JP2005262219A - レーザ加工装置及びレーザ描画方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工領域全体へレーザを照射する時間の短縮化を図ることができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ加工装置は、連続波レーザビームを出射するレーザ光源１と、レーザ光源から出射したレーザビームを偏向させ、外部から入力される制御信号に基づいて偏向方向を変化させるビーム偏向器５と、ビーム偏向器で偏向されたレーザビームが入射する位置に加工対象物７を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて該加工対象物を移動させるステージ機構８と、加工対象物が移動している期間中に、ビーム偏向器で偏向されたレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って加工対象物上を移動するように、ステージ機構とビーム偏向器とを制御する制御装置９とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ描画方法に関し、特に、レーザビームの進行方向を振りながら、加工対象物にレーザ照射を行うレーザ加工装置及びレーザ描画方法に関する。

レーザビームは様々な加工に用いられている。例えば、特許文献１に、導電性薄膜を所定のパタンに加工するレーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置について以下に説明する。レーザ光源から出射したレーザビームが、開閉可能なシャッタに入射する。シャッタを開閉することにより、加工対象物にレーザが照射される状態とレーザが照射されない状態とが切り替わる。加工対象物が、ステージ機構に保持される。ステージ機構が加工対象物を所定の平面内で移動させることにより、被加工面上のビーム入射位置が移動する。位置検出機構により、加工対象物の位置が検出される。

ステージ機構が、加工パタンに応じて加工対象物を移動させる。加工対象物が加工開始位置に到達した時点でシャッタを開いて、加工対象物へのレーザ照射を開始し、加工対象物が加工終了位置に到達した時点でシャッタを閉じて、加工対象物へのレーザ照射を終了する。

特許文献１には、また、以下のようなレーザ加工装置も記載されている。レーザ光源から出射したレーザビームが、上述のようなシャッタに入射する。シャッタから出射したレーザビームが、揺動可能な反射鏡で反射されて、取付台に保持された加工対象物に入射する。反射鏡を揺動させて、レーザビームの進行方向を振ることにより、被加工面上のビーム入射位置が移動する。反射鏡の姿勢（基準位置からの変位角）を検出することにより、レーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置が検出される。

反射鏡を揺動させながら、ビームが入射すると想定される位置が加工開始位置に到達した時点でシャッタを開いて、加工対象物へのレーザ照射を開始し、ビームが入射すると想定される位置が加工終了位置に到達した時点でシャッタを閉じて、加工対象物へのレーザ照射を終了する。

また、以下に説明するようなレーザ加工装置及び加工方法が、一般に知られている。レーザ光源から出射したレーザビームが、ガルバノスキャナで進行方向を振られて、ステージ機構に保持された加工対象物に照射される。ガルバノスキャナが、レーザビームの進行方向を振る（レーザビームを走査する）ことにより、被加工面上のビーム入射位置が移動する。しかし、ガルバノスキャナでレーザビームを走査できる範囲には限りがあるので、加工対象物の位置が固定されたままでは、被加工面全面にレーザビームを照射できない場合がある。このような場合、次のようにして、被加工面全面にレーザ照射を行うことができる。

加工対象物の位置を固定したまま、被加工面のガルバノスキャナで走査可能な範囲内にレーザ照射を行う。その範囲内に対するレーザ照射が完了したら、レーザ未照射の領域がガルバノスキャナで走査可能な範囲内に位置するように、ステージ機構を動作させて、加工対象物を移動させる。加工対象物の移動が完了したら、再び、加工対象物の位置を固定したまま、ガルバノスキャナで走査可能な範囲内にレーザ照射を行う。このような工程を繰り返して、被加工面全面にレーザが照射される。

特開平９−２６５９０２号公報

上述したような、ガルバノスキャナによるレーザビーム走査と、加工対象物の移動とが交互に繰り返される加工では、ステージ機構の始動及び停止（加工対象物を保持する保持台の加減速）が繰り返される。保持台の加減速は、瞬時に行うことができないので、ステージ機構の始動及び停止の回数が多いほど、加工時間の短縮化を図ることは困難となる。

