JP5225083B2

JP5225083B2 - レーザリンク処理システムの加工レーザビームの歪みを抑制する方法

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Publication number: JP5225083B2
Application number: JP2008521562A
Authority: JP
Inventors: マーティンヒーメンウェイ、デイビッド; ニールセン、ブラディ; ワイロー、ホー; グラント、キース
Original assignee: エレクトロサイエンティフィックインダストリーズインコーポレーテッド
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: TW200709882A; GB2442677A; KR20080026163A; JP2009501088A; WO2007011604A1; DE112006001869T5; CN101223628B; US7423818B2; CN101223628A; US20070012667A1; GB2442677B; TWI366492B; KR101266177B1; GB0802259D0

Description

著作権表示
著作権２００６ＥｌｅｃｔｒｏＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．この特許書類の一部の開示内容は著作権保護に付される資料を含む。著作権者は、それが米国特許商標庁の特許ファイル又は記録物に表されているので、いずれかの者による特許書類又は特許開示内容のファクシミリによる複製に異論はないが、すべての著作権を保持する。37 ＣFR § １.7１(d).

本発明は、レーザリンク処理に関し、特に、半導体ターゲット見本のリンク処理を実行するように方向付けされた加工レーザビームの歪みを抑制するための技術に関する。

レーザリンク処理システムによって処理のために提供されるターゲット見本に入射させるために方向付けされた加工レーザビームの歪みを抑制する方法は、加工レーザビームから迷光によって誘起された歪みを取り除く。加工レーザビームは、レーザから伝播するレーザ出力ビームから派生され、減衰器によって減衰され、レーザ及び減衰器の両方はレーザリンク処理システムの部分を作る。歪み抑制方法が実施されない場合、加工レーザビームの歪みはレーザ出力ビームの減衰量の増大に応じて一般的に優位に増加する。

本方法の好ましい実施例は、減衰器レーザ出力ビームを形成するために減衰器を通してレーザ出力ビームを方向付けること、及び焦点レンズとアパーチュアとを含む空間フィルタを提供することを伴う。減衰器出力ビームは、焦点レンズに関連された焦点領域で焦束されたビームを形成するために、焦点レンズに向けられる。焦束されたビームは、一次ビーム成分及び迷光成分を含み、迷光成分は、リンク処理システムの減衰器出力ビームに結合する散乱光から生じる。一次ビーム成分は空間周波数に焦点を合わせ、迷光成分は一次ビーム成分の空間周波数より高い空間周波数に焦点を合わせる。空間フィルタのアパーチュアは、一次ビーム成分が遮られずに通過しかつ迷光成分を遮蔽することができ、それによって加工レーザビームから迷光によって誘起された歪みを取り除くようにするために焦点領域に、又はその近くに配置される。

追加の特徴及び利点は、添付図面に関連して進める、好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかである。

図１は、ターゲット見本の加工面１４に入射のために方向付けられる加工レーザビーム１２を生成する慣用のレーザリンク処理システム１０のブロック図である。加工レーザビーム１２は、レーザ１８によって放射される出力ビーム１６から派生されるが、望ましくは、出力ビーム１６の望ましい波長を達成し、それによって望ましい加工レーザビームスポットサイズを形成するために、高調波発生によって放射される出力ビーム１６から派生される。高調波発生は、固体レーザの基本的な赤外線（ＩＲ）波長の高調波的な波長の使用又は一般的に９００ｎｍ〜１５００ｎｍで動作するファイバーレーザによって成し遂げることができる。このＩＲ波長範囲で光を発しているレーザは、本特許出願の譲り受け人であるエレクトロサイエンティフィック社によって製造されるモデル９８３０のようなレーザリンクシステムにおいて現在使用されている。リンク処理で使用するために意図されるより短い高調波波長は、約５３２ｎｍ以下の、例えば紫外線（ＵＶ）範囲の３５５ｎｍの波長を含む。

