專利名稱：靶連接體結(jié)構(gòu)的基于激光的去除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光處理方法和系統(tǒng)的領(lǐng)域，具體涉及用于去除形成在基 底上的一個或多個導(dǎo)電耙連4妻體結(jié)構(gòu)(target link structure )的方法和系統(tǒng)。 本發(fā)明可特別地適用于，但不限于，冗余半導(dǎo)體存儲器件的激光修復(fù)。
2. 背景技術(shù)經(jīng)濟性和器件性能已經(jīng)驅(qū)使DRAM和邏輯器件的大小達(dá)到非常小的 物理尺寸。近年來，不僅器件小了，而且互連和連接體厚度也急劇地減小。
連接體的 一 些熱激光處理依賴連接體上的氧化物和連接體本身之間 的熱膨脹差異，如文獻(xiàn)HANDBOOK OF LASER MATERIALS PROCESSING, Chapter 19, pp. 595-615， Laser Institute of America (2001)中 的"Link Cutting/Making (連接體切割/制造)"所述。不同的膨脹導(dǎo)致氧化 物所包含的熔融連接體具有內(nèi)建高壓。連接體上的氧化物必須包含連接體 處于熔融狀態(tài)足夠長的時間，以建立足夠的壓力來使氧化物破裂并極為迅 速地去除連接體材料。如果壓力太低，連接體就不會被去除干凈?？蛇x的 激光波長和激光控制器力求增加激光"能量窗口"且不損壞基底和與連接 體相鄰的材料。
下述代表性的美國專利和公布的美國專利申請中可以找到關(guān)于連接 體熔斷(linkblowing)方法和系統(tǒng)的進(jìn)一步信息，包括材料處理、系統(tǒng)設(shè) 計和器件設(shè)計考慮美國專利號4,399,345; 4,532,402; 4,826,785; 4,935,801; 5,059,764; 5,208,437; 5,265,114; 5,473,624; 6,057,180; 6,172,325; 6,191,486; 6,239,406; 2002-0003130;和2002-0005396。
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下一代動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)的需求包括連接體寬度小于0.5 微米且連接體間距(中心到中心的間隔)小于2微米(例如1.33孩么米)的 小間距連接體(fine pitch link)。目前的商用激光存儲器連接體修復(fù)系統(tǒng)并 不很適合滿足上述需求，所述激光存儲器連接體修復(fù)系統(tǒng)使用調(diào)Q的、基 于釹的固體激光器，該激光器波長大約為1到1.3微米且脈沖寬度大約為 4到50納秒(ns)。大光斑尺寸(波長受限)和熱效應(yīng)(脈沖寬度受限) 是兩個限制因素。
在INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY (2001) 18:323-331中公開了銅激光處理的結(jié)果。使用三倍 頻率的Nd:YAG激光器，所述激光器的脈沖持續(xù)時間為50納秒(ns )。所 測量的熱影響區(qū)(HAZ)對于6x 108 W/cm2的輻照度大約為1微米，而對 于大約為2.5 x 109 W/cn^的輻照度則大于3微米。
為了解決所述問題，人們已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試?？蓞⒖枷率雒绹鴮＠?和所公布的申請5,208,437; 5,656,186; 5,998,759; 6,057,180; 6,300,590; 6,574,250; WO 03/052890;以及歐洲專利EP 0902474。總而言之，傳統(tǒng)的 調(diào)Q納秒固體激光器由于其熱處理本質(zhì)，即使在短波長時候，也不能處理 小間距連接體。材料的相互作用在飛秒脈沖寬度時可能基本上是無熱過 程，但是飛秒脈沖激光器的復(fù)雜性、高成本和可靠性可能限制其實際的實 現(xiàn)。支持激光修復(fù)的器件和材料修改是昂貴的，且僅僅如此可能是不能滿 足需要的。需要用于小間距連接體處理的改進(jìn)方法和系統(tǒng)來克服與熱效應(yīng) 相關(guān)的問題，以及在重復(fù)率下提供高有效的連接體去除，而沒有與飛秒激 光器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性。
下述參考文獻(xiàn)[l]-[12]與本發(fā)明有關(guān)，其中的一些在這里引用 J. Lee, J. Ehrmann, D. Smart, J. Griffiths and J. Bernstein, "Analyzingthe process window for laser copper-link processing (分片斤用于5效光^同-連才妻體 處理的處理窗)，"Solid State Technology, pp. 63-66， December 2002. J. B. Bernstein, J. Lee, G. Yang and T. Dahmas, "Analysis of laser metal-cut energy process window (激光金屬-切割能量處理窗的分析)，" IEEE Semiconduct. Manufact., Vol. 13, No. 2, pp. 228-234, 2000. J. Lee and J. B. Bernstein, "Analysis of energy process window of laser metal pad cut link structure (;敫光金屬4十墊切割連才妄體結(jié)構(gòu)的能量處理 窗的分析)，"IEEE Semicondut. Manufact. , Vol. 16, No. 2, pp. 299-306, May 2003. J. Lee and J. Griffiths, "Analysis of laser metal cut energy process window and improvement of Cu link process by unique fast rise time laser pulse (激光金屬切割能量處理窗的分析以及通過獨特的快速上升時間激光 脈沖對銅連接體處理的改進(jìn))，"Proceedings of Semiconductor Manufacturing Technology Workshop, Hsinchu， Taiwan, pp. 171-174, December 2002. T. Kikkawa, "Quarter-micron interconnection technologies for 256M Drams(用于256M DRAM的四分之一微米互連技術(shù)),"Extended Abstracts, Int. Conf. Solid Devices and Materials, pp. 90-92， 1992. M. D. Perry, B. C. Stuart, P. S. Banks. M. D. Feit and丄A. Sefcik, "Ultrafast Laser for Materials Processing (用于材料處理的超快激光器)，"p. 82 and pp. 499-508， LIA Handbook of Laser Materials Processing, Laser Institute of America, Magnolia Publishing, Inc., 2001. H. Liu, G. Mourou, Y. N. Picard, S. M. Yalisove and T. Juhasz， "Effects of "Wavelength and Doping Concentration on Silicon Damage Threshold (關(guān)于 硅損壞閾值的波長和摻雜濃度的影響)，"Laser and Electro-Optics ， Vol. 2, p. 2， May 2004. G. Pasmanik, "Pico versus Femto in Micromachining (皮秒與飛秒顯 孩t才幾械加工)，"Optoelectronics World, pp. 221-224, June 2001. J. Jandeleit, G. Urbasch, H. D. Hoffmann, H. G. Treusch and E. W.Kreutz, "Picosecond Laser Ablation of Thin Copper Films (薄銅膜的皮秒激光 消融),"Appl.Phys. ， Vol.A63,pp. 117-121, 1996. J. C. North and W. W. Weick, "Laser Coding of Bipolar Read-Only Memories (雙極型只讀存儲器的激光編碼)，"IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. SC畫ll, No. 4, pp. 500-505, 1976. J. B. Bernstein, S. S. Cohen and P. W. Wyatt, "Metal Wire Cutting by Repeated Application of Low-Power Laser Pulses (通過重復(fù)應(yīng)用j氐功率;敫光 脈沖的金屬線切割)，"Rev. Sci. Instrum., 63(6), pp. 3516-3518, 1992. M. Lapczyna, K. R Chen, P. R. Herman, H. W. Tan and R. S. Marjoribanks, "Ultra high repetition rate (133 MHz) laser ablation of aluminum with 1.2-ps pulses(使用1.2ps脈沖的鋁的超高重復(fù)率(133MHz )激光消融)," Appl. Phys., Vol. A 69 [Suppl.]， S883-S886, 1999.
發(fā)明概述
本發(fā)明的至少 一個實施方式的目的是提供一種用于改善存儲器連接 體的激光處理(例如，去除、消融、切斷、"熔斷，，等)的質(zhì)量的方法和 系統(tǒng)。
本發(fā)明的至少一個實施方式的另 一個目的是提供一種用于激光處理 小間距存儲器連接體的方法和系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和其它目的，提供了一種基于激光的方 法，用于去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而不引起對基底、在 靶連接體結(jié)構(gòu)和基底之間的任何電介質(zhì)層、或與耙連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接 體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞。靶連接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)。在該組連 接體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接體結(jié)構(gòu)可被小于2jum的間距所分隔開。所述 方法包括使用具有第一預(yù)定波長的種子激光器、以大于大約1 MHz的重復(fù) 率產(chǎn)生激光脈沖序列。所述方法還包括光學(xué)放大激光脈沖序列的至少一部 分，以得到放大的輸出脈沖序列。所述方法還包括在基底的相對運動期間， 將放大的輸出脈沖序列的脈沖傳遞和聚焦在所述靶連接體結(jié)構(gòu)上。實質(zhì)上所述放大的輸出脈沖序列的所有輸出脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖持
續(xù)時間、在所述靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約109 W/cm2到小于大約1012 W/cn^范圍內(nèi)的對應(yīng)的脈沖功率密度、以及大約1.2微米或更短的波長。 聚焦脈沖的功率密度低至足以避免不希望的損壞。所有聚焦脈沖的總能量 高至足以去除靶連接體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述組的連接體結(jié)構(gòu)中的其它 連接體結(jié)構(gòu)造成不希望的損壞。所述聚焦脈沖對大約l微米到大約2微米 范圍內(nèi)的連接體間距提供30%或以上的相對能量處理窗口 。
所述產(chǎn)生步驟包括下述步驟在光學(xué)放大步驟之前，將種子激光器的 輸出前置放大到脈沖能級。
所述方法進(jìn)一步包括在光學(xué)放大步驟之前，將第一預(yù)定波長移位至 第二波長。
所述方法進(jìn)一步包括在光學(xué)放大步驟之后，基于位置和速度信息中 的至少一個而可控地選擇放大的輸出脈沖序列的至少一部分，以使靶連接 體結(jié)構(gòu)和激光束位置在相對運動期間同步。
所述方法進(jìn)一步包括在光學(xué)放大步驟之前，基于位置和速度信息中 的至少一個而可控地選擇激光脈沖序列的至少一部分，以使得耙連接體結(jié) 構(gòu)和激光束位置在相對運動期間同步。
所述產(chǎn)生步驟包括對種子激光器進(jìn)行增益開關(guān)，以根據(jù)需要提供脈沖。
為至少5納秒。所述可控地選擇的步驟將重復(fù)率減小到大約20 KHz至150 KHz的范圍內(nèi)。
所述激光脈沖序列包括脈沖持續(xù)時間大于大約1納秒的至少一個脈 沖。并且所述方法進(jìn)一步包括壓縮或切分(slice)所述至少一個脈沖， 以產(chǎn)生脈沖持續(xù)時間小于大約100皮秒的脈沖。
所述種子激光器為調(diào)Q微型激光器或激光二極管，其脈沖持續(xù)時間為 大約一納秒。
所述壓縮或切分的步驟在光學(xué)放大步驟之前被執(zhí)行。所述種子激光器為二極管泵浦固體激光器。 所述二極管泵浦固體激光器為光纖激光振蕩器。 所述種子激光器為主動或被動鎖模激光器。 所述種子激光器為高速半導(dǎo)體激光二極管。 所述光學(xué)放大步驟通過至少一個光纖放大器執(zhí)行。 所述光纖放大器的增益為大約30 dB。
所述第一預(yù)定波長的范圍為大約1.3 (am至大約1.55 fxm，并且所述方 法進(jìn)一步包括將放大的輸出脈沖序列的激光波長從第一預(yù)定波長移位至 近紅外或可見波長。
所述產(chǎn)生步驟是利用主振蕩器-功率放大器(MOPA)實施的。
所述輸出脈沖的數(shù)量和相對運動的速度引起輸出脈沖的位移超出預(yù) 定的容限(tolerance )。并且，所述方法進(jìn)一步包括偏轉(zhuǎn)輸出脈沖，以將 輸出脈沖引導(dǎo)至位于所述預(yù)定的容限之內(nèi)的位置。
此外，為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和其它目的，提出一種基于激光的 系統(tǒng)，其用于去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而不引起對基底、 在所述靶連接體結(jié)構(gòu)和基底之間的任何電介質(zhì)層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu) 相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞。所述靶連接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié) 構(gòu)內(nèi)。在所述組連接體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接體結(jié)構(gòu)可^L小于2 jim的間 距所分隔開。所述系統(tǒng)包括包含種子激光器的裝置，用于以大于大約1 MHz 的重復(fù)率產(chǎn)生激光脈沖序列，所述種子激光器具有第一預(yù)定波長。所述系 統(tǒng)還包括用于光學(xué)放大所述激光脈沖序列的至少一部分，以得到放大的輸 出脈沖序列的裝置。所述系統(tǒng)還包括用于在基底相對于連接體結(jié)構(gòu)運動期 間將所述放大的輸出脈沖序列的脈沖傳遞和聚焦在所述耙連接體結(jié)構(gòu)上。 實質(zhì)上所述放大的輸出脈沖序列的所有脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖 持續(xù)時間、在所述靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約109 W/cn^到小于大約1012 W/cn^范圍內(nèi)的相應(yīng)的脈沖功率密度、以及大約1.2微米或更短的波長。 聚焦脈沖的功率密度低至足以避免不希望的損壞。所有聚焦脈沖的總能量高至足以去除靶連接體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述組的連接體結(jié)構(gòu)中的其它 連接體結(jié)構(gòu)造成損壞。所述聚焦脈沖對大約1微米到大約2微米范圍內(nèi)的 連接體間距提供30%或以上的相對能量處理窗口 。
