(57)【要約】      （修正有）【課題】断面矩形に整形したレーザービームによる酸化錫膜の電極パターン加工において、エネルギ利用効率の高いビーム整形方法を提供する。【解決手段】ガラス基板９上に被覆された酸化錫膜にレーザービームの照射により電極パターニング加工をするとき、レーザー発振器４から出射したビームの断面円形状をシリンドリカルレンズを互いに直交方向に配置した２個のレンズ５ａ、５ｂを２個１組としてレーザービーム中に配置して略矩形に整形する。整形したレーザービームを、反射ミラー１５とｆθレンズ７を組み合わた走査系３を用いて導電膜に照射する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器から出射させたレーザービームを基板上の導電膜に照射するとともに、前記レーザービームと前記基板を相対的に移動させることにより、前記導電膜を所定形状の電極にレーザー加工する方法において、前記導電膜に照射するレーザービームの断面形状を、光学レンズ群からなる光学的手段により略矩形に整形することを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項２】
前記光学的手段を、複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群２個を１組として、前記レーザービームのビーム軸方向に離間配置した光学系で構成したことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
前記照射するレーザービームの断面方向におけるエネルギー密度の最大値を、その最小値の２倍を越えないように平準化したことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザー加工方法。
【請求項４】
前記照射するレーザービームの波長を３５０ｎｍ〜２０００ｎｍで、そのエネルギー密度を８〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に分布するように整形したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項５】
前記導電膜が、二酸化珪素膜上に酸化錫膜が積層被覆された導電膜である請求項１〜４のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項６】
前記導電膜が、酸化錫膜、二酸化珪素膜、酸化錫膜の３層の導電膜である請求項１〜４のいずれかに記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
レーザー発振器から出射されるレーザービームを被加工物に照射して加工を行うレーザー加工装置において、前記レーザー発振器と前記被加工物との間に、レーザービームの断面形状を略矩形に整形する光学レンズ群を含む光学的手段を備えることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項８】
前記光学的手段を、複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群を前記レーザービームのビーム軸方向に２個１組で離間配置した光学系で構成したことを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工装置。
【請求項９】
前記シリンドリカルレンズの焦点距離をｆｍｍ、シリンドリカルレンズの曲率半径をｒｍｍ、一方のレンズ群の他方のレンズ群との離間距離をＬｍｍとし、前記レーザービーム径をｄｍｍとしたとき、次の関係を満足することを特徴とする請求項８に記載のレーザー加工装置。
ｆ＜Ｌ≦２ｆ
０．５ｄ＜ｒ≦６ｄ
【請求項１０】
前記光学的手段と被加工物の間に、反射ミラーおよびｆθレンズを含むレーザービーム走査系を設けたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に被覆された薄膜の一部をレーザービームを照射して除去し、所定形状の薄膜状電極にパターン加工する方法及びレーザー加工装置に関する。とりわけ、電極材料として酸化錫が用いられるプラズマディスプレイパネル、太陽電池、タッチパネル等の透明導電膜の電極加工に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化錫膜は、ＩＴＯ膜に比べて耐熱性や耐薬品性に優れているので、高温での加熱処理工程がある製品、例えばプラズマディスプレイパネルの透明電極として使用されている。しかしながら、予めガラス基板に均一に被覆した酸化錫膜を所定形状の電極形状に加工するためには、その一部を除去することが必要である。このような電極の加工は、フォトレジストを電極形状にあわせてつくられたマスクで転写露光し、余分な部分をエッチングで除去するフォトリソエッチング技術で行われる。また、予めフォトレジストをガラス基板に塗布し、前記同様にマスク転写露光により、電極部に相当する部分のレジストを除去し、この状態のガラス基板上にＣＶＤ成膜法で酸化錫膜を付着させ、その後残りのレジストを除去するいわゆるリフトオフ法が知られている。
