JP2014058000A - レーザー微細加工中に形成される個々の穴のエネルギー監視又は制御 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物が微細加工されているときに、微細加工に用いられたレーザービームパラメーターを監視し、特定し、記録することにより、前記被加工物の品質を向上させる方法及び装置を提供すること。
【解決手段】方法及び装置は、レーザー微細加工装置により実現される結果の質を向上させる。レーザー微細加工（１５２）を制御するパラメーターに関するデータ（１５８、１７８）が微細加工中に記録され、微細加工するために用いられたパラメーターに関する外観により特定され、前記装置に保存される。保存されたデータは、リアルタイム制御を可能にするために微細加工中に取り出され、又は統計的な加工制御を行うために被加工物（１７４）の加工後に取り出される。
【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物にレーザー加工をすることに関し、より具体的には、基板に外観（features）を微細加工するために用いられるレーザーのパラメーターを監視することに関する。前記パラメーターは、前記微細加工のリアルタイム制御のための情報を提供するために即時に出力され、又は、加工制御に用いられる後の検索のために保存される。

レーザー加工は、様々な加工を行う様々なレーザーを用いて多くの異なる被加工物に対して行われる。本発明に係る特定の種類のレーザー加工は、穴及び（又は）止まり穴の形成を行う単層又は多層の被加工物のレーザー加工及びウエハーダイシング又はドリリングを行う半導体ウエハーのレーザー加工である。本明細書に記載したレーザー加工方法はレーザー微細加工に適用され、該レーザー微細加工は、半導体リンク（ヒューズ）の除去と、厚膜又は薄膜の部材の熱アニール又はトリミングとを含む。

多層の被加工物への穴のレーザー加工に関して、オーウェン（Owen）他による特許文献１、２に、多層デバイスにおける種類が異なる材料の２又は３以上の層に貫通穴又は止まり穴を形成するために設定されたパルスパラメーターにより特徴付けられたレーザー出力パルスを発生させる紫外線（ＵＶ）レーザー装置の操作方法が記載されている。前記レーザー装置は、２００Ｈｚより大きいパルス繰り返し数において、１００ｎｓより小さい一時的なパルス幅と、１００μｍより小さい直径を有するスポットエリアと、該スポットエリアにおける１００ｍＷより大きい平均強度又は放射照度とを有するレーザー出力パルスを放出する非エキシマーレーザーを含む。好適な非エキシマーレーザーはダイオード励起の固体レーザー（ＤＰＳＳ）である。

ダンスキー（Dunsky）他による特許文献３に、多層デバイスの誘電層に止まり穴を形成するレーザー出力パルスを発生させるパルスＣＯ２レーザー装置の操作方法が記載されている。前記レーザー装置は、２００Ｈｚより大きいパルス繰り返し数において、２００ｎｓより小さい一時的なパルス幅と、５０μｍないし３００μｍの直径を有するスポットエリアとを有するレーザー出力パルスを放出する。

目的材料のレーザー除去は、特に、ＵＶ ＤＰＳＳレーザーが用いられたとき、前記目的材料に、該目的材料の除去しきい値より大きい出力を有するレーザー出力を向けることによる。前記レーザー出力は、フルエンス又はエネルギー密度としても知られている。材料除去は、原子及び分子を結合する力を破壊する、アブレーションと呼ばれる光化学加工により、又は材料を気化する光熱加工により行われる。ＵＶレーザーは、1/e2直径で５μｍないし３０μｍのスポットサイズを有するように焦点を合わされたレーザー出力を放出する。所望の穴直径が５０μｍないし３００μｍである場合、前記スポットサイズは前記所望の穴直径より小さい。前記スポットサイズの直径は、前記所望の穴直径と同じ直径を有するように増大させたものとすることができるが、このように増大させることは、レーザー出力エネルギー密度を目的材料アブレーションしきい値より小さくなるまで減少させ、目的材料除去を不可能にする。このため、５μｍないし３０μｍのスポットサイズが用いられ、焦点を合わせられたレーザー出力は、前記所望の直径を有する穴を形成するため、一般には、螺旋状に、同心円状に又は「穿孔」パターンで移動される。螺旋状、同心円状及び穿孔パターンの加工は、いわゆる非打ち抜きの穴形成加工である。約７０μｍ又はこれより小さい穴直径のためには、直接打ち抜きがより多い穴形成加工量を達成する。

パルスＣＯ２レーザーの出力のスポットサイズは、一般に、５０μｍより大きく、従来の目的材料に５０μｍ又はこれより大きい直径を有する穴の形成を行うために十分なエネルギー密度を維持することができる。このため、ＣＯ２レーザーが穴形成に用いられるとき、一般に、打ち抜き加工が用いられる。しかし、ＣＯ２レーザーを用いて５０μｍより小さいスポットエリア直径を有する穴を形成することができない。

