DE69415484T2

DE69415484T2 - Vorrichtung und verfahren zum laserbearbeiten

Info

Publication number: DE69415484T2
Application number: DE69415484T
Authority: DE
Inventors: Jun Amako; Masami Murai; Tsutomu Ota; Tomio Sonehara
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: WO1994029069A1; US6635850B2; EP0656241B1; US6376799B1; US6031201A; EP0656241A1; EP0656241A4; US20020139786A1; DE69415484D1; JP3293136B2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsgerät und -verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 16 (vgl. US-A-5,029,243).

TECHNISCHER HINTERGRUND

Es gibt verschiedene Arten bekannter Laserbearbeitungsgeräte. Diese sind beispielsweise ein CO&sub2;-Lasergerät, welches eine beliebte Technik zum Schneiden oder Bohren einer Metallplatte ist, und ein YAG-Lasergerät, welches verbreitet zum Ausführen einer sehr präzisen Bearbeitung einer dünnen Metalltafel verwendet wird. Das YAG-Lasergerät ist genauer gesagt aufgrund seiner kleinen Größe, leichten Wartbarkeit und hohen Leistungsfähigkeit ein nützliches Werkzeug für verschiedene Arten sehr präziser Bearbeitung, welches auf einfache Weise einen Laserstrahl liefern kann, der auf einen Punkt mit einem Durchmesser von einigen zehn Mikrometern fokussiert ist. Ein weiterer Vorteil des YAG-Lasers besteht darin, daß die zweite harmonische Welle (bei einer Wellenlänge von 532 nm) vorhanden ist, um eine präzise Bearbeitung auf einem dünnen Film unter Verwendung des Ablations- bzw. Abschmelzungseffekts auszuführen. "Ablation" bedeutet hier einen Effekt, daß, wenn ein makromolekulares Material mit einem Kurzimpuls-Laserstrahl mit einer kurzen Wellenlänge wie aus einem Excimer-Laser oder YAG- Oberwellenlaser beleuchtet wird, der beleuchtete Abschnitt sofort zersetzt, verdampft und zerstäubt wird, wodurch der mit dem Laserstrahl beleuchtete, sehr begrenzte Abschnitt entfernt wird. Tatsächlich werden gütegeschaltete YAG-Laser in verschiedenen Anwendungen wie der Korrektur von Fehlern einer Halbleiterherstellmaske, der Musterung von Erfassungsabschnitten eines Dünnfilmsensors, der Musterung von Elektroden einer Flüssigkristallanzeigetafel ete. verwendet. Der gütegeschaltete Laser wird vorzugsweise in diesen Anwendungsfeldern eingesetzt, da er einen Laserstrahl mit hoher Spitzenleistung während einer kurzen Impulsdauer liefern kann, wodurch eine qualitativ hochwertige Bearbeitung auf einem zu bearbeitenden Material ausgeführt wird, ohne daß sich thermische Beschädigungen ergeben. Für weitere ausführliche Informationen über die Ablationsbearbeitungstechnik vergleiche man "Application of a Short- Wavelength Short-Pulse Laser to Ablation Machining" (The Journal of the Institute of Precision Engineering, Vol. 3, Seiten 473-478 (1993)).
Eine von wichtigen Anwendungen von Dünnfilmbearbeitungstechniken ist die Musterung durchsichtiger Elektroden einer Flüssigkristalltafel, bei der eine qualitativ hochwertige Bearbeitung und hohes Bearbeitungsvermögen erforderlich sind. Im allgemeinen werden Elektroden einer Flüssigkristalltafel durch Beleuchten eines durchsichtigen leitenden Films, mit dem ein Substrat überzogen ist, mit einem Laserstrahl unter Bewegung des Substrats relativ zum Laserstrahl gemustert, wodurch der leitende Film längs Linien geschnitten wird, die einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen. Die Bearbeitungsqualität und somit die elektrischen Charakteristika des leitenden Films hängen von den Charakteristika (hauptsächlich der Spitzenleistung) des verwendeten gütegeschalteten YAG-Lasers ab. Die Charakteristika des gütegeschalteten Lasers wiederum hängen von der Güteschaltfrequenz ab. Wenn die Güteschaltfrequenz gesenkt wird, wird die Impulsbreite kleiner, und die Spitzenleistung wird größer. Wenn umgekehrt die Güteschaltfrequenz erhöht wird, wird die Impulsbreite größer, und die Spitzenleistung wird niedriger.
Vom Standpunkt der Bearbeitungsqualität aus ist es wünschenswert, eine niedrigere Güteschaltfrequenz zu verwenden, um eine höhere Spitzenleistung des Laserstrahls zu erhalten. Dann ist es möglich, durch den Ablationseffekt einen begrenzten Abschnitt in einem Moment zu entfernen, ohne daß sich eine thermische Beschädigung im Bereich in der Nähe des entfernten Abschnitts und an dem Substrat, auf dem der Film gebildet ist, ergibt. Bearbeitungstechniken, die auf dem obigen Verfahren basieren, sind in den japanischen Offenlegungsschriften 60-261142 und 2- 259727 offenbart. Diese Bearbeitungstechniken weisen jedoch Nachteile hinsichtlich der Produktivität auf, da das Absenken der Güteschaltfrequenz zu einer entsprechenden Verminderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches führt, auf dem das Werkstück angebracht ist, was wiederum zu einer extremen Verminderung der Bearbeitungsgeschwindigkeit führt.
Vom Standpunkt der Bearbeitungsgeschwindigkeit aus gesehen ist es deshalb wünschenswert, eine höhere Güteschaltfrequenz zu verwenden, um den Tisch mit einer höheren Geschwindigkeit zu bewegen. Wenn jedoch die Güteschaltfrequenz erhöht wird, wird die Spitzenleistung niedriger, und die Impulsbreite wird größer. Als Ergebnis treten während des Musterns von Elektroden einer Flüssigkristalltafel thermische Beschädigungen in einem Glassubstrat auf, auf dem die Elektroden gebildet werden. Die thermische Beschädigung erzeugt mikroskopische Risse oder Vertiefungen, die eine Verschlechterung der Anzeigequalität der Flüssigkristalltafel bewirken können. Glas enthält eine kleine Menge an Alkalimetall, die Alkali-Ionen können über die Risse oder Vertiefungen in den Flüssgkristall übergehen und bei der Flüssigkristalltafel Defekte bei der Anzeige bewirken.
Das Dokument US-A-5,029,243 offenbart eine Vorrichtung, die zur Herstellung von Folienstreifen für Schichtkondensatoren verwendet wird, bei der eine Mehrzahl von Phasengittern zum Teilen eines Laserstrahls in Teillaserstrahlen auf einer Gitterscheibe vorgesehen sind, wobei die Scheibe drehbar ist, um eines der Phasengitter auszuwählen. Eine Mehrzahl verschiedener Phasengitter ist erforderlich, um den Abstand zwischen den Strahlpunkten auf dem Werkstück zu ändern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren zur Bildung von Nuten in einem auf einem Substrat abgeschiedenen leitenden Film zu schaffen, womit der Abstand zwischen den Strahlpunkten auf dem leitenden Film auf einfache Weise unter Verwendung eines Phasengitters eingestellt werden kann.
Dieses Problem wird durch Gerät und ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 16 gelöst.
Da ein Beugungsgitter verwendet wird, um den Strahl in eine Mehrzahl von Laserstrahlen zu unterteilen, wird es möglich, eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen eines zu bearbeitenden Gegenstands gleichzeitig zu bearbeiten. Dies ermöglicht eine starke Verbesserung des Bearbeitungsvermögens. D. h., wenn die Strahlunterteilungsanzahl als N angenommen wird, dann ist es möglich, ein Bearbeitungsvermögen zu erzielen, welches das N-fache des unter Verwendung eines einzigen Laserstrahls erzielbaren ist.
Bei Verwendung des obigen Laserbearbeitungsgeräts gemäß dem Laserbearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ein auf einem Substrat abgeschiedener durchsichtiger leitender Film mit einer Mehrzahl von Laserstrahlen unter Bewegung des Substrats oder der Mehrzahl von Laserstrahlen selektiv beleuchtet, wodurch gleichzeitig eine Mehrzahl von Nuten oder Schlitzen in dem durchsichtigen leitenden Film erzeugt wird. Darüber hinaus ist die Anordnung zum Unterteilen eines Laserstrahls in eine Mehrzahl von Laserstrahlen durch ein binäres Phasengitter mit einer Zwei-Niveau-Reliefstruktur auf seiner Oberfläche realisiert, das so ausgebildet ist, daß jeder Teillaserstrahl gleiche Intensität aufweist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, Nuten mit einer gleichförmigen Form und gleichförmigen Qualität zu erzeugen. Wenn ein elliptisch polarisierter Laserstrahl verwendet wird, ist es möglich, die erforderliche hohe Bearbeitungsqualität unabhängig von Anisotropie oder Nicht-Gleichförmigkeit eines zu bearbeitenden Gegenstands und unabhängig von Fremdpartikeln auf dem Gegenstand beizubehalten.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Flüssigkristalltafel mit einer Elektrodenstruktur herzustellen, die unter Verwendung des obigen Laserbearbeitungsgeräts gemäß dem obigen Bearbeitungsverfahren gemustert ist. Bei dieser Flüssigkristalltafel werden Nuten (Spalte) mit einer Breite von weniger als 10 um in einem Anzeigebereich in konstanten Abständen gleichförmig gebildet. Somit liefert diese Flüssigkristalltafel ein wesentlich größeres Kontrastverhältnis und eine wesentlich bessere Sichtbarkeit, wobei diese die Hauptfaktoren sind, die die Anzeigequalität maßgeblich beeinflussen. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Technik, bei der das Mustern von Elektroden unter Verwendung einer Fotolithografie-Technik erfolgt, weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, daß das Mustern durch eine kleinere Anzahl an Prozessen ohne Verwendung von Naßbearbeitung ausgeführt werden kann. Dies ermöglicht eine Verminderung der Komplexität der Herstellungsanlagen und ermöglicht es, daß eine zuverlässige Herstellungssteuerung auf einfache Weise ausgeführt werden kann. Damit ist es auch möglich, die Herstellungskosten einer Flüssigkristalltafel zu senken.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine erste Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die das alternierende Treiben zweier Lasergeneratoren darstellt;
Fig. 3 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 4 ist eine Draufsicht eines bearbeiteten ITO-Films;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Güteschaltfrequenz und den Strahlcharakteristika darstellt, wobei Fig. 5(a) die der Güteschaltfrequenz von 10 kHz zugeordnete Beziehung darstellt und Fig. 5(b) die der Güteschaltfrequenz von 30 kHz zugeordnete Beziehung darstellt;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Durchmesser eines Strahlpunkts und dem Durchmesser einer erzeugten kreisförmigen Vertiefung darstellt;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines ITO-Films und eines Glassubstrats;
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, welches das äußere Aussehen eines eindimensionalen Phasengitters darstellt;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine zweite Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 10 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das die Amplitudentransmissionsverteilung eines Ortsfilters darstellt;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht, welche die Form eines Strahlpunkts für den Fall darstellt, daß ein Ortsfilter verwendet wird (Fig. 12(a)), und für den Fall, daß kein Ortsfilter verwendet wird (Fig. 12(b));
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, das eine dritte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 14 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 15 ist ein schematisches Diagramm, das eine anamorphotische Sammellinse darstellt, wobei Fig. 15(a) eine Funktion einer anamorphotischen Sammellinse darstellt und Fig. 15(b) eine Lichtintensitätsverteilung darstellt;
Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm, das eine vierte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 17 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 18 ist eine Draufsicht eines zweidimensionalen Phasengitters;
Fig. 19 ist ein Graph, der die Verbesserung des Bearbeitungsgeschwindigkeitsverhältnisses darstellt;
Fig. 20 ist ein schematisches Diagramm, das eine fünfte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 21 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines Separators für polarisierte Strahlen darstellt;
Fig. 23 ist ein schematisches Diagramm, das eine sechste Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 24 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 25 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur eines Ablenkseparators darstellt, wobei Fig. 25(a) eine Draufsicht des Ablenkseparators ist und Fig. 25(b) eine Querschnittsansicht des Ablenkseparators ist;
Fig. 26 ist ein schematisches Diagramm, das eine siebte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 27 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 28 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer schlitzförmigen Lichtintensitätsverteilung darstellt, wobei Fig. 28(a) eine einer S-polarisierten Komponente eines Laserstrahls zugeordnete Lichtintensitätsverteilung darstellt, Fig. 28(b) eine einer P-polarisierten Komponente des Laserstrahls zugeordnete Lichtintensitätsverteilung darstellt und Fig. 28(c) die kohärente Summe der Verteilungen (a) und (b) darstellt;
Fig. 29 ist ein schematisches Diagramm, das eine achte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 30 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 31 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer schlitzförmigen Lichtintensitätsverteilung darstellt, wobei Fig. 31 (a) eine einer S-polarisierten Komponente eines Laserstrahls zugeordnete Lichtintensitätsverteilung darstellt, Fig. 31 (b) eine einer P-polarisierten Komponente des Laserstrahls zugeordnete Lichtintensitätsverteilung darstellt und Fig. 31 (c) die kohärente Summe der Verteilungen (a) und (b) darstellt;
Fig. 32 ist ein schematisches Diagramm, das eine neunte Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts darstellt;
Fig. 33 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung und der Zeit darstellt;
Fig. 34 ist eine Draufsicht, die Formen hergestellter Nuten darstellt;
Fig. 35 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren des Anbringens einer Flüssigkristalltafel darstellt, wobei in Fig. 35(a) ein TAB-Band nur an einer Seite der Tafel angeschlossen ist, in Fig. 35(b) TAB-Bänder an beiden Seiten der Tafel zickzackartig angeschlossen sind, und in Fig. 35(c) TAB-Bänder über einen Zwischenbereich an die Tafel angeschlossen sind;
Fig. 36 ist eine Draufsicht eines Zwischenbereichs, der streifenförmige Elektroden und TAB- Bänder verbindet; und
Fig. 37 ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster einer Flüssigkristalltafel zeigt, wobei Fig. 37(a) ein durch Verwendung des Laserbearbeitungsgeräts der vorliegenden Erfindung und gemäß dem Laserbearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestelltes Elektrodenmuster darstellt und Fig. 37(b) ein gemäß einer herkömmlichen Technik hergestelltes Elektrodenmuster darstellt.

BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezug auf die Bearbeitung streifenförmiger Elektroden einer Flüssigkristalltafel gemäß einer einfachen Matrixtreibertechnik werden Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.

(Ausführungsform 1)

Fig. 1 stellt die Konfiguration einer Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind Laserstrahlgeneratoren 1101a und 1101b vorgesehen, die jeweils einen gütegeschalteten YAG-Laser zum Emittieren von linear polarisiertem Licht mit TEM&sub0;&sub0;-Mode aufweisen. Die Güteschaltfrequenzen der Laserstrahlgeneratoren werden durch Güteschalttreiber 1102a und 1102b gesteuert. Es ist außerdem ein Güteschalt- Controller 1103 zum Steuern der Phasen von durch die Güteschalttreiber gelieferten Treibersignalen vorgesehen. Ein Brewster-Element ist in geeigneter Weise in einem Laserstrahlgenerator vorgesehen, oder es ist anderenfalls ein Wellenplättchen an einer geeigneten Position außerhalb eines Laserstrahlgenerators vorgesehen, so daß zwei Laserstrahlen 1104a und 1104b in zueinander senkrechten Richtungen linear polarisiert werden können. Beide Laserstrahlen werden durch zugeordnete Aufweitungs-Kollimatoren 1105a und 1105b aufgeweitet. Dann werden die optischen Wege beider Laserstrahlen durch ein Kombinierelement 1107 für polarisierte Strahlen zusammengeführt. Die Polarisation jedes Strahls wird durch ein Wellenplättchen 1108 auf elliptische Polarisation gebracht und fällt dann auf ein Phasengitter 1109. Das Phasengitter 1109 unterteilt einen einfallenden Strahl in 32 gebeugte Strahlen. Die aus dem Phasengitter 1109 austretenden 32 Strahlen werden über eine Sammellinse 1110 auf ein durchsichtiges leitendes Film-(ITO-Film)-Substrat 1111 projiziert, das auf einem Präzisionstisch 1112 gehalten ist, und somit werden 32 Laserstrahlpunkte 1113 auf der Oberfläche des durchsichtigen leitenden Filmsubstrats 1111 gebildet. Der Präzisionstisch 1112 wird so bewegt, daß der ITO-Film längs Linien oder Kurven geschnitten werden kann. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist außerdem ein Ablenkspiegel 1106 für den optischen Weg vorgesehen.
Nach Durchlaufen der Aufweitungs-Kollimatoren 1105a und 1105b mit variabler Vergrößerung werden die Charakteristika (der Auffächerungswinkel und der Strahldurchmesser) der zwei von den entsprechenden Laserstrahlgeneratoren erzeugten Laserstrahlen 1104a und 1104b einander gleich. Aufgrund dieser Tatsache kann ein Elektrodenfilm so geschnitten werden, daß die Breite der durch das Schneiden gebildeten Nut gleichförmig wird, wie später ausführlicher beschrieben wird. Da die Laserstrahlen von dem Wellenplättchen in elliptisch polarisierte Strahlen umgewandelt werden, kann außerdem ein ITO-Film unabhängig von Anisotropie oder Nicht-Gleichförmigkeit des ITO-Films und Fremdpartikeln auf dem ITO-Film mit konstanter Schnittbreite und -tiefe geschnitten werden. Somit kann die Schnittqualität auf einem gewünschten Qualitätsniveau gehalten werden.
Bei dieser Ausführungsform weist das Phasengitter ein eindimensionales Phasengitter mit einem Zwei-Niveau-Relief auf seiner Oberfläche und mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei diese Art von Phasengitter als binäres Phasengitter klassifiziert ist. Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Phasenverteilung (einer Periode) eines bei dieser Ausführungsform verwendeten Phasengitters. In dieser Figur entsprechen offene Bereiche Phasen von π rad, und schraffierte Bereiche entsprechen Phasen von 0 rad.
Es gibt drei wichtige Faktoren, die beim Design eines Phasengitters zu berücksichtigen sind. Diese sind (1) die Gitterkonstante bzw. -periode, (2) die Gesamtgröße und (3) die Phasenverteilung in jeder Periode. Eine Gitterperiode ist durch den Raum zwischen auf einem ITO-Film zu bildenden Nuten bestimmt. Die Gesamtgröße ist durch den Durchmesser eines auftreffenden Laserstrahls bestimmt. Die Phasenverteilung in jeder Periode ist durch die erforderliche Gleichförmigkeit der Strahlintensität und die Anzahl, in die der Strahl zu unterteilen ist, d. h. die erforderliche Unterteilungsanzahl der Strahlen, bestimmt.
Gemäß der Beugungstheorie kann eine Periode eines Phasengitters geschrieben werden als:
p = mλf/Δx; ...(1)
m = 1 für ungerade Strahlunterteilungsanzahlen
m = 2 für gerade Strahlunterteilungsanzahlen
wobei X die Laserwellenlänge (532 nm) ist, f die Brennweite einer Sammellinse ist und Δx der Raum zwischen zu erzeugenden Nuten ist. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß die Strahlunterteilungsanzahl gerade ist, f = 100 mm und Δx = 200 um, dann gilt p = 532 um.
Die Gesamtgröße D eines Phasengitters kann auf der Grundlage der Wellenoptik gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden.
D > d = 2f·tan[sin&supmin;¹(2λ/πw)]...(2)
wobei d der Durchmesser des einfallenden Strahls ist (1/e²), und w ist der gewünschte Durchmesser des fokussierten Punkts (1/e²). Wenn beispielsweise angenommen wird, daß f = 100 mm und w = 10 um, dann gilt D > d = 4 mm.
Die Berechnung der Phasenverteilung eines Phasengitters wurde unter Verwendung des Simulationsanlaßverfahrens (nachstehend als das SA-Verfahren bezeichnet) ausgeführt (Science 220, 671-680 (1983)1. Es gibt verschiedene Artikel, die das Design eines Phasengitters gemäß dem SA-Verfahren diskutieren (Appl. Opt. 32, 2512-2518 (1993); Appl. Opt. 31, 3320-3336 (1992); Appl. Opt. 31, 27-37 (1992)1. Wenn jedoch das SA-Verfahren verwendet wird, muß das Design gemäß Designregeln ausgeführt werden, die empirisch festgelegt sind. Ob eine gute Lösung erhalten werden kann oder nicht, hängt extrem von der Qualität der Designregeln ab. Hier ist eine "gute Lösung" eine solche Lösung, die die Erfordernisse der optischen Leistungsfähigkeit eines Phasengitters erfüllt, wobei die erforderliche optische Leistungsfähigkeit von den Anwendungszwecken des Phasengitters abhängt.
Beim Design eines Phasengitters gemäß dem SA-Verfahren sollten die Designregeln unter Berücksichtigung zumindest der folgenden Punkte festgelegt werden:
(1) Eine Evaluierungsfunktion und diesbezügliche Gewichte;
(2) Temperaturplanung bzw. -steuerung; und
(3) Kriterien für die Entscheidung, ob ein Gleichgewicht erreicht worden ist.
Die Evaluierungsfunktion repräsentiert einen Wert, der die Differenz zwischen gewünschter Leistungsfähigkeit eines Phasengitters und geschätzter Leistungsfähigkeit wiederspiegelt.
Das Phasengitter zur Verwendung bei dieser Ausführungsform sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:
(1) Die Lichteffizienz sollte größer als 80% sein und
(2) Die Gleichförmigkeit der Intensität von Teilstrahlen sollte größer als 0,9 sein;
wobei die Lichteffizienz als das Verhältnis der ausgegebenen Energie gebeugten Lichts der speziellen Ordnung zur eingegebenen Energie definiert ist und die Gleichförmigkeit der Strahlintensität als das Verhältnis der maximalen Intensität vielfach unterteilter gebeugter Strahlen zur minimalen Intensität definiert ist. Die obigen Bedingungen (1) und (2) werden aus der Ausgangsleistung eines Lasergenerators, dem Bearbeitungsschwellenwert und der erforderlichen Gleichförmigkeit der Bearbeitung bestimmt.
In tatsächlichen Berechnungen werden Lösungen, die die obigen Bedingungen (1) und (2) erfüllen, unter Verwendung einer die obigen Bedingungen (1) und (2) enthaltenden Evaluierungsfunktion bestimmt. Aus diesen werden solche Lösungen, die die nachstehend beschriebenen weiteren Erfordernisse (3) und (4) erfüllen, unter Berücksichtigung der prozeßbedingten Fehler des Phasengitters ausgewählt.
(3) Die minimale Linienbreite des Phasengitters sollte so groß wie möglich sein; und
(4) Die Leistungsfähigkeit des Phasengitters weist keine große Abhängigkeit von den prozeßbedingten Fehlern des Phasengitters auf.
Die obigen Erfordernisse (3) und (4) hängen von der Leistungsfähigkeit der Musterübertragung der Fotolithografie-Einrichtung mit einer Fotomaske, der Belichtungs- und Entwicklungseinrichtung sowie der Ätzeinrichtung ab, die für die Herstellung des Phasengitters verwendet werden.
Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich ist, hängen gemäß dem SA-Verfahren bestimmte Phasenverteilungsdaten eines Phasengitters von der Kreativität eines Designers ab. Diese Situation ist dem Design einer Linse sehr ähnlich. In Anbetracht des Vorstehenden werden alle Daten der Phasenverteilung der bei dieser Erfindung verwendeten Phasengitter nachstehend offenbart.
Die Tabellen 1, 2 und 3 zeigen Positionen, bei denen ein Phasenübergang von 0 rad auf π rad (oder von π rad auf 0 rad) in einer Periode auftritt. In den Tabellen 4, 5 und 6 ist eine Periode in 256 oder 128 Segmente mit derselben Breite unterteilt, und die Phase der einzelnen Segmente ist durch "0" oder "1 " repräsentiert, wobei "0" für 0 rad und "1 " für π rad steht (oder umgekehrt). Tabelle 1 Phasenverteilung von Phasengitter 1 (PHASENGITTER 1), Unterteilungsanzahl: 32 Tabelle 2 Phasenverteilung von Phasengitter 2 (PHASENGITTER 2), Unterteilungsanzahl: 16