レーザ出力ビーム１６は、ブラッグ角制御可能減衰器又は光シャッターとして選択的に機能する音響光学変調器(ＡＯＭ)２２への入射を適切にする、レーザ出力ビーム１６の光学特性を設定するビーム調節光学成分モジュール２０を伝播する。ＡＯＭ減衰器２２は、レーザ出力ビーム１６の減衰バージョンを構成する減衰器出力ビーム２４を生成する。リンク処理の位置合わせターゲット走査動作において、ＡＯＭ減衰器２２は加工レーザビーム１２をレーザ出力ビーム１６から形成するために使用され、該加工レーザビーム１２は多数のＬ字形の幅１０μｍの走査縞３０の形状の見本位置合わせターゲットの物理的な特性を変更せずに走査する際に使用する軽減パワーを有する。図２Ａ及び図２Ｂは、半導体ウエハの加工面１４の異なる拡大イメージで位置合わせターゲットを示す。位置合わせターゲットはＬ字形走査縞３０から構成され、各走査縞はＸ軸線及びＹ軸線方向のセグメントを有する。走査縞３０によって反射された入射走査光は検出され、見本に関連する位置合わせ情報を提供する。走査動作は、軽減パワーの走査縞３０及び加工レーザビーム１２の間の相対移動を与えることによって成し遂げられる。走査動作を実行する設定システム１０は、可変ビーム拡大器３４によって減衰器出力ビーム２４を拡大すること及びその出力をビームスプリッタ４０に向けることを伴う。ビームスプリッタ４０からビーム路セグメント４２に沿って伝播する走査成分は、軽減パワーの工作ビーム１２を形成するために焦点レンズ４４よって収束される。走査光として機能する工作ビーム１２は縞３０によって反射されて、ビームスプリッタ４０から反射するために、また検出器モジュール５０に入射するためのビーム路セグメント４６に沿って伝播する検出成分を形成するために、焦点レンズ４４に戻るように伝播する。

それらの研究開発活動の間に、本出願人は、ＡＯＭ減衰器２２によって、ガウスビーム強度分布又はプロフィールを有するレーザ出力ビーム１６に与えられる増大減衰量は、走査縞３０によって反射されかつ検出器モジュール５０によって検出される走査光の歪みを増大させることに留意した。図３Ａ-１、図３Ａ-２、図３Ｂ-１、図３Ｂ-２、図３Ｃ-１、図３Ｃ-２、図３Ｄ-１及び図３Ｄ-２は、反射走査光に対するレーザ出力ビーム１６の増加する減衰の影響を示す。使用可能な減衰範囲は経験的に決定された。図３Ａ-１及び図３Ａ-２は、それぞれ、ターゲット材料ダメージ閾値以下にちょうど設定された最小限の減衰（最大限の透過）で走査縞３０のＸ軸線走査及びＹ軸線走査を示す。図３Ｄ−１及び図３Ｄ-２は、検出器モジュール５０の検出感度限界によって設定された最大減衰（最小限の透過）で走査縞３０のＸ軸線走査及びＹ軸線走査を示す。図３Ｂ−１及び図３Ｃ-１と図３Ｂ-２及び図３Ｃ-２とは、それぞれ、図３Ａ−１及び図３Ａ-２と図３Ｄ-１及び図３Ｄ-２とによって表される、減衰量の間で等間隔の中央範囲の減衰量における走査縞３０のＸ軸線走査及びＹ軸線走査を示す。反射光パルスは、オートスケールディスプレイ標準化のため同じ振幅で示されている。したがって、スケールは、異なる減衰量を表す図面において同じではない。種々の関連したダメージ閾値を有する種々の材料の走査縞３０を適応させるために可能な限り最も低いパワーのレーザ走査ビームを使用することが望ましい。

図３Ａ−１、図３Ｂ−１、図３Ｃ−１及び図３Ｄ−１は、加工レーザビーム１２の減衰量を増大させることに応じて、Ｘ軸線位置合わせターゲット走査によって生成される反射光パルスの進行性の歪みを示す。図３Ａ−１は、−０．００８μｍのＸ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス６０を示し、図３Ｂ−１は、−０．００７μｍのＸ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス６２を示し、図３Ｃ−１は、＋０．０１０μｍのＸ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス６４を示し、図３Ｄ−１は、＋０．０１６５μｍのＸ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス６６を示す。

図３Ａ−２、図３Ｂ−２及び図３Ｃ−２は、加工レーザビーム１２の減衰量の増大に応じて、Ｙ軸線位置合わせターゲット走査によって生成される反映光パルスの進行性の歪みを示す。図３Ａ−２は、−０．１４１μｍのＹ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス７０を示し、図３Ｂ−２は、−０．１６９μｍのＹ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス７２を示し、図３Ｃ−２は、−０．２８５μｍのＹ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス７４を示し、図３Ｄ−２は、−８．７２２μｍのＹ軸線オフセットを導く歪みを有する反射光パルス７６を示す。

