JPH0564874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工装置に関し、特に半導体装
置の製造工程において使用され、半導体集積回路
装置の回路パターンを切断、アニーリング加工す
る際に適用して好適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、加工用光源としてレーザを有するレ
ーザ加工装置において、レーザを安定に発振させ
得る励起許容時間を制定し、レーザ励起パルスエ
ネルギを当該励起許容時間の間の選択された時点
において発生することにより、加工用レーザ光を
無駄時間なく発生させるようにし得るものであ
る。

〔従来の技術〕

半導体集積回路装置は、次第に高集積化されて
来るのに伴つて、ウエハ又はフオトマスク上に生
成されるパターンが微細化して行く傾向にある。
そこで半導体集積回路装置の製造工程においてパ
ターンに微細な欠陥が生じても、これが原因にな
つて製造された集積回路装置全体が不良になり、
その結果歩留まりが悪くなる問題がある。

この問題を解決する１つの方法として、例えば
半導体メモリの場合、各チップ上に本来製造すべ
きメモリ回路を構成する主回路部分の外に、予備
回路部分を冗長回路として構成しておき、あるチ
ツプの主回路部分の一部に欠陥が生じた場合には
冗長回路で代用することによつて、このチツプを
合格品として処理できるようにし、かくして合格
品の歩留まりを向上させるような方法が提案され
ている（特開昭58−165338号）。

本出願人は、このような加工装置に関する発明
を先に出願した（特願昭60−44900号）。この先願
にはレーザ光を用いてパターンの加工をする第６
図に示すようなレーザ加工装置が提案されてい
る。第６図において、１は加工用光源を構成する
レーザで、そのレーザ光LA１は全反射ミラー２，
３を通じて開口部材４に照射され、開口部材４の
開口４Ａを通つたレーザ光が投影レンズ５によつ
てウエハ６上に結像される。このレーザ光に対し
てウエハ６上に形成された回路パターンが位置合
わせされ（これをアライメントと呼ぶ）、かくし
て回路パターンの加工をするようになされてい
る。

レーザ光は結像位置に対するウエハ６の位置合
わせは、ウエハ６を載置するステージ１１を互い
に直交する方向すなわちＸ方向及びＹ方向に移動
することによつて実行される。このステージ１１
の位置座標は別途例えばレーザ光を使つた光波干
渉計でなる測長手段（図示せず）によつて検出さ
れる。

ウエハ６上には集積回路パターン（これをチツ
プと呼ぶ）が格子状に配列するように形成されて
おり、各チツプ内には予めアライメントマークが
付されている。このアライメントマークは、Ｘア
ライメント顕微鏡１２、Ｙアライメント顕微鏡１
３、θアライメント顕微鏡１４によつて検出され
る。この装置の場合アライメント用光源を構成す
るレーザ１５から送出されるレーザ光LA２がハ
ーフミラー１６、全反射ミラー１７を介してＸア
ライメント顕微鏡１２に供給され、またハーフミ
ラー１６，１８を介してＹアライメント顕微鏡１
３に供給され、さらにハーフミラー１６，１８、
全反射ミラー１９を通じてθアライメント顕微鏡
１４に供給され、上記アライメント・マークを照
射する。各顕微鏡１２，１３，１４内には光電検
出器が設けられ、アライメントマークから到来す
る回折光又は散乱光をこの光電検出器によつて検
出することにより、アライメントマークの位置を
検出し得るようになされている。

ところでウエハ６上の各アライメントマークの
位置及び各チツプ内の加工箇所の位置関係は、そ
れぞれ既知であり、かつ投影レンズ５及び各アラ
イメント顕微鏡１２，１３，１４の位置関係も既
知であるから、投影レンズ５によつて結像される
加工用レーザ光の現在位置を基準にして、この結
像位置から各チツプ内に生じた欠陥位置（従つて
加工位置）までの距離（ステージ１１の移動量）
を演算によつて求めることができ、かくして加工
用レーザ光を必要十分な精度で加工位置に位置決
めすることができる。

なお、ウエハ６内に生じた欠陥位置は、別途検
査装置において検査確認されており、この検査結
果に基づいて加工位置への移動量の演算ないし位
置決めを実行するようになされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような構成のレーザ加工装置においては、
従来、ステージ１１が所定の加工位置で停止した
後加工用レーザ光をウエハ６上に照射するまでの
待ち時間が比較的長く、これが処理量への増大を
妨げる要因となつた。

