使用三角形形狀裁適的鐳射脈衝於所選定靶材類型的鐳射系統和方法

2023-06-09 22:21:06 1

專利名稱：使用三角形形狀裁適的鐳射脈衝於所選定靶材類型的鐳射系統和方法
技術領域：
本揭示是有關於鐳射處理系統。尤其本揭示是有關於藉由具有經整形時間廓型的鐳射脈衝而以供切斷導電性連結及/或微加工半導體裝置的鐳射系統及方法。
背景技術：
運用於處理動態隨機存取記憶體(DRAM)和其他半導體裝置的鐳射處理系統通常是使用Q切換二極體浦汲固態鐳射。例如，當處理記憶體裝置時，通常會運用單一鐳射脈衝以切斷導電性連結結構。而在其他的工業應用項目方面，鐳射刻劃處理可在進行分割之前用以自半導體裝置晶圓上移除金屬及介電半導體材料。鐳射也可用以例如裁修離散和嵌入式元件的電阻值。有些鐳射處理系統利用不同的操作模式以執行不同功能。例如，可自本專利申請案所有權人的美國奧瑞網州波特蘭市Electro Scientific Industries, Inc.獲用的ESIModel 9830即利用一種按約50KHz的脈衝重複頻率而操作的二極體浦汲Q切換釹摻質釩酸釔(NchYVO4)鐳射來進行半導體記憶體及相關裝置的鐳射處理。這種鐳射系統可提供用以處理連結結構的脈衝化鐳射輸出以及用於掃描光束至作品靶材的連續波(CW)鐳射輸出。即如另一範例，亦可自 Electro Scientific Industries, Inc.獲用的 ESI Model 9835 是運用二極體浦汲Q切換、頻率三倍NchYVO4鐳射以進行半導體記憶體和相關裝置的鐳射處理。這種鐳射系統是利用按約50KHz的PRF的第一脈衝化鐳射輸出以處理連結結構，並且利用按約90KHz的PRF的第二脈衝化鐳射輸出以供掃描光束至作品靶材。在一些系統中亦可使用更高的PRF(即如近約IOOKHz)。一般說來，藉由此等鐳射系統所產生的鐳射脈衝的脈衝寬度在功能上是根據所選定的PRF而定，並且無法按照許多靶材結構或其他製程變數之間的差值獨立地進行調整。圖1A及IB為由典型固態鐳射所產生的鐳射脈衝的範例時間性脈衝形狀。圖1A所示的脈衝可經由業界眾知的光學構件加以整形使得產生方波脈衝。即如表I以及圖1A和IB所示，典型的固態脈衝形狀可按如其尖峰功率、脈衝能量(功率曲線的時間積分)以及在全寬度半最大(FWHM)數值處測得的脈衝寬度所良好描述。可利用來自一脈衝偵測器的回饋以決定脈衝能量及/或尖峰功率。用以回饋的脈衝偵測器可含有經耦接於一類比尖峰捕捉並固持電路的二極體以利進行尖峰功率感測。該脈衝偵測器亦可含有一類比積分電路以供進行脈衝能量測量。許多記憶體裝置和其他半導體偵測器都含有介電鈍化材料，此材料覆蓋該導電性連結結構。該迭覆鈍化材料有助於含納該金屬連結材料，因此可予加熱而高於一燒蝕門檻值。例如圖2A、2B、2C及2D為一半導體裝置200的截面區塊圖，該裝置含有經鈍化的導電性連結結構210、212、214。即如圖2A所示，該半導體裝置200可含有經構成於半導體基板218上的一或更多介電鈍化材料層216。在本範例裡，該半導體基板218含有矽質(Si)，該介電材料含有二氧化矽(SiO2),並且所述導電性連結結構210、212、214含有鋁質(Al)。一般說來，所述導電性連結結構210、212、214是位在該介電鈍化材料216之內。換言之，該介電材料鄰接於所述導電性連結結構210、212、214的頂部及底部表面兩者，使得所述導電性連結結構210、212、214不會直接地受曝於處理鐳射光束220。相反地，該鐳射光束220在與一所選定導電性連結結構212互動之前會先通過該介電鈍化材料216的迭覆局部。在圖2A裡，該鐳射光束220與該所選定導電性連結結構212之間的互動會造成該導電性連結結構212加熱。而加熱會導致該導電性連結結構212內部的壓力增高。該介電鈍化材料216可陷捕該熱能，並且防止該導電性連結結構212的經加熱局部注入到鄰接的導電性連結結構210、214上。換言之，該介電鈍化材料216可避免該導電性連結結構212的液化局部「濺灑」於該固架200的其他局部上。為便於說明，圖2B顯示該介電鈍化材料216中環繞於該導電性連結結構212的一局部的放大視圖。即如圖2B所示，連續加熱可能造成自該導電性連結結構212的上方角落開啟碎裂222。一旦該導電性連結結構212觸抵一燒蝕門檻值，即如圖2C所示者，該導電性連結結構212可能爆炸，而如此會造成迭覆的介電鈍化材料216以及部份的導電性連結結構212被以蒸汽224的方式移除。即如圖2D所示，然後該鐳射光束220可透過沸騰、熔化及/或濺灑處理以清除該導電性連結結構212的剩餘局部，若確存在。迭覆的鈍化層雖能一直持續含有該導電性連結材料結構直到加熱至高於該燒蝕門檻值為止，然欲足夠地控制鈍化厚度確實困難重重。積體電路(IC)製造廠商通常顯著地致力於將該鈍化層厚度構成至適當範圍以供處理。然若無該覆蓋鈍化材料(即如當處理未經鈍化或裸露的金屬連結時)，鐳射處理會產生金屬濺灑，這可與鄰接的導電性連結結構形成電性連接(即如短路或導電性橋接)，而如此將造成裝置失效。