KR101257029B1 - 다중 레이저 빔 스폿을 이용하는 반도체 구조 가공 - Google Patents

다중 레이저 빔 스폿을 이용하는 반도체 구조 가공 Download PDF

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Abstract

다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 전기 전도성 링크를 가공하기 위한 방법 및 시스템. 예컨대, 방법은 처리량 이익을 얻기 위하여 N 개(N≥2)의 레이저 펄스 시리즈를 사용한다. 링크는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 실질적으로 평행한 복수의 열 내에 배열되어 있다. N 개의 레이저 펄스 시리즈는 N 개의 각각의 빔 축을 따라 전파하다가 선택된 링크에 입사한다. 최종 레이저 스폿의 패턴은 N 개의 구별되는 열 내의 링크 상에, 동일 열 내의 구별되는 링크들 상에, 또는 동일한 링크 상에, 부분 중첩이거나 또는 완전 중첩이거나 중 하나로 만들어진다. 최종 레이저 스폿은 열의 길이방향으로 서로에 대해 오프셋되거나 또는 열의 길이방향과 수직인 방향으로 서로에 대해 오프셋되거나, 또는 둘 모두일 수 있다.

Description

다중 레이저 빔 스폿을 이용하는 반도체 구조 가공{SEMICONDUCTOR STRUCTURE PROCESSING USING MULTIPLE LASER BEAM SPOTS}
본 발명은, 일반적으로 반도체 집적 회로 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 반도체 집적 회로 상에 또는 내부에 구조를 가공하기 위한 레이저 빔의 사용에 관한 것이다.
본 출원은, 2004년 6월 18일 출원된 "다중-빔 반도체 링크 가공(Multiple-Beam Semiconductor Link Processing)"이라는 명칭의 미국 가출원 번호 제60/580,917호와, 2005년 2월 4일에 출원된 다음의 미국 특허 출원들, 즉 "축상 오프셋을 가진 다중의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laterally Spaced Laser Beam Spots with On-Axis Offset)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/051,265호; "다수의 블로우를 전달하는 다중의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 가공(Semiconductor Processing Using Multiple Laterally Spaced Laser Beam Spots Delivering Multiple Blows)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/051,262호; 결합 속도 프로파일을 이용해 다중의 측방향으로 이격된 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laterally Spaced Laser Beam Spots with Joint Velocity Progiling)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/052,014호; "동시에 전달되는 축상의 다중 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laser Beam Spots Spaced On-Axis Delivered Simultaneously)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/051,500호; "단일-블로우 처리량을 증가시키기 위하여 축상에서 간격을 가지고 떨어진 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laser Beam Spots Spaced On-Axis to Increase Single-Blow Throughput)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/052,000호; "인접하지 않는 구조들에 대하여 축상에서 간격을 가지고 떨어진 다중 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laser Beam Spots Spaced On-Axis on Non-Adjacent Structures)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/051,263호; "교차-축 오프셋을 가진 축상에서 간격을 가지고 떨어진 다중 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laser Beam Spots Spaced On-Axis with Cross-Axis Offset)"이라는 명칭의 출원 번호 제11/051,958호; "하나의 구조에 대하여 길이 방향으로 중첩하는 다중 레이저 빔 스폿들을 이용하는 반도체 구조 가공(Semiconductor Structure Processing Using Multiple Laser Beam Spots Overlapping Lengthwise on a Structure)"라는 명칭의 출원 번호 제11/051,261호를 기초로 우선권을 주장한다. 이들 선행 출원들은 그 전체가 본 명세서에 참고문헌으로서 포함된다.
IC(집적 회로)의 제조 프로세스 중에, IC에는 종종 다양한 이유로 결함이 발생된다. 이런 이유로, 통상적으로 예컨대 DRAM(dynamic random access memory), SRAM(static random access memory), 또는 임베디드 메모리와 같은 반도체 메모리 디바이스 내에 여분의 메모리 셀의 행 및 열과 같은 중복 회로 요소를 포함하도록 설계된다. 이러한 디바이스는 또한 상기 중복 회로 요소의 전기적 접점 사이에 특정한 레이저-절단가능 링크를 포함하도록 설계된다. 이러한 링크는, 예컨대 결함있는 메모리 셀의 연결을 끊고 교체 중복 셀을 대체하도록 하기 위하여 제거될 수 있다. 또한 유사한 기법이, 예컨대 게이트 어레이 또는 ASIC(application-specific integrated circuits)과 같은 로직 제품을 프로그램화하기 위해 또는 구성하기 위하여 링크를 절단하기 위하여도 사용될 수 있다. IC가 제조된 이후, 그 회로 요소들은 결함에 대해 검사되며, 결함의 위치가 데이터베이스 내에 기록될 수 있다. IC의 레이아웃과 그 회로 요소의 위치에 관한 위치 정보와 결합하여, IC를 유용한 것으로 만들기 위하여 선택된 링크를 제거할 수 있도록 레이저-기반 링크 가공 시스템이 사용될 수 있다.
레이저-절단가능 링크는 전형적으로 약 0.5 ~ 1 마이크론(㎛) 두께, 약 0.5 ~ 1 ㎛ 폭, 및 약 8 ㎛의 길이를 가진다. IC 내의 회로 요소 및 이에 따른 이들 요소간 링크는, 전형적으로 규칙적인 열과 같이 규칙적인 지형적 배열 형태로 배열되어 있다. 전형적인 링크의 열에서, 인접 링크간 중심-대-중심 피치는 약 2 ~ 3 ㎛이다. 이들 치수는 대표적인 것이며, 기술적인 진보에 의해 더 작은 형태의 작업대의 제조 및 더 큰 정밀도와 더 작은 집속된 레이저 빔 스폿을 가진 레이저 가 공 시스템의 제작이 가능함에 따라 감소된다. 비록 가장 널리 사용되는 링크 재료는 폴리실리콘 및 유사한 조성물이었으나, 메모리 제조자들은 근래에, 알루미늄, 구리, 골드 니켈, 티타늄, 텅스텐, 백금 뿐만 아니라 그 외 금속, 금속 합금, 티타늄 또는 탄탈륨 니트라이드와 같은 금속 니트라이드, 또는 텅스텐 실리사이드와 같은 금속 실리사이드, 또는 그 외 금속-유사 재료를, 비제한적으로, 포함할 수 있는 다양한 더욱 전도성있는 금속 링크 재료를 더 많이 사용하고 있다.
종래 레이저-기반 반도체 링크 가공 시스템은 각 링크에 약 4 내지 30 나노초(ns)의 펄스폭을 가지는 레이저 출력의 하나의 단일 펄스를 집속시킨다. 레이저 빔은 한 번에 하나 및 오직 하나의 링크만을 제거하기에 충분히 큰 풋프린트 또는 스폿 크기를 가지고 IC 상에 입사한다. 레이저 펄스가, 실리콘 기판 위에 배치된 그리고 전형적으로 2000 ~ 10,1000 옴스트롬(Å) 두께인 위의 보호 레이어 및 아래의 보호레이어를 포함하는 보호 레이어 스택의 성분 레이어들 사이에 위치된 폴리실리콘 또는 금속 링크에 충돌할 때, 실리콘 기판은 상대적으로 작은 비율의 적외선(IR) 방사량을 흡수하고 보호 레이어(실리콘 다이옥사이드 또는 실리콘 니트라이드)는 상대적으로 IR 방사에 대해 투명하다. 적외선(IR) 레이저 파장(예컨대 0.522 ㎛, 1.047 ㎛, 1.064 ㎛, 1.321 ㎛, 및 1.34 ㎛)은 회로 링크를 제거하는데 20년이상 사용되어 왔다.
현재의 반도체 링크 가공 시스템은 링크 제거를 위하여 하나의 작은 스폿으로 집속된 하나의 단일 레이저 펄스를 사용한다. 제거될 링크 뱅크는 전형적으로, 도 1에 도시된 예인 똑바른 열 형태로 웨이퍼 상에 배열된다. 열은 완전히 똑바를 필요는 없지만, 전형적으로 매우 똑바르다. 링크는, 온더플라이 런(on-the-fly run; OTF run)이라고도 지칭되는 링크 런(link run)(20) 내에서 시스템에 의하여 가공된다. 링크 런 동안에, 레이저 빔은 스테이지 위치지정기가 집속된 레이저 스폿 위치를 가로지르는 링크 열을 통과할 때 펄싱된다. 스테이지는 전형적으로 한 번에 하나의 단일 축을 따라 이동하며 또한 각 링크 위치에서 정지하지 않는다. 따라서 링크 런은 일반적으로 길이방향(도시된 바와 같이 페이지를 수평으로 가로지르는)으로 링크 열을 통과하는 가공이다. 더 나아가, 링크 런(120)의 길이 방향은 열을 구성하는 개별 링크들의 길이 방향에 대해 정확하게 수직일 필요는 없지만, 전형적으로는 대략적으로 수직이다. 링크 런(120) 내의 선택된 링크 상에의 충돌하는 것은 그 전파 경로가 하나의 축을 따르는 레이저 빔이다. 축이 작업대와 교차하는 위치는 레이저가 링크를 선택적으로 제거하기 위하여 펄싱하는 동안에 링크 런(120)을 따라 계속 전진한다. 레이저는 웨이퍼 및 광 구성부품이 펄스 에너지가 링크 상에 충돌할 상대 위치에 있을 때에 펄스를 방출하도록 트리거되고 링크를 절단한다. 링크 중 몇몇은 조사되지 않아 가공되지 않은 링크(140)로서 남으며, 한편 다른 링크는 조사되어 절단된 링크(150)로 된다.
도 2는 정적 광학 테이블(210) 아래의 XY 평면에서 웨이퍼(240)를 이동시킴으로써 스폿 위치를 조정하는 전형적인 링크 가공 시스템을 예시한다. 광학 테이블(210)은 레이저(220), 미러(225), 집속 렌즈(230) 및 가능하게는 그 외 다른 광학 하드웨어를 지지한다. 웨이퍼(240)는 이동 스테이지(260)에 의해 운반되는 척(250) 상에서 웨이퍼(240)를 위치시킴으로서 아래의 XY 평면 내에서 이동된다.
도 3은 웨이퍼(240)의 가공을 도시한다. 종래의 순차 링크 블로잉(link blowing) 프로세스는 XY 이동 스테이지(260)를 각각의 링크 런에 대하여 한 번씩 웨이퍼(240)를 가로질러 스캐닝하는 것을 필요로 한다. 웨이퍼(240)를 가로질러 앞 뒤로 반복적으로 스캐닝함으로써 완전한 웨이퍼 가공이 이루어진다. 기계는 전형적으로 모든 X-축 링크 런(270)(실선으로 도시됨)을 가공한 이후에 Y-축 링크 런(280)(점선으로 도시됨)을 가공하면서 앞뒤로 스캔한다. 이 예는 단순히 예시적인 것이다. 그 외의 링크 런 및 가공 양식의 구성들이 가능하다. 예컨대, 웨이퍼를 이동시키거나, 광학 레일에 의해, 또는 빔 편향을 통해 링크를 가공하는 것이 가능하다. 또한, 링크 뱅크 및 링크 런은 똑바른 열이 아닐 수도 있고 연속 이동에 의해 가공되지 않을 수 있다.
본 예에서, 링크 런을 수행하는데 소요되는 시간과 이에 따른 처리량에 영향을 미치는 일차적인 시스템 파라미터는 레이저 펄스 반복 빈도수(PRF: pulse repetition frequency) 및 스테이지 가속, 대역폭, 안정화 시간 및 명령된 스테이지 궤도와 같은 이동 스테이지 파라미터이다. 명령된 스테이지 궤도는 가속도 및 감속 세그먼트, 링크 뱅크의 등속 가공, 및 "갭 프로파일링" 즉 링크 런에서 가공될 링크들 사이의 큰 갭에 걸친 가속으로 구성된다. 지난 수년에 걸친 시스템 처리량에 대한 대부분의 진보는 일차적으로 스테이지 및 레이저 파라미터를 향상시키는 것에 집중되어 있었다. 이들 영역에서의 진보는 계속될 것이지만, 이들 파라미터와 관련된 실제적인 한계는 이를 큰 처리량 이득을 성취하기 어려운 방식으로 만든다.
예컨대 피크 스테이지 가속도를 증가시키는 것은 단지 제한된 처리량 진보를 제공할 뿐이다. 현재의 이동 스테이지는 1 내지 2 G 가속도로 300 mm(밀리미터)보다 큰 최대 필드 이동거리로 웨이퍼를 이동시키는 한편, 100 nm(나노미터)의 정도로 위치 정확도를 유지할 수 있다. 스테이지 가속도를 증가시키는 것은 추가적인 진동을 도입시키며 또한 열을 발생시키는데, 이 둘 모두 시스템 정확도를 감소시킬 수 있다. 위치 정확도를 감소시키지 않으면서 또는 시스템 풋프린트를 증가시키지 않으면서, 스테이지 가속도 및 대역폭을 크게 증가시키는 것은, 어렵고 비용이 많이 드는 공학적 시도이며, 이러한 노력의 이익은 단지 중간 정도의 것이다.
레이저 PRF를 증가시키고, 및 이에 따른 링크 런 속도를 증가시키는 것은 또한 많은 이유로 바람직하지 않다. 첫째, PRF를 증가시키는 것으로부터 초래되는 레이저 펄스에서의 유리하지 못한 변화가 존재한다. 주어진 레이저 캐비티(cavity)에 대하여, 인터-펄스 주기가 감소할수록 레이저 펄스폭은 증가한다. 이것은 몇몇 링크 구조에 대한 가공 효율을 감소시킬 수 있다. 더 높은 레이저 PRF는 또한 더 적은 에너지 안정성과 연관되며, 이것은 또한 가공 효율을 감소시킨다. 비록 작은 스폿 크기를 사용하는 링크 가공 시에는 통상적으로는 문제가 아니지만, 더 높은 레이저 PRF는 또한 더 낮은 펄스 전력을 초래할 수 있다.
높은 레이저 PRF는 또한 큰 링크 피치를 가지는 반도체 제품에 적용될 때 바람직하지 않다. 높은 PRF 및 큰 링크 피치의 결합은 매우 높은 스테이지 속도가 링크 가공에 사용될 것을 요구한다. 높은 스테이지 속도는 더 큰 스테이지 가속 및 감속을 요구하며 하나의 런에서 가공되지 않는 링크의 갭을 이용할 수 있는 기회를 감소시킨다. 이들 효과는 더 높은 링크 런 속도로부터의 처리량 향상의 일부를 감 소시킨다. 높은 스테이지 속도는 또한 정확도를 유지하기 위하여 레이저 펄스 발생을 트리거시킬 때 더 엄격한 타이밍 허용오차를 요구한다. 높은 스테이지 속도에서의 가공은 또한, 이들 속도가 최대 스테이지 또는 위치 피드백 센서 속도와 같은 특정 시스템 사양을 초과하는 경우에는 가능하지 않을 수 있다.
반도체 웨이퍼 상의 형상 크기의 계속적인 축소는 이들 웨이퍼를 가공하기 위한 증가된 수의 링크 및 링크 런을 초래하고, 웨이퍼 가공 시간을 더욱 증가시키지만, 반면에 스테이지 가속 성능 또는 레이저 PRF에서의 향상을 통하여 상당한 규모의 미래 시스템 처리량 향샹이 발생될 가능성이 없다.
일 실시예에 따라, 방법은 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 실질적으로 평행한 복수의 열로 배열된다. 상기 방법은 주어진 시간에 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 1 위치에서 입사하는 제 1 축을 가지는 제 1 전파 경로를 따라 제 1 레이저 빔을 전파시킨다. 상기 제 1 위치는 제 1 구조 열 내의 하나의 구조 상에 있거나 또는 상기 제 1 열 내의 2개의 인접한 구조 사이에 있거나 중 어느 하나이다. 상기 방법은 또한 상기 주어진 시간에 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 2 위치에서 입사하는 제 2 축을 가지는 제 2 전파 경로를 따라 제 2 레이저 빔을 전파시킨다. 상기 제 2 위치는 제 2 구조 열 내의 하나의 구조 상에 있거나 또는 상기 제 2 열 내의 2개의 인접한 구조 사이에 있거나 중 어느 하나이다. 상기 제 2 열은 상기 제 1 열과는 구별되고, 상기 제 2 위치는 상기 열들의 길이 방향에서 어느 정도 상기 제 1 위치로부터 오프셋되어 있다. 상기 방법은 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 실질적으로 동시에 상기 열의 길이 방향으로 이동시킴으로써, 각각 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 열 내의 구조들을 선택적으로 조사할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 전기 전도성 구조를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 실질적으로 평행한 복수의 열로 배열된다. 상기 시스템은 레이저 소스, 제 1 레이저 빔 전파 경로, 제 2 레이저 빔 전파 경로, 및 이동 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 소스는 적어도 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로는 주어진 시간에 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 1 위치에서 제 1 스폿에 입사하는 제 1 축을 가진다. 상기 제 1 위치는 제 1 구조 열 내의 하나의 구조 상에 있거나 또는 상기 제 1 열 내의 2개의 인접한 구조 사이에 있거나 중 어느 하나이다. 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로는 상기 주어진 시간에 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 2 위치에서 제 2 스폿에 입사하는 제 2 축을 가진다. 상기 제 2 위치는 제 2 구조 열 내의 하나의 구조 상에 있거나 또는 상기 제 2 열 내의 2개의 인접한 구조 사이에 있거나 중 어느 하나이다. 상기 제 2 열은 상기 제 1 열과는 구별되고, 상기 제 2 위치는 상기 열들의 길이 방향에서 어느 정도 상기 제 1 위치로부터 오프셋되어 있다. 상기 이동 스테이지는 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 실질적으로 동시에 상기 열의 길이 방향으로 이동시킴으로써, 각각 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 열 내의 구조들을 선택적으로 조사할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 방법은 다중 레이저 빔을 사용하여 선택적으로 조사될 복수의 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 가지는 반도체 기판을 가공한다. 상기 링크는 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 실질적으로 평행한 복수의 열로 배열된다. 상기 방법은 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 1 타겟 위치와 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 1 레이저 빔을 생성한다. 상기 방법은 또한 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 2 타겟 위치와 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 타겟 위치가 제 1 구조 열 내의 하나의 구조 상에 있을 때, 상기 제 2 타겟 위치가 상기 제 1 열로부터 구별되는 제 2 열 내의 하나의 구조 상에 있거나 또는 상기 제 2 열 내의 2개의 인접한 구조 사이에 있도록, 상기 제 2 타겟 위치는 어느 정도 상기 열들의 길이 방향에 수직한 방향 내에서 상기 제 1 타겟 위치로부터 오프셋되어 있다. 상기 방법은 상기 반도체 기판을 상기 구조 열들에 대해 대략적으로 평행한 방향으로 상기 제 1 및 제 2 레이저 축에 대하여 이동시킴으로써, 상기 제 1 열 내의 선택된 구조를 제1 시간 동안 조사하기 위하여 상기 제 1 열에 따라 상기 제 1 타겟 위치를 통과시킬 수 있게 하고, 또한 상기 제 2 열을 따라 상기 제 1 타겟 위치의 이전 통과 동안에 상기 제 1 레이저 빔에 의하여 이전에 조사된 구조를 제 2 시간 동안에 조사하기 위하여 상기 제 2 열을 따라 상기 제 2 타겟 위치를 동시에 통과시킬 수 있게 한다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 다중 레이저 빔을 사용하여 선택적으로 조사될 복수의 전기 전도성 구조를 가지는 반도체 기판을 가공한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 실질적으로 평행한 복수의 열로 배열된다. 상기 시스템은 레이저 소스, 제 1 레이저 빔 전파 경로, 제 2 레이저 빔 전파 경로, 및 이동 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 소스는 적어도 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로는 상기 레이저 소스로부터 상기 반도체 기판으로 가며 또한 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 1 타겟 위치와 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로는 상기 레이저 소스로부터 상기 반도체 기판으로 가며 또한 상기 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 제 2 타겟 위치와 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 1 타겟 위치가 제 1 구조 열 내의 하나의 구조 상에 있을 때, 상기 제 2 타겟 위치가 상기 제 1 열로부터 구별되는 제 2 열 내의 하나의 구조 상에 있거나 또는 상기 제 2 열 내의 2개의 인접한 구조 사이에 있도록, 상기 제 2 타겟 위치는 어느 정도 상기 열들의 길이 방향에 수직한 방향 내에서 상기 제 1 타겟 위치로부터 오프셋되어 있다. 상기 이동 스테이지는 상기 반도체 기판을 상기 구조 열들에 대해 대략적으로 평행한 방향으로 상기 제 1 및 제 2 레이저 축에 대하여 이동시킴으로써, 상기 제 1 열 내의 선택된 구조를 제1 시간 동안 조사하기 위하여 상기 제 1 열에 따라 상기 제 1 타겟 위치를 통과시킬 수 있게 하고, 또한 상기 제 2 열을 따라 상기 제 1 타겟 위치의 이전 통과 동안에 상기 제 1 레이저 빔에 의하여 이전에 조사된 구조를 제 2 시간 동안에 조사하기 위하여 상기 제 2 열을 따라 상기 제 2 타겟 위치를 동시에 통과시킬 수 있게 한다.
다른 실시예에 따라, 방법은 처리량 이익을 얻기 위하여 N개(N≥2)의 레이저 펄스 시리즈를 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 가공하는데 사용된다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 실질적으로 평행한 복수의 열로 배열된다. 상기 N 개의 레이저 펄스 시리즈는 N 개의 각각의 구별되는 열 내의 선택된 구조에 입사할 때까지 N 개의 각각의 빔 축을 따라 전파한다. 상기 방법은 각각의 N 개의 레이저 펄스 시리즈를 사용하여 상기 N 개의 열 내의 구조를 가공할 수 있도록 상기 반도체 기판에 대하여 실질적으로 동시에 상기 N 개의 레이저 빔 축을 길이 방향으로 동시에 이동시키기 위한 결합 속도 프로파일을 결정하며, 상기 결합 속도 프로파일에 의해 상기 결합 속도 프로파일이 상기 N 개의 레이저 펄스 시리즈의 각각에 대하여 및 상기 N 개의 레이저 펄스 시리즈를 사용하여 가공되는 상기 각각의 N 개의 구조 열의 각각에 대하여 적합한 속도를 나타내는 것을 보장하면서 상기 처리량 이익이 달성될 수 있게 한다.
다른 실시예에 따라, 반도체 기판은 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 복수의 열로 배열된 복수의 구조를 포함한다. 상기 구조의 하나 이상의 성질은 조사(irradiation)에 의하여 변경될 수 있다. 각각의 열은 갭에 의하여 분리된 하나 이상의 구조 뱅크를 구비한다. 동일 뱅크 내의 인접한 구조는 대략적으로 일정한 피치에 의해 서로 간격을 가지고 떨어져 있다. 적어도 N(N≥2) 개의 이러한 열은, 상기 N 개의 열이 동일한 피치를 가진 정렬된 하나 이상의 뱅크 세트 또는 대략적으로 동일한 이격 구조를 가지도록 구성 및 배열되고 상기 정렬된 뱅크 구조가 상기 N 개의 열을 따라 상기 길이 방향으로 실질적으로 정렬되어 있도록 위치된다. 이에 의해, 상기 반도체 기판은 N 개의 각각의 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 N 개의 각각의 전파 축을 가지는 N 개의 각각의 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파하는 N 개의 레이저 빔의 사용에 의하여 향상된 처리량을 가지고 조사 가공될 수 있다. 각각의 스폿은 상기 N 개의 열의 상기 정렬된 뱅크 내의 각각의 구조 상에 동시에 입사함으로써, 상기 N 개의 레이저 스폿은 상기 뱅크의 구조가 선택적으로 조사될 때 대략적으로 동시에 상기 N 개의 열의 상기 길이 방향을 따라 이동할 수 있게 한다.
다른 실시예에 따라, 방법은 복수의 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 방법은 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 1 레이저 빔 및 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 방법은 상기 열 내의 구별되는 제 1 및 제 2 구조 상으로 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 보낸다. 상기 방법은, 하나 이상의 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 동시에 사용하여 상기 열 내의 구조들을 선택적으로 조사할 수 있도록, 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 복수의 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 시스템은 레이저 소스, 제 1 레이저 빔 전파 경로, 제 2 레이저 빔 전파 경로, 및 이동 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 소스는 적어도 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향해 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로는 제 1 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 2 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향해 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로는 제 2 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 1 스폿 및 상기 제 2 스폿은 상기 열 내의 구별되는 제 1 및 제 2 구조에 동시에 충돌한다. 상기 이동 스테이지는, 하나 이상의 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 동시에 사용하여 상기 열 내의 구조들을 선택적으로 조사할 수 있도록, 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다.
