JPH09323184A

JPH09323184A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH09323184A
Application number: JP8139920A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Oide; 寿大出
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】加工用レーザ光とアライメント用レーザ光の
集光位置が等しく、被加工物のアライメントの位置精度
を向上させるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１００は、波長λ₁のレ
ーザ光２１を生成するレーザ光生成手段ＬＳ１、波長λ
₂のレーザ光２２を生成するレーザ光生成手段ＬＳ１、
回折光学素子２３を含む集光光学系を有する。波長λ₁
の光について回折光学素子２３の回折効率の最も高い回
折次数ｍ₁による焦点位置と、波長λ₂（λ₂≠λ₁）
の光について回折光学素子２３の回折効率の最も高い回
折次数ｍ₂（ｍ₂≠ｍ₁）による焦点位置が、略一致す
るよう構成する。両方のレーザ光は、同じ焦点距離でし
かも無収差で被加工物５上に集光する。加工用レーザ光
とアライメント用レーザ光の集光位置が等しく、被加工
物のアライメントの位置精度の向上したレーザ加工装置
を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置に
関するもので、より詳しくは、加工用レーザ光と、該レ
ーザ光と異なる波長の光を略一致した位置に集光する光
学系を有するレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を被加工物に照射して加工を施
す装置として、例えば図７に概略的な構成を示す装置が
知られている。この従来の技術によるレーザ加工装置
は、図７に示すように、ダイクロイックミラー１２、集
光レンズ１１を介してステージ６上に置かれた被加工物
５にレーザ光３を照射するレーザ光源１と、ミラー系１
５を介し、該レーザ光源１と同様の光学系を用いて被加
工物５に可視光４を照射する可視光レーザ２を備える。
被加工物５の表面で反射された可視光４の一部は、再び
集光レンズ１１を透過し、さらに一部はダイクロイック
ミラー１２を透過しアライメント光学系１３を介して受
光素子１４へ入射する。

【０００３】これにより、不可視域の加工光の集光位置
を可視光で観察することが可能であり、さらに、ダイク
ロイックミラー１２を用いて分離した可視光４をＣＣＤ
カメラ等の受光素子１４でモニターすることにより、被
加工物５の加工状態の確認や位置決め等に使用すること
が可能となる。

【０００４】また、図８に示したものは、アライメント
用光源として水銀ランプ等のレーザ光以外の光源を用い
た場合の例である。この場合、基本的構成は、図７に示
した例のものとほぼ等しく、可視光レーザの代わりに水
銀ランプ４１を用い、水銀ランプ４１からの光束が、楕
円鏡４２、レンズ系４３、切換ミラー４４を介して、レ
ーザ光源１およびレンズ系４３′による加工用レーザ光
の光軸２と同軸になるように調整され、ダイクロイック
ミラー１２、集光光学系１１によって被加工物５に照射
される。被加工物５の表面で反射された光束は、前記図
７の例のものと同様に、受光素子１４でモニターするこ
とにより、被加工物５の加工状態の確認や位置決め等に
使用することが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の図７の構成によ
るものでは、加工用レーザ光とアライメント用レーザ光
を同一の集光光学系によって被加工物に照射するため、
光学系に色収差がある場合、２つのレーザ光の集光位置
が異なり、被加工物のアライメントの位置精度の低下に
繋がることになる。

【０００６】また、図８の例のようにレーザ光源以外の
光源を使用する場合は、アライメントに必要な光量を得
るために、例えば水銀ランプのような非常に光量の多い
光源と、その光を効率的に集光して小さな開口を効率的
に照明するための複雑な光学系が必要であり、その分、
装置は、複雑で高価なものになる。また、この場合のア
ライメント光は、波長分布、偏光状態、コヒーレンス長
において、本質的にレーザ光と異なる性質を持つ。この
ため、被加工面上で本来の加工用レーザ光と同等の光ス
ポットを得ることは困難であり、結果的にアライメント
の位置精度の低下に繋がることになる。

【０００７】また、これらを、さらに以下のような観点
から考察すると、次のような面で、さらに改良の余地が
あるといえる。すなわち、従来技術は、加工用レーザ光
とアライメント光を同一の集光光学系によって被加工物
に照射するため、光学系に色収差がある場合、加工用レ
ーザ光とアライメント光の集光位置が異なり、被加工物
のアライメントの位置精度の低下に繋がることになると
ともに、加工用レーザ装置の他に、アライメント用レー
ザ装置（図７の場合）あるいは水銀ランプ（図８の場
合）のような光源が別途必要となる。さらに、加工用レ
ーザ光とアライメント光の光軸が正確に一致するように
調整するための光学系と、加工用レーザ光とアライメン
ト光のビーム形状（ビーム径等）が略一致するように整
形するための光学系が必要となる。とりわけ、加工用レ
ーザに赤外光や紫外光といった不可視光を用いた場合、
アライメント光との光軸合わせの調整が困難となる。

【０００８】本発明は、上述した点に着目し、従来の既
述の如き不利等を解消し得て、加工用レーザ光とアライ
メント用レーザ光の集光位置が等しく、被加工物のアラ
イメントの位置精度を向上させることのできるレーザ加
工装置を提供することを目的とするものである。また、
他の目的は、加工用レーザ光とアライメント光の集光位
置が等しく、被加工物のアライメントの位置精度が向上
するとともに、これに加えて、加工用およびアライメン
ト用として１台のレーザシステムから構成可能で、更
に、加工用レーザ光とアライメント光の光軸合わせ、ビ
ーム形状の整形の調整も容易な、改良されたレーザ加工
装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工装置
は、第１の波長λ₁のレーザ光を生成する第１のレーザ
光生成手段と、第２の波長λ₂のレーザ光を生成する第
２のレーザ光生成手段と、回折光学素子を含む集光光学
系を有し、波長λ₁の光について該回折光学素子の回折
効率の最も高い回折次数ｍ₁による焦点位置と、波長λ
₂（但しλ₂≠λ₁）の光について該回折光学素子の回
折効率の最も高い回折次数ｍ₂（但しｍ₂≠ｍ₁）によ
る焦点位置が、略一致することを特徴とするものであ
る。

【００１０】本発明によって、加工用レーザ光とアライ
メント用レーザ光の集光位置が等しく、被加工物のアラ
イメントの位置精度を向上させるレーザ加工装置が提供
される。なお、本明細書中、「レーザ光」という用語
は、レーザ発振によっで発生した光と、その光から非線
形光学効果等を用いて波長変換されたコヒーレント光を
含むものとして用いられる。

【００１１】図１は、本発明に関する回折光学素子の基
本的原理を示しており、以下図１を参照するに、いま、
第１及び第２のレーザ光生成手段からの第１の波長λ₁
の光束（２１）と第２の波長λ₂の光束（２２）のそれ
ぞれが回折光学素子（２３）によって被加工面（５ａ）
に照射される場合、回折光学素子（２３）はレンズとし
て作用するところ、回折光学素子（２３）の回折面上の
レリーフパターン（２４）が、第１の波長λ₁に対して
回折効率が最も高くなるように最適化された溝深さｄを
有するとき、溝深さｄは、波長λ₁、レリーフパターン
を形成する基材の屈折率ｎを用いて、ｄ＝（ｍ₁λ₁）／（ｎ−１）・・・となり、このように溝深さｄを設定すると、薄型レリー
フ格子に対し、ほぼ１００％の回折効率が得られる。こ
のときｍ₁は回折次数であり、０以外の整数である。

