JP2706716B2 - 被膜加工装置および被膜加工方法 - Google Patents
被膜加工装置および被膜加工方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池、ディスプレ
イ装置等に用いられる透光性導電膜のフォトレジストを
用いることなく、線状の紫外光による直接描画を行なっ
て選択加工ができる被膜加工装置および被膜加工方法に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】透光性導電膜のフォトレジストを用いる
ことのない被膜加工方法としては、レ−ザ加工技術が知
られている。そして、光加工に用いるレーザは、たとえ
ばYAGレ−ザ光（波長1.06μｍ）がある。この波長によ
るレ−ザ加工方法においては、スポット状のビ−ムを被
加工部材に照射すると共に、このビ−ムを加工方向に走
査し、点の連続の鎖状に開溝を形成せんとするものであ
る。そのため、このビ−ムの走査スピ−ドと、加工に必
要なエネルギー密度とは、被加工部材の熱伝導度、昇華
性に加えて、きわめて微妙に相互作用する。そのため、
レ−ザ加工技術は、工業化に際しての生産性を向上させ
つつ、最適品質を保証するマ−ジンが少ないという欠点
を有する。 【０００３】さらに、そのレ−ザ光の光学的エネルギー
バンド幅は、1.23eV(1.06 μｍ）しかない。他方、ガラ
ス基板または半導体上に形成されている被加工部材、た
とえば、透光性導電膜は、３eVないし４eVの光学的エネ
ルギーバンド幅を有する。このため、酸化スズ、酸化イ
ンジュ−ム(ITOを含む) 、酸化亜鉛(ZnO) 等の透光性導
電膜は、YAG レ−ザ光に対して十分な光吸収性を有して
いない。また、YAG レ−ザ光のＱスイッチ発振を用いる
レ−ザ加工方式においては、レーザ光を平均0.5 W ない
し1W( 光径50μｍ、焦点距離40ｍｍ、パルス周波数3KH
z、パルス幅60ｎ秒の場合) の強さの光エネルギーを走
査スピ−ドが30ｃｍ/ 分ないし60ｃｍ/ 分で加えて加工
しなければならない。 【０００４】その結果、このレ−ザ光により透光性導電
膜の加工は、行ない得るが、同時にその下側に設けられ
た基板、たとえばガラス基板に対して、マイクロクラッ
クを発生させ、損傷させてしまった。また、たとえば、
特開昭５７−９４４８２号公報には、エキシマレーザが
ビームエキスパンダで拡大された後、円柱レンズと矩形
スリットとによって、矩形ビームに形成され、この矩形
ビームの投影像を被加工部材表面に結像させて、その表
面を加工することが記載されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】従来のYAG レ−ザ光を
用いた加工方式は、スポット状のビ−ムを繰り返し照射
しながら、被加工部材を走査する。たとえば、透光性導
電膜が形成されている基板にレーザビームを照射した場
合、レーザビームは、透光性導電膜を透過して、下地基
板に微小クラックを発生させる。このクラックは、レ−
ザ光によって形成される円形が連続してでき、いわゆる
「鱗」状に作られてしまった。また、従来におけるYAG
レ−ザ光のＱスイッチ発振を用いる方式は、そのレ−ザ
ビ−ムがパルス状であるため、その尖頭値の出力が長期
間の使用においてバラツキやすく、使用の度にモニタ−
でのチェックを必要とした。 【０００６】さらに、10μｍないし50μｍ幅の微細パタ
−ンは、基板の同一平面上に、多数選択的に形成させる
ことがまったく不可能であった。また、レーザビームを
照射した後、被加工部材の透光性導電膜の一部が残渣と
なる。この残渣は、レーザビームによって十分に絶縁物
化されていないため、酸溶液( 弗化水素系溶液) により
エッチングを行なわなければならなかった。また、従来
の技術は、光学系によってレーザビームを焦点距離より
先に結像することで被加工部材を微細に加工していた。
しかし、本出願人は、この方法において、二つの問題点
を発見した。すなわち、第１はシリンドリカルレンズの
球面収差である。このシリンドリカルレンズの球面収差
は、スリットによって絞られたレーザビームの一部が散
乱して、シリンドリカルレンズの周辺部を通過するため
に起きる。したがって、微細加工を行なうには、レンズ
の球面収差がある以上、その程度に限度があった。 【０００７】また、第２は被加工面の直前でレーザビー
ムの焦点が結ばれていることである。被加工部材の表面
の近傍でレーザビームの焦点が結ばれると、すなわちシ
リンドリカルレンズに対して平行なレーザビームと、シ
リンドリカルレンズの中心を通過するレーザビームは、
焦点に集められる。そして、レーザビームの集中される
焦点部分は、レーザビームに含まれている赤外線によっ
てプラズマ化されていることが判った。そして、この部
分でのプラズマ化は、波長の短い紫外線を散乱させ所望
の幅の加工を困難にしていることが判った。本発明は、
以上のような課題を解決するためのもので、被加工面に
線状に集光されたレーザビームを形成させること、その
線状に集光されたレーザビームとして球面収差の影響の
ない端部のきれが明確なレーザビームを得ること、およ
び被加工面においてレーザビームが散乱しない被膜加工
装置および被膜加工方法を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】（第１発明） 本発明の被膜加工装置は、エキシマレーザ発生手段
