JP2018111126A - レーザー加工装置の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工装置において、加工パターンに急曲線部が含まれる場合でも、対象物に対して高速で精度よく一定の深さの加工を施すことができる加工方法を提案する。
【解決手段】本発明のレーザー加工装置の加工方法は、加工パターンの直線部Ｌ１或いは緩曲線部では、光学ユニット駆動部２１によって光学ユニット２を等速で移動させ、次いで、直線部Ｌ１或いは緩曲線部から急曲線部Ｌ３につながる第一連結部Ｌ２では、光学ユニット駆動部２１によって光学ユニット２を所定の加速度で減速させるとともに、レンズ駆動部６によって対物レンズ５を光学ユニット２の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、しかる後、急曲線部Ｌ３では、レンズ駆動部６によって対物レンズ５を等速で移動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザー光によって対象物の表面に加工を施すレーザー加工装置における加工方法に関するものである。

昨今、各種の対象物を切断したり、対象物の表面に溝を形成したりする加工装置の一つとして、レーザー光を対象物に照射して所定の加工を施すレーザー加工装置が使用されている。このようなレーザー加工装置として特許文献１には、個々のデバイスに分割されたウエーハの裏面に装着された接着フィルムに対して、分割されたウエーハ間の隙間を通してレーザー光を照射して接着フィルムに加工溝を形成するものが示されている。ここで特許文献１のレーザー加工装置では、レーザー光の出射源としてＹＡＧレーザー発振器を使用し、またレーザー光をＸ軸方向及びＹ軸方向に走査するためにガルバノミラーを使用している。

特開２００８−２６４８０５号公報

ところで、例えば電子基板の表面に深さの浅い溝を形成したり、電子基板の表面に貼り付けたマスキングテープのみを所定の形状に切断したりする場合、ＹＡＧレーザーは比較的高出力であるため、特許文献１のレーザー加工装置では電子基板にダメージを与えるおそれがある。また、ガルバノミラーを使用しているために装置の構造が複雑になるという問題もある。

このようなレーザー加工装置に対して、出力が比較的小さくなる半導体レーザーを使用し、また半導体レーザーを備える光学ユニットをＸＹ駆動部によって対象物の表面に対して平行に移動させるように構成することが考えられる。このようなレーザー加工装置によれば、半導体レーザーを一定状態で照射させたままＸＹ駆動部で光学ユニットを等速で移動させることによって、対象物の表面に深さの浅い溝を任意のパターンで形成することができる。また、ガルバノミラーの代わりにＸＹ駆動部を使用しているため、装置の構成が簡素化されるという利点もある。

一方、光学ユニットを高速で移動させる場合、加工パターンが直線や緩やかな曲線であればこのような装置でも問題なく追従させることができるものの、光学ユニットは比較的重量が嵩むため、例えば半径が小さい曲線では十分に追従させることができないおそれがある。このため、加工パターンに半径が小さい曲線のような急曲線部を含む場合は、この部分で加工パターンの精度が悪化したり、光学ユニットの移動速度が変動して溝の深さが変わったりする懸念がある。

本発明は、このような点を解決することを課題とするものであり、その目的は、半導体レーザーを備える光学ユニットを対象物の表面と平行な平面内で移動させるように構成したレーザー加工装置において、加工パターンに急曲線部が含まれる場合であっても、対象物に対して高速で精度よく一定の深さの加工を施すことができる加工方法を提案するものである。

本発明は、半導体レーザーと、該半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面で集光させる対物レンズと、該対象物の表面と平行な平面内で該対物レンズを該半導体レーザーに対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、を含む光学ユニットと、
前記対象物の表面と平行な平面内で前記光学ユニットを該対象物に対して相対的に移動させる光学ユニット駆動部と、を備え、前記半導体レーザーのレーザー光によって前記対象物に所定の加工パターンで加工を施すレーザー加工装置の加工方法であって、
前記加工パターンは、曲率が所定の大きさ未満の直線部或いは緩曲線部と、曲率が所定の大きさ以上の急曲線部とを含むものであり、
前記半導体レーザーからのレーザー光が、加工中において前記対象物の表面に対して一定に照射されるようにしたうえで、
前記直線部或いは前記緩曲線部では、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを等速で移動させ、
次いで、前記直線部或いは前記緩曲線部から前記急曲線部につながる第一連結部では、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを所定の加速度で減速させるとともに、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを該光学ユニットの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、
しかる後、前記急曲線部では、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを等速で移動させる、レーザー加工装置の加工方法である。

