DE102011116354A1

DE102011116354A1 - Systeme und Verfahren zum Bilden eines zeitlich gemittelten Linienbildes

Info

Publication number: DE102011116354A1
Application number: DE102011116354A
Authority: DE
Inventors: Serguei Anikitchev; James T. McWhirter; Joseph E. Gortych
Original assignee: Ultratech Inc
Current assignee: Ultratech Inc
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-04-26
Also published as: JP2012129500A; US20120100728A1; TW201218256A; KR20120088513A; TWI475601B; US8822353B2; US8026519B1; JP5571642B2

Abstract

Systeme und Verfahren zum Bilden eines zeitlich gemittelten Linienbildes mit einem relativ hohen Grad an Intensitätsgleichförmigkeit entlang dessen Länge werden offenbart. Das Verfahren umfasst das Bilden eines Linienbildes bei einer Bildebene mit einem ersten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in einer Richtung der langen Achse und Bilden eines sekundären Bilds, das mindestens teilweise mit dem Linienbild überlappt. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Scannen des sekundären Bilds über mindestens einen Bereich des Linienbildes und in Richtung der langen Achse gemäß einem Scanprofil, um ein zeitlich gemitteltes modifiziertes Linienbild mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in Richtung der langen Achse zu bilden, der geringer ist als der erste Betrag. Zum Laserhärten eines Halbleiterwafers ist die Höhe der Linienbildüberlappung für angrenzende Scans eines Waferscanpfads wesentlich reduziert, wodurch der Waferdurchsatz erhöht wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Verwendung von Linienbildern und insbesondere bezieht sie sich auf Systeme und Verfahren zum Bilden eines zeitlich gemittelten Linienbildes mit einem relativ hohen Grad an Intensitätsgleichförmigkeit.
HINTERGRUND-STAND DER TECHNIK
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen, die die Verwendung eines Linienbildes mit einer relativ gleichförmigen Intensität erfordern. Eine derartige Anwendung ist die thermische Laserverarbeitung (laser thermal processing, LTP), im Stand der Technik auch als Härten durch Laserimpulsspitzen (laser spike annealing, LSA) oder einfach „Laserhärten” bezeichnet. Das Laserhärten wird in der Halbleiterherstellung für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet, einschließlich zur Aktivierung von Dotiermitteln in ausgewählten Bereichen von Vorrichtungen (Strukturen), die in einem Halbleiterwafer gebildet werden, wenn aktive Mikroschaltungen, wie Transistoren, gebildet werden.
Eine Form von Laserhärten verwendet ein gescanntes Linienbild aus einem Lichtstrahl, um die Oberfläche des Halbleiterwafers auf eine Temperatur (die „Härtungstemperatur”) für eine Dauer zu erhitzen, die lang genug ist, um die Dotiermittel in den Halbleiterstrukturen zu aktivieren (z. B. Source- und Drain-Bereichen), aber kurz genug, um eine wesentliche Dotiersubstanzdiffusion zu verhindern. Die Dauer, bei der die Oberfläche des Halbleiterwafers bei der Härtungstemperatur vorliegt, wird durch die Leistungsdichte des Linienbildes bestimmt, genauso wie die Linienbildbreite, geteilt durch die Geschwindigkeit, mit der das Linienbild gescannt wird (die „Scangeschwindigkeit”).
Um einen hohen Waferdurchsatz in einem kommerziellen Laserhärtungssystem zu erreichen, sollte das Linienbild so lang wie möglich sein, während ebenfalls eine hohe Energiedichte vorliegt. Ein beispielhafter Bereich für verwendbare Linienbildabmessungen beträgt 5 bis 100 mm Länge (quer zur Scanrichtung) und 25 bis 500 μm Breite (Scanrichtung). Um ein gleichförmiges Härten zu erreichen, ist es für das Intensitätsprofil entlang der Linienbildlänge notwendig, so gleichmäßig wie möglich zu sein, während die Ungleichmäßigkeiten entlang der Linienbildbreite während des Scanverfahrens herausgemittelt werden.
Typische Halbleiterverarbeitungsanforderungen erfordern, dass die Härtungstemperatur zwischen 1000 und 1300°C mit einer Temperaturgleichförmigkeit von +/–3°C liegt. Um diesen Grad an Temperaturgleichförmigkeit zu erreichen, muss das durch den Härtungslichtstrahl gebildete Linienbild eine relativ gleichförmige Intensität quer zur Scanrichtung aufweisen, welche in den meisten Fällen bei weniger als +/–5% Intensitätsabweichung liegt.
Ein CO₂-Laser ist eine bevorzugte Lichtquelle für Laserhärtungsanwendungen, weil dessen Wellenlänge (nominal 10,6 μm) viel länger ist als die Größe der meisten Vorrichtungsmerkmale auf dem Halbleiterwafer. Dies ist wichtig, weil die Verwendung einer Wellenlänge in der Größenordnung der Größe der Vorrichtungsmerkmale zu Musterabweichungen bei der Belichtung führen kann. Wenn somit der Halbleiterwafer mit dem Licht mit 10,6 μm Wellenlänge bestrahlt wird, ist die Lichtstreuung an den Merkmalen bzw. Systemmerkmalen (features) minimal, woraus eine gleichförmigere Bestrahlung resultiert. Zusätzlich emittiert ein CO₂-Laser einen Strahl mit einer relativ hohen Intensität. Jedoch ist die Kohärenzlänge für einen CO₂-Laser relativ lang, typischerweise mehrere Meter. Dies macht es unmöglich, einen binären optischen Ansatz zu verwenden, um ein Linienbild mit dem erforderlichen Grad an Intensitätsgleichförmigkeit, d. h. –10% (d. h. etwa +/–5%), basierend auf den Prinzipien der Köhlerschen Beleuchtung, zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Offenbarung ist ein optisches Linienbild-Bildungssystem, das ein primäres Lasersystem umfasst, das aufgebaut ist, um einen ersten Laserstrahl bereitzustellen. Das optische Linienbild-Bildungssystem umfasst ebenfalls ein optisches Strahlkonditioniersystem mit einer Bildebene und ist aufgebaut, um den ersten Laserstrahl aufzunehmen und hieraus ein Linienbild in der Bildebene zu bilden. Das Linienbild weist eine lange Achse und einen ersten Betrag an Ungleichförmigkeit der Intensität entlang der langen Achse auf. Das optische Linienbild-Bildungssystem umfasst ebenfalls eines von: a) ein sekundäres Lasersystem, das einen zweiten Laserstrahl bildet und b) ein optisches Strahlteilersystem, aufgebaut, um den zweiten Laserstrahl von einem Teil des ersten Laserstrahls bereitzustellen. Das optische Linienbild-Bildungssystem umfasst weiterhin ein optisches Scansystem, aufgebaut, um den zweiten Laserstrahl aufzunehmen und hieraus ein zweites Bild bei der Bildebene zu bilden, das zumindest teilweise mit dem Linienbild überlappt. Das optische Scansystem scannt das zweite Bild über mindestens einen Bereich des Linienbildes, um ein zeitlich gemitteltes modifiziertes Linienbild mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit aufzuweisen, der geringer ist als der erste Betrag.
Das optische Linienbild-Bildungssystem umfasst bevorzugt weiterhin ein Kontrollgerät, das mit dem sekundären Lasersystem und dem optischen Scansystem in funktionsfähiger Weise verbunden ist. Das Kontrollgerät ist aufgebaut, um mindestens eines von: a) einen Intensitätsbetrag des zweiten Laserstrahls und b) eine Scangeschwindigkeit des sekundären Bilds relativ zum Linienbild zu kontrollieren bzw. zu steuern.
Im optischen Linienbild-Bildungssystem weist das sekundäre Bild bevorzugt eine im Wesentlichen festgelegte Intensität auf und die Scangeschwindigkeit variiert bevorzugt mit der Position entlang der langen Achse.
Im optischen Linienbild-Bildungssystem ist die Scangeschwindigkeit bevorzugt im Wesentlichen konstant und das sekundäre Bild weist bevorzugt eine Intensität auf, die mit der Position entlang der langen Achse variiert.
Das optische Linienbild-Bildungssystem umfasst bevorzugt weiterhin ein Werkstück und ein Wärmeemissions-Detektionssystem. Das Werkstück weist eine Oberfläche auf, die im Wesentlichen in der Bildebene angeordnet ist. Gas Wärmeemissions-Detektionssystem ist angeordnet, um ein Emissionsbild des Linienbildes, gebildet auf der Oberfläche des Werkstücks, aufzunehmen und elektrische Signale, die für das Emissionsbild repräsentativ sind, zu erzeugen. Zusätzlich ist das Kontrollgerät aufgebaut, um die elektrischen Signale aufzunehmen und zu verarbeiten, um ein Scanprofil zum Scannen des sekundären Bilds zu bilden, das mindestens eines von aufweist: a) eine im Wesentlichen konstante Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit und b) eine selektiv variierte Intensität und eine im Wesentliche konstante Scangeschwindigkeit.
Im optischen Linienbild-Bildungssystem ist das Kontrollgerät aufgebaut, um die elektrischen Signale tiefpasszufiltern.
Im optischen Linienbild-Bildungssystem umfasst das Werkstück bevorzugt einen Halbleiterwafer.
Das optische Linienbild-Bildungssystem umfasst bevorzugt weiterhin einen einstellbaren Dämpfer bzw. Abschwächer (attenuator). Der einstellbare Dämpfer bzw. Abschwächer ist so angeordnet, dass der sekundäre Laserstrahl hindurchläuft, und mit dem Kontrollgerät funktionsfähig verbunden ist, um die selektiv variierte Intensität bereitzustellen.
Im optischen Linienbild-Bildungssystem weisen der erste und der zweite Laserstrahl bevorzugt im Wesentlichen dieselbe Wellenlänge auf.
Im optischen Linienbild-Bildungssystem umfasst mindestens eines von dem primären und dem sekundären Lasersystem bevorzugt einen CO₂-Laser.
