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JP4436162B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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JP4436162B2
JP4436162B2 JP2004074520A JP2004074520A JP4436162B2 JP 4436162 B2 JP4436162 B2 JP 4436162B2 JP 2004074520 A JP2004074520 A JP 2004074520A JP 2004074520 A JP2004074520 A JP 2004074520A JP 4436162 B2 JP4436162 B2 JP 4436162B2
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light
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泰史 山田
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Ricoh Co Ltd
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  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、レーザビームの照射により被加工材料に直接微細な形状を形成するレーザ加工装関するものであり、特に複数箇所の加工部を同時に形成するレーザ加工装関する。 The present invention relates to a laser pressurized KoSo location to form a direct fine shape on the processed material by irradiation of a laser beam, directed to the laser pressurized KoSo location to form particular processing unit of the plurality of locations simultaneously.

従来のレーザ加工方法としては、レーザ光を被加工物表面に集光照射し、集光点と被加工物表面との位置を相対的に移動させながら加工を行うことで、複数箇所あるいは平面で加工を行う方法がある。   As a conventional laser processing method, a laser beam is focused and irradiated on the surface of a workpiece, and processing is performed while relatively moving the position of the focusing point and the surface of the workpiece, so that a plurality of locations or planes can be obtained. There is a method of processing.

また、平面内であるパターンを一括に加工する方法として、マスクを用いそのパターンを被加工物表面に投影照射する加工方法がある。このような技術に関しては、例えば特開平10−319221号が知られている。   In addition, as a method of processing a pattern in a plane at once, there is a processing method in which a mask is used to project and project the pattern onto the surface of the workpiece. Regarding such a technique, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-319221 is known.

特に複数箇所に孔加工を同時に行う方法として回折光学素子を用いることで複数の集光点を形成する方法がある。この技術については、例えば、特開平10−34365号、特開2001−138083号が知られている。
特開平10−319221号公報 特開平10−34365号公報 特開2001−138083号公報
In particular, there is a method of forming a plurality of condensing points by using a diffractive optical element as a method of simultaneously drilling holes at a plurality of locations. Regarding this technique, for example, JP-A-10-34365 and JP-A-2001-138083 are known.
JP 10-319221 A JP 10-34365 A JP 2001-138083 A

しかしながら、集光点をスキャンすることで加工を行う方式の欠点としては、スキャンするので時間がかかること、及び、位置あわせの必要があり、特に高精度な加工を行う際にはコストが高いことがあげられる。   However, the disadvantages of processing by scanning the condensing point are that it takes time because it scans, and it is necessary to align the position, which is particularly expensive when performing highly accurate processing. Is given.

また、マスクを用いる投影加工法の欠点としては、
1.高精度なマスクの作製が困難であること
2.遮光部が存在するため光利用効率が悪いこと
3.1つのマスクに対して1つのパターンしか得ることが出来ないため柔軟性に乏しいこと
があげられる。
In addition, as a disadvantage of the projection processing method using a mask,
1. 1. It is difficult to produce a highly accurate mask. 3. Light utilization efficiency is poor due to the presence of the light-shielding part 3. Only one pattern can be obtained for one mask.

また、回折光学素子を用いることによって多点に焦点を結び加工を行う方式の欠点としては、
1.回折光学素子の作製が困難であり、コストが高いこと
2.スペックルノイズがあらわれること
3.ひとつの回折光学素子に対して1つの集光パターンしか得ることが出来ず柔軟性に乏しいこと
4.複数の集光点それぞれの相対的な照射強度や、照射位置を変えることが出来ないこと
といった点があげられる。
In addition, as a disadvantage of the method of focusing and processing multiple points by using a diffractive optical element,
1. 1. It is difficult to produce a diffractive optical element, and the cost is high. 2. Speckle noise appears. 3. Only one condensing pattern can be obtained for one diffractive optical element, and the flexibility is poor. For example, the relative irradiation intensity of each of the plurality of condensing points and the irradiation position cannot be changed.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被加工物表面に多数の加工部を同時に形成するレーザ加工装提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, to provide a laser pressurized KoSo location to simultaneously form a number of working portions to the surface of the workpiece and its purpose.

請求項に記載の発明は、パルスレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射した前記パルスレーザ光の波長分布を制御する波長分布制御手段と、前記波長分布制御手段により波長分布が制御された前記パルスレーザ光を、前記波長分布に依存して空間的に異なる位置に伝播させる光伝播手段とを備えたレーザ加工装置であって、前記波長分布制御手段には、前記パルスレーザ光の波長を分散する波長分散素子と波長が分散されたパルスレーザ光の波長を選択する空間的波長選択手段との組の少なくとも一組以上が備えられ、前記空間的波長選択手段に設けられた、レーザー光の透過を制限するために空間的に透過率に分布を持つ、グレーマスクにより、透過波長それぞれに対する強度が制御され、そして、前記光伝播手段により伝播された前記パルスレーザ光被加工物表面の複数箇所の加工部位に照射されて、前記被加工表面の複数箇所の加工部位が同時にレーザ加工されることを特徴とするレーザ加工装置である。 The invention of claim 1 includes a light source for emitting a pulsed laser beam, the wavelength distribution control means for controlling the wavelength distribution of the pulse laser light emitted from the light source, the wavelength distribution is controlled by the wavelength distribution control means and the pulse laser beam, a laser processing apparatus and a light propagation means for propagating a manner spatially different positions depending on the wavelength distribution, the said wavelength distribution control means, the pulsed laser beam A laser provided with at least one set of a set of a wavelength dispersion element that disperses the wavelength and a spatial wavelength selection means that selects the wavelength of the pulsed laser light in which the wavelength is dispersed, provided in the spatial wavelength selection means It has a distribution spatially transmittance to limit the transmission of light, the gray mask, the intensity for each transmission wavelength is controlled, and the propagation of the said light propagation means The pulsed laser beam is irradiated to the processing site of the plurality of locations of the workpiece surface, machined portion of a plurality of locations of said workpiece surface is a laser machining apparatus according to claim Rukoto is laser processing simultaneously.

請求項1記載のレーザ加工装置では、光源としてパルス状に発振するレーザ光、あるいはレーザ光の波長変換素子により変換されたレーザ光、あるいはレーザ光を利用して発光する発光体などを利用し、強度調整手段により波長ごとの強度を調整するあるいは一部の波長のみを選択的に取り出す。波長分布は時間経過とともにあるいはパルスごとに変化させる、あるいは選択波長を変化させることも可能である。また、波長分散素子によってレーザ光は波長ごとに空間的に分解され、波長分解されたレーザ光に対して空間的波長選択手段により強度分布制御を行うことで、レーザ光の波長強度分布の制御がなされる。波長分散素子としては、ホログラム素子、レンズ等波長により空間伝播位置を変化せしめるさまざまな素子を利用することが可能である。空間的波長選択手段としては、空間的位置により光の透過を制限する金属板やスリット、ピンホール等、あるいは空間位置によって透
過光強度の異なるNDフィルタ等、さまざまな素子を利用することが可能である。また、たとえば透明基板上にCrを蒸着する等により形成可能で金属膜での反射を利用して、空間的に光の透過領域を制御する。
In the laser processing apparatus according to claim 1, a laser beam that oscillates in a pulsed manner as a light source, a laser beam converted by a wavelength conversion element of the laser beam, a light emitter that emits light using the laser beam, or the like is used. The intensity for each wavelength is adjusted by the intensity adjusting means, or only some wavelengths are selectively extracted. The wavelength distribution can be changed with time or for each pulse, or the selected wavelength can be changed. In addition, the laser light is spatially decomposed for each wavelength by the wavelength dispersion element, and the intensity distribution control is performed on the wavelength-resolved laser light by the spatial wavelength selection means, thereby controlling the wavelength intensity distribution of the laser light. Made. As the wavelength dispersion element, various elements such as a hologram element and a lens that change the spatial propagation position depending on the wavelength can be used. As the spatial wavelength selection means, it is possible to use various elements such as metal plates, slits, pinholes, etc. that limit the transmission of light depending on the spatial position, or ND filters with different transmitted light intensity depending on the spatial position. is there. Further, for example, by utilizing the reflection on the metal film can be formed such as by depositing a Cr on the transparent substrate, that controls the transmission area spatially light.

