專利名稱：用于在具有非恒定速度的時段期間進行激光處理的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本申請要求2006年9月15日提交的美國專利申請No.11/532，160的優(yōu)先權，后一申請要求2006年7月20日提交的美國臨時專利申請No.60/832，082的優(yōu)先權。
背景技術：
本發(fā)明總體上涉及對半導體晶片上的集成電路的激光處理，特別地涉及對存儲器集成電路上的導電連線進行切割(例如，融絲(linkblowing))。例如，2001年美國激光學會由丄F.Ready所著的"LIAHandbook of Laser Materials Processing"在19章7>開了關于融絲的總體說明。在制造時，由于半導體制造技術的限制，存儲器模片(memorydie )通常包括一些有缺陷的存儲器單元。為了使具有有缺陷存儲單元的存儲器模片能夠使用，存儲器模片通常被制造成包含可代替有缺陷單元使用的額外存儲器單元。然后必須隔離有缺陷的存儲器單元。集成電路存儲器修理系統(tǒng)利用聚焦的激光束斷開(或斷裂(blast))集成電路存儲器模片上的可熔連線，從而使得只有正確運行的存儲器單元才耦接到電路存儲器。
然而，傳統(tǒng)的存儲器修理系統(tǒng)的處理速度可能受到激光系統(tǒng)的脈沖重復頻率的限制。隨著對激光處理系統(tǒng)的需求增加，需要存儲器修理系統(tǒng)更快更有效。然而例如通過增加Q開關速率來試圖改變脈沖頻率會導致脈沖形狀和能量變化，這可能對存儲器系統(tǒng)修理產生不利影響。
因此需要更快更有效的存儲器修理系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種利用脈沖激光輸出快速(on-the-fly)處理一組 結構中的至少一個結構的方法。根據一實施方式，該方法包括以下步 驟將所述組結構和脈沖激光輸出軸線以非恒定速度相對定位；以及 在將所述組結構和脈沖激光輸出軸線以非恒定速度相對定位的步驟 期間向所述至少一個結構施加脈沖激光輸出。根據一實施方式，利用 脈沖頻率為從約10MHz至約200MHz的鎖模激光器，根據其它實施 方式，每個待斷裂連線可接收多個脈沖。因此根據本發(fā)明的實施方式，
激光脈沖時刻位于聚焦激光束的位置，


參照附圖可進一步理解以下描述，附圖中
圖1表示可根據本發(fā)明實施方式進行處理的晶片的例示圖，該晶 片包括多個電路，每個電路具有多組存儲器連線；
圖2表示根據本發(fā)明實施方式的圖1的所選電路的例示放大圖， 示出了多組具有需要斷裂的標識連線的存儲器連線；
圖3A、 3B和3C表示根據本發(fā)明實施方式的如下例示圖a) — 組連線，b)圖3A的該組連線上的具有中心峰值的線性傾斜加速度， 以及c)圖3A的該組連線上的具有延長恒定加速度峰值的線性傾斜 加速度；
圖4A、 4B和4C表示根據本發(fā)明實施方式的如下例示圖a) — 組連線，b)圖4A的該組連線上的具有中心峰值的非線性傾斜加速度， 以及c)圖4A的該組連線上的具有延長恒定加速度峰值的非線性傾 斜加速度；
圖5表示根據本發(fā)明實施方式的利用單個脈沖斷裂的連線的熱 影響區(qū)的例示圖6表示根據本發(fā)明實施方式的利用多個脈沖斷裂的連線的多
8個熱影響區(qū)的例示圖7表示根據本發(fā)明實施方式的激光處理系統(tǒng)的例示圖；并且 圖8A至8C表示根據本發(fā)明實施方式的在恒定速度系統(tǒng)和非恒
定速度系統(tǒng)中的連線斷裂時間表的例示圖表。 這些附圖僅是出于例示性的目的而示出的。
具體實施例方式
存儲器模片上的存儲器單元通常布置成存儲器單元的行列矩陣。 通過增加存儲器矩陣的行列數(shù)目而包括過量的存儲器單元行列，從而 在存儲器模片上包括額外的存儲器單元。通過修改存儲器矩陣尋址 (addressing)以提供無缺陷的矩陣行列，從而避免(不使用)存儲 器矩陣中的有缺陷存儲器單元。使用可熔連線來修改存儲器矩陣尋 址，并在激光存儲器修理系統(tǒng)中使用激光來斷開(或斷裂)所選的可 熔連線。因此在將晶片切片之前對存儲器模片進行處理以僅選擇無缺 陷的存儲器單元。通常存儲器晶片的直徑為200mm或300mm。
存儲器模片上的可熔連線通常布置成多個連線組，每個組包括一 行或一列連線。在每行或每列中連線通常以相等增量隔開。連線尺寸 和間距根據制造商和存儲器設計而有顯著變化。典型存儲器設計的連 線尺寸可例如為0.4nm寬、4nm長，并且連線之間的間距為3nm。
其它設計可包括至少一些寬度約為0.1-0.2nm,間隔約l-1.5jim 的連線。根據本發(fā)明已經實現(xiàn)了利用50MHz鎖模激光以更精細的尺 度進4亍連線處理,例:ft口在Joohan Lee， James Cordingley和Joseph J. Griffths所著的"Laser Processing of Ultra Fine Pitch Fuse Structures in 65fim Node Technology", Society for Equipment and Materials International, SEMICON West 2004公開的圖6中示出了一序列(放 大的)鎖模脈沖，該脈沖的至少一部分施加到連線。
存儲器修理系統(tǒng)提供有存儲器模片上的連線位置圖，以及列出晶 片各個模片上需要斷開(斷裂)的連線的文件。通常電路上斷裂的連
線較少，并且各個電路上斷裂的連線位置通常不同。存儲器修理系統(tǒng)利用聚焦至理想束腰的脈沖激光束來斷開連線。
