JP5726463B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

従来より、ＦＰＤ（Flat Panel Display）やＩＣ（Integrated Circuit）ウェーハ等の製造プロセスの随所で発生する多様な欠陥を修正するレーザリペア機能を備えたレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このレーザ加工装置は、観察光学系を介して取得した試料表面の画像情報に基づいて、加工光学系を介して試料表面に各種波長のレーザを照射し、試料の欠陥を修正するものである。
一般に、レーザ加工装置では、観察光学系として明視野照明（落射照明）と呼ばれる構成を用いて試料表面の観察が行われる。一方、明視野照明では観察できない微細なキズ、ゴミ、凹凸などの検出や、反射率の低い試料の欠陥の検出を行う場合には、照明角度が対物レンズへの最大入射角より大きい照明光を対物レンズの外側から試料へ照射し、試料面での散乱や回折による光だけを検出する、暗視野照明（斜方照明）と呼ばれる構成が用いられている。

特開平１−２３５５５号公報

しかしながら、従来のレーザ加工装置は、暗視野照明の光路にて加工を行うことはできず、観察光学系と加工光学系とを別々に設ける構成であるため、装置が大型化するという問題があった。

本発明の課題は、装置の小型化を実現できるレーザ加工装置を提供することである。

上記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、
レーザ加工装置において、
観察光を出射する照明光源と、
加工用のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記観察光と前記レーザ光とを環状とする環状開口部、及び前記観察光と前記レーザ光とを所定寸法の円形状とする円状開口部の形成された遮蔽部材と、
対象物と対向する対物レンズと、
前記対物レンズの外側において、前記対物レンズを囲うように配されたリングレンズと、
対象物からの光を結像するＣＣＤカメラと、
を備え、
前記遮蔽部材の前記環状開口部と前記円状開口部とは、切り替え可能に構成され、
前記環状開口部を通過した前記観察光は、前記リングレンズを介して対象物に照射されて当該対象物からの散乱光が前記ＣＣＤカメラに照射され、前記環状開口部を通過した前記レーザ光は、前記リングレンズを介して対象物に照射されて当該対象物を補修し、
前記円状開口部を通過した前記観察光は、前記対物レンズを介して対象物に照射されて当該対象物からの反射光が前記ＣＣＤカメラに照射され、前記円状開口部を通過した前記レーザ光は、前記対物レンズを介して対象物に照射されて当該対象物を補修することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ加工装置において、
前記レーザ光源は、紫外領域のレーザ光を出射し、
前記リングレンズは、前記対物レンズより紫外線透過率の高い部材からなることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置において、
前記リングレンズは、上下動可能に構成されることを特徴とする。

本発明によれば、観察光とレーザ光とを環状とする環状開口部の形成された遮蔽部材と、対物レンズの外側において、対物レンズを囲うように配されたリングレンズと、を備え、遮蔽部材の環状開口部を通過した観察光とレーザ光とは、リングレンズを介して対象物に照射されることとなる。
よって、レーザ光を、観察光と同一の光路を用いて、対物レンズの外側からリングレンズを介して対象物に照射して、対象物の加工を行うことができるため、装置の小型化を実現することができる。

本発明に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 本発明に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図である。 光路切替部材を示す平面図である。

以下、図を参照して、本発明に係るレーザ加工装置について詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
なお、以下の説明において、図１における左右方向をＸ方向とし、前後方向をＹ方向とし、上下方向をＺ方向とする。

まず、構成について説明する。
レーザ加工装置１００は、ＸＹステージ１２に載置された試料（対象物）Ｓ上の欠陥部分を、レーザ光によって修正する装置である。
なお、試料Ｓは、例えば、薄板ガラス上にフォトリソグラフィ技術などによって回路パターンが形成されたＬＣＤ（Liquid Crystal Display）基板、ＬＣＤ基板以外のＦＰＤ（Flat Panel Display）基板、半導体ウエハ、プリント配線基板などである。