ＣＯ２波長での銅の高度の反射性が、ＣＯ２レーザーを用いて５ミクロンより厚い厚さを有する銅板に貫通穴を形成することを非常に困難にする。このため、ＣＯ２レーザーは、一般に、約３ミクロンないし約５ミクロンの厚さを有する、又はＣＯ２レーザーエネルギーの吸収を強めるように処理された表面を有する銅板にのみ貫通穴を形成するために用いられる。

穴が形成されるプリント回路基板（ＰＣＢ）及び電子部品実装デバイスの多層構造の形成に用いられる最も一般的な材料は、金属（例えば、銅）と誘電材料（例えば、ポリマーポリイミド、樹脂又はＦＲ-４）とを含む。ＵＶ波長でのレーザーエネルギーは金属と誘電材料との良好な結合効率を示し、ＵＶレーザーは銅板及び誘電材料の双方への穴形成を容易に行うことができる。ポリマー材料のＵＶレーザー加工は、光化学加工と光熱加工とが組み合わされたものと考えられる。前記ＵＶレーザー加工では、ＵＶレーザー出力が、光子励起化学反応を経て分子結合を分離させることにより、ポリマー材料を部分的に除去し、これにより、誘電材料がより長いレーザー波長にさらされるときに生じる光熱加工と比べて優れた加工性がもたらされる。このため、固体ＵＶレーザーは、これらの材料を加工する好適なレーザー源である。

誘電材料及び金属材料のＣＯ２レーザー加工及び金属のＵＶレーザー加工は最初は光熱加工であり、誘電材料又は金属材料はレーザーエネルギーを吸収する。前記光熱加工は、前記材料を熱し、軟化させ又は融解し、最後に、前記材料を除去し、気化させ又は吹き飛ばす。除去率及び穴形成加工量は、与えられた材料の種類のための、レーザーエネルギー密度又はフルエンス（レーザーエネルギー（Ｊ）をスポットサイズ（cm2）で除したもの）、パワー密度（レーザーエネルギー密度をパルス幅（秒）で除したもの）、パルス幅、レーザー波長及びパルス繰り返し数の関数である。

このため、例えば、ＰＣＢ若しくは他の電子部品実装デバイスへの穴形成又は金属若しくは他の材料への穿孔のようなレーザー加工の加工量は、ビームポジショナーがレーザー出力を螺旋状に、同心円状に又は穿孔パターンで及び穴位置間で移動させることができる速さのみならず、利用可能なレーザー出力とパルス繰り返し数とにより制限される。ＵＶ ＤＰＳＳレーザーの例として、カリフォルニア州、マウンテンビューのライトウェーブ エレクトロニクス（Lightwave Electronics）により販売されたLWE Q302 (355 nm)型がある。このレーザーは、本願の出願人である、オレゴン州、ポートランドのエレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ（Electro-Scientific Industries, Inc.）により製造された５３３０型レーザー装置又は他の装置に使用されている。前記レーザーは３０ｋＨｚのパルス繰り返し数で８ＷのＵＶ出力を届けることができる。前記レーザー装置の一般的な穴形成加工量は裸樹脂において毎秒約６００穴である。パルスＣＯ２レーザーの例として、コネティカット州、ブルームフィールドのコヒーレントＤＥＯＳ（Coherent-DEOS）により販売されたQ3000 (9.3 μｍ)型がある。このレーザーは、エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズにより製造された５３８５型レーザー装置又は他の装置に使用されている。前記レーザーは６０ｋＨｚのパルス繰り返し数で１８Ｗのレーザー出力を届けることができる。前記レーザー装置の一般的な穴形成加工量は、裸樹脂において毎秒約１０００穴であり、FR-4において毎秒２５０ないし３００穴である。

穴形成加工量の増大は、アブレーションを生じさせるのに十分なパルス出力においてパルス繰り返し数を増加させることにより達成される。しかし、ＵＶ ＤＰＳＳレーザー及びパルスＣＯ２レーザーでは、パルス繰り返し数が増加されると、パルス出力が非線形に減少される、例えば、パルス繰り返し数が２倍になると、各パルスにおけるパルス出力が２分の１より小さくなる。このため、与えられたレーザーに対して、アブレーションを生じさせるために必要な最小のパルス出力により支配された最大のパルス繰り返し数及び最大の穴形成率が存在する。

半導体ウエハーを切断することに関して、機械的切断及びレーザーダイシングという一般的な２つの切断方法がある。機械的切断は、一般に、約１００ミクロンより広い幅を有するシートを形成するために、約１５０ミクロンより厚い厚さを有するウエハーを切断するダイヤモンドソーを用いることを含む。約１００ミクロンより薄い厚さを有するウエハーを機械的に切断することは、前記ウエハーにクラックを生じさせる。

