(57)【要約】【課題】レーザ光を加工対象物に照射してパターン加工する際に加工対象物から発生する加工飛散物を効率よく除去し、加工対象物に付着するデブリを削減する。【解決手段】レーザ光３を利用して基板４上に形成される樹脂膜又は金属膜２６のパターン加工を行なう際、レーザ光３を透過する透過窓１９と、樹脂膜又は金属膜２６のレーザ光照射部近傍に気体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を流入させることで渦気流Ｂを発生させる渦発生機構２３ａと、入射レーザ光３が通過できる開口部４２ａを備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段４２とを有するデブリ回収手段２２を用いてデブリ回収を行う。まず、デブリ回収手段２２を加工対象膜２６に近接させ、レーザ光３を照射する。そして、レーザ光３照射により発生した加工対象膜２６に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、上記渦気流に巻き込み、遮蔽手段４２の開口部４２ａを通して外部に排気する。【選択図】図８
2009006350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を利用して基板上に形成される樹脂膜又は金属膜のパターン加工を行なうレーザ加工装置において、
前記レーザ光を透過する透過窓と、前記樹脂膜又は前記金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生機構と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段と、を有するデブリ回収手段を備え、
前記デブリ回収手段の渦発生機構が前記基板上の前記樹脂膜又は前記金属膜に近接配置され、レーザ光照射により発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、前記渦発生機構により発生させた渦気流に巻き込み、前記遮蔽手段を経由して外部に排気する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記デブリ回収手段は、レーザ光の光路であるとともに排気孔と通じる渦気流の流路である透過孔を備えた渦気流排気部と、前記基板と対向配置される渦形成部からなり、
前記渦形成部は、前記渦気流の回転方向に対応するとともに前記透過孔と連通する放射状の渦形成用溝が、当該渦形成部の基板との対向面に形成された渦形成用プレートを有し、
前記渦形成プレートの渦形成用溝に対し気体を導入して、前記渦形成用溝を流れて渦気流を形成する気体を、前記渦気流排気部の透過孔を介して前記排気孔より外部に排気する
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】
前記遮蔽手段は、前記デブリ回収手段内部の前記渦気流の通り道に設けられ、前記レーザ光光路上に開口部が形成されてなる遮蔽板である
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記遮蔽手段は、前記デブリ回収手段内部の前記渦気流の通り道に形成された凹凸の蛇腹構造よりなる
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記遮蔽手段の渦気流の通り道における開口の大きさは、前記レーザ光のビームサイズと同等、若しくは、若干大きい
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記渦形成用溝は、該渦形成用溝が前記透過孔と同心円の接線に対してなす角度のうち前記渦気流の風下側にあたる角度が鋭角となるよう形成される
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記渦形成用プレートの前記基板との対向面の外周側に前記渦形成用溝と連通する環状の溝を設け、
該環状の溝に形成した気体供給孔から気体を導入して前記渦形成用溝に該気体を供給し、前記環状の溝内に前記渦気流の回転方向と同じ気流を発生させる
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記環状の溝に形成された気体供給孔に気体を導入する気体導入部を備え、
前記気体導入部は、前記渦形成用溝の配置と対応付けられ、前記透過孔の中心と前記環状の溝の気体供給孔を結ぶ直線に対し発生すべき渦気流の回転方向の風上側に傾斜して設置される
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記渦形成用プレートに形成された前記渦形成用溝における前記環状の溝側の溝幅を同透過孔側の溝幅に対して所定の比で大きくする
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記渦形成用プレートに形成された前記渦形成用溝における前記環状の溝側の溝幅をＷ１、同透過孔側の溝幅をＷ２と定義するとき、
Ｗ１：Ｗ２＝１：１．５〜２．５
の関係式を満たす
ことを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記渦気流排気部の前記透過孔と前記渦形成用プレートの渦形成用溝との間に環状気流を生成する空間が設けられてなる
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記環状気流を形成する空間と繋がる前記透過孔の開口部付近の壁面に曲面形状又はテーパー形状が形成されてなる
ことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
レーザ光を利用して基板上に形成される樹脂膜又は金属膜のパターン加工を行なうレーザ加工方法において、
前記レーザ光を透過する透過窓と、前記樹脂膜又は前記金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生機構と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段と、を有するデブリ回収手段を前記基板に近接させ、
レーザ光照射により発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、前記渦発生機構で発生させた渦気流に巻き込み、前記遮蔽手段を経由して外部に排気する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１４】
レーザ光を利用して基板上に形成される樹脂膜又は金属膜のパターン加工時に、レーザ光照射で発生する加工飛散物を除去するデブリ回収機構において、
前記レーザ光を透過する透過窓と、前記樹脂膜又は前記金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生部と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段とを備え、
前記基板上の前記樹脂膜又は前記金属膜に近接配置された前記渦発生部により渦気流を発生させ、レーザ光照射で発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、前記渦発生部で発生させた渦気流に巻き込み、前記遮蔽手段を経由して外部に排気する
ことを特徴とするデブリ回収機構。
【請求項１５】
レーザ光を利用して基板上に形成される樹脂膜又は金属膜のパターン加工時に、レーザ光照射で発生する加工飛散物を除去するデブリ回収方法において、
前記入射レーザ光を透過する透過窓と、前記樹脂膜又は前記金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生部と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段と、を有するデブリ回収手段を前記基板に近接させ、
レーザ光照射により発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、前記渦発生部で発生させた渦気流に巻き込み、前記遮蔽手段を経由して外部に排気する
ことを特徴とするデブリ回収方法。
【請求項１６】
画素に対応する多数個の配線パターンによって構成される基板を備える表示パネルの製造方法であって、
前記基板に形成された樹脂膜上に樹脂膜又は金属膜を成膜する工程と、
前記樹脂膜又は前記金属膜に対し、レーザ光を照射してパターン加工を行う工程と、を含み、
前記レーザ光を用いて前記樹脂膜又は前記金属膜のパターン加工を行う工程は、前記レーザ光を透過する透過窓と、前記樹脂膜又は前記金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生機構と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段と、を有するデブリ回収手段を前記基板に近接させる工程と、