【０００３】
前記のフォトリソエッチング工程は多数の工程および設備が必要であり、特にプラズマディスプレイなどの比較的大寸法のガラス基板に適用する場合、設備の大型化、工程リードタイムが長い、エッチング液やレジスト使用量の増大に伴う廃液処理に関連する環境上の問題など、解決すべき問題がある。
【０００４】
上記の問題を解決するためにレーザー照射により、余分な部分の膜を蒸発除去する方法が、特開２０００−３４８６１１号公報（特許文献１）に記載されている。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー光源から出射したレーザービームを開口穴を有するマスクを通してビーム断面形状を略長方形に整形し、そのビームを酸化錫膜上に走査しながら照射して、酸化錫膜を電極加工する方法である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４８６１１号公報
【０００６】
また特開平９−１０８８７９号公報（特許文献２）には、レーザービームを加工物に照射して加工物の部分的溶融による切断加工を行うレーザー加工装置が開示されている。この加工装置は、２つのシリンドリカルレンズ対を用いてレーザービームのエネルギー密度分布をビーム軸を含む平面に対して内外逆転させた加工装置である。すなわち、エネルギー密度分布がビーム軸中心で最も高く軸から外に向かうに従い低くなるガウス型分布を有しているレーザービームを、中心部で低く外側に向かうに従い高くする手段として、シリンドリカルレンズ対を用いたものが開示されている。
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−３４８６１１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
レーザービームを照射して、プラズマディスプレイパネルに用いられる複数のストライプ状の酸化錫の電極を酸化錫膜の一部を蒸発させて加工する場合、レーザービームを直線方向に移動させながら行う。レーザー発振器から出射したレーザービームは、通常断面円形であり、そのエネルギー密度分布はビーム軸中心が最も高く、外に向かうに従って低くなる、いいわゆるガウス型分布をしている。
【０００９】
従って、レーザー発振器から出射したレーザービームを単に酸化錫膜に次々と照射位置をずらしながら照射することでは、形成されていく電極と電極の間の基板露出部（電極間絶縁部）の巾方向の中央部にレーザービームの熱量が多く加わる。それに対してレーザービームの径の外縁部、すなわち形成される電極端部付近に加わる熱量は小さくならざるを得ない。このため、電極の端部はシャープに加工されなかったり、電極間絶縁部で導電膜が完全に除去されずに残り、電極間の電気絶縁性が確実に得られないという技術的課題があった。
【００１０】
この課題を解決するためにレーザービームの径の外縁部までエネルギー密度を上げると、レーザービームの軸中心部において被加工物表面に過度の熱エネルギーが加わり、溶融、蒸発などによるダメージがその表面に発生するという課題があった。
【００１１】
このような課題を解決するために、特開２０００−３４８６１１号公報に記載されている従来技術では、レーザー発振器から出射した断面円形のレーザービームを光路中に設けたマスク板の長方形の開口穴にその一部を通過させ、ビームの断面形状を長方形に整形する方法が開示されている。
【００１２】
しかしながら、この方法では、出射したレーザービームのかなりの部分がマスク板により遮蔽され、レーザービームの軸中心近傍のエネルギーしか電極加工に寄与しないので、レーザー発振器のエネルギーの使用効率が低く、電気絶縁性を確実に確保する電極加工や短時間で行う電極加工を実現するには、大きなパワー、したがって高価なレーザー発振器を必要とするという課題があった。
【００１３】
また、特開平９−１０８８７９号公報には、レーザービームの断面方向のエネルギー密度分布を変えることができるレーザー加工装置が開示されている。しかしながら、一対のシリンドリカルレンズを組み合わせることにより得られるビームの断面形状は円形であり、ドロス付着防止を目的とするものである。
【００１４】
本発明は上述の課題を解決し、基板上に被覆された酸化錫膜の一部を除去する電極のレーザー加工方法とそれを好適に行う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。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の請求項１は、レーザー発振器から出射させたレーザービームを基板上の導電膜に照射するとともに、前記レーザービームと前記基板を相対的に移動させることにより、前記導電膜を所定形状の電極にレーザ加工する方法であって、前記導電膜に照射するレーザービームの断面形状を、光学レンズ群からなる光学的手段により略矩形に整形することを特徴とするレーザー加工方法である。