待斷裂連線相對于聚焦激光束軸線位于XY平面中。例如在處理 期間可將晶片載置于精密XY工作臺上?？墒褂闷渌鄬Χㄎ谎b置和 系統(tǒng)并將其組合成用于處理的結構。這些可包括分離工作臺定位系 統(tǒng)、多速率定位系統(tǒng)、檢流計掃描儀、聲光偏轉器、快速轉向鏡、電 光偏轉器和壓電驅動定位器。應理解，盡管為了方便，定位可能指的 是工作臺運動，但本發(fā)明包括其它定位方案。在連線斷裂期間通過調 整Z軸(縱軸)中的激光聚焦位置(束腰)來保持激光焦點。
在連線斷裂之前，承載在晶片上的模片位點的位置和取向必須與 激光焦點位置精確對準。對準可包括針對對準目標或其它目標特征進 行照相機成像和激光掃描。通常，使用激光邊緣掃描進行精細對準， 并且上方掃描有助于總連線處理時間。
在斷裂一組連線時，以近似恒定的重復頻率激發(fā)(fire)(脈動 (pulse))激光。以恒定重復頻率激發(fā)激光有助于在每個激光脈沖中 保持精確而恒定量的能量，從而向各個斷裂連線提供一致的激光能 量。恒定頻率可來自激光觸發(fā)信號，或者可以是激光腔的內在性質。
傳統(tǒng)上，在連線斷裂期間工作臺以恒定速度運動，從而將連線組 的連續(xù)等距隔開的連線定位在下一激光脈沖時聚焦激光束的位置上， 使得每個激光脈沖對應于連線組中的單個連線。在連線斷裂期間使用 的恒定速度運動被稱為CV(恒定速度)運動。然而根據本發(fā)明實施 方式，不再需要使基板/工作臺的速度與激光脈沖頻率同步來使待斷裂 定位在激光脈沖時聚焦激光束的位置上。
通常組中不是所有的連線都被斷裂，因為不是所有激發(fā)的激光脈 沖都用于斷裂連線。使用脈沖選擇器(通常為聲光調制器)來在連線 為待斷裂連線時將脈沖通過聚焦透鏡導至連線，或者在連線為非斷裂 連線時將脈沖通過聚焦透鏡導至束流收集器。聲光調制器還通常用于 使激光脈沖能量降低至用于斷裂連線的理想能量。
例如在美國專利No.6，144，118、 No.6，483，071和No.6，662,063中 公開了在路徑規(guī)劃、跡線生成方面的各種運動分布，這些專利的公開內容通過引證被結合于此。這些參考的教導可應用于根據本發(fā)明各種 實施方式的利用分離工作臺定位系統(tǒng)、多速率定位系統(tǒng)、快速轉向鏡、 固態(tài)偏轉器和壓電驅動定位器的系統(tǒng)中的跡線規(guī)劃。
在處理一組連線之后，然后使工作臺運動至待斷裂的下一組連 線。計算在連線組之間運動的工作臺運動跡線，從而以適當速度將工 作臺定位在下一組的開始處以斷裂該下一組。在連線組之間的這些非
恒定速度運動被稱為PVT (位置速度時間)運動。傳統(tǒng)上，該運動的 端點要求是特定時間的位置和速度。要求特定時間是為了使工作臺的 X方向運動與工作臺的Y方向運動協(xié)調，使得在運動結束時兩個軸線 同時滿足端點要求。
系統(tǒng)控制器協(xié)調處理期間的所有行為。這些行為包括激光激發(fā)、 工作臺/基板運動和脈沖選擇。通常要求工作臺位移提供運動段，使得 待斷裂連線位于聚焦激光束的位置處，然后使激光激發(fā)與工作臺運動 同步。對于傳統(tǒng)激光器，通過從系統(tǒng)控制器發(fā)送至激光器的激光觸發(fā) 信號控制激光激發(fā)。當激光器接收到觸發(fā)信號時，產生激光脈沖。產 生的激光脈沖在觸發(fā)信號的有效邊緣之后存在小的延遲時間。該延遲 時間通常對于每個脈沖而言略微變化，導致激光激發(fā)時間有小的跳 動。激光器通常通過改變Q開關的狀態(tài)或者通過脈動種子激光而在觸 發(fā)信號的時間產生脈沖。
所選的激光重復頻率由激光器的性能和存儲器修理系統(tǒng)的特性 確定。通常，較高的激光重復頻率產生較大的系統(tǒng)處理量。對于晶片 上的所有連線組，激光通常以單個重復頻率工作。以單個重復頻率工 作簡化了激光脈沖能量控制，因為只需要對于單個重復頻率校準脈沖 能量控制。
必須小心控制激光脈沖能量，脈沖能量在脈沖與脈沖之間應例如 匹配好于2%RMS。以恒定重復頻率激發(fā)激光有助于實現(xiàn)該脈沖能量 的匹配。需要小心控制和匹配脈沖與脈沖之間的激光脈沖能量已經成 為在斷裂連線時以恒定速度移動工作臺的一個主要原因。
根據本發(fā)明實施方式，使用很高的重復頻率(通常為MHz級別)
ii的激光，例如可通過鎖模固態(tài)激光器提供。該激光器不會在期望時間
觸發(fā)產生脈沖，而是與工作臺/連線位置不同步地自激產生脈沖?；?/工作臺的速度(并且由此連線的位移)不與激光重復頻率同步。使用
預定的脈沖時間間隔來從自激激光器選擇激光脈沖或者多個脈沖，從 而斷裂連線。該脈沖時間間隔基本發(fā)生在定位于理想連線的最優(yōu)時間 處。該間隔在選擇脈沖之前開始，并在選擇最后脈沖之后結束。沒有 在脈沖時間間隔之外選擇脈沖。注意，在特定時間沒有觸發(fā)激光器產 生脈沖，而是在靠近最優(yōu)激光脈沖時間的時間處選擇一個激光脈沖或 多個脈沖。由于激光重復頻率與基板/工作臺速度相比較高，所以在激 光脈沖時連線位置中的誤差較小并可接受。
實際激光脈沖時間與激光脈沖最優(yōu)時間的差被稱為脈沖時間跳 動。脈沖時間跳動的最大量近似等于自激激光器的激光脈沖之間的時 間。因為基板/工作臺以一速度運動，所以該脈沖時間跳動對應于斷裂 時的位置誤差。如果在脈沖跳動時間期間工作臺位移小到可接受，那
