JP2005171272A - レーザｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 局所成膜部と基板との間隔の変動を防ぎ、基板上に良質な膜を形成することのできるレーザＣＶＤ装置を提供する。
【解決手段】 ＴＦＴ基板１０が載置台２０に支持され、レーザ光源３０からのレーザ光ＬＢが、局所成膜部４０の窓４１を介してＴＦＴ基板１０へ向けて照射される。レーザ光ＬＢの照射位置に向けて供給された成膜用の原料ガスＧ１は、原料ガス排気口５３から吸引されて排気される。浮上機構６０の通気部６１から浮上用ガスＧ２がＴＦＴ基板１０に向けて吹き出されることにより、局所成膜部４０がＴＦＴ基板１０に対して浮上する。浮上用ガスＧ２は浮上用ガス排気口６２から吸引される。局所成膜部４０は、ＴＦＴ基板１０の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Ｄで浮上し、ＴＦＴ基板１０と局所成膜部４０との間隔の変動が防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光により原料ガスを分解して基板上に薄膜を形成するレーザＣＶＤ装置に関する。

レーザＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学的気相成長）装置は、半導体製造において、または液晶あるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの製造において、フォトマスクの欠陥修正、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板の配線修正などに用いられている。通常のレーザＣＶＤ装置では、低圧・常圧成膜にかかわらず、真空室内に基板などを収容し、真空室内を排気したのちレーザ光を照射するようにしているので、装置全体が大型化する傾向があった。そのため、レーザ光照射位置付近のみを外気から遮断することにより真空室を不要とし、小型化したレーザＣＶＤ装置が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

図７は、このような従来の小型化されたレーザＣＶＤ装置の一例を表している。このレーザＣＶＤ装置では、載置台１２０上のＴＦＴ基板１１０が載置される位置に対向して局所成膜部１４０が配置されている。レーザ光ＬＢは、局所成膜部１４０を通ってＴＦＴ基板１１０へと導かれ、このレーザ光ＬＢの照射位置に向けてノズル１５１から成膜用の原料ガスＧ１が供給される。レーザ光ＬＢの照射位置付近は、窒素（Ｎ₂ ）などの外気遮断ガスＧ４によるガスカーテン方式で外気から遮断されている。原料ガスＧ１および外気遮断ガスＧ４は、共通のガス吸引口１５２から吸引され、図示しない排気装置により排気処理される。このような局所成膜部１４０は、腕木１７１を介して支持柱１７０に固定されており、局所成膜部１４０とＴＦＴ基板１１０との間隔の設定値ｄｓは、例えば１０μｍないし１００μｍの所定の値に固定されている。
特開平８−２２２５６５号公報 特開平１０−２８０１５２号公報

しかしながら、このような従来のレーザＣＶＤ装置では、例えば図８に示したように、ＴＦＴ基板１１０の厚みむらあるいは反りのため、局所成膜部１４０とＴＦＴ基板１１０との実際の間隔ｄｒが変動してしまい、それにつれて原料ガスＧ１の流れが変動してしまうため、均質な膜を得ることが困難であった。

原料ガスの流れの変動を最小限に抑えるためには、局所成膜部１４０とＴＦＴ基板１１０との間隔の設定値ｄｓを大きくする必要がある。しかし、局所成膜部１４０とＴＦＴ基板１１０との間隔の設定値ｄｓを大きくすると原料ガスＧ１の流速が小さくなり、レーザ光ＬＢにより分解された微粒子状の分解生成物が照射位置の周囲に降り積もり、汚れの原因となってしまうという問題があった。

また、分解生成物の堆積による汚れを防止するには、原料ガスＧ１の流速を大きくすればよいが、その場合には、ノズル１５１からの原料ガス吹き出し量が増大することによりノズル１５１近傍で引き込み流が発生し、外気遮断ガスＧ４によるガスカーテン作用が崩れ、照射位置付近に外気が侵入して膜質が劣化してしまうという問題が生じていた。

更に、局所成膜部１４０は固定され、ＴＦＴ基板１１０との間隔の設定値ｄｓも固定されているので、ＴＦＴ基板１１０の厚みむらあるいは反りのため、ＴＦＴ基板１１０と局所成膜部１４０とが容易に接触してしまい、ＴＦＴ基板１１０に損傷を与えるおそれがあった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、局所成膜部と基板との間隔の変動を防ぎ、基板上に良質な膜を形成することのできるレーザＣＶＤ装置を提供することにある。

