができる。
本方法は、測定値に基づいて、他のデバイスの少なくとも1つの測定可能な特性を測定しないことを判断する段階を更に含むことができる。
本方法は、抵抗器のアレイを高速かつ正確にレーザトリミングするためのものとすることができ、測定可能な特性の1つは、抵抗であるとすることができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階の各々は、材料を選択的に除去する段階を含むことができる。
アレイは、1つ又はそれ以上の行及び1つ又はそれ以上の列の少なくとも一方を含むことができる。
複数のデバイスを実質的に同時に照射するために、選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、複数の集束レーザパルスを用いて実行することができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、複数の集束レーザパルスを用いて実行することができる。本方法は、集束レーザパルスを分配する段階を更に含むことができる。
分配する段階は、複数のレーザビームを用いて分布パターンを生成する段階と、レーザビームを集束させる段階とを含むことができる。
レーザトリミングは、抵抗器の導体間の抵抗材料の区域における一連の交互に入り込んだカットを生成することができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、マイクロマシニング加工されるデバイスの各々の位置にレーザビームを位置決めする段階と、マイクロマシニング加工されるデバイスの各々の少なくとも一部分を、少なくとも1つのレーザパルスで選択的に照射する段階とを含むことができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、レーザビームを生成してアレイのフィールド内の第1の方向に移動するように相対的に位置決めする段階と、フィールド内の少なくとも1つのデバイスの少なくとも一部分を、少なくとも1つのレーザパルスで選択的に照射する段階とを含むことができる。
本方法は、レーザビームを生成してフィールド内の第1の方向と実質的に反対の第2の方向に移動するように相対的に位置決めする段階と、フィールド内の少なくとも1つのデバイスの少なくとも第2の部分を、少なくとも1つのレーザパルスで選択的に照射する段階とを更に含むことができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、レーザビームを生成してデバイスを横切る第1の走査パターンで移動するように相対的に位置決めする段階と、第2の走査パターンを第1の走査パターンに重ね合わせる段階と、少なくとも1つのデバイスを少なくとも1つのレーザパルスで照射する段階とを含むことができる。
第2の走査パターンは、逆行走査とすることができ、少なくとも1つのデバイスを照射する少なくとも1つのレーザパルスの走査速度は、第1の走査パターンの対応する走査速度よりも遅い。レーザエネルギは、第1の走査パターンのみに関連する期間よりも長い期間の間少なくとも1つのデバイスに集中させることができ、それによって処理能力が向上する。
第2の走査パターンは、第1のデバイスから第2のデバイスへのジャンプを含むことができる。
選択的にマイクロマシニング加工する段階は、複数のレーザパルスを用いて実行することができ、パルスの少なくとも1つは、0.1マイクロジュールから25ミリジュールの範囲のエネルギを有することができる。
測定値は、測定温度値とすることができる。
デバイスは、実質的に同一とすることができる。
更に、本発明の上記及び他の目的を達成する上で、デバイスのアレイを高速かつレーザベースで正確にマイクロマシニング加工するためのシステムが提供される。デバイスの各々は、少なくとも1つの測定可能な特性を有する。本システムは、パルスレーザサブシステムを含む。デバイスの一部分をレーザパルスで選択的に照射するために、パルスレーザシステムに光学サブシステムが結合される。コントローラがサブシステムに結合され、サブシステムを制御して(a)測定可能な特性の値を変化させるためにアレイ内のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工し、(b)選択的マイクロマシニング加工を中断し、(c)選択的マイクロマシニング加工が中断されている間に、測定可能な特性の値を変化させるためにアレイ内の少なくとも1つの他のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工し、(d)デバイスの測定可能な特性をその値が望ましい範囲に入るまで変化させるために選択的マイクロマシニング加工を再開する。
光学サブシステムは、ビームデフレクタと、マイクロマシニング加工されるデバイスの各々を含む第1の走査パターンに沿ってレーザビームを走査するようにビームデフレクタを制御するためのビームデフレクタコントローラとを含むことができる。
本システムは、デバイスのうちの少なくとも1つの測定可能な特性の1つを測定するための測定サブシステムを更に含むことができる。
マイクロマシニング加工は、レーザトリミングとすることができ、アレイは、抵抗器のアレイであり、測定サブシステムは、プローブアレイとすることができる。
光学サブシステムは、高速の第2の走査パターンを第1の走査パターンに重ね合わせるための第2のビームデフレクタを含むことができ、それによってシステムの処理能力が向上する。
コントローラは、サブシステムが制御されてデバイスの少なくとも1つに対してマイクロマシニング加工中にデバイス温度を下げるトリミングシーケンスを発生するように、サブシステムに結合することができる。
本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面と共に以下の本発明を実施するための最良の態様の詳細説明から容易に明らかになる。
高速蛇行トリミング処理