前記レーザ光照射により発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、前記渦発生機構で発生させた渦気流に巻き込み、前記遮蔽手段を経由して外部に排気する工程と、
を有することを特徴とする表示パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の多層薄膜上に樹脂膜あるいは金属膜をパターン加工する技術に係わり、特に、加工対象物の表面にレーザ光を照射して、アブレーション、熱溶融あるいはそれらの複合作用によるレーザ加工時に発生する加工飛散物（デブリ：debris）を除去・回収するためのレーザ加工装置とその加工方法、及びデブリ回収機構とその回収方法、並びに表示パネルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを始めとするフラットパネルディスプレイの製造工程では、ガラス基板の上に、樹脂膜や金属膜といった薄膜を何層も重ね合わせて、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板やＣＦ（カラーフィルタ）基板等を形成している。これらの多層基板のパターンニングやエッチング加工には、多くのフォトリソグラフィー工程が用いられている。
【０００３】
フォトリソグラフィー工程では、例えばガラス、プラスチック、シリコンウェハ等の基板上に、樹脂膜あるいは金属膜を真空成膜し、その上にレジスト層を形成して、所定パターンを有するフォトマスクを通して光を照射しレジスト層を感光する。そして、現像、ポストベークすることでフォトマスクパターンをレジスト層に転写し、ウエットエッチングにて樹脂膜あるいは金属膜のレジストで被覆されていない部分を除去し、最後に残留レジスト層を除去することで所望の樹脂膜あるいは金属膜のパターンを得ている。
【０００４】
しかし、上述のフォトリソグラフィー工程では、コータディベロッパーなどの大型の装置が必要となり、設備投資及びフットプリントの面から問題がある。また、現像液などの薬液を大量に使用するため、環境保全の面でも問題となる。そこで、フォトリソグラフィー工程を省略し製造工程を簡略化するのに、レーザ光を用いて直接、樹脂膜や金属膜等の薄膜を加工する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一般にレーザ加工を行う際、デブリと呼ばれる物質の回収が課題となる。デブリとは、被加工材料がレーザ光を吸収・反応してできる生成物や、被加工材料の微小パーティクル（ゴミ）である。これらは、空気中を舞って拡散し、基板に再付着する。特に反応生成物は、基板に付着すると熱を奪われて凝固し、ブラシなどを用いて物理的洗浄を行っても除去することができない。そのため、所望の加工品質、加工精度を得られずに製品不良の原因となる。液晶パネルを始めとするフラットパネルディスプレイを扱うファインプロセスの世界では、こういった再付着物質は１００％不良となるレベルのパーティクル（ゴミ）である。よって、デブリを回収する技術が必須事項となっている。
【０００６】
デブリ回収方法として、例えば、加工領域近傍の表面に気体を噴出する流体送出装置を設け、反対側に流体を吸引する吸引ダクトを設置して加工飛散物やデブリを加工領域から吹き去り、同時にこれを吸引して除去する手法（手法１）が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、加工飛散物の発生量を低減するために、加工対象物へのレーザ光の照射とともにアシストガスを吹き付けることが有効であることが知られている。レーザ加工ヘッドに内側ノズルと、例えば周面を取り囲むように外側ノズルを配置して、内側ノズルから加工領域に向けてアシストガスを噴出し、噴出したアシストガスを外側ノズルで吸引してデブリを排出する手法（手法２）が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
また、加工飛散物の発生そのものを制御する方法としては、所定の雰囲気ガスによって分解、あるいは再付着を防止する方法や、真空度１０Ｐａ（１０−２Ｔｏｒｒ）程度の減圧下で加工対象物を加工することにより、加工対象物上に堆積するデブリの付着量を大幅に減少できることが知られている。
【０００９】
さらに、加工対象物に向けてレーザ光を出力するレーザ加工ヘッドとその加工対象物側に装着されたノズルとを備え、レーザ光が出力したレーザ光がノズルを通して加工対象物に照射され、ノズルがアシストガスとともに加工対象物付近に生じたデブリを螺旋状に回転させながら吸引するレーザ加工方法（手法３）が提案されている。（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１５３１７１号公報
【特許文献２】特開平１０−９９９７８号公報
【特許文献３】特開平９−１９２８７０号公報
【特許文献４】特開２００４−３３７９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、手法１のように加工領域近傍の表面でデブリを吹き去って、吸引・排出しようとしても全てを吸引することはできず、残留したデブリは流れに沿って散布されたのと同じ結果になってしまう。たとえ吸引力を上げてもデブリを除去、回収することは困難であった。また、手法２のように内側ノズルから加工領域にアシストガスを吹き付けても、デブリは拡散して再付着してしまい、外側ノズルの吸引力を強くしても十分に除去することはできなかった。さらに、手法３のように雰囲気流体を環状に回転させながら吸引しても、四方八方に拡散するデブリを全て回収することはできなかった。
【００１２】
また、フラットパネルディスプレイで用いられる多層膜基板では、レーザが照射される表面の膜だけでなく、その下層の膜のエッチングメカニズムが複雑に絡み合う。このように複数のプロセス要因が混在している場合、デブリ回収は単純にはいかなくなり、デブリ発生メカニズムを詳細に解析してそれぞれに合ったデブリ回収方法を開発しなければならない。
【００１３】
一般に、多層膜上の透明電極に利用される透明導電膜として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxides）膜やＺｎＯ（酸化亜鉛）膜等が用いられる。図１２に、一例として、ガラス、プラスチック、シリコンウェハ等よりなる基板１０１に成膜された樹脂膜１０２上に、ＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜等の透明導電膜１０３が成膜されてなる多層膜のエッチング反応のプロセスを示す。白抜きの矢印はレーザ光１０４のエネルギーの大きさ、通常の矢印は熱拡散方向を表している。
【００１４】
まず、表層の透明導電膜１０３にレーザ光１０４を照射すると、透明導電膜１０３がレーザ光１０４を吸収して熱１０５を発生する（図１２Ａ）。さらに透明導電膜１０３によるレーザ光１０４の吸収が進むと下層の樹脂膜１０２にまで熱１０６が拡散し、樹脂膜１０２の伸縮を促して微小な割れ目（マイクロクラック）を生じさせる（図１２Ｂ）。樹脂膜と透明導電膜では、一般にＩＴＯ膜などセラミック系の樹脂膜の方が膨張係数の値が１桁大きい。そして、透明導電膜１０３の下地の樹脂層１０２への熱１０７の拡散が進むと、樹脂層１０２が気化し、その気化した雰囲気の体積膨張によりクラックの入った透明導電膜１０３を吹き飛ばす（図１２Ｃ）。このように、樹脂膜１０２上の透明導電膜１０３にレーザ光１０４を照射した場合、レーザ光照射による一般的なアブレーション反応に加えて熱反応が大きく関与して、デブリ１０８が発生する。このデブリ１０８は、機械的な破壊によるところが多く比較的大きな粒子からなるので、その拡散速度又は拡散範囲は後述する樹脂膜及び金属膜のものと比べて小さい。
【００１５】
一方、多層膜上の樹脂膜（高分子材料）は、樹脂層がレーザ光を吸収して分子間結合を切るアブレーション反応がエッチングメカニズムの主反応である。図１３に、一例として、基板１０１に成膜された樹脂膜１０２上に、樹脂膜１１０が成膜されてなる多層膜のエッチング反応のプロセスを示す。
【００１６】
まず、表層の樹脂膜１１０にレーザ光１０４を照射すると、樹脂膜１１０がレーザ光１０４を吸収し、熱１１１を発生する（図１３Ａ）。さらに樹脂膜１１０がレーザ光１０４を吸収してアブレーション反応を起こすと、このアブレーション反応により発生したデブリはプルーム１１３となって拡散する（図１３Ｂ）。そして、このデブリはｃｏｓρの法則に従い数十ｍ／ｓｅｃの速度で大きなプルーム１１４を形成しながら上昇（拡散）する（図１３Ｃ）。アブレーションが大勢を占める反応においては、樹脂層１１０の下地への熱の影響はほとんど見られない。よって、デブリ回収方法としては、ｃｏｓρの法則に従い数十ｍ／ｓｅｃの速度で上昇するプルームを回収することが必要になる。
【００１７】
また、多層膜上の金属膜は、金属膜がレーザ光を吸収して熱を発生し、溶融・蒸発してエッチングが進む。図１４に、一例として、基板１０１に成膜された樹脂膜１０２上に、金属膜１２０が成膜されてなる多層膜のエッチング反応のプロセスを示す。
