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Verwandte Anmeldungen
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität zur Patentanmeldung
Nr. 11/213 329 der Vereinigten Staaten mit dem Titel "Methods and
Systems for Positioning a Laser Beam Spot Relative to a Semiconductor
Integrated Circuit Using a Processing Target as an Alignment Target",
eingereicht am 26. August 2005, und Patentanmeldung Nr. 11/365 468
der Vereinigten Staaten mit dem Titel "Methods and Systems for Positioning
a Laser Beam Spot Relative to a Semiconductor Integrated Circuit
Using a Processing Target as a Metrology Target", eingereicht am
28. Februar 2006, als Teilfortführung der vorangehenden Anmeldung.
Beide der vorangehenden Anmeldungen werden durch den Hinweis in
ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen.
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Technisches Gebiet
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Diese
Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Verwendung eines Lasers
zum Bearbeiten einer integrierten Halbleiterschaltung während
ihrer Herstellung und insbesondere, aber nicht ausschließlich die
Positionierung eines Laserstrahlflecks auf oder innerhalb einer
integrierten Halbleiterschaltung.
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Hintergrundinformationen
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Während
ihres Herstellungsprozesses ziehen sich ICs (integrierte Schaltungen)
häufig aufgrund von unbedeutenden Unvollkommenheiten im Prozess
oder im Halbleitermaterial Defekte zu. Aus diesem Grund werden ICs
gewöhnlich so entworfen, dass sie redundante Schaltungselemente
wie z. B. Ersatzzeilen und – spalten von Speicherzellen
in Halbleiterspeicherbauelementen, z. B. einem DRAM (dynamischen
Direktzugriffsspeicher), einem SRAM (statischen Direktzugriffsspeicher)
oder einem eingebetteten Speicher, enthalten. Solche Bauelemente sind
auch so ausgelegt, dass sie durch einen Laser durchtrennbare Verbindungen
zwischen elektrischen Kontakten der redundanten Schaltungselemente
umfassen. Solche Verbindungen können beispielsweise entfernt
werden, um eine fehlerhafte Speicherzelle abzutrennen und gegen
eine redundante Ersatzzelle zu ersetzen. Ähnliche Verfahren
werden auch verwendet, um Verbindungen zu durchtrennen, um Logikprodukte
wie z. B. Gattermatrizes oder ASICs (anwendungsspezifische integrierte
Schaltungen) zu programmieren oder zu konfigurieren. Nachdem eine IC
hergestellt wurde, werden ihre Schaltungselemente auf Defekte getestet
und die Orte von Defekten können in einer Datei oder einer
Fehlerkarte aufgezeichnet werden. Ein Verbindungsbearbeitungssystem
auf Laserbasis kann verwendet werden, um ausgewählte Verbindungen
zu entfernen, um die IC brauchbar zu machen, vorausgesetzt, dass
Positionsinformationen hinsichtlich der Anordnung der IC und der
Ort ihrer Schaltungselemente mit ausreichender Genauigkeit bekannt
sind.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel positioniert ein Verfahren einen Laserstrahlfleck
relativ zu einem Halbleitersubstrat mit Strukturen auf oder innerhalb
des Halbleitersubstrats so, dass es selektiv bearbeitet wird, indem
ein Bearbeitungslaserstrahl zu einem Bearbeitungslaserstrahlfleck
geliefert wird. Das Verfahren erzeugt einen Messtechnik-Laserstrahl
und breitet den Messtechnik-Laserstrahl entlang eines Ausbreitungsweges
zu einem Messtechnik-Laserstrahlfleck auf oder nahe einer selektiv
zu bearbeitenden Struktur aus. Das Verfahren bewegt den Laserstrahlfleck
relativ zum Halbleitersubstrat derart, dass eine Winkelgeschwindigkeit
des Halbleitersubstrats um sein Zentrum geringer ist als ein Quotient
der Geschwindigkeit des Laserstrahlflecks relativ zum Halbleitersubstrat,
dividiert durch einen Abstand zwischen dem Zentrum des Halbleitersubstrats
und dem Laserstrahlfleck. Das Verfahren erfasst eine Reflexion des
Messtechnik-Laserstrahls von der Struktur, wodurch ein Reflexionssignal
erzeugt wird, während die Bewegung stattfindet, und stellt
auf der Basis des Reflexionssignals eine Position des Messtechnik-Laserstrahlflecks
relativ zur Struktur fest.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sendet ein Verfahren genau
Laserstrahlimpulse von einem Bearbeitungslaser zu ausgewählten
Bearbeitungszielstrukturen auf oder in einem Halbleitersubstrat.
Mindestens eine Teilmenge der Bearbeitungszielstrukturen ist in
einer im Wesentlichen geraden linearen Zeile angeordnet, die sich
in einer Längsrichtung erstreckt. Das Verfahren erzeugt
einen Messtechnik-Laserstrahl und breitet den Messtechnik-Laserstrahl
entlang eines Ausbreitungsweges zu einem Messtechnik-Laserstrahlfleck
auf oder in dem Halbleitersubstrat aus. Das Verfahren bewegt das
Halbleitersubstrat relativ zum Messtechnik-Laserstrahlfleck vorwiegend
in der Längsrichtung. Das Verfahren erfasst reflektierte
Lichtenergie von den Bearbeitungszielstrukturen, wenn sich der Messtechnik-Laserstrahlfleck
relativ zum Halbleitersubstrat bewegt, wodurch ein Reflexionssignal
als Funktion des Abstandes in der Längsrichtung erzeugt
wird. Das Verfahren erzeugt Bearbeitungsimpulse des Bearbeitungslaserstrahls
und breite die Bearbeitungsimpulse entlang eines Ausbreitungsweges
zu einem Bearbeitungslaserstrahlfleck auf oder in dem Halbleitersubstrat
aus. Das Verfahren stellt auf der Basis des Reflexionssignals fest,
wo der Bearbeitungslaserstrahlfleck relativ zum Halbleitersubstrat
zu positionieren ist, um die Bearbeitungsimpulse auf ausgewählte
Bearbeitungszielstrukturen zu richten.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel bearbeitet ein System Strukturen
auf oder in einem Halbleitersubstrat unter Verwendung eines gepulsten Lasers.
Das System umfasst eine Laserquelle, einen Messtechniklaser-Ausbreitungsweg,
einen Bearbeitungslaser-Ausbreitungsweg, einen Bewegungstisch, einen
Sensor und eine Steuereinheit, die mit dem Sensor und dem Bewegungstisch
verbunden ist. Die Laserquelle erzeugt einen Messtechnik-Laserstrahl
und einen gepulsten Bearbeitungslaserstrahl zum Auftreffen auf ausgewählte
der Strukturen. Der Messtechniklaser-Ausbreitungsweg erstreckt sich
von der Laserquelle zu einem Messtechnik-Laserstrahlfleck auf oder
in dem Halbleitersubstrat. Der Bearbeitungslaser-Ausbreitungsweg
erstreckt sich von der Laserquelle zu einem Bearbeitungslaserstrahlfleck
auf oder in dem Halbleitersubstrat. Der Bewegungstisch ist dazu
ausgelegt, eine relative Bewegung zwischen dem Halbleitersubstrat
und sowohl dem Messtechnik-Laserstrahlfleck als auch dem Bearbeitungslaserstrahlfleck
zu bewirken, so dass der Bearbeitungslaserstrahlfleck die ausgewählten
der Strukturen schneidet. Die Bewegung liegt in einer im Wesentlichen
geraden Richtung. Der Sensor ist zum Erfassen eines Betrags der
Reflexion des Messtechnik-Laserstrahlflecks vom Halbleitersubstrat,
wenn sich der Messtechnik-Laserstrahlfleck relativ zum Halbleitersubstrat
bewegt, positioniert, wodurch ein Reflexionssignal erzeugt wird.
Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt, auf der Basis des Reflexionssignals zu
bestimmen, wo oder wann ein Impuls des Bearbeitungslaserstrahls
erzeugt werden soll, so dass er auf die ausgewählten der
Strukturen einfällt.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sammelt ein Verfahren Daten
hinsichtlich Positionen von selektiv zu bearbeitenden Strukturen
in einem ersten Teil einer im Wesentlichen linearen ersten Reihe
von Strukturen auf oder in einem Halbleitersubstrat durch: Erzeugen
eines Messtechnik-Laserstrahls und Ausbreiten des Messtechnik-Laserstrahls
entlang eines Ausbreitungsweges, der das Substrat an einem Messtechnik-Laserstrahlfleck
schneidet; Bewegen des Messtechnik-Laserstrahlflecks relativ zum
Halbleitersubstrat entlang des ersten Teils; und Erfassen von Reflexionen
des Messtechnik-Laserstrahls an den Strukturen in dem Teil, wenn
sich der Messtechnik-Laserstrahlfleck relativ zum Halbleitersubstrat
bewegt, wodurch ein Reflexionssignal erzeug wird. Auf der Basis
der gesammelten Daten stellt das Verfahren fest, wo auf das Halbleitersubstrat
Bearbeitungslaserimpulse gerichtet werden sollen, so dass sie auf
ausgewählte Strukturen in einem zweiten Teil einer im Wesentlichen
linearen zweiten Reihe von Strukturen auf oder in einem Halbleitersubstrat
auftreffen, wobei die zweite Reihe zur ersten Reihe im Wesentlichen
parallel ist.
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Gemäß noch
einem weiteren Ausführungsbeispiel positioniert ein Verfahren
die Abgabe eines Laserstrahls auf eine Struktur auf oder in einem
Halbleitersubstrat. Das Verfahren erzeugt einen Messtechnik-Laserstrahl
mit einem Messtechnik-Laserstrahlfleck, der das Substrat schneidet,
und breitet den Messtechnik- Laserstrahl entlang eines Ausbreitungsweges
zum Messtechnik-Laserstrahlfleck auf oder nahe der selektiv zu bearbeitenden
Struktur aus. Das Verfahren erfasst eine Richtung des Messtechnik-Laserstrahls
von der Struktur, wodurch ein Reflexionssignal erzeugt wird, und
erfasst, wenn das Reflexionssignal eine Schwelle kreuzt. In Reaktion auf
den Erfassungsschritt erzeugt das Verfahren den Bearbeitungslaserstrahl
und breitet den Bearbeitungslaserstrahl zur Struktur aus, wenn die
Reflexion des Messtechnikstrahls erfasst wurde.
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Wie
hierin verwendet: bedeutet der Begriff "auf", wenn er eine physikalische
Beziehung betrifft, nicht nur direkt auf, sondern auf, oberhalb, über
oder abdeckend in irgendeiner Weise, teilweise oder vollständig;
der Begriff "im Wesentlichen" ist ein verallgemeinernder Begriff,
der etwa oder ungefähr bedeutet, aber keinen hohen Grad
an Nähe impliziert; und der Begriff "benachbart" bedeutet
neben oder neben in einer Reihe (z. B. ist der Buchstabe "F" benachbart zu
"G", aber nicht "H" im Alphabet), ohne einen physikalischen Kontakt
zu implizieren.
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Details
hinsichtlich der Konstruktion und Funktionsweise von speziellen
Ausführungsbeispielen werden in den folgenden Abschnitten
mit Bezug auf die nachstehend aufgelisteten Zeichnungen dargelegt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein vereinfachtes Diagramm eines Verbindungsbearbeitungssystems.
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2 ist
ein Blockdiagramm des Verbindungsbearbeitungssystems von 1.
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3 ist
eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer.
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4 ist
eine Seitenansicht des Halbleiterwafers von 3.
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5A und 5B sind
Darstellungen von Ausrichtungsvorgängen unter Verwendung
von zweckgebundenen Ausrichtungszielen.
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5C ist
eine Darstellung eines schlecht ausgebildeten zweckgebundenen Ausrichtungsziels.
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6 ist
eine Darstellung von Verbindungsdurchläufen über
einen Halbleiterchip.
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7 ist
eine Darstellung eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs über
eine Anzahl von Verbindungsgruppen mit einem Bearbeitungslaserstrahlfleck.
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8A ist
eine Darstellung eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs über
eine Anzahl von Verbindungsgruppen mit einem Ausrichtungslaserstrahlfleck.
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8B ist
eine Darstellung von mehreren seitlich beabstandeten Messtechnik-Verbindungsdurchläufen über
ein Segment mit seitlich versetzten teilweisen verbindungsartigen
Strukturen für die seitliche Messtechnik.
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8C ist
eine Darstellung eines Messtechnik-Verbindungsdurchlaufs über
ein Segment mit einem Reflexionsziel, das dazu ausgelegt ist, seitliche Messtechnik-Informationen
zu übermitteln.
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9A ist
eine Darstellung eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs über
eine Anzahl von Verbindungsgruppen mit sowohl einem Bearbeitungslaserstrahlfleck
als auch einem Ausrichtungslaserstrahlfleck.
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9B ist
eine Darstellung eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs über
eine Anzahl von Verbindungsgruppen mit mehreren Bearbeitungslaserstrahlflecken
und einem Ausrichtungslaserstrahlfleck.
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9C und 9D sind
Darstellungen eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs über eine
Anzahl von Verbindungsgruppen in einer Reihe von Verbindungen mit
einem Bearbeitungslaserstrahlfleck und einem Segment eines parallelen
Verbindungsdurchlaufs über eine Anzahl von Verbindungsgruppen
in einer nahe liegenden Reihe von Verbindungen mit einem Ausrichtungslaserstrahlfleck.
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9E und 9F sind
Darstellungen eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs über
eine Anzahl von Verbindungsgruppen in derselben Reihe von Verbindungen
mit einem Bearbeitungslaserstrahlfleck und einem Ausrichtungslaserstrahlfleck.
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10 ist
ein Graph von reflektierter Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der X-Position über die mittlere Verbindungsgruppe von 8 oder 9.
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11 ist
ein Graph von reflektierter Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der X-Position über eine Verbindungsgruppe mit einem Synchronisationsmuster.