レーザ加工装置１００は、図１、２に示すように、照明光源１、第１レンズ２、第１ビームスプリッタ３、光路切替部材（遮蔽部材）４、第２ビームスプリッタ５、対物レンズ部６、第２レンズ７、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ８、レーザ発振機（レーザ光源）９、レーザ加工用マスク１０、第３レンズ１１、ＸＹステージ１２、等を備えている。

このうち、照明光源１、第１レンズ２、第１ビームスプリッタ３、光路切替部材４、第２ビームスプリッタ５、対物レンズ部６、第２レンズ７、及びＣＣＤカメラ８により、観察光学系が構成されている。
また、レーザ発振機９、レーザ加工用マスク１０、第３レンズ１１、第１ビームスプリッタ３、光路切替部材４、第２ビームスプリッタ５、及び対物レンズ部６により、加工光学系が構成されている。
つまり、観察光学系と加工光学系とは、第１ビームスプリッタ３、光路切替部材４、第２ビームスプリッタ５、及び対物レンズ部６が重複している。

照明光源１は、例えば、水銀ランプ等の発散光を出射する光源である。
照明光源１から出射された観察光は、当該照明光源１のＸ方向左側に位置する第１レンズ２に向かって照射される。

第１レンズ２は、照明光源１からの発散光を平行光として、当該第１レンズ２のＸ方向左側に位置する第１ビームスプリッタ３に向かって照射させる。

第１ビームスプリッタ３は、第１レンズ２からの観察光を、光路切替部材４に向かって透過させる。
なお、第１ビームスプリッタ３は、第３レンズ１１（詳細は後述する）からの加工用のレーザ光を、光路切替部材４に向かって反射させるものでもある。

光路切替部材４は、図３に示すように、リング状（環状）開口部４１と、円状開口部４２と、が形成されたアパーチャである。
光路切替部材４は、第１ビームスプリッタ３からの観察光の光路を、リング状光路（図１参照）と円状光路（図２参照）とに切り替える。
具体的に、第１ビームスプリッタ３からの観察光が、リング状開口部４１を通過するように光路切替部材４を配した場合、図１に示すように、当該観察光はリング状に変換されて、Ｘ方向左側の第２ビームスプリッタ５に向かう。
一方、第１ビームスプリッタ３からの観察光が、円状開口部４２を通過するように光路切替部材４を配した場合、図２に示すように、当該観察光は所定の大きさの円形状となって、Ｘ方向左側の第２ビームスプリッタ５に向かう。

ここで、リング状開口部４１は、対物レンズ部６のリングレンズ６２（後述）とほぼ同一の大きさ・形状となるよう形成されている。従って、リング状光路（リング状開口部４１）を通過した観察光は、対物レンズ部６において対物レンズ６１の外側に配されたリングレンズ６２を透過して試料Ｓに達することとなる。
一方、円状開口部４２は、対物レンズ部６の対物レンズ６１（後述）とほぼ同一かそれ以下の大きさとなるよう形成されている。従って、円状光路（円状開口部４２）を通過した観察光は、対物レンズ部６において対物レンズ６１を透過して試料Ｓに達することとなる。
なお、光路切替部材４は、制御部（図示省略）による自動制御又は作業者の手動操作によってＹ方向にスライドし、第１ビームスプリッタ３からの光が照射される位置が、リング状開口部４１又は円状開口部４２のどちらかになるように切り替え可能に構成されている。

第２ビームスプリッタ５は、光路切替部材４を通過してきた観察光を、当該第２ビームスプリッタ５のＺ方向下方に配された対物レンズ部６に向けて反射させる。
ここで、第２ビームスプリッタ５は、観察光がリング状であればリング状の光を対物レンズ部６に向けて反射させ、観察光が円状であれば円状の光を対物レンズ部６に向けて反射させる。

