JP2540501B2 - レ−ザ加工方法 - Google Patents

レ−ザ加工方法

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JP2540501B2 JP58211479A JP21147983A JP2540501B2 JP 2540501 B2 JP2540501 B2 JP 2540501B2 JP 58211479 A JP58211479 A JP 58211479A JP 21147983 A JP21147983 A JP 21147983A JP 2540501 B2 JP2540501 B2 JP 2540501B2
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    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、昇華性の薄膜側は酸化スズ、ITO,クロ
ム,AIN,AIF等(以下SUBLIMATION FILM即ちSFという)を
透光性有機樹脂(以下OFという)またはアモルファス半
導体を含む非単結晶半導体の薄膜基板上に形成させた被
加工物にレーザ光を照射して開溝または開孔を形成する
レーザ加工(以下LSという)方法に関する。
この発明は、連続使用上限温度が150〜300℃において
使用可能な透孔性OFまたは700℃程度の低い照射による
温度上昇で多結晶化してしまうアモルファス半導体の基
板上に形成された昇華性薄膜である酸化インジューム
(酸化スズが10重量%添加された酸化インジューム即ち
ITOを含む)または酸化スズを主成分とするCTFに対し、
先端温度が1500〜2200℃のパルス状のレーザ光を照射し
て走査(スキャン)加工し、基板上の昇華性薄膜例えば
CTFのみを選択的に除去し、開溝または開孔を形成する
ことを目的とする。
従来、レーザ光を用いてCTFを選択的に除去して開溝
を形成する方法として、大気圧、大気中でのYAGレーザ
光を被加工物に照射する方法が用いられている。被加工
物がこの高温で溶融する材料においては、かかる大気圧
での加工はこの大気が保熱効果を有するため、むしろ好
ましいものであった。しかし、被加工物が昇華性の材料
にあっては、この大気は昇華を妨げ、レーザ加工におけ
る必要な熱エネルギを大きく必要とさせてしまってお
り、被加工物下の基板をも同時に損傷を与えてしまっ
た。
本発明は逆に基板上には何等のLSによる損傷を与える
ことなく、その上面の被加工物に対して選択的に開溝ま
たは開孔を形成せんとしたものである。
本発明はかかる欠点を解決するため、基板上の昇華性
薄膜のレーザ加工方法として、1気圧以下特に133Pa(1
torr)以下の真空中でのレーザ加工を行うことを特長と
している。すなわち、開溝が完成された目安として、開
溝により分離された領域間の電気抵抗が1MΩより大きく
なる(第3図)ことが検出されなければならないが、13
3paを越えると、この電気抵抗の変化が得にくくなり、1
33pa以下の真空中では検出が容易に行われる。特にこの
真空度が1〜10-6Paにおいては、大気圧よりもきわめて
低いレーザ光出力下の加工が可能となった。
さらに真空下にしたところ、被加工物の保温が進み、
低いレーザ光の平均出力でも大気圧と同様に被加工物の
温度を昇温させることができた。その結果、OF上のみな
らず非晶質シリコン等の非単結晶半導体上のITO,SnOに
対しても、レーザ加工をその下のシリコン層を多結晶化
(レーザアニールにより多結晶化してしまいやすい)す
ることなくLSを成就することができるようになった。
以下にその実施例を図面に従って記す。
基板としてOF例えば住友ベークライト製スミライトFS
−1300を用いた。このOFは、連続使用上限温度180℃、
熱伝導率4.3×10-4Cal/sec/cm2/℃/cm、光線抵抗率86.
