JPH09141472A

JPH09141472A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH09141472A
Application number: JP7304506A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hikima; 郁雄引間
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1997-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】予備加工なしに高精度に位置合わせ可能なレ
ーザ加工装置を提供する。【解決手段】本レーザ加工装置（１００）によれば、
被加工物（１１４）の位置合わせ時に、被加工物が加工
されないエネルギー密度に調整された加工用レーザ光
（１０４’）で被加工物を照射し、照射位置に発生する
蛍光を光電検出手段（１３２）により光電検出し、その
情報に基づいて被加工物の位置合わせを行う。従って、
本装置では、予備加工が不要であり、位置合わせ用レー
ザ光により被加工物にダメージを与えないので、目標加
工位置に対して直接レーザ光の位置合わせを行うことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
係り、特にエキシマレーザなどの紫外光によるアブレー
ションを利用したレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリイミドやポリサルフォン等の高分子
材料の加工にはエキシマレーザ等の紫外レーザによるレ
ーザ加工装置が用いられている。特に微細加工を目的と
するレーザ加工装置には、加工用レーザ光の位置合わせ
（アライメント）を高精度で行う能力が要求される。

【０００３】加工用レーザ光の位置合わせを行うには、
まず、レーザ照射位置を正確に知る必要がある。しか
し、不用意にレーザ光を被加工物上に照射すると、高エ
ネルギー密度の加工用レーザ光により被加工物上の回路
パターンに不測のダメージを与えるおそれがある。そこ
で、従来のレーザ加工装置では、被加工物上の目標加工
位置とは別の部分であって、かつレーザ照射をしても
（すなわち、レーザ照射によりダメージを受けても）問
題が生じない部分、例えば回路パターンが形成されてい
ない領域などに対して加工用レーザ光を照射して予備加
工を行い、その予備加工位置をレーザ照射位置として同
定し、その位置に基づいて被加工物とレーザ光の位置合
わせを行っていた。そして、例えば、一度に複数個のパ
ターンを加工する場合には、まず、上記方法で予備加工
を行い、その予備加工位置を基準として、例えばそのパ
ターンの配列方向に対する被加工物の傾き（ローテーシ
ョン）を解消するようにステージを移動させ、被加工物
とレーザ光の位置合わせを行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のレーザ加工装置では、被加工物上に予備加
工ができない場合（例えば、予備加工のスペースがない
ような場合）には、被加工物とレーザ光の位置合わせが
できないという問題があった。また、予備加工による位
置合わせの機構系が必要であるため、装置構成が複雑と
なり、イニシャルコストがかさむという問題も有してい
た。さらに、予備加工位置から目標加工位置にまで、ス
テージを移動させる時間が必要であり、位置合わせに時
間がかかるという問題も有していた。

【０００５】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであり、予備加工を行わなくても、加工用レ
ーザ光の位置合わせが可能であり、従って、予備加工に
よる位置合わせの機構系が不要であり、さらにまた被加
工物の位置合わせに要する時間を短縮することによりス
ループットを向上させることが可能な新規かつ改良され
たレーザ加工装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づいて構成されるレーザ加工装置（１０
０）は、加工用レーザ光（１０４）を発するレーザ光源
（１０２）と、その加工用レーザ光（１０４）を被加工
物（１１４）上に照射する照射光学系（１０６〜１１
２）と、さらに加工用レーザ光（１０４）の照射エネル
ギーを調整する照射エネルギー調整手段（１１８等）
と、被加工物（１１４）に照射された加工用レーザ光
（１０４、１０４’）により発生する蛍光（１５２）を
光電検出する光電検出手段（１３２）とを備えている。
そして、被加工物（１０４）の位置合わせ時には、照射
エネルギー調整手段（１１８等）により被加工物（１０
４）が加工されないエネルギー密度に調整された加工用
レーザ光（１０４’）で被加工物を照射し、光電検出手
段（１３２）により光電検出された蛍光（１５２）に基
づいて、被加工物（１１４）の位置合わせを行ってい
る。

【０００７】従って、本発明によれば、被加工物（１１
４）が加工されないエネルギー密度に調整された加工用
レーザ光（１０４’）を被加工物（１１４）のレーザ加
工位置に直接照射し、その蛍光（１５２）に基づいて被
加工物（１１４）の位置合わせを行うことが可能とな
り、予備加工なしで、短時間で正確な位置合わせを行う
ことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明にかかるレーザ加工装置の好適な実施の一形態に
ついて詳細に説明する。まず、図１を参照しながら、レ
ーザ加工装置１００の全体構成について説明する。１０
２は加工用レーザ光源で、例えばエキシマレーザ等の紫
外レーザ光１０４を発振する。加工用レーザ光源１０２
を出射した加工用レーザ光１０４は、ビーム成形部１０
６により適正なビーム形状に成形され、マスク（アパー
チャ）１０８に照射される。照射されたレーザ光１０４
はマスク１０８の光透過パターンによりさらに成形され
る。そして、ダイクロイックミラー１１０により光路変
更された後、対物レンズ１１２を通して、被加工物１１
４、例えば回路パターンが形成されたウェハに照射さ
れ、被加工物１１４上に加工用レーザ光１０４の縮小マ
スクパターンが形成される。