本発明の一目的は、被加工領域全体へレーザを照射する時間の短縮化を図ることができるレーザ描画方法及びそれに用いることができるレーザ加工装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、連続波レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームを偏向させ、外部から入力される制御信号に基づいて偏向方向を変化させるビーム偏向器と、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームが入射する位置に加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて該加工対象物を移動させるステージ機構と、前記加工対象物が移動している期間中に、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って加工対象物上を移動するように、前記ステージ機構と前記ビーム偏向器とを制御する制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。

加工対象物を移動させながら、かつ、レーザビームを走査しながら、被加工領域にレーザが照射される。被加工領域全体にレーザを照射するために必要となるステージの始動及び停止の回数を、従来技術より少なくできるので、被加工領域全体にレーザ照射を行うのに要する時間の短縮化が図られる。

図１は、本発明の実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。本レーザ加工装置では、ステージ８ａに保持された加工対象物７にレーザビームが照射される。ステージ８ａが、基台８ｆに保持されており、基台８ｆに、ＸＹ直交座標系が固定されている。

レーザ光源１が、連続波レーザビームを出射する。レーザ光源１として、例えば、高調波発生ユニットを含むＹＡＧレーザや、半導体レーザを用いることができる。レーザ光源１から出射したレーザビームが、レーザ光源１からアッテネータ３までの光路上に配置されたシャッタ２に入射する。シャッタ２は、同期制御装置９ｂに制御され、アッテネータ３にレーザビームを入射させる状態と、入射させない状態とを切り替える。アッテネータ３として、レーザビームのパワーの減衰量が可変のバリアブルアッテネータを用いることができる。

シャッタ２として、例えば、レーザビームの透過領域と遮光領域とを含んで構成される機械的なシャッタを用いることができる。このようなシャッタ２では、レーザビームの入射位置に、透過領域が配置される状態と遮光領域が配置される状態とを切り替え、透過領域を透過したレーザビームを、アッテネータ３に入射させる。シャッタ２として、揺動可能な反射鏡を用いることもできる。このようなシャッタ２では、反射鏡の揺動する角度を制御し、それに入射したレーザビームが、アッテネータ３に入射する方向に反射される状態と、アッテネータ３に入射しない方向に反射される状態とを切り替える。

シャッタ２を、例えば、ポッケルス効果を示す電気光学素子、偏光ビームスプリッタ、及び、ダンパを含んで構成することもできる。このようなシャッタ２は、以下に説明するようにして機能する。レーザ光源１から出射するレーザビームが、直線偏向であり、偏光ビームスプリッタに対するＰ波であるとする。偏光ビームスプリッタが、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射する。

レーザ光源から出射したＰ波が、電気光学素子に入射する。電気光学素子に所定電圧が印加されると、電気光学素子に入射したＰ波は、偏光面が回転され、偏光ビームスプリッタに対するＳ波となる。電気光学素子から出射したＳ波が、偏光ビームスプリッタで反射され、レーザビームを吸収して光路の終端となるダンパに入射する。このときレーザビームは、アッテネータ３に入射しない。一方、電気光学素子に電圧が印加されないとき、電気光学素子に入射したレーザビームは、電気光学素子からＰ波のまま出射し、偏光ビームスプリッタを透過して、アッテネータ３に入射する。なお、偏光ビームスプリッタで反射されたＳ波がアッテネータ３に入射し、偏光ビームスプリッタを透過したＰ波がダンパに入射するようにしても構わない。

また、シャッタ２を、音響光学素子及びダンパを含んで構成することもできる。音響光学素子は、所定の高周波信号が印加されることにより、それに入射したレーザビームを偏向させることができる。高周波信号が印加されないとき、レーザビームは偏向されない。このようなシャッタ２では、音響光学素子で偏向されたレーザビーム及び偏向されなかったレーザビームの一方が、アッテネータ３に入射するようにし、他方がダンパに入射するようにする。なお、音響光学素子を用いたシャッタ２は、レーザ光源１から出射するレーザビームが、直線偏向でなくても機能する。

