JPH10305384A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不定間隔配置の加工点をより安定したピーク
強度のレーザパルスで高速かつ連続加工できるレーザ加
工装置を提供する。 【解決手段】 本発明によるレーザ加工装置は、連続励
起Ｑスイッチレーザ発振器３０１と、加工光学部３０４
と、加工対象物３０６の所定の範囲にある加工位置座標
をもとに集光レーザスポットの走査速度とレーザ発振の
Ｑレートと軌跡をプログラムする制御部３０３と、レー
ザ発振器３０１の後のレーザ光路中に配置した光シャッ
タ部３０２（ＡＯ素子）とを備えている。レーザ発振開
始位置を加工位置群の先に設け、このレーザ発振開始位
置から最初の加工位置にいたるまでのレーザ走査中は光
シャッタ部３０２を閉状態としてレーザパルスが加工面
上に到達しないよう制御することにより、加工後は一定
のパルス幅とピーク強度で加工を行えるように制御す
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、連続Ｑスイッチパルス列の照射により加工を行なう
装置に関し、特にウエハのマーキングやＩＣ内の配線を
切断するレーザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩの製造工程において、基板となる
ウエハのレーザマーキング加工や、ＬＳＩ内部の配線
や、欠陥回路を冗長回路へ切り替えるためのヒューズを
切断する装置では、一般的に連続励起（ＣＷ励起）のＱ
スイッチレーザが用いられている。連続発振するレーザ
にＱスイッチをかければ、高いピーク強度を持つ連続パ
ルスが得られ、少ない平均パワーで熱影響の少ない加工
が実現できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＬＳＩ内部の冗長回路
切替用ヒューズの切断では、１パルスのＱスイッチレー
ザ光でヒューズの切断を行なっており、切断すべきヒュ
ーズの間隔がμｍから数ｍｍまで変化するため、光走査
速度が一定であればＱスイッチレーザパルス時間間隔は
大きく変動する。またレーザ加工されたドットの集合体
で文字パターンを形成する方法をとるウエハの文字マー
キングでも同様にマーキング位置の変化によりＱスイッ
チレーザパルス時間間隔は変化する。このようにＱスイ
ッチパルス時間間隔が変化することは、Ｑスイッチ周波
数が変化したことと等価であり、Ｑスイッチレーザピー
ク強度及びパルス幅が変化し、安定なレーザパルスが得
られない。殊に、ウエハマーキングの場合、１ショット
毎のＱスイッチレーザパルスの安定性がゴミ発生の少な
いクリーンな加工を実現するうえで重要である。

【０００４】他方、上述のレーザ加工にあっては、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＬＦレーザが使われること
が多く、このＮｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＬＦレ
ーザを搭載した従来のレーザ加工装置では、高い繰り返
し周波数でＱスイッチをかけたとき、ファーストパルス
と呼ばれる問題が顕著となる。発振休止後、高繰り返し
Ｑレート（〜２ｋＨｚ以上）で発振を開始した場合、こ
れは発振休止時間に比例して第１ショットのピーク強度
が第２ショット以降のＱスイッチパルスのピーク強度に
比べて相対的に高くなるからである。このように、ファ
ーストパルスについても、前述のＱスイッチパルスの時
間間隔変化と同様加工の安定性を欠く原因となってい
る。

【０００５】安定で加工状態の良い加工を実現する従来
技術の一例としては、例えば加工対象物に吸収しやすい
な長を選んだレーザ加工装置なども発表されている（米
国特許第５，４７３，６２４号）。

【０００６】ここで、レーザ加工装置の従来例につき図
４，図５にて具体的に述べる。図４における構成では、
レーザ発振器１０１はＱスイッチ素子を内蔵し、制御部
１０３からの出射命令信号によってＱスイッチパルスを
発振する。レーザ発振器１０１のレーザパルス光は、集
光レンズ１０４によって加工対象物１０６に集光され、
所定の加工位置にレーザパルスを照射して加工する。加
工対象物１０６は移動ステージ１０５に搭載され、制御
部１０３からの駆動指令によって、プログラムされた移
動速度と軌跡で移動する。制御部１０３の指令によって
ステージがあらかじめプログラムされた位置を通過した
時点でＱスイッチパルスレーザ光を照射する。

