(57)【要約】【課題】材料処理システムによって導入される系統誤差を正確にマッピングすることによって工作物表面の上又は中にレーザ操作を行うために、材料処理システムに固定される工作物に適用されるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の補正の正確性を改善する方法を提供する。【解決手段】三次元で微細加工システム（２０）を較正する方法は、三次元表面を決定するためにサンプル工作物（２２）を走査すること（７０）、一連のステップにおいて走査データに対する最良の適合表面を計算すること（７２，７４，７６，７８，８０，８２）及び後続の工作物が関連材料処理サブシステムにおける変動によって取り込まれる系統誤差を除去するために較正できるように結果を記憶すること（８４）を含む。本方法は、全表面適合の局所的な変動の影響を最小限にするために粒子汚染をモデル化する板曲げ理論及び区分的の態様で三次元表面に適合するスプラインを使用する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の位置の基準ポイントを含む工作物と、該工作物を保持するチャックと、レーザビームを放射するレーザ及び前記レーザビームを前記工作物に方向付ける光学機器と、材料処理サブシステムと、該材料処理サブシステム、前記光学機器又は前記材料処理サブシステム及び前記光学機器の両方に、前記レーザビームと前記工作物との間の関係において系統誤差を補償するために前記工作物の特定ポイントに前記レーザビームに沿う特定ポイントを方向付けるよう指示する制御サブシステムとを含む工作物処理システムを較正する方法であって、
工作物に対応する３次元マップのデータを構築するために多数の位置で前記工作物の３次元測定を行うこと、
前記３次元マップの基準ポイントの測定された前記位置と前記基準ポイントの既知の位置とを比較することによってＸ位置及びＹ位置の誤差を補正すること、
前記３次元マップの前記データに対する第１の最良の適合表面を計算すること、
第１の残余を形成するために前記３次元マップの前記データから前記第１の最良の適合表面を引くことを含む第１の表面引き算によって第１の誤差を除去すること、
前記第１の表面引き算によって形成される前記第１の残余に第２の最良の適合表面を計算すること、
第２の残余を形成するために前記３次元マップの前記データから前記第２の最良の適合面を引くことを含む第２の表面引き算によって第２の誤差を除去すること、
前記第２の表面引き算によって形成される前記第２の残余を多数のより小さい隣接領域に分割すること、
対応する領域表面を形成するために前記多数の領域の各々に対して領域最良適合表面を計算すること、
前記Ｘ位置の補正及び前記Ｙ位置の補正、前記第１の最良適合表面、前記第２の最良適合表面及び前記領域表面を較正マップに結合すること、
前記レーザビームと前記工作物との間の前記関係の誤差を算定するために前記較正マップを使用することを含む、工作物処理システム較正方法。
【請求項２】
前記Ｘ位置及び前記Ｙ位置を補正することは測定された前記データの多項式適合と前記Ｘ位置及び前記Ｙ位置に対して交差軸線方向及び平行方向の前記既知の位置とを比較することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の最良適合表面、前記第２の最良適合表面、又は前記領域最良適合表面は各々、多項式、三角、又は板曲げ理論の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の最良適合表面、前記第２の最良適合表面、又は前記領域最良適合表面の前記計算はスプラインを使用してＸ、Ｙ又はＺの区分的態様で適合を行うことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記３次元測定は単一の測定においてＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸の方向の、又は前記Ｘ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸のいずれかの組み合わせの方向の前記工作物の前記位置を測定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記３次元測定の値は前記工作物の特徴をレーザで照射することによって得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記較正マップが記憶され、また次の工作物を補正するために検索される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記較正マップは次の工作物を測定することによって改良される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
較正される前記工作物は半導体ウェハである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
既知の位置の基準ポイントを含む工作物と、該工作物を保持するチャックと、レーザビームを放射するレーザ及び前記レーザビームを前記工作物に方向付ける光学機器と、材料処理サブシステムと、該材料処理サブシステム、前記光学機器又は前記材料処理サブシステム及び前記光学機器の両方に、前記レーザビームと前記工作物との間の関係において系統誤差を補償するために前記工作物の特定ポイントに前記レーザビームに沿う特定ポイントを方向付けるよう指示する制御サブシステムとを含む工作物処理システムを較正する方法であって、
前記工作物の３次元マップを構築するために多数の位置で工作物の３次元測定を行うこと、
前記工作物に対して１以上の最良適合表面を計算することによって較正マップを形成すること、
前記レーザビームと前記工作物との間の前記関係の誤差を算定するために前記較正マップを使用することを含む、工作物処理システム較正方法。
【請求項１１】
前記最良適合表面は、多項式、三角、又は板曲げ理論の１つである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