（１）と、前記エキシマレーザ発生手段（１）から照射
されたレーザビーム（２０）を拡大するためのビームエ
キスパンダ（２）と、前記拡大されたレーザビーム（２
１）から、その縁部が除去されるように構成するスリッ
ト（３）と、前記拡大されたレーザビーム（２１）を線
状に集光するシリンドリカルレンズ（４）と、被加工面
をシリンドリカルレンズ（４）の焦点の内側に配置され
ている一方向に移動する移動テーブル（２５）とから構
成される。 【０００９】（第２発明） 本発明の被膜加工方法は、エキシマレーザビームを発生
させ、当該エキシマレーザビームをビームエキスパンダ
（２）によって拡大させる工程と、前記ビームエキスパ
ンダ（２）によって、拡大されたレーザビームを球面収
差の影響が発生しない間隔のスリット（３）を用いて絞
った後に、シリンドリカルレンズ（４）によって集光す
る工程と、シリンドリカルレンズ（４）の焦点の内側に
前記スリット（３）および被加工部材（１１）の加工位
置を配置する工程と、加工位置に配置された被加工部材
（１１）を一方向に移動する工程とからなることを特徴
とする。 【００１０】 【作 用】 （第１発明および第２発明）エキシマレ−ザ光は、初期
の光照射面が矩形で、その強さも照射面内で概略均一で
ある。ビ−ムエキスパンダは、レーザビームの幅を広
げ、ビーム形状を長方形にし、その面積を大面積化する
ものである。レンズは、レーザビームを線状に集光させ
るためのもので、ビ−ムエキスパンダでレーザビームの
幅を広げた後、その一方向に沿って筒状の棒状集光レン
ズ、たとえばシリンドリカルレンズによって、レーザビ
ームを線状に集光する。しかし、この線状に集光された
レーザビームの幅を50μｍ以下にするためには、このシ
リンドリカルレンズ( 棒状集光レンズ) の球面収差が無
視できなくなる。球面収差は、集光された光の周辺部に
ガウス分布に従った強度の弱くなる領域を発生させる。
そのため、線の端部のきれが明確でなくなる。加えて10
μｍないし30μｍ、たとえば20μｍの幅の線状の開溝を
作ることはさらに不可能になる。 【００１１】このため、本発明において、ビームエキス
パンダによって拡大されたレーザビームは、シリンドリ
カルレンズを通す際に球面収差がでないように、シリン
ドリカルレンズの焦点の内側に配置されたスリットによ
ってその縁部が取り除かれる。すなわち、レーザビーム
は、シリンドリカルレンズに入射する前にスリットを通
ることにより、シリンドリカルレンズの球面収差が無視
できる幅に絞られる。そして、スリットとシリンドリカ
ルレンズとの距離が短いため、スリットを通過したレー
ザビームは、発散してシリンドリカルレンズの周辺部を
通過することがない。また、被加工面は、シリンドリカ
ルレンズの他方の焦点の内側、たとえば焦点の直前に配
置される。 【００１２】被加工面を上記配置にすると、シリンドリ
カルレンズに対して平行に入射するレーザビーム、およ
びシリンドリカルレンズの中心を通過するレーザビーム
は、被加工面の後に位置する焦点に集まる。そのため、
被加工面の直前において、レーザビームどうしは、ぶつ
かることなく、プラズマ化されてレーザビームを散乱さ
せることもない。その結果、シリンドリカルレンズによ
って線状に集光されたレーザビームは、たとえば10μｍ
ないし30μｍ幅でかつ端部のきれを明確に照射できるよ
うになった。さらに、被加工部材を載置した移動テーブ
ルを移動させることにより、たとえば複数の開溝を高速
度で加工することができる。さらに、スリットおよび被
加工面をシリンドリカルレンズの焦点内に配置するた
め、微細加工が可能であると同時に、被膜加工装置の大
きさを小型化することができる。 【００１３】 【実 施 例】図１はエキシマレ−ザを用いた本発明の
一実施例で、被膜加工装置の系統図を示す。図２（Ａ）
ないし（Ｄ）は図１に示す系統図における各レーザビー
ムの形状を説明するための図である。図１において、被
膜加工装置は、エキシマレーザビーム(20)を発生するエ
キシマレーザ発生手段(1) と、当該エキシマレーザビー
ム(20)を拡大するビームエキスパンダ(2) と、ビームエ
キスパンダ(2) によって拡大されたビーム(21)の縁部を
削除して線状のレーザビーム(22)とするスリット(3)
と、当該スリット(3) から出る線状のレーザビーム(22)
を集光するシリンドリカルレンズ(4) と、表面上に被加
工部材(11)を形成する基板 (10) を載置して図示矢印方
向に移動する移動テーブル(25)とから構成される。 【００１４】上記被膜加工装置に使用したエキシマレ−
ザビームは、たとえば波長248 ｎｍ、エネルギーバンド
（Eg）＝5.0eV のものを用いた。すると、図２（Ａ）に
示すように、初期のエキシマレーザビ−ム(20)は、大き
さが16ｍｍ×20ｍｍで、効率3 ％であるため、350 mJを
有する。さらに、このエキシマレーザビ−ム(20)は、ビ
−ムエキスパンダ(2) によって長面積化または大面積に
拡大される。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、拡大
された後のエキシマレーザビーム(20)の大きさは、16ｍ
ｍ×300 ｍｍにする。この被膜加工装置は、この時、5.