【００１８】
まず、表層の金属膜１２０にレーザ光１０４を照射すると、金属膜１２０がレーザ光１０４を吸収し、熱１２１を発生する（図１４Ａ）。さらに金属膜１２０がレーザ光１０４を吸収して熱１２２への変換が進むと、金属膜１２０が気化してデブリとなる。そのデブリはプルーム１２３を形成して蒸散する（図１４Ｂ）。そして、このデブリはｃｏｓρの法則に従い数十ｍ／ｓｅｃの速度で大きなプルーム１２５を形成しながら上昇（拡散）する（図１４Ｃ）。
【００１９】
この時、熱の影響が大きすぎると樹脂膜１０２と金属膜１２０が熱で反応してしまう。金属膜の溶融温度は樹脂膜のそれと比較して高いため、樹脂層が下層にある場合は、樹脂膜が熱の影響を受けて溶融・気化が起こり、金属膜のエッチングに影響を与える。例えば、金属膜の下層にある樹脂膜が盛り上がったり、金属薄膜を突き破ったりしてしまう。よって、下層の樹脂層に影響を与えずに金属膜だけをエッチングしようとすると、溶融・蒸発させる温度を下げてその蒸発分子を回収する機構の開発が必要とされる。
【００２０】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、レーザ加工時に発生する加工飛散物を効率よく除去し、加工対象物に付着するデブリを削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一側面は、レーザ光を利用して基板上に形成される樹脂膜又は金属膜のパターン加工を行なう際に、入射レーザ光を透過する透過窓と、樹脂膜又は金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生機構と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段と、を有するデブリ回収手段を用いてデブリの回収を行う。まず、このデブリ回収手段の渦発生機構を基板上の樹脂膜又は金属膜に近接配置する。そして、レーザ光照射により発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、上記渦発生機構により発生させた渦気流に巻き込み、前記遮蔽手段を経由して外部に排気する構成としたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、レーザ光照射により発生した加工飛散物をレーザ光照射部近傍の気体とともに渦気流に巻き込んで回収するので、加工飛散物が渦気流によりレーザ光の照射エリア中心付近に集められ、周囲への飛散を抑制しつつ加工飛散物を効率よく回収できる。さらに、遮蔽手段によって、開口部周辺の加工飛散物の流れを遮ることで、開口部を通過する加工飛散物の量を抑制する。
【００２３】
また上記発明において、上記デブリ回収手段は、レーザ光の光路であるとともに排気孔と通じる渦気流の流路である透過孔を備えた渦気流排気部と、基板と対向配置される渦形成部が形成されてなる。この渦形成部は、渦気流の回転方向に対応するとともに上記透過孔と連通する放射状の渦形成用溝が、当該渦形成部の基板との対向面に形成された渦形成用プレートを有し、この渦形成プレートの渦形成用溝に対し気体を導入して、渦形成用溝を流れて渦気流を形成する気体を、渦気流排気部の透過孔を介して排気孔より外部に排気する構成とする。
【００２４】
上記構成によれば、渦形成部の加工対象基板との対向面に、渦気流の回転方向に対応するとともに透過孔と連通する放射状の渦形成用溝を形成したので、この渦形成部に導入された気体が渦形成用溝に沿って流れ、それによって渦気流が発生する。そして、加工飛散物をその渦気流に巻き込み透過孔を経由して上方へ排気するので、加工飛散物がレーザ光の照射エリア中心付近に集められ、周囲への飛散を抑制しつつ加工飛散物を効率よく回収できる。
【００２５】
また、本発明の他の側面は、画素に対応する多数個の配線パターンによって構成される基板を備える表示パネルを製造する際に、前記基板に形成された樹脂膜上に樹脂膜又は金属膜を成膜する工程と、その樹脂膜又は金属膜に対し、レーザ光を照射してパターン加工を行う工程と、を含むものである。このレーザ光を用いて樹脂膜又は前記金属膜のパターン加工を行う工程は、レーザ光を透過する透過窓と、樹脂膜又は金属膜のレーザ光照射部近傍に気体を流入させることで渦気流を発生させる渦発生機構と、入射レーザ光が通過できる開口部を備え加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段と、を有するデブリ回収手段を基板に近接させる工程と、レーザ光照射により発生した加工対象膜に堆積する前及び堆積した後の加工飛散物を、渦発生機構で発生させた渦気流に巻き込む工程と、その加工飛散物を遮蔽手段を経由して外部に排気する工程と、を有することを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、表示パネルの基板上の樹脂膜又は金属膜に対するレーザ光照射により発生した加工飛散物を、レーザ光照射部近傍の気体とともに渦気流に巻き込んで回収するので、加工飛散物が渦気流によりレーザ光の照射エリア中心付近に集められ、周囲への飛散を抑制しつつ加工飛散物を効率よく回収できる。さらに、遮蔽手段によって、開口部周辺の加工飛散物の流れを遮ることで、開口部を通過する加工飛散物の量を抑制する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のデブリ回収機構及びその回収方法によれば、加工対象物上の樹脂膜又は金属膜をパターン加工する際に発生する加工飛散物を、効率よく回収することができる。
したがって、このデブリ回収機構及びその回収方法を利用したレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、レーザ光を照射した際に加工対象物から発生する加工飛散物が効率よく除去されるので、加工対象物に付着するデブリを削減することができ、画素電極等のパターン加工の精度、品質が向上する。そしてそれによって、高品質な表示パネルの提供が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、加工対象物であるガラス基板に形成した多層薄膜上の樹脂膜又は金属膜（加工対象膜）にレーザ光を照射して、アブレーション、熱溶融あるいはそれらの複合作用によるレーザ加工時に発生する加工飛散物（デブリ：debris）を除去・回収するレーザ加工装置及びレーザ加工方法、並びにデブリ回収機構とその回収方法を提供するものである。以下の説明において、レーザ加工時に発生した堆積前及び堆積後の加工飛散物を総称してデブリという。
【００２９】
本発明に用いるレーザ加工装置は、レーザ光源と、レーザ光源から出射されるレーザ光を加工対象物の加工面に所定パターンで光学的に投影する光学系とを有するレーザ加工装置であって、局所排気手段である排気孔が開けられたデブリ回収機構を備える。
そのデブリ回収機構を加工対象膜である樹脂膜又は金属膜に極近接して設置し、レーザ光照射面近傍の雰囲気をデブリ回収機構の排気孔より排気し、減圧雰囲気下でレーザ光を照射するようにする。
このような構成により、簡単な構成で樹脂膜又は金属膜のレーザ光照射面が減圧雰囲気になり、レーザ光照射時の樹脂膜又は金属膜がその下層より離脱する際の昇華圧が低くなり、加工に要する照射エネルギーを低減できる。また、レーザ光の照射によって離脱したデブリを含む加工領域近傍の表面に噴出する気体を、デブリ回収機構の排気孔を通して効率よく除去することができる。
【００３０】
以下、本発明のレーザ加工装置及びデブリ回収機構の一実施形態について、図１乃至図９を参照して説明する。図１は本発明のレーザ加工装置の一実施形態の例を示す全体的構成図、図２は本発明のレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の斜視図、図３は本発明のレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構のベース部分の底面図、図４は本発明のレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の渦巻発生方法を説明するためのベース部分の底面図、図５は本発明のレーザ加工装置に用いるデブリ回収装置の同心円状溝による同心円状気流の発生方法を説明するための平面図、図６は本発明のレーザ加工装置に用いるデブリ回収装置の渦形成プレートの平面図、図７は図６のＡ−Ａ断面矢視図である。図８は本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の概略断面図である。図９は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に使用される遮蔽板の例を示すものであり、Ａは上面図、ＢはＸ−Ｘ断面図である。
【００３１】
