JPH03503551A - 特に反応性ガスの存在下で物質を化学的にエッチングしまたは付着させるために、薄膜対象物に作用するレーザ・マイクロビーム装置 - 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】 特に反応性ガスの存在下で物質を化学的にエツチングしまたは付着させるために 、薄膜対象物に作用するレーザ・マイクロビーム装置 本発明は、電子回路、平面スクリーン、磁気読取りヘッドなどの薄膜対象物に作 用する、特には反応性ガスを存在させて薄膜対象物表面で物質を化学的にエツチ ングしまたは付着させる、レーザ・マイクロビーム装置に関する。

本出願人らのフランス特許第２６０８４８４号には、電子回路の微小欠損の補正 やその修復、構成変更等のために薄膜材料に対して微細かつ精確な切削作業をお こない、またその微小分析もするレーザ・マイクロビーム装置が開示される。こ の装置には主要要素として、連ｍアルゴン・レーザ等のレーザ源と、そのレーザ 源から出たレーザ・ビームを、処理されるべき対象物に対向する顕微鏡対物レン ズまで伝播させる光学系と、その対象物を支持し７かつ３つの直交軸に沿って移 動させる手段とが含まれる。この装置にはまた、処理されるべき対象物に対する レーザ・マイクロビームの作用をビデオ・スクリーン上で連続的に観察すること ができるという利点がある。

上記装置はさらに、米国特許第４３４０６１７号に開示される技法を用いること により、薄膜材料上ご材料を化学的にエツチングしまたは付着させるために使用 することができる。本技法においては、適当な反応性ガス中に置かれた薄膜材料 に対してレーザ・ビームが照射される。この反応性ガスは低圧であることが望ま しい。レーザ・ビームの照射点で放出される熱とフォトン束とによって、薄膜の 材料と反応性ガスとの間と、反応性ガスの中でそれぞれ化学反応が生ずる。その 結果、レーザ・ビームの照射点において局所的な材料のエツチングまたは付着が 起こる。

薄膜対象物を低圧の反応性ガス中に置く場合には、例えばこれを、レーザ光を通 過させることのできる透明な窓を持った壁を有しがっ容積の小さな密閉室ないし 箱の中に置き、その後この箱を閉じて真空状態とし、次いで箱の中に反応性ガス を所定の圧力で供給する。

実際にレーザ・ビームが電子回路の全表面もしくはほぼ全表面を照射できるよう にするためには、上記のレーザ・ビーム通過窓の面積は相当広くなければならず 、また、その厚みは約１気圧（１０’Ｐａ）の圧力差に耐えるものでなければな らない。

窓の透明材料が相当に厚くされると、次のような２つの大きな問題が生ずる。す なわち、 処理されるべき対象物の表面と、レーザ・ビームを集光させる顕微鏡対物レンズ の先端との間の最小限距離が固定されることと、 径の極めて小さいレーザ・ビームの光学特性を相当に損なうこととである。

従って、上記の反応室では、拡大倍率のかなり低い顕微鏡レンズしか使用するこ とができず、レーザ・ビームの径を、微細かつ精確な作業を可能とする１ミクロ ン程度の値にまで引き下げることができない。

上記の問題を解決するために、薄膜対象物を密閉箱中に封入せず、顕微鏡レンズ の下方に設けられた支持体上に置き、同心円状の複数のゾーンでそれを囲むよう にした装置が提案された。１番目のゾーンは反応性ガスの供給源につながれ、続 く複数のゾーンはそれぞれの吸引源につながれる。！！Ｊ微鏡レンズを通過した レーザ・ビームは窓を通らずに直接対象物である薄膜に達する。また、対象物は 反応性ガスの局所的環境の中に１かれ、この環境は周囲の大気から複数の同心円 状環状吸引ゾーンによって力学的に隔離される。

もっとも、上記の技法では、作業ゾーンでの反応性ガスの圧力および組成を適切 に管理することができず、また、対象物たる薄膜上で物質のエツチングまたはは 付着を良質におこなうための条件である低圧での作業を実現することができない 。