本発明によるレーザＣＶＤ装置は、成膜用の基板を支持する載置台と、載置台に支持された基板に向けてレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光を透過させるための窓を有し、載置台上の基板の表面に対して相対的に変位可能な局所成膜部と、基板上におけるレーザ光の照射位置に向けて成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、浮上用ガスにより局所成膜部を基板に対して浮上させる浮上機構とを備えたものである。

本発明によるレーザＣＶＤ装置では、浮上機構からの浮上用ガスにより、局所成膜部が基板に対して浮上する。局所成膜部は、基板の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量で浮上し、基板と局所成膜部との間隔の変動が防止される。よって、原料ガスの流速などの成膜条件が安定すると共に外気が確実に遮断され、基板上に良質な膜が形成される。

本発明のレーザＣＶＤ装置によれば、浮上用ガスにより局所成膜部を基板に対して浮上させる浮上機構を備えるようにしたので、局所成膜部を、基板の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量で浮上させ、基板と局所成膜部との間隔の変動を防ぐことができる。よって、成膜条件が安定し、基板上に良質な膜を形成することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザＣＶＤ装置の断面構成を表している。このレーザＣＶＤ装置は、例えば、液晶あるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの製造において、ＴＦＴ基板１０の配線パターン（図示せず）の欠陥部分にレーザＣＶＤ法により例えばタングステン（Ｗ）膜を形成し、欠陥部分を修正するのに用いられるものであり、成膜用のＴＦＴ基板１０を支持する載置台２０と、レーザ光ＬＢを発生するレーザ光源３０と、載置台２０上のＴＦＴ基板１０の表面に対して相対的に変位可能な局所成膜部４０とを備えている。ＴＦＴ基板１０は、例えばガラスにより構成され、厚みは例えば０．７ｍｍであり、厚みの誤差は例えば±１０％すなわち７０μｍである。また、このレーザＣＶＤ装置には、成膜用の原料ガスＧ１を供給する原料ガス供給機構５０と、浮上用ガスＧ２により局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０に対して浮上させる浮上機構６０と、パージガスＧ３を窓４１に吹き付けるパージガス供給機構７０とが設けられている。

載置台２０は、例えばＸ−Ｙステージにより構成され、ＴＦＴ基板１０を局所成膜部４０に対して相対的に移動させ、ＴＦＴ基板１０上に点在する欠陥部分にレーザ光ＬＢを照射させることができるようになっている。また、載置台２０には、ＴＦＴ基板１０の載置、交換などの際に局所成膜部４０を待避させるための待避部２１が設けられている。

レーザ光源３０は、例えば、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波光源により構成されている。また、レーザ光源３０と局所成膜部４０との間には、照射光学系として、例えば、レーザ光ＬＢを整形する図示しないアパーチャ等と共に、レーザ光ＬＢの進行方向を変更するミラー３１およびレーザ光ＬＢを集光する対物レンズ３２が配置されている。なお、対物レンズ３２は、ＴＦＴ基板１０の欠陥部分の修正状況を観察するための観察部を構成しており、倍率は例えば５０倍、作動距離は例えば１５ｍｍとすることができる。

局所成膜部４０は、略円板状の形状を有し、その中央に窓４１および反応室４２が設けられている。窓４１は、レーザ光ＬＢを透過させるためのものであり、例えば、レーザ光ＬＢに対して透過性を有するガラスなどの透明材料により構成されている。反応室４２は、窓４１により塞がれると共にＴＦＴ基板１０側が開放され、原料ガス供給機構５０により原料ガスＧ１が供給されるようになっている。

原料ガス供給機構５０は、ＴＦＴ基板１０上におけるレーザ光ＬＢの照射位置に向けて例えばヘキサカルボニルタングステン（０）（Ｗ（ＣＯ）₆ ）などの成膜用の原料ガスＧ１を供給するものである。

原料ガス供給機構５０は、原料ガス供給部５１と、原料ガス供給路５２と、原料ガス吸引口５３と、原料ガス排気部５４とを備えている。原料ガス供給部５１は、原料ガスＧ１をアルゴン（Ａｒ）ガスなどのキャリアガスと共に供給するものである。原料ガス供給路５２は、原料ガスＧ１をキャリアガスと共に反応室４２へと導入するものである。原料ガス吸引口５３は、局所成膜部４０の載置台２０側の面に設けられ、成膜に使用された原料ガスＧ１およびキャリアガス並びにパージガスＧ３を吸引するものである。原料ガス排気部５４は、原料ガス吸引口５３から吸引された原料ガスＧ１およびキャリアガス並びにパージガスＧ３を排気処理するものであり、図示しないが有毒ガスの除害装置を含んでいる。また、原料ガス排気部５４は、圧力制御用の弁５４Ａを備えており、反応室４２内のガス分圧および流速を制御し、成膜条件を最適化するようになっている。