各最良適合表面の前記計算はスプラインを使用してＸ、Ｙ又はＺの区分的態様で適合を行うことを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記３次元測定は単一の測定においてＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸の、又は前記Ｘ軸、前記Ｙ軸及び前記Ｚ軸のいずれかの組み合わせの前記工作物の前記位置を測定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記３次元測定の値は前記工作物の特徴をレーザで照射することによって得られる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記較正マップが記憶され、また次の工作物を補正するために検索される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記較正マップは次の工作物を測定することによって改良される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
較正される前記工作物は半導体ウェハである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
較正材料処理システムによって固定される工作物の下で粒状汚染を検出する方法であって、
前記工作物の３次元マップを構築するために多数の位置で工作物の３次元測定を行うこと、
予め計算された較正マップと前記３次元測定の値とを比較することによって前記３次元マップを較正すること、
前記較正マップを加工することによって粒状汚染を検出することを含む、粒状汚染検出方法。
【請求項１９】
前記加工はしきい値又は板曲げ理論の１つである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記加工は前記粒状汚染のサイズを算定することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記３次元測定を行うことは第１のセットの測定値を生じ、前記粒状汚染を検出することは検出された前記粒状汚染に近いサンプル密度を増加させるために前記検出された粒状汚染の近傍の前記工作物の３次元測定を行うことを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記粒状汚染を検出することに応答して、前記工作物の加工を停止すること、前記工作物の加工を継続すること、前記工作物の一部分を加工すること、又は前記工作物から汚染を除去するために前記工作物を清掃することを決定することを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料処理システムの較正に関し、特に工作物、例えばレーザ加工作業用半導体ウェハを適所に固定する材料処理システムを較正する方法に関する。本発明はシステムによって予め計算できかつ加工される後続の各工作物に適用できる系統誤差を識別しかつ補正する方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ微細加工は半導体及び電子部品製造に関連した種々の作業に使用される。レーザ加工のいくつかの適用は、半導体ダイ、例えば動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を修復、設定及びマーキングすること、受動部品をレーザトリミングすること、基板にビア穿孔すること、及び集積半導体デバイスのインピーダンスを調整することを含む。ＤＲＡＭ修復の例において、ＤＲＡＭ集積回路（ＩＣ）を含む半導体ウェハが検査され、機能しないメモリセルのリストが仕様書に作成される。このリストを使用して、メモリ生産改良システムは不良セルを処理するために可溶性リンクにレーザパルスを集中することによって不良セルを論理的に除去することをレーザに指示する。その後、システムは、余分なメモリセルに関連した可溶性のリンクを加工し、それによって前ステップにおいて除去された不良セルを取り替えるために回路に可溶性リンクを追加するようにレーザに指示する。典型的に、可溶性リンクのレーザ加工はリンクを切断することを伴うが、いくつかの場合、レーザ加工は回路要素間の電気的接続を行う。受動部品のトリミングにおいて、電子回路がシステムによって監視されている間に、システムは電子回路の受動部品、例えば薄膜抵抗に、その電気的特性を変更するためにレーザを方向付ける。この例では、レーザは適切な抵抗値に到達するまで、抵抗から材料を除去するよう方向付けされる。ビア穿孔において、システムは、電気的接続を絶縁材料によって垂直方向に分離された回路層間に作ることができるようにするために、レーザエネルギー次第で、熱的効果又はアブレーションのいずれかによって基板に穴を形成するようにレーザを方向付ける。インピーダンス調整において、システムは半導体接合部を加熱し、またその電気的特性を変更するためのドーパントを半導体接合部内に再注入させるためにその半導体接合部にレーザを方向付ける。
【０００３】
これらの全ての適用が共通して有することは、ＩＣ又は基板に特定サイズのレーザパルスを正確に方向付けることが望ましいことであるということである。一時的なパルス形状、タイミング、パルスエネルギー及び空間エネルギー分散を含む特定の性質を有するレーザパルスを特定の位置に供給することが望ましい。これらのテーマに関連した先行技術はかなりある。例えば、本特許出願の譲受人に譲渡される米国特許第４，９４１，０８２号及び米国特許第６，１７２，３２５号は工作物にレーザパルスを正確かつ迅速に供給する方法及び装置を記載する。これらのシステムが共通して持つことは、それらのすべてが工作物を加工する前に整列較正ステップを行うことである。このステップは工作物に基準マークの位置を探すこと、及びこの情報を、正確な加工を可能にするためにレーザシステムに対して工作物を位置決めするために使用することを含む。
【０００４】
半導体及び電子デバイスは、増加する回路量がますます小さい寸法に充填されるので、ますます高密度になっていることは周知である。半導体及び電子部品の寸法がますます小さくなるにつれて、工作物に対してレーザビームを位置決めする際、より高い正確さを達成することが望ましい。上記米国特許第４，９４１，０８２号及び米国特許第６，１７２，３２５号は、レーザビームにほぼ鉛直で工作物に平行な座標であるＸ座標及びＹ座標において正確かつ高速度でレーザパルスを供給する方法及び装置を記載する。
【０００５】
