專利名稱：抑制雷射鏈路處理系統(tǒng)的工作雷射射束失真的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于雷射鏈路處理，尤其是有關(guān)被導(dǎo)引以執(zhí)行半導(dǎo)體靶極樣本的 鏈路處理的工作雷射射束的失真的抑制技術(shù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種用于抑制被導(dǎo)引以入射在一呈現(xiàn)以通過雷射鏈路處理系 統(tǒng)處理的靶極樣本上的工作雷射射束的失真的方法，其將從工作雷射射束去除 雜散光線所導(dǎo)致的失真。該工作雷射射束是由傳送自雷射的雷射輸出射束所衍 生出且通過衰減器來予以衰減，而該雷射及衰減器兩者則形成雷射鏈路處理系 統(tǒng)的部件。當(dāng)未運用該失真抑制方法時，該工作雷射射束的失真大致會響應(yīng)于 雷射輸出射束的衰減量的增加而顯著地增加。該方法的較佳實施例需要透過衰減器來導(dǎo)引雷射輸出射束以形成衰減器 輸出射束，以及提供一空間濾波器，該空間濾波器包含聚焦透鏡及孔徑。該衰 減器輸出射束是導(dǎo)引至聚焦透鏡以形成聚焦的射束于一與該聚焦透鏡相關(guān)聯(lián) 的聚焦區(qū)。所聚焦的射束包含主要射束分量及雜散光線分量，后者產(chǎn)生自與該 衰減器輸出射束結(jié)合的鏈路處理系統(tǒng)散射的光線。該主要射束分量聚焦于一空 間頻率，以及該雜散光線分量聚焦于一比該主要射束分量的空間頻率更高的空 間頻率。該空間濾波器的孔徑定位于聚焦區(qū)或靠近聚焦區(qū)，以允許主要射束分 量無阻礙地通過及阻隔雜散光線分量，藉以從工作雷射射束來去除雜散光線所 引起的失真。當(dāng)開始參考附圖時，額外的觀點及優(yōu)點從下文較佳實施例的詳細(xì)說明將變 得明顯。


圖l是公知雷射鏈路處理系統(tǒng)的方塊圖；圖2A及2B是以不同的影像放大率來顯示用于通過圖1及4的雷射鏈路 處理系統(tǒng)的處理所呈現(xiàn)的半導(dǎo)體晶圓樣本的工作表面上的對準(zhǔn)靶極；圖3A-1、 3A-2、 3B-1、 3B-2、 3C-1、 3C-2、 3D-1、及3D-2顯示雷射輸出 射束衰減的增加在通過圖2A及2B的靶材樣本所反射的掃描光在線的影響；圖4是雷射鏈路處理系統(tǒng)的方塊圖，該雷射鏈路處理系統(tǒng)是構(gòu)成以執(zhí)行用 于抑制靶極樣本的鏈路處理所導(dǎo)引的工作雷射射束失真的較佳方法；圖5是以橫剖面來顯示圖4的雷射鏈路處理系統(tǒng)中所含的空間濾波器總成 的圖；以及圖6A-1、 6A-2、 6B-1、 6B-2、 6C陽1、 6C-2、 6D-1、及6D隱2顯示圖4的雷 射處理系統(tǒng)中所使用的空間濾波器總成抑制圖2A及2B的半導(dǎo)體晶圓樣本的 工作表面上的對準(zhǔn)靶極所反射的掃描光線失真。公知雷射鏈路處理系統(tǒng)工作雷射射束工作表面雷射輸出射束雷射射束調(diào)節(jié)光學(xué)組件模塊 AOM衰減器 衰減器輸出射束 掃描條可變射束擴(kuò)展器射束分離器射束路徑區(qū)段聚焦透鏡偵測器模塊反射光線脈波雷射鏈路處理系統(tǒng)空間濾波器總成射束路徑雜散光線射束孔徑1012，12，14161820222430344042,4644,1105060，62，64，66,70，72,74，76100102104106雨準(zhǔn)直透4竟 112 孔 114 不透明區(qū) 116 聚焦區(qū) 118反射光線脈波 160， 162,164， 166， 170,172,174， 1具體實施方式
