JPH0771756B2

JPH0771756B2 - レーザトリミング装置

Info

Publication number: JPH0771756B2
Application number: JP1133432A
Authority: JP
Inventors: 博司高原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH03487A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は薄膜の加工・微細配線のトリミングをおこなう
レーザトリミング装置に関するものである。

従来の技術近年、液晶表示装置に用いるアクティブマトリックスア
レイ・ICメモリなどを冗長構成にし、不良部分を切断あ
るいは加工することにより製造歩留まりを向上させる方
法が用いられつつある。アクティブマトリックスアレイ
は絵素数が百万個以上、ICメモリは4Mバイト以上になる
と冗長構成をとらなければ、製造部留まりはほとんど望
むことができない。前述の冗長部の加工あるいは切断に
はレーザ光を用いることが有効であり、したがって微細
かつ良好に加工できるレーザトリミング装置が求められ
ている。

以下、図面を参照しながら従来のレーザトリミング装置
について説明する。第６図は従来のレーザトリミング装
置の一実施例におけるブロック図である。第６図におい
て601はアクティブマトリックスアレイ基板・ICメモリ
半導体基板などの加工対象物（以後、加工基板と呼
ぶ）、602はXYステージなどの位置決め手段、603はYAG
レーザを発生させるYAGレーザ光発生手段、604は前記YA
Gレーザ発生手段603が発生したレーザ光608を加工基板6
01に集光・照射させるための集光光学系を具備するレー
ザ光学系、605はYAGレーザ光発生手段603のレーザ光の
照射・光照射を制御するための制御手段、606は加工基
板601のトリミング状態をモニタするためのテレビカメ
ラなどのモニタ手段である。

次に従来のレーザトリミング装置の動作について説明す
る。まず加工基板601は位置決め手段602上に積載され
る。つぎにモニタ手段606で加工基板601の表面を観察し
ながら、位置決め手段602を用いてレーザ光照射位置に
加工箇所がくるように位置決めをおこなう。位置決めが
完了すると、制御手段605が具備しているスイツチを押
す。すると、YAGレーザ光発生手段603は前記スイッチに
より、内部に具備するＱスイッチなどを動作させ、先頭
値電力の大きいパルス状のレーザ光を発生する。前記レ
ーザ光はレーザ光学系604により集光され、高い電力密
度となって加工基板601の照射位置に照射される。

発明が解決しようとする課題以下、従来のレーザトリミング装置の課題を明らかにす
るため図面を用いて説明する。レーザトリミング装置の
用途の１つとして、ICメモリアクティブマトリックスア
レイの不良箇所の切断があげられる。前記切断箇所が金
属薄膜の一層構成である場合は比較的レーザ照射条件の
幅が広く加工が容易である。近年、半導体基板などは高
密度高集積化のために多層構造に構成される。したがっ
て、内部の下層に構成された配線（以下、内部配線と呼
ぶ）を切断したいという要望がある。しかし、内部配線
は周囲を絶縁体あるいは、他の構成体で構成されてい
る。前記周辺部分を損傷しなく、内部配線を切断するレ
ーザ照射条件は非常に狭く良好な切断は困難である。こ
こでは、ガラス基板上に形成されたアクティブマトリッ
クスアレイを例にあげて説明する。第７図（ａ）はガラ
ス基板204上に構成されたアクティブマトリックスアレ
イの内部配線部の正面図である。第７図（ｂ）は第７図
（ａ）のAA′線での切断図である。第７図（ａ）（ｂ）
において201はレーザ光で加工を行う内部配線、204はガ
ラスなどの透明基板、205はSiNxあるいはSiO₂などの絶
縁体膜である。なお、第７図（ａ）（ｂ）において、作
図を容易にするため構成は非常に簡単に描いており、ま
た、膜厚方向に対しては非常に誇張して描いている。た
とえば、ガラス基板の厚みは1mm、内部配線・絶縁体膜
の膜厚は１〜２μｍである。

