(57)【要約】【課題】  配線などの金属膜が絶縁膜を間にして重なり合う部分において、絶縁膜やその下の金属膜を損傷することなく加工を行うことができるレーザ加工方法を提供する。【解決手段】  絶縁膜２２を間にしてゲート配線２１とソース配線２３とが重なり合う部分に短絡部２３Ａが発生している。短絡部２３Ａに対して少なくとも１回レーザ光ＬＢを照射することにより、短絡部２３Ａの厚み方向の一部を除去し、残部２３Ｂの厚みを５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満とする。次いで、残部２３Ｂに対して０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満のエネルギーで最終回の照射を行う。照射されたエネルギーは残部２３Ｂにすべて吸収および反射され、更に熱伝導により残部２３Ｂが完全に溶融し、除去される。絶縁膜２２はソース配線２３に比べて熱伝導率が１桁以上小さいので熱による損傷はほとんど発生せず、絶縁膜２２下のゲート配線２１にも損傷は発生しない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属膜と第２金属膜との間に絶縁膜を有する多層構造に対して前記第２金属膜の加工を行うレーザ加工方法であって、
前記絶縁膜を間にして前記第１金属膜と前記第２金属膜とが重なり合う部分において前記第２金属膜側からレーザ光を複数回照射し、且つ最終回の照射エネルギーを０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とする
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記第２金属膜に対して少なくとも１回レーザ光を照射することにより厚み方向の一部を除去し、残部の厚みを５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満としたのち、前記残部に対して最終回の照射を行う
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光としてパルス幅が１ナノ秒以下のものを用いる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記多層構造は絶縁性基板上に形成されたトランジスタの配線部であり、前記第１金属膜はソース配線、前記第２金属膜はゲート配線である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１金属膜と第２金属膜とが絶縁膜を間にして積層された多層配線の修正などに好適なレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板上に形成された配線などの薄膜のパターニング方法の一つとして、レーザ光の照射により薄膜を選択的に除去するレーザ加工法が知られている。レーザ加工法は、半導体製造において、または液晶あるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの製造において、フォトマスクの欠陥修正、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板のソース配線の短絡修正などに用いられている。
【特許文献１】特開２００２−５５３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、例えばＴＦＴのゲート配線上に絶縁膜を挟んでソース配線が重なる部分において、ソース配線の短絡部をレーザ加工法で修正することは不可能とされていた。これは、ソース配線に照射されたレーザ光が絶縁膜を通過し、下地のゲート配線を損傷してしまうおそれがあるからである。そのため、従来では、例えば特許文献１に記載されたように、配線どうしの重なり合う位置を避けてレーザ加工法を適用するため、電極構成を工夫する必要があった。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、配線などの金属膜が絶縁膜を間にして重なり合う部分において、絶縁膜やその下の金属膜を損傷することなく加工を行うことができるレーザ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるレーザ加工方法は、第１金属膜と第２金属膜との間に絶縁膜を有する多層構造に対して第２金属膜の加工を行うものであって、絶縁膜を間にして第１金属膜と第２金属膜とが重なり合う部分において第２金属膜側からレーザ光を複数回照射し、且つ最終回の照射エネルギーを０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とするようにしたものである。その際、第２金属膜に対して少なくとも１回レーザ光を照射することにより厚み方向の一部を除去し、残部の厚みを５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満としたのち、残部に対して最終回の照射を行うことが好ましい。
【０００６】