圖1是公知雷射鏈路處理系統(tǒng)10的方塊圖，該公知雷射鏈路處理系統(tǒng)10 產(chǎn)生被導(dǎo)引用以入射于靶極樣本的工作表面上的工作雷射射束12。該工作雷 射射束12衍生自通過雷射18(較佳地通過諧波產(chǎn)生)所發(fā)射的輸出射束16,以 取得所希望波長的輸出射束16，且藉以形成所希望的工作雷射射束光點大小。 諧波產(chǎn)生可通過使用典型地操作在900奈米(nm)至1500奈米范圍中的固態(tài)雷 射或光纖雷射的基本紅外線(IR)波長的諧波波長來達(dá)成。發(fā)射此IR波長范圍 中的光線的雷射是目前使用于諸如由伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司所制造 的型號9830的雷射鏈路處理系統(tǒng)中，該伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司是此 專利申請案的受讓者。打算使用于鏈路處理中的更短的諧波波長包含在大約 532奈米以下的波長，例如在紫外線(UV)范圍中的355奈米。雷射輸出射束16透過射束調(diào)節(jié)光學(xué)組件模塊20來傳送，該射束調(diào)節(jié)光學(xué) 組件模塊20建立可適用于入射在聲光調(diào)變器(AOM)22上的雷射輸出射束16 的光學(xué)性質(zhì)，該AOM將選擇性地作用為布拉格(Bragg)角可控制的衰減器或光 線快門。AOM衰減器22產(chǎn)生衰減器輸出射束24,該衰減器輸出射束24構(gòu)成 雷射輸出射束16的衰減后的形式。在鏈路處理的對準(zhǔn)靶極掃描操作中，AOM 衰減器22使用來將雷射出射束16形成為降低功率的工作雷射射束12，用于 以多重L型的10微米寬掃描條30的形式來使用于掃描中，而無需改變樣本 對準(zhǔn)耙極的物理性質(zhì)。圖2A及2B是以不同的影像放大率來顯示半導(dǎo)體晶圓 的工作表面14上的對準(zhǔn)靶極。該種對準(zhǔn)靶極由L形的掃描條30所構(gòu)成，各 個掃描條30具有區(qū)段于x及y軸掃描方向中。偵測通過掃描條30所反射的入 射掃描光線，及提供相關(guān)于樣本的對準(zhǔn)信息。掃描操作是通過給與掃描條30 與降低功率的工作雷射射束12間的相對移動來予以達(dá)成。組構(gòu)系統(tǒng)10來執(zhí)行 掃描操作是必須通過可變射束擴(kuò)展器34來擴(kuò)展衰減器輸出射束24以及導(dǎo)引其輸出至射束分離器40。沿著射束路徑區(qū)段42從射束分離器40所傳送的掃描 分量是通過聚焦透鏡44來予以聚光而形成降低功率的工作射束12。作用為掃 描光線的工作射束12是通過條30來反射且透過聚焦透鏡44來回傳，而反射 離開射束分離器40及形成偵測分量，該偵測分量沿著射束路徑區(qū)段46傳送， 用以入射于偵測模塊50之上。在研發(fā)過程期間，申請人注意到的是，增加AOM衰減器22所給與的衰 減量到高斯射束強度分布或輪廓的雷射輸出射束16會造成通過掃描條30所反 射及通過偵測器模塊50所偵測的掃描光線失真的增加。圖3A-1、 3A-2、 3B-1、 3B-2、 3C-1、 3C-2、 3D-1及3D-2顯示雷射輸出射束16衰減的增加在所反射 的掃描光在線的影響?？捎玫乃p范圍是實驗決定的。圖3A-l及3A-2顯示最 小衰減(最大透射)時的掃描條30的個別之x及y軸掃描，該最小衰減被設(shè)定 正好低于靶材損壞臨限值。圖3D-l及3D-2顯示最大衰減(最小透射)時的掃描 條30的個別的x及y軸掃描，該最大衰減是通過偵測器模塊50的偵測靈敏度 極限來加以設(shè)定。圖3B-1及3C-1以及圖3B-2及3C-2顯示在相等地間隔開于 通過圖3A-1及3A-2與圖3D-1及3D-2所表示的衰減量間的中間范圍衰減量 時，掃描條30的個別的x及y軸掃描。因為自動標(biāo)度顯示常態(tài)化的原因，所 反射的光線脈波顯示有相同的振幅；因此，在代表不同的衰減量的圖式中的標(biāo) 度是不同的。所希望的是，使用最低可行的功率的雷射掃描射束來適應(yīng)具有不 同相關(guān)聯(lián)的損壞臨限值的不同材料的掃描條30。圖3A-1、 3B畫1、 3C-1及3D-1顯示響應(yīng)于工作雷射射束12衰減的增加量， 由x軸對準(zhǔn)耙極掃描所產(chǎn)生的反射光線脈波的累進(jìn)失真。圖3A-1顯示具有引 入-0.008微米的x軸偏差的失真的反射光線脈波60;圖3B-1顯示具有引入 -0.007微米的x軸偏差的失真的反射光線脈波62;圖3C-1顯示具有引入+0.010 微米的x軸偏差的失真的反射光線脈波64;以及圖3D-1顯示具有引入+0.0165 微米的x軸偏差的失真的反射光線脈波66。