JPH03193289A

JPH03193289A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH03193289A
Application number: JP1332603A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsunaka; 繁樹松中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1991-08-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明はレーザ加工装置に関する。

（従来の技術）たとえば多層配線がなされる半導体の製造工程において
は、半導体ウェハに設けられた絶縁膜を溝状に除去し、
その部分に金属膜をスパッタリングなどによって形成す
るということが繰り返して行われる。その場合、金属膜
の密着度合いを高めるために、上記絶縁膜に形成される
溝の両側面を開放端側に向かって外側に傾斜したテーパ
面に加工するということが行われている。

従来、絶縁膜に形成される溝の両側面をテーパ面に加工
するには、レーザ発振器から発振されるレーザ光の光束
断面におけるエネルギ分布がガウス分布をなしているこ
とを利用している。つまり、レーザ光のエネルギ分布は
第５図に（ａ）で示すように光束断面の中心部分で最も
高く、周辺部にゆくにしたがって低くなる上記ガウス分
布をなしている。そのため、レーザ光のスポットを半導
体ウェハ１に設けられた絶縁膜２に照射すれば、絶縁膜
２はエネルギ密度の高い中心部分で最も多く除去され、
周辺部に行くにしたがって除去量が徐々に少なくなるか
ら、第５図（ｂ）に示すように上記絶縁膜２は両側が開
放端側に向かって外側に傾斜したテーパ面３をなした溝
４が形成されることになる。

ところで、最近ではコストとプロセスの低減を計るため
に、上記絶縁膜２にポリイミドなどの有機化合膜が用い
られるようになってきた。その場合、有機化合膜からな
る絶縁膜２のテーパ面３が形成される部分がレーザ光の
エネルギ密度の低い周辺部分によって照射されると、そ
の部分は溶融状態となるだけで、蒸発飛散しずらい。そ
のため、第６図に拡大して示すように絶縁膜２のテーパ
面３には多数の突起５が形成され、滑らかなテーパ面３
に加工することができなくなるため、溝４にスパッタリ
ングされる金属膜の厚さを均一にすることができないと
いうことがあった。

（発明が解決しようとする課題）このように、従来はレーザ光のエネルギ分布がガウス分
布をなしていることを利用して有機化合膜からなる絶縁
膜等の加工部に両側がテーパ面をなした溝を形成するよ
うにしていたので、テーパ面に突起が形成され、均一な
加工面とすることができないということがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、スポット内におけるエネルギ分布が
均一なレーザ光によって両側がテーパ面をなした溝加工
がきるようにし、それによって上記テーパ面に突起が形
成されることがないようにしたレーザ加工装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、パルスレーザ光を投光する投光
手段と、上記パルスレーザ光のエネルギ密度の分布状態
を均一化しその光束断面を台形状に収束する光学手段と
、被加工物の照射面が上記光束を横切るとともに上記台
形の上辺と下辺とに対して直交する方向で上記被加工物
とレーザ光とを相対的に移動する駆動手段とを具備する
。

このような構成によれば、エネルギの分布状態の均一な
台形スポットのレーザ光から被加工物が受けるショット
回数は、上記台形断面の幅方向中心部分に比べて両側部
分が少なくなるから、エネルギの分布状態が均一なレー
ザ光によって両側がテーパ面の溝を加工することができ
る。

（実施例）以下、この発明の一実施例を第１図乃至第４図を参照し
て説明する。第１図に示すレーザ加工装置はパルスレー
ザ発振器としてのエキシマレーザ１１を有する。このエ
キシマレーザ１１からは数ｎ５ｅｃのパルスレーザ光Ｌ
（以下レーザ光Ｌ）が出力されるようになっている。エ
キシマレーザ１から発振されたレーザ光りは第１の規制
部材１２に形成された四角形の第１のアパチャー１３を
通過したのち、第１の集光レンズ１４で集束される。

上記第１の集光レンズ１４で集束されたレーザ光りは、
このレーザ光りのスポットのエネルギ分布を均一にする
、たとえばカライドスコープ（商品名）などのような波
形成形部材１５に入射する。

