专利名称：激光cvd设备与激光cvd方法
技术领域：
本发明涉及激光化学汽相淀积(CVD)设备与激光CVD方法，其应用于修复在遮光膜图案中的不足(缺陷)，并且应用于修复在液晶显示设备的基底上面形成的布线或绝缘图案中的不足。
该激光CVD设备与方法在日本专利申请未决No.63-164240，日本专利申请未决No.63-65077，日本专利申请未决No.64-47032，日本专利申请未决No.3-166376与美国专利No.4801352中描述。
其中，在日本专利申请未决No.63-164240，日本专利申请未决No.63-65077，日本专利申请未决No.64-47032的激光CVD方法与日本专利申请未决No.3-166376中描述的全部的激光CVD方法在减压室中实施。相反，在美国专利No.4801352公开的激光CVD方法在大气中进行。
目前，当在其上将形成膜的基底的尺寸显著地增加时，在美国专利No.4801352中描述的激光CVD设备与方法可认为有用，这是因为，与其它已知设备不同，其不需要容纳其上将形成膜的基底与减少压力的室。因此，美国专利的激光CVD设备不需大尺寸的设备，而且能够增加处理量。然而，当使用在美国专利中描述的激光CVD设备时，由于在膜形成其上以前，膜的形成面在大气中暴露，因此膜有可能从基底面脱落。特别地，当该设备应用于修复在遮光膜图案中的不足与在液晶显示设备的基底上面形成的布线或绝缘膜中的不足时，在缺陷部分形成的膜以有限的区域或小的区域接触基底面，从而容易受到该问题的影响。膜本身还常常破裂。
本发明的另一个目的是提供激光CVD设备与激光CVD方法，其能够防止在形成的膜本身出现破裂。
本发明的另一个目的是提供激光CVD设备与激光CVD方法，其有利地应用于修复在遮光膜图案中的不足与在液晶显示的布线或绝缘膜中的不足。
根据本发明，提供的激光CVD设备包括等离子单元，其用于在大气中将预处理气体变成等离子状态并且将等离子气体提供到基底；用于将激光束辐射到基底上的积淀区域的装置；用于将膜合成气体提供到积淀区域的装置；用于密封膜合成气体而与外部大气隔离的装置，其中基底的积淀区域由等离子单元预处理，并且通过激光束激励膜合成气体，在基底的积淀区域上面形成膜。
根据本发明的另一方面，提供激光CVD方法，包括下列步骤通过电弧放电将预处理气体变成等离子状态；提供处于等离子状态的预处理气体使其与基底的膜的形成面接触；将膜合成气体提供到与外部大气隔离的基底的膜的形成面；用激光束照射基底的膜的形成面以激励膜合成气体；并且使激励的膜合成气体在基底的膜的形成面的上面形成膜。
图1示出了根据本发明的激光CVD设备，其应用于图案缺陷修复设备；图2示出了组成图1的激光CVD设备的等离子辐射单元的配置；图3示出了在如图1所示的激光CVD单元中的气体窗口单元部分的配置；图4是流程框图，其用于描述如图1所示的图案缺陷修复设备的控制步骤；图5(a)与图5(b)是平面图，其用于描述在玻璃基底上的由Cr膜组成的掩膜图案的缺陷修复处理，其是本发明的应用；图6(a)与图6(b)是平面图，其用于描述在液晶基底上形成的布线图案的断裂缺陷的修复处理，其也是本发明的应用；以及图7(a)与图7(b)是剖示图，其在现有技术与本发明之间，比较地示出了透明的导电膜(ITO膜)的一段梯度上的膜的形成的状态。
