JP4403427B2 - レーザ加工装置、レーザ加工方法、配線基板の製造方法、表示装置の製造方法、及び配線基板 - Google Patents
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Description
しかしながら、これらの構造物は、その製造において所定のパターンが完全に形成されるとは限らず、部材や素子が、過剰に(例えば所定の領域からはみ出して)形成されたり、不十分に(例えば所定の領域内で不均一に)しか形成されなかったりすることがある。
表示装置(例えばフラットパネルディスプレイ)は、2次元マトリクス状に設けられた多数の画素によって画面が構成され、薄型、軽量、低消費電力などの優れた特性を有している。このような表示装置は、駆動方式に応じて分類されるが、各画素電極にスイッチ素子が電気的に接続されてなるアクティブマトリックス方式の表示装置は、隣接画素間でのクロストークが抑制されるなど、特に良好な画質(画像)が得られる。このため、アクティブマトリックス型の表示装置は、研究・開発が盛んに行われており、パーソナルコンピュータ(PC)やテレビ(TV)等の表示装置として、広く用いられている。なお、フラットパネルディスプレイは、発光方式によっても、液晶表示や有機EL表示などに分類される。
下層の金属配線パターンと上層の金属配線パターンとは、互いに直交する方向に延在して格子状に配置され、格子の各マス目(交点)に相当する位置が画素とされる。上層の金属配線パターンは、ITO(Indium-Tin-Oxide)等の透明導電材料からなる画素電極に連結される。また、各画素には、電極を制御するスイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子が薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)である場合には、TFTのゲート電極は走査線に、ドレイン電極は信号線にそれぞれ電気的に接続され、ソース電極が画素電極に電気的に接続される。
配線基板でこのような局所的不良が生じると、例えば表示装置では、一部の画素が発光しなくなる所謂滅点化や、線状に複数の画素が滅点化する所謂滅線化などが発生するなど、画像表示性能が著しく損なわれてしまう。そのため、局所的不良の発生を抑制するために、製造工程の管理(異物の低減や欠陥の抑制など)が図られているが、発生を完全に回避することは難しい。
また、上部配線パターン間でのショートを修正する手法が開示されている(例えば特許文献2参照)。この手法は、上部配線パターン間でのショートを修正する手法である。しかしながら、レーザカットの必要領域が下部配線部にも存在する場合には、下層まで含めたレーザカットを行う行為による上層と下層間の層間ショートの発生が必ずしも防げないため、他領域のレーザカットにより層間ショート部の影響を除く必要があり、工程が複雑となっている。
また、このような従来の修正手法においては、配線基板における多層膜の膜厚が、装置の小型化などの目的から、微小化及び薄型化に主眼を置いて定められてきた。これに対し、本発明者らは、このような既定の膜厚を前提とする限り、修正が膜厚によって制約される範囲でしかレーザ加工の最適化を図ることができないことを見出した。すなわち、本発明者らは、最適なレーザ加工を行うためには、レーザ光の波長等の選定を、既定の膜厚によって制約を受けることなく行う必要があることを見出した。
を含むことを特徴とする。また、本発明のレーザ加工方法は、絶縁膜と、絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する加工対象物にレーザ光を照射するレーザ加工方法において、予め、複数の波長の光について、絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、絶縁膜の膜厚を選定する工程、レーザ光を前記多層膜に照射して、多層膜の内、絶縁膜の下層の配線層を加工する工程を含むことを特徴とする。
なお、本実施形態においては、加工対象物が(例えばTFT基板などの)配線基板である配線基板の製造装置を例として、レーザ加工装置の実施の形態を説明する。
本実施形態に係るレーザ加工装置1は、図1Aに示すように、加工対象物3の配置部となる、つまり加工対象物3が配置されるとこれを支持する支持台2と、この支持台2上に支持される加工対象物3に対向して配置された、局所的な成膜を行うための局所排気装置(本実施形態では成膜機能とエッチング機能を兼ね備えた局所成膜エッチングヘッド;局所加工ヘッド)4とを有する。なお、本実施形態において、加工対象物3は配線基板であり、少なくとも、材料を互いに異にする2以上の層からなる多層膜を有している。
局所排気部6は、原料供給手段5とは別に、原料ガスとともに雰囲気を構成するパージガスを供給するパージガス供給手段7も連結されている。原料供給手段5及びパージガス供給手段7は、それぞれ、局所排気装置4内の原料ガス流路17及びパージガス流路18を介して、この局所的空間に連結されている。
