JP3816823B2

JP3816823B2 - レーザ薄膜除去装置

Info

Publication number: JP3816823B2
Application number: JP2002079237A
Authority: JP
Inventors: 洋一小川
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003282400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）用ガラス基板、磁気／光ディスク用のガラス基板又はセラミック基板など各種被処理基板（以下単に「基板」という）に対して、レーザ光を照射することにより、基板の表面に形成されている薄膜を除去するレーザ薄膜除去装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハ上に、素子パターンや配線パターンを順次形成していく工程において、形成済のパターンの上に新たにパターンを重ね合わせるアライメント技術が重要である。
最近、アライメントの精度を上げるために露光光を使って位置合わせを行う露光光アライメントが採用されることがある。
【０００３】
この露光光アライメントでは、直前に形成した層の中に作っておいたマークを目印として、次のパターンをあわせていく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５は、露光光アライメントの問題点を説明するための断面図である。
下のパターン領域２１ａの上に、次のパターンを形成するための上層レジスト膜２３を積層している。上層レジスト膜２３を露光光Ｌで露光するときに、下のパターン領域２１ａから不要な反射が起こらないように、下のパターン領域２１ａと上層レジスト膜２３との間に、反射防止膜２２を設けている。
【０００５】
この反射防止膜２２があるために、上層レジスト膜２３を露光するときに、下の位置合わせマークＭが見えないという問題が起こる。
そこで、下の位置合わせマークＭの上部にある反射防止膜２２を局所的に除去してやる必要がある。
反射防止膜の除去領域の位置決め精度は、素子を形成する場合と比べて粗くてもよいので、できるだけ速く、簡単に除去する方法が望まれている。そこで、レーザによる薄膜除去装置として、レーザアブレーション加工が注目される。レーザアブレーション(Laser Ablation)とは、「レーザ光を固体に照射した場合、レーザ光の照射強度がある大きさ（しきい値）以上になると、固体表面で電子、熱的、光化学的及び力学（機械）的エネルギーに変換され、その結果、中性原子、分子、正負のイオン、ラジカル、クラスタ、電子、光（光子）が爆発的に放出され、固体の表面がエッチングされるプロセス」と定義することができる（社団法人電気学会「レーザアブレーションとその応用」コロナ社、1999年11月25日発行）。
【０００６】
レーザアブレーション加工を採用すると、反射防止膜を破壊するときに発生する反射防止膜の剥がれ片が周囲に再付着するおそれがある。このため、基板の上面に水を流して、水中でレーザアブレーションを行うことが考えられる。これならば反射防止膜の剥がれ片などは水で流されてしまい、レーザアブレーションによる汚染の問題は起こらない。
水中でレーザアブレーションを行う場合、水膜の厚さを一定にしておく必要があるので、基板を設置するステージの上に、石英ガラスなどの透明窓をステージと平行に配置し、その間に水を流す。そしてレーザ光照射部から、透明窓を通して、基板表面にレーザ光線を照射する。
【０００７】
この透明窓をステージの上に配置するという構造を採用した場合、基板の交換時、透明窓及びレーザ光照射部を待機させる必要がある。この待機時に、透明窓はどうしても乾燥大気に触れてしまうことになる。このため待機期間中に透明窓に付着していた水が乾き、ウォータマークとして残り、次のレーザアブレーション時に、レーザ照射光の照射むらを起こしてしまう。このため、反射防止膜をきれいに除去できない可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、液中で、レーザアブレーションなどの薄膜除去処理を行う場合に、透明窓の乾燥を防止して、常時、所望の部位を所望の深さだけ切除することのできるレーザ薄膜除去装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のレーザ薄膜除去装置は、レーザ光照射部に設けられ、レーザ光照射部から被処理基板に向かって照射されるレーザ光を透過させる透明窓と、前記レーザ光照射部が基板保持台に対面する処理ポジション、及びレーザ光照射部が基板保持台から退避した待機ポジション、の少なくとも２つの位置関係をとるように、レーザ光照射部及び基板保持台のうち少なくともいずれか１つを移動させる移動手段と、前記レーザ光照射部及び基板保持台が前記処理ポジションをとる処理期間において、前記透明窓と被処理基板との間に液体を介在させる液体介在手段と、前記レーザ光照射部及び基板保持台が前記待機ポジションをとる待機期間において、前記透明窓の表面に液体を触れさせる液体接触手段とが設けられているものである。
【００１０】
前記の構成によれば、処理期間においてレーザ薄膜除去をする時、透明窓と被処理基板との間の空間に液体を介在させた状態で加工を行うので、被処理基板の剥がれ片が周囲に再付着するおそれはない。そして、被処理基板の交換中など待機期間の間は、前記液体接触手段が、透明窓の表面に液体を触れさせる。したがって、透明窓の表面は常に濡れた状態となり、透明窓に付着していた液体が乾き、スポットやマークとして残る可能性がない。したがって、レーザ照射むらを起こすことがなく、常に、精度のよいレーザ薄膜除去を実現することができる。
【００１１】
前記発明を実現するための具体的構成として、基板保持台の他に、透明窓の表面に液体を触れさせるための待機用ステージをさらに設ける構成が考えられる。
前記待機期間中、前記レーザ光照射部を待機用ステージに対面させ、この待機用ステージと前記透明窓との間の空間に液体を介在させると、待機用ステージと前記透明窓との間の空間に液体を供給すればよいので、液体量も少なくて済み、供給した液体を回収するのも容易となる。
【００１２】
また、前記待機用ステージに監視用透明窓を形成し、待機期間中、前記レーザ光照射部から照射され、この監視用透明窓を透過したレーザ光を監視することとしてもよい。これによれば、待機中の時間を利用して、レーザ光強度等のチェックが行える。
なお、待機期間中、レーザ光照射部の透明窓に液体を噴射する構成も考えられる。待機用ステージを特に設けない簡単な構成でも、透明窓に液体を直接噴射することにより、待機期間中の透明窓の乾燥を防止できる。
