KR100829009B1 - Energy-efficient, laser-based method and system for processing target material - Google Patents

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KR100829009B1 KR20077019615A KR20077019615A KR100829009B1 KR 100829009 B1 KR100829009 B1 KR 100829009B1 KR 20077019615 A KR20077019615 A KR 20077019615A KR 20077019615 A KR20077019615 A KR 20077019615A KR 100829009 B1 KR100829009 B1 KR 100829009B1
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브이. 스마트 도날드
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지에스아이 루모닉스 인코퍼레이티드
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Abstract

표적 물질 주변의 물질의 전기적 및/또는 물리적 특성에 바람직하지 않은 변화를 야기함이 없이 미세(microscopic) 영역에 있는, 마이크로구조체 등의 표적 물질을 처리하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. A method and system for processing a target material, such as undesirable changes in electrical and / or physical properties of the target material of the surrounding material without causing in a fine (microscopic) region, the microstructures are provided. 이 시스템은 제어 신호를 발생하는 제어기와 변조된 구동 파형을 제어 신호에 근거하여 발생하는 신호발생기를 포함한다. The system includes a signal generator for generating on the basis of a modulated drive waveform and a controller for generating a control signal to the control signal. 이 시스템은 또한 소정의 반복률로 레이저 펄스 트레인을 발생하는, 파장을 가진 이득 스위치 펄스 시드 레이저를 포함한다. The system also includes a gain-switched pulse seed laser having a wavelength for generating a laser pulse train at a predetermined repetition rate. 구동 파형은 펄스 트레인의 각 펄스가 미리 결정된 형상을 가지도록 펌핑(pumping)한다. Drive waveform is pumping (pumping) to have the shape of each pulse of the pulse train a predetermined. 더 나아가, 이 시스템은 펄스의 미리 결정된 형상이 현저히 변화되지 않도록 펄스 트레인을 광학적으로 증폭시켜 증폭된 펄스 트레인을 획득하게 하는 레이저 증폭기를 포함한다. Furthermore, the system includes a laser amplifier to obtain an amplified pulse train by the optical amplifier into a pulse train so that the predetermined shape of the pulse is not significantly changed. 증폭된 펄스 각각은 실질적으로 사각형인 임시의 파워 밀도 분포, 가파른 상승시간, 펄스 지속 시간 및 하강시간을 가진다. The amplified pulses each of which substantially has a power density distribution of the temporary rectangle, sharp rise time, a pulse duration and a fall time. 시스템은 또한 증폭된 펄스 트레인의 적어도 일부분을 표적 물질 물질의 스폿(spot)에 전달하여 집속(focusing)하는 빔 전달 및 집속 서브시스템을 포함한다. The system also includes a condensing (focusing) a beam delivery and focusing subsystem for passing at least a portion of the amplified pulse trains to a spot (spot) of the target material substance.
에너지, 효율적, 레이저 Energy-efficient, laser

Description

표적 물질 처리를 위한 에너지 효율적인 레이저 기반 방법 및 시스템 {ENERGY-EFFICIENT, LASER-BASED METHOD AND SYSTEM FOR PROCESSING TARGET MATERIAL} Efficient energy for the target material a laser-based processing method and system {ENERGY-EFFICIENT, LASER-BASED METHOD AND SYSTEM FOR PROCESSING TARGET MATERIAL}

본 발명은 에너지 효율적인, 레이저 기반의 표적 물질 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to energy-efficient, laser-based method and system for processing target material. 특히, 본 발명은 반도체 기판 상의 회로 소자의 일부분을 제거(ablate)하거나 또는 변경시키기 위하여 펄스 레이저 빔을 이용하는 것에 관한 것이며, 특히 메모리 수리(memory repair)를 위하여 금속, 폴리실리사이드 및 폴리실리콘 링크들을 증발시키는 것에 적용 가능하다. In particular, the present invention is to remove a portion of circuit elements on a semiconductor substrate (ablate) or in order to change relates to using a pulsed laser beam, in particular evaporation of metal, poly silicide and polysilicon links for memory repair (memory repair) it is possible to apply to. 추가 적용례가 레이저 기반의 마이크로기계 가공(micromachining) 및 기타 수리 작업에서 발견될 수 있으며, 특히 종종 비동질적(non-homogeneous)인 광학 및 열적 특성을 갖는 주변 영역 및 구조체를 손상시키지 않고 미시 구조체를 제거 또는 변경하고자 하는 것이 요구되는 경우, 추가 실시예가 발견될 수 있다. Removing the micro-structure without additional Application Example in damage to the laser-based micro-machining (micromachining) and others can be found in repair work, in particular, often a peripheral region, and the structure having the optical and thermal properties asynchronous quality (non-homogeneous) or, to be more embodiments found when it is desired to be changed. 마찬가지로, 물질 처리 작업은 기타 미시 반도체 디바이스, 예를 들면 마이크로전자기계 장치(microelectromechanical machines)에 적용될 수 있다. Similarly, the material processing operation other microscopic semiconductor devices, for example, may be applied to micro-electromechanical devices (microelectromechanical machines). 미세 섬유 광학 프로브(fiber optic probes)에 의한 미세 섬유(tissue) 또는 세포 제거(ablation)와 같은, 의료용으로 적용되는 적용례가 또한 존재할 수 있다. The fine fiber-optical probe (fiber optic probes) fine fiber (tissue) cells or remove Application Example to be applied to, for medical use, such as (ablation) by also be present.

메모리와 같은 반도체 디바이스는 통상적으로 주 실리콘 기판에 의해 지지되는 실리콘 산화물과 같은 투명 절연층에 부착된 도전성 링크를 가진다. Semiconductor devices such as memory has a conductive links adhered to a transparent insulator layer such as silicon oxide is supported by the main silicon substrate typically. 이러한 반도체 디바이스를 레이저 처리하는 동안, 빔이 링크 또는 회로에 입사될 때, 그 에너지의 일부가 상기 기판 및 다른 구조체에도 도달한다. During the laser treatment for the semiconductor device, when the beam is incident on the link or circuit, a portion of that energy to reach the substrate and other structures. 빔의 파워, 빔을 가하는 시간의 길이, 및 기타 작동 파라미터에 따라, 실리콘 기판 및/또는 그 인접부위가 과열 및 손상될 수 있다. Depending on the length, and other operating parameter of the time of the beam power, applying a beam, there is a silicon substrate and / or its adjacent portion can be overheated and damaged.

여러 문헌의 종래 기술이 기판 손상의 통제를 위한 임계적 파라미터로서 파장 선택의 중요성을 기술한다. As a critical parameter for the control of the prior art the substrate damage of literature describes the importance of wavelength selection. 미국특허 5,265,114호, 5,473,624호, 5,998,759호는 실리콘 기판 손상을 방지하기 위해 1.2μm 이상의 범위 내에서 파장을 선택하는 것에 대한 장점을 개시하고 있다. U.S. Patent No. 5,265,114, No. 5,473,624, No. 5,998,759, discloses the advantage of choosing a wavelength in the range of 1.2μm or more in order to prevent damage to the silicon substrate.

상기 '759호 특허에는 추가적으로 실리콘의 파장 특성이 상세히 설명되어 있다. The '759 Patent has been described in detail with the wavelength characteristic of the addition of silicon. 실리콘 내에서의 흡수는 약 1 미크론 후부터 급격히 하강하는데, 실온에서 약 1.12 미크론의 흡수단(absorption edge)을 가진다. Absorption in the silicon to fall sharply after about 1 micron, have an absorption edge of about 1.12 microns (absorption edge) at room temperature. 1.12 미크론 이상의 파장에서는 실리콘은 점점 더 용이하게 전달되기 시작하며, 따라서 실리콘으로부터 물질을 제거하자마자 더 나은 부품 수율(part yields)을 얻는 것이 가능하다. In the above wavelength of 1.12 micron silicon begins to more easily pass, and thus it is possible as soon as the removal of material from the silicon to obtain a better yield of parts (part yields). 1 미크론 정도의 범위에서, 흡수계수는 0.9 미크론으로부터 1.2 미크론까지 가는 동안 10^4배 만큼 낮아진다. In the range of about 1 micron, the absorption coefficient is lower by 10 ^ 4 times for going from 0.9 microns to 1.2 microns. 표준 레이저 파장인 1.047 미크론으로부터 1.2 미크론까지 가는 동안곡선은 10^2 크기의 하강을 나타낸다. From the 1.047 micron laser wavelength standard curve while going up to 1.2 micron represents the drop of the 10 ^ 2 size. 이것은 파장의 매우 적은 변화에 대하여 흡수에 격심한 변화가 있음을 나타낸다. This indicates that this is a severe change in absorption with respect to very small change of the wavelength. 따라서 기판의 흡수단 이상의 파장에서 레이저를 작동시킴으로써 기판에 손상을 주는 것을 회피한다. Thus avoiding damaging the substrate by operating a laser at a wavelength above the absorption edge of the substrate. 이는 레이저 빔이 링크에 대해서 약간의 정렬 불량(misalignment)이 있는 경우 또는 집속된(focused) 스폿이 링크 구조체를 지나 연장되는 경우 특히 중요하다. This is especially important if the laser beam is in this case that the slight misalignment (misalignment) with respect to the link, the focused (focused) spot extends beyond the link structure. 더 나아가, 처리 중에 기판 온도가 상승하면, 적외선 방향으로 흡수 곡선 이동(shifts)이 더 일어나며, 이는 열폭주(thermal runaway) 상태 및 매우 심각한 손상으로 이어질 수 있다. Moreover, if the substrate temperature rises during processing the absorption curve shifts to the infrared direction (shifts) the more occurs, which can lead to thermal runaway conditions and serious damage (thermal runaway).

액정(liquid crystal)을 수리하는 문제는 금속 링크를 제거하는 문제와 유사하다. Issue of repairing the liquid crystal (liquid crystal) is similar to the problem of removing the metal link. 흡수 콘트라스트(absorption contrast) 최대화를 위한 파장 선택 원리는 동일한 목적을 위해, 즉 기판을 손상시키지 않고 금속을 제거하기 위해, 상기 기재 문헌에서와 비슷한 방식으로 녹색 파장 영역 내에서 유용하게 적용되었다. Selection wavelength for maximizing absorption contrast (absorption contrast) principle, for the same purpose, that is applied to, useful in the green wavelength region in a similar manner as in the above described literature in order to remove the metal without damaging the substrate. 플로로드(Florod)에 의해 제조된 시스템이 간행물 "Xenon Laser Repairs Liquid Crystal Displays," LASERS AND OPTRONICS, 1988년 4월, 39-41 페이지에 설명되어 있다. The manufacturing system by the flow load (Florod) publication "Xenon Laser Repairs Liquid Crystal Displays," LASERS AND OPTRONICS, April 1988, is described in pages 39-41.

파장 선택이 유용한 것으로 판명된 것과 같이, 레이저 처리 창(window)을 향상시키기 위해 다른 파라미터가 조절될 수 있다는 점이 파악되었다. As proved to be a useful wavelength selection, it was identified that other parameters can be adjusted to improve the laser processing window (window). 예를 들어, LM Scarfone 및 JD Chlipala 저, "Computer Simulation of Target Link Explosion in Laser Programmable Redundancy for Silicon Memory, 1986, 371 페이지에서는 "구조체의 나머지 부분에 대한 손상을 방지하도록 하기 위하여, 링크 제거 처리를 위하여는 흡수를 증가시키고 다른 목적을 위해서는 흡수를 감소시키도록 레이저 파장 및 물질의 두께가 선택되는 것이 좋다"고 밝히고 있다. 일반적으로 링크 또는 회로 소자 아래에 보다 두꺼운 절연층을 두는 것의 유용성 및 가열 펄스의 지속 시간을 제한하는 것의 유용성이 또한 파악되었으며, 이는 출원인이 공동 집필한 "Laser Adjustment of Linear Monolithic Circuits," Litwin and Smart, 100/LIA, Vol. 38, ICAELO (1983)에 나타난 바와 같다. For example, in order to in order to prevent damage to the remainder of the LM Scarfone and JD Chlipala low, "Computer Simulation of Target Link Explosion in Laser Programmable Redundancy for Silicon Memory, 1986, on pages 371," structure for the link removal process may reveal that it is recommended that increase the absorption and the thickness of the laser wavelength and the material selected to reduce the absorption to the other object. "in general, the availability and the heat pulse of what place the thicker insulating layer below the link or circuit element the utility of limiting the duration was also identified, which are as shown in the applicant is a co-author "Laser Adjustment of Linear Monolithic Circuits," Litwin and Smart, 100 / LIA, Vol. 38, ICAELO (1983).

상기 '759호 특허는 보다 긴 파장을 선택하는 것과 함께 존재하는 교환(tradeoff)에 대해, 보다 구체적으로는 Nd:YAG 레이저로부터 이용가능한 스폿 크기, 초점(focus)의 깊이, 및 펄스 폭에 관한 절충안에 대해 기술한다. For the exchange (tradeoff) present along with selecting the '759 Patent has a longer wavelength, and more particularly to Nd: compromise on the depth, and the pulse width of the possible spot size, focus (focus) using from the YAG laser and to describe. 이러한 파라미터는 보다 더 세밀해지고 있는 치수에서의 레이저 처리에 있어서, 그리고 주변 구조체를 부수적으로 손상시킬 가능성이 존재하는 경우 지극히 중요하다. These parameters are very important, and if the possibility of collateral damage to surrounding structures exist in the laser processing in dimension are becoming more fine.

실제적으로 산업에서는, 깊이 또는 측면 치수(lateral dimension)가 일 미크론의 몇분의 일인 보다 고밀도의 마이크로구조체 및 관련 기하 구조체(geometries)를 추구하기 때문에, 처리 창(processing window)을 넓히는 개선은 어떠한 것이든 유용하다. In practice in the industry, the depth or because seek lateral dimension (lateral dimension) has a high density of the microstructures and the associated geometrical structure (geometries) than several minutes falls in the one micron, improved to widen the processing window (processing window) is all what is useful. 이러한 스케일에서는, 에너지 제어 및 표적 흡수에 있어서의 공차가 미세구조체를 처리하는 데 요구되는 에너지에 비해 크다. In such a scale, the greater the tolerance of the energy control and target absorption compared to the energy required to process the microstructure. 전술한 내용에서, 약 1μm의 작은 레이저 스폿이 요구되는 마이크로기계 가공(micromachining) 적용례에서 레이저 처리 파라미터가 반드시 각각 독립적이지는 않다는 점을 유의하여야 한다. In the foregoing, the laser processing parameters in the micro-machining (micromachining) Application Example requiring small laser spot of about 1μm is must be noted that it does not have independently. 예를 들어, 스폿 크기 및 펄스 폭은 약 1.2μm 이하의 단파장에서 일반적으로 최소화되지만, 흡수 콘트라스트(absorption contrast)는 최대화되지 않는다. For example, the spot size and pulse width are generally minimized in the short wavelength, but less than or equal to about 1.2μm, absorption contrast (absorption contrast) is not maximized. 반도체 디바이스 제조사는, 통상적으로 상이한 구조체 및 프로세스를 사용하는 보다 향상된 버전의 제품을 개발하고 그 생산을 시작하는 동안에도, 이전에 개발된 제품의 생산을 계속하는 것이 통상적이다. A semiconductor device manufacturer, it is common to typically develop an improved version of a product than using different structures and processes, and also during starting the production, the continued production of the products previously developed. 다수의 최근 메모리 제품은 폴리실리사이드 또는 폴리실리콘 링크를 사용하는데, 256 메가비트 메모리와 같은 보다 향상된 제품에서는 보다 작은 금속 링크 구조체가 사용된다. A number of recent memory part is a poly silicide or poly-silicon for use link 256 in a more advanced products such as Mb memory smaller link structures of metal are used. 이러한 대용량 메모리에서는 0.3 내지 0.5 미크론의 얇은 실리콘 산화물층 상에 놓인, 1 미크론의 폭과 1/3 미크론 깊이의 링크가 사용되고 있다. In such a large-capacity memory it is used and the width of the link 1/3 micron depth of 1 micron, placed on a 0.3 to 0.5 micron layer of a thin silicon oxide. 생산 설비로서 통상적으로 Q-스위칭 다이오드 펌프 YAG 레이저와 1.047μm-1.32μm의 기존 파장에서 작동가능한 관련 장비 및 실리콘에 의한 흡수가 낮은 것으로 파악된 파장 범위 내에서 작동가능한 관련 장비가 활용되어 왔다. Production equipment has been typically utilized Q- switched diode pumped YAG lasers and the wavelength range 1.32μm 1.047μm-operational-related equipment in the understanding that the low absorption by the operational-related equipment and silicon existing on the wavelength of the a. 그러나 그 사용자는 제거 영역(site) 주위의 오염물 또는 전도성 잔여물에 의한 후발적인 칩 파손의 위험이 없이 링크 구조체를 깨끗하게 절단할 수 있는 장비 개선의 필요성을 또한 인식하고 있다. However, the user has also recognized the need for improved devices capable of cutting the link structures without the risk of late failure of the chip cleaned of contaminants or conductive residues around the removal area (site).

기타 자유도에는 (표적 물질에 전달되는) 레이저 펄스 에너지 밀도 및 펄스 지속 시간이 포함된다. Others are degrees of freedom include laser pulse energy density and pulse duration (which is transmitted to the target material). 종래기술에서는 마이크로기계 가공 적용시에 손상을 방지하기 위해 펄스 폭이 제한되어야 하는 것으로 기술되어 있다. In the prior art it has been described as the pulse width should be limited to avoid damage upon micro-machining applications. 예를 들어, 미국 특허 5,059,764호에는 레이저 처리 작업대가 개시되어 있는데, 여기에서는 여러 가지 중 특히 10-50ns 차수의 상대적으로 짧은 펄스를 생성하기 위하여 q-스위칭 레이저 시스템이 활용된다. For example, U.S. Patent No. 5,059,764 there is a laser treatment table is disclosed, in which the q- switched laser system is utilized in order to create a relatively short pulse of several of the particular order of 10-50ns. 여기에서는, (링크 블로잉(link blowing) 및 정밀 인그레이빙(precision engraving)을 통한 반도체 메모리 수리와 같은) 물질 처리 응용에 있어서는 출력 펄스 폭이 상대적으로 짧아야 하며, 그리고 다수의 응용에 있어서 50ns 이하, 예를 들면 30ns의 펄스 폭이 요구된다는 점이 개시되어 있다. Here, in the output pulse width in the material processing applications (link-blowing (link blowing) and a precision-engraved (precision engraving), the same as a semiconductor memory repair via) a and a relatively short, and 50ns or less in the number of applications, for example, there is disclosed that the problem needs a pulse width of 30ns. 펄스 폭을 적절하게 선택함으로써 제거(용융 없는 증발)가 가능하다. By appropriately selecting the pulse width it is possible to remove (evaporate without melting).

고속 펄스 레이저 디자인은 Q-스위칭, 이득 스위칭(gain-switched), 또는 모드-록(mode-locked) 작업을 활용할 수 있다. High speed pulsed laser designs Q- switching, gain switching (gain-switched), or mode can be used to lock (mode-locked) operation. 표준 Q-스위칭 및 기타 펄스 레이저의 펄스 지속 시간 및 형상은, 펄스 개시시에 레이저 동작 임계치(lasing threshold)에 관계된 광자 수 밀도와 확률 밀도 반전(population inversion)을 기술하는 결합된 비율 방정식을 적분함으로써 기본 레벨에서 추정할 수 있다. Standard Q- switching and other pulse duration and shape of the pulse laser is, by integrating the coupled rate equations describing the photon number density and the probability of population inversion (inversion population) related to the laser action threshold (lasing threshold) at the time of the start pulse It can be estimated from the primary level. Q-스위칭의 경우, 정규화된 스케일에서, 임계치에 대하여 반전된 확률 밀도 내에 원자의 수가 많을수록 펄스 상승 시간이 빠르고, 폭이 좁을수록, 피크 에너지가 높다. For a Q- switched, in a normalized scale, the greater the number of atoms in the probability density inverted to the threshold more quickly and the pulse rise time, the narrower the width, the peak energy is higher. 이 비율이 낮아짐에 따라 펄스 형상은 넓어지고 더 낮은 에너지 농도를 갖는다. Pulse-like in accordance with the ratio is lowered is widened and has a lower energy density.