シャッタ２から出射してアッテネータ３に入射したレーザビームは、アッテネータ３でパワーを調節されて、折り返しミラー４で反射された後、ガルバノスキャナ５に入射して、偏向される。ガルバノスキャナ５は、２枚の揺動可能な反射鏡であるＸ用揺動鏡５ａ及びＹ用揺動鏡５ｂ、Ｘ用揺動鏡５ａ及びＹ用揺動鏡５ｂをそれぞれ駆動するガルバノＸ用モータ５ｃ及びガルバノＹ用モータ５ｄ、ガルバノＸ用モータ５ｃ及びガルバノＹ用モータ５ｄのそれぞれの基準位置からの変位角を検出するガルバノＸ用エンコーダ５ｅ及びガルバノＹ用エンコーダ５ｆを含んで構成される。

Ｘ用揺動鏡５ａ及びＹ用揺動鏡５ｂはそれぞれ、ガルバノスキャナ５から出射するレーザビームの進行方向を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に振る。Ｘ用揺動鏡５ａ及びＹ用揺動鏡５ｂの動作を組み合わせることにより、レーザビームをＸＹ面に平行な２次元方向に振ることができる。ガルバノ制御装置９ｃが、ガルバノＸ用モータ５ｃ及びガルバノＹ用モータ５ｄを制御し、レーザビームを所望の方向に偏向させる。

ガルバノスキャナ５を出射したレーザビームが、ｆθレンズ６で収束されて、ステージ８ａに保持された加工対象物７に入射する。なお、加工対象物７の表面が、ＸＹ平面に平行である。ｆθレンズ６を用いることにより、ガルバノスキャナ５で様々な方向に偏向されたレーザビームが、加工対象物７の表面に垂直入射し、また、加工対象物７の表面上で焦点を結ぶ（ビームスポットが最小になる）ようにできる。加工対象物７の表面に、例えば、離散的に配置された複数の直線パタンからなる描画パタン７ａが画定されている。

加工対象物７は、例えば、プリント配線板や、表面にＩＴＯ膜が形成されたガラス基板であり、レーザ照射により、その表面に凹部が形成される。加工対象物７は、また例えば、基板と基板表面に形成された転写層とを含んで構成され、転写層にレーザを照射して加熱することにより、転写層が基板に接着されるものである。このような加工対象物７においては、レーザ照射後に、転写層のレーザが照射されなかった部分を剥離することにより、基板上に、接着された転写層からなる凸部が形成される。

ステージ機構８が、基台８ｆ、基台８ｆに保持されたステージ８ａ、ステージ８ａを駆動するステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃ、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃのそれぞれの回転角度を検出するステージＸ用エンコーダ８ｄ及びステージＹ用エンコーダ８ｅを含んで構成される。

ステージ８ａは、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃで駆動されることにより、基台８ｆに対して、ＸＹ面に平行な２次元方向に移動することができる。ステージ８ａを駆動する両モータとして、例えばステッピングモータが用いられる。ステージ制御装置９ｄが、両モータを制御し、ステージ８ａを所望の位置に移動させる。

ガルバノスキャナ５が、レーザビームの進行方向を振る（レーザビームを走査する）ことにより、被加工面上のビーム入射位置を移動できる。しかし、ガルバノスキャナ５でレーザビームを振れる範囲には限りがあるので、加工対象物７の位置を固定したままでは、描画パタン７ａ全体にレーザ照射を行うことができない場合がある。ステージ機構８で加工対象物７を移動させることにより、描画パタン７ａの所望の部分をガルバノスキャナ５で走査可能な範囲内に位置させることができる。

本実施例によるレーザ加工装置は、以下に説明するようにしてステージ機構８及びガルバノスキャナ５を制御することにより、ステージ機構８で加工対象物７を移動させながら、被加工面上のレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って移動するようガルバノスキャナ５でレーザビームを偏向させて、描画パタン７ａ全体にレーザ照射を行うことができる。

