(57)【要約】【課題】  良質な加工を行う。【解決手段】  レーザビームを加工対象物上に、複数の光強度分布のピークをもつビームプロファイルを形成させて入射させる。光強度分布のピークの値をＰ、光強度分布のピーク間の極小値をＡ、加工対象物の加工が可能な光強度の閾値をＳとするとき、                            Ｓ＜Ａ≦（Ｐ＋Ｓ）／２の関係を満たすように、レーザビームを前記加工対象物に入射させる。【選択図】          図１
2012096293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加工対象物を第１の方向に沿って移動可能に保持するステージと、
前記レーザ光源を出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に入射させる光学系であって、前記レーザ光源を出射したレーザビームが、前記ステージに保持された加工対象物に入射するときの入射領域中に、複数の光強度分布のピークが前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配列されるビームプロファイルを形成するビームプロファイル整形器を含む光学系と
を有し、
前記ビームプロファイル整形器は、前記ステージに保持された加工対象物に干渉縞を生じさせながら入射させる、または、前記レーザ光源を出射したレーザビームを回折した後に集光して、前記ステージに保持された加工対象物に入射させるレーザ加工装置。
【請求項２】
前記ビームプロファイル整形器が、前記レーザ光源を出射したレーザビームを回折するＤＯＥ、及び、前記ＤＯＥで回折されたレーザビームを集光する集光レンズを含んで構成される請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ビームプロファイル整形器が、前記レーザ光源を出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に干渉縞を生じさせながら入射させるシリンドリカルアレイレンズ、またはフライアイレンズを含んで構成される請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第１の方向と前記第２の方向とが相互に直交する方向である請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
（ａ）レーザビームを出射する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で出射したレーザビームを加工対象物上に、複数の光強度分布のピークをもつビームプロファイルを形成させて入射させる工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、
前記光強度分布のピークの値をＰ、前記光強度分布のピーク間の極小値をＡ、前記加工対象物の加工が可能な光強度の閾値をＳとするとき、
Ｓ＜Ａ≦（Ｐ＋Ｓ）／２
の関係を満たすように、レーザビームを前記加工対象物に入射させるレーザ加工方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）において、前記複数の光強度分布のピークを、前記加工対象物上において第１の方向に沿って配列させ、
更に、
（ｃ）前記加工対象物を前記第１の方向と交差する第２の方向に移動させる工程
とを有し、
前記工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返す請求項５に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、レーザビームを照射して行う従来のパターニング加工の問題点を説明する。
【０００３】
図３（Ａ）は、パターニング加工の加工対象物、たとえばフラットパネルディスプレイ(Flat Panel Display; FPD)または太陽電池製造の一工程に現れるパネル３０の断面図である。パネル３０は、図示するように、厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのガラス基板３１上に透明導電膜、たとえば厚さ０．１μｍ〜０．２μｍのＩＴＯ(Indium Tin Oxide)膜３２を含んで構成される。なお、パネル３０は、平面視において、たとえば縦１０００ｍｍ、横１４００ｍｍの矩形状を呈する。
【０００４】
ＦＰＤまたは太陽電池製造のため、レーザビーム４０をＩＴＯ膜３２上からパネル３０に照射し、照射位置のＩＴＯ膜３２を除去してパターニング加工を行う。レーザビーム４０がＩＴＯ膜３２上を走査することにより、たとえばＹ軸方向に延びる加工溝３２ａが形成される。
【０００５】
なお、太陽電池に関しては、パネルの代わりに、たとえば厚さ０．１ｍｍのポリイミド上に厚さ０．１μｍ〜０．２μｍのＩＴＯ膜を含んで構成されるフィルムが加工対象物となる場合がある。
【０００６】
図３（Ｂ）を参照する。図３（Ｂ）中に、レーザビーム４０の光強度分布（ビームプロファイル）を点線で示した。ＩＴＯ膜３２に照射されるレーザビーム４０の光強度分布は、たとえば図示するようにガウシアン型である。この場合、ＩＴＯ膜３２に入射するレーザビーム４０は、ビーム中央部の光強度が強く、周辺部、殊にエッジの光強度が弱い。このため、ビームエッジ部入射位置のＩＴＯ膜３２は完全には溶融されず、レーザビーム４０非入射位置から分離されないことがある。この結果、レーザビーム４０入射位置のＩＴＯ膜３２は飛散せず、残渣３２ｂとしてビーム入射位置付近に残留する。この際、残渣３２ｂは、ビーム中央部入射位置を境に、加工幅方向（Ｘ軸方向）に２分割されやすく、大きなサイズとなりやすい。
