JP3998974B2 - 回路基板のパターニング方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は回路基板のパターニング方法に関し、特に酸化インジウムスズ(ITO)膜基板のパターニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
回路基板は、コンピュータチップや移動体電話のような多くの電子および電気通信装置内で頻繁に使用される。また該回路基板(以下単に基板と称する)は導体、半導体、超伝導体および/または絶縁体で作られており、該基板の合成はそれぞれの用途に合わせて決定される。例えば、ITOは高い導電性と良好な光透過度を有している。これらの特性により、ITOは平面パネルディスプレイ、有機発光ダイオード(有機LED)および太陽電池などで透明電極として使用されるのに適している。ITOは有毒ガスを検出するセンサとしても使用される。このように基板を使用するには、通常それぞれの用途に合った所望のパターンを基板にエッチングすることが必要となる。
【0003】
ITO膜基板を含めた基板のエッチング方法はいくつか提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
基板上にITO層をエッチングする方法はUS3979240に提案されている。所望のパターンに対応するフォトレジストを、ITO層部分を覆うまたは「マスクする」ようにITO層上に塗布する。そのあと、基板を高濃度の臭化水素酸溶液に浸すと、フォトレジストにマスクされていないITO部分がエッチングされる。US5171401にはまた別の方法が提案されている。メチル基を含むプラズマで効果的にITO膜基板をエッチングすることができる。また、選択的反応性イオンエッチングもUS5138664で提案されている。これらの方法では、ユーザや環境に害を及ぼすある種の溶液および/またはガスを使用する。
【0005】
基板のレーザエッチングもまたすでに提案されており、これはフォトリソグラフィーや有害な溶液、ガスを必要としない。提案されているレーザエッチングの1方法は、基板表面を直接レーザによってアブレート(剥離)し、基板をパターニングする「ドライレーザエッチング」である。ドライレーザエッチングは以下の複数の文献に記載されている。Yavas O. et al,「酸化インジウムスズ薄膜の高速マスクレスレーザパターニング(“High-Speed Maskless Laser Patterning of Indium Tin Oxide”)」(1998) Appl. Phys. Lett. Vol.73, No.18, pp 2558-2560;Yavas O. et al,「酸化インジウムスズ薄膜のレーザパターニング効率の基板吸収効果(“Effect of Substrate Absorption on the Efficiency of Indium Tin Oxide Thin Films”)」(1999) J. Appl. Phys. Vol.85, No.5, pp 4207-4212およびYavas O. et al,「酸化インジウムスズ薄膜の補助基板レーザパターニング(“Substrate-assisted Laser Patterning of Indium Tin Films”)」(1999) Appl. Phys. A69 (suppl.), s875-s878。最初の文献に記載されているように、ドライレーザエッチングはレーザ照射点の縁がショルダー状の構造になってしまう欠点を有している。ショルダー状構造は縁近傍の溶けた物質の表面張力によって形成される。
【0006】
また別のレーザエッチング法が、US5057184およびLu, Y. F. et al,「水酸化カリウム水溶液中の多結晶Al2O3TiCのレーザ誘導エッチング(“Laser-Induced Etching of Polycrystalline Al2O3TiC in KOH Aqueous Solution”)」(1996) Appln Phys. A62, pp43-49に提案されている。この方法は、基板を不活性液または水溶性のアルカリまたは酸性水溶液に浸すことから「ウエットレーザエッチング」と呼ばれる。
【0007】
不活性溶液を使用するウエットエッチングの場合、不活性溶液のレーザ誘導音響キャビテーションが基板表面のエッチングに用いられる。しかしながら、不活性溶液を用いるウエットレーザエッチングは、基板が該ウエットエッチング法に適した物理特性を持っている必要があるために、限界がある。この基板の特性とはつまり、基板を効果的にエッチングするために、レーザエネルギから熱を受けたときレーザエネルギを吸収することができ、有限の融解温度を持っており、しかも昇華しないということである。
