JPH0563274B2 - - Google Patents

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JPH0563274B2
JPH0563274B2 JP61229252A JP22925286A JPH0563274B2 JP H0563274 B2 JPH0563274 B2 JP H0563274B2 JP 61229252 A JP61229252 A JP 61229252A JP 22925286 A JP22925286 A JP 22925286A JP H0563274 B2 JPH0563274 B2 JP H0563274B2
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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、デイスプレイ装置等に用
いられる透光性導電膜のフオトレジストを用いる
ことなく、線状の紫外光による直接描画を行う選
択加工装置に関する。
『従来技術』 透光性導電膜のフオ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1.06μm）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
ポツ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、このビームの走行スピードと、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バ
ンド巾が1.23eV（1.06μm）しかない。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、酸化インジユーム（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有していない。ま
た、YAGレーザのＱスイツ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0.5〜1W
（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
ラツクを発生させ、損傷させてしまつた。
『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
ツ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ツクは、レーザ
光の円周と類似の形状を有し、「鱗」状に作られ
てしまつた。
また、YAGレーザのＱスイツチ発振を用いる
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つたく不可能
であつた。また、照射後、加工部のCTF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わなければなら
なかつた。
本発明は、上記のYAGレーザにおいて生じて
いた問題を解決し、被加工面に線状のレーザビー
ムを形成させること、更にその線状のレーザビー
ムとして球面収差の影響のない端部のきれの明確
なレーザビームを得ることを目的とするものであ
る。
『問題を解決するための手段』 前記目的を達成するために、本発明の光加工装
置は、エキシマレーザと、前記エキシマレーザか
らのレーザビームを拡大するためのビームエキス
パンダ２と、拡大されたレーザビームから縁部を
取り除くためのスリツト３と、前記スリツト３を
通したレーザビームの焦点を合わせるためのシリ
ンドリカルレンズ４とが設けられ、かつ前記シリ
ンドリカルレンズ４と前記スリツト３との距離が
前記シリンドリカルレンズ４の焦点距離より短く
なるように構成される。
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代表的にはエ
キシマレーザを照射し、20〜50μφのビームスポ
ツトではなく、20〜200μm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、線状の
パターンに加工する。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50n
秒以下）の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倍以上に速くすることが可能である。
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。
ビームエキスパンダはビームの巾を広げ、ビー
ム形状を長方形にし、その面積を大面積化するも
のである。
凸レンズはレーザ光を集光させるためのもの
で、ビームエキスパンダでレーザビームの巾を広
げた後、その一方のＸまたはＹ方向にそつて筒状
の棒状レンズ即ちシリンドリカルレンズにてスリ
ツ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
分布に従つ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
ことはさらに不可能になる。このため、本発明に
おいては凸レンズを前記スリツトとの距離を前記
凸レンズの焦点距離より短くなるように設けると
ともに、シリンドリカルレンズにレーザ光を入射
する前にスリツトを通すことにより、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をし
ぼつ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した。
その結果、このスリツトにより、例えば球面収
差の影響のない20μm×30cmの極細の開溝パター
ンをその周辺部のエツヂを明確にして作り得る。
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スリツ
トを通して照射することにより、線状の開溝を10
〜60cm例えば30cmの長さにわたつて加工し、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
ツチ方式ではなく、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
のみのスリツ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つたく不要となり、か
つ公害材料の使用も不要となつた。
加えて、スリツトはレーザ光を集光する前に光
学系に組み込まれているため、レーザ光によるス
リツトの損傷がほとんどない。また、スリツトの
間隔に対する機械的加工精度はそれほどきびしい
必要はなく、シリンドリカルレンズにて集光され
ることによりビームの形状が決定されるものであ
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＝5.0eV）を用いた。すると、第２図
Ａのように、初期の光ビーム２０は16mm×20mm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にて長面
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5.6×10-2
mJ／mm2をエネルギ密度で得た。
次に２mm×300mmの間隔を有するスリツト３に
レーザビームを透過させて２mm×300mmのレーザ
ビーム２２を得る。（第２図Ｃ） 更に、合成石英製のシリンドリカルレンズ４に
て加工面での開溝巾が20μmとなるべく集光した。
（第２図Ｄ） スリツト３とシリンドリカルレンズ４との距離
はシリンドリカルレンズ４の焦点距離より短く設
置した。
この時使用するスリツトの巾は特に決まつてい
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、被加工物の開溝巾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３図に示すように、長さ30cm、巾20μのスリ
ツト状のビーム２３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。
本実施例の場合、被加工面として、ガラス上の
透明導電膜（Eg＝3.5eV）を有する基板１０に対
して、エキシマレーザ（Questec Inc.製）を用い
た。
パルス光はKrFエキシマレーザによる248nm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5.0eV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20n秒、繰り返し周波数１〜100Hz、
例えば10Hz、また、被加工物はガラス基板上の
CTF（透光性導電膜）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
ルス光の照射で開溝（５つのCTF）が完全に白
濁化され微粉末になつた。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
はまつたく損傷を受けていなかつた。
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。さらにスリツトによりレーザビーム
の短辺がより狭められる２２。その後シリンドリ
カルレンズによりさらに短辺が集光され、第２図
Ｄに示すビーム形状２３となる。
第３図は、基板上にスリツト状のパルス光を照
射し開溝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
された酸化インジユーム）を1000Åの厚さに電子
ビーム蒸着法によつ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、本発明による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、この開溝により残つた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］ 〔発明の効果〕 本発明は、エキシマレーザと、前記エキシマレ
ーザからのレーザビームを拡大するためのビーム
エキスパンダと、拡大されたレーザビームから縁
部を取り除くためのスリツトと、前記スリツトを
通したレーザビームの焦点を合わせるためのシリ
ンドリカルレンズとが設けられ、かつ前記シリン
ドリカルレンズと前記スリツトとの距離が前記シ
リンドリカルレンズの焦点距離より短くなるよう
に設けた光加工装置としたため、被加工面に線状
のパターンを形成させること、更にスリツトをシ
リンドリカルレンズに接近させて置くことができ
るようになるため、その線状のパターンが球面収
差の影響のない端部のきれの明瞭なレーザビーム
を得ることが可能となる。
加えて本発明により多数の線状開溝を作製する
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分で可能となつた。そ
の結果、従来のマスクアライン方式でフオトレジ
ストを用いてパター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、かつ作業時間を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。
本発明は被加工面より十分離れた位置にスリツ
トを配設して用い、かつ被加工面上に密着してフ
オトレジストを用いない方式であるため、スリツ
トの寿命が長い。フオトレジストのコート（塗
布）、プリベーク、露光、エツチング、剥離等の
工程がない。
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、残つて
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 (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ エキシマレーザと、 前記エキシマレーザからのレーザビームを拡大
    するためのビームエキスパンダと、 拡大されたレーザビームから縁部を取り除くた
    めのスリツトと、 前記スリツトを通したレーザビームの焦点を合
    わせるためのシリンドリカルレンズとが設けら
    れ、かつ前記シリンドリカルレンズと前記スリツ
    トとの距離が前記シリンドリカルレンズの焦点距
    離より短くなるように設けられていることを特徴
    とする光加工装置。
JP61229252A 1986-09-26 1986-09-26 光加工方法 Granted JPS6384789A (ja)

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