JPH04172192A - レーザ加工装置 - Google Patents

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】 技術分野 本発明はレーザ加工装置に関し、特にＬＳＩ（大規模集
積回路）や液晶パネルなどの薄膜基板をレーザ光により
加工するレーザ加工装置に関する。

従来技術 ＬＳＩなどの金属配線を切断したり、あるいは多層薄膜
回路基板の上層のみを除去する場合、これら切断や除去
などの加工を正しく行うために、加工状態をモニタして
レーザパワーなどを制御する必要がある。

たとえば、ＬＳＩのＡｌ配線を複数パルスのレーザ光で
一部切断する場合、ＡＮ配線の切断が完了したか否かを
検出してレーザ発振を停止させないと、そのレーザ光に
よってＡｌ配線の下の絶縁層まで切断し、ＬＳＩを不良
品にしてしまうおそれがある。

また、任意のＡｌ配線間をレーザＣＶＤ（Ｃｈｅ■１ｅ
ａｆ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法により
Ｗ（タングステン）などの配線を描画し、コンタクトホ
ールを設けて電気的に接続する場合には、これら配線の
上に被っている保護膜や層間絶縁膜を除去する必要があ
る。

これらの保護膜や層間絶縁膜を上記の処理と同様に複数
パルスのレーザ光で除去する場合、Ａｌ配線を゛切断し
てしまわないために、保護膜や層間絶縁膜の除去程度を
モニタしてレーザ発振を停止させる必要がある。

以上、複数パルスのレーザ光により切断や除去などの加
工を行う場合について述べたが、単一パルスのレーザ光
で切断や除去などの加工を行う場合でも、レーザパルス
エネルギの変動や被加工物の膜厚のバラツキ、および膜
素材の違いなどにより正しく加工されないこともあるの
で、加工状態をモニタする必要がある。

従来、この種のレーザ加工装置においては、顕微鏡で加
工位置を見ながら感覚的に切断や除去などの加工の完了
を判断しており、定量的な加工状態のモニタは行われて
いなかった。

このような従来のレーザ加工装置では、顕微鏡で加工位
置を見ながら感覚的に切断や除去などの加工の完了を判
断していたので、ＬＳＩなどの金属配線の切断時に下層
絶縁膜にダメージを与えたり、あるいは金属配線上の絶
縁膜にコンタクトホールを開けたりする時に金属配線自
体を切断してしまったりすることがあり、加工の歩留り
が悪くなるという問題があった。

発明の目的 本発明は上記のような従来のものの問題点を除去すべく
なされたもので、定量的な加工状態のモニタが可能とな
り、加工の歩留りを向上させることができるレーザ加工
装置の提供を目的とする。

発明の構成 本発明によるレーザ加工装置は、被加工物上にレーザ光
を照射して加工を行うレーザ加］−装置であって、前記
被加工物の加工位置近傍を加熱するための加熱用のレー
ザ光を照射するポンピング用レーザと、前記被加工物の
加工状態を検査するための検査光を照射する照射手段と
、前記加熱用のレーザ光により加熱された前記被加工物
から反射した前記検査光の光量を検出し、前記被加工物
の加工部分の膜厚変化を検知する検出手段とを有するこ
とを特徴とする。

実施例 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

図において、加工用レーザ１から出射されたレーザ光（
以下加工用レーザ光とする）はダイクロイックミラー４
．１１およびＡＯ変調素子５を介して対物レンズ１２に
入射され、対物レンズ１２によりＸＹステージ１４上に
載置された基板１３の表面に集光される。

ポンピング用レーザ２から出射されたレーザ光（以下ポ
ンピング用レーザ光とする）は角度補正ミラー３とダイ
クロイックミラー４，１１とＡＯ変調素子５とを介して
対物レンズ１２に入射され、対物レンズ１２によりＸＹ
ステージ１４上の基板１３の表面に集光される。

プローブ用レーザ８から出射されたレーザ光（以下プロ
ーブ用レーザ光とする）は偏光ビームスプリッタ９とλ
／４板１０とダイクロイックミラー１１とを介して対物
レンズ１２に入射され、対物レンズ１２によりＸＹステ
ージ１４上の基板１３の表面に集光される。

また、基板１３から反射されたプローブ用レーザ光は対
物レンズ１２と、ダイクロイックミラー１１と、λ／４
板１０と、偏光ビームスプリッタ９と、フィルタ７とを
介してフォトディテクタ６に入射される。

