JPH02104486A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 扶Ｊυ辷立 本発明はレーザ加工装置に関し、特に結像型光学系を用
いたレーザ加工装置におけるレーザ光とガイド光との結
像位置のずれを検出し補正する機構に関する。

葭米弦ｌ 従来、この種のレーザ加工装置では、レーザ光と収差補
正レンズ系を通るガイド光との間で装置設置場所の温度
変化や振動等によるアラインメントのずれが生じないよ
うに、熱膨張率の小さい材質で光学定盤を作製したり、
ガイド光の光軸に垂直な面内での収差補正レンズ系の機
械的ずれを小さくする固定方法をとるといった対策がな
されていた。しかし、レーザ光とガイド光との結像位置
のずれを検知しこれを補正する機構は設けられていなか
った。

これは、従来この種のレーザ加工装置に対する加工精度
の要求がさほど厳しくなかったなめであり、レーザ光と
ガイド光との結像位置のずれがある程度大きくなった時
点で人手により収差補正しンズ系のアライメント修正を
行っていたからである。しかも、この場合アライメント
修正を行う頻度が数ケ月に１回程度であり、実用上不便
さを感じなかったためでもあった。

しかしながら、近年この種のレーザ加工装置に対する加
工精度の要求が厳しくなっており、適宜人手により収差
補正レンズ系のアライメント修正を行うのでは装置性能
を常時一定水準に保っておくことか困難であるという欠
点があった。

また、装置周辺の温度変化や振動等に対して、完全に安
定に収差補正レンズ系を保持することは非常に難しいと
いう欠点かあった。

九匪ムユ刀 本発明の目的は、加工面上でのレーザ光とガイド光との
ずれを精度良く補正することかできるレーザ加工装置を
提供することである。

九肌立■込 本発明のレーザ加工装置は、可視光以外のレーザ光を射
出するレーザ発振器と、このレーザ発振器から射出され
るレーザ光を加工面に結像させる結像レンズと、前記レ
ーザ光の照射位置を確認するための可視光のガイド光を
照射するガイド光照射手段とを有するレーザ加工装置で
あって、前記加工面の近傍に設けられ、前記レーザ光が
照射されることにより可視光を発するターゲットと、前
記ターゲットに前記レーザ光及び前記ガイド光を照射し
たとき前記レーザ光と前記ガイド光とのずれを検出する
検出手段と、前記検出手段により検出されたずれに応じ
て前記レーザ光の照射位置とガイド光の照射位置とを一
致させる照射位置修正手段とを有することを特徴とする
。

尺腹ヨ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明によるレーザ加工装置の第１の実施例の
構成を示すブロック図である９図において、本発明の第
１の実施例によるレーザ加工装置は、レーザ発振器１と
、ビームエキスパンダ２と、矩形スリット４と、ダイク
ロイックミラー５と、結像レンズ８と、対物レンズ９と
を含んで構成されている。

また、本実施例によるレーザ加工装置は、スリット照明
３と、収差補正レンズ系６と、２つの図示せぬパルスモ
ータ７１及び７２から構成されるアラインメント（＾Ｉ
ｉｇｎｎｅｎｔ）用のモータ部７と、照明光源１３と、
結像レンズ１４と、カメラ１５と、モニタ１６と、コン
トローラ１７とを含んで構成されている。

かかる構成において、レーザ発振器１から出たレーザ光
はビームエキスパンダ２によりビーム径を拡大された後
、強度分布の平坦な中心部のみが矩形スリット４を通過
し、レーザ加工に利用される。なお、矩形スリット４は
、互いに直交する２軸をもつ２組のナイフェツジで構成
されており、その開口部の大きさは可変となっている。

矩形スリット４を通過し、レーザ光は、結像レンズ８と
対物レンズ９とを用いて、被加工物１０に矩形スリット
４の開口部のイメージ通りに縮小転写されてレーザ加工
が行われる。なお、矢印Ｗのようにピント調節が行われ
る。このとき、レーザにはパルス幅１０　［ｎ５ｃｃ］
程度のパルスレーザ（例えば、パルス励起のＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザ又はその高調波）を用いることにより金属薄膜
の蒸散加工が行える。

また、高繰り返しのレーザ（連続励起ＱスイッチＮｄ：
ＹＡＧレーザの高調波）若しくは連続発振レーザを用い
被加工物１０を密閉チェンバー内で反応性ガスの雰囲気
中に置けばレーザＣＶＤ法により薄膜の堆積が行える。

それら、レーザ加工の様子は、カメラ１５とＴＶモニタ
１６とを用いて行われる。１３は観察のための照明光源
であり、１４はカメラ１５のための結像レンズである。

ただし、このままではレーザ光が照射される位置及び大
きさが不明なので、矩形スリット４を背後よりスリット
照明３にて照明してそれらを示すガイド光として用いる
。

このスリット照明２は可視光で行い、必要があればフィ
ルターをかけて単色化する。さらに、レーザとして紫外
又は赤外波長域のものを用いるため、対物レンズ９及び
結像レンズ８の色収差を補正して結像面を等しくするな
めに収差補正レンズ系６を使用している。