【００１６】
請求項１によれば、導電膜に照射されるレーザービームが、レーザー発振器から出射したビームの断面円形状を光学レンズ群からなる光学的手段により略矩形に整形されているので、出射されたレーザービームの一部が物理的に遮断されることがない。これによりレーザービームのエネルギーの使用効率を高く維持できる。
【００１７】
また、導電膜に照射されるレーザービームの形状は略矩形であるため、ビームの照射点を直線上に逐次ずらせてストライプ状の電極を加工するとき、照射されない個所（照射漏れ）が生ずることがないので、電極間の電気絶縁性を確実に確保することができる。
【００１８】
請求項２は、請求項１において、光学的手段を、複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群２個を１組として、前記レーザービームのビーム軸方向に離間配置した光学系で構成したことを特徴とする。
【００１９】
請求項２によれば、シリンドリカルレンズの寸法は、レーザービームが欠けることなく透過させる寸法で有ればよい。通常直径が数ｍｍ程度のレーザービームであるので、小さな光学系でレーザービームの断面形状を整形できる。
【００２０】
請求項３は、請求項１または２おいて、照射するレーザービームの断面方向におけるエネルギー密度の最大値を、その最小値の２倍を越えないように平準化したことを特徴とする。
【００２１】
請求項３によれば、エネルギーの最大値がエネルギーの最小値の２倍を越えないようにエネルギー密度を平準化しているので、一定巾の電気絶縁領域をつくるのに、その巾方向の何れの場所についても膜の除去が適切に行われ、導電膜の局所的な除去不足による電気絶縁不良の発生が抑制され、確実に電極加工をおこなうことができる。
【００２２】
請求項４は、請求項１〜３のいずれかにおいて、照射するレーザービームの波長を３５０ｎｍ〜２０００ｎｍで、そのエネルギー密度を８〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に分布するように整形したことを特徴とする。
【００２３】
請求項４によれば、レーザーの波長を３５０ｎｍ〜２０００ｎｍとすることにより、導電膜が被覆されたガラス板の表面が劣化変質することなく、酸化錫膜あるいは酸化錫を主成分とする膜（インジウムを含有させた酸化錫膜、アンチモンを含有させた酸化錫膜、フッ素、塩素などのハロゲン元素を含有させた酸化錫膜など）を除去することができる。
【００２４】
また、照射レーザービームのエネルギー断面方向の密度分布を８〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に揃えることにより、電気絶縁性を確実に確保することができる。
【００２５】
請求項５は、請求項１〜４のいずれかにおいて、導電膜が、二酸化珪素膜上に酸化錫膜が積層被覆された導電膜であることを特徴とする。
【００２６】
請求項６は、請求項１〜４のいずれかにおいて、導電膜が、酸化錫膜、二酸化珪素膜、酸化錫膜がこの順に積層被覆された導電膜であることを特徴とする。
【００２７】
酸化錫膜は、ガラス基板との密着性を高めるために、あるいは膜の色調を調整するために、その電気抵抗率を小さくするために、二酸化珪素膜、あるいは二酸化錫膜と二酸化珪素膜の２層を下地膜として被覆されることがあり、そのような積層構造の膜であっても、酸化錫単層の膜と同じように電極加工を行うことができる。また、酸化錫膜の上に、酸化チタニウム、酸化ジルコニウムなどの絶縁保護膜が被覆されていても、単独酸化錫膜と同じように電極加工ができる。
【００２８】
請求項７は、レーザ発振器から出射されるレーザービームを被加工物に照射して加工を行うレーザー加工装置において、前記レーザ発振器と前記被加工物との間に、レーザービームの断面形状を略矩形に整形する光学レンズ群を含む光学的手段を備えることを特徴とするレーザー加工装置である。
【００２９】
請求項７によれば、レーザ発振器と被加工物との間に、レーザービームの断面形状を略矩形に整形する光学レンズ群で構成された光学的手段を備えているので、レーザー発振器から出射したレーザービームの一部を物理的に遮蔽することがない。これにより、レーザーエネルギーを有効利用することができ、より低パワーのレーザー発振器を用いることができる。
【００３０】
請求項８は、請求項７において、光学的手段を、複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群を、前記レーザービームのビーム軸方向に２個１組で離間配置した光学系で構成したことを特徴とする。
【００３１】
請求項８によれば、光学的手段を複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群を、レーザービームの軸方向に２個１組で離間させた光学系により構成したので、ビームの断面形状の円形から矩形への整形を、小型の光学部品で構成できる。