この波形成形部材１５は第２図に示すように中空角筒状
に形、成されている。この中空［１６の断面形状は、上
記第１のアパチャー１３と対応する四角形にに形成され
ているとともに、その内周面はレーザ光りを反射する反
射面１６ａに形成されている。それによって、波形成形
部材１５の一端から中空部１６内へ入射したレーザ光り
は、その中空部１６の反射面１６ｇで反射を繰り返して
他端から四角形の光束断面で、しかもその四角形の光束
断面におけるエネルギ分布が均一化されて出射するよう
になっている。

上記波形成形部材１５の他端から出射するレーザ光りは
拡散しながら第２の集光レンズ１７に入射する。この第
２の集光レンズ１７はレーザ光りを平行光線にする。平
行光線となったレーザ光りは、その一部が第２の規制部
材１８に形成された台形状の第２のアパチャー１９を通
過する。第２のアパチャー１９を通過したレーザ光りは
、４５度の角度で傾斜して配置されたダイクロイックミ
ラー２１で反射して第３の集束レンズ２２で集束される
。第３の集束レンズ２２で集束されたレーザ光りの台形
スボッ）ｓ（第３図に示す）は被加工物としての半導体
ウェハ２３を照射する。この半導体ウェハ２３は合成石
英ウィンド２４を備えたチャンバ２５内に設置されてい
る。レーザ光Ｌ′は上記合成石英ウィンド２４からチャ
ンバ２５内へ入射して上記半導体ウェハ２３を照射する
。この半導体ウェハ１３にはたとえばポリイミド膜など
の絶縁膜を形成する有機化合膜２６が塗布されていて、
この有機化合膜２６には後述するようにレーザ光りによ
って溝が加工される。

なお、上記チャンバ２５はＸＹテーブル２７上に裁置さ
れている。このＸＹ子テーブル７は制御部２８によって
駆動方向が制御されるようになっている。

上記半導体ウェハ２３で反射したレーザ光りのうちの特
定波長の光は上記ダイクロイックミラー２１を透過し、
第４の集束レンズ２９で集束されて撮像カメラ３１に入
射する。この撮像カメラ３１にはモニタ３２が接続され
ており、それによってレーザ光りによる半導体ウェハ２
３の加工部位をモニタすることができるようになってい
る。

つぎに、上記構成のレーザ加工装置によって有機化合膜
２６に金属膜（図示せず）をスパッタリングするための
溝３３（第４図に示す）加工する手順について説明する
。

まず、エキシマレーザ−１から出力されたレーザ光りは
、第１のアパチャー１３、波形成形部材１５および第２
のアパチャー１９を通過することによって光束断面が台
形状で、しかもその断面内におけるエネルギの分布状態
が均一な状態に成形される。ついで、レーザ光りは第３
の集光レンズ２２で台形スポットＳに収束されて半導体
ウェハ２３に設けられた有機化合膜２６を照射する。

このように、レーザ光りの台形スポットＳによって照射
される半導体ウェハ２３は、台形スポットｓが１ショッ
ト発振されるごとにＹテーブル２７によって第３図と第
４図にＸで示す方向へ所定ピッチづつ駆動される。つま
り、半導体ウェハ２３の駆動方向Ｘは、台形スポットＳ
の上辺ａと、この上辺ａに対して平行な下辺すに対して
直交する方向に設定されている。それによって、台形ス
ポットＳは上記有機化合膜２６上を第４図に示すように
Ｓ８、２、・・・Ｓ、の順に所定ピッチで照射し、上記
有機化合膜２６に台形スポットＳの幅寸法Ｗに対応した
幅寸法で溝３３を加工することになる。

