(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の過程に従って回路基板上に形成されたＩＴＯ膜をパターニングする方法であって、前記方法は回路基板表面に液体の蒸気を噴射することにより回路基板表面上に液体膜を形成することと、回路基板上に形成されたＩＴＯ膜をエッチングするために液体膜を通してレーザからのレーザエネルギを当てることを含み、エッチングされた物質を前記エッチングの間に膜の蒸発により回路基板表面から除去する方法。
【請求項２】
前記液体の蒸気は、水、アルコール、不活性液、および無反応液のうちの何れか１つからなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記液体の蒸気は、基板表面へ前記液体の蒸気を搬送するためにガスと共に噴射される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガスは、窒素、圧縮空気、酸素、および不活性ガスのうちの何れか１つからなる請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザは所定パルス幅のレーザエネルギを照射する請求項１ないし４に記載の方法。
【請求項６】
前記パルス幅は１ないし１００ｎｓの範囲である請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザのレーザフルエンスは回路基板のエッチング閾値より大きい請求項１ないし６に記載の方法。
【請求項８】
前記レーザフルエンスは１５０ｍＪ／ｃｍ２以上である請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は回路基板のパターニング方法に関し、特に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜基板のパターニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板は、コンピュータチップや移動体電話のような多くの電子および電気通信装置内で頻繁に使用される。また該回路基板（以下単に基板と称する）は導体、半導体、超伝導体および／または絶縁体で作られており、該基板の合成はそれぞれの用途に合わせて決定される。例えば、ＩＴＯは高い導電性と良好な光透過度を有している。これらの特性により、ＩＴＯは平面パネルディスプレイ、有機発光ダイオード（有機ＬＥＤ）および太陽電池などで透明電極として使用されるのに適している。ＩＴＯは有毒ガスを検出するセンサとしても使用される。このように基板を使用するには、通常それぞれの用途に合った所望のパターンを基板にエッチングすることが必要となる。
【０００３】
ＩＴＯ膜基板を含めた基板のエッチング方法はいくつか提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
基板上にＩＴＯ層をエッチングする方法はＵＳ３９７９２４０に提案されている。所望のパターンに対応するフォトレジストを、ＩＴＯ層部分を覆うまたは「マスクする」ようにＩＴＯ層上に塗布する。そのあと、基板を高濃度の臭化水素酸溶液に浸すと、フォトレジストにマスクされていないＩＴＯ部分がエッチングされる。ＵＳ５１７１４０１にはまた別の方法が提案されている。メチル基を含むプラズマで効果的にＩＴＯ膜基板をエッチングすることができる。また、選択的反応性イオンエッチングもＵＳ５１３８６６４で提案されている。これらの方法では、ユーザや環境に害を及ぼすある種の溶液および／またはガスを使用する。
【０００５】
基板のレーザエッチングもまたすでに提案されており、これはフォトリソグラフィーや有害な溶液、ガスを必要としない。提案されているレーザエッチングの１方法は、基板表面を直接レーザによってアブレート（剥離）し、基板をパターニングする「ドライレーザエッチング」である。ドライレーザエッチングは以下の複数の文献に記載されている。Yavas O. et al,「酸化インジウムスズ薄膜の高速マスクレスレーザパターニング（“High-Speed Maskless Laser Patterning of Indium Tin Oxide”）」(1998) Appl. Phys. Lett. Vol.73, No.18, pp 2558-2560；Yavas O. et al,「酸化インジウムスズ薄膜のレーザパターニング効率の基板吸収効果（“Effect of Substrate Absorption on the Efficiency of Indium Tin Oxide Thin Films”）」(1999) J. Appl. Phys. Vol.85, No.5, pp 4207-4212およびYavas O. et al,「酸化インジウムスズ薄膜の補助基板レーザパターニング（“Substrate-assisted Laser Patterning of Indium Tin Films”）」(1999) Appl. Phys. A69 (suppl.), s875-s878。最初の文献に記載されているように、ドライレーザエッチングはレーザ照射点の縁がショルダー状の構造になってしまう欠点を有している。ショルダー状構造は縁近傍の溶けた物質の表面張力によって形成される。
