JPS6342127A - 光加工方法 - 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」 本発明は、太陽電池、デイスプレィ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光による直接描画を行う選択
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１．０６μｌ１１）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（
１，０６μｍ）Ｌ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Ｃ
ＴＦ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０．５〜七（
光径５０μｍ、焦点距離４０ｍｍ、パルス周波数３Ｋ）
ｌｚ、パルス中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、このレーザ光シこより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、マイクロクランクを発生
させてしまった。

「発明の解決しようとする問題」 このＹ　Ａ　Ｇ　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ＣＴＦ材料が十分に微粉末化し
ていないため、ＣＴＦのエツチング溶液（弗化水素系溶
液）によりエツ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５９−２１１
７６９　（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。

ｒ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１５０　μｍ）、長さ１０〜６００１１１例えば３
０ｃｍ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（、本発明に示される４００ｎ
ｍ以下の波長のパルス光（パルス巾５００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（１，０６μｌ１１）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の巾の線状の開講を作ることはさらに不可
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１
００　ＩＪｍ　Ｘ３０ｃｍの巾に対し２０　ｐ　ｍ　Ｘ
　３０ＣＩ１１の掘細の開講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、ビーム光中が２０μ
ｍの場合、照射面のズレが±３０μｍ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、１００　μｍ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
照射することにより、線状の開講を１０〜６０ｃｍ例え
ば３０ｃｍの長さにわたって加工し、がっ開溝中を球面
収差の無視できる１０〜３０１１ｍ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、同時にマスクと被加工
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
工物のエツチング、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、マスクの配設すした位置はレ
ーザ光が十分集光される以前のレーザ光であるため、被
加工物を加工するの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２４８　ｎ
ｍ、Ｅｇ　＝５．０ｅＶ）を用いた。すると、初期の光
ビーム（２０）は１６　ｍ　ｍ　ｘ　２０　ｍ　ｍを有
し、効率３χであるため、３５０ｍＪヲ有スる。さらに
このビームをビームエキスハンタ（２）にて長面種化ま
たは大面積化した、即ち１６ｏ＋ｍ　Ｘ　３００ｍｍに
拡大したく第２図（２１））。

この装置に５．６　Ｘｌ０−”ｍＪ／ｍｍ”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
開溝中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、Ｍｏ５ｉ＝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、中２０μのスリット状のビーム
（２２−２）を基板（１０）上の被加工物（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ＫｒＦ　２４８ｎｍとした。なぜなら、その
光学的エネルギバンド巾が５．ＯｅＶ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、操り返し周波数１〜１００Ｈｚ、例
えば１０　ｔ（ｚ、また、被加工物はガラス基板上のＣ
ＴＦ（透光性導電膜）である酸化スズ（ＳｎＯｚ＋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２９Ｋｔ（ｚ）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（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−１）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
である。更に第２図（Ｃ−４）は１つの（２２−２）と
隣の開講（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、基板上にスリー／　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、次のパルス（７）を加える。か（
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２添加された酸化イ
ンジューム）を１０００人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Ｉｏｎ
秒、平均出力２．３ｍＪ／ｍｍ”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
、この開講により残った１７０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講を作製する場合、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バ
ターニーグを行う場合に比べて、工程数が７エ程より２
工程（光照射、洗浄）となり、かつ作業時間を５分〜１
０分とすることができて、多数の直線状開講を作る場合
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）、ブリベータ、露
光、エンチング、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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 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または長面積化し、シリンドリ
   カルレンズにより線状のパルス光とせしめ、被加工面と
   前記シリンドリカルレンズとの間にマスクを配設し、該
   マスクのパターンにより決められた前記レーザ光を前記
   被加工面に照射することにより、前記加工面上に線状の
   開溝を形成せしめることを特徴とする光加工方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、線状の開溝はその
   一部が他部に比べ太めに形成されたことを特徴とする光
   加工方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、被加工面は基板上
   の透光性導電膜であることを特徴とする光加工方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、パルスレーザ光は
   ５０ｎ秒以下のパルス巾を有するエキシマレーザ光が用
   いられたことを特徴とする光加工方法。