JP5502726B2 - 光反射性多層ターゲット構造のレーザ加工 - Google Patents

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本開示は多層の加工ターゲットのレーザ加工に関し、特に、加工ターゲットによって吸収されるレーザエネルギーの量及び加工品質に対する、建設的または相殺的干渉効果の与える影響の制御に関する。

集積回路(IC)チップの導電性リンクを切断すること及びシリコンウエハ上の薄膜をトリミングすることは、光反射性多層構造のレーザ加工の２つの例である。このような加工ターゲットのレーザ加工に関連する主な問題の１つは、多数の保護層及びターゲット材質層の異なる厚さに起因する建設的又は相殺的干渉効果が、リンク又は薄膜の加工ターゲットによって効果的に吸収可能なレーザエネルギーの割合に影響を与えることである。これは、一定のレーザパルスエネルギーを使用し、加工ターゲットを加工する場合には、今度は、加工結果に影響を与える。場合によっては、干渉効果によって加工ターゲットによって吸収されるレーザエネルギーの割合が低下する場合、リンクの不完全な切断または薄膜の不完全なトリミングとなり、加工失敗となる。他の場合、干渉効果によって加工ターゲットによって吸収されるレーザエネルギーの割合が増加する場合、過剰加工となり、保護層の過剰な切断などの低品質の加工となる。干渉効果はその上、シリコンウエハの損傷リスクに著しく影響する。干渉効果の変動は、所与の数の保護層に対する保護層の厚さ、保護層の材質、リンク又は薄膜の厚さと材質、使用されるレーザ波長などのような要因の変動に関係する。残念なことに、保護層の厚さを、ウエハ表面に亘って、又は一群のウエハの多数のウエハ間で、一様にすることは難しい。このことが、レーザ加工の安定性を無くし、制御を困難にしている。さらに、その上にある保護層の厚さと材質の種類は、破裂挙動がそれらの特性に依存するので、リンク切断加工に影響を与えている。

保護層の厚さを含め多層構造パラメータの変動により生じるレーザ加工に対する干渉効果について、”Laser processing optimization of semiconductor based devices” YL Sun, Oregon Graduate Institute of Science & Technology, 1987 （Sun論文）という題の出願人のPhD論文を含め、様々な刊行物によって詳細に報告され分析されている。Sun論文は又、上部の保護層の様々な厚さの、メモリチップリンク加工に対する影響を詳細に分析した。

コーディングレイ(Cordingley)らの米国特許出願公報番号2006/0216927 A1(‘927公報）は、層の厚さ及び反射率の少なくとも１つを測定し、レーザパルス特性の変動を決定することによってレーザパルスのエネルギーを調整することを提案した。‘927公報は、このような変動を決定することに対する幾つかのアプローチを示唆した。そのアプローチには、（１）単に、ターゲットからの反射率を測定すること、（２）偏光解析法又はスペクトル解析によって保護層の厚さ及び材質屈折率を測定すること、（３）２つの異なる波長で反射率を測定し、酸化膜（即ち、保護層）の厚さを算出することが含まれている。これら提案のアプローチの各々には付随する問題がある。

提案のアプローチ（１）に対して、リンク加工の場合、リンク幅は、約1.0マイクロメートルである。レーザ加工システムにとって使用できる最も小さいレーザビームスポットサイズは一般に、リンク幅より大きい。従って、レーザビーム又は他のシステムの光源による簡単な反射率測定は、シリコンウエハ上のリンク構造からと、リンクのない隣接する構造からの（それらの構造の上に積層された異なる保護層のすべてによって影響される）反射率寄与分の混合物を与える。‘927公報は、リンクに対してレーザスポットを２回、異なる場所に位置づけることによって、リンク部分からの反射情報を得ることができると述べている。‘927公報の教示は、リンクからのこの反射情報だけを使用して加工レーザパラメータを制御することであった。しかし、Sun論文で議論されているように、リンクに隣接するがそれを含まない多層構造とリンクの下にある保護層状構造とからの反射情報も又、成功裏のリンク加工に於いて非常に重要な役割を果たす。‘927公報によって示唆されたことに反して、リンクの上面から測定されるより高い反射率は、必ずしもよりよい加工品質を達成するより高いレーザエネルギーを示さない。

提案のアプローチ（２）に対しては、問題は、測定が偏光解析器又はスペクトル解析装置によってオフラインで行われ、そのオフライン測定は、製造コストを増加させ、非常に時間が掛かることである。さらに、これらの技法は、リンクの上に１つの層だけがあるときで且つリンク材質の複素屈折率が既知のときに、正しく機能する。許容精度のために、測定ビームスポットサイズは、リンク幅より小さくなければならない。これは、殆どの市販の偏光解析器及びスペクトル分析装置では実行不可能である。リンクの上に多数の保護層がある場合、又はリンクの複素屈折率が未知である場合、各層の厚さ及びそれらの屈折率を決定することは殆ど不可能である。その一方、うまくいっても、この測定では、リンクの上にある保護層についてのみの情報が得られるだけである。この測定では、リンクに隣接するエリアに於けるシリコンウエハに対するレーザ損傷のリスクについての情報は得られない。なぜなら、リンクによって占有されていないウエハ表面領域上に積層された保護層の問題については、対処されていないからである。

