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WO2011016176A1 - パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法 - Google Patents

パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法 Download PDF

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Publication number
WO2011016176A1
WO2011016176A1 PCT/JP2010/004197 JP2010004197W WO2011016176A1 WO 2011016176 A1 WO2011016176 A1 WO 2011016176A1 JP 2010004197 W JP2010004197 W JP 2010004197W WO 2011016176 A1 WO2011016176 A1 WO 2011016176A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
pulse
pulse laser
processing
scanning
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/004197
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
林誠
Original Assignee
東芝機械株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東芝機械株式会社 filed Critical 東芝機械株式会社
Priority to US13/388,508 priority Critical patent/US8933374B2/en
Priority to EP10806178.9A priority patent/EP2463051A4/en
Priority to JP2010541620A priority patent/JP5148717B2/ja
Publication of WO2011016176A1 publication Critical patent/WO2011016176A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to a pulse laser processing apparatus and a pulse laser processing method for processing a workpiece surface with a pulse laser beam.
  • FPDs flat panel displays
  • liquid crystal panels for example
  • FPDs flat panel displays
  • Various studies have been made on microfabrication of large roll molds for sheet creation, molds having fine shapes for blind grooves and deep microlenses, difficult-to-cut materials, etc., which are difficult to produce by conventional machining.
  • JP 2005-118821 A Japanese Patent Laid-Open No. 2002-160086
  • the present invention improves the positioning accuracy of an irradiation spot of a pulse laser beam, and enables stable fine processing of a large workpiece surface and its speed increase, and a pulse laser processing method.
  • the purpose is to provide.
  • the pulse laser processing apparatus of one embodiment of the present invention includes a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, a laser oscillator that emits a pulse laser beam synchronized with the clock signal, and the pulse laser beam synchronized with the clock signal.
  • a laser beam scanner that scans only in a one-dimensional direction, a stage on which a workpiece can be placed and moves in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, and an optical path between the laser oscillator and the laser beam scanner
  • a pulse picker that switches between passing and blocking of the pulse laser beam in synchronization with the clock signal, and a pulse picker control unit that controls the pulse picker based on the number of optical pulses of the pulse laser beam.
  • the apparatus includes a table generation unit that generates a processing table in which processing data of a workpiece to be input is described by the number of optical pulses of a pulse laser beam, and the pulse picker control unit is based on the processing table. It is desirable to control the pulse picker.
  • the table generation unit generates a processing table based on a processing length and a non-processing length of the processing data and a spot diameter of the pulse laser beam.
  • the one-dimensional scanning of the pulsed laser beam by the laser beam scanner and the movement of the stage in the direction orthogonal to the one-dimensional direction following the scanning are alternately repeated, whereby the workpiece It is desirable to process the object.
  • the laser beam scanner is constituted by a galvanometer scanner
  • the pulse picker is constituted by an acousto-optic element (AOM) or an electro-optic element (EOM).
  • the apparatus has a correction mechanism that corrects a processing origin position for each scan based on a scanning position signal from the laser beam scanner, and the correction mechanism is configured to perform the above-described correction in the pulse picker based on the scanning position signal. It is desirable to control the passage and blocking of the pulsed laser beam.
  • the stage is controlled to move in a direction orthogonal to the one-dimensional direction based on a scanning position signal of the laser beam scanner.
  • a pulse laser processing method comprising: mounting a workpiece on a stage; generating a clock signal; emitting a pulse laser beam synchronized with the clock signal; The pulse laser beam is scanned in a one-dimensional direction in synchronization with a clock signal, After scanning the pulse laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal.
  • the pulse laser processing method when the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are synchronized with the clock signal based on the number of optical pulses of the pulse laser beam. It is characterized by switching.
  • a pulse laser processing apparatus and a pulse laser processing method that improve the positioning accuracy of an irradiation spot of a pulse laser beam and enable stable fine processing of the surface of a large workpiece and its speed increase. It becomes possible.
  • the pulse laser processing apparatus of this embodiment includes a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, a laser oscillator that emits a pulse laser beam synchronized with the clock signal, and a one-dimensional pulse laser beam synchronized with the clock signal.
  • a laser beam scanner that scans only in a direction, a stage on which a workpiece (workpiece) can be placed and moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and an optical path between the laser oscillator and the laser beam scanner,
  • a pulse picker that switches between passing and blocking of the pulse laser beam in synchronization with the clock signal; and a pulse picker control unit that controls the pulse picker based on the number of optical pulses of the pulse laser beam.
  • the pulse laser processing apparatus of this embodiment synchronizes directly or indirectly the pulse of the laser oscillator, the scanning of the laser beam scanner, and the passage and blocking of the pulse laser beam with the same clock signal. In this way, the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam is improved by maintaining the synchronization between the laser system and the beam scanning system.
  • the pulse laser processing apparatus further improves the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam, and easily realizes stable fine processing of the surface of a large workpiece and its speed increase.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • the pulse laser processing apparatus 10 includes a laser oscillator 12, a pulse picker 14, a beam shaper 16, a laser beam scanner 18, an XY stage unit 20, a pulse picker control unit 22, and a processing control unit 24 as main components.
  • the processing control unit 24 includes a reference clock oscillation circuit 26 that generates a desired clock signal S1.
  • the laser oscillator 12 is configured to emit a pulsed laser beam PL1 synchronized with the clock signal S1 generated by the reference clock oscillation circuit 26.
  • the laser oscillator 12 desirably oscillates a ps (picosecond) laser beam or fs (femtosecond) laser beam which is an ultrashort pulse.
  • the laser wavelength emitted from the laser oscillator 12 is selected in consideration of the light absorptivity and light reflectance of the workpiece.
  • the second harmonic (wavelength: 532 nm) of an Nd: YAG laser is desirable.
  • the pulse picker 14 is provided in the optical path between the laser oscillator 12 and the laser beam scanner 18. And it is comprised so that processing and non-processing of a workpiece (workpiece W) may be switched by switching passage and interception (on / off) of pulse laser beam PL1 synchronizing with clock signal S1. In this way, the pulse laser beam PL1 becomes the modulated pulse laser beam PL2 which is controlled to be turned on / off for processing the workpiece by the operation of the pulse picker 14.
  • the pulse picker 14 is preferably composed of an acousto-optic element (AOM), for example. Further, for example, a Raman diffraction type electro-optic element (EOM) may be used.
  • AOM acousto-optic element
  • EOM Raman diffraction type electro-optic element
  • the beam shaper 16 converts the incident pulse laser beam PL2 into a pulse laser beam PL3 shaped into a desired shape.
  • a beam expander that expands the beam diameter at a constant magnification.
  • an optical element such as a homogenizer for making the light intensity distribution in the beam cross section uniform may be provided.
  • an element that makes the beam cross section circular or an optical element that makes the beam circularly polarized light may be provided.
  • the laser beam scanner 18 is configured to scan the pulsed laser beam PL4 only in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1. As described above, by scanning the pulse laser beam PL4 in synchronization with the clock signal S1, the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam is improved.
  • the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam can be improved by scanning only in the one-dimensional direction. This is because a laser beam scanner that scans in a two-dimensional direction is structurally deteriorated with respect to a laser beam scanner that scans only in a one-dimensional direction.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a laser beam scanner using a galvanometer scanner.
  • the galvanometer scanner includes a uniaxial scan mirror 28, a galvanometer 30, and a laser beam scanner control unit 32.
  • the galvanometer 30 is provided with a scanning mirror rotation drive mechanism such as servo control by feedback from the scanning angle sensor 36, for example.
  • a scanning command signal S2 synchronized with the clock signal S1 is sent.
  • the galvanometer 30 is configured to be driven and controlled by a driving signal S3 from the laser beam scanner control unit 32 based on the scanning command signal S2.
  • the galvanometer scanner scans the pulsed laser beam PL3 totally reflected by the uniaxial scanning mirror 28 according to the rotational movement (swinging) of the scanning mirror as shown by the arrow in FIG.
  • the laser beam scanner 18 is provided with a scanning angle sensor 36.
  • the rotation position of the single-axis scan mirror 28 is detected by a rotary encoder or the like.
  • the scanning angle sensor 36 sends the detected scanning angle detection signal S4 to the laser beam scanner control unit 32 and is used for driving control of the galvanometer 30.
  • the laser beam scanner control unit 32 transmits a scanning angle signal S5 that is a scanning position signal to the processing control unit 24 based on the scanning angle detection signal S4.
  • a polygon scanner, a piezo scanner, a resonant scanner, or the like can be applied to the laser beam scanner 18.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining scanning of the laser beam scanner of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • the position range corresponding to the scan end position from the scan start position in the scan angle range of the scan mirror includes an acceleration period, a stable region, and a deceleration period.
  • the apparatus is configured to control the scanning speed V to be constant within a stable range including the actual processing range.
  • the XY stage unit 20 can place the workpiece W and can freely move in the XY direction including the direction orthogonal to the one-dimensional direction in which the pulse laser beam is scanned, its drive mechanism unit, and the XY stage.
  • a position sensor having a laser interferometer for measuring the position is provided.
  • the XY stage can be moved continuously or stepped in a two-dimensional wide range, for example, a distance range in the X direction and Y direction of about 1 m. And it is comprised so that the positioning accuracy and movement error may become the high precision of the range of a submicron.
  • the processing control unit 24 is configured by hardware such as a microcomputer (MCU), a microprocessor (MPU), a digital signal processor (DSP), a semiconductor memory, a circuit board, or the like including a semiconductor integrated circuit, or a combination of these hardware and software. It is configured. Integrated control of processing by pulse laser processing equipment.
