KR101459531B1 - 링크 가공시에 정확성을 개선하기 위한 예측적 펄스 발사의 이용 - Google Patents

Abstract

예측적 펄스 발사(PPT) 방법이 링크-가공 시스템 내에서 레이저 빔(100)의 정밀한 발사를 가능하게 한다. PPT 방법은 대상(106)과 레이저 빔축(108)의 추정된 상대적인 움직임 파라미터를 기초로 해서 레이저 빔을 발사하는 것을 초래한다. PPT 방법은 통상적인, 전체적으로 측정-기반 방법에 비해 레이저 위치지정 정확도에서 6배 개선을 허용한다.

Description

링크 가공시에 정확성을 개선하기 위한 예측적 펄스 발사의 이용{USE OF PREDICTIVE PULSE TRIGGERING TO IMPROVE ACCURACY IN LINK PROCESSING}

저작권 공지

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본 개시물은 대상 시료를 가공하기 위해 이용되는 펄싱된 레이저 기술에 대한 것이다.

집적 회로 특히, 컴퓨터 메모리 어레이에서 이용되는 집적 회로는 종종 반도체 칩의 넓은 영역에 걸쳐 복제되는(duplicated) 단위 셀을 채용해서, 반복적인 패턴으로 종종 설계된다. 이러한 조밀한 회로용의 제조 수율은 낮은 경향이 있는데, 그 이유는 입자 또는 그밖의 단점이, 전기 능동 디바이스 또는 상호연결 와이어를 동작할 수 없게 만드는, 그러한 디바이스 또는 와이어와 전기적으로 부합할 더 큰 확률이 존재하기 때문이다. 이 문제를 해결하는 한 가지 길은 전기적 테스트 동안 에 발견되는 실패한 셀을 대체할 수 있는 중복(redundant) 셀 내의 구축을 초래한다. 레이저 빔이 일정한 전기적 연결을 절단하는 한편 그밖의 것을 본래대로 둔 채 이 대체 단계를 달성할 수 있다.

이러한 오류 정정 프로세스는 웨이퍼를 개별 칩으로 나누기 전에, 웨이퍼 레벨에서 가장 효율적으로 실행된다. 통상적인 메모리 복구 시스템에서, 완전한 웨이퍼가 레이저 광학 조립체 아래의 로봇식으로 제어되는 스테이지 상에 운반되는데, 이 조립체는 레이저 빔축이 원하는 연결 지점, 또는 링크와 정렬할 때 레이저 펄스를 발사하도록 프로그래밍된다. 링크에 대한 웨이퍼 상의 레이저 빔축의 속도(링크 런 속도로도 알려짐), 및 레이저 빔 발사 시스템의 정확성이 이러한 링크 가공 플랫폼의 품질 및 처리량을 정한다.

현재, 레이저 복구 시스템은 대략 2 미크론 이격된 디바이스 상에서, 최대 210mm/s인 링크 런 속도에서, 초 당 100,000개의 링크를 가공할 수 있다. 메모리 복구에 적절한 레이저는 현재, 최대 150kH인 펄스 반복 주파수(PRF), 또는 초 당 150,000개의 펄스와 함께 이용할 수 있다. 레이저 진보가 계속해서 펄스 반복 주파수를 증가시키고, 수백 kHz PRF를 갖는 레이저가 예상된다. 일렉트로 사이언티픽 인더스트리즈, 인코포레이티드인, 본 특허 출원의 양수인은 모델 9850 이중 빔 링크 가공 시스템을 제공하는데 이 시스템은 특정 작동 모드에서 레이저 PRF를 두 배로 만들 수 있다. 레이저 PRF와 링크 피치의 곱인 속도에서 링크 런을 가공하는 것이 바람직하다. 이 속도가 시스템의 최대 성능을 초과할 때, 이 링크 런은 더 낮은 속도에서 수행되어야 한다. 따라서, 레이저 빔 펄스가 레이저 빔축이 하나의 대상 으로부터 그 다음 대상으로 전진할 수 있는 속도보다 훨씬 더 빠른 속도에서 발사될 수 있다. 이 차이는 링크 런 속도를 상당히 증가할 기회를 준다.

