专利名称：用于在具有非恒定速度的时段期间进行激光处理的系统和方法
技术领域：
本申请要求2006年9月15日提交的美国专利申请No.11/532，160的优先权，后一申请要求2006年7月20日提交的美国临时专利申请No.60/832，082的优先权。
背景技术：
本发明总体上涉及对半导体晶片上的集成电路的激光处理，特别地涉及对存储器集成电路上的导电连线进行切割(例如，融丝(linkblowing))。例如，2001年美国激光学会由丄F.Ready所著的"LIAHandbook of Laser Materials Processing"在19章7>开了关于融丝的总体说明。在制造时，由于半导体制造技术的限制，存储器模片(memorydie )通常包括一些有缺陷的存储器单元。为了使具有有缺陷存储单元的存储器模片能够使用，存储器模片通常被制造成包含可代替有缺陷单元使用的额外存储器单元。然后必须隔离有缺陷的存储器单元。集成电路存储器修理系统利用聚焦的激光束断开(或断裂(blast))集成电路存储器模片上的可熔连线，从而使得只有正确运行的存储器单元才耦接到电路存储器。
然而，传统的存储器修理系统的处理速度可能受到激光系统的脉冲重复频率的限制。随着对激光处理系统的需求增加，需要存储器修理系统更快更有效。然而例如通过增加Q开关速率来试图改变脉沖频率会导致脉沖形状和能量变化，这可能对存储器系统修理产生不利影响。
因此需要更快更有效的存储器修理系统。
发明内容
本发明提供一种利用脉冲激光输出快速(on-the-fly)处理一组 结构中的至少一个结构的方法。根据一实施方式，该方法包括以下步 骤将所述组结构和脉冲激光输出轴线以非恒定速度相对定位；以及 在将所述组结构和脉冲激光输出轴线以非恒定速度相对定位的步骤 期间向所述至少一个结构施加脉冲激光输出。根据一实施方式，利用 脉沖频率为从约10MHz至约200MHz的锁模激光器，根据其它实施 方式，每个待断裂连线可接收多个脉冲。因此根据本发明的实施方式，
激光脉冲时刻位于聚焦激光束的位置，
参照附图可进一步理解以下描述，附图中
图1表示可根据本发明实施方式进行处理的晶片的例示图，该晶 片包括多个电路，每个电路具有多組存储器连线；
图2表示根据本发明实施方式的图1的所选电路的例示放大图， 示出了多组具有需要断裂的标识连线的存储器连线；
图3A、 3B和3C表示根据本发明实施方式的如下例示图a) — 组连线，b)图3A的该组连线上的具有中心峰值的线性倾斜加速度， 以及c)图3A的该组连线上的具有延长恒定加速度峰值的线性倾斜 加速度；
图4A、 4B和4C表示根据本发明实施方式的如下例示图a) — 组连线，b)图4A的该组连线上的具有中心峰值的非线性倾斜加速度， 以及c)图4A的该组连线上的具有延长恒定加速度峰值的非线性倾 斜加速度；
图5表示根据本发明实施方式的利用单个脉沖断裂的连线的热 影响区的例示图6表示根据本发明实施方式的利用多个脉冲断裂的连线的多
8个热影响区的例示图7表示根据本发明实施方式的激光处理系统的例示图；并且 图8A至8C表示根据本发明实施方式的在恒定速度系统和非恒
定速度系统中的连线断裂时间表的例示图表。 这些附图仅是出于例示性的目的而示出的。
具体实施例方式
存储器模片上的存储器单元通常布置成存储器单元的行列矩阵。 通过增加存储器矩阵的行列数目而包括过量的存储器单元行列，从而 在存储器模片上包括额外的存储器单元。通过修改存储器矩阵寻址 (addressing)以提供无缺陷的矩阵行列，从而避免(不使用)存储 器矩阵中的有缺陷存储器单元。使用可熔连线来修改存储器矩阵寻 址，并在激光存储器修理系统中使用激光来断开(或断裂)所选的可 熔连线。因此在将晶片切片之前对存储器模片进行处理以仅选择无缺 陷的存储器单元。通常存储器晶片的直径为200mm或300mm。
存储器模片上的可熔连线通常布置成多个连线组，每个组包括一 行或一列连线。在每行或每列中连线通常以相等增量隔开。连线尺寸 和间距根据制造商和存储器设计而有显著变化。典型存储器设计的连 线尺寸可例如为0.4nm宽、4nm长，并且连线之间的间距为3nm。
其它设计可包括至少一些宽度约为0.1-0.2nm,间隔约l-1.5jim 的连线。根据本发明已经实现了利用50MHz锁模激光以更精细的尺 度进4亍连线处理,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公开的图6中示出了一序列(放 大的)锁模脉冲，该脉冲的至少一部分施加到连线。
存储器修理系统提供有存储器模片上的连线位置图，以及列出晶 片各个模片上需要断开(断裂)的连线的文件。通常电路上断裂的连
线较少，并且各个电路上断裂的连线位置通常不同。存储器修理系统利用聚焦至理想束腰的脉冲激光束来断开连线。
待断裂连线相对于聚焦激光束轴线位于XY平面中。例如在处理 期间可将晶片载置于精密XY工作台上。可使用其它相对定位装置和 系统并将其组合成用于处理的结构。这些可包括分离工作台定位系 统、多速率定位系统、检流计扫描仪、声光偏转器、快速转向镜、电 光偏转器和压电驱动定位器。应理解，尽管为了方便，定位可能指的 是工作台运动，但本发明包括其它定位方案。在连线断裂期间通过调 整Z轴(纵轴)中的激光聚焦位置(束腰)来保持激光焦点。