  • MCU microcomputer
  • MPU microprocessor
  • DSP digital signal processor
  • semiconductor memory a circuit board, or the like including a semiconductor integrated circuit, or a combination of these hardware and software. It is configured. Integrated control of processing by pulse laser processing equipment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a machining control unit of the pulse laser machining apparatus according to the present embodiment.
  • the processing control unit 24 includes a laser system / beam scanning system control unit 36, a processing data setting unit 38, and a processing pattern generation unit 40.
  • the laser system / beam scanning system control unit 36 controls a laser system such as the laser oscillator 12 and the pulse picker 14 and a beam scanning system such as the laser beam scanner 18.
  • the laser system / beam scanning system control unit 36 generates a laser / beam condition setting unit 68 for setting conditions of the laser system and the beam scanning system, and a clock signal S1 for maintaining synchronization of the laser system and the beam scanning system.
  • a reference clock oscillation circuit 26 is provided.
  • a phase synchronization processing circuit 42, a laser beam scanner control circuit 32, a synchronization position setting unit 44, a synchronization detection circuit 46, and the like are provided.
  • machining data input from the outside to the machining data setting unit 40 is converted into parameter data in accordance with actual machining.
  • the machining data input to the machining data setting unit 40 includes, for example, designation of a three-dimensional shape, dimensions, number of shapes, arrangement, workpiece material name, workpiece dimensions, and the like.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a machining pattern generation unit of the pulse laser machining apparatus according to the present embodiment.
  • the machining pattern generation unit 40 includes a machining data analysis unit 48 that analyzes machining data input to the machining data setting unit 38.
  • a table generation unit 49 that generates a processing table and a stage movement table based on the analysis by the processing data analysis unit 48 is provided.
  • the processing table describes the standby length, processing length and non-processing length of the processing pattern based on the number of light pulses of the pulse laser beam. That is, the table generation unit 49 generates a processing table based on the processing length and non-processing length of the processing data and the spot diameter of the pulse laser beam.
  • the stage movement table describes the movement distance of the XY stage unit and the like for the processing pattern.
  • the processing pattern generation unit 40 includes a pulse picker processing table unit 50 including a processing table. Moreover, the stage movement table part 52 provided with a stage movement table is provided. Note that the processing table and the stage movement table are generated outside the processing pattern generation unit 40 and the pulse laser processing apparatus 10 even if the apparatus configuration is generated inside the processing pattern generation unit 40 as described above. It may be a device configuration.
  • the machining pattern generation unit 40 includes a machining origin (SYNC) register 54 (hereinafter also simply referred to as a machining origin register) to which information on the machining origin output from the pulse picker machining table unit 50 is input. Further, a standby length output from the pulse picker processing table unit 50, a standby length register 56 to which information on processing length and non-processing length is input, a processing length register 58, and a non-processing length register 60 are provided.
  • SYNC machining origin
  • the values of the machining origin register 54, the standby length register 56, the machining length register 58, and the non-machining length register 60 are input to the machining pattern signal generation unit 62 and sent to the pulse picker control unit 22.
  • the movement signal generation unit 64 is configured to generate a stage movement signal S15 based on the data from the stage movement table unit 52 and output it to the stage control unit 66.
  • the data generated by the machining pattern generation unit 40 is also output to the laser system / beam scanning system control unit 36 and used to maintain synchronization between the laser system and the beam scanning system.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a machining pattern signal generation unit of the pulse laser machining apparatus according to the present embodiment.
  • the machining pattern signal generation unit 62 includes a machining origin counter 70, a standby length counter 72, a machining length counter 74, and a non-machining length counter 76. These counters are configured to start counting in response to a counter control signal S8 output from the timing forming circuit 88.
  • machining origin comparator 80 a standby length comparator 82, a machining length comparator 84, and a non-machining length comparator 86 having a function of comparing values of the register and the counter are provided. These comparators are configured to output coincidence signals a to d to the timing forming circuit 88 when the values of the register and the counter coincide.
  • the timing formation circuit 88 is configured to output an output control signal S10 to the machining pattern output circuit 90 based on the input synchronization detection signal S9, the coincidence signals a to d, and the scanning end code.
  • the machining pattern output circuit 90 is configured to generate a machining pattern signal S7 based on the output from the machining length comparator 84 and the output control signal S10 from the timing forming circuit 88.
  • the processing control unit 24 generates an oscillator clock (clock signal) S1 to be given to the laser oscillator 12 based on the repetition frequency input data of the pulse laser beam in the reference clock oscillation circuit.
  • the laser oscillator 12 generates a pulsed laser beam based on the oscillator clock S1. That is, a pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted.
  • the pulsed laser beam PL1 is emitted by opening the built-in shutter. In this way, when the pulsed laser beam PL1 is emitted, there is no first pulse, and stable output energy is maintained.
  • the machining control unit 24 generates a machining pattern signal S7 from the above-described two-dimensional machining data. Then, the pulse picker controller 22 supplies the pulse picker 14 with a pulse picker drive signal S6 that ensures synchronization with the pulse laser beam PL1 by the clock signal S1 in accordance with the machining pattern signal S7. Thus, in synchronization with the clock signal S1, the pulse picker 14 switches between passing and blocking of the pulse laser beam.
  • the processing control unit 24 generates a scan command signal S2 that ensures synchronization with the clock signal S1 when the laser beam scanner 18 starts scanning. Then, the laser beam scanner controller 32 of the laser beam scanner 18 receives the scanning command signal S2 and controls the driving of the laser beam scanner 18. In this way, in synchronization with the clock signal, the laser beam scanner 18 scans the pulse laser beam only in the one-dimensional direction.
  • the processing control unit 24 determines the movement timing of the XY stage unit 20 based on the scanning angle signal S5 that is a scanning position signal from the laser beam scanner 18, and the stage is determined based on the two-dimensional processing data and the movement timing.
  • a movement signal S15 is generated.
  • the scanning angle signal S5 in this case is from the scanning angle detection signal S4 in which the scanning end sensor 36 detects the processing end position at which the processing described in FIG. 3 ends or the scanning end position at which the scanner scan ends.
  • the XY stage unit 20 operates in response to the stage movement signal S15.
  • the XY stage is controlled to move in a direction orthogonal to the scanning direction of the laser beam scanner, for example, based on the scanning position signal of the laser beam scanner.
  • the time to the next scanning is shortened, and further high speed of laser beam processing is realized.
  • the processing control unit 24 may also control the beam shaper 16. This case is particularly effective when the beam shaper 16 automatically controls the beam diameter or automatically adjusts the light intensity distribution of the beam cross section.
  • the laser oscillator 12 operates autonomously with most of the laser oscillation controlled by a built-in control unit.
  • the reference clock oscillation circuit 26 controls the pulse oscillation timing and the like. This will be described with reference to FIG.
  • the uniaxial scanning mirror 28 of the galvanometer scanner shown in FIG. 2 starts scanning at the scanning start position (scanning origin) as described with reference to FIG.
  • the laser beam scanner 18 receives an instruction from a scan command signal S2 synchronized with, for example, rising (or falling) of the clock signal S1, and the laser beam scanner control unit 32 Drive control of the galvanometer 30 is performed.
  • the laser beam scanner controller 32 controls the drive of the galvanometer 30 by the scanning command signal S2 so that the scanner speed becomes a stable scanning speed V at an early stage.
  • the reproducibility of the scanning angle of the uniaxial scanning mirror 28 under the optimum condition is obtained empirically about 10 ⁇ rad / pp in the stable region. This value becomes a scanning position reproducibility of 1 ⁇ m / pp when an f ⁇ lens having a focal length of 100 mm is used.
  • the repetitive stability in the acceleration period is deteriorated to about 10 times in the long-term scanning, so that the processing start position varies for each scanning. Therefore, the processing origin position for each scan is corrected by the correction mechanism based on the scanning position signal (scanning angle signal S5) from the laser beam scanner.
  • the scanning angle range is about 2.3 degrees or more.
  • the scan angle sensor 36 detects a preset synchronization angle ( ⁇ sy) as a detection signal as shown in FIG. 7B, the scan command signal ( ⁇ o: The difference from the scanning start position) is defined as a phase difference ( ⁇ i), and the distance to the processing origin with respect to the scanning command signal S2 is corrected based on this phase difference.
  • the difference between the phase difference ( ⁇ n) and the phase difference ( ⁇ 1) is used as a distance correction value to the processing origin for the scan command signal for the first scan of the n-th scan, and the processing during the first scan and the n-th scan Match the origin position.
  • the machining pattern signal S7 shown in FIG. 8 is given from a three-dimensional bitmap including distance data from the machining origin. For this reason, when the processing origin position matches for each scan, the processing start position of the processing pattern signal S7 also matches, and the pulse picker drive signal S6 is also generated at a desired timing.
  • the scanner clock signal drives the servo control motor as a drive signal from the laser beam scanner control unit 32.
  • the laser beam scanner 18 may have a phase shift due to its autonomous operation. Therefore, the synchronization angle detection signal that becomes the scanning position signal generated every time the scanning operation is repeated synchronizes the passage / blocking of the oscillation pulse light with the scanning operation of the beam, that is, the timing is adjusted, so that the laser is extremely stable. Processing becomes possible.
  • the correction mechanism controls passage and blocking of the pulse laser beam in the pulse picker based on the scanning position signal (scanning angle signal S5). That is, the timing of the drive signal of the pulse picker 14 is designated based on the phase difference detected from the scanning position signal for detecting the synchronous position (angle) of the rotational position of the scanning mirror. Thereby, the processing origin position for each scan of the pulse laser beam is corrected.
  • the correction mechanism gives a distance correction value obtained from the phase difference detected from the scanning position signal to the scanning command signal after the scanning command signal to the laser beam scanner for ⁇ o at the scanning angle from the scanning start position.
