JP2003524892A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 １つ以上のワークピース領域を有するワークピースのレーザー熱加工を実施する装置であって、該装置は以下：
１０００より多い空間モードを有し、かつ１ナノセカンドと１マイクロセカンドの間の時間パルス長を伴う１つ以上の放射パルスを放出し得る、パルス化した固体レーザー光源；
該ワークピースを支持するためのワークピースステージ；および、
露光領域を有する照明光学系であり、該系は、該露光領域内で、±５％未満の放射度均一性を有する該１つ以上の放射パルスを用いて、該１つ以上のワークピース領域のうちの少なくとも１つを照射するように、該レーザー光源とワークピースステージとの間に配置される、照明光学系、
を備える、装置。
【請求項２】 請求項１に記載の装置であって、前記照明光学系が、前記レーザー光源から光軸に沿って、以下の順で：
ビーム輸送系；
ディフューザー；
光学積分器；
前記露光領域の大きさを規定するための可変開口絞り；および、
該露光領域を形成するための結像光学系、
を備える、装置。
【請求項３】 前記放射を減衰させるために、前記レーザー光源と前記ディフューザーとの間に配置された可変減衰器要素をさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】 請求項３に記載の装置であって、前記可変減衰器によって供給される減衰量を制御するために、前記可変減衰器要素に効果的に接続された可変減衰器制御ユニットをさらに備える、装置。
【請求項５】 前記光学積分器と前記可変開口絞りとの間に配置されたビーム輸送光学系をさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項６】 前記可変開口絞りの大きさを制御するために、該可変開口絞りに効果的に接続された可変開口絞り制御ユニットをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】 前記光学積分器が、該積分器を通して通過する前記放射のいくらかが少なくとも４回の反射を行うように設計された光トンネルである、請求項２に記載の装置。
【請求項８】 前記レーザー光源が、±５％未満のパルス間安定性を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】 前記照明光学系に関連して前記ワークピースステージを制御し、かつ配置するための、ワークピースステージ制御ユニットをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】 請求項１に記載の装置であって、前記レーザー光源が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ガラスレーザー、アレキサンドライトレーザー、およびＴｉ：サファイア（Ｓａｐｈｉｒｅ）レーザーからなるレーザー光源の群より選択された１つである、装置。
【請求項１１】 請求項１に記載の装置であって、該装置は以下：
前記ワークピースステージに電子的に接続されたコンピューター；および、
前記露光領域と該ワークピースとの間の整列状態を測定し、かつ該整列状態に対応する電子シグナルを該コンピューターに提供するために、該コンピューターに電子的に接続された整列システム、
をさらに備える、装置。
【請求項１２】 請求項１に記載の装置であって、該装置は以下：
ワークピースを前記ワークピースステージに、および該ワークピースステージから移動させるためのワークピース操作システム、
をさらに備える、装置。
【請求項１３】 前記ワークピース操作システムを介して、前記ワークピースステージに、および該ワークピースステージから移動されるべきワークピースを収納するための、ワークピース収納ユニットをさらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】 １つ以上のワークピース領域を有するワークピースのレーザー熱加工を実施する装置であって、該装置は、第一軸に沿って、以下の順で：
１０００より多い空間モードを有し、かつ１ナノセカンドと１マイクロセカンドの間の時間パルス長を伴うパルス化した放射を放出し得る、パルス化した固体レーザー光源；
ビーム輸送光学系；
ディフューザー；
該ディフューザーから光を受け取るように配置された光学積分器；
可変開口絞り；
±５％未満の放射度均一性を伴う露光領域を有する結像光学系；および、
該１つ以上のワークピース領域のうちの１つが、該露光領域内に含まれるように、該ワークピースを支持するための、ワークピースステージ、
を備える、装置。
【請求項１５】 請求項１４に記載の装置であって、該装置は以下：
前記光源と前記光学積分器との間に配置された可変減衰器要素であり、該可変減衰器要素が、第一電子シグナルを介して、該可変減衰器要素を制御し得る減衰器制御ユニットに効果的に接続された、可変減衰器要素；
第二電子シグナルを介して、前記可変開口絞りの大きさを制御するために、該可変開口絞りに効果的に接続された、可変開口絞り制御ユニット；
第三電子シグナルを介して、前記露光領域に対応して前記ワークピースステージを制御し、かつ配置するために、該ワークピースステージに電子的に接続された、ワークピースステージ制御ユニット；ならびに、
第四、第五および第六電子シグナルのそれぞれを介して、該減衰器制御ユニット、該可変開口絞り制御ユニットおよび該ワークピースステージ制御ユニットの各々を制御するために、該減衰器制御ユニット、該可変開口絞り制御ユニットおよび該ワークピースステージ制御ユニットに電子的に接続された、コンピューター、
をさらに備える、装置。
【請求項１６】 請求項１５に記載の装置であって、前記露光領域と前記１つ以上のワークピース領域のうちの１つとの間の整列状態を測定し、かつ該整列状態に対応する情報を含む第七電子シグナルを、前記コンピューターに提供するために、該コンピューターに電子的に接続された整列システムをさらに備える、装置。
