JP2004230458A - レーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】加工部近辺におけるデブリの付着を抑制してレーザー照射部近傍での濃度ムラを軽減し、また、レーザー照射の境界部分での加工残りを軽減して加工精度及び製造歩留りを向上させることができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】アパーチャーマスク４５を基板直上に備え、当該アパーチャーマスク４５の開口４５ａはパターン加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさであるので、レーザー光がアパーチャーマスク４５に入射し、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみで透過し、レーザー光が薄膜に照射され加工され、この照射された部分の薄膜が昇華され上昇し、その分子の一部が空気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスク４５に堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【選択図】 図１
【解決手段】アパーチャーマスク４５を基板直上に備え、当該アパーチャーマスク４５の開口４５ａはパターン加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさであるので、レーザー光がアパーチャーマスク４５に入射し、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみで透過し、レーザー光が薄膜に照射され加工され、この照射された部分の薄膜が昇華され上昇し、その分子の一部が空気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスク４５に堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンマスクを透過したレーザ光で、基板表面の薄膜をパターンマスクに対応したパターンに加工するレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）もしくは有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）などのようなフラットディスプレイパネルは、その表示用の画素電極に透明電極を用いている。
図１０にＰＤＰの表示用透明電極パターンの一例を示す。図１０に示すように、１セルは平面上に電極本体部１１１ａから突出するＴ字状電極１１１ｂが対向するように配置されている。この透明導電膜１１１で形成されたＴ字状電極１１１ｂの先端部間（放電ギャップ）に電圧を印加することにより、図１１に示すＰＤＰにおける１セルの断面模式図のように、セル中にあるガスがプラズマ化されて紫外線を放出し、その紫外線が蛍光体に照射されて発光し、全体として表示装置となる。
【０００３】
図１２に代表的なＬＣＤの透明導電膜パターンの一部を示す。図１３にＬＣＤの１セルの断面模式図を示す。ＬＣＤではこの１セルの孤立パターンの透明導電膜１１１に、図示されていないゲート電極およびソース電極およびＴＦＴスイッチング素子を用いて、対向基板との間にはさまれている液晶素子へ電圧を印加することで、液晶素子を偏向し、光が偏光されて、全体として表示装置となる。
通常の表示装置において、ＰＤＰやＬＣＤのセル数は数十万以上であり、図１０に示す透明導電膜１１１からなるＴ字状電極及び図１２に示すように透明画素電極は、すべて全く同じパターン形状が等間隔に配置されて構成されている。
【０００４】
このような透明電極を構成する透明導電膜１１１の形成は、まずスパッタリング法や蒸着法などによってガラス基板１１２全面へ透明導電性のべた膜の成膜を行い、成膜されたべた膜をフォトレジスト方式により、パターニングする方法が一般的に採用されている。このフォトレジスト方式によるパターニングは、透明導電性のべた膜上へフォトレジストを塗布、フォトレジストをパターン露光、フォトレジストの現像、透明導電性膜のエッチング、フォトレジストの剥離という非常に多くの工程を経る。
【０００５】
そこで、より工程数の少ないレーザー光による直接加工法が現在注目されている。レーザー光による直接加工法とは、高エネルギーのレーザー光を透明導電性のべた膜へ直接照射させて、膜の不要な部分を直接飛散若しくは昇華させてパターン加工する方法である。レーザー光の１ショットの加工実効照射エリアは、現在のところ、膜を加工させるだけのエネルギー密度に上げるため、数百ミクロンから数ｍｍと狭い。よって、前述の画素電極を加工する場合、例えばＰＤＰでは表示エリアが対角３０〜５０インチであるため、レーザー光を基板１１２全面に走査するように数十万以上照射しなければ、全体を加工することはできず、従来は加工時間と精度が問題であった。しかし、現在基板１１２全面を高速に走査できるようなＸ−Ｙステージが開発され、また、レーザー照射制御精度が高くなりつつあって、加工時間や精度は問題でなくなりつつある。したがって、工程数の少ないこのようなレーザー直接加工が脚光を浴びてきつつある。なお、表示装置のような画素電極は前述のように同じパターン形状が等間隔に配置されているが、この繰返しパターニングの具体的な方法は特開２００２−２９２４８９号公報に詳細に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９２４８９号公報
【０００７】
【特許文献２】特公平７−１００２３４号公報
【０００８】
【特許文献３】特開平１０−９４８９１号公報
【０００９】
【特許文献４】特開平１０−９４８９１号公報
【００１０】
【特許文献５】特開２００１−９６３９０号公報
【００１１】
【特許文献６】特開平１０−１８６１２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記したレーザーによる直接加工法は、既に他の分野で開拓されている部分もあり、薄膜でなくクロム鋼やステンレス鋼などの合金鋼を切断するためにレーザー加工を用いていた。このレーザー加工においては、加工部近辺において小さな物質が付着しており切断面の仕上がりが悪いという問題があった。本発明の分野である薄膜を対象としたレーザー加工法においても、同種の問題が発生しており、すなわち、加工部近辺において膜の小さな物質（以下、デブリとする。）が周辺に飛散して汚くなるという第１の課題を有し、また、レーザー照射の境界部分で膜厚が厚くなって加工残りが発生するという第２の課題を有する。
【００１４】
図１４は、約１×６ｍｍのマスクパターンを用い、エキシマレーザーのような短波長レーザーを用いて、ＰＤＰの透明電極を、繰り返しパターン加工したときの外観ムラの模式的な図である。レーザーの１ショットでパターニングした加工部の周辺およそ１から２ｍｍの範囲内わたってデブリが堆積していることがこの図から読み取れる。
【００１５】
また、図１５にデブリ発生の模式図を示す。ある閾値以上のエネルギーを持った短波長レーザー光を被加工物へ照射すると、被加工物の分子は励起状態となり、瞬間的に分子間結合を開裂させ、固体状態にある分子を放出して飛散する（アブレーション加工ともいう）。しかし、飛散した分子の一部は、レーザー光路より外側において再結合するため、加工部周辺に堆積される。この再結合した分子の一部がデブリとなって加工部周辺に付着して汚くなり第１の課題を発生させている。
【００１６】
図１６は、ＹＡＧレーザーやＣＯ２レーザーのような長波長のレーザー光を用いて、ＰＤＰの透明電極を、繰り返しパターン加工したときの加工境界におけるドロス発生の模式的な図である。図１７にドロス発生の模式図を示す。長波長のレーザー光が照射された薄膜部分は、熱的に励起されて瞬間的に加熱されることで昇華消失する。しかし、レーザーが照射された隣接した部分はレーザー光が照射されていなくとも、レーザー光が照射されて加熱されている部分からの熱伝播により薄膜が高温となって液状化する。この液状化した物質は、表面張力で膜が引いて盛り上がり、一方で、レーザーが照射されていない隣接部分は冷えたままであるため、その液状化した物質は表面張力で盛り上がったまま、レベリングする時間もなく、急激に冷えてそのまま固化する。
【００１７】
このようにして、加工部の周辺部に局所的な盛り上がりが生じ、非加工部分の約１．５〜２倍の膜厚が生じて加工残りができ第２の課題を発生させている。たとえこの第２の課題を解決すべく、この加工残りを対象として重ねて２回打ったとしても、膜厚が厚く加工残りが発生する。さらに、この加工残りが導電性を有していると、この加工残りが原因となって、形成された透明電極の間などで電気的短絡を発生させて重大な欠陥となり、製造歩留りを低下させる。
【００１８】
第１の課題を解決すべく、クロム鋼やステンレス鋼などの合金鋼を切断するレーザー加工における切断面の仕上がり向上おいては、特公平７−１００２３４号公報に開示されているように液体窒素などの液化ガスを供給して直接冷却させている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用して被加工物全体を液化ガス等の媒体で直接冷却すると、基板の温度による収縮率制御が困難になり微細なパターニングが困難となるため、転用することはできない。
【００１９】
また、第１の課題を解決すべく、ＦＲＰの切断面の仕上がり向上においては、特開平１０−９４８９１号公報に開示されるように酸素を噴射させてＦＲＰを完全燃焼させている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用すべく酸素を薄膜に噴射させると、薄膜を燃焼させて加工する方式のレーザー加工でないため、転用することができない。
【００２０】
さらにまた、第１の課題を解決すべく、プリント基板における穴あけ加工においては、特開２００１−９６３９０号公報に開示されるように直接基板へコンタクトさせている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用すべく薄膜パターニングに適用しようとすると、膜面へ直接接触させながらスキャンするようになり、膜面にダメージを与える可能性がため、転用することができない。
【００２１】
また、第２の課題を解決すべく、コンクリートの切断に関しては、特開平１０−１８６１２号公報に開示されるように、高圧水を噴射させて溶融ドロスを急冷・破砕して除去させている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用して高圧水を薄膜に噴射させると、高圧水の噴射が膜へダメージを与えるため、転用することができない。
【００２２】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、加工部近辺におけるデブリの付着を抑制してレーザー照射部近傍での濃度ムラを軽減し、また、レーザー照射の境界部分での加工残りを軽減して加工精度及び製造歩留りを向上させることができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザー加工装置は、レーザ光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光源からレーザー光を所定のパターンに基板上を加工するためのパターンマスクとを備えるレーザー加工装置において、前記基板直上近傍に配設され、パターンマスクを透過したレーザ光を透過する開口部がパターンの加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさで形成されるアパーチャーマスクを備えるものである。このように本発明においては、アパーチャーマスクを基板直上に備え、当該アパーチャーマスクの開口はパターン加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさであるので、レーザー光がアパーチャーマスクに入射し、アパーチャーマスクの開口部のみで透過し、レーザー光が薄膜に照射され加工され、この照射された部分の薄膜が昇華され上昇し、その分子の一部が空気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２４】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記アパーチャーマスクと基板との距離が１［ｍｍ］以内であるものである。このように本発明においては、デブリの飛散領域がレーザー加工領域から外側へおおよそ２［ｍｍ］以内のところまでに及んでいることを考慮して、前記アパーチャーマスクと基板との距離を１［ｍｍ］以内としているので、昇華され基板面から１［ｍｍ］以上の高さでレーザー光路から外れた分子が再結合してもアパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２５】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けるものである。このように本発明においては、アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けているので、固体で安定状態にある薄膜をレーザー光により光励起し、固体状の分子結合を分裂されて気体化させてあり、この気体化された分子は不安定な状態でイオン化されやすくなっており、飛散した分子や再結合した分子の大半がイオン化して電位差を設けたアパーチャーマスクに引き寄せられて吸着され、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２６】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いるものである。このように本発明においては、アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いているので、デブリが発生してもそのアパーチャー部分に吸着し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２７】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域を閉空間とし、当該閉空間内部を減圧する排気手段を備えるものである。このように本発明においては、パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域が閉空間であり、内部を減圧にする排気手段を備えているので、気圧が下がって飛散分子の平均自由工程が延び、つまり、気体となった分子が再結合する時間が長くなりデブリをマスク上に効率よく落とすことができ、また、減圧しておりアパーチャーマスクの開口部が吸引口となってデブリを吸引し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２８】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、レーザ光を射出するレーザ光源と、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンを有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射するパターンマスクと、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させる移動手段とを備えるレーザ加工装置において、前記加工ユニットに対するレーザ加工の際に、当該レーザ加工の加工部分に隣接する周辺部分の基板温度を上昇させるものである。このように本発明においては、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００２９】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光強度の有効エリアより大きく形成して前記周辺部分の基板温度を上昇させるものである。このように本発明においては、前記パターンマスクのパターンがレーザー強度の有効エリアよりも大きく形成されているので、基板若しくはレーザー光を移動させ基板上の薄膜を加工する場合に、レーザー光の強度の有効なエリアのみでなくこの有効なエリアに連続してレーザー光の強度が非有効なエリアも基板上の薄膜に照射され、レーザー光の強度が有効エリアの照射部分が昇華消失される以上に加熱され、レーザー強度の有効エリアの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリアの照射部分も昇華消失に至るほどは加熱されないまでも幾分か加熱され、大きな温度差を生じる部分が形成されずなだらかな温度勾配となり、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３０】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、前記レーザー光の強度分布を一方向のみ直線状に整形するシリンドリカルレンズを有するのが望ましい。このように本発明においては、レーザーの単位面積当たりの強度を大きく保たせ、一方向に強度を均一化させるシリンドリカルレンズを用いてレーザー強度分布を一方向のみ矩形状に成形しているので、レーザー強度分布が矩形状である方向ではある点を境にレーザー強度が大きく変わるため、この点を境にレーザー強度が大きいレーザーとレーザー強度が小さいレーザーとに分かれ、かかる点近傍に盛り上がりを積極的に生じさせ、よりエネルギーロスのない効率的なレーザープロファイル波形を実現し、また装置コストダウンに繋がる。