例如，圖3為顯示一未經鈍化連結結構310的電子微影圖，該結構具有一區域312，而其中多個鄰接連結在利用高斯整形脈衝的鐳射處理過程中既已熔化合一。在本範例裡，所述未經鈍化的連結結構310包含鋁質並且擁有約4 μ m的寬度(約I μ m的間距)。圖3亦顯示一區域314，其中一擊破連結導致過度的碎屑。除濺灑和橋接問題以外，當相較於經鈍化導電性連結結構時，未經鈍化的導電性連結結構可能具有較小的處理窗口。其他的鐳射處理應用項目亦可能遭遇到濺灑問題。例如，在進行分割之前可先利用鐳射刻劃處理以自半導體裝置晶圓上移除金屬及介電半導體材料。然若在待予刻劃的區域內出現過厚或未經鈍化的金屬，則該處理窗口可能會因金屬濺灑及/或金屬熔化並且重流至該所刻劃區域內而大幅縮小。例如，圖4為一顯示以多個高斯整形脈衝所刻劃的未經鈍化矽(Si)412上銅(Cu)線410的電子微影圖。由所述鐳射脈衝所刻劃的刻口 414具有不良定義的邊緣，原因是銅質熔化並且重流至該刻口 414內(如箭頭416所示)。圖4亦顯示該刻劃該裸露金屬銅線410會產生過度的碎屑418。鐳射刻劃速率可能減緩而引生出金屬濺灑、重流、破裂及迭層脫落問題，而這可能會顯著地影響到刻劃產通量。

發明內容
一種以鐳射處理工件的方法，其中包含儲存對應於多個時間性脈衝廓型的資料。各項時間性脈衝廓型可為關聯於位在該工件上或內的結構的個別靶材類型。所述多個時間性脈衝廓型的至少一者含有一三角形形狀，此形狀為在一第一時間處按一第一固定速率自一初始功率值提高而在一第二時間處至一尖峰功率值，並且在該第二時間處按一第二固定速率自該尖峰功率值減少而在一第三時間處返回至該初始功率值。該方法進一步包含在該工件之上或之內選定一結構以供處理。該選定結構可為關聯於具有該三角形形狀的時間性脈衝廓型。根據該選定結構，自所述多個時間性脈衝廓型中選定含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型。產生一含有該選定時間性脈衝廓型的鐳射脈衝。所產生的鐳射脈衝經導引至該工件以藉由該所產生鐳射脈衝來處理該選定結構。自後文中參照於所述隨附圖式而進行之較佳具體實施例詳細說明將即能顯知其他的特性與優點。


圖1A及IB為由典型固態鐳射所產生的鐳射脈衝的範例時間性脈衝形狀。圖2A、2B、2C及2D為一半導體裝置的截面區塊圖，該裝置含有多個經鈍化導電性連結結構。圖3為顯示一未經鈍化連結結構的電子微影圖，該結構具有一區域，而其中多個鄰接連結在利用高斯整形脈衝的鐳射處理過程中既已熔化合一。圖4為一顯示以多個高斯整形脈衝所刻劃的未經鈍化矽上銅線的電子微影圖。圖5以圖形方式說明高斯整形時間性脈衝廓型與可根據一些具體實施例而運用的三角形形狀時間性脈衝廓型間的差異。圖6以圖形方式說明，根據一些範例具體實施例，多個對稱三角形形狀時間性脈衝廓型。圖7以圖形方式說明，根據一些範例具體實施例，非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型。圖8，根據一具體實施例，一鐳射處理系統的簡化區塊圖。圖9A、9B、9C及9D以圖形方式說明，根據一些具體實施例，鐳射處理像是裸露金屬線路或未經鈍化連結結構的靶材材料的步驟。圖10說明，根據一些範例具體實施例，範例電子微影圖以及相對應的時間性脈衝廓型。圖1lA及IlB為，根據一具體實施例，由動態鐳射脈衝整形器和功率放大器所產生的經裁適鐳射脈衝的範例時間性脈衝形狀。圖12為說明一半導體晶圓的略圖，在其工作表面上具有根據一具體實施例的靶材對準特性和多個導電性連結結構。圖13為，根據一具體實施例，位在一工件上或內的結構的鐳射處理方法流程圖。圖14為，根據一具體實施例，用以產生並監視具有不同時間性脈衝廓型的鐳射脈衝的範例鐳射處理系統。圖15為，根據一具體實施例，一範例光偵測模組的區塊圖。圖16A及16B為說明，根據一具體實施例，如圖14所示的鐳射來源的區塊圖。圖17以圖形方式說明，根據一具體實施例，一經正範化裁適的鐳射脈衝，而其特徵至少部份地在於尖峰脈衝功率。圖18A及18B說明自利用尖峰功率及FWHM以特徵化經裁適的鐳射脈衝所衍生出的問題。
圖19說明，根據一具體實施例，四種簡化脈衝形狀(脈衝A-D)以及FWHM與TIS脈衝寬度值之間的相對應比較。圖20說明，根據一具體實施例，六種鐳射脈衝形狀(曲線1-6)以及FWHM與TIS脈衝寬度值之間的相對應比較。圖21以圖形方式說明，根據一具體實施例，一經正範化裁適的鐳射脈衝，此脈衝具有一由尖峰高度、尖峰寬度和尖峰時間所特徵化的突波。圖22以圖形方式說明，根據一具體實施例，一經正範化裁適的鐳射脈衝，此脈衝具有一由起始時間、停止時間和關聯於一容忍度的位準所特徵化的高原。圖23以圖形方式說明，根據一具體實施例，一經正範化裁適的鐳射脈衝，此脈衝具有一由起始時間、停止時間、關聯於一第一容忍度的起始位準和關聯於一第二容忍度的停止位準所特徵化的斜度或傾斜高原。圖24A、24B及24C以圖形方式說明，根據一些具體實施例，範例經裁適的鐳射脈衝，此等脈衝具有由本揭所述參數所特徵化的各種尖峰、高原及斜度。圖25A以圖形方式說明，根據一具體實施例，按如表2所標定的多個經裁適鐳射脈衝。圖25B及25C說明，根據一具體實施例，經裁適的鐳射脈衝的其他範例。圖26為，根據一具體實施例，一經組態設定以提供脈衝形狀的回饋測度的範例脈衝廓型器的區塊圖。圖27為，根據一具體實施例，一電子-光學調變器的簡化區塊圖，此者在產生經裁適鐳射脈衝輸出時可運作如一鐳射脈衝切分裝置。圖28在縱行(a)、(b)、(c)、(d)及(e)裡顯示由圖27中鐳射脈衝切分裝置所產生的五種可能鐳射脈衝形狀構成的範例。