レーザーダイシングは、一般に、パルスＩＲレーザー、緑色レーザー又はＵＶレーザーを用いて半導体ウエハーを切断することを含む。レーザーダイシングは、半導体ウエハーを機械的に切断することと比べて、ＵＶレーザーを使用するときに通路の幅を約５０ミクロンに減少させることができること、ウエハーを曲線状の軌道に沿って切断できること、機械的切断により切断されるウエハーより薄いウエハーを効果的に切断できることのような様々な利点を提供する。例えば、約７５ミクロンの厚さを有するシリコンウエハーは、約３５ミクロンの幅を有するカーフを形成するため、約３０ｋＨｚの繰り返し数及び約８Ｗの出力で操作されるＤＰＳＳ ＵＶレーザーを用いて１２０ｍｍ/ｓｅｃの切断速度で切断される。しかし、半導体ウエハーをレーザーダイシングにより切断することの１つの欠点は、デブリ及びスラグが形成されることであり、両者は、前記ウエハーに付着し、除去することが難しい。半導体ウエハーをレーザーダイシングにより切断することの他の欠点は、被加工物への加工率がレーザーのパワー能力により制限されることである。

本明細書に記載した装置及び方法は、半導体ウエハーの可溶性リンクの微細加工に用いられるパラメーターを監視するためにも使用される。本願の出願人による出願に係る、サン（Sun）他による特許文献４に、半導体ウエハーの可溶性リンクを除去する装置が記載されている。

レーザー微細加工操作の目的は、被加工物の全体にレーザー微細加工された外観の均一な質を提供することである。外観の質を規定する基準は、位置と、大きさと、前記外観の形状とを含む。他の基準は、側壁角と、底部組織と、容積と、微細加工後における前記外観に残留するデブリ及び前記外観の縁部近傍のクラックの組織とを含む。レーザー微細加工操作の１つの問題点は、前記被加工物の不均一性により、前記被加工物の異なる２つの位置で同一のレーザーパラメーターを用いて機械操作を行うことが外観の質に差を生じさせることである。結果に影響を与える被加工物の差の例として、厚さの差と、前記被加工物の平坦度の差と、前記被加工物にレーザー出力を反射させる表面処理の差とがある。これらのばらつきは、前記被加工物の全体において一定ではなく、個々の外観までの位置により変化する。このため、前記ばらつきは、製造上の公差の通常のばらつきにより、与えられたロットの被加工物のうち被加工物ごとに繰り返されている。

外観を機械加工により形成するレーザー微細加工装置の能力に影響を及ぼす他の現象は、前記レーザービームを前記被加工物に向けるために用いられる光学素子の経年劣化及び（又は）損傷である。光学素子が経年劣化をするにつれて、該光学素子は、微細加工操作によるデブリに汚染され、前記光学素子を通過する高出力のレーザービームから損傷を受ける。このような劣化は、前記被加工物に照射されるレーザースポットを、大きさ、形状、強さ又は他の特性において変化させ、前記レーザービームを制御するために用いられるパラメーターが同一であるにもかかわらず、微細加工された外観の大きさ、形状、深さ又は他の基準を変化させる。

レーザー微細加工のための従来の装置は、経年劣化又は損傷による前記光学素子の変化を軽減するため、前記外観が微細加工されるときに前記レーザービームのパラメーターを変えるリアルタイム制御を用いる。いくつかのレーザー微細加工装置では、特に本明細書に記載した装置では、前記被加工物が微細加工されているときに前記レーザー出力を監視するために光検出器が用いられている。前記光検出器からの出力は、前記被加工物における前記レーザー出力のばらつきの原因のいくつかを補正するため、前記レーザー出力を即時に調整するために用いられる。このことは、一般に、各加工操作のための予め決められた量のエネルギーを実現するため、前記光学素子により送られるレーザーエネルギーを変化させるように光学通路の可変減衰器を調節することにより達成される。前記ビームが予め決められた値に達しない場合、前記操作は中止され、操作員は、整備が必要であることに気付く。このアプローチは、経年劣化した光学素子又は前記レーザー出力のばらつきの他の原因の補正に役立つ。しかし、前記アプローチの問題点は、前記レーザー又は前記光学素子の考えられる劣化を自動的に補正することにより、前記装置が監視されるまでの間、前記装置が停止し、貴重な生産時間が失われる前に前記装置の整備を開始するために用いることができる重要な情報が隠されることである。

レーザー微細加工された外観の均一な質を維持しようとすることの他の問題点は、前記レーザービームが、一般には、微細加工の全体の期間に前記被加工物に向けられないため、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）又はパルスエネルギーのような予め選択されたレーザーパラメーターを単に記録するだけでは、微細加工に用いられるレーザーパラメーターを特徴付けるために十分ではないということである。例えば、本明細書に記載した微細加工装置では、前記レーザービームは、それがパルスにされている時間の一部に、前記レーザービームの出力を測定する出力計に向けられる。その後、前記装置は、前記レーザービーム出力を予め選択された値まで上げる又は下げるため、前記光学通路の制御可能な減衰器を調節する。このことは、前記光学素子が経年劣化したときに前記光学素子による送信の減少を補うために用いられる。前記減衰器を調節することにより公称レーザーエネルギー値に達しない場合、前記装置はエラー信号を発する。前記外観が、測定されているのではなく、微細加工されている特定の期間に、前記装置が、パラメーターのうち、特に、減衰器の設定と、最終レーザー出力と、前記被加工物へ実際に送られたパルスの数とを記録するまで、特定の外観の微細加工中に前記被加工物に向けられた実際のレーザー出力の正確な記録が存在しないという問題点がある。

