專利名稱：在玻璃基底上產(chǎn)生薄膜圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在玻璃基底上產(chǎn)生薄膜圖形的方法。
攝影術(shù)是人們熟知的一種能使在基底上形成的薄膜中產(chǎn)生圖形的技術(shù)。如希望除去需加工薄膜的一些部分，而又不引起底層表面的損傷，則這種技術(shù)是既方便又先進(jìn)的。然而，采用這種方法完成圖形的制作需要很多步驟。也就是說，在基底上制成需加工的薄膜之后，把一層光刻膠涂覆其上并使之產(chǎn)生圖形，然后用一種蝕刻劑透過作為掩護(hù)的光刻膠膜上的圖形來蝕刻薄膜，最后，將光刻膠膜除去。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員皆知道，激光刻線技術(shù)可作為一種低成本并能夠進(jìn)行高速刻線的刻圖方法。YAG(釔鋁石榴石)激光器(紅外光源，1.06微米)是一種已普遍用于此用途的典型的激光器。因?yàn)檫@種激光器的光能僅有1.23電子伏特，而錫氧化物、銦氧化物(或稱為ITO)，ZnO等等的光能隙為大約3到4電子伏特，因而使用YAG激光器不能有效地將其加工。而透光的傳導(dǎo)性氧化物膜(CTO)通常是由這類材料制備成的。
這種激光刻線方法還有另一缺點(diǎn)。為了使涂覆在堿石灰玻璃基底上的透光傳導(dǎo)性薄膜產(chǎn)生圖形，需將薄膜的一些部分除去，在這時(shí)候，離子阻擋層和玻璃基底也部分地被除去了，因此玻璃基底的表面就裸露出來。結(jié)果，在制造液晶裝置時(shí)，裝置中的液晶材料被來自玻璃基底中的鈉離子所污染。另外，這種刻線操作使上面的表面變得不平整并使殘余物滯留在去除部位的邊緣處，這些殘余物可堆積至0.5～1微米厚。這種不平整性不僅對應(yīng)用液晶的裝置是不希望的，而且對制造包括積層工藝的普通電子裝置也是不希望的。這種不平整表面可能會(huì)引起處于不同水平上的層體和疊加在其上面而與其不相連接的電路圖形之間發(fā)生電流短路。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種形成于玻璃基底上的薄膜圖形并能使得幾乎沒有污染物從基底擴(kuò)散出來。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方案，先用濺射法在玻璃基底上覆蓋一層阻擋堿金屬離子的二氧化硅膜，接著再覆蓋一層ITO膜(銦錫氧化物)。然后用激光刻線方法加工該ITO膜使之產(chǎn)生ITO膜的圖形。與此相關(guān)的為改善該圖形輪廓的幾個(gè)關(guān)鍵問題列舉如下。
熱傳導(dǎo)是形成溝槽清晰邊緣的主要障礙。當(dāng)激光照射的部分被加熱到其沸點(diǎn)時(shí)，它的相鄰部分也必然被加熱，發(fā)生軟熔并在緊挨溝槽處形成隆起的邊緣，為了使隆起部分減少到最低限度，防止它和覆蓋在其上面的薄膜發(fā)生接觸，必須在該ITO膜上所說的相鄰部分受熱之前就使被去除部位的溫度提高到其沸點(diǎn)。用短波長和窄脈沖寬度的激光束可完成這一過程。所選擇的波長不大于400毫微米(3.1ev)。該脈沖寬度不大于50毫微秒。廣泛地用于該領(lǐng)域的YAG激光器不能放出這種能量集中的激光脈沖。本申請人發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)分子激光器可用于此目的。在這方面，當(dāng)激光刻線時(shí)，離子阻擋膜是否會(huì)被破壞在很大程度上取決于它的熱導(dǎo)率。如果它的熱導(dǎo)率很低，則此離子阻擋膜的升溫速度很慢，這樣就幾乎不受覆蓋于其上面的ITO膜所帶來的熱的影響。
此離子阻擋膜和此ITO膜的熔點(diǎn)是極其重要的。如果離子阻擋膜易于熔化，就可能在離子阻擋膜形成豁口，結(jié)果玻璃表面就通過溝槽而裸露出來。在這方面，最好選擇ITO和不摻雜的SiO2，因?yàn)榍罢吆秃笳叩娜埸c(diǎn)分別為890℃和1700℃。SiO2膜的熔點(diǎn)也顯著地高于玻璃基底。它們的能隙亦適合于這一目的。SiO2的能隙為7至8ev，因而幾乎不吸收這種短波長的準(zhǔn)分子激光束，而ITO的能隙為3ev。