【００１２】また、第１の波長λ₁と第２の波長λ
₂を、前記回折次数ｍ₁と回折次数ｍ₂に関して、
ｍ₂：ｍ₁の整数比になるように、すなわち、ｍ₁λ₁
＝ｍ₂λ₂の関係式を満たすように設定するとき、レリ
ーフパターンの溝深さｄは、ｄ＝（ｍ₂λ₂）／（ｎ−１）・・・表すことができ、これは、同一の溝深さｄを有するレリ
ーフパターンで、波長λ ₂に関して、回折次数ｍ₂で最
適化されたことに等しい。すなわち、波長λ₁と波長λ
₂の異なる２波長において共に回折光学素子（２３）の
回折効率をほぼ１００％にすることが可能となる。

【００１３】一方、前記回折光学素子（２３）によって
波長λの光束が回折次数ｍで、焦点距離ｆに無収差集光
する条件は、レリーフパターン（２４）の中心よりｐ番
目のレリーフ格子の半径をｒ_pとすると、（ｒ_p ²＋ｆ²）^1/2−ｆ＝ｐｍλ ・・・・であり、よって、ｆ＝｛ｒ_p ²−（ｐｍλ）²｝／２ｐｍλ・・・と表すことができ、ｍλが一定のとき焦点距離ｆも一定
である。

【００１４】故に、第１の波長λ₁と第２の波長λ₂に
ついては、関係式ｍ₁λ₁＝ｍ₂λ ₂から、波長λ₁に
ついても波長λ₂についても、同じ焦点距離をもたせら
れ、同一のレリーフパターン（２４）で、波長λ₁と波
長λ₂の異なる２波長について共に回折光学素子（２
３）による集光位置を一致させることが可能で、しか
も、両方の波長について無収差で集光させることができ
る。

【００１５】かくして、本発明の第一の態様のレーザ加
工装置によれば、第１の波長λ₁のレーザ光とこれと異
なる波長の第２の波長λ₂のレーザ光について、これら
を基本的に同じ焦点距離で、しかも無収差で集光させる
ことを可能ならしめ、光学系に色収差がある場合に２つ
のレーザ光の集光位置が異なって被加工物のアライメン
トの位置精度の低下を来すといったことも防止可能で、
また、使用する回折光学素子は実質的に厚みをもたない
ので、光学系をコンパクトにすることも容易に可能なら
しめる。

【００１６】また、本発明は、上記において、好ましく
は、前記回折光学素子（２３）の波長λ₁における焦点
距離ｆ₁、及び波長λ₂における焦点距離ｆ₂が、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０５の条件を満たすようにしてなることを特徴とするもので
ある。

【００１７】このようにすると、回折光学素子（２３）
を用いることにより、波長λ₁の光の焦点距離ｆ₁と波
長λ₂の光の焦点距離ｆ₂が、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×
０．０５を満たした場合、２つの集光位置は概ね一致す
るとみなせるので、被加工物５の位置合わせ精度を維持
することができ、同様に、加工用レーザ光とアライメン
ト用レーザ光の集光位置が略等しく、被加工物のアライ
メントの位置精度を向上させることのできるレーザ加工
装置を実現することを可能ならしめる。より好ましく
は、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０１の条件とすること
により、更に高い位置合わせ精度を実現することができ
る。

【００１８】また、本発明のレーザ加工装置は、レーザ
光源と、該レーザ光源を出射したレーザ光の光路内に配
置して、該レーザ光の高次の高調波を生成する非線形光
学素子と、回折光学素子を含む集光光学系を有し、該集
光光学系によって、前記レーザ光と前記高調波を略等し
い位置に集光することを特徴とするものである。

【００１９】本発明のかかる第二の態様によって、加工
用レーザ光とアライメント光の集光位置が等しく、被加
工物のアライメントの位置精度が向上するとともに、加
工用およびアライメント用として１台のレーザシステム
から構成され、さらに、加工用レーザ光とアライメント
光の光軸合わせ、ビーム形状の整形の調整が容易なレー
ザ加工装置が提供される。

【００２０】本発明においては、レーザ光源を出射した
波長λ₁のレーザ光の光路内に波長λ₂の高次の高調波
を生成する非線形光学素子を配置し、レーザ光源からの
波長λ₁の光束の光軸と同軸に高次の高調波を発生させ
る。集光光学系内に配置された回折光学素子は、かかる
レーザ光源からの波長λ₁の基本波と、波長λ₂の高次
の高調波を略等しい位置に集光する。

【００２１】よって、上記第１に態様による場合と同様
の作用効果を得ることが可能であるとともに、さらに、
波長λ₁から変換した高次の高調波は、波長λ₁の光ス
ポット形状と略一致した光スポット形状を有し、波長λ
₁と等しい光軸上に生成されるので、２つの光束の光軸
を合わせるためのアライメントを必要としない。従っ
て、異なるレーザシステムを必要とせず、コンパクトな
システムを構成することが可能であり、さらに容易に２
つのレーザ光の光軸のアライメントを行うことができ
る。かくして、本発明の第二の態様に従うレーザ加工装
置によれば、より改良されたレーザ加工装置を実現する
ことを可能ならしめる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図２〜図４は、本発明のレーザ加工
装置の第一の実施の形態を示す。この発明の実施の形態
は、次のように構成されている。本例におけるレーザ加
工装置１００は、図２に示すように、第１の波長λ₁の
レーザ光を生成する第１のレーザ光生成手段ＬＳ１、こ
の第１の波長λ₁と波長の異なる第２の波長λ₂のレー
ザ光を生成する第２のレーザ光生成手段ＬＳ２、および
回折光学素子２３を含む集光光学系を備える。

【００２３】上記回折光学素子２３は、前記原理図１に
示した多数の同心円リングからなるレリーフパターン２
４を有する回折光学素子であり、そして、ここでは、波
長λ ₁の光についてこの回折光学素子２３の回折効率の
最も高い回折次数ｍ₁による焦点位置と、波長λ₂の光
についてこの回折光学素子２３の回折効率の最も高い回
折次数ｍ₂（但しｍ₂≠ｍ₁）による焦点位置が、略一
致するよう設定した構成としてある。

【００２４】本レーザ加工装置１００は、かかる構成を
基本とするものであり、以下、その原理および好適例の
内容について図１も用い、これを参照しつつ詳述する。
なお、この発明に関する回折光学素子の基本的原理は、
以下に示す全ての実施の形態が対応する。図１または図
２において、第１の波長λ₁の光束２１（レーザ光）と
第２の波長λ₂の光束２２（レーザ光）は、それぞれ、
集光光学系内に配置された回折光学素子２３によって被
加工物５の被加工面５ａに照射される。このとき、回折
光学素子２３はレンズとして作用する。