抵抗器トリミングでは、カットは、電流を抵抗経路に沿った抵抗材料を通って流れるように方向付ける。カットの大きさ及び形状を精密に制御して調節することにより、図1a−1cに示すように抵抗を望ましい値に変化させることができる。一般的に、チップ抵抗器は、基板上の行と列に配置される。図2aは、抵抗器R1、R2、...RNの行が処理される構成を示す。プローブ200を有し、図2aの矢印で示すプローブアレイは、抵抗器の行の導体と接触202させられる。マトリックスの切換は、第1の対の導体(例えば、R1に亘る接点)に関する接触に対処し、導体の対の間の抵抗を望ましい値に変化させるために、一連のカット及び測定が実行される。抵抗器のトリミングが終了すると、マトリックスは、次の行要素(例えば、R2)での第2の組の接点に切り換え、トリミング処理が繰り返される。抵抗器(R1...RN)の行全体がトリミングされた時に、接点及びプローブアレイ間の接触が壊れる。基板は、次に別の行に対して相対的に位置決めされ、プローブアレイが接触させられ、前の行と同様の方法で第2の行が処理される。
例えば図1cに示すような蛇行薄膜抵抗器のトリミングは、抵抗材料の導体間の区域に交互に入り込んだカットを作り出すためのレーザ処理を伴う。交互に入り込んだカットは、電流をカットの周りに巻き付いた蛇行経路に沿って抵抗材料を通って流れるように方向付ける。この幾何学形状は、単一区域薄膜/導体レイアウトで広範囲な抵抗を作り出すことを可能にする。上述の手法は、抵抗器サイトでの測定段階によって蛇行カットのシーケンスを処理し、その後、次の抵抗器に移動するであろう。
図2aを参照すると、任意のカットに対する初期レーザ位置が205として示され、ビーム位置決め装置が、ビームを線形経路に沿って抵抗器材料を通るように方向付けする。本発明によると、新しいパラダイムは、第1の抵抗器の脚(例えば、R1のトリムカット204)をトリミングし、抵抗値を測定する。抵抗値が所定の閾値よりも小さい場合、その行の他の抵抗器R2...RNに亘る同様の共線トリムが行われる。行に沿う完全な共線トリムは、図2aの210に示されており、対応するブロック220は、図2bに更に規定されている。本発明の少なくとも一実施形態では、基板を通しての薄膜のコンシステンシーを判断するために抵抗器のサブセットを測定することができるが、薄膜のコンシステンシーが既知の場合は、測定は一度で十分であろう。
行の抵抗器に沿ったカットの次の共線のグループは、図2aの211に示すのと同様の方法で行われ、図2bのブロック221で更に規定され、抵抗器RNは、最初にトリミングされる。処理は、図2aの212−213に示すように繰り返され、対応して図2bのブロック222−223で更に規定される。閾値を超えたことを測定値が示す場合、行R1...RNのトリミングは、次の抵抗器に切り換える前に値までトリミングするように各抵抗器の測定と共に進行する(ブロック224で214として示す)。
測定数の制限及び共線トリム軌道の維持は、両方ともトリム速度を増大させる。
図3の流れ図は、図2a−2bに対応する各段階と、トリミングシステムで使用される付加的な処理段階(例えば、指標付け及び装填段階)とを更に規定する。
少なくとも一実施形態では、カットする段階は、所定の情報に基づいて実行することができる。一例として、いくつかの種類の抵抗器に対して、抵抗値が測定される前に第1の一連の要素をカットすることができ、そのシーケンスは、抵抗器の所定のパラメータ(例えば、幾何学形状)及び/又は既知の薄膜特性(例えば、シートの抵抗値)に基づく。同様に、いくつかの非測定カットを第1の抵抗器において学習モードで判断することができる(例えば、少なくとも1つの測定又は反復測定を含む)。1つの学習モードでは、反復測定が行われ、非トリムカットの数は、測定値と材料特性に基づいて判断される。少なくとも一実施形態では、非測定カットの数を計算することができる。
例えば、測定をしないで4回のカットを行うことができる。図4aを参照すると、初期条件410が示されており、図2aのように行と接触202してプローブが配置されている。図4bを参照すると、ブロック420で初期条件が更に規定される。一例として、図4a−4bは、何も測定をせずに最初に4回のカット411が行われるトリミング処理の実施形態を示す。ブロック421は、図4bに示すように、少なくとも1つの予めトリミングされた値又は条件に基づいて、測定のない所定数のカット(例えば、4回)を規定する。4回のカットを終了させるための走査経路を405で示す。次に、その行の第1の抵抗器R1は、406でトリミングされ、目標値が達成されたか否かを判断するために測定される。達成されない場合は、ブロック422で更に規定されるように、残りの抵抗器R2...RNが、412で示すようにカットされる(例えば、測定されずに)。
次に、413で示され、ブロック423によって更に規定されるように、処理は、RNのトリミング407から始まり、次にR〔N−1〕からR1までカットして繰り返される。従って、方向の各変更によってR1又はRNのいずれかがトリミングされ、目標値が達成されない場合は、残りの抵抗器R2...RN、又は、R〔N−1〕...R1がそれぞれカットされる。最終の段階は、R1又はRNが目標値に達した後にもたらされる。各抵抗器は、414で示され、ブロック424によって更に規定されるように、順次接続されてトリミングされる。
図5の流れ図は、図4a−4bに対応する段階と、トリミングシステムで使用される付加的な処理段階(例えば、指標付け及び装填段階を含む)とを更に規定する。
繰返し測定によって所定の情報が取得される一実施形態では、事前にトリミングされた値が提供される。それらの値は、オペレータやプロセスエンジニアによって指定されるか、又はその他の方法で取得することができる。ソフトウエアは、印加された試験電圧及び/又は電流が制御されるように、事前にトリミングされた目標値を指定又は使用する能力を提供する。この機能は、蛇行トリミングに付随する広範囲の抵抗変動に亘って部品を損傷させるほど高い電圧を回避するのに有用である。本発明の一実施形態において高速抵抗器測定システムを使用する場合、測定のために抵抗器に印加された電圧は、初期の低い抵抗値カットに対しては減少し、通過する電流と抵抗器に対する損傷の可能性とを制限する。引き続きカットが行われて抵抗値が減少するので、測定電圧は増加する。