対物レンズ部６は、試料Ｓと対向する対物レンズ６１と、対物レンズ６１の周囲を囲うように配されたリングレンズ６２と、対物レンズ６１の上方に位置する凸レンズ６３と、を備えている。

対物レンズ６１は、例えば、ガラスやプラスチックなどからなる透明部材によって形成される円形状のレンズである。
リングレンズ６２は、例えば、石英などの、対物レンズ６１よりも紫外線透過率の高い材質によって形成される円環状のレンズである。また、リングレンズ６２は、上下動可能に構成されている。
凸レンズ６３は、例えば、ガラスやプラスチックなどからなる透明部材によって形成され、その直径が対物レンズ６１とほぼ同一の上面視円形状のレンズである。凸レンズ６３は、対物レンズ６１と同一の光軸となるように設定されている。

ここで、観察光がリング状であった場合、この観察光は、リングレンズ６２を介して試料Ｓに対して斜めに照射される。このように試料Ｓに対して斜めに（対物レンズ６１を介さずに）照射される観察光は、一般に「暗視野照明」と呼ばれ、表面の凹凸が不規則な試料に適している。そして、この観察光が試料Ｓの表面に当たって生じる散乱光は、対物レンズ６１及び凸レンズ６３を通過してほぼ平行光となり、第２ビームスプリッタ５を通過して、第２レンズ７に照射される。
一方、観察光が円状であった場合、この観察光は、対物レンズ６１を介して試料Ｓに上方から照射される。このように試料Ｓに対して上方から（対物レンズ６１を介して）照射される観察光は、一般に「明視野照明」と呼ばれ、表面の凹凸がきれいな（フラットな）試料に適している。そして、試料Ｓの表面にて上方に反射した観察光は、対物レンズ６１及び凸レンズ６３を通過してほぼ平行光となり、第２ビームスプリッタ５を通過して、第２レンズ７に照射される。

第２レンズ７は、第２ビームスプリッタ５を透過してＺ方向下側から進んできた観察光を収束させて、ＣＣＤカメラ８に照射する。

ＣＣＤカメラ８は、第２ビームスプリッタ５からの観察光をその光電変換面にて結像する。なお、試料Ｓの表面画像は、モニタ（図示省略）に表示可能である。

レーザ発振機９は、例えば、試料Ｓの欠陥ヵ所を検出しリペアを行うためのレーザ光を出射する。レーザ発振機９は、例えば、紫外域、可視域、赤外域にわたる広範な波長域を有するレーザ光を出射可能に構成され、修正に適した波長のレーザ光を、波長フィルタ等を介して選択して使用するようになっているが、本実施形態においては、特に、紫外領域のレーザ光（紫外光）を出射することが好ましい。紫外光を用いたレーザ加工は、レーザ加工時における熱の発生が比較的少ないという特徴を有する。このため、紫外光を用いることにより、精密な補修処理が可能となる。
レーザ発振機９から出射したレーザ光は、当該レーザ発振機９のＺ方向下方に位置するレーザ加工用マスク１０に照射される。

レーザ加工用マスク１０は、レーザ発振機９からのレーザ光の径の大きさを所望のサイズに絞り込むために装着される、例えば円形などの所定形状の開口部を有するアパーチャである。
レーザ光は、レーザ加工用マスク１０を通過する際にその余剰部位がカットされ、当該レーザ加工用マスク１０のＺ方向下方に位置する第３レンズ１１に照射される。
なお、レーザ加工用マスク１０の開口部は、例えば、正方形や長方形などの円形以外の形状にすることもできる。
光路切替部材４の円状開口部４２の使用時に、レーザ加工用マスク１０の開口部の形状が試料Ｓに転写するような加工が可能となるため、レーザ加工用マスク１０の開口部を所定の形状とすることで、試料Ｓに所望の加工を行うことができる。

