JP2010090471A - レーザ加工装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザＣＶＤ法による加工品質を保ちつつ、加工時間を短縮することができるレーザ加工方法及装置を提供すること。
【解決手段】 あらかじめ種々の欠陥形状に合わせたスリット形状を複数用意しておき、その形状で一括してレーザー光を照射して導電膜を形成する。断線部を修正する工程は、レーザ出力及び加工時間についての第１の条件で実行する工程および第２の条件で実行する工程からなり、第２の条件におけるレーザ出力は第１の条件におけるレーザ出力よりも低く、第２の条件における加工時間は第１の条件における加工時間よりも長い。
【選択図】 図５

Description

本発明は、例えば回路基板のレーザリペア等の用途に好適なレーザ加工装置及び方法に関する。

基板上に形成された配線の断線部等の、いわゆる配線欠陥を修正する方法として、レーザＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法による加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これは、レーザＣＶＤ法を用いて、断線部又はこれを迂回するバイパス経路上に導電性の膜を堆積させることにより、配線の断線部を電気的に接続させる方法である。

図６（ａ）,（ｂ）に、関連するレーザ加工装置の構成を示す。図６（ａ）に示すレーザ加工装置では、レーザ光８の光路に沿って、スリット９、リレーレンズ１１、対物レンズ１２、ガスウインドウ１４及び被加工物である基板１５がこの順に配置されている。

次に、図６（ａ）のレーザ加工装置による配線欠陥の修正方法を以下に示す。エキスパンダ（図示せず）により拡げられたレーザ光８が、矩形状の開口９ａを有するスリット９により、矩形状のレーザ光１０として切り出される。スリット９は、図６（ｂ）に示すように、図のＸ方向に移動可能な歯２７ａ，２７ｂ、及び図のＹ方向に移動可能な歯２８ａ，２８ｂを有している。なお、図６（ｂ）において、上記以外のスリット９の構成物については図示を省略している。

切り出されたレーザ光１０は、リレーレンズ１１及び対物レンズ１２により、所定のサイズの矩形状の像１３として結像される。また、対物レンズ１２の下方に設けられたガスウインドウ１４から、レーザＣＶＤ法の原料ガスを基板１５に向けて供給する。これにより、像１３の形状に合わせて露出面に導電膜を形成することで、配線欠陥が修正される。図６（ａ）の例の場合、基板１５はＸＹステージ（図示せず）に載置されており、欠陥部の形状に合わせてＸＹ方向に移動しながら配線欠陥を修正することができる。

配線欠陥の修正形状は、例えば、図７（ａ）に示す直線配線１７、及び図７（ｂ）に示す迂回配線１９の様な形状である。そのような形状に対する修正加工は、例えば以下の手順によって行われる。先ず、図６（ａ）に示すスリット９で切り出されたレーザ光１０は、加工開始点において、図７（ａ）に示す矩形状の像１３を結像する。これにより、導電膜が基板１５表面に矩形状に堆積される。その後、ＸＹステージの動作により、像１３を基板１５上でスキャン方向１６に相対的に移動させることで、直線配線１７が得られる。また、図７（ｂ）に示す迂回配線１９も、同様に矩形状の像１３を基板１５上で移動させることによって得られる。
特開２００４−６１６８９号公報

しかしながら、図６及び図７に示す方法では、加工時間が長いという問題点があった。上記の方法では、加工スピードがおよそ４μｍ／ｓ程度である。配線欠陥の修正では通常往復（２スキャン）加工をする為、修正加工部の長さを５０μｍとすると、約２６秒程度かかってしまう。

そこで、あらかじめ種々の欠陥形状に合わせたスリット形状を複数用意しておき、その形状で一括してレーザー光を照射して導電膜を形成することが考えられるが、レーザ光の強度が強すぎると形成された膜にダメージを与えてはがれてしまい、弱すぎると膜の形成に上記方法と同様時間がかかるという課題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、レーザＣＶＤ法による加工品質を保ちつつ、加工時間を短縮することができるレーザ加工方法及装置を提供することにある。

本発明に係るレーザ加工装置は、基板に向けて照射されたレーザ光の形状を規定するスリットを有するマスクと、前記形状が規定されたレーザ光を前記基板上に結像させる光学系と、前記基板に向けてレーザ化学気相成長法に必要な原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、レーザ出力と加工時間との組合せに関する条件を、所定の第１の条件と所定の第２の条件とに切り替える条件切換え手段とを有し、
前記スリットは、前記基板上に形成された配線の断線部を接続するような所定のスリット形状を有し、かつ前記第２の条件におけるレーザ出力は前記第１の条件におけるレーザ出力よりも低く、前記第２の条件における加工時間は前記第１の条件における加工時間よりも長いことを特徴とする。