【００３１】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱するものである。このように本発明においては、パターンマスクの透過領域がレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱しているので、基板上の内側領域がレーザーを照射され温度が高くなっても、かかる内側領域に隣接する外周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３２】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクが、レーザー光を１００％透過する加工部分と当該加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有するものである。このように本発明においては、当該パターンマスクはレーザー光を１００％透過する加工部分と加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有しているので、加工部分でレーザー光が１００％透過して加熱・昇華消失させ、半透過部分でレーザー光が１０％以上９０％未満透過して加熱しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３３】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、長波長のレーザー光を射出するレーザー光源と短波長のレーザー光を射出するレーザー光源とを備え、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光によりパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げるものである。このように本発明においては、長波長のレーザー光源と短波長のレーザー光源を２つもち、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光により、パターン加工部分およびその周辺基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分に短波長のレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分及びその周辺の基板温度が長波長のレーザーにより上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３４】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺をあらかじめ加熱する手段を備えるものである。このように本発明においては、加熱する手段を備え、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺を加熱して基板温度を上げ、レーザー加工しているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、あらかじめかかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によって上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３５】
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺をあらかじめ加熱する手段として熱風を吹き付けて該当部分の基板温度を上昇させる温風装置、電磁波を照射して該当部分の基板温度を上昇させる電磁波照射装置、赤外線を照射して該当部分の基板温度を上昇させる赤外線照射装置の使用が望ましい。
また、本発明に係るレーザー加工方法は、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンをパターンマスクが有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射し、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させて基板を加工するレーザ加工方法において、前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させるものである。このように本発明においては、前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によってあらかじめ上昇しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（本発明の第１の実施形態）
本発明をＰＤＰの透明電極形成に適用した第１の実施形態に係るレーザー加工装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図、図２は本実施形態に係るレーザー加工装置のアパーチャーマスクの平面図、図３は本実施形態に係るレーザー加工装置のパターン加工中のアパーチャーマスク開口部近傍の断面図を示す。
前記各図において、本実施形態に係るレーザー加工装置は、基板１２上に一面に成膜された透明導電膜１１に対し、加工すべき加工パターン以外をパターンマスク４１で遮光し、透明導電膜１１を例えばＴ字状電極郡が得られるようにパターン加工するものである。
【００３７】
前記レーザー加工装置の加工対象となる基板１２は、ガラス製とされ、表面にＩＴＯなどの透明導電材料で構成される前記薄膜としての透明導電膜１１を成膜される構成である。前記透明導電膜１１は、基板１２上にスパッタリング等を用いて膜厚が０．１〜０．２［μｍ］程度になるように一面に成膜される。
前記図１において本実施形態に係るレーザー加工装置は、透明導電膜１１を電極のパターンに加工するエキシマレーザー光を出射して整形制御する光学系制御部３０と、加工対象の透明導電膜１１が成膜された基板１２を平面的に移動させ、このエキシマレーザーの照射位置を移動可能とするＸ−Ｙステージ２０と、光学系制御部３０とＸ−Ｙステージ２０との間に配設され、光学系制御部３０から入射されるエキシマレーザー光を加工すべきパターンの開口４１ａを透過し当該開口部４１ａ以外を遮光するマスクユニット４０とを備える構成である。なお、レーザーはエキシマレーザー光としたが、一般的に短波長にてアブレーション加工可能なレーザー光であればよく、エキシマレーザー光に限定されない。さらに、本実施形態では、被加工対象として、ＰＤＰのガラス基板１２上に形成された透明電極用の透明導電膜１１を例に挙げたが、プリント回路基板や半導体装置の配線膜材料であるＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌなどの薄膜、絶縁膜材料であるＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘなどの薄膜等の加工にも応用できる。また、ガラスを材料とする基板１２を例に挙げたが、プラスチック、セラミック等の基板にも適用できる。
【００３８】
前記光学系制御部３０は、駆動トリガに基づいてエキシマレーザー光の駆動を行うレーザー駆動回路３１と、エキシマレーザー光などの波長が赤外線もしくは紫外線であるような高出力のレーザー光を連続的に出射する公知のレーザー発振器３２と、この出射したレーザー光のエネルギー密度を透明導電膜１１の加工に適したものに調整するアッテネーター３３と、この調整されたレーザー光の形状を矩形形状に整形するシリンドリカルレンズ３４と、この整形された形状のレーザービームを基板１２の表面に対して垂直に入射するように反射する反射鏡３５とを備える。
【００３９】
前記Ｘ−Ｙステージ２０は、Ｘ方向Ｙ方向に移動可能なテーブルステージ２１に基板１２を載置し、モーター駆動回路２４により駆動モーター２３を駆動し、Ｘ−Ｙテーブル駆動系２２によりテーブルステージ２１が移動する構成である。
前記マスクユニット４０は、エキシマレーザー光が通過する順に、基板１２上の透明導電膜１１をパターン加工する形状のネガの相似形であるパターンの開口部４１ａを有するパターンマスク４１と、レーザー光を集光させる集光レンズ４３と、基板１２表面の直上に位置し集光レンズ４３により集光したエキシマレーザー光のビーム径と略同一若しくはそれ以下の開口領域からなる開口部４５ａを有するアパーチャーマスク４５とからなり、さらに、パターンマスク４１を固定する第１のマスクホルダー４２及びアパーチャーマスク４５を固定する第２のマスクホルダー４４を備える構成である。
【００４０】
このように基板１２の直上に位置するアパーチャーマスク４５がレーザー光のビーム径と略同一若しくはそれ以下の開口部４５ａを有することで、基板１２上の透明導電膜１１をアブレーション加工する時に発生するデブリの基板１２への堆積を抑制する。ここで、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａが、ビーム径と比較してデブリの飛散領域よりも大きく形成される場合には、アパーチャーマスク４５によるデブリの堆積の抑制という効果が限縮されることとなる。このようなデブリの飛散距離の相違に対応するために、このマスクユニット４０は、マスクステージ（図示しない）に取り付けられて任意に移動可能であり、Ｘ方向Ｙ方向の平面的な移動の他にアパーチャーマスク４５と基板１２との距離を調整可能に上下に移動可能とすることもできる。また、好ましくは、マスクユニット４０内でのパターンマスク４１、集光レンズ４３及びアパーチャーマスク４５の位置を調整可能とすることもできる。このように調整可能とすることで、不具合が生じた場合に迅速に対応することができる。
【００４１】
前記アパーチャーマスク４５は、レーザー光が集光レンズ４３により集光されて非常に大きいエネルギー密度となって入射してくるため、また加工される基板と接触する場合があるため、好ましくは、耐熱性及び耐磨耗性等に優れた耐久性のあるステンレス板若しくはシリコンウエハから成形される。また、このアパーチャーマスク４５の位置は、基板１２の直上であるが基板１２とアパーチャーマスク４５との距離が１［ｍｍ］以下となるように設定することが好ましい（図２参照、図２はパターンマスク４１を透過し集光されたレーザー光が開口部４５ａの白い部分を加工し、黒い部分は加工しないことを模式的に示す）。
【００４２】
即ち、デブリの飛散領域がレーザー加工領域から外側へおおよそ２［ｍｍ］以内のところまでに及び、この飛散距離を勘案すると１［ｍｍ］程度でおおくのデブリをアパーチャーマスク４５の表面に堆積させることができるからである。この１［ｍｍ］以下の基板とアパーチャーマスク４５との距離に伴い、アパーチャーマスク４５自体の薄さも数百［μｍ］であることが望ましい。
前記パターンマスク４１の開口部４１ａの大きさに対する加工パターンの倍率は、集光レンズ４３の倍率及びパターンマスク４１と基板面１２との距離によって規定される。
【００４３】
次に、本実施形態に係るレーザー加工装置によるパターン加工について説明する。Ｘ−Ｙステージ２０のテーブルステージ２１に透明導電膜１１が一面に成膜された基板１２を載置し、Ｘ−Ｙテーブル駆動系２２によりテーブルステージ２１が初期位置に移動される。初期位置に移動した後、駆動トリガによりレーザー駆動回路３１が始動してレーザー発振器３２からエキシマレーザー光が出射する。この出射したレーザー光はアッテネーター３３に入射しエネルギー密度が調整される。調整されたレーザー光は次にシリンドリカルレンズ３４に入射しレーザー光の形状を矩形形状に整形する。整形されたレーザー光が反射鏡３５で基板１２表面に垂直方向に反射される。
【００４４】
光学制御部３０からのレーザー光が始めにマスクユニット４０のパターンマスク４１に入射され、パターンマスク４１の入射領域のうち、遮光されているパターン部分以外の加工対象となる部分で透過する。透過したレーザー光は集光レンズ４３に入射し集光され、アパーチャーマスク４５に入射されアパチャーマスク４５の入射領域のうち、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみで透過する。
【００４５】
マスクユニット４０からのレーザー光が基板１２表面に成膜された透明導電膜１１に照射される。一面に成膜された透明導電膜１１のレーザー光の照射された部分のみアブレーション加工される。ここで、このアブレーション加工中に透明導電膜１１が昇華し、その分子の一部が空気中にて再結合されてデブリとして落下してくるが、基板１２の直上１ｍｍ以内にはアパーチャーマスク４５が位置しており、デブリの多くがアパーチャーマスク４５上に堆積する。
【００４６】
以下、上述の動作を繰り返しながら、マスクユニット４０を移動させる前記マスクステージと、基板１２を移動させるＸ−Ｙステージ２０とを同期させて駆動させてパターン加工を続けていくことで、パターン加工が終了して所望の形状（Ｔ字状電極群）に加工された透明導電膜が完成する。
このように本実施形態に係るレーザー加工装置によれば、加工対象の透明導電膜１２の直上にレーザー光のビーム径と略同一若しくはそれ以下の開口部４５ａを有するアパーチャーマスク４５を位置させているので、光学系制御部３０からのレーザー光がパターンマスク４１及び集光レンズ４３を介してアパーチャーマスク４５に入射し、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみで透過し、レーザー光が透明導電膜１１に照射されアブレーション加工され、この照射された部分の透明導電膜１１が昇華され上昇し、その分子の一部が空気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスク４５に堆積して基板１２に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００４７】
なお、本実施形態に係るレーザー加工装置において、アパーチャーマスク４５を金属で成形し、若しくは、表面に導電性の膜を設けて電位を与えることもでき、透明導電膜１１がレーザー光の照射により飛散した分子及び再結合された分子がイオン化されており、アパーチャーマスク４５にそのイオン化した分子と逆の極性の電位を与えることで、イオン化した分子をアパーチャーマスク４５に吸着させることができ、より一層多くのデブリをアパーチャーマスク４５に堆積させ基板１２上のデブリが減少し、濃度ムラがなくなり一様となる。
【００４８】