【０００７】かかる図４の構成にあって、加工時のＱス
イッチレーザパルス照射タイミングについて図５に示
す。図５（ａ）は直線的な加工箇所を示しており、ａ
１，ａ２，ａ３．．．，ｅ２，ｅ３，ｅ４の計１７か所
等間隔の配置を例示する。レーザ加工装置は加工位置デ
ータに従って加工することになるが、図５（ａ）では、
ａ１，ａ２，ｂ１，ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２，ｅ１，ｅ
２，ｅ３，ｅ４の合計１１か所が加工箇所である。図５
（ｂ）は、図４のステージの移動速度を示す。最初の加
工位置であるａ１までは、高速でステージを駆動し、そ
の後加工に必要なレーザパルス幅とピーク強度が安定に
実現できる速度まで減速してから、加工箇所を光走査し
ていく。図５（ｃ）は、所定加工位置を通過時に制御部
から出されるレーザ出射指令を示す。図５（ｄ）は、そ
の指令信号に同期してＱスイッチレーザ光が出る様子を
示す。

【０００８】すなわち、最初のレーザ照射位置ａ１で出
るＱスイッチレーザパルスは、十分励起時間がとられる
ため高いピークのレーザパルスが出力されるが、ａ１か
らａ２への移動時間がａ１の場合に比べて短いためａ２
では低いピークのパルスしか照射できない。等速でステ
ージが移動すると仮定すると、ａ２からｂ１への移動時
間はａ２の場合に比べて３倍長いため、ｂ１ではａ２よ
りも高いピークを持つレーザパルスを照射できる。図か
ら明らかな如く、ファーストパルスの発生、及びパルス
時間間隔によるレーザピーク強度及びパルス幅の変化が
みられ、前述した安定性を欠くものである。

【０００９】実際上にあっても、ファーストパルスに関
しては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合、パルス照射間隔が
５００μｓ程度以上（Ｑレートで２ｋＨｚ以上）では、
最初のＱスイッチパルスに比べて、続くパルス列のピー
ク値が低くなることが顕著であり、これはＹＡＧ結晶中
のＮｄの励起上準位の寿命により励起時間が短ければ、
十分な反転分布が形成されないうちにＱスイッチパルス
が出力されることになり、パルスエネルギ及びピーク強
度が低くなることは前述のとおりである。

【００１０】連続Ｑスイッチパルスで線状に抵抗体を加
工するレーザトリマなどでは、第１パルスを除去するフ
ァーストパルスキラーを装備して、トリミング開始位置
で強すぎる加工とならないように工夫する場合がある
が、単パルスから数パルスで加工を行なうメモリリペア
やウエハーマーカでは有効な手段はなく、高速繰り返し
で加工しようとした場合加工ばらつきが発生せざるを得
ない。

【００１１】更に、レーザ加工装置については加工時間
の短縮という要請もあり、加工時間を短縮するため、光
走査の加速−減速−停止を行なうことなく走査速度を一
定に保って加工を行ない、光走査を停止させず高速化す
るという従来例（特開平８−２０６８６７）などがあ
る。しかし、加工位置が等間隔である場合はともかく、
加工位置間隔が数μｍから数ｍｍと大きくばらつく場合
には、光速走査速度が一定であればレーザＱスイッチ時
間間隔は大きくばらつくことになり、たとえば、最小加
工位置間隔が５μｍで最大位置間隔が１ｍｍの場合、走
査速度が５０ｍｍ／ｓであれば、Ｑスイッチレートが１
０ｋＨｚから５０Ｈｚまで変化する。そして、１０ｋＨ
ｚの場合は、前述したように５０Ｈｚでは問題とならな
いファーストパルスが顕著であり、また、Ｑレート換算
で１０ｋＨｚでも５ｋＨｚでもパルス幅やピーク強度が
異なることになる。この結果、レーザ照射間隔の変動に
よるパルス幅とピーク値の変動を避けようとすれば、最
小加工位置間隔にあわせて光走査速度を低くする必要が
あり、加工処理時間が長くなる。

【００１２】本発明は、Ｑスイッチレーザで安定したパ
ルスピーク強度を保ちつつ不定間隔で配置された加工位
置を高速かつ連続加工できるようにしたレーザ加工装置
の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。