么產生的位置誤差也可以接受。例如，如果基板/工作臺以150mm/s 運動，激光自激重復頻率為50MHz，那么激光脈沖之間的時間為 l/(50MHz)=20ns。在20ns期間以150mm/s運動的基板/工作臺的位移 為(20ns"(150mm/s)-3nm。如果連線為0.4nm寬，則3nm對應于連 線寬度的(3nm/0.4nm)*(100)=0.75% ，這在一些情況下可以是連線斷 裂期間可接受的運動/位置誤差。
如圖l所示，半導體晶片IO可在其表面12上包括多個電路14， 每個電路包括多個可熔連線組16。每組16包括一個或多個連線，每 個電路14的每組16可包括已經確定為需要被斷裂或斷開的一個或多 個連線18。
在傳統(tǒng)的連線斷裂期間，對激光激發(fā)時間進行小的時間校正(相 位校正)，以校正小的工作臺定位誤差。根據本發(fā)明，通過改變激光 脈沖時間間隔的起點來補償與指定位置的基板/工作臺位置誤差。然而 通過改變產生激光脈沖的時間不會改變激光脈沖時間。而是通過在激 光脈沖時間間隔內從自激激光器選擇不同的脈沖來改變激光脈沖時間。
因為不需要利用基板/工作臺速度使激光脈沖頻率與工作臺/基板 運動同步，所以不需要使基板/工作臺在斷裂期間以基本恒定速度運 動。這對于工作臺運動和系統(tǒng)效率提供了很大的優(yōu)點。根據本發(fā)明各 種實施方式，基板/工作臺可在斷裂期間加速、減速或以基本恒定速度
運動。這樣可以在單個連線組的斷裂期間加速和減速。例如如圖2所 示，基板或工作臺可在單組處理期間加速，然后在組末端附近減速， 并且沿著如A處所示的一個軸線(例如X方向)反向，或者可如圖2 的B所示將方向從一個軸線變?yōu)榱硪惠S線(例如從Y變?yōu)閄)。在任 一情況下，在如A或B所示改變方向之前通過允許基板或工作臺在單 組處理期間以非恒定速度運動而提高處理速度。而且，以非恒定速度 進行處理的能力還使得位于處理區(qū)域的邊緣(工作臺行程界限)處的 電路組在該邊緣附近的組末端處處理得較慢，而在該組的中心和另一 端處處理較快。
例如如圖3A所示，可沿著單個線性方向設置存儲器連線32的 一個組30。如圖3B所示，基板或工作臺的加速度可在沿著組30的 行程中點之前線性增加，然后如34所示線性減小。如圖3C所示，基 板或工作臺的加速度可在其達到平穩(wěn)值之前以較快的線速度線性增
加。該加速度然后可在延長的時間段內保持恒定，然后在基板或工作 臺到達36所示的組末端時線性減小。更一般地說，基板或工作臺可 在連線組的斷裂期間加速或減速。
如圖4A所示，可沿著單個線性方向設置存儲器連線42的一個 組40。如圖4B所示，基板或工作臺的加速度可在沿著組40的行程 中點之前非線性增加，然后如44所示非線性減小。如圖4C所示，基 板或工作臺的加速度可在其達到平穩(wěn)值之前以較快的速率非線性增
加。該加速度然后可在延長的時間段內保持恒定，然后在基板或工作 臺到達46所示的組末端時非線性減小。再次，更一般地說，基板或 工作臺可在連線組的斷裂期間加速或減速。
加速度可受到熱載荷、功率、機械參數(shù)或其它系統(tǒng)參數(shù)的限制。例如，高加速度可產生高馬達力，高馬達力可能在系統(tǒng)中引入不可接 受的機械振動，并影響定位精度。加速度可在斷裂期間隨著加速而減 小從而改進系統(tǒng)性能。例如，減小的加速度可減少機械振動或者其它 通常限制可用加速度的不利條件，從而在保持或增加系統(tǒng)處理量的同 時增加系統(tǒng)精度。減小的加速度可以是構成的加速度分布的一部分， 并且可與增加的加速時間段以及與超過受傳統(tǒng)脈沖頻率限制的同步 速度的速度相結合地使用。
激光脈沖頻率可相對于工作臺/基板運動不同步，因此可在連續(xù) 速度范圍內設置指定工作臺速度。該連續(xù)速度范圍與傳統(tǒng)系統(tǒng)有所區(qū) 別，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中指定工作臺速度限于在斷裂期間基于激光脈沖頻率 和規(guī)則間隔的連線間距而同步的速度的離散集合，使得基板/工作臺在 激光脈沖時間處于理想位置。該可用的速度連續(xù)范圍在跡線規(guī)劃時增 加了自由度，這可用于優(yōu)化系統(tǒng)處理量。
在連線斷裂期間一般與工作臺/基板跡線相關所指的兩個方向是
軸向(on-axis)和交叉軸向(cross-axis)。術語軸向指的是沿著特定 的連線組的方向；這是在斷裂特定連線組時工作臺/基板運動的方向。 術語交叉軸向指的是在垂直于軸向的XY平面中的方向，這是橫過特 定連線組的方向。在斷裂連線組時交叉軸向上的指定速度為零。
本發(fā)明的各種實施方式的系統(tǒng)和方法可允許在斷裂單個連線組 以及處理各個電路期間增加系統(tǒng)處理量。對于單個連線組，在連線組 開始處的速度可小于最大斷裂速度，最大斷裂速度是允許從前一連線 組迅速轉變?yōu)楫斍斑B線組的速度。然后在連線組的斷裂期間，該速度 可增加(加速)以減少斷裂時間，然后減小(減速)以使該速度下降 至可以從當前連線組迅速轉變?yōu)橄乱贿B線組的速度。這類轉變的實施 例在圖2中的A和B處示出。
根據本發(fā)明的某些實施方式，某些實施方式的系統(tǒng)和方法還允許 通過減少待斷裂的連線組之間的工作臺/基板行程時間而增加處理量。 因為對兩個連線組之間產生的跡線要求減少，所以可以減少時間。在 傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，對于兩個連線組之間的跡線的末端條件有所要求，并
14且對于針對兩個連線組之間的跡線產生的實際跡線有所限制。根據本 發(fā)明的各種實施方式，這些要求(限制)的數(shù)量有所減少。
