JPH01179466A - 薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野」 本発明は、安価なソーダガラスを用いた太陽電池、液晶
デイスプレィ装置等に用いられる薄膜のパターニング加
工に際し、フォトレジストを用いることなく線状の開溝
形成をレーザ光により直接描画（パターン形成）を行う
。そしてこの直接描画のために生ずる薄膜とソーダガラ
スとの間の第１のブロッキング層の除去に伴うナトリウ
ムイオン等の不純物の外部への滲み出を防ぐために、第
２のブロッキング層を開溝に設ける薄膜の選択加工法に
関する。

ｒ従来技術」 薄膜のパターニング加工の際にフォトレジストを用いる
方法が知られている。この方法はソーダガラス基板上に
設けられたアルカリ金属元素等の外部への侵入を防ぐ酸
化珪素、リンガラス等のブロッキング層をなんら損なう
ことなしにその上の透明導電膜等の導゛電膜のパターニ
ングを行うことができるという特徴を有する。しかしこ
の方法は所定の形状゛にフォトレジストをコートし、こ
のレジストをマスクとし、パターニングを行い、さらに
この後フォトレジストを除去するという複雑な工程を有
する。このため、安価にバターニングをする方法が求め
られている。

この安価な方法として、レーザ加工法により直接描画（
パターン形成）する方法が知られている。

このレーザ加工方法としては、ＹＡＧ　レーザ（波長１
．０６μｍ）を用いる方法が一般的に有効であるとされ
ている。この赤外線を用いる方法は、そのレーザ光の光
学的エネルギは１．２３ｅＶ（１，０６μｍ）Ｌかない
。他方、ガラス基板上に形成されている被加工物、例え
ば透光性導電膜（以下ＣＴＦという）は３〜４ｅＶの光
学的エネルギバンド巾を有する。このため、酸化スズ、
酸化インジューム（ＩＴＯを含む）。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）等のＣＴＦはＹＡＧ　レーザ光に対
して十分な光吸収性をもっておらず、レーザ光のエネル
ギを有効に使用してはいなかった。また、ＹＡＧレーザ
のＱスイッチ発振を用いるレーザ加工方式においては、
パルス光は平均０．５〜１獣光径５０μｍ、焦点距離４
０ｍｍ、パルス周波数３ＫＨ２、パルス巾６０ｎ秒の場
合）の強い光エネルギを走査スピードが３０〜６０ｃｍ
／分で加えて加工しなければならない。

その結果、このレーザ光によりＣＴＦの加工は行い得る
が、同時にその下側に設けられたブロッキング層を有す
るソーダガラスに対して、１０〜５０μｍもの深さにマ
イクロクラックを発生させ、損傷させてしまった。

また、前記ＹＡＧ　レーザ以外の照射光として、４００
ｎｍ以下（エネルギ的には３．１ｅＶ以上）の紫外光の
波長のパルスレーザを照射し、２０〜５０μφのビーム
スポットではなく、２〜２００μｍの巾（例えば１０μ
ｍ　）　＋長さ１０〜６０ｃｍ例えば３０ｃｍの線状の
パターンに同一箇所に１つまたは数回のパルスを照射し
て、線状の開溝を形成して薄膜をパターン加工する方法
が知られている。この４００ｎｍ以下の波長のパルス光
（パルス巾５〜３０ｎ秒ときわめて短い）を線状に照射
することにより、ＣＴＦ等透明な物質での光エネルギの
吸収効率をＹＡＧレーザ（１，０６μｍ）を用いた場合
の１００倍以上に高め、結果として加工速度を１０倍以
上に速くすることができる。

この場合、初期の光源として、−船釣にはエキシマレー
ザ光を用いる。このため、初期の光の照射面は矩形を有
し、またその強さも照射面内で概略均一である。このた
め光の巾を広げるいわゆるビームエキスパンダで長方形
に大面積化する。その後、その一方のＸまたはＹ方向に
そって筒状の棒状レンズ即ちシリンドリカルレンズにて
スリット状にレーザ光を集光する。

かくして２〜２００μｍ例えば１０μｍの巾の綿状の開
溝を作る。

これらレーザ光を用いる方法は、フォトレジストを全く
用いないため、製造工程が容易であるという特徴を有す
る。しかしこのレーザ光により加工して作られた開溝部
では、ブロッキング層も同時に除去されてしまうという
欠点を有する。このため、安価なソーダガラスを用いた
くても、その中に予め混入しているナトリウム等の不純
物イオンの外部への滲み出しに対し、十分な手段がみつ
からなかった。

