KR101173582B1 - Methods and systems for synchronized pulse shape tailoring - Google Patents
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Abstract
상이한 디자인 구성을 가지는 복수의 부공진기(12, 14)는, 레이저 작용이 상이한 각각의 펄스 에너지 프로파일 및/또는 부공진기(12, 14)의 구성에 의해 주어진 펄스 폭 특성을 융합시키는 코히어런트(coherent) 레이저 펄스를 제공하도록 실질적으로 동기화될 수 있게 공통 공진기 섹션(18)을 공유한다. 부공진기(12, 14)는 공통 섹션에서 레이저 매체(42)를 공유할 수 있거나, 각각의 별개의 부공진기 섹션(28, 36)은 자체적인 레이저 매체(42)를 가질 수 있다. 예시적인 길고 짧은 부공진기(12, 14)는, 다양한 레이저와, 메모리 링크 처리를 포함하는 미세 가공 응용에 유익할 수 있는 1개의 파장 또는 2개의 파장에서 짧은 상승 시간과 긴 펄스 폭을 가지는 특별히 개조된 레이저 펄스를 생성한다.The plurality of sub-resonators 12, 14 having different design configurations are coherents that fuse the pulse width characteristics given by the respective pulse energy profiles and / or the configurations of the sub-resonators 12, 14 with different laser actions. The common resonator section 18 is shared such that it can be substantially synchronized to provide a coherent laser pulse. The subresonators 12, 14 may share the laser medium 42 in a common section, or each separate subresonator section 28, 36 may have its own laser medium 42. Exemplary long and short sub-resonators 12, 14 are specially adapted with short rise times and long pulse widths at one or two wavelengths that can benefit a variety of laser and micromachining applications including memory link processing. Generated laser pulses.
Description
본 발명은 레이저 펄스 폭 및/또는 전력 프로파일을 제어하는 것에 관한 것으로, 이는 공통 섹션을 공유하는 2개 이상의 부공진기를 가지는 레이저를 이용함으로써 향상될 수 있다.The present invention relates to controlling the laser pulse width and / or power profile, which can be improved by using a laser having two or more sub-resonators sharing a common section.
높은 펄스 반복 속도로 작동하는 다이오드-펌핑된(Diode-pumped)(DP), 고체(SS: solid-state) 레이저가 레이저 미세 가공(micromachining)을 포함하는 다양한 응용에 널리 이용된다. 이들 레이저에서, 펄스 폭은 주로 공진기 디자인에 의해 결정되고, 주어진 레이저 매체에 관한 레이저 펌핑 레벨과 펄스 반복 속도에 의해 영향을 받는다. 일단 공진기가 구성되면, 주어진 펌핑 레벨과 펄스 반복 속도로 주어진 레이저 매체에 관한 펄스 폭 또는 시간(temporal) 전력 프로파일을 변경하는 실제적인 방식은 거의 존재하지 않는다. 하지만, 프로세싱 링크, 특히 스택(stack)에서와 같은 일부 응용에서는, 다른 레이저 펄스 파라미터를 유지하면서 펄스 폭과 시간 에너지 프로파일의 더 나은 제어가 바람직하다.Diode-pumped (DP), solid-state (SS) lasers operating at high pulse repetition rates are widely used in a variety of applications, including laser micromachining. In these lasers, the pulse width is primarily determined by the resonator design and is affected by the laser pumping level and pulse repetition rate for a given laser medium. Once the resonator is configured, there are few practical ways to change the pulse width or temporal power profile for a given laser medium at a given pumping level and pulse repetition rate. However, in some applications, such as in processing links, especially stacks, better control of pulse width and time energy profile is desirable while maintaining other laser pulse parameters.
빠른 다이오드 마스터 발진기/파이버(fiber) 증폭기(MOPA) 구성을 이용하는 레이저는 약 1㎱ 내지 10㎱의 조정 가능한 펄스 폭을 구비한 실질적으로 정사각형 의 에너지 프로파일 레이저 펄스를 제공할 수 있지만, 현재의 파이버 증폭기는 임의의 편광이 이루어지지 않은 레이저 출력을 제공하고, 통상 부근의 기판이나 다른 물질에 부작용을 일으키지 않고 원하는 미세 가공 동작을 수행하기 위해 충분히 작은 초점이 맞추어진 빔 스폿 크기를 달성하는 데 있어 실제 어려움을 주게 되는 불리한 더 넓은 파장 스펙트럼 출력을 가진다. 본 특허 출원의 양수인에게 양도되어 있는, Sun 등의 미국 특허 출원 10/921,481 및 10/921,765는 특별한 응용에 특별히 개조되는 에너지 프로파일을 구비한 MOPA 펄스를 얻는 방식을 설명한다.Lasers using fast diode master oscillator / fiber amplifier (MOPA) configurations can provide substantially square energy profile laser pulses with adjustable pulse widths of about 1 dB to 10 dB, but current fiber amplifiers Is a real difficulty in achieving a focused beam spot size that is small enough to provide any unpolarized laser power and typically achieve the desired micromachining behavior without adversely affecting nearby substrates or other materials. Has a disadvantageous wider wavelength spectral output. US
전자 광학(electro-optic)(E-O) 디바이스는 또한 레이저 펄스의 에너지 프로파일 또는 펄스 폭의 모양을 다시 만들기 위한 광학 게이트로서 이용될 수 있다. 하지만, 높은, 특히 약 40㎑ 위의 반복 속도에서 E-O 디바이스를 동작하는 것과, E-O 디바이스의 레이저 펄스와 작용(들)을 원하는 정확도로 동기화시키는 것은 실제 제약 사항 하에서는 달성하기가 매우 어렵다.Electro-optic (E-O) devices can also be used as optical gates to reshape the energy profile or pulse width of a laser pulse. However, operating the E-O device at high repetition rates, particularly above about 40 Hz, and synchronizing the laser pulses and action (s) of the E-O device to the desired accuracy are very difficult to achieve under practical constraints.
각각 상이한 시간 에너지 프로파일과 펄스 폭을 가지는 펄스들을 발생시키는 2개의 독립적인 레이저에 의해 방출된 레이저 펄스들은, 원하는 특징의 펄스 폭과 결합된 에너지 프로파일을 제공하기 위해 이론적으로 결합될 수 있다. 하지만, 실제로는 그러한 독립적으로 만들어진 펄스들의 결합은, 레이저 펄스 지터(jitter)를 겪게 되고, 이러한 지터는 통상적인 Q-스위칭된 레이저에 내재하는 레이저 펄스 개시 제어 신호에 대한 레이저 펄스 개시의 임의의 요동(fluctuation)이다. 많은 응용에서, 펄스 지터는 레이저 디자인과 레이저 펄스 반속 속도에 따라 종종 5㎱ 내지 30㎱보다 크다. 이러한 지터는 종종 특히 결합된 펄스의 세트가 200㎱보다 작은 간격으로 발생할 것이 요망될 때 원하는 정확도로 펄스 결합을 용이하게 하기에는 너무 크다. 예컨대, 레이저 링크 처리와 같은 응용에 있어서의 일관되고 재생 가능한 펄스 에너지 프로파일은 1㎱보다 양호한 2개의 펄스들 사이의 타이밍 안정성을 요구할 수 있다. 이러한 동기화 문제는 높은 반복 속도, 특히 예컨대 약 40㎑ 위의 반복 속도에서 더 중요해진다.The laser pulses emitted by two independent lasers, each generating pulses having different temporal energy profile and pulse width, can be theoretically combined to provide an energy profile combined with the pulse width of the desired characteristic. In practice, however, the combination of such independently made pulses suffers from laser pulse jitter, which jitter causes any fluctuations in the laser pulse initiation to the laser pulse initiation control signal inherent in a typical Q-switched laser. (fluctuation). In many applications, pulse jitter is often greater than 5 Hz to 30 Hz, depending on the laser design and the laser pulse half speed. Such jitter is often too large to facilitate pulse coupling with the desired accuracy, especially when a set of combined pulses is desired to occur at intervals less than 200 microseconds. For example, a consistent and reproducible pulse energy profile in applications such as laser link processing may require timing stability between two pulses better than 1 ms. This synchronization problem becomes more important at high repetition rates, especially at repetition rates above about 40 Hz, for example.
