CN101223628B - 抑制雷射链路处理系统的工作雷射射束失真的方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制工作雷射射束(12’)的失真的方法，该工作雷射射束(12’)是被导引以入射在一呈现以通过雷射链路处理系统(100)处理的靶极样本(14)上，该方法是使用空间滤波器(102)以自该工作雷射射束去除杂散光线所引起的失真。

Description

抑制雷射链路处理系统的工作雷射射束失真的方法
技术领域
本发明是关于雷射链路处理，尤其是有关被导引以执行半导体靶极样本的链路处理的工作雷射射束的失真的抑制技术。 
发明内容
本发明提出一种用于抑制被导引以入射在一呈现以通过雷射链路处理系统处理的靶极样本上的工作雷射射束的失真的方法，其将从工作雷射射束去除杂散光线所导致的失真。该工作雷射射束是由传送自雷射的雷射输出射束所衍生出且通过衰减器来予以衰减，而该雷射及衰减器两者则形成雷射链路处理系统的部件。当未运用该失真抑制方法时，该工作雷射射束的失真大致会响应于雷射输出射束的衰减量的增加而显著地增加。 
该方法的较佳实施例需要透过衰减器来导引雷射输出射束以形成衰减器输出射束，以及提供一空间滤波器，该空间滤波器包含聚焦透镜及孔径。该衰减器输出射束是导引至聚焦透镜以形成聚焦的射束于一与该聚焦透镜相关联的聚焦区。所聚焦的射束包含主要射束分量及杂散光线分量，后者产生自与该衰减器输出射束结合的链路处理系统散射的光线。该主要射束分量聚焦于一空间频率，以及该杂散光线分量聚焦于一比该主要射束分量的空间频率更高的空间频率。该空间滤波器的孔径定位于聚焦区或靠近聚焦区，以允许主要射束分量无阻碍地通过及阻隔杂散光线分量，藉以从工作雷射射束来去除杂散光线所引起的失真。 
当开始参考附图时，额外的观点及优点从下文较佳实施例的详细说明将变得明显。 
附图说明
图1是公知雷射链路处理系统的方块图； 
图2A及2B是以不同的影像放大率来显示用于通过图1及4的雷射链路处理系统的处理所呈现的半导体晶圆样本的工作表面上的对准靶极； 
图3A-1、3A-2、3B-1、3B-2、3C-1、3C-2、3D-1、及3D-2显示雷射输出射束衰减的增加在通过图2A及2B的靶材样本所反射的扫描光在线的影响； 
图4是雷射链路处理系统的方块图，该雷射链路处理系统是构成以执行用于抑制靶极样本的链路处理所导引的工作雷射射束失真的较佳方法； 
图5是以横剖面来显示图4的雷射链路处理系统中所含的空间滤波器总成的图；以及 
图6A-1、6A-2、6B-1、6B-2、6C-1、6C-2、6D-1、及6D-2显示图4的雷射处理系统中所使用的空间滤波器总成抑制图2A及2B的半导体晶圆样本的工作表面上的对准靶极所反射的扫描光线失真。 
     公知雷射链路处理系统            10 
     工作雷射射束                    12，12’ 
     工作表面                        14 
     雷射输出射束                    16 
     雷射                            18 
     射束调节光学组件模块            20 
     AOM衰减器                       22 
     衰减器输出射束                  24 
     扫描条                          30 
     可变射束扩展器                  34 
     射束分离器                      40 
     射束路径区段                    42，46 
     聚焦透镜                        44，110 
     侦测器模块                      50 
     反射光线脉波                    60，62，64，66，70，72，74，76 
     雷射链路处理系统                100 
     空间滤波器总成                  102 
     射束路径                        104 
     杂散光线射束                    106 
     孔径                            108 
准直透镜                112 
孔                      114 