本発明のレーザ加工方法では、絶縁膜を間にして第１金属膜と第２金属膜とが重なり合う部分において第２金属膜側からレーザ光が複数回照射され、且つ最終回の照射エネルギーが０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とされるので、最終回で照射されたエネルギーは残存する第２金属膜にすべて吸収および反射され、更に熱伝導により、残存する第２金属膜が完全に溶融し、除去される。更に、絶縁膜は第２金属膜に比べて熱伝導率が小さく、熱による損傷はほとんど膜表面のみに限定されるので、損傷はほとんど発生せず、絶縁膜下の第１金属膜にも損傷は発生しない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のレーザ加工方法によれば、絶縁膜を間にして第１金属膜と第２金属膜とが重なり合う部分において第２金属膜側からレーザ光を複数回照射し、且つ最終回の照射エネルギーを０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とするようにしたので、最終回のレーザ照射による熱伝導を利用して第２金属膜を良好に除去することができる。また、第２金属膜と絶縁膜との熱伝導率の差により、絶縁膜および第１金属膜を損傷せずに第２金属膜のみを加工することができる。
【０００８】
特に、第２金属膜に対して少なくとも１回レーザ光を照射することにより厚み方向の一部を除去し、残部の厚みを５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満としたのち、残部に対して最終回の照射を行うようにすれば、絶縁膜やその下の金属膜を損傷することなく確実に第２金属膜を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１および図２は、本発明のレーザ加工方法が適用されるレーザ加工物の加工前の構成を表したものである。このレーザ加工物１０は、例えば、液晶あるいは有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどのディスプレイパネルとして用いられるものであり、例えばガラスよりなる絶縁性基板１１の表面にトランジスタの配線部２０が形成されている。
【００１１】
配線部２０は、例えば、ゲート配線２１，絶縁膜２２およびソース配線２３を絶縁性基板１０側からこの順に有する多層配線である。ゲート配線２１は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に「厚み」という。）が約１００ｎｍであり、モリブデン（Ｍｏ）により構成されている。絶縁膜２２は、例えば、厚みが約１００ｎｍであり、窒化ケイ素（Ｓｉx Ｎy ），酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）または酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）により構成されている。ソース配線２３は、例えば、厚みが約５００ｎｍであり、アルミニウム（Ａｌ），アルミニウム−ネオジム（Ｎｄ）合金，銅（Ｃｕ），チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）により構成されている。このソース配線２３には、絶縁膜２２を間にしてゲート配線２１と重なり合う部分に短絡部２３Ａが発生してしまっており、本発明のレーザ加工方法はこの短絡部２３Ａを除去して修正するものである。
【００１２】
以下、このような配線部２０に対してソース配線２３の短絡部２３Ａの修正を行うレーザ加工方法について説明する。
【００１３】
まず、短絡部２３Ａの発生したレーザ加工物１０をレーザ加工装置に投入する。図３は、レーザ加工装置の一例を表したものである。このレーザ加工装置１００では、レーザ加工物１０を支持する載置台１１０の上方に局所加工部１２０が配置されている。載置台１１０は、例えばＸ−Ｙステージにより構成され、レーザ加工物１０を局所加工部１２０に対して相対的に移動させ、図示しないレーザ光源からのレーザ光ＬＢを局所加工部１２０の窓１２１を透過して短絡部２３Ａに照射させることができるようになっている。また、局所加工部１２０の底面には、図４に示したように、例えば窒素（Ｎ2 ）などの圧縮ガスＧ１を吹き出すための多孔質アルミニウムよりなる通気部１３１と、レーザ光ＬＢの照射位置付近へ流入する圧縮ガスＧ１を排気するための圧縮ガス吸引口１３２とが同心環状に設けられており、この通気部１３１から吹き出される圧縮ガスＧ１により局所加工部１２０をレーザ加工物１０に対して浮上させることが可能である。なお、レーザ加工物１０上におけるレーザ光ＬＢの照射位置は局所排気機構１４０により局所的に真空排気され、局所加工部１２０の窓１２１にはパージガス供給機構１５０によりアルゴン（Ａｒ）などのパージガスＧ２が吹き付けられている。
【００１４】
次いで、載置台１１０によりレーザ加工物１０を局所加工部１２０の下方に移動させる。このとき、局所加工部１２０を予め浮上させておくことが好ましい。局所加工部１２０が絶縁性基板１１に接触して損傷を与えることを防止することができるからである。局所加工部１２０を浮上させるには、例えば、図示しない圧縮ガス供給源から圧縮ガスＧ１として例えば圧力０．２ＭＰａの圧縮窒素を供給し、この圧縮ガスＧ１を通気部１３１を介してレーザ加工物１０に向けて吹き出させる。
【００１５】
続いて、パージガス供給機構１５０からパージガスＧ２として例えば５０ｃｃｍのアルゴンガスを導入する。
【００１６】
そののち、圧縮ガス吸引口１３２から圧縮ガスＧ１の排気を開始し、局所加工部１２０の浮上量Ｄを例えば１０μｍとする。これにより、局所加工部１２０とレーザ加工物１０との間にバネ定数の極めて大きなバネを形成し、局所加工部１２０の浮上量Ｄの変動を抑えて浮上の剛性を高めることができる。
