用于集成电路熔丝的单脉冲切断的紫外激光系统和方法 相关申请
本专利申请源自于2000年7月12日提交的美国临时专利申请第60/217746号。联邦资助的研究或开发
本申请不适用其相关规定。技术领域
本发明涉及一种用于切断集成电路(IC)器件熔丝的基于激光地系统或者方法，且特别是涉及一种利用单紫外激光脉冲来切断集成电路熔丝的系统或方法。发明背景
图1、图2A和图2B示出了在一个晶片或工件12上的集成电路的重复的电子线路10，电子线路10一般成行或者成列地构造，从而包括多重迭接的冗余电路单元14，例如存储单元20的备用的各行16和各列18。参见图1、图2A和图2B，电路10也被设计成包括位于电触点24之间的特定的激光可切断的电路熔丝或者说连接线(link)22，该电路熔丝或者连接线22能够被去除，从而举例来说使有缺陷的存储单元20断开，并且替换在存储器装置中的替代冗余单元26，该存储器装置例如为DRAM、SRAM或者嵌入式存储器。同样的技术也被用来切断与程序逻辑产品、门阵列或者ASIC的连接线。
连接线22大约为0.5～2微米(μm)厚，而且被设计成具有常规的连接线宽度28(大约0.8～2.5微米)、连接线长度30和单元到单元的间距(中心到中心的间隔)32，该单元到单元的间距32是离相邻的电路结构(例如连接线结构38)或者单元34大约2～8微米。虽然最普遍使用的连接线材料是多晶硅和类似的合成物，但是存储器制造厂商最近更多地采用许多种导电性更好的的金属连接线材料，这些材料可包括，但是并不局限于，铝、铜、金镍、钛、钨、铂，以及其它金属、金属合金、金属氮化物(例如氮化钛或者氮化钽)、金属硅化物(例如硅化钨)、或者其它的类金属材料。
传统的1.047或者1.064微米波长的红外(IR)激光的使用已超过20年，用于以爆破方式去除连接线22。连接线处理开始之前，要测试电路10、电路单元14、或者单元20的缺陷，缺陷的位置被映射到一个数据库或者程序中，这个数据库或者程序确定了要被处理的连接线22的位置。典型地，用于处理连接线的同样的红外激光束使用于减弱的光强上，以相对于反射的对准标记而使红外激光束的聚焦点定位，该反射的对准标记例如是氧化物上的金属(metal on oxide)，位于承载电子元件的电路小片(die)和/或晶片的角上。
常规的存储器连接线处理系统将红外激光输出的单脉冲(具有大约为4到20纳秒的脉宽)聚焦到每个连接线22上。图2A和2B示出了一个具有光点直径40的激光光点38照射到连接线结构36上，该连接线结构36由多晶硅或者金属连接线22组成，位于硅衬底42上并且处于一个钝化层叠层的各元件层之间(显示于图2A中，但未示于图2B)，该钝化层叠层包括一个具有典型厚度为2000到10000埃()的覆盖其上的钝化层44和一个位于其下的钝化层46。硅衬底42吸收相对小比例数量的红外辐射，而常规的钝化层44和46例如二氧化硅或者氮化硅对红外辐射是透明的。图2C是当连接线22被现有技术的激光脉冲去除之后，图2B所示连接线结构的局部剖视图。在图2C中，形成的凹口(crater)的质量既不一致又不可预测。
为了避免损坏衬底42而同时又保持足够的能量来处理金属的或者非金属的连接线22，Sun等人在美国专利第5265114号和美国专利第5473624号中提出在一个较大激光波长(例如1.3微米)下，使用9到25纳秒的单脉冲来处理在硅晶片上的存储器连接线22。在1.3微米的激光波长下，与常规的1微米激光波长相比，连接线材料和硅衬底20之间的吸收对比要大得多。由这种技术所提供的更宽得多的激光处理窗口和更好得多的处理质量已经应用在工业上若干年，并获得了巨大的成功。
然而1微米和1.3微米激光波长也有缺点。一般来说，高度导电的金属连接线22对这种红外激光束12的光学吸收要比可见光束和紫外光束小；而用于切断连接线的红外激光束的实际能达到的光点尺寸38相对较大，而且限制了这些关键的尺寸：连接线宽度28、各触点24之间的连接线长度30、和连接线间距32。这种常规的激光连接线处理依赖于加热、融化和蒸发连接线22，并产生机械应力的积累而以爆破方式打开覆盖其上的钝化层44。
热应力爆破行为也在某种程度上依赖于连接线22的宽度。当连接线宽度变得比大约1微米窄的时候，钝化层44的爆破图案即变为无规则，并且导致不能接受的不一致的连接线处理质量。因此，热应力行为限制了连接线22的关键尺寸并且阻碍了更高的电路密度。
Swenson等人的美国专利第6025256号描述了使用紫外激光输出以曝光连接线的方法，该方法通过不同机制，以低激光能量“打开”覆盖的钝化层或者说是抗蚀层材料，用以完成材料去除，且其带来了较小的光点尺寸的好处。此后蚀刻各连接线。
