專利名稱：修正激光處理系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差的方法
技術領域：
本發(fā)明關于材料處置系統(tǒng)的校正，且特別是關于將諸如半導體晶片的工件定位以
進行激光處理操作的材料處置系統(tǒng)的校正方法。本發(fā)明提供識別并修正系統(tǒng)誤差的方法， 系統(tǒng)誤差可預先計算且施用于由該系統(tǒng)所處理的各后續(xù)工件。
背景技術：
激光微加工處理運用在各種關于半導體及電子制造的操作中。部分的激光處理 應用包含修復、組態(tài)設定(configuration)及標注半導體管芯，諸如動態(tài)隨機存取存儲器 (DRAM);無源組件的激光切割處理；基片內(nèi)的打鉆通孔；以及集成半導體裝置的阻抗調(diào)諧。 在DRAM修復的范例里，含DRAM集成電路(IC)的半導體晶片經(jīng)測試，并且準備對于這些無 法表現(xiàn)達到規(guī)格要求的存儲單元的列表。然后，內(nèi)存產(chǎn)出改良系統(tǒng)采用該列表并導引激光， 通過將激光脈沖聚焦在可熔鏈路上以對這些失效單元進行處理，以按邏輯方式移除失效單 元。接著，該系統(tǒng)導引該激光以處理與冗余存儲單元關聯(lián)的可熔鏈路，由此將這些增入該電 路內(nèi)，以取代在前一步驟中所移除的失效單元。通常，可熔鏈路的激光處理牽涉分割或分離 該鏈路；然而在一些情況下，激光處理會在各電路元件間制作出電連接。在無源組件切割處 理中，該系統(tǒng)將激光導引至電路的無源組件上(諸如薄膜電阻器)，修改其電性能，同時該 電路受到該系統(tǒng)所監(jiān)視。在此范例里，該激光經(jīng)導引以從該電阻器移除掉材料，直到獲得適 當?shù)碾娮柚禐橹?。在通孔打鉆處理中，該系統(tǒng)導引激光通過熱效應或燒蝕(根據(jù)激光能量 而定)而在該基片內(nèi)形成孔洞，以允許由絕緣材料所垂直間隔的各電路層之間制作出電連 接。在阻抗調(diào)諧中，該系統(tǒng)導引激光至一半導體接合處以對其加熱，并使該半導體接合內(nèi)的 摻雜物或摻雜劑重新分布以更改其電特性。 而這些應用所具有的共同處在于希望能夠準確地導引特定大小的激光脈沖在IC 或基片處。還會希望在特定位置處傳遞包含即時的脈沖外形、時序、脈沖能量以及空間能 量分布的特定性能的激光脈沖。有相當多的先前技術是關于此課題的。例如，美國專利第 4， 941， 082號及6， 172， 325號(兩者皆授讓予本專利申請案受讓人)描述了將激光脈沖準 確地且快速地傳遞至工件上的方法及裝置。這些系統(tǒng)共同地擁有的一個特點是在處理工件 之前它們皆先執(zhí)行調(diào)準(alignment)及校正(calibration)步驟。此步驟包含在工件上定 位出參考標記，并且利用此信息以將該工件相對于該激光系統(tǒng)加以定位，使提供準確處理。
眾所公知，半導體及電子裝置變得日趨密集，而持續(xù)激增的大量電路封裝于愈來 愈小的維度之內(nèi)。隨著半導體及電子組件的維度逐漸變小，會希望在激光束相對于該工件 的定位方面達到更高的準確度。上述的美國專利第4， 941， 082號及6， 172， 325號描述了在 大致與該激光束垂直且與該工件平行的坐標的X及Y坐標中，準確地且以高速方式傳遞激 光脈沖的方法及裝置。
然而，還是眾所公知，除X及Y軸以外，聚焦的激光束具有影響到在Z軸上的焦點 特性的三維(3D)外形，此Z軸大致與該激光束平行?？蓪⒃摷す馐劢褂诰嘣摼劢构鈱W組 件的特定距離處而縮小至希望的光斑大小，然當在該Z軸上沿該射束而移動靠近或遠離該 名目焦距時，該光斑大小通常會增加。典型的激光束圖可如圖1示意顯示。該激光束10以光 軸12為中心。該射束腰部14為沿該光軸12的光束10達到其最小光斑尺寸的點處。該激 光束IO可將光斑大小維持為等于或小于一特定直徑的范圍稱為聚焦深度或焦深(DOF) 16。 如本領域技術人員所公知的，隨著該最小激光束光斑大小縮減(這通常是使用具較高數(shù)值 孔徑(NA)的透鏡)，該DOF也會降低。在本專利申請所討論的所有業(yè)界領域里，因該工件及 將其握持的材料處置系統(tǒng)兩者有合理的制造公差，故在工件位置與表面高度方面而常有偏 差。當在工件表面上的自然偏差具有與該DOF及所希望的激光束準確度相同的數(shù)量級時， 即可運用各種方法以補償這些偏差。 一種在整個工件上維持所希望激光束準確度及光斑大 小的方式，即當激光束行穿越過該工件時，對其進行X、 Y及Z軸的修正。
