JPH10113779A

JPH10113779A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH10113779A
Application number: JP8270796A
Authority: JP
Inventors: Joji Iwamoto; 譲治岩本; Ikuo Hikima; 郁雄引間
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-05-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハのアライメントマーク上のポリイミド
膜を除去する。【解決手段】レーザ光源２から放出された波長が４０
０ｎｍ以下のレーザビームは、光量可変部３により光量
が調節された後、可変開口絞り４により開口数が調節さ
れる。可変開口絞り４を透過したレーザビームは、ダイ
クロイックミラー５により反射され、照射レンズ系８に
入射される。照射レンズ系８は、入射されたレーザビー
ムをウエハ９の所定の領域に集光する。その結果、ウエ
ハ９のアライメントマーク上のポリイミド膜は光アブレ
ーション効果により除去されることになる。

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
関し、特に、レーザビームを照射光学系を介して被加工
物に照射し、被加工物を加工するレーザ加工装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスでは、ウエハ（半導
体基板）上の規定の位置に半導体素子が形成されるよう
に、アライメントマーク（Alignment Mark）をウエハ上
に形成し、このアライメントマークを基準にして露光処
理等が実行される。

【０００３】ところで、電気的な絶縁膜を形成するため
にウエハの表面にポリイミド（Polyimide）樹脂等を塗
布する場合、このような樹脂はウエハの表面全体に塗布
されるので、アライメントマーク上にもポリイミド樹脂
が塗布されることになる。その結果、アライメントマー
クを検出するための光学系の焦点距離が膜の厚さ分だけ
ずれを生ずるため、ウエハのアライメント（位置決め）
が困難となる場合があった。

【０００４】また、このアライメントマーク上に塗布さ
れたポリイミド樹脂により光が吸収されるので、アライ
メントマークのエッジ部分の検出が困難となり、その結
果、アライメント精度が低下する場合もあった。

【０００５】従って、アライメントマーク上に塗布され
たポリイミド樹脂は除去することが望ましい。

【０００６】従来において、このようなポリイミド樹脂
の除去には、例えば、液相中のウェットエッチングや、
減圧下での活性ガスプラズマを利用したドライエッチン
グ等の技術が用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
ウエットエッチング処理では、エッチング液中に被エッ
チング物（ウエハ）を浸し、化学的な反応によりポリイ
ミド膜を除去するため、アライメントマークが形成され
ている部分のポリイミドのみを選択的に除去するために
は、アライメントマーク以外の部分にマスク材を塗布す
る必要がある。従って、このマスク材を塗布するプロセ
スが新たに加わり、そのため、処理プロセスが煩雑にな
るという課題があった。また、ウエットエッチング処理
は、基本的に腐食処理であるので、処理に時間がかかる
という課題もあった。

【０００８】また、ドライエッチング処理では、反応ガ
スに高い周波数の電界を印加してプラズマ化させ、その
中のラディカルのみを取り出して被エッチング物と反応
させてエッチングを行うので、ウエハを密閉容器中に封
入して反応ガスを充填してから処理を行う必要がある。
従って、特別な密閉容器やエッチング処理後の不要なガ
スを処理する施設が必要となるという課題があった。ま
た、この場合においても、マスク材を塗布する必要があ
るので処理プロセスが煩雑となるという課題があった。

【０００９】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、アライメントマーク上に塗布されている
ポリイミド樹脂等を簡単にしかも短時間で除去すること
を可能とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のレーザ
加工装置は、レーザビームを放出するレーザ光源と、被
加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被
加工物に形成されているアライメントマーク上の薄膜に
対して、レーザ光源から放出されたレーザビームを照射
する照射光学系とを備えることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態の
構成例を示すブロック図である。

【００１２】この図において、制御部１（判定手段）は
装置各部の制御を行うようになされている。レーザ光源
２は、制御部１の制御に応じてレーザビームを放出し、
光量可変部３に入射するようになされている。なお、こ
のレーザ光源２としては、波長が４００ｎｍ以下の、例
えば、紫外線レーザ光源などを用いる。光量可変部３
は、レーザ光源２から放出されたレーザビームが所定の
光量となるように調節するようになされている。