提案のアプローチ（３）に対しては、測定を行うためには、異なる２つのレーザ又は光源が必要である。‘927公報は、２つの異なる波長の反射率が測定される場合、保護層の厚さは、保護層の材質の既知の屈折率によって算出できると述べている。この場合もやはり、この提案は、提案の作業を実行可能にするためには、光スポットサイズはリンク幅より小さくなければならないという手に負えないほど実現不可能な条件を満たす必要があるということを認識できていない。またリンク材の複素屈折率の情報も必要である。上部の保護層の測定反射率は、Sun論文が教示しているように、上部保護層の性質のみならず、リンクとの界面の性質を表わしている。さらに、ポリシリコンなどのリンク材が、部分的にレーザ出力を透過させる場合には、下部の保護層も又測定反射率に寄与する。

‘927公報は、リンク幅とレーザビームスポットサイズの問題を認識し、レーザビームスポットをリンクに対して異なる位置に移動させながら、より多くの測定を行い、リンク構造による反射情報を得ることを提案している。このアプローチは、単調で、実行するのに長時間を必要とする。さらに重要なことには、‘927公報は、リンクレーザ加工とレーザパラメータの選択とに関してリンクに隣接する層状構造の重要性、又はリンク加工に関して下部保護層状構造の重要性について教示又は理解できていない。従って、‘927公報が教示するようにターゲット構造の上にある層の厚さ及び反射率測定値に基づいてレーザパルス特性を選択しても、レーザ加工の保証された向上を何も得ることはできないだろう。

レーザ加工技術の好適な実施形態は、ウエハ表面全体に亘る、または一群のウエハの多数のウエハ間に共通した、積層されたターゲット構造及び保護層の光反射情報に基づいて、レーザパルスエネルギーまたは、レーザパルスの時間的形状などのその他のレーザビームパラメータを調整することによって、干渉効果問題を解決する。ターゲットリンク測定構造及びリンクに占有されていない隣接する保護層エリアに於けるレーザビーム反射測定によって、ウエハに損傷を与えることのないより安定した加工結果のためのレーザパルスエネルギー調整の計算をすることが可能となる。

ターゲットリンク測定構造及び隣接する保護層エリアからの反射情報を、ウエハ全体に亘る一般的な保護層の厚さの変動傾向についての先験的情報（a priori information）と併せて用いることによって、ウエハの加工に使用されるレーザパルスのエネルギーを、リンク加工のコンピュータシミュレーションモデルに基づいて、最適化することができる。構造に対するレーザ加工ウインドウ、及びリンク構造設計と製造プロセスの健全性などの情報も、反射測定及びコンピュータシミュレーションモデリングより得ることができる。ウエハ上の薄膜トリミングの場合は、薄膜構造と薄膜の存在しない保護層状構造とに入射するレーザビームの同様な反射測定情報は又、よりよい加工品質を保証するためのレーザパラメータ選択に必要となる情報を提供することができる。

レーザビームの反射のこの直接測定は、実際に容易に実施することができ、例えば、各層に使用されている様々な材質及び、リンク材と保護材に対する複素屈折率などの、保護積層の詳細なパラメータについての情報は必要としない。

別の態様、及び利点は、添付の図面を参照しながら進める好適な実施形態についての以下の詳細な記述から明らかになる。

基板上に支持される上部及び下部の保護層を含む導電性リンク構造の断面図である。 図１のリンク構造のリンクと上部及び下部保護層とによって吸収されるレーザビームエネルギーに対する干渉効果の影響を示している。 反射率測定領域の一実施形態を示し、その領域は、レーザ加工を受ける一群のリンクに関係するターゲットリンク測定構造及び隣接する保護層測定場所を有している。 反射率測定領域の一実施形態を示し、その領域は、レーザ加工を受ける一群のリンクに関係するターゲットリンク測定構造及び隣接する保護層測定場所を有している。 半導体ウエハの補助ターゲット及び測定領域から反射される光の強度測定を行う、レーザ加工システムの動作を示し、説明しているブロック図である。 図１の導電性リンク構造の上面図であり、一例に於いて、２つの異なる光ビーム反射測定を行うための２つの走査用レーザビームスポットの配置を示している。 図１の導電性リンク構造の上面図であり、一例に於いて、２つの異なる光ビーム反射測定を行うための２つの走査用レーザビームスポットの配置を示している。 図１の導電性リンク構造の上面図であり、一例に於いて、２つの異なる光ビーム反射測定を行うための２つの走査用レーザビームスポットの配置を示している。 基板上に支持される上部及び下部保護層を含む電気抵抗薄膜構造の断面図である。 レーザトリミング加工の拡大上面図であり、加工では、連続する多数の部分的に重複するレーザビームパルスによって上部保護層材及び薄膜材の深さ方向の除去が必要になる。