浮上機構６０は、例えば窒素（Ｎ₂ ）などの浮上用ガスＧ２により局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０に対して浮上させるものである。また、浮上機構６０は、浮上用ガスＧ２により反応室４２への外気の侵入を遮断するガスカーテンとしての機能も有しており、窓４１と共に反応室４２を外気から遮断すると共に、原料ガスＧ１の分解に伴って生成される一酸化炭素（ＣＯ）などの有毒ガスが外部に漏れることを防止できるようになっている。

浮上機構６０は、局所成膜部４０の載置台２０側の面に、浮上用ガスＧ２を載置台２０上のＴＦＴ基板１０に向けて吹き出す通気部６１と、反応室４２方向へ向かって流れてくる浮上用ガスＧ２を吸引する浮上用ガス吸引口６２とを備えている。通気部６１には、浮上用ガスＧ２を吹き出すため、図示しないが多数の空孔が設けられている。通気部６１は、浮上用ガスＧ２を均一に放出するため例えば多孔質材料により構成されていることが好ましい。多孔質材料としては、例えば多孔質金属、多孔質セラミックスあるいは多孔質合成樹脂が好ましく、中でも多孔質アルミニウム（Ａｌ）がより好ましい。アルミニウムは精度を伴う加工が容易であり、また局所成膜部４０の本体に、ロウ付けもしくは拡散接合などの方法により強固に固定することができるからである。また、通気部６１を構成する多孔質材料の空孔率は、例えば１５％ないし５０％、具体的には例えば１５％とすることができる。

また、浮上機構６０は、浮上用ガスＧ２を供給する浮上用ガス供給部６３と、浮上用ガスＧ２を局所成膜部４０へと導く浮上用ガス供給路６４と、浮上用ガス吸引口６２から吸引された浮上用ガスＧ２を排気処理する浮上用ガス排気部６５とを備えている。浮上用ガス排気部６５は、図示しないが、有毒ガスの除害装置を含んでいる。

浮上機構６０は、更に、浮上用ガスＧ２の圧力または流量を制御する弁６５Ａを備えており、浮上用ガスＧ２の圧力または流量を制御して、局所成膜部４０とＴＦＴ基板１０との間隔、すなわち局所成膜部４０の浮上量Ｄを制御することができるようになっている。

浮上用ガス吸引口６２と原料ガス吸引口５３とは、別々に設けられていることが好ましい。原料ガス供給機構５０の弁５４Ａによる成膜条件の制御と、浮上機構６０の弁６５Ａによる外気遮断の制御とを互いに独立に行うことが可能となり、高品質なタングステン膜を形成することができるからである。

パージガス供給機構７０は、窓４１に意図しないタングステン（Ｗ）膜が形成されてしまうことを防止するため、アルゴン（Ａｒ）ガスなどのパージガスＧ３を窓４１に吹き付けるものである。パージガス供給機構７０は、パージガスＧ３を供給するパージガス供給部７１と、パージガスＧ３を反応室４２へと導入するパージガス供給路７２とを備えている。

図２は、局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０側から見た底面図である。なお、図２では、局所成膜部４０および通気部６１の識別を容易とするために、それらに図１と同一の斜線をそれぞれ付している。原料ガス吸引口５３，浮上用ガス吸引口６２および通気部６１は、窓４１に近い方からこの順に、窓４１を中心とした同心環状に配置されている。通気部６１から吹き出された浮上用ガスＧ２を外側の浮上用吸引口６２から排気すると共に、原料ガスＧ１を内側の原料ガス吸引口５３から排気し、原料ガスＧ１と浮上用ガスＧ２とが混ざって浮上機構６０によるガスカーテン作用が崩れるのを防止するためである。

図３は、図１に示した浮上機構６０において浮上用ガスＧ２の圧力と局所成膜部４０の浮上量Ｄとの関係の一例を表すものである。ここでは、通気部６１を構成する多孔質材料の空孔率を１５％とし、通気部６１から浮上用ガスＧ２を吹き出させると共に浮上用ガス吸引口６２から浮上用ガスＧ２を吸引して浮上用ガス排気部６５により排気処理し、排気速度は５００Ｌ／ｍｉｎとした。図３から分かるように、局所成膜部４０の浮上量Ｄは浮上用ガスＧ２の圧力の増加と共に大きくなり、浮上用ガスＧ２の圧力を０．３５ＭＰａとして１０μｍ以上の浮上量Ｄが得られた。