加工用光源として用いられるレーザ（例えば
YAGレーザ）は一般に、第７図において曲線Ｋ
１で示すように、出力のばらつき（これを出力安
定度と呼ぶ）が固有の周波数f₀で最小値になると
同時に、曲線Ｋ２で示すように、同じ周波数f₀の
近傍で出力が最大になるような特性をもつてい
る。そこで一般に加工用光源として用いるレーザ
１は、発振時の安定度が良くかつ出力が最大とな
るような周波数f₀又はその近傍の周波数を励起周
波数として発振動作するように制御される。その
ためレーザ１には、第８図Ｂに示すように、ステ
ージ１１の位置決め動作とは無関係に一定周期Ｔ
のレーザ励起パルスEPが与えられる。

一方ステージ１１を所定の加工位置に位置決め
する際には、第８図Ａに示すような制御パターン
に従つて、時点t₁においてステージ１１を駆動開
始した後、時点t₂に至るまでの間加速することに
よつて所定の移動速度を立上げ、その後一定速度
で加工目標位置にステージ１１を移動させて行
く。やがて加工目標位置に近づくと、時点t₃にお
いて減速を開始し、時点t₄において目標値に到達
した時ステージ１１を停止させる。

このようにしてウエハ６の加工箇所をレーザ光
位置に位置決めした状態において、時点t₄後に発
生される最初のレーザ励起パルスEPによつてレ
ーザ１からジヤイアントパルスが引出され、これ
が加工用レーザ光として加工箇所に照射されるこ
とにより加工が行われる。

このように従来の装置においては、ステージ１
１は加工箇所の位置決めを終了した後の最初のレ
ーザ励起パルスEPによつて加工用レーザ光を得
るようになされているので、ステージ１１が目標
加工位置に停止した時点t₄の後、最初のレーザ励
起パルスEPが発生するまでの時間ΔTの間は、ウ
エハ６に対する加工動作をしないで待たなければ
ならないことになる。

この平均待ち時間ΔT_wは、 ΔT_w＝Ｔ／２ ……(1) の値になり、特にレーザ１の励起周波数f₀が比較
的低い場合、例えば数十〔pps〕（pulse
persecond）以下のような場合には、実用上この
待ち時間に基づいてレーザ加工装置の処理能力が
制限されるおそれがある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
ステージ１１が加工目標位置に到達した後、レー
ザ励起パルスEPを発生するまでの待ち時間をで
きる限り短縮し得るようにしたレーザ加工装置を
提案しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため本発明において
は、加工用光源としてのレーザ１と、このレーザ
１が安定に発振動作させ得る周期でレーザ励起パ
ルスエネルギを発生させるような励起パルスを発
生する励起パルス発生手段２６と、レーザ１が発
するレーザ光を加工対象６に照射させるべく、加
工対象６とレーザ１との相対位置を変化させて位
置決めする位置決め手段３０，３１，３２と、位
置決め手段３０，３１，３２による位置決めが完
了した後、直ちにレーザ励起パルスエネルギを発
生させるべく、当該位置決めが完了するまでに要
する時間を予測し、この予測結果に応じてレーザ
励起パルスの発生時期をレーザ１の安定発振を損
なわない範囲で偏倚させる偏倚手段２６とを設け
る。

〔作用〕

発生手段２６は、加工対象であるウエハ６がレ
ーザ照射位置に位置決めされたとき、加工用レー
ザ光を発生するためのレーザ励起パルスエネルギ
を、励起許容時間の間に選択的に発生させること
ができる。従つて従来の場合のように、レーザ励
起パルスエネルギの固定した発生時点に限つて加
工用レーザ光を発生できるようにした場合と比較
して、無駄時間なく加工用レーザ光を発生させる
ことができ、かくして単位時間当りの処理量を格
段的に改善することができる。

〔実施例〕

以下図面について本発明の一実施例を詳述す
る。

先ず、本発明は第１図に示す原理に基づいて加
工用レーザ光の発生を、ステージ１１の位置決め
完了時のタイミングに合せるように構成する。す
なわちレーザ１に対するレーザ励起パルスEP（第
１図Ａ）は、第８図Ｂについて上述したように、
所定の基準周期Ｔで発生することにより、レーザ
１を安定に発振動作させるようになされている
が、これに加えて本発明においては、レーザ励起
パルスのEPのうちの１つ（若しくは複数）のパ
ルスのタイミングを偏倚させたとしても、他のレ
ーザ励起パルスの周期が所定の基準周期Ｔを維持
する限り、レーザ１を安定に発振動作させること
ができる点に着目して、ステージ１１が位置決め
完了した時点と、その後の最初のレーザ励起パル
スEPが発生すべき時点t_oとの間隔が所定の励起
許容時間に入つているか否かを検出し、励起許容
時間に入つているときには、レーザ励起パルス
EPの発生をステージ１１の位置決め完了時点に
合せるようにタイミング制御する。

