JPH03120819A - レーザｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザＣＶＤ法により半導体や集積回路等の
試料上に金属薄膜を形成し、配線パターンの修正を行う
装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体・集積回路の配線修正や故障解析を迅速に
行える技術としてレーザＣＶＤ法による薄膜形成法が注
目され、種々の研究がなされている。例えば、Ｗ（ＣＯ
）６　　（タングステンカムボニル）蒸気雰囲気中に置
かれたＬＳＩ基板上に、Ａｒレーザ光をスポット状に集
光して照射し、基板を移動さすことにより数μｍ幅のＷ
線を描画したという報告がある（第３５回応用物理学関
係連合講演会、２９ｐ−Ｇ−７）。また、同種の技術は
液晶パネル用薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと呼ぶ）基
板の欠陥修正にも適用することができ、Ｃｒパターンの
断線をＷ線のＣＶＤにより修正できたという報告がある
（第３５回応用物理学関係連合講演会、３０ａ−ＺＧ−
３）。この種の装置の一般的構成例は第５図に示すよう
に、２種のレーザ光源１と２．ミラー６、ビームエキス
パンダー１０．対物レンズ、照明ユニット２７．観察ユ
ニット２８等から成る光学系、試料を載置し移動さすた
めのＸＹステージ１８１反応チェンバ１６、金属化合物
蒸気供給源２２、及び排気ユニット２４等から成ってい
る。この装置を用いた一般的な配線修正工程を第６図、
第７図を使って説明する。第６図は修正したい配線パタ
ーン（通常は金属Ａｆｆ）上に層間絶縁膜や保護膜が無
い場合で、金属化合物蒸気３６の雰囲気中で、スポット
状に集光されたＣＷレーザ光を配線３１から配線３２へ
向ってスキャンすることにより、連続した金属膜３４を
描画する。スキャンスピードが数μｍ　／　ｓ　、レー
ザ光のスポット径を数μｍ程度にして、線幅数μｍ、膜
厚数千人の金属線を形成できる。ＣＷレーザ光としては
、通常波長０．５１５μｍや０．４８８μｍのＡｒレー
ザ光が用いられるが、熱拡散による線幅拡がりを抑える
ために、ＣＷ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザの第二
高調波光（波長０．５３μｍ）が用いられる場合もある
。第７図は、修正したい配線パターン上に絶縁膜や保護
膜が存在する場合で、第７図（ａ）と゛（ｂ）のように
二つの工程に分けられる。まず第７図（ａ＞では、配線
３１．３２の上の絶縁膜３３にバイアホール３７をあけ
る工程で、このために、ＣＷレーザ光とは別のパルスレ
ーザ光をやはりスポット状に集光して配線３１．３２上
に照射し、その上の絶縁膜３３を蒸発させて除去し、穴
をあける。ここで、用いるレーザ光のパルス幅は短かい
ほど、加工形状の良い穴があけられることが判っており
、通常はパルス励起ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザやそ
の第二高調波、あるいは第４高調波光が用いられ、パル
ス幅は数＋ｎｓがら数ｎｓの範囲である。次に第７図（
ｂ）では、第６図と同様に、金属化合物蒸気雰囲気中で
ＣＷレーザ光を配線３１から配線３２へ向ってスキャン
する。このようにして、絶縁膜３３の下に存在する配線
３１と配線３２を接続することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のレーザＣＶＤ装置によれば、集積回路や
ＴＰＴ基板の配線パターンを修正することができるが、
レーザＣＶＤにより形成された金属膜は表面に露出して
いるため、膜表面が酸化されて抵装置が徐々に高くなっ
たり、湿度や温度変化により電気特性や物理的強度が劣
化する恐れがある。したがって、修正したサンプルは開
発試作段階の短期間の動作評価用サンプルとしては十分
使用できるが、長期間評価用のサンプルや、ユーザへ出
荷する最終製品としては使用できないという問題点があ
る。また、液晶パネル用ＴＰＴ基板の場合は、ＴＰＴ回
路パターン上に液晶を充填し、透明電極パターンの付い
たガラス板ではさみ込む構造となっているので、ショー
トしないようＴＰＴ回路パターン上には絶縁膜を付ける
必要があり、やはり従来のレーザＣＶＤ装置で修正した
基板をそのまま製品として使用できないため、修正後、
別の装置により再度絶縁膜を付けなければならないとい
う欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のレーザＣＶＤ装置は、金属化合物蒸気と接触す
る試料基板にレーザ光を照射して、該金属化合物蒸気を
熱分解することにより、該試料基板上に金属薄膜を形成
する装置において、試料表面に絶縁膜を塗布するための
絶縁材供給源とノズルを備え、該塗布絶縁膜を前記レー
ザ光により照射加熱して、乾燥固化するように構成した
ことを特徴とする。