以上のことは以下の図面に対しても同様である。また、
同一番号・同一符号を付したものは同一内容あるいは、
同一構成である。

第８図（ａ）（ｂ）は従来のトリミング装置により内部
配線201を切断する方法を説明するための説明図であ
る。第８図（ａ）（ｂ）において、801は光学像、802は
レーザ光の軌跡である。レーサ光はレーザ光学系604で
集光され、絶縁体膜205を透過させ、内部配線201を加熱
する。従来のレーザトリミング装置は切断性をよくする
ため、Ｑスイッチを用いレーザパルスの先頭値電力を極
力大きく、かつレーザ光の照射時間を50nsec以下と短く
設計されていた。そのため、レーザ光により加熱された
内部配線201は急激に膨張蒸発する。第９図（ａ）
（ｂ）は、加工後の内部配線201の平面図または断面図
である。第９図（ａ）はレーザパワーが小さかったた
め、内部配線201の両端部分のみが加工され、中央部が
加工されなかった例である。これは、内部配線の中央部
分と両端部分で熱伝導率が異なるために生じる。第９図
（ｂ）は、上層の絶縁体膜205が破壊された例である。
これはレーザパワーが大きすぎるため、内部配線201が
大量に気化し、上層の絶縁体膜205が破壊されたもので
ある。この場合、絶縁体膜205上に他の構成体が構成さ
れた場合は不良品となり、構成されていない場合も内部
配線が大気に触れ、著しく信頼性劣化させる。レーザパ
ワーを小さい状態から大きい状態に変化させることによ
り、第９図（ａ）の状態から第９図（ｂ）の状態へと変
化する。しかし、第９図（ａ）から第９図（ｂ）への変
化に対するレーザパワーの可変範囲は非常に小さい。こ
れは、従来のレーザトリミング装置はレーザパルスの先
頭値電力の大きさで加工をおこなっているためである。
前記先頭値電力をバラツキが大きいため制御が困難であ
る。また、従来のレーザ光学系604は集光光学系であ
る。したがって、光学像801内の電力密度は中央部の電
力密度が大きく、周辺部が小さく均一でない。したがっ
て、光学像801の位置ずれにより加工状態が大きく変化
するためである。

以上のことにより、レーザ照射条件範囲は非常に狭く、
また、絶縁体膜205の膜厚のバラツキなどによりさらに
狭くなる。したがって、ほとんど良好にトリミングを行
うことは困難であった。

課題を解決するなめの手段従来の課題を解決するため、本発明のトリミング装置
は、Ｑスイッチを有し、前記Ｑスイッチをオンオフさせ
ることによりレーザー光を発生するレーザー光発生手段
と、前記レーザー光発生手段が発生したレーザー光のう
ち所定領域を透過させる第１および第２のスリット手段
と、前記第１および第２のスリットを透過したレーザー
光の第１および第２の光学像を、加工対象物の加工位置
に少なくとも第１および第２の光学像の一部が重なるよ
うに結像させる結像光学系を具備するものである作用第１および、第２のレーザ光発生手段の光学像を加工対
象物に結像させる。したがって、均一な電力密度の光学
像を２つ加工位置に重ねあわすことができる。また、個
々に光学像の大きさ位置および、電力密度を調整するこ
とができる。

実施例以下、図面を参照しながら、本発明の第１の一実施例に
おけるレーザトリミング装置について説明する。第１図
は本発明の第１の実施例におけるレーザトリミング装置
のブロック図である。第１図において、102a,102bは第
１および第２のレーザ光発生手段である。前記レーザ光
発生手段は内部にＱスイッチを具備しており、前記Ｑス
イッチをオン・オフさせることにより、パルス状のレー
ザ光を発生する。レーザ波長としてはYAGレーザの1.06
μｍまたは、第２高周波の0.53μｍが用いられ、好まし
くは1.06μｍが用いられる。これは、波長が長いなど加
工対象物の光吸収率が低下し、みかけ上レーザパワーの
印加制御が容易になるためである。また、レーザパルス
の半値幅は数nm〜1000nmのものが用いられ、好ましくは
20nm〜300nmに設定する。101は第１および第２のレーザ
光発生手段を制御するための制御手段であり、レーザ光
の照射開始の同期制御、照射レーザパルス数などを制御
する。103a,103bは透過手段であり、加工に不用な部分
にレーザ光が照射されるのを防止するスリットを具備
し、レーザ光を矩形の光学像にすることができる。104
a,104bは結像手段であり、結像光学像を具備しており、
スリットを透過した光学像を加工基板に結像させること
ができる。105はモニタ手段であり、加工基板107の表面
の状態を観察することができる。