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12A und 12B sind
Graphen von reflektierter Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der X-Position bzw. Z-Position über die mittlere Verbindungsgruppe
von 8 oder 9.
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13 ist
ein Graph von reflektierter Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der Verbindungsschrittweite.
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14 ist
ein Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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15A ist ein Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
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15B ist der Graph von 10 beschriftet,
um eine Schwelle für die Verwendung bei dem Verfahren von 15A zu zeigen.
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16A–16C sind
Ablaufpläne von Verfahren gemäß verschiedenen
Ausführungsbeispielen.
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Die
Zeichnungen sollen das Verständnis der hierin beschriebenen
Prinzipien erleichtern. An sich sollen die Zeichnungen den Maßstab
oder die relative Größe nicht genau darstellen.
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Ausführliche Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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Mit
Bezug auf die vorstehend aufgelisteten Zeichnungen beschreibt dieser
Abschnitt spezielle Ausführungsbeispiele und ihre detaillierte
Konstruktion und Funktionsweise. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele
werden nur zur Erläuterung dargelegt. Fachleute werden
angesichts der Lehren hierin erkennen, dass Veränderungen
an den hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgenommen
werden können und dass andere Ausführungsbeispiele
möglich sind. Kein Versuch wird unternommen, um alle möglichen
Ausführungsbeispiele und alle möglichen Variationen
der beschriebenen Ausführungsbeispiele erschöpfend
zu katalogisieren.
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Der
Deutlichkeit und Kürze halber werden bestimmte Details
von Komponenten oder Schritten von bestimmten Ausführungsbeispielen
ohne übermäßiges Detail dargestellt,
wo ein solches Detail für Fachleute angesichts der Lehren
hierin ersichtlich wäre und/oder wo ein solches Detail
ein Verständnis von einschlägigeren Aspekten der
Ausführungsbeispiele trüben würde.
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Wie
ein Fachmann erkennen wird, können bestimmte Ausführungsbeispiele
in der Lage sein, bestimmte Vorteile gegenüber dem bekannten
Stand der Technik zu erreichen, einschließlich einiger
oder aller der folgenden: (1) eine größere Positionsgenauigkeit
beim Liefern von Laserstrahlung zu einer ausgewählten Struktur;
(2) weniger Verlassen auf zweckgebundene Ausrichtungsziele; (3)
robustere und weniger empfindliche Ausrichtung; (4) gleichzeitige
Bestimmung sowohl der Tiefenschärfeausrichtung als auch
der Ausrichtung auf der Achse; und (5) erhöhter Gesamtdurchsatz.
Diese und weitere Vorteile von verschiedenen Ausführungsbeispielen
sind beim Lesen des Folgenden ersichtlich.
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1 stellt
ein typisches Verbindungsbearbeitungssystem 100 dar. Das
System 100 umfasst einen Laser 110, der einen
Laserstrahl 120 erzeugt. Der Laserstrahl 120 breitet
sich entlang eines Ausbreitungsweges aus, bis er ein Werkstück 130,
das typischerweise ein Halbleiterwafer ist, an einem Laserstrahlfleck 135 erreicht.
Entlang des Ausbreitungsweges kann eine Anzahl von optischen Elementen
angeordnet sein, einschließlich eines Spiegels 150 und
einer Fokussierlinse 160. Die Position des Laserstrahlflecks 135 auf
dem Werkstück 130 kann durch Bewegen des Werkstücks 130 in
einer XY-Ebene (wobei der Laserstrahl 120 auf das Werkstück 130 in
der Z-Richtung einfällt) unterhalb eines stationären
Optiktischs 105, der den Laser 110, den Spiegel 150,
die Fokussierlinse 160 und möglicherweise andere
optische Hardware abstützt, verändert werden.
Das Werkstück 130 kann darunter in der XY-Ebene
bewegt werden, indem es an einer Aufspannvorrichtung (nicht dargestellt),
die durch einen Bewegungstisch 170 getragen wird, angeordnet
wird.
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Der
Bewegungstisch 170 kann durch X-Y-Translationstische gekennzeichnet
sein, in denen das Werkstück 130 an einem oberen
Tisch befestigt ist, der sich entlang einer ersten Achse bewegt und
durch einen unteren Tisch abgestützt ist, der sich entlang
einer zur ersten Achse senkrechten zweiten Achse bewegt. Solche
Systeme bewegen das Werkstück 130 typischerweise
relativ zu einer festen Strahlposition des Laserstrahlflecks 135 und
können als Stapeltischpositionierungssysteme bezeichnet werden,
da der untere Tisch die Trägheitsmasse des oberen Tischs
trägt, der das Werkstück 130 trägt. Solche
Positionierungssysteme können eine erwünschte
Positionierungsgenauigkeit aufweisen, da Interferometer typischerweise
entlang jeder Achse verwendet werden, um die absolute Position jedes Tischs
zu bestimmen. Dieses Genauigkeitsniveau ist für die Verbindungsbearbeitung
bevorzugt, da die Größe des Laserstrahlflecks 135 typischerweise
nur ein wenig größer ist als die Breite einer
Verbindung, so dass selbst eine kleine Diskrepanz zwischen der Position
des Laserstrahlflecks 135 und der Zielverbindung zu einer
unvollständigen Verbindungsdurchtrennung führen
kann. Außerdem führt die hohe Dichte von Strukturen
auf Halbleiterwafern zu kleinen Positionierungsfehlern, die potentiell
eine Laserbeschädigung an nahe liegenden Strukturen verursachen. Alternativ
ist in so genannten Teilachsen-Positionierungssystemen der obere
Tisch nicht durch den unteren Tisch abgestützt und bewegt
sich unabhängig von diesem und das Werkstück 130 wird
auf einer ersten Achse oder einem ersten Tisch getragen, während
optische Elemente wie z. B. der Spiegel 150 und die Fokussierlinse 160 auf
der zweiten Achse oder dem zweiten Tisch getragen werden. Teilachsen-Positionierungssysteme
werden vorteilhaft, wenn die gesamte Größe und
das gesamte Gewicht von Werkstücken zunimmt, wobei längere
und daher massivere Tisch verwendet werden. Als noch weitere Alternative
kann der Bewegungstisch 170 ein planares Positionierungssystem
sein, in dem das Werkstück 130 auf einem einzelnen
Tisch getragen wird, der durch zwei oder mehr Stellglieder beweglich
ist, während die Optik und der Laserstrahlfleck 130 in
einer im Wesentlichen festen Position bleiben – oder umgekehrt.
Solche System verschieben das Werkstück 130 parallel
in zwei Dimensionen durch Koordinieren der Kräfte der Stellglieder.
Einige planare Positionierungssysteme können auch zum Drehen
des Werkstücks in der Lage sein, obwohl dies nicht notwendig
oder erwünscht sein kann. Andere alternative Bewegungsschemen
positionieren den Laserstrahlfleck 135 relativ zum Werkstück 130 durch
Bewegen des Laserstrahlflecks 135 in einer oder mehreren Richtungen
mit einer betätigten Optik, wie z. B. Galvanometern oder
Bewegungslinsen und/oder durch Bewegen des Werkstücks 130 in
einer oder mehreren Richtungen. Ungeachtet seiner Form bewegt sich der
Bewegungstisch 170 typischerweise entlang einer einzelnen
Achse wie z. B. einer Reihe von Verbindungen zu einer Zeit in einem
im Wesentlichen geraden Weg.
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2 ist
ein Blockdiagramm des Verbindungsbearbeitungssystems 100.
Entlang des Ausbreitungsweges des Laserstrahls 120 zwischen
dem Laser 110 und dem Werkstück 130 kann
sich eine Anzahl von optischen Elementen befinden, einschließlich
eines akustisch-optischen Modulators (AOM) 140, des Spiegels 150 und
der Fokussierlinse 160. Der AOM 140 reagiert auf
ein Hochfrequenz-(HF)Eingangssignal, das die Richtung ändert, in
der der Laserstrahl 120 den AOM 140 verlässt. Durch
selektives Ansteuern des AOM 140 mit einem HF-Signal mit
einer geeigneten Amplitude und Frequenz kann der AOM 140 dazu
ausgelegt sein, selektiv den Laserstrahl 120 zu blockieren
oder zum Spiegel 150 durch die Linse 160 und auf
das Werkstück 130 durchzulassen. Mit anderen Worten,
der AOM 140 verhält sich wie ein Lichtschalter
oder eine Verschlussblende im Laserstrahlausbreitungsweg. Zusätzlich
ist es möglich, den AOM 140 in einem teilweise
durchlässigen Zustand zu verwenden, indem der AOM 140 mit
HF-Leistung mit verringerter Amplitude angesteuert wird. Diese Betriebsart
ist zum Dämpfen, aber nicht vollständigen Blockieren
der Laseremissionen, die sich entlang des Laserstrahlausbreitungsweges
ausbreiten, nützlich.
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Irgendeine
Vorrichtung, die in der Lage ist, als Lichtschalter oder Verschlussblende
zu fungieren, kann anstelle des AOM 140 verwendet werden. Ein
elektrooptischer Modulator (EOM) und ein Flüssigkristallmodulator
sind Beispiele von einigen solchen alternativen Vorrichtungen.
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Ein
Positionssensor
180 (der ein oder mehrere Interferometer,
Codierer oder andere Einrichtungen zum Erfassen der Position sein
kann) erfasst den Ort des Bewegungstischs
170 und meldet
diese Positionsdaten an eine Steuereinheit
190 (die ein
oder mehrere Computer, Prozessoren, Schaltungen usw. sein kann).
Die Steuereinheit
190 verwendet Kalibrierungsdaten, um
zu bestimmen, wo das Werkstück
130 relativ zum
Laserstrahlfleck
135 liegt. Die Steuereinheit
190 greift
auch auf eine Zielkarte
195 zu, die Daten enthält,
die Zielpositionen auf dem Werkstück
130 angeben,
die bestrahlt werden sollten (z. B. zum Durchtrennen einer Verbindung
in dieser Position). Die Zielkarte
195 wird typischerweise
beispielsweise aus einem Testprozess, der bestimmt, welche Schaltungselemente
im Werkstück
130 fehlerhaft sind, einer Logik,
die bestimmt, welche Verbindungen bearbeitet werden sollen, fehlerhafte
Elemente zu trennen und in redundanten Elementen zu vertauschen und
CAD-(computergestützte Konstruktion)Daten oder anderen
Daten, die die nominalen oder erwarteten Positionen der zu bearbeitenden
Verbindungen angeben, erzeugt. Die Steuereinheit
190 choreographiert
typischerweise das Pulsen des Lasers
110, das Verschließen
des AOM
140 und die Bewegung des Bewegungstischs
170,
so dass der Laserstrahlfleck
135 über jedes Ziel
verläuft und einen Laserimpuls emittiert, der das Werkstück
130 an
den Zielen erreicht. Die Steuereinheit
190 steuert vorzugsweise das
System
100 auf der Basis von Positionsdaten, da diese Methode
eine sehr genaue Anordnung von Laserimpulsen bereitstellt. Das
US-Patent Nr. 6 172 325 ,
das auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen
wurde und in seiner Gesamtheit durch den Hinweis hierin aufgenommen
wird, beschreibt eine Technologie mit Laserimpuls auf Position.
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Wie
hierin verwendet, ist der Ausdruck "Laserstrahlfleck" tatsächlich
ein Abkürzungsausdruck für den Fleck, an dem die
Achse des Ausbreitungsweges des Laserstrahls das Werkstück 130 schneidet.
Genau ist ein Laserstrahl manchmal eingeschaltet und manchmal ausgeschaltet.
Der AOM 140 kann beispielsweise den Laserstrahl 120 selektiv
vom Erreichen des Werkstücks 130 blockieren. Als
weiteres Beispiel ist ein gepulster Laserstrahl periodisch eingeschaltet
und ausgeschaltet. Selbst wenn der Laserstrahl ausgeschaltet ist,
ist jedoch der Fleck, an dem die Achse des Ausbreitungsweges des
Laserstrahls das Werkstück 130 schneidet, immer
vorhanden und bewegt sich entlang der Oberfläche des Werkstücks 130,
wen sich der Bewegungstisch 170 bewegt.
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2 stellt
auch einen Strahlteiler
196 und einen Sensor
198 für
reflektierte Energie dar, die während einer Ausrichtungsbetriebsart
verwendet werden können, um reflektierte Energie vom Werkstück
130 zu
sammeln und diese Energie zu messen. In einer typischen X- oder
Y-Ausrichtungsabtastung (manchmal als Strahl-Werkstück-(BTW)Abtastungen bezeichnet)
wird der Laserstrahlfleck
135 über ein Ausrichtungsmerkmal
auf dem Werkstück
130 abgetastet. Der Sensor
198 für
reflektierte Energie kann beispielsweise ein Photodetektor sein.
Die Reflexion am Werkstück
130 tritt durch den
Strahlteiler
196 zum Sensor
198 für reflektierte
Energie durch, der seine Messwerte zur Steuereinheit
190 befördert.