Das optische Linienbild-Bildungssystem ist zur Durchführung des Laserhärtens eines Halbleiterwafers mit einer Oberfläche bevorzugt. Im optischen Linienbild-Bildungssystem wird das Linienbild über die Halbleiterwafer-Oberfläche über einen Waferscanpfad gescannt. Das Linienbild weist eine Verweilzeit t_d auf. Das sekundäre Bild weist eine Scanzeit t_s auf, die etwa gleich oder kürzer als die Verweilzeit t_d ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bilden eines Linienbildes mit verbesserter Intensitätsgleichförmigkeit bei der Bildebene. Das Verfahren umfasst das Bilden eines Linienbildes bei der Bildebene mit einem ersten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in einer Richtung der langen Achse. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Bilden eines sekundären Bilds, das zumindest teilweise mit dem Linienbild überlappt. Das Verfahren umfasst weiterhin das Scannen des sekundären Bilds über mindestens einen Bereich des Linienbildes und in Richtung der langen Achse gemäß einem Scanprofil, um ein zeitlich gemitteltes modifiziertes Linienbild mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in Richtung der langen Achse zu bilden, der geringer ist als der erste Betrag.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Definieren des Scanprofils, um eines von: a) im Wesentliche konstante Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit; b) eine selektiv variierte Intensität und eine im Wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit und c) eine selektiv variierte Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit aufzuweisen.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Kontrollieren einer Intensität des sekundären Bildes durch mindestens eines von: a) selektives Abschwächen eines sekundären Laserstrahls, der das sekundäre Bild bildet, und b) Modulieren eines sekundären Lasersystems, verwendet, um den sekundären Laserstrahl zu bilden, der das sekundäre Bild bildet.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Bilden des Linienbildes und des sekundären Bildes mit jeweils Lichtstrahlen mit im Wesentlichen derselben Wellenlänge.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Bilden des Linienbildes und des sekundären Bildes mit entweder demselben CO₂-Laser oder verschiedenen CO₂-Lasern.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Scannen des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes über eine Oberfläche des Halbleiterwafers, die Halbleiterstrukturen enthält, um die Halbleiterstrukturen thermisch zu härten.
Im Verfahren weist das zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild bevorzugt eine Verweilzeit t_d auf. Das sekundäre Bild weist bevorzugt eine Scanzeit t_s auf, die in etwa gleich oder kürzer als die Verweilzeit t_d ist.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Scannen des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes über einen Waferscanpfad mit angrenzenden Scanpfadabschnitten.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Konfigurieren des Waferscanpfads, so dass zwischen 5% und 10% Überlappung des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes für angrenzende Scanpfadabschnitte vorliegt.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Bestimmen eines Intensitätsprofils des Linienbildes und das Berechnen des Scanprofils, basierend auf dem Intensitätsprofil.
Das Verfahren umfasst bevorzugt weiterhin das Bilden des Linienbildes auf einem Werkstück und die Messung des Intensitätsprofils durch Messen von Emissionsbildern vom Werkstück.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden in der detaillierten Beschreibung, die folgt, dargestellt und teilweise dem Fachmann im Stand der Technik aus dieser Beschreibung ohne Weiteres ersichtlich oder werden durch Umsetzung der Offenbarung, wie hier beschrieben, einschließlich der detaillierten Beschreibung, die folgt, der Ansprüche genauso wie der beigefügten Zeichnungen, erkannt.
Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung Ausführungsformen der Offenbarung darstellt und eine Übersicht oder Rahmen zum Verständnis der Art und des Charakters der Offenbarung, wie diese beansprucht wird, bereitstellen soll. Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um weiteres Verständnis für die Offenbarung bereitzustellen und sind in die Beschreibung einbezogen oder Bestandteil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung und zusammen mit der Beschreibung dienen sie zur Erläuterung der Prinzipien und Betriebsweisen der Offenbarung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist ein allgemeines schematisches Diagramm eines beispielhaften optischen Linienbild-Bildungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung, das primäre und sekundäre Lasersysteme verwendet;
1B ist ähnlich zu 1A und veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, wobei der sekundäre Laserstrahl durch Abzweigen eines Teils des primären Laserstrahls gebildet wird;
2 ist eine schematische Ansicht eines idealisierten Linienbilds;
3A und 3B sind jeweils Darstellungen der idealisierten, normalisierten Intensität gegen den Abstand (mm) für das idealisierte Linienbild von 2 entlang der (Scan)-Richtung der kurzen Achse und der (quer zur Scan)-Richtung der langen Achse, mit der Quadratkurve (durchgezogene Linie) und der Gaußkurve (gepunktete Linie) und stellt Beispiele der idealisierten Intensitätsprofile dar;
4 ist ähnlich zu 2, aber zeigt ein sekundäres Bild, das kleiner als das Linienbild (primäres Bild) ist, und das mit dem Linienbild überlappt, wobei das sekundäre Bild entlang der Richtung der langen Achse des primären Bilds gemäß eines Scanprofils gescannt wird;
5 ist eine Intensitätskonturdarstellung aus dem Stand der Technik, erhalten durch Messen der Wärmeemission eines Halbleiterwafers, bestrahlt mit einem beispielhaften Linienbild, gebildet durch ein herkömmliches optisches Linienbild-Bildungssystem;
6A und 6B sind jeweils Darstellungen der Intensität gegen den Abstand in Richtung der kurzen Achse bzw. in Richtung der langen Achse für die Intensitätskonturdarstellung von 5 aus dem Stand der Technik;
7A ist eine Intensitätskonturdarstellung eines beispielhaften Linienbildes mit einem relativ hohen Grad an Intensitätsungleichförmigkeit entlang dessen Länge und zeigt ebenfalls ein beispielhaftes sekundäres Bild, das entlang der langen Achse des Linienbildes gescannt wird;
7B ist eine Darstellung der Intensität gegen den Abstand in Richtung der langen Achse des Linienbildes von 7A und zeigt das sekundäre Bild, das entlang der langen Achse des Linienbildes gescannt wird, und die Abweichung bei der sekundären Bildintensität (gestrichelte Linie) gemäß des Scanprofils;
8A ist eine Darstellung der Intensität gegen den Abstand in Richtung der langen Achse des Linienbildes, das das resultierende zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild-Intensitätsprofil zeigt, gebildet durch Scannen des sekundären Bilds gemäß eines Scanprofils entlang der Richtung der langen Achse;
8B ist eine Intensitätskonturdarstellung entsprechend dem modifizierten Linienbild von 8A und zeigt einen größeren Grad an Intensitätsgleichförmigkeit entlang der Richtung der langen Achse für das zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild verglichen mit der Intensitätskonturdarstellung von 7A für das herkömmlich gebildete Linienbild;
9 ist eine Darstellung der Intensität (Counts) gegen den Abstand (mm) in Richtung der langen Achse und veranschaulicht eine beispielhafte Verschiebung bzw. Neigung (tilt) im Intensitätsprofil entlang der langen Achse des Linienbildes;
10A/10B sind Darstellungen ähnlich zu 9 für ein gemessenes Wärmeemissionsbild für ein Linienbild, gebildet auf einem gemusterten Siliciumwafer und zeigt die resultierenden Hochraumfrequenzmerkmale, verursacht durch Lichtstreuung vom Wafermuster;
10C ist ähnlich zu 10A und 10B und veranschaulicht, wo das Emissionsbild mit einem Tiefpassfilter gefiltert wurde, um die Hochfrequenzmodulation, verursacht durch die Lichtzerstreuung durch das Wafermuster, zu entfernen;
11 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Laserhärtungssystems, das das optische Linienbild-Bildungssystem der vorliegenden Offenbarung umfasst, zum Bilden eines gescannten modifizierten Linienbildes mit relativ hoher Intensitätsgleichförmigkeit für das thermische Härten eines Halbleiterwafers;
12 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines Halbleiterwafers und veranschaulicht einen beispielhaften Waferscanpfad für das gescannte modifizierte Linienbild über der Waferoberfläche, wobei der Waferscanpfad angrenzende lineare Scanpfadabschnitte aufweist, die durch einen Schrittabstand DS getrennt sind, woraus eine gewisse Überlappung der Kanten des modifizierten Linienbildes für angrenzende lineare Scanpfadabschnitte resultiert;
13A ist ein schematisches Diagramm der Linienbildintensität und entspricht den Linienbildern für herkömmliche Linienbilder (durchgezogene und gestrichelte Linien) im Zusammenhang mit angrenzenden Scanpfadabschnitten eines Waferscanpfads, wenn ein Laserhärten durchgeführt wird, und veranschaulicht, wie eine Intensitätslücke sich bilden kann, wenn die Linienbilder entlang der langen Achse nicht im Wesentlichen gleichförmig sind und wenn die angrenzenden Scanpfadabschnitte kein Linienbild, das überlappt, bereitstellen;
13B ist ähnlich zu 13A und zeigt ein 50%ige Linienbildüberlappung in Richtung der langen Achse für angrenzende Scanpfadabschnitte für ein herkömmlicherweise gebildetes Linienbild; und
13C ist ähnlich zu 13B, aber zeigt die Intensitätsprofile und Linienbilder für ein modifiziertes Linienbild für angrenzende Scanpfadabschnitte des Waferscanpfads, wobei die Größe der Überlappung, die notwendig ist, viel kleiner ist als für das herkömmlicherweise gebildete Linienbild von 13B.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun detailliert auf Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, wobei Beispiele hiervon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden. Wo immer möglich, werden die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen und Symbole für alle Zeichnungen verwendet, um auf dieselben oder ähnlichen Teile zu verweisen.
Es ist festzuhalten, dass der Begriff „Linienbild” hier verwendet wird, um im Allgemeinen eine längliche Intensitätsverteilung von Licht, gebildet durch einen Lichtstrahl bei bzw. in bzw. nahe einer Bildebene, zu bezeichnen und somit nicht notwendigerweise ein damit in Zusammenhang stehendes „Objekt” im klassischen Sinne erfordert. Beispielsweise kann das Linienbild unter Verwendung von Strahlkonditionieroptiken gebildet werden, welche bewirken, dass der zuvor erwähnte Lichtstrahl bzw. in bzw. nahe bei der Bildebene zu einem Linienfokus kommt bzw. wird.