また、浮上量Ｄを１０μｍとし、５００ｇの外力を加えて浮上量Ｄの変動を計測したところ、１μｍ程度しか変動せず、浮上時の剛性は極めて大きかった。更に、局所成膜部４０に対して１０ｋｇの荷重を加えたが、ＴＦＴ基板１０と局所成膜部４０とが接触することはなかった。これは、ＴＦＴ基板１０と局所成膜部４０との間で極めて大きなバネ定数を有する空気バネが形成されているからであると考えられる。

更にまた、載置台２０に載置されたＴＦＴ基板１０を移動させて浮上量Ｄの変動を計測したところ、浮上量Ｄはまったく変動せず、ＴＦＴ基板１０の反りあるいはうねりに追随して局所成膜部４０を一定の浮上量Ｄで浮上させることができた。

すなわち、浮上用ガスＧ２により局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０に対して浮上させる浮上機構６０を備えることにより、局所成膜部４０を、ＴＦＴ基板１０の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Ｄで浮上させ、ＴＦＴ基板１０と局所成膜部４０との間隔の変動を防ぐことができることが分かった。

図４ないし図６は、このレーザＣＶＤ装置によりＴＦＴ基板１０の配線パターンの欠陥部分にタングステン（Ｗ）膜を形成する工程を順に表すものである。まず、図４（Ａ）に示したように、局所成膜部４０を待避部２１上に待避させ、通気部６１から浮上用ガスＧ２を待避部２１に向けて吹き出すことにより局所成膜部４０を浮上させる。このとき、浮上用ガスＧ２の圧力を例えば０．３５ＭＰａとすることにより、局所成膜部４０の浮上量Ｄを例えば８０μｍとする。なお、その際、浮上量Ｄを大きくするため、浮上用ガス吸引口６２および浮上用ガス排気部６５による浮上用ガスＧ２の排気は行わないことが望ましい。

次いで、図４（Ｂ）に示したように、載置台２０にＴＦＴ基板１０を載置し、ＴＦＴ基板１０を局所成膜部４０の下に移動させる。このとき、局所成膜部４０の浮上量Ｄが８０μｍ確保されているので、ＴＦＴ基板１０の厚みの誤差のために待避部２１とＴＦＴ基板１０との間に段差がある場合でも局所成膜部４０がＴＦＴ基板１０に接触することはない。

続いて、図５（Ａ）に示したように、浮上用ガス吸引口６２および浮上用ガス排気部６５により浮上用ガスＧ２を排気することにより、局所成膜部４０の浮上量Ｄを１０μｍとする。

そののち、図５（Ｂ）に示したように、載置台２０によりＴＦＴ基板１０を局所成膜部４０に対して相対的に移動させ、局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０の欠陥部分に対向させる。このとき、局所成膜部４０は、浮上機構６０により、ＴＦＴ基板１０の反りあるいはうねりに追随して一定の浮上量Ｄで浮上しながら移動し、局所成膜部４０とＴＦＴ基板１０が接触することはない。また、ＴＦＴ基板１０の移動距離が大きい場合、あるいはＴＦＴ基板１０を高速で移動させる場合などにおいて載置台２０が振動しても、局所成膜部４０とＴＦＴ基板１０が接触することはなく、浮上量Ｄを増大させる必要なくＴＦＴ基板１０を長距離にわたり高速で移動させることができる。よって、欠陥修正に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。

続いて、同じく図５（Ｂ）に示したように、原料ガス供給機構５０（図１参照）により、原料ガスＧ１をキャリアガスと共に反応室４２に供給すると共に、パージガス供給機構７０により、パージガスＧ３を窓４１に向けて吹き付ける。このとき、原料ガスＧ１の流速は例えば０．１Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガスの流速は例えば５Ｌ／ｍｉｎ、原料ガスＧ１の分圧は例えば４４Ｐａとし、パージガスＧ３の流速は例えば０．２Ｌ／ｍｉｎとする。

そののち、図６に示したように、レーザ光源３０（図１参照）からのレーザ光ＬＢを局所成膜部４０の窓４１を介してＴＦＴ基板１０の欠陥部分に照射し、原料ガスＧ１を分解して欠陥部分にタングステン（Ｗ）膜を形成して修正する。レーザ光ＬＢの照射条件は、例えば、繰り返し２ｋＨｚ、パルス幅５０ｎｓ、照射強度５０ｋＷ／ｃｍ² 、ビーム形状は５μｍ角とする。