흔히 Q-스위칭 레이저 펄스는 가우시안 시간 분포, 즉 지수형 붕괴 꼬리 (exponential decaying tail)를 갖는 가우시안의 혼합 형태를 닮았다. Often Q- switched laser pulses resemble a mixture of a Gaussian distribution having a Gaussian time, i.e., exponential decay tail (exponential decaying tail). '759 특허에 개시된 바와 같이, 보다 짧은 파장의 다이오드 펌프 시스템은, 1/2 파워점(half power points)(즉, 펄스 지속 시간의 표준 정의)에서 측정되고, 바람직한 파장 영역에서 작동될 때, 약 10ns의 상대적으로 짧은 펄스를 생성할 수 있다. ', Diode-pumped system of the shorter wavelengths as disclosed in the 759 patent has been measured at the half power points (half power points) (i.e., standard definition of pulse duration), when it operates in a desired wavelength range, from about It can generate relatively short pulses of 10ns. 성공적인 작동에도 불구하고, 출원인은 표준 다이오드 펌프 Q-스위칭 레이저 시스템의 시간적 펄스 형상 특성과 관련되는 여러 가지 제한점을 발견하였다. Despite successful operation, and the applicant has found several limitations associated with the temporal pulse shape characteristic of standard diode pumped Q- switched laser system. 여기에는 실제 상승 시간의 제한, 1/2 최고점(half maximum points) 사이의 파워 분포, 및 펄스 붕괴 특성이 포함된다. This includes the power distribution, and the pulse decay characteristic between the limits of the actual rise time, one-half the peak (half maximum points). 본 발명에 따른 방법 및 시스템을 사용하여 개선된 금속 링크 블로잉(metal link blowing) 응용예는 이에 대한 뚜렷하게 더 나은 결과를 제공한다. Method and Examples The metal link blowing improved by using a system (metal link blowing) application according to the invention provides significantly better results for this.

본 명세서의 나머지 부분에 걸쳐, "펄스 형성(pulse shaping)"은 전자기 방사 검출기로 검출되는 레이저 펄스의 발생을 지칭하고, 이 때, "형상(shape)"은 시간의 함수로서 검출기에 나타난 파워를 지칭한다. , "Pulse form (pulse shaping)" throughout the remainder of this specification when referring to the occurrence of the laser pulse is detected by the electromagnetic radiation detector, and the "shape (shape)" is the power shown in the detector as a function of time It refers. 더 나아가, "펄스 폭(pulse width)" 또는 "펄스 지속 시간(pulse duration)"은 달리 기재되어 있지 않은 한, 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 지칭한다. Moreover, refer to "pulse width (pulse width)" or "pulse duration (pulse duration)" is one, the full width at half maximum (full width at half maximum, FWHM) is not specifically described otherwise. 또한, Q-스위칭 펄스(Q-switched pulses)는, 예를 들면 실질적으로 매우 느리게 붕괴하는 지수형 꼬리와 가우시안 중앙로브(Gaussian central lobe)가 복합된 형태를 닮은, 예를 들어, 표준 Q-스위칭 시스템 내에서 얻어진 펄스의 시간적 분포를 일괄적으로 지칭한다. In addition, Q- switched pulsed (Q-switched pulses), for example substantially in the shape resembling the composite exponential tail and Gaussian central lobe (Gaussian central lobe) to very slow breakdown, for instance, the standard switching Q- It refers to temporal distribution of pulses obtained in the system at the same time. 이러한 파형 형상은 레이저 관련 문헌에서는 공식적으로 "Q-스위칭 펄스 포락선(Q-switched pulse envelope)"으로 지칭된다. This waveform shape is referred to as laser-related literature in the record "Q- switched pulse envelope (Q-switched pulse envelope)". 도 1c는 이러한 펄스를 도시한다. Figure 1c shows such pulses.

미국특허 제5,208,437호 (즉, '437호 특허)에서는, 메모리 수리에 적용하기 위한 1ns 이하의 펄스 폭 규격(specification)이 특정되어 있다. In U.S. Patent No. 5,208,437 (that is, the '437 patent), a pulse width specification (specification) of 1ns or less for application to the memory repair is identified. '437호 특허의 공동발명자에 의한 이전의 성과가 "Laser Cutting of Aluminum Thin Film With No Damage to Under Layers", ANNALS OF THE CIRP, Vol 28/1, 1979, 에 기재되어 있는데, 여기에는 앞서 정의된 바와 같이 "가우시안(Gaussian)" 형상을 가진 상대적으로 짧은 레이저 펄스의 실험 결과가 포함되어 있다. There 'is described in No. 437 and the co-inventors of previous "Laser Cutting of Aluminum Thin Film With No Damage to Under Layers", ANNALS OF THE CIRP, Vol 28/1, 1979, according to the patent, the excitation is defined above It includes a result of a relatively short laser pulses having a "Gaussian (Gaussian)" shape as shown. 상기 결과는 알루미늄 등으로 만들어진 "바람직한 상호 접속 패턴(interconnection pattern) 부분"이 "상호 접속 패턴 하부에 위치한 층이 손상되지 않고 절단될 수 있다"고 지적한다. These results point out that "there is not damage the layer located on the lower interconnection patterns can be cut." "The preferred interconnection pattern (interconnection pattern) portion" is made of aluminum or the like. 에너지 밀도가 실질적으로 10 6 W/cm 2 인, 실질적으로 1ns 이하의 펄스 폭에 대한 규격(specifications)이 해당 장치에 대해 개시되어 있다. The energy density is substantially 10 6 W / cm 2 of a substantially standard for a pulse width of 1ns or less (specifications) is disclosed for the device. 그러나 공간적으로는 빔이 상호 접속 패턴에 상응하도록 형성되었지만, 시간적 펄스 형성 방법에 관해서는 개시되지 않았다. However, spatially, but is formed to a beam corresponding to the interconnection pattern is not disclosed as to the temporal pulse-forming method. 더 나아가, '437호 특허에서 사용된 100-300ps로 접근되는 초고속 범위(ultrafast range)에서, 특정된 펄스 폭을 갖는 복수의 층을 구비한 고밀도 메모리 디바이스에 대한 출원인의 분석은 만족스럽지 못하였다. Moreover, "in the high-speed range (ultrafast range) that is accessible through the 100-300ps in the 437 patent, the analysis of the applicant for a high density memory device with a plurality of layers having a specific pulse width was not satisfactory. 이러한 제한점을 극복하기 위해서는 레이저 처리 속도를 용납할 수 없는 수준으로 느리게 할 수 있는 각각의 표적 위치를 처리하기 위하여 복수의 펄스를 생성하기 위한 초고속 레이저 시스템이 요구된다. To overcome this limitation a high-speed laser system for generating a plurality of pulses are required to process each of the target location that is slow to a level that can not tolerate the laser processing speed.

초고속 스케일에 계속하여, 마이크로기계 가공 작업에 대한 실험결과가 개시된 바 있다. Continuing the speed scale, the bar has disclosed results of the micro-machining operations. 초고속 펄스는 fs (10-15 sec) 내지 ps (10-12) 차수의 지속 시간을 가지며, 감소된 스케일에서는 수백 ps 내지 ns의 범위에서 발견되는 것과는 근본적으로 다른 원자 및 분자 수준의 물질 특성을 나타낸다. High-speed pulse fs (10-15 sec) to ps (10-12) has a duration of the order, in a reduced scale, represents a fundamentally different atoms and the material properties at the molecular level from what is found in the range of several hundred ps to ns .

미국특허 제5,656,186호 및 간행물 "Ultrashort Laser Pulses tackle precision Machining", 레이저 포커스 월드(LASER Focus WORLD), 1997년 8월호, 101-118 페이지에서는 여러 가지 파장에서의 기계 가공 작업이 분석되었으며, 기계 가공된 구조물(feature)의 크기가 집속된 빔의 회절 제한(diffraction limited) 스폿 크기보다 현저히 작은 경우가 제시되었다. US Patent No. 5,656,186, and publications, "Ultrashort Laser Pulses tackle precision Machining", Laser Focus World (LASER Focus WORLD), 8 Jan. 1997, pages 101 to 118 were in the machining operations on various wavelength analysis, machine processed the diffraction limit of the focused beam size of the structure (feature) (diffraction limited) presented a case significantly smaller than the spot size.

초고속 펄스 발생을 위한 레이저 시스템은 복잡성 면에서 다양하며, 예시적인 실시예가 미국특허 제5,920,668호 및 제5,400,350호에, 그리고 포토닉스 스펙트라(PHOTONICS SPECTRA), 1998년 7월호, 157-161 페이지의 "초고속 레이저 실험실을 벗어나다(Ultrafast Lasers Escape The Lab)"에 설명되어 있다. Laser system for generating high-speed pulse, and is widely in complexity, illustrative embodiments U.S. Patent No. 5,920,668 and No. 5.40035 million in number, and Photonics Spectra (PHOTONICS SPECTRA), 7 Nov. 1995, "High-speed laser on page 157-161 escape the laboratory is described in (Ultrafast Lasers Escape the lab) ". 이 실시예는 일반적으로 극도로 좁은 폭으로의 압축이 뒤따르는 증폭기 포화(amplifier saturation)를 방지하기 위하여 증폭하기 전에 모드록 초고속 펄스를 펄스 스트레칭(pulse stretching)하는 방법을 포함한다. And the present embodiment is generally the compression is followed by an amplifier with a saturation of the narrow width is extremely includes a method of (amplifier saturation) the high-speed mode, the lock pulse stretch pulse (pulse stretching) prior to amplification to avoid. 이러한 기술은 마이크로기계 가공 및 가능하게는 보다 세밀한 스케일의 "나노기계 가공(nanomachining)" 작업의 일부 종류에 대한 전제를 유지하는데, 이 때 나노 기계 가공의 장점은 회절 한계 이하에서의 기계 가공에 의해 얻어진다. This technique benefits of micro to machining and possibly maintain a premise for some kinds of more of the fine-scale "nano-machining (nanomachining)" operation, where nano-machining by the machining in less than a diffraction limit It is obtained. 그러나 출원인은 금속 링크 블로잉과 같은 적용례 및 이와 유사한 마이크로기계 가공 적용례에서 각 펄스 내의 가용한 파워를 갖는 현재 시간에서의 실제적인 제한을 발견하였는데, 상기 제한은 복수의 펄스에 대하여 허용할 수 없는 요건을 이끈다. However, Applicants have the Application Example and its requirements similar were discovered practical limitations in the micro machine current time with an available one power within each pulse in the part Application Example, the limits are not acceptable for a plurality of pulses, such as a metal link blowing It leads.

출원인은 짧은 펄스의 사용에 대하여 이론적인 해석을 상술하고자 하며, 빠른 상승 시간 펄스는 그 이유가 다양하고, 다수의 이론적, 권위 있는 논문 및 저서가 쓰여진 바 있기 때문에, 이는 다음 문단에서 언급하기로 한다. The applicant and to detail the theoretical analysis on the use of short pulses, fast rise time pulses because the reason the bar variety, and written a number of theoretical and authoritative papers and books, which will be discussed in the next paragraph . 금속 링크의 제거가 일례로 사용되기는 하지만, 그 원리는 표적 물질이 실질적으로 상이한 광학적 및 열적 특성을 가진 물질로 둘러싸여 있는 다수의 레이저 처리에서도 응용될 수 있다. Although used as an example of removing the metal link, however, it is based on the principle that in the plurality of laser treatment, surrounded by a material having a substantially different optical and thermal properties target material can be applied. 다음은 참조문헌 1-3의 예이다. The following is an example of reference books 1-3.

1. John F. Ready, Effects of High Power Laser Radiation, ACADEMIC PRESS, New York 1971, pages 115-116. 1. John F. Ready, Effects of High Power Laser Radiation, ACADEMIC PRESS, New York 1971, pages 115-116.

2. Sidney S. Charschan, Guide for Material Processing By Lasers, Laser Institute of America, The Paul M. Harrod Company, Baltimore MD, 1977, pages 5-13. 2. Sidney S. Charschan, Guide for Material Processing By Lasers, Laser Institute of America, The Paul M. Harrod Company, Baltimore MD, 1977, pages 5-13.

3. Joseph Bernstein, JH Lee, Gang Yang, Tariq A. Dahmas, Analysis of Laser Metal-Cut Energy Process Window (출판 예정). 3. Joseph Bernstein, JH Lee, Gang Yang, Tariq A. Dahmas, Analysis of Laser Metal-Cut Energy Process Window (published soon).

금속 반사성 Metal reflective

금속의 반사성은 레이저 펄스의 파워 밀도가 증가할수록 낮아진다(참조문헌 1). The reflectivity of the metal is lowered with increasing the power density of the laser pulse (see reference 1). 금속의 반사성은 물질 내의 자유전자 도전율과 직접적으로 비례한다. The reflectivity of a metal is directly proportional to the free electron conductivity in a material. 고강도 레이저에 의해 전달될 때와 같이 높은 전기장 밀도에서는, 전자와 격자 사이의 충돌시간(collision time)이 감소한다. At high electric field densities as they are delivered by a high intensity laser, the collision time decreases (collision time) between the electrons and the lattice. 이와 같은 충돌시간의 단축은 도전율을 감소시키며, 따라서 반사성을 감소시킨다. The speed of such collision time reduces the conductivity, thereby reducing the reflectivity. 예를 들어, 레이저 파워 밀도가 10 9 watts/cm 2 의 범위로 증가함에 따라 알루미늄의 반사율은 92%에서 25% 이하로 낮아진다. For example, the reflectivity of the aluminum, as the laser power densities increases to the range of 10 9 watts / cm 2 is lowered from 92% to 25%. 따라서 레이저 에너지가 반사로 손실되는 것을 방지하기 위해, 공작물에서 가능한 한 짧은 시간 안에 높은 파워 밀도를 획득하는 것이 유리하다. Therefore, it is advantageous that the laser energy in order to prevent the loss by reflection, to obtain a high power density in as short a time as possible in the workpiece.

열 확산도 Thermal diffusivity

레이저 펄스 동안에 열이 이동하는 거리(D)는 다음과 같이 레이저 펄스 폭에 비례한다. The distance (D), which heat is transferred during a laser pulse is proportional to the laser pulse width as follows:

여기서, here,

K는 물질의 열 확산도; K is a thermal diffusion of the material; 그리고 And

t는 레이저 펄스의 길이. t is the length of the laser pulse.

그러므로 짧은 레이저 펄스가 용융되는 링크 아래 기판으로의 열발산을 방지하고, 또한 링크와 접하는 물질로 열이 측방향으로 전도되는 것을 방지하는 것을 확인할 수 있다. Thus it can be seen that to prevent the heat dissipation of a short laser pulse is linked below the substrate to be melted, and also prevent the heat conduction to the lateral direction of a material in contact with the link. 그러나 펄스는 링크 물질를 끝까지 가열시킬 정도로 길어야만 한다. However, the pulse is just long enough to heat the end of the link muljilreul.

열 스트레스 및 링크 제거 Heat stress and link removed

레이저 에너지의 흡수를 통해 표적 금속 링크는 가열되고 팽창하려고 한다. Target metal link through the absorption of laser energy are about to heating and expansion. 그러나 링크를 둘러싸는 산화물이 팽창하는 물질을 포함한다. However, enclosing the link comprises a material oxide is inflated. 그러므로 산화물 내에는 스트레스가 축적된다. Therefore in the oxide is the stress is accumulated. 어느 시점에서, 팽창하는 금속의 압력이 산화물의 항복점(yield point)을 초과하여, 산화물이 균열(crack)되고 금속 링크는 폭발하여 세밀한 입자 증기(fine particle vapor)로 변한다. At some point, the pressure of the expanding metal exceeds the yield point of the oxide (yield point), the oxide is changed to a crack (crack), and the metal fine particle vapor explosion link (fine particle vapor). 금속 링크의 주요 균열 지점은 최고 스트레스 지점이며, 이는 도 1b에 도시된 바와 같이 상부 및 하부에 있는 링크의 에지이다. The main crack points of metal link is a maximum stress points, which is the edge of the link at the top and bottom as shown in Figure 1b.

링크 위의 산화물이 어느 정도 얇다면, 산화물의 균열은 링크의 상부에서만 발생할 것이며, 링크는 도 1a에 도시된 바와 같이 깨끗하게 제거될 것이다. If the oxide thin links of up to some extent, cracks of the oxide will occur only in the upper portion of the link, the link will be removed cleanly as shown in Figure 1a. 그러나 산화물이 어느 정도 두껍다면, 균열은 링크의 상부뿐만 아니라 하부에서도 발생할 수 있으며, 도 1b에 도시된 바와 같이 균열은 기판 아래로 전파될 것이다. However, if the oxide is somewhat thick, cracking can occur, as well as in the upper portion of the lower link, a crack as shown in Figure 1b will be propagated down the substrate. 이는 매우 바람직하지 않은 상황이다. This situation is not very desirable.

Q-스위칭 레이저 시스템은 다양한 형상의 짧은 펄스를 제공하도록 변경될 수 있다. Q- switched laser systems can be modified to provide short pulses of various shapes. 높은 피크 파워, 짧은 펄스의 레이저를 생성하는 통상적인 종래의 레이저는 표준 Q-스위칭 레이저다. A typical conventional laser for generating a laser having a high peak power, short pulse lasers are standard Q- switched. 이러한 레이저는 중간 정도의 펄스 상승시간을 가진 시간적 펄스를 발생한다. The laser generates a temporal pulse having a moderate pulse rise time. 이러한 시간적 형상은, 레이저 빔의 섹션(sections)을 멈추는(switch out) 포켈스 소자 펄스 슬라이서(Pockels Cell pulse slicer)를 사용하여 변화시키는 것이 가능하다. The temporal shape, can be changed using the stop section (sections) of the laser beam (switch out) Four Kells pulse slicer element (Pockels Cell pulse slicer). 본 발명의 출원인에 의해 발명되고 동일한 양수인을 가진 미국특허 제4,483,005호(즉, '005호 특허)에는 레이저 빔 펄스 폭에 영향을 미치는(즉, 감소시키는) 다양한 방법이 개시되어 있다. U.S. Patent No. 4,483,005 having the same assignee invented by the applicant of the present invention (that is, the '005 patent), there are a variety of methods disclosed a laser beam pulse width (which means that, decrease) affects. '005호 특허에 기술된 바와 같이, 중앙로브(central lobe) 밖의 에너지를 잘라냄(truncating)으로써 "비-가우시안(non-Gaussian)" 형상의 빔이 제공되도록 레이저 펄스를 형성할 수 있다. May form a laser pulse to provide a "Gaussian (non-Gaussian) ratio" of the beam shape as described in the '005 Patent, the central lobe (central lobe) as the other undercut energy (truncating). 상대적으로 넓은 Q-스위칭 파형이 좁고 균일한 형상으로 전환된다면, 펄스 에너지의 작은 부분만이 사용될 것이라는 점을 주목하여야 한다. It should be noted that the relatively large Q- switching waveform with a narrow and, if converted into a uniform shape, only a small portion of the pulse energy will be used. 예를 들어, 가우시안 펄스를 잘라(truncation) 급한(sharp) 상승시간 및 10% 이내의 편평도(flatness)를 갖는 좁은 펄스를 제공하도록 함으로써 펄스 에너지가 약 65% 감소된다. For example, by the narrow pulse to provide a pulse of energy having a Gaussian pulse for cut (truncation) in a hurry (sharp) rise time and 10% or less flatness (flatness) is reduced about 65%.

