JP2004106048A - Processing method and processing apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damages on a substrate of a film to be processed when depositing the film using the energy ray. <P>SOLUTION: A processing apparatus to selectively process a processing area of a processed film formed on a substrate comprises a holding unit to hold the substrate, an irradiation unit to irradiate the energy ray to each processing unit set in the processing area, a detection unit to illuminate observation light on each processing unit and detect the intensity of the reflected light from the processing unit, a setting unit to set the energy quantity of the energy ray to be irradiated on each processing unit according to the detected intensity of reflection, and a control unit to control the energy quantity of the energy ray irradiated on each processing unit from the irradiation unit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing method and a processing apparatus for selectively processing a film formed on a substrate.
[0002]
[Prior art]
Generally, as the miniaturization of semiconductor elements progresses, high precision of alignment technology with the lower layer is essential in the lithography process. In the past, when performing alignment for aligning the position of the pattern already formed on the substrate and the pattern to be exposed, a dedicated scope for detecting the alignment mark position has been used. However, in this method, since there is always an offset between the alignment scope and the exposure axis, the alignment scope and the exposure axis are displaced due to thermal drift or the like, and alignment mark position misalignment occurs. For this reason, as the miniaturization of semiconductors has progressed, there has been a problem that the size of alignment misalignment greatly affects the yield of the chip.
[0003]
Further, when an opaque film is formed on the alignment mark, the contrast of the alignment light is small, and sufficient alignment accuracy cannot be obtained.
[0004]
In order to solve this problem, a method of selectively removing the opaque film formed on the alignment mark by laser irradiation before the alignment process has been proposed. However, this method has a problem that a fatal defect occurs in which a film located under the ablation removal film is damaged during laser processing.
[0005]
As a means for overcoming damage, Patent Document 1 discloses that an energy amount for completely removing a resist is obtained in advance without damaging a mark or a base, and laser light is irradiated by adjusting to this energy amount. It is described that. However, irradiation by this method has a small allowable margin of energy, resulting in processing defects such as a resist film remaining due to fluctuations in laser energy and the underlying layer being damaged. This problem can also be avoided by adjusting the irradiation energy to the level of energy at which the film to be processed is ablated, but the processing time is enormous and the productivity is lowered.
[0006]
The problem of base damage is not limited to the processing of the alignment mark region described above. When a pattern of about several μm is to be formed by ablation, such as in the formation of a pad, it has always occurred.
[0007]
In addition, a large number of pinholes and particles are generated at the periphery of the processing area during optical processing, and the film to be processed peels off at the boundary of the processing area. Decreasing is a problem.
[0008]
In a semiconductor device, a resist, a resin, a metal thin film (such as an aluminum alloy or a copper (Cu) film), an insulating film (SiO2) is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si). ₂ Film or Si ₃ N ₄ However, since optical processing mainly uses ablation (melting or evaporation by heating), there has been a problem that light irradiation damage occurs around the light irradiation region.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-77188
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there has been a fatal problem that base damage occurs when a film to be processed in a region to be processed is selectively processed.
[0011]
An object of the present invention is to provide a processing method and a processing apparatus capable of reducing damage to a base of a film to be processed or a periphery of a processing area when processing the film to be processed using energy rays.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) According to the present invention, there is provided a processing method for performing processing for selectively removing or reducing a film thickness of a film to be processed formed on a substrate by irradiating an energy beam for each processing unit. Determining the intensity distribution of the reflected light from the film to be processed; determining the amount of energy rays to be applied to each processing unit from the reflected light intensity; and determining for each processing unit And sequentially irradiating the energy rays based on the applied irradiation energy amount.
[0013]
(2) A processing method according to the present invention, in which an energy ray is irradiated for each processing unit, and a processing region of a processing film formed on a substrate is selectively removed or the film thickness is reduced. A step of obtaining an intensity distribution of reflected light from the film to be processed, a step of classifying each of the regions having substantially the same reflected light intensity from the image information, a step of setting a processing unit according to the classified region, and a reflection Determining the amount of energy of the energy beam irradiated to each processing unit according to the light intensity, and sequentially irradiating the energy beam based on the determined energy amount to each processing unit. Features.
[0014]
(3) According to the present invention, a processing method for performing processing for selectively removing or reducing a film thickness of a processing film formed on a substrate by irradiating an energy beam for each processing unit, Irradiating an energy beam to a substrate processing unit; observing a gas body generated by irradiation of the energy beam on an optical path of the energy beam; and measuring a size of the gas body; In the case where the size of the gas body is smaller than a specified value, the substrate is irradiated with the next energy beam.
[0015]
(4) According to the present invention, the processing region where the liquid flows on the surface of the substrate is irradiated with an energy ray having a width W in the direction of the liquid flow at the oscillation frequency Z to selectively select the processing region. The processing method for performing processing for removing or reducing the film thickness is as follows. The flow velocity V (μm / sec), width W (μm) and oscillation frequency Z (1 / sec) of the liquid are as follows:
[Equation 5]

It is set so that it may satisfy | fill.
[0016]
(5) According to the present invention, the processing method for selectively removing or reducing the film thickness of the organic film processing region formed on the substrate has an irradiation shape on the substrate that is higher than that of the processing region. Irradiation position of the energy beam to the substrate while irradiating a small energy beam on the condition that the oscillation frequency f (1 / sec) and the energy density per pulse can remove the organic film Is relatively scanned at a speed v (μm / sec), and the oscillation frequency f and the speed v are
[Formula 6]

It is characterized by satisfying the relationship.
(6) According to the present invention, a processing apparatus for selectively processing a processing region of a processing film formed on a substrate includes a holding unit that holds the substrate, and each of the processing regions set in the processing region. An irradiation unit that irradiates an energy ray with respect to a processing unit, a detection unit that detects a reflected light intensity of each processing unit, and an energy amount of an energy ray that is applied to each processing unit according to the detected reflection intensity And a control unit for controlling the energy amount of the energy beam irradiated from the irradiation unit in each processing unit according to the energy amount set in the setting unit. And
[0017]
(7) According to the present invention, a holding unit that holds a substrate, an irradiation unit that generates an energy beam for removing a part of the film to be processed, and the energy beam on the optical path of the energy beam by the irradiation of the energy beam. An observation unit for observing a gas body generated by ablation of a film to be processed, and a control unit for controlling the irradiation timing of the energy beam emitted from the irradiation unit according to the observation result of the observation unit It is characterized by becoming.
[0018]
(8) A processing apparatus for selectively processing a processing region of a processing film formed on a substrate according to the present invention, wherein the processing device is set in the processing region and a holding unit that holds the substrate. In addition, for each processing unit, an irradiation unit that irradiates an energy beam having an oscillation frequency Z (1 / sec) and a width W (μm) in one direction of an irradiation region in the processing film; A supply unit for supplying a liquid having a flow velocity V in one direction on the work area, the oscillation frequency Z, the width W, and the flow velocity V are as follows:
[0019]
[Expression 7]

And a control unit that controls any one of the oscillation frequency Z, the width W, and the flow velocity V.
[0020]
(9) A processing apparatus for selectively processing a region to be processed of an organic film formed on a substrate according to the present invention, wherein a holding unit for holding the substrate and an irradiation shape on the substrate are An irradiation unit that irradiates the substrate with an energy beam that is smaller than the region to be processed, has an oscillation frequency f (1 / sec), and an energy density per pulse that can remove the organic film, and the substrate A scanning unit that relatively scans the irradiation position of the energy beam at a speed v (μm / sec);
The oscillation frequency f and speed v are
[0021]
[Equation 8]

At least one of the irradiation unit and the scanning unit is controlled so as to satisfy this relationship.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, the configuration of the laser processing apparatus will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the optical processing apparatus 200 includes a laser optical system 210, an observation system 220, a laser processing unit 230, a gradation / color tone classification unit 251, a film structure identification unit 252, and an energy amount setting unit 253. To do. First, the configuration of the laser optical system 210 will be described.
[0023]
The laser optical system 210 includes a laser oscillator 211, a laser oscillator control unit 212 that controls the laser oscillator 211, an optical system 214, a half mirror 217, and a condenser lens 216.
[0024]
The laser beam 213 emitted from the laser oscillator 211 is sequentially transmitted through the optical system 214, the light shape shaping unit 215, the half mirror 217, and the condenser lens 216 for shaping the beam shape to the size of each irradiation unit, and the laser processing unit. The processed surface 100 a of the substrate 100 installed in 230 is irradiated. An observation system 220 is inserted between the optical shape molding part 215 and the condenser lens 216.
[0025]
As the laser oscillator 211, for example, a Q-Switch Nd-YAG laser oscillator is used. Laser light oscillated from the Q-Switch Nd-YAG laser oscillator includes a fundamental wave (wavelength 1064 nm), a second harmonic wave (wavelength 532 nm), a third harmonic wave (wavelength 355 nm), and a fourth harmonic wave (wavelength 266 nm). )including. From these wavelengths, the wavelength absorbed by the film to be removed is selected, and the substrate 100 is irradiated with laser light of any wavelength.
[0026]
Further, the pulse width of the laser beam 213 emitted from the laser oscillator 211 is set to about 10 nsec. The laser oscillator 211 can oscillate laser light at an oscillation frequency in the range of several Hz to 10 kHz. Control of oscillation control of the laser beam 213 of the laser oscillator 211 is performed by a laser oscillator control unit 212.
[0027]
The observation system 220 includes an observation light source 223 that emits light for observing the surface of the substrate 100, a half mirror 222, and a CCD camera 222. The observation system 220 detects the processing position on the substrate 100, the irradiation position, and the processing status as image information via the CCD camera 222.
[0028]
The optical image formed by the optical system and light shape control unit 215 passes through the condenser lens 216 and is irradiated onto the processing surface 100 a of the substrate 100. The observation system 220 includes an observation light source 223, a half mirror 224 for irradiating a processing surface with observation light from the observation light source 223, and a CCD camera 222. The CCD camera 222 observes the observation light reflected from the processing surface. The CCD camera 222 observes light emitted from the surface of the processed surface of the substrate after the substrate is irradiated with the laser beam 213. The observation system 220 detects the processing position on the substrate 100, the irradiation position, and the processing status as image information via the CCD camera 222.
