JPH115185A

JPH115185A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH115185A
Application number: JP9167868A
Authority: JP
Inventors: Norio Yoshida; 典夫吉田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高調波のレーザ光を用いた場合にも、加工レ
ーザのビーム位置を安定的にかつ高精度で検出すること
ができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】本レーザ加工装置は、パルスレーザの加
工光源１と、該光源から出射されたパルスレーザ光を被
加工部位に集光する照射光学系を有する。また、被加工
物８を走査するステージ１１と、該ステージ上に設置さ
れた計測用パターン９を有する。さらに、該計測用パタ
ーン９からの反射光を検出するセンサ６と、ステージ位
置検出器１０及び該センサ６からの信号を入力されて、
レーザ光のビーム位置を算出するビーム位置算出部１７
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を被加工
物に集光させて加工するレーザ加工装置に関する。特に
は、半導体デバイスの製造プロセス等において用いるの
に好適な、加工レーザのビーム位置を安定的かつ高精度
に検出することができ、加工精度の優れたレーザ加工装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスにおけるヒューズ加工を
例にとって説明する。半導体デバイスにおいては、ヒュ
ーズと呼ばれるレーザ光切断を予定した配線部分が設け
られることがある。例えばＤＲＡＭにおいては、設計・
製造時に各メモリセル列にヒューズを付設しておくとと
もに予備のメモリセル列を配置しておき、検査時に不良
が判明したメモリセル列のヒューズを切断することによ
り該セル列をデバイス中で隔離するとともに、予備のメ
モリセル列を不良列のアドレスに指定するためのヒュー
ズを切断することにより予備列に代替させ、ＤＲＡＭの
歩留り向上を図っている（特開平１−２２４１８９号参
照）。また、ゲートアレイにおいては、プログラムリン
クと呼ばれる回路中のヒューズの一部を切断し一部を選
択的に残すことにより、特定のプログラムをデバイス中
に造り込むことが行われている。前者をレーザリペア、
後者をレーザトリミングと呼ぶ。

【０００３】このような半導体デバイス中のヒューズ
は、一般的に、ポリシリコンやアルミニウムからなる細
い線（幅０．８〜１．５μm 、厚０．３〜１．０μm 、
切断部長さ３〜１０μm ）である。このヒューズにＹＡ
Ｇレーザ等の加工レーザ光源からのレーザ光を集光させ
て照射し、ヒューズを構成する物質を光エネルギによっ
て昇温蒸発させて除去することによりヒューズを切断す
る。なお、ヒューズは、通常、透明なＳｉＯ₂ 膜（０．
２〜０．５μm ）の下に形成されている。切断すべきヒ
ューズの位置データについては、不良部分を検査する別
装置であるテスターからのデータが、オンライン通信や
ＦＤなどのメディアを介してレーザリペア装置に入力さ
れる。レーザリペア装置では、ウェハをＸ−Ｙテーブル
上に載置して位置決めし、切断すべきヒューズの位置を
レーザ光の集光点に自動的に位置合わせしながらヒュー
ズを順次切断する。

【０００４】このようなレーザ加工装置におけるビーム
の位置は、基本的には照射光学系の光軸と同じ位置であ
る。しかし、アライメントレーザ光との位置関係が、温
度等各種条件により変化し、その結果ビーム位置と被加
工部位が数μm 程度変動することがある。上述の半導体
デバイスにおけるヒューズ加工のような高精度を要する
加工では、ビーム位置を計測してそのズレを補正した上
で、被加工部位がぴったりとビーム位置に来るようにウ
ェハステージを位置決めする必要がある。

【０００５】従来、このビーム位置計測は、金属の蒸着
膜からなる計測用パターンをステージ上に配置してお
き、この計測用パターンを連続光の加工レーザ光に対し
てスキャンさせ、パターンから反射する光を検出し、こ
の反射光信号とステージの位置信号を処理してビーム位
置を求めていた。信号処理のロジックは、ステージ位置
（座標）をパラメータとして反射光の強度を信号波形と
して描き、この波形をある閾値（スライスレベル）で切
り、波形と閾値と交点を２カ所（立上り、立下り）求
め、その交点の中間点をビーム（中心位置）としてい
た。

【０００６】ところで、レーザ加工装置において、加工
レーザ光を高調波とするために光学系に非線形結晶素子
を組み込むことがあった。例えばＹＡＧレーザの本来の
波長である１，０６４nm（赤外光）を２倍高調波として
波長５３２nm（可視光）としたり、３倍又は４倍高調波
として波長３５５nm又は２６６nm（紫外光）とすること
があった。このように高調波とするのは、波長を短くす
ることによりビーム径を小さくすることができ、加工ヒ
ューズの微細化に対応することが可能になるためであ
る。なお、短波長レーザとしては、ＫｒＦレーザ等のエ
キシマレーザを用いることも考えられるが、エキシマレ
ーザではガスを用いているため、装置のメンテナンスが
大変である。それに対して、ＹＡＧレーザ等を高周波変
調して用いれば装置のメンテナンスが楽という利点があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、高調波の連
続光レーザ光は、非線系結晶素子による高調波への変換
効率が極端に悪いので、レーザ出力が極端に小さくな
る。そのため、反射光が弱くなってパターン位置検出信
号のＳ／Ｎ比が下がり、ビーム位置の高精度測定が困難
になるという問題点があった。

