JP2020171939A - レーザリペア方法、レーザリペア装置 - Google Patents

レーザリペア方法、レーザリペア装置 Download PDF

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Abstract

【課題】下地層の材質や層の膜厚のばらつきに影響されること無く、適正に加工対象の層を修正加工できるようにする。【解決手段】基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア方法であって、欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にし、欠陥部を含む前記レーザ光の走査範囲を設定し、走査範囲内でのレーザ光の走査時に、密閉空間内における物質の質量数を同定し、質量数の同定結果から、欠陥部における加工対象層の物質の質量数が検出されなくなった時点でレーザ光の照射を終了する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザリペア方法、レーザリペア装置に関するものである。
レーザリペア装置は、従来、基板上に形成された多層構造の配線パターンに対して、検査対象箇所を撮影した欠陥画像と、欠陥の無い参照画像とを照合して欠陥を検出し、入力される指示内容に基づいて、検出された欠陥に対してレーザ光が照射される加工位置及び加工範囲を指定し、指定された加工位置及び加工範囲にレーザ光を照射することがなされている（下記特許文献１参照）。
特開２００８−１８８６３８号公報
従来のレーザリペア装置は、検出された欠陥が分かる配線パターンの画像に対して、グラフィック・ユーザ・インターフェースにより画像上に欠陥部を含む長方形の加工範囲を指定し、その加工範囲全域に一定のリペアレシピ（レーザエネルギー、レーザ周波数、レーザショット数など加工パラメータ）で修正加工を行っている。
このような従来のレーザリペア装置は、多層構造の加工対象において、加工対象の欠陥部における下地層の材質が部分的に異なる場合であっても、加工範囲内を決められた一定のリペアレシピで加工するため、下地層の材質の違いで除去される部分と除去されない部分のむらが生じてしまい、欠陥部に対して適正な修正を行うことができない場合があった。これに対して、過剰な条件での加工で欠陥部を全て除去しようとすると、欠陥部の下地層が過剰に除去されてしまい、適正な層構造が維持できない問題があった。
また、多層構造の加工対象物において、大型基板の製造工程などで、層の膜厚にばらつきがある場合に、前述した従来のレーザリペア装置では、修正場所によって膜厚が異なっているにも拘わらず、決められた一定のリペアレシピで欠陥部の加工が行われるため、この場合にも加工で除去すべき欠陥部が残ってしまったり、過剰な加工で下地層が除去されてしまったりして、適正な修正を行うことができない問題があった。
本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、下地層の材質や層の膜厚のばらつきに影響されること無く、適正に加工対象の欠陥部を修正加工できるようにすること、加工対象の欠陥部が残ってしまったり、加工対象の欠陥部の下地層が過剰に加工されてしまうことを抑止した適正な修正加工を行えるようにすること、などが本発明の課題である。
このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。
基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア方法であって、前記欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にし、前記欠陥部を含む前記レーザ光の走査範囲を設定し、前記走査範囲内での前記レーザ光の走査時に、前記密閉空間内における物質の質量数を同定し、前記質量数の同定結果から、前記レーザ光を照射する加工の終点検出を行うことを特徴とするレーザリペア方法。
基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア方法であって、前記欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にし、前記欠陥部を含む前記レーザ光の走査範囲を設定し、前記走査範囲内での前記レーザ光の走査時に、前記密閉空間内における物質の質量数を同定し、前記レーザ光の走査位置と前記質量数の同定結果に基づいて、加工対象層の物質の質量数が検出された走査位置では前記レーザ光の出力をオンに又は高く制御し、加工対象層の下層レイヤーの質量数が検出された走査位置では前記レーザ光の出力をオフに又は低く制御することを特徴とするレーザーリペア方法。
基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア装置であって、前記欠陥部を含む走査範囲にレーザ光を走査する走査部と、前記欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にするチャンバと、前記密閉空間内における物質の質量数を同定する質量分析器と、前記質量分析器による質量数の同定結果に基づいて、前記走査部と前記レーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザリペア装置。
