JP4127601B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工基板に対してレーザ光を照射して被加工基板の一部を選択的に除去するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路のリソグラフィ工程では、半導体ウェハ上にレジスト塗布、露光、現像が行われる。このリソグラフィ工程では、上層側のパターンと下層側のパターンとの位置合わせを行なってパターンの露光を行なう必要である。パターンの露光は一般に露光装置が用いられる。
【０００３】
露光装置には、下層パターン位置を検出するアライメント機構を備えている。位置合わせ機構は下層パターン配置した位置合わせマーク位置を検出することで、上層のパターンを露光する位置を算出する。リソグラフィ工程の終了後、１層目と２層目の位置ずれを検査するために合わせすれ検査が行われる。合わせずれ検査では合わせずれ検査マークが配置されている。合わせずれ検査装置はこの合わせずれ検査マークの位置測定を行なう。アライメント検出は合わせずれ位置検出は一般には光学的な位置検出が行なわれる。アライメントマーク及び合わせずれ検査マークは半導体集積回路と同じプロセス工程を経るため、マーク上に透明度の低い膜が形成される場合が有る。このため、マーク上に透明度の低い膜が形成される場合にはアライメントマーク及び合わせずれ検査マークの位置認識が困難になる。そこでアライメントマーク上に形成された透明度の低い膜を除去する必要が有る。
【０００４】
ところが、従来のレーザ加工装置では、マーク上の不透明膜を正確に除去することができず、除去したくない領域まで除去されるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のレーザ加工装置では、マーク上の不透明膜を正確に除去することができず、除去したくない領域まで除去されるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、被加工基板に対してレーザ光を照射して除去する際、除去領域のみを正確に除去することが可能なレーザ加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
［構成］
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００８】
本発明に係わるレーザ加工装置は、被加工基板の一部を選択的に除去するレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、前記被加工基板の任意の位置に照射させる走査系と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記被加工基板に入射させる入射手段と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の光路上に設置され、前記基板回転機構による被加工基板の回転に応じて、前記被処理基板上のレーザ光の光学像の大きさ及び形状を変更するレーザ光成形手段と、を具備してなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様を以下に記す。
前記被加工基板の少なくとも前記レーザ光の照射領域に対して液体を供給する液体供給手段と、前記被処理基板上に設置され、前記レーザ光に対して透明な透明板とを更に具備してなること。
前記垂直入射手段は、前記走査系と前記被加工基板との間に配設されたコンデンサレンズであること。
前記被加工基板を回転させる基板回転機構をさらに具備してなること。
【００１１】
前記レーザ光成形手段は、レーザ光をそれぞれ所定の大きさ及び形状に成形する複数のアパーチャを具備すること。
【００１２】
前記レーザ光成形手段は、前記レーザ光を所定の形状に成形する１以上のアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザ光の大きさを変化させるレンズ系とを具備してなること。
【００１３】
前記アパーチャは、前記基板回転機構による被加工基板の回転に同期して回転すること。
【００１４】
前記走査系は、被加工基板の加工面に対して２次元方向にレーザ光を走査する走査ミラーを具備してなること。
【００１５】
前記走査系は、前記レーザ光の大きさに対して微小な向きがそれぞれ変更可能な複数の微小鏡がマトリクス状に配列された光学素子と、前記マークの位置及び向きに応じて各微小鏡の向きをそれぞれ制御する制御部とを具備してなること。
【００１６】
前記走査系は、音響光学効果を利用した音響光学素子を具備してなること。
【００１７】
前記被加工基板と、前記走査系とを被加工基板主面に平行な２次元平面内で相対的に移動させる手段とを更に具備してなること。
【００１８】
前記被加工基板は半導体基板上に形成された反射マークを具備し、該反射マークの位置座標が登録されている光学装置からの情報に応じて、該マーク上に前記レーザ光を照射して、該マーク上の膜を除去すること。
【００１９】
前記被加工基板の位置座標を検出する観測系を更に具備してなること。
【００２０】
被加工基板に対するレーザ光の照射位置に応じて、前記レーザ光の照射強度を制御する手段を具備してなること。
【００２１】
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【００２２】
従来の装置で、被加工基板の一部を制御性良く除去できないのは、加工面に対してレーザ光が垂直に入射していないのが原因であった。すなわち、レーザ光が傾いて入射することにより、除去領域以外の領域にレーザ光が照射されていたのである。
【００２３】
そこで、本発明では、被加工基板に対して、ほぼ垂直にレーザ光を入射させて、除去領域以外にレーザ光が照射されることを抑制することによって、除去領域のみを正確に除去することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
レーザ加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【００２６】
レーザ加工装置１００は、図１に示すように、レーザ発振器１０２と、被加工基板１１０を保持し、この被加工基板１１０の少なくとも加工面のレーザ光照射領域を浸す液体を貯溜するホルダー１０７とを少なくとも備えて構成されている。
【００２７】
このレーザ加工装置１００には、更にレーザ発振器１０２の制御を行うレーザ発振器制御ユニット１０３と、光学系１０４と、観測系１０５と、レーザ光と加工対象物の加工面との間を相対的に移動させる走査系１０６とを備えて構成されている。
【００２８】
本装置において、レーザ発振器１０２にはＱ−Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｄ ＹＡＧレーザが使用されている。このレーザ発振器１０２は、基本波（波長１０６４ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第三高調波（波長３５５ｎｍ）、第四高調波（波長２６６ｎｍ）のいずれかの波長のレーザ光１０２ａを照射することが可能である。さらに、レーザ発振器１０２から照射されるレーザ光１０２ａのパルス幅は約１０ｎｓｅｃに設定されており、レーザ光照射領域は図示しないスリット機構により一辺が１０μｍ〜５００μｍ（１０μｍ×１０μｍ〜５００μｍ×５００μｍまでの範囲内において調整を行うことができる。また、レーザ発振器１０２のレーザ光発振周波数は１０ｋＨｚに設定されている。このレーザ発振器１０２のレーザ光１０２ａの発振制御、照射領域の制御等はレーザ発振制御ユニット１０３により行われている。
【００２９】
