レーザ加工方法とレーザ加工装置
【課題】
基板の大型化による新たな問題を解決できるレーザ加工方法とレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】
レーザ加工方法は、（ａ）３次元微小形状アレイを形成するための複数の開口を第１の方向に並べた開口列を、第２の方向に複数列並べたマスクを準備する工程と、（ｂ）加工対象物を第１の方向に走査し、開口列を介してレーザ光を照射し、アブレーションにより、第１の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、（ｃ）加工対象物を第２の方向に平行移動し、マスクの下方に第２の加工領域を配置する工程と、（ｄ）第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタし、形成された３次元微小形状とマスクの位置を制御しつつ、加工対象物を第１の方向に走査し、開口列を介してレーザ光を照射し、アブレーションにより、第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、を含む。
基板の大型化による新たな問題を解決できるレーザ加工方法とレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】
レーザ加工方法は、（ａ）３次元微小形状アレイを形成するための複数の開口を第１の方向に並べた開口列を、第２の方向に複数列並べたマスクを準備する工程と、（ｂ）加工対象物を第１の方向に走査し、開口列を介してレーザ光を照射し、アブレーションにより、第１の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、（ｃ）加工対象物を第２の方向に平行移動し、マスクの下方に第２の加工領域を配置する工程と、（ｄ）第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタし、形成された３次元微小形状とマスクの位置を制御しつつ、加工対象物を第１の方向に走査し、開口列を介してレーザ光を照射し、アブレーションにより、第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法とレーザ加工装置に関し、特にメートルオーダの対象物に微小形状をレーザ加工するのに適したレーザ加工方法とレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小寸法のレンズ（マイクロレンズ）を平面上に並べたマイクロレンズアレイが知られている。光ファイバ通信においては、例えば発光装置から出射する光を効率的に光ファイバに結合し、光ファイバから発射する光を効率的に受光装置に結合するためにマイクロレンズが用いられる。複数の光ファイバと受発光装置群との接続部にはマイクロレンズアレイが用いられる。ガラス基板上にレジストなどでレンズ形状を作成し、異方性エッチングでガラス基板をエッチングすると、レジスト材料のレンズ形状がガラス基板に転写され、マイクロレンズアレイが形成される。
【０００３】
デジタルカメラにおいては、多数の受光素子の周囲に電荷転送機構や電荷読み出し機構が形成される。入射光が受光領域以外に入射するとノイズの原因となる。そこで、受光領域の周囲は遮光膜で覆われる。入射光を効率的に受光領域に入射させるため半導体撮像装置上に、マイクロレンズアレイが配置される。例えば、平坦化膜上のレジスト膜を露光現像して各画素上に円形のレジストパターンを作成し、軟化させて表面張力によって球面を形成する。球面を固化させることによりマイクロレンズアレイ（オンチップマイクロレンズ）が形成できる。
【０００４】
液晶表示装置は、多数の画素を含む。アクティブマトリックス液晶表示装置は、各画素電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び配線を有するアクティブマトリックス基板とカラーフィルタと共通電極を有するコモン電極基板との間に液晶層を挟んだ構成を有する。混色を防止する等のため、各画素の透光領域に対応するカラーフィルタ以外の領域にはブラックマトリックスが配置される。ブラックマトリックスに入射する光は、無効光となり、表示には使われない。各画素上にマイクロレンズを配置して、入射光を光透過領域に集光させれば、光利用効率を向上することができる。特に画面の明るさを実現するために高強度の入射光を用いるリアプロジェクション液晶表示装置や、電力効率の向上が望まれる、携帯機器用液晶表示装置において、光利用効率の向上が望まれる。またマイクロレンズを用いて出射光の指向性を調整することもできる。
【０００５】
特開平１１−２１６５７８号は、ガラス基板上に銅製のメッシュパターンを密着し、レーザ光を用いてアブレーションを生じさせて、メッシュパターンに囲まれた領域に凹部を形成し、凹部に高屈折率樹脂を充填することで平板型のマイクロレンズアレイを形成することを提案している。
【０００６】
特開２００５−１３１９４０号は、マイクロレンズアレイを形成するための母型をアブレーションで基板表面に形成するため、所望形状のマイクロレンズアレイ母型を複数の高さで切った形状を反映した複数のマスクを形成し、基板表面に、多重露光のアブレーションを行なうことにより３次元形状を有する凹部を形成することを提案している。階調数の選択とアブレーション時の温度の選択により、滑らかな面が形成できる。マスクの損傷を防ぐため、ビームサイズを拡大してマスクを透過させ、スポットサイズを縮小して基板表面に照射する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２１６５７８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３１９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、製造コスト削減のため、液晶表示装置の製造プロセスにおける基板は大型化している。μレンズアレイを形成する基板も大型化することが望まれる。大型基板を用いてレーザ加工プロセスを行なうと新たな問題が発生した。
【０００９】
本発明の目的は、基板の大型化による新たな問題を解決できるレーザ加工方法とレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１観点によれば、
（ａ）３次元微小形状アレイを形成するための、形状の変化する複数の開口を第１の方向に第１の縦ピッチで並べた開口列を、前記第１の方向と交差する第２の方向に第１の横ピッチで複数列並べたマスクを準備する工程と、
（ｂ）加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記加工対象物の第１の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
（ｃ）前記マスクと前記加工対象物の相対位置を前記第２の方向に平行移動し、前記マスクの下方に前記加工対象物の第２の加工領域を配置する工程と、
（ｄ）前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタし、前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状と前記マスクとの相対位置が所定値になるように、前記マスクの位置を制御しつつ、前記加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
