JP2802891B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

レーザ加工装置

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JP2802891B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工装置に関し、
特にワークに対する加工精度向上のための改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】レーザ加工装置のなかでも特に、半導体
部品等の微小部品を対象とするレーザ加工装置には、ミ
クロン単位の加工位置精度が要求されている。この種の
レーザ加工装置の一例を、図2を参照して簡単に説明す
る。レーザ発振器40で発生された、例えばKrFによ
るレーザ光は、第1、第2のミラー41,42を経由し
てマスク43に照射される。マスク43を通過したレー
ザ光は、ハーフミラーの機能を持つダイクロックミラー
44により下方向に向きを変え、加工レンズ45を通し
てワーク46に照射される。ワーク46は、マスク43
のパターンで設定される領域のみが加工される。加工レ
ンズ45の縮小率がMの場合、ワーク46にはマスク4
3のパターンの1/Mのものが形成される。
【0003】ワーク46は、θステージ47に搭載さ
れ、θステージ47はXYステージ48に設けられる。
図3に示すように、θステージ47は、その中心を中心
として水平状態で回転角θを変えることができるように
設けられ、XYステージ48はθステージ47を載せた
水平状態でX軸方向、Y軸方向に変位可能に設けられて
いる。ワーク46には、位置合わせのためのアライメン
トマーク46−1が通常、複数箇所に付されている。後
述するアライメントシステムは、このアライメントマー
ク46−1を参照しながら、θステージ47、XYステ
ージ48の各駆動機構(図示省略)を制御して位置制御
を行うことにより、ワーク46の位置決めを行う。
【0004】アライメントシステムは、加工レンズ45
の光軸上に配置された観察光学系50を有する。この観
察光学系50は、2次元CCDを含み、加工レンズ4
5、ダイクロックミラー44を通したθステージ47上
の画像信号をモニタ画像としてコース画像処理装置51
に送る。コース画像処理装置51では、モニタ画像を画
像処理して焦点ずれ、θ方向及びX、Y方向の位置ずれ
を算出し、ステージ制御部52に送出する。
【0005】ステージ制御部52は、送られてきた焦点
ずれを示す信号にもとづいて、加工レンズ45を搭載し
た上下ステージ53の駆動機構54を駆動して上下ステ
ージ53の上下方向位置を調整することにより、ワーク
46に対する加工レンズ45の焦点合わせを行う。ステ
ージ制御部52はまた、θ方向、X、Y方向の位置ずれ
を示す信号にもとづいて、θステージ47、XYステー
ジ48の各駆動機構を駆動して図3に示したθ方向、
X、Y方向の微調整を行うことによりワーク46が所定
位置に位置するように制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これまでの
この種のレーザ加工装置は、マスクパターンはマスクの
外形基準で製作されていないために、マスク43を交換
するたびに、マスクの位置合わせの調整を行う必要があ
った。この調整作業は、マスクを交換した後、一度ワー
クに対する加工を行い、ワークの目標位置(あるいはパ
ターン)に対する実加工位置(あるいはパターン)との
間のX軸方向、Y軸方向のずれ量やθ方向の回転ずれ量
を求め、これらのずれ量にもとづいてXYステージ48
やθステージ47の調整を行うようにしていた。
【0007】すなわち、この方法では、ワークに対する
試験加工を行ったうえでレーザ加工装置とは別の寸法計
測装置で加工寸法を測定し、XYステージ48、θステ
ージ47に測定結果による補正を加えて再試験加工を行
う。そして、再度ずれ量の測定を行って許容値に入って
いない限り、上記の手順を繰り返すという多大の手間を
必要としている。
【0008】以下、このことを図4を参照して詳しく説
明する。図4(a)におけるマスク43では、マスクパ
ターン43−1のX軸は、XYステージ48のX軸と一
致しているものとする。その結果、ワーク46上には、
マスク43の等倍もしくは1/Mの縮小パターン46−
2が連続加工されている。
【0009】次に、マスクが43′に変換されると、マ
スクパターン43−1′はマスク43′の外形基準で製
作されていない(数100ミクロンの精度)ので、通
常、図4(b)のように、図4(a)のマスクパターン
43−1との位置関係が異なり、X、Y、θ方向にずれ
のある状態でセッティングされる可能性が高い。このよ
うな状態でワーク46を移動させてレーザ加工を行う
と、加工パターン46−2′で示すようになるので、補
正が必要となる。
【0010】この補正量を知るために、従来は実際にレ
ーザ加工を行って、その加工パターンを寸法検査装置で
測定する方法がとられている。図4(c)は目標パター
ンPSに対する加工パターン46−2′の位置ずれ量測
定箇所を示している。図4(c)において、目標パター
ンPSの中心と加工パターン46−2′の中心とを結ぶ