レーザ励起パルスEPをタイミング制御する際
の条件には、次の２つがある。

第１の場合は、第１図Ｂ１に示すように、ステ
ージ１１の位置決め完了時点t_o-1が基準周期Ｔの
時点t_oより前に発生した場合で、この場合レーザ
１は基準周期Ｔに対応する時点t_oに対して時間
ΔT₁だけの励起許容時間をもつ。換言すれば、励
起許容時間ΔT₁の間であれば、どのタイミングで
励起パルスEPを単発的に発生しても以後レーザ
１は安定に発振動作できる。従つてステージ１１
の位置決め完了時点t_o-1がこの励起許容時間ΔT₁
内に発生するときには、第１図Ｂ２に示すよう
に、レーザ励起パルスEPを基準時点t_oよりΔT_x1
だけ前の時点t_o-1で発生させる。

また第２の場合は、第１図Ｃ１に示すように、
ステージ１１の位置決め完了時点t_o+1が基準周期
Ｔに対応する時点t_oより後に発生した場合で、こ
の場合にはレーザ１は基準周期Ｔに対応する時点
t_oに対してΔT₂だけの励起許容時間をもつ。従つ
てステージ１１の位置決め完了時点t_o+1がこの励
起許容時間ΔT₂内に発生するときには、第１図Ｃ
２に示すように、レーザ励起パルスEPを基準時
点t_oよりΔT_x2だけ遅れた時点t_o+1においてレー励
起パルスEPを発生させる。

このようにすれば、時点t_o-1においてステージ
１１が位置決め完了した場合には、基準周期Ｔの
場合と比較してΔT_x1だけ前の時点でウエハ６に
対する加工を行うことができる。

これに対してステージ１１が時点t_o+1において
位置決め完了状態になつたときには、時点t_oにお
いてレーザ励起パルスEPを発生させずにΔT_x2だ
け遅らせた時点で励起パルスを発生させる。因に
従来の方法によれば位置決め完了後Ｔ−T_x2遅れ
た次の基準周期Ｔのレーザ励起パルスEPによつ
て加工がなされるのに対して、本発明によれば、
位置決め完了と同時にウエハ６に対する加工をす
ることができる。

第２図に示すレーザ加工装置２５は、マイクロ
コピユータ構成の中央処理ユニツト（CPU）２
６を有し、CPU２６は加工用光源としてのレー
ザ１のレーザ励起パルスEPのタイミングを上述
の原理に基づいて単発的に制御する。

すなわち、発振回路２７の発振パルスをカウン
タ２８において計数し、そのカウント内容は時間
データDTとしてCPU２６に供給される。時間デ
ータDTの内容は、基準周期Ｔ（第１図）ごとに
反復するようになされ、そのカウント内容が基準
周期Ｔと一致するタイミングで、カウンタ２８は
CPU２６に対して割込信号IR（第５図Ｃ）を供給
する。かくしてCPU２６には、基準周期Ｔのレ
ーザ励起パルスEPのタイミング及び各パルス間
の時間位置を表すデータが供給され、このとき
CPU２６は、第３図に示すメインルーチンから
第４図に示すサブルーチンによる処理を割込ませ
て第５図Ｅに示すレーザ励起パルスEPをレーザ
１に供給する。

かかる構成に加えて、座標計測装置２９からス
テージ１１の現在の位置を表す位置データPDが
CPU２６に供給される。CPU２６は、ステージ
１１を位置決めすべき目標位置と現在のステージ
の位置との関係をCPU２６において演算し、ス
テージ１１の現在位置に対応する座標値が、目標
位置に対応する目標座標値に到達するまでデイジ
タル−アナログ変換器３０を介して駆動制御信号
RVを出力する。この駆動制御信号RVは、ステ
ージ１１の駆動源としてのモータ３２の駆動回路
３１に入力され、モータ３２は制御信号RVに応
じて制御される。

一方CPU２６は、レーザ１の出力系に設けら
れたＱスイツチ３５に対して加工出力タイミング
信号PO（第５図Ｄ）を送出する。ここでＱスイツ
チ３５はレーザ１の出力に対するシヤツタ機能を
実現するもので、投影レンズ５からウエハ６に対
して加工用レーザ光を照射する際に、CPU２６
から加工出力タイミング信号POを受けたとき、
レーザ１からジヤイアントパルスを加工用レーザ
LA１として引き出すように動作する。

