JP2009064876A - 配線欠陥修正方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線基板上の金属配線のオープン欠陥の修正において、修正配線の良好な焼成条件と正常配線の損傷を低く抑える修正方法及び修正装置を提供する。
【解決手段】基板８上に形成された金属配線７のオープン欠陥部に導電ペースト９を塗布し、正常配線部に強度の大きなレーザ光１ａが照射されないようにレーザ光照射ユニット１１の一部もしくは全体を移動し、前記レーザ光１ａをデフォーカス状態で前記導電ペースト９の塗布長に略一致するスポット径に制御すると共に、連動してレーザ光パワーを補正し焼成用レーザ照射を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板上に形成された配線パターンのオープン欠陥を修正する配線欠陥修正方法及びその装置に関する。

液晶（ＬＣＤ）基板、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）基板、更にはプリント基板やマスク基板等の基板上に形成される金属配線パターンは、印刷、フォトリソグラフィなどの方法で形成される。これらの配線形成工程において、異物等が起因となり、上記の配線パターンにショート欠陥やオープン欠陥が生じる。これらの欠陥は、前記配線形成工程の直後に前記配線パターンの欠陥検査を行い、修復することが通常は望ましい。これは、例えば前記ＰＤＰの内、ＡＣ型のＰＤＰでは前記配線パターン上に誘電体層が形成されるが、前記配線パターンの欠陥を誘電体形成工程以降に修正することは、必要となる工数と費用対効果から判断して現実的ではない。一方、一旦修復した後、後工程で再度欠陥が発生して結果的に不良品となるケースも考えられ、従って欠陥の修正をどの工程で実施かは総合的な判断が要求される。

これらの欠陥の修正技術、例えば前記オープン欠陥の修正に関しては、例えば特許文献１〜３及び非特許文献１等種々の技術が開示されている。先ず、特許文献１では、液晶ディスプレイのガラス基板上の配線パターン修正方法が記載されているが、利用分野は液晶ディスプレイに限定されておらず、ＰＤＰへも適用可能である。その基本的な手順として針先に導電性のペーストを付着し、オープン欠陥部位に塗布した後、レーザ光をレンズあるいはスリットを用いてペースト塗布部に照射し、乾燥もしくは焼成を行う技術が開示されている。

次に、特許文献２では、連続的にペースト塗布修正を行うために、欠陥部を撮像する光学系とその撮像された画像を表示するモニタを用い、塗布区間の始点、終点を画像処理もしくはマニュアル操作により入力する方法が開示されている。

次に、特許文献３では、パターン配線にクロムを用いる場合、レーザ光に対してクロムの吸収が大きいため、レーザ照射面積に占める配線面積の比率に応じてレーザ照射強度を制御する方法が開示され、このような方法の下で用いられる導電性ペーストとして、例えば銀微粒子に低融点ガラスとバインダ材と溶剤を加えた銀ペーストが使用できる旨が開示されている。

更に、非特許文献１では、導電ペーストの乾燥、もしくは焼成に用いるレーザ光源として過剰な加熱による配線と基板へのダメージを軽減するため、基板には吸収されない可視域の半導体レーザ（波長８００ｎｍ付近）を用いる技術が開示されている。
特許第２９８３８７９号 特開平１１−１０８８４８号公報 特許第３７３２６５９号 「ＮＴＮ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ｎｏ．６７（１９９８）」

前述した導電ペーストの中、例えば銀ペーストに用いられる銀はバルクの状態では融点が９６１℃と高いが、微粒子化して比表面積を大きくすると、融点以下の温度で軟化・融着を開始する。一旦、融着して比表面積が小さくなった銀微粒子は軟化・融着開始温度が上昇する。このため、銀微粒子の融着を効率よく進め、強固な修正配線を得るには塗布した銀ペーストを一気に加熱することが望ましい。これをモデル実験で説明する。