【００１３】可変開口絞り４（開口絞り調節手段）は、
光量可変部３から出射されたレーザビームが所定のビー
ムサイズとなるように調節するようになされている。

【００１４】図２は、可変開口絞り４の詳細な構成の一
例を示している。

【００１５】この図において、８枚の開閉羽根３０は、
光軸を中心として回転する円筒型ボディー３１に一端で
嵌合されており、円筒型ボディー３１の回転に応じて開
口部３２の面積が変化するようになされている。駆動部
３３には、モータが内蔵されており、制御部１の制御に
応じて、円筒型ボディー３１を回転させ、開口部３２の
面積を調節するようになされている。

【００１６】図１に戻って、ダイクロイックミラー（Di
chroic Mirror）５は、入射されたレーザビームの大部
分を反射し、照射レンズ系８に入射する。また、レーザ
ビームの残りの部分は、ダイクロイックミラー５を透過
して、エネルギメータ６に入射する。

【００１７】照射レンズ系８は、ダイクロイックミラー
５により反射されたレーザビームをウエハ９の所定の領
域に集光するようになされている。ウエハ９は、ステー
ジ１０（保持手段）により移動され、照射レンズ系８よ
り照射されるレーザビームに応じて所定の領域が加工さ
れることになる。

【００１８】なお、このステージ１０は、レーザビーム
に対して垂直方向、または水平方向に移動可能とされて
いるとともに、図示せぬ駆動軸を中心として水平平面上
で回転可能とされている。

【００１９】エネルギメータ１４は、加工を開始する直
前に照射レンズ系８の光軸の位置まで移動された後、照
射レンズ系８から照射されるレーザビームのエネルギを
測定するようになされている。そして、測定されたエネ
ルギの値は、制御部１に供給される。

【００２０】また、エネルギメータ６は、ダイクロイッ
クミラー５を透過したレーザビームのエネルギを測定す
るようになされている。ダイクロイックミラー５を透過
するレーザビームは、反射されるレーザビームに比べて
僅少であるので、エネルギメータ６より出力される信号
は、エネルギメータ１４から出力される信号と同じレベ
ルとなるようにアンプ１３により増幅され、制御部１に
供給される。

【００２１】観察光源１５は、内蔵されているハロゲン
ランプを点灯させるようになされている。ハロゲンラン
プから放出される光は、所定の波長帯域のみを透過させ
る図示せぬ光フィルタを介して出射され、反射ミラー１
６に入射される。反射ミラー１６は、観察光源１５から
出射された光を反射し、ダイクロイックミラー５、照射
レンズ系８を介してウエハ９に照射する。ウエハ９から
の反射光は、照射レンズ系８、ダイクロイックミラー
５、反射ミラー１６を介して、ＣＣＤ（Charge Coupled
Device）カメラ１７に入射される。

【００２２】ＣＣＤカメラ１７は、ウエハ９からの反射
光を画像信号に変換し、画像処理部１８（判定手段）に
出力する。画像処理部１８は、ＣＣＤカメラ１７から入
力された画像信号をモニタ１９に出力すると共に、画像
信号に対して後述する処理を施し、制御部１に出力す
る。モニタ１９は、画像処理部１８から出力された画像
信号を表示出力するようになされている。また、制御部
１は、画像処理部１８から出力される信号に応じて所定
の処理を実行するようになされている。

【００２３】次に、この実施の形態の動作について図３
に示すフローチャートを参照して説明する。

【００２４】ウエハ９がステージ１０上に載置されると
（ステップＳ１）、制御部１は、ステップＳ２におい
て、可変開口絞り４の駆動部３３に対して制御信号を送
り、開口部３２が所定の面積となるように調節する。そ
の結果、レーザビームが所定のビームサイズに設定され
ることになる。

【００２５】ステップＳ３では、制御部１は、ステージ
１０を水平方向に移動させ、エネルギメータ１４が照射
レンズ系８の光軸位置に来るようにする。そして、ステ
ップＳ４において、制御部１は、レーザ光源２を制御し
てレーザビームを照射させ、レーザビームのエネルギ密
度を測定する。即ち、ウエハ９上におけるビームの面積
（以下、ビーム面積と略記する）は予め分かっているの
で、制御部１は、エネルギメータ１４の出力信号の値を
ビーム面積の値で除算し、エネルギ密度を計算する。そ
して、ステップＳ５に進む。

