JPWO2005045911A1 - パターン形成方法、およびこれにより製造される電子回路、並びにこれを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献13では、ウェットプロセスを用いることなく確実にパターニングを行い、薄膜パターンの微細化及びプロセスの短縮化、簡略化をはかることを目的として、「基体の表面上にステンシルをパターン形成した後、上記ステンシル上に成膜すべき薄膜を被着して、上記基体の裏面側からエネルギービームを照射して、上記ステンシルを剥離させて上記薄膜をパターニングすることを特徴とする薄膜パターン形成方法」が開示されている。
また、特許文献14では、レジスト膜の現像と残留レジストの剥離、および金属薄膜や半導体薄膜あるいは絶縁耐薄膜の加工を完全ドライプロセスで行うことを目的として、「液晶表示素子を構成するための金属膜、誘電体絶縁膜、半導体膜の薄膜、ないしは前記薄膜の一部がパターン状に形成された多層膜を成膜したガラス基板上にウレタン結合および/またはウレア結合をもつ高分子材料から構成したレジスト膜を塗布し、所定の開口パターンを有するマスクを介してエキシマレーザーを照射して照射部分のレジスト膜をアブレーション現象により除去することで前記マスクの開口パターンに対応して前記薄膜を露出したレジスト膜パターンを形成し、前記レジスト膜パターンで露出された前記薄膜にエッチング処理を施して除去した後、エキシマレーザーを照射して残留レジスト膜をアブレーション現象により除去することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。」が開示されている。
また、前記マスク層の前記第2のレーザ光に対する吸収率が、前記基板および前記薄膜層の前記レーザ光に対する吸収率の2倍以上であることが好ましく、前記マスク層の前記第2のレーザ光に対する吸収率が、70%以上であることが好ましく、前記マスク層が、黒色顔料もしくは黒色染料を10〜99質量%(成膜中で)含有する材料で構成されていることが好ましく、上記マスク層は、基板上に液状のレジストを塗布する、または、基板上にフィルム状のレジストを積層することにより形成されることが好ましく、上記マスク層は、減圧下で形成されることが好ましく、上記マスク層は、エポキシ化合物、ポリエチレン化合物、ポリイミド化合物、四フッ化エチレン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
また、本発明のパターン形成方法においては、上記マスク層が、有機材料で構成されていることが好ましく、これにより、低いエネルギー量でマスク層を剥離できるという効果を奏する。
また、本発明のパターン形成方法においては、上記マスク層が、無機材料で構成されていることが好ましく、これにより、薄膜で形成できるため、より細かいパターンが得られるという効果を奏する。
さらに、本発明のパターン形成方法においては、上記マスク層が、黒色顔料もしくは黒色染料を10〜99質量%含有する材料で構成されていることが好ましく、これにより、上記マスク層のレーザ光に対する吸収率が増加することから、エネルギー密度の低いレーザ光によっても十分にパターン形成(開口部形成)および剥離ができるという効果を奏する。
また、本発明のパターン形成方法においては、上記マスク層の上記第1および/または第2のレーザ光に対する吸収率が、70%以上であることが好ましく、これにより、より選択的に不要なマスク層を剥離できるという効果を奏する。
2・4 マスク層
3 薄膜(薄膜層)
5 絶縁層
6 ガラス基板(基板)
9 電極(薄膜層)
10 配線パターン(薄膜層)
13 レジストフィルム(マスク層)
17 金属薄膜層(薄膜層)
20 ガラス基板(基板)
22 透明電極(薄膜層)
23 バス電極(薄膜層)
また、マスク層を第2のレーザ光照射により剥離させることもできる。例えば第2のレーザ光としてエキシマレーザ光やYAGレーザ光、等を用いて、アブレーションと熱エネルギーとの併用によってマスク層2を蒸発除去する方法を挙げることができる。この場合、露光・現像・洗浄を行わずに、露光時点で直接除去することができるため、非常に効率よく加工することができる。
以下に、本発明のパターン形成方法に用いる基板、マスク層、レーザ光および薄膜層について詳述する。
上記基板は、後述するレーザ光を透過する材料(本発明においては透過率80%以上の材料)で構成されていれば特に限定されず、その具体例としては、ガラス基板が好適に挙げられる。
上記基板が後述するレーザ光が透過する材料で構成されていれば、上記開口部形成工程において、1回のレーザ光照射で確実に開口パターンを形成することができ、また、上記剥離工程において、マスク層および薄膜層が形成されていない基板側からのレーザ光照射で不要なマスク層を剥離することができる。