さらに、反応性ガスは一般に毒性あるいは爆発性を有するので、装置を使用する 作業員の安全の確保も問題となる。

本発明の目的は、上記の種々の問題に対して簡易かつ有効な解決を与えることで ある。

本発明の他の目的は、例えば径が１ミクロン未満の極めて細いレーザ・マイクロ ビームを用い、薄膜対象物上で材料を化学的にエツチングしまたは付着させる装 置を提供することである。

本発明の他の目的は、上記装置であって、反応性雰囲気の圧力および組成を極め て精度良く制御することができ、しかも低圧での作業を可能とする装置を提供す ることである。

本発明の他の目的は、上記装置であって、産業上使用することができる装置を提 供することである。

本発明は、レーザ源と、処理されるべき対象物と対向する顕微鏡対物レンズと、 レーザ・ビームを前記レーザ源から前記顕微鏡レンズまで伝播させる光学手段と を含む装置であって、薄く透明な蓋で閉じられる気密箱によってほぼ全体が構成 され、前記ｍｓ体と前記反応性ガスとを受は入れる反応室と、前記反応室と前記 顕微鏡レンズとが収容され、複数の壁の中の一つによってその顕微鏡レンズが支 持される密閉体と、前記反応室内部と前記密閉体内部の両方の圧力を同時に下げ る吸引手段と、前記反応室内に反応性ガスを低圧で供給する反応性ガス供給手段 とを含むことを特徴とする装置を提供する。

密閉体内部の圧力と反応室内部の圧力とは実質的に等しくすることができかつ並 行して変動させることができるので、反応室の透明な蓋は大きな圧力差に耐える 必要がな（、従って極めて薄くすることができる。

その結果、例えば１μｍ未満という極く小さな径のレーザ・マイクロビームを使 用することができるや前記薄膜対象物が、液晶平面スクリーンやフォトリソグラ フ・マスクなどのように、それの面のみに薄膜を有する透明プレートである場合 には、薄膜対象物それ自体を前記反応室の透明な蓋として利用することが有利で ある。すなわち、薄膜対象物を反応室の蓋として用いて反応室を気密に閉じ、そ の際その薄膜保持面が反応室内側に向けられて薄膜が前記反応性ガスと接触する ことができるようにする。レーザ・ビームは対象物としての透明プレートを通過 し、薄膜に対して、エツチング、付着ないしは切削のために作用する。

本発明の他の特徴によれば、本装置はさらに、前記密閉体内部の圧力を、前記反 応室内部の前記反応性ガスの圧力と実質的に同じかもしくはそれよりもわずかに 高い値に制御する圧力制御手段を含み、その圧力制御手段は窒素等の不活性ガス を前記密閉体に供給するように制御作動をする。

上記手段により、反応性ガスを反応室に供給する際、反応室と密閉体の間の圧力 差が過度に大きくならないようにすることができ、また、反応室の外側の圧力を わずかに高く維持することができるので、種々の材料に比べて多少とも毒性に冨 むか、爆発性が高いか９ｇｊ食性に富むかする反応性ガスが漏れることを有効に 防止することができる。

本発明の他の特徴によれば、前記顕微鏡レンズが固定された前記密閉体の壁が、 前記レーザ光をその顕微鏡レンズまで伝播させる透明な窓を含み、その透明な窓 が少なくとも１気圧の圧力差に耐えるに充分な厚みを有する。

顕微鏡レンズの上手側に位置する上記の透明な窓を通過するレーザ・ビームは、 その顕微鏡レンズの入口径にほぼ等しい比較的大きな径を有する。従ってこの窓 の厚みは相当大きくても何ら問題はない。

本発明の他の特徴によれば、前記反応室が、それを３本の直交軸に対して相対移 動させる駆動手段によって支持され、その駆動手段が同様に前記密閉体内に収容 される。

本発明の他の特徴によれば、前記密閉体の底には複数の貫通穴が設けられ、その 貫通穴に複数のダクトが気密に保持され、それらのダクトがそれぞれ前記吸引手 段、前記圧力制御手段、前記反応性ガス供給手段に連結され、前記反応室を移動 させる駆動手段の電力供給および駆動制御のためのケーブルないしは配線も同様 である。