ここで、加工用レーザ光とポンピング用レーザ光とプロ
ーブ用レーザ光とは通常各々の光軸が一致しており、す
べて対物レンズ１２で基板１３上に集光されるが、ポン
ピング用レーザ光は角度補正ミラー３を矢印Ａの方向に
回動させることにより、集光スポットを基板１３０表面
上で他の２種のレーザ光に対して移動させることができ
る。

金属配線上の絶縁層を除去する場合や金属配線を切断す
る場合、本発明の一実施例ではサーマルウェーブ法と呼
ばれる原理を用いて基板１３の加工状態の検出を行って
いる。

以下、サーマルウェーブ法の概略について説明する。尚
、サーマルウェーブ法については、「Ｊ＾ｐｐ！、Ｐｈ
ｙｓ、Ｊ　５Ｂ（Ｂ）１９８２．Ｐ、４２４０〜４２４
ＢやｒｓＯＩｌｄＳｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎ、Ｊ　Ｊａｎ
／１９８Ｂ、Ｐ、８５〜９２、および「月刊Ｓｅｍ１ｃ
ｏｎｄｕｃｔｏｒ　ＶｏｒｌｄＪ　１９８９／１２．Ｐ
、１１４〜１１９に詳述されている。

第６図はサーマルウェーブ法による欠陥検査装置を示す
構成図である。図において、Ａｒレーザ２１はビームエ
クスパンダ２２を介してＡＯ素子２３に入射され、ＡＯ
素子２３により変調を受けてから対物レンズ３１て基板
３２上に集光される。

基板３２上に集光されたレーザスポットは一部基板３２
に吸収され、変調同期に応じた熱の波（サーマルウェー
ブ）が基板３２内部に伝搬する。

このとき、基板３２の光学的定数（反射率など）は温度
系数を持っているため、光学的定数自体がそのサーマル
ウェーブの変調を受ける。

たとえば、基板３２の表面の反射率をＲ１周囲温度をＴ
。、基板３２の表面温度をＴとすれば、次式が成立する
。

ΔＲ／Ｒ−１／Ｒ−ΔＲ／ΔＴ・　（Ｔ−Ｔｏ）・・・
・・・・・・（１） ｌの場合、ΔＲ／ΔＴ＃１．５Ｘ１０’　　（１／℃）
である。

基板３２の表面温度Ｔは熱的定数に依存するが、基板３
２内部にボイドなどの欠陥があれば、基板３２内部の熱
伝搬が変わるため、表面温度Ｔも変化する。この様子を
第７図に示す。

第７図（ａ）に示すように、基板３２が均質なときの表
面温度をＴ、とし、第７図（ｂ）に示すように、基板３
２内部にボイドなどの欠陥３３があるときの表面温度を
Ｔ２とすると、欠陥３３があるときには基板３２内部で
熱伝搬しにくくなり、結果的にＴ２＞Ｔ、となる。

この温度上昇により基板３２の光学定数も変化する。

このとき、ＨｅＮｅレーザ２７から出射したレーザ光を
ビームエクスパンダ２８と偏光ビームスプリッタ２９と
λ／４板３０と対物レンズ３１とを介して、プローブ光
として基板３２に集光照射し、基板３２からの反射光を
フィルタ２６を通してフォトディテクタ２５てモニタす
ることにより、基板３２からの反射光の強度変化により
基板３２内部の欠陥３３を検出することができる。

フォトディテクタ２５での検出結果はロックインアンプ
２４で増幅されて図示せぬ制御部に送られ、この制御部
で基板３２内部の欠陥３３の有無が判定される。

本発明の一実施例では上記のサーマルウェーブ法により
基板１３の加工状態のモニタを行い、基板１３上の金属
膜や金属配線（図示せず）上の絶縁層（図示せず）の除
去加工時の終端検出や、金属配線切断時の加工完了検出
を行っている。

第２図は本発明の一実施例による絶縁膜除去加工を示す
図である。第２図（ａ）はＡｌｌ配線１５ｂ上から絶縁
膜１６ａ、１６ｂを除去する加工の開始時の状態を示す
図であり、第２図（ｂ）はＡｌ配線１５ｂ上から絶縁膜
１６ａ、１６ｂを除去する加工が完了した時の状態を示
す図である。