また、本実施形態に係るレーザー加工装置において、パターンマスク４１、このパターンマスク４１を固定する第１のマスクホルダー４２、アパーチャーマスク４５及びこのアパーチャーマスク４５を固定する第２のマスクホルダー４４で囲まれた部分を閉空間とし、真空ポンプ５０で閉空間内を排気し減圧雰囲気下とすることもでき、一般的に減圧雰囲気下では飛散した分子の平均自由工程が長くなるためデブリの発生が抑制され、また、デブリが発生しても閉空間を減圧したままパターン加工を行うとアパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみから外気の吸引が行われそれに伴いデブリも吸引されるためデブリをアパーチャーマスク４５に堆積させ基板１２上のデブリが減少し、濃度ムラがなくなり一様となる。
【００４９】
なお、本実施形態では、パターンマスク４１、このパターンマスク４１を固定する第１のマスクホルダー４２、アパーチャーマスク４５及びこのアパーチャーマスク４５により閉空間を構成したが、少なくともアパーチャーマスク４５の開口部４５ａ近傍が減圧状態であればよい。例えば、アパーチャーマスク４５及び第２のマスクホルダー４４で閉空間を構成することもでき、また、アパーチャーマスク４５と閉空間を構成する箱体（図示しない）をマスクホルダー４０内に形成することもでき、この場合も閉空間内を真空ポンプ５０で減圧状態とすることができる。さらには、外気を吸引する吸引機（図示しない）を用いてこの吸引機の吸引口をアパーチャーマスク４５の開口部４５ａに近づけ、アパーチャーマスク４５近傍のみを減圧状態としデブリを吸引機で吸引することもできる。
【００５０】
また、本実施形態に係るレーザー加工装置において、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａをレーザー光を透過し、デブリを吸着させる物質例えばガラスを用いて成形することもでき、開口部４５ａでレーザー光を透過させてパターン加工中に生じるデブリを吸着させ、基板１２にデブリを堆積させないようにすることができる。
【００５１】
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置について図４ないし図９に基づいて説明する。図４は本実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図、図５は本実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクの平面図、図６は本実施形態に係る従来のパターンマスクの平面図、図７は本実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー強度を示す図、図８は本実施形態に係るレーザー加工装置の加工対象の基板の要部断面図、図９は本実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクとレーザー強度の関係図である。
【００５２】
本実施形態に係るレーザー加工装置も、前記第１の実施形態に係るレーザー加工装置と同様に、ＰＤＰの透明電極をパターン加工する装置構成で、基板１２上に一面に成膜された透明導電膜１１に対し、加工すべきパターン以外をパターンマスク４６で遮光し、透明導電膜１１を電極パターン加工する。
前記図４において本実施形態に係るレーザー加工装置は、透明導電膜１１を電極パターン加工するＹＡＧレーザー光を出射して整形制御する光学系制御部３０と、加工対象の透明導電膜１１が成膜されたガラス基板１２を平面的に移動させ、このＹＡＧレーザーの照射位置を移動可能とするＸ−Ｙステージ２０と、光学系制御部３０とＸ−Ｙステージ２０との間に配設され、光学系制御部３０から入射される有効エリア３２ａ及び非有効エリア３２ｂを含むＹＡＧレーザー光を、加工すべきパターンより大きく形成される開口部４６ａを透過しそれ以外を遮光するマスクユニット４０とを備える構成である。
【００５３】
前記光学系制御部３０及びＸ−Ｙステージ２０は前記第１の実施形態と同様に構成されるため説明を省略する。なお、レーザーはＹＡＧレーザーとしたが、一般的に長波長にて熱加工可能な大出力レーザーであればよく、他に炭酸ガスレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アルゴンレーザー等を被加工物の材料、加工の種類に応じて適宜選択できる。
前記マスクユニット４０は、ＹＡＧレーザーが通過する順に、基板１２上の透明導電膜１１をパターン加工する形状のネガの相似形であるパターンマスク４６と、レーザー光を集光させる集光レンズ４３とからなり、さらに、パターンマスク４６を固定する第１のマスクホルダー４２を備える構成である。なお、このマスクユニット４０は、マスクステージ（図示しない）に取り付けられて任意に移動可能である。
【００５４】
前記パターンマスク４６の開口部４６ｂは、図５に示すように、レーザー強度の有効エリア３２ａよりも大きく、且つ、非有効エリア３２ｂの一部を含む開口パターン形状に形成されている。ここで、図６に示すような従来のパターンマスクにより、通常であれば、Ｘ−Ｙステージ２０を移動させ、レーザー光を連続照射させることで、パターン加工された透明導電膜（Ｔ字状電極群）１１を得ることができた。この従来のパターンマスクでは、加工対象である基板１２上に成膜された薄膜導電膜１１を確実に加工できる所定以上のレーザー強度を有するレーザー強度の有効エリア（図７参照）のみのレーザー光を透過させていた。
【００５５】
しかし、図１７に示すように、レーザー強度の有効エリア内のレーザー光のみが基板１２に照射されると、レーザー光の照射部分のみが瞬間的に高温に加熱され、照射されていない照射部近傍がレーザー光により加熱されず依然通常の基板温度のままであり、照射部分と照射部近傍とでは大きな温度差が生じる。即ち、照射部分の境は照射部分の熱が伝搬することで融解するが、照射部分の近傍が通常の基板温度のままであり、レーザー光も継続して照射されるわけではないので、融解した照射部分の境の温度が低下して再凝固し盛り上がりが生じる。
【００５６】
そこで、本実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスク４６の開口部４６ｂでは、図６に示す従来のパターンマスクのパターンを１単位として連続した複数単位からなるものとし、レーザー強度の有効エリア３２ａよりも大きくし、非有効エリア３２ｂを透過させるように形成させた。このように、レーザー強度の有効エリア３２ａよりもパターンマスク４６の開口部４６ｂを大きくすることで、透明導電膜１１を確実には加工できない所定未満のレーザー強度を有するレーザー強度の非有効エリア３２ｂのレーザー光（図７参照）も基板１２上の透明導電膜１１に照射されるようになり、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分は従来と同様に瞬間的に加熱され昇華消失し、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分にもレーザー光が照射され加熱されるため、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分とレーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分との境界に大きな温度差を生じる部分ができず、前述した盛り上がりを抑制することができる。
【００５７】
さらに、詳述すると、図７に示すように、レーザー強度の有効エリア３２ａとレーザー強度の非有効エリア３２ｂとはレーザー光中で連続しており、レーザー強度は中央から離れる程弱くなるため、加熱温度も同様に中央から離れる程低くなりなだらかな温度勾配を生じ、このなだらかな温度勾配に応じて、加工された透明導電膜１１の端部形状が図８に示すような緩やかに傾斜した形状になる。
なお、レーザー光照射の近傍における盛り上がりで深刻な問題を引き起こすのは、離隔していなければならない各単位の透明電極の間に盛り上がりが発生し、この盛り上がりである加工残りが隣接する電極間での電気的短絡欠陥に発展する場合のみである。本来透明導電膜１１が残る位置すなわち各単位の透明電極が形成される位置に盛り上がりが生じても、隣接する透明電極間で電気的短絡するわけでなく大きな問題とならない。そこで、レーザー光照射の近傍における盛り上がりを積極的に透明電極上に発生させるためには、パターンマスク４６中でレーザー光を透過させる箇所を透過エリア４６ａと、パターンマスク４６中でレーザー光を透過させない箇所を遮光エリア４６ｂとすると、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が遮光エリア４６ｂである部分には、レーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分を隣接させない。
【００５８】
一方、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が透過エリア４６ａである部分４６ｃには、レーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分を隣接させる。こうすることで、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が遮光エリア４６ｂである部分、つまり、透明導電膜１１が残る部分（透明電極形成部分）に前記盛り上がりが生じ、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が透過エリア４６ａである部分、つまり、透明導電膜１１が残らない部分（非透明電極形成部）に前記盛り上がりが生じない。
【００５９】
さらに、図９に示すように、シリンドリカルレンズ３４により、透明電極上に盛り上がりが発生する方向についてはレーザー強度の分布を直線形状として盛り上がりを発生させ、局所的な盛り上がりを抑制すべき方向はレーザー強度の分布をガウシアン分布として局所的な盛り上がりを発生させないようにする。ここで、パターン寸法精度を維持するために、レーザー光学系とマスクステージとを同期駆動するステージ駆動系を備えることが望ましい。
前記パターンマスク４６の開口部４１ａの大きさに対する加工パターンの倍率は、集光レンズ４３の倍率及びパターンマスク４６と基板面１２との距離によって規定される。また、このパターンマスク４６のパターンは一例として示しており、パターンがある単位形状の連続繰り返しとして構成されるものであれば、どのようなパターン形状でも本発明の機構原理にて上記課題は解決される。
【００６０】
次に、本実施形態に係るレーザー加工装置によるパターン加工について説明する。Ｘ−Ｙステージ２０のテーブルステージ２１に透明導電膜１１が一面に成膜された基板１２を載置し、Ｘ−Ｙテーブル駆動系２２によりテーブルステージ２１が初期位置に移動される。初期位置に移動した後、駆動トリガによりレーザー駆動回路３１が始動してレーザー発振器３２からＹＡＧレーザー光が出射する。この出射したレーザー光はアッテネーター３３に入射しエネルギー密度が調整される。調整されたレーザー光は次にシリンドリカルレンズ３４に入射しレーザー光の形状を一方向について矩形形状に整形する。整形されたレーザー光が反射鏡３５で基板１２表面に垂直方向に反射される。
【００６１】
光学制御部３０からのレーザー光が始めにマスクユニット４０のパターンマスク４６に入射され、パターンマスク４６の入射領域のうち、遮光されているパターン部分以外の加工対象となる部分で透過する。透過したレーザー光は集光レンズ４３に入射し集光されて透過する。
マスクユニット４０からのレーザー光が基板１２表面に成膜された透明導電膜１１に照射される。一面に成膜された透明導電膜１１のレーザー光の照射された部分のみアブレーション加工される。
【００６２】
以下、上述の動作を繰り返しながら、マスクユニット４０を移動させる前記マスクステージと、基板１２を移動させるＸ−Ｙステージ２０とを同期させて駆動させてパターン加工を続けていくことで、パターン加工が終了して所望の形状に加工された透明導電膜（Ｔ字状電極群）が完成する。
【００６３】
このように本実施形態に係るレーザー加工装置によれば、前記パターンマスク４６のパターンがレーザー強度の有効エリア３２ａよりも大きく形成され、具体的には、従来のパターンを単位とした連続した複数単位からパターンが形成されているので、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分は昇華消失するぐらいに加熱され、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分も昇華消失に至るほどは加熱されないまでも幾分か加熱され、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分から離隔する程加熱の度合いも弱くなり、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分を中心とした場合この中心から離れる方向に加熱の度合いが弱まっており、これに従い透明導電膜１１の表面の厚さも徐々に小さくなり、形成された透明電極の間に急激な盛り上がり形成することがなく、従って隣接する透明電極間で電気的短絡欠陥が生じない高品質の透明導電体のパターン加工を行うことができる。
【００６４】
なお、本実施形態に係るレーザー加工装置において、パターンマスク４１のパターンの形状を変え、レーザー強度の有効エリア３２ａ内のレーザー光だけでなくレーザー強度の非有効エリア３２ｂ内のレーザー光も基板１２上の透明導電膜１１に照射させて大きな温度差を生じさせず盛り上がりを抑制していたが、レーザー光照射時若しくはレーザー光照射前に、レーザー光照射部分及びその周辺の基板温度を上げることもでき、レーザー光照射によりレーザー光照射部分の温度が上がるが前もって基板温度を上げており、大きな温度差を生じず同様に盛り上がりを抑制することができる。
【００６５】
ここでレーザー光照射部分及びその周辺の基板温度を上げる手段としては、１００［％］のレーザー光を透過させる加工部分とこの加工部分近傍に１０［％］以上９０［％］未満のレーザー光を透過させる半透過部分をパターンマスク４１に設けて加工部分だけでなく半透過部分を透過したレーザー光が基板１２に照射される手段とすることもできる。また、長波長及び短波長のレーザー光源を備え、短波長のレーザー光によりパターン加工し長波長のレーザー光により基板１２の温度を上げることもできる。さらに、区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させるための手段を付設することもできる。具体的には図４中に示す加熱手段５であり、スポット的に熱風を吹きつける機構を備えた温風装置、電磁波照射機能を備えた電磁波放射装置、赤外線照射機能を備えた赤外線照射装置のいずれかを設けて、加工直前の基板部分の温度を上げることもできる。このようにすると、加工前にあらかじめ基板加工部分の基板温度が上昇しているため、加熱による基板温度の上昇を待つことなくレーザー加工を順次移動後すぐに行うことができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、アパーチャーマスクを基板直上に備え、当該アパーチャーマスクの開口はパターン加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさであるので、レーザー光がアパーチャーマスクに入射し、アパーチャーマスクの開口部のみで透過し、レーザー光が薄膜に照射され加工され、この照射された部分の薄膜が昇華され上昇し、その分子の一部が気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を奏する。
【００６７】
また、本発明においては、デブリの飛散領域がレーザー加工領域から外側へおおよそ２［ｍｍ］以内のところまでに及んでいることを考慮して、前記アパーチャーマスクと基板との距離を１［ｍｍ］以内としているので、昇華され基板面から１［ｍｍ］以上の高さでレーザー光路から外れた分子が再結合してもアパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００６８】