[0029]
This observation system 220 can be used to adjust the alignment of the laser light irradiation position. In the process of laser light irradiation, the state of processing is sequentially recognized, and a processing area is extracted from the image, and the irradiation amount is adjusted by judging the progress of processing. For example, the irradiation amount is reduced at a portion where processing is fast, and the irradiation amount is increased at a portion where processing is slow. Also, it recognizes whether or not the processing is finished. Recognition of the end of processing can be performed by taking a difference between images, and processing can be controlled such that the processing ends when the difference between images in the region to be processed becomes almost zero.
[0030]
The observation system 220 also has a particle detection mechanism that observes the processing region of the substrate 100 and counts particles. Particle detection can be obtained by calculating the number of pixels in a specific gradation range from the reflected light received by the CCD pixels. Furthermore, from the extracted pixel position information,
1) If it is adjacent vertically and horizontally, consider it as one lump and determine the number of defects.
2) The number of defects is determined by assuming that the blocks are adjacent to each other vertically and horizontally and obliquely, as a single lump.
[0031]
Defects can also be extracted by the algorithm.
[0032]
The particle detection mechanism compares the calculated number of defects with the minimum number of defects registered in advance, and issues a command to continue processing within a desired area if the number of detected defects exceeds the minimum number of defects. . If the number of defects is less than or equal to the number of defects, it can be controlled to issue a command to move to the next work area.
[0033]
Also, the image is stored before and after the laser irradiation, the difference is taken, the difference becomes almost zero, and the processing of the processing area is stopped when the processing film and the processing film are not left, otherwise the processing is stopped. Control is performed so as to continuously process the region to be processed.
[0034]
Next, the laser processing unit 230 will be described. The holder 231 has a shape like a tray in which a dam for storing the liquid 239 is disposed in the peripheral portion. In the region to be processed of the substrate 100, heat generated by laser light irradiation in the vicinity of the laser light irradiation region can be taken away by the liquid 239. Further, the momentum of the evaporant generated by the laser light irradiation can be reduced by the liquid 239. As the liquid 239, pure water and an aqueous ammonia solution can be used practically. Basically, the laser light irradiation region of the processed surface 100a of the substrate 100 may be immersed in the liquid. In the present embodiment, the entire processed substrate is immersed in the liquid in order to take away a lot of heat and further reduce the momentum of the evaporated material.
[0035]
Note that the planar shape of the holder 231 can be changed as appropriate in accordance with the shape of the substrate to be placed. For example, when mounting a circular processed substrate such as a semiconductor wafer, a planar circular holder can be used. In addition, when a rectangular workpiece such as a quartz glass substrate or a printed wiring board used in a liquid crystal display device is placed, a planar rectangular holder can be used. Of course, a circular processed substrate such as a semiconductor wafer may be placed on a flat rectangular holder.
[0036]
A stage 232 on which the substrate 100 can be placed and held is installed at the center of the holder 231. The substrate 100 is rotated by a rotation mechanism 233 connected to the stage 232, and the rotation angle of the rotation of the substrate 100 is controlled by a sensor 235 and a rotation control mechanism 234. In the present embodiment, the rotation mechanism 233 is connected to the drive mechanism 242, and the irradiation position of the laser beam is changed by moving the holder 231 in the horizontal direction and the vertical direction. The rotation mechanism 233 and the drive mechanism 242 can reduce the size of the laser processing system, such as reducing the size of the condenser lens 216.
[0037]
The holder 231 further includes a window 236 that covers a liquid that immerses the processed surface of the substrate 100 and is transparent to laser light. Laser light 213 oscillated from the laser oscillator 211 passes through each of the window 236 and the liquid 239 and is irradiated onto the processing surface 100 a of the substrate 100.
[0038]
Furthermore, a liquid fluidizer 237 for causing the liquid 239 stored in the holder 231 to flow is provided. The liquid fluidizer 237 which is basically a pump is connected to the holder 231 through pipes 238a and 238b, and circulates the liquid 239. That is, the liquid 239 is circulated by the circulation of the liquid 239 by the liquid fluidizer 237, and bubbles generated in the laser light irradiation region can be continuously removed by the laser light irradiation. Furthermore, the liquid is circulated in a constant direction at a constant flow rate, so that irregular irregularities are not generated in the laser beam. The liquid fluidizer 237 may be driven at least when laser processing is actually performed. Further, the direction of flow relative to the direction of relative movement between the substrate 100 and the laser beam can be controlled.
[0039]
Furthermore, this apparatus is provided with a piezoelectric element 240 disposed on the back surface of the holder 231 and a piezoelectric element drive control circuit 241 for controlling the driving of the piezoelectric element 240. The piezoelectric element 240 can apply ultrasonic vibration to the liquid 239 in at least the laser beam irradiation region of the processing surface 100a of the substrate 100 to remove bubbles generated by the laser light irradiation. The liquid flow rate and flow direction can be controlled.
The configuration of the observation optical system will be described below. The image information acquired by the CCD camera 222 is sent to the gradation / color tone classification unit 251. The gradation / color tone classification unit 251 first identifies a processing area from an image. The gradation and color tone (gradient wavelength dispersion) in the identified processing region are obtained. Then, grids (pixels) having substantially the same gradation or color tone are grouped. Here, grouping the gradation or color tone of the image is the same as obtaining the intensity distribution of the reflected light from the substrate.
[0040]
The gradation / tone information of each grid or each group is sent to the film structure identification unit 252. The film structure identification unit 252 includes a correspondence table of color tone / gradation and film structure obtained in advance. The film structure identification unit 252 compares the color tone / gradation information of each grid or each group unit with the correspondence table. The film structure identification unit 252 allocates a film structure for each group based on the correspondence table. The film structure information includes at least information on the film thickness and complex refractive index. Furthermore, data on the damage occurrence lower limit energy amount may be included.
[0041]
The energy amount setting unit 253 determines an energy amount for each irradiation region (processing unit) for each irradiation unit based on the film structure information.
The laser oscillator control unit 212 controls the power supplied to the laser oscillator 211 based on the energy amount information and the irradiation position information.
[0042]
Note that the irradiation position of the laser light is detected based on information from the sensor 235 and the rotation control mechanism 234. The irradiation position of the laser beam may be detected based on the image information acquired by the CCD camera 222.
[0043]
In this apparatus, a laser light source is used as a processing light source. However, the present invention is not limited to this, and the wavelength to be absorbed by the film to be processed can be reduced by a desired process, that is, the film thickness can be reduced or the film can be removed. Anything that is capable may be used. For example, when an organic film or an inorganic film has absorption in the visible region or the ultraviolet region, a decrease in film thickness has been confirmed by condensing and using a tungsten lamp. Further, it may be a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam.
[0044]
The invention relating to this device relates to underwater processing, but is not limited thereto. When the substrate to be processed is processed in the atmosphere, it can be processed with the apparatus configuration as shown in FIG. In FIG. 2, the same number is assigned to the same mechanism. The object of the present invention can also be achieved by using the apparatus in the form of FIG. 2 or the stage part in the chamber even in the process under pressure and the process under reduced pressure.
[0045]
(Second Embodiment)
In this embodiment, an example of processing using the apparatus described in the first embodiment will be described.
[0046]
An antireflection film layer (complex refractive index = n) having a film thickness of 56 nm on a wafer having a diameter of 300 mm in the process of forming a semiconductor. ₁₂ -K ₁₂ i: i is an imaginary unit) and a uniform resist film having a film thickness of 400 nm (complex refractive index = n ₁₁ -K ₁₁ i: i is an imaginary unit). The wafer is processed using the laser processing apparatus shown in FIG.
[0047]
First, the light intensity from the observation light source and the detection sensitivity of the CCD camera are corrected. Correction is performed by irradiating a standard sample whose surface (not shown) is mirror-polished with light from the observation light source, receiving the reflected light with a CCD camera, and observing the detection gradation of the CCD camera to a predetermined value. This is done by adjusting the light amount of the light source or adjusting the gain of the CCD camera.
[0048]
After the observation system is corrected, the wafer 100 is placed on the stage 232 in the holder 231. Ultra pure water is supplied to the upper surface of the wafer 100 by the liquid fluidizer 237. At the stage where the holder 231 is completely filled with ultrapure water, an image around the processing area is acquired by the CCD camera 222. The region to be processed in this embodiment is an alignment mark region. As the CCD camera 222, a camera capable of acquiring black and white 256 gradation images was used. The image observed by the CCD camera 222 is sent to the gradation / color tone classification unit 251.
[0049]
FIG. 3 shows an outline of an image observed by the CCD camera 222 (set to gray scale). The gradation / tone classification unit 251 evaluates gradation from an image. In the case of the present embodiment, the gradation in the second region 302 where the alignment mark is formed is 167. The gradation of the first region 301 is 56. In FIG. 3, reference numeral 300 indicates a region to be processed.
[0050]
This gradation information is then sent to the film structure identification unit 252. The transferred data array is, for example, (x-direction irradiation origin, y-direction irradiation origin, x-direction irradiation width, y-direction irradiation width, gradation). This data is data in which a plurality of gradations are grouped based on gradation information possessed by each grid (pixel). The x-direction irradiation width and the y-direction irradiation width are irradiation units (processing units) determined in advance by the apparatus, and are fixed values. The shape of the irradiation unit is strip (slit) or dot (dot) with respect to the work area.
Note that the slit shape here is a shape in which the longitudinal direction of the irradiation shape is substantially equal to one side of the processing region and the width in the direction orthogonal to the longitudinal direction is shorter than the other side of the processing region. It points to that. The dot-shaped irradiation shape means that the two widths in the direction perpendicular to the irradiation shape are both shorter than the width in the direction perpendicular to the region to be processed.
[0051]
The film structure search means determines the film structure using a correspondence table as shown in Table 1, for example.
[0052]
[Table 1]

[0053]
In Table 1, for example, the film structure 1A has a four-layer structure. As shown in FIG. 4A, the film structure 1A includes a resist film (layer 1) 401, an antireflection film (layer 2) 402, and base layers 405 (layer 3) and 406 (layer 4). Yes. Although only the complex refractive index is shown in the correspondence table, the film thickness information is actually attached.
[0054]
As shown in FIG. 4B, the film structure 1B includes a three-layer resist film 401 (layer 1), an antireflection film 402 (layer 2), an underlayer 408 (layer 3), 409 (layer 4), 410 (layer 5) and 406 (layer 6). In the film structure B, the uppermost layer of the base layer is 408 (layer 3). As shown in FIG. 4C, the film structure C includes a three-layer resist film 401 (layer 1), 403 (layer 2), 404 (layer 3), and a base layer 405 (layer 4), 406 (layer 5). The uppermost layer of the base layer is the base layer 405.
