JP3745918B2 - レーザトリミング装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハチップ上に形成された微小加工対象物に対し、レーザ光にてトリミング加工を行なうレーザトリミング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハチップの電気特性をプローバにて測定しながら、所望の電気特性が得られるようにレーザビームにて上記半導体ウエハチップ上の加工対象部分をレーザ加工するトリミング装置として、例えば図６に示すものがある。 図６において、１はレーザ発振器である。２はビームエキスパンダで、上記レーザ発振器１から発したレーザ光９を平行光１０にエキスパンドする。３は、一つの開口部３ａを有し、上記ビームエキスパンダ２にてエキスパンドされた平行光１０を上記開口部３ａに通過させることでビームの形状を決定するマスク部である。４は対物レンズで、上記マスク部３にて形成されたレーザビームを半導体ウエハチップ５上の加工対象部分の微小スポットに集光させる。６は、上記半導体ウエハチップ５上の加工対象部分の電気特性をプロービングする測定プローバである。７は、レーザ発振器１、ビームエキスパンダ２、マスク部３、及び対物レンズ４を、互いに直交するＸ、Ｙ方向に移動させるＸ−Ｙテーブルである。８はこれらの構成部分の動作制御を行う制御装置である。
【０００３】
以上のように構成された従来のトリミング装置２０は以下のように動作する。
まず、半導体ウエハチップ５の上記加工対象部分について、測定プローバ６にてプロービングを行い電気特性測定を行う。該測定結果は制御装置８に送出され、制御装置８は、上記測定結果に対応する加工長さを求める。さらに制御装置８は、求めた上記加工長さにわたりＸ−Ｙテーブル７を移動させ、かつレーザ発振器１からレーザ光を送出させ半導体ウエハチップ５の上記加工対象部分にレーザ光を照射し加工する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のトリミング装置２０では、半導体ウエハチップ５の上記加工対象部分に対するレーザ加工精度は、測定プローバ６が半導体ウエハチップ５上に形成されている□約１００μｍの電極に針を接触させるための位置決め精度で決定され、該位置精度は約１０μｍである。よって、数μｍという長さにわたる微小なレーザトリミングを必要とする加工対象物に対し、高精度に位置決めをしてレーザ加工することが不可能であるという問題点を有している。
又、レーザ発振器１、ビームエキスパンダ２、マスク部３、及び対物レンズ４を有する光学系部分は、重量が大きく、Ｘ−Ｙテーブル７で移動するとき、加速、減速時に振動が発生するため、低速で移動させねばならず、上述のような微小な加工部分を有するトリミング対象物に対し高速でかつ精度の良いレーザ加工を行うことができなかった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、数μｍの微小トリミング対象物に対しても高精度かつ高速にレーザトリミング加工を行なうことができるレーザトリミング装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様のレーザトリミング装置は、トリミング用レーザ光を発するトリミング用レーザ光生成装置と、
上記トリミング用レーザ光を通過させレーザトリミングされる加工対象物の被トリミング領域に照射するレーザビームの形状を決定する開口部を有するマスク部と、
上記マスク部を通過したトリミング用レーザ光を上記被トリミング領域内の加工スポットに集光させ上記レーザビームを形成する対物レンズと、
上記マスク部を移動させ上記被トリミング領域にわたり上記レーザビームの上記加工スポットを移動させるマスク部移動装置と、
上記加工対象物の電気特性を測定する測定装置と、
上記加工対象物の上記被トリミング領域又はその周囲を撮像する撮像装置と、
