JP2002336980A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｑスイッチを有するパルスレーザを用い、加
工対象物の移動速度が変化する場合でも、均一且つ寸法
精度の高い加工を確実に実現することができるレーザ加
工方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 Ｑスイッチ１０ａを有するパルスレーザ
１０から繰り返し出射されるパルス状のレーザビームＬ
を加工対象物に照射しながら、加工制御データに基づい
て加工対象物を移動させるとともに、加工対象物の移動
速度とレーザビームＬの繰り返し周波数とが比例するよ
うに繰り返し周波数を制御することにより、加工対象物
を加工するレーザ加工方法において、加工制御データに
基づいて、加工対象物上に照射されるレーザビームＬの
１パルス当たりのエネルギー量が一定になるようにレー
ザビームＬのピーク強度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザービームを
用いて加工するレーザ加工方法及びその装置に関し、詳
しくは、パルスレーザから繰り返し出射されるパルス状
のレーザビームを用いて、樹脂、セラミック、金属、フ
ォトリソ用の感光層などの加工対象物に、穴開け加工、
ハーフエッチング加工、表面処理加工、フォトレジスト
への露光などを施すレーザ加工方法及びその装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｑスイッチを有するレーザ等のパ
ルスレーザから繰り返し出射されるパルス状のレーザビ
ームを加工対象物に照射しながら、加工制御データに基
づいて加工対象物とレーザビームの照射ポイントとを相
対移動させることにより、加工対象物に対して穴開け等
の加工を行う加工方法が知られている。ここで、上記加
工対象物とレーザビームの照射ポイントとを相対移動さ
せる方法としては、（１）レーザビームを固定配置し、
レーザビームの照射方向と直交する面に沿って加工対象
物を移動させる方法、（２）加工対象物を固定配置し、
加工対象物の加工面に沿ってレーザビームを移動させる
方法、（３）互いに交差する２方向の一方に加工対象物
を移動させるとともに、レーザビームをもう一方に移動
させる方法等がある。このようにパルス状のレーザビー
ムを一定の繰り返し周波数で加工対象物に照射しながら
加工対象物とレーザビームの照射ポイントとを相対移動
させることにより加工を行なう場合、所定の加工精度が
得られない場合があった。例えば、加工対象物が加速し
ているときには、レーザビームの照射スポットのピッチ
が加工対象物が一定速度Ｖｓに達したあとの照射スポッ
トのピッチよりも小さくなるため、図７（ａ）に示すよ
うに加工対象物１００が加速している加速移動領域１０
１の加工幅が広くなったり、加工深さが深くなってしま
ったりする。また、図７（ｂ）に示すように鋭角的な屈
曲部１０２を加工する場合は、屈曲部１０２で加工対象
物１００の移動速度が低下するため、屈曲部１０２の加
工幅が太くなってしまう。そこで、上記加工対象物が加
速しているときの加工幅の広がり等の加工精度低下を防
止するために、加工対象物とレーザビームの照射ポイン
トとの相対移動の速度に比例するようにレーザビームの
繰り返し周波数を制御する加工方法が知られている（例
えば、特開２０００−２１０７８２号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記Ｑスイ
ッチによってパルス状のレーザビームを出射するパルス
レーザは、図８に示すようにレーザビームの繰り返し周
波数に依存して１パルス当たりのエネルギー量（以下
「パルスエネルギー」という。）が変化する特性を有し
ている。このようなパルスレーザを使い、上記特開２０
００−２１０７８２号公報に記載されているように加工
対象物の移動速度に比例するようにレーザビームの繰り
返し周波数を制御すると、繰り返し周波数が低い加工対
象物の加速域や減速域で、上記パルスエネルギーが大き
くなり、図９に示すようにレーザビームの各パルスの照
射スポット径が大きくなってしまう。一方、繰り返し周
波数が高い定速域では、上記パルスエネルギーが小さく
なり、レーザビームの照射スポット径が小さくなってし
まう。したがって、上記繰り返し周波数の制御を行なっ
たとしても、加工対象物の加速移動領域や減速移動領域
で加工幅が広がったり、加工深さが深くなったりする
等、均一且つ寸法精度の高い加工を実現することが難し
かった。