具體地說，在典型的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，對于兩個連線組之間的跡線的 末端條件有九個要求。這些要求是，在跡線的開始和末端處的軸向位
置和交叉軸向位置以及軸向速度和交叉軸向速度(總共8個要求)， 以及對于同時產生的軸向運動和交叉軸向運動的端點條件的時間要求。
針對本發(fā)明某些實施方式的方法，對于兩個連線組之間的跡線的 末端條件只有七個要求。這些要求是，在跡線的開始和末端處的交叉 軸向位置和交叉軸向速度(總共4個要求)，在跡線的開始和末端處 的軸向位置(總共2個要求)，以及對于同時產生的軸向運動和交叉 軸向運動的端點條件的時間要求。對于在跡線的開始和末端處的軸向 速度不再有固定要求，而是僅限制在跡線的開始和末端處的軸向速度 的值范圍。有效的是，對于在兩個斷裂組之間的軸向運動，軸向跡線 可開始于斷裂跡線完成之前，并終止于開始斷裂下一連線組之后。當 然對于兩個連線組之間的運動也有許多限制。這些限制包括最大/最小 速度、最大/最小加速度、工作臺行程范圍限制、以及對輪廓形狀的限 制。
通常，當將基板以零速度定位在正確的軸外位置所需的時間小于 將基板以理想的軸向斷裂速度定位在正確的軸向位置所需的時間時， 利用本發(fā)明的方法在斷裂組之間運動可能使處理量增加。對于這些情 況，常?？梢孕薷脑谇耙贿B線組末端處和/或下一連線組開始處的速 度，從而可以使連線組之間的延遲時間等于軸外運動所需的時間，或 至少小于傳統(tǒng)系統(tǒng)的運動時間。
在某些實施方式中還可以在斷裂靠近工作臺行程界限時增加處 理量。在斷裂其中軸向連線組末端靠近工作臺行程界限的長連線組 時，通常不能利用傳統(tǒng)系統(tǒng)和方法以最大軸向速度斷裂連線組的末 端。這是因為在連線組的末端之后工作臺的行程界限末端之前沒有足 夠的距離來使工作臺的軸向速度降低為零。為了斷裂連線組，使整個連線組的斷裂速度降低為一速度，該速度在連線組的末端之后工作臺 的行程界限末端之前可變?yōu)榱闼俣??？蛇x地，傳統(tǒng)系統(tǒng)可將在一個長
連線組的工作臺運動邊緣附近的長跡線分為兩個連線組對于大部分 連線組以最大速度斷裂的長跡線；以及在工作臺行程界限附近以降低 的速度斷裂的短跡線。
利用本發(fā)明的各種實施方式的方法，整個連線組不必以降低的速 度處理或者分為兩個連線組。在接近工作臺行程界限時，連線組的斷 裂速度可降低，從而使總處理量提高。
根據本發(fā)明的各種實施方式還可通過以最優(yōu)速度斷裂而增加處 理量。在某些傳統(tǒng)系統(tǒng)中，只有有限數(shù)量的同步速度可用于斷裂連線。 這些可用速度可能不是最優(yōu)的，例如，如果最大工作臺斷裂速度為 200mm/s，那么可用于斷裂特定連線組的最大斷裂速度為150mm/s。 在這種情況下，必須對于長斷裂組使用次優(yōu)速度。利用本發(fā)明的某些 實施方式的方法，能以最大速度斷裂連線組，從而增加處理量。
連線斷裂系統(tǒng)例如可對工作臺運動存在以下限制加速度必須在 -15m/s2至+15m/s2的范圍內；斷裂速度必須在-0.2m/s至+0.2m/s的范 圍內，典型速度為50-200mm/s;加速度脈沖形狀為升余弦形狀；并且 加速度脈沖的最小寬度為0.5ms。升余弦形狀的加速度脈沖大致在圖 4B中示出并由以下方程描述
<formula>formula see original document page 16</formula>
升余弦的加速度脈沖所用的加速度脈沖端點方程對于升余弦加 速度脈沖輪廓不是唯一的。相同的加速度脈沖端點方程可能來自于多 個其它加速度脈沖形狀。在圖3B和3C中示出了產生相同的加速度脈 沖端點方程的兩個其它加速度脈沖輪廓形狀。
根據本發(fā)明一個實施方式使用的激光處理系統(tǒng)可包括在20MHz 以上工作的鎖模激光器。該激光器能產生具有固定相位的在固定的脈 沖重復頻率下的脈沖。如圖5的50所示，每個待斷裂連線52可接收 一個具有熱影響區(qū)54的脈沖。從自激脈沖列選擇脈沖導致在脈沖傳 送至目標材料的實際時間上的不確定性增加，這增加了脈沖時間跳動。在斷裂連線時，如果工作臺運動，那么該脈沖時間跳動的增加轉 化為位置誤差的較小增加。對應的脈沖時間跳動增加近似等于自激激 光器的激光脈沖之間的時間。例如，如果定位工作臺和支撐目標材料
的基板以150mm/s運動并且自激重復頻率為50MHz，那么激光脈沖 之間的時間為l/50MHz=20ns。在20ns期間以150mm/s運動的基板/ 工作臺的位移為3nm。如果連線寬0.4nm，那么3nm對應于連線寬度 的0.75%，這在連線處理期間是可接受的位置誤差。根據其它實施方 式，如圖6中的60所示，每個待處理連線62可接收多個脈沖，這些 脈沖提供多個橫過連線62的熱影響區(qū)64。
根據各種實施方式，激光處理系統(tǒng)可例如如2006年1月18日提 交的美國爿>開專利申請No.2006-0191884中7>開的那樣，該專利的,> 開內容通過引證被結合于此。例如參照圖7,系統(tǒng)可包括鎖模激光器 系統(tǒng)70 (例如以25MHz工作)、脈沖拾取器72、任選的光學放大器 74、中繼光學器件76、脈沖選擇單元78 (例如聲光調制器)、零級 光闌(beam stop )80、中繼光學器件和擴束器82、折鏡(fold mirror) 84、變焦光學器件86和物鏡88。激光脈沖聚焦在基板90上的焦平面 處，基板90具有由XY工作臺92支撐的連線。工作臺92的位置由 控制器94控制，控制器94還通過脈沖拾取器72和/或脈沖選擇單元 78控制對脈沖的選擇?？梢栽诠鈱W放大器之前或之后選擇脈沖，并且 可使用脈沖拾取器72和脈沖選擇單元78中的一個或兩者。系統(tǒng)還可 包括任選的波長轉換器，以將照射頻率從例如1064nm改變?yōu)?32jim。