レーザ発振器１０２から照射されたレーザ光１０２ａは、光学系１０４、観測系１０５、走査系１０６、コンデンサレンズのそれぞれを順次透過し、被加工基板１１０の加工面に照射されている。観測系１０５は、レーザ光１０２ａを光軸から取り出すハーフミラー１０５ａと、このハーフミラー１０５ａにより取り出されたレーザ光を観測する観測用カメラ１０５ｂとを少なくとも備えて構成されている。この観測系１０５を用いて、レーザ光照射位置のアライメントを調整することができる。
【００３０】
走査系１０６は、被加工基板１１０の加工面１１０ａにおいてレーザ光１０２ａの照射位置を移動したり、レーザ光１０２ａを連続的に走査させたりする走査ミラー１０６ａと、この走査ミラー１０６ａを駆動制御する走査制御部１０６ｂとを少なくとも備えて構成されている。すなわち、このレーザ加工装置１００では、走査系１０６の走査ミラー１０６ａによりレーザ光の照射位置を変えるようになっている。更に、走査ミラー１０６ａと被加工基板１１０との間に、コンデンサレンズ１２０が設けられ、任意の照射位置において、被加工基板の加工面１１０ａに対してレーザ光１０２ａがほぼ垂直に入射するように構成されている。
【００３１】
ホルダー１０７は、中央部分に被加工基板を載置し保持することができ、周辺部部分に液体を貯留するダムを配設したトレーのような形状で構成されている。なお、載置される被加工基板の形状に応じて、ホルダー１０７の平面形状は適宜変更することができる。例えば、半導体ウェハのような円盤形状の被加工基板を載置する場合には、平面円形形状のホルダーを使用することができる。また、液晶表示装置に使用される石英ガラス基板、プリント配線基板等のような矩形形状の加工対象物を載置する場合には、平面矩形形状のホルダーを使用することができる。もちろん、平面矩形形状のホルダーに半導体ウェハのような円盤形状の被加工基板を載置するようにしても良い。
【００３２】
ホルダー１０７は、更に被加工基板及びその少なくとも加工面を浸す液体を覆い、レーザ光に対して透明な窓１０７ａを備えている。レーザ発振器１０２から発信されたレーザ光１０２ａはこの窓１０７ａ、液体１０８のそれぞれを透過して被加工基板１１０の加工面１１０ａに照射されるようになっている。窓１０７ａは、ホルダー１０７に貯溜された液体１０８のレーザ加工時の散水を防止する機能、並びに情報から塵等が被加工基板１１０表面に付着することを防止する機能とを少なくとも備えている。
【００３３】
液体１０８は、被加工基板１１０の加工面１１０ａにおいて、レーザ光照射領域近傍のレーザ光照射により発生する熱を奪い去ることができ、更にレーザ光照射により発生する蒸発物の勢いを減少させることができるようになっている。液体には、純水、アンモニア水溶液のそれぞれを実用的に使用することができる。基本的には、被加工基板１１０の加工面１１０ａのレーザ光照射領域が液体に浸されていればよいが、熱を多く奪い去り、且つ蒸発物の勢いをより一層減少させるために、被加工基板の全体が液体に浸されるようになっている。
【００３４】
更に、レーザ加工装置１００は、ホルダー１０７に貯溜される液体１０８を流動させる液体流動装置１０９を備えている。液体流動装置１０９は、基本的にはポンプであり、流入管１０９ａ並びに流出管１０９ｂを通してホルダー１０７に連接され、流体１０８を循環させるようになっている。すなわち、流体流動装置１０９はホルダー１０７に貯溜された液体１０８に、レーザ光の照射によりレーザ光照射領域に発生する気泡を連続的に取り除くことができように流れを持たせ、更にレーザ光に不規則な乱れを生じないように、一定方向に一定流速において液体を循環させることができる。流体流動装置１０９は少なくともレーザ加工が実際に行われている際に駆動されていればよい。
【００３５】
更に、本装置は、ホルダー１０７の裏面に配設された圧電素子１７０と、この圧電素子１７０の駆動を制御する圧電素子駆動制御回路１７１とを備えている。圧電素子１７０は、被加工基板１１０の少なくとも加工面１１０ａのレーザ光照射領域の液体１０８に超音波振動を与え、レーザ光の照射により発生する気泡を取り除くことができるようになっている。
【００３６】
次に、このレーザ加工装置を用いた半導体装置の製造工程を説明する。なお、本実施形態では、位置合わせマーク（反射マーク）が形成された被加工基板上に感光性ポリイミド膜を形成した後、感光性ポリイミド膜に対して純水を供給しつつレーザ加工を行った場合について説明する。
【００３７】
次に、本システムを用いた半導体装置の感光性ポリイミドの形成及びパターニング工程について、図２の工程断面図を用いて説明する。
【００３８】
先ず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上にシリコン窒化膜２０２中に位置合わせマーク２０３及びパッド２０４、感光性ポリイミド膜２０５が形成されている被加工基板を用意する。
【００３９】
次に、被加工基板を図１に示したレーザ加工装置１００に搬送する。ウェハのノッチ及びウエハエッジを検出することにより、レーザ光軸と基板とのアライメント調整を行った。
【００４０】
次に、被加工基板の全体が純水に浸しつつ、レーザ照射を行うことにより、図２（ｂ）に示すように、位置合わせマーク２０３を含む領域上の感光性ポリイミド膜２０５を除去する。この時、被加工基板に対してレーザ光を照射する際、コンデンサレンズによって加工面に対して常にほぼ垂直に入射するので、除去したい領域を正確に除去することができる。
【００４１】
レーザ加工に用いたレーザ発振器としては、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ ＹＡＧの第４高調波、第３高調波及び第２高調波のいずれかを選択する事が可能であり、高調波の波長は、それぞれ２６６ｎｍ、３５５ｎｍ及び５３２ｎｍである。ポリイミド下層に形成されている材料及び、ポリイミド膜厚により最適の加工条件となるように、適宜波長は選択できるようになっている。
【００４２】
本実施形態においては、下層に形成されたシリコン窒化膜２０２を加工しないために、波長３５５ｎｍの波長を用いた。例えばポリイミドのみならず、下層のシリコン窒化膜まで除去する場合には、波長２６６ｎｍを用いた方が良い。
【００４３】
感光性ポリイミド膜２０４の膜厚は３μｍであり、レーザ照射エネルギー密度は１パルスあたり０．５Ｊ／ｃｍ2 とした。０．５Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー照射での加工速度は、１パルスあたり約０．３μｍ／ｐｕｌｓｅとなる。しかしながら、ポリイミド膜厚の局所的なばらつき等の影響、あるいはレーザエネルギーの面内の不均一性の影響で約±２０％程度は加工速度が変化する。
【００４４】
したがって、本装置は、観測系１０５を用いてポリイミドが除去されたか否か、その場観察を自動で行いながら加工を施し、照射場所により適宜パルス数及びパルスエネルギーを制御しつつ加工を行う。
【００４５】
厚さ３μｍのポリイミドを０．５Ｊ／ｃｍ2 の照射エネルギーで除去する場合には、１０〜１５のパルス数で位置合わせマーク上の感光性ポリイミド膜を除去する事が可能であった。もし、観測系１０５を具備しないレーザ加工装置においても１５パルスのレーザ光を照射すれば全ての領域を除去することが可能となる。
【００４６】
しかしながら、観測系１０５と加工形状を判断する機構とを設けることにより、自動的にパルス数やエネルギーを制御できるので、無駄な照射を行う必要がなくなり、処理時間を飛躍的に向上する事が可能となる。
【００４７】
このレーザ加工時には、少なくともレーザ照射中に圧電素子１７０には４０ｋＨｚ、５０Ｗの電力を印加した。図２（ｂ）に示したように、レーザ加工領域及び加工領域周辺に加工くずの飛散は観測されなかった。また、剥れやクラック等の照射損傷も観測されていない。