【００１４】（１）Ｑスイッチレーザ発振器と、レーザ
光加工物に集光照射するための光学系と、レーザ光を加
工物に相対的に移動させ、一定または不定な時間間隔で
Ｑスイッチレーザパルスを加工面上任意の位置に照射す
る光走査手段から構成されるレーザ加工装置において、
レーザ発振器からの出射レーザパルス光を１パルス毎に
遮断することができる光遮蔽手段を備え、あらかじめ決
められた加工位置の直前の所定の位置からＱスイッチ発
振を開始し、最初の加工位置を走査するまでは加工面に
レーザ光が到達しないように前記光遮蔽手段を閉じてお
き、最初の加工位置を走査するときから前記光遮蔽手段
を開状態とすることを特徴とする。

【００１５】（２）前記（１）のレーザ加工装置におい
て、加工対象となる加工位置群は発振指令間隔に当る所
定の単位長の整数倍間隔で直線的に配置され、レーザ発
振器をＱスイッチ発振状態とするときの発振位置は、設
定するレーザ光走査速度と加工位置間隔から決定するこ
とを特徴とする。

【００１６】（３）前記（２）のレーザ加工装置におい
て、レーザの発振開始位置は加工位置群の延長線上に配
置し、最初の加工位置との間隔は、加工位置間隔の単位
長の整数倍とすることを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】ここで、図１〜図３を参照して発
明の実施の形態について述べる。図１は、本発明の一例
であり、レーザ発振器３０１はＱスイッチ素子を内蔵
し、制御部３０３からの発振指令信号によってＱスイッ
チパルスを発振する。レーザ発振器３０１のレーザパル
ス光は、集光レンズ３０４によって加工対象物３０６に
集光され、所定の加工位置にレーザパルスを照射して加
工する。加工対象物３０６は移動ステージ３０５に搭載
され、制御部３０３からの駆動指令によって、プログラ
ムされた移動速度と軌跡で移動する。移動ステージ３０
５は、１軸ステージまたはＸＹステージである。制御部
３０３は、ステージからあらかじめプログラムされた位
置を通過した時点でＱスイッチパルスレーザ光を照射す
るように制御する。

【００１８】レーザ発振器３０１と集光レンズ３０４等
の光学系の間には、ＡＯ素子（音響光学素子）３０２が
配置される。このＡＯ素子は、制御部３０３からのＯＮ
／ＯＦＦ指令によってレーザ光を損失なく透過させたり
遮断する機能を有し、ＯＮ指令にてレーザパルスを透過
して加工面上に到達させ、ＯＦＦ指令にてレーザパルス
を加工面に到達しないようブロックする。

【００１９】また、加工位置でのレーザパルスのＱスイ
ッチレートを略一定とするため、加工開始より少し前位
置及び被加工位置走査中は、レーザ発振器を加工時のＱ
レートに近い所定のＱレートにて発振させておく。

【００２０】次に図２にて動作を述べる。図２は図５と
同様のタイミングチャートであり、直線的に配置された
加工箇所を連続加工するときの加工動作の解説図であ
る。レーザ加工装置は、事前に供給される加工位置デー
タに従ってこれらの箇所のうちいくつかを加工する。図
２（ａ）は、図５（ａ）と同じく、ａ１，ａ２，ｂ１，
ｃ１，ｃ２，ｄ１，ｄ２，ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４の合
計１１か所を加工する。

【００２１】図２（ｂ）はレーザ発振指令を示す。本発
明では、最初の加工位置であるａ１の前に仮想の加工位
置を設定し、この位置までは高速でステージを駆動し、
その後加工位置間隔とレーザ発振器のＱレートから算出
される速度まで減速してから、加工箇所を光走査してい
く。仮想の位置は、本来の加工位置間隔に合わせて設定
する。例えば図２では、加工位置ａ１の前に３カ所の仮
想加工位置が設定されており、これら仮想加工点の間隔
は、実際の加工点間隔（ａ１とａ２の間隔）に合わせて
設定する。最初の仮想加工位置を走査するときから発振
指令を出してレーザをＱスイッチ発振させるが、光シャ
ッタであるＡＯ素子３０２をＯＦＦ状態にしてレーザパ
ルスが加工面に到達しないようにする。走査が、最初の
加工点ａ１を通過するときに図２（ｄ）にて示す制御部
３０３から出力されるレーザ出射指令にてＡＯ素子３０
２をＯＮ状態にし、加工対象物３０６にレーザパルスが
到達するように制御して加工を開始する。