図１は、簡略化した導電性リンク構造の断面を示しており、その構造は単一の上部保護層と単一の下部保護層を含んでいる。図１を参照するに、リンク構造10は、誘電体の上部保護層14とフィールド酸化膜材（通常、二酸化ケイ素）の下部保護層16との間に配置された導電性リンク12を含む。大部分の実際のデバイスでは、下部保護層16は、異なる材質で作られた幾つかの異なる層から構成されていてよい。リンク12自身も又異なる材質で作られた２個以上の層から構成されていてよい。リンク構造10は基板18上に支持されている。以下に示す説明に於いては、リンク構造10と基板18は、半導体ウエハ20の一部であり、その基板18は、好ましくは、シリコンで作られている。

リンクのレーザ加工に於いては、ビームスポットサイズは、リンク幅より大きい。以下の説明では、ガウス形状の加工レーザビーム30の中心エリア部分と側方エリア部分の、リンク構造10の上とその外への入射が説明されている。レーザビーム部分30lは、リンク構造10に入射するレーザビーム30の中心エリアを表し、レーザビーム部分30pは、リンク12の外の隣接領域にある保護積層に入射するレーザビーム30の側方エリア部分を表している。

図１は、リンク構造10に入射して通過し、基板18に伝播するビーム部分30lを示している。図１には、リンク構造10の異なる深さ毎にレーザビーム30の吸収と反射を示すように注釈が付けられている。リンク構造10を伝播する、レーザビーム部分30lの経路に沿って配置された異なる幅の長方形のボックスは、それぞれの界面に於ける反射とリンク12による吸収後のビーム経路に沿う異なる位置に於けるレーザエネルギーの量を定性的に表している。上方を示す矢は、リンク構造10の外と内の媒体界面に於ける反射光の発生を示す。図１は又、リンク12に隣接するがしかしリンク12によって占有されていない領域の上部保護層14及び下部保護層16に、入射し伝播するレーザビーム部分30pの経路を示している。レーザビーム部分30pの経路に沿って配置された幅の異なる長方形のボックス、及び上向きの矢は、リンク構造10に対して説明されているのと同じ現象を表現している（リンク12の存在を除いて）。

レーザビーム部分30lに対して、ボックス32の幅は、レーザビーム30がこの場所の空中を伝播し、上部保護層14に入射する時のレーザビームのエネルギー量を表している。ボックス32の幅より狭い幅のボックス34は、レーザビーム30がリンク12に達する前の上部保護層14内のレーザエネルギーの量を表している。リンク12内のボックス36の幅は、狭くなり、リンク12を伝播するときの、レーザビーム部分30lのより少ないレーザエネルギーを表している。レーザエネルギーの減少は、リンク12による吸収と、上部保護層14−リンク12の界面での反射とに起因する。ポリシリコン12の吸収深度（absorption depth）は、レーザビーム30の波長1.047マイクロメートルで５マイクロメートルである。ボックス38の幅は、リンク12を出て下部保護層16を通り、基板18に伝播する時のレーザビーム30のエネルギーの残余量を表している。ボックス40は、基板18で吸収されるビームエネルギーを表している。もし初期エネルギーが十分に高い場合、レーザビーム30は、下部層16のみに、又は基板18と共に損傷を与えるだろう。

方向矢印50，52，54及び56はそれぞれ、レーザビーム部分30lによるリンク構造10内の伝播によって、空気−上部保護層14間の界面、上部保護層14−リンク12間の界面、リンク12−下部保護層16間の界面、及び下部保護層16−基板18間の界面で生じる光反射の発生を表している。(図１は、これら反射されたビームについて、それらの経路上の次の界面での２次反射は示していない。) 様々な関連する場所で生じるこれら多数の光反射が、互いに交差する場合、光反射は、それらの位相関係に基づいて建設的又は相殺的干渉効果を引き起こす。これらの干渉効果は、レーザビーム30による意図した加工を複雑にする。ターゲットからのレーザビームの最終反射率は、これらの干渉効果に依存し、従って前述した多数の要因の関数である。

レーザビーム部分30pに関し、ボックス58の幅は、レーザビーム30がこの場所の空中を伝播し、上部保護層14に入射する時のレーザビーム30のエネルギー量を表している。次第に幅が狭くなるボックス60、62及び64はそれぞれ、上部保護層14、下部保護層16、及び基板18に於けるビームエネルギーの効果を表している。 入射レーザビーム30pのエネルギーを吸収するリンク材はないので、ボックス58によって表されている入射レーザエネルギーは、ボックス32によって表されているレーザ30の部分のエネルギーより強くはないものの、ボックス62によって表される基板18への入射レーザエネルギーは、基板に対して大きな損傷リスクを与える。