6 ×10-2mJ/ ｍｍ2 のエネルギー密度を得た。 【００１５】次に、拡大されたレーザビーム(21)は、た
とえば２ｍｍ×300 ｍｍの間隔を有するスリット(3) を
透過した後、図２（Ｃ）に示すように、２ｍｍ×300 ｍ
ｍの線状のレ−ザビ−ム(22)となる。さらに、上記レー
ザビーム(22)は、合成石英製のシリンドリカルレンズ
(4) によって集光され、図２（Ｄ）に示すように、加工
面での開溝幅が20μｍとなるように集光された線状のレ
ーザビーム(23)となる。スリット(3) とシリンドリカル
レンズ(4) との距離は、シリンドリカルレンズ(4) の焦
点距離より短く配置した。この時、使用するスリット
(3) の幅は、特に決まっていないが、シリンドリカルレ
ンズ(4) の球面収差が影響しない程度にレ−ザビ−ムを
絞る必要がある。また、被加工部材(11)の開溝幅は、シ
リンドリカルレンズ(4) の性能により任意に選択可能で
ある。 【００１６】図３は本発明の一実施例である被膜加工装
置によって基板上に形成されている被加工部材に開溝を
加工する際の説明図である。図３に示すように、長さ30
ｃｍ、幅20μｍの集光された線状のレーザビーム(23)
は、基板(10)上に形成された被加工部材(11)に照射さ
れ、開溝(5) 、(6) 、(7) が形成される。本実施例の場
合、被加工面として、ガラス上の透明導電膜(Eg ＝3.5e
V)を有する基板(10)に対して、エキシマレ−ザ(Questec
Inc. 製) を用いた。レーザビーム光は、KrF エキシマ
レ−ザによる248 ｎｍの光とした。なぜなら、その光の
光学的エネルギーバンド幅が5.0eV であるため、たとえ
ば被加工部材が透明導電膜の場合、被加工部材が十分光
を吸収し、透明導電膜のみを選択的に加工し得るからで
ある。 【００１７】レーザビーム光の照射幅は、20ｎ秒、繰り
返し周波数１Hzないし100Hz 、たとえば、10Hzとした。
また、被加工部材は、ガラス基板上の透光性導電膜 (CT
F)である酸化スズ(SnO2)が用いられた。この被膜に加工
を行うと、１回のみの集光された線状のレーザビーム(2
3)の照射で、透光性導電膜に開溝(5) が形成され、残渣
は、完全に白濁化され微粉末になった。加工の終わった
被加工部材(11)は、アセトン水溶液による超音波洗浄
(周波数29KHz)を約１分ないし10分間行い、残渣となっ
た透光性導電膜を除去した。上記透光性導電膜に開溝を
形成する際に、下地のソ−ダガラスは、全く損傷を受け
ていなかった。 【００１８】図３には、基板 (10) 上に集光された線状
のレーザビーム(23)が照射され、開溝（5 、6 、7 ・・
・n)を複数個形成した状態が示されている。かくの如
く、１回の集光された線状のレーザビーム(23)を照射す
るのみで、１本の開溝(5) が形成される。その後、移動
テーブル(25)は、図１で示す矢印方向にたとえば、15ｍ
ｍ移動し、次に集光された線状のレーザビーム(23)が照
射されることによって開溝(6) が形成される。集光され
た線状のレーザビーム(23)は、たとえば、さらに15ｍｍ
移動した後に照射され、次の開溝(7) が形成される。か
くして、ｎ回の集光された線状のレーザビーム(23)が照
射されることによって、基板 (10) 上にｎ本の開溝が形
成される。 【００１９】次に、本発明の他の実施例を説明する。水
素または弗素が添加された非単結晶半導体（主成分珪
素）上に、酸化スズを５重量% 添加した酸化インジュ−
ム（ITO)が1000Åの厚さで電子ビ−ム蒸着法によって形
成され、レーザビームによる被加工面とした。この面を
下面とし、真空下（真空度10-5torr以下) とし、400 ｎ
ｍ以下の波長、たとえば248 ｎｍ(KrF) で、集光された
線状のレーザビーム(23)は、前記被加工面に照射され
た。集光された線状レーザビーム(23)は、照射時間幅10
n 秒、平均出力2.3mJ/ｍｍ2 とした。すると、被加工面
の前記酸化スズ・酸化インジュームは、昇華し、下地の
半導体が損傷することなく、開溝が形成される。そし
て、この開溝は、前記酸化スズ・酸化インジューム間を
