JP5099616B2 - 回路パターン付き透明基板の製造方法 - Google Patents
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Description
また、近年需要が高まっているプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)においては、透明薄膜電極の回路パターンの形成が必須である。
また、この方法では、上記多数の工程の度に大量の現像液や、エッチング剤等の薬液及び洗浄液を使用することとなる。これは、単に歩留まりが悪く製造コストが非常に高くなるということのみならず、昨今、重大な関心事となってきた廃液の処理などの環境負荷が大きいという問題があった。
さらに、金属薄膜等に用いる材料の種類によってはエッチング剤等によるエッチングが困難であった。従って、フォトリソグラフィ・エッチングプロセスには、エッチング性に優れる特定の材料しか適用することはできなかった。
特許文献1には、ウェットプロセスを用いることなく確実にパターニングを行い、薄膜回路パターンの微細化及びプロセスの短縮化、簡略化をはかることを目的として、基体の表面上にステンシルをパターン形成した後、上記ステンシル上に成膜すべき薄膜を被着して、上記基体の裏面側からエネルギービームを照射して、上記ステンシルを剥離させて上記薄膜をパターニングすることを特徴とする薄膜パターン形成方法が記載されている。
しかし、この酸化錫を主成分とする薄膜を透明基板上に形成し、通常用いられる波長が1064nmであるYAGレーザ光(以下、「YAGレーザ光」は全て波長が1064nmのものをいう)を照射してパターニングした場合、通常、レーザ光の大半が透過し、効率よく、かつ再現性良くパターニング加工ができないという問題があった。また、加工を行なうためにレーザのエネルギーを上げると、ガラス等の透明基板に損傷が生じる可能性があるという問題があった。
これは、1064nmの波長のレーザ光に対する酸化錫膜の吸収率が低いために、蒸発エネルギーが高くアブレーション現象が起こり難いだけでなく、その微小な吸収率が変動しやすいため再現性が低く、通常、高エネルギーのレーザ光を長時間照射しなければ、酸化錫を主成分とする薄膜を透明基板上から、再現性良く除去してパターニングすることができないからである。
(2)前記透明導電膜の厚さが50〜500nmである上記(1)に記載の回路パターン付き透明基板の製造方法。
(3)前記薄膜付き透明基板が、前記透明基板上に透明導電膜を成膜の後、アニーリング処理したものである、上記(1)または(2)に記載の回路パターン付き透明基板の製造方法。
また、パターニング時の高いレーザ出力が不要であるため、YAGレーザ光の照射による透明基板の損傷を少なくして、パターニングすることができる。
このような製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
さらに、酸化錫を主成分とする薄膜を、以下では「酸化錫薄膜」ともいう。
本発明の薄膜付き透明基板において、キャリア濃度とは透明導電膜、特に酸化錫薄膜中の自由電子の濃度であり、次の式(i)により算出される値(n)である。前記透明導電膜としては、酸化錫薄膜やITO薄膜が例示される。
n:キャリア濃度(1/cm3)
ρ:比抵抗(Ω・cm)
μ:移動度(cm2/V・s)
e:電荷(電気素量)
また、移動度の値は、ホール効果測定法により測定した値である。
ε1 = εC − (ne2/ε0m*)(τ2/ω2τ2+1) … (i)
ε2 = (ne2/ε0m*)(τ/ω(ω2τ2+1)) … (ii)
であり、εCはイオン場の誘電率、ε0は真空の誘電率、m*は、自由電子の有効質量、ωは入射電磁波の周波数、τは緩和時間であり、m*μ/eで表される。
λP = 2πc(ne2/(ε0εCm*−(1/τ)2))−1/2 … (iii)
の入射光波長で吸収ピークを持つ。cは、光の速度である。
(iii)式より吸収ピークλPは、キャリア濃度nの−1/2乗に比例して変化することが理解できる。
前記酸化錫薄膜の厚さがこのような範囲の場合に、YAGレーザ光の発振波長である1064nmにおける前記酸化錫薄膜の反射を抑制することができ、さらに、レーザ光を効率よく吸収させることができる。従って、エネルギー密度が、より低いYAGレーザ光を照射した場合であってもパターニングすることができる。
以上のように、酸化錫薄膜のキャリア濃度の最適化と膜厚の最適化によって、本発明の目的である確実で効率の良いレーザパターニング可能な酸化錫薄膜付き透明基板を提供できる。
この含有率は、例えば、蛍光X線分析法や酸化錫薄膜を溶液に溶かし、プラズマ発光などを用いて決定することができる。
このような範囲のTaを含有すれば、前記酸化錫薄膜中のキャリア濃度が好ましい範囲となりやすい。
このような範囲のSbを含有すれば、前記酸化錫薄膜中のキャリア濃度が好ましい範囲となりやすい。
このような範囲のFを含有すれば、前記酸化錫薄膜中のキャリア濃度が好ましい範囲となりやすい。
ここで、透明基板とは、YAGレーザ光を透過する材料(透過率が80%以上の材料)で構成されていれば特に限定されない。例えば、ガラス基板を挙げることができる。
また、その厚さや大きさも特に限定されない。例えば、1〜3mm程度のガラス基板であれば、プラズマディスプレイパネル(PDP)用として好ましく用いることができる。