이와 유사하게, 미국특허 제4,114,018호('018호 특허)에는, 사각형 펄스를 생성하기 위한 시간적 펄스 형성이 기재되어 있다. Similarly, U.S. Patent No. 4,114,018 ( '018 Patent) In this, there is formed a temporal pulse for generating a rectangular pulse is described. 도 7은 매우 편평한 레이저 파워 출력에 대한 시간 간격을 나타낸다. Figure 7 shows the time interval for a very flat laser power output. '018호의 특허된 방법에서는, 원하는 펄스를 발생시키기 위해 빔 강도의 시간 세그먼트를 제거하는 것이 필요하다. In the '018 patents for the arc, it is necessary to remove the time segment of the beam intensity in order to generate the desired pulse.

종래기술 이상의 바람직한 개선은 펄스 지속 시간 내에 높은 에너지 엔클로저(energy enclosure)를 가지며 급격히 붕괴되는 꼬리를 갖는 짧은 펄스를 발생시키기 위한 효율적인 방법을 제공하는 것이다. A preferred improvement over the prior art is to provide an efficient method for generating short pulses having a tail which rapidly collapse has a high energy enclosure (enclosure energy) within the pulse duration. 이를 달성하기 위해서 Q-스위칭 펄스 포락선의 펄스 형상과는 상이한 펄스 형상을 생성하는 레이저 기술이 바람직하다. And a pulse shape of the pulse envelope Q- switched laser technology to generate a different pulse shape is preferred in order to achieve this. 그러한 펄스는 빠른 상승시간, 중앙로브 내에 균일한 에너지, 및 빠른 붕괴를 가진다. Such pulses have a fast rise time, a uniform energy in Central Grove, and quick decay.

표준 Q-스위칭 Nd:YAG 이외의 레이저에 의해 제공되는 것과 같은 빠른 상승시간, 높은 파워 밀도의 펄스가 이 일을 가장 잘 달성할 것이다. Standard Q- switched Nd: fast rise time such as that provided by a laser than YAG, a high power density of the pulse will be best achieved this.

이러한 장점은 전통적인 Q-스위칭형, 고체형(solid state) 다이오드 또는 램프 펌핑(lamp pumped) YAG 기술과는 현저히 차이가 나는 레이저 기술을 사용하는 시스템에서 바람직한 방식으로 구현된다. This advantage is the traditional Q- switched, solid form (solid state) diode pumped or lamp (lamp pumped) is significantly different from the I YAG technology is implemented in a preferred manner in a system using a laser technique.

보다 빠른 상승시간, 상대적으로 균일하고 중앙로브 내에 더 높은 에너지 농도(energy concentration), 및 빠른 하강시간(fall time)을 가진 표준 Q-스위칭 펄스와는 상이한 형상을 가진 펄스를 발생하기 위한 방법 및 시스템이 종래 기술을 개선하기 위하여 요구된다. Faster rise time, relatively uniform and higher energy density (energy concentration), and fast fall time (fall time) method and system for generating a pulse having a different shape is the standard Q- switching pulses with in the central lobe this is required to improve the prior art.

출원인은 금속 링크 블로잉 응용례에서 개선된 결과가 얻어질 수 있는 것으로 판단하였다. Applicants have determined that the improved results in the metal link blowing alternative applications can be obtained. 예를 들어, 비-가우시안형이고, 실질적으로 직사각형인 펄스 형상은 상부(overlying) 절연체가 존재하는 경우의 금속 링크 처리에 특히 바람직하다. For example, the non-Gaussian type is, substantially rectangular pulse shape is particularly preferred in the metal link processing is performed when the top (overlying) the insulation present. 출원인의 결과는 1ns 차수, 바람직하게는 약 0.5ns 차수의 빠른 상승시간이 상부 산화물층에 열충격(thermal shock)을 제공하여 링크 블로잉 절차를 용이하게 함을 보여준다. Results of the applicant is a 1ns order, preferably fast rise time of about 0.5ns order provide thermal shock (thermal shock) on the upper oxide layer to show that facilitate the link blowing process. 이에 추가하여, 높은 파워 밀도에서 빠르게 상승하는 짧은 펄스의 경우 반사성은 감소한다. In addition, in the case of a short pulse which rises rapidly at a high power density reflectivity decreases. 실질적으로 균일한 펄스 형상을 가지는 약 5ns의 펄스 지속 시간은 링크에 더 많은 에너지가 결합(couple)되도록 허용함으로써, 링크를 제거하는 데 요구되는 에너지를 감소시킨다. By substantially pulse duration of approximately 5ns having a uniform pulse shape allows more energy to be coupled to the link (couple), thereby reducing the energy required to remove the link. 약 2ns의 급격한 하강시간은 기판 손상의 가능성을 배제하는 데 있어 중요하다. Sharp fall time of about 2ns is important to rule out the possibility of damage to the substrate. 더 나아가, 적시에 거의 사각형인 파워 밀도 펄스의 장점은 파워 밀도가 필요할 때는 가장 높고 필요하지 않을 때는 펄스가 오프된다는 점이다. Furthermore, the advantage of the power density of the pulse almost squares in a timely manner is that when you do not need the highest power density required when a pulse is being turned off.

짧고 빠르게 상승하는 펄스는 열이 링크의 하부까지 아래로 확산할 수 있기 전에 먼저 링크의 상부가 용융하고 팽창하게 할 것이다. For short, fast rising pulse will allow the top of the column is first link melted before it can diffuse down to the lower portion of the link and expand. 그러므로 링크의 상부에 스트레스가 축적되며, 상기 스트레스는 아래로 기판까지 균열이 발생되지 않도록 하고 상부층의 균열을 촉진시킨다. Therefore, stress is accumulated in the upper portion of the link, the stress causes a crack is not generated so that down to the substrate and promotes cracking of the top layer.

본 발명의 일 목적은 수 나노초의 짧은 지속 시간과 급격한 하강시간을 가진 서브-나노초(sub-nanosecond)의 상승시간 펄스를 발생할 수 있는 능력을 갖는 컴팩트한 이득 스위칭 레이저 시스템을 제공하는 것이다. One object of the present invention is the sub-nanosecond with a short duration and a sharp fall time of the - to provide a compact, gain switched laser system having the ability to cause a rise time pulses of nanoseconds (sub-nanosecond). 최신식 고속 펄스 시스템은 이득 스위칭 기술을 포함하는데, 여기에서는 낮은 파워 반도체 시드 레이저가 신속히 그리고 직접적으로 변조되어 제어된 펄스 형상을 생성하고 이는 이후에 펌프 레이저로 사용되는 고 파워 레이저 다이오드 또는 다이오드 어레이(diode array)를 가진 클래딩 펌핑(cladding pumped)된 섬유 광학 시스템과 같은, 레이저 증폭기로 상당히 증폭된다. To the state-of-the-art high-speed pulse system comprises a gain switching technique, in which a low power semiconductor seed laser is rapidly and high-power laser diode or diode array used as the pump laser after produce a directly modulated by controlling the pulse-like and it (diode such as a fiber optical system array) cladding pumped (cladding pumped) with, it is significantly amplified by the laser amplifier. 이러한 레이저 시스템은 미국특허 제5,694,408 및 PCT 출원번호 PCT/US98/42050호에 설명되어 있으며, 예를 들면 미국특허 제5,400,350호에 설명된 일부 초고속 처프(chirped) 펄스 증폭 시스템의 "빌딩블록 (building blocks)"이다. This laser system is U.S. Patent No. 5,694,408 and PCT Application No. PCT / US98 /, and 42 050 are described in the call, for example, U.S. Patent No. 5.40035 million some broadband chirped (chirped) "building blocks of the pulse amplification system described in the call (building blocks )"to be.

본 발명의 한 가지 일반적인 목적은 종래기술의 레이저 처리 방법 및 시스템을 개선하기 위한 것으로, 특히 표적 물질 주위 영역의 광학 및/또는 열적 특성이 실질적으로 상이한 경우 이를 개선하기 위한 것이다. A common object of the present invention is to improve the laser processing method and system of the prior art, especially when optical and / or thermal properties of the target material in the peripheral region is substantially different is to improve this.

본 발명의 한 가지 일반적인 목적은 마이크로기계 가공 및 레이저 물질 처리 응용, 예를 들면 반도체 메모리에서 링크 또는 기타 상호 접속부(interconnects)의 레이저 제거, 트리밍(trimming), 드릴링(drilling), 마킹(marking), 및 마이크로기계 가공을 위한 레이저 펄스 형성 기능을 제공하는 것이다. A common object of the present invention is micro-machining and laser material processing applications, for instance laser ablation of links or other interconnects (interconnects) in the semiconductor memory, the trimming (trimming), drilling (drilling), the marking (marking), and to provide a laser pulse shaping capability for micro-machining. 미리 결정된 파형 형상이 이득 스위칭 레이저로부터 발생되는데, 이는 표준 Q-스위칭 시스템의 파형과 다르다. A predetermined waveform shape there is generated from a gain switched laser, which is different from the waveform of the standard Q- switching system.

본 발명의 한 가지 목적은 반도체 처리, 예를 들면 16-256 메가비트 반도체 수리를 위한 개선 및 이익(margin)을 제공하여, 그 결과 제거 장소 주위의 전도성 잔여물 또는 오염물에 의한 후발적인 디바이스 파손의 위험이 없이 미세 구조체를 깨끗하게 처리하는 것이다. One purpose of the present invention of a semiconductor processing, for example, 16-256 megabit semiconductor to provide improvements and benefits (margin) for the repair, so that removal locations around the conductive residue or second-tier of device failure due to contamination of the without the risk of treatment is to clean the fine structure.

본 발명의 한 가지 목적은, 짧게는 수백 피코초까지의 펄스 파형 상승시간을 제공하는 것인데, 펄스 지속 시간은 통상적으로 약 10 나노초 이하이고 급격한 펄스 붕괴를 가짐으로써, 높은 파워 밀도로 표적 구조체를 레이저 처리하고, 이를 통해 주변 영역이 열 충격 및 확산으로 인하여 손상되는 것을 최소화하는 것이다. One purpose of the present invention is as short as several hundred would be to provide a pulse waveform rise time to picoseconds, the pulse duration is typically by about 10 nanoseconds or less, and has a rapid pulse decay, the laser target structure at high power density, process, the peripheral area through which to minimize the damage due to thermal shock and diffusion.

본 발명의 한 가지 목적은 레이저 제거 프로세스에 적합한 어떠한 파장에서도 높은 파워, 빠른 상승시간 펄스로 매우 짧은 시간 내에 공작물(workpiece)에서 높은 파워 밀도를 달성하여, 반도체 레이저 처리 응용에서 표적 물질 주변 및 그 아래의 구조체에 대한 손상을 방지하는 것이다. One purpose of the invention is a high power at any wavelength suitable for the laser ablation process, the fast rise time to achieve a high power density in the workpiece (workpiece) in a very short time to a pulse, the surrounding target material in semiconductor laser processing applications, and under it in preventing damage to the structure.

본 발명의 한 가지 목적은 반도체 메모리 상의 단일 금속 링크와 같은 금속 표적 구조체의 반사성이 감소하도록 충분히 빠른 상승시간과 충분한 파워 밀도를 가진 단일 레이저 처리 펄스로 표적 장소를 처리하고, 이를 통해 레이저 에너지의 보다 효율적인 결합(coupling)을 제공하는 것이다. One purpose of the present invention than the laser energy process the target place of a single laser processing pulse with sufficiently fast rise time and sufficient power density so as to reduce the reflectivity of a metal target structure, such as a single metal link and, through this, on the semiconductor memory to provide an efficient coupling (coupling). 빠르게 상승하는 레이저 펄스는 각각의 금속성 표적 구조체를 효율적으로 가열 및 기화시키기에 충분한 펄스 지속 시간을 가지고, 제거 지속 시간 중 상대적으로 균일한 파워 밀도를 가지면서도, 표적 물질이 기화된 후의 급격한 펄스 하강시간은 주변 및 하부(underlying) 구조체의 손상을 방지한다. A laser pulse fast rise has a sufficient pulse duration, removal continued while having a uniform power density to the relative of time, the target material is a sudden after vaporization pulse fall time in to efficiently heat and vaporize the each metallic target structure It is to prevent damage to the surrounding and a lower (underlying) structure.

본 발명의 한 가지 목적은, 통상적으로 수 나노초의 펄스 상승시간을 가지며 Q-스위칭 펄스 포락선으로 대표되는 레이저와 같은 표준 Q-스위칭 레이저를 활용하는 시스템과 비교할 때, 반도체 금속 링크 블로잉 적용시에 우수한 성능을 제공하는 것이다. One purpose of the present invention, typically has a few nanoseconds of the pulse rise time as compared to a system utilizing a standard Q- switched laser, such as laser typified by a Q- switched pulse envelope, the semiconductor metal link blowing excellent at the time of application to provide a performance. 실질적으로 사각형 펄스 형상을 가지며 펄스 지속 시간이 약 2-10 나노초의 범위에 있고 상승시간이 약 1ns이며 바람직하게는 0.4ns인 레이저 펄스가 발생된다. Substantially it has a square pulse-pulse duration is in the range of about 2-10 nanoseconds and a rise time of about 1ns preferably 0.4ns a laser pulse is generated. 또한, 스위치 오프시 펄스 붕괴가 급격하여 미리 결정된 펄스 지속 시간 후 펄스 에너지의 매우 작은 부분만이 남게 되며, 펄스"꼬리"는 급격히 감쇠하여 하부 기판 또는 기타 비표적 물질을 손상시킬 가능성을 방지하기에 충분히 낮은 레벨이 된다. Also, to then switch off when sustain pulses decay abruptly to a predetermined pulse time will remain only a very small portion of the pulse energy, the pulse "tails" will prevent the possibility of damaging the underlying substrate or other non-target material is rapidly attenuated this is a sufficiently low level. 이러한 펄스의 비교가 도 2에 도시되어 있다. A comparison of these pulses is illustrated in FIG.

본 발명의 한 가지 목적은 반도체 레이저 제거 프로세스의 처리창(processing window)을 확대하여 상이한 광학 및 열적 특성을 가진 물질로 둘러싸여 있는 미세 구조체를 신속하고 효율적으로 제거하는 것이다. One purpose of the invention to quickly and efficiently remove the fine structure with an enlarged processing window of a semiconductor laser ablation process (processing window) is surrounded by materials having different optical and thermal properties. 이러한 구조체는 통상적으로 구조체 사이의 폭 및 간격이 약 1 미크론 이하이고 깊이 방향으로 중첩된 방식으로 배열되어 있다. These structures typically have a width and spacing between the structures is about 1 micron or less are arranged in a manner overlapping in the depth direction. 짧은 레이저 펄스를 적용함으로써 표적 물질이 깨끗하게 제거되면서도, 측방향으로의 열소산(heat dissipation)에 의한 주변 물질의 손상 또는 표적 물질 아래의 하부 기판의 손상이 방지된다. While being the target material removal cleaned by applying a short pulse laser, the damage on the side of the lower substrate under the damaged or target material surrounding materials caused by heat dissipation (heat dissipation) in the direction is prevented.

본 발명의 한 가지 목적은 높은 에너지 밀도를 가진 짧은 펄스를 적용하여 실질적으로 동질적인 광학 및 열적 특성을 가진 물질을 제어가능하게 기계 가공하는 것인데, 이 때 펄스 지속 시간은 조사량(fluence) 임계치가 레이저 펄스 폭의 제곱근과 대략적으로 비례하는 물질 처리 범위에서 수 나노초이다. One purpose of the present invention is that processing can be controlled to a material with a substantially homogeneous optical and thermal properties by applying a short pulse having high energy density machines, where the pulse duration of irradiation dose (fluence) thresholds of the laser a few nanoseconds in the material processing range that is proportional to the square root of the pulse width roughly.

본 발명의 전술된 목적과 기타 목적을 수행하기 위하여, 표적 물질 주변의 물질의 전기적 또는 물리적 특성에 바람직하지 않은 변화를 야기함이 없이 미세(microscopic) 영역에서 특정된 크기를 갖는 표적 물질을 처리하기 위한 에너지 효율적 레이저 기반 방법이 제공된다. In order to carry out the above object and other objects of the present invention, to process a target material having a particular size in a fine (microscopic) region to undesirable changes in electrical or physical characteristics of the target material of the surrounding material without causing the energy-efficient laser-based method is provided for. 이 방법은 소정의 반복률로 소정의 파장을 가지는 레이저를 이용하여 레이저 펄스 트레인(laser pulse train)을 발생하는 단계를 포함하고, 이 때 펄스 트레인의 펄스 각각은 미리 결정된 형상을 갖는다. The method using a laser having a predetermined wavelength at a predetermined repetition rate, including the step of generating laser pulse trains (laser pulse train), and has a pulse shape, each pre-determined time of a pulse train. 또한 상기 방법은 펄스의 미리 결정된 형상이 현저히 변화되지 않도록 펄스 트레인을 광학적으로 증폭하여 증폭된 펄스 트레인을 획득하는 단계를 포함한다. Also the method includes the step of obtaining the predetermined shape of the optical amplification by the amplifier so as to avoid significant changes in the pulse train of the pulse train pulses. 증폭된 펄스 각각은 실질적으로 사각형인 시간적 파워 밀도 분포, 급한(sharp) 상승시간, 펄스 지속 시간 및 하강시간을 가진다. The amplified pulses each of which has a substantially square temporal power density distribution is, in a hurry (sharp) rise time, pulse duration and fall times. 상기 방법은 또한 증폭된 펄스 트레인의 적어도 일부분을 표적 물질의 스폿(spot)에 전달 및 집속(focusing)하는 단계를 포함하는데, 이 때, 상승시간은 레이저 에너지를 표적 물질에 효율적으로 연결하기에 충분히 빠르고, 펄스 지속 시간은 표적 물질을 처리하기에 충분하며, 하강시간은 표적 물질 주변의 물질에 바람직하지 않은 변화를 방지하기에 충분히 빠르다. To The method also includes the step of passing and focusing at least a portion of the amplified pulse trains to a spot (spot) of the target material (focusing), this time, the rise time is enough to efficiently connect the laser energy to the target material a fast, pulse duration is sufficient to process the target material and the fall time is rapid enough to prevent the undesirable changes to the material surrounding the target material.

표적 물질은 도전성 라인(conductive lines) 또는 링크와 같은 마이크로구조체(microstructures)를 포함할 수 있는데, 이 때, 링크는 용장성(redundant) 반도체 메모리의 공통(common) 회로 소자다. The target material may include a micro structure (microstructures) such as a conductive line (conductive lines) or a link, at this time, the link is a (common) circuit elements common redundancy (redundant) for the semiconductor memory. 도전성 라인은 금속 선일 수 있으며, 이 때, 펄스 지속 시간은 상기 금속 선, 즉 상기 금속 선의 특정 일부분을 효과적으로 가열 및 기화시키기에 충분하다. Conductive lines may be metal Sunil, at this time, the pulse duration is sufficient to effectively heat and vaporize the metal lines, i.e., a specific part of the metal wire.

표적 물질은 예를 들면 16-256 메가비트를 가지는 반도체 메모리와 같은, 반도체 디바이스의 일부일 수 있다. The target material may be part of a semiconductor device such as a semiconductor memory having 16-256 megabits g, for example.

표적 물질 주변의 물질의 적어도 일부분은 반도체 기판과 같은 기판일 수 있다. At least a portion of the target material of the surrounding material may be a substrate such as a semiconductor substrate.

표적 물질은 마이크로전자공학(microelectronic) 디바이스의 일부일 수 있다. The target material may be part of the micro-electronics (microelectronic) device.

