JP3214540B2

JP3214540B2 - レーザ加工機

Info

Publication number: JP3214540B2
Application number: JP27438895A
Authority: JP
Inventors: 達哉森池
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 2001-10-02
Anticipated expiration: 2015-10-23
Also published as: JPH09108880A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜精密加工に好適な
レーザ加工機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＹＡＧレーザ加工機によって薄膜
精密加工を行う技術が確立され、例えば液晶表示素子を
製造する際に必要なカラーフィルタや透明電極のトリミ
ング加工が極めて簡単且つ確実に行える等、高精度で微
細な加工が要求される各種分野において、かかるレーザ
加工機を用いることにより加工時間の短縮や加工精度の
向上、設備費の削減等が推進できるものと、大いに注目
されている。

【０００３】さて、この種のレーザ加工機は通常、レー
ザ発振器から供給されたレーザビーム（ＹＡＧレーザ）
を光学系により所定の光路に沿って導いて被加工物に照
射させる加工機本体と、搭載した被加工物をリニアモー
タ等により互いに直交する２方向へ移送可能なＸＹテー
ブルと、これら加工機本体およびＸＹテーブルを載置し
たベース盤（定盤）とを備えて概略構成され、振動の影
響を排除するためにベース盤は除振台上に設置されるこ
とが多い。ここで、前記光学系には、拡散防止レンズや
収束レンズ、対物レンズ等のレンズ群に加えて、所定の
大きさの光透過光を有するアパーチャが配設されてお
り、レーザ発振器から供給されたレーザビームは該アパ
ーチャを通過することによってビーム形状が成形される
ので、光路の先端部に位置する前記対物レンズから被加
工物に向けて、所定のビーム形状のレーザ光がスポット
状に照射されるようになっている。なお、アパーチャに
入射されるレーザビームの光軸まわりのエネルギー分布
は、光軸から離れるにつれて光エネルギーが正規分布曲
線に従い低下するという特性を有するが、このレーザビ
ームの光軸をアパーチャの光透過光の中心に合致させる
ことにより、該アパーチャを通過するとレーザビームは
不要な低エネルギー部分がカットされることになって、
前記対物レンズから出射されるビームスポットを所望の
パワー（エネルギーレベル）に設定することが可能とな
る。

【０００４】このように概略構成されるレーザ加工機
は、ＸＹテーブルを駆動制御して被加工物を水平面内で
移動させることができるので、前記ビームスポットに対
して、この被加工物を所定の軌跡で移動させることによ
り、ビーム照射による所望の加工パターンが被加工物に
描画できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のレ
ーザ加工機を使用して、例えば液晶表示素子のカラーフ
ィルタのレーザトリミング加工を行えば、カラーフィル
タの周囲に遮光膜（ブラックマトリクス）が簡単に形成
できてコストダウンの向上が図れるが、このように微細
なトリミング加工において、従来のレーザ加工機はトリ
ミング幅に寸法誤差やばらつきが生じやすいという不具
合があり、例えば上述したカラーフィルタのレーザトリ
ミング加工ではマトリクス状の遮光膜の幅寸法が不均一
になりやすいので、良好な表示品位が得にくかった。

【０００６】その理由について簡単に述べると、この種
のレーザ加工機にはレーザビームの光路中にビーム形状
を成形するためのアパーチャが設置されていて、このア
パーチャの光透過孔をレーザビームの高エネルギー部分
が通過するように光学系が設計されてはいるが、アパー
チャに入射されるレーザビームは光軸まわりのエネルギ
ー分布が正規分布なので、その光軸と前記光透過孔の中
心とが僅かにずれていても、レーザビームの低エネルギ
ー部分がアパーチャから出射されてしまうという現象が
起こりやすくなる。特に、レーザ発振器から供給される
レーザビームを予め複数本の分割ビームに分割し、これ
らの分割ビームをアパーチャの各光透過孔に通過させて
ビーム形状を成形する場合、各分割ビームの光軸と各光
透過孔の中心とが僅かにずれているだけで、対物レンズ
から被加工物に向けて照射される全てのビームスポット
の光軸まわりのエネルギー分布に局所的なむらを生じ
て、レーザビームの低エネルギー部分が照射される個所
では満足なレーザ加工が行えなくなってしまう。