【0008】
アルカリまたは酸性の水溶液によるウエットエッチングの場合、レーザ誘導化学反応が基板表面のエッチングに用いられる。このウエットエッチング法の欠点は、この方法では室温でもエッチングされるので、物質が不適切な場所でエッチングされてしまうこともあるという点である。
【0009】
加えて、両ウエットエッチング法では、エッチング過程で生じた残留物または汚染物が溶液に残り、それらが基板上に再付着し、所望のエッチングパターンを形成できなくなる可能性がある。
【0010】
さらに、エッチングされた基板のレーザ清浄法が、Zapka, W. et al, 「固体表面からの0.2μmの粒子の効果的パルスレーザ除去(“Efficient Pulsed Laser Removal of 0.2μm sized particles from a Solid Surface”)」, (1991) Appl. Phys. Lett. Vol.58 No.20, pp 2217-2219;Imen, K. el al,「レーザ補助によるミクロンスケール粒子の除去(“Laser-Assisted Micron Scale Particle Removal”)」(1990), Appl. Phys. Lett. Vol.58 No.2. pp 203-205およびTam, A. C. et al,「表面微粒子を除去するためのレーザ清浄技術(“Laser-Cleaning Techniques for Removal of Surface Particulates”)」(1992) J. Appl. Phys. Vol.71 No.7 pp 3515-3523に提案されている。これらの文献はストリームレーザ清浄法を提案している。この方法は、汚染された基板の表面に液体膜を付着させ、汚染された基板をレーザ照射することによって、基板から汚染粒子を取り除くように該液体膜を乾燥させる方法であり、基板表面のアブレートまたはエッチングを必要としない。レーザフルエンスとパルス数は、基板への損傷を防止するために細心の注意を払って最小値にしなければならない。なお、液体膜の役割は該方法の清浄効果を高めることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は所定の過程に従って基板をパターニングする方法を提供し、該方法は基板表面上に液体膜を形成することと、基板表面をエッチングするために液体膜を通してレーザからのレーザエネルギを当てることを含む。エッチングされた物質は前記エッチングの際に膜の蒸発により基板表面から除去される。
【0012】
本発明により、レーザを照射した点の縁でのショルダー状構造の形成が効果的に回避でき、エッチングレートは非常に高くなり、エッチングされた物質は基板上に再付着することなく除去される。特に、レーザエネルギは基板をエッチングするための液体膜の音響キャビテーションを誘発する。従って、エッチングおよびパターニング品質は本発明の方法によって大きく改善される。
【0013】
本明細書の文中では、「液体膜」という用語はマイクロメートルスケールの相対的に薄い液体の層を意味する。
【0014】
レーザパターニングの後、液体膜は蒸発し、所望のパターンのドライ基板が認められる。
【0015】
好ましくは、基板表面上に液体蒸気を噴射することによって、液体膜を基板表面上に形成する。該液体蒸気は好ましくは水、アルコール、不活性液または無反応液で構成される。好ましい実施例では、液体膜は数マイクロメートルから数十マイクロメートルの厚さを有する。
【0016】
液体蒸気は、ガスと共に噴射し、基板表面に付着させることが好ましい。該ガスは、好ましくは窒素、圧縮空気、酸素または不活性ガスからなる。
【0017】
好ましくは、レーザエネルギを所定のパルス幅で照射する。該パルスは好ましくは1−100nsの範囲である。
【0018】
好ましくは、レーザフルエンスエネルギは基板のエッチング閾値以上である。好ましい実施例では、レーザフルエンスエネルギは150mJ/cm2以上である。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は本発明に係る方法の好適な実施例を適用するための装置である。レーザ光12を生成するレーザ10は光学システム20を有している。該レーザ10はYAGレーザまたはエキシマレーザである。光学システム20は、基板30上の所定の経路に沿って、レーザ光12を照射する。光学システム20は鏡、レンズおよびガルバノミラーを有している。光学システム20は基板30上にレーザ光を照射するだけでなく、レーザ光12の方向と焦点を変更でき、好ましくはコンピュータ制御である。基板30はX−Yステージのような搬送ステージ40上に設置され、該ステージは所定の経路に沿って移動できる。制御装置50は該ステージ40の速度と方向を制御する。
