JP2010120079A - 微細加工装置および微細加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク上の絶対的な加工位置に対して精度の高い位置決めを簡易に行うことができる微細加工装置、微細加工方法および微細加工プログラムを提供すること。
【解決手段】載置されたワークＷを加工するレーザ光を出射するレーザ光源１１と、ワークＷの加工領域を含むワークＷ上の画像を取得する撮像部２２と、レーザ光源１１とワークＷとの間に配置され、前記レーザ光が照射可能な全領域のうち、少なくともワークＷの加工領域に対応させて前記レーザ光を透過させる透過領域１６以外の領域で前記レーザ光をマスクする液晶マスク１３と、撮像部２２で取得された画像の領域と液晶マスク１３の領域との位置関係を対応付ける対応付け部４１と、対応付け部４１による位置関係をもとに、液晶マスク１３の透過領域１６を前記画像上の加工領域に一致させるマスク制御部４２と、少なくとも透過領域１６に前記レーザ光を照射する加工制御部４３と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体チップやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）チップなどが形成されたワーク上に光を照射して微細加工を行う微細加工装置、微細加工方法および微細加工プログラムに関するものである。

従来から、レーザ光を用いて各種のレーザ加工を行うものが知られている。たとえば、ヒューズ切断方式による冗長回路を有する半導体デバイスに対してレーザ光を照射してヒューズ切断を行うヒューズ切断装置が知られている（特許文献１）。

また、液晶マスクを介して被照射物の表面にレーザ光を照射することによって微細なパターニングを行うレーザ描画装置が知られている（特許文献２）。

特開平５−２６７４６５号公報 特開２００１−２０５８４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、ワークに対する精度の高い微細加工を行うことが困難である。特に、微小なスポット径をもつレーザ光を、例えば±５μｍ程度の高精度で高速に位置決めすることは困難である。この場合、ワークに対して精度の高い微細加工を行おうとすると、ワークを載置するＸＹステージなどの装置が複雑かつ大型化するという問題点があった。

一方、上述した特許文献２では、ワークに対して精度の高い微細加工を簡易に行うことができる。しかし、この精度の高い微細加工は、加工パターンを精度高くできるものであって、ワーク上の絶対的な加工位置に対して精度高く位置決めされて微細加工を行うことは困難であった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ワーク上の絶対的な加工位置に対して精度の高い位置決めを簡易に行うことができる微細加工装置および微細加工方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる微細加工装置は、載置されたワークを加工する所定光を出射する光源と、前記ワークの加工領域を含む前記ワーク上の画像を取得する撮像部と、前記光源と前記ワークとの間に配置され、前記所定光が照射可能な全領域のうち、少なくとも前記ワークの加工領域に対応させて前記所定光を透過させる透過領域以外の領域で前記所定光をマスクする液晶マスクと、前記撮像部で取得された画像の領域と前記液晶マスクの領域との位置関係を対応付ける対応付け部と、前記対応付け部による位置関係をもとに、前記液晶マスクの透過領域を前記画像上の加工領域に一致させるマスク制御部と、少なくとも前記透過領域に前記所定光を照射する加工制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工装置は、上記の発明において、前記撮像部が取得した画像の中から所望の加工領域の検出処理を行う画像処理部を備え、前記マスク制御部は、前記画像処理部が検出した所望の加工領域を前記画像上の加工領域として前記液晶マスクの透過領域を位置決めすることを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工装置は、上記の発明において、前記対応付け部は、前記撮像部で取得された画像の領域全体と前記液晶マスクの領域全体とを座標変換して前記位置関係を対応付けることを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工装置は、上記の発明において、前記マスク制御部は、前記透過領域に所定の透過パターンを形成することを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工装置は、上記の発明において、前記液晶マスクは、前記ワーク全体をカバーする領域を有することを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工装置は、上記の発明において、前記ワークを載置して該ワークを移動する移動部を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工装置は、上記の発明において、前記所定光はレーザ光であり、前記レーザ光を前記液晶マスク上でラスタスキャンするスキャン光学系と、前記スキャン光学系を駆動制御するスキャン制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる微細加工方法は、ワークの加工領域を含む前記ワーク上の画像を取得する撮像ステップと、前記ワークを加工する所定光を出射する光源と前記ワークとの間に配置された液晶マスクの領域と前記撮像ステップで取得された画像の領域との位置関係を対応付ける対応付けステップと、前記対応付けステップによって対応付けされた位置関係をもとに、前記液晶マスクの透過領域を前記画像上の加工領域に一致させるマスク制御ステップと、少なくとも前記透過領域に前記所定光を照射する加工制御ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、撮像部が、ワークの加工領域を含む前記ワーク上の画像を取得し、対応付け部が、前記ワークを加工する所定光を出射する光源と前記ワークとの間に配置された液晶マスクの領域と前記撮像部で取得された画像の領域との位置関係を対応付け、マスク制御部が、前記対応付け部によって対応付けされた位置関係をもとに、前記液晶マスクの透過領域を前記画像上の加工領域に一致させ、加工制御部が、少なくとも前記透過領域に前記所定光を照射して微細加工を行うようにしているので、ワーク上の絶対的な加工位置に対して精度の高い位置決めを簡易に行うことができる。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態である微細加工装置および微細加工方法について説明する。なお、この実施の形態では、レーザ光を照射してＩＤマークを半導体チップ上に形成するレーザマーカである微細加工装置を例にあげて説明するがこれに限定されるものではない。