この波長分布を制御された光源からの光は続いて配置した光伝播手段により伝播させる。この光伝播手段は、たとえば波長によって焦点の異なるレンズや伝播方向の異なる回折素子、プリズムなどから構成されている。この光伝播手段を通過した光は波長ごとに被加工物表面の空間的に異なる点に集光される。このとき被加工物をレーザ光に同期して移動させることも可能である。   The light from the light source whose wavelength distribution is controlled is subsequently propagated by the light propagation means arranged. This light propagation means is composed of, for example, a lens having a different focus depending on the wavelength, a diffraction element having a different propagation direction, a prism, and the like. The light that has passed through the light propagation means is collected at spatially different points on the workpiece surface for each wavelength. At this time, the workpiece can be moved in synchronization with the laser beam.

ここで光源波長の強度調整、あるいは光源波長の選択を行うことで、被加工物表面において光照射の場所あるいはパターンを制御することが可能となる。これによって、1回のレーザ光照射によって、被加工物の複数箇所にパターンを制御した加工が可能となる。ここで、加工とは材料の直接除去を行う加工法だけなく、光異性化による表面形状変化・材料の変質・屈折率変調など誘起する現象も含む。また、材料を変質させる加工においては、その後エッチングなどの処理を行うことにより形状変化を作りだすことも可能である。   Here, by adjusting the intensity of the light source wavelength or selecting the light source wavelength, it is possible to control the place or pattern of light irradiation on the surface of the workpiece. Thereby, the process which controlled the pattern to the several places of a to-be-processed object by one time laser beam irradiation is attained. Here, the processing includes not only a processing method that directly removes a material but also a phenomenon that induces a surface shape change, material alteration, refractive index modulation, and the like due to photoisomerization. Further, in the processing for modifying the material, it is possible to create a shape change by performing a process such as etching thereafter.

請求項2に記載の発明は、前記空間的波長選択手段が光の透過率を制限するフォトマスクであり、前記フォトマスクを移動させる移動手段をさらに備え、時間的に選択波長を変化させることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置である。フォトマスクはたとえば透明基板上にCrを蒸着する等により形成可能で金属膜での反射を利用して、空間的に光の透過領域を制御する。 According to a second aspect of the present invention, the spatial wavelength selection unit is a photomask that limits light transmittance , further includes a moving unit that moves the photomask , and the selection wavelength is changed with time. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is a laser processing apparatus. The photomask can be formed, for example, by vapor-depositing Cr on a transparent substrate, and spatially controls the light transmission region by utilizing reflection on the metal film.

これはフォトマスクを移動ステージ上に保持し、移動することで達成可能である。このとき移動手段はレーザ照射タイミングと同期して移動することが望ましく、被加工物の移動手段と同期して移動することも可能である。また複数のマスクパターンを用意し、その照射位置を移動手段によって制御することで、さまざまなマスクパターンを利用することも可能である。 This can be achieved by holding and moving the photomask on the moving stage. At this time, it is desirable that the moving means move in synchronization with the laser irradiation timing, and it is also possible to move in synchronization with the moving means of the workpiece. It is also possible to use various mask patterns by preparing a plurality of mask patterns and controlling the irradiation position by a moving means.

請求項に記載の発明は、前記空間的波長選択手段が空間強度変調器であることを特徴とする請求項に記載のレーザ加工装置である。 The invention according to claim 3, wherein the spatial wavelength selection means is a laser machining apparatus according to claim 1, characterized in that the spatial intensity modulator.

空間強度変調器としては、透過型の液晶や反射型の液晶素子、反射型のデジタルマイクロミラー、MEMS素子等を利用することが可能である。空間強度変調器は、時間的に反射あるいは透過量を変化させることが可能である。空間強度変調器は、時間ごとに制御する場合は、レーザ照射タイミングと同期させて制御されることが望ましく、被加工物移動手段を利用する場合には、移動手段と同期して制御されることが望ましい。   As the spatial intensity modulator, a transmissive liquid crystal, a reflective liquid crystal element, a reflective digital micromirror, a MEMS element, or the like can be used. The spatial intensity modulator can change the amount of reflection or transmission over time. The spatial intensity modulator is preferably controlled in synchronism with the laser irradiation timing when controlling every time, and is controlled in synchronism with the moving means when using the workpiece moving means. Is desirable.

請求項に記載の発明は、前記空間強度変調器が、透過型液晶と偏光分離素子とで構成されていることを特徴とする請求項に記載のレーザ加工装置である。 A fourth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the third aspect, wherein the spatial intensity modulator includes a transmissive liquid crystal and a polarization separation element.

この構成では、波長選択手段として、透過型液晶を用い、また伝播光の一部に偏光分離素子を設けることで、偏光による光強度の制御を行う。偏光分離素子には、偏光分離プリズムや回折格子などを利用することが可能である。   In this configuration, a transmission type liquid crystal is used as the wavelength selection means, and a polarization separation element is provided in a part of the propagating light, thereby controlling the light intensity by the polarized light. As the polarization separation element, a polarization separation prism, a diffraction grating, or the like can be used.

透過型液晶は、時間的に透過光の偏光方向を変化させることが可能であり、外部制御素子により液晶パターンを変化させられるようにすることができる。この透過型液晶の制御はレーザ照射タイミングと同期させて制御されることが望ましい。また被加工物移動手段を利用する場合には、移動手段と同期して制御されることが望ましい。   The transmissive liquid crystal can change the polarization direction of the transmitted light with time, and the liquid crystal pattern can be changed by an external control element. The transmission type liquid crystal is preferably controlled in synchronization with the laser irradiation timing. Further, when using the workpiece moving means, it is desirable to control in synchronization with the moving means.

強度調整手段としては、NDフィルタ、偏光分離素子、グレーマスク等を用いることが可能である。空間的波長分布を形成する場合は、少なくとも一部の波長におけるレーザ強度を調整する手段を設けることも可能である。強度調整手段はレーザ発振あるいは、被加工物移動手段と同期して制御することも可能である。   As the intensity adjusting means, an ND filter, a polarization separation element, a gray mask, or the like can be used. When forming a spatial wavelength distribution, it is possible to provide means for adjusting the laser intensity at at least some wavelengths. The intensity adjusting means can be controlled in synchronism with laser oscillation or workpiece moving means.

請求項に記載の発明は、前記光源が極短パルスレーザであることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のレーザ加工装置である。 The invention according to claim 5 is the laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the light source is an ultrashort pulse laser.

極短パルスレーザとしては、フェムト秒、ピコ秒領域のパルス幅を有するチタンサファイヤレーザ(Ti:Sapphireレーザ)や、ファイバレーザ等を利用することが可能である。特に極短フェムト秒レーザでは、短パルス化のために原理的に発振パルス幅を広くする必要があり、数十nm以上の広帯域で発振するレーザが開発されている。   As the ultrashort pulse laser, a titanium sapphire laser (Ti: Sapphire laser) having a pulse width in a femtosecond or picosecond region, a fiber laser, or the like can be used. In particular, in an extremely short femtosecond laser, it is necessary in principle to widen the oscillation pulse width for shortening the pulse, and a laser that oscillates in a wide band of several tens of nanometers or more has been developed.