図６は、ＳＵＳ基板上に前記銀ペースト、すなわち銀微粒子に低融点ガラスとバインダ材と溶剤を加えた組成の銀ペースト、を塗布した試料を作成し、この試料を３００℃、１２０秒間炉中で加熱した後、取り出し、冷却し、改めて６００℃の炉で３０分間加熱したものの表面を走査型電子顕微鏡で観察した結果の図である。前記３００℃、１２０秒の熱処理後の段階でも走査電子顕微鏡で観察したが、銀ペースト表面の形状はまだ融着が進んでおらず、その後の６００℃、３０分間の処理において融着が大きく進行した。

一方、図７は、図６と同様に作成した試料を６００℃の炉に挿入し、１２０秒間加熱した後、取り出し、冷却し、改めて６００℃の炉で３０分間加熱した銀ペーストの表面の走査型電子顕微鏡像である。図７に示した試料では最初の６００℃、１２０秒間の熱処理後の走査電子顕微鏡観察で融着がある程度進んでいることが観察されていたが、第２回目の６００℃、３０分間の熱処理での融着の進行が緩やかであった。

結果として図６の方では、最初の３００℃、１２０秒間の熱処理で前記銀ペースト中のバインダ材や溶剤が消失し、後半の６００℃、３０分間の熱処理で銀微粒子の融着が効率よく大きく進行し、形成された銀ペースト膜の平坦化が進んでおり、融着のための焼成は一気に行うことが有効である。

図８は、銀ペーストに焼成用レーザを照射した時の温度変化を示す。微小熱電対に銀ペーストを塗布し、塗布部にレーザを照射して測定した。レーザ照射初期は銀が微粒子で分散しているため、銀ペーストの反射率は低く、レーザ光の吸収率が大きく、一気に銀ペーストの温度が上昇する。照射開始後にレーザ出力を徐々に上げていくと、始めはそれに比例して温度が上昇するが、途中から温度上昇が鈍化する。これは銀ペーストの焼成の進行に伴い、銀の粒子サイズが大きくなり、銀ペースト表面がバルクの銀に近づき、レーザ光の反射率が大きくなって相対的にレーザ光の吸収率が小さくなったためである。レーザ出力を一定にキープしている始めの段階でも温度が減少し、その後ある温度で一定になっている。始めの段階は、上記と同様、反射率増加によるレーザの吸収率低下が続き、レーザ吸収による加熱と伝熱による冷却とのバランスから、徐々に温度が低下していると解釈できる。さらに、焼成の収束により反射率が安定し、定常状態になったと理解できる。銀以外の微粒子金属を用いた導電ペーストでもこの傾向は同様である。

これらの知見から、塗布した銀ペーストの到達温度には融着が進行する前に照射するレーザ強度が重要であることが確認できた。そこで、焼成用のレーザ光スポットは十分に大きくして、塗布ペースト全体を一度に加熱することが銀ペーストの融着に効率的であると考えられる。しかしながら、焼成用のレーザ光のスポット径を大きくし過ぎると、塗布ペーストの外側の正常な配線にもレーザスポットが照射され、正常配線を損傷する問題があった。

図９は、前記ＰＤＰの配線用金属として用いられる銀、クロム、銅の各種金属について「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ ｏｆ Ｓｏｌｉｄｓ,Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ（１９８５）」で示される光学定数から計算した垂直入射の場合の反射率の波長依存性を示す。図９に示すように、前述の約８００ｎｍの半導体レーザの波長において、銀の反射率は非常に高い。ところが銀や銅に比較すると、クロムは８００ｎｍの波長における反射率が低く、レーザ光の吸収が銀に比べて遥かに大きいことがわかる。

このような特性を持つクロムを、前述のようにＰＤＰの配線でクロム／銅／クロムの３層の金属配線で用いた場合、電気伝導は主として銅が担い、上層のクロムは空気酸化し易い中間層の銅を保護する役目を担っている。ところが、レーザ照射スポット径が大きくなり過ぎ、クロム部分に広く掛かると、特許文献３にも開示されているようにレーザ光のエネルギーが熱として多く吸収され、到達温度が上昇し、中間層の銅の酸化や過度の温度上昇に起因するダメージ、例えばクラック発生等のリスクが高くなる。