【０００７】本発明はかかる従来技術の課題に鑑みてな
されたもので、その目的は、被加工物に照射されるビー
ムスポットの光エネルギーに局所的なむらがなく、微細
な加工に好適なレーザ加工機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、レーザビームを発振するレーザ発振器
と、前記レーザビームを所定の光路に沿って導く光学系
とを備え、この光学系に少なくとも、前記レーザ発振器
から出射されるレーザビームの直線偏光を円偏光に変換
する第１の位相差板と、この第１の位相差板から出射さ
れる円偏光を２方向へ向かう直線偏光に分割する第１の
ビームスプリッタと、この第１のビームスプリッタから
出射される２本の直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する
一対の第２の位相差板と、これら第２の位相差板から出
射される円偏光のレーザビームの光軸まわりのエネルギ
ー分布をそれぞれ高エネルギー領域が拡大されるマルチ
モードに変換する一対のモード変換部材と、これらモー
ド変換部材から出射される円偏光をそれぞれ２方向へ向
かう直線偏光に分割して計４本の分割ビームを出射する
第２のビームスプリッタと、これら第２のビームスプリ
ッタから出射される分割ビームを透孔から通過させてビ
ーム形状を成形するビーム成形部材と、このビーム成形
部材から出射されるレーザビームを被加工物に向けてス
ポット状に照射する対物レンズとを配設した。なお、前
記モード変換部材の具体例としては、光ファイバが好適
である。

【０００９】

【作用】レーザ加工機の光学系に、レーザ発振器から出
射されるレーザビームの直線偏光を円偏光に変換する第
１の位相差板と、この第１の位相差板から出射される円
偏光を２方向へ向かう直線偏光に分割する第１のビーム
スプリッタと、この第１のビームスプリッタから出射さ
れる２本の直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する一対の
第２の位相差板と、これら第２の位相差板から出射され
る円偏光をそれぞれ２方向へ向かう直線偏光に分割して
計４本の分割ビームを出射する第２のビームスプリッタ
とを設ければ、簡単な構成で４本の分割レーザビームが
発生できると共に、第１および第２の位相差板によって
４本の直線偏光（分割ビーム）のパワーのばらつきを調
整することができる。さらに、前記光学系における一対
の第２の位相差板と第２のビームスプリッタとの間に、
各第２の位相差板から出射される円偏光のレーザビーム
の光軸まわりのエネルギー分布をそれぞれ高エネルギー
領域が拡大されるマルチモードに変換する一対のモード
変換部材を設けたため、これらモード変換部材に入射さ
れた２本のレーザビームは、それぞれシングルモードが
マルチモードに変換された状態で出射される。つまり、
これらレーザビームは、光軸まわりのエネルギー分布曲
線がトップハット形に変換された状態、さらに換言する
なら光軸を中心とする高エネルギー領域の面積を拡大さ
せた状態で、モード変換部材から出射されることにな
る。したがって、かかるモード変換部材から出射された
２本のレーザビームを第２のビームスプリッタによって
４本の分割ビームに分割し、これら分割レーザビームを
ビーム成形部材となるアパーチャに入射させるように構
成しておけば、このレーザビームの光軸と該アパーチャ
の光透過光の中心とが極端な位置ずれを起こしていない
限り、該アパーチャを通過してビーム形状が成形される
のはレーザビームの高エネルギー部分のみであり、それ
ゆえ、光軸まわりのエネルギー分布がほぼ均一なビーム
スポットを被加工物に照射させることのできる光学系が
得られ、レーザビームの低エネルギー部分の照射に起因
する加工精度の劣化を回避することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１１に
基づいて説明する。

【００１１】ここで、図１は本実施例に係るレーザ加工
機に組み込んだＸＹテーブルの正面図、図２は一部を図
示省略した該ＸＹテーブルの側面図、図３は該ＸＹテー
ブルを含むレーザ加工機の全体側面図、図４は該レーザ
加工機を覆う安全カバーの図３に対応する個所の側面
図、図５は該レーザ加工機でレーザビームの光路に配設
されている光学系のレイアウトを示す説明図、図６は該
レーザ加工機のレーザ発振器を示す説明図、図７は図６
に示すレーザ発振器に消磁カバーを取り付けた状態を示
す平面図、図８は該レーザ加工機のビーム照射部を示す
説明図、図９は図５に示す光学系で光ファイバから出射
されるレーザビームの光軸まわりのエネルギー分布を示
す特性図、図１０は該レーザ加工機を用いてカラーフィ
ルタのトリミング加工を行う液晶表示素子の製造方法を
示す工程説明図、図１１は図１０に示す製造過程におい
てカラーフィルタをレーザトリミングする工程を示す説
明図である。