[0055]
Based on this information, the first region 301 was identified as the film structure 1B, and the second region 302 was identified as the film structure 1A. Also, from this correspondence table, the maximum value of energy irradiation for the first region 301 is 0.4 J / cm. ² / Shot, the maximum value of energy irradiation for the second region 302 is 0.6 J / cm ² It can be seen that it is / shot. In Table 1, the lower energy limit is the energy required for film removal. The lower energy limit of the film structure 1A is larger than that of the film structure 1B because the film structure 1A has less light absorption at the film base to be processed and less heat generation at the base.
[0056]
And the energy amount setting part 253 sets the optimal irradiation energy amount for every irradiation area | region (processing unit) from the energy upper limit and lower limit described in Table 1, and the optical constant of a film | membrane. When the energy is amplified by multiple interference, an energy amount smaller than the value in the table is assigned, and conversely, when canceled, an energy amount larger than the value in the table is assigned. The lower limit of the energy amount is an energy amount that makes it difficult to process the film to be processed. Of course, a larger amount of energy is allocated.
[0057]
The energy amount setting unit 253 takes the irradiation energy amount into the first region 301 into consideration as 0.3 J / cm as shown in FIGS. ² Set to / shot. The energy amount setting unit 253 sets the irradiation energy amount to the second region 302 to 0.5 J / cm. ² Set to / shot. Ablation is performed for each processing unit according to the energy amount thus set. According to the processing method shown in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the first region 301 and the second region 302 can be processed with appropriate energy.
[0058]
For example, the laser energy is 0.35 J / cm regardless of the first and second regions. ² Consider the case where / shot is set. In this case, the stability of the irradiation energy is poor, and when the irradiation energy is reduced, a film residue is generated in the second region 302, and when the irradiation energy is increased, damage is caused in the first region 301, resulting in many processing defects ( 8 and 9).
[0059]
As in the processing method shown in the present embodiment, by performing ablation while changing the irradiation energy depending on the configuration of the base, processing could be realized in a good state with no film residue and no damage.
[0060]
By exposing the alignment mark by this processing, the alignment can be performed strictly. Therefore, the gate dimension can be further reduced, and an LSI capable of high-speed processing can be manufactured. As described above, the semiconductor device manufactured by using the present technology can increase the processing speed, and the margin for alignment can be set small, so that the chip area can be reduced.
[0061]
In this embodiment, a gray scale CCD camera is used as the observation optical system. However, the present invention is not limited to this, and a color type video camera may be used.
[0062]
Further, the correspondence table is not limited to the format shown in Table 1, and any format may be used as long as information necessary for processing is stored.
[0063]
(Third embodiment)
An antireflection film layer having a thickness of 300 nm (complex refractive index = n ₂₄ -K ₂₄ i: i is an imaginary unit) and a 90-nm-thick SOG layer (complex refractive index = n ₂₃ -K ₂₃ i: i is an imaginary unit), uniform resist film having a film thickness of 400 nm (complex refractive index = n ₂₁ -K ₂₁ i: i is an imaginary unit).
[0064]
The wafer 100 is placed on the stage 232. An image around the processing area is acquired by the CCD camera 222 (RGB). The region to be processed in this embodiment is an alignment mark region. As the CCD camera 222, a camera capable of acquiring RGB images of 256 gradations was used. The image observed by the CCD camera 222 is sent to the gradation / color tone classification unit 251 to evaluate gradation.
[0065]
FIG. 10 shows a captured image. The tone color tone information is assigned to the area divided by the grid in FIG. The area within the dotted line is the work area 500. The gradation / tone in the second area (mark part) 502 is (R, G, B) = (150, 93, 201). The gradation / tone in the first area 501 is (R, G, B) = (32, 100, 87). This information is then sent to the membrane structure retrieval means. The data array transferred here is, for example, (x-direction irradiation origin, y-direction irradiation origin, x-direction irradiation width, y-direction irradiation width, R gradation, G gradation, B gradation). The above-mentioned data is data grouped according to gradation based on gradation information possessed by each region. For the x-direction irradiation width and the y-direction irradiation width, the (R, G, B) gradations of adjacent regions are compared, and those whose differences are within ± 5 are regarded as the same group and grouped. Is the irradiation width in the x and y directions of the strips or dots when further divided into strips (slits) or dots (dots). The film structure search means determines the film structure using a correspondence table as described in Table 2, for example.
[0066]
[Table 2]

[0067]
In Table 2, for example, the film structure 2A has a four-layer structure. As shown in FIG. 11A, the film structure 2A includes a three-layer resist film 601 (layer 1), an antireflection film 602 (layer 2), and underlying layers 605 (layer 3) and 606 (layer 4). It is composed of Although only the complex refractive index is shown in the correspondence table, the film thickness information is actually attached.
[0068]
As shown in FIG. 11B, the film structure 2B includes a three-layer resist film 601 (layer 1), an SOG film 603 (layer 2), an antireflection film 604 (layer 3), and a base layer 608 (layer 4). ), 609 (layer 5), 610 (layer 6), and 606 (layer 7). As shown in FIG. 11C, the film structure 2C includes a resist film 601 (layer 1), an SOG film 603 (layer 2), an antireflection film 604 (layer 3), an underlayer 605 (layer 4), and 606 ( Layer 5).
[0069]
Based on this information, the first region 501 was determined as the film structure 2B, and the second region 502 was determined as the film structure 2C. From Table 2, the upper limit value of the irradiation energy amount for the first region 501 is 0.4 J / cm. ² / Shot, the maximum value of energy irradiation to the second region 502 0.7 J / cm ² It can be seen that it is / shot. Here, the upper limit value of the irradiation energy amount is registered as energy for vaporizing only the antireflection film in the film structures 2B and 2C. The lower limit value of the irradiation energy amount is energy necessary for removing the film to be processed. The lower limit of the irradiation energy amount of the film structure 2C is larger than that of the film structure 2B. This is because in the film structure 2C, light absorption at the base of the film to be processed is small and the amount of heat generated at the base is small.
[0070]
The energy amount setting unit 253 first sets an irradiation region (processing unit) based on the group classified according to the gradation / tone. When the size of the group area is larger than the irradiation area, the group area is divided into strip-shaped or dot-shaped areas smaller than the irradiation area. For example, as shown in FIG. 12, first irradiation areas 511 a to 511 g and second irradiation areas 512 a to 512 d are set as irradiation areas in the processing area 500.
[0071]
Then, the energy amount setting unit 253 sets an optimum irradiation energy amount for each irradiation region (processing unit) from the upper and lower energy limits and the optical constant of the film described in Table 2. When the energy is amplified by multiple interference, an energy amount smaller than the value in the table is assigned, and conversely, when canceled, an energy amount larger than the value in the table is assigned. The lower limit of the energy amount is an energy amount that makes it difficult to process the film to be processed. Of course, a larger amount of energy is allocated.
[0072]
The energy amount setting unit 253 sets the energy amount of the first irradiation regions 511a to 511g to 0.3 J / cm. ² Set to / shot. The energy amount setting unit 253 sets the energy amount of the second irradiation regions 512a to 512d to 0.5 J / cm. ² Set to / shot. Ablation is performed for each processing unit according to the energy amount thus set. According to the processing method shown in the present embodiment, the first region 501 and the second region 502 can be processed with appropriate energy.
[0073]
The irradiation energy amounts to the first region 501 and the second region 502 are set appropriately. The energy amount is set for each irradiation (processing) unit by the energy setting means. The amount of energy is determined by optimization from the upper and lower energy limits described in the correspondence table and the optical constants of the film. When the energy is amplified by multiple interference, an energy amount smaller than the value in the table is assigned, and conversely, when canceled, an energy amount larger than the value in the table is assigned. The lower limit of the energy amount is an energy amount that makes it difficult to process the film to be processed. Of course, a larger amount of energy is allocated.
[0074]
FIG. 12 shows the result of the energy amount assigned by the above steps. 0.3 J / cm for each of the first region and the second region ² / Shot, 0.6J / cm ² / Shot was assigned. When ablation was performed for each processing unit in accordance with the energy amount thus determined, it was possible to perform processing without film residue and without base damage.
[0075]
Regardless of region, the amount of laser energy is 0.4 J / cm. ² Consider a case where machining is performed with the setting of / shot. This energy amount is the upper limit of the first region 501 and also the lower limit of the second region 502. Therefore, many damages occurred in the first region 501. In addition, many film residues were generated in the second region 502. Since this occurred, practical use is difficult.
[0076]
As in the processing method shown in the present embodiment, by performing ablation while changing the irradiation energy depending on the configuration of the base, processing could be realized in a good state with no film residue and no damage.
[0077]
By exposing the alignment mark by this processing, the alignment can be performed strictly. Therefore, the gate dimension can be further reduced, and an LSI capable of high-speed processing can be manufactured. As described above, the semiconductor device manufactured by using the present technology can increase the processing speed, and the margin for alignment can be set small, so that the chip area can be reduced.
[0078]
In this embodiment, a CCD camera is used as the observation optical system, but the present invention is not limited to this, and a video camera may be used. The correspondence table is not limited to the format shown in Table 2, and any format may be used as long as information necessary for processing is stored. Further, similarly to the second embodiment, the processing may be performed by flowing a liquid into the region to be processed.
[0079]
(Fourth embodiment)
The configuration of the laser processing apparatus will be described. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 13, the same parts as those in FIG.
[0080]
In FIG. 13, the gas body diameter measuring unit 261 recognizes a laser light irradiation area from an image obtained by the CCD camera 222. The gas body diameter measuring unit 261 sequentially measures the diameters of bubbles (gas bodies) generated by the laser light irradiation on the optical path of the laser light in the irradiation region. Then, the measurement result is sent to the laser oscillator control unit 212. The laser oscillator control unit 212 adjusts the timing of irradiating laser light according to the bubble diameter. Specifically, the laser beam is not irradiated while the diameter of the bubble existing on the optical path of the laser beam to be processed is equal to or larger than a set value. An instruction is given to irradiate the laser beam after the bubble size becomes smaller than the set value.