絶縁化することができた。 【００２０】本実施例により多数の線状開溝を作製する
場合、たとえば15ｍｍ間隔にて20μｍの幅を製造する
と、10Hz/ パルスならば、0.8 分で可能となった。その
結果、従来のマスクアライン方式でフォトレジストを用
いてパタ−ニ−グを行う場合に比べて、工程数が７工程
より２工程( 光照射、洗浄) となり、かつ作業時間を５
分ないし10分とすることができて、多数の直線状開溝を
作る場合にきわめて低コスト、高生産性を図ることがで
きた。本実施例は、被加工面より十分離れた位置にスリ
ットを配設して用い、かつ被加工面上に密着してフォト
レジストを用いない方式であるため、スリットの寿命が
長く、フォトレジストのコ−ト（塗布) 、プリベ−ク、
露光、エッチング、剥離等の工程がない。 【００２１】本実施例では、開溝と開溝間の幅（加工せ
ずに残す面積）が多い場合を記した。しかし、光照射を
隣合わせて連結化することにより、たとえば残っている
面積を２０μｍ、除去する面積を４００μｍとすること
も可能である。また、本実施例の光学系において、ビー
ムエキスパンダと被加工面との間に光学系をより高精度
とするため、インテグレータ、コンデンサレンズおよび
投影レンズを平行に挿入してもよい。 【００２２】 【発明の効果】本発明によれば、レーザビームの縁部が
除去されるスリットをシリンドリカルレンズの焦点の内
側に配置して、スリットとシリンドリカルレンズとの距
離を短くしたため、レーザビームがシリンドリカルレン
ズに達するまでに広がらないので、レンズによる球面収
差を起こさない。本発明によれば、被加工面をシリンド
リカルレンズの焦点の内側に配置したため、レーザビー
ムによるプラズマが発生しないため、レーザビームを散
乱させることなく、ビーム幅の狭い微細加工が可能であ
る。本発明によれば、微細加工中に所望箇所のみにレー
ザビームが照射されるため、導電性の被加工部材は、十
分に絶縁化されずに導電体のまま残渣として残らない。
本発明によれば、スリットおよび被加工表面をシリンド
リカルレンズの焦点内に配置しているため、装置が小型
にできる。本発明によれば、集光された線状のレーザビ
ームが照射されている被加工部材を移動テーブルによっ
て一方向に移動するため、たとえば開溝等加工が高速化
される。
イ装置等に用いられる透光性導電膜のフォトレジストを
用いることなく、線状の紫外光による直接描画を行なっ
て選択加工ができる被膜加工装置および被膜加工方法に
関するものである。 【０００２】 【従来の技術】透光性導電膜のフォトレジストを用いる
ことのない被膜加工方法としては、レ−ザ加工技術が知
られている。そして、光加工に用いるレーザは、たとえ
ばYAGレ−ザ光（波長1.06μｍ）がある。この波長によ
るレ−ザ加工方法においては、スポット状のビ−ムを被
加工部材に照射すると共に、このビ−ムを加工方向に走
査し、点の連続の鎖状に開溝を形成せんとするものであ
る。そのため、このビ−ムの走査スピ−ドと、加工に必
要なエネルギー密度とは、被加工部材の熱伝導度、昇華
性に加えて、きわめて微妙に相互作用する。そのため、
レ−ザ加工技術は、工業化に際しての生産性を向上させ
つつ、最適品質を保証するマ−ジンが少ないという欠点
を有する。 【０００３】さらに、そのレ−ザ光の光学的エネルギー
バンド幅は、1.23eV(1.06 μｍ）しかない。他方、ガラ
ス基板または半導体上に形成されている被加工部材、た
とえば、透光性導電膜は、３eVないし４eVの光学的エネ
ルギーバンド幅を有する。このため、酸化スズ、酸化イ
ンジュ−ム(ITOを含む) 、酸化亜鉛(ZnO) 等の透光性導
電膜は、YAG レ−ザ光に対して十分な光吸収性を有して
いない。また、YAG レ−ザ光のＱスイッチ発振を用いる
レ−ザ加工方式においては、レーザ光を平均0.5 W ない
し1W( 光径50μｍ、焦点距離40ｍｍ、パルス周波数3KH
z、パルス幅60ｎ秒の場合) の強さの光エネルギーを走
査スピ−ドが30ｃｍ/ 分ないし60ｃｍ/ 分で加えて加工
しなければならない。 【０００４】その結果、このレ−ザ光により透光性導電
膜の加工は、行ない得るが、同時にその下側に設けられ
