KR910000720B1 - 유리 기판위에 얇은 필름패턴을 형성시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

유리 기판위에 얇은 필름패턴을 형성시키는 방법
제1도는 본 발명을 형성시키는 레이저 스크라이빙 조립체(laser scribing assembly)를 나타낸 조직적인 다이어 그램이다.
제2a도 내지 제2d도는 본 발명에 따른 레이저 빔의 형성 과정을 단면으로 나타낸다.
제3a도 및 제3b도는 본 발명에 따른 얇은 필름패턴의 제조공정을 나타내는 평면도 및 단면도이다.
제4a도 내지 제4d도는 본 발명에 따른 액체 결정에 적합한 얇은 필름패턴을 보유하는 유리기판의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
제5a도 내지 제5b도는 레이저 스크라이빙에 의해 형성되는 홈(groove)의 형상의 미시적인 사진이다.
제6a도 및 제6b도는 제5a도 및 제5b도에서 나타낸 형상에 따른 조직적인 단면도이다.
본 발명은 유리기판위에 얇은 필름패턴을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
사진 평판술은 기판위에 얇은 필름패턴을 형성시키는 잘 알려진 기술이다. 상기 기술은 기본 표면에 손상을 유발함이 없이 얇은 필름의 일부분을 제거하는데 편리하며 유리한 기술이다. 그러나, 상기 방법에 따라 형성공정을 끝마치는데 여러 단계가 필요하다. 즉, 기판위에 처리된 얇은 필름을 형성한 후에, 감광성 내식막이 형성된다 : 얇은 필름은 마스크로서 형성된 감광성 내식막에 부식제를 필요로 하며, 다음에 상기 감광성 내식막은 제거된다.
레이저 스크라이빙 기술은 고속으로 스크라이빙을 시행할 수 있는 저렴한 형성 방법으로서 이 기술분야에서 잘알려진 방법이다. YAG레이저(적외선 1.06마이크론)는 상기 목적에 일반적으로 사용되어온 대표적인 레이저이다.
그러나, 상기 레이저의 광학 에너지는 단지 1.23eV이기 때문에, 약 3 내지 4eV의 광학에너지 갭을 지니는 주석 산화물, 인듐산화물(or ITO), 산화 아연등은 YAG레이저에 의해 효과적으로 사용되지 못한다. 반면에 투명성 전도성 산화물(CTO)필름은 일반적으로 상기 물질부류로 되어 있다.
상기 레이저 스크라이빙 방법은 또다른 단점을 지닌다. 이온 블록킹 필름(ion blocking frlm)을 구비하는 소오다 석회유리위에 형성된 투명한 전도성 필름은 그위에 전극 패턴을 형성하기 위해 제거되고, 이온 블록킹 필름 및 유리기판은 함께 부분적으로 제거되고, 따라서 유리기판의 표면이 노출된다. 실제로, 액체 결정 장치 제조의 경우에, 장치에 포함된 액체결정 물질은 유리 기판으로부터 도입된 나트륨 이온에 의해 오염된다. 더 나아가, 상기 스크라이빙은 표면위에 요철을 형성시킬 뿐아니라 제거부분의 가장자리에 잔존물을 형성시키는데, 상기 잔존물은 0.5 내지 1마이크론의 높이까지 축적된다. 상기 요철은 액체결정 장치에 대한 적용뿐만 아니라 라미네이트 공정(laminate process)을 포함하는 일반적인 전기적 장치의 제조에도 바람직하지 못하다. 상기 요철 표면은 라미네이트의 상이한 수평면과 그위에 포개진 전기적 패턴의 단선(disconnection) 사이에서 전기적 단절의 요인이 될 수 있다. 본 발명의 목적은 아주 적은 오염물질이 기판으로부터 누출되도록 하기 위하여 유리기판위에 형성된 얇은 필름패턴을 제공하는데 있다.