また、図１０は、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の概略断面図である。図１１は、本発明の他の実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の斜視図である。
【００３２】
図１において、レーザ加工装置２０は、レーザ光源を備えるレーザ制御装置１と、ビーム整形器１４と、マスク又は可変アパーチャ１５と、投影レンズ１６と、ステージ１８と、デブリ回収手段２２と、排気ポンプ（ラフィングポンプ）２４と、気流導入手段を有する。
【００３３】
レーザ制御装置１のレーザ光源には、例えば、エキシマレーザを用いる。エキシマレーザには、レーザ媒質の異なる複数の種類が存在し、波長の長い方からＸｅＦ（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ２（１５７ｎｍ）が存在する。ただし、レーザはエキシマレーザに限ることはなく、固体レーザやＣＯ２レーザ等であっても構わない。
【００３４】
ビーム整形器１４は、レーザ光源からのレーザ光３を整形するとともに、ビーム強度の均一化を行い出力する。マスク又は可変アパーチャ１５は所定のパターン形状を有し、ビーム整形器１４で整形されたレーザ光３を通過させて所定パターンのビームに加工する。このマスク又は可変アパーチャ１５は、例えば金属材料で形成された穴明きマスク、透明なガラス材料や金属薄膜で形成されたフォトマスク、誘電体材料で形成された誘電体マスク等が用いられる。投影レンズ１６は、マスク又は可変アパーチャ１５のパターンを通過したレーザ光３を、所定倍率で縮小してステージ１８上の加工対象物である基板４の加工面に投影するものである。
【００３５】
ステージ１８は、投影レンズ１６から投影されるレーザ光３が基板４の加工面に合焦するように配置されている。このステージ１８は、レーザ光３の光軸に垂直な平面に沿って移動位置決めが可能なＸ−Ｙステージあるいは３軸ステージなどで構成され、レーザ光３が加工対象物である基板４の加工面上を走査可能である。このステージ１８は、加工対象物を固定する、例えば、真空チャック等の固定手段を備えており、レーザ光３を加工対象物の加工対象膜２６上の所望の位置に照射し、かつ、レーザ光３を加工対象膜２６上で合焦させることが可能なように、ｘ、ｙ，ｚ方向及びθ方向に移動位置決めが可能となっている。
【００３６】
レーザ加工装置２０において、レーザ制御装置１のレーザ光源から出射されたレーザ光３はビーム整形器１４を介して所定形状寸法に整形された後に、マスク又は可変アパーチャ１５で所定のパターニング形状となる。所定のパターニング形状とされたレーザ光３は投影レンズ１６を透過し、デブリ回収手段２２の上部透過窓１９と透過孔２１を介して基板４上の加工対象膜２６に照射される。
【００３７】
レーザ光３は、デブリ回収手段２２の筐体２３の上部に形成した上部透過窓１９、及び筐体２３の底部に形成した透過孔２１を介して、基板４の表面に形成されている加工対象膜２６に照射される。デブリ回収手段２２の筐体２３には排気ポンプ２４と、気流導入手段を構成する４個のパイプ（気体導入部２５ａ〜２５ｄ）が突設されている。
【００３８】
なお、本実施形態において、加工対象膜２６は、図１３又は図１４に示した樹脂膜１１０又は金属膜１２０等の薄膜とする。ただし、樹脂膜１１０を含む多層膜は、少なくとも樹脂膜１１０の下に樹脂膜１０２が成膜されているものであればよく、図１３の例に限るものではない。また、金属膜１２０を含む多層膜は、少なくとも樹脂膜１２０の下に樹脂膜１０２が成膜されているものであればよく、図１４の例に限るものではない。
【００３９】
図２にデブリ回収機構を有するデブリ回収手段２２の斜視図を示す。デブリ回収手段２２の筐体２３は加工対象物と対向配置される略円盤状の渦形成用基盤２３ａと、この渦形成用基盤２３ａの略中心位置に立設した円筒状の気体導出部２３ｂと、この気体導出部２３ｂ上に載置された略立方体形状のチャンバー２３ｃより構成され、これらはアルミニウ又はステンレスなどで作製されている。渦形成用基盤２３ａは渦形成部として、また気体導出部２３ｂとチャンバー２３ｃは渦気流排気部として機能する。
【００４０】
チャンバー２３ｃの上部には、例えばＫｒＦレーザの場合は石英、ＡｒＦレーザの場合はフッ化カルシウムで作られた、レーザ光３が透過する上部透過窓１９が形成されるとともに、チャンバー２３ｃの一側板には排気孔３２が穿たれている。この排気孔３２に図示しない排気用ダクトが嵌入されて、図１に示されている排気ポンプ２４を用いて、回収したデブリ１３を矢印Ａ方向に排気する。チャンバー２３ｃの下部の気体導出部２３ｂ及び渦形成用基盤２３ａには渦形成機構が設置されており、デブリ１３を渦形成用基盤２３ａの中心に矢印Ｂのように渦巻き状に集めて回収できる構造となっている。そして、チャンバー２３ｃの上部と下部を繋ぐ部分の内部には、後述する遮蔽手段を設けてデブリが上部透過窓１９に付着しないような構造にしている。
【００４１】
図２に示すように、渦形成用基盤２３ａの円周面を４等分した各位置には気体導入部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが配設されており、この気体導入部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに対してそれぞれ矢印Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の方向から気体が供給されて、渦形成用基盤２３ａ内に気体が導入される。
【００４２】
上記気体導入部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄから導入される気体は所謂アシストガスであり、ＣＤＡ（クリーンドライエアー）の他、ヘリウムやネオン等の不活性ガス、窒素などが挙げられる。このように渦形成用基盤２３ａ内のレーザ光照射面近傍にアシストガスを供給すると、デブリの発生を抑制することができる。
【００４３】
図３は、デブリ回収手段２２の筐体２３を構成する略円盤状の渦形成用基盤２３ａの下面に形成した渦形成機構を示す。渦形成用基盤２３ａの円盤の中心にはレーザ光３が透過するための透過孔２１が形成されている。また、この透過孔２１の周りには、渦を形成する渦形成用プレート３８が同心的に配置されている。
【００４４】
この渦形成用プレート３８は、図６、図７に示すように、略円盤状に形成されたアルミニウム等の金属の中心部に、透過孔２１と同じ径の内径３８ａが穿たれている。さらに、内径３８ａを囲むように、即ち透過孔２１と渦形成用溝３５との間に略六角形状溝（あるいは略円形状溝）の渦形成スペース３６が形成される。この渦形成スペース３６は後に図４を参照して説明するように渦気流（環状気流）を形成する空間として機能するものであり、各渦形成用溝３５から渦形成スペース３６に供給された気体が、渦形成用プレート３８の壁面（図７参照）に衝突し、衝突した気体が渦形成用プレート３８の壁面に沿って流れることにより環状の気流が生じる。この環状の気流を図１に示した排気ポンプ２４で上方へ吸引することで乱れの少ない渦が形成される。
【００４５】
上述の渦形成スペース３６の六角形状の各辺に沿うように内周側から外周側にかけて溝幅Ｗ２（図６参照）を持つ６個の放射状溝３８ｂが形成されている。この放射状溝３８ｂはそれぞれレーザ光３の照射によって生ずるデブリ１３を高速で中心の内径３８ａに集めるための渦形成用溝３５として機能する。
【００４６】
この渦形成用溝３５は、渦形成用プレート３８の基板４との対向面において、後述する透過孔２１と同心円の同心円状溝３７と当該渦形成用溝３５の中心軸との接続点に引いた接線に対して所定の角度φ１を有し、かつ渦形成スペース３６を介して透過孔２１と連通する。角度φ１の大きさは、同心円状溝３７を流れる気体の向き（渦気流の回転方向）によって決定される。例えば図３において気体が同心円状溝３７を反時計回り方向に流れる場合、渦形成用溝３５と接線とがなす角度φ１は風下側に位置し、このときの角度φ１が鋭角となるように渦形成用溝３５を形成する。一方、風上側の渦形成用溝３５と接線とがなす角度（１８０−φ１）は、鈍角となる。
【００４７】
図６に示す渦形成用溝３５を構成する放射状溝３８ｂについては、加工面より飛散するデブリ１３を急速に渦形成スペース３６に集めるため、渦形成スペース３６側の気体を排出する排出部３８ｆの溝幅Ｗ１に対し円盤の外周側の気体を供給する供給部３８ｅの溝幅Ｗ２を大きくして所定比率の開口比とする。例えば、排出部３８ｆ付近の溝幅Ｗ１と供給部３８ｅ付近の溝幅Ｗ２との比を、Ｗ１：Ｗ２＝１：１．５〜２．５の開口比に選択することが好ましい。
【００４８】
このように、渦形成用プレート３８に設けた渦形成用溝３５の排出部側と供給部側に適切な開口比を与えることにより、整流化された気体を同心円状溝３７から渦形成用プレート３８へ入れた際に、渦形成スペース３６へ流入する気体の流速を向上させ、渦にデブリ１３を巻き込み易くすることができる。
【００４９】
