JP3036687B2 - レーザcvd装置 - Google Patents

レーザcvd装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造や液晶
ディスプレイの製造に用いられるフォトマスクの欠陥修
正装置や、液晶基板の配線修正に用いられるレーザCV
D装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、基板上の欠陥を修正するレーザC
VD装置は、レーザ光源、レーザ光をレーザ基板上に照
射するレーザ照射機能と観察のための顕微鏡機能を備え
る照射光学系、CVD原料ガスを供給する原料ガス供給
ユニット、排気ガスを無害化する排気ユニット、基板を
位置決めし保持するX−Yステージ、上記ユニット等の
動作を制御する制御ユニットを有し、基板上の照射部に
レーザ光を照射し原料ガスを封じ込め薄膜を形成するた
めガス導入部が基板照射部上をおおう構造となってい
る。
【0003】ここで、ガス導入部は、小型であり、照射
部の雰囲気の置換に要する時間を短縮する形態として、
基板とガス導入部との間の間隙のガス流を制御して原料
ガスを閉じ込めるようにし、また周囲からの空気の混入
を防ぐガスカーテン方式による局所的にガスを閉じ込め
るようにした、いわゆるチャンバレスガス導入方式が知
られている。この方法は、たとえばDrozdowit
z等による米国特許4778693号や、ビックズイク
等による特開平1−502149、本郷等による特開平
8−222565に開示されている。
【0004】これらのガス導入部でのガスの流し方は以
下のとおりである。すなわち、ガス導入部は、原料ガス
をレーザ光照射部に向かって吹き出すノズルと、基板と
対向する面のレーザ光照射部の周囲に溝上のガス吸い込
み口を設け、基板に対してお椀を伏せた様な形状で配置
される。原料ガスはノズルによりレーザ光照射部に吹き
出すことで供給され、一方、使用済みの原料ガスは、上
記吸い込み口により回収される。吸い込み口は、照射部
をとり囲むため照射部の周囲から基板との間隙を通って
入り込もうとする空気の回り込みを防止する機能もかね
る。
【0005】また、紫外光源などを用いて、光CVD反
応を利用して成膜する場合には、レーザ光の導入部の窓
の曇りを防止するためにパージガスを別のノズル用の導
入部より窓部に吹き付ける構成を用いることも開示され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術には以下に示す欠点があった。すなわち、原料ガス
の照射部での流速が小さい場合には、レーザCVDによ
り分解した微粒子状の分解物がレーザ光照射部の周囲に
降り積もり、修正部が汚れてしまう欠点を生じる。一
方、この欠点を解消するには原料ガスの流速を高めれば
よいが、その場合には、原料ガスノズルからの吹き出し
量増大により、原料ガス吹き出しノズルの吹き出し部の
近傍で、周囲の雰囲気が原料ガスの出射方向に引き込ま
れ、吹き出し口の周りに引き込み流が発生し、その結
果、吸い込み口による空気混入防止のガスカーテン作用
が原料ノズルの近傍で崩れ、そこから空気がレーザ光照
射部に入り込み、CVD膜の膜質が劣化する問題を生じ
る。
【0007】つまり、従来の方式では、流速を小さくし
たときのレーザ光照射部の降り積もり状堆積の抑制と流
速を大きくしたときのガスカーテン作用による空気混入
防止効果とのトレードオフを生じ、良好な堆積膜質と、
降り積もり状堆積の抑制を両立できない欠点があった。
【0008】降り積もり状堆積は基板を取り出して洗浄
することにより除去できなくはないが、レーザCVD装
置の特徴である簡易性、高スループッット性を損う新た
な問題が生じる。また、半導体フォトマスクのように微
細なパターンの修正を行う場合には、CVDした後にレ
ーザ蒸散法により堆積膜の周囲の正確に削り取る加工を
行う場合があるが、降り積もり堆積があると、パターン