可通過以下實施例示出本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的處理量優(yōu)點。在第 一實施例中，處理長30mm的連線組，其中連線相隔3nm。作為對比， 首先以50kHz的激光重復頻率在恒定速度下處理連線。在斷裂期間的 基板/工作臺速度為(3nm)(S0kHz"lS0mm/s。斷裂連線組的時間為 (30mm)/(150mm/s)=200ms。然而才艮據本發(fā)明的實施方式，可以以 150mm/s的速度開始斷裂連線組，在斷裂期間加速至200mm/s，然后 減速至150mm/s使得終速為150mm/s。該跡線需要151.66ms的總時 間，^使得時間上節(jié)省了 48.333ms或者節(jié)省約24.2%。在另一實施例中，兩個平行的長為9mm的連線組在交叉軸向上 隔開0.1875mm，其中軸向的起點坐標和終點坐標相同。沿相反軸向 方向以150mm/s和-150mm/s斷裂連線；斷裂一個連線組，然后使基 板/工作臺反向，沿交叉軸向運動0.1875mm并斷裂第二連線組。對于 恒定速度跡線，計算的總時間為3部分，即斷裂第一連線組的時間、 沿軸向反向并沿交叉軸向步進0.1875mm的時間、以及斷裂第二連線 組的時間。斷裂每個連線組的時間為(9mm)/(150mm/s)-60ms。軸向反 向的時間為40ms，沿交叉軸向步進0.1875mm的時間為10ms。由于 軸向反向的時間大于交叉軸向步進的時間，所以這對于回轉所需的時 間是有效的。因此處理兩個連線組的總時間約為 (60ms)+(40ms)+(60ms)=160ms。利用本發(fā)明某些實施方式的方法可以 在斷裂完成之前開始沿軸向回轉。在該實施例中，在斷裂連線組末端 之前15ms開始減速。因而處理兩個連線組的總時間約為 (60ms-15ms)+(40ms)+(60ms-15ms)=130ms，使得時間上節(jié)省了 30ms 或節(jié)省約19%。該跡線需要的總工作臺行程也較少，因此該實施例還 示出了在工作臺行程界限附近如何減少總工作臺行程。
在第三實施例中，使用存儲器修理系統(tǒng)中的激光器系統(tǒng)來測量基 板在工作臺上的位置。該操作稱為對準。在對準操作期間，基板以較 低恒定速度運動，使得基板上的部件與聚焦的激光束點相交叉。根據 一實施方式，激光以恒定重復頻率被激發(fā)，脈沖通過AOM光學地被 衰減，并沿著激光處理輸出軸被導向基板。脈沖被衰減，使得基板上 的部件不會被激光脈沖損壞。在對準期間，從部件反射的光被檢測器 收集并產生信號?？梢詮脑撌占庑盘柎_定部件在基板上的位置。使 用類似的方法來確定最佳焦點位置。在這些操作期間工作臺的速度通 常約為10mm/s。掃描長度通常約50jim。通常沿兩個方向多次越過基 板上的相同部件依次進行多個這種掃描，在這些操作之間工作臺停 止。這些利用恒定速度方法的掃描操作中的 一次操作的時間為從停止 起加速達10mm/s的時間、實際掃描的時間、以及減速至停止的時間。 通常加速和減速時間等于最小加速脈沖時間，這里假設均為5ms。掃描時間等于(50nm)/(10mm/s)-5ms。因此總掃描時間為15ms。利用本 發(fā)明某些實施方式的方法，不需要恒定速度節(jié)段。工作臺可在5ms時 間(最小加速脈沖時間)內加速至10mm/s，然后在另一 5ms時間(最 小加速脈沖時間)內減速至停止。加速度可設定為使得總運動距離為 50jim，即掃描距離。例如需要4111/82的加速度。所得的總掃描時間為 10ms，從而時間上節(jié)省了 5ms或節(jié)省約33%。
根據另 一實施方式，對準操作可在加速期間利用低功率激光器、 高速檢測器和數(shù)據轉換器進行。低功率激光輸出軸線可與激光處理軸 線對準。
通常，基板位于XY工作臺上，連線組軸線相對于理想的工作臺 X和Y軸線有一些有限的旋轉。因此在斷裂連線組時，通常在X和Y 工作臺軸線上都存在非零工作臺速度。在傳統(tǒng)恒定速度系統(tǒng)中的連線 斷裂期間，在工作臺軸線即X和Y上的工作臺運動為恒定速度。由 于工作臺理想軸線相對于基板在軸向和交叉軸向上的小旋轉，工作臺 理想坐標系統(tǒng)中的一個軸線上的工作臺速度近似等于軸向速度，工作 臺理想坐標系統(tǒng)中的另一個軸線上的工作臺速度接近但不等于零。因 此，在利用本發(fā)明的方法規(guī)劃工作臺跡線時，必須考慮工作臺理想坐 標系統(tǒng)與基板軸向/交叉軸向坐標系統(tǒng)之間的小角度。如果在基板軸向 /交叉軸向坐標系統(tǒng)中規(guī)劃工作臺跡線，那么跡線可規(guī)劃為使得在待斷 裂連線組的開始處交叉軸向速度為零。如果在工作臺理想坐標系統(tǒng)中 規(guī)劃工作臺跡線，那么在跡線規(guī)劃時需要考慮的更多。如果在工作臺 理想坐標系統(tǒng)中規(guī)劃工作臺跡線并且使靠近交叉軸的工作臺軸線規(guī) 劃成在待斷裂連線組的開始處具有恒定速度運動，那么如果工作臺在 靠近軸向的工作臺軸線中以非恒定速度(加速或減速)運動，就可能 在斷裂位置產生小的交叉軸向誤差。處理這種可能的交叉軸向誤差有 多種方法。 一些方法包括1)在基板軸向/交叉軸向坐標系統(tǒng)中規(guī)劃 跡線。2)在工作臺理想坐標系統(tǒng)中規(guī)劃跡線并接受小的交叉軸向誤 差。由于連線在交叉軸向上通常較長，所以在連線斷裂時可接受較大 的交叉軸向誤差。3)使XY工作臺產生小旋轉，從而使XY工作臺理想坐標系統(tǒng)與基板軸向/交叉軸向坐標系統(tǒng)相同。4)在斷裂期間在靠 近基板交叉軸向的工作臺理想坐標軸線上規(guī)劃非恒定速度。