【００２５】回折光学素子２３の回折面上のレリーフパ
ターン２４は、第１の波長λ₁に対して回折効率が最も
高くなるように最適化された溝深さｄを有する。すなわ
ち、溝深さｄは、波長λ₁、レリーフパターンを形成す
る基材の屈折率ｎを用いて、次式（１）、

【数１】となる。このときｍ₁は、回折次数であり、０以外の整
数である。このように溝深さｄを設定すると、薄型レリ
ーフ格子に対し、ほぼ１００％の回折効率を得ることが
できる。

【００２６】また、第１の波長λ₁と第２の波長λ
₂を、ｍ₂：ｍ₁の整数比になるように設定する。すな
わち、波長λ₁と波長λ₂が次式（２）の関係式を満た
すように設定する。

【数２】ただし、厳密に条件式（２）を満たさない場合でも、第
１の波長λ₁と第２の波長λ₂が下記の条件式（不等
式）を満たしていれば実質的に同様の作用を得ることに
なる。

【数３】

【００２７】このとき、レリーフパターン２４の溝深さ
ｄは、式（１），（２) より、次式（３）のように表す
ことができる。

【数４】これは、同一の溝深さｄを有するレリーフパターン２４
で、波長λ₂に関して、回折次数ｍ₂で最適化されたこ
とに等しい。すなわち、波長λ₁と波長λ₂の異なる２
波長において共に回折光学素子２３の回折効率をほぼ１
００％にすることが可能となる。

【００２８】一方また、前記の回折光学素子２３によっ
て波長λの光束が回折次数ｍで、図１に示すように、焦
点距離ｆに無収差集光するための条件は、レリーフパタ
ーン２４を構成する、中心よりｐ番目のレリーフ格子の
半径をｒ_pとすると、次式（４）、

【数５】となる。これより、焦点距離ｆは、次式（５）、

【数６】と表すことができ、ｍλが一定であれば焦点距離ｆも一
定であることが分かる。

【００２９】ここで、第１の波長λ₁と第２の波長λ₂
について考えると、上記式（２）の関係式ｍ₁λ₁＝ｍ
₂λ₂から、波長λ₁についても波長λ₂についても同
じ焦点距離を持たせることができる。すなわち、同一の
レリーフパターン２４で、波長λ₁と波長λ₂の異なる
２波長について共に回折光学素子２３による集光位置を
一致させることが可能となる。しかも、両方の波長につ
いて無収差で集光させることができる。また、回折光学
素子２３は実質的に厚みをもたないので、この点でも、
それだけ光学系をコンパクトなものにすることもでき
る。

【００３０】よって、以上の構成に従うと、加工用とア
ライメント用の両者にレーザ光を使用できるとともに、
色収差により２つのレーザ光の集光位置が異なるなどす
ることが要因の被加工物のアライメントの位置精度の低
下等も回避しつつ、加工用レーザ光とアライメント用レ
ーザ光の集光位置が等しく、被加工物５のアライメント
の位置精度の向上が図れる。

【００３１】図２は、具体的にはこれを次のように具現
化したものである。図２においては、ＬＳ１は、第１の
レーザ光生成手段として加工用ＹＡＧレーザを用い、該
レーザは第１の波長λ₁として１０６４ｎｍのレーザ光
２１を生成、射出する。一方、ＬＳ２は、第２のレーザ
光生成手段としてのアライメント用光源であり、ここで
は、第２の波長λ₂として５３２ｎｍのレーザ光２２を
生成、射出するものとする。第２のレーザ光２２はＹＡ
Ｇレーザ光の第２高調波として生成される。

【００３２】レーザ光２１は、例えば、ビームエキスパ
ンダー等の光学系１６（図中ＬＳ１側の光学系１６）に
より所定のビーム形状に整形され、ダイクロイックミラ
ー１２′により反射され、光路を曲げられる。その後、
さらにミラー１７（図中右側）により光路を曲げられ、
上記回折光学素子２３に入射し、ステージ６上の被加工
物５に集光される。

【００３３】レーザ光２２は、例えば、ビームエキスパ
ンダー等の光学系１６（図中ＬＳ２側の光学系１６）に
より所定のビーム形状に整形され、ミラー１７（図中左
側）により光路を曲げられ、、この場合は、ダイクロイ
ックミラー１２′を透過して、加工用レーザ光２１と同
一の経路をたどり、上記回折光学素子２３により、加工
用レーザ光２１と同じ位置に集光される。

【００３４】回折光学素子２３は、図１に示したよう
に、多数の同心円リングからなり、断面形状がブレーズ
化されたレリーフパターン２４を有し、回折型レンズと
して作用する（ｒ₁,ｒ₂,ｒ₃,・・・, ｒ_p・・は、レリ
ーフ格子の半径）。ここで、レリーフパターン２４の溝
深さｄは、例えば、レリーフ面を形成する基板をＢＫ
７、その屈折率ｎを１．５２とすると、加工用ＹＡＧレ
ーザ（λ₁＝１０６４ｎｍ）の１次光（ｍ＝１）に関し
て最適化した場合、上記の原理説明の式（１）に準じ、
次式、

【数７】で表されるので、ｄ＝２．０５μｍとなる。

【００３５】そして、この溝深さｄは、これも上記の原
理説明で述べたように、ＹＡＧレーザの第２高調波（λ
₂＝５３２ｎｍ）の２次光（ｍ＝２）に関してもあては
まる。すなわち、ｄ＝２．０５μｍの溝深さとすれば、
アライメント用レーザ光として上記のように選定したも
う一方の波長λ₂＝５３２ｎｍのレーザ光２２について
も最適化される（式（２），（３））。

【００３６】さらに、このような溝深さｄ（上記例で
は、ｄ＝２．０５μｍ）に選定したレリーフパターン２
４を有するこの回折光学素子２３を図２の如くに集光光
学系に設けたレーザ光加工装置１００は、図１および各
式（１）〜（５）を参照して述べた前述の原理説明にお
ける最適化、回折効率、無収差集光に関する作用効果の
説明の通り、その回折光学素子２３によって、基本的に
両方のレーザ光２１，２２を同じ焦点距離でしかも無収
差で集光させることが可能で、２つのレーザ光２１，２
２は被加工物５上でそれぞれ等しい位置に集光されるこ
とになる。従って、不可視光である加工用ＹＡＧレーザ
光２１の被加工面５ａ上での焦点位置や光スポットの形
状を、可視光である第２高調波によって観察しながら加
工することができる。