—種實現(xiàn)X、 Y及Z軸修正的現(xiàn)有技術如美國專利第6， 483， 071號專利所表述， 其中在工件表面上測量四個非共線點，并于它們之間內(nèi)插雙線性表面。然后指示三軸移動 控制系統(tǒng)的軸線依循該內(nèi)插的廓形或輪廓，嘗試著將該真實的工件表面維持在該激光束的 DOF內(nèi)。現(xiàn)有技術解決方案的主要缺點在于這些忽略大量關于工件Z軸偏差而可用于進行 分析的先驗(priori)信息。第一來源為關于因材料處置系統(tǒng)所造成在X、 Y及Z位置上的 系統(tǒng)性偏差的信息。第二來源為關于因粒子污染所造成的Z軸偏差的特征的信息，這些粒 子被捕捉于該工件與該材料處置系統(tǒng)之間。 對于現(xiàn)有技術所希望的改善即開發(fā)出一種可將有關該材料處置系統(tǒng)與因粒子污 染所造成的誤差的特定性能的先驗信息納入考慮，以執(zhí)行X、 Y及Z軸修正的方法。這些改 善結(jié)果將可提供更為準確的X、Y及Z軸修正，并且通過此可相較于先前方法所使用的，供以 使用產(chǎn)生較小激光束光斑大小而具較短聚焦深度的較高NA透鏡?，F(xiàn)有技術也在當對工件 進行處理時，在運行時間計算所有的修正。若在處理一特定工件之前，能夠預先計算出至少 一部分的X、 Y及Z軸修正，則可將處理速度加快，此即另一項所希望的改善結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
從而，本發(fā)明的一個目的在于提供一種通過準確地對映由該材料處置系統(tǒng)所引入 的系統(tǒng)性誤差來改善施加于工件的X、 Y及Z軸修正準確度的方法，該工件固定于材料處置 系統(tǒng)內(nèi)，在該工件之上或之內(nèi)進行基于激光的操作。 用于改善施加于固定在材料處置系統(tǒng)內(nèi)的工件的X、Y及Z軸修正準確度的方法的 優(yōu)點，是該方法可對因被捕捉于該工件與該材料處置系統(tǒng)之間的粒子污染所造成的工件表 面扭曲進行檢測并予補償。 應可認識到該激光束與該工件間的關系按三個維度的完整描述牽涉到六個變
量，即三個位移坐標x、 y與z，以及三個旋轉(zhuǎn)p 、爭與e (在由這些位移坐標的各對所定義
的平面中各有一個)。依照六個自由度來進行修正會要求使用在三個維度內(nèi)的立體轉(zhuǎn)換。 這些計算雖在數(shù)學上確為可行，然這些相比于本教導所述的計算較為困難且耗時。實驗
結(jié)果既已顯示出，即如在此所教導的，對于全六個自由度做X、 Y與Z近似值的片段式計算 (piecewise calculation)可提供遠高于現(xiàn)有技術中可達到的準確度。若所希望的為高于該X、 Y及Z位移近似值的片段式計算所獲得的準確度，則可利用該立體轉(zhuǎn)換的完整六個自 由度計算，以獲得較高的準確度。 本方法的一優(yōu)選具體實施例首先將仔細清潔且檢測的晶片、生產(chǎn)晶片(總稱為 「晶片」)或校正網(wǎng)格(任意網(wǎng)格組成工件)固定在該激光微加工系統(tǒng)的凈化過的材料處置 卡盤之內(nèi)或之上。其可為具待予處理的晶片類型的樣本，或是為此目的所特殊制造的晶片 或網(wǎng)格。該晶片或網(wǎng)格依該卡盤的表面而變形，而這通常是由使用該晶片或網(wǎng)格與該卡盤 間的真空壓力加以輔助的。由該系統(tǒng)對該晶片或網(wǎng)格進行掃描，以形成該表面的高分辨率 3D圖。若該晶片或網(wǎng)格的平坦性已知為比得上該圖的分辨率，則該晶片表面的測量結(jié)果會 適當?shù)嘏c該卡盤表面的測量結(jié)果相匹配。若希望擁有較準確的卡盤表面圖，則可在具較高 分辨率的系統(tǒng)上獨立地測量該晶片，然后從該掃描的表面高度數(shù)據(jù)里扣除在任何給定點的 晶片厚度，以提高該卡盤表面圖的精確度。同樣地，可對該卡盤的表面進行掃描，使直接地 形成該表面的3D圖。然后利用本文所述的方法對所獲表面進行分析，并產(chǎn)生修正圖。
首先，會對各個固定于該卡盤內(nèi)以由該系統(tǒng)加以處理的后續(xù)晶片進行掃描，使形 成該特定晶片的3D圖。利用修正圖來處理此3D圖，以修正在晶片位置上的系統(tǒng)誤差，并且 檢測并定位出粒子污染(若確存在)。由此處理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可用以拒絕該晶片，并產(chǎn)生清 潔操作并重新插入該晶片的信號?；蚩蛇x地，若未拒絕該晶片，則可將這項關于污染的信息 合并于該修正圖，以在晶片處理過程中，當對該激光束進行Z軸修正時導引該系統(tǒng)。可在進 行處理之前，先掃描整個晶片并且產(chǎn)生3D圖；或者，可在區(qū)域內(nèi)掃描該晶片，而利用該預先 計算的3D修正圖的相對應區(qū)域來依序地處理各區(qū)域。 本估計Z軸誤差的方法的優(yōu)點在于這可相較于先前方法而更為準確，同時由于可 預先計算出大部分的誤差并加以儲存，從而相較于先前方法可更為快速。這些就是激光內(nèi) 存產(chǎn)出改良系統(tǒng)的所希望特性。由于準確性與速度也為幾乎所有激光微加工應用的所希望 屬性，因此所屬技術領域的技術人員即可預知該方法確可有益于任何激光式微加工系統(tǒng)。