일부 실시예의 목적은, 레이저 및/또는 레이저 펄스의 에너지 프로파일 및/또는 펄스 폭을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of some embodiments to provide a method of controlling the energy profile and / or pulse width of a laser and / or laser pulse.
본 발명의 일 실시예는 레이저(lasing) 작용이 실질적으로 자기 동기화되도록 공통 공진기 섹션을 공유하는 2개 이상의 부공진기를 이용한다. 각 부공진기는 적어도 하나의 상이한 펄스 에너지 프로파일 및/또는 펄스 폭 특성을 제공하도록 적응되는 부공진기 길이와 같은 상이한 디자인 구성을 가진다. 공진기의 공유된 부분이 출력 포트를 포함할 때, 그 결과 레이저 출력은 부공진기의 구성에 의해 주어진 에너지 프로파일 및/또는 펄스 폭 특성을 융합하는 고유한 레이저 출력 펄스를 제공한다. 일부 실시예에서는, 부공진기가 공통 공진기 섹션에서 레이저 매체를 공유하고, 일부 실시예에서는, 각각의 부공진기 섹션이 자체적인 레이저 매체를 가질 수 있다. 일 실시예에서는, 길고 짧은 부공진기가 짧은 상승 시간과 긴 펄스 폭을 가지는 레이저 펄스를 생성하기 위해 공통 공진기 섹션을 공유한다.One embodiment of the present invention utilizes two or more sub-resonators that share a common resonator section such that the laser action is substantially self-synchronized. Each subresonator has a different design configuration, such as a subresonator length that is adapted to provide at least one different pulse energy profile and / or pulse width characteristic. When the shared portion of the resonator includes an output port, the resulting laser output provides a unique laser output pulse that fuses the energy profile and / or pulse width characteristics given by the configuration of the subresonator. In some embodiments, the sub-resonators share the laser medium in the common resonator section, and in some embodiments, each sub-resonator section may have its own laser medium. In one embodiment, the long and short sub-resonators share a common resonator section to produce laser pulses with short rise times and long pulse widths.
일부 실시예에서, 공통 공진기 섹션은 높은 반사율을 가진 거울을 포함하고, 각 부공진기 섹션은 자체의 출력 포트를 가진다. 이후 각 부공진기로부터의 레이저 프로파일 특성은 공진기 외부에서 재결합될 수 있는데 반해, 레이저 펄스 지터링(jittering)의 역효과 중 많은 것이 상당히 감소될 수 있다. 부공진기 출력의 별개의 프로파일은, 프로파일들이 레이저 출력 펄스가 2개 이상의 레이저 파장을 사용하여 특별히 개조된 프로파일을 가지도록 허용하는 레이저 출력 펄스로 재결합되기 전에 상이한 선택적인 고조파 변환(harmonic conversion)을 거칠 수 있다. 다른 실시예에서는, 그러한 상이한 파장 프로파일이 서로에 관해 상이한 시각에서 일어나도록 제어될 수 있다.In some embodiments, the common resonator section includes a mirror with high reflectance, each subresonator section having its own output port. The laser profile characteristics from each subresonator can then be recombined outside the resonator, while many of the adverse effects of laser pulse jittering can be significantly reduced. The separate profile of the subresonator output undergoes a different selective harmonic conversion before the profiles are recombined into a laser output pulse that allows the laser output pulse to have a profile specially adapted using two or more laser wavelengths. Can be. In other embodiments, such different wavelength profiles may be controlled to occur at different times with respect to each other.
추가 양상 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이루어지는 바람직한 실시예의 다음 상세한 설명으로부터 분명해진다.Further aspects and advantages will be apparent from the following detailed description of the preferred embodiment made with reference to the accompanying drawings.
도 1은 레이저 매체와 출력 포트를 포함하는 공통 공진기 섹션을 가지는 2개의 부공진기로 이루어지는 레이저의 개략도.1 is a schematic diagram of a laser consisting of two sub-resonators having a common resonator section comprising a laser medium and an output port.
도 2a는 각각 어떠한 레이저 매체도 수용되지 않는 공통 공진기 섹션을 공유하는 레이저 매체를 포함하는 2개의 부공진기로 이루어지는 레이저의 개략도.FIG. 2A is a schematic diagram of a laser consisting of two sub-resonators, each comprising a laser medium sharing a common resonator section in which no laser medium is received;
도 2b는 각각 어떠한 레이저 매체도 수용되지 않는 공통 공진기 섹션을 공유하는 레이저 매체와 AOM을 포함하는 2개의 부공진기로 이루어지는 대안 레이저의 개략도.2B is a schematic diagram of an alternative laser consisting of two sub-resonators comprising an AOM and a laser medium that each share a common resonator section in which no laser medium is received.
도 3a는 각각 반사율이 높은 거울을 구비한 공통 공진기 섹션을 공유하는 레이저 매체와 출력 포트를 포함하는 2개의 부공진기로 이루어지는 레이저의 개략도.3A is a schematic diagram of a laser consisting of a laser medium sharing a common resonator section with mirrors having high reflectance and two sub-resonators including an output port;
도 3b는 각각 반사율이 높은 거울을 구비한 공통 공진기 섹션을 공유하는 레 이저 매체, AOM 및 출력 포트를 포함하는 2개의 부공진기로 이루어지는 대안 레이저의 개략도.3b is a schematic diagram of an alternative laser consisting of two sub-resonators comprising a laser medium, an AOM and an output port, each sharing a common resonator section with high reflecting mirrors;
도 4a 내지 도 4c는 각각의 짧은 부공진기 프로파일, 긴 부공진기 프로파일 및 그 결과 출력 펄스들의 특별히 개조된 프로파일의 전력 대 시간 그래프를 도시하는 도면.4A-4C show power vs. time graphs of each short subresonator profile, long subresonator profile and consequently a specially adapted profile of output pulses.
도 5a 내지 도 5c는 제 1의 전형적인 시간 지연이 이용될 때, 각각의 짧은 부공진기 프로파일, 긴 부공진기 프로파일 및 그 결과 출력 펄스들의 특별히 개조된 프로파일의 전력 대 시간 그래프를 도시하는 도면.5A-5C show power versus time graphs of each short subresonator profile, long subresonator profile, and consequently a specially adapted profile of output pulses when a first typical time delay is used.
도 6a 내지 도 6c는 제 2의 전형적인 시간 지연이 이용될 때, 각각의 짧은 부공진기 프로파일, 긴 부공진기 프로파일 및 그 결과 출력 펄스들의 특별히 개조된 프로파일의 전력 대 시간 그래프를 도시하는 도면.6A-6C show power versus time graphs of each short subresonator profile, long subresonator profile, and consequently a specially adapted profile of output pulses when a second typical time delay is used.
도 7a 내지 도 7c는 제 3의 전형적인 시간 지연이 이용될 때, 각각의 짧은 부공진기 프로파일, 긴 부공진기 프로파일 및 그 결과 출력 펄스들의 특별히 개조된 프로파일의 전력 대 시간 그래프를 도시하는 도면.7A-7C show power versus time graphs of each short subresonator profile, long subresonator profile, and consequently a specially adapted profile of output pulses when a third typical time delay is used.