106は加工基板107の積載手段である。前記積載手段はア
クティブマトリックスアレイ基板などの加工基板などの
スイッチング素子形成面を下方にし、かつ前記素子形成
面などに物体が接触しないように基板の周辺部で保持す
ることができる。また、結像手段などがレーザ光を加工
位置に位置決めする手段を具備しないときは、手動ある
いは、プログラムにより加工位置の位置決めをおこなえ
る位置決め手段を具備させる。前記位置決め手段として
はXYステージなどが用いられる。好ましくは、積載手段
106は制御手段101とデータのやりとりが可能なコントロ
ール手段（図示せず）により自動制御され、次々と加工
箇所の位置決めがおこなえるように制御されることが好
ましい。108はミラー、109はハーフミラーであり、110
・111・112はレーザ光である。なお、ミラー108、ハー
フミラー109などの位置関係は、説明を容易にするため
に示したものであり、これに限定するものではない。

以下、本発明の第１の実施例のレーザトリミング装置に
ついてその動作を説明する。まず、積載手段106およ
び、モニタ手段105を用いて、加工基板107上に形成され
た位置決めマーク（図示せず）、以後アライメントマー
クと呼ぶ）により、初期位置決めをおこなう、次に積載
手段106を動作させ、最初の加工位置にレーザ光が照射
されるよう位置決めが行われる。位置決めが完了すると
制御手段101は、第１および第２のレーザ光発生手段に
指令をおくり、Ｑスイッチを制御し、同期させてレーザ
光を照射させる。レーザ光の照射タイミングとしては、
第１および第２のレーザ光の照射時刻の差が10msec以
下、好ましくは1msec以下に制御される。また、必要に
応じて２つのレーザ光の照射時刻をはなすことができ
る。前記レーザ光は平行光にされ、第１および第２透過
手段に導かれる。レーザ光は前記透過手段が具備するス
リットなどにより、加工基板の照射位置で矩形の光学像
にされる。次に透過手段を通過したレーザ光は第１、第
２結像手段により加工基板に結像される。前記レーザ光
は加工基板の同一位置に複数パルス照射され、弱いレー
ザパワーで徐々に加工位置の内部配線のトリミングが行
われる。以上の手続きで一箇所の加工が終了すると、次
の加工箇所の位置決めされ、加工が次々と行われる。

以下、本発明のレーザトリミング装置による内部配線の
トリミングについて説明する。第２図（ａ）（ｂ）は本
発明のトリミング装置によるトリミング方法の説明図で
ある。第２図（ａ）において、201は内部配線、202は第
１レーザ光発生手段102aが照射したレーザ光による光学
像（以下、第１光学像と呼ぶ）、203は第２レーザ光発
生手段102bが照射したレーザ光による光学像（以下、第
２光学像と呼ぶ。）である。また、第２図（ｂ）は第２
図（ａ）のBB′線での断面図である。第２図（ｂ）にお
いて、204はガラスなどの透明基板、206は第１レーザ光
発生手段102aが照射したレーザ光の軌跡（以後、第１レ
ーザ光軌跡と呼ぶ）、207は第２レーザ光発生手段102b
が照射したレーザ光の軌跡（以後、第２レーザ光軌跡と
呼ぶ）。第２図（ａ）で明らかなように、第２光学像20
3に重なるように第１光学像202は照射される。たとえば
前記２つの光学像内の電力密度は同一にされる。したが
って２つの光学像が重なった部分は２倍の電力が印加さ
れることになる。なお、それぞれの照射レーザ光の電力
密度は光学系に結像光学系を用いているため、ほぼ均一
になる。