圖1為激光束圖，其中顯示該射束腰部、光斑大小及光域深度。 圖2為用以實施所述方法的激光式內(nèi)存產(chǎn)出改良系統(tǒng)的略圖。 圖3為說明根據(jù)平板彎折理論的晶片表面變形圖。 圖4為顯示該變形半徑與尖峰偏移(粒子大小)間的關系圖。 圖5為顯示固定于材料處置卡盤內(nèi)的晶片的原始3D掃描圖。 圖6為顯示在移除由該材料處置系統(tǒng)所引入的傾斜后的3D數(shù)據(jù)圖。 圖7為顯示計算以擬合如圖6所描述的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)碗皿形狀圖。 圖8為在將該系統(tǒng)碗皿形狀減除之后的3D數(shù)據(jù)圖，其顯示所測得的粒子污染。 圖9為在由所教導的方法移除系統(tǒng)誤差之后清潔卡盤的殘差圖。 圖10為說明實施所教導的預處理方法的待予執(zhí)行步驟的流程圖。 圖11為說明實施所教導的運行時間方法的待予執(zhí)行步驟的流程圖。
具體實施例方式
在優(yōu)選具體實施例里，硅晶片固定在卡盤內(nèi)，且相對于將予脈沖入射于該晶片表面上的微加工可熔鏈路的激光束而定位。在此情況下，多項因素會造成激光微加工系統(tǒng)的 X、Y及Z準確度的偏差。該準確度為該激光束與該工件間的關系的函數(shù)。該激光束與該工 件間的關系為多個移動部分、光學組件及該工件的函數(shù)，各自具有其本身的誤差來源。例 如，在優(yōu)選具體實施例里，該晶片卡盤可為接附于X、 Y臺面，該臺面可移動在該激光束下的 晶片，以將該射束定位在該晶片上的某一所希望位置。在其它的可能誤差來源間，除沿各軸 線而行進的可能誤差外，X及Y軸相互間的調(diào)準以及X及Y軸所形成平面的調(diào)準，都將造成 會影響到該卡盤移動控制的誤差。該激光束及其射束塑形與定位系統(tǒng)也會造成可能的準確 度誤差。光學組件的射束定位上的或是非線性上的任何誤差都會導致該系統(tǒng)將該射束錯誤 地定位。 在優(yōu)選具體實施例里，該定位的材料是硅晶片，硅晶片含有多個通過各種工藝步 驟而制作于硅表面上的IC管芯。通常想作堅硬盤片，然該晶片實際上會展現(xiàn)某一程度的彈 性，這可使得當經(jīng)過該卡盤內(nèi)的各孔洞或開口所施加的真空壓力將該晶片拉下至該卡盤的 表面時，該晶片與卡盤的形狀大致相符，并且可響應于在該晶片與該卡盤之間所捕捉到的 粒子污染而變形。該晶片所展現(xiàn)的彈性的程度是按照(除其它變量以外)該晶片的材料硬 固性、厚度及直徑、以及所施加的真空壓力的力度而定?？衫缭赮o皿g以及Budynas所著 的Roark's Formulas for Stress and Strain, 2002年第7版中找到平板彎折背后的數(shù)學 原理說明。用以發(fā)展出該3D修正圖的晶片可為待由該系統(tǒng)處理的真實晶片的樣本或是校 正網(wǎng)格，特別是自晶片或類似晶片的材料所產(chǎn)生者，以包含可改善在晶片表面上取樣以建 構該3D圖的各點的準確度及密度的額外目標。 可將在射束-工件定位中的誤差分成三個部分。第一部分包含由(除其它來源 外)該卡盤、移動控制機構、射束定位及射束塑形光學組件所貢獻的可重復性誤差。對給定 系統(tǒng)，這些誤差來源是不變的，且可加以測量與補償。第二個誤差來源為任何實體測量系統(tǒng) 所固有的而因(除其它來源外)量化與動態(tài)定位的誤差所造成的隨機性誤差。此誤差來源 無可避免，但是可通過謹慎的系統(tǒng)設計以及測量技術(諸如平均)而減至最低，而相較于該 第一誤差來源具有小得多的量級。第三種誤差是在該工件與該卡盤之間的粒子污染。此誤 差來源比起第一種來源較無持久性，因為這會隨著機器所處理的各工件而改變，然較該第 二來源而更為持久，因為該第三誤差來源在給定工件的處理過程中會保持不變。
有數(shù)種測量由激光微加工系統(tǒng)所產(chǎn)生的持久性誤差的方法。第一種是利用該定位 設備上的直接回饋功能以提供該工件的位置表示。這種測量的范例包含線性編碼器、激光 三角計算傳感器以及干涉儀。然而，可通過產(chǎn)生具待予準確測量而放置在表面上或嵌入于 表面內(nèi)的基準位置的特殊工件，以在測量X及Y誤差方面獲得更高的準確度。在此情況下， 該基準被設計以由該激光束本身或通過機器視覺系統(tǒng)加以測量?？蓪⒃摴ぜ鄬τ谠摷す?束而定位，以找出并測量該基準的位置。 一些測量基準位置的方法包含(l)相對于該工件 而移動該激光束并且測量反射能量，以檢測出該基準的位置，以及(2)利用視頻相機與機 器視覺技術來測量該基準的位置，以準確地定位該基準。所屬技術領域的技術人員即可認 識到到這些是在工件上測量基準目標的方法的其中兩種?？蓪嶋H測得位置與該預測位置 相比較，并計算出其差值。所算出的差值與該系統(tǒng)所產(chǎn)生的持久誤差成比例?？芍貜偷剡M 行此測量，以降低隨機測量誤差，并且在進行測量之前可先審慎地清潔該工件及卡盤，使消 除粒子污染造成的誤差。
