JP5897825B2 - レーザ照射装置及びレーザ照射方法 - Google Patents
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Description
工するレーザ照射装置にあっては、従来技術の走査方向では、ビーム短軸方向
(X軸とY軸の直交座標系におけるX方向またはY方法のどちらか)と同一方向を走査方向にしていた。
ランジスタ製造方法によれば、ガルバノミラーやポリゴンミラーを使ってレーザ光照射を行う場合に、レーザ光照射の端部における照射ムラの生じる不具合を解決するためのレーザ照射装置とレーザ照射方法を提供する。その解決手段として、均一なレーザ処理を行うこととするが、レーザの走査方向は直交座標系の一方向を前提とする。
であり、かつ、焼結に要する時間を短縮化、あるいは瞬間的に完了することができる金属微粒子および金属元素化合物の分散体を用いた電子デバイスの提供にあたって、新たな電子デバイスおよびその製造方法によれば、「被照射物を固定にしてレーザ照射部を走査させる事によって照射を行うか、あるいはレーザ照射部を固定にして被照射物を移動させてもよく、またはその双方の組み合わせで良く、」とするが、レーザ照射部の走査方向、被照射物の移動方向については、具体性を欠いている。
面上を自由かつ描写的に改質する要求が高まったことから、これまでの一方向
のみの走査では、その要望に応えることができず、生産性に欠けるといった問題が出てきた。
前記レーザビーム位置移動手段は、照射対象物を載置するとともに前記X走査部及び前記Y走査部に駆動されてX及びY方向に移動するXYステージを備え、
前記レーザビーム回転手段は、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させ、
前記マイクロプロセッサは、メモリに記憶された情報を参照して、前記レーザビーム位置移動手段におけるX走査部及び前記Y走査部による駆動を制御してXYステージをX及びY方向に移動する制御と、前記レーザビームの位置経路情報(Xi、Yi)により数1に示すように前記走査角(θi)を算出してレーザビーム短軸方向を走査方向と一致させるようにレーザビーム回転手段を回転させる制御を行い、
前記レーザビーム位置移動手段は、前記X走査部及び前記Y走査部に駆動されてX及びY方向に移動するXYステージによって該XYステージに載置した照射対象物を移動させ、
前記レーザビーム回転手段は、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させ、
前記マイクロプロセッサは、メモリに記憶された情報を参照して、前記レーザビーム位置移動手段におけるX走査部及び前記Y走査部による駆動を制御してXYステージをX及びY方向に移動する制御と、前記レーザビームの位置経路情報(Xi、Yi)により数1に示すように前記走査角(θi)を算出してレーザビーム短軸方向を走査方向と一致させるようにレーザビーム回転手段を回転させる制御を行い、
そこで前記走査角(θi)は、数式1(又は2)におけるレーザビームの位置経路情報(Xi、Yi)を予め設定することにより容易に算出することができる。
従って、本発明において、変位ベクトルのほかにこのような速度ベクトルによっても演算処理できるようにしている。
しかも、前記の「相互に有機的な関係」から、レーザ照射方向を予めプログラミングでき、さらにレーザ照射の走査過程でリアルタイムにその走査方向を制御することもできる。
また、モールドのレーザ融着処理、レーザ紫外線硬化処理や金属加工処理にも有効な技術である。
3の走査を制御するレーザ位置移動手段に該当するX走査部4とY走査部5と、前記X走査部4の駆動源となるXリニアモータ6、前記Y走査部5の駆動源となるYリニアモータ7を制御するマイクロプロセッサ(MPU)8、Fプログラム、プログラムで用いる入出力データ等を記憶するメモリ9、MPU8の制御によってラインビーム回転部2を回転駆動させるための回転モータ10、MPU8とラインビーム回転部2の間にあって、MPU8の制御によりレーザを発するレーザダイオード(LD)11、LD11から出射されるレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ12、ラインビーム回転部2から出射したレーザ光を照射対象物15に誘導するための立下げミラー13、レーザ光を集光する対物レンズ14、照射対象物15を載置するとともに前記X走査部4や前記Y走査部5の制御によりX又はY方向に作動するXYステージ16を備える。F1とF2は、ラインビーム3の光軸である。
として回転したときの回転角である。照射対象物15を照射するラインビーム3が、図1の矢印方向に回転している状態を示している。
ば、この回転角を正確かつ高速で伝達させる必要があるからである。
そのため、光軸(F1)を軸として回動するラインビーム回転部2の機能を十分発揮させるためには、具体例として、図4に示すようなダブプリズム(像回転プリズムともいう。)17を備えることが好ましい。そこで、ここでダブプリズム17について概説する。