請求項に記載の発明によれば、被加工物へ照射するレーザ光の波長を制御することで複数箇所に同時に加工を行うことが可能である。また、通常のビーム分割回折光学素子は、1つの素子に対して1つの加工パターンしか得ることが出来ないが、本発明では、照射するレーザ光の波長を選択することによって加工位置や加工パターンを変えることが出来る。また、レーザ光の強度を波長ごとにそれぞれ調整することによって、複数の照射部の強度を独立に変えることが出来る。また、グレーマスクの透過率分布を適宜変えることにより、透過波長それぞれに対する強度を制御することが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to perform processing at a plurality of locations simultaneously by controlling the wavelength of the laser beam irradiated to the workpiece. In addition, an ordinary beam-splitting diffractive optical element can obtain only one processing pattern for one element, but in the present invention, the processing position and processing pattern can be changed by selecting the wavelength of the laser beam to be irradiated. Can be changed. Further, by adjusting the intensity of the laser beam for each wavelength, the intensity of the plurality of irradiation parts can be independently changed. Further, by appropriately changing the transmittance distribution of the gray mask, it is possible to control the intensity with respect to each transmission wavelength.

請求項に記載の発明によれば、波長制御を空間的な光位置に変換することで、さまざまな素子を波長分布に利用することが可能となる。これにより、波長分布の制御が容易となる、高精度な制御が可能となる、安価なシステムとすることができる、高速な制御が可能となる等の利点がある。 According to the first aspect of the present invention, various elements can be used for the wavelength distribution by converting the wavelength control into a spatial light position. Thereby, there are advantages such as easy control of the wavelength distribution, high-precision control, a low-cost system, and high-speed control.

請求項に記載の発明によれば、製造が容易で、高精度な空間位置制御(波長分布制御)が可能となる、幅広い波長域で利用することが可能となる、回折格子、プリズムでの空間波長分散を用いる場合には、スリット状のマスクでよく、長いスリットを設けることで、波長分散方向への調整のみで制御が可能となる、グレーレベルマスクを用いることで、精密な波長制御が可能となる、また、グレーレベルマスクを用いることで、強度も同時に制御することが可能となる等の利点がある。 According to the first aspect of the present invention, it is easy to manufacture, enables highly accurate spatial position control (wavelength distribution control), and can be used in a wide wavelength range. When using spatial chromatic dispersion, a slit-shaped mask may be used, and by providing a long slit, control is possible only by adjustment in the chromatic dispersion direction. By using a gray level mask, precise wavelength control is possible. There is an advantage that the intensity can be simultaneously controlled by using a gray level mask.

請求項2に記載の発明によれば、レーザ照射タイミングにあわせてフォトマスクを移動させることで、時間的に異なった波長分布での加工が可能となる。これにより被加工物へ照射するレーザ光パターンを時間ごとに制御することが可能となる。これに同期して被加工物を動かす、あるいはレーザ光を走査することによって大面積、複雑な加工が可能となる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to perform processing with different wavelength distributions in time by moving the photomask in accordance with the laser irradiation timing. Thereby, it becomes possible to control the laser beam pattern irradiated to a workpiece for every time. By moving the workpiece in synchronization with this, or scanning with laser light, a large area and complicated machining can be performed.

請求項に記載の発明によれば、特に伝播光の強度分布をさまざまな形状に変化させることが容易である。時間ごと強度変化をさせることが可能で、制御性が高い。単一の素子でさまざまな透過形状に制御することが可能である。入手が容易で、制御も容易である。 According to the third aspect of the present invention, it is particularly easy to change the intensity distribution of propagating light into various shapes. It is possible to change the intensity every time and the controllability is high. It is possible to control various transmission shapes with a single element. It is easy to obtain and easy to control.

請求項に記載の発明によれば、特に伝播光の強度分布をさまざまな形状に変化させることが容易である。さらにグレーレベルの強度調整を行うことが可能となる。単一の素子でさまざまな透過形状に制御することが可能である。入手が容易で、制御も容易である。 According to the fourth aspect of the present invention, it is particularly easy to change the intensity distribution of the propagation light into various shapes. Further, the gray level intensity can be adjusted. It is possible to control various transmission shapes with a single element. It is easy to obtain and easy to control.

請求項に記載の発明によれば、短パルス光源を利用することで、熱伝播を抑制した高精度加工が可能となる、熱伝播によるエネルギーロスが少なく、低エネルギー加工が可能となる、ナノ秒レーザで問題となる、レーザ吸収で発生したプラズマをさらにレーザ光が吸収するプラズマ再吸収がなく、これによる表面損傷を抑制し高精度な加工が可能となる、高ピークパワーのために、透明体の多光子吸収を起こすことが容易となり、低エネルギーで透明体の除去、改質加工が可能となる等の利点がある。極短パルスレーザとして、フェムト秒レーザを用いた場合には原理的に広帯域となり、とくに装置の改良なく広帯域のレーザとして利用することが可能である。 According to the invention described in claim 5 , by using a short pulse light source, high-accuracy processing that suppresses heat propagation is possible, energy loss due to heat propagation is small, and low-energy processing is possible. There is no plasma re-absorption that the laser beam absorbs the plasma generated by the laser absorption, which is a problem with the second laser, and it is transparent because of the high peak power that enables high-precision processing by suppressing surface damage due to this. It is easy to cause multiphoton absorption of the body, and there is an advantage that the transparent body can be removed and modified with low energy. When a femtosecond laser is used as an ultrashort pulse laser, the laser has a wide band in principle, and can be used as a broadband laser without improvement of the apparatus.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明のレーザ加工方法を実施する本発明のレーザ加工装置の一実施形態を示す構成図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a laser processing apparatus of the present invention for implementing the laser processing method of the present invention.

図1に示すように、このレーザ加工装置は、パルスレーザ光を出射する光源10と、光源10から出射したパルスレーザ光L1の波長毎の強度分布(以下、波長分布という)を制御する波長分布制御手段20と、波長分布制御手段20により波長分布が制御されたパルスレーザ光を波長に依存して空間的に異なる位置に伝播させる光伝播手段30とを備え、光伝播手段30により伝播されたパルスレーザ光を被加工物40表面の複数箇所の加工部位40d,40eに照射して同時にレーザ加工を行う。   As shown in FIG. 1, this laser processing apparatus has a light source 10 that emits pulsed laser light and a wavelength distribution that controls the intensity distribution (hereinafter referred to as wavelength distribution) for each wavelength of the pulsed laser light L1 emitted from the light source 10. The control means 20 and the light propagation means 30 for propagating the pulsed laser light whose wavelength distribution is controlled by the wavelength distribution control means 20 to spatially different positions depending on the wavelength are propagated by the light propagation means 30. Laser processing is performed simultaneously by irradiating a plurality of processing sites 40d and 40e on the surface of the workpiece 40 with pulsed laser light.

このレーザ加工装置によれば、光源10から出射したパルスレーザとしてのレーザ光L1の波長分布を制御し、波長分布が制御されたパルスレーザとしてのレーザ光L2を波長に依存して空間的に異なる位置に伝播させることにより、伝播させたパルスレーザ光を被加工物40表面の複数箇所の加工部位40d,40eに照射して複数箇所の加工部位40d,40eを同時にレーザ加工するレーザ加工方法を実施することができる。   According to this laser processing apparatus, the wavelength distribution of the laser beam L1 as the pulse laser emitted from the light source 10 is controlled, and the laser beam L2 as the pulse laser whose wavelength distribution is controlled is spatially different depending on the wavelength. Implementing a laser processing method of irradiating a plurality of processing parts 40d, 40e on the surface of the workpiece 40 with laser light by simultaneously propagating the propagated pulsed laser light to the position, thereby simultaneously processing the plurality of processing parts 40d, 40e. can do.