また、本発明においては、アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けているので、固体で安定状態にある薄膜をレーザー光により光励起し、固体状の分子結合を分裂されて気体化させてあり、この気体化された分子は不安定な状態でイオン化されやすくなっており、飛散した分子や再結合した分子の大半がイオン化して電位差を設けたアパーチャーマスクに引き寄せられて吸着され、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００６９】
また、本発明においては、アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いているので、デブリが発生してもそのアパーチャー部分に吸着し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００７０】
また、本発明においては、パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域が閉空間であり、内部を減圧にする排気手段を備えているので、気圧が下がって飛散分子の平均自由工程が延び、つまり、気体となった分子が再結合する時間が長くなりデブリをマスク上に効率よく落とすことができ、また、減圧しておりアパーチャーマスクの開口部が吸引口となってデブリを吸引し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００７１】
また、本発明においては、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７２】
また、本発明においては、前記パターンマスクのパターンがレーザー強度の有効エリアよりも大きく形成されているので、基板若しくはレーザー光を移動させ基板上の薄膜を加工する場合に、レーザー光の強度の有効なエリアのみでなくこの有効なエリアに連続してレーザー光の強度が非有効なエリアも基板上の薄膜に照射され、レーザー光の強度が有効エリアの照射部分が昇華消失される以上に加熱され、レーザー強度の有効エリアの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリアの照射部分も昇華消失に至るほどは加熱されないまでも幾分か加熱され、大きな温度差を生じる部分が形成されずなだらかな温度勾配となり、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７３】
また、本発明においては、レーザーの単位面積当たりの強度を大きく保たせ、一方向に強度を均一化させるシリンドリカルレンズを用いてレーザー強度分布を一方向のみ矩形状に成形しているので、レーザー強度分布が矩形状である方向ではある点を境にレーザー強度が大きく変わるため、この点を境にレーザー強度が大きいレーザーとレーザー強度が小さいレーザーとに分かれ、かかる点近傍に盛り上がりを積極的に生じさせ、よりエネルギーロスのない効率的なレーザープロファイル波形を実現し、また装置コストダウンに繋がるという効果を有する。
また、本発明においては、パターンマスクの透過領域がレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱しているので、基板上の内側領域がレーザーを照射され温度が高くなっても、かかる内側領域に隣接する外周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７４】
また、本発明においては、当該パターンマスクはレーザー光を１００％透過する加工部分と加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有しているので、加工部分でレーザー光が１００％透過して加熱・昇華消失させ、半透過部分でレーザー光が１０％以上９０％未満透過して加熱しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７５】
また、本発明においては、長波長のレーザー光源と短波長のレーザー光源を２つもち、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光により、パターン加工部分およびその周辺基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分に短波長のレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分及びその周辺の基板温度が長波長のレーザーにより上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７６】
また、本発明においては、加熱する手段を備え、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺を加熱して基板温度を上げ、レーザー加工しているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、あらかじめかかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によって上がっており、さらに、レーザー加工中も継続して加熱されており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７７】
また、本発明においては、前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によってあらかじめ上昇しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７８】
（付記１） レーザ光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光源からレーザー光を所定のパターンに基板上を加工するためのパターンマスクとを備えるレーザー加工装置において、
前記基板直上近傍に配設され、パターンマスクを透過したレーザ光を透過する開口部がパターンの加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさで形成されるアパーチャーマスクを備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記２） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
前記アパーチャーマスクと基板との距離が１［ｍｍ］以内であることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記３） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
前記アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記４） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記５） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域を閉空間とし、当該閉空間内部を減圧する排気手段を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記６） レーザ光を射出するレーザ光源と、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンを有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射するパターンマスクと、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させる移動手段とを備えるレーザ加工装置において、
前記加工ユニットに対するレーザ加工の際に、当該レーザ加工の加工部分に隣接する周辺部分の基板温度を上昇させることを
を特徴とするレーザー加工装置。
（付記７） 前記付記６に記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光強度の有効エリアより大きく形成して前記周辺部分の基板温度を上昇させることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記８） 前記付記６又は７に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー光の強度分布を一方向のみ直線状に整形するシリンドリカルレンズを有することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記９） 前記付記６ないし８のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１０） 前記付記６ないし９のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクが、レーザー光を１００％透過する加工部分と当該加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１１） 前記付記６ないし１０のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
長波長のレーザー光を射出するレーザー光源と短波長のレーザー光を射出するレーザー光源とを備え、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光によりパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げる手段を有することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１２） 前記付記６ないし１１のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺を加熱する手段を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１３） 前記付記１２に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺へ熱風を吹き付ける温風装置を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１４） 前記付記１２に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げる手段が、電磁波を照射する電磁波照射装置であることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１５） 前記付記１２に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げる手段が、赤外線を照射する赤外線照射装置であることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１６） 加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンをパターンマスクが有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射し、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させて基板を加工するレーザ加工方法において、
前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させることを
特徴とするレーザ加工方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置のアパーチャーマスクの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置のパターン加工中のアパーチャーマスク開口部近傍の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクの平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る従来のパターンマスクの平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー強度を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置の加工対象の基板の要部断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクとレーザー強度の関係図である。
【図１０】ＰＤＰの表示用透明電極パターンの一例を示す図である。
【図１１】ＰＤＰ１セルの断面模式図である。
【図１２】代表的なＬＣＤの透明導電膜パターンの一部を示す図である。
【図１３】ＬＣＤの１セルの断面模式図である。
【図１４】エキシマレーザーによるＰＤＰの透明導電膜を加工したときのデブリのムラを示す図である。
【図１５】デブリ発生現象を示す図である。
【図１６】ＹＡＧレーザーによるＰＤＰの透明導電膜を加工したときの熱的盛り上がりの発生を示す図である。
【図１７】熱的盛り上がり発生現象を示す図である。
【符号の説明】
５ 加熱手段
１１ 透明導電膜
１２ 基板
２０ Ｘ−Ｙステージ
２１ テーブルステージ
２２ Ｘ−Ｙテーブル駆動系
２３ 駆動モーター
２４ モーター駆動回路
３０ 光学系制御部
３１ レーザー駆動回路
３２ レーザー発振器
３２ａ 有効エリア
３２ｂ 非有効エリア
３３ アッテネーター
３４ シリンドリカルレンズ
３５ 反射鏡
４０ マスクユニット
４１ パターンマスク
４２ 第１のマスクホルダー
４３ 集光レンズ
４４ 第２のマスクホルダー
４５ アパーチャーマスク
４５ａ 開口部
４６ パターンマスク
４６ａ 透過エリア
４６ｂ 遮光エリア
４６ｃ レーザー強度の有効エリアの照射部分の周縁が透過エリアである部分
１１１ 透明導電膜
１１１ａ 電極本体部
１１１ｂ Ｔ字状電極
１１２ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターンマスクを透過したレーザ光で、基板表面の薄膜をパターンマスクに対応したパターンに加工するレーザー加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）もしくは有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）などのようなフラットディスプレイパネルは、その表示用の画素電極に透明電極を用いている。
図１０にＰＤＰの表示用透明電極パターンの一例を示す。図１０に示すように、１セルは平面上に電極本体部１１１ａから突出するＴ字状電極１１１ｂが対向するように配置されている。この透明導電膜１１１で形成されたＴ字状電極１１１ｂの先端部間（放電ギャップ）に電圧を印加することにより、図１１に示すＰＤＰにおける１セルの断面模式図のように、セル中にあるガスがプラズマ化されて紫外線を放出し、その紫外線が蛍光体に照射されて発光し、全体として表示装置となる。
【０００３】
図１２に代表的なＬＣＤの透明導電膜パターンの一部を示す。図１３にＬＣＤの１セルの断面模式図を示す。ＬＣＤではこの１セルの孤立パターンの透明導電膜１１１に、図示されていないゲート電極およびソース電極およびＴＦＴスイッチング素子を用いて、対向基板との間にはさまれている液晶素子へ電圧を印加することで、液晶素子を偏向し、光が偏光されて、全体として表示装置となる。
通常の表示装置において、ＰＤＰやＬＣＤのセル数は数十万以上であり、図１０に示す透明導電膜１１１からなるＴ字状電極及び図１２に示すように透明画素電極は、すべて全く同じパターン形状が等間隔に配置されて構成されている。
【０００４】