図4において、入射ラインビーム31は、入射光としてダブプリズム17の光軸F3に沿って入射面17aに入射すると矢印方向F3aに屈折し、プリズム底面17bで反射して矢印方向F3bに進み、出射面17cでは、入射光と同一光軸F4(光軸F4と光軸F3は同一光軸)で出射される。従って、ダブプリズム17を矢印方向R1に回転させると、ダブプリズム17の回転角だけ
回転した出射ラインビームを射出する。ダブプリズム17を装着したラインビーム回転部2では、LD11から出射されるレーザ光が、ラインビーム回転部2の回転角θだけ回転したビームとなって出力されることになる。この回転角θは、MPU8の制御によるもので、照射対象物15を照射するラインビーム3の回転角θと同一である。
最初にラインビーム3を原点位置に移動させるステージである。原点位置とは、ラインビーム3がスタートするための準備のための照射対象物15上の位置(図5の走査座標(0、0))である。照射対象物15はXYステージ16に載置されているから、ラインビーム3を原点に移動するには、XYステージ16を移動させて位置決めすればよい。X走査部とY走査部とで移動させるレーザ位置移動手段とは、X走査部とY走査部とが実質位置移動手段になるが、照射対象物15が直接位置移動するのではなくXYステージ16を位置移動させることによって照射対象物15が移動し、結果ラインビーム3が照射対象物1
5との相対関係で照射対象物15上を移動することになる。
そこで、MPU8からの出力信号に基づき、Xリニアモータ6とYリニアモータ7を駆動させ、連動するX走査部4とY走査部5を作動させてラインビーム3の原点位置への移動調整を行う。このときのラインビーム3Aの長軸方向は予め決まっているから(メモリ9に格納された要素(θi、Xi、Yi、Vi)に用いて演算処理の結果MPU8からの制御信号による。)、ラインビーム3Aの走査方向も必然的に決まっている(図5のV0方向)。なお、走査座標(0、0)は、照射対象物15ではなく、XYステージ16に対する原点である。ラインビーム3Aの走査開始のスタート位置ではない。
図5における位置経路情報(Xi、Yi)の具体的位置情報となる走査座標(X
1、Y1)までの走査開始ステージである。ラインビーム3AはV0方向に、走査座標(X1、Y1)まで照射対象物15上を移動する。
ラインビーム3Aが走査座標(X1、Y1)へ移動すると同時に、MPU8からの出力信号に基づき、LD11が起動し、出射したレーザ光は光軸F1上を進みコリメートするコリメートレンズ12に入射し、出射ビームはラインビーム回転部2のダブプリズム17に入射する。MPU8からの出力信号に基づき起動した回転モータ10の駆動によってラインビーム回転部2も、回動をスタートする回転角θ1だけ回転する。
θ°だけ回転したラインビーム3は、立下げミラー13で下方に屈折して光
軸F2に沿って対物レンズ14に入射し、出射ビームはXY直交座標系のX又
はY方向に作動するXYステージ16に載置された照射対象物15の表面を照射する体制に入る。走査座標A(X1、Y1)におけるこれまでのラインビーム3Aは、回転角θ1だけ回転しラインビーム3Bとなる。図上の回転角θ1はあくまでXY直交座標系のX軸を基準としている。走査座標(X1、Y1)におけるラインビーム3Bの走査方向はV1の方向である。V1は、次の位置にラインビーム3Bが移動するまでの速度であり、V1の矢印先端は、ラインビーム3Bの移動位置となる。
MPU8からの出力信号に基づき、LD11を起動させる。走査座標(Xi、Yi)において、i=1としてラインビーム3Bを走査させる。ラインビームは位置経路情報(Xi、Yi)の具体的位置情報となる走査座標(X2、Y2)に至る。
この時点におけるラインビーム3Cの走査方向はV2方向であり、走査角度は、θ2である。
ラインビーム3(3A)のビーム角度θiは、ラインビーム3(3A)の走査中にMPU8がリアルタイムで算出してもよい。
また、ビーム角度θiは、位置経路情報(Xi、Yi)におけるパラメータとするとXiとYiの数値決定を行うことにより算出することができる。また、速度情報ViをパラメータとすればViに具体的数値を設定すれば、{YI+1−YI/XI+1−XI}が定まる。従って、Xi又はYiのいずれかの数値決定を行なえばビーム角度θiは算出される。ビーム角度θiを予め数値設定し、同様な方法でパラメータの一部数値の設定によってViやXi又はYiを求めることもできる。
レーザ出力値を変えてもよい。さらに、任意の移動位置間にてレーザ出力を停止(主として間欠的な停止)してもよい。
また、前記の所定の移動位置は、照射対象物15内に留まることなく、照射対象物15の外にあってもよい。
さらに、走査について、本発明では、前記の所定の移動位置間を連続的に走査するだけでなく、描画する経路における同一角の走査角(θ1)を有するラインのみ一括走査処理した後、新たな別の走査角(θ1+!)を有するラインを一括処理し、以降、同様の一括処理を繰り返し、描画経路をつなげるようにしてもよい。以上の各方法は、以降説明する発明にもそのまま適用される。
射対象物15Aにラインビーム3Aを照射する。