次に、第２図、第４図及び第５図を用いて本実釉例にお
ける収差補正レンズ系６の調整方法について説明する。

第４図は第１図のコントローラ７の内部の構成を示すブ
ロック図であり、第１図と同等部分は同一符号により示
されている。図において、コントローラ７はカメラ１５
からの画像信号１５０を一時記憶する画像メモリ（フレ
ームメモリ）１７１と、ＣＰＵ１７２と、収差補正レン
ズ系６に設けられているパルスモータ７１及び７２を駆
動するための補正信号１７４を送出するパルスモータコ
ントローラ１７３とを含んで構成されている。なお、１
７０はパスラインである。

本実施例においては、ダイクロイックミラー５によって
分けられた２光路のうち、ガイド光光路２０中に収差補
正レンズ系６を設けている。ここで、装置周辺の温度変
化振動等の原因により収差補正レンズ系６を通るガイド
光のアラインメントに狂いか生じると、被加工物１０上
でのレーザ光とガイド光との結像位置にずれが発生する
。

また、本実施例においては、その位置ずれを検出するた
めに、カメラ１５とターゲット１１とを用いている。タ
ーゲット１１は被加工物１０のホルダ１８上に固定され
ており、可視光以外のレーザ光を照射することによって
可視の蛍光を発するものである。

位置ずれを調べる場合には、Ｘ−Ｙステージ１２を移動
させてターゲット１１を対物レンズ９の下に移動させた
後、レーザ光を適当な光景で照射する。すると、カメラ
１５では第２図に示されているようにレーザ光の照射に
よる蛍光の像とガイド光の像とが同時に観測される。

そして、コントローラ１７３がらはずれの大きさに応じ
た補正信号１７４が収差補正レンズ系６のアラインメン
トを行うためのパルスモータ７１及び７２に夫々送られ
、適切なアラインメントを行う。

その結果、レーザ光とガイド光との間の結像位置のずれ
は解消されるのである。

収差補正レンズ系６のアラインメント用のパルスモータ
７１及び７２はガイド光の光軸に垂直な面内で調整を行
えるよう直交するＸ及びＹの２軸を駆動するのである。

第２図はターゲット１１上でのレーザ光による蛍光の像
２６２とガイド光の像２０１との位置関係及びそれらの
１８号強度を示す模式図である。

カメラ１５からの画像信号１５０はＴ”　Ｖモニタ１６
を介してコントローラ１７に送られ、内部の画像メモリ
上に階調がつけられて取込まれる。そして、レーザ光と
ガイド光との位置ずれは、画像メモリ１７１上の像の階
調を見ることにより判断できるのである。

すなわち、両者が一致している場合には、像の周囲で階
調差が一度しかあられれないが、ずれがある場合には蛍
光とガイド光とが重なり合わない部分が生じ、この部分
が中間レベルのｒ＠調となって現れるからである。した
がって、中間階調部の幅を調べることによりずれの大き
さが判断できることになる。

この場合、ガイド光の像２０１とレーザ光照射によりタ
ーゲットが発する蛍光の＠２０２とが重なりあっている
部分２０３では画像信号の強度が最高（Ｉ３）となるが
、はみ出している部分２０４では光量差により信号レベ
ルが落ちる。第２図中のＸ−Ｘ′にそって見ていくと信
号レベルが中間の値（１，又はＩ２）をとっている部分
の長さΔＸＩ又はΔｘ２が、Ｘ方向でのカイト光とレー
ザ光との位置ずれ量となる。

また、ガイド光とレーザ光による蛍光とでその輝度に差
をつけておくことにより、信号レベル（１＋　とＩ２）
の違いからレーザ光に対してガイド光がどちら側にずれ
ているのかを判断できるのである。

さらにまた、画像メモリ１７１上に像を取込んでいるの
で図中のＹ方向に対してもまったく同様の処理が行える
のである。この場合、ΔＸ、Δｙの分解能は、画像メモ
リ１７１の分解能を１０２４　ｘ　９６０、カメラの視
野範囲をφ８０［μｍ］とすれば、Δｘ＝０．０８［μ
ｍ］、Δｙ＝０．０６５　　［μｍ］が得られるため、
０．１［μｍ］以下の最小分解能となる。

さらに、第５図を用いて収差補正レンズ系６のアライン
メントのＡ％手順について説明する０図はコントローラ
１７によるパルスモータ７１及び７２の調整手順を示す
フローチャートである。

まず最初に、Ｘ軸方向のずれ址を測定し、その結果に応
じて第２図におけるＸ軸方向用のパルスモータ（例えば
、７１）を駆動してＸ軸方向の補正を行う（ステップ５
０１）、次に、ステップ５０１において補正を行った後
のＸ軸方向のずれを再度測定・算出しくステップ５０２
　＞　、その結果を予め定められている許容値と比較す
る（ステップ５０３）。