도 1은 공통 공진기 섹션(18)을 이용하기 위해 빔 분할기(16)가 통합되는 긴 부공진기(12)와 짧은 부공진기(14)를 가지는 레이저(10)의 개략도이다. 빔 분할기(16)는 실질적으로 긴 부공진기(12)와 짧은 부공진기(14) 모두에서 동시에 발진이 일어나는 것을 허용하기 위해 부분적으로 반사성이고 투과성이 거울일 수 있다. 빔 분할기(16)는 대안적으로, 짧은 부공진기(14)에서의 실질적으로 p-편광된 레이 저 빔과 긴 부공진기(12)에서의 실질적으로 s-편광된 레이저 빔의 발진을 허용하는 편광기일 수 있다.1 is a schematic diagram of a
도 1을 참조하면, 긴 부공진기(12)는 광학 경로(26)를 따라 위치하는 긴 부공진기 거울(22)과 출력 포트(24)에 의해 한정된다. 긴 부공진기(12)는 공통 공진기 섹션(18)과 긴 부공진기 섹션(28)을 포함한다. 짧은 부공진기(14)는 짧은 부공진기 거울(34)과 출력 포트(24)에 의해 한정될 수 있고, 따라서 공통 공진기 섹션(18)과 짧은 부공진기 섹션(36)을 포함한다. 레이저(10)는 또한 손실 감소 거울(40)을 구비한 선택적인 손실 감소 부섹션(38)을 이용할 수 있다. 바람직하게는 긴 부공진기 거울(22), 짧은 부공진기 거울(34) 및 임의의 손실 감소 거울(40)은, 공통 공진기 섹션(18)에 위치하는 레이저 매체(42)에 의해 만들어진 원하는 파장에 대해 모두 반사율이 높다(HR: highly reflective). Referring to FIG. 1, the long
레이저 매체(42)는 바람직하게는 모든 통상적인 레이저 파장과 그것들의 고조파(harmonics)를 이용 가능하게 하는 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4 또는 Yb:YAG와 같은 종래의 고체 상태 레이저를 포함한다. 일부 실시예에서는, 레이저 매체(42)가 하나 이상의 다이오드나 다이오드 배열(미도시)에 의해 측면으로부터 직접적으로 또는 간접적으로 펌핑된다. 하지만 당업자라면 하나 이상의 긴 공진기 거울(22), 짧은 공진기 거울(34) 또는 선택적인 손실 감소 거울(40)이 원하는 펌핑 파장에서 입력 결합기가 되도록 적절히 적응된다면 펌핑 소스가 이들의 뒤에 위치할 수 있다는 것을 알게 된다. 다른 공지된 광학 구성 성분(미도시)은 추가적으로 또는 대안 적으로 말단 펌핑을 용이하게 하도록 이용될 수 있다. 당업자라면 또한 하나 이상의 램프, 레이저 또는 다른 펌핑 디바이스가 펌핑 광을 제공하도록 이용될 수 있고, 레이저 매체(42)가 기체, CO2, 엑시머(excimer) 또는 구리 증기 레이저 매체와 같은 레이저 매체의 상이한 유형을 대안적으로 이용할 수 있다는 것을 알게 된다.The
공통 공진기 섹션(18)은 또한 바람직하게는 광학 경로(26)를 따라 위치한 Q-스위치(44), 음향-광학 변조기(AOM: acousto-optic modulator) 또는 전자-광학 변조기(EOM)를 포함한다. 개구(aperture)(48)가 또한 공통 공진기 섹션(18)에 포함될 수 있고, 바람직하게는 레이저 매체(42)나 Q-스위치(44) 및 출력 포트(24) 사이에 위치할 수 있다. 출력 포트(24)는 바람직하게는 레이저 매체(42)에 의해 생성된 바람직한 파장에 대해 부분적으로 반사적인(PT: partly reflective)(약 5% 내지 20% 투과성) 출력 결합 거울이다.The
전형적인 레이저 출력 반복 속도는 약 1㎐보다 크고, 약 1㎑보다 크거나, 약 25㎑보다 크거나, 약 40㎑보다 크거나 약 100㎑보다 크고 약 500㎑까지 또는 그 보다 크다. 통상적인 실시예에서, 다른 펄스 파라미터에는 0.1μJ 내지 10μJ의 레이저 에너지 및 심지어 약 1㎐로부터 약 500㎑까지의 레이저 출력 반복 속도에서 100mJ까지의 레이저 에너지가 포함될 수 있지만, 이들에 국한되지는 않는다.Typical laser power repetition rates are greater than about 1 Hz, greater than about 1 Hz, greater than about 25 Hz, greater than about 40 Hz, greater than about 100 Hz and up to about 500 Hz or more. In a typical embodiment, other pulse parameters may include, but are not limited to, laser energy of 0.1 μJ to 10 μJ and even laser energy of up to 100 mJ at laser output repetition rates from about 1 Hz to about 500 Hz.
바람직하다면, 하나 이상의 파장 변환기(52)가 레이저 출력(50a)을 고조파 레이저 출력으로 변환하기 위해 공통 공진기 섹션(18) 외측의 광학 경로(26)를 따라 위치할 수 있다. 각각의 파장 변환기(52)는 레이저 파장 변환을 위해 바람직하 게는 KTP(potassium titanium oxide phosphate, KTiOPO4), BBO(beta barium borate, beta-BaB2O4) 및 LBO(lithium triborate, LiB3O5)와 같은 하나 이상의 비선형 결정을 포함한다. 통상적인 기본 레이저 파장은 1064㎚를 포함하지만 이것에 국한되지 않고, 532㎚(2배 주파수), 355㎚(3배 주파수), 266㎚(4배 주파수) 및 213㎚(5배 주파수)에서의 고조파 파장을 가진다. 당업자라면 파장 변환기(52)가 내부 공동 주파수 변환을 위해 공통 공진기 섹션(18) 내에 놓일 수 있다는 것을 알게 된다.If desired, one or
짧은 부공진기(14)와 긴 부공진기(12)가 공통 공진기 섹션(18)을 공유하기 때문에, 양 부공진기(12, 14)에서의 레이저 에너지와 레이저 작용이 결합된다. 레이저 작용의 이러한 결합은 한 부공진기로부터 다른 부공진기까지의 주입 살포(injection seeding)를 닮을 수 있어, 2개(또는 그 이상의)의 부공진기의 레이저 작용은, 실질적으로 높은 프로파일 안정성을 구비한 단일 레이저 펄스로 자체적으로 동기화된다.Since the
도 2a는 공통 공진기 섹션(88a)을 이용하기 위해, 빔 분할기(16)와 통합되는 긴 부공진기(82a)와 짧은 부공진기(84a)를 가지는 레이저(80a)의 개략도이다. 공통 공진기 섹션(88a)은 긴 부공진기(82a)를 형성하기 위해 긴 부공진기 섹션(92a)과 광학 연관되어 있고, 공통 공진기 섹션(88a)은 짧은 부공진기(84a)를 형성하기 위해 짧은 부공진기 섹션(94a)과 광학 연관되어 있다. 도 2a의 레이저(80a)는 도 1의 레이저(10)와 매우 유사하여, 그것들의 대응하는 구성 성분 중 대다수가 유사하게 이름이 붙여져 있다.FIG. 2A is a schematic diagram of a
레이저(80)에서의 한 가지 상당한 차이점은, 레이저 출력(50b1) 펄스의 에너지 프로파일(160)(도 4 내지 도 7)에서의 더 많은 다양성을 허용하기 위해, 긴 부공진기 섹션(92a)이 레이저 매체(42a)를 담고 있고, 짧은 부공진기 섹션(94a)이 레이저 매체(42b)를 담고 있다는 점이다. 대부분의 실시예에서, 레이저 매체(42a, 42b)는 바람직하게는 동일한 레이저를 포함하지만, 당업자라면 레이저 매체(42a)가, 그것들의 레이저 파장이 실질적으로 유사 하는 한, 예컨대 구성물, 크기, 구성 또는 도펀트(dopant) 농도에 있어서 레이저 매체(42b)와 상이할 수 있다는 것을 알게 된다. 일 실시예에서, 레이저 매체(42a)는 장대(rod), 디스크, 직사각형 평행육면체(parallelepiped), 정육면체, 칩(chip), 슬랩(slab) 또는 다른 모양을 가지고, 레이저 매체(42b)는 이들 모양 중 상이한 하나를 가진다.One significant difference in the laser 80 is that the