【００２６】ステップＳ５において、制御部１は、ステ
ップＳ４において測定されたエネルギ密度の値に応じて
光量可変部３を駆動することにより光量を調節する。そ
して、ステップＳ６に進み、制御部１は、エネルギ密度
が所定の値であるか否かを判定する。その結果、エネル
ギ密度が所定の値となっていない（ＮＯ）と判定した場
合には、ステップＳ４に戻り、前述の場合と同様の処理
を繰り返す。また、エネルギ密度が所定の値となった
（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ７に進むこ
とになる。

【００２７】ステップＳ７では、制御部１は、ウエハ９
の加工しようとする部分、即ち、アライメントマークが
形成されている部分にレーザビームが照射されるよう
に、ステージ１０を移動させる。そして、ステップＳ８
に進む。

【００２８】ステップＳ８では、制御部１は、画像処理
部１８に制御信号を送り、ＣＣＤカメラ１７により撮影
されたウエハ９上のアライメントマークのコントラスト
値を画像処理部１８に算出させ、得られたコントラスト
値を変数Ｃ２に代入する。

【００２９】なお、このコントラスト値は、アライメン
トマークとその他の部分の反射率の比を示しており、図
４（Ｂ）に示すように、加工処理が進行し、アライメン
トマーク部分のポリイミドが除去されるに従って、コン
トラスト値が大きくなることになる。

【００３０】続くステップＳ９では、制御部１は、レー
ザ光源２を制御し、レーザビームの照射を開始する。レ
ーザビームの波長は前述のように４００ｎｍ以下に設定
されているので、ウエハ９上のポリイミド膜は光アブレ
ーション効果により、ポリイミドを構成する分子が一瞬
にして分解されて原子状態となって四散し、レーザビー
ムのエネルギに応じてポリイミド膜が除去される。

【００３１】なお、このとき、レーザ光源２より照射さ
れてダイクロイックミラー５に入射されたレーザビーム
の内、一部はこのダイクロイックミラー５を透過してエ
ネルギメータ６に入射する。エネルギメータ６に入射さ
れたレーザビームは光電変換されて電気信号に変換され
た後、アンプ１３により所定のゲインで増幅されて制御
部１に入力される。

【００３２】ステップＳ１０では、制御部１はアンプ１
３から出力される信号の値を参照し、加工中のエネルギ
密度が所定の値となっているか否かを判定する。その結
果、エネルギ密度が所定の値となっていない（ＮＯ）と
判定した場合は、ステップＳ３に戻り、前述の場合と同
様に光量可変部３を再設定することになる。また、エネ
ルギ密度が所定の値となっている（ＹＥＳ）と判定した
場合には、ステップＳ１１に進む。

【００３３】ステップＳ１１では、制御部１は、画像処
理部１８に対して制御信号を送り、ウエハ９上のアライ
メントマークのコントラスト値を算出させる。そして、
算出されたコントラスト値を入力した後、変数Ｃ１に代
入する。そして、ステップＳ１２に進む。

【００３４】ステップＳ１２では、制御部１は、変数Ｃ
１の値が変数Ｃ２の値よりも大きいか否かを判定する。
即ち、レーザビーム照射前に測定されたコントラスト値
（＝Ｃ２）よりも、照射後に測定されたコントラスト値
（＝Ｃ１）の方が大きい（Ｃ１＞Ｃ２）か否かを判定す
る。その結果、変数Ｃ１の値が変数Ｃ２の値よりも大き
い（ＹＥＳ）と判定した場合にはステップＳ１３に進
み、変数Ｃ１の値を変数Ｃ２に代入した後、ステップＳ
９に戻り、前述の場合と同様の処理を繰り返す。また、
変数Ｃ１の値が変数Ｃ２の値よりも小さいか、または、
これらの値が等しい（ＮＯ）と判定した場合には処理を
終了する（エンド）。