本実施形態では、光源10はパルスレーザとしてチタンサファイヤレーザ(Ti:Sapphireレーザ)等の比較的波長分布の広い帯域で発振するレーザを有する。光源10が出射するレーザ光L1は、図中G1のグラフに示すように、特定波長をピークにその両側の波長の強度が徐々に減少する山形の波長分布を有している。   In the present embodiment, the light source 10 has a laser that oscillates in a band having a relatively wide wavelength distribution, such as a titanium sapphire laser (Ti: Sapphire laser), as a pulse laser. The laser light L1 emitted from the light source 10 has a mountain-shaped wavelength distribution in which the intensity of the wavelengths on both sides gradually decreases with a specific wavelength as a peak, as shown by a graph G1 in the figure.

広帯域で発振するレーザとしては、白色レーザや、発振波長域の広い色素レーザなどを用いることが可能である。このように、光源10の発振波長が広帯域であることで、波長分散を利用した光伝播手段30による加工位置の制御幅を広くすることができる。また、波長分散を利用した光伝播手段30の選択幅を広げることができる。さらに、容易に入手可能な波長分散素子を利用することが可能となる。   As a laser that oscillates in a wide band, a white laser, a dye laser having a wide oscillation wavelength range, or the like can be used. Thus, since the oscillation wavelength of the light source 10 is wide, the control range of the processing position by the light propagation means 30 using chromatic dispersion can be widened. Moreover, the selection range of the light propagation means 30 using chromatic dispersion can be expanded. Furthermore, it is possible to use a wavelength dispersion element that can be easily obtained.

また、光源10として、極短パルスレーザを用いることができる。極短パルスレーザとしては、フェムト秒、ピコ秒領域のパルス幅を有するチタンサファイヤレーザや、ファイバレーザ等を利用することが可能である。特に極短フェムト秒レーザでは、短パルス化のために原理的に発振パルス幅を広くする必要があり、数十nm以上の広帯域で発振するレーザが開発されている。フェムト秒レーザでは原理的に広帯域となり、とくに装置の改良なく広帯域のレーザとして利用することが可能である。   Further, as the light source 10, an ultrashort pulse laser can be used. As the ultrashort pulse laser, a titanium sapphire laser having a pulse width in the femtosecond or picosecond region, a fiber laser, or the like can be used. In particular, in an extremely short femtosecond laser, it is necessary in principle to widen the oscillation pulse width for shortening the pulse, and a laser that oscillates in a wide band of several tens of nanometers or more has been developed. A femtosecond laser has a broad band in principle, and can be used as a wide band laser without improvement of the apparatus.

光源10として、極短パルスレーザを用いることにより、熱伝播を抑制した高精度加工が可能となる。また、熱伝播によるエネルギーロスが少なく、低エネルギー加工が可能となる。さらに、ナノ秒レーザで問題となる、レーザ吸収で発生したプラズマをさらにレーザ光が吸収するプラズマ再吸収がなく、これによる表面損傷を抑制し高精度な加工が可能となる。また、高ピークパワーのために、透明体の多光子吸収を起こすことが容易となり、低エネルギーで透明体の除去、改質加工が可能となる。   By using an extremely short pulse laser as the light source 10, high-accuracy processing with suppressed heat propagation becomes possible. Further, energy loss due to heat propagation is small, and low energy processing is possible. Further, there is no plasma re-absorption that causes the laser light to further absorb the plasma generated by the laser absorption, which is a problem with the nanosecond laser, and surface damage due to this is suppressed, and high-precision processing is possible. In addition, because of the high peak power, it is easy to cause multiphoton absorption of the transparent body, and the transparent body can be removed and modified with low energy.

また、光源10として、波長変換手段により、入射レーザ光を波長変換した光源を用いることができる。波長変換手段としては、たとえば極短パルスレーザ光をガス導入(ガスを封入又は流通)した中空ファイバに通過させ、波長を広帯域化した光源や、フォトニック結晶ファイバを利用して、入射レーザ光の波長を広帯域化したものなどを利用することが可能である。   Further, as the light source 10, a light source obtained by converting the wavelength of incident laser light by a wavelength conversion unit can be used. As the wavelength conversion means, for example, an ultrashort pulse laser beam is passed through a hollow fiber into which gas has been introduced (gas is enclosed or distributed), and the wavelength of the incident laser beam is changed by using a light source having a wider wavelength or a photonic crystal fiber. It is possible to use one having a wider wavelength.

このように光源10として、波長変換手段により、入射レーザ光を波長変換した光源を用いることにより、入力レーザ光を安価なシステムで容易に広帯域化することでき、波長分散の効果を高めることができる。また、特にフォトニック結晶ファイバではファイバ構造の設計によって出射光の波長分布を制御することが出来る。   Thus, by using a light source obtained by converting the wavelength of incident laser light by the wavelength conversion means as the light source 10, the input laser light can be easily widened with an inexpensive system, and the effect of wavelength dispersion can be enhanced. . In particular, in the photonic crystal fiber, the wavelength distribution of the emitted light can be controlled by designing the fiber structure.

また、波長分布制御手段20は、光源10からのレーザ光L1を回折格子等の波長分散素子で波長分散させて空間的に波長分布を生じさせ、その透過光を波長に応じて空間的に選択する波長選択手段によって選択することで波長分布を図中グラフのように制御する。即ち、波長分布制御手段20により、光源10から出射したレーザ光L1のグラフG1に示す波長分布を、グラフG4に示すように、選択した波長a及びbのみからなる波長分布に制御する。   The wavelength distribution control means 20 spatially generates a wavelength distribution by wavelength-dispersing the laser light L1 from the light source 10 with a wavelength dispersion element such as a diffraction grating, and spatially selects the transmitted light according to the wavelength. The wavelength distribution is controlled as shown in the graph in FIG. That is, the wavelength distribution control means 20 controls the wavelength distribution shown in the graph G1 of the laser light L1 emitted from the light source 10 to a wavelength distribution consisting only of the selected wavelengths a and b as shown in the graph G4.

レーザ光の波長分布制御手段20は、一組以上の波長分散素子と空間的な波長選択手段で構成される。波長分散素子によってレーザ光は波長ごとに空間的に分解され、波長分解されたレーザ光に対して強度分布制御を行うことで、レーザ光の波長強度分布の制御がなされる。   The laser light wavelength distribution control means 20 includes at least one set of wavelength dispersion elements and spatial wavelength selection means. The laser light is spatially decomposed for each wavelength by the wavelength dispersion element, and the intensity distribution control is performed on the wavelength-resolved laser light, thereby controlling the wavelength intensity distribution of the laser light.

波長分散素子としては、ホログラム素子、レンズ等波長により空間伝播位置を変化せしめるさまざまな素子を利用することが可能である。空間的な波長選択手段としては、空間的位置により光の透過を制限する金属板やスリット、ピンホール等、あるいは空間位置によって透過光強度の異なるNDフィルタ等、さまざまな素子を利用することが可能である。   As the wavelength dispersion element, various elements such as a hologram element and a lens that change the spatial propagation position depending on the wavelength can be used. As spatial wavelength selection means, various elements such as metal plates, slits, pinholes, etc. that limit the transmission of light according to the spatial position, or ND filters with different transmitted light intensity depending on the spatial position can be used. It is.

レーザ光を空間的な光位置に変換することで、さまざまな素子を波長分布制御に利用することが可能となる。これにより、波長分布の制御が容易となる点、高精度な制御が可能となる点、安価なシステムとすることができる点、高速な制御が可能となる点等の利点がある。   By converting laser light into a spatial light position, various elements can be used for wavelength distribution control. Thereby, there are advantages such as easy control of the wavelength distribution, high-precision control, a low-cost system, and high-speed control.

光伝播手段30は、本実施形態では、プリズムのような分散素子とレンズ等の集光光学素子とを組み合わせた伝播光学系を用いることができる。   In this embodiment, the light propagation means 30 can use a propagation optical system in which a dispersion element such as a prism and a condensing optical element such as a lens are combined.