本発明の他の特徴によれば、前記反応室へのアクセスおよび本装置のメインテナ ンスを容易とするため、前記密閉体が可動壁を含み、その可動壁は例えば密閉体 の水平な上蓋であり、その蓋には、前記顕微鏡レンズもしくは顕微鏡レンズの保 持タレットが固定される。

この離隔可能な蓋には空圧アクチュエータが設けられ、蓋の持ち上げや作用位置 への復帰を助ける。

本発明の他の特徴によれば、前記レーザ・ビームを伝播させる伝播路を含む他、 本装置はさらに、それぞれが前記顕微鏡レンズに至る照明路と観察路とを含み、 その観察路は光学フィルタとビデオ・カメラとビデオ・スクリーンとを含み、そ の照明路と観察路とによってレーザ・マイクロビームの前記薄膜対象物への作用 が連続的に観察される。

以下、本発明の実施例を添付の図面を参照しつつ本発明の例示として説明する。

図面中、 第１図は、本発明の装置の主要な特徴を示す垂直断面図であり、 第２図は、本発明の装置の一部の実施例を示す部分切欠き斜視図であり、 第３図は、本装置の間部を違った姿勢で見た斜視図である。

第１図には、本発明の装置の主要な構成要素が図示されている。

本装置は、少なくとも１気圧の圧力蓋に耐え得るアムミニウム製等の密閉体１０ を含む。

密閉体１０は、底１２と、断面円形の円筒状垂直壁１４と、水平な横軸の回りに 回動可能に取り付けられた可動の蓋１６とを含む。蓋１６はその軸の回りに空圧 アクチュエータ１８によって回動させられる。

反応室２０は密閉体ｌＯの内部に設けられる０反応室２０には比較的容積の小さ な密閉の箱が用いられる。

箱には可動の蓋２２が付いており、反応室２ｏの窓となっている。蓋２２は反応 室２ｏの上端部に螺子等を用いて気密に取り付けられる。反応室２ｏの内部には 水平のテーブル２４があり、コラム２６上で垂直方向に案内され、また、バネ２ ８によって蓋２２の方向に付勢される。テーブル２４と蓋２２の間には、両者の 間隔を調整し、かつ、テーブル２４上に載置された薄膜対象物３２をそこで位置 決めするための厚みウェッジ３０が介装される。

顕微鏡対物レンズ３４ないしは顕微鏡対物レンズを保持するレンズ保持タレット が、密閉体の蓋１６に固定され、密閉体１０の内部を垂直に伸びて、薄膜対象物 ３２の面に垂直に向き合う。顕微鏡レンズ３４は、蓋１６の貫通オリフィスに気 密に保持された窓３８を通してレーザ・ビーム３６を受ける。

レーザ・ビーム３６は連続アルゴンレーザ等のレーザ源４０から放射され、光学 系４２によって伝播される。光学系４２は一般に、前記フランス特許第２６０８ ４８４号に開示されるものと同じ型のものが使用される。

光源４４とそれに関連した光伝播系４６、および、ビデオ・カメラ４８とそれに 関連した光学フィルタ系５０、ビデオ・スクリーン５２とはそれぞれ、照明路お よび観察路を構成する。照明路と観察路は各々、顕微鏡レンズ３４に至る手前つ まり窓３８のわずかに上手側でレーザ・ビーム伝播路４０．４２に連結される。

ビデオ・カメラ４８としては例えばＣＯＤセル型が使用される。

窓３８を通過するレーザ・ビームの径は、顕微鏡レンズ３４の入口径とほぼ同じ 径１例えば５〜６ｍｍ程度である。窓３８はレーザ照射光を透過させることので きる透明材料で構成され、例えば１ｃｍ程度の適切な厚みを持つので約１気圧の 内外圧力差に耐える。所定のレーザ・ビーム径および照射パワーを選択すること により、窓３８を通過しても透過光の光学特性が損なわれることはない。