図2a及び2b及び図4a及び4bの典型的なトリム及びカットのシーケンスは、材料特性と他の処理パラメータ及び公差との変動を考慮するように修正することができる。
例えば、本発明の少なくとも一実施形態では、測定されたトリムカットが目標値に到達し、長さが最大許容カット長さの所定限界内である時は、付加的な段階を利用することができる。その限界内では、材料特性の変動は、目標値に足りないいくつかのトリムカットを残す場合があり、追加のカットを必要とする。
第1のモードでは、トリムカットは1行の要素で順次行われ、目標値に達しない要素の位置が記憶される。その後のトリムカットにより、記憶された位置に残っている要素は、目標値にトリミングされる。
第2のモードでは、値までトリミングされた第1の要素の長さに基づいて、カット長さが減らされて目標値が達成されるのを防止し、行を完成させるために非測定カットが処理される。その後のトリムカットは、行の全ての要素を目標値にする。
第3のモードでは、1つの要素に対する以前の少なくとも1回のカットの長さは、その後のカットが限界条件に該当しないように修正される。
少なくとも一実施形態では、測定されたトリムカットの値が目標値の所定の限界内にある時は、追加の段階を使用することができる。その限界内においては、材料特性の変動は、十分な非測定カットを使用して、いくつかの要素を目標値を超えたままにする場合がある。
第1のモードでは、トリムカットは1行の要素で順次行われ、目標値に達しない要素の位置が記憶される。その後のトリムカットにより、記憶された位置に残っている要素は、目標値にトリミングされる。
第2のモードでは、第1の要素で測定された値に基づいて、カット長さが減らされて目標値が達成されるのを防止し、行を完成させるために非測定カットが処理される。その後のトリムカットは、行の全ての要素を目標値にする。
第3のモードでは、1つの要素に対する以前の少なくとも1回のカットの長さは、その後のカットが限界条件に該当しないように修正される。
従来の単一抵抗器トリム技術とは反対に、実験データは、図2−4に示すように1行の全ての抵抗器をカットすることによる処理能力の改善を示している。一例として、概略の結果が以下の表に示されている。
Figure 2005522023
1行の抵抗器数の増加、測定の減少、及び最終(すなわち、精密)トリミング時間の短縮に伴って、全体的なトリム速度は増大する。
更に、各抵抗器は、レーザが発生したエネルギから回復するための付加的な時間を有する。カットのシーケンスは、要素の温度変化を管理するように決めることができる(例えば、カット中の最大要素温度の低減)。例えば、図4aを参照すると、シーケンス405を逆にすることができ、それによって一組のカットは、要素の中心付近で開始され、導体及びプローブに接近して要素の端部に進行するように行われる。他のシーケンスや適切なシーケンスを使用することができる(例えば、熱を管理する上で有利な非隣接カットの任意のシーケンス)。好ましくは、第2の要素は、測定の追加段階の前にカットすることができる。
蛇行カットに対する抵抗変化の範囲は、ほぼ1桁の大きさ(例えば、10X)から、一般的に2桁の大きさ(100X)、そして現在の材料のほぼ500Xまで変化する。
レーザトリミングシステム
本発明の少なくとも一実施形態では、「レーザトリミング装置の較正方法」という名称の米国特許第4,918,284号に説明した方法を使用して、レーザトリミングシステムを最初に較正することができる。この第4,918,284号特許は、レーザビームを基板領域上の望ましい公称レーザ位置に移動させるためのレーザビーム位置決め機構を制御し、実際のレーザ位置を確立するために媒体上にマークを刻み(例えば、線をカットする)、実際のレーザ位置を検出するために刻まれたマークを走査し、実際のレーザ位置を望ましい公称位置と比較することによるレーザトリミング装置の較正方法を教示している。好ましくは、レーザビームは、1波長上で作動し、マークは、別の波長上で作動する検出装置で走査される。検出装置は、基板領域全体の一部分を含むフィールドを見て、フィールド内のマークの位置を判断する。第4,918,284号特許は、カメラの視野に対してビーム位置がどこにあるかを判断する方法を更に教示している。
単独で又は第4,918,284号の方法と組み合わせて他の較正技術を使用することができる。例えば、「レーザ較正装置及び方法」という名称の米国特許第6,501,061号は、集束レーザビームを正確に位置決めするためのスキャナ座標を判断する方法を開示している。集束レーザビームは、作業表面上の対象領域(例えば、開口)に亘ってレーザスキャナによって走査される。集束レーザビームの位置は、所定の時間又は空間の間隔で又は作業表面の開口を通って集束レーザビームが現れた時に光検出器によって検出される。集束レーザビームの検出位置を使用して、集束レーザビームが検出された時のレーザスキャナの位置に基づくスキャナ位置対ビーム位置のデータが生成される。スキャナ位置対ビーム位置のデータを使用して、開口の中心又は集束レーザビームの望ましい位置に対応するスキャナ位置の座標を判断することができる。
好ましくは他の多くのシステム構成要素の較正を含むシステム較正に続いて、トリミングされるデバイスを含む少なくとも1つの基板が、トリミングステーション内に装填される。
第4,918,284号特許から一部援用された図6aを参照すると、改良レーザトリミングシステムは、レーザビーム位置決め機構605まで及びそれを通って基板領域606まで光路604に沿ってレーザビーム603を出力する、一般的に波長が約1.047ミクロンから1.32ミクロンの赤外線レーザ602を含むことができる。薄膜アレイのトリミングに応用するために、当業技術で公知の市販されている様々な技術を使用してIRレーザの出力周波数を2倍にすることにより、約0.532ミクロンの好ましい波長を得ることができる。