다른 실시예에 따라, 방법은 복수의 펄스 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 방법은 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 1 펄스 레이저 빔 및 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 2 펄스 레이저 빔을 생성한다. 상기 방법은, 구조 당 하나의 단일 레이저 펄스를 가지고 상기 구조의 조사를 완료하기 위하여, 상기 열 내의 구별되는 제 1 및 제 2 구조 상으로 상기 제 1 및 제 2 펄스 레이저 빔으로부터의 각각의 제 1 및 제 2 펄스를 보낸다. 상기 방법은, 상기 제 1 또는 상기 제 2 레이저 빔 중 어느 하나를 사용하여 상기 열의 구조를 선택적으로 조사할 수 있도록, 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다. 상기 이동 단계는 만약 상기 열 내의 구조를 조사하기 위하여 하나의 단일 레이저 빔이 이용되는 경우 발생하는 것보다 더 큰 속도를 야기한다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 복수의 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 시스템은 레이저 소스, 제 1 레이저 빔 전파 경로, 제 2 레이저 빔 전파 경로, 및 이동 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 소스는 적어도 제 1 펄스 레이저 빔 및 제 2 펄스 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향하여 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로는 제 1 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 2 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향하여 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로는 제 2 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 1 스폿 및 상기 제 2 스폿은 상기 열 내에서 구별되는 제 1 및 제 2 구조 상에 충돌한다. 상기 이동 스테이지는, 하나 이상의 레이저 빔 펄스에 의하여 상기 열 내의 임의의 구조가 조사되지 않도록 상기 제 1 또는 제 2 레이저 펄스 빔 중 어느 하나를 가지고 상기 열 내의 구조를 선택적으로 조사하기 위하여, 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다. 상기 이동 스테이지는 만약 상기 열 내의 구조를 조사하기 위하여 하나의 단일 레이저 빔만이 이용되는 경우에 요구되어질 것보다 더 짧은 시간 내에 상기 열의 길이를 횡단한다.
다른 실시예에 따라, 방법은 복수의 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 방법은 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 1 레이저 빔 및 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 방법은, 상기 열 내의 인접하지 않은 제 1 및 제 2 구조 상으로 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 보낸다. 상기 방법은 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 상기 열을 따라 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 복수의 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 시스템은 레이저 소스, 제 1 레이저 빔 전파 경로, 제 2 레이저 빔 전파 경로, 및 이동 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 소스는 적어도 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향하여 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로는 제 1 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 2 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향하여 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로는 제 2 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 1 스폿 및 상기 제 2 스폿은 상기 열 내에서 인접되지 않은 제 1 및 제 2 구조 상에 충돌한다. 상기 이동 스테이지는 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다.
다른 실시예에 따라, 방법은 복수의 펄스 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 방법은 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 1 레이저 빔 및 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 방법은, 상기 열 내의 구별되는 제 1 및 제 2 구조 상으로 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 보낸다. 상기 제 2 스폿은 상기 열의 상기 길이 방향에 대해 수직한 방향으로 어느 정도 상기 제 1 스폿으로부터 오프셋된다. 상기 방법은 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 상기 열을 따라 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 복수의 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조를 선택적으로 조사한다. 상기 구조는 일반적으로 길이 방향으로 연장하는 하나의 열 내에 배열된다. 상기 시스템은 레이저 소스, 제 1 레이저 빔 전파 경로, 제 2 레이저 빔 전파 경로, 및 이동 스테이지를 포함한다. 상기 레이저 소스는 적어도 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 생성한다. 상기 제 1 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향하여 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 1 레이저 빔 전파 경로는 제 1 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 1 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 2 레이저 빔은 상기 반도체 기판을 향하여 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로를 따라 전파한다. 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로는 제 2 스폿에서 상기 반도체 기판과 교차하는 제 2 레이저 빔 축을 가진다. 상기 제 1 스폿 및 상기 제 2 스폿은 상기 열 내에서 구별되는 제 1 및 제 2 구조 상에 충돌한다. 상기 제 1 및 제 2 스폿은 상기 열의 상기 길이 방향으로 수직한 방향에서 어느 정도의 거리 만큼 분리된다. 상기 이동 스테이지는 상기 열의 상기 길이 방향과 실질적으로 평행한 방향으로 실질적으로 동시에 상기 반도체 기판에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 이동시킨다.
다른 실시예에 따라, 방법은 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 선택된 구조(예컨대 전기 전도성 링크)를 가공하기 위하여 레이저 펄스를 사용한다. 상기 구조는 표면, 폭, 및 길이를 가진다. 상기 레이저 펄스는, 상기 레이저 펄스가 상기 선택된 구조를 조사할 때, 상기 기판에 대하여 스캔 빔 경로를 따라 이동하는 축을 따라 전파한다. 상기 방법은 구별되는 제 1 및 제 2 위치에서 상기 선택된 구조를 교차하는 각각의 제 1 및 제 2 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 1 및 제 2 레이저 빔 펄스를 상기 선택된 구조에 대하여 동시에 생성시킨다. 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 펄스는 각각의 제 1 및 제 2 빔 스폿에서 상기 선택된 구조의 상기 표면 상에 충돌한다. 각각의 빔 스폿은 상기 선택된 구조의 적어도 상기 폭을 에워싼다. 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿은, 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿 둘 모두에 의하여 덮히는 하나의 중첩 영역 또는 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿 중 하나 또는 둘 모두에 의해 덮히는 총 영역(total region)을 한정하기 위하여 상기 선택된 구조의 상기 길이를 따라 서로에 대해 공간적으로 오프셋된다. 상기 총 영역은 상기 제 1 빔 스폿보다 더 크며 또는 상기 제 2 빔 스폿보다 더 크다. 상기 방법은, 상기 총 영역의 적어도 일부 내에 상기 구조의 상기 폭을 가로질러 상기 선택된 구조의 완전한 깊이방향 가공을 야기하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔의 각각의 제 1 및 제 2 에너지 값을 설정한다.
다른 실시예에 따라, 시스템은 펄스 레이저와 상기 펄스 레이저로부터의 조사에 의하여 가공될 수 있는 구조를 함유하는 반도체 기판 상의 구별되는 제 1 및 제 2 위치를 향해 상기 펄스 레이저로부터 연장하는 제 1 및 제 2 레이저 빔 전파 경로를 포함한다. 상기 구조는 표면, 폭, 및 길이를 가진다. 하나의 펄스 동안에, 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿은, 각각의 빔 스폿이 상기 구조의 적어도 상기 폭을 에워싸도록, 상기 구조 상의 구별되는 제 1 및 제 2 위치 상에 충돌한다. 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿은, 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿 둘 모두에 의하여 덮히는 하나의 중첩 영역 또는 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿 중 하나 또는 둘 모두에 의해 덮히는 총 영역을 한정하기 위하여 상기 구조의 상기 길이를 따라 서로에 대해 공간적으로 오프셋된다. 상기 총 영역은 상기 제 1 빔 스폿보다 더 크며 또는 상기 제 2 빔 스폿보다 더 크다. 상기 펄스는, 상기 총 영역의 적어도 일부 내에 상기 구조의 상기 폭을 가로질러 상기 선택된 빔 스폿의 완전한 깊이방향 가공을 야기하기 위한 각각의 에너지를 가지고 상기 제 1 및 제 2 빔 스폿을 조사한다.
본 명세서에서 사용되는 경우, 용어 "상에(on)"은 단순히 직접적으로 그 위에 붙어 있는 것 뿐만 아니라, 부분적으로 또는 전체적으로, 어떤 방식으로든, 상부에, 위에, 너머에 또는 덮는 것을 의미하며; "실질적으로(substantally)"란 약 또는 대략적으로를 의미하되 높은 정도의 근접성을 의미하지는 않는 넓은 의미의 용어이며; 또한 "인접하는(adjacent)"이란 물리적인 접촉을 내포하지 않으면서도 옆 또는 시리즈 내에서 그 다음을 의미한다(예컨대 알파벳에서 문자 "F"는 "G"에 인접하며 "H"에는 인접하지 않는다).
특정 실시예의 구성과 동작에 관한 추가적인 세부사항은 아래에 나열된 도면들을 참조하는 이후 부분에서 제공된다.
도 1은 뱅크의 길이 방향을 따라 스캐닝하는 레이저 스폿을 사용하여 선택적으로 조사되는 링크 열 또는 뱅크의 도면.
도 2는 링크 가공 시스템의 도면.
도 3은 반도체 웨이퍼 상의 링크 런을 예시하는 도면.
도 4는 하나의 단일 링크 런의 속도 프로파일 도면.
도 5는 다양한 실시예에 따른, 다양한 2-스폿 배열을 예시하는 도면.
도 6은 서로에 대한 관계에서 2개의 링크 열의 2개의 서로 다른 경우를 예시하는 도면.
도 7은 일 실시예에 따른, 도 6의 2개의 경우를 가공하는 2개의 측방향으로 간격을 가지고 떨어져 있는 레이저 스폿을 예시하는 도면.
도 8은 2개의 실시예에 따른, 레이저 스폿의 축상(on-axis) 배열의 2-스폿 및 3-스폿 예를 예시하는 도면.
도 9는 일 실시예에 따른, 한번의 통과로 하나의 열을 가공하기 위한 레이저 스폿의 2-스폿 축상 배열을 예시하는 도면.
도 10은 일 실시예에 따른, 두번의 통과로 하나의 열을 가공하기 위한 레이저 스폿의 2-스폿 축상 배열을 예시하는 도면.
도 11 및 도 12는 일 실시예에 따른, 측 방향으로 상대적 조정을 통하여 2개의 2개의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 레이저 스폿을 예시하는 도면.
도 13은 일 실시예에 따른, 축상 및 횡축(cross-axis) 간격 둘 모두를 가지는 4-스폿 배열의 2개의 경우를 예시하는 도면.
도 14는 일 실시예에 따른, 레이저 펄스 전력 대 시간의 그래프 세트.
도 15는 일 실시예에 따른, 다중-스폿 레이저 가공 시스템의 블록도.
도 16은 일 실시예에 따른, 2-스폿 레이저 가공 시스템의 블록도.
도 17 내지 도 24는 여러 실시예에 따른, 2-스폿 레이저 가공 시스템의 다양한 구현예 도면.
도 25는 일 실시예에 따른, 다중 레이저 빔을 결합하기 위한 시스템의 도면.
도 26은 일 실시예에 따른, 다중 레이저 빔을 생성하기 위한 시스템의 도면.
도 27은 일 실시예에 따른, 다중-렌즈 레이저 가공 시스템의 도면.
도 28은 일 실시예에 따른, 에러 정정 성능을 가진 2-스폿 레이저 가공 시스템의 도면.
도 29는 일 실시예에 따른, 독립적인 빔 조정을 가지는 2-스폿 레이저 가공 시스템의 도면.
도 30은 일 실시예에 따른, 에너지 눈금조정 성능을 가진 2-스폿 레이저 가공 시스템의 도면.
도 31은 일 실시예에 따른, 위치 눈금조정 성능을 가진 2-스폿 레이저 가공 시스템의 도면.
도 32는 일 실시예에 따른, 하나의 눈금조정 타겟 및 2개의 레이저 스폿을 예시하는 도면.
위에 나열된 도면을 참조하여, 이 부분은 특정 실시예들과 그 상세한 구성 및 동작을 기술한다. 아래에 개시되는 원리, 방법, 시스템은 임의의 목적을 위하여 레이저 조사를 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 임의의 구조를 가공하는 일반적인 적용가능성을 가진다. 비록 아래에 이어지는 예 및 실시예들이 IC(예컨대 메모리 디바이스, 로직 디바이스, 광학적 또는 LED를 포함하는 광전자공학적 디바이스, 및 마이크로파 또는 RF 디바이스) 상에 또는 안에 있는 레이저-절단가능 링 크인 구조들의 맥락에서 기술되지만, 레이저-절단가능 링크 이외의 다른 구조들도 동일 또는 유사한 방식으로 가공될 수 있고, 또한 본 명세서에서 제공되는 교시는 다른 종류의 구조, 예컨대 레이저 조사의 결과 전도성으로 되는 전기 구조, 다른 전기 구조, 광 또는 전기-광학 구조, 및 기계 또는 전기-기계적 구조{예컨대 MEMS (mincro electo-mechanical structures) 또는 MOEMS (mincro opto-electo-mechanical structures)}의 레이저 가공에도 동등하게 적용가능하다. 조사(irradiation)의 목적은 구조 또는 그 재료를 절단, 쪼개기, 제조, 가열, 변경, 확산, 어닐, 또는 측정하려는 것일 수 있다. 예컨대, 레이저 조사는 구조의 재료에서의 상태 변화를 유도하거나, 도펀트의 인입을 야기하거나, 또는 자기적인 성질을 변경하거나 할 수 있으며 - 이들 중 임의의 것은 전기 회로 또는 그 외 구조를 연결, 연결해제, 튜닝, 수정, 또는 보수하는데 사용될 수 있다.
본 개시를 참조하여 본 기술 분야의 기술자가 이해하게 될 바와 같이, 특정 실시예는, 다음의 일부 또는 모두를 포함해서 공지 기술 이상의 일정 이점을 달성할 수 있다. 즉 (1) 가능하게는 곱셈 인자에 의하여, 예컨대 2, 3, 4 등등의 인자만큼, 처리량을 증가; (2) 제조 설비에서 링크 가공 장비에 필요한 작업장 공간을 감소; (3) 정렬 타겟을 스캐닝하는 것 및 링크 가공을 완료하는 것 사이에 경과되는 시간을 감소시킴으로써, (a) 반도체 가공 시스템의 부품 및 구조의 열적 드리프트에 드는 시간을 짧게 허용함으로써 향상된 시스템 정확도를 야기하고, (b) 더 큰 웨이퍼 가공 필드를 가능하게 함으로써 더 긴 링크 런 및 추가적인 처리량 향상을 야기하며, 또한 (c) 열적 이동이 검출될 때 또는 각자의 이전 스캔 이후 경과되는 시간이 너무 길게 될 때 정렬 타겟의 재 스캐닝을 덜 자주 허용함으로써, 정밀한 링크 가공에 필요한 동작의 횟수를 감소시켜 처리량을 더 향상시키고; (4) XY 스테이지 가속도 및 레이저 펄스 반복 빈도수와 같은 몇몇 현존 시스템 파라미터의 유리한 이완을 허용하면서도, 한편으로는 여전히 현존 링크 가공 시스템보다 빠르게 또는 동등한 속도로 웨이퍼를 가공하게 한다. 후자의 장점의 일 예로서, 스테이지 가속도를 낮추는 요구조건은 시스템 환경으로 방출되는 열 에너지를 감소시킬 수 있어, 웨이퍼 가공 동안에 발생하는 열 이동을 감소시키며; 더 낮은 가속도는 또한 시스템 공진 및 진동의 여기를 감소시킴으로써 정밀도를 향상시켜, 결과적으로 더 원활하고, 더 부드럽고, 더욱 안정한 시스템 동작을 야기하며; 이동 스테이지는 또한 더 낮은 비용의, 바람직한 기계 구성을 가지며, 더욱 단순한 것으로 선택될 수 있고, 또한 만약 감소된 가속도가 수용될 수 있다면 보조 냉각 시스템이 필요 없다. 또 다른 예로서, 더 낮은 PRF를 가지는 레이저 소스가 가공에 사용될 수 있다면; 더 낮은 PRF 레이저는 더 빠른 상승 시간, 향상된 펄스 안정성, 증가된 피크 펄스 전력, 및 더 짧은 펄스폭과 같은 향상된 펄스 성질을 가지며; 더 낮은 PRF 레이저는 또한 더 저렴할 뿐만 아니라 더 작은 열을 생성하는 더 작은 전원 공급기와 함께 동작가능할 것이다.
I. 링크 런 가공 시간의 분석
전형적인 DRAM 웨이퍼의 수리로부터의 측정은 링크 런을 수행하는데 드는 시간이 웨이퍼 가공 시간의 대부분을 차지한다는 것을 보여준다. 총 가공 시간의 대략 85%는 링크 런을 수행하는데 소비될 수 있고, 나머지 15%는 한 링크 런의 종료 지점으로부터 다음 링크 런의 시작 지점으로 절단 레이저를 이동시키기 위하여 웨이퍼를 이동시키는 것, 정렬, 집속, 및 계산 오버헤드와 같은 오버헤드 태스크를 수행하는데 소비된다. 링크 가공 시간의 주요 부분이 전형적으로 링크 런을 수행하는데 소비되기 때문에, 웨이퍼 가공 시간의 상당한 감소는 링크 런을 수행하는데 소비되는 시간을 감소시킴으로써 초래될 수 있다.
도 4는 링크 런(420)의 가공에 대응하는 링크 런 속도 프로파일(410)을 예시한다. 본 명세서에서 사용되는 바, 용어 "속도 프로파일(velocity profile)"은 시간의 경과 또는 거리 간격에 걸친 시간 또는 거리 간격의 함수로서 속도를 의미한다. 링크 런 수행은 다수의 서로 다른 동작들로 이루어진다. 좁은 피치 간격(예컨대 동일 뱅크 내의 인접 링크간 중심-대-중심 거리)을 가지는 링크 뱅크(430)를 가공하는 동안, 레이저 빔 축은 거의 등속(440)으로 웨이퍼에 대해 전진한다.
주목할 점은, 비록 도 4가 등속도(440)는 링크 런(420) 내의 각 링크 뱅크(430)에 대하여 동일한 예를 보여주고 있으나, 동일한 링크 런 내에서 뱅크 마다 피치 간격이 서로 다른 경우와 같이, 서로 다른 링크 뱅크(430)는 서로 다른 등속도를 가지는 것이 가능하다. 하나의 링크 런 내의 연속적인 링크들 사이에 큰 갭(450)이 있는 경우, 시스템은 짧은 시간에 갭(450)을 지나가기 위하여 가속하며 그후 갭의 종료지점 근처에서 감속하여 다시 정상 속도에 이르게 된다. 이러한 가속 및 감속은 링크 속도 프로파일(410)에서의 갭 프로파일(460)을 초래한다. 링크 런의 시작지점에서, 시스템은 안정화 기간(480)에 이은 휴식 위치로부터 초기 가속(470)을 경험하게 된다. 링크 런의 종료지점에서, 시스템은 0의 속도로 낮아지도 록 하는 감속(490)을 다시 경험하게 된다. 따라서 시스템이 링크 런의 수행 동안에 수행하는 전형적인 동작은, 등속도까지 스테이지를 램핑 업하는 단계, 안정화 단계, 등속도로 링크를 가공하는 단계, 임의의 큰 갭에 걸쳐 가속하는 단계(갭 프로파일 단계), 및 런의 종료지점에서 0의 속도까지 램핑 다운하는 단계를 포함한다. 도 4는 링크 런 축상 속도에서의 이들 동작의 효과를 예시한다. 주목할 점은, 비록 링크 런(420)이 공동-라인 상의 링크 뱅크를 통과하는 직선으로서 도시되었으나, 직선이 아닌 링크 뱅크에 대해서도 가능하다는 것이다. 이때 링크 런(420)은 또한 측방향 위치 명령을 포함할 수 있다.
링크 런 수행 시간의 감소에 대한 시스템 향상의 관찰은 아래의 단순화된 처리량 예측 모델로부터 명백하다. 상기 모델은 링크 런 수행에 필요한 시간을 대략적으로 표시한다. 상기 모델은 이동 프로파일 단계와 같은 모든 시스템 거동을 완전히 모델링하지 않기 때문에 절대적인 시간 예측에 있어 정확하지 않지만; 그러나 서로 다른 가공 파라미터의 변화의 상대적인 영향은 정확하다. 이 모델에 따라, 링크를 가공하는데 필요한 시간은 다음 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112006093091811-pct00001
수학식 1에서,
Figure 112006093091811-pct00002
은 총 링크 런 수행 시간이고
Figure 112006093091811-pct00003
은 링크 런의 총 수이다. 괄호 내의 항들은 3개의 범주, 즉 (1) 등속도로 모든 링크 런을 지나는데 소비되는 시간, (2) 링크 런 동안 가속하고, 안정화하고 및 감속하는데 소비되는 시간, 및 (3) 갭 프로파일 단계에 의해 절약되는 시간으로 묶일 수 있다.
등속도에서 하나의 링크 런 상에서 소비되는 평균 시간은
Figure 112006093091811-pct00004
즉 평균 링크런 거리 및
Figure 112006093091811-pct00005
즉 평균 링크 런 속도에 의하여 기술된다. 이 속도는 전형적으로
Figure 112006093091811-pct00006
인데, 여기서
Figure 112006093091811-pct00007
는 기본적인 링크 피치 간격이며
Figure 112006093091811-pct00008
은 레이저 RPF이다.
일정한 링크 런 속도에 관련된 수학식 1의 항을 재배열하면, 등속도에서 소비되는 총 시간은
Figure 112006093091811-pct00009
임을 알 수 있다. 이것은 다음과 같이 재기술 될 수 있다. 즉, 이 등속도에서 링크 런을 가공하는데 요구되는 총 시간은 링크 런 속도에 의해 나누어진 총 링크 런 거리
Figure 112006093091811-pct00010
이다.
단순화된 처리량 모델에 있어서, 링크 런 속도로 가속하거나 또는 링크 런 속도로부터 감속하는데 필요한 시간은
Figure 112006093091811-pct00011
이며, 여기서
Figure 112006093091811-pct00012
는 스테이지 가속도이고, 또한 링크를 가공하기 전에 가속 단계의 종료지점에서 소요되는데 필요한 추가적인 시간은
Figure 112006093091811-pct00013
로 표시된 안정화 시간이다. 실제 구현예에서, 하프-사인형 또는 사다리형 프로파일과 같은 더 복잡한 가속 및 감소 프로파일이 사용된다.
수학식 1의 마지막 항, 즉
Figure 112006093091811-pct00014
은 갭 프로파일 단계에 의하여 링크 런에 대해 절약되는 평균 시간의 분량이다. 갭 프로파일 단계 동작은 등속도에서 필요하게 될 시간보다 더 짧은 시간에 2개의 링크 사이를 지나가기 위한 가속 단계, 감속 단계, 및 안정화 단계를 포함한다. 이 항의 이 크기는 링크 사이의 큰 갭의 양과 간격, 스테이지의 가속 성능, 안정화 시간, 및 링크 런 속도에 종속한다. 더 큰 시간 절약은 링크 런 내에 많은 큰 갭과 작은 링크 피치를 가지며, 이에 따라 더 낮은 링크 런 속도를 가지는 제품으로 귀결된다.
3개 항의 상대적인 크기는 서로 다른 시스템 변화의 중요성에 대한 추가 통찰을 제공한다. 링크 런의 시작지점 및 종료 지점에서 가속하고 감속하는데 소비되는 시간은 링크 런에 대해 소비되는 시간의 대략 1.5%이다. 갭 프로파일 단계에서 절약되는 시간은 등속도로 링크 런을 횡단하는데 요구될 시간의 대략 50%이다. 이들 숫자는 서로 다른 종류의 웨이퍼에 대하여 크게 변동한다. 링크들 사이에 거의 또는 아무런 큰 갭을 가지지 않은 작업대는 갭 프로파일 단계에 의하여 어떠한 이익도 받지 않을 것이다. 다른 한편, 희박하거나 무작위한 링크 레이아웃을 가진 제품은 갭 프로파일 단계로부터 더 큰 이익을 받는다.
II. 일반적인 평행관계
하나의 웨이퍼 표면 상에 다수의 레이저 스폿을 생성함에 의한, 그리고 아마도 독립적으로 제어함에 의한 평행한 링크 가공은 극적으로 시스템 처리량을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에서, 2개의 집속된 레이저 스폿의 사용은 2개의 링크 열을 가공하는 것으로 귀결되도록 렌즈들 아래에서 웨이퍼가 한번만 물리적으로 통과하는 것을 허용한다. 수학식 1은, 다중의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 링크 런들을 동시에 가공할 때, 링크 런 수행 시간은 스폿의 수에 의하여 나누어진다는 것을 보여준다. 2 스폿 시스템에 있어서, XY 스테이지는
Figure 112006093091811-pct00015
번 웨이퍼를 횡단하는 것이 필요 할 뿐이다. 스테이지가 이동하여야만 하는 총 링크 런 거리는 2로 나누어지며, 각각의 링크 런의 시작지점 및 종료지점에서 가속, 감소 및 안정화 이벤트의 수도 역시 2로 나누어진다. 비록 갭 프로파일 단계 시간 절약이 링크 레이아웃에 따라 2로 접근하는 수에 의하여 나누어질 수 있으나, 순수한 결과는 2개의 측방향으로 일정한 간격으로 떨어져 있는 스폿을 가진 레이저 시스템이 링크 런 수행 시간의 대략 절반을 요구한다는 것이다.
다중 스폿 시스템으로부터 초래되는 처리량 향상은 하나의 단일 스폿 시스템에서 이동 스테이지 효율 및 레이저 PRF에 대한 향상을 통하여 성취될 수 있는 것보다 훨씬 더 크다. 덧붙여서, 이들 처리량 향상은 레이저 및 이동 스테이지를 더 높은 효율로 압박하는 바람직하지 않은 어떠한 결과 없이도 발생한다.
다중 스폿 가공은, 레이저 펄스가 서로 다른 측방향(횡축) 간격을 가진 링크에 전달되는 것, 서로 다른 축상 간격, 서로 다른 축상 및 횡축 간격, 또는 링크 간격에 있어서 차이가 없음과 같이, 많은 서로 다른 형태를 취할 수 있다. 이들 서로 다른 구성들 각각은 서로 다른 처리량 및 가공 장점을 제공하며 도 5를 참조하여 다음에서 더 상세하게 설명된다.