【００３２】
請求項９は、請求項８において、シリンドリカルレンズの焦点距離をｆｍｍ、シリンドリカルレンズの曲率半径をｒｍｍ、一方のレンズ群の他方のレンズ群との離間距離をＬｍｍ、とし、前記発振レーザビーム径をｄｍｍとしたとき、次の関係を満足することを特徴とする。
ｆ＜Ｌ≦２ｆ
０．５ｄ＜ｒ≦６ｄ
【００３３】
請求項１０は、請求項７〜９のいずれかにおいて、光学的手段と被加工物の間に反射ミラーとｆθレンズを含むビーム走査系を設けたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１０によれば、光学的手段と被加工物との間に反射ミラーおよびｆθレンズからなるビーム走査系を設けたので、基板に被覆された酸化錫膜のどこの場所にも同形状、同寸法のビームを照射することができる。これにより寸法形状が正確な電極加工ができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明のレーザー加工装置１を説明する図である。本発明のレーザー加工装置は、光学系２と走査系３とを有する。
【００３６】
ワークテーブル８の上方には、周期的にレーザービームを発振するレーザー発振器４を備えた光学系２が配置されている。レーザー発振器４から出射されたレーザービームは、シリンドリカルレンズを組み合わせて配置し、レーザービーム整形系５に入射し、ビーム整形系５により、レーザービームの断面形状が略矩形に整形され、走査系３に導かれる。
【００３７】
本発明において光学系２は、少なくともレーザー発振器４とレーザー発振器４から出射しレーザービームの断面形状を略矩形に整形するシリンドリカルレンズを組み合わせたレーザービーム整形系５とを備える。
【００３８】
レーザー発振器４としては、例えばＮｄ−ＹＡＧレーザーを好適に用いることができる。レーザー発振器４から出射したレーザービームは通常断面円形であり、レーザービーム断面内のエネルギー密度分布はガウス型分布、すなわちビームの軸中心でエネルギーが最も高く、ビームの外側に向かうに従ってエネルギーが低い。本発明で好適に用いられるレーザービーム整形系５は、２枚のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群５ａと５ｂを、レーザービームの軸方向に２個１組で離間配置した光学系で構成される。
【００３９】
レーザー発振器４から出射した断面円形のレーザービームは、レーザービーム整形系５により、エネルギー損失をほとんど生じることなく断面矩形に整形される。また、個々のシリンドリカルレンズの焦点距離およびレンズ群５ａ、５ｂの離間距離を適切に選択設定することにより、レーザービームのエネルギー密度分布を平準化することができる。
【００４０】
レーザービーム整形系５により断面略矩形に整形されたビームのエネルギー密度分布を一層平準化するために、整形後のビームの主として外縁部を遮蔽するための矩形の開口穴を有するマスクを設けてもよい。
【００４１】
レーザービーム整形系５を通過したレーザービームは、反射ミラー１５とｆθレンズ７とを少なくとも有する走査系３に導かれる。反射ミラー１５は、レーザービームの伝播方向を変えるためのものであり、図１は、反射ミラー１５としての多角形のポリゴンミラーが、ガルバノスキャン６によって駆動される状態を示している。ポリゴンミラーミラーに代えて並進移動機構を備えた平板ミラーを用いてもよい。
【００４２】
反射ミラー１５で一定方向に方向が変えられたレーザービームは、ｆθレンズ７により、レーザービームの照射位置が変わっても、そのビーム形状に歪みやビーム端面のぼやけがないようになる。また、本発明では、ｆθレンズでビームサイズは５分の１から３０分の１程度に縮小される。
【００４３】
ワークテーブル８は、その表面が水平になるように設置され、図示しない駆動機構（例えばねじ軸とねじ、又はベルトとプーリを含む機構）を介して図示しないモーターに連結されており、対応するモーターの駆動によって、水平方向Ｘ、またはＸ方向と直角な水平方向Ｙに往復移動できるようになっている。
【００４４】
図２は、本発明に用いられるシリンドリカルレンズの組み合わせからなるレーザービーム整形系５の一実施態様を説明する図である。レーザービームの上流側に設置される２個１組のレンズ群５ａは、シリンドリカルレンズ３および４が共にシリンドリカル面がレーザービームの進行方向側に向いて配置されている。シリンドリカルレンズの３のシリンドリカル面に対向す平坦面はレーザビームの進行方向と垂直方向であり、シリンダー面の縦方向は図中のＸ方向である。シリンドリカルレンズ４はシリンドリカルレンズと同質同形状であり、シリンドリカルレンズ３とその方向が直交している。レンズ群５ｂは、レンズ群５ａと同じであり、レーザービームに対して同様の配置である。レンズ群５ａおよび５ｂは、一定距離Ｌｍｍだけ離れて配置されている。シリンドリカルレンズ１〜４について、シリンドリカルレンズの焦点距離ｆｍｍ、曲率半径ｒｍｍは、それぞれ同じ値を有することができる。