【０００４】なお、上記繰り返し周波数が変化したとき
でも上記パルスエネルギーが一定になるように、パルス
レーザから出射されたレーザビームの強度を検知し、こ
の検知結果に基づいてパルスレーザに供給する駆動電流
をフィードバック制御することが考えられる。しかしな
がら、このフィードバック制御では、即応性に欠けるた
め、上記パルスエネルギーを確実に一定に維持すること
ができず、やはり均一且つ寸法精度の高い加工を実現す
ることが難しかった。

【０００５】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、パルスレーザから出
射されるパルス状のレーザビームを用いて加工する際
に、加工対象物とレーザビームの照射ポイントとの間の
相対移動の速度が変化する場合でも、均一且つ寸法精度
の高い加工を確実に実現することができるレーザ加工方
法及びその装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、パルスレーザから繰り返し出射
されるパルス状のレーザビームを加工対象物に照射しな
がら、加工制御データに基づいて該加工対象物と該レー
ザビームの照射ポイントとを相対移動させるとともに、
該相対移動の速度と該パルス状のレーザビームの繰り返
し周波数とが比例するように該繰り返し周波数を制御す
ることにより、該加工対象物を加工するレーザ加工方法
において、該加工制御データに基づいて、該加工対象物
上に照射されるレーザビームの１パルス当たりのエネル
ギー量が一定になるように該レーザビームのピーク強度
を制御することを特徴とするものである。また、請求項
６の発明は、パルス状のレーザビームを出射するパルス
レーザと、該パルスレーザにレーザ発振用の駆動電流を
供給するレーザ駆動電源と、該レーザビームを加工対象
物に照射するための光学系と、該加工対象物と該レーザ
ビームの照射ポイントとを相対移動させる相対移動手段
と、加工制御データに基づいて該相対移動手段を制御す
る相対移動制御手段と、該相対移動の速度と比例するよ
うに該パルス状のレーザビームの繰り返し周波数を制御
する繰り返し周波数制御手段とを備えたレーザ加工装置
において、該加工制御データに基づいて、該加工対象物
上に照射されるレーザビームの１パルス当たりのエネル
ギー量が一定になるように該レーザビームのピーク強度
を制御するレーザ制御手段を備えたことを特徴とするも
のである。

【０００７】請求項１のレーザ加工方法及び請求項６の
レーザ加工装置においては、加工対象物とレーザビーム
の照射ポイントとの相対移動の速度に比例するように、
パルスレーザから繰り返し出射されるパルス状のレーザ
ビームの繰り返し周波数を制御する。この制御により、
加工対象物とレーザビームの照射ポイントとの相対移動
の速度が変化する場合でも、加工対象物上におけるレー
ザビームの各照射スポットのピッチを一定にすることが
できる。そして、加工対象物上に照射されるレーザビー
ムの１パルス当たりのエネルギー量が一定になるように
レーザビームのピーク強度を制御することにより、レー
ザビームの繰り返し周波数が変化した場合でも、加工対
象物上の各照射スポットのエネルギー量及び直径を一定
に維持することができる。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１のレーザ加工
方法において、上記加工制御データに基づいて、上記加
工対象物上に照射されるレーザビームの１パルス当たり
のエネルギー量が一定になるように該加工対象物上の各
照射ポイントにおける上記レーザビームのピーク強度の
制御目標値を予め演算しておき、該制御目標値の演算結
果に基づいて、該加工対象物を加工するときの該レーザ
ビームのピーク強度を制御することを特徴とするもので
ある。また、請求項７の発明は、請求項６のレーザ加工
装置において、上記レーザ強度制御手段が、上記加工制
御データに基づいて、上記加工対象物上に照射されるレ
ーザビームの１パルス当たりのエネルギー量が一定にな
るように該加工対象物上の各照射ポイントにおける上記
レーザビームのピーク強度の制御目標値を演算する演算
手段と、該制御目標値の演算結果に基づいて、該加工対
象物を加工するときの該レーザビームのピーク強度を制
御するレーザ制御手段とを用いて構成されていることを
特徴とするものである。