【０００７】
また、ビームエッジ部入射位置のＩＴＯ膜３２がレーザビーム４０非入射位置から分離され、レーザビーム４０入射位置のＩＴＯ膜３２が加工飛散物となった場合であっても同様に、その加工飛散物は加工幅方向（Ｘ軸方向）に２分割されやすく、サイズが大きくなりやすい。
【０００８】
図３（Ｃ）を参照する。サイズの大きい残渣３２ｂが加工位置に滞留すると、加工溝３２ａの両側のＩＴＯ膜３２間の絶縁性を悪化させたり、ＩＴＯ膜３２間を電気的に接続し、絶縁不良を生じさせることがある。サイズの大きい加工飛散物が加工位置に付着した場合も同様である。
【０００９】
図３（Ｄ）を参照する。サイズの大きい残渣３２ｂが加工位置に滞留した場合、ＩＴＯ膜３２のパターニング工程の次工程である、たとえば厚さ１μｍのアモルファスシリコン膜３３成膜工程において、残渣３２ｂの滞留位置にアモルファスシリコン膜３３が形成されないことがある。サイズの大きい加工飛散物の付着によっても、同様のことが起こりうる。
【００１０】
図４に、ＩＴＯ膜３２に形成された加工溝３２ａ、及び加工溝３２ａの縁に付着した残渣３２ｂを撮影した顕微鏡写真を示す。
【００１１】
パッケージ、プリント基板などに多数の細い穴を一挙に穿孔することを目的として、レーザビームを高精度回折光学素子(Diffractive Optical Elements; DOE)によって回折させて多数のビームを発生させ、ｆｓｉｎθレンズによって像面に等間隔のスポットとして結像させるレーザ穴開け加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１２】
また、複数のレーザビームの減衰領域を含む領域を互いに合成し、光強度分布を均一に近づけてビーム照射を行うレーザ照射方法の発明の開示がある（たとえば、特許文献２参照）。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−６２５７８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、良質な加工を実現することのできるレーザ加工装置を提供することである。
【００１５】
また、良質な加工を実現することのできるレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、加工対象物を第１の方向に沿って移動可能に保持するステージと、前記レーザ光源を出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に入射させる光学系であって、前記レーザ光源を出射したレーザビームが、前記ステージに保持された加工対象物に入射するときの入射領域中に、複数の光強度分布のピークが前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って配列されるビームプロファイルを形成するビームプロファイル整形器を含む光学系とを有し、前記ビームプロファイル整形器は、前記ステージに保持された加工対象物に干渉縞を生じさせながら入射させる、または、前記レーザ光源を出射したレーザビームを回折した後に集光して、前記ステージに保持された加工対象物に入射させるレーザ加工装置が提供される。
【００１７】
また、本発明の他の観点によれば、（ａ）レーザビームを出射する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で出射したレーザビームを加工対象物上に、複数の光強度分布のピークをもつビームプロファイルを形成させて入射させる工程とを有し、前記工程（ｂ）において、前記光強度分布のピークの値をＰ、前記光強度分布のピーク間の極小値をＡ、前記加工対象物の加工が可能な光強度の閾値をＳとするとき、  Ｓ＜Ａ≦（Ｐ＋Ｓ）／２  の関係を満たすように、レーザビームを前記加工対象物に入射させるレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、良質な加工の実現が可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【００１９】
また、良質な加工の実現が可能なレーザ加工方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１（Ａ）は、第１の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。第１の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源２０、ＤＯＥ２１、フォーカスレンズ２２、マスク２３、イメージングレンズ２４、ステージ２８、及び制御装置２９を含んで構成される。
【００２１】
ステージ２８上には、パネル３０が保持されている。パネル３０は、たとえば図３（Ａ）を参照して説明したＦＰＤ製造の一工程に現れるパネルである。パネル３０は、厚さ０．５ｍｍ〜０．７ｍｍのガラス基板上に、たとえば厚さ０．１μｍ〜０．２μｍのＩＴＯ膜を含んで構成される。
【００２２】
レーザ光源２０が、制御装置２９から送られるトリガ信号を受けて、パルスレーザビーム４０を出射する。レーザ光源２０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器、及び非線形光学結晶を含む。パルスレーザビーム４０は、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波で、パルス幅はたとえば１０ｎｓｅｃ〜３０ｎｓｅｃである。レーザ光源２０を出射するパルスレーザビーム４０の光強度分布はガウシアン型である。