Sun等人的美国专利第6057180号描述了使用紫外激光输出以去除位于一个钝化层之上的连接线22的方法，该钝化层具有足够高度以保护位于其下的衬底不被激光损坏。这种技术主张在激光处理之前改进目标材料和结构井(structure well)。
因此，仍然需要改进的连接线处理方法。发明概要
因此，本发明的目的是提供一种系统或方法，其使用单紫外激光脉冲来切断集成电路熔丝。
本发明提供了一种Q开关的、二极管抽运的固体(DPSS)激光器，该激光器利用通过非线性晶体产生的谐波振荡，而产生绿的和/或红外和紫外光。在优选实施例中，非线性晶体的类型和几何结构经过选择，以产生极好的光束质量，适合进行随后所必需的光束成形和聚焦，从而产生有利于切断集成电路熔丝的聚焦光点尺寸。通过使用温度反馈控制回路，还可以精确地调节该非线性晶体的温度，以保持有利的相位匹配条件，从而产生一致的处理激光脉冲特性。此外，光束形状质量还可以通过一个成像光学模块而提高，该模块能够进行空间滤波，滤掉不需要的光束噪声(beam artifact)。
另外一个优选实施例中，因为很多标准的对准目标很难用紫外激光束探测到，所以可采用一部分绿色或者红外输出以进行独立的目标对准。部分绿色或者红外的目标对准光束以独立的一组光学元件沿着一条独立的光路传播，而且被衰减到适当的功率水平。用于绿色或者红外光束的光学图像模块优化该绿色或者红外光束的形状，以进行对准扫描。绿色或者红外对准光束以及紫外对准光束通过一个探测系统模块，并且经过一个上述两条光束共用的光束合路器(beam combiner)而独立地对准一个校准目标，且其各自的合成(resulting)反射光受到探测，以校准带有紫外连接线处理光束的对准光束。绿色或者红外对准光束然后能够用来将光束对准于给定的电路小片(die)，并且能够以紫外连接线处理光束来切断在该电路小片上的所希望的连接线，而无需另外校准。
本发明提供了产生高质量的聚焦光点的能力，该聚焦光点比常规红外连接线处理系统所使用的要小。本发明提供了一种用以在高重复频率下(这是为取得改善的输出所需要的)输出脉冲的装置，同时还提供了改善的紫外光脉冲到脉冲能量级别的稳定性。本发明还提供了一种解决方案，通过利用由同一个光源产生的绿色和/或红外光束作为对准光束，而解决在紫外光波长下具有很小的对比度的对准标记的对准问题。
根据以下优选实施例的详细描述，本发明附加的目的和优点将是显而易见的，该优选实施例的描述将参考附图进行。附图简要说明
图1是DRAM的一部分的示意图，示出了一般电路单元的备用行中的可编程连接线的冗余布置(redundant layout)。
图2A是一个常规的、放大的接受激光脉冲的半导体连接线结构的部分剖视图。
图2B是一个连接线结构和图2A的激光脉冲以及邻近的电路结构部分俯视图。
图2C是当连接线被激光脉冲去除之后的图2B所示连接线结构的部分侧视图。
图3是一个包括了一个或多个准直探测模块的本发明的激光系统的实施例示意图。
图4是本发明的激光系统的各部分的示意图，部分作了简化，其中包括一个成像光学模块的实施例的细节。
图5是一个表格，其中列出了各非线性晶体的优选类型的参数。
图6是一个探测模块的简化示意图。优选实施例详述
图3示出了本发明的激光系统48的一个优选实施例的一些元件，还包括辅助目标准直系统50。图4示出了激光系统48的一些额外的或者可选择的元件，以及成像光学模块52的一个实施例的一些元件，并在其中可选择地略去了辅助目标准直系统(STAS)50。在图3中为了方便，光路以实线箭头示出，而电子或者信号路径以虚线箭头示出。虽然为了方便起见，大多数所示虚线箭头指示双向，但是本领域技术人员会理解这样的信号路径中，有许多能够实施成为开环。
参看图3和图4，本发明的激光系统48的优选实施例包括激光器54，该激光器54一般地说优选提供短于575纳米(例如大约是在510到575纳米的波长范围之内)的波长成分，为方便起见，在下文中可以称之为绿色光。然而，可以另外提供一种在红外区域之内的较长的波长成分，优选是短于1150纳米并且更优选是处于1020到1150纳米范围之内，使得该较长的波长是一次谐波而所述较短的波长(绿色)是二次谐波。激光器54优选包括一个Q开关的二极管抽运(DP)的固体(SS)激光器，该激光器优选包括固态激光工作材料(lasant)，例如Nd：YAG，Nd：YLF，Nd：YAP，或者最优选为Nd：YVO4，该激光工作材料产生红外光，该红外光随后通过二次谐波振荡的非线性光学过程被转换为绿色光。这样的激光器54可以提供谐波振荡的激光脉冲或者说输出56，其具有例如大约是532纳米(二倍频Nd：YVO4)或者大约是524纳米(二倍频Nd：YLF激光)的波长成分，主要为TEM00空间模式外形(spatial mode profile)。电源58向激光器54提供电能、射频能量和控制信号，而且可以受控于系统控制计算机60。