参照图1，其示出了本发明激光CVD设备应用其间的图案缺陷修复设备，等离子辐射单元2通过电弧放电将预处理气体变成等离子状态，并且用等离子状态的气体照射基底10的表面。为此，通过管道系统3a，气体提供单元3将预处理气体提供到等离子辐射单元2。激光辐射/显微观测光学单元4具有激光源以及用显微镜来观察基底表面的系统。气体窗口单元5将膜合成气体提供到基底10而使基底10与外部大气隔离。通过管道系统6a，气体提供/释放单元6提供合成气体并且控制气体而使膜的形成面与外部大气隔离。通过管道系统6b，气体提供/释放单元6还从气体窗口单元5排出气体。为了组成图案缺陷修复设备，图1还包括基底10安装其上的X-Y工作台(基底支座)7，并且该X-Y工作台7能够在平面内自由地运动。图1的图案缺陷修复设备还具有控制单元1，其用于控制组成的元件以完成需要的处理。
如图2所示，等离子辐射单元2具有等离子产生室21，用于将预处理气体提供到等离子产生室21的气体入口22，用于使预处理气体产生电弧放电的一对电极23，以及用于将放电电压提供到电极对23的电源24。还提供带有金属网25的等离子产生室21的气体出口，该金属网25具有多个气体排出口，并且具有在电极23与基底10之间的屏蔽功能，用于防止电极23与基底10之间的电弧放电。使用空气、氮气、氩气等等作为预处理气体。
如图3所示，气体窗口单元5具有室51，其用于密封其中的膜合成气体；透明的分隔墙52，其用于将在室51上面部分提供的激光源及光学系统和室51分隔；连接到室51的压力检测口53，其用于检测在室51中的压力；连接到室51的第一进入/排出口54，其用于将膜合成气体提供到室51或用于减少在室51中的压力；通过通孔在气体窗口单元5的底面连接到进入/排出凹口58的第二进入/排出口55，其用于将净化气提供到室51，或用于通过气体窗口单元5与基底10的端面之间的开口排出在室51中的气体；以及通过通孔在气体窗口单元5的底面连接到供气凹口57的供气口56，其用于提供气幕气体以隔开外部大气。使用Cr(CO)6、W(CO)6等等作为膜合成气体，并且使用惰性气体，比如氮气(N2)、氩气(Ar)或氦气(He)，作为净化气体与气幕气体。
在膜形成以前，分别地通过供气口56提供气幕气体并且通过第二进入/排出口55提供净化气体，以及通过第一进入/排出口54释放室中的气体。这导致通过气体窗口单元5与基底10的端面之间的开口，净化气体输入到室51，并且室51的内部充满净化气体。
当膜将要形成时，气幕气体通过供气口56提供并且通过第二进入/排出口55释放，并且通过第一进入/排出口54将膜合成气体提供到室51。这导致通过气体窗口单元5与基底10的端面之间的开口，膜合成气体经过室51的底部到第二进入/排出凹口58。在这种状态下，基底10的表面被激光束照射并且膜合成气体被激励而与外部大气隔离，从而开始膜的形成。
其次，将参照图4描述图案缺陷修复设备的控制步骤。控制步骤由图1所示的控制单元1控制。首先，基底10安装在X-Y工作台7上(步骤ST11(图4))；(i)第一步是识别在基底10上的图案中的缺陷的位置并且将其存储到控制单元1中的内存(步骤ST12)；(ii)第二步是基于关于图案中的缺陷的位置信息，通过控制支撑基底10的X-Y工作台7的运动，将基底10移动到等离子辐射单元2的下面(步骤ST13)；(iii)第三步是将预处理气体提供到等离子辐射单元2并且通过控制等离子辐射单元2与用于提供预处理气体的单元3而产生电弧放电，将该预处理气体变成等离子体，以及将处于等离子状态的预处理气体提供到基底10(步骤ST14)；(iv)第四步是采用处于等离子状态的预处理气体以规定长度的时间预处理基底10的膜的形成面(步骤ST15)；(v)第五步是通过控制支撑基底10的X-Y工作台7的运动，将支撑基底10的X-Y工作台7移动到气体窗口单元5(步骤ST16)；(vi)第六步是通过控制气体窗口单元5与气体提供/释放单元6，将膜合成气体提供到和外部大气隔离的基底10上(步骤ST17)；以及(vii)第七步是通过用激光束照射基底10的规定位置，激励膜合成气体，并且使被激励的膜合成气体在基底10上的规定位置以规定厚度形成膜(步骤ST18)。
