JP5055443B2 - メモリリンク処理用の走査ビーム経路の誤差の補正 - Google Patents

Description

この出願は、２００１年２月１６日に出願された米国分割出願番号６０／２６９，６４６からの優先権を主張する。

本発明は、回路リンクのレーザ処理に関し、特に、レーザビームを用いるレーザ装置及び方法、並びにステージの位置決め誤差を補償するとともにスループットを切り離すリンクを向上するためにステアリングミラーと共同する基板位置決め装置に関する。

集積回路（ＩＣ）装置製造工程における生産の際に、基板層若しくはパターンの位置決め変動又は個々の汚染物質に起因する欠陥がしばしば生じる。図１，２A及び２Bは、ＩＣ装置の繰返しの電子回路１０、すなわち、典型的にはメモリセル２０の予備の行１６及び列１８のような冗長回路素子１４の複数の繰返しを有するよう行又は列で製造されるワークピース１２を示す。図１，２A及び２を参照すると、回路１０は、例えば欠陥のあるメモリセル１０を切り離すように除去することができる電気的なコンタクト部間の特定のレーザで切断可能な回路リンク２２を有するようにするとともに、ＤＲＡＭやＳＲＡＭのような記憶装置又ははめ込まれたメモリの置換用冗長セル２２を置換するようにも設計される。同様な技術は、論理積をプログラムするリンク、ゲートアレイ又はＡＳＩＣを切り離すためにも使用される。

リンク２２は、約２．５μｍの通常のリンク幅２８、リンク長３０、及びリンク基板３６のような隣接する回路基板すなわち素子３４から約８μｍの素子間ピッチ（中心間スペース）３２を有するよう設計される。大抵の有効なリンク材料がポリシリコン又は同様な組成であるとしても、メモリ製造者は、アルミニウム、銅、金、ニッケル、チタン、タングステン、プラチナ及び他の金属、ニッケルクロマイド(nickel chromide)のような金属合金、窒化チタンや窒化タンタルのような窒化金属、珪化タングステンのような珪化金属又は他の金属のような材料を含む種々の導電金属リンク材料を採用する傾向にあり、導電金属リンク材料は、これらに限定されるものではない。

回路１０、回路素子１４又はセル２０は欠陥検査される。欠陥を除去するために切断すべきリンクは、装置検査データから決定され、これらリンクのロケーションは、データベース又はプログラムにマッピングされる。回路リンク２２を切断するために、２０年を超える期間においてレーザパルスが用いられている。図２Ａ及び２Ｂは、リンク２２から構成されたリンク構造３６に当たるスポットサイズ経４０のレーザスポット３８を示し、リンク２２は、シリコン基板４２の上で、（図２Ａに示すが図２Ｂに示さない）上にあるパッシベーション層４４及び（図２Ｂに示すが図２Ａに示さない）下にあるパッシベーション層４６を有するパッシベーション層スタックを構成する層の間に配置される。図２Ｃは、リンク２２がレーザパルスによって除去された後の図２Ｂのリンク構造の一部断面図である。

図３は、従来のリンク処理位置決め装置によって実行されるビーム位置決め進行経路５０の平面図である。リンク２２が典型的には行１６及び列１８（各々を破線で示す。）に配置されるので、ビーム位置したがってレーザスポット３８は、第１進行方向５２の軸に沿ったリンク位置上を走査し、互いに相違する行１６又は列１８に移動し、第２進行方向５４の軸に沿ったリンク位置の上を走査する。当業者は、走査がワークピース１２の移動、レーザスポット３８の移動、ワークピース１２及びレーザスポット３８の移動を含むことを理解する。

従来の位置決め装置はＸ−Ｙテーブルによって特徴付けられ、Ｘ−Ｙテーブルにおいて、ワークピース１２は、第１軸に沿って移動する上側ステージに固定され、上側ステージは、第１軸に垂直な第２軸に沿って移動する。そのような装置は、典型的には、固定されたビーム位置すなわちレーザスポット３８に対して相対移動し、通常、複数段(stacked)位置決め装置(stacked stage positioning system)と称される。その理由は、下側段が、ワークピース１２を支持する上側段の慣性質量を支持するからである。これら位置決め装置は優れた位置決め精度を有する。その理由は、各段の絶対位置を決定するために典型的には干渉計が各軸に沿って使用されるからである。このレベルの精度はリンク処理に対して好適である。その理由は、レーザスポットサイズ４０が典型的にはリンク幅２８に比べて僅かに大きいからであり、その結果、レーザスポット３８の位置とリンク２２との間の不一致による不完全なリンク切断を少なくすることができる。さらに、半導体ウェファ上の高密度の形態によって、隣接する構造にレーザの損傷を与え得る位置決め誤差が小さくなる。しかしながら、複数段位置決め装置は比較的低速である。その理由は、ステージの慣性質量の始動、停止及び方向転換によって、ワークピース１２上の指定された全てのリンク２２を処理するためにレーザツールが要する時間が増大するからである。

２軸形態で配置された(split-axis)位置決め装置において、上側ステージは、下側ステージに支持されず、下側ステージとは独立して移動し、ワークピースは、第１軸上すなわちステージ上に支持され、同時に、固定された反射ミラーや集束レンズのようなツールが、第２軸上すなわちステージ上に支持される。スプリット−軸位置決め装置は、ワークピース１２の全体のサイズ及び重量が増大し、より長くより重い重量のステージを利用するに従って有利になる。