[0081]
The gas body diameter measuring unit 261 calculates the number of bubbles in the specific gradation range from the reflected light received by the CCD camera 222 to obtain the bubble diameter measurement. Then, the laser oscillator control unit 212 compares the measured bubble diameter with a preset value registered in advance. When the bubble diameter is equal to or larger than the set value, the laser oscillator control unit 212 stops the irradiation of the laser light from the laser oscillator 211. When the bubble diameter is smaller than the set value, the laser oscillator control unit 212 allows the laser light from the laser oscillator 211 to oscillate.
[0082]
Moreover, although the method of measuring the bubble diameter from the image of the reflected light received by the CCD camera 222 is used, the present invention is not limited to this. For example, any material may be used as long as it has an ability to observe the presence of bubbles generated during processing of the film to be processed. For example, it is possible to irradiate the area with light different from the processing light source, measure the angle at which the observation light is scattered by the bubbles, and determine the presence or absence of the gas body or the size of the gas body It becomes.
[0083]
A liquid flow generator 263 is provided. The liquid flow generator 263 generates a liquid flow in the laser light irradiation area. The gas body generated by the liquid flow can be continuously removed. The liquid flow generator 263 preferably generates a liquid flow at a constant flow rate in a certain direction so as not to cause irregular turbulence in the laser light. The liquid flow generator 263 only needs to be driven at least when laser processing is actually performed.
[0084]
In this apparatus, a laser light source is used as a processing light source. However, the present invention is not limited to this, and the wavelength to be absorbed by the film to be processed can be reduced by a desired process, that is, the film thickness can be reduced or the film can be removed. Anything that is capable may be used. For example, a tungsten lamp or a Xe flash lamp can be used. When the organic film or the inorganic film has absorption in the visible region or the ultraviolet region, the film thickness is reduced by collecting and using a tungsten lamp or Xe flash lamp. Further, a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam may be used as the irradiation light.
[0085]
Moreover, although this apparatus is related to underwater processing, this processing method is not limited to underwater processing. The present invention can also be applied to processing of the substrate to be processed in the atmosphere, pressurizing process, and depressurizing process, and the holder structure can be used according to each process.
[0086]
The structure of the laser processing apparatus in the atmosphere will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a laser beam processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 14, parts that are the same as those in FIG. 13 are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.
[0087]
In FIG. 14, an airflow generator 262 is provided. The airflow generator 262 generates an airflow in the laser light irradiation area. The gas body generated by the airflow can be continuously removed. It is preferable that the airflow generator 262 generates an airflow at a constant flow velocity in a certain direction so as not to cause irregular disturbance in the laser light. The airflow generator 262 only needs to be driven at least when laser processing is actually performed.
[0088]
The air outlet of the air flow supply pipe 262a is very close to the processing surface 100a of the substrate 100 to be processed, and it is desirable to selectively generate an air flow only in the vicinity of the laser light irradiation region. Moreover, although the airflow is generated by exhausting the gas, it may be generated by intake air.
[0089]
(Fifth embodiment)
In this embodiment, an example will be described in which the optical processing apparatus having the apparatus configuration described in the fourth embodiment is applied to various processes required in the manufacturing process of a semiconductor device. The application example described below can be satisfactorily achieved by using the optical processing apparatus of the fourth embodiment.
[0090]
First, a case where optical processing is performed by irradiating laser light without considering bubbles on the optical path will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a diagram illustrating an optical processing method performed without considering bubbles.
[0091]
As shown in FIG. 15A, a substrate is prepared in which an insulating film 702, for example, a resist film 703 having a thickness of 1 μm is formed on a silicon wafer 701. Next, the third harmonic (wavelength 355 nm) of the Q-switchYAG laser is irradiated to remove the resist film 703 at a predetermined position. The energy density per pulse of laser light is 0.4 J / cm ² It is. For example, the oscillation frequency of the laser beam 704 is set to 250 Hz. The size of the region to be processed is 100 μm long × 200 μm wide.
[0092]
When laser light is irradiated, the resist film is ablated and bubbles are generated. When the next laser beam 704 is irradiated in a state where bubbles exist on the optical path, the laser beam 704 is scattered by the bubbles 705 remaining on the optical path, as shown in FIG. As a result, the laser beam 704 is also irradiated outside the region to be processed.
[0093]
As a result, as shown in FIG. 15C, a large number of pinholes 706 and particles 707 are generated by the light scattered outside the region to be processed. At the same time, a resist film peeling 708 was observed at the boundary of the region to be processed. This film peeling also appears prominently in the case of a composite resist film formed with a multilayer structure of a photoresist, an inorganic film, and an antireflection film.
[0094]
Therefore, in this embodiment, in the processing process, observation is performed using the laser beam processing apparatus shown in FIG. From the image observed by the CCD camera 222, the gas body diameter measuring unit 261 measures the size of bubbles generated in the processing area. The laser oscillator control unit 212 controls the oscillation of the laser light according to the measured size.
The optical processing method of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a diagram showing an optical processing method according to the fifth embodiment of the present invention.
[0095]
As shown in FIG. 16A, from the image obtained from the CCD camera 222, the next light irradiation is not performed while the bubble 705 generated by the previous light irradiation exists on the optical path of the laser light. After the gas body diameter measuring unit 261 confirms that the bubble 705 is carried by a liquid flow and is no longer on the optical path, the irradiation of the laser beam 704 is resumed as shown in FIG. Control is performed to perform processing while repeating the above-described steps.
[0096]
FIG. 17 shows the relationship between the distance from the region to be processed and the number of pinholes when processing is performed without considering bubbles and when processing is performed considering bubbles. In FIG. 17, A is the number of holes when processing is performed considering bubbles, and B is the number of holes when processing is performed without considering bubbles. As shown in FIG. 17, when bubbles are considered, the number of pinholes outside the region to be processed is significantly reduced compared to the region to be processed when bubbles are not considered. As a result, it is possible to perform processing that does not affect the place where the device pattern is arranged. Moreover, peeling of the resist film could be suppressed.
Also, as a result of SEM observation, pinholes and resist debris outside the region to be processed were not seen, and it was confirmed that peeling of the resist film at the boundary portion of the region to be processed could be suppressed.
[0097]
Further, as shown in FIG. 18, the laser light irradiation region is preferably slit-shaped with respect to the region to be processed. FIG. 18 is a diagram showing the shape of the irradiation region of laser light in the optical processing according to the fifth embodiment of the present invention. 18A is a cross-sectional view, and FIG. 18B is a plan view. As shown in FIG. 18, the shape of the irradiation region 712 a of the laser beam 712 is a slit shape (vertical 100 μm × horizontal 5 μm) with respect to the processing region 710. Then, the laser beam 712 is scanned relative to the wafer 701. As a method of relatively scanning the wafer 701 and the laser beam 712, the optical axis of the laser beam is fixed and the substrate is moved. Alternatively, the laser beam is scanned by moving a slit which is provided on the optical path of the laser beam and controls the shape.
[0098]
As shown in FIG. 19, when the laser beam 711 of the irradiation region 711a whose size is almost the same as that of the processing region 710 is irradiated and the processing region 710 is collectively processed, the type and thickness of the resist Depending on the situation, the resist film 703 may be peeled off at the boundary of the region to be processed 710 at the time of the first light irradiation, resulting in a processing failure. This is because when the resist film 703 absorbs heat at the time of light irradiation and melts and evaporates, the stress generated at the interface between the resist film and the base film cannot be absorbed if the laser light irradiation area is large, and the resist film blows away. This is because processing is performed.
[0099]
Therefore, it is preferable to perform predetermined processing while scanning light narrowed in a slit shape relatively to the substrate and confirming that there are no bubbles from between the optical paths as described above. Thereby, since the area processed by one light irradiation is small, the stress at the interface between the resist and the base film can be relieved, and film peeling can be suppressed.
[0100]
Further, as shown in FIG. 20A, a plurality of slit-shaped irradiation regions 721 may be scanned with respect to the processing region 720. Further, as shown in FIG. 20B, a plurality of slit-shaped irradiation regions 722 may be scanned with respect to the processing region 720. Note that one dot-shaped irradiation region may be scanned.
[0101]
In the present embodiment, the third harmonic of the Q-switch YAG laser is used as the processing light source. However, the light source is not limited to this, and the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Q-switch YAG laser, KrF excimer laser, or the like. A pulse laser and lamp light may be used. Also, the energy density per pulse irradiated is usually 0.2 J / cm. ² ~ 0.5J / cm ² Thus, the energy that can be satisfactorily processed without damaging the regions inside and outside the processing is appropriately adjusted. In the case of other than organic materials, the energy density may be appropriately selected so as not to damage the inside and outside of the region to be processed.
[0102]
Also, an image from a CCD camera is acquired and used as a bubble observing means. However, the bubble observing means is not limited to this, and light scattered by the bubble or another light is incident on the irradiation area, and the scattered light is obtained. You may detect from.
[0103]
The oscillation frequency of the laser beam is not limited to 250 Hz, and can be set as appropriate between 10 and 10,000 Hz. When stage position accuracy is required, it is preferable to move the stage at a low frequency and a low speed. Further, when high-speed processing is necessary, it is preferable to perform high-speed stage movement at a high frequency.
[0104]
Processing was performed by irradiating with laser light in a state where bubbles having a certain diameter remained on the optical path. Then, the number of pinholes generated around the region to be processed was examined with respect to the bubble diameter. FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the bubble diameter and the number of pinholes. As shown in FIG. 21, when the bubble diameter is 3 μm or less, the number of generated pinholes is almost zero. Therefore, before the bubble disappears, the laser beam is irradiated with the bubble diameter being 3 μm or less. Can also be processed. By irradiating laser light before the disappearance of bubbles, throughput can be improved.
[0105]
Also, as a result of SEM observation, when the generated bubble diameter was 3 μm or less, resist scraps were not seen, and it was confirmed that peeling of the resist film at the region to be processed was suppressed.
[0106]
As described above, in the case of the resist film, the desired processing could be performed without processing defects such as pinholes when the bubbles remaining on the optical path were 3 μm or less, but the relationship between the pinholes and the size of the bubbles was processed Since it is different for each species, the processing may be appropriately performed under conditions satisfying the relationship with the bubble diameter in which no pinhole is generated for each film to be processed.