上記レーザ光生成装置と上記マスク部との間に配置され、上記トリミング領域へ照射される上記トリミング用レーザ光を透過しかつ上記被トリミング領域にて反射し上記トリミング用レーザ光と同じ光路に沿って上記開口部を通る反射光を上記撮像装置へ入射するミラーと、
上記測定装置の測定結果に基づき上記被トリミング領域を決定し、かつ決定した上記被トリミング領域にわたり上記加工スポットを移動させるように上記マスク部移動装置を動作制御を行うとともに、さらに上記撮像装置にて得られた撮像情報を画像処理して上記被トリミング領域又はその周囲における形状に基づいて上記マスク部移動装置の動作制御を行う制御装置と、
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２態様のレーザトリミング方法は、開口部を通過させることで、レーザトリミングされる加工対象物の被トリミング領域に照射するレーザビームの形状を決定し、
形状が決定されたトリミング用レーザ光を上記被トリミング領域内の加工スポットに集光させ、
上記被トリミング領域にわたり上記レーザビームの上記加工スポットが移動するように上記開口部を移動させてレーザトリミングを行うとき、上記加工対象物の電気特性を測定するとともに、上記被トリミング領域にて反射し上記被トリミング領域への照射光と同光路に沿って上記開口部を通過した反射光にて上記加工対象物の上記被トリミング領域を撮像し、上記電気特性の測定結果に基づき上記被トリミング領域を決定し、決定した上記被トリミング領域にわたり上記加工スポットを移動させ、かつ得られた撮像情報を画像処理して上記被トリミング領域又はその周囲における形状に基づいて上記加工スポットの移動を制御する、
ことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である、レーザトリミング装置、及び該レーザトリミング装置にて実行されるレーザトリミング方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。又、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した、「トリミング用レーザ光生成装置」の機能を果たす一例として本実施形態ではレーザ発振器１０１及びビームエキスパンダ１０２を例に採る。しかしながら、レーザ発振器１０１及びビームエキスパンダ１０２の両者を設けた構成に限定されるものではなく、例えばレーザ発振器とビームエキスパンダとが一体的に構成された場合にはビームエキスパンダを独立して設けない構成とすることもできる。要するに、トリミング用レーザ光生成装置としては、レーザトリミングに必要なトリミング用レーザ光を生成する装置であればよい。
【０００８】
図１に示すように、本実施形態のレーザトリミング装置１００は、大別して、レーザ発振器１０１と、ビームエキスパンダ１０２と、マスク部１０３と、対物レンズ１０４と、測定装置１０６と、加工物載置テーブル１０７と、制御装置１０８と、マスク部移動装置１２１とを備える。これらの構成部分について以下に詳しく説明する。
上記レーザ発振器１０１は、本実施形態においてレーザトリミングされる加工対象物である半導体ウエハ上に形成された回路部分（以下、「半導体ウエハチップ１０５」と記す。）に対して適したレーザ光を発する装置であり、本実施形態では、例えば１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、又は３３５ｎｍの波長の特性を有するレーザ光を発生する装置である。
上記ビームエキスパンダ１０２は、レンズ１０２１を有し、上記レーザ発振器１０１から発したレーザ光１０９を上記レンズ１０２１を通して平行光１１０にエキスパンドする。
【０００９】
上記マスク部１０３は、本実施形態では一つの開口部１０３１を有し、上記ビームエキスパンダ１０２にてエキスパンドされた平行光１１０を上記開口部１０３１に通過させることで、上記加工対象物の被トリミング領域に照射するレーザビームの形状を決定する。尚、本実施形態では、図示するように開口部１０３１、後述の開口部１０３６は、長方形状であるが、これに限定されるものではない。開口部の具体的な大きさは、約１００μｍ〜５０μｍである。