このような透明電極を構成する透明導電膜１１１の形成は、まずスパッタリング法や蒸着法などによってガラス基板１１２全面へ透明導電性のべた膜の成膜を行い、成膜されたべた膜をフォトレジスト方式により、パターニングする方法が一般的に採用されている。このフォトレジスト方式によるパターニングは、透明導電性のべた膜上へフォトレジストを塗布、フォトレジストをパターン露光、フォトレジストの現像、透明導電性膜のエッチング、フォトレジストの剥離という非常に多くの工程を経る。
【０００５】
そこで、より工程数の少ないレーザー光による直接加工法が現在注目されている。レーザー光による直接加工法とは、高エネルギーのレーザー光を透明導電性のべた膜へ直接照射させて、膜の不要な部分を直接飛散若しくは昇華させてパターン加工する方法である。レーザー光の１ショットの加工実効照射エリアは、現在のところ、膜を加工させるだけのエネルギー密度に上げるため、数百ミクロンから数ｍｍと狭い。よって、前述の画素電極を加工する場合、例えばＰＤＰでは表示エリアが対角３０〜５０インチであるため、レーザー光を基板１１２全面に走査するように数十万以上照射しなければ、全体を加工することはできず、従来は加工時間と精度が問題であった。しかし、現在基板１１２全面を高速に走査できるようなＸ−Ｙステージが開発され、また、レーザー照射制御精度が高くなりつつあって、加工時間や精度は問題でなくなりつつある。したがって、工程数の少ないこのようなレーザー直接加工が脚光を浴びてきつつある。なお、表示装置のような画素電極は前述のように同じパターン形状が等間隔に配置されているが、この繰返しパターニングの具体的な方法は特開２００２−２９２４８９号公報に詳細に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９２４８９号公報
【０００７】
【特許文献２】特公平７−１００２３４号公報
【０００８】
【特許文献３】特開平１０−９４８９１号公報
【０００９】
【特許文献４】特開平１０−９４８９１号公報
【００１０】
【特許文献５】特開２００１−９６３９０号公報
【００１１】
【特許文献６】特開平１０−１８６１２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記したレーザーによる直接加工法は、既に他の分野で開拓されている部分もあり、薄膜でなくクロム鋼やステンレス鋼などの合金鋼を切断するためにレーザー加工を用いていた。このレーザー加工においては、加工部近辺において小さな物質が付着しており切断面の仕上がりが悪いという問題があった。本発明の分野である薄膜を対象としたレーザー加工法においても、同種の問題が発生しており、すなわち、加工部近辺において膜の小さな物質（以下、デブリとする。）が周辺に飛散して汚くなるという第１の課題を有し、また、レーザー照射の境界部分で膜厚が厚くなって加工残りが発生するという第２の課題を有する。
【００１４】
図１４は、約１×６ｍｍのマスクパターンを用い、エキシマレーザーのような短波長レーザーを用いて、ＰＤＰの透明電極を、繰り返しパターン加工したときの外観ムラの模式的な図である。レーザーの１ショットでパターニングした加工部の周辺およそ１から２ｍｍの範囲内わたってデブリが堆積していることがこの図から読み取れる。
【００１５】
また、図１５にデブリ発生の模式図を示す。ある閾値以上のエネルギーを持った短波長レーザー光を被加工物へ照射すると、被加工物の分子は励起状態となり、瞬間的に分子間結合を開裂させ、固体状態にある分子を放出して飛散する（アブレーション加工ともいう）。しかし、飛散した分子の一部は、レーザー光路より外側において再結合するため、加工部周辺に堆積される。この再結合した分子の一部がデブリとなって加工部周辺に付着して汚くなり第１の課題を発生させている。
【００１６】
図１６は、ＹＡＧレーザーやＣＯ２レーザーのような長波長のレーザー光を用いて、ＰＤＰの透明電極を、繰り返しパターン加工したときの加工境界におけるドロス発生の模式的な図である。図１７にドロス発生の模式図を示す。長波長のレーザー光が照射された薄膜部分は、熱的に励起されて瞬間的に加熱されることで昇華消失する。しかし、レーザーが照射された隣接した部分はレーザー光が照射されていなくとも、レーザー光が照射されて加熱されている部分からの熱伝播により薄膜が高温となって液状化する。この液状化した物質は、表面張力で膜が引いて盛り上がり、一方で、レーザーが照射されていない隣接部分は冷えたままであるため、その液状化した物質は表面張力で盛り上がったまま、レベリングする時間もなく、急激に冷えてそのまま固化する。
【００１７】
このようにして、加工部の周辺部に局所的な盛り上がりが生じ、非加工部分の約１．５〜２倍の膜厚が生じて加工残りができ第２の課題を発生させている。たとえこの第２の課題を解決すべく、この加工残りを対象として重ねて２回打ったとしても、膜厚が厚く加工残りが発生する。さらに、この加工残りが導電性を有していると、この加工残りが原因となって、形成された透明電極の間などで電気的短絡を発生させて重大な欠陥となり、製造歩留りを低下させる。
【００１８】
第１の課題を解決すべく、クロム鋼やステンレス鋼などの合金鋼を切断するレーザー加工における切断面の仕上がり向上おいては、特公平７−１００２３４号公報に開示されているように液体窒素などの液化ガスを供給して直接冷却させている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用して被加工物全体を液化ガス等の媒体で直接冷却すると、基板の温度による収縮率制御が困難になり微細なパターニングが困難となるため、転用することはできない。
【００１９】
また、第１の課題を解決すべく、ＦＲＰの切断面の仕上がり向上においては、特開平１０−９４８９１号公報に開示されるように酸素を噴射させてＦＲＰを完全燃焼させている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用すべく酸素を薄膜に噴射させると、薄膜を燃焼させて加工する方式のレーザー加工でないため、転用することができない。
【００２０】
さらにまた、第１の課題を解決すべく、プリント基板における穴あけ加工においては、特開２００１−９６３９０号公報に開示されるように直接基板へコンタクトさせている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用すべく薄膜パターニングに適用しようとすると、膜面へ直接接触させながらスキャンするようになり、膜面にダメージを与える可能性がため、転用することができない。
【００２１】
また、第２の課題を解決すべく、コンクリートの切断に関しては、特開平１０−１８６１２号公報に開示されるように、高圧水を噴射させて溶融ドロスを急冷・破砕して除去させている。この方法を薄膜のレーザー加工に転用して高圧水を薄膜に噴射させると、高圧水の噴射が膜へダメージを与えるため、転用することができない。
【００２２】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、加工部近辺におけるデブリの付着を抑制してレーザー照射部近傍での濃度ムラを軽減し、また、レーザー照射の境界部分での加工残りを軽減して加工精度及び製造歩留りを向上させることができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザー加工装置は、レーザ光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光源からレーザー光を所定のパターンに基板上を加工するためのパターンマスクとを備えるレーザー加工装置において、前記基板直上近傍に配設され、パターンマスクを透過したレーザ光を透過する開口部がパターンの加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさで形成されるアパーチャーマスクを備えるものである。このように本発明においては、アパーチャーマスクを基板直上に備え、当該アパーチャーマスクの開口はパターン加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさであるので、レーザー光がアパーチャーマスクに入射し、アパーチャーマスクの開口部のみで透過し、レーザー光が薄膜に照射され加工され、この照射された部分の薄膜が昇華され上昇し、その分子の一部が空気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２４】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記アパーチャーマスクと基板との距離が１［ｍｍ］以内であるものである。このように本発明においては、デブリの飛散領域がレーザー加工領域から外側へおおよそ２［ｍｍ］以内のところまでに及んでいることを考慮して、前記アパーチャーマスクと基板との距離を１［ｍｍ］以内としているので、昇華され基板面から１［ｍｍ］以上の高さでレーザー光路から外れた分子が再結合してもアパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２５】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けるものである。このように本発明においては、アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けているので、固体で安定状態にある薄膜をレーザー光により光励起し、固体状の分子結合を分裂されて気体化させてあり、この気体化された分子は不安定な状態でイオン化されやすくなっており、飛散した分子や再結合した分子の大半がイオン化して電位差を設けたアパーチャーマスクに引き寄せられて吸着され、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２６】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いるものである。このように本発明においては、アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いているので、デブリが発生してもそのアパーチャー部分に吸着し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２７】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域を閉空間とし、当該閉空間内部を減圧する排気手段を備えるものである。このように本発明においては、パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域が閉空間であり、内部を減圧にする排気手段を備えているので、気圧が下がって飛散分子の平均自由工程が延び、つまり、気体となった分子が再結合する時間が長くなりデブリをマスク上に効率よく落とすことができ、また、減圧しておりアパーチャーマスクの開口部が吸引口となってデブリを吸引し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００２８】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、レーザ光を射出するレーザ光源と、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンを有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射するパターンマスクと、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させる移動手段とを備えるレーザ加工装置において、前記加工ユニットに対するレーザ加工の際に、当該レーザ加工の加工部分に隣接する周辺部分の基板温度を上昇させるものである。このように本発明においては、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００２９】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光強度の有効エリアより大きく形成して前記周辺部分の基板温度を上昇させるものである。このように本発明においては、前記パターンマスクのパターンがレーザー強度の有効エリアよりも大きく形成されているので、基板若しくはレーザー光を移動させ基板上の薄膜を加工する場合に、レーザー光の強度の有効なエリアのみでなくこの有効なエリアに連続してレーザー光の強度が非有効なエリアも基板上の薄膜に照射され、レーザー光の強度が有効エリアの照射部分が昇華消失される以上に加熱され、レーザー強度の有効エリアの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリアの照射部分も昇華消失に至るほどは加熱されないまでも幾分か加熱され、大きな温度差を生じる部分が形成されずなだらかな温度勾配となり、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３０】
また、本発明に係るレーザー加工装置は、前記レーザー光の強度分布を一方向のみ直線状に整形するシリンドリカルレンズを有するのが望ましい。このように本発明においては、レーザーの単位面積当たりの強度を大きく保たせ、一方向に強度を均一化させるシリンドリカルレンズを用いてレーザー強度分布を一方向のみ矩形状に成形しているので、レーザー強度分布が矩形状である方向ではある点を境にレーザー強度が大きく変わるため、この点を境にレーザー強度が大きいレーザーとレーザー強度が小さいレーザーとに分かれ、かかる点近傍に盛り上がりを積極的に生じさせ、よりエネルギーロスのない効率的なレーザープロファイル波形を実現し、また装置コストダウンに繋がる。
【００３１】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱するものである。このように本発明においては、パターンマスクの透過領域がレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱しているので、基板上の内側領域がレーザーを照射され温度が高くなっても、かかる内側領域に隣接する外周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３２】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記パターンマスクが、レーザー光を１００％透過する加工部分と当該加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有するものである。このように本発明においては、当該パターンマスクはレーザー光を１００％透過する加工部分と加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有しているので、加工部分でレーザー光が１００％透過して加熱・昇華消失させ、半透過部分でレーザー光が１０％以上９０％未満透過して加熱しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３３】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、長波長のレーザー光を射出するレーザー光源と短波長のレーザー光を射出するレーザー光源とを備え、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光によりパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げるものである。このように本発明においては、長波長のレーザー光源と短波長のレーザー光源を２つもち、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光により、パターン加工部分およびその周辺基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分に短波長のレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分及びその周辺の基板温度が長波長のレーザーにより上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３４】