反射光パルスの非対称性及びオフセットは、検出器モジュール５０において実施されたアルゴリズムが対称的で、中心のある入力パルス波形を処理するために構成されていることから位置合わせエラーを導く。上記図面の数値の分析によれば、減衰量を増大させるために、Ｙ軸線走査に関連する反射光パルス７０、７２、７４及び７６の歪みが、Ｘ軸線走査に関連する反射光パルス６０、６２、６４及び６６の歪みより多くのことを述べていることが明らかである。そのようなビーム対ワーク（ＢＴＷ）走査品質問題は、大きい減衰器出力ビーム２４のスポットサイズ及び高い減衰を引き起こす。本出願人は、ＡＯＭ減衰器２２によって影響されない迷光低強度ビームの存在に対するＢＴＷ走査品質問題を追跡した。迷光ビームは、通常正確にＸ軸線に一致する１次走査ビームにほとんど一致し、Ｙ軸線方向に少し中心から外れている。レーザ出力ビーム１６の高い減衰では、迷光ビームの強度は、位置合わせターゲットを走査するとき、位置合わせエラーを引き起こすのに十分である。迷光ビーム源は、レーザビームが接触する光学部品である。それらの高調波長で動作するレーザは、使用された非線形光学機器から生じるモード品質低下を被る。より短い波長を達成するために高調波発生を実施するレーザは、ガウス主ビームに散乱光を重ねることから生じるモード品質低下によって、対応する理論的に可能な限り小さいスポットサイズに焦点を合わせることができない。散乱光の重ね合わせも、レーザビームの現実のスポットサイズの測定を妨げ、それにより、知覚されたレーザスポットサイズだけの測定になる。

図４は、ターゲット見本の加工面１４に入射される加工レーザビーム１２‘の歪みを抑制する好ましい方法を実行するために構成されたレーザリンク処理システム１００のブロック図である。図４は、空間ビーム拡大器組立体（「空間フィルタ組立体」）１０２がＡＯＭ減衰器２２及び可変ビーム拡大器３４の間のビーム路１０４に設けられるという点で図１と異なる。図１及び図４の対応構成要素は図１に関して与えられた共通の参照番号によって識別される。図５は、入射光として、減衰器出力ビーム２４及び迷光ビーム１０６を受け取る空間フィルタ組立体１０２の断面を示す図である。

図４，５を参照して、ビーム路１０４に配置された空間フィルタ組立体１０２は、迷光ビーム１０６及び任意の衛星が減衰器出力ビーム２４の周波数より高い空間周波数に焦点を合わせるので、迷光ビーム１０６及び任意の衛星の影響を取り除くか又はかなり減らす。（迷光ビーム１０６は対象波長（すなわち、レーザ出力ビーム１６の波長）において１つ以上の迷光ビーム成分を表し、衛星は対象波長ではないが対象波長の近傍で別のノイズを示す。）空間フィルタ組立体１０２は、焦点距離ｆ１を有する焦点レンズ１１０及び焦点距離ｆ２を有するコリメートレンズ１１２の間に配置されたアパーチュア１０８を含む。アパーチュア１０８は、不透明な領域１１６により取り囲まれた、直径ｄのオリフィス１１４を有する。アパーチュア１０８は、減衰器出力ビーム２４のビームウエストを設定する、ｆｉ（フーリエ変換面Ａｅ）の焦点領域１１８に、又はその近くに設定される。アパーチュア１０８の配置の近傍は、減衰器出力ビーム２４を通過させ、迷光ビーム１０６を遮蔽させるために、減衰器出力ビーム２４及び迷光ビーム１０６の間に適正な分離を提供することによって設定される。オリフィス１１４は、遮蔽されるべき光のより高い空間周波数の位置に依存して、ビーム路１０４の周りに対称的にするか、又はビーム路１０４からオフセットすることができる。