Auch wird hier ein „zeitlich gemitteltes Linienbild” definiert als ein Linienbild, dessen Intensität über eine Zeitspanne gemessen und über diese Zeitspanne gemittelt wird.
OPTISCHES LINIENBILD-BILDUNGSSYSTEM
1A ist ein allgemeines schematisches Diagramm eines beispielhaften optischen Linienbild-Bildungssystems („System”) 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ein kartesisches Koordinatensystem ist aus Bezugsgründen gezeigt. Das System 10 umfasst ein primäres Lasersystem 20, das einen anfänglichen primären Laserstrahl 22 entlang einer optischen Achse A1, die in Z-Richtung verläuft, emittiert. Ein optisches Strahlkonditioniersystem 30 ist entlang der optischen Achse A1 stromabwärts des primären Lasersystems 20 angeordnet. Das optische Strahlkonditioniersystem 30 ist aufgebaut, um den anfänglichen primären Laserstrahl 22 aufzunehmen und hieraus einen Linienbild-Bildungsstrahl 32 (hier nachfolgend auch bezeichnet als der „primäre Lichtstrahl”) zu bilden, der ein Linienbild 36 (auch bezeichnet als das „primäre Bild”) bei bzw. in der Bildebene IP (image plane) bildet, die in der X-Y-Ebene liegt.
2 ist eine schematische Ansicht eines idealisierten Linienbildes 36, wie gebildet bei bzw. in der Bildebene IP. Das idealisierte Linienbild 36 weist eine Breite in Richtung der „kurzen Achse” W_1X und eine Länge in Richtung der „langen Achse” L_1Y auf. Das idealisierte Linienbild 36 von 2 zeigt ebenfalls eine ideale Intensitätskonturdarstellung mit „flacher Oberseite” für das Linienbild 36.
3A und 3B sind idealisierte normalisierte Darstellungen der Intensität gegen den Abstand (mm) für ein ideales Linienbild 36 mit einer Breite W_1X ~ 0,025 mm und einer Länge in Richtung der langen Achse L_1Y ~ 10 mm. 2 kann angesehen werden als eine idealisierte Intensitätskonturdarstellung, die eine einzelne scharf definierte Intensitätskontur bei einer normalisierten Intensität von 1 aufweist.
Mit Bezug wieder auf 3A ist festzuhalten, dass ein glattes Profil mit einem einzelnen Maximum entlang der kurzen Achse (z. B. eine Gauß- oder nahezu Gaußkurve), wie durch die Kurve mit gestrichelter Linie gezeigt, ebenfalls ein geeignetes Intensitätsprofil in Richtung der kurzen Achse für ein ideales Linienbild 36 darstellt.
Wieder mit Bezug auf 1A kann das optische Strahlkonditioniersystem 30 Linsen, Spiegel, Aperturen bzw. Blenden, Filter, aktive optische Elemente (z. B. variable Dämpfer bzw. Abschwächer etc.) und Kombinationen hiervon umfassen. Beispielhafte optische Strahlkonditioniersysteme 30 sind in den US-Patenten Nr. 7,514,305 , 7,494,942 , 7,399,945 und 6,366,308 und der US-Patentanmeldung Nr. 12/800,203 offenbart, die sämtlich hier durch Bezugnahme einbezogen werden.
In einem Beispiel wird ein planares Werkstück 40 mit einer Oberfläche 44 bei bzw. nahe der Bildebene IP so angeordnet, dass die Oberfläche 44 des Werkstücks 40 im Wesentlichen in der Bildebene IP liegt. In einem Beispiel umfasst das Werkstück 40 einen Halbleiterwafer.
Die Beschreibung des Systems 10 bis hier beschreibt ein herkömmliches optisches Linienbild-Bildungssystem. Mit Bezug auf 1A umfasst das System 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung jedoch weiter auch ein sekundäres Lasersystem 50, das einen anfänglichen sekundären Laserstrahl 52 entlang einer optischen Achse A2 emittiert, die auch in der Z-Richtung verläuft und somit parallel zur optischen Achse A1 ist. Das System 10 umfasst ebenfalls ein optisches Scansystem 60, angeordnet entlang der optischen Achse A2 und stromabwärts des sekundären Lasersystems 50. In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein variabler Dämpfer 56 zwischen dem sekundären Lasersystem 50 und dem optischen Scansystem 60 angeordnet.
Das System 10 umfasst weiterhin ein Kontrollgerät 70, funktionsfähig verbunden mit dem sekundären Lasersystem 50, dem optionalen variablen Dämpfer bzw. Abschwächer 56 und dem optischen Scansystem 60 und ist aufgebaut, um den Betrieb dieser zwei Systeme 50 und 60 und gegebenenfalls des variablen Dämpfers bzw. Abschwächer 56 als Teil des Systems 10 über elektrische Kontrollsignale S50, S56 (optional) und S60, wie nachfolgend beschrieben, zu koordinieren.
Das optische Scansystem 60 ist aufgebaut, um den anfänglichen sekundären Laserstrahl 52 aufzunehmen und hieraus einen Scanlaserstrahl 62 zu bilden (auch bezeichnet als „sekundärer Lichtstrahl”), der ein sekundäres Bild 66 bei bzw. in bzw. nahe der Bildebene IP bildet. Mit Bezug auf 4 ist das optische Scansystem 60 aufgebaut, um das sekundäre Bild 66 zu scannen, basierend auf einem Scanprofil über mindestens einen Bereich des Linienbildes 36. Das Scanprofil scannt das primäre Bild 36 in Richtung der langen Achse (d. h. der Y-Richtung), wie veranschaulicht durch die Pfeile 68 in Y-Richtung. Das sekundäre Bild 66 ist im Allgemeinen kleiner als das primäre Bild 36 (d. h. es weist eine kleinere Fläche auf) und überlappt zumindest teilweise mit dem primären Bild 36, wenn das sekundäre Bild 66 stationär ist. In dem in 4 veranschaulichten Beispiel überlappt das sekundäre Bild 66 vollständig mit dem Linienbild 36, d. h. das sekundäre Bild 66 liegt innerhalb des Linienbildes 36. Ein „teilweise überlappendes” sekundäres Bild 66 würde sich über den Rand bzw. die Grenze des Linienbildes 36 hinaus erstrecken. Somit „überlappt” das sekundäre Bild 66 „zumindest teilweise” mit dem Linienbild 36, wobei dies in einigen Fällen bedeutet, dass das sekundäre Bild 66 mit dem Linienbild 36 vollständig überlappt, wie in 4 gezeigt. Folglich, wenn der Begriff „vollständige Überlappung” des sekundären und Linienbildes 36 und 66 verstanden wird und hier verwendet wird, bedeutet dies nicht, dass das sekundäre Bild 66 das Linienbild 36 vollständig bedeckt. In einigen Fällen überlappt das sekundäre Bild 66 vollständig mit dem Linienbild 36 und liegt gut innerhalb des Linienbildes 36, d. h. das sekundäre Bild 66 hat eine Breite W_2X, die wesentlich kleiner ist als die Breite in Richtung der kurzen Achse W_1X des Linienbildes 36. In einem Beispiel werden die Abmessungen des Linienbildes 36 und des sekundären Bilds 66 durch einen ausgewählten Intensitätswert (d. h. einen Intensitätsgrenzwert) definiert.
Das Ziel des Scannens des sekundären Bildes 66 relativ zum primären Bild 36, basierend auf einem Scanprofil, wird nachfolgend in größeren Einzelheiten beschrieben. Das sekundäre Bild 66 kann irgendeines einer Vielzahl von allgemeinen Formen darstellen, wie eine Linie, rund, oval, rechteckig, quadratisch, etc., das die Funktion des Bildens eines modifizierten Linienbildes 36', wie nachfolgend beschrieben, erreicht.
1B ist ähnlich zu 1A und veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des Systems 10, wo der anfängliche sekundäre Laserstrahl 52 durch Abzweigen eines Teils 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22 gebildet wird. In einem Beispiel wird dies durch Anordnen eines Strahlteilers (beam splitter) BS entlang der optischen Achse A1 erreicht, um einen Teil 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22 abzuzweigen. Ein Faltspiegel (fold mirror) FM wird gegebenenfalls verwendet, um den Teil 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22 entlang der optischen Achse A2 zu führen, so dass dieser Teil 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22 als der anfängliche sekundäre Laserstrahl 52 dienen kann. Der Strahlteiler BS und der Faltspiegel FM sind ein Beispiel eines optischen Strahlteilersystems 74, das einen Teil 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22 lenkt bzw. richtet bzw. führt, um den anfänglichen sekundären Laserstrahl 52 zu bilden. Andere Variationen des optischen Strahlteilersystems 74 sind hier beabsichtigt, einschließlich des Strahlteilers BS, der durch einen kleinen Spiegel (nicht gezeigt) ersetzt ist, der einen kleinen Teil des anfänglichen primären Laserstrahls 22 zum Faltspiegel FM ablenkt.
In einem Beispiel wird der Teil 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22 durch ein optionales optisches Strahlkonditioniersystem 30' verarbeitet, das aufgebaut ist, um einen konditionierten sekundären Laserstrahl 52 zu bilden, d. h. einer mit einer gleichförmigeren Intensität über den Querschnitt als der Teil 22' des anfänglichen primären Laserstrahls 22. Das optische Strahlkonditioniersystem 30' ist ähnlich zum optischen Strahlkonditioniersystem 30, da es Linsen, Spiegel, Aperturen bzw. Blenden, Filter, aktive optische Elemente (z. B. variable Dämpfer etc.) und Kombinationen hiervon aufweisen kann, um einen geeigneten sekundären Laserstrahl 52 zur Verwendung durch das optische Scansystem 60 zu bilden, um einen geeigneten sekundären Lichtstrahl 62 zu bilden. In einem Beispiel ist das Kontrollgerät 70 mit dem optischen Strahlkonditioniersystem 30' elektrisch verbunden, um irgendeine aktive optische Komponente darin über ein Kontrollsignal S30' zu kontrollieren bzw. zu steuern.