根據其它實施方式，本發(fā)明不需要在待斷裂組中的每個待斷裂連 線沿著單個軸向線越過所述組連線。換言之，在某些實施方式中允許
越過一組連線的一些軸外運動。
根據其它實施方式，本發(fā)明的系統(tǒng)不需要使連線均勻隔開。在其 它實施方式中，該系統(tǒng)可增加最大定位速度。在其它實施方式中，該 系統(tǒng)可增加激光輸出脈沖頻率和脈沖串速率(burst rate)。在其它實 施方式中，該系統(tǒng)可減小加速力以減少與之相伴的機械干擾，從而提 高系統(tǒng)精度。在其它實施方式中，該系統(tǒng)適于與多路徑和多點光束定 位系統(tǒng)一起使用。
在各個實施方式中采用的脈沖激光器可包括鎖模激光器、高速激 光二極管或者其各種組合。例如，在S.Hoogland等人所著的"Passively Mode-Locked Diode-Pumped Surface-Emitting Semiconductor Laser", IEEE Photonics Technology Letters, vol.12, No.9， September 2000中公開了 GHz重復頻率/頻率鎖模半導體激光器，該激光器包括 位于耦合到半導體激光二極管的輸出諧振腔中的半導體可飽和吸收 鏡(SESAM)。根據其它實施方式，也可使用Santa Clara， California 的Coherent, Inc.或德國Lumera Laser GmbH的鎖模激光器。根據其 它實施方式，也可使用例如在美國專利No.4，914，663和No.6，210，401 中公開的鎖模激光器。
如前所述，連線間距和尺寸可繼續(xù)縮小，間距接近ljim,連線 寬度為l-4nm。連線處理系統(tǒng)將產生減小的點尺寸以符合該趨勢。例 如,如Joohan Lee， James Cordingley和Joseph J. Griffiths所著的 "Laser Processing of Ultra Fine Pitch Fuse Structures in 65pm Node Technology", Society for Equipment and Materials International, SEMICON West 2004中報告的那樣，公開了產生精細至約0,7jim的 點尺寸以處理精細間距連線的綠光激光器。減小的點尺寸可能減少脈 沖能量。例如，如果點直徑從約1.5fim減小至l.Opm，那么脈沖總能量可能減少1/2,以在目標結構處實現(xiàn)給定的能量密度。另外，在一 些實施方式中，有利的是增加施加到連線的脈沖數(shù)，并例如成比例地 減少脈沖能量。在這些實施方式中脈沖激光器的輸出足以在任選放大 器74中以最小的增益處理連線，或者可能在沒有放大器74的情況下 工作。在一些實施方式中放大器可能是有利的或需要的。例如，如果 利用少許脈沖處理目標材料，就可能出現(xiàn)這種情況。
可使用任選的光學放大器來放大脈沖激光器的輸出。例如，鎖模 振蕩器、高速二極管或光纖激光振蕩器可產生皮秒或飛秒脈沖，每個 脈沖的能量約100皮焦至幾納焦。該放大器一般用于使脈沖能量增加 至適于材料處理作業(yè)的水平，例如6dB-50dB的增益。該放大器可以 是光纖激光放大器、波導放大器或二極管泵浦固態(tài)放大器。放大器可 以為CW或脈沖泵浦放大器。
作為至少可實現(xiàn)平均功率限制的結果通常基于以下若干參數(shù)的 折中而限定放大器性能增益、輸出重復頻率、以及脈沖數(shù)量(占空 因數(shù))。
在某些實施方式中，如果放大器為脈沖泵浦或以其它方式在變化 的重復頻率下工作，那么可改變一組輸出脈沖的形狀和能量分布中的 至少一個。例如，如果在放大器之前使用脈沖拾取器，那么放大器的 輸入將以非均勻時間間隔隔開，從而對應于選擇用于處理的 一 組脈 沖。有效重復頻率將改變，而且如果放大器在輸出脈沖能量隨著頻率 改變的頻率范圍內工作，那么產生的效果顯著。
在一些實施方式中，可使用高速調制器(例如輸出調制器78) 來基于預定間隔控制脈沖形狀和能量分布。例如，美國專利 No.5，128，601 (其全部公開通過引證結合于此)教導了使用調制器提 供恒定輸出脈沖能量特性，以及其它用于脈沖控制的方法。其它系統(tǒng)， 例如在美國專利No.5，812，569和No.5，226，051中公開的系統(tǒng)包括輸出 穩(wěn)定化，這些原理已經用于q開關激光器系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式中，脈沖激光器在恒定頻率下工 作，利用輸出調制器78選擇脈沖。在這種情況下，優(yōu)選地利用多級放大器設計實現(xiàn)放大，其中各級工作為使得輸入脈沖列在避免失真的 情況下放大，而且增益足夠低，使得放大器在平均功率規(guī)格內工作良
好。該實施方式特別適于在短波長下工作，例如在綠光或uv波長下
工作，其中非線性晶體進行波長轉換。 一個放大級可包括前置放大器。