  • the processing origin position for each scan of the pulse laser beam is corrected.
  • the pulse laser beam is pulse-frequency modulated by the pulse picker operation to generate the required modulated pulse light. This will be described with reference to FIG.
  • the pulse laser beam PL1 delayed by t1 from the clock signal S1 having the frequency Tp is cut off / passed by the pulse picker drive signal S6.
  • the pulse picker drive signal S6 samples the processing pattern signal S7 at the rising edge of the clock signal S1, rises delayed by t2 from the rising edge of one clock of the clock signal S1, and starts from the rising edge of the other clock after the required number of clocks.
  • the pattern signal falls after a delay of t3.
  • the operation of the pulse picker 14 is generated according to the delay times t4 and t5 by this pulse picker driving signal, and the pulse laser beam PL1 during the operation is extracted as the modulated pulse laser beam PL2.
  • the delay times t2, t3, t4 and t5 are set in accordance with the pulse picker.
  • the inverted pattern signal of the pulse picker driving signal S6 becomes a driver signal that controls ON / OFF of oscillation in the ultrasonic wave generation control unit. Then, the required oscillation pulse light is extracted by the driver signal having the inverted pattern.
  • AOM acousto-optic device
  • the scanning position signal (scanning angle signal S5) from the laser beam scanner 18, for example, the scanning position signal of the processing end position at the rotational position of the scanning mirror is the moving timing of the XY stage moving unit 20. Instruct. Assuming that the one-dimensional scanning direction of the laser beam scanner 18 is the X-axis direction, step movement or continuous movement of a predetermined width in the Y-axis direction is performed according to the movement timing. Alternatively, continuous movement or step movement of a predetermined distance in the X-axis direction of the XY stage is performed. In this way, movement control of a predetermined movement pattern of the XY stage is performed.
  • each pulse light is shaped into a required shape by the beam shaper 16. Then, by the scanning in the X-axis direction by the laser beam scanner 18 and the movement of the workpiece W position in the Y-axis direction by the XY stage unit 20, the irradiation pulse light is projected to the required position of the workpiece W, and the height of the surface of the workpiece W is increased. Precision micromachining is performed.
  • the time width of each pulse picker operation and the time interval of each operation in the pulse picker operation pattern may be different from each other.
  • a pulse laser processing method using the pulse laser processing apparatus 10 will be described.
  • a workpiece (work) is placed on a stage, a clock signal is generated, a pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted, and the surface of the workpiece is synchronized with the clock signal.
  • the pulse laser beam is scanned in one dimension, the pulse laser beam is scanned in one dimension, the stage is moved in the direction orthogonal to the one dimension, and the pulse laser beam is further synchronized with the clock signal.
  • Is a pulse laser processing method of scanning in the one-dimensional direction When the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, the irradiation of the pulse laser beam and the non-irradiation are switched in synchronization with the clock signal based on the number of light pulses of the pulse laser beam.
  • FIG. 7 is a signal waveform diagram illustrating timing control of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • the laser oscillator 12 operates autonomously with the majority of laser oscillation controlled by a built-in control unit.
  • the pulse oscillation timing is controlled by the clock signal S1 having the period Tp generated by the reference clock oscillation circuit, and the pulse laser beam PL1 having the period Tp synchronized with the clock signal S1. Is emitted.
  • the laser beam scanner 18 starts scanning at the scanning start position (scanning origin) shown in FIG. 6 based on the scanning start signal S11. At this time, as shown in FIG. 7A, the laser beam scanner 18 is instructed by a scan command signal S2 having a cycle Ts generated by the processing control unit 24 in synchronization with the rising edge (or falling edge) of the clock signal S1. Receive.
  • the laser beam scanner control unit 32 controls driving of the galvanometer 30 based on the scanning command signal S2.
  • the laser beam scanner 18 scans the pulse laser beam in a one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1. At this time, a pattern is processed on the surface of the workpiece W by switching between irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam.
  • An example of the scan command signal S2 synchronized with the rising edge of S1 is shown.
  • the stage After scanning the pulse laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in the direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal. In this way, the scanning of the pulse laser beam in the one-dimensional direction and the movement of the stage are alternately performed in the direction orthogonal to the one-dimensional direction.
  • the scanning angle signal S5 which is a scanning position signal from the laser beam scanner 18, indicates the movement timing of the XY stage unit. Assuming that the one-dimensional scanning direction of the laser beam scanner 18 is the X-axis direction, step movement or continuous movement of a predetermined width in the Y-axis direction is performed according to the movement timing. Thereafter, the pulse laser beam is scanned in the X direction.
  • the laser beam scanner 18 is controlled by the scanning command signal S2 so that the scanning speed becomes a stable scanning speed V at an early stage. It is empirically clear that the reproducibility of the scanning angle of the single-axis scanning mirror 28 under the optimum condition is about 10 ⁇ rad / pp in the stable region. This value becomes a scanning position reproducibility of 1 ⁇ m / pp when an f ⁇ lens having a focal length of 100 mm is used.
  • a synchronization angle ( ⁇ sy) for synchronizing the oscillation of the pulse laser beam PL1 and the beam scanning is set in a sufficiently stable region after the end of the acceleration period.
  • the scanning angle range to reach a sufficiently stable region is, for example, about 2.3 degrees to 3.4 degrees when an f ⁇ lens having an acceleration period of 1 msec to 1.5 msec and a focal length of 100 mm is used.
  • the scanning angle sensor 36 detects this synchronization angle. Then, a phase difference ⁇ i between the scan command signal S2 corresponding to the scanning angle theta 0 from the scanning start position in detecting the synchronization angle. Then, based on this phase difference ⁇ i , the distance to the processing origin with respect to the scanning command signal S2 is corrected.
  • the distance correction value to the origin is used.
  • the stage is moved in the direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is further moved in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1.
  • the machining origin position for each scan is matched, and the machining accuracy is improved.
  • the pulse laser beam is switched between irradiation and non-irradiation in synchronization with the clock signal S1 based on the number of light pulses of the pulse laser beam. Irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are performed using a pulse picker.
  • Machining origin synchronous angle detection position + S L + W 1
  • SYNC machining origin
  • the processing origin (SYNC) is managed by performing the correction as described above, and processing is always started from a stable position for each scan. Note that, as shown in FIG. 3, the actual machining is performed in a range that falls within the machining range (W 2 ).
  • the pulse picker drive signal S6 created by the pulse picker defines the actual processing area by the processing length, and the repetitive processing pitch by the non-processing length.
  • the start position for each machining shape is set by defining the position where machining is actually started from the machining origin (SYNC) as the standby length.
  • SYNC machining origin
  • Processing origin (SYNC) number of light pulses (S L + W 1 ) / (D / n)
  • the set values in each register for the machining length, non-machining length, standby length, and machining origin (SYNC) are the number of optical pulses corresponding to each.
  • the number of light pulses is a value that takes into account the number of light pulses for correction determined in advance based on the beam profile to be used.
  • the above register setting values are managed by the number of light pulses to be emitted. Further, the processing standby section after the synchronization angle detection is also managed by the number of light pulses. By managing the pulse picker by the number of optical pulses in this way, synchronization between the reference clock signal S1 and the pulse picker can be easily maintained, and stable repeatability is maintained. By maintaining the synchronization between the clock signal S1 and the pulse picker 14, highly accurate laser processing can be easily realized.
  • FIG. 8 is a signal waveform diagram illustrating timing control of the pulse picker operation of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment.
  • the machining pattern signal S7 generated from the machining data and managed by the number of light pulses is output from the machining pattern output circuit 62 of the machining pattern signal generation unit 40.
  • the pulsed laser beam was t 1 delayed from the clock signal S1 periods Tp (PL1) is cut off / passage is controlled based on the pulse picker drive signal S6.
  • the scanning of the laser beam scanner 18 is synchronized with the blocking / passing of the pulse laser beam by synchronizing the generation timing of the scanning angle command signal (S2) with the clock signal (S1).
  • the pulse picker driving signal S6 samples the processing pattern signal S7 at the rising edge of the clock signal S1. Then, it rises with a delay from the rise of one clock of the clock signal S1 t 2 hours. After the number of clocks corresponding to the number of desired pulses, the state of machining pattern signal S7 becomes inactive sampled at the rising edge of the clock signal S1, it falls with a delay t 3 hours.
  • the pulse picker driving signal S6 the operation of the pulse pickers 14 occurs after a delay time t 4 and t 5 elapses.
  • the pulse laser beam (PL1) is extracted as a modulated pulse laser beam (PL2).
  • the machining data includes, for example, designation of a three-dimensional shape, dimensions, the number of shapes, arrangement positions, workpiece material names, workpiece dimensions, and the like.
  • the machining data is analyzed by the machining data analysis unit 48 of the machining pattern generation unit 40.
  • the processing amount of the unit light pulse can be obtained empirically from conditions such as the operation of the laser oscillator used for processing, the irradiation pulse energy, which is the beam scanning condition, the beam spot diameter, the repetition frequency, the scanning speed, and the stage feed amount .
  • the 3D shape is further decomposed into 2D layers and converted into 2D data using bitmap data for each layer.
  • This two-dimensional data is converted into operation data (number of machining pulses, number of non-machining pulses, number of standby length pulses) of the pulse picker 14.
  • the number of layers decomposed in this way is referred to as a layer number Rn.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of processing by the pulse laser processing apparatus of the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing scanning in a specific one-dimensional direction in the processing of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing two-dimensional processing for a specific layer in the processing of FIG.
  • LX 1 horizontal
  • LY 1 vertical
  • Dp depth
  • the machining direction of LX 1 and the non-machining length of LX 2 are performed in the X direction that is the beam scanning direction, and the machining length of LY 1 is performed in the Y direction that is the stage moving direction. 2. Processing of non-processed length of LY 3 is performed.