のエッジの検出精度が低下し、正確な加工位置同定が困
難となる欠点もある。
【0009】更に、前述のパージガスの吹き付けを行う
場合には、原料ガスの閉じ込めが更にやりにくくなる。
窓部へのパージガス吹き付けを行う場合には、従来知ら
れているように窓部に別のノズル状の吹き出し口からパ
ージガスを吹き付ける方法では、パージガスが基板とガ
ス導入部の間の間隙に流れ込んだ状態でレーザ光導入光
軸を中心として外向きに向って流れるガスの流れがパー
ジガスの導入方向の非対象性のために、ガスカーテン効
果に偏りを生じ、レーザ光照射ゾーンへの周囲の空気の
混入が起こる問題を生じていた。この問題は、微細なパ
ターンのCVDを行うために100倍程度の高倍率のレ
ンズを使う必要がある場合に、対物レンズの作動距離が
必然的に短くなり、その結果、窓部と基板の距離が3m
m程度と極端に薄い間隙で窓辺への原料ガス雰囲気の交
じり込みを避けるためにパージガスの流量を増大させる
必要を生じる場合には特に顕著となる。
【0010】本発明は、上述の問題に鑑み、降り積もり
状堆積の抑制と空気混入防止とを図り、またパージガス
によってもガスカーテンに偏りを生じないようにしたレ
ーザCVD装置の提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項からなる。
【0012】(1)レーザ光源と、このレーザ光源によ
るレーザ光をステージ上に配置した基板上の所望の照射
部に照射すると共にこの照射部を観察し得る照射観察ユ
ニットと、前記基板上の照射部にCVD原料ガスを供給
するガス供給ユニットと、前記基板上の照射部を覆うと
共に前記レーザ光を導入する窓を有し前記照射部に向け
て原料ガスの吹き出しノズルを備え更に前記照射部を中
心とした円周に沿い吸い込み口を備えたガス導入部とを
有するレーザCVD装置において、前記原料ガスの吹き
出しノズルの先端直近位置に前記原料ガスの吹き出し方
向と逆方向のガス吹き出しを行う逆方向ノズルを備えた
ことを特徴とする。
【0013】(2)上記(1)において、レーザ光の光
軸を中心として前記窓の側方より互いに向き合うように
パージガス導入口を備えたことを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】ここで、図1〜図3を参照して本
発明の実施の形態の一例を説明する。図1は、半導体フ
ォトマスクの白欠陥修正に適用した場合の一例のガス導
入部の構成を示す断面模式図であり、図2は、一例のレ
ーザCVD装置の全体の構成を示すブロック図である。
図3は、図1に示すガス導入部の構造をモデルとして、
レーザ照射部への空気の回り込みの様子をシミュレーシ
ョンにより求めた結果の模式図である。
【0015】まず、装置の全体の動作と、基本的な加工
条件を図2を用いて説明する。X−Yステージ18上に
置かれた、5インチ角の半導体フォトマスク基板からな
る基板6の上に、ガス導入部10をかぶさるように配置
する。基板6とガス導入部10の間隙間隔は1mmであ
る。ガス導入部10には、原料ガスのCr(CO)6、
キャリアガスのアルゴンガス、打ち消しガスのアルゴン
ガス、窓パージガスのアルゴンガスを供給するガス供給
ユニット13と、排気ガスを処理する排気ユニット16
が接続されている。
【0016】QスイッチNd:YAGレーザの第3高調
波光源からなるレーザ光源14の出射光はミラー15で
反射され、照射観察ユニット17に入射する。照射観察
ユニット17は、レーザ光をアパーチャにより整形し、
基板6上の所望部に所望の形状で照射パターンを形成す
ると同時にレーザ光照射部のパターンを観察する機能を
有する。照射観察ユニット17の出射側に配置する対物
レンズは倍率100倍で、作動距離は5mmである。ガ
ス供給ユニット13,排気ユニット16,X−Yステー
ジ18,レーザ光源14の動作は制御ユニット12によ
り制御される構成となっている。
【0017】次に、ガス導入部10の構造を図1にて述
