(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光励起によって反応性のラジカルを生成するエッチングガス流中に前記反応性のガスより比重の大きな堆積性を有するエッチングガスを混合し、その混合ガス流中にプラズマディスプレイパネル用ガラス基板を配置し、そのガス流中に配置した前記プラズマディスプレイパネル用ガラス基板上に、基板パターンの形成されたフォトマスクを介してレーザービームを照射し、上記プラズマディスプレイパネル用ガラス基板上にパターンを形成することを特徴とするプラズマディスプレイ用パネル基板の製造方法。
【請求項２】
上記プラズマディスプレイパネル用ガラス基板の表面にパターン形成膜層を設け、そのパターン形成膜層を設けた上記プラズマディスプレイパネル用ガラス基板を上記ガス流中に配置し、前記ガス流中に配置したプラズマディスプレイパネル用ガラス基板上にパターンを形成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイ用パネル基板の製造方法。
【請求項３】
窓を有し、その窓と並行になるようにプラズマディスプレイパネル用ガラス基板が内部に配置されるチャンバーと、レーザービームを発振するレーザー発振手段間に、前記チャンバーの窓へパターンの形成されたフォトマスクを介して並行なレーザービームを入射する光学手段を設けるとともに、前記チャンバーと接続される供給用のパイプと吸気用のパイプとを有し、前記チャンバー内のプラズマディスプレイパネル用ガラス基板の一端から他端へ向けて光励起されるエッチングガスを供給し、その供給した前記ガスをチャンバー内から吸気するガス供給手段と、前記チャンバー内の空気を排出する排気手段を備えたプラズマディスプレイ用パネル基板の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマディスプレイパネル用ガラス基板へのパターンの形成方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や薄膜デバイスなどでは、通常、フォトリソグラフィとエッチングにより、基板の表面に設けられたパターン形成層に微細加工を施している。
【０００３】
すなわち、基板上に薄膜からなるパターン形成層を真空蒸着法やスパッタリング法などにより設け、この基板上に設けたパターン形成層にレジストを塗布し、フォトマスクを介して露光して現像したのち、これをマスクにパターン形成層にエッチングを施し、レジストを剥離することにより、パターンを形成している。
【０００４】
ところが、このようなパターン形成法では、処理工程数が多く、煩雑で処理時間がかかるため、例えば微細な加工を大面積に施さなければならないカラーのプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰ）の隔壁形成加工などでは、従来、厚膜印刷法やサンド・ブラスト法などが用いられている。
【０００５】
ここで、ＰＤＰについて簡単に説明すると、ＰＤＰには、交流方式と直流方式とがあって、交流方式のＰＤＰは、図１２に示すようにストライプ状のアドレス電極１を設けた背面ガラス基板（ソーダライム）２と、表示電極３を設けた表面ガラス基板４間に誘電体層５を設け、前記アドレス電極１と表示電極３の間で、交流放電の形で動作させるもので、その際、背面ガラス基板２のアドレス電極１間に隔壁６を設け、その隔壁６よって仕切った電極１に、それぞれ順に赤、青、緑の蛍光体を塗布し、その赤、青、緑の蛍光体を塗布した電極１を表示に応じて放電させることにより、カラー表示が行えるようになっている。
【０００６】
一方、直流方式のＰＤＰでは図１３に示すように、背面ガラス基板２に隔壁６を設けて表示セルごとに分離し、その分離したセルごとにアノード電極７を設け、前記アノード電極７を放電空間に露出させるとともに、その露出させた前記アノード電極７と表面ガラス基板４に設けたカソード電極８との間で直流放電の形で動作させるというものである。
【０００７】
このことから、前記隔壁６は、交流方式あるいは直流方式を問わず、画素に対応させるため、幅が２０μｍ〜３０μｍで、高さ約２００μｍのパターンを多数形成しなければならなかった。
【０００８】
