(57)【要約】【課題】被加工物に対して高精度に加工を行うことができるレーザパターニング装置及びこれを用いたブラックマトリクス形成方法を提供する。【解決手段】複数のファイバを備えた光源１は、凹レンズアレイ２及び拡大結像光学系３を経て抜型４を照明し、抜型４の像は、縮小結像光学系８で試料１０１に結ばれる。試料１０１は、試料駆動用ｘｙステージ１１でｘ方向に駆動され、抜型４は、抜型駆動用ｘｙステージ５で試料駆動用ｘｙステージ１１の直線性のブレを補正するようにｙ方向に駆動される。試料駆動用ｘｙステージ１１の位置は、位置読取器１４でモニタされており、制御器１５は、その信号に基づいて、抜型駆動用ｘｙステージ５をコントロールすると共に、所定の位置で複数のファイバを備えた光源１を発光させる。【選択図】図１
2009042470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する照明光学系と、透過パターンを有し前記照明光学系で照明される抜型と、この抜型の前記透過パターンを透過した前記レーザ光を被加工物に結像させる加工光学系と、前記抜型を前記レーザ光の光軸方向と直交する方向に駆動する抜型駆動手段と、前記被加工物を前記レーザ光の光軸方向と直交する方向に駆動する被加工物駆動手段と、を有し、前記被加工物駆動手段は、加工時における駆動部とこの駆動部に相対する直線状の静止部とを有し、前記抜型駆動手段及び前記被加工物駆動手段の少なくともいずれか一方が、予め測定された前記静止部の直線性の基準位置に対する誤差を打ち消す方向に前記抜型及び前記被加工物を相対的に移動させることを特徴とするレーザパターニング装置。
【請求項２】
前記抜型駆動手段及び前記被加工物駆動手段の少なくともいずれか一方が、前記被加工物駆動手段の前記駆動部と前記直線部との間隔と同じ振幅で前記駆動部の移動方向と直交する方向の振動を前記直線性の誤差を打ち消す動作に重畳させて、前記抜型及び前記被加工物を相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載のレーザパターニング装置。
【請求項３】
更に、光を熱に変換する光吸収器を有し、前記抜型は、前記透過パターンの周囲に回折格子が形成されており、前記回折格子で回折された前記レーザ光が、前記光吸収器に入射することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザパターニング装置。
【請求項４】
前記回折格子は、反射型回折格子であることを特徴とする請求項３に記載のレーザパターニング装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、加工時における前記駆動部の移動方向と直交する方向に配列された複数の光ファイバを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザパターニング装置。
【請求項６】
更に、前記レーザ光の照射により気化した前記被加工物を帯状の紙に吸着する吸着手段を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザパターニング装置。
【請求項７】
前記被加工物は、透明基板の表面に不透明膜が形成されたものであり、前記レーザ光が、前記透明基板側から前記不透明膜に照射されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーザパターニング装置。
【請求項８】
透明基板の表面にブラックインクを塗布する工程と、前記ブラックインクを加熱処理することにより固化させる工程と、前記透明基板の側からレーザ光を照射して前記ブラックインクを加工する工程と、を有することを特徴とするブラックマトリクス形成方法。
【請求項９】
基板の表面に親インク性の層を形成する工程と、前記親インク性の層にレーザ光を照射して所定の領域の表面を撥インク性に変化させる工程と、前記基板の前記親インク性の層の側の表面にブラックインクを塗布する工程と、前記基板を傾斜させて前記ブラックインクを流すことにより前記親インク性の層上にのみ前記ブラックインクを残す工程と、前記親インク性の層上に残った前記ブラックインクを加熱処理して固化させる工程と、を有することを特徴とするブラックマトリクス形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の形状に被加工物を加工するレーザパターニング装置と及びこれを用いたブラックマトリクス形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に使用されるカラーフィルタに設けられているブラックマトリクスの形成方法としては、例えば露光技術による方法が知られている。以下、露光技術によるブラックマトリクスの形成方法について説明する。図７（ａ）乃至（ｈ）は、露光技術によるブラックマトリクスの形成方法を工程順に示す断面図である。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、先ず、ガラス基板１０３ａの表面にブラックインク１０３ｂを塗布する。次に、図７（ｂ）に示すように、塗布されたガラス基板１０３ａをヒーター１０３ｃで加熱（ベーキング）して固化させる。続いて、図７（ｃ）に示すように、ガラス基板１０３ａの上からフォトレジスト１０３ｄを塗布する。次に、図７（ｄ）に示すように、フォトレジスト１０３ｄを図７（ｂ）と同様にヒーター１０３ｅで固化させる。次に、図７（ｅ）に示すように、固化したフォトレジスト１０３ｄにフォトマスク１０３ｇを密着させ、露光機１０３ｆで露光する。最後に、図７（ｆ）乃至（ｈ）に示すように、現像、エッチング及びフォトレジストの剥離の工程を行うことにより、ブラックマトリクスを作製する。