不透明区                116 
聚焦区                  118 
反射光线脉波            160，162，164，166，170，172，174，176 
具体实施方式
图1是公知雷射链路处理系统10的方块图，该公知雷射链路处理系统10产生被导引用以入射于靶极样本的工作表面上的工作雷射射束12。该工作雷射射束12衍生自通过雷射18(较佳地通过谐波产生)所发射的输出射束16，以取得所希望波长的输出射束16，且藉以形成所希望的工作雷射射束光点大小。谐波产生可通过使用典型地操作在900内米(nm)至1500内米范围中的固态雷射或光纤雷射的基本红外线(IR)波长的谐波波长来达成。发射此IR波长范围中的光线的雷射是目前使用于诸如由伊雷克托科学工业股份有限公司所制造的型号9830的雷射链路处理系统中，该伊雷克托科学工业股份有限公司是此专利申请案的受让者。打算使用于链路处理中的更短的谐波波长包含在大约532纳米以下的波长，例如在紫外线(UV)范围中的355内米。 
雷射输出射束16透过射束调节光学组件模块20来传送，该射束调节光学组件模块20建立可适用于入射在声光调变器(AOM)22上的雷射输出射束16的光学性质，该AOM将选择性地作用为布拉格(Bragg)角可控制的衰减器或光线快门。AOM衰减器22产生衰减器输出射束24，该衰减器输出射束24构成雷射输出射束16的衰减后的形式。在链路处理的对准靶极扫描操作中，AOM衰减器22使用来将雷射出射束16形成为降低功率的工作雷射射束12，用于以多重L型的10微米宽扫描条30的形式来使用于扫描中，而无需改变样本对准靶极的物理性质。图2A及2B是以不同的影像放大率来显示半导体晶圆的工作表面14上的对准靶极。该种对准靶极由L形的扫描条30所构成，各个扫描条30具有区段于x及y轴扫描方向中。侦测通过扫描条30所反射的入射扫描光线，及提供相关于样本的对准信息。扫描操作是通过给与扫描条30与降低功率的工作雷射射束12间的相对移动来予以达成。组构系统10来执行扫描操作是必须通过可变射束扩展器34来扩展衰减器输出射束24以及导引其输出至射束分离器40。沿着射束路径区段42从射束分离器40所传送的扫描分量是通过聚焦透镜44来予以聚光而形成降低功率的工作射束12。作用为扫描光线的工作射束12是通过条30来反射且透过聚焦透镜44来回传，而反射离开射束分离器40及形成侦测分量，该侦测分量沿着射束路径区段46传送，用以入射于侦测模块50之上。 
在研发过程期间，申请人注意到的是，增加AOM衰减器22所给与的衰减量到高斯射束强度分布或轮廓的雷射输出射束16会造成通过扫描条30所反射及通过侦测器模块50所侦测的扫描光线失真的增加。图3A-1、3A-2、3B-1、3B-2、3C-1、3C-2、3D-1及3D-2显示雷射输出射束16衰减的增加在所反射的扫描光在线的影响。可用的衰减范围是实验决定的。图3A-1及3A-2显示最小衰减(最大透射)时的扫描条30的个别之x及y轴扫描，该最小衰减被设定正好低于靶材损坏临限值。图3D-1及3D-2显示最大衰减(最小透射)时的扫描条30的个别的x及y轴扫描，该最大衰减是通过侦测器模块50的侦测灵敏度极限来加以设定。图3B-1及3C-1以及图3B-2及3C-2显示在相等地间隔开于通过图3A-1及3A-2与图3D-1及3D-2所表示的衰减量间的中间范围衰减量时，扫描条30的个别的x及y轴扫描。因为自动标度显示常态化的原因，所反射的光线脉波显示有相同的振幅；因此，在代表不同的衰减量的图式中的标度是不同的。所希望的是，使用最低可行的功率的雷射扫描射束来适应具有不同相关联的损坏临限值的不同材料的扫描条30。 
图3A-1、3B-1、3C-1及3D-1显示响应于工作雷射射束12衰减的增加量，由x轴对准靶极扫描所产生的反射光线脉波的累进失真。图3A-1显示具有引入-0.008微米的x轴偏差的失真的反射光线脉波60；图3B-1显示具有引入-0.007微米的x轴偏差的失真的反射光线脉波62；图3C-1显示具有引入+0.010微米的x轴偏差的失真的反射光线脉波64；以及图3D-1显示具有引入+0.0165微米的x轴偏差的失真的反射光线脉波66。 
图3A-2、3B-2、3C-2及3D-2显示响应于工作雷射射束12衰减的增加量，由y轴对准靶极扫描所产生的反射光线脉波的累进失真。图3A-2显示具有引入-0.141微米的y轴偏差的失真的反射光线脉波70；图3B-2显示具有引入-0.169微米的y轴偏差的失真的反射光线脉波72；图3C-2显示具有引入-0.285 微米的y轴偏差的失真的反射光线脉波74；以及图3D-2显示具有引入-8.722微米的y轴偏差的失真的反射光线脉波76。 