【０００８】本発明は、高調波のレーザ光を用いた場合
にも、加工レーザのビーム位置を安定的にかつ高精度で
検出することができ、加工精度の優れたレーザ加工装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ加工装置は、パルスレーザの加工
光源と、該光源から出射されたパルスレーザ光を被加
工部位に集光する照射光学系と、被加工物をパルスレ
ーザ光に対して走査するステージと、該ステージの位
置検出器と、該ステージ上であって、上記被加工部位
と実質的に同一の走査平面上に設置された、レーザ光を
反射する計測用パターンと、該計測用パターンからの
反射光を検出するセンサと、上記ステージ位置検出器
及び該センサからの信号を入力されて、レーザ光の集光
点（ビーム位置）を算出するビーム位置算出部と、を
備えることを特徴とする。

【００１０】連続光ではなくパルスレーザを使用するこ
とでＳ／Ｎ比の高い反射光信号が得られる。そしてこの
信号から信号波形の近似曲線を導出する等の処理を行
い、その後は従来同様に処理することによりビーム位置
を精度良く計測することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の１実施例に係るレーザ加工装置の
全体構成を示すブロック図である。図１のレーザ加工装
置は、加工レーザ光源１、可変アパーチャ３、対物レン
ズ７等からなる加工レーザ照射光学系と、観察光源１
４、対物レンズ７、ＣＣＤカメラ１５等からなる観察光
学系とを有する。加工レーザ光源１は、ＹＡＧレーザ等
のレーザ光源であり、出口部に非線形結晶素子１ａを組
み込んで高調波としてある。

【００１２】加工レーザ光源１から出射されたレーザ光
Ｌ１は、光量可変部２に入射する。光量可変部２には、
透過率の異なる複数のＮＤフィルタが装備されており、
これらのフィルタを選択的に光路に介在させることによ
りレーザ光量が調整される。光量可変部２を出たレーザ
光は、可変アパーチャ３に入射し、同アパーチャ３で断
面形状が整形される。光量可変部２及び可変アパーチャ
３は、いずれも制御部１２にコントロールされる。

【００１３】可変アパーチャ３を出たレーザ光は、加工
光学系と観察光学系の光軸の交点に配置されているダイ
クロイックミラー４に当って下方に反射される。ダイク
ロイックミラー４から反射したレーザ光は、ダイクロイ
ックミラー４の下に配置されているハーフミラー５を通
過し、次に対物レンズ７に入射し、同レンズ７によって
被加工物（ウェハ）８上の加工点に集光される。

【００１４】被加工物であるウェハ８は、ステージ１１
上に載置されている。ステージ１１は、制御部１２の指
令によって、光軸方向（Ｚ方向）及び光軸直角面内
（Ｘ、Ｙ、θ方向）において走査される。なお、加工レ
ーザ光のフォーカス調整はステージ１１のＺ方向移動に
より行う。ステージ１１の位置は、干渉測長計であるス
テージ位置検出器１０によって±０．０５μm の高精度
で測定される。

【００１５】ステージ１１の左端部にはエネルギメータ
１８が置かれている。エネルギメータ１８にレーザビー
ムを当ててレーザエネルギがモニタされ、制御部１２
は、予めわかっている被加工物８に適切な所定のエネル
ギになるように光量可変部２を調整し照射エネルギの設
定を行う。

【００１６】次に、図１のレーザ加工装置における観察
光学系について説明する。このレーザ加工装置は、ハロ
ゲンランプ等の観察光源１４を備える。同光源１４から
出射された観察光Ｌ２は、ハーフミラー１３に当って下
方に反射され、前述のダイクロイックミラー４、ハーフ
ミラー５及び対物レンズ７を通って被加工物８を照明す
る。被加工物８から反射した観察光は、対物レンズ７、
ハーフミラー５、ダイクロイックミラー４、ハーフミラ
ー１３を通過してＣＣＤカメラ１５の光電変換面に達
し、同面に被加工物表面の像を結像する。被加工物表面
の像はＴＶモニタ１６に表示されるとともに、図示せぬ
画像処理装置で処理されてアライメント等の用に供され
る。

【００１７】次にレーザ照射位置（ビーム位置）の測定
について説明する。前述のハーフミラー５の右方にはビ
ーム位置測定用の光量センサ６が配置されている。この
光量センサ６は、加工レーザ光の反射光を、対物レンズ
７及びハーフミラー５を介して受け、その光量を検出す
る。また、ステージ１１の右端部上面には計測用パター
ン９が配置されている。計測用パターン９のステージ１
１上の高さは被加工物８の上面（被加工面）の高さと同
じである。すなわち、計測用パターン９は、被加工面と
Ｚ方向高さの等しい同一走査平面上にある。

