JP2866831B2 - レーザ加工装置の位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工装置の位
置決め方法に関し、特に半導体のウェーハ上の配線パタ
ーンを加工するレーザリペア装置の位置決め方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体製造技術の進歩により、集積
度の高密度化が進んで回路パターンも微細化し、それに
伴って回路の欠陥の発生も激増の傾向にある。欠陥の増
加に対応してＩＣチップの歩留りを向上させるために、
ＩＣチップ内に予め予備の冗長セルを構成しておき、欠
陥セルを生じた場合にこの冗長セルに切り換えるリペア
（欠陥救済）技術が広く使用されるようになってきた。
このリペア技術としてはレーザ加工装置の一種であるレ
ーザリペア装置から照射されるレーザを使用し、収束さ
れたレーザ光を予め設けられた溶断可能なパターン部分
（ヒューズ）に照射してパターンを切断し、欠陥セルを
冗長セルに切り換える方法が用いられている。

【０００３】従来用いられていたこの種のレーザリペア
装置におけるリペアの工程は一般に図４のフローが用い
られ、被加工物との位置決めにおいては一般に図５にて
示す構成のものが採用されていた。即ち図４は従来例の
リペア工程を示す工程フロー図であり、図中符号４０１
はウェーハ、４０２はＩＣテスタ、４０３はレーザリペ
ア装置、４０４は加工データの記録されたフロッピーデ
スクである。図５は従来例のレーザリペア装置の部分ブ
ロック構成図であり、５１０はウェーハ、５１１はロー
ダ・アンローダ、５１２はウェーハステージ、５１３は
ウェーハアライメント用検出光学系、５１４はテレビカ
メラ、５１５は照明光源、５１６はテレビカメラ、５１
７はミラー、５１８、５１９はハーフミラー、５２０は
対物レンズ、５２１はミラー、５２２はレンズ、５３０
はビームポジッショナ、５３１はレーザ発振器、５３２
はレーザ加工光学系、５３３はハーフミラーである。

【０００４】図４によって、リペア技術の工程を説明す
る。リペア処理の前にウェーハ４０１はＩＣテスタ４０
２を用いて予備測定が行なわれ、各ウェーハごとにリペ
ア可能なチップと欠陥データ線のアドレスが調べられ
て、データがフロッピーデスク４０４に記録される。通
常ウェーハおよび各チップには一定の所定の位置に複数
の位置決めマークが設けられており、欠陥データ線のア
ドレスはこの位置決めマークの位置を基準とした座標で
記録される。次にレーザリペア装置４０３にウェーハ４
０１が取り付けられてフロッピーデスク４０４のデータ
に基づいて所定のチップの所定のヒューズが次ぎ次ぎに
切断される。加工の終ったウェーハ４０１は再びＩＣテ
スタ４０２で測定が行なわれて各チップの良否が判別さ
れて選別される。

【０００５】微細なパターンのリペア処理のためには、
照射するレーザ光と被照射箇所との精密な位置合わせが
必要である。図５によって位置合わせの方法を説明す
る。ローダ・アンローダ５１１のローダ側の所定の位置
に収納された被加工物であるウェーハ５１０は、プリア
ライメント（Ｘ・Ｙ・θ方向の粗アライメント）され
て、ローダから自動搬送されてウェーハステージ５１２
に搭載される。搬送の途中でテレビカメラ５１４で、ウ
ェーハアライメント（Ｘ・Ｙ・θ方向の中間アライメン
ト）されてワーキングエリア内に移動する。

【０００６】ウェーハアライメント用検出光学系５１３
では照明光源１５から照射されたアライメント用の照射
光をミラー１７、ハーフミラー１８、１９を通してレー
ザ加工用の対物レンズ５２０でウェーハ５１０の表面に
結像させ、反射光をハーフミラー５１８からミラー５２
１、レンズ５２２を経由してテレビカメラ５１６で画像
認識する。画像認識の結果からウェーハ５１０の所定の
基準位置からのＸ・Ｙ・θ方向の位置ずれを算出し、算
出データをウェーハステージ５１２に送り、ウェーハス
テージ５１２を移動させて所定の基準位置にアライメン
トする。

【０００７】ビームポジッショナ５３０は、ウェーハ５
１０のチップ内の所定のヒューズ位置にレーザビームを
高精度で高速に移動させて位置決めする機構である。例
えばＸ・Ｙステージを用いてＸ・Ｙステージをリニアモ
ータで高速に駆動する。Ｘ・Ｙステージの位置は光学的
リニアスケールで検出される。対物レンズ５２０はビー
ムポジッショナ５３０に搭載される。