第２図のレーザ加工装置２５は第３図及び第４
図の処理手順に従つてレーザ１に対する励起制御
を実行する。

先ずCPU２６は、第３図のステツプSP1におい
て、ウエハ６がステージ１１上のどこに位置する
かをウエハ６上のアライメントマークから求めた
位置データと、ウエハ６上のチツプの配列データ
及びチツプ内の加工位置に関するデータとに基づ
いて計算を行い、レーザ１が加工位置に照射可能
となるステージ１１の目標座標値を求める。続い
てCPU２６は、ステツプSP2において、座標計測
装置２９からステージ１１の現在の座標値を表す
位置データPDを入力し、目標座標値までの距離
を計算する。その計算結果に基づいてCPU２６
は、次のステツプSP3に移つて、ステージ１１が
目標座標値に到達したか否かを判断する。

ステツプSP3において否定結果が得られると
CPU２６は、次のステツプSP4に移つてモータ３
２に対する駆動信号RVを送出し、上述のステツ
プSP2に戻る。かくしてCPU２６は、第５図Ｂに
示すように、ステージ１１を加速した後（加速モ
ード）、一定速度で走行させ（定速モード）、目標
座標値に近づくと減速し（減速モード）、目標値
で停止する速度パターンSPTに従つてモータ３
２を駆動制御し、これによりステージ１１の位置
（従つて座標計測装置２９の位置データPDの内
容）を、第５図Ａに示すように、速度パターン
SPTに応じて加工位置を目標位置に一致させる
ように移動制御する。

このようにしてステージ１１が目標値に向つて
移動を開始すると同時に、カウンタ２８より割込
信号１Ｒが時間Ｔ間隔でCPU２６に供給される。
これを受けてCPU２６はその都度ステツプSP21
（第４図）の割込ルーチンに入る。ここでCPU２
６は、先ずステツプSP22においてステージ１１
が目標座標値にどの程度近付いているかの判断を
する。すなわちステツプSP22においてステージ
１１の現在の座標値から目標座標値までの距離
と、速度パターンSPTのモードとを求め、特性
上ステージ１１が第１図の許容時間ΔT₂で位置決
めを終了できるか否かを予測する。ステツプ
SP22において否定結果が得られると、励起許容
時間ΔT₂内で位置決めを終了することができない
のでCPU２６はステツプSP23に移つてレーザ１
に対して励起パルスEPを供給した後、ステツプ
SP24において元のメインルーチンに戻る。

これに対してステツプSP22において肯定結果
が得られると、CPU２６は直ちにステツプSP24
に移つて元のルーチンに戻り、レーザ１に対する
基準周期Ｔのレーザ励起パルスEPを発生せずに、
ステージ１１が目標座標値に到達するのを待つ状
態になる。

因にこの状態はステージ１１が目標座標値に近
づいて来ており、第１図の時点t_oの許容時間ΔT₂
の間のいずれかの時点で、ステージ１１が目標座
標値に到達するであろうことを予測し得た状態に
なつたことを意味し、そこでCPU２６はステツ
プSP3において肯定結果が生ずるまでステージ１
１の移動制御を続ける。

このようにしてCPU２６がステージ１１の位
置決め動作を実行している間に、カウンタ２８か
らCPU２６に対して割込信号IR（第５図Ｃ）が所
定の周期Ｔ間隔でCPU２６に供給されることに
より、CPU２６が周期Ｔのレーザ励起パルスEP
を送出し続け（第５図Ｅ）、これによりレーザ１
が安定に発振動作を繰り返す状態を維持される。

やがて第５図の時点t₁₀において、ステージ１
１が目標座標値に到達して（第５図Ａ）ステージ
１１が停止すると（第５図Ｂ）、CPU２６はステ
ツプSP3において肯定結果を得てステツプPS5に
移る。

このステツプSP5は、ステージ１１の停止時点
が、時点t₁₀の１つ前のレーザ励起パルスEPを基
準にして、第１図の励起許容時間ΔT₁の開始時点
を過ぎかつΔT₂終了時点を過ぎていないか否か
（この時間をΔTとする）を判断する。