可按多項方法中的任一種方法來測量該晶片的Z軸高度。其中一種方法即取得照 射在該晶片表面上反射目標的激光光斑的影像。該系統(tǒng)在Z向高度上步進經(jīng)過多個臺階， 并且將該射束掃描過在每個臺階處的目標邊緣。在掃描過該目標邊緣的過程中，會在各臺 階處測量反射變化的銳利度，并且繪出關聯(lián)于該Z向高度臺階的銳利值。該最大銳利度點 (并因此該表面的真實Z向高度)即是對應于該銳利度曲線的潛在內(nèi)插尖峰的Z向高度。 按類似方式，可在激光照射下對含有足夠表面細節(jié)的晶片的任何局部進行成像，以獲得以 對比值或反差值。如該系統(tǒng)Z向高度步進經(jīng)過多個數(shù)值，且這些對比值如上繪制，則可從該 最大對比點導出該Z向高度。也可通過許多方法直接地測量該Z向高度，包括激光三角計 算或干涉儀。所屬技術領域的技術人員將可了解，除其它在此并未述及的方法外，也可運用 這些方法以從晶片產(chǎn)生出3D數(shù)據(jù)。圖5顯示利用這些方法之一所掃描的晶片3D圖。
圖2顯示進行本發(fā)明方法的優(yōu)選具體實施例的示范性系統(tǒng)20。半導體晶片22審 慎地被清潔以移除粒子污染，并固定于同樣潔凈的卡盤24。該卡盤24安裝于移動控制平臺 26上，平臺26能夠在X、Y軸(且選擇性地在Z軸)上移動該卡盤。由激光器30所產(chǎn)生的 激光束28被射束光學組件32導引到該晶片22的表面上。該射束光學組件32將該射束28 聚焦縮至所希望的光斑大小，并且將能量從由該工件所反射的光斑導引至傳感器系統(tǒng)34。 此傳感器可為連接至計算機36的視頻相機或者是其它類型的可取得來自該激光束28的返 回信號的傳感器。該射束光學組件32可視需要提供在控制器38的命令下于X、Y及Z方向 上導控該射束的功能?？捎稍撘苿涌刂破脚_26、該射束光學組件32或是兩者，在該控制器 38的控制下，供以移動該激光束，并因此移動在Z軸上的焦點。該控制器38及該計算機36 可為單一單元或個別單元。該控制器38及該計算機36將該激光束28導引至該晶片22上 的某一特定點，在此該計算機36導引該傳感器系統(tǒng)34以自該激光束28照射的晶片22取 得數(shù)據(jù)。自該晶片22所取得的數(shù)據(jù)被該計算機36處理，以計算出在該晶片22上某一給定 點的X、 Y及Z位置。單一測量可獲得該晶片上一點的X位置、該晶片上一點的Y位置，或 是該晶片上一點的Z位置。在有些情況下，在單一測量里，該測量方法可提供關于不只一個 軸線的信息。例如，機器視覺技術可在單一測量里高度準確地測量這些X、 Y及Z位置。另 一種測量該晶片22的Z向高度的方法即令該系統(tǒng)20指示該控制器38以移動該射束光學 組件32或該移動控制平臺26或兩者，以將該晶片22的表面沿該Z軸而步進越過該激光束 28，在各臺階處取得數(shù)據(jù)，并且處理這些數(shù)據(jù)以在該點決定該晶片22的Z向高度。然后該 系統(tǒng)20在該晶片22的其它足以形成該晶片表面的3D圖的各點重復此項程序。自該晶片 22取得3D數(shù)據(jù)的實際方法已為現(xiàn)有技術的主題，并且在此假設所屬技術領域的技術人員 確已熟悉。 而所取樣的點的實際數(shù)量及位置是由在各參數(shù)間的取舍結(jié)果所決定，這些參數(shù)包 含速度、分辨率及用以決定高度的特性?？稍趯嶋H地處理該生產(chǎn)用材料之前先進行此項過 程，因此相比于在生產(chǎn)過程中進行，配置于此項過程的時間量可較長。在利用反射目標以決 定該3D圖的情況下，可通過光刻方式所置放在該晶片上的目標的圖案，來決定出該樣本圖 案。在該3D圖是通過聚焦深度所取得的情況下，可在有足夠表面細節(jié)而供以測量出對比性 的任意處對該晶片進行取樣。也可從平板彎折理論導出所需的樣本密度?？蛇\用該平板彎 折理論以檢測出在無法通過四次方表面所模型化的晶片表面內(nèi)的偏差。為施用該平板彎折 理論，首先選擇待予檢測的最小偏差值，在此稱之為尖峰偏移或Z^，可根據(jù)如下公式計算(1〉Z曙"I^其中W二P^a2， P為真空壓力，通常是在55000Pa的范圍內(nèi)，a為偏移區(qū)域 的半徑，而D為根據(jù)如下公式所計算出的平板常數(shù):D= 12(1 -!^)其中t為該晶片厚度，
E為彈性模數(shù)，而v為泊松比。對于硅晶片，t " 775微米，E " 160GPa而v " 0. 25。然后
A 6 ^
通過下列公式計算該偏移半徑a : fl= 其中D、 2_及p為如前所定義。