具體實施例方式本揭示描述利用具有三角形形狀的時間性脈衝廓型(即如功率相對於時間)的鐳射脈衝以處理位在半導體裝置上的未經鈍化導電性連結結構及其他結構的方式。即如後文所述，「三角形形狀」時間性脈衝廓型是包含具有相等揚升及落降時間的廓型(即如對稱三角形形狀)；以及鋸齒形時間性脈衝廓型，其中揚升時間不等於落降時間(即如非對稱三角形形狀)。因此，對於非對稱(鋸齒)三角形形狀時間性脈衝廓型來說，該脈衝的最大尖峰功率是位在除該脈衝的中心(依照時間)以外的某處。在一些具體實施例裡，可利用例如像是美國專利第7348516號案文中所描述的鐳射及系統以產生具有三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝，該案經授予本專利申請案所有權人並且依其整體而併入本案。其他用以產生具有三角形形狀時間性脈衝廓型的經裁適鐳射脈衝的範例鐳射系統具體實施例如後文所述。在一些具體實施例裡，可針對不同種類的靶材結構來定義時間性脈衝廓型的族系或類型。對於對稱三角形形狀而言，可藉由保持固定的脈衝時段長度(即如時間寬度)並同時增加或減少該最大尖峰值以產生脈衝形狀的族系。而對稱三角形形狀的其他族系則可藉由例如利用不同的脈衝時段長度並同時維持、增加或減少該最大尖峰值所產生。對於非對稱三角形形狀來說，可藉由改變脈衝時段長度及/或最大尖峰值來產生脈衝形狀的族系。至於非對稱三角形形狀的其他族系則可藉由例如移動該最大尖峰值的時間並且/或者改變該揚升及/或落降時間所產生。在一些具體實施例裡，對應於各種時間性脈衝廓型族系的資料可為儲存在一鐳射處理系統的記憶體裝置內，而待予用於產生脈衝形狀以供處理未經鈍化導電性連結結構或刻劃半導體裝置層。在一具體實施例裡，對於一結構的特定裝置種類或靶材類型的處理窗口可為藉由在該結構的裝置或靶材類型上運行不同脈衝形狀的矩陣所決定。此一具體實施例可用以決定三角形形狀的時間性脈衝廓型的多項參數(即如脈衝寬度、最大尖峰值、揚升時間和落降時間)。除此之外，或是在其他的具體實施例裡，本揭示描述按照靶材結構以選定具有經裁適時間性脈衝廓型的鐳射脈衝，並且提供足夠回饋和控制以供維持所欲的強度廓型。在一具體實施例裡，一鐳射處理系統可利用多個時間性廓型以處理位在一或更多工件上的工件結構(即如導電性連結)。該鐳射處理系統可含有一脈衝化鐳射，像是光纖鐳射；一主震蕩器光纖功率放大器(MOFPA);—串列光子放大器，或一「經切分」脈衝鐳射，此者可將能夠讓該鐳射按照廣泛形狀範圍產生鐳射脈衝的可程式化時間性脈衝廓型運用於一電子-光學調變器(參見本揭中圖18及19的說明)。該鐳射處理系統可經組態設定以在當該鐳射經導引以朝向一特定工件結構發射鐳射脈衝時能夠「迅捷地」選定一鐳射脈衝形狀。在一些具體實施例裡，該鐳射處理系統可校調每個脈衝的能量以及像是信號傳播延遲的其他鐳射參數，這些皆可隨所程式設定的時間性廓型而變。該鐳射處理系統可經校調使得於一程式設定時間性脈衝廓型範圍上可靠地運作。因此，在這種具體實施例裡，該鐳射處理系統可利用將該脈衝波形數位化的光學-電子偵測方法藉以按如該程式設定脈衝廓型的函數來提供每脈衝的能量的正確校調結果。即如前述，典型的Q切換固態脈衝形狀是由其尖峰功率、脈衝能量及脈衝寬度(即如FWHM)所良好描述。然而通常這些測度並不足以描述可能藉由經裁適脈衝鐳射的時間性脈衝形狀。例如，該功率曲線上的突波的尖峰功率並無法描述在所謂座椅形狀脈衝上的「座椅」的高度或是雙突波脈衝的第二尖峰的高度。因此，在一些具體實施例裡，該鐳射處理系統含有典型連結處理系統並未加以監視的參數的回饋。而藉由提供這種回饋，可註記多項脈衝形狀測度並予關聯於製程回饋(即如裝置良率和基板損傷)。如此可提供適於開發新製程與新脈衝形狀的高價值工具，藉以進一步提高裁適脈衝技術的價值。此外，或在其他的具體實施例裡，可利用所述脈衝形狀測度以基於該項回饋來監視並控制所述脈衝形狀。現將參考所述圖式，其中類似參考編號是參照於相仿部份。在後文說明中列述出眾多特定細節以供通徹了解本揭示的具體實施例。然熟諳相關技藝的人士將能認知到所述具體實施例確能實作而無須一或更多所述特定細節，或是可藉由其他方法、元件或材料而達成。此外，在一些情況下，眾知結構、材料、或操作並未予以特定地顯示或詳加描述，藉以避免模糊所述具體實施例的特點。