線分をX軸方向に分解した値はX軸方向のずれ量ΔX、
Y軸方向に分解した値はY軸方向のずれ量ΔY、θ方向
に関するずれ量はΔθとして計測される。これらの値
は、XYステージ48、θステージ47の各駆動機構に
オフセット量として与えられ、ワーク46の位置調整が
行われる。その結果、図4(d)に示すように、ワーク
46はX軸、Y軸方向に関して位置が補正されると共
に、θ方向にも補正されてマスクパターン43−1′の
X軸とワーク46のX軸とが一致する。
【0011】以上の説明で明らかなように、従来のレー
ザ加工装置では、マスクを交換する毎に、マスク位置合
わせのために加工パターンの寸法を測定するという作業
が必要であった。ここで、従来の100ミクロン前後の
加工位置精度が要求されるレーザ加工装置では、加工パ
ターン寸法の測定は顕微鏡とこれに付属の送りのマイク
ロメータで充分であった。しかしながら、最近では1ミ
クロン前後の加工位置精度が要求されるようになってき
ており、このためマスク位置合わせのための加工パター
ン寸法の測定には1ミクロン以下の計測精度を持つ測定
機が必要となる。
【0012】このような観点から、本発明の課題は、マ
スク交換の影響を受けること無く、1ミクロン前後の加
工位置精度にて加工を行うことのできるレーザ加工装置
を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザ発振源
からのレーザ光を、マスク及びダイクロックミラーを通
してワークに照射してレーザ加工を行う装置において、
前記マスクにマスクアライメントマークを付し、前記マ
スクで規定される光軸上であって前記ダイクロックミラ
ーを間にして前記マスクとは反対側に、前記ダイクロッ
クミラーを通して前記マスクアライメントマークのモニ
タ画像を得るためのマスクアライメント光学系を配置
し、前記マスクを位置変位の可能なマスクステージに搭
載したことを特徴とする。
【0014】本発明によれば、また、前記マスクステー
ジを駆動機構により位置変位可能とし、前記モニタ画像
を処理してマスクアライメントに必要な位置情報を算出
するための画像処理部と、該画像処理部からの位置情報
にもとづいて前記駆動機構を制御するマスクステージ制
御部とを設けたことを特徴とするレーザ加工装置が得ら
れる。
【0015】また、前記マスクに対して可視光を照射す
る照射手段を設け、前記マスクからの光を前記ダイクロ
ックミラーを透過させて前記マスクアライメント光学系
により前記モニタ画像を得るようにしても良い。
【0016】
【実施例】以下に、図1を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。図1において、図2に示された要素と同
じ部分には同一番号を付し、説明は省略する。
【0017】本実施例ではマスク43をマスク用θステ
ージ14に搭載すると共に、これらをマスク用XYステ
ージ15に実装している。また、マスク43の裏面側、
すなわちレーザ光の入射面と反対側の面にアライメント
マーク(図示せず)を付し、このアライメントマークを
マスク43の光軸上であってダイクロックミラー44を
間にしてマスク43とは反対側に配置したマスクアライ
メント光学系11によりダイクロックミラー44を通し
て観察可能にしている。すなわち、ダイクロックミラー
44は、レーザ光(例えば、波長248nmのKrFに
よるレーザ光)は99.5%以上反射するが、可視光線
については90%程度透過する性質を利用して、マスク
アライメント光学系11により可視光によるアライメン
トマークの観察を行う。マスクアライメント光学系11
は、受光レンズ11−1と、マスク43からのアライメ
ントマーク近傍のモニタ画像を得るためのCCDカメラ
11−2とを有している。
【0018】マスクアライメント画像処理装置12は、
コース画像処理装置51と同様にして、CCDカメラ1
1−2からのモニタ画像を処理してマスクアライメント
に必要な位置情報を算出する。この位置情報としては、
X軸、Y軸に関するずれ量ΔX、ΔY、、θ方向のずれ
量Δθがあるが、X軸、Y軸については、XYステージ
48におけるX軸、Y軸と合うようにされる。マスクス
テージ制御部13は、マスクアライメント画像処理装置
12からの位置情報にもとづいてマスク用θステージ1
4の駆動機構(図示せず)とマスク用XYステージ15
の駆動機構(図示せず)とを制御する。
【0019】なお、アライメントマークを付されたマス
ク43の裏面側は、ハロゲンランプ等の可視光の照明灯
16により照らすようにし、その反射光がダイクロック
ミラー44を通してマスクアライメント光学系11に入
射するようにしている。
【0020】次に、本実施例の特徴部分について作用を
説明する。本レーザ加工装置は、組立て時、マスク用X
Yステージ15のX軸、Y軸と、XYステージ48のX
軸、Y軸及びマスクアライメント光学系11のX軸、Y
軸とが一致するように調整される。
【0021】(1)マスク43が交換されると、照明灯
16により交換されたマスク43の裏面側が照射され
る。
【0022】(2)マスク43で反射された反射光はダ
イクロックミラー44を透過し、受光レンズ11−1を
通してCCDカメラ11−2にマスクのモニタ画像を作
る。
【0023】(3)マスクアライメント画像処理装置1