【０００４】
ところで、レーザ光は、狭い面積に高いパワーを集中させられるため、レーザ光を吸収する試料に照射すると、レーザ光を照射した領域に物理的化学的な変化を起こし、様々な加工を実現できる。例えば、金属又は樹脂の切断又は溶接は、その典型的な例である。また、レーザ光に関して透明な基板に不透明な膜を形成したものにレーザ光を照射すれば、基板に影響を与えずに膜だけを加工できるため、特異な試料を作製できる。
【０００５】
ガラス基板に色素膜が塗布された試料にエキシマレーザ光を照射することで、露光技術によらずに液晶ディスプレイ用カラーフィルタを作製するレーザパターニング装置の技術が特許文献１に開示されている。図８は、特許文献１に開示されたレーザパターニング装置の構成を示す斜視図であり、図９（ａ）乃至（ｄ）は、このレーザパターニング装置による加工方法を工程順に示す図である。
【０００６】
特許文献１に開示されたレーザパターニング装置は、図８に示すように、エキシマレーザ発振器１３０が出射した光をレーザ整形システム１３１で整形する。成形された光は、高反射マスク１３３と高反射ミラー１３２とで構成される多重反射光学系１４０により利用効率を高めた上で、高反射マスク１３７のパターンを介して結像光学系１３４により被加工物１３６に照射する。これにより、モニタ１３５により目視しながら、ガラス基板上に形成された色素膜を部分的に切除加工する。
【０００７】
特許文献１に開示された加工方法は、図９（ａ）乃至（ｄ）に示すように、ＣＮＣ（Computer Numerical Control：コンピュータ数値制御）コントローラ１３９の制御のもと、走査システム１３８により高反射マスク１３７と被加工物１３６を走査し、被加工物１３６の全面を加工するという方法である。図９（ａ）乃至（ｄ）に示すように、高反射マスク１３７のパターンが１対１で被加工物１３６に転写されるため、高反射マスク１３７と被加工物１３６は、同じ方角を逆の方向に、互いに結像光学系１３４の倍率に応じた比率の速度で走査される。
【０００８】
更に、特許文献２には、被加工物に照射するレーザ光の形状を決定するマスク部と、被加工物が載置されたテーブルとを夫々移動させることにより位置合わせを行うレーザトリミング装置が開示されている。このレーザトリミング装置は、半導体ウエハチップ上に形成された被加工物の加工部分の電気特性を測定し、所望の電気特性が得られるようにマスク部及びテーブルを夫々移動させながらトリミングを行うものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２９３２０６号公報（第５頁並びに図４及び図５）
【特許文献２】特開２０００−２８８７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した関連技術には、以下に示すような問題点がある。
【００１１】
図７に示す露光技術によるブラックマトリクス形成方法は、フォトリソグラフィ及びエッチングによるものであり、工程が複雑となる。このため、製造時間の短縮及び製造コストを低減することが困難であるという問題点がある。
【００１２】
特許文献１に開示されているレーザパターニング装置は、高反射マスク１３７のパターンが１対１で被加工物１３６に転写されるものである。従って、たとえ転写するパターンが同じ模様の繰り返しでも、高反射マスク１３７に被加工物１３６と同じ数量の模様を用意しなければならない。
【００１３】
また、高反射マスク１３７と被加工物１３６とは、同じ方角を逆の方向に、互いに結像光学系１３４の倍率に応じた比率の速度で走査される。ステージは、静止部と駆動部とで構成され、駆動部がどのくらい直線に進むかは、静止部と駆動部との間隔が如何に均等に保たれながら駆動されるかと、静止部が如何に直線に加工されているかと、により決まる。もしも、前者と後者を切り分けられれば、前者の軌跡は、駆動の都度、変化するが、後者の軌跡は、毎回同じになるはずである。このうち、後者、即ち静止部の直線性は、静止部と駆動部との間隔に比べて比較的大きいが、加工精度の向上で改善の余地がある。しかし、加工精度の向上のみでは、１ｍの長さに対して１０μｍの真直度を得ることですら困難である。このため、加工精度の向上のみではカラーフィルタの画素に要求される１ｍあたり２乃至３μｍの配列精度を実現することが困難であるという問題点がある。
【００１４】
また、特許文献１に開示されているレーザパターニング装置は、高反射マスク１３３と高反射ミラー１３２とで構成される多重反射光学系１４０により、エキシマレーザ光の利用効率を増加させるものである。即ち、高反射マスク１３３を通過しない光を高反射ミラー１３２で反射させることで、再度、高反射マスク１３３に供給する。
【００１５】