本発明はレーザＣＶＤにより形成した金属パターン上に
絶縁膜を形成する機構を備えており、修正したサンプル
の信頼性を向上できるばがっでなく、従来装置で困難で
あった最終製品への適用もできるという利点を有する。

〔実施例１〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。第１図
は本発明の実施例１を示す装置構成ブロック図である。

１はパルス発振のレーザ光源で、絶縁膜や保護膜にバイ
アホールを形成したり、アルミ配線を切断したりする場
合に使用する。通常、パルス励起ＱスイッチＮｄ　：　
ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）、及びその第二高調
波光（波長０．５３μｍ）、第４高調波光（波長０．２
６．６μｍ）等が用いられる。２はレーザＣＶＤ用のＣ
Ｗレーザ光源で、本発明ではＣＷ励起ＱスイッチＮｄ：
ＹＡＧレーザで、３はＳＨＧ素子である。これにより、
くり返し数ｋＨｚでパルス幅が数百ｎｓの第二高調波光
（波長０．５３μｍ〉が得られる。本構成例ては、ＳＨ
Ｇ素子３はＮｄ：ＹＡＧレーザ２の外部に置かれている
が、内部に置く構成としても良い（いわゆる内部ＳＨＧ
と呼ばれる）。４はダイクロイックミラーで、ＳＨＧ素
子で変換されなかった基本波（以後、１．０６μｍ光と
呼ぶ）を全反射し、第二高調波光を透過させる性質を持
つ。５はダイクロイックミラーで、パルスレーザ１から
出射されたレーザ光を全反射し、ＳＨＧ素子３からの第
二高調波光を透過させる性質を持つ。６はパルスレーザ
１から出射されたレーザ光を全反射させるミラーである
。１ｏ及び１１はビームエキスパンダーで、入射にレー
ザのビーム径を拡大しかつコリメートする働きをし、本
図では凹レンズと凸レンズの組合せとなっているが、凸
レンズと凸レンズの組合せ等でも構わない。通常レーザ
光のビーム径（直径）は１〜２　ｍｍ程度であるので、
これを５〜１０市程度に拡大する。これはレーザ光をレ
ンズで集光する場合に、より小さく集光できるようにす
るためであるが、試料上でのビーム径をそれ程小さくす
る必要がなければ、このビームエキスパンダーは無くて
も構わない。７は１．０６μｍ光を全反射させるミラー
、１２及び２つはビームを遮断するためのシャッタであ
る。８はパルスレーザとＣＷレーザを両方とも全反射す
る２波長ミラー　９はミラー８から来たレーザ光を反射
し、ビームエキスパンダー１１より出射された１、０６
μｍ光を透過させるダイクロイックミラーである。１３
はダイクロイックミラーで、レーザ光を反射させ、レー
ザ波長以外の可視光を透過させる性質を持つ。１４は集
光レンズで、レーザ光を試料上に集光する働きをし、通
常顕微鏡用対物レンズが用いられる。１５はウィンドで
、レーザ光や観察光用可視光を良く透過する石英ガラス
が用いられる。１６はチェンバで、試料を載置できると
共に、金属化合物蒸気導入口１つ、排出口２０、絶縁材
供給ノズル２１が設置されている。１７は半導体や集積
回路等の試料で、修正しようとするパターン面を上面に
してＸＹステージ１８上に載置される。２２は金属化合
物蒸気供給源で、Ｗ（Ｃｏ）ａやＣｒ　（Ｃｏ）６等の
金属カルボニルを原料とする場合、原料を気化するため
のヒータ、気化したガスを希釈してチェンバへ供給する
ための不活性ガス供給源等から成っている。２３は絶縁
材供給源で、通常液状の絶縁材が充填され、必要時に一
定量をノズル２１がら試料上に供給できる構成となって
いる。ノズル２１は、先端の外径が１１程度、内径が０
．５ｍｍ程度の針状となっており、レーザ光をさえぎら
ない範囲で試料表面に近接して設置されている。２４は
チェンバ内のガスを排気するための排気ユニットで、金
属化合物のトラップと真空ポンプ等から成っている。２
５はレーザ光を遮断するためのフィルタで、観察ユニッ
トヘレーザ光が入射しないようにするためのものである
。２６はハーフミラ−で照明ユニット２７からの照明光
を反射し、試料からの反射された観察光を透過させる。