レーザー微細加工された外観の統計的な、繰り返されるばらつきの他の原因が存在する。複雑な多数の外観を効率的かつ効果的に作るために前記レーザービームを前記被加工物の適当な位置に向けることは、１又は２以上のサブシステムの動きを調整することを含むものとすることができる。前記サブシステムは、前記被加工物を移動させる移動制御サブシステムと、前記レーザービームを移動させる光学サブシステムとを含む。前記被加工物と前記レーザービームとの間の関係を表す、複雑な、調整された動きの組み合わされた結果は、ツールパスと呼ばれている。前記ツールパスの複雑さにより、前記ツールパスは、前記レーザービームが前記被加工物に作用する効率に影響を与える一時的な繰り返し挙動を示す。前記レーザー微細加工に影響を与える一時的な挙動の形式は、例えば、前記被加工物に関するレーザー角度と、整定時間とを含む。一時的な挙動の他の例には、前記レーザーのパルス負荷サイクルの関数としての前記レーザーパルスエネルギーの変化がある。ツールパスレイアウト及びビーム移動により、加工する連続した外観の間の時間が著しく変化する。この遅れが、レーザー媒体の記録されたエネルギー及び光学キャビティ部材の熱的な一時性のばらつきにより、前記レーザーの内部状態に影響を与える。このようなレーザーの一時性の結果として、たとえ個々の加工パラメーター（パルス繰り返し周波数、パルス数等）が前記外観に適用されたとしても、前記外観は、増加された又は減少されたパルスエネルギーで加工される。一時的な挙動の結果として、個々のレーザーパラメーター設定にもかかわらず、外観の質に統計的なばらつきがある。

被加工物に外観をレーザー微細加工するために必要なものは、特定の外観を微細加工するために用いられた実際のパラメーターを監視し、特定し、制御し、即時に、前記外観が微細加工されているときに又は前記被加工物が完成した後にパラメーター情報を取り出すことができるようにパラメーター情報を記録する方法及び装置である。

米国特許第５、５９３、６０６号明細書 米国特許第５、８４１、０９９号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１８５４７４号明細書 米国特許第５、５７４、２５０号明細書

本発明の目的は、被加工物が微細加工されているときに、微細加工に用いられたレーザービームパラメーターを監視し、特定し、記録することにより、前記被加工物の品質を向上させる方法及び装置を提供することである。このパラメーターは、即時に前記被加工物への微細加工操作を指導するために、又は前記被加工物に微細加工された外観のいくつか若しくは全部が予め選択された仕様を満たさないことを示すために、取り出され、予め選択された値と比較される。記録されたパラメーターは、次の被加工物に微細加工するために用いられるパラメーターを修正するために微細加工後の調査の結果と組み合わされる。前記方法及び前記装置は、前記外観を微細加工するために用いられた実際のレーザーパラメーターを記録することにより、被加工物にレーザー微細加工された外観の質を効果的に向上させる。

前記方法は、単層又は多層の被加工物に穴（ビア及び（又は）ホール）をレーザー加工により形成することに関するパラメーターを監視し、記録することを含む。前記加工は、１つの被加工物に何百又は何千もの穴を微細加工することを含むものとすることができる。これらの穴の全てが、前記したばらつきの原因があるにもかかわらず、許容される質を有することが望ましい。質を保証する重要なステップは、特定の穴を形成するために用いられた実際のパラメーターを記録することである。前記レーザービームに関するパラメーターは、パルス繰り返し周波数と、パルスの総数と、パルス出力と、パルスエネルギーと、パルス形状と、パルス幅と、波長と、これらのパラメーターに関する公差とを含む。レーザー光学素子及び移動制御に関するパラメーターは、位置と、整定時間と、スポットサイズと、ビーム形状と、それぞれに関する公差とを含む。記録される他のパラメーターは、前記レーザービームが前記被加工物に向けられている時間の実際の長さである。

本発明の他の目的及び利点は、添付の図面に関する、以下の好適な実施形態の詳細な説明からより明らかになる。

本発明の方法により形成されたレーザービームによって加工される多層の被加工物の断面図。 従来のレーザー加工装置の概略図。 本明細書に記載した好適な方法を実行する、好適な実施例に係る装置の概略図。

