JP2013099784A - 予測的パルストリガーの使用によるリンク加工における精度の向上 - Google Patents

Abstract

【課題】リンク加工システムにおいて、レーザビーム軸の速度が速くなるのに従い、所望の標的にレーザパルスの発生をトリガーする能力が低下するのを防止する。
【解決手段】予測的パルストリガー(ＰＰＴ)法によって、リンク加工システムにおいてレーザビーム１００の正確なトリガーが可能になる。ＰＰＴ法では、ターゲット１０６とレーザビーム軸１０８について推定される相対運動パラメータに基づいてレーザビームをトリガーすることが必要になる。ＰＰＴ法では、レーザ位置決め精度において、従来の全面的な測定ベースの方法に対して、６倍の向上が可能になる。
【選択図】図１

Description

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(C) 2008 Electro Scientific Industries, Inc. 本特許文献の開示の一部分は、著作権保護の対象である資料を含んでいる。本著作権所有者は、特許商標庁の特許包袋または記録に現れるように何人が本特許文献または特許開示をファクシミリ再生することに対して異議はないが、そうではない場合、何であれ、37 CFR§1.71(d)に従って全ての著作権を留保する。

本開示は、ターゲット試料を加工するために使用されるパルスレーザ技術に関する。

集積回路、特に、コンピュータのメモリアレイに使用される集積回路は、多くの場合、繰り返しパターンとして設計され、半導体チップの大きい領域に亘って複製される単位セルを使用する。このような高密度回路の製造歩留まりは、低くなりがちである。というのは、粒子又は他の欠陥が電気的能動素子又は接続配線と重なり、それらを動作不能にする確率がより高いからである。この問題を解決する１つの方法としては、電気試験中に発見される障害セルの代わりに使用できる冗長セルを組み込むことが必要になる。レーザビームは、他はそのままにして、特定の電気的接続箇所を切断することによって、この置換ステップを遂行することができる。

このエラー訂正プロセスは、ウエハを個々のチップに分割するのに先立つ、ウエハレベルで最も効率よく実行される。典型的なメモリの修復システムでは、ウエハまるごと、ロボット制御によるステージに載せて、レーザ光学アセンブリの下に搬送される。そのアセンブリは、レーザビーム軸が所望の接続点又はリンクと合ったとき、レーザパルスをトリガーするようにプログラムされている。リンクに対するウエハ上のレーザビーム軸の速度（リンクラン(link run)速度の別名でも知られる）と、レーザビームトリガーシステムの精度とがこのようなリンク加工のプラットホームの品質と処理能力を規定する。

現在のところ、レーザ修復システムは、約２マイクロメートル間隔の素子に関して、210mm/sまでのリンクラン速度で、１秒当たり100,000リンクを加工することができる。メモリ修復に適したレーザは、現在、150kHz又は150,000パルス／秒までのパルス繰り返し周波数(PRF)が利用できる。レーザの進歩によって、パルス繰り返し周波数の増加が続いており、数百kHzのレーザが見込まれる。Electro Scientific Industries社、本特許の譲受人は、モデル9850デュアルビームリンク加工システムを提供しており、これは、特定の動作モードで、レーザPRFを倍にすることが可能である。レーザPRFとリンク・ピッチの積の速度で、リンクランを加工することが望ましい。この速度が、システムの最大性能を越える場合、リンクランは、より低い速度で実行する必要がある。従って、レーザビームパルスは、レーザビーム軸が１つのターゲットから次のターゲットへ進むことができる速度より遥かに速い速度でトリガーしてよい。この差によって、リンクラン速度を相当に増加させる機会が提供される。

本開示は、「予測的パルストリガー」（ＰＰＴ）法について説明しており、その方法によって、リンク加工システムにおいてレーザビームをトリガーする場合にシステム精度を向上することができる。ＰＰＴ法は、好適な実施形態においては、ウエハを支持するステージが、例えば、一定の高速度で移動中、「オンザフライ（on the fly）」でのレーザパルストリガーを可能とする。ＰＰＴ法では、リンクとレーザビーム軸の位置を推定し、その推定に基づいてレーザビームをトリガーすることが必要になる。ウエハ支持ステージの位置表示を与える計測源には、干渉計、光学エンコーダ、及び他の多くの種類のセンサーが含まれる。