【００１２】本実施例に係るレーザ加工機は、図３に示
すように、レーザ発振器５から供給されたレーザビーム
（ＹＡＧレーザ）をレンズ群やビームスプリッタ等から
なる光学系で導いて被加工物に照射させる加工機本体１
と、搭載した被加工物をリニアモータにより互いに直交
する２方向へ移送可能なＸＹテーブル２と、これら加工
機本体１およびＸＹテーブル２を載置した定盤（ベース
盤）３と、この定盤３を載置した除振台４とによって概
略構成されており、図３に鎖線で示すカバーフレーム６
を支持枠とする安全カバー７（図４参照）が、このレー
ザ加工機や真空ポンプ８等を覆っている。なお、図１中
の符号２１は加工機本体１を載置している光学定盤を示
しており、この光学定盤２１は支柱２２を介して定盤３
に支持されている。

【００１３】そして、このレーザ加工機に組み込んだＸ
Ｙテーブル２は、上面に多数開設した吸着孔を介して空
気を吸引することにより搭載した被加工物を吸着固定す
ることができる吸着テーブル９と、この吸着テーブル９
の底面中央部に開設されている軸穴に円柱状の支軸１０
ａを挿入して該吸着テーブル９を回動可能に支持するＸ
テーブル１０と、このＸテーブル１０を摺動自在に支持
する一対の平行なＸ軸レール部１１ａを両側縁に設けて
なる断面形状が凹状の支持台１１と、この支持台１１の
内側に設置され前記Ｘ軸レール部１１ａに沿ってＸテー
ブル１０を往復直線移動させるＸ軸リニアモータ１２
と、Ｘテーブル１０の位置データを検出するＸ軸リニア
エンコーダ１３と、支持台１１を載置したＹテーブル１
４と、前記Ｘ軸レール部１１ａと直交する方向に延びて
Ｙテーブル１４を摺動自在に支持する３本のＹ軸レール
１５，１６と、これらＹ軸レール群１５，１６に沿って
Ｙテーブル１４を往復直線移動させるＹ軸リニアモータ
１７と、Ｙテーブル１４の位置データを検出するＹ軸リ
ニアエンコーダ１８とによって主に構成されている。た
だし、Ｘテーブル１０と各Ｘ軸レール部１１ａ間、およ
びＹテーブル１４と各Ｙ軸レール１５，１６間にはそれ
ぞれ、テーブル側に設けたエアーノズルから圧縮空気を
吹き出すことによりエアーギャップが形成され、これら
のエアーギャップで摩擦力を低減することにより、被加
工物がＸ軸方向およびＹ軸方向へ円滑に移送できるよう
になっている。

【００１４】なお、図１において、符号３ａはＹ軸レー
ル群１５，１６の各底部を挿入して幅方向に位置決めす
るために定盤３の上面に設けた取付溝を示し、符号１７
ａ，１７ｂ，１７ｃはそれぞれＹ軸リニアモータ１７を
構成するコイルと磁石とヨークを示し、符号１８ａ，１
８ｂはそれぞれＹ軸リニアエンコーダ１８を構成する光
素子等の検出部と目盛部（リニアスケール）を示してい
る。また、図２において、符号１０ｂはＸテーブル１０
のエアー吹き出し面を示し、符号１２ａ，１２ｂ，１２
ｃはそれぞれＸ軸リニアモータ１２を構成するコイルと
磁石とヨークを示し、符号１３ａ，１３ｂはそれぞれＸ
軸リニアエンコーダ１３を構成する光素子等の検出部と
目盛部（リニアスケール）を示し、符号２０は支軸１０
ａを回動中心として吸着テーブル９を回転駆動するため
のモータを示している。さらにまた、図２中の符号Ｐ
は、Ｘ軸リニアモータ１２が生起する磁気駆動力の作用
点を示しており、本実施例の場合、この作用点ＰとＸテ
ーブル１０の重心とを略合致させることにより、Ｘテー
ブル１０が起動時や停止時にガタを起こさないように配
慮してある。

