JP2004106048A

JP2004106048A - 加工方法、及び加工装置

Info

Publication number: JP2004106048A
Application number: JP2002275894A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Takeishi; 竹石　知之; Kenji Kawano; 川野　健二; Shinichi Ito; 伊藤　信一; Hiroshi Ikegami; 池上　浩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】エネルギー線を用いた被加工膜の加工時に被加工膜の下地に与えるダメージを低減する。
【解決手段】基板上に形成された加工膜の加工領域を選択的に加工する加工装置であって、前記基板を保持する保持部と、前記加工領域内に設定された各加工単位に対して、エネルギー線を照射する照射部と、前記各加工単位に観察光を照明し、前記加工単位からの反射光強度を検出する検出部と、検出された反射強度に応じて、各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を設定する設定部と、この設定部で設定されたエネルギー量に応じて、各加工単位に前記照射部から照射されるエネルギー線のエネルギー量を制御する制御部とを具備する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された膜を選択的に加工する加工方法、及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体素子微細化が進むにつれ、リソグラフィー工程では下層との合わせ（アライメント）技術の高精度化が必須となっている。これまで露光時には基板上に既に形成されたパターンと露光するパターンとの位置を合わせるアライメントを行う際にはアライメントマーク位置を検出する専用のスコープを用いて行っていた。しかし、この方法ではアライメント専用スコープと露光軸との間にはオフセットが必ず存在する為、サーマルドリフト等の影響でアライメントスコープと露光軸にずれが生じ、アライメントマーク位置の合わせずれが発生する。この為に半導体の微細化が進むにつれて、アライメント位置の合わせずれの大きさがチップの収率に大きく影響を与えるという問題点が生じていた。
【０００３】
また、アライメントマーク上に不透明膜が形成された場合、アライメント光のコントラストが小さく、十分なアライメント精度が得られないことが問題となっていた。
【０００４】
この問題に対し、アライメント工程前にアライメントマーク上に形成された不透明膜にレーザ照射を照射することで選択的に除去する方法が提案されている。しかし、この方法ではレーザ加工時にアブレーション除去膜の下方に位置する膜にダメージが生じるという致命的欠陥が生じるという問題があった。
【０００５】
ダメージを克服する手段として、特許文献１には、予めマークや下地に損傷を与えることなく、かつ、レジストを完全に除去するエネルギー量を求めておき、このエネルギー量に調整してレーザ光を照射するとの記載されている。しかし、この方法による照射ではエネルギーの許容マージンが小さく、レーザのエネルギーの揺らぎによりレジスト膜が残ったり、下地がダメージを受けたりするなど加工不良が生じていた。この問題は照射エネルギーを被加工膜がアブレーションするぎりぎりのエネルギーに調整して照射することでも回避はできるが、加工時間が膨大となり生産性が悪くなるといったもんだいがあった。
【０００６】
下地ダメージの問題は上述のアライメントマーク領域の加工に限るものではない。パッドの形成など、数μｍ程度のパターンをアブレーションにより形成しようとする場合に必ずといっていいほど生じていた。
【０００７】
また、光加工時には被加工領域周辺部にはピンホールやパーティクルが無数に発生する、また被加工領域の境界部では被加工膜に剥がれが生じ、これらが加工不良となることでチップ収率が低下することが問題となっている。
【０００８】
また、半導体装置では、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板上にレジスト、樹脂、金属薄膜（アルミニウム合金や銅（Ｃｕ）膜等）、絶縁膜（ＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜等）が積層されているが、光加工は主としてアブレーション（加熱による溶融や蒸発）を利用する為、光照射領域周辺には光照射による損傷が生じるということが問題となっていた。
【０００９】
【特許文献１】
特公平７−７７１８８公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、被加工領域の被加工膜を選択的に加工する際に下地ダメージが生じるという致命的な問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、エネルギー線を用いた被加工膜の加工時に被加工膜の下地、又は被加工領域周辺に与えるダメージを低減し得る加工方法、及び加工装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係わる、加工単位毎にエネルギー線を照射して、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法であって、前記被加工膜からの反射光の強度分布を求める工程と、前記反射光強度から、前記各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を決定する工程と、前記各加工単位に対して、決定された照射エネルギー量に基づいた前記エネルギー線を順次照射する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
（２）本発明に係わる、加工単位毎にエネルギー線を照射して、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚を減少させる加工方法であって、前記被加工膜からの反射光の強度分布を求める工程と、前記画像情報から、ほぼ反射光強度が等しい領域毎に分類する工程と、分類された領域に応じて加工単位を設定する工程と、反射光強度に応じて各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を決定する工程と、前記各加工単位に対して、決定されたエネルギー量に基づいたエネルギー線を順次照射する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
（３）本発明に係わる、加工単位毎にエネルギー線を照射して、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法は、前記基板の加工単位に対してエネルギー線を照射する工程と、前記エネルギー線の光路上において、前記エネルギー線の照射によって発生したガス体を観測する工程と、前記ガス体の大きさを計測する工程と、前記ガス体の大きさが規定値より小さい場合に、前記基板に対して次のエネルギー線を照射することを特徴とする。
【００１５】
（４）本発明に係わる、基板の表面に液体が流れる被加工領域に対して、発振周波数Ｚで前記液体の流れる方向の幅Ｗのエネルギー線を照射して、前記被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法は、前記液体の流速Ｖ（μｍ／ｓｅｃ），幅Ｗ（μｍ）及び発振周波数Ｚ（１／ｓｅｃ）は、
【数５】

を満たすように設定されていることを特徴とする。
【００１６】
（５）本発明に係わる、基板上に形成された有機膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法は、前記基板上での照射形状が前記被加工領域より小さいエネルギー線を、発振周波数ｆ（１／ｓｅｃ）、且つ１パルスの当たりのエネルギー密度が前記有機膜を除去することができる条件で、照射しつつ、前記基板に対して前記エネルギー線の照射位置を速度ｖ（μｍ／ｓｅｃ）で相対的に走査させると共に、前記発振周波数ｆ及び速度ｖが、
【数６】

の関係を満たすことを特徴とする。
（６）本発明に係わる、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に加工する加工装置は、前記基板を保持する保持部と、前記被加工領域内に設定された各加工単位に対して、エネルギー線を照射する照射部と、前記各加工単位の反射光強度を検出する検出部と、検出された反射強度に応じて、各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を設定する設定部と、この設定部で設定されたエネルギー量に応じて、各加工単位に前記照射部から照射されるエネルギー線のエネルギー量を制御する制御部とを具備してなることを特徴とする。
【００１７】
（７）本発明に係わる、基板を保持する保持部と、前記被加工膜の一部を除去させるエネルギー線を生成する照射部と、前記エネルギー線の光路上に、前記エネルギー線の照射により前記被加工膜がアブレーションして生成されたガス体を観測する観測部と、この観測部の観測結果に応じて、前記照射部から照射される前記エネルギー線の照射タイミングを制御する制御部とを具備してなることを特徴とする。
【００１８】
（８）本発明に係わる、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に加工する加工装置であって、前記基板を保持する保持部と、前記被加工領域内に設定された各加工単位に対して、発振周波数Ｚ（１／ｓｅｃ）、且つ前記被加工膜での照射領域の一方向の幅Ｗ（μｍ）のエネルギー線を照射する照射部と、前記被加工膜の被加工領域上に、前記一方向に流速Ｖの液体を供給する供給部と、前記発振周波数Ｚ，幅Ｗ，及び流速Ｖが、
【００１９】
【数７】

の関係を満たすように、前記発振周波数Ｚ，幅Ｗ，及び流速Ｖの何れか一つを制御する制御部とを具備してなることを特徴とする。
【００２０】
（９）本発明に係わる、基板上に形成された有機膜の被加工領域を選択的に加工する加工装置であって、前記基板を保持する保持部と、前記基板上での照射形状が前記被加工領域より小さく、発振周波数ｆ（１／ｓｅｃ）、且つ１パルスの当たりのエネルギー密度が前記有機膜を除去することができるエネルギー線を、前記基板に対して照射する照射部と、前記基板に対して前記エネルギー線の照射位置を速度ｖ（μｍ／ｓｅｃ）で相対的に走査させる走査部と、
前記発振周波数ｆ及び速度ｖが、
【００２１】
【数８】