선호된 실예에 따르면, 유리기판은 실리콘 산화물로 된 알카리 이온 블록킹 필름이 스퍼터링(sputtering)에 의해 덮여 있으며, 뒤이어 ITO(인듐주석 산화물)필름이 형성되어 있다. 다음에 ITO필름은 ITO필름의 패턴을 형성하기 위해 레이저 스크라이빙으로서 처리된다. 이에 관하여, 아래와 같이 상기 패턴의 형상을 개선하는 몇몇 수단이 존재한다.
열전달은 홈의 가장자리를 분명하게 형성하는데 장해물이 된다. 레이저가 조사된 부분이 그의 비등점으로 가열되면, 그 인접한 부분도 필수적으로 가열되며, 홈에 인접한 완만한 모서리를 형성하게 된다. 그위에 피복된 필름의 단선을 유도하는 상기 완만한 부분의 형성을 극소화시키기 위하여, ITO필름의 인접한 부분을 비등점으로 가열하기에 앞서서 상기 부분이 제거되도록 온도를 높이는 것이 필요하다. 이것은 단파장 및 짧은 펄스 나비를 구비하는 레이저빔을 사용함으로서 이루어진다.
상기 파장은 400nm(3.1eV)이하가 되도록 선택된다. 상기 펄스 나비는 5010-9초이다.
이 기술분야에서 광범위하게 사용되는 YAG레이저는 동력이 집약된 레이저 펄스를 방출할 수는 없다. 본 발명자는 엑시머 레이저(eximer laser)가 상기 목적에 사용될 수 있다는 것을 발견하였다. 이에 관련하여, 레이저 스크라이빙시에 이온 블록킹 필름의 손상은 그의 열전도성에 크게 의존한다. 열전도성을 낮춤으로서, 이온 블록킹 필름의 온도상승 속도는 낮아지고 위에 있는 ITO필름으로부터 열의 영향을 아주 적게 한다.
이온 블록킹 필름 및 ITO필름의 융점은 매우 중요하다. 이온 블록킹 필름이 쉽게 용융된다면, 공동(opening)이 블록킹 필름에서 형성되므로 유리 표면이 홈을 통해 노출되는 일이 발생한다. 이와 관련하여, ITO 및 비도우프된 SiO2를 선택하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 전자 및 후자의 융점이 각각 890℃ 및 1700℃이기 때문이다. SiO2필름의 융점은 반대로 유리기판의 융점보다 실질적으로 높다. 또한 상기 물질의 에너지 갭은 상기 목적에 적합하다. SiO2는 7 내지 8eV의 에너지 갭을 보유하며, 따라서 단파장의 엑시머 레이저 갭의 소량 부분을 흡수하며, 반면에 ITO는 3eV의 에너지 갭을 보유한다.
ITO필름이 레이저 스크라이빙에 의해 선택적으로 제거되는 방법이 부드럽고 수평면인 패턴이 유리하다.
본 발명에 따르면, ITO필름의 제거후에 잔존물이 남게 된다. 그러나, 잔존물은 HCl에칭에 의해 쉽게 제거되는데, 왜냐하면 다공성 구조의 InOx 및 SnOx로 구성되기 때문이다. SiO2필름이 실제로 부분적으로 제거되는 YAG레이저를 사용하는 선행기술의 방법에 따르면, 잔존물은 남아있는 ITO부분과 함께 전체적으로 형성되고 그 위에 이온 블록킹 필름에서 포함되는 실리콘과 혼합된 인듐 또는 주석 합금으로 구성된다. 상기 잔존물은 HCl에칭에 의해 제거될 수 없으며 HF에칭을 필요로 한다. HF가 사용된다 하더라도, 잔존물은 HF에칭에 의해 그위에 ITO필름과 함께 부분적으로 제거되는 경향이 있는 ITO필름의 남아있는 부분과 관계없이 선택적으로 제거될 수는 없다.
이온 블록킹 필름은 스퍼터링에 의해 형성되는 SiO2필름에 제한되지는 않지만 상기 조건이 충족되는 한 다른 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면 블록킹 필름은 석영과 같은 열저항 유리의 표적의 스퍼터, SiO2또는 SiO3N4필름의 CVD에 의해 형성될 수 있다. 여하튼, 상기 형성과정은 유리기판의 연화 온도하에 시행되어야 한다.