【００４５】
シリンドリカルレンズ４に入射するレーザビーム径をｄｍｍとしたとき、次の関係を満足することが好ましい。
ｆ＜Ｌ≦２ｆ
０．５ｄ＜ｒ≦６ｄ
その理由は、離間距離Ｌが焦点距離ｆより小さいとレーザービームのエネルギーが平準化され難くなり、Ｌが２ｆより大きいとレーザービームが収束されずに発散するので不都合である。また、曲率半径ｒが０．５ｄより小さいとレンズからレーザービームが漏れることとなり不都合であり、６ｄより大きいとレンズの収差の効果がなくなり、レーザービームのエネルギーの平準化がされなくなるので好ましくない。
【００４６】
レーザービームをより平準化する上で、更に好ましい範囲は、１．２ｆ≦Ｌであり、またＬ≦１．５ｆである。また、０．５ｄ＜ｒであり、ｒ≦２．５ｄである。
【００４７】
次に、本発明のレーザー加工装置１を用いてガラス基板上に被覆された導電膜を電極に加工する工程を説明する。本発明のレーザー加工を好適に適用できる導電膜として、酸化錫膜あるいは酸化錫を主成分とする酸化錫膜（副成分が、酸化インジウム、酸化アンチモン、塩素やフッ素などのハロゲンである膜）、酸化インジウム膜、酸化インジウムを主成分とする膜（ＩＴＯ膜）、アルミニウムを含有する酸化亜鉛膜などの透明導電膜の他、金属膜が列挙できる。これらの膜がガラス基板等の上に単層で被覆された導電膜はもちろんのこと、複数の膜の積層体たとえば、二酸化珪素膜／酸化錫膜、酸化錫膜／二酸化珪素膜／酸化錫膜のような下地膜がある積層体にも適用できる。
【００４８】
被加工物である酸化錫の導電膜１０が被覆されたガラス基板９は、ワークテーブル８上に載置され固定される。たとえばＸ方向にワークテーブル８を移動させて、レーザービームを照射し、導電膜１０をＸ方向に導電膜を蒸発逸散させ導電膜がない領域をつくり、導電膜１０を電気的絶縁状態とする。さらにワークテーブル８のＹ方向の移動または反射ミラー１５の操作により、レーザービームの照射位置を一定寸法だけＹ方向にずらし、同様の操作によりに導電膜を除去する。かくして１個のストライプ形状の電極が形成加工される。この操作を繰り返すことにより多数の行方向（又は列方向）のストライプ電極が加工される。
【００４９】
導電膜上に照射されるレーザービームのエネルギー密度は、通常プラズマディスプレイ用電極として用いられる厚みが約２００ｎｍ程度の酸化錫導電膜の場合、レーザービームの照射点で約８Ｊ／ｃｍ２以上とするのが好ましい。このとき、レーザーの発振（オン、オフ）とワークテーブル８の移動または反射ミラー６の角度変更操作あるいはその両方を同期制御する。
【００５０】
図３は、本発明において酸化錫膜にレーザービームを照射して、酸化錫膜をストライプ状の酸化錫電極１０にパターン加工する状況をさらに詳細に説明する図である。酸化錫膜に照射されるレーザービームは、レーザービーム整形系５によりエネルギーを大きく失われることなく断面略矩形に整形されて導電膜１０に照射される。照射された部分の酸化錫膜は加熱されて、蒸発によりガラス表面から除去される。
【００５１】
１照射（ワンショット）で膜が除去される領域１１はレーザービームの大きさと同程度の略矩形である。領域１１を図３で下方に（すなわち形成するストライプ電極の長手方向）に移動させ、次の照射を行う。順次照射点を下方に移動することにより、酸化錫膜がない電気絶縁領域１２を縦方向に形成し、同時に縦方向に長手方向を有するストライプ電極が形成されていく。図３で領域１２はすでにレーザービームが照射されて導電膜が除去された領域であり、領域１３は、これからレーザービームが走査される領域を示す。
【００５２】
図４は、本発明のレーザー加工方法で得られる酸化錫のパターン電極付きガラス基板の一例を示す。ガラス基板９の片面に酸化錫電極１０がパターン加工されており、酸化錫電極１０は、ガラス基板１の周縁にそって伸びる所定の領域に囲まれた中央の矩形の領域１４内に、ストライプ状（棒状）電極が多数、平行に配置されている。そして一つの電極は、隣の電極と一定の間隔を有し、電気的に絶縁されている。酸化錫導電膜はたとえば公知のスパッタリング法やＣＶＤ法により形成されたものを用いることができる。たとえば、約２０ｎｍの二酸化珪素膜を下地膜として、その上に約２００ｎｍの酸化錫膜を被覆したガラス基板を用い、電極巾が２００〜４００μｍ、電極間距離が３０〜１００μｍの電極加工ができる。
【００５３】
図５は、本発明のレーザー加工に使用される照射レーザービームの断面形状とエネルギー密度分布を示す図である。レーザービーム整形系により、円形ビームはエネルギーを実質的にロスすることなく略矩形に整形され、かつ、エネルギー密度分布がビーム軸中心から外部に向かって平準化されている。図５では、ビームの外縁部が内側より若干高いエネルギー密度を有している。このようなレーザービームを導電膜に照射し、照射点を順次移動させていくことにより、パターン加工された電極の端面は、図８（ａ）の下方の断面図に示すように電極端部（エッジ）が比較的切り立った形状になり、電極間の電気絶縁を確実にすることができる。