同時，可按任何適當方式，將所述特性、結構或特徵合併在一或更多個具體實施例之內。1.三角形形狀時間性脈衝廓型在一具體實施例裡，可利用三角形形狀脈衝以處理未經鈍化導電性連結結構及其他結構。三角形形狀脈衝可在溫度上產生穩定的提高和降低。本揭示雖以描述處理未經鈍化導電性連結結構來作為範例具體實施例，然熟諳本項技藝的人士將可自本揭示認知到亦可處理其他結構並亦可利用三角形形狀脈衝來執行其他種類的處理。例如，可利用三角形形狀脈衝以處理經鈍化導電性連結結構或是刻划具有裸露線路的半導體裝置層，然不限於此。圖5以圖形方式說明高斯整形時間性脈衝廓型510與可根據一些具體實施例而運用的三角形形狀時間性脈衝廓型512間的差異。即如圖5所示，該高斯整形時間性脈衝廓型510並不是自其初始值按一固定速率增加至一最大尖峰值。此外，該高斯整形時間性脈衝廓型510也不是自其最大尖峰值按一固定速率減少至該初始功率值。相反地，該高斯整形時間性脈衝廓型510是一條具有變化速率的曲線，特別是在靠近該最大尖峰值處以及當回返至該初始功率值時尤甚。此外，相較於具有相同時間性脈衝寬度(即如在本範例中為79ns)的三角形形狀時間性脈衝廓型512的揚升及落降時間，該高斯整形時間性脈衝廓型510具有快速的揚升及落降時間。因此，即如後文所詳述，該高斯整形時間性脈衝廓型510會產生「熱性衝震」，而如此在當處理未經鈍化導電性連結結構時會導致濺灑及碎屑。另一方面，該三角形形狀時間性脈衝廓型512在一第一時間處(在本範例中為時間零處)會自其初始功率值按一第一固定速率在一第二時間處(在本範例中為39.5ns處)增加至一最大尖峰值。此外，該三角形形狀時間性脈衝廓型512會在該第二時間處自該最大尖峰功率值按一第二固定速率減少而在一第三時間處(在本範例中為79ns處)返回至該初始功率值。在本範例裡，該三角形形狀時間性脈衝廓型512為對稱，使得該遞增第一速率大致等於該遞減第二速率。比起該高斯整形時間性脈衝廓型510所產生者，該三角形形狀時間性脈衝廓型512可產生較緩慢的穩定狀態溫度斜坡(在溫度上為朝上及朝下兩者)。該較緩慢穩定狀態溫度斜坡可降低在該未經鈍化導電性連結結構處理過程中會造成濺灑的熱性衝震。此外，相較於該高斯整形時間性脈衝廓型510，由該三角形形狀時間性脈衝廓型512所提供在溫度上的較冗長(緩慢)朝下斜坡可減少或避免環繞於該處理區域附近的材料的快速固化情況。這可有助於降低該處理區域附近因留滯於該處理區域內的介電或金屬殘餘物的快速固化所致生的應力。圖6以圖形方式說明，根據一些範例具體實施例，多個對稱三角形形狀時間性脈衝廓型610、612、614、616。該三角形形狀時間性脈衝廓型610具有29ns的脈衝時段長度。該三角形形狀時間性脈衝廓型612具有79ns的脈衝時段長度。在本範例中，該三角形形狀時間性脈衝廓型612的最大尖峰振幅大致等於該三角形形狀時間性脈衝廓型610的最大尖峰振幅。該三角形形狀時間性脈衝廓型614亦具有79ns的脈衝時段長度。然該三角形形狀時間性脈衝廓型614的最大尖峰振幅為該三角形形狀時間性脈衝廓型612的最大尖峰振幅的約75%。因此，該三角形形狀時間性脈衝廓型614維持與該三角形形狀時間性脈衝廓型612者相同的脈衝形狀和時段長度，然其尖峰高度出現變化。該三角形形狀時間性脈衝廓型616具有99ns的時段長度以及約為該三角形形狀時間性脈衝廓型612最大尖峰振幅的50%的最大尖峰振幅。圖7以圖形方式說明，根據一些範例具體實施例，非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型710、712。所述非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型710、712關聯於圖6的對稱三角形形狀時間性脈衝廓型612所說明。所述非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型710、712在此亦可稱為鋸齒形時間性脈衝廓型。類似於該對稱三角形形狀時間性脈衝廓型612，所述非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型710、712各者具有79ns的脈衝時段長度。該非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型710具有相較於其落降時間為快速的揚升時間。因此，該對稱三角形形狀時間性脈衝廓型612雖具有約39ns的最大尖峰振幅，然該非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型710具有顯著小於約39ns的最大尖峰振幅。該非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型712具有相較於其揚升時間為緩慢的落降時間。