【００２２】最初の仮想加工位置では、レーザ発振器３
０１の励起時間が十分とられているため、図２（ｃ）の
如く高いピーク値を持つＱスイッチレーザパルスが出力
されるが、ＡＯ素子３０２がＯＦＦであるため加工され
ない。所定のＱレートでレーザ出力が安定した時に、最
初の加工位置ａ１がくるように、仮想加工位置の個数設
定を行う。

【００２３】図２（ｄ）は、出射指令信号で、実際に加
工するために、ＡＯ素子３０２をＯＮ状態にするための
指令である。図２（ｅ）は、ＡＯ素子３０２を透過して
加工面上に到達するレーザパルスである。

【００２４】図３はレーザ加工装置の変形例を示す。図
１の場合と同様、レーザ発振器５０１はＱスイッチ素子
を内蔵し、制御部５０３からの発振指令信号によってＱ
スイッチパルスを発振する。レーザ発振器５０１のレー
ザパルス光は、集光レンズ５０４によって加工対象物５
０７に集光され、所定の加工位置にレーザパルスを照射
して加工する。レーザ光はガルバノメータ５０５とそれ
に取り付けられた反射鏡５０６で反射し、集光レンズ５
０４を使って加工対象物５０７上に集光する。

【００２５】ガルバノメータ５０５は制御部５０３から
の駆動指令によって回転し、プログラムされた移動速度
と軌跡でレーザスポットが加工対象物面上を移動する。
制御部５０３からの出射指令によってＡＯ素子５０２が
ＯＮ／ＯＦＦ制御される。制御部５０３は、あらかじめ
プログラムされた加工面上の位置をレーザスポットが通
過した時点でＱスイッチパルスレーザ光を照射するよ
う、ＡＯ素子５０２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。加工予
定位置の直前に仮想加工位置を設定し、ＡＯ素子５０２
の制御を行うことは図１の場合と同じである。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明では、レーザ加工位置
の始まる前に１つまたは複数の仮想加工点を実際の加工
点の配列に合わせて設け、この仮想加工位置からＱスイ
ッチレーザ発振を開始することにより、一定のＱスイッ
チパルスで加工を行うことができる。また、レーザ媒質
の上準位寿命時間以内となる高いＱレートで発振するよ
うな走査速度を設定して高速加工を行っても、ほぼ一定
のパルス幅、ピーク強度を持つＱスイッチレ−ザパルス
で加工を行うことができる。

【００２７】以上の理由により、離散した加工位置に対
して、常に高速かつ安定した加工を実現することができ
るろいう特徴を持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工装置の実施の形態の一
例の構成図。

【図２】図１の動作説明図。

【図３】本発明によるレーザ加工装置の変形例の構成
図。

【図４】従来方式によるレーザ加工装置の構成図。

【図５】従来方式によるレーザ加工装置の動作説明図。

【符号の説明】

３０１，５０１ レーザ発振器 ３０２，５０２ ＡＯ素子 ３０３，５０３ 制御部 ３０５，５０７ 加工対象物 ５０５ カルバノメータ ５０６ 反射鏡

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｑスイッチレーザ発振器と、レーザ光を
   加工物に集光照射するための光学系と、レーザ光を加工
   物に相対的に移動させ、一定または不定な時間間隔でＱ
   スイッチレーザパルスを加工面上任意の位置に照射する
   光走査手段から構成されるレーザ加工装置において、レ
   ーザ発振器からの出射レーザパルス光を１パルス毎に遮
   断することができる光遮蔽手段を備え、あらかじめ決め
   られた加工位置の直前の所定の位置からＱスイッチ発振
   を開始し、最初の加工位置を走査するまでは加工面にレ
   ーザ光が到達しないように前記光遮蔽手段を閉じてお
   き、最初の加工位置を走査するときから前記光遮蔽手段
   を開状態とすることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１のレーザ加工装置において、加
   工対象となる加工位置群は発振指定間隔に当る所定の単
   位長の整数倍間隔で直線的に配置され、レーザ発振器を
   Ｑスイッチ発振状態とするときの発振位置は、設定する
   レーザ光走査速度と加工位置間隔から決定することを特
   徴とするレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 請求項２のレーザ加工装置において、レ
   ーザ発振開始位置は加工位置群の延長上に配置し、最初
   の加工位置との間隔は、加工位置間隔の単位長の整数倍
   とすることを特徴とするレーザ加工装置。