上記対物レンズ１０４は、上記マスク部１０３にて形成されたレーザビームを、半導体ウエハチップ１０５上のレーザ加工対象部分の微小な加工スポットに集光させる。このような対物レンズ１０４は、本実施形態では上記開口部１０３１の一辺の約１０倍の直径にてなる。
【００１０】
上記測定装置１０６は、例えば薄膜抵抗のような上記レーザ加工対象部分の電流値等の電気特性をプロービングするプローブ１０６１を有する。
上記加工物載置テーブル１０７は、移動装置１０７１を有し、かつ加工対象物である上記半導体ウエハチップ１０５を載置し、該半導体ウエハチップ１０５を、移動装置１０７１にて、互いに直交するＸ、Ｙ方向、及び該Ｘ、Ｙに直交するＺ方向に移動させるとともに、さらに上記Ｚ方向に平行な回転軸を中心にしてその軸周り方向のθ方向に回転させる。尚、本実施形態では、加工物載置テーブル１０７は、従来のようにレーザ発振器、エキスパンダ等の光学系を移動させるものではない。
【００１１】
上記マスク部移動装置１２１は、上記マスク部１０３に取り付けられ、上記マスク部１０３を上記Ｘ、Ｙ方向に移動させるとともに上記θ方向に回転させる。マスク部移動装置１２１は、上記開口部１０３１を通過したレーザビームが対物レンズ１０４から外れない範囲にてマスク部１０３を移動させる。
上記制御装置１０８は、上述したレーザ発振器１０１、測定装置１０６、加工物載置テーブル１０７、及びマスク部移動装置１２１と接続され、これらの動作制御を行うとともに、後述するように、実施形態におけるレーザトリミング方法を実行するための制御を行う。
【００１２】
このように構成される本実施形態のレーザトリミング装置１００の動作を以下に説明する。
まず、加工物載置テーブル１０７に載置された半導体ウエハチップ１０５のレーザトリミング加工を行う加工部分にレーザビームが位置するように、制御装置１０８の制御により加工物載置テーブル１０７の移動装置１０７１が駆動される。上記加工部分の位置決め後、上記測定装置１０６のプローブ１０６１を上記加工部分に接触させて該プローブ１０６１にてプロービングを行い、上記加工部分の上記電気特性測定を行う。該測定結果は、測定装置１０６から制御装置１０８へ送出され、制御装置１０８は、電気特性値が設計上の値になるようにレーザトリミング加工を行う被トリミング領域を決定する。尚、決定された上記被トリミング領域とは、レーザトリミングを行う例えば長さ情報である。又、上記決定方法として本実施形態では、制御装置１０８には、上記電気特性値と、被トリミング領域との関係を示したデータが予め格納されており、制御装置１０８は測定された上記電気特性値に基づき上記被トリミング領域を求める。尚、上記決定方法としてはこのような方法に限定されるものではなく公知の方法や、当業者が容易に考え得る方法を用いることができる。
【００１３】
次に従来と同様に、制御装置１０８の制御により、レーザ発振器１０１はレーザ光を発し、該レーザ光は、ビームエキスパンダ１０２、マスク部１０３、対物レンズ１０４を通過して上記加工部分の上記被トリミング領域におけるレーザトリミング開始位置に照射される。
次に制御装置１０８は、上述のように求めた上記被トリミング領域を上記加工スポットが移動するように、マスク部移動装置１２１を駆動し、マスク部１０３、即ち開口部１０３１を移動させる。
このように、マスク部移動装置１２１によりマスク部１０３の開口部１０３１を移動させるように構成したことで、従来のように、Ｘ−Ｙテーブル７を移動させて上記加工スポットを移動させるのに比べて以下の効果を奏する。即ち、上記加工スポットの移動量は、マスク部１０３の開口部１０３１の移動量に対して対物レンズ１０４の倍率分、縮小されることから、上記加工スポットを例えば１μｍ移動させる場合、従来のようにＸ−Ｙテーブル７を移動させる場合には上記１μｍ、Ｘ−Ｙテーブル７を移動させる必要があるが、本実施形態のように対物レンズ１０４の上流側に位置する開口部１０３１を移動させる場合には例えば５μｍ、開口部１０３１を移動させることができる。このように、上記被トリミング領域にわたり上記加工スポットを移動させるとき、対物レンズ１０４の上流側に位置する開口部１０３１を移動させた方が、Ｘ−Ｙテーブル７を移動させるのに比べて、移動量を大きくとることができる。即ち、開口部１０３１を移動させる方が、Ｘ−Ｙテーブル７を移動させるのに比べて、より高精度に上記加工スポットの位置決めをすることが可能となる。