制御装置９が、主制御装置９ａ、同期制御装置９ｂ、ガルバノ制御装置９ｃ及びステージ制御装置９ｄを含んで構成される。主制御装置９ａが、ステージ制御装置９ｄに、ステージ８ａの目標位置座標であるステージ目標位置座標（Ｘ_Ｓ,Ｙ_Ｓ）を送信する。ステージ制御装置９ｄが、ステージ目標位置座標（Ｘ_Ｓ,Ｙ_Ｓ）から、目標の回転角度Ｓ_Ｘ及びＳ_Ｙを求め、回転角度Ｓ_Ｘ及びＳ_Ｙを示す信号を、それぞれ、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃに送信する。両モータが、ステージ８ａをステージ目標位置座標（Ｘ_Ｓ,Ｙ_Ｓ）へ移動させる。

ステージＸ用エンコーダ８ｄ及びステージＹ用エンコーダ８ｅが、それぞれ、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃの回転角度Ｅ_ＳＸ及びＥ_ＳＹを検出し、これらの回転角度を示す信号をステージ制御装置９ｄに送信する。ステージ制御装置９ｄは、角度Ｅ_ＳＸ及びＥ_ＳＹがそれぞれ、目標の回転角度Ｓ_Ｘ及びＳ_Ｙと一致するように、両モータを制御する。ステージ制御装置９ｄは、角度Ｅ_ＳＸ及びＥ_ＳＹからステージ８ａのＸ座標Ｘ_ＥＳ及びＹ座標Ｙ_ＥＳを算出し、それらを同期制御装置９ｂに送信する。

例えば時刻毎に設定された目標位置への移動を繰り返すことにより、ステージ８ａが所望のタイミングで所望の軌道上を移動する。ステージ８ａを移動させることにより、ガルバノスキャナ５で走査可能な範囲内に位置する被加工面上の領域が更新される。

加工対象物７の被加工面上に、ＰＱ直交座標系を定義する。主制御装置９ａが、同期制御装置９ｂに、被加工面上のレーザビームの入射位置の座標（Ｐ_Ｐ、Ｑ_Ｐ）を送信する。入射位置座標（Ｐ_Ｐ、Ｑ_Ｐ）は、ＰＱ直交座標系における位置座標である。主制御装置９ａは、また、描画パタン７ａの各直線パタンの始点と終点とを特定する情報も有し、この情報を同期制御装置９ｂに送信する。

加工対象物７が移動するとき、被加工面上のビーム入射位置が、ＸＹ直交座標系に対して移動する。入射位置のＸＹ座標系における座標は、ＰＱ直交座標系における入射位置の座標（Ｐ_Ｐ、Ｑ_Ｐ）と、ＸＹ座標系におけるステージ８ａの位置座標（Ｘ_ＥＳ,Ｙ_ＥＳ）とに基づいて特定することができる。

同期制御装置９ｂが、入射位置座標（Ｐ_Ｐ、Ｑ_Ｐ）と、ステージ８ａの位置座標（Ｘ_ＥＳ,Ｙ_ＥＳ）とに基づいて、入射位置座標（Ｐ_Ｐ、Ｑ_Ｐ）に対応する位置にレーザビームが入射するようにガルバノスキャナ５を制御するための変位角Ｇ_Ｘ及びＧ_Ｙを算出し、これらの変位角を示す信号をガルバノ制御装置９ｃに送信する。ガルバノ制御装置９ｃが、ガルバノＸ用モータ５ｃ及びガルバノＹ用モータ５ｄのそれぞれに、変位角Ｇ_Ｘ及びＧ_Ｙを示す信号を送信する。両モータがそれぞれ、変位角Ｇ_Ｘ及びＧ_Ｙに基づいて、Ｘ用揺動鏡５ａ及びＹ用揺動鏡５ｂを揺動させる。

ガルバノＸ用エンコーダ５ｅ及びガルバノＹ用エンコーダ５ｆが、それぞれ、ガルバノＸ用モータ５ｃ及びガルバノＹ用モータ５ｄの基準位置からの変位角Ｅ_ＧＸ及びＥ_ＧＹを検出して、これらの変位角を示す信号をガルバノ制御装置９ｃに送信する。ガルバノ制御装置９ｃは、変位角Ｅ_ＧＸ及びＥ_ＧＹが、目標の変位角Ｇ_Ｘ及びＧ_Ｙと一致するように、両モータを制御する。変位角Ｅ_ＧＸ及びＥ_ＧＹ示す信号が、同期制御装置９ｂに送信される。