【００１５】このようなＸＹテーブル２を組み込んだレ
ーザ加工機は、ＸＹテーブル２を駆動制御することによ
り、吸着テーブル９上に搭載した被加工物を水平面内に
おいて高い位置精度で移動させることができるので、加
工機本体１の光学系の先端部（対物レンズ）から照射さ
れるスポット状のレーザビーム（ビームスポット）に対
して、この被加工物を所定の軌跡で移動させることによ
り、ビーム照射による所望の加工パターンを被加工物に
描画することができる。

【００１６】なお、ＸＹテーブル２に組み込まれている
リニアモータ１２，１７は、重量物を駆動するため強い
磁力を発生するので、本実施例では、周辺に配置されて
いるモニター用のＣＲＴや測定機に対してリニアモータ
１２，１７の磁力が悪影響を及ぼさないようにするた
め、主に強磁性体からなる安全カバー７でレーザ加工機
をすっぽり覆っている。すなわち、この安全カバー７は
図３，４に示すように、支持枠であるカバーフレーム６
に鉄板や消磁板等を取り付けてなるもので、具体的に
は、図４のア部はＳＵＳ３０４のステンレス板を取着し
た個所で、イ部とウ部はＳＵＳ３０４のステンレス板の
内側にＳＵＳ４３０の消磁板を付設して消磁効果を高め
た２層構造の個所で、このうちウ部は開閉可能な両開き
カバーとなっていて、さらにエ部は、着色アクリル板の
外側をウ部と同じ構成にした３層構造の個所となってい
る。このように、消磁効果を有する安全カバー７でレー
ザ加工機を覆い、しかもリニアモータ１２，１７の近傍
で強い磁力が予想される個所は２層構造にして消磁効果
を高めておけば、リニアモータ１２，１７の磁力が周辺
機器に悪影響を及ぼす虞がなくなり、ウ部の両開きカバ
ーを開けることにより加工機本体１の光学系の調整も容
易に行える。また、レーザビームが被加工物に正しく照
射されているかどうかを直接確認する際には、エ部の両
開きカバーを開ければ、着色アクリル板を介して安全に
目視確認が行える。

【００１７】次に、このレーザ加工機の加工機本体１の
構成について、詳細に説明する。

【００１８】レーザ発振器５は、図６に示すように、ア
ークランプ５ａ内で発生する電子線ＥにてＹＡＧロッド
５ｂを励起することにより、このＹＡＧロッド５ｂがレ
ーザ光を発振するように構成されている公知のものであ
り、本実施例では図５，７に示すように、２台のレーザ
発振器５を並設して２本のレーザビームが同時に供給で
きるようにしてある。

【００１９】また、本実施例においては図７に示すよう
に、これら２台のレーザ発振器５の外周部に、強磁性体
の金属板からなる２層構造で両アークランプ５ａを包囲
する消磁カバー４２が設けてある。具体的に述べると、
この消磁カバー４２は、鉄板やパーマロイ板からなり両
アークランプ５ａを余裕をもって包囲する下シールド板
４２ａと、ケイ素鋼板からなり両アークランプ５ａの大
きさに合わせた幅寸法を有する上シールド板４２ｂとに
よって構成されており、強磁性体からなるこれら２層の
シールド板４２ａ，４２ｂの消磁効果により、この消磁
カバー４２の内側では、ＸＹテーブル２の前記リニアモ
ータ１２，１７の生起する磁力が極端に弱められてい
る。したがって、各レーザ発振器５のアークランプ５ａ
の電子線Ｅが、リニアモータ１２，１７の磁力の影響で
曲げられる心配がなく、それゆえ、各レーザ発振器５か
ら供給されるレーザビームのパワーやモードが変化した
り、アークランプ５ａの寿命が劣化する虞はない。

【００２０】次いで、加工機本体１の光学系について述
べると、２台のレーザ発振器５から供給された２本のレ
ーザビームはそれぞれ、図５に示すような光路に沿って
導かれる。なお、これら２台のレーザ発振器５から供給
される各レーザビームの光路中には、同等の構成の光学
系が配設されているので、一方のレーザビーム用の光学
系についてのみ符号を付して説明する。

