JP4730591B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents
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いたるところで連続的な断面形状を持つ回折光学素子を用いると、高次回折光へのエネルギー漏れが少ないため、加工に不要なビームによる弊害を回避できる。これにより、加工能力が高く、かつ加工品質にも優れたレーザ加工装置を得ることができる。
また、上記回折光学素子によって分岐された複数ビームをそれぞれ集光し、被加工物に照射する集光レンズを備えるようにしてもよい。
ν≦2NΔ/λf (Δはビーム分岐ピッチ、λはビーム波長、fは回折光学素子から被加工物までの距離)を満たすように設計することにより、高次回折光の発生を抑える回折光学素子を得ることができる。
いたるところで連続的な断面形状を持つ回折光学素子を用いると、高次回折光へのエネルギー漏れが少ないため、加工に不要なビームによる弊害を回避できる。これにより、加工能力が高く、かつ加工品質にも優れたレーザ加工装置を得ることができる。
また、各々の複数ビームを集光レンズによって集光し、上記被加工物に照射する工程を有するようにしてもよい。
ν≦2NΔ/λf (Δはビーム分岐ピッチ、λはビーム波長、fは回折光学素子から被加工物までの距離)を満たすように設計することにより、高次回折光の発生を抑える回折光学素子を得ることができる。
本発明のレーザ加工装置の構成を図1に示す。レーザ発振器1101はQスイッチYAGレーザであり、直線偏光のTEM00モードを出射する。レーザ発振器1101のQスイッチ周波数は、Qスイッチドライバ1102により制御される。
エクスパンダコリメータ1104によりレーザ発振器1101から出射されるビーム1103を拡大し、光路折り曲げミラー1105でビーム1103の光路を折り曲げる。波長板1106によりビームの偏光を楕円偏光にした後に、ビームを位相格子1107へ入射させる。位相格子1107は、1本の入射ビームを複数の回折ビームに分岐する作用を有する。位相格子1107から出射された複数のビームは、集光レンズ1108を介して、精密ステージ1110の上に保持された被加工物に照射される。ここでは、透光性導電膜(ITO膜)基板1109の表面に複数の集光スポット1111を等しい間隔で形成し、精密ステージ1110を移動することにより、直線状あるいは曲線状にITO膜を切断する。
p=mλf/Δ (1)
ただし、m=1(ビーム分岐数が奇数の時)、m=2(ビームの分岐数が偶数の時)、λはビーム波長(532nm)、fは集光レンズ1110の焦点距離、Δはビーム分岐ピッチ(開溝の間隔)である。例えば、分岐数を偶数として、f=100mm、Δ=200μmとすると、p=532μmとなる。
D>d=2f・tan[sin-1(2λ/πw)] (2)
ただし、dは入射ビーム径(l/e2)、wは所要の集光スポット径(l/e2)である。例えば、f=100mm、w=10μmとすると、D>d=4mmとなる。
(1)光利用効率が80%以上であること。
(2)分岐後のビーム強度均一性が0.90以上であること。
ここで、光利用効率とは、所要の回折次数のビームに供給し得る光エネルギーの割合を意味する。また、ビーム強度均一性とは、分岐された複数の回折ビームにおける強度の最小と最大の比を意味する。
ν≦2NΔ/λf (3)
ただし、ここでΔはビーム分岐ピッチ、λはビーム波長、fは回折光学素子から被加工物までの距離である。
図から分かるように、比較例の2値位相格子では、加工に必要な13本のビームの外側に、高次回折光のピークが現れている。一方、位相格子1107では、加工に必要な13本のビームの外側に、高次回折光のピークが現れていない。両者の光学性能を比べてみると、比較例の2値位相格子では光利用効率78%、分岐均一性0.95、位相格子1107では光利用効率97%、分岐均一性0.99となっており、2値位相格子は光利用効率が低い。すなわち、位相格子1107ではわずか3%のエネルギーが高次回折光へ漏れているのに対し、2値位相格子では22%のエネルギーが高次回折光へ漏れている。このため、加工に用いる分岐光と不要な高次回折光の強度比を表すSN比が、2値位相格子では高々5程度であるのに対し、位相格子1107では40近くまで向上している。
このため、加工が進むにつれ、加工により発生する除去物が遮光マスクのエッジ8001に堆積し、図8(b)に示すように、堆積物が加工用回折光の光路を遮って強度分布を乱すことが起こりうる。また、堆積物が被加工物上に落下し、被加工物を汚染することも起こりうる。
これらの加工用途においては、装置の構成上の制約から、遮光マスクを設けることが困難な場合があるが、上記のレーザ加工装置を用いることにより、高次回折光によるダメージを抑制することができることから、高い加工能力で、高品質な、インクキャビティや液晶パネル等を得ることができる。
Claims (6)
- レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射されるビームを複数ビームに分岐して、被加工物に照射する回折光学素子を備え、
前記回折光学素子は、前記被加工物の加工に不要な高次回折光の発生を抑制するように設計された凹凸形状を表面に有し、前記凹凸形状の断面形状は三角関数の重ね合わせにより表現されるいたるところで連続的な滑らかな形状であるレーザ加工装置。 - 前記回折光学素子によって分岐された複数ビームをそれぞれ集光し、被加工物に照射する集光レンズを備えた請求項1記載のレーザ加工装置。
- 前記回折光学素子から生じる回折ビームのうち加工へ用いる複数の回折ビームの最大回折次数がNであるとき、前記回折光学素子の凹凸形状が有する空間周波数νが、
ν≦2NΔ/λf (Δはビーム分岐ピッチ、λはビーム波長、fは回折光学素子から被加工物までの距離)
を満たす請求項1または請求項2記載のレーザ加工装置。 - レーザ発振器からビームを出射する工程と、
断面形状が三角関数の重ね合わせにより表現されるいたるところで連続的な滑らかな形状である凹凸形状を表面に有する回折光学素子によって、被加工物の加工に不要な高次回折光の発生を抑制しながら前記ビームを複数ビームに分岐する工程を有するレーザ加工方法。 - 各々の複数ビームを集光レンズによって集光し、前記被加工物に照射する工程を有する請求項4記載のレーザ加工方法。
- 前記回折光学素子から生じる回折ビームのうち加工へ用いる複数の回折ビームの最大回折次数がNであるとき、前記回折光学素子の凹凸形状が有する空間周波数νが、
ν≦2NΔ/λf (Δはビーム分岐ピッチ、λはビーム波長、fは回折光学素子から被加工物までの距離)
を満たす請求項4または請求項5記載のレーザ加工方法。
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