の関係を満たすように、前記照射部及び走査部の少なくとも一方を制御する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
先ず、レーザ加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図である。
光加工装置２００は、図１に示すように、レーザ光学系２１０，観察系２２０，及びレーザ加工部２３０，階調・色調分類部２５１，膜構造同定部２５２，及びエネルギー量設定部２５３を具備する。先ず、レーザ光学系２１０の構成について説明する。
【００２３】
このレーザ光学系２１０は、レーザ発振器２１１と、レーザ発振器２１１の制御を行うレーザ発振器制御ユニット２１２と、光学系２１４、ハーフミラー２１７及びコンデンサレンズ２１６を具備する。
【００２４】
レーザ発振器２１１から照射されたレーザ光２１３は、ビーム形状を各々の照射単位の大きさに成形する光学系２１４、光形状成形部２１５、ハーフミラー２１７、コンデンサレンズ２１６を順次透過し、レーザ加工部２３０内に設置された基板１００の加工面１００ａに照射される。光形状成形部２１５とコンデンサレンズ２１６との間に観察系２２０が挿入されている。
【００２５】
レーザ発振器２１１としては、例えばＱ−Ｓｗｉｔｃｈ　Ｎｄ−ＹＡＧレーザ発振器が使用される。このＱ−Ｓｗｉｔｃｈ　Ｎｄ−ＹＡＧレーザ発振器から発振されるレーザ光には、基本波（波長１０６４ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第４高調波（波長２６６ｎｍ）を含む。これらの波長から、除去したい膜に吸収される波長を選択して、いずれかの波長のレーザ光を基板１００に照射する。
【００２６】
さらに、レーザ発振器２１１から照射されるレーザ光２１３のパルス幅が約１０ｎｓｅｃに設定される。また、レーザ発振器２１１は数Ｈｚから１０ｋＨｚの範囲の発振周波数でレーザ光を発振することが可能である。このレーザ発振器２１１のレーザ光２１３の発振制御の制御等はレーザ発振器制御ユニット２１２により行われる。
【００２７】
観察系２２０は、基板１００の表面を観察するための光を照射する観察用光源２２３と、ハーフミラー２２２と、ＣＣＤカメラ２２２とを具備する。観察系２２０は、基板１００上の加工位置と、照射位置及び加工の状況をＣＣＤカメラ２２２を介して画像情報として検出するものである。
【００２８】
光学系，光形状制御部２１５で成形された光学像は、コンデンサレンズ２１６を透過し、基板１００の加工面１００ａに照射される。観察系２２０は、観察用光源２２３と、観察用光源２２３からの観察光を加工面に照射するためのハーフミラー２２４と、ＣＣＤカメラ２２２とを具備する。ＣＣＤカメラ２２２は、加工面から反射された観察光を観測する。また、ＣＣＤカメラ２２２は、レーザ光２１３を基板に照射した再に基板の加工面表面で発光する光を観測する。観察系２２０は、基板１００上の加工位置と、照射位置及び加工の状況をＣＣＤカメラ２２２を介して画像情報として検出するものである。
【００２９】
この観察系２２０を用いて、レーザ光照射位置のアライメント調整を行うことができる。また、レーザ光照射の過程では、加工の状態を逐次画像認識し、さらに画像の中から被加工領域を抽出し、加工の進行を判断して照射量を調整する。例えば、加工が速い部分で照射量を小さくし、加工の遅い部分で照射量を大きくする。また、加工が終了したかどうかを、認識する。加工の終了の認識は、画像の差分を取ることで認識し、被加工領域の画像の差分がほぼ０となった段階で終了するなど加工の制御も行うことができるようになっている。
【００３０】
観察系２２０は基板１００の被加工領域を観察してパーティクルをカウントするパーティクル検出機構を兼ね備えている。パーティクル検出は、ＣＣＤ画素で受光した反射光のうち、特定の階調範囲の画素数を算出して求めることができる。更に、抽出した画素位置情報から、
１）縦横で隣接している場合はそれをひとつの塊とみなして欠陥数を決定する、
２）縦横、斜めで隣接する場合もひとつの塊とみなして欠陥数を決定する。
【００３１】
というアルゴリズムにより欠陥を抽出することもできる。
【００３２】
パーティクル検出機構は算出欠陥数と、予め登録されている最低欠陥数とを比較し、検出された欠陥数が最低欠陥数を上回る場合には所望の領域内で引き続き処理を行うよう、指令を出す。欠陥数以下の場合には次の被加工領域に移動するよう指令を出すように制御することができる。
【００３３】
また、レーザ照射の前後で画像を記憶し、差分を取り差分がほぼ０になり、被加工膜及び被加工膜の残渣が無くなった場合に被加工領域の加工を停止し、そうでない場合には継続して被加工領域の加工を行わすように制御する。
【００３４】
次に、レーザ加工部２３０について説明する。ホルダ２３１は、周辺部分に液体２３９を貯溜するダムを配設したトレーのような形状で構成されている。基板１００の被加工領域において、レーザ光照射領域近傍のレーザ光照射により発生する熱を、液体２３９により奪い去ることができる。さらに、更にレーザ光照射により発生する蒸発物の勢いが、液体２３９により減少させることができる。液体２３９には、純水、アンモニア水溶液のそれぞれを実用的に使用することができる。基本的には、基板１００の加工面１００ａのレーザ光照射領域が液体に浸されていればよい。本実施形態では、熱を多く奪い去り、且つ蒸発物の勢いをより一層減少させるために、加工基板の全体が液体に浸されるようになっている。
【００３５】
なお、載置される基板の形状に応じて、ホルダ２３１の平面形状は適宜変更することができる。例えば、半導体ウェハのような円形形状の加工基板を載置する場合には、平面円形形状のホルダを使用することができる。また、液晶表示装置に使用される石英ガラス基板、プリント配線基板等のような矩形形状の加工対象物を載置する場合には、平面矩形形状のホルダを使用することができる。もちろん、平面矩形形状のホルダに半導体ウェハのような円形形状の加工基板を載置するようにしても良い。
【００３６】
ホルダ２３１内の中央部分には、基板１００の載置・保持を行うことができるステージ２３２が設置されている。基板１００は、ステージ２３２に接続された回転機構２３３によって回転し、基板１００の回転はセンサ２３５と回転制御機構２３４によって回転角が制御される。なお、本実施形態においては、回転機構２３３を駆動機構２４２に連結し、ホルダ２３１を水平方向及び垂直方向に移動させることにより、レーザ光の照射位置を変えるようにしている。回転機構２３３及び駆動機構２４２により、コンデンサレンズ２１６を小型化できるなど、レーザ加工システムの小型化が可能になる。
【００３７】
ホルダ２３１は、更に基板１００の加工面を浸す液体を覆い、レーザ光に対して透明な窓２３６を備えている。レーザ発振器２１１から発振されたレーザ光２１３はこの窓２３６、液体２３９のそれぞれを透過して基板１００の加工面１００ａに照射されるようになっている。
【００３８】
更に、ホルダ２３１に貯溜されている液体２３９を流動させる液体流動器２３７を備えている。基本的にはポンプである液体流動器２３７は、パイプ２３８ａ，２３８ｂを通してホルダ２３１に連接され、液体２３９を循環させるようになっている。すなわち、液体流動器２３７による液体２３９の循環により液体２３９に流れが生じ、レーザ光の照射によりレーザ光照射領域に発生する気泡を連続的に取り除くことがでる。更に、一定方向に一定流速において液体を循環させることにより、レーザ光に不規則な乱れを生じない。液体流動器２３７は少なくともレーザ加工が実際に行われている際に駆動されていればよい。また、基板１００とレーザ光との相対移動の向きに対して流れる向きを制御できるようになっている。
【００３９】
更に、本装置には、ホルダ２３１の裏面に配設された圧電素子２４０と、この圧電素子２４０の駆動を制御する圧電素子駆動制御回路２４１とが備えられている。圧電素子２４０は、基板１００の少なくとも加工面１００ａのレーザ光の照射領域の液体２３９に超音波振動を与え、レーザ光の照射により発生する気泡を取り除くことができるようになっている。液体の流速や流れの向きを制御できるようにしている
観察光学系の構成について以下に説明する。ＣＣＤカメラ２２２で取得された画像情報は、階調／色調分類部２５１に送られる。階調／色調分類部２５１は先ず、画像から被加工領域を識別する。識別された被加工領域のなかの階調や色調（階調の波長分散）を求める。そして、ほぼ同じ階調または色調を有するグリッド（画素）をグループ分けする。ここで、画像の階調又は色調をグループ分けすることは、基板からの反射光の強度分布を求めることと同様である。
【００４０】
各グリッドまたは各グループの階調／色調情報は、膜構造同定部２５２に送られる。膜構造同定部２５２は、予め求められた色調／階調と膜構造の対応表を具備する。膜構造同定部２５２では、各グリッド又は各グループ部の色調／階調情報と対応表とを比較する。膜構造同定部２５２は、対応表に基づいて各グループ毎に膜構造を割り充てる。膜構造情報には、膜の厚さと複素屈折率の情報が少なくとも含まれている。更には、ダメージ発生下限エネルギー量のデータが含まれている場合もある。
【００４１】
エネルギー量設定部２５３では、膜構造情報に基づいて、照射単位毎の照射領域（加工単位）ごとのエネルギー量を決定する。
レーザ発振器制御ユニット２１２は、エネルギー量情報と、照射位置情報とに基づいて、レーザ発振器２１１に供給されるパワーをコントロールする。
【００４２】
なお、レーザ光の照射位置は、センサ２３５及び回転制御機構２３４からの情報に基づいて検出される。なお、ＣＣＤカメラ２２２で取得された画像情報に基づいて、レーザ光の照射位置を検出しても良い。
【００４３】
また、本装置では加工用光源にレーザ光源を用いたがこれに限るものではない、被加工膜が吸収する波長であって、所望の加工、即ち膜厚を減少させる、または、膜を除去できる能力のあるものであれば何を用いても良い。例えば有機膜、無機膜で可視領域や紫外領域に吸収がある場合にはタングステンランプを集光して用いることで膜厚減少が確認されている。また、電子ビーム、又はイオンビーム等の荷電粒子ビームであっても良い。