レーザビーム位置決め機構605は、好ましくは、一対のミラーと付属のそれぞれの検流計607及び608とを含む(様々なものが本発明の譲渡人から入手可能である)。ビーム位置決め機構605は、レンズ609(テレセントリック又は非テレセントリックであり、好ましくは2つの波長で色消しにすることができる)を通じて、フィールドに亘って基板領域606にレーザビーム603を誘導する。X−Y検流計ミラーシステムは、十分な精度が維持される場合は、基板全体の角度的有効範囲をもたらすことができる。そうでなければ、基板及びレーザビーム間の相対的運動を提供するために、様々な位置決め機構を使用することができる。例えば、617で概略で示されている2軸精密段階及び反復トランスレータを使用して、検流器ベースのミラーシステム607及び608のフィールド内(例えば、X−Y平面内)で基板を位置決めすることができる。レーザビーム位置決め機構605は、2つの直交する軸線に沿ってレーザビーム603を移動させるので、基板領域606に亘ってレーザビーム603の2次元の位置決めをもたらす。各ミラーと付随する検流計607及び608とは、コンピュータ610の制御の下でそのそれぞれのx又はy軸に沿ってビームを移動させる。照明装置611は、ハロゲン光又は発光ダイオードであり、基板領域606を照明するために可視光線を生成する。
ビーム分配器612(部分反射ミラー)は、光路604内に配置され、基板領域606から経路604に沿って反射された光エネルギを検出装置614に誘導する。検出装置614は、カメラ615を含み、それは、デジタルCCDカメラ(例えば、カラー又は白黒)及び付随するフレーム取込み器616(又は、カメラに設けられたデジタルフレームバッファ)とすることができ、それは、基板領域606の一部分の2次元画像を表すピクセルデータを取得するために、テレビジョンカメラ615からのビデオ入力をデジタル化する。ピクセルデータは、フレーム取込み器616のメモリ内に記憶されるか、又は、例えば高速リンクによってコンピュータ610に直接伝送されて処理される。
ビーム位置決めサブシステムは、レーザスポットの大きさを調節するため及び/又は基板位置でのレーザスポットの自動焦点合わせのためのコンピュータ制御光学システムのような他の光学構成要素を含むことができる。
抵抗器アレイの薄膜トリミングに本発明を適用する上で、少なくとも1つの薄膜アレイが基板によって支持される。上述のように取得された較正データは、好ましくは、自動化機械視覚アルゴリズムと組み合わせて使用され、アレイの要素(例えば、抵抗器R1)を探し出し、図6bの要素620の少なくとも1つの幾何学的特徴の位置を測定する。例えば、この特徴は、利用可能な数多いエッジ検出アルゴリズムの1つを使用して、メモリ内のピクセルデータの解析によって見出された水平エッジ621(例えば、X方向に平行なエッジ)の1つ、及び垂直エッジ622(例えば、Y方向に平行なエッジ)の1つとすることができる。これらのエッジは、抵抗器の全周囲に沿う多重エッジ測定値、エッジのサンプル、又はアレイの多くの抵抗器からのエッジを含むことができる。次に、抵抗器の幅が判断され、これは、一般的に幅の所定の百分率としてカット長さを定めるために使用することができる。好ましくは、エッジの情報は、自動的に取得され、例えば行R1...RN内の各カット長さを制御するために較正データと共に使用される。他の測定アルゴリズム、例えば画像相関アルゴリズム又は斑点検出法もまた、適切であれば使用することができる。
較正は、カットに沿って1つ又はそれ以上の点で適用することができる。少なくとも一実施形態では、少なくとも1つのカットの開始点は、較正データを用いて補正されることになる。
好ましくは、図2及び4の複数のカットの長さ及び開始点が補正されることになる。
最も好ましくは、図2a及び4aの全てのカットの長さ及び開始点が補正されることになる。
一実施形態では、第1の抵抗器(例えば、R1又はRN)が較正され、対応する補正は、その行の全ての抵抗器(例えば、R1,...,RN)に適用されることになる。
完全な自動化が好ましい。しかし、オペレータが介在する半自動アルゴリズムを使用してもよく、それは、例えば、アレイ要素620がフィールド内にあるように検流器が配置され、次に、ビームが要素に沿って順次インタラクティブに位置決めされ、強度プロフィール(又は、強度の微分)がオペレータによってディスプレイ630上で観測されるような場合である。
アレイ領域内の座標を調節するための較正情報の使用は、処理能力を低下させずにレーザビームの位置決め精度を改善するのに大切である。抵抗器の幅の測定値及び整列データは、カットの長さを制御し、かつスキャナのXY座標系に対するアレイの線形性及び非直交性からのずれを補正するのに有用である。幾何学形状補正のための較正データの使用は、1つ又はそれ以上の線形平行移動ステージを有するレーザトリミングシステムでの使用に特に十分に適するものである。
幾何学形状補正は、f−シータレンズ線形性やファンビーム補償などを含む他の有用なシステムデザインの特徴に必ずしも取って代わるものではない。システム公差の蓄積は、一般的に、予想される位置誤差に基づいていくつかのカット較正位置間の交換条件を判断するのに使用することができる。ビームを特に多くの抵抗器に亘って大きな間隔で扇形に広げる時は、1つだけが較正されて整列させられる。例えば、抵抗器間の間隔が比較的大きい場合、単一のカットが較正されて整列させられるであろう。得られる位置の誤差は、各要素において、システム設計、f−シータ線形性、及び扇形拡大補償などで部分的に緩和されると予想される。横断方向扇形の間隔が密なカットは、軸線方向扇形と比較して誤差が小さいことが期待される。
更なる処理能力の改善−光学技術