変位角Ｅ_ＧＸ及びＥ_ＧＹは、ガルバノスキャナ５で偏向されたレーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置（入射想定位置）に対応する。同期制御装置９ｂは、入射想定位置が、加工すべき直線パタンの始点に到達したら、被加工面へのレーザ照射が開始されるようにシャッタ２を制御し、入射想定位置が、その直線パタンの終点に到達したら、被加工面へのレーザ照射が終了するようにシャッタ２を制御する。また、同期制御装置９ｂは、レーザビームが照射された直線パタンの終点から、次にレーザビームが照射される直線パタンの始点まで、レーザビームの入射位置が移動する期間中、被加工面にレーザが照射されないようにシャッタ２を制御する。このようにして、描画パタン７ａ上のみにレーザが照射される。

上述したように、本実施例によるレーザ加工装置を用いれば、ステージ８ａを移動させながら、かつ、ガルバノスキャナ５でレーザビームを走査しながら、描画パタン７ａ全体にレーザ照射を行うことができる。これにより、従来技術と比べて、ステージ機構の始動及び停止の回数を少なくすることができるので、被加工領域全体にレーザ照射を行うのに要する時間の短縮化が図られる。また、シャッタ２を制御することにより、被加工領域のみにレーザ照射が行うことができる。

なお、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃとして、直流モータを用いることもできる。この場合、ステージ８ａの位置は、ステージ制御装置９ｄが、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃの目標速度を送信することにより制御できる。

ステージＸ用エンコーダ８ｄ及びステージＹ用エンコーダ８ｅが、それぞれ、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃの回転角度を検出する構成例を説明したが、両エンコーダを、例えば、レーザ干渉計を含んで構成することにより、両エンコーダがステージ８ａの位置を検出するようにしてもよい。この場合、ステージ８ａの位置情報が、両エンコーダからステージ制御装置９ｄに送信され、ステージ制御装置９ｄは、検出されたステージ８ａの位置が、目標位置と一致するように、ステージＸ用モータ８ｂ及びステージＹ用モータ８ｃを制御する。

ガルバノスキャナ５を制御するための目標の変位角を、同期制御装置９ｂが算出するとしたが、同期制御装置９ｂからガルバノ制御装置９ｃへ被加工面上の入射位置のＸＹ座標が送信され、ガルバノ制御装置９ｃが、その座標に基づいて目標の変位角を算出するようにしても構わない。

次に、図２を参照して、図１を参照して説明したレーザ加工装置を用いて行うことができるレーザ描画方法の例を説明する。図２（Ａ）に示すように、加工対象物７の表面上に、Ｙ軸方向に並んだＸ軸方向に平行な複数の直線パタンからなる描画パタン７ａが画定されている。図には、そのうち３本の直線パタン２１〜２３を示す。直線パタン２１〜２３は、順に、Ｙ軸正方向から負方向に向かって並んでいる。ステージ機構が、加工対象物７を、Ｙ軸正方向に一定速度で移動させる。

図２（Ｂ）に、１本の直線パタンへレーザを照射する場合の、レーザビームの走査方向２５を示す。直線パタンの一端から他端に向かって、レーザビームを走査する。Ｘ軸方向からＹ軸方向の正の向きに傾いた方向にレーザビームを走査することにより、被加工面上のビーム入射位置の軌跡を、Ｘ軸に平行にできる。なお図には、Ｘ軸方向に関して正、Ｙ軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する場合の走査方向を示すが、Ｘ軸方向に関して負、Ｙ軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査しても構わない。

