[发明专利]使用多激光束的高效微机械加工设备和方法

说明书

相关申请

【0001】本专利申请是下列美国专利申请的继续：2004年11月29日提交的申请号是11/000,330的美国专利申请，以及于2004年11月29日提交的申请号是11/000,333的美国专利申请，后一申请是2003年6月30日提交的申请号是10/611,798的美国专利申请的继续。

技术领域

【0002】本发明涉及激光器。更具体地说，涉及一种用于增加工件加工产量的方法和设备，通过在两个或两个以上光束路径之间交替切换单个激光束，使得其中一个光束路径被用于加工一个工件，同时另一个光束路径被定位用于加工另一个工件。

背景技术

【0003】激光广泛应用于各种研究领域、开发领域以及包括监测、加工和微机械加工各种电子材料和衬底的产业化作业中。例如，为了修补动态随机存取存储器(“DRAM”)，使用激光脉冲来切断导电链路以使有故障的存储器单元从DRAM器件分离，然后激活冗余的存储器单元以替代有故障的存储器单元。因为需要去除链路的故障存储器单元的位置是随机的，所以需要被切断的链路的位置也是随机的。因此，在激光链路修补过程中，激光脉冲是以随机的脉冲间隔发出的。换而言之，激光脉冲是以变化范围很大的脉冲重复率(PRF)运行的，而不是以恒定的PRF运行的。对于获得更大产品产量的工业过程来说，激光脉冲是射向目标链路的，而不用停止激光束扫描机构。这种生产技术在工业上称作“忙碌的”(on-the-fly，OTF)链路加工。其它普通激光应用采用仅当需要时在随机的时刻射出的激光脉冲。

【0004】然而，虽然激光脉冲宽度随PRF的增加而增大，但每脉冲的激光能量是典型地随着PRF的增加而减小的，这些特征对Q开关固态激光器特别适用。虽然，许多激光应用根据需要要求随机时间位移的激光脉冲，但这些应用还要求每脉冲的激光能量和脉冲宽度基本保持为恒定。对于存储器或其它IC芯片上的链路加工，激光能量不足会导致链路切断不充分，而太大的激光能量会对钝化结构或硅衬底产生不可接受的损害。激光脉冲能量的可接受范围通常称作“加工窗”。对于许多实际的IC器件，加工窗要求激光脉冲能量的变化量小于选定的脉冲能量值的5％。

【0005】为了保证操作在“加工窗口”内，或者扩大加工窗口，已经实施了各种方法。例如，已经转让给本专利申请的受让人的题目为METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING AND EMPLOYINGA HIGH DENSITY OF EXCITED IONS IN A LASANT的美国专利第5,590,141号描述了具有激射工作物质的固态激光器，该激射工作物质表现出作为增加的PRF的函数的减小的脉冲能量减少，由此表现出更高的可用PRF。因此，这种激光器在其最大的PRF下工作时，能够产生更稳定的脉冲能量等级。

【0006】也已经转让给本专利申请的受让人的题目为SYSTEM ANDMETHOD FOR SELECTIVELY LASER PROCESSING A TARGETSTRUCTURE OF ONE OR MORE MATERIALS OF AMULTIMATERIAL，MULTILAYER DEVICE的美国专利第5,265,114号描述了使用诸如1320纳米(nm)的更长的激光波长来扩大链路加工窗口，以允许在处理过程中激光脉冲能量有更大的变化。

【0007】题目为LASER PUMP CONTROL FOR OUTPUT POWERSTABILIZATION的美国专利第5,226,051号描述了通过控制泵浦二极管的电流来使激光脉冲能量相等的技术。该技术在采用低于约25KHz或30KHz的激光PRF的实际应用中很适用。

【0008】以上描述的激光加工应用通常采用具有1047nm-1324nm波长的红外(“IR”)激光器，其在不超过约25至30KHz的PRF下运行。然而，产品需求正要求有更高的产量，所以激光器应该能够在高于约25KHz(诸如50-60KHz或更高)的PRF下工作。此外，许多激光加工应用是采用紫外(UV)能量波长(一般小于约400nm)改进的。这种UV波长可以通过将IR激光器置于模拟IR激光器的二次、三次或四次谐波的谐波产生过程来生成。不幸的是，由于谐波产生的性质，这种UV激光的脉冲到脉冲能量等级对PRF和激光脉冲间隔中的时间变化特别敏感。