故而該非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型712具有顯著大於39ns的最大尖峰振幅。熟諳本項技藝的人士將可自本揭示認知到如圖6及7所示的三角形形狀時間性脈衝廓型610、612、614、616、710、712,包含所述脈衝時段長度在內，僅為藉由範例方式所提供，然非作為限制。確實，熟諳本項技藝的人士將能了解可針對特定的鐳射處理應用項目運用擁有任何時段長度、振幅或非對稱程度的三角形形狀時間性脈衝廓型。在一些具體實施例裡，可針對不同種類的靶材結構來定義對稱及/或非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型的族系或類型。例如圖8顯示，根據一具體實施例，一鐳射處理系統800的簡化區塊圖。該鐳射處理系統800含有一記憶體裝置810、一處理器812、一鐳射來源814、光學元件816以及一使用者界面818。該處理器812可為一般目的或特殊目的電腦(或是其他的電子裝置)，此者可經組態設定以執行電腦可讀取指令(即如經儲存在該記憶體裝置810或另一電腦可讀取儲存媒體之內者)使得運行本揭處理程序。該處理器812可為按如一微處理器、一微控制器、一數位信號處理器(DSP)或其他的業界已知裝置所具體實作。該記憶體裝置810可儲存定義該鐳射來源814所能產生的多個不同時間性脈衝廓型的時間性脈衝廓型資料820。該時間性脈衝廓型資料820可定義例如所述如圖6及7所示的對稱及非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型612、614、616、712、714 ;其他的特定對稱或非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型；及/或任何本揭所述的其他種類的時間性脈衝廓型。在一些具體實施例裡，使用者可透過該使用者界面818以與該處理器812互動，藉此定義客訂的時間性脈衝廓型或是更改經儲存在該記憶體裝置810內的預定或內定時間性脈衝廓型的參數(即如脈衝時段長度、功率振幅、對稱性和其他可供定義形狀的參數)以作為該時間性脈衝廓型資料820。該記憶體裝置810亦可儲存靶材類型關聯資料822。該靶材類型關聯資料822可將藉由該時間性脈衝廓型資料820所定義的時間性脈衝廓型的一或更多者關聯於相對應的靶材類型結構。例如，該靶材類型關聯資料822可將如圖7所示的非對稱三角形形狀時間性脈衝廓型712關聯於一特定種類的未經鈍化導電性連結結構。在一些具體實施例裡，一使用者可透過該使用者界面818以與該處理器812進行互動，藉此定義新的靶材類型關聯性或是修改該靶材類型關聯資料822內的預定或內定設定值。在操作過程中，該處理器812選定位於一工件(未予圖示)之上或之內的結構以供處理。例如，該處理器812可依據測試資料選定次一導電性連結以供擊破。根據該靶材類型關聯資料822，該處理器812可選定對應於該選定結構的時間性脈衝廓型資料820。然後該鐳射來源814依據所選定的時間性脈衝廓型資料820產生一鐳射脈衝824。後文中提供該鐳射來源814如何產生所欲脈衝形狀的範例。接著該光學元件816將所產生的鐳射脈衝824導引至該工件以供處理該選定結構。該光學元件816可例如包含映鏡、聚焦透鏡、電子-光學或音響-光學偏折器及/或調變器、快速導向映鏡、電流計驅動映鏡，以及其他可協調於移位階臺(即如X、Y及/或Z階臺)的光學裝置以利將所產生脈衝提供至該選定結構。圖9A、9B、9C及9D以圖形方式說明，根據一些具體實施例，鐳射處理像是裸露金屬線路或未經鈍化連結結構的靶材材料910的步驟。所述所述步驟顯示藉由具有高斯整形時間性脈衝廓型的脈衝以處理此等靶材材料910的效果。然後再針對利用具有三角形形狀時間性脈衝廓型的脈衝的具體實施例以說明在鐳射處理上的差異。即如圖9A所示，施用具有高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912首先在當該靶材材料910開始吸收鐳射能量時會產生熔化情況。若加熱該靶材材料910的速率高於將熱能傳導至周遭材料內的速率，則該靶材材料910的局部性區域914會開始加熱。而最終該溫度會觸抵熔化溫度，並且一部份的靶材材料910會熔化以構成一液化層或範圍916。即如圖9B所示，具有高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912接著會造成沸騰並且去除一部份材料。當繼續加熱該靶材材料時，一部份的液化層916會觸抵沸騰溫度，故而藉由燒蝕或汽化917產生去除結果。該燒蝕製程會造成該液化層916內的擾動(即如因氣泡形成、後座壓力和其他處理之故)，從而導致噴出材料918的去除以及該液化層916的濺灑920。在當極為快速地加熱該靶材材料910時的情況下，一部份的液化層916可被加熱至高於熔點，從而構成一種超加熱、亞穩定液體(這可能導致一種稱為「爆炸性沸騰」的程序)。