  • FIG. 10 shows one-dimensional scanning of one line in the region corresponding to LY 1 in the Y direction.
  • the number of light pulses is (S L + W 1 ) / (D / n) Lw based on the processing origin (SYNC) separated by (D / n), and the number of light pulses is L W / (D /
  • the workpiece is irradiated with a pulsed laser beam with a waiting length of n). This irradiation is (LX 1 / (D / n)) ⁇ 1 in terms of the number of light pulses. Thereafter, the number of light pulses is not irradiated for (LX 2 / (D / n)) + 1, and irradiation and non-irradiation controlled by the number of light pulses are repeated in the same scan.
  • the stage is moved in the Y direction orthogonal to the X direction, and further the X direction scan is performed by the laser beam scanner 18. I do. That is, the workpiece is processed by alternately repeating the scanning in the one-dimensional direction of the pulse laser beam by the laser beam scanner 18 and the movement of the stage in the direction orthogonal to the one-dimensional direction following the scanning.
  • the operation of the machining control unit 24 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the table is sent to the pulse picker machining table unit 50.
  • the selection signal S13 “machining origin (SYNC)” is output.
  • information on the machining origin is output from the pulse picker machining table unit 50 and loaded into the machining origin register 54.
  • the machining origin (SYNC) counter 70 (hereinafter also simply referred to as a machining origin counter) starts counting the clock signal S1.
  • the comparator control signal S14 enables a machining origin (SYNC) comparator 80 (hereinafter also simply referred to as a machining origin comparator), and compares the value of the machining origin counter 70 with the value of the machining origin register 54. When they match, the machining origin comparator 80 outputs a coincidence signal a to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the processing origin position.
  • SYNC machining origin
  • the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8 and stops the counting of the machining origin counter 70. Then, the table selection signal S13 “standby length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker processing table unit 50. Standby length information is output from the pulse picker processing table section 50 and loaded into the standby length register 56. At the same time, the standby length counter 72 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.
  • the comparator control signal S14 enables the standby length comparator 82 and compares the value of the standby length counter 72 with the value of the standby length register 56. If they match, the standby length comparator 82 outputs a match signal b to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the actual machining start position.
  • the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8 and stops the counting of the standby length counter 72. Then, the table selection signal S13 “machining length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker machining table unit 50. Processing length information is output from the pulse picker processing table unit 50 and loaded into the processing length register 58. At the same time, the machining length counter 74 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.
  • the comparator control signal S14 enables the machining length comparator 84, and compares the value of the machining length counter 74 with the value of the machining length register 58. When they match, the machining length comparator 84 outputs a coincidence signal c to the timing forming circuit 88. At this time, the pulsed laser beam is scanned to the position where the processing is completed.
  • the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8, and stops the counting of the machining length counter 74. Then, the table selection signal S13 “non-processing length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker processing table unit 50. Information on the non-machining length is output from the pulse picker machining table unit 50 and loaded into the non-machining length register 60. At the same time, the non-machining length counter 76 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.
  • the comparator control signal S14 enables the non-machining length comparator 86 and compares the value of the non-machining length counter 76 with the value of the non-machining length register 60. When they match, the non-machining length comparator 86 outputs a coincidence signal d to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the non-processed end. Then, scanning is performed up to one light pulse before the position at which actual machining is started.
  • the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8 and stops the counting of the non-machining length counter 76. Then, the table selection signal S13 “machining length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker machining table unit 50. Processing length information is output from the pulse picker processing table unit 50 and loaded into the processing length register 58. At the same time, the machining length counter 74 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.
  • the comparator control signal S14 enables the machining length comparator 84, and compares the value of the machining length counter 74 with the value of the machining length register 58. When they match, the machining length comparator 84 outputs a coincidence signal c to the timing forming circuit 88. At this time, the pulsed laser beam is scanned to the position where the processing is completed.
  • the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8, and stops the counting of the machining length counter 74. Then, the table selection signal S13 “non-processing length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker processing table unit 50. Information on the non-machining length is output from the pulse picker machining table unit 50 and loaded into the non-machining length register 60. At the same time, the non-machining length counter 76 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.
  • the comparator control signal S14 enables the non-machining length comparator 86 and compares the value of the non-machining length counter 76 with the value of the non-machining length register 60. When they match, the non-machining length comparator 86 outputs a coincidence signal d to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the non-processed end. Then, scanning is performed up to one light pulse before the position at which actual machining is started.
  • the machining pattern output circuit 90 recognizes the machining execution period according to the output of the machining length comparator 84, and further outputs the machining pattern signal S7 by the output control signal S10 from the timing forming circuit 88.
  • the timing control of the pulse picker operation based on the machining pattern signal S7 is as shown in FIG.
  • the processing pattern generation unit 40 performs one-dimensional scanning of a pulse laser beam as shown in FIG. 10 according to the pulse picker processing table provided in the pulse picker processing table unit 50.
  • the pulse picker processing table unit 50 is provided with a scanning end code, and is output to the timing forming circuit 88 after the end of the specific beam scanning.
  • stage movement is performed, the stage movement amount is read from the stage movement table unit 52, and the stage movement amount and stage movement are transferred from the movement signal generation unit 64 to the stage control unit 66.
  • a stage movement signal S15 including a start command is output.
  • the next line beam scan is started. Processing by one-dimensional beam scanning is performed according to the same process as described above. When the predetermined number of beam scans and stage movements are finished, the processing of the two-dimensional layer is finished.
  • Determination of the processing end of the two-dimensional layer is performed based on the movement end code provided in the stage movement table unit 52.
  • the stage is controlled to move to the first line.
  • beam scanning and stage movement are performed according to the data of the “pulse picker processing table” and “stage movement table”, and processing of each layer is executed. Then, a predetermined number of layers given by Rn is processed.
  • Table 1 is an example of the table of the embodiment.
  • Table 1 is an example in which the pulse picker processing table and the stage movement table are described in the same table.
  • the standby length, processing length, and non-processing length are described in terms of the number of light pulses. Note that the pulse picker processing table and the stage movement table may exist as separate tables.
  • the present embodiment is a microlens mold manufacturing method using the pulse laser processing apparatus and pulse laser processing method of the first embodiment, a microlens mold manufactured using the same, and this This is a method of manufacturing a microlens using a microlens mold.
  • FIG. 12 shows an example of processing a mold formed by the manufacturing method of the present embodiment.
  • dimples having a diameter R and a depth Dp are formed at nine locations with a spacing I on a Cu workpiece.
  • Laser processing is performed in the same manner as in the first embodiment.
  • the processing table By using a table conforming to the three-dimensional shape of FIG. 12 as the processing table, the processing of FIG. 12 can be realized. According to the present embodiment, it is possible to manufacture a microlens mold having a large area and high accuracy.
  • this microlens mold is useful for producing a large area and high precision microlens. According to the microlens manufacturing method using this microlens mold, it is possible to manufacture a large-area and high-precision microlens.
  • the present invention is not limited to these shapes.
  • a cone shape for manufacturing a rib for electronic paper a triangular pyramid, a square shape, or the like. It may be a pulse laser processing apparatus or a pulse laser processing method for processing an arbitrary shape such as a weight, a V groove, a concave groove, an R groove, or a combination thereof.
  • Cu material was mainly demonstrated to the example as a to-be-processed object, even if it is other materials, such as metal materials, such as Ni material and SKD11, DLC material, a polymer material, a semiconductor material, a glass material, for example, I do not care.
  • metal materials such as Ni material and SKD11, DLC material, a polymer material, a semiconductor material, a glass material, for example, I do not care.
  • the laser oscillator is not limited to the YAG laser, but is a single wavelength band laser such as a second harmonic (wavelength: 532 nm) of other Nd: YVO 4 laser suitable for processing a workpiece. Or you may output a multiple wavelength band laser.