【０００９】被加工物１１４は、移動ステージ１１６上
に載置されている。移動ステージ１１６は、不図示の駆
動機構により、Ｘ方向Ｙ方向に自在に位置決め可能であ
り、さらに被加工物１１４を真空チャックする不図示の
θステージにより微小回転させることができる。なお、
移動ステージ１１６の位置は不図示のレーザ干渉計など
により計測されており、レーザ干渉計から制御部１１８
にフィードバックされる位置信号に応じて、所望の位置
に移動ステージ１１６を移動制御することが可能であ
る。

【００１０】さらに、移動ステージ１１６上にはエネル
ギーメータ１２０が設けられており、被加工物１１４に
照射されるエネルギーをモニターし、その検出値を制御
部１１８に出力する。制御部１１８は、予め判明してい
る照射パターンの面積から照射エネルギー密度を計算す
る。そして、制御部１１８は、レーザ加工を行う前に加
工用レーザ光１０４をエネルギーメータ１２０に照射
し、その検出値に基づいて、レーザ光源１０２およびビ
ーム成形部１０６に指令を送り、所定の照射エネルギー
密度が得られるように加工用レーザ光１０４の光量およ
びビーム径を最適化する。

【００１１】またレーザ加工装置１００は、加工中のエ
ネルギーを観測するためのエネルギーメータ１２２を備
えている。このエネルギーメータ１２２は、ダイクロイ
ックミラー１１０を透過した加工用レーザ光１０４の一
部をモニターするように配置および構成されており、加
工用レーザ光１０４のエネルギー安定性等を測定するも
のである。エネルギーメータ１２２の測定値は制御部１
１８に出力される。

【００１２】さらにレーザ加工装置１００は、被加工物
１１４の加工状態を監視できるように観察光学系を備え
ている。この観察光学系は、紫外レーザ光照射によって
発生する被加工物の蛍光とほぼ同波長の観察光１２６を
発する観察光源１２４を備えている。観察光源１２４か
らの観察光１２６は反射ミラー１２８、ダイクロイック
ミラー１１０、対物レンズ１１２を通して、被加工物１
１４に照射される。被加工物１１４からの反射光１３０
は、対物レンズ１１２、ダイクロイックミラー１１０、
反射ミラー１２８を通って、ＣＣＤカメラなどの光電検
出装置１３２に取り込まれる。光電検出装置１３２で取
り込まれた画像信号は、画像処理装置１３４に送られ、
記憶、サーチなどの画像処理が施され、その画像処理信
号は制御部１１８に送られる。また画像処理装置１３４
により画像処理された画像は、ＣＲＴモニタなどの画像
表示装置１３６に表示され、オペレータが加工状況を視
認することができる。

【００１３】次に、上記のように構成されるレーザ加工
装置１００において、加工用レーザ光と被加工物１１４
との位置合わせを行う動作について、図２を参照しなが
ら説明する。なお、図２（ａ）は、位置合わせ前のＣＲ
Ｔモニタ１３６の画面を示し、図２（ｂ）は、位置合わ
せ後のＣＲＴモニタ１３６の画面を示している。まず、
移動ステージ１１６上のエネルギーメータ１２０に加工
用レーザ光１０４を照射し、制御器１１８により、加工
用レーザ光のアブレーションにより被加工物が加工され
ないエネルギー密度（加工しきい値）以下に、加工用レ
ーザ光１０４のエネルギー密度を調整する（以下、加工
しきい値以下のエネルギー密度に調整された加工用レー
ザ光１０４を位置合わせ用レーザ光１０４’と称す
る。）。次いで、レーザ光源１０２から、ビーム成形部
１０６、マスク１０８、ダイクロイックミラー１１０お
よび対物レンズ１１２を通して、被加工物１１４の目標
加工位置に対して位置合わせ用レーザ光１０４’を照射
する。もちろん、本実施の形態によれば、位置合わせ用
レーザ光１０４’のエネルギー密度はアブレーションに
よる加工が生じない程度なので、目標加工位置を外れた
場合であっても、その照射部分にダメージを与えること
はない。

【００１４】さて、位置合わせ用レーザ光１０４’の照
射によりレーザ光照射位置（目標加工位置）に蛍光が発
生する。すでに説明したように、観察光学系で使用され
る観察光１３０は、レーザ光照射によって発生する被加
工物の蛍光とほぼ同波長なので、レーザ光照射位置に発
生した蛍光は、観察光学系により画像情報として取り込
むことが可能である。すなわち、レーザ照射位置に発生
した蛍光は、対物レンズ１１２、ダイクロイックミラー
１１０、反射ミラー１２８を通してＣＣＤカメラ１３２
により取り込まれ、画像処理装置１３４に画像処理さ
れ、ＣＲＴモニタ１３６上に画像表示される。