【００３５】次に、以上の処理を具体例を挙げて詳述す
る。

【００３６】いま、図４（Ａ）に示すようなアライメン
トマークが形成されたウエハ９がステージ１０上に載置
されたとする（ステップＳ１）。すると、制御部１は、
開口絞り４を調節し、ウエハ９に照射されるレーザビー
ムが所定の面積となるようにする（ステップＳ２）。

【００３７】そして、制御部１は、ステージ１０を水平
方向に移動させ、エネルギメータ１４が照射レンズ系８
の光軸位置に来るようにする（ステップＳ３）。そし
て、ステップＳ４において、制御部１は、レーザ光源２
を制御してレーザビームを照射させ、レーザビームのエ
ネルギ密度を測定する。

【００３８】ステップＳ５では、制御部１はステップＳ
４において測定されたエネルギ密度の値に応じて、光量
可変部３を制御する。そして、エネルギ密度が所定の値
となったか否かを判定する（ステップＳ６）。その結
果、エネルギ密度が所定の値となっていない（ＮＯ）と
判定した場合は、ステップＳ４に戻り、エネルギ密度が
所定の値になるまで同様の処理を繰り返す。また、エネ
ルギ密度が所定の値となった（ＹＥＳ）と判定した場合
にはステップＳ７に進む。

【００３９】ステップＳ７では、制御部１はステージ１
０を移動させ、ウエハ９のアライメントマークが照射レ
ンズ系の光軸位置に来るようにする。

【００４０】そして、ステップＳ８において、画像処理
部１８によりアライメントマーク部分のコントラスト値
が算出され、制御部１に供給される。

【００４１】いま、加工処理がまだ実行されていなの
で、アライメントマークは、図４（Ａ）に示すように、
ポリイミドの薄膜で覆われた状態となっている。従っ
て、コントラスト値は最小の状態となっている。

【００４２】続くステップＳ９では、制御部１はレーザ
光源２を制御し、レーザビームの照射を開始させる。そ
の結果、前述のように、光アブレーションが生じ、照射
されたレーザビームのエネルギに応じた分だけポリイミ
ド膜が除去されることになる。

【００４３】このとき、ダイクロイックミラー５に入射
されたレーザビームのうちの一部は、エネルギメータ６
に入射されて電気信号に変換され、アンプ１３で増幅さ
れた後、制御部１に供給されている。制御部１は、入力
された電気信号を参照して、加工中のレーザビームのエ
ネルギ密度が所定の値となっているか否かを判定する
（ステップＳ１０）。その結果、エネルギ密度が所定の
値になっていない（ＮＯ）と判定した場合には、ステッ
プＳ３に戻り、前述の場合と同様の処理によりエネルギ
密度が所定の値となるように調節した後、加工処理を再
度実行する。また、エネルギ密度が所定の値となってい
る（ＹＥＳ）と判定した場合には、ステップＳ１１の処
理に進む。

【００４４】ステップＳ１１では、画像処理部１８によ
り、アライメントマーク部分のコントラスト値が算出さ
れ、算出された値が変数Ｃ１に代入される。

【００４５】そして、ステップＳ１２では、レーザ照射
前のコントラスト値（＝Ｃ２）とレーザ照射後のコント
ラスト値（＝Ｃ１）とが比較され、その結果、レーザ照
射前のコントラスト値（＝Ｃ２）がレーザ照射後のコン
トラスト値（＝Ｃ１）よりも大きいか、これらの値が等
しい（Ｃ２≧Ｃ１（ＮＯ））と判定された場合には、処
理を終了する（エンド）。また、レーザ照射後のコント
ラスト値（＝Ｃ１）がレーザ照射前のコントラスト値
（＝Ｃ２）よりも大きい（Ｃ１＞Ｃ２（ＹＥＳ））と判
定された場合には、ステップＳ１３に進み、変数Ｃ１の
値が変数Ｃ２に代入された後、ステップＳ９に戻り、前
述の場合と同様の処理が繰り返されることになる。

【００４６】即ち、加工処理が進行し、アライメントマ
ーク部分のポリイミド膜が殆ど除去された状態となる
と、コントラスト値はほぼ一定となる（レーザ照射の前
後でコントラスト値はほぼ一定（Ｃ１≒Ｃ２）となる）
ので、レーザ照射の前後のコントラスト値の変化により
加工の終了を判定する。