を含むレーザ加工方法
が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、
加工対象物を載置し、Ｘ方向、Ｙ方向に移動できるステージと、
マスクを載置するマスク支持機構と、
レーザ光源と、
マスクを介して、前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上に照射する光学系と、
前記加工対象物の加工予定領域に隣接する領域をモニタできる撮像装置と、前記撮像装置がモニタした画面から加工された領域の位置を抽出し、前記加工された領域の位置の平均値を算出できる処理回路とを含むモニタ機構と、
前記モニタ機構からの信号に基づき、マスクの位置を制御できる制御機構と、
を有するレーザ加工装置
が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
既に形成した３次元微小形状の位置を基準として、新たな３次元微小形状を形成するので、高精度に分布した３次元微小形状アレイが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
液晶表示装置の画素は、例えば約１００μｍオーダの大きさを有する。人間の視覚上、１００μｍ平方のドットの集まりは、連続的に見える。
【００１４】
図５Ａは、液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。液晶セルＬＣＣは、２枚の対向ガラス基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２を含む。第１のガラス基板ＳＵＢ１の上には、各画素に薄膜トランジスタＴＦＴと画素電極ＰＥが形成されている。薄膜トランジスタには配線Ｌが接続されている。表面上には配向膜ＯＦ１が形成される。第２のガラス基板ＳＵＢ２上には、共通電極ＣＥが形成され、その上に各画素に対応して赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ等のカラーフィルタＣＦが形成され、画素の境界領域、薄膜トランジスタＴＦＴはブラックマトリックスＢＭで覆われれる。表面には配向膜ＯＦ２が形成される。２枚のガラス基板を対向させ、その間に液晶層ＬＣが狭持される。光源ＬＳからの光が、第１偏光子Ｐ１を透過し、μレンズアレイμＬＡで集光され、液晶セルの各画素の光透過領域に照射される。液晶セルＬＣＣを透過した光は、第２の偏光子Ｐ２を透過して出射される。
【００１５】
μレンズアレイμＬＡは、ブラックマトリックスに入射しようとする光を、光透過領域に向けることにより、光利用効率を向上させることができる。μレンズは出射光の指向性を調整するためにも使うことができる。液晶表示装置の画素は、１００μｍオーダの大きさを有するので、μレンズ表面の高低差も数十μｍが必要となる。このようなμレンズは、レジストで作成することは困難である。
【００１６】
本発明者は、レーザアブレーションでポリイミド基板にマイクロレンズ母型アレイを形成することを検討した。凸レンズのμレンズを作るためには、凹面の母型を作り、μレンズ層に転写すればよい。
【００１７】
図５Ｂに示すように、所望の凹面を配列したμレンズアレイ母型Ｍを作成し、必要に応じて表面を保護膜ＰＦで覆い、表面上で樹脂を溶融、固化させることにより、μレンズアレイμＬＡを得る。レーザアブレーションし易い基板材料として、例えばポリイミド基板、ポリカーボネート基板等を用いることができる。レーザとしては出力の大きいエキシマレーザが適しているであろう。液晶表示装置のガラス基板は、生産効率向上、コスト削減のため近年大型化している。μレンズアレイ用基板も大型化が求められ、少なくとも１辺１ｍ位の矩形形状であることが望まれる。作成するμレンズは、画素に対応する寸法、１００μｍオーダ、を有し、例えば５％の位置精度を実現するには、５μｍ程度の位置精度が要求される。
【００１８】
図６Ａは、予備試験に用いたレーザ加工装置の構成を示す概略断面図である。エキシマレーザ１から出射するレーザ光は、照射光学系２を介してマスク支持機構３上に支持されたマスク４上に照射される。マスク４は、レンズ形状をアブレーションするための開口列を複数列有する。マスク４を透過したレーザ光は、結像光学系５を介して、ステージ８上に指示されたμレンズ母型アレイ基板９に照射される。ステージ８はＸＹステージであり、Ｘステージ７の上にＹステージ６が載置された構造を有する。例えば基板をＹ方向に走査してある幅の加工領域を加工した後、Ｘ方向に移動され、隣の加工領域を加工する。
【００１９】
小型の基板を加工したときは微小３次元形状を高い位置精度で加工できた。ところが、ｍオーダの大型の基板を大型のステージを用いて加工すると、微小３次元形状を高い位置精度で配置することができない。列間に不均一なギャップが生じてしまう。この原因を考察した。
【００２０】
図６Ｂはステージの構造を概略的に示す平面図である。ガイドＧ１，Ｇ２にエアーベアリングＡＢを介してステージＳＴが支持されている。ステージＳＴは、駆動されて、ガイドＧ１，Ｇ２に沿って移動する。Ｘステージ、Ｙステージ共に同様の構成を有する。ガイドＧ１，Ｇ２は、小型であれば精度が高い。大型になると、うねりを避けることはきわめて難しい。ガイドのうねりは、Ｘステージ、Ｙステージ両者に生じる。エアーベアリングＡＢは対象物をガイドから浮遊させた状態で支持する。エアーギャップは、働く力に応じて変化してしまう。従って、大型のステージに加工対象物を載置し、長距離を駆動する時、走査方向の位置はレーザ干渉計を用いて高精度に制御できても、横方向の変位を避けることは難しい。１回の１方向走査であれば、横方向の変位は３μｍ〜４μｍ程度に抑えられる。この程度の変位は許容できる。しかし、Ｙ方向に加工を行い、加工領域を移すため、Ｘ方向にある距離以上移動させた後、再びＹ方向に加工すると隣接する列間のうねりは異なるものとなり、列間に不均一なギャップが生じてしまう。μレンズ母型基板のポリイミド基板はマーカを有さない。従って、マーカによって横位置を調整しつつ、基板を駆動することはできない。
【００２１】
図６Ｃは、縦方向に複数列を加工し、横方向に位置をずらし、再び縦方向に複数列の加工を行なった時の列トレースの例を概略的に示す。複数列の組間のピッチが緩やかに変化し、広いギャップが不均一に発生している。
【００２２】
ｍオーダのステージの面内横方向精度は２０μｍ〜５０μｍが限界である。１００μｍのパターンが、２０μｍ〜５０μｍずれてしまうと目的の高精度が実現できなくなる。
【００２３】
図１Ａは、本発明の実施例によるレーザ加工装置の構成を概略的に示す斜視図である。エキシマレーザ光源１から出射するレーザ光は、照射光学系２でビーム形状、強度分布を調整され、マスク支持機構３上に支持されたマスク４に入射する。マスク支持機構３は、２段構成を有し、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動可能である。さらに、マスク４をＸ方向、Ｙ方向に駆動できるＸ方向ピエゾ駆動機構Ｐｘ，Ｙ方向ピエゾ駆動機構Ｐｙを備える。マスク支持機構３の下方には結像光学系５が配置され、マスク４を透過したエキシマレーザ光を加工対象物（μレンズ母型アレイ基板）９表面上に結像することができる。結像光学系５はピエゾフォーカス機構ＰＦを備え、結像光学系を光路方向に±１００μｍ程度駆動し、焦点位置を調整できる。加工対象物９は、図６Ａに示したようなＸステージ７、Ｙステージ６を有するステージ８に載置される。