また、本発明に係るレーザー加工装置は必要に応じて、前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺をあらかじめ加熱する手段を備えるものである。このように本発明においては、加熱する手段を備え、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺を加熱して基板温度を上げ、レーザー加工しているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、あらかじめかかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によって上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３５】
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺をあらかじめ加熱する手段として熱風を吹き付けて該当部分の基板温度を上昇させる温風装置、電磁波を照射して該当部分の基板温度を上昇させる電磁波照射装置、赤外線を照射して該当部分の基板温度を上昇させる赤外線照射装置の使用が望ましい。
また、本発明に係るレーザー加工方法は、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンをパターンマスクが有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射し、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させて基板を加工するレーザ加工方法において、前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させるものである。このように本発明においては、前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によってあらかじめ上昇しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じない。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（本発明の第１の実施形態）
本発明をＰＤＰの透明電極形成に適用した第１の実施形態に係るレーザー加工装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図、図２は本実施形態に係るレーザー加工装置のアパーチャーマスクの平面図、図３は本実施形態に係るレーザー加工装置のパターン加工中のアパーチャーマスク開口部近傍の断面図を示す。
前記各図において、本実施形態に係るレーザー加工装置は、基板１２上に一面に成膜された透明導電膜１１に対し、加工すべき加工パターン以外をパターンマスク４１で遮光し、透明導電膜１１を例えばＴ字状電極郡が得られるようにパターン加工するものである。
【００３７】
前記レーザー加工装置の加工対象となる基板１２は、ガラス製とされ、表面にＩＴＯなどの透明導電材料で構成される前記薄膜としての透明導電膜１１を成膜される構成である。前記透明導電膜１１は、基板１２上にスパッタリング等を用いて膜厚が０．１〜０．２［μｍ］程度になるように一面に成膜される。
前記図１において本実施形態に係るレーザー加工装置は、透明導電膜１１を電極のパターンに加工するエキシマレーザー光を出射して整形制御する光学系制御部３０と、加工対象の透明導電膜１１が成膜された基板１２を平面的に移動させ、このエキシマレーザーの照射位置を移動可能とするＸ−Ｙステージ２０と、光学系制御部３０とＸ−Ｙステージ２０との間に配設され、光学系制御部３０から入射されるエキシマレーザー光を加工すべきパターンの開口４１ａを透過し当該開口部４１ａ以外を遮光するマスクユニット４０とを備える構成である。なお、レーザーはエキシマレーザー光としたが、一般的に短波長にてアブレーション加工可能なレーザー光であればよく、エキシマレーザー光に限定されない。さらに、本実施形態では、被加工対象として、ＰＤＰのガラス基板１２上に形成された透明電極用の透明導電膜１１を例に挙げたが、プリント回路基板や半導体装置の配線膜材料であるＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌなどの薄膜、絶縁膜材料であるＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘなどの薄膜等の加工にも応用できる。また、ガラスを材料とする基板１２を例に挙げたが、プラスチック、セラミック等の基板にも適用できる。
【００３８】
前記光学系制御部３０は、駆動トリガに基づいてエキシマレーザー光の駆動を行うレーザー駆動回路３１と、エキシマレーザー光などの波長が赤外線もしくは紫外線であるような高出力のレーザー光を連続的に出射する公知のレーザー発振器３２と、この出射したレーザー光のエネルギー密度を透明導電膜１１の加工に適したものに調整するアッテネーター３３と、この調整されたレーザー光の形状を矩形形状に整形するシリンドリカルレンズ３４と、この整形された形状のレーザービームを基板１２の表面に対して垂直に入射するように反射する反射鏡３５とを備える。
【００３９】
前記Ｘ−Ｙステージ２０は、Ｘ方向Ｙ方向に移動可能なテーブルステージ２１に基板１２を載置し、モーター駆動回路２４により駆動モーター２３を駆動し、Ｘ−Ｙテーブル駆動系２２によりテーブルステージ２１が移動する構成である。
前記マスクユニット４０は、エキシマレーザー光が通過する順に、基板１２上の透明導電膜１１をパターン加工する形状のネガの相似形であるパターンの開口部４１ａを有するパターンマスク４１と、レーザー光を集光させる集光レンズ４３と、基板１２表面の直上に位置し集光レンズ４３により集光したエキシマレーザー光のビーム径と略同一若しくはそれ以下の開口領域からなる開口部４５ａを有するアパーチャーマスク４５とからなり、さらに、パターンマスク４１を固定する第１のマスクホルダー４２及びアパーチャーマスク４５を固定する第２のマスクホルダー４４を備える構成である。
【００４０】
このように基板１２の直上に位置するアパーチャーマスク４５がレーザー光のビーム径と略同一若しくはそれ以下の開口部４５ａを有することで、基板１２上の透明導電膜１１をアブレーション加工する時に発生するデブリの基板１２への堆積を抑制する。ここで、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａが、ビーム径と比較してデブリの飛散領域よりも大きく形成される場合には、アパーチャーマスク４５によるデブリの堆積の抑制という効果が限縮されることとなる。このようなデブリの飛散距離の相違に対応するために、このマスクユニット４０は、マスクステージ（図示しない）に取り付けられて任意に移動可能であり、Ｘ方向Ｙ方向の平面的な移動の他にアパーチャーマスク４５と基板１２との距離を調整可能に上下に移動可能とすることもできる。また、好ましくは、マスクユニット４０内でのパターンマスク４１、集光レンズ４３及びアパーチャーマスク４５の位置を調整可能とすることもできる。このように調整可能とすることで、不具合が生じた場合に迅速に対応することができる。
【００４１】
前記アパーチャーマスク４５は、レーザー光が集光レンズ４３により集光されて非常に大きいエネルギー密度となって入射してくるため、また加工される基板と接触する場合があるため、好ましくは、耐熱性及び耐磨耗性等に優れた耐久性のあるステンレス板若しくはシリコンウエハから成形される。また、このアパーチャーマスク４５の位置は、基板１２の直上であるが基板１２とアパーチャーマスク４５との距離が１［ｍｍ］以下となるように設定することが好ましい（図２参照、図２はパターンマスク４１を透過し集光されたレーザー光が開口部４５ａの白い部分を加工し、黒い部分は加工しないことを模式的に示す）。
【００４２】
即ち、デブリの飛散領域がレーザー加工領域から外側へおおよそ２［ｍｍ］以内のところまでに及び、この飛散距離を勘案すると１［ｍｍ］程度でおおくのデブリをアパーチャーマスク４５の表面に堆積させることができるからである。この１［ｍｍ］以下の基板とアパーチャーマスク４５との距離に伴い、アパーチャーマスク４５自体の薄さも数百［μｍ］であることが望ましい。
前記パターンマスク４１の開口部４１ａの大きさに対する加工パターンの倍率は、集光レンズ４３の倍率及びパターンマスク４１と基板面１２との距離によって規定される。
【００４３】
次に、本実施形態に係るレーザー加工装置によるパターン加工について説明する。Ｘ−Ｙステージ２０のテーブルステージ２１に透明導電膜１１が一面に成膜された基板１２を載置し、Ｘ−Ｙテーブル駆動系２２によりテーブルステージ２１が初期位置に移動される。初期位置に移動した後、駆動トリガによりレーザー駆動回路３１が始動してレーザー発振器３２からエキシマレーザー光が出射する。この出射したレーザー光はアッテネーター３３に入射しエネルギー密度が調整される。調整されたレーザー光は次にシリンドリカルレンズ３４に入射しレーザー光の形状を矩形形状に整形する。整形されたレーザー光が反射鏡３５で基板１２表面に垂直方向に反射される。
【００４４】
光学制御部３０からのレーザー光が始めにマスクユニット４０のパターンマスク４１に入射され、パターンマスク４１の入射領域のうち、遮光されているパターン部分以外の加工対象となる部分で透過する。透過したレーザー光は集光レンズ４３に入射し集光され、アパーチャーマスク４５に入射されアパチャーマスク４５の入射領域のうち、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみで透過する。
【００４５】
マスクユニット４０からのレーザー光が基板１２表面に成膜された透明導電膜１１に照射される。一面に成膜された透明導電膜１１のレーザー光の照射された部分のみアブレーション加工される。ここで、このアブレーション加工中に透明導電膜１１が昇華し、その分子の一部が空気中にて再結合されてデブリとして落下してくるが、基板１２の直上１ｍｍ以内にはアパーチャーマスク４５が位置しており、デブリの多くがアパーチャーマスク４５上に堆積する。
【００４６】
以下、上述の動作を繰り返しながら、マスクユニット４０を移動させる前記マスクステージと、基板１２を移動させるＸ−Ｙステージ２０とを同期させて駆動させてパターン加工を続けていくことで、パターン加工が終了して所望の形状（Ｔ字状電極群）に加工された透明導電膜が完成する。
このように本実施形態に係るレーザー加工装置によれば、加工対象の透明導電膜１２の直上にレーザー光のビーム径と略同一若しくはそれ以下の開口部４５ａを有するアパーチャーマスク４５を位置させているので、光学系制御部３０からのレーザー光がパターンマスク４１及び集光レンズ４３を介してアパーチャーマスク４５に入射し、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみで透過し、レーザー光が透明導電膜１１に照射されアブレーション加工され、この照射された部分の透明導電膜１１が昇華され上昇し、その分子の一部が空気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスク４５に堆積して基板１２に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じない。
【００４７】
なお、本実施形態に係るレーザー加工装置において、アパーチャーマスク４５を金属で成形し、若しくは、表面に導電性の膜を設けて電位を与えることもでき、透明導電膜１１がレーザー光の照射により飛散した分子及び再結合された分子がイオン化されており、アパーチャーマスク４５にそのイオン化した分子と逆の極性の電位を与えることで、イオン化した分子をアパーチャーマスク４５に吸着させることができ、より一層多くのデブリをアパーチャーマスク４５に堆積させ基板１２上のデブリが減少し、濃度ムラがなくなり一様となる。
【００４８】
また、本実施形態に係るレーザー加工装置において、パターンマスク４１、このパターンマスク４１を固定する第１のマスクホルダー４２、アパーチャーマスク４５及びこのアパーチャーマスク４５を固定する第２のマスクホルダー４４で囲まれた部分を閉空間とし、真空ポンプ５０で閉空間内を排気し減圧雰囲気下とすることもでき、一般的に減圧雰囲気下では飛散した分子の平均自由工程が長くなるためデブリの発生が抑制され、また、デブリが発生しても閉空間を減圧したままパターン加工を行うとアパーチャーマスク４５の開口部４５ａのみから外気の吸引が行われそれに伴いデブリも吸引されるためデブリをアパーチャーマスク４５に堆積させ基板１２上のデブリが減少し、濃度ムラがなくなり一様となる。
【００４９】
なお、本実施形態では、パターンマスク４１、このパターンマスク４１を固定する第１のマスクホルダー４２、アパーチャーマスク４５及びこのアパーチャーマスク４５により閉空間を構成したが、少なくともアパーチャーマスク４５の開口部４５ａ近傍が減圧状態であればよい。例えば、アパーチャーマスク４５及び第２のマスクホルダー４４で閉空間を構成することもでき、また、アパーチャーマスク４５と閉空間を構成する箱体（図示しない）をマスクホルダー４０内に形成することもでき、この場合も閉空間内を真空ポンプ５０で減圧状態とすることができる。さらには、外気を吸引する吸引機（図示しない）を用いてこの吸引機の吸引口をアパーチャーマスク４５の開口部４５ａに近づけ、アパーチャーマスク４５近傍のみを減圧状態としデブリを吸引機で吸引することもできる。
【００５０】
また、本実施形態に係るレーザー加工装置において、アパーチャーマスク４５の開口部４５ａをレーザー光を透過し、デブリを吸着させる物質例えばガラスを用いて成形することもでき、開口部４５ａでレーザー光を透過させてパターン加工中に生じるデブリを吸着させ、基板１２にデブリを堆積させないようにすることができる。
【００５１】
（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置について図４ないし図９に基づいて説明する。図４は本実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図、図５は本実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクの平面図、図６は本実施形態に係る従来のパターンマスクの平面図、図７は本実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー強度を示す図、図８は本実施形態に係るレーザー加工装置の加工対象の基板の要部断面図、図９は本実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクとレーザー強度の関係図である。
【００５２】
本実施形態に係るレーザー加工装置も、前記第１の実施形態に係るレーザー加工装置と同様に、ＰＤＰの透明電極をパターン加工する装置構成で、基板１２上に一面に成膜された透明導電膜１１に対し、加工すべきパターン以外をパターンマスク４６で遮光し、透明導電膜１１を電極パターン加工する。
前記図４において本実施形態に係るレーザー加工装置は、透明導電膜１１を電極パターン加工するＹＡＧレーザー光を出射して整形制御する光学系制御部３０と、加工対象の透明導電膜１１が成膜されたガラス基板１２を平面的に移動させ、このＹＡＧレーザーの照射位置を移動可能とするＸ−Ｙステージ２０と、光学系制御部３０とＸ−Ｙステージ２０との間に配設され、光学系制御部３０から入射される有効エリア３２ａ及び非有効エリア３２ｂを含むＹＡＧレーザー光を、加工すべきパターンより大きく形成される開口部４６ａを透過しそれ以外を遮光するマスクユニット４０とを備える構成である。