しかしながら、収束レーザビームがＸ軸及びＹ軸の他に、レーザビームにほぼ平行な軸であるＺ軸の焦点スポット特性に影響を与える３次元（３Ｄ）形状を有することも周知である。レーザビームは焦点光学機器から特定の距離で望ましいスポットサイズに収束できるが、Ｚ軸方向のビームに沿って公称焦点距離より接近する又はさらに離れるように移動するにつれて、スポットサイズは一般的に増大する。典型的なレーザビームの図が図１に概略的に示される。レーザビーム１０は光学軸線１２の周りに集中される。ビームウェスト１４は、レーザビーム１０がその最小スポットサイズを達成する光学軸線１２に沿うポイントである。レーザビーム１０が特定の直径以下のスポットサイズを維持できる範囲は焦点深さ（ＤＯＦ）１６と称される。当業者に周知であるように、最小レーザビームスポットサイズはより高い開口数（ＮＡ）を有するレンズを使用することによって減少するので、ＤＯＦも減少する。本特許出願において記載される技術の全範囲において、工作物及びそれを保持する材料処理システムの両方の適正な製造公差によって、工作物の位置及び高さに変動があるのは一般的である。工作物表面の自然変動がＤＯＦ及び望ましいレーザビーム精度と同じ程度であるとき、本方法はこれらの変動を補償するために使用できる。工作物全体に対して望ましいレーザビーム精度及びスポットサイズを維持する１つの方法はレーザビームが工作物を横切るとき、レーザビームに関するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の補正を行うことである。
【０００６】
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の補正を行う現在の技術は、米国特許第６，４８３，０７１号によって示され、それには工作物表面上の４つの非同一直線上ポイントが測定され、また２本の線の表面がそれらの間で補間される。３軸運動制御システムの軸線はレーザビームのＤＯＦ内の現実の工作物表面を維持しようとして補間された輪郭に従うよう指示される。先行技術による解決の主な欠点はそれらが分析に利用可能な工作物のZ軸変動に関する大量の先験的情報を無視することである。第１の原因は、材料処理システムによって引き起こされるＸ位置、Ｙ位置及びＺ位置における系統誤差に関する情報である。第２の原因は工作物と材料処理システムとの間でせき止められる粒子汚染によって引き起こされるＺ軸の変動による特性に関する情報である。
【０００７】
現状の技術に対する望ましい改良は材料処理システムに関する経験的情報及び粒子汚染によって引き起こされる誤差の特定の性質を考慮に入れるＸ，Ｙ，Ｚ軸補正を行う方法を開発することである。これらの改良はより正確なＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の補正を提供し、それによって、以前の方法によって使用されるレーザビームスポットサイズ及び焦点深さより、より短い焦点深さを有する、より小さいレーザビームスポットサイズを生成する、より高いＮＡレンズの使用を可能にする。先行技術も、工作物が加工されるので、実行時にすべての補正を計算する。加工スピードを上げること、すなわち別の望ましい改良は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の補正の少なくとも一部分が特定の工作物を加工する前に予め計算できるならば達成できる。
【特許文献１】米国特許第４，９４１，０８２号公報
【特許文献２】米国特許第６，１７２，３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、材料処理システムによって導入される系統誤差を正確にマッピングすることによって工作物表面の上又は中にレーザ操作を行うために、材料処理システムに固定される工作物に適用されるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の補正の正確性を改善する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
材料処理システムに取り付けられた工作物に適用される、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸補正の正確性を改善する方法の利点は、該方法が工作物と材料処理システムとの間にせき止められた粒子汚染によって引き起こされる工作物の表面に対する歪みを検出しかつ補償することである。
【００１０】
レーザビームと三次元の工作物との関係の詳細な記述は、６つの変数、３つの変換座標Ｘ，Ｙ，Ｚ及び３つの回転ｐ、φ、θを含むことが認識される。自由度６に基づく補正を行うことは３次元の遠近変換の使用を要求する。これらの計算が数学的に可能であるが、それらは本明細書に教示される計算よりもより困難であり、時間が掛かる。実験は、本明細書に教示される全自由度６に対するＸ，Ｙ，Ｚの近似の区分的な計算が先行技術で達成可能な精度よりもかなり高い精度を提供することを示した。もし、Ｘ，Ｙ，Ｚ変換近似の区分的な計算で得られる精度より高い精度が望まれるならば、その場合は、遠近変換の全自由度６の計算はより高い精度を達成するために使用できる。
【００１１】
この方法の好ましい実施例は最初、注意深く清掃されかつ検査されるウェハ、製造ウェハ（集合的に、「ウェハ」）又は較正格子（それらのいずれも工作物を構成する）をレーザ微細加工システムの清掃材料処理システムの中又は上に固定することを伴う。これは、処理されるべきウェハの形式のサンプル又はこの目的用に特別に製造されるウェハ又は格子のいずれかにすることができる。ウェハ又は格子は、ウェハ又は格子とチャックとの間の真空圧力の使用によって典型的に支援され、チャックの表面に合わせて変形する。ウェハ又は格子は表面の高解像度３Ｄマップを形成するためにシステムによって走査される。ウェハ又は格子の平坦性はマップの解像度に相当することが分かっているならば、ウェハ表面の測定はチャック表面の測定値に十分に一致する。チャック表面のより正確なマップを持つことが望ましいのであれば、ウェハはより高い解像度を持つシステム上で独立して測定でき、その後、いずれかのポイントのウェハ厚さは、チャック表面マップの精度を増大させるために走査される表面の高さから引くことができる。等価的に、チャックの表面は表面の３Ｄマップを直接形成するために走査できる。結果として生じる表面は本明細書に記載される方法を使用して分析され、補正マップが生成される。
【００１２】