Tabelle 3 Phasenverteilung von Phasengitter 3

(PHASENGITTER 3), Unterteilungsanzahl: 2

0,000000
0,500000
1,000000 Tabelle 4 Phasenverteilung von Phasengitter 4 (PHASENGITTER 4), Unterteilunsanzahl: 16 Tabelle 5 Phasenverteilung von Phasengitter 5 (PHASENGITTER 5), Unterteilungsanzahl: 8 Tabelle 6 Phasenverteilung von Phasengitter 6 (PHASENGITTER 6), Unterteilungsanzahl: 5
Für die Evaluierung wurden Phasengitter mit einer Oberflächenreliefstruktur auf einem qualitativ hochwertigen Quarzsubstrat auf der Basis der in den Tabellen 1 bis 6 gezeigten Daten nach Maßgabe der folgenden Prozesse gebildet:
(1) Erzeugung von Fotomaskendaten;
(2) Herstellung einer Fotomaske;
(3) Belichtung und Entwicklung eines Fotolacks; und
(4) Reaktives Ionenätzen und Entfernen des Fotolacks.
Die erhaltenen Phasengitter zeigten alle eine Lichteffizienz von mehr als 80% und eine Gleichförmigkeit der Strahlintensität von mehr als 0,90. Die Ergebnisse erfüllen die vorstehend beschriebenen Erfordernisse bezüglich der optischen Leistungsfähigkeit. Außerdem zeigte die optische Leistungsfähigkeit keine Abhängigkeit von der Lichtpolarisation. Dies bedeutet, daß die erforderliche Lichteffizienz und die Gleichförmigkeit der Strahlintensität unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichts erzielt werden können. Dies ist bei der Bearbeitung eines dünnen Films unter Verwendung eines elektrisch polarisierten Lichtstrahls wesentlich.
Ein in der vorstehend beschriebenen Weise hergestelltes Phasengitter wurde in einem Laserbearbeitungsgerät wie dem in Fig. 1 gezeigten eingebaut. Unter Verwendung dieses Laserbearbeitungsgeräts wurde ein ITO-Film auf einem Glassubstrat geschnitten, um Nuten mit einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um zu bilden, wodurch streifenförmige Elektroden einer Flüssigkristalltafel gebildet wurden. Fig. 7 zeigt Querschnitte des ITO-Films und des Glassubstrats, wobei Kalknatronglas als Material des Glassubstrats 1403 verwendet wurde, und der ITO- Film 1401 mit einer Dicke von 1500 Å wurde auf dem Glassubstrat 1403 unter Zwischenlage einer SiO&sub2;-Pufferschicht 1402 gebildet.
Ein Phasengitter, das nach Maßgabe der vorstehend beschriebenen Daten von Phasengitter 1 hergestellt wurde, wurde hier als das Phasengitter für das Unterteilen des Lichtstrahls verwendet. Um Nuten mit einer Breite von 10 Nm in Abständen von 200 um auf dem ITO-Film zu bilden, wurde eine Sammellinse mit einer Brennweite von 100 mm verwendet, und die Periode des Phasengitters wurde zu 532 um gewählt. Außerdem wurde der Strahldurchmesser und die Größe des Phasengitters auf 12 mm bzw. 15 mm eingestellt, wobei die Aberration der Sammellinse berücksichtigt wurde. In diesem Fall wird die minimale Linienbreite des Phasengitters 6,4 um. Eine Reliefstruktur wurde nach Maßgabe der vorstehend beschriebenen Prozesse auf dem Quarzsubstrat gebildet, und es wurde erfolgreich ein Phasengitter mit Dimensionen erhalten, die nahezu gleich den Designwerten waren.
Als Laserstrahlgeneratoren wurden von Quantronix hergestellte lampengepumpte gütegeschaltete YAG-Laser verwendet, wobei diese Laser einen Laserstrahl mit 8 W Nennleistung bei einer Wellenlänge von 532 nm erzeugen können. Um die Beziehung zwischen den Bearbeitungsbedingungen und der resultierenden Beschädigung zu untersuchen, wurde wiederholt eine einzelne Nut durch direktes Beleuchten mit einem Laserstrahl bei verschiedenen Güteschaltfrequenzen gebildet, ohne den Strahl durch das Phasengitter zu schicken. Die Experimente zeigten, daß es, wenn eine Güteschaltfrequenz von weniger als 10 kHz verwendet wird, möglich ist, Nuten zu bilden, ohne einen ITO-Film und ein Glassubstrat unter dem ITO-Film zu beschädigen. Es wurde auch gezeigt, daß es nicht durch die Güteschaltfrequenz bestimmt ist, ob Nuten gebildet werden können, sondern durch die Höhe der Spitzenleistung.
Die Fig. 5(a) und 5(b) stellen die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung und der Zeit für Güteschaltfrequenzen von 10 kHz bzw. 30 kHz dar. Wenn angenommen wird, daß die Spitzenleistung während eines Bearbeitungsprozesses 150 W beträgt, dann werden die Impulsbreite und Impulsenergie 150 ns bzw. 23 pJ für die Güteschaltfrequenz von 10 kHz und 300 ns bzw. 45 uJ für 30 kHz. Wenn ein ITO-Film auf einem Glassubstrat unter den obigen Bedingungen bearbeitet wurde, wurde keine Beschädigung beobachtet, wenn 10 kHz als Güteschaltfrequenz verwendet wurde. Wenn jedoch 30 kHz als Güteschaltfrequenz verwendet wurde, wurden Mikrobeschädigungen an Rändern von Nuten und an der Oberfläche des Glassubstrats beigebracht. Die Beschädigung trat bei Verwendung von 30 kHz auf, da ein 30-kHz-Impuls eine größere Impulsbreite aufweist und somit zuviel Energie auf die Probe gebracht wurde. Wenn die Spitzenleistung größer als ein für die Bearbeitung erforderlicher Schwellenwert ist, falls die durch die durch die Güteschaltfrequenz bestimmte Impulsbreite größer als ein zulässiger maximaler Wert ist, dann wird während der Bearbeitung eine Beschädigung beigebracht. Eine Reduzierung der Impulsenergie mit der Absicht der Verhinderung der Beschädigung bringt keinen Erfolg, da die Spitzenleistung kleiner als der für die Bearbeitung erforderliche Schwellenwert wird.
Aufgrund des Obigen und unter Berücksichtigung der Strahlunterteilungsanzahl sowie der Bearbeitungsgeschwindigkeit wurden die Güteschaltfrequenz und die Durchschnittsnennausgangsleistung zu 10 kHz bzw. 8 W für beide Laserstrahlgeneratoren bestimmt. In diesem Fall werden die Impulsbreite und die Spitzenleistung 150 ns bzw. 5,3 kW. Außerdem wurde entschieden, daß jeder Güteschalttreiber durch die vom Güteschalt-Controller 1103 gelieferten Steuersignale getrieben werden sollte, so daß eine Phasenverzögerung von 50 us zwischen zwei Güteschalttreibern vorhanden ist. Fig. 2 stellt die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung und der Zeit bei dieser Ausführungsform dar, wobei jeder Laserstrahlgenerator bei 20 kHz arbeitet. Zwei Laserstrahlgeneratoren werden jedoch alternierend mit einer Phasenverzögerung getrieben, um eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erreichen, die der bei 20 kHz erhaltenen äquivalent ist.
Es ist eine Spitzenleistung von mehr als 110 W zur Bildung einer einzelnen Nut auf einem ITO- Film mit einer Dicke von 1500 Å erforderlich. Deshalb wurde entschieden, daß ein Laserstrahl mit einer Spitzenleistung von 5,3 kW durch Verwendung des vorstehend beschriebenen Phasengitters 1109 in 32 Strahlen unterteilt wird. Ferner wurden die 32 Strahlen einer optischen Fourier-Transformation über eine Sammellinse unterzogen, so daß die Oberfläche eines ITO-Films in Abständen von 200 um mit 32 fokussierten Strahlpunkten beleuchtet wurde. Bei dieser Beleuchtung betrug der Durchmesser jedes fokussierten Strahlpunkts 18 um, und dieser Strahlpunkt erzeugte ein Loch mit einem Durchmesser von 10 um im ITO-Film. Somit wurden 32 Löcher mit jeweils einem Durchmesser von 10 um gleichzeitig durch Beleuchtung mittels eines Impulses gebildet. Fig. 6 stellt die Beziehung zwischen dem Durchmesser eines fokussierten Strahlpunkts und dem Durchmesser eines resultierenden Loches dar. Es sollte festgehalten werden, daß der Durchmesser eines im ITO-Film gebildeten Lochs aufgrund der Schwellenwerteigenschaft des ITO-Films kleiner als der Durchmesser eines fokussierten Strahlpunkts ist.
In einem Zeitintervall von 50 us, bevor ein anderer Impuls erzeugt wurde, wurde das Substrat unter Verwendung eines Präszisionstisches um 5 um bewegt, wobei diese Bewegungsentfernung dem halben Durchmesser eines durch die Strahlbeleuchtung erzeugten Loches entspricht. Auf diese Weise wurden auf einmal 32 Löcher mit jeweils einem Durchmesser von etwa 10 um durch Beleuchtung mittels eines alternierend durch zwei Laserstrahlgeneratoren erzeugten Impulsstrahls gebildet, und dieser Prozeß wurde wiederholt ausgeführt, wodurch erfolgreich kontinuierliche Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um erzeugt wurden, wie in Fig. 3 gezeigt. Bei dieser Bearbeitung wurde der Tisch mit einer konstanten Geschwindigkeit von 100 mm/s bewegt. Wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit definiert ist als:
(Die Bearbeitungsgeschwindigkeit) = (Die Strahlunterteilungsanzahl) · (Die Tischgeschwindigkeit)
dann kann die Gesamtbearbeitungsgeschwindigkeit von 3200 mm/s erzielt werden, da 32 Linien gleichzeitig bearbeitet werden. Fig. 4 stellt ein Elektrodenmuster dar, das durch die vorstehend beschriebene Bearbeitung erhalten wurde.
Wenn die 32 fokussierten Strahlpunkte längs einer Linie unter einem bestimmten Winkel zur Bewegungsrichtung des Tisches ausgerichtet sind, können die effektiven Strahlpunktabstände oder die Abstände zwischen resultierenden Nuten eingestellt werden. Dies kann durch Verwendung eines Drehtisches zum Drehen des Phasengitters in seiner Ebene erreicht werden. Wenn angenommen wird, daß das Phasengitter um einen Winkel O gedreht ist, dann ist der Abstand Δx' zwischen resultierenden Nuten gegeben durch:
Δx' = mλfcos(Θ)/p; ...(3)
m = 1 (für ungerade Strahlunterteilungsanzahlen)
m = 2 (für gerade Strahlunterteilungsanzahlen)
Dieser Einstellungsmechanismus ermöglicht eine hochpräzise Musterung von Elektroden, die die erforderlichen Spezifikationen einer Flüssigkristalltafel erfüllen kann. Außerdem kann der Mechanismus dazu verwendet werden, auf einfache Weise eine Versuchsherstellung von Flüssigkristalltafeln mit verschiedenen Elektrodenabständen auszuführen. Dies ermöglicht eine starke Reduzierung der Vorlaufzeit für die Entwicklung eines neuen Produkts.
Gemäß dem Bearbeitungsverfahren und -gerät der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen ITO-Film so zu mustern, daß Nuten mit einer Breite von weniger als 10 um hergestellt werden. Deshalb ist es möglich, das Öffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis einer Flüssigkristalltafel zu verbessern, wobei diese die Hauptfaktoren sind, die die Anzeigequalität maßgeblich beeinflussen. Im Gegensatz dazu ist der minimale Elektrodenspalt, der durch herkömmliche Fotolithografie-Techniken erzielt werden kann, 30 um. Dieser ziemlich große Spalt ist ein Hauptgrund für die Verschlechterung des Öffnungsverhältnisses und des Kontrastverhältnisses einer Flüssigkristalltafel.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden lampengepumpte gütegeschaltete YAG-Laser verwendet. Alternativ können auch diodenlasergepumpte gütegeschaltete YAG-Laser verwendet werden. Außerdem können anstatt von YAG-Lasern auch YLF-Laser verwendet werden, um eine ähnliche Wirkung zu erzielen. Neben Festkörperlasern können auch Gaslaser verwendet werden, die gepulst betrieben werden können. Die für die Bearbeitung angemessene Güteschaltfrequenz hängt von den Charakteristika eines Laserstrahlgenerators ab, und somit ist die Güteschaltfrequenz nicht nur auf 10 kHz beschränkt, worauf bei der vorliegenden Ausführungsform bezug genommen wurde. Deshalb ist es erforderlich, eine geeignete Güteschaltfrequenz abhängig von den Charakteristika eines verwendeten Laserstrahlgenerators und von der Eigenschaft eines zu bearbeitenden Gegenstands zu wählen.
Bei der obigen Ausführungsform wurde die Erfindung unter Bezug auf die Bildung von Nuten mit einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch leicht zur Bildung anderer Arten von Nuten durch (1) Ändern der geometrischen Periode des Phasengitters und/oder (2) Ändern der Brennweite der Sammellinse verwendet werden. Außerdem ist die Strahlunterteilungsanzahl nicht auf 32 beschränkt und kann gemäß speziellen Anforderungen eines Laserstrahlbearbeitungsgeräts bestimmt werden. Wenn es für die Bearbeitung erforderlich ist, kann beispielsweise ein Phasengitter, welches einen Strahl in 16 Strahlen unterteilen kann, gemäß den in Tabelle 2 oder 4 gezeigten Daten hergestellt werden. Die optimale Strahlunterteilungsanzahl sollte unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren bestimmt werden: (1) die Eigenschaften eines zu bearbeitenden Gegenstands; und (2) die Ausgangsleistung eines verwendeten Laserstrahlgenerators und die Anzahl an Laserstrahlgeneratoren. Unter Berücksichtigung des erforderlichen Bearbeitungsvermögens wird so die Strahlunterteilungsanzahl bestimmt. Gemäß dem Obigen kann ein für eine spezielle Anwendung geeignetes Phasengitter auf einfache Weise entworfen und hergestellt werden. Somit ist die vorliegende Erfindung für verschiedene Anwendungen einsetzbar.

(Ausführungsform 2)

Fig. 9 stellt die Konfiguration einer zweiten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß ein Ortsfilter vorgesehen ist, das in der Mitte des optischen Wegs angeordnet ist. Die Strahlwellenfront wird durch das Ortsfilter moduliert, um die Form des fokussierten Strahlpunkts zu steuern.
Die Einführung des Ortsfilters ermöglicht die Bildung von Nuten mit kleinerer Breite, wodurch die Anzeigequalität einer Flüssigkristalltafel weiter verbessert wird. Ein alternatives Verfahren zu einer reduzierten Breite der Nuten ist 11) die Verwendung einer Sammellinse mit einer kürzeren Brennweite oder (2) die Vergrößerung des Durchmessers eines auf die Sammellinse auftreffenden Strahls. Bei dem Verfahren (1) sollte jedoch die minimale Linienbreite des Phasengitters sehr klein sein (kleiner als 2 um), und es ist schwierig, ein derartiges Phasengitter herzustellen. Beim Verfahren (2) ist es schwierig, eine Sammellinse mit großem Durchmesser zu entwerfen und herzustellen, die keine Aberration zeigt, und deshalb werden die Kosten für die Linse sehr viel größer sein.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Amplitudenfilter mit einer Amplitudendurchlaßverteilung, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, als das Ortsfilter verwendet. Das Amplitudenfilter ist ein Filter, das nur die Amplitude eines das Filter durchlaufenden Lichtstrahls moduliert, ohne seine Phase zu ändern. Das Amplitudenfilter 2101 ist genau vor dem Phasengitter 1109 angeordnet, so daß die Strahlwellenform einer Amplitudenmodulation unterzogen wird. Die Fig. 12(a) und Fig. 12(b) zeigen Formen von fokussierten Strahlpunkten für Fälle, in denen das Amplitudenfilter verwendet bzw. nicht verwendet wird. Wie gezeigt, ist die relative Intensität eines äußeren Teils des Strahls höher, wodurch der effektive Durchmesser des fokussierten Strahlpunkts niedriger wird.
Fig. 10 ist eine Draufsicht, die Nuten zeigt, die erhalten werden können, wenn das Amplitudenfilter verwendet wird. Nuten mit einer Breite bis hinab zu etwa 6 um wurden erfolgreich gebildet. Dies ermöglicht, daß das Öffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis einer Flüssigkristalltafel im Vergleich zur ersten Ausführungsform weiter verbessert werden.
Wenn zusätzliche Amplitudenfilter mit unterschiedlichen Transmissionsverteilungen hergestellt werden, ist es möglich, das Amplitudenfilter durch ein anderes zu ersetzen, das für die Bildung einer erforderlichen größeren oder kleineren Breite einer Nut besser geeignet ist. Die erforderliche Transmissionsverteilung kann auch dadurch erzielt werden, daß eine aufgedampfte Schicht oder dergleichen auf der Rückseite des Phasengittersubstrats (die Seite, auf der kein Gitter gebildet ist) gebildet wird.