【００１４】
又、フューズ抵抗のような加工部分については、マスク部１０３の開口部１０３１の形状を上記加工部分の上記被トリミング領域に一致させることで、上記加工スポットを移動させることなく、例えば一回のレーザ照射で切断することも可能である。
【００１５】
又、本実施形態において、上記加工スポットを移動させるためにはマスク部１０３を移動させればよく、従来のようにレーザ発振器１、ビームエキスパンダ２マスク部３、対物レンズ４の光学系をＸ−Ｙテーブル７にて移動させるのに比べて移動物が軽量である。よって、マスク部１０３を移動させるときの加速、減速時に振動が発生することはない。よって、高速での移動が可能となる。
【００１６】
上述のレーザトリミング装置１００の変形例として、図２に示すレーザトリミング装置１３１を構成することもできる。該レーザトリミング装置１３１では、レーザトリミング装置１００に、さらに、撮像装置１３６及びダイクロイックミラー１３７を備えた構造を有する。
上記撮像装置１３６は、本実施形態ではＣＣＤカメラを備え、上記被トリミング領域又はその周囲の撮像を行う。撮像装置１３６は制御装置１０８に接続されており、撮像装置１３６にて得られた撮像情報は制御装置１０８に送出される。制御装置１０８は、上記撮像情報を画像処理して、上記被トリミング領域又はその周囲における特徴のある形状を抽出する。制御装置１０８は、加工位置精度を向上させるため、上記特徴形状に基づいて上記マスク部移動装置１２１の移動量、及び加工物載置テーブル１０７の移動量の補正制御を行う。それにより、上記加工部分に対するレーザトリミングの開始位置、終了位置、及び加工軌跡を制御することができ、精度の良いレーザ加工を行うことができる。例えば図５に示すように、制御装置１０８は、上記撮像情報に基づいて４つの特徴点１３６１から斜線を施した被トリミング領域１３６３のレーザ加工開始位置１３６２を求める。
【００１７】
ダイクロイックミラー１３７は、レーザ発振器１０１から送出された例えば１０６４ｎｍの波長のレーザ光を透過させる一方、上記撮像装置１３６による撮像動作のために、載置テーブル１０７の斜め上方に配置された照明装置１３８から照らされ半導体ウエハチップ１０５上のレーザ加工対象部分にて反射した７００〜８００ｎｍの反射光を撮像装置１３６へ入射させるようなミラーである。
【００１８】
このように構成されたレーザトリミング装置１３１では、レーザ加工を行う前に、撮像装置１３６にて上記被トリミング領域及びその周辺が撮像され、制御装置１０８にて上記特徴ある形状が抽出される。その結果に基づいて制御装置１０８は、マスク部１０３の位置、つまり上記開口部１０３１の配置位置を、マスク部移動装置１２１の駆動により補正する。以後、レーザトリミング装置１００にて上述した動作と同様に、被トリミング領域のレーザ加工を実行する。
【００１９】
このようにレーザトリミング装置１３１では、撮像装置１３６にて撮像した上記被トリミング領域及びその周辺を撮像し上記開口部１０３１の位置補正を行うことから、上記レーザトリミング装置１００が奏する上述の効果に加えて、さらに、加工物載置テーブル１０７に載置されるそれぞれの半導体ウエハチップ１０５における被トリミング領域の位置のバラツキに応じて上記加工スポットの配置位置、即ちレーザトリミングの開始位置、終了位置、及び加工軌跡を補正することができる。このように、上記加工スポットを高精度に位置決めをすることができるので、より高精度にてレーザ加工を行うことが可能となる。
【００２０】