【００４４】
本装置に関する発明は水中加工に関するものであるが、この限りではない。被処理基板を大気中処理で処理する場合には図２のような装置構成で加工することができる。図２では同じ機構のものについては同じ番号を付与している。加圧状態での処理、減圧状態での処理においても、図２の形態の装置またはステージ部分をチャンバーにいれたものを用いれば本発明の目的を達成することができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
本実施形態では、第１の実施形態で説明した装置を用いた加工の例について説明する。
【００４６】
半導体形成過程にある直径３００ｍｍのウエハ上に膜厚５６ｎｍの反射防止膜層（複素屈折率＝ｎ_１２−ｋ_１２ｉ：ｉは虚数単位）と、膜厚４００ｎｍの均一なレジスト膜（複素屈折率＝ｎ_１１−ｋ_１１ｉ：ｉは虚数単位）を順次形成する。このウエハを図１に示したレーザ加工装置を用いて加工を行う。
【００４７】
まず、観察光源からの光強度及びＣＣＤカメラの検出感度の補正を行う。補正は、図示されない表面が鏡面状に研磨された標準サンプルに観察光源からの光を照射し、その反射光をＣＣＤカメラで受け、ＣＣＤカメラの検出階調が予め指定された値になるよう観察光源の光量調整またはＣＣＤカメラのゲインを調整して行う。
【００４８】
観察系の補正が行われた後、ウエハ１００をホルダ２３１内のステージ２３２上に載置する。液体流動器２３７によりウエハ１００上面に超純水を供給する。ホルダ２３１内を超純水で完全に満たした段階で、ＣＣＤカメラ２２２により被加工領域周辺の画像を取得する。本実施形態での被加工領域は、アライメントマーク領域である。ＣＣＤカメラ２２２は、白黒の２５６階調の画像を取得できるものを用いた。このＣＣＤカメラ２２２で観察された画像を階調／色調分類部２５１に送る。
【００４９】
図３にＣＣＤカメラ２２２（グレースケールに設定）で観察された画像の概略を示す。階調／色調分類部２５１は、画像から階調を評価する。本実施形態の場合、アライメントマークが形成されている第２の領域３０２での階調は１６７である。また、第１の領域３０１の階調は５６である。なお、図３において、符号３００は、被加工領域を示している。
【００５０】
この階調情報は、次いで膜構造同定部２５２に送られる。ここで転送されたデータ配列は例えば（ｘ方向照射原点、ｙ方向照射原点、ｘ方向照射幅、ｙ方向照射幅、階調）である。このデータは、各グリッド（画素）の持つ階調情報に基づき複数の階調がグループ化されたデータである。なお、ｘ方向照射幅とｙ方向照射幅については、予め装置が定める照射単位（加工単位）であり、固定値である。照射単位の形状は、被加工領域に対して、短冊（スリット）状又は点（ドット）状
なお、ここでスリット状と言っているのは、照射形状の長手方向が被加工領域の一方の辺と略等しく、長手方向に直交する方向の幅が被加工領域の他方の辺より短い形状のことを指している。また、ドット形状の照射形状とは、照射形状の直交する方向の二つの幅が何れも、被加工領域の直交する方向の幅より短いことを指している。
【００５１】
膜構造検索手段では例えば表１に記載したような対応表を用いて膜構造を決定していく。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１ではたとえば膜構造１Ａは、４層構造である。図４（ａ）に示すように、膜構造１Ａは、レジスト膜（レイヤ１）４０１、反射防止膜（レイヤ２）４０２、及び下地層４０５（レイヤ３），４０６（レイヤ４）から構成されている。なお、対応表には複素屈折率しか記していないが、実際には膜厚の情報も添付されている。
【００５４】
膜構造１Ｂは、図４（ｂ）に示すように、３層構造のレジスト膜４０１（レイヤ１）、反射防止膜４０２（レイヤ２）、下地層４０８（レイヤ３），４０９（レイヤ４），４１０（レイヤ５），４０６（レイヤ６）から構成されている。膜構造Ｂにおいて、下地層の最上層は４０８（レイヤ３）である。膜構造Ｃは、図４（ｃ）に示すように、３層構造のレジスト膜４０１（レイヤ１），４０３（レイヤ２），４０４（レイヤ３）、下地層４０５（レイヤ４），４０６（レイヤ５）で構成されている。下地層の最上層は下地層４０５である。
【００５５】
この情報を元に第１の領域３０１は膜構造１Ｂ、第２の領域３０２は膜構造１Ａと同定された。また、この対応表から第１の領域３０１に対するエネルギー照射の最大値は０．４Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔ、第２の領域３０２に対するエネルギー照射の最大値０．６Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔであることがわかる。表１において、エネルギー下限は膜の除去に必要なエネルギーである。膜構造１Ａのエネルギー下限が膜構造１Ｂのそれより大きいのは、膜構造１Ａでは被加工膜下地での光吸収が少なく下地での発熱量が少ないためである。
【００５６】
そして、エネルギー量設定部２５３は、表１に記されているエネルギー上限と下限、および膜の光学定数から、照射領域（加工単位）毎に最適な照射エネルギー量を設定する。多重干渉によりエネルギーが増幅されるときは表の値より小さいエネルギー量が割り当てられるし、逆に相殺されるときは表の値より大きいエネルギー量が割り当てられる。エネルギー量の下限は被加工膜の加工が困難となるエネルギー量である。勿論これより大きいエネルギー量が割り当てられる。
【００５７】
エネルギー量設定部２５３は、照射エネルギーのばらつきを考慮して図５，６に示すように、第１の領域３０１への照射エネルギー量を０．３Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔに設定する。エネルギー量設定部２５３は、第２の領域３０２への照射エネルギー量を０．５Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔに設定する。このように設定されたエネルギー量に従い、各加工単位毎にアブレーションを行う。本実施形態に示した加工方法によれば、図７に示すように、第１の領域３０１と第２の領域３０２とは、それぞれ適正エネルギーで加工することができる。
【００５８】
例えば、第１及び第２の領域によらず、レーザのエネルギーを０．３５Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔに設定した場合を考える。この場合、照射エネルギーの安定性が悪く、照射エネルギーが小さくなると第２の領域３０２で膜残りが生じ、照射エネルギーが大きくなると第１の領域３０１でダメージが生じるなど、加工不良が多く発生する（図８，９）。
【００５９】
本実施形態に示した加工方法のように、下地の構成により照射エネルギーを変更しながらアブレーションすることで、膜残りがなく、且つ、ダメージもない良好な状態で加工を実現できた。
【００６０】
この加工によりアライメントマークを露出させることで、厳密にアライメントを行うことができることから、ゲート寸法をより細くすることができ、高速処理が可能なＬＳＩを製造することが可能になった。このように本技術を用いて作成された半導体装置は処理の高速化を図ることができ、また、合わせの余裕を小さく設定することができることからチップ面積の縮小を図ることもできた。
【００６１】
本実施形態で、観察光学系としてグレースケールのＣＣＤカメラを用いたがこれに限るものではなく、カラータイプのビデオカメラを用いても良い。
【００６２】
また、対応表は表１の形式に限るものではなく、加工に必要な情報が記憶されているものであればいかなる形態のものでも良い。
【００６３】
（第３の実施形態）
半導体装置の形成過程にある直径３００ｍｍのウエハに膜厚３００ｎｍの反射防止膜層（複素屈折率＝ｎ_２４−ｋ_２４ｉ：ｉは虚数単位）と、膜厚９０ｎｍのＳＯＧ層（複素屈折率＝ｎ_２３−ｋ_２３ｉ：ｉは虚数単位）、膜厚４００ｎｍの均一なレジスト膜（複素屈折率＝ｎ_２１−ｋ_２１ｉ：ｉは虚数単位）を順次形成する。
【００６４】
ウエハ１００をステージ２３２上に載置する。ＣＣＤカメラ２２２（ＲＧＢ）により被加工領域周辺の画像を取得する。本実施形態での被加工領域は、アライメントマーク領域である。ＣＣＤカメラ２２２は、ＲＧＢの各２５６階調の画像を取得できるものを用いた。ＣＣＤカメラ２２２で観察された画像を、階調／色調分類部２５１に送り、階調の評価を行う。
【００６５】
図１０に、撮像された画像を示す。図８におけるグリッドで区切られた領域に対して、階調色調情報が割り当てられている。点線内の領域が被加工領域５００である。第２の領域（マーク部）５０２での階調／色調は（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１５０，９３，２０１）である。また、第１の領域５０１での階調／色調は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（３２，１００，８７）である。この情報は次いで膜構造検索手段に送られる。ここで転送されるデータ配列は例えば、（ｘ方向照射原点、ｙ方向照射原点、ｘ方向照射幅、ｙ方向照射幅、Ｒ階調，Ｇ階調，Ｂ階調）というものである。前述のデータは各領域の持つ階調情報に基づいて、階調に応じてグループ化されたデータである。ｘ方向照射幅とｙ方向照射幅については、隣接する領域の（Ｒ，Ｇ，Ｂ）階調を比較し、その差がそれぞれ±５以内であるものを同一のグループとみなしてグループ化したものを、更に短冊（スリット）状又は点（ドット）状に分割したときの短冊又は点のｘ、ｙ方向の照射幅である。膜構造検索手段では例えば表２に記載したような対応表を用いて膜構造を決定する。
【００６６】
【表２】