虽然使用“高斯”一词来描述激光输出56的辐照度外形，但是本领域的技术人员会理解，大多数激光器54不发射具有M2＝1的数值的完美高斯输出56。为方便起见，在此所用的术语“高斯”包括M2小于或者等于大约1.5的外形，即使小于1.3或者1.2的M2值都是优选的。本领域的技术人员会明白从所列出的其它激光工作材料能够得到其它的波长。虽然激光器谐振腔的布置、谐波振荡和Q开关操作对于本领域的技术人员是众所周知的，但是在此将介绍优选实施例的某些细节。
激光输出56可以有选择地经过各种众所周知的扩展和/或准直光学系统(optics)而且沿着第一光路62传播。当使用辅助目标对准系统(STAS)时，激光输出6遇到一个分束器64，分束器64通过一个紫外目标切断和对准系统(UV SAS)66而沿着第一光路62传导激光输出56的能量的主要部分，并沿着第二光路68使激光输出56的能量的一小部分通过STAS 50偏转。
沿着第一光路62传播的激光输出56的主要部分，通过准直或者耦合光学系统70a而被光学耦合，进入非线性晶体72，从而通过谐波变换而将第一种波长成分转换为紫外光。如果，举例来说，激光输出56一般只包括绿色光，例如波长成分大约是532纳米的二次谐波光，那么非线性晶体72提供经过转换的输出74，例如是大约266纳米(四倍频的Nd：YVO4)的波长成分的四次谐波光。本领域技术人员会认识到四次谐波转换的过程并不依赖于激光输出56中的红外成分。本领域技术人员也会理解，为转换到三次谐波，绿色光和红外光二者都将由激光器54来提供，并且通过分束器64，这样非线性晶体72提供波长经过转换的输出74，其带有大约是355纳米(三倍频Nd：YVO4)的波长成分。本领域技术人员将会认识到，依据激光器54所传播的初始的波长以及非线性晶体72的数量，可能还有很多其它波长可用于输出74。本领域技术人员也将会认识到，在优选的激光器54使用谐波转换的实施例中，非线性晶体72是“二次”非线性晶体，并且优选产生如上所描述的四次或者三次谐波转换。本领域技术人员将会进一步认识到，可以使用一个附加的非线性晶体，以将一次和四次谐波波长的光转换到五次谐波的波长——例如213纳米(五倍频Nd：YVO4)。
优选选择至少二次非线性晶体72的几何结构和类型，用以产生极好的光束质量，适于进行为产生聚焦的光点尺寸所必需的随后的光束成形和聚焦，以利于切断集成电路的熔丝或者说连接线22。二次非线性晶体72的几何结构和类型同时选择，以在每个脉冲提供适当的能量输出，从而适合用于切断集成电路的熔丝。特别是，沿着光路设置的非线性晶体72的长度经过选择，以平衡接收角和双折射离散(birefringence walk-off)的组合的影响，这种影响可能使得光束质量随晶体长度和脉冲能量(其通常随晶体长度增加而增加)的增加而下降。非线性晶体72沿着第一光路62设置的长度大于或者等于大约1毫米而小于大约20毫米。优选地，非线性晶体72沿着第一光路62设置的长度大于或者等于大约3毫米而小于或者等于大约12毫米。更优选地，非线性晶体72沿着第一光路62设置的长度大于或者等于大约4毫米而小于或者等于大约8毫米。最优选地，非线性晶体72沿着第一光路62设置的长度大于或者等于大约6毫米而小于或者等于大约8毫米。常规的CLBO非线性晶体是，举例来说，在沿着传播轴的方向上长度为12到15毫米，以使激光转换的数量最大化。非线性晶体72沿着第一光路62设置较短长度，例如短于大约7毫米，对于四次和五次谐波振荡应用而言，是特别合乎需要的。更进一步，本领域技术人员会理解，虽然非线性晶体72沿着第一光路62设置的长度优选与非线性晶体72的主光轴在同一条直线上或者是平行的，但是非线性晶体72可以被设置成它的表面或者光轴既不与通过非线性晶体72传播的第一光路62平行，也不与之垂直。虽然常规的大的非线性晶体能够被用于三次谐波的应用，但是这样一种晶体也能够被用于四次或者五次谐波的应用，在这样的应用中，第一光路62仅仅通过晶体的一个较短的长度，短于大约7到10毫米。