図１は、この発明の実施の形態である微細加工装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、この微細加工装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源１１、レーザ光を加工対象であるワークＷ上に導くレーザ光学系１０、ワークＷ上の加工領域を含む処理対象領域を撮像する撮像部２２、ワークＷをＸＹ平面上に移動させるＸＹステージ３０、記憶部５０、入出力部６０、および各部を制御する制御部４０を有する。

レーザ光源１１は、たとえば、５３２ｎｍのレーザ光を出射する半導体励起レーザであり、制御部４０の制御のもと、光源駆動部１１ａによって駆動制御される。

レーザ光学系１０は、レーザ光源１１側から、スキャナ１２、液晶マスク１３、縮小光学系１４、ハーフミラーＭ１、対物レンズ１５が順次配置される。スキャナ１２は、ガルバノスキャナやポリゴンミラーなどによって実現され、制御部４０の制御のもと、スキャン駆動部１２ａによって駆動制御され、所定領域にレーザ光をスキャンする。

液晶マスク１３は、スキャナ１２を介して入力されるレーザ光に対して該レーザ光を透過させる透過領域１６と該レーザ光を遮断する遮断領域とを形成する。この液晶マスク１３を用いることによって、レーザ光照射領域の微細なパターンを形成することができる。なお、液晶マスク１３は、制御部４０の制御のもと、液晶駆動部１３ａによって透過領域１６の形成が制御される。

縮小光学系１４は、液晶マスク１３を透過したレーザ光を集光して縮小し、ハーフミラーＭ１を介して対物レンズ１５に入射する。対物レンズ１５は、入力されたレーザ光をワークＷ上に集光して照射する。

照明光源２１は、撮像部２２によってワークＷ上の処理対象領域を撮像するための照明光を出射し、たとえば、白色光源によって実現される。ハーフミラーＭ２は、照明光源２１から出射された照明光をハーフミラーＭ１および対物レンズ１５を介してワークＷ上に照射する。撮像部２２は、ＣＣＤカメラなどによって実現され、対物レンズ１５、ハーフミラーＭ１，Ｍ２を介して入力されるワークＷ上の処理対象領域の画像を撮像し、制御部４０に出力する。なお、照明光源２１は、制御部４０の制御のもと、光源駆動部２１ａによって駆動制御される。ここで、撮像部２２が撮像する処理対象領域の画像は、光軸Ｃ１を有し、光軸Ｃ１方向を向いた画像となり、レーザ光の光軸と撮像光軸とが同じ同軸画像となる。