[0107]
If the bubble diameter can be predicted in advance, the liquid flow speed should be optimized. FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the width W of the irradiation region and the bubble diameter φ generated during processing. The energy density per pulse of laser light is 0.2 J / cm. ² ~ 0.5J / cm ² Range. The width W of the irradiation region is the length of the irradiation region in the direction in which the liquid flows. As shown in FIG. 22, the curve is represented by the upper limit value of the bubble diameter generated with respect to the irradiation region width W. As a result, when processing is performed with an oscillation frequency of Z (1 / sec) and an irradiation area width W, the flow velocity V (μm / sec) at φ / 2 (μm) above the substrate to be processed satisfies the following relational expression. By doing so, it is possible to oscillate the laser light in a state where there are substantially no bubbles.
[0108]
[Equation 9]

[0109]
If processing is performed so as to satisfy this relationship, it is not necessary to control the laser light irradiation timing in accordance with the size and presence of bubbles. A control unit that controls any one of the oscillation frequency Z, the width W, and the flow velocity V may be provided so as to satisfy this relationship. The controller may control the flow velocity V according to the preset oscillation frequency Z and width W. Further, the control unit may control the oscillation frequency Z according to the flow velocity V and the width W set in advance.
[0110]
Further, a case where optical processing is performed while generating an air flow in the processing region in the atmosphere shown in FIG. 14 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 23A, the diameter of the gas body 731 generated at the time of light irradiation in an air stream is observed using a gas body diameter measuring unit 261 in the processing process. Then, as shown in FIG. 23B, after confirming that the gas body 731 is no longer on the optical path, irradiation with the laser beam 704 is resumed. By controlling to perform processing while repeating the above steps, good processing can be performed. Further, in the processing in the atmosphere, a method of scanning light with the irradiation area narrowed in a slit shape relatively to the substrate may be used as in the optical processing in the liquid. Moreover, the shape of the irradiation region may be a dot shape or a plurality of slits or dot shapes.
[0111]
In the above embodiment, the method for removing the resist film used in the lithography process by light irradiation has been described. On the other hand, a film such as a polyimide film, a Si polycrystalline film, or a silicon carbide film is also formed in the semiconductor device. These films can also be used at the time of removal.
[0112]
(Sixth embodiment)
FIG. 24 is a diagram showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. 24A and 24B show a process of laser processing a silicon nitride film 742 formed on the silicon wafer 701 via an interlayer insulating film 741 in a liquid. The silicon nitride film 742 is formed using, for example, CVD or sputtering. The film thickness of the silicon nitride film is 20 nm. Processing of this silicon nitride film to be processed (length 100 μm × width 200 μm) is the fourth harmonic of a Q-switch YAG laser (wavelength 266 nm), irradiation energy density 0.5 J / cm ² Done in
[0113]
In the present embodiment, optical processing is performed in a liquid using the apparatus shown in FIG. At the time of optical processing, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing region by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. As shown in FIG. 24A, while the bubble 705 is present on the optical path, the next laser beam is not irradiated. As shown in FIG. 24B, it is confirmed by the gas body diameter measurement unit 261 that the bubbles 705 are carried by the liquid flow and the bubbles 705 are no longer on the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps.
As a result of SEM observation after the processing, no generation of pinholes or scattering of silicon nitride particles was observed on the surface of the silicon nitride film 742, and no film peeling at the boundary was observed.
[0114]
Since the silicon nitride film does not absorb laser light of the third harmonic (wavelength 355 nm), second harmonic (wavelength 532 nm), and fundamental wave (wavelength 1064 nm) of the Q-switch YAG laser, these wavelengths are used. It cannot be processed.
[0115]
The processing method is not limited to this, and the processing may be performed in the atmosphere.
[0116]
(Seventh embodiment)
FIG. 25 is a diagram showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. FIGS. 25A and 25B show a process of laser processing a polyimide film 752 formed on a silicon wafer 701 through an interlayer insulating film 751 in a liquid. Since the polyimide film 752 absorbs laser light having a wavelength of 266 nm, the polyimide film 752 is processed by using the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Q-switch YAG laser.
[0117]
In the present embodiment, optical processing is performed in a liquid using the apparatus shown in FIG. At the time of optical processing, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing region by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. As shown in FIG. 25A, while the bubble 705 is present on the optical path, the next laser beam is not irradiated. As shown in FIG. 25B, it is confirmed by the gas body diameter measuring unit 261 that the bubbles 705 are carried by the liquid flow and the bubbles 705 are no longer on the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps.
As a result of SEM observation after processing, no pinholes or polyimide particles were scattered on the surface of the polyimide film 752. Therefore, it was confirmed that good processing was performed.
[0118]
The processing method is not limited to this, and the processing may be performed in the atmosphere.
[0119]
(Eighth embodiment)
FIG. 26 is a diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. FIGS. 26A and 26B show a step of laser processing the metal film 762 formed on the silicon wafer 701 through the silicon oxide films 761 and 762. In the present embodiment, a copper film is used as the metal film 76. The surface of the copper film 762 is irradiated with laser light to perform desired processing. The optically processed copper film 762 is used, for example, for wiring for electrically connecting elements, power wiring for supplying power, electrodes, and the like.
[0120]
In the present embodiment, the processing is performed in liquid using the processing apparatus shown in FIG. Optical processing is performed by irradiating a pure copper film 762 having a thickness of 500 nm with a fourth harmonic of a Q-switch YAG laser (wavelength 266 nm). The shape of the irradiation area is 100 μm long × 200 μm wide, and the irradiation energy is 3 J / cm. ² It is.
[0121]
At the time of optical processing, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing region by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. As shown in FIG. 26A, the next laser beam is not irradiated while the bubble 705 is present on the optical path. As shown in FIG. 26B, it is confirmed by the gas body diameter measuring unit 261 that the bubbles 705 are carried by the liquid flow and the bubbles 705 are no longer on the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps.
As a result of SEM observation after processing, no generation of pinholes or scattered metal particles were found around the region to be processed. Also, no film peeling at the boundary was observed. Therefore, it was confirmed that good processing was performed.
[0122]
This effect is similarly achieved even when the Q-switchYAG laser is changed to the third harmonic (wavelength 355 nm), the second harmonic (wavelength 532 nm), and the fundamental wave (wavelength 1064 nm). That is, if the light has a wavelength such that the copper thin film is absorbed, the copper thin film on the wafer can be processed satisfactorily.
[0123]
An example in which a copper film is used as the metal film 762 has been described. However, in order to improve corrosion resistance on the copper film as the main conductive layer, a nickel film, a composite film in which a chromium film is laminated, an aluminum film, an aluminum alloy (Al-Si, Al-Cu, Al-Cu-Si) The same effect can be obtained when optically processing a single layer film of a film or a composite film in which a barrier metal film or an antireflection film is laminated on the single layer film.
In addition, you may process in air | atmosphere using the apparatus shown in FIG.
[0124]
(Ninth embodiment)
Laser processing on a semiconductor wafer is expected as a dicing technique for cutting a wafer chip. In particular, as semiconductor chip thinning and pattern miniaturization are progressing, as a method for cutting out semiconductor chips, grooves are first formed halfway from the surface of the semiconductor wafer and then reached from the backside of the semiconductor wafer. The tip dicing technique that polishes and separates until effective is effective.
[0125]
FIG. 27 is a diagram showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention. The processing is performed in the liquid using the processing apparatus shown in FIG. Processing is performed by irradiating the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Q-switch YAG laser. The shape of the laser light irradiation region during processing is a rectangle with a short side direction of 10 μm and a long side direction of 500 μm. The irradiation energy density per pulse of laser light is 4 J / cm ² It is. A laser beam irradiation region scans the semiconductor wafer 770 in the long side direction at a speed of 10 mm / sec, thereby forming a dicing line (groove) around each semiconductor element. The formed groove has a width of about 10 μm and a depth of 50 μm. In the processing process, the size of bubbles generated in the region to be processed by optical processing by laser light irradiation is observed.
[0126]
At the time of optical processing, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing region by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. As shown in FIG. 27A, while the bubble 705 is present on the optical path, the next laser beam is not irradiated. As shown in FIG. 27B, it is confirmed by the gas body diameter measurement unit 261 that the bubbles 705 are carried by the liquid flow and the bubbles 705 are no longer on the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps. After processing, the semiconductor wafer 770 is polished and separated from the back side.
As a result of SEM observation after processing, pinholes and scattered silicon debris were not seen in the vicinity of the laser light irradiation region. Also, no film peeling at the boundary was observed. Therefore, it was confirmed that good processing was performed.
[0127]
In the optical processing described above, the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Q-switch YAG laser was used, but this effect was achieved by using the Q-switch YAG laser for the third harmonic (wavelength 355 nm) and the second harmonic (wavelength). 532 nm) and the fundamental wave (wavelength 1064 nm) can be achieved in the same manner. In addition, if the light has such a wavelength that the silicon wafer is absorbed, the silicon wafer can be processed satisfactorily. Moreover, you may process in air | atmosphere using the processing apparatus shown in FIG.
[0128]
In FIG. 14, dicing lines are formed on the silicon wafer, but the technology for forming the dicing lines by this processing method is a light-emitting diode or semiconductor formed of a compound semiconductor such as Ga, P, As, In, and Al. It can also be applied to laser element isolation.
[0129]
(Tenth embodiment)
In addition to the prior dicing method described in the above-described embodiment, the present processing method can also be used for a technique of finally dicing a silicon wafer that has been thinned in advance. FIG. 28 is a diagram illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the tenth embodiment. FIG. 28 is a diagram showing such a post-dicing step.
[0130]
First, as shown in FIG. 28A, the device layer 782 of the silicon wafer 781 is held with a dicing tape 783. Here, in the device layer 782, a semiconductor element and a multilayer wiring layer are formed. A passivation layer is formed on the uppermost layer of the device layer 782.
[0131]
Next, as shown in FIG. 28B, the silicon wafer 781 is mechanically polished from the back surface, and the silicon wafer 781 is thinned. A crushing layer is formed on the polished surface of the thinned silicon wafer 781 by mechanical stress, resulting in deterioration of strength. In order to prevent the strength from being deteriorated, the crushing layer is removed by wet etching to suppress the reduction in the chip strength.
[0132]
Next, as shown in FIG. 28C, the dicing tape 783 is removed. Then, the wafer is turned over and the back surface of the silicon wafer 781 is held by the dicing tape 784.
[0133]
Then, as shown in FIG. 28D, the device layer 782 is processed by being irradiated with light.