本発明の第１実施例では、材料を除去するのに十分なエネルギーで単層又は多層の被加工物の少なくとも１つの特定領域にレーザーを向けることにより、レーザーパルスが前記被加工物に穴を形成する。前記被加工物の特定位置から所望の材料の全てを除去するためには、単一のパルスでは不十分である。このため、前記特定位置で前記所望の材料を除去するために前記被加工物に複数のパルスが向けられる。前記被加工物の材料除去しきい値より高い値のエネルギーで単位時間あたりに前記被加工物に送られるパルスの数により加工時間及び加工量が左右される。

好適な単層の被加工物は、薄い銅板、電気的用途に用いられるポリイミドシート、アルミニウム及び鋼鉄のような他の金属部材、一般産業及び医学的用途に用いられる熱可塑性プラスチック部材、又は電子回路基板として用いられるシリコン若しくは他の半導体材料を含む。好適な多層の被加工物は、マルチチップモジュール（MCM）、回路基板又は超小型回路パッケージを含む。図１に、層３４、３６、３８、４０を含む多層の被加工物２０を示す。層３４、３８は、好ましくは、アルミニウム、銅、金、モリブデン、ニッケル、パラジウム、プラチナ、銀、チタン、タングステン、金属窒化物又はこれらを組み合わせたもののような金属を含む金属層である。層３４、３８は、好ましくは約９μmないし約３６μmの厚さを有するが、９μmより薄い厚さ又は７２μmの厚さを有するものであってもよい。

層３６は、好ましくは、ベンゾシクロブタン（BCB）、ビスマレイミドトリアジン（BT）、カードボード、シアン酸エステル、エポキシ、フェノール、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリマー合金又はこれらを組み合わせたもののような標準的な有機誘電体を含む。有機誘電体層３６は、一般に、金属層３４、３８より厚い。有機誘電体層３６の好適な厚さは約２０μmないし約４００μmであるが、有機誘電体層３６は、１．６mmの厚さを有するスタックからなるものでもよい。

有機誘電体層３６は、薄い補強部材層４０を含むものとすることができる。補強部材層４０は、例えば、アラミド繊維、セラミックス、有機誘電体層３６に織り込まれ若しくは分散されたガラスの分散粒子、又は繊維マットを含む。補強部材層４０は、一般に、有機誘電体層３６よりかなり薄く、約１μmないし約１０μmの厚さを有するものとすることができる。有機誘電体層３６に補強材料が粉末として導入されていてもよいことは当業者には明らかである。粉末状の補強材料を含む補強部材層４０は、不連続かつ不均一なものとすることができる。

層３４、３６、３８、４０は、内部において不連続かつ不均一であって水平でないものとすることができる。金属材料、有機誘電体及び補強部材のいくつかの層を有するスタックは、２mmより厚い全体的な厚さを有するものとすることができる。図１に示した被加工物２０は５つの層を有するが、本発明は、単層の基板を含む、所望の数の層を有する被加工物に実施されてもよい。

図２は、制御装置５２により制御されるレーザー５０を含む従来の装置の概略図である。制御装置５２は、コンピューターを含むものとすることができ、また、インターフェース（図示せず）を介してコンピューターに接続されたものとすることができる。レーザー５０は、レーザーパルス列を含む加工ビーム５４を出力する。レーザー加工ビーム５４は制御可能な可変減衰器５６を通過し、可変減衰器５６は、所望のパワーレベルを実現するため、パルスエネルギー検出器５８の制御の下でレーザー加工ビーム５４の減衰を変化させる。減衰されたレーザー加工ビーム５４は２％透過鏡６２に向けて直線偏光子６０を通過する。２％透過鏡６２は、レーザー加工ビーム出力の９８％を反射し、レーザー加工ビーム出力の２％６４をパルスエネルギー検出器５８へ透過させる。パルスエネルギー検出器５８は、２％レーザー加工ビーム出力６４のパルスエネルギーを測定し、反射された９８％レーザー加工ビーム出力６６のパルスエネルギーを計算する。パルスエネルギー検出器５８は、計算されたパルスエネルギーを予め選択されたパルスエネルギーの値と比較し、レーザー加工ビーム５４に適用された減衰量を変更するように可変減衰器５６に指示することにより差異を解消する。パルスエネルギー検出器５８は制御装置５２へ情報を送信する。反射された９８％レーザー加工ビーム６６はシャッター６８を通過する。シャッター６８は制御装置５２からの指令により前記レーザービームを止めるか又は通過させる。反射された９８％レーザー加工ビーム６６は、反射鏡７０により向きを変えられ、可動鏡７２に向けられる。可動鏡７２は制御装置５２からの指令により前記ビームを被加工物７４又はチャック出力メーター７８に向ける。被加工物７４はチャック７６に取り付けられている。可動鏡７２が９８％レーザー加工ビーム６６をチャック出力メーター７８に向けたとき、チャック出力メーター７８は、９８％レーザー加工ビーム６６出力を測定し、その結果をパルスエネルギー検出器５８へ送信し、その後、制御装置５２へ送信する。チャック７６は、９８％レーザー加工ビーム６６を被加工物７４の様々な位置に向けるため、制御装置５２からの指令により被加工物７４を移動させる。図示しないビーム操縦光学素子が９８％レーザー加工ビーム６６を被加工物７４の様々な位置に向けてもよい。