본 개시물은 "예측적 펄스 발사"("PPT") 방법을 설명하는데, 이 방법은 링크 가공 시스템에서 레이저 빔을 발사할 때 시스템 정확성에서의 개선을 가능하게 한다. 이 PPT 방법은 바람직한 실시예에서, 웨이퍼를 지지하는 스테이지가 예컨대, 높은 일정한 속도로, 움직이고 있는 동안에, "진행중(on the fly)" 레이저 펄스 발사를 가능하게 한다. 이 PPT 방법은 링크 및 레이저 빔축 위치를 추정하는 것, 그리고 이 추정치를 기초로 해서 레이저 빔을 발사하는 것을 초래한다. 웨이퍼-지지 스테이지의 위치 표시를 제공하는 도량형 소스(metrology source)는 간섭계, 광학 인코더, 및 많은 그밖의 센서 종류를 포함한다.

웨이퍼 지지 스테이지 위치를 측정하는 것 및 전달하는 것을 기초로 해서 레이저 펄스의 생성을 유발하는 현재의 시스템은 예측된 파라미터의 이용에 의해 특징지어지는 것보다 10배보다 더 큰 오류 크기에 의해 특징지어진다. 측정된 파라미터를 이용하는 레이저 빔을 발사하는데 있어서의 오류가 링크 런 속도와 선형으로 증가하는데 즉, 레이저 빔축의 속도가 증가함에 따라, 그것의 위치를 정확히 측정해서, 원하는 링크를 목표로 하기 위한 레이저 펄스의 생성을 유발하는, 능력이 감소한다. 시스템 오류의 정도가 또한 측정 샘플링 주파수에 의존하는데, 이는 더 높은 샘플링율(즉, 단위 시간 당 더 많은 측정치)이 더 정확하다는 점에서 그러하다. 대조적으로, PPT 방법을 이용해서 레이저 빔을 발사하는데 있어서의 오류가 추정치의 정확도에 기본적으로 의존한다. 이러한 추정치는 상이한 시간에서의 스테이지 위치의 다수의 측정치, 링크 런 속도, 및 그밖의 데이터를 기초로 할 수 있다. 이 추정치는 개별 센서 측정치보다 상당히 더 정확할 수 있으며, 이 추정치는 이용가능한 센서보다 더 높은 샘플링율에서 생성될 수 있다.

추가적인 측면 및 이점이 첨부 도면을 참조해서 계속되는, 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은 대상 시료의 표면을 향해 방향 지정되는 레이저 빔의 도면.

도 2는 링크를 절단하도록 레이저 빔을 발사하기 위한 위치-기반 기준을 드러내는, 절단될 링크 행을 따라, 링크 런 속도(V_L)로 이동하는 레이저 빔 스폿의 도면.

도 3은 전체적으로 측정-기반인 통상적인 레이저 펄스 발사 방법의 개관을 도시하는 흐름도.

도 4는 PPT 방법의 매끄러움(smoothing) 효과를 드러내기 위해, 측정된 위치 데이터를 외삽된 위치 데이터와 비교하는 그래프 세트.

도 5는 PPT 방법의 추정 알고리즘의 단계를 열거하는 블록도.

도 6은 움직임 파라미터 측정치와 추정치의 조합을 기초로 하는 PPT 레이저 빔 발사 방법의 개관을 도시하는 흐름도.

도 1은 반도체 웨이퍼(102)의 표면을 향해서 전파축을 따라서 방향 지정되는 펄싱된 레이저 빔(100)을 도시한다. 웨이퍼(102)는 이동가능한 지지부 또는 스테이지(104) 상에 위치된다. 웨이퍼 표면 상의 특징(feature)은 레이저 빔(100)에 의해 가공될 대상 구조(106) 행을 포함한다. 레이저 빔(100)의 빔 전파축(108)의 위치가 대상 구조(106)에 대해 이동될 수 있는데, 빔 전파축(108)을 재방향지정할 수 있는 미러(110) 및 렌즈(112)와 같은 광학 성분을 제어하는 것뿐만 아니라 지지부(104)의 움직임을 통해, 이동될 수 있다.