【０００６】
また別のレーザエッチング法が、ＵＳ５０５７１８４およびLu, Y. F. et al,「水酸化カリウム水溶液中の多結晶Al2O3TiCのレーザ誘導エッチング（“Laser-Induced Etching of Polycrystalline Al2O3TiC in KOH Aqueous Solution”）」(1996) Appln Phys. A62, pp43-49に提案されている。この方法は、基板を不活性液または水溶性のアルカリまたは酸性水溶液に浸すことから「ウエットレーザエッチング」と呼ばれる。
【０００７】
不活性溶液を使用するウエットエッチングの場合、不活性溶液のレーザ誘導音響キャビテーションが基板表面のエッチングに用いられる。しかしながら、不活性溶液を用いるウエットレーザエッチングは、基板が該ウエットエッチング法に適した物理特性を持っている必要があるために、限界がある。この基板の特性とはつまり、基板を効果的にエッチングするために、レーザエネルギから熱を受けたときレーザエネルギを吸収することができ、有限の融解温度を持っており、しかも昇華しないということである。
【０００８】
アルカリまたは酸性の水溶液によるウエットエッチングの場合、レーザ誘導化学反応が基板表面のエッチングに用いられる。このウエットエッチング法の欠点は、この方法では室温でもエッチングされるので、物質が不適切な場所でエッチングされてしまうこともあるという点である。
【０００９】
加えて、両ウエットエッチング法では、エッチング過程で生じた残留物または汚染物が溶液に残り、それらが基板上に再付着し、所望のエッチングパターンを形成できなくなる可能性がある。
【００１０】
さらに、エッチングされた基板のレーザ清浄法が、Zapka, W. et al, 「固体表面からの０．２μｍの粒子の効果的パルスレーザ除去（“Efficient Pulsed Laser Removal of 0.2μｍ sized particles from a Solid Surface”）」, (1991) Appl. Phys. Lett. Vol.58 No.20, pp 2217-2219；Imen, K. el al,「レーザ補助によるミクロンスケール粒子の除去（“Laser-Assisted Micron Scale Particle Removal”）」(1990), Appl. Phys. Lett. Vol.58 No.2. pp 203-205およびTam, A. C. et al,「表面微粒子を除去するためのレーザ清浄技術（“Laser-Cleaning Techniques for Removal of Surface Particulates”）」(1992) J. Appl. Phys. Vol.71 No.7 pp 3515-3523に提案されている。これらの文献はストリームレーザ清浄法を提案している。この方法は、汚染された基板の表面に液体膜を付着させ、汚染された基板をレーザ照射することによって、基板から汚染粒子を取り除くように該液体膜を乾燥させる方法であり、基板表面のアブレートまたはエッチングを必要としない。レーザフルエンスとパルス数は、基板への損傷を防止するために細心の注意を払って最小値にしなければならない。なお、液体膜の役割は該方法の清浄効果を高めることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は所定の過程に従って基板をパターニングする方法を提供し、該方法は基板表面上に液体膜を形成することと、基板表面をエッチングするために液体膜を通してレーザからのレーザエネルギを当てることを含む。エッチングされた物質は前記エッチングの際に膜の蒸発により基板表面から除去される。
【００１２】
本発明により、レーザを照射した点の縁でのショルダー状構造の形成が効果的に回避でき、エッチングレートは非常に高くなり、エッチングされた物質は基板上に再付着することなく除去される。特に、レーザエネルギは基板をエッチングするための液体膜の音響キャビテーションを誘発する。従って、エッチングおよびパターニング品質は本発明の方法によって大きく改善される。