最近では、プレーナ(planer)位置決め装置が用いられるようになり、この場合、ワークピースは、２個以上のアクチュエータによって移動可能な単一ステージによって支持され、その間、ツールは、ほぼ固定された位置のままである。その装置は、アクチュエータの作動力を調整することによってワークピースを２次元に移動させる。一部のプラナー位置決め装置は、ワークピースを回転することができる。

オレゴン州ポートランドにあるElectro Scientific Industries, Inc.(ESI)によって製造された半導体リンク処理（ＳＬＰ）装置は、高精度と高スループットの両方を達成するためにオンザフライ(on-the-fly:OTF)リンク処理を行う。ＯＦＴ処理中、リニアステージビームポジショナが、ビーム位置の下で指定されたリンク１２を通過する際に、レーザビームが脈動する。ステージは、典型的には、所定の時間に単一軸に沿って移動し、各リンク位置で停止しない。進行方向５２におけるビームスポット３８の軸上の位置を、正確に制御する必要がなく、正確にリンク２２に当たるようレーザスポット３８にトリガをかけるために、その位置を正確に検知する。

図３を参照すると、ビームポジショナが各リンク２２を通過する際に、交差軸５６又は５８に沿ったビームスポット３８の位置は、指定された精度の範囲内で制御される。一つ以上のステージの慣性質量のために、ＯＦＴ実行を開始する始動によって、交差軸位置のリンギングが生じ、ＯＦＴ実行の最初のリンク２２を、交差軸位置が適切に設定されるまで処理することができない。設定遅延すなわち設定距離６０によって、処理スループットが減少する。最初のレーザパルスの前に挿入される設定遅延（すなわち、等価的には設定距離６０の緩衝区域）は、連続的な交差軸誤差を伴って処理される。

リンク実行中のギャップ上で加速を行うことによってＯＦＴ速度が増大するとしても、この「ギャッププロファイリング」の有効性を制約する要因の一つは、指定された精度の範囲内に設定するための交差軸に対する要求である。同時に、リンク長３０やリンクピッチ３２のような形態のサイズは、寸法精度に対する要求が増大するために減少し続ける。一つ以上のステージのパフォーマンスを更に増大するための労力によって、位置決め装置のコストが著しく増大する。

レーザビームの２軸偏向を行う従来の方法は、図４に示すような１対のガルバノメータ駆動ミラー６４及び６６のような高速で短距離を移動するポジショナ（「高速ポジショナ」）６２を用いる。図４は、固定ミラー７２と集束光学系７８との間の光路７０に沿ったガルバノメータ駆動Ｘ軸ミラー６４及びガルバノメータ駆動Ｙ軸ミラー６６を簡略化して示す。各ガルバノメータ駆動ミラーは、単一軸に沿ってレーザビームを偏向する。Overbeckの米国特許番号４，５３２，４０２号は，そのような高速ポジショナを用いる複数段ビーム位置決め装置を開示しており、Cutler等による米国特許番号第５，７５１，５８５号及び第５，８４７，９６０号は、少なくとも一つのステージが少なくとも一つの高速ポジショナを支持するスプリット−軸ビーム位置決め装置を開示している。そのような高速ポジショナを用いる装置は、穿孔を通じたようなノンリンクブローイングプロセス(nonlink blowing process)に対して使用される。その理由は、「固定された」レーザヘッドポジショナと同程度の精度で装置がビームを出射できないからである。

そのようなポジショナのスプリット−軸の性質によって、回転によるアッベの誤差(rotational Abbe error)が生じるおそれがあり、ガルバノメータによって、他の位置決め誤差が生じるおそれがある。さらに、二つのガルバノメータ制御されたミラー間を分離する必要があるので、集束光学系に対する入射瞳の付近にミラーを配置することができない。このような分離の結果、集束されたスポットの品質を劣化するおそれがあるビームのオフセットが生じる。さらに、２ミラー形態は、集束光学系から更に離間すべき入射瞳を制約し、その結果、複雑さが増大するとともに集束光学系の開口数が制限され、したがって、達成し得る最小のスポットサイズが制限される。そのようなポジショナがリンク切断に使用されると仮定したとしても、既に説明したようなスポットの品質の劣化によって、リンク切断の品質が劣化し、すなわち、リンク切断が不完全となり、切断されたリンク２２の間のオープン抵抗(open resistance)が低くなる。

したがって、集束されたスポット品質を維持しながら高いリンク処理スループットを達成する装置及び方法が必要となる。

したがって、本発明の目的は、集束されたスポット品質を維持しながら高いリンク処理スループットを達成する装置及び／又は方法を提供することである。

本発明の他の目的は、リニアステージ設定誤差を補正する２軸操作ミラーを用いることである。

本発明の他の目的は、半導体リンク処理アプリケーションに対して調整された動作を行う位置決め装置を提供することである。

本発明は、数十μｍのオーダで交差軸設定誤差を補償するのに十分なレーザビームを偏向する小さい角度の動作を実行するために、集束レンズの入射瞳に旋回心軸で回転自在の２軸操作ミラーを用いる。両軸で設定誤差が生じるとしても、本発明の一例は、主にリニアステージ進行のＯＦＴ方向に対する交差軸方向の設定誤差の補正に関連する。２軸操作ミラーはその補正に用いられる。その理由は、リニアステージのいずれかの軸をＯＦＴ軸として用いることができるからである。好適には、ビーム操作ミラーは、誤差の補正のみに使用され、可能であるとしてもリニアステージ位置決めコマンドの調整又は偏向を必要としない。

