JPH02317A - 薄膜加工方法 - 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】 「産業上の利用分野１ 本発明は、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の際に、フォトレジストを
用いることな（線状の紫外光による薄膜に直接描画を行
う選択加工法に関する。

ｒ従来技術」 薄膜のバターニング加工の際にフォトレジストを用いる
ことのない光加工に関し、レーザ加工技術として、ＹＡ
Ｇレーザ光（波長１．０６μｍ）法が知られている。

この波長によるレーザ加工方法においては、スポット状
のビームを被加工物に照射するとともに、このビームを
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、このビームの走査スピード
と、加工に必要なエネルギ密度と、被加工物の熱伝導度
、昇華性等物性とがきわめて微妙に相互作用する。その
ため、工業化に際しての生産性を向上させつつ、最適品
質を保証するマージンが少ないという欠点を有する。

更に、そのレーザ光の光学的エネルギは１．２３ｅＶ（
１，０６μｎ＋）Ｌ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持っておらず
、レーザ光を有効に使用してはいなかった。また、ＹＡ
Ｇ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〜ＩＷ（光径５０μｍ、
焦点距離４０＋＋ｖ＋、パルス周波数３　Ｋ　ＨＺ　％
パルス巾６０ｎ秒の場合）の強い光エネルギーを走査ス
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基板、例えば
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。

このようにＹＡＧレーザを使用した場合、パルス幅を非
常に小さくすることができないため加工面に必要以上の
エネルギーが与えられてしまい、被加工物の下地、例え
ばガラス基板を傷つけてしまつ。

このＹＡＧ　レーザを用いた加工方式では、スポット状
のビームを繰り返し走査しつつ加えるため、下地基板に
発生する微小クラックは、レーザ光のビームの外形と類
似の形状を有し、「鱗」状に作られてしまった。

また、ＹＡＧ　レーザのＱスイッチ発振を用いる方式は
そのレーザビームの尖頭値の出力が長期間使用において
バラツキやすく、使用の度にモニターでのチエツクを必
要とした。

更に、１０〜５０μｍ巾の微細パターンを多数同一平面
に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、照射後、加工部のＣＴＰ材料が十分に絶縁物化し
ていないため、酸溶液（弗化水素系溶液）によりエツチ
ングを行い完全に絶縁化する必要があった。

また、前記レーザ以外にその照射光として、４００ｎｍ
以下（エネルギ的には３．１ｅＶ以上）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、２０〜２００μｍの巾（イ列えば１５０μｍ）、
長さ１０〜６０ｃ１１例えば３０ｃｎ＋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、線状
のパターンに加工する方法も知られている。かくの如＜
　、４００ｎｍ以下の波長のパルス光（パルス巾５０ｎ
秒以下）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（１，０
６μｍ）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倍以上に速くしたものである。

さらにこの場合初期の光として、円状でかつ光強度がガ
ウス分布をするＹＡＧレーザではなく、−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。しかしこの
集光された光の巾を５０μｍ以下にするには、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。このため、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が発生する。そのた
め、線の端部のきれが明確でなくなる。加えて１０〜３
０μｍ例えば２０μｍの１１の線状の開講を作ることは
さらに不可能になる。このため、端部のきれを明確にす
る手段として、シリンドリカルレンズにレーザ光を入射
する前にスリットを通し、シリンドリカルレンズの球面
収差が無視できる巾に入射光をしぼった後シリンドリカ
ルレンズにて集光し、１０〜３０μｍ巾でかつ端部のき
れの明確なレーザビームを照射できるようにする等の方
法がある。

このように、すぐれた特徴を持つ、エキシマレーザを用
いたレーザ加工においても、加工対象物の持つ物性のち
がいによって、被加工部の状態が明らかにちがってくる
。

これは特に透光性の物質を加工する際に顕著であり、被
加工部両端付近が荒らされ激しい凹凸が形成される。こ
の様子を第１図に示す。

第１図は下地基板として青板硝子（２１）を用いその上
に基極よりのアルカリ元素の拡散を防止するためのリン
ドープの５ｉ０２（２２）が設けられ、その上面にＩ　
Ｔ　Ｏ（２３）が形成された被加工物に対してエキシマ
レーザ（ＫｒＦ）を照射した後の被加工部付近の断面の
様子を示している。