た基板、たとえばガラス基板に対して、マイクロクラッ
クを発生させ、損傷させてしまった。また、たとえば、
特開昭５７−９４４８２号公報には、エキシマレーザが
ビームエキスパンダで拡大された後、円柱レンズと矩形
スリットとによって、矩形ビームに形成され、この矩形
ビームの投影像を被加工部材表面に結像させて、その表
面を加工することが記載されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】従来のYAG レ−ザ光を
用いた加工方式は、スポット状のビ−ムを繰り返し照射
しながら、被加工部材を走査する。たとえば、透光性導
電膜が形成されている基板にレーザビームを照射した場
合、レーザビームは、透光性導電膜を透過して、下地基
板に微小クラックを発生させる。このクラックは、レ−
ザ光によって形成される円形が連続してでき、いわゆる
「鱗」状に作られてしまった。また、従来におけるYAG
レ−ザ光のＱスイッチ発振を用いる方式は、そのレ−ザ
ビ−ムがパルス状であるため、その尖頭値の出力が長期
間の使用においてバラツキやすく、使用の度にモニタ−
でのチェックを必要とした。 【０００６】さらに、10μｍないし50μｍ幅の微細パタ
−ンは、基板の同一平面上に、多数選択的に形成させる
ことがまったく不可能であった。また、レーザビームを
照射した後、被加工部材の透光性導電膜の一部が残渣と
なる。この残渣は、レーザビームによって十分に絶縁物
化されていないため、酸溶液( 弗化水素系溶液) により
エッチングを行なわなければならなかった。また、従来
の技術は、光学系によってレーザビームを焦点距離より
先に結像することで被加工部材を微細に加工していた。
しかし、本出願人は、この方法において、二つの問題点
を発見した。すなわち、第１はシリンドリカルレンズの
球面収差である。このシリンドリカルレンズの球面収差
は、スリットによって絞られたレーザビームの一部が散
乱して、シリンドリカルレンズの周辺部を通過するため
に起きる。したがって、微細加工を行なうには、レンズ
の球面収差がある以上、その程度に限度があった。 【０００７】また、第２は被加工面の直前でレーザビー
ムの焦点が結ばれていることである。被加工部材の表面
の近傍でレーザビームの焦点が結ばれると、すなわちシ
リンドリカルレンズに対して平行なレーザビームと、シ
リンドリカルレンズの中心を通過するレーザビームは、
焦点に集められる。そして、レーザビームの集中される
焦点部分は、レーザビームに含まれている赤外線によっ
てプラズマ化されていることが判った。そして、この部
分でのプラズマ化は、波長の短い紫外線を散乱させ所望
の幅の加工を困難にしていることが判った。本発明は、
以上のような課題を解決するためのもので、被加工面に
線状に集光されたレーザビームを形成させること、その
線状に集光されたレーザビームとして球面収差の影響の
ない端部のきれが明確なレーザビームを得ること、およ
び被加工面においてレーザビームが散乱しない被膜加工
装置および被膜加工方法を提供することを目的とする。 【０００８】 【課題を解決するための手段】（第１発明） 本発明の被膜加工装置は、エキシマレーザ発生手段
（１）と、前記エキシマレーザ発生手段（１）から照射
されたレーザビーム（２０）を拡大するためのビームエ
キスパンダ（２）と、前記拡大されたレーザビーム（２
１）から、その縁部が除去されるように構成するスリッ
ト（３）と、前記拡大されたレーザビーム（２１）を線
状に集光するシリンドリカルレンズ（４）と、被加工面
をシリンドリカルレンズ（４）の焦点の内側に配置され
ている一方向に移動する移動テーブル（２５）とから構
成される。 【０００９】（第２発明） 本発明の被膜加工方法は、エキシマレーザビームを発生
させ、当該エキシマレーザビームをビームエキスパンダ
（２）によって拡大させる工程と、前記ビームエキスパ
ンダ（２）によって、拡大されたレーザビームを球面収
差の影響が発生しない間隔のスリット（３）を用いて絞
った後に、シリンドリカルレンズ（４）によって集光す
る工程と、シリンドリカルレンズ（４）の焦点の内側に
前記スリット（３）および被加工部材（１１）の加工位