用于產(chǎn)生的裝置包括主振蕩器-功率放大器(MOPA)。 所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括基于位置和速度信息中的至少一個而可控地選 擇放大輸出脈沖序列的至少 一部分以使得靶連接體結(jié)構(gòu)和激光束位置在 相對運動期間同步的裝置。用于可控地選擇的裝置包括聲光調(diào)制器或電光 調(diào)制器中的任何一個。
納秒。用于可控地選^t奪的裝置將重復(fù)率減小到大約20 KHz至150 KHz的范圍。
所述調(diào)制器為馬赫-曾德爾調(diào)制器。
激光脈沖序列包括脈沖持續(xù)時間大于大約l納秒的至少一個脈沖。所 述系統(tǒng)進(jìn)一步包括壓縮器或脈沖切分器，用于分別壓縮或切分所述至少一 個納秒級脈沖，以產(chǎn)生脈沖持續(xù)時間小于大約100皮秒的脈沖。
所述種子激光器為調(diào)Q微型激光器或激光二極管，其脈沖持續(xù)時間為 大約一納秒。
所述壓縮器或所述切分器的輸出被用于光學(xué)放大的裝置接收。
所述種子激光器為二極管泵浦固體激光器。
所述二極管泵浦固體激光器為光纖激光振蕩器。
所述種子激光器為主動或被動鎖模激光器。
所述種子激光器為高速半導(dǎo)體激光二極管。
所述用于光學(xué)放大的裝置包括至少一個光纖放大器。
所述光纖放大器的增益為大約30 dB。
所述第一預(yù)定波長的范圍為大約1.3 )im至大約1.55 pm，并且所述系 統(tǒng)進(jìn)一步包括波長位移器(wavelength shifter),用于將所述放大的輸出脈 沖序列的激光波長從所述第一預(yù)定波長移位至近紅外或可見波長。所述用于產(chǎn)生的裝置包括主振蕩器，用于光學(xué)放大的裝置包括功率放
大器(MOPA)。
輸出脈沖的數(shù)量和相對運動的速度引起所述輸出脈沖的位移超出預(yù) 定的容限。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括高速光束偏轉(zhuǎn)器，用于將所述輸出脈沖引 導(dǎo)至位于所述容限之內(nèi)的位置。
此外，為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和其它目的，提出一種方法，用于 去除形成在基底上的電路的選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，而不引起對基底、在所 述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)和基底之間的任何電介質(zhì)層、或與所述選定的靶連 接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞。所述選定的把連接體結(jié)構(gòu)位 于一組連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)。在所述組的連接體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接體結(jié)構(gòu)可 被小于2 pm的間距所分隔開。所述方法包括將聚焦激光輸出施加到所述 選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，以在基底相對于所述激光輸出運動期間去除所述選 定的靶連接體結(jié)構(gòu)。所述激光輸出具有至少大約70個脈沖。實質(zhì)上所有 的所述脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖持續(xù)時間、在所述選定的耙連接 體結(jié)構(gòu)處的至少大約109 W/cn^到小于大約1012 W/cm2范圍的相應(yīng)的脈沖 功率密度、以及大約1.2微米或更短的波長。所述脈沖的功率密度低至足 以避免不希望的損壞。所有脈沖的總能量高至足以去除所述選定的耙連接 體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述組的連接體結(jié)構(gòu)中的其它連接體結(jié)構(gòu)造成不希 望的損壞。所述激光輸出對大約1微米到大約2微米范圍內(nèi)的連接體間距 提供30%或以上的相對能量處理窗口 。
所述施加的步驟是利用波長范圍為大約l.Ojim至大約1.55)am的半導(dǎo) 體激光二極管、至少一個光纖放大器以及至少一個用于將所述二極管的所 述波長移位至近紅外或可見波長的波長位移器實施的。
所述激光二極管的波長為大約1.55 pm，所述位移器為倍頻器，移位 后的波長為大約0.75 |im。
所述位移器為頻率三倍器，移位后的波長為可見波長。
實質(zhì)上所有的所述脈沖的脈沖寬度對應(yīng)于這樣的持續(xù)時間，其中用于去除選定的靶連接體結(jié)構(gòu)的能量密度閾值(fluence threshold)實質(zhì)上與脈 沖寬度的平方根成比例，從而所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)被以熱學(xué)方式去除。
所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)被一個或多個上覆的鈍化層覆蓋，其中一個 或多個脈沖的功率密度對一個或多個上覆的鈍化層產(chǎn)生熱震并且去除一 個或多個上覆的鈍化層和選定的靶連接體結(jié)構(gòu)。所述一個或多個上覆的鈍
用實現(xiàn)的。
所述一個或多個上覆的鈍化層是無機鈍化層，其吸收邊(absorption edge)在紫外線波長的范圍內(nèi)，并且，所述脈沖功率密度小于大約1012 W/cm2。
所述脈沖中的至少一個的脈沖寬度的范圍為大約30皮秒至大約60皮秒。
聚焦激光輸出的尺寸小于大約1.5微米。
所述聚焦激光輸出包括至少一個聚焦到非圓形光斑的脈沖，以提高在 選定的耙連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)的聚焦激光輸出的能量包絡(luò)(energy enclosure )。
脈沖數(shù)量和所述運動的速度引起激光輸出的位移超出預(yù)定的容限。所 述方法進(jìn)一步包括偏轉(zhuǎn)脈沖以將脈沖引導(dǎo)至位于所述容限之內(nèi)的位置。
所述偏轉(zhuǎn)的步驟是利用聲光裝置或電光裝置實施的。
所述方法進(jìn)一步包括對所述激光輸出的至少一個脈沖進(jìn)行空間分割 (spatially splitting ),以形成一組空間分割的脈沖。所述方法進(jìn)一步包括將 空間分割脈沖中的至少一個脈沖選擇性地引導(dǎo)至所述選定的靶連接體結(jié) 構(gòu)，或引導(dǎo)至第二選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，或引導(dǎo)至這兩個選定的耙連接體 結(jié)構(gòu)。
所述施加的步驟是利用多激光源實施的。所述方法進(jìn)一步包括將上 述激光源的輸出光學(xué)組合到公共光路中。所述激光源為不同類型的，并且 激光源中的至少一個包括半導(dǎo)體激光二極管。脈沖數(shù)量為大約70-200個。 至少一個所述脈沖的能量為大約5nJ或以下。 實質(zhì)上所有脈沖的能量為大約lnJ或以上。
所述聚焦激光輸出產(chǎn)生尺寸在大約0.1微米至大約0.85微米范圍內(nèi)的 熱影響區(qū)。
所述聚焦激光輸出的尺寸小于大約1.0微米。
所述激光輸出的至少兩個直接相鄰的脈沖的時間間隔范圍為大約2納 秒至大約IO納秒，從而對應(yīng)于范圍在大約100MHz至大約500 MHz的有 效重復(fù)率。所述時間間隔超過由與所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)以及與所述選 定的靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)相互作用的前一激光脈沖所產(chǎn)生的 蒸汽/等離子羽輝(plasmaplume)的消散時間間距。
實質(zhì)上所有直沖妾相鄰的il永沖之間的時間間隔為大約5納秒或以上。
所述脈沖功率密度的范圍為大約109至大約10" W/cm2。至少一個脈 沖的脈沖寬度范圍為幾皮秒至小于大約50皮秒。
此外，為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的以及其它目的，提出了一種方法， 用于去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而不引起對基底、在所述 靶連接體結(jié)構(gòu)和基底之間的任何電介質(zhì)層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的 連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞。所述方法包括將聚焦激光輸出施加到所述 靶連接體結(jié)構(gòu)，以在基底相對于所述激光輸出運動期間去除所述靶連接體 結(jié)構(gòu)。所述激光輸出具有至少大約70到200個脈沖。實質(zhì)上所有的脈沖 具有小于大約100皮秒的脈沖寬度和在所述靶連接體層結(jié)構(gòu)處的至少大約 101Q W/cn^到小于大約1012 W/cii^范圍的相應(yīng)的脈沖功率密度、以及1微 米或更短的波長。所述脈沖對大約1微米到大約2微米范圍內(nèi)的連接體間 距提供30%或以上的相對能量處理窗口 。
所述波長可以小于大約800nm,并且，所述脈沖之一的脈沖寬度可以 在大約30皮秒和大約60皮秒之間。
所述施加的步驟可以利用波長范圍為大約l.Opm至大約1.55 pm的半導(dǎo)體激光二極管、至少一個光纖放大器以及至少一個用于將所述二極管的 所述波長移位至小于1微米的波長位移器實施。
所述激光二^l管的波長可以為大約1.55 (xm，所述位移器可以為倍頻 器，被移位后的波長可以為大約0.75微米。
所述位移器可以為頻率三倍器，被移位后的波長可以為可見波長。 所述脈沖功率密度的范圍可以為大約109至大約1011 W/cm2。所述脈 沖中的至少一個脈沖的脈沖寬度范圍可以為幾皮秒至小于大約50皮秒。
脈沖數(shù)量和所述運動的速度可以引起激光輸出的位移超出預(yù)定的容 限。所述方法可以進(jìn)一步包括偏轉(zhuǎn)所述脈沖以將所述脈沖引導(dǎo)至位于所 述容限之內(nèi)的位置。
所述偏轉(zhuǎn)的步驟可以利用聲光裝置或電光裝置實施。 此外，為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的以及其它目的，提出了一種系統(tǒng)， 用于去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而不引起對基底、在所述 靶連接體結(jié)構(gòu)和基底之間的任何電介質(zhì)層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的 連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞。所述靶連接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)。 在所述組的連接體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接體結(jié)構(gòu)可被小于2 jxm的中心到 中心的間隔所分隔開。所述系統(tǒng)包括包含激光器子系統(tǒng)和光學(xué)子系統(tǒng)的 裝置，所述裝置用于在基底相對于激光輸出的運動期間、將聚焦激光輸出 施加到所述靶連接體結(jié)構(gòu)上以去除所述靶連接體結(jié)構(gòu)。所述激光輸出具有 至少70個脈沖。實質(zhì)上所有的脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖寬度和 在所述靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約109 W/cn^到小于大約10"W/cn^范圍 的相應(yīng)的脈沖功率密度、以及大約1.2微米或更短的波長。所述脈沖的功 率密度低至足以避免不希望的損壞。所有脈沖的總能量高至足以去除所述 被選靶連接體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述組的連接體結(jié)構(gòu)中的其它連接體結(jié) 構(gòu)造成不希望的損壞。所述脈沖對大約1微米到大約2微米范圍的連接體 間距提供30%或以上的相對能量處理窗口 。所述系統(tǒng)還包括用于將所述聚 焦激光輸出定位在靶連接體結(jié)構(gòu)上的定位子系統(tǒng)。所述波長可以小于大約800 nm。
所述激光器子系統(tǒng)可以包括波長范圍為大約l.Opm至大約1.55 (im的
半導(dǎo)體激光二極管、至少一個光纖放大器以及至少一個用于將所述二極管
的所述波長移位至小于1.2微米的波長位移器。
所述位移器可以為倍頻器，被移位后的波長可以為大約0.75微米。 所述位移器可以為頻率三倍器，被移位后的波長可以為可見波長。 所述^K沖功率密度的范圍可以為大約109至大約1011 W/cm2。至少一
個所述脈沖的脈沖寬度范圍可以為幾皮秒至小于大約50皮秒。
脈沖數(shù)量和所述運動的速度可以弓1起所述激光輸出的位移超出預(yù)定
的容限。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括高速光束偏轉(zhuǎn)器，用于將所述脈沖引導(dǎo)
至位于所述容限之內(nèi)的位置。
所述偏轉(zhuǎn)器可以為聲光裝置或電光裝置。
結(jié)合附圖閱讀下面對本發(fā)明的最佳實施方式所做的詳細(xì)描述，本發(fā)明 的上述目的以及其它目的、特征和優(yōu)點可以更為明了 。
附圖簡述
借助于下述描述、所附權(quán)利要求以及附圖，可以更好地理解本發(fā)明的 這些和其它特征、方面以及優(yōu)點，其中
圖la是顯示在本發(fā)明的至少一個實施方案中用于使用至少一個脈沖 進(jìn)行連接體去除的激光處理系統(tǒng)的一部分的框圖lb顯示圖la的外部調(diào)制器子系統(tǒng)的一部分的框圖，其中放大的脈 沖序列的一部分被可控地選擇以用于連接體的"實時(on-the-fly )，，處理；
圖lc是在一排連接體中的靶連接體的頂部示意圖(未按比例繪制)， 該頂部示意圖以示例的形式顯示了在連接體相對于激光束的運動期間、靶 連接體結(jié)構(gòu)上的聚焦激光輸出；
圖2a-2b是顯示包含在本發(fā)明的至少一個實施方式中的可選的固體激 光器子系統(tǒng)的一些元件的框圖，各個固體激光器子系統(tǒng)具有主振蕩器-功率;故大器(MOPA);
圖3是顯示用于使用帶延遲觸發(fā)的多個激光器來組合激光脈沖或產(chǎn)生 緊密間隔的脈沖序列的 一個裝置的示意圖4是顯示應(yīng)用連接體和其下基底的不同熱特性、來通過施加具有預(yù) 定延遲的兩個脈沖去除連接體而不損壞基底的示例性仿真結(jié)果的曲線圖5a是以示例的形式說明了熱影響區(qū)(HAZ )、光斑尺寸和連接體間 距之間關(guān)系的曲線圖5b以示例形式說明-使用納秒脈沖的材料去除；
圖5c是以示例的形式說明能量密度閾值對激光脈沖寬度的依賴關(guān)系 的曲線圖，并且該圖顯示了對應(yīng)于本發(fā)明的實施方式的范例性的脈沖寬度 范圍和范例性的脈沖參數(shù)；
圖5d是以示例的形式說明硅的吸收系數(shù)對波長的依賴關(guān)系的曲線圖，
