JPH10328872A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工部位の寸法のバラツキに応じた最適の
条件下で、均一な品質のレーザ加工を行うことのできる
レーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 本レーザ加工装置は、加工レーザ光源１
と、同光源からのレーザビームを被加工部位１２ａに集
光する集光光学系を有する。また、被加工部位１２ａの
画像を取得する観察光学系（ＣＣＤカメラ１８等）と、
装置全体を制御する制御部２を備える。集光光学系に
は、レーザビームのスポットサイズを可変とする可変開
口７が設けられている。また、被加工部位の画像を処理
して同部位の寸法を算出する画像処理部２１と、該被加
工部位の寸法に応じてレーザビームのスポットサイズを
制御するスポットサイズ制御部２２と、が設けられてい
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、レーザ光を被加工
物に集光して加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方
法に関する。特には、半導体デバイスの製造プロセス等
において、被加工物の特性に応じて最適な条件で微細加
工を行うことのできるレーザ加工装置及びレーザ加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスにおけるヒューズ加工を
例にとって説明する。半導体デバイスにおいては、ヒュ
ーズと呼ばれるレーザ光切断を予定した配線部分が設け
られることがある。例えばＤＲＡＭにおいては、設計・
製造時に各メモリセル列にヒューズを付設しておくとと
もに予備のメモリセル列を配置しておき、検査時に不良
が判明したメモリセル列を該列のヒューズを切断するこ
とによりデバイス中で隔離するとともに、予備のメモリ
セル列を不良列のアドレスに指定するためのヒューズを
選択的に切断することにより不良メモリセルを代替さ
せ、ＤＲＡＭの歩留り向上を図っている。また、ゲート
アレイにおいては、プログラムリンクと呼ばれる回路中
のヒューズを切断して一部を選択的に残すことにより、
特定のプログラムをデバイス中に造り込むことが行われ
ている。前者をレーザリペア、後者をレーザトリミング
と呼ぶ。

【０００３】このような半導体デバイス中のヒューズ
は、一般的に、ポリシリコンやアルミニウムからなる細
い線（幅０．８〜１．５μm 、厚０．３〜１．０μm 、
切断部長さ３〜１０μm ）である。このヒューズにＹＡ
Ｇレーザ等の加工レーザ光源からのレーザ光を集光させ
て照射し、ヒューズを構成する物質を光エネルギによっ
て昇温蒸発させて除去することによりヒューズを切断す
る。切断すべきヒューズの位置は、半導体デバイスある
いはデバイスを作り込んであるウエハ上で明確化されて
おり、その位置情報は、あらかじめレーザリペア装置に
入力される。レーザリペア装置では、ウエハをＸ−Ｙテ
ーブル上に載置して位置決めし、切断すべきヒューズの
位置を自動的に位置合わせしながらヒューズを順次切断
する。

【０００４】このようなヒューズは、通常、同一種類の
デバイス中においては同じ形状・寸法である。そして、
従来においては、デバイスあるいはウエハ中の各部分に
おけるヒューズの寸法のバラツキを考慮することなく、
一枚のウエハ上の各デバイス中の全てのヒューズについ
て同一のビームスポットサイズで加工を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＤＲＡ
Ｍ等における昨今の半導体デバイスパターンの高密度化
・微細化に伴い、ヒューズの寸法や隣り合うヒューズ同
士の間隔も縮小されている。このような中で、ウエハ内
におけるヒューズ幅のバラツキを無視した同一スポット
サイズでのレーザ加工が許容されない場合も考えられ
る。