さらに、渦形成用プレート３８の中央の渦形成スペース３６に集まったデブリ１３を効率良く回収するため、透過孔２１の開口部付近の内径３８ａ、即ち透過孔２１が渦形成スペース３６と繋がる壁面部分に、図７に示すようなＲ形状（曲線部）又はテーパー形状３８ｄを形成する。このようにすることにより、渦形成用プレート３８の開口部の空気抵抗が減るので、デブリをスムーズに排出することができる。
【００５０】
ところで、渦形成用プレート３８の内周側に設けた渦形成スペース３６が広すぎると渦の形成が起こらない。乱れの少ない渦気流つまり渦形成スペース３６にて適切な環状気流を発生させるためには、渦形成スペース３６の直径Ｒ２を、少なくとも透過孔２１の直径Ｒ１の約１．５倍以内とするのが適当であることを確認した。この渦形成スペース３６は、例えば渦形成用プレート３８の略三角形状に残された凸状部の外周近傍に穿ったビス孔（図示略）を介して、渦形成用基盤２３ａの透過孔２１と同心的に取り付けられる。勿論、この渦形成用プレート３８は渦形成用基盤２３ａと一体成型してもよい。
【００５１】
また、渦形成用基盤２３ａに固定された渦形成用プレート３８の周りには、図３に示すように、乱れの少ない渦を形成するために、渦形成用溝３５と連通する同心円状（環状）溝３７が形成され、この同心円状溝３７の４等配位置に気体導入部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに連通する４個の気体供給孔３４が穿たれている。このように、渦発生機構底部の渦形成用プレート３８に気体を流入する前段部分において、渦形成用プレート３８の外周側に透過孔２１と同心円状の溝３７を設けたことにより、気体供給孔３４を介して導入された気体の流れが整流され、かつ、渦形成用溝３５の形状（向き）に合わせた気流が作られる。その気流を渦形成用溝３５の各々に供給することにより、渦形成スペース３６にて乱れの少ない渦が形成される。本例では、気体供給孔３４を４個としているが、これに限るものではない。
【００５２】
でき得る限り乱れの少ない渦を形成してデブリ１３を中心に集めることにより、デブリ回収能力を最大限にすることを目的として、図５に示すように、同心円状溝３７に気体を供給する気体供給孔３４に対し気体導入部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄにある一定の角度φ２をつける（理想的には９０度）。つまり、透過孔２１の中心と各気体供給孔３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄとを結ぶ直線に対し、各基体導入部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの中心軸をそれぞれ各渦形成用溝３５の向きと対応づけて、すなわち同心円状溝３７に発生すべき気流の向きに応じた角度φ２をつけて配置する。
【００５３】
例えば、図５において同心円状溝３７内に反時計回り方向の気流を発生させたとき、同心円状溝３７を流れる気体がより抵抗が少なく滑らかに渦形成溝３５に取り込まれる。同心円状溝３７に反時計回り方向の気流を発生させる場合、各気体導入部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを風上側に角度φ２傾けて設置する。それによって、同心円状溝３７内において、各渦形成用溝３５の向きに対応した反時計回りの整流化された円状の流れが生まれ、効率のよい渦気流を形成することができる。
【００５４】
上述の構成における渦発生方法を、図４を参照して説明する。図４は図３と同様の渦形成用基盤２３ａの底面を示す。渦形成用プレート３８の外周に形成された同心円状溝３７に穿たれた４個の気体供給孔３４から供給された気体は、同心円状溝３７に沿って矢印Ｂ１，Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４に示すように反時計回りの環状気流を発生する。この環状気流は透過孔２１から放射状に形成された放射状溝３８ｂの気体が供給される側の供給部３８ｅから透過孔２１側の排出部３８ｆへ矢印Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６で示される気流を生じて排出され、渦形成スペース３６の円周部分に反時計方向の矢印Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に示す円形気流を発生する。そして、矢印Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４で表される円形気流の雰囲気に対して排気ポンプ２４により上昇気流を作用させることで、気体導出部２３ｂ及びチャンバー内で渦巻状又は螺旋状の上昇気流が発生し、透過孔２１内を上昇した気体が排気孔３２より外部へ排気される。
【００５５】
ここで、デブリ回収手段２２を加工対象膜２６から一定距離（例えば５０μｍ以内）に保つ方法を説明する。まず、デブリ回収手段２２の底面（加工対象膜２６と対向する面）と同じ高さの位置に変位計を予め設置する。そして、レーザ光３の照射を実施しながら、次に照射する位置の変位を測定しておく。その測定したデータを基に、デブリ回収手段２２の高さをモータ等の駆動手段により随時調整してレーザ光を照射する。これにより基板４上の加工対象膜２６からデブリ回収手段２２の底面までの距離が一定の狭い間隔に保たれて、デブリ回収手段２２内部を減圧にすることができる。すなわち、加工対象物の照射面の凹凸を吸収し、デブリ回収手段２２の底面から加工対象物までの距離を常に保つことができ、フォーカス調整が不要で、デブリを回収し易くなる。特に、加工対象膜２６が金属膜である場合、融点が高くて蒸発し難いので、このように金属膜の蒸気圧を下げるためにレーザ光照射部近傍の減圧を保つことは重要である。
【００５６】
次に、加工飛散物の流れを遮る遮蔽手段について説明する。
図８は、遮蔽手段の一例を説明するためのデブリ回収機構の概略断面図である。図８において、図１〜図７と対応する部分には同一符号を付している。図８に示すように、チャンバー２３ｃの上部（透過孔２８）と底面の透過孔２１（下部）を繋ぐ部分の内部、即ち、気体導出部２３ｂの内部に、開口部４２ａが形成された遮蔽板４２が設置されている。この遮蔽板４２の開口部４２は略中央部分に形成され、レーザ光光路上に位置して加工対象膜２６に照射されるレーザ光を通過させる。
【００５７】
レーザ加工により発生した加工飛散物は、気体導入部２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄから通気孔を経て渦形成用基盤２３ａの渦形成スペース３６に導入された気体によって生成される渦気流に乗って、透過孔２１から遮蔽板４２へと巻き上げられる。このとき遮蔽板４２によってその上昇が妨げられ加工飛散物が遮蔽板４２の下面に付着する。そして、遮蔽板４２により加工飛散物が除去された気体は開口部４２ａを通過して減圧チャンバー２３ｃの透過孔２８へ巻き上げられ、排気孔３２より外部へ排出される。
【００５８】
図９は、遮断板４２の概観を示す図であり、Ａは上面図、ＢはＸ−Ｘ線断面図である。図９Ａ，Ｂに示すように、遮蔽板４２は高さが低く開口が形成された有底の筒状、あるいは、両底面に開口を有する高さの低い円柱もしくは円盤状である。遮蔽板４２の一方は大きく開口しており、他方は底面に所定の大きさの開口部４２ａが貫通形成されている。本例の遮蔽板４２は、開口部４２が穿設された底面と反対側の開口端から開口部４２ａに向かって落ち込んでいくような、略すり鉢状の形状をしている。
【００５９】
遮蔽板４２の底面に形成された開口部４２ａの大きさは、通過するレーザ光３のビームサイズ（対角寸法）と同等か若干大きい程度が望ましい。本例では、ビームサイズに対して、例えば＋０．５ｍｍ〜１ｍｍの大きさとする。これにより、加工対象膜２６のレーザ光照射領域で発生して上部透過窓１９に向かって上昇する加工飛散物のうち、レーザ光３のビームサイズの周辺を上昇してくる加工飛散物を遮ることができ、開口部４２ａを通る加工飛散物の量を最小限に抑えられる。
【００６０】
さらに、遮蔽手段の他の例を説明する。
図１０は、遮蔽手段の他の例を説明するためのデブリ回収機構の概略断面図である。図１０において、図８と対応する部分には同一符号を付し、説明を省略する。本例の遮蔽手段は、気体導出部内部に遮蔽板を付加するのではなく、気体導出部の円筒面又は内壁を凹凸構造としたものである。気体導出部５０の周壁を異なる直径を持つ凹凸構造にして蛇腹部を形成している。この気体導出部５０（蛇腹部）の小径部５１，５１の直径は、上記同様、通過するレーザ光のビームサイズ（対角寸法）と同等か若干大きい程度が望ましい。なお、２つの小径部５１，５１の径は、異なる大きさでもよいことは勿論である。
【００６１】
このような構成により、上記遮蔽板４２のような別部品を追加することなく、デブリ回収機構に遮蔽手段を具備することができる。また、凹凸を持つ蛇腹構造によって、複数の遮蔽板を設けたのと同様のトラップ機能（遮蔽機能）を持つことができ、加工飛散物のトラップ機能が向上する。さらに本例は、その他、上記遮蔽板４２を用いた場合と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