単一の回転軸の回りに２軸でミラーを傾けるために少なくとも三つの技術を用いることができる。これら技術は、ミラーを傾けるための屈曲機構及びボイスコイルアクチュエータを用いる高速操作ミラー（ＦＭＳ）と、ミラーを傾けるために圧電材料の変形に依存する圧電アクチュエータと、ミラーの表面を変形するために圧電又は電歪アクチュエータを用いる変形ミラーとを有する。圧電アクチュエータが好適である。

本発明の利点は、交差軸設定時間の省略及びそれによる得にＳＬＰ装置に対するスループットの増大を有する。本発明は、緩和されたサーボパフォーマンスの要求のために一つ以上の主要な位置決めステージの製造を容易にする。その理由は、操作ミラーがリニアステージ誤差を補正できるからである。

一般的な回路セルの予備の行のプログラマブルリンクの冗長レイアウトを示すＤＲＡＭの一部線形図である。 従来のパルスパラメータによって特徴付けられるレーザパルスを受ける従来の大規模半導体リンク構造の一部断面図である。 隣接する回路構造を伴うリンク構造及び図２Ａのレーザパルスの一部上面図である。 従来のレーザパルスによってリンクが除去された後の図２Ｂのリンク構造の一部断面図である。 従来のビーム進行経路の平面図である。 互いに相違する単一軸に沿ってレーザビームを偏向する１対のガルバノメータ駆動ミラーを用いる従来の高速ポジショナの簡単化した側面図である。 本発明の実際に用いられる好適な２軸ミラーの側面を線形的に示す。 本発明の実際に用いられる公的な２軸ミラーの部分的な正面を線形的に示す。 ＯＦＴ実行中の操作ミラーの効果を示す。 ワーク経路をうろつく複数行交差軸（ＭＲＣＡＤ）の一例を示す。 ２軸操作ミラーの側面図である。 ２軸操作ミラーの簡単化した平面図である。 ステージ位置決めを調整する位置決め制御装置の一例及び誤差補正用の操作ミラーの簡単化した線形ブロック図である。 ステージ位置決めを調整する位置決め制御装置の一例及びビーム−ワーク間走査及び誤差補正用の操作ミラーの簡単化した線形ブロック図である。

図示したビーム位置決め装置の一実施の形態は、本願の譲受人に譲り受けられたOverveckの米国特許番号第４，５３２，４０２号に詳細に記載されている。好適なＸ−Ｙステージは、カリホルニア州のイルビン(Irvine)のNewport Corporationから利用できる”Dynamix”Modelである。

好適には、ビーム位置決め装置は、複数段、スプリット−軸又はプレーナー位置決め装置を制御するレーザコントローラを使用し、レーザコントローラは、ＩＣデバイスすなわちワークピース１２上の所望のレーザリンク２２に対するターゲット及び集束レーザ装置出力に対して反射器を用いて調整を行う。ビーム位置決め装置によって、同一又は互いに相違するワークピース１２のリンク２２間で迅速な移動を行うことができ、その結果、与えられた検査又は設計データに基づく独自のリンク切断動作を行う。ビーム位置決め装置は、本願の譲受人に譲り受けられたCutler等の米国特許番号第５，７５１，５８５号、第５，７９８，９２７号及び第５，８４７，９６０号に記載された改善すなわちビームポジショナ又は調整された移動形態を任意に又は付加的に用いることができる。他の固定されたヘッド又はリニアモータ駆動される従来の位置決め装置を、本願の譲受人であるオレゴン州のＥＳＩによって製造された９０００、９８００及び１２２５モデルシリーズで用いられる装置と同様に用いることができる。

本発明に関連して図５，６を参照すると、固定されたヘッド装置又は高速ポジショナ６６（図４）の最後のターンミラーは、好適には、少なくとも２の自由度で駆動可能なミラー１０２を有する単一の高速かつ高精度の２軸操作ミラー系１００に置き換えられる。ミラー１０２は、好適には集束レンズ１０８の入射瞳１０６に一致する中央に配置された回転軸１０４を有する。好適には、２軸操作ミラー系１００は、ビーム操作に用いることができるとしても誤差補正に用いられる。その理由は、リニアステージの軸をＯＦＴ軸として用いることができるからである。

ビームが、ＳＬＰアプリケーションに対して非常に微細なスポットサイズに集束されるので、ミラー系１００の案内機構は、好適には、少なくとも２軸に沿って回転軸１０４の回りでミラー１０２を旋回し、ポイント１０４は、集束光学系すなわちレンズ１０８の入射瞳の位置又はその付近に配置される。ミラー１０２の位置の小さい角度変動は、ワーク表面のリニアステージ設定誤差を補正するのに十分となるようビームを偏向し、ミラー１０２が集束レンズ１０８の入射瞳の位置又はその付近に配置されるので、ビームは、集束されたスポットを歪ませることなくシフトされ、小さくて高品質のスポットを送出することができる。

一実施の形態において、交差軸方向１１０の設定誤差は、ミラー１０２によって補正され、それに対して、軸上の方向１１２の動作は補正されない。このような単一軸補正によって、リニアステージの干渉計のフィードバックを、レーザパルスのトリガを行う単一ソースとすることができる。しかしながら、設計が複雑になり、軸上の方向１１２の精度が劣化するおそれがある他の誤差がアドレス指定されない場合にそのような誤差のソースが導かれるとしても、適切な調整によって、軸上の方向１１２への操作ミラー１０２の動作が可能である。

