[发明专利]基于激光的材料处理方法、系统和其中用于精确能量控制的子系统

说明书

相关专利和申请的交叉参照

本申请要求2004年12月30日提交申请的美国临时申请文件序列号60/643,341的利益。因此本申请在这里全部包含下列美国专利和专利申请文件：6,791,059、6,744,288、6,727,458、6,573,473、6,381,259、2002/0167581、2004/0134896和6,559,412。这些专利和公布被转让给本发明的受让人。

发明领域

本发明大体涉及精确、高速、基于激光的材料处理，例如目标材料的微加工。一个这样的应用是冗余半导体存储器的基于激光的修复。

背景技术

随着半导体和DRAM器件设计规则进步到更小的几何结构，需要更小的激光光斑来去除更小的、间隔更紧密的可编程的链路(link)。随着链路的几何结构变得更小，需要处理每个链路的每一激光脉冲的能量变得更小，这是因为较少的链路材料被去除。当处理更小的链路几何结构时，也要求更小的激光光斑尺寸以避免破坏相邻的链路或其它结构。由于更小的激光光斑尺寸，光斑内的能量密度更高，因而要求每一脉冲的能量更低以除去链路材料。

激光能量的更准确地控制对维持每脉冲或每组脉冲精确而恒定的能量是有利的。用改进的控制可实现稳定的材料去除和更可靠的链路处理。这样的准确控制通常对激光处理和精密微加工是有利的。

除了处理链路，激光器系统的操作通常还包括将激光束对准到要被处理的器件、目标结构或其它材料。

美国专利号5,196,867和6,947,454和公布的美国申请文件2005/0270631、2005/0270630和2005/0270629与本发明相关联。

需要基于激光的材料处理系统以给处理和对准操作提供改良的精密度，该系统在能量控制中有很宽动态范围。除了宽动态范围外，该系统在能量设置中还需要很好的分辨率、稳定性、衰减性(extinction)和准确性。

发明内容

本发明的目的是提供用于精确控制激光输出能量的改进的激光处理方法和系统。

本发明的另一个目的是提供用于在对检测和激光处理操作足够大的动态范围内精确控制激光输出能量的激光材料处理方法和系统。

本发明的一个方面以在宽动态范围内精确控制激光输出能量的能量控制方法为特征。

本发明的另一方面以实现该方法的激光材料处理系统为特征。

本发明的实施例提供在宽动态范围内的很高分辨率能量控制和衰减。相比先前的方法和系统，大大提高每个能量设置的准确性和稳定性是期望的。

在实现本发明的上面目标和其它目标中，提供了基于激光的材料处理方法。该方法包括用具有第一能量密度的第一激光输出来辐射材料。第一能量密度足够高以产生可检测的激光辐射作为第一激光输出和材料相互作用的结果，并且足够低以避免材料实质上的改变。所述方法进一步包括检测可检测的激光辐射的至少一部分，以产生代表材料属性的数据，分析数据，并基于所分析的数据用激光材料处理输出来辐射目标材料。材料处理输出具有处理能量密度，其充分大于第一能量密度，并且足够高以改变目标材料的物理属性从而处理目标材料。

所述方法可进一步包括产生第一控制信号以精确控制第一激光输出。

所述方法可进一步包括产生第二控制信号以精确控制材料处理输出。

所述方法可进一步包括将至少一个控制信号设置在高信噪比操作范围内，以使第一激光输出和材料处理输出在宽动态范围内被精确控制。

所述至少一个设置的控制信号可为模拟或数字信号，及所述设置的步骤可包括对所述至少一个设置的控制信号进行的调制、放大、衰减、压缩、扩展、尺度缩放(scaling)、延迟、编码和移位(shifting)中的至少一个。

所述方法可进一步包括选择性地衰减所述至少一个设置的控制信号，以产生适当的第一激光输出和适当的激光材料处理输出中的至少一个。

所述至少一个设置的控制信号可为RF信号，及所述选择性地衰减的步骤可通过开关衰减器网络实现。

所述材料可为目标材料。

所述处理能量密度可为第一能量密度的约1000倍。

所述材料属性可为光属性或热属性。

所述材料属性可为空间属性。

所述数据可表示目标材料的位置。