在连线断裂之前，承载在晶片上的模片位点的位置和取向必须与 激光焦点位置精确对准。对准可包括针对对准目标或其它目标特征进 行照相机成像和激光扫描。通常，使用激光边缘扫描进行精细对准， 并且上方扫描有助于总连线处理时间。
在断裂一组连线时，以近似恒定的重复频率激发(fire)(脉动 (pulse))激光。以恒定重复频率激发激光有助于在每个激光脉冲中 保持精确而恒定量的能量，从而向各个断裂连线提供一致的激光能 量。恒定频率可来自激光触发信号，或者可以是激光腔的内在性质。
传统上，在连线断裂期间工作台以恒定速度运动，从而将连线组 的连续等距隔开的连线定位在下一激光脉冲时聚焦激光束的位置上， 使得每个激光脉沖对应于连线组中的单个连线。在连线断裂期间使用 的恒定速度运动被称为CV(恒定速度)运动。然而根据本发明实施 方式，不再需要使基板/工作台的速度与激光脉冲频率同步来使待断裂 定位在激光脉冲时聚焦激光束的位置上。
通常组中不是所有的连线都被断裂，因为不是所有激发的激光脉 沖都用于断裂连线。使用脉沖选择器(通常为声光调制器)来在连线 为待断裂连线时将脉冲通过聚焦透镜导至连线，或者在连线为非断裂 连线时将脉沖通过聚焦透镜导至束流收集器。声光调制器还通常用于 使激光脉沖能量降低至用于断裂连线的理想能量。
例如在美国专利No.6，144，118、 No.6，483，071和No.6，662,063中 公开了在路径规划、迹线生成方面的各种运动分布，这些专利的公开内容通过引证被结合于此。这些参考的教导可应用于根据本发明各种 实施方式的利用分离工作台定位系统、多速率定位系统、快速转向镜、 固态偏转器和压电驱动定位器的系统中的迹线规划。
在处理一组连线之后，然后使工作台运动至待断裂的下一组连 线。计算在连线组之间运动的工作台运动迹线，从而以适当速度将工 作台定位在下一组的开始处以断裂该下一组。在连线组之间的这些非
恒定速度运动被称为PVT (位置速度时间)运动。传统上，该运动的 端点要求是特定时间的位置和速度。要求特定时间是为了使工作台的 X方向运动与工作台的Y方向运动协调，使得在运动结束时两个轴线 同时满足端点要求。
系统控制器协调处理期间的所有行为。这些行为包括激光激发、 工作台/基板运动和脉冲选择。通常要求工作台位移提供运动段，使得 待断裂连线位于聚焦激光束的位置处，然后使激光激发与工作台运动 同步。对于传统激光器，通过从系统控制器发送至激光器的激光触发 信号控制激光激发。当激光器接收到触发信号时，产生激光脉冲。产 生的激光脉冲在触发信号的有效边缘之后存在小的延迟时间。该延迟 时间通常对于每个脉冲而言略微变化，导致激光激发时间有小的跳 动。激光器通常通过改变Q开关的状态或者通过脉动种子激光而在触 发信号的时间产生脉沖。
所选的激光重复频率由激光器的性能和存储器修理系统的特性 确定。通常，较高的激光重复频率产生较大的系统处理量。对于晶片 上的所有连线组，激光通常以单个重复频率工作。以单个重复频率工 作简化了激光脉冲能量控制，因为只需要对于单个重复频率校准脉沖 能量控制。
必须小心控制激光脉沖能量，脉沖能量在脉沖与脉沖之间应例如 匹配好于2%RMS。以恒定重复频率激发激光有助于实现该脉冲能量 的匹配。需要小心控制和匹配脉沖与脉沖之间的激光脉冲能量已经成 为在断裂连线时以恒定速度移动工作台的一个主要原因。
根据本发明实施方式，使用很高的重复频率(通常为MHz级别)
ii的激光，例如可通过锁模固态激光器提供。该激光器不会在期望时间
触发产生脉冲，而是与工作台/连线位置不同步地自激产生脉冲。基板 /工作台的速度(并且由此连线的位移)不与激光重复频率同步。使用
预定的脉冲时间间隔来从自激激光器选择激光脉冲或者多个脉冲，从 而断裂连线。该脉冲时间间隔基本发生在定位于理想连线的最优时间 处。该间隔在选择脉沖之前开始，并在选择最后脉沖之后结束。没有 在脉沖时间间隔之外选择脉冲。注意，在特定时间没有触发激光器产 生脉冲，而是在靠近最优激光脉冲时间的时间处选择一个激光脉冲或 多个脉冲。由于激光重复频率与基板/工作台速度相比较高，所以在激 光脉冲时连线位置中的误差较小并可接受。
实际激光脉冲时间与激光脉冲最优时间的差被称为脉冲时间跳 动。脉冲时间跳动的最大量近似等于自激激光器的激光脉沖之间的时 间。因为基板/工作台以一速度运动，所以该脉冲时间跳动对应于断裂 时的位置误差。如果在脉冲跳动时间期间工作台位移小到可接受，那
么产生的位置误差也可以接受。例如，如果基板/工作台以150mm/s 运动，激光自激重复频率为50MHz，那么激光脉沖之间的时间为 l/(50MHz)=20ns。在20ns期间以150mm/s运动的基板/工作台的位移 为(20ns"(150mm/s)-3nm。如果连线为0.4nm宽，则3nm对应于连 线宽度的(3nm/0.4nm)*(100)=0.75% ，这在一些情况下可以是连线断 裂期间可接受的运动/位置误差。