ウエハ支持ステージ位置の測定とそのやり取りに基づいてレーザパルスの発生をトリガーする現行の最先端のシステムは、予測されたパラメータの使用で特徴付けられるエラーの大きさに比べて、10倍よりも大きいエラーの大きさを特徴とする。測定されたパラメータを使用してレーザビームをトリガーする場合における誤差は、リンクラン速度とともに直線的に増加する、即ちレーザビーム軸の速度が速くなるのに従い、その軸の位置を正確に測定し且つ、所望のリンクを標的としてレーザパルスの発生をトリガーする能力は低下する。システム誤差の程度は、より高速なサンプリング速度（即ち、単位時間当りの測定が多い）ほどより正確であるという点で、測定サンプリング周波数に依存する。対照的に、ＰＰＴ法を使用するレーザビームのトリガーにおける誤差は、主として推定値の正確さに依存する。これらの推定値は、異なる時刻でのステージ位置の複数の測定値、リンクラン速度、及びその他のデータに基づいてよい。これらの推定値は、個々のセンサー測定値より相当正確となり得るものであり、利用可能なセンサーより早いサンプリングレートで生成され得る。

更に別の態様、及び利点は、添付の図面を参照しながら進める好適な実施形態についての以下の詳細な記述から明らかになる。

ターゲット試料の表面に向けられているレーザビームの図である。 切断対象のリンク列に沿うリンクラン速度、Ｖ_Lで移動するレーザビームスポットの図であり、リンクを切断するレーザビームのトリガーのための位置ベースの判断基準を示している。 専ら測定ベースである従来のレーザパルストリガー法の概略を示すフローチャートである。 測定位置データと外挿位置データを比較し、ＰＰＴ法の平滑効果を示す一組のグラフである。 ＰＰＴ法の推定アルゴリズムのステップについて詳しく述べているブロック図である。 動きパラメータと推定値との組み合わせに基づくＰＰＴレーザビームトリガー法の概略を示すフローチャートである。

図１は、伝播軸に沿って、半導体ウエハ102の表面に向けられているパルスレーザビーム100を描いている。ウエハ102は、可動支持体またはステージ104上に置かれている。ウエハ表面上の特徴物は、レーザビーム100によって加工されるターゲット構造物106の列を含む。レーザビーム100のビーム伝播軸108の位置は、支持体104の移動によってのみならず、ビーム伝播軸108の方向を変えることができるミラー110及びレンズ112などの光学構成部品を制御することによって、ターゲット構造物106に対して動かしてよい。

測定位置データに基づく標準のトリガー方法に対してＰＰＴ法の比較優位が、リンク加工システムにおけるレーザビームパルスの発生のトリガーに関連して、図２と図３を参照して、以下に説明されている。図２は、ターゲット構造物またはリンク106の列に沿って移動するレーザビーム軸108を描いており、その中のリンク106の幾つかは、切断が指定されている。ビーム軸108は、ウエハ102上のレーザビームスポット114の中心を規定する。図３は、従来の測定ベースのレーザパルストリガー法に従って実行される処理ステップを示すフローチャートである。図２と図３を参照すると、コネチカット州ミドルフィールドにあるZygo社から入手できるZMI2001などの干渉計（図示せず）は、時間軸上（time-displaced）の周期的な間隔で、支持体104の位置を測定することによって、ウエハ102に対するビーム軸108の位置Ｐ_Ｍを測定する。ビーム軸位置Ｐ_Ｍは次に所望のトリガー位置Ｐ_Ｔと比較される。残りのターゲット移動距離｜Ｐ_Ｍ−Ｐ_Ｔ｜が次に評価され、レーザビームスポット114が、リンクトリガー位置Ｐ_Ｔを中心として、許容可能な位置トリガー・ウィンドウＰ_Ｗの中にあるかどうかが判定される。この条件が充たされない場合、レーザビーム軸108は、レーザビーム100を作動するには、ターゲットからあまりに遠くにある。従って、ステージ104は、ターゲットリンク106に対して、レーザビーム軸108の位置Ｐ_Ｍをリンクラン速度Ｖ_Lで動かし続け、Ｐ_Ｍの測定が繰り返えされる。移動距離｜Ｐ_Ｍ−Ｐ_Ｔ｜が位置ウィンドウＰ_Ｗの中にあるときはいつでも、レーザビームパルス100がトリガーされ、リンク106が切断される。