Die Messwerte der reflektierten Energie entsprechen zahlreichen
Positionskoordinaten vom Positionssensor
180 oder von Positionsbefehlen,
die zum Haupttisch
170 gesandt werden. Differenzen der
empfangenen reflektierten Leistung, wenn der Laserfleck auf das
Ausrichtungsmerkmal fällt, und des Bereichs, der das Ausrichtungsmerkmal
umgibt, werden durch die Steuereinheit
190 zusammen mit
den Positionskoordinaten interpretiert, um den Ort des Ausrichtungsmerkmals
im Koordinatensystem des Positionssensors
180 oder des
Bewegungstischs
170 abzuleiten. Typischerweise ist das
Ausrichtungsmerkmal stärker reflektierend als der das Ausrichtungsmerkmal
umgebende Bereich, was zu einer erhöhten optischen Leistung
führt, die vom Sensor
198 für reflektierte
Energie empfangen wird, wenn der Laserstrahlfleck
135 mit
dem Ausrichtungsmerkmal überlappt. Der Vergleich des durch
den Ausrichtungsabtastprozess bestimmten Merkmalsorts mit Bezugspositionsdaten, die
den Zielort angeben (z. B. die Zielkarte
195 oder CAD-Daten)
kann verwendet werden, um den Ort, den Maßstab, die Drehung,
die Schiefe, die Neigung, die Verziehung, die Kissenverzeichnung
und/oder andere planare Kalibrierungsterme oder solche höherer
Ordnung (d. h. dreidimensional) hinsichtlich des Orts des Werkstücks
130 oder
des Ziels im Koordinatensystem des Laserbearbeitungssystems
100 zu
kalibrieren. Das
Patent Nr. 4
941 082 der Vereinigten Staaten, das durch den Hinweis
hierin aufgenommen wird, beschreibt einige Kalibrierungsverfahren höherer
Ordnung. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff "Ausrichtung"
die X- oder Y-Ausrichtung (oder beide), die Z-Tiefenfokussierung
und alle anderen Arten von Positions- oder Raumorientierung oder
-kalibrierung.
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Man
beachte, dass es unwesentlich ist, ob der Laser 110 und
seine zugehörige Optik stationär sind und sich
das Werkstück 130 bewegt oder umgekehrt, oder
irgendeine Kombination von Bewegung durch beide Körper
stattfindet. Alles, was erforderlich ist, ist, dass sich der Laserstrahlfleck 135 und
das Werkstück 130 relativ zueinander bewegen.
Als eine Alternative zu dem, was in 1 und 2 gezeigt ist,
kann beispielsweise die Position des Laserstrahlflecks 135 über
dem Werkstück 130 verändert werden, indem
das Werkstück 130 still gehalten wird, während
die Optikhardware auf dem Optiktisch 105 bewegt wird. In
diesem Fall kann ein Bewegungstisch wie der Bewegungstisch 170 vorgesehen
sein, um die zugehörige Optikhardware auf dem Optiktisch 105,
typischerweise in im Wesentlichen geraden X-Y-Richtungen, zu bewegen.
Als weitere Alternative können sowohl die Optikhardware
als auch das Werkstück 130 bewegt werden, um eine
relativ Bewegung zwischen dem Laserstrahlfleck 135 und
dem Werkstück 130 vorzusehen. Als weitere Alternative können
der Optiktisch 105 und das Werkstück 130 in Ruhe
sein, während Lenkspiegel verwendet werden, um den Laserstrahlfleck 135 entlang
des Werkstücks 130 zu bewegen. Als weitere Alternative
kann ein Bewegungstisch verwendet werden, um die zugehörige Optik
auf dem Optiktisch 105 in einer Richtung, wie z. B. der
X-Richtung, zu bewegen, und der Bewegungstisch 170 kann
das Werkstück 130 in einer anderen Richtung, wie
z. B. der Y-Richtung, bewegen, um eine relative Bewegung zwischen
dem Laserstrahlfleck 135 und dem Werkstück 130 vorzusehen.
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Man
beachte auch, dass der Zweck der Laserstrahlung irgendeiner sein
könnet, nicht nur das Verbindungsdurchschmelzen. Der Zweck
der Bestrahlung kann darin bestehen, eine Struktur oder ihr Material
zu bohren, maschinell zu bearbeiten, zuzuschneiden, zu durchtrennen
, zu ritzen, zu markieren, zu spalten, herzustellen, zu erhitzen,
zu ändern, zu diffundieren, auszuheilen oder zu messen.
Die Laserstrahlung kann beispielsweise eine Zustandsänderung
in einem Material einer Struktur induzieren, die Wanderung von Dotierungsmaterialien
verursachen oder die magnetischen Eigenschaften ändern – von denen
beliebige verwendet werden könnten, um eine elektrische
Schaltung oder andere Struktur zu verbinden, zu trennen, abzustimmen,
zu modifizieren oder zu reparieren.
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3 ist
eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer, der die typischste Form
des Werkstücks 130 ist. Dieses Werkstück 130 enthält
eine Anzahl von Chips 210, die im Allgemeinen in einer
regelmäßigen geometrischen Anordnung angeordnet
sind. Eine Gruppe von benachbarten Chips in einem typischerweise
rechteckigen Muster bildet einen Ausrichtungsbereich 220,
an oder nahe dessen Ecken sich zweckgebundene Ausrichtungsziele 230 befinden. Zusätzliche
Ausrichtungsziele (nicht dargestellt) können sich an oder
nahe jedem Chip befinden. Wie vorstehend erwähnt, können
die Ausrichtungsziele 230 verwendet werden, um den Laserstrahlfleck 135 auf das
Werkstück 130 auszurichten. Ausrichtungsdaten,
die von den Ausrichtungszielen 230 in jeder Ecke eines
Ausrichtungsbereichs 220 gesammelt werden, können
verwendet werden, um die Positionen von zu bearbeitenden Verbindungen
innerhalb jedes Chips im Ausrichtungsbereich zu berechnen. Oberflächenanpassungsalgorithmen
können beispielsweise auf die bekannten Eckenausrichtungszieldaten
angewendet werden, um ein Oberflächenmodell an den Ausrichtungsbereich
anzupassen. Dieser Prozess wird üblicherweise als Positionsgeometriekorrektur (PGC)
bezeichnet. Obwohl solche Verfahren nützlich sind, leiden
sich auch unter den folgenden grundlegenden Begrenzungen: (1) die
zweckgebundenen Ausrichtungsziele sind in der Anzahl begrenzt und
(2) die Ausrichtungsziele sind bestenfalls indirekte Indikatoren
der Positionen der Verbindungen im Inneren des Ausrichtungsbereichs 220.
Ein Staubteilchen unterhalb des Ausrichtungsbereichs 220 kann
beispielsweise verursachen, dass sich das Werkstück 130 in
einer Weise durchbiegt, die die Z-Höhen von bestimmten
inneren Strukturen ändert, aber die Z-Höhen der
Ausrichtungsziele nicht ändert.
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4 ist
eine Seitenansicht desselben Werkstücks 130. 4 stellt
die Tatsache dar, dass die Ausrichtungsziele 230 auf einer
anderen Schicht des Werkstücks 130 liegen können
und tatsächlich typischerweise liegen, und daher in einer
anderen Z-Höhe als die Verbindungen in den Chips 210 liegen.
Dieser Z-Versatz kann die Ausrichtung in der Z-Dimension (d. h.
Fokussierung) kompliziert machen. Entweder muss der Versatz berücksichtigt
werden oder eine gewisse Fehlausrichtung in der Z-Richtung muss
toleriert werden. In einigen Fällen, in denen die Schichten
des Werkstücks 130 in der Z-Dicke als Funktion
der seitlichen X-Y-Position variieren, kann es unmöglich
sein, die Dickenschwankungen auf der Basis der Ausrichtung und Fokussierungsdaten
von den zweckgebundenen Ausrichtungszielen 230 korrekt
zu berücksichtigen.
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Die 5A und 5B sind
Darstellungen von Ausrichtungsoperationen unter Verwendung eines
zweckgebundenen Ausrichtungsziels 230. In 5A läuft
ein Ausrichtungslaserstrahlfleck 310 hin und her über
das Ausrichtungsziel 230 in einem X-Ausrichtungsweg 320.
Der Strahlfleck 310 durchläuft diesen Weg 320 in
einer Anzahl von verschiedenen Fokussierungshöhen und die
Fokussierungshöhe, die die schärfsten Kantenübergänge
erzeugt wird, verwendet, um die Kantenpositionen des Ausrichtungsziels 320 zur
Deckung zu bringen. In 5B wird derselbe Prozess in
der Y-Richtung entlang eines Y-Ausrichtungsweges 330 wiederholt. Wenn
das Ausrichtungsziel 320 schlecht ausgebildet ist, dann
können jedoch, wie in übertriebener Form in 5C gezeigt,
die durch die Abtastung des Ausrichtungsziels 220 erzeugten
Positionsdaten fehlerhaft sein.
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Obwohl
die Ausrichtungswege 320 und 330 nicht vollkommen
gerade sein können, sind sie vorzugsweise im Wesentlichen
gerade, was sich aus einer im Wesentlichen geradlinigen Bewegung
des Werkstücks 130 und/oder des Ausrichtungslaserstrahlflecks 310 ergibt.
Irgendeine Dreh- oder Winkelbewegung des Werkstücks 130 um
sein Zentrum oder ungefähres Zentrum während der
Ausrichtungsvorgänge ist vorzugsweise vernachlässigbar
und idealerweise Null. Obwohl eine relative geradlinige Bewegung
des Werkstücks 130 und/oder des Ausrichtungslaserstrahlflecks 130 durch
eine Kombination einer Drehung um das Zentrum des Werkstücks 130 und
einer radialen Bewegung des Ausrichtungslaserstrahlflecks 310 durchgeführt
werden können, ist dies vorzugsweise nicht die dominante
Bewegungsbetriebsart. Irgendeine Drehgeschwindigkeit des Werkstücks 130 um
sein Zentrum während eines Ausrichtungsvorgangs ist vorzugsweise
geringer als die lokale absolute Geschwindigkeit des Ausrichtungslaserstrahlflecks 310 relativ
zum Werkstück 130, dividiert durch den Abstand
vom Zentrum des Werkstücks 130 zum Ausrichtungslaserstrahlfleck 310.
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6 ist
eine Darstellung von Verbindungsdurchläufen über
einen Halbleiterchip 210. Sowohl X-Richtungs-Verbindungsdurchläufe
(entlang der X-Richtungsbahnen 370) als auch Y-Richtungs-Verbindungsdurchläufe
(entlang der Y-Richtungsbahnen 380) sind gezeigt. Schaltungselemente
innerhalb eines gegebenen Chips (die typischerweise auf einem gegebenen
Wafer alle gleich sind) sind typischerweise in einer regelmäßigen
geometrischen Anordnung angeordnet, ebenso wie die Verbindungen
zwischen diesen Elementen. Die Verbindungen liegen gewöhnlich
in regelmäßigen Reihen in Gruppen, die als "Verbindungsgruppen"
bezeichnet werden, welche einen ungefähr gleichmäßigen
Schrittweitenabstand von Mitte zu Mitte aufweisen und sich in senkrechten
X- und Y-Richtungen erstrecken. Um ausgewählte Verbindungen
in einer Verbindungsgruppe zu entfernen, geht der Strahlfleck 135 kontinuierlich
entlang der Verbindungsgruppe mit einer ungefähr gleichmäßigen
Geschwindigkeit weiter, während der Laser 110 Impulse
emittiert, um Verbindungen selektiv zu entfernen. Der Laser 110 wird
ausgelöst, um einen Impuls zu emittieren und dadurch eine Verbindung
in einer ausgewählten Zielposition zu durchtrennen, wenn
sich er Laserstrahlfleck auf der Zielposition befindet. Folglich
werden einige der Verbindungen nicht bestrahlt und als unbearbeitete
Verbindungen belassen, während andere bestrahlt werden,
so dass sie durchtrennt oder anderweitig physikalisch verändert werden.
Der Prozess des Fortschritts über einiges oder alles des
Werkstücks 130 und der Bearbeitung von ausgewählten
Verbindungen mit Laserstrahlung wird "Verbindungsdurchlauf", insbesondere
"Bearbeitungsverbindungsdurchlauf" (oder einfach "Bearbeitungsdurchlauf")
genannt, die typischerweise entweder in der X-Richtung oder der
Y-Richtung liegen.
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Wenn
sich ein Laserstrahlfleck relativ zum Werkstück 130 bewegt,
durchläuft der Laserstrahlfleck einen Laserstrahlfleck-Abtastweg
auf oder in dem Werkstück 130. Dieser Abtastweg
kann viele Formen annehmen. Wie in den 5A und 5B dargestellt,
sind während Strahl-Werkstück-Ausrichtungsabtastungen
die Abtastwerte kurze lineare Segmente hin und her über
das zweckgebundene Ausrichtungsziel 230, typischerweise
in variierenden Tiefen, die zusammen gemeinsam als einzelner Abtastweg
betrachtet werden können. Wie in 6 dargestellt,
sind Abtastwerte für Verbindungsdurchläufe typischerweise
gerade Segmente in entweder der X- oder Y-Richtung über
einen oder mehrere Chips 210, vielleicht sogar über
den ganzen Durchmesser des Werkstücks 130. Wiederum
kann jedes solche Segment als Abtastweg betrachtet werden oder einiges oder
alles einer ganzen Sequenz solcher Segmente kann als einzelner Abtastweg
betrachtet werden, in welchem Fall behauptet werden kann, dass das
Geschwindigkeitsprofil des Abtastweges Anschläge umfasst.
Unter gewöhnlichen Umständen weist jedoch ein
Abtastwert eine Länge auf, die nicht länger ist
als der Durchmesser des Werkstücks 130 zwischen
Anschlägen oder anderen Wegänderungen. Man beachte
auch, dass typische Abtastwerte, die durch lineare X-Y-Bewegungstische
erzeugt werden, die Mitte des Werkstücks 130 nicht
umgeben. Ein Abtastweg kann ebenso eine Z-Komponente umfassen.
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Die
Bewegungen, die erforderlich sind, um die Verbindungsdurchläufe
durchzuführen, sind vorzugsweise gerade Translationsbewegungen
in der X- oder Y-Richtung mit nicht mehr als einer vernachlässigbaren
Drehkomponente. Irgendeine Drehung des Werkstücks 130 um
sein Zentrum während eines Verbindungsdurchlaufs ist idealerweise
null und zumindest vorzugsweise geringer als die lokale absolute
X- oder Y-Verschiebung, dividiert durch den Abstand vom Zentrum
des Werkstücks 130 zum Laserstrahlfleck.