【００５３】
前記光学系制御部３０及びＸ−Ｙステージ２０は前記第１の実施形態と同様に構成されるため説明を省略する。なお、レーザーはＹＡＧレーザーとしたが、一般的に長波長にて熱加工可能な大出力レーザーであればよく、他に炭酸ガスレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アルゴンレーザー等を被加工物の材料、加工の種類に応じて適宜選択できる。
前記マスクユニット４０は、ＹＡＧレーザーが通過する順に、基板１２上の透明導電膜１１をパターン加工する形状のネガの相似形であるパターンマスク４６と、レーザー光を集光させる集光レンズ４３とからなり、さらに、パターンマスク４６を固定する第１のマスクホルダー４２を備える構成である。なお、このマスクユニット４０は、マスクステージ（図示しない）に取り付けられて任意に移動可能である。
【００５４】
前記パターンマスク４６の開口部４６ｂは、図５に示すように、レーザー強度の有効エリア３２ａよりも大きく、且つ、非有効エリア３２ｂの一部を含む開口パターン形状に形成されている。ここで、図６に示すような従来のパターンマスクにより、通常であれば、Ｘ−Ｙステージ２０を移動させ、レーザー光を連続照射させることで、パターン加工された透明導電膜（Ｔ字状電極群）１１を得ることができた。この従来のパターンマスクでは、加工対象である基板１２上に成膜された薄膜導電膜１１を確実に加工できる所定以上のレーザー強度を有するレーザー強度の有効エリア（図７参照）のみのレーザー光を透過させていた。
【００５５】
しかし、図１７に示すように、レーザー強度の有効エリア内のレーザー光のみが基板１２に照射されると、レーザー光の照射部分のみが瞬間的に高温に加熱され、照射されていない照射部近傍がレーザー光により加熱されず依然通常の基板温度のままであり、照射部分と照射部近傍とでは大きな温度差が生じる。即ち、照射部分の境は照射部分の熱が伝搬することで融解するが、照射部分の近傍が通常の基板温度のままであり、レーザー光も継続して照射されるわけではないので、融解した照射部分の境の温度が低下して再凝固し盛り上がりが生じる。
【００５６】
そこで、本実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスク４６の開口部４６ｂでは、図６に示す従来のパターンマスクのパターンを１単位として連続した複数単位からなるものとし、レーザー強度の有効エリア３２ａよりも大きくし、非有効エリア３２ｂを透過させるように形成させた。このように、レーザー強度の有効エリア３２ａよりもパターンマスク４６の開口部４６ｂを大きくすることで、透明導電膜１１を確実には加工できない所定未満のレーザー強度を有するレーザー強度の非有効エリア３２ｂのレーザー光（図７参照）も基板１２上の透明導電膜１１に照射されるようになり、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分は従来と同様に瞬間的に加熱され昇華消失し、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分にもレーザー光が照射され加熱されるため、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分とレーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分との境界に大きな温度差を生じる部分ができず、前述した盛り上がりを抑制することができる。
【００５７】
さらに、詳述すると、図７に示すように、レーザー強度の有効エリア３２ａとレーザー強度の非有効エリア３２ｂとはレーザー光中で連続しており、レーザー強度は中央から離れる程弱くなるため、加熱温度も同様に中央から離れる程低くなりなだらかな温度勾配を生じ、このなだらかな温度勾配に応じて、加工された透明導電膜１１の端部形状が図８に示すような緩やかに傾斜した形状になる。
なお、レーザー光照射の近傍における盛り上がりで深刻な問題を引き起こすのは、離隔していなければならない各単位の透明電極の間に盛り上がりが発生し、この盛り上がりである加工残りが隣接する電極間での電気的短絡欠陥に発展する場合のみである。本来透明導電膜１１が残る位置すなわち各単位の透明電極が形成される位置に盛り上がりが生じても、隣接する透明電極間で電気的短絡するわけでなく大きな問題とならない。そこで、レーザー光照射の近傍における盛り上がりを積極的に透明電極上に発生させるためには、パターンマスク４６中でレーザー光を透過させる箇所を透過エリア４６ａと、パターンマスク４６中でレーザー光を透過させない箇所を遮光エリア４６ｂとすると、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が遮光エリア４６ｂである部分には、レーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分を隣接させない。
【００５８】
一方、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が透過エリア４６ａである部分４６ｃには、レーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分を隣接させる。こうすることで、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が遮光エリア４６ｂである部分、つまり、透明導電膜１１が残る部分（透明電極形成部分）に前記盛り上がりが生じ、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分の周縁が透過エリア４６ａである部分、つまり、透明導電膜１１が残らない部分（非透明電極形成部）に前記盛り上がりが生じない。
【００５９】
さらに、図９に示すように、シリンドリカルレンズ３４により、透明電極上に盛り上がりが発生する方向についてはレーザー強度の分布を直線形状として盛り上がりを発生させ、局所的な盛り上がりを抑制すべき方向はレーザー強度の分布をガウシアン分布として局所的な盛り上がりを発生させないようにする。ここで、パターン寸法精度を維持するために、レーザー光学系とマスクステージとを同期駆動するステージ駆動系を備えることが望ましい。
前記パターンマスク４６の開口部４１ａの大きさに対する加工パターンの倍率は、集光レンズ４３の倍率及びパターンマスク４６と基板面１２との距離によって規定される。また、このパターンマスク４６のパターンは一例として示しており、パターンがある単位形状の連続繰り返しとして構成されるものであれば、どのようなパターン形状でも本発明の機構原理にて上記課題は解決される。
【００６０】
次に、本実施形態に係るレーザー加工装置によるパターン加工について説明する。Ｘ−Ｙステージ２０のテーブルステージ２１に透明導電膜１１が一面に成膜された基板１２を載置し、Ｘ−Ｙテーブル駆動系２２によりテーブルステージ２１が初期位置に移動される。初期位置に移動した後、駆動トリガによりレーザー駆動回路３１が始動してレーザー発振器３２からＹＡＧレーザー光が出射する。この出射したレーザー光はアッテネーター３３に入射しエネルギー密度が調整される。調整されたレーザー光は次にシリンドリカルレンズ３４に入射しレーザー光の形状を一方向について矩形形状に整形する。整形されたレーザー光が反射鏡３５で基板１２表面に垂直方向に反射される。
【００６１】
光学制御部３０からのレーザー光が始めにマスクユニット４０のパターンマスク４６に入射され、パターンマスク４６の入射領域のうち、遮光されているパターン部分以外の加工対象となる部分で透過する。透過したレーザー光は集光レンズ４３に入射し集光されて透過する。
マスクユニット４０からのレーザー光が基板１２表面に成膜された透明導電膜１１に照射される。一面に成膜された透明導電膜１１のレーザー光の照射された部分のみアブレーション加工される。
【００６２】
以下、上述の動作を繰り返しながら、マスクユニット４０を移動させる前記マスクステージと、基板１２を移動させるＸ−Ｙステージ２０とを同期させて駆動させてパターン加工を続けていくことで、パターン加工が終了して所望の形状に加工された透明導電膜（Ｔ字状電極群）が完成する。
【００６３】
このように本実施形態に係るレーザー加工装置によれば、前記パターンマスク４６のパターンがレーザー強度の有効エリア３２ａよりも大きく形成され、具体的には、従来のパターンを単位とした連続した複数単位からパターンが形成されているので、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分は昇華消失するぐらいに加熱され、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリア３２ｂの照射部分も昇華消失に至るほどは加熱されないまでも幾分か加熱され、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分から離隔する程加熱の度合いも弱くなり、レーザー強度の有効エリア３２ａの照射部分を中心とした場合この中心から離れる方向に加熱の度合いが弱まっており、これに従い透明導電膜１１の表面の厚さも徐々に小さくなり、形成された透明電極の間に急激な盛り上がり形成することがなく、従って隣接する透明電極間で電気的短絡欠陥が生じない高品質の透明導電体のパターン加工を行うことができる。
【００６４】
なお、本実施形態に係るレーザー加工装置において、パターンマスク４１のパターンの形状を変え、レーザー強度の有効エリア３２ａ内のレーザー光だけでなくレーザー強度の非有効エリア３２ｂ内のレーザー光も基板１２上の透明導電膜１１に照射させて大きな温度差を生じさせず盛り上がりを抑制していたが、レーザー光照射時若しくはレーザー光照射前に、レーザー光照射部分及びその周辺の基板温度を上げることもでき、レーザー光照射によりレーザー光照射部分の温度が上がるが前もって基板温度を上げており、大きな温度差を生じず同様に盛り上がりを抑制することができる。
【００６５】
ここでレーザー光照射部分及びその周辺の基板温度を上げる手段としては、１００［％］のレーザー光を透過させる加工部分とこの加工部分近傍に１０［％］以上９０［％］未満のレーザー光を透過させる半透過部分をパターンマスク４１に設けて加工部分だけでなく半透過部分を透過したレーザー光が基板１２に照射される手段とすることもできる。また、長波長及び短波長のレーザー光源を備え、短波長のレーザー光によりパターン加工し長波長のレーザー光により基板１２の温度を上げることもできる。さらに、区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させるための手段を付設することもできる。具体的には図４中に示す加熱手段５であり、スポット的に熱風を吹きつける機構を備えた温風装置、電磁波照射機能を備えた電磁波放射装置、赤外線照射機能を備えた赤外線照射装置のいずれかを設けて、加工直前の基板部分の温度を上げることもできる。このようにすると、加工前にあらかじめ基板加工部分の基板温度が上昇しているため、加熱による基板温度の上昇を待つことなくレーザー加工を順次移動後すぐに行うことができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、アパーチャーマスクを基板直上に備え、当該アパーチャーマスクの開口はパターン加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさであるので、レーザー光がアパーチャーマスクに入射し、アパーチャーマスクの開口部のみで透過し、レーザー光が薄膜に照射され加工され、この照射された部分の薄膜が昇華され上昇し、その分子の一部が気中にて再結合して下方向に落下するが、アパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を奏する。
【００６７】
また、本発明においては、デブリの飛散領域がレーザー加工領域から外側へおおよそ２［ｍｍ］以内のところまでに及んでいることを考慮して、前記アパーチャーマスクと基板との距離を１［ｍｍ］以内としているので、昇華され基板面から１［ｍｍ］以上の高さでレーザー光路から外れた分子が再結合してもアパーチャーマスクに堆積して基板に堆積しないため、パターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００６８】
また、本発明においては、アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けているので、固体で安定状態にある薄膜をレーザー光により光励起し、固体状の分子結合を分裂されて気体化させてあり、この気体化された分子は不安定な状態でイオン化されやすくなっており、飛散した分子や再結合した分子の大半がイオン化して電位差を設けたアパーチャーマスクに引き寄せられて吸着され、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００６９】
また、本発明においては、アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いているので、デブリが発生してもそのアパーチャー部分に吸着し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００７０】
また、本発明においては、パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域が閉空間であり、内部を減圧にする排気手段を備えているので、気圧が下がって飛散分子の平均自由工程が延び、つまり、気体となった分子が再結合する時間が長くなりデブリをマスク上に効率よく落とすことができ、また、減圧しておりアパーチャーマスクの開口部が吸引口となってデブリを吸引し、基板に堆積せずパターン加工後にデブリが原因であった濃度ムラが生じないという効果を有する。
【００７１】
また、本発明においては、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７２】
また、本発明においては、前記パターンマスクのパターンがレーザー強度の有効エリアよりも大きく形成されているので、基板若しくはレーザー光を移動させ基板上の薄膜を加工する場合に、レーザー光の強度の有効なエリアのみでなくこの有効なエリアに連続してレーザー光の強度が非有効なエリアも基板上の薄膜に照射され、レーザー光の強度が有効エリアの照射部分が昇華消失される以上に加熱され、レーザー強度の有効エリアの照射部分に隣接するレーザー強度の非有効エリアの照射部分も昇華消失に至るほどは加熱されないまでも幾分か加熱され、大きな温度差を生じる部分が形成されずなだらかな温度勾配となり、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７３】
また、本発明においては、レーザーの単位面積当たりの強度を大きく保たせ、一方向に強度を均一化させるシリンドリカルレンズを用いてレーザー強度分布を一方向のみ矩形状に成形しているので、レーザー強度分布が矩形状である方向ではある点を境にレーザー強度が大きく変わるため、この点を境にレーザー強度が大きいレーザーとレーザー強度が小さいレーザーとに分かれ、かかる点近傍に盛り上がりを積極的に生じさせ、よりエネルギーロスのない効率的なレーザープロファイル波形を実現し、また装置コストダウンに繋がるという効果を有する。
また、本発明においては、パターンマスクの透過領域がレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱しているので、基板上の内側領域がレーザーを照射され温度が高くなっても、かかる内側領域に隣接する外周辺の基板温度が上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７４】