波長強度分布が制御されたレーザ光L2は、その後、光伝播手段30により、被加工物40の表面に集光される。光伝播手段30に備えるプリズムによって波長ごとにレーザ光L2の伝播方向が変化させられ、これによって波長ごとに集光点が異なり、複数箇所の加工が可能となる。   The laser beam L2 whose wavelength intensity distribution is controlled is then focused on the surface of the workpiece 40 by the light propagation means 30. The propagation direction of the laser beam L2 is changed for each wavelength by the prism provided in the light propagation means 30, and thereby the condensing point is different for each wavelength, and processing at a plurality of locations is possible.

上記レーザ加工は、アブレーションによる材料の直接除去加工であるので、リソグラフィに比べ、次の利点がある。
1.リソグラフィ方式で必要な、レジスト塗布や現像等の工程を必要としないシンプルな工程であり、コスト、量産性が高い
2.真空を必要とせず、大気中、各種ガス中、液体中等での加工が可能である
3.反応性ガスを必要としないクリーンなプロセスである
4.レーザの集光により微細化が容易である
5.光学系の調整により加工領域の空間的制御が容易である
6.レーザパルス数の制御により、加工量の制御が容易である
7.短パルスレーザを用いることで、高速な反応を利用することができる
8.高いエネルギー密度を生成することが容易であり、様々な材料の加工が可能である
Since the laser processing is a direct material removal processing by ablation, the following advantages are obtained as compared with lithography.
1. 1. A simple process that does not require resist coating or development, which is necessary in lithography, and has high cost and mass productivity. 2. Processing in the atmosphere, various gases, liquids, etc. is possible without the need for a vacuum. 3. A clean process that does not require reactive gases. 4. Miniaturization is easy by focusing the laser. 5. Spatial control of the processing area is easy by adjusting the optical system. 6. The amount of machining can be easily controlled by controlling the number of laser pulses. By using a short pulse laser, a high-speed reaction can be used. It is easy to generate high energy density and various materials can be processed

また、リソグラフィによるレジストの露光では波長による露光感度の依存性が大きいが、アブレーションでは波長依存性はより低い。よって、本発明の加工方法において別波長の光によって多数箇所を加工する際には、アブレーション加工のほうが、波長依存性は低く使用できる波長幅が広いことから有利である。   In addition, the exposure sensitivity of a resist by lithography is highly dependent on the exposure sensitivity depending on the wavelength, but the wavelength dependency is lower in ablation. Therefore, when a large number of portions are processed with light of different wavelengths in the processing method of the present invention, ablation processing is advantageous because the wavelength dependence is low and the usable wavelength width is wide.

レーザ光の伝播にレーザ光走査手段を配置することができる。レーザ光走査手段としては、例えばガルバノミラー、ポリゴンミラー等を利用することが可能である。このレーザ光走査手段は、レーザの発振あるいはレーザ光のシャッターと同期して制御されることが望ましく、また被加工物を移動させる移動手段を用い、この移動手段とも同期させて制御されることが望ましい。このときレーザ波長制御手段による波長分布を同期して制御し、波長分布を変化させて加工することも可能である。レーザ光走査手段はレーザ光1照射ごとに走査させる必要はなく、多数回のレーザ照射後走査することも可能である。   Laser light scanning means can be arranged for the propagation of the laser light. As the laser beam scanning means, for example, a galvanometer mirror, a polygon mirror or the like can be used. This laser beam scanning means is desirably controlled in synchronization with the laser oscillation or the laser light shutter, and also uses a moving means for moving the workpiece, and can be controlled in synchronization with this moving means. desirable. At this time, it is also possible to perform processing by changing the wavelength distribution by controlling the wavelength distribution by the laser wavelength control means synchronously. The laser beam scanning means need not be scanned for each irradiation of the laser beam, and can be scanned after many laser irradiations.

本発明の加工方法によれば、レーザ光走査手段を配置することなく多数同時に加工することが可能であったが、レーザ光走査手段を配置することにより、レーザ光走査手段で走査することによって、さらに多数の加工部をより短時間で形成することが出来る。また、波長強度分布を調整しながらレーザ光を走査することで、加工面上に任意のパターンを加工することが可能である。   According to the processing method of the present invention, it was possible to simultaneously process a large number without arranging the laser beam scanning means, but by arranging the laser beam scanning means and scanning with the laser beam scanning means, Furthermore, a large number of processed parts can be formed in a shorter time. Further, an arbitrary pattern can be processed on the processing surface by scanning the laser light while adjusting the wavelength intensity distribution.

波長分布制御手段20として一つ以上の波長フィルタを用いることができる。波長フィルタとしては、例えば色ガラスフィルタや多層膜を利用した干渉フィルタ等を用いることが可能である。薄膜を利用することで、赤外から深紫外、X線領域のレーザまで利用することが可能となる。   One or more wavelength filters can be used as the wavelength distribution control means 20. As the wavelength filter, for example, a color glass filter, an interference filter using a multilayer film, or the like can be used. By using a thin film, it is possible to use lasers in the infrared, deep ultraviolet, and X-ray regions.

このとき波長フィルタを数枚連続して利用することで、さまざまな波長分布を形成することが出来、波長フィルタを複数枚交換しながら連続して加工することも可能である。レーザ光は波長フィルタを通過した後に直接光伝播手段30に伝送され、波長ごとに被加工物表面の異なる位置に集光照射され加工がなされる。   At this time, by using several wavelength filters continuously, various wavelength distributions can be formed, and it is also possible to process continuously while exchanging a plurality of wavelength filters. After passing through the wavelength filter, the laser light is directly transmitted to the light propagation means 30, and is condensed and irradiated to different positions on the surface of the workpiece for each wavelength.

このように波長分布制御手段20として波長フィルタを用いることにより、安価なシステムで複数点を同時に加工することが可能となる。また、波長フィルタを様々に変えることで多様な加工形状が容易に得られる。波長フィルタを交換しながら加工を行うことで任意のパターン加工が可能となる。   By using the wavelength filter as the wavelength distribution control means 20 in this way, it becomes possible to simultaneously process a plurality of points with an inexpensive system. Moreover, various processed shapes can be easily obtained by changing the wavelength filter in various ways. Arbitrary pattern processing becomes possible by processing while exchanging the wavelength filter.

図2は光伝播手段の他の実施形態を示す構成図である。この実施形態では、光伝播手段として、回折光学素子301を用いている。図2に示すように、波長分布が制御されたレーザ光L2は回折光学素子301より集光される。このとき、被加工物40の表面に、例えばある波長aでは破線で示す伝播光Laのように集光され、ある波長bでは実線で示す伝播光Lbのように集光される。これにより、複数箇所での加工が可能となる。ここで波長の強度分布を時系列で変化させることで、たとえば破線の伝播光Laから実線の伝播光Lbに向かう方向に順次集光位置を変化させながら加工を行うようなことも可能である。また、加工は点でなくても良く、波長分布を制御することによって破線から実線までのライン状に加工を行うようなことも可能である。   FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the light propagation means. In this embodiment, a diffractive optical element 301 is used as the light propagation means. As shown in FIG. 2, the laser light L <b> 2 whose wavelength distribution is controlled is collected from the diffractive optical element 301. At this time, the light is condensed on the surface of the workpiece 40, for example, as the propagation light La indicated by a broken line at a certain wavelength a, and as the propagation light Lb indicated by a solid line at a certain wavelength b. Thereby, processing at a plurality of locations is possible. Here, by changing the intensity distribution of the wavelength in time series, for example, it is possible to perform processing while sequentially changing the condensing position in the direction from the broken line propagation light La to the solid line propagation light Lb. Further, the processing does not have to be a point, and it is also possible to perform processing into a line shape from a broken line to a solid line by controlling the wavelength distribution.