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Abstract

【目的】パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供する 【構成】クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、クロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で上記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、レーザ発振器とレーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、クロック信号に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、を備えることを特徴とするパルスレーザ加工装置。

Description

パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法
　本発明は、パルスレーザビームにより被加工物表面を加工するパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法に関する。
　近年、例えば液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は、その大型化に伴い、例えばμｍオーダーあるいはそれ以下の高精度の微細加工が大面積の領域に施された部材を必要としてきている。そして、従来の機械加工では作成が難しい、シート作成用大型ロール金型、止まり溝や深いマイクロレンズ用の微細形状をもつ金型、難削材等の微細加工について種々に検討されている。
　一方、パルス幅がピコ秒（ｐｓ）オーダー以下になる超短パルスレーザビームを用いたアブレーション加工により、例えば金属表面に１μｍ以下の微細パターンを容易に形成できることが知られている。そして、これまで、この超短パルスレーザ加工により、樹脂を含む高分子材、半導体材、ガラス材、金属材等からなる被加工物の表面を加工する技術について種々の方法が提示されている（例えば、特許文献１参照）。
　ここで、特許文献１に開示されるレーザ加工では、ステージに載置した被加工物をＸＹ方向の２次元方向に広い範囲に移動走査させる必要がある。しかし、この場合、加工速度はステージ移動の速度に律速され高速化が困難となる。
　また、レーザ加工においてレーザビームを例えばガルバノメータ・スキャナのようなビームスキャナによりＸＹ方向に２次元走査して所要領域を微細加工する技術がある（例えば、特許文献２参照）。ガルバノメータ・スキャナによれば走査速度をステージによる場合よりも向上させることが可能である。しかし、現状技術にあっては、この場合のパルスレーザビームの２次元走査は、その照射スポットの位置決め精度が１０μｍ以上になり、パルスレーザビームを用いたアブレーションによる微細加工への適用が難しい状況にある。
特開２００５－１１８８２１号公報 特開２００２－１６００８６号公報
　本発明は、上記事情に鑑み、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、前記レーザ発振器と前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、を備えることを特徴とする。
　上記態様の装置において、入力される被加工物の加工データを、パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成するテーブル生成部を備え、前記加工テーブルに基づき前記パルスピッカー制御部が前記パルスピッカーを制御することが望ましい。
　上記態様の装置において、前記テーブル生成部は、前記加工データの加工長および非加工長と、前記パルスレーザビームのスポット径と、を基準に加工テーブルを生成することが望ましい。
　上記態様の装置において、前記レーザビームスキャナによる前記パルスレーザビームの前記１次元方向の走査と、前記走査に続く前記１次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、前記被加工物を加工することが望ましい。
　上記態様の装置において、前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子（ＡＯＭ）または電気光学素子（ＥＯＭ）により構成されていることが望ましい。
　上記態様の装置において、前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有し、前記補正機構は、前記走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することが望ましい。
　上記態様の装置において、前記ステージは、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記１次元方向に直交する方向の移動制御がされることが望ましい。
　本発明の別の態様のパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物を載置し、クロック信号を発生し、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、前記被加工物表面に、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを１次元方向に走査し、
前記１次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査する際に、前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることを特徴とする。
　本発明によれば、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供することが可能となる。
第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査の説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。 第１の実施の形態のレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。 図９の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。 図９の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。 第２の実施の形態の製造方法により形成される金型の加工例である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法について説明する。
（第１の実施の形態）
　本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、このクロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、クロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物（ワーク）を載置可能で上記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、レーザ発振器とレーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、クロック信号に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、を備える。
　本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断を、同一のクロック信号に直接または間接的に同期させる。このように、レーザ系とビーム走査系の同期を維持することで、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させる。
　そして、さらに、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを可能にする。これにより、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断の同期維持が容易になる。また、制御回路の構成が簡略化できる。本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を一層向上させるとともに、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を容易に実現する。
　図１は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置１０は、その主要な構成として、レーザ発振器１２、パルスピッカー１４、ビーム整形器１６、レーザビームスキャナ１８、ＸＹステージ部２０、パルスピッカー制御部２２および加工制御部２４を備えている。加工制御部２４には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６が備えられている。
　レーザ発振器１２は、基準クロック発振回路２６で発生するクロック信号Ｓ１に同期したパルスレーザビームＰＬ１を出射するよう構成されている。このレーザ発振器１２は、超短パルスであるｐｓ（ピコ秒）レーザビームあるいはｆｓ（フェムト秒）レーザビームを発振するものが望ましい。
　ここでレーザ発振器１２から射出されるレーザ波長は被加工物の光吸収率、光反射率等を考慮して選択される。例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、難削材であるＳＫＤ１１等を含む金属材料あるいはダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる被加工物の場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いることが望ましい。
　パルスピッカー１４は、レーザ発振器１２とレーザビームスキャナ１８との間の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１の通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、パルスピッカー１４の動作によりパルスレーザビームＰＬ１は、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された変調パルスレーザビームＰＬ２となる。
　パルスピッカー１４は、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。
　ビーム整形器１６は、入射したパルスレーザビームＰＬ２を所望の形状に整形されたパルスレーザビームＰＬ３とする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。
　レーザビームスキャナ１８は、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ４を、１次元方向のみに走査するよう構成されている。このように、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ４を走査することにより、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度が向上する。
　また、１次元方向のみの走査とすることによっても、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度の向上を図ることができる。なぜなら、２次元方向の走査を行うレーザビームスキャナは、構造上１次元方向のみ走査するレーザビームスキャナに対してビームの位置精度が劣化するためである。
　レーザビームスキャナ１８としては、例えば１軸スキャンミラーを備えたガルバノメータ・スキャナが挙げられる。図２は、ガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。
　ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８、ガルバノメータ３０、レーザビームスキャナ制御部３２を有している。ここで、ガルバノメータ３０は、例えば走査角センサ３６からのフィードバックによるサーボ制御のようなスキャンミラー回転の駆動機構を備えている。
　加工制御部２４からは、クロック信号Ｓ１に同期した走査指令信号Ｓ２が送られる。そして、ガルバノメータ３０は、走査指令信号Ｓ２に基づくレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号Ｓ３により駆動制御されるよう構成されている。ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８により全反射するパルスレーザビームＰＬ３を、図２の矢印に示すようにスキャンミラーの回転運動（首振り）に従い走査する。
　レーザビームスキャナ１８には、走査角センサ３６が備えられている。ガルバノメータ・スキャナの場合には、その１軸スキャンミラー２８の回転位置をロータリエンコーダ等によって検出する構造になっている。そして、走査角センサ３６は検出した走査角検出信号Ｓ４をレーザビームスキャナ制御部３２に送り、ガルバノメータ３０の駆動制御用として使用する。また、レーザビームスキャナ制御部３２は、走査角検出信号Ｓ４に基づき走査位置信号である走査角信号Ｓ５を加工制御部２４に送信する。
　そして、上記１軸スキャンミラー２８で反射したパルスレーザビームＰＬ３は、ｆθレンズ３４を通り、１次元方向に、例えば一定の速度Ｖで並行して走査される像高Ｈ＝ｆθのパルスレーザビームＰＬ４となる。そして、このパルスレーザビームＰＬ４が、ＸＹステージ部２０上に保持される被加工物Ｗの表面を微細加工する照射パルス光として、被加工物Ｗ上に投射される。
　レーザビームスキャナ１８には、ガルバノメータ・スキャナの他に、例えば、ポリゴン・スキャナ、ピエゾ・スキャナ、またはレゾナント・スキャナ等を適用することも可能である。
　上記いずれのレーザビームスキャナであっても、加工を行う範囲で一定の走査速度Ｖが確保できるように制御するよう構成されることが、加工精度を上げる観点から重要である。図３は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査を説明する図である。図３に示すように、スキャンミラーの走査角範囲の走査開始位置から走査終了位置に対応する位置範囲には、加速期間、安定域、減速期間がある。加工精度をあげるためには、実際の加工範囲が含まれる安定域内で走査速度Ｖが一定となるよう制御するよう装置が構成されることが重要である。
　ＸＹステージ部２０は、被加工物Ｗを載置可能で、パルスレーザビームが走査される１次元方向に直交する方向を含むＸＹ方向に自在に移動できるＸＹステージ、その駆動機構部、ＸＹステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、ＸＹステージは、２次元の広範囲、例えば１ｍ程度のＸ方向およびＹ方向の距離範囲で、連続移動あるいはステップ移動できるようになっている。そして、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。