システムによって加工用チャックに固定される後続の各ウェハは特定のウェハの３Ｄマップを形成するために、最初、走査される。この３Ｄマップはウェハの位置に系統誤差を補正しかつ、粒子汚染が存在するならば、粒子汚染を検出しかつ位置を突き止めるために補正マップを使用して加工される。この加工処理から生成されるデータはウェハを拒絶するために、またウェハの清掃動作及び再挿入動作になり得る信号を生成するために使用される。代替的に、ウェハが拒絶されないならば、汚染に関する情報はウェハの処理中、レーザビームにＺ軸の補正を行う際、システムを案内するために補正マップに結合される。ウェハ全体は走査でき、処理前に３Ｄマップが生成でき、又はウェハは領域で走査でき、各領域は前もって計算された３Ｄ補正マップの対応領域を使用して連続して加工処理される。
【００１３】
Ｚ軸誤差を算定するこの方法の利点は、以前の方法よりもっと正確であることであり、誤差の大部分は前もって計算されかつ記憶されるので、以前の方法より速い。これらはレーザメモリ生産改良システムの望ましい特徴である。また、精度及び速度は事実上、すべてのレーザ微細加工適用の望ましい特性であるので、当業者はこれらの方法がいずれかのレーザによる微細加工システムに対して有用であると考える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
好ましい実施例において、シリコンウェハはチャックの適所に固定され、ウェハの表面上の微細加工溶融リンクに入射用にパルス化されるレーザビームに対して位置付けされる。この場合、いくつかの要因はレーザ微細加工システムのＸ、Ｙ及びＺの精度の変動を引き起こす可能性がある。精度はレーザビームと工作物との間の関係の関数である。レーザビームと工作物との間の関係はいくつかの移動部品、光学機器及び工作物の関数であり、各々はそれ自身の誤差原因を持つ。例えば、好ましい実施例において、ウェハチャックは、ウェハ上の望ましい位置にウェハを位置付けるためにレーザビームの下でウェハを移動するＸ、Ｙテーブルに取り付けることができる。各軸線に沿う進路においてある得る誤差の他に、Ｘ軸及びＹ軸を互いに整列すること及びＸ軸及びＹ軸によって形成される平面を整列することはすべて、あり得る他の誤差原因のなかでチャック運動制御に原因のある誤差の一因になる。レーザビーム及びそのビーム成形位置決めシステムも精度のあり得る誤差の一因になる。光学機器においてビーム又は非線形のものを位置決める誤差によっても、システムはビームを誤って位置決めする。
【００１５】
好ましい実施例において、適所に固定される材料は、種々のプロセスステップを通じてシリコンの表面に作製される多数のＩＣダイを含むシリコンである。堅固なディスクとして通常思われているが、ウェハは実際、ウェハがチャックの形状に合わせることができ、またウェハがチャックの穴又は開口を通して適用される真空圧によってチャックの表面に引き下げられるので、ウェハとチャックとの間にせき止められた粒子汚染に応じて変形できる柔軟性を示す。ウェハによって示される柔軟性の程度は、他の変数のうち、材料の硬さ、厚さ、及びウェハの直径、並びに適用真空圧の力に依存する。板曲げに内在する数学的な原理の記載は、例えば、ヤング及びブディナスによる、ストレス及びストレインのロアークの公式、第７版２００２年に見ることができる。３Ｄ補正マップを生成するために使用されるウェハは、３Ｄマップを構築するために採集されるウェハの表面上のポイントの精度及び密度を改良できる追加のターゲットを含めるために、システム又は較正格子によって加工される、特にウェハ又はウェハ状材料から生成される現実のウェハのサンプルにすることができる。
【００１６】
ビーム−工作物間の位置決めにおける誤差は３つの部分に分割することができる。第１の部分は、他の原因のうち、チャック、運動制御機構、ビーム位置決め、及びビーム成形光学機器に起因する反復可能な誤差を含む。所定のシステムに対して、誤差のこれらの原因は一定であり、測定できかつ補償できる。誤差の第２の原因は、他の原因のうち、量子化及び動的位置決め誤差によって引き起こされるいずれかの物理的測定システムに固有のランダム誤差である。この誤差原因は不可避であるが、第１の誤差原因の大きさよりはるかに小さくする注意深いシステム及び測定技術、例えば平均化することによって、最小限にすることができる。第３の形式の誤差は工作物とチャックとの間の粒子汚染である。この誤差原因は、それが機械によって加工される各工作物で変化し得るので第１のものより永続性はないが、第３の誤差原因が所定の工作物の加工中に変化しないので、第２の誤差原因よりはるかに永続的である。
【００１７】
レーザ微細加工システムによって生成される永続的な誤差を測定するいくつかの方法がある。第１の方法は、工作物の位置の指示を提供するために位置決め装置に直接、フィードバック機能を使用する。この形式の測定例は線形エンコーダ、レーザ三角センサ及び干渉計を含む。しかし、Ｘ及びＹ誤差を測定する際のより大きい精度は、表面上に正確に配置された、又は表面内に埋め込まれた、測定される基準位置で特別な工作物を生成することによって得ることができる。この場合、基準は、レーザビームそれ自体で又は加工視覚システムで測定されるように設計される。工作物は、基準の位置を発見しかつ測定するためにレーザビームに対して位置決めできる。基準の位置を測定するいくつかの方法は、（１）工作物に対してレーザビームを移動すること及び基準の位置を検出するために反射エネルギーを測定すること、及び（２）正確に位置を探すためにビデオカメラ及び加工視覚システムを使用して基準の位置を測定することを含む。当業者は、これらは工作物上の基準ターゲットを測定する多くの方法のうちの２つであることを認識する。現実の測定位置は予測位置と比較でき、差が計算される。計算された差はシステムによって生成される永続的な誤差に比例する。測定はランダム測定誤差を減少させるために繰り返すことができ、工作物及びチャックは粒子誤差を除去するために測定前に注意深く清掃され得る。
【００１８】
ウェハのＺ軸高さを測定することは多数の方法のいずれか１つにおいて行うことができる。その方法の一例はウェハの表面上で反射性ターゲットを照射するレーザスポットの画像を獲得することを伴う。システムはＺ軸高さにおいていくつかのステップによって段階付けされ、ビームは各ステップでターゲットの縁部を横切って走査される。ターゲットの縁部を横切る走査の間の反射の変化の鋭さ（ｓｈａｒｐｎｅｓｓ）が各ステップで測定され、Ｚ軸高さステップに関連した鋭さの値が描画される。最高の鋭さを有するポイント及び表面の真のＺ軸高さは鋭さの曲線の潜在的に補間されるピークに対応するＺ軸高さである。類似の態様で、十分な表面細部を含むウェハのいずれかの部分が対照値を生成するためにレーザ照射下で画像化できる。システムのＺ軸高さがいくつかの値及び上述のように描画された対照値によって段階付けされるならば、Ｚ軸高さは最高の対照のポイントから推定できる。Ｚ軸高さも、レーザ三角法又は干渉分光法を含む多数の方法のいずれか１つによって直接、測定できる。当業者は、これらの方法は、ここに述べられていない他の方法のほかにウェハから３Ｄデータを生成するために使用できることを認識する。図５はこれらの方法の１つを使用して走査されるウェハの３Ｄマップを示す。