即如圖9C所示，具有高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912接著會形成羽輝以及電漿。隨著經燒蝕材料的量值增加，到最後會在稱為「羽輝」的表面的上方處構成一材料「雲霧」922。該羽輝會藉由散射及吸收該鐳射能量而造成觸抵該工作表面的鐳射能量出現衰減。當增入更多能量時，該羽輝材料就可能成為電漿。若是在足夠靠近該工作表面處產生電漿，則可能會由於該電漿的間接加熱而額外地去除噴出材料918和材料濺灑920。圖9D說明在該鐳射光束脈衝912既已結束後並且該靶材材料910進入冷卻階段時的靶材材料910。當具有高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912的鐳射能量減少時，加熱該靶材材料910的速率最終會變成較將熱能傳導至該周遭材料的速率為緩慢。此亥IJ，該液化層916的剩餘局部開始冷卻並且再固化，圖9D即說明位於由該鐳射製程所產生的刻口 926內的再固化材料924以及位於周遭表面上的固化濺灑928。藉由對比於利用擁有如圖9A、9B、9C、9D所示的高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912，根據一些具體實施例利用三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝可產生較為漸進的靶材材料910加熱及冷卻速率。如此可減少或避免如圖9A、9B、9C、9D所示的不同步驟處造成濺灑的效果。例如，再度參照圖9B，由具有三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝所產生的漸進或較緩慢加熱可減少經超加熱的液化層916的形成。超加熱液體可進行極為猛烈及爆炸性的氣泡構成程序(稱為爆炸性沸騰)，而如此將導致該表面上的液化和汽化材料的爆發。相較於具有高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912，具有三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝可藉由利用較緩慢的加熱速率來降低超加熱的程度以產生顯著較少的濺灑920。此外，再度參照圖9C，由具有三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝所產生的漸進或較緩慢加熱可獲以構成顯著地較為淡弱的電漿雲霧922。如此可進一步減少或消除由於該電漿雲霧922間接加熱所致生的濺灑920。此外，再度參照圖9D，由具有三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝所產生的漸進冷卻可對任何所獲熔化材料提供能夠重流的機會，而如此可獲致較為平滑的再固化材料924外觀。這種緩慢冷卻處理亦可獲致表面退火，如此將能顯著地降低該再固化材料924與周遭材料之間的應力。相較而言，由具有高斯整形時間性脈衝廓型的鐳射光束脈衝912所產生的快速冷卻則會使得該液化層916快速凝結，故而造成粗糙且高度應力拉變的表面。由於對不同種類的半導體裝置堆迭來說熱性及熱擴散性質可能會有所差別，因而所選定加熱速率在各種情況下可為互異。故而有些具體實施例可運用對稱三角形形狀時間性脈衝廓型，並且在其他具體實施例裡則是使用非對稱三角形形狀(鋸齒形)時間性脈衝廓型。該脈衝的朝上斜坡控制著加熱速率和效果，即如圖9A、9B及9C所示者。該脈衝的朝下斜坡則控制著關聯於圖9D所示的效果。所選定的脈衝形狀可為高度相關於所述材料以及所予切割的材料的排置方式。圖10說明，根據一些範例具體實施例，範例電子微影圖1010、1012以及相對應的時間性脈衝廓型1014、1016。該電子微影圖1010中所顯示的經切斷連結1018是利用具有高斯整形時間性脈衝廓型1014的鐳射脈衝所處理。而該電子微影圖1012中所顯示的經切斷連結1020則是利用具有三角形形狀時間性脈衝廓型1016的鐳射脈衝所處理。圖10中所示的三角形形狀時間性脈衝廓型1016含有一些雜訊。然即便存在雜訊，該三角形形狀時間性脈衝廓型1016仍具有大致固定的揚升時間和大致固定的落降時間。即如該電子微影圖1010中所示者，具有高斯整形時間性脈衝廓型1014的脈衝會在所述金屬連結1018裡產生濺灑切割，包含可在離該切割區域處超過約I 距離處觀察到的圓形噴出材料球體。藉由相比於電子微影圖1010，該電子微影圖1012顯示具有三角形形狀時間性脈衝廓型1016的脈衝可因較緩慢的加熱速率而產生相對較少的濺灑。此外，該電子微影圖1010的切割連結1018(即如含有鋁質)的邊緣顯示較為角形的熔化及變形，而這些是與脈衝冷卻時間有所關聯。而該電子微影圖1012中所顯示，並且是利用具有三角形形狀時間性脈衝廓型1016的脈衝所產生，的切斷連結1020的邊緣則較為圓化。