上記マスク層は、後述するレーザ光の照射で除去可能な、いわゆるアブレーションを引き起こす材料(以下、単に「マスク層形成材料」ともいう。)で構成されていれば特に限定されず、有機材料で構成されていても無機材料で構成されていてもよい。なお、本発明においては、このようなマスク層形成材料は、開口パターンの形成を後述するレーザ光のみを用いた乾式条件下で行うため、感光性でなくてもよい。
このような有機材料としては、具体的には、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、四フッ化エチレン樹脂等が挙げられる。
このような無機材料としては、基板側よりレーザ光を照射する場合、Cr層/CrOx層(/基板側)、基板と反対側のマスク層側よりレーザ光を照射する場合、CrOx層/Cr層(/基板側)等が挙げられ、他にC(カーボン)層が例示される。また前記Cr層およびCrOx層とはN(窒素原子)やC(炭素原子)を少量(10質量%以下)含んでいてもよい。これらのうち、Cr層/CrOx層であるのが、得られるマスク層の耐久性と吸光率に優れる理由から好ましい。
ここで、黒色顔料および/または黒色染料は、マスク層のレーザ光に対する吸収率を上昇させる化合物であれば特に限定されず、その具体例としては、カーボンブラック、チタンブラック、硫化ビスマス、酸化鉄、アゾ系酸性染料(例えば、C.I.Mordant Black17)、分散系染料、カチオン系染料等が好適に挙げられる。これらのうち、カーボンブラック、チタンブラックであるのが全てのレーザ光に対して高い吸収率を有する理由から好ましい。
このような黒色顔料およびまたは黒色染料を10〜99質量%含有するマスク層を用いることにより、後述するレーザ光に対する吸収率が増加することから、エネルギー密度の低い(例えば、0.1〜1J/cm2程度)レーザ光によっても十分にパターン形成(開口部形成)することができ、かつマスク層を剥離させることができる。これにより、基板上に残存させる薄膜層に確実にダメージを与えずに不要なマスク層のみを容易かつ確実に剥離することができる。
また、本発明のパターン形成方法においては、上記マスク層の後述する第1および/または第2のレーザ光に対する吸収率が70%以上であることが、効率よくレーザ加工できるという理由から好ましい。
さらに、本発明のパターン形成方法においては、上記マスク層の膜厚は、後述するレーザ光により開口部を形成する観点から、有機材料で構成されている場合は5〜8μmであることが好ましく、無機材料で構成されている場合は0.01〜2μmであることが好ましい。
第1のレーザ光および第2のレーザ光は、波長が500〜1500nm、エネルギー密度が0.1〜5J/cm2、好ましくは0.5〜3J/cm2のレーザ光を用いるのが、開口部を効率よく形成でき、かつ残渣なくマスク層を剥離することができ好ましい。このようなレーザ光としては、具体的には、YAGレーザ光(波長:1064nm)、YAGレーザ光(波長:532nm)等が挙げられる。
また、マスク層が、黒色顔料および/または黒色染料を10〜99質量%、好ましくは20〜99質量%含有するマスク層形成材料で構成されている場合、波長が500〜1500nm、エネルギー密度が0.1〜1J/cm2のレーザ光を用いるのが好ましい。このようなレーザ光としては、具体的には、YAGレーザ光(波長:1064nm)、YAGレーザ光(波長:532nm)等が挙げられる。
このようなレーザ光を用いることにより、上記剥離工程において、基板上に残存させる薄膜層にダメージを与えずに上記マスク層のみを容易にかつ確実に剥離することができる。なお、第1のレーザ光および第2のレーザ光の波長、エネルギー密度等は同じであっても異なっていてもよい。
薄膜層は、上述したレーザ光の照射で不要なマスク層が剥離される場合に、アブレーションを引き起こさない材料で構成されていれば特に限定されず、その具体例としては、金属、半導体、ガラス、セラミックス等の無機材料を挙げることができる。
具体的には、金属としては、Cr、Cu、Au、Ag、Pt、Pd、Sn、Al、Ti、Ni、Wおよびこれらの化合物からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましく、半導体としては、Si、Ge、Al、Ga、As、In、P、Sbから2つ以上選び出した組み合わせからなる化合物半導体であることが好ましく、ガラスまたはセラミックスとしては、SiO2、SiN、Bi2O3、PbO、In2O3、SnO2、SiC、ZnO、Al2O3、TiO2、Ta2O5、Sb2O3およびこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
これらのうち、SnドープIn2O3(ITO)を用いるのが、透明性および抵抗値の観点ならびにディスプレイパネル用の電極に好適に用いることができる観点から好ましい。