실질적으로 사각형인 시간적 파워 밀도 분포는 표적 물질을 실질적으로 완전히 제거하기에 충분하다. Substantially rectangular temporal power density distribution is sufficient to substantially completely remove the target material.

상승시간은 1 나노초 이하인 것이 바람직하며, 0.5 나노초 이하인 것이 더욱 바람직하다. The rise time is preferably not more than 1 nanosecond and, more preferably less than or equal to 0.5 nanoseconds.

펄스 지속 시간은 10 나노초 이하인 것이 바람직하며, 5 나노초 이하인 것이 더욱 바람직하다. Pulse duration is preferably less than or equal to 10 nanoseconds, more preferably not more than 5 nanoseconds.

또한, 하강시간은 2 나노초 이하인 것이 바람직하다. In addition, the fall time is preferably not more than 2 nanoseconds.

통상적으로 표적 물질을 처리하는 데에는 단일 증폭 펄스이면 충분하다. There which typically process a target material is sufficient for a single amplified pulse.

표적 물질은 증폭된 펄스에 대해 반사성을 가질 수 있으며, 이 때 증폭된 펄스의 파워 밀도는 표적 물질의 반사성을 증폭된 펄스로 감소시키고 표적 물질에 레이저 에너지를 효율적으로 연결하기에 충분할 정도로 높다. The target material may have a reflectivity to the amplified pulses, the power density of the amplified pulses at this time is high enough to reduce the reflectivity of the target material to the amplified pulses and efficiently coupled to a laser energy to the target material.

각각의 증폭된 펄스는 펄스 지속 시간 동안 매우 균일한 파워 밀도 분포를 가지는 것이 바람직하다. Each of the amplified pulse preferably has a highly uniform power density distribution during the pulse duration.

각각의 펄스는 상기 펄스 지속 시간 동안 10 퍼센트 이내로 균일한 시간적 파워 밀도 분포를 가지는 것이 바람직하다. Each pulse preferably has a temporal power density distribution uniform to within ten percent during the pulse duration.

표적 물질 주변의 물질은 표적 물질의 상응하는 특성과 상이한 열 확산 특성 및 흡수 및 분극 민감도를 포함하는 광학적 특성을 가질 수 있다. Material surrounding the target material may have optical properties including a characteristic corresponding to the different thermal diffusion and absorption characteristics and polarization sensitivity of the target substance.

바람직하게 반복률은 적어도 1000펄스/초이고, 각각의 증폭된 펄스는 적어도 0.1 내지 3 마이크로줄의 에너지를 갖는다. Preferably repetition rate is at least 1000 pulses / second and each of the amplified pulses has an energy line at least 0.1 to 3 microseconds.

광학적으로 증폭하는 단계는 적어도 20DB의 이득(gain)을 제공하는 것이 바람직하다. Comprising: an optical amplifier, it is preferable to provide a gain (gain) of the at least 20DB.

또한, 상승시간 및 하강시간 모두는 펄스 지속 시간의 반 이하이며, 각각의 증폭된 펄스의 피크(peak) 파워는 상승 및 하강시간 사이에서 실질적으로 일정한 것이 바람직하다. In addition, both the rise time and fall time is less than half the pulse duration, respectively, of the peak (peak) power of the amplified pulses is preferably substantially constant between the rise and fall times.

증폭된 펄스 각각은 꼬리(tail)를 가지며, 상기 방법은 펄스의 파워량을 실질적으로 유지하면서 증폭된 펄스의 하강시간을 감소시키기 위하여 증폭된 펄스의 꼬리 안의 레이저 에너지를 감쇠시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. The amplified pulses each having a tail (tail), the method further comprising the step of attenuating the laser energy in the tails of the amplified pulses to reduce fall time of the amplified pulses while substantially maintaining the power amount of the pulse it is desirable.

본 발명의 전술된 목적과 기타 목적을 수행하기 위하여, 또한 표적 물질 주변의 물질의 전기적 또는 물리적 특성에 바람직하지 않은 변화를 야기함이 없이 미세(microscopic) 영역에서 특정된 크기를 갖는 표적 물질을 처리하는 에너지 효율적 시스템이 제공된다. In order to carry out the above object and other objects of the present invention, and processing a target material having a size specified in a fine (microscopic) region to undesirable changes in electrical or physical characteristics of the surrounding target material substance without causing the energy-efficient system is provided. 이 시스템은 처리 제어 신호를 발생하는 제어기와 상기 처리 제어 신호에 근거하여 변조된 구동 파형을 발생하는 신호발생기를 포함한다. The system includes a signal generator for generating a modulated drive waveform based on a controller and the process control signal for generating a processed control signal. 파형은 서브-나노초(sub-nanosecond)의 상승시간을 가진다. Waveforms are sub-nanosecond rise time has a (sub-nanosecond). 이 시스템은 또한 소정의 반복률로 레이저 펄스 트레인을 발생하기 위하여, 소정의 파장을 가진 이득 스위칭 펄스 시드 레이저를 포함한다. The system also includes a gain switched pulse seed laser having a predetermined wavelength to generate a laser pulse train at a predetermined repetition rate. 구동 파형은 펄스 트레인의 각 펄스가 미리 결정된 형상을 가지도록 레이저를 펌핑(pumps)한다. Drive waveform pumps (pumps) the laser to have a shape of each pulse of the pulse train a predetermined. 더 나아가, 이 시스템은 펄스의 미리 결정된 형상이 현저히 변화되지 않도록 펄스 트레인을 광학적으로 증폭하여 증폭된 펄스 트레인을 획득하는 레이저 증폭기를 포함한다. Furthermore, the system includes a laser amplifier to obtain an amplified pulse train to the optical amplifier as a pulse train so that the predetermined shape of the pulse is not significantly changed. 증폭된 펄스 각각은 실질적으로 사각형인 시간적 파워 밀도 분포, 가파른 상승시간, 펄스 지속 시간 및 하강시간을 가진다. The amplified pulses are each substantially rectangular temporal power density distribution, and has a sharp rise time, a pulse duration and a fall time. 상기 시스템은 증폭된 펄스 트레인의 적어도 일부분을 표적 물질에 전달하여 집속(focusing)하는 빔 전달 및 집속 서브시스템을 더 포함한다. The system further comprises a converging (focusing) beam delivery and focusing subsystem for passing at least a portion of the amplified pulse train to the target material. 상승시간은 레이저 에너지를 표적 물질에 효율적으로 연결하기에 충분히 빠르고, 펄스 지속 시간은 표적 물질을 처리하기에 충분하며, 하강시간은 표적 물질 주변의 물질에 바람직하지 않은 변화를 방지하기에 충분히 빠르다. The rise time is fast enough to efficiently connect the laser energy to the target material, the pulse duration is sufficient to process the target material and the fall time is rapid enough to prevent undesirable in the surrounding target material substance changes.

레이저 증폭기는 바람직하게는 광섬유 및 상기 광섬유를 펌핑하는 레이저 다이오드와 같은 펌프를 포함하며, 여기서 펌프는 시드 레이저와 구별된다. And a laser amplifier preferably includes an optical fiber and a pump such as a laser diode to pump the optical fiber wherein the pump is distinct from the seed laser.

레이저 다이오드 펌프원(pump source) 또한 이득 스위칭되어(펄스화되고 직접적으로 변조되어) 레이저 처리가 발생하지 않는 연장 기간 동안 "오프(off)" 상태로 스위칭됨으로써 다이오드 수명을 증가시킬 수 있다. Laser diode pump source (pump source) is also the gain switching is possible to (pulsed and directly modulated by a) increasing the life of a diode by being switched to "Off (off)" status for an extended period of time, the laser processing does not occur.

시드 레이저는 레이저 다이오드를 포함하는 것이 바람직하다. Seed laser is preferably a laser diode.

시스템은 증폭된 펄스의 꼬리에 레이저 에너지를 감쇠시켜 펄스의 에너지량를 실질적으로 유지하면서 증폭된 펄스의 하강시간을 감소시키는 감쇠기를 포함할 수 있다. System by attenuating the laser energy in the tails of the amplified pulses may include a damper to reduce the fall time of the amplified pulses while substantially maintaining the pulse energy ryangreul.

펄스 지속 시간은 특정된 표적 물질 크기의 함수로 선택될 수 있다. Pulse duration may be selected as a function of the particular target material size. 특정된 표적 물질 크기는 레이저 파장 이하일 수 있다. The specific size of the target material may be less than the laser wavelength. 바람직한 레이저는 약 2μm 이하의 파장을 가지는 고속 반도체 레이저이다. A preferred laser is a high-speed semiconductor laser having a wavelength of less than about 2μm. 섬유 물질 및 반도체 레이저 다이오드 기술에서 보다 긴 적외선 파장에서 뿐만 아니라 가시영역에서의 작동을 위하여 향후 발전된 물질이 제공될 수 있다. Fiber material and not only at the longer infrared wavelengths from the semiconductor laser diode technology has developed further material may be provided for the operation of the visible region.

시드 레이저 다이오드는 분산된 브래그 리플렉터(distributed Bragg reflector, DBR), 분산된 피드백(distributed feedback, DFB), 즉 외부 공동 디자인(external cavity design)을 활용하는 단일 주파수(단일모드) 레이저 또는 다중모드(multimode) 다이오드 레이저일 수 있다. Seed laser diode is a distributed Bragg reflector (distributed Bragg reflector, DBR), distributed feedback (distributed feedback, DFB), i.e., an external cavity design a single frequency to take advantage of the (external cavity design) (single mode) laser or a multi-mode (multimode ) can be a diode laser.

스폿 크기는 통상적으로 약 1μm-4μm의 범위 내의 크기를 가진다. Spot size typically has a size in the range of about 1μm-4μm.

메모리의 밀도는 적어도 16-256 메가비트일 수 있다. The density of the memory may be at least 16 to 256 mb.

반도체 디바이스는 마이크로전자기계(microelectromechanical) 디바이스일 수 있다. The semiconductor device may be a micro-electromechanical (microelectromechanical) devices.

펄스 꼬리에서 감쇠되는 레이저 에너지는 펄스 지속 시간의 1.5배 이내에서 적어도 10dB 감쇠되는 것이 바람직하다. Laser energy is attenuated in the pulse tail is preferably at least 10dB attenuation within 1.5 times the pulse duration.

본 발명의 전술된 목적과 기타 목적을 수행하기 위하여, 또한 금속 링크 주변에 위치한 적어도 하나의 패시베이션층(passivation layer)의 전기적 또는 물리적 특성에 바람직하지 않은 변화를 야기함이 없이 적어도 하나의 패시베이션층에 내장된 특정된 크기를 갖는 금속 링크를 제거(ablating)하기 위한 에너지 효율적 레이저 기반 방법이 제공된다. In order to carry out the above object and other objects of the present invention, addition to at least one of a passivation layer at least one passivation layer without causing an electrical or an undesirable change in the physical properties of the (passivation layer) located around the metal link the energy-efficient, laser-based method for removing (ablating) the metal link having a specified size, the built-in is provided. 이 방법은 소정의 반복률로 소정의 파장을 가진 레이저를 활용하는 레이저 펄스 트레인(laser pulse train)을 발생하는 단계를 포함한다. The method includes generating a laser pulse train (laser pulse train) that utilize laser having a predetermined wavelength at a predetermined repetition rate. 펄스 트레인의 펄스 각각은 미리 결정된 형상을 가진다. Of the pulse train, each pulse has a predetermined shape. 이 방법은 또한 증폭된 펄스 트레인을 획득하기 위하여 펄스의 미리 결정된 형상이 현저히 변화되지 않고 펄스 트레인을 광학적으로 증폭하는 단계를 포함한다. The method also includes, without the predetermined shape of the pulse is not significantly change the optical amplifying the pulse train to obtain an amplified pulse train. 증폭된 펄스 각각은 실질적으로 사각형인 시간적 파워 밀도 분포, 급한(sharp) 상승시간, 펄스 지속 시간 및 하강시간을 가진다. The amplified pulses each of which has a substantially square temporal power density distribution is, in a hurry (sharp) rise time, pulse duration and fall times. 이 방법은 또한 증폭된 펄스 트레인의 적어도 일부분을 금속 링크의 스폿(spot)에 전달하여 집속(focusing)하는 단계를 포함한다. The method also by passing at least a portion of the amplified pulse trains to a spot (spot) of the metal link comprising the step of focusing (focusing). 상승시간은 레이저 에너지를 금속 링크에 효율적으로 연결하기에 충분히 빠르다. The rise time is fast enough to efficiently connect the laser energy to the metal link. 펄스 지속 시간은 금속 링크를 제거하기에 충분하며, 하강시간은 금속 링크 주변의 적어도 하나의 패시베이션층에 바람직하지 않은 변화를 방지하기에 충분히 빠르다. The pulse duration is sufficient to remove the metal link and the fall time is rapid enough to prevent the undesirable changes to the at least one passivation layer surrounding the metal link.

본 발명의 전술된 목적과 기타 목적을 수행하기 위하여, 또한 금속 링크 주변의 적어도 하나의 패시베이션층의 전기적 또는 물리적 특성에 바람직하지 않은 변화를 야기함이 없이 적어도 하나의 패시베이션 (passivation)층에 내장된 특정 크기의 금속 링크를 제거(ablating)하기 위한 에너지 효율적 시스템이 제공된다. In order to carry out the above object and other objects of the present invention, also embedded in the at least one passivation (passivation) layer without causing undesirable changes in electrical or physical characteristics of the at least one passivation layer surrounding the metal link, the energy-efficient system for removing (ablating) the metal link of a certain size is provided. 이 시스템은 처리 제어 신호를 발생하는 제어기 및 상기 처리 제어 신호에 근거하여 변조된 구동 파형을 발생하는 신호발생기를 포함한다. The system includes a signal generator for generating a modulated drive waveform based on a controller and the process control signal for generating a processed control signal. 파형은 서브-나노초(sub-nanosecond)의 상승시간을 가진다. Waveforms are sub-nanosecond rise time has a (sub-nanosecond). 시스템은 또한 소정의 반복률로 레이저 펄스 트레인을 발생하는, 소정의 파장을 가진 이득 스위칭 펄스 시드 레이저를 포함한다. System also includes a gain switched pulse seed laser with a laser pulse, the predetermined wavelength for generating a train of a predetermined repetition rate. 구동 파형은 펄스 트레인의 각 펄스가 미리 결정된 형상을 가지도록 레이저를 펌핑한다. Drive waveform pumps the laser so as to have a shape of each pulse of the pulse train a predetermined. 더 나아가, 시스템은 증폭된 펄스 트레인을 획득하기 위하여 펄스의 미리 결정된 형상이 현저히 변화됨이 없이 펄스 트레인을 광학적으로 증폭시키기 위한 레이저 증폭기를 포함한다. Moreover, the system without the predetermined shape of the pulses considerably byeonhwadoem to obtain an amplified pulse train includes a laser amplifier for optically amplifying the pulse train. 증폭된 펄스 각각은 실질적으로 사각형인 시간적 파워 밀도 분포, 가파른 상승시간, 펄스 지속 시간 및 하강시간을 가진다. The amplified pulses are each substantially rectangular temporal power density distribution, and has a sharp rise time, a pulse duration and a fall time. 시스템은 증폭된 펄스 트레인의 적어도 일부분을 금속 링크의 스폿에 전달하여 집속하는 빔 전달 및 집속 서브시스템을 더 포함한다. System by passing at least a portion of the amplified pulse trains to a spot of the metal link further includes a beam delivery and focusing subsystem for focusing. 상승시간은 레이저 에너지를 금속 링크에 효율적으로 연결(couple)하기에 충분히 빠르다. The rise time is fast enough to efficiently connect the laser energy to the metal link (couple). 펄스 지속 시간은 금속 링크를 제거하기에 충분하며, 하강시간은 금속 링크 주변의 적어도 하나의 패시베이션층에 바람직하지 않은 변화를 방지하기에 충분히 빠르다. The pulse duration is sufficient to remove the metal link and the fall time is rapid enough to prevent the undesirable changes to the at least one passivation layer surrounding the metal link.

금속 링크는 그 위의 상부 패시베이션층 및 그 아래의 하부 패시베이션층에 내장될 수 있다. Metal link may be embedded in a top passivation layer and a bottom passivation layer under the above. 펄스 지속 시간은 상기 상부 패시베이션층에 균열이 생기게 하기에는 충분하지만 하부 패시베이션층에 균열이 생기게 하기에는 충분하지 않다. Pulse duration is not enough hagieneun sustaining sufficient, but cracks in the lower passivation layer hagieneun causing a crack on the upper passivation layer.

본 발명의 전술된 목적과 기타 목적을 수행하기 위하여, 레이저 물질 처리에 적합한 파장을 가진 레이저를 사용하여 주변 물질에 대한 손상을 방지하면서 표적 물질을 제거(ablate)하기 위한 방법이 제공된다. In order to carry out the above object and other objects of the present invention, a method for removing (ablate) a target material, while preventing damage to the surrounding material it is provided by means of a laser having a suitable wavelength for the laser treatment material. 이 방법은 미리 결정된 이득 스위칭 펄스를 생성하기 위하여 레이저 빔을 변조하는 단계 및 레이저 빔을 표적 물질 영역에 집속(focusing)하는 단계를 포함한다. The method comprises the steps of condensing (focusing) a step and a laser beam for modulating the laser beam at the target material area in order to create a predetermined gain switching pulse. 미리 결정된 이득 스위칭 펄스 형상은 레이저 에너지를 표적 구조체에 효율적으로 연결하기에 충분히 빠른 레이저 펄스의 상승시간을 포함하고, 표적 물질을 효율적으로 가열 및 기화시키기에 충분한 길이의 펄스 지속 시간 및 표적 물질 주변 구조체의 손상을 방지하기에 충분히 빠른 펄스 붕괴시간을 가진다. Predetermined gain switched pulse shape is sufficiently fast laser pulse includes a rising time, the target material effectively heated and vaporized to a sufficient length of the pulse duration and the target material around the structure in the effective connectivity to the laser energy to a target structure to prevent damage to the pulse has a sufficiently fast disintegration time.

본 발명의 전술된 목적과 기타 목적을 수행하기 위하여, 또한 레이저 처리에 적합한 파장을 가진 레이저를 사용하여 주변 물질에 대한 손상을 방지하면서 표적 물질을 제거(ablate)하기 위한 시스템이 제공된다. In order to carry out the above object and other objects of the present invention, there is also provided a system to remove (ablate) a target material, while preventing damage to the surrounding material by means of a laser having a wavelength suitable for laser processing. 이 시스템은 레이저원, 레이저원을 변조하여 미리 결정된 이득 스위칭 펄스 형상을 가진 레이저 펄스를 발생하기 위한 부품, 및 레이저 빔을 표적 물질 영역에 집속하는 광학 부품을 포함한다. The system includes an optical component for focusing the parts, and the laser beam and modulates the laser source, a laser source generating a laser pulse having a predetermined gain switched pulse-like target material region. 미리 결정된 펄스 형상은 레이저 에너지를 표적 물질에 효율적으로 연결하기에 충분히 빠른 레이저 펄스의 광학적 상승시간과, 표적 물질을 효율적으로 가열 및 기화시키기에 충분한 길이의 펄스 지속 시간 및 표적 물질 주변 구조체의 손상을 방지하기에 충분히 빠른 펄스 붕괴시간을 가진다. A predetermined pulse shape is sufficiently fast laser optical rise time and a heating and a sufficient length of the damage of the pulse duration and the target material around the structure to vaporize the target material efficiently in the pulse to the effective connectivity to the laser energy to the target material enough to avoid having a fast pulse decay time.