　加工制御部２４は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。
　図４は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。加工制御部２４は、レーザ系・ビーム走査系制御部３６、加工データ設定部３８および加工パターン生成部４０を備えている。
　レーザ系・ビーム走査系制御部３６は、レーザ発振器１２やパルスピッカー１４等のレーザ系およびレーザビームスキャナ１８等のビーム走査系を制御する。レーザ系・ビーム走査系制御部３６には、レーザ系やビーム走査系の条件を設定するレーザ・ビーム条件設定部６８、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するためのクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６を備えている。また、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するために、位相同期処理回路４２、レーザビームスキャナ制御回路３２、同期位置設定部４４、同期検出回路４６等を備えている。
　加工パターン生成部４０では、例えば、外部から加工データ設定部４０に入力される加工データを、実際の加工に即したパラメータのデータに変換する。加工データ設定部４０に入力される加工データは、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。
　図５は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。加工パターン生成部４０には、加工データ設定部３８に入力される加工データを解析する加工データ解析部４８が備えられる。また、加工データ解析部４８での解析を基に、加工テーブルおよびステージ移動テーブルを生成するテーブル生成部４９を備えている。加工テーブルは、加工パターンについて、待機長、加工長や非加工長をパルスレーザビームの光パルス数に基づき記載する。すなわち、テーブル生成部４９は、加工データの加工長および非加工長と、パルスレーザビームのスポット径と、を基準に加工テーブルを生成する。ステージ移動テーブルは、加工パターンについて、ＸＹステージ部の移動距離等を記載する。
　また、加工パターン生成部４０は、加工テーブルを備えるパルスピッカー加工テーブル部５０を備えている。また、ステージ移動テーブルを備えるステージ移動テーブル部５２を備えている。なお、加工テーブルやステージ移動テーブルについては、上記のように加工パターン生成部４０の内部で生成される装置構成であっても、加工パターン生成部４０やパルスレーザ加工装置１０の外部で生成される装置構成であっても構わない。
　そして、加工パターン生成部４０には、パルスピッカー加工テーブル部５０から出力される加工原点に関する情報が入力される加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ５４（以下、単に加工原点レジスタとも記載）を備える。また、パルスピッカー加工テーブル部５０から出力される待機長、加工長や非加工長に関する情報が入力される待機長レジスタ５６、加工長レジスタ５８、および非加工長レジスタ６０が備えられている。
　加工パターン信号生成部６２には、加工原点レジスタ５４、待機長レジスタ５６、加工長レジスタ５８、および非加工長レジスタ６０の値が入力され、パルスピッカー制御部２２へと送られる。移動信号生成部６４は、ステージ移動テーブル部５２からのデータに基づき、ステージ移動信号Ｓ１５を生成し、ステージ制御部６６へと出力するよう構成されている。
　加工パターン生成部４０で生成されたデータは、レーザ系・ビーム走査系制御部３６へも出力され、レーザ系とビーム走査系の同期維持に用いられる。
　図６は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。加工パターン信号生成部６２は、加工原点カウンタ７０、待機長カウンタ７２、加工長カウンタ７４、および非加工長カウンタ７６を備えている。これらのカウンタは、タイミング形成回路８８から出力されるカウンタ制御信号Ｓ８により、カウントを開始するよう構成されている。
　また、レジスタとカウンタとの値を比較する機能を有する加工原点比較器８０、待機長比較器８２、加工長比較器８４、および非加工長比較器８６を備えている。これらの比較器は、レジスタとカウンタとの値が一致した場合は、一致信号ａ～ｄをタイミング形成回路８８へ出力するよう構成されている。
　そして、タイミング形成回路８８は、入力される同期検出信号Ｓ９、一致信号ａ～ｄ、走査終了コードに基づき、加工パターン出力回路９０へ出力制御信号Ｓ１０を出力するよう構成されている。
　加工パターン出力回路９０は、加工長比較器８４からの出力と、タイミング形成回路８８からの出力制御信号Ｓ１０により加工パターン信号Ｓ７を発生するよう構成されている。
　上記加工制御部２４は、基準クロック発振回路において、パルスレーザビームの繰り返し周波数入力データに基づきレーザ発振器１２に与える発振器クロック（クロック信号）Ｓ１を生成する。そして、レーザ発振器１２は、その発振器クロックＳ１によりパルスレーザビームを生成する。すなわち、クロック信号に同期したパルスレーザビームが出射される。
　加工開始指示が行われると、内蔵するシャッターを開にすることでパルスレーザビームＰＬ１を出射する。このようにして、パルスレーザビームＰＬ１が出射される際にはファーストパルスは存在せず、安定出力エネルギーが維持される。
　また、加工制御部２４は、上述した２次元加工データから加工パターン信号Ｓ７を生成する。そして、パルスピッカー制御部２２は、この加工パターン信号Ｓ７に従い、クロック信号Ｓ１によりパルスレーザビームＰＬ１との同期を確保したパルスピッカー駆動信号Ｓ６を、パルスピッカー１４に供給する。このようして、クロック信号Ｓ１に同期して、パルスピッカー１４が、パルスレーザビームの通過と遮断を切り替える。
　また、加工制御部２４は、レーザビームスキャナ１８の走査開始時にクロック信号Ｓ１との同期を確保した走査指令信号Ｓ２を生成する。そして、レーザビームスキャナ１８のレーザビームスキャナ制御部３２が上記走査指令信号Ｓ２を受けてレーザビームスキャナ１８の駆動制御を行う。このようにして、クロック信号に同期して、レーザビームスキャナ１８がパルスレーザビームを１次元方向のみに走査する。
　更に、加工制御部２４は、レーザビームスキャナ１８からの走査位置信号である走査角信号Ｓ５に基づいてＸ－Ｙステージ部２０の移動タイミングを判定し、上記２次元加工データと上記移動タイミングによりステージ移動信号Ｓ１５を生成する。この場合の走査角信号Ｓ５は、図３で説明した加工が終了する加工終端位置あるいはスキャナ走査が終了する走査終了位置を走査角センサ３６で検出した走査角検出信号Ｓ４からのものである。そして、Ｘ－Ｙステージ部２０は上記ステージ移動信号Ｓ１５に指示されて動作する。
　このように、Ｘ－Ｙステージは、レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、例えば、レーザビームスキャナの走査方向とは直交する方向の移動制御がされる。これによって、次の走査への時間が短縮され、レーザビーム加工の更なる高速性が実現される。
　そして、本実施の形態において、レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有することが望ましい。この補正機構を有することにより、各走査毎のレーザビームスキャナの加速期間（図３参照）における走査速度ばらつきが補償され、さらに高精度な加工が可能となるからである。
　なお、図１において、加工制御部２４がビーム整形器１６も制御する構成になっていてもよい。この場合は、特に、ビーム整形器１６においてビーム径を自動制御したりビーム断面の光強度分布を自動調整したりする場合に有効になる。
　次に、パルスレーザ加工装置１０の主要な動作について説明する。ワークＷのレーザ加工動作においては、レーザ発振器１２はその内蔵する制御部によりレーザ発振のほとんどが制御され自律して動作している。もっとも、上述した基準クロック発振回路２６によりパルス発振のタイミング等の制御がなされる。これについて図７を参照して説明する。
　レーザビームスキャナの例として図２に示したガルバノメータ・スキャナの１軸スキャン・ミラー２８は、走査起動信号により図３で説明したような走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は、図７（ａ）に示すようにクロック信号Ｓ１の例えば立ち上がり（立ち下りでもよい）に同期した走査指令信号Ｓ２により指示を受け、そのレーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３０の駆動制御を行う。ここで、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２－１００プロトコルに対応することで、例えば１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での絶対走査角指令に従う。
　なお、図７（ａ）は、パルスレーザの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。このような動作が、パルスレーザビームの走査毎に行われる。
　ここで、図３の加速期間では、スキャナ速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によりレーザビームスキャナ制御部３２はガルバノメータ３０の駆動制御を行う。この時、最適条件での１軸スキャン・ミラー２８の走査角繰り返し再現性は、安定領域では１０μｒａｄ／ｐ－ｐ程度が経験的に得られることが確認されている。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ－ｐの走査位置再現性になる。
　しかし、上記加速期間の繰り返し安定性は、長期走査において１０倍程度まで悪化するため、加工開始位置において走査ごとに変動が生じる。そこで、補正機構によって、レーザビームスキャナからの走査位置信号（走査角信号Ｓ５）に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する。
　例えば、加速期間終了後、充分な安定域（例えば、経験的には加速期間が１ｍｓｅｃ～１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、その走査角範囲は約２．３度～３．４度である）に達した後、図７（ｂ）に示すように予め設定されている同期角（θｓｙ）を検出信号として走査角センサ３６により検出する時、走査指令信号（θｏ：走査開始位置からの走査角）との差分を位相差（θｉ）とし、この位相差により走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。
　上記加工原点までの距離補正値は、加工時の第１回目走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶し、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差（θｎ）と位相差（θ１）の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号に対する加工原点までの距離補正値として、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させる。
　図８に示した加工パターン信号Ｓ７は、加工原点からの距離データを含め３次元ビットマップから与えられている。このため、走査毎に加工原点位置が一致すると、加工パターン信号Ｓ７の加工開始位置も一致し、パルスピッカー駆動信号Ｓ６も所望のタイミングで生成される。
　レーザビームスキャナ１８が図２に説明したガルバノメータ・スキャナからなる場合、スキャナクロック信号がレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号としてサーボ制御モータを駆動させる。しかし、レーザビームスキャナ１８もその自律した動作によりその位相ズレが生じることがある。そこで、上記スキャン動作の繰り返し毎に発生する走査位置信号となる同期角検出信号により、発振パルス光の通過／遮断とビームのスキャン動作との同期化、すなわちタイミングを合わせることで、極めて安定したレーザ加工が可能になる。
　具体的には、例えば、補正機構が、走査位置信号（走査角信号Ｓ５）に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御する。すなわち、上記スキャン・ミラーの回転位置の同期位置（角）検出の走査位置信号から検出した位相差に基づき、パルスピッカー１４の駆動信号のタイミングを指定する。これによって、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。
　あるいは、例えば、補正機構が、走査位置信号から検出した位相差から得られる距離補正値を、走査開始位置からの走査角にθｏに対するレーザビームスキャナへの走査指令信号以降の走査指令信号に与えることで、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。
　パルスピッカー動作によりパルスレーザビームはパルス周波数変調され所要の変調パルス光が生成される。これについて図８を参照して説明する。
　図８に示すように、周波数Ｔｐのクロック信号Ｓ１からのｔ１遅延のパルスレーザビームＰＬ１は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６により遮断／通過の動作がなされる。例えば、そのパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングし、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ２時間遅延して立ち上がり、所要数クロック後の他クロックの立ち上がりからｔ３時間遅延して立ち下がるパターン信号になる。そして、このパルスピッカー駆動信号によりパルスピッカー１４の動作がその遅延時間ｔ４およびｔ５に従って生じ、その動作の間のパルスレーザビームＰＬ１が変調パルスレーザビームＰＬ２として抽出される。ここで、上記遅延時間ｔ２、ｔ３、ｔ４およびｔ５はパルスピッカー１４に合わせて設定される。
　なお、パルスピッカー１４が音響光学素子（ＡＯＭ）を使用する場合、上記パルスピッカー駆動信号Ｓ６の反転パターン信号が、超音波発生制御部における発振のＯＮ／ＯＦＦを制御するドライバ信号となる。そして、この反転パターンのドライバ信号により所要の発振パルス光が抽出されることになる。
　また、上述したようにレーザビームスキャナ１８からの走査位置信号（走査角信号Ｓ５）、例えばそのスキャン・ミラーの回転位置における加工終端位置の走査位置信号が、Ｘ－Ｙステージ移動部２０の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。あるいは、Ｘ－ＹステージのＸ軸方向の所定距離の連続移動あるいはステップ移動が行われる。このようにして、Ｘ－Ｙステージの予め決められている移動パターンの移動制御が行われる。