如图l所示，半导体晶片IO可在其表面12上包括多个电路14， 每个电路包括多个可熔连线组16。每组16包括一个或多个连线，每 个电路14的每组16可包括已经确定为需要被断裂或断开的一个或多 个连线18。
在传统的连线断裂期间，对激光激发时间进行小的时间校正(相 位校正)，以校正小的工作台定位误差。根据本发明，通过改变激光 脉冲时间间隔的起点来补偿与指定位置的基板/工作台位置误差。然而 通过改变产生激光脉冲的时间不会改变激光脉沖时间。而是通过在激 光脉冲时间间隔内从自激激光器选择不同的脉沖来改变激光脉冲时间。
因为不需要利用基板/工作台速度使激光脉冲频率与工作台/基板 运动同步，所以不需要使基板/工作台在断裂期间以基本恒定速度运 动。这对于工作台运动和系统效率提供了很大的优点。根据本发明各 种实施方式，基板/工作台可在断裂期间加速、减速或以基本恒定速度
运动。这样可以在单个连线组的断裂期间加速和减速。例如如图2所 示，基板或工作台可在单组处理期间加速，然后在组末端附近减速， 并且沿着如A处所示的一个轴线(例如X方向)反向，或者可如图2 的B所示将方向从一个轴线变为另一轴线(例如从Y变为X)。在任 一情况下，在如A或B所示改变方向之前通过允许基板或工作台在单 组处理期间以非恒定速度运动而提高处理速度。而且，以非恒定速度 进行处理的能力还使得位于处理区域的边缘(工作台行程界限)处的 电路组在该边缘附近的组末端处处理得较慢，而在该组的中心和另一 端处处理较快。
例如如图3A所示，可沿着单个线性方向设置存储器连线32的 一个组30。如图3B所示，基板或工作台的加速度可在沿着组30的 行程中点之前线性增加，然后如34所示线性减小。如图3C所示，基 板或工作台的加速度可在其达到平稳值之前以较快的线速度线性增
加。该加速度然后可在延长的时间段内保持恒定，然后在基板或工作 台到达36所示的组末端时线性减小。更一般地说，基板或工作台可 在连线组的断裂期间加速或减速。
如图4A所示，可沿着单个线性方向设置存储器连线42的一个 组40。如图4B所示，基板或工作台的加速度可在沿着组40的行程 中点之前非线性增加，然后如44所示非线性減小。如图4C所示，基 板或工作台的加速度可在其达到平稳值之前以较快的速率非线性增
加。该加速度然后可在延长的时间段内保持恒定，然后在基板或工作 台到达46所示的组末端时非线性减小。再次，更一般地说，基板或 工作台可在连线组的断裂期间加速或减速。
加速度可受到热载荷、功率、机械参数或其它系统参数的限制。例如，高加速度可产生高马达力，高马达力可能在系统中引入不可接 受的机械振动，并影响定位精度。加速度可在断裂期间随着加速而减 小从而改进系统性能。例如，减小的加速度可减少机械振动或者其它 通常限制可用加速度的不利条件，从而在保持或增加系统处理量的同 时增加系统精度。减小的加速度可以是构成的加速度分布的一部分， 并且可与增加的加速时间段以及与超过受传统脉冲频率限制的同步 速度的速度相结合地使用。
激光脉冲频率可相对于工作台/基板运动不同步，因此可在连续 速度范围内设置指定工作台速度。该连续速度范围与传统系统有所区 别，在传统系统中指定工作台速度限于在断裂期间基于激光脉冲频率 和规则间隔的连线间距而同步的速度的离散集合，使得基板/工作台在 激光脉冲时间处于理想位置。该可用的速度连续范围在迹线规划时增 加了自由度，这可用于优化系统处理量。
在连线断裂期间一般与工作台/基板迹线相关所指的两个方向是
轴向(on-axis)和交叉轴向(cross-axis)。术语轴向指的是沿着特定 的连线组的方向；这是在断裂特定连线组时工作台/基板运动的方向。 术语交叉轴向指的是在垂直于轴向的XY平面中的方向，这是横过特 定连线组的方向。在断裂连线组时交叉轴向上的指定速度为零。
本发明的各种实施方式的系统和方法可允许在断裂单个连线組 以及处理各个电路期间增加系统处理量。对于单个连线组，在连线组 开始处的速度可小于最大断裂速度，最大断裂速度是允许从前一连线 组迅速转变为当前连线组的速度。然后在连线组的断裂期间，该速度 可增加(加速)以减少断裂时间，然后减小(减速)以使该速度下降 至可以从当前连线组迅速转变为下一连线组的速度。这类转变的实施 例在图2中的A和B处示出。
根据本发明的某些实施方式，某些实施方式的系统和方法还允许 通过减少待断裂的连线组之间的工作台/基板行程时间而增加处理量。 因为对两个连线组之间产生的迹线要求减少，所以可以减少时间。在 传统的系统中，对于两个连线组之间的迹线的末端条件有所要求，并
14且对于针对两个连线组之间的迹线产生的实际迹线有所限制。根据本 发明的各种实施方式，这些要求(限制)的数量有所减少。
具体地说，在典型的传统系统中，对于两个连线组之间的迹线的 末端条件有九个要求。这些要求是，在迹线的开始和末端处的轴向位
置和交叉轴向位置以及轴向速度和交叉轴向速度(总共8个要求)， 以及对于同时产生的轴向运动和交叉轴向运动的端点条件的时间要求。