【００５４】
図６は、本発明にかかるレーザービーム整形系５により得られる断面矩形のレーザービームのエネルギー密度分布の一例を示す図である。シリンドリカルレンズの焦点距離を６．３５ｍｍ、離間距離を１０ｍｍとしたときの例である。レーザービームは１辺の長さが約２．４ｍｍの正方形であって、ビームの内部（軸中心およびその近傍）でエネルギー密度が平準化されていることが分かる。そして、ビーム外縁部は内部よりエネルギー密度がやや高く、最も外側が最大エネルギー密度を有し、軸中心が最小エネルギー密度を有している。図５に示すレーザービームの断面方向で考慮されるエネルギ密度の最大値は、最小値の２．０倍である。
【００５５】
図６のようなエネルギー密度分布を有しているレーザービームに対して、レーザービーム整形系５の後段に所定の大きさの正方形のマスクを設置することにより、ビームの外縁部の高いエネルギー密度を有する部分をカット（遮蔽）すれば、エネルギー密度の最大値をその最小値の約０．６５÷０．５５＝１．２倍まで、エネルギーロスを大きく発生させることなく、平準化できる。
【００５６】
図７は、本発明にかかるビーム整形系５により得られる断面矩形のレーザービームのエネルギー密度分布の他の例を示す図である。シリンドリカルレンズの焦点距離を６．３５ｍｍ、離間距離を７．４ｍｍとしたときの例である。レーザービームは１辺の長さが約２．４ｍｍの正方形であって、最も外側が最大エネルギー密度を有し、ビームの内部（軸中心およびその近傍）でエネルギー密度が放物線上に分布を有していることが分かる。このレーザービームは、最大値／最小値の比が１．８倍に平準化されていることが分かる。
【００５７】
本発明のレーザービーム整形系５は、ビームの遮蔽という物理的なビーム整形手段と併用しても、エネルギーロスを少なく整形できることが分かる。
【００５８】
本発明においては、照射するレーザービームのエネルギー密度分布は、８〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に設定（最大値／最小値の比が２．０倍以下）するのが好ましく、さらに１１〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に設定（最大値／最小値の比が１．５倍以下）するのが好ましく、さらに、１３〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に設定（最大値／最小値の比が約１．３倍以下）するのが好ましい。
【００５９】
照射するレーザービームのエネルギー密度が８Ｊ／ｃｍ２より小さいと、導電膜をほぼ完全に残瑳なく蒸発除去することが、とりわけ膜の厚みが厚い低抵抗の電極加工を行うときに困難になる。
【００６０】
エネルギー密度が１６Ｊ／ｃｍ２より大きいと、逸散した導電膜がガラス基板上に再付着などの現象が認められ、電極間の電気絶縁性を必ずしも確実に確保できないので好ましくない。
【００６１】
図６および図７に示したレーザービームの断面形状は、一辺が約約２．２ｍｍの略正方形であり、このビームはｆθレンズにより、一辺が数１０〜数１００μｍに絞られる。
【００６２】
図８（ｂ）は、本発明にかかるレーザービーム整形系５を用いないレーザービームのエネルギー密度分布である。レーザー発振器から出射したレーザービームの断面エネルギー密度はガウス型分布をしている。このレーザービームをそのまま照射すると、図８（ｂ）の下方に示すように、電極１０、１０間の中央部分は導電膜の除去が進むが、電極端部における膜除去能が小さいため、電気絶縁性を確実に確保するのが困難である。
【００６３】
使用するレーザービームの波長は、パターニング加工する導電膜のその波長での吸収係数がガラス基板の吸収係数より大きいことが好ましい。発振レーザーの波長範囲としては、３５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲で適時選択される。
【００６４】
本発明のレーザー加工に供することができる基板の材料は、ガラス、セラミックスなどを挙げることができる。ガラスとしては、アルミノ硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、無アルカリガラス、ソーダライムシリケートガラスなどの非晶質ガラスや結晶化ガラスを用いることができる。
【００６５】
以下に実施例により、本発明を詳しく説明する。
実施例１