依据所使用的非线性晶体72的类型，还可以选择非线性晶体72的几何结构，使得相比于根据通光孔径(clean aperture)的条件所做的典型严格要求——如本领域技术人员所常规操作的，光束传播方向的横向上的各尺寸选择得更为宽松(generous)。这种横向上的几何条件为通光孔径(clear aperture)的潜在的吸湿性减小做了准备，因此在非线性晶体72的有效寿命期间保持了总通光孔径的足够面积。在其它方面，即非线性晶体72的高度和宽度上，典型为3到5毫米，但是可以更大一些，而且整个非线性晶体72典型是正方形或者矩形，但是也可以形成其它形状。
非线性晶体72优选由β-BaB2O4(硼酸钡或称BBO)、LiB3O5(硼酸锂或称LBO)、或者CsLiB6O10(BBO)构成。对于将激光输出56转换成为进紫外激光(三次谐波振荡)来说，BBO、LBO和CLBO均为优选，其中LBO是最优选的。对于将激光输出56转换成为紫外四次谐波或者五次谐波振荡来说，BBO和CLBO均为优选，其中CLBO是最优选的。LBO优选用于二次谐波振荡，但是很多其它为本领域技术人员所知道的非线性晶体也可以使用。本领域技术人员将会理解，不同的谐波可以利用非线性晶体72的相对于其晶轴的不同截面(cut)，以及不同的依赖波长的(wavelength-dependent)镀膜层。图5是一个表格，其中显示了用于非线性晶体的各优选类型的参数，包括长度。在图5中，THG表示三次谐波振荡；FHG表示四次谐波振荡；FiHG表示五次谐波振荡；PM表示相位匹配(phase-matching)角，也可以指晶体截面；而deff(pm/V)是一个指标数，表示一个非线性晶体能够将基波波长的光转换成为较高次谐波的光输出的效率。
在一个特定实施例中，一个BBO或者CLBO非线性晶体72被用来将532纳米的激光输出56，通过四次谐波的转换过程，转换为转换过的波长大约是266纳米的激光的输出74。BBO非线性晶体72提供了极好的转换效率，在水平对准轴和垂直对准轴都保持良好的光束质量，具有很好的紫外损坏阈值，并且不象其它一些普通的非线性晶体那么吸湿。BBO在266纳米上还具有很好的透射。然而，即使CLBO比BBO吸湿，CLBO也是优选的，因为与BBO相比，CLBO提供更良好的接收角和更小的离散角(walk off angle)。
非线性晶体72的温度受到精确调节，优选使用温度反馈控制回路，以保持有利的相位匹配条件，以便于在适当的波长下产生一致的处理激光脉冲特性。特别是，激光输出对准是对非线性晶体72的温度变化敏感的，这使得非线性晶体72中的小的温度变化即会显著地影响光束的定位、质量、形状以及输出功率。一个包括非线性晶体72的模块可以从电源58接收其能量，以用于温度调节。所需要的温度可以预置和/或直接或间接地由系统计算机60或者子处理器所控制。温度调节既改进对准也改进目标处理，而且还有助于使非目标区域的间接损坏减至最小。
波长经过转换的输出74然后通过一个波长选择滤光器76，以阻挡非线性晶体72发出的任何未经转换的输出，不使其更进一步发向随后的紫外目标切断和对准系统传送(UV SAS)66的元件和最终发送到工件12。虽然在微小程度的未经转换的输出对下游(downstream)器件或者对于特定材料的连接线切断性能甚少影响的情况下，对于应用而言，可以略去滤光器76，但是还是优选采用滤光器76，以阻挡绿色光或者红外光，不使其与连接线结构36交互作用和干扰紫外光探测模块100a的工作。如果略去滤光器76，可以使下游各镜镀膜，以更适宜反射紫外光以及透射或者说放过(dump)绿色光和/或红外光。
在优选实施例中，波长经过转换的输出74然后通过一组校正光学系统78被传送，该校正光学系统78将大体圆的光束(round beam)传送到一个声光调制器(AOM)80a。在示于图3的这一优选实施例中，激光输出56不为分立的声光调制器所调制，而且声光调制器80a是一个紫外声光调制器，其在校正光学系统76之后，用以提供一个更加稳定的来自非线性晶体72的波长经过转换的输出74。声光调制器80a仅仅被用来把所需要的波长经过转换的输出74的激光脉冲传送到工作表面，并且将所需要的单个脉冲的能量衰减到所需要的能量值，以用于集成电路熔丝切断或者对准扫描。声光调制器80a能够在高衰减状态(用以提供适合目标对准的激光输出能量)和低衰减状态(用以提供适合连接线处理的激光输出能量)之间开关。声光调制器80a也能够完全阻挡波长经过转换的输出74的传送，特别是在连接线处理自动脉冲模式下。声光调制器80a更进一步地经过选择，以传送所需要的激光脉冲而不对被传送光束的质量有不良影响。适合于这种应用的紫外级别声光调制器80a可在市场上获得。声光调制器80a可以是电光调制器(例如普克尔盒)，以替代声光调制器。做为选择，也能够采用一个偏振旋转元件，例如半波片或者液晶单元，后面跟一个偏振片。声光调制器80a、其替代品及其使用都是激光领域的技术人员所熟知的。