ところで、レーザ加工において、樹脂膜はアブレーション、金属膜は熱溶融がエッチング反応を支配している。このとき加工飛散物は、プルームと呼ばれる風船状の塊となり、初期速度数十ｍ／ｓｅｃのスピードで、ｃｏｓρの法則に従って拡散していく。このような初速度を持った蒸気流は、デブリ回収手段２２に封入する渦気流では方向を変えることができないため、遮蔽手段を設けて加工飛散物が上部透過窓１９に付着しないよう遮る（トラップする）必要がある。しかし、レーザ光３の通り道を遮蔽するわけにいかないので、上記遮蔽手段によっても上部透過窓１９の汚染を１００％避けることはできない。よって、フラットディスプレイパネルの量産装置に用いられるレーザ加工装置においては、入射レーザ光を透過する上部透過窓を自動で交換する機構が必要となる。
【００６３】
以下、透過窓を交換可能に構成した実施形態について説明する。
図１１は、透過窓を保護するための回転機構を示すデブリ回収機構の概略斜視図である。図１１において、図２と対応する部分には同一符号を付している。本例において、図２との相違点は、複数の透過窓を持つリボルバー形状の回転式交換機構を備える点である。減圧チャンバー２３ｃの上面に、上部透過窓１９ａと上部透過窓１９ｂを備える円盤形状の回転機構６０を装備する。回転機構６０は、モータ等の駆動手段によってレーザ光光軸に平行な回転軸を回転中心として回転するように構成されている。また、図示しないが、気体導出部２３ｂ内部には、上記開口部４２ａが形成された遮蔽板４２が設置されている。
【００６４】
このような構成において、まず上部透過窓１９ａを減圧チャンバー２３ｃの上面中央に配置する。そして、その上部透過窓１９ａを利用して一定枚数の加工対象基板をレーザ加工処理した後、基板交換のタイミングで回転機構６０を回転させ、新品の上部透過窓１９ｂに交換してレーザ加工作業を継続する。この場合、遮蔽機能と透過窓交換機能の２つの機能の相乗効果が得られ、効率よくデブリを回収できるとともに、透過窓を適宜交換して適切な条件下でのレーザ加工が実施可能である。
【００６５】
また、本例の透過窓交換機構を備えた減圧チャンバーに、上述した蛇腹構造の遮蔽手段（気体導出部５０）を組み合わせても同様の作用効果が得られることは勿論である。なお、図１１に示す例では、透過窓は２個であるが、個数はこの例に限定されるものではない。
【００６６】
以上説明したように、本発明のデブリ回収機構及びそのデブリ回収方法によれば、加工対象物上の樹脂膜又は金属膜をパターン加工する際に発生する加工飛散物を、効率よく回収することができる。
したがって、このデブリ回収機構及びその回収方法を利用したレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、レーザ光を照射した際に発生する加工飛散物が効率よく除去されるので、加工対象物に付着するデブリを削減することができる。それにより、加工エッジ形状を改善したり、残渣をなくしたりすることができるので、多層膜に対して所望の表面微細構造が得られる。
【００６７】
例えば、液晶ディスプレイ（液晶表示装置）などのフラットパネルディスプレイと呼ばれる表示パネルは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）やキャパシタなどの素子、及びこれらの素子に電気的に連結された複数の配線（例えば信号配線や電位供給配線）などの様々な導電部材を含む配線基板によって構成されている。さらに、有機ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ用ＴＦＴ基板の場合、信号配線や走査配線の他に、複数の電位供給配線が存在するため、画素内の配線密度が増加し、画素構造がいっそう複雑になっている。このため、本発明のように所望の表面微細構造を得られるパターン加工技術は、ディスプレイ装置を構成する配線基板の量産において大変重要である。本発明のレーザ加工方法を用いることにより、フラットディスプレイパネル等の表示パネルなど、高品質の多層膜を含む製品の製造及び提供が実現できる。
【００６８】
また、レーザ加工による樹脂膜又は金属膜の高品質なパターンニング（ドライ法）を可能とし、従来フォトリソグラフィー工程で実施していたパターニング方法（ウェット法）に置き換わる新しいプロセスにより、デブリを残すことなく除去することができる。
そして、フォトリソグラフィー工程をなくすことにより、投資の軽減、環境負荷低減、製造コスト削減、フットプリント削減を実現する。
【００６９】
また上記発明において、同心円状溝３７とその供給気体の気流に角度をつけることにより、渦形成プレート３８へ流入する気体の流れを、整流化して乱れの少ない渦気体を形成することができる。
【００７０】
また上記発明において、渦形成用プレート３８に渦形成用の放射上溝３８ｂを付加し、所定の開口比をつけることにより、渦形成スペースへ入る気体の流速を向上させ、渦にデブリを巻き込み易くすることができる。
【００７１】
また上記発明において、渦形成プレート３８に透過孔２１の直径の例えば１．５倍以下の渦形成用スペース３６を設けることにより、乱れの少ない渦を形成することができる。
【００７２】
また上記発明において、渦形成スペース３６に設けた内径３８ａにＲ形状やテーパー形状３８ｄを付加し渦に巻き込んだ加工飛散物を排気用の透過孔２１から排出することにより、渦形成スペース３６の開口部における渦の空気抵抗を減らして回収することができる。
【００７３】
また上記発明において、渦気流によりデブリがレーザ光の照射エリア中心の透過孔２１に集まるので、レーザ光照射部周囲へのデブリの飛散を抑制することができる。さらに、仮にレーザ光照射部にデブリが残ったとしても、デブリは照射エリア中心の透過孔２１に集められているので、そのデブリにレーザ光がオーバーラップ照射され、デブリを完全に除去することができる。
【００７４】
以下、上述したレーザ加工装置（デブリ回収機構）を利用して行われる、表示パネルの製造方法の一実施の形態について説明する。本実施形態では、表示パネルとして液晶表示装置に適用した例としてある。
【００７５】
図１５は、本発明が適用される液晶表示装置における駆動基板の構成の一例を示す平面図である。図１５に示すように、駆動基板（配線基板）２０１は、マトリクス状に配列された画素電極部２０２と、各画素電極部２０２に対して設けられたＴＦＴ素子２３０とを有する。画素電極部２０２は液晶表示装置の画素ごとに設けられ、各画素電極部２０２の間には、信号線２０５及びゲート線２０６が設けられている。
【００７６】
画素電極部２０２は、透過用画素電極２１０と、この透過用画素電極２１０上に形成された反射用画素電極２１２とを有する。また、反射用画素電極２１２には、開口２１２ｗが形成されている。
【００７７】
ＴＦＴ素子２３０は、ゲート電極２０７とこのゲート電極２０７に交差するように配置されたポリシリコン層２０８とを有している。ゲート電極２０７は、ゲート線２０６に電気的に接続されている。ポリシリコン層２０８の一端部は信号線２０５に電気的に接続され、他端部は透過用画素電極２１０に電気的に接続されている。なお、ゲート線２０６はＴＦＴ素子２３０に走査信号を供給するための配線であり、信号線２０５はＴＦＴ素子２３０に信号電圧を印加するための配線である。
【００７８】
図１６は、駆動基板２０１のＴＦＴ素子２３０の周辺の断面構造を示す断面図であって、図１５におけるＡ−Ａ線方向の断面を示している。また、図１７は、駆動基板２０１の開口２１２ｗの周辺の断面構造を示す断面図であって、図１５におけるＢ−Ｂ線方向の断面図である。また、図１６及び図１７に示すように、駆動基板２０１の電極形成面側に対向して配置された対向電極２６２、カラーフィルタ２６４、位相差板２６６及び偏光板２６８と、駆動基板２０１の裏面側に配置された位相差板２７０、偏光板２７２及び面状光源２７４とによって液晶表示装置は構成される。
【００７９】
駆動基板２０１は、基板２４０と、ゲート電極２０７と、バリア膜２４４と、ゲート絶縁膜２４６と、ポリシリコン層２０８と、ストッパ層２５０と、層間絶縁膜２４８，２５２と、拡散板２５４と、平坦化層２５６と、透過用画素電極２１０と、反射用画素電極１２とを有する。
【００８０】
基板２４０は、例えば、ガラス材料等の光を透過する材料で形成されている。ゲート電極２０７は、基板２４０上に上記したゲート線２０６とともにパターニングされている。このゲート電極２０７は、例えば、ＣｒやＭｏ（モリブデン）等の導電材料を基板２４０上にスパッタリングにより成膜し、このＣｒやＭｏ等の薄膜を、例えば、フォトリソグラフィーによってパターニングすることにより得られる。
【００８１】
バリア膜２４４は、ゲート電極２０７を被覆するように基板２４０上に成膜されている。このバリア膜２４４は、例えば、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコンを基板２４０上に成膜したものである。ゲート絶縁膜２４６は、バリア膜２４４上に形成されており、例えば、酸化シリコンをプラズマＣＶＤ法により成膜したものである。