上述のように、特許文献１の技術は、マスクの開口部以外の領域と、他に用意したミラーとで、多重反射光学系を構成し、光の利用効率を向上させようとするものである。これは、カラーフィルタの場合、マスクのほとんどの領域が開口部になるため、光の利用効率の向上が困難であるという問題点がある。また、画素の密集するマスクの中央部分と、画素が片側だけに偏在するマスクの周辺部分で、著しく光の利用効率が異なるため、マスクの全域で均等に加工できないという問題点もある。
【００１６】
更に、被加工物１３６は、透明な基板に不透明な膜が付着したものであるが、特許文献１の技術では基板側でなく膜側から加工している。ここで、エキシマレーザ発振器は、ガラス基板を透過できないほど短い波長の紫外光を出射するものであり、フォトンエネルギーが高いため、ガラス基板に照射すれば、ガラス基板に損傷を与える。また、紫外光を供給する発振器は、赤外光を供給する発振器に比べ、非常に高価である。更に、たとえ赤外光でも、光は、透明な基板側からでなく不透明な膜側から照射すれば、基板に到達せず膜で吸収され、なかなか完全に除去できない。
【００１７】
特許文献２に開示されているレーザトリミング装置は、上述のようにマスク部及び加工対象物が載置されたテーブルを移動させるものである。しかしながら、特許文献２のレーザトリミング装置は特許文献１のレーザパターニング装置と同様に、静止部と駆動部との間隔及び静止部の直線性による影響を受ける。このため、ブラックマトリクス形成に適用する場合には、カラーフィルタの画素に要求される精度を満たすことが困難であるという問題点がある。
【００１８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被加工物に対して高精度に加工を行うことができるレーザパターニング装置、及びこれを用いて工程が簡略化されたブラックマトリクスの形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るレーザパターニング装置は、レーザ光を出射する照明光学系と、透過パターンを有し前記照明光学系で照明される抜型と、この抜型の前記透過パターンを透過した前記レーザ光を被加工物に結像させる加工光学系と、前記抜型を前記レーザ光の光軸方向と直交する方向に駆動する抜型駆動手段と、前記被加工物を前記レーザ光の光軸方向と直交する方向に駆動する被加工物駆動手段と、を有し、前記被加工物駆動手段は、加工時における駆動部とこの駆動部に相対する直線状の静止部とを有し、前記抜型駆動手段及び前記被加工物駆動手段の少なくともいずれか一方が、予め測定された前記静止部の直線性の基準位置に対する誤差を打ち消す方向に前記抜型及び前記被加工物を相対的に移動させることを特徴とする。
【００２０】
この場合に、前記抜型駆動手段及び前記被加工物駆動手段の少なくともいずれか一方が、前記被加工物駆動手段の前記駆動部と前記直線部との間隔と同じ振幅で前記駆動部の移動方向と直交する方向の振動を前記直線性の誤差を打ち消す動作に重畳させて、前記抜型及び前記被加工物を相対的に移動させることとしてもよい。
【００２１】
また、光を熱に変換する光吸収器を有し、前記抜型は、前記透過パターンの周囲に回折格子が形成されており、前記回折格子で回折された前記レーザ光が、前記光吸収器に入射するように構成することができる。この場合に、前記回折格子は、反射型回折格子であることが好ましい。
【００２２】
更に、前記照明光学系は、加工時における前記駆動部の移動方向と直交する方向に配列された複数の光ファイバを有するように構成することができる。
【００２３】
更にまた、前記レーザ光の照射により気化した前記被加工物を帯状の紙に吸着する吸着手段を有することとしてもよい。
【００２４】
更にまた、前記被加工物は、透明基板の表面に不透明膜が形成されたものであり、前記レーザ光が、前記透明基板側から前記不透明膜に照射されるように構成することができる。
【００２５】
本発明に係るブラックマトリクス形成方法は、透明基板の表面にブラックインクを塗布する工程と、前記ブラックインクを加熱処理することにより固化させる工程と、前記透明基板の側からレーザ光を照射して前記ブラックインクを加工する工程と、を有することを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る別のブラックマトリクス形成方法は、基板の表面に親インク性の層を形成する工程と、前記親インク性の層にレーザ光を照射して所定の領域の表面を撥インク性に変化させる工程と、前記基板の前記親インク性の層の側の表面にブラックインクを塗布する工程と、前記基板を傾斜させて前記ブラックインクを流すことにより前記親インク性の層上にのみ前記ブラックインクを残す工程と、前記親インク性の層上に残った前記ブラックインクを加熱処理して固化させる工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、被加工物駆動手段の駆動部と相対する静止部の直線性を予め測定し、測定された基準位置との誤差を打ち消す方向に抜型及び被加工物が相対的に移動するので、被加工物に対して高精度に加工を行うことができるレーザパターニング装置が得られる。また、本発明によれば、透明基板上に形成されたブラックインクに透明基板側からレーザ光を照射することにより、工程が簡略化されたブラックマトリクス形成方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本第１実施形態に係るレーザパターニング装置の構成を示す図である。