[0134]
In the processing process, as before, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing area by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. As shown in FIG. 27A, while the bubble 705 is present on the optical path, the next laser beam is not irradiated. As shown in FIG. 27B, it is confirmed by the gas body diameter measurement unit 261 that the bubbles 705 are carried by the liquid flow and the bubbles 705 are no longer on the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps. The wafer 781 is cut by irradiating and processing light while repeating the above steps. Thereby, adhesion of fine processing waste to the device layer 782 can be prevented.
[0135]
When dicing using a blade, the side wall of the chip is damaged and the chip strength is lowered. In addition, in a region having a thickness of 50 μm or less, there is a problem that the chip is broken during dicing by the blade and the yield is lowered. On the other hand, when dicing is performed using this processing method, it is possible to form a dicing line without causing chip cracking even in a region having a thickness of 50 μm or less. Moreover, you may process in air | atmosphere using the processing apparatus shown in FIG.
[0136]
(Eleventh embodiment)
FIG. 29 is a diagram showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention. FIGS. 29A and 29B show a step of removing the antireflection film 793 and the resist 794 on the alignment mark 792 by laser processing. The alignment mark 792 is embedded in an insulating film 791 formed on the silicon wafer 701.
[0137]
At the time of optical processing, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing region by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. As shown in FIG. 29A, while the bubble 705 exists on the optical path, the next laser beam is not irradiated. As shown in FIG. 29B, it is confirmed by the gas body diameter measurement unit 261 that the bubbles 705 are carried by the liquid flow and the bubbles 705 are no longer on the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps.
[0138]
As a result of SEM observation after processing, no pinholes or resist film processing scraps were found on the surface of the substrate to be processed. Also, no film peeling at the boundary was observed. By processing so as not to be affected by scattering caused by bubbles remaining on the optical path, the alignment mark could be exposed without processing defects.
In addition, you may process in air | atmosphere using the processing apparatus shown in FIG.
[0139]
(Twelfth embodiment)
The global wiring is an upper layer wiring that extends across the circuit blocks on the chip and supplies a global clock or the like. Since it is a long distance wiring, it is required to reduce the wiring delay as much as possible, and it is important to reduce the resistance. Therefore, the above-described optical processing method that can effectively suppress the generation of scattered fine particles and pinholes is effectively applied.
[0140]
FIG. 30 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 30 shows a process for forming a single-layer global wiring.
[0141]
First, as shown in FIG. 30A, a substrate having a pad 802 formed on an insulating film 801 on a silicon wafer 701 is prepared. Next, as shown in FIG. 30B, a metal thin film 803 such as Cu / Ta / TaN or Pd / Ti / Ni is formed so as to cover the entire surface of the insulating film 801 and the pad 802. Next, as shown in FIG. 30C, a resin insulating film 804 is formed on the metal thin film 803.
[0142]
Next, as shown in FIG. 30D, processing is performed by irradiating the resin insulating film 804 with light, thereby forming a groove in the resin insulating film 804 in the region where the pad is formed below. In the processing process, as before, the gas body diameter measuring unit 261 measures the diameter of bubbles generated in the processing area by optical processing by laser light irradiation from the image obtained by the CCD camera 222. While the bubble 705 is present on the optical path, the next laser beam is not irradiated. The gas body diameter measuring unit 261 confirms that the bubble 705 has disappeared from the optical path, and the irradiation of the laser beam 704 is resumed. Control is performed so as to perform processing while repeating the above-described steps.
By performing such optical processing, it is possible to form a good pattern free of pinholes or particles on the processed surface.
[0143]
Next, as shown in FIG. 30E, Cu, Au, solder, or the like is embedded in the groove formed in the resin insulating film 804 by electrolytic plating to form a plating layer 805. Finally, as shown in FIG. 30F, the resin insulating film 804 is removed with an organic solvent, and the underlying metal film 803 is removed using an acid solution such as acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid, or dilute hydrofluoric acid. Thereby, global metal wiring and metal bumps are formed.
[0144]
In such a method, wiring can be accurately formed on a substrate without requiring an expensive exposure mask or CMP as in the conventional lithography process. In addition, you may process in air | atmosphere using the processing apparatus shown in FIG.
[0145]
(13th Embodiment)
31 and 32 are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention. 31 and 32 show the formation process of the multilayer global wiring. First, as shown in FIG. 31A, a substrate having a pad 802 formed on an insulating film 801 on a silicon wafer 701 is prepared. Next, as shown in FIG. 31B, a first resin insulating film 811 is formed on the insulating film 801.
[0146]
Next, optical processing is performed by irradiating a predetermined portion of the first resin insulating film 811 with laser light. The optical processing is performed using the apparatus shown in FIG. In the optical processing, as shown in FIG. 31C, the first resin insulating film 811 on the pad 802 is removed, and a via hole exposing the pad is formed.
[0147]
Next, as shown in FIG. 31 (d), a metal thin film 812 made of Cu / Ta / TaN, Pd / Ti / Ni, or the like is formed. Next, as shown in FIG. 32E, a second resin insulating film 813 is formed on the metal thin film 812. Then, the second resin insulating film 813 is irradiated again with laser light to perform optical processing. The optical processing is performed using, for example, the apparatus shown in FIG. In the optical processing, as shown in FIG. 32F, a via hole and a wiring groove where the metal thin film 812 is exposed are formed on the bottom surface.
[0148]
Next, as shown in FIG. 32G, Cu, Au, etc. are embedded in the via hole and the wiring groove by electrolytic plating to form a plating layer 814. Finally, as shown in FIG. 32H, the second resin insulating film 813 is removed with an organic solvent. Further, the metal thin film 812 is etched with an acid solution to form a metal wiring.
[0149]
By forming as described above, a multilayer wiring can be accurately formed with high reliability without using a photolithography process with high manufacturing cost.
[0150]
The process described above can also be applied to the formation of solder bumps or Au bumps on the semiconductor device surface, global wiring, or wiring on a mounting substrate.
[0151]
In addition, a processing method that can be satisfactorily processed from the processing methods shown in the fifth embodiment may be appropriately selected.
(Fourteenth embodiment)
In recent years, a chip-on-chip technique in which through holes are formed in a semiconductor device and a semiconductor chip is stacked as a metal wiring such as Cu embedded in the through holes has attracted attention.
[0152]
FIG. 33 is a sectional view showing a chip-on-chip type semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 33, the second chip 830 is sandwiched between the first chip 820 and the third chip 840 having the metal bumps 851 and 852 on the pads 823 and 843. The second chip 830 has a through plug 837 filled with metal in the through hole. By connecting such stacked chips, the wiring length can be greatly shortened, and wiring delay can be suppressed. In FIG. 33, reference numerals 821, 831, and 841 are silicon wafers, reference numerals 822, 832, and 842 are device layers, 835 is a passivation layer, and 836 is a sidewall insulating film.
[0153]
Currently, drilling of through holes is performed by RIE. However, the processing speed is slow and the productivity is poor. On the other hand, as described above, when a hole for a through hole is formed by continuously irradiating a laser, pinholes and particles are generated around the region to be processed, resulting in a device failure.
[0154]
Therefore, optical processing is performed using the apparatus shown in FIG. 13 as in the fifth embodiment, while confirming that a gas body generated during processing does not exist on the optical path. By performing such processing, a good processed shape can be obtained without generating pinholes or particles around the processing region. At the same time, it is possible to achieve both high-speed through-hole formation and device operation reliability.
[0155]
34 and 35 are cross-sectional views showing manufacturing steps of a semiconductor device according to the fourteenth embodiment of the present invention. 34 and 35 show an example of a process for forming a through hole in a chip used in a chip-on-chip type semiconductor device. First, as shown in FIG. 34A, a substrate on which a semiconductor element (not shown) and a silicon oxide film 861 are formed on a silicon wafer 831 is prepared. By performing laser processing in the same manner as in the fifth embodiment, through holes 862 are formed in the silicon oxide film 861 and the silicon wafer 831. Next, as shown in FIG. 34B, a second silicon oxide film 836 is formed on the surface of the through hole 862 and on the silicon oxide film.
[0156]
Next, as shown in FIG. 34C, a metal film 837 is formed on the through hole 862 and the second silicon oxide film 836. Next, the surface of the metal film 837 is planarized, and a through plug 837 is formed in the through hole 862. Next, as shown in FIG. 35E, an interlayer insulating film 863 and a pad 834 are formed on the through plug 837 and the second silicon oxide film 836. Note that reference numerals 861, 836, and 863 on the silicon wafer 831 correspond to the device layer 832.
[0157]
Next, as shown in FIG. 35F, the silicon substrate is thinned by polishing or the like. Next, as shown in FIG. 35G, a passivation layer is formed on the back surface of the silicon wafer 831. Next, as shown in FIG. 35 (h), the surface of the passivation layer 835 is flattened to expose the through plug 837 and form a connection surface with the bump.
[0158]
With this processing method, a good processed shape with few pinholes and scattered particles is achieved, and the operation reliability of the final semiconductor device is improved.
[0159]
Moreover, you may process in air | atmosphere using the apparatus shown in FIG.
[0160]
(Fifteenth embodiment)
In the present embodiment, a process of processing a photoresist film that is an organic material formed on an aluminum film using the optical processing apparatus shown in the fourth embodiment will be described. In the embodiment, instead of the gas body diameter side portion 261, a control unit for controlling at least one of the laser beam irradiation position at the laser beam irradiation timing and the scanning speed of the substrate is provided.
[0161]
A photoresist film was applied onto an aluminum film formed on a semiconductor substrate (wafer) having a diameter of 300 mm by a spin coating method, and then a heat treatment was performed to form a photoresist film having a thickness of 1 μm on the aluminum film. Next, the photoresist film at a predetermined position was removed using the third harmonic (wavelength 355 nm) of a Q-switch YAG laser. Here, the energy density per pulse irradiated is 0.5 J / cm. ² It was. During the light irradiation, the pure water was flowing.
[0162]
The light irradiation area is a slit having a length of 80 μm and a width of 5 μm, and the substrate and the irradiation light were scanned relatively by scanning the substrate holding mechanism. The work area was 80 μm × 100 μm, and the number of scans was two reciprocations.
[0163]
FIG. 36 is a plan view showing the relationship between the region to be processed and the liquid flow. In the first scanning, as shown in FIG. 36A, the irradiation region 872 moves from the left to the right with respect to the processing region 871. At this time, the direction of the liquid flow 873a is set to be opposite to the scanning direction. By reversing the scanning direction and the liquid flow direction, bubbles generated by light irradiation move downstream, and do not affect the next irradiation. In the second scan after reaching the end of the work area, as shown in FIG. 36B, the direction of the liquid flow 873b is opposite to the direction at the first scan. It is set to switch. Here, the speed of flowing water was 1 m / s.