제1도에 대해 설명하면, 레이저 스크라이빙 조립체가 본 발명에 따라 보여진다. 상기 레이저 조립체는 KrF엑시머 레이저(14)(파장 : 248nm, Eg : 5.0eV, 효율 : 3%, 산출에너지 : 350mJ), 빔 확장기(15), 마스크(16), 합성석영으로된 볼록한 원기둥형렌즈(17) 및 기판 호울더(10)로 구성된다. 기판 호울더(10)는 그 위에 설치된 소오다-석회 유리의 위치를 변경시키기 위해 설명한 바와 같이 수직방향으로 움직일 수 있도록 적용시킨다. 기판(1)위에 형성된 것은 인, 나트륨 및 붕소 이온과 같이 소량의 불순물 이온을 함유하는 실리콘 산화물로된 50 내지 1500
Figure kpo00002
예로서 200
Figure kpo00003
두께의 이온 블록킹 필름(2), 및 ITO 주석산화물, 아연 산화물, 또는 그의 라미네이트로된 1000 내지 3000
Figure kpo00004
두께의 투명한 전도성 필름이다. 상기 투명한 전도성 필름(4)은 그위에 크롬 또는 몰리브덴의 얇은 필름 피복과 함께 제공될 수 있다.
상기 경우에 의존하여, 절연 또는 반도체 필름이 필요하다면 전도성 필름의 위, 아래에 형성될 수 있다.
엑시머 레이저(14)로부터 방출된 후 바로 레이저빔(21)의 두께 및 나비는 제2a도에서 기술된 바와 같이 16mm 및 20mm이다. 상기 레이저 빔(21)은 제2b도에서 기술된 바와 같이 300mm의 나비를 구비하도록 확장된다. 그러나, 그 높이는 빔 확장기(15)를 수단으로 하여 변화되지 않는다. 확장된 후에, 에너지 밀도는 5.6
Figure kpo00005
10-2mJ/㎟으로 된다. 다음에 확장된 빔(22)은 제2c도에서 기술된 바와 같이 2mm의 높이를 보유하도록 하기 위해 마스크(16)를 수단으로 하여 그 주변부가 제거된다. 확장된 레이저 빔의 주변부의 제거는 원기둥형 렌즈(17)에 의해 수차 효과(aberration effect)를 감소시키는 목적으로 시행된다. 수평한 레이저 빔(13)은 제1도 및 제2d도에서 기술된 바와 같이 렌즈(17)를 수단으로 하여 기판(1)의 표면에 축소되어 촛점이 맞추어진다. 기판(1)의 표면에서 레이저 빔의 높이는 10마이크론이다. 사실상, 기판위에 형성되는 홈은 적용 방법에 의존하여 2마이크론 내지 200마이크론, 예로서 50마이크론, 20마이크론, 10마이크론, 5마이크론 및 3마이크론의 나비를 보유할 수 있다.
레이저 빔은 기판이 레이저빔에 대해 이동되는 펄스의 형태로 기판(1)위에 반복하여 투사(project)된다.
펄스 나비는 20
Figure kpo00006
10-9초이고 주파수는 1-1000Hz예로서, 10Hz이다. 다음에, 홈(35,36,37- - -)이 제3a도 및 제3b도에서 기술된 바와 같이 형성된다. 홈 사이의 간격은 15mm이다. 잔존물은 홈의 둘레 및 안쪽에 남아있게 된다. 상기 잔존물은 산에 의해, 예를 들면 염산 또는 플루오르산(물에 대해
Figure kpo00007
로 희석) 또는 산성의 암모니아 플루오르화물과 같은 플루오르화물 용액 혼합물에 의해 선택적으로 제거되며, 뒤이어 아세톤 및 순수(pure water)로 초음파 세척에 의해 제거된다.
본 발명이 고순도가 요구되는 액체 결정장치, 액체 결정물질의 제조에 적용된다면, 긴 시간 사용할 경우 소오다-석회 기판으로부터 새어나오는 나트륨 이온에 의한 오염이 효과적으로 예방된다. 또한, 영상(image)센서, 태양 전지등에 대해 기판으로서 사용된다면, 비결정성 반도체 필름은 광전전환 능력의 저하 및 반도체를 N-유형 반도체로 수정하는 결과를 초래하는 나트륨 이온의 영향으로부터 보호된다.