本発明の製造方法において、本発明の薄膜付き透明基板を製造する方法は特に限定されず通常の方法で行うことができ、気相蒸着法を好ましく例示することができる。気相蒸着法としては、物理蒸着法(PVD)として真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法等が挙げられる。また、化学蒸着法(CVD)として熱CVD、プラズマCVD等が挙げられる。このような中でも、スパッタリング法及びイオンプレーティング法は精度良く膜厚を制御できる点で好ましい。
ターゲットの酸化度、スパッタリングを行う反応雰囲気ガス中の酸素濃度(酸素分圧)、薄膜形成速度(蒸着速度)、および基板温度を主に調整することにより、透明基板上に形成される酸化錫薄膜の酸化度が変化し、キャリア濃度も変化する。
本発明の薄膜付き透明基板は、アニーリング処理することにより、透明基板上に形成された酸化錫薄膜の酸化度が変化し、キャリア濃度も変化する。その結果、YAGレーザ光の発振波長である1064nmにおけるレーザ光の吸収率を最適化でき、再現性と効率の高いパターニングが可能となる。
アニーリング処理の具体的な方法としては、上記薄膜付き基板を300℃から550℃に加熱しながら、大気中、酸素中、あるいは窒素雰囲気中でアニールするという方法を挙げることができる。
本発明の製造方法において、本発明の薄膜付き透明基板にYAGレーザ光を照射して、パターンを形成する方法は特に限定されない。任意の開口部を有するマスクを介して、任意のエネルギーを有し波長が1064nmであるYAGレーザ光を、本発明の薄膜付き透明基板の主面へ照射すればよい。YAGレーザ光の照射面は透明基板の薄膜が付いた面であっても、反対側の面であってよい。そして、YAGレーザ光の照射により酸化錫薄膜の一部を前記透明基板上から除去し、マスクの開口部と同形状のパターンを前記透明基板上に形成することができる。
また、例えば、SbをSb2O3換算で3〜15質量%含有し、キャリア濃度が5×1019/cm3以上であり、厚さが50〜500nmである酸化錫薄膜を透明基板上に有するものが挙げられる。
(実施例1〜4および比較例1〜4)
40mm角で厚さ2.8mmのガラス基板(PD200、旭硝子社製)を用意し、次に示す方法により酸化錫薄膜をその表面に形成した。
Ta、Sb又はFを添加していないSnO2焼結体、又はTa2O5を全体として5質量%添加したSnO2焼結体を蒸着原料とし、イオンプレーティング法によって、成膜時の酸素分圧と成膜速度を変化させ酸化錫薄膜を成膜した。形成された膜の組成は、焼結体の組成と同等であった。
40mm角で厚さ2.8mmのガラス基板(PD200、旭硝子社製)を用意し、次に示す方法によりITO薄膜をその表面に形成した。
酸化インジウムにSnO2を全体として10質量%添加したITO焼成ターゲットを用い、スパッタリング法により成膜した。形成された膜の組成は、焼結体の組成と同等であった。
キャリア濃度は、移動度の値をホール効果測定法により測定し、式(i)により求めた。
上記方法で成膜したサンプルをPower lase社製Nd:YAG laser、AO2 laser(発振波長:1064nm)とSpectron社製Nd:YAG laser、SL401 laser(発振波長:1064nm)を用いてパターン形成を行った。パルス幅は、実施例1〜4及び比較例1〜4については84nsec、参考例5については40nsecとした。
第1表に示したように、実施例1〜4は、透明基板上にキャリア濃度が5×1019/cm3以上である酸化錫薄膜を有する薄膜付き透明基板であり、10J/cm2程度の比較的低いエネルギーのレーザ光で加工することができた(第1表においては、「加工結果」の欄にレーザ光のエネルギー(J/cm2)を示した)。
これらのパターンの上面写真(顕微鏡写真)を図3に示す。
実施例1の上面写真が図3の(a)であり、実施例2の上面写真が図3の(b)であり、実施例3の上面写真が図3の(c)であり、実施例4の上面写真が図3の(d)であり、参考例5の上面写真が図3の(e)である。
また、実施例1〜4および参考例5の薄膜付き基板を電極として用いても、PDPとして問題は生じない。
第1表に示したように、比較例1〜4は、透明基板上にキャリア濃度が5×1019/cm3未満である酸化錫薄膜を有する薄膜付き透明基板であり、10J/cm2以下、特に30J/cm2以下のエネルギーのレーザ光でも加工することができなかった(第1表においては、「×」で示した)。
これらのパターンの上面写真(顕微鏡写真)を図4に示す。
比較例3の上面写真が図4の(a)である。
2 ビームシェイパー
3 ホモジナイザー
4 プロジェクションマスク
5 ミラー
6 プロジェクションレンズ
7 サンプル
Claims (3)
- 透明基板上に透明導電膜を有する薄膜付き透明基板に、波長が1064nmのレーザ光を照射して前記透明基板上に回路パターンを形成する、回路パターン付き透明基板の製造方法であって、
前記透明導電膜が、キャリア濃度が5×10 19 /cm 3 以上であり、かつ、酸化錫を主成分とする薄膜である、回路パターン付き透明基板の製造方法。 - 前記透明導電膜の厚さが50〜500nmである請求項1に記載の回路パターン付き透明基板の製造方法。
- 前記薄膜付き透明基板が、前記透明基板上に透明導電膜を成膜の後、アニーリング処理したものである、請求項1または2に記載の回路パターン付き透明基板の製造方法。
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