2は、モニタ画像中のアライメントマーク像の位置によ
りマスク43のX軸、Y軸、θ方向に関するずれ量Δ
X、ΔY、Δθを算出する。
【0024】(4)これらの算出値はマスクステージ制
御部13にフィードバックされ、マスクステージ制御部
13によりマスク用XYステージ15、マスク用θステ
ージ14の各駆動機構を制御することにより、マスク4
3のX軸、Y軸がマスクアライメント光学系11のX
軸、Y軸に合わされると共に、θ方向のずれも補正され
る。ここで、マスクアライメント光学系11のX軸、Y
軸とXYステージ48におけるX軸、Y軸とは、レーザ
加工装置の組立て時に一致するよう調整されているの
で、ワーク46はマスクアライメント精度(1ミクロン
以下)で再現性良く加工されることとなる。
【0025】マスク43におけるパターンの製作精度
は、パターン間では1ミクロン以下で作成されているの
で、マスクアライメント誤差(1ミクロン以下)を含め
て1ミクロン以下となり、加工レンズ45の縮小比(例
えば1/4)を考えると、実加工パターンの加工位置精
度は1ミクロン以下が保証される。
【0026】なお、実施例では、マスクアライメント光
学系11で得られたモニタ画像からマスクアライメント
画像処理装置12によりマスクアライメントに必要な位
置情報を算出してマスクステージ制御部13によりフィ
ードバック制御を行うようにしているが、オペレータが
モニタ画像を観察しながらマスク用θステージ14、マ
スク用XYステージ15を手動で調整するようにしても
良い。この場合、マスクアライメント画像処理装置1
2、マスクステージ制御部13は不要である。また、照
明灯16としてハロゲンランプを例示したが、ミラー4
2とマスク43との間に可視光反射用のダイクロックミ
ラーを挿入した可視光レーザ光照明でも良く、マスクア
ライメント光学系11におけるCCDカメラ11−2の
代わりにポジションセンシングデテクター(PSD)を
用いても良い。更に、ダイクロックミラー44として、
加工用のレーザ光を数%だけ透過するようなダイクロッ
クミラーを製作し、加工用のレーザ光自体を照明光とし
ても良い。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるレー
ザ加工装置は、マスクの交換に際してマスクアライメン
ト光学系によりマスクの位置ずれ補正を行うことができ
るようにしたことにより、マスク交換に伴うマスク位置
ずれに起因した加工位置精度の低下を防ぐことができ、
1ミクロン以下の加工位置精度を期待できる。
【0028】また、マスク交換に際して実際にレーザ加
工を行って加工パターンの寸法を測定しながらマスクの
位置合わせを行うという面倒な作業を省略することがで
きる。勿論、マスクアライメント光学系、その他の本発
明の特徴部分を付加することによるレーザ加工装置の加
工性能(レーザパワー)が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示した図である。
【図2】従来のレーザ加工装置の構成を示した図であ
る。
【図3】図1あるいは図2におけるθステージ47及び
XYステージ48とθ方向及びX軸、Y軸の関係を説明
するための図である。
【図4】図2に示されたレーザ加工装置においてマスク
交換の際に問題となる点を説明するための図である。
【符号の説明】
11 マスクアライメント光学系 11−1 受光レンズ 14 マスク用θステージ 15 マスク用XYステージ 16 照明灯 43 マスク 44 ダイクロックミラー 45 加工レンズ 46 ワーク 47 θステージ 48 XYステージ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ発振源からのレーザ光を、マスク
    及びダイクロックミラーを通してワークに照射してレー
    ザ加工を行う装置において、前記マスクにマスクアライ
    メントマークを付し、前記マスクで規定される光軸上で
    あって前記ダイクロックミラーを間にして前記マスクと
    は反対側に、前記ダイクロックミラーを通して前記マス
    クアライメントマークのモニタ画像を得るためのマスク
    アライメント光学系を配置し、前記マスクを位置変位の
    可能なマスクステージに搭載したことを特徴とするレー
    ザ加工装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレーザ加工装置におい
    て、前記マスクステージを駆動機構により位置変位可能
    とし、前記モニタ画像を処理してマスクアライメントに
    必要な位置情報を算出するための画像処理部と、該画像
    処理部からの位置情報にもとづいて前記駆動機構を制御
    するマスクステージ制御部とを設けたことを特徴とする
    レーザ加工装置。
  3. 【請求項3】 請求項1あるいは2記載のレーザ加工装
    置において、前記マスクに対して可視光を照射する照射
    手段を設け、前記マスクからの光を前記ダイクロックミ
    ラーを透過させて前記マスクアライメント光学系により
    前記モニタ画像を得ることを特徴とするレーザ加工装
    置。
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