【００８２】
ポリシリコン層２０８は、ゲート絶縁膜２４６上にパターニングされている。このポリシリコン層２０８は、例えば、非晶質シリコンをゲート絶縁膜２４６上にプラズマＣＶＤ法により成膜したのち、アニール処理を施して非晶質シリコンに含まれる水素を除去し、ポリシリコンに転換させ、このポリシリコンを、例えば、フォトリソグラフィーによりパターニングすることにより得られる。また、ポリシリコン層２０８のストッパ層２５０の両側には、例えば、リン（Ｐ）等の不純物が所定の濃度で注入され、活性化されることによりＬＤＤ（LightlyDoped Drain）領域及びＮ+領域が形成されている。
【００８３】
ストッパ層２５０は、例えば、酸化シリコンで形成されている。このストッパ層２５０は、例えば、ＣＶＤ法によりポリシリコン層２０８を覆うようにゲート絶縁膜２４６上に酸化シリコンを成膜したのち、この酸化シリコンをゲート電極２０７をマスクとしてセルフアライメントによりパターニングすることにより得られる。このため、ストッパ層２５０は、ポリシリコン層２０８のゲート電極２０７上に位置する部分を被覆している。なお、上記のＬＤＤ領域は、このストッパ層２５０をマスクとして不純物がイオン注入されることにより形成される。また、このストッパ層２５０及び当該ストッパ層２５０の周辺をフォトレジストによりマスクしたのち、不純物をポリシリコン層２０８にイオン注入することにより、Ｎ+ 領域が形成される。その後、アニール処理により、不純物の活性化を図る。
【００８４】
層間絶縁膜２４８は、ストッパ層２５０及びポリシリコン層２０８を覆うようにゲート絶縁膜２４６上に形成されている。この層間絶縁膜２４８は、例えば、酸化シリコンがＣＶＤ法により成膜されている。層間絶縁膜２５２は、層間絶縁膜２４８上に形成されている。この層間絶縁膜２４８は、例えば、窒化シリコンがＣＶＤ法により成膜されている。
【００８５】
拡散板２５４は、層間絶縁膜２５２上に形成されている。この拡散板２５４は、表面に凹凸を有している。この凹凸により、当該拡散板２５４上層に形成される反射用電極２１２に凹凸を形成し、当該反射用電極２１２に入射する光を拡散させて画面の輝度を向上させるために設けられている。拡散板２５４は、層間絶縁膜２５２上にアクリル樹脂等からなるレジストをスピンコートにより塗布し、ポストベーク処理によりレジストを下地層に定着させ溶媒を除去し、このレジストの表面に凹凸を形成することにより得られる。レジスト表面への凹凸の加工は、例えば、フォトリソグラフィーあるいはレーザ加工によって行われる。
【００８６】
平坦化層２５６は、拡散板２５４上に形成されており、拡散板２５４の表面の凹凸を滑らかにし、透過用画素電極２１０及び反射用画素電極２１２が定着しやすいようにするために設けられている。このため、平坦化層２５６の表面は拡散板５４の表面よりも滑らかになっている。
【００８７】
図１７に示すように、上記のバリア膜２４２、ゲート絶縁膜２４６、層間絶縁膜２４８，２５２、拡散板２５４及び平坦化層２５６には、基板２４０にまで達するテーパー状の穴Ｈが形成されている。透過用画素電極２１０は、図１７に示すように、平坦化層２５６上に形成されているとともに、図１７に示すように、上記のテーパー状の穴Ｈの内周面及び穴Ｈの底部である基板２４０の表面を覆うように形成されている。この透過用画素電極２１０は、例えば、ＩＴＯ等の導電性の透過膜によって形成されている。また、透過用画素電極２１０は、図１７に示したように、矩形状にパターニングされている。
【００８８】
反射用画素電極２１２は、透過用画素電極２１０の表面に全面的に形成されている。この反射用画素電極２１２は、図１７に示すように、開口２１２ｗが形成されている。反射用画素電極２１２は、例えば、Ａｌ等で形成された導電性の反射膜（金属膜）で形成されている。このため、反射用画素電極２１２は、透過用画素電極２１０と電気的に接続されている。なお、反射用画素電極１２は、後述するように、透過用画素電極２１０上に成膜された導電性反射膜１１が、レーザ光によるアブレーション加工によりパターニングされる。さらにこのパターニングの際、透過用画素電極２１０のテーパー状の穴Ｈには、樹脂等からなるストッパ層２１５を予め形成しておくようにする。
【００８９】
対向電極２６２、カラーフィルタ２６４、位相差板２６６及び偏光板２６８は、一体化されて駆動基板１の画素電極形成側に対向配置される。また、位相板２７０、偏光板２７２及び面状光源２７４は、一体化されて駆動基板２０１の非画素電極形成側に対向配置される。対向電極２６２は、ＩＴＯ等の導電性の透過膜によって形成されており、透過用画素電極２１０及び反射用画素電極２１２との間で電界を形成する。
【００９０】
偏光板２６８及び２７２は、入射する光を直線偏光にする。位相差板２６６，２７０は、液晶表示装置のコントラストの向上、色変化の低減、防止のために、偏光板２６８または２７２を通じて入射する直線偏光を円偏光にする光学補償を行う。カラーフィルタ２６４は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の微細な着色層とブラックマトリックスと呼ばれる遮光層とが所定パターンに形成されたものである。面状光源２７４は、例えば、冷陰極蛍光管等の光源を内蔵しており、面状の光ＢＬを基板２４０側に向けて出力する。
【００９１】
対向電極２６２と透過用画素電極２１０及び反射用画素電極２１２との間に封入される液晶２６０には、例えば、ツイスティッドネマティック（ＴＮ）液晶が使用される。
【００９２】
上記構成の液晶表示装置では、偏光板２６８側から入射した外光ＯＬは、偏光板２６８、位相差板２６６、カラーフィルタ２６４及び対向電極２６２を通過して反射用画素電極２１０に入射し、この反射用画素電極２１２で反射されて偏光板２６８から外部に再び出力される。反射用画素電極２１２の表面は、拡散板２５４の凹凸により凹凸を有しているので、反射用画素電極２１２に入射された外光ＯＬは、散乱し画面の輝度が向上する。
【００９３】
一方、面状光源２７４から出力された光ＢＬは、図１６に示すように、反射用画素電極２１２が存在する領域では、反射用画素電極２１２によって遮断され、偏光板２６８から外部へ出力されないが、図１７に示すように、透過用画素電極２１０に入射した光ＢＬの一部は反射用画素電極２１２の開口２１２ｗを通過し、対向電極２６２、カラーフィルタ２６４、位相差板２６６及び偏光板２６８を通じて外部に出力される。この結果、暗所では面状光源２７４を利用し、明所では外光を反射用画素電極２１２で反射させることにより、高輝度で省消費電力化された液晶表示装置が得られる。
【００９４】
次に、上述した反射用画素電極１２の形成方法について説明する。反射用画素電極１２の形成（パターンニング）は、図１に示したデブリ回収手段２２を備えるレーザ加工装置２０を用いて行う。
【００９５】
レーザ光源であるレーザ制御装置１は、レーザ光３（後述するレーザビームＬＢ）を出力する。このレーザ制御装置１から出力されるレーザ光３によって加工対象物の被加工面（加工対象膜２６）が加工される。レーザ制御装置１には、例えば、エキシマレーザや、ＹＡＧレーザが用いられる。エキシマレーザには、既述のとおりレーザ媒質の異なる複数の種類が存在する。エキシマレーザが熱エネルギーを利用した加工を行うＹＡＧレーザ（１．０６μｍ）、ＣＯ2 レーザ（１０．６μｍ）と大きく異なる点は、発振波長が紫外線の領域にあることである。エキシマレーザは、本質的にパルスでのみ発振し、例えばパルス幅は約２０ｎｓでありレーザビームの形は長方形である。また、エキシマレーザは、アブレーションと呼ばれる、光化学的に直接結合を解離する熱的な影響を受けにくい加工を行うため、被加工面のエッジの仕上がりが非常にシャープとなる。これに対して、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2 レーザでは加工部分が溶融後蒸発するため、熱の影響で周辺部が丸くなりきれいな端面とならない。さらに、エキシマレーザは、初期のビームの断面が例えば約１０×１０mmの寸法を有し、このレーザビームをビーム整形器１４により長面積化、大面積化することにより比較的広い面積を一括して加工できる。したがって、大面積の領域を同時に加工するのにエキシマレーザは適している。
【００９６】
本実施形態では、導電性のない材料、例えば樹脂材料からなるストッパ層を用いた場合でも、透過用画素電極２１０と反射用画素電極２１２とを導通させるとともに、透過用画素電極２１０のレーザビームＬＢによるダメージを防ぐことができる電極形成方法について図１８〜図２１を参照して説明する。なお、図１８〜図２１において、図１６及び図１７と同一構成部分については同一の符号を使用している。
【００９７】