方向矢印50，66，及び68はそれぞれ、レーザビーム部分30pによる伝播によって、空気−上部保護層14間の界面、上部保護層14−下部保護層16間の界面、及び下部保護層16−基板18間の界面で生じる光反射の発生を表している。

図２は、図１のリンク構造10の上部及び下部保護層14と16に対して、リンク12によって吸収されるレーザビームエネルギーに対する干渉効果の周期性を示す３次元グラフ図である。Ｘ軸は、下部保護層16の厚さを表し、Ｙ軸は、上部保護層14の厚さを表し、Ｚ軸は、リンク12によって吸収される入射レーザエネルギーの割合を表している。リンク12によって吸収されるレーザエネルギーの割合はまた、グレイ・スケールのバーで示されている。干渉効果は、加工に対して一定なレーザパルスエネルギーが使用される場合、加工結果に影響を与える。干渉効果の変動は、保護層の数と厚さなどの保護構造パラメータと、保護層が作られている材料と、リンク12自身の構造及び厚さと、リンク12自身が作られている材料と、そしてシリコン基板の物理的特性との変動に関連している。リンクターゲット又は薄膜が部分的にレーザエネルギーを透過させる場合には、図２に示すように、下部保護層16及び基板18も干渉効果に於いて重要な役割を果たす。リンク12の外側の、入射レーザエネルギーに対して生じる干渉効果は、同じように算出してよい。基板18に伝達されるレーザエネルギーの量が、基板に対する損傷のリスクを決定する。

上部保護層14の厚さも、レーザ加工に影響を与え、リンク構造10内のストレス増加による保護層の破壊に関連する。一般に、上部保護層14は薄いほど、破開(break open)するのに必要なエネルギーが小さく、上部保護層14は厚いほど、破開するのに必要なエネルギーが大きい。破開事象は、所与の一定のレーザパルスエネルギー及びパルス形状に対して、薄い保護層に比べて、厚い保護層に対しては、より遅い時間に発生するだろう。非常に長いレーザエネルギー照射時間後に生じる破開事象は、Sun論文で示されているように、より大きな熱影響域の結果として、保護層のいびつな裂け目となるだろう。

開示される好適な実施形態は、ウエハ全体に亘る保護層の厚さの変動傾向に関する先験的情報（a priori information）と関連し、またウエハ全体に亘り且つ一群のウエハの多数のウエハに共通する幾つかの所定の代表的な場所にあるターゲット構造全体及び保護積層についての反射情報に対応して、レーザパルスエネルギーまたは、レーザパルスの時間的形状などのその他のレーザビームパラメータを調整することによって、この課題を解決する。

所与の製造者のプロセス技術及びノウハウに関して、上部保護層の厚さの変動は一般に、ウエハのエッジ近傍の比較的一様な厚さ及び中心に於ける薄い厚さなどのような、ウエハ全体に亘って比較的再現性のある傾向を有する。反射変動情報と、上部保護層の厚さ変動の既知の傾向を組み合わせることによって、上部保護層は、薄くなっているか厚くなっているかを決定し、上部保護層の比較的正確で絶対的な厚さを決定することができる。従って、ウエハ・エッジの異なるエリアの近傍の幾つかの場所、ウエハの中間の近傍の幾つかの場所、ウエハの中心エリアの幾つかの場所など、関心のある幾つかの代表的な場所を、前もって決定してよい。ウエハ製造者は、経験を基に、容易に適切な場所を特定できる。

レーザビームスポットサイズは一般にリンク幅より大きく、且つ下部保護層に起因する干渉効果がレーザ加工に影響を与えるということに基づいて、以下に説明する測定技術によって、反射性多層構造のレーザ加工を最適化するための適切な反射情報を取得する。

パルスレーザ加工を行う前に、一の好適な実施形態に於いては、同じレーザより放射されるより低い電力の連続波(CW)レーザビームを使用し、ウエハ全体に亘って所定の場所にある、ウエハ20のリンクバンクに追加された補助ターゲットを走査する。各補助ターゲットは、レーザビームのスポットサイズ以上の幅を有することを除き、リンク構造10と同じ構造を有する。当業者は、加工用パルスレーザを使用して測定用CWレーザビームを照射することの利点は、最も単純で、費用効率が最も高いことであることを理解できる。さらに、測定用CWレーザビームは、加工用レーザと同じ波長を有するので、測定される反射と干渉効果は、実際のレーザリンク加工中の反射と干渉効果を直接的に表現したものである。

図３Ａ及び図３Ｂは、補助ターゲット及び対応する反射測定エリアの２つの実施形態の上面図である。

図３Ａを参照すると、第１の実施形態に於いては、補助ターゲット70は、４つのリンク構造10₁,10₂,10₃,及び10₄のバンクに近いウエハ20の領域に位置し、４つのリンクの各々は、リンク構造10を参照して上述したように構造化されている。補助ターゲット70は、導電性リンク72を含み、その導電性リンクは、円形の中央部分76によって連結された２つの略長方形の端部74を有している。円形の中央部分76は、ウエハ20の上部主表面に入射するレーザビームのスポットサイズ以上の大きさのリンク幅を提供する直径を有している。補助ターゲット70の全長は、好ましくは、リンク構造10₁−10₄の長さと同じである。測定領域78は、補助ターゲット70とリンク構造10₁との間に位置してそれらに隣接し、そこには、保護層14と16はあるが、リンク材は存在しない。