【００２４】
結像光学系の側方に、それぞれある領域を撮像できるＣＣＤカメラを含むモニタ撮像装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５が走査方向に沿って直線上に配置されている。モニタ撮像装置Ｍ３が、走査方向に関して結像位置の側方に配置される。順方向、逆方向いずれの走査を行なっても、加工前に加工領域の側方をモニタすることができる。加工位置に関して走査方向の前後に、加工対象物表面の高さを測定できるハイトセンサＨＳ１，ＨＳ２も配置されている。順方向、逆方向いずれの走査を行なっても、加工前に加工領域の高さをモニタすることができる。
【００２５】
制御機構１０は、コンピュータを含み、モニタ撮像装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５、ハイトセンサＨＳ１，ＨＳ２からの信号を受け、演算処理を行い、ステージ８、ピエゾ駆動機構Ｐｘ，Ｐｙ，ピエゾフォーカス機構ＦＡ等に対する制御信号を発生する。
【００２６】
図１Ｂは、実施例によるレーザ加工工程を概略的に示すフローチャートである。ステップＳ１で第１領域を列方向（Ｙ方向）に加工する。
【００２７】
図２Ａは、マスク４の簡略化した構成例を示す。窓領域Ｗが縦方向（Ｙ方向）、横方向（Ｘ方向）に１６行、１６列に行列状に配置されている。Ｗの第１添字は０から１６（ｆ）の行番号を示し、Ｗの第２添字は０から１６（ｆ）の列番号を示す。列方向に並んだ１６の窓領域は同一領域に多重照射される。行方向に並んだ１６の窓領域は同一形状を有し、行方向に並んだ複数の３次元微小形状を同時に作成する。従って、各列は同等の構成を有する。
【００２８】
図２Ｂは、窓領域Ｗ内の簡略化した構成を概略的に示す。各窓領域Ｗは、３×３の小領域に分割され、中央の小領域に開口ＡＰが形成されている。小領域の寸法は１００μｍ×１００μｍである。開口ＡＰは、縦、横３００μｍピッチで配置されている。パルス発振エキシマレーザが発振周波数３００Ｈｚである場合、約３．３ｍｓｅｃで加工対象物をＹ方向に３００μｍ（秒速９０ｍｍ）駆動することになる。発振周波数が２００Ｈｚであれば、秒速は６０ｍｍとなる。図示の開口は第１行から第１６行まで次第に大きくなる円形開口である。これらの円形開口は、所望の３次元形状を深さ方向で１６等分する面で切り取った形状である。最大深さ５０μｍの場合、１回のアブレーションで深さ約３μｍの掘り下げを行なう。
【００２９】
図２Ｃに示すように、マスクを透過したエキシマレーザ光をポリイミド基板９の同一領域に照射すると、多重アブレーションにより、中央部で深く、半径方向に従って浅くなる３次元微小球状凹部（μレンズ母型）が形成される。
【００３０】
図２Ｂに示すマスクを用いた場合、形成されるμレンズ母型間には加工パターンの２倍の幅の空領域が残る。
【００３１】
図１Ｃに示すように、サブルーチンのステップＲ１で一回の列方向加工を行なった後、ステップＲ２で横方向にパターン幅（１００μｍ）に相当する小移動を行なう。続いて、ステップＲ３の列方向加工をステップＲ１同様に行なう。
【００３２】
Ｘ方向小移動は、例えばＸステージを駆動して行なう。Ｘステージの駆動を行なっても、移動距離が小さいので、次のＹ方向走査で生じるＸ方向変位（うねりの変化）は、３μｍ〜４μｍ程度の抑えられる。
【００３３】
Ｘ方向移動は、より好ましくは、マスクの移動で行う、さらに好ましくはＸ方向ピエゾ駆動機構Ｐｘでマスクを駆動することで行なう。Ｘステージ７を移動させることなくＸ方向移動を行なえば、次のＹ方向走査をほぼ前のＹ方向走査と同一条件で行うことができる。
【００３４】
ステップＲ３の後、空領域がなくなって領域内の加工が終了したか否かを判断する。終了していない時はステップＲ２に戻る。終了していれば、エンドとし、次のステップＳ２に進む。
【００３５】
ステップＳ２では、第１の加工領域から第２の加工領域に横方向（Ｘ方向）移動を行なう。図２Ａのマスクの場合、加工領域の幅は１００μｍ×３×１６＝４．８ｍｍ（より正確には１００μｍ×（３×１５＋１）＝４．６ｍｍ）であり、４ｍｍ以上の移動を行なう。ｍｍオーダの移動はステージで行なう。Ｘステージをｍｍオーダで移動すると、ヨーイングの条件は変化してしまう。このまま、次の加工を行なうと予備実験の失敗を繰り返すことになる。
【００３６】
ステップＳ３では、第１領域に既に形成した２次元微小形状を撮像モニタで複数列モニタし、Ｘ方向位置の平均値を算出し、この平均値に基づいて第２領域内の加工位置を定め、列方向加工を行なう。走査方向の上流側の２つの撮像モニタ、側方の１つの撮像モニタを用いることにより、横方向変位を予測して、予測制御を行なうと共に、実際の横方向変位を測定してフィードバックを掛けることができる。なお、図２Ｂでは、各窓領域Ｗが３×３の小領域を有し、中央の１つの小領域が開口ＡＰを有するとした。行方向に関しては、小移動を行い、開口間の領域も走査する。列方向に関しては開口を中央列の各小領域に配置することができる。
【００３７】
図２Ｄが、実用的な開口配置を示す。各窓領域が３列の小列領域に分割され、中央の小列領域には３つの同等な開口が配置される。これら３つの開口は、列方向に沿った３つに位置に同等の加工を生じさせる。結果として、全ての１００μｍ×１００μｍの小領域に同等の微小形状を形成することができる。
【００３８】
図３は、走査中の横方向制御を概略的に示す平面図である。加工領域Ｓ０は、加工済みの領域であり、３次元微小形状が規則的に分布して形成されている。次の加工領域Ｓ１を加工する時、隣接する加工領域Ｓ０の加工済みの３次元微小形状の位置をモニタして、横（Ｘ）位置の平均値を取る。位置の平均値を取ることにより、加工領域Ｓ０の複数の走査における誤差を平均化し、位置精度を向上することができる。加工領域Ｓ０の列と加工領域Ｓ１の列とが高位置精度で配置されるよう、マスクの横方向位置を制御する。ステージを高精度に駆動するには、時間を要するが、軽量のマスクの駆動は短時間で行なえる。高速のフィードフォワードを行ないつつ、走査を行なえるので、高精度の横（Ｘ）方向制御が行なえる。横方向位置を小移動して複数回の走査Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を行なう。
【００３９】
第１回の列（Ｙ）方向走査を行った時、好ましくはその制御量を記憶しておく。横方向の小移動を行い、次の列方向加工を行なう。第２回以降の走査を、第１回の走査同様に撮像装置のモニタを利用しつつ行なってもよいが、第１回の走査の制御量を繰り返し用いればより簡単である。小移動の横（Ｘ）方向移動距離が小さければ、変位量は許容範囲内である。
【００４０】
ステージが大型化すると、加工対照面の高さを一定にすることも困難になる、場所的に加工面の高さが変化するとレーザ光の結像条件が変化して加工精度が影響を受ける。加工対象面の高さをハイトセンサでモニタし、フォーカス条件を予測制御することが好ましい。
【００４１】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、加工対象物を保持する機構は、ＸＹステージに限らない。
【００４２】