このため、厚膜印刷法では、ガラス基板２の表面にスクリーンを使ってガラスペーストを印刷し、そのペーストを印刷した基板を焼成することにより、隔壁を形成するというものであり、また、サンド・ブラスト法では、ガラスペーストを基板２全体に厚く塗布して乾燥させ、画素以外の部分を覆うようにフォトリソグラィによってレジストを形成し、レジストで覆われていない部分を細かい硬質粒子で掘削し、焼成して隔壁部分を形成するというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の厚膜印刷方法では、化学エッチングを伴わず処理時間は短縮できるが、一度の印刷で２０μｍ程度の厚さしか隔壁を形成できないので、ペーストを数回〜十数回印刷することで、高さ２００μｍの隔壁を形成しなければならないという問題がある。
【００１０】
また、スクリーンが金属線で編んだ網であるため、基板が大きくなると、網に撓みや，ネジレなどが発生しやすくなり、パターンの欠陥が発生するという問題があった。
【００１１】
一方、サンド・ブラスト法では、フォトリソグラフィを使うため、厚膜印刷法に比べて工程が複雑になるという問題があるが、スクリーンに代えてフォトマスクを使うため、安定して大面積に微細パターンを作ることができるという特長がある反面、硬質粒子でもって掘削をするため、掘削した際の隔壁精度が粒子の大きさで決定され、粒子の大きさ以上の精度を出すことができないという問題がある。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、高い精度で安価に短時間に加工できるＰＤＰ用基板の製造方法及びその製造装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明では、光励起によって反応性のラジカルを生成するエッチングガス流中に前記反応性のガスより比重の大きな堆積性を有するエッチングガスを混合し、その混合ガス流中にＰＤＰ用ガラス基板を配置し、そのガス流中に配置した前記ＰＤＰ用ガラス基板上に、基板パターンの形成されたフォトマスクを介してレーザービームを照射し、前記ＰＤＰ用ガラス基板上にパターンを形成する方法を採用したのである。
【００１４】
また、その際、上記ＰＤＰ用ガラス基板の表面にパターン形成膜層を設け、そのパターン形成膜層を設けた上記ＰＤＰ用ガラス基板を上記ガス流中に配置し、前記ガス流中に配置したＰＤＰ用ガラス基板上にパターンを形成するという方法を採用したのである。
【００１６】
このとき、窓を有し、その窓と並行になるようにＰＤＰ用ガラス基板が内部に配置されるチャンバーと、レーザービームを発振するレーザー発振手段間に、前記チャンバーの窓へパターンの形成されたフォトマスクを介して並行なレーザービームを入射する光学手段を設けるとともに、前記チャンバーと接続される供給用のパイプと吸気用のパイプとを有し、前記チャンバー内のＰＤＰ用ガラス基板の一端から他端へ向けて光励起されるエッチングガスを供給し、その供給した前記ガスをチャンバー内から吸気するガス供給手段と、前記チャンバー内の空気を排出する排気手段を備えた構成を採用したのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明することにする。
【００１８】
図１に第１実施形態としてＰＤＰ用基板の製造装置についての一形態を示し、次に、その装置を用いてＰＤＰ用基板の製造方法を説明することにする。
【００１９】
図１に模式的に示すように、第１実施形態のＰＤＰ用基板の製造装置は、チャンバー１１とレーザービームを発振するレーザー発振手段１２間に光学手段１３を設け、前記チャンバー１１に光励起される反応性のガスと堆積性のガスを供給するガス供給手段１４と排気手段１５を設けた構成となっている。
【００２０】
前記チャンバー１１は、透明な石英ガラスで閉塞された窓１０が側部に設けられ、その窓を介して外部からレーザービームを入射することができるようになっている。また、前記窓１０は、不純物を含まない強度の高い石英ガラスで形成することにより、チャンバー１１内の真空や高温に耐えることができるようになっている。
【００２１】
一方、チャンバー１１内には、ＰＤＰ用ガラス基板（以下、ガラス基板）２を載置する可動式の試料台１６が設けられている。