図３は、制御装置１５２により制御されるレーザー１５０を含む、好適な実施例に係る装置の概略図である。制御装置１５２は、コンピューターを含むものとすることができ、また、インターフェース（図示せず）を介してコンピューターに接続されたものとすることができる。レーザー１５０は、レーザーパルス列を含む加工ビーム１５４を出力する。レーザー加工ビーム１５４は２％透過鏡１６２に向けて直線偏光子１６０を通過する。２％透過鏡１６２は、レーザー加工ビーム出力の９８％を反射し、レーザー加工ビーム出力の２％１６４をパルスエネルギー検出器１５８へ透過させる。パルスエネルギー検出器１５８は、２％レーザー加工ビーム出力のパルスエネルギーを測定し、反射された９８％レーザー加工ビーム出力１６６のパルスエネルギーを計算する。パルスエネルギー検出器１５８は、計算されたパルスエネルギーを予め選択されたパルスエネルギーの値と比較し、レーザー加工ビーム１５４の出力を変えるために、レーザー１５０を制御するパラメーターを変更するように制御装置１５２に指示することにより差異を解消する。前記制御装置が、レーザー加工ビーム１５４の出力を変えるために変更することができるレーザーパラメーターは、パルス要求、ポンプエネルギー、高周波Ｑスイッチ時間又はレベルを含む。反射された９８％レーザー加工ビーム１６６はシャッター１６８を通過する。シャッター１６８は制御装置１５２からの指令により前記レーザービームを止めるか又は通過させる。反射された９８％レーザー加工ビーム１６６は、反射鏡１７０により向きを変えられ、可動鏡１７２に向けられる。可動鏡１７２は制御装置１５２からの指令により前記ビームを被加工物１７４又はチャック出力メーター１７８に向ける。被加工物１７４はチャック１７６に取り付けられている。可動鏡１７２が９８％レーザー加工ビーム１６６をチャック出力メーター１７８に向けたときに、チャック出力メーター１７８は、９８％レーザー加工ビーム１６６出力を測定し、その結果をパルスエネルギー検出器１５８へ送信し、その後、制御装置１５２へ送信する。２つのエネルギー測定装置が用いられている理由は、チャック出力メーター１７８がパルスエネルギー検出器１５８より正確であり、後者を、９８％レーザー加工ビーム１６６が前記被加工物にレーザー微細加工する過程を監視するために用いることができるからである。チャック出力メーター１７８は前記レーザー出力を設定するために用いられ、パルスエネルギー検出器１５８は、前記レーザー出力が微細加工操作中に一定であることを確かめるために用いられる。チャック１７６は、９８％レーザー加工ビーム１６６を被加工物１７４の様々な位置に向けるため、制御装置１５２からの指令により被加工物１７４を移動させる。図示しないビーム操縦光学素子が９８％レーザー加工ビーム１６６を被加工物１７４の様々な位置に向けてもよい。

加工レーザー１５０は、ＵＶレーザー、ＩＲレーザー、緑色レーザー又はＣＯ２レーザーとすることができる。好適な加工レーザー出力は、約０．０１μＪないし約１．０Ｊのパルスエネルギーを有する。好適なＵＶ加工レーザーは、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＡＰ、Ｎｄ：ＹＶＯ４又はイッテルビウム、ホルミウム若しくはエルビウムに浸漬されたＹＡＧクリスタルのような固体を含むＱスイッチＵＶ ＤＰＳＳレーザーである。ＵＶレーザーは、好ましくは、３５５ｎｍ（３倍周波数Ｎｄ：ＹＡＧ）、２６６ｎｍ（４倍周波数Ｎｄ：ＹＡＧ）又は２１３ｎｍ（５倍周波数Ｎｄ：ＹＡＧ）のような波長で高調波のＵＶレーザー出力を提供する。

好適なＣＯ２レーザーは、約９μｍないし約１１μｍの波長で作動するパルスＣＯ２レーザーである。市販のＣＯ２レーザーの例として、コネティカット州、ブルームフィールドのコヒーレントＤＥＯＳにより製造されたＱ３０００型Ｑスイッチレーザー（９．３μｍ）がある。ＣＯ２レーザーが多層の被加工物２０の金属層３４、３８に効果的に穿孔することができないため、ＣＯ２レーザーで穿孔される多層の被加工物は、金属層３４、３８が不足しているか、又は、誘電層３６を露出させるため、目的位置がＵＶレーザーで予め穿孔され又は化学エッチングのような他の加工により予めエッチングをされている。本発明に係るレーザー装置に他の固体レーザーや異なる波長で作動するＣＯ２レーザーが用いられてもよいことは当業者には明らかである。様々な種類のレーザーキャビティ配置、固体レーザーの高調波発生、前記固体レーザー及び前記ＣＯ２レーザーの双方のＱスイッチ操作、ポンピングスキーム及び前記ＣＯ２レーザーのパルス発生方法が当業者に知られている。