また、本発明においては、当該パターンマスクはレーザー光を１００％透過する加工部分と加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有しているので、加工部分でレーザー光が１００％透過して加熱・昇華消失させ、半透過部分でレーザー光が１０％以上９０％未満透過して加熱しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７５】
また、本発明においては、長波長のレーザー光源と短波長のレーザー光源を２つもち、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光により、パターン加工部分およびその周辺基板温度を上げているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分に短波長のレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分及びその周辺の基板温度が長波長のレーザーにより上がっており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７６】
また、本発明においては、加熱する手段を備え、レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺を加熱して基板温度を上げ、レーザー加工しているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、あらかじめかかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によって上がっており、さらに、レーザー加工中も継続して加熱されており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７７】
また、本発明においては、前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させているので、レーザー加工時に基板上のパターン加工部分にレーザーが照射され温度が高くなっても、かかるパターン加工部分の周辺の基板温度が加熱によってあらかじめ上昇しており、大きな温度差を生じる部分が形成されず、レーザー照射の境界部分に盛り上がりが生じないという効果を有する。
【００７８】
（付記１） レーザ光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光源からレーザー光を所定のパターンに基板上を加工するためのパターンマスクとを備えるレーザー加工装置において、
前記基板直上近傍に配設され、パターンマスクを透過したレーザ光を透過する開口部がパターンの加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさで形成されるアパーチャーマスクを備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記２） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
前記アパーチャーマスクと基板との距離が１［ｍｍ］以内であることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記３） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
前記アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記４） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
アパーチャーマスクの開口部にレーザーを透過する材料を用いることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記５） 前記付記１に記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域を閉空間とし、当該閉空間内部を減圧する排気手段を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記６） レーザ光を射出するレーザ光源と、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンを有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射するパターンマスクと、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させる移動手段とを備えるレーザ加工装置において、
前記加工ユニットに対するレーザ加工の際に、当該レーザ加工の加工部分に隣接する周辺部分の基板温度を上昇させることを
を特徴とするレーザー加工装置。
（付記７） 前記付記６に記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光強度の有効エリアより大きく形成して前記周辺部分の基板温度を上昇させることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記８） 前記付記６又は７に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー光の強度分布を一方向のみ直線状に整形するシリンドリカルレンズを有することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記９） 前記付記６ないし８のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１０） 前記付記６ないし９のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクが、レーザー光を１００％透過する加工部分と当該加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１１） 前記付記６ないし１０のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
長波長のレーザー光を射出するレーザー光源と短波長のレーザー光を射出するレーザー光源とを備え、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光によりパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げる手段を有することを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１２） 前記付記６ないし１１のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺を加熱する手段を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１３） 前記付記１２に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺へ熱風を吹き付ける温風装置を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１４） 前記付記１２に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げる手段が、電磁波を照射する電磁波照射装置であることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１５） 前記付記１２に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げる手段が、赤外線を照射する赤外線照射装置であることを
特徴とするレーザー加工装置。
（付記１６） 加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンをパターンマスクが有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射し、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させて基板を加工するレーザ加工方法において、
前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させることを
特徴とするレーザ加工方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置のアパーチャーマスクの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置のパターン加工中のアパーチャーマスク開口部近傍の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置の全体ブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクの平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る従来のパターンマスクの平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置のレーザー強度を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置の加工対象の基板の要部断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置のパターンマスクとレーザー強度の関係図である。
【図１０】ＰＤＰの表示用透明電極パターンの一例を示す図である。
【図１１】ＰＤＰ１セルの断面模式図である。
【図１２】代表的なＬＣＤの透明導電膜パターンの一部を示す図である。
【図１３】ＬＣＤの１セルの断面模式図である。
【図１４】エキシマレーザーによるＰＤＰの透明導電膜を加工したときのデブリのムラを示す図である。
【図１５】デブリ発生現象を示す図である。
【図１６】ＹＡＧレーザーによるＰＤＰの透明導電膜を加工したときの熱的盛り上がりの発生を示す図である。
【図１７】熱的盛り上がり発生現象を示す図である。
【符号の説明】
５ 加熱手段
１１ 透明導電膜
１２ 基板
２０ Ｘ−Ｙステージ
２１ テーブルステージ
２２ Ｘ−Ｙテーブル駆動系
２３ 駆動モーター
２４ モーター駆動回路
３０ 光学系制御部
３１ レーザー駆動回路
３２ レーザー発振器
３２ａ 有効エリア
３２ｂ 非有効エリア
３３ アッテネーター
３４ シリンドリカルレンズ
３５ 反射鏡
４０ マスクユニット
４１ パターンマスク
４２ 第１のマスクホルダー
４３ 集光レンズ
４４ 第２のマスクホルダー
４５ アパーチャーマスク
４５ａ 開口部
４６ パターンマスク
４６ａ 透過エリア
４６ｂ 遮光エリア
４６ｃ レーザー強度の有効エリアの照射部分の周縁が透過エリアである部分
１１１ 透明導電膜
１１１ａ 電極本体部
１１１ｂ Ｔ字状電極
１１２ 基板
Claims (12)
- レーザ光を射出するレーザー光源と、前記レーザー光源からレーザー光を所定のパターンに基板上を加工するためのパターンマスクとを備えるレーザー加工装置において、
前記基板直上近傍に配設され、パターンマスクを透過したレーザ光を透過する開口部がパターンの加工部分とほぼ同じかそれ以下の大きさで形成されるアパーチャーマスクを備えることを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項１に記載のレーザー加工装置において、
前記アパーチャーマスクと基板との距離が１［ｍｍ］以内であることを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項１に記載のレーザー加工装置において、
前記アパーチャーマスクが金属若しくは絶縁物質表面に導電性の膜を設けたものとし、当該アパーチャーマスクと基板との間に電位差を設けることを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項１に記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクとアパーチャーマスクとで囲まれた領域を閉空間とし、当該閉空間内部を減圧する排気手段を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。 - レーザ光を射出するレーザ光源と、加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンを有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射するパターンマスクと、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させる移動手段とを備えるレーザ加工装置において、
前記加工ユニットに対するレーザ加工の際に、当該レーザ加工の加工部分に隣接する周辺部分の基板温度を上昇させることを
を特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項５に記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光強度の有効エリアより大きく形成して前記周辺部分の基板温度を上昇させることを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項６又は７に記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー光の強度分布を一方向のみ直線状に整形するシリンドリカルレンズを有することを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項５ないし７のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクの開口パターンがレーザ光の有効照射エリアより大きく、当該有効照射エリアの外周辺と内側領域に区分し、内側領域をレーザ光が透過して加工すると共に外周辺部分に相当する領域を加熱することを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項５ないし８のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記パターンマスクが、レーザー光を１００％透過する加工部分と当該加工部分に隣接してレーザー光を１０％以上９０％未満透過する半透過部分を有することを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項５ないし９のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
長波長のレーザー光を射出するレーザー光源と短波長のレーザー光を射出するレーザー光源とを備え、短波長のレーザー光によりパターン加工部分を加工し、長波長のレーザー光によりパターン加工部分およびその周辺の基板温度を上げることを
特徴とするレーザー加工装置。 - 前記請求項５ないし１０のいずれかに記載のレーザー加工装置において、
前記レーザー加工する直前のパターン加工部分およびその周辺をあらかじめ加熱する手段を備えることを
特徴とするレーザー加工装置。 - 加工対象となる基板の加工部分を複数に区分されてなる加工ユニットに対応した開口パターンをパターンマスクが有し、当該開口パターンから前記レーザ光を透過して照射し、前記レーザ光を照射する加工ユニットを順次移動させて基板を加工するレーザ加工方法において、
前記区分された１つの加工部分をレーザー加工する際に、前記移動方向において当該加工部分に隣接する加工部分およびその周辺部分の基板温度をあらかじめ上昇させることを
特徴とするレーザ加工方法。
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2003
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