【００１９】
図２は本発明の方法の好ましい実施例を実行する模範的なシステム２０を示す。半導体ウェハ２２は粒子汚染を除去するために注意深く清掃され、また同様に清潔なチャック２４に固定される。チャック２４はＸ軸方向、Ｙ軸方向及び選択的なＺ軸方向にチャックを移動できる運動制御ステージ２６に取り付けられる。レーザ３０によって生成されるレーザビーム２８はビーム光学機器３２によってウェハ２２の表面に方向付けられる。ビーム光学機器３２はビーム２８を望ましいスポットサイズに焦点を合わせ、工作物によって偏向されるエネルギーをセンサシステム３４に方向付ける。このセンサはレーザビーム２８から帰還信号を獲得するコンピュータ３６又は他の形式のセンサに接続されるビデオカメラにすることができる。ビーム光学機器３２は、コントローラ３８の指揮下でＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向にビームの進路を取る能力を選択的に提供する。レーザビーム及びＺ軸方向の焦点スポットの移動がコントローラ３８の制御下で運動制御ステージ２６、ビーム光学機器３２又は両方によって提供できる。コントローラ３８及びコンピュータ３６は１つの装置又は別個の装置にできる。コントローラ３８及びコンピュータ３６はレーザビーム２８をウェハ２２上の特定のポイントに方向付け、そこで、コンピュータ３６がセンサシステム３４にレーザビーム２８によって照射されるウェハ２２からデータを獲得するよう指示する。ウェハ２２から獲得されたデータはウェハ２２の所定のポイントのＸ位置、Ｙ位置又はＺ位置を計算するコンピュータ３６によって加工される。単一の測定によって、ウェハ上のポイントのＸ位置、ウェハ上のポイントのＹ位置、又はウェハ上のポイントのＺ位置を生じさせることができる。いくつかの場合、測定方法は、単一の測定において２軸線以上についての情報を提供できる。例えば、加工視覚技術は単一の測定においてＸ位置、Ｙ位置及びＺ位置を高精度で測定できる。ウェハ２２のＺ軸高さを測定する別の方法は、システム２０がコントローラ３８に、Ｚ軸線に沿うレーザビーム２８によってウェハ２２の表面を段付けするために、光学機器３２、運動制御ステージ２６又は両方を移動させるように指示し、コントローラ３８は各段においてデータを獲得し、そのポイントでウェハ２２のＺ軸高さを決定するために、これらのデータを処理することである。ウェハ２２から３Ｄデータを獲得する現実の方法は先行技術の主題であり、当業者によく知られていると想定される。
【００２０】
採集されたポイントの現実の数及び位置は、速度、解像度及び高さを決定するために使用される特徴を含むパラメータのうちでトレードオフによって決定される。このプロセスは生産用材料の加工前に行うことができる。したがって、このプロセスに割り当てられる時間量は、そのプロセスが生産中に行われるより多くすることができる。反射性ターゲットが３Ｄマップを決定するために使用される場合、サンプルパターンはウェハ上にリソグラフィー技術で配置されるターゲットパターンによって決定される。３Ｄマップが焦点深さを使用して獲得される場合、ウェハは測定される対照を許容する十分な表面細部があるところで採集できる。要求されるサンプル密度も板曲げ理論から得ることができる。板曲げ理論は双二次表面（biquadratic surface）でモデル化できないウェハ表面の変動を検出するために適用される。板曲げ理論を適用するために、最初にピーク偏向又は式（１）に従って、計算されるＺｍａｘと称される、検出されるべき最小偏差を選択する。
【００２１】
（１）                Ｚｍａｘ＝Ｗａ２／１６πＤ
ここで、Ｗ＝Ｐπａ２、Ｐは真空圧であり、典型的に５５０００Ｐａの範囲内にあり、ａは偏向領域の半径であり、Ｄは、式（２）に従って計算されるプレート定数である。
【００２２】
（２）                  Ｄ＝Ｅｔ３／１２（１−ｖ２）
ここで、ｔはウェハ厚さであり、Eは弾性係数であり、ｖはポアソン比である。シリコンウェハｔが約７７５ミクロンであるのに対して、Ｅは約１６０Ｇｐａであり、ｖは約０．２５である。偏向半径ａは式（３）によって計算される。なお、Ｄ、Ｚｍａｘ及びＰは上記定義のとおりである。
（３）                  
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【００２３】
代替例として、粒子及び真空圧の結合動作によるウェハの偏向は弾性の式の他の閉形式解によって又は有限要素或いは等価の方法を使用することによって計算できる。図３は粒子汚染によって引き起こされる偏向５０の標準線形モデルを使用することと、板曲げ理論５２に基づいてモデルを使用することとの間の相違を示す。
【００２４】
図４は、描画された偏向「ａ」の半径対典型的なウェハに対して計算されたＺｍａｘすなわち「ピーク偏向」のグラフを示す。一旦、検出可能な最小限のピーク偏向が所定のウェハに対して選択されると、表面の選択偏向を検出するために、３Ｄ測定の予想誤差があるとすれば、偏向半径又はスポットサイズはウェハがどれぐらい密集して採集されねばならないかを示す。一旦、ウェハが走査され、Ｘデータ、Ｙデータ及びＺデータが集められると、それらのデータは分析される。この分析の第１の目的はＸ位置及びＹ位置の誤差を決定することである。測定される表面上の既知の位置に測定可能なポイントを有する工作物が生産されることを想定する。測定ポイントはそれらの名目的な位置に、測定データを既知のデータに適合することによって比較される。この適合は全誤差すなわち後述のＢスプラインを最小限にするために最小２乗適合を使用して行うことができる。この適合の目的は理想的なものからシステムの測定進路の偏向を決定することである。好ましい実施例において、この分析を行う方法は、最初に、交差トラック誤差を測定することである。これは、１つの軸線方向の誤差を第２の軸線の関数として計算することを伴う。例えば、Ｙの誤差はＸの関数として計算される。次に、Ｘの誤差はＹの関数として計算される。一旦、交差トラック誤差が算定されると、それは補正され、また平行トラック誤差が計算される。これは、例えばＹの誤差をＹの関数として、及びＸの誤差をＹの関数として計算することを伴う。これらの誤差は補正マップの第１の部分を形成するために交差トラック誤差に結合される。