(Ausführungsform 3)

Fig. 13 stellt die Konfiguration einer dritten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß eine Sammellinse mit Astigmatismus verwendet wird. Die Sammellinse mit Astigmatismus erzeugt fokussierte Strahlpunkte mit elliptischer Form, deren längere Achse parallel zur Bewegungsrichtung des Tisches ist.
Die Sammellinse 3101 ist anamorphotisch, so daß sie unterschiedliche Wellenfronttransformationen zwischen zwei zueinander senkrechten Richtungen (der x- und der y-Richtung) bewirkt. Beispielsweise wird die transmittierte bzw. durchgelassene Wellenfront des Phasengitters in der x-Richtung optisch Fourier-transformiert, und die Intensitätsverteilung der Wellenfront wird in der y-Richtung gesteuert. Eine anamorphotische Sammellinse dieser Art kann mit (1) einer asphärischen Linse oder (2) einer Kombination aus sphärischen und zylindrischen Linsen realisiert werden. Durch die anamorphotische Sammellinse werden fokussierte Strahlpunkte mit elliptischer Form erhalten, deren längere Achse parallel zur Bewegungsrichtung des Tisches ist. Dies ermöglicht es, daß der Tisch mit größerer Geschwindigkeit bewegt wird, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Fig. 15 stellt eine anamorphotische asphärische Sammellinse und durch sie hergestellte Strahlpunkte dar. In Fig. 15(a) sind ein Phasengitter 1109, eine anamorphotische asphärische Sammellinse 3301, Laserstrahlen 3302 und eine Linie von 32 Strahlpunkten 3303 gezeigt. Das Phasengitter ist eindimensional, wobei die periodische Gitterstruktur nur in der x-Richtung gebildet ist, wie bei dem bei der ersten Ausführungsform verwendeten Phasengitter. Die anamorphotische asphärische Sammellinse führt die optische Fourier-Transformation der Wellenfront in der x-Richtung aus und wandelt in der y-Richtung die Intensitätsverteilung der Wellenfront von einer Gauß-Verteilung in eine quadratische bzw. rechteckige Verteilung um. Fig. 15(b) stellt eine Lichtintensitätsverteilung eines erhaltenen Strahlpunkts in der y-Richtung dar. Die Breite und die Länge des erhaltenen Strahlpunkts sind 18 um bzw. 28 um, wobei die Breite und die Länge als diejenige Breite und Länge definiert sind, bei denen die Strahlintensität das 1/e²-fache der Spitzenintensität wird. Durch Beleuchten eines ITO-Films mit diesen Strahlpunkten ist es möglich, den ITO-Film teilweise zu entfernen, um Nuten mit einer Breite von 10 um und einer Länge von 20 um zu bilden.
Bei dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden 32 gebeugte Strahlen der optischen Fourier-Transformation über die anamorphotische Sammellinse unterzogen, wodurch Nuten mit einer Breite von 10 um und einer Länge von 20 um in Abständen von 200 um auf der Oberfläche eines ITO-Films erzeugt werden. In einem Zeitintervall von 50 us wurde der Tisch um 10 um bewegt, was der halben Länge einer durch die Strahlbeleuchtung erzeugten Nut entspricht. Auf diese Weise können gleichzeitig 32 Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um und einer Länge von 20 um bei Beleuchtung mittels eines alternierend von zwei Laserstrahlgeneratoren erzeugten Impulsstrahls gebildet werden, und dieser Prozeß wird wiederholt ausgeführt, wodurch erfolgreich kontinuierliche Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um gebildet werden, wie in Fig. 14 gezeigt. Bei dieser Bearbeitung wird der Tisch mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 mm/s bewegt, weshalb eine effektive Bearbeitungsgeschwindigkeit von 6400 mm/s erzielt werden kann.
Die Tischbewegungsgeschwindigkeit kann weiter erhöht werden, so lange nicht einzelne Vertiefungen voneinander getrennt sind, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit bis zu einer oberen Grenze erhöht werden kann.

(Ausführungsform 4)

Fig. 16 stellt die Konfiguration einer vierten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß ein zweidimensionales Phasengitter anstatt des eindimensionalen Phasengitters verwendet wird.
Die Verwendung des zweidimensionalen Phasengitters 4101 ermöglicht es, daß zwei oder mehr Linien an Strahlpunkten gleichzeitig erzeugt werden.
Die Phasenverteilung des zweidimensionalen Gitters kann realisiert werden, indem zwei eindimensionale Gitter derart übereinander angeordnet werden, daß ihre Orientierungen orthogonal zueinander sind. Ein eindimensionales Gitter kann einen Phasenwert von entweder 0 oder π aufweisen, und deshalb weist ein zweidimensionales Gitter ebenfalls einen Phasenwert von entweder 0 oder π auf, wie nachstehend gezeigt.
0 + 0 = 0; 0 + π = π; π + π = 2π (= 0) ... (4)
Ein zweidimensionales Gitter, das gleichzeitig 32 · 2 Strahlpunkte zur Verwendung bei dieser Ausführungsform erzeugen kann, kann gemäß den in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Daten über das Phasengitter 1 und das Phasengitter 3 entworfen und hergestellt werden. Fig. 18 ist eine Draufsicht des Phasengitters, die dessen Phasenverteilung darstellt.
Hier wird der Abstand von Strahlpunkten zwischen der ersten und der zweiten Linie als (2k + 1)Δy beschrieben, und das Ausmaß der Tischbewegung während eines Zeitintervalls zwischen Impulsen wird als 2Δy beschrieben. Eine ausführliche Analyse der Beziehung zwischen dem Ausmaß der Tischbewegung und den Strahlpunktabständen hat gezeigt, daß voneinander getrennte kreisförmige Löcher in einem Bereich vorhanden sind, in dem die Bearbeitung begonnen hat. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wurde die Bearbeitungsgeschwindigkeit so bestimmt, daß die durch den n-ten Laserimpuls erfolgte Bearbeitung bei einer Geschwindigkeit ausgeführt werden sollte, deren Relativkoeffizient β zur Bearbeitungsgeschwindigkeit für eine Zeile von Strahlpunkten nachstehend in Gleichung (5) beschrieben ist:
β = 2{1 - k/n}, (k = 1, 2, 3, ...)...(5)
wobei Δy ein Maß unter Berücksichtigung des Durchmessers eines Strahlpunkts ist. Da eine Phasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Linie von Strahlpunkten besteht, sollte der Abstand zwischen Strahlpunkten (2k + 1)Δy auf einen geeigneten Wert vergrößert werden, so daß eine aus dieser Phasendifferenz stammende Änderung der Form des Punkts keinen schlechten Einfluß auf die Bearbeitung ausübt.
Die durch Gleichung (5) repräsentierte Beziehung ist graphisch in Fig. 19 dargestellt. Da der Abstand zwischen Strahlpunkten (2k + 1)Δy vernachlässigbar klein bezüglich der Entfernung ist, die der Tisch über den Anzeigebereich einer Flüssigkristalltafel zurückzulegen hat (wobei diese Entfernung gleich dem Produkt der Anzahl an Laserimpulsen mit der Tischbewegung pro Impulsintervall ist), ist das Bearbeitungsgeschwindigkeitsverhältnis β im wesentlichen gleich 2. Das heißt, es ist möglich, eine Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erzielen, die doppelt so groß ist wie bei dem eindimensionalen Gitter.
Bei dieser Ausführungsform ist der Strahlpunktabstand in der Richtung der Tischbewegung zu 15 um bestimmt, und der Tisch bewegt sich jedes Impulsintervall von 50 us um 10 um (was bedeutet k = 1 und Δy = 5 > um). Auf diese Weise können 32 · 2 Löcher mit einem Durchmesser von 10 um bei Beleuchtung mittels eines alternierend durch zwei Laserstrahlgeneratoren erzeugten Impulsstrahls gleichzeitig erzeugt werden, und dieser Prozeß wird wiederholt ausgeführt, wodurch erfolgreich kontinuierliche Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um in Abständen von 200 > um erzeugt werden, wie in Fig. 17 gezeigt. Bei dieser Bearbeitung wird der Tisch mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 mm/s bewegt, und somit kann eine effektive Bearbeitungsgeschwindigkeit von 6400 mm/s erzielt werden. Am linken Ende von Fig. 17 verbleiben Bereiche, die entfernt hätten werden sollen. Dies stammt aus der Beziehung zwischen der Tischbewegungsgeschwindigkeit und dem Strahlpunktabstand. Die nicht entfernten Bereiche sind jedoch so klein, daß sie vernachlässigbar sind.
Wenn die Anzahl an in der Richtung der Tischbewegung unterteilten Strahlen größer wird, und wenn die Anzahl an Strahlpunkten und der Strahlpunktabstand durch m bzw. (mk + 1)Δy repräsentiert sind, dann kann das Bearbeitungsgeschwindigkeitsverhältnis β angegeben werden durch
β = m{1 - (m - 1)k/n}, (k = 1, 2, 3, ....)...(6)
Wie aus Gleichung (6) ersichtlich ist, steigt das Arbeitsgeschwindigkeitsverhältnis β um einen Faktor m im Vergleich zu dem Fall an, in dem die Bearbeitung unter Verwendung einer Linie von Strahlpunkten erfolgt, weshalb eine starke Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.

(Ausführungsform 5)

Fig. 20 zeigt die Konfiguration einer fünften Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß ein eindimensionales Gitter mit einem Separator für polarisierte Strahlen kombiniert ist, so daß mehrere Linien von Strahlpunkten gleichzeitig erzeugt werden können.
Linear polarisiertes Licht mit TEM&sub0;&sub0;-Mode wird durch Laserstrahlgeneratoren 1101a und 1101b emittiert, die jeweils einen gütegeschalteten YAG-Laser aufweisen. Ein Brewster-Element ist in geeigneter Weise in einem Laserstrahlgenerator angeordnet, oder andernfalls ist ein Wellenplättchen an einer geeigneten Position außerhalb eines Laserstrahlgenerators angeordnet, so daß zwei Laserstrahlen 1104a und 1104b in zueinander senkrechten Richtungen linear polarisiert werden können. Beide Laserstrahlen 1104a und 1104b werden durch zugeordnete Aufweitungs- Kollimatoren 1105a und 1105b aufgeweitet. Nach Durchlaufen eines Kombinierelements 1107 für polarisierte Strahlen bewegen sich beide Strahlen längs des gleichen optischen Wegs und fallen auf den Separator 5101 für polarisierte Strahlen,
Der Separator 5101 für polarisierte Strahlen ist so angeordnet, daß seine Achse der voreilenden Phase (oder Achse der nacheilenden Phase) einen Winkel von 45º mit den Polarisationsrichtungen der Strahlen einschließt. Zwei in zueinander senkrechten Richtungen polarisierte Strahlkomponenten werden um einen vorbestimmten Winkel voneinander separiert. Diese separierten Komponenten werden durch ein Wellenplättchen 1108 in elliptisch polarisierte Strahlen umgewandelt und fallen auf das Phasengitter 1109. Das Phasengitter 1109 weist die gleiche Struktur wie das bei der ersten Ausführungsform verwendete auf. Jeder Strahl wird durch dieses Phasengitter 1109 in 32 Strahlen unterteilt. Nach Durchlaufen des Phasengitters 1109 werden die Strahlen über eine Sammellinse 1110 in zwei Linien von 32 Strahlpunkten in einem vorbestimmten Abstand auf einen ITO-Film fokussiert. Da eine Phasendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Linie von Strahlpunkten vorhanden ist, sollte der Strahlabstand auf einen geeigneten Wert vergrößert werden, so daß eine von dieser Phasendifferenz stammende Änderung der Form des Punkts keinen schlechten Einfluß auf die Bearbeitung ausübt. Auf diese Weise kann das Bearbeitungsgeschwindigkeitsverhältnis β wie bei dem zweidimensionalen Gitter (der vierten Ausführungsform) um einen Faktor 2 erhöht werden.
Fig. 22 ist eine schematische Darstellung, die den bei dieser Ausführungsform verwendeten Separator für polarisierte Strahlen zeigt. Dieses Element ist aus zwei miteinander verbundenen Keilen (5301, 5302) zusammengesetzt, wobei die Keile Brechungsindizes aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Wenn die Brechungsindizes eines Keils durch n1e, n1o repräsentiert sind und die Brechungsindizes des anderen Keils durch n2e, n2o repräsentiert sind, wobei die Indizes e und o einen außerordentlichen Lichtstrahl bzw. einen ordentlichen Lichtstrahl bezeichnen, dann sollten die Materialien der Keile so gewählt werden, daß ihre Brechungsindizes die Beziehungen n1e = n1o, n2e ≠ n2o = n1e erfüllen. Bei dieser Anordnung bewegen sich 32 aus einer S-polarisierten Komponente erhaltene gebeugte Strahlen längs eines geraden Wegs, und 32 aus einer P-polarisierten Komponente erhaltene gebeugte Strahlen werden um einen vorbestimmten Winkel abgelenkt. Wenn die Kombination von Brechungsindizes geeignet gewählt wird, ist es auch möglich, daß beide Strahlen um vorbestimmte Winkel in zueinander entgegengesetzte Richtungen abgelenkt werden.
Der Abstand (2k + 1)Δy zwischen der ersten Linie von Strahlpunkten und der zweiten Linie sowie der durch den Separator für polarisierte Strahlen gegebene Separationswinkel Θ weisen die folgende Beziehung auf:
(2k + 1)Δy = f·Θ ...(7)
Aus Gleichung (7) kann der Separationswinkel O geschrieben werden als:
Θ = (2k + 1)Δy/f ...(8)
Wenn beispielsweise angenommen wird, daß gilt f = 100 mm, (2k + 1)Δy = 15 um, dann gilt Θ = 0,15 rad.
Bei Bezeichnung des Winkels eines Keils mit 1, und wenn Δn die Brechungsindexdifferenz zwischen den Keilen bezeichnet, die zum Erhalten einer gewünschten Ablenkung erforderlich ist, kann die folgende Beziehung erhalten werden:
Φ·n Θ ...(9)
Wenn Φ = 150 mrad, gilt deshalb Δn 0,001. Der hier für Δn angegebene Wert ist in der Praxis erzielbar.
Bei dieser Ausführungsform ist der Strahlpunktabstand in der Richtung der Tischbewegung zu 15 um bestimmt, und der Tisch bewegt sich während jedes Impulsintervalls von 50 us um 10 um.
Auf diese Weise können 32 · 2 Löcher mit einem Durchmesser von 10 um bei Beleuchtung mittels eines alternierend durch zwei Laserstrahlgeneratoren erzeugten Impulsstrahls gleichzeitig gebildet werden, und dieser Prozeß wird wiederholt durchgeführt, wodurch erfolgreich kontinuierliche Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um erzeugt werden, wie in Fig. 21 gezeigt. Bei dieser Bearbeitung wird der Tisch mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 mm/s bewegt, und somit kann eine effektive Bearbeitungsgeschwindigkeit von 6400 mm/s erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Separator für polarisierte Strahlen verwendet, um 32 · 2 Strahlpunkte gleichzeitig zu erzeugen. Alternativ kann jedoch eine Mehrzahl von Separatoren für polarisierte Strahlen, die unter Zwischenlage eines Wellenplättchens übereinander angeordnet sind, verwendet werden. In diesem Fall können gleichzeitig zwei oder mehr Linien von 32 Strahlpunkten hergestellt werden.