【００６７】
表２において、例えば膜構造２Ａは、４層構造である。図１１（ａ）に示すように、膜構造２Ａは、３層構造のレジスト膜６０１（レイヤ１）、反射防止膜６０２（レイヤ２）、及び下地層６０５（レイヤ３），６０６（レイヤ４）から構成されている。なお、対応表には複素屈折率しか記していないが、実際には膜厚の情報も添付されている。
【００６８】
膜構造２Ｂは、図１１（ｂ）に示すように、３層構造のレジスト膜６０１（レイヤ１）、ＳＯＧ膜６０３（レイヤ２）、反射防止膜６０４（レイヤ３）、下地層６０８（レイヤ４），６０９（レイヤ５），６１０（レイヤ６），６０６（レイヤ７）で構成されている。膜構造２Ｃは、図１１（ｃ）に示すように、レジスト膜６０１（レイヤ１），ＳＯＧ膜６０３（レイヤ２），反射防止膜６０４（レイヤ３）、下地層６０５（レイヤ４），６０６（レイヤ５）で構成されている。
【００６９】
この情報を元に第１の領域５０１は膜構造２Ｂ、第２の領域５０２は膜構造２Ｃとして決定された。また、この表２から第１の領域５０１に対する照射エネルギー量の上限値は０．４Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔ、第２の領域５０２に対するエネルギー照射の最大値０．７Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔであることがわかる。ここで、照射エネルギー量の上限値は膜構造２Ｂ，２Ｃにおいては反射防止膜のみを気化させるためのエネルギーとして登録されている。照射エネルギー量の下限値は被加工膜の除去に必要なエネルギーである。膜構造２Ｃの照射エネルギー量の下限値が、膜構造２Ｂのそれより多い。これは、膜構造２Ｃでは被加工膜下地での光吸収が少なく下地での発熱量が少ないためである。
【００７０】
エネルギー量設定部２５３は、先ず階調・色調に応じた分類されたグループに基づいて照射領域（加工単位）を設定する。グループの領域の大きさが照射領域より大きい場合は、グループの領域を照射領域より小さい、短冊状又は点状の領域に分割する。例えば、図１２に示すように、被加工領域５００内の照射領域として、第１の照射領域５１１ａ〜５１１ｇ、及び第２の照射領域５１２ａ〜５１２ｄが設定される。
【００７１】
そして、エネルギー量設定部２５３は、表２に記されているエネルギー上限と下限、および膜の光学定数から、照射領域（加工単位）毎に最適な照射エネルギー量を設定する。多重干渉によりエネルギーが増幅されるときは表の値より小さいエネルギー量が割り当てられるし、逆に相殺されるときは表の値より大きいエネルギー量が割り当てられる。エネルギー量の下限は被加工膜の加工が困難となるエネルギー量である。勿論これより大きいエネルギー量が割り当てられる。
【００７２】
エネルギー量設定部２５３は、第１の照射領域５１１ａ〜５１１ｇのエネルギー量を０．３Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔに設定する。エネルギー量設定部２５３は、第２の照射領域５１２ａ〜５１２ｄのエネルギー量を０．５Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔに設定する。このように設定されたエネルギー量に従い、各加工単位毎にアブレーションを行う。本実施形態に示した加工方法によれば、第１の領域５０１と第２の領域５０２とは、それぞれ適正エネルギーで加工することができる。
【００７３】
第１の領域５０１と第２の領域５０２への照射エネルギー量が、それぞれ適正に設定される。エネルギー量の設定は、エネルギー設定手段では各照射（加工）単位毎に行われる。エネルギー量は対応表に記されているエネルギー上限と下限、および膜の光学定数から最適化して決定される。多重干渉によりエネルギーが増幅されるときは表の値より小さいエネルギー量が割り当てられるし、逆に相殺されるときは表の値より大きいエネルギー量が割り当てられる。エネルギー量の下限は被加工膜の加工が困難となるエネルギー量である。勿論これより大きいエネルギー量が割り当てられる。
【００７４】
以上の工程によりエネルギー量が割り当てられた結果を図１２に示す。第一の領域、第二の領域それぞれに対して０．３Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔ、０．６Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔが割り当てられた。このように定めたエネルギー量に従い、各加工単位毎にアブレーションを行ったところ、膜残りがなく、且つ下地ダメージのない加工を行うことができた。
【００７５】
領域によらず、レーザのエネルギー量を０．４Ｊ／ｃｍ^２／ｓｈｏｔに設定して加工を行った場合を考える。このエネルギー量は、第１の領域５０１の上限であり、第２の領域５０２の下限でもある。従って、第１の領域５０１ではダメージが多々発生した。また、第２の領域５０２では膜残りが多々発生していた。このことが生じていたため、実用は困難である。
【００７６】
本実施形態に示した加工方法のように、下地の構成により照射エネルギーを変更しながらアブレーションすることで、膜残りがなく、且つ、ダメージもない良好な状態で加工を実現できた。
【００７７】
この加工によりアライメントマークを露出させることで、厳密にアライメントを行うことができることから、ゲート寸法をより細くすることができ、高速処理が可能なＬＳＩを製造することが可能になった。このように本技術を用いて作成された半導体装置は処理の高速化を図ることができ、また、合わせの余裕を小さく設定することができることからチップ面積の縮小を図ることもできた。
【００７８】
本実施形態で、観察光学系としてＣＣＤカメラを用いたがこれに限るものではなく、ビデオカメラを用いても良い。また、対応表は表２の形式に限るものではなく、加工に必要な情報が記憶されているものであればいかなる形態のものでも良い。また、第２の実施形態と同様に、被加工領域に液体を流して加工を行っても良い。
【００７９】
（第４の実施形態）
レーザ加工装置の構成について説明する。図１３は、本発明の第４の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図である。図１３において、図１と同一な部位には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８０】
図１３において、ガス体径計測部２６１は、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光の照射領域を認識する。ガス体径計測部２６１は、照射領域内に、レーザ光の光路上に、レーザ光の照射により発生した気泡（ガス体）の直径を逐次測定する。そして、測定結果は、レーザ発振器制御ユニット２１２に送られる。レーザ発振器制御ユニット２１２は、気泡の直径に応じて、レーザ光を照射するタイミングを調整する。具体的には、被加工膜レーザ光の光路上に存在する気泡の直径が設定値以上の間は、レーザ光の照射を行わない。気泡の大きさが設定値より小さくなってから、レーザ光の照射を行うよう指示を出す。
【００８１】
ガス体径計測部２６１は、ＣＣＤカメラ２２２で受光した反射光のうち、特定の階調範囲の画素数を算出して気泡の直径の計測を求める。そして、レーザ発振器制御ユニット２１２は、計測された気泡の直径と、予め登録されている設定値とを比較する。気泡の直径が設定値以上の場合、レーザ発振器制御ユニット２１２は、レーザ発振器２１１からのレーザ光の照射を停止させる。気泡の直径が設定値より小さい場合、レーザ発振器制御ユニット２１２は、レーザ発振器２１１からのレーザ光の発振を許可する。
【００８２】
また、ＣＣＤカメラ２２２で受光された反射光の画像から気泡の直径を計測する方法を用いたが、これに限るものではない。例えば、被加工膜の加工時に発生する気泡の存在を観測できる能力のあるものであれば何を用いても良い。例えば、加工用の光源とは異なる別の光を領域に照射し、観測用の光が気泡によって散乱された角度を計測し、ガス体の有無、またはガス体の大きさを判定することが可能となる。
【００８３】
液流発生器２６３を備えている。液流発生器２６３は、レーザ光の照射領域に液流を生じさせる。液流により発生するガス体を連続的に取り除くことができる。液流発生器２６３は、レーザ光に不規則な乱れを生じないように、一定方向に一定流速の液流を発生させることが好ましい。また、液流発生器２６３は、少なくともレーザ加工が実際に行われている際に駆動されていればよい。
【００８４】
また、本装置では加工用光源にレーザ光源を用いたがこれに限るものではない、被加工膜が吸収する波長であって、所望の加工、即ち膜厚を減少させる、または、膜を除去できる能力のあるものであれば何を用いても良い。例えば、タングステンランプやＸｅフラッシュランプを用いることができる。有機膜、無機膜で可視領域や紫外領域に吸収がある場合、タングステンランプやＸｅフラッシュランプを集光して用いることで、膜厚が減少する。また、照射光として、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを用いても良い。
【００８５】
また、本装置は、水中加工に関するものであるが、この加工方法は水中加工について限られたものではない。被処理基板の大気中処理、加圧処理、減圧処理においても適用でき、ホルダ構造をそれぞれの処理に合わせて用いることができる。
【００８６】
大気中でレーザ加工装置の構成について、図１４に説明する。図１４は、本発明の第４の実施形態に係わるレーザ光加工装置の概略構成を示す図である。図１４において、図１３と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８７】
図１４において、気流発生器２６２を備えている。気流発生器２６２は、レーザ光の照射領域に気流を生じさせる。気流により発生するガス体を連続的に取り除くことができる。気流発生器２６２は、レーザ光に不規則な乱れを生じないように、一定方向に一定流速において気流を発生させることが好ましい。また、気流発生器２６２は、少なくともレーザ加工が実際に行われている際に駆動されていればよい。
【００８８】
気流供給管２６２ａの排気口は、被処理基板１００の加工面１００ａに非常に近接させており、レーザ光の照射領域近傍のみを選択的に気流を生じさせることが望ましい。また、ガスを排気することで気流を生じさせているが、吸気によって生じさせても良い。
【００８９】
（第５の実施形態）
本実施形態では、第４の実施形態で述べた装置構成の光加工装置を用いて、半導体装置の製造過程で必要とされる種々の加工に適用した例を説明する。以下で説明する適用例は第４の実施形態の光加工装置を用いて、良好に達成することができる。
【００９０】
先ず、光路上の気泡を考慮しないでレーザ光を照射して光加工を行った場合について、図１５を用いて説明する。図１５は、気泡を考慮せずに行った光加工方法を示す図である。
【００９１】
図１５（ａ）に示すように、シリコンウェハ７０１上に絶縁膜７０２例えば１μｍの膜厚のレジスト膜７０３が形成された基板を用意する。次いで、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を照射して、所定の位置のレジスト膜７０３を除去する。レーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度は０．４Ｊ／ｃｍ^２である。例えば、レーザ光７０４の発振周波数は２５０Ｈｚに設定されている。被加工領域の大きさは、縦１００μｍ×横２００μｍである。
【００９２】
レーザ光を照射すると、レジスト膜がアブレーションされて気泡が発生する。気泡が光路上に存在した状態で、次のレーザ光７０４が照射すると、図１５（ｂ）に示すように、レーザ光７０４は光路上に残留する気泡７０５によって散乱される。その結果、レーザ光７０４は、被加工領域の外側にも照射される。
【００９３】
その結果、図１５（ｃ）に示すように、被加工領域外に散乱された光によって、ピンホール７０６やパーティクル７０７が多数生成される。同時に、被加工領域の境界部ではレジスト膜の膜剥がれ７０８が見られた。この膜剥がれは、フォトレジスト、無機膜、反射防止膜の多層構造で形成された複合レジスト膜の場合にも顕著に表れる。
【００９４】
そこで、本実施形態では加工過程において、図１３に示したレーザ光加工装置を用いて観察を行う。ＣＣＤカメラ２２２で観察された画像から、ガス体径計測部２６１で被加工領域内に発生した気泡の大きさを計測する。レーザ発振器制御ユニット２１２は計測された大きさに応じてレーザ光の発振を制御する
図１６を参照して本実施形態の光加工方法を説明する。図１６は本発明の第５の実施形態に係わる光加工方法を示す図である。
【００９５】
図１６（ａ）に示すように、ＣＣＤカメラ２２２から得た画像から、前の光照射で生じた気泡７０５がレーザ光の光路上に存在する間は次の光照射を行わ無い。気泡７０５が液流等で運ばれ、光路上からなくなったことをガス体径計測部２６１で確認した後、図１６（ｂ）に示すように、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御を行う。
【００９６】
気泡を考慮せずに加工を行った場合と、気泡を考慮して加工を行った場合の被加工領域からの距離とピンホール数との関係を図１７に示す。図１７において、Ａが気泡を考慮して加工を行った場合のホール数、Ｂが気泡を考慮せずに加工を行った場合のホール数である。図１７に示すように、気泡を考慮した場合、被加工領域外でのピンホール数は、気泡を考慮しない場合被加工領域に比べ、被加工領域Ａ著しく減少している。その結果、デバイスパターンが配置される箇所には全く影響を与えない加工を行うことができる。また、レジスト膜の剥がれも抑制できた。
また、ＳＥＭ観察の結果でも、被加工領域外でのピンホールやレジスト屑は見られず、被加工領域境界部でのレジスト膜の剥がれが抑制できたことが確認された。
【００９７】
また、レーザ光の照射領域は、図１８に示すように、被加工領域に対してスリット状であることが好ましい。図１８は、本発明の第５の実施形態に係わる光加工におけるレーザ光の照射領域形状を示す図である。図１８（ａ）は断面図、図１８（ｂ）は平面図である。図１８に示すように、被加工領域７１０に対して、レーザ光７１２の照射領域７１２ａの形状をスリット状（縦１００μｍ×横５μｍ）にする。そして、レーザ光７１２をウエハ７０１に対して相対的に走査する。ウエハ７０１とレーザ光７１２とを相対的に走査する方法としては、レーザ光の光軸を固定し、基板を移動させる。あるいは、レーザ光の光路上に設けられ、形状を制御するスリットを並進運動させる事により、レーザ光を走査させる。
【００９８】
図１９に示すように、被加工領域７１０と大きさがほぼ等しい照射領域７１１ａのレーザ光７１１を照射して、被加工領域７１０を一括して光加工を行った場合、レジストの種類や膜厚によっては、最初の光照射の時点で被加工領域７１０の境界部ではレジスト膜７０３に剥がれが生じ、加工不良となる恐れがある。これは、レジスト膜７０３が光照射時の熱を吸収して溶融蒸発する際、レーザ光の照射領域が大きいとレジスト膜と下地膜との界面で発生するストレスを吸収しきれず、レジスト膜が吹き飛ばされながら加工が行われるためである。
【００９９】
従って、スリット状に細く絞った光を基板に対して相対的に走査し、且つ上述したように光路間から気泡が存在しないことを確認しながら所定の加工を行うことが好ましい。これにより、１度の光照射によって加工される面積が小さいことでレジストと下地膜との界面でのストレスを緩和させることができ、膜剥がれを抑制できる。
【０１００】
また、図２０（ａ）に示すように、被加工領域７２０に対して複数のスリット状の照射領域７２１を走査させても良い。また、図２０（ｂ）に示すように、被加工領域７２０に対して複数のスリット状の照射領域７２２を走査させても良い。なお、一つのドット状の照射領域を走査させても良い。
【０１０１】
本実施形態では、加工用光源としてＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第３高調波を用いたが、光源はこれに限らずＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ等のパルスレーザ、及びランプ光でも良い。また、照射した１パルス当たりのエネルギー密度は、通常０．２Ｊ／ｃｍ^２〜０．５Ｊ／ｃｍ^２で、加工内外の領域に損傷を与えず、良好に加工できるエネルギーを適宜調整する。有機材料以外の場合にも被加工領域内外に損傷を与えないようにエネルギー密度を適宜選択すればよい。
【０１０２】
また、ＣＣＤカメラからの画像を取得し、これを気泡の観測手段としたが、気泡の観測手段はこれに限らず、気泡による散乱光や、別の光を照射領域に入射させ、その散乱光から検出してもよい。
【０１０３】
レーザ光の発振周波数については２５０Ｈｚに限らず、１０〜１００００Ｈｚの間で適宜設定可能である。ステージの位置精度を必要とする場合は低周波数で、且つ低速のステージ移動で行うと良い。また、高速処理が必要な場合は高周波数で、且つ高速ステージ移動を行うと良い。
【０１０４】
一定の直径の気泡が光路上が残存する状態でレーザ光の照射を行って加工を行った。そして、気泡の直径に対して被加工領域の周囲に生じたピンホール数を調べた。図２１は、気泡の直径とピンホール数の関係を示す図である。図２１に示すように、気泡の直径が３μｍ以下の場合、生じたピンホール数がほぼ０である従って、気泡の消失する前に、気泡の直径が３μｍ以下の状態でレーザ光を照射しても加工を行うことができる。気泡の消失前に、レーザ光を照射することによって、スループットの向上を図ることができる。
【０１０５】
また、ＳＥＭ観察の結果でも発生する気泡径が３μｍ以下である場合はレジスト屑が見られず、被加工領域境界部でのレジスト膜の剥がれが抑制されていることが確認された。
【０１０６】
このようにレジスト膜の場合、光路上に残存する気泡が３μｍ以下の時にピンホール等の加工不良なく所望の加工を行うことができたが、ピンホールと気泡の大きさとの関係は加工する膜種毎に異なるため、被加工膜毎にピンホールが生じない気泡径との関係を満たす条件で適宜加工を行えばよい。
【０１０７】
予め気泡径を予測できる場合には液流の速度を最適化すると良い。図２２は、照射領域の幅Ｗと加工時に発生する気泡径φとの関係を示す図である。なお、レーザ光の１パルス当たりのエネルギー密度は０．２Ｊ／ｃｍ^２〜０．５Ｊ／ｃｍ^２の範囲である。照射領域の幅Ｗとは、照射領域の液体の流れる方向の長さである。図２２に示すように、照射領域幅Ｗに対して発生する気泡径の上限値で示す曲線となる。その結果、発振周波数がＺ（１／ｓｅｃ）、照射領域幅Ｗで加工した時は被処理基板上方φ／２（μｍ）における流速Ｖ（μｍ／ｓｅｃ）が以下の関係式を満たすように設定すれば、概ね気泡が存在しない状態でレーザ光の発振を行うことができる。
【０１０８】
【数９】