도 5는 2개의 레이저 스폿의 가능한 간격들 중 몇몇을 가지고 가공되고 있는 링크를 도시한다. 2개의 레이저 스폿은 도면에서 "A" 및 "B"로 표시되어 있다. 측방향(또는 횡축)으로 간격을 가지고 떨어져 있는 배열에서, 스폿 A는 하나의 뱅크(510) 하나의 하나의 링크 상에 있으며, 한편 스폿 B는 상이한, 전형적으로 평행한, 뱅크(520) 내의 하나의 대응하는 링크 상에 오프셋되어 있다. 스폿 A 및 스폿 B가, 도 5에 도시된 바와 같이, 링크 런(510 및 520)을 수평으로 가로질러 동시에 바람직하게 전진하기 때문에, 2개의 스폿은 스폿 이동의 방향에 대하여 횡축 방향으로 서로에 대해 변위된다고 말해질 수 있다. 비록 우리는 스폿 A 및 스폿 B 가 각자의 각각의 링크 뱅크를 따라 전진하다고 말할지라도, 이것은 언어적인 간단한 전달방식이다. 더 정확하게는, 레이저 빔이 온되면 하나의 스폿이 하나의 레이저 빔으로부터 초래된다. 펄스 레이저 빔과 같은 단속적인 레이저 빔의 경우에 있어서, IC 작업대의 최종 스폿은 레이저 빔이 턴 온 및 턴 오프됨에 따라 생겼다 사라졌다 한다. 그러나 레이저 빔은 전파 축을 따라 전파하며, 이 축은 빔이 온되었는지 아닌지 간에 항상 존재한다. 따라서 정확하게 말하면, 레이저 빔 축은 링크 런을 따라 이동한다. 링크 런 동안의 임의의 주어진 시간에, 상기 축은 하나의 링크 상에서 또는 2개의 인접하는 링크들 사이에서 중 어느 하나에서 IC 작업대와 교차한다. 레이저 빔 축이 제거하기 위해 선택되었던 링크와 교차할 때, 레이저 빔이 이 링크를 절단하도록 전력이 제공된다. 레이저 축이 규칙적으로 간격을 가지고 떨어져 있는 (대략적으로 균일한 피치를 가진) 링크들의 뱅크를 따라 이동하고 있을 때, 레이저 빔은 축의 링크 횡단과 위상에서 동기화된 또는 동등한 속도에서 주기적으로 펄싱될 수 있다. 레이저 펄스는 주어진 링크를 절단하기 위하여 또는 그대로 남겨두기 위하여 선택적으로 통과 또는 차단될 수 있다.
비록 스폿 A 및 스폿 B가 도 5 및 다른 도면들에서 원형을 가지는 것으로 예시되어 있으나, 이들은 레이저 빔이 생성할 수 있는 임의의 형태를 가질 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들의 장점은 웨이퍼 가공이 더 적은 링크 런을 사용하여 성취될 수 있어, 결과적으로 어떠한 레이저 또는 이동 스테이지 향상없이도 훨씬 더 큰 처리량이 초래된다는 점이다. 따라서 증가하는 처리량의 면에서, 이것은 가치있는 평행관계의 형태이다. 그러나 평행관계는 다양한 형태를 취할 수 있고, 이들은 다양한 장점을 제공할 수 있다.
하나의 축상 배열에 있어서, 스폿 A 및 스폿 B는 동일 링크 뱅크(530) 내의 서로 다른 링크 상에 있고 스폿 이동의 축을 따라 실질적으로 정렬될 수 있다. 비록 스폿 A 및 스폿 B는 도 5의 예시에서 인접하는 링크들 상으로 보내지지만, 이것이 반드시 필요한 것은 아니며; 예컨대 스폿 A는 2개 이상의 링크만큼 스폿 B보다 앞설 수 있고, 그 반대일 수도 있다. 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들의 장점은 다음, 즉 (1) 링크 런 속도는 스폿들이 펄스들 사이의 거리의 2배로 전진할 수 있기 때문에 처리량을 향상시키도록 증가될 수 있다는 점; (2) 다중 레이저 펄스는 링크 런을 반복하지 않고도 온-더-플라이 가공 동안에 링크에 전달될 수 있다는 점; 및 (3) 서로 다른 성질을 가진 레이저 펄스가 링크에 선택적으로 인가될 수 있다는 점을 포함한다.
횡축 및 축상 간격 둘 모두의 혼합 형태도, 도 5의 2개의 예시적인 예에서 도시된 바와 같이, 역시 가능하다. 일 배열에 있어서, 스폿 A 및 스폿 B 는 동일한 링크 열 또는 뱅크(540) 상에 남아있으면서 측방향 축을 따라 오프셋될 수 있다. 단일-열 축상 및 횡축 혼합 배열의 장점은, 어떠한 횡축 오프셋이 없는 경우보다 어느정도 더 큰 거리에 의하여 분리되기 때문에, 2개의 스폿 사이의 영역에서의 더 양호한 에너지 소산(dissipation)을 포함한다. 다른 배열에 있어서, 스폿 A 및 스 폿 B 는 서로 다른 뱅크(550 및 560)에 떨어지며 또한 축상 방향에서 오프셋된다. IC 형태 크기가 계속해서 축소되고 있기 때문에, 인접하는 열들 상의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들 사이의 축상 오프셋은 또한, 특히 동시에 펄싱된 때에, 2개의 스폿들의 근처에서 더 양호한 레이저 에너지 소산으로 귀결될 수 있다. 주목할 점은, 축상 및 횡축 구성에서의 가공은, 도 5의 축상 및 횡축 구성에서 도시된 바와 같이, 근처 링크 뱅크들이 엇갈리는 것, 또는 횡축(측방향) 구성 경우의 레이아웃에서와 같이 규칙적으로 배열되는 것이 가능하다는 것이다.
더 나아가 도 5에서 2번 도시된 바와 같이, 중첩 구성에 있어서, 스폿 A 및 스폿 B 는 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 동일 링크 뱅크(570)(완전 중첩) 또는 뱅크(580)(부분 중첩) 내의 동일 링크 상에서 중첩될 수 있다. 다중 중첩 레이저 스폿들의 장점은 (1) 서로 다른 광학적 성질을 가진 레이저 스폿들이 하나의 링크에 선택적으로 전달될 수 있다는 점 및 (2) 근소하게 서로 다른 시간에 도착하는 레이저 펄스들의 결합은 효과적인 결합 펄스 프로파일을 시간적으로 형상화하기 위한 방법이라는 점이다.
2개의 레이저 스폿 A 및 스폿 B는 동시에 또는 순차적으로 가공될 수 있다. 동시 가공은 예컨대 하나의 단일 레이저 빔을 다중 스폿들로 분리함으로써 또는 동시에 2개의 레이저가 방출하도록 트리거함으로써 초래될 수 있다. 동시 전달은, 링크 런 속도
Figure 112006093091811-pct00016
에서, 펄스 A 및 펄스 B 사이의 시간 지연이 블로우 위치에서의 드리프트를 초래하지 않도록 이러한 드리프트가 집속된 빔 스폿 직경의 실질적인 일부인 정도로까지 되도록 하는 실질적으로 동시를 의미한다. 예컨대 200 mm/sec의 링 크 런 속도 및 2 마이크론 집속 스폿 크기의 10%보다 적은 바람직한 스폿 이동에 대해서, 서로에 대해 1 ㎲ 내에 도착하는 펄스들이 동시라고 고려될 것이다. 광학적 빔 경로의 길이에서의 작은 차이는, 전형적으로 약 10 nsec보다 작은 이 값보다 훨씬 적은 펄스들 사이의 시간 지연을 초래할 것이다.
순차적인 스폿들은, 분리되고 긴 광학적 지연 경로들을 가지는 하나의 단일 레이저 펄스로부터 생성되거나 또는 트리거들 사이에서의 일시정지(dwell)를 가지는 다중 레이저 펄스들로부터 생성되는 것 중 어느 하나이며, 더 큰 시간 분리를 가지고 링크들 상에 충돌한다. 순차적인 스폿들은, 펄스 생성이 트리거된 때에 집속된 스폿들이 적절하게 위치되도록, 타겟 반도체 웨이퍼 상에 집속된 레이저 스폿들의 상대적인 위치들을 조정함으로써 다중 빔 경로들과 함께 사용될 수 있다.
다중-스폿 가공에 있어서, 펄스를 생성하기 위한 레이저의 트리거링은 순수하게 타이밍 신호를 기초로 할 수 있으며, 또는 실제의, 측정된, 추정된, 또는 명령된 스폿 위치, 작업대, 또는 스폿에 대한 작업대를 기초로 할 수 있다. 펄스 생성은 또한 다중 타겟에 대한 다중 스폿의 평균 위치 또는 추정된 위치에 기초하여 트리거될 수 있다.
후속하는 부분은 도 5에 예시된 다양한 형태의 평행관계의 다양한 양상을 기술한다.
III. 측방향으로 간격을 가지고 떨어져 있는 스폿들
인접하는 측방향(횡축)으로 간격을 가지고 떨어져 있는 링크 뱅크 상에 충돌하는 2개 이상의 집속된 레이저 스폿의 생성은 시스템 처리량을 향상시키기 위한 일 구성이다. 2개 이상의 링크 뱅크를 동시에 가공함으로써, 유효한 링크 런의 수 및 XY 이동 스테이지가 웨이퍼 가공 동안에 이동하여야만 할 거리는 측방향으로 집속된 레이저 스폿의 수만큼 감소된다. 예컨대 하나의 단일 스폿에 대하여 1000 링크 런을 이전에 요구한 웨이퍼는 단지 500 번의 이중 링크 런을 사용하여 가공될 수 있는데, 여기서 각각의 이중 링크 런은 2개의 측방향으로 간격을 가지고 떨어져 있는 링크 뱅크의 가공으로 귀결된다. 링크 런의 수를 절반으로 자르는 것은 웨이퍼를 가공하는데 요구되는 시간에서의 유사한 감소를 초래한다. 더 일반적으로, N 개의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 사용하는 것은 N 차의 처리량 향상을 초래한다.
측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들은 전형적으로 다른 스폿 구성들보다 더 많이 처리량을 향상시킨다. 더 나아가, 분리된 열들 상의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들은 하나의 단일-스폿 시스템과 동일한 속도(440)로 이들 분리된 열들을 동시에 가공할 수 있기 때문에, 처리량에서의 향상은 XY 이동 스테이지(260) 또는 레이저 펄스 율 요구조건에 대하여 아무런 새로운 요구를 부과하지 않는다. 그러나 하나의 링크 런 동안에 다중 열을 가공할 때, 가공되고 있는 모든 열들에 대해 양립가능한 하나의 속도에서 상기 런을 수행하는 것이 더욱 중요하게 된다. 함께 가공될 N 개의 구별되는 열들에 대한 양립가능한 속도 프로파일은, N 개의 평행 가공 모두에 대하여 적절하고, 실제적용가능하며, 적합하고, 또는 알맞은 속도 프로파일이다. 속도 양립가능성의 문제는 전형적으로 3개의 일차적인 형태로 스스로를 나타낸다. 첫째, 다중 평행 열들을 가공하기 위한 등속도(440)는 가공 된 열들 모두와 양립가능해야만 한다. 그것은 개별적인 링크 런에 대하여 등속도(440)들의 최소값인 결합 등속도를 사용함으로써 보장될 수 있다. 링크 열 각각이 동일한 피치 간격을 가지는 전형적인 경우에, 각각의 런에 대한 등속도는 동일하며; 따라서 결합 등속도(440)가 양립가능하다는 것을 보장하는 것은 아무런 효율 불이익을 발생시키지 않는다. 둘째, 갭 프로파일 단계는 가공된 열의 모두와 양립가능하여야만 한다. 그것은, 모든 가공된 열이 정렬된 갭을 가지는 경우에만 갭 프로파일(460)을 사용함에 의하여 보장될 수 있다. 셋째, 등속도(440)가 동일 링크 런(420) 내의 서로 다른 링크 뱅크(430)에 대하여 서로 다를 수 있는 경우에, 단순화는 링크런 속도가 링크 뱅크(430) 마다 변동하도록 허용하는 것이 아니라 링크 가공을 등속도 링크 런으로 제한하는 것으로부터 초래된다. 일반적으로, 다중 열을 동시 가공하기 위한 결합 속도 프로파일은 최소 피치, 갭 프로파일 단계를 위한 적절한 영역, 램프-업 및 램프-다운 위치, 및 특정 개별 링크 런 속도 프로파일을 고려한 평행 링크 런들의 링크 좌표들 모두와 함께 계산되어야만 한다. 더 나아가, 서로 다른 레이저 소스들이 PRF와 같은 성취가능한 속도에 영향을 미치는 서로 다른 성질을 가지는 경우, 이들 인자도 역시 고려되어야만 한다.
일 실시예에 따라, 결합 속도 프로파일은 먼저 해당 런 내의 각각의 구성성분 열에 대한 개별 속도 프로파일을 계산함으로써, 그리고 상기 프로파일을 따르는 각각의 포인트에서 개별 프로파일들 중 임의의 것의 가장 작은 최대 속도 값을 초과하지 않는 결합 속도를 구성함으로써 계산된다. 예컨대, 만약 제 1 열이 세그먼트 내에서 125 mm/s 이하에서 가공되어야만 하고, 제 2 열은 동일 세그먼트에서 100 mm/s 이하에서 가공되어야만 할 경우, 결합 속도 프로파일은 해당 세그먼트에서 100 mm/s 이하이어야만 한다.
다른 실시예에 따라, 결합 속도 프로파일은 마스터 링크 좌표들의 단일 세트에 대한 속도 프로파일을 계산함으로써 결정된다. 마스터 링크 좌표들의 세트는 평행하게 가공되고 있는 N 개의 열 내의 링크 좌표들 일부 또는 모두로부터 생성된다. 함께 가공되고 있는 N 개의 열의 일부 또는 전부 내의 링크 좌표에 대한 각각의 마스터 링크 좌표로부터의 오프셋이 결정되며, 뿐만 아니라 N 개의 펄스 각각이 차단되는지 또는 타겟 좌표로 전송되는지 여부에 대한 정보도 결정된다. 가공되고 있는 N 개의 열 중 하나에 대한 마스터 링크 좌표 세트로부터의 오프셋은 0일 수 있다. 평행 링크 런들을 가공하기 위한 한가지 방식은 빔 조향 메커니즘의 이동을 제어하기 위한 오프셋 좌표로부터 유도되는 정보, 레이저 펄스의 생성을 용이하게 하기 위한 마스터 링크 좌표 세트로부터 유도된 정보, 및 펄스를 전송 또는 차단하는 스위치를 제어하기 위한 N 개의 펄스 각각의 차단 또는 전송에 대한 정보를 사용하는 것이다.
실행가능한 지령 코드의 형태인 소프트웨어가 결합 속도 프로파일을 계산하는 바람직한 방법이다.
결합 속도를 최대화하기 위하여, 구성성분 링크 런들은 가능한 한 공간적으로 유사하여야만 한다. 다시 말해서, 동일 또는 유사한 피치 간격이 서로 다른 구성성분 런들의 대응하는 뱅크들에서 사용되어야만 하며, 뱅크들과 갭들은 가능할 경우 정렬되어야만 한다. 이런 방식으로, IC 상의 링크들의 지능형 레이아웃은, 이 러한 링크 가공이 제공할 수 있는 처리량 이익을 최대화하는, 측방향으로 간격을 가지고 떨어진, 다중-스폿 링크 가공을 용이하게 할 수 있다.
측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들과 관련된 처리량 향상은, 예컨대 단일 빔 시스템의 스테이지 속도를 배증하는 것을 요구할 수 있는 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들과는 반대로, 스테이지 속도에서의 증가를 요구하지 않는다. 이런 이유로 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들은, 또한 축상 오프셋을 포함할 수 있는 바, 30 kHz를 초과하는 것과 같은 높은 PRF 레이저를 사용하는 시스템에서 처리량을 증가시키는 바람직한 방법이다. 일 예로서, 40 kHz PRF 레이저 및 3 ㎛ 휴즈(fuse) 피치를 사용하는 기본적인 링크 런 속도는 120 mm/s 이다. 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 사용하여 다중 링크 런을 가공하는 것은 동일한 링크 런 속도를 사용할 것이다. 그러나 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 가진 2-스폿 시스템은 240 mm/s 링크 런 속도를 사용하는 것이 바람직할 것인데, 이는 현재의 반도체 가공 시스템의 스테이지 속도 한계를 초과한다.
측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들은 또한 많은 현재의 반도체 링크 레이아웃에 대해 사용하기 위한 자연적인 선택이다. 다수의 반도체 디바이스 제조자는 200 ㎛보다 작은 거리에 의해 분리되어 있는 평행한 링크 뱅크들을 포함하는 제품을 생산한다. 10 ㎛ 이하의 중심-대-중심 분리 거리가 통상적이다. 반도체 내의 트레이스(trace)들의 폭과 분리 거리는 전형적으로 레이저 절단가능 반도체 링크의 폭과 피치 간격보다 더 작기 때문에, 현재 이들 종류의 링크 레이아웃이 초래한다. 오프셋된 또는 엇갈린 휴즈 설계가, 도 6에 도시된 바와 같이, 큰 반도체 링 크들을 짧은 축상 거리로 묶으려는 시도로부터 초래한다. 이들 설계 중 일부에서, 링크들은 순수하게 측방향 병진이동(왼쪽에 도시됨)을 가진다. 다른 설계에 있어서, 축상 오프셋(오른쪽에 도시됨)도 또한 있다. 순수한 축상 간격을 가진 다중-스폿 링크 가공의 이익은 또한 축상 및 횡축 간격 둘 모두를 가진 가공에도 적용된다.
비록 많은 반도체 설계의 레이아웃이 현재 측방향으로 간격을 가지고 떨어진링크 뱅크들의 동시 가공과 양립가능하지만, 설계자들은 하나의 단일 열 내에 휴즈들을 설계함으로써 도 6의 오프셋되고 엇갈린 링크 구성들을 제거하기 위하여 레이저 절단가능 휴즈들의 치수를 축소하기 위하여 노력하고 있다. 이는 현재 단일-스폿 시스템에서 처리량을 향상시킬 것이다.
다중-빔 링크 가공의 더 큰 장점을 취하기 위하여, IC 설계작들은 반도체 링크 레이아웃이 다중-빔 링크 가공과 양립가능하게 되도록 주의깊게 설계할 수 있다. 다중-빔 가공, 및 특히 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 가진 다중-빔 가공을 목표로 한 링크 레이아웃을 가진 제품을 생산하는 것은 다중-빔 시스템 상에서 가공될 때 처리량에서 극적인 증가를 초래할 수 있다. 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 사용하기 위하여 바람직한 링크 레이아웃은, 거의 전형적으로 10 ㎛ 이하이지만, 가능하게는 1 mm 이상의 중심-대-중심 간격을 가진 링크 뱅크들을 포함한다. 링크들과 링크 뱅크들의 대부분을 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 사용하여 가공될 수 있도록 설계함으로써 시스템 효율을 최대화하는 것도 역시 바람직하다.
일 실시예에서, 하나의 단일 레이저 펄스가 분할되어, 스폿 A에 에너지의 절반이 전달되고, 스폿 B에 에너지의 절반이 전달된다. 광학적 스위치의 사용은 펄스가 A 또는 B에 전달될지 여부를 독립적으로 선택함으로써 원하는 링크가 적절하게 절단될 수 있도록 할 수 있다.
도 7은 이중 링크 런이 진행되는 방식을 보여준다. 한 쌍의 레이저 스폿 A1 및 스폿 B1 은, 분할되어 2개의 링크에 인가되는 제 1 레이저 펄스에 대응한다. 레이저로부터 방출된 그 다음 펄스는 집속된 스폿 A2 및 B2 와 같이 그 다음 2개의 링크에 충돌할 것이다. 광학적 스위치는 어느 펄스가 각자의 타겟 링크에 도달할 지를 선택할 수 있다. 도시된 2개의 예에 있어서, 펄스 A3, A4, A6, A7, B2, B4, 및 B8 가 각자의 타겟 링크에 도달하고 제거한다. 그 외의 펄스들은 차단되어, 어떠한 링크에도 도달하지도 않고 변화시키지도 않게 된다.
일부 경우에 있어서, 링크를 두 번 가공하는 것이 바람직하다. 링크를 2회 이상 블로잉하기 위하여 링크 런을 따라 2번 이상 통과시키는 것은 다중-스폿 링크 가공 시스템으로 쉽게 성취될 수 있다. 다중-스폿 링크 가공 시스템에 내재하는 평행관계 때문에, 이것은 단일-스폿 링크 가공 시스템보다 상당히 더 빠르게 성취될 수 있다. 주어진 링크 뱅크를 따른 순차적인 통과는, 링크들이 웨이퍼를 가로지르는 각각의 통과에서 서로 다른 레이저 스폿으로 가공될 수 있도록, 집속된 레이저 스폿들의 측방향 이동을 포함할 수 있다. 예컨대, 링크 런을 따르는 제 1 통과는 스폿 A를 사용하여 링크들을 선택적으로 때릴 수 있고, 해당 링크 런을 따르는 제 2 통과는 이 동일 스폿들을 다시 스폿 B를 사용하여 때리는 한편 스폿 A는 새로운 링크 런을 따라 전진할 수 있다.
서로 다른 광학적 성질을 가진 다중의 측방향 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 사용하여 웨이퍼를 가공하는 것도 역시 유용할 수 있다. 서로 다른 광학적 성질은 편광, 스폿 공간 분포, 스폿 크기, 파장, 펄스 에너지, 또는 그 외 다른 광학적 성질을 변화시키기 위한 추가적인 광학적 요소를 삽입함으로써 성취될 수 있다. 서로 다른 광학적 성질은 또한 서로 다른 레이저 소스들을 사용함으로써 성취될 수 있다.
반도체 웨이퍼는 전형적으로 오직 한개의 링크 설계만을 포함하기 때문에, 서로 다른 광학적 성질을 가지는 스폿들의 사용은 이중 블로우 시나리오에서 적용되는 것이 가장 가능성이 클 것이다. 제 1 블로우는 링크를 부분적으로 제거할 것이고 제 2 블로우는 이 블로우된 링크를 깨끗하게 제거할 것이다. 대안적으로, 제 1 블로우는 통과되거나 차단될 수 있고 제 2 블로우는 통과되거나 차단될 수 있어, 링크에 대해 하나의 스폿 또는 다른 스폿의 인가를 초래하도록 할 수 있다. 이것은 서로 다른 링크 성질 또는 배향 때문에 서로 다른 레이저 스폿을 가지고 가공하는 것이 바람직한 상황에서 바람직하다. 예컨대 편광 방향이 링크의 일 축에 대응하는 경우 편광된 스폿을 사용하여 링크를 가공하는 것이 바람직한 경우, 스폿 A 및 스폿 B는 서로 다른 편광을 가지도록 구성되어 작업대에 대해 서로 다른 배향을 가진 링크들에 인가될 수 있다. 서로 다른 광학적 성질을 가진 스폿들의 인가는 본 명세서의 VI 부분에서 더 상세히 설명될 것이다.
비록 고정된 오프셋을 가진 다중의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 생성하기 위하여 고정된 광학계를 사용하는 것이 가능하지만, 스폿 위치를 재구성할 수 있는 것이 바람직하다. 대부분의 전형적인 반도체 제품은 X축 및 Y축 둘 모두에서 링크 런을 요구하는 링크 레이아웃을 포함하기 때문에, 측방향 스폿 간격이 둘 중 어느 하나의 링크 런 방향에 대하여 생성될 수 있도록 스폿 변환기(spot translator)를 재구성할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 서로 다른 링크 레이아웃에 매칭하도록 스폿 간격을 구성하고 조정할 수 있는 것도 바람직하다.
IV. 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들
하나의 링크 런의 축을 따라 앞뒤로 조정된, 하나의 축상 간격을 가지고 분포된 다중 스폿은, 처리량 및 다중-블로우 장점을 제공한다. 처리량의 면에서, 이러한 배향은 스폿의 수
Figure 112006093091811-pct00017
에 의하여 레이저 PRF 및 링크 런 속도
Figure 112006093091811-pct00018
를 효과적으로 증가시킬 수 있다. 예컨대 2개의 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿의 경우, 링크 런 속도는 배증된다. 그러나, 증가된 기본 링크 런 속도에 기인하여 갭 프로파일 단계를 통한 시간 절약은 더 적을 수 있다.
각각의 링크 런의 속도 프로파일은 대부분의 경우, 예컨대 최소 피치, 갭 프로파일 단계에 대한 적절한 영역, 램프-업 및 램프-다운 위치, 및 특정 링크 뱅크 속도 프로파일을 고려한 다중 블로우 좌표 모두와 함께 계산되어야만 한다. 링크 런 속도 프로파일의 계산은 본 기술분야에서 잘 알려져 있다.
도 8은 다중 축상 레이저 스폿의 2-스폿 및 3-스폿 구현에 의하여 가공되고 있는 링크 뱅크를 도시한다. 일 구현에 있어서, 스폿 A 및 스폿 B, 또는 - 스폿 A, 스폿 B, 및 스폿 C - 는 하나의 단일 레이저 펄스로부터 유래하여 실질적으로 동일한 시간에 작업 표면에 도착할 수 있다. 링크 가공 시스템에 의하여 제어되는 광학 스위치는 일부 펄스가 상기 표면에 도달하여 링크를 절단하도록 하며 그 외 펄스는 차단되도록 한다. 도 8에서 도시된 2-스폿(상부)의 경우, 스폿 A1 및 B1이 대략적으로 동시에 가공되며, 이후 A2 및 B2, 이후 A3 및 B3 등으로 가공된다. 3-스폿(하부)의 경우, 3개의 레이저 스폿은 링크 런을 따라 3개의 증가분마다 전진한다(A1, B1 및 C1; 이후 A2, B2 및 C2; 이후 A3, B3 및 C3, 등).