制御部４０は、たとえばＣＰＵなどによって実現され、入出力部６０からの指示のもとに、各部を制御して微細加工処理を行う。ここで、制御部４０は、記憶部５０に記憶されたＩＤマーク処理などの加工処理情報５１をもとに、所定の加工処理を行う。また、この加工処理を行う際、記憶部５０に記憶されたＩＤマークパターンなどのパターン情報５２を用いて処理する。

制御部４０は、対応付け部４１、マスク制御部４２、加工制御部４３、画像処理部４４を有する。対応付け部４１は、撮像部２２が取得した画像である処理対象領域と、液晶マスク１３のマスク領域との位置関係を一致させる対応付けを行う。ここで、対応付け部４１は、図２（ａ）に示すように、画像の処理対象領域Ｅ１とマスク領域Ｅ２との位置関係を一致させる処理を行うが、処理対象領域Ｅ１とマスク領域Ｅ２との大きさが異なる場合には、座標変換処理を行って一致させる。具体的には、処理対象領域Ｅ１の画像ドット間隔とマスク領域Ｅ２の透過ドット間隔とを一致させる座標変換処理を行う。

画像処理部４４は、撮像部２２が撮像した処理対象領域Ｅ１の画像から、図２（ａ）に示すように、画像上の加工領域Ｅ３を検出する。この加工領域Ｅ３は、処理対象領域Ｅ１の画像に対してパターンマッチング処理などを行って検出される。

マスク制御部４２は、画像処理部４４が検出した加工領域Ｅ３に対応する透過領域Ｅ４以外のマスク領域Ｅ２をマスクし、レーザ光を遮断する。さらに、マスク制御部４２は、この透過領域Ｅ４内に、加工領域Ｅ３に対応したＩＤマークパターンＰＴをパターン情報５２から取得して形成する。たとえば、図２（ｂ）に示すように、透過領域Ｅ４内に２次元コードとしてのドットパターンであるＩＤマークパターンＰＴを形成する。図２（ｂ）では、●で示したドットが透過ドットとなり、レーザ光はこの透過ドットを透過する。

加工制御部４３は、図２（ｃ）に示すように、液晶マスク１３のマスク領域Ｅ２内の透過領域Ｅ４のみにレーザ光Ｌ１をスキャンするように制御する。このスキャンによって、たとえば、図２（ｂ）に示したＩＤマークパターンＰＴが加工領域Ｅ３に対応したワークＷ上の領域に形成される。

なお、この実施の形態では、たとえば５０μｍ×５０μｍの加工領域Ｅ３内に、２次元コードのＩＤマークパターンＰＴを形成するものである。

ここで、図３に示すフローチャートを参照して、制御部４０による微細加工処理手順について説明する。まず、ワークＷは、ＸＹステージ３０の所定位置に載置される。この状態で、制御部４０が入出力部６０からワークＷに対する微細加工処理の指示を受けると、記憶部５０内の図示しない微細加工処理プログラムを読み込み、あるいは制御部４０内の図示しないＲＯＭに予め記憶された微細加工処理プログラムを用いて、微細加工処理を開始する。図３において、まず、制御部４０は、撮像部２２を介して、ＸＹステージ３０のワークＷ全体をモニタし、最初の処理対象領域Ｅ１の中心が、ほぼ光軸Ｃ１の中心となるようにＸＹステージ３０を移動して粗動位置決めを行う（ステップＳ１０１）。なお、ワークＷ全体の形状等が既知の場合やワークＷの概略載置状態が固定である場合には、ワークＷ全体の確認あるいは認識のための撮像部２２による初期のモニタを行う必要はない。