【００１３】
また、前記液体介在手段と前記液体接触手段とが同じノズルを共有し、このノズルを、前記処理期間中は液体介在手段として機能させ、前記待機期間中は液体接触手段として機能させる構成をとることができる。被処理基板を設置した基板保持台に液体を供給するのとほぼ同じ条件で、待機用ステージに液体を供給することができるので、ノズルを含む液体供給系が共通化される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、レーザ薄膜除去装置として、レーザアブレーション装置を例にとって本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２は、レーザアブレーション装置の構造を示す側面図である。
レーザアブレーション装置は、ベース板１の上に加工用ステージ（基板保持台となる）２と、待機用ステージ３の２つのステージを持っている。ベース板１には、図示しないピニオン−ラック機構が具備されていて、これら２つのステージ２，３は、ベース板１とともに平面上Ｘ，Ｙ方向に移動可能となっている。ベース板１の上部には、加工用ステージ２上に設置された基板Ｓをレーザアブレーション加工するためのレーザ光照射部４が固定配置されている。
【００１５】
レーザ光照射部４は、レーザ発振装置（ＹＡＧレーザ装置、エキシマレーザ装置など。図示せず）から照射されたレーザ光を、反射防止膜を局所的に除去したい部位の形に絞るアパーチャ５と、アパーチャ５を通った光線を一定の縮小倍率で集光する縮小レンズ６と、縮小レンズ６とステージとの間に配置される透明窓７とを備えている。これらのアパーチャ５、縮小レンズ６、透明窓７などの光学部材は、枠体８により支持されている（図では枠体８の一部のみ示している）。特に透明窓７は、枠体８に対して水密状態に保持されている。
【００１６】
なお、透明窓７の材質として、石英ガラス、水晶などをあげることができる。以下、石英ガラスを用いることを前提として、「石英ガラス窓」という。
石英ガラス窓７とステージ上に設置された基板Ｓの間に液体を流すための液体接触手段としてのノズル９が、ステージの横に配置されている。流す液体の種類は、限定されないが、例えば純水、イオン水、オゾン水、炭酸水などである。以下純水を流すことを想定する。
【００１７】
図１では、レーザアブレーション中に発生した基板Ｓの破片１０が、水とともに流れていく様子を描いている。
レーザアブレーション加工が終了すると、ベース板１が−Ｘ方向に移動して、図２に示すように、レーザ光照射部４の下に、待機用ステージ３が位置するようになる。この間、加工済の基板Ｓをチャック（図示せず）にて加工用ステージ２から取り外し、新しい基板Ｓを設置する。
【００１８】
待機用ステージ３には、ダミー基板１１が設置されていて、そのダミー基板１１の表面は、加工用ステージ２に設置された基板Ｓの表面と同一面となるように、高さの調整がされている。これは、待機用ステージ３の水流条件を、加工用ステージ２の水流条件と同一にするためである。ダミー基板１１の材質は、基板Ｓと同じである必要はなく、金属、セラミックスなど耐熱性の任意の材質を選ぶことができる。
【００１９】
待機中、ノズル９から、石英ガラス窓７と待機用ステージ３上に設置されたダミー基板１１との間に水が流される。これにより、石英ガラス窓７の下面を洗浄するとともに、石英ガラス窓７の下面に付着していた水が乾くのを防ぐことができるので、次のレーザアブレーション時に照射むらなどの光学的悪影響を及ぼすことがなくなる。
図３は、レーザアブレーション装置の他の構造を示す側面図である。
【００２０】
この構造と図１、図２の構造との違いは、待機用ステージ３上に、ダミー基板１１に代えて、監視用石英ガラス窓１２を設置していることである。この監視用石英ガラス窓１２の下にレーザ光の強度を測定するパワーメータ１３を取り付けている。監視用石英ガラス窓１２は、待機用ステージ３上に、パッキンなどで水密状態に設置されているので、パワーメータ１３は濡れることがない。
このパワーメータ１３によって、待機時に、レーザ発振装置から照射されたレーザ光の強度を監視することができる。したがって、レーザ発振装置の出力変動などの異常があれば、その異常を早期に検出することができる。
【００２１】
図４は、レーザアブレーション装置のさらに他の構造を示す側面図である。
この構造では、待機用ステージ３を特に設けていないが、前記ノズル９に加えて、待機時に石英ガラス窓７を洗浄し、乾燥を防止するための待機時洗浄ノズル９ａを設けている。待機時洗浄ノズル９ａの向きは、石英ガラス窓７に水を直射する向きになっている。
なお、前記ノズル９と待機時洗浄ノズル９ａとを１つのノズルで兼ねることもできる。これにより構成を簡素化することができる。このときは、ノズルの向きを、上向き（洗浄用）と下向き（加工用）に切り替え可能となっていることが好ましい。
【００２２】
以上の図４の構造によれば、待機用ステージ３を設けなくても、待機時洗浄ノズル９ａから水を直射することにより、石英ガラス窓７の洗浄と乾燥の防止が実現できる。なお、この構成では、水が周囲に飛び散りやすくなるので、飛散する水を集めるため周壁を設置するなどの措置をとることが好ましい。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、いままでの実施形態では、待機中、石英ガラス窓７と待機用ステージ３との間に水を流していたが、石英ガラス窓７と待機用ステージ３との間に静止した水を介在させてもよい。すなわち、待機用ステージ３を深い皿で囲んで、石英ガラス窓７の表面に届くまで水で満たす構成を採用してもよい。また、待機中、水に超音波を印加してもよく、これによりすぐれた洗浄効果が期待できる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ薄膜除去装置の一例としてのレーザアブレーション装置の構造を示す側面図である。
【図２】レーザ光照射部４の下に、待機用ステージ３が位置するように移動したレーザアブレーション装置の構造を示す側面図である。
【図３】レーザアブレーション装置の他の構造を示す側面図である。
【図４】レーザアブレーション装置のさらに他の構造を示す側面図である。
【図５】露光光アライメントを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ベース板
２加工用ステージ
３待機用ステージ
４レーザ光照射部
５アパーチャ
６縮小レンズ
７透明窓
８枠体
９，９ａノズル
１０基板の破片
１１ダミー基板
１２監視用石英ガラス窓
１３パワーメータ
Ｌ露光光
Ｍ位置合わせマーク
Ｓ基板