顕微鏡レンズ３４を出たレーザ・マイクロビーム５４は、反応室２０の窓２２を 通過する。窓２２は、レーザ照射光査透過させる透明材料で形成された薄肉のプ レート５６によって構成され、電子回路等の薄膜対象物３２の有用面積にほぼ等 しい面積を持つ。窓２２は薄く、厚みは約１ｍｍである。この程度の厚みである ならば、例えば０．１〜１０μｍの範囲の径のレーザ・マイクロビーム５４を問 題なく透過させることができる。透明プレート５６の厚みが例えば０．５〜２ｍ ｍの範囲にあるときには、薄膜対象物３２と顕微鏡レンズ３４の間隔を、使用さ れる顕微鏡レンズ３４の関数とし、て３〜２０ｍｍの範囲で適切に得ることがで きる。

反応室２０は、それを３本の直交軸に沿ってそれぞれ移動させることのできる手 段５８，６０．６２．６４によって支持される０反応室２０はまた、この手段に よって垂直な軸の回りに回転可能とされている。すなわち、薄膜対象物３２は、 上記直交軸中複数の水平軸の中の１本を基準にして角度的な方向が定められる。

手段５８，６０，６２．６４は、密閉体１０の外部に設けられた制御回路６６に 連結され、その制御を受ける。制御回路６６はまたこの手段の複数のモータに対 して電力を供給する。

反応室２０は可撓性のダクト６８．７０を介して、吸引手段７２と、反応性ガス 雰囲気を供給する反応性ガス供給手段７４とに連結され、密閉体１０はダクト７ ６．７８を介して吸引手段８０と圧力制御手段８２とに連結される。圧力制御手 段８２は密閉体１０内に、窒素など中性のつまり化学的に不活性なガスを供給す ることによって制御作動をおこなう。

上記の種々のケーブルおよび連結ダクトは、密閉体１０の底１２に設けられた貫 通穴に気密に挿通される。

次に、本装置の作動を説明する。

薄膜対象物３２を反応室２０のテーブル２４上に載置した後、蓋２２を所定の位 置で固定する。例えば、透明プレート５６に固定された環状金属リングを螺子で 止める。厚みウェッジ３０は薄膜対象物３２をテープル２４上で所定の位置に保 持し、かつ、テーブル２４と透明プレート５６０間隔を使用される顕微鏡レンズ ３４に合わせて調整する働きをする。すなわち、透明プレート５６と薄膜対象物 ３２の間隔をできる限り大きくとることによって透明プレート５６の加熱を避け 、すなわち透明プレート５６に加えられる熱を減らし、それにより、透明プレー ト５６に材料が付着する危険を少なくする。

次いで、空圧アクチュエータ１８を作動させ蓋１６を所定の位置に戻して密封体 １０を閉じる。空圧アクチュエータ１８はまた、蓋１６を所定の力で押圧してこ れを上記位置に保持する。

その後、吸引手段７２．８０を用い、密閉体１０と反応室２０の両方の内部を並 行して徐々に減圧しながら真空に近づける。例えば約０．１ｍｂ　（１０Ｐａ） 程度の充分低い値まで圧力が下がったならば、反応室２０に所望の反応性ガスを 所望の圧力で供給する。この圧力は１ｍｂとｌＱＯｍｂの間、例えば約１０ｍｂ とされる。

反応性ガスとしては、薄膜対象物３２の特定の領域にシリコンを付着させようと する場合には、シラン等が使用され、その他、対象物３２上でアルミニウムある いはシリカの薄膜をエッチＣ食刻）しようとする場合には塩素等が使用される。

これと並行して、密閉体１０内部に窒素等の不活性ガスを供給してその内部圧力 を制御し、反応室２０内部の圧力よりもわずかに高い圧力に維持する。これによ り、反応性ガスが反応室２０から漏れる危険がなくなる。