【００４８】
なお、被加工基板の照射位置に応じて、レーザ光の照射エネルギーを変更するようにしても良い。回転塗布法で塗布膜を形成した場合、中央部より周辺部の膜厚が厚くなりやすい。そのため、一定のエネルギーでレーザ光を照射すると、除去膜が除去されない、或いは除去すべきではない膜が除去されるということが生じる。そのため、照射エネルギーを中央部では弱く、周辺部は強くというように、レーザ光の照射エネルギーを照射位置に応じて変更することによって、マーク上の膜を制御性良く除去することができる。
【００４９】
レーザ加工により位置合わせマーク２０３を含む領域上の感光性ポリイミド膜２０５を除去することで、可視光を用いたアライメントスコープを用いた場合にはマークの観察が容易となり位置合わせエラーを飛躍的に減少する事が可能となり歩留まりが飛躍的に向上する。さらには、露光光をアライメント光として用いた場合には、ポリイミドが形成されているとマークは全く観察できないのに対し、除去する事によって位置合わせマークの観察が可能となる。
【００５０】
次に、感光性ポリイミド膜２０５に対して露光・現像を順次行い、図２（ｃ）に示すように、感光性ポリイミド膜２０５に開口を形成する。
【００５１】
次に、感光性ポリイミド膜２０５をマスクにＲＩＥを行って、図２（ｄ）に示すように、パッド２０４を露出させる。
【００５２】
本実施形態では、感光性ポリイミド膜に対して、コンデンサレンズを介してレーザ光を照射することによって、加工面に対してレーザ光がほぼ垂直に入射し加工領域以外にレーザ光が照射されることがないので、正確に位置合わせマーク上の感光性ポリイミド膜を除去することができる。また、純水中でレーザ加工を行うことで、マーク上の感光性ポリイミド膜の加工くずの生成や照射損傷を抑制しつつ加工する事が可能となる。
【００５３】
尚、走査系に鏡を用いるのではなく、音響光学効果を利用した音響光学変調素子や音響光学偏向素子等の音響光学素子を用いた光ビーム走査機を用いることも可能である。走査系に音響光学素子を用いることによって、機械的に鏡の向きを変えて被加工基板面上を走査する方式に比べて、走査系の大きさを小さくすることができる。音響光学素子を用いた走査系につては、例えば特開平１０−８３００２号公報に記載されている。
【００５４】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。なお、図３において、図１と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のレーザ加工装置１００は、図３に示すように、被加工基板１１０はホルダー１０７上に直接載置されているのではなく、基板回転機構１２１に接続されたステージ１１１上に載置され、被加工基板１１０が回転可能な構成になっている。
【００５６】
センサ１２２によって回転角が被加工基板の回転角が測定され、回転制御機構１２３にセンサ１２２によって測定された回転角に応じて基板回転機構１２１を制御して、被加工基板１１０の回転角が制御される。
【００５７】
本実施形態では、レーザ光が被加工基板全面に走査可能なように走査系１０６を構成する必要がないので、コンデンサレンズ１２０の小型化、走査ミラー１０６ａの回転角度を小さくできるなど、レーザ加工システムの小型化が可能になる。
【００５８】
なお、液体１０８表面を照明窓１０７ａの裏面に一致させることで、液体１０８の乱流化を抑制し、レーザ光が散乱することなく被加工基板１１０表面を照射できる。
【００５９】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図４において、図１，３と同一な部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本装置は、図４に示すように、レーザ光１０２ａを所定の大きさ及び形状に成形する複数のアパーチャが形成されたアパーチャ板１２４が設けられている。アパーチャ板１２４は、アパーチャ切り替え機構１２５によって任意の形のアパーチャに交換できる。また、図５に示すように、アパーチャ板１２４には、には、被加工基板１１０の回転角θ１に同期して各アパーチャ１２４ａをθ２だけ回転させるアパーチャ回転機構１２４ｂを有する。このアパーチャ回転機構１２４ｂの回転角は被加工基板１１０の回転角と同期させる。
【００６０】
このアパーチャ回転機構１２４ｂが必要な理由に関しては図６を用いて説明する。位置合わせマーク等はウエハチップ上に配置されている。図６（ａ）に示すように、被加工基板１１０を例えば角度θ１回転させると、図６（ｂ）に示すように被加工基板１１０内内の各チップ１１０ａ内に形成されている位置合わせマーク１１０ｂも回転する。そのため、図６（ｃ）に示すように、被加工基板１１０（位置合わせマーク１１０ｂ）の回転に応じて、アパーチャ１２４ａを角度θ２回転させて照射されるレーザ光の形状を変えなければ、位置合わせマーク１１０ｂ上の膜を除去することができない。マークへの照射位置に関してはあらかじめ入力されたマーク座標から走査系１０６によって制御される。
【００６１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態で用いるレーザ加工装置の概略構成に関して図７を用いて説明する。
【００６２】
図７は、本発明の第３の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図７において、図１，３，４と同一な部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、アパーチャ板１２４後にビームの大きさを拡大・縮小するズームレンズ光学系１２８が設けられている。
【００６３】
第３の実施形態では、アパーチャ板１２４に設置されたアパーチャ１２４ａによりレーザ光の大きさ及び形状を変化させていた。アパーチャ板１２４に設置できるアパーチャの数には限りがあるが、本実施形態では、レーザ光の大きさの変更するズームレンズ光学系１２８が設けられているので、形成可能なレーザ光の大きさ及び形状の数を増やすことができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
本実施形態では、前の実施形態で示したレーザ加工装置を含むパターン形成システムについて説明する。
【００６５】
図８は、本発明の第５の実施形態に係わるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図である。
【００６６】
図８に示すように、トラック１４１にて被加工基板主面にレジスト等が塗布される。レジストの塗布後、トラック１４１内部に設けられたレーザ加工装置１００によりマーク上のレジスト膜及び絶縁膜が除去される。その後、搬送機１４２により被加工基板が露光装置１４０に搬送されて露光が行われる。露光後、搬送機１４２により被加工基板がトラック１４１に搬送され、レジスト膜の現像処理が行われる。現像処理後、搬送機１４０２により被加工基板が合わせずれ検査装置１４３に搬送され、合わせずれ検査用マーク（反射マーク）と形成されたパターンとのズレが検査される。
【００６７】
レーザ加工装置１００と露光装置１４０及び合わせずれ検査装置１４３はオンライン制御部１４４若しくはオンラインインターフェイスによって接続する。このことで、レーザ加工器がアライメントマーク及び合わせずれ検査マークなどをレーザ加工する場合、マーク座標を算出するには、ウエハチップ座標、アライメントマーク位置、合わせずれ検査マーク位置の座標情報がオンラインによって露光装置１４０や合わせずれ検査装置１４３から入手できることを特徴とする。もちろんマーク座標は、レーザ加工装置１００に直接入力してもよい。
【００６８】