【００２２】
前記試料台１６は、図２に示すように、前記窓に対して直交させて設けたレール１７とそのレール１７に係合するＬ型の支持部材１８とからなり、前記支持部材１８はレール１７上を進退自在に移動できるようになっている。そのため、支持部材１８に載置されたガラス基板２を、窓１０と平行に支持することができるようになっている。
【００２３】
レーザー発振手段１２は、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、エキシマレーザーなどの波長の違う出力の大きなレーザー発振器からなり、この発振器は使用するガラス基板２の大きさや材質及びガスの種類に応じて選択する。
【００２４】
光学手段１３は、この形態の場合、レーザービームを反射してチャンバー１１の窓１０へ入射するためのミラー系と、そのミラー系にフォトマスク１９を介してレーザー発振手段１２の出力ビームを入射するための投影装置２０とからなっている。
【００２５】
ミラー系は、凹面鏡２１と凸面鏡２２とからなり、凹面鏡２１はその反射面をレーザー発振手段１２と対向させて設け、一方、凸面鏡２２は、前記凹面鏡２１の光軸上の焦点にその反射面を凹面鏡２１の反射面に対向させて配置してある。また、このとき、凹面鏡２１と凸面鏡２２との曲率半径は同じとしてある。そのため、図１に示すように凹面鏡２１の光軸の両側に、レーザー発振手段１２とチャンバー１１とを配置し、レーザー発振手段１２から光軸に対して平行に凹面鏡２１にレーザービームを入射すると、入射したビームは焦点に向けて反射され、焦点に配置した凸面鏡２２で再び凹面鏡２１に反射されて回折の少ない並行な光線となってチャンバー１１の窓１０に入射できるようになっている。
【００２６】
この際、上記凸面鏡２２には調整機構を設け、鏡面を上下左右に動かせるようにすれば、平行光線の調整が行えるようにできる。
【００２７】
投影装置２０は、フォトマスク１９を支持する支持部２３と投影レンズ２４とで構成され、レーザー発振手段１２と前記凹面鏡２１間に設けられている。
【００２８】
投影レンズ２４は、図３（ａ），（ｂ）に示すように例えば凸レンズ２４’とエフシーダレンズ２４”などの特殊レンズを組み合わせ、球面収差を生じないようにレーザー発振手段１２のレーザービームをビーム幅を広げた拡大ビームにできるようになっており、支持部２３によって支持されるフォトマスク１９のパターンを投影できるようになっている。
【００２９】
ちなみに、図３（ａ）のものでは、レーザーを使った場合に、光学系内で焦点を結ばないので、空気のイオン化を生じ無いようにできる。また、組み合わせるレンズの数を少なくできるので、サイズの小型軽量化を図りやすいなどの特長がある。一方、（ｂ）のものでは、レーザービームは一度焦点に集光され、この焦点で空間的フィルタリングが行われ、位相の揃ったビームを作ることができるなどの特長がある。
【００３０】
また、この投影装置２０には、図示はしていないが、前記支持部２３を前後左右に移動できる調整装置が設けられ、凸面鏡２２に対する投射位置を調整して像のピントを調整できるようにしてある。
【００３１】
ガス供給手段１４は、図１に示すように、前記チャンバー１１と供給用のパイプ２５と吸気用のパイプ２６とが接続された反応性ガス循環装置２７からなっており、前記供給用のパイプ２５は図４の断面図に示すように、その先端の吐出口２８がラッパ形に形成され、チャンバー１１の外壁に取り付けられている。
【００３２】
すなわち、図２に示すように、試料台１６上のガラス基板２の一端側に設けた複数の貫通孔２９と連通するようにラッパ状の吐出口２８が取り付けられている。
【００３３】
一方、ガラス基板２の他端側には吸気用のパイプ２６の吸引口３０が設けられており、前記供給されたガスを排出できるようになっている。
【００３４】
反応性ガス循環装置２７は、供給用のパイプ２５から純度９９．９９％以上の高純度の反応性の高いエッチング用ガスと堆積性のガスをチャンバー１１へ供給するガス原料供給部とその供給部から供給した前記ガスを吸気用のパイプ２６によりチャンバー１１から吸引するガス排気部とからなっている。
【００３５】