일부 바람직한 실시예에서, 레이저 매체(42a, 42b)는 동일한 펌핑 소스에 의해, 그리고 종래의 알려진 구동 전자 장치의 사용을 통한 동일한 펌핑 레벨과 타이밍 방식을 가지고 동일한 펌핑 결합 방법으로 펌핑된다. 링크 끊기와 같은 일부 응용에서는, CW 펌핑이 일반적으로 선호된다. 다른 실시예에서는, 레이저 매체(42a, 42b)가 상이한 펌핑 소스에 의해 및/또는 종래의 알려진 구동 전자 장치의 사용을 통한 상이한 펌핑 레벨과 타이밍 방식을 가지고 상이한 펌핑 결합 방법으로 펌핑된다. 일부 실시예에서는, 예컨대 매체(42b)가 사이드 펌핑되는 동안 레이저 매체(42a)가 말단 펌핑될 수 있고, 그 역도 성립한다.In some preferred embodiments, the
비록 공통 공진기 섹션(88a)이 또한 레이저 매체(42)를 포함하고 있을 수 있 지만, 그러한 실시예는 덜 선호된다. 임의의 편광기(90)가 긴 부공진기 섹션(92a)과 짧은 부공진기 섹션(94a) 모두에서 이용될 수 있지만, 일 예로서 긴 부공진기 섹션(92a) 내에 위치하고 있는 것으로 도시된다.Although the
도 2b는 레이저(80a)와 매우 유사한 대안 레이저(80b)의 개략도로서, 그것들의 대응하는 구성 성분의 대다수가 유사하게 이름이 붙여져 있다. 레이저(80a)에 있어서의 한 가지 큰 차이점은, 공통 Q-스위치(44)가 공통 공진기 섹션(88b)으로부터 제거되고, 2개의 독립적인 Q-스위치(44a, 44b)(AOM과 같은)가 긴 부공진기 섹션과 짧은 부공진기 섹션(92b, 94b)에 각각 삽입된다는 점이다. Q-스위치(44a, 44b)는 동일한 구동기(미도시된 RF 구동기와 같은)에 의해 또는 별개의 하지만 동기화된 독립적인 구동기에 의해 동일한 시각에서 개시될 수 있다.2B is a schematic representation of an
대안적으로, Q-스위치(44a, 44b)는 레이저 출력(50b2)의 펄스의 프로파일(160)의 개조 능력을 더 향상시키기 위해 별개의 독립적인 구동기에 의해 상이한 시각에서 개시될 수 있다. 2개의 부공진기(82b, 84b) 사이의 레이저 에너지 결합을 보장하기 위해, 당업자라면 나중에 개시된 Q-스위치가 나머지 Q-스위치를 수용하는 부공진기에서 레이저 작용이 중단되기 전에 개시되게끔, Q-스위치(44a, 44b)의 개시 사이의 지연 시간이 제한되어야 한다는 것을 알게 된다. 비록 편광기(90)가 도 2b에 도시되지 않았지만, 편광기가 하나 이상의 부공진기 섹션(92b, 94b) 및/또는 공통 공진기 섹션(88b)에서 사용될 수 있다.Alternatively, Q-
도 3a는 공통 공진기 섹션(118a)을 이용하기 위해 빔 분할기(16)와 통합되는 긴 부공진기(112a)와 짧은 부공진기(114a)를 가지는 레이저(110a)의 개략도이다. 공통 공진기 섹션(118a)은 긴 부공진기(112a)를 형성하기 위해 긴 부공진기 섹션(122a)과 광학 연관되고, 공통 공진기 섹션(118a)이 짧은 부공진기(114a)를 형성하기 위해 짧은 부공진기 섹션(124a)과 광학 연관된다. 도 3a의 레이저(110a)는 도 2a의 레이저(80a)와 매우 유사하여, 그것들의 대응하는 구성 성분의 대다수가 유사하게 이름이 붙여진다. 이들 레이저 사이의 큰 차이점은, 레이저(110a)에서 출력 포트(24)가 반사율이 높은 거울(116)로 대체되고, 길고 짧은 부공진기 거울(22, 34)이 짧고 긴 출력 포트(24c, 24d)로 대체되어, 레이저 출력(50c1, 50d1)의 별개의 그러나 시간상 동기화된 프로파일(150, 152)(도 4 내지 도 7)을 각각 제공한다는 점이다. 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 개구(48)가 레이저 매체(42c, 42d)와 각각의 출력 포트(24c, 24d) 사이의 부공진기 섹션(122a, 124a)에 포함될 수 있다.3A is a schematic diagram of a
당업자라면, 레이저 출력(50c1, 50d1)의 프로파일(150, 152)이 재결합되는 것에 상관없이, 이들 프로파일(150, 152)이 특별히 개조된 에너지 프로파일 특성을 가지는 단일 시간 펄스를 형성하는 것으로 간주될 수 있다는 것을 알게 되는데, 이는 프로파일(150, 152)이 높은 타이밍 정확도를 구비한 공통 공진기 섹션에 의해 시간상 합쳐지기 때문이다. 레이저 출력(50c1, 50d1)은 특별히 개조된 펄스를 가지는 동기화된 레이저 출력(50e1)을 제공하기 위해 거울(130)과 조합기(132)와 같은 종래의 광학 기기를 통해 방향이 정해지고 재결합될 수 있다. 대안적으로, 레이저 출력(50c1, 50d1)은 분리된 목표물과 충돌하는 상이한 에너지 프로파일 부분 또는 목표물 위치를 특별히 개조된 동기화된 펄스에 독립적으로 제공하는데 사용될 수 있다.Those skilled in the art will regard these
레이저 출력(50c, 50d) 또한 임의의 파장 변환기(52c, 52d)를 각각 통과할 수 있고, 이를 통해 동일하거나 상이한 파장 변환을 나누어줄 수 있다. 일 예에서, 레이저 출력(50c)은 제 2 고조파 파장으로 변환되고, 레이저 출력(50d)은 제 4 고조파 파장으로 변환된다. 그러한 레이저 출력(50c1, 50d1)은 각 펄스가 2개 이상의 선택된 파장을 담게 되도록, 레이저 출력(50e1)의 특별히 개조된 펄스를 제공하기 위해 재결합될 수 있다.The laser outputs 50c and 50d may also pass through any of the
도 3b는 도 3a에 도시된 레이저(110a)와 매우 유사한 대안적인 레이저(110b)의 개략도로서, 대응하는 구성 성분의 대다수가 유사하게 이름이 붙여진다. 레이저(110b)에서의 한 가지 큰 차이점은, 공통 Q-스위치(44)가 공통 공진기 섹션(118b)으로부터 제거되고, 2개의 독립적인 Q-스위치(44a, 44b)가 긴 부공진기 섹션과 짧은 부공진기 섹션(122b, 124b)에 각각 삽입된다는 점이다. Q-스위치(44a, 44b)는 단일 구동기(미도시된 RF 구동기와 같은) 또는 분리된 하지만 동기화된 독립적인 구동기에 의해 동일한 시각에 개시될 수 있다.3B is a schematic diagram of an
Q-스위치(44a, 44b)는 분리된 독립적인 구동기에 의해 상이한 시각에서 개시될 수 있어, 레이저 출력(50e2)의 펄스의 프로파일(160)의 개조 능력을 더 향상시킨다. 일부 실시예에서, Q-스위치(44a, 44b)(또는 그 역도 성립)의 개시 사이의 지연 시간은, 나중에 개시된 Q-스위치가 2개의 부공진기(112b, 114b) 사이의 레이저 에너지 결합을 더 향상시키기 위해, 나머지 Q-스위치를 수용하는 부공진기에서의 레이저 작용이 중단되기 전에 개시될 수 있도록 제한될 수 있다.The Q-
전형적인 실시예들 중 임의의 것에 의해 제공된 것으로서의 레이저 출력의 펄스들(50a, 50b1, 50b2, 50c1, 50c2, 50d1, 50d2, 50e1, 50e2){일반적으로 레이저 출력(50)}은, 또한 빔 전달 시스템에 의해 목표물 위치 선정 시스템에 의해 이동될 수 있는 각각의 목표물 쪽으로 바람직하게 향하게 된다. 빔 전달 시스템은 빔 확대기, 거울 및 초점이 맞추어진 스폿 크기를 만들기 위한 포커싱(focusing) 렌즈와 같은 다양한 임의의 종래의 광학 구성 성분을 포함할 수 있다. 링크 처리를 위해, 초점이 맞추어진 레이저 스폿의 직경은, 통상 약 0.5㎛와 약 3㎛ 사이의 범위 내에 있고, 바람직하게는 링크 폭, 링크 피치(pitch) 크기, 링크 물질 및 다른 링크 구조와 처리 고려사항에 따라 링크의 폭보다 40% 내지 100% 크다. 다른 레이저 응용에 있어서는, 응용 요구사항에 적합하게 하기 위해 레이저 스폿 크기가 수십분의 미크론으로부터 수백 미크론까지 조정될 수 있다.Pulses of