【００１７】
また、局所排気機構１４０により排気を開始する。局所排気機構１４０による排気は、レーザ光ＬＢの照射により生じた飛散物を吸引して除去するためである。
【００１８】
そののち、窓１２１を通してソース配線２３を観察しながら載置台１１０を操作することにより、修正したい短絡部２３Ａが局所加工部１２０の下方になるようにレーザ加工物１０を移動させる。この短絡部２３Ａは、図２に示したように、絶縁膜２２を間にしてゲート配線２１とソース配線２３とが重なり合う部分に発生している。
【００１９】
続いて、短絡部２３Ａにレーザ光ＬＢを複数回照射する。レーザ光ＬＢの照射条件としては、例えば、加工サイズ１０μｍ□、波長３９０ｎｍ、パルス幅１ナノ秒以下とする。パルス幅は、１００ピコ秒以下とすればより好ましく、１０ピコ秒以下とすれば更に好ましい。パルス幅が短いほど熱拡散が小さく、熱による損傷を抑えることができるからである。
【００２０】
まず、図５に示したように、短絡部２３Ａに対して少なくとも１回レーザ光ＬＢを照射することにより厚み方向の一部を除去し、残部２３Ｂの厚みを例えば５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満とする。４００ｎｍ以上の厚みとすると、加工端部が盛り上がりその後の工程に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。また、５０ｎｍよりも薄いと、レーザ光のプロファイル中の強度の強い部分で絶縁膜２２やその下のゲート配線２１に損傷が生じやすくなってしまうからである。その際、エネルギーは例えば０．１Ｊ／ｃｍ2 以上１．１Ｊ／ｃｍ2 以下とすることが好ましい。０．１Ｊ／ｃｍ2 よりも低いとレーザ光のプロファイルの揺らぎが強調されてしまい、強度の低い部分では短絡部２３Ａが十分に除去できない一方、強度の強い部分では絶縁膜２２やその下のゲート配線２１に損傷を生じるおそれがあるからである。また、１．１Ｊ／ｃｍ2 より高いと加工端部に盛り上がりが発生したり飛散物が増えたりするからである。
【００２１】
そののち、残部２３Ｂに対して最終回の照射を行う。この最終回の照射エネルギーは、例えば０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とする。最終回の照射エネルギーを０．３Ｊ／ｃｍ2 以上とするのは、加工領域全面を１ショットで加工する必要があるため、レーザ光のプロファイルの揺らぎを考慮し、レーザ光のプロファイル中の最もエネルギーが低い箇所が加工閾値を超えるようにしているためである。また、３．０Ｊ／ｃｍ2 以上とすると、加工端部の盛り上がりが高くなり後工程に影響を及ぼす、加工領域よりも大きい範囲が加工されてしまう等、加工精度が低下する問題が発生する。この結果、図６に示したように、照射されたエネルギーは残部２３Ｂにすべて吸収および反射され、更に熱伝導により残部２３Ｂが完全に溶融し、除去される。更に、絶縁膜２２はソース配線２３に比べて熱伝導率が１桁以上小さく、熱による損傷はほとんど膜表面のみに限定されるので、損傷はほとんど発生せず、絶縁膜２２下のゲート配線２１にも損傷は発生しない。
【００２２】
なお、短絡部２３Ａが２箇所以上あれば、必要に応じて以上の工程を繰り返す。これにより、ソース配線２３の短絡部２３Ａが順次切断されて修正され、図１に示したレーザ加工物１０が完成する。
【００２３】
このように本実施の形態では、絶縁膜２２を間にしてゲート配線２１とソース配線２３とが重なり合う部分に発生した短絡部２３Ａにレーザ光ＬＢを複数回照射し、且つ最終回の照射エネルギーを０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とするようにしたので、最終回のレーザ照射による熱伝導を利用して短絡部２３Ａを良好に除去することができる。また、ソース配線２３と絶縁膜２２との熱伝導率の差により、絶縁膜２２およびゲート配線２１を損傷せずに短絡部２３Ａのみを加工することができる。
【００２４】
特に、短絡部２３Ａに対して少なくとも１回レーザ光ＬＢを照射することにより厚み方向の一部を除去し、残部２３Ｂの厚みを５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満としたのち、残部２３Ｂに対して最終回の照射を行うようにすれば、絶縁膜２２やその下のゲート配線２１を損傷することなく確実に短絡部２３Ａを除去することができる。
【実施例】
【００２５】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００２６】
（実施例）
まず、図１および図２に示したレーザ加工物１０を作製した。ガラスよりなる絶縁性基板１１上に、モリブデンよりなる厚み１００ｎｍのゲート配線２１，窒化ケイ素よりなる厚み１００ｎｍの絶縁膜２２およびアルミニウムよりなる厚み５００ｎｍのソース配線２３をこの順で積層し、配線部２０を形成した。その際、ソース配線２３に、絶縁膜２２を間にしてゲート配線２１と重なり合う部分に、短絡部２３Ａが発生した（図１および図２参照。）。短絡部２３Ａの幅Ｗを調べたところ１０μｍであった。
【００２７】
次いで、上記実施の形態と同様にして、この短絡部２３Ａを修正した。レーザ光ＬＢの照射条件としては、加工サイズ１０μｍ□、波長３９０ｎｍ、パルス幅３ピコ秒とした。まず、エネルギーが０．１Ｊ／ｃｍ2 以上１．１Ｊ／ｃｍ2 以下となるようにアッテネータを設定し、短絡部２３Ａに対してレーザ光ＬＢを照射することにより厚み方向の一部を除去し、残部２３Ｂの厚みを１００ｎｍ程度とした（図５参照。）。