這種用激光刻線來選擇性地除去ITO薄膜的方法的優(yōu)點(diǎn)是可使圖形的表面光滑和平整。即使根據(jù)本發(fā)明的方法，在除去ITO膜后仍會(huì)有殘余物留下。然而，這些殘余物可容易地用HCl浸蝕除去，因?yàn)樗怯啥嗫捉Y(jié)構(gòu)的InOx和SnOx組成的。與此不同的是，現(xiàn)有技術(shù)的方法采用YAG激光器，結(jié)果是SiO2膜部分地被除掉，其殘余物有一些同ITO剩余部分積累在一起，這種殘余物由銦或錫的合金組成，而這種合金是與離子阻擋層下面所含的硅混雜在一起的。這種殘余物不能通過HCl浸蝕除去而需用HF浸蝕，即使用HF浸蝕也不能選擇性地單獨(dú)把殘余物除去而只留下ITO膜的剩余部分，由于HF的浸蝕，該剩余部分很易與覆蓋在上面的ITO膜一起部分地被除掉。
該離子阻擋膜并不限于用濺射方法形成的SiO2膜，也可以用其它材料來制備，只要滿足上述所列舉的條件即可。例如，該離子阻擋膜可用化學(xué)氣相沉積法(CVD)來形成SiO2或Si3N4膜，或用濺射一個(gè)熱阻玻璃靶子，例如石英的方法來形成該膜。無論何種方法，制膜操作皆在低于玻璃基底軟化點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。


圖1是一個(gè)示意圖，它示出根據(jù)本發(fā)明用于激光制圖的激光刻線組合裝置。
圖2(A)到圖2(D)是一些解釋性的視圖，它們以橫截面圖形來示出根據(jù)本發(fā)明的激光束的形成工藝。
圖3(A)到圖3(B)是一些平面圖和截面圖，它們示出根據(jù)本發(fā)明的薄膜圖形制備工藝。
圖5(A)和圖5(B)是一些顯微照片，它們示出由激光刻線法形成的溝槽。
圖6(A)和圖6(B)是對圖4(A)和4(B)示出的圖形所取的截面圖。
圖4(A)到4(D)是一些截面圖，它們示出根據(jù)本發(fā)明在一玻璃基底上產(chǎn)生一適合于液晶顯示用的薄膜圖形的制造工藝。
參照圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的激光刻線組合裝置。該激光器的組合裝置是由KrF準(zhǔn)分子激光器14(波長＝248NM，Eg＝5.0ev，效率＝3％，輸出能量＝350mJ)、射線放大器15、掩膜16、人造石英制成的凸形柱狀透鏡17和基底夾具10。基底夾具10采用如圖所示的垂直方向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便于改變安裝在夾具上的堿石灰玻璃基底1的位置。在基底1上制成一層50～1500，例如，200厚的離子阻擋膜，它是由幾乎不含磷、鈉和硼等雜質(zhì)離子的二氧化硅組成；還制成一層厚度為1000～3000的透光傳導(dǎo)性薄膜，這種膜由ITO、錫氧化物、鋅氧化物組成或是由它們組成的層壓物。該透光傳導(dǎo)性薄膜4可以用鉻或鉬薄膜涂覆于其上而制得。根據(jù)這種情況，在必要時(shí)可在該導(dǎo)電膜的上面或下面制造一層絕緣的或半導(dǎo)體的薄膜。
如圖2(A)所示，剛從準(zhǔn)分子激光器14射出的激光束21的高度和寬度分別為16mm和20mm。如圖2(B)所示，使用射線射束放大器15，可使此激光束的寬度21放大到300mm，而它的高度仍不改變。經(jīng)放大后，它的能量密度變?yōu)?.6×10-2mJ/mm2。放大的射線22的邊緣部分被掩膜16遮擋掉，結(jié)果使它的高度變?yōu)?mm，正如圖2(c)所示。遮掉此放大激光束的邊緣部分是為了減少由后面的柱狀透鏡17所產(chǎn)生的象差效應(yīng)。扁平的激光束23被壓縮并聚焦在基底1的表面上，如在圖1和圖2(D)中所示。此激光束在基底1表面上的高度是10微米。在實(shí)際應(yīng)用中，需在基底上形成的溝槽寬度范圍為2微米到200微米，例如50微米、20微米、10微米、5微米和3微米，這取決于應(yīng)用時(shí)的需要。
激光束以脈沖的形式反復(fù)地投射在基底1上，而基底1相對于激光射線滑動(dòng)。脈沖持續(xù)時(shí)間是20毫微秒，頻率是1-100Hz，例如，10Hz，于是溝槽35、36、37、…就形成了，如圖3(A)和3(B)所示。相鄰溝槽之間的距離是15mm。殘余物留在溝槽的周圍和內(nèi)部。這種殘余物可用酸有選擇地清除，例如，用氯化氫或氟化氫(用水稀釋至1/10)或用一種氟化物溶液的混合物，例如，酸性氟化銨，接著用丙酮和純水以超聲波(29KHz)漂洗。
