JPH0652727B2

JPH0652727B2 - 光加工方法

Info

Publication number: JPH0652727B2
Application number: JP61186199A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 晃間瀬; 寛幸坂寄
Original assignee: 株式会社半導体エネルギ−研究所
Priority date: 1986-08-08
Filing date: 1986-08-08
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS6342127A

Description

【発明の詳細な説明】『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、マス
クのみを用いて線状に紫外線光による直線描画を行う選
択加工法に関する。

『従来技術』透光性導電膜のフォトレジストを用いることのない光加
工に関し、レーザ加工技術としてYAGレーザ光（波長1.0
6μｍ）法が主として用いられている。

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は、被加工物の熱伝導
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、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が1.23eV(1.06μ
ｍ）しかない。しかし、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に対してYAGレーザ光は十
分な光吸収性を有していない。また、YAGレーザのＱス
イッチを用いるレーザ加工方式においては、パルス光は
平均0.5〜1W（光径50μｍ、焦点距離40mm、パルス周波
数3KHz、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てしまっ
た。

『発明の解決しようとする問題』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かえるため、下地基板に発生
する微小クラックは、レーザ光の円周と類似の形状を有
し、「鱗」状に作られてしまった。

また、YAGレーザのＱスイッチを用いる方式はその尖頭
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ェックを必要とした。

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CTF材料が十分に微粉末化してい
ないため、CTFのエッチング溶液（弗化水素系溶液）に
よりエッチングを行わなければならなかった。

本発明は、本発明人の出願になる「特願昭59−211769
（昭和59年10月８日出願）光加工方法」をさらに改良し
たものである。

『問題を解決するための手段』本発明は、上記の問題を解決するものであり、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、50〜200μｍの巾（例えば150μｍ），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、その線状のパターン全面
を同時に瞬間的に加工する。かくの如く、本発明に示さ
れる400nm以下の波長のパルス光（パルス巾50nm秒以
下）を線状に照射することにより、CTFでの光エネルギ
の吸収効率をYAGレーザ(1.06μｍ）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、本発明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矩形の大面
積化または長面積化する。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10〜30μｍ例えば20μｍ
の巾の線状の開溝を作ることはさらに可能になる。この
ため、本発明においては球面収差があまり問題にならな
い100μｍにまで集光せしめた後、所定のパターン巾例
えば20μｍとするように被加工面より離れた位置にマス
クを配設した。

その結果、このマスクのパターン形状により、例えば10
0μｍ×30cmの巾に対し20μｍ×30cmの極細の開溝パタ
ーンをその周辺部のエッヂを明確にして作り得る。更
に、ビーム光巾が20μｍの場合、照射面のズレが±30μ
ｍの「ゆらぎ」に対しても所定の位置精度を与えること
ができる。またパターンの一部をこの場合、100μｍま
での範囲で太めの巾にすることも可能となる。

『作用』１回または数回のパルス光を同じ個所にマスクを通して
照射するにより、線状の開溝を10〜60cm例えば30cmの長
さにわたって加工し、かつ開溝巾を球面収差の無視でき
る10〜30μｍの極細の形状に作り得る。またYAGレーザ
光のＱスイッチ方式ではなく、パルス光のレーザ光を用
いるため尖端値の強さを精密に制御し得る。

結果として下地基板であるガラス基板に対し、損傷を与
えることなくして被加工物例えばCTFのみのスリット状
開溝の選択除去が可能となり、同時にマスクを被加工物
との間を真空、クリーンエアまたは窒素を注入すること
により、被加工物のレーザ光照射により生じる飛翔物を
マスク下面に付着させることなく、下方向に積極的に落
下せしめ、防ぐことができる。

また開溝を形成した後の被加工部に残る粉状の残差物
は、アルコール、アセトン等の洗浄液による超音波洗浄
で十分除去が可能であり、いわゆるレジストコート、被
加工物のエッチング、レジスト除去等の多くの工程がま
ったく不要となり、かつ公害材料の使用も不要となっ
た。

加えて、マスクは被加工物より離間しているため、マス
クの損傷が少ない。また、マスクの配設された位置はレ
ーザ光が十分集光される以前のレーザ光であるため、被
加工物を加工するには十分大きいエネルギ密度であって
もマスクにとってはまったく損傷を与えないエネルギ密
度を選ぶことができる。

『実施例１』第１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。エキシマレーザ(1)（波長248nm,Eg＝5.0
eV)を用いた。すると、初期の光ビーム(20)は16mm×２
０mmを有し、効率３％であるため、350mJを有する。さ
らにこのビームをビームエキスパンダ(2)にて表面積化
または大面積化した、即ち16mm×300mmに拡大した（第
２図(21))。この装置に5.6×１０^-2mJ／mm²をエネルギ
密度で得た。