(Ausführungsform 6)

Fig. 23 stellt die Konfiguration einer sechsten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform Weise im wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß ein eindimensionales Gitter mit einem Ablenkseparator kombiniert ist, so daß zwei Linien von Strahlpunkten gleichzeitig erzeugt werden können.
Linear polarisiertes Licht mit TEM&sub0;&sub0;-Mode wird von Laserstrahlgeneratoren 1101a und 1 101b erzeugt, von denen jeder einen gütegeschalteten YAG-Laser enthält. Ein Brewster-Element ist in einer geeigneten Position in einem Laserstrahlgenerator angeordnet, oder es ist andernfalls ein Wellenplättchen an einer geeigneten Position angeordnet, so daß zwei Laserstrahlen 1144a und 1104b in zueinander senkrechten Richtungen linear polarisiert werden können. Beide Laserstrahlen werden durch zugeordnete Aufweitungs-Kollimatoren 1105a und 1105b aufgeweitet. Beide Strahlen werden durch ein Kombinierelement 1107 für polarisierte Strahlen kombiniert, und dann bewegen sich die Strahlen längs des gleichen optischen Wegs aus. Über das Wellenplättchen 6101 werden die Polarisationsrichtungen der Strahlen auf 45º bezüglich der Achse der voreilenden Phase (oder der Achse der nacheilenden Phase) des Separators 6102 für polarisierte Strahlen gebracht. Bei dieser Anordnung sind die auf den Separator 6102 für polarisierte Strahlen auftreffenden Strahlen gleich amplitudengeteilt. Die jeweiligen Teilkomponenten werden durch ein Wellenplättchen 1108 in elliptisch polarisierte Strahlen geändert und treffen auf den Ablenkseparator 6104 auf.
Fig. 25 stellt die Konfiguration des Ablenkseparators 6104 dar. Der Ablenkseparator 6104 weist ein Phasengitter auf seiner Vorderseite und einen Keil auf seiner Rückseite auf. Das Phasengitter 6301 weist zwei Bereiche auf, die in Fig. 25 mit A und B bezeichnet sind, wobei der Bereich A eine durch den Ablenkseparator geteilte Halbamplitudenkomponente empfängt und der Bereich B die andere Halbamplitudenkomponente empfängt. Beide Phasengitter in den Bereichen A und B können gemäß den Daten unter Bezug auf das Phasengitter 4 hergestellt werden, das oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Bei diesen Phasengittern werden in den Bereichen A und B zwei gleich amplitudengeteilte Komponenten jeweils in 32 Strahlen unterteilt. Die Keilnormale 6305 des Keils 6304 liegt in einer Ebene, die durch die Normale 6303 des Substrats und den Gittervektor 6302 des Phasengitters im Bereich B definiert ist.
Mit dem auf der Rückseite des Ablenkseparators 6104 gebildeten Keil 6304 wird bewirkt, daß die zwei Amplitudenkomponenten, die die jeweiligen Phasengitter durchlaufen haben, in Richtungen laufen, die sich durch einen vorbestimmten Winkel voneinander unterscheiden. Somit werden 32 von einer Halbamplitudenkomponente erzeugte Strahlen und 32 von der anderen Halbamplitudenkomponente erzeugte Strahlen über die Sammellinse 1110 auf einen ITO-Film projiziert, wodurch zwei Linien von 32 Strahlpunkten gebildet werden, die in der Richtung der Tischbewegung um einen vorbestimmten Abstand voneinander entfernt sind.
Bei dieser Ausführungsform ist der Strahlpunktabstand zu 15 um bestimmt, und der Tisch wird während jedes Impulsintervalls von 50 us um 10 um bewegt, wodurch erfolgreich kontinuierliche Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um erzeugt werden, wie in Fig. 24 gezeigt ist. Bei dieser Bearbeitung wird der Tisch mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 mm/s bewegt, und somit kann eine effektive Bearbeitungsgeschwindigkeit von 6400 mm/s erzielt werden. Auf diese Weise kann das Bearbeitungsgeschwindigkeitsverhältnis wie bei dem zweidimensionalen Gitter um einen Faktor 2 erhöht werden.

(Ausführungsform 7)

Fig. 26 stellt die Konfiguration einer siebten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß anstatt der gleichzeitigen Erzeugung einer Mehrzahl von Nuten Strahlen auf einen zu bearbeitenden Gegenstand so projiziert werden, daß eine längliche streifenförmige Strahlintensitätsverteilung auf dem Gegenstand gebildet wird, wobei die Verteilung in der Richtung der Tischbewegung länger ist. Diese Anordnung ermöglicht es, daß der Tisch mit höherer Geschwindigkeit bewegt wird, weshalb eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.
Linear polarisiertes Licht mit TEM&sub0;&sub0;-Mode wird durch Laserstrahlgeneratoren 1101a und 1101b emittiert, die jeweils einen gütegeschalteten YAG-Laser enthalten. Ein Brewster-Element wird in einer geeigneten Position in einem Laserstrahlgenerator angeordnet, oder es wird andernfalls ein Wellenplättchen an einer geeigneten Position außerhalb eines Laserstrahlgenerators angeordnet, so daß zwei Laserstrahlen 1104a und 1104b in zueinander senkrechten Richtungen linear polarisiert werden können. Beide Laserstrahlen 1104a und 1104b werden durch zugeordnete Aufweitungs-Kollimatoren 1105a und 1105b aufgeweitet. Beide Strahlen werden durch ein Kombinierelement 1107 für polarisierte Strahlen kombiniert. Dann laufen die Strahlen längs des gleichen optischen Wegs und fallen auf einen Separator 7101 für polarisierte Strahlen. Der bei dieser Ausführungsform verwendete Separator für polarisierte Strahlen weist im wesentlichen die gleiche Struktur auf wie der in Fig. 22 gezeigte. Bei der in Fig. 26 gezeigten Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird kein Wellenplättchen zum Ändern eines Strahls in eine elliptisch polarisierte Form verwendet.
Zwei Strahlkomponenten, die in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert sind, werden um einen vorbestimmten Winkel voneinander separiert, und dann fallen diese separierten Komponenten auf das Phasengitter 7102. Das Phasengitter 7102 kann gemäß den Daten des Phasengitters 6 hergestellt werden, das in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Dieses Phasengitter wird dazu verwendet, einen Strahl in fünf Strahlen zu unterteilen. Somit werden fünf von einer Polarisationskomponente produzierte gebeugte Strahlen und fünf von der anderen Polarisationskomponente erzeugte gebeugte Strahlen über die Sammellinse 1110 auf einen ITO-Film projiziert, wodurch eine Linie von Strahlpunkten parallel zur Richtung der Tischbewegung gebildet wird, wobei die Linie durch zwei Gruppen von Strahlpunkten gebildet ist, die einen Abstand voneinander aufweisen, der gleich einem halben Abstand zwischen Punkten in der Richtung der Tischbewegung ist.
Fig. 28 stellt die Lichtintensitätsverteilung dar, die durch die Strahlbeleuchtung auf die Oberfläche eines ITO-Films erzeugt wird. Fig. 28(a) stellt die von einer Polarisationskomponente erzeugte Lichtintensitätsverteilung dar, und Fig. 28(b) stellt die von der anderen Polarisationskomponente erzeugte Lichtintensitätsverteilung dar. Wie ersichtlich ist, sind diese Lichtintensitätsverteilungen um einen halben Punktabstand gegeneinander verschoben. Wenn diese Lichtintensitätsverteilungen kohärent zusammenaddiert werden (unter Berücksichtigung sowohl der Amplitude als auch der Phase), wird die resultierende Verteilung wie die in Fig. 28(c) gezeigte. Auf diese Weise ist es möglich, eine Lichtintensitätsverteilung mit einer Breite zu erzeugen, die nahezu gleich dem Durchmesser eines Punktes ist, und einer Länge, die etwa das 5,5-fache des Durchmessers eines Punktes beträgt. Da die in den Fig. 28(a) und 28(b) gezeigten Lichtintensitätsverteilungen in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert sind, tritt keine Interferenz zwischen diesen Verteilungen auf. Dies bedeutet, daß die Phasendifferenz zwischen benachbarten Strahlpunkten keine Interferenz bewirkt, weshalb eine im wesentlichen gleichförmige Lichtintensitätsverteilung erzielt werden kann.
Um eine Nut mit einer gleichförmigen Breite und einer gleichförmigen Tiefe zu bilden, sollte das auf einen ITO-Film projizierte Licht eine gleichförmige Intensitätsverteilung aufweisen. Die Gleichförmigkeit der Intensität des auf einen ITO-Film projizierten Lichts hängt von den relativen Größen des Strahls und des Phasengitters ab. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser eines auf das Phasengitter fallenden Strahls auf etwa das Doppelte der Gitterperiode eingestellt. Die komplexe Amplitudenverteilung in der Linie von Punkten wird durch Einstellen bzw. Anpassen des Durchmessers eines Strahls unter Verwendung eines Aufweitungs-Kollimators optimiert. Wenn angenommen wird, daß der Strahldurchmesser 12 mm (1/e²) ist, dann sollte die Periode p des Phasengitters 6,5 mm sein.
Es besteht eine nachstehend in Gleichung 10 beschriebene Beziehung zwischen der Verschiebung Δs, die den Linien von Strahlpunkten zugeordnet ist, und dem durch den Separator für polarisierte Strahlen gegebenen Separationswinkel Θ.
Δs = f·Θ ...(10)
Gemäß der obigen Diskussion kann eine Verschiebung, die gleich dem halben Punktdurchmesser in der Richtung der Tischbewegung ist, zwischen den Strahlpunktlinien erzeugt werden, d. h., Δs kann w/2 sein, indem Θ gleich 50 um verwendet wird, wobei w als 10 um angenommen und f als 100 mm angenommen wird.
Unter Bezeichnung des Winkels eines Keils des Separators für polarisierte Strahlen mit b, und wenn angenommen wird, daß Δn die Brechungsindexdifferenz bezeichnet, die zum Erhalten der Ablenkung erforderlich ist, sollte die folgende Beziehung erfüllt sein:
Φ·Δn Θ ...(11)
Wenn Φ = 50 mrad, gilt deshalb Δn 0,001. Der hier angegebene Wert für en ist in der Praxis erreichbar.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Laserstrahl mit einer Spitzenleistung von 5,3 kW durch den Separator für polarisierte Strahlen in zwei Strahlen unterteilt. Außerdem werden aus jedem dieser Teilstrahlen über das Phasengitter 7102 fünf gebeugte Strahlen gebildet. Dann werden insgesamt zehn gebeugte Strahlen der optischen Fourier-Transformation über die Sammellinse 1110 unterzogen, und somit wird eine Lichtintensitätsverteilung mit einer Breite von 18 um und einer Länge von 99 um auf der Oberfläche eines ITO-Films gebildet. Die Lichtintensitätsverteilung ermöglicht es, daß ein Abschnitt mit einer Breite von 10 um und einer Länge von 91 um von dem ITO-Film entfernt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird der Tisch während jedes Impulsintervalls von 50 us um 45 um bewegt, wodurch erfolgreich eine kontinuierliche Nut mit einer Breite von 10 um erzeugt wird, wie in Fig. 27 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit gleich der Tischbewegungsgeschwindigkeit, und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von 900 mm/s kann in dem obigen Beispiel erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Phasengitter ausgebildet, um einen Strahl in fünf Strahlen zu unterteilen. Es ist jedoch möglich, ein Phasengitter zu verwenden, um eine größere oder kleinere Anzahl an Teilstrahlen zu erzeugen, um die Erfordernisse bezüglich des Tischsteuersystems zu erfüllen. Der optimale Strahldurchmesser und die optimale Größe des Phasengitters sollten unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren bestimmt werden: (1) Die Schwellenwerteigenschaft eines zu bearbeitenden Gegenstands; (2) die Ausgangsleistung eines verwendeten Laserstrahlgenerators und die Anzahl an Laserstrahlgeneratoren; und (3) die Belastung des Tischsteuersystems. Gemäß der obigen Betrachtung wird die komplexe Amplitudenverteilung der Strahlpunktlinie optimiert, so daß gleichförmige Nuten erzeugt werden können.