因为在侦测器模块50中所实施的算式是定出方程式来处理对称、定中心的输入脉波波形，所以反射光线脉波的不对称与偏差引入对准误差。上述附图的分析显示的是，针对增加的衰减量，相关于y轴扫描的反射光线脉波70、72、74及76的失真比相关于x轴扫描的反射光线脉波60、62、64及66的失真更为显著。此射束对工作(BTW)的扫描质量的问题起因于大的衰减器输出射束24光点大小及高衰减。申请人针对不会受到AOM衰减器22所影响的杂散低强度射束的存在来追踪BTW扫描质量问题。该杂散射束几乎与主要扫描射束一致，通常是精确地在x轴中一致而在y轴中稍微离心。在雷射输出射束16的高衰减时，当扫描对准靶极时，杂散射束的强度将足以造成对准误差。该杂散射束的来源是与雷射射束发生接触的光学组件。操作于其谐波波长的雷射会遭受所使用的非线性光学装置所产生的模式质量劣化。因为在高斯主射束上的由散射光线(也即，杂散射束)的重迭所产生的模式质量劣化缘故，所以实施谐波产生以取得更短波长的雷射无法聚焦于理论上对应的可行的小光点大小。该散射光线的重迭亦将妨碍雷射射束的实际光点大小的测量，因而导致仅只测量所感知的雷射光点大小。 
图4是雷射链路处理系统100的方块图，该系统100是构成来执行抑制入射在靶极样本的工作表面14上的工作雷射射束12’失真的较佳方法，图4不同于图1的是，仅在于其中配置空间及射束扩展器总成(“空间滤波器总成”)102于AOM衰减器22与可变射束扩展器34之间的射束路径104中。图1及4的对应组件是通过初始参考图1所给定的相同附图标记来予以识别。图5是显示接收衰减器输出射束24及杂散光线射束106做为入射光线的空间滤波器总成102的横剖面图。 
参阅图4及5，定位于射束路径104中的空间滤波器总成102会去除或可察知地降低杂散射束106及任何伴随的射束的影响，因为该杂散射束106及任何伴随的射束是集中于比衰减器输出射束24的频率更高的空间频率(杂散射束106代表在所关注的波长处(也即，雷射输出射束16的波长)之一或更多个杂散光线射束分量；以及伴随的射束代表靠近所关注 的波长，但并非在所关注的波长之额外的噪声)。空间滤波器总成102包含孔径108，该孔径108定位于具有焦距f1的聚焦透镜110与具有焦距f2的准直透镜112之间。孔径108具有通过不透明区116所包围的直径d的孔114。该孔径108设定于f1的聚焦区118(也即，傅立叶转换面)或附近而建立衰减器输出射束24的射束腰部。孔径108安置的邻近区是通过可提供足够的分离于衰减器输出射束24与杂散光线射束106之间以通过前者且阻隔后者来加以建立。孔114可依据即将予以阻隔的较高空间频率层级的光线的位置而对称着射束路径104或偏移自射束路径104。 
通过聚焦透镜110所聚焦的衰减器输出射束24显现十分小的光点大小于聚焦区118，且接近衰减器输出射束24的绕射极限(也即，小于两个波长)。空间滤波器总成102使用孔径108的不透明区116来阻隔较高空间频率效应及允许高斯衰减器输出射束24无阻碍地通过，而聚焦向下地离开孔114的光线。此外，孔径108可稍微地改变来阻隔更多的衰减器输出射束24的光线，且藉以仅允许高斯射束的中央部分来传送通过。此对于孔径108的改变将可外部地增加衰减器输出射束24的有效模式质量，使得可更紧密地聚焦衰减器输出射束24以产生更小光点大小的工作雷射射束12’。聚焦透镜110将会聚集衰减器输出射束24，用以透过孔径108的孔114来传送，以及向下地聚集杂散光束106用以通过不透明区116来阻隔。准直透镜112自所形成的衰减器输出射束24腰部来扩展该衰减器输出射束24，而传送该射束24以供入射在可变射束扩展器34之上用。 
图6A-1、6A-2、6B-1、6B-2、6C-1、6C-2、6D-1及6D-2以及其分别对应的图3A-1、3A-2、3B-1、3B-2、3C-1、3C-2、3D-1及3D-2提供雷射链路处理系统10及100中所显现的反射扫描光线的比较关系(相同的字母尾对应于相同的衰减量，以及相同的数字字尾对应于相同的扫描轴方向。图6A-1、6B-1、6C-1及6D-1的反射光线脉波160、162、164及166分别地引入-0.006微米、-0.035微米、-0.026微米、及-0.082微米的x轴偏差。图6A-2、6B-2、6C-2及6D-2的反射光线脉波170、172、174及176分别引入+0.120微米、+0.054微米、+0.113微米及+0.009微米的y轴偏差。对应的x轴及y轴偏差的比较显示空间滤波器总成102的存在会在系统100的操作中提供显著的射束质量改 善。 