【０１０９】
この関係を満たすように、加工を行えば、気泡の大きさ、有無に応じてレーザ光の照射タイミングを制御をしなくても良い。この関係を満たすように、前記発振周波数Ｚ，幅Ｗ，及び流速Ｖの何れか一つを制御する制御部を設けてればよい。前記制御部は、予め設定された前記発振周波数Ｚ，及び幅Ｗに応じて前記流速Ｖを制御しても良い。また、前記制御部は、予め設定された前記流速Ｖ，及び幅Ｗに応じて前記発振周波数Ｚを制御しても良い。
【０１１０】
また、図１４に示す大気中で被加工領域に気流を生じさせつつ光加工を行う場合を図２３を用いて説明する。図２３（ａ）に示すように、加工過程においてガス体径計測部２６１を用いて、気流中で光照射時に発生するガス体７３１の直径を観察する。そして、図２３（ｂ）に示すように、ガス体７３１が光路上からいなくなったことを確認したうえで、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御することで、良好な加工を行うことができる。また、大気中での加工も液中での光加工と同様に、照射領域をスリット状に細く絞った光を基板に対して相対的に走査する方法を用いても良い。また、照射領域の形状もドット状や、スリットやドット形状のものを複数配置したものでも良い。
【０１１１】
上記の実施形態ではリソグラフィー工程に用いられるレジスト膜を光照射により除去する方法について述べたが、一方で半導体装置には、ポリイミド膜、Ｓｉ多結晶膜、シリコン炭化膜等の膜も形成されるが、これらの膜についても同様に除去時に用いることが可能となる。
【０１１２】
（第６の実施形態）
図２４は、本発明の第６の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図である。図２４（ａ），（ｂ）は、シリコンウエハ７０１上に層間絶縁膜７４１を介して形成されたシリコン窒化膜７４２を液中でレーザ加工する工程を示している。シリコン窒化膜７４２は、例えばＣＶＤやスパッタリング等を用いて形成される。シリコン窒化膜の膜厚は、２０ｎｍである。このシリコン窒化膜の被加工領域（縦１００μｍ×横２００μｍ）の加工がＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）、照射エネルギー密度０．５Ｊ／ｃｍ^２で行われる。
【０１１３】
本実施形態では、図１３に示した装置を用い、液中で光加工を行う。光加工時において、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。図２４（ａ）に示すように、光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行わない。図２４（ｂ）に示すように、気泡７０５が液流で運ばれ、気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。
加工後のＳＥＭ観察の結果、シリコン窒化膜７４２の表面にはピンホールの発生やシリコン窒化物粒子の飛散は見られず、境界部での膜剥がれも観測されなかった。
【０１１４】
なお、シリコン窒化膜はＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、基本波（波長１０６４ｎｍ）のレーザ光は吸収しないので、これらの波長を用いて加工するこができない。
【０１１５】
また、加工方法はこれに限らず大気中で加工を行ってもよい。
【０１１６】
（第７の実施形態）
図２５は、本発明の第７の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図である。図２５（ａ），（ｂ）は、シリコンウェハ７０１上に層間絶縁膜７５１を介して形成したポリイミド膜７５２を液中でレーザ加工する工程を示している。ポリイミド膜７５２は、波長２６６ｎｍのレーザ光を吸収するので、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いることで加工される。
【０１１７】
本実施形態では、図１３に示した装置を用い、液中で光加工を行う。光加工時において、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。図２５（ａ）に示すように、光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行わ無い。図２５（ｂ）に示すように、気泡７０５が液流で運ばれ、気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。
加工後のＳＥＭ観察の結果、ポリイミド膜７５２の表面にはピンホールの発生やポリイミド粒子の飛散は見られ無かった。よって、良好な加工が行われていることが確認できた。
【０１１８】
また、加工方法はこれに限らず大気中で加工を行ってもよい。
【０１１９】
（第８の実施形態）
図２６は、本発明の第８の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図である。図２６（ａ），（ｂ）は、シリコンウェハ７０１上に、シリコン酸化膜７６１，７６２を介して形成した金属膜７６２をレーザ加工する工程を示している。本実施形態では金属膜７６として銅膜が用いる。銅膜７６２の表面にレーザ光を照射して所望の加工を行う。光加工された銅膜７６２は、例えば素子間を電気的に接続する配線、電源を供給する電源配線、電極等に使用される。
【０１２０】
本実施形態では、図１３に示す加工装置を用いて加工を液中で加工を行う。膜厚５００ｎｍの純粋な銅膜７６２にＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザ第４高調波（波長２６６ｎｍ）を照射して光加工が行われる。照射領域の形状は縦１００μｍ×横２００μｍ、照射エネルギーは３Ｊ／ｃｍ^２である。
【０１２１】
光加工時において、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。図２６（ａ）に示すように、光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行わ無い。図２６（ｂ）に示すように、気泡７０５が液流で運ばれ、気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。
加工後のＳＥＭ観察の結果、被加工領域周辺にはピンホールの発生や飛散した金属粒子は見られ無かった。また、境界部での膜剥がれも観測され無かった。よって、良好な加工が行われていることが確認できた。
【０１２２】
この効果はＱ−ｓｗｉｔｃｈＹＡＧレーザを第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、基本波（波長１０６４ｎｍ）と変化させても同様に達成される。即ち、銅薄膜が吸収されるような波長を有する光であれば、ウェハ上の銅薄膜を良好に加工することができる。
【０１２３】
金属膜７６２として銅膜を用いた例を説明した。しかし、主導電層としての銅膜上に耐腐食性向上のため、ニッケル膜、クロム膜を積層した複合膜、あるいは、アルミニウム膜、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等）膜の単層膜、これらの単層膜にバリアメタル膜や反射防止膜を積層した複合膜を光加工する場合も同様の効果が得られる。
なお、図１４に示した装置を用いて、大気中で加工を行ってもよい。
【０１２４】
（第９の実施形態）
半導体ウェハへのレーザ加工は、ウェハチップを切り出すダイシング技術として期待されている。特に半導体チップの薄膜化、パターン微細化が進む中、半導体チップの切り出し手法として、先に半導体ウェハ表面から途中まで溝を形成（ハーフカット）し、その後半導体ウェハの裏面からハーフカットした溝に到達するまで研磨して分離する先ダイシング技術が有効である。
【０１２５】
図２７は、本発明の第９の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図である。加工は、図１３に示す加工装置を用いて液中で行われる。加工は、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を照射して行われる。加工時のレーザ光の照射領域の形状は短辺方向が１０μｍ、長辺方向が５００μｍの矩形である。レーザ光の１パルスあたりの照射エネルギー密度は４Ｊ／ｃｍ^２である。レーザ光の照射領域が半導体ウエハ７７０に対して長辺方向に１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で、走査することで、各半導体素子の周囲にダイシングライン（溝）を形成する。そして、形成される溝は、幅が約１０μｍ、深さ５０μｍである。加工過程において、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の大きさを観察する。
【０１２６】
光加工時において、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。図２７（ａ）に示すように、光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行わ無い。図２７（ｂ）に示すように、気泡７０５が液流で運ばれ、気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。加工後、半導体ウエハ７７０を裏面側から研磨して分離する。
加工後のＳＥＭ観察の結果、レーザ光照射領域の近傍において、ピンホールや飛散したシリコン屑が見られ無かった。また、境界部での膜剥がれも観測され無かった。よって、良好な加工が行われていることがが確認できた。
【０１２７】
上述した光加工においては、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）を用いたが、この効果はＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザを第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、基本波（波長１０６４ｎｍ）と変化させても同様に達成され、その他にもシリコンウェハが吸収されるような波長を有する光であれば、シリコンウェハを良好に加工することができる。また、図１４に示した加工装置を用いて大気中で加工を行ってもよい。
【０１２８】
また、図１４ではシリコンウェハにダイシングラインを形成しているが、本加工方法によりダイシングラインを形成する技術は、Ｇａ、Ｐ、Ａｓ、Ｉｎ、Ａｌなどの化合物半導体で形成される発光ダイオードや半導体レーザの素子分離にも適用することが出来る。
【０１２９】
（第１０の実施形態）
上述した実施形態で説明した先ダイシング方法以外にも、事前に薄膜化したシリコンウェハを最後にダイシングする技術にも、本加工方法を用いることができる。図２８は、第１０の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図である。図２８は、このような後ダイシング工程を示す図である。
【０１３０】
先ず、図２８（ａ）に示すように、シリコンウェハ７８１のデバイス層７８２をダイシングテープ７８３で保持する。ここでは、デバイス層７８２には、半導体素子、及び多層配線層が形成されている。デバイス層７８２の最上層にはパッシベーション層が形成されている。
【０１３１】
ついで、図２８（ｂ）に示すように、シリコンウェハ７８１を裏面から機械的に研磨し、シリコンウェハ７８１を薄膜化する。薄膜化されたシリコンウェハ７８１の研磨面には、機械的なストレスにより破砕層が形成されて強度の劣化が生じる。強度の劣化を防止するため、ウェットエッチングで破砕層を取り除いて、チップ強度の低下を抑制する。
【０１３２】
次いで、図２８（ｃ）に示すように、ダイシングテープ７８３を除去する。そして、ウェハを裏返しにしてシリコンウェハ７８１の裏面をダイシングテープ７８４で保持する。
【０１３３】
そして、図２８（ｄ）に示すように、デバイス層７８２に対し、光を照射して加工を行う。
【０１３４】
加工過程においてはこれまで同様、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。図２７（ａ）に示すように、光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行わ無い。図２７（ｂ）に示すように、気泡７０５が液流で運ばれ、気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。上記のような工程を繰り返しつつ、光を照射して加工することでウェハ７８１を切断する。これにより、デバイス層７８２への微細な加工屑の付着を防止することができる。