焦点レンズ１１０によって焦点が合わされた減衰器出力ビーム２４は、減衰器出力ビーム２４の回折限界（すなわち、２つの波長より小さい）に匹敵する十分小さいスポットサイズを示す。空間フィルタ組立体１０２は、より高い空間周波数効果を遮り、ガウス減衰器出力ビーム２４が遮られずに通過できるようにするための不透明な領域１１６を使用して、オリフィス１１４から離れて光の焦点を下方に合わせる。また、アパーチュア１０８は、減衰器出力ビーム２４の多くの光を遮り、それにより、ガウスビームの中心的な部分だけが伝わることを可能にするためにわずかに変更できる。アパーチュア１０８へのこの変更は、加工レーザビーム１２‘用のより小さなスポットサイズを生成するために焦点がより緊密に合わせられ得るように減衰器出力ビーム２４の効果的なモード品質を外部から増強することを可能にする。焦点レンズ１１０は、アパーチュア１０８のオリフィス１１４を通して伝播する減衰器出力ビーム２４及び不透明な領域１１６による妨害のために迷光ビーム１０６を下方に集中させる。コリメータレンズ１１２は、その形成されたビームウエストから減衰器出力ビーム２４を拡大する。減衰器出力ビーム２４は可変ビーム拡大器３４に入射するために伝播する。

図６Ａ−１、図６Ａ−２、図６Ｂ−１、図６Ｂ−２、図６Ｃ−１、図６Ｃ−２、図６Ｄ−１及び図６Ｄ−２及びそれらに各々対応する図６Ａ−１、図６Ａ−２、図６Ｂ−１、図６Ｂ−２、図６Ｃ−１、図６Ｃ−２、図６Ｄ−１及び図６Ｄ−２は、レーザリンク処理システム１０、１００において生成される反射走査光の比較関係を提供する。（同一文字の添え字は同じ減衰量に対応し、同一番号の添え字は同じ走査軸線方向に対応する。）図６Ａ−１、図６Ｂ−１及び図６Ｃ−１の反射光パルス１６０、１６２、１６４及び１６６は、それぞれ、−０．００６μｍ、−０．０３５μｍ、−０．０２６μｍ、及び−０．０８２μｍのＸ軸線オフセットを導く。図６Ｂ−１、図６Ｂ−２、図６Ｂ−３及び図６Ｂ−４の反映光パルス１７０、１７２、１７４及び１７６は、それぞれ、＋０．１２０μｍ、＋０．０５４μｍ、＋０．１１３μｍ、及び＋０．００９μｍのＹ軸線オフセットを導く。対応したＸ軸線及びＹ軸線オフセットの比較により、システム１００の動作において空間フィルタ組立体１０２の存在は重要なビーム品質改良を提供することが明らかである。

異常を減衰器出力ビーム２４から取り除くことは、ＢＷＴ走査の信号対雑音比を増大させ、アイドル時間の間の露光効果（迷光がターゲット面を堅固にすることができる）を排除し、加工レーザビーム１２‘のより小さな、より対称的な、焦点が合わされたスポットを可能にするためのガウスビーム強度プロフィールの雑音を排除する。そのような異常を取り除くことによっても、より高い精度を有する実際のレーザスポットサイズ測定が提供される。

多くの変形が、本発明の基礎原理から逸脱することなく上記実施例の細部に対して行うことができることは当業者にとって自明である。上記好適な実施例は光のＵＶ波長を処理するが、本方法の他の実施例は光のＩＲ波長に適用可能である。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ判断されるべきである。

慣用のレーザリンク処理システムのブロック図。図１及び図４のレーザリンク処理システムによる処理のために提供される半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットの異なる拡大イメージ。図１及び図４のレーザリンク処理システムによる処理のために提供される半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットの異なる拡大イメージ。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。図２Ａ及び図２Ｂのターゲット見本によって反射される走査光に与える、レーザ出力ビームの増大減衰の影響。ターゲット見本のリンク処理のために方向付けされる加工レーザビームの歪みを抑制する好ましい方法を実行するように構成されるレーザリンク処理システムのブロック図。図４のレーザリンク処理システムに含まれる空間フィルタ組立体の断面を示す図。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。図２Ａ及び図２Ｂの半導体ウエハ見本の加工面の位置合わせターゲットによって反射される走査光の歪みを抑制するために図４のレーザ処理システムにおいて使用される空間フィルタ組立体の効果。