本システムに示すように、トラック１４１内にレーザ加工装置１００が搭載されることで、レジスト塗布、レーザ加工、露光と、連続した工程が実現でき、工程時間の短縮が実現できる。
なお、図９に示すように、トラック１４１外に配置しても良い。図９において、図８と同一な部位には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
（第６の実施形態）
また、アパーチャ及びアパーチャ回転機構に、レーザ光の径に比べて非常に小さく、向きがそれぞれ変更可能な複数の微小鏡を複数２次元配列された光学素子（例えばDigital Micromirror Device（テキサス・インスツルメンツ社の商標））を用いても良い。光学素子は、それぞれの微小鏡の向きを制御することによって、任意の大きさ及び形状の光学像を形成することができる。従って、この光学素子を構成するそれぞれの微小鏡を向きを制御することによって、マークの大きさ及び向きに応じた光学像のレーザ光を照射することができる。
【００７０】
図１０は、第６の実施形態に係わる光学素子を用いたアパーチャ及びアパーチャ回転機構の構成を示す模式図である。
【００７１】
本装置１００の走査系１０６は、図１０に示すように、レーザ光１０２ａが入射する複数の微小鏡がマトリクス状に配列された光学素子１５０と、配列された各微小鏡の向きを制御する制御部１５２とを具備する。マイクロミラー１５０は各微小鏡等を電気信号等によって微小鏡の向きを制御するものである。
【００７２】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、このマイクロミラー１５０において、各微小鏡１５１の向きを制御することによって、所望のビーム成形形状１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃを形成することができる。
【００７３】
また、ビーム成形形状をウエハの回転に同期して回転させることで、に示すように、各微小鏡１５１の向きを制御することによって、ビーム成形形状を回転させることができ、アパーチャ及びアパーチャ回転機能アパーチャとしての機能を有する。このマイクロミラー１５０において所望のビーム成形は回転に限定することなく、膨張伸縮など形状は任意に変えることができる。
また、この光学素子は、各微小鏡の向きを制御しレーザ光を被加工基板の任意の位置に照射させる、走査系として用いることも可能である。
【００７４】
（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図１２において、図１と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
本装置は、図１２に示すように、レーザ光が反射或いは透過する光学部材（プリズム，ミラー等）を含む、光学系１０４，アパーチャ１２４，観測系１０５，走査系１０６，コンデンサレンズ１２０を密閉空間５００内に設置して、密閉空間５００内をパージシステム５０１からＮ2などのパージガスでパージできる構成を示したものである。
【００７６】
光学系付近に漂うケミカルコンタミネーションがレーザ光と光化学反応を起こして曇りが発生する。本発明では光学部材をパージしてこの曇りから保護する。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、被加工基板に対してレーザ光をほぼ垂直に入射させる手段としては、出射光が被加工基板主面に対してほぼ垂直に入射する光ファイバーにレーザ光を入射させ、光ファイバーを被加工基板に対して相対的に移動させて、レーザ光を被加工基板の任意の位置に照射する構成であっても良い。
【００７８】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被加工基板に対して、ほぼ垂直にレーザ光を入射させて、除去領域以外の領域にレーザ光が照射されることを抑制することによって、除去領域のみを正確に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図２】第１の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図３】第２の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図４】第３の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図５】第３の実施形態に係わるアパーチャ板及びアパーチャ切り替え機構の概略構成を示す図。
【図６】アパーチャ回転機構１２４ｂが必要な理由の説明に用いる図。
【図７】第４の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図８】第５の実施形態に係わるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図。
【図９】第５の実施形態に係わるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図。
【図１０】第６の実施形態に係わる、光学素子を用いたアパーチャ及びアパーチャ回転機構の構成を示す模式図。
【図１１】図１０に示す光学素子、並びに光学素子で成形されるビーム形状を示す図。
【図１２】第７の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【符号の説明】
１００…レーザ加工装置
１０２…レーザ発振器
１０２ａ…レーザ光
１０３…レーザ発振器制御ユニット
１０４…光学系
１０５…観測系
１０６…走査系
１０６ａ…走査ミラー
１０７…ホルダー
１０７ａ…照明窓
１０８…液体
１１０…被加工基板
１１１…ステージ
１２０…コンデンサレンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工基板に対してレーザ光を照射して被加工基板の一部を選択的に除去するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路のリソグラフィ工程では、半導体ウェハ上にレジスト塗布、露光、現像が行われる。このリソグラフィ工程では、上層側のパターンと下層側のパターンとの位置合わせを行なってパターンの露光を行なう必要である。パターンの露光は一般に露光装置が用いられる。
【０００３】
露光装置には、下層パターン位置を検出するアライメント機構を備えている。位置合わせ機構は下層パターン配置した位置合わせマーク位置を検出することで、上層のパターンを露光する位置を算出する。リソグラフィ工程の終了後、１層目と２層目の位置ずれを検査するために合わせすれ検査が行われる。合わせずれ検査では合わせずれ検査マークが配置されている。合わせずれ検査装置はこの合わせずれ検査マークの位置測定を行なう。アライメント検出は合わせずれ位置検出は一般には光学的な位置検出が行なわれる。アライメントマーク及び合わせずれ検査マークは半導体集積回路と同じプロセス工程を経るため、マーク上に透明度の低い膜が形成される場合が有る。このため、マーク上に透明度の低い膜が形成される場合にはアライメントマーク及び合わせずれ検査マークの位置認識が困難になる。そこでアライメントマーク上に形成された透明度の低い膜を除去する必要が有る。
【０００４】
ところが、従来のレーザ加工装置では、マーク上の不透明膜を正確に除去することができず、除去したくない領域まで除去されるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のレーザ加工装置では、マーク上の不透明膜を正確に除去することができず、除去したくない領域まで除去されるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、被加工基板に対してレーザ光を照射して除去する際、除去領域のみを正確に除去することが可能なレーザ加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