【００２５】
一旦、システムのＸ軸及びＹ軸が較正されると、Ｚ軸が較正される。分析の目的は材料処理システムに因るＺ軸高さの変動を決定することである。材料処理システムはＸ運動制御軸線及びＹ運動制御軸線が完全にレーザビーム軸線に垂直であり、またウェハチャックが完全に平坦であるように加工できるように構成されるならば、レーザビーム焦点スポットは一度調節でき、またウェハ全体が処理できる。しかし、典型的に、Ｘ運動制御軸線及びＹ運動制御軸線とチャックの平坦性との両方に何らかの誤差が存在する。プロセスは図５に示される表面の獲得された３Ｄマップを使用して開始する。分析の第１のステップは、最小２乗法で３Ｄデータに対して平面を適合することである。この平面はＸＹ運動制御システムによって導入される傾斜に対応する。元のデータから傾斜面を引くことは残留誤差を残し、また図６に示される。第２のステップは、前のステップからの残留誤差に双二次表面を適合することである。双二次表面は、これがチャックによって導入される観察誤差に最も厳密に一致するので選択される。ウェハチャック製造における最終段階は、特定の平坦性に表面をラッピングすること又は磨くことを一般的に伴う。この仕上げ操作が半導体及び電子部品製造産業において一般的に採用される許容誤差に対して行われるとき、最大数ミクロンの程度の深さの細い皿状のへこみをこのプロセスによってチャックに残すことができる。チャックのこの皿状のへこみは加工操作に対する許容誤差の範囲内に十分入るが、この皿状のへこみはレーザ微細加工が行われる規模で明確になる。また、チャック変形は、チャックをシステムに取り付けることによってチャックに導入されるストレスによって、又はチャックの取り付けに対してその位置を変更させるチャック内の熱作用によって引き起こされ得る。図７は計算した双二次表面を示す。図８は、ステップ１からの残留データに双二次表面を適合する結果と残留データからこの表面を引くことの結果とを示す。図８の鋭いピークはこの方法によって検出される粒子汚染を示す。Ｚ軸目盛りは粒子汚染をより明確に示すために拡張される。第１及び第２のステップは、傾斜及び皿状誤差の両方をモデル化する単一のステップに結合でき、もとのデータから単一の適合表面を減じることによって残留誤差を計算する。
【００２６】
分析の第３のステップは、双二次表面の引き算から形成される残留データを多数の隣接領域に分割すること及び最小２乗法の表面を各領域に別々に適合することを伴う。適合表面は、最初の２つのプロセスステップを経て残存する残留誤差の形式に関する経験的データによって、平面状、双線形、双二次、双三次、又は高次多項式又は板曲げ理論に基づくモデルにすることができる。当業者は、三角級数例えばサイン／コサイン級数又はゼルニケ多項式を含む、他の形式の基本関数が、表面に適合するのに代替的に使用できることを理解する。走査される特定ウェハの関数になり得る、又は測定誤差によるランダム誤差を抑制するために、残留データは曲線適合前に濾波（フィルタリング）される。このフィルタは線形平滑フィルタ又は非線形系列静止ベースフィルタの形態にすることができる。また、このステップの適合曲線は、各領域が多項式関数に適合するスプライン曲線にすることができるが、隣接領域に滑らかに結合するために制限される。この方法は不連続が突然発見されないウェハの下層物理構造を映し出す利点を持つ。また、この方法は連続及び平滑にすべき領域の境界を横切るｚ運動を許容する利点を有し、無限の速度、加速度又は急な運動が位置決めシステムから要求されない。図９は、粒子汚染を除去するために特にデータを濾波した後、図８からのデータにこの分析を行う結果を示す。図９のデータは、前のステップによって除去されないチャックの表面の凸凹による、ウェハの３Ｄ面の変化を示す。これらの凸凹は、前ステップで決定されるパラメータとともに、システムがレーザビームのいずれかの特定部分を所定の精度でウェハ上の選択位置に方向付けることができるように工作物の表面上のいずれかの所望のポイントのＸ，Ｙ，Ｚの正確な位置を規定するためにシステムを較正するために使用される。
【００２７】
特定の多項式関数、例えば線形、双二次又は双三次の選択は好ましい実施例のために示される例に基づくことに留意する。当業者は、例えば、高次多項式関数、三角法関数、例えばサイン／コサイン級数、又はゼルニケ多項式を含む、多数の異なる基本関数のいずれか１つは類似の結果を引き起こすために使用できることを理解する。
【００２８】
測定された永続的なシステム誤差の精度を増強するための１つの追加的な技術はマップを繰り返し展開することを伴う。多数のウェハ上の基準ターゲットの測定位置及び予想位置から決定される誤差は永続的な誤差マップを平均化し、繰り返し展開し、又は適用する適切なアルゴリズムを使用して永続的な誤差のマップに組み込むことができる。これらの誤差は較正目的のシステムに組み込まれるウェハ又は較正格子から決定できるか、又は工作物を加工する間に測定できる。適応スキームのパラメータの選択によって特定の適用に適切な時間規模以上でモデル変更を行うことができる。誤差の展開マップの１つの利点は、１つのウェハの厚さ、変更、又は粒子汚染からの残留誤差が平均になることである。別の利点は、工作物によってシステムにもたらされる粒子はチャックの表面に付着できることである。この状況において、粒子汚染はシステムの永続的な誤差になり、展開誤差マップによって説明され得る。
【００２９】
Ｂスプライン曲線はデータを平滑にするためのフィルタとして作用することができる。多項式又はサイン／コサイン級数を使用することが誤差に適合するとき、１つのポイントの測定における小さい誤差はこの小さい誤差が濾波されなければ、全体領域に亘る適合において誤差を生じ得る。また、測定ポイントの数及び多項式又は級数の次数次第で、ポイントを測定する際の誤差は適合曲線／領域にさらに大きい規模の誤差を、できれば測定誤差を有するポイントから離れる位置に持たせる。他方、粒子による小さい変形は、一旦濾波が多項式又はサイン／コサイン級数適合前にデータに適用されると無視できる。Ｂスプライン適合は、誤差が測定ポイントから遠く離れた適合に影響を与えないという点において局所に残るので、これらの問題を解決する。また、Ｂスプライン曲線は、適合曲線／表面誤差が測定ポイントの誤差以下に保証されるという点において変化を減少させる。結果は局所変更の適合が、多項式又はサイン／コサイン級数適合を有するのと異なって束縛されるということである。