LINIENBILD-INTENSITÄTSGLEICHFÖRMIGKEIT
5 ist eine Intensitätskonturdarstellung aus dem Stand der Technik, erhalten durch Messen der Wärmeemission eines Halbleiterwafers, bestrahlt mit einem beispielhaften Linienbild 36, gebildet durch ein herkömmliches optisches Linienbild-Bildungssystem. Die Intensitätskonturen basieren auf einer normalisierten Intensität. Die Richtung der kurzen Achse ist gedehnt, um die Intensitätsvariationen in Richtung der kurzen Achse hervorzuheben.
6A und 6B sind Darstellungen der Intensität gegen den Abstand jeweils in Richtung der kurzen Achse und in Richtung der langen Achse für die Intensitätskonturdarstellung des Linienbildes 36 von 5.
Mit Bezug auf 5 und die 6A und 6B zeigt das Intensitätsprofil der langen Achse eine etwa 20%ige Variation in der Intensität in dem durch die parallelen gestrichelten Linien von 6B angegebenen Bereich. Das Linienbild-Intensitätsprofil in Richtung der langen Achse umfasst Intensitätsvariationen, die auf eine Anzahl von verschiedenen Faktoren zurückgeführt werden können, wie Brechung, optische Abweichungsfehler, optische Fehlausrichtungen oder eine Kombination hiervon. Dynamische Abbildungsfehler und/oder Fehlausrichtungen verursachen typischerweise Intensitätsungleichförmigkeiten in Form von zeitlich variierenden Verschiebungen bzw. Neigungen (tilt) entlang der langen Achse. Dieses Phänomen wird manchmal als „Strahlwobbel” bezeichnet. Das Intensitätsprofil des Linienbildes 36 kann auch eine statische Verschiebung aufgrund beispielsweise von Effekten durch Restwärme oder einer statischen Fehlausrichtung aufweisen.
Wesentliche Intensitätsungleichförmigkeiten entlang der langen Achse (z. B. 20%) sind für bestimmte Anwendungen, wie Laserhärten, nicht akzeptabel, wobei ein hohes Maß an Temperaturgleichförmigkeit auf einem Halbleiterwafer während des Härtungsverfahrens erforderlich ist.
7A ist eine Intensitätskonturdarstellung eines beispielhaften Linienbildes 36 mit einem relativ hohen Grad an Intensitätsungleichförmigkeit entlang der langen Achse und zeigt ebenfalls ein beispielhaftes sekundäres Bild 66, das entlang der langen Achse des Linienbildes 36 gescannt wird. 7B ist eine Darstellung der Intensität gegen den Abstand in Richtung der langen Achse des Linienbildes 36 von 7A und zeigt das sekundäre Bild 66, das entlang der langen Achse des Linienbildes 36 gescannt wird, wie angegeben durch die Pfeile 68 in Y-Richtung und die Variation in der sekundären Bildintensität (gestrichelte Linie 69) entlang des Scanprofils.
Das System 10 ist aufgebaut, um die Intensitätsgleichförmigkeit des Linienbildes 36, nur gebildet durch das primäre Lasersystem 20 und das optische Strahlkonditioniersystem 30, in dem zusätzliche (sekundäre) Intensität über das sekundäre Bild 66 zur Verfügung gestellt wird, wo die Linienbildintensität gering ist. Dies füllt effektiv das ansonsten nicht gleichförmige Intensitätsprofil des Linienbildes 36, um ein modifiziertes Linienbild 36' zu bilden, das eine zeitlich gemittelte Kombination des primären Bilds 36 und eines selektiv gescannten sekundären Bildes 66 darstellt.
8A ist eine Darstellung der Intensität gegen den Abstand in Richtung der langen Achse des modifizierten Linienbildes 36' und zeigt das resultierende, zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild-Intensitätsprofil, gebildet durch Scannen des sekundären Bilds 66 gemäß eines Scanprofils entlang der Richtung der langen Achse. Das resultierende modifizierte Linienbild 36' weist ein zeitlich gemitteltes Intensitätsprofil auf, das näher am idealen Intensitätsprofil „mit flacher Oberseite” liegt, das in den 2, 3A und 3B gezeigt ist.
8B ist eine Intensitätskonturdarstellung entsprechend dem modifizierten Linienbild 36' von 8A. Die Intensitätskonturdarstellung von 8B weist einen größeren Grad an Intensitätsgleichförmigkeit in Richtung der langen Achse auf, verglichen mit der Intensitätskonturdarstellung von 7A.
Das modifizierte Linienbild 36' ist zeitlich gemittelt, um das erforderliche Niveau an Intensitätsgleichförmigkeit, z. B. +/–5% oder besser, zu erreichen. Die zeitliche Mittelung kann über einen einzelnen Scandurchgang oder vielfache Scandurchgänge des sekundären Bilds 66 über mindestens einen Bereich des primären Bilds 36 oder über einen einzelnen Scandurchgang über die Länge des primären Bilds 36 oder über vielfache Durchgänge in derselben Richtung oder vielfache Durchgänge vor und zurück (d. h. in entgegengesetzte Richtungen) über das primäre Bild 36 durchgeführt werden.
Wo das System 10 für ein Laserhärten verwendet wird, kann das primäre Lasersystem 20 einen Hochleistungs-CO₂-Laser aufweisen und das sekundäre Lasersystem 50 kann einen CO₂-Laser geringer Leistung umfassen. Oder, wie oben in Zusammenhang mit 1B erläutert, kann ein einzelner Hochleistungs-CO₂-Laser verwendet werden, um sowohl den primären als auch sekundären Lichtstrahl 32 und 62 zu bilden.
In einem Beispiel wird das sekundäre Bild 66 entlang der langen Achse des primären Bilds 36 über den Betrieb des optischen Scansystem 60 gescannt, wobei die Scanzeit t_s des gescannten sekundären Bilds 66 etwa gleich oder kürzer als die Verweilzeit t_d des primären Bilds 36 ist. Hier ist die Scanzeit t_s die Zeit, die benötigt wird, um das sekundäre Bild 66 über den Scanpfad zu scannen, und die Verweilzeit t_d ist die Dauer der Zeit, die das Linienbild 36 bei einer vorgegebenen Position (Punkt) bei der Bildebene IP oder an einem Punkt auf der Oberfläche 44 des Werkstücks 40 verbleibt, wenn das Werkstück 40 in der Bildebene IP angeordnet ist.
Im Falle, wo das Linienbild 36 relativ zu einer festen Bildebene IP oder relativ zu einem Werkstück 40, angeordnet in der Bildebene IP (z. B. wird das Werkstück 40 relativ zum Linienbild 36 bewegt), gescannt wird, dann ist die Verweilzeit t_d die Dauer der Zeit, die das Linienbild 36 einen vorgegebenen Punkt in der Bildebene IP oder auf dem Werkstück 40 bedeckt.
Unter Verwendung der obigen Systeme und Verfahren kann ein modifiziertes Linienbild 36' einen Betrag an zeitlich gemittelter Intensitätsungleichförmigkeit aufweisen, der geringer ist als der Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit im Linienbild 36. Dies kann erreicht werden durch: i) Aufrechthalten des sekundären Bilds 66 und bei einer im Wesentlichen konstanten Energie und Einstellen (d. h. Beschleunigen und/oder Verlangsamen) des Scannens des sekundären Bilds, ii) selektiv Ändern der Energie des sekundären Bilds 66 und Scannen dieses mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit oder iii) durch eine Kombination der Verfahren i) und ii).
Wo die Höhe der Intensität des sekundären Bilds 66 in einer ausgewählten Art und Weise variiert werden muss, kann ein variabler Dämpfer bzw. Abschwächer 56 verwendet und durch ein Kontrollgerät bzw. Steuergerät 70 über ein Kontrollsignal bzw. Steuersignal S56 kontrolliert bzw. gesteuert werden. Alternativ oder in Kombination hiermit kann das Kontrollgerät bzw. Steuergerät 70 das sekundäre Lasersystem 50 unter Verwendung des Kontrollsignals bzw. Steuersignales S50 modulieren.
In einem Beispiel kann das Scanprofil so konfiguriert werden, dass das sekundäre Bild 66 nur über ausgewählte Bereiche des Linienbilds 36 gescannt wird, d. h. nur jene Bereiche, wo zusätzliche Intensität benötigt wird. Dies kann erreicht werden, indem das sekundäre Bild 66 mit im Wesentlichen „Null-Intensität” für ausgewählte Bereiche des Scanprofils, wo keine zusätzliche Intensität zum primären Bild 36 zuaddiert werden muß, vorliegt.
ENERGIEANFORDERUNGEN FÜR DAS LASERHÄRTEN
Typische Intensitätsvariationen in einem herkömmlichen Linienbild für Laserhärtungsanwendungen liegen in der Regel zwischen 10 bis 20% (d. h. +/–5% bis +/–10%). Die Verarbeitungstemperaturvariationen aufgrund der Variationen bei der Energiedichte im Linienbild 36 werden durch einen Energiedichtevariationsparameter μ(y), worin y das Maß in Richtung der langen Achse des Linienbildes 36 darstellt, berücksichtigt. Ein typischer Wert für den Energiedichtevariationsparameter μ(y) bei einer Härtungstemperatur von etwa 1300°C beträgt etwa 1 bis 2%. Typische Abmessungen für das primäre Bild 36 sind eine Länge L_1Y = 10 mm und eine Breite W_1X = 0.1 mm, während eine typische Energie (power) P des anfänglichen primären Laserstrahls 22 bis 500 W beträgt. Somit beträgt eine beispielhafte Energiedichte oder Intensität I₁ (Energie P₁ pro Fläche A₁) in Zusammenhang mit dem primären Bild 36: I₁ = P₁/A₁ = P/(L_1Y·W_1X) = (500 W)/([10 mm]·[0,1 mm]) = 500 W/mm².
Die Energiedichte wird angegeben durch E = I₁·t_d, worin t_d die Verweilzeit für den primären Lichtstrahl 32 darstellt. Die Variation der Energiedichte beträgt dann: ΔE = μ·I₁·t_d,
Das sekundäre Lasersystem 50 muss ein sekundäres Bild 66 mit einer Energiedichte E bereitstellen, die ausreicht, um die Variation der Energiedichte ΔE im primären Bild 36 zu kompensieren.