针对本发明某些实施方式的方法，对于两个连线组之间的迹线的 末端条件只有七个要求。这些要求是，在迹线的开始和末端处的交叉 轴向位置和交叉轴向速度(总共4个要求)，在迹线的开始和末端处 的轴向位置(总共2个要求)，以及对于同时产生的轴向运动和交叉 轴向运动的端点条件的时间要求。对于在迹线的开始和末端处的轴向 速度不再有固定要求，而是仅限制在迹线的开始和末端处的轴向速度 的值范围。有效的是，对于在两个断裂组之间的轴向运动，轴向迹线 可开始于断裂迹线完成之前，并终止于开始断裂下一连线組之后。当 然对于两个连线组之间的运动也有许多限制。这些限制包括最大/最小 速度、最大/最小加速度、工作台行程范围限制、以及对轮廓形状的限 制。
通常，当将基板以零速度定位在正确的轴外位置所需的时间小于 将基板以理想的轴向断裂速度定位在正确的轴向位置所需的时间时， 利用本发明的方法在断裂组之间运动可能使处理量增加。对于这些情 况，常常可以修改在前一连线组末端处和/或下一连线组开始处的速 度，从而可以使连线组之间的延迟时间等于轴外运动所需的时间，或 至少小于传统系统的运动时间。
在某些实施方式中还可以在断裂靠近工作台行程界限时增加处 理量。在断裂其中轴向连线组末端靠近工作台行程界限的长连线組 时，通常不能利用传统系统和方法以最大轴向速度断裂连线组的末 端。这是因为在连线组的末端之后工作台的行程界限末端之前没有足 够的距离来使工作台的轴向速度降低为零。为了断裂连线组，使整个连线组的断裂速度降低为一速度，该速度在连线组的末端之后工作台 的行程界限末端之前可变为零速度。可选地，传统系统可将在一个长
连线组的工作台运动边缘附近的长迹线分为两个连线组对于大部分 连线组以最大速度断裂的长迹线；以及在工作台行程界限附近以降低 的速度断裂的短迹线。
利用本发明的各种实施方式的方法，整个连线组不必以降低的速 度处理或者分为两个连线组。在接近工作台行程界限时，连线组的断 裂速度可降低，从而使总处理量提高。
根据本发明的各种实施方式还可通过以最优速度断裂而增加处 理量。在某些传统系统中，只有有限数量的同步速度可用于断裂连线。 这些可用速度可能不是最优的，例如，如果最大工作台断裂速度为 200mm/s，那么可用于断裂特定连线组的最大断裂速度为150mm/s。 在这种情况下，必须对于长断裂组使用次优速度。利用本发明的某些 实施方式的方法，能以最大速度断裂连线组，从而增加处理量。
连线断裂系统例如可对工作台运动存在以下限制加速度必须在 -15m/s2至+15m/s2的范围内；断裂速度必须在-0.2m/s至+0.2m/s的范 围内，典型速度为50-200mm/s;加速度脉冲形状为升余弦形状；并且 加速度脉冲的最小宽度为0.5ms。升余弦形状的加速度脉冲大致在图 4B中示出并由以下方程描述
<formula>formula see original document page 16</formula>
升余弦的加速度脉沖所用的加速度脉冲端点方程对于升余弦加 速度脉沖轮廓不是唯一的。相同的加速度脉冲端点方程可能来自于多 个其它加速度脉冲形状。在图3B和3C中示出了产生相同的加速度脉 冲端点方程的两个其它加速度脉沖轮廓形状。
根据本发明一个实施方式使用的激光处理系统可包括在20MHz 以上工作的锁模激光器。该激光器能产生具有固定相位的在固定的脉 沖重复频率下的脉冲。如图5的50所示，每个待断裂连线52可接收 一个具有热影响区54的脉冲。从自激脉冲列选择脉冲导致在脉冲传 送至目标材料的实际时间上的不确定性增加，这增加了脉冲时间跳动。在断裂连线时，如果工作台运动，那么该脉冲时间跳动的增加转 化为位置误差的较小增加。对应的脉冲时间跳动增加近似等于自激激 光器的激光脉沖之间的时间。例如，如果定位工作台和支撑目标材料
的基板以150mm/s运动并且自激重复频率为50MHz，那么激光脉冲 之间的时间为l/50MHz=20ns。在20ns期间以150mm/s运动的基板/ 工作台的位移为3nm。如果连线宽0.4nm，那么3nm对应于连线宽度 的0.75%，这在连线处理期间是可接受的位置误差。根据其它实施方 式，如图6中的60所示，每个待处理连线62可接收多个脉沖，这些 脉冲提供多个横过连线62的热影响区64。
根据各种实施方式，激光处理系统可例如如2006年1月18日提 交的美国爿>开专利申请No.2006-0191884中7>开的那样，该专利的,> 开内容通过引证被结合于此。例如参照图7,系统可包括锁模激光器 系统70 (例如以25MHz工作)、脉沖拾取器72、任选的光学放大器 74、中继光学器件76、脉冲选择单元78 (例如声光调制器)、零级 光阑(beam stop )80、中继光学器件和扩束器82、折镜(fold mirror) 84、变焦光学器件86和物镜88。激光脉冲聚焦在基板90上的焦平面 处，基板90具有由XY工作台92支撑的连线。工作台92的位置由 控制器94控制，控制器94还通过脉冲拾取器72和/或脉冲选择单元 78控制对脉冲的选择。可以在光学放大器之前或之后选择脉冲，并且 可使用脉冲拾取器72和脉冲选择单元78中的一个或两者。系统还可 包括任选的波长转换器，以将照射频率从例如1064nm改变为532jim。