然后，检查是否有任何要修复的部分(步骤ST19)，以及，如果有，则处理过程返回到步骤ST12并且重复从程序(i)下面开始的相同的修复顺序。
这样，根据本发明，在膜的形成面的上面形成膜以前，包括等离子辐射单元2与预处理气体提供单元3的等离子预处理部分，用变成等离子状态的预处理气体来预处理基底10的膜的形成面。进一步根据本发明，膜的形成可在大气中进行，并且等离子预处理部分使用电弧放电，其能够在大气中将气体变成等离子状态，因此，从预处理到膜的形成的整个工艺程序能够在大气中完成。这使得尽管目前的趋势是优选更大的基底，也可防止激光CVD设备与图案缺陷修复设备对应地扩大。
控制单元1完成以下程序将基底10移动到合适的位置；识别并且记忆在基底10上的缺陷图案的位置；等离子预处理部分提供通过电弧放电而变成等离子状态的预处理气体，并且等离子预处理部分将处于等离子状态的预处理气体提供到基底10，使得基底10的膜的形成面预处理一定的时间；然后通过包括元件4、5与6的形成膜的部分进行形成膜的操作，在形成膜的部分中，膜合成气体与大气隔离并且提供到基底10上，以及激光束照射基底10的规定位置并且在基底10上的规定位置形成具有规定厚度的膜。根据本发明，由于等离子体的预处理与形成膜的操作能够顺序地进行，在缺陷部分中形成的膜与基底10的膜的形成面之间的粘连是完全的，从而自动地使得整个预处理程序能够修复在图案中的缺陷。
其次，采用本发明的激光CVD设备用于掩模图案的缺陷修复处理将参照图5(a)与(b)描述如下。
如图5(a)所示，一种由石英基底60组成的且具有部分缺陷61b的图案61a形成其上的遮光膜安装在图案缺陷修复设备的X-Y工作台7上，并且用真空吸盘等固定。然后，移动X-Y工作台7，从而基于遮光膜的缺陷坐标数据，缺陷位置进入激光辐射/显微观测光学单元4的观察区域，并且确定图案61a的缺陷61b。其次，移动X-Y工作台7，从而缺陷61b到达等离子辐射单元2的正下方。然后，单元3将预处理气体提供到等离子辐射单元2，并且在等离子辐射单元2中，将放电电压提供到电极23。这使得预处理气体由于电弧放电而变成等离子状态，以及提供预处理气体的原子团(radical)并且这些原子团与基底10的表面接触以实施预处理。这种状态维持大约三秒。
然后，在控制单元1的控制下，移动X-Y工作台7，从而基于遮光膜的缺陷坐标数据，缺陷位置进入激光辐射/显微观测光学单元4的观察区域，并且确认缺陷61b。其次，用激光束调节照射的形状与位置使得修复缺陷成为可能。在这以后，气体单元6将气幕气体与由包含Cr(CO)6的载体气体Ar组成的膜合成气体以600sccm(标准立方厘米)的流动速率提供到气体窗口单元5。这样，在通过气幕气体而与外部大气隔离的状态下，膜合成气体提供到气体窗口单元5下面的基底10的表面上。在这种处理中，气体提供/释放比率被调节，从而保持激光照射部分中的气体压力为0.3Torr(托)。