置を配置する工程と、加工位置に配置された被加工部材
（１１）を一方向に移動する工程とからなることを特徴
とする。 【００１０】 【作 用】 （第１発明および第２発明）エキシマレ−ザ光は、初期
の光照射面が矩形で、その強さも照射面内で概略均一で
ある。ビ−ムエキスパンダは、レーザビームの幅を広
げ、ビーム形状を長方形にし、その面積を大面積化する
ものである。レンズは、レーザビームを線状に集光させ
るためのもので、ビ−ムエキスパンダでレーザビームの
幅を広げた後、その一方向に沿って筒状の棒状集光レン
ズ、たとえばシリンドリカルレンズによって、レーザビ
ームを線状に集光する。しかし、この線状に集光された
レーザビームの幅を50μｍ以下にするためには、このシ
リンドリカルレンズ( 棒状集光レンズ) の球面収差が無
視できなくなる。球面収差は、集光された光の周辺部に
ガウス分布に従った強度の弱くなる領域を発生させる。
そのため、線の端部のきれが明確でなくなる。加えて10
μｍないし30μｍ、たとえば20μｍの幅の線状の開溝を
作ることはさらに不可能になる。 【００１１】このため、本発明において、ビームエキス
パンダによって拡大されたレーザビームは、シリンドリ
カルレンズを通す際に球面収差がでないように、シリン
ドリカルレンズの焦点の内側に配置されたスリットによ
ってその縁部が取り除かれる。すなわち、レーザビーム
は、シリンドリカルレンズに入射する前にスリットを通
ることにより、シリンドリカルレンズの球面収差が無視
できる幅に絞られる。そして、スリットとシリンドリカ
ルレンズとの距離が短いため、スリットを通過したレー
ザビームは、発散してシリンドリカルレンズの周辺部を
通過することがない。また、被加工面は、シリンドリカ
ルレンズの他方の焦点の内側、たとえば焦点の直前に配
置される。 【００１２】被加工面を上記配置にすると、シリンドリ
カルレンズに対して平行に入射するレーザビーム、およ
びシリンドリカルレンズの中心を通過するレーザビーム
は、被加工面の後に位置する焦点に集まる。そのため、
被加工面の直前において、レーザビームどうしは、ぶつ
かることなく、プラズマ化されてレーザビームを散乱さ
せることもない。その結果、シリンドリカルレンズによ
って線状に集光されたレーザビームは、たとえば10μｍ
ないし30μｍ幅でかつ端部のきれを明確に照射できるよ
うになった。さらに、被加工部材を載置した移動テーブ
ルを移動させることにより、たとえば複数の開溝を高速
度で加工することができる。さらに、スリットおよび被
加工面をシリンドリカルレンズの焦点内に配置するた
め、微細加工が可能であると同時に、被膜加工装置の大
きさを小型化することができる。 【００１３】 【実 施 例】図１はエキシマレ−ザを用いた本発明の
一実施例で、被膜加工装置の系統図を示す。図２（Ａ）
ないし（Ｄ）は図１に示す系統図における各レーザビー
ムの形状を説明するための図である。図１において、被
膜加工装置は、エキシマレーザビーム(20)を発生するエ
キシマレーザ発生手段(1) と、当該エキシマレーザビー
ム(20)を拡大するビームエキスパンダ(2) と、ビームエ
キスパンダ(2) によって拡大されたビーム(21)の縁部を
削除して線状のレーザビーム(22)とするスリット(3)
と、当該スリット(3) から出る線状のレーザビーム(22)
を集光するシリンドリカルレンズ(4) と、表面上に被加
工部材(11)を形成する基板 (10) を載置して図示矢印方
向に移動する移動テーブル(25)とから構成される。 【００１４】上記被膜加工装置に使用したエキシマレ−
ザビームは、たとえば波長248 ｎｍ、エネルギーバンド
（Eg）＝5.0eV のものを用いた。すると、図２（Ａ）に
示すように、初期のエキシマレーザビ−ム(20)は、大き
さが16ｍｍ×20ｍｍで、効率3 ％であるため、350 mJを
有する。さらに、このエキシマレーザビ−ム(20)は、ビ
−ムエキスパンダ(2) によって長面積化または大面積に
拡大される。すなわち、図２（Ｂ）に示すように、拡大
された後のエキシマレーザビーム(20)の大きさは、16ｍ
ｍ×300 ｍｍにする。この被膜加工装置は、この時、5.