In einem Beispiel ist die Breite W_2X des sekundären Bilds 66 im Wesentlichen dieselbe, wie die Breite W_1X des primären Bilds 36, d. h. W_1X ~ W_2X. In diesem Beispiel weist das sekundäre Bild 66 eine Fläche A2 = W_2X·W_2Y = W_1X·W_2Y auf. Auch in einem Beispiel wird das sekundäre Bild 66 über das primäre Bild 36 in einer Scanzeit t_s gescannt, die einen Bruchteil der Verweilzeit t_d für den primären Lichtstrahl 32 darstellt, so dass t_s = ν·t_d, worin 0 < ν < 1 ist.
Die Energie P₂, die durch das sekundäre Lasersystem 50 bereitgestellt werden muss, wird durch die Gleichung abgeschätzt: Max{(μ)}·I₁·t_d = (P₂·t_s)/(W_1X·W_2Y)
Durch Umstellen unter Verwendung von I₁ = P₁/(W_1X·L_1Y), kann P₂ ausgedrückt werden als: P₂ = P₁{W_2Y/L_1Y}·{(Max(μ))/ν}
Unter Verwendung von P₁ = 500 W, max(μ) = 0,02, ν = 0,1, W_2Y = 0,1 mm, L_1Y = 10 mm, beträgt die sekundäre Energie P₂ ~ 1 W. Unter Verwendung einer komfortablen Sicherheitsmarge von 10x ergibt sich P₂ ~ 10 W. Dieser Wert für die sekundäre Energie P₂ wird ohne Weiteres bereitgestellt durch eine Anzahl von kommerziell erhältlichen CO₂-Lasern und kann ebenfalls erhalten werden durch Umlenken eines Teils eines Hochleistungs-CO₂-Lichtstrahls.
SEKUNDÄRES BILDSCANNEN UND KONTROLLE
Für ein Scannen des sekundären Bilds 66 mit konstanter Geschwindigkeit über mindestens einen Bereich des primären Bilds 36 mit einer Scangeschwindigkeit V in Richtung der langen Achse (d. h. Y-Richtung) wird die Energie des sekundären Bilds 66 als eine Funktion von y angegeben durch: νP₂(y) = P₁·μ(y)·[W_1X/W_1Y], wobei die y-Position des Zentrums (z. B. Flächenmittelpunkt) des sekundären Bilds 66 bei einer vorgegebenen Scanzeit t_s angegeben wird durch y = V·t_s.
Zur Modulation der Verweilzeit t_d geht ν von einer Konstante zu einer Funktion des Abstands entlang des primären Bilds 36 über, d. h. ν → ν(y).
Wie oben beschrieben, können statische und dynamische Linienbildungleichförmigkeiten auftreten. Die statischen Ungleichförmigkeiten können durch Strahlmodulation, Restwärme, etc. verursacht werden, während die dynamischen Ungleichförmigkeiten (sog. Strahlwobbel) verursacht werden können durch Variationen des Brechungsindex in einem Strahlpfad und Vibrationen der Optik. Die Frequenzen der dynamischen Variationen in der Linienbildgleichförmigkeit übersteigen typischerweise 100 Hz nicht.
Ein Verfahren zur Kompensierung von statischen Ungleichförmigkeiten in einem primären Bild 36 umfasst das Scannen des primären Bilds 36 über einen Satz von einen oder mehreren Test(Blanket)-Wafern. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Messen der Wärmeemission von jedem Wafer, um ein Maß der Variation der Intensität des primären Bilds 36 in Richtung der langen Achse zu erhalten. Hier wird angenommen, dass die Emission vom Wafer proportional zur Intensität des primären Bilds 36 ist. Noch genauer ist die Wafertemperatur proportional zur Intensität, wobei die Emission vom erhitzten Wafer mit der Temperatur durch die Planck-Gleichung in Zusammenhang steht. Diese Annahme ist im Allgemeinen für Intensitätsmessungen, die hier beabsichtigt sind, geeignet.
Die statistische Analyse (d. h. das Mitteln) der Wafermessungen kann verwendet werden, um ein repräsentatives primäres Bild 36R (d. h. repräsentatives Intensitätsprofil) für das primäre Bild 36 (siehe 7A) zu bestimmen. Dies kann an sich verwendet werden, um das Scanprofil für das sekundäre Bild 66 zu definieren, das im Wesentlichen die statischen Ungleichförmigkeiten im repräsentativen primären Bild 36R kompensiert. Das resultierende repräsentative primäre Bild 36R kann im Speicher (z. B. im Kontrollgerät 70) gespeichert werden und kann für einen temperaturbasierten Regelkreis verwendet werden, der beim Scannen der Produktwafer eingesetzt wird.
Um ein Abdriften bei den Betriebsparametern des Systems 10 zu berücksichtigen, wie ein Altern des Lasers im primären Lasersystem 20 und der Komponenten im optischen Strahlkonditioniersystem 30, kann das repräsentative primäre Bild 36R periodisch aktualisiert werden, z. B. durch Durchführen von mehr Waferbelichtungen und Messungen unter Verwendung des primären Bilds 36. Das repräsentative primäre Bild 36R kann ebenfalls periodisch aktualisiert werden, wenn notwendig, im Hinblick auf bestimmte Ereignisse, wie nach den Hauptüberholungsprozeduren unter Einbeziehung von System 10, wie der optischen Wiederausrichtung, Ersatz von optischen Komponenten, Instandhaltung bzw. Wartung oder Ersatz von Lasern etc.
Um die zeitlich variierenden Intensitätsungleichförmigkeiten im Linienbild 36 zu kompensieren, kann das Scanprofil für das sekundäre Bild 66 unter Verwendung eines Realzeit-Feedbacksystems kontrolliert bzw. gesteuert werden. Wieder mit Bezug auf 1A umfasst das System 10 in einem Beispiel ein Wärmeemissions-Detektionssystem 80 (z. B. eine CMOS-Bildkamera oder einen CCD-Array), das dazu in der Lage ist, Wärmeemissionen bei Temperaturen von etwa 1300°C festzustellen, um ein Emissionsbild (Emissionsprofil) entlang der langen Achse aufzunehmen. Das Wärmeemissions-Detektionssystem 80 ist angeordnet, um das primäre Bild 36 zu sehen und ein Emissionsbild hiervon aufzunehmen und ein elektrisches Signal S80, das für das aufgenommene Emissionsbild repräsentativ ist, zu erzeugen. Das elektrische Signal S80 wird dem Kontrollgerät 70 bereitgestellt, das in einer beispielhaften Ausführungsform ausgestaltet ist, um die Emissionsbilder, verkörpert im elektrischen Signal S80, zu speichern und zu verarbeiten. In einem Beispiel bildet das Wärmeemissions-Detektionssystem 80 mit einer Geschwindigkeit von 200 Einzelbildern pro Sekunde oder größer ab, um eine ausreichende Probenfrequenz für Intensitätsvariationen bereitzustellen, die im primären Bild 36 auftreten.
Das Kontrollgerät 70 verarbeitet die elektrischen Signale S80 und führt eine Strahlprofilanalyse durch (z. B. statistisches Mitteln der Emissionsbilder und Umwandlung der gemessenen Emission zur Intensität), um ein repräsentatives primäres Bild 36R zu bilden. Die Realzeitkompensation des repräsentativen primären Bilds 36R wird dann durch Berechnen eines sekundären Bildscanprofils, basierend auf dem repräsentativen primären Bild 36R erreicht. Das Kontrollgerät 70 liefert dann das Kontrollsignal S50 zum sekundären Lasersystem 50 und das Kontrollsignal S60 an das optische Scansystem 60, um das sekundäre Bildscannen gemäß des berechneten sekundären Bildscanprofils durchzuführen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kontrollgerät 70 ein Computer oder umfasst einen Computer, wie einen Personal Computer oder eine Workstation oder ein unabhängiges Kontrollsystem, bzw. Steuersystem unter Verwendung irgendeiner Kombination von programmierbaren logischen Vorrichtungen, wie irgendeiner einer Anzahl von Mikroprozessortypen, zentraler Verarbeitungseinheiten (CPUs), Fließkomma-Logikgatteranordnungen (floating point gate arrays, FPGAs) oder anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (application specific integrated circuits, ASICs). Zusätzlich zu einem oder mehreren derartiger programmierbarer logischer Vorrichtungen kann das Kontrollgerät 70 auch eine Busarchitektur umfassen, um den Prozessor mit einer Speichervorrichtung zu verbinden, wie einem Harddisk-Laufwerk und geeigneten Eingabe- und Ausgabevorrichtungen (z. B. jeweils mit einer Tastatur und einer Anzeige).
In einem Beispiel kann das FPGA aufgebaut sein, um eine Emissionsbildanalyse sowie eine Realzeitkontrolleinheit mit geteiltem Speicher und direktem Speicherzugriff(direct memory access, DMA)-Datentransfer für den geteilten Speicher durchzuführen.
In einer Modifikation dieser Ausführungsform kann das Kontrollgerät bzw. Steuergerät 70 eine verteilte Logikschaltung mit einem Bildbeschaffungs- bzw. Erfassungs- und Verarbeitungs-Subsystem, enthaltend Bilderfassungs-Hardware, und unter Verwendung einer programmierbaren Logikvorrichtung (z. B. ein FPGA) zur Kontrolle und Verarbeitung der Wärmebilddaten verwenden. In einem Beispiel kommuniziert dieses Subsystem mit einem Realzeitkontroll-Subsystem, das einen Mikroprozessor und in Zusammenhang stehende Peripherien verwenden kann, unter Einsatz eines Realzeitbetriebssystems. Das Realzeitkontroll-Subsystem kann verwendet werden, um zwischen anderen Systemkontrollgeräten zu kommunizieren, genauso wie zur Durchführung von Kommando- und Kontrollfunktionen im Hinblick auf die Bildverarbeitung und Kontrolle des sekundären Bilds 66. Die Kommunikation zwischen den Subsystemen kann durch irgendeine Kombination von: einem Kommunikations-Interface (z. B. Ethernet RS422), einem geteilten Logikbus und einem geteilten Speicherbus erfolgen.