図４Ａはドラムステージの構成を概略的に示す。ガイドＧ１，Ｇ２に保持されたＸ方向移動部に、ドラムステージＤＳが回転可能に保持される。ドラムステージＤＳを回転すると、加工領域のＹ方向移動が行なえる。ガイドＧ１，Ｇ２に沿って横方向移動を行なうとＸ方向移動を行なえる。Ｙ方向走査を繰り返し行なう場合、ドラムステージＤＳは一定方向の回転のみを行なえばよい。作成するレンズは球面レンズに限らない。非球面レンズを作成することもできる。
【００４３】
図４Ｂは、楕円レンズを作成する場合を概略的に示す各画素が長方形の場合、画素の形状に併せた楕円レンズを用いることが好ましい。
【００４４】
さらに、加工する３次元微小形状は、μレンズアレイに限らない。３次元微小形状を分布配置する加工対象であればよい。窓領域の走査（Ｙ）方向ピッチと開口ピッチとが、１：ｎの関係の場合、１窓領域にｎ個の開口を配置する。図２Ｄの場合は、１：ｎ＝１：３であり、図４Ｂの場合は、１：ｎ＝１：１である。
【００４５】
その他種々の変更、改良、置換、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１Ａは、実施例によるレーザ加工装置の斜視図、図１Ｂ、１Ｃは実施例によるレーザ加工方法のフローチャートである。
【図２】図２Ａは、実施例に用いるマスクの形状を示す概略平面図、図２Ｂは簡略化された開口配置を示す平面図、図２Ｃは、図２Ａ，２Ｂのマスクを用いて形成される３次元微小形状の概略断面図、図２Ｄは、より実用的な開口例を示す平面図である。
【図３】図３は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための加工対象物の概略平面図である。
【図４】図４Ａ，４Ｂは、変形例によるドラムステージ、楕円レンズの概略平面図である。
【図５】図５Ａ，５Ｂは、液晶表示装置の例の概略断面図、μレンズ母型アレイとμレンズアレイとの概略断面図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは予備実験に用いたレーザ加工装置の構成を概略低に示す断面図と平面図、図６Ｃは加工形状の不均一分布を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ エキシマレーザ光源
２ 照射光学系
３ マスク
４ マスク支持機構
５ 結像光学系
６ Ｙステージ
７ Ｘステージ
８ ステージ
９ 加工対象物（μレンズ母型アレイ基板）
１０ 制御機構
Ｍ 撮像モニタ
ＨＳ ハイトセンサ
ＦＡ ピエゾフォーカス機構
Ｐ ピエゾ駆動機構
Ｗ 窓領域
ＡＰ 開口
Ｇ ガイド
ＳＴ ステージ
ＡＢ エアーベアリング
ＤＳ ドラムステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法とレーザ加工装置に関し、特にメートルオーダの対象物に微小形状をレーザ加工するのに適したレーザ加工方法とレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小寸法のレンズ（マイクロレンズ）を平面上に並べたマイクロレンズアレイが知られている。光ファイバ通信においては、例えば発光装置から出射する光を効率的に光ファイバに結合し、光ファイバから発射する光を効率的に受光装置に結合するためにマイクロレンズが用いられる。複数の光ファイバと受発光装置群との接続部にはマイクロレンズアレイが用いられる。ガラス基板上にレジストなどでレンズ形状を作成し、異方性エッチングでガラス基板をエッチングすると、レジスト材料のレンズ形状がガラス基板に転写され、マイクロレンズアレイが形成される。
【０００３】
デジタルカメラにおいては、多数の受光素子の周囲に電荷転送機構や電荷読み出し機構が形成される。入射光が受光領域以外に入射するとノイズの原因となる。そこで、受光領域の周囲は遮光膜で覆われる。入射光を効率的に受光領域に入射させるため半導体撮像装置上に、マイクロレンズアレイが配置される。例えば、平坦化膜上のレジスト膜を露光現像して各画素上に円形のレジストパターンを作成し、軟化させて表面張力によって球面を形成する。球面を固化させることによりマイクロレンズアレイ（オンチップマイクロレンズ）が形成できる。
【０００４】
液晶表示装置は、多数の画素を含む。アクティブマトリックス液晶表示装置は、各画素電極と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び配線を有するアクティブマトリックス基板とカラーフィルタと共通電極を有するコモン電極基板との間に液晶層を挟んだ構成を有する。混色を防止する等のため、各画素の透光領域に対応するカラーフィルタ以外の領域にはブラックマトリックスが配置される。ブラックマトリックスに入射する光は、無効光となり、表示には使われない。各画素上にマイクロレンズを配置して、入射光を光透過領域に集光させれば、光利用効率を向上することができる。特に画面の明るさを実現するために高強度の入射光を用いるリアプロジェクション液晶表示装置や、電力効率の向上が望まれる、携帯機器用液晶表示装置において、光利用効率の向上が望まれる。またマイクロレンズを用いて出射光の指向性を調整することもできる。
【０００５】
特開平１１−２１６５７８号は、ガラス基板上に銅製のメッシュパターンを密着し、レーザ光を用いてアブレーションを生じさせて、メッシュパターンに囲まれた領域に凹部を形成し、凹部に高屈折率樹脂を充填することで平板型のマイクロレンズアレイを形成することを提案している。
【０００６】
特開２００５−１３１９４０号は、マイクロレンズアレイを形成するための母型をアブレーションで基板表面に形成するため、所望形状のマイクロレンズアレイ母型を複数の高さで切った形状を反映した複数のマスクを形成し、基板表面に、多重露光のアブレーションを行なうことにより３次元形状を有する凹部を形成することを提案している。階調数の選択とアブレーション時の温度の選択により、滑らかな面が形成できる。マスクの損傷を防ぐため、ビームサイズを拡大してマスクを透過させ、スポットサイズを縮小して基板表面に照射する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２１６５７８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３１９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、製造コスト削減のため、液晶表示装置の製造プロセスにおける基板は大型化している。μレンズアレイを形成する基板も大型化することが望まれる。大型基板を用いてレーザ加工プロセスを行なうと新たな問題が発生した。
【０００９】
本発明の目的は、基板の大型化による新たな問題を解決できるレーザ加工方法とレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１観点によれば、
（ａ）３次元微小形状アレイを形成するための、形状の変化する複数の開口を第１の方向に第１の縦ピッチで並べた開口列を、前記第１の方向と交差する第２の方向に第１の横ピッチで複数列並べたマスクを準備する工程と、
（ｂ）加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記加工対象物の第１の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