又、図１及び図２に示すマスク部１０３の変形例として、図３に示すマスク部１０３５及び図４に示すマスク部１０３７をマスク部１０３に代えて設けることもできる。尚、図３及び図４では、マスク部及びその付近の構成部分のみを図示しており、その他の構成部分については図示を省略している。
図３に示すマスク部１０３５は、図示するように、複数の開口部１０３６を有している。このように複数の開口部１０３６を有することで、上記レーザトリミング装置１００が奏する上述の効果に加えて、さらに、同時に複数個所の被トリミング領域をレーザ加工することが可能となる。
【００２１】
図４に示すマスク部１０３７は、上記マスク部１０３５に、開口部１０３６における上記平行光１１０の通過、遮断を制御する通過遮断装置１４１をさらに付加した構造を有する。通過遮断装置１４１は、遮光板１４１１、及び該遮光板１４１１を非遮光位置１４１３と遮光位置１４１４との間で移動させる遮光板移動装置１４１２を備え、各開口部１０３６に対応して各遮光板１４１１を設け、各遮光板１４１１に対応して各遮光板移動装置１４１２が設けられる。各遮光板移動装置１４１２は、制御装置１０８に接続され、それぞれ独立に動作制御される。よって、各遮光板１４１１は独立して非遮光位置１４１３と遮光位置１４１４との間を移動可能である。
【００２２】
このようにマスク部１０３７では、図３に示すマスク部１０３５にさらに通過遮断装置１４１を設けたことで、上記レーザトリミング装置１００が奏する上述の効果に加えて、さらに、上記電気特性値等に基づき、加工したい被トリミング領域に該当する開口部１０３６のみの遮光板１４１１を非遮光位置１４１３に配置させて開口部１０３６に上記平行光１１０を通過させてレーザ加工を行うことができる。
【００２３】
尚、上記マスク部１０３７では、全ての開口部１０３６に通過遮断装置１４１を設けたが、該構成に限定されるものではなく、例えば遮光する必要のない開口部が存在するようなときには、そのような開口部には通過遮断装置１４１を設けなくてもよい。つまり、マスク部に複数の開口部を設けた場合、少なくとも一つの開口部に通過遮断装置１４１を設ければ良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様のレーザトリミング装置、及び第２態様のレーザトリミング方法によれば、マスク部移動装置を備え、マスク部を通過し対物レンズに入射するトリミング用レーザ光を、上記マスク部移動装置にてマスク部を移動させることで移動させて被トリミング領域にわたりレーザビームの加工スポットを移動させるようにした。よって、上記加工スポットの移動量は、マスク部の開口部の移動量に対して対物レンズの倍率分、縮小されることから、上記被トリミング領域にわたり上記加工スポットを移動させる場合、対物レンズの上流側に位置する開口部を移動させた方が、従来のように加工対象物を移動させるのに比べて、移動量を大きくとることができる。即ち、上記開口部を移動させることで、加工対象物を移動させるのに比べて、より高精度に上記加工スポットの位置決めをすることができ、より高精度にレーザ加工を行うことができる。
又、上記マスク部の方が、光学系部分に比べて軽量であることから、マスク部を移動させるときの加速、減速時に振動が発生することはない。よって、マスク部を移動させることで、高速での移動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のレーザトリミング装置の構成を示す図である。
【図２】 図１に示すレーザトリミング装置の変形例の構成を示す図である。
【図３】 図１に示すマスク部の変形例の構成を示す図である。
【図４】 図３に示すマスク部の変形例の構成を示す図である。
【図５】 図２に示すレーザトリミング装置において撮像情報から得られる特徴点を説明するための図である。
【図６】 従来のレーザトリミング装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００…レーザトリミング装置、１０１…レーザ発振器、
１０２…ビームエキスパンダ、１０３…マスク部、１０４…対物レンズ、
１０６…測定装置、１０８…制御装置、１２１…マスク部移動装置、