ミラー１０２の各軸の動作は、目盛係数、オフセット誤差、雑音、及び交差軸結合を表す。これらの誤り源は、装置において良好に制御されるとともに修正され、雑音及び温度の安定の影響が、従来の設計技術によって制御される。

ビーム−ワーク（ＢＴＷ）整列によるミラー系１００の修正は、操作ミラー１０２の非線形性及び整列誤差を補正することができる。従来、用語「ビーム−ワーク」は、リニアステージの前後への走査工程に対する語句として使用され、その間、レーザビームスポットは、ウェファすなわちワークピース１２（図１）上の整列ターゲットに低パワーで導かれる。ターゲットの反射の光学的な測定は、ターゲットロケーションしたがってウェファロケーションを正確に決定するのに使用される。ＢＴＷ走査を用いて複数のターゲットを走査することによって、ビームスポットに対するウェファのオフセット及び回転を確定することができる。軸の直交性や位置的な歪みのような他の影響を精密に示すこともできる。

ミラー系１００をレーザ装置に追加した後、操作ミラー１０２の応答の際に任意の不正確さ／非線形性を精密に示すために従来のＢＴＷタイプの走査を用いることができる。これは、（いずれかの軸の）公称零オフセット位置のミラー１０２を用いてＢＴＷ走査を行うことによって達成される。その後、ミラー１０２が傾けられ、レーザビームスポットの横方向のオフセットが傾きによってどの程度与えられたかを決定するために、ＢＴＷ走査が行われる。Ｕ軸及びＶ軸の複数のミラーの傾きによって生じるオフセットを測定することによって、ミラー装置１００を十分に特徴付けることができる。

一旦、十分に良好な精度でミラー系１００の応答を決定すると、リニアステージを前後に移動する代わりに、次のＢＴＷタイプの整列走査に対してミラー系１００を用いることができる。

図７は、ＯＦＴ実行中に２軸操作ミラー系１００の補正効果を示す。リニアステージリンギングは、リンギング曲線１２０によって表される。ミラー１０２は、リンギング曲線１２０の反転である補正曲線１２２によって表されるように交差軸方向１１０にレーザビームを偏向する。結果的に得られるビーム位置は、リニアステージの移動と偏向されたビーム位置の和となり、交差軸誤差のない結果的に得られるビーム経路曲線１２４によって表される。

図８は、リンクがブローされる速度を更に向上するためにリンク切断に関連して左右又はラスタ走査中にＭＲＣＡＤ処理のための操作ミラー系１００の使用を示す。動作の好適モードにおいて、ＭＲＣＡＤ走査は、交差軸方向１１０で行われ、その間、リンク１３２の行１３０に沿った移動が行われる。ＭＲＣＡＤ走査は、低速のリニア移動ステージを交差軸方向１１０に移動することなくリンク１３２及び隣接する行１３８の隣接するリンク１３６の経路１３４に沿ってレーザビームを導くために操作ミラー１０２（図５，６）を用いる。このことは、各行の全てのリンクをブローする必要がないため可能である。リンク処理は、ＭＲＣＡＤによって更に有効になる。その理由は、リニアステージを行ごとに走査し又は回転する必要がないからであり、その結果、リンク行走査の総数を著しく減少することができる。集積密度が増大し、かつ、リンク寸法、スポットサイズ及びピッチ距離が減少するので、ＭＲＣＡＤ走査は更に有効な技術となる。

他のモードにおいて、補助的な軸上移動(supplemental on-axis dithering: SOAD)は、軸上方向１１２（図５〜７）にビームを偏向するためにミラー１０２を使用する。この動作モードにおいて、ビームは、軸上方向１１２の前方へ迅速に導かれ、リニア移動ステージに追いつく間にリンクを切断する。ステージの前方又は後方へのＳＯＡＤ走査形態によって、位置決め装置は、ステージ速度変化を減少することができ、すなわち、単一の低速化された移動セグメント注に複数のリンクを切断することができる。

少なくとも二つの技術を用いて、旋回心軸１０４の回りに２軸でミラーを傾けることができる。これらの技術は、屈曲機構及びボイスコイルアクチュエータを用いるＦＭＳ、圧電材料の変形に依存する圧電アクチュエータ、並びにミラーの表面を変形する圧電又は電歪アクチュエータを含む。適切なボイスコイル駆動されたＦＳＭは、コロラド州ブルームフィールド(Broomfield)のBall Aerospace Corporation及びカリホルニア州アービン(Irvine)のNewport Corporationから利用できる。しかしながら、好適なアクチュエータは、ドイツ国カールスルー(Karlsruhe)のPhysik Instrumente(“PI”) GmbH & Co.によって製造されたモデルS-330 Ultra-Fast Piezo Tip/Tilt Platformである。

従来のガルバノメータは、典型的にはこの出願に使用されない。その理由は、ガルバノミラーが典型的には１軸のみの回りでミラーを傾け、通常は不十分な位置決め精度を有するからである。さらに、物理的に分離された１対のガルバノメータミラーは、２軸の駆動が要求される。このような分離は、ワークピース１２の表面で高品質のレーザスポットを維持するために集束レンズ１０８（図５，６）の入射瞳に付近に配置された一つの旋回心軸の回りでの駆動を所望することと両立しない。それにもかかわらず、特に精度及び良好に集束されたレーザスポットを維持するために単一軸及び小偏向アプリケーションで用いられる場合、本発明においてガルバノメータ偏向したミラーを用いることができる。