また、図２（ａ）は抜型４を示す平面図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による拡大断面図である。更に、図３（ａ）は試料１０１を示す平面図、図３（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による拡大断面図である。なお、図１中ｘ方向については、図の手前側から奥へ向かう方向を＋ｘ方向とし、その反対方向を−ｘ方向とする。また、ｙ方向及びｚ方向については、夫々矢印の方向を＋ｙ方向及び＋ｚ方向とし、その反対方向を夫々−ｙ方向及び−ｚ方向とする。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態のレーザパターニング装置においては、レーザ光の光軸（ｚ方向）上に、抜型４を照明する照明光学系２１と、抜型４と、抜型４を通過した光を被加工物である試料１０１に結像させる加工光学系と、試料１０１とが順に配置されている。
【００３０】
照明光学系２１は、複数のファイバを備えた光源１、凹レンズアレイ２及び拡大結像光学系３を有している。複数のファイバを備えた光源１には、レーザ光を発生させる光源と、光を外部へ出射させる複数の光ファイバが設けられている。複数の光ファイバは、その端面が図中のｙ方向に並ぶように直線状に配置されている。凹レンズアレイ２は、複数の光ファイバの夫々の端面に対向するように配置されている。拡大結像光学系３は、入射光をコリメートした後、入射光よりも拡大して抜型４に結像させるように配置されている。
【００３１】
抜型４は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ガラス基板４ａ上に反射防止コート４ｂ及び４ｃ並びに反射型回折格子４ｄが形成されたものであり、反射型回折格子４ｄが試料１０１の側となるように配置されている。また、抜型４は、後述する抜型駆動用ｘｙステージ５の駆動部に固定され、ｘ方向及びｙ方向に駆動される。
【００３２】
ガラス基板４ａの試料１０１側の面については、例えば、（ａ）ガラス基板４ａの表面に反射型回折格子４ｄを形成、（ｂ）フォトレジストを塗布、（ｃ）所望の形状（抜型パターン形状）にフォトマスクで露光、（ｄ）現像、（ｅ）エッチング、（ｆ）抜型パターン（透過パターン）形状の部分に反射防止コート４ｃを形成、（ｇ）フォトレジストを剥離、により反射防止コート４ｃ及び４ｄを形成することができる。また、ガラス基板４ａの試料１０１側の反対側の面については、反射防止コート４ｂが形成されている。
【００３３】
ガラス基板４ａは、合成石英により製造されている。ガラス基板４ａの材料としては、熱膨張係数の低いガラスが好ましいが、耐光性を考えると、合成石英が特に望ましい。このような抜型４は、金属に所望の形状を切り抜いたものと異なり、孤立したパターンも形成できる。
【００３４】
加工光学系２２は、縮小結像光学系８、ビームスプリッタ９並びにオートフォーカス及び観察の光学系１０を有している。縮小結像光学系８は、抜型４を透過した入射光をコリメートした後、入射光よりも縮小して試料１０１に結像させるものである。ビームスプリッタ９は、縮小結像光学系８によりコリメートされた光の光路に設けられており、光を波長又はパワー等の条件により分岐させるものである。オートフォーカス及び観察の光学系１０は、ビームスプリッタ９により分岐された光を利用して例えば試料１０１の加工部を観察するための光学系である。なお、オートフォーカス及び観察の光学系１０には、例えば撮像装置が接続されていてもよい。
【００３５】
試料１０１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明な基板１０１ａに不透明な膜１０１ｂが形成されたものであり、透明な基板１０１ａが光の入射側となるように配置されている。透明な基板１０１ａの例としてガラス基板が、不透明な膜１０１ｂの例としてブラックインクが挙げられる。また、試料１０１は、後述する試料駆動用ｘｙステージ１１の駆動部に固定され、ｘ方向及びｙ方向に駆動される。
【００３６】
上記の他に、本実施形態のレーザパターニング装置は、抜型駆動用ｘｙステージ５、不要光吸収器６及び７、試料駆動用ｘｙステージ１１、滑車１２、帯状紙１３、位置読取器１４並びに制御器１５を有している。なお、図１中の照明光学系２１及び加工光学系２２以外の破線は、抜型駆動用ｘｙステージ５、試料駆動用ｘｙステージ１１並びに滑車１２及び帯状紙１３が、夫々抜型駆動手段、被加工物駆動手段及び吸着手段に含まれていることを示す。
【００３７】
抜型駆動用ｘｙステージ５は、その駆動部に抜型４が固定されており、後述する制御器１５からの指令に基づいて抜型４をｘ方向及びｙ方向に駆動するものである。
【００３８】
不要光吸収器６及び７は、抜型４の抜型パターンを透過した光以外の不要光を吸収し、熱に変換するものである。不要光吸収器６及び７としては、例えば黒く着色された金属板を使用することができる。
【００３９】
試料駆動用ｘｙステージ１１は、その駆動部に試料１０１が固定されており、試料１０１をｘ方向及びｙ方向に駆動するものである。なお、試料駆動用ｘｙステージ１１は、後述する制御器１５の指令に基づいて試料１０１を駆動することとしてもよく、制御器１５以外の指令手段の指令によることとしてもよい。