このような加工方法にあっては、前記急曲線部から他の前記直線部或いは前記緩曲線部につながる第二連結部では、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを所定の加速度で減速させるとともに、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを該対物レンズの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、
次いで、他の前記直線部或いは前記緩曲線部では、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを等速で移動させることが好ましい。

そして、他の前記直線部或いは前記緩曲線部では、更に前記レンズ駆動部によって前記第一連結部、前記急曲線部、及び前記第二連結部で移動した前記対物レンズを元の位置に戻す復帰動作が行われるとともに、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを該復帰動作が打ち消されるように移動させる打ち消し動作が行われることが好ましい。

また本発明は、半導体レーザーと、該半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面で集光させる対物レンズと、該対象物の表面と平行な平面内で該対物レンズを該半導体レーザーに対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、を含む光学ユニットと、
前記対象物の表面と平行な平面内で該対象物を前記光学ユニットに対して相対的に移動させる対象物駆動部と、を備え、前記半導体レーザーのレーザー光によって前記対象物に所定の加工パターンで加工を施すレーザー加工装置の加工方法であって、
前記加工パターンは、曲率が所定の大きさ未満の直線部或いは緩曲線部と、曲率が所定の大きさ以上の急曲線部とを含むものであり、
前記半導体レーザーからのレーザー光が、加工中において前記対象物の表面に対して一定に照射されるようにしたうえで、
前記直線部或いは前記緩曲線部では、前記対象物駆動部によって前記対象物を等速で移動させ、
次いで、前記直線部或いは前記緩曲線部から前記急曲線部につながる第一連結部では、前記対象物駆動部によって前記対象物を所定の加速度で減速させるとともに、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを該対象物の加速度に対して大きさが同一且つ向きが同一の加速度で加速させ、
しかる後、前記急曲線部では、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを等速で移動させる、レーザー加工装置の加工方法でもある。

本発明の加工方法においては、半導体レーザーと、半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面で集光させる対物レンズと、対象物の表面と平行な平面内で対物レンズを半導体レーザーに対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、を含む光学ユニットを、光学ユニット駆動部によって、対象物の表面と平行な平面内で対象物に対して相対的に移動させるように構成したレーザー加工装置を使用する。そして、半導体レーザーからのレーザー光が、加工中において対象物の表面に対して一定に照射されるようにしたうえで、加工パターンの直線部或いは緩曲線部では、光学ユニット駆動部によって光学ユニットを等速で移動させ、次いで直線部或いは緩曲線部から急曲線部につながる第一連結部では、光学ユニット駆動部によって光学ユニットを所定の加速度で減速させるとともに、レンズ駆動部によって対物レンズを光学ユニットの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、更に急曲線部では、レンズ駆動部によって対物レンズを等速で移動させる方法で加工を行う。すなわち、直線部或いは緩曲線部では、比較的重量が嵩む光学ユニットであっても高速で追従性よく等速で移動させることが可能であり、また、例えば半径が小さい急曲線部では、重量の軽い対物レンズを動かすことによってこれを高速で追従性よく等速で移動させることができるため、これら何れでもレーザー光を意図した通りのパターンで且つ等速で走査することができる。また、直線部或いは緩曲線部から急曲線部につながる第一連結部では、光学ユニットを減速させる一方、対物レンズを光学ユニットの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させることによって、この部分でもレーザー光を意図した通りのパターンで且つ等速で走査することができる。従って、直線部或いは緩曲線部から第一連結部を経て急曲線部までの全域において、意図した通りのパターンで且つ一定の深さで対象物に加工を施すことができる。

また、急曲線部から他の直線部或いは緩曲線部につながる第二連結部では、レンズ駆動部によって対物レンズを所定の加速度で減速させるとともに、光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを対物レンズの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、次いで、他の直線部或いは緩曲線部では、光学ユニット駆動部によって光学ユニットを等速で移動させることによって、直線部或いは緩曲線部から第一連結部、急曲線部、及び第二連結部を経て他の直線部或いは緩曲線部までの全域において、レーザー光を意図した通りのパターンで且つ等速で走査することができる。このように本発明の加工方法にあっては、加工パターンが直線部或いは緩曲線部のみで構成される場合や急曲線部のみで構成される場合は勿論のこと、直線部或いは緩曲線部と急曲線部とが組み合わされた加工パターンであっても、対象物に意図した通りのパターンで且つ一定の深さで加工を施すことができる。