これらの図において、基板１３上には／’ｌ配線１５ａ
、１５ｂと絶縁膜１６ａ、１６ｂとが積層されており、
Ａｌ配線１５ｂの上から絶縁膜１６ａ、１６ｂを除去す
る場合、まず加工用レーザ１からの加工用レーザ光が対
物レンズ１２により基板１３の表面に集光照射される。

このとき、加工用レーザ光は絶縁膜１６ａ、１６ｂを透
過してＡｌ配線１５ｂ上に集光され［第２図（ａ）参照
］、そのときの熱によりＡｌ配線１５ｂ上の絶縁膜１６
ａ、１６ｂが吹き飛ばされる［第２図（ｂ）参照］。

Ａｌ配線１５ｂの表面温度は絶縁膜１６ａ、１６ｂまた
は絶縁膜１６ａ、１６ｂの厚さにより変化するので、除
去前のＡｌｌ配線１５ｂの表面温度をＴ３とし、除去後
のＡｌ配線１５ｂの表面温度をＴ４とすると、Ｔ４＞Ｔ
、となり、絶縁膜１６ａ、１６ｂを除去した後のＡ１１
配線１５ｂの表面の反射率が第３図に示すように上昇す
る。

よって、基板１３に対する加工用レーザ光による加工時
の発熱の影響がなくなったときに、ポンピング用レーザ
光を角度補正ミラー３によりプローブ用レーザ光の照射
位置から加工径以上の距離だけ移動させて照射し、プロ
ーブ用レーザ光をフォトディテクタ６によりモニタする
。

これにより、プローブ用レーザ光による基板１３からの
反射光の光量が絶縁膜１６ａ、１６ｂの除去前と除去後
とで変化したことをフォトディテクタ６で検出すること
によって、Ａｌｌ配線１５　ｂ上から絶縁膜１６ａ、１
６ｂを除去したことを検出することができる。

すなわち、加工用レーザ光をＡｐ配線１５ｂ上の絶縁膜
１６ｇ、１６ｂに照射した後に、プローブ用レーザ光に
よる基板１３からの反射光強度が所定の強度、つまり絶
縁膜１６ｇ、１６ｂが積層されていないときのＡｆＩ配
線１５ｂからの反射光強度に達したときに、加工用レー
ザ１のレーザ発振を停止することにより、良好なコンタ
クトホール１７をｌ）配線１５ｂ上に形成することがで
きる。

第４図は本発明の一実施例によるＡｆｆ配線の切断加工
を示す図である。第４図（ａ）はＡｌ配線１５ｃを切断
する加工の開始時の状態を示す図であり、第４図（ｂ）
はＡｌ配線１５ｃを切断する加工が完了した時の状態を
示す図である。

これらの図において、基板１３上にはＩＪ配線１５ｃ、
１５．ｄと絶縁膜１６ｃ、６ｄとが積層されており、Ａ
ｎ）配線１５ｃを切断する場合、まず加工用レーザ１か
らの加工用レーザ光が対物レンズ１２により基板１３の
表面に集光照射される。

このとき、加工用レーザ光は絶縁膜１６ｃ、１６ｄを透
過してＡｌｌ配線１５Ｃ上の切断箇所に集光され［第４
図（ａ）参照］　、Ａｌ配線１５ｃ上の切断箇所を切断
する［第４図（ｂ）参照］。

この加工用レーザ光を基板１３に照射した後に、基板１
３に対する加工用レーザ光による加工時の発熱の影響が
なくなったときに、ポンピング用レーザ光を角度補正ミ
ラー３によりプローブ用レーザ光の照射位置から加工径
以上の距離たけ移動させて照射し、プローブ用レーザ光
をフォトディテクタ６によりモニタする。

Ａｌｌ配線１５ｃの切断前と切断後とてはポンピング用
レーザ光による熱伝搬の程度が異なるので、ポンピング
用レーザ光の熱でプローブ用レーザ光による基板１３か
らの反射光強度が変化する。