また、第２図（ｂ）のようにレーザ光は基板204を透過
させて内部配線201を加熱する。第３図（ａ）は加工基
板の内部配線の加工を終了したときの平面図である。第
３図（ｂ）は第３図（ａ）のCC′線での断面図である。
加工箇所の内部配線は良好に除去されている。除去され
た構成物質は絶縁体膜205との界面などに凝縮されバル
ク状になり固化する。本発明のレーザトリミング装置に
よれば、第９図（ａ）に示すように、内部配線の中央部
分の切断されにくい部分に、第２光学像203を照射する
ことができる。そのため、良好に切断できる。また、２
つの光学像を用いて必要な部分に必要なレーザパワーを
照射することができるため、第９図（ｂ）に示すように
上層の絶縁体膜205を破壊することがない。

以下図面を参照しながら、本発明の第２の実施例のレー
ザトリミング装置について説明する。第４図は本発明の
第２の実施例のレーザトリミング装置のブロック図であ
る。第４図において401aおよび401bは第１および第２の
減光手段である。前記減光手段はレーザパワーを減光
し、照射されるレーザパルスごとに所定のレーザパワー
に調整することができる。たとえばレーザ光発生手段が
1kHzで発振し、1kHzの間隔でレーザパルスを照射すると
き、1msec以内に所定値にレーザパワーを減光すること
ができる。前記減光手段としては、電気的に透過量を変
化させるAOアッテネータなどとよばれるものなどがあ
る。前述のようにレーザパルスごとにレーザパワーを調
整するのは、最初の１パルス目な加工箇所の加工面が鏡
面状態でレーザ光の吸収がよくないが、次のレーザパル
スでは最初のレーザパルスにより前記箇所が加工され、
レーザ光の吸収率が向上しているため、弱いレーザパワ
ーで加工が可能となっている。したがって、２パルス目
以後のレーザパワーを小さくすることにより、平均的に
加工箇所に同一レーザパワーが印加されることにより、
良好な切断がおこなえる。制御手段101はレーザパルス
ごとに第１および、第２の減光手段を制御し、レーザパ
ワーの制御をおこなう。なお、他の箇所は第一の本発明
のレーザトリミング装置と同様である。

以下、本発明の第２の実施例のレーザトリミング装置の
動作について説明する。まず積載手段106およびモニタ
手段105を用いて、加工基板107上に形成されたアライメ
ントマーク（図示せず）により、初期位置決めをおこな
う。次に積載手段10を動作させ、最初の加工位置にレー
ザ光が照射されるように位置決めがおこなわれる。位置
決めが完了すると、制御手段101は第１および第２レー
ザ光発生手段102a、102bに対して、レーザ光照射指令を
おくる。レーザ光発生手段102a、102bは前記指令に基づ
いてレーザ光を照射する。

前記レーザ光は各レーザパルスごとに減光手段401a,402
bにより所定値に減光される。通常減光手段401a,401bは
１箇所に照射するレーザパルスのレーザパワーを徐々に
小さくするように制御されるが、加工箇所の切断性に問
題がない場合、一定の減光値に制御される場合もある。
一箇所の加工が終了すると、記憶手段（図示せず）より
次の加工位置データで読みだされ、積載手段106の移動
をおこなって、同様に次の加工箇所の加工がおこなわれ
る。

以上のように、発明の第２の実施例のレーザトリミング
装置では、レーザパルスごとのレーザパワーを制御でき
るため、レーザパルスごとに加工箇所へのレーザ吸収率
をほぼ一定にすることができる。以上のことにより、良
好な加工または切断が可能である。