在本範例裡的鋁質材料就以高斯脈衝而言會極為快速地冷卻，從而導致較具角形的形狀，然三角形形狀脈衝的緩慢冷卻速率則能夠讓金屬末端重流，因此構成較為圓化且平滑的切割邊緣。I1.可程式化時間性脈衝廓型有些系統既已運用經裁適脈衝形狀以進行工件處理。例如，經指配予本專利申請案的所有權人的美國專利第7348516號案文中即描述一種此類型的鐳射技術，其中可藉由運用具有經特殊裁適的強度廓型(脈衝形狀)的鐳射脈衝的鐳射系統及方法來完成記憶體晶片或其他積體電路(IC)晶片上的導體連結的鐳射處理使得獲致更佳的處理品質與良率。即如另一範例，經指配予本專利申請案的所有權人的美國專利第7126746號案文中即描述一種運用一鐳射處理系統的方法，該方法能夠利用多個鐳射脈衝時間性廓型以處理位在一或更多半導體晶圓上的半導體工件結構。—般說來，在一連結處理系統裡會存在有多項定義該鐳射-材料互動性的鐳射脈衝參數。除鐳射波長以外，這些參數包含空間性特徵(即如光點大小、束腰位置和橢圓性)以及時間性特徵(即如尖峰功率、脈衝能量、脈衝寬度與脈衝形狀)兩者。為提供足可對多個連結處理系統重複進行的強固製程，所述鐳射脈衝參數可為:(a)經設計為被動受控並於製造過程中加以測量使得驗證效能；(b)透過周期地執行的校調作業所控制；或者(C)以一回饋迴路進行主動測量與控制。在一些鐳射處理系統中，像是經裁適的脈衝鐳射處理系統，方法(C)可提供相較於方法(a)及(b)為更高的彈性。典型的鐳射處理系統通常可按不同方式監視各項鐳射參數。例如，對於鐳射脈衝處理參數控制來說，表I中匯整目前業界的狀況。
權利要求
1.一種用於藉由鐳射以對工件進行處理的方法，該方法包含: 儲存對應於多個時間性脈衝廓型的資料，各個時間性脈衝廓型為關聯於該工件之上或之內的個別靶材類型結構，其中所述多個時間性脈衝廓型之一者含有三角形形狀，此形狀為在第一時間處按第一固定速率自初始功率值提高而在第二時間處至尖峰功率值，並且在該第二時間處按第二固定速率自該尖峰功率值減少而在第三時間處返回至該初始功率值； 選定位於該工件之上或之內的結構以供處理，該選定結構關聯於含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型； 根據該選定結構，自所述多個時間性脈衝廓型中選定含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型； 產生含有該選定時間性脈衝廓型的鐳射脈衝；以及 將所產生的鐳射脈衝導引至該工件以藉由該所產生鐳射脈衝來處理該選定結構。
2.如申請專利範圍第I項所述的方法，進一步包含: 將含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型關聯於含有未經鈍化導電性連結結構的靶材類型，其中該選定結構是位在該相關聯靶材類型之內。
3.如申請專利範圍第2項所述 的方法，其中將所產生鐳射脈衝導引至該工件以處理該選定結構包含藉由含有該三角形時間性脈衝廓型的所產生鐳射脈衝以切斷未經鈍化導電性連結結構，該方法進一步包含: 選定該第一固定速率，藉以在該第一時間與該第二時間之間的周期過程裡控制加熱該導電性連結結構的速率；以及 選定該第二固定速率，藉以在該第二時間與該第三時間之間的周期過程裡控制冷卻該導電性連結結構的速率。
4.如申請專利範圍第I項所述的方法，進一步包含: 將含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型關聯於含有經構成於基板上的裸露金屬的靶材類型。
5.如申請專利範圍第4項所述的方法，其中將所產生的鐳射脈衝導引至該工件以處理該選定結構包含刻劃該裸露金屬的局部。
6.如申請專利範圍第I項所述的方法，進一步包含: 根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第一固定速率以與該第二固定速率大約相同。
7.如申請專利範圍第I項所述的方法，進一步包含根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第一固定速率以顯著大於該第二固定速率。
8.如申請專利範圍第I項所述的方法，進一步包含: 根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第一固定速率以顯著小於該第二固定速率。
9.如申請專利範圍第I項所述的方法，進一步包含: 根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第二時間及該第三時間的至少一者。