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7 ist
eine detailliertere Darstellung eines Segments eines Verbindungsdurchlaufs
entlang einer Verbindungsdurchlaufbahn 370 über
eine Anzahl von Verbindungsgruppen 420. Jede Verbindungsgruppe 420 besteht
aus einer Anzahl von mehr oder weniger regelmäßig
beabstandeten Verbindungen 410, die eine Länge
aufweisen, die sich in einer Längsrichtung erstreckt. Die
Verbindungsdurchlaufbahn 370 ist vorzugsweise zumindest
ungefähr zur Längsrichtung der Verbindungen senkrecht
und daher zur Verbindungsreihe parallel. Spalte 430 können zwischen
den Verbindungsgruppen 420 existieren, wie gezeigt. Wenn
sich der Laserstrahlfleck 135 entlang der Verbindungsreihe
während des Verbindungsdurchlaufs bewegt, wird der Laserstrahl
selektiv eingeschaltet, so dass er das Werkstück 130 erreicht
und dadurch ausgewählte Verbindungen gemäß einem
Bearbeitungsplan (z. B. Speicherdefekt-Reparaturplan zum Trennen
von fehlerhaften Speicherzellen und Verbinden oder Belassen von
redundanten an ihrer Stelle verbunden) zu durchtrennen oder anderweitig
zu ändern. Wie in 7 gezeigt,
wurden beispielsweise die zweiten und dritten Verbindungen in der
Verbindungsgruppe 420B durchtrennt, während die
ersten, vierten und fünften Verbindungen intakt gelassen
wurden.
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Der
vom Laserstrahlfleck während eines Verbindungsdurchlaufs
durchlaufene effizienteste Weg ist einer, der gerade und vollkommen
parallel zur Richtung der Verbindungsreihe ist, wie durch die Verbindungsdurchlaufbahn 370 gezeigt.
Andere Bahnen sind jedoch möglich. Eine abgewinkelte Verbindungsdurchlaufbahn 372 ist
beispielsweise nicht vollkommen parallel zur Richtung der Reihe
von Verbindungen, sondern ist um einen kleinen Winkel versetzt.
Als weiteres Beispiel oszilliert eine gekrümmte Verbindungsdurchlaufbahn 374,
zittert oder variiert anderweitig in der Y-Richtung während
des Verlaufs des X-Richtungs-Verbindungsdurchlaufs. Als noch weiteres Beispiel
ist eine bogenförmige Verbindungsdurchlaufbahn 376 möglich,
wie es stattfinden könnte, wenn das Werkstück 130 einer
kleinen Drehbewegung während des Verbindungsdurchlaufs
unterzogen wird. In jedem Fall ist die Richtung der Verbindungsdurchlaufbahn
vorwiegend entlang der Länge der Verbindungsreihe (oder
anders ausgedrückt, senkrecht zur Längsrichtung
der Verbindungen).
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Die
genaue Bearbeitung der Verbindungen 410 hängt
von der genauen Positionierung des Laserstrahlflecks 135 auf
den Verbindungen 410 zur geeigneten Zeit ab, wenn ein Laserimpuls
durch den Laser 110 geliefert wird. Die Positions- und
Fokussierungsgenauigkeit wird immer wichtiger, wenn die erforderlichen
Toleranzen für die Fokussierung und Position an den Halbleitern
aufgrund von kleineren fokussierten Fleckgrößen,
kleineren Verbindungen und engeren Verbindungsschrittweiten weiterhin schrumpfen.
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Der
vorliegende Erfinder hat erkannt, dass die Positionierung unter
Verwendung der Verbindungen 410 selbst als Messtechnikziele
anstelle von oder zusätzlich zu den zweckgebundenen Ausrichtungszielen 230 verbessert
werden kann. Eine Version dieser Methode ist in 8A dargestellt,
die einen Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 zeigt, der eine
Verbindungsreihe entlang einer der Verbindungsdurchlaufbahnen 370, 372, 374 oder 376 durchläuft.
Gemäß dieser Version kann die Verbindungsdurchlaufbahn
irgendeine Bahn sein, die eine vorwiegende Komponente in der Richtung
der Verbindungsreihe aufweist; der Deutlichkeit halber und nicht
zur Begrenzung wird jedoch nur die Verbindungsdurchlaufbahn 370 nachstehend
in diesem Dokument dargestellt und erörtert. Wenn sich
der Ausrichtungslaserstrahlfleck 535 über und
zwischen den Verbindungen 410 bewegt, wird das Reflexionsmuster
gemessen und kann verwendet werden, um eine Ausrichtung zumindest
in der X-Richtung des Verbindungsdurchlaufs und/oder in der Z-Richtung
durchzuführen. Ein ähnlicher Vorgang kann entlang
einer Y-Richtungs-Verbindungsdurchlaufbahn 380 durchgeführt werden,
um eine Ausrichtung ebenso in dieser Richtung durchzuführen.
Durch dieses Verfahren können die X-, Y- und Z-Positionen
der Verbindungen 410 und/oder des Werkstücks 130 relativ
zum Messtechnik- Laserstrahlfleck 135 bestimmt werden. Es
kann auch nützlich sein, eine Ausrichtungsabtastung von Verbindungen
in einer Reihe in einer Richtung durchzuführen, dann einen
Ausrichtungsdurchlauf von einigen oder allen derselben Verbindungen
in der entgegengesetzten Richtung durchzuführen. Entgegengesetzte
Abtastungen können die Kalibrierung weiter verfeinern oder
Richtungsabhängigkeiten in den zugrunde liegenden Messtechnikdaten
oder in der Datensammelmethodologie identifizieren.
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Eine
Weise zur Verwendung der von den Verbindungen 410 gesammelten
Messtechnikdaten besteht darin, sie zu verwenden, um mathematische Modelle
zu aktualisieren, die für die Ausrichtung und Fokussierung
verwendet werden. Daten, die von Ausrichtungsabtastungen gesammelt
werden, können beispielsweise verwendet werden, um PGC-Modelle
von Ausrichtungs- und Fokussierungsfeldern zu aktualisieren. Verschiedene
mathematische Modelle sind auch möglich. Eine iterative
oder rekursive Verfeinerung der Modelle auf der Basis von einigen
neuen Daten und einigen älteren Daten sind auch nützliche
Verfahren. Sobald Modelle erzeugt wurden, können Verbindungskoordinaten
unter Verwendung der Modelle als Weise zum korrekten Verarbeiten
von Verbindungskoordinaten abgebildet werden. Wenn Fokussier- und
seitliche Kalibrierungsdaten außerhalb Verbindungsgruppen
nahe den zu bearbeitenden Verbindungen abgetastet werden dann können alternativ
mathematische Modelle unnötig sein, da man nur die XY-Versätze
oder Z-Höhen der nähesten Abtastung verwenden
kann. Dieses Verfahren kann durch Abtasten jeder Verbindung und
Verbindungsgruppe für Kalibrierungsinformationen angewendet werden.
Es kann auch durch Abtasten einiger Verbindungen und Verbindungsgruppen
angewendet werden, so dass Daten nahe jeder Verbindung existieren,
beispielsweise innerhalb 1–2 mm seitlich von jedem Verbindungsort.
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Alternativ
kann ein Messtechnikdurchlauf jedes Mal so oft, z. B. alle 30 Sekunden,
durchgeführt werden. Der Zeitraum zwischen Messtechnikdurchläufen
kann auf der Basis von solchen Systemparametern wie thermischen
Drifteigenschaften gewählt werden. Verbindungsbearbeitungssysteme
wie z. B. das Verbindungsbearbeitungssystem 100 (1 und 2)
erfahren typischerweise geringfügige Positionsdriften über
die Zeit, die gewöhnlich der Wärmeausdehnung und/oder
Kontraktion von physikalischen Komponenten oder einer thermischen
Drift einer Sensorreaktion zuzuschreiben sind. Durch periodisches
Durchführen eines Messtechnikdurchlaufs kann das System
seine Kalibrierung verfeinern, bevor die Positionsdriften so groß werden,
dass sie sich auf die Genauigkeit der Bearbeitung auswirken.
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Der
Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 kann derselbe wie der
Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 sein, da derselbe Laser
für sowohl die Messtechnik als auch die Bearbeitung verwendet
werden kann. Ein Verfahren, um dies durchzuführen, besteht
darin, den Laser 110 in einer Dauerstrich-(CW)Betriebsart während
eines Messtechnikdurchlaufs zu betreiben und den Laser 110 in
einer Impulsbetriebsart während eines Bearbeitungsdurchlaufs
zu betreiben. Gemäß diesem Verfahren können
Messtechnikdurchläufe mit Bearbeitungsdurchläufen,
wie erwünscht, verschachtelt werden, um Messtechnikdaten
zu sammeln. Es kann sogar möglich sein, Laserbetriebsarten
zwischen Messtechnik- und Bearbeitungsbetriebsarten während
desselben Verbindungsdurchlaufs umzuschalten. Alternativ können
zwei verschiedene Laserstrahlen dieselben oder im Wesentlichen überlappende
Laserstrahlflecke aufweisen, von denen einer für die Messtechnik
und der andere für die Bearbeitung verwendet werden kann.
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Alternativ
können einige Versionen des Lasers 110 (z. B.
Faserlaser) dazu veranlasst werden, eine kleine Menge an CW-Energie
für die Ausrichtung abzuleiten, während sie gleichzeitig
in einer Impulsbetriebsart für die Bearbeitung arbeiten.
Der CW-Strahl mit niedriger Energie kann eine oder mehrere optische
Eigenschaften (z. B. Polarisation und Wellenlänge) aufweisen,
um seine Reflexion von jener des gepulsten Bearbeitungslaserstrahls
zu unterscheiden. Wenn die Messtechnik- und Bearbeitungslaserstrahlen
verschiedene Wellenlängen aufweisen, kann ein geeignetes
optisches Filter vor dem Sensor 198 für reflektierte
Energie verwendet werden, um die Reflexion des Bearbeitungsstrahls
zu dämpfen, während die Reflexion des Messtechnikstrahls durchgelassen
wird. In anderen Fällen können die optischen Eigenschaften
unverändert sein, wobei das System 100 gelegentliche
fehlerhafte Ausrichtungslesevorgänge, die durch die Bearbeitung
einer Verbindung verursacht werden, tolerieren lassen werden. Durch
Mitteln über eine ausreichende Anzahl von Verbindungen
werden diese gelegentlichen fehlerhaften Messtechniklesevorgänge
unbedeutend. Alternativ können bekannte schlechte Messtechniklesevorgänge
einfach ignoriert werden. Ein Messtechniklesevorgang kann als schlecht
bekannt sein aufgrund von (1) einer Messung einer viel höheren
als üblichen Reflexion (durch den Bearbeitungslaserstrahl,
der an der Verbindung reflektiert wird, verursacht) oder (2) der
Kenntnis, dass auf eine spezielle Verbindung zur Bearbeitung abgezielt
wird. Da nur etwa 10 % der Verbindungen typischerweise an einem
gegebenen Halbleiterwafer bearbeitet werden, bestehen in fast allen
Fällen ausreichende unbearbeitete Verbindungen, um als
zuverlässige Messtechnikziele gemäß den
hierin beschriebenen Verfahren zu dienen.
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Der
im
US-Patent Nr. 6 593 542 beschriebene
Laser kann auch verwendet werden, um eine Bearbeitung und Messtechnik
auf Verbindungsbasis, wie hierin beschrieben, durchzuführen.
Dieser Laser ist in der Lage, sowohl einen UV-(Ultraviolett)Strahl zur
Bearbeitung als auch einen grünen oder IR-(Infrarot)Strahl
zur Messtechnik zu erzeugen. Die hierin beschriebenen Verfahren
können mit irgendeiner Wellenlänge der Laserstrahlung
verwendet werden, einschließlich beispielsweise IR-, sichtbaren
und UV-Wellenlängenbereichen, insbesondere einschließlich
etwa 1,34 μm (Mikrometer, Mikrometer oder 10
–6 Meter),
etwa 1,064 μm, etwa 1,047 μm, etwa 532 nm (Nanometer
oder 10
–9 Meter), etwa 355 nm und
etwa 256 nm.
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Noch
ein weiteres Verfahren zur Erzeugung eines Ausrichtungslaserstrahls
aus demselben Laser, der zur Verbindungsbearbeitung verwendet wird, ist
das schnelle Impulsverfahren, das in der US-Patentanmeldung 460
beschrieben ist. Gemäß diesem Verfahren wird der
Güteschalter eines gütegeschalteten Lasers abwechselnd
mit einer schnellen Rate geöffnet und geschlossen, so dass
der Laser schnellere, weniger energiereiche Impulse als im normalen Betrieb
mit Impulsbetriebsart emittiert. Wenn die Impulsrate ausreichend
hoch ist, erreicht weniger Laserenergie das Werkstück 130,
so dass die Messtechnik ohne merkliche Beschädigung am
Werkstück 130 stattfinden kann. Dem AOM 140 kann
auch befohlen werden, die Amplitude der Laserenergie, die das Werkstück 130 erreicht,
zu dämpfen. Die Impuls-BTW-Messtechnik beinhaltet typischerweise
die Synchronisation von Lesevorgängen von Reflexionsvermögensdaten
mit der Erzeugung der Impulse.