次いで、図２（Ａ）の直線パタン２１〜２３にレーザを照射する方法について説明する。直線パタン２１の一端から他端まで、Ｘ軸方向に関して正、Ｙ軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する。次いで、直線パタン２２の一端から他端まで、Ｘ軸方向に関して負、Ｙ軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する。次いで、直線パタン２３の一端から他端まで、Ｘ軸方向に関して正、Ｙ軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する。Ｙ座標が大きい位置に配置された直線パタンから順にレーザが照射される。なお、直線パタン２１の他端から直線パタン２２の一端まで、及び直線パタン２２の他端から直線パタン２３の一端まで、レーザビームの入射位置が移動する期間中は、シャッタ２により加工対象物７にレーザビームが照射されない状態にされる。

このように、相互に隣り合う直線パタンに、レーザビームの入射点が相互に反対方向に移動するようにレーザビームを照射することができる。なお、直線パタンはＸ軸に平行でなくてもよい。Ｙ軸（加工対象物７の移動方向）と交差する方向に長い直線パタンに、加工対象物７をＹ軸方向に移動させながら、Ｙ軸に交差する方向にレーザビームを走査して、レーザビームを照射することもできる。

次に、図３を参照して、レーザ描画方法の他の例について説明する。加工対象物７の表面上に、Ｙ軸方向に並んだＸ軸方向に平行な直線パタン３１〜３３からなる描画パタン７ａが画定されている。ガルバノスキャナで走査可能なＸ軸方向の距離がＬである。各直線パタン３１〜３３の長さが、Ｌの３倍である。各直線パタン３１〜３３の一端から距離Ｌまでの領域を領域３１ａ〜３３ａとし、距離Ｌから２Ｌまでの領域を３１ｂ〜３３ｂとし、距離２Ｌから３Ｌまでの領域を３１ｃ〜３３ｃとする。

まず、図２を参照して説明したように、加工対象物７をＹ軸正方向へ移動させながら、領域３１ａ〜３３ａにレーザ照射を行う。このレーザ照射が終了したら、加工対象物７をＸ軸負方向に移動させて、ガルバノスキャナで走査可能な範囲内に領域３１ｂ〜３３ｂを移動させる。次に、加工対象物７をＹ軸負方向へ移動させながら、直線パタン３１ｂ〜３３ｂにレーザ照射を行う。レーザ照射は図２を参照して説明したのと同様に行われるが、Ｙ軸に関する走査方向が負方向となる。

このレーザ照射の後、さらに加工対象物７をＸ軸負方向に移動させて、ガルバノスキャナで走査可能な範囲内に領域３１ｃ〜３３ｃを移動させる。再び加工対象物７をＹ軸正方向へ移動させながら、直線パタン３１ｃ〜３３ｃにレーザ照射を行う。このようにして、ガルバノスキャナで走査できる距離よりも長い直線パタン３１〜３３に、レーザ照射を行うことができる。

なお、図２及び図３を参照して説明したレーザ描画方法では、互いに平行に配置された直線パタンからなる描画パタンの加工を行ったが、上述のレーザ加工装置は、ステージ機構で加工対象物を被加工面に平行な２次元方向に移動させながら、かつ、ガルバノスキャナでレーザビームの２次元方向に振りながら、被加工面にレーザ照射を行うことが可能であるので、より複雑なパタンの加工を行うこともできる。

次に、図４を参照して、変形例によるレーザ加工装置について説明する。図４に示すレーザ加工装置は、図１に示したレーザ加工装置から、ｆθレンズ６を除き、アッテネータ３から折り返しミラー４までの光路上に、例えば両凸レンズ、平凸レンズ、組レンズである集光レンズ６ａを挿入した構成である。

集光レンズ６ａが、レンズ移動機構６ｂに、移動可能に保持されている。レンズ移動機構６ｂは、例えば、ボイスコイル機構を含んで構成され、集光レンズ６ａを、集光レンズ６ａを通過するレーザビームの進行方向に平行な方向に並進移動させることができる。制御装置９が、レンズ移動機構６ｂを制御する。なお、必要に応じて、レンズ移動機構６ｂを、ボイスコイル機構の代わりにピエゾ駆動機構等を用いて構成することもできる。レーザ光源１から出射し、シャッタ２及びアッテネータ３を通過したレーザビームが、集光レンズ６ａで収束され、折り返しミラー４で反射された後、ガルバノスキャナ５で進行方向を振られて、加工対象物７に入射する。