단일 링크 피치보다 더 큰 거리만큼 레이저 스폿을 변환시키기 위하여 고정된 변위 또는 조향 메커니즘을 구현하는 것은 인접하는 링크들을 동시에 가공하는 것을 방지할 수 있다. 인접된 링크들 사이의 영역에서 작업대에 의해 흡수되어야 할 증가된 펄스 에너지 때문에 2개의 인접하는 링크를 동시에 가공하는 것은 바람직하지 않다. 이 증가된 펄스 에너지는, 2개의 인접된 링크가 동시에 가공되지 않았더라면 발생하지 않았을 손실을 야기할 수 있다. 다시 말해서, 스폿들 사이의 거리가 피치 간격보다 다중의 2배 이상인 경우, 인접되지 않은 스폿들이 동시에 가공될 수 있어 작업대에 대한 손실을 야기할 가능성이 더 적다.
스폿들 사이의 간격이 링크 피치의 홀수배(레이저 스폿들이 예컨대 링크1 및 링크4, 링크1 및 링크6, 또는 링크1 및 링크8 등등으로 떨어지게 될 수 있도록)인 경우, 하나의 스폿은 링크 런 내의 "짝수" 링크를 가공할 수 있고 한편 다른 스폿은 "홀수" 링크를 가공할 수 있기 때문에 축상 평행관계가 유리하게 이용될 수 있 다. 이러한 간격은 또한 스폿들 사이의 링크의 수(끝점들은 카운팅하지 않은)가 짝수가 되도록 스폿들의 간격을 설정하는 것으로서 기술될 수 있다. 이 경우에, 링크 런 속도는, 인접하는 레이저 스폿들로부터 초래될 수 있는 증가된 에너지를 방지하면서, 배증될 수 있다. 도 9는 3개의 링크 피치의 증가분을 가지는 축상 간격(스폿들 사이에 2개의 링크)을 도시한다. 이런 기법은, 스폿들의 모든 결합이 링크 피치보다 더 큰 축상 분리를 가지는 경우 2개 보다 더 많은 스폿들로 일반화될 수 있다.
하나보다 더 많은 링크 피치에 의하여 간격을 가지고 떨어진 축상 스폿들을 가지고 웨이퍼를 가공하는 두 번째 방식은 하나의 링크 뱅크를 가로질러 2번의 통과를 수행하는 것이다. 이것의 일 예는 도 10에 예시된다. 제 1 통과는, 예컨대 최소 피치의 2배의 간격을 가진 2개의 레이저 스폿들을 사용하여 매 다른 링크를 선택적으로 블로우할 수 있다. 제 2 통과는 제 1 통과에서 스킵되었던 흩어져 있는 링크를 선택적으로 블로우할 수 있다. 링크 런 속도는 하나의 단일 스폿에 인가되는 동일 레이저의 속도의 4배이기 때문에, 2번의 통과가 완료될 수 있고 여전히 시스템 처리량을 향상시킬 수 있다. 도 10에서, 제 1 통과시 펄스 A1, A2, 및 B2 가 링크 구조들에 도달하여 이를 제거한다. 그 외 펄스들은 차단되지만, 링크에 인가될 수 있다. 비록 서로 다른 링크 런 방향들이 도 10에서 도시되어 있으나, 상기 통과들은 동일 방향에서의 링크 런들을 사용하여 완료될 수 있다.
축상 간격을 가진 다중 스폿들도 역시, 하나의 링크에 다중 블로우를 효율적 으로 전달하기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 일부 반도체 제조자는 링크를 절단하기 위하여 하나의 펄스를 제공하고 이어서 해당 영역 및 임의의 잔여 링크 물질을 청소하기 위하여 두번째 펄스를 제공하는 것을 선호한다. 축상 간격을 가진 다중 스폿의 배열은, 단일-스폿 시스템에서 발생하는 것과 같은, 두번째 링크 런을 수행하지 않고도 다중 펄스를 전달하기 위한 효과적인 방식이다.
하나의 링크에 다중 블로우를 전달하는 대안적인 방식은 각각의 링크 런에서 다중 통과를 수행하는 것이다. 링크 런 속도가 단일-스폿 시스템에서보다 다중-스폿 시스템에서 더 크기 때문에, 다중-스폿 시스템이 이런 종류의 동작에 대해 더 바람직하다.
이들 기법 및 이들 기법의 혼합 결합은 각각의 링크에 2번 이상의 블로우를 제공하는데 사용될 수 있고, 각각의 블로우는 동일한 펄스 성질 또는 서로 다른 펄스 성질을 가질 수 있다.
서로 다른 광학적 성질은, 편광, 스폿 공간 분포, 스폿 크기, 파장, 펄스 에너지, 또는 그 외 다른 광학적 성질을 변화시키기 위한 추가적인 광학적 요소를 삽입함으로써 성취될 수 있다. 예컨대 펄스 폭과 같은 서로 다른 광학적 성질은, 서로 다른 레이저 소스를 사용함으로써 성취될 수 있다. 이것은 하나의 링크에 다중 블로우를 인가하기 위하여 특히 유용할 수 있다. 한가지 시나리오는, 예컨대 링크를 블로우하는 더 높은 에너지 레벨에서 링크에 제 1 펄스를 인가하고, 이어서 임의의 잔여 물질을 청소하기 위하여 더 낮은 에너지의 제 2 펄스를 인가하는 것일 수 있다. 서로 다른 광학적 성질을 가진 스폿들의 인가는 아래의 VI 부분에서 더 상세하게 설명될 것이다.
V. 측방향 및 축상 간격의 결합들
축상 및 횡축 오프셋을 가지고 다중 레이저 스폿들을 간격을 떨어지게 하기 위한 서로 다른 방법들은 서로 다른 가공 장점을 제공한다. 도 5에서 링크 뱅크(550 및 560) 상에 도시된 이중-열 구성은 위에 기술된 횡축 간격을 가진 스폿들과 같은 동일한 장점(예컨대 향상된 처리량)을 제공한다. 이러한 축상 및 횡축 기법에 대하여 엇갈린 링크는 요구되지 않는다. 이것은 도 6의 첫 번째 예인 규칙적으로 간격을 가지고 떨어져 있는 링크에도 역시 적용될 수 있다. 집속된 레이저 스폿들의 축상 및 횡축 오프셋을 가지고 한번에 하나의 단일 열을 가공하는 것{예컨대 도 5의 링크 런(540)에 대해 도시된 바와 같은}은 2개의 링크 블로우 사이의 실리콘에 도달하는 레이저 영향력을 낮춘다. 이 구성으로 가공할 때 2개의 스폿 사이의 증가된 거리는 순수한 축상 간격을 가지고 성취될 수 있는 것보다 더 낮은 레벨로 중첩 레이저 영향력을 감소시킨다.
다중-빔 링크 가공 기계는 또한 추가적인 장점을 위하여 링크 런 동안 레이저 스폿들의 상대적인 간격을 조정할 수 있다. 이것은 눈금조정 또는 보상 목적으로 이루어질 수 있는데, 예컨대 동시에 가공될 2개 이상의 링크의 상대적인 위치가 해당 링크 런 전체에 걸쳐 균일하지 않을 수 있다. 스케일 인자, 회전, 및 링크의 위치적인 배열은 해당 링크 런에서 처리량을 변화시킬 수 있다. 스폿 조정은 또한 검출된 에러를 보상하기 위하여 행해질 수 있다. 비록 링크 뱅크를 가공하는 동안 빔 간격의 조정이 가능하기는 하지만, 빔 간격은 링크 런 내의 링크 뱅크들 사이의 갭 동안에 가장 쉽게 조정될 수 있다. 링크 뱅크들 사이의 갭을 횡단하는 동안에 축상 및 횡축 둘 모두에서 스폿을 이동시키는 몇가지 예가 도 11에 도시되어 있다. 비제한적인 수의 빔 간격의 유용한 재구성이 여기의 교시를 참조하여 쉽게 예상될 수 있다.
횡축으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들을 사용하여 가공하는 것으로부터, 가능하게는 링크 런 속도에서의 증가 또는 변동과 결합된, 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들로의 이동은, 도 11의 하부에 도시된 바와 같이, 링크 뱅크들이 간헐적인 평행관계를 가지는 웨이퍼 부분에서 향상된 처리량을 초래한다. 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿 가공으로부터 횡축으로 간격을 가지고 떨어진 스폿 가공으로의 이동도 역시 도 11에 도시되어 있다. 임의의 다중-스폿 가공 모드로부터 임의의 다른 다중-스폿 가공 모드로의 쉬운 변화가 가능하며 유익할 수 있다. 이들 서로 다른 가공 모드에서 가공 링크 런을 가공하는 것을 수용하는 적합한 결합 속도 프로파일이 계산될 수 있다.
도 12는 2개 스폿의 상대적인 간격이 링크를 가공하도록 조정될 수 있는 다른 방식을 도시한다. 도 12에서, 스폿 A 및 스폿 B 는 동시 또는 거의 동시에 가공되는 2개의 스폿이며, 도면에서 직선과 화살표는 링크 런 전체에 걸쳐 각자의 상대적인 위치 및 조향을 나타낸다. AOM(acousto-optic modulator)과 같은 고속 액추에이터는 빔을 조정할 수 있고 이에 의해 링크 런 이전 또는 링크 런에서 연속적인 링크들 사이에서 상대적인 빔 간격을 조정할 수 있다.
비록 상기 논의의 많은 부분이 2-스폿 레이저 링크 가공 시스템의 생성에 대 하여 집중하고 있으나, 그 원리와 개념은 3, 4, 또는 더 많은 집속된 레이저 스폿을 사용하는 시스템으로 더욱 확장될 수 있다. 이러한 다중 스폿은 측방향 간격, 축상 간격, 및 또한 축상과 횡축 간격 둘 모두를 가지도록 구성될 수 있다.
횡축으로 간격을 가지고 떨어진 및 축상으로 간격을 가지고 떨어진 펄스의 배열을 사용하여 링크를 가공하는 것은 축상 및 횡축 간격을 가지고 떨어진 펄스 둘 모두에 대해 많은 장점을 제공한다. 예컨대, 링크 런의 수가 극적으로 처리량을 향상시키면서 감소될 수 있고, 링크 런은 훨씬 더 큰 속도로 가공될 수 있다. 도 13에서, 펄스 A, 펄스 B, 펄스 C 및 펄스 D는 모두 실질적으로 동시에 링크에 도착한다. 아래에서 도 13의 첫 번째 예(왼쪽에 도시된)에서 도시된 바와 같이, 스폿들은 격자 형태로 배열된 필요가 없다. 서로 다른 디바이스 링크 레이아웃을 훌륭하게 매칭되는 구성들이 적용될 수 있다.
다양한 축상 및/또는 횡축의 집속된 스폿 구성들을 가지고 평행한 다수의 링크를 가공하는 것은 링크 런 궤도 및 속도 프로파일의 생성에 있어 더 많은 정보를 고려하는 것을 요구할 수 있다. 모든 링크 블로우 좌표, 스폿 위치, 및 링크 뱅크들 사이의 큰 갭들이 고려되어야만 한다. 이들은 링크 런 속도, 갭 프로파일 단계 세그먼트, 및 램프-업 및 램프-다운 거리의 복잡한 계산을 증가시킨다.
VI. 동일 스폿 또는 구조에 대한 다중 빔
다중 레이저 스폿의 다른 범주는, 스폿들이 하나의 단일 타겟 구조에서 중첩되도록 모두 보내지는 때에 발생한다. 중첩된 스폿들을 가지고 반도체 링크 구조를 가공하는 것의 2가지 장점은, (1) 서로 다른 광학 성질을 가진 스폿들이 링크 가공 을 위해 선택적으로 선택될 수 있다는 점 및 (2) 시간적인 펄스 형상화 또는 공간적인 스폿 형상화를 위하여 작은 시간 지연이 사용될 수 있다는 점이다. 더 나아가, 동일 링크 상에서 부분적으로만 중첩되는 스폿들을 사용하는 것은 처리량 불이익을 발생시키지 않으면서 링크 절단의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
하나의 단일 레이저 펄스를 사용하여 시작하는 경우, 서로 다른 광학적 성질을 가지는 스폿들은 다중 빔 경로의 성질을 변경시키기 위한 추가적인 광학 요소를 사용함으로써 하나의 링크에 인가될 수 있다. 대안적으로, 서로 다른 레이저 헤드는 후속적으로 결합되어 중첩되는 서로 다른 광학 성질의 레이저 스폿들을 제공할 수 있다. 또한 주목되어야 할 점은, 조정가능한 조향 미러 또는 빔 편향기는 작업 표면에서 중첩하는 스폿들을 구현하기 위하여 요구되지 않는다는 점이다. 고정된 광학 요소들이 사용될 수 있다.
다중 레이저 스폿들이 타겟 링크에 도달하거나 도달하지 않도록 독립적으로 스위칭될 수 있는 경우, 상기 링크는 빔들 중 임의의 것 또는 모두를 사용하여 가공될 수 있다. 일 예로서, 2개의 광학적 경로를 가진 시스템은 X축과 정렬된 편광을 가진 하나의 경로와 Y축과 정렬된 편광을 가진 다른 경로를 가질 수 있다. X축 편광을 가지고 링크를 가공하는 것이 바람직한 경우, X축 편광 빔을 제어하는 광학 스위치는 레이저 펄스가 통과하도록 허용하고 Y축 빔의 투과성을 제어하는 광학 스위치는 차단 상태로 설정된다. 대안적으로, 링크는 Y축 편광 스폿만을 통과시킴으로써 Y축 편광을 가지고 가공될 수 있다. 또한, 바람직한 경우, 양 편광 스위치가 링크에 양 편광 모두의 광이 인가되도록 개방될 수 있다. 이것은 바람직한 편광을 가지지 않는 또는 더 큰 펄스 에너지를 가지는 레이저 펄스를 일부 링크에 인가하기 위하여 행해질 수 있다.
독립적으로 스위칭된, 닫혀진, 또는 차단된 레이저 빔으로부터 초래된 다중 스폿들 중 하나를 사용하여 하나의 링크를 가공하는 것만이 바람직한 경우, 스폿들을 중첩하지 않고 가공이 이루어질 수 있다. 특별한 경우에, 다중 스폿들이 동일 스폿 또는 링크에 충돌할 필요가 없다. 중첩을 요구하지 않는 것은 유리한데 왜냐하면 레이저 빔 경로들이 정렬되는 정밀도가 느슨해질 수 있기 때문이다. 다중 스폿들이 동일 스폿 또는 링크 상에 충돌하지 않는 경우에, 링크들은 집속된 레이저 스폿에 대하여 작업대의 위치를 원하는 스폿이 타겟 링크에 충돌하도록 조정하는 위치지정 메커니즘을 사용하여 가공된다. 예컨대, 다중 스폿들 중 하나를 사용하여 X축 링크 런을 가공하고 다중 스폿들 중 다른 것을 사용하여 Y축 링크 런을 가공하는 것이 바람직할 수 있다. 각각의 원하는 스폿을 가지고 원하는 링크 및 링크 런을 타겟팅하는 방식을 결정하는 눈금조정 절차를 수행한 이후, 링크 런은 각자의 각각의 스폿들을 사용하여 성공적으로 실행될 수 있다.
많은 서로 다른 광학적 성질은, 다중-빔 시스템의 빔 경로 내로 추가적인 광학기구를 삽입함으로써 변경될 수 있다. 삽입되는 광학기구는: (1) 광학적 펄스의 편광 상태를 생성 또는 변화시키기 위한 편광 변화 요소; (2) 펄스 에너지를 변화시키기 위한 감쇠기; (3) 펄스의 공간적 분포를 변환시키기 위한{예컨대, 타원형, 가우스형, 중산모형, 또는 도우넛형(중심에 더 적은 에너지를 가진 스폿) 프로파일의 스폿들} 빔-형상화 광학기구; (4) 펄스의 파장을 변화시키기 위한 주파수-곱셈 광학기구(또는 서로 다른 파장의 다중 펄스를 제공하는 서로 다른 소스 레이저들); (5) 링크에서 서로 다른 집속된 스폿 크기를 생성하기 위한 빔 확장기; 및 (6) 렌즈 및 지연 광학기구일 수 있다. 다중 빔 경로들 사이에서 서로 다를 수 있는 그 외 광학적 성질은 해당 기술분야의 기술자에게 명백할 것이며, 이들 광학적 성질을 생성하기 위한 적절한 광학기구도 마찬가지일 것이다.
하나의 링크에 에너지를 전달하는 다중 스폿의 두번 째 사용은 시간적인 펄스 형상화이다. 시간적인 펄스 형상화는, 레이저 펄스를 취하여 이를 시간 지연 요소를 포함하는 다중 빔으로 분할하고 링크 구조에서 이 빔들을 재결합함으로써 성취될 수 있다. 이런 기법을 통해, 빠른 상승 시간을 가지지만 짧은 지속기간을 가지는 펄스는 빠른 상승 시간을 가지며 긴 펄스 지속기간을 가지도록 효과적으로 늘려질 수 있다. 지연된 펄스는 펄스 진폭을 형상화하는데 있어 추가적인 유연성을 제공하기 위한 다양한 비율의 빔 분할기를 사용하여 감쇠되거나 생성될 수 있다.
도 14는 지연된 펄스의 결합에 의한 펄스 형상화 과정을 도시한다. 상단 그래프는 단일 레이저 펄스(610)을 도시한다. 두번째 그래프는 이 동일 펄스(610) 더하기 약 8 ns 만큼 지연된 더 낮은 진폭의 두번째 펄스(620)를 도시한다. 상승 시간은 빠르며, 유효 펄스 지속기간은 더 길다. 세번째 그래프는 처음 펄스(620)와 함께, 각각 더 낮은 진폭과 더 증가하는 지연을 가지는, 두번째 펄스(610) 및 세번째 펄스(630)를 도시한다. 최종의 더해진 파형은 원래 펄스의 빠른 상승 시간을 가진 약 20 ns의 긴 펄스 폭을 생성한다. 이런 펄스 형상은 일부 반도체 링크 구조를 가공하기 위해 바람직하다.
지연은 광학적 경로에 추가적인 거리를 도입함으로써 추가될 수 있다. 약 1 ns의 지연이 추가적인 경로 길이의 각각의 말미로부터 초래한다. 지연은 예컨대 단순한 빔 라우팅, 빔을 미러들 사이에서 앞뒤로 반사시키는 것, 또는 빔을 일정한 길이의 광섬유 케이블 내로 넣는 것으로부터 초래할 수 있다.
펄스 형상화는 또한 2개의 서로 다른 레이저 소스로부터의 서로 다른 성질의 레이저 펄스를 결합함으로써 성취될 수 있다. 예컨대 빠른 상승 시간을 가진 짧은 펄스가 느린 상승 시간의 더 긴 펄스와 함께 결합되어 빠른-상승, 긴-지속시간의 펄스를 생성할 수 있다.
도 5의 부분 중첩 구성(580)을 다시 참조하면, 2개의 빔 스폿 A 및 스폿 B는 동일 링크 상에서 부분적으로 중첩된다. 바람직한 일 실시예에서, 2개의 스폿은 링크의 길이방향을 따라 오프셋된다. 이런 구성은, 특히 스폿 크기가 작을 때, 하나의 단일 작은 스폿이 링크를 신뢰할만하게 절단할 수 없을 때 더욱 신뢰성있는 링크 절단을 초래할 수 있다. 절단을 보장하기 위하여 링크를 두 번째로 블로우하기 위하여 하나의 단일 레이저 스폿을 사용하여 2번의 통과를 취하는 것보다는, 부분 중첩 구성(580)은 50%의 처리량 불이익을 발생시키지 않으면서 동일한 절단 신뢰성을 달성할 수 있다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 2개의 레이저 빔은, 링크의 길이를 따라 서로에 대해 오프셋되어 있는 서로 다른 위치에서 동일 링크와 교차하는 각각의 구별되는 빔 축을 따라 전파한다. 더 나아가, 레이저는 링크의 표면 상에 각각의 스폿 A 및 스폿 B의 한계를 정한다. 스폿 A와 스폿 B는 동심원이 아니며, 스폿 둘 모두 의 교차에 의하여 형성된 중첩된 영역과 스폿 둘 모두의 합에 의하여 형성되는 총 영역을 한정한다. 예컨대 중첩 영역의 면적은 총 영역의 면적의 50%일 수 있다. 2개의 레이저 빔의 에너지 레벨은 총 영역의 적어도 일부 부분(가장 가능하게는 중첩 영역)에서 그 전체 폭을 가로질러 링크의 완전한 깊이 방향 절단을 보장하도록 설정되는 것이 바람직하다. 2개의 빔의 에너지 비율은 1:1일 수 있지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 비록 2개의 레이저 빔이 서로 다른 시간에 링크에 충돌할 수 있지만, 어떠한 시간 지연도 레이저 빔 축이 링크 뱅크를 따라 스캐닝할 때 온-더-플라이 링크 절단을 허용할 수 있을 정도로 충분하게 작은(예컨대 약 300 ns 보다 적은) 것이 바람직하다. 주목할 점은, 2개의 부분 중첩 스폿의 경우는 부분적으로 중첩된 패턴으로 링크의 길이를 따르는 3개 이상의 스폿들에 대해 일반화될 수 있다는 것이다.
각각의 스폿에 전달된 다중 빔들과 연결된 다중 스폿을 이용하는 것 또한 유용한 기법이다. 예컨대, 각 스폿에 전달되는 2개의 서로 다른 빔 경로들을 가진 3개의 측방향으로 간격을 가지고 떨어진 스폿들이 있을 수 있다. 이것은, 단일 위치에 집속된 다중 스폿들의 펄스 생성 및 선택 장점과 중첩되지 않는 다중 스폿들의 처리량 이익을 결합하기 위하여 행해질 수 있다. 따라서 3개의 스폿은 각각, 시간 펄스 형상화, 공간 펄스 형상화, 또는 서로 다른 편광 상태를 가진 빔을 선택할 수 있는 능력을 가지기 위하여 다중 빔을 사용할 수 있다.
VII. 구현예
평행관계는 단일 집속 렌즈 또는 다중 집속 렌즈들 중 어느 한 가지를 통하 여 타겟 링크에 전달되는 분리된 광학 경로들을 사용하여 성취될 수 있다. 분리된 광학적 경로들은 단일 레이저로부터 또는 다중 레이저들로부터 유래할 수 있다. 평행관계의 일 구현은, 도 15의 블록도가 보여주는 바와 같이, 하나의 레이저 헤드 및 하나의 집속 렌즈로부터 초래될 수 있다. 도 15는 하나의 레이저(720)와 하나의 집속 렌즈(730)를 가진 N-스폿 링크 가공 시스템(700)의 기본적인 기능을 도시한다. 레이저(720)로부터 출력된 레이저 빔은 빔 분할기(745)로 보내지고, 분할기(745)는 레이저 빔을, 빔1 내지 빔N으로 표시된, N 개의 빔으로 분할한다. 분할기(745)로부터의 각각의 빔은 스위치(750)를 통과하며, 스위치(750)는 빔을 선택적으로 통과시키거나 차단할 수 있다. 스위치(750)의 출력은 빔 조향 메커니즘(760)으로 가며, 빔 조향 메커니즘(760)는 고정되거나 조정가능할 수 있다. 빔 조향 메커니즘(760)은 집속 렌즈(730)로 개별 빔을 보내며, 집속 렌즈(730)는 가공되고 있는 반도체 디바이스(미도시됨) 상의 N-스폿 상으로 빔을 집속시킨다. 비록 빔 조향 메커니즘(760)이 동적으로 조정가능한 것이 바람직하지만, 이들은 고정될 수도 있다.
N-스폿 시스템의 특별한 경우는 N = 2일 때 발생한다. 2-스폿 레이저 가공 시스템(800)의 블록도가 도 16에 도시된다. 2-스폿 시스템(800)은 N-스폿 시스템(700)과 유사하지만, 선택적인, 추가 광학 요소(755)를 포함할 수 있다. N-스폿 시스템(700) 및 2-스폿 시스템(800)의 구성부분은 예컨대 벌크 광학기구, 집적 광학기구, 또는 광섬유를 가지고 구현될 수 있다. 블록도 내의 요소들 중 일부의 순서는 재배열될 수 있다{스위치(750)는 빔 경로 내의 추가 광학 요소(755) 뒤에 위 치될 수 있다}.
도 17은 2-스폿 레이저 가공 시스템(800)의 일 형태의 주요 구성부분의 더욱 상세한 도면이다. 도 17을 참조하면, 2-스폿 시스템(800)은 다음과 같이 동작한다: 레이저(720)는 빔 분할기(745)로 전달되는 광의 펄스를 방출하도록 트리거된다. 빔 분할기(745)는 이 펄스를 작업 표면(740)에 독립적으로 전달될 2개의 분리된 펄스들로 분리한다. 실선으로 도시된, 하나의 레이저 펄스는 제 1의 고정된 광학 경로를 통해 작업 표면(740)으로 이동한다. 점선으로 도시된, 두번째 레이저 펄스는 제 2의 고정된 광학 경로를 통해 작업 표면(740)으로 이동한다. AOM과 같은 2개의 스위치(750)가 포함되어, 펄스가 작업 표면(740)으로 통과될 수 있게 하거나 또는 차단되도록 하게 한다. 각각의 펄스는 미러(762)에서 반사되고 빔 결합기(765)를 향해 보내진다. 펄스는 빔 결합기(765)에서 재결합되고, 최종 미러(725)에서 반사되며, 단일 집속 렌즈(730)를 통과하여 작업 표면(740)으로 집속되며, 여기서 펄스는 반도체 링크 상에 충돌한다. 추가 광학 요소(755)는 또한 펄스의 광학 성질을 변화시키기 위하여 빔 경로에 포함될 수 있다.