（ｃ）前記マスクと前記加工対象物の相対位置を前記第２の方向に平行移動し、前記マスクの下方に前記加工対象物の第２の加工領域を配置する工程と、
（ｄ）前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタし、前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状と前記マスクとの相対位置が所定値になるように、前記マスクの位置を制御しつつ、前記加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
を含むレーザ加工方法
が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、
加工対象物を載置し、Ｘ方向、Ｙ方向に移動できるステージと、
マスクを載置するマスク支持機構と、
レーザ光源と、
マスクを介して、前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上に照射する光学系と、
前記加工対象物の加工予定領域に隣接する領域をモニタできる撮像装置と、前記撮像装置がモニタした画面から加工された領域の位置を抽出し、前記加工された領域の位置の平均値を算出できる処理回路とを含むモニタ機構と、
前記モニタ機構からの信号に基づき、マスクの位置を制御できる制御機構と、
を有するレーザ加工装置
が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
既に形成した３次元微小形状の位置を基準として、新たな３次元微小形状を形成するので、高精度に分布した３次元微小形状アレイが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
液晶表示装置の画素は、例えば約１００μｍオーダの大きさを有する。人間の視覚上、１００μｍ平方のドットの集まりは、連続的に見える。
【００１４】
図５Ａは、液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。液晶セルＬＣＣは、２枚の対向ガラス基板ＳＵＢ１，ＳＵＢ２を含む。第１のガラス基板ＳＵＢ１の上には、各画素に薄膜トランジスタＴＦＴと画素電極ＰＥが形成されている。薄膜トランジスタには配線Ｌが接続されている。表面上には配向膜ＯＦ１が形成される。第２のガラス基板ＳＵＢ２上には、共通電極ＣＥが形成され、その上に各画素に対応して赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂ等のカラーフィルタＣＦが形成され、画素の境界領域、薄膜トランジスタＴＦＴはブラックマトリックスＢＭで覆われれる。表面には配向膜ＯＦ２が形成される。２枚のガラス基板を対向させ、その間に液晶層ＬＣが狭持される。光源ＬＳからの光が、第１偏光子Ｐ１を透過し、μレンズアレイμＬＡで集光され、液晶セルの各画素の光透過領域に照射される。液晶セルＬＣＣを透過した光は、第２の偏光子Ｐ２を透過して出射される。
【００１５】
μレンズアレイμＬＡは、ブラックマトリックスに入射しようとする光を、光透過領域に向けることにより、光利用効率を向上させることができる。μレンズは出射光の指向性を調整するためにも使うことができる。液晶表示装置の画素は、１００μｍオーダの大きさを有するので、μレンズ表面の高低差も数十μｍが必要となる。このようなμレンズは、レジストで作成することは困難である。
【００１６】
本発明者は、レーザアブレーションでポリイミド基板にマイクロレンズ母型アレイを形成することを検討した。凸レンズのμレンズを作るためには、凹面の母型を作り、μレンズ層に転写すればよい。
【００１７】
図５Ｂに示すように、所望の凹面を配列したμレンズアレイ母型Ｍを作成し、必要に応じて表面を保護膜ＰＦで覆い、表面上で樹脂を溶融、固化させることにより、μレンズアレイμＬＡを得る。レーザアブレーションし易い基板材料として、例えばポリイミド基板、ポリカーボネート基板等を用いることができる。レーザとしては出力の大きいエキシマレーザが適しているであろう。液晶表示装置のガラス基板は、生産効率向上、コスト削減のため近年大型化している。μレンズアレイ用基板も大型化が求められ、少なくとも１辺１ｍ位の矩形形状であることが望まれる。作成するμレンズは、画素に対応する寸法、１００μｍオーダ、を有し、例えば５％の位置精度を実現するには、５μｍ程度の位置精度が要求される。
【００１８】
図６Ａは、予備試験に用いたレーザ加工装置の構成を示す概略断面図である。エキシマレーザ１から出射するレーザ光は、照射光学系２を介してマスク支持機構３上に支持されたマスク４上に照射される。マスク４は、レンズ形状をアブレーションするための開口列を複数列有する。マスク４を透過したレーザ光は、結像光学系５を介して、ステージ８上に指示されたμレンズ母型アレイ基板９に照射される。ステージ８はＸＹステージであり、Ｘステージ７の上にＹステージ６が載置された構造を有する。例えば基板をＹ方向に走査してある幅の加工領域を加工した後、Ｘ方向に移動され、隣の加工領域を加工する。
【００１９】
小型の基板を加工したときは微小３次元形状を高い位置精度で加工できた。ところが、ｍオーダの大型の基板を大型のステージを用いて加工すると、微小３次元形状を高い位置精度で配置することができない。列間に不均一なギャップが生じてしまう。この原因を考察した。
【００２０】
図６Ｂはステージの構造を概略的に示す平面図である。ガイドＧ１，Ｇ２にエアーベアリングＡＢを介してステージＳＴが支持されている。ステージＳＴは、駆動されて、ガイドＧ１，Ｇ２に沿って移動する。Ｘステージ、Ｙステージ共に同様の構成を有する。ガイドＧ１，Ｇ２は、小型であれば精度が高い。大型になると、うねりを避けることはきわめて難しい。ガイドのうねりは、Ｘステージ、Ｙステージ両者に生じる。エアーベアリングＡＢは対象物をガイドから浮遊させた状態で支持する。エアーギャップは、働く力に応じて変化してしまう。従って、大型のステージに加工対象物を載置し、長距離を駆動する時、走査方向の位置はレーザ干渉計を用いて高精度に制御できても、横方向の変位を避けることは難しい。１回の１方向走査であれば、横方向の変位は３μｍ〜４μｍ程度に抑えられる。この程度の変位は許容できる。しかし、Ｙ方向に加工を行い、加工領域を移すため、Ｘ方向にある距離以上移動させた後、再びＹ方向に加工すると隣接する列間のうねりは異なるものとなり、列間に不均一なギャップが生じてしまう。μレンズ母型基板のポリイミド基板はマーカを有さない。従って、マーカによって横位置を調整しつつ、基板を駆動することはできない。
【００２１】
図６Ｃは、縦方向に複数列を加工し、横方向に位置をずらし、再び縦方向に複数列の加工を行なった時の列トレースの例を概略的に示す。複数列の組間のピッチが緩やかに変化し、広いギャップが不均一に発生している。
【００２２】
ｍオーダのステージの面内横方向精度は２０μｍ〜５０μｍが限界である。１００μｍのパターンが、２０μｍ〜５０μｍずれてしまうと目的の高精度が実現できなくなる。
【００２３】