ここで否定結果が得られると、未だレーザ１が
安定動作し得る許容時間ΔT₁又はΔT₂入つていな
い（第１図Ｂ１）状態にあることを意味してお
り、従つてCPU２６は肯定結果が得られるまで
待ち受ける状態になる。やがて励起許容時間ΔT₁
に入ると、CPU２６はステツプSP5において肯定
結果を得ることによりステツプSP6に移つてレー
ザ１に対してレーザ励起パルスEPを供給すると
共にＱスイツチ３５に加工出力タイミング信号
PO（第５図Ｄ）を供給し、かくしてウエハ６に対
してジヤイアントパルスによるレーザ光を照射さ
せることにより加工を行う。

ここで、ステツプSP5において肯定結果を得る
ことができる状態は、次の２つがある。

第１の場合は、割込ルーチンのステツプSP22
において肯定結果が得られたためにCPU２６が
ステージ１１の停止を待つている状態にあるとき
で、このときステージ１１は許容時間ΔT₂におい
て停止する（第１図Ｃ１及びＣ２）。かくして
CPU２６は基準時点t_oでは加工パルスを発生させ
ず、ステージ１１の停止時点まで遅らせることに
なる。

第２の場合は、ステージ１１の停止時点が許容
時間ΔT₁に入つたときで（第１図Ｂ１及びＢ２）、
このときCPU２６は加工パルスを基準時点t_oより
前の時点で発生させることになる。

その結果位置決め完了時からレーザ１が励起さ
れるまでの平均待ち時間ΔT_wは ΔT_w＝Ｔ／２−１／２（ΔT₁＋ΔT₂） ……(2) になり、従来の場合（(1)式）より一段と短縮し得
る。

なお実際上ステツプSP5において許容時間ΔT
が経過し終わつたにもかかわらず肯定結果が得ら
れなかつた場合には、CPU２６は上述のステツ
プSP2に戻るような対策が講じられている。

以上の構成によれば、CPU２６は、第４図の
許容時間ΔT（＝ΔT₁＋ΔT₂）の間にステージ１１
が目標位置に到達すれば、その時点で直ちにレー
ザ１を励起して加工用レーザ光を発生させること
ができ、かくするにつき、従来の場合のように基
準周期Ｔのレーザ励起パルスEPの発生を待たな
いで済む。

なお、上記の実施例においては、レーザ励起パ
ルスエネルギの発生時期の偏倚を単発的に行つた
が、本発明はこれらに限られることはなく、偏倚
を複数回に分けて行うものも含まれる。例えば、
ステージ１１の位置決めが完了する時期と基準周
期Ｔに基づくレーザ励起パルスエネルギの発生時
期とが大きくずれており、１回の偏倚で両時期を
同期させようとするレーザの発振動作の安定を乱
すような場合に、この偏倚を複数回に分割し、１
回の偏倚量をレーザの安定を乱さない量に抑えれ
ば、両時期を支障なく同期させることができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、加工対象が加工
レーザ光の照射位置に位置決めされると直ちに加
工レーザ光を送出させるようにしたことにより、
従来の場合と比較して格段的に少ない待ち時間で
加工レーザ光を供給することができ、これにより
単位時間当たりの処理量が一段と改善されたレー
ザ加工装置を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ加工装置の動作原
理を示す信号波形図、第２図は本発明によるレー
ザ加工装置の一実施例を示すブロツク図、第３図
及び第４図はそのデータ処理手順を示すフローチ
ヤート、第５図は第２図の各部の信号を示す信号
波形図、第６図はレーザ加工装置のステージ周り
の構成を示す略線的斜視図、第７図はレーザの出
力特性を示す特性曲線図、第８図は従来のレーザ
加工装置の動作の説明に供する信号波形図であ
る。 １……レーザ、６……ウエハ、２６……CPU、
３０……デイジタル−アナログ変換器、３１……
駆動回路、３２……モータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 加工用光源としてのレーザと、 (b) 該レーザが安定に発振動作させ得る周期でレ
   ーザ励起パルスエネルギを発生させるような励
   起パルスを発生する励起パルス発生手段と、 (c) 前記レーザが発するレーザ光を加工対象に照
   射させるべく、加工対象と該レーザとの相対位
   置を変化させて位置決めする位置決め手段と、 (d) 該位置決め手段による位置決めが完了した
   後、直ちに前記レーザ励起パルスエネルギを発
   生させるべく、該位置決めが完了するまでに要
   する時間を予測し、該予測時間に応じて前記レ
   ーザ励起パルスの発生時間を前記レーザの安定
   発振を損なわない範囲で偏倚させる偏倚手段と を有することを特徴とするレーザ加工装置。