측정된 위치 데이터를 기초로 하는 표준 발사 방법에 대한 PPT 방법의 상대적인 이점이 링크 가공 시스템에서 레이저 빔 펄스의 생성을 유발하는 것과 연계해서 도 2 및 도 3를 참조해서 아래에서 설명된다. 도 2는 대상 구조 또는 링크(106)의 행을 따라 움직이는 레이저 빔축(108)을 도시하는데, 이 도면에서 링크(106) 중 일부가 절단되도록 지정된다. 빔축(108)은 웨이퍼(102) 상에서 레이저 빔 스폿(114)의 중심을 나타낸다. 도 3은 통상적인 측정-기반의 레이저 펄스 발사 방법에 따라 수행되는 프로세스 단계를 개시하는 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 간섭계, 이를테면 미들필드, 지고사(Zygo Corporation)로부터 이용가능한 ZMI 2001, CT(미도시)가 웨이퍼(102)에 대한 빔축(108)의 위치(P_M)를 측정하는데, 주기적인 시간-변위된 간격으로 지지부(104)의 위치를 측정함으로써 행한다. 빔축 위치(P_M)가 이후 원하는 발사 위치(P_T)와 비교된다. 나머지 대상 진행(travel) 거리(|P_M-P_T|)가 이후 평가되어 레이저 빔 스폿(114)이 링크 발사 위치(P_T) 주위를 중 심으로 하는 허용가능한 위치 발사 창(P_W) 내에 위치되는지를 결정한다. 이 조건이 만족스럽지 않은 경우, 레이저 빔축(108)이 레이저 빔(100)을 활성화시키기에는 대상으로부터 너무 멀리 위치된다. 그러므로, 스테이지(104)가 링크 런 속도(V_L)로, 대상 링크(106)에 대해 레이저 빔축(108)의 위치(P_M)를 계속해서 이동시켜서, P_M의 측정이 반복된다. 진행 거리(|P_M-P_T|)가 위치 창(P_W) 내에 놓일 때마다, 레이저 빔 펄스(100)가 발사되어, 링크(106)가 절단된다.

발사 위치(P_T)가 결정되는데, 축 위치(P_M)가 발사 위치(P_T)와 부합할 때 레이저 펄스를 생성하는 것이 위치(P_L)에서, 지정된 대상 링크(106) 상에서 정확하게, 레이저 빔 스폿(114)의 전달을 야기하도록 결정된다. 일반적으로, 발사 위치는 링크 위치 앞인데, 이는 레이저 전력 공급을 위한 시간을 허용하기 위해 그리고 레이저 헤드가 펄스를 생성하게 하기 위해 그리고 광이 광학 시스템을 통해 전파하게 하기 위해서이다. 미리 결정된 펄스 생성 및 전파 시간(T_prop)을 갖는 링크 런 속도(V_L)에서, 발사 위치 P_T= P_L-V_LT_prop이다. 그러나, 발사 위치는 링크 위치에 있을 수 있다.