その後、光源駆動部２１ａを介して照明光源２１を点灯し、光軸Ｃ２を介し、撮像部２２によって、粗動位置決めされたワークＷの処理対象領域Ｅ１の画像を取得する（ステップＳ１０２）。その後、取得された処理対象領域Ｅ１の画像領域と液晶マスク１３のマスク領域Ｅ２との位置関係の対応付けを行う（ステップＳ１０３）。なお、この対応付け処理は、撮像部２２のズーム倍率などが既知で固定されており、既に対応付けが行われている場合には省略することができる。

その後、画像処理部４４は、取得された処理対象領域Ｅ１の画像領域から加工領域Ｅ３を抽出する（ステップＳ１０４）。その後、マスク制御部４２は、抽出された加工領域Ｅ３に対応する液晶マスク１３の領域を透過領域Ｅ４とし、この透過領域Ｅ４以外の領域をマスクするとともに、この透過領域Ｅ４内に、加工領域Ｅ３に形成すべき透過パターン、すなわちＩＤマークパターンＰＴを形成する（ステップＳ１０５）。すなわち、処理対象領域Ｅ１内の加工領域Ｅ３と液晶マスク１３の透過領域Ｅ４とが位置決めされる。すなわち、ＸＹステージ３０による位置決め精度が粗くても、この加工領域Ｅ３と透過領域Ｅ４との位置決め、換言すれば液晶マスク１３の透過領域Ｅ４の位置補正によってワークＷに対する絶対位置を精度高く位置決めすることができる。

その後、加工制御部４３は、レーザ光源１１からレーザ光を出射させるとともに、スキャナ１２を駆動させ、透過領域Ｅ４内にレーザ光をスキャンすることによって、ＩＤマークパターンＰＴが加工領域Ｅ３に対応するワークＷ上の領域に形成される（ステップＳ１０６）。なお、スキャンが終了した場合、レーザ光の照射およびスキャンは停止させることが好ましい。ただし、レーザ光の安定化を考慮して、スキャンのみを停止させ、レーザ光の照射は、その照射位置を液晶マスク１３上のマスク領域に指向させておいてもよい。

その後、次の処理対象領域Ｅ１があるか否かを判断し（ステップＳ１０７）、次の処理対象領域Ｅ１がある場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）には、ステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返し、次の処理対象領域Ｅ１がない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）には、本処理を終了する。

なお、上述した実施の形態では、処理対象領域Ｅ１内に１つの加工領域Ｅ３を有するものであったが、これに限らず、１つの処理対象領域Ｅ１内に複数の加工領域Ｅ３を有するものであってもよい。特に、液晶マスク１３のマスク領域Ｅ２が大きければ大きい程、処理対象領域Ｅ１を広げることができ、複数の加工領域Ｅ３を同時に加工処理することができる。この場合、各加工領域Ｅ３に形成されるＩＤマークパターンＰＴは異なる。もちろん、同じＩＤマークパターンＰＴであってもよい。さらには、異なるカテゴリーの加工処理、たとえば、ヒューズ切断などの加工処理を同時に行ってもよい。

この実施の形態では、レーザ光が照射されるワークＷ上の微細位置決めをＸＹステージ３０の高精度移動によって実現するのではなく、ＸＹステージ３０の粗動によって大まかなワークＷの位置決めを行った後、撮像部２２が撮像したワークＷの画像をもとに、液晶マスク１３の透過領域Ｅ４の高精度位置補正を行うことによって、最終的にワークＷの加工位置に対するレーザ光の照射位置を高精度に位置決めしている。

このため、複雑かつ大型化する高精度位置調整ができるＸＹステージを用いなくてもよく、かつＸＹステージの高速移動が可能であるため、高速かつ高精度の微細加工処理を簡易な装置で行うことができる。

なお、液晶マスク１３のマスク領域Ｅ２の基準位置とレーザ光の照射位置Ｐ１との間に位置ずれがある場合には、この位置ずれをオフセット量としてレーザ光の照射位置Ｐ１を光学系であるスキャナ１２によって補正してもよいし、液晶マスク１３の基準位置にオフセット量を加味して補正してもよい。