圖3A-2、 3B-2、 3C-2及3D-2顯示響應(yīng)于工作雷射射束12衰減的增加量， 由y軸對準(zhǔn)靶極掃描所產(chǎn)生的反射光線脈波的累進(jìn)失真。圖3A-2顯示具有引 入-0.141微米的y軸偏差的失真的反射光線脈波70;圖3B-2顯示具有引入 -0.169微米的y軸偏差的失真的反射光線脈波72;圖3C-2顯示具有引入-0.285微米的y軸偏差的失真的反射光線脈波74;以及圖3D-2顯示具有引入-8.722 微米的y軸偏差的失真的反射光線脈波76。因為在偵測器模塊50中所實施的算式是定出方程式來處理對稱、定中心 的輸入脈波波形，所以反射光線脈波的不對稱與偏差引入對準(zhǔn)誤差。上述附圖 的分析顯示的是，針對增加的衰減量，相關(guān)于y軸掃描的反射光線脈波70、 72、 74及76的失真比相關(guān)于x軸掃描的反射光線脈波60、 62、 64及66的失 真更為顯著。此射束對工作(BTW)的掃描質(zhì)量的問題起因于大的衰減器輸出射 束24光點大小及高衰減。申請人針對不會受到AOM衰減器22所影響的雜散 低強度射束的存在來追蹤BTW掃描質(zhì)量問題。該雜散射束幾乎與主要掃描射 束一致，通常是精確地在x軸中一致而在y軸中稍微離心。在雷射輸出射束 16的高衰減時，當(dāng)掃描對準(zhǔn)靶極時，雜散射束的強度將足以造成對準(zhǔn)誤差。 該雜散射束的來源是與雷射射束發(fā)生接觸的光學(xué)組件。操作于其諧波波長的雷 射會遭受所使用的非線性光學(xué)裝置所產(chǎn)生的模式質(zhì)量劣化。因為在高斯主射束 上的由散射光線(也即，雜散射束)的重迭所產(chǎn)生的模式質(zhì)量劣化緣故，所以實 施諧波產(chǎn)生以取得更短波長的雷射無法聚焦于理論上對應(yīng)的可行的小光點大 小。該散射光線的重迭亦將妨礙雷射射束的實際光點大小的測量，因而導(dǎo)致僅 只測量所感知的雷射光點大小。圖4是雷射鏈路處理系統(tǒng)100的方塊圖，該系統(tǒng)100是構(gòu)成來執(zhí)行抑制入 射在靶極樣本的工作表面14上的工作雷射射束12，失真的較佳方法，圖4不同 于圖1的是，僅在于其中配置空間及射束擴(kuò)展器總成("空間濾波器總成")102 于AOM衰減器22與可變射束擴(kuò)展器34之間的射束路徑104中。圖1及4的 對應(yīng)組件是通過初始參考圖1所給定的相同附圖標(biāo)記來予以識別。圖5是顯示 接收衰減器輸出射束24及雜散光線射束106做為入射光線的空間濾波器總成 102的橫剖面圖。參閱圖4及5，定位于射束路徑104中的空間濾波器總成102會去除或可 察知地降低雜散射束106及任何伴隨的射束的影響，因為該雜散射束106及任 何伴隨的射束是集中于比衰減器輸出射束24的頻率更高的空間頻率(雜散射束 106代表在所關(guān)注的波長處(也即，雷射輸出射束16的波長)之一或更多個雜散 光線射束分量；以及伴隨的射束代表靠近所關(guān)注的波長，但并非在所關(guān)注的波長之額外的噪聲)。空間濾波器總成102包含孔徑108,該孔徑108定位于具有焦距fl的聚焦透4竟110與具有焦距f2的準(zhǔn)直 透鏡112之間?？讖?08具有通過不透明區(qū)116所包圍的直徑d的孔114。該 孔徑108設(shè)定于fl的聚焦區(qū)118(也即，傅立葉轉(zhuǎn)換面)或附近而建立衰減器輸 出射束24的射束腰部?？讖?08安置的鄰近區(qū)是通過可提供足夠的分離于衰 減器輸出射束24與雜散光線射束106之間以通過前者且阻隔后者來加以建立。 孔114可依據(jù)即將予以阻隔的較高空間頻率層級的光線的位置而對稱著射束 路徑104或偏移自射束i 各徑104。通過聚焦透鏡IIO所聚焦的衰減器輸出射束24顯現(xiàn)十分小的光點大小于 聚焦區(qū)118,且接近衰減器輸出射束24的繞射極限(也即，小于兩個波長)?？?