표준 발사 방법은 높은 링크 런 속도에서 문제가 될 수 있는데, 그 이유는 위치 측정의 정확성 및 샘플링율이 레이저 빔(100)의 발사시에 원하는 정확도를 제공하기에 불충분하기 때문이다. 그러나, PPT 방법은 더 빈번한 위치 측정을 실제로 행하는 대신에 중간 위치를 추정함으로써, 증가된 위치 측정 샘플링율 혜택을 준 다. PPT 방법이 도 4 및 도 5를 참조해서 아래에서 설명된다. 도 4에서, 그래프 A에서, 원으로 된(circled) 회색 점은 샘플링율(f_M=7.1MHz)에서 취해진 이동가능한 웨이퍼 지지부(104)의 측정된 위치(P_M)를 나타내는데, 레이저 빔축(108)이 절단될 대상 링크(106) 행을 따라 이동함에 따른 위치를 나타낸다. f_E=100MHz에서 계산된 동일한 스테이지의 외삽된 위치(P_E)가 검은색 점으로 도시되어 있다. 각각의 측정 간격 내에 100/7.1=14개의 외삽된 위치(P_E)가 존재한다. 클로즈업(close-up) 비교가 도 4에서 그래프 A에 도시된 위치 데이터로부터 피트 라인(fit line)을 공제함으로써 이루어질 수 있는데, 여기서 결과적인 차분적인(differential) 위치 데이터(310)가 도 4에서 그래프 B에 도시되어 있다. 도 4에서, 그래프 B는 외삽에 의해 획득된 더 높은 정밀도(314)와 비교되는, 측정된 위치 데이터 세트 내의 상승된 노이즈 레벨(312)을 나타낸다.

도 4에서 그래프 C는 PPT 방법을 이용해서 중간 위치를 추정하는 발사 창 상에서의 효과를 드러낸다. 웨이퍼(102)가 높은 속도로 이동할 때마다, 레이저 빔(100)을 성공적으로 발사하기 위한 위치 발사 창(P_W)이 너비에 있어서 증가한다. 더욱이, 레이저 빔축(108)이 언제 위치 창(P_W) 내에 위치될 지를 아는 것은 레이저 빔축 위치의 빈번한 피드백에 의존한다. 그러므로, 위치 발사 창(P_W)에 대한 허용가능한 선택이 측정 샘플링율(f_M)로 지시된다. 이 예에서 외삽된 위치 데이터의 샘플 링율(f_E)은 측정 샘플링율(f_M)보다 대략 14배 더 크다. 그러므로 발사 창(P_win)은, PPT 방법을 이용할 때, PPT 방법의 혜택없이 발사 창(P_W)보다 14배 더 좁을 수 있으며, 이에따라 발사시에 훨씬 더 높은 정밀도를 허용한다.

도 5는 순간적인 속도 측정을 기초로 해서 위치(P_E)를 외삽하는데 이용되는알고리즘을 설명하는데 있어서 유용한 블록도이다. 도 6은 도 5에서 설명된 서브시스템의 작동에 의해 구현되는 알고리즘에 따라 수행되는 프로세스 단계를 개시하는 흐름도이다. 도 5에서, "지고 위치(Z_n)"는 지고 간섭계에 의해 제공된 웨이퍼 지지 위치 측정치 열(sequence)을 가리킨다. 측정된 웨이퍼 지지 위치 데이터(Z_n)의 평균 값(A_n)과 순간적인 링크 런 속도(V_L)가 위치 계산 모듈(320)로의 입력인데, 이 모듈은 표준 움직임 수식(X_new = X_old + V_Lt)에 따라 외삽된 레이저 빔 위치(P_Z)를 간단히 전진시키며, 여기서 t는 마지막 위치 측정 이후의 경과 시간을 나타낸다. 일반적으로, PPT 위치 추정치는 10 나노초의 기간(T_e)에 대응해서, 율(f_e = 100 MHz)에서 생성된다.

통상적인 방법론의 관례로부터 생기는 오류의 소스가 다음과 같이 이해된다. 먼저, 위치 창(P_W)이 하나의 샘플 기간(T_M)과 장비-기반 상수(P_F = 5nm)를 더한 값으로 진행된 최대 거리로서 형식상 정의된다. 최대 스테이지 속도가 원하는 링크 런 속도(V_L)의 1.3배가 되는 것으로 관대하게 가정된다. 따라서, 위치 창 P_W = 1.3V_LT_M + P_F인데, 여기서 샘플 기간(T_M)은 센서 샘플링율(f_M)의 역수(inverse)이다. 예컨대, 센서 샘플링율 f_M=6.7MHz이고 링크 런 속도 V_L = 200mm/s인 경우, 추정된 위치 창 P_W = 44nm이다. 창이 발사 위치 주위를 중심으로 하기 때문에, 이 값은 레이저 빔(100)을 위치시키는데 있어서 최악의 경우의 오류(22nm)의 두 배를 나타내는데, 이는 센서 샘플링율(f_M)과, 레이저 빔축(108)이 웨이퍼(102)를 횡단하는 링크 런 속도(V_L)에 의해 고유하게 결정된다.