【００４０】
帯状紙１３は、レーザ光による試料１０１の加工により吹き飛ばされたブラックインクを吸着する帯状の紙である。この帯状紙１３は、その一部の面が試料１０１の加工部に対向するように滑車１２に架け渡されている。
【００４１】
位置読取器１４は、試料駆動用ｘｙステージ１１の駆動部又はこれに固定された試料１０１の位置を読み取る装置である。
【００４２】
制御器１５は、位置読取器１４からの信号を入力し、複数のファイバを備えた光源１又は抜型駆動用ｘｙステージ５へ指令を出力するように夫々の部品と接続されている。
【００４３】
次に、本実施形態の動作について説明する。先ず、試料駆動用ｘｙステージ１１が試料１０１を例えば＋ｘ方向に駆動させると、現在位置を位置読取器１４が検知し、その位置情報の信号を制御器１５に伝達する。制御器１５は、伝達された試料１０１の位置に応じたｙ方向の補正を抜型駆動用ｘｙステージ５に指令する。抜型駆動用ｘｙステージ５は、制御器１５からの指令に基づいて、抜型４をｙ方向に駆動させる。なお、ｙ方向の補正については後述する。
【００４４】
ここで、加工パターンの寸法精度を低下させる原因として、レーザパターニング装置の駆動部と静止部との間隔（遊び）及び静止部の直線性のブレが挙げられる。このうち、静止部の直線性のブレが遊びに比べて大きいため、加工パターンの寸法精度に及ぼす影響が比較的大きい。このブレは主に静止部の加工精度に基づいているため、この加工精度を向上させることができれば静止部の直線性を高めることは可能である。しかしながら、実際には１ｍの長さに対して１０μｍの真直度を得ることは困難である。
【００４５】
本実施形態においては、試料１０１を駆動する試料駆動用ｘｙステージ１１に関して、静止部の直線性のブレを予め測定し、例えばその測定値に光学系の倍率を乗算又は除算した値を算出して直線性のブレの換算値、即ち所定の基準位置に対する誤差とする。加工時には、この直線性のブレの換算値を打ち消す方向（図１の＋ｙ方向又は−ｙ方向）に補正して抜型駆動用ｘｙステージ５が抜型４を駆動する。上述したように、直線性のブレの補正は、位置読取器１４が読み取った試料１０１の現在位置に基づいて、制御器１５が抜型駆動用ｘｙステージ５に指令することにより行われる。これにより、試料駆動用ｘｙステージ１１の駆動部は比較的小さい駆動部と静止部の遊びの範囲内での蛇行による誤差は残るものの、従来に比べて抜型４を高精度に位置合わせすることができる。なお、加工光学部２２が図１に示すように縮小結像光学系であるならば、抜型４に要求される駆動精度は、結像倍率に相当する分だけ、試料に要求される駆動精度よりも緩くなる。これにより、加工部における寸法精度を更に高くすることができ好ましい。
【００４６】
抜型駆動用ｘｙステージ５に駆動された試料１０１が所定の位置に到達すると、制御器１５は、複数のファイバを備えた光源１に発光を指令する。照明光学系２１は、複数のファイバを備えた光源１の出射光を凹レンズアレイ２で発散させ、その発散光が重なり合い混合した領域の光を、拡大結像光学系３で拡大させて抜型４に結像させる。
【００４７】
ここで、複数のファイバを備えた光源１の光ファイバは、面状に束ねてもよいが、直線状に並べると、抜型４に楕円形のビームスポットが形成され好ましい。この場合に、楕円形のビームスポットの短軸を試料１０１の駆動方向に合わせることが好ましい。なぜならば、楕円形のビームスポットの短軸を試料１０１の駆動方向に合わせると、単位走査あたりにレーザ光をショットできる幅が広がるため、加工効率が向上するからである。なお、楕円形のビームスポットの長軸を試料１０１の駆動方向に合わせた場合には、同じ場所を重ねてショットしないように短軸を合わせた場合よりも走査速度を大きくする必要がある。しかしながら、通常、試料１０１は、タクトタイムの最小化の目的で最大限の速度で駆動されるため、駆動速度の上限により更に走査速度を大きくすることは困難である。
【００４８】
また、複数のファイバを備えた光源１からの出射光を拡大させて結像させる理由としては、例えば以下の点が挙げられる。即ち、複数のファイバの光が最も均質に混合された狭い領域の光を選択的に利用できる点、入力側（凹レンズアレイ２）に比べて出力側（抜型４）で開口数が小さくなるため、加工光学系２２に効率的に光を集められる点、及び、試料１０１にはファイバの端面のフーリエ変換像が転送されるため、加工の形状にファイバの端面の形状が反映されなくなる点である。
【００４９】
抜型４に結像された光は、その一部が抜型４に設けられた抜型パターンを透過する。透過光以外の不要光は、反射型回折格子４ｄにより反射され、不要光吸収器６及び７により吸収される。これにより、不要なレーザ光を熱に変換して安全に処理することができる。なお、抜型４に設けられる回折格子は透過型としてもよいが、反射型とすることで、より高い回折効率が得られるため好ましい。
【００５０】