도 17은 또한, 하나의 예시적인 제어 아키텍쳐에 따라, 작업대(740) 및 레이저 스폿의 상대적인 움직임, 레이저(720)의 트리거링, 및 스위치(750)의 제어를 제어하는 시스템(800)의 구성부분을 도시한다. 구체적으로, 작업대(740)는 XY 평면에서 작업대(740)를 이동시키는 이동 스테이지(660)에 탑재된다(레이저는 Z 방향에서 작업대에 입사된다). 하나 이상의 위치 센서(680)는 작업대(740)가 레이저 빔 스폿의 하나 또는 둘 모두에 대한 상대적인 위치를 감지하고 이 위치 데이터를 제어 기(690)로 보고한다. 제어기(690)는 또한 타겟 맵(695)에 액세스하는데, 타겟 맵(695)은 조사되어야 할(예컨대 해당 위치에서 링크를 절단하기 위하여) 작업대(740) 상의 타겟 위치를 표시하는 데이터를 포함한다. 타겟 맵(695)은 전형적으로, 예컨대, 레이아웃 데이터 및 가능하게는 정렬 데이터로부터 뿐만 아니라, 작업대(740) 내의 어느 회로 요소가 결함있는지 또는 그렇지 않더라도 조사를 요구하는지를 결정하는 테스팅 과정으로부터 생성된다. 제어기(690)는, 레이저 빔 스폿들이 각각의 타겟 위로 횡단하고 타겟에서 작업대(740)에 도달하는 레이저 펄스를 방출하도록, 레이저(720)의 펄싱, 스위치(750)의 닫힘, 및 이동 스테이지(660)의 이동을 제어한다. 이 기본적인 구현의 2개의 스폿은 XY 이동 스테이지(660)의 이동 한계의 범위 내에서 임의의 원하는 상대적인 XY 간격을 가지고 작업 표면(740)에 인가될 수 있다. 제어기(690)는, 이러한 접근법이 링크 블로우의 매우 정확한 위치를 제공하기 때문에, 위치 데이터에 기초하여 시스템(800)을 제어하는 것이 바람직하다. 본 발명의 양수인에게 양도되었고 그 전체가 본 명세서에 참고문헌으로서 포함되어 있는 미국 특허번호 제6,172,325호는 레이저 펄스-온-포지션 기술을 기술하고 있다. 대안적으로, 제어기(690)는 타이밍 데이터에 기초하여 시스템(800)을 제어할 수 있다. 비록 제어 아키텍쳐{예컨대, 이동 스테이지(660), 위치 센서(680), 제어기(690), 및 결함 맵(695)}가 완전하게 도 17에 도시되어 있지만, 다음 도면들 중 많은 도면에서 제어 아키텍쳐는 생략되어 있는데, 이는 예시적인 레이저 가공 시스템에 포함된 다른 구성부분을 모호하게 하지 않기 위해서이다.
몇몇이 다른 것보다 더 많은 장점을 제공하는 많은 서로 다른 구성이 가능하 다. 첫째, 도 18에 도시된 바와 같이, 다른 빔은 고정된 상태로, XY 공간에서 하나의 빔을 조정가능하게 조향하는 것을 제공할 수 있는데, 여기서 하나의 빔 경로 내의 고정 미러(762)는, X 및 Y 방향 둘 모두에서 빔을 조향할 수 있는, 동적으로 조정가능한 XY 빔 조향 메커니즘(764), 및 지연 렌즈(770)로 교체되어 있다. 이 경우, 실선으로 도시된 하나의 레이저 펄스는 고정된 광학 경로를 통하여 작업대(740)로 이동하며, 한편 점선으로 도시된 두번째 레이저 펄스는 광학 경로 내에 고속 조향 미러와 같은 조정가능 빔 조향 메커니즘(764)을 포함함으로써, 집속된 레이저 스폿이 작업대(740)의 XY 평면 내에서 원하는 위치에 의하여 이동될 수 있게 할 수 있다. 둘째, 광학 경로 둘 모두 내에 XY 빔 조향 메커니즘(764)을 도시하고 있는 도 19에 도시된 바와 같이, XY 공간에서 독립적으로 빔 둘 모두를 조향하는 것을 제공할 수 있다. 이것은, 각각의 빔의 더 작은 이동은 더 큰 오프셋을 성취할 수 있기 때문에, 잠재적으로 더 뛰어난 빔 품질을 제공한다. 예컨대, 만약 두개의 빔 사이에 40 ㎛ 분리가 바람직하다면, 각각의 빔은 서로 다른 방향으로 단지 20 ㎛만큼 이동될 수 있다. 더 작은 이동은 더 적은 광학적 왜곡 및 향상된 집속 스폿 품질을 초래한다. 셋째, 하나의 광학 경로 내에 X 빔 조향 메커니즘(766)과 다른 광학 경로 내에 Y 빔 조향 메커니즘(768)을 도시하는 도 20에 도시된 바와 같이, X 방향에서 하나의 빔을 조향할 수 있고 Y 방향에서 다른 빔을 조향할 수 있다. 레이저 빔 전파 경로 내의 빔 조향 메커니즘{예컨대 빔 조향 메커니즘(764)}은 제어 아키텍쳐(도 17에서 예시된 것과 같은)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
도 18 내지 도 20에서와 같은 빔-조향 메커니즘(764, 766, 또는 768)을 사용 하는 구현에 있어서, 지연 렌즈(770)는 유용하다. 지연 렌즈(770)는, 두 빔 모두가 동일 스폿에서 최종 미러(725)를 때리도록, 레이저 빔의 궤도를 조정하기 위하여 빔-조향 메커니즘과 함께 동작한다. 웨이퍼(740) 상의 2개의 빔의 서로 다른 스폿 위치는 집속 렌즈(730)로 입사하는 빔의 서로 다른 각도에 기인할 수 있다.
이들 구성들 각각의 물리적인 구현은 많은 방식으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 도 21에 도시된 2-스폿 시스템은 다른 빔에 상대적으로 하나의 빔을 XY 조향하는 기능을 제공하는 대안적인 구성이다. 그런 구현은, 지연 광학기구(770)과 함께 하나가 아닌 2개의 조향 XY 빔 메커니즘(764)를 사용하는데, 도 18에 도시된 시스템과 유사한 시스템을 초래한다.
2-스폿 시스템(800)의 다른 구현이, 바람직한 실시예를 더 상세하게 보여주는 도 22에 예시된다. 이 실시예에서, 레이저(720)의 출력 빔은 바람직하게 선형 편광된다. 이 빔은 빔 형성 및 콜리메이팅 광학기구(722)를 통과하며, 이 광학기구(722)는 빔 크기를 변화시킬 수 있고 더 중요하게는 콜리메이팅된 빔을 생성하며, 이후 빔은 반파장 플레이트(724) 및 빔 분할기(745)에 도달한다. 빔 분할기(745)는 바람직하게는, 빔을 2개의 분리되고 직교방향으로 선형 편광된 구성부분 A 및 B로 분할하는 편광기이다. 반파장 플레이트(724)의 광학 축의 회전 배향에 따라, 빔 A 및 빔 B의 전력의 비율은 총 전력(A+B)이 실질적으로 보존되면서 연속적으로 조정될 수 있다. 예컨대, 작업 표면 상의 두 집속 스폿 모두가 동일한 것이 바람직한 경우, 반파장 플레이트(724)의 광학 축 각도는, 작업 표면 상의 2개의 스폿이 2개의 빔 경로 A 및 B 사이의 전력 처리량에서의 변동에도 불구하고 동일한 전력을 가지도록 조정될 수 있다.
분할기(745)에서 출력된 빔 A는 그후 스위치(750)를 통과하는데, 스위치(750)는 AOM과 같은 고속 스위칭 디바이스인 것이 바람직하다. 원하는 스위칭 속도 또는 AOM의 구성에 따라서, 빔 형성 광학기구(미도시됨)가 AOM 내부에서 적절한 빔 크기 및 발산을 용이하도록 하기 위하여 AOM 바로 전 및 후에 사용될 수 있다. 대안적으로, EOM(electro-optic modulator)와 같은 다른 고속 스위치가 사용될 수 있다. 명백하게, 스위치(750)는 2개의 빔의 독립적인 제어가 바람직하지 않은 경우 생략될 수 있는데, 이 경우 두 빔 모두 동시에 스위칭 온 또는 스위칭 오프될 것이다.
광학 경로 A를 계속 내려가면, 빔 크기 제어 광학기구(752)는, 원하는 집속 스폿 크기가 작업대(740)에서 생성되도록 빔 크기를 변화시키기 위하여 사용될 수 있다. 예컨대, 프로그램가능한 줌 빔 확장기(ZBE)는 출력 빔 크기를 변동시키고 따라서 작업 표면에서의 최종 스폿 크기를 변동시키기 위하여 구현될 수 있다. 대안적으로, 원하는 스폿 강도 프로파일 및 크기에 따라 그 외 빔 형성 광학기구가 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 적합한 빔 분할기(754)는 전력 감시 목적으로 콜리메이팅 광학기구(722) 이전 또는 이후에 사용될 수 있다. 예컨대, 입사 경로에서, 입사 빔의 일부는 레이저 펄스의 크기 및 에너지에서의 변동을 감시하기 위하여 입사 검출기(756)로 편향될 수 있다.
작업대(740) 상의 형상으로부터 반사된 광학 신호는 시스템의 광 경로를 따 라 뒤로 이동할 수 있다. 빔 분할기(754)는 반사된 광학 신호를 감시 목적의 반사 검출기(758)로 보낸다. 반사되어 입사된 광학 전력 레벨은 예컨대 집속된 스폿의 위치를 눈금조정하는데 유용하다. 정렬 과정 동안에, 집속된 스폿들은 작업 표면 상의 정렬 표시들에 걸쳐서 스캐닝된다. 반사된 전력 레벨 및 위치 측정치는 작업대(740)에 대한 스폿의 위치를 눈금조정하는데 사용된다.
도 22에 도시된 구현에서, 편광 광학기구는 신호가 작업대(740)로부터 반사되어 반대 경로를 따라 뒤로 이동하도록 야기한다. 따라서 입사빔 A에 의해 생성된 반사는 실선 빔 경로 B를 따라 뒤로 이동한다. 마찬가지로, 입사빔 경로 B로부터의 반사는 점선 빔 경로 A를 따라 뒤로 이동할 것이다. 이것은 반사된 신호의 교차를 초래한다. 입사 신호 및 반사 신호를 비교할 때의 바람직한 동작 모드는 반대 빔 경로들에 연결된 검출기들을 사용하는 것이다. 이러한 비교는, 광학 스폿의 에너지 또는 성질을 결정하는 것 또는 작업대에 대한 정렬 스캔을 수행하는 것과 같은, 눈금조정 및 측정 목적을 위하여 유용할 수 있다.
빔 경로 A에서의 그 다음 주요 구성부분은 작업 표면 상의 집속 스폿 위치를 제어하는 빔 스캐닝 또는 조향 메커니즘(760)이다. 이것은 작업대 상에서 X 방향 및 Y 방향 둘 모두로 스폿을 이동시킬 수 있는 하나의 고속 조향 미러인 것이 바람직하지만, 각각 하나의 방향으로만 스캐닝하도록 직교 구성으로 배열된 2개의 스캐닝 미러들이 사용될 수 있다. 단일-미러 접근법이 바람직한데, 왜냐하면 미러에서 또는 미러 근처에서 정적인 회전 중심을 유지하면서 빔의 축 둘 모두에서 각도 변화를 생성할 수 있기 때문이다. 대안적으로, AOM과 같은 다른 스캐닝 디바이스가 상대적으로 작은 스캔 범위이지만 높은 스캔 속도를 위해 사용될 수 있다.
하나의 단일 집속 렌즈(730)를 통과하는 다중 스캐닝 빔들을 가진 구성에 있어서, 모든 빔들을 최적의 집속 스폿 품질을 위하여 스캐닝 범위 전체에 걸쳐 집속 렌즈(730)의 입사 동공의 중심에 또는 중심 근처에 위치시키는 것이 바람직하다. 이것은 특히 높은 개구수(NA)의 집속 렌즈 및, 예컨대 빔 파장의 3배보다 작은 크기의 스폿 크기를 이용하는 링크 가공 시스템에서 통상적으로 볼 수 있는 바와 같은, 입사 동공을 거의 채우는 입력 빔 크기에 대하여 적용된다. 이들 높은 NA 렌즈들의 한가지 공통 속성은 입사 동공이 렌즈에 대해 가까이 위치된다는 것인데, 여기서 모든 빔 스캐닝 구성부분을 물리적으로 끼워맞추는 것은 불가능하지는 않더라도 매우 어렵다. 따라서 각각의 멀리 있는 스캐닝 메커니즘으로부터 입사 동공으로의 스캐닝 각도를 재생성할 수 있는 지연 렌즈(770)를 사용하는 것이 유리하다. 지연 렌즈(770)는, 다중 광학 요소들을 포함할 수 있는데, 조향 메커니즘(760)과 빔 결합기(765)사이에서 다운스트림에 위치된다. 지연 렌즈(770)의 위치지정은 성능에 영향을 미치는데, 왜냐하면 조향 미러의 중심은 지연 렌즈(770)의 입사 동공의 중심에 위치되어야 하며, 한편 지연 렌즈(770)의 출사 동공은 집속 렌즈(730)의 입사 동공과 일치되기 때문이다. 이러한 배열에 의해, 집속 렌즈(730)의 입사 동공에서의 빔 위치는 스캔에 걸쳐 실질적으로 정적이며, 이에 의해 스캔 범위 전체에 걸쳐 집속 스폿의 최적 빔 품질을 유지시킨다.
지연 렌즈(770)의 다른 바람직한 성질은 렌즈를 통과하는 빔의 콜리메이션 상태가 보존된다는 것이다. 바람직한 실시예에서, 빔 크기와 광학 축에 대한 빔 각 도의 크기는 지연 렌즈(770)의 입력과 출력 사이에서 변화되지 않는다. 그러나, 상이한 설계에 의하여, 지연 렌즈(770)의 출력 빔은 원하는 콜리메이션을 유지하면서도 상이한 빔 크기 및 대응하는 상이한 각도를 가질 수 있다. 예컨대, 지연 렌즈(770)에서 나온 빔 크기를 배증하는 것은 출력 빔 각도를 반감시킬 것이다. 이러한 배열은, 작업 표면 상의 스폿의 위치지정 민감도를 향상시키기 위하여 집속 렌즈(730)에서 스캔 각도 범위를 감소시키는 것이 바람직한 때의 특정 상황에서 유용할 수 있다.
지연 렌즈(770)는 앞서 언급된 광학 트레인에 하나의 스캐닝 미러 또는 미러들의 추가에 의하여 대체될 수 있다. 최소한 2개의 독립적인 스캔 미러를 사용하고 또한 적절한 스캔 각도의 조절에 의하여, 원하는 스캔 각도를 변동시키면서 집속 대물렌즈의 입사 동공에서 정적인 스캐닝 빔을 생성하는 것이 가능하며, 이에 의해 스캔 범위 전체에 걸쳐 스폿 품질을 최적화하는 것이 가능하다. 이러한 배열의 단점은 지연 렌즈 경우와 비교하여 총 미러 스캔 각도가 더 크다는 것인데; 이것은 스캔 범위가 한정된 경우 고속-스캐닝 고-해상도 메커니즘에서 하나의 인자가 될 수 있다.
빔 분할기(745)에서 나온 제 2 빔 경로 B에 있어서, 만약 독립적인 스위칭과 스캐닝이 바람직하다면 광학 트레인 구성부분들은 빔 결합기(765)까지 실질적으로 유사할 것이다. 선택적으로, 만약 바람직한 편광 성질들을 생성하는 것이 필요하다면 반파장 플레이트(724)가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 직교 편광을 가지는 2개 경로 A 및 B로부터의 출력 빔들은, 스캔 미러가 작업 표면 상의 중첩 스 폿들에 대해 조정되는 때에 2개의 출력 빔들이 실질적으로 동일한 위치와 방향에서 집속 대물 렌즈(730)의 입사 동공에 들어가는 방식으로, 하나의 편광기 내에서 결합된다. 빔 결합기(765)는 예컨대 입방체 편광기 또는 박막 플레이트 편광기일 수 있는데, 이 둘 모두 통상적으로 구매가능한 광학 요소이다. 이런 배열은 최소의 전력 손실이라는 장점을 가지지만, 회절 광학 요소 또는 비-편광 민감 분할기와 같은 다른 빔 결합기가 여기에 사용될 수 있다는 것이 예상된다. 더 나아가, 결합기(765)로의 입력 빔들은 비-선형적으로 편광되어 있을 수 있다.
빔이 빔 결합기(765)에 의해 결합된 이후, 미러(725)는 빔을 집속 렌즈(730)을 향하도록 보낸다. 미러(725)는 선택적으로, 추가적인 스캐닝을 위하여 광학 트레인 내에 삽입된, 스캐닝 미러 또는 FSM일 수 있다. 스캐닝의 중심은, 다시 최적의 집속을 위하여, 집속 렌즈(730)의 입사 동공에 위치되는 것이 바람직하다. 이 스캐닝 미러는 이동 스테이지 또는 다른 위치조정 에러 소스와 관련된 빔 위치조정 에러 정정을 위해 사용될 수 있다. 이 스캐닝 미러는 또한 빔 A 또는 B에 대하여 빔 조향 메커니즘(760) 중 하나에 대한 대안적인 빔 위치조정 디바이스로서 사용될 수 있다. 그런 배열에 있어서, 빔 B의 빔 조향 메커니즘(760)은 예컨대 제거될 수 있고, 미러(725)의 움직임과 관련된 빔 A의 스캐닝 메커니즘(760)의 움직임은 작업 표면(740)에서 원하는 스폿 위치를 생성한다.
대부분의 링크 가공 응용에 있어서, 거의 동일한 크기 및 강도 프로파일의 집속 스폿을 가지는 것이 바람직하다. 각각의 스폿의 크기를 측정하고 2개의 빔 경로의 빔 크기 제어 광학기구(752)를 조정함으로써, 거의 동일한 크기의 스폿들이 생성될 수 있다. 대안적으로, 2개의 빔은 편광기를 사용하여 스위치들 이후에 재결합될 수 있고, 결합된 빔은 공통 빔 크기 제어 광학기구를 통과하여 전송될 수 있으며, 이후 두번째로 분할될 수 있다. 공통 빔 크기 제어 광학기구의 사용은 작업 표면에서 실질적으로 동일한 집속 스폿을 보장하여야 한다.
강도 프로파일은, 광학 스위치(750)에 전달된 구동 신호를 통해 또는 선택적인 추가 감쇠 광학기구의 사용을 통해, 반파장 플레이트(724)의 조정에 의하여 제어될 수 있다.
다중-빔 시스템에 있어서, 또한 모든 빔이 대물 렌즈(730)의 집속 평면에서 또는 근처에서 동일 평면(등집속 성질) 상에 동시에 및 정확히 집속되는 것이 유리할 수 있다. 광학 경로들에서의 실질적인 유사성에도 불구하고, 광학적 구성부분들에서의 정상적인 허용오차는 완전한 등집속을 방해할 수 있다. 따라서 각각의 광학 브랜치 내에 집속 제어 광학기구(769)를 도입하는 것이 바람직하지만, 해당 브랜치로부터의 집속이 집속 평면을 한정한다면 이들 중 하나는 생략될 수 있다. 또한 이들 집속 제어 기능을 빔 크기 제어 광학기구(752) 내로 통합하는 것도 가능하다.
선행하는 예들에서 예시된 바와 같이, 다중-스폿 시스템의 많은 서로 다른 구성 및 구현이 가능하다. 다양성은, 벌크 광학 또는 광섬유 구현, 사용된 광학 구성부분의 종류(본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨), 광학 구성부분의 순서, 레이저 펄스 소스의 수, 및 원하는 구성과 같은 서로 다른 물리적인 구현들을 가지고 이루어질 수 있다. 본 기술분야의 기술자라면, 다수의 광학적 구성들이 2-스폿 및 다중-스폿 레이저 가공 시스템을 초래할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이 다.
광범위하게 다양한 광학적 구성부분들이 다중 스폿 레이저 가공 시스템을 구현하기 위하여 사용될 수 있다. 여기서 기술된 것은, 이들 시스템이 구성될 수 있는, 많은 벌크 광학 구성부분 선택이다. 그 외 다른 옵션들은 본 기술분야의 기술자에게 명백할 것이다. 본 발명에 관련된 일차적인 구성부분들은 레이저 소스, 빔 분할기, 빔 스위치, 회전 생성기, 및 빔 변경 광학기구이다.
다중-빔 레이저 가공에서 서로 다른 레이저 및 서로 다른 레이저 펄스 성질을 이용하는 것은 반도체 링크 구조의 가공을 유리하게 향상시킬 수 있다. 다수의 상이한 유형 또는 레이저 소스는 다중-빔 레이저 가공 시스템에서 사용 또는 결합될 수 있다. 이들 레이저 소스는, Nd:YVO4, Nd:YLF, 및 Nd:YAG와 같은 희토류-도핑된 라상트(lasants) 및 알렉산드리트, Cr:LiSAF, 및 Cr:LiCAF와 같은 전자진동 라상트를 함유하는 레이저를 포함하여, 다이오드-펌핑된 q-스위칭된 고체 레이저와 같은 고체 레이저를 포함함 수 있다. 이들 레이저에서 출력된 기본 파장은 잘 알려진 비선형 고조파 변환 과정을 통하여 고조파 파장으로 변환될 수 있다.
이들 레이저 소스는, 펄싱된 피코초 레이저 출력을 생성할 수 있는 SESAM 모드-동기 Nd:YVO4 레이저와 같은, 다이오프-펌핑된 모드-동기 고체 레이저를 더 포함할 수 있다. 모드-동기 고체 레이저는 발진기-재생성 증폭기 및 발진기-전력 증폭기 구성을 포함할 수 있다. 이들 레이저에서 출력된 기본 파장은 잘 알려진 비선형 고조파 변환 과정을 통하여 고조파 파장으로 변환될 수 있다. 레이저 소스는 또한, 펨토초(fs) 레이저 출력의 생성을 위한 쳐프 펄스 증폭(chirped pulse amplification) 레이저 시스템을 포함할 수 있거나, 또는 대안적으로 펄스 펨토초 레이저 출력의 생성을 위하여 본 기술분야에서 잘 알려진 다른 펄스 늘임 및 압축 광학기구를 포함할 수 있다.
이들 레이저 소스는 펄스 희토류-도핑 고체 코어 섬유 레이저 및 펄스 희토류-도핑 광전자 결정 섬유 레이저를 더 포함할 수 있다. 펄스 희토류-도핑 섬유 레이저는 q-스위칭형 및 발진기-증폭기 구성을 포함할 수 있다. 또한, 광역 반도체 레이저, 단일-주파수 반도체 레이저, 발광다이오드, q-스위칭형 고체 레이저, 및 섬유 레이저를 포함하여, 광범위하게 다양한 발진기들이 사용될 수 있다. 이들 레이저에서 출력되는 기본 파장은 잘 알려진 비선형 고조파 변환 과정을 통하여 고조파 파장으로 변환될 수 있다.
추가적인 레이저 소스는 반도체 레이저, CO2 및 아르곤-이온 레이저를 포함하는 기체 레이저, 및 엑시머 레이저를 더 포함할 수 있다.
폭넓은 파장 범위(약 150nm로부터 약 11,000nm까지임)가 다중-빔 레이저 가공 시스템에 포함될 수 있는 레이저 소스에 대해 생성될 수 있다. 사용된 레이저 소스에 따라, 10 fs로부터 1 ㎲보다 더 큰 범위의 펄스폭 및 펄스-온-디맨드로부터 100 MHz보다 더 큰 범위의 PRF가 본 명세서 작성 당시에 생성될 수 있다. 사용된 레이저 소스에 따라, 펄스 형태, 펄스 당 에너지 또는 출력 전력, 펄스폭, 편광, 및/또는 파장은 조정가능하거나 선택가능할 수 있다.
적절한 펄스 당 에너지 출력을 가진 레이저 소스는, 하나의 레이저 소스로부터의 출력이 분할되어 다수의 작업대상 위치들로 전달되는 경우의 다중-빔 응용에 대하여 바람직하다. 링크 가공 시스템에서 현재 사용되는 많은 레이저는 디바이스 구조 형태 크기에서의 예상되는 축소에 기인하는 다중-빔 구현을 위하여 적절한 펄스 당 에너지를 생성할 수 있다.
초고속 레이저는, 하나의 링크를 가공하기 위하여 빠르게 연속적인 수많은 펄스를 전달할 수 있는데, 역시 다중-빔 레이저 가공에 응용될 수 있다. 임의의 다른 레이저 소스와 같은 시스템에서 사용하는 것에 추가하여, 초고속 레이저를 사용하는 시스템에서 펄스를 생성하고 차단하는 것은 다중 빔 경로들의 각각을 따라 전달되는 서로 다른 펄스 시퀀스를 허용하도록 조정될 수 있다. 예컨대, 더 많거나 더 적은 펄스가 링크에 전달되도록 빔 경로들 중 하나를 통과하도록 허락될 수 있다. 펄스는 또한 서로 다른 빔 경로를 따라 버스트 형태로 전달되거나 교대로 전달될 수 있다. 하나 이상의 다중 빔 경로에서 작업대에 대해 레이저 스폿 위치에서의 오프셋 또는 조정은, 또한 타겟 링크에 도달하기 위한 시간적으로 서로 다른 레이저 펄스 세트를 허용함으로써 생성될 수 있다.