可通过以下实施例示出本发明的系统和方法的处理量优点。在第 一实施例中，处理长30mm的连线组，其中连线相隔3nm。作为对比， 首先以50kHz的激光重复频率在恒定速度下处理连线。在断裂期间的 基板/工作台速度为(3nm)(S0kHz"lS0mm/s。断裂连线组的时间为 (30mm)/(150mm/s)=200ms。然而才艮据本发明的实施方式，可以以 150mm/s的速度开始断裂连线组，在断裂期间加速至200mm/s，然后 减速至150mm/s使得终速为150mm/s。该迹线需要151.66ms的总时 间，^使得时间上节省了 48.333ms或者节省约24.2%。在另一实施例中，两个平行的长为9mm的连线组在交叉轴向上 隔开0.1875mm，其中轴向的起点坐标和终点坐标相同。沿相反轴向 方向以150mm/s和-150mm/s断裂连线；断裂一个连线组，然后使基 板/工作台反向，沿交叉轴向运动0.1875mm并断裂第二连线组。对于 恒定速度迹线，计算的总时间为3部分，即断裂第一连线组的时间、 沿轴向反向并沿交叉轴向步进0.1875mm的时间、以及断裂第二连线 组的时间。断裂每个连线组的时间为(9mm)/(150mm/s)-60ms。轴向反 向的时间为40ms，沿交叉轴向步进0.1875mm的时间为10ms。由于 轴向反向的时间大于交叉轴向步进的时间，所以这对于回转所需的时 间是有效的。因此处理两个连线組的总时间约为 (60ms)+(40ms)+(60ms)=160ms。利用本发明某些实施方式的方法可以 在断裂完成之前开始沿轴向回转。在该实施例中，在断裂连线组末端 之前15ms开始减速。因而处理两个连线组的总时间约为 (60ms-15ms)+(40ms)+(60ms-15ms)=130ms，使得时间上节省了 30ms 或节省约19%。该迹线需要的总工作台行程也较少，因此该实施例还 示出了在工作台行程界限附近如何减少总工作台行程。
在第三实施例中，使用存储器修理系统中的激光器系统来测量基 板在工作台上的位置。该操作称为对准。在对准操作期间，基板以较 低恒定速度运动，使得基板上的部件与聚焦的激光束点相交叉。根据 一实施方式，激光以恒定重复频率被激发，脉沖通过AOM光学地被 衰减，并沿着激光处理输出轴被导向基板。脉沖被衰减，使得基板上 的部件不会被激光脉沖损坏。在对准期间，从部件反射的光被检测器 收集并产生信号。可以从该收集光信号确定部件在基板上的位置。使 用类似的方法来确定最佳焦点位置。在这些操作期间工作台的速度通 常约为10mm/s。扫描长度通常约50jim。通常沿两个方向多次越过基 板上的相同部件依次进行多个这种扫描，在这些操作之间工作台停 止。这些利用恒定速度方法的扫描操作中的 一次操作的时间为从停止 起加速达10mm/s的时间、实际扫描的时间、以及减速至停止的时间。 通常加速和减速时间等于最小加速脉沖时间，这里假设均为5ms。扫描时间等于(50nm)/(10mm/s)-5ms。因此总扫描时间为15ms。利用本 发明某些实施方式的方法，不需要恒定速度节段。工作台可在5ms时 间(最小加速脉冲时间)内加速至10mm/s，然后在另一 5ms时间(最 小加速脉冲时间)内减速至停止。加速度可设定为使得总运动距离为 50jim，即扫描距离。例如需要4111/82的加速度。所得的总扫描时间为 10ms，从而时间上节省了 5ms或节省约33%。
根据另 一实施方式，对准操作可在加速期间利用低功率激光器、 高速检测器和数据转换器进行。低功率激光输出轴线可与激光处理轴 线对准。
通常，基板位于XY工作台上，连线组轴线相对于理想的工作台 X和Y轴线有一些有限的旋转。因此在断裂连线组时，通常在X和Y 工作台轴线上都存在非零工作台速度。在传统恒定速度系统中的连线 断裂期间，在工作台轴线即X和Y上的工作台运动为恒定速度。由 于工作台理想轴线相对于基板在轴向和交叉轴向上的小旋转，工作台 理想坐标系统中的一个轴线上的工作台速度近似等于轴向速度，工作 台理想坐标系统中的另一个轴线上的工作台速度接近但不等于零。因 此，在利用本发明的方法规划工作台迹线时，必须考虑工作台理想坐 标系统与基板轴向/交叉轴向坐标系统之间的小角度。如果在基板轴向 /交叉轴向坐标系统中规划工作台迹线，那么迹线可规划为使得在待断 裂连线组的开始处交叉轴向速度为零。如果在工作台理想坐标系统中 规划工作台迹线，那么在迹线规划时需要考虑的更多。如果在工作台 理想坐标系统中规划工作台迹线并且使靠近交叉轴的工作台轴线规 划成在待断裂连线组的开始处具有恒定速度运动，那么如果工作台在 靠近轴向的工作台轴线中以非恒定速度(加速或减速)运动，就可能 在断裂位置产生小的交叉轴向误差。处理这种可能的交叉轴向误差有 多种方法。 一些方法包括1)在基板轴向/交叉轴向坐标系统中规划 迹线。2)在工作台理想坐标系统中规划迹线并接受小的交叉轴向误 差。由于连线在交叉轴向上通常较长，所以在连线断裂时可接受较大 的交叉轴向误差。3)使XY工作台产生小旋转，从而使XY工作台理想坐标系统与基板轴向/交叉轴向坐标系统相同。4)在断裂期间在靠 近基板交叉轴向的工作台理想坐标轴线上规划非恒定速度。