【００２８】
続いて、０．８Ｊ／ｃｍ2 のエネルギーで残部２３Ｂに対して最終回の照射を行った。得られたレーザ加工物１０についてレーザ光ＬＢの照射位置を観察したところ、短絡部２３Ａは良好に除去され、絶縁膜２２およびその下のゲート配線２１に損傷は発生していなかった（図６参照。）。
【００２９】
（比較例）  
０．１Ｊ／ｃｍ2 のエネルギーで、短絡部２２３Ａが完全に除去されるまでレーザ光を複数回照射したことを除き、上記実施例と同様にして短絡部２２３Ａを修正した。得られた比較例のレーザ加工物２１０についてもレーザ光の照射位置を観察したところ、図７に示したように、絶縁膜２２２およびその下のゲート配線２２１まで除去されてしまっていた。
【００３０】
このように、実施例では、比較例に比べて、極めて良好な加工結果が得られた。すなわち、絶縁膜２２を間にしてゲート配線２１とソース配線２３とが重なり合う部分に発生した短絡部２３Ａにレーザ光ＬＢを複数回照射し、且つ最終回の照射エネルギーを０．３Ｊ／ｃｍ2 以上３．０Ｊ／ｃｍ2 未満とすれば、絶縁膜２２およびゲート配線２１を損傷せずに短絡部２３Ａのみを加工することができることが分かった。
【００３１】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明のレーザ加工方法を、ゲート配線２１，絶縁膜２２およびソース配線２３が順に積層されたＴＦＴの配線部２０に適用した場合について説明したが、本発明のレーザ加工方法は、第１金属膜と第２金属膜との間に絶縁膜を有する多層構造に対して第２金属膜の加工を行う場合に広く適用することができる。
【００３２】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、レーザ加工装置の構成を具体的に挙げて説明したが、レーザ加工装置の構成は上記実施の形態および実施例に限られない。例えば、上記実施の形態および実施例では、レーザ光ＬＢの照射位置近傍を局所排気機構１４０により局所的に真空排気するようにした場合について説明したが、レーザ光ＬＢの照射位置近傍に窒素以外のガスを供給するようにしてもよい。このようにすれば、特に絶縁膜２２が窒化物により構成されている場合に、絶縁膜２２の損傷をより効果的に抑制することができる。
【００３３】
更に、例えば、上記実施の形態および実施例では、載置台１１０により、レーザ加工物１０を局所加工部１２０に対して移動させる場合について説明したが、図示しないレーザ光源および局所加工部１２０をレーザ加工物１０に対して移動させるようにしてもよく、あるいは両方を移動させるようにしてもよい。
【００３４】
加えて、例えば、上記実施の形態および実施例では、局所加工部１２０を圧縮ガスＧ１を用いた浮上機構１５０により浮上させる場合について説明したが、浮上機構１５０の浮上方式は圧縮ガスＧ１による静圧浮上方式に限定されない。また、局所加工部１２０は、例えば支柱等に固定されていてもよい。
【００３５】
更にまた、上記実施の形態および実施例では、図４に示したように円板状の局所加工部１２０に、通気部１３１および圧縮ガス吸引口１３２を環状に形成するようにしたが、通気部１３１および圧縮ガス吸引口１３２の形状は環状に限定されず、例えば矩形、三角形などとしてもよい。ただし、環状とすれば製造が容易であるので好ましい。
【００３６】
加えてまた、圧縮ガスＧ１またはパージガスＧ２は、上記実施の形態および実施例で説明したガス種に限られず、他のガスでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のレーザ加工方法は、上記実施の形態で説明したソース配線２３の短絡部２３Ａの修正のほか、例えば、フォトマスクの欠陥修正、透明導電性薄膜、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；錫ドープ酸化インジウム）薄膜の電極パターン形成、および薄膜により構成された抵抗またはコイルなどのトリミングにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のレーザ加工方法が適用されるレーザ加工物の加工前の構成の一例を表す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】本発明のレーザ加工方法で用いられるレーザ加工装置の一例を表す断面図である。
【図４】図３に示した局所加工部を載置台側から見た構成を表す底面図である。
【図５】本発明のレーザ加工方法を工程順に表す断面図である。
【図６】図５に続く工程を表す断面図である。
【図７】本発明の比較例の結果を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０…レーザ加工物、１１…絶縁性基板、２０…配線部、２１…ゲート配線（第１金属膜）、２２…絶縁膜、２３…ソース配線（第２金属膜）、２３Ａ…短絡部、１００…レーザ加工装置、１１０…載置台、１２０…局所加工部、１２１…窓、１３１…通気部、１３２…圧縮ガス吸引口、１４０…局所排気機構、１５０…パージガス供給機構、Ｇ１…圧縮ガス、Ｇ２…パージガス
【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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