Dynamische Instabilitäten der Intensität des primären Bilds 36 nehmen häufig die Form einer linearen Intensitätsverschiebung an, wie in 9 gezeigt, welche die Intensität (Counts) gegen den Abstand in Richtung der langen Achse (mm) aufträgt. Die Verschiebung bzw. Neigung des Intensitätsprofils ist durch die gepunktete Linie 88 gezeigt. Die Verschiebung bzw. Neigung des Intensitätsprofils ändert sich typischerweise im Lauf der Zeit, in der Regel mit einer Frequenz von etwa 100 Hz oder weniger. Die zufällige Art bestimmter Typen dynamischer Intensitätsvariationen, wie die zuvor erwähnte Verschiebung bzw. Neigung, verhindert die Vorabmessung dieser, um dann zu versuchen, diese unter Verwendung des sekundären Bilds 66 zu kompensieren.
Die Emissionsbilder können sehr komplex sein, wenn auf einem gemusterten Wafer gemessen wird. Die 10A und 10B sind repräsentative Darstellungen ähnlich zu 9 für das gemessene Emissionsbild des Linienbildes 36, gebildet auf einem gemusterten Siliciumwafer. Jede Darstellung umfasst einen Bereich 90, wo die Emissionsintensität mit einer relativ hohen Raumfrequenz moduliert wird, aufgrund des Wafermusters, gebildet durch verschiedene Vorrichtungsstrukturen (Linien, Formen, Bohrungen bzw. Lücken, Kerben bzw. Spalten, Ausrichtungsmarkierungen etc.), die gebildet werden, wenn der Wafer verarbeitet wird, um Halbleiterchips (d. h. integrierte Schaltungen) zu bilden.
Somit werden in einem Beispiel die Emissionsbilder vom Wärmeemissions-Detektionssystem 80, wie verkörpert in den elektrischen Signalen S80, tiefpassgefiltert und dann in einer Art und Weise verarbeitet, die einen Vergleich mit dem statischen reprasentativen primären Bild 36R erlaubt. Die geeignete Einstellung wird dann für das Scanprofil für das sekundäre Bild 66 durchgeführt. 10C ist ähnlich zu 10B, aber wo das Emissionsbild (elektrisches Signal S80) mit dem Tiefpassfilter gefiltert wurde, um die Hochfrequenzmodulation, verursacht durch das Wafermuster, zu entfernen.
Für Veränderungen des primären Bilds 36, die bei einer vorgegebenen Frequenz f (z. B. 100 Hz) auftreten, muss die Emissionsbilderfassung und darauffolgende Sekundärbildscan-Profilberechnung mit einer Frequenz von etwa 2 f (z. B. 200 Hz) auftreten.
LASERHÄRTUNGSSYSTEM
Ein Laserhärten bei der Halbleiterverarbeitung wird typischerweise auf gemusterten Wafern durchgeführt. Die Absorption auf gemusterten Wafern variiert mit den Musterdimensionen, der Musterdichte und der Laserwellenlänge. Es wurde gezeigt, dass das Laserhärten mit einer Wellenlänge, die viel länger ist als die Musterdimensionen, die Streuung bzw. die Scattering reduziert und somit die Waferabsorption verstärkt.
11 ist ein schematisches Diagramm eines Laserhärtungssystems 100, das das System 10 umfasst, und zur Verwendung in beispielsweise den US-Patenten Nr. 7,612,372 , 7,154,066 und 6,747,245 geeignet ist, wobei die Patente hier durch Bezugnahme einbezogen sind.
Das System 10 ist gezeigt und erzeugt den primären Lichtstrahl 32 und den sekundären Scanlichtstrahl 62, um das modifizierte Linienbild 36' zu bilden. Der primäre und sekundäre Lichtstrahl 32 und 62 haben eine Wellenlänge (z. B. nominal 10,6 μm von entweder demselben oder jeweiligen CO₂-Lasern), der/die dazu in der Lage ist/sind, den Wafer 40 unter ausgewählten Bedingungen zu erhitzen. Derartige Bedingungen umfassen beispielsweise Erhitzen des Wafers 40 oder Bestrahlen des Wafers 40 mit einer Strahlung aus einer Vorheizquelle (nicht gezeigt), wobei die Strahlung eine Bandlückenenergie größer als die Halbleiterbandlückenenergie des Wafers 40 aufweist, wodurch bewirkt wird, dass der Wafer 40 die primären und sekundären Lichtstrahlen 32 und 62 in einem Ausmaß absorbiert, das ausreicht, den Wafer 40 auf Härtungstemperaturen zu erhitzen. Ein Beispiel der Bestrahlung des Wafers 40 mit einer dritten Lichtquelle, um den Wafer 40 mehr CO₂-Laserwellenlängen absorbieren zu lassen, ist in den US-Patenten 7,098,155 , 7,148,159 und 7,482,254 beschrieben, von denen sämtliche durch Bezugnahme hier einbezogen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen der primäre und sekundäre Lichtstrahl 32 und 62 dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Wellenlänge auf.
Der Wafer 40 wird von einer Spannvorrichtung 110 mit einer oberen Oberfläche 112 getragen bzw. gehalten bzw. gestützt. In einem Beispiel ist die Spannvorrichtung 110 aufgebaut, um den Wafer 40 zu erhitzen. Die Spannvorrichtung 110 ihrerseits wird von einer Bühne 120 getragen, die ihrerseits von einer Platte (nicht gezeigt) getragen wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Spannvorrichtung 110 in die Bühne 120 einbezogen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist die Bühne 120 bewegbar, einschließlich verschiebbar und drehbar.
Der Wafer 40 ist beispielhaft mit Halbleiterstrukturen in Form von Source- und Drain-Bereichen 150S und 150D, gebildet bei oder nahe der Oberfläche 44 des Wafers 40 als Teil einer Schaltung (z. B. Transistor) 156 gezeigt. Es ist festzuhalten, dass die relative Größe der Source- und Drain-Bereiche 150S und 150D in der Schaltung 156, verglichen mit den Dimensionen des Wafers 40, in 11 aus Gründen der Veranschaulichung stark übertrieben sind. In der Praxis sind die Source- und Drain-Bereiche 150S und 150D sehr schmal, haben eine Tiefe im Wafer 40 von etwa 1 μm oder weniger. Die Source- und Drain-Bereiche 150S und 150D bilden das oben erwähnte Wafermuster, das eine Hochfrequenzmodulation bewirken kann, wenn ein Emissionsbild des primären Bilds 36 aufgenommen wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Laserhärtungssystem 100 weiterhin ein Kontrollgerät 170, das mit dem System 10 elektrisch verbunden ist (einschließlich des Kontrollgeräts 70 darin, siehe 1A und 1B) und mit einem Bühnenkontrollgerät 122. Das Bühnenkontrollgerät 122 ist mit der Bühne 120 elektrisch gekoppelt und ist aufgebaut, um die Bewegung der Bühne 120 über Instruktionen vom Kontrollgerät 170 zu kontrollieren bzw. zu steuern. Das Kontrollgerät 170 ist aufgebaut, um den Betrieb des Laserhärtungssystems 100 im Allgemeinen und des Systems 10 und des Bühnenkontrollgeräts 122 im Speziellen zu kontrollieren bzw. zu steuern.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kontrollgerät bzw. Steuergerät 170 ein Computer oder enthält einen Computer, wie einen Personal Computer oder eine Workstation, erhältlich von irgendeinem einer Anzahl von gut bekannten Computerfirmen, wie Dell Computer Inc., Austin Texas. Das Kontrollgerät 170 umfasst bevorzugt irgendeine Anzahl von kommerziell erhältlichen Mikroprozessoren, eine geeignete Busarchitektur, um den Prozessor mit einer Speichervorrichtung, wie einem Harddisk-Laufwerk zu verbinden, sowie geeigneten Eingabe- und Ausgabevorrichtungen (z. B. jeweils mit einer Tastatur und einer Anzeige).
Mit weiterem Bezug zu 11 und auch zu den 1A und 1B wird der primäre Lichtstrahl 32 auf die Oberfläche 44 des Wafers 40 gerichtet, um hierauf das primäre Bild 36 zu bilden, während der sekundäre Lichtstrahl 62 gemäß eines Scanprofils, wie oben diskutiert, gescannt wird, um das sekundäre Bild 66 über mindestens einen Bereich des primären Bilds 36 zu scannen, um das modifizierte Linienbild 36' zu bilden.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird das modifizierte Linienbild 36' über die Oberfläche 44 des Wafers 40 mit einer Kante 40E, wie durch den Pfeil 180 angegeben, gescannt. 12 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Waferscanpfads 200 (gestrichelte Linie), über den das modifizierte Linienbild 36' gescannt wird. Der Waferscanpfad 200 umfasst eine Anzahl n von linearen Scanpfadabschnitten 202-1, 202-2, 202-3 ... 202-j ... 202-n. Angrenzende lineare Scanpfadabschnitte (z. B. 202-j und 202-j + 1) werden durch schrittweises Abtasten des modifizierten Linienbildes 36' durch einen Schrittabstand DS von einem linearen Scanpfad 200 zum nächsten gebildet. Der Schrittabstand DS (stepping distance) ist in der Regel geringer als die Länge entlang der langen Achse L_1Y des Linienbildes 36, so dass es mindestens eine gewisse Überlappung zwischen den Linienbildern 36 für die angrenzenden Scanpfadabschnitte 202 gibt. Die Größe der Linienbildüberlappung für herkömmliche Laserhärtungssysteme gegenüber jener, die hier offenbart sind, wird nachfolgend in größeren Einzelheiten erläutert.
Das Scannen des modifizierten Linienbilds 36' über den Waferscanpfad 200 resultiert in schnellem Erhitzen der Oberfläche 44 des Wafers 40 (hinunter bis zu einer Tiefe von etwa 1 μm oder weniger) bis zu einer Temperatur (z. B. zwischen 1000 und 1300°C). Dies ist ausreichend, um Dotiermittel in den Source- und Drain-Bereich 150S und 150D zu aktivieren, während auch ein rasches Abkühlen der Oberfläche 44 des Wafers 40 möglich ist, so dass die Dotiermittel im Wesentlichen nicht diffundieren und hierdurch die geringe Tiefe der Source- und Drain-Bereiche 150S und 150D aufrechterhalten wird.