なお、本発明のレーザトリミング装置において、第１お
よび第２の結像手段を具備するとしたが、これに限定す
るものではなく、第５図（ａ）に示すように結像手段50
1を配置してもよい。

また、第５図（ｂ）に示すように、第１および第２のレ
ーザ光発生手段を設けることなく、１つのレーザ光発生
手段が発生するレーザ光をレーザ光110と111に分割し、
それぞれのレーザ光を第１および第２減光手段に入射さ
せてもよいことは明らかである。

また、結像手段とミラーなどとの位置関係は何ら本発明
の装置を限定するものではない。また、本発明の第２の
実施例において、減光手段と透過手段および、結像手段
の位置関係はこれに限定するものではない。たとえば、
減光手段は透過手段の後段に挿入しても、また、結像手
段の後段に挿入してもよい。

また、第５図（ｂ）のように１つのレーザ光発生手段が
発生するレーザ光を２つに分割し、２つの光学像を重ね
あわさるようにしてもよいことは明らかである。以上の
ように、本発明はレーザ光の発生装置の台数を規定する
ものではなく、レーザ光発生手段のレーザ光の光学像を
複数重ねあわせるように構成するものである。

発明の効果本発明のレーザトリミング装置では加工位置に２つの光
学像を重ねあわすことができる。したがって、切断残り
の生じやすい切断位置に２つの光学像を重ねあわすこと
により前記箇所に照射する電力密度が大きくなり、切れ
残りが発生することがなくなる。また、結像光学系を用
いているために、光学像内の電力密度を均一にすること
ができる。したがって、内部配線を周辺および上層膜を
破壊することなく良好に切断することができる。

また、第２の実施例では減光手段を具備し、レーザパル
スごとにレーザパワーを制御することができる。したが
って、加工位置構成状態、またレーザパルス照射毎にレ
ーザパワーの吸収率を考慮して加工することができる。
したがって、第１の実施例に比較してさらに最適な加工
・切断をおこなうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるレーザトリミン
グ装置のブロック図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明のレ
ーザトリミング装置によるトリミング方法を説明するた
めの説明図、第３図（ａ）（ｂ）、第９図（ａ）（ｂ）
はトリミングが終了した加工対象物の平面図および断面
図、第４図は本発明の第２の実施例におけるレーザトリ
ミング装置のブロック図、第５図（ａ）（ｂ）は本発明
のレーザトリミング装置の他の実施例のブロック図、第
６図は従来のレーザトリミング装置のブロック図、第７
図（ａ）（ｂ）加工対象物の平面図および断面図、第８
図（ａ）（ｂ）は従来のトリミング装置によるトリミン
グ方法を説明するための説明図である。 101,605……制御手段、102a,102b……レーザ光発生手
段、103a,103b……透過手段、105,606……モニタ手段、
106……積載手段、107,607……加工対象物、108……ミ
ラー、109,607……ハーフミラー、110,111,112,608……
レーザ光、201……配線、202……第１光学像、203……
第２光学像、204……基板、205……絶縁体膜、206……
第１レーザ光軌跡、207……第２レーザ光軌跡、401a,40
1b……減光手段、501……結像手段、502……レーザ光発
生手段、602……位置決め手段、603……YAGレーザ光発
生手段、604……レーザ光学系、801……光学像、802…
…レーザ光軌跡。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｑスイッチを有し、かつ前記Ｑスイッチを
オンオフさせることによりレーザ光を発生させるレーザ
光発生手段と、前記レーザ光発生手段が発生したレーザ
光のうち所定領域を透過させる第１および第２のスリッ
ト手段と、前記第１および第２のスリットを透過したレ
ーザ光の第１および第２の光学像を、加工対象物の加工
位置に少なくとも第１および第２の光学像の一部が重な
るように結像させる結像手段を具備することを特徴とす
るレーザトリミング装置。
【請求項２】第１と第２の光学像のレーザパワーのうち
少なくとも一方をレーザパルスごとに可変できる減光手
段を具備することを特徴とする請求項１記載のレーザト
リミング装置。