同図（１）の部分がエキシマレーザによって直線状に加
工された溝であり、下地基板が露出している。

この溝の両端付近（３）にはＩＴＯとアルカリブロッキ
ング層であるリンドープＳｉｎｇとの混合物が溶融後に
盛り上がって残っている。

この混合物による盛り上がりの高さは０．５〜１μｍも
あった。

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。

このような盛り上がりを緩和する手段としては、酸溶液
によるエツチング、超音波照射等が考えられるがいずれ
の場合も完全に盛り上がりを取り除くことはできず、不
完全であった。特に、酸溶液によるエツチングを行う場
合、盛り上がりの中にはリンドープＳｉｎｇも溶融した
状態で混在しているのでＨＦ溶液を使用するが、それに
より正常な（レーザ光による影響を受けていない）リン
ドープＳｉｎ、もエツチングされてしまうため、そのリ
ンドープＳｉＯ□上の、レーザ光によって影響を受けな
かったＣＴＦまでもが剥離してしまうという問題点もあ
った。

「発明の目的」 本発明は４００ｎｍ以下の波長を持つレーザ光にて基板
上の薄膜を加工し、パターニングする際に、被加工部付
近に残渣のない良好な被加工面を実現することを目的と
する。又、本発明の他の目的は半導体層或いは液晶層を
薄膜パターン上に形成する場合に生ずる問題、すなわち
下地のガラス基板に含まれるアルカリイオンがこれら半
導体層或いは液晶層へ侵入し、その性能を劣化させてし
まうことを効果的に防止した薄膜パターンの形成方法を
捉案することである。

ｒ発明の構成１ 上記の目的を達成するため、下地基板と被加工物である
薄膜との間に不純物が全くドーピングされていないＳｉ
Ｏ□層を設け、これに対して、４００ｎｍ以下の波長を
持つレーザ光を照射することによって加工溝端部に被加
工物残渣による盛り上がりをなくするものであります。

本発明においてはＳｉｎ、膜は下地、例えば基板の保護
が重要な目的であるから基板として用いられるソーダガ
ラスや被加工物、例えば透明導電膜よりも十分融点が高
く、かつ熱伝導率の小さいものであることが必要であり
、さらに加工した基板を太陽電池や液晶表示装置に用い
る場合には特にＮａに対するブロッキング性が必要であ
る。従って、ＳｉＯ’ｚ中にはリンやボロン等の融点を
下げるための不純物が添加されていないことが重要であ
り、例えば透明導電膜であるＩＴＯの融点は約９００°
Ｃであるのに対し、５ｉＱ２の融点は約１７００°Ｃで
あり、熱伝導率は５ｉＯ１はＩＴＯに比較して格段に小
さいのでレーザ光によってｒＴＯを溶融せしめても５ｉ
Ｏｚや基板にダメージが加わらず、従ってレーザ光のエ
ネルギー面におけるマージンが非常に大きいと言える。

さらにＣＴＦのエネルギーバンド巾が３〜４ｅＶである
のに対し、５ｉ（ｈのそれは７〜８ｅＶであるので波長
が４００ｎｍ以下の光はＣＴＦに吸収されＳｉＯ□は損
傷を受けないものである。従ってレーザ光照射後の盛り
上がりはＣＴＦ成分のみによって構成されるので盛り上
がりを緩和するための手段としての酸エツチングにおい
てＨＦを使用する必要がなくＩＩｃＩで十分であるため
エツチング時にＳｉＯ□がエツチングされず従ってＣＴ
Ｆの剥離現象も起こらない。そのうえ本発明で述べてい
るようなノンドープＳｉｎｇをＣＴＦの下地に使用した
場合には、レーザ光照射によって生ずる盛り上がりが多
孔質の構造を呈するためにエツチング、或いは超音波の
印加によって非常に剥離しやすいものである。

また、ＳｉＯ□膜の作製方法に特に指定はないが、例え
ばガラスを高周波スパッタリングする方法、ＣＶＤ法に
よる方法、またはアルコキシシランのアルコール溶液或
いはシラザンを基板上にスピンコードした後アニールす
る方法などがある。このように液状物質をスピンコード
する方法は、基板表面の平坦度を高くするため特に基板
表面の平坦度が要求される、例えば強誘電性液晶デイス
プレィ用基板等に最適である。

また本発明においてはＳｉｎ、膜だけでな（窒化珪素膜
も有効であることがわかった。

窒化珪素膜の作製方法としては例えばＣＶＤ法がある。

以上のような方法にて形成されたＳｉＯ□、或いは窒化
珪素膜を用いた場合、特に加工溝端部の盛り上がりが少
なく良好な加工後の表面が得られる。

以下に実施例を示す。

ｒ実施例１」 第３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（
４）（波長２４８ｎｍ、　Ｅｇ　＝　５．０ｅＶ）を用
いた。