선호된 빔 전달 및 위치 선정 시스템은 Overbeck의 "Method and Apparatus for Positioning a Focused Beam on an integrated Circuit"라는 제목을 가진 미국 특허 4,532,402호에 상세히 설명되고 있다. 그러한 위치 선정 시스템은, 대안적으로 또는 추가로 Cutler 등의 미국 특허 5,751,585, Cutler의 미국 특허 6,430,465B2, Unrath 등의 미국 특허 6,816,294 및/또는 Barrett 등의 미국 특허 6,706,999에 설명된 향상 방법(improvements) 또는 빔 위치 선정기(beam positioners)를 이용할 수 있고, 이들은 본 특허 출원의 양수인에게 양도되어 있다. 다른 헤드 고정(fixed-head) 시스템, 갈바노미터, 피에조일렉트릭 또는 보이스 코일 제어 거울 또는 선형 모터 구동 종래의 위치 선정 시스템 또는 오리건 주 포트랜드 소재의 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈사(ESI)에 의해 제작된 5300, 9300 또는 9000 모델 시리즈에서 이용된 것들과 같은 빠른 위치 선정기-헤드(positioner-head) 시스템도 이용될 수 있다.Preferred beam delivery and positioning systems are described in detail in US Pat. No. 4,532,402 entitled "Method and Apparatus for Positioning a Focused Beam on an integrated Circuit" by Overbeck. Such positioning systems may alternatively or additionally include the improvements described in US Pat. No. 5,751,585 to Cutler et al., US Pat. No. 6,430,465B2 to Cutler et al. US Pat. Beam positioners can be used, which are assigned to the assignee of the present patent application. Other fixed-head systems, galvanometers, piezoelectric or voice coil control mirrors or linear motor driven conventional positioning systems or 5300 manufactured by Electro Scientific Industries, Inc., Portland, Oregon Fast positioner-head systems such as those used in the 9300 or 9000 model series can also be used.
각 레이저 펄스의 전체적인 지속 시간이 1000㎱(통상 300㎱ 내지 500㎱)보다 짧기 때문에, 통상적인 링크 처리 위치 선정 시스템은 그러한 1000㎱ 기간 내의 약 0.1㎛(링크 폭보다 짧은 거리)보다 적게 레이저 스폿 위치를 이동시킬 수 있다. 따라서, 레이저 시스템은 동작중인(on-the-fly) 링크를 처리할 수 있는데, 즉 위치 선정 시스템은 레이저 시스템이 레이저 펄스를 발사할 때 움직임을 중단시킬 필요가 없다. 일부 실시예에서는, 스파이크 또는 최고점이 위치하는 시기와 상관없이, 길고 짧은 부공진기 프로파일의 레이저 스폿이 링크 폭을 포함한다.Since the overall duration of each laser pulse is shorter than 1000 ms (typically 300 ms to 500 ms), conventional link processing positioning systems require less than about 0.1 μm (shorter than the link width) laser spot position within such 1000 ms duration. Can be moved. Thus, the laser system can handle on-the-fly links, i.e., the positioning system does not need to interrupt movement when the laser system emits a laser pulse. In some embodiments, regardless of when the spike or peak is located, the laser spot of the long and short subresonator profile includes the link width.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 긴 부공진기(12, 82a, 82b, 112a, 112b){총칭적으로 긴 부공진기(12)}와 짧은 부공진기(14, 84a, 84b, 114a, 114b){총칭적으로 짧은 부공진기(14)}의 특성은 상이하고, 레이저 출력(50)에 원하는 특성을 제공하기 위해 독립적으로 선택된다. 일 실시예에서, 긴 공진기(12)와 짧은 공진기(14)의 길이는, 특별한 펄스 프로파일 특성을 레이저 출력(50)에 나누어주기 위해 선택된다. 특히, 짧은 부공진기 섹션(36, 94a, 94b, 124a, 124b){총칭적으로, 짧은 부공진기 섹션(36)}의 길이는, 레이저 출력(50)의 펄스에 상승 에지 동안 짧은 지속 시간을 나누어주기 위해, 각각의 공통 공진기 섹션(18, 88a, 88b, 118a, 118b){총칭적으로 공통 공진기 섹션(18)}의 길이와 협조하도록 조정되고, 긴 부공진기 섹션(28, 92a, 92b, 122a, 122b){총칭적으로 긴 부공진기 섹션(28)}의 길이는 레이저 출력(50)의펄스에 긴 펄스 폭을 나누어주기 위해 각각의 공통 공진기 섹션(18)의 길이와 협조하도록 조정된다. 이들 펄스 특성의 특정 값이 독립적으로 선택될 수 있고, 이후 짧은 부공진기 섹션(36), 긴 부공진기 섹션(28) 및 공통 공진기 섹션(18)의 길이 또는 다른 특성은 레이저 출력(50)의 원하는 펄스 프로파일을 달성하도록 다른 레이저 파라미터와 협조하여 선택될 수 있다.1 to 3, the long
공진기 특성과 펄스 프로파일 사이의 관계는 비교적 복잡하다. 하지만, 주어진 펌핑 에너지를 구비한 주어진 레이저 이득 인자에 관해서는, 펄스 폭이 레이저 기간 동안에 공진기 말단 거울 사이에서 광자가 만드는 "왕복(round trips)" 회수에 일반적으로 의존한다. 그러므로, 주어진 레이저 매체(42), 주어진 펌핑 레벨 및 주어진 펄스 반복 속도를 가지는 유사한 파라미터 하에서 동작된 특정 레이저에 관해서는, 펄스 폭이 일반적으로 공동(cavity) 길이에 직접적으로 비례한다. 따라서 일반적으로 공동이 짧을수록 펄스 폭도 짧고, 공동이 길수록 펄스 폭도 길다. 링크 처리 예에서, 3W 다이오드에 의해 펌핑되는 8 내지 10㎝ 길이의 공진기를 구비한 통상적인 Nd:YAG 레이저는 20㎑에서 약 10㎱의 펄스 폭을 가진다. 따라서, 나머지 파라미터들을 일반적으로 동일하게 유지하고, 공진기를 선택적으로 짧게 함으로써, 5㎱의 펄스 폭을 얻을 수 있고 또는 선택적으로 공진기를 길게 함으로써, 예컨대 20㎱의 펄스 폭을 얻을 수 있다. 또한, 상승 시간은 펄스 폭에 의해 영향을 받는다. 상승 시간은 일반적으로, 최대 최고점 파워의 절반 정도에서 최대 폭에 가깝게 된다(그것의 최대 파워의 절반에서 펄스 프로파일의 포인트들 사이의 시간). 따라서, 더 짧은 상승 시간이 규정될 때 더 짧은 펄스 폭이 초래된다.The relationship between the resonator characteristics and the pulse profile is relatively complex. However, for a given laser gain factor with a given pumping energy, the pulse width generally depends on the number of "round trips" that photons make between the resonator end mirrors during the laser period. Therefore, for a particular laser operated under a similar parameter with a given