また、上述した実施の形態では、ＩＤマークパターンを形成する装置であったが、ワークＷ上のヒューズを切断する装置としても用いることができる。図４では、加工領域に対応する透過領域Ｅ４内に、ヒューズとして用いられる信号ライン７１を切断するように、透過領域Ｅ４を形成し、この透過領域Ｅ４全体にレーザ光Ｌ２をスキャンすることによって、信号ライン７１を溶断する。

このヒューズとしての信号ラインは、ＩＣ回路上に個別のＩＤを電気的に形成するためのものであり、複数設けられ、溶断の有無によって全体としてビット情報を形成するものである。たとえば、溶断した信号ラインの電気信号ビットはハイレベルとなり、溶断しない信号ラインの電気信号ビットはローレベルとなる。なお、ここでは、ヒューズとしての信号ラインのサイズは、幅４μｍで長さ１０μｍである。ＩＤを形成するビット数は、たとえば、通常８ビット単位であり、信号ラインの数は、たとえば１６本、３２本、６４本形成される。そして、この複数のヒューズ用の信号ラインは、２ｍｍ角のＩＣの一部に形成される。

なお、図５に示すように、レーザ光をスキャンせずに、透過領域Ｅ４を覆うスポットサイズをもつレーザ光Ｌ３を照射することによって信号ライン７１を溶断するようにしてもよい。もちろん、上述した実施の形態で示したＩＤマークパターンＰＴを形成する場合にも適用することができる。

また、レーザトリマーとしても適用することができる。このレーザトリマーは、ＩＣ回路上に複数の冗長回路を設け、複数の信号ラインの中から所望の信号ラインを導電テストによって選択し、不必要な信号ラインをレーザ光で溶断し、用途に適合した回路のみを動作させるために、トリミングを行うものである。この場合、トリミング線の線幅は１μｍ〜１０μｍであり、２ｍｍ角のＩＣ回路１つに、８個程度の溶断部分がある。この溶断部分が透過領域Ｅ４となり、この透過領域Ｅ４の位置決めを行うことによって、微細加工が行われる。同様にして、ＩＣ回路などの半導体チップに限らずＭＥＭＳチップなどに対する微細加工にも適用することができる。要は、レーザ光を含み光を用いてワークＷに対して凹凸形状や溶断を行うことができるものであれば、全てこの実施の形態を適用することができる。

なお、上述した実施の形態では、落射照明によってワークＷ上の処理対象領域Ｅ１を撮像するようにしていたが、この場合、暗視野画像を取得すると、ワークＷ表面の状態を立体的な画像として得ることができ、加工領域Ｅ３を確実に検出することができるので、好ましい。暗視野画像は、ワークＷの表面に対して斜めから照明光を照射することによって得られる。すなわち、照明光をハーフミラーＭ１，Ｍ２および対物レンズ１５を介さずにワークＷを照射する。

また、上述した実施の形態では、ＸＹステージ３０を用いるようにしていたが、これに限らず、ＸＹステージ３０に替えて単にワークを載置する載置板としてもよい。この場合、図６に示すように、載置板は、載置されたワークＷの処理対象領域Ｅ１が液晶マスク１３のマスク領域Ｅ２内に収まるように位置決めできることが好ましい。換言すれば、液晶マスク１３のマスク領域Ｅ２が処理対象領域Ｅ１を覆う大きさを有すればよい。この場合の位置決めは、液晶マスク１３内で、透過領域Ｅ４を加工領域Ｅ３に一致させる領域補正を行えばよい。

なお、上述した実施の形態では、ハーフミラーＭ１を用いていたが、これに限らず、たとえば、ダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッター、ショートパスフィルタなどを用いてもよい。

また、上述した実施の形態では、レーザ光源１１を用いてレーザ光を出射するようにしていたが、これに限らず、ワークＷに対して強度の高い光を出射することができる光源および光学系であればよい。