빔 분할기는 편광 빔 분할기 입방체 또는 부분 반사 미러와 같은 벌크 광학기구일 수 있다. AOM, EOM, 및 스위칭가능 LCE 편광기는 또한 빔 분할을 수행하도록 구성되고 구동될 수 있다. 대안적으로 광섬유 커플러는 광섬유 구현에서 빔 분할기로서 이용될 수 있다.
펄스가 작업 표면(740)으로 전파하도록 허용하거나 차단되도록 하기 위하여 빔을 스위칭하는 광학 구성부분은: AOM, EOM, 포켈 셀(pockel cell), 스위칭가능 LCD 편광기, 기계적인 셔터, 및 또한 조향 미러와 같은 고속 빔 편향기를 포함한다.
빔 조향 메커니즘은 전형적으로 회전 생성기의 클래스에 속한다. 기계적인 회전기는 압전적으로, 전자기적으로, 전왜적으로(electrostrictive), 또는 그외 액추에이터에 의해 작동될 수 있는 조향 미러를 포함한다. 갈바노미터, 경사 쐐기, 및 마이크로머신 미러의 어레이는 또한 모두 기계적인 빔 편향기의 범주에 속한다. 광학 빔을 조향할 수 있는 다른 광학 요소들은 AOM 및 EOM을 포함한다.
일부 응용에 대하여, 입력 명령에 응답하는 것 대신 고정된 빔 조향 메커니즘을 가진 다중-빔 레이저 시스템을 구현하는 것이 가능하다. 고정된 또는 수동으로 조정가능한 광학기구는, 특정 작업대(740) 상의 링크 간격에 합치하는 상대 위치 간격을 가지는 집속된 스폿들을 가지고 동작하는 링크 가공 시스템을 구성하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 X-축 링크 런에 대하여 사용되는 일부 고정된 경로들과 또한 Y축 링크 런에 대하여 사용되는 다른 고정된 경로들을 가지는 것으로부터 이익을 얻을 수 있다.
다양한 종류의 추가적인 빔-변경 광학기구들이 광학 경로 내에 포함될 수 있다. 유사한 및/또는 서로 다른 요소들이 서로 다른 빔 경로에서 사용될 수 있다. 이들 추가적인 광학 요소는, 편광기, 편광 수정기, 패러데이 아이솔레이터, 공간 빔 프로파일 수정기, 시간 빔 프로파일 수정기, 주파수 이동기, 주파수-곱하기 광학기구, 감쇠기, 펄스 증폭기, 모드-선택 광학기구, 빔 확장기, 렌즈, 및 지연 렌 즈를 포함할 수 있다. 추가적인 광학 요소들은 또한 여분의 광학 경로 거리, 접힌 광학 경로, 및 광섬유 지연 라인으로 구성될 수 있는 지연 라인을 포함할 수 있다.
완전 중첩 구성(570) 또는 부분 중첩 구성(580)(도 5)의 경우에, 구현은 단순화될 수 있다. 예컨대, 도 23 및 23은 2개의 레이저 스폿의 부분 중첩 구성(580)을 각각 생성하는 시스템(900A 및 900B)의 도면이다. 시스템(900A)은 작업대(740)에 도달하기 전에 X축 AOM(761), Y축 AOM(763), 및 광학기구(735)를 통과하는 일련의 펄스를 가지는 레이저 빔을 생성하는 레이저(720)를 포함한다. X축 AOM(761)은 그 입력측에 입사하는 레이저 빔을 X축을 따라 서로 다른 방향으로 보내진 2개의 빔으로 분할하고; Y축 AOM(763)은 Y축을 따라 마찬가지로 동작한다. 비록 전형적으로 AOM(761 및 763) 중 오직 하나만이 주어진 시간에 활성화될 것이지만{도 23은 Y축 AOM(763)이 활성화되어 있는 것을 보여준다}, 둘 모두를 직렬로 가지고 있는 것은, 시스템(900A)으로 하여금 작업대(740)를 재배치하지 않고서도 Y 또는 X 방향 중 어느 하나에서 길이 방향을 가지는 링크들에 대해 동작할 수 있게 허용한다. AOM(761 및 763)에 대신하여 임의의 적합한 빔-분할 디바이스가 사용될 수 있다. AOM(761 및 763)에서, 2개의 출력 빔의 성질은 무선 주파수(RF) 제어 신호(미도시됨)의 특성에 의존한다. 더 상세하게는, 2개의 출력 빔 사이의 변위는 RF 신호의 주파수의 함수이며, 2개의 출력 빔 내의 에너지 비율은 RF 신호의 전력의 함수이다. 상기 에너지 비율은 0과 1 사이에서 변하는 것이 바람직하다. 옵션으로서, 다른 빔에 대하여 하나의 빔을 지연시키기 위하여 광섬유 루프와 같은 지연 요소(731)를 포함하는 것도 또한 가능하다. 마지막으로, 광학기구(735)는 최종 집속 렌즈와 같은 것 및 바람직한 그 외 광학 요소라면 무엇이든지 포함할 수 있다.
시스템(900B)은 2개의 부분 중첩 빔 스폿을 생성하기 위한 대안적인 구현이다. 시스템(900B)은 파장 플레이트(725) 및 빔 분할기(745)를 포함하며, 빔 분할기(745)는 하나의 레이저 빔을 2개의 빔으로 분할하고, 2개의 빔은 각각의 회절 요소(767 및 769)를 통과한다. 회절 요소(767)는 그 입력측에서 레이저 빔을 X축을 따라 서로 다른 방향으로 보내진 2개의 빔으로 분할하며, 한편 회절 요소(769)는 Y축을 따라 유사하게 동작한다. 시스템(900A)의 X축 AOM(761) 및 Y축 AOM(763)과 같이, 복굴절 요소(767 및 769)는 X 또는 Y 방향 중 어느 한 방향으로 연장하는 링크를 처리하기 위한 유연성을 제공한다. 회절 요소의 출력은 결합기(765)와 광학기구(735)를 통과하여 작업대(740)에 도달한다.
다중 레이저 소스는 레이저 링크의 가공에 있어서 더 큰 유연성 및 성능을 위하여 다중 스폿 레이저 시스템과 함께 사용될 수 있다. 상이한 구성은 상이한 장점을 제공한다. 예컨대, 도 25는 다중 레이저(720-1 및 720-2), 제 1 미러(722), 빔 결합기(723), 및 제 2 미러(724)를 사용하는 일 구성을 보여준다. 일 동작 모드에 있어서, 다중-레이저 구성은 유효 레이저 반복율을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 다중 레이저 헤드를 하나의 단일 출력 빔으로 결합함으로써 및 펄스를 생성하도록 레이저 헤드를 순차적으로 트리거함으로써, 유효 레이저 반복율은 증가된다. 유효 레이저 반복율은 개별 레이저의 반복율의 어떠한 증가없이 증가되기 때문에, 펄스 성질은 보존된다. 펄스 형태, 펄스 폭, 피크 펄스 높이, 및 펄스 에너지는 모두 유지될 수 있다. 단일 레이저를 고속으로 구동함으로써 레이저 반복율을 증가시키는 것은 펄스 폭을 증가시키며 이용가능한 펄스 에너지를 감소시킬 것이다. 이런 기법의 일예로서, 2개의 40 kHz 레이저는 40 kHz 레이저에서와 동일한 광학 성질을 가지는 80 kHz에서 동작하는 펄스 트레인을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
다중-레이저 구성은 또한, 일부 또는 모든 레이저(720-1 및 720-2)를 동시에 점화시키도록 그리고 그 출력 펄스들이 이용가능한 펄스 에너지를 증가시키기 위하여 결합되도록 동작될 수 있다.
다중-레이저 구성은 또한, 동시에 점화될 수 있는 서로 다른 광학 성질을 가진 또는 시간 펄스 형상화를 위한 작은 시간 지연을 가진 광학 펄스를 생성하도록 동작될 수 있다. 예컨대 빠른 상승 시간을 가진 레이저로부터의 펄스는 긴 펄스 폭을 가진 레이저로부터의 펄스와 결합되어, 빠른 상승 시간 및 긴 펄스 폭을 가진 결합된 펄스를 생성할 수 있다.
서로 다른 파장의 레이저는 또한, 유사한 방시으로 결합될 수 있다. 본 명세서에서 앞서 기술된 다중-빔 펄스 형상화 기법은 또한, 다중-빔 또는 단일-빔 링크 가공 시스템에 대한 입력 펄스 트레인을 더 맞게 하기 위해 이들 레이저에 응용될 수 있다. 예컨대, IR 및 UV 파장의 레이저가 설치된 시스템은 링크를 가공하기 위하여 두 레이저 소스 중 어느 하나로부터의 펄스를 선택적으로 사용할 수 있다. 대안적으로, 서로 다른 레이저 헤드는 서로 다른 시간적 형상을 가지는 펄스를 전달할 수 있다.
연속파 및 펄스 레이저를 결합하는 것은 링크 가공 시스템에서 추가 장점을 제공한다. 만약 2개의 빔이 집속 스폿 위치에서 중첩하거나 또는 알려진 차이를 가진다면, 연속파 레이저는 정렬 및 눈금조정을 위하여 사용될 수 있고 펄스 레이저는 링크 가공을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 배열은, 연속파 레이저는 항상 온이고 전형적인 펄스 레이저보더 더욱 안정하기 때문에 정렬 및 눈금조정에 더 양호하게 적합하다는 사실을 이용할 수 있다.
다중 레이저 헤드는 또한 하나의 집속 스폿으로 전달되는 하나 이상의 레이저 헤드가 존재하는 경우에도 구현될 수 있다. 이러한 구성은, 각각의 집속 레이저 스폿이 링크를 가공하는 펄스를 제공하는 하나의 분리된 레이저 또는 레이저들을 가지도록, 하나의 다중-스폿 시스템 내에서 반복될 수 있다.
위에서 기술된 개념은 많은 스폿들 및 많은 레이저 헤드들에 대해 일반화될 수 있다. 즉, 반도체 링크 가공 시스템은 N 개의 빔 경로 및 K 개의 집속 레이저 스폿을 생성하는 M 개의 레이저 헤드의 배열(여기서, M, N, 및 K는 1 이상의 정수이다)을 사용하여 유익하게 구성될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 다중 레이저는 펄스를 결합하기 위하여 또는 교대하기 위하여 동시에 및/또는 서로 다른 시간에 점화될 수 있다. 레이저는 동일한 또는 서로 다른 광학적 성질의 것일 수 있다. 또한 레이저 펄스 트레인은 더 분할되어 동시에 또는 순차적으로 다중 링크 구조에 전달될 수 있다.
도 26은 M 개의 입력 레이저로부터의 펄스 트레인을 N 개의 출력 광학 빔으로 결합하는 광학 시스템을 도시한다. 이 광학 시스템은 링크 가공 기계의 하나의 기능적 유닛으로서 제작될 수 있다.
많은 이들 기능적인 광학 시스템 그룹들은 하나의 링크 가공 시스템에 결합될 수 있다. 입력들을 하나의 빔으로 결합하는 광학 시스템은, 레이저 헤드들 또는 다른 빔 결합 광학 시스템으로부터의 출력 중 어느 하나일 수 있다. 유사하게, 이들 광학 서브시스템들로부터의 출력은 반도체 링크를 가공하기 위한 집속 광학기구로 전달될 수 있고, 또는 다른 빔 결합 광학 서브시스템에의 입력으로서 이용될 수 있다.
광학 시스템들을 통하여 다중 타겟 링크들에 상호연결되는 레이저 헤드들의 최종 메쉬(mesh)는 (1) 원하는 성질을 가지는 광학 펄스를 생성하는 것, 및 (2) 하나의 제품을 가공하는데 요구되는 링크 런의 수를 감소시킴으로써 그리고 링크 런 속도를 증가시킴으로써 시스템 처리량을 증가시키는 것에 있어서 큰 유연성을 가진다.
위에서 제공된 구현의 세부사항은 모든 집속 빔들이 하나의 단일 집속 렌즈(730)을 통하여 작업대(740)로 방사하는 경우의 다중 스폿들을 생성하기 위하여 시스템을 구성하는 방법을 기술하고 있다. 그러나 다중 집속 렌즈들을 사용하는 것도 역시 가능하다. 이들 다중 집속 렌즈들은 하나의 축상 간격을 가지고, 하나의 횡축 간격을 가지고, 또는 둘 모두를 가지고 배열될 수 있다.
다중의 최종 집속 렌즈 시스템은 수많은 렌즈 구성을 가지고 제작될 수 있다. 시스템은 하나의 링크 런의 축상을 따라 및/또는 하나의 링크 런의 횡축을 따라 2개 이상의 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈들은 규칙적인 배열, 엇갈린 배열, 또는 무작위 배열로 구성될 수 있다. 또한 "+"플러스 구성의 렌즈 배열을 가지는 것 도 역시 가능하다. 다중 집속 렌즈들의 일 서브세트가 X축 링크 런에 대하여 사용되고 다른 렌즈 서브세트는 Y축 링크 런에 대하여 사용될 수 있다. 위에 언급된 렌즈 구성은 예시 구성들의 작은 서브세트이다. 많은 다른 렌즈 배열이 가능하며, 각각은 서로 다른 장점을 가진다.
횡축 간격을 가진 다중 렌즈를 구현하는 것은 다중 링크 런을 동시에 가공하는 것을 허용한다. 따라서 웨이퍼가 집속 렌즈 아래를 통과되어야 하는 횟수는 렌즈의 수에 의해 나누어질 수 있다. 이것은 극적인 처리량 향샹을 초래할 수 있다. 측방향으로 간격을 가지고 떨어져 있는 스폿들의 추가 장점은 III 부분에서 이미 논의되었으며, 다중-렌즈 시스템에 적용가능하다.
하나의 축상 구성으로 2개 이상의 렌즈를 구현하는 것은 또한 처리량 및 하드웨어 장점을 제공한다. 다중-블로우와 같이, IV 부분에서 이미 논의된 축상으로 간격을 가지고 떨어진 스폿 장점은, 다중-렌즈 시스템에 적용가능하다.
링크 런의 축을 따라 다중 렌즈를 간격을 가지고 배치하는 것은 또한 각각의 링크 런을 더 짧게 만들 수 있다. 예컨대, 150 mm 간격을 가지고 떨어져 있는 2개의 렌즈는 길어봐야 150 mm 길이인 링크 런을 가지고 300 mm 웨이퍼를 가공하는 것을 허용할 것이다. 웨이퍼의 중심에서 하나의 링크 런을 가공하기 위한 상대 이동 요구조건은 렌즈의 수에 의해 나누어진 웨이퍼의 직경이다.
이러한 가공 방법에 있어서, 링크 런 속도는 단일-스폿 경우로부터 변화되지 않지만, 더 짧은 링크 런에 기인하여 극적인 시간 감소가 초래한다. 추가적인 이익은 이동 스테이지의 이동 범위가 감소될 수 있다는 것이다. 더 작은 스테이지는 스 테이지 비용 및 풋프린트를 감소시킬 것이고, 가능하게는 스테이지의 가속도 및 대역폭 능력을 증가시킬 것이다.
각각의 집속 렌즈의 크기에 기인하여, 또한 전형적인 가공 시스템에서 사용되는 짧은 집속 거리에 기인하여, 다중 렌즈 시스템에서의 집속 스폿들은 작업대에서 큰 분리 거리(인치 정도의)를 가질 가능성이 있다. 그러나 중첩 스폿들을 생성하는 다중 집속 렌즈 시스템을 제작하는 것이 가능하다. 더 작은 렌즈(예컨대 직경이 2~3인치인 UV 렌즈)를 사용하는 시스템은 또한, 작은 스폿 크기를 성취하기 위하여 더 큰 렌즈(예컨대 직경이 3~5인치인 IR 렌즈)를 사용하는 시스템보다 더 많은 렌즈를 수용할 수 있다. 예컨대 300mm 웨이퍼를 가공할 수 있는 UV 시스템은 약 6개의 렌즈까지 사용할 수 있다.
도 27은 다중 렌즈 반도체 링크 가공 시스템의 일 구현예를 보여준다. 많은 대안적인 구성들이 가능하다. 이러한 시스템은 링크 런을 수행하기 위하여 XY 이동 스테이지(260)(도 27에는 미도시됨) 상에 있는 작업대(740)(점선으로 표시됨) 위에 위치될 수 있다.
도 27에서의 다중-렌즈 시스템은, 각각의 집속 렌즈(730A ~ 730E)에 광 펄스들을 전달하기 위하여 빔 분할기(745A ~ 745D) 및 미러(775)를 사용하여 펄스 트레인을 생성하는 하나의 단일 소스 레이저(720)를 포함한다. 선택적인 조향 미러(764A ~ 764E) 또는 고정 미러들은 각각의 집속 렌즈들 이전에 포함될 수 있다. 독립적인 AOM(752A ~ 752E) 또는 다른 스위치들이, 링크를 가공하지 않을 것으로 의도된 펄스를 차단하기 위하여 사용된다. 각각의 렌즈(730A ~ 730E)는 또한 집속 메커니즘 및 집속된 스폿 빔 허리 위치의 고속 조향 미러 조정을 가지는 것이 바람직하다.
다중-렌즈 시스템에서, 원하는 타겟 링크에서 각각의 집속된 스폿을 정밀하게 위치지정하기 위하여 집속된 스폿이 약간 변위되도록 하기 위해 각각의 집속 렌즈 이전에 FSM 또는 조향 미러와 같은 하나의 XY 빔 조향 디바이스를 사용하는 것이 유리하다. 조향 미러(764A ~ 764E)의 사용은 각각의 빔 경로 및/또는 집속 렌즈의 정렬 또는 배치에서 작은 불규칙성을 정정할 수 있다. 이들 조향 미러들은 또한 (1) 렌즈의 배열에 대해 웨이퍼 회전, (2) 레이아웃 오프셋, 회전, 지형적 불규칙성, 눈금조정 인자, 스케일 인자, 및/또는 웨이퍼를 가로질러 변동할 수 있는 오프셋, 및 (3) 각각의 집속 스폿에 서로 다른 영향을 가할 수 있는 동적 에러 또는 다른 에러에 대하여 보상하기 위해 사용될 수 있다. 요약하면, 조향 미러는, 고유한 눈금조정 파라미터 및/또는 각각의 집속 스폿 위치의 보상을 요구할 수 있는 정확한 순간에 작업대 상의 원하는 위치에 모든 스폿들이 적절하게 위치되도록 임의의 다중-렌즈 가공 시스템에서 도움을 줄 수 있다.
다중 렌즈의 사용의 장점은 때때로 패킹 손실(packing loss)에 의하여 제한될 수 있다. 패킹 손실은 모든 렌즈가 항상 가공이 필요한 작업대(740) 상의 영역 위에 있는 것이 아니기 때문에 발생한다. 예컨대 도 27을 참조하면, 작업대(740)의 가장자리 근처에서 가공할 때, 도면의 상단 및 하단에 있는 렌즈(730A 및 730E)는 각자의 집속 스폿이 작업대(740)에서 벗어나 있을 수 있다. 이러한 경우에 모든 집속 스폿들이 사용될 수 있는 것은 아니기 때문에, 약간의 비효율성이 초래할 수 있 다.
도 27의 다중-렌즈 시스템에서 렌즈의 비대칭 구성(Y축을 따른 정렬과 함께)은 비대칭 이동 스테이지 및 X 및 Y 링크 런에 대하여 서로 다른 가공 양식을 사용하는 것을 자연스럽게 만든다. 웨이퍼(740)는 긴 이동 축 및 짧은 이동 축을 가지는 평면 XY 이동 스테이지를 사용하여 이동된다. 예컨대 X 방향으로 300 mm 이동이 요구되지만, Y 방향으로는 단지 약 60 mm 이동만이 요구된다. 이것은 양 축 모두에서 300 mm 이동이 제공되는 현재의 단일-렌즈 시스템에서의 이동 스테이지와는 대조를 이룬다. Y축에서의 이동 요구를 감소시키는 것은 스테이지의 이동성 질량 및 풋프린트를 감소시킬 것이다.
X 및 Y 가공 양식에 합치되는 서로 다른 X 및 Y 성능 특성을 가진 이동 스테이지의 사용은 바람직하며 추가적인 장점을 제공한다. 이러한 이동 스테이지의 한가지는 도 27의 시스템에서 사용하기에 아주 적합한 고유 성질을 가지는 스택형 XY 스테이지이다. 스택형 이동 스테이지의 일 구현에 있어서, X축 이동 스테이지는 Y축 이동 스테이지를 운반한다. 이러한 구성에 있어서, X축 이동 스테이지는 전형적으로 Y축 이동 스테이지의 질량을 운반하기 때문에 더 작은 가속도 및 대역폭을 가지지만, 연장된 이동 범위를 가질 수 있다. 더 가벼운 Y축 이동 스테이지는 더 큰 가속도 및 대역폭을 전달할 수 있다. Y 스테이지 질량은 만약 짧은 이동 범위만이 요구된다면 더 감소될 수 있다.
이런 성질들의 결합은 도 27의 다중-렌즈 가공 시스템과 함께 사용하기에 매우 적합하다. 바람직한 일 구성은, 횡축 평행관계가 링크 런의 수를 감소시키도록 광학 테이블과 함께 X축 이동 스테이지를 정렬하는 것이다. Y축 이동 스테이지는 축상 평행관계를 위한 광학 테이블과 함께 정렬된다. Y축에서의 많은 더 짧은 링크 런은 더 높은 성능의 Y 스테이지를 이용하여 가공되며, 더 낮은 성능의 X축은 더 적은 링크 런을 가공하는데 사용된다.
전형적인 DRAM 웨이퍼는 각 축을 따라 링크 런의 수와 링크 밀도에 있어서 비대칭적이기 때문에, 다중-빔 가공 시스템에 대한 바람직한 작업대(740)의 배향이 존재할 수 있다. 전형적인 DRAM 웨이퍼는 더욱 많은 링크 런 및 더 큰 링크 밀도를 가진 하나의 가공 축을 가진다. 다른 축은 더 적은 링크 런을 가지지만, 더 많은 갭 프로파일 단계 기회를 가진 더 희박한 링크들을 가진다. 이 경우, 바람직한 가공 구성은 웨이퍼를, 많은 조밀한 링크 런을 가진 축이 횡축 평행관계를 사용하여 더 느린 축(위에 기술된 스택형 스테이지에서 X축)에 의해 가공되도록 배향시킨다. 이것은 요구되는 링크 런의 수를 감소시킨다. 이 방향에서 갭 프로파일 단계에 대한 기회가 더 적게 있기 때문에, 이 방향에서 더 낮은 성능 이동 스테이지가 적절하다. 이때 더 빠른 축은 희박한 링크 런을 가공하는데 사용되며, 이는 갭 프로파일 단계에 의하여 이익을 얻기 위하여 더 많은 기회를 가진 많은 링크 런을 신속히 가공하기 위하여 축상 평행관계를 이용할 수 있다.
도 27에서의 다중-렌즈 시스템을 사용하는 대안적인 방식은 X축 또는 Y축 링크 런 중 어느 하나로서 모든 링크 런을 가공하는 것이다. 이것은 둘 중 하나의 구성에서의 다중 렌즈의 축상 또는 횡축 장점을 이용한다. X축 또는 Y축 링크 런 중 어느 하나로서 모든 링크 런을 가공하기 위하여, 웨이퍼를 회전시킬 필요가 있을 것이다. 이것은 척 내부에 회전 메커니즘을 설계함으로써 또는 척으로부터 웨이퍼를 제거하여, 회전 메커니즘으로 이를 회전시키고, 그 다음에 척 표면 상으로 웨이퍼를 다시 적재함으로써 성취될 수 있다. 웨이퍼를 회전시키는데 요구되는 시간을 감소시키기 위하여, 시스템에 척으로부터 웨이퍼를 제거할 수 있고 척 상에 상이한 웨이퍼를 신속하게 배치할 수 있는 메커니즘을 포함시킬 수 있다. 하나의 웨이퍼가 가공되고 있는 동안에, 다른 웨이퍼는 회전될 수 있다.
동일 방향에서 모든 링크 런을 가공하는 것의 한가지 장점은, 이동 스테이지가 해당 배향에서 가공하기 위하여 최적화될 수 있다는 것이다. 예컨대, 만약 모든 링크 런이 짧은 Y축 런으로서 행해진다면, Y축은 높은 가속도 및 대역폭 및 낮은 질량에 대해여 최적화될 수 있다. 그러나 이런 경우, X축 요구조건은 현재의 시스템에 비하여 이완될 수 있는데 왜냐하면 단지 링크 런들 사이에서 측방향으로 전진하는 것만이 요구될 뿐이고 X 정렬 스캔에 대하여 작은 이동만을 하면 되기 때문이다. 고도의 정밀성이 X축에서도 여전히 요구될 수 있지만, 높은 속도와 가속도는 중요한 것으로 되지 않을 수 있다.