[0164]
Hereinafter, a process for obtaining the optimum laser oscillation frequency will be described. When the scanning speed is v (μm / s) and the laser oscillation frequency is f (1 / s), the moving distance x per pulse is represented by x = v / f. As the moving distance x per pulse is smaller, the number of times of irradiation is increased, and the amount of energy to be irradiated increases. On the other hand, the larger the moving distance x, the smaller the amount of energy that is irradiated.
[0165]
Further, when the film to be processed is removed by repeatedly irradiating the laser, the removal reaction is promoted by the heat storage effect as the frequency f increases. The present inventors have v / f obtained by dividing the moving distance x per pulse by the frequency f. ² Focused on. That is, v / f ² It was considered that the smaller the is, the more the light irradiation reaction proceeds.
[0166]
FIG. 37 shows the v / f ² On the other hand, it is the experimental result which plotted the defect total area in a to-be-processed area | region after the process to be processed. Here, the scanning speed is 1000 μm / sec and 80 μm / sec, and the laser oscillation frequency f is changed. From FIG. 37, v / f showing good processing characteristics with a small total defect area. ² Is approximately 6.0 × 10 ^-5 (Μm · sec) or more 1.0 × 10 ^-3 It was found that (μm · sec) or less. v / f ² In a small region, the light irradiation reaction proceeds excessively as described above, so that the photoresist film, which is a mask material, changes in quality and becomes a defect. On the other hand, v / f ² On the other hand, in the region where the thickness is large, the light irradiation reaction is insufficient, resulting in insufficient removal of the photoresist film resulting in a defect.
[0167]
From the result of FIG. 37, good v / f ² The center of the range of v / f ² The condition of 3.0 × 10 ^-4 (Μm · sec). When the scanning speed v was 1000 μm / sec, an oscillation frequency f = 1825 Hz was obtained.
[0168]
In addition, when carried out under these conditions, the bubbles generated by the previous irradiation were transported quickly to the downstream side by running water and did not exist at the time of the next irradiation. Processing was possible.
[0169]
Under the above conditions, after the processing of the photoresist film by laser irradiation was completed, the wafer was immersed in an aluminum etchant, and the aluminum film was selectively etched using the photoresist film as a mask. Next, the photoresist film as a mask material was removed. When the state after processing was observed with an optical microscope, good patterning without defects could be confirmed.
[0170]
Thus, v / f obtained by dividing the moving distance x per pulse by the frequency f. ² Was within the above range, and good rough patterning without defects could be realized.
[0171]
In the present embodiment, the scanning speed v is 1000 μm / sec, but the present invention is not limited to this. v / f ² What is necessary is just to obtain | require the combination of the scanning speed v and the oscillating frequency f which satisfy | fill the optimal value. From the viewpoint of shortening the processing time, it is desirable that the scanning speed is high.
[0172]
In this embodiment, the slit width is 5 μm, but the present invention is not limited to this. The same effect could be confirmed by experiments even in the slit width range of 2 μm to 20 μm. A slit width in the range of 2 μm to 5 μm is desirable from the viewpoint of processing shape.
[0173]
In the present embodiment, the third harmonic of the Q-switch YAG laser is used as the processing light source. However, the light source is not limited to this, and the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Q-switch YAG laser or a KrF excimer laser. For example, a pulsed laser or lamp light may be used.
[0174]
In the present embodiment, the case where the photoresist film on the aluminum film is processed has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other organic films.
[0175]
In this embodiment, the energy density per pulse is 0.5 J / cm. ² However, it is not limited to this. The same effect can be obtained by setting the energy density per pulse to a value that allows good patterning without defects.
[0176]
(Sixteenth embodiment)
In this embodiment, an example will be described in which the optical processing apparatus having the apparatus configuration described in the fourth embodiment is applied to various processes required in the manufacturing process of a semiconductor device.
[0177]
A coating-type carbon film was applied to a semiconductor substrate (wafer) having a diameter of 300 mm by a spin coating method to form a carbon film having a thickness of 300 nm. Next, the carbon film at a predetermined position was removed using the third harmonic (wavelength 355 nm) of a Q-switch YAG laser. Here, the energy density per pulse irradiated was 0.35 J / cm 2. During the light irradiation, the pure water was flowing.
[0178]
As shown in FIG. 38, the region to be irradiated is a slit-shaped irradiation region 381 having a width a (μm) and a length b (μm) with respect to the irradiation region. The size of the irradiation region 381 in which the conditions of width a (μm) and length b (μm) were changed was changed, and the amount of particles when one pulse was irradiated was evaluated.
[0179]
FIG. 39 shows the experimental results showing the sum of the area of the particles with respect to the sum of the lengths of the sides of the slit-shaped irradiation area represented by 2 × (a + b) (hereinafter referred to as the total extension of the sides).
As shown in FIG. 39, in the region where the total length of the side is 180 μm or more, the particle area increases as the total length of the side increases. Moreover, in the area | region whose total length of a side is 180 micrometers or less, the change of the particle area with respect to the total length of a side showed the tendency to reduce remarkably. That is, it has become clear from experimental results that the total length of the side is preferably 180 μm or less in order to perform processing with fewer particles.
[0180]
From this result, the irradiation region was processed with light irradiation with a width of 5 μm and a length of 80 μm. This irradiation region condition satisfies the above condition because the total length of the side is 170 μm.
[0181]
By scanning the substrate holding mechanism in this irradiation region, the substrate and the irradiation light were scanned relatively. The work area was 80 μm × 100 μm, and the number of scans was two reciprocations. The scanning speed v was 600 μm / sec, and the oscillation frequency f was 1414 Hz. Since the relationship between the scanning direction and running water is the same as that in the fifteenth embodiment, detailed description thereof is omitted here.
[0182]
When the same processing was performed under the conditions of a width of 40 μm and a length of 80 μm where the irradiation region did not satisfy the above conditions, a large number of particles were generated, whereas an irradiation region of a width of 5 μm and a length of 80 μm satisfying the above conditions When processing was performed with, good processing characteristics with very few particles could be obtained.
Thus, by making the total extension of the sides of the slit-shaped irradiation area 180 μm or less, it was possible to realize good processing with very few particles.
In this embodiment, the scanning speed v is 600 μm / sec. However, the scanning speed v is not limited to this and can be changed as appropriate.
[0183]
In the present embodiment, the irradiation region having a width of 5 μm and a length of 80 μm with a total length of 170 μm is not limited to this. It is desirable that the total extension of the side with fewer particles is 160 μm.
[0184]
In the present embodiment, the third harmonic of the Q-switch YAG laser is used as the processing light source. However, the light source is not limited to this, and the fourth harmonic (wavelength 266 nm) of the Q-switch YAG laser or a KrF excimer laser. Or a pulsed laser, an ion beam or an electron beam.
[0185]
In the present embodiment, the case of processing the carbon film has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other materials.
[0186]
In the present embodiment, the energy density per pulse is 0.35 J / cm 2, but the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained by setting the energy density per pulse to a value that allows good patterning without defects.
[0187]
Further, in the present embodiment, a rectangular (FIG. 40A) is used as the slit-shaped irradiation area, but the present invention is not limited to this. For example, you may use the shape shown to FIG.40 (b)-(d). In this case, the sum of the lengths of the sides in this embodiment corresponds to the contour length.
[0188]
Note that the method of this embodiment can also be applied to the processing methods described in the first to third embodiments. That is, it is preferable to set the contour length of the irradiation region (processing unit) to 180 μm or less.
[0189]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
[0190]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the energy amount of the energy beam irradiated to each processing unit is determined from the light intensity of the reflected light from the substrate, and the determined irradiation energy amount for each processing unit. Including the step of sequentially irradiating the energy rays based on the above can prevent the substrate from being damaged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a view showing an example of an image obtained from a CCD camera of a laser processing apparatus.
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a film structure according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing the setting of the amount of energy in each irradiation region in the processing method according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating setting of the energy amount in each irradiation region in the processing method according to the first embodiment.
7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device formed by the processing method according to the first embodiment. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing the setting of the amount of energy in each irradiation region in a conventional processing method.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device formed by a conventional processing method.
FIG. 10 is a view showing an example of an image obtained from a CCD camera of a laser processing apparatus according to the third embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing an example of a film structure according to the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the setting of the amount of energy in each irradiation region in the processing method according to the second embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a laser processing apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 15 is a diagram illustrating an optical processing method performed without considering bubbles.
FIG. 16 is a view showing an optical processing method according to the fifth embodiment.
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between a distance from a region to be processed and the number of pinholes when processing is performed in consideration of bubbles.
FIG. 18 is a diagram showing the shape of an irradiation region of laser light in optical processing according to the fifth embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a shape of an irradiation area of laser light in the case of batch processing.
FIG. 20 is a diagram showing the shape of an irradiation area of laser light in optical processing according to the fifth embodiment.
FIG. 21 is a graph showing the relationship between the bubble diameter and the number of pinholes.
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the width W of the irradiated region and the bubble diameter φ generated during processing.
FIG. 23 is a cross-sectional view showing optical processing performed while generating an air flow in a processing area in the atmosphere.
FIG. 24 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the sixth embodiment.
FIG. 25 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the seventh embodiment.
FIG. 26 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the eighth embodiment.
FIG. 27 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the ninth embodiment.
FIG. 28 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the tenth embodiment;
FIG. 29 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the eleventh embodiment.
30 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the twelfth embodiment; FIG.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the thirteenth embodiment;
FIG. 32 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the thirteenth embodiment;
FIG. 33 is a cross-sectional view showing a chip-on-chip type semiconductor device according to the fourteenth embodiment;
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourteenth embodiment;
FIG. 35 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the fourteenth embodiment;
FIG. 36 is a plan view showing the relationship between the work area and the liquid flow.
FIG. 37: v / f ² The figure which shows the defect total area in a to-be-processed area | region after forming to-be-processed area | region.
FIG. 38 is a plan view showing the shape of an irradiation region on a substrate according to the fifteenth embodiment.
FIG. 39 is a characteristic diagram showing the total particle area with respect to the total extension of sides according to the fifteenth embodiment.
FIG. 40 is a view showing a modification of the irradiation area according to the fifteenth embodiment.