尽管在这个阶段，波长经过转换的输出74的外形大体为圆形，仍存在剩余像散或者椭圆或者其它集成电路熔丝切断工艺所不希望有的形状特征。用一个可选的成像光学模块52a(概括地标识为52)即可取得改进的光束形状质量，不需要的光束噪声通过该成像光学模块而从空间上滤掉。为方便起见，图4所示的图像光学模块52在图3中标识为紫外目标切断和对准系统66中的52a，以及辅助目标准直系统50中的52b。
图像光学模块52优选包括一个光学单元90、一个透镜92和一个孔径屏蔽(aperture mask)94，该孔径屏蔽94位于光学单元90所造成的光束腰部或者其附近，用以阻挡任何不需要的光束的旁瓣和周边部分。在一个优选实施例中，光学单元90是一个聚焦透镜，而透镜92是一个用以增加激光系统48的配置的适应性的准直透镜。改变孔径的尺寸能够控制光点外形的边缘锐度，以产生较小的、边缘较清晰的强度外形，这会增强对准的准确性。此外，通过这种布置，孔径的形状就可以是精确的圆形，或者也可以改变成为矩形、椭圆形，或者是能够与连接线长度30平行或垂直对齐的其它非圆形的形状。可以有选择地使屏蔽94的孔径在其光线出射侧向外张开。
在成像光学模块52a中，屏蔽94可以包括紫外反射或者紫外吸收材料，但是优选由电介质材料制成，例如紫外级(UV grade)熔凝二氧化硅或者镀有多层高度紫外反射膜其它紫外阻膜的蓝宝石。技术人员将会理解，孔径屏蔽94能够在没有光学单元90和92的情况下使用。
在一个可供选择的优选实施例中，光学单元90包括一个或者多个光束成形元件，该光束成形元件在光学单元90的下游接近孔径屏蔽94处，将具有原始高斯辐照度外形的激光脉冲转换为成形的(和聚焦的)脉冲，其具有接近均匀(uniform)的“礼帽”外形，或是特定的超高斯(super-Gaussian)辐照度外形。这样的光束成形元件可以包括非球面光学元件或者衍射光学元件。在本实施例中，透镜92包括对于控制光束尺寸和发散度有用的成像光学元件。本领域技术人员将会理解，可以采用单个成像透镜元件或者多个透镜元件。本领域技术人员也将会理解，可以利用成形的激光输出而不使用孔径屏蔽94。
在一个优选实施例中，光束成形元件包括一个能够以高效率和高精确性执行复杂光束成形的衍射光学单元(DOE)。该光束成形元件不但将高斯辐照度外形转换成接近均匀的辐照度外形，而且还能将成形的输出聚焦到可确定或者规定的光点尺寸。虽然单个的单元衍射光学单元是优选的，但是本领域技术人员会理解，衍射光学单元可以包括多个分立的单元，例如在Dickey等人的美国专利第5864430号中公开的相位平台(phase plate)和转换单元，该专利也公开了用于光束成形目的的衍射光学元件的设计技术。上述成形和成像技术详细描述于在2000年12月7日出版的国际公开小册子(publication)第WO00/73103号。在此通过引为参考而结合由Dunsky等人在2000年5月26日提交的相应的美国专利申请第09/580396号的公开的相关部分。
总的来说，任何优选实施例都能够用于连接线切断。虽然一些实施例提供基本在成本方面的优点，但是对于经过转换的输出74来说，通过成形和成像可得到的平顶的辐照度外形可以用于某些种类的连接线结构36，防止在光点中心损坏衬底，特别是在连接线22之下的钝化层46特别的薄、并且对紫外损坏很敏感的情况下。成像的成形输出能够产生更一致的凹口，因为波长经过转换的输出的均匀形状实际消除了在中心产生热点的可能性。因此，成像成形(imaged shaping)会有利于具有非常平坦和一致的底部的凹口的形成——加之以非常精确成形的几何结构和清晰的边缘。
此外，很大一部分光束能量能够被输送到工件12而在成像光点的中心和边缘之间没有大的差异。此外，可能需要平顶的辐照度外形，以使通过孔径屏蔽94传播的每个脉冲的能量最大化，并因此而使得为孔径的尺寸范围所限制或者说浪费的能量最小化。这一方案对于紫外光应用而言(其中波长经过转换的输出74的功率很低)会特别有用。
本领域技术人员也将会理解，这里所描述的技术还使重复性和对准的精确度得以提高。因为受处理的凹口的尺寸和位置能够被精确地预测，例如在连接线22的中心，就能够使其具有比常规的连接线切断凹口更窄的外形，对于增加电子工件12的电路密度来说，这些技术会是有用的。