原料供給部は流量制御装置とミキサー装置を備え、一定量のガスを供給する。一方、ガス排気部は、乾式除外装置（スクライバー）を備え、その乾式除外装置によってチャンバー１１から排出したガスを酸素を含んだ不活性気体として大気中へ放出できるようになっている。
【００３６】
そのため、ガス原料供給部から供給された前記ガスは、供給用のパイプ２５の吐出口２８から前記貫通孔２９を介し、前記ＰＤＰ用ガラス基板２の表面にシャワー状に供給され、図２の矢印に示すように、基板２の表面にガス流をむらなく流せる気道を形成し、前記試料台１６のガラス基板２上を流れて吸引口３０で吸引され、ガス排気部によって排出される。
【００３７】
排気手段１５は、チャンバー１１と排気パイプ３１で接続されたロータリー真空ポンプからなり、前記ポンプによってチャンバー内を所定の真空状態に減圧する。
【００３８】
この実施形態は、以上のように構成され、次にこの装置を用いて従来例で述べたＰＤＰの背面ガラス基板２（ガラス基板）のエッチングについて説明することにより、レーザーエッチングによる基板パターンの製造方法について説明することにする。
【００３９】
この製造方法では、ガラス基板２に直接エッチングを行うというものであって、まず、ガス供給手段１４に、エッチングの準備のため、光励起される反応性の高いエッチング用ガスとして、例えばフッカ水素ガス（ＨＦ）を充填する。また、投影装置２０には、支持部２３に隔壁６パターンの描かれたフォトマスク１９をセットする。
【００４０】
つぎに、ガラス基板２として基板厚さが隔壁高さを有する基板を試料台１６に載置し、チャンバー１１内を移動させて試料台１６上のガラス基板２をチャンバー１１の窓１０と平行にセットする。
【００４１】
このようにガラス基板２をセットすると、チャンバー１１を密閉し、排気手段１５により、その内部を１０−７Ｔｏｒｒ程度の高真空状態にしたのち、ガス供給手段１４から前記ガスをチャンバー１１内に供給することにより、１０−２〜１０２  Ｔｏｒｒ程度の低真空状態に保ち、前記ガスをガラス基板２表面上に流しながら、レーザー発振手段１２を作動する。すると、出力されたレーザービームは、フォトマスク１９を介して凹面鏡２１と凸面鏡２２で三回反射し、平行なビームとなってチャンバー１１の窓１０からガラス基板２表面に対して直角に入射する。このため、入射したレーザービームは、フォトマスク１９でマスクされないガラス基板２の表面を照射し、照射された部分のフッカ水素ガスのラジカルを励起する。
【００４２】
すなわち、フッカ水素ガスはレーザービームにて光分解し、ラジカルが生成され、この生成されたラジカルとの化学反応により、ガラス基板２のエッチングが進行する。
【００４３】
このとき、エッチングに用いられるフッカ水素ガスは、ガス供給手段１４からガラス基板２表面に生じさせたガス流によって供給されており、そのガラス基板２表面に供給される高純度のガス流により、ガラス基板２の表面が被われ、ガス密度の高い状態でエッチングが行われる。また、前記ガス流との反応によりガラス基板２表面に生じた反応生成物はガス流によってチャンバー１１外へ排出され、常に新しいガス流によりエッチングが行われる。そのため、例えば、チャンバー１１内にガスを充満させたガス雰囲気中で前記エッチングを行う場合に比べ、反応に必要、かつ、十分で濃度が均一で温度も均一なエッチング用ガスを供給することができるので、エッチングの均一性、再現性を確保し、エッチングの速度、精度とも向上させることができる。
【００４４】
なお、このとき、上記ガスの供給量と排出量の流量は同じ速度で行うようにすれば、容易にガス気道を維持できる。
【００４５】
この際、ガラス基板２のエッチングされた部分では、側面にもビームが当たっているように見えるが、それは、ガラス基板２に直角にレーザービームを入射するようにしているので、エッチングされた加工部分の表面に当たったビームが反射しているだけで、この反射ビームは、すでに、エッチングされた加工部分表面でビームの持つエネルギーは吸収されており、原理的に垂直方向のエッチングができるようになっている。そのため、側面に対するサイドエッチングが少なくなっており、高い加工精度が得られる。
【００４６】
このようにこの製造方法によれば、レーザーを用いてフォトリソグラフィを行わずに直接エッチングが行えるため、ガラス基板２を高い精度で安価に、しかも、短時間でエッチングできる。
【００４７】