其次，激光束照射在基底10的表面上的缺陷。在这种处理中，激光照射面积设定为20μm2，并且一半的照射光束叠加在Cr(铬)图案的上面以顺序地形成膜。使用的激光束是Qsw-NdYAG激光器(波长355nm，脉冲宽度40ns与重复频率8kHz)的第三谐波之一，并且激光器的照射持续时间为1.3秒。如图5(b)所示，这导致在缺陷61b上面的Cr膜的形成以修复缺陷图案。
评价如上所述的形成的Cr膜涉及形状、分离与裂化。为了比较，没有等离子预处理而传统地形成的另一Cr膜也进行类似的评价。在检查两种膜时，激光辐射的强度用作参数。在膜的形状的评价中，如果CVD的Cr膜61c已经从Cr图案中长出，符合照射的激光图案，该形状就可认为满意。在膜的分离的评价中，如果在CVD的Cr膜61c的玻璃部分的摹制部分出现任何部分或全部地脱落，就可认为有缺点。在膜的裂化的评价中，CVD的Cr膜61c的任何部分的或全部的破裂可认为有缺点。
检查的结果如表1所示。
表1
如表1所示，已经发现等离子预处理能够加速膜的生长并且实质上减少分离与裂化的可能性。还发现根据本发明，应用于形成CVD的Cr膜61c的激光辐射的强度的可接受范围大约是形成CVD的Cr膜时没有经过等离子预处理的可接受范围的四倍。而且，形成的CVD的Cr膜61c的表面更加光滑，并且光折射的均匀性得到提高。
这些显著的效应是可能的，这是由于等离子预处理导致的基底10的表面的激励与随后的对于膜合成气体的吸收的促进以及这些效应的保留，这导致即使在等离子预处理以后，膜在大气中暴露一段时间，形成的膜也保持稳定，并且由于在激励的表面上的膜的形成，CVD的Cr膜61c与基底10之间的粘连强度得到加强。还很可能出现预处理具有去除在基底10上的水分、油类与脂肪的效应，从而有助于改善的膜的形成。
这样，根据图5(b)所示的图案缺陷修复处理，在图案的缺陷部分被修复而成为修复好的图案以前，通过电弧放电而变成等离子状态的预处理气体接触到在基底10上的图案的缺陷部分以预处理该部分从而改进膜的形成表面，并且维持该处理的效应。结果，即使在膜的形成面的预处理以后而膜的形成以前这段时间内，膜的形成面在大气中暴露，也能够防止在膜的形成面的上面形成的CVD的Cr膜61c脱落。与基底10的膜的形成面接触的小膜形成面的许多部分在缺陷61b处，在缺陷61b上面形成的CVD的Cr膜61c的粘连能够加强而有特别效果。
用通过电弧放电而变成等离子状态的预处理气体预处理基底10的膜的形成面，并且该表面处于与外部大气隔离的状态而由激光束激励的膜合成气体包围，从而在基底10的膜的形成面上面形成膜。因此，在预处理以后直到膜的形成的整个程序能够在大气中实施。为此，即使基底10的尺寸增加，用于实现该方法的设备的尺寸能够保持不变，并且同时处理量能够增加。
图6(a)与图6(b)是用于描述修复处理的平面图，该修复处理用于在液晶基底上形成的布线图案中修复断裂缺陷，并且图7(a)与图7(b)是剖示图，其比较地示出透明导电膜(ITO膜)的一段梯度上的膜的形成的状态。图案缺陷修复处理将参照图6(a)、图6(b)、图7(a)与图7(b)描述如下。该图案缺陷修复处理由如图1所示的图案缺陷修复设备进行。
首先，准备由薄膜晶体管以矩阵形式排列其上的玻璃基底组成的液晶基底，并且形成由钨(W)膜组成的布线栅格。布线导线71a与71b在透明的导电膜(ITO膜)的上面形成，并且有部分的缺陷与损坏。其次，液晶基底安装在图案缺陷修复设备的X-Y工作台7上，用真空吸盘等固定，并且如图6(b)所示，通过与第二实现模式相同的处理，依靠形成CVDW膜以修复在图案缺陷71a与71b中的缺陷部分71c，正常的布线71能够实现。这样，等离子预处理的条件设定为与图5(b)所示情况下的条件相同。