3%(100μの厚さとする)、表面抵抗率5.4×1014Ω、
体積抵抗率1.7×1016Ωcmをその代表例として有する。
この基板上にスパッタ法にて昇華性薄膜であるITOを7
00Åの厚さに形成させた。するとそのシート抵抗は200
Ω/□を有していた。
第1図は本発明方法の実施に用いたレーザ加工処理装
置の概要を示すブロック図である。
図面において、レーザ加工機(40)はレーザ発振機
(30)、コリオメータ(29)、ミラー(45)、分周器
(48)、ハーフミラー(46)、ミラー(41)、焦点合わ
せ用レンズ(34)、X(35)、Y(33)の座標制御系
(32)、基板ホルダ(38)、真空容器(37)、真空ポン
プ(36)等よりなっている。レーザ発振機(30)は1.06
μまたは0.53μの波長を発光するYAGレーザ(周波数1
〜30KHz,ビーム径10〜80μφ例えば50μφ、出力0.1〜3
W例えば被加工面での平均出力0.5W)を用いた。レーザ
光はコリオメータ(29)を経て、集光レンズ(34)に至
る。分周器(48)では必要に応じて原レーザ光を2〜8
段分用いて分割する手段を有している。
さらに、レンズ(34)がくり込まれたレーザ光源治具
(54)により焦点距離を調整し、この光源(54)を下方
向よりはホルダを上方向に走査(スキャン)させて基板
(1)上の被加工面(2)に対し開溝(10)を形成させ
た。
他方、光学的位置検出系(44)はハロゲンランプまた
はヘリューム、ネオン等の可視光レーザ(47)を発光源
とした。光路に関し、ハーフミラー(46)、ミラー(4
1)を経て開溝(10)に同軸光源として照射される。さ
らにこの反射光は、ハーフミラー(46)を経て検知器
(26)に至る。この検知器(26)では被加工面での開溝
(10)の位置情報を検出し、コンピュータ(27)に入力
される。
このコンピュータ(27)ではメモリ(21)中のプログ
ラムとの比較をし、そのプログラムと開溝(10)の位置
とを重合わせて、その差を補正すべく、このコンピュー
タの出力を3つの制御系(32)、(31),(49)に入力
させる。そして被加工面をY方向(33)またはX方向
(35)に移動させ補正をする。
図面において、基板(1)は真空容器(37)内に保管
され、この容器は真空ポンプ(36)にて真空引きがされ
た。容器内に治具(54)の入り口側は一体化されてい
る。
基板ホルダ(38)上の基板(1)上の被加工薄膜
(2)に対し、上方より下方向にレーザ光を走査して開
溝を作製し加工処理によって発生した残存物を重力を利
用し下方向に飛散させ、この飛散物が再び被加工面近傍
の基板上に付着することを防いだ。
このOF上のCTFに、YAGレーザ(発光波長1.06μ、焦点
距離50mm、光径50μ)を照射した。その条件として、繰
り返し同時に6KHz,平均出力1.0W,スキャンスピード(走
査速度、以下SSという)90cm/分とした。すると、第2
図に示すごとき開溝(10),(10′)を得ることができ
た。
第2図はこの基板(1)上の薄膜(2)に対しプロー
ブ(3),(4)、テスタ(5)の2端子法にてその抵
抗を測定した。
この時電子顕微鏡にて調べたが、基板表面は何等の損
傷もまた部分的な劣化も見られなかった。このレーザ光
は1600℃以上の温度を有すると推察されるが、連続使用
上限温度が180℃程度の低い耐熱性しか有さない基板に
何等損傷を与えなかった。
即ち、基板上の薄膜に対し、選択的に開溝(10)(1
0′)を作製することができることがわかった。その
上、2つのプロープ間には1MΩ以上の抵抗(9′)(巾
は1cmとする)を得ることができた。即ち、第3図はレ
ーザ光の繰り返し周波数を可変にしたもので、開溝が形
成される場合の電気抵抗を示す。
図面において、SS 90cm/分の平均出力0.8W,光径50μ
のYAGレーザを用いた。するとその周波数を10KHzより下
げてゆくと、曲線(9)は7KHz以下で不連続に1MΩ以上
となって電気的にアイソレイションを行うことができる
ようになったことが判明した。
しかしこの周波数が4KHz以下ではこのCTFに加えて下
地のOFをもその中心部(ガウス分布のエネルギ密度の最
も高い領域)で損傷してしまった。
このことにより、基板上の薄膜のLS(レーザスクライ
ブ)には(11)に示す範囲が適していた。
また、(11)に示すような範囲は、133paより高い圧
力下では得にくくなることがわかった。これは、十分な
真空がないと、開溝に加工により生じる残着物を完全に
除去することが困難となり、残着物のために電気抵抗値
の急激な上昇が得られにくくなるからであろう。
第4図は本発明方法の減圧下でのLSの可能範囲(15)
と従来より公知の大気圧でのLSの可能範囲(16)とを示
したものである。
即ち、SSを0〜120cm/分、被加工面での平均出力0〜
3W、繰り返し周波数6KHz、焦点距離50cm、レーザ光の直
径50μのYAGレーザとすると、1Pa(0.75×10-2torr)の
圧力で領域15は基板の損傷がなくCTFのみで除去するこ
とができた。なお、第4図から明らかなように、スキャ
ンスピードが50cm/分より低くなると平均出力を1.7Wよ
り下げないと基板を損傷するおそれが出てくる。特にス
キャンスピードが30cm/分より低くなると、平均出力を1
Wに下げなければならず、実質的に大気圧での加工と同