間濾波器總成102使用孔徑108的不透明區(qū)116來阻隔較高空間頻率效應(yīng)及允 許高斯衰減器輸出射束24無阻礙地通過，而聚焦向下地離開孔114的光線。 此外，孔徑108可稍微地改變來阻隔更多的衰減器輸出射束24的光線，且藉 以僅允許高斯射束的中央部分來傳送通過。此對于孔徑108的改變將可外部地 增加衰減器輸出射束24的有效模式質(zhì)量，使得可更緊密地聚焦衰減器輸出射 束24以產(chǎn)生更小光點大小的工作雷射射束12，。聚焦透鏡IIO將會聚集衰減器 輸出射束24，用以透過孔徑108的孔114來傳送，以及向下地聚集雜散光束 106用以通過不透明區(qū)116來阻隔。準(zhǔn)直透鏡112自所形成的衰減器輸出射束 24腰部來擴(kuò)展該衰減器輸出射束24，而傳送該射束24以供入射在可變射束擴(kuò) 展器34之上用。圖6A-1、 6A畫2、 6B畫1、 6B-2、 6C-1、 6C-2、 6D-1及6D-2以及其分別對 應(yīng)的圖3A國1、 3A-2、 3B-1、 3B-2、 3C-1、 3C-2、 3D-1及3D-2提供雷射鏈路 處理系統(tǒng)IO及IOO中所顯現(xiàn)的反射掃描光線的比較關(guān)系(相同的字母尾對應(yīng)于 相同的衰減量，以及相同的數(shù)字字尾對應(yīng)于相同的掃描軸方向。圖6A-1、6B-1、 6C-1及6D-1的反射光線脈波160、 162、 164及166分別地引入-0.006微米、 -0.035微米、-0.026微米、及-0.082微米的x軸偏差。圖6A-2、 6B-2、 6C-2 及6D-2的反射光線脈波170、 172、 174及176分別引入+0.120微米、+0.054 微米、+0.113微米及+0.009微米的y軸偏差。對應(yīng)的x軸及y軸偏差的比較顯 示空間濾波器總成102的存在會在系統(tǒng)100的操作中提供顯著的射束質(zhì)量改善。通過增加信號噪聲比于BTW掃描上、排除在閑置時間的曝射效應(yīng)(雜散光 線可能退火靶極表面)、以及消除噪聲于高斯射束強度輪廓中而自衰減器輸出 射束24去除異常，可自工作雷射射束12，來抑制由較短波長雷射對于鏈路處理 所引入的負(fù)面效應(yīng)，以使工作雷射射束12，的聚焦光點更小且更對稱。去除該 種異常而提供更大準(zhǔn)確性的實際雷射光點大小的測量。將呈明顯于本領(lǐng)域的技術(shù)人員的是，對于上述實施例的細(xì)節(jié)的許多改變可 予以完成而不會背離本發(fā)明的基本原理。雖然所描述的較佳實施例處理UV波 長的光線，但該方法的其它實施例將可應(yīng)用于IR波長的光線。因此，本發(fā)明 的范疇?wèi)?yīng)僅通過下文申請專利范圍來予以決定。
權(quán)利要求
1.一種抑制工作雷射射束的失真的方法，該工作雷射射束被導(dǎo)引以入射在一呈現(xiàn)以通過一雷射鏈路處理系統(tǒng)處理的靶極樣本上，該工作雷射射束是由傳送自一雷射的雷射輸出射束所衍生出且通過一衰減器來加以衰減，該雷射及衰減器是構(gòu)成該雷射鏈路處理系統(tǒng)的部件，該工作雷射射束的失真大體上會響應(yīng)于該雷射輸出射束的衰減量的增加而顯著地增加，該方法包含以下步驟透過該衰減器來導(dǎo)引該雷射輸出射束以形成一衰減器輸出射束；提供一空間濾波器，該空間濾波器包含一聚焦透鏡及一孔徑；導(dǎo)引該衰減器輸出射束至該聚焦透鏡，以形成一聚焦后的射束于一與該聚焦透鏡相關(guān)聯(lián)的聚焦區(qū)，該聚焦后的射束包含一主要射束分量及一雜散光線分量，該雜散光線分量產(chǎn)生自與該衰減器輸出射束結(jié)合的鏈路處理系統(tǒng)散射的光線，以及該主要射束分量聚焦于一空間頻率，且該雜散光線分量聚焦于一比該主要射束分量的空間頻率更高的空間頻率；以及定位該孔徑于該聚焦區(qū)或靠近該聚焦區(qū)，以允許該主要射束分量無阻礙地通過及阻隔該等雜散光線分量，藉以從該工作雷射射束來去除雜散光線所引起的失真。