このレーザは、第４図（Ａ）のように、初期の光ビム（
１１）は１６ｎｍ　Ｘ　２０ｍｍを有し、効率３χであ
るため、３５０　ｍＪを有する。さらにこのビームをビ
ームエキスパンダ（５）にて長面積比または大面積化し
た。

即ち、１６ｍｍ　Ｘ　３００ｍ−に拡大した（第４図（
１２））。

この際に５．６　Ｘｌ０−”ｍＪ／ｍｍ”をエネルギ密
度で得た。

次に２ｍｍ　Ｘ　３００ｎ＋ｍの間隔を有するスリット
（６）にレーザビームを透過させて２ＩＩＩ１１×３０
０ＩＩＩ１１のレーザビーム（１３）を得る。（第４図
（Ｃ））更に、合成石英製のシリンドリカルレンズ（７
）にて加工面での開溝中が２０μｍとなるべく集光した
。（第４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５図に示すように、長さ３０ｃｒａ、巾２０μのスリ
ット状のビーム（１４）を基板（９）上の被加工物（２
）に線状に照射し、加工を行い、開溝いを形成した。

本実施例の場合、被加工面として、青板ガラス（８）上
にスパッタ法によって形成したノンドープのＳｉＯ□膜
０１膜厚１約２００人を設け、このＳｉＯ□上にＩＴＯ
（酸化インジュームスズ）透明導電膜（２）が形成され
た物を用いた。

パルス光はＫｒＦエキシマレーザによる２４８ｍｍ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、透
明導電膜のみを選択的に加工し得るからである。

パルス巾２Ｏｎ秒、繰り返し周波数１〜１００Ｈｚ、例
えば１０Ｈｚで光照射を行った。

この被膜に加工を行うと、１回のみの線状のパルス光の
照射で開溝（５つのＣＴＦ）が白濁化され微粉末になっ
た。これをアセトン水溶液にての超音波洗浄（周波数２
９Ｋｌｌｚ）を約１〜１０分行いこのＣＴＦを除去した
。下地のソーダガラスはまったく損傷を受けていなかっ
た。

第５図は、基板上にスリット状のパルス光を照射し開溝
（１５，１６，１７・・・ｎ）を複数個形成したもので
ある。かくの如く１回のパルスを照射するのみで１本の
開溝を形成する。その後、Ｙテーブル（第３図（１０）
　）を例えば１５ｍｎ＋移動し、次のパルスを照射し溝
００を形成する。更に１５ｍｎ＋移動し、次のパルスを
照射し溝０７）を形成する。かくしてｎ回のパルスを加
えることにより、大面積に複数の開溝を設けｎ＋１分割
することができた。。

この加工結果の断面図を第２図に示す。この図より明ら
かなように溝（１）の両端付近には、第１図に見られた
ような溶融物の残渣が見られず、盛り上がりのないキレ
イな表面が得られている。

また、溝（１）の部分にはＳｉＯ□膜（２２）が残って
おり、下地の青板硝子（２１）にまで損傷させることは
なかった。

この後にこの溝によって分離されたＩ　Ｔ　Ｏ（２）間
に５０Ｖの直流電圧を加えて１７０間に流れる電流を１
００ケ所測定を行ったところ全て１〜２×１０−”Ａの
範囲の値であり、同様の条件で加工を行ったリンドープ
のＳｉＯ□膜が下地に設けられた基板の場合には加工溝
周辺に残る残漬物によってＩＴＯ間が微小リークしてお
り十分な絶縁性を持っていないことが判明した。

本実施例において下地のノンドープのＳＬＱ、膜は厚さ
約２００人としたが特にこの厚さに限定されるものでは
ない。ただし５０Å以下の厚さとした場合にはノンドー
プＳｉ０ｇ膜の効果がさほど大きくなく多少溝の両端に
残渣等がみられるのみで、５０人をこえる厚さが必要で
あった。また、ＳｉＯ□膜の形成方法は通常の方法で十
分使用可能であったが特に形成時の温度を高温例えば２
００°Ｃ以上とした場合はより良好な被加工面が得られ
た。

ｒ実施例２１ 実施例１と同様に第３図の系統図に示すエキシマレーザ
を用いて液晶デイスプレィ用基板を加工する際の実施例
を示す。

２００〜３００ｍＪ（本実施例では２５０ｍＪのエネル
ギー）を有する初期の光ビーム（１１）をビームエキス
パンダ（５）にて長面種化または大面積化した。即ち１
６ｍｍ　Ｘ　４００ｍｍに拡大した。（第４図（１２）
　）。

