JP2005171272A - レーザcvd装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 局所成膜部と基板との間隔の変動を防ぎ、基板上に良質な膜を形成することのできるレーザCVD装置を提供する。
【解決手段】 TFT基板10が載置台20に支持され、レーザ光源30からのレーザ光LBが、局所成膜部40の窓41を介してTFT基板10へ向けて照射される。レーザ光LBの照射位置に向けて供給された成膜用の原料ガスG1は、原料ガス排気口53から吸引されて排気される。浮上機構60の通気部61から浮上用ガスG2がTFT基板10に向けて吹き出されることにより、局所成膜部40がTFT基板10に対して浮上する。浮上用ガスG2は浮上用ガス排気口62から吸引される。局所成膜部40は、TFT基板10の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Dで浮上し、TFT基板10と局所成膜部40との間隔の変動が防止される。
【選択図】図1
【解決手段】 TFT基板10が載置台20に支持され、レーザ光源30からのレーザ光LBが、局所成膜部40の窓41を介してTFT基板10へ向けて照射される。レーザ光LBの照射位置に向けて供給された成膜用の原料ガスG1は、原料ガス排気口53から吸引されて排気される。浮上機構60の通気部61から浮上用ガスG2がTFT基板10に向けて吹き出されることにより、局所成膜部40がTFT基板10に対して浮上する。浮上用ガスG2は浮上用ガス排気口62から吸引される。局所成膜部40は、TFT基板10の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Dで浮上し、TFT基板10と局所成膜部40との間隔の変動が防止される。
【選択図】図1
Description
本発明は、レーザ光により原料ガスを分解して基板上に薄膜を形成するレーザCVD装置に関する。
レーザCVD(Chemical Vapor Deposition ;化学的気相成長)装置は、半導体製造において、または液晶あるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの製造において、フォトマスクの欠陥修正、TFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)基板の配線修正などに用いられている。通常のレーザCVD装置では、低圧・常圧成膜にかかわらず、真空室内に基板などを収容し、真空室内を排気したのちレーザ光を照射するようにしているので、装置全体が大型化する傾向があった。そのため、レーザ光照射位置付近のみを外気から遮断することにより真空室を不要とし、小型化したレーザCVD装置が提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
図7は、このような従来の小型化されたレーザCVD装置の一例を表している。このレーザCVD装置では、載置台120上のTFT基板110が載置される位置に対向して局所成膜部140が配置されている。レーザ光LBは、局所成膜部140を通ってTFT基板110へと導かれ、このレーザ光LBの照射位置に向けてノズル151から成膜用の原料ガスG1が供給される。レーザ光LBの照射位置付近は、窒素(N2 )などの外気遮断ガスG4によるガスカーテン方式で外気から遮断されている。原料ガスG1および外気遮断ガスG4は、共通のガス吸引口152から吸引され、図示しない排気装置により排気処理される。このような局所成膜部140は、腕木171を介して支持柱170に固定されており、局所成膜部140とTFT基板110との間隔の設定値dsは、例えば10μmないし100μmの所定の値に固定されている。
特開平8−222565号公報
特開平10−280152号公報
しかしながら、このような従来のレーザCVD装置では、例えば図8に示したように、TFT基板110の厚みむらあるいは反りのため、局所成膜部140とTFT基板110との実際の間隔drが変動してしまい、それにつれて原料ガスG1の流れが変動してしまうため、均質な膜を得ることが困難であった。
原料ガスの流れの変動を最小限に抑えるためには、局所成膜部140とTFT基板110との間隔の設定値dsを大きくする必要がある。しかし、局所成膜部140とTFT基板110との間隔の設定値dsを大きくすると原料ガスG1の流速が小さくなり、レーザ光LBにより分解された微粒子状の分解生成物が照射位置の周囲に降り積もり、汚れの原因となってしまうという問題があった。