이온 블록킹 필름은 스퍼터링, CVD등과 같은 어떤 공지된 기술에 의해 형성된다. 바람직하기로는, 블록킹 필름은 실라잔(silazane), 알콕시 실란의 알콜용액, 또는 실리콘 산화물로 구성되는 다른 적절한 액체 화합물과 같은 유기 실리콘 액체화합물을 선구 액체 형태로 기판위에 첫번째 피복된다. 스피너(spinner)가 상기 피복에 사용될 수 있다. 선택적으로, 스크린 압력 인쇄기술(screen press printing technique), 분무기술(spraying technique) 또는 기타 피복방법이 사용될 수 있다. 다음에 선구 필름은 가열되어 고체 실리콘 산화물 필름으로 변형된다. 상기 선구액체의 사용은 이온 블록킹 필름의 부드럽고 수평한 표면의 형성을 가능하게 한다. 상기 선구 필름의 두께는 50-2500
Figure kpo00008
이다.
제4a도 내지 제4d도에 대해 설명하면, 액체 결정에 대해 유리 기판을 제조하는 방법이 기술된다. 비도우프된 실리콘 산화물로된 이온 블록킹 필름(103)이 소오다-석회유리(101)의 표면에 형성된다. 상기 기술된 기판으로서 선행 액체의 사용은 부드러운 편평한 표면을 형성시킬 뿐아니라 유리기판의 상부 표면을 광택내는 단계를 시행하는데도 바람직하다. 블록킹 필름의 두께는 200
Figure kpo00009
이다.
ITO필름(105)은 스퍼터링에 의해 0.1 내지 2마이크론의 두께로 용착된다. 제1도에서 나타낸 바와 같이, 레이저 펄스의 열(train)은 엑시머 레이저로부터 방출되어 ITO 필름(105)위에 투사되고, 반면에 기판(101)은 제6b도의 횡방향에서 호울더와 함께 움직인다. 펄스 조사 및 기판(101)의 이동은 투사가 조사된 ITO필름(103)에 대해 390마이크론의 간격으로 일어나도록 하기 위해 동시에 수행된다. ITO필름의 표면은 3번 정밀조사(scan)된다. 따라서, 레이저 펄스의 동력이 아래에 있는 블록킹 필름(103)에 실질적인 손상을 유발함이 없이 3번 투사에 의해 두께 전체에서 ITO필름을 제거하기 위해 선택된다. 홈은 단지 레이저 펄스의 단일 투사에 의해 형성될 수 있지만, 다수 투사의 사용이 레이저 스크라이빙의 효과를 정확히 조절하기 위해 선호되고 패턴의 형성이 개선된다. 결국, 홈 측면의 잔존물(107)은 제4d도에서 기술된 바와 같이 희석된 HF에칭에 의해 제거된다.
제5a도는 본 발명에 따라 개재되어 있는 실리콘산화물 블록킹 필름에 의해 유리기판으로부터 절연된 ITO필름에서 형성된 홈의 미시적인 사진이다. 상기 실리콘산화물 필름은 소수의 불순물 이온과 함께 형성된다. 제6a도는 제5a도에서 나타낸 바와 같은 구조의 단면도를 나타내는 조직적 다이어그램이다. 도면에서 나타낸 바와 같이, 홈의 경계는 매우 분명하고 소수의 잔존물이 남아있다.
제5b도는 인의 도우프된 SiO2필름과 함께 유리 기판위에 형성되어 있는 ITO필름의 홈의 미시적 사진이다.