【００３７】以上のように、上記第一の実施の形態に従
うと、加工用レーザ光（２１）とアライメント用レーザ
光（２２）の２つの集光位置を効果的に一致させ得て、
被加工物５のアライメントの位置精度を向上させること
ができる。これによれば、従来のように光学系に色収差
がある場合に２つのレーザ光の集光位置が異なって被加
工物のアライメントの位置精度の低下を来すといったこ
とも防止できる。しかも、レーザ光源以外のアライメン
ト用光源を使用する場合のものでは、効率的な照明のた
め複雑な光学系が必要であって装置が複雑で高価なもの
になったり、レーザ光以外のアライメント光では本質的
にレーザ光と異なる性質をもつために被加工面上で本来
の加工用レーザ光と同等の光スポットを得るのが困難
で、これがアライメントの位置精度の低下を招くなどす
るが、そのような不利もないレーザ加工装置１００を実
現でき、かつまた、使用する上記回折光学素子２３は実
質的に厚みをもたないもので足りることから、それだけ
容易に光学系をコンパクトにでき、この点でも効果的で
ある。

【００３８】ここで、好ましい実施態様のいくつかを挙
げておくと、以下のようである。〔第一の実施の形態の第１の実施態様〕上記構成装置に
おいて、回折光学素子２３の波長λ₁における焦点距離
ｆ₁、および波長λ₂における焦点距離ｆ₂が、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０５の条件を満たすよう構成して実施することもできる。

【００３９】このようにすると、回折光学素子２３を用
いることにより、波長λ₁の光の焦点距離ｆ₁と波長λ
₂の光の焦点距離ｆ₂が、上記の条件式、すなわち、｜
ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０５を満たした場合、２つの
集光位置は概ね一致するとみなせるので、被加工物５の
位置合わせ精度を維持することができる等の作用効果が
得られる。本例では、加工用レーザ光とアライメント用
レーザ光の集光位置が略等しく、被加工物５のアライメ
ントの位置精度を向上させることのできるレーザ加工装
置１００を実現できる。なお、より効果的には、上記に
代えて下記条件式、すなわち、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０１とすることにより、更に高い位置合わせ精度を実現する
ことができる。

【００４０】〔第一の実施の形態における第２の実施態
様〕また、好ましくは、第１のレーザ光生成手段および
第２のレーザ光生成手段は、それぞれ異なるレーザシス
テムを有する構成として実施すると良い。この場合も、
上記したと同様の作用効果のレーザ加工装置１００を提
供できる上、さらに、第１および第２のレーザ光を生成
する手段として、それぞれ異なるレーザシステムを用い
ることにより、両レーザ光にそれぞれ異なる発振形態の
レーザ光を用いることができる。従って、例えば、第１
のレーザ光２２に加工用としてパルス光を用いる場合に
おいても、第２のレーザ光２１にアライメント用として
連続発振光を射出するようなレーザ光生成手段を用いる
ことによって、被加工物５の位置合わせが行い易くなる
等の作用効果が併せ得られる。

【００４１】〔第一の実施の形態における第３の実施態
様〕また、好ましくは、第２の波長λ₂は、第１の波長
λ₁の高次の高調波に相当する波長に選定して実施する
と良い。この場合も、上記したと同様の作用効果のレー
ザ加工装置１００を提供できるとともに、さらに、次の
ような作用効果が得られる。

【００４２】波長λ₁のレーザ光のｊ次の高調波の波長
は、λ₁／ｊで表することができる。第２のレーザ光の
波長λ₂に、波長λ₁のｊ次の高調波を用いると、波長
λ₁と波長λ₂の比はｊ：１の整数比となり、次式
（６）で表すことができる。

【数８】

【００４３】回折光学素子２３のレリーフ面の溝深さｄ
を、波長λ₁の１次光の回折効率が最大になるように設
定すると、溝深さｄは、次式（７）のように表される。

【数９】

【００４４】このとき、上式（６），（７）より、レリ
ーフパターン２４の溝深さｄは、波長λ₁のｊ次の高調
波（波長λ₂）を用いて次式（８）のように表すことが
できる。

【数１０】

【００４５】これは、同一の溝深さｄを有するレリーフ
パターン２４で、波長λ₁のｊ次の高調波に関して、回
折次数ｊで最適化されたことに等しい。また、前記図
１，２および各式（１）〜（５）を参照して述べた第一
の実施の形態に関する作用効果の説明において、ｍ₁＝
１、ｍ₂＝ｊとすると、上記式（６）よりこの場合もｍ
₁λ₁＝ｍ₂λ₂となる。

【００４６】すなわち、波長λ₂として、波長λ₁のｊ
次の高調波を用いると、波長λ₂と波長λ₁の比は、自
動的に整数比となるので、前述の第一の実施の形態で説
明した場合と同様の作用をすることになり、よって第一
の実施の形態で記述した前記効果と同様の効果を得るこ
とができる。また、高次の高調波は非線形結晶、例えば
ＬＢＯ結晶、ＢＢＯ結晶を用いて生成できるので、波長
λ₁に関して前記条件式（２）を満たすような波長λ₂
を発振するレーザを選択する必要はなく、同一波長λ₁
を有するレーザをもって、容易に条件（２）を満たす波
長を得ることができる。このようにして、加工用レーザ
光とアライメント用レーザ光の集光位置が等しく、被加
工物５のアライメントの位置精度が向上したレーザ加工
装置１００を実現させることもできる。

【００４７】〔第一の実施の形態における第４の実施態
様〕また、好ましくは、第２の波長λ₂は、第１の波長
λ₁の高次の高調波に相当する波長であって、第１もし
くは第２のレーザ光のいずれかが、可視光であるよう構
成して実施することもできる。この場合は、さらに、以
下のような作用効果を奏する。すなわち、前記第２の波
長λ₂が、前記第１の波長λ₁の高次の高調波に相当す
る波長であって可視域にある場合、第１のレーザ光（波
長λ₁）を加工用に用い、第２のレーザ光（波長λ₂）
をアライメントに用いる。このとき、上記〔第３の実施
態様〕と同様の作用効果を奏すると同時に、第１のレー
ザ光（波長λ₁）が不可視光であっても、被加工物５の
被加工面５ａを波長λ₂の可視光（第２のレーザ光）で
照射するため、第１のレーザ光（波長λ₁）による加工
の位置や被加工面での光スポットの形状を正確に観測す
ることができる。

【００４８】逆に、第２の波長λ₂が、前記第１の波長
λ₁の高次の高調波に相当する波長であって、第１の波
長λ₁が可視域にある場合、第２のレーザ光を加工用に
用い、第１のレーザ光をアライメントに用いる。このと
き、〔第３の実施態様〕と同様の作用効果をもつと同時
に、第２のレーザ光が不可視光であっても、被加工面５
ａを波長λ₁の可視光（第１のレーザ光）で照射するた
め、第２のレーザ光による加工の位置や被加工面での光
スポットの形状を正確に観測することができる。

【００４９】以上により、可視光でアライメントが可能
であり、加工用レーザ光とアライメント用レーザ光の集
光位置が等しく、被加工物５のアライメントの位置精度
が向上したレーザ加工装置１００を実現させることもで
きる。なお、この発明の実施の形態の構成は、いままで
述べてきた例をも含めて、種々の変形、変更が可能であ
り、また、以下に具体的に例示する変形例は、全ての実
施例に関して当てはまる。