図４は、レーザ加工システム80の動作を示し、説明しているブロック図である。ウエハ20の補助ターゲット70及び測定領域78から反射された光の強度測定を行う。図３Ａ及び図４を参照すると、システムレーザ84によって放射されるCW走査レーザビーム82は、レーザコントローラ86によって、ウエハ20を損傷しないように十分低いレベルに設定された出力エネルギーを有する。中央部分76に入射し十分に取り込まれた走査レーザビーム82は、反射ビーム88として、補助ターゲット70から反射して、反射測定値Ａとして処理され、反射強度情報Raを与える。補助ターゲット70によって反射された光より得られた反射強度情報Raは、リンク72に垂直な方向に於ける干渉効果の純粋な指標であり、補助ターゲット70の導電性リンク72の境界の外側に当る走査レーザビーム82の干渉効果の寄与を含んでいない。測定領域78に入射し、十分に取り込まれた走査レーザビーム82は、反射ビーム90として、基板18上の積層された保護層14と16から反射して、反射測定値Ｂとして処理され、反射強度情報Rbを与える。測定領域78によって反射された光より得られる反射強度情報Rbは、ウエハ20上に積層された保護層14と16の干渉効果の純粋な指標であり、それら保護積層間に挟装されているリンク12はない。

レーザ加工システム80は次に、リンク12の材料及びその厚さなどの基本的なリンク設計パラメータと、層14と16の各々の公称の厚さ及び使用される材料などを含む保護積層の情報と、反射強度情報Raとによって、ウエハ20全体に亘る保護層の厚さの変動傾向と、Raを生じる補助ターゲット70の場所とを算出し、公称値（即ち、初期の提案レーザエネルギー）に対するレーザパルスエネルギーの調整量を決定する。レーザ加工システム80は又、上記情報及びシリコン基板に対する損傷を防止するためのRbに基づいて、レーザエネルギー上限値も算出する。従って、レーザ加工システム80は、この特定の補助ターゲット70の場所を囲むエリアにあるリンク12の加工の際に使用されるレーザパルスエネルギーの最終選択を行うことができる。算出されたレーザエネルギー上限値と提案のレーザエネルギーから、製造者は、例えば、レーザ加工ウインドウのサイズ、リンク構造設計と保護層のプロセス技術の健全性、及び予想レーザリンク加工結果と歩留まりなどの事前情報を得る。

リンク12が、走査レーザビーム82に対して不透明であるような適切な厚さを有するメタルで作られている場合、Raは、リンク12の上の領域にある上部保護層14の干渉効果の純粋な指標である。追加の情報Rbを使って、リンク12がほとんど除去された後の下部保護層16に起因する干渉効果を評価し、加工のために選ばれたレーザパルスエネルギーとレーザパルス形状とをよりよく制御することができる。一般に、例えば、より厚い上部保護層14は、上出来な加工には、早い立ち上がりのレーザパルスのリーディングエッジを必要とし、リンク12がほとんど除去された後の基板18によって吸収される多量のレーザエネルギーに対しては、レーザパルスのフォーリングエッジのよりシャープな下降が必要となる。

図３Ｂを参照すると、第２の実施形態に於いては、補助ターゲット92が、図３Ａの補助ターゲット70があったウエハ上の場所の補助ターゲット70に取って代わっている。図３Ｂの測定領域78とリンク構造10₁−10₄は、図３Ａのそれぞれ対応するものと同じ構造であり、同じ位置にある。補助ターゲット92はターゲット構造10と同じ構造を有し、ウエハ20の上部主表面に入射するレーザビームのスポットサイズ以上の大きさの幅を有する長方形状の導電性リンク94を含んでいる。補助ターゲット92の長さは、好ましくは、リンク構造10₁−10₄の長さと同じである。走査レーザビーム82は、リンク94と測定領域78を交差するように走査する。反射強度情報Raは、ビームスポットの中心がリンク94にある時に測定される光反射強度を表す。反射強度情報Rbは、走査レーザビーム82が測定領域78に向けられている時に収集される。RaとRb、レーザスポットサイズ、及びリンク94の幅に基づいて、リンク94と重なるレーザエネルギーの反射強度情報を計算することができる。この計算結果は、提案のレーザパルスエネルギー、レーザ加工ウインドウ、基板18に対するレーザ・ダメージ、推奨レーザパルス形状、及びそのような他のパラメータを決定するのに使用することができる。