도 6을 참조하면, PPT 방법은 대략적인 스테이지 속도(V_stage)에 대해, 측정된 값(M_means), 추정치(V_est), 또는 단순히 속도 설정 지점(V_com)("명령된 속도")을 이용한다. 결정 블록(330)으로 나타낸 바와 같이, 레이저 펄스를 발사하는 것은 이후 두 가지 방식 - 시간-기반 발사 또는 위치-기반 발사 중 하나로 달성될 수 있다. 결정 블록(330)의 출력("P")으로 나타낸 바와 같이, 위치-기반 발사 실시예는 나머지 진행 거리(|P_E - P_T|)를 위치 창(P_win)과 비교하는데, 여기서 P_E는 외삽된 위치를 나타내고 P_win은 더 높은 PPT 샘플링율(f_E)로부터 기인하는 더 좁은 위치 창을 나타낸다. 결정 블록(330)의 출력("T")로 나타낸 바와 같이, 시간-기반 발사 실시예는 레이저 발사 시간(T_trig)을, 대략적인 스테이지 속도(V_stage)로 나눈 진행 거리(|P_M - P_T|)로서 계산한다.

PPT 방법을 이용하는 발사 창(P_win)이 PPT 파라미터를 이전에 도입된 수식(P_win = 1.3V_LT_e + P_F)으로 대체해서 계산될 수 있다. 동일한 200mm/s 링크 런 속도 및 주파수 추정치(100MHz)에 대해, 발사 창 너비가 단지 7.6 미크론으로 줄어들고, 최악의 경우의 오류가 단지 3.8미크론이다. 이 최악의 경우의 위치 오류를, 통상적인 방법론을 이용해서 위에서 계산된 대응하는 최악의 경우의 위치 오류(22nm)와 비교하는 것은 통상적인 방법에 비해 PPT 방법을 이용할 때의 위치지정 정확도에서의 6배 초과의 개선을 보인다.

대안적인 실시예가 다양한 위치 및 속도 측정 디바이스를 간섭계에 대한 대안으로서 채용하는데, 이를테면, 예컨대, 광학 또는 간섭성 인코더; 온도계; 압력계, 또는 변형(strain) 게이지 센서; 초음파, 자동시준기, 광학 센서(4겹(quad) 셀, PSD, CCD 비전 센서), 및 전자 센서(용량성, 유도성, LVDT)를 채용한다. 또한, 추정치를 생성하기 위한 다양한 대안적인 데이터 처리 계획(scheme)이 디지털 신호 프로세서를 채용하는 실시간 컴퓨터(RTC) 및 계산용 FPGA를 이용하는 링크 프로세서 기판(LIP)을 포함한다. 적용가능한 신호 처리 기법이 신경망, 신호 필터링 및 평균화, 칼만 필터링, 및 퍼지 로직을 포함한다.

많은 변경이 본 발명의 기본적인 원리를 벗어나지 않고도 위에서 설명된 실시예의 세부 사항에 대해 이루어 질 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 따라서, 다음의 청구항에 의해서만 결정되어야 한다.

본 발명은 대상 시료를 가공하기 위해 이용되는 펄싱된 레이저 기술에 이용가능하다.