再次参看图3，波长经过转换的输出74优选通过一个可变光束扩展器(VBE)96传播，以使用户能够控制光束的光点尺寸。可变光束扩展器96被设置在声光调制器80a的下游，且优选是在成像光学模块52a的下游——如果它被使用的话。在一个优选实施例中，可变光束扩展器96是电动的(motorized)，并且允许分立的透镜单元被系统计算机60所指挥以移动到安排好的位置，这样就使计算机能够控制在工作表面上的聚焦的(成形的)光点尺寸。在一种优选布置中，可以另外采用一对可旋转的玻璃板(plates of glass)，以对于光束进行微小的平移调节。可旋转的玻璃板优选被设置在可变光束扩展器96和探测模块100a之间，但是也可选择设置在探测模块100a和光束合路器120之间。对应于这些玻璃板的对准调节能够手动完成，或者可以由系统控制计算机60来遥控它们的位置。
继续通过紫外目标切断和对准系统66，波长经过转换的输出74优选被指引通过紫外光探测模块100a。图6是优选的探测模块100(对于探测模块100a和100b的通称)的简化示意图。为方便起见，示于图6的探测模块标为100，在图3中，以100a标识在紫外目标切断和对准系统66中的探测模块，而以100b标识在辅助目标准直系统50中的探测模块。
探测模块100优选包括一个分束器102，该分束器将入射的波长经过转换的输出74的一部分分开，以使其能够被采样。这一入射光束可以被再一次分开，如果需要的话，以便不同类型的传感器104能够对其采样。优选是探测模块100包括一个在对准操作期间用来测量入射光束的传感器104。并且尤其是，探测模块100a优选包括传感器104(a)，该传感器能够使对于切断操作十分重要的脉冲输出特性特征化。根据需要，旋转镜被用来指引入射光束通过所需要的衰减器106和聚焦透镜108而到达传感器104。分束器102优选使波长经过转换的输出74的主要部分沿着光束路径110a传播，如图4所示，在图3中该光束路径概括地标识为光束路径110。
探测模块100的分束器102优选也被用来指引从工作表面反射到反射传感器114的光线。为方便起见，被反射的光线在图6中标为光束路径110b，而在图3中概括地标识为光束路径110。反射传感器114在对准操作期间测量反射光束。根据需要，旋转镜被用来指引入射光束通过所需要的衰减器116和聚焦透镜118而到达传感器114。用于传感器104和传感器114的传感器电子设备优选能与系统控制计算机60通信。
如果使用了辅助目标准直系统50，波长经过转换的输出74的主要部分然后优选被指引通过光束合路器120。光束组合器120优选使用一个二向色反射镜，并指引波长经过转换的输出74经过物镜122而指向在工件12上的所需要的激光目标位置124。本领域技术人员将会理解，光束合路器120的其它实施方案也是可能的。物镜122还可称为“二次成像”、聚焦、切断(cutting)或者扫描透镜。使工件12和/或物镜/和/或光束142移动的多种定位系统为有经验的操作者所公知且可采用。由俄勒冈州波特兰的电子科学工业公司制造的9800型定位系统可以经过更改而用来实现本发明的优选实施例。
优选地，激光控制系统60指引光束定位系统130的各元件的移动，并且优选使激光器54的启动(firing)和光束定位系统130的元件的运动同步，如同在Baird等人的美国专利第6172325号(325号专利)中所描述的，该专利描述了使用处理位置反馈的激光处理功率输出稳定性技术，该技术改进了脉冲到脉冲峰值能量水平稳定性，同时提供了一种以高重复率来输送脉冲的装置。
在连接线处理操作期间，Q开关的固体激光器54与脉冲处理控制系统协同工作，该脉冲处理控制系统使用自动脉冲模式和脉冲对位置(pulse-on-position)模式来稳定输送到在工件12上的目标位置的脉冲到脉冲激光能量，工件12由光束定位系统130所移动。在自动脉冲模式下，激光脉冲被以接近最大化的脉冲重复率(PRF)发射，但是各脉冲被声光调制器80a或者在激光器54内或者在第一光路62上的附加的声光调制器所阻挡而不能到达工件12。在脉冲对位置模式下，每当定位系统130通过与被指挥的激光脉冲的坐标一致的坐标而移动工件位置时，激光器54即发射一个脉冲。处理控制系统以接近恒定的速度移动定位系统130，引起激光器54以大约最大脉冲重复率触发，以响应工件12穿过一组有规则间隔开的被指挥激光光束的坐标。每当命令对一个位置进行处理，脉冲处理控制系统即将声光调制器80a设置为传送状态，且每当命令不对一个位置进行处理，即将声光调制器80a设置为阻挡状态。激光系统48的脉冲到脉冲能量水平稳定性直接依赖于激光器54的脉冲到脉冲能量水平稳定性。为满足这个要求，使得被发射的各激光脉冲之间的脉冲间歇期基本相等，从而在接近最大的脉冲重复率下稳定其脉冲到脉冲的能量水平。这种脉冲到脉冲的能量水平的稳定性减小了否则的话会由激光器占空系数(duty cycle)变化引起的热效应和辐射效应，该占空系数变化是由于以变化的脉冲间歇期启动红外激光器引起的。这样的热效应和辐射效应可以包括非线性晶体72的折射率的变化，从而改变了用于谐波振荡的相位匹配条件，它引起在谐波输出能量中的大的变化。这样的热效应和辐射效应也能引起激光器54的每个脉冲能量的变化，而这又会引起激光系统48的输出波动。