また、分解生成物の堆積による汚れを防止するには、原料ガスG1の流速を大きくすればよいが、その場合には、ノズル151からの原料ガス吹き出し量が増大することによりノズル151近傍で引き込み流が発生し、外気遮断ガスG4によるガスカーテン作用が崩れ、照射位置付近に外気が侵入して膜質が劣化してしまうという問題が生じていた。
更に、局所成膜部140は固定され、TFT基板110との間隔の設定値dsも固定されているので、TFT基板110の厚みむらあるいは反りのため、TFT基板110と局所成膜部140とが容易に接触してしまい、TFT基板110に損傷を与えるおそれがあった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、局所成膜部と基板との間隔の変動を防ぎ、基板上に良質な膜を形成することのできるレーザCVD装置を提供することにある。
本発明によるレーザCVD装置は、成膜用の基板を支持する載置台と、載置台に支持された基板に向けてレーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光を透過させるための窓を有し、載置台上の基板の表面に対して相対的に変位可能な局所成膜部と、基板上におけるレーザ光の照射位置に向けて成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、浮上用ガスにより局所成膜部を基板に対して浮上させる浮上機構とを備えたものである。
本発明によるレーザCVD装置では、浮上機構からの浮上用ガスにより、局所成膜部が基板に対して浮上する。局所成膜部は、基板の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量で浮上し、基板と局所成膜部との間隔の変動が防止される。よって、原料ガスの流速などの成膜条件が安定すると共に外気が確実に遮断され、基板上に良質な膜が形成される。
本発明のレーザCVD装置によれば、浮上用ガスにより局所成膜部を基板に対して浮上させる浮上機構を備えるようにしたので、局所成膜部を、基板の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量で浮上させ、基板と局所成膜部との間隔の変動を防ぐことができる。よって、成膜条件が安定し、基板上に良質な膜を形成することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係るレーザCVD装置の断面構成を表している。このレーザCVD装置は、例えば、液晶あるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの製造において、TFT基板10の配線パターン(図示せず)の欠陥部分にレーザCVD法により例えばタングステン(W)膜を形成し、欠陥部分を修正するのに用いられるものであり、成膜用のTFT基板10を支持する載置台20と、レーザ光LBを発生するレーザ光源30と、載置台20上のTFT基板10の表面に対して相対的に変位可能な局所成膜部40とを備えている。TFT基板10は、例えばガラスにより構成され、厚みは例えば0.7mmであり、厚みの誤差は例えば±10%すなわち70μmである。また、このレーザCVD装置には、成膜用の原料ガスG1を供給する原料ガス供給機構50と、浮上用ガスG2により局所成膜部40をTFT基板10に対して浮上させる浮上機構60と、パージガスG3を窓41に吹き付けるパージガス供給機構70とが設けられている。
載置台20は、例えばX−Yステージにより構成され、TFT基板10を局所成膜部40に対して相対的に移動させ、TFT基板10上に点在する欠陥部分にレーザ光LBを照射させることができるようになっている。また、載置台20には、TFT基板10の載置、交換などの際に局所成膜部40を待避させるための待避部21が設けられている。
レーザ光源30は、例えば、QスイッチNd:YAGレーザの第3高調波光源により構成されている。また、レーザ光源30と局所成膜部40との間には、照射光学系として、例えば、レーザ光LBを整形する図示しないアパーチャ等と共に、レーザ光LBの進行方向を変更するミラー31およびレーザ光LBを集光する対物レンズ32が配置されている。なお、対物レンズ32は、TFT基板10の欠陥部分の修正状況を観察するための観察部を構成しており、倍率は例えば50倍、作動距離は例えば15mmとすることができる。