また、前記X走査部4と前記Y走査部5を、ガルバノミラー走査と光学ヘッド移動の組み合わせであるようにした装置としてもよい。
ラインビーム33〜38は、走査軌跡における主要部のラインビームの位置を示し、走査方向P3、P4は走査軌跡を示す。また斜視部PP3、PP4は、ラインビーム33〜38の照射幅を示す。
走査方向は、直線方向のみならず、自在な曲折方向(図7(a))や、曲線方向(図7(b))の走査軌跡を作ることができる。
するとMPU8では、メモリ9から入力した算出式1、算出式1Aに基づいて演算処理を行い、走査角(θi)を算出する(S102)。ここでの処理は、MPU8に接続したPC(パーソナルコンピュータ)(図示せず)にて走査座標(X
i、Yi)、走査速度(Vi)の入力と走査角(θi)を算出した後、これらを走査データとしてメモリ9に転送してもよい。また、ラインビーム3の回転角(θi)は、ラインビーム3の走査中にMPU8がリアルタイムで算出してもよい。
走査スイッチを「ON」する(S104)。するとMPU8がXYステージ16に動作指示し、ラインビーム3が、走査座標(Xi、Yi)の原点座標である走査座標(0、0)に移動する(S105)。続いてMPU8がメモリ9より走査データ(Xi、Yi、Vi、θi))を取り込み、XYステージ16、ラインビーム回転部2に回転角(θ1)だけ回転の動作指示を行う。
この指示によって、ラインビーム3は走査座標(X1、Y1)へ移動するとともに、ラインビーム3も前記ラインビーム回転部2に回転角(θ1)だけ回転する(S106)。
ラインビーム回転部2に回転角(θ2)だけ回転の動作指示を行う(S110)。
3は、所定走査座標(Xi、Yi)に到達していないと判断し(S109)に戻る。この条件下にあるときは、このステップが反復継続する。一方i<Nではないと判断したときは、i=Nになったとして、レーザ出射を「OFF」にする(S112)。所望のレーザ照射は終了する。
3:ラインビーム、
4:X走査部(レーザビーム位置移動手段)、
5: Y走査部(レーザ位置移動ビーム手段)、6:
Xリニアモータ、
7:Yリニアモータ、8:MPU、9:メモリ、
10:回転モータ、11:LD、15:照射対象物、16:XYステージ
17:ダブプリズム、18:光学ヘッド
Claims (2)
- 照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のX走査部とY走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角(θi)を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備し、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させるレーザ照射装置において、
前記レーザビーム位置移動手段は、照射対象物を載置するとともに前記X走査部及び前記Y走査部に駆動されてX及びY方向に移動するXYステージを備え、
前記レーザビーム回転手段は、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させ、
前記マイクロプロセッサは、メモリに記憶された情報を参照して、前記レーザビーム位置移動手段におけるX走査部及び前記Y走査部による駆動を制御してXYステージをX及びY方向に移動する制御と、前記レーザビームの位置経路情報(Xi、Yi)により数1に示すように前記走査角(θi)を算出してレーザビーム短軸方向を走査方向と一致させるようにレーザビーム回転手段を回転させる制御を行い、
- 照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のX走査部とY走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角(θi)を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備し、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させるレーザ照射方法において、
前記レーザビーム位置移動手段は、前記X走査部及び前記Y走査部に駆動されてX及びY方向に移動するXYステージによって該XYステージに載置した照射対象物を移動させ、
前記レーザビーム回転手段は、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させ、
前記マイクロプロセッサは、メモリに記憶された情報を参照して、前記レーザビーム位置移動手段におけるX走査部及び前記Y走査部による駆動を制御してXYステージをX及びY方向に移動する制御と、前記レーザビームの位置経路情報(Xi、Yi)により数1に示すように前記走査角(θi)を算出してレーザビーム短軸方向を走査方向と一致させるようにレーザビーム回転手段を回転させる制御を行い、
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