JP2574440B2 - 薄膜加工装置 - Google Patents

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
う薄膜加工装置（以下、レーザ トリミング装置と呼
ぶ。）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、製造歩留まりはほとんど
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４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４図におい
て、401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。）、402はXYステージなどの位置決め手段、403はYA
Gレーザを発生させるYAGレーザ光発生手段、404は前記Y
AGレーザ発生手段403が発生したレーザ光408を加工基板
401に集光，照射させるためのレーザ光学系、405はYAG
レーザ光発生手段403のレーザ光の照射，光照射を制御
するための制御手段、406は加工基板401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401は位置決め手段402上に積載され
る。つぎにモニタ手段406で加工基板401の表面を観察し
ながら、位置決め手段402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405に付加されているスイッチを
おす。すると、YAGレーザ光発生手段403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により集光され、高い電力密度
となって加工基板401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問題点を明らか
にするため、図面を用いて説明する。第５図（ａ）はア
クティブマトリックスアレイなど加工基板401に形成さ
れた薄膜トランジスタ（以後、TFTと呼ぶ。）の模擬的
平面図である。また第５図（ｂ）は第５図（ａ）のAA′
線での断面図である。第５図（ａ）の平面図はTFTの切
断箇所を明らかにするため、上層に形成される絶縁体膜
および反射電極は省略して描いている。先にものべたよ
うにアクティブマトリックスアレイに百万個以上のTFT
を形成する場合、現在の製造技術ではすべてのTFTを無
欠陥で形成することは困難である。欠陥TFTは動作時に
異常信号を反射電極に印加するため、前記電極上の液晶
が正規の動作以外の配向動作をおこしてしまう。したが
って、不要な部分が表示され、液晶表示パネルの表示品
質は著じるしく低下してしまう。そのため、不良TFTを
レーザで切断し、反射電極から切り離してしまう必要が
ある。アクティブマトリックスアレイが１つの反射電極
に２個のTFTを形成されたような冗長構成がとられてい
る場合、不良TFTを反射電極から切断する。信号は他方
のTFTにより信号を反射電極に印加することができる。
第５図（ａ），（ｂ）において、503はソース信号線、5
09はゲート信号線、501は前記信号線間を絶縁状態とす
るために形成された絶縁体膜、504はTFTのソース電極、
505はTFTのドレイン電極、506はTFTのゲート端子、507
はTFTのドレイン端子、508は反射電極511とドレイン端
子507との電気的接続をとるためのコンタクトホール、5
02はレーザ光照射位置、512はガラス基板、510は反射電
極511とTFTとを電気的に絶縁するための絶縁体層であ
る。第５図（ａ）に示すTFTが不良の場合、レーザ照射
位置502などにレーザ光を照射し、ドレイン端子507およ
びゲート端子506を切断する必要がある。

第６図はトリミング方法を説明するための説明図であ
る。第６図において601はレーザトリミング装置から照
射されるレーザ光である。レーザ光601はガラス基板512
を透過させ、レーザ光照射位置502に照射される。前記
理由はTFTの上層部には反射電極511が形成されているた
め反射電極側からはレーザ光を入射させることができな
いためである。したがってトリミング位置のゲート端子
506およびドレイン端子507は一方はガラス基板512に、
他方は絶縁体層510に周囲をかこまれ、レーザ光により
溶解または蒸発した物質の逃げ場がない。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
ザ光の照射時間が50nsec以下と短かく設計されていた。
そのため、レーザ光により加熱された物質は急激に膨張
蒸発する。第７図（ａ），（ｂ）はトリミング後のTFT
の断面図である。第７図（ａ）は溶解物701が反射電極5
11と短絡した場合を示している。前記短絡が生じる理由
は、レーザ光により物質が急激に膨張，蒸発し、蒸発し
た物質は絶縁体層510にクラックを発生させ、前記クラ
ックを通じて溶解物701が反射電極511に達するためであ
る。また第７図（ｂ）は反射電極511の一部がなくなっ
たところを示している。これは、レーザ光により膨張，
蒸発した物質が絶縁体層および反射電極をも破壊し、外
部に飛散した状態を示したものである。