［構成］
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００８】
本発明に係わるレーザ加工装置は、被加工基板の一部を選択的に除去するレーザ光を発振するレーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、前記被加工基板の任意の位置に照射させる走査系と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記被加工基板に入射させる入射手段と、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の光路上に設置され、前記基板回転機構による被加工基板の回転に応じて、前記被処理基板上のレーザ光の光学像の大きさ及び形状を変更するレーザ光成形手段と、を具備してなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様を以下に記す。
前記被加工基板の少なくとも前記レーザ光の照射領域に対して液体を供給する液体供給手段と、前記被処理基板上に設置され、前記レーザ光に対して透明な透明板とを更に具備してなること。
前記垂直入射手段は、前記走査系と前記被加工基板との間に配設されたコンデンサレンズであること。
前記被加工基板を回転させる基板回転機構をさらに具備してなること。
【００１１】
前記レーザ光成形手段は、レーザ光をそれぞれ所定の大きさ及び形状に成形する複数のアパーチャを具備すること。
【００１２】
前記レーザ光成形手段は、前記レーザ光を所定の形状に成形する１以上のアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザ光の大きさを変化させるレンズ系とを具備してなること。
【００１３】
前記アパーチャは、前記基板回転機構による被加工基板の回転に同期して回転すること。
【００１４】
前記走査系は、被加工基板の加工面に対して２次元方向にレーザ光を走査する走査ミラーを具備してなること。
【００１５】
前記走査系は、前記レーザ光の大きさに対して微小な向きがそれぞれ変更可能な複数の微小鏡がマトリクス状に配列された光学素子と、前記マークの位置及び向きに応じて各微小鏡の向きをそれぞれ制御する制御部とを具備してなること。
【００１６】
前記走査系は、音響光学効果を利用した音響光学素子を具備してなること。
【００１７】
前記被加工基板と、前記走査系とを被加工基板主面に平行な２次元平面内で相対的に移動させる手段とを更に具備してなること。
【００１８】
前記被加工基板は半導体基板上に形成された反射マークを具備し、該反射マークの位置座標が登録されている光学装置からの情報に応じて、該マーク上に前記レーザ光を照射して、該マーク上の膜を除去すること。
【００１９】
前記被加工基板の位置座標を検出する観測系を更に具備してなること。
【００２０】
被加工基板に対するレーザ光の照射位置に応じて、前記レーザ光の照射強度を制御する手段を具備してなること。
【００２１】
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【００２２】
従来の装置で、被加工基板の一部を制御性良く除去できないのは、加工面に対してレーザ光が垂直に入射していないのが原因であった。すなわち、レーザ光が傾いて入射することにより、除去領域以外の領域にレーザ光が照射されていたのである。
【００２３】
そこで、本発明では、被加工基板に対して、ほぼ垂直にレーザ光を入射させて、除去領域以外にレーザ光が照射されることを抑制することによって、除去領域のみを正確に除去することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
レーザ加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【００２６】
レーザ加工装置１００は、図１に示すように、レーザ発振器１０２と、被加工基板１１０を保持し、この被加工基板１１０の少なくとも加工面のレーザ光照射領域を浸す液体を貯溜するホルダー１０７とを少なくとも備えて構成されている。
【００２７】
このレーザ加工装置１００には、更にレーザ発振器１０２の制御を行うレーザ発振器制御ユニット１０３と、光学系１０４と、観測系１０５と、レーザ光と加工対象物の加工面との間を相対的に移動させる走査系１０６とを備えて構成されている。
【００２８】
本装置において、レーザ発振器１０２にはＱ−Ｓｗｉｔｃｈ Ｎｄ ＹＡＧレーザが使用されている。このレーザ発振器１０２は、基本波（波長１０６４ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第三高調波（波長３５５ｎｍ）、第四高調波（波長２６６ｎｍ）のいずれかの波長のレーザ光１０２ａを照射することが可能である。さらに、レーザ発振器１０２から照射されるレーザ光１０２ａのパルス幅は約１０ｎｓｅｃに設定されており、レーザ光照射領域は図示しないスリット機構により一辺が１０μｍ〜５００μｍ（１０μｍ×１０μｍ〜５００μｍ×５００μｍまでの範囲内において調整を行うことができる。また、レーザ発振器１０２のレーザ光発振周波数は１０ｋＨｚに設定されている。このレーザ発振器１０２のレーザ光１０２ａの発振制御、照射領域の制御等はレーザ発振制御ユニット１０３により行われている。
【００２９】
レーザ発振器１０２から照射されたレーザ光１０２ａは、光学系１０４、観測系１０５、走査系１０６、コンデンサレンズのそれぞれを順次透過し、被加工基板１１０の加工面に照射されている。観測系１０５は、レーザ光１０２ａを光軸から取り出すハーフミラー１０５ａと、このハーフミラー１０５ａにより取り出されたレーザ光を観測する観測用カメラ１０５ｂとを少なくとも備えて構成されている。この観測系１０５を用いて、レーザ光照射位置のアライメントを調整することができる。
【００３０】
走査系１０６は、被加工基板１１０の加工面１１０ａにおいてレーザ光１０２ａの照射位置を移動したり、レーザ光１０２ａを連続的に走査させたりする走査ミラー１０６ａと、この走査ミラー１０６ａを駆動制御する走査制御部１０６ｂとを少なくとも備えて構成されている。すなわち、このレーザ加工装置１００では、走査系１０６の走査ミラー１０６ａによりレーザ光の照射位置を変えるようになっている。更に、走査ミラー１０６ａと被加工基板１１０との間に、コンデンサレンズ１２０が設けられ、任意の照射位置において、被加工基板の加工面１１０ａに対してレーザ光１０２ａがほぼ垂直に入射するように構成されている。
【００３１】
ホルダー１０７は、中央部分に被加工基板を載置し保持することができ、周辺部部分に液体を貯留するダムを配設したトレーのような形状で構成されている。なお、載置される被加工基板の形状に応じて、ホルダー１０７の平面形状は適宜変更することができる。例えば、半導体ウェハのような円盤形状の被加工基板を載置する場合には、平面円形形状のホルダーを使用することができる。また、液晶表示装置に使用される石英ガラス基板、プリント配線基板等のような矩形形状の加工対象物を載置する場合には、平面矩形形状のホルダーを使用することができる。もちろん、平面矩形形状のホルダーに半導体ウェハのような円盤形状の被加工基板を載置するようにしても良い。
【００３２】