本発明に係るレーザ加工方法は、基板上に形成された配線の断線部を接続するような所定のスリット形状を有するスリットによりレーザ光の形状を規定する工程と、光学系により前記レーザ光を前記基板上に結像させる工程と、レーザ化学気相成長法を用いて前記基板上に結像された前記所定のスリット形状の導電膜を堆積させることにより前記断線部を修正する工程と、を有し、前記断線部を修正する工程は、レーザ出力と加工時間との組合せに関する第１の条件で実行する工程および第２の条件で実行する工程からなり、前記第２の条件におけるレーザ出力は前記第１の条件におけるレーザ出力よりも低く、前記第２の条件における加工時間は前記第１の条件における加工時間よりも長いことを特徴とする。

本発明は、以下のような特徴を有する。本発明のレーザ加工装置は、予め配線パターンに合わせて設けられたスリット形状のマスクでレーザ光の形状を規定する。そして、形状が規定されたレーザ光を、例えば基板上に形成された配線における断線部（断線等の配線欠陥等）に結像させ、レーザＣＶＤ法で断線部の修正を行う。これにより、矩形状に結像されたビームをスキャンしながら所望の形状で修正を行う方法に比べて修正加工時間を大幅に短縮することができる。

この場合に、マスクを移動させてスリット形状を切り替えるスリット切替手段を有することとしてもよい。

また、スリット形状は、少なくとも直線形状、及び前記断線部を迂回して接続するような形状を含んでいてもよい。迂回形状は、例えばコ字状等とすることができる。

更に、スリット形状は、基板上で認識可能な所定のマーク形状を含んでいてもよい。これにより、配線修正以外にも、例えば基板上へのマーキングを行うことができる。

更にまた、レーザＣＶＤ法の原料ガスをパージガスで局所的に封じ込める、いわゆるガスカーテン方式でレーザＣＶＤ法を行うことにより、効率良く加工を行うことができる。

本発明によれば、被加工物の配線パターンに応じて予め定められた修正形状を有するスリットを用いることにより、加工条件を変えてその修正形状で一括して導電膜が形成される。これにより、加工品質を保ちつつ配線における断線部の修正加工時間を従来に比べて大幅に短縮することができる。

次に、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は本実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は上記レーザ加工装置に用いられるスリットマスクを示す斜視図である。なお、本発明は、例えば半導体製造工程及び液晶製造工程にて実施できるが、本明細書では液晶製造工程における配線欠陥の修正について説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のレーザ加工装置では、レーザ光８の光路に沿って、スリットマスク２０、リレーレンズ１１、対物レンズ１２、ガスウインドウ１４及び被加工物である基板１５がこの順に配置されている。

スリットマスク２０には、図１（ｂ）に示すように、配線欠陥（断線部）の修正加工部の形状に合わせたパターン形状を有するスリットが形成されている。図１（ｂ）では、直線状の直線形状スリット２３、及びコ字状の迂回形状スリット２４が形成されているが、これ以外にも種々の形状のスリットを形成することができる。スリットマスク２０は、例えば金属及びガラス等により構成することができ、例えばミラー等を含む構成であってもよい。また、スリットマスク２０は、切替機構２１により図のＸＹ平面上を移動することができる。これにより、レーザ光８が照射されるスリット形状を切り替えることができる。

リレーレンズ１１及び対物レンズ１２は、共に基板１５上にレーザ光を結像させるための光学系を構成する。図１（ａ）に示す構成以外にも、例えば他のレンズを光路上に追加することとしてもよい。

ガスウインドウ１４は、ＣＶＤ原料ガス吹き出し口、パージガス吹き出し口、及びガス吸い込み口（いずれも図示せず）を有する面が基板１５に近接するように配置されている。これにより、後述するように、修正加工時に基板１５の修正加工部の周囲にいわゆるガスカーテンを形成するようになっている。