【００２３】
パルスレーザビーム４０は、ＤＯＥ２１に入射する。パルスレーザビーム４０は、ＤＯＥ２１で回折される。ＤＯＥ２１で回折されたパルスレーザビーム４０は、フォーカスレンズ２２で集光され、マスク２３に入射する。ＤＯＥ２１とフォーカスレンズ２２とを経ることで、マスク２３に入射するパルスレーザビーム４０の光強度分布がガウシアン型から剣山型に変化するようにＤＯＥ２１は設計されている。剣山型の光強度分布については、図１（Ｂ）を参照して後述する。
【００２４】
マスク２３は透光領域と遮光領域とを有し、パルスレーザビーム４０の断面形状を整形する。マスク２３は透光領域として、たとえばＸ軸方向に沿う辺が５００μｍの矩形状の貫通孔を備える。マスク２３の貫通孔を透過することにより矩形状の断面に整形されたパルスレーザビーム４０は、イメージングレンズ２４を経てパネル３０のＩＴＯ膜に入射する。
【００２５】
イメージングレンズ２４は、マスク２３の位置におけるパルスレーザビーム４０をパネル３０のＩＴＯ膜上に結像する。結像倍率は、たとえば１／１０である。このため、剣山型の光強度分布をもつパルスレーザビーム４０が、Ｘ軸方向に沿う辺が５０μｍの略矩形状領域を入射領域として、パネル３０のＩＴＯ膜に入射する。パルスレーザビーム４０が入射した位置のＩＴＯ膜は除去される。
【００２６】
ステージ２８は、たとえばＸＹステージであり、パネル３０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。ステージ２８によるパネル３０の移動は、制御装置２９から送信される制御信号に基づいて行われる。
【００２７】
たとえばパルスレーザビーム４０のパネル３０への照射と、ステージ２８によるパネル３０のＹ軸方向への移動を交互に繰り返すことで、パネル３０のＩＴＯ膜に、Ｙ軸方向に延びる幅５０μｍの加工溝を形成することができる。
【００２８】
図１（Ｂ）に、パネル３０に入射するパルスレーザビーム４０の剣山型光強度分布の概略を示す。
【００２９】
図示するように、パルスレーザビーム４０の光強度分布は、Ｘ軸方向（加工溝の幅方向）に沿って複数の光強度の極大値をもつ。本図にはＸ軸方向に沿う光強度分布を示したが、Ｙ軸方向に沿う光強度分布も同様である。たとえば、パルスレーザビーム４０の光強度分布は、Ｘ軸方向に沿って５つの光強度の極大値をもち、Ｙ軸方向に沿って４つの光強度の極大値をもつ。剣山型の光強度分布においては、加工対象物へのビーム入射領域中に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って複数の光強度のピークが形成される。
【００３０】
本図においては、「Ｐ」で光強度の極大値であるピーク値（ピーク強度）を示し、「Ａ」で光強度極大値間の極小値を示し、「Ｓ」でＩＴＯ膜の除去加工を行うことのできる光強度の閾値を示した。閾値Ｓは、たとえば５５ＭＷ／ｃｍ２である。
【００３１】
極小値「Ａ」は、
Ｓ＜Ａ≦（Ｐ＋Ｓ）／２  ・・（１）
を満たす値である。
【００３２】
なお、図示するように、パネル３０へのパルスレーザビーム４０の入射領域のうち、Ｓ以上の光強度を有する部分のＸ軸方向に沿う長さは５０μｍである。
【００３３】
パネル３０に照射するパルスレーザビーム４０の光強度分布を剣山型に整形することによって、加工飛散物を小さくすることができる。また、加工エッジに残渣３２ｂが残った場合であっても、そのサイズを小さくすることができる。このため絶縁性の悪化を防止することができる。また、基板の洗浄作業が容易となる。
【００３４】
図２は、第２の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。第２の実施例によるレーザ加工装置は、第１の実施例によるそれとは異なり、シリンドリカルアレイレンズ２５ａ〜２５ｄ、及び集光レンズ２６を含む。シリンドリカルアレイレンズ２５ａ〜２５ｄ、及び集光レンズ２６はホモジナイザを構成する。
【００３５】
シリンドリカルアレイレンズ２５ａ、２５ｃは、母線がＹ軸方向に平行となるように配置された複数のシリンドリカルレンズで構成されるアレイレンズであり、シリンドリカルアレイレンズ２５ｂ、２５ｄは、母線がＸ軸方向に平行となるように配置された複数のシリンドリカルレンズで構成されるアレイレンズである。
【００３６】
レーザ光源２０を出射したパルスレーザビーム４０は、シリンドリカルアレイレンズ２５ａ〜２５ｄをこの順に透過し、集光レンズ２６で集光されて、ステージ２８上に載置されたパネル３０のＩＴＯ膜に入射する。シリンドリカルアレイレンズ２５ａ〜２５ｄ、及び集光レンズ２６で構成されるホモジナイザのホモジナイズ面にパネル３０のＩＴＯ膜が位置するように、ステージ２８がパネル３０を保持する。
【００３７】
第２の実施例によるレーザ加工装置においては、シリンドリカルアレイレンズ２５ａ〜２５ｄ、及び集光レンズ２６は、ホモジナイズ面においてスペックル（干渉縞）が生じるように配置されている。このため、ホモジナイズ面におけるパルスレーザビーム４０の光強度分布は剣山型となり、パネル３０のパターニング加工において、第１の実施例によるレーザ加工装置と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