圖6a是顯示激光器子系統(tǒng)的元件的框圖，其中圖2a或圖2b的種子 激光器是二極管泵浦固體激光振蕩器，并且二極管泵浦固體激光放大器用 于放大種子激光器的輸出；
圖6b是顯示激光器子系統(tǒng)的元件的框圖，其中圖2a或圖2b的種子激 光器可以是例如皮秒激光二極管或用于產(chǎn)生皮秒脈沖的微片激光器；
圖7a-7c是顯示可用于本發(fā)明的實施方案中的可選附加設(shè)計的框圖， 包括對放大、波長移位以及"減計數(shù)(down counting )，， / "脈沖拾取(pulse picking)"中至少 一個的配置；
圖8a-8c是顯示用于本發(fā)明的至少一個實施方式的典型主振蕩器-功率 放大器(MOPA)配置細(xì)節(jié)的示意圖，其中種子激光器用至少一個光纖放 大器進(jìn)行放大以產(chǎn)生皮秒脈沖，并包括用于選擇脈沖的至少一個調(diào)制器；
圖9是基于激光的存儲器修復(fù)系統(tǒng)的方框圖，所述存儲器修復(fù)系統(tǒng)包 括皮秒激光系統(tǒng)，并進(jìn)一步顯示了本發(fā)明的實施例的實現(xiàn)；


圖10a和圖10b是能量和相對處理窗口-間距的曲線圖，說明用于使用
25具有21納秒和9納秒脈沖寬度的單個脈沖分別進(jìn)行連接體熔斷的測試結(jié)
果；
圖lla和圖llb是能量和相對處理窗口-間距的曲線圖，說明用于使用 具有57皮秒脈沖和35皮秒脈沖的50個脈沖組分別進(jìn)行連接體熔斷的測 試結(jié)果；以及
圖12a和圖12b是能量和相對處理窗口-脈沖數(shù)量的曲線圖，說明用于 使用35皮秒的、波長大約為532納米的脈沖組分別對1 jam間距和1.7 ja m間距進(jìn)行連接體熔斷的測試結(jié)果。
優(yōu)選的實施方式的詳細(xì)描述
綜述一激光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
參考圖la,其示出了說明激光處理系統(tǒng)100的一部分和顯示包含在本 發(fā)明的至少一個實施方案中的一些主要系統(tǒng)部件的框圖，所述激光處理系 統(tǒng)用于使用具有皮秒級脈沖寬度(即脈沖持續(xù)時間等)1041 (例如在半功 率點測量的)的至少一個輸出脈沖104來去除導(dǎo)電連接體107。本發(fā)明的 至少一個實施方案可在子系統(tǒng)101內(nèi)包括二極管泵浦固體激光器，以產(chǎn)生 具有位于優(yōu)選皮秒級范圍內(nèi)的脈沖寬度1041的中間脈沖103。所述激光器 可以是商業(yè)可獲得的例如二極管泵浦固體(主動或被動)鎖模激光器。為 了在優(yōu)選的波長處工作，系統(tǒng)101的輸出103可通過可選的位移器105(例 如諧波發(fā)生器)波長移位，例如從近紅外波長移位到可見或近紫外波長。
單個脈沖或多個脈沖可被選擇并傳遞至連接體107，且基于連接體 107、基底IIO、上部電介質(zhì)層1091、以及下部電介質(zhì)層1092中的至少一 個的物理性質(zhì)，所傳遞的脈沖可具有預(yù)定的脈沖寬度和脈沖之間的時間間 隔("時間間距")。光束傳遞系統(tǒng)可包括偏振控制器、中繼光學(xué)器件(relay optics )、波束展開、變焦光學(xué)器件(zoom optics)以及物鏡，該物鏡用于 在連接體107處產(chǎn)生接近衍射受限的光斑?？蛇x的外部調(diào)制器子系統(tǒng)108 可在計算機控制下運行，以按照要求提供脈沖和改變脈沖的功率。舉例來 說，脈沖群106內(nèi)的脈沖102可被省略(如虛線所描繪的)。專利號為5,998,759和6,281,471的美國專利(例如，，471專利的第12欄第63行至 第14欄第33行以及相關(guān)附圖)講述調(diào)制器在激光處理系統(tǒng)中的使用，以 在連接體和激光波束的相對運動期間，按照要求提供脈沖來輻照該連接 體。
參考圖lb,其示出了圖la的外部調(diào)制器子系統(tǒng)108的一部分的框圖， 其中脈沖序列103的一部分可控地被選擇用于在基底110和激光束("實 時")之間的相對運動期間處理連接體。運動可在三維進(jìn)行基底110的X 運動113, Y運動(未顯示)，以及在光束傳遞系統(tǒng)內(nèi)的至少一個光學(xué)元件 114的Z軸運動，所述基底110通常安裝在晶圓載物臺上。請參看轉(zhuǎn)讓給 本發(fā)明的受讓人的專利號為6,114,118和6,483,071的美國專利，其中描述 了用于將晶圓和激光束腰相對于連接體位置進(jìn)行定位的精確定位方法和 系統(tǒng)。控制器121通?；谖恢眯畔?、速度信息，或位置和速度兩者信息 而產(chǎn)生控制信號122,所述的這些信息將連接體位置和激光束位置關(guān)聯(lián)起 來。控制信號122通常選通(即控制)光學(xué)開關(guān)120。光學(xué)開關(guān)120通常 提供輸出脈沖106,所述輸出脈沖106是輸入脈沖序列103的一部分。因 此，當(dāng)調(diào)制器(例如調(diào)制器108)用于選擇輻照一個或多個連接體(或其 它顯樣i結(jié)構(gòu))的至少一個輸出脈沖104時，所產(chǎn)生的脈沖103可具有可控 的輸出重復(fù)率和時間間隔。光束傳遞系統(tǒng)內(nèi)的至少一個光學(xué)元件114可用 于高速精確定位光束腰，并進(jìn)一步優(yōu)化聚焦輸出脈沖的傳遞。
參考圖lc，靶連接體107上的示例性脈沖激光輸出包括對應(yīng)于所選脈 沖104的兩個聚焦激光脈沖1042,所述兩個激光脈沖1042各自具有一樣
如果距離1043占連接體寬度的相對小的部分，例如小于25%,則封閉在 連接體內(nèi)的能量一部分將大致接近理想的光斑定位。距離(或位移)1044 通常表示激光輸出的有效尺寸，其在理想設(shè)置下等于激光光斑尺寸。當(dāng)時 間脈沖間隔增加時，相對運動速度增加，也就是^t,應(yīng)更多地考慮更精細(xì) 的連接體間距(中心到中心的間距)1043。
轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人以及在這里通過引用并入本申請的、公布的美 國專利申請2002/0167581描述了將激光脈沖對準(zhǔn)一個或多個連接體的各種方法和子系統(tǒng)。當(dāng)需要時可將光學(xué)子系統(tǒng)或變體合并至圖la中的光束傳 遞系統(tǒng)內(nèi)，所述光學(xué)子系統(tǒng)通常包括高速、單軸偏轉(zhuǎn)器。請具體參看，581 的圖19和圖20以及對應(yīng)部分的描述，以得到，581公開內(nèi)容的更進(jìn)一步的 信息。此外，聚焦輸出可包括多個光斑，所述光斑具有至少一個不同的光 斑分布或功率密度。例如，上述公開內(nèi)容的圖'17展示了用作"清除光束" 的聚焦脈沖。
參考圖2a,其示出了可包含在本發(fā)明的實施方案中的， 一個可選固體 激光器子系統(tǒng)的附加細(xì)節(jié)的框圖。種子激光器(例如振蕩器211)產(chǎn)生脈
種子激光器可以以預(yù)定速率"自由運行，，或者為"增益開關(guān)，，式的，以在 計算機控制下產(chǎn)生脈沖。將脈沖序列的至少一部分進(jìn)行放大，以得到切斷 存儲器冗余連接體的必需的激光脈沖能量，例如達(dá)到用單脈沖能切斷(例 如去除)連接體的能級。為了脈沖激光放大器的穩(wěn)定和可靠運行， 一個實 際考慮方案是讓其工作在額定平均功率內(nèi)。可操作的考慮方案導(dǎo)致在給定 脈沖的能量、脈沖數(shù)和重復(fù)率之間的工程折衷。
在圖2b (未按比例尺繪制)所示的一個可選裝置中，脈沖序列214的 一部分可用合適的調(diào)制器裝置1081 (與圖la的108相似或相同)進(jìn)行可 控地選擇，以在基底110和激光束("實時，，)之間的相對運動期間處理連 接體，不過，以上操作是在使所選擇的脈沖序列在經(jīng)放大器212達(dá)到用于 連接體處理的能級之前完成的。"減計數(shù)"、"分頻(divide down)"或"脈 沖拾取"操作可用于匹配激光放大器212的重復(fù)率，該重復(fù)率可以是低于 種子激光器211的重復(fù)率的數(shù)量級。例如，如果R是脈沖序列214的重復(fù) 率，則當(dāng)每第n個脈沖被選擇時，R/n就是調(diào)制器1081的輸出端的重復(fù)率。 如果214表示50 MHz脈沖序列，則當(dāng)n=1000時調(diào)制器的輸出是50 KHz。 在至少一個實施方案中，脈沖序列的重復(fù)率可被非整數(shù)(例如19.98)除 且在相對小的范圍內(nèi)變化，以將所選擇的脈沖和連接體的位置進(jìn)行同步， 由此對運動系統(tǒng)變化進(jìn)行補償。這樣的操:作可在108和1081的任一或兩 者中通過控制器121來實現(xiàn)，并且所述操作可基于位置以及/或速度信息。
在本發(fā)明的至少一個實施方案中，可以選擇多個鄰近的脈沖。舉例來說，激光》文大器212的輸出103,106顯示從脈沖序列214中選擇的三對連 續(xù)的放大脈沖，然后其中特定的一對可選地施加于連接體107,同時為放 大器212提供減少的輸入重復(fù)率和低的平均輸入功率。如果214表示100 MHz脈沖序列， 一對連續(xù)輸出脈沖之間的間隔是10納秒。通過量和重復(fù) 率通常是相關(guān)的。優(yōu)選地，放大器輸出重復(fù)率應(yīng)足以提供快速的連接體處 理頻率以及"按要求提供脈沖(pulse on demand )，，能力，同時限制系統(tǒng)位 置和/或速度控制的復(fù)雜度。優(yōu)選地，放大器輸出103,106處的三對示例性 脈沖在連接體和激光束的相對運動113期間，可施加于多達(dá)三個連續(xù)的連 接體。外部調(diào)制器108可用于阻擋激光能量到達(dá)不應(yīng)被處理的連接體。
同樣，取決于^L大器212的光譜響應(yīng)，可選的波長位移器1051可用 于將種子激光器211的波長匹配至放大器212的有利的(或兼容的)波長 范圍。取決于特定應(yīng)用的具體設(shè)計指標(biāo)，調(diào)制器子系統(tǒng)1081和波長位移 器1051可單獨使用或與子系統(tǒng)108結(jié)合使用，以適當(dāng)?shù)乜刂谱罱K的脈沖 時間間隔以及能級。
參考圖3,其示出了用于使用帶延遲觸發(fā)的多個激光器來合并激光脈 沖或產(chǎn)生一系列緊密間隔的脈沖的另 一可選裝置。觸發(fā)脈沖之間的預(yù)定的 延遲(例如tl至t2)可為多脈沖應(yīng)用確定時間間隔。合并的輸出可為光學(xué) 放大器提供種子脈沖。例如，兩個或更多個脈沖(或脈沖群)可用于切斷 連接體107。所述裝置可用于提供時間脈沖間隔的精細(xì)控制(例如對每脈 沖對是2至IO納秒，100至500 MHz有效速率或"脈沖串速率(burst rate )，，)。
如在這里通過引用并入本申請的并且轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的公布 號為2002/0167581 (，581)的美國專利申請所公開的，激光系統(tǒng)可包括 可編程數(shù)字延遲線301,其用于控制脈沖時間間隔t2-tl;激光器302;偏 振管303,其用于光束合并；以及可選放大器304,其用于按要求提升能 級。舉例來說，為了了解附加的細(xì)節(jié)，請具體參考，581中的第120至122 段、第194至197段以及權(quán)利要求。
子系統(tǒng)101的激光波長通常在大約0.150微米到1.3-1.55微米的范圍 內(nèi)，后者范圍對應(yīng)于高速電信中使用的二極管激光波長。在一個實施例中， 激光波長可以被頻率倍乘(例如三倍)或用位移器105拉曼位移(Ramanshifted)至近紅外、可見、或紫外波長。 *激光參數(shù)和連接體去除
伴隨著連接體間距和尺寸減小的趨勢(即小間距連接體)，為了去除 連接體107而不損壞基底110或可能不需要處理的鄰近連接體(未顯示)， 需要共同地考慮至少三個參數(shù)(a)靶上的激光束大小以及它的焦深；(b) 光束定位精度(例如三維空間中相對于連接體的激光束腰位置…在例如被 控的X-Y運動和至少一個元件114的Z軸運動期間)；以及(c)熱影響區(qū) (HAZ)。
參考圖5a,在3至5微米范圍內(nèi)的連接體間距521，其理論最小間距 遵循公式
最小間距=波束半徑+定位誤差+0.5連接體寬度 (1 )
其中激光束的熱效應(yīng)認(rèn)為可忽略。
例如，由本發(fā)明的受讓人制造的GSI Lumonics Model M430存儲器修 復(fù)系統(tǒng)提供大約為1.6微米的典型光斑尺寸以及大約為+/-0.2微米的定位 誤差。典型脈沖寬度為大約4-10納秒，并且該典型脈沖寬度對應(yīng)于大 約.85-1.4微米的熱影響區(qū)。
Model M430系統(tǒng)能夠處理最小間距約為2微米(假設(shè)連接體寬度約 為0.5微米)的連接體。
然而當(dāng)連接體間距接近與熱擴散長度(thermal diffusion length)可比 較的尺寸時，連接體107區(qū)域內(nèi)的熱效應(yīng)可能顯著增加。那么上述公式變 為
最小間距=波束半徑+定位誤差+0.5連接體寬度+HAZ ( 2 )
其中，HAZ(熱影響區(qū))522是熱效應(yīng)的測度。熱影響區(qū)(HAZ )通常由(D氣f5 確定，其中D是熱擴散系數(shù)和激光脈沖寬度。材料融化或汽化的實際深度 值還取決于靶上的實際能量和功率密度。
HAZ可能延伸超出聚焦光斑523，因而不利地影響與光斑相鄰的外圍區(qū)域。在某些情況下，所影響的外圍面積可以是光斑本身的幾倍。比較大
的HAZ通常使得激光處理難以控制且較不精確。就連接體熔斷而言，較 大的HAZ尺寸也可能是對處理窗口的上限的限制因素之一 (相鄰的連接 體毀壞)。
衍射受限的光斑以及短的激光波長(例如0.355微米)可在某種程度 上減輕上述問題，條件是光斑相對于連接體正確定位。然而，如果系統(tǒng)的 定位容限524 (包括X，Y,Z運動子系統(tǒng))為+/-.1微米(針對高速連接體處 理的稍微嚴(yán)格的要求)，將需要大約0.58微米的光斑尺寸來將激光束傳遞 至0.38微米寬的連接體。假設(shè)0.355微米的波長和10納秒(ns )的脈沖寬 度，所估計的HAZ為大約1.3微米。這樣，用于處理連接體的實際限制可 對應(yīng)于大約1.9微米的間距。因此，通常期望較小的脈沖寬度。
減少脈沖寬度通常也減小HAZ。然而，當(dāng)熱效應(yīng)相比于光束尺寸與位 置誤差變得非常小的時候，沒有必要在改善其它重要的因素(光束大小以 及定位)之前進(jìn)一步減少熱效應(yīng)。將熱效應(yīng)從納秒范圍減小到皮秒范圍可 足以處理更小的間距連接體。對于去除(例如切除、"熔斷"、消融等)小 的連接體間距的處理，可避免進(jìn)一步將脈沖寬度減少到飛秒范圍來消除不 期望的熱步文應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明，有限的熱相互作用通常發(fā)生在熱影響區(qū)內(nèi)，熱影響區(qū)實 質(zhì)上小于連接體間距和激光輸出相對于靶結(jié)構(gòu)的相對位置的累積容限。例 如，大約0.3微米至1微米的熱影響區(qū)半徑通常將提供2微米或更小的連 接體間距的改進(jìn)的處理。優(yōu)選地，HAZ小于三維空間中激光輸出的定位容 限(例如在各方向小于0.1微米，則通常被認(rèn)為可忽略)。
在這里以引用方式并入的序列號為6,281,471的美國專利詳細(xì)說明了 使用短的快速上升時間的脈沖的理由。具體地，第4欄第45行-第5欄第 19行詳細(xì)說明降低反射率來改善對耙材料的耦合的效果。如果金屬耙結(jié)構(gòu) 上的輻照度大于約109W/cm2,那么靶結(jié)構(gòu)的反射率下降，并且激光能量 的耦合得到改善。熱擴散率(與HAZ有關(guān))通常隨著脈沖寬度的平方根 變化。短激光脈沖通常減少或阻止熱耗散到熔化的連接體下面的基底上， 并且也減少或阻止熱橫向傳導(dǎo)到與連接體相鄰的材料。當(dāng)連接體間距變得更小的時候，納秒級脈沖的熱相互作用會更加雜 亂，導(dǎo)致連接體去除的精確度不夠。如圖5b所說明的，可加熱并融化較 大體積的材料，并且材料的去除通過由蒸汽壓力和激光輻射壓力的反沖力 驅(qū)動的熔化排出而實現(xiàn)。在精細(xì)尺度上，所去除的材料的體積和形狀可不