ところで、対物レンズを移動させることによってレーザー光の集光点を移動させることが可能であるが、その有効範囲は対物レンズの有効径内にレーザー光のビーム径が収まる領域に限られるものである。このため、急曲線部に対応させて移動した対物レンズをそのままの位置に止めておくと、次の急曲線部では有効範囲から外れてしまうおそれがある。このため、他の直線部或いは緩曲線部では、更にレンズ駆動部によって第一連結部、急曲線部、及び第二連結部で移動した対物レンズを元の位置に戻す復帰動作が行われるようにしておけば、次の急曲線部でも有効範囲に収めることができる。また復帰動作が行われる際には、光学ユニット駆動部によって光学ユニットを復帰動作が打ち消されるように移動させる打ち消し動作が行われるようにすれば、レーザー光の走査を等速のまま維持することができるため、加工精度に影響を与えることがない。

なお、これまではレンズ駆動部と光学ユニット駆動部を備えるレーザー加工装置を用いた加工方法について説明したが、光学ユニット駆動部に換えて（或いは併用して）、対象物を光学ユニットに対して相対的に移動させる対象物駆動部を用いても本発明の目的を達成することができる。なおこの場合は、直線部或いは緩曲線部では、対象物駆動部によって対象物を等速で移動させ、次いで、直線部或いは緩曲線部から急曲線部につながる第一連結部では、対象物駆動部によって対象物を所定の加速度で減速させるとともに、レンズ駆動部によって対物レンズを対象物の加速度に対して大きさが同一且つ向きが同一の加速度で加速させ、更に急曲線部では、レンズ駆動部によって対物レンズを等速で移動させる方法で加工を行えばよい。

本発明に従うレーザー加工装置の一実施形態につき、光学ユニットの構造を説明する図である。 対物レンズの移動に応じてレーザー光の集光点が変位することを説明する図である。 図１に示す光学ユニットにつき、他の実施形態の構造を説明する図である。 本発明に従うレーザー加工装置の一実施形態を説明する概略図である。 加工パターンの一例を示す図である。 図５に示す加工パターンに従って光学ユニットと対物レンズを移動させる際のＸ、Ｙ方向速度と時間との関係を示す図である。 他の加工パターンの一例を示す図である。 図６の変形例を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に説明する。まず、図１を参照しつつ、本発明に従うレーザー加工装置における、レーザー光の照射に関わる部位について説明する。

図１において、符号１は、後述する光学ユニットに取り付けられる半導体レーザーを示す。半導体レーザー１は、波長が４０５ｎｍの青紫色レーザー光を連続波発振によって出射することが可能である。

符号２は、光学ユニットを示す。光学ユニット２は、半導体レーザー１からのレーザー光を対象物Ｗの表面で集光させて加工を施すものである。本実施形態では、半導体レーザー１から対象物Ｗに至る経路に、コリメートレンズ３、ビームサンプラー４、及び対物レンズ５を設けている。

半導体レーザー１から出射されるレーザー光は、まず、コリメートレンズ３を通る。半導体レーザー１から出射された直後のレーザー光は拡散光であるが、コリメートレンズ３を通すことによって平行光に変換することができる。コリメートレンズ３を光学ユニット２に取り付けるに当たっては、コリメートレンズ３を通したレーザー光の波面収差を計測し、コリメートレンズ３のＺ軸での位置調整（焦点位置の調整）によってデフォーカス収差を調整し、コリメートレンズ３を傾けることで非点収差を調整し、ＸＹ面内でのコリメートレンズ３の位置調整によってチルト収差の調整を行っている。なお、各収差はλ／４以下に調整することが好ましい。

ビームサンプラー４は、コリメートレンズ３を通ったレーザー光を対物レンズ５に向けて透過させる一方、対象物Ｗで反射したレーザー光を、後述する撮像部に向けて反射させるものである。なお、対象物Ｗでのレーザー光の状態を観察する必要がない場合は、ビームサンプラー４を設けずに、直接、コリメートレンズ３からのレーザー光を対物レンズ５に導入するように構成することも可能である。

対物レンズ５は、ビームサンプラー４を透過したレーザー光を対象物Ｗの表面上に集光させるものである。コリメートレンズ３によって平行光に変換されたレーザー光は、対物レンズ５によって集光され、本実施形態のレーザー光は、対物レンズ５によって対象物Ｗの表面上において約１０μｍの集光径になるように調整されている。