《3)〔P」 就一替代方式而言，可通過該彈性方程式的其它封閉形式的解，或是利用有限元 或等同方法，計算出因粒子及真空壓力的合并動作所生的晶片偏移。圖3顯示出利用因粒 子污染所造成的偏移的標準線性模型50，以及利用基于平板彎折理論的模型52之間的差 別。 圖4顯示描繪的偏移半徑「a」相對于典型晶片所計算的Zmax或"尖峰偏移"圖。一 旦對給定晶片選定最小可測得尖峰偏移之后，該偏移半徑或光斑大小即表示(對于該3D測 量內(nèi)的預期誤差)必須要如何密集地對該晶片進行取樣，以在該表面中檢測出所選定的偏 差值。 一旦掃描該晶片并且收集到X、 Y及Z數(shù)據(jù)之后，即對數(shù)據(jù)進行分析。此分析的第一 個目的是決定X和Y位置的誤差。假定產(chǎn)生在表面上已知位置處具有待測量的可測量點的 工件。會通過將所測數(shù)據(jù)擬合(fit)至該已知數(shù)據(jù)，而將所測量點與其名義位置相比較。可 利用最小平方擬合以將總誤差最小化，或是后述的b-擬合，來進行此項擬合。此項擬合的 目的是決定該系統(tǒng)里所測行進距理想情況的偏差值。在優(yōu)選具體實施例中，執(zhí)行此項分析 的方法為首先測量跨軸誤差。此為按第二軸線的函數(shù)計算在一軸線的誤差。例如，在Y上 的誤差是作為X的函數(shù)來計算的。然后，在X上的誤差作為Y的函數(shù)來計算。 一旦估計出 該跨軸(cross-track)誤差后，即對其加以修正并計算沿軸誤差。例如，這使作為Y函數(shù)來 計算在Y上的誤差，并且作為X函數(shù)來計算在X上的誤差。將這些誤差與跨軸誤差合并以 形成該修正圖的第一部分。 —旦該系統(tǒng)的X及Y軸被校正之后，即對該Z軸進行校正。該項分析的目的在于 決定該Z軸高度上因材料處置系統(tǒng)而所產(chǎn)生的偏差性。如果該材料處置系統(tǒng)可建構使得X、 Y移動控制軸線完美地垂直于該激光束軸，且該晶片卡盤可加工成完美地平坦，則可一次調(diào) 整該激光束焦點/焦斑而處理整個晶片。不過，通常說來，在X、Y移動控制軸線兩者及該卡 盤的平坦度會存在一些誤差。該處理開始利用所取得的表面3D圖，如圖5所示。該分析的 第一步驟為按最小平方的方式，將平面擬合于該3D數(shù)據(jù)。此平面對應于由這些X、Y移動 控制軸線所引入的傾斜。自原始數(shù)據(jù)中減除該擬合平面可獲得殘差，且如圖6中所示。該 第二步驟為將四次方表面擬合于來自該前一步驟的殘差或殘余誤差。選擇四次方表面的原 因是因為其與由該卡盤所引入的觀測誤差最接近。在制造晶片卡盤的最后階段里，通常會 隨以將該表面擦磨或研磨至特定平坦度。當按該半導體及電子制造業(yè)界常運用的公差以進 行此項表面完工或精整操作時，在該卡盤內(nèi)可能因該處理遺留略像碟狀在數(shù)微米量級的最 大深度的形狀。此卡盤碟形雖會良好地在加工的公差之內(nèi)，然而在進行激光微加工處理的 比例之下這變得非常明顯。此外，該卡盤變形可因?qū)⒃摽ūP接附于該系統(tǒng)而引入至該卡盤 內(nèi)的應力，或是因該卡盤內(nèi)的熱效應而改變其相對于其安裝位置所造成。圖7顯示計算的四次方表面。圖8顯示將四次方表面擬合于來自步驟一的剩余數(shù)據(jù)，并自該剩余數(shù)據(jù)減除 此表面的結(jié)果。圖8內(nèi)的銳利尖峰顯示由此方法所檢測到的粒子污染。該Z軸刻度經(jīng)放大 以更清楚地顯示出該粒子污染?？蓪⒃摰谝患暗诙襟E合并成單一步驟，這可將傾斜及碟 形誤差加以模型化，并通過從原始數(shù)據(jù)中減除掉單一擬合表面來計算出該剩余值。
第三分析步驟是將來自于該四次方表面的減法運算的剩余數(shù)據(jù)劃分成數(shù)個相鄰 的區(qū)域，并按該最小平方的方式將該表面分別地擬合各區(qū)域內(nèi)。該表面擬合可為平面性、雙 線性、四次、六次、更高階的多項式，或是基于平板彎折理論的模型，這根據(jù)在前兩項處理步 驟幸存的殘差類型的經(jīng)驗數(shù)據(jù)而定。所屬技術領域的技術人員即可認識到可另外運用其它 類型的基本函數(shù)，包含諸如正弦/余弦級數(shù)的三角級數(shù)或是Zernike多項式，以擬合該表 面。為抑制隨機誤差(其可為掃描特定晶片的函數(shù)，或因測量誤差所致)，會在進行曲線擬 合前先篩選或過濾該剩余數(shù)據(jù)。濾波器可以是線性平滑濾波器或基于次序統(tǒng)計的非線性濾 波器(non-liner order statistic basedfilter)形式。在此步驟內(nèi)的曲線擬合處理也可 為按樣條函數(shù)(spline)的形式，其中各區(qū)域分別地擬合至一多項式函數(shù)，但是局限于須平 滑地接合相鄰區(qū)域。此方法具有能夠反映出其中并未發(fā)現(xiàn)突發(fā)不連續(xù)性的晶片底層實體結(jié) 構的優(yōu)點。這也有讓跨于各區(qū)域邊界的z移動是連續(xù)且平滑的優(yōu)點，因此該定位系統(tǒng)并不 需要是無限速度、加速度或急動或擺動的。