根据其它实施方式，本发明不需要在待断裂组中的每个待断裂连 线沿着单个轴向线越过所述组连线。换言之，在某些实施方式中允许
越过一组连线的一些轴外运动。
根据其它实施方式，本发明的系统不需要使连线均匀隔开。在其 它实施方式中，该系统可增加最大定位速度。在其它实施方式中，该 系统可增加激光输出脉冲频率和脉冲串速率(burst rate)。在其它实 施方式中，该系统可减小加速力以减少与之相伴的机械干扰，从而提 高系统精度。在其它实施方式中，该系统适于与多路径和多点光束定 位系统一起使用。
在各个实施方式中采用的脉冲激光器可包括锁模激光器、高速激 光二极管或者其各种组合。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中公开了 GHz重复频率/频率锁模半导体激光器，该激光器包括 位于耦合到半导体激光二极管的输出谐振腔中的半导体可饱和吸收 镜(SESAM)。根据其它实施方式，也可使用Santa Clara， California 的Coherent, Inc.或德国Lumera Laser GmbH的锁模激光器。根据其 它实施方式，也可使用例如在美国专利No.4，914，663和No.6，210，401 中公开的锁模激光器。
如前所述，连线间距和尺寸可继续缩小，间距接近ljim,连线 宽度为l-4nm。连线处理系统将产生减小的点尺寸以符合该趋势。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中报告的那样，公开了产生精细至约0,7jim的 点尺寸以处理精细间距连线的绿光激光器。减小的点尺寸可能减少脉 冲能量。例如，如果点直径从约1.5fim减小至l.Opm，那么脉沖总能量可能减少1/2,以在目标结构处实现给定的能量密度。另外，在一 些实施方式中，有利的是增加施加到连线的脉冲数，并例如成比例地 减少脉冲能量。在这些实施方式中脉冲激光器的输出足以在任选放大 器74中以最小的增益处理连线，或者可能在没有放大器74的情况下 工作。在一些实施方式中放大器可能是有利的或需要的。例如，如果 利用少许脉冲处理目标材料，就可能出现这种情况。
可使用任选的光学放大器来放大脉冲激光器的输出。例如，锁模 振荡器、高速二极管或光纤激光振荡器可产生皮秒或飞秒脉冲，每个 脉冲的能量约100皮焦至几纳焦。该放大器一般用于使脉冲能量增加 至适于材料处理作业的水平，例如6dB-50dB的增益。该放大器可以 是光纤激光放大器、波导放大器或二极管泵浦固态放大器。放大器可 以为CW或脉冲泵浦放大器。
作为至少可实现平均功率限制的结果通常基于以下若干参数的 折中而限定放大器性能增益、输出重复频率、以及脉冲数量(占空 因数)。
在某些实施方式中，如果放大器为脉冲泵浦或以其它方式在变化 的重复频率下工作，那么可改变一组输出脉冲的形状和能量分布中的 至少一个。例如，如果在放大器之前使用脉冲拾取器，那么放大器的 输入将以非均匀时间间隔隔开，从而对应于选择用于处理的 一 组脉 冲。有效重复频率将改变，而且如果放大器在输出脉冲能量随着频率 改变的频率范围内工作，那么产生的效果显著。
在一些实施方式中，可使用高速调制器(例如输出调制器78) 来基于预定间隔控制脉沖形状和能量分布。例如，美国专利 No.5，128，601 (其全部公开通过引证结合于此)教导了使用调制器提 供恒定输出脉冲能量特性，以及其它用于脉沖控制的方法。其它系统， 例如在美国专利No.5，812，569和No.5，226，051中公开的系统包括输出 稳定化，这些原理已经用于q开关激光器系统。
在本发明的一些优选实施方式中，脉冲激光器在恒定频率下工 作，利用输出调制器78选择脉冲。在这种情况下，优选地利用多级放大器设计实现放大，其中各级工作为使得输入脉沖列在避免失真的 情况下放大，而且增益足够低，使得放大器在平均功率规格内工作良
好。该实施方式特别适于在短波长下工作，例如在绿光或uv波长下
工作，其中非线性晶体进行波长转换。 一个放大级可包括前置放大器。
级联放大器74可以是光纤放大器。名称为"Pulsed Semiconductor High Power Amplifier and Exemplary Applications"的 PCT公才艮 WO98042050描述了高功率光纤放大器系统的多个方面，包括多级放 大器以及激光材料处理的示例性应用。
图8A至8C将利用传统方法和利用本发明的方法断裂连线进行 比较。图8A表示当利用传统方法和利用本发明实施方式的方法断裂 相同连线组时的距离-时间曲线100和102。在利用传统方法断裂时， 针对整个连线组的速度相同(恒定)，从而产生斜率线性恒定的距离 时间曲线100。在利用本发明的方法断裂时，在断裂期间速度不是恒 定的。在图8A所示的实施例中，在曲线102的开始和末端，断裂速 度等于曲线100的断裂速度，然而在曲线102的中央，断裂速度增加， 导致距离时间曲线的斜率更陡，并且减少了总断裂时间。