更に光学ユニット２には、対象物Ｗの表面と平行な平面内で且つ対物レンズ５の光学中心がレーザー光のビーム径内に収まる範囲で、対物レンズ５を半導体レーザー１のレーザー光に対して相対的に移動させるレンズ駆動部６が設けられている。図示した実施形態において、対象物Ｗの表面と平行な平面はＸＹ平面であり、レーザー光の光軸Ａの向きはＸＹ平面に対して垂直となるＺ方向に一致している。またレンズ駆動部６は、ＸＹ平面において相互に直交するＸ方向及びＹ方向に対し、それぞれの方向に移動可能なＸ方向レンズ駆動部６ａ、及びＹ方向レンズ駆動部６ｂを備えている。ここで、Ｘ方向レンズ駆動部６ａは、Ｙ方向レンズ駆動部６ｂを保持してＸ方向に移動するように構成されており、Ｙ方向レンズ駆動部６ｂは、対物レンズ５を保持してＹ方向に移動するように構成されている。

対物レンズ５は、図２に示すように、対物レンズ５の有効径（図中±Ｘ１）内にレーザー光のビーム径が収まる範囲でＸ方向に移動させれば、集光点ｐも同じ方向に且つ同じ距離だけ変位させることができる。すなわち、Ｘ方向レンズ駆動部６ａ、及びＹ方向レンズ駆動部６ｂによって、対物レンズ５をＸ方向、及びＹ方向に所定の距離で移動させると、対象物Ｗの表面上の集光点ｐを同方向に同距離だけ変位させることができるので、対物レンズ５の移動によって所要の加工を施すことができる。なお、本実施形態における対物レンズ５を移動可能な有効範囲は、対物レンズ５の光学中心がレーザー光の光軸Ａに一致している場合を基準として、Ｘ方向及びＹ方向とも±１．５ｍｍである。

更に光学ユニット２には、ミラー７、結像レンズ８、ローカットフィルター９、及びＣＣＤカメラ等の撮像部１０が設けられている。対物レンズ５で集光されたレーザー光は、その一部が対象物Ｗによって反射され、再度対物レンズ５を透過してビームサンプラー４に至る。ビームサンプラー４はＸＹ平面に対して４５度傾いているので、ビームサンプラー４で反射したレーザー光は−Ｘ方向に向かって進み、同じくＸＹ平面に対して４５度傾けて設けたミラー７によって進路が＋Ｚ方向に変更される。その後は、結像レンズ８、及びローカットフィルター９によって、青紫色成分の光を撮像部１０の受光面に結像させることができる。すなわち本実施形態の光学ユニット２によれば、対象物Ｗで集光するレーザー光を同軸上で観察することが可能である。

なお上述の光学ユニット２は、図３に示すように構成することも可能である。ここで符号１１は、半導体レーザー１のレーザー光に対して異なる波長の光を発光する発光体である。本実施形態では、波長が６３０ｎｍとなる赤色ＬＥＤを使用している。発光体１１の前方にはコリメートレンズ１２が設けられていて、発光体１１からの赤色光を平行光に変換することができる。更にコリメートレンズ１２の前方には、ＸＹ平面に対して４５度傾けて設けたハーフミラー１３が設けられている。これにより、コリメートレンズ１２からの平行光は−Ｚ方向に進み、上述のミラー７で＋Ｘ方向に進路が変更されて、ダイクロイックミラー１４に至る。本実施形態のダイクロイックミラーは、レーザー光（波長４０５ｎｍ）は透過する一方、赤色光（波長６３０ｎｍ）は反射する特性を持っており、ＸＹ平面に対して４５度傾けて設けている。これにより、ダイクロイックミラー１４で反射した発光体１１の光は、対象物Ｗに照射されるとともにこの対象物Ｗで反射され、その反射された光が再度、ダイクロイックミラー１４で反射される。その後は、ミラー７、結像レンズ８を経由し、ハーフミラー１３を透過して撮像部１０の受光面に結像される。図１に示したビームサンプラー４の反射率は４％程度であるので、撮像部１０で対象物Ｗの加工状態を観察するには光量が不足するものの、ダイクロイックミラー１４の赤色光に対する反射率は９０％程度であるので、撮像部１０には十分な光量が届くことになり、対象物Ｗの加工状態を観察することが可能になる。なお、ダイクロイックミラー１４に対する波長４０５ｎｍの光の透過率は９０％程度であるので、対象物Ｗに対する加工には殆ど影響が及ばない。