本発明の実施形態に係るレーザリペア方法及びレーザリペア装置を説明する説明図。 本発明の実施形態に係るレーザリペア方法の工程を示した説明図。 走査加工中の加工時間と検出質量数の関係を示した説明図。 走査加工中の制御部の動作フロー例を示した説明図。 走査加工中の制御部の動作フロー例を示した説明図。 走査加工中の欠陥部の状態を示した説明図（（ａ）は欠陥部全体にレーザ光を照射している状態、（ｂ）は欠陥部の一部が除去されて下層レイヤーが露出している状態）。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。
図１に示すように、レーザリペア装置１は、基板１００上に形成された多層膜構造１１０の欠陥部に、レーザ光を照射して修正加工を行う装置である。基板１００は、平面的に移動可能なステージＳ上に支持されており、レーザリペア装置１の光軸Ｐを基板上の任意の位置に合わせることができるようになっている。
加工の対象は、例えば、ＴＦＴ基板であり、ＴＦＴ基板は、ガラスなどの基板１００上にＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）の多層膜構造１１０が形成されている。多層膜構造１１０は、一例として、第１層（例えば、ポリシリコン層（p-Si;polysilicon)）１１１、第２層（例えば、メタル電極層）１１２、第３層（例えば、絶縁層）１１３などで構成されている。
図１において、レーザリペア装置１は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器２と、レーザ光Ｌを設定された走査範囲に走査する走査部３と、欠陥部を含む領域の画像を取得するカメラ部４と、走査部３とレーザ光の出力を制御する制御部５と、欠陥部を含む領域に白色光を照射する白色光源６と、カメラ部４と同軸の光学系７Ａを有する顕微鏡７を備えている。
レーザ発振器２から出射されたレーザ光Ｌは、例えば、ミラー１０にて反射され、走査部３を構成する２つのガルバノミラー３Ａ，３Ｂにて反射され、ハーフミラー１１（１１Ａ）を透過し、顕微鏡７の光学系７Ａを透過して、修正加工対象となる欠陥部に照射される。
走査部３は、ガルバノミラー３Ａ，３Ｂの駆動範囲によって、レーザ光Ｌの走査範囲（加工範囲）が設定され、レーザ光の照射点を走査範囲内で移動させる。走査の形態は特に限定されないが、図示のように、２つのガルバノミラー３Ａ，３Ｂを用いる例では、一つのガルバノミラー３Ａの駆動で一次元的な線走査を行い、もう一つのガルバノミラー３Ｂの駆動で線走査と交差する方向の走査を行うラスター走査を行うことができる。
カメラ部４は、修正加工対象の欠陥部を含む領域の画像を取得する。白色光源６から出射される白色光が、ミラー１２、ハーフミラー１１（１１Ｂ）、光学系７Ａを経由して、カメラ部４が画像を取得する領域に照射され、そこから反射した光が、光学系７Ａ、ハーフミラー１１（１１Ｂ，１１Ａ）を経由して、カメラ部４の撮像面に結像される。
カメラ部４からは修正加工対象の欠陥部を含む領域のカラー画像が出力され、その画像データが制御部５に送信される。図示の例では、カメラ部４の前段に、被照射領域で反射したレーザ光をカットするフィルタ１３が配置されている。これによって、欠陥部にレーザ光を照射しながら、反射したレーザ光をカットして欠陥部の画像を取得することができる。
そして、レーザリペア装置１は、チャンバ８を備えている。チャンバ８は、修正加工対象の欠陥部を含む密閉空間を形成し、その空間内を真空或いは希ガスを流した状態にするものであり、修正加工が行われる多層膜構造１１０を局部的に囲むように基板１００上に設けられる。ここで、密閉空間内を真空状態にする技術や密閉空間内を希ガスを流した状態にする技術には、半導体製造等で採用されている従来知られた技術を採用することができる。
また、レーザリペア装置１は、チャンバ８内の密閉空間内における物質の質量数を同定する質量分析器９を備えている。質量分析器９は、リアルタイムでチャンバ８内の密閉空間における物質の質量数を同定できるものであり、チャンバ８には、レーザ光の照射による加工中に放出される物質を取り込んで、チャンバ８の外に配備した質量分析器９に導くノズル９Ａが設けられている。
制御部５は、質量分析器９による質量数の同定結果に基づいて、走査部３とレーザ発振器２から出射されるレーザＬの出力を制御する。制御部５には、質量分析器９から送信される分析結果の信号が入力される。制御部５には、モニタ装置１４が接続されており、質量分析器９による質量数の同定結果は、数値或いはグラフ表示などで、モニタ装置１４の画面に出力される。また、制御部５には、カメラ部４が取得した画像信号が入力される。制御部５は、カメラ部４が取得した画像信号を画像解析して、モニタ装置１４の画面に表示することができる。
このようなレーザリペア装置１を用いたレーザリペア方法は、欠陥検査装置による検査結果に基づいて欠陥部を特定した後に行われる。欠陥検査装置による検査工程では、例えば、特定された欠陥部に対して、欠陥部の位置座標、形状、サイズ、色などに加えて、どの工程で生じた欠陥であるかの工程情報などのデータが検査結果として取得される。