　例えば、パルスピッカー動作パターンにより生成された変調パルスレーザビームＰＬ２は、各パルス光がビーム整形器１６において所要の形状に整形される。そして、上記レーザビームスキャナ１８によるＸ軸方向の走査とＸ－Ｙステージ部２０によるワークＷ位置のＹ軸方向の移動によって、ワークＷの所要位置に照射パルス光が投射され、ワークＷ表面の高精度の微細加工がなされる。パルスピッカー動作パターンにおける各パルスピッカー動作の時間幅および各動作の時間間隔はそれぞれ異なるようになっていてもよい。
　次に、上記パルスレーザ加工装置１０を用いたパルスレーザ加工方法について説明する。このパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物（ワーク）を載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、被加工物表面に、上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査し、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法である。そして、パルスレーザビームを上記１次元方向に走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。
　図７は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。ステージに載置されるワークＷを加工する際、レーザ発振器１２は内蔵する制御部によりレーザ発振の大半が制御され自律して動作する。もっとも、図７（ａ）に示すように基準クロック発振回路により生成される周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１により、パルス発振のタイミングの制御が行われ、クロック信号Ｓ１に同期した周期ＴｐのパルスレーザビームＰＬ１を出射する。
　レーザビームスキャナ１８は、走査起動信号Ｓ１１に基づき図６に示す走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は図７（ａ）に示すように、クロック信号Ｓ１の立ち上がり（立下りでもよい）に同期した、加工制御部２４で生成される周期Ｔｓの走査指令信号Ｓ２により指示を受ける。そして、この走査指令信号Ｓ２に基づき、レーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３０の駆動制御を行う。
　このように、レーザビームスキャナ１８により、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査する。この時、パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることで、ワークＷ表面にパターンを加工する。なお、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２－１００プロトコルに対応することで、例えば、１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での、ガルバノメータ３０の走査角「０度」位置を基準とする絶対走査角指令に従う。
　なお、図７（ａ）は、パルスレーザビームの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。
　１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する。このように、パルスレーザビームの１次元方向の走査と、上記１次元方向に直交する方向にステージの移動が交互に行われる。
　ここで、レーザビームスキャナ１８からの走査位置信号である走査角信号Ｓ５が、ＸＹステージ部の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。その後、パルスレーザビームをＸ方向に走査する。
　ここで、図３の加速期間では、走査速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によるレーザビームスキャナ１８の制御を行う。最適条件での１軸スキャンミラー２８の走査角繰り返し再現性は、安定域では１０μｒａｄ／ｐ－ｐ程度が得られることが経験的に明らかである。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ－ｐの走査位置再現性になる。
　もっとも、加速期間における走査速度Ｖの繰り返し安定性は、長期の走査において１０倍程度まで悪化する。このため、図３における加工原点の位置が走査ごとに変動する恐れがある。そこで、加速期間終了後、充分に安定した領域で、パルスレーザビームＰＬ１の発振と、ビーム走査との同期をとるための同期角（θｓｙ）を設定する。充分に安定した領域に達するまでの走査角範囲は、例えば、加速期間が１ｍｓｅｃ～１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、約２．３度～３．４度である。
　そして、図７（ｂ）に示すように、この同期角を走査角センサ３６が検出する。そして、同期角を検出する時に走査開始位置からの走査角θ０に対応する走査指令信号Ｓ２との位相差θｉを求める。そして、この位相差θｉに基づき、走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。
　上記加工原点までの距離の補正値は、加工時の第１回目の走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶させる。そして、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差θｎと位相差θ１の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離補正値とする。求められた距離補正値は、走査開始位置からの走査角θ０に対する走査指令信号（Ｓ２：絶対走査角指令）以降の走査指令信号（Ｓ２）に与えることで、加工原点位置が補正される。このようにして、レーザビームスキャナ１８の加速期間における走査速度がばらついたとしても、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させることが可能となる。
　以上のように、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する場合において、走査ごとの加工原点位置が一致し、加工精度が向上する。
　上記、１次元方向にパルスレーザビームを走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。パルスレーザビームの照射と非照射は、パルスピッカーを用いて行われる。
　図３に示すように、
　　ＳＬ：同期角検出位置からワークまでの距離
　　ＷＬ：ワーク長
　　Ｗ１：ワーク端から加工原点まで距離
　　Ｗ２：加工範囲
　　Ｗ３：加工終端からワーク端までの距離
とする。
　ここで、
　　加工原点＝同期角検出位置＋ＳＬ＋Ｗ１
となり、ワークはステージ上に固定位置で設置されるため、ＳＬも固定距離となる。更に、同期角検出位置を基準とするワーク上の加工原点（以下、加工原点（ＳＹＮＣ）とも表記）は、
　　加工原点（ＳＹＮＣ）＝ＳＬ＋Ｗ１
となる。この加工原点（ＳＹＮＣ）は、上述のような補正を行うことで管理され、走査ごとに常に安定した位置から加工が開始される。なお、図３に示すように、実加工は加工範囲（Ｗ２）に収まる範囲で行われる。
　例えば、ビームスポット径Ｄ（μｍ）、ビーム周波数Ｆ（ｋＨｚ）の加工条件で走査を行う場合、加工速度：Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、スポット径の１／ｎずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
　　Ｖ＝Ｄ×１０－６×Ｆ×１０３／ｎ
となる。
　パルスピッカーにより光パルスを制御して加工を行う場合、パルスピッカーで作成するパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、実際に加工を行う領域を加工長により定義し、繰り返し加工ピッチを非加工長により定義することが可能である。ここで、加工長をＬ１とし、非加工長をＬ２とすると、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、加工長レジスタ設定は、
　　加工パルス数＝（Ｌ１／（Ｄ／ｎ））－１
非加工長レジスタ設定は、
　　非加工パルス数＝（Ｌ２／（Ｄ／ｎ））＋１
とすることができる。
　また、加工原点（ＳＹＮＣ）から実際に加工を開始する位置を待機長として定義することで、加工形状ごとの開始位置を設定する。ここで、待機長をＬＷとすると、加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ設定は、
　　加工原点（ＳＹＮＣ）光パルス数＝（ＳＬ＋Ｗ１）／（Ｄ／ｎ）
待機長レジスタ設定は、
　　待機長光パルス数＝ＬＷ／（Ｄ／ｎ）
とすることができる。
　なお、加工長、非加工長、待機長、加工原点（ＳＹＮＣ）に対する各レジスタへの設定値は、それぞれに対応する光パルス数である。そして、この光パルス数は、使用されるビームプロファイルに基づいて予め決定される補正のための光パルス数を加味した値となる。
　上記のレジスタ設定値は、照射する光パルス数で管理される。また、同期角検出後の加工待機区間についても光パルス数で管理される。このようにパルスピッカーの管理を光パルス数で行うことにより、基準となるクロック信号Ｓ１とパルスピッカーとの同期を容易に維持でき、安定した繰り返し性が維持される。そして、クロック信号Ｓ１とパルスピッカー１４との同期を維持することで、高精度なレーザ加工が簡易に実現される。
　図８は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。加工データから生成され、光パルス数で管理される加工パターン信号Ｓ７は、加工パターン信号生成部４０の加工パターン出力回路６２から出力される。
　図８に示すように、周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１からｔ１遅延したパルスレーザビーム（ＰＬ１）は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６に基づき遮断／通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ１８の走査と、パルスレーザビームの遮断／通過との同期は、走査角指令信号（Ｓ２）生成タイミングをクロック信号（Ｓ１）に同期させることで行っている。
　例えば、パルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングする。そして、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ２時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、加工パターン信号Ｓ７がインアクティブとなった状態をクロック信号Ｓ１の立ち上がりでサンプリングし、ｔ３時間遅延して立ち下がる。
　そして、このパルスピッカー駆動信号Ｓ６により、パルスピッカー１４の動作が遅延時間ｔ４およびｔ５経過後に生ずる。このパルスピッカー１４の動作により、パルスレーザビーム（ＰＬ１）が、変調パルスレーザビーム（ＰＬ２）として抽出される。
　ここで、加工データは、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置位置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。加工データは加工パターン生成部４０の加工データ解析部４８で解析される。そして、加工に使用されるレーザの発振器動作、ビーム走査条件である照射パルスエネルギー、ビームスポット径、繰り返し周波数、走査速度、ステージ送り量等の条件から単位光パルスの加工量が経験的に得られる。
　上記条件を基に、更に３次元形状から２次元レイヤに分解し、各レイヤ毎のビットマップデータ等による２次元データに変換する。この２次元データからパルスピッカー１４の動作データ（加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数）に変換する。
　例えば、Ｃｕ材に加工を行う場合、ビームスポット径Ｄ＝１５μｍ、繰り返し周波数Ｆ＝５００ｋＨｚ、ビーム照射移動比ｎ＝２の加工条件で操作を行うとすると、加工速度Ｖは、Ｖ＝３．７５ｍ／ｓｅｃとなる。また、照射パルスエネルギーを１μＪ／パルスとすると、加工深さが０．１μｍとなる。したがって、加工形状のレイヤ分解幅を０．１μｍとすればよい。なお、このようにして分解されたレイヤの数をレイヤ数Ｒｎと称する。
　次に、レイヤ毎のパルスピッカー動作データ、すなわち、加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数について説明する。図９は実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。図１０は図９の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。図１１は図９の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。
　図９に示すように、例えば、ＬＸ１（横）×ＬＹ１（縦）×Ｄｐ（深さ）、具体的には、例えば、５２．５μｍ×３７．５μｍ×０．１ＲｎμｍのポケットをワークＷ上の９箇所に形成する。この加工例では、ビーム走査方向であるＸ方向については、ＬＸ１の加工長とＬＸ２の非加工長の加工を行い、ステージ移動方向であるＹ方向については、ＬＹ１の加工長で、ＬＹ２、ＬＹ３の非加工長の加工を行う。
　図１０には、Ｙ方向で、ＬＹ１に相当する領域内の１本のラインの１次元方向の走査を示す。同期角検出位置からＳＬ＋Ｗ１、光パルス数にして（ＳＬ＋Ｗ１）／（Ｄ／ｎ）離れた加工原点（ＳＹＮＣ）を基準にＬｗ、光パルス数にしてＬＷ／（Ｄ／ｎ）の待機長をおいて、ワークへのパルスレーザビーム照射が行われる。この照射は光パルス数にして（ＬＸ１／（Ｄ／ｎ））－１である。その後、光パルス数にして（ＬＸ２／（Ｄ／ｎ））＋１の間、非照射とし、更に、光パルス数で管理された照射と非照射を同一走査内で繰り返す。
　１次元方向のみに走査されるレーザビームスキャナ１８により、特定のＸ方向のライン走査が終了すると、ステージをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて、更にレーザビームスキャナ１８により、Ｘ方向の走査を行う。すなわち、レーザビームスキャナ１８によるパルスレーザビームの１次元方向の走査と、この走査に続く１次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、被加工物を加工する。
　このようにして、図１１に示すような特定のレイヤについての２次元加工が行われる。さらに、レイヤ分解により生成された別のレイヤについて、図１１に占めすと同様な手法で２次元加工を行う。このようなレイヤ毎の加工を繰り返して、最終的に図９に示すような３次元のポケット加工が完了する。
　次に、図５および図６を用いて、加工制御部２４の動作について詳細に説明する。加工制御部２４内の加工パターン生成部４０では、位相同期回路４２で同期検出を行った際に発生する同期検出信号Ｓ９がタイミング形成回路８８に入力されると、パルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「加工原点（ＳＹＮＣ）」が出力される。そして、パルスピッカー加工テーブル部５０から加工原点の情報が出力され、加工原点レジスタ５４へロードされる。併せて、加工原点（ＳＹＮＣ）カウンタ７０（以下、単に加工原点カウンタとも記載）は、クロック信号Ｓ１の計数を開始する。