本発明の少なくとも一実施形態では、以下に説明する技術の1つ又はそれ以上を使用して有効走査速度を増すことにより、処理能力を更に改善することができる。
共線トリムによる処理速度の更なる増加は、行の抵抗器間のトリム間隙に亘るより高速のジャンプによって実現することができる。そのような1つの間隙216を図2aに示す。図7を参照すると、本発明の少なくとも一実施形態では、単軸の「音響光学ビームデフレクタ(AOBD)」は、検流計が行に亘って一定速度702で走査する時にのこ歯状線形走査パターン701を重ね合わせる。トリミング中は、「AOBD」は逆行運動703で走査し、トリム間で次のカットへの高速ジャンプ704をもたらす。これによって、検流計は一定速度で走査することができ、全処理時間に対するジャンプの寄与を最小にする。
速度を改善するために音響光学デフレクタを検流計と組み合わせて使用することは、当業技術では公知である。例えば、米国特許第5,837,962号は、加工物を加熱、溶融、蒸発、又はカットするための改良型装置を開示している。二次元音響光学デフレクタは、マーク付け速度において約5倍の改善をもたらした。
全内容が引用により援用される米国特許第6,341,029号は、増加した速度に対して逆行モードで本発明を実行する時の完全なシステムに使用することができるいくつかの構成要素を有する実施形態をその図5に示している。この第6,341,029号特許では、音響光学デフレクタと検流計は、付随するコントローラと共に、レーザパターン化に対するCWビームのディザリングのために示されている。また、システム構成に関する付加的な詳細については、第6,341,029号特許のコラム3の47行目とコラム4とを参照することができる。
好ましくは、第6,341,029号特許の構成は、光学構成要素及び走査制御プロフィールの修正をもたらすように利用可能な技術を使用して容易に適応させられ、好ましくは付加的なハードウエア較正手順を使用して、本発明の逆行走査技術を実行することができる。
本発明の別の実施形態では、蛇行抵抗器に対する共線トリムは、行に沿った多重スポットを用いて平行に実施することができる。扇形に広がる格子又は他の多重ビーム発生装置は、2つ又はそれ以上のスポットが形成されて、行に沿った抵抗器ピッチに従って整列するようなスポットアレイを作り出すために使用される。例えば、米国特許第5,521,628号は、多重部分を同時にマーク付けするための回折光学素子の使用を開示している。多重ビームは、より強力なレーザ供給源から発生したか又は多重供給源からのビームが結合した、より低電力のビームとすることができる。走査システムは、多重ビームを走査し、多重抵抗器に亘って同時に共通走査レンズを通してスポットを形成する。トリム処理は、非測定カット段階中に2つ又はそれ以上の平行なカットを使用する単一スポット方法と類似である。閾値に達すると、システムは、単一スポットモードに変換して各抵抗器を値まで直列にトリミングする。
同様に、蛇行抵抗器に対する共線トリムは、平行なカットを行うために目標上に形成された多重スポットを用いて平行に実行することができる。2つ又はそれ以上のスポットを形成するようにスポットアレイを作り出すために、扇形に開いた格子又は他の多重ビーム発生装置が使用され、これらのスポットは、カット間に所定の間隔を有して要素に対して整列させられている。所定の数(例えば、図4aに示すように4つ)のカットが行われる場合、一実施形態では、パスの数を50%低減することができるであろう(例えば、各方向に1つのパス)。抵抗器の処理の変動及び公差が十分に確立されている場合は、この実施形態は最も有用である。格子は、光学的に切り換えられた経路内にあり、多重スポット又は単一スポットを選択的に形成することができる。
公告された米国特許出願第2002/0162973号は、メモリ修復用半導体リンクを処理するための多重スポットを生成する方法及びシステムを説明している。本発明で使用するための多重スポットを生成するために、レンズシステム及びデフレクタシステムにおける多くの修正を使用することができる。
一実施形態では、一度に2つまでの抵抗器をトリミングするために(例えば、ゼロ、1、又は2回カット)、単一のレーザパルスが使用される。図8を参照すると、単一平行レーザビーム803を2つの発散平行ビーム804及び805に空間的に分割することにより、2つのカットに対して2つの集束スポット801及び802が形成される。差動周波数の微調節は、スポットの分離を制御する。材料処理用途においてビームを空間的に分離するための音響光学装置の使用は、当業技術で公知である。例えば、日本特許要約JP53152662は、選択可能な周波数f1...fNを有する多重周波数デフレクタを使用して微小な孔を穿孔するための1つの装置を示している。
図8のレーザ806は、所定の繰返し数でパルス駆動される。レーザビームは、レーザビームウエストの中間画像を形成するリレー光学素子807を通って音響光学モジュレータ(AOM)開口の中に進行する。ブラッグレジームで作動する「AOM」808を使用して、好ましくは、2つの僅かに発散する平行1次回折レーザビームを制御可能に生成し、各ビームのエネルギを制御する。「AOM」は、f1=f0+df及びf2=f0−dfである2つの周波数f1及びf2によって駆動され、dfは、元のRF信号周波数f0の小さな百分率である。2つのビーム間の角度は、f0に対するブラッグ角度に2(df/f0)を乗じたものにほぼ等しい。「AOM」は、RF信号812内の2つの周波数成分f1及びf2の信号振幅を変調し、ビームの交差結合の調節を行うことにより、レーザビームの各々のエネルギを制御する。
「AOM」808を出た後で、ビームは、任意選択のビーム回転制御モジュール809に通って進み、ビームがX又はYのいずれかの方向に向くようにビームを90度回転させる。一実施形態では、この回転に対してプリズムが使用されるが、関連の米国特許公告第2002/0170898号に説明されているように、多くの回転技術が公知である。