【0020】
容器70は液体60を有しており、液体蒸気を生成するためにヒータ80によって熱せられる。該液体は水、アルコール、または、適切であれば他のいずれの液体でも良い。ガス源90はガス流調節装置100およびバルブ110を経由して容器70と接続している。本実施例では、ガスは窒素である。圧縮空気、酸素または不活性ガスのような他のガスも使用できる。該バルブ110は所定の流量比および流れ状態で連続的または断続的にガス流を制御する。
【0021】
本発明の実施例による方法は以下の通りである。液体60はヒータ80によって蒸発し、液体蒸気を生成する。その後ガス源90からの窒素が容器70内へ解放され、ノズル120を通って該液体蒸気を基板表面へ搬送する。液体蒸気は窒素によってノズル120の外へ押し出され、基板30上に噴射される。その結果、マイクロメートルスケールの厚さを有する液体薄膜134が基板表面上に形成される。
【0022】
レーザ10はレーザ光12を生成し、該レーザ光12は液体膜134を通って基板30上に集中する。レーザ光12は所定の経路に従った基板表面のエッチングを開始する。レーザ光12は液体膜134のレーザ誘導音響キャビテーションを誘発し、よって基板30がエッチングされる。該音響キャビテーション効果は、レーザ光12が液体膜134を気化させるまで続く。よって、該エッチング機構はレーザ誘導音響キャビテーションであり、これはレーザ清浄とは明らかに異なる。この音響キャビテーション効果によって、ドライレーザエッチングにおいて発生する基板表面のレーザ照射部分の縁におけるショルダー状構造の形成を回避できる。エッチング工程の間、エッチングによって発生するあらゆる残留物質は、基板表面の液体膜134のレーザ誘導蒸発によって基板30から除去される。よって、エッチングされた物質は基板30から除かれ、ウエットレーザエッチングにおいて発生する残留物質の基板上への再付着を回避できる。
【0023】
該エッチング工程は、光学システム20およびステージ40にプログラミングされた所定の経路に沿ってレーザ光12を照射する光学システム20、および該所定の経路に沿ってレーザ光12に対応して動くステージ40によって制御される。
【0024】
本発明の方法は、本実施例以外の実施例を多数実現できる。
【0025】
(実施例1)
図2aおよび2bはドライレーザエッチング法によりエッチングされたITO膜のサンプルを示す。波長532nm、パルス幅7nsおよび周波数10Hzに設定されたYAGレーザを用いた。レーザフルエンスは887.5mJ/cm2である。図2aに示したように不鮮明な境界線200が基板表面に形成されている。境界線200は、図2bに示したように、境界線200の縁に形成された500オングストロームのショルダー状の構造210に相当する。
【0026】
対して、図3aおよび3bは上述した本実施例の方法と上記の通りに準備した装置を用いてパターニングしたITO膜のサンプルを表す。図2aのサンプルと同じレーザ設定をITO膜のパターン形成に用いた。図3aで見られるように鮮明な境界線300が得られた。これは図3bのショルダーのない縁310に相当する。
【0027】
(実施例2)
ITO膜を、1つは従来技術のドライエッチング法によりパターン形成し、もう1つは上述の実施例の方法によってパターン形成した。両サンプルは、波長248nm、パルス幅23ns、周波数30Hzおよびレーザフルエンス550mJ/cm2のエキシマレーザによりエッチングした。
【0028】
図4aおよび4bは従来技術のエッチング方法によってエッチングしたITO膜サンプルを示す。図4aに示されるように、不鮮明な境界線400が形成されている。これは図4bの境界線400の縁での1500オングストロームのショルダー状構造410に相当する。
【0029】
対して、図5aおよび5bは本実施例の方法でパターン形成したITO膜サンプルを示す。図5aに示されるように鮮明な境界線500が、基板のレーザ照射部分の縁に形成されている。これは、図5bのショルダーのない縁510に相当する。
【0030】
(実施例3)