図3は波長分布制御手段の他の実施形態を示す構成図である。図3に示すように、レーザ光L1は回折格子201に入射される。このとき回折格子201は入射波長に対してたとえば一次の方向への回折効率が最大となる構成とする。この回折格子201により波長ごとに異なった反射角で光が伝播され回折格子202に伝播される。回折格子202は回折格子201と同一の素子を用い、角度を調整することで平行光として反射させる。このとき波長により入射位置が異なるため、回折格子202で反射されたレーザ光は空間的に波長分布が存在することとなる。たとえば、図3のグラフG2に示す長波長側は図の上側、図3のグラフG3に示す短波長側は図の下側を通過するような構成とすることが可能である。ここで空間波長選択手段203により、空間的にレーザ光の透過を制限することにより、入射光の波長分布を制御することが可能となる。   FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the wavelength distribution control means. As shown in FIG. 3, the laser beam L1 is incident on the diffraction grating 201. At this time, the diffraction grating 201 is configured so that the diffraction efficiency in the primary direction, for example, becomes maximum with respect to the incident wavelength. Light is propagated by the diffraction grating 201 at different reflection angles for each wavelength and is propagated to the diffraction grating 202. The diffraction grating 202 uses the same element as the diffraction grating 201, and reflects it as parallel light by adjusting the angle. At this time, since the incident position differs depending on the wavelength, the laser light reflected by the diffraction grating 202 has a spatial wavelength distribution. For example, the long wavelength side shown in the graph G2 of FIG. 3 can pass through the upper side of the drawing, and the short wavelength side shown in the graph G3 of FIG. 3 can pass through the lower side of the drawing. Here, the spatial distribution of the incident light can be controlled by spatially limiting the transmission of the laser light by the spatial wavelength selection means 203.

この後さらに同様の回折格子対(回折格子204及び回折格子205)の反射を利用することで、グラフG4に示すように、波長分布を制御したレーザ光L2を形成することが可能となる。このとき回折格子のピッチを調整することで、空間的波長分布を制御することが可能である。   Thereafter, by utilizing the reflection of a similar diffraction grating pair (diffraction grating 204 and diffraction grating 205), it is possible to form laser light L2 having a controlled wavelength distribution, as shown in graph G4. At this time, the spatial wavelength distribution can be controlled by adjusting the pitch of the diffraction grating.

図4は、波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。図4に示すように、レーザ光L1は偏光分離素子206、本実施形態では偏光ビームスプリッタを通過してプリズム対(プリズム207及びプリズム208)に入射される。このとき入射レーザ光の偏光を偏光ビームスプリッタの透過率が最大となる方向とする。プリズム207及びプリズム208の頂角と位置を制御することで、プリズム207及びプリズム208の通過後のレーザ光は波長により空間的に分布が生じた平行光となる。   FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the wavelength distribution control means. As shown in FIG. 4, the laser light L1 passes through the polarization separation element 206, which is a polarization beam splitter in this embodiment, and is incident on the prism pair (the prism 207 and the prism 208). At this time, the polarization of the incident laser light is set to a direction in which the transmittance of the polarizing beam splitter is maximized. By controlling the apex angles and positions of the prism 207 and the prism 208, the laser light after passing through the prism 207 and the prism 208 becomes parallel light having a spatial distribution depending on the wavelength.

ここで空間的波長選択手段203により、空間的にレーザ光の透過を制限することにより、入射レーザ光の波長分布を制御することが可能となる。この後さらに1/4波長板209で円偏光とされた光は反射ミラー210で反射され同一の光路で反射される。1/4波長板209を再度通過することで、反射側レーザ光の偏光方向は90度変化し、再度偏光分離素子206に入射した光は反射され、図4の上方向に伝播される。このときプリズム対に同一の頂角のものを用いることで、容易に本構成を実現することができる。   Here, the spatial distribution of the laser beam can be controlled by spatially limiting the transmission of the laser beam by the spatial wavelength selection unit 203. Thereafter, the light further circularly polarized by the quarter-wave plate 209 is reflected by the reflection mirror 210 and reflected by the same optical path. By passing through the quarter-wave plate 209 again, the polarization direction of the reflection-side laser light changes by 90 degrees, and the light incident on the polarization separation element 206 is reflected again and propagates upward in FIG. At this time, this configuration can be easily realized by using a prism pair having the same apex angle.

前記空間的波長選択手段203として、フォトマスクを用いることができる。フォトマスクはたとえば透明基板上にCrを蒸着する等により形成可能で金属膜での反射を利用して、空間的に光の透過領域を制御する。このとき反射膜の膜厚を制御することで、透過率を連続的に変化させたグレーマスクを利用することも可能である。   As the spatial wavelength selection means 203, a photomask can be used. The photomask can be formed, for example, by vapor-depositing Cr on a transparent substrate, and spatially controls the light transmission region by utilizing reflection on the metal film. At this time, it is possible to use a gray mask in which the transmittance is continuously changed by controlling the film thickness of the reflective film.

このように空間的波長選択手段203としてフォトマスクを用いることにより、製造が容易で、高精度な空間的位置制御(波長分布制御)が可能となる。また、幅広い波長域で利用することが可能となる。また、回折格子、プリズムでの空間波長分散を用いる場合には、スリット状のマスクでよく、長いスリットを設けることで、波長分散方向への調整のみで制御が可能となる。さらに、グレーレベルマスクを用いることで、精密な波長制御が可能となる。また、グレーレベルマスクを用いることで、強度も同時に制御することが可能となる。   By using a photomask as the spatial wavelength selection means 203 in this way, manufacturing is easy and highly accurate spatial position control (wavelength distribution control) is possible. In addition, it can be used in a wide wavelength range. In addition, when using spatial wavelength dispersion with a diffraction grating or a prism, a slit-like mask may be used, and by providing a long slit, control is possible only by adjustment in the wavelength dispersion direction. Furthermore, precise wavelength control is possible by using a gray level mask. Further, by using a gray level mask, the intensity can be controlled simultaneously.

また、前記フォトマスクの移動手段を設けることができる。これはフォトマスクを移動ステージ上に保持し、移動することで達成可能である。このときフォトマスクの移動手段はレーザ照射タイミングと同期して移動することが望ましく、被加工物40の移動手段と同期して移動することも可能である。また複数のマスクパターンを用意し、その照射位置をフォトマスクの移動手段によって制御することで、さまざまなマスクパターンを利用することも可能である。   Further, a moving means for the photomask can be provided. This can be achieved by holding and moving the photomask on the moving stage. At this time, it is desirable that the moving means of the photomask move in synchronization with the laser irradiation timing, and it is also possible to move in synchronization with the moving means of the workpiece 40. It is also possible to use various mask patterns by preparing a plurality of mask patterns and controlling the irradiation position by photomask moving means.

レーザ照射タイミングにあわせてマスクパターンを変化させることで、時間的に異なった波長分布での加工が可能となる。これにより被加工物40へ照射するレーザ光パターンを時間ごとに制御することが可能となる。これに同期して被加工物40を被加工物40の移動手段により動かす、あるいはレーザ光を走査手段により走査することによって大面積、複雑な加工が可能となる。   By changing the mask pattern in accordance with the laser irradiation timing, it is possible to perform processing with a wavelength distribution that is temporally different. Thereby, it becomes possible to control the laser beam pattern irradiated to the workpiece 40 for every time. In synchronization with this, the workpiece 40 is moved by the moving means of the workpiece 40, or the laser beam is scanned by the scanning means, so that a large area and complicated machining can be performed.