以上の工程を繰り返すことにより、ＴＦＴ基板１０の配線パターンの欠陥部分が順次修正される。ここでは、浮上用ガスＧ２により局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０に対して浮上させる浮上機構６０を備えているので、局所成膜部４０の浮上量Ｄは常に一定となり、ＴＦＴ基板１０の厚みむらあるいは反りにより変動することがない。よって、原料ガスＧ１の流速などの成膜条件が安定すると共に外気が確実に遮断され、ＴＦＴ基板１０上に良質なタングステン（Ｗ）膜が形成される。

このように本実施の形態では、浮上用ガスＧ２により局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０に対して浮上させる浮上機構６０を備えるようにしたので、局所成膜部４０を、ＴＦＴ基板１０の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Ｄで浮上させ、ＴＦＴ基板１０と局所成膜部４０との間隔の変動を防ぐことができる。よって、成膜条件が安定し、ＴＦＴ基板１０上に良質なタングステン（Ｗ）膜を形成することが可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、レーザＣＶＤ装置の構成を具体的に挙げて説明したが、レーザＣＶＤ装置の構成は上記実施の形態に限られない。例えば、上記実施の形態では、載置台２０により、ＴＦＴ基板１０を局所成膜部４０に対して移動させる場合について説明したが、レーザ光源３０および局所成膜部４０をＴＦＴ基板１０に対して移動させるようにしてもよく、あるいは両方を移動させるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、図２に示したように円板状の局所成膜部４０に、通気部６１，原料ガス吸引口５３，浮上用ガス吸引口６２を環状に形成するようにしたが、通気部６１，原料ガス吸引口５３，浮上用ガス吸引口６２の形状は環状に限定されず、例えば矩形、三角形などとしてもよい。ただし、環状とすれば製造が容易であるので好ましい。

また、上記実施の形態ではＴＦＴ基板１０の欠陥部分にタングステン（Ｗ）膜を形成する場合について説明したが、他の材料よりなる膜を形成してもよい。更に、原料ガスＧ１，キャリアガス，浮上用ガスＧ２またはパージガスＧ３は、上記実施の形態で説明したガス種に限られず、他のガスでもよい。

本発明のレーザＣＶＤ装置は、上述したＴＦＴ基板の欠陥部分の修正またはフォトマスクの欠陥修正などの用途のほか、回路基板の作製などにも適用することができる。

本発明の一実施の形態に係るレーザＣＶＤ装置の構成を表す断面図である。 図１に示した局所成膜部をＴＦＴ基板側から見た構成を表す底面図である。 図１に示した浮上機構によるＴＦＴ基板の浮上量の一例を表す図である。 図１に示したレーザＣＶＤ装置の動作を工程順に表す断面図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 従来のレーザＣＶＤ装置の構成を表す断面図である。 図７に示したレーザＣＶＤ装置における問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０…ＴＦＴ基板、２０…載置台、２１…待避部、３０…レーザ光源、４０…局所成膜部、４１…窓、４２…反応室、５０…原料ガス供給機構、５３…原料ガス吸引口、６０…浮上機構、６１…通気部、６２…浮上用ガス吸引口、７０…パージガス供給機構、Ｇ１…原料ガス、Ｇ２…浮上用ガス、Ｇ３…パージガス

Claims (6)

1. 成膜用の基板を支持する載置台と、
   前記載置台に支持された基板に向けてレーザ光を発生するレーザ光源と、
   前記レーザ光を透過させるための窓を有し、前記載置台上の基板の表面に対して相対的に変位可能な局所成膜部と、
   前記基板上における前記レーザ光の照射位置に向けて成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、
   浮上用ガスにより前記局所成膜部を前記基板に対して浮上させる浮上機構と
   を備えたことを特徴とするレーザＣＶＤ装置。
2. 前記浮上機構は、前記浮上用ガスを前記基板に向けて吹き出す通気手段と、前記浮上用ガスを吸引する浮上用ガス吸引手段とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザＣＶＤ装置。
3. 前記浮上機構は、前記浮上用ガスの圧力または流量を制御する弁を備えた
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザＣＶＤ装置。
4. 前記原料ガス供給機構は、前記局所成膜部の前記基板側の面に、前記原料ガスを吸引する原料ガス吸引手段を備え、前記浮上用ガス吸引手段と前記原料ガス吸引手段とが別々に設けられている
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザＣＶＤ装置。
5. 前記原料ガス吸引手段、前記浮上用ガス吸引手段および前記通気手段は、前記窓に近い方からこの順に、前記窓を中心とした同心環状に配置された
   ことを特徴とする請求項４記載のレーザＣＶＤ装置。
6. 前記通気手段は、多孔質アルミニウム（Ａｌ）により構成された
   ことを特徴とする請求項２記載のレーザＣＶＤ装置。
   

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