ホルダー１０７は、更に被加工基板及びその少なくとも加工面を浸す液体を覆い、レーザ光に対して透明な窓１０７ａを備えている。レーザ発振器１０２から発信されたレーザ光１０２ａはこの窓１０７ａ、液体１０８のそれぞれを透過して被加工基板１１０の加工面１１０ａに照射されるようになっている。窓１０７ａは、ホルダー１０７に貯溜された液体１０８のレーザ加工時の散水を防止する機能、並びに情報から塵等が被加工基板１１０表面に付着することを防止する機能とを少なくとも備えている。
【００３３】
液体１０８は、被加工基板１１０の加工面１１０ａにおいて、レーザ光照射領域近傍のレーザ光照射により発生する熱を奪い去ることができ、更にレーザ光照射により発生する蒸発物の勢いを減少させることができるようになっている。液体には、純水、アンモニア水溶液のそれぞれを実用的に使用することができる。基本的には、被加工基板１１０の加工面１１０ａのレーザ光照射領域が液体に浸されていればよいが、熱を多く奪い去り、且つ蒸発物の勢いをより一層減少させるために、被加工基板の全体が液体に浸されるようになっている。
【００３４】
更に、レーザ加工装置１００は、ホルダー１０７に貯溜される液体１０８を流動させる液体流動装置１０９を備えている。液体流動装置１０９は、基本的にはポンプであり、流入管１０９ａ並びに流出管１０９ｂを通してホルダー１０７に連接され、流体１０８を循環させるようになっている。すなわち、流体流動装置１０９はホルダー１０７に貯溜された液体１０８に、レーザ光の照射によりレーザ光照射領域に発生する気泡を連続的に取り除くことができように流れを持たせ、更にレーザ光に不規則な乱れを生じないように、一定方向に一定流速において液体を循環させることができる。流体流動装置１０９は少なくともレーザ加工が実際に行われている際に駆動されていればよい。
【００３５】
更に、本装置は、ホルダー１０７の裏面に配設された圧電素子１７０と、この圧電素子１７０の駆動を制御する圧電素子駆動制御回路１７１とを備えている。圧電素子１７０は、被加工基板１１０の少なくとも加工面１１０ａのレーザ光照射領域の液体１０８に超音波振動を与え、レーザ光の照射により発生する気泡を取り除くことができるようになっている。
【００３６】
次に、このレーザ加工装置を用いた半導体装置の製造工程を説明する。なお、本実施形態では、位置合わせマーク（反射マーク）が形成された被加工基板上に感光性ポリイミド膜を形成した後、感光性ポリイミド膜に対して純水を供給しつつレーザ加工を行った場合について説明する。
【００３７】
次に、本システムを用いた半導体装置の感光性ポリイミドの形成及びパターニング工程について、図２の工程断面図を用いて説明する。
【００３８】
先ず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板２０１上にシリコン窒化膜２０２中に位置合わせマーク２０３及びパッド２０４、感光性ポリイミド膜２０５が形成されている被加工基板を用意する。
【００３９】
次に、被加工基板を図１に示したレーザ加工装置１００に搬送する。ウェハのノッチ及びウエハエッジを検出することにより、レーザ光軸と基板とのアライメント調整を行った。
【００４０】
次に、被加工基板の全体が純水に浸しつつ、レーザ照射を行うことにより、図２（ｂ）に示すように、位置合わせマーク２０３を含む領域上の感光性ポリイミド膜２０５を除去する。この時、被加工基板に対してレーザ光を照射する際、コンデンサレンズによって加工面に対して常にほぼ垂直に入射するので、除去したい領域を正確に除去することができる。
【００４１】
レーザ加工に用いたレーザ発振器としては、Ｑ−ｓｗｉｔｃｈ ＹＡＧの第４高調波、第３高調波及び第２高調波のいずれかを選択する事が可能であり、高調波の波長は、それぞれ２６６ｎｍ、３５５ｎｍ及び５３２ｎｍである。ポリイミド下層に形成されている材料及び、ポリイミド膜厚により最適の加工条件となるように、適宜波長は選択できるようになっている。
【００４２】
本実施形態においては、下層に形成されたシリコン窒化膜２０２を加工しないために、波長３５５ｎｍの波長を用いた。例えばポリイミドのみならず、下層のシリコン窒化膜まで除去する場合には、波長２６６ｎｍを用いた方が良い。
【００４３】
感光性ポリイミド膜２０４の膜厚は３μｍであり、レーザ照射エネルギー密度は１パルスあたり０．５Ｊ／ｃｍ2 とした。０．５Ｊ／ｃｍ2 のエネルギー照射での加工速度は、１パルスあたり約０．３μｍ／ｐｕｌｓｅとなる。しかしながら、ポリイミド膜厚の局所的なばらつき等の影響、あるいはレーザエネルギーの面内の不均一性の影響で約±２０％程度は加工速度が変化する。
【００４４】
したがって、本装置は、観測系１０５を用いてポリイミドが除去されたか否か、その場観察を自動で行いながら加工を施し、照射場所により適宜パルス数及びパルスエネルギーを制御しつつ加工を行う。
【００４５】
厚さ３μｍのポリイミドを０．５Ｊ／ｃｍ2 の照射エネルギーで除去する場合には、１０〜１５のパルス数で位置合わせマーク上の感光性ポリイミド膜を除去する事が可能であった。もし、観測系１０５を具備しないレーザ加工装置においても１５パルスのレーザ光を照射すれば全ての領域を除去することが可能となる。
【００４６】
しかしながら、観測系１０５と加工形状を判断する機構とを設けることにより、自動的にパルス数やエネルギーを制御できるので、無駄な照射を行う必要がなくなり、処理時間を飛躍的に向上する事が可能となる。
【００４７】
このレーザ加工時には、少なくともレーザ照射中に圧電素子１７０には４０ｋＨｚ、５０Ｗの電力を印加した。図２（ｂ）に示したように、レーザ加工領域及び加工領域周辺に加工くずの飛散は観測されなかった。また、剥れやクラック等の照射損傷も観測されていない。
【００４８】
なお、被加工基板の照射位置に応じて、レーザ光の照射エネルギーを変更するようにしても良い。回転塗布法で塗布膜を形成した場合、中央部より周辺部の膜厚が厚くなりやすい。そのため、一定のエネルギーでレーザ光を照射すると、除去膜が除去されない、或いは除去すべきではない膜が除去されるということが生じる。そのため、照射エネルギーを中央部では弱く、周辺部は強くというように、レーザ光の照射エネルギーを照射位置に応じて変更することによって、マーク上の膜を制御性良く除去することができる。
【００４９】
レーザ加工により位置合わせマーク２０３を含む領域上の感光性ポリイミド膜２０５を除去することで、可視光を用いたアライメントスコープを用いた場合にはマークの観察が容易となり位置合わせエラーを飛躍的に減少する事が可能となり歩留まりが飛躍的に向上する。さらには、露光光をアライメント光として用いた場合には、ポリイミドが形成されているとマークは全く観察できないのに対し、除去する事によって位置合わせマークの観察が可能となる。
【００５０】
次に、感光性ポリイミド膜２０５に対して露光・現像を順次行い、図２（ｃ）に示すように、感光性ポリイミド膜２０５に開口を形成する。
【００５１】
次に、感光性ポリイミド膜２０５をマスクにＲＩＥを行って、図２（ｄ）に示すように、パッド２０４を露出させる。
【００５２】
本実施形態では、感光性ポリイミド膜に対して、コンデンサレンズを介してレーザ光を照射することによって、加工面に対してレーザ光がほぼ垂直に入射し加工領域以外にレーザ光が照射されることがないので、正確に位置合わせマーク上の感光性ポリイミド膜を除去することができる。また、純水中でレーザ加工を行うことで、マーク上の感光性ポリイミド膜の加工くずの生成や照射損傷を抑制しつつ加工する事が可能となる。
【００５３】
尚、走査系に鏡を用いるのではなく、音響光学効果を利用した音響光学変調素子や音響光学偏向素子等の音響光学素子を用いた光ビーム走査機を用いることも可能である。走査系に音響光学素子を用いることによって、機械的に鏡の向きを変えて被加工基板面上を走査する方式に比べて、走査系の大きさを小さくすることができる。音響光学素子を用いた走査系につては、例えば特開平１０−８３００２号公報に記載されている。