レーザリペア装置１を用いたレーザリペア方法の工程は、前述した検査工程の後、例えば、図２に示すような手順で行われる。先ず、準備工程として、修正加工を行うことが特定された欠陥部の位置に、レーザーリペア装置１の光軸Ｐ（顕微鏡７の光軸）を合わせるように、レーザーリペア装置１又は基板１００を支持するステージＳを移動させる（Ｓ１：光軸合わせ工程）。そして、欠陥部の周辺を局部的にチャンバ８で囲み、チャンバ８を作動して、欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にする（Ｓ２：チャンバ作動工程）。
その後、カメラ部４にて修正加工対象の欠陥部を含む画像が得られる状態にし、カメラ部４にて得た欠陥部の画像を制御部５にて画像解析して、欠陥部の位置や形状を特定する（Ｓ３：欠陥画像解析工程）。そして、画像解析の結果から得られた欠陥部の位置や形状に基づいて、走査範囲を設定する（Ｓ４：走査範囲設定工程）。
その後は、設定した走査範囲に基づいて走査部３を制御しながら、レーザ発振器２から出射されるレーザ光Ｌを修正加工エリアに照射して、走査加工を実行する（Ｓ５：走査加工実行工程）。走査加工実行工程Ｓ５では、チャンバ８で囲まれた密閉空間における物質の質量数を質量分析器９にて同定し、その質量数の同定結果に基づいて、制御部５が走査部３の動作及びレーザ光Ｌの出力を制御する。
走査加工中には、例えば図３に示すように、加工時間に伴って検出される質量数が変化する。図示の例によると、修正加工エリアにレーザ光Ｌを照射した初期段階Ａでは、表面層に当たる第３層（例えば、絶縁層）１１３の物質がプラズマ化或いはガス化して質量分析器９に取り込まれ、その物質の質量数が検出される。そして、表面層に当たる第３層が除去されると、次の段階Ｂでは、加工対象層である第２層（例えば、メタル電極層）１１２の物質がプラズマ化或いはガス化して質量分析器９に取り込まれ、その物質の質量数が検出される。更に、加工対象層である第２層が除去されると、次の段階Ｃでは、加工対象層の下層レイヤーである第１層（例えば、ポリシリコン層（p-Si;polysilicon)）１１１の物質がプラズマ化或いはガス化して質量分析器９に取り込まれ、その物質の質量数が検出される。
図４及び図５は、制御部５によって、レーザ光Ｌを照射する加工の終点検出を行う例を示している。図４に示した例では、先ず設定された走査範囲の全域を走査加工しながら質量分析器９による質量数の同定を行い（ステップＳ０１）、加工対象層の物質の質量数が検出されたか否かの判断を行う（ステップＳ０２）。ここで、図３に示した初期段階Ａでは、第３層（例えば、絶縁層）１１３の物質の質量数が検出されるので、ステップＳ０２では「ＮＯ」になり、繰り返しステップＳ０１が実行される。
そして、図３に示した段階Ｂに移行すると、加工対象である第２層（例えば、メタル電極層）１１２の物質の質量数が検出されるので、ステップＳ０２が「ＹＥＳ」になり、更に、走査範囲の全域を走査加工しながら質量分析器９による質量数の同定が行われ（ステップＳ０３）、欠陥部における加工対象層の除去が行われる。そして、加工を続けて、加工対象層の物質の質量数が検出され続けている間は（ステップＳ０４：「ＮＯ」）、欠陥部における加工対象層へのレーザ光照射が継続される。
その後、図３に示した段階Ｃに移行すると、加工対象である第２層（例えば、メタル電極層）１１２の物質の質量数が検出されなくなるので、その時点（ステップＳ０４：「ＹＥＳ」）で、レーザ光を照射する加工を終了する。
図５に示した例では、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３は、ステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３と同様であり、ステップＳ１４にて、走査加工の全域で、加工対象層の下層レイヤーである第１層（例えば、ポリシリコン層（p-Si;polysilicon)）１１１の物質の質量数が検出されたか否かの判断が行われ、全域で下層レイヤーの物質の質量数が検出されていない場合（ステップＳ１４：「ＮＯ」）には、引き続きレーザ光照射による加工を継続し、全域で下層レイヤーの物質の質量数が検出された場合（ステップ１４：「ＹＥＳ」）には、その時点で、レーザ光を照射する加工を終了する。
この際、ステップＳ０３又はＳ１３における全域走査は、レーザ光の出力を一定にして加工を行っても良いし、走査位置に対応してレーザ光の出力を制御しても良い。走査位置に対応してレーザ光の出力を制御する場合には、前回の全域走査において、走査位置と検出された質量数との関係を記憶しておき、その記憶に基づいて、今回の走査位置でのレーザ光の出力を制御する。この場合、例えば、加工対象層の物質の質量数が検出された走査位置では、レーザ光の出力をオンに又は高く制御し、加工対象層の下層レイヤーの質量数が検出された走査位置では、レーザ光の出力をオフに又は低く制御する。
これによると、図６（ａ）に示すように、走査範囲Ｆ内でのレーザ光の出力状態は、欠陥部Ｗにおいて加工対象層である第２層１１２上に走査位置がある場合のみレーザ光の出力がオン又は高くなり、下層レイヤー（第１層１１１）上に走査位置がある場合には、レーザ光の出力がオフ又は低くなる（図示の太線がレーザ光がオン又は高いところを示している。）。