【００１３】
本明細書の文中では、「液体膜」という用語はマイクロメートルスケールの相対的に薄い液体の層を意味する。
【００１４】
レーザパターニングの後、液体膜は蒸発し、所望のパターンのドライ基板が認められる。
【００１５】
好ましくは、基板表面上に液体蒸気を噴射することによって、液体膜を基板表面上に形成する。該液体蒸気は好ましくは水、アルコール、不活性液または無反応液で構成される。好ましい実施例では、液体膜は数マイクロメートルから数十マイクロメートルの厚さを有する。
【００１６】
液体蒸気は、ガスと共に噴射し、基板表面に付着させることが好ましい。該ガスは、好ましくは窒素、圧縮空気、酸素または不活性ガスからなる。
【００１７】
好ましくは、レーザエネルギを所定のパルス幅で照射する。該パルスは好ましくは１−１００ｎｓの範囲である。
【００１８】
好ましくは、レーザフルエンスエネルギは基板のエッチング閾値以上である。好ましい実施例では、レーザフルエンスエネルギは１５０ｍＪ／ｃｍ２以上である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る方法の好適な実施例を適用するための装置である。レーザ光１２を生成するレーザ１０は光学システム２０を有している。該レーザ１０はＹＡＧレーザまたはエキシマレーザである。光学システム２０は、基板３０上の所定の経路に沿って、レーザ光１２を照射する。光学システム２０は鏡、レンズおよびガルバノミラーを有している。光学システム２０は基板３０上にレーザ光を照射するだけでなく、レーザ光１２の方向と焦点を変更でき、好ましくはコンピュータ制御である。基板３０はＸ−Ｙステージのような搬送ステージ４０上に設置され、該ステージは所定の経路に沿って移動できる。制御装置５０は該ステージ４０の速度と方向を制御する。
【００２０】
容器７０は液体６０を有しており、液体蒸気を生成するためにヒータ８０によって熱せられる。該液体は水、アルコール、または、適切であれば他のいずれの液体でも良い。ガス源９０はガス流調節装置１００およびバルブ１１０を経由して容器７０と接続している。本実施例では、ガスは窒素である。圧縮空気、酸素または不活性ガスのような他のガスも使用できる。該バルブ１１０は所定の流量比および流れ状態で連続的または断続的にガス流を制御する。
【００２１】
本発明の実施例による方法は以下の通りである。液体６０はヒータ８０によって蒸発し、液体蒸気を生成する。その後ガス源９０からの窒素が容器７０内へ解放され、ノズル１２０を通って該液体蒸気を基板表面へ搬送する。液体蒸気は窒素によってノズル１２０の外へ押し出され、基板３０上に噴射される。その結果、マイクロメートルスケールの厚さを有する液体薄膜１３４が基板表面上に形成される。
【００２２】
レーザ１０はレーザ光１２を生成し、該レーザ光１２は液体膜１３４を通って基板３０上に集中する。レーザ光１２は所定の経路に従った基板表面のエッチングを開始する。レーザ光１２は液体膜１３４のレーザ誘導音響キャビテーションを誘発し、よって基板３０がエッチングされる。該音響キャビテーション効果は、レーザ光１２が液体膜１３４を気化させるまで続く。よって、該エッチング機構はレーザ誘導音響キャビテーションであり、これはレーザ清浄とは明らかに異なる。この音響キャビテーション効果によって、ドライレーザエッチングにおいて発生する基板表面のレーザ照射部分の縁におけるショルダー状構造の形成を回避できる。エッチング工程の間、エッチングによって発生するあらゆる残留物質は、基板表面の液体膜１３４のレーザ誘導蒸発によって基板３０から除去される。よって、エッチングされた物質は基板３０から除かれ、ウエットレーザエッチングにおいて発生する残留物質の基板上への再付着を回避できる。
【００２３】
該エッチング工程は、光学システム２０およびステージ４０にプログラミングされた所定の経路に沿ってレーザ光１２を照射する光学システム２０、および該所定の経路に沿ってレーザ光１２に対応して動くステージ４０によって制御される。
【００２４】
本発明の方法は、本実施例以外の実施例を多数実現できる。
【００２５】
（実施例１）
図２ａおよび２ｂはドライレーザエッチング法によりエッチングされたＩＴＯ膜のサンプルを示す。波長５３２ｎｍ、パルス幅７ｎｓおよび周波数１０Ｈｚに設定されたＹＡＧレーザを用いた。レーザフルエンスは８８７．５ｍＪ／ｃｍ２である。図２ａに示したように不鮮明な境界線２００が基板表面に形成されている。境界線２００は、図２ｂに示したように、境界線２００の縁に形成された５００オングストロームのショルダー状の構造２１０に相当する。
【００２６】