基板１５には、液晶装置の配線が形成されており、この配線中の断線等の欠陥が本発明のレーザ加工装置を用いてレーザＣＶＤ法により修正される。修正加工部の位置をレーザ光８の光路に合わせるために、基板１５は、ＸＹステージ（図示せず）上に図のＸＹ平面と平行になるように載置されており、このＸＹステージによって図のＸ方向又はＹ方向に移動することができる。なお、レーザ照射系（レーザ光８、スリットマスク２０、レーザ光１０、リレーレンズ１１、対物レンズ１２、ガスウインドウ１４）を移動させることで、基板１５上の修正加工部にレーザ光８の光路を合わせることとしてもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。先ず、ＸＹステージを動作させることにより、基板１５上の修正加工部を、レーザ光８の光路上に移動させる。そして、修正加工部の形状に合わせて、スリットマスク２０が有するスリット形状のパターンの中から適当なパターンを選択し、切替機構２１により選択されたパターンがレーザ光８の光路上となるように移動させる。

次に、修正加工部の周囲にいわゆるガスカーテンを形成する。ガスカーテンの形成方法は、例えば特開２００３−３４７２４２号公報に開示されている。本実施形態においては、ガスウインドウ１４の基板１５側の面に設けられた原料ガス吹き出し口から、修正加工部を覆うようにＣＶＤの原料ガスを供給する。そして、その周囲に、パージガス吹き出し口から、ＣＶＤ原料ガスを閉じ込めるようにパージガスを供給する。パージガスは、例えば窒素ガスが使用される。更に、パージガスによって閉じ込められたＣＶＤ原料ガスの外輪（パージガス側）の位置に設けられたガス吸い込み口から、ＣＶＤ原料ガス及びパージガスを吸引する。これにより、修正加工部を覆うＣＶＤ原料ガスが、ガスウインドウ１４、基板１５及びパージガス（ガスカーテン）で構成された空間内に封じ込められる。なお、ガスカーテンの形成を、基板１５及びスリットマスク２０の移動よりも前に行うこととしてもよい。

ガスカーテンを形成した後、エキスパンダ（図示せず）により拡げられたレーザ光８を照射することで、レーザＣＶＤ法により修正加工部に導電性の膜を堆積させる。その際、リレーレンズ１１及び対物レンズ１２の光学系が、スリットマスク２０のスリット部を通過したレーザ光８を、基板１５上に所定のサイズの像１３として結像させる。この像１３の形状は、予め選択されたスリットマスク２０のスリット形状と相似形の形状となる。像１３を結像させることによる修正加工部は、例えば、図２（ａ）に示す直線状の直線配線６、又は図２（ｂ）に示すコ字形状の迂回配線７等の形状とすることができる。なお、図２（ａ），（ｂ）においては、図示の簡略化のため修正加工部以外の配線等の表示は省略している。

図２（ａ），（ｂ）に示すような形状の修正配線は、例えば図３（ａ）に示す配線上に形成される。図３（ａ）は、基板上にデータライン１、ゲートライン２及びＴＦＴ（ThinFilm Transistor：薄膜トランジスタ）であるトランジスタ３が形成された配線構造を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、基板１５上に、液晶配線パターンを構成するデータライン１とゲートライン２とが格子状に配置されている。また、ゲートライン２上には複数のトランジスタ３が形成されている。図３（ａ）では、配線形成工程において発生した断線欠陥４、及びトランジスタ３の形成工程においてエッチング等により発生した断線部であるパターン形状欠陥５のような配線欠陥が残存している。これらの配線欠陥を
修正加工する場合、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の断線欠陥４の位置に直線配線６を形成する。また、図３（ａ）のパターン形状欠陥５の位置に迂回配線７を形成する。

図４（ａ）は図３（ｂ）に示すＡ−Ａ線による断面図、（ｂ）は図３（ｂ）に示すＢＢ線による断面図、（ｃ）は図３（ｂ）に示すＣ−Ｃ線による断面図である。本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、基板１５上に形成されたデータライン１の断線部を接続するように、基板１５側から順に第１の直線配線６ａ及び第２の直線配線６ｂが形成されている。第１の直線配線６ａ及び第２の直線配線６ｂは、共に導電性の膜である。また、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、データライン１のパターン形状欠陥（断線部）を接続するように、基板１５側から順に第１の迂回配線７ａ及び第２の迂回配線７ｂが形成されている。第１の迂回配線７ａ及び第２の迂回配線７ｂも、共に導電性の膜である。図４（ｃ）に示すように、ゲートライン２をまたぐ箇所には、第１の迂回配線７ａの形成前に、ゲートライン２上に絶縁膜２５が形成されている。以上のような修正配線を形成することにより、断線欠陥４及びパターン形状欠陥５のような配線欠陥が修正される。なお、上記のような２層構造の修正配線が形成されている理由については後述する。