【００２１】レーザ発振器５から出射されたレーザビー
ムはまず、音響光学素子（ＡＯＭ）２３を経て反射ミラ
ー２４で反射されてから、１／４λ板とも称される第１
の位相差板２５へ入射されて直線偏光が円偏光に変換さ
れる。ここで、音響光学素子２３は一種のスイッチング
素子であり、これがスイッチオンされると、超音波を加
えて光軸を歪ませることにより入射光（レーザビーム）
の大部分を使用不能な光となすことができる。つまり、
この音響光学素子２３は、レーザ加工を行っている間は
オフ状態に保たれてレーザビームをそのまま通過させる
が、レーザ加工を一時中断させたいときにはオフ状態へ
の切換えが行われるようになっている。

【００２２】さて、第１の位相差板２５から出射された
円偏光のレーザビームは、拡散防止レンズ２６を経て反
射ミラー２７で反射された後、第１のビームスプリッタ
２８へ入射されて２方向へ向かう直線偏光に分割され、
これにより、複数個所を同時にレーザ加工できる２本の
分割ビームが得られる。ただし、薄膜精密化工のような
微細な加工を行うためには、第１のビームスプリッタ２
８から出射される各分割ビームのパワー（エネルギーレ
ベル）を同等に設定しておかなければならないが、実際
には各部材の取付誤差等により２本の分割ビーム（直線
偏光）のパワーには若干のばらつきが生じやすい。そこ
で本実施例では、第１の位相差板２５を光路中に回動可
能に設置し、この位相差板２５を適宜回動させることに
より、２本の分割ビームのパワー調整が容易に行えるよ
うになっている。

【００２３】第１のビームスプリッタ２８から出射され
た一方の分割ビームは、反射ミラー２９を経た後、光フ
ァイバ４３を通過してから、回動可能な第２の位相差板
３０に入射されて再び円偏光に変換され、この円偏光は
円筒レンズ３１を経て長円形に拡大された後、第２のビ
ームスプリッタ３５に入射されて、２方向へ向かう直線
偏光に分割される。同様に、第１のビームスプリッタ２
８から出射された他方の分割ビームは、反射ミラー３２
を経た後、光ファイバ４４を通過してから、回動可能な
第３の位相差板３３に入射されて再び円偏光に変換さ
れ、この円偏光は円筒レンズ３４を経て長円形に拡大さ
れた後、第２のビームスプリッタ３５に入射されて、２
方向へ向かう直線偏光に分割される。すなわち、レーザ
発振器５から出射された１本のレーザビームが、所定の
光路を経て第２のビームスプリッタ３５から出射される
ときには計４本のレーザビームに分割されることとな
り、ここでも第２および第３の位相差板３０，３３を適
宜回動させることにより、これら４本の分割ビームのパ
ワー調整が容易に行えるようになっている。

【００２４】なお、第１および第２のビームスプリッタ
２８，３５として、本実施例では、２つのプリズム体を
接着させたタイプのものを用いているが、ガラス平板の
片面に反射層を設けたタイプのビームスプリッタを用い
てもよい。

【００２５】また、上述した光路中で第２および第３の
位相差板３０，３３の前に設置されている光ファイバ４
３，４４は、石英材料を反射膜で被覆して構成される公
知のもので、該反射膜で反射されながら伝送されるレー
ザビームはシングルモードがマルチモードに変換された
状態で出射されるので、各光ファイバ４３，４４へ入射
されたレーザビームの光軸まわりのエネルギー分布曲線
は、図９に符号Ｌ１で示すマルチモードのトップハット
形に変換された状態、換言するなら光軸を中心とする高
エネルギー領域の面積を拡大させた状態で出射されるこ
とになる。

【００２６】こうして第２のビームスプリッタ３５から
４本の分割ビームが出射されると、これらの分割ビーム
はビーム成形部材となるアパーチャ３６を通過してか
ら、収束レンズ３７や結像レンズ３８等を経た後、光路
の先端部に位置する対物レンズ３９に入射され、この対
物レンズ３９から加工面Ａに向けて、互いに平行な４本
の分割ビームがスポット状に照射されるようになってい
る。ただし、実際には、もう１台のレーザ発振器５から
出射されたレーザビームも、その光路の先端部に位置す
る対物レンズから４本の分割ビームとなって加工面に照
射されるので、結局、本実施例では、加工面に配置され
る被加工物に対して計８本の分割ビームがスポット状に
照射されて、複数個所のレーザ加工が同時に行えるよう
になっている。