トリガー位置Ｐ_Ｔは、軸位置Ｐ_Ｍがトリガー位置Ｐ_Ｔに一致したときレーザパルスを発生し、その結果レーザビームスポット114が位置Ｐ_Ｌにある指定のターゲットリンク106上に正確に送出されるように決められる。通常、トリガー位置は、リンク位置の前方であって、レーザ電源及びレーザヘッドがパルスを発生し且つ光が光学系を伝播する時間が考慮されている。所定のパルス発生及び伝播時間Ｔ_propを伴うリンクラン速度Ｖ_Lでは、トリガー位置Ｐ_Ｔ＝Ｐ_Ｌ−Ｖ_LＴ_propである。しかし、トリガー位置は、リンク位置でよい。

標準的なトリガー法は、高速のリンクラン速度では問題になる。なぜなら位置測定の精度とサンプリングレートが、レーザビーム100のトリガーに所望の精度を提供するには不十分だからである。ところが、ＰＰＴ法は、より高頻度に実際の位置測定を行う代わりに、中間の位置を推定することによって、位置測定のサンプリングレートを上げるという便益を提供する。ＰＰＴ法について、図４と図５を参照して、以下に説明する。図４、グラフＡでは、グレーの丸点は、レーザビーム軸108が、切断対象のターゲットリンク106の列に沿って移動するとき、ｆ_Ｍ＝7.1MHzのサンプリングレートで取得された、可動ウエハ支持体104の測定位置Ｐ_Ｍを表す。ｆ_Ｅ＝100MHzで算出された同じステージの外挿位置Ｐ_Ｅが黒色点で示されている。各測定区間内に100/7.1=14の外挿位置Ｐ_Ｅがある。図４のグラフＡに示されている位置データから適合曲線を減算することによって拡大比較を行ってよく、そこで得られる差分位置データ310が図４のグラフＢに示されている。図４のグラフＢは、外挿によって得られるより高い精度レベル314と比較して、測定位置データセットにおいて持ち上げられたノイズレベル312を示している。

図４、グラフＣは、ＰＰＴ法を使用する中間位置の推定によるトリガー・ウィンドウに関する効果を示している。ウエハ102が高速度で移動するときには、レーザビーム100を成功裏にトリガーするための位置トリガー・ウィンドウＰ_Ｗの幅が大きくなる。さらに、レーザビーム軸108がいつ位置ウィンドウＰ_Ｗ内に位置付けられるかを知ることは、レーザビーム軸位置の高頻度なフィードバックに依っている。従って、位置トリガー・ウィンドウＰ_Ｗに対する許容可能な選択は、測定サンプリングレートｆ_Ｍによって決定される。本例における外挿位置データのサンプリングレート、ｆ_Ｅは、測定サンプリングレートｆ_Ｍより約14倍高い。従って、ＰＰＴ法を使用するときのトリガー・ウィンドウＰ_Ｗｉｎは、ＰＰＴ法の恩恵を持たないトリガー・ウィンドウＰ_Ｗより14倍も狭く、それによって、トリガーにおいて非常に高い精度が可能となる。