在该实施例中，待断裂连线的间距恒定；连线等距离隔开。在利 用传统方法以恒定速度断裂时，断裂等距离隔开的连线导致断裂时间 上均等隔开，如图8B中的104所示，其代表每次断裂时间。在利用 本发明的方法变速断裂时，断裂等距离隔开(恒定间距)的连线导致 断裂时间上不均等地隔开，如图8C中所示。具体地说，106处示出 的线代表在连线组开始处每次断裂的时间，108处示出的线代表在连 线组中间处每次断裂的时间，110处示出的线代表在连线组末端处每 次断裂的时间。对于该实施例，在迹线的开始106处的断裂和在断裂
隔，因为在这些时刻速度相同。在迹线中央108处的断裂在时间上与 在利用传统方法时的断裂相比间隔更密，但是间隔相等，因为在该时 刻的速度较大。由于在利用传统方法时和利用本发明的方法时所需的 断裂数相同，所以在图8B和8C中示出的断裂数相同。
22本领域技术人员应理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下可 对上述实施方式进行多种修改和变更。
权利要求
1、一种利用脉冲激光输出快速地处理一组结构中的至少一个结构的方法，该方法包括以下步骤将所述组结构和脉冲激光输出轴线以非恒定速度相对定位；以及在将所述组结构和脉冲激光输出轴线以非恒定速度相对定位的步骤期间向所述组结构中的所述至少一个结构施加脉冲激光输出。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中，通过在时间间隔期间选 择锁模激光器的脉冲而提供所述脉冲激光输出，每个时间间隔对应于 至少一个待处理结构的位置。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中，通过加速或减速来提供 所述非恒定速度。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中，通过在将所述组结构沿 横向于当前运动方向(X)的方向(Y)相对定位之前沿着当前运动 方向(X)减速而提供所述非恒定速度。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述非恒定速度包括在 将所述组结构沿与当前运动方向(X)相反的方向(-X)相对定位之 前沿着当前运动方向(X)减速。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中，所述组结构包括半导体 器件的一行或一列连线的至少一部分。
7、 根据权利要求6所述的方法，其中，向结构提供多个脉冲以 处理单个连线。
8、 根据权利要求6所述的方法，其中，在多个连线组中提供所 述连线，并且所述方法包括沿着每行或每列连线相对定位以及沿着至 少 一行或 一 列加速或减速。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法涉及从离开连 线组的一端起加速或者朝向连线组的另一端减速。
10、 一种利用来自锁模激光器的脉冲激光输出处理半导体器件的 方法，该方法包括以下步骤提供所述半导体器件；将所述器件和脉沖激光输出以非零加速度相对定位；以及在将所述器件和脉冲激光输出相对定位时向所述半导体器件的结构施加脉冲激光输出。
11、 根据权利要求10所述的方法，其中，所述半导体器件的所述结构为导电连线，其中脉冲激光输出包括以时间间隔选择而与所述半导体器件上的连线一致的锁模激光脉冲。
12、 根据权利要求10所述的方法，其中，通过在将所述组结构沿横向于当前运动方向(X)的方向(Y)相对定位之前沿着当前运动方向(X)减速而提供所述非零加速度。
13、 根据权利要求10所述的方法，其中，通过在将所述组结构沿与当前运动方向(X)相反的方向(-X)相对定位之前沿着当前运动方向(X)减速而提供所述非零加速度。
14、 根据权利要求10所述的方法，其中，所述组结构包括半导体器件的一行或一列连线的至少一部分。
15、 根据权利要求11所述的方法，其中，向所述结构提供多个脉冲以处理单个连线。
16、 根据权利要求14所述的方法，其中，在多个连线组中提供所述连线，并且所述方法包括沿着每行或每列连线相对定位以及沿着至少一行或一列加速或减速。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法涉及从离开连线组的一端起加速或者朝向连线组的另 一端减速。
18、 一种基于激光的半导体处理系统，包括用于提供脉冲激光输出的锁模激光器；工作台，该工作台用于提供半导体基板沿至少X方向和横向于X方向的Y方向的运动；以及光束传送系统，该光束传送系统用于在所述工作台以非恒定速度运动时使脉沖激光输出导向所述半导体基板。
19、 根据权利要求18所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述处理系统还设置成使得所述工作台在处理期间以及在使所述半导体基板沿横向于当前运动方向(X)的方向(Y)运动之前减速。