【００２７】なお、円筒レンズ３１，３４をアパーチャ
３６の上流側に配置することにより、円筒レンズ３１，
３４に入射するレーザビームの横長楕円を縦長楕円に変
換して出射し、アパーチャ３６の光透過孔３６ａの長方
形状に合わせることになる。

【００２８】また、アパーチャ３６の４個所には、各分
割ビームを通過させるための長方形状の光透過孔３６ａ
が並設してあり、各分割ビームがその光路中に開口して
いる光透過孔３６ａを通過すると、ビーム形状は高速加
工に好適な長方形状に成形されることとなる。光透過孔
３６ａの長軸に平行な幅は、カラーフィルタのレーザト
リミング加工幅にほぼ等しくなっている。そして、この
アパーチャ３６に入射される分割ビームは、光ファイバ
４３または４４を通過したマルチモードのレーザビーム
なので、このレーザビームの光軸と、その光路中に開口
している光透過孔３６ａの中心とが極端な位置ずれを起
こしていない限り、アパーチャ３６を通過してビーム形
状が成形されるのは該レーザビームの高エネルギー部分
のみであり、不要な低エネルギー部分が対物レンズ３９
へ導かれる心配はない。つまり、図９に示すように、ア
パーチャ３６に入射されるレーザビームの光軸（横軸座
標が０の位置）が、その光路中に開口している幅寸法ｗ
の光透過孔３６ａの中心（一点鎖線Ｃの横軸座標）に対
して若干ずれている場合、仮に光軸まわりのエネルギー
分布曲線が正規分布のガウシアン形（破線Ｌ２）になっ
ているとすると、レーザビームは低エネルギー部分もア
パーチャ３６を通過することになるので、この低エネル
ギー部分が加工面Ａに照射されてそこだけレーザ加工が
良好に行えず、例えばトリミング幅の寸法誤差やばらつ
きといった加工不良が招来されることになる。しかる
に、本実施例では、アパーチャ３６に入射されるレーザ
ビームの光軸まわりのエネルギー分布曲線がトップハッ
ト形（実線Ｌ１）なので、その光軸が光透過孔３６ａの
中心に対して若干ずれていても、レーザビームの低エネ
ルギー部分がアパーチャ３６を通過することはなく、そ
れゆえ、対物レンズ３９から出射されるビームスポット
Ｓ（図８参照）を、光軸まわりの光エネルギーの分布が
ほぼ均一なレーザ光に設定することができて、加工形状
の寸法誤差が極めて少なくなっている。

【００２９】図８は、上述した光路の先端部に位置する
対物レンズ３９を含むビーム照射部４０を示しており、
ここには、ビームスポットＳを包囲する漏斗状のノズル
４１のほかに、このノズル４１と対物レンズ３９との間
に圧縮空気を吹き出すエアー送出部４０ａと、ノズル４
１の先端近傍の空気を強制的に吸い込むエアー吸引部４
０ｂとが設けてあり、ノズル４１の円錐面状の内壁面に
沿って上方から下方へ圧縮空気の流れ（図８中の矢印）
が形成されるように構成してある。すなわち、本実施例
では、レーザ加工時に発生する煙の多くをエアー吸引部
４０ｂにて吸い込んで排出経路へ導くことにより、金属
成分等を含有するその煙が周辺の作業者の健康に悪影響
を及ぼさないように配慮してある。また、煙の一部がノ
ズル４１の内部へ侵入したとしても、その煙は圧縮空気
の流れによって速やかにノズル４１の下部から外部へと
排出されて、エアー吸引部４０ｂに吸い込まれるように
なっているので、ビームスポットＳや対物レンズ３９に
煙の悪影響が及ぶ可能性も極めて少ない。

【００３０】さて、このようなレーザ加工機を使用し
て、本実施例では、液晶表示素子の製造過程におけるカ
ラーフィルタのトリミング加工を行い、周囲を遮光膜に
て囲まれた所望のカラーフィルタを形成した。