次に、図４を参照しつつ、上述した光学ユニット２等を含む本発明に従うレーザー加工装置の全体構成について説明する。符号２０は、本実施形態のレーザー加工装置を示す。レーザー加工装置２０は、対象物Ｗの表面と平行な平面内で光学ユニット２を対象物Ｗに対して相対的に移動させる光学ユニット駆動部２１を備えている。本実施形態の光学ユニット駆動部２１は、詳細な図示は省略するが、光学ユニット２を、Ｘ方向に移動させるＸ方向光学ユニット駆動部２１ａと、Ｙ方向に移動させるＹ方向光学ユニット駆動部２１ｂとを備えている。また本実施形態の光学ユニット駆動部２１は、光学ユニット２を対象物Ｗに対して相対的に垂直方向（Ｚ方向）に移動させるＺ方向光学ユニット駆動部２１ｃも備えている。またレーザー加工装置２０は、対象物Ｗを載置するステージ２２を備えている。本実施形態のステージ２２は、加工中において移動しないものであるが、光学ユニット駆動部２１に換えて（或いは併用して）、対象物Ｗを光学ユニット２に対して相対的にＸ方向及びＹ方向に移動させる対象物駆動部を設けてもよい。更にレーザー加工装置２０は、この装置の動作を全体的に制御する制御部２３を備えていて、制御部２３からの指令によって、Ｘ方向レンズ駆動部６ａ及びＹ方向レンズ駆動部６ｂを駆動させて対物レンズ５を移動させたり、Ｘ方向光学ユニット駆動部２１ａ及びＹ方向光学ユニット駆動部２１ｂを駆動させて光学ユニット２を移動させたりすることが可能である。なお、ステージ２２を移動させる対象物駆動部を設ける場合は、制御部２３に対象物駆動部を駆動させる機能を持たせることとする。また、制御部２３は、撮像部１０によって対象物Ｗで反射するレーザー光の画像情報を取得し、この画像情報をもとにＺ方向光学ユニット駆動部２１ｃを駆動させて、例えば対象物Ｗに反り等が生じていても、レーザー光の焦点位置を対象物Ｗの表面に一致させる機能も備えている。

次に、本実施形態のレーザー加工装置２０によって、対象物Ｗに所定の加工パターンで加工を施す方法について説明する。

図５は、加工パターンの一例を示す。本加工パターンは、点Ｐ０から点Ｐ３に向かって＋Ｘ方向に直線状に延在する部分と、点Ｐ３から点Ｐ４に向かって＋Ｘ方向から＋Ｙ方向に向きを変えつつ円弧状に延在する部分と、点Ｐ４から点Ｐ１０に向かって＋Ｙ方向に直線状に延在する部分と、点Ｐ１０から点Ｐ１１に向かって＋Ｙ方向から＋Ｘ方向に向きを変えつつ円弧状に延在する部分と、点Ｐ１１から点Ｐ１７に向かって＋Ｘ方向に直線状に延在する部分とで構成されている。また図６は、点Ｐ０から点Ｐ１７の間における光学ユニット２と対物レンズ５のＸ、Ｙ方向速度と時間との関係、及び光学ユニット２と対物レンズ５によって走査されるレーザー光のＸ、Ｙ方向速度と時間との関係を示している。なお、図６におけるＴＰ０〜ＴＰ１７は、図５における点Ｐ０から開始して点Ｐ１７で終了するまでの各点での時間を示している。

ここで、本明細書等における緩曲線部とは、曲率が所定の大きさ未満（例えば１／３［１／ｍｍ］未満）になる部分であり、急曲線部とは、曲率が所定の大きさ以上（例えば１／３［１／ｍｍ］以上）になる部分である。本実施形態における点Ｐ３から点Ｐ４に向かう円弧状部分、及び点Ｐ１０から点Ｐ１１に向かう円弧状部分は、ともに急曲線部に相当する部分である。

このような加工パターンに対してレーザー加工装置２０は、レーザー光を等速で走査して対象物Ｗに所定の加工を行うべく、制御部２３の指令の下、点Ｐ１から点Ｐ１６の間で半導体レーザー１から一定の出力でレーザー光を照射させつつ、Ｚ方向光学ユニット駆動部２１ｃを駆動させてレーザー光の焦点位置を対象物Ｗの表面に一致させた状態で、以下に説明するように光学ユニット２と対物レンズ５を所定の手順で移動させる。

まず、図５に示す点Ｐ０から点Ｐ１の間（図６に示すＴＰ０からＴＰ１の区間）では、Ｘ方向光学ユニット駆動部２１ａを駆動させて、光学ユニット２を＋Ｘ方向に等加速で移動させ、引き続き、点Ｐ１から点Ｐ２至る直線部（第一直線部）Ｌ１においては、光学ユニット２を等速で移動させる。これにより、レーザー光を第一直線部Ｌ１に沿って等速で走査することができる。なお、点Ｐ１の時点において対物レンズ５は、その光学中心Ｃがレーザー光の光軸Ａに一致している位置にある。