このとき、上記のものでも十分にサイドエッチングが少なく異方向性が高いが、エッチングされた隔壁６は、図５に示すように、上部がテーパー状に形成される。このため、このテーパー状のエッチングを防ぐ方法として請求項２に係る発明を次に説明する。
【００４８】
この発明では、上記第１実施形態のガス流中に上記光励起を起こす反応性の高いガスより比重の大きな堆積性を有する例えば、ＳｉＣｌ４  やＯ２  などのエッチング用ガスを混合し、その混合ガス流中にガラス基板２を配置し、上記ガラス基板２上にパターンを形成することにより、上記テーパー状のエッチングを防ぐという方法である。
【００４９】
すなわち、上記のように比重の大きなガスを混合し、ガスの比重を大きくして垂直方向に異方向性が生ずるようにする。
【００５０】
そのため、このようにして異方向性を付与した前記ガスは、例えば図５の場合、前記ガスの大部分は隔壁６と隔壁６間のエッチングされた部分のガラス基板面２に沿って堆積するようにして流れるため、隔壁６の上部をエッチングしないというものである。
【００５１】
これにより、図６に示すようにガラス基板２の隔壁６を垂直形状にすることができ、より高精細度の加工を可能にすることができる。
【００５２】
ところで、上記述べてきたＰＤＰ用の基板パターンの製造方法及びその製造装置においては、ガス流中にガラス基板２を置いてレーザービームを照射するという方法を用いてエッチングを行うため、エッチング用ガスの選択によりエッチングの材料選択性（同一条件のエッチングに対して、エッチング材料によるエッチング速度の大小で、この差が大きいほど有利）が容易に得られる。
【００５３】
そのため、上記実施形態では、ＰＤＰ用の背面ガラス基板２を直接ガラス基板２をエッチングして製造する場合について説明したが、図７乃至９に第３実施形態として、エッチング材として上述のガラス基板２に直接エッチングを施すものの他、ガラス基板２に酸化シリコン膜や他の厚膜などのパターン形成層３２を設けた物について、そのエッチング材料に対するエッチングガスなどをまとめて表に示す。
【００５４】
なお、この製造方法及び装置はＰＤＰの前記背面ガラス基板２を製造する場合以外の、例えばＩＣやＬＳＩなどのエッチングを行う基板など、どのようなものにでも適用できることは明らかである。
【００５５】
図１０に第４実施形態として、チャンバー１１とレーザー発振手段１２間にスキャニング装置４０と反射鏡４１からなる光学手段１３を設け、また、フォトマスク１９をチャンバー１１の窓１０に取り付け、レーザービームをフォトマスク１９を介してチャンバー１１内のガラス基板２に照射できるようにして、第１実施形態の製造装置における投影装置２０と凸面鏡２２を用いないでエッチングを行なえるようにし、回折による精度の低下と、ビーム径の拡大によるエネルギー密度の低下による生産性の低下を防ぐようにしたものを示す。
【００５６】
上記スキャニング装置４０は、例えばポリゴンミラーをモータなどのアクチュエターなどで回転させ、レーザー発振手段１２からのレーザービームを反射して５００ＫＨｚ程度の掃引速度で走査ビームを反射鏡４１に入射させるようになっている。
【００５７】
反射鏡４１は、この形態の場合、パラボラ形状のミラーリフレクターで、前記走査ビームを放物面状の鏡面で反射することにより、チャンバー１１へ前記走査ビームを入射できるようになっている。
【００５８】
チャンバー１１は図１１に示すように窓１０を有し、その窓１０に治具４２によりフォトマスク１９を直接取り付けるようになっている。
【００５９】
前記治具４２は、例えば額縁型のもので、周囲に取り付け用のボルト４３が嵌入されている。また、内側にはフォトマスク１９を支持する取り付け部が設けられており、前記ボルト４３を窓１０の周囲に設けられた取り付け孔にネジ込むことにより、フォトマスク１９を前記窓１０に圧接するようになっている。
【００６０】
このとき、前記窓１０は、この形態の場合、石英ガラスが取り付けられておらず、前記フォトマスク１９が石英ガラスに代わって前記窓１０を閉塞するようになっている。そのため、フォトマスク１９の内側は、腐食防止のための薄膜コーティングを施すのが好ましい。
【００６１】
また、チャンバー１１内には、図１１に示すように、第１実施例で述べたのと同じように試料台１６が設けられている。