【００３１】かかる製造技術について述べると、まず、
図１０（ａ）に示すように、ガラス基板等の透明基板５
０の片面に、ＩＴＯをパターニングすることにより、一
定のピッチ間隔で一方向に延びる多数本の透明電極５１
を形成する。次いで、図１０（ｂ）に示すように、各透
明電極５１上に、電着法や印刷法等の手法により、Ｒ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタ５２を所
定の配列で積層する。ちなみに、図１０（ｂ）の例で
は、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｒ……の順にカラーフィ
ルタ５２が積層されている。そして、積層後、約２５０
℃で焼成してカラーフィルタ５２を固化する。

【００３２】しかる後、透明基板５０を前記ＸＹテーブ
ル２の吸着テーブル９上に搭載し、このＸＹテーブル２
を制御しながら、カラーフィルタ５２の長手方向と直交
する方向に一定のピッチ間隔で８本の分割ビームを照射
することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ５２を部
分的に除去するというレーザトリミング加工を行い、こ
れにより図１０（ｃ）に示すように、遮光膜が未形成で
はあるが所定の配置に並んだカラーフィルタ５２が得ら
れる。なお、かかるカラーフィルタ５２のレーザトリミ
ング加工を模式的に示す図１１において、吸着テーブル
９上の透明基板５０は同図の紙面直交方向に移送され、
その移動に伴い、対物レンズ３９から照射されるビーム
スポットＳがカラーフィルタ５２の不要部分を除去して
いく。

【００３３】そして、カラーフィルタ５２の不要部分を
除去したなら、透明基板５０のカラーフィルタ形成面に
ブラックレジストを塗布して乾燥させた後、他面側から
露光用光を照射し、露光後に現像処理して未露光の前記
ブラックレジストを除去することにより、図１０（ｄ）
に示すように、カラーフィルタ５２の周囲の間隙部分に
遮光膜５３を形成した。

【００３４】このようにしてカラーフィルタ５２や遮光
膜５３を形成するという本実施例の製造技術において
は、前述したようにレーザビームの光路中に配設した位
相差板２５，３０，３３等を適宜回動させることによ
り、複数本の分割ビームのパワーにばらつきが生じない
ように調整できるので、図１１に示すように、透明電極
５１上のカラーフィルタ５２のみを除去するために必要
な所定のビームパワーを各分割ビームに過不足なく付与
することが容易であり、それゆえ、複数本（具体的には
８本）の分割ビームを複数個所に同時に照射することに
よって、カラーフィルタ５２のレーザトリミング加工を
効率良く行うことができて、加工時間が大幅に短縮でき
る。また、本実施例では前述したように、アパーチャ３
６に入射されるレーザビームの光軸まわりのエネルギー
分布曲線をトップハット形にして、その低エネルギー部
分が該アパーチャ３６を通過しないように工夫してある
ので、対物レンズ３９から出射されるビームスポットＳ
を光軸まわりの光エネルギーの分布がほぼ均一なレーザ
光に設定することができ、よってカラーフィルタ５２の
トリミング幅に寸法誤差やばらつきが少ない高精度なレ
ーザ加工が行えるようになっている。

【００３５】なお、本実施例のように透明電極５１を残
してカラーフィルタ５２のみを除去すると、その後に行
われる洗浄工程やラビング処理工程において静電気の帯
電が起こりにくくなるので、静電気に起因する液晶表示
素子の表示むらや配向膜の損傷等が回避できるという利
点がある。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるレー
ザ加工機は、レーザ発振器から出射されたレーザビーム
を４本の分割ビームに分割し、これら分割ビームのパワ
ーのばらつきを調整した状態でビーム成形部材まで導く
ことができると共に、ビーム成形部材の上流側に配置し
たモード変換部材によって、入射されるレーザビームの
光軸まわりのエネルギー分布を高エネルギー領域が拡大
されるマルチモードに変換して出射するように構成して
あるので、レーザビームの光軸とビーム成形部材の透孔
の中心とが極端な位置ずれを起こしていない限り、この
レーザビームは高エネルギー部分だけが該ビーム成形部
材を通過することとなり、それゆえ被加工物に照射され
るビームスポットの光軸まわりのエネルギー分布をほぼ
均一に設定することができて、レーザビームの低エネル
ギー部分の照射に起因する加工精度の劣化が確実に回避
できるという優れた効果を奏し、薄膜精密加工等の微細
な加工に好適なレーザ加工機といえる。