[Explanation of symbols]
200 ... Optical processing device
210 ... Laser optical system
211 ... Laser oscillator
212 ... Laser oscillator control unit
213 ... Laser light
214 ... Optical system
215: Optical shape forming part
216: Condenser lens
217 ... Half mirror
220 ... Observation system
222 ... CCD camera
230 ... Laser processing section
231 ... Holder
232 ... Stage
233 ... Rotating mechanism
234 ... Rotation control mechanism
235 ... Sensor
236 ... Windows
237 ... Liquid fluidizer
238a. 238b ... Pipe
239 ... Liquid
240 ... Piezoelectric element
241 ... Piezoelectric element drive control circuit
242 ... Drive mechanism
251 ... gradation / tone classification part
252 ... Membrane structure identification section
253 ... Energy amount setting section

Claims (44)

A processing method for performing processing to irradiate an energy beam for each processing unit and selectively remove or reduce a film thickness of a processing film formed on a substrate,
Obtaining an intensity distribution of reflected light from the film to be processed;
A step of determining an energy amount of an energy ray applied to each processing unit from an intensity distribution of the reflected light intensity;
A step of sequentially irradiating each of the processing units with the energy beam based on the determined energy amount. The processing method according to claim 1, wherein the processing unit is the dot shape or the strip shape. A processing method of irradiating an energy beam for each processing unit, selectively removing a processing region of a processing film formed on a substrate, or reducing a film thickness,
Obtaining an intensity distribution of reflected light from the film to be processed;
Classifying the intensity distribution of the reflected light into regions having substantially the same reflected light intensity;
A step of setting a processing unit according to the classified area;
A step of determining the energy amount of the energy beam irradiated to each processing unit according to the reflected light intensity;
And a step of sequentially irradiating each of the processing units with an energy ray based on the determined energy amount. The step of determining the energy amount of each processing unit is as follows:
Determining the structure of the base film of each processing unit from the correspondence between the reflected light intensity and the structure information of the base film formed under the film to be processed;
2. The method of claim 1, further comprising a step of determining an irradiation energy amount of each processing unit so as not to exceed the damage generation irradiation energy from a correspondence relationship between the structure of the base film given in advance and the damage generation irradiation energy. Or the processing method of Claim 3. The step of determining the energy amount of each processing unit is as follows:
Determining the structure of the base film from a correspondence relationship between reflected light intensity given in advance and structure information of the base film formed under the film to be processed;
Based on the complex refractive index of the determined energy line irradiated with the determined structure of the base film and taking into account multiple interference, and the amount of energy received by the base film does not exceed the damage generation irradiation energy The method according to claim 1, further comprising a step of determining an irradiation energy amount. The processing method according to claim 3, wherein the processing unit is processed in sub-processing units that are further subdivided. The processing method according to claim 6, wherein the sub-processing unit is a dot shape or a strip shape. A processing method for performing processing to irradiate an energy beam for each processing unit and selectively remove or reduce a film thickness of a processing film formed on a substrate,
Irradiating energy rays to a processing unit of the substrate;
A step of observing a gas body generated by irradiation of the energy beam on the optical path of the energy beam;
Measuring the size of the gas body;
When the size of the gas body is smaller than a specified value, the substrate is irradiated with the next energy beam. A process of selectively removing or reducing the film thickness of the processing region by irradiating the processing region where the liquid flows on the surface of the substrate with an energy line having a width W in the liquid flowing direction at the oscillation frequency Z. A processing method to perform,
The flow velocity V (μm / sec), width W (μm) and oscillation frequency Z (1 / sec) of the liquid are:

The processing method characterized by being set so that it may satisfy | fill. The irradiation region on the substrate is moved relative to the substrate while irradiating an energy beam smaller than the region to be processed. The processing method according to claim 8 or 9. 10. The processing method according to claim 8, wherein the shape of the irradiation region of the energy beam on the substrate is a slit shape or a dot shape with respect to the processing region. The irradiation of the energy beam is performed in a state where a liquid is flowed on the irradiation region of the energy beam on the substrate. The processing method described. The energy beam irradiation is performed in a state in which a gas is flowed over the energy beam irradiation region on the substrate, according to any one of claims 1, 3, 8, and 9. The processing method described. The processing method according to claim 1, wherein the energy beam is any one of a laser beam, a lamp beam, and a charged particle beam. The processing method according to claim 1, wherein the processing target film is an antireflection film or a resist film. 2. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is provided with an alignment mark or a misalignment measurement mark formed below the processing region of the processing film. The processing method according to any one of 9. The processing method according to claim 8, wherein the film to be processed is a polyimide, a silicon nitride film, or a silicon carbide film. The processing method according to claim 8, wherein the film to be processed is a metal film. The processing method according to claim 18, wherein the metal film is processed into a wiring pattern by the processing. The processing method according to claim 8, wherein the film to be processed is a resin insulating film. A groove is formed in the resin insulating film by the processing,
21. The processing method according to claim 20, wherein wiring is embedded in the groove. A plurality of semiconductor devices are formed on the substrate,
The semiconductor device surrounded by the dicing line is formed by irradiating the energy beam by the processing to form a dicing line in the film to be processed and the substrate around each semiconductor device. The processing method of Claim 8 or Claim 9. The processing method according to claim 22, wherein after the dicing line is formed, the substrate is thinned. 23. The processing method according to claim 22, wherein the dicing line is formed after the substrate is thinned. A processing method for performing processing for selectively removing a processing region of an organic film formed on a substrate,
Irradiate energy rays whose irradiation shape on the substrate is smaller than the region to be processed under the condition that the oscillation frequency f (1 / sec) and the energy density per pulse can remove the organic film. While
Scanning the irradiation position of the energy beam relative to the substrate at a speed v (μm / sec);
The oscillation frequency f and speed v are

A processing method characterized by satisfying the above relationship. 26. The processing method according to claim 25, wherein a width of the irradiation shape in a relative movement direction of the irradiation position of the energy beam is 2 μm or more and 20 μm or less. The processing method according to any one of claims 8, 9, and 25, wherein a contour length of an irradiation region of the energy beam on the substrate is 180 µm or less. A processing apparatus for selectively processing a processing region of a processing film formed on a substrate,
A holding unit for holding the substrate;
An irradiation unit that irradiates energy rays for each processing unit set in the processing region;
Illuminating the observation light on each processing unit, and detecting a reflected light intensity from the processing unit;
In accordance with the detected reflection intensity, a setting unit for setting the energy amount of the energy beam irradiated to each processing unit;
A processing apparatus comprising: a control unit that controls an energy amount of an energy beam irradiated from the irradiation unit in each processing unit according to an energy amount set by the setting unit. A holding unit for holding the substrate;
An irradiation unit for generating an energy beam that removes a part of the processed film of the substrate;
An observation unit for observing a gas body generated by ablation of the film to be processed by irradiation of the energy beam on the optical path of the energy beam;
A processing apparatus comprising: a control unit that controls irradiation timing of the energy beam irradiated from the irradiation unit according to an observation result of the observation unit. The observation unit measures the size of the gas body,
30. The processing apparatus according to claim 29, wherein the energy beam is irradiated from the irradiation unit when the measured size is smaller than a predetermined value. The observation unit acquires an image of an irradiation region of the energy beam; and
31. The processing apparatus according to claim 30, further comprising a measurement unit that measures the size of the gas body from a gradation change of an image acquired by the observation unit. The observation unit determines the presence or absence of the gas body,
30. The processing apparatus according to claim 29, wherein the control unit irradiates the energy beam from the irradiation unit when it is determined that there is no gas body. The observation unit acquires an image of an irradiation region of the energy beam; and
The processing apparatus according to claim 32, further comprising a measurement unit that detects the presence or absence of the gas body from a change in gradation of an image acquired by the observation unit. A processing apparatus for selectively processing a processing region of a processing film formed on a substrate,
A holding unit for holding the substrate;
Irradiation for irradiating each processing unit set in the processing region with an energy beam having an oscillation frequency Z (1 / sec) and a width W (μm) in one direction of the irradiation region on the processing film. And
A supply unit for supplying a liquid having a flow velocity V in the one direction on the processing region of the processing film;
The oscillation frequency Z, width W, and flow velocity V are

And a control unit that controls any one of the oscillation frequency Z, the width W, and the flow velocity V so as to satisfy the above relationship. The processing apparatus according to claim 34, wherein the control unit controls the flow velocity V according to the preset oscillation frequency Z and width W. The processing apparatus according to claim 34, wherein the control unit controls the oscillation frequency Z in accordance with the flow velocity V and the width W set in advance. A processing apparatus for selectively processing a processing region of an organic film formed on a substrate,
A holding unit for holding the substrate;
An energy beam having an irradiation shape on the substrate smaller than the region to be processed, an oscillation frequency f (1 / sec), and an energy density per pulse that can remove the organic film is applied to the substrate. Irradiating part to irradiate,
A scanning unit that scans the irradiation position of the energy beam at a speed v relative to the substrate;
The oscillation frequency f and speed v are

And a control unit that controls at least one of the irradiation unit and the scanning unit so as to satisfy the above relationship. The processing apparatus according to claim 37, wherein a width of the irradiation shape in a relative moving direction of the irradiation position of the energy beam is 2 µm or more and 20 µm or less. 38. The processing apparatus according to claim 28, 29, 34, or 37, wherein the energy beam is any one of lamp light, laser light, and charged particle beam. The processing apparatus according to claim 39, wherein a fundamental wave or a harmonic of a Q-Switch Nd YAG laser is used as a light source of the laser light. The processing apparatus according to any one of claims 28, 29, and 37, further comprising a liquid supplier for supplying a liquid onto the processing region of the substrate. An observation unit for obtaining an image of the irradiation region of the energy beam;
It is characterized by further comprising a control unit that determines the presence or absence of a film to be processed and a residue of the film to be processed from an image acquired by the observation unit, and controls irradiation of the energy beam according to the determination result. A processing apparatus according to any one of claims 28, 29, 34, and 37. The apparatus further comprises a forming unit that is disposed on an optical path of the energy beam, shapes the energy beam, and irradiates the energy beam to a plurality of periodically arranged positions on the substrate. 38. The processing apparatus according to any one of items 28, 29, 34, and 37. 38. The molded part according to claim 29, 34, or 37, further comprising: a shaping part on the optical path of the energy ray, wherein the contour length of the irradiation region of the energy ray on the substrate is 180 μm or less. The processing apparatus in any one.

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