これを避けるためには、前記特許文献３等に記載があるスリットやレンズによる照射領域の調整が考えられる。ただし欠陥寸法は欠陥箇所によってまちまちであるため、その都度の条件設定、例えばジャストホーカスしたスポット径の設定等が必要となるため、操作が煩雑となると共に、作業性の低下は否めない。

又、配線の面積比率に応じてレーザ出力を制御する方法も、焼成の前後で修正部の反射率が大きく変化するため、照射面積中の修正部と正常配線（クロム）の面積比によって、最高到達温度もしくは定常状態の温度が異なることにより、焼成不足あるいはダメージ発生のリスクがある。

本発明の主たる目的は、銀などの微粒子金属を用いる導電性ペーストの塗布部分を一度で加熱し、かつ有害なダメージを避けるため、前記ペーストを塗布した部分からのレーザ照射スポットのはみ出しを最小限にする優れた修正方法及び修正装置の提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、基板上の金属配線のオープン欠陥部分に導電ペーストを塗布し、レーザ光を照射して前記塗付された導電ペーストを焼成して行う配線欠陥修正方法において、前記導電ペーストの塗布長に略一致するスポット径を持つデフォーカス状態の前記レーザ光を照射して焼成することを特徴とする。

また、本発明では、前記基板上の金属配線のオープン欠陥に対し、撮像画面を基に塗布区間を設定して導電ペーストを塗布し、この塗布された導電ペーストを焼成するレーザ光をレーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動して前記導電ペーストの塗布長に略一致するスポット径寸法に調節すると共に、この調節と連動して照射レーザ光パワーを補正して焼成することを特徴とする。

また、本発明では、前記レーザ光照射ユニットの移動に伴う前記レーザ光照射スポットの中心位置が前記基板面内でずれる量から求まる補正式を設定、記憶し、照射時の上記レーザ光照射ユニットの移動距離に連動して基板面内での照射位置補正を行い焼成することを特徴とする。

また、本発明では、基板上の金属配線のオープン欠陥に対し、撮像画面を基に塗布区間を設定して導電ペーストを塗布し、レーザ照射により焼成を行う配線欠陥修正装置において、前記焼成用レーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動して前記塗布された導電ペーストの塗布長に合わせてレーザ光照射スポット径を調節するスポット径調節機構と、このスポット径調節機構と連動し照射レーザパワーを補正するレーザパワー補正機構を有することを特徴とする。

また、本発明では、前記レーザ光照射ユニットの移動に伴う前記レーザ光照射スポットの中心位置が前記基板面内でずれる量から求まる補正式を設定、記憶し、照射時の上記レーザ光照射ユニットの移動距離に連動して基板面内での照射位置補正を行う照射位置補正機構を更に有することを特徴とする。

焼成する導電ペーストの塗布長を基に照射ユニットと基板間の間隔を設定し、デフォーカス状態のレーザ光で塗布部を一括して一度で加熱できるため、良好な焼結体が形成され、かつ正常配線部のダメージを避けることが出来る。又、前記間隔設定も容易で作業性の向上も図れる。また、レーザ光出力を補正することにより良好な焼結体が形成され、スポット径の調整により正常配線部のダメージを避けることが出来、照射位置補正により良好な焼結体の形成と、正常配線部のダメージの回避を同時に達成できる。

以下、本発明の最良の実施形態につき、実施例により詳細に説明する。

図１は、本発明の配線欠陥修正方法の一例の配線修復作業のフローチャートである。実施例１の配線欠陥修正方法では、先ず始めに撮像用の光学系によりオープン欠陥部位の画像を取得する。次に、オープン欠陥部位に導電性ペーストを塗布する区間の始点と終点を決定する。この手順は画像処理により自動で行ってもマニュアル操作で行っても良い。次に、決定された始点と終点の間を連続的に導電性ペーストを塗布する。この導電性ペーストは銀の微粒子とガラス材とバインダ材と溶媒からなる銀ペーストである。