【００５０】例えば、回折光学素子２３のレリーフパタ
ーン２４は、理想的には、図１に示すように、レリーフ
格子を連続ブレーズ形状としたものであるが、これに限
らず、多段階近似されたバイナリー型の回折光学素子で
も同様の効果を得ることができる。この場合、回折効率
が若干低下するものの、同様の課題を達成することがで
きるものである。従って、本発明は、そのようにして実
施することを妨げない。

【００５１】また、第２のレーザ光２２としてＹＡＧレ
ーザの第２高調波を用いず、略一致した波長を射出する
半導体レーザ等を用いてもよい。このとき、半導体レー
ザは、被加工物５のアライメントに用いるため、連続発
振のものを使用するのが望ましい。

【００５２】また、上記〔第２の実施態様〕に従い、本
実施例で用いた加工用レーザ光に短パルス光を用いる場
合、例えば、加工用レーザ発振器内にＱスイッチを入れ
て発振器の動作を制御して発生させることができ、従っ
て、高いピーク値を有するパルス光を利用して、シーム
溶接、切断、スポット溶接、穴あけといったような加工
に用いることができる。この場合、それぞれの用途に合
わせて、加工に用いるパルス光の出力、パルス幅、パル
ス繰り返しを、適当に選択する必要があり、よって、そ
のようにして実施すると良い。

【００５３】また、加工用レーザ光に連続発振光を用い
る場合、複数のレーザ媒質ロッドを直列に配列して得ら
れる高出力のレーザ光を用いて１０⁶ ／ｃｍ²程度のパ
ワー密度を得ることが可能になっており、よって、この
場合、用途は、光パワー密度の出力を必要とする金属の
溶接から、はんだ付け、ロウ付け、トリミング、マーキ
ングといったような加工に用いることもできる。なお、
本実施例の形態において、加工用レーザ光および第２の
レーザ光は、その発振形態（短パルス光、連続発振光
等）によらず、前述の第一の実施の形態で説明したのと
同様の作用効果を得ることができる。

【００５４】また、波長８００〜１５００ｎｍ程度の赤
外光を加工用レーザに用いる場合、第２高調波が可視光
となるため、第２のレーザ光として加工用レーザ光と同
じ波長のレーザ光の第２高調波を用いることにより、加
工用レーザに前記ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）を
用いたときと同様の効果を得ることができる。さらに長
波長側の赤外光を加工用レーザ光として用いた場合、２
次よりも高次の高調波で可視域の光を第２のレーザ光と
して用いることにより、同様の効果を得ることができ
る。

【００５５】また、第１のレーザ光として波長４００〜
８００ｎｍの範囲にある可視のレーザ光をアライメント
に用い、第２のレーザ光として、そのレーザ光と同じ波
長のレーザ光の第２高調波を加工に用いると、波長２０
０〜４００ｎｍの範囲の紫外域の光を用いた加工が可能
である。

【００５６】なお、この発明に用いる２つのレーザ光
は、基本波およびその高次の高調波に限られるものでは
ない。例えば、紫外光を加工レーザとする場合、光パラ
メトリック変換やラマン変換の非線型光学効果等で前記
式（２）の条件を満たすように適当な波長に変換して用
いてもよい。また、式（２）の条件を満たすような波長
を発振する複数のレーザシステムを用いてもよい。

【００５７】次に、図３，４を用いて、本発明の第一の
実施の形態の変形例として、被加工物５の加工状態や位
置決め等の観察をするための機能を付加した場合の構成
のレーザ加工装置１００の例を説明する。本実施例は、
先に示した基本的構成（図２）において、両レーザ光生
成手段ＬＳ１，ＬＳ２から射出された各レーザ光２１，
２２が、ダイクロイックミラー１２′（図２）を経て同
一の経路に入るまで、前記図２に示した構成と同一の構
成となるので、図３においては、それ以降の構成部分に
ついて示している。

【００５８】図３のレーザ加工装置１００において、レ
ーザ光２１は、図示のダイクロイックミラー１２によっ
て反射されて光路を曲げられ、前述の同様、回折光学素
子２３に入射し、被加工物５に集光される。また、レー
ザ光２２は、ダイクロイックミラー１２によって一部反
射され、上記回折光学素子２３に入射し、被加工物５に
集光される。ここで、ダイクロイックミラー１２には、
レーザ光２１に関して略１００％反射、レーザ光２２に
関して一部透過するような特性を持たせる。

【００５９】照射されたレーザ光２２のうち、被加工面
５ａ上で反射した光は、再び回折光学素子２３に入射
し、さらに、ダイクロイックミラー１２を一部が透過
し、アライメント光学系１３を介して、光電変換型の撮
像素子などの受光素子１４に入射する。

【００６０】また、本例では、図３のように、照射光源
４１を設置する。この照明光源４１から射出された光束
は、楕円鏡４２、ハーフミラー４５を介して被加工物５
を照射する。照射された照明光のうち、被加工面５ａで
反射された照明光は、レーザ光２２と同様に、回折光学
素子２３、ダイクロイックミラー１２、アライメント光
学系１３を介して一部が受光素子１４に入射する。光学
素子１４からの信号から、被加工面５ａの様子をモニタ
ー４６に映し出すことができる。従って、モニター４６
を見ながら、加工状態の確認やレーザ光の集光位置の位
置決め等に使用することができる。なお、照明光源は、
被加工物５を照明するのに十分な照明光強度を照射すれ
ば、図示したような落射照明である必要はない。本発明
は、このようにして実施してもよい。

【００６１】また、上記の変形例において、加工用レー
ザ光２１とアライメント用レーザ光２２を分離する際、
ダイクロイックミラー１２の代わりに例えば偏光ビーム
スプリッター（図４）を用いても同様の効果を得ること
ができる。この場合の基本的構成は、図４に示すよう
に、図３に示した構成とほぼ等しいが、本例のレーザ加
工装置１００では、ダイクロイックミラー１２の代わり
に偏光ビームスプリッター２０を配置し、偏光ビームス
プリッター２０の入射前の光路中にλ／２板１８を進退
可能に、かつその光学軸の方向がレーザ光の偏光方向に
対して略４５°傾斜するように配置し、さらに、偏光ビ
ームスプリッター２０と被加工物５間の光路中にλ／４
板19を進退可能に配置した点が異なる。

【００６２】加工用レーザ光２１とアライメント用レー
ザ光２２の偏光は、直線偏光で各々の偏光方向が直交す
るように、例えば、レーザ光２１の偏光方向を図４中紙
面に対し平行、アライメント用レーザ光２２の偏光方向
を図４中紙面に対し垂直となるようにし、このとき、偏
光ビームスプリッター２０は、ｐ偏光成分に対して略１
００％反射、ｓ偏光成分に対して略１００％透過になる
ようにする。