次に、ビームは一組の光学素子を通って進み、ビームウエストを位置決めしてビームの大きさをズーム用光学素子及び対物レンズ810に対して適切に設定する。ズーム用光学素子はまた、2つのビーム間の角度を修正し、従って、「AOM」を出る2つのビーム間の角度は、焦点面において望ましいスポット分離がもたらされるようにズーム設定に基づいて調節されるべきである。次に、レーザビームは、2つの抵抗器上に一対の集束スポット801及び802を形成する対物レンズ810に入る。2つのスポットは、レンズ810の焦点距離に2つのビーム間の角度を乗じたものにほぼ等しい距離によって分離される。蛇行抵抗器の共線トリミングに対して、逆行及び平行方法を組み合わせることができる。例えば、ビームは、「AOBD」によって走査され、次に、一対に分割されてフィールドに亘って走査される。2つの隣接する抵抗器は、同時にトリミングされ、ジャンプは、抵抗器Nから抵抗器N+2まで、更に次の対又は抵抗器までである。
代替的に又は2次元デフレクタと共に、蛇行走査方向と直交する方向に一対のスポットを生成することができる。例えば、一次元「AOBD」の比較的単純な制御とプログラムにより、デフレクタを使用して(適切な出力電力制御と共に)、図4aに示すような4つのカットを作るために使用される4つのビームの少なくとも2つを同時に生成することができる。従って、カットのための走査時間は、50%少なくすることができる。プログラム可能な偏光の結果、扇形に広がった格子よりも「AOBD」が好ましいとすることができる。また、必要に応じて粗い及び細かいトリム中に多重スポットを生成することもできる。
図9は、逆行走査、平行処理、又はその組合せのいずれかに対して追加された図8のモジュール901を有する改良型レーザトリミングシステムの例示的実施形態を概略的に示す。例えば、コンピュータ610からの信号902を使用して、1つ又はそれ以上の軸線における「AOBD」又は他の半導体デフレクタ808と、もし配置されていれば、ビーム回転モジュール809とを制御することができる。モジュール901は、リレー光学素子907及び他のビーム成形構成要素を含むことができる。好ましくは、かなりの柔軟性と使いやすさをもたらすために、少なくとも1つの「AOBD」が使用され、例えば、デジタルRF発生器は、コンピュータ610からの制御信号812をもたらす。
更に、処理速度又は品質を更に改善するために、伸長した又は楕円形スポットを形成するための技術を本発明と共に利用することができる。スポット成形に付随するトリミング速度の改善は、現在特許出願中の公告された米国特許出願第2002/0170898号に説明されている。
システム性能と使い易さを向上するために、本発明の少なくとも一実施形態では、他の多くの代替設計を使用することができる。例えば、代替案には次のものが含まれるが、それらに限定されるわけではない。
1.本システムは、コンピュータ制御のスポットサイズ及び/又は焦点調節をもたらすことができる。本発明の譲渡人に譲渡された米国特許第6,483,071号は、レーザベースメモリを修復するためのスポットサイズ制御及び動的集束の両方をもたらす光学サブシステムを示している。
2.別の代替案は、可変ビーム減衰器を使用するビームエネルギの制御である。減衰器は、音響光学デフレクタ(又は、モジュレータ)でもよい。手動又は自動調節に関わらず、減光フィルタ又は偏光ベース減衰器を使用することができる。米国特許第6,518,540号では、回転半位相差板及び極性感受性ビーム分割装置を有する適切な可変減衰器が一例として示されている。
3.パルス幅は、当業者に公知の方法を使用して変えることができ、qスイッチレーザのエネルギは、繰返し数、特に高い繰返し数で変動することになると理解されている。パルス間で測定が行われる動的トリミングに対しては、実質的に一定のパルスエネルギを維持することが好ましい。パルスエネルギ制御の方法は、抵抗値が所定の目標値に近づく時の精密測定の期間に対応する、トリミング速度の減少時に(例えば、パルスのより大きな時間的間隔)、目標におけるエネルギの変動を減少させる第6,339,604号特許に開示されている。
4.少なくとも一実施形態では、抵抗器アレイをトリミングするために、ダイオード活性で周波数倍増の「YAG」レーザが使用される。532nmの出力波長は、他の波長と比較すると、低ドリフト、微小亀裂の欠如、及び無視することができる熱影響区域をもたらした。約25〜45nsのパルス幅が望ましく、30nsよりも小さいものが一般的であろう。好ましい最大レーザ繰返し数は、少なくとも10KHzである。厚膜システムに対して一般的なものよりも大幅に小さなパルス幅は、比較的高い繰返し数での薄膜材料の除去をもたらす。好ましくは、減少パルス幅での最大利用可能パルスエネルギ及び高繰返し数は、多重スポットが形成されるように、回折光学素子(例えば、回折格子又は「AOBD」)に付随する損失を考慮することになる。
5.レーザは、近似的で回折が制限されたスポットサイズに集束させることができる。スポットサイズは、一般的に30ミクロンよりも小さいことになり、好ましいスポットサイズは、約20ミクロンよりも小さく、最も好ましいスポットサイズは、約6〜15ミクロン、例えば10〜15ミクロンの範囲である。
6.本発明の説明した実施形態では、一連の平行な互いに入り込んだカットとして蛇行カットが示されている。しかし、本発明を適用は、平行カットの形成に制約されないことは理解されるものとする。測定数が少ない複数の非交差カットを生成するようにトリミング又はマイクロマシニング加工することは、本発明の範囲であると考えられる。
7.更に、本発明の実施形態は、薄膜抵抗器の測定に限定されるものではなく、物理特性が測定可能である他のマイクロマシニング加工の用途にも適用可能である。測定は、電気的測定に限定されるものではなく、温度モニタリング(例えば、赤外線センサを使用する)、応力、振動、又は他の特性の測定とすることができる。