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Wenn
ein gepulster Laser für sowohl die Bearbeitung als auch
Messtechnik verwendet wird, können der Laser 110 und
der AOM 140 betrieben werden, um die Zustände
von hoher Impulsenergie, die das Werkstück 130 zur
Bearbeitung erreicht, und von niedrigerer Energie, die das Werkstück 130 für
die Messtechnik erreicht, zu vermischen. Dies kann mit einem Verbindungsdurchlauf
durch Verändern der Impulswiederholungsrate des Lasers 110 und
der Dämpfungspegel des AOM 140 durchgeführt
werden, wie vorstehend beschrieben.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel können der
Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 und der Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 unterschiedlich
und getrennt sein. Wenn der Versatz zwischen dem Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 und
dem Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 (in 8A nicht
gezeigt) bekannt ist, kann dieser Versatz berücksichtigt
werden, wenn der Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 zum Betrieb
positioniert wird. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn
die zwei Strahlen, obwohl sie vom gleichen Laser erzeugt werden,
verschiedene oder divergente Ausbreitungswege vielleicht aufgrund
von optischen Bearbeitungsdifferenzen (z. B. Polarisation oder Wellenlänge)
aufweisen. Dies kann auch auftreten, wenn zwei oder mehr Laser verwendet
werden, um einen oder mehrere Messtechnikstrahlen und einen oder
mehrere Bearbeitungsstrahlen gleichzeitig zu erzeugen. Verfahren
und Systeme zur Erzeugung von mehreren Laserstrahlen sind in den
US-Patentanmeldungen Nm. 11/051 265, 11/051 262, 11/052 014, 11/051
500, 11/052 000, 11/051 263, 11/051 958 und 11/051 261 offenbart,
die durch den Hinweis hierin aufgenommen werden. Diese Anmeldungen
lehren Verfahren zur Verwendung von mehreren Laserstrahlflecken
zur Bearbeitung von mehreren Verbindungen in verschiedenen parallelen
Konfigurationen, einschließlich "auf der Achse" (wobei
die Flecke in der Richtung des Verbindungsdurchlaufs verteilt sind),
"Querachse" oder "seitlich" (wobei die Flecke in der zur Verbindungsdurchlaufbahn
senkrechten Richtung verteilt sind) und Hybride. Dieselben Anordnungen
von Strahlflecken können mit einem oder mehreren der Strahlflecke,
die Messtechnikstrahlflecke sind, verwendet werden.
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In
einigen Fällen kann der Messtechnikstrahl Querachsen-Y-Daten
sowie Achsen-X-Daten messen. 8B ist
beispielsweise eine Darstellung von mehreren seitlich beabstandeten
Messtechnik-Verbindungsdurchläufen entlang Bahnen 370A, 370B und 370C über
ein Segment von Verbindungen mit seitlich versetzten teilweisen
verbindungsartigen Strukturen 440. Die seitlich versetzten
teilweisen verbindungsartigen Strukturen 440 können
in einem Spalt 430 angeordnet sein, wie gezeigt. Die Abtastung
von seitlich versetzten Messtechnikstrahlflecken 535A, 535B und 535C über
die Strukturen 440 (entweder Abtastung mit demselben Strahl
seriell mit einem fortschreitenden seitlichen Versatz für
jede Abtastung oder Abtastung mit mehreren Strahlen parallel, wie
gezeigt) stellt eine Querachsen-Messtechnik-Information bereit.
Der mittlere Strahlfleck 535B erzeugt beispielsweise eine
Reflexion an der mittlere Struktur 440, während
der obere Strahlfleck 535A eine Reflexion an nur der ersten
(am weitesten linken) Struktur 440 erzeugt, und der untere
Strahlfleck 535C erzeugt eine vollständige Reflexion
an nur der dritten (am weitesten rechten) Struktur 440.
In Abhängigkeit von der Anordnung der Strukturen 440, übermitteln
die Anzahl, die Reihenfolge und/oder die Zeitsteuerung der Reflexionen
an den Strukturen 440 Informationen über die seitliche
Position des Messtechnikstrahlflecks 535. Mehr oder weniger
Strukturen 440 können verwendet werden; die Anzahl
und Anordnung der Strukturen 440 in 8B stellt
nur das Konzept dar. Wenn der Messtechnikstrahlfleck 535 in
der V-(Querachsen)Richtung lenkbar ist, kann das Zittern der V-Position
des Strahlflecks 535 während eines einzelnen Verbindungsdurchlaufs
auch V-Messtechnik-Informationen erzeugen.
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Andere
Anordnungen von mehreren Messtechnik-Laserstrahlflecken sind möglich,
wie beispielsweise mehrere Flecke auf der Achse, mehrere Querachsenflecke
auf separaten im Allgemeinen parallelen Verbindungsdurchläufen,
Querachsenversatz innerhalb desselben Verbindungsdurchlaufs, wie
in einer erläuternden Form in 9B gezeigt, und
Hybride von einigen oder allen der obigen. Solche anderen Anordnungen
von mehreren Messtechnik-Laserstrahlflecken können für
den Zweck des Sammelns von V-Positionsdaten, Sammelns von X-Positionsdaten
für verschiedene Reihen von Verbindungen gleichzeitig oder
andere Zwecke dienen.
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8C stellt
einen Messtechnik-Verbindungsdurchlauf dar, der Daten von sowohl
Zielverbindungen 410 als auch Ausrichtungsstrukturen 444 sammelt.
Die Ausrichtungsstrukturen 444, die mit dem Messtechnik-Verbindungsdurchlauf
vermischt sind, können irgendeine Form aufweisen, einschließlich
herkömmlicher Ausrichtungsziele. Die speziellen Ausrichtungsstrukturen,
die in 8C verwendet werden, ermöglichen
eine alternative Weise zum Sammeln von Y-Messtechnik-Informationen
während eines Verbindungsdurchlaufs in der X-Richtung.
Der Spalt 430A zwischen den Verbindungsgruppen 420A und 420B enthält
eine Ausrichtungsstruktur 444 mit zwei dreieckigen reflektierenden
Abschnitten, die durch eine nicht reflektierende Unterbrechung voneinander
getrennt sind, sie sich über die Struktur 444 in
einem Winkel erstreckt, so dass die X-Position der Unterbrechung
Informationen über die V-Position des Messtechnik-Laserstrahlflecks 535 übermittelt.
Insbesondere wenn der Messtechnik-Laserstrahlfleck 370 über
die Ausrichtungsstruktur 444 abtastet, besteht das Reflexionssignal
aus einem ersten Reflexionssignal mit großem Betrag für
eine erste Dauer, gefolgt von einem Reflexionssignal mit kleinem
Betrag (idealerweise null) über die Unterbrechung, gefolgt
von einem zweiten Reflexionssignal mit großem Betrag für
eine zweite Dauer. Die erste Dauer und/oder die zweite Dauer übermitteln
Informationen über die V-Position des Messtechnik-Laserstrahlflecks 535.
Wahlweise kann die Ausrichtungsstruktur 444 aus nur einem
einzelnen dreieckigen reflektierenden Abschnitt bestehen, da ein
solcher Abschnitt allein die gewünschten V-Positionsinformationen
bereitstellen kann; zwei solche Abschnitte in der in 8C gezeigten
Anordnung nutzen jedoch den verfügbaren Raum in dem Spalt 430A besser
und können zuverlässigere V-Positionsinformationen über Redundanz
bereitstellen.
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9A zeigt
eine erwünschte Anordnung auf der Achse, bei der der vordere
Strahlfleck der Messtechnikstrahlfleck 535 ist und der
hintere Strahlfleck der Bearbeitungsstrahlfleck 135 ist.
Wenn diese Reihe von Verbindungen bearbeitet wird, werden Messtechnikmessungen
vom Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 gesammelt und die
gemessenen Daten werden verarbeitet, um einen genauen Ort für den
folgenden Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 zu bestimmen,
um diese Verbindung zu bearbeiten. Wahlweise können einer
oder mehrere zusätzliche hintere Bearbeitungs- und/oder
Messtechnik-Strahlflecke auch verwendet werden, wie in 9B gezeigt.
Obwohl es bevorzugt ist, da der Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 führt
und der (die) Bearbeitungslaserstrahlfleck(e) 135 nachläuft
(nachlaufen), wie in 9B gezeigt, ist es auch möglich,
dass der (die) Bearbeitungslaserstrahlfleck(e) vorangeht (vorangehen)
und der (die) Messtechnik-Laserstrahlfleck(e) nachläuft
(nachlaufen).
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9C stellt
eine Querachsenanordnung eines Messtechnikflecks 535 und
eines Bearbeitungsflecks 135 dar. Der Messtechnikfleck 535 läuft
entlang einer ersten Reihe von Verbindungen 550A und der
Bearbeitungsfleck läuft entlang einer zweiten Reihe von
Verbindungen 550B, die im Allgemeinen parallel zu und vorzugsweise
nahe der ersten Reihe 550A (z. B. der nächsten
naheliegendsten oder benachbarten Reihe) angeordnet ist. Aufgrund
der typischen geradlinigen Regelmäßigkeit von
Halbleiter-IC-Anordnungen korrelieren die Verbindungspositionen,
die durch den Messtechnikfleck 535 in der Reihe 550A gemessen
werden, eng mit den Positionen der Verbindungen, die durch den Bearbeitungsfleck 135 in
der nahe liegenden Reihe 550B bearbeitet werden. Irgendwelche
bekannten Versätze, die beispielsweise aus CAD und/oder
anderen Ausrichtungsdaten bestimmt werden können, können
in den Achsen-, Querachsen- und vertikalen Z-Richtungen berücksichtigt
werden.
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9D stellt
eine Querachsenanordnung eines Messtechnikflecks 535 und
eines Bearbeitungsflecks 135 mit einem Versatz auf der
Achse dar. Wie gezeigt, geht der Messtechnikfleck 535 in
der ersten Reihe 550A dem Bearbeitungsfleck 135 in
der zweiten Reihe 550B um ein gewisses Ausmaß in
der Achsen- oder X-Richtung voran.
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9E stellt
eine Querachsenanordnung eines Messtechnikflecks 535 und
eines Bearbeitungsflecks 135 innerhalb derselben Reihe
dar. Der Messtechnikfleck 535 und der Bearbeitungsfleck 135 sind um
ein gewisses Ausmaß in der Y-Richtung voneinander getrennt,
wenn sie in der X-Richtung entlang jeweiliger Bahnen 370A und 370B laufen.
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9F stellt
eine Querachsenanordnung eines Messtechnikflecks 535 und
eines Bearbeitungsflecks 135 mit einem Versatz auf der
Achse innerhalb derselben Reihe dar. Der Messtechnikfleck 535 und der
Bearbeitungsfleck 135 sind um ein gewisses Ausmaß in
der Y-Richtung und ein gewisses Ausmaß in der X-Richtung
voneinander getrennt, wenn sie in der X-Richtung entlang jeweiliger
Bahnen 370A und 370B laufen. Ein Vorteil dieser
Anordnung im Vergleich zur reinen Querachsenanordnung von 9E oder
zur reinen Anordnung auf der Achse von 9A ist
der vergrößerte räumliche Abstand zwischen
dem Bearbeitungsfleck 135 und dem Messtechnikfleck 535.
Ein Vorteil dieses vergrößerten räumlichen
Abstandes kann die Verringerung der Störung beim Messtechnikprozess
durch den Bearbeitungslaser sein.
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Das
Durchführen der Ausrichtung unter Verwendung der Verbindungen 410 kann
aus mehreren Gründen genauer sein als die Verwendung der zweckgebundenen
Ausrichtungsziele 230 allein, einschließlich (1)
einer verringerten Empfindlichkeit gegen Fehler in den zweckgebundenen
Ausrichtungszielen 230, (2) einer engeren räumlichen
Korrelation zwischen den Ausrichtungszielen und den Bearbeitungszielen
in der X-, Y- und/oder Z-Richtung und (3) der Fähigkeit, über
eine große Anzahl von Ausrichtungsmessungen, die schnell
gesammelt werden, zu mitteln. Die folgenden Absätze behandeln
diese Vorteile ausführlich.
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Zuallererst
sind die zweckgebundenen Ausrichtungsziele 230 typischerweise
ziemlich spärlich auf dem Werkstück 130.
Ein typischer Halbleiter-DRAM-Chip weist eine Fläche von
ungefähr 70 mm2 auf, enthält
etwa 2000 bis etwa 20000 Verbindungen, enthält jedoch typischerweise
nur 2–4 zweckgebundene Ausrichtungsziele 230.
Wenn ein zweckgebundenes Ausrichtungsziel 230 fehlerhaft
ist (wie in 5C gezeigt), muss man einen
relativ langen Abstand durchlaufen, um ein alternatives zweckgebundenes
Ausrichtungsziel zu finden, das zufrieden stellend sein kann. Es
kann auch kein zweckgebundenes Ausrichtungsziel nahe allen der Verbindungen 410 vorliegen,
die bearbeitet werden müssen, so dass eine Abschätzungsarbeit über
die XY-Ausrichtung und Z-Fokussierungshöhe geschehen muss.
Feine Strukturen, wie z. B. vertikale Verschiebungen, die aufgrund
eines Teilchens unter dem Wafer auftreten, können auch übersehen
werden. Diese und andere feine Strukturen können jedoch
erfasst werden, indem mehr Messungen enger zusammen durchgeführt
werden. Die hierin beschriebenen Verfahren führen Messungen
an verschiedenen Punkten am Werkstück 130 durch,
wobei die Dichte solcher Messpunkte vorzugsweise innerhalb mindestens
einer oder zwei Größenordnungen der Dichte von
Verbindungen an dem Werkstück 130 liegt. Tatsächlich
kann die Ausrichtung auf Verbindungsbasis in einigen Fällen
den Bedarf für zweckgebundene Ausrichtungsziele 230 vermeiden,
wodurch wertvolle Nutzfläche auf dem Werkstück 130 befreit wird
und die Komplexität des Werkstücks 130 und seiner
Herstellungsprozesse wie z. B. Anordnung und Maskenerzeugung verringert
wird. Überdies kann die Ausrichtung auf Verbindungsbasis
die Bearbeitung von individuellen Chips 210, nachdem sie von
einem Wafer geschnitten wurden, erleichtern.