上記の操作を行なうために、圧力センサを、例えば密閉体１０内に設けて、反応 室２０と密閉体１０の圧力差を測定し、適当な回路を介してアナログ弁を制御す る。このアナログ弁は吸引ダクト６８．７６および不活性ガス供給ダクト７８に 設けられる。こうして、反応室２０と密閉体１０の内部圧力は、反応室２０の透 明な蓋２２の破壊の危険を伴うことなく、急激に変動させることができる。

手段５８．６０はそれぞれ、反応室２０を２つの相互に直交する水平軸に沿って 移動させ、手段６２は反応室２０を垂直軸に沿って上下に移動させ、手段６４は 上記２本の水平軸の中の一方を基準として反応室２０の角度方向を決定する。制 御回路６６はオペレータによって作動させられるようにしてもよいし、それ自体 がデータ処理装置の制御の下に置かれてもよい。

レーザ源４０を出たレーザ・ビームは光学系４２によって伝播され、密閉体の蓋 １６の厚めの窓３８を通過して顕微鏡レンズ３４によって集光され、径の極めて 小さなレーザ・マイクロビーム５４とされて、処理されるべき薄膜対象物３２の 表面に衝突する。レーザ・マイクロビーム５４の径は例えば０．１〜１０μｍの 範囲内とされる。

照明路４４．４６と観察路５０．４８．５２とによって、レーザ・マイクロビー ム５４の処理されるべき表面に対する作用がビデオ・スクリーン５２上で連続的 に観察される。

エツチング作業および／または付着作業は、オペレータないしはデータ処理シス テムによって制御される。

薄膜対象物３２がレーザ照射光を透過させる透明な平面プレートであり、かつ、 そのただ一つの面のみにレーザ照射光を吸収する薄膜が保持されている場合には 、反応室２０の透明な蓋２２をその薄膜対象物３２によって構成することができ る。この態様は、対象物３２が例えば液晶平面スクリーンやフォトリングラフ・ マスクである場合に実施され得る。このとき、透明プレート３２は反応室２０上 に気密に載置され、その′ｇｉ膜保持面は反応室２０の内側に向けられて、薄膜 が反応性ガスと接触させられる。

レーザ・ビームは、対象物たる透明プレート３２を透過して薄膜に作用し、エツ チング、付着、切削等がおこなわれる。

第２図および第３図には、本発明の装置の他の実施例の主要部が図示されている 。

密閉体ＩＯの蓋１６は円筒状のスカート８４に固定される。スカート８４は、密 閉体１０の円筒状側壁１４と係合する。顕微鏡レンズを保持するレンズ保持タレ ット３４が、窓３８と向かい合って蓋１６の下に固定される。レンズ保持タレッ ト３４には好ましくは動力手段が設けられ、全て同じ長さの複数の対物レンズを 保持する。このようにすれば、装置の他の条件を変更することな（、レンズだけ を直ぐに替えることができる。反応室２０の形状は円筒状である。移動手段５８ ．６０，６２．６４は電動マイクロモータ型である。

密閉体１０の円筒壁１４と蓋１６のスカート８４との係合位置は、反応室２０の 蓋とほぼ同じ高さに位置するので、スカート１６を取り外せば、反応室２ｏの内 部に置かれた対象物３２に容易にアクセスすることができる。装置のメインテナ ンスを容易にするために、円筒壁１４全体が取り外し可能とされている０本装置 の諸々の部分の間に設けられるシール・ガスケットには、例えば、ｒヴイトンｊ という名称で販売されているシール・リングが使用される。このリングはほぼ化 学的に不活性な材料で構成されている。