以上説明したように、本実施形態の構成とすることにより、予め定められた修正加工部の形状パターンに従って、レーザＣＶＤ法で一括して導電性の膜が形成される。これにより、修正加工時間が大幅に短縮され、高速化を実現できる。

次に、本実施形態のレーザ加工方法について、前述した関連技術（図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ））と比較して説明する。図５（ａ）は、前述した関連技術によるレーザ加工方法を示すフローチャート図である。図５（ａ）に示すように、修正加工が開始されると（ステップＳ５０）、所定（中程度）の強度のレーザを出力し（ステップＳ５２）、往路のＸＹスキャンを行って第１の修正加工を行う（ステップＳ５４）。次に、ステップＳ５２の場合と同様の強度のレーザを出力し（ステップＳ５６)、復路のＸＹスキャンを行って第２の修正加工を行う（ステップＳ５８）。このように、２方向のＣＶＤ加工を行うことにより、修正加工が完了する（ステップＳ６０）。この場合のレーザ光強度は、形成された膜にダメージを与えてはがれない程度に設定されている。

これに対して、本発明によるレーザ加工方法を、図５（ｂ）のフローチャート図に示す。本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、レーザ強度が比較的高く加工時間が比較的短くなるように設定された第１ステップ（ステップＳ１２）と、レーザ強度が第１ステップに比べて低く、加工時間が第１ステップに比べて長くなるように設定された第２ステップ（ステップＳ１４）との２段階で修正配線の形成を行う。

先ず、修正加工が開始されると（ステップＳ１０）、第１ステップとして設定されたレーザ出力及び加工時間で、レーザＣＶＤ法により対象領域一括で第１の導電膜の形成を行う（ステップＳ１２）。この第１の導電膜は、図４（ａ）乃至（ｃ）に示す第１の直線配線６ａ及び第１の迂回配線７ａに相当する。本ステップで設定されるレーザ出力は、被加工物等の加工条件によっても異なるが、なるべく高い方が好ましい。これは、レーザ出力を高くすることで、基板等の被加工物との界面において剥離が起こりにくくなるためである。ただし、高いレーザ出力を必要な膜厚になるまで長時間照射すると、形成された膜にダメージを与えてしまい、膜がはがれて密着強度が低下してしまうという問題が発生する。本実施形態では、比較的高いレーザ出力で短時間成膜することにより、被加工物との界面における密着性が高い第１層の導電膜を形成することができる。なお、例えば図４（ｃ）に示すように、ゲートライン２をまたいで修正配線を形成する必要がある部分に対して、第１層の導電膜の形成前に、絶縁膜２５を形成しておく。この絶縁膜２５は、公知のフォトリソグラフィ法及びエッチング法により形成することができる。

続いて、第２ステップとして設定されたレーザ出力及び加工時間で、レーザＣＶＤ法により対象領域一括で第２の導電膜の形成を行う（ステップＳ１２）。この第２の導電膜は、図４（ａ）乃至（ｃ）に示す第２の直線配線６ｂ及び第２の迂回配線７ｂに相当する。本第２ステップにおいては、レーザ出力及び加工時間を調整することにより、第１及び第２の導電膜を合わせた膜厚を所望の値とすることができる。

第２ステップにおいては、レーザ出力を第１ステップよりもやや低く設定することが好ましい。このように設定することにより、第１の導電膜と、本ステップで形成される第２の導電膜との密着性を高くすることができるからである。ここで、第２ステップにおけるレーザ出力は、第１ステップにおけるレーザ出力に比べて５０乃至８０％とすることが好ましい。それは、以下の理由による。即ち、レーザ出力を第１ステップに対して５０％より小さくすると、成膜速度が遅くなるため、一括成膜による加工時間短縮の利点が得られにくくなるためである。また、レーザ出力を第１ステップに対して８０％より大きくすると、第１ステップと略同じ条件で加工されることとなる。前述のように第１ステップでなるべく高くなるようにレーザ出力を設定していることから、形成された膜にダメージを与えてしまい、第１層との好ましい密着性が得られにくくなるからである。

以上のような２段階の修正加工を行うことにより、２層の導電膜による修正配線が形成され、修正加工が完了する（ステップＳ１６）。図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、段差がある部分に対しても、レーザＣＶＤ法により一括して修正配線を形成することができる。