１３１…レーザトリミング装置、１３６…撮像装置、１４１…通過遮断装置、
１０３１…開口部、１０３５…マスク部、１０３６…開口部、
１０３７…マスク部。

Claims (8)

1. トリミング用レーザ光を発するトリミング用レーザ光生成装置と、
   上記トリミング用レーザ光を通過させレーザトリミングされる加工対象物の被トリミング領域に照射するレーザビームの形状を決定する開口部を有するマスク部と、
   上記マスク部を通過したトリミング用レーザ光を上記被トリミング領域内の加工スポットに集光させ上記レーザビームを形成する対物レンズと、
   上記マスク部を移動させ上記被トリミング領域にわたり上記レーザビームの上記加工スポットを移動させるマスク部移動装置と、
   上記加工対象物の電気特性を測定する測定装置と、
   上記加工対象物の上記被トリミング領域又はその周囲を撮像する撮像装置と、
   上記レーザ光生成装置と上記マスク部との間に配置され、上記トリミング領域へ照射される上記トリミング用レーザ光を透過しかつ上記被トリミング領域にて反射し上記トリミング用レーザ光と同じ光路に沿って上記開口部を通る反射光を上記撮像装置へ入射するミラーと、
   上記測定装置の測定結果に基づき上記被トリミング領域を決定し、かつ決定した上記被トリミング領域にわたり上記加工スポットを移動させるように上記マスク部移動装置を動作制御を行うとともに、さらに上記撮像装置にて得られた撮像情報を画像処理して上記被トリミング領域又はその周囲における形状に基づいて上記マスク部移動装置の動作制御を行う制御装置と、
   を備えたことを特徴とするレーザトリミング装置。
2. 上記制御装置による上記マスク部移動装置の動作制御は、上記被トリミング領域におけるレーザトリミング開始位置、終了位置、及び上記加工スポットの移動軌跡を補正する制御である、請求項１記載のレーザトリミング装置。
3. 上記マスク部は複数の上記開口部を有し、上記対物レンズを介して同時に複数の上記加工スポットへ上記レーザビームを集光させる、請求項１又は２記載のレーザトリミング装置。
4. 少なくとも一つの上記開口部には、上記トリミング用レーザ光の通過又は遮断を行う通過遮断装置を備え、上記対物レンズを介して任意の上記加工スポットへ上記レーザビームを集光させる、請求項３記載のレーザトリミング装置。
5. 上記トリミング用レーザ光生成装置は、レーザ光を発生するレーザ発振器と、該レーザ発振器が発したレーザ光を平行光にして上記トリミング用レーザ光を生成するビームエキスパンダとを備えた、請求項１から４のいずれかに記載のレーザトリミング装置。
6. 開口部を通過させることで、レーザトリミングされる加工対象物の被トリミング領域に照射するレーザビームの形状を決定し、
   形状が決定されたトリミング用レーザ光を上記被トリミング領域内の加工スポットに集光させ、
   上記被トリミング領域にわたり上記レーザビームの上記加工スポットが移動するように上記開口部を移動させてレーザトリミングを行うとき、上記加工対象物の電気特性を測定するとともに、上記被トリミング領域にて反射し上記被トリミング領域への照射光と同光路に沿って上記開口部を通過した反射光にて上記加工対象物の上記被トリミング領域を撮像し、上記電気特性の測定結果に基づき上記被トリミング領域を決定し、決定した上記被トリミング領域にわたり上記加工スポットを移動させ、かつ得られた撮像情報を画像処理して上記被トリミング領域又はその周囲における形状に基づいて上記加工スポットの移動を制御する、
   ことを特徴とするレーザトリミング方法。
7. 複数の上記開口部を備え、同時に複数の上記被トリミング領域に対してレーザトリミングを行う、請求項６記載のレーザトリミング方法。
8. 少なくとも一つの上記開口部について、上記トリミング用レーザ光の通過又は遮断を行い上記被トリミング領域に対するレーザトリミングの有無を制御する、請求項７記載のレーザトリミング方法。

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