【０１３５】
ブレードを用いて、ダイシングした場合は、チップ側壁に損傷が生じて、チップ強度が低下する。また、厚さが５０μｍ以下の領域では、ブレードによるダイシング中にチップが割れて、歩留まりが低下するという問題もある。これに対し、本加工方法を用いて、ダイシングを行うと厚さ５０μｍ以下の領域であってもチップ割れを生じることなく、ダイシングラインを形成することが可能となる。また、図１４に示した加工装置を用いて大気中で加工を行ってもよい。
【０１３６】
（第１１の実施形態）
図２９は、本発明の第１１の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図である。図２９（ａ），（ｂ）は、アライメントマーク７９２上の反射防止膜７９３及びレジスト７９４をレーザ加工によって除去する工程を示している。アライメントマーク７９２は、シリコンウェハ７０１嬢に形成された絶縁膜７９１に埋めこみ形成されている。
【０１３７】
光加工時において、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。図２９（ａ）に示すように、光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行なわ無い。図２９（ｂ）に示すように、気泡７０５が液流で運ばれ、気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。
【０１３８】
加工後のＳＥＭ観察の結果、被処理基板表面にはピンホールやレジスト膜の加工屑は見られ無かった。また、境界部での膜剥がれも観測されなかった。光路上に残留する気泡による散乱の影響を受けないように加工することで、加工不良をなくアライメントマークを露出させることができた。
なお、図１４に示した加工装置を用いて大気中で加工を行ってもよい。
【０１３９】
（第１２の実施形態）
グローバル配線はチップ上の回路ブロックにまたがって伸び、グローバルクロック等を供給する上層配線である。長距離配線であることから、配線遅延を極力低減することが求められ、抵抗の低減が重要である。従って、飛散微粒子やピンホールの発生を効果的に抑制できる上述した光加工方法が有効に適用される。
【０１４０】
図３０は、本発明の第１２の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。図３０は、単層のグローバル配線の形成工程を示している。
【０１４１】
先ず、図３０（ａ）に示すように、シリコンウェハ７０１上に絶縁膜８０１を介して形成されたパッド８０２有する基板を準備する。次いで、図３０（ｂ）に示すように、絶縁膜８０１及びパッド８０２の全面を覆ってＣｕ／Ｔａ／ＴａＮ、Ｐｄ／Ｔｉ／Ｎｉ等の金属薄膜８０３を形成する。次いで、図３０（ｃ）に示すように、金属薄膜８０３上に樹脂絶縁膜８０４を形成する。
【０１４２】
次いで、図３０（ｄ）に示すように、樹脂絶縁膜８０４に対して光を照射して加工を行い、下部にパッドが形成された領域の樹脂絶縁膜８０４に溝を形成する。加工過程においてはこれまで同様、ガス体径計測部２６１が、ＣＣＤカメラ２２２で得られた画像から、レーザ光照射による光加工によって被加工領域内に発生した気泡の直径を計測する。光路上に気泡７０５が存在する間は次のレーザ光の照射を行わ無い。気泡７０５が光路上からなくなったことがガス体径計測部２６１で確認され、レーザ光７０４の照射を再開する。上記のような工程を繰り返しつつ、加工を行うように制御する。
このような光加工を行うことにより、加工表面にピンホールやパーティクルの発生のない良好なパターンを形成することが出来る。
【０１４３】
次いで、図３０（ｅ）に示すように、樹脂絶縁膜８０４に形成された溝に電解メッキによりＣｕ，Ａｕ，はんだ等を埋め込んで、メッキ層８０５を形成する。最後に、図３０（ｆ）に示すように、有機溶剤により樹脂絶縁膜８０４を除去し、酢酸、塩酸、硝酸、希フッ酸などの酸溶液を用いて、下層の金属膜８０３を除去する。これによりグローバル金属配線や金属バンプが形成される。
【０１４４】
このような方法では、従来のリソグラフィー工程のように高価な露光用マスクやＣＭＰを必要とすることなく、基板上に配線を正確に形成することが可能となる。なお、図１４に示した加工装置を用いて大気中で加工を行ってもよい。
【０１４５】
（第１３の実施形態）
図３１，３２は、本発明の第１３の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。図３１，３２は、多層グローバル配線の形成工程を示す。まず、図３１（ａ）に示すように、シリコンウェハ７０１上に絶縁膜８０１を介して形成されたパッド８０２を具備する基板を準備する。次いで、図３１（ｂ）に示すように、絶縁膜８０１上に、第１の樹脂絶縁膜８１１を形成する。
【０１４６】
次に、第１の樹脂絶縁膜８１１の所定の箇所にレーザ光を照射して光加工を行う。光加工は、図１３に示した装置を用いて行われる。光加工では、図３１（ｃ）に示すように、パッド８０２上の第１の樹脂絶縁膜８１１を除去し、パッドが露出するヴィアホールを形成する。
【０１４７】
次いで、図３１（ｄ）に示すように、Ｃｕ／Ｔａ／ＴａＮ、Ｐｄ／Ｔｉ／Ｎｉ等の金属薄膜８１２を形成する。次いで、図３２（ｅ）に示すように、金属薄膜８１２上に第２の樹脂絶縁膜８１３を形成する。そして、第２の樹脂絶縁膜８１３に再度レーザ光を照射して、光加工を行う。光加工は例えば、図１３に示した装置を用いて行われる。光加工では、図３２（ｆ）に示すように、底面に金属薄膜８１２が露出するヴィアホールと配線溝が形成される。
【０１４８】
次いで、図３２（ｇ）に示すように、電解メッキにより、ヴィアホールと配線溝内をＣｕ、Ａｕ等を埋め込み形成し、メッキ層８１４を形成する。最後に、図３２（ｈ）に示すように、有機溶剤により第２の樹脂絶縁膜８１３を除去する。更に、酸溶液で金属薄膜８１２をエッチングすることで金属配線を形成する。
【０１４９】
以上のように形成することで、製造コストの高いフォトリソグラフィー工程を用いることなく、多層配線を高い信頼性で正確に形成することができる。
【０１５０】
上述した工程は、半導体デバイス面上のはんだバンプやＡｕバンプ、あるいはグローバル配線の形成、実装基板上の配線にも適用できる。
【０１５１】
また、加工方法は第５の実施形態に示した加工方法の中から良好に加工できるものを適宜選択すればよい
（第１４の実施形態）
近年、半導体デバイス内にスルーホールを形成し、スルーホール内に埋め込まれたＣｕ等の金属配線として、半導体チップを積層するチップオンチップ技術が注目されている。
【０１５２】
図３３は、本発明の第１４の実施形態に係わるチップオンチップ型の半導体装置を示す断面図である。図３３に示すように、パッド８２３，８４３上に金属バンプ８５１，８５２を有する第１のチップ８２０及び第３のチップ８４０の間に、第２のチップ８３０が挟まれている。第２のチップ８３０は、スルーホール内に金属を充填したスループラグ８３７を有する。このような積層されたチップ間を接続することで、配線長を大幅に短縮でき、配線遅延を抑制することができる。なお、図３３において、符号８２１，８３１，８４１はシリコンウエハ、符号８２２，８３２，８４２はデバイス層、８３５はパッシベーション層、８３６は側壁絶縁膜である。
【０１５３】
現在、スルーホールの穴あけ加工はＲＩＥで行われている。しかし、加工速度が遅く生産性が悪い。一方、レーザを連続的に照射することで、スルーホール用の穴をあけると、被加工領域周辺にピンホールやパーティクルが生じ、デバイス不良になることは先に述べたとおりである。
【０１５４】
そこで、第５の実施形態と同様に図１３に示した装置を用いて、加工中に発生するガス体が光路上に存在しないこと確認しながら、光加工を行う。このような加工を行うことにより、被加工領域周辺にピンホールやパーティクルが生じることなく良好な加工形状を得ることができる。それと共にスルーホール形成の高速化とデバイス動作の信頼性を両立させることが可能となる。
【０１５５】
図３４，３５は、本発明の第１４の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図である。図３４，３５はチップオンチップ型の半導体装置に用いられるチップにスルーホールを形成する工程例を示している。先ず、図３４（ａ）に示すように、シリコンウェハ８３１上に図示されない半導体素子及びシリコン酸化膜８６１が形成された基板を用意する。第５の実施形態と同様の方法でレーザ加工を行うことで、シリコン酸化膜８６１及びシリコンウエハ８３１にスルーホール８６２を形成する。次いで、図３４（ｂ）に示すように、スルーホール８６２の表面、及びシリコン酸化膜上に第２のシリコン酸化膜８３６を形成する。
【０１５６】
次いで、図３４（ｃ）に示すように、スルーホール８６２及び第２のシリコン酸化膜８３６上に金属膜８３７を形成する。次いで、金属膜８３７の表面を平坦化し、スルーホール８６２内にスループラグ８３７を形成する。次いで、図３５（ｅ）に示すように、スループラグ８３７及び第２のシリコン酸化膜８３６上に層間絶縁膜８６３及びパッド８３４を形成する。なお、シリコンウエハ８３１上の符号８６１，８３６，８６３がデバイス層８３２に相当する。
【０１５７】
次いで、図３５（ｆ）に示すように、シリコン基板を研磨等により薄膜化する。次いで、図３５（ｇ）に示すように、シリコンウエハ８３１の裏面にパッシベーション層を形成する。次いで、図３５（ｈ）に示すように、パッシベーション層８３５表面を平坦化してスループラグ８３７を露出してバンプとの接続面を形成する。
【０１５８】
本加工方法により、ピンホールや飛散したパーティクルの少ない良好な加工形状が達成され、最終的な半導体装置の動作信頼性が向上する。
【０１５９】
また、図１４に示した装置を用いて、大気中で加工を行ってもよい。
【０１６０】
（第１５の実施形態）
本実施形態では、第４の実施形態に示した光加工装置を用い、アルミニウム膜上に形成された有機材料であるフォトレジスト膜を加工する工程について説明する。なお、実施形態では、ガス体径側部２６１の代わりに、レーザ光の照射タイミングのレーザ光の照射位置と基板との走査速度との少なくとも一方を制御する制御部を具備している。
【０１６１】
直径３００ｍｍの半導体基板（ウエハ）に形成されたアルミニウム膜上にフォトレジスト膜をスピンコート法により塗布し、次いで加熱処理することで１μｍの膜厚のフォトレジスト膜をアルミニウム膜上に形成した。次に、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用いて、所定の位置のフォトレジスト膜を除去した。ここでは、照射した１パルス当たりのエネルギー密度は０．５Ｊ／ｃｍ^２とした。光照射中には純水が流れている状態で行った。
【０１６２】
光照射領域は長さ８０μｍ幅５μｍのスリット状で、基板保持機構を走査することで、基板と照射光を相対的に走査した。被加工領域は８０μｍ×１００μｍとし、走査回数は往復２回とした。
【０１６３】
図３６は、被加工領域と液流の関係を示す平面図である。１回目の走査では、図３６（ａ）に示すように、被加工領域８７１に対して照射領域８７２が左から右へと移動している。このとき、液流８７３ａの方向は、走査方向と逆方向となるように設定されている。走査方向と液流の方向とを逆にすることにより、光照射によって発生する気泡が下流側に移動し、次の照射に影響を与えない。被加工領域の端部にまで達した後の２回目の走査では、図３６（ｂ）に示すように、液流８７３ｂの方向は、１回目の走査時の方向とは逆方向になるように切替えるように設定されている。ここでは、流水の速度を１ｍ／ｓとした。
【０１６４】
以下、最適なレーザの発振周波数を求める過程について説明する。走査速度をｖ（μｍ／ｓ）、レーザの発振周波数をｆ（１／ｓ）とした場合、１パルスあたりの移動距離ｘはｘ＝ｖ／ｆで表される。１パルスあたりの移動距離ｘが小さいほど、重ねて照射される回数が多くなるため、照射されるエネルギー量が大きくなる。一方、移動距離ｘが大きいほど、照射されるエネルギー量が小さくなる。
【０１６５】
また、レーザを繰り返し照射させて被加工膜を除去する場合、周波数ｆが大きいほど蓄熱効果により、除去反応が促進される。本発明者らは、前記１パルスあたりの移動距離ｘを周波数ｆで割ったｖ／ｆ^２に着目した。すなわち、ｖ／ｆ^２が小さいほど光照射反応が進むものと考えた。
【０１６６】