如果本發(fā)明用于制造液晶裝置，這種液晶材料需要很高的純度，則應(yīng)有效地防止它受鈉離子的污染，否則此材料長時(shí)間使用時(shí)，鈉離子將從堿石灰基底擴(kuò)散出來而造成污染。另外，如果它被用做圖象傳感器、太陽能電池和類似物的基底的話，非晶態(tài)半導(dǎo)體膜也需防止受鈉離子的影響，這種影響將易導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換能力的衰減和半導(dǎo)體向n-型半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變。
離子阻擋膜可用任何已知的技術(shù)來制備，如濺射、化學(xué)氣相沉積和類似的方法。離子阻擋膜的涂覆最好在其起始時(shí)用流體形式的物質(zhì)涂覆于基底上，例如用有機(jī)硅液體化合物，象硅氮烷、乙醇的烷氧基硅烷、或其它適宜的含有硅氧化物的液體化合物。旋涂器可用于這種涂覆操作。另外，屏幕壓印技術(shù)、噴霧技術(shù)或其他涂覆方法皆可以使用。然后把此先驅(qū)膜加熱，使其轉(zhuǎn)變成固態(tài)二氧化硅。無論采用何種方法，使用這種液態(tài)先驅(qū)膜皆可獲得表面光滑和平整的離子阻擋膜。此先驅(qū)膜的厚度是50～2500。
參照圖4(A)至圖4(D)，其中描述一種用于液晶顯示的玻璃基底的制造方法。用不摻雜的二氧化硅在堿石灰玻璃101表面上制成由液態(tài)先驅(qū)物構(gòu)成的上述基底不僅可以制得光滑平整的表面，而且也省去了拋光玻璃基底上表面的步驟，此阻擋膜的厚度為200。
ITO膜105用濺射方法來沉積，使其厚度達(dá)到0.1～2微米。如圖1所示，由準(zhǔn)分子激光器中射出的一連串激光脈沖打在ITO膜105上，同時(shí)基底101隨夾具10沿圖6(B)的橫向滑動(dòng)。脈沖發(fā)射和基底101的滑動(dòng)是同步的，以使得發(fā)射的脈沖打在被照射的ITO膜105上能產(chǎn)生390微米的間距。對ITO膜的表面掃描三次。相應(yīng)地激光脈沖的能量需這樣來選擇，使得在三次照射后能去除整個(gè)厚度的ITO膜而同時(shí)不會(huì)使下面的阻擋膜103受到實(shí)質(zhì)性的損傷。雖然溝槽可僅用一次激光脈沖照射就可形成，但最好使用多次照射，以達(dá)到精確地控制激光刻線效果和改進(jìn)圖形的輪廓。最后，溝槽邊緣的殘余物109用稀釋的HF浸蝕除去，如圖4(D)所示。
圖5(A)是在ITO膜中形成一個(gè)溝槽的顯微照片，根據(jù)本發(fā)明，用一中間層的二氧化硅阻擋膜來把玻璃基底與ITO膜隔開。該二氧化硅膜形成時(shí)幾乎不帶任何雜質(zhì)離子。圖6(A)是一示意圖，它表示圖5所示實(shí)物的橫截面視圖。由圖中可見，溝槽的邊界很清晰，沒有殘余物滯留。
圖5(B)是ITO膜溝槽的顯微照片，該ITO膜是在玻璃基底上形成，并以一層摻雜磷的SiO2膜將二者隔開。圖6(B)是一示意圖，它表示圖5(B)所示實(shí)物的橫截面視圖。由于磷離子的摻雜而使得二氧化硅膜的熔點(diǎn)變低，所以二氧化硅膜在形成溝槽的過程中熔化并在溝槽邊緣處形成隆起部分。隆起部分是由二氧化硅和ITO的混合物一起形成的，要將它除去將是困難的，而玻璃基底就穿過溝槽裸露出來。
從圖5(A)、5(B)、6(A)和6(B)可以理解，雜質(zhì)的摻雜是不希望的，而二氧化硅的純度是很重要的。
對每個(gè)溝槽施加50V直流電壓來檢測電流的泄漏。這一檢測是通過100個(gè)長30厘米、寬10微米的溝槽來進(jìn)行的。結(jié)果，所有電流的泄漏都在1×10-9A到2×10-9A范圍內(nèi)。在用摻雜磷的SiO2膜代替無摻雜的SiO2阻擋膜來重復(fù)上述試驗(yàn)。結(jié)果，觀察到有少量的電流泄漏。
盡管幾個(gè)實(shí)施方案已專門進(jìn)行了闡述，但是可以認(rèn)為本發(fā)明并不限于所述的特定實(shí)施例，在不偏離所附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明范圍的情況下可進(jìn)行各種改進(jìn)和變化。實(shí)施例列舉如下。