另一方面，关于激光CVD的条件，W(CO)6以50到100sccm的流动速率用作膜合成气体，并且在膜的形成期间，激光照射部分中的气体压力设定为0.5Torr。应用的激光束是Qsw-NdYAG激光器(波长355nm，脉冲宽度60ns以及重复频率5kHz)的第三谐波之一。激光照射面积设定为4μm2，并且激光辐射功率为3mW。在膜的形成期间，X-Y工作台的运动速度是5μm/s。
关于如图6(b)与图7(a)的上述处理，下列研究已经进行等离子预处理的进行或不进行在膜的形成状态中的差别，用于膜的形成面的材料的选择(ITO或SiN)与膜的形成面的形状(梯度的存在或缺少)。根据此发现，在没有进行等离子预处理的情况下，当基底是SiN膜时，厚度为200nm的W膜生长，并且当基底是ITO膜时，厚度为100nm的W膜不生长。在这两种情况下，在直接写入方向的CVD膜的生长倾向于变慢。结果，如图7(b)所示，在ITO膜80的梯度部分82上的直接地写入图案81a的中断出现频率大约为10％。鉴于这个问题，直接写入的速度减慢到3μm/s，防止了直接地写入图案81的破裂，但是出现了新的问题，即修复的处理量的下降。
另一方面，根据本发明，在应用等离子预处理的情况下，无论基底是SiN膜或是ITO膜，膜的厚度都没有差别，并且膜厚度增加到300nm。而且，如图7(a)所示，没有出现在梯度部分82中的直接地写入图案81的破裂。即使当直接写入的速度提高到7μm/s时，在厚度为200nm的膜上，获得了稳定地直接写入。
当在液晶基底上面的图案的有缺陷的破裂将要修复时，在由CVD膜的形成实施修复以前，通过设计成功地修复缺陷的程序，等离子预处理所需的处理量的下降被限制在特别地可接受的程度，所述的成功地修复缺陷开始于相互靠近的位置，在以相同的顺序使这些相互靠近的缺陷经过等离子预处理以后。最终的处理量是缺少等离子预处理的处理量的1.5倍，而且，获得100％的产量。
本发明的实施例已经参照附图详细的描述，本发明的特别的配置不限于这些实施例，但是本发明还将覆盖在本发明的真正范围与精髓内的设计或其它方面的修改。例如，尽管上述实施例至少使用空气、氮气或惰性气体之一作为预处理气体，选择也不限于此。
尽管膜合成气体使用Cr(CO)6或W(CO)6，同样地，选择也不局限于此。
等离子辐射单元的选择还不限于在第一优选实施例中所使用的。具有可产生等离子体的配置的任何等离子辐射单元都能够使用。
激光CVD单元不限于在第一实施例中所使用的。具有在大气中可形成膜的任何激光CVD单元都能够接受。
根据本发明，通过用处于等离子状态的预处理气体预处理膜的形成面，即使在等离子预处理以后而膜的形成以前这段时间内，膜的形成面在大气中暴露，也能够防止在膜的形成面上形成的膜脱落。而且，因为应用电弧放电，所以将预处理气体变成等离子状态能够在大气中进行。因此，从预处理到膜的形成的整个程序能够在大气中完成。这使得尽管当前的趋势是优选更大的基底，也可防止设备的相应扩大。
进一步根据本发明，能够提供密质的图案缺陷修复设备，该设备能加强缺陷部分到基底的膜的形成面中的粘连，并且自动地实施从预处理到缺陷修复的整个程序。
进一步根据本发明，通过用预处理气体预处理膜的形成面，能够操作该膜的形成面，并且这种处理的效应将很好地维持。为此，即使在预处理以后而膜的形成以前这段时间内，膜的形成面在大气中暴露，也能够防止在膜的形成面上面形成的膜脱落。而且，由于从预处理到膜的形成的整个程序能够在大气中完成，处理量能够提高。