そして点Ｐ２から点Ｐ３に至る第一連結部Ｌ２では、＋Ｘ方向に等速で移動させていた光学ユニット２を所定の加速度で減速させるとともに、Ｘ方向レンズ駆動部６ａによって対物レンズ５を光学ユニット２の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させる。すなわち、光学ユニット２を所定の加速度で減速させる一方で対物レンズ５を同じ大きさの加速度で加速しているので、両者の加速度は打ち消されることになる。このため、点Ｐ２から点Ｐ３においてもレーザー光を等速で走査することができる。

次いで、点Ｐ３から点Ｐ４に至る第一急曲線部Ｌ３では、Ｘ方向レンズ駆動部６ａ、及びＹ方向レンズ駆動部６ｂを駆動させて、対物レンズ５を円弧状の軌跡で且つ等速で移動させる。ここで第一急曲線部Ｌ３は、半径が１．５ｍｍ以下であって、Ｘ方向に延在する第一直線部Ｌ１からＹ方向に向かって急激に方向が変わるものであるが、対物レンズ５の重量は軽いため、高速であってもこれを追従性よく等速で移動させることができる。すなわち、この区間においてもレーザー光を等速で走査することができる。

しかる後、点Ｐ４から点Ｐ５に至る第二連結部Ｌ４では、第一急曲線部Ｌ３に沿って円弧状に移動した後に＋Ｙ方向に向かって等速で移動する対物レンズ５を所定の加速度で減速させるとともに、Ｙ方向光学ユニット駆動部２１ｂの駆動によって、光学ユニット２を対物レンズ５の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させる。すなわち、対物レンズ５を所定の加速度で減速させる一方で光学ユニット２を同じ大きさの加速度で加速しているので、両者の加速度は打ち消されることになり、点Ｐ４から点Ｐ５においてもレーザー光を等速で走査させることができる。

ところで点Ｐ５において対物レンズ５は、図５に示すように、前述の第一連結部Ｌ２、第一急曲線部Ｌ３、及び第二連結部Ｌ４での移動によって、その光学中心Ｃはレーザー光の光軸Ａに対してずれた位置にある。このため、このままの位置に止めた状態にしておくと、次の急曲線部では、対物レンズ５を移動させることが可能な有効範囲（図５において符号Ｈで示す範囲）から外れてしまうおそれがある。このため本実施形態においては、点Ｐ５から点Ｐ９に至る直線部（第二直線部）Ｌ５のうち、点Ｐ５から点Ｐ８の間で、対物レンズ５の光学中心Ｃがレーザー光の光軸Ａに直線的に近づくようにＸ方向レンズ駆動部６ａ、及びＹ方向レンズ駆動部６ｂを駆動させて対物レンズ５を元の位置に戻す、復帰動作を行っている。一方、この間においてＸ方向光学ユニット駆動部２１ａ、及びＹ方向光学ユニット駆動部２１ｂは、復帰動作が打ち消されるように光学ユニット２を移動させる打ち消し動作を行っている。具体的には、Ｙ方向レンズ駆動部６ｂを駆動させることによって、点Ｐ５から点Ｐ６に至る部分では対物レンズ５を所定の加速度で加速させ、次いで、点Ｐ６から点Ｐ７に至る部分では等速で移動させ、点Ｐ７から点Ｐ８に至る部分では、所定の加速度で減速させる。一方、Ｙ方向光学ユニット駆動部２１ｂは、点Ｐ５から点Ｐ６に至る部分では、光学ユニット２を対物レンズ５の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、次いで、点Ｐ６から点Ｐ７に至る部分では等速で移動させ、点Ｐ７から点Ｐ８に至る部分では、対物レンズ５の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で減速させる。これにより、対物レンズ５の光学中心Ｃがレーザー光の光軸Ａに一致する位置まで対物レンズ５を戻しつつ、レーザー光は等速で走査させ続けることができる。

そして、点Ｐ８から点Ｐ９至る第二直線部Ｌ５の残部においては、Ｙ方向光学ユニット駆動部２１ｂによって光学ユニット２を等速で移動させることによって、レーザー光を等速で走査させることができる。