그러므로 각 부공진기의 구성 성분은, 예컨대 알려진 기술에 따라 그것의 독립적인 펄스 전파 특성의 생성을 용이하게 하도록 숙련공에 의해 개조될 수 있다. 예컨대, 반사율이 높은 거울의 배치 및 곡률, 레이저 매체(42)의 표면 곡률과 길이 및 펌핑과 도핑 레벨은 모두, 2개의 합쳐진 부공진기로부터의 일정한 전파 특성을 충분히 유사하도록 조정될 수 있어, 그것들이 제조 공정에 있는 제품의 표면 상에 정렬되고 실질적으로 유사한 스폿 크기를 만든다. 대안적으로, 각 부공진기의 구성 성분은, 예컨대 스폿 크기와 같은 일정한 전파 특성들이 의도적으로 상이하도록 개조될 수 있다. 출력 결합기의 투과율 또한 펄스 지속 시간에 영향을 미치도록 조정될 수 있다. 투과율이 커질수록 펄스 폭이 감소되고, 투과율이 작아질수록 펄스 폭이 증가된다.Therefore, the components of each subresonator can be adapted by the skilled worker, for example, to facilitate the generation of its independent pulse propagation properties according to known techniques. For example, the placement and curvature of the highly reflective mirrors, the surface curvature and length of the
본 명세서에서 설명된 레이저로부터 유도된 특별히 개조된 펄스 모양을 구비한 링크 처리는, 더 넓은 처리 영역(window)과, 처리량(throughput)을 희생하지 않고 종래의 링크 처리를 행하는 것보다 끊어진 링크의 우수한 품질을 제공한다. 레이저 출력 펄스의 다예 다재(versatility)는, 특별한 링크 특성 또는 다른 레이저 처리 동작의 더 나은 개조를 허용한다.Link processing with specially modified pulse shapes derived from the lasers described herein provides better processing of broken links than performing conventional link processing without sacrificing a wider processing window and throughput. Provide quality. The versatility of the laser output pulses allows for better modification of particular link characteristics or other laser processing operations.
도 4a 내지 도 4c(총칭해서, 도 4)는 각각의 가상의 짧은 부공진기 프로파 일(150)과 긴 부공진기 프로파일(152)의 시간 그래프 대 파워 및 전형적으로 특별히 개조된 프로파일(160a)을 도시한다. 짧은 부공진기 프로파일(150)과 긴 부공진기 프로파일(152)은, 그것들이 결합되지 않았다면 독립적으로 각 부공진기가 제공하는 것을 나타낼 수 있다는 점에서 실제의 것(virtual)이지만, 그러한 짧은 부공진기 프로파일(150)과 긴 부공진기 프로파일(152)은 도 1, 도 2a 및 도 2b에 나타난 것과 같은 많은 전형적인 실시예에서 별도로 실제 존재하지는 않는다.4A-4C (collectively, FIG. 4) illustrate the time graph versus power and typically a specially adapted
일부 실시예에 관해 도 4a를 참조하면, 짧은 부공진기 섹션(36)이 짧은 부공진기 프로파일(150)에 전형적으로 2㎱ 내지 15㎱의 짧은 펄스 폭과, 약 8㎱보다 작은, 바람직하게는 약 5㎱보다 작은 상승 시간을 제공하도록 적응된다. 당업자라면 그러한 짧은 부공진기 프로파일(150)의 펄스 폭과 상승 시간에 관한 다양한 부범위 또는 대안적인 범위가 가능하다는 점을 알게 된다. 전형적인 대안적인 일 범위는 10㎱보다 적은 펄스 폭과 2㎱보다 적은 상승 시간을 포함한다.Referring to FIG. 4A for some embodiments, the
일부 실시예에 관해 도 4b를 참조하면, 긴 부공진기 섹션(28)이 긴 부공진기 프로파일(152)에 10㎱보다 크고, 바람직하게는 15㎱ 내지 50㎱의 전형적인 펄스 폭을 가지는 긴 펄스 폭과, 5㎱보다 긴 상승 시간 및 통상적으로 8㎱ 또는 10㎱보다 긴 상승 시간을 제공하도록 적응된다. 당업자라면 그러한 긴 부공진기 프로파일(152)의 펄스 폭과 상승 시간에 관한 다양한 대안적인 범위가 가능하다는 점을 알게 된다. 일부 전형적인 대안예 범위는 15㎱ 내지 30㎱의 펄스 폭 또는 20㎱보다 큰 펄스 폭을 포함한다.Referring to FIG. 4B for some embodiments, the
도 4c를 참조하면, 파워 프로파일(160)은 스파이크, 상승 시간 및 가상의 짧 은 부공진기 프로파일(150)과 가상의 긴 부공진기 프로파일(152)로부터 유도된 펄스 폭 특성을 포함하는 특별히 개조된 에너지 프로파일을 보여준다. 각 파워 프로파일(160a)은, 일반적으로 가상의 프로파일(150, 152)의 합일 수 있는 레이저 출력(50)의 단일 시간 펄스의 파워 프로파일을 나타낸다. 하지만 당업자라면 가상 프로파일(150, 152)은 전적으로 부가적이지 않을 수 있고, 가상 프로파일(150, 152)의 나머지 파생물이 파워 프로파일(160)을 만들어낼 수 있다. 파워 프로파일(160a)은 짧은 상승 시간과 긴 펄스 폭을 가지는 것이 특징일 수 있다. 대안적으로, 파워 프로파일(160a)은 분리된 최고점을 구비한 2개의 부착된 스파이크를 가지는 것이 특징일 수 있다. 최고점들은 바람직하게는 약 15㎱로부터 약 300㎱까지의 시간 기간 내에서 분리될 수 있어, 각 펄스의 지속 시간은 300㎱보다 클 수 있다.Referring to FIG. 4C, power profile 160 is a specially adapted energy including spike, rise time and pulse width characteristics derived from hypothetical short
짧은 부공진기 섹션(36)에 의해 제공된 짧은 상승 시간(및 어느 정도 더 높은 피크 파워)은, 예컨대 대부분의 패시베이션(passivation) 또는 반도체 메모리 링크 위에 놓여 있는 다른 층들의 우수한 제거를 촉진하고, 심지어 일부 실시예에서 마찬가지로 링크 제거를 개시한다. 긴 부공진기(12)로 인해 생기는 더 긴 펄스 폭과 더 낮은 최고 파워는 밑에 있거나 이웃하는 기판의 완전성(integrity)과 타협없이 완전히 링크를 제거하는데 도움을 준다.The short rise time (and somewhat higher peak power) provided by the
도 5a 내지 도 5c(총칭해서, 도 5)는 전형적인 시간 지연(Td1)이 이용될 때, 긴 부공진기 프로파일(152)과 전형적으로 특별히 개조된 프로파일(160b) 및 각각의 가상의 짧은 부공진기 프로파일(150)의 시간 그래프 대 전력을 도시한다.5A-5C (collectively, FIG. 5) show that when a typical time delay Td 1 is used, a long