局所成膜部40は、略円板状の形状を有し、その中央に窓41および反応室42が設けられている。窓41は、レーザ光LBを透過させるためのものであり、例えば、レーザ光LBに対して透過性を有するガラスなどの透明材料により構成されている。反応室42は、窓41により塞がれると共にTFT基板10側が開放され、原料ガス供給機構50により原料ガスG1が供給されるようになっている。
原料ガス供給機構50は、TFT基板10上におけるレーザ光LBの照射位置に向けて例えばヘキサカルボニルタングステン(0)(W(CO)6 )などの成膜用の原料ガスG1を供給するものである。
原料ガス供給機構50は、原料ガス供給部51と、原料ガス供給路52と、原料ガス吸引口53と、原料ガス排気部54とを備えている。原料ガス供給部51は、原料ガスG1をアルゴン(Ar)ガスなどのキャリアガスと共に供給するものである。原料ガス供給路52は、原料ガスG1をキャリアガスと共に反応室42へと導入するものである。原料ガス吸引口53は、局所成膜部40の載置台20側の面に設けられ、成膜に使用された原料ガスG1およびキャリアガス並びにパージガスG3を吸引するものである。原料ガス排気部54は、原料ガス吸引口53から吸引された原料ガスG1およびキャリアガス並びにパージガスG3を排気処理するものであり、図示しないが有毒ガスの除害装置を含んでいる。また、原料ガス排気部54は、圧力制御用の弁54Aを備えており、反応室42内のガス分圧および流速を制御し、成膜条件を最適化するようになっている。
浮上機構60は、例えば窒素(N2 )などの浮上用ガスG2により局所成膜部40をTFT基板10に対して浮上させるものである。また、浮上機構60は、浮上用ガスG2により反応室42への外気の侵入を遮断するガスカーテンとしての機能も有しており、窓41と共に反応室42を外気から遮断すると共に、原料ガスG1の分解に伴って生成される一酸化炭素(CO)などの有毒ガスが外部に漏れることを防止できるようになっている。
浮上機構60は、局所成膜部40の載置台20側の面に、浮上用ガスG2を載置台20上のTFT基板10に向けて吹き出す通気部61と、反応室42方向へ向かって流れてくる浮上用ガスG2を吸引する浮上用ガス吸引口62とを備えている。通気部61には、浮上用ガスG2を吹き出すため、図示しないが多数の空孔が設けられている。通気部61は、浮上用ガスG2を均一に放出するため例えば多孔質材料により構成されていることが好ましい。多孔質材料としては、例えば多孔質金属、多孔質セラミックスあるいは多孔質合成樹脂が好ましく、中でも多孔質アルミニウム(Al)がより好ましい。アルミニウムは精度を伴う加工が容易であり、また局所成膜部40の本体に、ロウ付けもしくは拡散接合などの方法により強固に固定することができるからである。また、通気部61を構成する多孔質材料の空孔率は、例えば15%ないし50%、具体的には例えば15%とすることができる。
また、浮上機構60は、浮上用ガスG2を供給する浮上用ガス供給部63と、浮上用ガスG2を局所成膜部40へと導く浮上用ガス供給路64と、浮上用ガス吸引口62から吸引された浮上用ガスG2を排気処理する浮上用ガス排気部65とを備えている。浮上用ガス排気部65は、図示しないが、有毒ガスの除害装置を含んでいる。
浮上機構60は、更に、浮上用ガスG2の圧力または流量を制御する弁65Aを備えており、浮上用ガスG2の圧力または流量を制御して、局所成膜部40とTFT基板10との間隔、すなわち局所成膜部40の浮上量Dを制御することができるようになっている。
浮上用ガス吸引口62と原料ガス吸引口53とは、別々に設けられていることが好ましい。原料ガス供給機構50の弁54Aによる成膜条件の制御と、浮上機構60の弁65Aによる外気遮断の制御とを互いに独立に行うことが可能となり、高品質なタングステン膜を形成することができるからである。
パージガス供給機構70は、窓41に意図しないタングステン(W)膜が形成されてしまうことを防止するため、アルゴン(Ar)ガスなどのパージガスG3を窓41に吹き付けるものである。パージガス供給機構70は、パージガスG3を供給するパージガス供給部71と、パージガスG3を反応室42へと導入するパージガス供給路72とを備えている。
図2は、局所成膜部40をTFT基板10側から見た底面図である。なお、図2では、局所成膜部40および通気部61の識別を容易とするために、それらに図1と同一の斜線をそれぞれ付している。原料ガス吸引口53,浮上用ガス吸引口62および通気部61は、窓41に近い方からこの順に、窓41を中心とした同心環状に配置されている。通気部61から吹き出された浮上用ガスG2を外側の浮上用吸引口62から排気すると共に、原料ガスG1を内側の原料ガス吸引口53から排気し、原料ガスG1と浮上用ガスG2とが混ざって浮上機構60によるガスカーテン作用が崩れるのを防止するためである。