集積回路(IC)パッケージをエッチングした。1組のICパッケージはドライレーザエッチング法を用いてエッチングし、もう1組のICパッケージは上記記載の実施例の方法を用いてエッチングした。両方の場合とも、波長532nmおよびパルス幅7nsのYAGレーザを使用した。
【0031】
最初の実験では、YAGレーザのレーザフルエンスを240mJ/cm2に設定した。両ICパッケージのエッチング深度をパルス数に関して測定した。結果は図6aに示した。図6aに見られるように、エッチング深度はドライレーザエッチング法より本発明の実施例による方法(蒸気レーザパターニング)の方が圧倒的に高い。
【0032】
第2の実験では各方法でのエッチングレートを200から500mJ/cm2の間のレーザフルエンスの範囲で測定した。結果は、図6bに示した。図6bに見られるように、エッチングレートはドライレーザエッチング法より本発明の方法(蒸気レーザパターニング)の方が圧倒的に高い。
【0033】
【発明の効果】
よって本発明の実施例は、基板のレーザ照射点の縁でのショルダー状構造の形成を回避し、エッチング深度およびエッチングレートを高め、エッチング残留物または汚染物を基板上へ再付着させることなく基板表面から除去する、基板エッチング方法を提供する。よってエッチングおよびパターニング品質は総合的に改善される。
【0034】
レーザフルエンスは基板のエッチング閾値より高く選択した。該エッチング閾値はレーザのパラメータと、液体膜および基板の物質特性に依存する。例えば、150mJ/cm2以上のレーザフルエンスはYAGレーザを用いたICパッケージのパターニングに適しており、300mJ/cm2以上のレーザフルエンスはエキシマレーザによるITO膜のパターニングに適している。
【0035】
前記記載の本発明の実施例およびその変形は本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
本発明の好ましい実施例を図を参照して示した。
【図1】 図1は本発明の実施例によるエッチング方法の概念的な図である。
【図2】 図2aはYAGレーザ照射を用いた従来のエッチング方法でエッチングしたITOのパターンラインの顕微鏡写真である。
図2bは図2aの深さ方向の断面形状である。
【図3】 図3aはYAGレーザ照射を用いた本発明によるエッチング方法でエッチングしたITOのパターンラインの顕微鏡写真である。
図3bは図3aの深さ方向の断面形状である。
【図4】 図4aはエキシマレーザ照射を用いた従来のエッチング方法でエッチングしたITOのパターンラインの顕微鏡写真である。
図4bは図4aの深さ方向の断面形状である。
【図5】 図5aはエキシマレーザ照射を用いた本発明によるエッチング方法でエッチングしたITOのパターンラインの顕微鏡写真である。
図5bは図5aの深さ方向の断面形状である。
【図6】 図6aは、共にYAGレーザ照射を用いた従来のエッチング法と本発明に従ったエッチング法による、集積回路のパターニングにおいて、エッチング深度をパルス数の関数として示したものである。
図6bは、共にYAGレーザ照射を用いた従来のエッチング法と本発明に従ったエッチング法による、集積回路のパターニングにおいて、エッチングレートをレーザフルエンスの関数として示したものである。
Claims (8)
- 所定の過程に従って回路基板上に形成されたITO膜をパターニングする方法であって、前記方法は回路基板表面に液体の蒸気を噴射することにより回路基板表面上に液体膜を形成することと、回路基板上に形成されたITO膜をエッチングするために液体膜を通してレーザからのレーザエネルギを当てることを含み、エッチングされた物質を前記エッチングの間に膜の蒸発により回路基板表面から除去する方法。
- 前記液体の蒸気は、水、アルコール、不活性液、および無反応液のうちの何れか1つからなる請求項1に記載の方法。
- 前記液体の蒸気は、基板表面へ前記液体の蒸気を搬送するためにガスと共に噴射される請求項1または2に記載の方法。
- 前記ガスは、窒素、圧縮空気、酸素、および不活性ガスのうちの何れか1つからなる請求項3に記載の方法。
- 前記レーザは所定パルス幅のレーザエネルギを照射する請求項1ないし4に記載の方法。
- 前記パルス幅は1ないし100nsの範囲である請求項5に記載の方法。
- 前記レーザのレーザフルエンスは回路基板のエッチング閾値より大きい請求項1ないし6に記載の方法。
- 前記レーザフルエンスは150mJ/cm 2 以上である請求項7に記載の方法。
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