これにより、仮に、図６（ｂ）に示すように、２回目以降の全域走査で、走査範囲Ｆ内の一部で下層レイヤーが露出し、部分的に欠陥部Ｗが残っているような場合にも、走査範囲Ｆ内の下層レイヤーの物質の質量数が検出される走査位置では、レーザ光の出力はオフ又は低くなり、走査範囲Ｆ内の加工対象層上の走査位置のみで、レーザ光の出力はオン又は高く制御されることになる。
このようなレーザリペア装置１及びそれによるレーザリペア方法によると、欠陥部を含む密閉空間内における物質の質量数を同定することで、加工対象層のみに選択的にレーザ光を照射することができ、また、加工対象層が除去された時点で加工を終了することができる。これにより、下層レイヤーの加工を極力抑えて、削り残し無く欠陥部Ｗを除去することができるようになり、下層レイヤーの材質や層の膜厚のばらつきに影響されること無く、適正に欠陥部Ｗを修正加工することができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
１：レーザリペア装置，２：レーザ発振器，
３：走査部，３Ａ，３Ｂ：ガルバノミラー
４：カメラ部，５：制御部，
６：白色光源，７：顕微鏡，７Ａ：光学系，
８：チャンバ，９：質量分析器，
１０，１２：ミラー，１１（１１Ａ，１１Ｂ）：ハーフミラー，
１３：フィルタ，１４：モニタ装置，１００：基板，１１０：多層膜構造，
１１１：第１層（ポリシリコン層），１１２：第２層（メタル電極層），
１１３：第３層（絶縁層），Ｓ：ステージ，Ｐ：光軸，Ｌ：レーザ光，
Ｗ：欠陥部，Ｆ：走査範囲

Claims (9)

  1. 基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア方法であって、
    前記欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にし、
    前記欠陥部を含む前記レーザ光の走査範囲を設定し、
    前記走査範囲内での前記レーザ光の走査時に、前記密閉空間内における物質の質量数を同定し、
    前記質量数の同定結果から、前記レーザ光を照射する加工の終点検出を行うことを特徴とするレーザリペア方法。
  2. 前記終点検出は、
    前記欠陥部における加工対象層の物質の質量数が検出されなくなった時点で前記レーザ光の照射を終了することを特徴とする請求項１記載のレーザリペア方法。
  3. 前記終点検出は、
    前記走査範囲の全域で加工対象層の下層レイヤーの質量数が検出された時点で、前記レーザ光の照射を終了することを特徴とする請求項１又は２レーザーリペア方法。
  4. 基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア方法であって、
    前記欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にし、
    前記欠陥部を含む前記レーザ光の走査範囲を設定し、
    前記走査範囲内での前記レーザ光の走査時に、前記密閉空間内における物質の質量数を同定し、
    前記レーザ光の走査位置と前記質量数の同定結果に基づいて、
    加工対象層の物質の質量数が検出された走査位置では前記レーザ光の出力をオンに又は高く制御し、加工対象層の下層レイヤーの質量数が検出された走査位置では前記レーザ光の出力をオフに又は低く制御することを特徴とするレーザーリペア方法。
  5. 基板上に形成された多層膜構造の欠陥部にレーザ光を照射して修正加工を行うレーザリペア装置であって、
    前記欠陥部を含む走査範囲にレーザ光を走査する走査部と、
    前記欠陥部を含む密閉空間を真空或いは希ガスを流した状態にするチャンバと、
    前記密閉空間内における物質の質量数を同定する質量分析器と、
    前記質量分析器による質量数の同定結果に基づいて、前記走査部と前記レーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザリペア装置。
  6. 前記制御部は、前記質量数の同定結果から、前記欠陥部における加工対象層の物質の質量数が検出されなくなった時点で前記レーザ光の照射を終了することを特徴とする請求項５記載のレーザリペア装置。
  7. 前記制御部は、前記質量数の同定結果から、前記走査範囲の全域で加工対象層の下層レイヤーの質量数が検出された時点で、前記レーザ光の照射を終了することを特徴とする請求項５又は６記載のレーザリペア装置。
  8. 前記制御部は、前記レーザ光の走査位置と前記質量数の同定結果に基づいて、加工対象層の物質の質量数が検出された走査位置では前記レーザ光の出力をオンに又は高く制御し、加工対象層の下層レイヤーの質量数が検出された走査位置では前記レーザ光の出力をオフに又は低く制御する請求項５〜７のいずれか１項記載のレーザリペア装置。
  9. 前記チャンバには、前記レーザ光の照射による加工中に放出される物質を取り込んで、前記チャンバの外に配備した前記質量分析器に導くノズルが設けられていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項記載のレーザリペア装置。
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