レーザー発振器としてＮｄ−ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ、レーザービームの直径５ｍｍ）を使用し、レーザー発振器から出射したレーザービームを図２に示すレーザービーム整形系に導いた。すなわち、焦点距離ｆ＝１８．９５ｍｍのシリンドリカルレンズ２枚を直交配置して１個のレンズ群とし、このレンズ群２組をビーム軸方向に離間（距離Ｌｍｍ）して配置した。１つのレンズ群を構成する２枚のシリンドリカルレンズは密着固定させ、離間距離Ｌを２４．９ｍｍとなるように配置した。このレーザービーム整形系を出射したレーザービームを、反射ミラーとｆθレンズを経由させてガラス基板（重量組成：ＳｉＯ２６２．０％、Ａｌ２Ｏ３３．２％、ＺｒＯ２０．４％、Ｎａ２Ｏ２．１％、Ｋ２Ｏ１０．１％、ＭｇＯ６．８％、ＣａＯ３．４％、ＳｒＯ１１．８％、ＢａＯ０．２％）にＣＶＤ法（化学的気相析出法）により被覆した２００ｎｍの厚みの酸化錫導電膜（抵抗：５０Ω／平方）に照射した。反射ミラーをガルバノで動かすことで、ガラス基板上の酸化錫膜に、一辺が５０μｍの正方形で平均１０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー密度を有するレーザービームを、照射位置を移動させながら電極間の絶縁部となる部分を形成した。その後レーザービームの位置を約３００μｍずらして同様の加工操作を行い、電極巾３００μｍ、電極間距離５０μｍのストライプ状電極を形成加工した。このレーザービームのエネルギー密度分布は、図６に示すように、ビーム外縁部に外輪山状の凸形状をし、中央部付近で平準化されており、ビームプロファイラーで測定したところ、エネルギーの最大値１６Ｊ／ｃｍ２、最小値８Ｊ／ｃｍ２で、その比率は２．０であった。
【００６６】
レーザービームの照射により酸化錫膜が蒸発により除去した部分（電極間絶縁部）の電気絶縁状態を電極間抵抗値として市販の抵抗率計で測定したところ、１０ＭΩ以上の抵抗であった。また、電極間絶縁部を光学顕微鏡で観察したところ、導電膜の残瑳と考えられる異物状のものは何も観察されなかった。上記の絶縁抵抗値は、プラズマディスプレイや液晶表示装置などに用いる透明電極付き基板の行電極あるいは列電極として要求される絶縁抵抗値を十分満足する値である。
【００６７】
実施例２
シリンドリカルレンズの離間距離と焦点距離とを変えて、図７に示すようなエネルギー密度が凸状に平準化され、外縁部に外輪山状の凸形状をもつ平均エネルギー密度１４Ｊ／ｃｍ２（最小値１３Ｊ／ｃｍ２、最大値１６Ｊ／ｃｍ２でその比率が１．２３倍）のレーザービームを照射したことを除いて、実施例１と同じように電極加工を行った。レーザービームの照射により酸化錫膜を蒸発により除去した部分（電極間絶縁部）の電気絶縁状態を電極間抵抗値として市販の抵抗率計で測定したところ、１０ＭΩ以上の抵抗であった。また、電極間絶縁部を光学顕微鏡で観察したところ、導電膜の残瑳と考えられる異物状のものは何も観察されなかった。
【００６８】
実施例３
シリンドリカルレンズの離間距離と焦点距離とレーザー発振パワーを変えて、図７のエネルギー密度分布図に示すようなレーザービーム中央部が凸状に平準化され、外縁部に外輪山状の凸形状をもつ平均エネルギー密度１９Ｊ／ｃｍ２（最小値１７Ｊ／ｃｍ２、最大値２２Ｊ／ｃｍ２でその比率が１．３倍）のビームを照射したことを除いて、実施例１と同じように電極加工を行った。電極間絶縁部の電気絶縁状態を電極間抵抗値として市販のテスターで測定したところ、１０ＫΩ前後の抵抗であった。電極間絶縁部を光学顕微鏡で観察したところ、導電膜の残瑳と考えられる異物状のものが若干認められた。
【００６９】
比較例１
レーザー発振パワーを変えて、図７のエネルギー密度分布図に示すようなビーム中央部が凸状に平準化され、外縁部に外輪山状の凸形状をもつ平均エネルギー密度６Ｊ／ｃｍ２（最小値５Ｊ／ｃｍ２、最大値７Ｊ／ｃｍ２でその比率が１．４倍）のビームを照射したことを除いて、実施例１と同じように電極加工を行った。電極間絶縁部の電気絶縁状態を電極間抵抗値として市販のテスターで測定したところ、数十Ω〜１０ＫΩであった。電極間絶縁部を光学顕微鏡で観察したところ、導電膜の残瑳が島状に認められた。
【００７０】
比較例２
シリンドリカルレンズのレーザービーム整形系を用いなかった点を除いて、実施例１と同じ方法で電極加工を行った。照射レーザービームは断面円形のガウス型密度分布をしており、平均エネルギー密度は１０Ｊ／ｃｍ２（その最大値は２３Ｊ／ｃｍ２、最小値は３Ｊ／ｃｍ２で、その比率は７．７倍）であった。電極間絶縁部を光学顕微鏡で観察したところ、電極端部（エッジ部）は一直線状にパターニング加工されていなかった。
【００７１】
上記の実験結果から、レーザービームの照射エネルギー密度とパターニング加工後の隣同士の電極間の電気絶縁性は、次のことが判明した。
【００７２】
導電膜の残差（除去不完全）を無くし、電極間の電気絶縁性を確実に確保するには、照射するビームを８Ｊ／ｃｍ２以上のエネルーギ密度とするのがよいこと。
【００７３】
また、電気間を確実に絶縁状態（抵抗値で１０ＭΩ以上）とするには、レーザービームのエネルギー密度分布に上限値があり、その値は１６Ｊ／ｃｍ２であること。その値を超えると、再び１０ＭΩ以上の抵抗を再現性よく得られにくくなること。この理由は明確ではないが、レーザービームの照射により蒸発除去された酸化錫がガラス面に再付着することや、ガラス表面が強いレーザービームの照射により変質、劣化するためと推測される。