【００１８】ビーム位置測定におけるビーム走査につい
て説明する。まず、ステージ１１を駆動させ、計測用パ
ターン９に加工ビームが照射されるように、同パターン
９を対物レンズの下に移動する。次に加工レーザ光源１
からパルスレーザを発振させながら、ステージ１１を動
かしてレーザ加工ビームに対して計測用パターン９を
Ｘ、Ｙ方向にスキャンさせる。その反射光は、対物レン
ズ７、ハーフミラー５を介して光量センサ６に入射し、
反射光の光量がモニタされる。また、この時のステージ
１１の位置もステージ位置検出器１０によってモニタさ
れる。これらのセンサと検出器の反射光信号及びステー
ジ位置信号は、制御部１２内のビーム位置算出部１７に
送られる。

【００１９】図２に、加工用レーザに対し計測用パター
ン９をスキャンしたときの出力信号波形及びビーム位置
の算出手法の例を説明するためのグラフを示す。各グラ
フにおいて、横軸はステージ位置、縦軸は反射光光量を
示す。図２（ａ）は、光量の棒グラフである。ビームと
パターンとが重なり始めた位置で光量が立ち上がり、両
者が完全に合致している範囲でフラットな最大光量が得
られ、重なりが少なくなると光量が下がっている。

【００２０】次に、図２（ａ）の棒グラフのピーク値を
プロットしたのが図２（ｂ）である。なお、このような
グラフが実際にビーム位置算出部１７で描かれる訳では
なく、光量センサ６よりの信号はＡ／Ｄ変換され数値的
な処理が施され、ここで説明するロジックに基づいてビ
ーム位置を求める。

【００２１】図２（ｃ）は、図２（ｂ）のピーク値の立
ち上がり部分を拡大して示す。ここでは立ち上がり部に
おける６点のピーク値がプロットされている。さらに、
それらの６点をつなぐ近似曲線５１が実線で描かれてい
る。この近似曲線５１の決定の仕方は次のとおりであ
る。近似曲線は次数ｎとすると以下の式で表わされる。ｙ＝ａ_n ｘⁿ ＋ａ_n-1 ｘ^n-1 ＋………＋ａｘ＋ｂ（ｎ≧２）したがって、ａ_n 、ａ_n-1 ………ａ、ｂの未知の値を求
めるには、以下のようにｎ＋１個のサンプルが必要であ
る。（例）

【００２２】次に、この近似曲線５１とスライスレベル
（閾値）５３との交点を求める。スライスレベル５３の
光量は、計測用パターンから反射される最大光量の５０
％程度に設定する。そして、その交点の座標位置Ｘ１を
読み取る。

【００２３】図２（ｄ）は、立ち上がり部・立ち下がり
部の近似曲線を含む信号波形である。ここで、立ち下が
り部の近似曲線５５の求め方は、前述の立ち上がり部の
近似曲線５１の求め方と同じである。近似曲線５５とス
ライスレベル５３との交点の座標位置はＸ２である。次
に、Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）÷２で信号波形の中心の座標位
置Ｘを求め、これをビーム位置とする。なお、このよう
な操作をＹ座標についても行いビーム位置の算出を完了
する。次に、ビーム位置とウェハステージとの座標補正
を行った後、切断すべきヒューズの位置をレーザ光の集
光点に自動的に位置合わせしながらヒューズを順次切断
する。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高調波のレーザ光を用いた場合にも加工レー
ザのビーム位置を安定的にかつ高精度で検出することが
でき、加工精度の優れたレーザ加工装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係るレーザ加工装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図２】加工用レーザビームに対し計測用パターンをス
キャンしたときの出力信号波形の例、及び、ビーム位置
の算出手法の例を示すグラフである。

【符号の説明】

１レーザ光源１ａ非線形結晶
素子２光量可変部３可変アパーチ
ャ４ダイクロイックミラー５ハーフミラー６光量センサ７対物レンズ８被加工物９計測用パター
ン１０ステージ位置検出器１１ステージ１２制御部１３ハーフミラ
ー１４観察光源１５ＣＣＤカメ
ラ１６ＴＶモニタ１７ビーム位置
算出部５１、５５近似曲線５３スライスレ
ベル（閾値）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルスレーザの加工光源と、該光源から出射されたパルスレーザ光を被加工部位に集
光する照射光学系と、被加工物をパルスレーザ光に対して走査するステージ
と、該ステージの位置検出器と、該ステージ上であって、上記被加工部位と実質的に同一
の走査平面上に設置された、レーザ光を反射する計測用
パターンと、該計測用パターンからの反射光を検出するセンサと、上記ステージ位置検出器及び上記センサからの信号を入
力されて、レーザ光の集光点（ビーム位置）を算出する
ビーム位置算出部と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。