【０００６】本発明は、被加工部位の寸法のバラツキに
応じた最適の条件下で、均一な品質のレーザ加工を行う
ことのできるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ加工装置は、 レーザビームを被加
工部位に照射して加工を行うレーザ加工装置であって；
加工レーザ光源と、加工レーザ光源から出射されたレ
ーザビームを被加工部位に集光する集光光学系と、被加
工部位の画像を取得する観察光学系と、装置全体を制御
する制御部と、を備え； 上記集光光学系に、レーザビ
ームのスポットサイズを可変とする可変開口が設けられ
ており、 上記制御部に、被加工部位の画像を処理して
同部位の寸法を算出する画像処理部と、該被加工部位の
寸法に応じてレーザビームのスポットサイズを制御する
スポットサイズ制御部と、が設けられていることを特徴
とする。

【０００８】本発明のレーザ加工方法は、 ウエハ上に
作り込まれた半導体デバイス中に配置されているヒュー
ズにレーザビームを集光させて該ヒューズを切断加工す
る方法であって； 加工対象の実際のヒューズの幅を測
定するとともに、該幅に応じてレーザビームのスポット
サイズを調整しながら加工を行うことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の１実施例に係るレーザ加工装置の
構成を示すブロック図である。図１のレーザ加工装置
は、加工レーザ光源１、可変開口７、対物レンズ１１等
からなる加工レーザ照射光学系と、観察光源（図示され
ず）よりの観察光を導く光ファイバー１４、レンズ１
５、対物レンズ６、ＣＣＤカメラ１８等からなる観察光
学系とを有する。加工レーザ光源１は、Ｎｄ：ＹＬＦレ
ーザ等のレーザ光源であり、同光源から出射されたレー
ザビームＬ１は照射光学系を介してウエハ１２上の被加
工部位１２ａに集光される。レーザ光源１は、制御部２
からの制御信号ＬＲにより制御される。

【００１０】加工レーザ光源１から出射されたレーザ光
Ｌ１は光減衰器１９に入射する。なお、レーザ光Ｌ１に
ついては、その主光線が一点鎖線で示されている。光減
衰器１９には、透過率の異なる複数のＮＤフィルタが装
備されており、これらのフィルタを選択的に光路に介在
させることによりレーザ光量が調整される。光減衰器１
９を出たレーザ光は、レンズ６によって平行光束となっ
て、全反射ミラー５で図の下方に反射される。レーザ光
は、次に可変開口７に入射し、同開口７で断面形状を整
形され最終的な加工点におけるスポットサイズが決定さ
れる。光減衰器１９及び可変開口７のスポットサイズ制
御部２２は、いずれも制御部２にコントロールされる。
可変開口７の詳細については後述する。

【００１１】可変開口７を出たレーザ光は、加工光学系
と観察光学系の光軸の交点に配置されているハーフミラ
ー８に当って大部分が下方に透過する。ハーフミラー８
を透過したレーザ光は、対物レンズ１１を通過し、同レ
ンズ１１によって被加工物（ウエハ）１２上の加工点
（被加工部位１２ａ）に集光される。ハーフミラー８に
よって図の右方に反射した一部のレーザ光は、光量検出
器１０に入射する。制御回路２は、光量検出器１０の出
力ＥＭに基づいてレーザビームＬ１が所定の光量になる
ように、光減衰器１９に制御信号ＡＴを出力する。した
がって、加工部位１２ａに照射されるレーザビームの光
量は、光量検出器１０の検出結果に基づいて所定の光量
に制御される。

【００１２】被加工物であるウエハ１２は、吸着ホルダ
１３を介して、ステージ２０上に載置されている。ステ
ージ２０は、駆動部４を介して制御部２からの指令によ
って、光軸方向（Ｚ方向）及び光軸直角面内（Ｘ、Ｙ）
において走査される。ステージ２０の位置は、光干渉計
からなる位置検出部３で測定され、位置信号が制御部２
に送信される。なお、Ｚ方向のステージ移動は、レーザ
ビームの自動合焦動作の一部としても行われる。