圖9顯示在特定地針對移除粒子污染而將該數(shù) 據(jù)篩選或過濾后，對于來自圖8的數(shù)據(jù)進行此項分析的結(jié)果。在圖9中的數(shù)據(jù)代表在該晶 片的3D表面里，由于該卡盤表面內(nèi)未經(jīng)前一步驟移除的不規(guī)則性所產(chǎn)生的偏差。這些不規(guī) 則性，連同在各先前步驟中所決定的各項參數(shù)，會被用來對該系統(tǒng)進行校正，以定義該工件 表面上任意所希望點的準確X、 Y及Z位置，讓該系統(tǒng)能夠?qū)⒃摷す馐娜魏翁囟ň植繉б?至該晶片上的某一選定位置處，并具有所要求的準確度。 我們注意到特定多項式函數(shù)的選擇，諸如線性、四次方或六次方，是基于優(yōu)選具體 實施例所示范例的。所屬技術領域的技術人員將會了解可運用任意數(shù)量的不同基本函數(shù) 以獲類似結(jié)果，其中包含例如更高階的多項式函數(shù)、例如正弦/余弦級數(shù)的三角函數(shù)、或是 Zernike多項式。 —種為強化所測得持久系統(tǒng)誤差的準確度的額外技術為迭代演化圖?？衫闷?均、遞歸演化或調(diào)適該持久演化圖的適當算法，將從多個晶片上所測量及所預測的基準目 標位置所決定的誤差并入該持久誤差的圖內(nèi)?？蓮臑樾Ｕ康亩朐撓到y(tǒng)的晶片或校正 網(wǎng)格決定這些誤差，或可在進行工件處理過程中測量這些誤差?？赏ㄟ^選擇調(diào)適性法則的 參數(shù)，在適合于一特定應用的時間標尺或刻度上出現(xiàn)模型變化。演化誤差圖的一個優(yōu)點在 于可平均掉(averageout)任何源自于該晶片的厚度、偏差或粒子污染的殘差。另一優(yōu)點則 是被該工件所攜入該系統(tǒng)內(nèi)的粒子可以附著于該卡盤的表面。在此情況下，粒子誤差變成 該系統(tǒng)的持久性誤差，并被該演化誤差圖所考慮進內(nèi)。 B-樣條函數(shù)(B-spline)可用以作為將數(shù)據(jù)平滑化的過濾器。當利用多項式或正 弦/余弦級數(shù)擬合于該誤差時，除非將該微小誤差濾除，否則在其一點的測量內(nèi)的微小誤 差會造成該擬合處理在跨于整個域面上的誤差。此外，根據(jù)測量點的數(shù)量與多項式或級數(shù) 的階次而定，在測量某一點的誤差將可能導致該擬合曲線/域面在遠離于帶有測量誤差的 點的位置處具有甚至更大量級的誤差。另一方面，一旦在擬合一多項式或正弦/余弦級數(shù) 之前先對該數(shù)據(jù)施予過濾處理，就可能忽略因粒子所導致的微小變形。B-樣條的擬合處理可因?qū)⒄`差維持在局部處而解決這些問題，其原因是這些并不會影響到在遠離該測量點距 離的位置處的擬合處理。B-樣條函數(shù)也具有偏差消除性，這是因為可保證該擬合曲線/表 面誤差為小于或等于在該測量點的誤差。該結(jié)果不同于多項式或正弦/余弦級數(shù)擬合，而 可限制該區(qū)域性偏差的擬合。 B-樣條曲線利用一組混合函數(shù)以于一組點之間進行內(nèi)插。這些可如David F. Rogers于2001年所著的"An Introduction to腿BS :With Historical Perspective，，的 書中所述。為有助于了解B-樣條內(nèi)插處理，令p(t)為沿B-樣條曲線而作為參數(shù)t的函數(shù)的
位置。然后，該B-樣條曲線可通過下列等式所定義/ 、 P(0-r鳥^,i(0其中2《k《n+l，
《4) w
Bj為控制該樣條形狀的多角形的n+l個頂點的位置，而Ni,k為如下定義的B-樣條出借函數(shù)
萬,1(0+ 纖—該參數(shù)k控制該
多項式函數(shù)P(t)的級數(shù)。該曲線p(t)及其達k-2階的導數(shù)皆為連續(xù)的。為找出通過一組所 測量點的B-樣條曲線，就必須找到定義該樣條形狀的多角形頂點Bi的位置。若需擬合j個 標注為Dj(t)的點，則該B-樣條曲線必須滿足Djt》二NLk(t》B,N2,k(t》B2+…+Nn+Lk(t》 Bn+1 (6) Dj(tj) = Bu(tj)B,B2,k(tj)B2+, +Nn+1, k(tj)Bn+1其中2《k《n+l = j?？衫镁€性代數(shù)來解出此組等式以找出該控制多邊形的頂點。 所屬技術領域的技術人員應該認識到，可將三個表面擬合步驟坍縮(collapse) 為在相鄰區(qū)域上的單一表面擬合，以達到相同程度的準確度。將該表面擬合分割成三個步 驟的優(yōu)點在于首先，計算較簡單；其次，通過將問題正確地分割成更近似地模型化該誤差 來源的表面擬合處理，即能夠單獨地追蹤各項誤差來源。這可使能夠更精準地追蹤誤差來 源，同時更易于準確地評估出在設計的系統(tǒng)內(nèi)的變化以減小誤差。