【００３７】また、モード変換部材とビーム成形部材と
の間に円筒レンズを設けることにより、ビーム成形部材
の光透過孔を長方形状とし、レーザビームをこの長方形
状の長軸と平行な長軸となる楕円に変換できるため、ビ
ーム成形部材からの出射したビーム形状をより長軸方向
が長くなる長方形状にでき、カラーフィルタの一回のレ
ーザトリミング加工長さが長くなり、テーブルの高速移
動によるカラーフィルタの高速加工が可能なレーザ加工
機になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るレーザ加工機に組み込んだＸＹ
テーブルの正面図である。

【図２】一部を図示省略した該ＸＹテーブルの側面図で
ある。

【図３】該ＸＹテーブルを含むレーザ加工機の全体側面
図である。

【図４】該レーザ加工機を覆う安全カバーの図３に対応
する個所の側面図である。

【図５】該レーザ加工機でレーザビームの光路に配設さ
れている光学系のレイアウトを示す説明図である。

【図６】該レーザ加工機のレーザ発振器を示す説明図で
ある。

【図７】図６に示すレーザ発振器に消磁カバーを取り付
けた状態を示す平面図である。

【図８】該レーザ加工機のビーム照射部を示す説明図で
ある。

【図９】図５に示す光学系で光ファイバから出射される
レーザビームの光軸まわりのエネルギー分布を示す特性
図である。

【図１０】該レーザ加工機を用いてカラーフィルタのト
リミング加工を行う液晶表示素子の製造方法を示す工程
説明図である。

【図１１】図１０に示す製造過程においてカラーフィル
タをレーザトリミングする工程を示す説明図である。

【符号の説明】

１加工機本２ＸＹテーブル５レーザ発振器９吸着テーブル１０Ｘテーブル１２Ｘ軸リニアモータ１４Ｙテーブル１７Ｙ軸リニアモータ２５第１の位相差板３０第２の位相差板３３第３の位相差板２８第１のビームスプリッタ３５第２のビームスプリッタ３６アパーチャ（ビーム成形部材）３６ａ光透過孔（透孔）３９対物レンズ４３，４４光ファイバ（モード変換部材）５０透明基板５１透明電極５２カラーフィルタＳビームスポット

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームを発振するレーザ発振器
と、前記レーザビームを所定の光路に沿って導く光学系
とを備え、この光学系に少なくとも、前記レーザ発振器
から出射されるレーザビームの直線偏光を円偏光に変換
する第１の位相差板と、この第１の位相差板から出射さ
れる円偏光を２方向へ向かう直線偏光に分割する第１の
ビームスプリッタと、この第１のビームスプリッタから
出射される２本の直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する
一対の第２の位相差板と、これら第２の位相差板から出
射される円偏光のレーザビームの光軸まわりのエネルギ
ー分布をそれぞれ高エネルギー領域が拡大されるマルチ
モードに変換する一対のモード変換部材と、これらモー
ド変換部材から出射される円偏光をそれぞれ２方向へ向
かう直線偏光に分割して計４本の分割ビームを出射する
第２のビームスプリッタと、これら第２のビームスプリ
ッタから出射される分割ビームを透孔から通過させてビ
ーム形状を成形するビーム成形部材と、このビーム成形
部材から出射されるレーザビームを被加工物に向けてス
ポット状に照射する対物レンズとを配設したことを特徴
とするレーザ加工機。
【請求項２】請求項１の記載において、前記第１およ
び第２の位相差板をそれぞれ前記レーザビームの光軸ま
わりに回動可能に設けたことを特徴とするレーザ加工
機。
【請求項３】請求項１の記載において、前記ビーム成
形部材として光ファイバを用いたことを特徴とするレー
ザ加工機。
【請求項４】請求項１の記載において、前記ビーム成
形部材の透孔が前記被加工物のレーザトリミング加工幅
に等しい長方形状となることを特徴とするレーザ加工
機。
【請求項５】請求項１の記載において、前記モード変
換部材と前記ビーム成形部材との間に円筒レンズを設け
たことを特徴とするレーザ加工機。