薄膜層の形成方法は限定されないが、スパッタ法により形成されるのが好ましく、スパッタ法によればマスク層にあけられた開口部に容易に薄膜層が形成できる。
一方、上記マスク層形成工程前に第2の薄膜層の形成を行った場合には、後述する第3のレーザ光の照射による該第2の薄膜層のダイレクトパターニングは、薄膜3を形成するためのマスク層の形成前に(すなわち、基板1上に第2の薄膜層のみが形成された状態で)行ってもよく、薄膜3の形成後に(すなわち、第2の薄膜層上の薄膜3が本発明のパターン形成方法によってパターン化された後に)行ってもよい。なお、上記マスク層形成工程前に第2の薄膜層の形成を行う場合において、第2の薄膜層のダイレクトパターニングを薄膜3の形成後に行う場合は、薄膜3を形成するためのマスク層は、基板1上ではなく、加工する前の(パターン形成されていない)第2の薄膜上のみに形成すればよいため、さらに一層効率的かつ高精度のパターンを形成することが可能となる。
本実施例では、LSI(Large−Scale Integration)を高密度に搭載した高密度電子回路モジュールを作成するために、薄膜を用いた電極および配線を形成する工程に適用する例について図6ないし図10に基づいて説明する。図6は、2個のLSIが搭載された薄膜回路パターンの一部を示す断面図である。図6に示すように、ガラス基板6の上には、12個の端子を有するLSI7と接続剤8を介して接続されている電極9と、電極9間をつなぐ配線パターン10とが形成されている。図7は、2個のLSI7を搭載する前の、電極9と配線パターン10とを部分的に示した平面図である。なお、図6は、図7におけるA−A’線矢視断面図である。図8は、図7で形成した配線パターン10を絶縁層11で覆い、電極9のみを露出させた状態を示す平面図であり、高密度電子回路モジュールが完成した状態を示している。
次に、第2の実施例に係るパターン形成方法について、フラットパネルディスプレイの代表として、プラズマディスプレイ(以下、「PDP」と称する)を一例に挙げて図11ないし図14に基づき説明する。図11は、PDPの表示面側のガラス基板20上に形成された代表的な電極配線パターンを示している。図12は、図11の点線円部21を拡大した図を示している。電極の典型的な構成としては、ITOやSnO2等からなる透明電極22と、電源供給ラインとしてのCr/Cu/CrやCr/Al/Cr等からなるバス電極23とが一体となって、表示画素数に対応した多数の直線状パターンからなっている。図13および図14に示す本実施例の電極配線パターンにおいては、透明電極22およびバス電極23の2層を形成するものであり、いずれの層も図9および図10とほぼ同様の工程で作ることができる。ただし、透明電極パターン(SnO2)を形成した後に、透明電極22上のバス電極(Cr/Cu/Cr)パターンを形成する際、透明電極22上のレジストフィルムの接着力とガラス基板20上のレジストフィルムの接着力とが異なるため、実施例1に比較して、紫外線強度を1.5倍程度上げて照射し、レジストフィルムが完全に剥離できる条件で行う。これにより、透明電極22を介してもいわゆるドライ・リフトオフ法で所望の薄膜回路パターンが形成される。
実施例に係るパターン形成方法について、フラットパネルディスプレイの代表として、PDPを一例に挙げて図9〜図14に基づき説明する。
ここで、図11は、PDPの表示面側のガラス基板上に形成された薄膜回路パターン(電極配線パターン)の概略構成を示す平面図である。図12は、図11の点線円部21を拡大した概略構成を示す平面図である。
また、本実施例の電極配線パターンは、図13または図14(それぞれ実施例3における薄膜回路パターンの概略構成を示す断面図)に示すように、透明電極22およびバス電極23の2層を形成したものであり、具体的には、ITOからなる透明電極(薄膜層)22と、電源供給ラインとしてのCr/Cu/Crからなるバス電極(薄膜層)23とが一体となって、表示画素数に対応した多数の直線状パターンからなっている。
なお、本実施例においては、マスク層として、カーボンブラックを40質量%含有するアクリル系樹脂からなるマスク層形成材料からなるフィルム(以下、単に「マスクフィルム」という。)を用い、レーザ光として、波長が1064nm、エネルギー密度が0.5J/cm2のYAGレーザ光を用いる。
図9および図10に示すように、薄膜回路パターンは、(1)マスクフィルムの貼り付け工程(図9(a)・(b))、(2)レーザ光照射による開口パターン形成工程(図9(c))、(3)薄膜成膜工程(図10(a))、(4)レーザ光照射によるマスク層の剥離工程(図10(b))を具備する。