반도체 IC는 전형적으로 웨이퍼 상에 배치된 공칭 동일한 사각형 다이(die)의 규칙적인 그리드로 제조된다. 이들 다이 모두는 동일한 링크 및 링크 뱅크의 배열을 포함하며, 따라서 유사한 링크 런 패턴으로 가공될 수 있다. 그러나 각각의 다이 상에서 절단되어야 할 특정 휴즈들은 검사 과정의 결과이며 따라서 통상적으로 서로 다르다. 웨이퍼 상의 동일한 다이의 규칙적인 배열은 다중-렌즈 가공 시스템에서의 바람직한 렌즈 배열에 대하여 동기를 제공한다. 다이 치수의 정수배가 되 도록 집속 렌즈 및 더 나아가 집속 스폿 간격을 조정하는 것은 자연스럽고 바람직하다. 물론 작은 정정 인자들은, 눈금조정, 스케일링, 및 웨이퍼의 작은 회전과 같은 배향의 차이를 고려에 넣기 위하여, 빔 조향 메커니즘을 사용하여 적용될 필요가 있을 수 있다. 이런 방식으로 렌즈 및/또는 집속 스폿의 간격을 배치하는 것은, 각각의 스폿이 동시에 서로 다른 다이의 동일한 대응하는 링크 및 링크 뱅크 상에 충돌하는 것을 허용한다. 다중-빔 시스템을 사용하여 동시에 2 이상의 다이를 가공하는 것 및 동시에 2 이상의 다이 상의 동일한 대응하는 링크를 가공하는 것은 바람직한 동작 모드이다.
예컨대 각각의 다이는 X 방향에서 가공될 필요가 있는 A, B, C, D 종류의 4개의 링크 런을 가진다고 가정하자. 모든 렌즈들이 한번에 A 종류의 링크 런 내의 동일한 링크를 가공할 수 있도록 집속 스폿들 사이의 상대 간격을 조정하고, 그 다음에 XY 스테이지를 사용하여 횡축 방향에서 웨이퍼 위치를 단순히 조정함으로써, 모든 B 종류의 링크 런이 동시에 가공되는 것이 허용된다. 이 기법의 한가지 장점은, 정밀하지 않은 렌즈 및 집속 스폿 위치들이 각각의 링크 런 방향에 대하여 한번 조정될 수 있다는 것이다. 모든 집속 스폿들이 링크 상에 떨어질 것임을 보장하기 위한 링크 런들 사이에서의 조정은 불필요하다. 이 기법의 두번째 장점은 결합 속도 프로파일을 생성하는 것이 훨씬 쉽다는 것이며, 또한 갭 프로파일 단계를 위한 더 많은 기회가 존재하게 될 것이라는 것이다. 이러한 장점이 발생하는 원인은, 프로파일 가능한 갭이 각 다이 상의 한 종류의 링크 런의 동일 위치에서 발생할 수 있기 때문이다. 순수하게 횡축 간격을 가지고 레이저를 트리거하는 것은 또한 더 쉬운데, 이는 집속 레이저 스폿들이 동시에 다수의 다이 상의 동일한 대응하는 링크를 때리기 때문이다.
렌즈 간격이 웨이퍼 마스크 크기(집속된 마스크 크기)의 정수배와 합치하는 것도 또한 바람직할 수 있다. 이것은 하나의 패터닝 단계에서 웨이퍼 상에 패터닝된 다이들이 모두 동일 렌즈들에 의하여 가공되는 것을 허용한다. 마스크 단계 동안에 발생하는 작은 스텝 및 반복 에러들은 이 경우 더욱 쉽게 눈금조정될 수 있다.
다수의 서로 다른 다이를 동시에 가공하는 다중-렌즈 시스템은 단일-렌즈 시스템에 비하여 갭 프로파일 단계의 기회가 더 적을 수 있다. 단일-렌즈 시스템은 하나의 다이 상의 링크들이 수리불가능하거나 완전하기 때문에 가공하는 것이 불필요할 때마다 갭 프로파일 단계에 의하여 시간을 절약할 기회를 가진다. 다수의 서로 다른 다이는 하나의 다중-렌즈 시스템을 사용하여 동시에 가공될 수 있기 때문에, 완벽한 다이를 스킵하는 기회가 존재할 수 있다. 그러나 다중 스폿을 사용하여 절약되는 시간은 더 적은 갭 프로파일 단계에 기인하는 시간 손실보다 더 클 것이다. 더 적은 갭 프로파일 단계를 사용하는 고속 시스템의 한가지 장점은 이동 스테이지에 의하여 더 적은 열이 발생된다는 것이다. 이동 스테이지 규격은 더 낮은 비용, 더욱 쉽게 제작되는 시스템, 및 더욱 소형의 시스템을 초래하도록 더욱 이완될 수 있다.
다중-렌즈 가공 시스템에 있어서, 렌즈들의 간격이 수 밀리미터만큼 조정될 수 있도록 하는 메커니즘을 포함하는 것이 바람직하다. 이것은 렌즈 간격이 서로 다른 주문형 제품 상의 다이의 치수들의 정수배와 합치되도록 조정되는 것을 허용한다. 집속 렌즈들의 완벽한 배치는, 일단 렌즈들이 기계적으로 조정되면 FSM(fast steering mirror)와 같은 빔 조향 미러가 스폿 위치를 미세 조정할 수 있기 때문에, 요구되지 않는다.
다중 집속 렌즈 시스템의 마지막 양상은, 집속 렌즈들 각각으로부터 방사되는 다중 스폿들을 생성하는 것이 가능하다는 것이다. 이렇게 함으로써, 링크 런 속도는 더욱 증가될 수 있고 및/또는 요구되는 링크 런의 수는 더욱 감소될 수 있으며, 이에 따라 시스템 처리량은 더욱 향상될 수 있다. 하나의 단일 집속 렌즈로부터의 다중 스폿들의 앞서 언급된 장점들은 다중 집속 렌즈들로부터의 다중 스폿들에 적용될 수 있다. 이들 결합된 장점들은, 각각 작업대로 축상 및/또는 횡축 집속 스폿들을 전달하는, 축상 및/또는 횡축으로 간격을 가지고 떨어져 있는 집속 렌즈들에 의하여 가능하다.
다중-스폿 가공의 그 외 중요한 양상은, 평행하게 가공될 링크들을 결정하기 위한 소프트웨어 방법, 결합 속도 프로파일, 및 하드웨어를 제어하는 컴퓨터 또는 회로에 링크 런 데이터를 전달하는 것이다.
스폿들 사이에 공칭 고정된 오프셋이 존재하는 경우의 다중-스폿 링크 런에 대하여, 각 스폿에 대하여 가공되어야 할 링크 좌표 모두를 전송하는 것은 불필요하다. "마스터 스폿"을 지정하고 마스터 스폿에 대해 다른 스폿들의 오프셋을, 링크 런을 지정하는 시스템 제어 컴퓨터로부터 하드웨어 제어 컴퓨터로, 전달하는 것으로 충분하다. 이때 마스터 스폿에 의하여 가공될 마스터 링크의 좌표는, 각각의 빔에 대한 스위치(750)가 각각의 마스터 링크에 대응하는 펄스를 통과시킬 지 또는 차단할 지 여부를 지정하는 각각의 스폿에 대한 하나의 데이터 비트와 함께 전달될 수 있다. 이것은 전송될 필요가 있는 데이터의 양을 극적으로 감소시킬 것이다. 단지 한 비트의 정보만이, 각각이 다수의 바이트 수인 링크 좌표 대신에 가공되어질 각각의 추가 스폿에 대해 전송될 필요가 있을 것이다.
VIII. 에러 정정
미국 특허 번호 제6,816,294호는 XY 이동 스테이지에서 발생하는 상대적인 위치지정 에러를 정정하기 위하여 집속 레이저 스폿의 위치를 이동시키는 FSM의 사용을 기술하고 있다. 이 특허에서 기재하고 있는 기술은 본 명세서에 기재된 다중 레이저 빔 가공 시스템과 완전히 양립가능하다. 이 특허에서 기재하고 있는 바와 같이, 레이저 빔은 좌표 위치 명령에 응답하여 작업대 상의 타겟 위치를 향해 보내진다. 상기 명령에 응답하여, XY 이동 스테이지는 작업대 상의 좌표 위치 위에 레이저 빔을 위치시킨다. 시스템은 또한 좌표 위치에 대해 작업대 상의 실제 위치를 감지하고, 존재하는 경우, 위치 차이를 표시하는 에러 신호를 생성한다. XY 이동 스테이지와 연관된 서보 제어 시스템은 이 차이를 보상하고, 이에 의하여 레이저 빔이 타겟 위치로 더욱 정확하게 보내지게 하기 위한 위치 정정 신호를 생성한다. 유사한 서보 제어 시스템이 다중 타겟 위치로 다중 레이저 빔이 보내지도록 사용될 수 있다. 예컨대, 2-스폿 시스템에 있어서, XY 이동 스테이지 에러에 기인하는 상대적인 위치지정 에러는 두 스폿 모두에 동일하게 영향을 미칠 것이며, 도 28에 도시된 바와 같이, 다중-스폿 경우에 대하여 이러한 에러를 정정하고 다시 보내기 위 해 사용하도록 최종 XY 빔 조향 메커니즘(772)을 포함할 수 있다. XY 스테이지 회전에 기인하는 에러는 두 스폿 모두에 동일하게 영향을 미치지는 않을 것이지만, 임의의 감지된 회전 에러는 회전 좌표 변환 및 2개의 빔 조향 메커니즘(764)을 사용하여 유사한 방식으로 정정될 수 있다.
더 나아가, 하나 이상의 빔 경로에 대한 조향 메커니즘 및 또한 최종 조향 미러를 가지고 구성된 시스템은 스폿 이동을 명령하는 것 및 에러를 정정하는 것에 대한 추가적인 유연성을 제공한다. 모든 XY 빔 조향 메커니즘 및 임의의 최종 FSM 빔 조향 메커니즘 모두는 스폿들의 바람직한 이동을 지시하기 위하여 함께 사용될 수 있다. 예컨대 최종 XY 빔 조향 메커니즘은 X 방향으로 +20 ㎛ 만큼 두 스폿 모두를 이동시킬 수 있고, 그 다음에 독립적인 빔 조향 메커니즘은 X 방향으로 +20 ㎛ 만큼 하나의 스폿을 이동시키고 한 스폿을 X 방향으로 -20 ㎛만큼 이동시킬 수 있다. 최종 구성은 초기 위치에서 변화되지 않은 하나의 스폿과, +40 ㎛만큼 변위된 다른 스폿을 가지며, 어느 액추에이터도 20 ㎛보다 많은 이동을 지시하지 않는다. 이러한 구성의 한가지 장점은, 임의의 빔 조향 메커니즘에 의하여 지시된 변위의 양이 감소될 수 있다는 점이다. 더 나아가, 스폿 오프셋을 생성하는 것과 결합하여, 모든 빔 조향 메커니즘이 에러를 보상하기 위하여 함께 동작할 수 있다.
위의 구성의 추가적인 장점은 액추에이터들이 서로 다른 성능 규격을 가질 때 발생한다. 예컨대 일부 액추에이터들은 큰 이동 범위를 가지지만 제한된 대역폭을 가질 수 있다. 그 외 액추에이터들은 매우 높은 대역폭을 가지지만 제한된 이동 범위를 가질 수 있다. 서로 다른 액추에이터들에 합치하도록 원하는 빔 조향 명령 들의 주파수 내용 및 범위를 선택적으로 할당하는 것은 큰 이동 범위를 가지며 또한 에러 정정 및 명령 오프셋에 대하여 필요한 빠른 응답을 가지는 시스템을 초래할 수 있다. 집속 렌즈의 입사 동공 근처에서 더 큰 위치 오프셋을 지시하게 될 빔 조향 메커니즘을 배치하는 것, 및 더 작은 오프셋을 지시하는 것을 집속 렌즈로부터 더 멀리 배치하는 것은 또한 집속 스폿들의 더 적은 왜곡을 초래할 수 있다.
일부 광학적 구성에 있어서, 추가적인 FSM XY 빔 조향 메커니즘은 XY 스테이지 에러를 정정하기 위하여 불필요할 수 있다. 예컨대 만약 두 빔 모두 X 및 Y 방향 둘 모두에서 이동을 허용하는 조향 메커니즘을 가지며(예컨대 도 19에 도시된 바와 같이), 또한 만약 이들 조향 메커니즘이 스테이지 에러를 정정하기 위해 충분한 대역폭 및 범위를 가진다면, 에러 정정을 위한 최종 출력 FSM은 중복적이다. 서로에 대해 2개의 스폿을 이동시키기 위하여 사용되는 조향 메커니즘 명령은 에러 정정을 위해 필요한 명령과 결합될 수 있다. 최종 조향 미러 이동은 웨이퍼 표면에서 서로에 대해 스폿들을 정확하게 위치시키며 또한 상대적인 위치지정 에러를 정정한다.
2개의 빔을 위하여 독립적인 조향 미러들을 가지는 것은 추가적으로, 에러 또는 각 스폿 및 원하는 타겟 위치를 위치시키는 능력에 영향을 미치는 눈금조정 및 스케일 인자의 정정을 허용한다. 예컨대, 웨이퍼 제조 에러는 웨이퍼 상의 서로 다른 다이의 근소하게 서로 다른 스케일 인자 또는 회전을 야기할 수 있고, 빔 조향은 이들 차이를 정정할 수 있다. 대안적으로, 광학-테이블 공진, 광학 진동, 광학 구성부분의 열적 드리프트, 또는 그 외 시스템 내의 변화들은 작업대(740) 상의 각각의 집속된 스폿 및 타겟 링크 구조들 사이에 서로 다른 상대적인 위치지정 에러를 야기할 수 있다. 위치 에러를 검출하는 센서들과 연결된 독립적으로 구동되는 조향 미러들은, 서로 다른 빔 경로에 대해 독립적으로 정정을 가할 수 있다. 이러한 위치 센서들은, 광학 인코더, 광학 간섭계, 응력 게이지 센서, 유도성 위치 센서, 용량성 위치 센서, 선형 가변 변위 변환기(LVDT), 위치 감지 검출기(PSD), 빔 이동을 감시하기 위한 센서 또는 쿼드 광검출기, 또는 그 외 다른 센서일 수 있다. 따라서 2개의 조향 미러를 사용하는 것은 에러 정정 및 눈금조정을 위하여 하나의 단일 조향 미러를 사용하는 것보다 더 많은 유연성 및 이익을 제공한다.
위에서 참조된 특허 출원에서 언급되지 아니한 위치지정 에러의 다른 원인들은 또한 조향 미러들을 사용하여 정정될 수 있다. 예컨대 레이저, AOM 스위치, 및 레이저 레일 내의 구성부분의 포인팅 안정성은 광학적 또는 기계적인 센서를 사용하여 검출될 수 있고, 시스템의 조향 미러들에 의하여 정정 동작이 취해질 수 있다.
도 29는, (1) 상대적인 오프셋 명령을 사용하여 다른 집속 스폿에 대해 한 집속 스폿의 오프셋을 생성; (2) XY 스테이지 서보 시스템(784)에서 검출된 작업대에 대해 집속 스폿의 위치지정 에러를 정정; 및 (3) 다른 위치 센서로 검출된 추가적인 상대적 위치지정 에러를 정정하기 위하여 독립적인 XY 빔 조향 메커니즘(764)을 사용하는 예를 보여준다. 본 도면에서, PSD(780)는 레이저 포인팅 안정성, AOM 포인팅 안정성, 및 광학기구의 장착으로부터 초래되는 빔 이동을 측정하기 위하여 사용된다. AOM 포인팅 안정성 및 광학 요소들의 움직임에 기인하는 각각의 빔 경로 에서 측정된 에러는 각각의 빔 경로에서 서로 다를 수 있고, 따라서 본 도면은 독립적인 측정, 신호 프로세싱, 및 XY 빔 조향 메커니즘(764)으로 전달되고 있는 명령을 도시하고 있다.
주목해야 할 점은, 빔 조향 메커니즘은, 집속 스폿 위치와 타겟 링크 위치 사이의 원하는 관계를 생성하고 유지하기 위하여, 링크 런의 시작 전에 또한 링크 런을 수행하는 동안에 조정되는 것이 바람직할 수 있다는 것이다. 예컨대 이들 조정은 시스템 에러 및 또한 서로 다른 좌표 시스템, 눈금조정 파라미터, 스케일 인자, 및 웨이퍼 주변의 서로 다른 위치에서 링크에 인가될 수 있는 오프셋을 보상할 수 있다.
다중 스폿 가공 시스템에서 스폿들 사이의 분리 거리는 또한 더욱 정확한 웨이퍼 위치지정을 요구할 수 있다. 이러한 필요성은, 아베 오프셋 에러에 기인하여 발생하는데, 이는 큰 레버 암(lever arm)에 대한 작은 각도 오프셋에 기인하는 병진이동 위치지정 에러이다. 단일 스폿 기계는 단지, 레이저 펄스가 트리거된 때 작업대 상의 정확한 포인트 상에 집속 빔이 충돌하는 것만을 요구한다. 이것은, 심지어 작업대가 작은 회전 에러를 가지고 있을지라도, 집속된 스폿에 대해 작업대의 순수한 XY 병진이동에 의해 성취될 수 있다. 다중 스폿 기계는 모든 스폿들이 작업대의 적절한 위치에 동시에 충돌할 것을 요구한다. 고정된 스폿 구성에 있어서, 작은 회전 에러는 모든 스폿들이 정확한 작업대 위치에 동시에 충돌하는 것을 예방할 것이다. 이것은 스폿 분리거리가 더 큰 경우의 다중 렌즈 구현에 있어 특히 적용되지만, 이는 또한 단일-렌즈 구현에도 적용된다. 2 자유도 이상에서 다중 집속 스폿 들에 대해 작업대의 제어는, 그리고 특히 피드백 제어에 있어서, 단일-스폿 가공 시스템에서보다 다중-스폿 가공 시스템에서 더욱 중요하다. 이 제어는 X, Y와 관련된 평면 운동, 또한 척과 웨이퍼의 세타{요우(yaw)} 좌표, 뿐만 아니라 Z, 피치, 롤(roll)을 더 포함하는 완전한 3-차원 제어와 관련된다.
다중 스폿 시스템에서 아베 오프셋 에러를 포함하는 에러를 제어하고 정정하기 위하여 감지 메커니즘이 유용할 수 있다. 예컨대 다중 렌즈 시스템에서 각각의 렌즈와 일직선으로 광 간섭계 또는 다른 센서를 놓는 것은, 각각의 렌즈 근처의 위치지정 에러가 검출될 수 있기 때문에, 에러 감소를 위해 유용한 기법일 수 있다. 더 나아가 중앙 프로세서 또는 FPGA는 많은 센서들로부터의 데이터를 결합하기 위하여 그리고, 예컨대 집속 스폿 위치, 조향 미러 위치, 빔 경로 위치, 렌즈, 척, 링크 등등의 서로 다른 시스템 구성부분들 사이의 지형적 관계를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 구성부분들 사이의 원하는 및 측정된 지형적 관계들 사이의 에러가 결정되면, 위치지정 에러는 완화될 수 있다. 이것은 작업대, 척, 스테이지, 또는 다른 시스템 구성부분의 다차원 제어를 통하여 될 수 있다. 에러는 또한, 축상 및 횡축 방향으로 스폿들을 이동시키기 위한 하나 이상의 FSM을 사용함으로써 보상될 수 있다.
구성부분들 사이의 지형적 관계는 또한 레이저 트리거링에도 유용하다. 만약 하나의 레이저가 하나의 렌즈 또는 다중 렌즈 중 어느 한가지를 통하여 다중 스폿을 생성하기 위하여 사용된다면, 시스템은 하나 이상의 스폿이 원하는 위치에서 작업대에 충돌하도록 위치 추정 또는 측정에 기반하여 레이저 방출을 트리거할 수 있 다. 다중 집속 스폿 위치들과 원하는 블로우 위치들 각각 사이의 평균 에러를 최소화하는 추정된 위치 또는 시간에서 레이저를 트리거하는 것은, 한가지 바람직한 펄스 트리거 방법이다. 유사하게, 만약 다중 레이저가 다중 스폿을 생성하기 위하여 사용된다면, 각각의 레이저는 집속 스폿 위치와 타겟 작업대 위치 사이의 에러를 최소화하는 시간 또는 위치에서 트리거될 수 있다. 다른 펄스 트리거 방법도 역시 구현될 수 있다.
IX. 눈금조정, 정렬, 및 집속
다중-빔 경로 링크 가공 시스템의 사용은, 각각의 레이저 빔에 대하여 빔 에너지 파라미터 및 스폿 위치 파라미터의 눈금조정을 요구할 수 있다. 도 30에 도시된 바와 같이, 에너지 눈금조정을 성취하기 위한 한가지 방식은, 각각의 빔으로부터 일정한 광학적 전력을 뽑아내고(tap off), 예컨대 펄스 에너지, 펄스 높이, 펄스 폭 및 그 외 가능한 다른 성질들과 같은 펄스 성질을 감지하기 위한 독립적인 펄스 검출기(790)를 사용하는 것이다. 광학적 파라미터를 감지하면, 빔 경로 내의 구성가능한 하드웨어 또는 레이저가 조정을 행하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 펄스 검출기(790)로부터의 정보는 에너지 제어를 위하여 각각의 빔 경로 내의 구성가능 감쇠기(792)의 독립적인 조정을 허용할 수 있다. 감쇠기(792)는 표준적인 광학기구, AOM 또는 그 외 다른 감쇠기일 수 있다. 펄스 검출기(790)으로부터의 피드백은 또한 레이저 내에서 펄스의 생성을 수정하기 위하여도 사용될 수 있다. 이것은 다중 레이저 소스가 사용될 때 추가적인 장점을 제공한다.
다중 레이저 스폿에 대해 시스템 위치 눈금조정을 수행하는 것은 현재의 단 일-스폿 눈금조정과 유사하다. 그러나 집속된 스폿들과 타겟 링크들 사이의 XY 위치 관계 뿐만 아니라, 각각의 집속 빔 허리와 각각의 타겟 링크 사이의 Z-높이 관계는 결정되어야만 한다. 이들 관계 둘 모두 웨이퍼 상의 정렬 타겟들을 스캐닝함으로써 결정될 수 있다. 이 스캐닝 과정은, 웨이퍼의 표면에 연속파 또는 펄스형 광학적 에너지 중 어느 하나를 전달하는 것과, 광이 웨이퍼 상의 알려진 좌표를 가지는 정렬 타겟들로부터 반사되도록 XY 스테이지를 측방향으로 스캐닝하는 하는 것을 포함한다. 타겟 및 스테이지 위치 센서로부터 반사된 에너지의 양을 감시하는 것은, 정렬 타겟에 대해 레이저 스폿의 위치가 정밀하게 결정될 수 있게 한다. 이들 감시된 신호는 또한 스폿이 렌즈와 정렬 구조 사이의 현재 Z 높이 분리를 가지는 크기라는 결정을 할 수 있게 한다. 이렇게 동작하는 시스템이 도 31에 도시되어 있는데, 여기서 빔 분할기(794) 및 반사광 검출기(798)는 반사 신호를 검출하도록 배열되어 있다. 4분의1파장 플레이트(796)는 작업 표면(740)으로 전달하기 위하연 원형 편광된 광을 생성하기 위하여 선택적으로 사용될 수 있다.
다중-스폿 시스템에서의 집속하기 위하여, 하나의 타겟이 수 개의 집속 높이에서 스캐닝되고 이들 집속 높이에서의 콘트라스트 측정치 또는 스폿 크기는 집속된 빔 허리를 예측하고 되풀이하여 재조정하기 위하여 사용된다. 하나의 단일 렌즈를 포함하는 다중-스폿 시스템은 한번에 하나의 렌즈-대-링크 구조 또는 정렬 타겟 분리만을 가지기 때문에, 다중-스폿 시스템의 모든 집속 스폿들을 이들이 모두 실질적으로 동일한 집속 높이를 가지도록 예비-정렬하는 것이 필요할 수 있다. 이를 행하는 한가지 방법은, 하나 이상의 집속 깊이에서 타겟 상으로 다중 레이저 빔을 보내는 것과, 여러 빔에 대한 집속 깊이 측정을 행하는 것과, 이를 집속 깊이 측정에 기초하여 상대적인 집속 깊이 차이를 결정하는 것, 및 바람직하게는 상대적인 집속 깊이 차이를 감소시키는 것에 응답하여 레이저 빔의 경로를 조정하는 것을 포함한다. 상기 과정은 상대적인 집속 예비-정렬을 성취하기 위하여 되풀이하여 또는 피드백 제어 시스템을 통하여 반복될 수 있다. 그 이후, 실제 웨이퍼 가공 환경에서의 집속은 집속된 레이저 스폿 중 단 하나를 사용하여 성취될 수 있다. 집속은 집속 필드 내의 하나의 단일 타겟을 사용하여, 또는 집속 필드 내의 3개 또는 4개의 타겟과 같은 다중 타겟을 사용하여 성취될 수 있다. 이때 집속 필드 내부의 XY 위치에서의 집속 높이 거리는 서로 다른 집속 타겟 위치에서의 집속 높이로부터 계산된다.
다중-스폿 시스템에서의 집속은 또한, Z 방향에서 다른 집속 빔 허리로부터 하나 이상의 집속 스폿 빔 허리를 오프셋시키기 위한 집속 제어 광학기구(769)(도 22)를 추가 또는 이동시킴으로서 향상될 수 있다.