【００６３】上記構成において、アライメントの際に
は、図４の実線で示す如く光路内にλ／２板１８および
λ／４板１９を挿入し、両レーザ光２１，２２の偏光方
向を９０°回転させる。このとき、加工用レーザ光２１
は、偏光ビームスリッター２０に対してｓ偏光として入
射されることになるので、偏光ビームスプリッター２０
をほとんど透過する。

【００６４】これに対し、アライメント用レーザ光２２
は、偏光ビームスプリッター２０に対してｐ偏光として
入射されることになるので、偏光ビームスプリッター２
０によってほとんど反射されるため、レーザ光２１とア
ライメント光２２が分離されることになる。さらに、ア
ライメント用レーザ光２２は、光路内に配置されたλ／
４板１９を通過して円偏光として、被加工面５ａ上に照
射される。また、被加工面５ａ上で反射された光は、再
びλ／４板１９を通過して、図４中紙面に対し垂直な偏
光となる。従って、反射光のほとんどの成分が偏光ビー
ムスプリッター２０を透過し、受光素子１４に入射す
る。

【００６５】また、加工の際は、光路内に挿入した、λ
／２板１８およびλ／４板１９を図４中破線で示す如く
に退出させる。加工用レーザ光２１は、偏光ビームスプ
リッター２０に対してｐ偏光として入射されることにな
るので、偏光ビームスプリッター２０によってほとんど
反射され、被加工面５ａ上に照射される。逆に、アライ
メント用レーザ光２２は、偏光ビームスプリッター２０
に対してｓ偏光として入射されることになるので、偏光
ビームスプリッター２０によってほとんど透過する。

【００６６】このように構成すると、本例の場合は、偏
光ビームスプリッター２０による光量損失が抑制され、
アライメントの際にアライメント光２２の光量を有効に
使用することができるといった効果がさらに得られる。
なお、この場合は、λ／２板１８およびλ／４板１９を
駆動（進退駆動）するために、図示しない駆動機構が必
要となるが、かかる駆動機構を設ける場合でも、他の光
学系を駆動する場合と違い、光軸に対する位置や角度が
少々ばらついても透過光の光軸の向きには、ほとんど影
響しないため、その駆動機構として精密な駆動機構を必
要としない。

【００６７】また、加工の際にλ／４板１９を光路内に
設置しておいても（図４中実線状態のままで、進退させ
ない）、加工用レーザ光２１の作用は、本質的には変化
しないので光路内に常時挿入したままでもよい。従っ
て、この場合は、その分、駆動機構を減らす（省略）こ
とができることになる。ただし、加工用レーザ光の出力
が若干低下することや、加工用レーザ光によるλ／４板
の表面の破損等に注意しなければならないが、こうした
構成の例で実施してもよい。

【００６８】前記全ての実施例においては、加工用レー
ザ光とアライメント光にそれぞれ別の光源を用いるた
め、加工用レーザ光２１にパルス光、アライメント用レ
ーザ光２２に連続発振光といった、それぞれ異なる発振
形態のレーザ光を用いることが可能となる。

【００６９】例えば、図４に示すような構成で半導体ウ
ェハ（被加工物５）上の加工を行う場合、アライメント
用レーザ光２２をその被加工面上に形成したアライメン
トマークに照射して、ステージ６を移動したときのアラ
イメント用レーザ光２２のアライメントマークからの反
射光を受光素子１４でモニターすることにより、加工す
る際に基準となる位置合わせを行う。

【００７０】ここで、加工にはパルスレーザを用いる
が、アライメント用レーザには連続発振光のものを用い
ることが望ましい。特に、アライメント用レーザに連続
発振光のものを用いた場合、アライメントマークからの
散乱光と反射光の分解能を向上させることができ、対象
とする被加工物の位置決め精度が向上する。また、この
とき、アライメント用レーザ光２２の反射光強度を測定
するので、照明光源４１、モニター４６は必要でなく、
省略することができる。また、受光素子１４は、撮像素
子である必要はなく、フォトダイオード、フォトセル、
フォトマルチプライヤー等を用いることができる。

【００７１】次に、本発明のレーザ加工装置の第二の実
施の形態について図５を用いて説明する。本実施の形態
は、加工用レーザ光とアライメント光の集光位置が等し
く、被加工物のアライメントの位置精度を向上させると
ともに、加工用およびアライメント用として１台のレー
ザシステムから構成され、さらに、加工用レーザ光とア
ライメント光の光軸合わせ、ビーム形状の整形の調整が
容易なレーザ加工装置を実現しようというものである。

【００７２】この発明の実施の形態に従うレーザ加工装
置１１０は、次のように構成されている。図５に示すよ
うに、本例におけるレーザ加工装置１１０は、レーザ光
源ＬＳ、このレーザ光源のレーザ光の光路内に配置され
てそのレーザ光の高次の高調波を生成する非線形光学素
子２５、および回折光学素子２３を含む集光光学系を有
する構成を基本とする。

【００７３】上記レーザ光源ＬＳは、ここでは、加工用
レーザ光源としてＹＡＧレーザ光を射出するレーザ光源
を用いるものとし、該レーザ光源を射出した波長１０６
４ｎｍ（λ₁）のレーザ光（ＹＡＧレーザ光）３１は、
前記図２と同様の光学系１６により所定のビーム形状に
整形された後、ミラー１７で反射し、レーザ光３１の光
路内に配置した非線形光学素子２５に入射される。レー
ザ光３１は、非線形光学素子２５において、同軸上に波
長５３２ｎｍ（λ₂）の第２高調波３２を発生させる。
レーザ光３１は、ダイクロイックミラー１２により、反
射され光路を曲げられ回折光学素子２３に入射し、被加
工物５に集光される。

【００７４】非線形光学素子２５によって発生した第２
高調波３２は、基本波となるレーザ光３１と一致した光
軸上に発生するので、レーザ光３１と同軸の経路をたど
り、ダイクロイックミラー１２により、一部が反射され
て回折光学素子２３によって加工用レーザ光３１と同じ
位置に集光される。ここで、ダイクロイックミラー１２
には、レーザ光３１に関して略１００％反射、第２高調
波３２に関して一部透過するような特性を持たせる。

【００７５】回折光学素子２３は、前述の第一の実施の
形態と同様に、回折型レンズとして作用して、２つのレ
ーザ光３１，３２を被加工物５上でそれぞれ等しい位置
に集光させる。このようにして、レーザ光源ＬＳを出射
した波長１０６４ｎｍのレーザ光３１の光路内に波長５
３２ｎｍの第２高調波３２を生成する非線形光学素子２
５を配置し、その基本波のレーザ光３１の光軸と同軸に
その第２高調波３２を発生させることができ、また、上
記回折光学素子２３によってそれら基本波と高次の高調
波を等しい位置に集光させられる。また、被加工面５ａ
は照明光源４１からの光束によって、照射されるように
する。