Claims

基板保持台に保持された被処理基板に対して、レーザ光照射部からレーザ光を照射することにより、被処理基板の表面に形成されている薄膜を除去するレーザ薄膜除去装置であって、
前記レーザ光照射部に設けられ、レーザ光照射部から被処理基板に向かって照射されるレーザ光を透過させる透明窓と、
前記レーザ光照射部が基板保持台に対面する処理ポジション、及びレーザ光照射部が基板保持台から退避した待機ポジション、の少なくとも２つの位置関係をとるように、レーザ光照射部及び基板保持台のうち少なくともいずれか１つを移動させる移動手段と、
前記レーザ光照射部及び基板保持台が前記処理ポジションをとる処理期間において、前記透明窓と被処理基板との間に液体を介在させる液体介在手段と、
前記レーザ光照射部及び基板保持台が前記待機ポジションをとる待機期間において、前記透明窓の表面に液体を触れさせる液体接触手段と、
が設けられていることを特徴とするレーザ薄膜除去装置。
前記基板保持台とは別の位置に設けられ、前記待機期間において前記レーザ光照射部に対面する待機用ステージをさらに備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ薄膜除去装置。
前記液体接触手段は、前記待機期間中、前記待機用ステージと前記透明窓との間に液体を介在させるものであることを特徴とする請求項２記載のレーザ薄膜除去装置。
前記待機用ステージに監視用透明窓を形成し、前記待機期間中、前記レーザ光照射部から照射され、この監視用透明窓を透過したレーザ光を監視するレーザ光監視手段を設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のレーザ薄膜除去装置。
前記液体接触手段は、前記待機期間中、レーザ光照射部の透明窓に向けて液体を噴射するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ薄膜除去装置。
前記液体介在手段と前記液体接触手段とは同じノズルを共有しており、このノズルは、前記処理期間中は液体介在手段として機能し、前記待機期間中は液体接触手段として機能することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載のレーザ薄膜除去装置。