さらに、上述した実施の形態では、加工領域Ｅ３の抽出を、周囲の回路パターンなどを用いてパターンマッチングを行うようにしていたが、これに限らず、加工領域Ｅ３に所定のパターンを付しておくようにしてもよい。この場合、加工領域Ｅ３の抽出処理を確実に行うことができる。

この発明の実施の形態である微細加工装置の構成を示す模式図である。 処理対象領域、加工領域、および透過領域の関係を示す図である。 制御部による微細加工処理手順を示すフローチャートである。 信号ラインを溶断する場合の微細加工を説明する模式図である。 レーザ光のスポット径を大きくした場合における微細加工の一例を示す模式図である。 ＸＹステージを用いない場合における処理対象領域とマスク領域との関係を示す模式図である。

符号の説明

１ 微細加工装置
１０ レーザ光学系
１１ レーザ光源
１１ａ，２１ａ 光源駆動部
１２ スキャナ
１２ａ スキャン駆動部
１３ 液晶マスク
１３ａ 液晶駆動部
１４ 縮小光学系
１５ 対物レンズ
２１ 照明光源
２２ 撮像部
４０ 制御部
４１ 対応付け部
４２ マスク制御部
４３ 加工制御部
４４ 画像処理部
５０ 記憶部
５１ 加工処理情報
５２ パターン情報
６０ 入出力部
Ｍ１，Ｍ２ ハーフミラー
Ｃ１，Ｃ２ 光軸
Ｗ ワーク
Ｅ１ 処理対象領域
Ｅ２ マスク領域
Ｅ３ 加工領域
Ｅ４ 透過領域
ＰＴ ＩＤマークパターン

Claims (8)

1. 載置されたワークを加工する所定光を出射する光源と、
   前記ワークの加工領域を含む前記ワーク上の画像を取得する撮像部と、
   前記光源と前記ワークとの間に配置され、前記所定光が照射可能な全領域のうち、少なくとも前記ワークの加工領域に対応させて前記所定光を透過させる透過領域以外の領域で前記所定光をマスクする液晶マスクと、
   前記撮像部で取得された画像の領域と前記液晶マスクの領域との位置関係を対応付ける対応付け部と、
   前記対応付け部による位置関係をもとに、前記液晶マスクの透過領域を前記画像上の加工領域に一致させるマスク制御部と、
   少なくとも前記透過領域に前記所定光を照射する加工制御部と、
   を備えたことを特徴とする微細加工装置。
2. 前記撮像部が取得した画像の中から所望の加工領域の検出処理を行う画像処理部を備え、
   前記マスク制御部は、前記画像処理部が検出した所望の加工領域を前記画像上の加工領域として前記液晶マスクの透過領域を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の微細加工装置。
3. 前記対応付け部は、前記撮像部で取得された画像の領域全体と前記液晶マスクの領域全体とを座標変換して前記位置関係を対応付けることを特徴とする請求項１または２に記載の微細加工装置。
4. 前記マスク制御部は、前記透過領域に所定の透過パターンを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の微細加工装置。
5. 前記液晶マスクは、前記ワーク全体をカバーする領域を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の微細加工装置。
6. 前記ワークを載置して該ワークを移動する移動部を備えたことを特徴とする請求項１〜４に記載の微細加工装置。
7. 前記所定光はレーザ光であり、
   前記レーザ光を前記液晶マスク上でラスタスキャンするスキャン光学系と、
   前記スキャン光学系を駆動制御するスキャン制御部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の微細加工装置。
8. ワークの加工領域を含む前記ワーク上の画像を取得する撮像ステップと、
   前記ワークを加工する所定光を出射する光源と前記ワークとの間に配置された液晶マスクの領域と前記撮像ステップで取得された画像の領域との位置関係を対応付ける対応付けステップと、
   前記対応付けステップによって対応付けされた位置関係をもとに、前記液晶マスクの透過領域を前記画像上の加工領域に一致させるマスク制御ステップと、
   少なくとも前記透過領域に前記所定光を照射する加工制御ステップと、
   を含むことを特徴とする微細加工方法。

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