10.一種用以處理工件的鐳射處理系統，該系統包含: 一記憶體裝置，此者儲存對應於多個時間性脈衝廓型的資料，各個時間性脈衝廓型為關聯於該工件之上或之內的個別靶材類型結構，其中所述多個時間性脈衝廓型之一者含有三角形形狀，此形狀為在第一時間處按第一固定速率自初始功率值提高而在第二時間處至尖峰功率值，並且在該第二時間處按第二固定速率自該尖峰功率值減少而在第三時間處返回至該初始功率值； 控制器，此者經組態設定以: 選定位於該工件之上或之內的結構以供處理，該選定結構關聯於含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型；以及 根據該選定結構，自所述多個時間性脈衝廓型中選定含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型； 鐳射來源，此者用以產生含有該選定時間性脈衝廓型的鐳射脈衝；以及 光學元件，此者用以將所產生的鐳射脈衝導引至該工件以藉由該所產生鐳射脈衝來處理該選定結構。
11.如申請專利範圍第10項所述的系統，其中該記憶體裝置儲存資料，而該資料將含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型關聯於含有未經鈍化導電性連結結構的靶材類型，其中該選定結構是位在該相關聯靶材類型之內。
12.如申請專利範圍第13項所述的系統，其中將所產生鐳射脈衝導引至該工件以處理該選定結構包含藉由含有該三角形時間性脈衝廓型的所產生鐳射脈衝以切斷該未經鈍化導電性連結結構，該處理器經進一步組態設定以: 選定該第一固定速率，藉以在該第一時間與該第二時間之間的周期過程裡控制加熱該導電性連結的速率；以及 選定該第二固定速率，藉以在該第二時間與該第三時間之間的周期過程裡控制冷卻該導電性連結的速率。
13.如申請專利範圍第10項所述的系統，其中該記憶體裝置儲存資料，該資料將含有該三角形形狀的時間性脈衝廓型關聯於含有經構成於基板上的裸露金屬的靶材類型。
14.如申請專利範圍第13項所述的系統，其中將所產生的鐳射脈衝導引至該工件以處理該選定結構包含刻劃該裸露金屬的局部。
15.如申請專利範圍第10項所述的系統，其中該處理器經進一步組態設定以根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第一固定速率以與該第二固定速率大約相同。
16.如申請專利範圍第10項所述的系統，其中該處理器經進一步組態設定以根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第一固定速率以顯著大於該第二固定速率。
17.如申請專利範圍第I項所述的系統，其中該處理器經進一步組態設定以根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第一固定速率以顯著小於該第二固定速率。
18.如申請專利範圍第I項所述的系統，其中該處理器經進一步組態設定以根據該相關聯靶材類型結構的特徵選定該第二時間及該第三時間的至少一者。
19.一種用以處理半導體裝置的未經鈍化導電性連結結構的方法，各個未經鈍化導電性連結結構含有底部及頂部表面，所述底部表面經設置為鄰接於鈍化層或半導體基板，並且所述頂部表面為裸露藉以供於鐳射處理過程中直接地照射鐳射脈衝，該方法包含: 自該半導體裝置的未經鈍化導電性連結結構中選定未經鈍化導電性連結結構； 利用鐳射處理系統以產生含有三角形形狀時間性脈衝廓型的鐳射脈衝，此者在第一時間處按第一固定速率自初始功率值提高而在第二時間處至尖峰功率值，並且在該第二時間處按一第二固定速率自該尖峰功率值減少而在第三時間處返回至該初始功率值；以及 將所產生的鐳射脈衝導引至該選定未經鈍化導電性連結結構。
20.如申請專利範圍第19項所述的方法,進一步包含: 選定該第一固定速率，藉以在該第一時間與該第二時間之間的周期過程裡控制加熱該導電性連結結構的速率；以及 選定該第二固定速率，藉以在該第二時間與該第三時間之間的周期過程裡控制冷卻該導電性連結結構的速率。
21.如申請專利範圍第19項所述的方法,進一步包含: 根據該選定導電性連結結構的特徵選定該第一固定速率以與該第二固定速率大約相同。
22.如申請專利範圍第19項所述的方法，進一步包含根據該選定導電性連結結構的特徵選定該第一固定速率以顯著大於該第二固定速率。
23.如申請專利範圍第19項所述的方法,進一步包含: 根據該選定導電性連結結構的特徵選定該第一固定速率以顯著小於該第二固定速率。
24.如申請專利範圍第19項所述的方法,進一步包含: 根據該選定導電 性連結結構的特徵選定該第二時間及該第三時間的至少一者。
全文摘要
藉由鐳射來處理像是半導體晶圓或其他材料的工件，其中包含選定對應於與經預先定義的時間性脈衝廓型相關聯的靶材類型的靶材以進行處理。所述經預先定義的時間性脈衝廓型的至少一者可為三角形。該靶材類型可包含例如未經鈍化導電性連結或其他的裸露金屬結構。根據與該選定靶材相關聯的靶材類型以產生具有三角形時間性脈衝廓型的鐳射脈衝。利用所產生的鐳射脈衝以處理該選定結構。
文檔編號H01L21/78GK103081067SQ201180017445
公開日2013年5月1日 申請日期2011年3月29日 優先權日2010年4月2日
發明者奉H.曹, 布萊恩·L·普, 安德魯·虎柏 申請人:伊雷克託科學工業股份有限公司