別の好適な実施形態では、走査レーザビームパルスを、走査レーザビームパルスのスポットサイズより小さい幅を有する無傷のリンクに対して当てることが必要になる。

リンク幅と、レーザビームスポットサイズと、レーザビームスポット全体に亘るレーザエネルギー分布と、２つの異なる光ビーム反射測定のためのリンクに対するレーザビームスポットの相対位置決め方式とが正確に判る場合、リンク構造からの反射情報とリンクの外の構造からの反射情報とを得ることができる。

図５Ａ，５Ｂ，５Ｃは、２つの光ビーム反射測定の実行のためのレーザビームスポット配置の幾つかの例を示している。

図５Ａを参照すると、レーザビームパルス82₁及び82₂は、リンク12の長さ方向に延びる中心線102上のポイント100に対して横方向のそれぞれ異なる位置で、リンク構造10に当る。レーザビームパルス82₁及び82₂は、同じスポットサイズであり、リンク12の幅ｗより大きい直径を有している。レーザビームスポットは、リンク12と重なり、且つ互いに重なっている。

図５Ｂを参照すると、レーザビームパルス82₁はリンク構造10に当たり、レーザビームパルス82₂は、リンク構造10の外の上部保護層14と下部保護層16に当っている。レーザビームパルス82₁及び82₂は、同じスポットサイズであり、リンク12の幅ｗより大きい直径を有している。レーザビームスポットは、互いに重なっていない。

図５Ｃを参照すると、同心の異なるスポットサイズのレーザビームパルス82₁及び82₂がリンク構造10に当っている。レーザビームパルス82₁及び82₂の異なるスポットサイズは、それらのうちの１つの焦点を変えることによって得ることができる。

図５Ａ，５Ｂ，５Ｃの例の各々に於いて、レーザビームパルス82₁及び82₂に対して測定される光ビーム反射測定値はそれぞれ、リンク12によって反射される異なる光ビーム強度の反射情報を与える。リンク12に入射する走査レーザビーム82のガウスビーム強度プロファイルの対応部分は異なるからである。図５Ｂの例に於いては、リンク12によって反射される走査レーザビーム82の光ビーム強度間の差異は、レーザビームパルス82₁の反射のみによって表される。なぜなら、レーザビームパルス82₂は、リンク構造10の外の保護層14と16に当っているからである。リンク構造に関する反射情報と、リンク構造に対して部分的に外側か完全に外側かのいずれかの反射情報とを用いて、提案のレーザパルスエネルギー、レーザ加工ウインドウ、基板に対するレーザ損傷、好適なレーザパルス形状、及び他の加工パラメータを決定することができる。

レーザ加工は、以下の３個の要因のすべてを考慮する。第１は、一般に、保護層の厚さの変動は、熟練した製造に於いては、ウエハ全体に亘って再現性のある傾向を示す。例えば、保護層は、通常、ウエハの中心エリアではより薄く、ウエハの外側エリアではより厚い。製造者は、他の技術又は、偏光解析器などのオフライン装置を使用して、この傾向を測定することできる。第２には、図２に示されているように、干渉効果は全く周期的であり、反射値が公称値より低くても、保護層が公称値より厚いことも又より薄いこともあること示す可能性があることを意味する。第３に、通常、干渉効果から生じるターゲットによるレーザエネルギーの反射の影響を無視するなら、リンク加工の場合には、最良の加工品質のために、上部保護層が厚いほど、より大きな量のレーザエネルギーと、より早い立ち上がりのリーディングエッジが必要になる。

低電力のCW走査レーザビーム82からの反射情報を、ウエハ20全体に亘る一般的な保護層の変動傾向と組み合わせて使用し、Sun論文で展開された最適化理論に基づいて、さらに、ウエハ20の様々なエリアに関して使用されるレーザパラメータを最適化することができる。

上記の情報は、ウエハ20全体に亘る様々なエリアに対して、レーザ加工ウインドウの幅の範囲を決定するのに役に立つ。この情報は、ウエハ製造者が、IC構造設計及びプロセスが高い歩留まりと安定したレーザ加工結果のために十分に健全であるか否かを理解するのに役立つ。

レーザコントローラ86は、レーザのポンピング強度の直接制御か、モデル番号9820と9830のリンク加工システムで使用されている液晶減衰器又はモデル番号9830と9850のリンク加工システムで使用されているレーザパルスピッカーなどのレーザエネルギー減衰器の操作かのいずれかによって、パルスレーザエネルギーの制御を行う。レーザコントローラ86は、モデル番号9830 HDTリンク加工システムで使用されているテイラー型レーザパルスなどの、加工レーザビーム30のパルスエネルギープロファイル形状の制御を行うことができる。上記のシステムの全ては、本特許出願の譲受人であるElectro Scientific Industries社から入手できる。