【００４７】図４（Ｂ）は、加工処理が終了したとき
の、アライメントマークの様子を示す図である。即ち、
以上の処理によれば、アライメントマークを含む所定の
領域のポリイミド膜が除去されることになる。

【００４８】また、図５は、図４（Ａ）に示すアライメ
ントマークのａ−ａ’における断面図を示している。図
５（Ａ）は、加工前のウエハ９を示しており、ウエハ９
には、高さｄ２のアライメントマークが形成されている
とともに、その上部には、厚さｄ１のポリイミド膜４０
が形成されている。なお、アライメントマークの高さｄ
２は、約数千乃至１万オングストロームであり、また、
ポリイミド膜４０の厚さｄ１は、約数万オングストロー
ム程度とされている。

【００４９】なお、このようなアライメントマークは、
金属、ポリシリコン、その他の素子を作成するのに際
し、ウエハ上に形成される膜をパターニングすることに
より形成される。

【００５０】図５（Ｂ）は、加工処理が終了したウエハ
９の同一部分の断面図である。この図に示すように、加
工処理が施されると、アライメントマークを含む所定の
領域のポリイミド膜は除去され、アライメントマークが
露出することになる。

【００５１】以上のような実施の形態によれば、ウエハ
９のアライメントマーク上に形成されているポリイミド
膜を光アブレーションにより除去することができるの
で、短時間にしかも簡単なプロセスによりポリイミド膜
を除去することが可能となる。

【００５２】なお、以上の実施例では、ウエハのアライ
メントマーク上に塗布されているポリイミド膜を光アブ
レーションにより除去するようにしたが、ポリイミド以
外の素材が使用されている場合おいても本発明を適用可
能であることは言うまでもない。

【００５３】また、以上の実施の形態においては、アラ
イメントマーク部分のコントラスト値を用いて、加工処
理の進行状態を判定するようにしたが、例えば、同部分
の画像の微分値を算出してアライメントマークのエッジ
部分（微分値が大きくなる部分）を検出し、この部分の
微分値をコントラスト値の代わりに用いるようにしても
よい。

【００５４】

【発明の効果】請求項１に記載のレーザ加工装置は、レ
ーザビームをレーザ光源より放出し、被加工物を保持保
持手段により保持し、保持手段に保持された被加工物に
形成されているアライメントマーク上の薄膜に対して、
レーザ光源から放出されたレーザビームを照射光学系が
照射するようにしたので、アライメントマーク上に形成
されている薄膜を光アブレーションにより簡単に、しか
も、迅速に除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の構成例を示すブロック
図である。

【図２】図１に示す可変開口絞り４の詳細な構成例を示
す図である。

【図３】図１に示すブロック図において実行される処理
の一例を説明するフローチャートである。

【図４】ウエハ９のアライメントマークが形成されてい
る部分の拡大図である。

【図５】図４の断面を示す図である。

【符号の説明】

１制御部（判定手段）２レーザ光源４可変開口絞り（開口絞り調節手段）８照射レンズ系９ウエハ１０ステージ（保持手段）１５観察光源１７ＣＣＤカメラ１８画像処理部３０開閉羽根３１円筒型ボディー３３駆動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを被加工物に照射し、加工
を行うレーザ加工装置において、前記レーザビームを放出するレーザ光源と、前記被加工物を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記被加工物に形成されてい
るアライメントマーク上の薄膜に対して、前記レーザ光
源から放出されたレーザビームを照射する照射光学系と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】前記レーザ光源は、波長が４００ｎｍ以
下のレーザビームを放出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。
【請求項３】前記被加工物は、半導体基板であること
を特徴とする請求項１または２の何れかに記載のレーザ
加工装置。
【請求項４】前記照射光学系の開口絞りを調節する開
口絞り調節手段を更に備え、前記開口絞り調節手段は、前記アライメントマークのサ
イズに応じて、前記開口絞りを調節することを特徴とす
る請求項１乃至３の何れかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】前記被加工物の加工の進行状態を判定す
る判定手段を更に備え、前記判定手段は、前記被加工物の加工の進行状態に応じ
て前記レーザ光源を制御することを特徴とする請求項１
乃至４の何れかに記載のレーザ加工装置。