【０００８】ウェーハステージ５１２上のウェーハ５１
０および各チップがウェーハアライメント用検出光学系
５１３による検出とウェーハステージ５１２の移動によ
り所定の位置にアライメントされると、先ず弱いレーザ
光をレーザ発振器５３１から発光し、レーザ加工光学系
５３２、ハーフミラー５３３、５１９を経由して対物レ
ンズ５２０でレーザ光をウェーハ５１０の表面に結像さ
せ、反射光をハーフミラー５１９、５３３を経由して不
図示の反射光検出部で検出する。最初に対象となるチッ
プのチップ位置決めマーク近傍を走査し、反射率を一つ
あるいは二つのセンサで検出して位置決めマーク位置を
算出して予め設定されている位置決めマーク基準位置と
のずれから位置合わせ係数を算出し、上述のフロッピー
デスク４０４から与えられた位置決めマークと加工対象
のヒューズの相対位置関係のデータに基づいて位置決め
マーク基準位置に対する所定のヒューズ位置を算定し、
ビームポジッショナ５３０のレーザビーム射出口をヒュ
ーズ位置まで移動させ、切断用パワーのレーザ光を照射
して所定のヒューズを切断する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、レーザ
リペア装置によるリペア技術には、精密なアライメント
が必要となり、高い位置精度を確保できる装置構造と調
整が必要となる。位置精度の調整は通常高い技術を持っ
た専門技術者によって行なわれ、加工中の位置決め動作
は自動で行なわれるので、正しい調整が行なわれていれ
ば自動的に高い位置精度で位置決めが行なわれる。

【００１０】しかし、加工作業が継続する間に経時変化
によって位置精度がずれることがある。リペア技術の操
作者は通常装置により自動的に位置決めされているの
で、多少位置精度がずれても、切断ミスが通常発生する
そのウェーハ固有の形状に起因すると判断して加工を継
続することが多い。その結果ヒューズの切断ミスが継続
して発生するという問題が起きていた。

【００１１】この位置精度のずれによる切断ミスの継続
を防ぐための技術が、特開平７−２３６９８９号公報で
開示されている。この発明のレーザリペア装置では、被
加工物であるウェーハおよびチップの表面上の複数の位
置決めマークの測定された位置と、予め装置に設けられ
た位置決めマーク基準位置との差を求め、差が許容値内
か否かを判断し、許容値を超えると位置精度のずれが発
生した可能性がありとして警報信号を出し、切断ミスの
継続を防止する機能を有している。

【００１２】実際の加工において、位置決めマーク基準
位置と加工対象であるウェーハの位置決めマークの位置
がずれていても、正確に位置決めマークの座標が認識さ
れ、その座標に基づいて加工対象のヒューズ位置が正し
く認識されるのならば切断ミスは発生しない。しかし、
特開平７−２３６９８９号公報で開示されている技術で
はレーザリペア装置の位置精度のずれによる切断ミスの
継続を防止できる効果があるものの、ウェーハ全体の位
置ずれもレーザリペア装置の位置精度のずれと判断する
可能性があった。

【００１３】本発明の目的は、レーザ加工装置の位置精
度のずれを判断するとともに、加工対象物全体の位置ず
れに対しては、位置ずれに対応した加工が可能なレーザ
加工装置の位置決め方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工装置
の位置決め方法は、レーザ光の照射によって加工を行な
うためにレーザ加工装置の所定の位置に配設された加工
対象物に設けられた位置決めのための複数の特定点の位
置を検出し、予めレーザ加工装置に設定された基準位置
に対する位置合わせ係数を算出し、加工対象物に設けら
れた特定点に対する加工予定位置の相対位置関係に基づ
いて加工予定位置の座標を算出するレーザ加工装置の位
置決め方法において、位置決めのために検出された以外
の加工対象物の特定点の座標を複数の特定点の相対位置
関係から位置合わせ係数で算出し、位置決めのために検
出された以外の加工対象物の特定点の実際の位置を検出
してその座標を算出し、位置合わせ係数から算出された
座標と、実際に検出された位置から算出された座標とを
比較し、両座標間の差の値が予め設定されたしきい値以
下の場合はレーザ加工プロセスを継続し、しきい値を超
える場合は以後のレーザ加工プロセスを中断する。