２７は照明ユニットで、ランプとコリメータとから成る
。

２８は観察ユニットで、接眼鏡やＴＶカメラから成り、
試料表面を内眼もしくはＴＶモニタ等で観察できるよう
になっている。

本装置例による配線修正の工程を第４図１第６図、第７
図を用いて以下に説明する。まず、試料をチェンバ内に
セットした後チェンバの排気とパージを行い、金属化合
物蒸気を流す。次に、試料が保護膜無しの試料であれば
、レーザ光源２を用いて第６図に示すようにレーザＣＶ
Ｄを行う。

また、試料が保護膜付きの試料であれば、第７図（ａ）
に示すようにパルスレーザ１を用いてバイアホール形成
を行い、次に第７図（ｂ）に示す、ようにレーザ光源２
を用いてレーザＣＶＤを行う。

このレーザＣＶＤの工程が終了したら、金属化合物蒸気
の供給を停止し、チェンバの排気とパージを行う。そし
て、最終にレーザＣＶＤ箇所に絶縁膜を形成する工程を
行う。これは第４図に示すように、所望の絶縁材を試料
表面に塗布する工程（第４図（ａ））と、この塗布絶縁
膜３５をレーザ光により乾燥・固化する工程（第４［］
（ｂ）（Ｃ））とに分かれる。まず、絶縁膜塗布工程で
は、第４図（ａ）に示すように、レーザＣＶＤを施した
箇所を絶縁材供給ノズル２１の近くに位置決めし、所量
の絶縁材を滴下して塗布絶縁膜３５を形成する。この場
合、所望の範囲に応じて滴下量を加減し、また試料を動
かしたりする必要がある。次に、第４図（ｂ）に示すよ
うに、レーザ光源２から出射されたレーザ光すなわち１
．０６μｍ光を用いて、前記の塗布絶縁膜部を集光照射
して加熱し、乾燥固化させる。このためにはシャッタ２
９を閉じ、１２を開ければよい。なお、集光ビーム径に
比べて乾燥固化させたい領域が広い場合は、レーザ光を
スキャンする。また、狭い範囲であれば、集光ビーム径
を大きくして第４図（ｃ）に示すように、−括で照射し
ても良い。このためには、ビームエキスパンダー１１を
調整してレーザ光の拡がり角を変えて集光位置をデフォ
ーカスさせ、試料上でのビーム径を大きくするようにし
ても良いし、ビームエキスパンダーの凹レンズまたは凸
レンズを焦点距離の異なるものに変えて倍率を下げ、試
料上の集光ビーム径を大きくするようにしても良い。以
上、絶縁膜の乾燥固化の工程が終了したら、試料を取り
出して修正作業完了となる。

ここで、本発明に使用できる絶縁材について述べる。最
も扱い易いのは、常温で液体であり、加熱することによ
り固化する材料である。最近、半導体素子用にこの種の
５ｉ０２系被膜形成用塗布液が市販されており、例えば
東京応化工業製のＯＣＤ塗布液がある。これは、半導体
分野だけでなく、各種電子部品材料の製造時に必要とな
る保護膜や絶縁膜を形成する時に使用される塗布液で、
ケイ素化合物と添加剤を有機溶剤に溶解したものであり
、本発明に適する。これ以外でも、同様の性質を持てば
使用することができる。