,并且包含不可4妄受的巨大的統(tǒng)計變異(statistical variation )。對于皮 秒級高峰值功率脈沖，相互作用可變成統(tǒng)計變異下降的非線性形式，這種 變化起初伴隨著雪崩電離，其中由于金屬中的高自由電子密度而導(dǎo)致反射 率下降。對于這樣的短脈沖，激光能量通常限制在薄層內(nèi)，且通?？焖俚?發(fā)生汽化。用下降了的激光能量密度來啟動消融，材料去除通常變得更加 精確和確定。使用皮秒級脈沖的材料去除還可包括通過材料噴出(固體和 汽體)從激光處理區(qū)域內(nèi)去除熱。例如伴隨著上覆的電介質(zhì)層1091和內(nèi) 部層1092的存在，皮秒級的連接體去除過程可以是通過消融和熱機械應(yīng) 力進(jìn)行去除的混合。在所述脈沖寬度和功率密度下，通過材料噴出從連接 體處理區(qū)域內(nèi)去除熱，通常有助于靶連接體結(jié)構(gòu)的去除。
舉例來說，圖5c示出了對于兩種示例性電介質(zhì)材料的能量密度閾值的 變化(例如參見專利號為5,656,186的美國專利以及Du等人的文獻(xiàn)，"Laser-Induced Breakdown by Impact Ionization in SiC^ with pulse widths from 7 ns to 150 fs(通過用從7ns到150fs的脈沖寬度影響Si02內(nèi)電離的激光誘導(dǎo)擊 穿),"APPL. PHYS., Lett" 64 (23), June 6, 1994， pp. 3071-3073。眾所周知， 由于金屬具有比較高的自由電子密度，對金屬來說能量密度閾值通常比較 低(例如十倍或更多)。在擊穿點之下，閾值501,502隨材料而變化，但統(tǒng) 計變異(如誤差棒所示)通常比較小。在所說明的示例中(以文獻(xiàn)中公布 的數(shù)據(jù)提供)，501隨1/(脈沖寬度)而變化，但502近似取為常數(shù)(如，186 專利所述)。在擊穿點之上，保持近似的均方根關(guān)系，但是隨脈沖寬度增 加的變化是明顯的，尤其在納秒級的地方。
金屬的擊穿點的典型脈沖寬度一般為約10 ps(例如，見專利號為 5,656,186的美國專利)。根據(jù)本發(fā)明，典型的激光脈沖寬度小于1納秒， 并且最優(yōu)選地，更接近于擊穿點的典型脈沖寬度，以使有害的熱效應(yīng)可忽 略(例如本發(fā)明產(chǎn)生降低了的HAZ和統(tǒng)計變異)。然而，本發(fā)明的連接體去除過程通常是一個熱過程。由于激光脈沖寬度大于擊穿點的脈沖寬度并 優(yōu)選接近于擊穿點，激光脈沖和材料之間的相互作用主要是一個熱過程 (盡管被極度削弱)。
本發(fā)明 一般地提供高效的連接體去除過程，而不是由光吸收深度定義 的緩慢的蝕刻過程，對大多數(shù)金屬來說僅僅相當(dāng)于每個脈沖大約幾納米。 因為擊穿點是由材料決定的，脈沖寬度的低端因此也由材料決定。優(yōu)選脈 沖的最小脈沖寬度可在幾皮秒(ps)至約10 ps的范圍內(nèi)。最大脈沖寬度 通常小于約1納秒(ns)，并通常由可允許的熱影響區(qū)確定。通常，本發(fā)明 的脈沖寬度在從擊穿點之上到小于lns的范圍內(nèi)。脈沖寬度可在大約 10-100ps的范圍505之內(nèi)，例如40-100ps。最優(yōu)選的脈沖寬度在約10ps 到約40ps或者約10ps到約50ps的范圍506內(nèi)。
產(chǎn)生皮秒脈沖的激光系統(tǒng)相比于飛秒激光器，通常更簡單、更可靠和 穩(wěn)定、以及成本效率更高。顯著的不同在于用于產(chǎn)生飛秒高峰值功率脈沖 的脈沖壓縮的實現(xiàn)。
多個參考文獻(xiàn)進(jìn)一步詳細(xì)說明飛秒-皮秒脈沖范圍內(nèi)的相互作用。例 如,Chichkov等人,"Femtosecond, Picosecond, and Nanosecond Laser Ablation of Solids (固體的飛秒、皮秒以及納秒激光消融),"APPL. PHYS.， A 63， 109-115,1196提供了理論背景和實驗結(jié)果。飛秒脈沖被發(fā)現(xiàn)具有進(jìn)入 靶的熱傳導(dǎo)，在比較好的近似下，所述熱傳導(dǎo)可被忽略，并且所述過程被 認(rèn)為是從固體到蒸汽的直接轉(zhuǎn)變，從而可以獲得精確的激光處理。消融深 度與激光脈沖能量密度成對數(shù)關(guān)系。對于皮秒脈沖，消融伴隨著熱傳導(dǎo)和 在例如金屬的耙內(nèi)形成熔化區(qū)。當(dāng)進(jìn)入耙內(nèi)的熱傳導(dǎo)被忽略時，(其是相 當(dāng)粗略的假設(shè))，那么對于皮秒級脈沖來說，消融深度與能量密度成對數(shù) 關(guān)系通常也是可能的。然而，由于存在熱波傳播和形成大的熔化材料層， 納秒范圍內(nèi)的處理通常被認(rèn)為更復(fù)雜。
文獻(xiàn)Jandeleit等人，"Picosecond Laser Ablation of Thin Copper Films (薄銅膜的皮秒激光消融),"APPL. PHYS., A63, 117-121, 1996,公開了
消融實驗的結(jié)果，其中使用皮秒級脈沖在熔融硅石上的薄銅膜內(nèi)鉆孔。雖 然脈沖寬度大于擊穿點的典型脈沖寬度的高強度皮秒級脈沖通常遵循平方根關(guān)系，但當(dāng)相比于納秒和更長脈沖時，減小的熱影響區(qū)和較低的熱負(fù)
荷提供快速加熱和靶材料的去除。在大約3.1 jam直徑光斑上的大約 1(T-l()Hw/cn^的強度，波長為1.053微米的每40 ps脈沖，去除(平均) 大約.l-.2jim的材料。與1.053微米波長的銅的已知光吸收深度的結(jié)果比 較，說明了熱傳導(dǎo)通常確定消融深度。在所去除材料中的脈沖-脈沖變化可 能是顯著的(例如，2:1)。然而，HAZ相對較小，且附帶損害也最小。
因此，對整個系統(tǒng)能力而言，相比于通過減少光束光斑尺寸和改善定 位誤差而提供的益處，從大約10-25ps降低到低于擊穿點(通常小于10ps) 的脈沖寬度所獲得的益處通常并不顯著。此外，飛秒激光源的成本通常比 皮秒激光系統(tǒng)的成本大得多，特別是基于光纖激光的皮秒激光系統(tǒng)。
連接體處理包括靶結(jié)構(gòu)的去除，靶結(jié)構(gòu)通常是金屬薄膜。連接體通常 被具有不同的熱和光學(xué)性質(zhì)的材料(例如，鈍化層1091、 1092,基底IIO) 所圍繞。因此，相比于與均質(zhì)"塊"材料的材料處理相互作用來說，某些 多材料相互作用機制可能有些復(fù)雜。至少一維(例如，連接體寬度)通常 相當(dāng)于可見光或紫外(UV)光的波長。還有，隨著更小連接體間距技術(shù)的 出現(xiàn)，連接體處理裝置的設(shè)計人員需要仔細(xì)考慮封閉在連接體尺寸內(nèi)的那 部分光斑能量。在至少一個實施方式中，激光波長小于一樣t米，例如，O.卯 微米或更小，以用減小的脈沖寬度實現(xiàn)連接體上更小的光斑尺寸。
由于最小的光斑尺寸通常是與波長成比例，因而波長中的任何減小都 將有利于可得到的最小光斑尺寸的減小。此外，對于同樣的光斑尺寸，在 這樣的更短波長下，焦深通常更大。例如，對于1064nm的激光，衍射受 限的光斑尺寸近似為(即大致、幾乎、大約、基本)1.2微米(衍射受限 制的光斑尺寸=(常量)*波長*透鏡的f值)。當(dāng)波長減小到0.8微米時，衍射 受限制的光斑尺寸也相應(yīng)地減少20%,即減少到大約0.9^[鼓米。通常對于 小間距處理，優(yōu)選小于大約1.5微米的光斑尺寸，且最優(yōu)選l微米或更小。 在本發(fā)明的至少一個實施方案中，可使用非圓的光斑輪廓(例如，用變形 光學(xué)子系統(tǒng)生成的橢圓形光斑)(例如，見申請?zhí)枮?002/0167581的美國 專利)。具體地，在第133-136段說明了在至少一個實施例中，非圓形光斑 是如何可以改善被封閉在連接體中的能量。可能會遇到材料變化(例如，或者由于設(shè)計、由于處理缺陷造成的變 化，或者作為處理副產(chǎn)品)，并且材料變化通常被預(yù)期隨著間距減小進(jìn)一 步影響處理能量窗口。連接體可以是金屬(例如鋁、銅、金等)，多晶硅，
或難熔的金屬。至少一層氮化硅(Si3N4) 1091可覆蓋連接體，且二氧化硅 (Si02)層1092可分隔基底110和連接體107。然而，在一些情況下，連 接體可能沒有被外層覆蓋。此外，存在的雜質(zhì)、在基底或電介質(zhì)層內(nèi)的摻 雜物、以及下一代電介質(zhì)(例如低介電常數(shù)聚合材料)，各自會實質(zhì)性地 影響材料的光學(xué)特性。在大于電介質(zhì)1091、 1092的吸收邊且小于基底110 的吸收邊的波長范圍內(nèi)，使用長的激光脈沖很容易會造成基底損壞。
對于特定的激光波長，連接體107可能實質(zhì)上是反射的。根據(jù)本發(fā)明， 激光輸出波長通常低于基底吸收邊，并因此對應(yīng)于吸收和/或反射波長區(qū) 域。激光波長通常高于電介質(zhì)層1091、 1092的吸收邊，在一個實施例中， 電介質(zhì)層可以是無機的，且對于目前用于半導(dǎo)體存儲器的一般無機鈍化層 (例如Si3N4, Si02等)來說，電介質(zhì)層通常對應(yīng)于實質(zhì)上最大的發(fā)射區(qū)域。
參照圖5d,其示出硅的吸收系數(shù)的典型變化(例如，在室溫下)，在 短波長時吸收非常高。摻雜(未顯示)通?？筛淖兾?，并將近紅外吸收 邊移位至更短的波長。1999年3月17日公布的已公布?xì)W洲專利申請EP 0 902 474,講述了使用一種或多種材料屏蔽基底，以避免基底損壞。使用所 述修改，更短波長的激光(以及減小的光斑尺寸)可提供連接體間距的減 小。屏蔽材料可以是金屬，難熔金屬，或電介質(zhì)。上述修改也可與本發(fā)明 一起使用，以進(jìn)一步增強性能。
根據(jù)本發(fā)明，激光波長可以處于從大約0.4nm以下至大約1.55um 的范圍內(nèi)。示例性波長可以是在紫外范圍(例如，514, 212-266nm),近 紫外(例如510， 355nm)，可見(例如511,大約500nm，例如532nm) 和近紅外光譜(512,大約750-850nm,或513,大約lum)?？梢钥闯觯?硅吸收在整個波長范圍內(nèi)變化大約1000:1。優(yōu)選的波長可以在大約.18微 米到大約.55微米的范圍內(nèi)。其下限可由層的吸收來確定。對于硅基底， 在較短波長時，吸收和反射都增加。在整個感興趣的波長范圍上，硅半導(dǎo) 體性質(zhì)從近紅外的類似電介質(zhì)的特性急劇變化到紫外范圍內(nèi)的類似金屬的特性。對于二氧化硅和氮化硅，在整個可見和近紅外范圍內(nèi)，內(nèi)部透射
(internal transmission)和單一的表面反射基本不變。 一般的大帶隙電介質(zhì) 材料的光譜透射曲線通常表明在紫外波長時透射有些下降。例如，在激光 科學(xué)與技術(shù)手冊中(HANDBOOK OF LASER SCIENCE AND TECHNOLOGY), 二氧化硅的透射范圍被規(guī)定為大于.18 |i m的波長。二 氧化硅和氮化硅的吸收系數(shù)在可見波長范圍內(nèi)(>400nm )都保持相對較低， 而紫外波長范圍內(nèi)逐漸增加。
如果預(yù)定的波長位于基底的吸收邊之下，基底處的脈沖能量密度可減 少，且處理窗口可通過下列因素中的至少一項增加(a)光束發(fā)散(焦深 淺)；(b)電介質(zhì)表面反射；(c)光束衍射；(d)多散射(例如由摻雜物或 雜質(zhì)引起)；(e)內(nèi)部反射(其可隨著聚焦激光束的數(shù)值孔徑而變化)；(f) 多層干涉；以及(g)在微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的非線性吸收(如果激光光斑在三維 空間中正確定位，那么在高峰值功率激光脈沖的前沿，金屬中的自由電子 密度使吸收增加，且可以以比基底去除更快的速率實現(xiàn)連接體材料去除。 基底用非連接體能量(off-linkenergy)輻照(例如，較低的峰值強度)，且 具有比連接體更少的自由電子。
為了處理小于0.5微米厚的連接體，例如鋁或銅連接體，峰值能量密 度(焦耳/cm2 )范圍從大約0.2 J/cm2到300 J/cm2,其典型值在2-80 J/cm2 的范圍。峰值功率密度范圍從大約5xl(^W/cn^到1.2x 1013 W/cm2，其典 型值在5 x 101G W/cm2-2 x 1012 W/cm2的范圍。對于具有1 ;欽米光斑尺寸的 40 ps脈沖寬度的激光，用于切斷小于0.5微米厚度的連接體的脈沖能量范 圍通常在0.001-3微焦耳范圍內(nèi)，典型值在0.02-1微焦耳范圍。
單脈沖或多脈沖都可用于去除連接體。如果單脈沖用于去除連接體， 皮秒激光系統(tǒng)通常以lOKHz-120 KHz重復(fù)率提供每脈沖大約l-5微焦耳的 范圍。示例性范圍是從小于大約l微焦耳到最大2微焦耳。優(yōu)選地，用振 蕩器/放大器結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)單脈沖處理，例如圖2a所示的種子器(seeder) / 放大器結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，多脈沖可用于去除連接體，其中皮秒激 光系統(tǒng)以至少1 MHz重復(fù)率提供每脈沖至少0.001微焦耳(1納焦耳(nj ))。在連接體和激光束之間的三維空間相對運動過程中(例如，沿X-Y軸
5-50mm/sec)，施加于連接體的脈沖可被認(rèn)為是去除連接體的單脈沖。在本 發(fā)明的另一個實施方案中，可以以10-100 MHz的重復(fù)率施加大約15-20 個脈沖，這些脈沖每一個都具有使用單脈沖去除連接體所需能量的十分之 一，而4黃斷連4妄體的一部分。
本發(fā)明的實施方式也可以包括多個緊密間隔的放大脈沖，例如，兩個 或多個脈沖，其每一個都具有使用單脈沖去除連接體通常所需能量的大約 50%。通過激光系統(tǒng)101內(nèi)的調(diào)制器子系統(tǒng)1081、外部調(diào)制器子系統(tǒng)108、 或其組合的控制，可選4奪脈沖。
在多脈沖處理中，可根據(jù)連接體和周圍材料的預(yù)定的物理特性(例如， 不同的熱特性)，選擇根據(jù)需要用于輻照連接體的脈沖之間的時間間隔。 參照圖4,其以示例方式，示出了仿真結(jié)果，該結(jié)果通過施加兩個具有預(yù) 定延遲的脈沖，顯示了利用連接體和其下基底的不同熱特性以去除連接體 而不損壞基底的效果。根據(jù)獲得的仿真結(jié)果(這種情況使用具有方形形狀 的納秒脈沖)，具有"單爆發(fā)(blast)"能量的50%能量的"雙爆發(fā)"(例如 兩個脈沖)非常令人感興趣。硅基底通常起熱沉的作用，且相比于連接體， 所述硅基底可以非?？焖倮鋮s。如圖5a所示，其結(jié)果表明基底110僅在 10到20 ns內(nèi)就穩(wěn)定到室溫。連接體107 (銅)的恢復(fù)非常慢，這說明了 明顯不同的熱特性。根據(jù)所述結(jié)果，第二個脈沖通常也將清理切割位置(即 連接體去除)的殘余物，從而導(dǎo)致"開路"。