このような状態の基板を用いて太陽電池、液晶表示装置
その他の電子部品を作製すると、この凹凸に起因する電
極間のショート、断線、色ムラ等が発生し、電子部品の
製造歩留りの低下をまねいていた。

「発明の目的」 本発明は４００μｍ以下の波長を持つレーザ光にて、ガ
ラス基板特にソーダガラス（アルカリガラスともいう）
上にアルカリイオン等の不純物に対するブロッキング層
を設けた基板上の薄膜、積層体、特に透光性導電膜また
は金属膜等の導電膜、またはこの下側にカラーフィルタ
等の絶縁膜、またこの上に非単結晶半導体等を積層した
積層体を対象材料とし、これらの導電膜または積層体を
レーザ加工し、バターニングする際に、被加工部の開溝
付近に残渣のない良好な被加工面を実現するとともに、
基板中のナトリウム等の不純物が外部に滲み出ることの
ないように、第２のブロッキング層、即ちナトリウムに
対するしみだし防止用保護膜を開溝等に設けることを目
的とする。

「発明の構成」 上記の目的を達成するため、ソーダガラス等の下地基板
と被加工物である薄膜との間にリン、ナトリウム、ホウ
素が十分少なくしかドーピングされていない酸化珪素等
をブロッキング層（第１のブロッキング層）として設け
、この上に薄膜特にＩＴＯ，酸化スズ、酸化亜鉛または
これらの積層体、さらにクロム、モリブデン等の金属導
電膜を積層している。また必要に応じ、その下面または
上面に絶縁体または半導体を設けた積層体としてもよい
。そしてこの導電膜に対し、４００μｍ以下の波長を持
つレーザ光を照射することによって、導電膜に加えてブ
ロッキング層をも同時に照射して除去し、開溝を形成す
る。このため、基板材料からのナトリウム等の不純物の
滲み出を促してしまう。

そのため、これら全体に第２のブロッキング層を形成す
る。この第２のブロッキング層は液状の材料を用い、そ
れを塗布、印刷またはコートし、これら全体を加熱処理
し、硬化せしめる。するとレーザ加工部の開溝は凹部を
構成するため、ここの部分は薄膜上に比べて相対的によ
り厚くすることができる。そして好ましくは薄膜上に５
０〜３００人の厚さ、例えば２００人である時、１００
〜６００人の厚さ（薄膜上が５０人の時は１００人に対
応し、３００人の時は６００人に対応する）例えば４０
０人と３０％以上も厚めに作ることができる。この厚さ
のために、基板中のナトリウム等のアルカリイオンを外
部に滲み出す効果を防ぐことが可能となった。

さらにこの導電膜の上または下に予め作られている他の
半導体、絶縁物等と合わせて積層体を形成した後、これ
らすべてをレーザ光でバターニングをし、それによって
できた積層体上面、側面および開溝に対しても第２のブ
ロッキング層を充填して形成することが可能である。こ
の時はこの積層体の厚さがより厚くなるため、開溝には
積層体上の第２のブロッキング層の厚さに比べてより厚
く形成し、ナトリウム等の不純物イオンの遮蔽効果をよ
り著しくすることができる。

以下に実施例を示す。

ｒ実施例ＩＪ 第２図にエキシマレーザを用いた本発明のレーザ加工の
系統図を記す。加工用レーザとしてはエキシマレーザ（
１４）　（波長２４８　ｎｍ、Ｅｇ　＝５．０ｅＶ）を
用いた。このレーザは、第３図（Ａ）のように、初期の
光ビーム（２１）は１６ｍｍ　Ｘ　２０ｍｍを有し、効
率３χであるため、３５０　ｍＪ　（ミリジュール）を
有する。さらにこのビームをビームエキスパンダ（１５
）にて長面積比または大面積化した。即ち、１６ｍｍ　
Ｘ　３００ｍｍに拡大した（第３図（２２）　）。この
際に５．６　Ｘｌ０−”ｍＪ／ｌ１ｌＩ１１２をエネル
ギ密度で得た。