上記の反射測定走査技術は、レーザ加工に著しく負担を掛けないし、そして、特にWN及びAINなどの合金で作られ普及しているリンクに対しては取得が非常に難しい、材料の複素屈折率などの情報を必要としない。この技術は、リンク又はシリコンウエハを覆っている様々な層の数に関係なく正しく機能し、現在用いられているレーザ加工システムハードウエアを大幅に改良する必要はなく、そして偏光解析器又はスペクトル分析装置などの追加ハードウエアを必要としない。

リンクのレーザ加工を対象にした前述の議論は、シリコン基板上の薄膜のレーザトリミングに適用できる。図６Ａは、図１のリンク構造10によく似ている薄膜構造210の断面を示している。薄膜構造210は、誘電体の上部保護層214とフィールド酸化膜材（通常、二酸化ケイ素）の下部保護層216との間に配置された電気抵抗層の部分212を含む。薄膜構造210は、基板218上に支持されている。以下の説明では、薄膜構造210と基板218は、半導体ウエハ220の一部であり、その電気抵抗層の部分212は、好ましくは、ニッケルクロムから作られており、基板218は、好ましくは、シリコンから作られている。薄膜の標準的な厚さは、数10から数100オングストロームの範囲内にある。

図６Ｂは、レーザトリミング加工を示しており、この加工では、Ｌ字形ビーム経路232に沿って移動する加工用レーザビーム230の部分的に重複するパルス列による、抵抗層部分212の領域の漸進的な深さ方向の除去が必要になる。図６Ｂを参照すると、円形スポットエリアの第１レーザパルス230₁によって、抵抗層部分212の円形領域の深さ方向の除去が行われ、その結果として下部保護層216が露出する。薄膜抵抗層部分212の不十分な厚さのために、薄膜トリミングの最中に上部保護層214が吹き飛ぶことはない。次に引き続いて生じる円形スポットエリアのレーザパルス230₂は、レーザパルス230₁によって除去された領域の約３分の１と重なり、そして、ビーム経路232に沿うレーザビーム230の動きによって提示された、抵抗層部分212のこれまで無傷であった領域の約３分の２について深さ方向の除去が行われる。レーザパルス230₂は、保護層214と216の領域、及びレーザパルス230₁によって露出されたシリコン基板218の領域にレーザエネルギーを当てる。次に引き続いて生じる円形スポットエリアのレーザパルス230₃によって、レーザパルス230₂に対して説明したのと同じ抵抗層部分の除去と、保護層と基板の露出とが生じる。レーザパルス230_nでもって終了するまで、レーザビーム30がビーム経路232に沿って漸進的に移動するに従い、引き続き生じるレーザパルス230_iによって、電気抵抗部分212の段階的な除去と、保護層と基板の露出とが行なわれる。トリミング時の、薄膜材の基板218へのこの重なりは、リンク構造10に対して説明したものに類似している。

薄膜構造と、薄膜の存在しない保護層状構造とに入射するレーザビームの同様な反射測定情報は又、レーザパラメータ選択に必要となる情報を提供し、よりよい加工品質を保証することができる。当業者は、薄膜トリミングの場合、反射測定の実施には、補助ターゲットは必要ではないことを理解できる。

この技術分野の当業者にとっては、本発明の基本原理から逸脱することなく、上記の実施形態の詳細に対して、多くの変更を加えることができることは、明らかである。例えば、別の適切な光源を走査レーザビーム82の代わりに使用してよい。従って、本発明の範囲は、次に続く請求範囲によってのみ決定されるべきである。

Claims (21)