次に２　ｍｍ　Ｘ　４００＋ａｍの間隔を有するスリッ
ト（６）にレーザビームを透過させて２　ｍｍ　Ｘ　４
００ａｕｓのレーザビーム（１３）を得る。（第４図（
Ｃ））更に合成石英製のシリンドリカルレンズ（７）に
て加工面での開溝部が２０μｍとなるべく集光した（第
４図（Ｄ））。この時使用するスリットの巾は特に決ま
ってはいないが、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
被加工物の開溝部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６図に示す様に長さ４０ｃｍ巾２０ｔＩｍのスリット
状のビームを基板（３１）上の被加工物（３３）に線状
に照射し、加工を行い開溝（４１）を形成した。

本実施例の場合、被加工面として青板ガラス（３１）上
にスパッタ法によって形成したノンドープのＳｉＯ□膜
（３２）を厚さ１００人を設け、このＳｉＯ□上にＩＴ
　Ｏ（３３）が形成されたものを用いた。

パルス光は実施例１と同様にＫｒＦエキシマレーザによ
る２４８ｎｍの光とした。

パルス巾５０ｎ秒以下、本実施例においては２０ｎ秒、
繰り返し周波数１〜１００Ｈｚ、本実施例ではｌＯＨ２
で光照射を行った。

この被膜に加工を行うと１回のみの線状のパルス光の照
射で開溝部が白濁し、微粉末になった。

第６図は、基板上にスリット状のパルス光を照射し、開
溝を４８０個形成したものである（４１．４２・・・５
２０）。かくの如く１回のパルスを照射するのみで１本
の開口（４１）を形成する。その後、Ｙテーブル（第３
図（１０）　）を例えば３９０μｍ移動し、次のパルス
を照射し溝（４２）を形成する。かくして４８０回のパ
ルスを加えることにより、４８１分割することができた
。

この段階で盛り上がりを測定したところ４００〜５００
人であった。これをアセトンにて超音波洗浄（周波数２
９にＨ２）を１〜１０分、本実施例では５分行い、この
ＣＴＦを除去した。下地のソーダガラスはまったく損傷
を受けていなかった。またこの段階で再度盛り上がりに
関して測定を行ったところ１００人まで測定可能な装置
では測定不能であった。盛り上がりはなくたったものと
思われる。

ｒ実施例３１ 実施例２と全く同じ条件にて作製した基板を、実施例２
と全く同じ条件でレーザ光を照射した。

ただし本実施例においては、精密な調整の下で第７図に
示すように各加工部に対して１回ずつの照射を３回繰り
返し行った。（第７図は開溝の数が少ないが実際は４８
０個の開溝を形成した。）その結果、レーザ光照射直後
の盛り上がりに関する測定の結果、盛り上がりが１００
Å以下となり実施例２で用いた装置では測定不能となっ
た。つまり３回繰り返し照射した場合は、後工程の超音
波工程やエツチング工程なしで、１回照射の場合の超音
波工程後のものとほぼ同等になった。

ｒ効果ｊ 本発明によりレーザー加工において下地層との選択加工
において加工マージンが増し、より容易に加工できるこ
とになった。

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１７０間
の絶縁を十分にとることができた。

さらに本発明においては基板に含まれるアルカリイオン
を確実にブロッキングできるため、液晶デイスプレィや
半導体装置等に用いられる基板の加工方法として特に適
するものである。

また、本発明において、ノンドープのＳｉＯ□膜とは全
く不純物を有さない純粋のＳｉＯ□膜のみをさし示すの
ではなく、作製者が意図的に不純物を混入しないＳｉＯ
□膜を含むものであります。

本発明では開溝と開溝間の巾（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２０μ、
除去する部分を４００μとすることも可能である。

また、本発明の光学系において、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
チグレー夕、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来法の光加工方法の加工結果を示す。 第２図は本発明の光加工方法の加工結果を示す。 第３図は本発明で用いたレーザ加工系の概要を示す。 第４図はレーザ光のビーム形状を示す。 第５図、第６図、第７図は開溝の基板上での作製工程を
示す。 第 図 ／Ｑ 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下地基板と被加工物である薄膜との間に不純物が添
   加されていない酸化珪素膜を有する被加工面に対して４
   ００ｎｍ以下の波長を持つパルスレーザ光のビーム形状
   を光学系にて長方形に変化した後に更に光学系にて、前
   記レーザ光を集光し前記被加工面に照射することにより
   、開溝を形成することを特徴とした薄膜加工方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記被加工物薄膜
   は透光性導電膜であることを特徴とする薄膜加工方法。