具体的には、まず、ガラス基板11上に、厚さ25μmのマスクフィルム13をフィルムラミネータ12で均一に貼り付ける(図9(b))。次に、ガラス基板11を減圧チャンバ14に入れて、YAGレーザ光を、減圧チャンバ14の開口窓から回路パターンマスク15を介して照射する(図9(c))。これにより、マスクフィルム13の開口パターンの断面形状が逆テーパ形状となった。その後、このガラス基板11をスパッタ成膜装置16に入れ、ガラス基板11およびマスクフィルム13上に、薄膜層17をスパッタ成膜により形成する(図10(a))。この薄膜層17の厚さは約2〜3μmであり、該薄膜層17は、マスクフィルム13上とガラス基板上11とに完全に分離して成膜される。
次いで、レーザ光をマスク層が形成されていない基板側から照射することにより、マスク層とマスク層上に形成された薄膜層とを剥離する(図10(b))。レーザ光の波長およびエネルギー密度は、マスク層の開口パターンを形成した場合と同様である。こうして、透明電極およびバス電極を上記工程により作成することで図13または図14の電極配線パターンを形成する。
図12に示すように、回路パターンマスクを用いて複数の層からなる薄膜層を形成する場合、開口パターンの端部からわずかにスパッタ原子が染み出して成膜されるため、薄膜は層のエッジが丸くなるように成膜される。さらに、後から成膜される層は、下層の端部を覆うように成膜される。特に、Cr/Cu/Crからなるバス電極23の場合には、酸化・腐食し易いCuをCrが最後に覆うため、Cuが露出しないという大きなメリットが期待できる。そして、図13に示す実施例はエッチングする必要がないので、これまでエッチングが難しく、製品適用が十分でないAuやSnO2などに対しても適用できるという大きなメリットがある。
Claims (33)
- 基板上にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
上記マスク層に開口部を形成する開口部形成工程と、
上記基板上およびマスク層上に薄膜層を形成する薄膜層形成工程と、
上記マスク層および/または該マスク層上に形成された薄膜層を基板から剥離する剥離工程とを含むパターン形成方法であって、
上記開口部形成工程は、乾式条件下で行われることを特徴とするパターン形成方法。 - 上記開口部は、マスク層に第1のレーザ光を照射することにより形成される請求項1に記載のパターン形成方法。
- 上記開口部は、マスク層に第1のレーザ光を前記基板側から照射することにより形成される請求項2に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層の前記第1のレーザ光に対する吸収率が、前記基板および前記薄膜層の前記レーザ光に対する吸収率よりも大きい請求項2または3に記載のパターン形成方法。
- 前記第1のレーザ光が、波長が500〜1500nm、エネルギー密度が0.1〜5J/cm2のレーザ光である請求項2、3または4に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層の前記第1のレーザ光に対する吸収率が、前記基板および前記薄膜層の前記レーザ光に対する吸収率の2倍以上である請求項2ないし5のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層の前記第1のレーザ光に対する吸収率が、70%以上である請求項2ないし6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記剥離工程は、乾式条件下で行われる請求項1ないし7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記剥離工程において、マスク層および/または該マスク層上に形成された薄膜層を、接着部材で接着して剥離する、または減圧吸引することにより剥離する請求項1ないし7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記剥離工程において、マスク層および/またはマスク層上に形成された薄膜層を、第2のレーザ光を照射することにより剥離する請求項1ないし7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層の前記第2のレーザ光に対する吸収率が、前記基板および前記薄膜層の前記レーザ光に対する吸収率よりも大きい請求項10に記載のパターン形成方法。