제6b도는 제5b도에서 나타낸 바와 같은 구조의 단면을 기술하는 조직적 다이어그램이다. 실리콘 산화물 필름의 융점은 인 이온의 도우핑에 의해 낮아지게 되며, 실리콘 산화물 필름은 홈의 형성시 용융되어 홈의 측면에 완만한 부분이 형성된다. 상기 완만한 부분은 실리콘 산화물 및 ITO의 혼합물과 함께 형성되고 그의 제거는 상이하게 된다. 유리 기판은 홈을 통해 노출된다. 제5a도, 제5b도, 제6a도 및 제6b도로부터, 불순물 도우핑은 바람직하지 못하고 실리콘 산화물의 순도는 중요하다는 것이 이해된다.
전류 누출은 각각의 홈에 50V의 전압을 직접 적용함으로서 실험된다. 이 실험은 100개의 홈 그리고 30cm길이 및 10마이크론의 나비를 갖고서 시행된다. 결과적으로, 모든 누출 전류는 1
Figure kpo00010
10-9A 내지 2
Figure kpo00011
10-9A의 범위이다. 상기 실험은 비도우프된 SiO2블록킹필름을 대신하여 인의 도우프된 SiO2필름인 경우에 반복된다. 결과로서, 약간의 전류 누출이 관찰된다. 몇몇의 유형이 특별히 기술되지만, 본 발명은 특별한 예에 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위에 의해 국한된 본발명의 범위로부터 벗어남이 없이 수정 및 변경이 되어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
실시예는 아래와 같다.
유색 휠터로 구성되는 절연 필름이 투명한 전도성 필름 위-아래에 전체적으로 형성될 수 있다.
전도성 필름은 ITO, SiO2또는 ZnO필름과 같은 투명한 전도성 물질로 되어 있지만, 크롬 또는 몰리브덴과 같은 금속의 얇은 필름이 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 홈은 남아있는 투명한 전도성 필름과 비교할 때 폭이 좁으며, 20마이크론 나비의 폭좁은 스트립이 기판이 서서히 이동되는 동안 연속적으로 투사되는 펄스의 열을 사용함으로서 400마이크론 나비의 제거된 부분 사이에 남아 있을 수 있다.

Claims (11)

  1. 유리기판위에 형성된 얇은 필름에서 전도성 패턴을 형성시키는 방법으로서, 상기 기판위에 비도우프된 실리콘 산화물로 된 이온 블록킹 필름을 형성하고 ; 상기 이온 블록킹 필름위에 전도성 필름을 형성시키고 ; 상기 패턴에 따른 상기 전도성 필름 부분을 제거하기 위하여 상기 전도성 필름에 펄스 엑시머 레이저 빔을 투사하고 반면에 투사 존재부 바로 아래에 있는 상기 이온 블록킹 필름 부분은 상기 패턴을 통해 상기 기판의 표면 부분을 노출시키지 않도록 하기 위해 아래 유리 기판을 덮는 단계로 구성되는 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 필름은 인듐 주석 산화물로되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판은 소오다-석회 기판인 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이온 블록킹 필름은 실리콘 산화물로 구성되는 액체상 화합물을 피복하고 상기 액체상 화합물을 고체상 실리콘 산화물 필름으로 변형하기 위하여 열처리(theremal annealing)함으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 액체상 화합물은 실리잔인 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 액체상 화합물은 알콕시실란의 알콜 용액인 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 파장은 400nm이하인 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 펄스나비는 50
    Figure kpo00012
    10-9초인것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전도성 필름의 제거후에 남아있는 잔존물을 제거하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 잔존물 제거단계는 염산을 사용함으로서 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 전도성 패턴을 형성시키는 방법.
  11. 유리 기판위에 형성된 얇은 필름에서 전도성 필름을 형성시키는 방법으로서, 상기 기판위에 비 도우프된 실리콘 질화물로된 이온 블록킹 필름을 형성하고 ; 상기 이온 블록킹 필름위에 전도성 필름을 형성하고 ; 상기 패턴에 따른 상기 전도성 필름 부분을 제거하기 위하여 상기 전도성 필름위에 펄스 엑시머 레이저 빔을 투사하고 반면에 투사 존재부 바로 아래에 있는 상기 이온 블록킹 필름 부분은 상기 패턴을 통해 상기 기판의 표면 부분이 노출되지 않도록 하기 위하여 유리 기판을 덮는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 전도성 필름을 형성시키는 방법.
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