도 2b, 도 3b 및 도 5를 참조하면, 분리된 부공진기 섹션에서 Q-스위치(44a, 44b)를 가지는 레이저(80b, 110b)에 의해 예증된 것과 같은 실시예가, 짧은 부공진기와 긴 부공진기의 레이저 작용의 개시 사이에 시간 지연(일반적으로, Td)을 도입하도록 작 맞추어져 있고 그 역도 성립한다. 도 5에 도시된 전형적인 실시예에서, 긴 부공진기(82)에서의 Q-스위치(44a)는 짧은 지연 시간(Td1)을 가지고 열리는데, 즉 Q-스위치(44b)가 짧은 부공진기(84)에서 열린 직후, 특별히 개조된 프로파일(160b)을 만들어낸다. 각 파워 프로파일(160b)은 레이저 출력(50)의 단일 시간 펄스의 파워 프로파일을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 가상 프로파일(150, 152)은 전반적으로 부가적이거나 부가적이지 않을 수 있고 또한 그것들의 다른 파생물이 파워 프로파일(160b)의 변형예들을 만들어낼 수 있다.2B, 3B, and 5, embodiments such as those illustrated by
유사하게 도 6a 내지 도 6c(총칭해서, 도 6)는 전형적으로 긴 시간 지연(Td2)이 이용될 때, 각각의 가상의 짧은 부공진기 프로파일(150)과 긴 부공진기 프로파일(152) 및 전형적으로 특별히 개조된 프로파일(160c)의 시간 그래프 대 각각의 파워를 도시한다. 도 6에 도시된 전형적인 실시예에서, 긴 부공진기(82)에서의 Q-스위치(44a)는 짧은 부공진기(84)에서 레이저 작용이 중단되기 직전에 끝나는 긴 지연 시간(Td2) 후에 열려 특별히 개조된 프로파일(160c)을 만들어낸다. 각 파워 프로파일(160c)은 레이저 출력(50)의 단일 시간 펄스의 파워 프로파일을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 가상 프로파일(150, 152)은 전반적으로 부가적이거나 부가적이지 않을 수 있거나 그것들로부터의 다른 파생물은 파워 프로파일(160c)의 변형예들 을 만들어낼 수 있다.Similarly, FIGS. 6A-6C (collectively, FIG. 6) typically show each virtual
도 7a 내지 도 7c(총칭해서, 도 7)는 전형적으로 긴 시간 지연(Td3)이 이용될 때, 각각의 짧은 부공진기 프로파일(150)과 긴 부공진기 프로파일(152) 및 특별히 개조된 프로파일(160d)의 시간 그래프 대 각각의 파워를 도시한다. 도 7에 도시된 전형적인 실시예에서, 짧은 부공진기(84)에서의 AOM(44b)은 실질적으로 프로파일(152)의 스파이크에 대해 프로파일(150)의 스파이크의 가운데에 있는 중간 지연 시간(Td3)을 가지고 AOM(44a) 다음에 열려, 특별히 개조된 프로파일(160b)을 만들어낸다. 각 파워 프로파일(160d)은 레이저 출력(50)의 단일 시간 펄스의 파워 프로파일을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 가상의 프로파일(150, 152)은 전반적으로 부가적이거나 부가적이지 않을 수 있거나, 그것들의 다른 파생물이 파워 프로파일(160d)의 변형예들을 만들어낼 수 있다.7A-7C (collectively, FIG. 7) typically show the respective short
레이저(10, 80a. 80b)에 관해, 각각의 출력 포트에서 방출된 펄스들의 레이저 프로파일(160)이 합쳐진 부공진기로부터의 그것들의 가상 프로파일(150, 152)로 일반적으로 분리할 수 없다(편광 요소가 이용되지 않는 한). 하지만 당업자라면 짧은 부공진기 프로파일(150)과 긴 부공진기 프로파일(152)이 레이저(110a, 110b)로부터의 분리된 출력 포트로부터 나타나고, 계속해서 높은 프로파일 안정성과 펄스 대 펄스(pulse-to-pulse) 일관성을 구비한 프로파일(160)을 가지는 레이저 출력(50)의 단일 펄스를 제공하기 위해 재결합된다.With respect to the
레이저(110a, 110b)의 대안적인 실시예는, 프로파일(160)에 관한 다양한 고 유하고 유용한 가능성을 허용한다. 일 실시예에서, 짧은 부공진기 프로파일(150)이 자외선 파장(UV)으로 고조파 변환되고, 긴 부공진기 프로파일(152)이 UV에서 짧은 상승 시간과 녹색의 파장 범위에서 긴 펄스 폭을 가지는 프로파일(160)을 제공하기 위해 녹색 파장으로 고조파 변환된다. 또 다른 실시예에서는, 짧은 부공진기 프로파일(150)이 355㎚의 파장으로 고조파 변환되고, 긴 공진기 프로파일(152)이 1064㎚의 기본 파장에 남아 있게 되어 355㎚에서 짧은 상승 시간과 1064㎚에서 긴 펄스 폭을 가지는 프로파일(160)을 제공한다. 또 다른 실시예에서는, 긴 부공진기 프로파일(152)과 고조파 2배수의(660㎚)의 또는 3배수의(440㎚)의 짧은 공진기 프로파일(150)을 만들어내도록 1.32㎛의 기본 파장이 이용되어, 자주색 또는 청색의 파장에서 짧은 상승 시간을 가지고 1.32㎛의 파장에서 긴 펄스 폭을 가지는 레이저 출력 펄스를 제공한다. 초기의 작은 스폿 크기의 UV 짧은 부공진기 프로파일(150)이, 위에 놓여 있는 패시베이션 층을 제거 또는 파열하고, 구멍(crater) 크기를 최소화하고 균열(cracking)의 확장 또는 형성을 감소시키면서, 링크의 부분을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 이후 큰 스폿 크기의 가시 또는 IR인 긴 부공진기 프로파일(152)이, 특히 종래의 가시 또는 IR 출력 펄스 에너지 또는 최고점 파워보다 낮게, 실리콘 또는 다른 기판에 대한 손상 위험을 감소시킨 채로, 링크의 나머지를 제거한다.Alternative embodiments of the
대안적으로, 짧은 공진기 프로파일(150)의 스파이크가 긴 부공진기 프로파일(152)의 펄스 폭을 따라 어딘가에서 발생하도록 지연될 수 있다. 그러한 지연된 스파이크는, 예컨대 묻힌 패시베이션 층을 통한 가공(machining)에 관해 유용할 수 있다. 가시 또는 IR 스파이크는 다른 응용에 관해 요구되는 것처럼, UV의 긴 부공진기 프로파일(152)의 펄스 폭을 따라 어디선가 발생하도록 대안적으로 도입될 수 있다.Alternatively, spikes in the
상이한 파장에서 상이한 프로파일 부분에 대해 특별히 펄스를 개조하는 능력은, 여분의 다예 다재를 더한다. 링크 블로잉(blowing)과 다른 응용을 위해, 종래의 IR 레이저 파장과 그것들의 고조파를 혼합하는 것은, 목표물의 일부 층들을 처리하기 위한 더 작은 레이저 빔 스폿 크기와, 목표물의 다른 층에 관한 덜 문제가 되는 파장의 사용을 허용한다. 레이저 출력(50)의 프로파일과 지속 시간이 개조될 수 있고, 밑에 있는 또는 이웃하는 패시베이션 구조물에 대한 손상 위험을 감소시키기 때문에, 새로운 물질 또는 크기가 이용될 수 있다.The ability to modify the pulses specifically for different profile portions at different wavelengths adds extra versatility. For link blowing and other applications, mixing conventional IR laser wavelengths and their harmonics presents a smaller laser beam spot size for processing some layers of the target and less problems with other layers of the target. Allows the use of wavelengths that become Because the profile and duration of the laser output 50 can be modified and reduce the risk of damage to underlying or neighboring passivation structures, new materials or sizes can be used.