【００１５】また、加工対処物が半導体ウェーハであ
り、レーザ加工装置が、半導体のウェーハ上の配線パタ
ーンを加工するレーザリペア装置であってもよく、特定
点が、半導体のウェーハとウェーハに形成された複数の
チップに設けられた位置決めマークであってもよい。

【００１６】本発明では、レーザ加工装置の位置決め方
法において加工対象物の基準位置に対する位置合わせ係
数を算出後、算出された位置合わせ係数に基づいて加工
対象物の特定点の座標を算出し、実際に検出した特定点
の座標と比較することにより、位置合わせ係数の妥当性
を判定するので、装置の位置精度のずれによる加工ミス
が防止され、加工対象物そのものの位置ずれに対しては
位置ずれに対応した正しい加工ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明のレーザリペ
ア工程を示すフローチャート、図２は本発明の実施の形
態のレーザリペア装置の部分ブロック構成図であり、図
３は本発明の位置合わせを説明するための模式図であ
る。図中符号２１０はウェーハ、２１２はウェーハステ
ージ、２１９はハーフミラー、２２０は対物レンズ、２
３０はビームポジッショナ、２３１はレーザ発振器、２
３３はハーフミラー、２３４はミラー、２３５は反射光
検出部、２４０はウェーハおよびチップ表面に設けられ
た位置決めマーク、２５０はシステム制御部、２５１は
制御手段、２５２は記憶手段、２５３は演算手段、２５
４は比較手段、２５５は警報手段であり、３０１は実際
のチップ位置、３０２、３０３、３０４、３０５は実際
の位置決めマーク、３１１は装置が計測したチップ位
置、３１３、３１４は誤って計測された位置決めマーク
位置、３１５は算定された位置決めマーク位置であり、
Ｓ１０１〜Ｓ１１２はレーザリペアの各工程を示す。

【００１８】従来例の図５に示されたローダ・アンロー
ダおよびウェーハアライメント用検出光学系は従来例と
同じなので図１では省略されている。レーザリペア装置
のリペアのための機構はウェーハ２１０を搭載し移動し
て位置決めを行なうウェーハステージ２１２と、対物レ
ンズによって収束されたレーザ光をウェーハ２１０のチ
ップ上の任意の位置に移動させて照射させるビームポジ
ッショナ２３０と、レーザ発振器２３１と、ウェーハ２
１０からの反射光を検出する反射光検出部２３５と、シ
ステム制御部２５０を備える。システム制御部２５０
は、ウェーハステージ２１２の制御部、ビームポジッシ
ョナ２３０の制御部、レーザ発振器２３１および反射光
制御部２３５を制御する制御手段と、記憶手段と、演算
手段と比較手段と警報手段とにより構成される。本図で
はウェーハステージ２１２とビームポジッショナ２３０
とは独立した構造として説明されているが複合した構造
であってもよい。

【００１９】本発明のレーザリペア装置の位置決め方法
では、ウェーハ上の複数の位置決めマークの位置（座
標）情報を検出して、対象となるチップの基準位置に対
する相対位置関係を規定する位置合わせ係数を演算して
加工予定位置の基準位置に対する座標を算定する際に、
検出された位置決めマークの位置と位置決めマーク基準
位置とのずれが、装置の位置精度のずれによるものか、
ウェーハそのものの位置ずれによるものかについて位置
合わせ結果を自動的に判定し、装置の位置精度のずれに
よる可能性が有ればレーザリペアプロセスを自動的に中
断し、ウェーハそのものの位置ずれと判定されれたり、
装置の位置ずれであっても加工予定位置における加工精
度が許容範囲以内であると判定されれば、位置ずれが大
きくてもレーザリペアプロセスを自動的に続行する、位
置合わせ結果の自動判定機能に特徴がある。従来の技術
では装置の位置精度のずれが生じた場合も検知できずに
切断ミスを続出したり、位置精度のずれを検知する方法
では単なるウェーハの位置ずれを位置精度のずれと判断
してプロセスを中止するという問題があった。