級聯(lián)放大器74可以是光纖放大器。名稱為"Pulsed Semiconductor High Power Amplifier and Exemplary Applications"的 PCT公才艮 WO98042050描述了高功率光纖放大器系統(tǒng)的多個方面，包括多級放 大器以及激光材料處理的示例性應用。
圖8A至8C將利用傳統(tǒng)方法和利用本發(fā)明的方法斷裂連線進行 比較。圖8A表示當利用傳統(tǒng)方法和利用本發(fā)明實施方式的方法斷裂 相同連線組時的距離-時間曲線100和102。在利用傳統(tǒng)方法斷裂時， 針對整個連線組的速度相同(恒定)，從而產生斜率線性恒定的距離 時間曲線100。在利用本發(fā)明的方法斷裂時，在斷裂期間速度不是恒 定的。在圖8A所示的實施例中，在曲線102的開始和末端，斷裂速 度等于曲線100的斷裂速度，然而在曲線102的中央，斷裂速度增加， 導致距離時間曲線的斜率更陡，并且減少了總斷裂時間。
在該實施例中，待斷裂連線的間距恒定；連線等距離隔開。在利 用傳統(tǒng)方法以恒定速度斷裂時，斷裂等距離隔開的連線導致斷裂時間 上均等隔開，如圖8B中的104所示，其代表每次斷裂時間。在利用 本發(fā)明的方法變速斷裂時，斷裂等距離隔開(恒定間距)的連線導致 斷裂時間上不均等地隔開，如圖8C中所示。具體地說，106處示出 的線代表在連線組開始處每次斷裂的時間，108處示出的線代表在連 線組中間處每次斷裂的時間，110處示出的線代表在連線組末端處每 次斷裂的時間。對于該實施例，在跡線的開始106處的斷裂和在斷裂
隔，因為在這些時刻速度相同。在跡線中央108處的斷裂在時間上與 在利用傳統(tǒng)方法時的斷裂相比間隔更密，但是間隔相等，因為在該時 刻的速度較大。由于在利用傳統(tǒng)方法時和利用本發(fā)明的方法時所需的 斷裂數(shù)相同，所以在圖8B和8C中示出的斷裂數(shù)相同。
22本領域技術人員應理解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可 對上述實施方式進行多種修改和變更。
權利要求
1、一種利用脈沖激光輸出快速地處理一組結構中的至少一個結構的方法，該方法包括以下步驟將所述組結構和脈沖激光輸出軸線以非恒定速度相對定位；以及在將所述組結構和脈沖激光輸出軸線以非恒定速度相對定位的步驟期間向所述組結構中的所述至少一個結構施加脈沖激光輸出。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中，通過在時間間隔期間選 擇鎖模激光器的脈沖而提供所述脈沖激光輸出，每個時間間隔對應于 至少一個待處理結構的位置。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，通過加速或減速來提供 所述非恒定速度。
4、 根據權利要求1所述的方法，其中，通過在將所述組結構沿 橫向于當前運動方向(X)的方向(Y)相對定位之前沿著當前運動 方向(X)減速而提供所述非恒定速度。
5、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述非恒定速度包括在 將所述組結構沿與當前運動方向(X)相反的方向(-X)相對定位之 前沿著當前運動方向(X)減速。
6、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述組結構包括半導體 器件的一行或一列連線的至少一部分。
7、 根據權利要求6所述的方法，其中，向結構提供多個脈沖以 處理單個連線。
8、 根據權利要求6所述的方法，其中，在多個連線組中提供所 述連線，并且所述方法包括沿著每行或每列連線相對定位以及沿著至 少 一行或 一 列加速或減速。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中，所述方法涉及從離開連 線組的一端起加速或者朝向連線組的另一端減速。
10、 一種利用來自鎖模激光器的脈沖激光輸出處理半導體器件的 方法，該方法包括以下步驟提供所述半導體器件；將所述器件和脈沖激光輸出以非零加速度相對定位；以及在將所述器件和脈沖激光輸出相對定位時向所述半導體器件的結構施加脈沖激光輸出。
11、 根據權利要求10所述的方法，其中，所述半導體器件的所述結構為導電連線，其中脈沖激光輸出包括以時間間隔選擇而與所述半導體器件上的連線一致的鎖模激光脈沖。
12、 根據權利要求10所述的方法，其中，通過在將所述組結構沿橫向于當前運動方向(X)的方向(Y)相對定位之前沿著當前運動方向(X)減速而提供所述非零加速度。
13、 根據權利要求10所述的方法，其中，通過在將所述組結構沿與當前運動方向(X)相反的方向(-X)相對定位之前沿著當前運動方向(X)減速而提供所述非零加速度。
14、 根據權利要求10所述的方法，其中，所述組結構包括半導體器件的一行或一列連線的至少一部分。
15、 根據權利要求11所述的方法，其中，向所述結構提供多個脈沖以處理單個連線。
16、 根據權利要求14所述的方法，其中，在多個連線組中提供所述連線，并且所述方法包括沿著每行或每列連線相對定位以及沿著至少一行或一列加速或減速。
17、 根據權利要求16所述的方法，其中，所述方法涉及從離開連線組的一端起加速或者朝向連線組的另 一端減速。
18、 一種基于激光的半導體處理系統(tǒng)，包括用于提供脈沖激光輸出的鎖模激光器；工作臺，該工作臺用于提供半導體基板沿至少X方向和橫向于X方向的Y方向的運動；以及光束傳送系統(tǒng)，該光束傳送系統(tǒng)用于在所述工作臺以非恒定速度運動時使脈沖激光輸出導向所述半導體基板。