【請求項１７】 請求項１６に記載の装置であって、該装置は以下：
前記結像光学系と前記ワークピースステージとの間に配置されたビームスプリッター；
前記光源から該ワークピースステージまで移動する放射の一部分を受け入れるように、該ビームスプリッターを通過し、かつ前記第一軸に垂直である第二光軸に沿って配置された第一検出器であり、該第一検出器は、前記コンピューターに電子的に接続され、かつ該受け入れられた放射の第一部分に応答して、第八電子シグナルを該コンピューターに伝達し得る、第一検出器；および、
該ワークピースから反射された放射の一部分を受け入れるように、該第二光軸に沿い、かつ該第一検出器に対向した該ビームスプリッターの第二表面に近接して配置された第二検出器であり、該第二検出器は、該コンピューターに電子的に接続され、かつ該反射された放射の一部分に応答して、第九電子シグナルを該コンピューターに伝達し得る、第二検出器、
をさらに備える、装置。
【請求項１８】 露光領域にわたってワークピースのレーザー熱加工を実施する方法であって、該方法は以下の工程：
ａ．該ワークピースを該露光領域に対して整列させる工程；
ｂ．１０００より多い空間モードを有するレーザー光源からの放射度を有し、かつ±５％未満のパルス間再現性を伴う１ナノセカンドと１マイクロセカンドの間の時間パルス長を有する放射パルスを放出し得る、実質的に非干渉性の１つ以上の放射パルスを提供する工程；
ｃ．該１つ以上の放射パルスの均一性が、該露光領域にわたって±５％未満で変化するように、該１つ以上の放射パルスを均一化する工程；および、
ｄ．該露光領域にわたって、該１つ以上の放射パルスを用いて該ワークピースを露光する工程、
を包含する、方法。
【請求項１９】 請求項１８に記載の方法であって、該方法は以下の工程：
ｅ．前記ワークピースから反射された前記１つ以上の放射パルスをモニタリングする工程；および、
ｆ．該モニタリングする工程ｃに基づいて、該ワークピースを露光する前記工程ｄを制御する工程、
をさらに包含する、方法。
【請求項２０】 ｇ．前記露光領域の寸法を変化させる工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】 請求項１８に記載の方法であって、前記１つ以上の放射パルスを均一化する前記工程ｃが、
ｅ．ディフューザーを通して該１つ以上の放射パルスを通過させる工程、および
ｆ．該１つ以上の放射パルスが、少なくとも８回反射表面から反射するように、該反射表面を有する光トンネルを通して、工程ｅの該ディフューザーからの該１つ以上の放射パルスを通過させる工程
を包含する、方法。
【請求項２２】 ｅ．前記露光領域にわたる所望の放射度に達するように、前記工程ｂの１つ以上の放射パルスを減衰させる工程をさらに包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】 前記レーザー光源が、１０，０００より多い空間モードを有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】 前記１つ以上の放射パルスの各々が、０．１Ｊ／ｃｍ^２と１Ｊ／ｃｍ^２との間の放射度を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】 ｃ．前記ワークピースを自動的に移動させ、そして該ワークピースを別のワークピースに置きかえる工程をさらに包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】 露光領域にわたってワークピースのレーザー熱加工を実施する方法であって、該方法は以下の工程：
ａ）該ワークピースを該露光領域に対して整列させる工程；
ｂ）１つ以上の放射パルスを生じさせるために、１０００より多い空間モードを有するレーザー光源を活発化させる工程；
ｃ）パルス化した放射の均一化されたビームを形成するために、該１つ以上の放射パルスを均一化させる工程；
ｄ）可変開口絞りに該パルス化した放射の均一化させたビームを送達する工程；および、
ｅ）該パルス化した放射の均一化させたビームを用いて、該ワークピースを露光させるように、該ワークピースの上に該可変開口絞りを結像化する工程、
を包含する、方法。
【請求項２７】 ｆ．前記レーザー光源から前記ワークピースまで移動する前記均一化させたビームの一部分をモニタリングする工程をさらに包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】 前記照明が、±５％未満の均一性を有する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】 ｆ．前記ワークピースから反射された、前記均一化させたビームの一部分をモニタリングする工程をさらに包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】 前記均一化させる工程ｃが、
ｆ．ディフューザーおよび光学積分器を通して前記１つ以上の放射パルスを通過させる工程
を包含する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】 前記１つ以上の放射パルスが、±５％未満のパルス間安定性を有する、請求項２６に記載の方法。

図１に引き続くと、ワークピース７４は、表面７４Ｓを有し、かつ代表的には、この表面にわたって配置された１つ以上のワークピース領域７８を備える。ワークピース７４は、例えば、ワークピース領域７８にわたって配置された、複数の集積回路素子を有し、かつ熱的焼戻しを要求するシリコン半導体基板であり得る。ワークピースステージ７０は、１つ以上のワークピース領域７８にわたって露光されるようにワークピース７４を配置するために、ワークピースステージの位置を制御するためのワークピースステージコントローラー８０に電子的に接続される。ワークピースステージコントローラー８０は、次には、電子シグナルおよびこのコントローラー８０に適用される電子シグナルを介して、ワークピースステージを制御するコンピューター２０に電子的に接続される。