例如，利用所教導的方 法，若是在該X、 Y移動控制系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)變化，則可在該第一表面擬合步驟的傾斜參數(shù)里反 映出其效應，讓使用者能夠立即地決定該變化是提高還是降低總體誤差。對于除了這些用 在本發(fā)明優(yōu)選具體實施例以外的定位系統(tǒng)，其它類型的表面在個別步驟之一或更多步驟， 或是在合并兩個或兩個以上的分別擬合的表面擬合中，可最佳地適合于擬合該數(shù)據(jù)?？蛇x 擇待使用的表面類型，以將該定位系統(tǒng)內(nèi)的誤差最佳地模型化。 此方法具有能夠檢測并識別被捕捉于該卡盤與該工件間的粒子污染的額外優(yōu)點。 相較于因粒子污染所造成的偏差，該卡盤高度上的變化的規(guī)模會高出多個數(shù)量級。因此，任 何用以檢測該粒子污染的系統(tǒng)，在嘗試檢測該粒子污染之前，先對卡盤偏差進行補償。圖8 說明由本方法所檢測出的粒子污染范例，其中從碟形物(晶片)突出的銳利尖峰代表粒子 污染。本方法的一獨具特性是可檢測并識別粒子污染的能力，包含預測該粒子的大小。本 方法通過假定該工件(在本例中為一半導體晶片)的表面變形遵守相關于平板彎折理論的 數(shù)學規(guī)則而運作。根據(jù)該理論，一旦該晶片厚度、其彈性性能及將其向下固握的真空壓力為 已知，則唯一的自由變量為位于其下的粒子的大小。通過測量該偏離高度及半徑，即可預測 該粒子的大小。在一優(yōu)選具體實施例里，該晶片表面的取樣方式是以確?？赏ㄟ^令該樣本 網(wǎng)格小于在Z向上含有樣本誤差的變形的預測大小，來檢測出具有一預選大小的粒子。一 旦檢測到后，若有必要，則可按較高分辨率對環(huán)繞于該粒子的區(qū)域重新取樣，以確認存在該 粒子，并獲得優(yōu)選的大小及位置估計值。
10
要在該優(yōu)選具體實施例內(nèi)執(zhí)行以形成該3D誤差修正圖的操作流程圖如圖10所 示。在開始該程序之前，先將一審慎清潔并檢測的晶片22固定于該卡盤24內(nèi)。下一步驟 70為由該平臺26 (以及選擇性地該射束光學組件32)掃描該晶片22以收集該原始3D數(shù)據(jù) 圖。由本方法所產(chǎn)生的3D圖范例可如圖5中所示。下一個步驟71為利用該3D圖以如前 所述建立該X、Y修正圖。之后，該步驟72擬合如下形式的雙線性表面Sjx，y) :(7)Sjx，y) =Ax+By+C其中A、 B及C為待通過該最小平方法擬合處理所決定的系數(shù)。步驟74為從原 始數(shù)據(jù)中減去該第一擬合表面Sjx， y)，以形成該第一剩余圖&，即如圖6中所繪的圖。步 驟76擬合一具如下形式的第二、四次方表面S。(x，y) :(8)SQ(x，y) = Dx2+Ey2+Fxy+G其中D、 E、F及G為對該第一剩余表面，通過該最小平方法擬合處理要決定的系數(shù)，而步驟78為從步 驟76的第一剩余3D數(shù)據(jù)減去該第二擬合表面，以形成該第二剩余表面R2的步驟。所屬技 術領域的技術人員會認識到可利用其它函數(shù)，包含較高階多項式，以進行此擬合處理。由本 方法所建立的四次方表面S。(x，y)的圖可如圖7中所示。此減法運算結(jié)果的圖可如圖8所 示。步驟80過濾該剩余表面1 2，然后將其分割成相鄰區(qū)域。這些區(qū)域主要選擇用于過濾計 算。在該優(yōu)選具體實施例內(nèi)的過濾器是低通過濾器，設計此過濾器以傳遞來自該卡盤內(nèi)的 系統(tǒng)誤差的信息，而濾除來自于隨機噪聲的信息。 一種實施此過濾器的方法是利用多維快 速傅黎葉轉(zhuǎn)換(FFT)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻率空間，施用乘法過濾器以降低或截斷高頻部分，然 后施用一反FFT以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回到空間領域。此外，移除在前兩個步驟內(nèi)的系統(tǒng)誤差可使 用零值來填補或襯墊(pad)繞于該晶片周邊的邊緣。通過在過濾之前先將該數(shù)據(jù)的DC成 分降減至接近于零，如此可由零值來取代漏失數(shù)據(jù)，而對最后的答案造成最小效應。實施該 過濾器的替代方法包含如前述利用b-樣條函數(shù)來擬合該表面。所屬技術領域的技術人員 會認識到確有多種過濾數(shù)據(jù)組以移除高頻或隨機噪聲的方法，而皆獲有類似結(jié)果。在過濾 處理之后，步驟82將各區(qū)域擬合于多項式函數(shù)、正弦或余弦級數(shù)函數(shù)、或是樣條函數(shù)。步驟 84將該區(qū)域擬合數(shù)據(jù)合并于在步驟72及76中所產(chǎn)生的表面擬合，然后將這些合并于步驟 71中所產(chǎn)生的X、Y修正圖，以產(chǎn)生整體的誤差修正表面，然后再通過該計算機36予以儲存 使供后續(xù)晶片使用。 晶片的運行時間的處理依循圖11中所繪示的流程圖。