次いで、点Ｐ９から点Ｐ１０に至る第三連結部Ｌ６では、＋Ｙ方向に等速で移動させていた光学ユニット２を所定の加速度で減速させるとともに、Ｙ方向レンズ駆動部６ｂによって対物レンズ５を光学ユニット２の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させる。そして、点Ｐ１０から点Ｐ１１に至る第二急曲線部Ｌ７では、Ｘ方向レンズ駆動部６ａ、及びＹ方向レンズ駆動部６ｂを駆動させて、対物レンズ５を円弧状の軌跡で且つ等速で移動させ、点Ｐ１１から点Ｐ１２に至る第四連結部Ｌ８では、第二急曲線部Ｌ７に沿って円弧状に移動した後に＋Ｘ方向に向かって等速で移動する対物レンズ５を所定の加速度で減速させるとともに、Ｘ方向光学ユニット駆動部２１ａを駆動させて、光学ユニット２を対物レンズ５の加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させる。しかる後、点Ｐ１２から点Ｐ１６に至る直線部（第三直線部）Ｌ９のうち、点Ｐ１２から点Ｐ１５では、前述の復帰動作及び打ち消し動作と同様にして、対物レンズ５の光学中心Ｃがレーザー光の光軸Ａに一致する位置まで対物レンズ５を戻しつつ等速でレーザー光を走査させ、点Ｐ１５から点Ｐ１６に至る第三直線部Ｌ９の残部においては、Ｘ方向光学ユニット駆動部２１ａによって光学ユニット２を等速で移動させて、レーザー光を等速で走査する。そして、点Ｐ１６から点Ｐ１７では、光学ユニット２を等加速で減速させてこれを停止させる。

なお、図５に示す加工パターンでは対物レンズ５の復帰動作と光学ユニット２の打ち消し動作が必要であったが、例えば図７に示す加工パターンでは、対物レンズ５の光学中心Ｃがレーザー光の光軸Ａに対してずれた位置にあっても、次の急曲線部は有効範囲Ｈに収まることになる。すなわち、次の急曲線部が有効範囲Ｈに収まる場合は、対物レンズ５の復帰動作と光学ユニット２の打ち消し動作を行わなくても加工を行うことができる。なお、本実施形態の制御部２３は、対象物Ｗに加工を施すにあたって、加工パターンに基づいて、対物レンズ５の復帰動作と光学ユニット２の打ち消し動作が必要か否かの判断も行っている。

以上、本発明に従うレーザー加工装置の加工方法について、その一実施形態を説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範囲で種々の変更を含むものである。例えば図５に示す加工パターンでは、光学ユニット２を等速で移動させる区間が直線部（第一直線部Ｌ１、第二直線部Ｌ５、第三直線部Ｌ９）であったが、直線部に換えて曲率が所定の大きさ未満の緩曲線部でも光学ユニット２を等速で移動させることができる。また、前述の加工パターンにおける対物レンズ５の復帰動作及び光学ユニット２の打ち消し動作は、図５の点Ｐ６から点Ｐ７の間（図６のＴＰ６からＴＰ７の間）、及び点Ｐ１３から点Ｐ１４の間（ＴＰ１３からＴＰ１４の間）において等速で移動する区間含んでいて、図６に示すように速度と時間との関係においては台形状になるものであったが、この等速区間を省いて、速度と時間との関係において三角形状になるようにして復帰動作及び打ち消し動作を行うようにしてもよい。また、前述の加工パターンでは、対物レンズ５の復帰動作及び光学ユニット２の打ち消し動作を行う前の第二連結部Ｌ４（図６のＴＰ４からＴＰ５の間）、及び第四連結部Ｌ８（図６のＴＰ１１からＴＰ１２の間）において、対物レンズ５を減速させるとともに光学ユニット２を加速させ、その後、復帰動作及び打ち消し動作として、図６のＴＰ５からＴＰ６の間、及びＴＰ１２からＴＰ１３の間で対物レンズ５を更に減速させるとともに光学ユニット２を更に加速していたが、図８におけるＴＰ４からＴＰ５、及びＴＰ１１からＴＰ１２に示すように、第二連結部Ｌ４、及び第四連結部Ｌ８での動作を復帰動作及び打ち消し動作に含めて行うようにしてもよい。また、光学ユニット２を移動させる換わりに、ステージ２２を移動させることによっても同じようにレーザー光を等速で走査することができる。なおこの場合は、前述の光学ユニット２の移動方向に対してステージ２２を逆向きに移動させればよい。

このように本発明によるレーザー加工装置の加工方法によれば、対象物に対して所定の加工パターンに沿ってレーザー光を等速で走査することができるため、例えば電子基板の表面に深さの浅い溝を形成したり、電子基板の表面に貼り付けたマスキングテープのみを所定の形状に切断したりすることが可能である。また、レーザー光の出力と走査速度を適宜変更することによって、希望する深さで加工することが可能である。