【００３０】
Ｂスプライン曲線は１セットのポイント間を補間するために１セットの混合関数を使用する。それらは、ＮＵＲＢＳへの紹介：デイビット  エフ．ロジャーによる歴史的観点、２００１という書籍に記載される。Ｂスプライン補間の理解を容易にするために、ｐ（ｔ）をパラメータｔの関数としてＢスプライン曲線に沿う位置にする。
Ｂスプライン曲線は式（４）によって定義される。
【００３１】
（４）                                  
2008532766.tif 000004
ここで、２＜＝ｋ＜＝ｎ＋１（ｋは２以上かつｎ＋１以下）、Ｂｊはスプライン形状を制御する多角形のｎ＋１個の頂点の位置であり、Ｎｉ，ｊは式（５）によって定義されるＢスプライン貸付関数である。
【００３２】
（５）                                            
2008532766.tif 000005
【００３３】
パラメータｋは多項式関数p(t)の次数を制御する。曲線ｐ（ｔ）及びｋ−２までの次数のその導関数はすべて連続する。１セットの測定ポイントを通過するＢスプライン曲線を見つけ出すために、スプライン形状を規定する多角形の頂点Ｂｉの位置を見つける必要がある。Ｄｊ（ｔ）と表示される適合するｊ個のポイントがあるならば、Ｂスプライン曲線は（６）を満足しなければならない。
【００３４】
（６）                          
2008532766.tif 000006
ここで、２＜＝ｋ＜＝ｎ＋１＝ｊ（ｋは２以上かつｎ＋１以下）である。このセットの式は制御多角形の頂点を見つけ出すために線形代数を使用して解くことができる。
【００３５】
当業者は、表面適合の３つのステップは同じレベルの精度を達成するために隣接領域に適合する１つの面に陥没され得ることを認識する。３つのステップに表面適合を分割する利点は第１に、計算が簡易化され、第２に、誤差原因をより厳密にモデル化する表面適合に問題を正確に分割することによって、各誤差原因は別々に探知できる。これにより、誤差原因はより正確に探知でき、誤差を軽減するために設計されるシステムの変化を正確に評価することを容易にする。例えば、本明細書に教示される方法を使用して、変化がＸ，Ｙ運動制御システムにあると、その作用は第１の表面傾斜ステップの傾斜パラメータに反映され、それにより、ユーザは、変化が合計誤差を増加させたか、又は減少させたかを直接決定できる。本発明の好ましい実施例に使用される位置決めシステム以外の位置決めシステムに対して代替タイプの表面は１又はそれ以上の個々のステップにおいて、又は２又はそれ以上の個々の適合を結合する表面適合において、データを適合させるために最適にできる。使用される表面タイプは位置決めシステムの誤差を最も良くモデル化するために選択できる。
【００３６】
この方法はチャックと工作物との間にせき止められた粒子汚染を検出しかつ識別することができる別の利点を持つ。チャックの高さの変化は粒子汚染によって引き起こされる変化より多い桁である。したがって、粒子汚染を検出するために使用されるいずれのシステムも、粒子汚染を検出しようとする前にチャック変化を補償する。図８は、この方法によって検出される粒子汚染の例を示し、ディスク（ウェハ）からの鋭いピーク立ち上がりは粒子汚染を示す。この方法の独特な特徴は、粒子サイズを予想することを含む、粒子汚染を検出しかつ識別することができる。この方法は、工作物、この場合は半導体ウェハの表面の変形が板曲げ理論に関連した数学的規則に従うことを想定することによって作用する。この理論に従って、ウェハ厚さ、その弾性及びそれを押し下げる真空圧が分かると、唯一の自由な変数は下方粒子のサイズである。偏向の高さ及び半径を測定することによって、粒子のサイズは予測できる。好ましい実施例において、ウェハの表面は予選択サイズの粒子が、Ｚのサンプル誤差を含む、変形の予想サイズよりサンプル格子をより小さくすることによって検出されることを確実にするために採集される。一旦、検出されると、もし必要ならば、粒子の存在を確認しかつそのサイズ及び位置のより良い算定値に達成するために、粒子を囲む領域はより高い解像度で再採集できる。
【００３７】
３Ｄ誤差補正マップを形成するために好ましい実施例において実施される動作のフローチャートが図１０に示される。処理を開始する前に、注意深く清掃されかつ検査されるウェハ２２はチャック２４に固定される。次のステップ７０は未加工の３Ｄデータマップを収集するためにステージ２６及び選択的にビーム光学機器３２によるウェハ２２の走査である。この方法によって創られる３Ｄマップの例は図５に示される。次のステップ７１は上述のようにＸ，Ｙ補正マップを創るための３Ｄマップを使用することである。この後、ステップ７２は式（７）の双線形表面ＳＬ（ｘ、ｙ)を適合する。
【００３８】
（７）                     ＳＬ（ｘ、ｙ) = Ａｘ ＋Ｂｙ＋Ｃ
ここで、Ａ、Ｂ及びＣは最小２乗適合によって決定される係数である。ステップ７４は、第１の残留マップＲ１を形成するために第１の適合表面ＳＬ（ｘ、ｙ）を未加工のデータから引くことを伴い、その図面は図６に示される。ステップ７６は式（８）の第２の双２次表面ＳＱ（ｘ、ｙ）を適合することを伴う。
【００３９】
（８）                      SQ(x、y) =Ｄｘ2 ＋Ｅｙ2 ＋Ｆｘｙ＋Ｇ
ここで、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは最小２乗適合によって決定される、第１の残余表面に対する係数であり、ステップ７８は、第２の残余表面Ｒ２を形成するためにステップ７６の第１の残余３Ｄデータから第２の適合表面を引くことを伴う。当業者は、高次多項式を含む、他の関数がこの適合に使用できることを認識する。この方法によって創られる双２次表面ＳＱ（Ｘ，Ｙ）の図面が図７に示される。この引き算の結果の図面が図８に示される。ステップ８０は残余表面Ｒ２を濾波すること、及びその後に残余表面Ｒ２を隣接領域に分割することを伴う。これらの領域はフィルタリング計算を可能にするために主として選択される。好ましい実施例のフィルタはチャックの系統誤差から生じ得る情報を通過させかつランダムノイズから生じ得る情報を濾波できるように設計される低域通過フィルタである。