一例として、図９及び１０は、ＦＳＭ２軸ミラー系２００を示し、この場合、４個の電気−機械振動ジェネレータすなわち変換器は、方形関係で変換器支持プラットホーム２２０に支持されており、これによって、変換器２２２，２２４，２２６及び２２８は、中心軸２３０に対して０，９０，１８０及び２７０度に配置され、したがって、互いに直角である。移動自在なミラー支持部材２３２は、軸２３０に対して中央に位置するミラーすなわち反射表面２３６を支持する中央部すなわちハブ２３４を有する。ミラー２３６は、重量を減少するとともに所望のビーム補正に対する高周波数応答を容易にするために約３０ｍｍ又はそれ未満の径を有する。ミラー２３６には、レーザ波長及び設計パラメータを考慮するために通常のレーザ光学コーティングが被覆される。

４個の軽量の固定支柱すなわち細長部材２４２，２４４，２４６及び２４８は、ミラー支持部材２３２のハブ２３４から放射状に延在し、電気的に移動自在なボイスコイルである各変換器２２２，２２４，２２６及び２２８に取り付けられた周辺端末部２５２，２５４，２５６及び２５８を有する。適切な従来のボイスコイル／拡声器配置の更なる説明については、Van Nostrand’s Scientific Encyclopediaの第６版の１７８６ページを参照されたい。機械的な駆動を行うための変換器に対するそのような従来の拡声器コイルの使用によって、装置の製造コストが減少する。好適には、変動するミラー支持部２３２を、金属（例えば、アルミニウム又はベリリウム）やプラスチックのような軽量材料から構成することができ、これによって、ボイスコイルに対する電気的な入力信号の迅速な応答を可能にする。

チップ制御ジェネレータ２６０を変換器２２４及び２２８に接続して、これらを互いに相補的な「プッシュプル」関係で移動させる。同様に、チルト制御ジェネレータ２６２を変換器２２２及び２２６に接続して、これらコイルも互いに相補的な「プッシュプル」関係で移動させる。レーザビーム２７０は、反射面２３６で反射され、反射されたビーム２７２は、進行のＯＴＦ方向に垂直な交差軸を制御するジェネレータによって位置決めされて、交差軸誤差を補償する。各ジェネレータによって発生した信号の対は、プッシュプル関係であると仮定し、その結果、変換器２２２が、支持部材２３２の上側端部２５２を図１０の右側にプルすると、下側の変換器２２６は、端部２５６を左側にプッシュして、反射面２３６をチルトし、これによって、反射されたビーム２７２を偏向する。ＯＦＴ実行の開始時に駆動を交互に行い、例えば、反射面２３６を適切な周波数及び減衰振幅で移動して、交差軸方向１１０のリニアステージリンギングを補償し、これによって、リニアステージ設定時間の悪影響を軽減し、比較的真直ぐなビーム経路を生成する。したがって、従来のバッファゾーンにあったリンクを正確に処理することができる。

本発明で使用するのに適切なミラー系を、約５０〜１００μｍの範囲でビーム偏向を行うことによってＭＲＣＡＤ走査を行うために十分広い分野で実現することができる。しかしながら、そのようなミラー系を、約１０〜５０μｍすなわち約１０〜２０μｍの小さいビーム偏向を行うだけで交差軸補償を行うこともできる。好適には、ミラーを、集束レンズの入射瞳の±１ｍｍの範囲内に配置する。かかる範囲は、一例にすぎず、装置設計及び特定のリンク処理アプリケーションに適するように変更することができる。

ＰＩによって製造された好適なモデルＳ−３３０チップ／チルトプラットホームは、高速の２次元ミラーチルト用の圧電アクチュエータを用いる。ひずみゲージセンサは、正確にミラー位置を決定し、フィードバック信号を制御電子部及び駆動回路に供給する。モデルＳ−３３０チップ／チルトプラットホームの更に詳しい説明は、ＰＩウェブサイトwww.physikinstrumente.com.で利用できる。

ＰＩピエゾチップ／チルトプラットホームの主な利点は、装置が市販されており、ＥＳＩモデル９８２０位置決め装置に容易に装着される非常にコンパクトなサイズを有することである。

ＰＩピエゾチップ／チルトプラットホームの不都合は、誤差補正用途に十分であるがビーム−ワーク走査用途に使用するのに不十分なビーム偏向範囲を有することである。また、非線形動作、熱駆動、ヒステリシス及び高電圧駆動は全て、考慮する必要がある圧電駆動に固有の問題である。

当然、他の販売者すなわち他のタイプのミラー又はアクチュエータ設計も、本発明の使用に適切である。

既に説明した他の全ての利点に加えて、本発明によって、誤差を補正するための２次装置(second system)を用いたリニアモータに対する要求（動作時間、設定時間）を緩和することができる。これによって、リニアモータのコストを大幅に低減し、かつ、一つ以上のリニアステージの加速の制約に対するシステムスループットの依存性を軽減する。

図１１は、Ｘ軸及びＹ軸移動ステージ３０２及び３０４の位置決め及び位置決め誤差補正用の２軸操作ミラー３０６の位置決めを調整する本発明の位置決め制御装置３００の実施例を示す。当然、移動ステージ３０２及び３０４を、Ｘ軸及びＹ軸方向に位置決め制御を行う単一のプラナー動作ステージに組み合わせることができる。標準的な動作モードにおいて、２軸操作ミラー３０６を用いて、Ｘ軸及びＹ軸動作ステージ３０２及び３０４によって生じた位置決め誤差を補正する。