20、 根据权利要求18所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述半导体基板包括多个连线组，所述处理系统还设置成使得所述工作台可沿着一组连线在处理方向上加速。
21、 一种利用脉冲激光输出处理结构的方法，该方法包括以下步以基本恒定频率产生快速的激光脉冲序列；从脉冲序列中选择至少一个脉沖作为脉沖激光输出；使所述结构相对于从所述脉沖激光输出形成的光斑加速或减速；以及在所述加速或减速期间形成的至少一个光斑处向所述结构施加脉冲激光输出。
22、 根据权利要求21所述的方法，其中所述基本恒定的频率与所述结构的位置不同步，并且足够快速而允许至少一个所选脉冲以小于预定位置误差的位置误差照射到所述结构上。
23、 一种利用脉冲激光输出处理多个结构组的方法，该方法包括以下步骤相对于所述脉冲激光输出定位第一组结构；在定位所述第 一组结构的步骤期间利用所述脉沖激光输出处理所述第一组结构；在处理所述第 一组结构的步骤期间使所述第 一组结构相对于所述脉沖激光输出减速；相对于所述脉沖激光输出定位第二组结构；在定位所述第二组结构的步骤期间利用所述脉冲激光输出处理所述第二组结构；以及在处理所述第二组结构的步骤期间使所述第二组结构相对于所述脉沖激光输出加速。
24、 根据权利要求23所述的方法，其中，所述方法还包括计算在加速和减速期间用于处理导电连线的处理迹线的步骤。
25、 一种基于激光的半导体处理系统，包括用于提供脉冲激光输出的锁模激光器；工作台，该工作台用于提供半导体基板沿至少X方向和横向于X方向的Y方向的运动；光束传送系统，该光束传送系统用于使所述脉冲激光输出导向所述半导体基板；以及控制器，该控制器设置成使得在所述工作台以非恒定速度运动时使所述脉冲激光输出传送至所述半导体基板。
26、 根据权利要求25所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述非恒定速度可通过所述半导体基板的加速或减速提供。
27、 根据权利要求25所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述半导体基板包括一组连线，所述控制器使得在处理所述连线组期半导体基板。、 '、 * 、、'，''、''、 ''
28、 根据权利要求25所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述半导体基板包括一组连线，所述脉沖激光输出提供多个激光脉冲以处理单个连线。
29、 一种基于激光的半导体处理系统，包括用于提供脉冲激光输出的锁模激光器；工作台，该工作台用于提供半导体基板沿至少X方向和横向于X方向的Y方向的运动；光束传送系统，该系统用于使所述脉沖激光输出导向所述半导体基板；以及控制器，该控制器耦合到开关装置，并设置成使得在所述工作台以非恒定速度运动时使所述脉沖激光输出传送至所述半导体基板，从而使所述半导体基板在脉沖期间的运动处于可接受的位置误差内。
30、 根据权利要求29所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述开关装置包括脉沖拾取器和声光调制器之一。
31、 根据权利要求29所述的基于激光的半导体处理系统，其中，所述系统还包括多级光学放大器，该光学放大器接收所迷锁模激光器的输出并放大该输出。
32、 一种利用具有处理输出轴线的脉冲激光快速地处理一组结构中的至少一个结构的方法，所述结构和至少一个对准目标被支撑在半导体基板上，所述方法包括以下步骤沿第一轴线产生第一激光输出；使所述基板和第一轴线相对运动；引导所述笫一输出的至少一部分，使其照射到所述至少一个对准目标材料以及另 一非目标材料上，该非目标材料围绕所述至少一个对准目标并且位于所述至少一个目标的附近，所述引导步骤在使所述基板和所述第 一轴线相对运动期间进行；检测从所述至少一个对准目标和所述至少另一个非目标材料反射的辐射，从而产生表示所述对准目标的位置的信息；基于所述信息确定至少一个对准目标的位置；利用所述对准目标位置信息规划迹线；相对运动；产生具有至少一个脉沖的激光处理输出；以及在所述目标结构和所述激光处理输出的相对运动期间，引导所述激光处理输出的所述至少一个脉沖，以照射所述目标结构并处理该目标结构，其中所述相对运动包括在所述第一和第二引导步骤中的至少之一期间的加速。
全文摘要
公开了一种利用脉冲激光输出快速地处理一组结构(16)中的至少一个结构(16)的方法。该方法包括以下步骤将所述组结构(16)和脉冲激光输出轴线以非恒定速度相对定位；以及在将所述组结构(16)和脉冲激光输出轴线以非恒定速度相对定位的步骤期间向所述组结构(16)的至少一个结构(16)施加脉冲激光输出。
文档编号B23K26/06GK101511524SQ200780033017
公开日2009年8月19日 申请日期2007年6月29日 优先权日2006年7月20日
发明者S·D·约翰逊, 渤 顾 申请人:杰斯集团公司