許容値内であれば、次にＹ軸方向用のパルスモータ（例
えば７２）を駆動してＹ軸方向の補正を行い（ステップ
５０４）、Ｙ軸方向に対してもずれ址を再度測定・算出
して（ステップ５０５）、同様に予め定められている許
容値と比較する（ステップ５０６）。

ステップ５０６において、Ｙ軸方向も許容値内であれは
、再びＸ軸方向のずれ址をチエツクしくステップ５０７
）、許容値内であれば調整作業は終了となるくステップ
５０８→５０９）。

一方、ステップ５０３において、許容値外であれば予め
制限された補正回数内が否かを調べ（ステップ５０３→
５１２）、制限された回数内であれば再びＸ軸方向の補
正を行う（ステップ５１２→５０１−５０２→・・・・
・・）０．ｔな、制限された回数を越えている場合には
エラーストップを通知し、作業は終了となる（ステップ
５１２−５１３　）　。

さらにまた、ステップ５０６において、許容値外であれ
ば予め制限された補正回数内か否かを調べ（ステップ５
０６→５１０）、制限された回数内であれば再びＹ軸方
向の補正を行う（ステップ５１ｏ→５゜４→・・・・・
・）。また、制限された回数を越えている場合にはエラ
ーストップを通知し、作業は終了となる（ステップ５１
０→５１１）。

ステップ５０８において、許容値外だった場合には初め
からＸ軸方向、Ｙ軸方向の補正をやりなおす（ステップ
５０８→５０１−＋・・・・・・）。

以上のようにステップモータ７１及び７２を駆動すれば
レーザ光とガイド光とが一致し、高精度のレーザ加工を
行うことができるのである。

さらに第３図を用いて本発明の他の実施例を説明する。

第３図は本発明によるレーザ加工装置の第２の実施例の
構成を示すブロック図であり、第１図と同等部分は同一
符号により示されている６本実施例においては第１の実
施例（第１図参照）とは異なり、ターゲットが対物レン
ズ下には配置されていない。また、レーザ光及びスリッ
ト照明光の導入方法並びにレーザ光及びガイド光の被加
工物ノ＼の照射の方法については第１図の第１の実施例
と同様である。

本実施例では収差補正光路中に２枚のミラー３゜１及び
３０２が設けられている。ミラー３０１は可視光につい
てのハーフミラ−として、ミラー３０２はレーザ光につ
いてのハーフミラ−としてガイド光２０とレーザ光１９
とを夫々取出している。そして、結像用レンズ３０３，
３０４を夫々用いて透過型ターゲット３０５上に結像さ
せている。

透過型ターゲット３０５上への矩形スリットイメージの
転写は等倍ないし数倍に拡大して行う、この透過型ター
ゲット３０５はごく薄く作られており、レーザ光１つの
照射によって発する蛍光及びガイド光２０を背面へ透過
させる。この透過してきた光をカメラ１５によって観測
し第１の実施例と同様の処理をコントローラ１７にて行
い、モータ部７を駆動して収差補正レンズ系６のアライ
ンメントを修正すれば第１の実施例と同様の効果が得ら
れるのである。

九肌立遵１ 以上説明したように本発明は、レーザ光とガイド光との
被加工物面上での結像位置のずれの大きさを検出し、そ
の検出結果に応じて収差補正レンズ系にアラインメント
修正を加えることにより、常にガイド光とレーザ光とを
精度よく一致させることができ、レーザ加工装置の加工
精度を高い水準で一定に保つことができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるレーザ加工装置の
構成を示すブロック図、第２図はターゲッ１へ上でのレ
ーザ光による蛍光の像とカイト光の像との位置関係及び
それらの信号強度を示す模式図、第３図は本発明の第２
の実施例によるレーザ加工装置の構成を示すブロック図
、第４図は第１図のコントローラの内部構成を示すブロ
ック図、第５図はコントローラによるパルスモータの調
整手順を示すフローチャートである。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・レーザ発振器 ４・・・・・・矩形スリット ６・・・・・・収差補正レンズ系 ７・・・・・・モータ部 １１・・・・・・ターゲット １５・・・・・・カメラ １７・・・・・・コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）可視光以外のレーザ光を射出するレーザ発振器と
   、このレーザ発振器から射出されるレーザ光を加工面に
   結像させる結像レンズと、前記レーザ光の照射位置を確
   認するための可視光のガイド光を照射するガイド光照射
   手段とを有するレーザ加工装置であって、前記加工面の
   近傍に設けられ、前記レーザ光が照射されることにより
   可視光を発するターゲットと、前記ターゲットに前記レ
   ーザ光及び前記ガイド光を照射したとき前記レーザ光と
   前記ガイド光とのずれを検出する検出手段と、前記検出
   手段により検出されたずれに応じて前記レーザ光の照射
   位置とガイド光の照射位置とを一致させる照射位置修正
   手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。