位置決めコマンド発生器３０８は、Ｘ軸移動コントローラ３１４及びＹ軸移動コントローラ３１６に対する総和部３１０及び３１２を通じてＸ軸移動ステージ３０２及びＹ軸移動ステージ３０４に供給するためのＸ軸位置コマンド信号及びＹ軸位置コマンド信号を発生する。Ｘ軸及びＹ軸移動ステージ３０２及び３０４の実際の位置は、Ｘ軸及びＹ軸位置センサ３１８及び３２０によって検知され、実際の位置を表す信号は、加算器すなわち総和部３１０及び３１２に搬送されて、Ｘ軸及びＹ軸位置誤差信号を発生する。Ｘ軸及びＹ軸移動コントローラ３１４及び３１６は、誤差信号を受信し、命令された位置と実際の位置との間の任意の誤差を最小にするよう動作する。高精度アプリケーションに対して、Ｘ軸及びＹ軸位置センサ３１８及び３２０を、好適には干渉計とする。

リンギングによって発生するような残差信号は、イネーブルゲート３２２及び３２４を通じて座標変換発生器３２６に供給され、それは、移動ステージ３０２と３０４のいずれが共通座標系を２軸操作ミラー３０６と共有するかに応じて任意とすることができる。いずれの場合でも、残差信号は、加算器すなわち総和部３２８及び３３０を通じてＵ軸及びＶ軸操作ミラーコントローラ３３２及び３３４に供給され、これらコントローラは、Ｘ軸及びＹ軸移動ステージ３０２及び３０４の位置決め誤差を補正するために例えばレーザビーム２７０（図９）を偏向する制御量によって操作ミラー３０６をチップし及び／又はチルトするよう動作する。２軸操作ミラー３０６の実際のチップ及び／又はチルト位置は、チップセンサ３３６及びチルトセンサ３３８によってそれぞれ検知され、実際のチップ位置を表す信号及び実際のチルト位置を表す信号は、加算器すなわち総和部３２８及び３３０に供給され、チップ位置誤差信号及びチルト位置誤差信号を発生する。Ｕ軸及びＶ軸操作ミラーコントローラ３３２及び３３４は、誤差信号を受信し、コマンドされた位置と実際の位置との間の任意の誤差を補正するよう動作する。高精度アプリケーションに対して、２軸操作ミラー３０６を圧電チルト／チッププラットホームとし、位置センサ３１８及び３２０を、好適には引っ張りゲージとする。他の適切なセンサは、光学的、容量的及び誘導的な検知技術を含む。本実施の形態において、２軸操作ミラー３０６を偏向する圧電アクチュエータに０〜１００Ｖの駆動信号を供給するようＵ軸及びＶ軸操作ミラーコントローラ３３２及び３３４を適合させる必要があることを、当業者によって理解される。

イネーブルゲート３２２及び３２４によって、位置コマンド発生器３０８は、Ｘ軸又はＹ軸に対する位置誤差補正を選択的に無効にすることができ、これによって、交差軸に対する誤差補正を行うことができ、同時に、軸上に影響を及ぼさないようにし、又はその逆を行うことができる。

図１２は、Ｘ軸移動ステージ３０２及びＹ軸移動ステージ３０４の位置決めを調整する位置決め制御装置３４０の実施の形態を示し、本実施の形態では、ＭＲＣＡＤ操作及び位置決め誤差補正に対するＦＳＭ２３６（図９及び１０）である。拡張した動作モードにおいて、操作ミラーは、誤差補正及びＭＲＣＡＤ走査に対して使用される。この動作モードにおいて、位置コマンド発生器３４２は、Ｘ軸移動ステージ３０２及びＹ軸移動ステージ３０４に対するＸ軸位置決めコマンド及びＹ軸位置決めコマンドと、ＦＳＭ２３６を偏向するためのＵ軸チップコマンド及びＶ軸チップコマンドとを発生する。総和部３２８及び３３０は、Ｘ軸移動ステージ３０２及びＹ軸移動ステージ３０４からの誤差信号の和としてのＦＳＭ２３６に対する位置決めコマンドを発生し、本実施の形態では、Ｕ軸チップコマンド及びＶ軸チルトコマンドも発生する。

誤差信号を、標準的な誤差補正モードにおける場合と同様に発生する。他のＵ軸及びＶ軸チップ及びチルトコマンドを、位置コマンド発生器３４２によって生成して、所望のビーム−ワーク走査を行う。ビーム−ワークアプリケーション及びＭＲＣＡＤアプリケーションが典型的には広範囲のミラー偏向を必要とするので、本実施の形態は、好適にはボイスコイル駆動したＦＳＭ２軸ミラー系２００を用いる。

典型的な動作において、ＭＲＣＡＤ走査に対する位置コマンドは、移動ステージの交差軸動作のコマンドなくレーザビームの交差軸動作を行うのに用いられる。しかしながら、軸上の補助的な振動から左右の走査まで有益な他のアプリケーションも想定することができる。

図示した制御形態は、本発明の基本的な実現及び動作を示すことを意図している。移動ステージ及び操作ミラーへのフィードフォワードコマンドを用いるような更に向上した制御形態は、当業者に明らかである。