じになってしまい、真空下での加工の利点が失われてし
まう。また、このような低いスキャンスピードでは、有
機樹脂の基板を損傷しやすく、適正に加工可能な出力範
囲が狭い上、生産性が悪すぎる。
しかしのこの基板を大気圧(1.013×105Pa,760torr)
においては、領域(16)がその可能範囲であって、この
ことより真空下でのLSを昇華性薄膜に対して行うと、低
い平均出力でかつスキャンスピードを大きくきわめて生
産性を向上させることができることが判明した。第4図
の領域(15)は1paの場合であるが、圧力を上げていく
と領域(15)に近づくことが容易にわかる。そして、平
均出力2W以下で100cm/分程度のスキャンスピードを得る
には、133pa以下の圧力が必要である。
またこの昇華性材料をアモルファス珪素上に形成した
場合、この珪素に対する損傷も大気圧では1μ以上の深
さまで加工損傷が形成されてしまった。しかし本発明の
真空下では、薄膜の加工においては、特に開溝が形成さ
せるその下側が多結晶珪素に変化したのみであった。加
えて大気圧、大気中においては、反応生成物の酸化珪素
が開溝近傍に盛り上がり、高さが2〜4μにもなってし
まった。しかし本発明においては、真空中であり、かつ
低平均出力でのLSを可能とするため、酸化珪素生成物の
存在をきわめて少ないものとすることができた。
これらのことより、実用的には基板としての有機樹脂
フィルム(OF)が150〜300℃またはそれ以上での連続使
用の可能な耐熱性の透光性有機薄膜であることが好まし
い。また昇華性薄膜のCTFは300Å〜1μの範囲であるこ
とが好ましい。即ち300Å以下では導電膜が十分でな
く、1μ以上は下地を損傷せずにCTFのみを除去するこ
とが実質的に不可能であった。
もちろん、このCTFはミクロに平面状であっても針状
(テクスチャー)をしていても、またITO上に酸化スズ
が100〜500Åの厚さに形成された2層膜を用いてもよい
ことはいうまでもない。
なお、本発明における昇華性薄膜の代表例として酸化
スズまたはITOを示した。しかし以下の材料も同時に可
能である。
またこのレーザ光を照射してしまった後、弗素(水で
10〜100倍に希釈)またはアセトン、水、その他の洗浄
溶液にこの処理薄膜を浸漬し、超音波洗浄をして付着物
を除去することは有効である。
以上の説明より明らかなごとく、真空下でのLSにより
平均出力を低くすることが可能となり、ひいてはその下
地基板への損傷もより少なくすることが可能になった。
また、レーザ管の寿命もこれまでの200時間より400時間
以上に延長させることができた。
さらにこのCTFに形成された開溝は線ではなくレーザ
光または下地をXY方向に移動し種々の形状を作製するこ
とができる。しかし、その際、レーザ光が同一点を何度
(102回以上)も照射するとこの領域での温度が上昇
し、下地を損傷させてしまうため作動には注意を要す
る。
本発明において、レーザ光はパルスYAGレーザを用い
た。しかしこれは連続発振レーザを用いてもよく、また
波長も1.06μのみならず、Arレーザ(458n秒)、炭酸ガ
スレーザ(10.6μ)を被加工物との対応において選んで
用いてもよい。
このようなパターニングを行うことにより、表示用デ
ィスプレーへの応用が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いたレーザスクライブ装置の概要を
示す。 第2図は有機薄膜上の透光性導電膜に開溝を形成した図
面である。 第3図はレーザ光の繰り返し周波数と開溝の形成条件と
の関係を示す。 第4図はレーザ光のスキャンスピードおよび平均出力と
の関係を示す。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上の膜厚1μm以下の昇華性導電膜に
    1Paの減圧にて周波数6kHz及び波長1.06μmのレーザ光
    を照射する際に、レーザ光の走査速度(cm/分)を横軸
    に、レーザ光の平均出力(W)を縦軸にした座標におけ
    る次の点;(15,0.3)、(45、0.3)、(120、1.0)、
    (120、1.7)、(44、1.7)、(15、1.0)で囲まれる範
    囲に対応して、レーザ光の走査速度およびレーザ光の平
    均出力を制御することにより、レーザ光の照射された領
    域の前記昇華性導電膜に、開溝または開孔を形成するこ
    とを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、昇華性導
    電膜が酸化スズまたは酸化インジューム、窒化アルミニ
    ウム、窒化硼素、硫化カドミウム、クロム、一酸化珪
    素、二酸化バナジュームであることを特徴とするレーザ
    加工方法。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前記昇華
    性導電膜が第1の薄膜と、該第1の薄膜上に形成された
    第2の薄膜で構成され、第1の薄膜と第2の薄膜にレー
    ザ光を照射して、前記薄膜を除去して、開溝または開孔
    を形成することを特徴とするレーザ加工方法。
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