【００７６】本例では、第２高調波３２はアライメント
の際に用いられ、前記の第一の実施の形態で説明したの
と同様に、図５に示すように、被加工面５ａで反射され
た第２高調波３２を受光素子１４によって観測し、モニ
ター４６に映し出された像によって被加工面５ａの加工
状態の確認やレーザ光３１の集光位置の位置決め等を行
うことができる。また、本例の場合も、前述の第一の実
施の形態で説明したように、ダイクロイックミラー１２
の代わりに偏光ビームスプリッター（２０；図４）を用
いても同様の効果を得ることができる。この場合、加工
用レーザ光に直線偏光の光を用いると非線形光学結晶に
よって発生する第２高調波の偏光方向は、基本波の偏光
方向と直交しているので、容易に実施することができ
る。

【００７７】本例では、このような構成にすることによ
り、前記第一の実施の形態と異なる手段ながらも、その
場合と同等の作用効果を得られるとともに、異なるレー
ザシステムを必要とせず、コンパクトなシステムを構成
することが可能となる。本発明のこの第二の実施の形態
においては、第一のレーザ光源ＬＳを出射した波長λ₁
のレーザ光（ここでは、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレー
ザ光３１）の光路内に波長λ₂の高次の高調波（ここで
は、波長５３２ｎｍの第２高調波３２）を生成する非線
形光学素子２５を配置して、波長λ₁の光束の光軸と同
軸に高次の高調波を発生させ、この場合、集光光学系内
に配置した上記回折光学素子２３は、前述した〔第一の
実施の形態における第３実施態様〕で記述したのと同様
の作用により、その波長λ₁の基本波と波長λ₂の高次
の高調波を略等しい位置に集光させることができる。

【００７８】以上により、前記第一の実施の形態で記述
した効果と同様の効果を得ることができ、加工用レーザ
光とアライメント光の集光位置が等しく、被加工物５の
アライメントの位置精度が向上する。さらに、波長λ₁
から変換した高次の高調波は、波長λ₁の光スポット形
状と略一致した光スポット形状を有し、波長λ₁と等し
い光軸上に生成されるので、２つの光束の光軸を合わせ
るためのアライメントを必要としない。これによれば、
加工用レーザ装置の他に、別途アライメント用のレーザ
装置等の光源を備える構成は必要とせず、加工用および
アライメント用として一台のレーザシステムで済ますこ
とができる。しかも、従来のものでは、加工用レーザ光
とアライメント光の光軸が正確に一致するよう調整する
ためなどの光学系が必要で、加工用レーザが赤外光や紫
外光の不可視光の場合にアライメント光との光軸合わせ
の調整が容易でないが、このような点も良好に改善で
き、加工用レーザ光とアライメント光の光軸合わせやビ
ーム形状の整形の調整も容易なものとなる。従って、以
上のことにより、異なるレーザシステムを必要とせず、
コンパクトなシステムを構成することが可能であり、さ
らに容易に２つのレーザ光の光軸のアライメントを行う
ことができる等の、より改良されたレーザ加工装置１１
０を実現できる。

【００７９】本発明の第二の実施の形態も、種々の変
形、変更が可能である。以下に、その要部部分の構成に
ついて、図６に例をもって示すものは、かかる変形の一
例である。これは、特に、従来技術にあっては、先に触
れたように、加工用レーザ光とアライメント光の光軸が
正確に一致するように調整するための光学系、さらに
は、アライメント用光学系には、加工用レーザのビーム
形状（ビーム系等）と略一致するように整形するための
光学系が必要となり、とりわけ、加工用レーザに赤外光
や紫外光といった不可視光を用いた場合、アライメント
光との光軸合わせの調整が困難となる等の点に着目し、
上記レーザ加工装置１１０において、適用するその非線
形光学素子は、それぞれ略等しい形状の非線形光学結晶
を偶数個有し、光軸に垂直な面に対して対称になるよ
う、それぞれ同数の該非線形結晶を配置し、さらに進退
可能にする構成を具備せしめることによって、より一層
効果的な改良を実現しようというものである。

【００８０】すなわち、上記第二の実施の形態によるレ
ーザ加工装置１１０では、図６に示すように、非線形光
学素子２５は、例えば、等しい形状をした２つの非線形
結晶３０を、それぞれが位相整合条件を満たし、光軸に
垂直な面Ｆに対して対象になるように配置した構成とし
てもよい。

【００８１】この実施の形態には、次のような特有の効
果がある。すなわち、このように配置すると、図６
（ａ）に示すように非線形結晶３０に入射前の加工用レ
ーザ光３１の光軸と射出側の光軸が一致することになる
ため、図６（ｂ）に示すように２つの非線形結晶３０を
退出させても、加工用レーザ光３１の光軸は変化しない
ことになる。また、第２高調波３２は加工用レーザ光３
１と略一致したビーム形状を有し、同軸の光路に発生す
るため、２つの光軸を合わせるための光学部材を必要と
せず、容易に２つのレーザ光の光軸合わせを行うことが
可能である。従って、アライメント等を行う際は、加工
用レーザ光３１の光路内に非線形結晶３０を挿入して第
２高調波３２を発生させ、加工の際は非線形結晶３０を
退出して、加工用レーザ光３１の全エネルギーを被加工
面５ａに照射するようにすることができる。

【００８２】このように、本変形例に従って、レーザ光
源ＬＳ（図５）を出射したレーザ光の光軸に、略等しい
形状をした偶数個の非線形結晶（ここでは、２個の非線
形結晶３０）を、位相光軸に垂直な面に対して、対象に
なるように配置すると、非線形光学素子を通過する前後
で光軸が変化しない。また、非線形光学結晶によって発
生した高次の高調波（ここでは、第２高調波）の光軸
は、透過したレーザ光の光軸と略一致する。さらに、高
次の高調波の光スポット形状は、透過するレーザ光の光
スポット形状と略一致する。

【００８３】以上のことにより、上記構成の非線形光学
素子を本実施の形態のレーザ加工装置における非線形光
学素子２５に用いることにより、光軸が一致して所望の
ビーム形状を有するレーザ光を発生させることができ
る。従って、一層の改善を加えられ、前記図５の場合と
同様、１台のレーザシステムから構成されるとともに、
更に加工用レーザ光とアライメント光の光軸合わせ、ビ
ーム形状の整形の調整が容易な、より改良されたレーザ
加工装置１１０を実現することができる。

【００８４】なお、図６を用いた上記の説明では、第２
の高調波を発生するのに用いる非線形光学結晶を２個配
置した例を示したが、本発明は、これに限られるもので
はなく、４個あるいは６個以上の偶数個とすることもで
きる。このような４個あるいは６個以上への増加はま
た、光路内に配置する非線形光学結晶の個数を増やすこ
とにより、第２高調波強度は増加することになるので、
この点で、安定したアライメントが可能となる。そし
て、このとき、等しい形状をした２つの非線形結晶から
なる組を複数用いて、それぞれ位相整合条件を満たし、
光軸に垂直な面に対して対象になるように配置した構成
とすることにより、非線形光学結晶を２個使用した場合
（図６）と同様な効果が得られる。従って、このように
して実施してもよい。