【００７４】
さらに、照射するレーザービームの断面形状を矩形にするとともに、エネルギー密度分布をレーザービーム断面方向で平準化することにより、電極間絶縁部の巾方向全域にわたって導電膜の残差が無く、かつ、電極の端部を直線状（ギザギザの凹凸がない）にパターニング加工できること。
【００７５】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、レーザー発振器から出射した断面円形のレーザービームは、光学的手段により略矩形に整形されるので、レーザービームの一部が整形により遮断されることがない。これにより、レーザービームのエネルギーを効率よく導電膜に照射することができる。
【００７６】
また、導電膜に照査されるビーム形状は略矩形であるため、レーザー照射点を直線上に逐次ずらせてストライプ状の電極を形成するとき、ビームが照射領域に漏れが生ずることがないので、電極間の電気絶縁性を確実に確保することができる。
【００７７】
請求項２は、複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する位置に配置したレンズ群をレーザービームの軸方向に２個離間させた光学系で構成されているので、請求項１の効果に加えて、断面円形ビームを矩形に整形する光学系を小さくすることができる。
【００７８】
請求項３は、導電膜に照射されるレーザービームの断面方向のエネルギー密度分布を、エネルギーの最大値がエネルギーの最小値の２倍を越えないように平準化したので、ビームで照射された領域のいずれの場所も同程度の加熱が行われるので、請求項１または２の効果に加えて、導電膜の除去不完全による電気絶縁不良が生じるのが抑制され、確実に電極加工をおこなうことができる。
【００７９】
請求項４は、導電膜上に照射されるレーザービームの波長を３５０ｎｍ〜２０００ｎｍとし、かつ、そのエネルギー密度を８〜１６Ｊ／ｃｍ２の範囲内に分布させたので、請求項１〜３の効果に加えて、基板としてのガラスの表面を劣化させることなく、電気絶縁性を確実に確保することができる。
【００８０】
請求項７によれば、レーザ発振器と被加工物との間に、レーザービームの断面形状を略矩形に変換する光学レンズ群で構成された光学的手段を備えているので、レーザー発振器から出射したレーザービームの一部を物理的に遮蔽することがない。このため、レーザーエネルギーを有効に利用することができ、より小さい出力のレーザー発振器を採用することができる。
【００８１】
請求項８によれば、請求項７の効果に加えて、レーザービームの変形を複数個のシリンドリカルレンズを互いに直交する方向に配置したレンズ群として、それをレーザービームの軸方向に２個１組で離間させた光学系により構成したので、ビームの整形を小型の部品構成で行うことができる。
【００８２】
請求項１０によれば、光学的手段と被加工物との間のビーム経路中に反射ミラーおよびｆθレンズを有するビーム走査系を設けたので、被加工物上の異なる場所に同形状、同寸法のビームを照射することができる。
【００８３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザー加工装置を説明する図である。
【図２】本発明にかかるレーザービーム整形系５の一実施態様を説明する概略図である。
【図３】本発明にかかるレーザービームの導電膜への照射を説明する図である。
【図４】本発明のレーザー加工方法で得られる電極付きガラス基板の一例の平面図である。
【図５】本発明にかかるレーザービームの一例の断面形状とエネルギー密度分布を示す図である。
【図６】本発明にかかるレーザービームのエネルギー密度分布の一実施例の詳細図である。
【図７】本発明にかかるレーザービームのエネルギー密度分布の他の実施例の詳細図である。
【図８】（ａ）はレーザービームの平準化されたエネルギー密度分布とそのレーザービームにより加工される電極の模式図であり、（ｂ）はレーザー発振器から出射したレーザービームにより加工される電極の模式図である。
【００８４】
【符号の説明】
１：レーザー加工装置
２：照射系
３：走査系
４：レーザー発振器
５：レーザービーム整形系
５ａ、５ｂ：シリンドリカルレンズ群
６：ガルバノスキャン
７：ｆθレンズ
８：ワークテーブル
９：ガラス基板（被加工物）
１０：導電膜
１１：レーザービームの照射部分（ワンショット領域）
１２：既照射領域
１３：走査予定領域
１４：ストライプ電極群
１５：反射ミラー
【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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【図８】
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