　そして、比較器制御信号Ｓ１４は加工原点（ＳＹＮＣ）比較器８０（以下、単に加工原点比較器とも記載）をイネーブルとし、加工原点カウンタ７０の値と加工原点レジスタ５４の値を比較する。これらが一致すると、加工原点比較器８０から一致信号ａがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工原点位置まで走査されていることになる。
　次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、加工原点カウンタ７０の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「待機長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から待機長の情報が出力され、待機長レジスタ５６へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、待機長カウンタ７２はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。
　そして、比較器制御信号Ｓ１４は待機長比較器８２をイネーブルとし、待機長カウンタ７２の値と待機長レジスタ５６の値を比較する。これらが一致すると、待機長比較器８２から一致信号ｂがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが実加工開始位置まで走査されていることになる。
　次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、待機長カウンタ７２の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から加工長の情報が出力され、加工長レジスタ５８へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、加工長カウンタ７４はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。
　そして、比較器制御信号Ｓ１４は加工長比較器８４をイネーブルとし、加工長カウンタ７４の値と加工長レジスタ５８の値を比較する。これらが一致すると、加工長比較器８４から一致信号ｃがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工を終了する位置まで走査されていることになる。
　次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、加工長カウンタ７４の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「非加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から非加工長の情報が出力され、非加工長レジスタ６０へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、非加工長カウンタ７６はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。
　そして、比較器制御信号Ｓ１４は非加工長比較器８６をイネーブルとし、非加工長カウンタ７６の値と非加工長レジスタ６０の値を比較する。これらが一致すると、非加工長比較器８６から一致信号ｄがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが非加工端部まで走査されていることになる。そして、実加工を開始する位置の１光パルス手前まで走査されたことになる。
　次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、非加工長カウンタ７６の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から加工長の情報が出力され、加工長レジスタ５８へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、加工長カウンタ７４はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。
　そして、比較器制御信号Ｓ１４は加工長比較器８４をイネーブルとし、加工長カウンタ７４の値と加工長レジスタ５８の値を比較する。これらが一致すると、加工長比較器８４から一致信号ｃがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工を終了する位置まで走査されていることになる。
　次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、加工長カウンタ７４の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「非加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から非加工長の情報が出力され、非加工長レジスタ６０へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、非加工長カウンタ７６はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。
　そして、比較器制御信号Ｓ１４は非加工長比較器８６をイネーブルとし、非加工長カウンタ７６の値と非加工長レジスタ６０の値を比較する。これらが一致すると、非加工長比較器８６から一致信号ｄがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが非加工端部まで走査されていることになる。そして、実加工を開始する位置の１光パルス手前まで走査されたことになる。
　上記過程の中で、加工パターン出力回路９０は加工長比較器８４の出力に従い、加工実施期間を認識し、更にタイミング形成回路８８からの出力制御信号Ｓ１０により、加工パターン信号Ｓ７を出力する。この加工パターン信号Ｓ７に基づくパルスピッカー動作のタイミング制御は図８に示すとおりである。
　上述のように、加工パターン生成部４０は、パルスピッカー加工テーブル部５０内に備えられるパルスピッカー加工テーブルに従い、図１０に示すようなパルスレーザビームの１次元走査を行う。パルスピッカー加工テーブル部５０には、走査終了コードが設けられ、特定のビーム走査の終了後にタイミング形成回路８８に出力される。
　タイミング形成回路８８が走査終了コードを認識すると、ステージ移動が行われ、ステージ移動テーブル部５２からステージ移動量が読み出され、移動信号生成部６４からステージ制御部６６へ、ステージ移動量とステージ移動開始指令を含むステージ移動信号Ｓ１５が出力される。ステージ移動へのプロセスに移ることで、当該ラインの加工が終了したことが認識される。
　ラインの走査とは直交する方向へのステージ移動の終了と、次のラインのビーム走査の準備が完了した時点で、次ラインのビーム走査を開始する。上記と同様のプロセスに従い１次元方向のビーム走査による加工を実施する。所定数のビーム走査とステージ移動とが終了することで当該２次元レイヤの加工が終了する。
　当該２次元レイヤの加工終了の判断は、ステージ移動テーブル部５２に設けられている移動終了コードによる判断が行われる。移動終了コードが確認された時、ステージは第１ラインへ移動する様に制御される。
　以上のように、ビーム走査とステージ移動が「パルスピッカー加工テーブル」と「ステージ移動テーブル」の各データに従って行われ各レイヤの加工が実行される。そして、Ｒｎで与えられる所定レイヤ数の加工が行われる。
　表１は、実施の形態のテーブルの例である。表１は、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルが同一テーブル内に記述される例である。表１において、待機長、加工長、非加工長は光パルス数で記述されている。なお、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルが別個のテーブルとして存在しても構わない。

Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（第２の実施の形態）
　本実施の形態は、第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法、これを用いて製造されるマイクロレンズ用金型、および、このマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法である。
　例えば、フラットパネルディスプレイに用いられるマイクロレンズは大面積と高い加工精度が求められる。そのため、金型を用いて、このマイクロレンズを製造する場合には、必然的に、その金型にも大面積と高い加工精度が要求される。図１２は、本実施の形態の製造方法により形成される金型の加工例である。
　図１２に示すように、例えば、Ｃｕ材のワークに、直径Ｒ、深さＤｐのディンプルを、間隔Ｉで９箇所に形成する。レーザ加工については、第１の実施の形態と同様の方法による。加工テーブルとして、図１２の３次元形状に即したテーブルを用いることで、図１２の加工が実現できる。本実施の形態によれば、大面積かつ高精度のマイクロレンズ用金型の製造が可能となる。
　また、このマイクロレンズ用金型は大面積かつ高精度のマイクロレンズを製造する上で有用である。そして、このマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法によれば、大面積かつ高精度のマイクロレンズを製造することが可能である。
　以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。パルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分については記載を省略したが、必要とされるパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法は、本発明の範囲に包含される。
　例えば、実施の形態では、ポケットやディンプルを加工する場合を例に説明したが、これらの形状に限られることなく、例えば、電子ペーパ用のリブを製造するための円錐形状、あるいは三角錐、四角錘、Ｖ溝、凹溝、Ｒ溝等の任意形状の加工、その組み合わせの形状の加工を行うパルスレーザ加工装置またはパルスレーザ加工方法であっても構わない。
　また、被加工物として、主にＣｕ材を例に説明したが、例えば、Ｎｉ材、ＳＫＤ１１等の金属材、ＤＬＣ材、高分子材料、半導体材、ガラス材等のその他の材料であっても構わない。
　また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレーザに限ることなく、被加工物の加工に適したその他の、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）のような単一波長帯レーザあるいは複数波長帯レーザを出力するものであっても構わない。
１０　　　パルスレーザ加工装置
１２　　　レーザ発振器
１４　　　パルスピッカー
１８　　　レーザビームスキャナ
２０　　　ＸＹステージ部
２２　　　パルスピッカー制御部
２６　　　クロック発振回路
４９　　　テーブル生成部

Claims (8)

  1. 　クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、
    　前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、
    　前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、
    　被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、
    　前記レーザ発振器と前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、
    　前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、
    を備えることを特徴とするパルスレーザ加工装置。
  2. 　入力される被加工物の加工データを、前記パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成するテーブル生成部を備え、
    　前記加工テーブルに基づき前記パルスピッカー制御部が前記パルスピッカーを制御することを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ加工装置。
  3. 　前記テーブル生成部は、前記加工データの加工長および非加工長と、前記パルスレーザビームのスポット径と、を基準に加工テーブルを生成することを特徴とする請求項２記載のパルスレーザ加工装置。
  4. 　前記レーザビームスキャナによる前記パルスレーザビームの前記１次元方向の走査と、前記走査に続く前記１次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、前記被加工物を加工することを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。
  5. 　前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子（ＡＯＭ）または電気光学素子（ＥＯＭ）により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。
  6. 　前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有し、前記補正機構は、前記走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。
  7. 　前記ステージは、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記１次元方向に直交する方向の移動制御がされることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。
  8. 　ステージに被加工物を載置し、
    　クロック信号を発生し、
    　前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、
    　前記被加工物表面に、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを１次元方向に走査し、
    　前記１次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、
    　前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査する際に、前記パルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることを特徴とするパルスレーザ加工方法。
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