在開始該處理程序之前， 該待予處理的晶片22被固附于該卡盤24，并且在第一步驟90處掃描以產(chǎn)生該晶片22 的3D圖。在步驟92，取回或找回出所儲存的修正圖，然后在步驟94中從該掃描的3D圖 中減除掉所取回的修正圖。過濾修正圖的范例可如圖9所示，且處理的粒子圖可如圖8 中所示。來自此減法運算的剩余值在步驟96中加以處理使檢測出粒子污染。粒子污染 首先是由對來自先前步驟的剩余進行閾值處理所檢測，以識別出偏離所期望3D誤差的 偏差。通常，檢測到粒子污染會使得該處理程序停止，并且通知操作者移除晶片，清潔 該晶片及該卡盤，然后再重新插入。或者，該檢測粒子污染的步驟可包含在疑有粒子污 染的相鄰區(qū)域內(nèi)重新掃描該晶片以提高3D數(shù)據(jù)的密度，以協(xié)助識別出粒子污染。 一旦 確已識別出含有該疑有粒子污染的區(qū)域后，可由下列等式描述來自該曲線族系的曲線 , 『，》/ L眉
(9)z = ^b —r l十2^週其中z為高度偏移，a為自盤片的中心的偏移的距離
即半徑a，而W及D為如前所定義?；蛘撸蓪⒃撉€擬合于在粒子及真空壓力的影響下，能 夠?qū)嶒灉y得的晶片偏移更佳地模型化的不同等式。此曲線擬合的結(jié)果即疑有粒子污染的位置及大小的識別數(shù)據(jù)。 一旦按此方式識別出所有的粒子污染之后，步驟98即接著決定是 否繼續(xù)處理，或是因無法處理而拒絕該晶片。拒絕或接受晶片進行處理的標準將依賴于該 平臺及射束光學組件是否可補償因該污染所引入的3D扭曲，并且仍能將該射束腰部聚焦 于該晶片的表面上而定。步驟100表示拒絕晶片的決定。若該晶片遭拒絕，則可通知該操 作者例如清潔并重新插入晶片。 步驟102表示處理該晶片的決定。若處理該晶片，則會將關于因該粒子污染所造 成的變形的信息合并于該預先計算的系統(tǒng)誤差圖，以形成可將該待予處理的晶片的表面更 為近似地模型化的新誤差圖，其中包括因該粒子污染所造成的變形。在步驟104實際地處 理該晶片。在該優(yōu)選具體實施例里，這會接著利用激光以切斷該晶片表面上的鏈路。在其 它具體實施例里，可利用該激光束以將該晶片切截成單個的電路("單體化")，或是在該晶 片表面上將位置退火。又在其它的具體實施例里，可將該晶片替換成電路板，并且可利用激 光以進行通孔鉆鑿或是將各組件切割至所希望的大小。 即如所屬技術領域的技術人員所了解的，可按其它形式以具體實施本發(fā)明，而不 致悖離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征。例如，可將表面擬合計算合并為單一步驟、可增加相鄰 區(qū)域的數(shù)量或?qū)嶋H上減少成一個、可在階數(shù)上提高或降低用以形成該擬合處理的多項式函 數(shù)、或者也可運用其它類型的函數(shù)。同時，也可將各項方法施用于除內(nèi)存修復以外的類型的 激光處理。從而，本公開及描述為說明而非限制如所附權利要求所陳述的本發(fā)明保護范圍。
權利要求
一種檢測在校正過的材料處理系統(tǒng)所固定的工件下的粒子污染的方法，其包含在多個位置執(zhí)行工件的測量，以建構出該工件的3D圖；通過比較預先計算的校正圖與該3D測量結(jié)果，以校正該3D圖；以及通過處理該校正的圖以檢測粒子污染。
2. 如權利要求1所述的方法，其中該處理為閾值處理或平板彎折理論其中之一。
3. 如權利要求1所述的方法，其中該處理包含估計該粒子污染的大小。
4. 如權利要求1所述的方法，其中執(zhí)行該3D測量獲得第一組測量結(jié)果，而所述檢測粒子污染進一步包含在所檢測的粒子污染的附近區(qū)域內(nèi)執(zhí)行該工件的3D測量，以提高靠近所檢測的粒子污染處的樣本密度。
5. 如權利要求l所述的方法，進一步包含響應該粒子污染的檢測處理，決定停止處理該工件、繼續(xù)處理該工件、處理該工件的局部、或者清潔該工件以從其移除掉污染物。
全文摘要
一種在三個維度上校正激光微加工系統(tǒng)(20)的方法，其包含掃描(70)樣本工件(22)以決定3D表面；按一系列步驟計算出(72、74、76、78、80、82)對于該掃描數(shù)據(jù)的最佳擬合表面；以及儲存(84)此結(jié)果，因而可對后續(xù)工件進行校正，以移除由相關的材料處置子系統(tǒng)內(nèi)的偏差所引入的系統(tǒng)誤差。該方法可視需要利用平板彎折理論以將粒子污染模型化，并利用樣條函數(shù)以片段方式擬合該3D表面，以最小化局部偏差對整個表面擬合的影響。
文檔編號B23K26/00GK101698267SQ200910160580
公開日2010年4月28日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權日2005年2月15日
發(fā)明者A·韋爾斯, K·布魯蘭德, S·N·斯瓦林根 申請人:電子科學工業(yè)公司