前記した装置は、被加工物に外観をレーザー微細加工するために用いられたパラメーターを監視し、保存することにより、操作される。前記装置は、被加工物に穴を形成するために用いられるパラメーターのために予め選択された値を保存している。操作の第１モードでは、前記装置は、穴形成加工を開始し、第１穴が形成された位置を特定するアイデンティファイヤーを保存し、その穴を微細加工するために用いられたレーザーパラメーターを前記アイデンティファイヤーとともに保存する。前記装置は、さらに、パルスエネルギー検出器１５８及びチャック出力メーター１７８でパルスエネルギーを測定することにより、所望のレーザー出力が前記被加工物へ送られたことを確かめるために前記レーザー出力を監視する。所望のレーザー出力を維持するために前記レーザーパラメーターが調整され、調整されたパラメーターは前記アイデンティファイヤーとともに保存される。前記装置は、その後、次の穴を微細加工し、第２のアイデンティファイヤー及び第２のパラメーターを保存する。前記装置は、その後、前記被加工物に所望の微細加工操作の全てがなされるまで、次の穴の形成を行い、次のアイデンティファイヤー及び次のパラメーターを保存する。

前記被加工物が微細加工されると、保存された値が少なくとも３つの目的で使用される。第１に、前記パラメーターは、前記レーザー出力が微細加工操作中にどのように調整されたかを判断するため、取り出され、調査される。レーザーパラメーターの変更は、制御電子回路のドリフト又は光学素子の損傷のような状況が変化していることを示し、前記装置のオペレーターに前記装置の整備を計画させる。このため、製造中に、経年劣化をした部品が使用に耐えられなくなったり、前記装置が停止したりする前に、前記部品を交換し、又は前記装置を調節することができる。この適用例は統計的工程管理（ＳＰＣ）として一般に知られており、いつ工程が使用に耐えられなくなり、所望の品質を有しない製品を製造し始めるかを予測するために製造工程からのデータが分析される。前記方法及び前記装置により得られたデータはより正確なデータであり、従来の結果より良い結果がＳＰＣから得られる。

保存されたパラメーターの他の用途は、前記装置が質の良い穴を微細加工することが困難である場所を予測するため、前記パラメーターを調査し、使用することである。例えば、前記装置が、利用可能なレーザー出力より多いレーザー出力を要したことを前記パラメーターが示した場合、そのパラメーターで形成された穴は、十分な材料が除去されていないかもしれない。これはツールパスの決定論的特性により生じる。保存され、復元されたパラメーターの分析に基づき、前記被加工物は排除され又は再加工される。この方法の第３の用途は、これを、用いられたパラメーターの性能を評価するため、いくつかの種類の微細加工後の調査と組み合わせることである。この例では、穴の形成がドリリングであり、前記穴の形成に必要な全体の時間を示すパラメーターの１つがtdrillであり、tdrillは、秒で測られ、次式により計算される。
式：tdrill = (パルス数)/(パルス繰り返し周波数)

この場合、目的は、前記装置に最も多い加工量をもたらすため、最も短い時間で品質特性を実現することである。パルス毎の出力と各パルスの除去される材料の量とはパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）に反比例していることから、効果的な材料除去を生じさせる最大のＰＲＦを選択することができる。使用者は、除去される特定の材料及び使用されるレーザーの経験により、材料除去を達成するパルス数を選択する。完成した被加工物の結果を調査することにより、非常に少ない又は非常に多い材料除去の証拠を示す特定の外観又は外観のグループのためにパルス数又はＰＲＦを変更することができる。

特定されたパラメーターファイルは、微細加工された外観の質に変化を生じさせるために即時に使用することができる。この場合、特定されたパラメーターは前記外観の完成後にすぐに調査される。目的は、前記外観を微細加工する過程で前記装置が変更した、前記外観の質に変化を生じさせるパラメーターを検出することである。例えば、前記装置が、微細加工中に前記パルスエネルギー検出器により検出された変化によりレーザー出力を変えた場合、前記装置は、出力の変化に応じて、余分に微細加工されている可能性があるものとして前記外観に印を付けるか、又は、微細加工を完了するためにより多くのパルスを使用することができる。