たとえば第２の実施例によるレーザ加工装置においては、シリンドリカルアレイレンズ２５ａ〜２５ｄを用いて剣山型の光強度分布を形成したが、シリンドリカルアレイレンズ２５ａ、２５ｂに代えて１枚のフライアイレンズを用い、シリンドリカルアレイレンズ２５ｃ、２５ｄに代えて他の１枚のフライアイレンズを用いて剣山型の光強度分布を形成してもよい。
【００４０】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
レーザ加工一般、たとえばレーザビームを照射して行うパターニング加工に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（Ａ）は、第１の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図であり、（Ｂ）    は、パネル３０に入射するパルスレーザビーム４０の剣山型光強度分布を示す概略図    である。
【図２】第２の実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、レーザビームを照射して行う従来のパターニング加工の    問題点を説明するための図である。
【図４】ＩＴＯ膜３２に形成された加工溝３２ａ、及び加工溝３２ａの縁に付着した    残渣３２ｂを撮影した顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４３】
２０  レーザ光源
２１  ＤＯＥ
２２  フォーカスレンズ
２３  マスク
２４  イメージングレンズ
２５ａ〜２５ｄ  シリンドリカルアレイレンズ
２６  集光レンズ
２８  ステージ
２９  制御装置
３０  パネル
３１  ガラス基板
３２  ＩＴＯ膜
３２ａ  加工溝
３２ｂ  残渣
３３  アモルファスシリコン膜
４０  レーザビーム
【図１】
2012096293.tif 000003
【図２】
2012096293.tif 000004
【図３】
2012096293.tif 000005
【図４】
2012096293.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを射出するレーザ光源と、
加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源と前記ステージとの間に設けられた光学系と
を有し、
前記光学系は、前記レーザビームを水平方向のＸ軸及びＹ軸に関して複数のピークを持つ剣山型の光強度分布を有するように整形して加工対象物に入射させるレーザ加工装置。
【請求項２】
前記光強度分布における複数のピークは光強度の最大値であって、ピーク間の光強度は、少なくとも加工対象物の膜の除去加工を行うことが可能な光強度であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記光学系はビームプロファイル整形器を含み、該ビームプロファイル整形器が、前記レーザビームを回折するＤＯＥ、及び、前記ＤＯＥで回折されたレーザビームを集光する集光レンズにより前記光強度分布を形成させる請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記光学系はビームプロファイル整形器を含み、該ビームプロファイル整形器が、前記レーザ光源を出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に干渉縞を生じさせながら入射させるシリンドリカルアレイレンズ、またはフライアイレンズを含んで構成される請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
（ａ）レーザビームを出射する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で出射したレーザビームを加工対象物上に、複数の光強度分布のピークをもつビームプロファイルを形成させて入射させる工程と
を有し、
前記工程（ｂ）において、水平方向のＸ軸及びＹ軸に関して複数のピークを持つ剣山型の光強度分布を有するように形成してレーザビームを前記加工対象物に入射させるレーザ加工方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）において、
前記光強度分布のピークの値をＰ、前記光強度分布のピーク間の極小値をＡ、前記加工対象物の加工が可能な光強度の閾値をＳとするとき、
Ｓ＜Ａ≦（Ｐ＋Ｓ）／２
の関係を満たすように、レーザビームを前記加工対象物に入射させるレーザ加工方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の一観点によれば、レーザビームを射出するレーザ光源と、加工対象物を保持するステージと、レーザ光源と前記ステージとの間に設けられた光学系とを有し、光学系は、レーザビームを水平方向のＸ軸及びＹ軸に関して複数のピークを持つ剣山型の光強度分布を有するように整形して加工対象物に入射させるがレーザ加工装置が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明の他の観点によれば、（ａ）レーザビームを出射する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で出射したレーザビームを加工対象物上に、複数の光強度分布のピークをもつビームプロファイルを形成させて入射させる工程とを有し、工程（ｂ）において、水平方向のＸ軸及びＹ軸に関して複数のピークを持つ剣山型の光強度分布を有するように形成してレーザビームを加工対象物に入射させるレーザ加工方法が提供される。