図５は、瞬時速度測定値を基に位置Ｐ_Ｅを外挿するのに使用されるアルゴリズムの説明に有用なブロック図である。図６は、図５に図示されているサブシステムの動作によって実現されるアルゴリズムに従って実行される処理ステップを示すフローチャートである。図５の中の「Zygo位置Ｚ_ｎ」は、Zygo干渉計によって与えられるウエハ支持体位置の測定値列を示す。測定されたウエハ支持体位置Ｚ_ｎの平均値Ａ_ｎ及び瞬時リンクラン速度Ｖ_Ｌが位置算出モジュール320への入力であり、そのモジュールは、単に、標準の運動方程式、Ｘ_new＝Ｘ_old＋Ｖ_Lｔに従い外挿されたレーザビーム位置Ｐ_Ｚを前に進める。ここでｔは最後の位置測定からの経過時間を表す。通常、ＰＰＴ位置の推定値は、10ナノ秒の周期Ｔ_ｅに相当するレートｆ_ｅ＝100MHzで生成される。

従来の方法の実行に由来する誤差の原因は、次のように理解される。まず、位置ウィンドウＰ_Ｗは、公式には、１サンプル周期、Ｔ_Ｍ内に移動する最大距離に装置ベースの定数Ｐ_Ｆ＝５nmを加算して定義される。最大ステージ速度は、多めに、所望のリンクラン速度Ｖ_Ｌの1.3倍と想定される。従って、位置ウィンドウは、Ｐ_Ｗ＝1.3Ｖ_ＬＴ_Ｍ＋Ｐ_Ｆであり、ここでサンプル周期Ｔ_Ｍは、センサーのサンプリングレートf_Ｍの逆数である。例えば、センサーサンプリングレートｆ_Ｍ＝6.7MHz及びリンクラン速度Ｖ_Ｌ＝200mm/sの場合、推定位置ウィンドウはＰ_Ｗ＝44nmである。ウィンドウは、トリガー位置を中心としているので、この値は、レーザビーム100の位置決めにおける22nmの最悪ケース誤差の２倍を表し、その値は、センサーのサンプリングレートｆ_Ｍとレーザビーム軸108がウエハ102を横切る際のリンクラン速度Ｖ_Ｌとによって一意に決定される。

図６を参照するに、ＰＰＴ法は、近似のステージ速度Ｖ_stageとして、測定値Ｖ_means、推定値Ｖ_estまたは単に速度設定値Ｖ_com（「指令速度」）の何れかを利用する。決定ブロック330によって示されているように、レーザパルスのトリガーは、その次に、２つの方法−時刻ベースのトリガーまたは位置ベースのトリガーの１つによって遂行してよい。決定ブロック330の「Ｐ」出力によって示されているように、位置ベースのトリガー実施形態では、残余移動距離｜Ｐ_Ｅ−Ｐ_Ｔ｜が位置ウィンドウＰ_winと比較される。ここでＰ_Ｅは外挿位置を表し、Ｐ_winは、より高速のＰＰＴサンプリングレートｆ_Ｅの結果として得られるより狭い位置ウィンドウを表す。決定ブロック330の「Ｔ」出力によって示されているように、時刻ベースのトリガー実施形態では、移動距離｜Ｐ_Ｅ−Ｐ_Ｔ｜を近似のステージ速度Ｖ_stageで除して、レーザトリガー時刻Ｔ_trigが計算される。

ＰＰＴ法を使うトリガー・ウィンドウＰ_winは、以前に導入した式Ｐ_win＝1.3Ｖ_ＬＴ_ｅ＋Ｐ_ＦにＰＰＴパラメータを代入することによって計算してよい。同じ200mm/sのリンクラン速度、及び100MHzの推定頻度に対して、トリガー・ウィンドウ幅は、たった7.6マイクロメートルに減り、最悪ケース誤差は、僅か3.8マイクロメートルである。この最悪ケース位置誤差を、従来の方法を使用して上で計算した22nmの対応する最悪ケース位置誤差に比較すると、従来の方法に対して、ＰＰＴ法を使う場合、位置決め精度が６倍より大きく向上することが明らかである。