抜型４のパターンを透過した光は、加工光学系２２に入射する。加工光学系２２は、縮小結像光学系８により光を試料１０１に結像させることにより試料１０１に対して抜型パターン形状の加工を行う。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、加工部では抜型パターンの形状及び光学系のレンズ倍率に従って、所望の形状及び大きさとなるように不透明な膜１０１ｂが除去される。この際、試料１０１上に形成されたブラックインクは、レーザ光の照射により気化し吹き飛ばされ、帯状紙１３に吸着される。レーザ光の照射で吹き飛ばされたブラックインクの断片は、紙に吸着されやすい。このため、紙を帯状に形成し、その帯状紙１３の試料１０１に対向する面が清浄面となるように滑車１２で随時交換することで、ブラックインクの断片を効率よく除去できる。
【００５１】
また、縮小結像光学系８の光路の途中で光がコリメートされた位置に配置されたビームスプリッタ９から、光が波長又はパワーにより分岐される。これにより、例えば試料１０１の加工部をオートフォーカス及び観察の光学系１０により観察することができる。
【００５２】
なお、試料１０１が＋ｘ方向に移動することにより、結像位置が試料１０１の端まで来たら、試料駆動用ｘｙステージ１１は、試料１０１を例えば＋ｙ方向に駆動させる。その後、試料１０１をそれまでと逆向きの例えば−ｘ方向に駆動させることで、隣接する列の加工を開始する。また、加工の形状は、抜型駆動用ｘｙステージ５が、抜型４を所望の抜型パターンとなるように適宜駆動させることで切り替えることができる。同一の抜型パターンを使用して、試料１０１に対して連続的に同一のパターンを加工することとしてもよい。
【００５３】
本実施形態のレーザパターニング装置は、抜型の模様として、転写したい模様の数量と同じ数量は必要なく、転写したい模様の種類の数と同じ数量だけを用意すればよい。従って、特にブラックマトリクスのように同じ模様の繰り返しで構成される試料の作製に適している。
【００５４】
また、本実施形態のレーザパターニング装置は、試料１０１を駆動する試料駆動用ｘｙステージ１１に関して、静止部の直線性のブレを予め測定し、それを補正するように抜型を動かす。これにより、駆動部こそ、静止部の直線性のブレに加えて駆動部と静止部の遊びにより蛇行するものの、抜型の像は、静止部の直線性のブレを除いた比較的小さい駆動部と静止部の遊びのみにより蛇行するように試料に結ばれる。このとき、加工光学部が縮小結像光学系であるならば、抜型に要求される駆動精度は、結像倍率に相当するだけ、試料に要求される駆動精度よりも緩くなるので、さらに高精度を追求できる。
【００５５】
本実施形態のレーザパターニング装置で、例えばブラックマトリクスを作製すれば、抜型の位置を補正することで、極めて高い精度で画素を整列させられる。しかし、駆動部であるステージが機械的なヒステリシスを有していると、隣接する画素の列同士の隙間が楔形を呈するようにブラックマトリクスが形成され、液晶ディスプレイに組み立てたときに、それが縞模様に見えてしまう場合がある。そのような場合、制御器１５は、抜型の位置を補正する信号に抜型の結像が駆動部と静止部の遊びと同じ程度の振幅で振動するようなランダム信号を重畳して抜型駆動用ｘｙステージ５に駆動を指令する。抜型駆動用ｘｙステージ５は、その指令に基づいて、抜型の位置の補正と上記振動とを重畳させて加工時に抜型４を駆動する。これにより、隣接する画素の列同士の隙間が遊びの分の振幅で攪乱されるため、上記の縞模様が現れる現象を回避できる。
【００５６】
更に、本実施形態のレーザパターニング装置は、抜型４に関して、光を通過させる透過パターン領域以外の領域に回折格子が設けられている。これにより、加工に供される光と加工に供されない光の光軸を分離し、前者を加工光学系２２に、後者を不要光吸収器６及び７に、夫々効率よく分岐できる。なお、抜型としては、本実施形態の抜型４以外に、例えば金属板に穴を開けたようなものでも使用できる。しかし、金属板は、光を吸収することで発熱し変形しやすい。また、金属板を抜型にした場合には、光を通過させる領域の内側に光を通過させない領域を設定したくても、光を遮断する金属片を支持することが困難である。これに対して、本実施形態のようにガラス基板上に透過パターンを形成した抜型では、孤立したパターンを容易に形成することができ好ましい。
【００５７】
更にまた、本発明のレーザパターニング装置は、透明な基板に不透明な膜を塗布した被加工物に対してレーザ光を照射し、基板側から基板と膜との界面を気化させ、光の照射された領域の膜を吹き飛ばす。これにより、膜側から気化させる場合に比べ、極めて低いパワーで加工できる。レーザ光は、例えばガラス基板等の透明基板を透過しやすい、即ち波長が比較的長い紫外光、可視光又は赤外光とすることが好ましい。
【００５８】
なお、上述の本実施形態においては、直線性のブレの換算値を、抜型駆動用ｘｙステージ５が抜型４を駆動することにより補正することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。上記補正は、直線性のブレを打ち消す方向に抜型と被加工物とを相対的に移動させることにより行うことができる。従って、試料駆動用ｘｙステージ１１が試料１０１を駆動することによって補正を行うこととしてもよい。また、試料駆動用ｘｙステージ１１の駆動部と静止部の遊びと同じ程度の振幅で振動させる動作も、試料駆動用ｘｙステージ１１が試料１０１を駆動することによって行うこととしてもよい。即ち、抜型駆動用ｘｙステージ５及び試料駆動用ｘｙステージ１１のいずれか一方で重畳させた動作を行うこととしてもよく、上記補正及び振動の動作を双方が別々に受け持つこととしてもよい。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態のレーザパターニング装置を使用したブラックマトリクス形成方法についての実施形態である。図４（ａ）乃至（ｃ）は、本第２実施形態に係るブラックマトリクス形成方法を工程順に示す断面図である。