なお、本実施例では絶縁材を液体のまま滴下するものと
して説明したが、霧状にして吹きつけても良い。

〔実施例２〕 第２図は本発明の実施例２を示す装置構成ブロック図で
ある。本実施例はレーザ部、チェンバ部１原料供給部等
は実施例１と同じ構成で、レーザ光学系が少し異なるも
のである。すなわち、ビームエキスパンダー１１の後に
スリット３ｏが設置されている。これは、塗布絶縁膜乾
燥用の１．０６μｍ光のビーム径を制限することにより
、試料上に集光されたビーム形状及びビーム径が可変と
なるよう考慮されたものである。一般に、直径りの平行
ビーム（波長λ）を焦点距Ｍｆのレンズで集光した場合
のスポット径ｄとの間には、ｄ＝４λｆ／（πＤ）なる
関係があり、入射ビーム径りを小さくすれば、スポット
径ｄを大きくすることができる。したがって、前記実施
例１で述べた、試料面のレーザビーム径を大きくしたい
場合、このスリットの開口径を小さくしてやれば良く、
ビームエキスパンダ１１を調整する必要が無くなる。同
様に、試料面での集光ビームの形状を円形でなく矩形状
にしたい場合、このスリットの開口形状を矩形にしてや
ればよい。このような種々のスリットの形状を第３図に
示す。（ａ）は円形スリット、（ｂ）は矩形スリットで
あり、形状及びサイズは固定である。したがって、異な
る形状・サイズに対してはあらかじめ何種類かを準備し
ておき、適時交換するようにすればよい。

（ｃ）は可変型円形スリットで、カメラ等に使用される
電動絞り機構により実現される。（ｄ）は可変矩形スリ
ットで、２組の対向するナイフェツジを密着させた構造
をしており、各々のナイフェツジをモータ駆動により直
線運動さすことにより、開口幅を連続的に可変すること
ができる。いずれにしても、以上述べたスリットにより
集光ビーム形状の変更が、実施例１の場合より簡便にで
きる。したがって、塗布絶縁膜乾燥工程の作業効率が上
がるという利点がある。

なお、上記実施例ではレーザ光源にＮｄ：ＹＡＧレーザ
を用い、１．０６μｍ光で乾燥固化するものとしたが、
０．５３μｍ光を用いても構わないし、Ａｒレーザや他
のレーザ光源を用いても良いことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、レーザＣＶＤを施した箇
所に局所的に絶縁膜を付けて、その部分を保護すること
かできるので、レーザＣＶＤにより形成した配線の長寿
命化や信頼性を向上できる効果がある。したがって、本
発明の装置により修正した半導体や集積回路は単に開発
試作段階の評価用サンプルとしてだけでなく、最終的な
製品として出荷できるという利点を有する。また、液晶
パネル用ＴＰＴ基板等の修正に本発明を適用すれば、別
の絶縁膜塗布装置を必要とせず、すぐに次工程の製作ラ
インに投入することができるので、液晶パネルの製作工
程を大幅に短縮できるばかりでなく、製作コス１〜も増
大しないという利点を有する。

来装置の構成ブロック図、第６図、第７図は配線修正の
工程図である。

１・・・パルスレーザ、２・・・ＣＷ励起Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザ、３・・・ＳＨＧ素子、１０．１１・・・ビーム
エキスパンダー、１４・・・集光レンズ、１７・・・試
料、１９・・・金属化合物蒸気導入口、２０・・・排出
口、２１・・・絶縁材供給ノズル、２２・・・金属化合
物蒸気供給源、２３・・・絶縁材供給源、２４・・・排
気ユニット、３０・・・スリット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属化合物蒸気と接触する試料基板にレーザ光を照射し
   て、該金属化合物蒸気を熱分解することにより、該試料
   基板上に金属薄膜を形成する装置において、試料表面に
   絶縁膜を塗布するための絶縁材供給源とノズルを備え、
   該塗布絶縁膜を前記レーザ光により照射加熱して、乾燥
   固化するように構成したことを特徴とするレーザＣＶＤ
   装置。