第３レンズ１１は、レーザ加工用マスク１０からのレーザ光を、当該第３レンズ１１のＺ方向下方に位置する第１ビームスプリッタ３に照射させる。

第１ビームスプリッタ３は、上記したように、第１レンズ２からの観察光を、光路切替部材４に向かって透過させると共に、第３レンズ１１からのレーザ光を、光路切替部材４に向かって反射させる。
即ち、レーザ光は、第１ビームスプリッタ３を通過した後は観察光と同一光路を進むようになっている。

このため、レーザ光は、観察光と同様に、光路切替部材４によってリング状または円状となって第２ビームスプリッタ５に向かい、第２ビームスプリッタ５にて反射されて対物レンズ部６に照射される。
そして、レーザ光がリング状であった場合、このレーザ光は、リングレンズ６２を介して試料Ｓに対して斜めに照射され、試料Ｓの表面上の補修を行うこととなる。
このとき、リングレンズ６２は、上下動可能に構成されているため、リングレンズ６２の上下方向の位置を調整して、リング状の加工又はスポット状の加工を行うことが可能である。
一方、レーザ光が円状であった場合、この観察光は、対物レンズ６１を介して試料Ｓに上方から照射され、試料Ｓの表面上の補修を行うこととなる。

なお、説明は省略するが、本装置は、これ以外にも、例えば、試料Ｓの位置合わせを行うアライメント光学系なども備えている。

次に、作用について説明する。
先ず、リング状光路を用いた場合の補修処理について説明する。
照明光源１から出射した観察光は、リング状光路の場合の観察光学系により試料Ｓに対して斜めに照射される。即ち、観察光は、対物レンズ６１を通過することなく試料Ｓに照射される。そして、この観察光が試料Ｓの表面に当たって生じる散乱光は、対物レンズ部６（対物レンズ６１及び凸レンズ６３）を通過してほぼ平行光となり、第２ビームスプリッタ５を通過して、第２レンズ７で集光されて、ＣＣＤカメラ８の光電変換面に結像する。試料Ｓの表面画像は、モニタ（図示省略）に表示され、作業者は試料Ｓの表面の観察を行うことができる。このとき、観察光の散乱光は、対物レンズ部６の透明部材（対物レンズ６１、凸レンズ６３）を介してＣＣＤカメラ８まで到達するため、色むらができず、カラーでの観察が可能である。
また、レーザ発振機９から出射したレーザ光も、リング状光路の場合の加工光学系により試料Ｓに対して斜めに照射される。即ち、レーザ光も、対物レンズ６１を通過することなく試料Ｓに照射される。このとき、リングレンズ６２が紫外線透過率の高い材質となっているため、紫外領域のレーザ光であっても、紫外線加工用の部材等を用いることなしに
試料Ｓの表面を好適に加工することができる。また、リングレンズ６２を上下動して調整することで、試料Ｓ表面の加工形状を、リング状又はスポット状にすることができる。
即ち、レーザ加工装置１００では、リング状光路を用いた場合、カラーで観察した後、同一の装置構成のまま紫外領域のレーザ光にて加工できるようになっている。

次に、円状光路を用いた場合の補修処理について説明する。
照明光源１から出射した観察光は、円状光路の場合の照明光学系により対物レンズ６１を通過して試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓの表面にて上方に反射した観察光は、対物レンズ部６（対物レンズ６１及び凸レンズ６３）を通過してほぼ平行光となり、第２ビームスプリッタ５を通過して、第２レンズ７で集光されて、ＣＣＤカメラ８の光電変換面に結像する。試料Ｓの表面画像は、モニタ（図示省略）に表示され、作業者は試料Ｓの表面の観察を行うことができる。
また、レーザ発振機９から出射したレーザ光も、円状光路の場合の加工光学系により対物レンズ６１を通過して試料Ｓに照射される。そして、試料Ｓの表面を加工する。