进一步根据本发明，在基底上面的图案的缺陷部分形成修复的图案以前，通过电弧放电而变成等离子状态的预处理气体接触到在基底上面的图案的缺陷部分以预处理该部分。
因此，与基底的膜形成面接触的小的膜形成面的许多部分在缺陷处，在缺陷上面形成的膜的粘连能够加强而有特别的效果，并从而防止膜的脱落。
权利要求
1.一种激光CVD设备，包括等离子单元，其用于在大气中将预处理气体变成等离子状态并且将等离子气体提供到基底；用于将激光束辐射到基底上的淀积区域的装置；用于将膜合成气体提供到淀积区域的装置；和用于密封膜合成气体而与外部大气隔离的装置，其中，所述基底的淀积区域由所述等离子单元预处理，并且通过所述激光束激励膜合成气体，在所述基底的淀积区域上面形成膜。
2.如权利要求1所述的激光CVD设备，其中所述等离子单元通过电弧放电来制造等离子状态。
3.如权利要求1所述的激光CVD设备，还包括其上放置所述基底的X-Y工作台。
4.如权利要求2所述的激光CVD设备，其中所述等离子单元包括等离子产生室(21)，用于将预处理气体接收到等离子产生室的气体入口，以及用于使预处理气体产生电弧放电的电极。
5.如权利要求4所述的激光CVD设备，其中所述等离子单元还包括金属网，其用于防止在基底(10)上产生电弧放电。
6.一种如权利要求1所述的激光CVD设备修复装置，其中所述的预处理气体是空气、氮气与氩气之一。
7.一种激光CVD方法，包括下列步骤通过电弧放电将预处理气体变成等离子状态；提供处于等离子状态的所述的预处理气体，以使其与基底的膜形成面接触；将膜合成气体提供到与外部大气隔离的基底的膜形成面；用激光束照射所述基底的膜形成面以激励所述膜合成气体；以及使所述的激励的膜合成气体在基底的所述膜形成面的上面形成膜。
8.一种图案缺陷修复设备，包括基底支座，其能够移动具有图案的基底，所述图案具有缺陷部分；预处理单元，其用于通过电弧放电将预处理气体变成等离子状态，并且用于将等离子状态的气体提供到所述基底支座上的基底；膜形成单元，其具有用于辐射激光束的装置以及用于密封膜合成气体而与外部大气隔离的装置；以及控制单元，其中，所述控制单元控制所述预处理单元，从而将所述等离子状态的气体提供到所述基底上的缺陷部分，所述控制单元控制所述膜形成单元，从而将所述膜合成气体与外部大气隔离，并且将所述膜合成气体提供到所述基底上的缺陷部分上，以及所述控制单元控制所述膜形成单元，从而用所述激光束照射所述基底上的缺陷部分以激励所述膜的形成，从而导致在所述基底上的缺陷部分上形成膜。
9.一种用于修复基底上的缺陷部分的图案缺陷修复方法，所述方法包括下列步骤通过电弧放电将预处理气体变成等离子状态，将处于等离子状态的所述预处理气体提供到所述基底的缺陷部分，用膜合成气体密封对应于基底的缺陷部分并与外部大气隔离的膜形成面，用激光束照射所述的膜形成面以激励所述的膜合成气体，以及在所述基底的缺陷部分的上面形成膜以修复缺陷部分。
全文摘要
将提供一种激光CVD设备，该设备能够加强由激光CVD形成的膜与基底的膜的形成面之间的粘连，并且防止膜本身的破裂。该设备包括等离子预处理单元，其用于通过电弧放电将预处理气体变成等离子状态，并且将等离子状态的气体提供到膜的形成面；以及膜的形成单元，其具有用于密封膜合成气体而与外部大气隔离的装置，还具有用于将激光束辐射到膜合成气体的装置，其中在基底的膜的形成面的上面形成膜。
文档编号H01J37/32GK1475599SQ03147818
公开日2004年2月18日 申请日期2003年6月25日 优先权日2002年6月25日
发明者森重幸雄, 上田淳 申请人:日本电气株式会社