他の実施例では、半導体ウエハーダイシングが行われる。この適用例では、複数の回路素子又はデバイスが１つの基板に構築されている。この例は、複数の同一の半導体デバイスが１つのシリコンウエハーにフォトリソグラフィー加工を用いて作られた半導体ウエハーである。これらのパッケージングに先立ち、前記ウエハーが切断されなければならない。前記ウエハーが切断される操作により個々のデバイスが他のデバイスから分離される。この操作は、微細加工操作においてレーザーにより実行される。前記微細加工操作では、正確な位置において単位時間に、適当な出力を有する適当な数のレーザーパルスを前記被加工物へ届けることが前記ウエハーの質の良い分離を達成する。この場合、微細加工された外観は、前記ウエハーの全体の幅又は長さを延長する切断部又はカーフとすることができる。正確なレーザー出力を維持し、単位時間に正確な数のレーザーパルスを届けるための要件は、前記した適用例と同様である。このため、この適用例は、前記した適用例と同じ方法で同種のレーザーパレメーター監視から利益を受ける。

第３実施例では、可溶性のリンクの除去が行われる。この適用例では、集積回路を含む半導体ウエハーに導電性のリンクが構築されている。前記リンクは能動回路素子を接続する。加工ステップの大部分が実行された後、前記半導体ウエハーが切断され、パッケージにされる前に、リンク除去装置が、特定の位置で１又は２以上のリンクを除去するように指示される。前記リンクを除去する目的は、前記回路素子から欠陥素子を除去すること及び（又は）前記回路に素子を追加することである。可溶性リンク構造は、前記半導体回路を調整し、連続させ又は確認するために用いられてもよい。残留するデブリが、電流が流れる通路を提供し、前記リンクを除去する目的を失わせるため、可溶性リンク材料の除去は、前記リンク材料の全てを完全に除去するために正確な時間に十分なレーザー出力がリンク領域へ届けられることが必要である。前記リンク領域へ過大な出力が向けられることにより、周囲又は基礎の回路構造が損傷を受けることがある。このため、均一で質の良いリンク除去を確実なものにするため、リンク除去装置がレーザービームパルスパラメーターを正確に監視することが重要である。

基本的な原理から逸脱することなく、本発明の前記した実施例の詳細に多くの変更がなされることがあることは、当業者には明らかである。本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ決定される。

２０、１７４ 被加工物
３４、３６、３８、４０ 層
１５２ 制御装置
１５４ レーザー加工ビーム

Claims (11)

1. プログラム可能な制御装置により制御されるレーザービームパルスを用いて被加工物に微細加工された外観に関する情報を提供する方法であって、
   前記外観は１又は２以上の仕様により特徴付けられており、
   前記被加工物は１又は２以上の層により特徴付けられており、
   前記層は材料種類及び厚さにより特徴付けられており、
   前記レーザービームパルスは１又は２以上のパラメーターにより特徴付けられており、
   前記制御装置は、レーザービームパルスパラメーター、外観仕様又は被加工物特徴の１又は２以上を含むデータを処理する演算処理装置に操作可能に接続されており、
   前記方法は、微細加工された１又は２以上の外観のために、該外観を微細加工するために用いられた１又は２以上のレーザービームパルスパラメーターを記録すること、
   記録されたパラメーターを該パラメーターで微細加工された特定の外観の外観仕様と関連付けるために前記パラメーターを特定すること、
   特定されたパラメーターを保存すること、
   保存されたパラメーターを取り出すこと、
   微細加工された外観の均一な質を実現するため、取り出されたパラメーターを前記制御装置と共同して処理することを含む、方法。
2. 前記レーザービームパルスパラメーターは、種類、サイズ、パルス繰り返し数、パルス数、パルス形状、パルス幅、パルスエネルギー、ピークパルス出力、パルスエネルギー公差、整定時間、スポットサイズ、ビーム形状又は波長の１又は２以上を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記外観仕様は、種類、位置、深さ、形状、大きさ、直径又は微細加工後における残留する許容可能なデブリの１又は２以上を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記被加工物特徴は、層の数及び順番並びに各層を含む材料の１又は２以上を含む、請求項１に記載の方法。
5. 処理されたパラメーターは統計的品質管理に用いられる、請求項１に記載の方法。
6. 処理されたパラメーターは、微細加工された外観が、予め選択された値と一致しない寸法を有することを示すために用いられる、請求項１に記載の方法。
7. 微細加工された特定の外観に関する処理されたパラメーターは、前記制御装置が、追加の微細加工を行うために前記特定の外観に追加のレーザービームパルスを向けるようにするために用いられる、請求項１に記載の方法。
8. 処理された外観仕様、処理された被加工物特徴及び処理されたレーザービームパルスパラメーターは、外観を微細加工するために用いられたレーザービームパルスパラメーターを修正するために用いられる、請求項１に記載の方法。
9. 処理されたパラメーターは、次の被加工物に微細加工するために用いられるパラメーターを修正するために前記制御装置により使用される、請求項１に記載の方法。
10. 微細加工された被加工物は、１又は２以上の層の誘電体又は様々な厚さの導電材料を含むプリント基板である、請求項１に記載の方法。
11. 微細加工された構造は、１又は２以上の層の被加工物を貫くほぼ円形の穴である、請求項１に記載の方法。

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