Claims (16)

1. 대상 시료를 가공하기 위해 방향 지정되는 레이저 펄스를 발사하는 방법이되,

   레이저 펄스는 빔축과 지지부에 놓인 대상 시료를 따라 진행하고, 상기 빔축과 지지부는 지정된 대상 시료 위치에서 레이저 펄스의 입사에 의해 대상 시료를 가공하기 위한 속도로 서로에 대해 이동하고, 지정된 대상 시료 위치는 대상 시료 상에 레이저 펄스 발사위치와 연관된 레이저 펄스 발사 방법으로서,

   측정 샘플링 율과 대응되는 다중 시간-축상의 측정 간격에서 측정된 상대적 위치 데이터를 얻기 위해 상기 빔축과 상기 지지부 사이의 상대적인 위치의 측정을 수행하는 단계;

   각각의 상기 다중 시간축상의 측정 간격 안의 다른 시간들동안 상대적 위치 데이터를 예측하는 단계로서, 예측된 상대적 위치 데이터는 측정 샘플링율보다 큰 외삽된 위치 데이터 샘플링 율과 대응되는 다른 시간들에서 예측된 상대적 위치데이터 각각에서 외삽된 상대적 위치는 측정된 상대적 위치데이터, 속도 및 시간축 상의 측정 간격안에서 경과된 시간 값으로부터 얻는 상대적 위치데이터를 예측하는 단계;

   정해진 대상 시료 위치들 중 선택된 하나와 관계된 발사창 안에서 상기 빔축의 발생을 결정하기위해 정해진 대상 시료 위치와 관련된 상기 레이저 펄스 발사 위치와 상기 예측된 상대적인 위치 데이터를 비교하는 단계로서, 상기 발사창은 외삽된 위치 데이터 샘플링 율과 측정 샘플링 율의 비율에 따라 형성되고,

   상기 발사창 안에 빔축의 발생을 결정하는 응답으로서, 상기 정해진 대상 시료 위치들 중 선택된 하나에서 대상 시료를 가공하기 위한 레이저 펄스를 발사하는 단계를 포함하는 레이저 펄스 발사방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 속도는 빔축과 지지부 사이의 상대적인 위치 중 하나에 대응하는 측정된 속도 값을 포함하는, 레이저 펄스 발사 방법.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 속도는 빔축과 지지부의 상대적인 움직임의 명령된 설정-지점 속도를 포함하는, 레이저 펄스 발사 방법.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 속도는 빔축과 지지부의 상대적인 움직임을 기초로 한 예측치를 포함하는, 레이저 펄스 발사 방법.
5. 제1 항에 있어서,

   다중 시간축상의 간격에서 이행된 상대적인 위치 측정은 간섭계에 의해 제공되는, 레이저 펄스 발사 방법.
6. 제1 항에 있어서,

   다중 시간축상 간격에서 이행된 상대적인 위치 측정은 인코더에 의해 제공되는, 레이저 펄스 발사 방법.
7. 제1 항에 있어서,

   상대적 위치 데이터의 예측은 칼만 필터를 이용하는, 레이저 펄스 발사 방법.
8. 제1 항에 있어서,

   상대적 위치 데이터의 예측은 링크 가공(LIP) 회로망을 이용하는, 레이저 펄스 발사 방법.
9. 제1 항에 있어서,

   외삽된 상대적 위치들과 대응되는 상대적 위치데이터의 추정단계는 다중 시간축상의 측정 간격보다 더 작은 시간 간격 내에서 증분적 위치 값을 계산하기 위해 속도를 이용하는 단계를 포함하는, 레이저 펄스 발사 방법.
10. 제1 항에 있어서,

    외삽된 상대적 위치가 얻어지는 상대적 위치 데이터 값은 이전의 다중 시간축상의 측정 간격의 수와 대응되는, 레이저 펄스 발사 방법.
11. 제1 항에 있어서,

    지지부는 동작 스테이지를 포함하는, 레이저 펄스 발사 방법.
12. 제1 항에 있어서,

    대상 시료는 전기적으로 전도성 링크 구조로 제작된 반도체 웨이퍼를 포함하는, 레이저 펄스 발사 방법.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1 항에 있어서,

    상기 발사창은 발사 시간 창을 나타내고 레이저 펄스의 발사는 발사 시간 창 안의 시간에서 일어나는, 레이저 펄스 발사 방법.
16. 제1 항에 있어서,

    상기 발사창은 발사 시간 창을 나타내고 레이저 펄스의 발사는 발사 위치 창 안에 빔축의 발생상에 일어나는, 레이저 펄스 발사 방법.

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