更に合成石英製のシリンドリカルレンズにて加工面での
開溝巾がマスクを用いない場合100μｍとなるべく集光
した。石英の板のマスク(3)を用いた。このマスクの下
側にクロム、MoSi₂等の耐熱性遮光材(3′）が選択的に
設けられ、マスクを構成している。ここで集光光(22−
1)より選択的に一部の光(22−2)を選び、被加工面(10)
に照射している。

かくして長さ30cm、巾20μのスリット状にビーム(22−
2)を基板(10)上に被加工物(11)に線状に照射し、加工を
行い、開溝(5)を形成した。

被加工面として、ガラス状の透明導電膜(Eg＝3.5eV)を
有する基板(10)に対し、エキシマレーザ（Questec Inc.
製）を用いた。

パルス光はKrF248nmとした。なぜなら、その光学的エネ
ルギバンド巾が5.0eVであるため、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20n秒、繰り返し周波数１〜100Hz、例えば10H
z、また、被加工物はガラス基板上のCTF（透光製導電
膜）である酸化スズ(SnO₂)を用いた。

この被膜に加工を行うと、１回のみの線状のパルス光の
照射でスリット(5)が完全に白濁化されCTFが微粉末にな
った。これをアセトン水溶液にての超音波洗浄（周波数
29KHz)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２図は第１図におけるレーザビーム光の状態を解説し
たものである。即ち、レーザ光より照射された状態は第
２図(A)の矩形(20)となる。これがエキスパンダにて長
さ方向に拡大(21)され、第２図(B)を得る。さらにフォ
トマスクにより一部周辺(22−1)が除去され、極細の開
溝(22-2)が第２図(C−1)・・・(C−4)に示された如くに
形成される。ビーム光(22−1)の巾は100μｍとし、マス
クで一部が遮光されたビームの巾は(22−2)の20μｍと
した。この時、単純に中央部のみマスクで選択すると第
２図(C−2)を得る。また端部を太くすると第２図(C−2)
を得る。この図面において、端部にはマスクがない場合
である。端部を太くしつつもこの太さ、形状をマスクで
規定すると第２図(C−3)となる。第２図(C−3)，(C−4)
は第２図(C−1)，(C−2)に比べわかりやすくするため、
図面を拡大してある。更に第２図(C−4)は１つの(22−
2)と隣の開溝(22′−2)とを有し、それらは太くした部
分(23)，(24)にて一部を互いに重なり合わせて縦に連続
させたものである。この(23)，(24)の繰り返しにより、
縦方向の開溝をも作ることが可能となる。

第３図は、基板上にスリット状のパルス光(5,6,7・・・
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１図(25)）を例えば15mm移動し、次のパル
ス(6)を加える。更に15mm移動し、次にパルス(7)を加え
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ｎ分割することにより成就した。

『実施例２』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ITO(酸化スズが５重量％添加された酸化インジ
ューム）を1000Åの厚さに電子ビーム蒸着法によって形
成し被加工面とした。

この面を下面とし、真空下（真空度10^-5torr以下）と
し、400nm以下の波長のパルス光を加えた。波長は248nm
(KrF)とした。パルス巾10n秒、平均出力2.3mJ／mm²とし
た。すると被加工面のITOは昇華し、下地の半導体が損
傷することなく、この開溝により残ったITO間を絶縁化
することができた。

その他は実施例１と同じである。

「効果」本発明により多数のスリット状開溝を作製する場合、例
えば15mm間隔にて20μの巾を製造すると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−ニーグを
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５分〜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。

即ち、本発明は被加工面より十分離れた位置にフォトマ
スクを配設して用い、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、マスクの寿命が長
い。フォトレジストのコート（塗布），プリベーク、露
光、エッチング、剥離等の工程がない。またマスクを用
いるため、任意のパターンを形成させ得る。

本発明で開溝と開溝間の巾（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。この場合、
集光スリットの巾を15μより50〜100μとすると生産性
向上に有効である。

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
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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光加工方法の概要を示す。第２図は光のパターンの変化を示す。第３図は開溝の基板上での作製工程を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】400nm以下の波長のパルスレーザ光を、ビ
ームエキスパンダにて大面積化し、シリンドリカルレン
ズにより直線状断面を有するパルス光とし、該パルス光
を前記直線状断面に平行な直線状パターンを有するマス
クに透過させて被照射面に照射することを特徴とする光
加工方法。
【請求項２】400nm以下の波長のパルスレーザ光を、ビ
ームエキスパンダにて大面積化し、シリンドリカルレン
ズにより直線状断面を有するパルス光とし、該パルス光
を前記直線状断面に平行な直線状パターンを有するマス
クに透過させて被照射面に照射する工程と、前記照射に
連動して被照射面を前記直線状断面を有するパルス光の
照射方向に対して垂直に移動する工程とを有することを
特徴とする光加工方法。