図１Ａは、本発明の実施例によるレーザ加工装置の構成を概略的に示す斜視図である。エキシマレーザ光源１から出射するレーザ光は、照射光学系２でビーム形状、強度分布を調整され、マスク支持機構３上に支持されたマスク４に入射する。マスク支持機構３は、２段構成を有し、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動可能である。さらに、マスク４をＸ方向、Ｙ方向に駆動できるＸ方向ピエゾ駆動機構Ｐｘ，Ｙ方向ピエゾ駆動機構Ｐｙを備える。マスク支持機構３の下方には結像光学系５が配置され、マスク４を透過したエキシマレーザ光を加工対象物（μレンズ母型アレイ基板）９表面上に結像することができる。結像光学系５はピエゾフォーカス機構ＰＦを備え、結像光学系を光路方向に±１００μｍ程度駆動し、焦点位置を調整できる。加工対象物９は、図６Ａに示したようなＸステージ７、Ｙステージ６を有するステージ８に載置される。
【００２４】
結像光学系の側方に、それぞれある領域を撮像できるＣＣＤカメラを含むモニタ撮像装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５が走査方向に沿って直線上に配置されている。モニタ撮像装置Ｍ３が、走査方向に関して結像位置の側方に配置される。順方向、逆方向いずれの走査を行なっても、加工前に加工領域の側方をモニタすることができる。加工位置に関して走査方向の前後に、加工対象物表面の高さを測定できるハイトセンサＨＳ１，ＨＳ２も配置されている。順方向、逆方向いずれの走査を行なっても、加工前に加工領域の高さをモニタすることができる。
【００２５】
制御機構１０は、コンピュータを含み、モニタ撮像装置Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５、ハイトセンサＨＳ１，ＨＳ２からの信号を受け、演算処理を行い、ステージ８、ピエゾ駆動機構Ｐｘ，Ｐｙ，ピエゾフォーカス機構ＦＡ等に対する制御信号を発生する。
【００２６】
図１Ｂは、実施例によるレーザ加工工程を概略的に示すフローチャートである。ステップＳ１で第１領域を列方向（Ｙ方向）に加工する。
【００２７】
図２Ａは、マスク４の簡略化した構成例を示す。窓領域Ｗが縦方向（Ｙ方向）、横方向（Ｘ方向）に１６行、１６列に行列状に配置されている。Ｗの第１添字は０から１６（ｆ）の行番号を示し、Ｗの第２添字は０から１６（ｆ）の列番号を示す。列方向に並んだ１６の窓領域は同一領域に多重照射される。行方向に並んだ１６の窓領域は同一形状を有し、行方向に並んだ複数の３次元微小形状を同時に作成する。従って、各列は同等の構成を有する。
【００２８】
図２Ｂは、窓領域Ｗ内の簡略化した構成を概略的に示す。各窓領域Ｗは、３×３の小領域に分割され、中央の小領域に開口ＡＰが形成されている。小領域の寸法は１００μｍ×１００μｍである。開口ＡＰは、縦、横３００μｍピッチで配置されている。パルス発振エキシマレーザが発振周波数３００Ｈｚである場合、約３．３ｍｓｅｃで加工対象物をＹ方向に３００μｍ（秒速９０ｍｍ）駆動することになる。発振周波数が２００Ｈｚであれば、秒速は６０ｍｍとなる。図示の開口は第１行から第１６行まで次第に大きくなる円形開口である。これらの円形開口は、所望の３次元形状を深さ方向で１６等分する面で切り取った形状である。最大深さ５０μｍの場合、１回のアブレーションで深さ約３μｍの掘り下げを行なう。
【００２９】
図２Ｃに示すように、マスクを透過したエキシマレーザ光をポリイミド基板９の同一領域に照射すると、多重アブレーションにより、中央部で深く、半径方向に従って浅くなる３次元微小球状凹部（μレンズ母型）が形成される。
【００３０】
図２Ｂに示すマスクを用いた場合、形成されるμレンズ母型間には加工パターンの２倍の幅の空領域が残る。
【００３１】
図１Ｃに示すように、サブルーチンのステップＲ１で一回の列方向加工を行なった後、ステップＲ２で横方向にパターン幅（１００μｍ）に相当する小移動を行なう。続いて、ステップＲ３の列方向加工をステップＲ１同様に行なう。
【００３２】
Ｘ方向小移動は、例えばＸステージを駆動して行なう。Ｘステージの駆動を行なっても、移動距離が小さいので、次のＹ方向走査で生じるＸ方向変位（うねりの変化）は、３μｍ〜４μｍ程度の抑えられる。
【００３３】
Ｘ方向移動は、より好ましくは、マスクの移動で行う、さらに好ましくはＸ方向ピエゾ駆動機構Ｐｘでマスクを駆動することで行なう。Ｘステージ７を移動させることなくＸ方向移動を行なえば、次のＹ方向走査をほぼ前のＹ方向走査と同一条件で行うことができる。
【００３４】
ステップＲ３の後、空領域がなくなって領域内の加工が終了したか否かを判断する。終了していない時はステップＲ２に戻る。終了していれば、エンドとし、次のステップＳ２に進む。
【００３５】
ステップＳ２では、第１の加工領域から第２の加工領域に横方向（Ｘ方向）移動を行なう。図２Ａのマスクの場合、加工領域の幅は１００μｍ×３×１６＝４．８ｍｍ（より正確には１００μｍ×（３×１５＋１）＝４．６ｍｍ）であり、４ｍｍ以上の移動を行なう。ｍｍオーダの移動はステージで行なう。Ｘステージをｍｍオーダで移動すると、ヨーイングの条件は変化してしまう。このまま、次の加工を行なうと予備実験の失敗を繰り返すことになる。
【００３６】
ステップＳ３では、第１領域に既に形成した２次元微小形状を撮像モニタで複数列モニタし、Ｘ方向位置の平均値を算出し、この平均値に基づいて第２領域内の加工位置を定め、列方向加工を行なう。走査方向の上流側の２つの撮像モニタ、側方の１つの撮像モニタを用いることにより、横方向変位を予測して、予測制御を行なうと共に、実際の横方向変位を測定してフィードバックを掛けることができる。なお、図２Ｂでは、各窓領域Ｗが３×３の小領域を有し、中央の１つの小領域が開口ＡＰを有するとした。行方向に関しては、小移動を行い、開口間の領域も走査する。列方向に関しては開口を中央列の各小領域に配置することができる。
【００３７】
図２Ｄが、実用的な開口配置を示す。各窓領域が３列の小列領域に分割され、中央の小列領域には３つの同等な開口が配置される。これら３つの開口は、列方向に沿った３つに位置に同等の加工を生じさせる。結果として、全ての１００μｍ×１００μｍの小領域に同等の微小形状を形成することができる。
【００３８】
図３は、走査中の横方向制御を概略的に示す平面図である。加工領域Ｓ０は、加工済みの領域であり、３次元微小形状が規則的に分布して形成されている。次の加工領域Ｓ１を加工する時、隣接する加工領域Ｓ０の加工済みの３次元微小形状の位置をモニタして、横（Ｘ）位置の平均値を取る。位置の平均値を取ることにより、加工領域Ｓ０の複数の走査における誤差を平均化し、位置精度を向上することができる。加工領域Ｓ０の列と加工領域Ｓ１の列とが高位置精度で配置されるよう、マスクの横方向位置を制御する。ステージを高精度に駆動するには、時間を要するが、軽量のマスクの駆動は短時間で行なえる。高速のフィードフォワードを行ないつつ、走査を行なえるので、高精度の横（Ｘ）方向制御が行なえる。横方向位置を小移動して複数回の走査Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を行なう。
【００３９】
第１回の列（Ｙ）方向走査を行った時、好ましくはその制御量を記憶しておく。横方向の小移動を行い、次の列方向加工を行なう。第２回以降の走査を、第１回の走査同様に撮像装置のモニタを利用しつつ行なってもよいが、第１回の走査の制御量を繰り返し用いればより簡単である。小移動の横（Ｘ）方向移動距離が小さければ、変位量は許容範囲内である。
【００４０】
ステージが大型化すると、加工対照面の高さを一定にすることも困難になる、場所的に加工面の高さが変化するとレーザ光の結像条件が変化して加工精度が影響を受ける。加工対象面の高さをハイトセンサでモニタし、フォーカス条件を予測制御することが好ましい。