図３７は前記ｖ／ｆ^２に対して、被加工領域の加工後に被加工領域内での欠陥総面積をプロットした実験結果である。ここで、走査速度は１０００μｍ／ｓｅｃ及び８０μｍ／ｓｅｃとし、レーザの発振周波数ｆを変化させている。図３７から、欠陥総面積が少なく良好な加工特性を示したｖ／ｆ^２の範囲はおよそ６．０×１０^−５（μｍ・ｓｅｃ）以上１．０×１０^−３（μｍ・ｓｅｃ）以下であることが分かった。ｖ／ｆ^２が小さい領域では、前述したように光照射反応が過剰に進むため、マスク材であるフォトレジスト膜が変質して欠陥となる。一方、ｖ／ｆ^２が大きい領域では逆に光照射反応が不足し、フォトレジスト膜の除去が不十分となり欠陥となることに起因している。
【０１６７】
図３７の結果から、良好なｖ／ｆ^２の範囲の中心をとり、ｖ／ｆ^２の条件を３．０×１０^−４（μｍ・ｓｅｃ）に定めた。走査速度ｖを１０００μｍ／ｓｅｃとしたとき、発振周波数ｆ＝１８２５Ｈｚを得た。
【０１６８】
なお、この条件で行った場合、前の照射で生成された気泡は、流水によって速やかに下流側へと輸送されて次の照射時には存在しなかったため、気泡による加工不良が生じることなく、良好な加工を行うことができた。
【０１６９】
前記条件で、レーザ照射によるフォトレジスト膜の加工終了後、アルミニウムのエッチング液にウエハを浸し、フォトレジスト膜をマスクとして、アルミニウム膜を選択的にエッチングした。ついで、マスク材であるフォトレジスト膜の除去を行った。加工後の状態を光学顕微鏡で観察したところ、欠陥のない良好なパターニングが確認できた。
【０１７０】
このように、１パルスあたりの移動距離ｘを周波数ｆで割ったｖ／ｆ^２を上記の範囲とすること、欠陥のない良好なラフパターニングを実現することができた。
【０１７１】
なお、本実施形態では、走査速度ｖは１０００μｍ／ｓｅｃとしたが、これに限定されることは無い。ｖ／ｆ^２の最適値を満たす走査速度ｖと発振周波数ｆの組み合わせを求めれば良い。加工処理時間の短縮化の観点からは、走査速度は大きいことが望ましい。
【０１７２】
本実施ではスリット幅５μｍとしたが、これに限定されることは無い。スリット幅２μｍ〜２０μｍの範囲でも同様の効果が実験で確認することができた。加工形状の観点からスリット幅２μｍ〜５μｍの範囲が望ましい。
【０１７３】
また、本実施形態では、加工用光源としてＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第３高調波を用いたが、光源はこれに限らずＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ等のパルスレーザ、及びランプ光でも良い。
【０１７４】
また、本実施形態では、アルミニウム膜上のフォトレジスト膜を加工する場合を説明したが、これに限定されることなく、他の有機膜にも適用可能である。
【０１７５】
また、本実施形態では１パルス当たりのエネルギー密度を０．５Ｊ／ｃｍ^２としたが、これに限定されることない。１パルス当たりのエネルギー密度を欠陥のない良好なパターニングが可能な値とすることで、同様の効果を得ることができる。
【０１７６】
（第１６の実施形態）
本実施形態では、第４の実施形態で述べた装置構成の光加工装置を用いて、半導体装置の製造過程で必要とされる種々の加工に適用した例を説明する。
【０１７７】
直径３００ｍｍの半導体基板（ウエハ）に塗布型カーボン膜をスピンコート法により塗布し、厚さ３００ｎｍのカーボン膜を形成した。次にＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用いて、所定の位置のカーボン膜を除去した。ここでは、照射した１パルス当たりのエネルギー密度は０．３５Ｊ／ｃｍ２とした。光照射中には純水が流れている状態で行った。
【０１７８】
照射する領域は、図３８に示すように、照射領域に対して、幅ａ（μｍ）と長さｂ（μｍ）のスリット状の照射領域３８１とする。幅ａ（μｍ）と長さｂ（μｍ）の条件を変えた照射領域３８１の大きさを変化させ、１パルス照射したときのパーティクル量について評価した。
【０１７９】
図３９は、２×（ａ＋ｂ）で表されるスリット状の照射領域の辺の長さの総和（以下、辺の総延長と称す）に対するパーティクルの面積の総和を示した実験結果である。
図３９に示すように、辺の総延長が１８０μｍ以上の領域では、辺の総延長が大きくなるに従ってパーティクル面積が増大する。また、辺の総延長が１８０μｍ以下の領域では、辺の総延長に対するパーティクル面積の変化が著しく減少する傾向を示した。即ち、パーティクルの少ない加工を行うためには、辺の総延長が１８０μｍ以下であることが好ましいことが、実験結果より明らかになった。
【０１８０】
この結果から、照射領域を幅５μｍ、長さ８０μｍとして、光照射による加工を行った。この照射領域条件は、辺の総延長が１７０μｍであるため、上記条件を満たしている。
【０１８１】
この照射領域で、基板保持機構を走査することで、基板と照射光を相対的に走査した。被加工領域は８０μｍ×１００μｍとし、走査回数は往復２回とした。走査速度ｖを６００μｍ／ｓｅｃ、発振周波数ｆを１４１４Ｈｚとした。走査方向と流水の関係は、第１５の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１８２】
照射領域が上記条件を満たさない幅４０μｍ、長さ８０μｍの条件で、同様の加工を行った場合、多数のパーティクルが発生したのに対して、上記条件を満たす幅５μｍ、長さ８０μｍの照射領域で加工を行った場合、パーティクルが極めて少ない良好な加工特性を得ることができた。
このように、スリット状の照射領域の辺の総延長を１８０μｍ以下にすることで、パーティクルの極めて少ない良好な加工を実現することができた。
なお、本実施形態では、走査速度ｖは６００μｍ／ｓｅｃとしたが、これに限定されることは無く、適宜変更可能である。
【０１８３】
また、本実施では辺の総延長が１７０μｍである幅５μｍ、長さ８０μｍの照射領域としてが、これに限定されることはない。よりパーティクルの少ない辺の総延長が１６０μｍであることが望ましい。
【０１８４】
また、本実施形態では、加工用光源としてＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第３高調波を用いたが、光源はこれに限らずＱ−ｓｗｉｔｃｈ　ＹＡＧレーザの第４高調波（波長２６６ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ等のパルスレーザ、及びランプ光、イオンビーム又は電子ビームでも良い。
【０１８５】
また、本実施形態では、カーボン膜を加工する場合を説明したが、これに限定されることなく、他の材料にも適用可能である。
【０１８６】
また、本実施形態では１パルス当たりのエネルギー密度を０．３５Ｊ／ｃｍ２としたが、これに限定されることない。１パルス当たりのエネルギー密度を欠陥のない良好なパターニングが可能な値とすることで、同様の効果を得ることができる。
【０１８７】
また、本実施形態では、スリット状の照射領域として長方形（図４０（ａ））のものを用いたが、これに限定されない。例えば、図４０（ｂ）〜（ｄ）に示す形状のものを用いてもよい。この場合、本実施形態で辺の長さの総和は、輪郭長に相当する。
【０１８８】
なお、第１〜第３の実施形態に説明した加工方法に対して本実施形態の方法を適用することも可能である。即ち、照射領域（加工単位）の輪郭長を１８０μｍ以下にすることが好ましい。
【０１８９】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１９０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板からの反射光の光強度から、各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を決定し、前記各加工単位に対して、決定された照射エネルギー量に基づいた前記エネルギー線を順次照射する工程とを含むことによって、下地ダメージに与えることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図。
【図３】レーザ加工装置のＣＣＤカメラから得られた画像の例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係わる膜構造の例を示す断面図。
【図５】第１の実施形態に係わる加工方法での各照射領域でのエネルギー量の設定を示す図。
【図６】第１の実施形態に係わる加工方法での各照射領域でのエネルギー量の設定を示す図。
【図７】第１の実施形態に係わる加工方法で形成された半導体装置の構成を示す断面図。
【図８】従来の加工方法での各照射領域でのエネルギー量の設定を示す図。
【図９】従来の加工方法で形成された半導体装置の構成を示す断面図。
【図１０】第３の実施形態に係わる、レーザ加工装置のＣＣＤカメラから得られた画像の例を示す図。
【図１１】第１の実施形態に係わる膜構造の例を示す断面図。
【図１２】第２の実施形態に係わる加工方法での各照射領域でのエネルギー量の設定を示す図。
【図１３】第４の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図。
【図１４】第４の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図。
【図１５】気泡を考慮せずに行った光加工方法を示す図。
【図１６】第５の実施形態に係わる光加工方法を示す図。
【図１７】気泡を考慮して加工を行った場合の被加工領域からの距離とピンホール数との関係を示す図。
【図１８】第５の実施形態に係わる光加工におけるレーザ光の照射領域形状を示す図。
【図１９】一括加工の場合のレーザ光の照射領域形状を示す図。
【図２０】第５の実施形態に係わる光加工におけるレーザ光の照射領域形状を示す図。
【図２１】気泡の直径とピンホール数の関係を示す図。
【図２２】照射領域の幅Ｗと加工時に発生する気泡径φとの関係を示す図。
【図２３】大気中で被加工領域に気流を生じさせつつ行う光加工を示す断面図。
【図２４】第６の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図。
【図２５】第７の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図。
【図２６】第８の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図。
【図２７】第９の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図。
【図２８】第１０の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図。
【図２９】第１１の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す図。
【図３０】第１２の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３１】第１３の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３２】第１３の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３３】１４の実施形態に係わるチップオンチップ型の半導体装置を示す断面図。
【図３４】第１４の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３５】第１４の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３６】被加工領域と液流の関係を示す平面図。
【図３７】ｖ／ｆ^２に対して、被加工領域形成後に被加工領域内での欠陥総面積を示す図。
【図３８】第１５の実施形態に係わる基板上での照射領域の形状を示す平面図。
【図３９】第１５の実施形態に係わる、辺の総延長に対するパーティクル総面積を示す特性図。
【図４０】第１５の実施形態に係わる照射領域の変形例を示す図。
【符号の説明】
２００…光加工装置
２１０…レーザ光学系
２１１…レーザ発振器
２１２…レーザ発振器制御ユニット
２１３…レーザ光
２１４…光学系
２１５…光形状成形部
２１６…コンデンサレンズ
２１７…ハーフミラー
２２０…観察系
２２２…ＣＣＤカメラ
２３０…レーザ加工部
２３１…ホルダ
２３２…ステージ
２３３…回転機構
２３４…回転制御機構
２３５…センサ
２３６…窓
２３７…液体流動器
２３８ａ．２３８ｂ…パイプ
２３９…液体
２４０…圧電素子
２４１…圧電素子駆動制御回路
２４２…駆動機構
２５１…階調・色調分類部
２５２…膜構造同定部
２５３…エネルギー量設定部