このフィルタを実行する１つの方法は多次元高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して周波数空間にデータを変換し、高周波数を軽減又は切りつめるために乗法フィルタを適用し、データを空間ドメインに変換するために逆ＦＦＴを適用することである。また、最初の２つのステップにおいて系統誤差を除去することはウェハの円周の周りのパッド端部にゼロを使用することを可能にする。濾波前にデータのＤＣ成分をゼロに近くに減少させることによって、紛失データは最終回答に対する最小の効果でゼロよって置き換えることができる。このフィルタを実施する代替的方法は上記Ｂスプラインを使用して表面を適合することを含む。この技術を熟知するものは、類似の結果をすべて有する高周波数又はランダムノイズを除去するためにデータセットを濾波するいくつかの方法があることを認識する。ステップ８２は濾波の後に、領域を多項式関数、サイン又はコサイン級数関数又はスプラインに適合することを伴う。ステップ８４は、領域適合データとステップ７２、７６において生成される表面適合とを結合することと、これらとステップ７１において生成されるＸ，Ｙ補正マップとを、次のウェハに使用するコンピュータ３６を介して記憶されるシステム全体の誤差補正表面を生成するために結合することとを伴う。
【００４０】
ウェハの実行時処理は図１１に示されるフローチャートに従う。プロセスを開始する前に、処理すべきウェハ２２はチャック２４に固定され、第１ステップ９０においてウェハ２２の３Ｄマップを生成するために走査される。ステップ９２において、記憶された補正マップが検索され、ステップ９４において、検索された補正マップは走査された３Ｄマップから引かれる。濾波された補正マップの例は図９に示され、また加工された粒子マップは図８に示される。この引き算からの残余は、粒子汚染を検出するためにステップ９６において処理される。粒子汚染は、予定された３Ｄ誤差からの偏差を識別するために前のステップからの残余をしきい値処理することによって最初に検出される。典型的に、粒子汚染の検出はプロセスを停止し、操作員はウェハを除去し、ウェハ及びチャックの両方を清掃し、再挿入するように通知される代替的に、粒子汚染を検出するステップは粒子汚染を識別するのを支援するために３Ｄデータポイントの密度を増加させるために中止した粒子汚染の近傍のウェハを再走査することを含む。一旦、中止した粒子汚染を含む領域が識別されると、曲線群からの曲線が式（９）によって記載される。
【００４１】
(9)                         
2008532766.tif 000007
ここで、ｚは高さ偏向であり、ａは半径ａの円板の偏向の中心から離れる距離であり、Ｗ及びＤは上記定義のとおりである。代替的に、曲線は、粒子及び真空圧の影響下でウェハの実験的に測定される偏向をより良くモデル化する異なる式に適合できる。この曲線適合の結果は疑わしい粒子汚染の位置及びサイズの識別である。 ステップ９８は、一旦、すべての粒子汚染がこの態様で識別されると、加工され得ないので処理を継続するか、又はウェハを拒絶するかどうかを決定することを伴う。加工用ウェハを拒絶する又は受け入れる規準はステージ及びビーム光学機器が汚染によって導入される３Ｄ歪みを補償し、さらにウェハ表面にビームウェストを集中できるかどうかに依存する。ステップ１００は、ウェハを拒絶する決定を指示する。ウェハが拒絶されれば、操作員は、例えばウェハを清掃及び再挿入するよう通知され得る。
ステップ１０２はウェハを加工する決定を指示する。もし、ウェハが加工されれば、粒子汚染によって引き起こされる変形に関する情報は、加工されるウェハの表面をより綿密にモデル化する新しい誤差マップを形成するために予め計算された系統誤差に結合される。ステップ１０４において、ウェハは現実に加工される。好ましい実施例において、これはウェハの表面上のリンクを切断するためにレーザを使用することを伴う。他の実施例において、レーザビームはウェハを個々の回路に切断する（ダイシング（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ））又はウェハ表面上にアニール位置を切り出すために使用できる。さらに、別の実施例において、ウェハは回路基盤で置き換えることができ、レーザは、ビア穿孔するために又は重視する部品を切削するために使用できる。
【００４２】
当業者によって理解されるように、本発明はその精神又は特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化できる。例えば、表面適合計算は１つのステップに結合することができ、隣接領域の数は増加又は事実上、１に減少でき、適合を形成するために使用される多項式関数は程度を増加又は減少でき、又は他の形式の関数が使用できる。また、本方法はメモリ修復以外のレーザ加工の形式に適用できる。したがって、本明細書の開示および記載は、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲を、限定されないが図示することを意図する。 
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ビームウェスト、スポットサイズ及び場の深さを示すレーザビームの図面である。
【図２】上記方法を実行するために使用されるレーザによるメモリ生産改良の概略図である。
【図３】板曲げ理論に従うウェハの表面変形を図示するグラフである。
【図４】変形の半径対ピーク偏向（粒子サイズ）間の関係を示すグラフである。
【図５】材料処理チャックに取り付けられたウェハの未加工３Ｄ走査を示す図面である。
【図６】材料処理システムによって導入される傾斜を除去した後、３Ｄデータを示す図面である。
【図７】図６に示されるデータに適合するために計算される系統的なボウル形状を示す図面である。
【図８】検出された粒子汚染を示す、系統的なボウル形状が取り去られた後の３Ｄデータの図面である。
【図９】系統誤差が本明細書に教示される方法によって除去された後、きれいなチャックの残留誤差の図面である。
【図１０】本明細書に教示される前処理方法を実施する際、実行されるべきステップを図示するフローチャートである。
【図１１】本明細書に教示される実行時方法を実施する際、実行されるべきステップを図示するフローチャートである。
【図１】
2008532766.tif 000008
【図２】
2008532766.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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