【００１３】次に、図１のレーザ加工装置における観察
光学系について説明する。このレーザ加工装置は、水銀
ランプ等の観察光源（図示されず）からの照明光を導く
光ファイバー１４を備える。光ファイバー１４から出射
された観察光Ｌ２は、レンズ１５を通過して平行光とな
り、次にハーフミラー１６に当って図の右方に反射され
る。次に、観察光は、前述のハーフミラー８で下方に反
射され、次いで対物レンズ１１を通って被加工物１２を
照明する。被加工物１２から反射した観察光は、対物レ
ンズ１１を通過し、ハーフミラー８で図の左方に反射さ
れる。次に、ハーフミラー１６を透過し、レンズ１７を
通ってＣＣＤカメラ１８の光電変換面に被加工物表面の
像を結像する。被加工物表面の像はＴＶモニタに表示さ
れるとともに、画像認識部２１で処理されてアライメン
ト等とともにスポットサイズ制御の用に供される。

【００１４】次にスポットサイズを変更するための可変
開口の具体例について説明する。図２は、図１のレーザ
加工装置の可変開口７の一例（回転板型）を示す側面図
である。図３は、図２の可変開口７の回転板の平面図で
ある。この例の可変開口７は、ステッピングモータ４３
によって回転位置決めされる回転板４５を有する。回転
板４５は円形の板であり、中心軸４７を中心とする半径
ｒの円周上に、５つの円形開口５１〜５５を有する。各
開口の径は、符号の大きくなる順に大きくなる。開口５
５の径は開口５１の径の約４倍である。モータ４３には
ロータリーエンコーダ４１が付設されており、回転板４
５の回転角度を検出して制御部に送信することができ
る。

【００１５】回転板４５は、加工レーザ光の集光光学系
の光軸（図２の一点鎖線Ｌ１）と直交して位置し、上述
の半径ｒの円周がちょうど集光光学系光軸Ｌ１の位置に
くる。つまり、集光光学系の光路中に５つの円形開口５
１〜５５が選択的に介在し、回転板４５に上方から入射
するレーザビームのうちの一部を下方に通過させる。こ
の可変開口におけるレーザビームの径を対物レンズ１１
の縮小率で割った寸法が、加工点におけるレーザビーム
のスポットサイズである。

【００１６】図４は、可変開口の他の一例（羽根絞り
型）を示す斜視図である。この図において、８枚の開閉
羽根７３は、光軸を中心として回転する円筒型ボディー
７１に一端で嵌合されており、円筒型ボディー７１の回
転に応じて開口部７５の面積が変化するようになされて
いる。駆動部７７には、モータが内蔵されており、制御
部の制御に応じて、円筒型ボディー７１を回転させ、開
口部７５の面積を調節するようになされている。

【００１７】次にヒューズ被加工部位の実際の寸法
（幅）の測定方法とスポットサイズの算出制御方法の一
例について説明する。まず、図１の構成においてＣＣＤ
カメラ１８により取り込まれた画像の信号は、画像認識
部２１（実際は制御部２の中にある）に送られてＡＤ変
換後画像メモリに格納される。次に、画像信号は次のよ
うに処理されて、ヒューズの幅が測定される。

【００１８】図５は、画像処理の一例を説明するための
概念図である。図５の上半分には、格納された画像内
に、被加工部位として３本のヒューズ９１ａ、９１ｂ、
９１ｃが示されている。一方、図５の下半分は、各ヒュ
ーズ上を通過する走査線Ｔ又はＴ周辺における、線Ｔに
沿った画像の濃度分布を示す。ヒューズの幅を検出する
手段の一例として、ヒューズ位置ａ、ｂ、ｃにおける画
像の濃度分布に対して、設けられた濃度の閾値ＴＨによ
り２値化を行い、各ヒューズの水平方向長Ｄａ、Ｄｂ、
Ｄｃを求める。このような処理方法の他に、濃度分布が
図５の場合と逆転している場合や画像の色情報が異なる
場合等でも、同様の方法により各ヒューズの幅の測定が
可能である。