次に２ｍｍ　Ｘ　３００ｍｍの間隔を有するスリット（
１６）にレーザビームを透過させて２　ｍｍ　Ｘ　３０
０ｍｍのレーザビーム（２３）を得る。（第３図（Ｃ）
）更に、合成石英製のシリンドリカルレンズ（１７）に
て、加工面での開溝中が１０μｍとなるべく集光（２４
）　した。（第３図（Ｄ））この時使用するスリットの
巾は特に決まっていないが、シリンドリカルレンズの球
面収差が影響しない程度にレーザビームをしぼる必要が
ある。また、被加工物の開溝中はシリンドリカルレンズ
の性能により任意に選択可能である。

第１図は、基板上にスリット状のパルス光を照射し、開
講（６−１，６−２，６−３，・・・ｎ）を複数個形成
したものである。即ち、第１図（Ａ）に示される如く、
ソーダガラス（青板ガラスともいう）上にブロッキング
層（２）（１００〜１５００人の厚さ）例えば酸化珪素
を２００人の厚さで有する基板を用いる。さらにこの上
に導電膜（４）例えば酸化インジウム・スズまたはクロ
ムを１０００〜３０００人の厚さに形成する。

これらに第１図（Ｂ）に示す如く、レーザ光を第２図、
第３図の光学系を用いて照射した。

パルス光はＫｒＦエキシマレーザによる２４８ｎｍの光
とした。なぜなら、その光の光学的エネルギバンド巾が
５．ＯｅＶであるため、被加工物が十分光を吸収し、導
電膜のみを選択的に加工し得るからである。

パルス巾２０ｎ秒、繰り返し周波数１〜１００Ｈｚ、例
えば１０Ｈｚで光照射を行った。

すると開溝（６−１）　、　（６−２）　、　（６−３
）　　・・・を得る。

この時、開溝内部には残渣物（５−１）およびバターニ
ングされた導電膜（４）上に凸部（５−２）を有する。

これらを希弗酸（１／１０に水で希釈）で溶去し、さら
にアセトン、純水で十分な超音波洗浄を施す。

すると第１図（Ｃ）の如く、開溝（６−１）　、　（６
−２）　、　（６−３）は溝のみを有し、残漬物をすべ
て除去することができた。

しかしこの開溝部ではブロッキング層（２）も同時に除
去されてしまい、かつソーダガラス基板の上部も一部（
０，３〜１μｍの深さに）えぐられて露呈してしまって
いる。このため、この第１図（Ｃ）の構造のみを用いて
液晶表示装置等を作ると、この基板材料を直接超高純度
を要求する液晶が接することになり、ナトリウムが液晶
中に長期使用に際し滲み出てしまうおそれを有する。

またイメージセンサ、太陽電池等にこのまま用いると、
この部分よりナトリウムがアモルファス半導体中に滲み
でてしまい、光劣化効果また半導体のＮ型化を促すこと
になってしまう。

このため、本発明においては、これらの上面に第１図（
Ｄ）に示す如く、第２のブロッキング層を形成した。

このブロッキング層はポリイミド等のナトリウムをブロ
ッキングする有機樹脂、または酸化珪素等の無機材料が
好ましい。これらは原材料状態では液体状（非重合状態
またはシラザン等の有機珪化物液の液体状）を有し、そ
の原材料をこれら全体に５０〜２５００人の厚さ、例え
ば導電膜上に３００人、開溝部に約５００人の厚さに塗
布コートする。この塗布コートはスピナを用いても、ま
た印刷法、コーター法、スプレー法を用いてもよい。

すると、これらは液状を塗布された面を有するため、凹
部を構成する開溝（６−１）　、　（６−２）　　・・
・により多く塗布され、より厚く形成することができる
。

さらにこれら液体状の原材料を熱硬化せしめた。

例えばポリイミド溶液においては、２３０°Ｃ１２時間
の加熱焼成を行う。液体状有機珪素化合物を用いる方法
においても、大気または酸素中に加熱酸化をして固体酸
化珪素のブロッキング層に変成した。

か＜シソ第１図（Ｄ）に示す如く、溶媒が気化し、また
加熱反応に伴い体積が収縮し緻密になり、アルカリイオ
ン等の外部へのしみ出しを完全に防ぐことができた。そ
して導電膜中への有機物の下側からのしみ出しはブロッ
キング層（２）（第１のブロッキングＮ）にて遮断した
。そして側周辺および上面からの導電膜または積層体（
７）への不純物のしみこみは、第２のブロッキング層（
８）によりその侵入を遮断した。