図3は、図1に示した浮上機構60において浮上用ガスG2の圧力と局所成膜部40の浮上量Dとの関係の一例を表すものである。ここでは、通気部61を構成する多孔質材料の空孔率を15%とし、通気部61から浮上用ガスG2を吹き出させると共に浮上用ガス吸引口62から浮上用ガスG2を吸引して浮上用ガス排気部65により排気処理し、排気速度は500L/minとした。図3から分かるように、局所成膜部40の浮上量Dは浮上用ガスG2の圧力の増加と共に大きくなり、浮上用ガスG2の圧力を0.35MPaとして10μm以上の浮上量Dが得られた。
また、浮上量Dを10μmとし、500gの外力を加えて浮上量Dの変動を計測したところ、1μm程度しか変動せず、浮上時の剛性は極めて大きかった。更に、局所成膜部40に対して10kgの荷重を加えたが、TFT基板10と局所成膜部40とが接触することはなかった。これは、TFT基板10と局所成膜部40との間で極めて大きなバネ定数を有する空気バネが形成されているからであると考えられる。
更にまた、載置台20に載置されたTFT基板10を移動させて浮上量Dの変動を計測したところ、浮上量Dはまったく変動せず、TFT基板10の反りあるいはうねりに追随して局所成膜部40を一定の浮上量Dで浮上させることができた。
すなわち、浮上用ガスG2により局所成膜部40をTFT基板10に対して浮上させる浮上機構60を備えることにより、局所成膜部40を、TFT基板10の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Dで浮上させ、TFT基板10と局所成膜部40との間隔の変動を防ぐことができることが分かった。
図4ないし図6は、このレーザCVD装置によりTFT基板10の配線パターンの欠陥部分にタングステン(W)膜を形成する工程を順に表すものである。まず、図4(A)に示したように、局所成膜部40を待避部21上に待避させ、通気部61から浮上用ガスG2を待避部21に向けて吹き出すことにより局所成膜部40を浮上させる。このとき、浮上用ガスG2の圧力を例えば0.35MPaとすることにより、局所成膜部40の浮上量Dを例えば80μmとする。なお、その際、浮上量Dを大きくするため、浮上用ガス吸引口62および浮上用ガス排気部65による浮上用ガスG2の排気は行わないことが望ましい。
次いで、図4(B)に示したように、載置台20にTFT基板10を載置し、TFT基板10を局所成膜部40の下に移動させる。このとき、局所成膜部40の浮上量Dが80μm確保されているので、TFT基板10の厚みの誤差のために待避部21とTFT基板10との間に段差がある場合でも局所成膜部40がTFT基板10に接触することはない。
続いて、図5(A)に示したように、浮上用ガス吸引口62および浮上用ガス排気部65により浮上用ガスG2を排気することにより、局所成膜部40の浮上量Dを10μmとする。
そののち、図5(B)に示したように、載置台20によりTFT基板10を局所成膜部40に対して相対的に移動させ、局所成膜部40をTFT基板10の欠陥部分に対向させる。このとき、局所成膜部40は、浮上機構60により、TFT基板10の反りあるいはうねりに追随して一定の浮上量Dで浮上しながら移動し、局所成膜部40とTFT基板10が接触することはない。また、TFT基板10の移動距離が大きい場合、あるいはTFT基板10を高速で移動させる場合などにおいて載置台20が振動しても、局所成膜部40とTFT基板10が接触することはなく、浮上量Dを増大させる必要なくTFT基板10を長距離にわたり高速で移動させることができる。よって、欠陥修正に要する時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
続いて、同じく図5(B)に示したように、原料ガス供給機構50(図1参照)により、原料ガスG1をキャリアガスと共に反応室42に供給すると共に、パージガス供給機構70により、パージガスG3を窓41に向けて吹き付ける。このとき、原料ガスG1の流速は例えば0.1L/min、キャリアガスの流速は例えば5L/min、原料ガスG1の分圧は例えば44Paとし、パージガスG3の流速は例えば0.2L/minとする。
そののち、図6に示したように、レーザ光源30(図1参照)からのレーザ光LBを局所成膜部40の窓41を介してTFT基板10の欠陥部分に照射し、原料ガスG1を分解して欠陥部分にタングステン(W)膜を形成して修正する。レーザ光LBの照射条件は、例えば、繰り返し2kHz、パルス幅50ns、照射強度50kW/cm2 、ビーム形状は5μm角とする。