例如，如果^f吏用一個60MHz鎖才莫系統(tǒng)(例如，皮秒脈沖)，輸出脈沖 系列的連續(xù)脈沖之間的間隔可與預(yù)定的間隔緊密匹配。例如，如果希望更 大的時間間隔，可使用高速調(diào)制器裝置來選擇任何脈沖序列或脈沖群。較 高的重復(fù)率可用于減少脈沖時間間隔，或者如圖3中所示可提供第二個激 光器。例如，可產(chǎn)生兩個脈沖，其每一個都具有從大約40 ps到100 ps范 圍內(nèi)的脈沖寬度且間隔2-10 ns。舉例來說，調(diào)Q微型激光器可用于提供重 復(fù)率大約10 KHz-lOO KHz的幾納秒的脈沖寬度?？蓪⒓{秒脈沖進(jìn)一步處 理(如所示，例如在圖8b中所示的實施方案)，其中高速調(diào)制器用于"切 分"或壓縮脈沖至皮秒量級，之后放大。關(guān)于時間脈沖整形的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，可參見被轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利號6,281,471和4,483,005 (名 稱為"影響脈沖寬度")?？衫闷渌奈锢硖匦?。將超短脈沖應(yīng)用于不同的材料，例如在50 飛秒到幾皮秒范圍內(nèi)，激光束的等離子體屏蔽通常是可忽略的，如幾個參 考文獻(xiàn)中所述(例如，Zhu等人,"Influence of Laser Parameters and Material Properties on Micro-Drilling with Femtosecond Laser Pulses(激光參數(shù)和材料 特性對使用飛秒激光脈沖的微鉆孔的影響)"，APPL. PHY. A 67 (Suppl.) 5367-5371 (1999))。盡管不如在飛秒范圍內(nèi)的操作那么有效率，具有接近 擊穿點且比擊穿點長一些的(例如，長5%到25%的范圍)優(yōu)選脈沖寬度 的皮秒脈沖，可提供比納秒脈沖更好的激光能量的耦合。例如，脈沖可在 大約10ps到100ps的范圍內(nèi)，且最優(yōu)選地在大約10ps到大約40ps的范 圍內(nèi)，或大約10ps到大約50ps范圍內(nèi)。較長脈沖的能量耦合，例如10-30 納秒，由于排出蒸汽/等離子體/羽輝，可能會嚴(yán)重退化。此外，入射的光 束可散射，并產(chǎn)生大量的非連接體能量，這可減少處理能量窗口。因此，盡管對于"實時"去除的目的來說， 一系列皮秒脈沖等效于多 個納秒脈沖，但是當(dāng)4吏用多個脈沖且每一個都具有至少幾納秒的脈沖間時 間間隔時，激光與材料的全面相互作用和處理結(jié)果可能非常不同。美國專 利號6,552,301公開了超快激光脈沖串的使用，每個脈沖都具有小于大約 10ps的脈沖寬度，并在各個脈沖之間具有時間間隔，以利用由前一脈沖與 靶材料的相互作用所產(chǎn)生的所選擇的瞬間效應(yīng)的持續(xù)。此外，文獻(xiàn)"Laser Micromachining of Transparent Glasses and Aluminum with ps-pulse bursts at 1054 nm (使用1054 nm的皮秒脈沖串的透明玻璃和鋁的激光顯微機械加 工)，，，Herman, CLEO 2000, CDF3, (2000),公開了 7.5 ns脈沖間隔一定程 度地減輕了羽輝吸收效應(yīng)。時間間隔可在施加第一個高峰值功率皮秒脈沖 應(yīng)用之后，根據(jù)(至少)用于蒸汽/等離子體/羽輝的實際消散時間間隔來 預(yù)先選擇。典型的范圍是大約5納秒到幾百納秒。附加的脈沖可隨后應(yīng)用 于有效的耦合。在相關(guān)的工作中，Lapczyna等人[12]使用來自1054 nm激光器的 133MHz的多個鎖模1.2 ps脈沖來消融鋁箔。用大約2微秒的250個脈沖序列切孔通過鋁箔，所述脈沖具有1.2 ps持續(xù)時間、7.5 ns脈沖到脈沖的 間隔。脈沖串的持續(xù)時間接近或在適合于"實時"連接體處理的時間間隔 內(nèi)。文獻(xiàn)[12]的圖2顯示用于激光微處理不同厚度的鋁箔的脈沖序列總能 量密度以及對應(yīng)的單脈沖能量密度。當(dāng)標(biāo)稱到用于連接體熔斷的典型光斑 尺寸時，文獻(xiàn)[12]中公開的最小能量范圍將在幾十納焦耳的范圍，并與連 接體熔斷要求一致。此外，當(dāng)具有高功率密度(例如，109-1013W/cm2)的皮秒脈沖應(yīng)用于 連接體時，在連接體被去除之后，例如在電介質(zhì)層1092或其他相鄰材料 內(nèi)，依賴于強度的非線性吸收可衰減入射能量，并可減少基底或附帶連接 體損壞的可能性。雜質(zhì)(由于設(shè)計，或作為處理缺陷或副產(chǎn)品)晶格缺陷 或各種處理缺陷的存在，可增強在一個或更多電介質(zhì)層中的非線性吸收。 此外， 一些低介電常數(shù)電介質(zhì)例如聚合物電介質(zhì)的光學(xué)特性，可通過非線 性吸收來支持材料的受控去除。*皮秒激光器實施方式對于摻雜釹(Nd)的固體激光器(Nd:YAG， Nd:YLF, Nd:YV04 )或 對于摻雜其它稀土元素(例如，鐿(Yb)、釹(Nd)、鉺(Er))的光纖激 光器，固體激光器波長可以是1.3、 1.18、 1.09、 1.064、 1.053、或1.047微 米。優(yōu)選的激光波長可是這些和其它合適激光的二次、三次、四次、和五 次諧波，以獲得更小的光斑尺寸和更大的焦深，從而滿足特定應(yīng)用的設(shè)計 指標(biāo)。例如，也可^f吏用激光波長在紫外(例如，來自三次諧波的355nm、 來自四次諧波的266nm、和來自五次諧波的212nm)、可見(例如，來自 二次諧波的532nm)、近紅外波長(700-900nm)的激光源，相對于傳統(tǒng)波 長，這些激光源可提供光斑尺寸的改善。鎖模鈦藍(lán)寶石超快激光器 (mode-locked Ti: sapphire ultra fast laser)(無壓縮器)就是這才羊的激光系 統(tǒng)，其在750nm到850nm范圍產(chǎn)生皮秒范圍的脈沖寬度的激光脈沖。另 一個是摻雜稀土金屬的光纖激光器，其產(chǎn)生在800nm-980nm范圍的波長?，F(xiàn)在將更詳細(xì)的描述可包括在本發(fā)明的實施方案中的示例性激光器 子系統(tǒng)。對應(yīng)于圖la的實施方式中，可包括商業(yè)可獲得的二極管泵浦、被動鎖?；蛑鲃渔i模系統(tǒng)。外部調(diào)制器系統(tǒng)108可被實現(xiàn)，以將106的所選 擇的脈沖傳遞至連接體107。在圖2a中顯示了可用于本發(fā)明至少一個實施方案的另外一個激光器 配置。在MOPA配置中，皮秒種子激光器(例如，振蕩器產(chǎn)生用于^L大的 范圍內(nèi)的輸出)和(功率)放大器系統(tǒng)用于獲得所需的脈沖能量。參照圖6a,其示出了說明激光器子系統(tǒng)的其它細(xì)節(jié)的方框圖，其中圖 2a或圖2b中的種子激光器211是二極管泵浦固體激光振蕩器602。二極管 泵浦固體激光放大器603可用于放大種子激光器的輸出。振蕩器602可以 是鎖模二極管泵浦固體振蕩器種子。外部調(diào)制器子系統(tǒng)108可用于控制各 個連接體上的脈沖凄t量以及脈沖之間的時間間隔。相比于傳統(tǒng)的調(diào)Q激光 器來說，鎖模振蕩器通常是以非常高的重復(fù)率(〉1MHZ)運行。激光系 統(tǒng)還可包括圖2b的調(diào)制器子系統(tǒng)1081,在連接體相對于激光束運動期間 進(jìn)行連接體處理時，控制信號202 (例如，在20-150 KHz的典型范圍內(nèi)) 控制在每個靶上的脈沖數(shù)量。在任何情況下，種子激光器(例如，其如果 適合，可以是封裝的商業(yè)可獲得的激光源)可包括一個內(nèi)部前置放大器， 以將脈沖能量放大至適合的范圍，以便用功率放大器603進(jìn)行功率放大?？蛇x配置可包括作為種子激光器602的二極管泵浦、鎖模、皮秒光纖 激光振蕩器。如果二極管泵浦、固體放大器603是光纖放大器，那么就可 構(gòu)造全光纖激光系統(tǒng)。在美國專利No. 5,400,350、 5,701,319，和5,818,630中公開了適用于放 大高功率短脈沖，特別是超短脈沖的典型光纖配置。典型的激光器包 括，350、 ，319和，630專利的受讓人IMRA所提供的Femtolite和Wattlite系 列。通過鐿光纖放大的基于Femtolite的光源，已經(jīng)實現(xiàn)了降至0.1 ps持續(xù) 時間的、平均功率為1瓦特的、輸出波長在1.03-1.06微米范圍內(nèi)的脈沖。 1.03-1.06微米激光器的其他的波長(例如，780nm)和多倍頻(二次諧波) 輸出也可從IMRA得到。在美國專利No. 6,281,471(轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的專利受 讓人)和國際公布的專利申請WO 98/92050中，也可得到額外的信息。各種其他的固體激光放大器配置可適用于本發(fā)明的至少一個實施方 案。平面波導(dǎo)技術(shù)可很好地適用于高峰值功率、短脈沖的放大。轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利公布2003/0161375 , 2003/0160034 ， 和 2003/0021324,以及相關(guān)參考文獻(xiàn)，^Hf 了 一些波導(dǎo)^L大器實施方案。盡 管不如光纖放大器技術(shù)那么容易實現(xiàn)，波導(dǎo)設(shè)計可提供高峰值功率輸出和 高光束質(zhì)量，而沒有所不希望的種子波長的拉曼位移。平面波導(dǎo)放大器也 可以^艮好地適用于飛秒脈沖放大器。參照圖6b,其顯示了說明可選激光器子系統(tǒng)的額外細(xì)節(jié)的方框圖，其 中圖2的種子激光器是用于產(chǎn)生皮秒脈沖的皮秒激光二極管611。 二極管 種子激光器可以被直接調(diào)制?？蛇x地，二極管激光器可用于產(chǎn)生納秒脈沖，所述納秒脈沖在激光系 統(tǒng)中被進(jìn)一步處理以產(chǎn)生皮秒脈沖(例如與圖8b —起顯示的更多細(xì)節(jié))。在此外的另一個配置中，種子激光器611可以是主動或被動調(diào)Q微片 激光器。商業(yè)可獲得的微型激光器的一個示例是可從Advanced Optical Technology獲得的AOT-YVO-IQ。例如AOT提供在20 KHz重復(fù)率下可行 的2納秒脈沖寬度。倍頻形式也是可行的(532 nm )。 JDS Uniphase也可提 供微片激光器。在任一情況下，調(diào)制器可用于減小脈沖寬度，例如與圖8b 一起顯示的更多細(xì)節(jié)。二極管泵浦光纖激光放大器612可用于放大種子激 光器的輸出。一個優(yōu)選的實施方案可包括作為種子器的二極管激光器和光纖激光 放大器以獲得皮秒激光脈沖。光纖激光系統(tǒng)可具有體積小、光束質(zhì)量和控 制良好、系統(tǒng)可靠性高、熱管理容易、以及操作免維護(hù)的優(yōu)點。美國專利 US 6,281,471和WO 98/92050公布了主振蕩器-功率放大器(MOPA )的多 個特征，其中使用了光纖放大器來放大二極管種子激光。在至少一個實施方式中，例如，如美國專利US 6,281,471中所講述的， 可通過種子激光器的"增益開關(guān)"控制脈沖序列的時間間隔。高速脈沖激 光設(shè)計通常單獨或組合地利用調(diào)Q、增益開關(guān)、或鎖才莫操作。如果輸出穩(wěn) 定性可接受，可使用"脈沖泵"(例如，圖6a的泵浦二極管模塊的實時控 制)。美國專利US 5,812,569公開了用于穩(wěn)定脈沖固體激光器的輸出能量 的典型方法。激光器子系統(tǒng)101 (且來自放大器603 )的輸出可以被位移器105進(jìn) 行波長移動。包括諧波生成模塊的波長位移器或其他波長位移器，可用于 根據(jù)處理的需求將波長移位為更短或更長的波長。波長移位或變換技術(shù)已 經(jīng)眾所周知，并被記載。波長位移器的示例包括拉曼位移器、上變頻或下 變頻、倍頻，等等。例如，Concept Design Inc.提供飛秒鈦藍(lán)寶石輸出(基 波長在750-850 nm范圍內(nèi))的二次、三次、和四次"^皆波變^t灸，其生成的可 用波長短到約215 ■。 Coherent, Spectra Physics,和Lumera提供包括超快 速頻率位移器的其它產(chǎn)品。參照圖7a-7c，其示出了說明可用于激光器子系統(tǒng)101內(nèi)的各種可選配 置的框圖。在圖7a中，波長位移器701置于種子激光器和放大器之間。在 此情況下，種子激光器的波長與功率放大器的不同。因此，執(zhí)行波長移位， 以將來自種子激光器的輸出波長移位至功率^L大器范圍內(nèi)的波長。波長位 移器的示例包括拉曼位移器、上變頻或下變頻、倍頻，等等。圖7b仍說明了另一個配置，其中前置放大器702置于種子激光器級 和功率放大器級之間。前置放大器通常在功率放大之前放大皮秒種子激光 器的輸出，使得脈沖功率通常在適于光纖激光放大器(或其他適合的放大 器)進(jìn)行放大的有利范圍內(nèi)。優(yōu)選地，前置放大器也是基于光纖的。圖7c仍說明了另外一個配置，包括置于功率放大前面的調(diào)制器703。 當(dāng)功率放大器和種子激光器之間的重復(fù)率不同時，通常要使用調(diào)制器(例 如，減計數(shù)器或分頻器)。通常，來自鎖模種子激光器的重復(fù)率是相對高 的，其在MHz范圍內(nèi)。然而，由于額定的平均限制功率，功率;^文大器所 需的重復(fù)率可在幾到幾百KHz的范圍內(nèi)。因此，所述器件作為"減計數(shù)器，， 或"脈沖拾取器"操作(例如，相似于或等價于圖la和lb的調(diào)制器子系 統(tǒng)和光學(xué)開關(guān))。優(yōu)選地，如同調(diào)制器子系統(tǒng)108 —樣，光學(xué)開關(guān)凈皮基于 位置和/或速度信息的控制信號所驅(qū)動，并因而與激光處理系統(tǒng)的其他部件 同步。這樣的減計數(shù)器件的示例可以是聲光調(diào)制器或其他的高速光學(xué)開 關(guān)。所述器件可單獨使用或與調(diào)制器108組合使用，用于選擇將要被傳遞 至連接體或其他靶結(jié)構(gòu)的脈沖。波長位移器105可置于輸出處，如圖7a-7c 中所示。參照圖8a-8c，顯示了示意性方框圖，其更詳細(xì)地說明可用于本發(fā)明的 實施方案中的典型激光系統(tǒng)的構(gòu)造。舉例來說，種子激光器可以是商業(yè)可 獲得的半導(dǎo)體激光二極管，以及放大器系統(tǒng)包括至少一個光纖放大器，且 可包括幾個i文大級。圖8a說明帶有多級放大器裝置的種子激光器。通常，種子器(振蕩器) 以可調(diào)整的(即，可修改的，可選4奪的，等)上至100KHz或10MHz的 重復(fù)率，產(chǎn)生皮秒持續(xù)時間(10 ps-1 ns )的脈沖。典型的單元可具有100 KHz 重復(fù)率的40-50 ps持續(xù)時間。前置放大器和功率放大器級兩者都被包括。 基于光纖的、優(yōu)選單模的前置放大器8111,通常將來自種子器的脈沖放大 至導(dǎo)致在最后的光纖功率放大器8112(其可以是多級放大器)飽和的量級。 基于光纖的功率放大器通常配置成產(chǎn)生的輸出能級在大約5微焦耳到50 微焦耳的范圍內(nèi)，所述輸出能級通常足以滿足用單脈沖去除連接體并補償 光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的損耗的需要。對于l微米的輸出波長來說，通常選用鐿摻 雜的光纖。所述光纖可以是保偏(PM)光纖。圖8b顯示了可一皮包括在本發(fā)明實施方案中的可選配置的一個構(gòu)造的 額外的細(xì)節(jié)。調(diào)制的激光二極管821可產(chǎn)生納秒脈沖(未按照比例顯示的 兩個脈沖8211)。每個脈沖可在1-200 nj的能量范圍內(nèi)，其各自具有大約 2-10ns的典型脈沖寬度。調(diào)Q微型激光器可作為二極管的替換，可根據(jù)特 定的設(shè)計考慮和指標(biāo)，在兩個選擇之間進(jìn)行權(quán)衡。隔離器831通常用于減 小噪聲級，例如由背射所引起的噪聲。所述脈沖隨后被二極管泵浦(泵浦 二極管824 )和鐿放大器822放大?？梢苑糯蟠蠹s30 dB,以將脈沖能量提 升至微焦耳范圍并克服系統(tǒng)內(nèi)部的各種損耗。第二隔離器831通常用于減小由背射引起的噪聲級。偏振器826通常 用于保持光束的偏振，以滿足設(shè)計指標(biāo)，且光纖布拉格光柵(Fiber Bmgg Gratings, FBG) 825用作波長敏感濾波器。脈沖寬度隨后可使用非常高速 的GHz強度調(diào)制器827被"切分"至皮秒范圍，其優(yōu)選地具有至少10 GHz 的全功率帶寬?？蛇x地，可通過Mach-Zehnder調(diào)制器作為827實現(xiàn)更高效 的配置，其中納秒脈沖被壓縮至皮秒范圍，產(chǎn)生近似10 ps范圍的脈沖寬 度。顯示(未按照比例)了放大的輸出脈沖8271,其被去除或被壓縮部分用虛線表示。在此情況下，放大器822以最終所需要的重復(fù)率工作。拾取器"配置的構(gòu)造細(xì)節(jié)。總體上，圖8c的配置與圖7b的配置相似，不 過例如沒有波長移位。皮秒脈沖8311可直接從種子二極管829生成，或者 通過種子二極管829的外部調(diào)制(未顯示)以數(shù)倍最終所需要的重復(fù)率(例 如，1-100 KHz的數(shù)倍)生成。脈沖能量通?？梢允谴蠹slnj。如上所述， 在脈沖重復(fù)率通過使用作為"減計數(shù)器"或"脈沖拾取器"的適合的調(diào)制 器1081而被減小到所需要的最終值(例如，1-100 KHz)之前， 一般通過 放大器8111放大(例如，大約30db)信號。顯示了所選擇的脈沖8281。所選4奪的皮秒^0中8281可隨后通過額外的級纟皮》文大。圖8d顯示了兩 級;^文大器的一種配置。如上所述，部件可包括減小噪聲級的隔離器831、 保持光束偏振的偏振器826以及作為波長濾波器的光纖布拉格光柵825。 