약 1.06㎛보다 훨씬 짧은 파장이, 약 1.5㎛보다 적은 임계 스폿 크기 직경을 만들어내기 위해 이용될 수 있기 때문에, 레이저 출력(50)으로 처리된 링크들 사이의 중심 간의 피치는, 종래의 단일 IR 레이저 빔 끊기 펄스에 의해 끊어진 링크들 사이의 피치보다 실질적으로 더 작을 수 있다. 그러므로 더 좁고 더 조밀한 링크의 처리가 용이하게 될 수 있어, 더 나은 링크 제거 해결책을 초래하고, 그러한 링크들이 함께 더 가깝게 위치하는 것을 허용하여 회로 밀도를 증가시킨다.Since wavelengths much shorter than about 1.06 μm can be used to produce critical spot size diameters less than about 1.5 μm, the pitch between the centers between the links treated with laser output 50 is a conventional single IR laser. It may be substantially smaller than the pitch between links broken by the beam break pulse. Therefore, processing of narrower and more dense links can be facilitated, resulting in a better link removal solution and allowing such links to be placed closer together, increasing circuit density.
유사하게, 레이저 펄스 파워 프로파일(160)의 더 나은 개조의 다예 다재는, 상이하거나 더 복잡한 패시베이션 특성을 수용하는 데 있어 더 나은 유연성을 제공한다. 예컨대, 링크 위 또는 아래의 패시베이션 층은 종래의 물질 외의 물질로 만들어질 수 있거나 원한다면 통상적인 높이 외의 높이를 가지도록 수정될 수 있다.Similarly, the versatility of better adaptation of laser pulse power profile 160 provides better flexibility in accommodating different or more complex passivation characteristics. For example, the passivation layer above or below the link can be made of materials other than conventional materials or can be modified to have a height other than the usual height if desired.
위에 놓이는 패시베이션 층은 실리콘 디옥사이드(SiO2), 실리콘 옥시니트라이드(SiON) 및 실리콘 니트라이드(Si3N4)와 같은 임의의 종래의 패시베이션 물질을 포함할 수 있다. 밑에 있는 패시베이션 층은, 위에 있는 패시베이션 층과 동일한 패시베이션 물질이나 상이한 패시베이션 물질(들)을 포함할 수 있다. 특히 목표 구조물에서의 밑에 있는 패시베이션 층은, 낮은 K 물질, 낮은 K의 유전체 물질, 낮은 K의 산화물(oxide) 기재의 유전체 물질, 올쏘실리케이트(orthosilicate) 유리(OSG), 플루오로실리케이트 유리, 올가노실리케이트(organosilicate) 유리, 테트라에틸올쏘실리케이트(tetraethylorthosilicate)-기재의 산화물(TEOS-기재의 산화물), 메틸트리에쓰옥시올쏘실리케이트(methyltriethoxyorthosilicate)(MTEOS), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 실리케이트 에스테르, 하이드로겐 실세스퀴옥산(hydrogen silsesquioxane)(HSQ), 메틸 실세스퀴옥산(MSQ), 폴리아릴렌 에테르(polyarylene ethers), 벤조시클로부텐(benzocyhclobutene)(BCB), SiCOH 또는 SiCOH-유도 막(film)(Applied Materials사가 판매중인 "Black Diamond"와 같은) 또는 스핀 온(spin on)-기재의 낮은 K의 유전체 폴리머(Dow Chemical Company에 의해 판매중인 "SiLK"와 같은)로부터 형성된 물질을 포함하나 이들에 국한되지는 않는 깨지기 쉬운 물질로부터 형성될 수 있다. 이들 물질 중 일부로부터 만들어진 밑에 있는 패시베이션 층은, 그것들의 목표가 된 링크가 종래의 모양을 가진 레이저 펄스 링크-제거 동작에 의해 끊어지거나 제거될 때 더 파열되기 쉽다. 당업자라면 SiO2, SiON, Si3N4, 낮은 K의 물질, 낮은 K의 유전체 물질, 낮은 K의 산 화물 기재의 유전체 물질, OSGs, 플루오로실리케이트 유리, 올가노실리케이트 유리, HSK, MSQ, BCB, SiLKTM 및 Black DiamondTM이 실제 층 물질이고, TEOS, MTEOS 및 폴리아릴렌 에테르가 반도체 응축액 선구 물질이라는 것을 알게 된다. 비록 더 새로운 위에 놓이는 패시베이션 층 중 일부가 종래의 레이저 처리에 덜 수용적인 점 및/또는 밑에 있는 패시베이션 층이 종래의 레이저 처리에 관해 덜 민감할 수 있는 점이 있을지라도, 본 명세서에서 설명된 기술은 상이한 성질을 구비한 층들을 다루는데 있어 종종 더 큰 융통성을 보여준다.The underlying passivation layer can include any conventional passivation material, such as silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), and silicon nitride (Si 3 N 4 ). The underlying passivation layer may comprise the same passivation material or different passivation material (s) as the passivation layer above. The underlying passivation layer, in particular in the target structure, includes low K materials, low K dielectric materials, low K oxide based dielectric materials, orthosilicate glass (OSG), fluorosilicate glass, organo Silicate glass, tetraethylorthosilicate-based oxide (TEOS-based oxide), methyltriethoxyorthosilicate (MTEOS), propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), silicate esters , Hydrogen silsesquioxane (HSQ), methyl silsesquioxane (MSQ), polyarylene ethers, benzocyhclobutene (BCB), SiCOH or SiCOH-derived membranes ( films (such as "Black Diamond" sold by Applied Materials) or spin on-based low K dielectric polymers (Dow Chemical Company) One that is comprises a material formed from the same) and "SiLK" can be formed from a brittle material that is not limited to these. Underlying passivation layers made from some of these materials are more prone to rupture when their targeted links are broken or removed by conventionally shaped laser pulse link-removal operations. Those skilled in the art will appreciate SiO 2 , SiON, Si 3 N 4 , low K materials, low K dielectric materials, low K oxide based dielectric materials, OSGs, fluorosilicate glasses, organosilicate glasses, HSK, MSQ, BCB , SiLK TM and Black Diamond TM are the actual layer materials and TEOS, MTEOS and polyarylene ethers are the semiconductor condensate precursors. Although some of the newer overlying passivation layers are less receptive to conventional laser processing and / or the underlying passivation layer may be less sensitive to conventional laser processing, the techniques described herein are different. It often shows greater flexibility in handling layers with properties.
당업자에게는 본 발명의 근본 원리로부터 벗어나지 않으면서 전술한 실시예의 세부 사항에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있다는 점이 분명하게 된다. 그러므로 본 발명의 범주는 오직 다음 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that many changes can be made in the details of the above-described embodiments without departing from the underlying principles of the invention. Therefore, the scope of the present invention should be determined only by the following claims.
전술한 바와 같이, 본 발명은 레이저 펄스 폭 및/또는 전력 프로파일을 제어하는 것에 이용 가능하다.As mentioned above, the present invention can be used to control the laser pulse width and / or power profile.
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