【００５４】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。なお、図３において、図１と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のレーザ加工装置１００は、図３に示すように、被加工基板１１０はホルダー１０７上に直接載置されているのではなく、基板回転機構１２１に接続されたステージ１１１上に載置され、被加工基板１１０が回転可能な構成になっている。
【００５６】
センサ１２２によって回転角が被加工基板の回転角が測定され、回転制御機構１２３にセンサ１２２によって測定された回転角に応じて基板回転機構１２１を制御して、被加工基板１１０の回転角が制御される。
【００５７】
本実施形態では、レーザ光が被加工基板全面に走査可能なように走査系１０６を構成する必要がないので、コンデンサレンズ１２０の小型化、走査ミラー１０６ａの回転角度を小さくできるなど、レーザ加工システムの小型化が可能になる。
【００５８】
なお、液体１０８表面を照明窓１０７ａの裏面に一致させることで、液体１０８の乱流化を抑制し、レーザ光が散乱することなく被加工基板１１０表面を照射できる。
【００５９】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図４において、図１，３と同一な部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本装置は、図４に示すように、レーザ光１０２ａを所定の大きさ及び形状に成形する複数のアパーチャが形成されたアパーチャ板１２４が設けられている。アパーチャ板１２４は、アパーチャ切り替え機構１２５によって任意の形のアパーチャに交換できる。また、図５に示すように、アパーチャ板１２４には、には、被加工基板１１０の回転角θ１に同期して各アパーチャ１２４ａをθ２だけ回転させるアパーチャ回転機構１２４ｂを有する。このアパーチャ回転機構１２４ｂの回転角は被加工基板１１０の回転角と同期させる。
【００６０】
このアパーチャ回転機構１２４ｂが必要な理由に関しては図６を用いて説明する。位置合わせマーク等はウエハチップ上に配置されている。図６（ａ）に示すように、被加工基板１１０を例えば角度θ１回転させると、図６（ｂ）に示すように被加工基板１１０内内の各チップ１１０ａ内に形成されている位置合わせマーク１１０ｂも回転する。そのため、図６（ｃ）に示すように、被加工基板１１０（位置合わせマーク１１０ｂ）の回転に応じて、アパーチャ１２４ａを角度θ２回転させて照射されるレーザ光の形状を変えなければ、位置合わせマーク１１０ｂ上の膜を除去することができない。マークへの照射位置に関してはあらかじめ入力されたマーク座標から走査系１０６によって制御される。
【００６１】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態で用いるレーザ加工装置の概略構成に関して図７を用いて説明する。
【００６２】
図７は、本発明の第３の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図７において、図１，３，４と同一な部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、アパーチャ板１２４後にビームの大きさを拡大・縮小するズームレンズ光学系１２８が設けられている。
【００６３】
第３の実施形態では、アパーチャ板１２４に設置されたアパーチャ１２４ａによりレーザ光の大きさ及び形状を変化させていた。アパーチャ板１２４に設置できるアパーチャの数には限りがあるが、本実施形態では、レーザ光の大きさの変更するズームレンズ光学系１２８が設けられているので、形成可能なレーザ光の大きさ及び形状の数を増やすことができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
本実施形態では、前の実施形態で示したレーザ加工装置を含むパターン形成システムについて説明する。
【００６５】
図８は、本発明の第５の実施形態に係わるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図である。
【００６６】
図８に示すように、トラック１４１にて被加工基板主面にレジスト等が塗布される。レジストの塗布後、トラック１４１内部に設けられたレーザ加工装置１００によりマーク上のレジスト膜及び絶縁膜が除去される。その後、搬送機１４２により被加工基板が露光装置１４０に搬送されて露光が行われる。露光後、搬送機１４２により被加工基板がトラック１４１に搬送され、レジスト膜の現像処理が行われる。現像処理後、搬送機１４０２により被加工基板が合わせずれ検査装置１４３に搬送され、合わせずれ検査用マーク（反射マーク）と形成されたパターンとのズレが検査される。
【００６７】
レーザ加工装置１００と露光装置１４０及び合わせずれ検査装置１４３はオンライン制御部１４４若しくはオンラインインターフェイスによって接続する。このことで、レーザ加工器がアライメントマーク及び合わせずれ検査マークなどをレーザ加工する場合、マーク座標を算出するには、ウエハチップ座標、アライメントマーク位置、合わせずれ検査マーク位置の座標情報がオンラインによって露光装置１４０や合わせずれ検査装置１４３から入手できることを特徴とする。もちろんマーク座標は、レーザ加工装置１００に直接入力してもよい。
【００６８】
本システムに示すように、トラック１４１内にレーザ加工装置１００が搭載されることで、レジスト塗布、レーザ加工、露光と、連続した工程が実現でき、工程時間の短縮が実現できる。
なお、図９に示すように、トラック１４１外に配置しても良い。図９において、図８と同一な部位には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
（第６の実施形態）
また、アパーチャ及びアパーチャ回転機構に、レーザ光の径に比べて非常に小さく、向きがそれぞれ変更可能な複数の微小鏡を複数２次元配列された光学素子（例えばDigital Micromirror Device（テキサス・インスツルメンツ社の商標））を用いても良い。光学素子は、それぞれの微小鏡の向きを制御することによって、任意の大きさ及び形状の光学像を形成することができる。従って、この光学素子を構成するそれぞれの微小鏡を向きを制御することによって、マークの大きさ及び向きに応じた光学像のレーザ光を照射することができる。
【００７０】
図１０は、第６の実施形態に係わる光学素子を用いたアパーチャ及びアパーチャ回転機構の構成を示す模式図である。
【００７１】
本装置１００の走査系１０６は、図１０に示すように、レーザ光１０２ａが入射する複数の微小鏡がマトリクス状に配列された光学素子１５０と、配列された各微小鏡の向きを制御する制御部１５２とを具備する。マイクロミラー１５０は各微小鏡等を電気信号等によって微小鏡の向きを制御するものである。
【００７２】
図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、このマイクロミラー１５０において、各微小鏡１５１の向きを制御することによって、所望のビーム成形形状１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃを形成することができる。
【００７３】
また、ビーム成形形状をウエハの回転に同期して回転させることで、に示すように、各微小鏡１５１の向きを制御することによって、ビーム成形形状を回転させることができ、アパーチャ及びアパーチャ回転機能アパーチャとしての機能を有する。このマイクロミラー１５０において所望のビーム成形は回転に限定することなく、膨張伸縮など形状は任意に変えることができる。