以上のように従来のレーザトリミング装置ではレーザ
パルスの先頭値電力の大きさにより加工をおこなってい
るものと思われる。しかしながら、前記先頭値電力の大
きさは非常に制御が困難であり、第７図（ａ），（ｂ）
のような不良を発生させてしまう。特に第６図（ａ），
（ｂ）で示すような切断端子または切断する配線（以
後、リンクと呼ぶ）の周囲が他の物質により囲まれてい
る場合、急激に蒸発した物質の逃げ場がなく、不良を発
生させる。またYAGレーザ光発生手段403にはＱスイッチ
などを用いず連続状にレーザ光を発生させるものがある
が、前記レーザ光では照射箇所の周辺部に熱的影響を与
え、平均的に大きなレーザパワーの投入を必要とし、切
断性を悪い。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するために、加工対象物を加熱する
連続状のレーザー光を発生させる第１のレーザー光発生
手段と、パルス状のレーザー光を発生させる第２のレー
ザー光発生手段と、結像光学手段と、前記第１および第
２のレーザー光発生手段が発生したレーザー光を加工対
象物上に集光させる光学手段と、前記加工対象物上の加
工位置に照射する第２のレーザー光発生手段が発生する
レーザ光のパルス数を制御できるレーザパルス数制御手
段と、前記第２のレーザ光発生手段が発生した第１のパ
ルス状のレーザー光のレーザーパワーに比較して、前記
第１のパルス状のレーザー光の次に発生する第２のパル
ス状のレーザ光のレーザーパワーを所望値に減衰させる
レーザ光減衰手段とを具備し、前記第２のレーザー光発
生手段から発生したレーザー光が前記加工対象物上に照
射される範囲は、前記第１のレーザー光発生手段から発
生したレーザー光が前記加工対象物上に照射される範囲
内であり、第２のレーザー光発生手段から発生したレー
ザー光は、前記加工対象物と前記第２のレーザー光発生
手段との間に配置されたスリットと前記結像光学手段に
より、前記加工対象物上に略矩形状に結像されて照射さ
れ、同一加工位置に照射されるレーザーパルスの間隔が
1msec以内であることを特徴とするものである。

作用 本発明のレーザトリミング装置は加工箇所に複数のレ
ーザパルスを照射することにより加工することを基本と
する。最初のレーザパルス光が照射されると、加工箇所
の表面状態が変化しレーザ光の吸収率が向上する。した
がって第２パルス目のレーザ光を減光し、レーザパワー
を小さくすることにより均一なレーザパワーを加工位置
に照射できる。多数パルスで加工することにより、加工
箇所の構成物質は徐々に加工され、ほとんど蒸発せずに
溶解し、リンクなどは切断される。

実施例 以下図面を参照しながら、本発明のレーザトリミング
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、102は
連続モードのレーザ光を発振発生させるレーザ光発生手
段（以後、連続レーザ光発生手段と呼ぶ。）、103はＱ
スイッチなどを具備し、前記Ｑスイッチをオン，オフさ
せることによりパルスレーザ光を発振発生させるレーザ
光発生手段（以後、パルスレーザ光発生手段と呼
ぶ。）、前記レーザ光の波長としてはYAGレーザ，ネオ
ンヘリウムレーザなどが用いられ、中でもYAGレーザの
1.06μｍまたは0.53μｍ波長のものがレーザパワー出
力，吸光率の観点から適当と考えられ、中でも1.06μｍ
波長のものが最も適当である。前記２種類のレーザ光の
波長は同一波長にすることにより、加工箇所の物質のレ
ーザ光吸収率の観点から、加工調整が容易になる。ま
た、パルスレーザ光発生手段103が発生するレーザパル
ス幅の半値は数nsec〜1000nsecが用いられ、中でも20ns
ec〜300nsecに設定することが金属薄膜などに対して好
ましい。101は連続レーザ光発生手段102およびパルスレ
ーザ光発生手段103のレーザ光照射時間，時刻などを制
御するための制御手段、104,105はレーザ光発生手段が
発生したレーザ光を加工位置に照射させるための光学手
段であり、加工位置にレーザ光を集光手段または結像手
段を具備する。前記光学手段としては加工箇所の精度上
の観点から少なくともパルスレーザ光発生手段はレーザ
光を加工位置に結像させる結像光学系を用いることが好
ましい。結像光学系を用いることにより、加工位置形状
を任意の形にすることができ、レーザ光照射範囲内のレ
ーザパワー密度を均一にすることができ、加工，切断状
態が良好となる。また光学手段は加工に不用な部分にレ
ーザ光を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して加工位置に照射することが
できる。

また加工位置に照射されるレーザ光の範囲は連続レー
ザ光発生手段の方が広範囲に設定され、パルスレーザ光
発生手段は前記範囲内におさまるように設定できる。10
6はテレビなどの観察手段（以後、モニタ手段と呼
ぶ。）で加工基板108の加工面をモニターテレビなどに
より観察することができる。107は加工基板108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
イ基板などの加工対象物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、光学
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107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。112,113,114はミラ
ーなどであり、109,110,111はレーザ光である。