【００４１】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、加工対象物を保持する機構は、ＸＹステージに限らない。
【００４２】
図４Ａはドラムステージの構成を概略的に示す。ガイドＧ１，Ｇ２に保持されたＸ方向移動部に、ドラムステージＤＳが回転可能に保持される。ドラムステージＤＳを回転すると、加工領域のＹ方向移動が行なえる。ガイドＧ１，Ｇ２に沿って横方向移動を行なうとＸ方向移動を行なえる。Ｙ方向走査を繰り返し行なう場合、ドラムステージＤＳは一定方向の回転のみを行なえばよい。作成するレンズは球面レンズに限らない。非球面レンズを作成することもできる。
【００４３】
図４Ｂは、楕円レンズを作成する場合を概略的に示す各画素が長方形の場合、画素の形状に併せた楕円レンズを用いることが好ましい。
【００４４】
さらに、加工する３次元微小形状は、μレンズアレイに限らない。３次元微小形状を分布配置する加工対象であればよい。窓領域の走査（Ｙ）方向ピッチと開口ピッチとが、１：ｎの関係の場合、１窓領域にｎ個の開口を配置する。図２Ｄの場合は、１：ｎ＝１：３であり、図４Ｂの場合は、１：ｎ＝１：１である。
【００４５】
その他種々の変更、改良、置換、組み合わせが可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１Ａは、実施例によるレーザ加工装置の斜視図、図１Ｂ、１Ｃは実施例によるレーザ加工方法のフローチャートである。
【図２】図２Ａは、実施例に用いるマスクの形状を示す概略平面図、図２Ｂは簡略化された開口配置を示す平面図、図２Ｃは、図２Ａ，２Ｂのマスクを用いて形成される３次元微小形状の概略断面図、図２Ｄは、より実用的な開口例を示す平面図である。
【図３】図３は、実施例によるレーザ加工方法を説明するための加工対象物の概略平面図である。
【図４】図４Ａ，４Ｂは、変形例によるドラムステージ、楕円レンズの概略平面図である。
【図５】図５Ａ，５Ｂは、液晶表示装置の例の概略断面図、μレンズ母型アレイとμレンズアレイとの概略断面図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは予備実験に用いたレーザ加工装置の構成を概略低に示す断面図と平面図、図６Ｃは加工形状の不均一分布を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ エキシマレーザ光源
２ 照射光学系
３ マスク
４ マスク支持機構
５ 結像光学系
６ Ｙステージ
７ Ｘステージ
８ ステージ
９ 加工対象物（μレンズ母型アレイ基板）
１０ 制御機構
Ｍ 撮像モニタ
ＨＳ ハイトセンサ
ＦＡ ピエゾフォーカス機構
Ｐ ピエゾ駆動機構
Ｗ 窓領域
ＡＰ 開口
Ｇ ガイド
ＳＴ ステージ
ＡＢ エアーベアリング
ＤＳ ドラムステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）３次元微小形状アレイを形成するための、形状の変化する複数の開口を第１の方向に第１の縦ピッチで並べた開口列を、前記第１の方向と交差する第２の方向に第１の横ピッチで複数列並べたマスクを準備する工程と、
（ｂ）加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記加工対象物の第１の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
（ｃ）前記マスクと前記加工対象物の相対位置を前記第２の方向に平行移動し、前記マスクの下方に前記加工対象物の第２の加工領域を配置する工程と、
（ｄ）前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタし、前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状と前記マスクとの相対位置が所定値になるように、前記マスクの位置を制御しつつ、前記加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
を含むレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｄ）の第１の加工領域に形成された３次元微小形状のモニタは、複数列の３次元微小形状に対して行なわれ、該複数の３次元微小形状の位置の平均値に基づいて前記相対位置が制御される請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）、（ｄ）の走査は、前記第１の方向に沿って前記加工対象物の１端から他端まで行なう請求項１または２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
（ｘ）前記工程（ｂ）の後、前記マスクと前記加工対象物の前記第２の方向の相対位置を前記第１の横ピッチの複数分の１である第２の横ピッチ分移動し、前記工程（ｂ）を繰り返す工程、
をさらに含む請求項１〜３のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記工程（ｘ）の前記第２の横ピッチ分の移動は、マスク駆動機構により前記マスクを駆動することにより行なう請求項４記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記工程（ｘ）の前記マスク駆動機構による駆動は、ピエゾ効果によるものである請求項５記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
（ｙ）前記工程（ｄ）の後、前記マスクと前記加工対象物の前記第２の方向の相対位置を前記第２の横ピッチ分移動し、前記加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程、
をさらに含む請求項４〜６のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記工程（ｙ）は、前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタせずに行なう請求項７記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記工程（ｙ）の前記第２の横ピッチ分の移動は、マスク駆動機構により前記マスクを駆動することにより行なう請求項７または８記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記工程（ｙ）の前記マスク駆動機構による駆動は、ピエゾ効果によるものである請求項９記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
前記３次元微小形状アレイは、マイクロレンズアレイを作成するための母型である請求項１〜１０のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
加工対象物を載置し、Ｘ方向、Ｙ方向に移動できるステージと、
マスクを載置するマスク支持機構と、
レーザ光源と、
マスクを介して、前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上に照射する光学系と、