Claims

レーザリンク処理システムによる処理のために提供されるターゲット見本に入射させるために方向付けされる加工レーザビームの歪みを抑制する方法であって、前記加工レーザビームは、レーザから伝播しかつ減衰器によって減衰されるレーザ出力ビームから派生され、前記レーザ及び前記減衰器は前記レーザリンク処理システムの一部を形成し、前記レーザビームの前記歪みは前記レーザ出力ビームの減衰量の増大に応じて優位にほぼ増加し、
リンク処理システムの散乱光から生じまた前記減衰器の動作によって実質的に影響されない迷光低強度ビームと結合してビーム路に沿って伝播する減衰器出力ビームを形成するために前記減衰器に前記レーザ出力ビームを方向付けること、
焦点レンズとオリフィス及び不透明な領域を有するアパーチュアとを含む空間フィルタ組立体を設けること、
前記焦点レンズに関連した焦点領域において焦点が合わされたビームを形成するために前記焦点レンズに、前記ビーム路に沿って伝播する前記結合された減衰器出力ビーム及び迷光低強度ビームを方向付けすることであって、前記焦点が合わされたビームは１次ビーム成分及び迷光成分を含み、前記１次ビーム成分及び前記迷光成分に異なる方向の分離した伝播路を与えるために前記１次ビーム成分は空間周波数に焦点を合わせ、前記迷光成分は前記１次ビーム成分の空間周波数より高い空間周波数に焦点を合わせる、前記焦点レンズに前記結合された減衰器出力ビーム及び迷光低強度ビームを方向付けすること、
前記１次ビーム成分の伝播路に沿って進む前記１次ビーム成分が前記オリフィスを遮られずに通過できかつ前記迷光成分の伝播路に沿って進む前記迷光成分を前記不透明な領域によって遮蔽でき、それにより前記加工レーザビームから迷光によって誘起される歪みを取り除くことができるように前記空間フィルタ組立体のアパーチュアを前記焦点領域に、又は前記焦点領域の近くに配置することを含む、加工レーザビームの歪みの抑制方法。
前記レーザ出力ビームは、前記レーザ出力ビームの所望の波長を達成するために高調波発生によって形成されている、請求項１に記載の方法。
前記所望の波長は、約２６６ｎｍと約５３２ｎｍとの間の波長範囲内にある請求項２に記載の方法。
前記１次ビーム成分は実質的にガウス形状のビーム強度分布を有する請求項１に記載の方法。
前記ガウス形状を有する１次ビーム成分は前記アパーチュアを遮られずに通過する中央部分を含む、請求項４に記載の方法。
前記減衰器は音響光学変調器を含み、前記迷光成分は前記減衰器出力ビームを形成するために前記音響光学変調器の動作によって実質的に影響されない、請求項１に記載の方法。
前記１次ビーム成分はビーム軸線に沿って伝播し、前記アパーチュアは前記ビーム軸線の周りにほぼ対称的に配置されている、請求項１に記載の方法。
前記１次ビーム成分はビーム軸線に沿って伝播し、前記アパーチュアは前記ビーム軸線に対して前記オリフィスを経て前記１次ビーム成分の中心部を通るように配置されている、請求項１に記載の方法。
前記焦点レンズに関連した焦点領域は焦点を有し、前記アパーチュアのオリフィスは前記焦点に実質的に位置付けされる、請求項１に記載の方法。
前記焦点が合わせられたビームは、前記焦点領域において前記減衰器出力ビームの回折限界に達する十分小さいスポットサイズを示す、請求項１に記載の方法。
前記１次ビーム成分はビームウエストを有し、前記アパーチュアは、前記１次ビーム成分の前記ビームウエストが遮られず通過できるように位置付けされる、請求項１に記載の方法。
前記ビームウエストが前記アパーチュアを通過した後、前記１次ビーム成分を平行にすることを含む、請求項１１に記載の方法。
前記加工レーザビームの処理は前記ターゲット見本に設けられた位置合わせターゲットを走査することを含む、請求項１に記載の方法。
前記加工レーザビームから迷光によって誘起される歪みを取り除くことは、前記１次ビーム成分の前記強度に対して前記迷光成分の強度の値を増大させる、前記レーザ出力ビームに与えられる減衰量の増加に応じて位置合わせエラーの導入を阻止する、請求項１３に記載の方法。
前記加工レーザビームから迷光によって誘起される歪みを取り除くことは、前記１次ビーム成分の前記強度に対して前記迷光成分の強度の値を増大させる、前記レーザ出力ビームに与えられる減衰量の増加に応じてレーザ出力ビームスポットサイズの歪みの導入を阻止し、それによって前記加工レーザビームのスポットサイズ測定の精度を低下させる、請求項１に記載の方法。