Claims

加工単位毎にエネルギー線を照射して、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法であって、
前記被加工膜からの反射光の強度分布を求める工程と、
前記反射光強度の強度分布から、前記各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を決定する工程と、
前記各加工単位に対して、決定されたエネルギー量に基づいた前記エネルギー線を順次照射する工程とを含むことを特徴とする加工方法。
前記加工単位は、前記点状または短冊状であることを特徴とする請求項１記載の加工方法。
加工単位毎にエネルギー線を照射して、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚を減少させる加工方法であって、
前記被加工膜からの反射光の強度分布を求める工程と、
前記反射光の強度分布をほぼ反射光強度が等しい領域毎に分類する工程と、
分類された領域に応じて加工単位を設定する工程と、
反射光強度に応じて各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を決定する工程と、
前記各加工単位に対して、決定されたエネルギー量に基づいたエネルギー線を順次照射する工程とを含むことを特徴とする加工方法。
前記各加工単位のエネルギー量を決定する工程は、
前記反射光強度と前記被加工膜の下に形成されている下地膜の構造情報との対応関係から各加工単位の前記下地膜の構造を決定する工程と、
予め与えられた下地膜の構造とダメージ発生照射エネルギーとの対応関係からダメージ発生照射エネルギーを上回らないように各加工単位の照射エネルギー量を決定する工程と
を更に含むことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の加工方法。
前記各加工単位のエネルギー量を決定する工程は、
予め与えられている反射光強度と前記被加工膜の下に形成されている下地膜の構造情報との対応関係から前記下地膜の構造を決定する工程と、
決定された前記下地膜の構造の照射されるエネルギー線における複素屈折率から多重干渉を考慮した計算を行う工程と
計算結果に基づいて前記下地膜が受けるエネルギー量がダメージ発生照射エネルギーを上回らないように照射エネルギー量を決定する工程と
を更に具備することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の加工方法。
前記加工単位を更に細分化された副加工単位で加工を行うことを特徴とする請求項３記載の加工方法。
前記副加工単位が点状または短冊状であることを特徴とする請求項６記載の加工方法。
加工単位毎にエネルギー線を照射して、基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法であって、
前記基板の加工単位に対してエネルギー線を照射する工程と、
前記エネルギー線の光路上において、前記エネルギー線の照射によって発生したガス体を観測する工程と、
前記ガス体の大きさを計測する工程と、
前記ガス体の大きさが規定値より小さい場合に、前記基板に対して次のエネルギー線を照射することを特徴とする加工方法。
基板の表面に液体が流れる被加工領域に対して、発振周波数Ｚで前記液体の流れる方向の幅Ｗのエネルギー線を照射して、前記被加工領域を選択的に除去又は膜厚減少させる加工を行う加工方法であって、
前記液体の流速Ｖ（μｍ／ｓｅｃ），幅Ｗ（μｍ）及び発振周波数Ｚ（１／ｓｅｃ）は、

を満たすように設定されていることを特徴とする加工方法。
前記基板上での照射領域が前記被加工領域よりも小さいエネルギー線を照射しつつ、前記照射領域を前記基板に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項１，請求項３，請求項８，請求項９の何れかに記載の加工方法。
前記基板上でのエネルギー線の照射領域の形状は、前記被加工領域に対してスリット形状又はドット形状であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の加工方法。
前記基板上の前記エネルギー線の照射領域上に液体を流した状態で、前記エネルギー線の照射を行うことを特徴とする請求項１，請求項３，請求項８，請求項９の何れかに記載の加工方法。
前記基板上の前記エネルギー線の照射領域上に気体を流した状態で、前記エネルギー線の照射を行うことを特徴とする請求項１，請求項３，請求項８，請求項９の何れかに記載の加工方法。
前記エネルギー線は、レーザ光、ランプ光、荷電粒子ビームの何れかである事を特徴とする請求項１，請求項３，請求項８，請求項９の何れかに記載の加工方法。
前記被加工膜は、反射防止膜、またはレジスト膜であることを特徴とする請求項１，請求項３，請求項８，請求項９の何れかに記載の加工方法。
前記基板は、前記被加工膜の前記被加工領域下方に形成されたアライメントマーク、または位置ずれ計測マークを具備してなることを特徴とする請求項１，請求項３，請求項８，請求項９の何れかに記載の加工方法。
前記被加工膜が、ポリイミド、シリコン窒化膜、またはシリコン炭化膜であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載記載の加工方法。
前記被加工膜が、金属膜であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の加工方法。
前記加工により、前記金属膜を配線パターンに加工することを特徴とする請求項１８に記載の加工方法。
前記被加工膜が、樹脂絶縁膜であることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の加工方法。
前記加工により前記樹脂絶縁膜に溝を形成し、
前記溝に配線を埋め込み形成することを特徴とする請求項２０記載の加工方法。
前記基板には複数の半導体装置が形成され、
前記加工により前記エネルギー線を照射して、各半導体装置の周囲の前記被加工膜及び前記基板にダイシングラインを形成し、ダイシングラインで囲われた前記半導体装置を分離することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の加工方法。
前記ダイシングラインの形成後、前記基板を薄膜化することを特徴とする請求項２２に記載の加工方法。
前記基板を薄膜化した後、前記ダイシングラインを形成することを特徴とする請求項２２に記載の加工方法。
基板上に形成された有機膜の被加工領域を選択的に除去する加工を行う加工方法であって、
前記基板上での照射形状が前記被加工領域より小さいエネルギー線を、発振周波数ｆ（１／ｓｅｃ）、且つ１パルスの当たりのエネルギー密度が前記有機膜を除去することができる条件で、照射しつつ、
前記基板に対して前記エネルギー線の照射位置を速度ｖ（μｍ／ｓｅｃ）で相対的に走査させると共に、
前記発振周波数ｆ及び速度ｖが、

の関係を満たすことを特徴とする加工方法。
前記エネルギー線の照射位置の相対的な移動方向の前記照射形状の幅が、２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする前記請求項２５記載の加工方法。
前記基板上でのエネルギー線の照射領域の輪郭長が１８０μｍ以下であることを特徴とする請求項８，請求項９，請求項２５の何れかに記載の加工方法。
基板上に形成された加工膜の加工領域を選択的に加工する加工装置であって、
前記基板を保持する保持部と、
前記加工領域内に設定された各加工単位に対して、エネルギー線を照射する照射部と、
前記各加工単位に観察光を照明し、前記加工単位からの反射光強度を検出する検出部と、
検出された反射強度に応じて、各加工単位に照射するエネルギー線のエネルギー量を設定する設定部と、
この設定部で設定されたエネルギー量に応じて、各加工単位に前記照射部から照射されるエネルギー線のエネルギー量を制御する制御部とを具備してなることを特徴とする加工装置。
基板を保持する保持部と、
前記基板の被加工膜の一部を除去させるエネルギー線を生成する照射部と、
前記エネルギー線の光路上に、前記エネルギー線の照射により前記被加工膜がアブレーションして生成されたガス体を観測する観測部と、
この観測部の観測結果に応じて、前記照射部から照射される前記エネルギー線の照射タイミングを制御する制御部とを具備してなることを特徴とする加工装置。
前記観測部は、前記ガス体の大きさを計測し、
計測された大きさが、所定値より小さい場合に前記照射部から前記エネルギー線を照射させることを特徴とする請求項２９に記載の加工装置。
前記観測部は、前記エネルギー線の照射領域の画像を取得する観察部と、
この観察部で取得された画像の階調変化から前記ガス体の大きさを計測する計測部とを具備してなることを特徴とすることを特徴とする請求項３０に記載の加工装置。
前記観測部は、前記ガス体の有無を判定し、
前記制御部は、前記ガス体が無いと判定された場合に、前記照射部から前記エネルギー線を照射させることを特徴とする請求項２９に記載の加工装置。
前記観測部は、前記エネルギー線の照射領域の画像を取得する観察部と、
この観察部で取得された画像の階調変化から前記ガス体の有無を検出する計測部とを具備してなることを特徴とすることを特徴とする請求項３２に記載の加工装置。
基板上に形成された被加工膜の被加工領域を選択的に加工する加工装置であって、
前記基板を保持する保持部と、
前記被加工領域内に設定された各加工単位に対して、発振周波数Ｚ（１／ｓｅｃ）、且つ前記被加工膜での照射領域の一方向の幅Ｗ（μｍ）のエネルギー線を照射する照射部と、
前記被加工膜の被加工領域上に、前記一方向に流速Ｖの液体を供給する供給部と、
前記発振周波数Ｚ，幅Ｗ，及び流速Ｖが、

の関係を満たすように、前記発振周波数Ｚ，幅Ｗ，及び流速Ｖの何れか一つを制御する制御部とを具備してなることを特徴とする加工装置。
前記制御部は、予め設定された前記発振周波数Ｚ，及び幅Ｗに応じて前記流速Ｖを制御することを特徴とする請求項３４に記載の加工装置。
前記制御部は、予め設定された前記流速Ｖ，及び幅Ｗに応じて前記発振周波数Ｚを制御することを特徴とする請求項３４に記載の加工装置。
基板上に形成された有機膜の被加工領域を選択的に加工する加工装置であって、
前記基板を保持する保持部と、
前記基板上での照射形状が前記被加工領域より小さく、発振周波数ｆ（１／ｓｅｃ）、且つ１パルスの当たりのエネルギー密度が前記有機膜を除去することができるエネルギー線を、前記基板に対して照射する照射部と、
前記エネルギー線の照射位置を前記基板に対して相対的に速度ｖで走査させる走査部と、
前記発振周波数ｆ及び速度ｖが、

の関係を満たすように、前記照射部及び走査部の少なくとも一方を制御する制御部とを具備してなることを特徴とする加工装置。
前記エネルギー線の照射位置の相対的な移動方向の前記照射形状の幅が、２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３７に記載の加工装置。
前記エネルギー線は、ランプ光、レーザ光、荷電粒子ビームのいずれかであることを特徴とする請求項２８，請求項２９，請求項３４，請求項３７の何れかに記載の加工装置。
前記レーザ光の光源にＱ−Ｓｗｉｔｃｈ　Ｎｄ　ＹＡＧレーザの基本波または高調波を用いることを特徴とする請求項３９に記載の加工装置。
前記基板の被加工領域上に液体を供給する液体供給器を更に具備してなることを特徴とする請求項２８，請求項２９，請求項３７の何れかに記載の加工装置。
前記エネルギー線の照射領域の画像を取得する観察部と、
この観察部で取得された画像から、被加工膜及び被加工膜の残渣の有無を判定し、判定結果に応じて前記エネルギー線の照射を制御する制御部をさらに具備してなることを特徴とする請求項２８，請求項２９，請求項３４，請求項３７の何れかに記載の加工装置。
前記エネルギー線の光路上に配置され、前記エネルギー線を成形し、前記基板上の周期的に配列された複数の位置にエネルギー線を照射する成形部を更に具備してなることを特徴とする請求項２８，請求項２９，請求項３４，請求項３７の何れかに記載の加工装置。
前記エネルギー線の光路上に、前記基板上でのエネルギー線の照射領域の輪郭長を１８０μｍ以下にする成形部を具備してなることを特徴とする請求項２９，請求項３４，請求項３７の何れかに記載の加工装置。