본 발명의 바람직한 일 구성예에서, 이득 스위칭 펄스 형상은 빠른 상승시간 펄스를 포함하는데, 상기 펄스의 상부는 실질적으로 편평하고, 빠른 펄스 하강시간을 가진다. In one preferred configuration of the invention, in the gain switching pulse shape includes a fast rise time pulse, and an upper portion of the pulse is substantially flat and has a fast pulse fall time. "시드(seed)" 레이저 다이오드가 직접 변조되어 미리 결정된 펄스 형상을 발생시킨다. "Seed (seed)" laser diode is directly modulated thereby generate a pre-determined pulse shape. 섬유 레이저 증폭기에 의한 증폭을 통해 광학적 파워가 증가되어 레이저 처리에 충분한 파워 레벨이 출력된다. The optical power is increased through amplification by the fiber laser amplifier has sufficient power level is output to the laser treatment. 이에 따른 섬유 레이저 증폭기 출력에서의 이득 스위칭 펄스가 표적 영역 상에 집속된다. As a result, the gain switching pulses in the fiber laser amplifier output is focused onto the target area in accordance with.

본 발명의 일 구성예에서, "시드" 다이오드는 직접 변조되어 미리 결정된 이득 스위칭 사각형 펄스를 생성하고, 물질 처리에 충분한 출력 펄스 레벨을 제공하기 위하여 섬유 레이저 증폭기를 사용하여 저왜곡(low distortion) 증폭을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. In one example of the configuration of the present invention, the "seed" diode generates a gain switching rectangular pulse direct modulation determined in advance, and a low distortion by using a fiber laser amplifier to provide sufficient output pulse level in the material treated (low distortion) amplified it may be desirable to provide.

또 다른 구성예에서, 직접 변조된 시드 다이오드의 펄스 시간적 파워 분포는 섬유 증폭기 또는 기타 부품의 비균일성(non-uniformity) 또는 왜곡에 대해, 예를 들면 출력 변조기의 "완만한(smooth)" 상승에 대해 보상하도록 변경된다. In another arrangement, the pulse temporal power distribution of the directly modulated seed diode is for a non-uniformity (non-uniformity) or the distortion of the fiber amplifier or other components, for example, "gentle (smooth)" rise of an output modulator to be changed to compensate for. 이에 따라 표적 물질 영역에 집속되는 레이저 처리 펄스는 원하는 형상: 빠른 상승시간, 펄스 지속 시간 동안 상대적으로 평탄함, 빠른 붕괴를 가지게 될 것이다. Accordingly, laser processing pulse which is focused onto the target material region is desired shape: will have a relatively smoothness, rapid collapse during fast rise time, pulse duration.

본 발명의 일 구성예에서, "시드" 레이저 펄스가 종결될 때 레이저 처리 시스템의 출력에 잔류하는 레이저 에너지를 감쇠하여, 처리가 완료된 후 표적 물질로 지정되지 않은 민감한 구조체의 가열을 방지하는 데 사용되는 "펄스 슬라이싱(pulse slicing)" 모듈을 제공함으로써 레이저 처리 시스템의 성능을 향상시키는 것이 유용할 수 있다. In one example of the configuration of the present invention, the "seed" laser pulse is to attenuate laser energy remaining in the power of the laser processing system when the end, used to process, prevent the heating of that is not designated as target material sensitive structure after completion of that is by providing a "pulse slicing (slicing pulse)" module may also be useful to improve the performance of the laser processing system. "펄스 슬라이싱" 기법은 변경된 펄스 또는 표준 Q-스위칭 펄스의 꼬리를 감쇠하는 데 유용하다. "Pulse slicing" technique is useful to attenuate the tail of a modified pulse or a standard Q- switching pulse. 이는 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는데, 도 4b의 세로축에는 로그 스케일이 제공되어 있다. This is illustrated in Figures 4a and 4b, there is a log scale is provided, the vertical axis of Figure 4b.

펄스당 적어도 0.1 마이크로줄의 레이저 펄스 에너지를 가지고, 적어도 1KHz(1000 펄스/초)의 펄스 속도에서, 레이저 처리 작업, 특히 금속 링크 블로잉을 수행하는 것이 바람직하며, 이 때 0.1 마이크로줄은 섬유 증폭기의 출력에서 방사되는 것이며, 이 때 섬유 광증폭기 이득은 적어도 20DB(1000:1)이다. At least has a laser pulse energy of 0.1 micro joules per pulse, at a pulse rate of at least 1KHz (1000 pulses / second), it is preferred to perform laser processing operations, particularly metal link blowing, at this time, 0.1 micro-line of the fiber amplifier It will be emitted at the output, when the fiber optic amplifier gain is at least 20DB: a (1000: 1).

본 발명의 일 구성예에서, 펄스 지속 시간의 반 정도보다 짧은 상승 및 하강시간을 가지고 피크 파워가 상승 및 하강시간 사이에서 대략 일정한 레이저 펄스가 형성된다. In one configuration of the invention, has a short rise and fall times than half the pulse duration, peak power is formed in a substantially constant laser pulses between the rising and falling times.

본 발명의 일 구성예에서, 결합되는 경우 도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 같이 원하는 펄스 형상을 생성하는, 근접하게 이격된 일련의 짧은 펄스를 발생하는 것이 가능하다. In one configuration of the invention, it is possible to generate a series of short pulses, closely spaced to produce a desired pulse shape, as when the combination shown in Figures 3a and 3b.

본 발명을 사용하는 시스템의 일 구성예에서, 물질 처리 속도를 초과하는 펄스 반복률로 레이저를 작동하고, 처리 펄스를 선택하기 위하여, 물질 처리를 위해 집속된 레이저 빔을 위치조절시키는데 사용되는 빔 위치조절 시스템과 작동적으로 연결되어 있는 컴퓨터로 제어되는 광학 스위치를 이용하는 것이 유용할 수 있다. To In one configuration of a system using the present invention, the selecting operation of the laser, and process a pulse with a pulse repetition rate greater than the material processing rate, the beam position control is used to adjust position of the focused laser beam for material processing It may be useful to use an optical switch which is controlled by a computer that is connected to the system and operatively.

본 발명의 전술된 목적 및 기타 목적, 특징, 및 장점은 첨부된 도면과 연계하여 볼 때, 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태에 대한 아래의 상세한 설명에서 용이하게 알 수 있다. As it viewed above and other objects, features, and advantages of the present invention in conjunction with the accompanying drawings, can be readily understood from the following detailed description of the best mode for the practice of the invention.

본 발명에 따르면, 파장의 적절한 선택 및 펄스 지속 시간 제한에 의해, 빠른 붕괴를 가지는 상응하는 사각형 펄스와 함께 실리콘 기판이 상대적으로 차갑게 유지된다. According to the invention, this corresponds to the silicon substrate with the rectangular pulse, which by appropriate selection of the wavelength and pulse duration limitation, having a fast decay is relatively cool to sustain. 이 예에서의 레이저 파장은 실리콘의 실온 흡수단(약 1.1μm)보다 약간 작다. Laser wavelength in this example is slightly smaller than the room temperature absorption edge of silicon (about 1.1μm). 여기에 발표된 결과에는 기판 손상이 나타나지 않았지만, 원하는 경우 개선된 마진이 가능함을 유의해야 할 것이다. Here are the results announced did not damage the board, it will be noted that the margin improvement is possible if desired. 예를 들어, 출력 파장을 흡수단 너머로 이동하는 데에 라만 시프터가 활용될 수 있다. For example, the Raman shifter could be utilized to move over to the output wavelength of the absorption stage. 대안적으로, MOPA 구성을 위해 또다른 다이오드 레이저 파장이 잠재적으로 상용화될 수 있다. Alternatively, another diode laser wavelength for a MOPA configuration may be potentially commercially available. 이러한 파장 선택 및 시프팅 기법은 다른 레이저 처리 및 마이크로기계 가공 응용에서 유용하게 이용될 수 있다. Such wavelength selection and shifting techniques may be useful in other laser processing, and micro-machining applications. 어떠한 경우든, 가열을 제한함으로써, 실리콘이 그 흡수단을 적외선 안으로 이동하고 실리콘 손상이 발생할 수 있는 열발산 상태에 도달하지 않는 것을 보장할 수 있다. In any case, by limiting the heating, it is possible to ensure that silicon is moved to its absorption edge into the infrared and that does not reach the heat dissipating condition that can result in damage to the silicon.

금속 링크를 깨끗하게 블로잉하도록 빠른 펄스 발생을 위한 MOPA 구성의 구체적인 실시예가 펄스 형성의 예로 사용되며 한정보다는 예시를 위해 제공된다. Specific embodiment of the MOPA configuration for fast pulse generation for cleanly blowing metal links is an example used as an example of pulse form is provided for purposes of illustration rather than limitation. 마이크로기계 가공, 마킹, 스크라이빙(scribing) 등에서의 기타 응용 또한 정밀하고 빠른 펄스 제어로부터 장점을 얻을 수 있을 것이다. Etc. Other applications of micro-machining, marking, scribing (scribing) will also be able to get benefits from the precision and rapid pulse control. 예를 들어, 어느 표면 상의 혹은 그 안의 구체적인 구성물을 만들거나 제거하는 목적으로, 시드 다이오드가 "톱니(sawtooth)" 파형 또는 기타 비Q-스위칭 파형으로 용이하게 변조될 수 있을 것이다. For example, for the purpose of creating or removing a specific constituent or in that on the one surface, there will be a seed diode can be easily modulated to "teeth (sawtooth)" waveform or other non-Q- switching waveform. 마찬가지로, 레이저 다이오드의 빠른 반응 때문에, 빠르게 연속하여 가변 폭의, 짧은 펄스 시퀀스(sequence)를 발생하는 것이 가능하다. Similarly, it is possible because of the fast response of the laser diode, and in rapid succession to generate a short pulse sequence (sequence) of variable width. 레이저 처리 분야의 당업자는 본 명세서에 기재된 레이저 시스템의 폭넓은 응용례를 인식할 것이다. Those skilled in the art of laser processing arts will recognize a wide range of alternative applications of the laser system described herein. 본 발명의 범위는 아래의 청구항에 의해 나타나며, 다른 방식으로 제한되어서는 안 된다. The scope of the invention is indicated by the claims below, it should not be limited in other ways.

레이저 처리 시스템 아키텍처 Laser Processing System Architecture

레이저 파워, 에너지 밀도, 스폿 사이즈, 파장, 펄스 폭, 편광 및 반복 속도와 같은 파라미터의 적절한 조절에 따라 아래의 실시예가 마이크로기계 가공 및 레이저 처리에서의 여러 응용예에 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. Laser power, energy density, spot size, wavelength, pulse width, that the embodiments below in accordance with an appropriate modulation of the parameters and the polarization and repetition rate can be applied to various applications in the micro-machining and laser treatment of ordinary skill in the art can understand There will be. 예시를 위해 금속 링크 블로잉에 대한 구체적인 응용이 설명된다. The specific application to metal link blowing is described for illustrative purposes.

도 7의 바람직한 실시예에서, 시드 레이저(10) 및 섬유 증폭기는 이동 시스템(20) 및 공작물에 부착된 안정한 플랫폼(platform) 상에 설치되어 있다. In the preferred embodiment of Figure 7, a seed laser 10 and a fiber amplifier are mounted on a stable platform (platform) attached to the mobile system 20 and the workpiece. 링크를 제거하는 데 있어 빔이 3/10 미크론 이하의 정확도로 위치조절되는 것이 매우 중요하다. I to remove a link, it is important that the beam is adjusted position with an accuracy of less than 3/10 micron. 높은 처리 속도를 획득하기 위해 요구되는 연속적인 이송 때문에, 표적(target) 및 광학 시스템의 상대적 위치와 상응하는 레이저 펄스의 타이밍(timing)이 중요하다. Since continuous feed required to obtain a high processing speed, this timing (timing) of the relative positions and corresponding laser pulses to a target (target) and the optical system it is important.

시드 레이저(10)는 컴퓨터(33) 및 신호발생기(11)에 의해 외부로부터 제어되며, 상기 시드 레이저(10)는, 높은 구경수의 광학기구(high numerical aperture optics)를 포함하고 빔 디플렉터(beam deflector), 예를 들어 컴퓨터(33)를 경유하는 스캐너 제어 장치에 의해 제어되는 갈바노미터 미러(galvanometer mirror)를 포함할 수 있는 집속 서브시스템(12)으로 그 변조된 빔을 전송한다. Seed laser 10 is controlled from the outside by a computer 33 and a signal generator 11, the seed laser 10 comprises an optical system (high numerical aperture optics) of the number of high caliber, and the beam deflector (beam deflector), for example by focusing sub-system 12 that may include a galvanometer mirror (galvanometer mirror), which is controlled by the scanner control device via the computer 33, and transmits the modulated beam. 컴퓨터(33)는 또한 펄스 발생 시간을 적절히 맞추기 위해 신호발생기(11) 및 상기 서브시스템을 위한 이동 시스템(20)에 작동가능하게 연결된다. Computer 33 is also operatively connected to the generator 11 and the movement system 20 for the sub-system to match the pulse generation time, as appropriate. 레이저 빔은 정밀하게 제어되어 예리하게(sharply) 집속된 빔을 발생시키고, X, Y, 및 Z의 보정위치에서 스폿 크기가 약 1.5-4 미크론의 범위 내에 있도록 해야만 한다. The laser beam must be so that the spot size at the correct position of the sharpening is precisely controlled (sharply) and generating a focusing beam, X, Y, and Z in the range of about 1.5 to 4 microns.

이와 같이, 빔 위치조절 및 집속 분야의 당업자라면 유한 성능 및 근접 회절(near diffraction)을 제공하고 레이저 헤드(laser head) 또는 표적 기판의 정밀 이동 제어를 제공하기 위하여 수정된 광학기구의 중요성을 인지할 것이다. Thus, those skilled in the art of beam positioning and focusing field Co., performance and proximity service diffraction (near diffraction) and to recognize the importance of optics corrected to provide a precise movement control of the laser head (laser head) or the target substrate will be. 구체적인 레이저 처리 응용 요건에 따라, 회절 제한된 집속을 위한 상대적으로 좁은 시야(field of view)를 가진 광학 시스템과, 빔 위치조절을 위한 정밀 X, Y 이동단(motion stages)을 제공하는 것이 유용할 것이다. Would be useful to provide a diffraction relatively precise X, Y moving stage (motion stages) for the optical system having a narrow field of view (field of view), the beam position control for the limited focusing upon the specific laser processing application requirements, . 더 나아가, 병진 단(translation stages)과 조합한 빠른 편향(deflection)을 위하여 다양한 미러 이동 조합이 실행가능하다. Moreover, it is possible to move the mirror various combination to execute a translation stage (translation stages) in combination with a quick deflection (deflection).

웨이퍼(22)를 제 위치로 이동하여 각각의 메모리 다이(memory die)(24)를 처리하는 데 스텝 앤드 리피트 테이블(step and repeat table)과 같은 기판 위치 조절 메커니즘(34)이 또한 사용될 수 있다. Wafer 22 to move into position, each of the substrate positioning mechanism 34, such as memory die (memory die) to process 24, step-and-repeat table (step and repeat table) may also be used. 빔 스캐닝 분야의 당업자라면 미러 기반의 빔 편향 시스템의 장점을 이해할 것이나, 전술된 바와 같이, 기판 및/또는 레이저 헤드의 이동을 위한 X, Y 병진 단과 같은 기타 기판 위치조절 메커니즘으로의 대체도 본 발명의 실시에 있어 실행가능한 대안이다. Those skilled in the beam scanning field replacement of the mirror based on beam would understand the advantages of the deflection system, the substrate and / or the substrate positioning mechanism, such as X, Y translation stages for movement of the laser head as described above is also present invention It is a viable alternative in the embodiment. 예를 들어, 상기 기판 위치조절 메커니즘(34)은 제한된 이동범위에서 작동하는 매우 정밀한(1 미크론에 훨씬 못 미치는) X, Y, Z 위치조절 메커니즘을 포함할 수 있다. For example, the substrate positioning mechanism 34 may comprise very precise (1 micron far below the) X, Y, Z positioning mechanisms operating at the limited displacement range. 이동 시스템은 보다 조악한 방식으로 레이저, 섬유 증폭기, 및 집속 서브시스템을 포함하는 레이저 처리 광학 시스템 구성 요소들을 병진시키는 데 사용될 수 있다. Moving system can be used for translating the more the laser processing optical system components, including the laser, fiber amplifier, and focusing subsystem in a coarse manner. 바람직한 이동 시스템에 대한 세부 사항은 전술된 바 있는, 1998년 9월 18일자 출원된 "High Speed Precision Positioning Apparatus" 제하의 출원진행 중인 미국특허출원서 일련번호 09/156,895호에 더 개시되어 있다. Details of the preferred mobile system is further disclosed in US Patent Application Serial Number 09 / 156,895 filed in the call in progress, filed September 18, 1998., in the foregoing "High Speed ​​Precision Positioning Apparatus" unloading.

추가적인 음향광학 감쇠기(acousto-optic attenuator) 또는 포켈스 소자(pockels cell)의 형태인 시스템 광학 스위치(13)가 레이저 출력 빔에 레이저 공동을 지나 배치되어 있다. Additional acoustic optical attenuators form the system optical switch 13 in the (acousto-optic attenuator) or PO Kells element (pockels cell) are arranged across the laser cavity in the laser output beam. 시스템 광학 스위치(13)는 컴퓨터(33)의 제어 하에서, 요구되는 경우 이외에는 집속 시스템에 빔이 도달되는 것을 방지하고, 처리 빔이 요구되는 경우에는, 레이저 빔의 파워를 원하는 파워 레벨로 제어가능하게 감소시키는 역할을 한다. System optical switch 13 is to have, it can control the power of the laser beam to a desired power level, when the protection, and require treatment beam that beam reaches the focusing system except when required under the control of a computer 33, It serves to decrease. 기화 절차 중에 상기 파워 레벨은 시스템 및 프로세스의 작동 파라미터에 따라 총 레이저 출력의 10 퍼센트까지 낮아질 수 있다. The power level during the gasification process can be lowered according to the operating parameters of the system and the process up to 10 percent of the total laser output. 기화 절차 이전에 레이저 출력 빔이 표적 구조체와 정렬되는 정렬 절차 중에 상기 파워 레벨은 총 레이저 출력의 약 0.1 퍼센트일 수 있다. The power level during the alignment procedure the laser output beam is aligned with the target structure prior to the evaporation process may be about 0.1 percent of the total laser output. 포켈스 소자의 지연이 상당히 적지만, 사용의 용이함 때문에 음향광학 디바이스가 일반적으로 바람직하다. Only the delay of Po Kells device significantly low, the acousto-optic device is generally preferred because of ease of use.

작동 중에는, 웨이퍼(22)(또는 표적 또는 기판)의 위치가 컴퓨터(33)에 의해 제어된다. During operation, the position of the wafer 22 (or target or substrate) are controlled by a computer (33). 통상적으로, 상대적인 이동은 실리콘 웨이퍼(22) 상의 메모리 다이(24)를 지나 실질적으로 일정한 속도로 이루어지지만, 웨이퍼의 스텝 앤드 리피트 이동도 가능하다. Typically, the relative movement is achieved, but a memory die is substantially constant rate over a 24 on the silicon wafer 22, it is also possible to step-and-repeat movement of the wafer. 시드 레이저(10)는 위치조절 메커니즘을 제어하는 타이밍 신호에 근거하여 타이밍 신호에 의해 제어된다. Seed laser 10 on the basis of the timing signal for controlling the position adjustment mechanism is controlled by a timing signal. 시드 레이저(10)는 통상적으로 일정한 반복률로 작동하며 시스템 광학 스위치(13)에 의해 위치조절 메커니즘과 동기화(synchronized)된다. Seed laser 10 is typically operated at a constant repetition rate and is synchronized (synchronized) with the position adjusting mechanism by the system optical switch 13.