まず図１８に示すように、駆動基板２０１の基板２４０上に積層されたバリア膜２４２、ゲート絶縁膜２４６、層間絶縁膜２４８，２５２、拡散板２５４及び平坦化層２５６にエッチングによって穴Ｈを形成したのち、平坦化層２５６上に導電性透過膜を形成し、この導電性透過膜をパターニングして透過用画素電極２１０を形成する。この透過用画素電極２１０のパターニングには、上記したレーザ加工装置２０を用いることができる。また、透過用画素電極２１０を構成する導電性透過膜には、例えば、アニール処理をしたＩＴＯが用いられる。この導電性透過膜の形成には、例えば、スパッタリング法が用いられる。
【００９８】
図１８は、上記した穴Ｈを形成したのち、平坦化層２５６上に導電性透過膜を形成し、この導電性透過膜をパターニングして透過用画素電極２１０を形成したのち、穴Ｈ内の透過用画素電極２１０表面にストッパ層２１５を形成した状態を示している。ストッパ層２１５は、可視光を透過する材料で形成されている。例えば、透明な樹脂材料が用いられる。樹脂材料を用いる場合には、レーザ加工装置２０のレーザビームＬＢの波長付近でできるだけ吸収率の高いものが好ましい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザの場合は波長２４８ｎｍであるが、この波長２４８ｎｍ付近で吸収率が高いものである。また、ストッパ層２１５は、例えば、上記したレーザ加工装置２０を用いてレーザ加工やフォトリソグラフィー工程によって形成することができる。
【００９９】
樹脂材料を用いてストッパ層２１５を形成後、図１９に示すように、ストッパ層２１５及び矩形状にパターニングされた透過用画素電極２１０を覆うように、導電性反射膜２１１を形成する。この導電性反射膜２１１は、例えば、Ａｌ等の導電性を有する反射膜（金属膜）が用いられる。導電性反射膜１１の形成には、例えば、スパッタリング法が用いられる。これにより、導電性反射膜２１１と透過用画素電極２１０とは電気的に接続される。
【０１００】
次いで、導電性反射膜２１１が形成された駆動基板２０１を上記のレーザ加工装置２０にセットし、図２０に示すように、導電性反射膜２１１の表面に向けて、所定パターンのレーザビームＬＢを照射する。レーザビームＬＢは、パルス状に断続的に導電性反射膜２１１に照射される。レーザビームＬＢのパワーは、導電性反射膜２１１の被照射領域Ｒが一回の照射によりすべて除去されずに、導電性反射膜２１１の一部のみがアブレーションにより除去される程度に設定する。このとき、図８又は図１０に示すようなデブリ回収手段２２を用いたデブリ回収方法により、レーザビームＬＢの照射によって加工面から発生する加工飛散物を、レーザ光照射部近傍の気体とともに渦気流に巻き込んで効率よく回収、除去する。
【０１０１】
レーザビームＬＢが導電性反射膜２１１の被照射領域Ｒに繰り返し照射されると、被照射領域Ｒが徐々に除去される。そして、導電性反射膜２１１の被照射領域Ｒが完全に除去されると、導電性反射膜２１１に形成された開口からストッパ層２１５が露出する。さらに、レーザビームＬＢを照射し、ストッパ層２１５もアブレーションにより除去されたところで、レーザビームＬＢの照射を停止する。なお、レーザビームＬＢの照射は、下層の透過用画素電極１０がレーザビームＬＢによりダメージを受ける前に停止する。
【０１０２】
このように、導電性反射膜２１１への所定パターンのレーザビームＬＢの照射により、導電性反射膜２１１がパターニングされ、図２１に示すように、開口２１２ｗをもつ反射用画素電極２１２が形成される。このとき、ストッパ層２１５の一部２１５ｐは、反射用画素電極２１２と透過用画素電極２１０との間に残存する可能性がある。しかしながら、ストッパ層２１５は透過膜であるので、開口における透過用画素電極２１０の可視光の透過を妨げることはない。
【０１０３】
以上の工程により、図１５に示した開口２１２ｗをもつ矩形状の反射用画素電極２１２がパターニングされる。本実施形態によれば、ストッパ層２１５を反射用画素電極２１２のための導電性反射膜と透過用画素電極１０との間に形成したことにより、反射用画素電極１２をレーザビームＬＢによりパターニングしたときに、透過用画素電極１０が除去されたり、あるいは、基板２４０から剥離する等のダメージを防止することが可能となる。この結果、レーザビームＬＢによる反射用画素電極１２の形成が可能となる。
【０１０４】
上述したように、本実施形態に係る表示パネルの製造方法よれば、加工対象物上の金属膜（反射用画素電極１２）をパターン加工する際に発生する加工飛散物を、デブリ回収手段２を用いて効率よく回収することができる。したがって、レーザ光を照射した際に発生する加工飛散物が効率よく除去されるので、加工対象物に付着するデブリを削減することができる。それにより、加工エッジ形状を改善したり、残渣をなくしたりすることができるので、微細かつ精度のよい表面構造を持つ多層膜から構成された液晶表示装置を製造することができる。
【０１０５】
また、ストッパ層２１５が導電性を有していない、すなわち樹脂材料の場合、透過用画素電極２１０と反射用画素電極２１２とを電気的に接続できるとともに、透過用画素電極２１０にレーザビームＬＢによるダメージを与えることなく反射用画素電極２１２を加工することができる。なお、ストッパ層２１５の材料は、レーザ加工装置２０に用いるレーザの波長により任意に選択することができる。
【０１０６】
さらに、上記実施の形態では、樹脂（ストッパ層２１５）上に成膜された金属膜（反射用画素電極１２）を加工する工程を含む液晶表示装置を製造する場合について述べたが、樹脂上に成膜された樹脂膜を加工する工程を含む液晶表示装置についても、本発明によるレーザ加工装置（デブリ回収機構）を利用して、製造することができる。なお、液晶表示装置は表示パネル（フラットディスプレイパネル）の一例であって、この例に限られるものではなく、種々の表示パネルの製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構のベース部分の底面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の渦巻発生方法を説明するためのベース部分の底面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の同心円状溝による同心円状気流の発生方法を説明するための平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の渦形成プレートの平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の概略断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置に使用される遮蔽板の例を示すものであり、Ａは上面図、ＢはＸ−Ｘ断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の概略断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るレーザ加工装置に用いるデブリ回収機構の斜視図である。
【図１２】Ａ，Ｂ，Ｃは多層膜上の透明導電膜のエッチング反応の説明に供する図である。
【図１３】Ａ，Ｂ，Ｃは多層膜上の樹脂膜のエッチング反応の説明に供する図である。
【図１４】Ａ，Ｂ，Ｃは多層膜上の金属膜のエッチング反応の説明に供する図である。
【図１５】液晶表示装置における駆動基板の構成の一例を示す平面図である。
【図１６】図１５のＴＦＴ素子２３０の周辺の断面構造を示す断面図である。
【図１７】図１５における駆動基板２０１の開口２１２ｗの周辺の断面構造を示す断面図である。
【図１８】本発明における表示パネルの製造方法の手順を説明するための断面図である。
【図１９】図１８に続く本発明における表示パネルの製造方法の手順を説明するための断面図である。
【図２０】図１９に続く本発明における表示パネルの製造方法の手順を説明するための断面図である。
【図２１】反射用画素電極がパターニングされた状態の表示パネルを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…レーザ制御装置、３…レーザ光、４…基板、１３…デブリ（加工飛散物）、１８…ステージ、１９，１９ａ，１９ｂ…上部透過窓、２０…レーザ加工装置、２１…透過孔、２２…デブリ回収手段、２３…筐体、２３ａ…渦形成用基盤、２３ｂ…気体導出部、２３ｃ…チャンバー、２４…排気ポンプ、２５ａ〜２５ｄ…気体導入部、２６…加工対象膜、３２…排気孔、３４…気体供給孔、３５…渦形成用溝、３６…渦形成スペース、３７…同心円状溝、３８…渦形成用プレート、３８ａ…内径、３８ｂ…放射状溝、３８ｄ…Ｒ形状又はテーパー部、３８ｅ…供給部、３８ｆ…排出部、４２…遮蔽板、４２ａ…開口部、５０…気体導出部（蛇腹部）、５１…小径部、６０…回転機構、１１０…樹脂膜、１２０…金属膜、２０１…駆動基板、２１１…導電性反射膜、２１２…反射用画素電極、２１５…ストッパ層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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