为进行连接线处理，激光系统48能够产生激光系统输出140，其具有连接线处理窗口的优选参数，该优选参数可包括：在大约0.01微焦到大约10微焦范围之内的每个脉冲的可编程能量值；大约0.3到大约10微米的光点尺寸直径或者空间主轴，且其优选为从大约0.5到5.0微米，而且最优选则为小于2微米；大于大约1kHz的脉冲重复率(PRF)，其优选为大于约20kHz，或者甚至高至乃至高于100kHz；紫外波长，其优选在大约180～390微米之间；以及瞬时的脉冲宽度，其短于大约100纳秒，优选则为大约4～20纳秒或者更短。激光系统输出140的优选的连接线处理参数是经过选择的，以试图避免损坏在下面的衬底42和周围的结构36。
当使用紫外目标切断和对准系统66进行目标对准时，声光调制器80a被用来衰减波长经过转换的输出74，以产生具有优选参数的激光系统输出140，该优选参数包括与用于连接线切断相似的光点尺寸和脉冲宽度参数。波长经过转换的输出74的被衰减脉冲优选以大约20～100kHz的脉冲重复率来产生，并且具有大约0.01毫瓦到大约1毫瓦的输出功率。典型地，被衰减脉冲具有能量小于用于一个给定的目标对准结构的连接线切断脉冲的能量的5％，但是许多因素，包括反射率和在这些结构或者连接线结构36中的材料的其它特性，将决定对特定目标的切断脉冲和对准脉冲的最佳处理窗口。
再参看图3中激光输出56、分束器64和第二光路68，当使用辅助目标准直系统50时，激光输出56的被偏转的较低辐射度部分——即激光输出56b沿着第二光路68传播，并且优选通过扩展和/或准直光学系统70b。激光输出56b优选包括绿色光或者红外光，其具有为目标对准的目的而作了优选的最优化处理的光学外形。
激光输出56b然后优选被指引通过衰减器80b，衰减器80b被用来控制用于对准扫描的激光输出56b的功率。衰减器80b也优选用来在紫外光对准扫描或者紫外光连接线处理期间，阻止激光输出56b被传送到目标。衰减器80b可以是与用于声光调制器80a的器件相同或者不同类型的器件，但优选是适合用于绿色和/或红外激光光线。适合在这些波长上的这种应用的衰减器80b也是市场上可以得到的。衰减器80b可以选择为有经验的从业者所知道的多种类型的激光光闸中的任一种。
激光输出56b可以有选择地通过一个成像光学模块52b以优化对准过程中的精度。成像光学模块52b可以包括和成像光学模块52a相同或者不同的的元件，但是优选适合用于绿色或者红外激光光线。举例来说，成像光学模块52b可以不包括光束成形单元而成像光学模块52a则包括光束成形单元。此外，可能希望在模块52b的孔径屏蔽94中具有一个孔径，其形状和尺寸与在模块52a的孔径屏蔽94中的不同。在一个优选实施例中，激光系统48同时包括成像光学模块52a和成像光学模块52b，而且这两个成像光学模块都包括聚焦透镜和孔径屏蔽94。
激光输出56b然后被指引向辅助探测模块100b，该模块与探测模块100a相似，但是辅助探测模块100b适合用于绿色和/或红外激光。探测模块100b优选包括一个分束器102，该分束器分离一部分入射激光输出56b，从而使其可被采样。如果需要的话，这一入射光束还能够被再次分离，从而可使不同类型的传感器104对其采样。优选地，探测模块100包括一个传感器104，该传感器被用来在对准操作期间测量入射光束。如果需要的话，使用旋转镜来指引入射光线通过衰减器106和聚焦透镜108而到达传感器104。分束器102优选使一部分激光输出56b沿着光束路径112a通过，如图6所示，该光束路径概括地在图3中标识为光束路径112。
探测模块100b的分束器102同样优选用于探测从工作表面反射到反射传感器114的光。为方便起见，在图6中将反射光标为光束路径112b，该光束路径概括地在图3中标识为光束路径112。反射传感器114在对准操作期间测量被反射的光。如果需要的话，使用旋转镜来指引入射光线通过所需要的衰减器116和聚焦透镜108而到达传感器114。用于传感器104和114的传感器电子设备优选与系统控制计算机60通信。