前記加工対象物の加工予定領域に隣接する領域をモニタできる撮像装置と、前記撮像装置がモニタした画面から加工された領域の位置を抽出し、前記加工された領域の位置の平均値を算出できる処理回路とを含むモニタ機構と、
前記モニタ機構からの信号に基づき、マスクの位置を制御できる制御機構と、
を有するレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記モニタ機構は、複数の前記撮像装置を含む請求項１２記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記マスク支持機構が、前記制御機構によって制御されるマスク駆動機構を有する請求項１２または１３記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
前記マスク駆動機構が、ピエゾ駆動機構である請求項１４記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記モニタ機構が、前記加工対象物の表面高さを検出できるハイトセンサをさらに含み、前記光学系が焦点位置を制御するフォーカス機構を含み、前記制御機構が前記ハイトセンサの検出信号に従って前記フォーカス機構を制御できる請求項１２〜１５のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
（ａ）３次元微小形状アレイを形成するための、形状の変化する複数の開口を第１の方向に第１の縦ピッチで並べた開口列を、前記第１の方向と交差する第２の方向に第１の横ピッチで複数列並べたマスクを準備する工程と、
（ｂ）加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記加工対象物の第１の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
（ｃ）前記マスクと前記加工対象物の相対位置を前記第２の方向に平行移動し、前記マスクの下方に前記加工対象物の第２の加工領域を配置する工程と、
（ｄ）前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタし、前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状と前記マスクとの相対位置が所定値になるように、前記マスクの位置を制御しつつ、前記加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程と、
を含むレーザ加工方法。
【請求項２】
前記工程（ｄ）の第１の加工領域に形成された３次元微小形状のモニタは、複数列の３次元微小形状に対して行なわれ、該複数の３次元微小形状の位置の平均値に基づいて前記相対位置が制御される請求項１記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）、（ｄ）の走査は、前記第１の方向に沿って前記加工対象物の１端から他端まで行なう請求項１または２記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
（ｘ）前記工程（ｂ）の後、前記マスクと前記加工対象物の前記第２の方向の相対位置を前記第１の横ピッチの複数分の１である第２の横ピッチ分移動し、前記工程（ｂ）を繰り返す工程、
をさらに含む請求項１〜３のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記工程（ｘ）の前記第２の横ピッチ分の移動は、マスク駆動機構により前記マスクを駆動することにより行なう請求項４記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記工程（ｘ）の前記マスク駆動機構による駆動は、ピエゾ効果によるものである請求項５記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
（ｙ）前記工程（ｄ）の後、前記マスクと前記加工対象物の前記第２の方向の相対位置を前記第２の横ピッチ分移動し、前記加工対象物を前記マスクに対して前記第１の方向に走査し、前記開口列を介してレーザ光を加工対象物の同一領域上に複数回づつ照射し、アブレーションにより、前記第２の加工領域に複数列の３次元微小形状を形成する工程、
をさらに含む請求項４〜６のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記工程（ｙ）は、前記第１の加工領域に形成された３次元微小形状の位置をモニタせずに行なう請求項７記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
前記工程（ｙ）の前記第２の横ピッチ分の移動は、マスク駆動機構により前記マスクを駆動することにより行なう請求項７または８記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記工程（ｙ）の前記マスク駆動機構による駆動は、ピエゾ効果によるものである請求項９記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
前記３次元微小形状アレイは、マイクロレンズアレイを作成するための母型である請求項１〜１０のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
加工対象物を載置し、Ｘ方向、Ｙ方向に移動できるステージと、
マスクを載置するマスク支持機構と、
レーザ光源と、
マスクを介して、前記レーザ光源からのレーザ光を加工対象物上に照射する光学系と、
前記加工対象物の加工予定領域に隣接する領域をモニタできる撮像装置と、前記撮像装置がモニタした画面から加工された領域の位置を抽出し、前記加工された領域の位置の平均値を算出できる処理回路とを含むモニタ機構と、
前記モニタ機構からの信号に基づき、マスクの位置を制御できる制御機構と、
を有するレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記モニタ機構は、複数の前記撮像装置を含む請求項１２記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記マスク支持機構が、前記制御機構によって制御されるマスク駆動機構を有する請求項１２または１３記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
前記マスク駆動機構が、ピエゾ駆動機構である請求項１４記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記モニタ機構が、前記加工対象物の表面高さを検出できるハイトセンサをさらに含み、前記光学系が焦点位置を制御するフォーカス機構を含み、前記制御機構が前記ハイトセンサの検出信号に従って前記フォーカス機構を制御できる請求項１２〜１５のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１０５０６６（Ｐ２００８−１０５０６６Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９０９８７（Ｐ２００６−２９０９８７）
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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