本発明の実施形態を示して説明したが、これらの実施形態は、本発明の全ての可能な形態を示して説明することを意図していない。反対に、本明細書で使用される言葉は、限定するよりも説明のための言葉であり、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を為し得ることが理解される。
レーザトリミング前の電流の流線を示す概略図である。 レーザトリミング後の電流の流線を示す概略図である。 いくつかのトリムパラメータに対する様々なカットの種類の効果を示す図表である。 行と列に配置されたチップ抵抗器のアレイと、本発明の一実施形態によるレーザトリミング段階を使用した結果とを示す概略図である。 図2aに対応するトリミング段階を更に規定するブロック図の流れ図である。 本発明のシステムにおける図2a及び2bのトリミング作動を更に規定するブロック図の流れ図である。 行と列に配置されたチップ抵抗器のアレイと、本発明の別の実施形態によるレーザトリミング段階を使用した結果とを示す概略図である。 図4aに対応するトリミング段階を更に規定するブロック図の流れ図である。 本発明のシステムにおける図4a及び4bのトリミング作動を更に規定するブロック図の流れ図である。 本発明の少なくとも一実施形態で使用することができるレーザトリミングシステムの概略図である。 図6aのシステムを用いて得られたデータを使用して測定される幾何学的特性、特に抵抗器のエッジを有する抵抗器の概略図である。 半導体デフレクタによる高速走査が電気機械的線形走査に重ね合わされて図2又は図4のいずれかのカットを増大した速度で選択的に形成する一実施形態における、抵抗器アレイを走査する間の時間に対するレーザビームの位置を示すグラフである。 トリミング速度を増大させるために少なくとも1つの抵抗器に多重集束ビームを供給するシステムの概略図である。 レーザトリミングシステムの少なくとも1つの抵抗器に多重ビームを供給するシステムの概略図である。
符号の説明
R1、RN 抵抗器
200 プローブ
205 初期レーザ位置

Claims (30)

  1. 各々が少なくとも1つの測定可能な特性を有するデバイスのアレイを高速かつ正確にマイクロマシニング加工する方法であって、
    測定可能な特性の値を変化させるために、アレイ内のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工する段階と、
    前記選択的にマイクロマシニング加工する段階を中断する段階と、
    前記選択的にマイクロマシニング加工する段階を中断している間に、測定可能な特性の値を変化させるために、前記アレイ内の少なくとも1つの他のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工する段階と、
    前記デバイスの測定可能な特性をその値が望ましい範囲内に入るまで変化させるために、前記中断した選択的にマイクロマシニング加工する段階を再開する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記デバイスは、抵抗器であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記抵抗器は、薄膜抵抗器であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階は、前記デバイスをカットする少なくとも1つのレーザビームで実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 測定値を取得するために前記デバイスのうちの少なくとも1つの1つの測定可能な特性を測定する段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 比較を得るために前記測定値を所定の閾値と比較する段階と、該比較に基づいて他のデバイスの少なくとも1つをマイクロマシニング加工する段階とを更に含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 前記測定値に基づいて他のデバイスの少なくとも1つを選択的にマイクロマシニング加工する段階を更に含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  8. 前記測定値に基づいて他のデバイスのうちの少なくとも1つの測定可能な特性を測定しないことを判断する段階を更に含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
  9. 抵抗器のアレイを高速かつ正確にレーザトリミングするための方法であり、
    前記測定可能な特性の1つは、抵抗である、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階の各々は、選択的に材料を除去する段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  11. 前記アレイは、1つ又はそれ以上の行及び1つ又はそれ以上の列の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  12. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、複数のデバイスを実質的に同時に照射するために複数の集束レーザパルスを用いて実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  13. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、複数の集束レーザパルスを用いて実行され、
    前記集束レーザパルスを分配する段階を更に含む、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  14. 前記分配する段階は、複数のレーザビームを用いて分配パターンを生成する段階と、該レーザビームを集束させる段階とを含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 前記レーザトリミングは、抵抗材料の前記抵抗器の導体間の区域に一連の交互に入り込んだカットを生成することを特徴とする請求項9に記載の方法。