(Ausführungsform 8)

Fig. 29 stellt die Konfiguration einer achten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß anstatt der gleichzeitigen Erzeugung einer Mehrzahl von Nuten Strahlen auf einen zu bearbeitenden Gegenstand derart projiziert werden, daß eine streifenförmige Strahlintensitätsverteilung auf dem Gegenstand gebildet wird, wobei die Verteilung in der Richtung der Tischbewegung länger ist. Diese Anordnung ermöglicht es, daß der Tisch mit einer höheren Geschwindigkeit bewegt wird, weshalb eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden kann.
Linear polarisiertes Licht mit TEM&sub0;&sub0;-Mode wird von Laserstrahlgeneratoren 1101a und 1101b emittiert, die jeweils einen gütegeschalteten YAG-Laser aufweisen. Ein Brewster-Element ist in geeigneter Weise in einem Laserstrahlgenerator angeordnet, oder es ist anderenfalls ein Wellenplättchen an einer geeigneten Position außerhalb eines Laserstrahlgenerators angeordnet, so daß zwei Laserstrahlen 1104a und 1104b in zueinander senkrechten Richtungen linear polarisiert werden können. Beide Laserstrahlen 1104a und 1104b werden durch zugeordnete Aufweitungs- Kollimatoren 1105a und 1105b aufgeweitet. Dann werden beide Strahlen durch ein Kombinierelement 1107 für polarisierte Strahlen kombiniert, und die Strahlen laufen auf dem gleichen optischen Weg. Über das Wellenplättchen 8101 werden die Polarisationsrichtungen von Strahlen auf 45º bezüglich der Achse der voreilenden Phase (oder der Achse der nacheilenden Phase) des Separators 8102 für polarisierte Strahlen gebracht. Bei dieser Anordnung werden die auf den Separator 8102 auftreffenden Strahlen gleich amplitudengeteilt. Die jeweiligen Teilkomponenten fallen auf den Ablenkseparator 8104.
Der bei dieser Ausführungsform verwendete Separator für polarisierte Strahlen weist im wesentlichen die gleiche Struktur auf wie der in Fig. 25 gezeigte. Der Ablenkseparator 8104 weist ein Phasengitter an seiner Vorderseite und einen Keil an seiner Rückseite auf. Das Phasengitter weist zwei Bereiche auf, wobei ein Bereich eine separierte Halbamplitudenkomponente empfängt und der andere Bereich die andere Halbamplitudenkomponente empfängt. Die Phasengitter in beiden Bereichen können gemäß der Daten unter Bezug auf das Phasengitter 1 hergestellt werden, das oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschreiben wurde.
Mit dem auf der Rückseite des Ablenkseparators 8103 gebildeten Keil wird bewirkt, daß zwei Amplitudenkomponenten, die das Phasengitter durchlaufen haben, in Richtungen laufen, die sich um einen vorbestimmten Winkel voneinander unterscheiden. Somit werden acht von einer Amplitudenkomponente erzeugte Strahlen und acht von der anderen Amplitudenkomponente erzeugte Strahlen über die Sammellinse 1110 auf einen ITO-Film projiziert, wodurch zwei Linien von Strahlpunkten parallel zur Richtung der Tischbewegung gebildet werden, wobei die Linien um einen halben Abstand zwischen Punkten beabstandet sind.
Fig. 31 stellt die von der Strahlbeleuchtung auf die Oberfläche eines ITO-Films erzeugte Lichtintensitätsverteilung dar. Fig. 31 (a) stellt die von einer Polarisationskomponente erzeugte Lichtintensitätsverteilung dar, und Fig. 31 (b) stellt die von der anderen Polarisationskomponente erzeugte Lichtintensitätsverteilung dar. Wie ersichtlich ist, sind diese Lichtintensitätsverteilungen um einen halben Punktabstand gegeneinander verschoben. Wenn diese Lichtintensitätsverteilungen zusammenaddiert werden, wird die resultierende Verteilung wie die in Fig. 31 (c) gezeigte. Auf diese Weise ist es möglich, eine Lichtintensitätsverteilung mit einer Breite nahezu gleich dem Durchmesser eines Punktes und einer Länge des etwa 8,5-fachen des Durchmessers eines Punktes zu erzeugen. Da die in den Fig. 31 (a) und 31 (b) gezeigten Lichtintensitätsverteilungen in zueinander senkrechten Richtungen polarisiert sind, tritt zwischen diesen Verteilungen keine Interferenz auf. Dies bedeutet, daß die Phasendifferenz zwischen benachbarten Strahlpunkten keine Interferenz verursacht, weshalb eine im wesentlichen gleichförmige Lichtintensitätsverteilung erzielt werden kann. In der in Fig. 29 gezeigten Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wird kein Wellenplättchen zum Ändern eines Strahls 1113 in elliptisch polarisierte Form verwendet.
Um eine Nut mit einer gleichförmigen Breite und einer gleichförmigen Tiefe zu bilden, sollte das auf einen ITO-Film projizierte Licht eine gleichförmige Intensitätsverteilung aufweisen. Die Gleichförmigkeit der Intensität des auf einen ITO-Film projizierten Lichts hängt von den relativen Größen des Strahls und des Phasengitters ab. Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser eines auf das Phasengitter fallenden Strahls so festgelegt, daß er gleich der Gitterperiode ist. Die komplexe Amplitudenverteilung der Punktlinie wird durch Einstellen bzw. Anpassen des Durchmessers eines Strahls unter Verwendung eines Aufweitungs-Kollimators optimiert. Wenn angenommen wird, daß der Strahldurchmesser 12 mm (1/e²) ist, dann wird die Periode p des Phasengitters 12 mm.
Es besteht eine nachstehend in Gleichung 12 beschriebene Beziehung zwischen der Verschiebung Δs, die den Linien von Strahlpunkten zugeordnet ist, und dem durch den Separator für polarisierte Strahlen gegebenen Separationswinkel Θ.
Δs = f·Θ ...(12)
Gemäß der obigen Diskussion kann eine Verschiebung gleich dem halben Punktdurchmesser in der Richtung der Tischbewegung zwischen den Strahlpunktelinien erzeugt werden, d. h. Δs kann w/2 sein, wobei Θ = 50 um verwendet wird und w als 10 um sowie f als 100 mm angenommen werden.
Unter Bezeichnung des Winkels eines Keils des Separators für polarisierte Strahlen mit D, und wenn Δn die Brechungsindexdifferenz bezeichnet, die zum Erhalten der Ablenkung erforderlich ist, sollte die folgende Beziehung erfüllt werden:
Φ·Δn Θ ...(13)
Wenn Φ = 50 mrad, dann gilt deshalb Δn 0,001. Der hier angegebene Wert für Δn ist in der Praxis erreichbar.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Laserstrahl mit einer Spitzenleistung von 5,3 kW durch den Separator für polarisierte Strahlen in zwei Strahlen unterteilt. Außerdem werden aus jedem dieser Teilstrahlen über das Phasengitter 8104 acht gebeugte Strahlen erhalten. Dann werden insgesamt 16 gebeugte Strahlen der optischen Fourier-Transformation über die Sammellinse 1110 unterzogen, und somit wird eine Lichtintensitätsverteilung mit einer Breite von 18 um und einer Länge von 153 um auf der Oberfläche eines ITO-Films gebildet. Diese Lichtintensitätsverteilung ermöglicht es, daß ein Abschnitt mit einer Breite von 10 um und einer Länge von 145 um von einem ITO-Film entfernt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird der Tisch während jedes Impulsintervalls von 50 us um 70 um bewegt, wodurch erfolgreich eine kontinuierliche Nut mit einer Breite von 10 um erzeugt wird, wie in Fig. 30 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit gleich der Tischbewegungsgeschwindigkeit, und in dem obigen Beispiel kann eine Bearbeitungsgeschwindigkeit von 1400 mm/s erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Phasengitter so ausgebildet, daß es einen Strahl in acht Strahlen unterteilt. Es ist jedoch möglich, ein Phasengitter zur Erzeugung einer größeren oder kleineren Anzahl an Teilstrahlen zu verwenden, um die Erfordernisse hinsichtlich des Tischsteuersystems zu erfüllen. Der optimale Strahldurchmesser und die optimale Größe des Phasengitters sollten unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren bestimmt werden: (1) Die Schwellenwerteigenschaft eines zu bearbeitenden Gegenstands; (2) Die Ausgangsleistung eines verwendeten Laserstrahlgenerators und die Anzahl an Laserstrahlgeneratoren; und (3) Die Belastung des Tischsteuersystems. Gemäß der obigen Betrachtung wird die komplexe Amplitudenverteilung der Strahlpunktlinie optimiert, so daß gleichförmige Nuten erzeugt werden können.

(Ausführungsform 9)