さらにこの第２のブロッキング層は液晶表示装置におい
ては、その表面を必要に応じてラビング等を施すことに
より、配向膜としても作用させることが有効である。

またこの第２のブロッキング層（８−２）はＣＶＤ法、
真空蒸着法を行うことは不可である。かかる方法では、
開溝を構成する凹部の厚さが導電膜上の厚さに比べてよ
り薄くなってしまうという欠点を有するからである。さ
らに加えて凹部の溝での厚さにむらが生じやすい。

本発明は、理想的には、凹部のすべてをうめてその上面
を導電膜上の上面と概略一致せしめること、また導電膜
の端部での局部電界集中を防ぐことが求められる。この
ため、液体状の原材料を塗布形成し、これを硬化させる
のがより好ましい。

特にこの開溝の巾が５０ｕより２０ｕｍ、１１０ｌ１．
５μｍ’−，３μｍとより小さくし得るに加えて、この
開溝内部をより厚く形成させるには、表面張力を用いえ
る液体状の原材料の塗布およびこの硬化の工程が好まし
い。

かくして例えば第１図（Ｄ）に示された縦断面図の基板
を互いに２μｍの巾に離間し、マトリックス構成をさせ
て配列せしめ、その間に液晶材料を充填することにより
、マトリックス表示がし得る液晶表示装置を作ることが
できた。

この場合、一方の基板側は酸化珪素で第２のブロッキン
グ層を構成せしめ、他方の基板はポリイミド有機樹脂で
第２のブロッキング層を構成せしめた。そして有機樹脂
側をラビング処理した。かくすることにより、この配向
膜は５０°Ｃで１０００時間高温処理しても、表示部の
コントラストは２０を有し、その値にはなんら劣化がみ
られなかった。

第１図（Ｄ）において、この溝によって分離されたＩＴ
Ｏ（４−１）　、　（４−２）間に５０ｙの直流電圧を
加え１１０間に流れる電流を１００ケ所測定を行ったと
ころ、全て１〜２×１Ｏ−９Ａ（長さ３０ｃｍ、巾１０
μｍの開溝間のリーク電流）の範囲の値であり、それら
は第２のブロッキング層が表面リークをも防いでいるた
め、得られた値が一定値を示し、実用上何らの支障もな
かった。

ｒ効果ｊ 本発明により、レーザ加工において導電膜、積層体の外
周辺のすべてをブロッキング層で覆うため、隣同志の導
体間のリークをより少なくできる。

本発明により従来法では存在した加工溝の周辺に残る残
渣等が発生せず良好な被加工面が得られた。

この結果、電極間のショート、断線がなく、また１１０
間の絶縁を十分にとることができた。

本発明において、導電膜はＩＴＯ＋５ｔＯｚ、ＺｎＯま
たはこれらの多層膜、さらに金属であるクロム、モリブ
デン等を用いてもよい。

またこれら導電膜の上側または下側にカラーフィルタの
機能を有する絶縁膜を積層して、これら導電股上を同一
形状に構成させることは有効である。

さらにこの導電膜の上側に非単結晶半導体を積層し、さ
らにその上に他の導電膜を構成させてイメージセンサに
用いることは有効である。

本発明はこれらの積層体のすべてを覆って第２のブロッ
キング層を設けて高信鯨性化をはかったものであり、安
価なソーダガラス基板を用いても高信頼性を得ることが
できた。

本発明で開溝と開講間の巾（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、逆に例えば、残っている面積を２０μｍ１
除去する部分を４００μｍとすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導電膜を有する基板の作製方法を示す
。 第２図は本発明で用いたレーザ加工系の概要を示す。 第３図はレーザ光のビーム形状を示す。 バ Ａ ゝ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ソーダガラス基板上に第１のブロッキング層、導電
   膜を形成する工程と、前記導電膜と前記第１のブロッキ
   ング層とをレーザ光を照射して除去することにより開溝
   を形成して前記導電膜をパターン形成する工程と、該パ
   ターン形成された導電膜の上面および側面、さらに前記
   開溝内部に液状材料を塗布し硬化せしめることにより、
   第２のブロッキング層を形成する工程とを有することを
   特徴とする薄膜形成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、第２のブロッキン
   グ層は液状原材料を塗布、印刷または膜形成した後、硬
   化せしめることを特徴とする薄膜形成方法。