光纖放大器841和842通常都分別被二極管(或二極管陣列)8411和8421 泵浦。第一級可以是30dB、單模、鐿放大器。第二級可以是具有30dB增 益的"大模"或"大芯"鐿放大器。本領(lǐng)域的各種已知方法可用于控制輸 出模和對應(yīng)的光束質(zhì)量，以及用于噪聲(ASE)抑制(例如，參見美國專 利號5,818,630和5,400,350,以及WO 98/92050 ),以便產(chǎn)生接近衍射受限的 輸出光束，以用于傳送至連接體。圖8c-8d的三級系統(tǒng)可產(chǎn)生在十幾到成 百微焦耳范圍內(nèi)的輸出，其光束質(zhì)量近似衍射受限。傳送泵浦能量至光纖放大器的方法和系統(tǒng)已經(jīng)眾所周知。舉例來說， 圖8e以示例方式顯示了將二極管激光能量耦合入光纖放大器的一種方法。 分色鏡850與光學(xué)系統(tǒng)(例如透鏡系統(tǒng))組合，通過垂直劈開的光纖端852, 將泵浦光傳送至摻雜鐿的、雙包層的光纖851內(nèi)。放大器輸出可通過相似 的分光裝置傳遞，其中泵浦能量855通過光纖再循環(huán)。技術(shù)人員將能夠了 解和理解，用于種子和放大器激光器的不同類型的激光源的其他可能的合 適組合可以被實現(xiàn)，以滿足特定應(yīng)用的設(shè)計指標(biāo)。*典型光纖激光器規(guī)范在至少一個實施方式中，半導(dǎo)體種子激光二極管可以與一個或多個光纖放大器一起使用。脈沖重復(fù)率在大約60MHz到lOOMHz或更高的范圍 內(nèi)。用于處理單個連接體的脈沖數(shù)可調(diào)整到超過100個脈沖。優(yōu)選采用高 達(dá)約150 KHz ( 150 KHz脈沖串(burst)重復(fù)率)的速率進(jìn)行連接體處理。 也需要可以選擇的脈沖寬度?？尚械拿}沖寬度優(yōu)選小于IOO皮秒，例如在 大約30皮秒到60皮秒或更短的范圍內(nèi)。大約0.02-0.5 ^f鼓焦耳的可行單脈 沖能量為小間距連接體處理提供足夠的能量，并且通過輸出聲光調(diào)制器被 衰減以便應(yīng)用于靶。在很多合適的實施方式中，脈沖串的單個脈沖能量可 位于0.1納焦耳到100納焦耳，這取決于應(yīng)用的脈沖個數(shù)和脈沖串的總能 量。希望脈沖到脈沖的穩(wěn)定性為幾個百分比的變化或更好。M2=l.l的高輸 出光束質(zhì)量，提供接近衍射受限光斑分布。在至少一個激光二級管光纖放大器實施方式中，可以調(diào)節(jié)包絡(luò)形狀和 持續(xù)時間。例如，可以產(chǎn)生方形形狀，或具有逐漸衰減的包絡(luò)。這樣的形 狀對于增加處理能量窗口可能有用?？赏ㄟ^調(diào)制種子激光二極管或通過控 制放大器泵浦二極管，來調(diào)制形狀或持續(xù)時間。在一些基于光纖的激光二極管實施方式中，紅外激光器輸出將移位到 更短的可見或近紅外波長。如之前所提到的，子系統(tǒng)101內(nèi)的激光波長通 常位于大約0.150微米到1.3-1.55微米的范圍內(nèi)，后者范圍對應(yīng)于用在高 速電信中的二極管激光器波長。在一個實施例中，激光波長可以數(shù)倍頻(例 如三倍)，或用位移器105進(jìn)行拉曼位移到近紅外、可見或紫外波長。后 者1.55jim波長可最優(yōu)選為二極管，并且可使用用于電信的光纖技術(shù)。倍 頻將因此產(chǎn)生大約0.75 jum的近紅外波長，以及適合于很小間距連接體改 善處理的相應(yīng)的光斑尺寸。具有典型激光二極管-光纖放大器規(guī)范的激光系統(tǒng)，由IPG Photonics Corp. of Oxford, MA或其它光纖激光系統(tǒng)制造商生產(chǎn)。*存儲器修復(fù)系統(tǒng)參照圖9,顯示了一個基于激光的存儲器修復(fù)系統(tǒng)的方框圖，包括皮秒激光系統(tǒng)，且進(jìn)一步說明本發(fā)明的多個主要系統(tǒng)部件?？梢詫崿F(xiàn)使用皮秒激光器的完全的顯微機械加工站。皮秒激光系統(tǒng)的至少一個實施例可^皮集成到由GSI Lumonics所生產(chǎn)的M430系列中，或集 成到具有適合的亞微米容限和用于高速顯微機械加工的性能規(guī)格的其他 顯微機械加工系統(tǒng)中。下面列出的附加專利和所公布申請，其已轉(zhuǎn)讓給本 發(fā)明的受讓人，描述了與存儲器修復(fù)的方法和系統(tǒng)相關(guān)的多個方面1. U.S. Pat. No. 5,300,756,名稱為"Method and System for Severing Integrated-Circuit Connection Paths by a Phase Plate Adjusted Laser beam ";2. U.S. Pat. No. 6,144,118,名稱為"High Speed Precision Positioning Apparatus";3. U.S. Pat. No. 6,181,728,名稱為"Controlling Laser Polarization";4. U.S. Pat. No, 5,998,759,名稱為"Laser Processing";5. U.S. Pat. No. 6,281,471,名稱為"Energy Efficient, Laser-Based Method and System for Processing Target Material";6. U.S. Pat. No. 6,340,806,名稱為"Energy-E伍cient Method and System for Processing Target Material Using an Amplified, Wavelength-Shifted Pulse Train";7. U.S. Application Ser. No. 09/572,925,名稱為"Method and System For Precisely Positioning A Waist of A Material-Processing Laser Beam To Process Microstructures Within A Laser-Processing Site",于2000年5月16日!是交, 且2001年12月公布為WO 0187534 A2，現(xiàn)在U.S. Patent No.6,483，071, Division of S.N. 09/572.925;8. U.S. Pat. No. 6,300,590，名稱為"Laser Processing";以及9. U.S. Pat. No. 6,339,604,名稱為"Pulse Control in Laser Systems"。根據(jù)本文講述，明顯的是，本發(fā)明提供用于處理間距小于2微米的連 接體，其中熱影響區(qū)可被忽略，并且沒有飛秒激光系統(tǒng)的復(fù)雜性。用一個 或更多皮秒脈沖可以有助于精確的連接體去除。此外，當(dāng)與緩慢的蝕刻處理相比，可高效率地實現(xiàn)連接體的去除，且相比于傳統(tǒng)的納秒連接體處理 方法，具有改善的精確度。根據(jù)本發(fā)明的連接體處理可以在高速激光處理 系統(tǒng)中實現(xiàn)。實施例、對比數(shù)據(jù)、以及附加處理方法599, Laser Institute of America (2001)的"Link Cutting/Making (連才妻體切除/ 制作)"中，注意到能量研究揭示了用于特定處理的合適的脈沖能量范圍。 被稱為"激光能量處理窗口"的性能系數(shù)一般用于表示連接體熔斷性能的 特性。典型的研究以剛好能成功切除連接體的低能級E一開始，來擊毀典 型晶圓上的幾個連接體。隨后的連接體用依次較高的能級擊毀，直到脈沖 引起基底或鄰近的連接體損壞，Ehigh。在熔斷連接體的最低能量脈沖和不 損壞基底或鄰近連接體的最高能量脈沖之間的范圍是"能量窗口"。鄰近 連接體損壞和周圍的(例如在下面)電介質(zhì)損壞，都是用于處理小間距結(jié) 構(gòu)的越來越多重要性的兩個重要因素。相對激光能量處理窗口是類似的性能系數(shù)。該相對激光能量處理窗口 是無量綱的歸一化度量相對能量處理窗口 = (Ehigh - E1()W) / (Ehigh + Elow)相對窗口因此提供一種度量，該度量減少了對幾個因素的依賴，包括 激光系統(tǒng)中的可變性和晶圓制造條件。 一般而言，產(chǎn)生大于30%以及更優(yōu) 選地大于40%的相對能量處理窗口的激光光束條件有利于激光連接體處 理，因為當(dāng)處理條件隨時間和隨不同的生產(chǎn)運行而變化時，連接體處理可 成功被執(zhí)行。測試晶圓制造成具有4種不同熔融體間距結(jié)構(gòu)(1.0， 1.35, 1.7以及2.0 pm),用于皮秒脈沖激光試驗。用于這個研究的熔融體大約為0.35nm寬 以及0.4 ja m厚的鋁結(jié)構(gòu)(1%硅，0.5%銅)。鋁熔融體上涂覆(overcoat) 0.05 ju m厚的錫/鈥(TiN/Ti)層，并且底涂覆(undercoat) 0.02 ju m厚的鈥 (Ti)層。由大約0.1 jam的二氧化硅(Si02)組成的鈍化層，在可控氧化蝕刻過程之后保留在鍍金屬的頂部，以確保可靠的激光切除過程。
在一系列試驗中，用于完成試驗的系統(tǒng)基于GSI Group M 450晶圓修 復(fù)系統(tǒng)。試驗系統(tǒng)包括1.064微米波長的鎖模固體激光器，具有50 MHz 頻率以產(chǎn)生連續(xù)脈沖之間20 ns的時間間隔。可得到的激光系統(tǒng)輸出脈沖 寬度是57 ps、 35 ps、以及8 ps。對于N=50的脈沖系列，總的持續(xù)時間(脈 沖串時間)是1微秒。激光輸出的強度剖面(時間剖面)可能是均勻的或 非均勻的，并且是可影響處理的因素。激光脈沖被聚焦到大約1.35)am的 最小lV光斑尺寸。使用M450精確晶圓載物臺，并且載物臺相對于激光 脈沖的速度在50個脈沖期間導(dǎo)致連接體的位移為大約0.1 jam或更小。如 果脈沖串的持續(xù)時間稍微小于大約l微秒，則沒有必要減慢"實時，，處理 的速度。例如，對于100 mm/sec的載物臺速度，在1微秒內(nèi)將發(fā)生.1 ju m 的位移，并且如果速度增加到200 mm/sec,則在500納秒內(nèi)將發(fā)生.l jam 位移。然而，如果脈沖串時間太短，例如幾百納秒或更少，則不可能以合 適的脈沖間間隔來安排合適數(shù)量的脈沖來實現(xiàn)有效的連接體熔斷。如果需 要的話，可以通過減慢相對的載物臺/光束運動，或通過使用光束反射器， 來采用大于大約1微秒的持續(xù)時間，所述光束反射器在較長的脈沖串期間 將光束保持在連接體上。
施加到連接體上的脈沖數(shù)量，可以隨著用于脈沖拾取的聲光調(diào)制器的 使用而變化。已確定出，對于以1.064微米激光波長處理測試晶圓來說， 50個脈沖是最優(yōu)的，并且包括考慮如上述的脈沖的0.1 jum微米位移或更 少。
對于單個多納秒范圍脈沖寬度和多皮秒范圍脈沖寬度的脈沖串的比 較結(jié)果，在圖10a,圖10b,圖lla和圖llb中示出。
納秒單^永沖處理
圖10a和圖10b分別顯示以21 ns和9 ns單個紅外激光月永沖進(jìn)行的試 驗中的各個指標(biāo)的能級以及相對能量處理窗口 。這顯示了使用傳統(tǒng)納秒激 光脈沖(每連接體一個脈沖)的連接體處理能力。相對處理窗口的值被標(biāo)注，并參考右手邊的第二個Y-軸。
對于這兩種情況，在所有結(jié)構(gòu)中，激光能量窗口的高端被相鄰連接體
損壞所限制。對于21 ns和9 ns,相對處理窗口分別處在27-67%的范圍和 11-62%的范圍。對于每一種結(jié)構(gòu)，在相鄰連接體和硅基底損壞之間的激光 能隙在21 ns的情況大于在9 ns的情況。這是由于較長脈沖給出更多時間 為激光束產(chǎn)生的熱在硅基底、內(nèi)擴散。處于相同能級的脈沖的較低峰值功 率也被認(rèn)為是有幫助的。這兩種效果均有利于避免硅基底損壞。另一方面， 較低峰值功率的21 ns脈沖引起相鄰連接體損壞的發(fā)生遲于9 ns脈沖引起 連接體損壞的發(fā)生，但不如硅基底損毀的情況那么重要。
皮秒脈沖串
圖lla和圖llb分別顯示用57 ps和35 ps的50個脈沖的序列處理連 接體結(jié)構(gòu)的結(jié)果。脈沖頻率是50 MHz。因此，脈沖之間的時間間隔是20 ns， 并且脈沖被以1 ji s的持續(xù)時間(脈沖串時間)施加。
應(yīng)注意，在精細(xì)載物臺運動期間，多個脈沖^皮施加到每一個把連接體。 因此，在各個脈沖串期間，靶連接體上的激光束發(fā)生輕微的位移。在精確 載物臺和連接體間距的當(dāng)前速度下，50個脈沖的位移是0.1 ju m或更少。 增加頻率(減少脈沖間距)以及/或使用補償運動的反射器，對于增加施加 到連接體的脈沖數(shù)量并同時在脈沖串施加期間保持光束光斑在連接體上 的小位移，都是可選的。
來自57 ps脈沖寬度的結(jié)果顯示，相比于圖10a和圖10b所示的納秒 激光脈沖的數(shù)據(jù)，處理窗口得到顯著改善。對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)，來自57 ps 脈沖寬度的結(jié)果顯示了能量處理窗口的上界(Ehigh)顯著增加，然而下界 (E,。w)的增加相對平緩。相對處理窗口在44%到72%之間，并且對于小 間距結(jié)構(gòu)(1.35 jam以及更小的間距結(jié)構(gòu))，改善尤其顯著。與21 ns激光 脈沖處理結(jié)果(0.27和0.44)相比，對于間距為1.0 jam和1.35jum的結(jié) 構(gòu)，分別實現(xiàn)了相對處理窗口的63%和43%的改善。
在圖1 la中，有趣地看到相鄰連接體和硅基底損壞之間的間隙，與來自納秒激光脈沖情況的數(shù)據(jù)相比變得相對更近。這是由于來自相鄰連接體 損壞等級的較大改善，盡管主要破壞模式像納秒激光情況一樣，仍然是貫 穿間距熔融體的相鄰連接體損壞。雖然在皮秒級可發(fā)生幾個相互作用機 制，實驗結(jié)果提示可通過"閾值化"建立更小的有效光斑尺寸。有效光斑 尺寸被認(rèn)為比理論的光學(xué)衍射受限光斑尺寸計算值更小。因此，相鄰連接 體損壞比納秒激光脈沖降低了 。處理窗口的上界得到顯著改善。多脈沖閾 值化技術(shù)也可有助于防止連接體結(jié)構(gòu)下面的硅基底的損壞。在57ps激光脈 沖情況下，相鄰連接體上的閾值化被認(rèn)為比硅基底上的闊值化的效率稍 低，并且相鄰連接體損壞限制了處理窗口的上界。
圖11b顯示在35ps的脈沖寬度的情況下(除了 ljum間隔的結(jié)構(gòu)外)， 處理窗口的上界被兩種破壞模式的組合所限制。換句按說，對于間距從 1.35-2.0 pm的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)點顯示基底損壞與相鄰連接體損壞同時發(fā)生。
另一組實驗用更短的激光波長進(jìn)行操作。在這些實驗中，532nm(綠色) 光用于皮秒脈沖串。更短的波長具有較小衍射受限光斑尺寸的優(yōu)點，但因 為基底吸收在紅外波長之上急劇增加，所以，即使可能基于紅外測試結(jié)果 預(yù)測合適的脈沖特性，也會是困難的。在這些實驗中，將各種數(shù)量間隔20 納秒的35皮秒脈沖按以上方式施加到靶連接體上，只是波長是532 nm, 且運動載物臺速度^L減慢，以將較大數(shù)目的脈沖施加到連接體上。
作為施加到1微米間距連接體和1.7微米間距連接體的脈沖數(shù)量的函 數(shù)的能量窗口，分別在圖12a和圖12b中示出。在l微米連接體間距，高 能量極限被相鄰連接體損壞限制，然而在1.7微米連接體間距，高能量極 限被基底損壞限制。然而，在兩種情況下，在大約每連接體70個脈沖到 大約200個脈沖的范圍內(nèi)，觀察到能量窗口的峰值。這說明，為了獲得可 靠的連接體熔斷，需要比較大的脈沖數(shù)量，例如70個脈沖或更多，尤其 是對于較小間距結(jié)構(gòu)和較短激光波長。
一般結(jié)論
通常，相比于單脈沖納秒處理，50，70,或更多脈沖下的上述結(jié)果顯示，使用皮秒脈沖串時，在能量窗口結(jié)果方面得到顯著改善。對于小間距連接 體，較短波長和較大數(shù)目的脈沖是有利的。降低的相鄰連接體損壞尤其重 要。雖然幾個相互作用機制可在皮秒級發(fā)生，實驗結(jié)果提示，可通過"鬮 值化，，產(chǎn)生較小的有效光斑尺寸(在衍射極限以下)。