【００２０】図２と図３により、本発明の特徴である位
置決め工程における位置合わせ結果に対する自動判定方
法を説明する。ウェーハステージ２１２上に搭載された
ウェーハ２１０に形成されたチップの中の一つの実際の
チップ位置３０１が実線であったとする。実際の複数の
位置決めマークの内３０２、３０３、３０４を反射光検
出部２３５で検出したときの位置（座標）データが、３
０３と３０４については装置の位置精度のずれによって
３１３、３１４であったとすると、演算手段２５３では
チップ位置３１１が点線の状態にあると判断して位置合
わせ係数を演算し加工予定位置の座標を算出する。従来
の方法ではこの演算された座標に基づいてリペアを行な
うが、本発明では点線のチップ位置としたときの位置合
わせ係数により今回検出した以外の位置決めマーク３０
５の座標３１５を演算手段２５３で算出し、一方反射光
検出部２３５で位置決めマーク３０５の実際の位置デー
タを検出する。比較手段２５４で、位置決めマークの座
標３０５と３１５とを比較する。位置決めマーク３０３
と３０４の検出位置精度がずれていたのであれば座標３
０５と３１５に図３に示すように差が発生するので、差
の値が予め設定してあるしきい値を超えれば装置の位置
精度のずれが発生したとして以後のレーザリペアプロセ
スを中断する。

【００２１】反射光検出部２３５が正しい位置決めマー
ク３０３、３０４の位置情報を検出していたのであれば
当然座標３０５と３１５は一致するので、もしこれらの
位置決めマーク位置が、装置の基準位置からずれていた
としても正しい加工予定位置を演算できるので、以後の
レーザリペアプロセスを継続する。

【００２２】また、装置の位置精度にずれが発生してい
たとしても差がしきい値以下であれば加工予定位置にお
ける加工精度も許容範囲であると判断して以後のレーザ
リペアプロセスを続行する。当然しきい値は想定される
加工予定位置における加工精度が許容値内となるように
設定されている。

【００２３】次ぎに本発明の実施の形態の位置決め方法
を用いたレーザリペア装置のリペア工程について図１、
図２および図３を用いて説明する。ウェーハ２１０はロ
ーダ・アンローダにより搬送されウェーハステージ２１
２上に搭載され（Ｓ１０２）、ウェーハアライメント用
検出光学系によって予め設定された基準位置に位置決め
される（Ｓ１０３）。ウェーハ２１０およびウェーハ上
に形成されたチップ上には位置決めのための特定点であ
る複数の位置決めマークが設けられている。

【００２４】主にコンピュータで構成されているシステ
ム制御部２５０の制御手段２５１からの制御信号で、レ
ーザ発振器２３１から弱レーザ光が発光される。弱レー
ザ光はミラー２３４、ハーフミラー２３３、２１９を経
由して対物レンズ２２０でレーザ光をウェーハ２１０の
表面に収束して結像させる。弱レーザ光はウェーハ２１
０上で反射し、反射光は逆方向に対物レンズ２２０、ハ
ーフミラー２２９、２３３を経由して反射光検出部２３
５に入射し、位置決めマークの位置情報が検出される。
この時、弱レーザ光を若干走査して特定点である位置決
めマークを選定する（Ｓ１０４）。

【００２５】反射光検出部２３５では位置決めマーク２
４０の内の３点（３０２、３０３、３０４）の基準位置
に対する位置（座標）データを得て、その位置データを
記憶手段２５２に記憶させる。記憶手段２５２には予め
位置決めマーク２４０の基準位置データ、例えば位置精
度調整の際に得た基準位置データ等がすべて記憶されて
いる。次ぎに演算手段２５３では、記憶手段２５２に記
憶されたデータを用いて位置決めマーク基準位置と、反
射光検出部２３５で検出されたウェーハの位置決めマー
ク位置と、予め対象のウェーハについてＩＣテスタで測
定された加工予定位置（切断すべきヒューズ位置）とウ
ェーハの位置決めマーク位置との相対位置関係とから基
準位置に対する加工予定位置の座標を演算し、同時にウ
ェーハの今回の検出の対象にならなかった特定点である
位置決めマーク３０５の基準位置に対する座標３１５を
演算して記憶手段２５２に記憶する（Ｓ１０５）。

【００２６】次に反射光検出部２３５は弱レーザ光を用
いて座標を演算したウェーハの今回の検出の対象になら
なかった特定点である位置決めマーク３０５の位置情報
を検出する（Ｓ１０６）。この工程はＳ１０４で同時に
行なってもよい。

【００２７】検出された位置情報３０５は記憶手段２５
２に送られ、さらに演算された座標３１５と比較手段２
５４で比較されてその差が算出され、その差が予め設定
されたしきい値と比較される（Ｓ１０７）。

【００２８】その差がしきい値を超えていれば（Ｓ１０
７ Ｎｏ）制御手段２５１はレーザリペアプロセスを中
断させ、警報手段２５５がアラームを発振する（Ｓ２０
８）。