【００１５】図２（ａ）（ｂ）には、ＣＲＴモニタ１３
６の視野１５０が示されており、視野１５０内には、被
加工物１１４と、被加工物１１４上に位置合わせ用レー
ザ光１０４’を照射することにより発生した蛍光パター
ン１５２が映し出されている。図２（ａ）に示すよう
に、位置合わせ前においては、蛍光パターン１５２は、
ＸＹ座標系に対してθの傾き（ローテーション）を持っ
ているものとする。そこで、制御部１１８は、上記のよ
うにして画像処理装置１３４で得られた被加工物１１４
と蛍光パターン１５２との位置情報に基づいて、移動ス
テージ１１６を移動、回転させ、被加工物１１４が、図
２（ｂ）に示すような所定の加工位置になるように位置
合わせを行う。その後、制御部１１８は、レーザ光源１
０２およびビーム成形部１０６に指令を出して、加工用
レーザ光のエネルギー密度をレーザ光照射位置にアブレ
ーションが生じる程度にまで上昇させ、所定のレーザ加
工を行う。

【００１６】このように本実施の形態によれば、照射位
置にアブレーションが生じない程度のエネルギー密度の
位置合わせ用レーザ光１０４’を被加工物１１４上照射
して蛍光パターン１５２を生じさせ、その蛍光パターン
１５２の位置に基づいて、加工用レーザ光１０４（位置
合わせ用レーザ光１０４’）と被加工物１１４との位置
合わせを行うので、従来の装置のように、位置合わせ時
に加工位置とは異なる場所にレーザ光を照射して予備加
工を行い、その予備加工位置に基づいて位置合わせを行
う必要がない。また、本実施の形態によれば、位置合わ
せ用レーザ光１０４’の照射により被処理体１１４にダ
メージを与えることがないので、位置合わせ用レーザ光
１０４’を目標加工位置に直接照射して位置合わせを行
うことが可能である。従って、予備加工のスペースが無
いような場合であっても、位置合わせを行うことができ
る。

【００１７】以上、添付図面を参照しながら本発明の好
適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例
に限定されないことは言うまでもない。当業者であれ
ば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇にお
いて多くの変形例および修正例に想到することが可能で
あり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属
するものと了解される。

【００１８】例えば、上記実施の形態においては、目標
加工位置に直接位置合わせ用レーザ光を照射して位置合
わせを行っているが、目標加工位置とは別の位置（例え
ば、従来予備加工を行っていた位置）に対して位置合わ
せ用レーザ光を照射して位置合わせを行うことも可能で
ある。また、予備加工が可能な場合（例えば、予備加工
用のスペースがある場合）には、従来通り予備加工によ
り位置合わせを行い、予備加工ができない場合に、位置
合わせ用レーザ光による位置合わせを行うように構成し
ても良い。さらにまた、上記実施の形態においては、本
発明をレーザ加工装置に適用した例について説明した
が、本発明はレーザ加工装置に限定されず、レーザ光を
照射してその蛍光に基づいて位置合わせを行うあらゆる
用途に対して適用することが可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予備加工を行わなくても精度良く、簡単な構成で被加工
物（１１４）の位置合わせを行うことができる。また、
本発明によれば、位置合わせ時に、予備加工のように被
処理体（１１４）に物理的加工を施さないので、予備加
工ができないような場合であっても、目標加工位置に対
して直接位置合わせ用レーザ光（１０４’）を照射して
位置合わせをすることが可能である。また、目標加工位
置に対して直接位置合わせ用レーザ光（１０４’）を照
射して位置合わせを行うことにより、位置合わせに要す
る時間を短縮することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるレーザ加工装置の概略的な構成
図である。

【図２】本発明にかかるレーザ加工装置による位置合わ
せ手順を示す説明図であり、（ａ）は位置合わせ前の画
像表示装置の画面を示し、（ｂ）は位置合わせ後の画像
表示装置の画面を示している。

【符号の説明】

１００レーザ加工装置１０２レーザ光源１０４加工用レーザ１０４’ 位置合わせ用レーザ１０６ビーム成形部１０８マスク（アパーチャ）１１０ダイクロイックミラー１１２対物レンズ１１４被加工物１１６移動ステージ１１８制御部１２０エネルギーメータ１３２ＣＣＤカメラ１３４画像処理装置１３６ＣＲＴモニタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工用レーザ光を発するレーザ光源と、
その加工用レーザ光を被加工物上に照射する照射光学系
とを備えたレーザ加工装置において、前記レーザ加工装置は、加工用レーザ光の照射エネルギ
ーを調整する照射エネルギー調整手段と、被加工物に照
射された加工用レーザ光により発生する蛍光を光電検出
する光電検出手段とを備えており、被加工物の位置合わせ時には、前記照射エネルギー調整
手段により被加工物が加工されないエネルギー密度に調
整された加工用レーザ光で被加工物を照射し、前記光電
検出手段により光電検出された蛍光に基づいて、被加工
物の位置合わせを行うことを特徴とする、レーザ加工装
置。
【請求項２】前記被加工物が加工されないエネルギー
密度に調整された加工用レーザ光を被加工物のレーザ加
工位置に直接照射し、その蛍光に基づいて被加工物の位
置合わせを行うことを特徴とする、請求項１に記載のレ
ーザ加工装置。