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Zweitens
ist es grundsätzlich nicht so genau, an den Ecken eines
Ausrichtungsbereichs 220 abzutasten und dann Schlussfolgerungen über
das Innere des Bereichs 220 unter Verwendung von mathematischen
Modellen zu ziehen. Das Durchführen von Messungen an oder
nahe dem, wo die Bearbeitung stattfindet, ist genauer. Die Verbindungen 410 sind die
engsten optischen Ziele an oder nahe dem Ort der zu bearbeitenden
Verbindungen. In einer zugehörigen Anmerkung ist das Fokussieren
auf die Verbindungen 410 auch genauer als das Abprallen
eines Strahls an der Oberfläche des Werkstücks 130 oder der
zweckgebundenen Ausrichtungsziele 230 für die Fokussierhöhenbestimmung
aufgrund von Schwankungen in den Dicken der zwischenliegenden Schichten.
Diese Dickenschwankungen können über den Wafer
ungleichmäßig sein oder Koordinaten eine Ortsabhängigkeit
aufweisen.
-
Drittens
ermöglicht das Abtasten einer Reihe von vielen Verbindungen 410 eine
schnelle Datenerfassung von mehreren Zielen, das Mitteln von vielen Zielstellen
und eine Redundanz, die Probleme aufgrund von fehlerhaften Zielen
beseitigt. Eine große Menge an Ausrichtungsdaten kann schnell
von einer Reihe von aufeinander folgenden Verbindungen erfasst werden.
Diese schnelle Datenerfassung ist möglich, da die Daten
aufgezeichnet werden können, während sich der
Bewegungstisch 170 kontinuierlich in einer Richtung, vorwiegend
in einer der X- oder Y-Richtung, bewegt. In einigen Fällen
kann es tatsächlich möglich sein, dass sich der
Bewegungstisch 170 in regelmäßigen Bearbeitungsgeschwindigkeiten bewegt,
während Messtechnikdaten von den Verbindungen 410 gesammelt
werden. Mit anderen Worten, die Messtechnik kann "im Fluge" stattfinden,
ohne sich irgendeinen signifikanten Durchatznachteil für die
Ausrichtung zuzuziehen. In einigen Fällen kann sich der
Bewegungstisch 170 um eine oder mehrere Größenordnungen
schneller während eines Bearbeitungsdurchlaufs als beim
Abtasten eines zweckgebundenen Ausrichtungsziels 230 bewegen.
Derzeit liegen typische Geschwindigkeiten, mit denen sich ein Laserstrahlfleck
relativ zum Werkstück 130 während eines
Verbindungsdurchlaufs bewegt, im Bereich von etwa 40 mm/s bis etwa
200 mm/s im Vergleich zu typischen Geschwindigkeiten von etwa 5–20
mm/s, mit denen ein Laserstrahlfleck herkömmlich über
das zweckgebundene Ausrichtungsziel 230 abgetastet wird.
-
Überdies
ist es aufgrund der äußerst wertvollen Werkstückfläche,
die sie belegen würden, unpraktisch, viele Ausrichtungsziele
in einer Reihe im Inneren eines Chips anzuordnen, jedoch kann unter Verwendung
der natürlich vorkommenden Reihen von Verbindungen als
Ausrichtungsziele eine umfassende Datenerfassung ermöglicht
werden und das Messen des Orts von vielen Verbindungen ermöglicht
einem, den Ort von zig, hunderten oder sogar tausenden von Zielstellen
zusammen zu mitteln, um zu einer Positionsabschätzung zu
gelangen. Ferner werden die durch ein fehlerhaftes zweckgebundenes Ausrichtungsziel 230 verursachten
Probleme unter Verwendung der Verbindungen 410 als Ausrichtungsziele
gemildert. Ein fehlerhaftes zweckgebundenes Ausrichtungsziel 230 kann
außerstande sein, ein genaues Bezugssignal bereitzustellen, ungeachtet
dessen, wie viele Male es abgetastet wird. Wenn dagegen die Orte
von vielen verschiedenen Verbindungen 410 festgestellt
und gemittelt werden, ist die Auswirkung von einigen fehlerhaften
Zielen minimal.
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10 ist
ein Graph einer reflektierten Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der X-Position über die mittlere Verbindungsgruppe 420B von 8 oder 9. 10–13 wurden
durch Simulation unter der Annahme, dass die Verbindungen 410 in
dieser Gruppe 420B eine gleichmäßige
Breite von 0,75 Mikrometer und eine gleichmäßige
Schrittweite von 2 Mikrometer aufweisen und dass der Strahlfleck
eine Gaußsche räumliche Verteilung mit einem 1/e2-Durchmesser von 1,5 Mikrometer aufweist,
erzeugt. Diese Zahlenwerte wurden, obwohl sie derzeit repräsentativ
sind, wegen der Erläuterung gewählt. Derzeit liegt
die Verbindungsschrittweite typischerweise im Bereich von etwa 1,8
bis etwa 3 Mikrometer. Folglich führen die hierin beschriebenen
Verfahren Messtechnikmessungen an verschiedenen Punkten am Werkstück 130 durch,
die um einen Abstand getrennt sind, der derselbe wie oder zumindest
in der gleichen Größenordnung wie die Verbindungsschrittweite
ist. Wie bereits angegeben, wird erwartet, dass diese Werte in der
Zukunft schrumpfen. Zum Zeitpunkt dieses Schriftstücks
wird erwartet, dass eine UV-Laserbearbeitung mit kleinem Fleck eine
Verringerung der Verbindungsschrittweite erleichtert, was eine größer
Systemgenauigkeit erfordert. Die erforderlichen Genauigkeitsverbesserungen
liegen hauptsächlich in der Achsen- und der Z-Höhenrichtung,
die die leichtesten Richtungen sind, die durch Messtechnik-Verbindungsdurchläufe
bewertet werden.
-
Ein
einzelner Durchlauf des Ausrichtungslaserstrahlflecks 535 die
Verbindungsgruppe 420B hinab kann schnell und effizient
einen Satz von räumlich dichten Positions- und Reflexionsmessungen
sammeln, die für die Ausrichtung verwendet werden können.
Diese Reflexionsdaten können verwendet werden, um die Beziehung
auf der Achse zwischen der Strahleinschnürung und den Zielverbindungen 410 zu
bestimmen. 10 zeigt, dass 11 Maxima und
10 Minima im Reflexionssignal vorliegen. Die Maxima können
verwendet werden, um Verbindungen aufzufinden; die Minima können
verwendet werden, um die Mitte der Räume zwischen Verbindungen
(mittlerer Ort von zwei benachbarten Verbindungen) aufzufinden.
Folglich kann die Anwendung eines Spitzenauffindungsalgorithmus
auf dieses Reflexionssignal und von CAD-Daten von Verbindungskoordinaten 21 Abschätzungen
der Laser-Verbindungs-Ausrichtung erzeugen. Die Kurvenanpassung
an ein Reflexionsvermögensmodell anstatt die Verwendung
eines Spitzenauffindungsalgorithmus kann eine größere
Genauigkeit bereitstellen.
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Das
Mitteln der Ergebnisse von mehreren aufgefundenen Spitzen kann die
Fleck-Verbindungs-Ausrichtung mit besserer Auflösung als
derzeitige Messungen von einem Ziel aus zwei Gründen bestimmen:
erstens ermöglicht die schnelle Erfassung von serialisierten
Reflexionsvermögenssignalen die Erfassung von viel mehr
Reflexionsspitzen als herkömmliche wiederholte Abtastungen
eines einzelnen Ziels in derselben Menge an Zeit. Zweitens kann die
Auswirkung einer fehlerhaften Verbindung inmitten einer Reihe von
vielen perfekten Verbindungen durch Mitteln verringert werden.
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Diese
Verfahren sind auf Gruppen von Verbindungen mit beliebiger Länge
anwendbar. Die Verbindungen 410 können einen gleichmäßigen
Abstand und eine gleichmäßige Breite aufweisen
oder können einen ungleichmäßigen Abstand
und/oder eine ungleichmäßige Breite aufweisen.
Diese Verfahren können auf mehrere Gruppen von Verbindungen mit
Spalten von gleichmäßigen oder veränderlichen Größen
zwischen den Gruppen angewendet werden.
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In
einigen Fällen können zusätzliche Informationen
erforderlich sein, um das durch ein Segment von Verbindungen erzeugte
Reflexionssignal mit dem CAD-Ort für die korrekten Verbindungen
zu korrelieren. Reflexionsdaten aus der Mitte einer sehr langen
Kette von identischen Verbindungen mit identischem Abstand können
beispielsweise nicht angeben, welche Verbindung welche Reflexion
erzeugt hat. Folglich kann eine Kalibrierung durch ganzzahlige Vielfache
des Verbindungsabstandes vorliegen. Synchronisations- oder Korrelationsverfahren
können verwendet werden, um Reflexionsdaten und CAD-Modelle
definitiv zu überlappen. Ein bekanntes Muster wie z. B.
ein Barker-Code kann beispielsweise an einem Chip 210 oder
zwischen Chips 210 bereitgestellt sein, um eine eindeutige
und leicht identifizierte Strukturierung in den Verbindungen zu
erzeugen. Dies kann eine bekannte Anzahl von Verbindungen mit einem
bekannten Abstand, gefolgt von einer bekannten Anzahl von Verbindungen
umfassen. Alternativ kann ein Muster in der Verbindungsschrittweite
und/oder Verbindungsbreite zur Synchronisation verwendet werden.
Als ein Beispiel zeigt 11 einen Graph der reflektierten
Ausrichtungslaserenergie als Funktion der X-Position über
eine Verbindungsgruppe mit einem Korrelationsmuster. In diesem Muster
befindet sich eine breite Verbindung in einer Position von –2
Mikrometer und es fehlt eine Verbindung in einer Position von +4
Mikrometer und es besteht ein breiterer Verbindungsabstand in einer Position
von +9 Mikrometern. Irgendwelche oder alle von diesen können
verwendet werden, um sicherzustellen, dass die korrekte Verbindung 410 mit
der korrekten Reflexionssignatur korreliert wird.
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In
einigen Fällen kann es erwünscht sein, anfänglich
einige Ausrichtungsabtastungen an den zweckgebundenen Ausrichtungszielen 230 um
den Chipumfang durchzuführen, um ein vorläufiges
Modell eines Verbindungsorts zu bestimmen. Dies kann unter Verwendung
von Maschinensichtverfahren durchgeführt werden, um Ausrichtungsziele
anfänglich zu finden, möglicherweise gefolgt von
BTW-Abtastungen von zweckgebundenen Ausrichtungszielen 230,
um die Positionsabschätzung weiter zu verfeinern. Dieses
vorläufige Modell des Verbindungsorts kann dann durch die
hierin beschriebenen Verfahren verfeinert werde. Wenn das vorläufige
Modell von Verbindungsorten ausreichend genau auf Toleranzen unterhalb
einer Verbindungsschrittweite ist, dann kann der vorstehend beschriebene
Synchronisationsschritt nicht erforderlich sein.
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Das
Schwenken der Z-Höhe, während eine Reihe von Verbindungen
hinabgelaufen wird, kann eine gleichzeitige Achsenpositionsbestimmung
und Fokussierhöhenbestimmung ermöglichen, wie
in 12A und 12B gezeigt,
die Graphen der reflektierten Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der X-Position bzw. Z-Position über die mittlere Verbindungsgruppe 420B von 8 oder 9 sind.
Eine Weise zum Bewerten der Fokussierung besteht darin, die Z-Höhe
zu ändern, während die Reihe von Verbindungen
hinabgelaufen wird und Reflexionsvermögensdaten gesammelt
werden. In 12 wird die Z-Höhe
von –3 bis +3 Mikrometer bewegt, während X gleichzeitig
von –15 zu +15 Mikrometer bewegt wird. Die Verbindungen
und die Strahleinschnürung sind in einer Z-Höhe
von –0,4 Mikrometer koplanar. 12B zeigt,
dass die größte reflektierte Energie, die der
engsten Fleckgröße entspricht, in einer Z-Position
von –0,4 Mikrometer auftritt. Die Untersuchung von mehreren
Spitzen nahe dem Brennpunkt kann die beste Fokussierungshöhe
genauer bestimmen, insbesondere wenn die Fokussierungshöhe
zwischen zwei Verbindungspositionen fällt. Interpolations-,
Mittelungs-, Signalverarbeitungs-, Kurvenanpassungs- und Parameterabschätzverfahren
können in diesem Fall verwendet werden. 12 demonstriert,
dass es möglich ist, den Spitzenort gleichzeitig mit dem
Brennpunkt zu ermitteln. Daher kann die Achsen- und Brennpunkkalibrierung
gleichzeitig durchgeführt werden. Dies stellt eine schnelle
Weise zum Kalibrieren von zwei Ausrichtungsvariablen bereit.
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13 ist
ein Graph der reflektieren Ausrichtungslaserenergie als Funktion
der Verbindungsschrittweite. Der Graph umfasst zwei Kurven – die
die maximalen und minimalen reflektieren Energien über eine
Gruppe von Verbindungen als Funktion der Verbindungsschrittweite
zeigen. Wie die Graphen zeigen, kann, wenn die Verbindungsschrittweite
im Vergleich zur Verbindungsbreite klein ist, ein unzureichender
Kontrast zwischen der maximalen und minimalen reflektierten Energie
bestehen. Ein guter Kontrast hilft beim Spitzenauffindungsprozess.
Folglich wirken sich die Fleckgröße, die Verbindungsschrittweite
und die Verbindungsbreite alle auf den Reflexionskontrast auf, ebenso
wie die Wellenlänge des Messtechnik-Laserstrahls und die
Materialien und die Schichtdicke, die für die Verbindungs-
und Waferkonstruktion verwendet werden. Diese Parameter können
optimiert werden, um Reflexionsdaten mit hoher Qualität
für eine überlegene Kalibrierung zu erhalten.