以下、本発明のレーザトリミング装置についてその動
作を説明する。まず積層手段107およびモニタ手段106を
用いて、加工基板108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107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
置決めが行なわれる。位置決めが完了すると、制御手段
101は連続レーザ光発生手段102に対してレーザ光照射指
令をおくる。連続レーザ光発生手段102は前記指令に基
づき、所定のレーザパワーの連続レーザ光を照射する。
前記レーザ光は光学手段104により照射位置で矩形の光
学像になるよう加工され、集光されて、加工基板108に
照射される。一方、パルスレーザ光発生手段103は制御
手段101によりＱスイッチなどで制御され、レーザパル
ス光を１パルス以上発生する。前記レーザパルス光は光
学手段105により照射位置で矩形の光学像になるように
スリットなどで加工され、集光されて加工基板108に照
射される。以上のように加工基板108の加工位置は連続
レーザ光で加熱され、さらにレーザパルス光により重畳
的に加熱される。前述のトリミング方法により、加工位
置の構成物質は主としてレーザパルス光の照射をトリガ
として溶解する。このとき、連続レーザ光の加熱の効果
により、ほとんど構成物質は蒸発することがなく、また
蒸発しても、加工位置の上層の絶縁体層が破れるような
蒸発量は発生しない。また溶解物質は主として第５図
（ａ），（ｂ）の例ではゲート端子506と絶縁体層510の
界面に凝縮されバルク状になり固化する。したがって、
加工箇所の周囲に空間がなくとも、良好な切断加工をお
こなうことができる。以上の手続きで一箇所の加工が終
了すると、次の加工箇所に位置決めされ、加工が次々と
おこなわれる。

以下図面を参照しながら、他の実施例における本発明
のレーザトリミング装置について説明する。第２図は本
発明のレーザトリミング装置のブロック図である。第２
図において、202は１加工箇所に照射するレーザパルス
数を制御する手段（以後、レーザパルス数制御手段と呼
ぶ。）である。前記制御手段は１加工箇所ごとに照射す
るレーザパルス光を２パルスあるいは３パルスなどと制
御できることが好ましい。前述の制御の必要な理由は、
加工箇所の膜厚および切断幅などにより投入すべきレー
ザパワーがそれぞれ異なるためである。したがって、た
とえば膜厚の厚い箇所は他よりも１パルスあるいは２パ
ルス多くレーザパルスを照射し加工をおこなう。203は
レーザパルスのレーザパワーを減光し、所定のレーザパ
ワーに調整するための手段（以後、減光手段と呼ぶ。）
である。前記手段はレーザパルスごとに所定のレーザパ
ワーに調整できることが好ましい。たとえばパルスレー
ザ光発生手段103が1k Hzで発振している場合、レーザパ
ルス光は1msecの間隔で出力される。したがって1msec内
で所定値に減光する。前記減光手段としては、超音波技
術を用いたアッテネータなどがある。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
パルス目は加工箇所の加工面が鏡面状態でレーザ光の吸
収がよくなく、次のレーザパルスでは最初のレーザパル
スにより加工されレーザ光の吸収率が向上しているため
である。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た
めである。201は制御手段であり、連続，パルスレーザ
光発生手段102,103、レーザパルス数制御手段202および
減光手段203の制御をおこなう。なお、他の箇所の第一
の本発明のレーザトリミング装置と同様である。

以下第２の本発明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107およびモニタ手段106を
用いて、加工基板108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107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201は連続レーザ光発生手段102に
対して、レーザ光照射指令をおくる。連続レーザ光発生
手段102は前記指令に基づき、所定のレーザパワーの連
続レーザを照射する。前記レーザは光学手段104により
所定の光学像になるように制御され、加工位置に集光さ
れる。一方、パルスレーザ光発生手段103およびレーザ
パルス数制御手段202は記憶手段（図示せず）に格納さ
れた加工位置箇所ごとの照射レーザパルス数にもとづ
き、レーザパルスを発生照射する。前記レーザパルスは
各レーザパルスごとに減光手段203により所定値に減光
され、光学手段105を通過し、加工位置に照射される。
通常減光手段203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な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が読みだされ、
積載手段107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。

以上のように本発明のレーザトリミング装置では、加
工箇所ごとの照射レーザパルス数を記憶し、前記レーザ
パルス数にもとづき、加工をおこなうため、総和すれば
各箇所に最適なレーザパワー投入量を設定することがで
きる。また各レーザパルスごとのレーザパワーを制御で
きるため、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、結像
光学系は光学手段104,105に具備するとしたがこれに限
定するものではなく、たとえば第３図のように結像手段
301を配置してもよい。また光学手段とミラーとの位置
関係は何ら本発明の装置を限定するものではない。また
本発明の明細書中において、トリミング対象物を加工基
板としたが、これに限定されるものではない。また第２
の本発明のレーザトリミング装置において、光学手段10
5と減光手段203の位置関係はこれに限定するものではな
く、前述の逆の位置関係にしても、本発明の同様の効果
が得られることは明らかである。