【００８５】なお、加工レーザ光３１の出力が非線形光
学結晶３０のダメージしきい値よりも大きい場合、アラ
イメントの際に、フィルター等で加工用レーザ光３１の
入射光強度を制限するようにすると良い。また、アライ
メント中に加工用レーザ光を被加工面５ａに照射したく
ない場合、非線形光学素子２５と被加工面５ａ間の光路
内に色ガラスフィルター３３（図５）等を挿入して加工
用レーザ３１を遮蔽し、アライメント用第２高調波３２
のみを被加工物５に照射するようにすると良い。本発明
は、このような態様で実施形態することもできる。

【００８６】以上述べてきた内容は、以下の発明として
捉えることもできる。〔１〕第１の波長λ₁のレーザ光を生成する第１のレー
ザ光生成手段と、第２の波長λ₂のレーザ光を生成する
第２のレーザ光生成手段と、回折光学素子を含む集光光
学系を有し、波長λ₁の光について該回折光学素子の回
折効率の最も高い回折次数ｍ₁による焦点位置と、波長
λ₂（但しλ₂≠λ₁）の光について該回折光学素子の
回折効率の最も高い回折次数ｍ₂（但しｍ₂≠ｍ₁）に
よる焦点位置が、略一致することを特徴とするレーザ加
工装置。

【００８７】〔２〕前記回折光学素子の波長λ₁におけ
る焦点距離ｆ₁、及び波長λ₂における焦点距離ｆ
₂が、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０５の条件を満たすことを特徴とする上記付記項〔１〕記載
のレーザ加工装置。〔３〕前記第１のレーザ光生成手段及び前記第２のレー
ザ光生成手段は、それぞれ異なるレーザシステムを有す
ることを特徴とする上記付記項〔１〕または〔２〕記載
のレーザ加工装置。

【００８８】〔４〕前記第２の波長λ₂は、前記第１の
波長λ₁の高次の高調波に相当する波長であることを特
徴とする上記付記項〔１〕乃至〔３〕のいずれかに記載
のレーザ加工装置。〔５〕前記第２の波長λ₂は、前記第１の波長λ₁の高
次の高調波に相当する波長であって、第１もしくは第２
のレーザ光のいずれかが、可視光であることを特徴とす
る上記付記項〔１〕乃至〔３〕記載のレーザ加工装置。〔６〕レーザ光源と、該レーザ光源を出射したレーザ光
の光路内に配置して、該レーザ光の高次の高調波を生成
する非線形光学素子と、回折光学素子を含む集光光学系
を有し、該集光光学系によって、前記レーザ光と前記高
調波を略等しい位置に集光することを特徴とするレーザ
加工装置。〔７〕前記非線形光学素子は、それぞれ略等しい形状の
非線形光学結晶を偶数個有し、光軸に垂直な面に対して
対称になるよう、それぞれ同数の該非線形結晶を配置
し、さらに進退可能にしたことを特徴とする上記付記項
〔６〕記載のレーザ加工装置。

【００８９】

【発明の効果】本発明の第一の態様によれば、第１の波
長λ₁のレーザ光とこれと異なる波長の第２の波長λ₂
のレーザ光について、これらを基本的に同じ焦点距離
で、しかも無収差で集光させることが可能で、加工用レ
ーザ光とアライメント用レーザ光の集光位置が等しく、
被加工物のアライメントの位置精度を向上させることの
できるレーザ加工装置を実現でき、光学系に色収差があ
る場合に２つのレーザ光の集光位置が異なって被加工物
のアライメントの位置精度の低下を来すといったことも
防止でき、また、使用する回折光学素子は実質的に厚み
をもたないもので足り、それだけ容易に光学系をコンパ
クトに構成することもできる。

【００９０】また、回折光学素子の波長λ₁における焦
点距離ｆ₁、および波長λ₂における焦点距離ｆ₂が、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０５の条件を満たすよう構成すると、２つの集光位置は概ね
一致するとみなせるので、さらに、被加工物の位置合わ
せ精度を維持することができ、適切にその位置合わせ精
度の確保も実現できる。

【００９１】また、本発明の第二の態様に従うレーザ加
工装置によれば、加工用レーザ光とアライメント光の集
光位置が等しく、被加工物のアライメントの位置精度が
向上するとともに、これに加えて、加工用およびアライ
メント用として１台のレーザシステムから構成でき、さ
らに、加工用レーザ光とアライメント光の光軸合わせ、
ビーム形状の整形の調整も容易であり、異なるレーザシ
ステムを必要とせず、しかも、コンパクトなシステムを
構成することが可能であり、さらに容易に２つのレーザ
光の光軸のアライメントを行うことができる等のより改
良されたレーザ加工装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明に供する図である。

【図２】本発明のレーザ加工装置の一実施の形態（第一
の実施の形態）の構成を示す図である。

【図３】同実施の形態の変形例の構成を示す図であっ
て、その要部を示す図である。

【図４】同じく、他の変形例の構成を示す図であって、
その要部を示す図である。

【図５】本発明のレーザ加工装置の他の実施の形態（第
二の実施の形態）の構成を示す図である。

【図６】同実施の形態の変形例の構成を示す図であっ
て、その要部を示す図である。

【図７】従来のレーザ加工装置の概略的な構成を示す図
である。

【図８】従来のレーザ加工装置の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

５被加工物５ａ被加工面６ステージ１２ダイクロイックミラー１２′ ダイクロイックミラー１３アライメント光学系１４受光素子１６光学系１７ミラー１８１／２λ板１９１／４λ板２０偏光ビームスプリッター２１レーザ光２２レーザ光２３回折光学素子２４レリーフパターン２５非線形光学素子３０非線形結晶３１レーザ光３２第２高調波３３色ガラスフィルター４１照明光源４２楕円鏡４５ハーフミラー４６モニター１００レーザ加工装置１１０レーザ加工装置ＬＳレーザ光源ＬＳ１加工用レーザ光源ＬＳ２アライメント用光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の波長λ₁のレーザ光を生成する第
１のレーザ光生成手段と、第２の波長λ₂のレーザ光を生成する第２のレーザ光生
成手段と、回折光学素子を含む集光光学系を有し、波長λ₁の光について該回折光学素子の回折効率の最も
高い回折次数ｍ₁による焦点位置と、波長λ₂（但しλ₂≠λ₁）の光について該回折光学素
子の回折効率の最も高い回折次数ｍ₂（但しｍ₂≠
ｍ₁）による焦点位置が、略一致することを特徴とする
レーザ加工装置。
【請求項２】前記回折光学素子の波長λ₁における焦
点距離ｆ₁、及び波長λ₂における焦点距離ｆ₂が、｜ｆ₁−ｆ₂｜＜ｆ₁×０．０５の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載のレーザ
加工装置。
【請求項３】レーザ光源と、該レーザ光源を出射したレーザ光の光路内に配置して、
該レーザ光の高次の高調波を生成する非線形光学素子
と、回折光学素子を含む集光光学系を有し、該集光光学系によって、前記レーザ光と前記高調波を略
等しい位置に集光することを特徴とするレーザ加工装
置。