なお、パージガス流路18の局所排気部6に対向する開口を、やや透明窓19に向かう角度に傾けて設けることにより、透明窓19の汚れを抑制することができる。また、局所排気部6に連結して局所排気手段(図示せず)が設けられた場合には、排気手段10及び11との排気のバランスを調整することにより、局所排気部6において上昇気流を発生させ、エッチング除去されて気化した材料が加工対象物3に再付着することを抑制することができる。
なお、実際に加工を行う際には、静圧浮上によって、加工対象物3の厚さよりも大となる高さに、局所排気装置4を支持台2から浮上させておくことによって、支持台2及び局所排気装置4の少なくとも一方を移動する際に、加工対象物3をスムーズに局所排気装置4の下へ挿入することが可能となる。
また、局所排気装置4の高さすなわち支持台2からの浮上量は、多孔質通気膜13を例えば気孔率40%の多孔質体によって構成した場合、不活性気体の噴出量の選定によって、数μm〜100μm程度の広範囲に渡る調整が可能とされるが、多孔質通気膜13の気孔率はこれに限られず、多孔質通気膜13の材料も、多孔質アルミニウム(Al)に限られず、多孔質の金属、セラミックス、合成樹脂等の材料から所望の材料を選定することが可能である。
そして、局所排気装置4の底面には、支持台2側に向けて噴射された圧縮ガスと、加工対象物3に向けて供給されたガス(原料ガスやパージガス等)の余剰分とを、それぞれ、排気手段10及び11によって排気するためのリング状吸引溝(排気流路)15及び16が設けられている。そして、前述の局所的空間(局所排気部6)は、局所排気装置4の底面に臨んで、排気流路15及び16の端部を構成する吸引溝が形成する略同心環状の内側に、透明窓19や透過孔20から加工対象物3までの高さを占める略円筒状空間として、形成される。
本実施形態に係るレーザ加工装置1においては、レーザ加工装置1において、例えば図示しないレーザ光源装置からのレーザ光Lを、対物レンズ等によって集光し、透明窓19を有する透過孔20を通じて局所排気部6に導入することにより、局所排気部6内におけるレーザCVD法による薄膜形成やレーザエッチングによる薄膜除去などの加工が可能となる。
なお、このパルス幅の選定は、対象とする部材材料にも配慮すると、より好ましいと考えられる。例えば、加工対象物3上の除去対象(例えば配線のうち過剰に形成された一部)がアルミニウム(Al)よりなる場合には、適度なパルス幅として例えば2ピコ秒〜10ピコ秒程度のパルス幅を選定することが好ましい。
まず、圧縮ガス供給手段(供給源)9から圧縮ガスを圧縮ガス供給路14に供給し、多孔質通気膜13を通して加工対象物3側に噴射し、局所排気装置4を加工対象物3から所定間隔だけ浮上させ、動作を開始する。この際、局所排気装置4の直下から離れた位置に、加工対象物3と略同程度の厚さを有しかつ加工対象物3に近接した浮上ステージ(図示せず)を用意しておき、この浮上ステージに載置しておいた局所排気装置4を浮上させてから、この局所排気装置4を加工対象物3上に移動させる手順を経ると、加工対象物3上に移動させる際に接触を確実に回避できるので、好ましいと考えられる。
その後、レーザ光源装置からのレーザ光Lを透過孔20、透明窓19及び局所排気部6を通じて加工対象物3の成膜すべき局所に照射することにより、原料ガスの熱分解にもとづいて、加工対象物3の局所にCVD膜を成膜することができる。
次に、本発明に係るレーザ加工方法の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、レーザ加工によって配線基板の修正(製造)を行う場合を例として、説明を行う。また、加工装置としては、前述した実施形態のレーザ加工装置(配線基板の製造装置)を用いることとする。
また、本実施形態に係るレーザ加工方法(配線基板の製造方法)は、図3Aの上面図及び図3Bの断面図に示すような、下層配線31と、層間絶縁膜32と、上層配線33とが積層された多層膜において、異物等の混入により、下層配線31と複数の上層配線33をも巻き込んで短絡部(層間及び層内ショート)34が生じていた場合の修正に適用し得る。すなわち、短絡部34を含む一部を、所定の条件でレーザエッチングすることにより、図3Aの上面図及び図3Cの断面図に示すように、レーザカット部35として除去し、必要に応じてレーザカット部35を埋め込んで欠陥修正部36を形成する場合に適用し得る。
この際、レーザ光Lは、前述したようにパルス幅が10ピコ秒以下のパルスレーザ光であることが好ましい。また、パルスレーザ光Lの波長を、加工対象物3の被照射部となる多層膜の膜厚及び反射率とともに選定し、この波長を、(必要に応じて膜厚及び反射率とともに)レーザ光源部と連動する入力部に入力して加工に反映することが好ましい。
まず、窒化シリコン層の厚さを150nm、酸化シリコン層の厚さを150nmとした場合の、層間絶縁膜に対する反射率のシミュレーション結果(反射スペクトル)を、図4Bに示す。厚さに応じて、スペクトルは全体の形状が変化するが、この厚さ条件において、390nmの反射率は、可視光領域における平均反射率(41%)を大きく下回っている。すなわち、反射率は22%となり、残りの78%はMo層で吸収されることになると考えられる。
したがって、この厚さ条件では、層間絶縁膜の下側に位置するモリブデン層が強いダメージを受けてしまうおそれが強い。