1. 主表面を有し且つ、基板上に支持される多層保護構造及びターゲット材を含む光反射性構造をレーザ加工する方法であって、
   前記光反射性構造が、保護層の厚さの前記主表面に亘る非一様な分布によって特徴付けられる、前記方法は：
   前記保護層の厚さの前記主表面に亘る前記非一様な分布についての先験的情報を取得することと、
   前記ターゲット材の一部が存在する場所にある前記光反射性構造の第１の領域において、前記第１の領域と前記基板に機能的な損傷を与えることなく、第１の光ビーム波長で第１の光ビーム反射測定を行うことと、
   前記第１の領域の近傍であって、且つ前記多層保護構造の一部が存在し前記ターゲット材が存在しない場所にある前記光反射性構造の第２の領域において、前記第２の領域と前記基板に機能的な損傷を与えることなく、第２の光ビーム波長で第２の光ビーム反射測定を行うことと、
   前記第１及び第２の光ビーム反射測定値を処理して前記第１及び第２の光ビーム反射測定値に相当する吸収差異値を算出し、前記先験的情報を処理して前記第１及び第２の領域の近位にある場所のターゲット材の選択された部分をレーザ加工するための加工用レーザ出力パラメータを決定することと、
   を含み、
   前記第１及び第２の光ビーム波長は等しい方法。
2. 前記加工用レーザ出力パラメータは、レーザパルス出力エネルギーである、請求項１に記載の方法。
3. 前記加工用レーザ出力パラメータは、レーザパルス出力エネルギーの時間的形状である、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の領域は、前記ターゲット材の一部が存在する場所にある、光反射性構造の多数の領域の集合の要素であり、前記の第１の光反射測定の実施は、前記多数の領域に対して光ビームを走査することを含み、前記光ビームは、前記場所にある前記ターゲット材の物理的特性を感知できる程に変化させるには不十分なパワーを有する、請求項１に記載の方法。
5. 前記加工用レーザ出力は、前記主表面上のスポットサイズによって特徴づけられ、前記第１の領域の前記ターゲット材の前記一部分は、少なくともその一部が前記スポットサイズ以上の幅を有するターゲットリンク測定構造を含み、それによって、前記第１の領域の外にある多層保護構造の隣接領域からの干渉効果の感知できる程の寄与分を有しない、前記第１の領域の干渉効果の指標を与える、請求項１に記載の方法。
6. 前記加工用レーザ出力は、主表面上のスポットサイズによって特徴付けられ、
   前記第１の領域の前記ターゲット材の前記一部分は、ある幅を有するリンクを含み、
   前記第１の光ビーム反射測定は、前記レーザスポットが前記リンクの前記幅に関して略中央にある時に、行われ、
   前記加工用レーザ出力パラメータの決定のための前記処理は、前記リンクに重ねられたレーザパルス出力エネルギーの反射情報の計算することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１及び第２の光ビーム反射測定の実施に於いて、レーザ源からの放射が使用される、請求項１に記載の方法。
8. 前記レーザ源は、加工用レーザ出力を発生する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１及び第２の光ビーム反射測定の実施に於ける前記レーザ源からの放射は、連続波放射であり、前記加工用レーザ出力の発生に於ける前記レーザ源からの放射は、パルス放射である、請求項８に記載の方法。
10. ターゲット材の前記選択部分は、導電材を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記導電材は、半導体素子リンクを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記半導体素子リンクは、メモリリンクである、請求項１１に記載の方法。
13. ターゲット材の前記選択部分は、電気抵抗材を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記電気抵抗材は、薄膜タイプである、請求項１３に記載の方法。
15. 主表面を有し且つ、基板上に支持される多層保護構造及び導電性リンク材を含む光反射性構造をレーザ加工する方法であって、
    前記光反射性構造が、保護層の厚さの前記主表面に亘る非一様な分布によって特徴付けられ、前記リンク材があるリンク幅を有し、
    前記方法は、
    前記保護層の厚さの前記主表面に亘る前記非一様な分布についての先験的情報を取得することと、
    前記光反射性構造に入射する時、前記リンク幅より大きいビームスポットサイズを有するビームスポットを発生する走査用光ビームを提供することと、
    前記走査用光ビームが、前記リンク材の第１の領域と、前記リンク材の第１の領域の外にある前記多層保護構造の第１の領域とを覆うビームスポットサイズを有する第１のビームスポットを有し、前記走査用光ビームを第１の光ビーム波長で位置づけて、前記リンク材及び多層保護構造が存在する前記光反射性構造の第１の場所において、第１の光反射測定を行うことと、
    前記走査用光ビームが、前記リンク材の第２の領域と、前記リンク材の外にある前記多層保護構造の第２の領域とのうちの少なくとも１つを覆うビームスポットサイズを有する第２のビームスポットを有し、前記走査用光ビームを第１の光ビーム波長と等しい第２の光ビーム波長で位置づけて、前記第１の場所の近傍であって且つ前記リンク材及び多層保護構造のうちの少なくとも１つが存在する前記光反射性構造の第２の場所において、第２の光反射測定を行うことと、
    前記第１及び第２のビーム反射測定値を処理し、前記リンク材と前記多層保護構造に関する光反射情報を決定し、前記先験的情報を用いて、前記第１及び第２の場所の近位にある導電性リンク材の選択された部分をレーザ加工するための加工用レーザ出力パラメータを決定することと、
    を含む方法。
16. 前記第１及び第２のビームスポットの前記ビームスポットサイズは同じであり、
    前記第１及び第２の場所は、前記第２のビームスポットが前記リンク材の第２の領域を覆うように、それぞれ前記リンク幅に対して横方向の異なる位置を占める、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１及び第２のビームスポットの前記ビームスポットサイズは同じであり、
    前記第１及び第２の場所は、前記第２の光反射測定の間、前記リンク材のいずれの部分も前記第２のビームスポットによって覆われないように、それぞれ前記リンク幅に対して横方向の異なる位置を占める、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１及び第２のビームスポットの前記ビームスポットサイズは異なり、
    前記第２のビームスポットは前記リンク材の前記第２の領域を覆う、請求項１５に記載の方法。
19. レーザは、前記走査光ビームを発生する、請求項１５に記載の方法。
20. 前記導電性リンク材は、半導体素子リンク材を含む、請求項１５に記載の方法。
21. レーザ源からの放射は、前記第１及び第２の光ビーム反射測定を行うために用いられ、前記レーザ源は、前記加工用レーザ出力を生成する、請求項１に記載の方法。

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