以上の工程を繰り返すことにより、TFT基板10の配線パターンの欠陥部分が順次修正される。ここでは、浮上用ガスG2により局所成膜部40をTFT基板10に対して浮上させる浮上機構60を備えているので、局所成膜部40の浮上量Dは常に一定となり、TFT基板10の厚みむらあるいは反りにより変動することがない。よって、原料ガスG1の流速などの成膜条件が安定すると共に外気が確実に遮断され、TFT基板10上に良質なタングステン(W)膜が形成される。
このように本実施の形態では、浮上用ガスG2により局所成膜部40をTFT基板10に対して浮上させる浮上機構60を備えるようにしたので、局所成膜部40を、TFT基板10の厚みむらあるいは反りに追随して一定の浮上量Dで浮上させ、TFT基板10と局所成膜部40との間隔の変動を防ぐことができる。よって、成膜条件が安定し、TFT基板10上に良質なタングステン(W)膜を形成することが可能となる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態においては、レーザCVD装置の構成を具体的に挙げて説明したが、レーザCVD装置の構成は上記実施の形態に限られない。例えば、上記実施の形態では、載置台20により、TFT基板10を局所成膜部40に対して移動させる場合について説明したが、レーザ光源30および局所成膜部40をTFT基板10に対して移動させるようにしてもよく、あるいは両方を移動させるようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、図2に示したように円板状の局所成膜部40に、通気部61,原料ガス吸引口53,浮上用ガス吸引口62を環状に形成するようにしたが、通気部61,原料ガス吸引口53,浮上用ガス吸引口62の形状は環状に限定されず、例えば矩形、三角形などとしてもよい。ただし、環状とすれば製造が容易であるので好ましい。
また、上記実施の形態ではTFT基板10の欠陥部分にタングステン(W)膜を形成する場合について説明したが、他の材料よりなる膜を形成してもよい。更に、原料ガスG1,キャリアガス,浮上用ガスG2またはパージガスG3は、上記実施の形態で説明したガス種に限られず、他のガスでもよい。
本発明のレーザCVD装置は、上述したTFT基板の欠陥部分の修正またはフォトマスクの欠陥修正などの用途のほか、回路基板の作製などにも適用することができる。
10…TFT基板、20…載置台、21…待避部、30…レーザ光源、40…局所成膜部、41…窓、42…反応室、50…原料ガス供給機構、53…原料ガス吸引口、60…浮上機構、61…通気部、62…浮上用ガス吸引口、70…パージガス供給機構、G1…原料ガス、G2…浮上用ガス、G3…パージガス
Claims (6)
- 成膜用の基板を支持する載置台と、
前記載置台に支持された基板に向けてレーザ光を発生するレーザ光源と、
前記レーザ光を透過させるための窓を有し、前記載置台上の基板の表面に対して相対的に変位可能な局所成膜部と、
前記基板上における前記レーザ光の照射位置に向けて成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給機構と、
浮上用ガスにより前記局所成膜部を前記基板に対して浮上させる浮上機構と
を備えたことを特徴とするレーザCVD装置。 - 前記浮上機構は、前記浮上用ガスを前記基板に向けて吹き出す通気手段と、前記浮上用ガスを吸引する浮上用ガス吸引手段とを備えた
ことを特徴とする請求項1記載のレーザCVD装置。 - 前記浮上機構は、前記浮上用ガスの圧力または流量を制御する弁を備えた
ことを特徴とする請求項2記載のレーザCVD装置。 - 前記原料ガス供給機構は、前記局所成膜部の前記基板側の面に、前記原料ガスを吸引する原料ガス吸引手段を備え、前記浮上用ガス吸引手段と前記原料ガス吸引手段とが別々に設けられている
ことを特徴とする請求項2記載のレーザCVD装置。 - 前記原料ガス吸引手段、前記浮上用ガス吸引手段および前記通気手段は、前記窓に近い方からこの順に、前記窓を中心とした同心環状に配置された
ことを特徴とする請求項4記載のレーザCVD装置。 - 前記通気手段は、多孔質アルミニウム(Al)により構成された
ことを特徴とする請求項2記載のレーザCVD装置。
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