べる。前述の如くガス導入部10は、基板6上に対向し
空隙(例えば1mm)を有して配置される。ガズ導入部
10には、その中央にレーザ光を導き入れる窓9を有
し、この窓9に対する基板6は照射部が位置することに
なる。
【0018】ガス導入部10には、その上部に四種類の
穴が開けられ、原料ガス入口2,打ち消しガス入口1,
窓パージガス入口3,吸い込みガス出口4を有してい
る。原料ガス入口2は、原料ガスをレーザ照射部に吹出
す例えば2mm径の第1ノズル8に速通しており、また
打ち消しガス入口1は、第1ノズル8からの原料ガスを
レーザ照射部に吹出す場合に空気の引込みを防止すべく
原料ガスの吹出しと逆方向に打消しガスを吹き出す例え
ば2mm径の第2ノズル7に速通している。
【0019】この場合、第2ノズル7は、第1ノズル8
の吹き出し口先端直近に位置し、第1ノズル8とは逆向
きにノズルが向いている。したがって、第1ノズル8か
ら吹き出る原料ガスに対しその直近にて原料ガスと反対
方向の打ち消しガスが吹き出されて、原料ガスへの引き
込みを打ち消すようにしている。
【0020】また、吸い込みガス出口4は、ガス導入部
10の基板6との対向面にて窓9の周囲に形成された吸
い込み口5と速通しており、使用済の原料ガス及び照射
部周囲の空気を吸い込むようになっている。ここでは、
幅2mm、光軸中心から半径30mmの位置に吸い込み
口5を備える。窓パージガス入口3は、窓9への原料ガ
スの付着防止のためパージガスが窓9に沿って吹き出す
ように窓9の側方に備えた、窓パージガス吹き出し口1
1に速通しており、この窓パージガス入口3と窓パージ
ガス吹き出し口11とは図1の如く図面の後方から手前
に向って吹き出すように備えられ、かつ図1の半截図で
は図示できないが図面手前から窓9へ向って吹き出す窓
パージガス入口や窓パージガス吹き出し口が備えられて
いる。したがって、窓パージガス吹き出し口は窓9の光
軸を中心にして対称方向に対向する如く備えられ、パー
ジガスがぶつかり合うように吹き出し口が備えられる。
なお、図1にて原料ガス供給ユニット13及び排気ユニ
ット16との接続配管はわかりやすくするため省略して
いる。
【0021】このような構造ガス挿入部10を用いて、
実験および、ガス流のシミュレーションにより効果を検
証した。実験でのレー光照射条件は以下の通りである。
繰り返し2kHz、パルス幅50ns、照射強度50k
W/cm2、照射ビーム形状5μm角、堆積時間を3〜
10秒の範囲にして、ガス流量を変えた場合の降り積も
り、空気混入による膜質劣化の程度を評価した。なお、
原料ガスのCr(CO) 6のガス濃度は、第1ノズル8
の出口で0.2Torrとした。なお上記の条件は、空
気の混入がない場合に金属光沢がありフォトマスク用に
必要な遮光性の取れる堆積膜を得られる条件である。
【0022】まず、第2ノズル7による空気の引き込み
防止効果の検証結果を述べる。窓パージガス流量100
0sccm、第2ノズル7からの吹き出し量を300s
ccm、第1ノズルからの原料ガス流量を100〜80
0sccmの間で変化させたとき、得られた堆積膜は、
空気の影響のない金属性の膜であったが、第1ノズルの
流量が500sccm以下の場合には、レーザ光照射部
の下流側を中心に黒い微粒子状の降り積もりが形成され
た。次に第2ノズル7からのガスの吹き出しを停止した
ところ、第1ノズル8からの原料ガスの吹き出し量が3
00sccm以上の範囲で透明で、はがれやすい酸化膜
が形成された。
【0023】次に、窓のパージガス吹き付けの非対称性
による空気混入の効果を検証するために、第1ノズル8
からの原料吹き出し量を700sccm、第2ノズルか
らの吹き出し量を300sccmとして、2つの窓パー
ジガスの吹き出し口の一方をふさいで、パージガス流量
を500〜1000sccmの範囲で変化させて、堆積
の様子を調べた。この場合には、すべてのパージガス流
量範囲で堆積膜が酸化膜となり、空気がレーザ照射領域