【００６０】
先ず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１０２ａの表面にブラックインク１０２ｂを塗布する。次に、図４（ｂ）に示すように、塗布されたブラックインク１０２ｂをヒーター１０２ｃで加熱（ベーキング）して固化させることにより、ブラックインク１０２ｂの層を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、図１に示すレーザパターニング装置の加工光学系２２からガラス基板１０２ａのブラックインク１０２ｂが形成されていない側に向けて赤外光のレーザ光を照射する。レーザ光は、ガラス基板１０２ａを介してブラックインク１０２ｂに照射された範囲のブラックインク１０２ｂを気化させ吹き飛ばすことにより、所望のパターンのブラックマトリクスを形成する。なお、吹き飛ばされたブラックインク１０２ｂは、図１に示す帯状紙１３に吸着される。以上により、本実施形態の形成方法によるブラックマトリクスが得られる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態のブラックマトリクス形成方法によれば、例えば図７に示す露光技術によるブラックマトリクス形成方法に比べて、著しく工程を簡略化できる。
【００６２】
また、本実施形態のブラックマトリクス形成方法の別の効果について、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図５（ａ）は、本実施形態のブラックマトリクス形成方法を示す断面図であり、図５（ｂ）は、紫外光をブラックインク側から照射した場合を示す断面図である。
【００６３】
図５（ｂ）に示すように、紫外光１０６をブラックインク１０７ｂの側から照射した場合は、気化し吹き飛ばされたスプラッシュ１０７ｃがレンズ１０５を汚損しやすい。ここで、波長が短い紫外光１０６は、ガラス基板１０７ａですら、ほとんど透過しないため、ガラス基板１０７ａの側から照射できない。また、たとえブラックインク１０７ｂの側から照射しても、途中で吸収され、深くまで到達しないため、浅く繰り返し削るか、又はより高いパワーで削る必要がある。前者は、タクトタイムが長くなる原因となり、後者は、ブラックインク１０７ｂの断面の形状を悪化させる原因となる。
【００６４】
これに対して、図５（ａ）に示す本実施形態のように、赤外光１８をガラス基板１０４ａの側から照射した場合は、気化し吹き飛ばされたスプラッシュ１０４ｃがレンズ１７を汚損しない。また、赤外光１８はガラス基板に対する透過率が高いため、ガラス基板１０４ａの側から照射してもブラックインク１０４ｂを効率的に加工することができる。
【００６５】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態のレーザパターニング装置を使用した別のブラックマトリクス形成方法についての実施形態である。図６（ａ）乃至（ｅ）は、本第３実施形態に係るブラックマトリクス形成方法を工程順に示す断面図である。
【００６６】
先ず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１６ａの親水性を有する表面を疎水性に改質する。具体的には、例えばシラザンの雰囲気に晒すことにより、ガラス基板１６ａの表面に疎水性領域１６ｂを形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、図１に示すレーザパターニング装置を使用して、抜型パターンの形状となるように疎水性領域１６ｂに局所的にレーザ光を照射する。これにより、レーザ光が照射された領域の疎水性領域１６ｂが例えば蒸発することにより除去され、親水性領域１６ｃとなる。なお、図６（ｂ）では疎水性領域１６ｂの側からレーザ光を照射しているが、ガラス基板１６ａの側から照射することとしてもよい。
【００６７】
次に、図６（ｃ）に示すように、疎水性領域１６ｂ及び親水性領域１６ｃの上にブラックインク１６ｄを塗布する。ブラックインク１６ｄは、疎水性領域１６ｂの上ではブラックインクの層が形成されやすく（親インク性）親水性領域１６ｃではブラックインクの層が形成されにくい（撥インク性）性質のものを使用する。なお、本実施形態においては、ガラス基板１６ａが親水性であるため、カラーフィルタを構成するカラーインク（図示せず）は親水性のものが用いられる。そのため、ブラックインクは、互いに隣接する領域のカラーインクがブラックインクを乗り越えて混ざり合わないように疎水性のものを使用する。
【００６８】