図5は波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。図5に示すように、レーザ光L1は偏光分離素子206、1/4波長板209を通過して、回折格子対(回折格子201及び回折格子202)を利用して空間的に波長分布を形成する。そのレーザ光は空間的波長選択手段としてのDMD(Digital Micro-mirror Device :テキサスインストルメント社(米国)の商品名)素子211により光の一部が反射されて、もとの光路をもどる、一部は異なる方向に反射して、利用されないように調整する。戻ってきた光は再度1/4波長板209を通過することで、偏光角度が90度回転し、偏光分離素子206により反射される。これにより偏光分離素子206の通過後の光は波長分布を制御される。このときDMD素子211のパターンを変化させることで任意の波長分布を形成することが可能となる。これにより波長分布制御手段20を通過した後のレーザ光L2は、波長分布が制御され、その後の光伝播手段30を通過することにより、多数箇所の加工が可能となる。   FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the wavelength distribution control means. As shown in FIG. 5, the laser beam L1 passes through the polarization beam splitting element 206 and the quarter wavelength plate 209, and forms a spatial wavelength distribution using a diffraction grating pair (diffraction grating 201 and diffraction grating 202). To do. Part of the laser light is reflected by a DMD (Digital Micro-mirror Device: trade name of Texas Instruments (USA)) element 211 as a spatial wavelength selection means, and returns to the original optical path. The part reflects in different directions and is adjusted so that it is not used. The returned light passes through the quarter-wave plate 209 again, so that the polarization angle rotates by 90 degrees and is reflected by the polarization separation element 206. Thereby, the wavelength distribution of the light after passing through the polarization separation element 206 is controlled. At this time, an arbitrary wavelength distribution can be formed by changing the pattern of the DMD element 211. As a result, the wavelength distribution of the laser light L2 after passing through the wavelength distribution control means 20 is controlled, and a large number of parts can be processed by passing through the subsequent light propagation means 30.

図6は波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。図6に示すように、レーザ光L1は、回折格子対(回折格子201及び回折格子202)を利用して空間的に波長分布を形成する。その後、レーザ光は空間的波長選択手段203、本実施形態では透過型液晶により光の一部の偏光が回転される。このとき中間値を入力することで、任意に方向に偏光角を制御することが可能である。透過型液晶を透過したレーザ光は、その後の偏光分離素子206、本実施形態では偏光ビームスプリッタにより、偏光方向に依存し、ある偏光成分は反射、残りは透過する。その結果、透過光の波長分布が制御される。その後回折格子対(回折格子204及び回折格子205)で空間分布を制御することで、本実施形態の波長分布制御手段を通過した後のレーザ光L2は、波長分布および波長ごとのレーザ強度が制御され、その後の光伝播手段30を通過することにより、複数箇所の加工が可能となる。   FIG. 6 is a block diagram showing another embodiment of the wavelength distribution control means. As shown in FIG. 6, the laser light L1 forms a wavelength distribution spatially using a diffraction grating pair (diffraction grating 201 and diffraction grating 202). Thereafter, the polarization of a part of the laser light is rotated by the spatial wavelength selection means 203, in this embodiment, the transmissive liquid crystal. At this time, by inputting an intermediate value, it is possible to arbitrarily control the polarization angle in the direction. The laser light that has passed through the transmissive liquid crystal is reflected by the subsequent polarization separation element 206, in this embodiment, by the polarization beam splitter, depending on the polarization direction, and a certain polarization component is reflected and the rest is transmitted. As a result, the wavelength distribution of the transmitted light is controlled. After that, by controlling the spatial distribution with the diffraction grating pair (diffraction grating 204 and diffraction grating 205), the laser light L2 after passing through the wavelength distribution control means of the present embodiment controls the wavelength distribution and the laser intensity for each wavelength. Then, by passing through the subsequent light propagation means 30, a plurality of places can be processed.

図7は波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。図7に示すように、このシステムは反射型で利用することも可能である。レーザ光L1は偏光ビームスプリッタ206を通過し、回折格子対(回折格子201及び回折格子202)により空間的に波長分散される。その後、レーザ光は空間的波長選択手段203、本実施形態では透過型液晶および反射ミラー210(あるいは反射型液晶)を配置することで空間的に偏光の異なった光を同一の光学系により再度偏光分離素子206、本実施形態では偏光ビームスプリッタに戻す。偏光方向により一部反射された出射光であるレーザ光L2を利用することで、上記同様の複数箇所の加工が可能となるという効果を期待できる。本システムでは図6の実施形態より光学系が単純で素子の数を低減できるメリットがある。   FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the wavelength distribution control means. As shown in FIG. 7, this system can also be used in a reflective manner. The laser beam L1 passes through the polarization beam splitter 206 and is spatially wavelength-dispersed by the diffraction grating pair (diffraction grating 201 and diffraction grating 202). Thereafter, the laser light is again polarized by the same optical system by arranging the spatial wavelength selection means 203, in this embodiment, the transmissive liquid crystal and the reflective mirror 210 (or reflective liquid crystal). The separation element 206 is returned to the polarization beam splitter in this embodiment. By using the laser light L2 that is the outgoing light partially reflected by the polarization direction, it is possible to expect an effect that the processing at a plurality of places similar to the above can be performed. This system has an advantage that the optical system is simpler and the number of elements can be reduced than the embodiment of FIG.

図8は強度調整手段を示す構成図である。図8に示すように、たとえば、入射レーザ光の初期の波長分布が図8中、左図のグラフG5に示す分布であるとする。このとき、たとえば図3に示す光学系において、空間的にレーザ光の透過を制限する手段としての空間的波長選択手段203の前面に空間的に透過率の異なるグレーマスク212を配置する。図8の例では、グレーマスク212の透過率をグラフG5の強度の高い部分ほど透過率を低くするようにしているので、グラフG6のように強度を平滑に制御することができる。また、平滑にする以外にも、グレーマスク212の透過率分布を、強度を小さくする部分に対応する透過率を低下させるように変えたり、強度を大きくする部分に対応する透過率を増大させるように変えることにより、グラフG5の強度分布を任意に変形することができる。このようにグレーマスク212の透過率分布を適宜変えることにより、透過波長それぞれに対する強度を制御することが可能となる。   FIG. 8 is a block diagram showing the strength adjusting means. As shown in FIG. 8, for example, the initial wavelength distribution of the incident laser light is assumed to be a distribution shown in a graph G5 in the left diagram in FIG. At this time, for example, in the optical system shown in FIG. 3, a gray mask 212 having a spatially different transmittance is arranged on the front surface of the spatial wavelength selecting unit 203 as a means for spatially limiting the transmission of laser light. In the example of FIG. 8, since the transmittance of the gray mask 212 is made lower as the intensity of the graph G5 is higher, the intensity can be controlled smoothly as in the graph G6. In addition to smoothing, the transmittance distribution of the gray mask 212 is changed so as to decrease the transmittance corresponding to the portion where the intensity is reduced, or the transmittance corresponding to the portion where the intensity is increased is increased. By changing to, the intensity distribution of the graph G5 can be arbitrarily modified. As described above, by appropriately changing the transmittance distribution of the gray mask 212, it is possible to control the intensity with respect to each transmission wavelength.

図9は、制御系も含めて示すレーザ加工装置の実施形態を示す構成図である。図9に示すように、光源10から出射された光は、強度調整機構20aに入射した後に波長分布を制御する波長分布制御光学系20bによってある特定の波長分布に変換される。その後光は、ミラー30aや波長によって伝播方向が異なる素子を含む光学系30bを通して、被加工物40の表面に集光照射される。光源10から出射するパルスのタイミング、および波長分布制御光学系20b、および被加工物をのせたステージ50は、同期してコンピュータ60によって制御されている。強度調整機構20aとしては、NDフィルタ、偏光分離素子、グレーマスク等を用いることが可能である。   FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an embodiment of a laser processing apparatus including a control system. As shown in FIG. 9, the light emitted from the light source 10 is converted into a specific wavelength distribution by the wavelength distribution control optical system 20b that controls the wavelength distribution after entering the intensity adjusting mechanism 20a. Thereafter, the light is condensed and irradiated onto the surface of the workpiece 40 through the optical system 30b including the mirror 30a and an element whose propagation direction varies depending on the wavelength. The timing of the pulses emitted from the light source 10, the wavelength distribution control optical system 20b, and the stage 50 on which the workpiece is placed are controlled by the computer 60 in synchronization. As the intensity adjustment mechanism 20a, an ND filter, a polarization separation element, a gray mask, or the like can be used.