【００６２】
すなわち、図１１に示すように、前記窓に直交して設けられたレール１７とそのレール１７に係合したＬ型の支持部材１８とからなり、前記支持部材１８はレール１７上を進退自在に移動できるようになっており、窓と平行にガラス基板２を支持することができるようになっている。
【００６３】
また、前記チャンバー１１には、前記試料台１６に載置されるガラス基板２の一端側に第１実施例で述べたのと同様に、ガス供給手段１４の供給用のパイプ２５と連通する貫通孔２９が設けられ、エッチングガスが供給できるようになっている。一方、基板２の他端側には、吸引口３０を設けて、前記供給されたガスを排出できるようになっている。
【００６４】
そのため、試料台１６を窓１０に近づけると、基板２と窓１０との間に小さな空間（部屋）が形成され、上方の貫通孔２９からガスを注入し、下方の吸引口３０から排気することにより、図１１の矢印に示すように、ガスの流れ（気道）をガラス基板２の表面に形成できるようになっている。
【００６５】
このため、このようにガス流の形成されるチャンバー１１内のガラス基板２に対しスキャニング装置４０を用いてレーザービームによるエッチングを行うと、第１実施例で述べたように加工精度の高いエッチングを行うことができる。しかも、このとき、レンズを用いないので、収差による誤差による加工精度の低下を来さなくできる。
【００６６】
さらに、その際、径の絞られたエネルギー密度の高いビームでもって光励起を行うので、エッチングを効率良く行え、生産性の向上を図れる。
【００６７】
他の構成及び作用効果については、第１実施形態と同じであるので、その説明は省略することにする。
【００６８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成し、基板上にガス流を形成し、そのガス流を形成した基板上にフォトマスクを介してレーザービームを照射し、エッチングを行なえるようにしたので、製造工程を減らしコストを低減させることができる。
【００６９】
また、光励起の際、ガス流を用いるようにしたので、常に新しいガスによりエッチングを行えるので、加工精度の向上を図ることができる。
【００７０】
特に、ガラス基板に直接エッチングを施すことができるので、カラープラズマディスプレーの背面基板に用いるのに最適である。
【００７１】
また、比重の大きな堆積性のガスを混合することにより、エッチングに異方向性を付与して加工精度を高めることができる。
【００７２】
また、ガラス基板にパターン形成層を設けることにより、いろいろな用途の基板に対するエッチングを行うことができる。
【００７３】
また、例えば光学手段にスキャニング装置を用いるようにすれば、レンズを用いないので、収差による誤差による加工精度の低下を来さなくできる。また、その際、径の絞られたビームでもって光励起を行うので、エッチングを効率良く行え、生産性の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のブロック図
【図２】第１実施形態の要部断面図
【図３】第１実施形態の作用を説明するための作用説明図
【図４】図２を説明するための要部断面図
【図５】第２実施形態の作用を説明するための作用説明図
【図６】第２実施形態の作用を説明するための作用説明図
【図７】第３実施形態を説明するための表の図
【図８】第３実施形態を説明するための表の図
【図９】第３実施形態を説明するための表の図
【図１０】第４実施形態のブロック図
【図１１】第４実施形態の要部断面図
【図１２】従来例を説明するための作用説明図
【図１３】従来例を説明するための作用説明図
【符号の説明】
２  プラズマディスプレイ用ガラス基板
１０  窓
１１  チャンバー
１２  レーザー発振手段
１３  光学手段
１４  ガス供給手段
１５  排気手段
１６  試料台
１９  フォトマスク
２０  投影装置
２１  凹面鏡
２２  凸面鏡
３２  パターン形成層
４０  スキャニング装置
４１  反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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