【００１９】本発明においては、これから加工される複
数のヒューズの幅を測定し、その平均値に応じてスポッ
トサイズを調整することが好ましい。ここでヒューズの
幅からスポットサイズを求める方法について説明する。
一般にヒューズ数をｎ、レーザビームの被加工部位にお
けるスポットサイズをＳ、スポットサイズとヒューズ長
との関数をＦ、オフセット定数をＣとすると、スポット
サイズＳは、Ｓ＝Ｆ（（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３…Ｄｎ）／
ｎ）＋Ｃで表わされる。関数Ｆは、リニア、非線型のテ
ーブル参照等を用いることができる。リニアの場合、Ｆ
＝ａｘ＋ｂ（ａ、ｂは定数、ｘ＝ΣＤｎ／ｎ）、非線型
ではＦ＝Ａ〔ｘ〕（Ａは一次元配列）である。このよう
に算出されたスポットサイズＳは、スポットサイズ制御
部２２にリアルタイムに伝達され、可変開口７が調節さ
れ指定されたスポットサイズとなる。その後、レーザ照
射を行い目的の加工部分のヒューズを加工する。

【００２０】以下に、ヒューズ幅のバラツキに応じたビ
ームのスポットサイズと加工条件の一例を記載する。条件例（１） ヒューズ材質：ポリシリコン ヒューズ寸法：幅２．０〜３．０μm 、厚０．５μm レーザ条件：波長１，０６４nm、パルス時間幅ショート レーザビームサイズ：１．５４〜２．０μm レーザエネルギー：０．５０μJ

【００２１】条件例（２） ヒューズ材質：アルミニウム ヒューズ寸法：幅１．５〜２．０μm 、厚０．３μm レーザ条件：波長５３２nm、パルス時間幅ショート レーザビームサイズ：１．０〜２．０μm レーザエネルギー：０．７０μJ

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ヒューズ等の加工部分の形状が被加工物（半
導体ウエハ）内で著しく異なる場合にも、形状のバラツ
キに影響されることがなく、各ヒューズに対して均一な
品質の加工が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係るレーザ加工装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１のレーザ加工装置の可変開口７の一例（回
転板型）を示す側面図である。

【図３】図２の可変開口７の回転板の平面図である。

【図４】可変開口の他の一例（羽根絞り型）を示す斜視
図である。

【図５】画像処理の一例を説明するための概念図であ
る。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 制御部 ３ 位置検出部 ４ 駆動部 ５ ミラー ６ レンズ ７ 可変開口 ８ ハーフミラー ９ レンズ １０ 光量検出器 １１ 対物レンズ １２ ウエハ １２ａ 被加工部位 １３ 吸着ホルダ １４ 光ファイバー １５ レンズ １６ ハーフミラー １７ レンズ １８ ＣＣＤカメラ １９ 光減衰器 ２０ Ｘ−Ｙステージ ２１ 画像認識部 ２２ スポットサイズ制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを被加工部位に照射して加
   工を行うレーザ加工装置であって；加工レーザ光源と、
   加工レーザ光源から出射されたレーザビームを被加工部
   位に集光する集光光学系と、被加工部位の画像を取得す
   る観察光学系と、装置全体を制御する制御部と、を備
   え；上記集光光学系に、レーザビームのスポットサイズ
   を可変とする可変開口が設けられており、 上記制御部に、被加工部位の画像を処理して同部位の寸
   法を算出する画像処理部と、該被加工部位の寸法に応じ
   てレーザビームのスポットサイズを制御するスポットサ
   イズ制御部と、が設けられていることを特徴とするレー
   ザ加工装置。
2. 【請求項２】 ウエハ上に作り込まれた半導体デバイス
   中に配置されているヒューズにレーザビームを集光させ
   て該ヒューズを切断加工する方法であって；加工対象の
   実際のヒューズの幅を測定するとともに、該幅に応じて
   レーザビームのスポットサイズを調整しながら加工を行
   うことを特徴とするレーザ加工方法。