図10は本発明のレーザ加工方法により加工された構造体の一例を示す斜視図である。図10に示すように、透明体40bには上述したレーザ加工装置によって周期的な加工穴40cが形成されている。このような構造の素子はフォトニック結晶として作用し、光をさまざまに制御する素子として用いることが出来る。また、この構造体を転写することによって複製を多数作製することも可能である。   FIG. 10 is a perspective view showing an example of a structure processed by the laser processing method of the present invention. As shown in FIG. 10, periodic processing holes 40c are formed in the transparent body 40b by the laser processing apparatus described above. The element having such a structure acts as a photonic crystal and can be used as an element for controlling light in various ways. It is also possible to produce many replicas by transferring this structure.

また、上述したレーザ加工装置によって、被加工物40の表面に複数の屈折率変化領域、特に屈折率変調部を形成した構造体を作製することにより、屈折率変調型回折素子としての機能を果たすことが可能であり、また、光導波路としての機能を果たすことが可能であり、ホログラム素子としての機能を果たすことが可能である。   In addition, by using the laser processing apparatus described above, a structure having a plurality of refractive index changing regions, in particular, a refractive index modulation portion, is formed on the surface of the workpiece 40, thereby functioning as a refractive index modulation type diffraction element. In addition, it can function as an optical waveguide, and can function as a hologram element.

以上説明したように、本発明は、特に微細形状を必要とされる高精度部品形成を目的とし、光ディスクの記録ピット形成、その原盤である光ディスク成形用スタンパの作製、表面レリーフ型の、回折格子、回折型ホログラム、フォトニック結晶などの光学素子およびその原盤の作製、表面に屈折率変調部を有する、回折格子、回折型ホログラム、フォトニック結晶などの光学素子およびその原盤の作製、マイクロマシン、マイクロセンサー等の形状加工、インクジェットノズル穴の加工に適用が可能である。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。   As described above, the present invention is aimed at forming a high-precision part that requires a particularly fine shape, and forming a recording pit of an optical disc, producing an optical disc molding stamper as a master, a surface relief type, diffraction grating Manufacturing of optical elements such as diffraction holograms and photonic crystals and their masters, manufacturing of optical elements such as diffraction gratings, diffraction holograms, photonic crystals and their masters having a refractive index modulation portion on the surface, micromachines, micros It can be applied to shape processing such as sensors and inkjet nozzle hole processing. The present invention is not limited to the above embodiment. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明のレーザ加工方法を実施する本発明のレーザ加工装置の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the laser processing apparatus of this invention which enforces the laser processing method of this invention. 光伝播手段の他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of a light propagation means. 波長分布制御手段の他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of a wavelength distribution control means. 波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of a wavelength distribution control means. 波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of a wavelength distribution control means. 波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of a wavelength distribution control means. 波長分布制御手段のその他の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows other embodiment of a wavelength distribution control means. 強度調整手段を示す構成図である。It is a block diagram which shows an intensity | strength adjustment means. 制御系も含めて示すレーザ加工装置の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows embodiment of the laser processing apparatus shown including a control system. 本発明のレーザ加工方法により加工された構造体の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the structure processed by the laser processing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 光源
20 波長分布制御手段
20a 強度調整機構
20b 波長分布制御光学系
30 光伝播手段
30a ミラー
30b 波長によって伝播が異なる素子を含む光学系
40 被加工物
40a 構造体
40b 透明体
40c 多数の加工穴
50 ステージ
60 コンピュータ
201 回折格子
202 回折格子
203 空間的波長選択手段
204 回折格子
205 回折格子
206 偏光分離素子
207 プリズム
208 プリズム
209 1/4波長板
210 反射ミラー
211 DMD素子
301 回折光学素子
L1 入射光
L2 波長分布が制御されたレーザ光
La ある波長aに対する伝播光
Lb ある波長bに対する伝播光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light source 20 Wavelength distribution control means 20a Intensity adjustment mechanism 20b Wavelength distribution control optical system 30 Light propagation means 30a Mirror 30b Optical system including elements whose propagation differs depending on the wavelength 40 Workpiece 40a Structure 40b Transparent body 40c Multiple processing holes 50 Stage 60 Computer 201 Diffraction grating 202 Diffraction grating 203 Spatial wavelength selection means 204 Diffraction grating 205 Diffraction grating 206 Polarization separation element 207 Prism 208 Prism 209 1/4 wavelength plate 210 Reflection mirror 211 DMD element 301 Diffraction optical element L1 Incident light L2 Wavelength Laser light whose distribution is controlled La Propagating light for a certain wavelength a Lb Propagating light for a certain wavelength b

Claims (5)

パルスレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射した前記パルスレーザ光の波長分布を制御する波長分布制御手段と、前記波長分布制御手段により波長分布が制御された前記パルスレーザ光を前記波長分布に依存して空間的に異なる位置に伝播させる光伝播手段と、を備えたレーザ加工装置であって、
前記波長分布制御手段には、前記パルスレーザ光の波長を分散する波長分散素子と波長が分散されたパルスレーザ光の波長を選択する空間的波長選択手段との組の少なくとも一組以上が、備えられ、
前記空間的波長選択手段に設けられた、レーザー光の透過を制限するために空間的に透過率に分布を持つ、グレーマスクにより、透過波長それぞれに対する強度が、制御され、そして、
前記光伝播手段により伝播された前記パルスレーザ光が被加工物表面の複数箇所の加工部位に照射されて、前記被加工表面の複数箇所の加工部位が、同時にレーザ加工されることを特徴とするレーザ加工装置。
A light source that emits pulsed laser light; wavelength distribution control means that controls a wavelength distribution of the pulsed laser light emitted from the light source; and the pulsed laser light whose wavelength distribution is controlled by the wavelength distribution control means. And a light propagation means for propagating to spatially different positions depending on
The wavelength distribution control means includes at least one set of a set of a wavelength dispersion element that disperses the wavelength of the pulsed laser light and a spatial wavelength selection means that selects the wavelength of the pulsed laser light in which the wavelength is dispersed. And
The intensity for each of the transmission wavelengths is controlled by a gray mask provided in the spatial wavelength selection means, having a spatial distribution of transmittance to limit the transmission of laser light, and
The pulse laser beam propagated by the light propagation means is irradiated to a plurality of machining sites on the workpiece surface, and the plurality of machining sites on the workpiece surface are laser processed simultaneously. Laser processing equipment.
前記空間的波長選択手段が光の透過率を制限するフォトマスクであり、前記フォトマスクを移動させる移動手段をさらに備え、時間的に選択波長を変化させることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。 The said spatial wavelength selection means is a photomask which restrict | transmits the transmittance | permeability of light, It further has a moving means to move the said photomask , The selection wavelength is changed temporally, The selection wavelength is characterized by the above-mentioned. Laser processing equipment. 前記空間的波長選択手段が空間強度変調器であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the spatial wavelength selection unit is a spatial intensity modulator. 前記空間強度変調器が、透過型液晶と偏光分離素子とで構成されていることを特徴とする請求項3に記載のレーザ加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the spatial intensity modulator includes a transmissive liquid crystal and a polarization separation element. 前記光源が極短パルスレーザであることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 wherein the light source is characterized in that it is a ultrashort pulsed laser.
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