したがって、この厚さ条件であれば、波長390nmのパルスレーザ光で加工を行う際にモリブデン層が受けるダメージを低減でき、図2C及び図3Cに示したような、下層配線を残存させながらショートを解消する修正加工が可能になると考えられる。
この値よりもエネルギー密度を上げた加工では、下層の破壊現象が発生する可能性が高まり、選択加工性が失われるおそれがある。また、この値よりもエネルギー密度を下げた加工では、上層の膜残りの可能性が高まるおそれがある。なお、レーザカット領域は、確実に修正を行うために、短絡部領域よりも約1um程度大きめにとることが好ましい。
すなわち、本実施形態に係るレーザ加工方法は、図2及び図3で例示したような短絡部が剥き出しの場合のみならず、短絡部(及び上層配線)が上層絶縁膜によって覆われているような場合でも、上層絶縁膜の破壊を抑制しながら短絡の解消を図る形で適用し得る。
この場合、予め、上層絶縁膜に対応する窒化シリコン(SiN)層及び酸化シリコン(SiO)膜の膜厚に応じた反射率の変化を測定し、複数の波長の少なくとも一部において、可視光領域における平均反射率に比して低い反射率を示す波長が生じる膜厚の多層膜に、平均反射率に比して低い反射率に相当する波長のレーザ光を照射して加工を行う。つまり、特定の膜厚の上層絶縁膜における反射の抑制を図ることのできる最適な膜厚を選定する。
まず、図7Aに示すような、窒化シリコン層の厚さを200nm、酸化シリコン層の厚さを100nmとした積層構造(厚さ条件)の、上層絶縁膜に対する反射率のシミュレーション結果(反射スペクトル)を、図7Bに示す。厚さに応じて、スペクトルは全体の形状が変化するが、この厚さ条件において、390nmの反射率は、可視光領域における平均反射率(50%)を上回っている。すなわち、反射率は57%となり、残りの43%はTi層で吸収されることになると考えられる。
したがって、この厚さ条件では、上層絶縁膜の下側に位置するチタン層が加工しにくいおそれが強い。
したがって、この厚さ条件であれば、波長390nmのパルスレーザ光で加工を行う際にチタン層が吸収するエネルギーを増大でき、下層配線を残存させながら短絡部(ショート)を解消する修正加工が可能になると考えられる。
前述した実施形態に係る、レーザ加工方法の具体例である配線基板の製造方法によれば、製造された配線基板と、他の通常の部材とを組み合わせることにより、液晶ディスプレイをはじめとする表示装置が備えるバックライト等の、所謂光源装置を製造することも可能となる。
直下方式は、ディスプレイ面(表面)に対向する背面(裏面)に、蛍光管を複数備えた光源装置が設けられた構成を有する。光源装置からの光が直接的に利用できるため、高輝度化、高効率化、大型化に有利とされるが、薄型化が困難で、消費電力も大きい。
一方、エッジライト方式は、ディスプレイ面に対向する背面に、例えばアクリル製板状の導光部(ライトガイド)と光源装置とが配置された構成を有する。導光部で光が拡散されるため、小型化、薄型化、低消費電力化に有利とされるが、大画面のディスプレイでは重量が問題となる。なお、エッジライト方式は更に、光源装置の位置が導光部よりも背面側となるバックライトタイプと、光学素子において反射光を生じさせることを前提に光源装置の位置が導光部よりも表面側とされた、フロントライトタイプとに分類される。
なお、本実施形態に係る光源装置42において、導光部46を構成する樹脂は、エポキシ、シリコーン、ウレタンのほか、様々な透明樹脂を用いることができる。
ここで、偏向板50及び59は、特定の方向に振動する光を形成するものである。また、TFTガラス基板51とドット電極52及び電極55は、特定の方向に振動している光のみを透過する液晶層53をスイッチングするために設けられるものであり、配向膜54が併せて設けられることにより、液晶層53内の液晶分子の傾きが一定の方向に揃えられる。また、ブラックマトリクス56が設けられていることにより、各色に対応するカラーフィルタ57a〜57cから出力される光のコントラストの向上が図られている。なお、これらのブラックマトリクス56及びカラーフィルタ57a及び57cは、ガラス基板58に取着される。
本発明に係るレーザ加工方法の具体例として、配線基板(アレイ基板)の製造方法の実施例(検討結果)について説明する。
これに対し、下層および層間絶縁膜の反射特性が図5Bのようであった加工対象物にレーザ加工を行った顕微鏡写真を、図11A及び図11Bに示す。下層に影響を与えることなく、上層のみを選択除去できていることが確認できた。
上層絶縁膜の反射特性が図8Bのようであった配線基板においては、レーザ加工による短絡除去を試みた結果、図12に実線aで示すように上層配線の抵抗に変化がみられなかった(高い抵抗を維持できた結果リーク電流が抑制されていた)ことから、下層に影響を与えることなく、上層のみを選択除去できていることが確認できた。
これに対し、上層絶縁膜の反射特性が図7Bのようであった配線基板においては、レーザ加工による短絡除去を試みた後でも、図12に実線bで示すように大規模な電流リークが発生してしまい、短絡が除去できていないことが確認できた。
また、前述の溶融物は、加工対象の部材を構成する材料の結合性にも影響を受けるが、特に金属などの熱伝導の良い材料においては、加工部周辺に盛り上がりが生じやすく、上述の飛散距離も大きくなることから、本実施形態に係るレーザ加工方法によれば、熱伝導性が良好である部材を対象とする場合に、特段のダスト低減を図ることが可能となる。