對于固定數(shù)量N的脈沖以及整體的脈沖串能量，材料去除在下降的脈 沖寬度下通常需要更高的峰值脈沖功率。然而，增加的峰值脈沖功率可能 增加基底損壞的可能。因此，可能需要具有每脈沖更低能量的更多脈沖以 及更長的脈沖串，來優(yōu)化能量窗口。另一方面，如果能量太低，例如低于 消融閾值，材料的去除在更長的脈沖寬度也不可能發(fā)生，或者連接體切割
可能不完全[10][11]。
脈沖寬度可在高達(dá)大約100 ps的范圍內(nèi)，且10-100皮秒一般是合適的。 通常，由于激光器成本和復(fù)雜度的關(guān)系，大約l皮秒或更大的脈沖寬度等 級是有利的。如上文指出的，對于一些特定的連接體和基底結(jié)構(gòu)，用30ps 和60 ps之間的脈沖寬度已經(jīng)得到好的結(jié)果。在一些實施方案中，脈沖寬 度可在大約幾皮秒到大約50皮秒范圍內(nèi)。對于皮秒級處理，脈沖功率密 度通常會大于109W/cm2,并可優(yōu)選地在大約10"-10"W/cn^的范圍內(nèi)。對 于一些連接體結(jié)構(gòu)的處理，用功率密度稍大于109W/cm2、高至大約1011 W/cn^的脈沖，可能最優(yōu)。
在脈沖寬度范圍內(nèi)，可獲得的最大處理能量窗口將通常由基底損壞和 相鄰連接體損害之間的折衷確定。如果在較短脈沖寬度的情況下增加峰值 功率，可以實現(xiàn)更徹底的連接體去除，但是存在基底損壞的風(fēng)險。在一些 中等脈沖寬度，可實現(xiàn)更好的折衷。較長脈沖寬度可減少基底損壞，但導(dǎo) 致不完全去除和殘留("飛濺物")。由于存在相鄰連接體損壞(雖然相鄰 連接體的損壞將遠(yuǎn)小于以納秒脈沖得到的)，較長的脈沖寬度也會減小窗 口 。
在放大的目視觀察中，用8 ps脈沖寬度處理的切割點顯然是最徹底的 切割點，然而，限制處理窗口的硅基底損壞發(fā)生的能級低于在35 ps和57 ps 脈沖寬度的情況下的能級。固定N時，8ps脈沖的高峰值功率導(dǎo)致基底損 壞。對于35 ps脈寬的激光脈沖，可以觀察到切割點周圍的一些飛濺物， 但這些切割點顯然比用57 ps脈沖寬度處理的切割點更徹底。與在納秒激
光脈沖寬度情況中 一樣，使用皮秒激光脈沖寬度的飛濺物問題隨著脈沖寬 度的i曾力。而i曽力口。
理論的最優(yōu)脈沖寬度可通過合起來分析破壞模式以找到最大處理窗 口來確定。對于N=50以及50 MHz的鎖模頻率情況，并且用8 ps脈沖寬 度，處理窗口的上界被硅基底損壞限制。用57ps脈沖寬度，處理窗口的 上界被相鄰連接體損壞限制。來自35 ps脈沖寬度的結(jié)果顯示了在硅基底 損壞和相鄰連接體損壞之間的適度的折衷，并且對于1.0 2.0 mm間距結(jié) 構(gòu)，處理窗口范圍為大約57 74%,考慮到對多數(shù)結(jié)構(gòu)的這兩個破壞模式， 所述相對處理窗口顯示處最好的結(jié)果。這被認(rèn)為對于實現(xiàn)當(dāng)前的產(chǎn)品是可 4妄受的窗口。
根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施方案，在位置偏移可忽略時，增加脈沖串 中的脈沖數(shù)量(N)可望改善處理窗口，從而減少隨著脈沖寬度的減小和 相應(yīng)更高的峰值功率而發(fā)生的基底損壞?？墒褂酶咚俟馐瓷淦?例如電 -光調(diào)制器或聲-光調(diào)制器)來補償運動，優(yōu)選地結(jié)合所增加的激光重復(fù)率 (高達(dá)實際極限，其中在先的脈沖的蒸汽/等離子體/羽輝影響能量到連接 體的耦合)。
在用于處理非常小間距連接體結(jié)構(gòu)的至少一個實施方式中，施加到連 接體的脈沖數(shù)量可超過每連接體50個脈沖，并且可在大約每連接體70個 或更多的范圍內(nèi)。如上文所提示的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)70-200個脈沖是有利的。
在至少一個實施方案中，重復(fù)率可以是大約100MHz或更高，例如在 100MHz到500MHz。在這種較高的頻率下，較大數(shù)量的脈沖將在更短的 時間期間被傳遞到連接體。然而，頻率不應(yīng)該高到使能量到連接體的耦合 由于伴隨之前脈沖的被排出的蒸汽/等離子體/羽輝而退化。
在脈沖數(shù)量相對大的實施方式中，例如在脈沖施加超過大于一微秒甚 至達(dá)到幾微秒的時間間隔的情況下，載物臺相對于連接體的運動可超過可 接受的用于光斑放置的規(guī)范。在至少一個實施方式中，在脈沖串期間可能 需要將一些激光脈沖偏轉(zhuǎn)，以補償相對運動。在這里顯示和描述了各種基于激光的系統(tǒng)配置，并且各種系統(tǒng)配置可 包括可見和近紫外波長。相比于紅外激光器，短波長提供更加有效的光斑 尺寸的減小。
雖然已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的實施方案，并非意指這些實施方式說 明和描述本發(fā)明的所有可能的形式。當(dāng)然，本說明書使用的單詞是描述性 的而不是限制性的單詞，并且應(yīng)理解在不離開本發(fā)明的范圍和精神的情況 下可進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種基于激光的方法，其去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而不引起對所述基底、在所述靶連接體結(jié)構(gòu)和所述基底之間的任何電介質(zhì)層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞，所述靶連接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié)構(gòu)中，在所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接體結(jié)構(gòu)可被小于2μm的間距所分隔開，所述方法包括使用具有第一預(yù)定波長的種子激光器、以大于大約1MHz的重復(fù)率產(chǎn)生激光脈沖序列；光學(xué)放大所述激光脈沖序列的至少一部分，以得到放大的輸出脈沖序列；以及在所述基底的相對運動期間，將所述放大的輸出脈沖序列的脈沖傳遞和聚焦在所述靶連接體結(jié)構(gòu)上，實質(zhì)上所述放大的輸出脈沖序列的所有輸出脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖持續(xù)時間、在所述靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約109W/cm2到小于大約1012W/cm2范圍的對應(yīng)脈沖功率密度、以及大約1.2微米或更短的波長，聚焦脈沖的功率密度低至足以避免所述不希望的損壞，所有的所述聚焦脈沖的總能量高至足以去除所述靶連接體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的其它連接體結(jié)構(gòu)造成所述不希望的損壞，所述聚焦脈沖對大約1微米到大約2微米范圍的連接體間距提供30％或以上的相對能量處理窗口。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述產(chǎn)生步驟包括下述步驟在 所述光學(xué)放大步驟之前，將所述種子激光器的輸出前置放大到脈沖能級。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述光學(xué)放大步驟之前， 將所述第一預(yù)定波長移位至第二波長。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述光學(xué)放大步驟之后， 基于位置和速度信息中的至少 一 個而可控地選擇所述放大的輸出脈沖序 列的至少一部分，以使得所述靶連接體結(jié)構(gòu)和激光束位置在所述相對運動 期間同步。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述光學(xué)放大步驟之前， 基于位置和速度信息中的至少一個而可控地選擇所述激光脈沖序列的至 少一部分，以使得所述靶連接體結(jié)構(gòu)和激光束位置在所述相對運動期間同步。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述產(chǎn)生步驟包括增益開關(guān)所述 種子激光器，以根據(jù)需要提供脈沖。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述激光脈沖序列的實質(zhì)上所有 直接相鄰的脈沖之間的時間間隔為至少5納秒，且其中所述可控地選擇的 步驟將所述重復(fù)率減小到大約20 KHz至150 KHz的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述激光脈沖序列包括脈沖持續(xù) 時間大于大約1納秒的至少一個脈沖，并且，其中所述方法進(jìn)一步包括 壓縮或切分所述至少一個脈沖以產(chǎn)生脈沖持續(xù)時間小于大約100皮秒的脈 沖。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述種子激光器為脈沖持續(xù)時間 為大約一納秒的調(diào)Q微型激光器或激光二極管。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述壓縮或切分的步驟在所述 光學(xué)》文大步驟之前祐^丸行。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述種子激光器為二極管泵浦 固體激光器。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述二極管泵浦固體激光器為 光纖激光振蕩器。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述種子激光器為主動或被動 鎖模激光器。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述種子激光器為高速半導(dǎo)體 激光二極管。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光學(xué)放大步驟通過至少一 個光纖放大器執(zhí)行。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述光纖放大器的增益為大約30dB。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一預(yù)定波長的范圍為大 約1.3)im至大約1.55pm,并且所述方法進(jìn)一步包括將所述放大的輸出脈 沖序列的激光波長從所述第一預(yù)定波長移位至近紅外波長或可見波長。
18. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述產(chǎn)生步驟是利用主振蕩器 和功率放大器(MOPA)實施的。
19. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，輸出脈沖的數(shù)量和所述相對運 動的速度引起所述輸出脈沖的位移超出預(yù)定容限，并且，其中所述方法進(jìn) 一步包括偏轉(zhuǎn)所述輸出脈沖以將所述輸出脈沖引導(dǎo)至位于所述預(yù)定容限 之內(nèi)的位置。
20. —種基于激光的系統(tǒng)，其用于去除形成在基底上的電路的靶連接 體結(jié)構(gòu)，而不引起對所述基底、在所述耙連接體結(jié)構(gòu)和所述基底之間的任 何電介質(zhì)層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞， 所述靶連接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié)構(gòu)中，在所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的至 少一些連接體結(jié)構(gòu)可被小于2 imi的間距所分隔開，所述系統(tǒng)包括包含種子激光器用于以大于大約1 MHz的重復(fù)率產(chǎn)生激光脈沖序列 的裝置，所述種子激光器具有第一預(yù)定波長；用于光學(xué)放大所述激光脈沖序列的至少一部分以得到放大的輸出脈 沖序列的裝置；以及在所述基底對于連接體結(jié)構(gòu)的相對運動期間將所述放大的輸出脈沖 序列的脈沖傳遞和聚焦在所述靶連接體結(jié)構(gòu)上的裝置，實質(zhì)上所述放大的 輸出脈沖序列的所有脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖持續(xù)時間、在所述 靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約109 W/cn^到小于大約1012 W/ci^范圍的相應(yīng) 的脈沖功率密度、以及大約1.2微米或更短的波長，聚焦脈沖的功率密度 低至足以避免所述不希望的損壞，所有聚焦脈沖的總能量高至足以去除所 述靶連接體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的其它連接體結(jié)構(gòu) 造成所述不希望的損壞，所述聚焦脈沖對大約1微米到大約2微米范圍的連接體間距提供30%或以上的相對能量處理窗口 。
21. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述用于產(chǎn)生的裝置包括主振 蕩器和功率放大器(MOPA)。
22. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括基于位置和速度信息中 的至少 一 個而可控地選所述》文大的輸出脈沖序列的至少 一 部分以使得 靶連接體結(jié)構(gòu)和激光束位置在所述相對運動期間同步的裝置，其中所述用 于可控地選"^奪的裝置包括聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述激光脈沖序列的實質(zhì)上所有 直接相鄰的脈沖之間的時間間隔為至少5納秒，并且，其中所述用于可控 地選擇的裝置將所述重復(fù)率減小到大約20 KHz至150 KHz的范圍內(nèi)。
24. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中，所述調(diào)制器為馬赫-曾德爾調(diào) 制器。
25. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述激光脈沖序列包括脈沖持 續(xù)時間大于大約1納秒的至少一個脈沖，并且，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 壓縮器或脈沖切分器，用于分別壓縮或切分所述至少一個納秒級脈沖，以 產(chǎn)生脈沖持續(xù)時間小于大約100皮秒的脈沖。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述種子激光器為脈沖持續(xù)時 間為大約一納秒的調(diào)Q^t型激光器或激光二極管。
27. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述壓縮器或所述切分器的輸 出被所述用于光學(xué)放大的裝置接收。
28. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述種子激光器為二極管泵浦 固體激光器。
29. 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中，所述二極管泵浦固體激光器為 光纖激光振蕩器。
30. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述種子激光器為主動或被動 鎖模激光器。
31. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述種子激光器為高速半導(dǎo)體激光二極管。
32. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述用于光學(xué)放大的裝置包括至少一個光纖放大器。
33. 如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中，所述光纖放大器的增益為大約 30dB。
34. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述第一預(yù)定波長的范圍為大 約1.3 pm至大約1.55 并且所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括波長位移器，用于將 所述放大的輸出脈沖序列的激光波長從所述第一預(yù)定波長移位至近紅外 或可見波長。
35. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述用于產(chǎn)生的裝置包括主振 蕩器，并且所述用于光學(xué)放大的裝置包括功率放大器(MOPA)。
36. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，輸出脈沖的數(shù)量和相對運動的 速度引起所述輸出脈沖的位移超出預(yù)定容限，并且，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步 包括高速光束偏轉(zhuǎn)器，用于將所述輸出脈沖引導(dǎo)至位于所述容限之內(nèi)的位 置。
37. —種方法，其用于去除形成在基底上的電路的選定的靶連接體結(jié) 構(gòu)而不引起對所述基底、在所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)和所述基底之間的任 何電介質(zhì)層、或與所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的 損壞，所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié)構(gòu)中，在所述一組連接 體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接體結(jié)構(gòu)被小于2pm的間距所分隔開，所述方法包 括將聚焦激光輸出施加到所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，以在所述基底相對 于所述激光輸出運動期間去除所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，所述激光輸出具 有至少大約70個脈沖，實質(zhì)上所有的所述脈沖具有小于大約100皮秒的 脈沖寬度和在所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約109 W/cn^到小于大 約1012 W/cm、范圍內(nèi)的相應(yīng)的脈沖功率密度、以及大約1.2微米或更短的 波長，所述脈沖的所述功率密度低至足以避免所述不希望的損壞，所有的 所述脈沖的總能量高至足以去除所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的其它連接體結(jié)構(gòu)造成所述不希望的損壞，所述激光輸出對大約1微米到大約2微米范圍的連接體間距提供30%或以上的相對能量處理窗口。
38. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述施加的步驟是利用波長在 大約l.Ojmi至大約1.55(am范圍的半導(dǎo)體激光二極管、至少一個光纖放大 器以及至少一個用于將所述二極管的所述波長移位至近紅外或可見波長 的波長位移器實施的。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述激光二極管的波長為大約 1.55pm，所述位移器為倍頻器，并且移位后的波長為大約0.75 (im。
40. 如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述位移器為頻率三倍器，并 且移位后的波長為可見波長。
41. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，實質(zhì)上所有的所述脈沖的脈沖 寬度對應(yīng)于這樣的持續(xù)時間，其中用于去除選定的靶連接體結(jié)構(gòu)的能量密 度閾值實質(zhì)上與脈沖寬度的平方根成比例，從而所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu) 被以熱學(xué)方式去除。
42. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)被一 個或多個上覆的鈍化層覆蓋，其中 一個或多個脈沖的功率密度對所述一個 或多個上覆的鈍化層產(chǎn)生熱震，并且去除所述一個或多個上覆的鈍化層和 所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，所述一個或多個上覆的鈍化層和所述選定的靶 連接體結(jié)構(gòu)的去除由于熱機械應(yīng)力和消融二者的作用而產(chǎn)生。
43. 如權(quán)利要求42所述的方法，其中，所述一個或多個上覆的鈍化層 是無機鈍化層，所述無機鈍化層的吸收邊在紫外線波長的范圍內(nèi)，并且， 其中所述脈沖功率密度小于大約1012W/cm2。
44. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述脈沖中的至少一個脈沖的 脈沖寬度的范圍為大約30皮秒至大約60皮秒。
45. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述聚焦激光輸出的尺寸小于 大約1.5孩i米。
46. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，聚焦激光輸出包括至少一個聚焦到非圓形光斑的脈沖，以提高在所述選定的耙連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述聚焦 激光輸出能量包絡(luò)。
47. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，脈沖數(shù)量和所述運動的速度引 起所述激光輸出的位移超出預(yù)定容限，并且，其中所述方法進(jìn)一步包括 偏轉(zhuǎn)所述脈沖以將所述脈沖引導(dǎo)至位于所述容限之內(nèi)的位置。
48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述偏轉(zhuǎn)的步驟是利用聲光裝 置或電光裝置實施的。
49. 如權(quán)利要求37所述的方法，進(jìn)一步包括對所述激光輸出的至少一個脈沖進(jìn)行空間分割，以形成一組空間分割 的脈沖；以及將所述空間分割的脈沖中的至少 一 個脈沖選擇性地引導(dǎo)至所述選定 的靶連接體結(jié)構(gòu)，或引導(dǎo)至第二選定的靶連接體結(jié)構(gòu)，或引導(dǎo)至這兩個選 定的靶連接體結(jié)構(gòu)。
50. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述施加的步驟是利用多個激 光源實施的，并且，其中所述方法進(jìn)一步包括將所述激光源的輸出光學(xué) 組合到公共光路中。
51. 如權(quán)利要求50所述的方法，其中，所述激光源為不同類型的，并 且所述激光源中的至少 一個包括半導(dǎo)體激光二極管。
52. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，脈沖數(shù)量為大約70-200個。
53. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述脈沖中的至少一個的能量 為大約5nJ或以下。
54. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，實質(zhì)上所有的所述脈沖的能量 為大約1 nJ或以上。
55. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述聚焦激光輸出產(chǎn)生尺寸在 大約0.1微米至大約0.85微米范圍的熱影響區(qū)。
56. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述聚焦激光輸出的尺寸小于 大約l.CM毀米。
57. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述激光輸出的至少兩個直接 相鄰的脈沖具有范圍為大約2納秒至大約10納秒的時間間隔，從而對應(yīng) 于范圍在大約100 MHz至大約500 MHz的有效重復(fù)率，并且，所述時間 間隔超過用于消散蒸汽/等離子羽輝的時間間距，所述蒸汽/等離子羽輝由 前一激光脈沖與所述選定的靶連接體結(jié)構(gòu)以及與所述選定的靶連接體結(jié) 構(gòu)相鄰的連4妄體結(jié)構(gòu)相互作用而產(chǎn)生。
58. 如權(quán)利要求57所述的方法，其中，實質(zhì)上所有直接相鄰的脈沖之 間的時間間隔為大約5納秒或以上。
59. 如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述脈沖功率密度的范圍為大 約109至大約1011 W/cm2,并且，其中至少一個脈沖的脈沖寬度范圍為幾 皮秒至小于大約50皮秒。
60. —種方法，其用于去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而 不？ 1起對所述基底、在所述靶連接體結(jié)構(gòu)和所述基底之間的任何電介質(zhì) 層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞，所述方法 包括將聚焦激光輸出施加到所述耙連接體結(jié)構(gòu)，以在所述基底相對于所述 激光輸出運動期間去除所述靶連接體結(jié)構(gòu)，所述激光輸出具有大約70到 200個脈沖，實質(zhì)上所有的所述脈沖具有小于大約IOO皮秒的脈沖寬度和 在所述靶連接體結(jié)構(gòu)處的至少大約1(TW/cn^到小于大約1012\\^1112范圍 的相應(yīng)的脈沖功率密度、以及l(fā)微米或更短的波長，所述脈沖對大約l微 米到大約2微米范圍的連接體間距提供30%或以上的相對能量處理窗口 。
61. 如權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述波長小于大約800 nm, 并且，其中所述脈沖之一的脈沖寬度在大約30皮秒和大約60皮秒之間。
62. 如權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述施加的步驟是利用波長范 圍為大約l.Opm至大約1.55[xm的半導(dǎo)體激光二極管、至少一個光纖放大 器以及至少一個用于將所述二極管的所述波長移位至小于1微米的波長位 移器實施的。
63. 如權(quán)利要求62所述的方法，其中，所述激光二極管的所述波長為大約1.55pm,所述位移器為倍頻器，并且被移位后的波長為大約0.75微米。
64. 如權(quán)利要求62所述的方法，其中，所述位移器為頻率三倍器，并 且^L移位后的波長為可見波長。
65. 如權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述脈沖功率密度的范圍為大 約109至大約1011 W/cm2，并且，其中所述脈沖中的至少一個脈沖的脈沖 寬度范圍為幾皮秒至小于大約50皮秒。
66. 如權(quán)利要求60所述的方法，其中，脈沖數(shù)量和所述運動的速度引 起所述激光輸出的位移超出預(yù)定容限，并且，其中所述方法進(jìn)一步包括 偏轉(zhuǎn)所述脈沖以將所述脈沖引導(dǎo)至位于所述容限之內(nèi)的位置。
67. 如權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述偏轉(zhuǎn)的步驟是利用聲光裝 置或電光裝置實施的。
68. —種系統(tǒng)，其用于去除形成在基底上的電路的靶連接體結(jié)構(gòu)，而 不S1起對所述基底、在所述靶連接體結(jié)構(gòu)和所述基底之間的任何電介質(zhì) 層、或與所述靶連接體結(jié)構(gòu)相鄰的連接體結(jié)構(gòu)的不希望的損壞，所述耙連 接體結(jié)構(gòu)位于一組連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的至少一些連接 體結(jié)構(gòu)^皮小于2 pm的中心到中心的間隔所分隔開，所述系統(tǒng)包括包含激光器子系統(tǒng)和光學(xué)子系統(tǒng)的裝置，所述裝置用于在所述基底相 對于激光輸出的運動的期間將聚焦激光輸出施加到所述靶連接體結(jié)構(gòu)上 以去除所述靶連接體結(jié)構(gòu)，所述激光輸出具有至少70個脈沖，實質(zhì)上所 有的所述脈沖具有小于大約100皮秒的脈沖寬度和在所述耙連接體結(jié)構(gòu)處 的至少大約109 W/cn^到小于大約1012 W/cn^范圍的相應(yīng)的脈沖功率密度、 以及大約1.2微米或更短的波長，所述脈沖的功率密度低至足以避免所述 不希望的損壞，所有的所述脈沖的總能量高至足以去除所述選定的靶連接 體結(jié)構(gòu)，同時也避免對所述一組連接體結(jié)構(gòu)中的其它連接體結(jié)構(gòu)造成所述 不希望的損壞，所述脈沖對大約l微米到大約2微米范圍的連接體間距提 供30%或以上的相對能量處理窗口；以及定位子系統(tǒng)，其用于將所述聚焦激光輸出定位到所述靶連接體結(jié)構(gòu)上。
69. 如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，所述波長小于大約800nm。
70. 如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，所述激光器子系統(tǒng)包括波長范 圍為大約l.Opm至大約1.55pm的半導(dǎo)體激光二極管、至少一個光纖放大 器以及至少一個用于將所述二極管的所述波長移位至小于1.2微米的波長 位移器。
71. 如權(quán)利要求70所述的系統(tǒng)，其中，所述位移器為倍頻器，并且移 位后的波長為大約0.75微米。
72. 如權(quán)利要求70所述的系統(tǒng)，其中，所述位移器為頻率三倍器，并 且移位后的波長為可見波長。
73. 如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，所述脈沖功率密度的范圍為大 約109至大約1011 W/cm2,并且，其中所述脈沖中的至少一個脈沖的脈沖 寬度范圍為幾皮秒至小于大約50皮秒。
74. 如權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其中，脈沖數(shù)量和所述運動的速度引 起所述激光輸出的位移超出預(yù)定容限，并且，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括高 速光束偏轉(zhuǎn)器，以將所述脈沖引導(dǎo)至位于所述容限之內(nèi)的位置。
75. 如權(quán)利要求74所述的系統(tǒng)，其中，所述偏轉(zhuǎn)器為聲光裝置或電光 裝置。
全文摘要
提供了用于去除形成在基底上的電路的一個或多個靶連接體結(jié)構(gòu)的基于激光的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)包括以小于基底的吸收邊的預(yù)定波長產(chǎn)生脈沖激光輸出。激光輸出包括至少一個具有在大約10皮秒到小于1納秒范圍內(nèi)的脈沖持續(xù)時間的脈沖，脈沖持續(xù)時間處于熱激光處理范圍內(nèi)。所述方法還包括將激光輸出傳遞并聚焦在靶連接體結(jié)構(gòu)上。聚焦激光輸出在靶連接體結(jié)構(gòu)內(nèi)的位置處具有充足的功率密度，以減小靶連接體結(jié)構(gòu)的反射率并有效地將聚焦激光輸出耦合到靶連接體結(jié)構(gòu)，從而去除靶連接體結(jié)構(gòu)而不損壞基底。
文檔編號B23K26/40GK101410219SQ200780011296
公開日2009年4月15日 申請日期2007年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日
發(fā)明者喬漢·李, 喬納森·S·艾爾曼, 博 古, 唐納德·J·斯維特科夫, 唐納德·V·斯馬特, 詹姆士·J·考丁雷, 謝巴德·D·約翰遜 申請人:通明國際科技有限公司