Fig. 32 stellt die Konfiguration einer neunten Ausführungsform eines Laserbearbeitungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Diese Ausführungsform weist die gleiche Konfiguration wie die erste bis achte Ausführungsform auf, mit der Ausnahme, daß nur ein Laserstrahlgenerator vorgesehen ist.
Linear polarisiertes Licht mit TEM&sub0;&sub0;-Mode wird von einem einen gütegeschalteten YAG-Laser enthaltenden Laserstrahlgenerator 9101 emittiert. Die Güteschaltfrequenz des Laserstrahlgenerators wird durch einen Güteschalttreiber 9102 gesteuert. Der von dem Laserstrahlgenerator emittierte Laserstrahl 9103 wird von dem Aufweitungs-Kollimator 9104 aufgeweitet. Die Polarisation des Strahls wird von einem Wellenplättchen 9106 in elliptische Polarisation geändert und trifft dann auf ein Phasengitter 9107 auf. Das Phasengitter 9107 wird dazu verwendet, einen auftreffenden Strahl in 32 gebeugte Strahlen zu unterteilen. Die vom Phasengitter 9107 durchgelassenen 32 Strahlen werden über eine Sammellinse 9108 auf einen ITO-Film 9109 projiziert, der auf einem Präzisionstisch 9110 gehalten ist, wodurch 32 Strahlpunkte 9111 in vorbestimmten Abständen auf der Oberfläche des ITO-Films erzeugt werden. Der Präzisionstisch 9110 wird so bewegt, daß der ITO-Film längs Linien oder Kurven geschnitten wird. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist auch ein Ablenkspiegel 9105 für den optischen Weg vorgesehen.
Der Laserstrahl wird von dem Wellenplättchen in eine elliptisch polarisierte Form umgewandelt, wodurch ein ITO-Film unabhängig von Anisotropie oder Nicht-Gleichförmigkeit des ITO-Films und unabhängig von Fremdpartikeln auf dem ITO-Film mit konstanter Schneidbreite und -tiefe geschnitten werden kann. Somit ist es möglich, eine erforderliche Schneidqualität beizubehalten.
Ein lampengepumpter gütegeschalteter YAG-Laser wurde als Laserstrahlgenerator verwendet, wobei dieser Laser einen Laserstrahl mit 8 W Nenndurchschnittsleistung bei einer Wellenlänge von 532 nm erzeugen kann. Um die Beziehung zwischen Bearbeitungsbedingungen und resultierenden Beschädigungen zu untersuchen, wurde wiederholt eine einzelne Nut durch direktes Beleuchten mit einem Laserstrahl bei verschiedenen Güteschaltfrequenzen gebildet, ohne den Strahl das Phasengitter durchlaufen zu lassen. Die Experimente zeigten, daß es, wenn eine Güteschaltfrequenz von weniger als 10 kHz verwendet wird, möglich ist, Nuten zu bilden, ohne einen ITO-Film und ein Glassubstrat unter dem ITO-Film zu beschädigen. Es wurde außerdem festgestellt, daß es nicht von der Güteschaltfrequenz abhängt, ob Nuten gebildet werden können, sondern von der Höhe der Spitzenleistung.
Die Fig. 5(a) und 5(b) stellen die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung und der Zeit für Güteschaltfrequenzen von 10 kHz bzw. 30 kHz dar. Wenn angenommen wird, daß die Spitzenleistung während eines Bearbeitungsprozesses 150 W beträgt, dann werden die Impulsbreite und Impulsenergie 150 ns bzw. 23 uJ für die Güteschaltfrequenz von 10 kHz und 300 ns bzw. 45 uJ für 30 kHz. Wenn ein ITO-Film auf einem Glassubstrat unter den obigen Bedingungen bearbeitet wurde, wurde keine Beschädigung beobachtet, wenn 10 kHz als Güteschaltfrequenz verwendet wurde. Wenn jedoch 30 kHz als Güteschaltfrequenz verwendet wurde, wurden Mikrobeschädigungen an Rändern von Nuten und an der Oberfläche des Glassubstrats beigebracht. Die Beschädigung trat bei Verwendung von 30 kHz auf, weil ein 30-kHz-Impuls eine größere Impulsbreite aufweist und deshalb zuviel Energie auf die Probe gebracht wurde. Wenn die Spitzenleistung größer als ein für die Bearbeitung erforderlicher Schwellenwert ist, dann wird, falls die durch die Güteschaltfrequenz bestimmte Impulsbreite größer als ein zulässiger maximaler Wert ist, während der Bearbeitung eine Beschädigung beigebracht. Eine Reduzierung der Impulsenergie mit der Absicht des Verhinderns der Beschädigung ist nicht wirksam, da die Spitzenleistung kleiner als der für die Bearbeitung erforderliche Schwellenwert wird.
In Anbetracht des Obigen und unter Berücksichtigung der Strahlunterteilungsanzahl sowie der Bearbeitungsgeschwindigkeit wurden die Güteschaltfrequenz und die Nenndurchschnittsausgangsleistung zu 10 kHz bzw. 8 W bestimmt. In diesem Fall werden die Impulsbreite und die Spitzenleistung 150 ns bzw. 5,3 kW. Fig. 33 zeigt die Beziehung zwischen der Laserausgangsleistung und der Zeit bei dieser Ausführungsform.
Es wird eine Spitzenleistung von mehr als 110 W benötigt, um eine einzelne Nut auf einem ITO- Film mit einer Dicke von 1500 Å zu bilden. Deshalb wurde entschieden, daß ein Laserstrahl mit einer Spitzenleistung von 5,3 kW unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Phasengit ters 1109 in 32 Strahlen unterteilt wird. Außerdem wurden die 32 Strahlen der optischen Fourier-Transformation über eine Sammellinse unterzogen, so daß die Oberfläche eines ITO-Films mit 32 Strahlpunkten in Abständen von 200 um beleuchtet wurde. Bei dieser Beleuchtung war der Durchmesser jedes Strahlpunkts 18 um, und dieser Strahlpunkt erzeugte ein Loch mit einem Durchmesser von 10 um in dem ITO-Film. Somit wurden 32 Löcher mit jeweils einem Durchmesser von 10 um gleichzeitig durch Beleuchtung mittels eines Impulses gebildet. Die Beziehung zwischen dem Durchmesser eines Strahlpunkts und dem Durchmesser eines resultierenden Lochs ist in Fig. 6 dargestellt. Es sollte festgehalten werden, daß der Durchmesser eines im ITO-Film gebildeten Lochs aufgrund der Schwellenwerteigenschaft des ITO-Films kleiner als der Durchmesser eines Strahlpunkts ist.
In einem Zeitintervall von 100 us, bevor ein weiterer Impuls erzeugt wurde, wurde das Substrat unter Verwendung eines Präzisionstischs um 5 um bewegt, wobei diese Bewegungsentfernung dem halben Durchmesser eines durch die Strahlbeleuchtung erzeugten Lochs entspricht. Auf diese Weise wurden gleichzeitig 32 Löcher mit jeweils einem Durchmesser von etwa 10 um bei Beleuchtung mittels eines alternierend von zwei Laserstrahlgeneratoren erzeugten Impulsstrahls gebildet, und dieser Prozeß wurde wiederholt ausgeführt, wodurch erfolgreich kontinuierliche Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um gebildet wurden, wie in Fig. 34 gezeigt. Bei dieser Bearbeitung wurde der Tisch mit einer konstanten Geschwindigkeit von 50 mm/s bewegt, weshalb eine effektive Bearbeitungsgeschwindigkeit von 1600 mm/s erzielt werden kann.
Wenn die 32 Strahlpunkte längs einer Linie unter einem bestimmten Winkel zur Bewegungsrichtung des Tisches ausgerichtet sind, können die effektiven Strahlpunktabstände oder die Abstände zwischen resultierenden Nuten auf gewünschte Werte eingestellt werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß ein Drehtisch zum Drehen des Phasengitters in seiner Ebene verwendet wird. Dieser Einstellmechanismus ermöglicht eine hochpräzise Musterung von Elektroden, die die erforderlichen Spezifikationen einer Flüssigkristalltafel erfüllen können. Außerdem kann der Mechanismus dazu verwendet werden, um auf einfache Weise eine Versuchsproduktion von Flüssigkristalltafeln mit verschiedenen Elektrodenabständen auszuführen.
Mit dem Bearbeitungsverfahren und -gerät der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen ITO- Film zu mustern, um Nuten mit jeweils einer Breite von weniger als 10 um zu bilden. Deshalb ist es möglich, das Öffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis einer Flüssigkristalltafel zu verbessern, wobei dieses Hauptfaktoren sind, die die Anzeigequalität maßgeblich bestimmen. Im Gegensatz dazu ist der minimale Elektrodenspalt, der durch herkömmliche Fotolithografie- Techniken erzielt werden kann, 30 um. Dieser relativ große Spalt ist eine Hauptursache für die Verschlechterung des Öffnungsverhältnisses und des Kontrastverhältnisses einer Flüssigkristalltafel.
Bei dieser Ausführungsform wird ein lampengepumpter gütegeschalteter YAG-Laser verwendet. Alternativ kann auch ein diodenlasergepumpter gütegeschalteter YAG-Laser verwendet werden. Außerdem kann anstatt des YAG-Lasers auch ein YLF-Laser verwendet werden, um eine ähnliche Wirkung zu erzielen. Neben Festkörperlasern können auch Gaslaser verwendet werden, die gepulst betrieben werden können. Die geeignete Güteschaltfrequenz für die Bearbeitung hängt von den Charakteristika eines Laserstrahlgenerators ab, und somit ist die Güteschaltfrequenz nicht nur auf 10 kHz beschränkt, auf die bei der vorliegenden Ausführungsform Bezug genommen wurde. Demzufolge ist es erforderlich, eine geeignete Güteschaltfrequenz abhängig von den Charakteristika eines verwendeten Laserstrahlgenerators und abhängig von der Eigenschaft eines zu bearbeitenden Gegenstands auszuwählen.
In der obigen Ausführungsform wurde die Erfindung unter Bezug auf die Bildung von Nuten mit jeweils einer Breite von 10 um in Abständen von 200 um beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in einfacher Weise bei der Bildung anderer Arten von Nuten angewendet werden durch (1) Ändern der geometrischen Periode des Phasengitters und/oder (2) Ändern der Brennweite der Sammellinse. Außerdem ist die Strahlunterteilungsanzahl nicht auf 32 beschränkt und kann nach Maßgabe spezifischer Erfordernisse eines Laserstrahlbearbeitungsgeräts bestimmt werden. Wenn es für die Bearbeitung erforderlich ist, kann beispielsweise ein Phasengitter gemäß den in Tabelle 2 oder 4 gezeigten Daten hergestellt werden, das einen Strahl in 16 Strahlen unterteilen kann. Die optimale Strahlunterteilungsanzahl sollte unter Berücksichtigung der folgenden Faktoren bestimmt werden: (1) Die Eigenschaften eines zu bearbeitenden Gegenstands; und (2) Die Ausgangsleistung eines verwendeten Laserstrahlgenerators und die Anzahl an Laserstrahlgeneratoren. Die Strahlunterteilungsanzahl wird damit unter Berücksichtigung des erforderlichen Bearbeitungsvermögens bestimmt. Gemäß dem Obigen kann ein für eine spezielle Anwendung geeignetes Phasengitter auf einfache Weise entworfen und hergestellt werden. Somit ist die vorliegende Erfindung für verschiedene Anwendungen einsetzbar.

(Ausführungsform 10)

Ein Orientierungsfilm ist auf einem ITO-Filmsubstrat gebildet, welches unter Verwendung eines Laserstrahlbearbeitungsgeräts gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 9 bearbeitet wurde. Dann wird eine geeignete Orientierungsbearbeitung (beispielsweise ein Reibeprozeß) auf diesem Orientierungsfilm ausgeführt. Eine Flüssigkristalltafel ist durch Einkapseln von Flüssigkristall zwischen zwei ITO-Filmsubstraten zusammengebaut, die der Orientierungsbearbeitung unterzogen worden sind, wobei auf den ITO-Filmsubstraten gebildete Elektrodenmuster senkrecht zueinander sind. Es gibt drei bekannte Techniken, wie in Fig. 35 gezeigt, zum Montieren einer Treiberschaltung an der in der vorstehend beschriebenen Weise zusammengebauten Flüssigkristalltafel. Der Ausdruck "TAB", der in der folgenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich auf "automatisches Gurten oder Filmbonden" (tape automated bonding), was im allgemeinen Techniken zur Bildung einer Treiberschaltung auf einem Band bzw. Gurt bedeutet. In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "TAB" dazu verwendet, ein Band bzw. einen Gurt zu repräsentieren, auf dem eine Treiberschaltung gebildet ist. Bekannte Techniken des Anbringens einer Treiberschaltung sind:

(1) Eine Technik, bei der ein TAB-Band nur mit einer Seite einer Tafel verbunden ist.

Das Rastermaß des Anschlußmetalls eines TAB-Bands 10102 ist gleich dem Rastermaß von Pixelelektroden einer Flüssigkristallanzeigetafel. Bei dieser Anbringtechnik sind keine Zwischenbereiche (beispielsweise der Bereich, in dem Nuten in Fig. 36 schräg sind) zwischen einem TAB- Band und einer Flüssigkristalltafel erforderlich. Es ist nur notwendig, ein TAB-Band entweder an der oberen oder unteren Seite und entweder an der linken oder rechten Seite einer Flüssigkristallanzeigetafel anzuordnen. Dies ermöglicht eine starke Verminderung des Montageraums der Flüssigkristalltafel. Die Verminderung des Montageraums der Flüssigkristalltafel ermöglicht eine Verminderung der Gesamtabmessungen eines Anzeigegeräts und ebenfalls eine Verminderung in dessen Gewicht. Deshalb wird es auch möglich, verschiedene Funktionen hinzuzufügen. (vgl. Fig. 35(a).)

(2) Eine Technik, bei der TAB-Bänder an beiden Seiten einer Tafel zickzackartig angeordnet sind.

TAB-Bänder weisen Eigenschaften der Wärmeschrumpfung auf. Bei der ersten Technik ist es deshalb in einigen Fällen schwierig sicherzustellen, daß ein TAB-Band eine ausreichend gute Genauigkeit beim Verbindungsrastermaß aufweist. Im Gegensatz dazu ist bei dieser zweiten Technik eine Mehrzahl von TAB-Bändern 10202 mit einer geeigneten Länge zickzackartig an der oberen und der unteren Seite sowie an der linken und der rechten Seite einer Flüssigkristalltafel angeordnet, wodurch sichergestellt wird, daß TAB-Bänder eine gute Genauigkeit beim Verbindungsrastermaß aufweisen. Auch bei dieser Technik sind keine Zwischenbereiche zwischen Pixelelektroden 10201 und TAB-Bändern 10202 erforderlich. (vgl. Fig. 35(b).)

(3) Eine Technik, bei der TAB-Bänder über einen Zwischenbereich an eine Tafel angeschlossen sind.