6 ×10-2mJ/ ｍｍ2 のエネルギー密度を得た。 【００１５】次に、拡大されたレーザビーム(21)は、た
とえば２ｍｍ×300 ｍｍの間隔を有するスリット(3) を
透過した後、図２（Ｃ）に示すように、２ｍｍ×300 ｍ
ｍの線状のレ−ザビ−ム(22)となる。さらに、上記レー
ザビーム(22)は、合成石英製のシリンドリカルレンズ
(4) によって集光され、図２（Ｄ）に示すように、加工
面での開溝幅が20μｍとなるように集光された線状のレ
ーザビーム(23)となる。スリット(3) とシリンドリカル
レンズ(4) との距離は、シリンドリカルレンズ(4) の焦
点距離より短く配置した。この時、使用するスリット
(3) の幅は、特に決まっていないが、シリンドリカルレ
ンズ(4) の球面収差が影響しない程度にレ−ザビ−ムを
絞る必要がある。また、被加工部材(11)の開溝幅は、シ
リンドリカルレンズ(4) の性能により任意に選択可能で
ある。 【００１６】図３は本発明の一実施例である被膜加工装
置によって基板上に形成されている被加工部材に開溝を
加工する際の説明図である。図３に示すように、長さ30
ｃｍ、幅20μｍの集光された線状のレーザビーム(23)
は、基板(10)上に形成された被加工部材(11)に照射さ
れ、開溝(5) 、(6) 、(7) が形成される。本実施例の場
合、被加工面として、ガラス上の透明導電膜(Eg ＝3.5e
V)を有する基板(10)に対して、エキシマレ−ザ(Questec
Inc. 製) を用いた。レーザビーム光は、KrF エキシマ
レ−ザによる248 ｎｍの光とした。なぜなら、その光の
光学的エネルギーバンド幅が5.0eV であるため、たとえ
ば被加工部材が透明導電膜の場合、被加工部材が十分光
を吸収し、透明導電膜のみを選択的に加工し得るからで
ある。 【００１７】レーザビーム光の照射幅は、20ｎ秒、繰り
返し周波数１Hzないし100Hz 、たとえば、10Hzとした。
また、被加工部材は、ガラス基板上の透光性導電膜 (CT
F)である酸化スズ(SnO2)が用いられた。この被膜に加工
を行うと、１回のみの集光された線状のレーザビーム(2
3)の照射で、透光性導電膜に開溝(5) が形成され、残渣
は、完全に白濁化され微粉末になった。加工の終わった
被加工部材(11)は、アセトン水溶液による超音波洗浄
(周波数29KHz)を約１分ないし10分間行い、残渣となっ
た透光性導電膜を除去した。上記透光性導電膜に開溝を
形成する際に、下地のソ−ダガラスは、全く損傷を受け
ていなかった。 【００１８】図３には、基板 (10) 上に集光された線状
のレーザビーム(23)が照射され、開溝（5 、6 、7 ・・
・n)を複数個形成した状態が示されている。かくの如
く、１回の集光された線状のレーザビーム(23)を照射す
るのみで、１本の開溝(5) が形成される。その後、移動
テーブル(25)は、図１で示す矢印方向にたとえば、15ｍ
ｍ移動し、次に集光された線状のレーザビーム(23)が照
射されることによって開溝(6) が形成される。集光され
た線状のレーザビーム(23)は、たとえば、さらに15ｍｍ
移動した後に照射され、次の開溝(7) が形成される。か
くして、ｎ回の集光された線状のレーザビーム(23)が照
射されることによって、基板 (10) 上にｎ本の開溝が形
成される。 【００１９】次に、本発明の他の実施例を説明する。水
素または弗素が添加された非単結晶半導体（主成分珪
素）上に、酸化スズを５重量% 添加した酸化インジュ−
ム（ITO)が1000Åの厚さで電子ビ−ム蒸着法によって形
成され、レーザビームによる被加工面とした。この面を
下面とし、真空下（真空度10-5torr以下) とし、400 ｎ
ｍ以下の波長、たとえば248 ｎｍ(KrF) で、集光された
線状のレーザビーム(23)は、前記被加工面に照射され
た。集光された線状レーザビーム(23)は、照射時間幅10
n 秒、平均出力2.3mJ/ｍｍ2 とした。すると、被加工面
の前記酸化スズ・酸化インジュームは、昇華し、下地の
半導体が損傷することなく、開溝が形成される。そし
て、この開溝は、前記酸化スズ・酸化インジューム間を
絶縁化することができた。 【００２０】本実施例により多数の線状開溝を作製する
場合、たとえば15ｍｍ間隔にて20μｍの幅を製造する
と、10Hz/ パルスならば、0.8 分で可能となった。その
結果、従来のマスクアライン方式でフォトレジストを用
いてパタ−ニ−グを行う場合に比べて、工程数が７工程
より２工程( 光照射、洗浄) となり、かつ作業時間を５
分ないし10分とすることができて、多数の直線状開溝を
作る場合にきわめて低コスト、高生産性を図ることがで
きた。本実施例は、被加工面より十分離れた位置にスリ
ットを配設して用い、かつ被加工面上に密着してフォト
レジストを用いない方式であるため、スリットの寿命が
長く、フォトレジストのコ−ト（塗布) 、プリベ−ク、
露光、エッチング、剥離等の工程がない。 【００２１】本実施例では、開溝と開溝間の幅（加工せ
ずに残す面積）が多い場合を記した。しかし、光照射を
隣合わせて連結化することにより、たとえば残っている
面積を２０μｍ、除去する面積を４００μｍとすること
も可能である。また、本実施例の光学系において、ビー
ムエキスパンダと被加工面との間に光学系をより高精度
とするため、インテグレータ、コンデンサレンズおよび
投影レンズを平行に挿入してもよい。 【００２２】 【発明の効果】本発明によれば、レーザビームの縁部が
除去されるスリットをシリンドリカルレンズの焦点の内
側に配置して、スリットとシリンドリカルレンズとの距
離を短くしたため、レーザビームがシリンドリカルレン
ズに達するまでに広がらないので、レンズによる球面収
差を起こさない。本発明によれば、被加工面をシリンド
リカルレンズの焦点の内側に配置したため、レーザビー
ムによるプラズマが発生しないため、レーザビームを散
乱させることなく、ビーム幅の狭い微細加工が可能であ
る。本発明によれば、微細加工中に所望箇所のみにレー
ザビームが照射されるため、導電性の被加工部材は、十
分に絶縁化されずに導電体のまま残渣として残らない。
本発明によれば、スリットおよび被加工表面をシリンド
リカルレンズの焦点内に配置しているため、装置が小型
にできる。本発明によれば、集光された線状のレーザビ
ームが照射されている被加工部材を移動テーブルによっ
て一方向に移動するため、たとえば開溝等加工が高速化
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】エキシマレ−ザを用いた本発明の一実施例で、
被膜加工装置の系統図を示す。 【図２】（Ａ）ないし（Ｄ）は図１に示す系統図におけ
る各レーザビームの形状を説明するための図である。 【図３】本発明の一実施例である被膜加工装置によって