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該雷射輸出射束是由諧波產(chǎn)生所形 成，以獲得一所希望波長的雷射輸出射束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該所希望的波長是在266奈米與532奈米間的波長范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該主要射束分量具有實質(zhì)高斯形狀 的一射束強度分布。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該高斯形狀的主要射束分量具有一 中央部分，該中央部分是透過該孔徑而無阻礙地通過。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該衰減器包含一聲光調(diào)變器，并且 該雜散光線分量是實質(zhì)地不受該聲光調(diào)變器的4喿作所影響，而形成該衰減器輸 出射束。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該雜散光線分量是實質(zhì)地不受該衰減器所影響，而形成該衰減器輸出射束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該主要射束分量沿著一射束軸來傳 送，且其中該孔徑是定位大致對稱于該射束軸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該主要射束分量是沿著一射束軸來傳送，且其中該孔徑是實質(zhì)地定位在該射束軸的一側(cè)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該孔徑具有一孔且該聚焦區(qū)包含一 焦點，以及其中該孔是實質(zhì)地定位于該焦點處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該聚焦后的射束顯現(xiàn)一充分小的光 點大小于該聚焦區(qū)，該充分小的光點大小接近該衰減器輸出射束的繞射極限。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該主要射束分量具有一射束腰部， 以及其中該孔徑是被定位以允許該主要射束分量的射束腰部無阻礙地通過。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包含自該射束腰部來使該主 要射束分量準(zhǔn)直。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該工作雷射射束的處理包含掃描該 革巴極樣本上所配置的對準(zhǔn)耙極。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中當(dāng)缺少該空間濾波器時，形成該 衰減器輸出射束的該衰減器的操作是響應(yīng)于所施加給該雷射輸出射束的衰減 量的增加而產(chǎn)生對準(zhǔn)誤差，該衰減量的增加會使該雜散光線分量相對于該主要射束分量的強度的強度值增加。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)缺少該空間濾波器時，形成該衰 減器輸出射束的該衰減器的操作是響應(yīng)于所輸入至該雷射輸出射束的衰減量 的增加而產(chǎn)生雷射輸出射光束光點大小的失真，且因而使該工作雷射射束的光 點大小測量的準(zhǔn)確'l"生劣化。
全文摘要
一種抑制工作雷射射束(12’)的失真的方法，該工作雷射射束(12’)是被導(dǎo)引以入射在一呈現(xiàn)以通過雷射鏈路處理系統(tǒng)(100)處理的靶極樣本(14)上，該方法是使用空間濾波器(102)以自該工作雷射射束去除雜散光線所引起的失真。
文檔編號H01L21/027GK101223628SQ200680025903
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者凱斯·葛蘭特, 盧可偉, 大衛(wèi)·馬汀·海明威, 布萊迪·尼爾森 申請人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司