ドリル、微細加工及びレーザトリミングアプリケーションを通じたエッチングされた回路盤における使用並びにリンク切断に対して本発明の２軸操作ミラー系を適合できることは、当業者によって理解される。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

Claims (29)

1. ターゲットロケーション座標位置コマンド情報に応答してワークピース上のターゲットロケーションにむかってレーザビームを導く方法であって、
   前記ターゲットロケーション座標位置コマンド情報に応答して前記ワークピース及び前記レーザビームのレーザビーム軸を相対的に位置決めし、
   前記ターゲットロケーション座標位置コマンド情報に対する前記ワークピースの実際の位置を検知し、
   前記ターゲットロケーション座標位置コマンド情報と実際の位置との間の差を表す一つ以上の誤差信号を生成し、前記差が、前記ワークピース上でのレーザビーム位置誤差を表す誤差信号成分を有し、
   生成した誤差信号の各々に応答して位置補正信号を生成し、
   前記レーザビームを受光するのに適合したビーム受光表面を有する高速ビーム操作装置を位置決めし、前記位置補正信号に応答して、前記レーザビームの位置誤差を十分に補償するように前記レーザビームを偏向する角運動を前記レーザビームに行わせ、
   入射瞳を有するとともに偏向された前記レーザビームを受光し及び前記レーザビームを前記ワークピースのターゲットロケーション上に集束する集束レンズを設け、前記高速ビーム操作装置の前記レーザビーム受光表面を、前記レーザビームを前記ワークピースに対して偏向するように位置決めすることを特徴とする方法。
2. ターゲットロケーション座標位置コマンド情報及びセンサ情報に応答してワークピース上のターゲットロケーションにむかってレーザビームを導く装置であって、
   前記ターゲットロケーション座標位置コマンド情報に応答して前記ワークピース及び前記レーザビームのレーザビーム軸を相対的に位置決めするポジショナと、
   前記ポジショナに結合され、前記レーザビームに対する前記ポジショナの実際の位置を表す第１及び第２の信号を生成する第１及び第２センサと、
   前記ターゲットロケーション座標位置コマンド情報と第１及び第２信号との比較を行い、前記ターゲットロケーション座標位置コマンド情報と前記実際の位置との間の差を表す一つ以上の誤差信号を前記差から発生し、前記差が、前記ワークピースにおけるレーザビーム位置誤差を表す誤差信号成分を有するように構成された処理回路と、
   発生した前記誤差信号の各々に応答して位置補正信号を生成するビーム操作制御系と、
   前記レーザビームを受光するのに適合したビーム受光表面を有するよう位置決めされ、前記位置補正信号に応答して、前記レーザビームの位置誤差を十分に補償するように前記レーザビームを偏向する角運動を前記レーザビームに行わせる高速ビーム操作装置と、
   入射瞳を有し、偏向された前記レーザビームを受光するとともに前記レーザビームを前記ワークピースのターゲットロケーション上に集束し、前記高速ビーム操作装置のレーザビーム受光表面を、前記レーザビームを前記ワークピースに対して偏向するように位置決めする集束レンズとを具えることを特徴とする装置。
3. ワークピースを横切るビーム位置決め装置の集束レンズによって横切られる半導体リンクの行数を減少する方法であって、前記ビーム位置決め装置が、切断されるターゲット半導体リンクのワークピースに当てるためにレーザビームのビーム経路を、前記集束レンズを通じてレーザビーム軸に沿って導き、前記ターゲット半導体リンクを第１の行並びに前記第１の行に隣接する第２及び第３の行に配置し、前記第１、第２及び第３の行の半導体リンクが列に配置され、
   前記ビーム位置決め装置の前記集束レンズを、前記ターゲット半導体リンクの前記第１の行に平行な第１の方向に移動し、
   前記第１の方向における第１のパス中に前記第１の行の第１のターゲット半導体リンクを処理し、
   前記集束レンズのビーム経路の上流に配置され、前記第１、第２又は第３の行の第１列に隣接する第２列の少なくとも第２のターゲット半導体リンクを処理するために、前記第１のパス中に、前記レーザビームを、前記第１の方向に平行な第２の方向に偏向する高速ビーム操作装置を用いることを特徴とする方法。
4. 前記レーザビーム軸と前記ワークピースとの間の相対的な位置決めを、移動ステージによって行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記レーザビーム軸と前記ワークピースとの間の相対的な位置決めを、２軸形態で配置された位置決め装置によって行うことを特徴とする請求項１または４記載の方法。
6. 前記レーザビーム軸と前記ワークピースとの間の相対的な位置決めを、複数段位置決め装置によって行うことを特徴とする請求項１または４記載の方法。
7. 前記レーザビーム軸と前記ワークピースとの間の相対的な位置決めを、プレーナ位置決め装置によって行うことを特徴とする請求項１または４記載の方法。
8. 前記レーザビーム軸と前記ワークピースとの間の相対的な位置決めが、非処理期間中の進行速度及びリンク処理イベント中の処理速度で生じ、前記処理速度が前記進行速度より低いことを特徴とする請求項１、４〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記レーザビームの前記ワークピースに対する移動経路が、前記行の長さより短い複数の移動セグメントを含むビーム経路を形成し、前記移動セグメントの一部は前記第１の方向に生じ、前記移動セグメントの一部は、進行方向及びオフセット方向を含み、前記移動セグメントの一部において、複数のリンク処理イベントが発生することを特徴とする請求項３記載の方法。
10. 前記移動セグメントの一部が、互いに相違する前記行の前記半導体リンクを処理することを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記高速ビーム操作装置が圧電アクチュエータを用いることを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記高速ビーム操作装置が電歪アクチュエータを用いることを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