に入り込むことがわかった。また、パージガス流量が7
00sccmk以下では、窓の曇りが生じ、窓のパージ
効果が不十分になることがわかった。図3は、第1に示
す構造をモデルとしてガス流の流れによる空気濃度の分
布をシミュレーションした結果を示す模式図である。
【0024】図3(a)は従来の方法による打ち消しノ
ズルがない場合の空気濃度分布で、図3(b)は本発明
による打ち消しノズルがある場合の空気濃度分布であ
る。打ち消しノズルがない場合には、第1のノズルより
吹き出された原料ガスの流れにより、周囲の雰囲気に引
きずられ、その結果、ガスカーテン効果が崩れ、空気濃
度がレーザ照射部の近傍まで濃い濃度で回り込み、その
結果、レーザ照射部の空気濃度が上昇し堆積膜の膜質を
劣化させることがわかる。
【0025】
【発明の効果】本発明によるレーザCVD装置によれ
ば、レーザ照射部のガス流速を高速に保ったままで、ガ
ス導入部の周りから空気の混入を抑制できるので、微粒
子状の降り積もりがなく、かつ膜質の劣化のない堆積膜
を得ることができる優れたレーザ装置を提供することが
できる。また、光CVD反応を用いるレーザCVD装置
において、窓部へのパージガスを用いる構成に適用した
場合、ガス導入部と、基板の間の間隙におけるパージガ
スの流れの光軸に対する対称性がよいので、ガス導入部
周囲からレーザ光照射部への空気の混入を防止でき、膜
質の劣化をおこすことなくパージガスを導入することが
できるレーザCVD装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例に係るレーザCVD
装置のガス導入部の構造を示す模式図である。
【図2】レーザCVD装置の全体の構成を示すブロック
図である。
【図3】レーザCVD装置のガス導入部と基板の間隙部
の空気濃度分布を示す図である。
【符号の説明】
1 打ち消しガス入口 2 原料ガス入口 3 窓パージガス入口 4 吸い込みガス出口 5 吸い込み口 6 基板 7 第2ノズル 8 第1ノズル 9 窓 10 ガス導入部 11 窓パージガス吹き出し口 12 制御ユニット 13 ガス供給ユニット 14 レーザ光源 15 ミラー 16 排気ユニット 17 照射観察ユニット 18 X−Yステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/3205 H01L 21/30 502W (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 H01L 21/027 H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/3205 H01S 3/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源と、このレーザ光源によるレ
    ーザ光をステージ上に配置した基板上の所望の照射部に
    照射すると共にこの照射部を観察し得る照射観察ユニッ
    トと、前記基板上の照射部にCVD原料ガスを供給する
    ガス供給ユニットと、前記基板上の照射部を覆うと共に
    前記レーザ光を導入する窓を有し、前記照射部に向けて
    原料ガスの吹き出しノズルを備え、更に前記照射部を中
    心とした円周に沿い吸込み口を備えたガス導入部とを有
    するレーザCVD装置において、前記原料ガスの吹き出
    しノズルの先端間近位置に前記原料ガスの吹き出し方向
    と逆方向のガス吹き出しを行う逆方向ノズルを備えたこ
    とを特徴とするレーザCVD装置。
  2. 【請求項2】 レーザ光の光軸を中心として前記窓の側
    方より互いに向き合うようにパージガス導入口を備えた
    ことを特徴とする請求項1記載のレーザCVD装置。
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