  16. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、マイクロマシニング加工される前記デバイスの各々の位置にレーザビームを位置決めする段階と、マイクロマシニング加工される該デバイスの各々の少なくとも一部分を少なくとも1つのレーザパルスを用いて選択的に照射する段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  17. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、前記アレイのフィールド内の第1の方向に進行するようにレーザビームを生成して相対的に位置決めする段階と、該フィールド内の少なくとも1つのデバイスの少なくとも一部分を少なくとも1つのレーザパルスで選択的に照射する段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  18. 前記フィールド内の前記第1の方向と実質的に反対の第2の方向に進行するようにレーザビームを生成して相対的に位置決めする段階と、前記フィールド内の少なくとも1つのデバイスの少なくとも第2の部分を少なくとも1つのレーザパルスで選択的に照射する段階とを更に含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階の少なくとも1つは、前記デバイスに亘って第1の走査パターンで進行するようにレーザビームを生成して相対的に位置決めする段階と、第2の走査パターンを該第1の走査パターンに重ね合わせる段階と、少なくとも1つのデバイスを少なくとも1つのレーザパルスで照射する段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  20. 前記第2の走査パターンは、逆行走査であり、
    前記少なくとも1つのデバイスを照射する前記少なくとも1つのレーザパルスの走査速度は、前記第1の走査パターンの対応する走査速度よりも遅く、
    レーザエネルギは、前記第1の走査パターンのみに付随する期間よりも長い期間の間前記少なくとも1つのデバイスに集中され、それによって処理能力が向上する、
    ことを特徴とする請求項19に記載の方法。
  21. 前記第2の走査パターンは、第1のデバイスから第2のデバイスへのジャンプを含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。
  22. 前記選択的にマイクロマシニング加工する段階は、複数のレーザパルスを用いて実行され、
    前記パルスの少なくとも1つは、0.1マイクロジュールから25ミリジュールまでの範囲のエネルギを有する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  23. 前記測定値は、測定温度値であることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  24. 前記デバイスは、実質的に同一であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  25. 各々が少なくとも1つの測定可能な特性を有するデバイスのアレイを高速かつレーザベースで正確にマイクロマシニング加工するためのシステムであって、
    パルスレーザサブシステムと、
    デバイスの一部分をレーザパルスで選択的に照射するために前記パルスレーザシステムに結合された光学サブシステムと、
    測定可能な特性の値を変化させるために、アレイ内のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工し、
    前記選択的マイクロマシニング加工を中断し、
    前記選択的マイクロマシニング加工を中断している間に、測定可能な特性の値を変化させるために、前記アレイ内の少なくとも1つの他のデバイスを選択的にマイクロマシニング加工し、
    前記デバイスの測定可能な特性をその値が望ましい範囲に入るまで変化させるために、前記選択的マイクロマシニング加工を再開する、
    ように前記サブシステムを制御するために該サブシステムに結合されたコントローラと、
    を含むことを特徴とするシステム。
  26. 前記光学サブシステムは、ビームデフレクタと、マイクロマシニング加工される前記デバイスの各々を含む第1の走査パターンに沿ってレーザビームを走査するように該ビームデフレクタを制御するためのビームデフレクタコントローラとを含むことを特徴とする請求項25に記載のシステム。
  27. 前記デバイスのうちの少なくとも1つの前記測定可能な特性の1つを測定するための測定サブシステムを更に含むことを特徴とする請求項25に記載のシステム。
  28. 前記マイクロマシニング加工は、レーザトリミングであり、前記アレイは、抵抗器のアレイであり、
    前記測定サブシステムは、プローブアレイである、
    ことを特徴とする請求項27に記載のシステム。
  29. 前記光学サブシステムは、より高速の第2の走査パターンを前記第1の走査パターンに重ね合わせ、それによってシステムの処理能力を向上させるための第2のビームデフレクタを含むことを特徴とする請求項26に記載のシステム。
  30. 前記コントローラは、前記サブシステムが制御されてマイクロマシニング加工中にデバイス温度を下げる前記デバイスの少なくとも1つに対するトリミングシーケンスを生成するように、該サブシステムに結合されることを特徴とする請求項25に記載のシステム。
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