以上のように、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、観察光とレーザ光とを環状とするリング状開口部４１の形成された光路切替部材４と、対物レンズ６１の外側において、対物レンズ６１を囲うように配されたリングレンズ６２と、を備え、光路切替部材４のリング状開口部４１を通過した観察光とレーザ光とは、リングレンズ６２を介して試料Ｓに照射されることとなる。
よって、レーザ光を、観察光と同一の光路を用いて、対物レンズ６１の外側からリングレンズ６２を介して試料Ｓに照射して、試料Ｓの加工を行うことができるため、装置の小型化を実現することができる。

また、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、レーザ発振機９は、紫外領域のレーザ光を出射し、対物レンズ６１は、透明部材からなり、リングレンズ６２は、対物レンズ６１より紫外線透過率の高い部材からなる。
このため、対物レンズ６１を用いて色むらがでないようにカラーで観察ができる一方、リングレンズ６２を用いて紫外光で精密な補修処理をすることができる。

また、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、光路切替部材４には、観察光とレーザ光とを所定寸法の円形状とする円状開口部４２が形成され、リング状開口部４１と円状開口部４２とは、切り替え可能に構成されている。
このため、試料に応じて、観察時及び加工時において作業者がリング状光路と円状光路とを選択することができ、加工の幅が広がる。

また、本実施形態のレーザ加工装置１００によれば、リングレンズ６２は、上下動可能に構成されている。
このため、リング状光路を通ったレーザ光をリング状又はスポット状に切り替えることができる。

なお、上記実施形態は、リング状光路を用いて観察した後に同一光路でレーザ加工を行う場合、及び円状光路を用いて観察した後に同一光路でレーザ加工を行う場合について説明したが、例えば、リング状光路を用いて観察した後に、光路切替部材４により円状光路に変更してレーザ加工を行っても良いし、円状光路を用いて観察した後に、光路切替部材４によりリング状光路に変更してレーザ加工を行うことも可能である。

また、上記実施形態では、レーザ発振機９から紫外光を出射する構成を例示しているが、それ以外にも例えば赤外域などのレーザ光を出射することとしても良く、その場合、リングレンズ６２を対物レンズ６１と同一の紫外線透過率の部材で形成することも可能である。

１００ レーザ加工装置
１ 照明光源
２ 第１レンズ
３ 第１ビームスプリッタ
４ 光路切替部材（遮蔽部材）
４１ リング状開口部（環状開口部）
４２ 円状開口部
５ 第２ビームスプリッタ
６ 対物レンズ部
６１ 対物レンズ
６２ リングレンズ
６３ 凸レンズ
７ 第２レンズ
８ ＣＣＤカメラ
９ レーザ発振機（レーザ光源）
１０ レーザ加工用マスク
１１ 第３レンズ
１２ ＸＹステージ
Ｓ 試料

Claims (3)

1. 観察光を出射する照明光源と、
   加工用のレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記観察光と前記レーザ光とを環状とする環状開口部、及び前記観察光と前記レーザ光とを所定寸法の円形状とする円状開口部の形成された遮蔽部材と、
   対象物と対向する対物レンズと、
   前記対物レンズの外側において、前記対物レンズを囲うように配されたリングレンズと、
   対象物からの光を結像するＣＣＤカメラと、
   を備え、
   前記遮蔽部材の前記環状開口部と前記円状開口部とは、切り替え可能に構成され、
   前記環状開口部を通過した前記観察光は、前記リングレンズを介して対象物に照射されて当該対象物からの散乱光が前記ＣＣＤカメラに照射され、前記環状開口部を通過した前記レーザ光は、前記リングレンズを介して対象物に照射されて当該対象物を補修し、
   前記円状開口部を通過した前記観察光は、前記対物レンズを介して対象物に照射されて当該対象物からの反射光が前記ＣＣＤカメラに照射され、前記円状開口部を通過した前記レーザ光は、前記対物レンズを介して対象物に照射されて当該対象物を補修することを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザ光源は、紫外領域のレーザ光を出射し、
   前記リングレンズは、前記対物レンズより紫外線透過率の高い部材から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。
3. 前記リングレンズは、上下動可能に構成され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。

Images