Ein Laserstrahl wird in der Richtung senkrecht zur Tischbewegungsrichtung unter Verwendung beispielsweise eines Galvanospiegels verschwenkt, um ein Elektrodenmuster wie das in Fig. 36 gezeigte zu erzeugen. Diese Art von Elektrodenmuster wird als ein Zwischenbereich 10303 verwendet, um Pixelelektroden 10301 an TAB-Bänder 10302 anzuschließen. Bei dieser Technik ist es unmöglich, eine starke Verminderung des Installationsraums einer Flüssigkristalltafel zu erzielen. Es können jedoch herkömmliche Teile direkt angebracht werden, weshalb die Anbringungskosten viel niedriger als bei den Techniken (1) oder (2) sind. (vgl. Fig. 35(c).)
Fig. 37(a) ist eine Draufsicht von Streifenelektroden einer einfachen matrixgetriebenen Flüssigkristalltafel, die durch ein in Verbindung mit einer der Ausführungsformen 1 bis 9 beschriebenes Laserbearbeitungsgerät hergestellt wurde. In diesem Beispiel weist das Elektrodenmuster ein Rastermaß von 200 um und einen Spalt von 10 um auf. In Fig. 37(a) bezeichnet Bezugszahl 11101 Elektrodenspalte, die auf dem oberen Substrat gebildet sind, und Bezugszahl 11102 bezeichnet Elektrodenspalte, die auf dem unteren Substrat gebildet sind. Im tatsächlichen Gebrauch einer Flüssigkristalltafel ist das obere Substrat auf einer dem Benutzer oder Beobachter näheren Seite gelegen, und das untere Substrat ist auf der Rückseite gelegen.
Fig. 37(b) ist ein vergrößertes schematisches Diagramm, das Streifenelektroden darstellt, welche mittels Belichtung über eine Fotomaske gemäß einer herkömmlichen Technik gemustert sind. In dieser Figur bezeichnet Bezugszahl 11201 Elektrodenspalte, die auf dem oberen Substrat gebildet sind, und Bezugszahl 11202 bezeichnet Elektrodenspalte, die auf dem unteren Substrat gebildet sind. In diesem Beispiel weist das Elektrodenmuster ein Efektrodenrastermaß von 200 pm und einen Spalt von 30 um auf.
Die wichtigsten Faktoren, die die Anzeigequalität einer Flüssigkristalltafel bestimmen, sind das Elektrodenöffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis. Der Ausdruck "Elektrodenöffnungsverhältnis" wird hier verwendet, um einen effektiven Elektrodenbereich zu repräsentieren, der zur Steuerung des Lichtdurchlaßgrads (oder -reflexionsvermögens) beitragen kann. Das Elektrodenöffnungsverhältnis ist definiert als:
α = (P - g)²/P² = (1 - g/P)² ...(14)
wobei P das Elektrodenrastermaß ist und g der Elektrodenspalt ist. Selbstverständlich gilt α < 1.
Das Kontrastverhältnis ist definiert als das Verhältnis des Maximalwerts des Lichtdurchlaßgrads (oder -reflexionsvermögens) zu dessen Minimalwert und kann geschrieben werden als
C = x·P²/[P² - (P - g)²] = x/(1 - α) ...(15)
wobei x eine Variable ist, die hauptsächlich von den Orientierungsbedingungen des Flüssigkristalls, der Dicke einer Flüssigkristallschicht und Treiberbedingungen abhängt. Aus den Gleichungen (14) und (15) ist ersichtlich, daß eine enge Korrelation zwischen dem Elektrodenöffnungsverhältnis und dem Kontrastverhältnis besteht.
Eine Berechnung des Elektrodenöffnungsverhältnisses und des Kontrastverhältnisses gemäß den Gleichungen (14) und (15) ergibt die folgenden Ergebnisse für die in Fig. 37 gezeigten zwei Arten von Flüssigkristalltafeln. Das Elektrodenöffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis der gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Flüssgkristalltafel sind 0,90 bzw. 20. Im Gegensatz dazu sind das Elektrodenöffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis der gemäß der herkömmlichen Technik erhaltenen Flüssigkristalltafel 0,72 bzw. 3,6. Im Vergleich zu diesen berechneten Werten sind typische gemessene Werte wie folgt: Das Elektrodenöffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis der Flüssigkristalltafel der vorliegenden Erfindung sind 0,90 bzw. 45 und bei der herkömmlichen Tafel 0,70 bzw. 30.
Mit dem vorstehend beschriebenen Laserbearbeitungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Elektrodenspalt bis hinunter zu einem Drittel desjenigen der herkömmlichen Tafel zu reduzieren (weniger als 10 um) und das Elektrodenöffnungsverhältnis und das Kontrastverhältnis um die Faktoren 1,3 bzw. 1,5 zu erhöhen. Als Ergebnis kann die Flüssigkristalltafel wesentlich bessere Sichtbarkeit liefern als herkömmliche Techniken.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Wie vorstehend beschrieben, weist das Laserbearbeitungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Anwendungen auf, wie beispielsweise Prozesse des Feinschneidens, das Bilden von feinen Löchern, etc. Das Laserbearbeitungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet zum Mustern von Elektroden einer Flüssigkristalltafel mit größerem Öffnungsverhältnis und Kontrastverhältnis und somit wesentlich besserer Anzeigequalität als bei herkömmlichen Flüssigkristalltafeln.

Beschreibung der Bezugszahlen

1101a: Lasergenerator;
1101b: Lasergenerator;
1102a: Güteschalttreiber;
1102b: Güteschalttreiber;
1103: Controller;
1104a: Laserstrahl;
1104b: Laserstrahl;
1105a: Aufweitungs-Kollimator;
1105b: Aufweitungs-Kollimator;
1106: Ablenkspiegel für optischen Weg;
1107: Kombinierelement für polarisierte Strahlen;
1108: Wellenplättchen;
1109: eindimensionales Phasengitter;
1110: Sammellinse;
1111: ITO-Filmsubstrat;
1112: Präzisionstisch;
1113: Laserstrahlpunkt;
1201: erzeugte Nut;
1202: ITO-Film;
1301: erzeugte Nut;
1302: ITO-Film;
1401: ITO-Film;
1402: SiO&sub2;-Pufferschicht;
1403: Glassubstrat;
2101: Ortsfilter;
2201: erzeugte Nut;
2202: ITO-Film;
3101: anamorphotische Sammellinse;
3201: erzeugte Nut;
3202: ITO-Film;
3301: anamorphotische asphärische Sammellinse;
3302: Laserstrahl;
3303: Linie von elliptischen Strahlpunkten;
4101: zweidimensionales Phasengitter;
4201: erzeugte Nut;
4202: ITO-Film;
5101: Separator für polarisierte Strahlen;
5201: erzeugte Nut;
5202: ITO-Film;
5301: Keil;
5302: Keil;
6101: Wellenplättchen;
6102: Separator für polarisierte Strahlen;
6103: Ablenkspiegel für optischen Weg;
6104: Ablenkseparator;
6201: erzeugte Nut;
6202: ITO-Film;
6301: Phasengitter;
6302: Gittervektor;
6303: Normale eines Substrats;
6304: Keil;
6305: Normale eines Keils;
7101: Separator für polarisierte Strahlen;
7102: eindimensionales Phasengitter;
7201: erzeugte Nut;
7202: ITO-Film;
8101: Wellenplättchen;
8102: Separator für polarisierte Strahlen;
8103: Ablenkspiegel für optischen Weg;
8104: Ablenkseparator;
8201: erzeugte Nut;
8202: ITO-Film;
9101: Lasergenerator;
9102: Güteschalttreiber;
9103: Laserstrahl;
9104: Aufweitungs-Kollimator;
9105: Ablenkspiegel für optischen Weg;
9106: Wellenplättchen;
9107: Phasengitter;
9108: Sammellinse;
9109: ITO-Filmsubstrat;
9110: Präzisionstisch;
9111: Strahlpunkt;
10101: Pixelelektrode;
10102: TAB-Band;
10201: Pixelelektrode;
10202: TAB-Band;
10301: Pixelelektrode;
10302: TAB-Band;
10303: Zwischenbereich;
10401: erzeugte Nut;
10402: ITO-Film;
11101: Elektrodenspalt der oberen Seite;
11102: Elektrodenspalt der unteren Seite;
11201: Elektrodenspalt der oberen Seite;
11202: Elektrodenspalt der unteren Seite

Claims

1. Laserbearbeitungsgerät zur Bildung von Nuten in einem auf einem Substrat abgeschiedenen leitenden Film, umfassend:

einen Lasergenerator (9101);

eine Treiberanordnung (9102) zum Treiben des Lasergenerators;

ein Transmissionsphasengitter (9107) zum Unterteilen des von dem Lasergenerator emittierten Laserstrahls in eine Mehrzahl von Teillaserstrahlen (9111);

eine Anordnung zum Drehen des Phasengitters (9107) in einer Ebene senkrecht zum optischen Weg des auf das Phasengitter auftreffenden Laserstrahls;

eine Sammellinse (9108) zum Bilden, aus der Mehrzahl von Teillaserstrahlen, einer Linie von einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisenden Strahlpunkten auf dem leitenden Film; und

einen sich bewegenden Tisch (9110), der das Substrat trägt und bezüglich der Linie von Strahlpunkten bewegbar ist, um den leitenden Film längs Linien oder Kurven zu schneiden;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Lasergenerator (9101) ein Impulslasergenerator ist; und

das Phasengitter bewegbar ist, um den vorbestimmten Abstand durch Einstellen des Winkels der Linie von Strahlpunkten bezüglich der Bewegungsrichtung des sich bewegenden Tisches einzustellen.

2. Gerät nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Impulslasergeneratoren (1101a, 1101b), wobei die Treiberanordnung (1102a, 1102b) ausgebildet ist, um die Mehrzahl von Impulslasergeneratoren so zu treiben, daß die jeweiligen Laserstrahlen mit einer Phasenverzögerung relativ zueinander erzeugt werden.

3. Gerät nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Anordnung (1106, 1107), um Laserstrahlen, die von der Mehrzahl von Impulslasergeneratoren (1101a, 1101b) emittiert werden, zu zwingen, längs eines gemeinsamen optischen Wegs zu laufen.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der oder jeder Impulslasergenerator (9101; 1101a, 1101b) ein gütegeschalteter Lasergenerator ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, bei dem der oder jeder gütegeschaltete Lasergenerator (9101; 1101a, 1101b) ein Festkörperlasergenerator ist, der einen Laserstrahl der zweiten harmonischen Welle emittiert.

6. Gerät nach Anspruch 5, bei dem der oder jeder Festkörperlasergenerator (9101; 1101a, 1101b) ein lampengepumpter Lasergenerator ist.

7. Gerät nach Anspruch 5, bei dem der oder jeder Festkörperlasergenerator (9101; 1101a, 1101b) ein diodenlasergepumpter Lasergenerator ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Anordnung zum Umwandeln der oder jeder Mehrzahl von Teillaserstrahlen in elliptisch polarisierte Laserstrahlen.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend ein Ortsfilter zur Ausführung einer Amplitudenmodulation oder Phasenmodulation bei dem oder jedem von dem oder jedem Laserstrahlgenerator (9101; 1101a, 1101b) emittierten Laserstrahl.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Anordnung zum Erzeugen von Astigmatismus in jedem Strahl der oder jeder Mehrzahl von Teillaserstrahlen.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zusätzlich zu dem Phasengitter (4101; 1109; 6104) eine Anordnung (4101; 5101; 6102, 6103) zur Ablenkung von Laserstrahlen vorgesehen ist, wodurch die Laserstrahlen separiert werden, wobei die Laserstrahlen in einer Richtung abgelenkt werden, die sich von der Richtung unterscheidet, in der ein Laserstrahl durch das Phasengitter (9107; 1109) unterteilt ist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Laserbearbeitungsgerät zusätzlich zu dem Phasengitter (9107; 1109) eine Anordnung zur Ablenkung von Laserstrahlen vorgesehen ist, wodurch die Laserstrahlen separiert werden, wobei die Laserstrahlen in der gleichen Richtung wie der Richtung abgelenkt werden, in der ein Laserstrahl durch das Phasengitter (9107; 1109) unterteilt ist.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8 in Abhängigkeit von Anspruch 3, bei dem das Laserbearbeitungsgerät zusätzlich zu dem Transmissionsphasengitter des weiteren eine zusätzliche Anordnung zum Unterteilen eines Laserstrahls aufweist, wobei die zur zusätzlichen Anordnung zugehörige Richtung der Strahlunterteilung parallel zu der dem Transmissionsphasengitter zugehörigen Richtung der Strahlunterteilung ist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8 in Abhängigkeit von Anspruch 3, bei dem das Laserbearbeitungsgerät zusätzlich zu dem Transmissionsphasengitter des weiteren eine zusätzliche Anordnung zum Unterteilen eines Laserstrahls aufweist, wobei die zur zusätzlichen Anordnung zugehörige Richtung der Strahlunterteilung senkrecht zu der zum Transmissionsphasengitter zugehörigen Richtung der Strahlunterteilung ist.

15. Verwendung des Geräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung einer auf einem durchsichtigen leitenden Film für eine Flüssigkristalltafel gebildeten streifenförmigen Elektrode.

16. Verfahren zur Bildung streifenförmiger Elektroden aus einem auf einem Substrat (9109) abgeschiedenen durchsichtigen leitenden Film für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Unterteilen eines von einem Impulslasergenerator (9101) emittierten Laserstrahls in eine Vielzahl von Teillaserstrahlen mittels eines Transmissionsphasengitters (9107);

Fokussieren jedes der Teillaserstrahlen auf den leitenden Film, um eine Linie fokussierter Strahlpunkte zu erhalten, die einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen;

Einstellen des Abstands zwischen benachbarten der fokussierten Strahlpunkte durch Drehen des Phasengitters in einer Ebene senkrecht zum optischen Weg des auf das Phasengitter auftreffenden Laserstrahls; und

Bewegen des Substrats und der Mehrzahl fokussierter Strahlpunkte relativ zueinander, wodurch Nuten in dem durchsichtigen leitenden Film gebildet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der durchsichtige leitende Film ein ITO- (Indiumzinnoxid)-Film ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Lasergenerator (9101) ein YAG- Lasergenerator ist, der einen Laserstrahl mit der zweiten harmonischen Welle emittiert.

19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Lasergenerator (9101) ein YLF- Lasergenerator ist, der einen Laserstrahl mit der zweiten harmonischen Welle emittiert.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem der durchsichtige leitende Film mit der Mehrzahl von Teillaserstrahlen beleuchtet wird, die unter im wesentlichen rechtem Winkel auf den durchsichtigen leitenden Film projiziert werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem der durchsichtige leitende Film mit der Mehrzahl von Teillaserstrahlen beleuchtet wird, die unter einem schiefen Winkel auf den durchsichtigen leitenden Film projiziert werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem der durchsichtige leitende Film mit einer durch das Phasengitter (1109) erzeugten Linie von Laserstrahlen beleuchtet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem der durchsichtige leitende Film mit einer durch das Phasengitter (1109) erzeugten Mehrzahl von Linien von Laserstrahlen beleuchtet wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, umfassend folgende Schritte:

sequentielles Treiben einer Mehrzahl von Impulslasergeneratoren (1101a, 1101b) derart, daß eine Phasenverzögerung zwischen durch die Mehrzahl von Impulslaserstrahlgeneratoren erzeugten Laserstrahlen vorhanden ist; und

Unterteilen jedes Laserstrahls, der von den einzelnen der Mehrzahl von Impulslasergeneratoren emittiert wurde, in eine Mehrzahl von Laserstrahlen.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Mehrzahl von Impulslasergeneratoren (1101a, 1101b) zwei gütegeschaltete Festkörperlaserstrahlgeneratoren zum Emittieren einer zweiten harmonischen Welle umfaßt und die von den zwei Lasergeneratoren emittierten Laserstrahlen gezwungen werden, längs eines gemeinsamen optischen Wegs zu laufen.