なお、この加熱は、レーザ加工装置1を、例えば局所加工ヘッド3や支持台4の内部もしくは外部にヒーターを備えた構成とすることによって可能とされる。なお、加熱温度は、例えば上述の多孔質通気手段35や部材5に過度の熱的負担を与えない程度に、例えば200℃程度とすることが望ましく、局所加工ヘッド3自体にも同様の加熱を施すことにより、部材や不活性気体の温度低下を回避することが可能とされる。
Claims (9)
- 絶縁膜と、前記絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する加工対象物にレーザ光を照射するレーザ加工方法において、
予め、複数の波長の光について、前記絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、
前記複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、前記絶縁膜の膜厚を選定する工程、
前記レーザ光を前記多層膜に照射して、前記多層膜の内、前記絶縁膜の上層の配線層及び/又は前記絶縁膜を加工する工程
を含むレーザ加工方法。 - 絶縁膜と、前記絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する加工対象物にレーザ光を照射するレーザ加工方法において、
予め、複数の波長の光について、前記絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、
前記複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、前記絶縁膜の膜厚を選定する工程、
前記レーザ光を前記多層膜に照射して、前記多層膜の内、前記絶縁膜の下層の配線層を加工する工程
とを含むレーザ加工方法。 - 前記絶縁膜は、窒化シリコン層及び酸化シリコン膜からなる2層構造を有する
請求項1、又は2に記載のレーザ加工方法。 - 前記レーザ光が、パルス幅が10ピコ秒以下のパルスレーザ光である
ことを特徴とする請求項1、2又は3に記載のレーザ加工方法。 - 前記レーザ光が、1パルスあたりのエネルギー密度が0.1J/cm2以下のパルスレーザ光であることを特徴とする請求項4に記載のレーザ加工方法。
- 絶縁膜と、前記絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する配線基板をレーザ加工する、配線基板の製造方法において、
予め、複数の波長の光について、前記絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、
前記複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、前記絶縁膜の膜厚を選定する工程、
前記レーザ光を前記多層膜に照射して、前記多層膜の内、前記絶縁膜の上層の配線層及び/又は前記絶縁膜を加工する工程
とを含む配線基板の製造方法。 - 絶縁膜と、前記絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する配線基板をレーザ加工する、配線基板の製造方法において、
予め、複数の波長の光について、前記絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、
前記複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、前記絶縁膜の膜厚を選定する工程、
前記レーザ光を前記多層膜に照射して、前記多層膜の内、前記絶縁膜の下層の配線層を加工する工程
とを含む配線基板の製造方法。 - 絶縁膜と、前記絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する配線基板をレーザ加工し、前記配線基板を備える表示装置の製造方法において、
予め、複数の波長の光について、前記絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、
前記複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、前記絶縁膜の膜厚を選定する工程、
前記レーザ光を前記多層膜に照射して、前記多層膜の内、前記絶縁膜の上層の配線層及び/又は前記絶縁膜を加工する工程
を含む表示装置の製造方法。 - 絶縁膜と、前記絶縁膜を介して形成される複数の配線層からなる多層膜を有する配線基板をレーザ加工し、前記配線基板を備える表示装置の製造方法において、
予め、複数の波長の光について、前記絶縁膜の膜厚に対する反射率の変化を測定する工程、
前記複数の波長のうち、実際のレーザ加工に使用するレーザ光の波長における反射率が所望の値を示すように、前記絶縁膜の膜厚を選定する工程、
前記レーザ光を前記多層膜に照射して、前記多層膜の内、前記絶縁膜の下層の配線層を加工する工程
を含む表示装置の製造方法。
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