被加工点上でレーザビームが焦点を結ぶ（ビームスポットが最小になる）ようにして、被加工点にレーザ照射する加工（焦点加工）を、どの被加工点に対しても行いたいことがある。図４に示すレーザ加工装置は、レンズ移動機構６ｂを用いて集光レンズ６ａを移動させ、集光レンズ６ａから被加工点までの光路長を全被加工点に対して一定に保つことができる。集光レンズ６ａから被加工点までの光路長を集光レンズ６ａの焦点距離と等しくすれば、全被加工点に対する焦点加工を行うことができる。レンズ移動機構６ｂの移動量は、ガルバノスキャナ５がレーザビームを偏向させる方向に基づき、幾何学的な計算により求めることができる。

なお、集光レンズ６ａのガルバノスキャナ５に対する相対位置が固定されていると、ガルバノスキャナ５によりレーザビームの偏向方向が変化するのに伴い、集光レンズ６ａから被加工点までの光路長が変化する。集光レンズ６ａから被加工点までの光路長が一定に保たれないので、全被加工点に対する焦点加工を行うことができない。

なお、全被加工点についてレーザビームの入射角が等しいのであれば、被加工点上でレーザビームが焦点を結ぶようにしたとき、どの被加工点に対してもビームスポットの面積が等しくなり、ビームスポット内のパワー密度が等しくなる。しかし、図４に示すレーザ加工装置では、入射角が全被加工点に対して一定とはならない。全被加工点に対してレーザビームが焦点を結ぶようにした場合であっても、入射角が互いに異なる被加工点では、ビームスポットの面積が互いに異なり、ビームスポット内のパワー密度が互いに異なる。

被加工点におけるパワー密度を一定にして、加工を行いたい場合もある。図４に示したレーザ加工装置は、ガルバノスキャナ５がレーザビームを偏向させる方向に基づいて、アッテネータ３でレーザビームのパワーを調節することにより、そのような加工を行うことができる。ガルバノスキャナ５がレーザビームを偏向させる方向に基づき、被加工面上のビームスポットの面積が、幾何学的な計算により求められる。ビームスポットの面積と所望のビームスポット内のパワー密度とに基づいて、アッテネータ３から出射すべきレーザビームのパワーが求められる。制御装置９がアッテネータ３を制御する。

なお、レーザビームのパワーが一定であるとき、ビームスポット内のパワー密度は、被加工面に垂直入射するレーザビームで最も高い。このことより、アッテネータ３によるパワーの減衰量は、被加工面に垂直入射するレーザビームに対して最も大きく設定され、入射角が大きくなるほど、小さくなるように設定される。

図４に示すレーザ加工装置は、レーザビームの入射角が被加工点ごとにある程度ばらついても構わないような加工に用いることができる。このレーザ加工装置は、加工レンズである集光レンズ６ａとして、ｆθレンズに比べて安価な両凸レンズ、平凸レンズ、組レンズを用いて作製できる。なお、被加工面上のある範囲をレーザビームで走査するとき、ガルバノスキャナ５から被加工面までの距離を長くすれば、レーザビームの進行方向が振られる範囲を狭くすることができるので、被加工点ごとの入射角のばらつきを抑制することができる。レーザビームの進行方向が振られる範囲が一定であるとき、ガルバノスキャナ５から被加工面までの距離を長くすれば、レーザビームで走査可能な被加工面上の範囲を広くすることができる。

なお、ｆθレンズを有するレーザ加工装置では、ｆθレンズの表面が、ガルバノスキャナから出射したレーザビームに走査される。ｆθレンズの表面上のレーザビームで走査可能な領域の面積が、被加工面上のレーザビームで走査可能な範囲の面積に対応する。このため、このようなレーザ加工装置で、被加工面上のレーザビームで走査可能な範囲を広くしようとするとき、ｆθレンズの口径を大きくする必要がある。大口径のｆθレンズは高価である。