よって、この強度変化をフォトディテクタ６により検知
すれば、Ａｌｌ配線１５ｃの切断が完了したか否かを判
定することができる。

上述のように、加工用レーザ光を基板１３に照射した後
に、ポンピング用レーザ光およびプローブ用レーザ光に
より／ｌ配線１５ｂ上からの絶縁１１１６ａ、１６ｂの
除去の検出、またはＡｌ配線１５ｃの切断の検出を行う
ことにより、Ａｊ）配線１５ｂ上の絶縁膜１６ａ、１６
ｂにコンタクトホール１７を開ける時にＡｌ！配線１５
ｂ自体を切断してしまったり、あるいはＡｉ）配線１５
Ｃの切断時に下層絶縁膜にダメージを与えたりすること
がなくなり、加工の歩留りを向上させることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示す構成図である。図に
おいて、本発明の他の実施例は加工用のレーザ光とポン
ピング用のレーザ光とを兼用とした以外は本発明の一実
施例と同様の構成となっており、同一部品には同一符号
を付しである。また、それら同一部品の動作も本発明の
一実施例と同様である。

加工・ポンピング兼用レーザ１８から出射されたレーザ
光はプログラムアッテネータ１９と角度補正ミラー３と
ＡＯ変調素子５とダイクロイックミラー１１とを介して
対物レンズ１２に入射され、対物レンズ１２によりＸＹ
ステージ１４上の基板１３の表面に集光される。

基板１３に対して加工を行う場合にはプログラムアッテ
ネータ１９の透過率を高め、レーザパワーを強めて加工
用のレーザ光として使用し、サーマルウェーブ法により
基板１３に対して測定を行う場合にはプログラムアッテ
ネータ１９の透過率を低くし、レーザパワーを弱めてポ
ンピング用のレーザ光として使用する。

これにより、ポンピング用レーザ２とその光学系が不要
となるので、構成部品数を減らすことができる。

このように、加工用レーザ光を照射した後に、ポンピン
グ用レーザを照射して基板１３の加工部分近傍を加熱し
、その熱の伝搬程度の変化をフォトディテクタ６により
モニタして基板１３の加工部分の膜厚変化を検知するよ
うにすることによって、定量的な加工状態のモニタが可
能となり、加工の歩留りを向上させることができる。

また、角度補正ミラー３によりポンピング用レーザ光お
よびプローブ用レーザ光の照射位置を基板１３の表面で
分離することが可能な構成とすることにより、水平方向
の熱伝搬変化を検知することが可能となるため、Ａｇ配
線１５ｃの切断などの加工状態をより正確に検知するこ
とが可能となる。

尚、本発明の一実施例ではポンピング用レーザ光の照射
位置を変位させるようにしているが、プローブ用レーザ
光の照射位置を変位させるようにしてもよい。

また、加工用レーザ光の照射位置に対し、プローブ用レ
ーザ光の照射位置とポンピング用レーザ光の照射位置と
を夫々反対側に変位させてもよく、これらに限定されな
い。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、レーザ光を被加工物
に照射した後に、その被加工物の加工位置近傍にポンピ
ング用レーザ光を照射して加熱し、被加工物から反射し
た検査光の光量変化により被加工物の加工部分の膜厚変
化を検知するようにすることによって、定量的な加工状
態のモニタが可能となり、加工の歩留りを向上させるこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図（ａ）
は金属配線上から絶縁膜を除去する加工の開始時の状態
を示す図、第２図（ｂ）は金属配線上から絶縁膜を除去
する加工の完了時の状態を示す図、第３図は第２図（ａ
）および第２図（ｂ）における金属配線上からの絶縁膜
の除去量とサーマルウェーブ法による信号検出強度との
関係を示す図、第４図（ａ）は金属配線を切断する加工
の開始時の状態を示す図、第４図（ｂ）は金属配線を切
断する加工の完了時の状態を示す図、第５図は本発明の
他の実施例を示す構成図、第６図はサーマルウェーブ法
による欠陥検査装置を示す構成図、第７図はサーマルウ
ェーブ法の原理を説明するための図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・加工用レーザ ２・・・・・・ポンピング用レーザ ３・・・・・・角度補正ミラー ６・・・・・・フォトディテクタ ８・・・・・・プローブ用レーザ １３・・・・・・基板 １５ａ〜１５ｄ・・・・・・Ａｌ配線 １６ａ〜１６ｄ・・・・・・絶縁膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物上にレーザ光を照射して加工を行うレー
   ザ加工装置であって、前記被加工物の加工位置近傍を加
   熱するための加熱用のレーザ光を照射するポンピング用
   レーザと、前記被加工物の加工状態を検査するための検
   査光を照射する照射手段と、前記加熱用のレーザ光によ
   り加熱された前記被加工物から反射した前記検査光の光
   量を検出し、前記被加工物の加工部分の膜厚変化を検知
   する検出手段とを有することを特徴とするレーザ加工装
   置。