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14 ist
ein Ablaufplan eines Verfahrens 600 gemäß einem
Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 600 erzeugt
(610) einen Messtechnik-Laserstrahl und breitet (620)
diesen Laserstrahl in Richtung einer Verbindung 410 auf
dem Werkstück 130 aus. Der Messtechnik-Laserstrahl
schneidet das Werkstück 130 an einem Messtechnik-Laserstrahlfleck 535,
der gelegentlich über die Verbindungen 410 läuft,
wenn das Verfahren 600 den Laserstrahlfleck 535 relativ zum
Werkstück 130 entlang eines Weges auf dem Werkstück 130 bewegt
(625). Eine Reflexion des Messtechnik-Laserstrahls wird
erfasst (630) und gemessen, was zu einem Signal der reflektierten
Energie führt, wie beispielsweise den in 10 gezeigten. Auf
der Basis dieses Reflexionssignals bestimmt (640) das Verfahren 600 die
relative Position des Messtechnik-Laserstrahlflecks 535 relativ
zu den speziellen Verbindungen 410, über die der
Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 verläuft. Der
Bestimmungsschritt 640 kann unter Verwendung von irgendeinem der
hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, einschließlich
beispielsweise Spitzen-(die Minima oder Maxima sein können)Auffindungsalgorithmen,
mathematischer Oberflächenanpassungsmodelle, Synchronisationsmustern,
die durch die Verbindungen 410 gebildet werden, und/oder
Vergleich mit nominalen Positionsdaten wie z. B. CAD-Daten. Das
Verfahren 600 stellt (650) dann die Position des
Bearbeitungslaserstrahlflecks 135 nach Bedarf ein, so dass
der (die) Bearbeitungslaserstrahl(en) zu ausgewählten Verbindungen
genauer in einer oder mehreren der X-, Y- und Z-Dimensionen zur
Bearbeitung (660) dieser ausgewählten Verbindungen
geliefert wird. Der (die) Bearbeitungslaserstrahlfleck(e) 135 und
der Ausrichtungslaserstrahlfleck (535 können im
Wesentlichen überlappen oder sie können um eine
feste oder dynamisch einstellbare Verschiebung voneinander getrennt
sein. Wie bereits angegeben, können die Schritte des Verfahrens 600 in
Abhängigkeit davon, wie das Verfahren 600 in einer
speziellen Situation implementiert wird, nacheinander oder gleichzeitig
in einem gewissen Grad durchgeführt werden. Das Verfahren 600 kann
unter Verwendung einer Vielzahl von verschiedenen Hardwarekonfigurationen,
einschließlich der beispielsweise in 1 und 2 dargestellten,
durchgeführt werden.
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15A ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 700 mit
"Impuls bei Reflexion" gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Das Verfahren 700 erzeugt (610) einen Messtechnik-Laserstrahl
und breitet (620) diesen Laserstrahl in Richtung einer
abgeschätzten Position einer Verbindung 410 auf
dem Werkstück 130 aus, wenn das Verfahren 700 den
Laserstrahlfleck 535 relativ zum Werkstück 130 entlang eines
Weges auf dem Werkstück 130 bewegt (625). Das
Verfahren 700 wird vorzugsweise in einem Fall verwendet,
wie in 9A dargestellt, in dem der Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 dem
Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 während eines
Verbindungsdurchlaufs vorangeht. Der von den Laserstrahlflecken 135 und 535 durchlaufene
Weg ist vorzugsweise ein Weg, der die Mitten der Verbindungen kreuzt,
wie vorher durch ein Modell oder vorläufige Kalibrierungsdaten
festgelegt. Die Reflexion des Messtechnik-Laserstrahlflecks 535 an
der Verbindung 410 erzeugt ein Reflexionssignal, das ein
optisches Signal sein kann oder in eine elektrische Form umgewandelt
werden kann. Das Verfahren 700 erfasst (730) ansteigende
Kreuzungen des Reflexionssignals über die Schwelle T. Diese
Kreuzung gibt die Position der Mitte der Verbindung abgesehen von
einem kleinen Versatz Δd an. Das Verfahren 700 erzeugt
(750) einen Bearbeitungslaserstrahl und breitet (760)
diesen Laserstrahl zu der Position aus, die die Reflexion erzeugt
hat, wie durch die Schwellenkreuzung erfasst – d. h. zur
Verbindung.
-
Das
Verfahren 700 kann an einigen oder allen Verbindungen in
einer Reihe während eines Verbindungsdurchlaufs wiederholt
werden. In diesem Fall umfasst das Reflexionssignal eine Reihe von
Reflexionsmaxima und Nicht-Reflexions-Minima, wie in 10 gezeigt
und in 15B als Funktion des X-Abstandes
wiedergegeben, wenn sich der Messtechnik-Strahlfleck 535 entlang
der Reihe von Verbindungen bewegt. Jedes Maximum in dem Reflexionssignal
stellt die Mitte einer Verbindung dar und jedes Minimum stellt den
Mittelpunkt zwischen zwei benachbarten Verbindungen dar. 15B zeigt auch die Schwelle T etwas unterhalb
der Spitzen im Erfassungssignal und den entsprechenden Versatz Δd.
-
Das
Verfahren 700 berücksichtigt vorzugsweise die
am Erzeugen des Laserimpulses und Ausbreiten desselben zum Werkstück 130,
nachdem ein Lasertriggerbefehl ausgegeben wird, beteiligte Verzögerung.
Ein Verfahren zum Berücksichtigen der Verzögerung
besteht darin, den Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 so
zu positionieren, dass er hinter dem Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 nacheilt.
Der Nacheilabstand Δd zwischen den zwei Flecken führt zu
einer Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die
Reflexion vom Messtechnik-Strahlfleck 535 die Schwelle
T kreuzt, und dem Zeitpunkt, zu dem der Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 korrekt über
der Verbindung angeordnet ist. Idealerweise ist das Nettoergebnis
irgendeiner Verzögerung, dass der Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 sich
um den korrekten Abstand entlang des Werkstücks 130 bewegt,
um seinen Impuls genau auf der Zielverbindung oder innerhalb irgendeiner
gewünschten Toleranz auf der Achse zu liefern. Alternativ
kann eine Nullverzögerung zwischen dem Erfassungsschritt 730 und
dem Erzeugungsschritt 750 hinzugefügt werden.
In einigen Fällen kann der Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 dem
Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 voreilen.
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Die
Auswahl einer geeigneten Schwelle T und Verzögerungszeit,
falls vorhanden, hängt von Systemvariablen wie z. B. der
Form und dem Betrag des Reflexionssignals (was wiederum von den
optischen Eigenschaften des Messtechnik-Laserstrahls, des Werkstücks 130 und
den Parametern des Sensors 198 für reflektierte
Energie abhängt), der Geschwindigkeit, mit der die Verbindungsdurchläufe durchgeführt
werden, und vom Abstand (falls vorhanden) zwischen dem Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 und
dem Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 ab. Fachleute können
geeignete Einstellungen für ein gegebenes Szenario angesichts
der Lehren hierin auswählen.
-
Das
Verfahren 700 bearbeitet Verbindungen, wo sie gefunden
werden, und ist in einem großen Grad von irgendeinem Positionsmodell
für das genaue Zielen auf die Verbindungen unabhängig.
Diese Verfahren mit Impuls bei Reflexion bietet den Vorteil von
Unmittelbarkeit in der Zeit zwischen der Messtechnikabtastung einer
Zielposition und ihrer Bearbeitung. Diese Unmittelbarkeit kann die
Bearbeitungsgenauigkeit weiter verbessern, da die Gelegenheit für
eine Positionsabweichung zwischen den Zeiten der Messtechnik und
der Bearbeitung verringert ist. Ein zusätzlicher Vorteil
dieses Verfahrens mit Impuls bei Reflexion besteht darin, dass es
restliche Fehler im Kalibrierungsmodell, Fehler in der CAD-Verbindungspositionsdatenbank
oder Herstellungsfehler, die zu Verbindungen führen, die
geringfügig falsch angeordnet sind, kompensieren kann. Noch
ein weiterer Vorteil des Verfahrens mit Impuls bei Reflexion besteht
darin, dass es für den Weg der Laserstrahlflecke auf dem
Werkstück 130 weitgehend invariant ist. Das Verfahren
kann mit geneigten, gekrümmten und Drehwegen beispielsweise
gut arbeiten. Tatsächlich ist in einem Ausführungsbeispiel mit
zwei Strahlen, wenn der Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 und
der Bearbeitungslaserstrahlfleck 135 in einem festen relativen
Versatz verriegelt sind, dann der Weg dieser Flecke irrelevant.
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16A–16C sind
Ablaufpläne anderer Verfahren gemäß verschiedener
Ausführungsbeispiele. Während die Verfahren 600 und 700 vorstehend
auf einer Basis pro Verbindung beschrieben wurden, werden die Verfahren
der 16A–16C nachstehend auf einer Basis pro Durchlauf
beschrieben. Insbesondere ist 16A ein
Ablaufplan eines Verfahrens 800 zum periodischen oder gelegentlichen
Durchführen Messtechnikdurchläufen, die mit Bearbeitungsdurchläufen
vermischt sind. Das Verfahren 800 beginnt mit dem gelegentlichen
Durchführen (810) von einem oder mehreren anfänglichen
Ausrichtungsvorgängen, die Maschinensichtverfahren und/oder
die Abtastung von zweckgebundenen Ausrichtungszielen 230 umfassen
können. Die anfänglichen Ausrichtungsverfahren können
auch Messtechnikdurchläufe auf Verbindungsbasis umfassen,
die entlang einer oder mehrerer X-Richtungsbahnen 370 und/oder
Y-Richtungsbahnen 380 durchgeführt werden. Messtechnikdurchläufe
entlang einer kleinen Anzahl von ungefähr gleich beabstandeten
Verbindungsreihen in der X-Richtung und einer kleinen Anzahl von
gleich beabstandeten Verbindungsreihen in der Y-Richtung können
beispielsweise einen ausreichend repräsentativen Abtastwert
von Verbindungspositionen für den Zweck der anfänglichen
Ausrichtung erzeugen. Als nächstes führt das Verfahren 800 einen
oder mehrere Bearbeitungsdurchläufe entlang Verbindungsreihen
durch (820) und testet (830) dann, ob eine erneute
Ausrichtung erforderlich ist. Das Kriterium für die erneute
Ausrichtung kann der Ablauf einer gegebenen Menge an Zeit, die Trennung
im Abstand um einen gegebenen Abstand von einer Reihe, die Gegenstand
eines vorherigen Messtechnikdurchlaufs war, irgendein anderes Kriterium
oder irgendeine Kombination von einem oder mehreren Kriterien sein.
Wenn keine erneute Ausrichtung erforderlich ist, fährt
das Verfahren 800 zum Durchführen (820) eines
Bearbeitungsdurchlaufs (von Bearbeitungsdurchläufen) fort.
Wenn eine erneute Ausrichtung angefordert wird, führt das
Verfahren 800 einen Messtechnikdurchlauf entlang einer
Reihe durch (840), die vorzugsweise die nächste
zu bearbeitende Reihe ist. Dabei sammelt das Verfahren 800 tatsächliche
Positionsdaten für einige oder alle der Verbindungen in dieser
Reihe. In Fällen, in denen das Verfahren 800 ein
Positionsmodell des Werkstücks 130 zum Bestimmen
der Positionen von Verbindungen 410 und anderer Strukturen
verwendet, kann das Verfahren 800 die tatsächlichen
Positionsdaten von dem Messtechnikdurchlauf verwenden, um dieses
Modell zu aktualisieren (850). Details zum Durchführen
des Aktualisierungsschritts 850 werden nachstehend beschrieben.
In jedem Fall stellt das Verfahren 800 die Position des
Bearbeitungslaserstrahlflecks 135 relativ zum Werkstück 130 ein
(860) und nimmt dann die Durchführung (820)
von Bearbeitungsdurchläufen wieder auf. Die Einstellung
kann durch eine tatsächliche Hardwareumgebung (z. B. Bewegung
des Bewegungstischs 170 oder Lenken eines optischen Strahllenkelements
im Ausbreitungsweg des Bearbeitungslaserstrahls 135) oder
eine Software oder Daten-"Bewegung" (d. h. Verarbeitung von Daten,
die sich auf die Zeitsteuerung und/oder Positionierung von Bearbeitungslaserimpulsen
auswirken) oder irgendeine Kombination beider durchgeführt
werden. Wenn die Einstellung durch Bewegung des Bewegungstischs 170 durchgeführt
wird, sollten die anschließenden Effekte dieser Bewegung
auf den Messtechnik-Laserstrahlfleck 535 berücksichtigt
werden.
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Im
einfachsten Fall beinhaltet ein Positionsmodell für Werkstückstrukturen
ein mathematisches Modell für ein planares Objekt wie z.
B. eine planare Scheibe, in der Punkte die Mitten von Verbindungen darstellen.
Dieses Modell kann durch X- und/oder V-Translation aktualisiert
werden, um es die modellierten Verbindungspositionen an die gemessenen Verbindungspositionen,
wie durch eine oder mehrere Messtechnikmessungen ermittelt, optimal
anzupassen. Fortschrittlichere Modelle können die Neigung des
planaren Objekts oder die Form der Verbindungen berücksichtigen.
Noch fortschrittlichere Modelle können nicht-planare Effekte
in einer mathematischen Oberfläche berücksichtigen.
Solche Effekte umfassen Verziehung oder Durchbiegung, die durch darunter
liegende Staubteilchen verursacht wird. Alternativ kann anstelle
eines Oberflächenmodells ein dreidimensionales Objektmodell
ganz durch seine Art Tiefeneffekte in der Z-Dimension berücksichtigen. In
Anbetracht eines mathematischen Modells ist es ungeachtet seiner
Art oder Komplexität durch Parameter gekennzeichnet. Eine
Version des Aktualisierungsschritts 850 passt diese Parameter
an oder stellt sie ein, um zu bewirken, dass die Verbindungspositionen
gemäß dem Modell den tatsächlichen gemessenen
Verbindungspositionen besser entsprechen. Der Anpassungs- oder Einstellalgorithmus kann
viele Formen annehmen, wie Fachleute angesichts der Lehren hierin
erkennen können. Wenn beispielsweise das Werkstückmodell
in seinen Parametern linear ist (was möglich ist, selbst
wenn das Modell selbst nicht-linear oder nicht-planar ist), dann kann
ein Algorithmus kleinster Quadrate implementiert werden, um die
Summe der Quadrate der Differenzen zwischen jeder modellierten und
tatsächlichen gemessenen Position zu minimieren. Dieser
gut bekannte Algorithmus kann rekursiv implementiert werden, so
dass jeder neue gemessene Datenpunkt das Modell etwas verfeinert.