別の実施形態は、位置と速度の様々な測定装置を、干渉計に対する代替手段として使用するものである。たとえば、光学または干渉法によるエンコーダ；温度、圧力、又は歪みゲージセンサー；超音波、オートコリメータ、光学センサー（カッドセル(quad cell)、PSD，CCD視覚センサー）、そして電子工学センサー（容量性、誘導性、LVDT）である。さらに、推定値を生成する、様々な別のデータ処理構成には、計算にFPGAを使用するリンクプロセッサボード(LIP)、及びデジタル信号処理プロセッサを用いる実時間コンピュータ(RTC)が含まれる。適用できる信号処理技術には、ニューロネットワーク、信号フィルタリング及び平滑化、カルマンフィルタリング、そしてファジーロジックが含まれる。

この技術分野の当業者にとっては、上記に記載している実施形態の詳細に対して、本発明の基本原理から逸脱せずに、多くの変更を加えることができることは明らかであろう。従って、本発明の範囲は、以下の請求範囲によってのみ決定されるべきである。

Claims (14)

1. ターゲット試料の加工のために案内されるレーザパルスの発射をトリガーする方法において、
   前記レーザパルスは、ビーム軸に沿って伝播し、前記ターゲット試料は、支持体に取り付けられ、前記ビーム軸と前記支持体は互いに相対的にある速度で移動し、前記ターゲット試料の指定位置へのレーザパルスの入射によって前記ターゲット試料を加工する方法であって：
   測定サンプリングレートに対応する時間軸上の複数の測定区間で、前記ビーム軸と前記支持体との間の対応する相対位置を測定し、相対位置データの測定値を取得する処理と、
   時間軸上の前記複数の測定区間の各範囲内の異なる時点に対する相対位置データを推定し、前記相対位置データの推定値は、前記測定サンプリングレートより大きい外挿位置データサンプリングレートに対応する異なる時点における前記ビーム軸と前記支持体間の外挿相対位置に対応し、時間軸上の複数の測定区間のそれぞれについて、前記外挿相対位置は前記相対位置データの測定値、速度、及び測定区間内での経過時間の値から導出される処理と、
   相対位置データの前記推定値を、特定のターゲット試料位置に関するレーザパルストリガー位置と比較し、特定されたターゲット試料位置の中から選択された１つに関するトリガー・ウインドウ内にビーム軸が存在するか判定する処理であって、前記トリガー・ウインドウは測定サンプリングレートの外挿位置データサンプリングレートに対する比に関連して設定される処理と、
   トリガー・ウインドウ内のビーム軸の出現判定に対応して、レーザパルスの発射をトリガーし、特定されたターゲット試料位置の中から選択された１つについてターゲット試料を加工する処理と、
   を含む方法。
2. 前記速度は、前記ビーム軸と前記支持体との間の前記相対位置の１つに対応する測定された速度値を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記速度は、前記ビーム軸と前記支持体との前記相対運動について指令された設定速度を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記速度は、前記ビーム軸と前記支持体との前記相対運動に基づく推定値を含む、請求項１に記載の方法。
5. 時間軸上の前記複数の測定区間で実行された相対位置の測定は、干渉計によって提供される、請求項１に記載の方法。
6. 時間軸上の前記複数の測定区間で実行された相対位置の測定は、光学又は干渉法によるエンコーダによって提供される、請求項１に記載の方法。
7. 相対位置データの予測は、カルマンフィルターを利用する、請求項１に記載の方法。
8. 相対位置データの予測は、FPGAを使用する処理回路を利用する、請求項１に記載の方法。
9. 外挿相対位置に対応する相対位置データの予測は、前記速度を使用し、時間軸上の前記複数の測定区間より短い時間区間で、増分位置の値を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 外挿相対位置が導き出される相対位置データの値は、時間軸上の以前の測定区間の数に対応する、請求項１に記載の方法。
11. 前記支持体は、移動ステージを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記ターゲット試料は、導電性リンク構造物が作られている半導体ウエハを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記トリガー・ウインドウは、トリガータイム・ウインドウを表し、レーザパルスの発射のトリガーは、前記トリガータイム・ウインドウ内のある時刻に実行される、請求項１に記載の方法。
14. 前記トリガー・ウインドウは、トリガー位置・ウインドウを表し、レーザパルスの発射のトリガーは、前記トリガー位置・ウインドウ内のビーム軸の出現により実行される、請求項１に記載の方法。

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