そして次に、レーザ照射により乾燥及び焼成を行う。レーザ照射時の銀ペースト温度はレーザ光吸収による加熱と伝熱による冷却のバランスで決まる。熱伝導率の悪いガラス基板に比べ、金属の配線は熱伝導率が高いので、正常配線とオーバーラップしている面積が焼成時の温度に大きな影響を与える。そこで、銀ペースト塗布ではオーバーラップ量を一定にすることが望ましい。このレーザ照射による乾燥の目的は、前記溶剤の除去とバインダの分解であり、焼成の目的は銀微粒子の融着である。前記乾燥には前記焼成よりパワーを抑えて照射する。

この乾燥工程で、始めから高パワーのレーザを照射すると、銀ペースト中の溶剤が一気に気化して銀ペーストが飛散する恐れがある。従って、乾燥、焼成に適したレーザの照射パワー密度、照射時間は予備検討で銀ペーストにレーザを照射して最適条件を決定しておけば良い。又、この乾燥・焼成用のレーザを撮像のための光学系とダイクロイックプリズムなどで合波すると集光光学系が共用可能である。乾燥・焼成用に可視域の８００ｎｍ付近の半導体レーザを使用すれば、像観察で用いる可視域と焦点位置がほとんど等しくなる。

次に、レーザ照射に先立ち、撮像光学系を用いて、修正対象の基板表面に対してレーザ光をジャストフォーカス位置に調整しておく。調節にはオートフォーカスが望ましいが、マニュアル操作でも良い。次に、前記で指定した塗布の始点、終点から定まる銀ペーストの塗布長に合せてレーザ光にデフォーカスをかけ、基板表面でのレーザスポット径が前記塗布長に略等しくなるように調整する。具体的にはレーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動し、基板と集光光学系の距離を変更して調整を行う。上記移動距離と基板上レーザスポット径の相関については前記レーザ光照射ユニットの集光レンズのｆ値および開口数から計算により求めることも可能であるが、後述するガラス基板上に炭素膜を形成した試料を用いる方法で行うことも可能である。

次に、照射レーザパワーを補正する。これは、デフォーカス状態で基板上でレーザスポット径が大きくなると単位面積あたりのレーザの照射パワー密度が２乗で反比例するため、予め設定した照射パワー密度になるように、レーザ光出力を上げる補正を行う。すなわち、銀ペーストの塗布長を決めた時点でデフォーカス距離とレーザ出力設定値が決められる様に、予め修正装置にこれらの相関情報を設定・記憶しておき、計算により自動的にデフォーカス距離とレーザ出力設定値を指示して、乾燥・焼成を実施するようにする。

以上のようにして修正を行うことで、銀の微粒子金属を用いる銀ペーストの塗布部分を一度で加熱し、かつ有害なダメージを避けるため、前記銀ペーストの塗布部分からのレーザ照射スポットのはみ出しを最小限にする修正方法が提供される。

ここで、銀ペーストの塗布長は設定可能な最小レーザスポット径より大きくする必要がある。もし、オープン欠陥の断線長が最小レーザスポット径より短い場合は正常配線に掛かる銀ペーストのオーバーラップ部を長くすれば、調整可能である。一方、レーザスポット径を大きくし過ぎると修正対象の配線と隣接する配線にレーザが照射され、ダメージが生じる。この場合は、１回の塗布ペースト長を配線間隔の２倍から配線幅を引いた大きさ以下にし、塗布・乾燥・焼成を複数回行うと良い。したがって、この実施例１では配線が等間隔に配置されている配線構造で効率的である。

図２は、本発明の配線欠陥修正方法の他の例の配線修復作業のフローチャートである。実施例２は、レーザ光のデフォーカスの手段としてレーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動する場合、移動軸とレーザの光軸が完全に平行でないと、前記移動により照射中心がずれ、却って銀ペースト塗布部がレーザ照射部からはみ出し、正常配線部にレーザが照射される恐れがあるが、これを回避する方法を示す。