台形スポットＳをＸ方向に所定ピッチで駆動すると、第
４図にｍで示す台形スポットＳの幅方向中央部分の四角
形の部分は、有機化合膜１６をエキシマレーザ１１から
発振されるレーザ光りのパルス数に応じたショツト数で
照射する。一方、ｎで示す台形スポットＳの両側部分は
、三角形であるから、所定のピッチでスキャンされると
、重複照射する箇所が幅方向外側にゆくにしたがって少
なくなる。つまり、台形スポットＳのレーザ光りによる
有機化合膜２６に対するショット回数は、そのスポット
Ｓの中央部分ｍに対応する箇所に比べて両側部分ｎに対
応する箇所の方が少なくなる。

したがって、有機化合膜２６に加工される溝３３の両側
は、有機化合膜２６の厚さ方向上側にゆくにしたがって
幅方向外側に傾斜したテーパ面３３ａに加工されること
になる。しかも、レーザ光りをエネルギの分布状態が均
一な台形スポットＳにして加工することができるから、
上記台形スポラ）ｓのエネルギ密度を上記有機化合膜２
６を蒸発飛散させることができる値以上に設定しておけ
ば、上記有機化合膜２６のテーパ面３３ａを突起のない
平滑面に形成することができる。

なお、上記一実施例ではパルスレーザ発振器としてエキ
シマレーザを用い、それによって半導体を加工する例を
示したが、数百ワット以上の比較的高出力のＹＡＧレー
ザを用い、金属材料に対してテーバ状の溝加工や切断を
行うことができる。

また、パルスレーザ光はパルス発振器だけからでなく、
連続発振されたレーザ光をＱスイッチやチョッパを用い
てパルス状にしたものでもよい。

さらに、上記一実施例において、台形の第２のアパチャ
ーの側辺の傾斜角度を変えれば、テーパ面のテーバ角を
変えることができる。また、波形成形部材の中空部の断
面形状を台形にすれば、第２のアパチャーが形成された
第２の規制部材を用いなくとも、レーザ光の光束断面を
エネルギ密度の分布状態が均一な台形状にすることがで
きる。

また、半導体ウェハに対してレーザ光を走査させるには
、半導体ウェハに代わりレーザ光を移動させるようにし
てもよい。

［発明の効果］以上述べたようにこの発明は、パルスレーザ光の光束断
面をエネルギ密度の分布状態が均一化された台形状にし
、被加工物の照射面が上記光束を横切るとともに、その
台形の上辺と下辺とに対して直交する方向で両者を相対
的に移動させるようにした。したがって、照射面が受け
るショット回数は、台形スポットの幅方向中央部分に対
応する箇所よりも両側部分に対応する箇所の方が少なく
なるから、それによって被加工物に形成される溝の両側
をテーパ面に加工することができ、しかも台形スポット
のエネルギ密度を被加工物を蒸発飛散させることができ
る値に設定すれば、上記テーパ面を突起のない平滑面に
加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ加工装置の概
略的構成図、第２図は同じく波形成形部材の斜視図、第
３図は同じくレーザ光の台形スポットが被加工物を照射
した状態の斜視図、第４図は同じく台形スポットをスキ
ャンさせた状態と有機化合膜に形成される溝との関係の
説明図、第５図は従来のレーザ光のスポットのエネルギ
分布状態と有機化合膜に形成された溝との関係の説明図
、第６図は従来の有機化合膜のテーパ面に形成された突
起の拡大図である。１１・・・エキシマレーザ（レーザ発振器）１２・・・
第１の規制部材（光学手段）　１３・・・第１のアパチ
ャー（光学手段）、１５・・・波形成形部材（光学手段
）、１８・・・第２の規制部材（光学手段）、１９・・
・第２のアパチャー（光学手段）、２５・・・被加工物
、２６・・・有機化合膜、２７・・・ＸＹテーブル、２
８・・・制御部。

Claims

【特許請求の範囲】

パルスレーザ光を投光する投光手段と、上記パルスレー
ザ光のエネルギ密度の分布状態を均一化しその光束断面
を台形状に収束する光学手段と、被加工物の照射面が上
記光束を横切るとともに上記台形の上辺と下辺とに対し
て直交する方向で上記被加工物とレーザ光とを相対的に
移動する駆動手段とを具備したことを特徴とするレーザ
加工装置。