１：半導体レーザー
２：光学ユニット
３：コリメートレンズ
４：ビームサンプラー
５：対物レンズ
６：レンズ駆動部
６ａ：Ｘ方向レンズ駆動部
６ｂ：Ｙ方向レンズ駆動部
７：ミラー
８：結像レンズ
９：ローカットフィルター
１０：撮像部
１１：発光体
１２：コリメートレンズ
１３：ハーフミラー
１４：ダイクロイックミラー
２０：レーザー加工装置
２１：光学ユニット駆動部
２１ａ：Ｘ方向光学ユニット駆動部
２１ｂ：Ｙ方向光学ユニット駆動部
２１ｃ：Ｚ方向光学ユニット駆動部
２２：ステージ
２３：制御部
Ａ：光軸
Ｃ：光学中心
Ｈ：有効範囲
Ｌ１：第一直線部
Ｌ２：第一連結部
Ｌ３：第一急曲線部
Ｌ４：第二連結部
Ｌ５：第二直線部
Ｌ６：第三連結部
Ｌ７：第二急曲線部
Ｌ８：第四連結部
Ｌ９：第三直線部
Ｗ：対象物

Claims (4)

1. 半導体レーザーと、該半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面で集光させる対物レンズと、該対象物の表面と平行な平面内で該対物レンズを該半導体レーザーに対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、を含む光学ユニットと、
   前記対象物の表面と平行な平面内で前記光学ユニットを該対象物に対して相対的に移動させる光学ユニット駆動部と、を備え、前記半導体レーザーのレーザー光によって前記対象物に所定の加工パターンで加工を施すレーザー加工装置の加工方法であって、
   前記加工パターンは、曲率が所定の大きさ未満の直線部或いは緩曲線部と、曲率が所定の大きさ以上の急曲線部とを含むものであり、
   前記半導体レーザーからのレーザー光が、加工中において前記対象物の表面に対して一定に照射されるようにしたうえで、
   前記直線部或いは前記緩曲線部では、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを等速で移動させ、
   次いで、前記直線部或いは前記緩曲線部から前記急曲線部につながる第一連結部では、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを所定の加速度で減速させるとともに、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを該光学ユニットの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、
   しかる後、前記急曲線部では、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを等速で移動させる、レーザー加工装置の加工方法。
2. 前記急曲線部から他の前記直線部或いは前記緩曲線部につながる第二連結部では、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを所定の加速度で減速させるとともに、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを該対物レンズの加速度に対して大きさが同一且つ向きが逆の加速度で加速させ、
   次いで、他の前記直線部或いは前記緩曲線部では、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを等速で移動させる、請求項１に記載のレーザー加工装置の加工方法。
3. 他の前記直線部或いは前記緩曲線部では、更に前記レンズ駆動部によって前記第一連結部、前記急曲線部、及び前記第二連結部で移動した前記対物レンズを元の位置に戻す復帰動作が行われるとともに、前記光学ユニット駆動部によって前記光学ユニットを該復帰動作が打ち消されるように移動させる打ち消し動作が行われる請求項２に記載のレーザー加工装置の加工方法。
4. 半導体レーザーと、該半導体レーザーのレーザー光を対象物の表面で集光させる対物レンズと、該対象物の表面と平行な平面内で該対物レンズを該半導体レーザーに対して相対的に移動させるレンズ駆動部と、を含む光学ユニットと、
   前記対象物の表面と平行な平面内で該対象物を前記光学ユニットに対して相対的に移動させる対象物駆動部と、を備え、前記半導体レーザーのレーザー光によって前記対象物に所定の加工パターンで加工を施すレーザー加工装置の加工方法であって、
   前記加工パターンは、曲率が所定の大きさ未満の直線部或いは緩曲線部と、曲率が所定の大きさ以上の急曲線部とを含むものであり、
   前記半導体レーザーからのレーザー光が、加工中において前記対象物の表面に対して一定に照射されるようにしたうえで、
   前記直線部或いは前記緩曲線部では、前記対象物駆動部によって前記対象物を等速で移動させ、
   次いで、前記直線部或いは前記緩曲線部から前記急曲線部につながる第一連結部では、前記対象物駆動部によって前記対象物を所定の加速度で減速させるとともに、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを該対象物の加速度に対して大きさが同一且つ向きが同一の加速度で加速させ、
   しかる後、前記急曲線部では、前記レンズ駆動部によって前記対物レンズを等速で移動させる、レーザー加工装置の加工方法。

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