実施例２では、撮像用の光学系によりオープン欠陥部位の画像を取得する工程からオートホーカスでジャストホーカス位置に光学ユニットをセットする工程までは前記実施例１と同様である。次に、レーザ照射により乾燥及び焼成を行う。照射に先立ち、撮像光学系を用いて、修正対象の基板表面に対してジャストフォーカス位置に調整しておく。調節はオートフォーカスでもマニュアル操作でも良い。

次に、前記で指定した塗布の始点、終点から定まる銀ペーストの塗布長に合せてデフォーカスをかけ、基板表面でのレーザスポット径が前記塗布長に略等しくなるように調整する。具体的にはレーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動し、基板と前記レーザ光照射ユニットの集光光学系の距離を変更して調整を行う。

上記移動距離と基板上のレーザスポット径の相関については実施例１で説明した通り、集光レンズのｆ値および開口数から計算により求めることも可能であるが、光学ユニットの移動軸とレーザの光軸が完全に平行でないことにより生じるレーザスポット中心の基板面内での移動量は次のような方法で実測することが可能である。

これを図３を参照して説明する。図３はレーザスポット位置を検討するパターンの一例を示す平面図で、図３（ａ）はレーザ照射前、図３（ｂ）はレーザ照射後を示す。先ず、基板材料と同じ厚みのガラス基板ＧＰ表面に十字パターンＣＢを表示した炭素膜ＣＭを蒸着で形成する。ガラス基板ＧＰ上に形成するものはレーザ光を吸収し、加熱により消滅するものであれば炭素以外でも良い。ただし、熱伝導率は低いことが望ましい。このガラス基板ＧＰ表面にレーザを照射すると、照射部が加熱により空気酸化され炭素膜ＣＭに穴ＨＬが開き、レーザスポットサイズが判明する。炭素膜に図３のようなパターンを作成しておき、この現象を利用し、常に十字ＣＢの中心位置を狙ってジャストフォーカス位置から光学ユニットの位置をずらしていった時の穴ＨＬの中心位置の十字ＣＢの中心位置に対する偏差の傾向から、光学ユニットの移動距離と基板上のレーザスポット中心位置の相関が求まる。これを基に、予想されるずれ量の反対方向に照射位置をずらせば補正することができる。

このような方法の利用も考慮し、前記実施例１同様、塗布ペースト長に対応するデフォーカス距離とレーザ出力設定値と共に、デフォーカスに伴うレーザスポット中心位置の移動を補正するための光学ユニットの基板平面に平行な面内での移動量を決められるよう予め照射位置修正装置にこれらの相関データを設定・記憶しておき、計算により自動的にデフォーカス距離とレーザ出力設定値と光学ユニットの基板平面に平行な面内での移動量を指示して、乾燥・焼成を実施するようにする。
以上のように修正を行うことで、銀の微粒子金属を用いる銀ペーストの塗布部分を一度で加熱し、かつ有害なダメージを避けるため、前記ペーストを塗布した部分からのレーザ照射スポットのはみ出しを最小限にする修正方法が提供される。

図４は、本発明の配線修正装置の光学系の一例の構成を示す模式図である。図４において、参照符号１はレーザ光源、２はビームスプリッタ、３はビームスプリッタ、４はＣＣＤカメラ、５は結像レンズ、６は対物レンズ、７は金属配線、８は基板、９は導電ペースト、１０はステージ、１１はレーザ光照射ユニットである。図４では、ステージ９上に設置された基板８の金属配線７のオープン欠陥部分に導電ペースト９が塗布されている。これにレーザ光照射ユニット１１が距離Ｌ１を隔てて対面し、レーザ光源１から発射され対物レンズ６で収束されたレーザ光１ａが、前記導電ペースト９の塗布範囲を略覆うスポット径で、かつデフォーカス状態で照射され、この導電ペースト９を乾燥、焼成して配線欠陥を修正する構成となっている。