図５（ａ）に示すレーザ加工方法では、加工スピードがおよそ４μｍ／ｓ程度で、往復方向のスキャンで加工をする為、長さ５０μｍとすると、約２６秒程度かかっていた。これに対して、図５（ｂ）に示す本発明のレーザ加工方法を使用すると、上記の例と同一の長さ５０μｍの配線欠陥の場合、第１ステップを約１．５秒、第２ステップを約５秒実行し、合計６．５秒程度で加工が終了する。即ち、本実施形態によれば、図５（ａ）に示すレーザ加工方法に比べて加工時間を約１／４にすることができる。また、本実施形態のように、修正加工を互いにレーザ出力と加工時間の設定条件が異なる２段階のステップで行うことで、膜にダメージを与えることなく密着性の高い修正配線膜を形成することができる。

なお、図１（ｂ）に示す直線形状スリット２３及び迂回形状スリット２４以外にスリットパターンの種類を増やすことで、より多様な配線欠陥に対して本発明を適用することができる。また、スリットマスク２０を、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すスリット９と切り替え可能に構成することとしてもよい。

また、本発明のレーザ加工装置を、前述のようなＣＶＤ法による配線欠陥の修正以外のレーザ加工を行う装置として使用することとしてもよい。この場合に、スリットマスク２０のスリットパターンをマーク形状とすることにより、基板等の被加工物に対してマーキングを施すことができる。マーク形状は、例えば数字、文字又は記号であってもよい。上記のマーキングは、ＣＶＤ法によってマーク層を堆積させることとしてもよく、被加工物の表面をレーザで除去することとしてもよい。

本発明は、例えば半導体製造工程や液晶製造工程等において、配線のレーザリペア等に利用することができる。

本発明装置の構成を示す模式図である。 スリット形状の異なるマスクの説明図である。 本発明の装置の作用説明図（その１）である。 本発明の装置の作用説明図（その２）である。 レーザ出力と加工時間とを従来例と本発明とで比較して示すフローチャートである。 従来装置の構成を示す模式図である。 従来装置の作用説明図である。

符号の説明

１ データライン
２ ゲートライン
３ トランジスタ
４ 断線欠陥
５ パターン形状欠陥
６ 直線配線
７ 迂回配線
８ レーザ光
９ スリット
９ａ 開口
１０ レーザ光
１１ リレーレンズ
１２ 対物レンズ
１３ 像
１４ ガスウィンドウ
１５ 基板
１６ スキャン方向
１７ 直線配線
１８ スキャン方法
１９ 迂回配線
２０ スリットマスク
２１ 切替機構
２３ 直線形状スリット
２４ 迂回形状スリット
２７ａ，２７ｂ 歯
２８ａ，２８ｂ 歯

Claims (7)

1. 基板に向けて照射されたレーザ光の形状を規定するスリットを有するマスクと、前記形状が規定されたレーザ光を前記基板上に結像させる光学系と、前記基板に向けてレーザ化学気相成長法に必要な原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、レーザ出力と加工時間との組合せに関する条件を、所定の第１の条件と所定の第２の条件とに切り替える条件切換え手段とを有し、
   前記スリットは、前記基板上に形成された配線の断線部を接続するような所定のスリット形状を有し、かつ前記第２の条件におけるレーザ出力は前記第１の条件におけるレーザ出力よりも低く、前記第２の条件における加工時間は前記第１の条件における加工時間よりも長いことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 更に、前記マスクを移動させて前記スリット形状を切り替えるスリット切替手段を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記所定のスリット形状は、少なくとも直線形状、及び前記断線部を迂回して接続するような形状を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 更に、前記所定のスリット形状は、前記基板上で認識可能な所定のマーク形状を含むことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記原料ガス供給手段は、前記原料ガスの周囲にパージガスを供給するとともにガスを吸引することで、ガスカーテン方式により前記原料ガスを局所的に封じ込めるガスカーテン形成手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 基板上に形成された配線の断線部を接続するような所定のスリット形状を有するスリットによりレーザ光の形状を規定する工程と、光学系により前記レーザ光を前記基板上に結像させる工程と、レーザ化学気相成長法を用いて前記基板上に結像された前記所定のスリット形状の導電膜を堆積させることにより前記断線部を修正する工程と、を有し、前記断線部を修正する工程は、レーザ出力と加工時間との組合せに関する第１の条件で実行する工程および第２の条件で実行する工程からなり、前記第２の条件におけるレーザ出力は前記第１の条件におけるレーザ出力よりも低く、前記第２の条件における加工時間は前記第１の条件における加工時間よりも長いことを特徴とするレーザ加工方法。
7. 前記第２の加工工程におけるレーザ出力は、前記第１の加工工程におけるレーザ出力の５０乃至８０％とすることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工方法。

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