基板上に形成されている被加工部材に開溝を加工する際
の説明図である。 【符号の説明】 (1) ・・・エキシマレーザ発生手段 (2) ・・・ビームエキスパンダ (3) ・・・スリット (4) ・・・シリンドリカルレンズ (5) 、(6) 、(7) ・・・開溝 (10)・・・基板 (11)・・・被加工部材 (20)・・・エキシマレーザビーム (21)・・・拡大されたレーザビーム (22)・・・線状のレーザビーム (23)・・・集光された線状のレーザビーム (25)・・・移動テーブル
被膜加工装置の系統図を示す。 【図２】（Ａ）ないし（Ｄ）は図１に示す系統図におけ
る各レーザビームの形状を説明するための図である。 【図３】本発明の一実施例である被膜加工装置によって
基板上に形成されている被加工部材に開溝を加工する際
の説明図である。 【符号の説明】 (1) ・・・エキシマレーザ発生手段 (2) ・・・ビームエキスパンダ (3) ・・・スリット (4) ・・・シリンドリカルレンズ (5) 、(6) 、(7) ・・・開溝 (10)・・・基板 (11)・・・被加工部材 (20)・・・エキシマレーザビーム (21)・・・拡大されたレーザビーム (22)・・・線状のレーザビーム (23)・・・集光された線状のレーザビーム (25)・・・移動テーブル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｚ
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．エキシマレーザ発生手段と、 前記エキシマレーザ発生手段から照射されたレーザビー
ムを拡大するためのビームエキスパンダと、 前記拡大されたレーザビームから、その縁部が除去され
るように構成するスリットと、 前記拡大されたレーザビームを線状に集光するシリンド
リカルレンズと、 被加工面をシリンドリカルレンズの焦点の内側に配置さ
れている一方向に移動する移動テーブルと、 から構成されることを特徴とする被膜加工装置。 ２．エキシマレーザビームを発生させ、当該エキシマレ
ーザビームをビームエキスパンダによって拡大させる工
程と、 前記ビームエキスパンダによって、拡大されたレーザビ
ームを球面収差の影響が発生しない間隔のスリットを用
いて絞った後に、シリンドリカルレンズによって集光す
る工程と、 シリンドリカルレンズの焦点の内側に前記スリットおよ
び被加工部材の加工位置を配置する工程と、 加工位置に配置された被加工部材を一方向に移動する工
程と、 からなることを特徴とする被膜加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5112355A JP2706716B2 (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 被膜加工装置および被膜加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5112355A JP2706716B2 (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 被膜加工装置および被膜加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06292988A JPH06292988A (ja) | 1994-10-21 |
| JP2706716B2 true JP2706716B2 (ja) | 1998-01-28 |
Family
ID=14584624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5112355A Expired - Lifetime JP2706716B2 (ja) | 1993-04-16 | 1993-04-16 | 被膜加工装置および被膜加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2706716B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07308788A (ja) * | 1994-05-16 | 1995-11-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 光加工法及び光起電力装置の製造方法 |
| US6902616B1 (en) | 1995-07-19 | 2005-06-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method and apparatus for producing semiconductor device |
| JP2007251196A (ja) * | 1995-07-25 | 2007-09-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー光照射装置及び半導体装置の作製方法 |
| US6524977B1 (en) | 1995-07-25 | 2003-02-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of laser annealing using linear beam having quasi-trapezoidal energy profile for increased depth of focus |
| US7009140B2 (en) * | 2001-04-18 | 2006-03-07 | Cymer, Inc. | Laser thin film poly-silicon annealing optical system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5794482A (en) * | 1980-12-05 | 1982-06-11 | Hitachi Ltd | Pattern forming device by laser |
| JPS6384789A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光加工方法 |
-
1993
- 1993-04-16 JP JP5112355A patent/JP2706716B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06292988A (ja) | 1994-10-21 |
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|---|---|---|---|
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