このレーザ光照射ユニット１１は、図示しないが、レーザ光照射スポット径を調節するスポット径調節機構と、このスポット径調節機構と連動し照射レーザパワーを補正するレーザ光パワー補正機構及び照射時の上記レーザ光照射ユニットの移動距離に連動して基板面内での照射位置補正を行う照射位置補正機構を備えている。

図５は、本発明の配線修正装置の光学系の他の例の構成を示す模式図である。実施例では、前記導電ペースト９の塗布範囲が実施例１に比べて長い構成での照射例を示している。また、この実施例では、レーザ光照射ユニット１１と金属配線７とは距離Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）を有して対面し、レーザ光１ａはビームウエストより更に先端側で前記導電ペースト９の塗布範囲を略覆うスポット径で、かつデフォーカス状態で照射する構成となっている。

ここで、前述では導電性ペーストとして銀ぺ−ストを例示したが、本発明はこれらに限定されないことは勿論である。

本発明の配線修正方法の一実施例のフローチャートである。 本発明の配線修正方法の他の実施例のフローチャートである。 本発明のレーザスポット位置を検討するパターンの一例を示す平面図である。 本発明の配線修正装置の光学系の一例の構成を示す模式図である。 本発明の配線修正装置の光学系の他の例の構成を示す模式図である。 銀ペーストの加熱処理後の走査型電子顕微鏡像である。 銀ペーストの加熱処理後の走査型電子顕微鏡像である。 銀ペーストにレーザ照射したときの温度とレーザ出力の推移を示す図である。 光学定数から計算した銀、クロム、銅の反射率を示す図である。

符号の説明

１レーザ光源、１ａレーザ光、２ビームスプリッタ、３ビームスプリッタ、４ＣＣＤカメラ、５結像レンズ、６対物レンズ、７金属配線、８基板、９導電ペースト、１０ステージ、１１レーザ光照射ユニット。

Claims (5)

1. 基板上の金属配線のオープン欠陥部分に導電ペーストを塗布し、レーザ光を照射して前記塗付された導電ペーストを焼成して行う配線欠陥修正方法において、前記導電ペーストの塗布長に略一致するスポット径を持つデフォーカス状態のレーザ光を照射し、前記焼成を行うことを特徴とする配線欠陥修正方法。
2. 前記基板上の金属配線のオープン欠陥に対し、撮像画面を基に塗布区間を設定して導電ペーストを塗布し、この塗布された導電ペーストを焼成するレーザ光をレーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動して前記導電ペーストの塗布長に略一致するスポット径寸法に調節すると共に、この調節と連動して照射レーザ光パワーを補正して焼成することを特徴とする請求項１に記載の配線欠陥修正方法。
3. 前記レーザ光照射ユニットの移動に伴う前記レーザ光照射スポットの中心位置が前記基板面内でずれる量から求まる補正式を設定、記憶し、照射時の上記レーザ光照射ユニットの移動距離に連動して基板面内での照射位置補正を行い焼成することを特徴とする請求項２に記載の配線欠陥修正方法。
4. 基板上の金属配線のオープン欠陥に対し、撮像画面を基に塗布区間を設定して導電ペーストを塗布し、レーザ照射により焼成を行う配線欠陥修正装置において、前記焼成用レーザ光照射ユニットの一部もしくは全体を移動して前記塗布された導電ペーストの塗布長に合わせてレーザ光照射スポット径を調節するスポット径調節機構と、このスポット径調節機構と連動し照射レーザ光パワーを補正するレーザ光パワー補正機構を有することを特徴とする配線欠陥修正装置。
5. 前記レーザ光照射ユニットの移動に伴う前記レーザ光照射スポットの中心位置が前記基板面内でずれる量から求まる補正式を設定、記憶し、照射時の上記レーザ光照射ユニットの移動距離に連動して基板面内での照射位置補正を行う照射位置補正機構を更に有することを特徴とする請求項４に記載の配線欠陥修正装置。