Eine typische Scangeschwindigkeit des modifizierten Linienbildes 36' über die Oberfläche 44 des Wafers 40 für die linearen Scanpfadabschnitte 202 reicht von 25 mm/sec bis zu 1000 mm/sec. In einem Beispiel können entweder das modifizierte Linienbilder 36' oder der Wafer 40 oder beide während des Scannens bewegt werden, um den Waferscanpfad 200 zu definieren.
Durchsatzerhöhungen
Die Laserhärtung in der Halbleiterverarbeitung erfordert sehr präzise Temperaturkontrolle über den gesamten Bereich, der gehärtet wird. Am häufigsten treibt die Spitzentemperatur den Härtungsprozess an.
Mit Bezug auf 13A im Falle, wo der Härtungsstrahl ein Linienbild 36 bildet, das in Richtung der langen Achse nicht gleichförmig ist, und insbesondere an den Enden 36E des Linienbildes 36 sich eine Lücke bzw. Spalte G zwischen den angrenzenden Scanpfadabschnitten 202 des Waferscanpfads 200 bilden kann, resultieren Bereiche des darunterliegenden Wafers 40 (11), die nicht vollständig belichtet werden, wenn der Schrittabstand DS zu groß ist. Eine Lücke G kann im Allgemeinen auftreten, wenn der Schrittabstand DS = L_1Y, d. h. der Schrittabstand DS ist gleich der Länge des Linienbildes 36.
Es ist hier festzuhalten, dass in einem Beispiel die Länge entlang der langen Achse L_1Y des Linienbildes 36 durch den Abstand in Richtung der langen Achse definiert ist, über die das Laserhärten stattfindet, wenn das Linienbild 36 über den Wafer 40 gescannt wird. Dieses Maß entspricht in der Regel einem vorgegebenen Intensitätsgrenzwert im Linienbild 36 und hängt von der Linienbild-Scangeschwindigkeit (oder entsprechend der Verweilzeit t_d) ab.
Somit ist es im Allgemeinen notwendig, dass die Linienbilder 36 für die angrenzenden Scanpfadabschnitte 202 des Waferscanpfads 200 überlappen, um die Härtungsgleichförmigkeit über den Wafer 40 zu verbessern. In einem herkömmlichen Laserhärtungssystem wird das Linienbild 36 mit der Hälfte deren Länge L_1Y oder weniger (d. h. DS ≤ L_1Y/2 oder mindestens 50% Überlappung) zwischen angrenzenden Scanpfadabschnitten 202 „abgeschritten”, so dass jeder Punkt auf dem Wafer 40 durch das Linienbild 36 zweimal gescannt wird. Dies wird in 13B schematisch veranschaulicht, die zwei überlappende Linienbildprofile entlang der langen Achse und Linienbilder 36 für angrenzende Scanpfadabschnitte 202 für ein herkömmliches Linienbild 36 mit einer im Wesentlichen Intensitätsungleichförmigkeit an deren Enden 36E zeigt. Unglücklicherweise wird der Waferdurchsatz verringert, da eine wesentliche Überlappung der Linienbilder 36 für angrenzende Scanpfadabschnitte 202 vorliegen muss.
Anhand eines Beispiels nimmt man ein 10 mm langes Linienbild 36 und einen 5 mm Schrittabstand DS zwischen angrenzenden Scanpfadabschnitten 202 des Waferscanpfads 200 (d. h. 50% Linienbildüberlappung). Das Laserhärten eines 300 mm Wafers erfordert (300 mm)/(5 mm) = 60 Schritte. Für einen kleineren Schrittabstand DS = 2,5 mm (d. h. 75% Linienbildüberlappung), wird jeder Punkt auf dem Wafer 40 vier Mal gehärtet und der Waferscanpfad 200 erfordert 120 Schritte.
Mit Bezug auf 13C kann das modifizierte Linienbild 36' gebildet werden, um viel steilere Intensitätsprofile bei den Rändern bzw. Enden bzw. Kanten 36E' zu haben, so dass wesentlich geringeres Überlappen der modifizierten Linienbilder 36' für angrenzende Scanpfadabschnitte 202 erforderlich ist. Der Durchsatz wird somit durch Erhöhen des Schrittabstands DS zwischen den angrenzenden Scanpfadabschnitten 202, um näher an der vollen Länge L_1Y des modifizierten Linienbildes 36' zu sein, erhöht.
In einem Beispiel ist die Größe der Überlappung, die zwischen den angrenzenden Scanpfadabschnitten 202 für das modifizierte Linienbild 36' erforderlich ist, geringer als 50% und kann kleiner als 5% sein (d. h. L_1Y/20 ≤ DS ≤ L_1Y/2). Ein typischer Linienbildüberlappungsbereich für das modifizierte Linienbild 36' beträgt 5 bis 10% (d. h. L_1Y/20 ≤ DS ≤ L_1Y/10). Somit kann für eine 10 mm Länge für ein modifiziertes Linienbild 36' der Schrittabstand DS mehr als 9,5 mm betragen, woraus nur 32 Schritte für das Laserhärten eines 300 mm Wafers resultieren.
Der Waferdurchsatz beim Laserhärten ist direkt mit der Anzahl von Schritten zwischen den angrenzenden Scanpfadabschnitten 202 im Waferscanpfad 200 verknüpft. Ein typischer „Schritt und Scan” für den Waferscanpfad 200 dauert etwa 1 Sekunde. Somit erfordert ein herkömmliches Laserhärtungssystem für die obigen Laserhärtungsbeispiele zwischen etwa 60 und 120 Sekunden für das Laserhärten eines Wafers für ein Linienbild, überlappend zwischen 50 und 75%. Im Gegensatz hierzu benötigt das Laserhärtungssystem 100 der vorliegenden Offenbarung zwischen etwa 32 und 34 Sekunden für ein Linienbild, überlappend zwischen 5 und 10%. Somit kann der Waferdurchsatz zum Laserhärten auf nahezu das zweifache erhöht werden, indem das Härtungsverfahrens unter Verwendung des modifizierten Linienbildes 36' durchgeführt wird.
Für den Fachmann im Stand der Technik wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung die Modifikationen und Variationen dieser Offenbarung umfassen, vorausgesetzt, sie liegen im Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente.
Die Erfindung umfasst Aspekte, die in den nachfolgenden Sätzen offenbart sind, die Teil der Beschreibung darstellen, aber keine Ansprüche sind:
Sätze

1. Optisches Linienbild-Bildungssystem, umfassend: ein primäres Lasersystem, aufgebaut, um einen ersten Laserstrahl bereitzustellen; ein optisches Strahlkonditioniersystem mit einer Bildebene und aufgebaut, um den ersten Laserstrahl aufzunehmen und hieraus ein Linienbild bei der Bildebene zu bilden, wobei das Linienbild eine lange Achse aufweist sowie einen ersten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit entlang der langen Achse; eines von: a) ein sekundäres Lasersystem, das einen zweiten Laserstrahl erzeugt und b) ein optisches Strahlteilersystem, aufgebaut, um den zweiten Laserstrahl von einem Teil des ersten Laserstrahls bereitzustellen; und ein optisches Scansystem, aufgebaut, um den zweiten Laserstrahl aufzunehmen und hieraus ein sekundäres Bild bei der Bildebene zu bilden, wobei das sekundäre Bild mindestens teilweise mit dem Linienbild überlappt und über mindestens einen Bereich des Linienbildes gescannt wird, um ein zeitlich gemitteltes modifiziertes Linienbild zu bilden mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit, der geringer ist als der erste Betrag.
2. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 1, weiterhin umfassend ein Kontrollgerät, bzw. Steuergerät funktionsfähig verbunden mit dem sekundären Lasersystem und dem optischen Scansystem, wobei das Kontrollgerät aufgebaut ist, um mindestens eines von: a) die Größe der Intensität des zweiten Laserstrahls und b) die Scangeschwindigkeit des sekundären Bilds relativ zum Linienbild zu kontrollieren.
3. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 2, wobei das sekundäre Bild eine im Wesentlichen festgelegte Intensität aufweist und die Scangeschwindigkeit mit der Position entlang der langen Achse variiert.
4. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 2, wobei die Scangeschwindigkeit im Wesentlichen konstant ist und das sekundäre Bild eine Intensität aufweist, die mit der Position entlang der langen Achse variiert.
5. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 1, weiterhin umfassend: ein Werkstück mit einer Oberfläche, angeordnet im Wesentlichen in der Bildebene; ein Wärmeemissions-Detektionssystem, angeordnet, um ein Emissionsbild des Linienbildes, gebildet auf der Oberfläche des Werkstücks, aufzunehmen und für das Emissionsbild repräsentative elektrische Signale zu erzeugen; und wobei das Kontrollgerät aufgebaut ist, um die elektrischen Signale aufzunehmen und zu verarbeiten, um ein Scanprofil zum Scannen des sekundären Bilds zu erzeugen, das mindestens eines von umfasst: a) eine im Wesentlichen konstante Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit und b) eine selektiv variierte Intensität und eine im Wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit.
6. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 5, wobei das Kontrollgerät aufgebaut ist, um die elektrischen Signale tiefpasszufiltern.
7. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 5, wobei das Werkstück einen Halbleiterwafer umfasst.
8. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 5, weiterhin umfassend einen einstellbaren Dämpfer, so angeordnet, dass der zweite Laserstrahl hindurchläuft, und funktionsbereit mit dem Kontrollgerät verbunden ist, um die selektiv variierte Intensität bereitzustellen.
9. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 1, wobei der erste und zweite Laserstrahl im Wesentlichen dieselbe Wellenlänge aufweisen.
10. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 1, wobei mindestens eines von: das primäre oder das sekundäre Lasersystem einen CO₂-Laser aufweist.
11. Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Satz 1 zum Durchführen des Laserhärtens eines Halbleiterwafers mit einer Oberfläche, wobei weiterhin das Linienbild über die Halbleiterwafer-Oberfläche über einen Waferscanpfad gescannt wird und eine Verweilzeit t_d aufweist und wobei das sekundäre Bild eine Scanzeit t_s aufweist, die etwa genauso groß oder kürzer ist als die Verweilzeit t_d.
12. Verfahren zum Bilden eines zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes bei einer Bildebene, umfassend: Bilden eines Linienbildes bei der Bildebene mit einem ersten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in Richtung der langen Achse; Bilden eines sekundären Bilds, das zumindest teilweise mit dem Linienbild überlappt; und Scannen des sekundären Bilds in Richtung der langen Achse über mindestens einen Bereich des Linienbildes gemäß eines Scanprofils, um das zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in Richtung der langen Achse zu bilden, der kleiner ist als der erste Betrag.
13. Verfahren nach Satz 12, weiterhin umfassend das Definieren des Scanprofils, um eines von zu umfassen: a) eine im Wesentlichen konstante Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit; b) eine selektiv variierte Intensität und eine im Wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit und c) eine selektiv variierte Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit.
14. Verfahren nach Satz 12, weiterhin umfassend das Kontrollieren der Intensität des sekundären Bilds mit mindestens einem von: a) Selektives Abschwächen eines sekundären Laserstrahls, der das sekundäre Bild bildet; und b) Modulieren eines sekundären Lasersystems, verwendet, um den sekundären Laserstrahl zu bilden, der das sekundäre Bild bildet.
15. Verfahren nach Satz 12, weiterhin umfassend das Bilden des Linienbildes und des sekundären Bilds mit jeweils Lichtstrahlen mit im Wesentlichen derselben Wellenlänge.
16. Verfahren nach Satz 12, weiterhin umfassend das Bilden des Linienbildes und des sekundären Bilds aus entweder demselben CO₂-Laser oder verschiedenen CO₂-Lasern.
17. Verfahren nach Satz 12, weiterhin umfassend das Scannen des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes über eine Oberfläche des Halbleiterwafers, der Halbleiterstrukturen enthält, um die Halbleiterstrukturen thermisch zu härten.
18. Verfahren nach Satz 17, wobei das zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild eine Verweilzeit t_d aufweist und wobei das sekundäre Bild eine Scanzeit t_s aufweist, die etwa gleich groß oder kürzer als die Verweilzeit t_d ist.
19. Verfahren nach Satz 17, weiterhin umfassend das Scannen des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes über einen Waferscanpfad mit angrenzenden Scanpfadabschnitten.
20. Verfahren nach Satz 17, weiterhin umfassend das Konfigurieren des Waferscanpfads, so dass zwischen 5 und 10% Überlappung des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes für angrenzende Scanpfadabschnitte vorliegt.
21. Verfahren nach Satz 12, weiterhin umfassend: Bestimmen eines Intensitätsprofils des Linienbildes; und Berechnen des Scanprofils, basierend auf dem Intensitätsprofil.
22. Verfahren nach Satz 21, weiterhin umfassend: Bilden des Linienbildes auf einem Werkstück; und Messen des Intensitätsprofils durch Messen der Emissionsbilder vom Werkstück.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7514305 [0057]
US 7494942 [0057]
US 7399945 [0057]
US 6366308 [0057]
US 7612372 [0103]
US 7154066 [0103]
US 6747245 [0103]
US 7098155 [0104]
US 7148159 [0104]
US 7482254 [0104]

Claims

Optisches Linienbild-Bildungssystem, umfassend: ein primäres Lasersystem, aufgebaut, um einen ersten Laserstrahl bereitzustellen; ein optisches Strahlkonditioniersystem mit einer Bildebene und aufgebaut, um den ersten Laserstrahl aufzunehmen und hieraus ein Linienbild bei der Bildebene zu bilden, wobei das Linienbild eine lange Achse aufweist sowie einen ersten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit entlang der langen Achse; ein sekundäres Lasersystem, das einen zweiten Laserstrahl erzeugt und oder ein optisches Strahlteilersystem, aufgebaut, um den zweiten Laserstrahl von einem Teil des ersten Laserstrahls bereitzustellen; und ein optisches Scansystem, aufgebaut, um den zweiten Laserstrahl aufzunehmen und hieraus ein sekundäres Bild bei der Bildebene zu bilden, wobei das sekundäre Bild mindestens teilweise mit dem Linienbild überlappt und über mindestens einen Bereich des Linienbildes gescannt wird, um ein zeitlich gemitteltes modifiziertes Linienbild zu bilden mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit, der geringer ist als der erste Betrag.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Kontrollgerät, bzw. Steuergerät funktionsfähig verbunden mit dem sekundären Lasersystem und dem optischen Scansystem, wobei das Kontrollgerät aufgebaut ist, um die Größe der Intensität des zweiten Laserstrahls und/oder die Scangeschwindigkeit des sekundären Bilds relativ zum Linienbild zu kontrollieren bzw. Steuern.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das sekundäre Bild eine im Wesentlichen festgelegte Intensität aufweist und die Scangeschwindigkeit mit der Position entlang der langen Achse variiert.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, wobei die Scangeschwindigkeit im Wesentlichen konstant ist und das sekundäre Bild eine Intensität aufweist, die mit der Position entlang der langen Achse variiert.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 1 bis 4, weiterhin umfassend: ein Werkstück mit einer Oberfläche, angeordnet im Wesentlichen in der Bildebene; ein Wärmeemissions-Detektionssystem, angeordnet, um ein Emissionsbild des Linienbildes, gebildet auf der Oberfläche des Werkstücks, aufzunehmen und für das Emissionsbild repräsentative elektrische Signale zu erzeugen; und wobei das Kontrollgerät aufgebaut ist, um die elektrischen Signale aufzunehmen und zu verarbeiten, um ein Scanprofil zum Scannen des sekundären Bilds zu erzeugen, das mindestens eine im Wesentlichen konstante Intensität und/oder eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit und/oder eine selektiv variierte Intensität und/oder eine im Wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Anspruch 5, wobei das Kontrollgerät bzw. das Steuergerät aufgebaut ist, um die elektrischen Signale tiefpasszufiltern.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach Anspruch 5, wobei das Werkstück einen Halbleiterwafer umfasst.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 1 bis 7, weiterhin umfassend einen einstellbaren Dämpfer, bzw. Abschwächer so angeordnet, dass der zweite Laserstrahl hindurchläuft, und funktionsbereit mit dem Kontrollgerät bzw. Steuergerät verbunden ist, um die selektiv variierte Intensität bereitzustellen.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 1 bis 8, wobei der erste und zweite Laserstrahl im Wesentlichen dieselbe Wellenlänge aufweisen.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 1 bis 9, wobei mindestens das primäre und/oder das sekundäre Lasersystem einen CO₂-Laser aufweist.
Optisches Linienbild-Bildungssystem nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 1 bis 10 zum Durchführen des Laserhärtens eines Halbleiterwafers mit einer Oberfläche, wobei weiterhin das Linienbild über die Halbleiterwafer-Oberfläche über einen Waferscanpfad gescannt wird und eine Verweilzeit t_d aufweist und wobei das sekundäre Bild eine Scanzeit t_s aufweist, die etwa genauso groß oder kürzer ist als die Verweilzeit t_d.
Verfahren zum Bilden eines zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes bei einer Bildebene, umfassend: Bilden eines Linienbildes bei der Bildebene mit einem ersten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in Richtung der langen Achse; Bilden eines sekundären Bilds, das zumindest teilweise mit dem Linienbild überlappt; und Scannen des sekundären Bilds in Richtung der langen Achse über mindestens einen Bereich des Linienbildes gemäß eines Scanprofils, um das zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild mit einem zweiten Betrag an Intensitätsungleichförmigkeit in Richtung der langen Achse zu bilden, der kleiner ist als der erste Betrag.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend das Definieren des Scanprofils, um zu umfassen: a) eine im Wesentlichen konstante Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit; und/oder b) eine selektiv variierte Intensität und eine im Wesentlichen konstante Scangeschwindigkeit und/oder c) eine selektiv variierte Intensität und eine selektiv variierte Scangeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiterhin umfassend das Kontrollieren der Intensität des sekundären Bilds mit mindestens: a) Selektives Abschwächen eines sekundären Laserstrahls, der das sekundäre Bild bildet; und/oder b) Modulieren eines sekundären Lasersystems, verwendet, um den sekundären Laserstrahl zu bilden, der das sekundäre Bild bildet.
Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 12 bis 14, weiterhin umfassend das Bilden des Linienbildes und des sekundären Bilds mit jeweils Lichtstrahlen mit im Wesentlichen derselben Wellenlänge.
Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 12 bis 15, weiterhin umfassend das Bilden des Linienbildes und des sekundären Bilds aus entweder demselben CO₂-Laser oder verschiedenen CO₂-Lasern.
Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 12 bis 16, weiterhin umfassend das Scannen des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes über eine Oberfläche des Halbleiterwafers, der Halbleiterstrukturen enthält, um die Halbleiterstrukturen thermisch zu härten.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das zeitlich gemittelte modifizierte Linienbild eine Verweilzeit t_d aufweist und wobei das sekundäre Bild eine Scanzeit t_s aufweist, die etwa gleich groß oder kürzer als die Verweilzeit t_d ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, weiterhin umfassend das Scannen des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes über einen Waferscanpfad mit angrenzenden Scanpfadabschnitten.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19, weiterhin umfassend das Konfigurieren des Waferscanpfads, so dass zwischen 5 und 10% Überlappung des zeitlich gemittelten modifizierten Linienbildes für angrenzende Scanpfadabschnitte vorliegt.
Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 12 bis 20, weiterhin umfassend: Bestimmen eines Intensitätsprofils des Linienbildes; und/oder Berechnen des Scanprofils, basierend auf dem Intensitätsprofil.
Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Anspruch 12 bis 21, weiterhin umfassend: Bilden des Linienbildes auf einem Werkstück; und/oder Messen des Intensitätsprofils durch Messen der Emissionsbilder vom Werkstück.