도 7의 시스템 블록도에서 레이저 빔은 웨이퍼(22) 상에 집속된 것으로 도시된다. In the system block diagram of the laser beam of FIG. 7 are shown as being focused on the wafer 22. 도 9의 확대도에서, 레이저 빔은 메모리 다이(24)의 링크 소자(25) 상에 집속된 것으로 도시된다. In the enlarged view of Figure 9, the laser beam is shown focused on a link element 25 of the memory die 24.

세밀한 링크 구조체를 처리함에 있어 스폿 크기 요건이 점점 더 까다로워지고 있다. As it handles links detailed structure is becoming more and more demanding requirements of the spot size. 스폿 크기 요건은 통상적으로 1.5-4 미크론의 지름을 가지며, 피크 파워가 스폿의 중앙에 발생하고 가우시안 분포에 잘 순응하며, 에지에서는 더 낮은 파워가 발생하는 것이다. Spot size requirement is typically has a diameter of 1.5 to 4 microns, and a peak power occurs, and well conforms to the Gaussian distribution in the center of the spot, the edge to a lower power generation. 회절 한계에 다다를수록, 약 1.1배 혹은 보다 전형적인 빔 품질 혹은 "m-표준 인자(m-squared factor)"를 가지는 탁월한 빔 품질이 요구된다. The reaches the diffraction limit, the excellent beam quality with about 1.1 times or more typical beam quality or "m- standard factor (m-squared factor)" is required. 이러한 배수 회절 한계 품질 기준은 레이저 빔 분석 분야의 당업자에게 널리 알려져 있다. These multiple diffraction limited quality standards are well known to those skilled in the art of laser beam analysis. 광학적 혼선(crosstalk) 및 표적 물질 영역 밖의 구성물에의 바람직하지 않은 조명(illumination)을 방지하기 위해 낮은 사이드로브(sidelobes) 또한 바람직하다. A low side lobe in order to prevent optical crosstalk (crosstalk) and undesired illumination of a components other target material area (illumination) (sidelobes) is also preferred.

링크 소자(25)는 스폿 크기보다 어느 정도 작으며, 따라서 정밀 위치조절 및 좋은 스폿 품질을 요구한다. Link device (25) was somewhat less than the spot size, thus requiring precise position control and good spot quality. 링크는, 예를 들어, 폭이 1 미크론이고 두께가 약 1/3 미크론일 수 있다. Link, for example, 1 micron wide, and may be a thickness of about 1/3 micron. 여기에 예시된 경우에서, 링크는 금속으로 만들어졌으며, 측면 크기(폭) 및 두께가 레이저 파장보다 작다. In the case here illustrated, the link was made of a metal, the side size (width) and thickness are smaller than the laser wavelength.

레이저 시스템 - 바람직한 경우 Laser systems - if desired

바람직한 실시예에서, 도 5의 레이저 시스템은 마스터 오실레이터, 파워 증폭기(master oscillator, power amplifier: MOPA) 구성을 이용한다. In a preferred embodiment, the laser system of Figure 5 is the master oscillator and the power amplifier: Using the (master oscillator, power amplifier MOPA) configuration. 이 시스템은 증폭기로 하여금 높은 파워 짧은 상승시간의 펄스를 생성하도록 하는 레이저 펄스를 생성한다. This system produces a laser pulse that causes the amplifier to produce a high power short rise time pulse. 빠른 상승시간, 짧은 펄스를 매우 낮은 에너지 레벨에서 생성하는 데 있어 시드 레이저가 중요하다. Fast rise time, it is important to have a seed laser to generate short pulses at very low energy levels. 시스템에는 물질 처리를 위해 충분한 에너지를 생성하는 레이저 증폭기가 요구된다. System, the laser amplifier to produce enough energy is required for the material processing. 레이저 처리 응용에 적합한 출력 파장을 가진 고속 적외선 레이저 다이오드와 섬유 레이저 증폭기가 바람직하다. The high-speed infrared laser diode and a fiber laser amplifier having an output wavelength suitable for a laser processing application is preferred. 이러한 시스템으로는 도 5의 하부에 나타난 바와 같이 바람직한 형상 및 속도의, 즉 빠른 상승시간 펄스, 상부에서 사각형, 및 빠른 하강시간의 레이저 펄스를 생성하는 레이저가 고려될 수 있다. These systems may be laser is considered to produce the desired shape and speed, that is, fast rise time pulse, square at the top, and a fast fall time of the laser pulse as shown in the lower portion of FIG. 이러한 펄스 형상은, 이어서, 금속 반사성 감소, 디바이스 내로의 적은 에너지 확산 및 하부 산화물에 손상 없이 상부 산화물을 균열시키는, 바람직한 레이저-물질 상호작용 결과를 제공한다. This pulse shape is, then, reduced reflective metal, smaller energy spread and to crack the top oxide without damage to the underlying oxide, the preferred laser into the device, provides a material interaction results.

MOPA 구성은 매우 새로운 것이며, 펄스 버전은 최신 기술로 여겨진다. MOPA configuration will very new, pulse version is considered the latest technology. 변조되는 구동 파형에 대한 응답시 서브나노초 상승시간을 가진 레이저 다이오드는 이득 소자로 레이저 다이오드를 갖는 섬유 레이저 MOPA 구성의 개시점이다. A laser diode modulated with a sub-nanosecond rise time in response to the drive waveform is a starting point of the fiber laser MOPA configuration with a laser diode as a gain element. 레이저 다이오드는 일반적으로 복수의 세로 모드(longitudinal modes)를 가지며, 서브시스템은 단일모드 작동을 위해 설정되거나 그렇지 않으면 출력에서 벌크 부품(bulk components)과 동조(tuned)되거나, 또는 대안적으로 시스템의 통합 섬유 격자integrated fiber gratings)와 동조(tuned)될 수 있다. The laser diode generally has multiple longitudinal modes (longitudinal modes), the sub-system is configured for single mode operation or otherwise, or bulk components at the output (bulk components) and tuning (tuned), or alternatively integrated in the system fiber grating integrated fiber gratings) and tuning (tuned) may be.

예를 들어, 'New Focus Inc.'사의 제품 문헌에 설명된 'Littman-Metcalf'격자 구성이 외부 공동 구성에 있는 것은 실현가능한 구성이다. For example, the 'Littman-Metcalf' grating configuration described in product literature's 'New Focus Inc.' in the external cavity configuration is configurable realized. 도 6b는 외부 공동 튜닝이 있는 단일 주파수 레이저의 개략도를 나타내며, 또한 다이오드 레이저 펌프에 의해 클래딩(cladding) 펌핑되는 광섬유를 포함한다. Figure 6b shows a schematic diagram of a single frequency laser with external cavity tuning and also includes an optical fiber cladding (cladding) pumped by diode laser pump.

기타 다이오드 레이저 대안에는 분산된 피드백 레이저(DFB) 및 분산된 브래그 레이저(DBL)가 포함되는데, 이는 통합 격자 및 도파관(waveguide) 구조체를 가지고, 일부의 경우 외부 제어를 통해 사용자가 이득, 위상(phase), 및 격자 필터를 독립적으로 제어할 수 있도록 한다. Other diode laser alternatives there are included a distributed feedback laser (DFB) and distributed Bragg lasers (DBL), which have integrated gratings and waveguide (waveguide) structure, for some users to benefit from the external control phase (phase a), and the lattice filter is to be independently controlled. 도 6a에서는 커플러(coupler)(50)를 포함하는 DBL 구성을 볼 수 있다. Figure 6a see the DBL configuration including a coupler (coupler) (50). 이는 유연한 모드 선택 및 튜닝 기능을 제공한다. This provides flexible mode selection and tuning capability. 레이저 주파수는 그레이팅 및/또는 외부 공동의 미러, 또는, 대안적으로, 고정된 파장 또는 선택된 모드와 같은 벌크 부품의 조절에 의해 다수의 구성에서 동적으로 선택될 수 있다. The laser frequency may be dynamically selected from the grating and / or mirrors of the external cavity, or, alternatively, a number of configurations by adjustment of the bulk components, such as a fixed wavelength or mode chosen. 다이오드 중앙 파장이 선택될 수 있는 범위는 1μm 이하에서 약 1.3-1.5μm 이상으로서 전체적으로 감탄할 만하며, 상기 약 1.3-1.5μm 이상의 파장은 섬유광 통신에 사용되는 것에 해당한다. Range in the diode central wavelength can be selected as a whole is said merit about 1.3-1.5μm at least 1μm or less well-executed, or more of the wavelength of about 1.3-1.5μm corresponds to that used in optical fiber communication.

경우가 어떠하든, 물질 처리를 위해 선택된 레이저 파장에 있어서, 본 발명의 목적에 따른 중요 요소는 "시드" 레이저 다이오드의 상승시간 및 펄스 형상이다. Whatever the case, in the laser wavelength selected for material processing, important elements in accordance with the objects of the present invention is "seeding" a rise time and pulse shape of the laser diode. 또한, 본 발명의 고려사항 한 가지는 시드 레이저 파장이 섬유 광증폭기가 높은 이득과 작은 파장 변화에 대해 낮은 민감도를 갖는 스펙트럼 밴드(spectral band)에 - 즉, 증폭기에서 충분한 파워로 탁월한 펄스 대 펄스(pulse-to-pulse) 파워 출력을 유지하는 "편평한(flat)" 반응 영역에- 대응하도록 하는 것이다. In addition, the spectral band (spectral band) on One consideration in the present invention, the seed laser wavelength with a low sensitivity to small wavelength changes and the fiber optical amplifier, a high gain - that is, excellent pulse for a pulse of sufficient power at the amplifier (pulse -to-pulse) "flat (flat)" to maintain a power output in the reaction zone - so as to correspond to. 이테르븀-도핑(ytterbium-doped)된 섬유에 있어서, 이득은 실리콘의 흡수단인 1.1μm 근방의 적당히 넓은 파장대(wavelength band)에서 높다. Ytterbium-In-doped (ytterbium-doped) fiber, the gain is high at moderately wide wavelength band in the vicinity of the absorption edge of silicon 1.1μm (wavelength band). 통합 섬유 부품 혹은 물질에서의 추후 개발을 통하여, 표적 물질 특성, 시드 레이저 파장, 및 섬유 방사 스펙트럼에 대응하는데 더 많은 유연성을 제공하는 유용한 파장 영역을 연장할 수 있다. Through a further development of the integrated fiber components or materials, to the corresponding target material properties, the seed laser wavelength and the fiber emission spectrum may extend the useful wavelength regions providing more flexibility. 예를 들어, Photonics Spectra , 1997년 8월, 92 페이지에는, 1.1μm 내지 1.7μm의 파장 범위의 최신식 섬유 레이저 개발에 대한 결과가 발표되어 있다. For example, Photonics Spectra, May 8, 1997, page 92, there results for the state-of-the-art fiber of 1.1μm to 1.7μm wavelength range of the laser development is presented.

전술한 '759호 특허에는 라만 시프터(Raman shifter)의 작동이 짧은 펄스 Q-스위칭 시스템을 사용한 구체적인 경우가 설명되어 있다. The above-mentioned '759 patent, there is described a concrete case of using a short pulse Q- switching system operating in a Raman shifter (Raman shifter). 요청되는 경우, 상기 디바이스는, 예를 들어 흡수 콘트라스트를 개선시키기 위한 바람직한 영역으로 출력 파장을 이동하도록 섬유 시스템의 출력 측에 놓일 수 있다. If requested, the device may, for example, be placed at the output side of the fiber system to move the output wavelength in a desired region to improve absorption contrast. 전술한 '759호 특허에서 기술된 바와 같이 처리에 있어 펄스 폭 및 작은 스폿 크기 요건의 중요성을 인지함에 따라, 금속 링크 처리를 위한 바람직한 시스템의 통상적인 작동은 약 1.06μm 이상의 범위에서, 예를 들면 1.08μm 파장에서 이루어질 것이다. Conventional operation of the treatment in as described in the aforementioned '759 patent, as recognized the importance of pulse width and small spot size requirements, preferred for metal link processing system is in the range of at least about 1.06μm, e.g. It will be made in the 1.08μm wavelength.

시드 레이저의 출력은 레이저 물질 처리를 위해 증폭되어야 한다. The output of the seed laser is to be amplified for laser processing a material. 바람직한 섬유 광 레이저 증폭기는 약 30db의 이득을 제공할 것이다. The preferred fiber optic laser amplifier will provide gain of about 30db. 시드 레이저 출력은 섬유 레이저의 코어(core)에 직접적으로 연결되거나 또는 섬유 전달을 위해 빔을 쪼개는 벌크 광학기구와 함께 연결되어 있다. Seed laser output is coupled with a bulk optics to split the beam for direct connection, or fiber delivered to the fiber laser core (core). 양 기법이 처프 펄스 증폭을 사용하는 초고속 레이저 분야의 당업자에 의해 일상적으로 실시되고 있으나, 본 바람직한 실시예의 시스템은 그러한 초고속 시스템보다 훨씬 덜 복잡하다. Although both techniques are performed routinely by those skilled in the field of high-speed laser using the chirped pulse amplification, the preferred embodiment of the system is much less complex than such a high-speed system. 본 발명의 시스템에서는 시드 펄스가 증폭되며, 펄스 스트레칭 및 압축을 위한 광학기구가 요구되지 않는다. In the system of the present invention is the seed pulse is amplified, the optical system for pulse stretching and compression are required. 증폭 시스템에 사용되는 섬유는 시드 레이저와 실질적으로 상이한 파장, 예를 들면 980nm를 가진 다이오드 레이저로 클래딩 펌핑(cladding pump)되고, 벌크 광학 시스템 배열체에서 다이크로익(dichroic) 미러로 시드 및 펌핑 빔의 광학적 절연(isolation)을 가능하게 한다. Fibers used in the amplification system, the seed laser and a substantially different wavelength, for example, cladding pumped with a diode laser having a 980nm (cladding pump) and a bulk optical system seed and pumping beams from the arrangement to a dichroic (dichroic) mirror an optical insulation (isolation) is made possible. 비용, 크기, 및 정렬의 용이함의 관점에서, 시드 레이저가 섬유 증폭기에 직접 연결되는 커플링 배열체를 이용하는 것이 바람직하다. Costs, in terms of ease of size, and alignment, it is preferable to use a coupling arrangement that is the seed laser is directly connected to the fiber amplifier. 펌프 레이저는 섬유 레이저 시스템 설계 분야의 당업자에게 알려진 커플링 기법을 사용하여 높은 파워 다이오드 에너지를, 예를 들어 980nm 파장에서, 희토류(rare earth) 이테르븀(Yb)-도핑된 섬유의 클래딩 구조체 내로 방사한다. The pump laser is a fiber laser system design high power diode energy using coupling techniques known in the art, for example in the 980nm wavelength, the rare earth (rare earth) ytterbium (Yb) - radiates into the cladding structure of the doped fiber .

저왜곡은 섬유 증폭기의 중요한 특성이다. Low distortion is an important characteristic of the fiber amplifier. 저왜곡은 출력 펄스 형상이 시드 레이저 펄스 형상과 실질적으로 대응하도록 하거나 가능하다면 추가로 펄스 에지 또는 균일한 파워 형상을 향상시키도록 한다. Low distortion is output to the pulse shape further enhance the pulse edges or uniform power shape to, if possible, or so as to substantially correspond to the seed laser pulse shape. 섬유 광학 이득 매체(gain medium)는 광학 시스템에 전달되고 표적 물질 상에 집속되는 도 5의 증폭기 펄스를 생성한다. Fiber optical gain medium (gain medium) produces the amplifier pulse of Figure delivered to the optical system is focused on the target material 5.

추가적인 이득을 위하여 원하는 경우 복수의 섬유 증폭기를 직렬연결(cascaded)시킬 수 있는데, 이는 왜곡이 적다는 전제 하에 그러하다. If desired, there can be series-connected (cascaded) a plurality of fiber amplifier for further gain, which is, however, subject the distortion is small. 순간적인 방출을 억제하기 위하여 중간 단(intermediate stages)의 출력에서 능동 광학 스위치 또는 수동 광분리기(optical isolator)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. Is to provide a middle-stage active optical switches or passive optical splitter (optical isolator) from the output of the (intermediate stages) may be desirable in order to suppress the instantaneous discharge. 이러한 기법은 당업자에게 알려져 있으며, 예로서 미국특허 제5,400,350호 및 WO 98/92050호에 개시되어 있다. This technique is known to those skilled in the art, and as an example is disclosed in U.S. Patent No. 5.40035 million and No. WO 98/92050.

어떤 경우에는 레이저 서브시스템에 추가된 펄스 슬라이서로 "꼬리"를 단축시켜 펄스 형상을 더 개선시키는 것이 바람직할 수 있다. In some cases shortens the "tail" with a pulse slicer added to the laser sub-system may be desirable to further improve the pulse shape. 이는 포켈스 소자와 같은 전자 광학 변조기 또는 바람직하게는 낮은 지연 음향 광학 변조기의 형태일 수 있다. This may be in the form of a low delay acousto-optic modulator the electro-optic modulator such as a capsule or preferably Kells element. 이러한 기법은 처리 펄스의 "펄스 지속 시간"의 소배수(small multiple)에서 손상의 위험이 발생할 때마다 펄스 꼬리 내의 에너지를 무시할 수 있는 레벨로 억제할 수 있다. This technique can be suppressed to a level that can be ignored in the pulse energy tail whenever the risk of damage in the small multiple (multiple small) of the "pulse duration" of the processing pulse. 예를 들어, 미리 결정된 펄스 지속 시간의 1.5배 이내에 에너지가 20dB(100:1)만큼 감소되면, 실제적으로 볼 때 금속 링크 블로잉 응용에서 기판 손상의 위험이 없을 것이다. For example, less than 1.5 times the predetermined pulse duration, energy 20dB (100: 1) when reduced by, when the ball is practically no risk of substrate damage in metal link blowing applications. 보다 구체적으로, 금속 링크 블로잉 응용에서 사각형 펄스 형상에 8ns의 펄스 지속 시간이 선택되고 에너지가 12ns에서 20dB 줄었다면, 나머지 에너지는 Si 기판에 손상을 일으킬 수 있는 정도에 훨씬 못 미치는데, 이러한 손상은 레이저 펄스의 적용 이후 약 18ns 이상에서 실질적이다. More specifically, the pulse duration of 8ns selected and a square pulse shape in a metal link blowing application surface energy is reduced 20dB at 12ns, the remaining energy to far below the level that can cause damage to the Si substrate, this damage is after application of the laser pulses is substantially at least about 18ns. 바람직한 작동모드에서, 낮은 지연, 높은 대역폭 펄스 슬라이서가 증폭기 펄스 지속 시간의 끝 근처에서 시동될 것이다. In a preferred mode of operation, the low delay, high bandwidth pulse slicer will be started near the end of the amplifier pulse duration. 증폭기 왜곡 및 변조기의 "턴온 지연(turn on delay)"의 영향은 펄스 지속 시간 중 시드 다이오드 레이저 파형의 형상을 변화시킴으로써 어느 정도 보상될 수 있다. Amplifier distortion and the influence of "turn-on delay (turn on delay)" of the modulator can be compensated to some extent by changing the shape of the seed diode laser waveform during the pulse duration. 이에 따라 집속된 빔 내의 시간적 펄스 형상은 보상되고, 원하는 사각형 형상을 가진다. This temporal pulse shape in the focused beam along is compensated, and has a desired rectangular shape.