また、この光学素子は、各微小鏡の向きを制御しレーザ光を被加工基板の任意の位置に照射させる、走査系として用いることも可能である。
【００７４】
（第７の実施形態）
図１２は、本発明の第７の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す図である。図１２において、図１と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
本装置は、図１２に示すように、レーザ光が反射或いは透過する光学部材（プリズム，ミラー等）を含む、光学系１０４，アパーチャ１２４，観測系１０５，走査系１０６，コンデンサレンズ１２０を密閉空間５００内に設置して、密閉空間５００内をパージシステム５０１からＮ2などのパージガスでパージできる構成を示したものである。
【００７６】
光学系付近に漂うケミカルコンタミネーションがレーザ光と光化学反応を起こして曇りが発生する。本発明では光学部材をパージしてこの曇りから保護する。
【００７７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、被加工基板に対してレーザ光をほぼ垂直に入射させる手段としては、出射光が被加工基板主面に対してほぼ垂直に入射する光ファイバーにレーザ光を入射させ、光ファイバーを被加工基板に対して相対的に移動させて、レーザ光を被加工基板の任意の位置に照射する構成であっても良い。
【００７８】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被加工基板に対して、ほぼ垂直にレーザ光を入射させて、除去領域以外の領域にレーザ光が照射されることを抑制することによって、除去領域のみを正確に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図２】第１の実施形態に係わる半導体装置の製造工程を示す工程断面図。
【図３】第２の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図４】第３の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図５】第３の実施形態に係わるアパーチャ板及びアパーチャ切り替え機構の概略構成を示す図。
【図６】アパーチャ回転機構１２４ｂが必要な理由の説明に用いる図。
【図７】第４の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【図８】第５の実施形態に係わるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図。
【図９】第５の実施形態に係わるパターン形成システムの概略構成を示すブロック図。
【図１０】第６の実施形態に係わる、光学素子を用いたアパーチャ及びアパーチャ回転機構の構成を示す模式図。
【図１１】図１０に示す光学素子、並びに光学素子で成形されるビーム形状を示す図。
【図１２】第７の実施形態に係わるレーザ加工装置の概略構成を示す模式図。
【符号の説明】
１００…レーザ加工装置
１０２…レーザ発振器
１０２ａ…レーザ光
１０３…レーザ発振器制御ユニット
１０４…光学系
１０５…観測系
１０６…走査系
１０６ａ…走査ミラー
１０７…ホルダー
１０７ａ…照明窓
１０８…液体
１１０…被加工基板
１１１…ステージ
１２０…コンデンサレンズ
Claims (14)
- 被加工基板の一部を選択的に除去するレーザ光を発振するレーザ発振器と、
レーザ発振器から発振されたレーザ光を、前記被加工基板の任意の位置に照射させる走査系と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を前記被加工基板に入射させる入射手段と、
前記被加工基板を回転させる基板回転機構と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の光路上に設置され、前記基板回転機構による被加工基板の回転に応じて、前記被処理基板上のレーザ光の光学像の大きさ及び形状を変更するレーザ光成形手段と、
を具備してなることを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記被加工基板の少なくとも前記レーザ光の照射領域に対して液体を供給する液体供給手段と、
前記被処理基板上に設置され、前記レーザ光に対して透明な透明板とを更に具備してなることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。 - 前記入射手段は、前記走査系と前記被加工基板との間に配設され、前記レーザ光を前記被加工基板に対して垂直に入射させるコンデンサレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光成形手段は、レーザ光をそれぞれ所定の大きさ及び形状に成形する複数のアパーチャを具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光成形手段は、前記レーザ光を所定の形状に成形する１以上のアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザ光の大きさを変化させるレンズ系とを具備してなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
- 前記アパーチャは、前記基板回転機構による被加工基板の回転に同期して回転することを特徴とする請求項４又は５に記載のレーザ加工装置。
- 前記走査系は、被加工基板の加工面に対して２次元方向にレーザ光を走査させる走査ミラーを具備してなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 向きがそれぞれ制御可能な、該レーザ光の大きさに対して小さい微小鏡が配列された光学素子と、これらの微小鏡の向きをそれぞれ制御する制御部とをさらに具備してなることを特徴とする特許請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 前記走査系は、音響光学効果を利用した音響光学素子を具備してなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 前記被加工基板と、前記走査系とを被加工基板主面に平行な２次元平面内で相対的に移動させる手段とを更に具備してなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 前記被加工基板は半導体基板上に形成された反射マークを具備し、該反射マークの位置座標が登録されている光学装置からの情報に応じて、該マーク上に前記レーザ光を照射して、該マーク上の膜を除去することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 前記被加工基板の位置座標を検出する観測系を更に具備してなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 被加工基板に対するレーザ光の照射位置に応じて、前記レーザ光の照射強度を制御する手段を具備してなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
- 前記レーザ光が反射又は透過する光学部材を更に具備し、
前記光学部材の一部若しくは全てを密閉する密閉部材と、この密閉部材にパージガスを供給するパージシステムとを具備することを特徴とした特許請求項１〜３の何れかに記載のレーザ加工装置。
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