Vorteile dieses Algorithmus umfassen die Verdünnung von
extremen oder fehlerhaften Messungen. Dieser Algorithmus kann auf
einer Basis pro Messung iteriert werden, nachdem jede Verbindungspositionsmessung
während eines Messtechnikdurchlaufs durchgeführt
ist, oder weniger häufig, wie z. B. am Ende eines Messtechnikdurchlaufs,
um mehrere Verbindungspositionsmessungen, die während des
Durchlaufs gesammelt werden, gemeinsam zu berücksichtigen.
Der Algorithmus kann in einer Form implementiert werden, um ihn
am besten an solche Faktoren wie die Geschwindigkeit des Bewegungstischs 170 und
die Bearbeitungsfähigkeiten der Steuereinheit 190,
die vorzugsweise den Algorithmus durchführt, anzupassen.
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Die
Reihenfolge von Durchläufen gemäß dem
Verfahren 800 kann alle X-Richtungs-Durchläufe,
gefolgt von allen Y-Richtungs-Durchläufen oder umgekehrt
sein. Alternativ kann das Verfahren 800 alternativ einige
X-Richtungs-Durchläufe, dann einige Y-Richtungs-Durchläufe
durchführen. Das Mischen von X-Richtungs-Durchläufen
und Y-Richtungs-Durchläufen kann die aktuelle Kalibrierung
sowohl in den X- als auch Y-Dimensionen durch periodische Aktualisierung
in jeder Richtung aufrechterhalten.
-
16B ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 900,
in dem die Messtechnik und Bearbeitung abwechselnd während
desselben Verbindungsdurchlaufs durchgeführt werden. Das
Verfahren 900 führt zuerst eine wahlweise anfängliche
Ausrichtung durch (810), wie vorstehend in Verbindung mit
dem Verfahren 800 beschrieben. Dann nimmt das Verfahren 900 für
jede Reihe von Verbindungen, die eine Bearbeitung erfordern, an,
dass die Reihe in Segmente, in denen die Bearbeitung erforderlich
ist, und in Segmente, in denen keine Bearbeitung erforderlich ist, unterteilt
ist. Die letzteren Segmente werden als "Nicht-Durchschmelz"-Segmente
in 16B bezeichnet, aber es ist selbstverständlich,
dass Dreheinrichtung Zweck der Bearbeitung nicht darin bestehen
muss, die Verbindungen zu zerstören oder "durchzuschmelzen".
Die Segmentierung kann durch beliebige Einrichtungen von Untersuchung
des Bearbeitungsplans (z. B. Verbindungsdefektliste oder Zielkarte 195)
durchgeführt werden. Am natürlichsten ist ein
Nicht-Durchschmelz-Segment einfach ein zusammenhängendes
Segment der Reihe, in dem keine Bearbeitung geplant ist. Da typischerweise
nur etwa 10% der Verbindungen eine Bearbeitung erfordern, wird erwartet,
dass signifikante Nicht-Durchschmelz-Segmente in den meisten Fällen
bestehen. Ein Nicht-Durchschmelz-Segment kann Spezialausrichtungsstrukturen
umfassen oder nicht, wie z. B. in 8B und 8C dargestellt.
Ungeachtet dessen, wie die Nicht-Durchschmelz-Segmente identifiziert sind,
testet (920) das Verfahren 900, ob es sich in
einem Nicht-Durchschmelz-Segment befindet oder sich einem nähert.
Wenn nicht, führt das Verfahren 900 einfach die
Bearbeitung entlang dieses Segments durch (930). Wenn es
sich um ein Nicht-Durchschmelz-Segment handelt, führt das
Verfahren 900 eine Messtechnikabtastung entlang dieses
Segments durch (940) (Umschalten von Laserbetriebsarten,
falls erforderlich, von Bearbeitung zu Messtechnik), aktualisiert
(850) wahlweise das Positionsmodell für das Werkstück 130 und
stellt (860) die Position des Bearbeitungslaserstrahlflecks 135 relativ
zum Werkstück 130 auf der Basis der Messtechnikabtastung
ein. Das Verfahren 900 ist für ein System mit überlappenden
oder identischen Messtechnik- und Bearbeitungslaserstrahlflecken
geeignet, die durch denselben Laser zur gleichen oder zu verschiedenen
Zeiten erzeugt werden können.
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In
Fällen, in denen die Wahl beim Formulieren des Bearbeitungsplans,
in dessen Hinsicht welche der verschiedenen möglichen redundanten
Elemente aktiviert oder intakt gelassen werden, um ein fehlerhaftes
Element auszutauschen, durchgeführt werden soll, kann die
Wahl dann so durchgeführt werden, dass die Größe
und/oder Verteilung von Nicht-Durchschmelz-Segmenten über
das Werkstück 130 maximiert wird oder andere erwünschte Verteilungen
von Nicht-Durchschmelz-Segmenten und/oder bearbeiteten Verbindungen
erzeugt werden. Es kann beispielsweise erwünscht sein,
einige Verbindungsdurchläufe und Nicht-Durchschmelz-Segmente
in sowohl den X- als auch Y-Bearbeitungsachsen so zu verteilen,
dass Messtechnik-Verbindungsdurchläufe in beiden Richtungen ausgeführt
werden können. Eine erwünschte Verteilung kann
auch teilweise oder ganz formuliert werden, um die Zeit zu minimieren,
die erforderlich ist, um das Werkstück auszurichten zugeordnet
zu bearbeiten.
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16C ist ein Ablaufplan eines Verfahrens 1000,
in dem die Messtechnik und Bearbeitung gleichzeitig während
eines Verbindungsdurchlaufs durchgeführt werden. Das Verfahren 1000 führt
zuerst eine wahlweise anfängliche Ausrichtung durch (810),
wie vorstehend in Verbindung mit dem Verfahren 800 beschrieben.
Dann führt das Verfahren 1000 eine Bearbeitung
entlang der Reihe durch (1020), während gleichzeitig
die Messtechnik entlang derselben oder einer anderen Reihe, durchgeführt
(1030) wird, wobei das Positionsmodell dementsprechend (falls
erforderlich) aktualisiert (850) wird und die Position
des Bearbeitungslaserstrahlflecks 135 auf der Basis der
Messtechnikergebnisse eingestellt (860) wird. Die Schritte 1020, 1030, 850 und 860,
wie geeignet, werden für jede Reihe von Verbindungen wiederholt.
Das Verfahren 1000 ist zur Verwendung bei den Laserstrahlfleck-Anordnungen,
die beispielsweise in 9 gezeigt sind,
geeignet.
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Verschiedene
hierin beschriebene Verfahren bestimmen die Positionen von Strukturen
auf oder in einem Halbleitersubstrat relativ zu einem Laserstrahlfleck.
Diese Verfahren erzeugen einen ersten Laserstrahl und breiten den
ersten Laserstrahl zu einem Laserstrahlfleck auf oder in dem Halbleitersubstrat
aus; erfassen eine Reflexion des ersten Laserstrahls an einer ersten
Struktur an oder in dem Halbleitersubstrat, wodurch erste Reflexionsdaten
erzeugt werden; erzeugen einen zweiten Laserstrahl und breiten den
zweiten Laserstrahl zu einem Laserstrahlfleck auf oder in dem Halbleitersubstrat
aus; erfassen eine Reflexion des zweiten Laserstrahls von einer
zweiten Struktur innerhalb eines gewissen Abstandes von der ersten
Struktur auf oder in dem Halbleitersubstrat, wodurch zweite Reflexionsdaten
erzeugt werden; und verarbeiten die ersten Reflexionsdaten und die
zweiten Reflexionsdaten, um eine Position von einer oder mehreren
der ersten und zweiten Strukturen zu bestimmen. Der gewisse Abstand kann
beispielsweise geringer als eine Seitenabmessung eines Chips 210 oder
enger, wie z. B. etwa 1 mm, etwa 100 Mikrometer, etwa 10 Mikrometer,
oder sogar derselbe wie der oder in der Größenordnung des
Verbindungsschrittweitenabstandes sein.
-
Verschiedene
hierin beschriebene Verfahren richten auch einen Laserstrahl in
Bezug auf ein Halbleitersubstrat mit einer Anzahl von Strukturen
auf oder in einem Halbleitersubstrat aus. Die Anzahl von Strukturen
legt eine Dichte der Strukturen auf oder in dem Halbleitersubstrat
fest. Diese Verfahren erzeugen einen oder mehrere Laserstrahlen;
breiten den einen oder die mehreren Laserstrahlen auf oder in das
Halbleitersubstrat aus; erfassen eine Anzahl von Laserstrahlreflexionen
von einer Anzahl von jeweiligen Reflexionszielen innerhalb eines
gegebenen Bereichs, wodurch Reflexionsdaten erzeugt werden; und
verarbeiten die Reflexionsdaten, um einen Laserstrahl in Bezug auf
das Halbleitersubstrat auszurichten. Ein Quotient der Anzahl von
Laserstrahlreflexionen, dividiert durch den gegebenen Bereich, liegt in
derselbe Größenordnung wie die Dichte der Strukturen
auf oder in dem Halbleitersubstrat oder innerhalb einer, zwei oder
drei Größenordnungen des Betrages der Dichte der
Strukturen.
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Verschiedene
hierin beschriebenen Verfahren positionieren auch einen Laserstrahlfleck
relativ zu einem Halbleitersubstrat mit Strukturen auf oder in dem
Halbleitersubstrat, die selektiv bearbeitet werden sollen, indem
ein Bearbeitungslaserstrahl zu einem Bearbeitungslaserstrahlfleck
geliefert wird. Diese Verfahren erzeugen einen Messtechnik-Laserstrahl;
breiten den Messtechnik-Laserstrahl entlang eines Ausbreitungsweges
zu einem Messtechnik-Laserstrahlfleck an oder nahe einer selektiv
zu bearbeitenden Struktur aus; Bewegen den Laserstrahlfleck relativ
zum Halbleitersubstrat mit einer Geschwindigkeit; erfassen eine
Reflexion des Messtechnik-Laserstrahls von der Struktur, wodurch
ein Reflexionssignal erzeugt wird, während die Bewegung
stattfindet; und bestimmen auf der Basis des Reflexionssignals eine
Position des Messtechnik-Laserstrahlflecks relativ zur Struktur.
Die Geschwindigkeit kann beispielsweise bei oder nahe einer Bearbeitungsgeschwindigkeit
liegen, wie z. B. von etwa 40 mm/s bis etwa 200 mm/s und insbesondere
schneller als etwa 100 mm/s, etwa 50 mm/s oder von etwa 25 mm/s
bis etwa 30 mm/s, kann jedoch nicht schneller als etwa 3 mm/s sein.
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Die
Algorithmen zum Betreiben der Verfahren und Systeme, die hierin
dargestellt und beschrieben sind, können in einer Vielzahl
von Formen sowohl aktiv als auch inaktiv existieren. Sie können
beispielsweise als ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme
existieren, die aus Programmbefehlen im Quellencode, Objektcode,
ausführbaren Code oder anderen Formaten bestehen. Beliebige der
obigen können auf einem computerlesbaren Medium verkörpert
sein, das Speichervorrichtungen und Signale in komprimierter oder
unkomprimierter Form umfasst. Beispielhafte computerlesbare Speichervorrichtungen
umfassen einen herkömmlichen Computersystem-RAM (Direktzugriffsspeicher),
ROM (Festwertspeicher), EPROM (löschbarer, programmierbarer
ROM), EEPROM (elektrisch löschbarer, programmierbarer ROM),
Flash-Speicher und magnetische oder optische Platten oder Bänder.
Beispielhafte computerlesbare Signale, ob unter Verwendung eines
Trägers moduliert oder nicht, sind Signale, auf deren Zugriff
ein Computersystem, das ein Computerprogramm beherbergt oder abarbeitet,
konfiguriert sein kann, einschließlich Signalen, die über
das Internet oder andere Netzwerke heruntergeladen werden. Konkrete
Beispiele für die vorangehenden umfassen die Verteilung
von Software auf einer CD-ROM oder über Internet-Download.
In einer Hinsicht ist das Internet selbst als abstrakte Entität
ein computerlesbares Medium. Dasselbe gilt für Computernetzwerke
im Allgemeinen.
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Die
hierin verwendeten Begriffe und Beschreibungen sind nur zur Erläuterung
dargelegt und sind nicht als Begrenzungen gedacht. Fachleute werden
erkennen, dass viele Veränderungen an den Details der vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können,
ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen.
Der Schutzbereich der Erfindung sollte daher nur durch die folgenden
Ansprüche (und ihre Äquivalente) bestimmt werden,
in denen alle Begriffe in ihrem breitesten vernünftigen
Sinn zu verstehen sind, wenn nicht anders angegeben.
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Zusammenfassung
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Verschiedene
Verfahren (600, 700) und Systeme (100)
messen, bestimmen oder richten eine Position eines Laserstrahlflecks
relativ zu einem Halbleitersubstrat (130) mit Strukturen
(410) auf oder in dem Halbleitersubstrat (130)
aus, die durch Liefern eines Bearbeitungslaserstrahls zu einem Bearbeitungslaserstrahlfleck
(135) selektiv bearbeitet werden sollen. Die verschiedenen
Verfahren (600, 700) und Systeme (100)
verwenden diese Strukturen (410) selbst, um die Messung,
Bestimmung oder Ausrichtung durchzuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6172325 [0042]
- - US 4941082 [0044]
- - US 6593542 [0062]