또한, 현재 섬유 시스템은 처리 속도 보다 다소 빠른 약 20KHz의 펄스 반복률로 최적으로 작동한다. In addition, the present fiber systems operate optimally with a pulse repetition rate of about 20KHz somewhat faster than the processing rate. 출력 광학 스위치, 예를 들어 낮은 지연 음향 광학 변조기는, 그 드라이버(driver)가 컴퓨터에 작동적으로 연결되어 처리를 위한 펄스를 선택한다. Output optical switch, for example a low delay acousto-optic modulator, and the driver (driver) is to select pulse for treatment is operably linked to a computer. 이러한 방법으로 섬유 증폭기의, 그리고 그에 따른 처리 시스템의 신뢰도가 높다. The reliability of the fiber amplifier, and thus processing in accordance with the system is high in this way. 펄스 슬라이서와 출력 광학 스위치를 단일 모듈로 결합시키는 것이 경제적인 관점에서 유리하다는 것을 당업자라면 인식할 수 있을 것이다. Those skilled in the art that to combine the pulse slicer and output optical switch into a single module, is advantageous from an economical point of view will be recognized.

레이저 시스템-대안 Laser Systems - an alternative

바람직한 시드 레이저 및 섬유 증폭기 시스템에는 앞서 언급한 수많은 장점이 있다. The preferred seed laser and fiber amplifier system has a number of advantages previously mentioned. 적합한 드라이버를 통한 레이저 다이오드의 전류 변조(current modulation)는 원하는 이득 스위칭 펄스 형상을 직접적으로 생성할 수 있는데, 상기 펄스 형상은 섬유 레이저 증폭기에 의해 낮은 왜곡으로 증폭된다. Current modulation of the laser diode with an appropriate driver (modulation current) is may be directly generate the desired gain switched pulse shape, the pulse shape is amplified to a low distortion by the fiber laser amplifier. 이 방법이 본 발명의 실시에 대한 가장 좋고 가장 효율적인 접근법으로 생각된다. This method is thought to be the best and most efficient approach to the practice of the invention. 그러나 레이저 펄스 발생 및 형성 분야의 당업자는 다른 덜 효율적인 접근법이 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. However, one of ordinary skill in the art of laser pulse generation and forming art will recognize that other less efficient approaches can be used. 예를 들어, 변조기 반응시간이 충분히 빠르다는 전제 하에 포켈스 소자 또는 광학 스위치를 구동하기 위하여 다양한 제어 기능을 사용함으로써 상대적으로 편평한 펄스를 획득하기 위하여, 4,483,005호의 내용을 벗어나는 Q-스위칭 시스템 변경이 가능하다. For example, possible Q- switching system changes beyond the 4,483,005 ISSUE In order to obtain relatively flat pulses by using various control functions to the premise is the modulator response time is fast enough to drive the element or the optical switch fabric Kells Do. 펄스 폭을 구현하기 위한 현대 기법에는 예를 들면 Nd:YAG Q-스위칭 레이저의 기존 유리를 벌크 또는 결정(crystal) 형태의 GaAs로 대체하는 변경 출력 커플러(modified output couplers)의 사용이 포함된다. Modern techniques for implementing the pulse width includes, for example, Nd: include the use of changing the output coupler (modified output couplers) to replace the existing glass of Q- switched YAG laser in the form of a GaAs or bulk crystal (crystal). GaAs 출력 커플러를 가진 Nd:YAG 레이저의 수동 Q-스위칭에 있어, 지속 시간이 수 피코초에서 수 나노초까지인 Q-스위칭 펄스가 "광학 엔지니어링(OPTICAL ENGINEERING), 38 (11), 1785-88, 1999년 11월"에 발표된 바 있다. The Q- switching pulse is "Optical Engineering (OPTICAL ENGINEERING), 38 in the passive Q- switched YAG laser, from the number of picoseconds to a few nanoseconds in duration (11), 1785-88,: GaAs output coupler having a Nd November 1999 has been published on ".

레이저 프로세싱 스텝 및 결과 A laser processing step and results

금속의 링크 소자(25)는 예를 들면 0.3-0.5 미크론 두께일 수 있는 실리콘 디옥사이드 절연층(32)에 의해 실리콘 기판(30) 상에 지지된다. Link element 25 of metal, for example, is supported on the silicon substrate 30 by the silicon dioxide insulating layer 32, which may be a 0.3-0.5 micron thick. 실리콘 디옥사이드는 링크 위로 연장되며, 흔히 추가적인 질화규소 절연층이 SiO 2 층 위에 존재한다. Silicon dioxide extends over the link, and often an additional insulating layer of silicon nitride present on the SiO 2 layer. 링크 블로잉 기법에서, 레이저 빔은 각각의 링크에 조사되어 상기 링크를 용융점까지 가열한다. In the link blowing technique, the laser beam is irradiated to each of the links is heated up to the melting point of the link. 가열 중, 상부(overlying)의 패시베이션층(passivation layers)의 수용 효과에 의하여 금속이 기화되는 것이 방지된다. Of heating, the metal to be vaporized can be prevented by receiving the effect of a passivation layer (passivation layers) of the top (overlying). 짧은 펄스의 지속 시간 중, 레이저 빔은 절연재가 파열될 정도로 금속이 팽창할 때까지 점진적으로 금속을 가열한다. Of the duration of the short pulse, the laser beam heats the metal until the metal is progressively expanded to such an extent that the insulating material is ruptured. 이 시점에서, 용융된 물질은 너무나 높은 압력 하에 있어서, 순간적으로 기화하고 파열 홀을 통해 깨끗하게 날라간다. At this point, the molten material is under a too high pressure, the flow instantaneously vaporized and carried through a clean rupture hole.

전술한 '759호 특허에 개시된 바와 같이, 작은 금속 링크에 사용되는 매우 작은 스폿 크기로는, 빔이 표적 물질을 강타하는 부분으로부터 열전도에 의해 본질적으로 지수 기울기(exponential gradient)로 퍼지는 것으로 간주될 수 있다. As disclosed in the aforementioned '759 patent, a very small spot size used in a small metal links, the beam may be considered to spread in essentially an exponential gradient (exponential gradient) by heat conduction from the portion to hit the target material have. 8 나노초의, 바람직하게는 실질적으로 그보다 적은 펄스에서 링크를 증발시키기에 충분한 에너지가 전달될 정도로 높은 피크 빔 파워가 사용됨으로써, 도전 성분의 열전달이 매우 얇음에도 불구하고, 금속 링크 및 하부의 산화물층으로 실질적으로 수용될 수 있어, 전도에 기인하는 실리콘 내의 온도상승 및 빔 흡수에 기인하는 실리콘 내의 온도상승이 누적적으로, 허용될 수 없는 실리콘 손상이 발생하는 온도 임계치 이하로 유지될 수 있다. 8 nanoseconds, and preferably substantially sufficient high peak beam power is used, so the energy is to be delivered to rather evaporating the links in fewer pulses being, even though the heat transfer conductive component very thin, the metal link and the underlying oxide layer, as can be practically accommodated, there is a temperature rise in the silicon attributable to temperature increase and the beam absorption in the silicon attributable to conduction can be maintained below the temperature threshold value, which is the cumulative, unacceptable silicon damage occurs.

더 나아가, 전술한 '759호 특허는 링크 및 인접 구조체의 열전달 특성에 관한 여러 가지 중요한 측면을 기술한다. Moreover, the above-mentioned '759 patent describes a number of important aspects of the heat transfer characteristics of the link and adjacent structures. 열 모델(thermal model)은, 대표적인 크기에 대하여 Si 기판으로의 열전도 및 이에 따른 손상을 방지하는 데 있어 좁은 펄스 폭, 예를 들면 3-10ns이 바람직하며 이는 표적 물질의 두께에 의존하는 것으로 예측된다. Thermal models (thermal model) is, with respect to typical size it to prevent heat transfer and thus the damage to the Si substrate according to the example of the broad pulse width, for 3-10ns is preferable, which is predicted to be dependent on the thickness of the target material . 그러나 링크에 이웃하는 다른 구조체가 또한 레이저 처리 결과의 품질에 영향을 미칠 수 있음을 인지하는 것이 지극히 중요한데, 이는 다음 실험결과가 지적하는 바와 같다. However, the other structure neighboring the link also is very important to recognize that could affect the quality of laser processing results, which are as to the following experimental results noted.

이득 스위칭 사각형 펄스 형상의 장점은 실험결과 및 컴퓨터 시뮬레이션(유한요소분석) 모두에서 검증되었다. The advantage of a gain switching square pulse shape were verified in all experiments and computer simulation (finite element analysis). 링크 블로잉에 사용된 레이저에 대한 사양은 아래와 같다: Specifications for the laser used for link blowing is as follows:

▶ 레이저 파장 1.083 미크론 ▶ Laser wavelength 1.083 microns

▶ 최고 레이저 에너지 10 마이크로줄 ▶ up to 10 micro-energy laser line

▶ 펄스 폭 7ns (FWHM, 사각형 펄스) ▶ 7ns pulse width (FWHM, square pulse)

▶ 반복률 10KHz (70KHz 레이저 속도) ▶ repetition rate of 10KHz (70KHz laser speed)

▶ 공간적 프로파일 가우시안, TEM-OO, M 2 = 1.02 (시간 회절 제한) ▶ Spatial profile Gaussian, TEM-OO, M 2 = 1.02 ( times diffraction limit)

▶ 분극 분극화되지 않음 ▶ polarization is not polarized

▶ 펄스 상승시간 ~0.5ns ▶ ~ 0.5ns rise time pulses

선택된 레이저는 980nm 펌프 다이오드 및 7 미크론 지름 단일모드 섬유를 사용하는 MOPA 구성 내의 이트레븀, 클래딩 펌프(cladding pumped) 섬유 레이저였다. These lasers 980nm pump diode and a 7 micron diameter in the MOPA configuration using a single mode fiber tray byum, pump cladding (cladding pumped) was a fiber laser.

상기 특정된 레이저로 최근 메모리 디바이스에 대해 수행한 실험결과는 표준 Q-스위칭 레이저 시스템과 비교할 때 우수한 성능을 나타내었다. Wherein in particular a laser experiment was performed about the latest memory devices results are shown superior performance compared to the standard Q- switched laser system. 이 결과는 MOPA 레이저의 짧고 빠르게 상승하는 펄스가 우수한 성능의 원인이었다는 결론을 내리게 하였다. The result was concluded that the short-and-fast pulse rise of the MOPA laser was the cause of the performance. 앞서 개시된 바와 같이, 그 이유는 세 가지이다: As previously described, the reason for this is three:

1. 1.083 파장이 기판 손상을 방지하기에 충분히 길다 - 1.047μm 파장에 비해 1.083μm에서 흡수가 약 10배 적게 발생한다. 1. The 1.083 wavelength is long enough to avoid substrate damage - and is absorbed from 1.083μm to 1.047μm wavelength occurs less than about 10 times.

2. 빠르게 상승하는 펄스는 상부의 산화물층에 열충격을 제공하는데, 이는 링크 제거를 수월하게 한다. 2. The fast rising pulse provides a thermal shock is of a top oxide layer, which makes it easier to remove the link.

3. 빠르게 상승하는 펄스의 높은 파워 밀도는 링크 반사성을 감소시키고, 이는 효율적인 에너지 커플링을 가능하게 한다. 3. The high power density of the fast rising pulse reduces the link reflectivity which allows for efficient energy coupling.

이러한 특성은 Q-스위칭 시스템에서 관찰되는 상호작용과 현저한 차이를 제공한다. This characteristic provides the interaction with the significant difference observed in the Q- switching system. 더욱이, 컴퓨터 유한요소모델을 사용하여 다양한 물질 두께 및 링크 크기에 대해 빠르게 상승하는 펄스의 영향을 시뮬레이션(simulate)하였다. Furthermore, by using a computer finite element model the effects of the fast rising pulse for various material thickness and link sizes and simulated (simulate). 그 결과는 대략적으로 사각형 분포를 가진 가파른 상승시간 펄스의 사용에 따라 링크 블로잉 결과가 개선되었음을 독립적으로 확증하였다. The result was confirmed to approximate independently that the result is improved link blowing in accordance with the use of a sharp rise time pulse with a rectangular distribution. 참조번호 3호의 저자 번스타인(Bernstein)에 의해 발생된 컴퓨터 모델의 결과는 도 11a 및 도 11b에 나타나 있다. Results of the computer model generated by the reference number 3 of the author Bernstein (Bernstein) is shown in Figure 11a and Figure 11b. 다음의 표 A 및 표 B는 각각 도 11a 및 도 11b의 그래프와 연관된다: The following table of A and B is associated with the graph of Figure 11a and 11b, respectively:

[표 A] [Table A]

모델 1 @ 0.7 uJ Model 1 @ 0.7 uJ 사각형 펄스 Square pulse 느린 상승 펄스 Slow rising pulse
제1 균열 The first crack 929K @ 1.88ns 929K @ 1.88ns 978K @ 2.40ns 978K @ 2.40ns
제2 균열 The second crack 1180K @ 2.93ns 1180K @ 2.93ns 1380K @ 3.45ns 1380K @ 3.45ns
제3 균열 Third crack 1400K @ 2.05ns 1400K @ 2.05ns no no
제4 균열 Fourth crack 1520K @ 4.73ns 1520K @ 4.73ns no no

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Al 두께: 0.8μm Al 폭: 0.8μm Al thickness: 0.8μm Al width: 0.8μm

SiO 2 : 0.1μm Si 3 N 4 : 0.4μm SiO 2: 0.1μm Si 3 N 4 : 0.4μm

레이저 에너지: 0.7uJ Laser energy: 0.7uJ

[표 B] [Table B]

모델 2 @ 0.7 uJ Models 2 @ 0.7 uJ 사각형 펄스 Square pulse 느린 상승 펄스 Slow rising pulse
제1 균열 The first crack 974K @ 2.03ns 974K @ 2.03ns 1050K @ 2.55ns 1050K @ 2.55ns
제2 균열 The second crack no no no no
제3 균열 Third crack no no no no
제4 균열 Fourth crack no no no no

Al 두께: 0.8μm Al 폭: 0.8μm Al thickness: 0.8μm Al width: 0.8μm

SiO 2 : 0.6μm Si 3 N 4 : 0.6μm SiO 2: 0.6μm Si 3 N 4 : 0.6μm

레이저 에너지: 0.7uJ Laser energy: 0.7uJ

스트레스 및 온도 이력은, 서브나노초 상승시간의, 빠르게 상승하는 펄스의 중요성을 확실하게 지적해준다. Stress and temperature history, makes sure to point out the importance of a sub-nanosecond rise time, pulse to rise rapidly. 또한, 상당한 펄스 에너지가 존재하는 경우 제거(ablation)가 완료되고 수 나노초 후에, 예를 들어 15ns에, Si이 손상될 수 있음도 알려져 있다. In addition, when there is significant pulse energy after removing (ablation) is completed and a few nanoseconds, for example, to 15ns, is also known that the Si can be damaged. 높은 감쇠(extinction)를 갖는 빠른 하강시간 또한 중요하다. Fast fall time with high attenuation (extinction) is also important.

도 la는 기화된 금속의 팽창에 의해 반도체의 최상부 표면층에만 스트레스 균열이 발생한 것을 개략적으로 나타낸 도면; Figure la is a schematic view of the by expansion of the vaporized metal is generated stress crack only the top surface layer of semiconductor;

도 lb는 기화된 금속의 팽창에 의해 반도체의 최상부 및 최하부 표면층에 스트레스 균열이 발생한 것을 개략적으로 나타낸 도면; Figure lb is a schematic view of the by expansion of the vaporized metal is generated stress cracks in top and bottom surface of the semiconductor;

도 lc는 가우시안 형상, 즉 가우시안과 지수형 꼬리(exponential tail)의 결합 형태를 닮고, "Q-스위칭 펄스 포락선"으로 지칭되는, 통상적인 종래기술의 레이저 펄스를 나타낸 도면; Figure lc is a diagram showing a Gaussian shape, that is Gaussian and exponential tail resembling a combination of (exponential tail), "Q- switched pulse envelope", a typical laser pulse in the prior art referred to;

도 2는 동일한 전체 에너지의 Q-스위칭형과 비교되었을 때 금속 링크를 처리하기 위한 본 발명의 바람직한 펄스 형상을 나타낸 도면; Diagram of a preferred pulse shape of the present invention Figure 2 is to process the metal links when compared to the Q- switched of the same total energy;

도 3a 및 도 3b는 변경된 펄스를 생성하기 위하여 차후에 근접하게 이격된 두 짧은 펄스를 결합하여 변경된 펄스를 만드는 방법을 나타낸 도면; Figures 3a and 3b is a view of how to create a modified pulse by combining two short pulses closely spaced in the future in order to create a modified pulse;

도 4a 및 도 4b는 일반적인 펄스 형상의 펄스 에너지 엔클로저(energy enclosure)를 개선하기 위한 "펄스 슬라이싱(pulse slicing)"의 결과를 나타낸 도면; Figures 4a and 4b is a view of the result of "pulse slicing (slicing pulse)" for improving the pulse energy enclosure (enclosure energy) general pulse shape;

도 5는 레이저 물질 처리를 위한 바람직한 레이저 시스템의 일반적인 블록도; Figure 5 is a general block diagram of a preferred laser system for laser material processing;

도 6a는 반도체 시드 레이저로서 분산된 브래그 레이저를 가진 MOPA 레이저 시스템의 한 유형의 개략도로서, 이는 단일모드 레이저 및 바람직한 펄스 형상을 생성하는 섬유 광증폭기의 개략도; Figure 6a is a schematic diagram of one type of a MOPA laser system with a distributed Bragg laser as the semiconductor seed laser, which is a schematic diagram of a fiber optical amplifier for generating a single mode laser and the preferred pulse shape;

도 6b는 외부 공동 튜닝(external cavity tuning) 및 섬유 광 증폭기를 가진 단일 주파수 레이저의 개략도; Figure 6b is a schematic diagram of a single frequency laser with external cavity tuning (external cavity tuning) and the fiber optical amplifier;

도 7은 바람직한 시스템 광학 스위치 및 선택적인 시프터(shifter)를 포함하는 본 발명에 따른 또 다른 레이저 시스템의 블록 개념도; Figure 7 is a conceptual block diagram of yet another laser system of the present invention comprising a preferred system, an optical switch and an optional shifter (shifter);

도 8은 도 9의 실리콘 기판 및 실리콘 디옥사이드층 사이의 접촉면(interface)에서의 온도를 실리콘 디옥사이드층의 두께의 함수로 나타낸 그래프; Figure 8 is a graph showing the temperature at the contact surface (interface) between the silicon substrate and the silicon dioxide layer of FIG. 9 as a function of the thickness of the silicon dioxide layer;

도 9는 메모리의 링크가 그 기판 내에 있는 상태의 사시도; Figure 9 is a perspective view of the state of the memory link within the substrate;

도 10은 회절 제한된(diffraction-limited) 빔허리(beam waist)와 비교하여 링크의 미세 크기를 강조하여 나타낸 금속 링크를 수용하는 집속면(focal plane) 상의 작은 스폿에 집속되는 가우시안 레이저 빔의 도면; 10 is a diagram of a Gaussian laser beam is focused on a small spot on the condensing surface (focal plane) for receiving a metal link represented by as compared to the diffraction limited (diffraction-limited) beam waist (beam waist) emphasize the fine size of the link;

도 11a 및 도 11b는 온도 및 스트레스의 시간 이력(time history)이 금속 링크 처리를 위하여 사용되는 Q-스위칭 펄스 및 사각형 펄스에 대해 그래프 안에 표시된 컴퓨터 유한요소분석(finite element analysis) 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. Figure 11a and Figure 11b are showing the results of simulation of temperature and time history of stress (time history) is a finite element computer analysis shown in the graph for the Q- switched pulse and square pulse used for metal link processing (finite element analysis) a graph.