13. 前記高速ビーム操作装置がボイスコイルアクチュエータを用いることを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
14. 前記高速ビーム操作装置が高速操作ミラーを具えることを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
15. 前記高速ビーム操作装置が、前記ワークピースにおいて１００ミクロンの最大ビーム軸偏向範囲を有することを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
16. 前記高速ビーム操作装置が、前記ワークピースにおいて５０ミクロンの最大ビーム軸偏向範囲を有することを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
17. 前記高速ビーム操作装置が、前記ワークピースにおいて２０ミクロンの最大ビーム軸偏向範囲を有することを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
18. 前記高速ビーム操作装置が２軸操作装置を具えることを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
19. 前記レーザビームが、入射瞳を有する集束レンズを通って伝搬し、前記高速ビーム操作装置が、前記入射瞳から１ｍｍ以内に配置されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 前記高速ビーム操作装置が集束レンズの上流に位置決めされ、前記集束レンズを通る前記レーザビーム軸が前記ワークピースと交差することを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
21. 少なくとも第１の前記半導体リンクを処理するステップの前に前記高速ビーム操作装置に対するキャリブレーション手順を用いることを特徴とする請求項３、９、１０、及び請求項３に従属する請求項１１〜２０のいずれかに記載の方法。
22. 移動ステージ及び前記高速ビーム操作装置の制御信号を発生するコマンド発生器を用いることを特徴とする請求項１、３〜１０のいずれかに記載の方法。
23. 前記高速ビーム操作装置の制御信号が、一つ以上の誤差信号を補償する成分を含むことを特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 前記一つ以上の誤差信号が、前記ワークピースを移動する移動ステージの位置の誤差を表すことを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 前記一つ以上の誤差信号を、基準データに対するレーザビームの配置を表すセンサ情報によって発生させることを特徴とする請求項２３記載の方法。
26. 請求項１、３〜２５のうちのいずれか１項に記載の方法を実行することができる複数行の交差軸ディザリング用レーザリンク処理システム。
27. ワークピースを横切る集束レンズを用いるビーム位置決め装置のスループットを増大する方法であって、前記ビーム位置決め装置が、切断されるターゲット半導体リンクのワークピースに当てるためにレーザビームのビーム経路を、前記集束レンズを通じて導き、前記ターゲット半導体リンクを第１のリンク行に配置し、
    前記ビーム位置決めシステムの集束レンズを、前記ターゲット半導体リンクの第１の行に平行な第１の方向に移動し、
    前記第１の方向における第１のパス中に前記第１のリンク行の第１のターゲット半導体リンクを処理し、
    前記集束レンズのビーム経路の上流に配置され、前記第１のリンク行の少なくとも第２のターゲット半導体リンクを処理するために前記第１のパス中に前記レーザビームを前記第１の方向に偏向する高速ビーム操作システムを用い、前記高速ビーム操作システムは、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、またはボイスコイルアクチュエータを用いることを特徴とする方法。
28. 基板上の並列な少なくとも第１及び第２の行に配置された回路リンクを処理するレーザ装置のスループットを増大する方法であって、
    前記基板を交差するレーザビーム軸に沿って伝搬するレーザ出力を発生し、
    前記回路リンクの第１の行に平行な第１の進行軸に沿った前記レーザビーム軸と前記基板との間の相対移動を行い、
    前記第１の進行軸に沿った第１のオンザフライパス中に前記レーザ出力によって前記第１行の第１の回路リンクを処理し、
    高速ビーム操作装置を用いて、前記進行軸を横切る方向のオフセットを前記レーザビーム軸に対して行い、前記高速ビーム操作装置は、圧電アクチュエータ、電歪アクチュエータ、またはボイスコイルアクチュエータを用い、
    前記第１のオンザフライパス中に前記レーザ出力によって前記第２の行の少なくとも第２の回路リンクを処理するために、前記オフセットを前記レーザビーム軸に対して行うことを特徴とする方法。
29. 基板上の並列な少なくとも第１及び第２の行に配置された回路リンクを処理するレーザ装置のスループットを増大する方法であって、
    前記基板を交差するレーザビーム軸に沿って伝搬するレーザ出力を発生し、
    前記回路リンクの第１の行に平行な第１の進行軸に沿った前記レーザビーム軸と前記基板との間の相対移動を行い、
    前記第１の進行軸に沿った第１のオンザフライパス中に、前記レーザ出力によって、前記第１の行内の複数の第１回路リンクを処理し、前記複数の第１回路リンクは、少なくとも１番目、２番目、及び３番目の第１回路リンクを含み、
    前記進行軸を横切る方向のオフセットを前記レーザビーム軸に対して行って、前記第１のオンザフライパス中に、前記レーザ出力によって、前記第２の行内の複数の第２回路リンクを処理し、前記複数の第１回路リンクは、少なくとも１番目及び２番目の第２回路リンクを含み、
    前記１番目の第２回路リンクは、前記１番目の第１回路リンクを処理した後に、かつ前記２番目の第１回路リンクを処理する前に処理し、
    前記２番目の第２回路リンクは、前記２番目の第１回路リンクを処理した後に、かつ前記３番目の第１回路リンクを処理する前に処理することを特徴とする方法。

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