通过增加信号噪声比于BTW扫描上、排除在闲置时间的曝射效应(杂散光线可能退火靶极表面)、以及消除噪声于高斯射束强度轮廓中而自衰减器输出射束24去除异常，可自工作雷射射束12’来抑制由较短波长雷射对于链路处理所引入的负面效应，以使工作雷射射束12’的聚焦光点更小且更对称。去除该种异常而提供更大准确性的实际雷射光点大小的测量。 
将呈明显于本领域的技术人员的是，对于上述实施例的细节的许多改变可予以完成而不会背离本发明的基本原理。虽然所描述的较佳实施例处理UV波长的光线，但该方法的其它实施例将可应用于IR波长的光线。因此，本发明的范畴应仅通过下文申请专利范围来予以决定。 

Claims (16)

1.一种抑制工作雷射射束的失真的方法，该工作雷射射束被导引以入射在一呈现以通过一雷射链路处理系统处理的靶极样本上，该工作雷射射束是由传送自一雷射的雷射输出射束所衍生出且通过一衰减器来加以衰减，该雷射及衰减器是构成该雷射链路处理系统的部件，该工作雷射射束的失真大体上会响应于该雷射输出射束的衰减量的增加而显著地增加，该方法包含以下步骤：
透过该衰减器来导引该雷射输出射束以形成一衰减器输出射束；
提供一空间滤波器，该空间滤波器包含一聚焦透镜及一孔径；
导引该衰减器输出射束至该聚焦透镜，以形成一聚焦后的射束于一与该聚焦透镜相关联的聚焦区，该聚焦后的射束包含一主要射束分量及一杂散光线分量，该杂散光线分量产生自与该衰减器输出射束结合的链路处理系统散射的光线，以及该主要射束分量聚焦于一空间频率，且该杂散光线分量聚焦于一比该主要射束分量的空间频率更高的空间频率；以及
定位该孔径于该聚焦区或靠近该聚焦区，以允许该主要射束分量无阻碍地通过及阻隔该等杂散光线分量，藉以从该工作雷射射束来去除杂散光线所引起的失真。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该雷射输出射束是由谐波产生所形成，以获得一所希望波长的雷射输出射束。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该所希望的波长是在266纳米与532纳米间的波长范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该主要射束分量具有实质高斯形状的一射束强度分布。
5.根据权利要求4所述的方法，其中该高斯形状的主要射束分量具有一中央部分，该中央部分是透过该孔径而无阻碍地通过。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该衰减器包含一声光调变器，并且该杂散光线分量是实质地不受该声光调变器的操作所影响，而形成该衰减器输出射束。
7.根据权利要求1所述的方法，其中该杂散光线分量是实质地不受该衰减器所影响，而形成该衰减器输出射束。
8.根据权利要求1所述的方法，其中该主要射束分量沿着一射束轴来传送，且其中该孔径是定位实质对称于该射束轴。
9.根据权利要求1所述的方法，其中该主要射束分量是沿着一射束轴来传送，且其中该孔径是实质地定位在该射束轴的一侧上。
10.根据权利要求1所述的方法，其中该孔径具有一孔且该聚焦区包含一焦点，以及其中该孔是实质地定位于该焦点处。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该聚焦后的射束显现一充分小的光点大小于该聚焦区，该充分小的光点大小接近该衰减器输出射束的绕射极限。
12.根据权利要求1所述的方法，其中该主要射束分量具有一射束腰部，以及其中该孔径是被定位以允许该主要射束分量的射束腰部无阻碍地通过。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包含自该射束腰部来使该主要射束分量准直。
14.根据权利要求1所述的方法，其中该工作雷射射束的处理包含扫描该靶极样本上所配置的对准靶极。
15.根据权利要求14所述的方法，其中当缺少该空间滤波器时，形成该衰减器输出射束的该衰减器的操作是响应于所施加给该雷射输出射束的衰减量的增加而产生对准误差，该衰减量的增加会使该杂散光线分量相对于该主要射束分量的强度的强度值增加。
16.根据权利要求1所述的方法，其中当缺少该空间滤波器时，形成该衰减器输出射束的该衰减器的操作是响应于所输入至该雷射输出射束的衰减量的增加而产生雷射输出射光束光点大小的失真，且因而使该工作雷射射束的光点大小测量的准确性劣化。
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