発明の効果 本発明のレーザトリミング装置は連続レーザ光発生手
段とパルスレーザ光発生手段を具備することにより、加
工位置の構成物質をほとんど蒸発させることなく加工あ
るいは切断をおこなうことができる。したがって、切断
不良などが生じず３次元的に形成された膜構造の構成体
の内部配線つまり、リンクを加工することができ、反射
型アクティブマトリックスアレイなどの加工に最適であ
る。

また、減光手段およびレーザパルス数制御手段させる
ことにより、加工箇所ごとに最適なレーザパルス数で加
工でき、また、加工時のレーザー光の吸収率を考慮して
加工をおこなうことができる。したがって、極めて良好
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図は本発明のレーザトリミング装置のブロック図、
第２図は本発明の他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３図は本発明の他の実施例におけ
るレーザトリミング装置のブロック図、第４図は従来の
レーザトリミング装置のブロック図、第５図（ａ），
（ｂ）はアクティブマトリックスアレイの一部拡大平面
図および断面図、第６図はレーザトリミング加工の説明
図、第７図（ａ），（ｂ）は加工終了後のアクティブマ
トリックスアレイの断面図である。 101……制御手段、102……連続レーザ光発生手段、103
……パルスレーザ光発生手段、104,105……光学手段、1
06……モニタ手段、107……積載手段、108,401……加工
対象物、109,110,111……レーザ光、112,113,114……ミ
ラー、201……制御手段、202……レーザパルス数制御手
段、203……減光手段、301……結像手段、402……位置
決め手段、403……YAGレーザ光発生手段、404……レー
ザ光学系、405……制御手段、406……モニタ手段、407
……ミラー、408……レーザ光、501……絶縁体膜、502
……レーザ光照射位置、503……ソース信号線、504……
ソース電極、505……ドレイン電極、506……ゲート端
子、507……ドレイン端子、508……コンタクトホール、
509……ゲート信号線、510……反射電極、511……絶縁
体層、512……基板、601……レーザ光、701……溶解
物。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工対象物を加熱する連続状のレーザー光
   を発生させる第１のレーザー光発生手段と、 パルス状のレーザー光を発生させる第２のレーザー光発
   生手段と、 結像光学手段と、 前記第１および第２のレーザー光発生手段が発生したレ
   ーザー光を加工対象物上に集光させる光学手段と、 前記加工対象物上の加工位置に照射する第２のレーザー
   光発生手段が発生するレーザ光のパルス数を制御できる
   レーザパルス数制御手段と、 前記第２のレーザ光発生手段が発生した第１のパルス状
   のレーザー光のレーザーパワーに比較して、前記第１の
   パルス状のレーザー光の次に発生する第２のパルス状の
   レーザ光のレーザーパワーを所望値に減衰させるレーザ
   光減衰手段とを具備し、 前記第２のレーザー光発生手段から発生したレーザー光
   が前記加工対象物上に照射される範囲は、前記第１のレ
   ーザー光発生手段から発生したレーザー光が前記加工対
   象物上に照射される範囲内であり、 第２のレーザー光発生手段から発生したレーザー光は、
   前記加工対象物と前記第２のレーザー光発生手段との間
   に配置されたスリットと前記結像光学手段により、前記
   加工対象物上に略矩形状に結像されて照射され、 同一加工位置に照射されるレーザーパルスの間隔が1mse
   c以内であることを特徴とする薄膜加工装置。
2. 【請求項２】加工対象物を加熱する連続状のレーザー光
   を発生させる第１のレーザー光発生手段と、 パルス状のレーザー光を発生させる第２のレーザー光発
   生手段と、 結像光学手段と、 前記第１および第２のレーザー光発生手段が発生したレ
   ーザー光を加工対象物上に集光させる光学手段と、 前記加工対象物上の加工位置に照射する第２のレーザー
   光発生手段が発生するレーザ光のパルス数を、加工位置
   ごとに制御できるレーザパルス数制御手段と、 前記第２のレーザ光発生手段が発生した第１のパルス状
   のレーザー光のレーザーパワーに比較して、前記第１の
   パルス状のレーザー光の次に発生する第２のパルス状の
   レーザ光のレーザーパワーを所望値に減衰させるレーザ
   光減衰手段とを具備し、 前記第２のレーザー光発生手段から発生したレーザー光
   が前記加工対象物上に照射される範囲は、前記第１のレ
   ーザー光発生手段から発生したレーザー光が前記加工対
   象物上に照射される範囲内であり、 第２のレーザー光発生手段から発生したレーザー光は、
   前記加工対象物と前記第２のレーザー光発生手段との間
   に配置されたスリットと前記結像光学手段により、前記
   加工対象物上に略矩形状に結像されて照射され、 同一加工位置に照射されるレーザーパルスの間隔が1mse
   c以内であり、第２のレーザー光発生手段が発生するレ
   ーザパルス幅の半値が20nsec〜30nsecであることを特徴
   とする薄膜加工装置。