次に、図６（ｄ）に示すように、基板全体を傾斜させると共にブローワー１６ｅで吹くことにより、疎水性領域１６ｂの上だけブラックインク１６ｄを残し、親水性領域１６ｃの上からブラックインク１６ｄを取り除く。なお、この際基板上から取り除かれたブラックインクは回収される。次に、図６（ｅ）に示すように、基板上に残ったブラックインク１６ｄをヒーター１６ｆで加熱して固化させる。以上により、所望のパターンのブラックマトリクスが得られる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態においては、図１に示すレーザパターニング装置を使用して、ガラス基板上に疎水性領域１６ｂ及び親水性領域１６ｃ、即ち親インク性領域と撥インク性領域とを設ける。その後、ブラックインクを塗布した後に撥インク性領域からブラックインクを回収し、親インク性領域に形成されたブラックインクによりブラックマトリクスを形成する。これにより、従来のブラックマトリクス形成方法に比べて、ブラックインクの使用量が少なくなるため、製造コストを低減させることができる。また、例えば露光技術による形成方法と比べて工程を簡略化することができる。なお、ガラスを親水性から疎水性に変える改質材は、ブラックインクに比べれば、極めて薄く、極めて安価である。
【００７０】
なお、上述の本実施形態においては、疎水性を有する表面において親インク性を有するブラックインクを使用することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態の形成方法でブラックマトリクスを形成するためには、形成部の表面が領域によって親インク性又は撥インク性を示していればよい。例えば、形成される基板表面等の条件によっては、親水性を有する表面において親インク性を有し、疎水性を有する表面において撥インク性を有するブラックインクを使用することとしてもよい。
【００７１】
また、上述の本実施形態においては、疎水性領域１６ｂに局所的にレーザ光を照射して疎水性領域１６ｂを除去することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。親インク性表面を撥インク性表面に変化させる手法、又はその逆の変化をさせる手法であればよい。例えば、疎水性領域１６ｂの膜を化学変化させることにより表面を親水性（本実施形態では撥インク性）に変化させることとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、例えば液晶ディスプレイ用カラーフィルタに好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザパターニング装置の構成を示す図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態の抜型４を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による拡大断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１の実施形態の試料１０１を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による拡大断面図である。
【図４】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係るブラックマトリクス形成方法を工程順に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るブラックマトリクス形成方法の効果を説明する図である。
【図６】（ａ）乃至（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係るブラックマトリクス形成方法を工程順に示す断面図である。
【図７】（ａ）乃至（ｈ）は露光技術によるブラックマトリクス形成方法を工程順に示す断面図である。
【図８】特許文献１に開示されたレーザパターニング装置の構成を示す斜視図である。
【図９】（ａ）乃至（ｄ）は特許文献１に開示されたレーザパターニング装置による加工方法を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１；複数のファイバを備えた光源
２；凹レンズアレイ
３；拡大結像光学系
４；抜型
４ａ；ガラス基板
４ｂ；反射防止コート
４ｃ；反射防止コート
４ｄ；反射型回折格子
５；抜型駆動用ｘｙステージ
６；不要光吸収器
７；不要光吸収器
８；縮小結像光学系
９；ビームスプリッタ
１０；オートフォーカス及び観察の光学系
１１；試料駆動用ｘｙステージ
１２；滑車
１３；帯状紙
１４；位置読取器
１５；制御器
１６ａ；ガラス基板
１６ｂ；疎水性領域
１６ｃ；親水性領域
１６ｄ；ブラックインク
１６ｅ；ブローワー
１６ｆ；ヒーター
１７；レンズ
１８；赤外光
２１；照明光学系
２２；加工光学系
１０１；試料
１０１ａ；透明な基板
１０１ｂ；不透明な膜
１０２ａ；ガラス基板
１０２ｂ；ブラックインク
１０２ｃ；ヒーター
１０３ａ；ガラス基板
１０３ｂ；ブラックインク
１０３ｃ；ヒーター
１０３ｄ；フォトレジスト
１０３ｅ；ヒーター
１０３ｆ；露光機
１０３ｇ；フォトマスク
１０４；ブラックマトリクス
１０４ａ；ガラス基板
１０４ｂ；ブラックインク
１０４ｃ；スプラッシュ
１０５；レンズ
１０６；紫外光
１０７；ブラックマトリクス
１０７ａ；ガラス基板
１０７ｂ；ブラックインク
１０７ｃ；スプラッシュ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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