유용한 독립적인 집속 메커니즘인 것에 추가하여, 집속 제어 광학기구(769)는 집속 방법을 향상시키기 위하여 다른 스폿들에 대해 집속 빔 허리의 알려진 Z 집속 오프셋을 제공할 수 있다. 이들 2개 이상의 Z-오프셋 스폿을 사용하여 하나의 정렬 타겟을 스캐닝함으로써, 집속을 성취하기 위하여 이동되어야만 할 Z 방향이 알려진다. 3개 이상의 Z-오프셋 스폿들은 집속 방향 뿐만 아니라 집속까지의 거리도 역시 예측하기 위하여 사용될 수 있다.
또 다른 집속 기법은 각각의 렌즈에 대한 이동 집속 조정기의 작은 범위와 대략적으로 하나의 웨이퍼 두께로 정렬될 수 있고 제자리에 고정될 수 있는 한 번의 정밀하지 않은 Z 조정을 포함한다. 이것은, 링크 런을 가공하고 있는 동안에 웨이퍼 경사를 정정하기 위하여 렌즈들이 위아래로 이동될 필요가 없도록, 실질적으로 평평하고 수평한 척(chuck)을 가지는 시스템 상에서 구현되는 것이 바람직하다. 이것은 행해져야만 하는 집속 작업의 양을 크게 감소시킨다. 이 경우 집속은 평평하지 않은 웨이퍼 또는 척 아래의 먼지 입자에 기인하여 발생하는 작은 (일반적으로 약 10 ㎛보다 작은) 편이를 추적하여야 할 필요만이 있다. 각각의 렌즈가 척의 상이한 부분에 집속할 수 있기 때문에, 각각의 렌즈 상에 압전 액추에이터가 집속 조정을 위하여 작은 양만큼 수직으로 이동될 수 있도록 구현될 수 있다. 집속은, 각각의 렌즈 하에서 집속 빔 허리가 로컬 웨이퍼 토폴로지를 추적할 수 있도록 이들 압전 액추에이터에 의하여 조정될 수 있다. 물론 이러한 집속 기법의 대안적인 구현이 압전 액추에이터가 아닌 보이스-코일 또는 다른 액추에이터를 사용하여 가능하다.
다중-스폿 시스템에 대한 한가지 정렬 절차는 정렬 타겟들에 대해 모든 스폿들의 위치 및 이 관계의 임의의 Z 높이 종속성을 결정하는 것을 포함한다. 가장 단순한 구현에 있어서, XY 정렬 타겟은 먼저, 서로에 대해 이들 스폿들의 XY 및 잠재적으로 Z 오프셋들을 결정하기 위하여 시스템 내의 모든 스폿들에 의하여 스캐닝되고 측정된다. 이후 상기 상대적인 오프셋은 또한 서로 다른 집속 높이에서 측정될 수 있다. 이 절차는 하나의 단일 타겟, 또는 웨이퍼 상의 또는 눈금조정 그리드 상의 서로 다른 위치에 있는 많은 집속 타겟들에 대하여 수행될 수 있다. 작업대 가 공 위치에서의 스폿들의 상대적인 위치지정에 관하여 수집된 정보는, 웨이퍼의 서로 다른 영역들을 가공할 때 스폿 위치에서의 차이에 대해 눈금조정하고 정정하기 위하여 해당 기계를 제어하는 하나 이상의 컴퓨터에 의하여 처리될 수 있다.
서로에 대하여 상대적인 다중 스폿들을 특징으로 가진다 하더라도, 서로 다른 정렬 필드에서 웨이퍼 XY 정렬은 단일-스폿 시스템 정렬과 유사한 방식으로 구현될 수 있다. 하나의 타겟 또는 타겟들이 하나의 집속 스폿 및 타겟 링크 구조들 사이의 지형적 관계를 결정하기 위하여 스캐닝될 수 있고, 스폿 위치들 사이의 알려진 매핑이 시스템의 집속 스폿들의 나머지 위치들을 정확하게 결정하기 위하여 적용될 수 있다. 그후 XY 빔 조향 메커니즘 및 집속 오프셋 메커니즘으로, 링크 런 및 링크 런 세그먼트에 대하여 집속 레이저 스폿 모두가 원하는 위치에 정확하게 위치시키기 위한 위치지정 명령이 전송될 수 있다. 이것은 작업대의 영역에서 레이저-대-작업대 눈금조정을 정의하는 3-차원 기준 표면을 생성함으로써 수행되는 것이 바람직하다. 스테이지의 타겟 링크 좌표 및 궤도 명령, 빔 조향 메커니즘, 및 집속 오프셋 메커니즘은 링크 블로우 위치, 기준 표면, 및 임의의 추가적인 눈금조정 정보로 이루어진 CAD 데이터로부터 생성될 수 있다.
일부 XY 및 집속 눈금조정은 한번에 다중 스폿들 중 단 하나의 스폿만을 사용하여 수행될 수 있다. 그러나 동시에 전달되는 다중 스폿들을 사용하여 타겟을 스캐닝하는 것이 유리한 다른 절차가 존재한다. 예컨대, 동시에 모든 스폿들을 사용하여 하나의 XY 정렬 타겟을 스캐닝하는 것은, 모든 스폿들이 집속되어 있다는 점 및 스폿들 사이의 상대적인 오프셋들이 눈금조정 절차를 통해 XY 빔 조향 메커 니즘을 사용하여 제거되었다는 점을 확인할 수 있다. 이후 스캐닝된 타겟에서 반사된 신호는 엄밀한 집속의 하나의 단일 스폿의 반사 시그너쳐를 가지는 것으로 보일 것이다. 만약 빔들 중 어느 하나라도 적절하게 정렬되지 않거나 집속에서 벗어나 있다면, 다중의 가능하게는 중첩된 반사 시그너쳐가 관찰되거나, 또는 작은 스폿들에 의하여 중첩된 큰 스폿들의 반사 시그너쳐가 관찰될 수 있다.
웨이퍼에 동시에 전달되는 다중 스폿들을 사용하는 다른 눈금조정 절차는, 스캔 측정의 품질을 향상시키기 위하여 평균화 기법을 사용한다. 이 기법은 도 32에서 예시된다. 만약 2개의 스폿 사이의 오프셋 관계가 알려지고 정밀하게 설정될 수 있다면, 2개 (이상의) 스폿은 하나의 정렬 타겟(810)이 스캐닝될 축을 따라 작은 측방향 오프셋(예컨대 2 마이크론)을 가지도록 설정될 수 있다. 이후 반사된 센서 데이터 및 스테이지 위치 데이터를 수집하는, 정렬 타겟의 하나의 단일 스캔은, 2개의 스폿의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 이 정보는 명령된 스폿 오프셋과 결합되어, 2개 스폿 위치를 평균화함으로써 향상된 정확도를 가지고 타겟 위치를 결정할 수 있도록 할 수 있다. 이 기법은 스캔 방향에서 서로에 대해 상대적인 스폿들의 정확도를 재조정하기 위하여 사용될 수 있다. 일예로서, 스캔 방향에서 오프셋 거리가 5 ㎛라고 가정하자. 정렬 타겟(810) 위의 스폿1의 스캐닝이 X 위치가 10,005.020 ㎛일 때 최대 반사 강도를 생성한다는 것, 및 정렬 타겟(810) 위의 스폿2의 스캐닝은 X 위치가 10,000.000 ㎛일 때 최대 반사 강도를 생성한다는 것을 더 가정하자. 그러면, 알려진 오프셋을 고려하고 그후 2개의 위치 측정치를 평균화한 후, 최종 위치는 10,000.010 ㎛일 것이다. 이 평균이 하나의 단일 측정보다 더 많은 데이터에 기초하고 있기 때문에, 이것은 더 신뢰할만한 결과이다.
어느 반사가 어느 입사 집속 스폿에 의하여 야기되었는지를 결정할 수 있는 시스템에 있어서, 이 평균화 절차를 완전 중첩 스폿들을 사용하여 실시하는 것이 가능하다. 시간 분할 및 편광이나 파장과 같은 서로 다른 스폿 성질을 이용하는 것은, 반사된 스폿이 입사된 스폿과 연관될 수 있는 몇몇 기법이다. 이들 기법은 스폿들이 상대 오프셋이 0이 되도록 하는 부분 중첩이나 완전 중첩하는 경우에 유용할 수 있다.
도 32에 도시된 2번째 경우에 있어서, 2개의 스캐닝된 스폿은 축상 오프셋 및 횡축 오프셋 둘 모두를 가진다. 이는 정렬 타겟(820)을 따르는 서로 다른 포인트들에서 이루어지는 측정을 사용하여 정렬 타겟(810)의 위치에 대한 2개의 추정을 제공한다. 이들 다중 측정은 심지어 정렬 타겟(820)이 균일하지 않을 때조차 웨이퍼 상의 절대적인 위치지정을 결정하는데 유용하다.
그 다음에, 다중 스폿 시스템의 빔들은 XY 빔 조향 메커니즘을 구비할 수 있기 때문에, XY 스테이지가 아닌 이들 메커니즘이 정렬 타겟(810)을 가로질러 집속 스폿들을 스캐닝하는데 사용될 수 있다. 이후 눈금조정 루틴은 감지된 XY 빔 조향 메커니즘 위치와 정렬 타겟(810~820)에서 반사된 신호 에너지를 상관시키고, 스폿 위치지정을 결정하기 위하여 XY 스테이지 위치에 이를 결합시킨다. 독립적인 XY 빔 조향 메커니즘은 빔 경로들 각각 내에 놓여질 수 있기 때문에, 서로 다른 집속 스폿들을 사용하여 XY 정렬 타겟(810~820)을 독립적으로 스캐닝하는 것이 가능하다. 어느 것이 X 신호이고 어느 것이 Y 신호인지를 결정하기 위한 적절한 방법과 함께 하나의 정렬 타겟(810~820)이 Y 방향에서 스캐닝되는 동안 다른 하나의 타겟은 X 방향에서 스캐닝될 수 있다. 이것은, 에너지를 변화시키기 위하여 AOM 또는 다른 감쇠기를 사용하여, 그리고 이후 각 스폿으로부터 나오는 반사된 신호를 결정하기 위하여 주파수 정보를 사용하여, 특정 주파수들에서 스폿들 내의 전력을 디더링함으로써 행해질 수 있다. 대안적으로, 서로 다른 속도로 이동하는 스폿들을 가지고 정렬 타겟(810~820)을 스캐닝하는 것은, 특정 스폿에 반사 신호의 구성부분을 결합하기 위하여 사용될 수 있다. 스폿들은 또는, 오직 하나의 스폿만이 동시에 온 상태가 되도록 시간-분할 또는 고속으로 변조될 수 있다. 반사 신호는, 다중 타겟, 또는 X 타겟 및 Y 타겟을 동시에 스캐닝할 수 있도록, 시간 슬라이스를 사용하여 직접 분할될 수 있다. 편광 또는 파장과 같은 광학적 성질에 기초하는 분할도 도한 일부 구현에서는 적절할 수 있다.
만약 다중 레이저 소스가 반도체 링크 가공 시스템에서 사용된다면, 적절한 정렬은 최고 품질의 링크 가공을 초래할 것이다. 다중 레이저 헤드의 정렬을 위한 한가지 기법은, 레이저 헤드들로부터 연속파 또는 펄스 방출을 생성하는 것, 서로에 대해 상대적인 빔의 전파를 측정하는 것, 및 원하는 중첩 또는 상대적인 위치로 빔을 조정하는 것을 수반한다. 서로에 대하여 상대적으로 빔을 측정하는 것은 집속 레이저 스폿들을 이용하여 웨이퍼 상의 정렬 타겟(810~820)을 스캐닝함으로써 행해질 수 있거나, 또는 이것은 서로 다른 위치에서 빔 경로들 내에 PSD 또는 다른 광학 검출기를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 대안적인 기법은 최종 집속 렌즈 대신 빔 경로 내에 PSD 정렬 툴을 배치하는 것이다. 이후 빔 위치는 PSD, 및 경사 플레 이트와 같은 광학 요소의 위치를 변화시키기 위한 Z 스테이지를 사용하면서 측정될 수 있고, 미러는 빔 위치를 정정하기 위하여 조정될 수 있다. 빔 또는 집속 스폿 위치의 측정은 개별적으로 또는 동시에 방출하는 레이저 헤드 모두에 대해 이루어질 수 있다.
한가지 바람직한 빔 정렬은 각 레이저 헤드로부터의 방출이 정밀하게 중첩되도록 하는 것이다. 따라서 최종 단일-빔 시스템은 어느 레이저 헤드가 펄스를 생성하였는지에 상관없이 동일 위치에서 집속 빔 허리를 가질 것이다. 유사하게 2-빔 시스템은 2개의 집속 스폿을 생성할 것이다.
다른 바람직한 빔 정렬은 서로 다른 레이저 헤드에 의해 생성된 집속 스폿의 의도적인 축상 및/또는 횡측 상대 오프셋을 도입하는 것이다. 이러한 오프셋은, 하나의 레이저 헤드로부터의 펄스들이 하나의 링크 열에 충돌하고 한편 다른 레이저 헤드들로부터의 펄스들은 다른 링크 열들에 충돌하도록 구현될 수 있다.
레이저 빔 경로의 정렬은 기계의 셋업 동안에 조정되고 이후 더 이상의 조정을 요구하지 않을 수 있다. 그러나 집속 스폿의 열적 드리프트에 대해 정정하는 것과 같은, 동적 또는 주기적인 빔 조정이 바람직한 상황이 존재할 수 있다. 액추에이터는 빔 조정 액추에이터로서 시스템에 배치될 수 있고, 제어 시스템은 정렬 타겟(810~820) 및 빔 위치의 PSD 측정으로부터의 스캔 데이터에 기초하여 이들 액추에이터를 구성하기 위하여 제자리에 배치될 수 있다.
액추에이터는 또한, 웨이퍼 가공 동안에 때때로 서로 다른 레이저 헤드에 의하여 생성된 빔의 정렬을 재구성하는데 사용될 수 있다. 예컨대, X 및 Y 축 링크 런의 가공 사이에, 또는 서로 다른 간격을 요구하는 링크 런 세그먼트들의 가공 사이에, 서로 다른 레이저 헤드로부터 방사되는 집속 스폿의 위치를 이동시키는 것이 바람직할 수 있다. 더 나아가, 동일 렌즈를 통한 다중 스폿들을 가지고 가공할 때, 하나의 링크 런 전체를 통하여 스폿들의 상대 또는 절대 위치에서의 작은 조정을 행하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, Z 높이에 기초하는 집속 스폿 XY 위치의 어떤 종속성이 존재할 수 있다. 만약 빔이 경사져 있다면, 경사진 척 또는 척 및 웨이퍼 토폴로지의 변화에 기인하여 서로 다른 높이에서의 집속은 스폿들이 방황하도록 야기할 수 있다. 이러한 에러는 다중 빔 액추에이터 및/또는 빔 조향 메커니즘을 사용하여 정정될 수 있다.
여기서 도시되고 기술된 방법과 시스템(예컨대, 결합 속도 프로파일의 계산)은 능동적 및 수동적 둘 모두의 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예컨대, 소스 코드, 목적 코드, 실행가능 코드, 또는 다른 포맷으로 프로그램 지령을 포함하는 하나 이상의 소프트웨어 프로그램으로서 존재할 수 있다. 상기 포맷중 임의의 것은 압축된 형태 또는 비압축된 형태로, 저장 디바이스 및 신호를 포함하는, 컴퓨터-판독가능 매체 상에 내장될 수 있다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 저장 디바이스는 종래의 컴퓨터 시스템 RAM(random access memory), ROM(read only memory), EPROM(erasable programmable ROM), EEPROM(electrically erasable programmable ROM), 플래쉬 메모리 및 자기 또는 광학 디스크나 테이프를 포함한다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 신호는, 반송파를 사용하여 변조되었는지 아닌지 간에, 인터넷 또는 그 외 네트워크를 통해 다운로드되는 신호를 포함하여, 컴퓨터 프로그램을 호스팅 또는 운영하는 컴퓨터 시스템이 액세스하도록 구성될 수 있는 신호이다. 상기의 구체적인 예는 CD ROM 상에서 또는 인터넷 다운로드를 통하여 소프트웨어를 배포하는 것을 포함한다. 어떤 의미에서, 인터넷 그 자체는, 추상적인 존재로서, 컴퓨터-판독가능 매체이다. 이는 일반적인 컴퓨터 네트워크에 대해서도 사실이다.
상기에서 사용된 용어 및 설명은 오직 예시로서 제공된 것이며 제한으로서 의도된 것은 아니다. 해당 기술 분야의 기술자라면 본 발명의 기본적인 원리에서 벗어나지 않고도 상기에 기술된 실시예들의 세부사항에 대하여 많은 변동이 가해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예컨대, 반도체 기판 상의 전기 전도성 링크가 아닌 구조가 다중 레이저 스폿에 의하여 가공될 수 있다. 다른 예로서, 모든 링크 가공이 링크가 도통하지 않도록 링크를 전달하는 목적은 아니며; 때때로 레이저 방사의 목적은 다른 비-전도성 "링크"를 전도성으로 만들기 위한 것이거나 또는 링크의 성질을 다르게 변화시키려는 것이다. 따라서 본 발명의 범위는, 모든 용어들이 다르게 지시되지 않는 한 각자의 가장 넓은 합리적인 의미에서 이해되어야 할 - 다음의 청구범위 및 그 등가물에 의해서만 결정되어야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 일반적으로 반도체 집적 회로 제조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 반도체 집적 회로 상에 또는 내부에 구조를 가공하기 위한 레이저 빔의 사용에 이용가능하다.

Claims (173)

  1. 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법으로서, 상기 구조들은 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 평행한 복수의 열로 배열되는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법에 있어서,
    주어진 시간에 상기 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 제 1 위치에서 입사하는 제 1 축을 가지는 제 1 전파 경로를 따라 제 1 레이저 빔을 전파시키는 단계로서, 상기 제 1 위치는 구조들의 제 1 열 내의 하나의 구조 상에 있거나, 또는 구조들의 상기 제 1 열 내의 2개의 인접한 구조들 사이에 있는, 제 1 레이저 빔 전파 단계와;
    상기 주어진 시간에 상기 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 제 2 위치에서 입사하는 제 2 축을 가지는 제 2 전파 경로를 따라 제 2 레이저 빔을 전파시키는 단계로서, 상기 제 2 위치는 구조들의 제 2 열 내의 하나의 구조 상에 있거나, 또는 구조들의 상기 제 2 열 내의 2개의 인접한 구조들 사이에 있고, 구조들의 상기 제 2 열은 구조들의 상기 제 1 열과는 구별되고, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향에서 어느 정도 상기 제 1 위치로부터 오프셋되어 있는, 제 2 레이저 빔 전파 단계와;
    상기 반도체 기판(740)에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 제 1 축 및 제 2 축을 동시에 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향으로 이동시킴으로써, 각각 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 열 내의 구조들을 선택적으로 조사할 수 있게 하는, 제 1 및 제 2 축 이동 단계를
    포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열에 있는 구조들은 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향에서 상기 제 2 열에 있는 구조들과 오프셋되어 있는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열에 있는 구조들은 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향에서 상기 제 2 열에 있는 구조들과 정렬되어 있으나, 상기 각각의 제 1 및 제 2 열에서, 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치는 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향에서 서로에 대해 오프셋되어 있는 구조들에 대응하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔은 제 1 광학적 성질을 갖고, 상기 제 2 레이저 빔은 상기 제 1 광학적 성질과 상이한 제 2 광학적 성질을 갖는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저 빔이 상기 제 1 위치에 도달하는 것을 선택적으로 방지하는 단계와;
    상기 제 2 레이저 빔이 상기 제 2 위치에 도달하는 것을 선택적으로 방지하는 단계를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔은 상기 제 1 및 제 2 위치에 동시에 도달하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 레이저 빔은 첫 번째 순간에 상기 제 1 열에서의 선택된 구조들을 조사하고, 상기 제 2 레이저 빔은 두 번째 순간에 상기 제 1 레이저 빔에 의하여 이전에 조사된 상기 제 2 열에서의 선택된 구조들을 조사하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 단계 동안에, 상기 반도체 기판(740) 상의 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 제 1 축 및 제 2 축의 입사 위치들 사이의 상대적인 간격을 동적으로 조정하는 단계를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 구조들은 전기적 전도성 링크를 포함하고, 링크의 조사는 해당 링크를 절단하는 결과를 초래하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판(740)은 다수의 다이를 포함하고, 상기 제 1 레이저 빔의 제 1 축은 상기 반도체 기판(740) 상의 하나의 다이 상에 입사하고, 상기 제 2 레이저 빔의 제 2 축은 상기 반도체 기판(740) 상의 하나의 별도 다이 상에 입사하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열 및 상기 제 2 열은 서로 인접하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 위치는 상기 제 1 및 제 2 위치의 근처에서 상기 반도체 기판(740)에 의하여 흡수되는 에너지의 해로운 축적을 회피하기 위하여 2개의 인접한 구조들 사이의 간격의 2배 이상만큼 분리되는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
  13. 제 1 항에 기재된 방법에 따라 가공된 반도체 기판(740).
  14. 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템으로서, 상기 구조들은 일반적으로 길이 방향으로 연장되는 평행한 복수의 열로 배열되는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템에 있어서,
    적어도 제 1 레이저 빔 및 제 2 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스와;
    주어진 시간에 상기 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 제 1 위치에서 제 1 스폿에 입사하는 제 1 축을 가지는 제 1 레이저 빔 전파 경로로서, 상기 제 1 위치는 구조들의 제 1 열 내의 하나의 구조 상에 있거나, 또는 구조들의 상기 제 1 열 내의 2개의 인접한 구조들 사이에 있는, 제 1 레이저 빔 전파 경로와;
    상기 주어진 시간에 상기 반도체 기판(740) 상에 또는 안에 있는 제 2 위치에서 제 2 스폿에 입사하는 제 2 축을 가지는 제 2 레이저 빔 전파 경로로서, 상기 제 2 위치는 구조들의 제 2 열 내의 하나의 구조 상에 있거나, 또는 구조들의 상기 제 2 열 내의 2개의 인접한 구조들 사이에 있고, 구조들의 상기 제 2 열은 구조들의 상기 제 1 열과는 구별되고, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향에서 어느 정도 상기 제 1 위치로부터 오프셋되어 있는, 상기 제 2 레이저 빔 전파 경로와;
    상기 반도체 기판(740)에 대하여 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 각각의 제 1 축 및 제 2 축을 동시에 상기 제 1 열 및 제 2 열의 길이 방향으로 이동시킴으로써, 각각 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 열 내의 구조들을 선택적으로 조사할 수 있는, 이동 스테이지(660)를
    포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 레이저 소스는
    각각의 제 1 및 제 2 레이저(720-1, 720-2)를
    포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 레이저 소스는
    레이저(720)와;
    상기 레이저(720)와 상기 반도체 기판(740) 사이에서 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 전파 경로 둘 모두에 배치된 빔 분할기(745)를
    포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저 빔 전파 경로에 배치된 제 1 광학 스위치(750-1)로서, 선택적으로 상기 제 1 레이저 빔이 상기 반도체 기판(740)에 도달하도록 통과시키거나 또는 도달하지 못하도록 차단할 수 있는, 제 1 광학 스위치(750-1)와;
    상기 제 2 레이저 빔 전파 경로에 배치된 제 2 광학 스위치(750-2)로서, 선택적으로 상기 제 2 레이저 빔이 상기 반도체 기판(740)에 도달하도록 통과시키거나 또는 도달하지 못하도록 차단할 수 있는, 제 2 광학 스위치(750-2)를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 광학 스위치(750-1) 및 상기 제 2 광학 스위치(750-2)는 음향-광학 변조기(AOM: acousto-optic modulator)인, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 광학 스위치(750-1) 및 상기 제 2 광학 스위치(750-2)에 연결된 제어기(690)로서, 선택된 구조들만을 조사할 수 있게 하기 위하여 상기 제 1 광학 스위치(750-1) 및 상기 제 2 광학 스위치(750-2)의 상태를 설정하는, 제어기(690)를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저 빔 전파 경로에 배치되어, 이에 의해 상기 제 1 위치가 조정될 수 있는, 빔 조향 메커니즘(760-1)을
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 레이저 빔 전파 경로에 배치되어, 이에 의해 상기 제 2 위치가 조정될 수 있는 빔 조향 메커니즘(760-2)을
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 전파 경로 둘 모두에 배치되는 빔 결합기(765)와;
    상기 빔 결합기(765)와 상기 반도체 기판(740) 사이에서 상기 제 1 및 제 2 레이저 빔 전파 경로 둘 모두에 배치되는 집속 렌즈(730)를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 레이저 빔 전파 경로에 배치되는 제 1 집속 렌즈(730A)와;
    상기 제 2 레이저 빔 전파 경로에 배치되는 제 2 집속 렌즈(730B)를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하기 위한 시스템.
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  71. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 기판(740)을 교차하는 제 3 레이저 빔 축을 따라 전파하는 제 3 레이저 빔을 생성하는 단계와;
    상기 제 3 레이저 빔을 상기 제 1 열 또는 상기 제 2 열 내의 상이한 구조로 동시에 보내는 단계를
    더 포함하는, 다중 레이저 빔을 사용하여 반도체 기판 상에 또는 안에 있는 구조들을 선택적으로 조사하는 방법.
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