対して、図３ａおよび３ｂは上述した本実施例の方法と上記の通りに準備した装置を用いてパターニングしたＩＴＯ膜のサンプルを表す。図２ａのサンプルと同じレーザ設定をＩＴＯ膜のパターン形成に用いた。図３ａで見られるように鮮明な境界線３００が得られた。これは図３ｂのショルダーのない縁３１０に相当する。
【００２７】
（実施例２）
ＩＴＯ膜を、１つは従来技術のドライエッチング法によりパターン形成し、もう１つは上述の実施例の方法によってパターン形成した。両サンプルは、波長２４８ｎｍ、パルス幅２３ｎｓ、周波数３０Ｈｚおよびレーザフルエンス５５０ｍＪ／ｃｍ２のエキシマレーザによりエッチングした。
【００２８】
図４ａおよび４ｂは従来技術のエッチング方法によってエッチングしたＩＴＯ膜サンプルを示す。図４ａに示されるように、不鮮明な境界線４００が形成されている。これは図４ｂの境界線４００の縁での１５００オングストロームのショルダー状構造４１０に相当する。
【００２９】
対して、図５ａおよび５ｂは本実施例の方法でパターン形成したＩＴＯ膜サンプルを示す。図５ａに示されるように鮮明な境界線５００が、基板のレーザ照射部分の縁に形成されている。これは、図５ｂのショルダーのない縁５１０に相当する。
【００３０】
（実施例３）
集積回路（ＩＣ）パッケージをエッチングした。１組のＩＣパッケージはドライレーザエッチング法を用いてエッチングし、もう１組のＩＣパッケージは上記記載の実施例の方法を用いてエッチングした。両方の場合とも、波長５３２ｎｍおよびパルス幅７ｎｓのＹＡＧレーザを使用した。
【００３１】
最初の実験では、ＹＡＧレーザのレーザフルエンスを２４０ｍＪ／ｃｍ２に設定した。両ＩＣパッケージのエッチング深度をパルス数に関して測定した。結果は図６ａに示した。図６ａに見られるように、エッチング深度はドライレーザエッチング法より本発明の実施例による方法（蒸気レーザパターニング）の方が圧倒的に高い。
【００３２】
第２の実験では各方法でのエッチングレートを２００から５００ｍＪ／ｃｍ２の間のレーザフルエンスの範囲で測定した。結果は、図６ｂに示した。図６ｂに見られるように、エッチングレートはドライレーザエッチング法より本発明の方法（蒸気レーザパターニング）の方が圧倒的に高い。
【００３３】
【発明の効果】
よって本発明の実施例は、基板のレーザ照射点の縁でのショルダー状構造の形成を回避し、エッチング深度およびエッチングレートを高め、エッチング残留物または汚染物を基板上へ再付着させることなく基板表面から除去する、基板エッチング方法を提供する。よってエッチングおよびパターニング品質は総合的に改善される。
【００３４】
レーザフルエンスは基板のエッチング閾値より高く選択した。該エッチング閾値はレーザのパラメータと、液体膜および基板の物質特性に依存する。例えば、１５０ｍＪ／ｃｍ２以上のレーザフルエンスはＹＡＧレーザを用いたＩＣパッケージのパターニングに適しており、３００ｍＪ／ｃｍ２以上のレーザフルエンスはエキシマレーザによるＩＴＯ膜のパターニングに適している。
【００３５】
前記記載の本発明の実施例およびその変形は本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
本発明の好ましい実施例を図を参照して示した。
【図１】  図１は本発明の実施例によるエッチング方法の概念的な図である。
【図２】  図２ａはＹＡＧレーザ照射を用いた従来のエッチング方法でエッチングしたＩＴＯのパターンラインの顕微鏡写真である。
図２ｂは図２ａの深さ方向の断面形状である。
【図３】  図３ａはＹＡＧレーザ照射を用いた本発明によるエッチング方法でエッチングしたＩＴＯのパターンラインの顕微鏡写真である。
図３ｂは図３ａの深さ方向の断面形状である。
【図４】  図４ａはエキシマレーザ照射を用いた従来のエッチング方法でエッチングしたＩＴＯのパターンラインの顕微鏡写真である。
図４ｂは図４ａの深さ方向の断面形状である。
【図５】  図５ａはエキシマレーザ照射を用いた本発明によるエッチング方法でエッチングしたＩＴＯのパターンラインの顕微鏡写真である。
図５ｂは図５ａの深さ方向の断面形状である。
【図６】  図６ａは、共にＹＡＧレーザ照射を用いた従来のエッチング法と本発明に従ったエッチング法による、集積回路のパターニングにおいて、エッチング深度をパルス数の関数として示したものである。
図６ｂは、共にＹＡＧレーザ照射を用いた従来のエッチング法と本発明に従ったエッチング法による、集積回路のパターニングにおいて、エッチングレートをレーザフルエンスの関数として示したものである。
【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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