Claims (62)

  1. 서로 다른 열적 또는 광학적 특성을 갖는 하나 이상의 재료에 인접하여 위치하고 미세(microscopic) 크기(dimension)를 갖는 표적 구조체를 포함하는 표적 물질을 처리하기 위한 시스템으로서, Located adjacent to the one or more materials having different thermal or optical characteristics as a system for treating a target material comprising a target structure having a fine (microscopic) size (dimension),
    상기 표적 구조체에 인가하기 위해 형상(shaped) 펄스 또는 숏(short) 펄스 시퀀스(sequence)를 발생하기 위한 비 q-스위칭 펄스 시드 레이저(non q-switched pulsed seed laser); The shape (shaped) in order to apply to the target structure or shot pulse (short) pulse sequence ratio q- switched pulse seed laser (non q-switched pulsed seed laser) for generating a (sequence);
    증폭된 형상 펄스 또는 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 생성하기 위해 상기 형상 펄스 또는 숏 펄스 시퀀스를 광학적으로 증폭하기 위한 레이저 증폭기; A laser amplifier for optically amplifying the pulse shape or the short pulse sequence to produce an amplified pulse-like or short pulses amplified sequence;
    상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 수신하여 상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 제어가능하게(controllably) 선택하는 광학 스위치; Wherein the receiving and the amplified pulse-like, or the short pulses amplified sequence can control the shape of the pulse or the amplifier amplifies the short pulse sequence (controllably) optical switch for selecting;
    상기 선택된 증폭된 형상 펄스 또는 상기 선택된 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 상기 표적 구조체의 스폿(spot)에 전달 및 집속(focusing)하기 위한 빔 전달 및 집속 시스템; The selected for the amplified pulse-like or amplifying the selected short pass a pulse sequence to a spot (spot) of the target structure, and focusing (focusing) and focusing the beam delivery system;
    상기 표적 물질을 상기 빔 전달 및 집속 시스템에 대해 위치조절(positioning)하기 위한 위치조절 시스템; Positioning system for positioning (positioning) for the target material to the beam delivery and focusing system; And
    상기 레이저, 상기 광학 스위치, 및 상기 위치조절 시스템에 연결된 제어기 - 상기 제어기는 상기 표적 물질로의 상기 선택된 증폭된 형상 펄스 또는 상기 선택된 증폭된 숏 펄스 시퀀스의 전달 및 타이밍(timing)을 조정하여(coordinating) 상기 표적 구조체가 처리됨 - 를 포함하는 레이저 기반 시스템. The laser, the optical switch, and a controller coupled to the position control system, the controller adjusts the transmission and timing (timing) of the selected amplified a shaped pulse, or the selected amplifying short pulse sequence to said target material (coordinating laser-based system including -) have the target structure will be processed.
  2. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭된 형상 펄스는 1 나노초 이하의 상승 시간을 갖는 비 q-스위칭(non q-switched) 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based system of the amplified pulse-like is characterized in that it has a non-switching q- (q non-switched) waveform having a rise time of less than one nanosecond.
  3. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 광학 스위치는 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator) 또는 전자광학 변조기(electro-optic modulator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The optical switch, laser-based system, characterized in that it comprises an acousto-optic modulator (acousto-optic modulator) or electro-optic modulators (electro-optic modulator).
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  6. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 시드 레이저는 이득 스위칭 되는(gain switched) 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, characterized in that (gain switched) the seed laser is gain switched.
  7. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 시퀀스의 하나 이상의 숏 펄스는 18ns 보다 작은 펄스 폭을 갖는 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. One or more short pulses of the sequence comprises a laser-based system comprises a pulse having a pulse width less than 18ns.
  8. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 증폭기는 낮은 왜곡(distortion)으로, 그리고 상기 증폭된 형상 펄스의 형상 또는 상기 증폭된 시퀀스의 펄스의 형상을 현저히(significantly) 변화시키지 않고 증폭하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The laser amplifier comprises a laser-based systems, characterized in that the amplifier does not change to a low distortion (distortion), and substantially the shape of a shape of said pulse-like, or the amplification of the amplification sequence pulse (significantly).
  9. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭된 형상 펄스는 실질적으로 사각형(square)인 형상 펄스이고, 상기 실질적으로 사각형인 형상 펄스의 상대적으로 평평(flat)한 부분 동안 10% 이내의 펄스 파워 균일성(uniformity)을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The amplified shaped pulse is substantially shaped pulse rectangle (square), characterized in that it has a relatively flat (flat) pulse power uniform within 10% for one part sex (uniformity) of the shaped pulse said substantially rectangular laser-based systems.
  10. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 시드 레이저는 반도체 다이오드 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The seed laser is a laser-based system comprising a semiconductor diode laser.
  11. 제10항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 다이오드 레이저는 하나 이상의 이득(gain), 파장(wavelength), 및 위상(phase)을 외부적으로 제어 하기 위한 DBR(distributed Bragg reflector) 레이저 또는 DFB(distributed feedback) 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Said diode laser is a laser, characterized in that it comprises at least one gain (gain), a wavelength (wavelength), and the phase (phase) the external DBR (distributed Bragg reflector) for controlling a laser or (distributed feedback) DFB laser based systems.
  12. 제10항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 반도체 다이오드의 광출력이 직접 변조되는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, characterized in that the light output of the semiconductor diode is directly modulated.
  13. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 위치조절 시스템은 상기 빔 전달 및 집속 시스템에 대한 상기 표적 물질의 연속적인 이동을 제공하기 위한 제어기로 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The position control system, laser-based system, characterized in that the control to the controller for providing a continuous movement of the target material for the beam delivery and focusing system.
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  15. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭된 형상 펄스의 펄스 폭은 18 ns 보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based system as the pulse width of the amplified pulse-like is characterized in that less than 18 ns.
  16. 제15항에 있어서, 16. The method of claim 15,
    상기 펄스 폭은 10 ns 보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based system that is smaller than the pulse width is 10 ns.
  17. 제15항에 있어서, 16. The method of claim 15,
    상기 펄스 폭은 수(several) 피코초에서 수(a few) 나노초의 범위 내인 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The pulse width is (several) number in picoseconds (a few) nanosecond laser-based systems, characterized in that the range of.
  18. 제17항에 있어서, 18. The method of claim 17,
    상기 시드 레이저는 상기 시드 레이저의 펄스 폭을 수(several) 피코초에서 수(a few) 나노초의 범위 내로 감소시키기 위한 GaAs 포화(飽和)가능한(saturable) 흡수재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The seed laser is a laser-based, characterized in that it comprises the number of the pulse width of the seed laser (several) number in picoseconds (a few) GaAs saturated (飽和) to reduce the range of nanoseconds possible (saturable) absorbing material system.
  19. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 표적 구조체상의 스폿(spot) 내의 파워 밀도는 10 9 W/cm 2 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, characterized in that the power density in the spot (spot) on the target structure is not less than 10 9 W / cm 2.
  20. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭된 형상 펄스의 에너지는 상기 레이저 증폭기의 출력(output)에서 0.1 마이크로줄(microjoules) 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The energy of the amplified pulse-shaped, laser-based system of not less than 0.1 micro-line (microjoules) at the output (output) of the laser amplifier.
  21. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭된 형상 펄스는 톱니(sawtooth) 형상의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The amplified pulse shape of the laser-based system that is characterized in that it comprises a tooth (sawtooth) pulse shape.
  22. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 표적 구조체는 메모리 디바이스(memory device)의 전도성 링크(conductive link)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The target structure is a laser-based system comprising: a conductive link (conductive link) of a memory device (memory device).
  23. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 증폭된 숏 펄스 시퀀스는 가변(variable) 폭의 펄스를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The amplified sequence is a short pulse laser based system that is characterized in that it comprises the variable (variable) width pulses.
  24. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    고(high) 파워 레이저 다이오드 또는 다이오드 어레이(array)는 상기 레이저 증폭기를 펌핑(pump)하고, 이득 스위칭되는(gain switched) 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. And (high) power laser diode or diode array (array) is a laser-based system, characterized in that (gain switched) is pumped (pump) to the laser amplifier, the gain switching.
  25. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 시드 레이저로부터의 출력(output)의 일부를 변경하기 위한 펄스 변경 장치를 더 포함하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, further comprising: a pulse changing device for changing a part of the output (output) from the seed laser.
  26. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 증폭기로부터의 출력(output)의 일부를 변경하기 위한 펄스 변경 장치를 더 포함하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, further comprising: a pulse changing device for changing a part of the output (output) from the said laser amplifier.
  27. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 증폭기는 광섬유(fiber optic) 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The laser amplifier comprises a laser-based system comprising the optical fiber (fiber optic) amplifier.
  28. 제27항에 있어서, 28. The method of claim 27,
    상기 광섬유 증폭기는 다중(multiple) 증폭기 스테이지(stages)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. The optical fiber amplifier comprises a laser-based system comprises a multi (multiple) amplifier stage (stages).
  29. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 증폭기의 이득(gain)은 20dB 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Gain (gain) of the laser amplifier is a laser-based system of not less than 20dB.
  30. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 숏 펄스 시퀀스의 펄스는 미리 결정된 비 q-스위칭(non q-switched) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, characterized in that with the short pulses is a predetermined non-switching q- (q non-switched) the shape of the pulse sequence.
  31. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 레이저 증폭기의 출력을 수신하여 상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 펄스 시퀀스의 파장을 다른 파장으로 이동시키는 파장 시프터(shifter)를 더 포함하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, further comprising: a wavelength shifter (shifter) to move the wavelength of the pulse shape of amplified or the amplified pulse sequence receives the output of the laser amplifier to a different wavelength.
  32. 서로 다른 열적 또는 광학적 특성을 갖는 하나 이상의 재료에 인접하여 위치하고 미세(microscopic) 크기(dimension)를 갖는 표적 구조체를 포함하는 표적 물질을 처리하기 위한 레이저 기반 방법으로서, A different thermal or laser-based method for processing target material which is located adjacent the one or more materials having the optical properties including a target structure having a fine (microscopic) size (dimension),
    상기 표적 구조체에 인가하기 위해 숏(short) 펄스 시퀀스(sequence) 또는 형상(shaped) 펄스를, 비 q-스위칭 시드 레이저(non q-switched seed laser)로부터 발생시키는 단계; Generating from a short (short) pulse sequence (sequence) or shape (shaped) the pulse, a non-switched seed lasers q- (q non-switched seed laser) to be applied to the target structure;
    증폭된 형상 펄스 또는 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 생성하기 위해 상기 형상 펄스 또는 상기 펄스 시퀀스를 광학적으로 증폭하는 단계; To produce an amplified pulse-like or short pulses sequence amplification step of amplifying the optical pulse in the shape or the pulse sequence;
    상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 제어가능하게(controllably) 선택하는 단계; The amplified pulse-like or controllably the amplified sequence of short pulses (controllably) step of selecting;
    상기 선택된 증폭된 형상 펄스 또는 상기 선택된 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 상기 표적 구조체의 스폿(spot)에 전달 및 집속(focusing)하는 단계; Wherein the selected pulse shape of amplified or the amplified selected short pass a pulse sequence to a spot (spot) of the target structure, and focusing (focusing);
    상기 선택된 증폭된 형상 펄스 또는 상기 선택된 증폭된 숏 펄스 시퀀스에 대해 상기 표적 물질을 위치조절하는(positioning) 단계; (Positioning) step of adjusting the location of the target material on the selected amplified the pulse shape or the selected short pulses amplified sequence; And
    상기 표적 물질로의 상기 선택된 증폭된 형상 펄스 또는 상기 선택된 증폭된 숏 펄스 시퀀스의 전달 및 타이밍(timing)을 조정하여(coordinating) 상기 표적 구조체가 처리되도록 하는 단계를 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method including the step of the target material to the selected amplified pulse shape or adjust the delivery and timing (timing) of the selected amplified short pulses sequence (coordinating) to have the target structure to be processed.
  33. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 광학적으로 증폭하는 단계는, 1 나노초 이하의 상승 시간을 갖는 비 q-스위칭(non q-switched) 파형(waveshape)을 갖는 증폭된 형상 펄스를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. Amplifying by the optical, laser-based method, characterized in that for generating an amplified pulse shape having a specific switching q- (q non-switched) waveform (waveshape) having a rise time of less than one nanosecond.
  34. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 제어가능하게(controllably) 선택하는 단계는, 음향 광학 변조기(acousto-optic modulator) 또는 전자광학 변조기(electro-optic modulator)를 포함하는 광학 스위치로 상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 펄스 시퀀스를 선택하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. The method comprising the controllably (controllably) selected, the acousto-optic modulator (acousto-optic modulator) or electro-optic modulators (electro-optic modulator) select said amplified shape pulse or the amplified pulse sequence with an optical switch comprising a laser-based method characterized in that.
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  37. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    시드 레이저를 이득 스위칭(gain switching)하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further comprising: a seed laser gain switching (gain switching).
  38. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    18ns 보다 작은 펄스 폭을 갖는 상기 숏 펄스 시퀀스의 숏 펄스를 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further includes the step of generating a short pulse of the short pulse sequence having a pulse width less than 18ns.
  39. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    낮은 왜곡으로, 그리고 상기 증폭된 형상 펄스의 형상 또는 상기 증폭된 시퀀스의 펄스의 형상을 현저히 변화시키지 않고, 상기 숏 펄스 시퀀스 또는 상기 형상 펄스를 증폭하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. With low distortion, and it does not significantly change the shape of the shape of the pulse shape or the amplification of the amplification sequence pulse, laser-based method further comprising the step of amplifying the sequence of short pulses or the pulse shape.
  40. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    실질적으로 사각형의 형상 펄스를 생성하기 위해 상기 숏 펄스 시퀀스 또는 상기 형상 펄스를 증폭하며, 상기 실질적으로 사각형의 형상 펄스의 상대적으로 평평(flat)한 부분 동안 10% 이내의 펄스 파워 균일성(uniformity)을 갖는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. Substantially in the short-pulse sequence or the relatively flat (flat) (uniformity) pulse power uniformity within 10% for the portion of the shape and amplify the pulse, shape pulse of a rectangular said substantially to produce a shaped pulse of the square a laser-based method further includes the step having a.
  41. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 숏 펄스 시퀀스 또는 형상(shaped) 펄스를 발생시키는 단계는, 반도체 다이오드 레이저에 입력되는 전류를 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. Generating the sequence of short pulses or shaped (shaped) pulse is a laser-based method comprising the steps of: modulating the current input to the semiconductor diode laser.
  42. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 숏 펄스 시퀀스 또는 형상(shaped) 펄스를 발생시키는 단계는, 하나 이상의 이득, 파장, 및 위상을 외부적으로 제어하기 위한 DBR(distributed Bragg reflector) 레이저 또는 DFB(distributed feedback) 레이저로부터 상기 형상 펄스 또는 상기 숏 펄스 시퀀스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. Generating the short pulse sequence, or the shape (shaped) pulses, one or more gain, wavelength, and phase to external DBR (distributed Bragg reflector) for controlling a laser or a DFB (distributed feedback) the shape pulses from a laser or a laser-based method, comprising a step of generating the sequence of short pulses.
  43. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    변조된 구동 파형을 수신하는 레이저 다이오드를 이득 스위칭(gain switching)하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser diode for receiving a modulated drive waveform based on a gain switching laser further comprises the step of (gain switching).
  44. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 위치조절하는 단계는, 상기 빔 전달 및 집속 시스템에 대한 상기 표적 물질의 연속적인 이동을 제공하기 위해 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. Adjusting the location of a laser-based method, it characterized in that the control to provide the continuous movement of the target material for the beam delivery and focusing system.
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  46. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    18 ns 보다 작은 상기 증폭된 형상 펄스의 펄스 폭을 생성하는 단계를 더 포 함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method for further included the step of generating the pulse width of the amplified small pulse shape than 18 ns.
  47. 제46항에 있어서, 47. The method of claim 46,
    10 ns 보다 작은 상기 증폭된 형상 펄스의 펄스 폭을 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further includes the step of generating the pulse width of the amplified small pulse shape than 10 ns.
  48. 제46항에 있어서, 47. The method of claim 46,
    수(several) 피코초에서 수(a few) 나노초의 범위 내에서 상기 증폭된 형상 펄스의 펄스 폭을 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. Number (several) number in picoseconds (a few) nanosecond laser-based method further includes the step of generating the pulse width of the amplified pulse-like to the extent of.
  49. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 숏(short) 펄스 시퀀스(sequence) 또는 형상(shaped) 펄스를 발생시키는 단계는, 수(several) 피코초에서 수(a few) 나노초의 범위 내로 상기 펄스 폭을 감소시키기 위해 GaAs 포화(飽和)가능한(saturable) 흡수재료로 상기 시드 레이저의 펄스 폭을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. The short (short) pulse sequence and generating a (sequence) or shape (shaped) pulses, the number of (several) number in picoseconds (a few) nanoseconds GaAs saturation in order to reduce the pulse width in the range of (飽和) as possible (saturable) absorbing materials, laser-based method, comprising a step of reducing the pulse width of the seed laser.
  50. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    10 9 W/cm 2 이상의 파워 밀도를 갖는 상기 증폭된 형상 펄스의 집속된(focused) 형상 펄스를 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. 10 9, laser-based method further includes the step of generating a focused (focused) shaped pulse of the amplified pulse shape having a W / cm 2 or more power density.
  51. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 광학적으로 증폭하는 단계 이후에 0.1 마이크로줄(microjoules) 이상의 에너지를 갖는 증폭된 형상 펄스를 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further includes generating an amplified pulse shape having at least 0.1 micro-line (microjoules) energy after the step of amplifying the optically.
  52. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    톱니(sawtooth) 형상을 갖는 증폭된 형상 펄스를 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further includes generating an amplified pulse shape having a tooth (sawtooth) shape.
  53. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 전달 및 집속하는 단계는, 상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 메모리 디바이스의 전도성 링크로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. The transfer step and the home belonging to a laser-based method comprising the steps of: directing the shape of a pulse or short pulses sequence amplification the amplification of a conductive link in the memory device.
  54. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    가변 폭 펄스를 갖는 증폭된 숏 펄스 시퀀스를 생성하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further includes generating an amplified short pulse sequences having a variable pulse width.
  55. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    레이저 증폭기를 펌프하기 위한 고 파워 레이저 다이오드 또는 다이오드 어레이를 이득 스위칭(gain switching)하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further comprising: a high power laser diode or diode array to pump the laser gain switching amplifier (gain switching).
  56. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 숏 펄스 시퀀스 또는 상기 형상 펄스의 일부를 변경하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further comprising the short pulse sequence, or altering a portion of the pulse shape.
  57. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 증폭된 형상 펄스 또는 상기 증폭된 숏 펄스 시퀀스의 일부를 변경하는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further comprising the step of altering a portion of the amplified pulse-like, or the amplified sequence of short pulses.
  58. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 광학적으로 증폭하는 단계는 광섬유 증폭기로 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. Amplifying the optically a laser-based method comprising the steps of: amplifying the optical fiber amplifier.
  59. 제58항에 있어서, The method of claim 58, wherein
    상기 광섬유 증폭기로 증폭하는 단계는 다중(multiple) 증폭기 스테이지(stages)로 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. A laser-based method comprising the steps of amplification by the optical fiber amplifier comprising: amplifying a multi (multiple) amplifier stage (stages).
  60. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 광학적으로 증폭하는 단계는 20dB 이상의 이득(gain)으로 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 시스템. Laser-based systems, characterized in that the step of amplifying the optically comprises the step of amplification by 20dB or more gain (gain).
  61. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 숏 펄스 시퀀스를 발생시키는 단계는, 그 펄스가 미리 결정된 비 q-스위칭 형상을 갖는 숏 펄스 시퀀스를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 기반 방법. A laser-based method comprising the step of generating the short pulse sequence, generating a sequence of short pulses having a shape that non-q- switching pulse is determined in advance.
  62. 제32항에 있어서, 33. The method of claim 32,
    상기 증폭된 형상 펄스의 파장 또는 상기 증폭된 펄스 시퀀스의 파장을 다른 파장으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 레이저 기반 방법. A laser-based method further includes the step of moving the wavelength of the cost of the amplified pulse wave shape or the amplified pulse sequence to another wavelength.
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