第３図の実施例では、蓋１６はスラブ８６に固定される。レーザ・ビーム伝播路 、照明路、観察路のそれぞれの光学系の一部がスラブ８６上で支持される。

本発明は主に電子回路、混成回路、平面表示スクリーン、磁気読取りヘッド等に 適用され得る。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に反応性ガスの存在下で材料を化学的にエッチングしまたは付着させるた めに、薄膜対象物に作用するレーザ・マイクロビーム装置であって、レーザ源（ １０）と、薄膜対象物（３２）と対向する顕微鏡対物レンズ（３４）と、レーザ ・ビームを前記レーザ源から前記顕微鏡レンズまで伝播させる光学手段（４２） とを含む装置であって、 薄く透明な蓋（２２）で閉じられる気密箱によってほぼ全体が構成され、前記薄 膜対象物（３２）と前記反応性ガスとを受け入れる反応室（２０）と、前記反応 室（２０）と前記顕微鏡レンズ（３４）とが収容され、複数の壁の中の一つ（１ ６）によってその顕微鏡レンズが支持される密閉体（１０）と、前記反応室内部 と前記密閉体内部の両方の圧力を同時に下げる吸引手段（７２，８０）と、前記 反応室内に反応性ガスを低圧で供給する反応性ガス供給手段（７４）と、 を含むことを特徴とする装置。 ２．前記薄膜対象物（３２）が、面のみに薄膜を有する透明プレートによって構 成される場合に、前記反応室（２０）の透明な蓋がその透明プレートによって構 成され、その薄膜保有面がその反応室の内側に向けられ前記反応性ガスと接触す る請求項１の装置。 ３．さらに、前記密閉体内部の圧力を、前記反応室（２０）内部の前記反応性ガ スの圧力と実質的に同じかもしくはそれよりもわずかに高い値に制御する圧力制 御手段（８２）を含み、その圧力制御手段は窒素等の不活性ガスを前記密閉体内 部に供給するように制御作動する請求項１もしくは２の装置。 ４．前記顕微鏡レンズ（３４）が支持された前記密閉体の壁（１６）が、レーザ 光を前記顕微鏡レンズ（３４）まで伝播させる透明な窓（３８）を含み、その透 明な窓が少なくとも１気圧の圧力差に耐え得る充分な厚みを有する請求項１，２ もしくは３の装置。 ５．前記反応室（２０）が、それを３本の直交軸に対してそれぞれ相対移動させ る駆動手段（５８，６０，６２，６４）によって支持され、その駆動手段が同様 に前記密閉体（１０）内部に収容される請求項１〜４の何れかの装置。 ６．前記反応室（２０）が、前記薄膜対象物（３２）を支持するテーブル（２４ ）と、そのテーブルを前記透明な蓋（２２）に向かって付勢する付勢手段（２８ ）と、前記テーブル（２４）とその透明な蓋（２４）との間の間隔を調整しかつ 前記薄膜対象物（３２）をそのテーブル（２４）上で位置決めする厚みウェッジ を構成する手段（３０）とを含む請求項１〜５の何れかの装置。 ７．前記密閉体の底（１２）に複数の貫通穴が設けられ、その貫通穴に複数のダ クト（６８，７０，７６，７８）が気密に挿通され、それらのダクトがそれぞれ 前記吸引手段（７２，８０），前記圧力制御手段（８２），前記反応性ガス供給 手段（７４）に連結され、前記貧道穴にはまた、前記反応室を移動させる騒動手 段（５８，６０，６２，６４）の電力供給および駆動制御のためのケーブルない しは配線が気密に押通される請求項１〜６の何れかの装置。 ８．前記密閉体（１０）が、前記反応室（２０）へのアクセスを可能とする可動 壁（１６）を含む請求項１〜７の何れかの装置。 ９．前記可動壁が、前記密閉体の蓋（１６）によって構成され、その蓋が、例え ば水平な軸のまわりに回動可能に組み付けられかつ回動のための作動アクチュエ ータ（１８）と関係付けられる請求項８の装置。 １０．前記顕微鏡レンズ（３４）もしくはそれを保持する保持タレットが、前記 可動壁（１６）に固定される請求項８もしくは９の装置。 １１．前記レーザ・ビーム（３６）を伝播させる伝播路に加えて、さらに、それ ぞれが前記顕微鏡レンズ（３４）に至る照明路（４４，４６）および観察路（４ ８，５０，５２）を含み、その観察路が光学フィルタ（５０）とビデオ・カメラ （４８）とビデオ・スクリーン（５２）とを含み、その照明路および観察路によ ってレーザ・マイクロビーム（５４）の前記薄膜対象物（３２）への作用が連続 的に観察される請求項１〜１０の何れかの装置。