19、 根據權利要求18所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述處理系統(tǒng)還設置成使得所述工作臺在處理期間以及在使所述半導體基板沿橫向于當前運動方向(X)的方向(Y)運動之前減速。
20、 根據權利要求18所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述半導體基板包括多個連線組，所述處理系統(tǒng)還設置成使得所述工作臺可沿著一組連線在處理方向上加速。
21、 一種利用脈沖激光輸出處理結構的方法，該方法包括以下步以基本恒定頻率產生快速的激光脈沖序列；從脈沖序列中選擇至少一個脈沖作為脈沖激光輸出；使所述結構相對于從所述脈沖激光輸出形成的光斑加速或減速；以及在所述加速或減速期間形成的至少一個光斑處向所述結構施加脈沖激光輸出。
22、 根據權利要求21所述的方法，其中所述基本恒定的頻率與所述結構的位置不同步，并且足夠快速而允許至少一個所選脈沖以小于預定位置誤差的位置誤差照射到所述結構上。
23、 一種利用脈沖激光輸出處理多個結構組的方法，該方法包括以下步驟相對于所述脈沖激光輸出定位第一組結構；在定位所述第 一組結構的步驟期間利用所述脈沖激光輸出處理所述第一組結構；在處理所述第 一組結構的步驟期間使所述第 一組結構相對于所述脈沖激光輸出減速；相對于所述脈沖激光輸出定位第二組結構；在定位所述第二組結構的步驟期間利用所述脈沖激光輸出處理所述第二組結構；以及在處理所述第二組結構的步驟期間使所述第二組結構相對于所述脈沖激光輸出加速。
24、 根據權利要求23所述的方法，其中，所述方法還包括計算在加速和減速期間用于處理導電連線的處理跡線的步驟。
25、 一種基于激光的半導體處理系統(tǒng)，包括用于提供脈沖激光輸出的鎖模激光器；工作臺，該工作臺用于提供半導體基板沿至少X方向和橫向于X方向的Y方向的運動；光束傳送系統(tǒng)，該光束傳送系統(tǒng)用于使所述脈沖激光輸出導向所述半導體基板；以及控制器，該控制器設置成使得在所述工作臺以非恒定速度運動時使所述脈沖激光輸出傳送至所述半導體基板。
26、 根據權利要求25所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述非恒定速度可通過所述半導體基板的加速或減速提供。
27、 根據權利要求25所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述半導體基板包括一組連線，所述控制器使得在處理所述連線組期半導體基板。、 '、 * 、、'，''、''、 ''
28、 根據權利要求25所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述半導體基板包括一組連線，所述脈沖激光輸出提供多個激光脈沖以處理單個連線。
29、 一種基于激光的半導體處理系統(tǒng)，包括用于提供脈沖激光輸出的鎖模激光器；工作臺，該工作臺用于提供半導體基板沿至少X方向和橫向于X方向的Y方向的運動；光束傳送系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于使所述脈沖激光輸出導向所述半導體基板；以及控制器，該控制器耦合到開關裝置，并設置成使得在所述工作臺以非恒定速度運動時使所述脈沖激光輸出傳送至所述半導體基板，從而使所述半導體基板在脈沖期間的運動處于可接受的位置誤差內。
30、 根據權利要求29所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述開關裝置包括脈沖拾取器和聲光調制器之一。
31、 根據權利要求29所述的基于激光的半導體處理系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括多級光學放大器，該光學放大器接收所迷鎖模激光器的輸出并放大該輸出。
32、 一種利用具有處理輸出軸線的脈沖激光快速地處理一組結構中的至少一個結構的方法，所述結構和至少一個對準目標被支撐在半導體基板上，所述方法包括以下步驟沿第一軸線產生第一激光輸出；使所述基板和第一軸線相對運動；引導所述笫一輸出的至少一部分，使其照射到所述至少一個對準目標材料以及另 一非目標材料上，該非目標材料圍繞所述至少一個對準目標并且位于所述至少一個目標的附近，所述引導步驟在使所述基板和所述第 一軸線相對運動期間進行；檢測從所述至少一個對準目標和所述至少另一個非目標材料反射的輻射，從而產生表示所述對準目標的位置的信息；基于所述信息確定至少一個對準目標的位置；利用所述對準目標位置信息規(guī)劃跡線；相對運動；產生具有至少一個脈沖的激光處理輸出；以及在所述目標結構和所述激光處理輸出的相對運動期間，引導所述激光處理輸出的所述至少一個脈沖，以照射所述目標結構并處理該目標結構，其中所述相對運動包括在所述第一和第二引導步驟中的至少之一期間的加速。
全文摘要
公開了一種利用脈沖激光輸出快速地處理一組結構(16)中的至少一個結構(16)的方法。該方法包括以下步驟將所述組結構(16)和脈沖激光輸出軸線以非恒定速度相對定位；以及在將所述組結構(16)和脈沖激光輸出軸線以非恒定速度相對定位的步驟期間向所述組結構(16)的至少一個結構(16)施加脈沖激光輸出。
文檔編號B23K26/06GK101511524SQ200780033017
公開日2009年8月19日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權日2006年7月20日
發(fā)明者S·D·約翰遜, 渤 顧 申請人:杰斯集團公司