- 前記第2のレーザ光が、波長が500〜1500nm、エネルギー密度が0.1〜5J/cm2のレーザ光である請求項10または11に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層の前記第2のレーザ光に対する吸収率が、前記基板および前記薄膜層の前記レーザ光に対する吸収率の2倍以上である請求項10、11または12に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層の前記第2のレーザ光に対する吸収率が、70%以上である請求項10ないし13のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層が、黒色顔料もしくは黒色染料を10〜99質量%含有する材料で構成されている請求項1ないし14のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記マスク層は、基板上に液状のレジストを塗布する、または、基板上にフィルム状のレジストを積層することにより形成される請求項1ないし15のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記マスク層は、減圧下で形成される請求項1ないし15のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記マスク層は、エポキシ化合物、ポリエチレン化合物、ポリイミド化合物、四フッ化エチレン化合物からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項1ないし17のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記剥離工程の前に、基板とマスク層との接着力を低下させる接着力低下工程を含む請求項1ないし18のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記接着力低下工程では、マスク層に光を照射する、および/または、マスク層を加熱する請求項19に記載のパターン形成方法。
- 上記薄膜層は、マスク層の端部を露出するように形成される請求項1ないし20のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記薄膜層は、気体存在下または減圧下で形成される請求項1ないし21のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記薄膜層は、スパッタ法で形成される請求項1ないし22のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記薄膜層は、金属、ガラスおよびセラミックスから選ばれる少なくとも1つである請求項1ないし23のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記薄膜層は、Cr、Cu、Au、Al、Ti、Ni、Wおよびこれらの化合物からなる群、並びに、SiO2、SiN、Bi2O3、PbO、In2O3、SnO2、SiC、ZnO、Al2O3、TiO2、Ta2O5、Sb2O3およびこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも1つである請求項1ないし24のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 上記マスク層形成工程の前、または、上記剥離工程の後に、基板上にさらに第2の薄膜層を形成するとともに、該第2の薄膜層に第3のレーザ光を照射することによって、第2の薄膜層の一部を除去する請求項1ないし25のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 基板上にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
第1のレーザ光を照射して前記マスク層に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記基板上および前記マスク層上に薄膜層を形成する薄膜層形成工程と、
第2のレーザ光を照射して前記マスク層を前記基板上から剥離する剥離工程とを具備し、
前記マスク層の前記第1および第2のレーザ光に対する吸収率が、前記基板および前記薄膜層の前記レーザ光に対する吸収率よりも大きいパターン形成方法。 - 前記薄膜層がスパッタ法により成膜される請求項27に記載のパターン形成方法。
- 前記マスク層が、黒色顔料もしくは黒色染料を10〜99質量%含有する材料で構成されている請求項27または28に記載のパターン形成方法。
- 前記第1および第2のレーザ光が、波長が500〜1500nm、エネルギー密度が0.1〜5J/cm2のレーザ光である請求項27〜29のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記第1および第2のレーザ光が、波長が500〜1500nm、エネルギー密度が0.1〜1J/cm2のレーザ光である請求項30に記載のパターン形成方法。
- 請求項1ないし31のいずれか1項に記載のパターン形成方法を用いて製造されることを特徴とする電子回路。
- 請求項32に記載の電子回路を用いてなることを特徴とする電子機器。
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