激光输出56的剩余部分优选由分束器102指引通过光束合路器120，并于其后通过物镜122而指向在工件12上的所希望的激光目标位置124。激光输出56b优选以大约20～100kHz来提供大约0.01毫瓦到大约10毫瓦的输出。当辅助目标准直系统50使用绿色对准光束时，激光光点尺寸优选为大约0.8微米到大约5微米。当辅助目标准直系统50使用红外对准光束时，激光光点尺寸优选为大约1.5微米到大约5微米。
当使用辅助目标准直系统50时，光束合路器120指引波长经过转换的输出74和激光输出56，使得它们沿着同样的光束路径142通过物镜122。通过使用旋转镜，上述两条光束都能对准物镜122。物镜122能够将波长经过转换的输出74聚焦到优选的小于大约2微米直径的光点尺寸——更优选的是小于大约1.0微米。如果在所聚焦的波长经过转换的输出74和所聚焦的激光输出56b之间存在位移，通过扫描一个对两种波长都具有良好的反射对比度的目标即能够校准这一位移。优选的适合以两种波长扫描的目标可包含在石英栅格上的铬。这种校准补偿随后可由系统控制计算机60使用，以精确地将波长经过转换的输出的聚焦光点对准到待切断的集成电路连接线22上。
在一个实施例中，激光输出56同时包括大量绿色光(二次谐波)和红外(一次谐波)激光；波长经过转换的输出74主要包括紫外(三次、四次或者五次谐波)激光，优选为三次谐波光；而且激光输出56b包括用于辅助目标对准的绿色光或者红外光。在这个实施例中，可以在第二光路上引入一个附加的波长选择滤光器，从而按照需要把绿色或者红外波长排除掉。
在一个优选实施例中，激光输出56主要包括绿色(二次谐波)激光；波长经过转换的输出74主要包括紫外(四次谐波)激光；且激光输出56主要包括用于辅助目标对准的绿色激光。由于绿色光在波长上比红外光更接近波长经过转换的输出74，目前优选以绿色光用于辅助目标对准——这是因为波长经过转换的输出74比激光输出56更有利于校正物镜122。辅助目标准直系统50的使用，则对例如在紫外光下具有极小对比度的对准标记的对准问题提供了一种解决方案。
一个晶片或者工件12典型地由晶片处理机(wafer handler)和视觉系统预先对准，使得该晶片被设置在一个平台上并且定向，从而令该晶片边缘的特征相对于一个已知坐标系统而定位。晶片也被粗略地定位以使得待处理的小片(或者小片组)定位于物镜122下。一旦适当的小片定位后，通过利用激光系统48的特性来完成附加的对准步骤，即可取得附加的连接线导向目标精度。
一种普通的的方法是使用一个衰减的处理激光束来扫描位于每个小片的角上的参考对准标记或者说特征。扫描这些标记使定位系统130知道激光系统输出140相对于该对准标记的位置(X、Y、Z坐标)。该扫描优选在超过20kHz的重复率下以激光器54来完成，并且每个对准标记的扫描典型地执行大约0.01到10毫秒。做为选择，扫描可以在连续工作(CW)模式下完成，在此情况下激光器54具有足够的输出功率。一旦使光束定位系统130知道了光束相对于小片的精确位置，定位系统130即可非常精确地移动晶片和/或物镜122和/或光束142，以处理在给定小片上的所希望的连接线22，而不需要其它目标对准步骤。当对准目标易于以紫外光识别时，激光系统48不需要辅助目标准直系统50即能执行这个操作。
对于对准目标不易用波长经过转换的输出74(主要光束)的紫外光加以识别的应用来说，使用辅助目标准直系统50的激光输出56b(辅助光束)的波长进行辅助光束对准是特别有利的。为利于使用辅助目标准直系统50，优选使用主要光束到辅助光束的校准步骤，以校准波长经过转换的输出74和激光输出56b之间沿着光路142的对准。一个能够被主要激光光束和辅助激光光束扫描的校准目标，例如在石英校准栅格上的铬，被设置在晶片平台(wafer plateform)上。在每个所希望的校准目标上执行主要激光光束和辅助激光光束的顺序扫描，从而使光束定位系统130知道每个光束的相对位置。可选择令所有希望的校准目标先被一个光束扫描，然后令其全部为另一个光束扫描。随后即会知道在主要激光光束和辅助激光光束之间的任何位置偏移，且可校准光束定位指令。然后就能从晶片平台上移开校准目标。
于是通过将辅助光束用于与每个小片对应的激光光束扫描对准步骤，即可处理晶片。因为光束定位系统130把晶片和/或物镜122和/或光束142从对准标记移动到连接线22和/或待切断连接线22，所以要计入主要激光光束和辅助激光光束之间的偏移，以便于主要激光光束照射连接线22。
对于那些本领域的技术人员来说，显而易见，可以对本发明的上面所描述的实施例的细节做出很多变化而不违背本发明的根本原理。因此，本发明的范围将仅仅应当由所附权利要求确定。