なお、上述の説明において、ガルバノスキャナでレーザビームを偏向させたが、他の手段でレーザビームを偏向させてもかまわない。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例によるレーザ加工装置の概略図である。 図２（Ａ）は、レーザ描画方法の一例を説明するための、加工対象物の平面図であり、図２（Ｂ）は、レーザビームの走査方向を説明するための図である。 レーザ描画方法の他の例を説明するための、加工対象物の平面図である。 変形例によるレーザ加工装置の概略図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ シャッタ
３ アッテネータ
４ 折り返しミラー
５ ガルバノスキャナ
６ ｆθレンズ
７ 加工対象物
８ ステージ機構
９ 制御装置

Claims (10)

1. 連続波レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射したレーザビームを偏向させ、外部から入力される制御信号に基づいて偏向方向を変化させるビーム偏向器と、
   前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームが入射する位置に加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて該加工対象物を移動させるステージ機構と、
   前記加工対象物が移動している期間中に、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って加工対象物上を移動するように、前記ステージ機構と前記ビーム偏向器とを制御する制御装置と
   を有するレーザ加工装置。
2. 前記ビーム偏向器は、レーザビームの進行方向を２次元方向に振ることができ、前記ステージ機構は、それに保持された加工対象物の被加工面に平行な２次元方向に、該加工対象物を移動することができる請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記ステージ機構が、前記加工対象物の位置を特定する情報を前記制御装置に送信し、前記制御装置は、前記ステージ機構から与えられた前記加工対象物の位置を特定する情報と、該加工対象物上のレーザビームの入射すべき位置を特定する情報とに基づいて、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームが、前記加工対象物上の入射すべき位置に入射するように、前記ビーム偏向器を制御する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. さらに、前記レーザ光源から前記ステージ機構に保持された加工対象物までの光路上に配置され、外部から入力される制御信号に基づいて、レーザビームが該加工対象物に入射する状態と入射しない状態とを切り替えるシャッタを有し、
   前記制御装置は、ビーム偏向器の作動によってレーザビームが既に照射された軌跡の終点から、次にレーザビームを照射すべき軌跡の始点まで、レーザビームの入射位置が移動する期間中、レーザビームが該加工対象物に入射しないように、該シャッタを制御する請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
5. さらに、前記ビーム偏向器から前記ステージ機構に保持された加工対象物までの間の光路上に配置されたｆθレンズを有する請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
6. さらに、前記レーザ光源から前記ビーム偏向器までの光路上に配置され、該レーザ光源から出射したレーザビームを収束させるレンズと、
   前記レンズを移動させるレンズ移動機構と
   を有し、
   前記制御装置が、前記レンズから被加工面上のレーザビームの入射位置までの光路長が一定となるように、前記レンズ移動機構を制御する請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
7. （ａ）表面に、レーザビームで描画すべき線状の描画パタンが画定された加工対象物を移動させながら、かつレーザビームの進行方向を２次元方向に振ることができるビーム偏向器でレーザビームの進行方向を振りながら、該加工対象物の表面におけるレーザビームの入射点の軌跡が該描画パタンと一致するように、該ビーム偏向器でレーザビームを振って描画する工程
   を有するレーザ描画方法。
8. 前記描画パタンが、相互に平行な複数の直線パタンを含み、前記工程（ａ）で前記加工対象物を移動させる方向が、前記直線パタンの延在する方向と交差する方向である請求項７に記載のレーザ描画方法。
9. 前記工程（ａ）において、相互に隣り合う直線パタンを、レーザビームの入射点が相互に反対方向に移動するように描画する請求項８に記載のレーザ描画方法。
10. 前記直線パタンの各々が一対の端部を有し、前記工程（ａ）が、
    （ａ１）ある直線パタンの一端から他端まで描画する工程と、
    （ａ２）レーザビームが前記加工対象物に入射しない状態にし、レーザビームの入射すべき位置が、次に描画すべき直線パタンの一端に移動するように前記ビーム偏向器を制御する工程と、
    （ａ３）前記工程（ａ２）で移動したレーザビームの入射すべき位置に、一端が一致する直線パタンを描画する工程と
    を含む請求項８または９に記載のレーザ描画方法。

Images