【００２９】その差がしきい値以下であれば（Ｓ１０７
Ｙｅｓ）、Ｓ１０５で演算された基準位置に対する加
工予定位置の座標に基づきビームポジッショナ２３０に
より、レーザ光射出口を加工予定位置に移動させ（Ｓ１
０９）、レーザ光を加工予定位置に照射してヒューズを
切断する（Ｓ１１０）。対象となる全ヒューズの切断が
完了するまでＳ１０９〜Ｓ１１１の工程を繰り返す（Ｓ
１１１）。

【００３０】以上の説明では半導体のウェーハのパター
ン上のヒューズを切断するレーザリペア装置について説
明したが、この位置決め方法はその他の目的のレーザ加
工装置に対しても適用することが当然可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、レーザ
加工装置の位置決め方法において加工対象物の基準位置
に対する位置合わせ係数を算出後、算出された位置合わ
せ係数に基づいて加工対象物の特定点の座標を算出し、
実際に検出した特定点の座標と比較することにより、位
置合わせ係数の妥当性を判定するので、装置の位置精度
のずれによる加工ミスを防止し、加工対象物そのものの
位置ずれに対しては位置ずれに対応した正しい加工がで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザリペア工程を示すフローチャー
トである。

【図２】本発明の実施の形態のレーザリペア装置の部分
ブロック構成図である。

【図３】本発明の位置合わせを説明するための模式図で
ある。

【図４】従来例のリペア工程を示す工程フロー図であ
る。

【図５】従来例のレーザリペア装置の部分ブロック構成
図である。

【符号の説明】

２１０、４０１、５１０ ウェーハ ２１２、５１２ ウェーハステージ ２１９、２３３、５１８、５１９、５３３ ハーフミ
ラー ２２０、５２０ 対物レンズ ２３０、５３０ ビームポジッショナ ２３１、５３１ レーザ発振器 ２３４、５１７、５２１ ミラー ２３５ 反射光検出部 ２４０ 位置決めマーク ２５０ システム制御部 ２５１ 制御手段 ２５２ 記憶手段 ２５３ 演算手段 ２５４ 比較手段 ２５５ 警報手段 ３０１ 実際のチップ位置 ３０２、３０３、３０４、３０５ 実際の位置決めマ
ーク ３１１ 装置が計測したチップ位置 ３１３、３１４ 誤って計測された位置決めマーク位
置 ３１５ 算定された位置決めマーク位置 ４０２ ＩＣテスタ ４０３ レーザリペア装置 ４０４ フロッピーデスク ５１１ ローダ・アンローダ ５１３ ウェーハアライメント用検出光学系 ５１４、５１６ テレビカメラ ５１５ 照明光源 ５２２ レンズ ５３２ レーザ加工光学系 Ｓ１０１〜Ｓ１１２ レーザリペアの各工程

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/02 G01B 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光の照射によって加工を行なうた
   めにレーザ加工装置の所定の位置に配設された加工対象
   物に設けられた位置決めのための複数の特定点の位置を
   検出し、予め前記レーザ加工装置に設定された基準位置
   に対する位置合わせ係数を算出し、前記加工対象物に設
   けられた前記特定点に対する加工予定位置の相対位置関
   係に基づいて前記加工予定位置の座標を算出するレーザ
   加工装置の位置決め方法において、 前記位置決めのために検出された以外の前記加工対象物
   の前記特定点の座標を複数の前記特定点の相対位置関係
   から前記位置合わせ係数で算出し、 前記位置決めのために検出された以外の前記加工対象物
   の前記特定点の実際の位置を検出してその座標を算出
   し、 前記位置合わせ係数から算出された座標と、前記実際に
   検出された位置から算出された座標とを比較し、 両座標間の差の値が予め設定されたしきい値以下の場合
   はレーザ加工プロセスを継続し、しきい値を超える場合
   は以後のレーザ加工プロセスを中断する、ことを特徴と
   するレーザ加工装置の位置決め方法。
2. 【請求項２】 前記加工対処物が半導体ウェーハであ
   り、前記レーザ加工装置が、半導体のウェーハ上の配線
   パターンを加工するレーザリペア装置である、請求項１
   に記載のレーザ加工装置の位置決め方法。
3. 【請求項３】 前記特定点が、前記半導体のウェーハと
   前記ウェーハに形成された複数のチップに設けられた位
   置決めマークである、請求項２に記載のレーザ加工装置
   の位置決め方法。