構(gòu)成顏色過濾器的絕緣膜可以在透光的傳導(dǎo)性薄膜上面或下面完整地形成。
雖然該傳導(dǎo)性薄膜可用透光的傳導(dǎo)性材料如ITO、SiO2或ZnO膜來制備，而金屬的薄膜，例如鉻和鉬也可按相同的方式使用。
盡管根據(jù)較佳的實(shí)施方案，與剩余的透光的傳導(dǎo)性薄膜相比，溝槽是很窄的，而在被除去的400微米寬的那些部分之間有一些20微米寬的狹帶留下，這是在使基體逐漸移動(dòng)的情況下同時(shí)使用一連串的激光脈沖連續(xù)地照射在基底上所產(chǎn)生的。
權(quán)利要求
1.一種在玻璃基底上形成的薄膜中產(chǎn)生傳導(dǎo)性圖形的方法，該方法包含下面步驟用不摻雜的二氧化硅在所述基底上形成一層離子阻擋膜；在所述離子阻擋膜上形成一層傳導(dǎo)性薄膜；以及用一種脈沖準(zhǔn)分子激光束在所述傳導(dǎo)性薄膜上根據(jù)預(yù)定圖形除去所說傳導(dǎo)性薄膜的一些部分，而處于被照射部分下面的所述離子阻擋膜仍然留下覆蓋著它下面的玻璃基底，以使得所述基底的表面不會(huì)通過所說圖形而裸露出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說傳導(dǎo)性薄膜是由銦錫氧化物制得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述玻璃基底是堿石灰玻璃基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述離子阻擋膜的制備是先涂覆一種含有二氧化硅的液相化合物，然后將所說液相化合物進(jìn)行加熱處理，以使其轉(zhuǎn)變成固相二氧化硅膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所說的液相化合物是硅氧烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所說的液相化合物是烷氧基硅烷的乙醇溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述繳光束的波長不大于400毫微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述激光束的脈沖寬度不大于50毫微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，另外還包含在除去所說傳導(dǎo)性薄膜后的清除殘余物的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述清除殘余物的步驟是用鹽酸進(jìn)行的。
11.一種在玻璃基底上形成的薄膜中產(chǎn)生傳導(dǎo)性圖形的方法，該方法包含下面步驟在所述基底上用不摻雜的氮化硅為材料形成一離子阻擋膜；在所述離子阻擋膜上形成一層傳導(dǎo)性薄膜；以及用一種準(zhǔn)分子脈沖激光束在所述傳導(dǎo)性薄膜上根據(jù)預(yù)定圖形除去所述傳導(dǎo)性薄膜的一些部分，而處于被照射部位下面的所述離子阻擋膜仍然留下覆蓋著它下面的玻璃基底，以使所述的基底的表面部分不會(huì)通過所說圖形而裸露出來。
全文摘要
一種導(dǎo)電圖形的制備方法，該方法是采用激光劃線技術(shù)在堿石灰玻璃基底上產(chǎn)生圖形，可運(yùn)用于液晶裝置。在此玻璃基底上形成的一層ITO膜的一些部分通過激光脈沖照射而被除去。可用一種準(zhǔn)分子激光器來產(chǎn)生該種脈沖激光束。激光的照射不應(yīng)損害介于ITO膜和玻璃基底之間的離子阻擋膜，而此離子阻擋膜是由不摻雜的二氧化硅制得，它可以防止堿金屬離子從玻璃基底中擴(kuò)散出來。
文檔編號(hào)B41M5/24GK1035102SQ881092
公開日1989年8月30日 申請日期1988年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月23日
發(fā)明者篠原久人, 菅原彰 申請人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所