【０００９】請求項２のレーザ加工方法及び請求項７の
レーザ加工装置においては、加工制御データに基づいて
加工対象物とレーザビームの照射ポイントとの相対移動
の速度の変化を予測し、上記加工対象物上に照射される
レーザビームの１パルス当たりのエネルギー量が一定に
なるように加工対象物上の各照射ポイントにおけるレー
ザビームのピーク強度の制御目標値を予め演算してお
く。この演算した制御目標値を用いて、加工対象物を加
工するときのレーザビームのピーク強度を制御するの
で、レーザビームのピーク強度の高速制御が可能とな
る。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２のレーザ加工
方法において、上記レーザビームの強度を検知し、該レ
ーザビームの強度の検知結果に基づいて上記制御目標値
を補正することを特徴とするものである。また、請求項
８の発明は、請求項７のレーザ加工装置において、上記
レーザビームの強度を検知するレーザ強度検知手段と、
該レーザ強度検知手段の検知結果に基づいて上記制御目
標値を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするも
のである。

【００１１】請求項３のレーザ加工方法及び請求項８の
レーザ加工装置においては、レーザビームの強度の検知
結果に基づいて上記演算で得られた制御目標値を補正す
ることにより、レーザの特性変化などによってレーザビ
ームの強度が変動したときに、加工対象物上に照射され
るレーザビームの１パルス当たりのエネルギー量を一定
に維持することができる。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１、２又は３の
レーザ加工方法において、上記パルスレーザをレーザ発
振させるための駆動電流を変化させることにより、上記
レーザビームのピーク強度を制御することを特徴とする
ものである。また、請求項９の発明は、請求項７又は８
のレーザ加工装置において、上記レーザ制御手段が、上
記レーザ駆動電源から上記パルスレーザに供給される駆
動電流を変化させるものであることを特徴とするもので
ある。

【００１３】請求項４のレーザ加工方法及び請求項９の
レーザ加工装置においては、パルスレーザをレーザ発振
させるための駆動電流を変化させることにより、パルス
レーザ内に蓄積されるエネルギーを変化させ、にパルス
レーザから出射されるレーザビームのピーク強度を制御
する。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１、２又は３の
レーザ加工方法において、上記パルスレーザから出射し
たレーザビームの強度を減衰させる光減衰装置における
光減衰率を変化させることにより、上記レーザビームの
ピーク強度を制御することを特徴とするものである。ま
た、請求項１０の発明は、請求項７又は８のレーザ加工
装置において、上記パルスレーザから出射したレーザビ
ームの強度を減衰させる光減衰装置を備え、上記レーザ
制御手段が、該光減衰装置における光減衰率を変化させ
るものであることを特徴とするものである。

【００１５】請求項５のレーザ加工方法及び請求項１０
のレーザ加工装置においては、上記光減衰装置における
光減衰率を変化させることにより、光減衰装置を通過す
るレーザビームの光量を変化させ、加工対象物に照射さ
れるレーザビームのピーク強度を制御する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、透明の絶縁性基
板上に形成した透明導電膜の一部をレーザビームで除去
してスリットを形成するレーザ加工装置に適用した実施
形態について説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ
加工装置の全体構成図である。本レーザ加工装置は、Ｑ
スイッチ１０ａを用いてパルス状のレーザビームＬを出
射するパルスレーザ１０と、パルスレーザにレーザ発振
用の駆動電流を供給するレーザ駆動電源２０と、加工対
象物としての絶縁性基板（以下「ワーク」という。）３
０にレーザビームＬを照射するための光学系４０と、ワ
ーク３０とレーザビームＬの照射ポイントとを相対移動
させる相対移動手段としてのＸＹステージ５０と、制御
装置６０とにより構成されている。

【００１８】上記パルスレーザ１０はＮｄ：ＹＡＧレー
ザであり、Ｑスイッチ１０ａをオン／オフ制御すること
により、所定の繰り返し周波数（例えば２０〜２０００
０Ｈｚ）のパルス状の近赤外レーザビームＬ（波長λ＝
１０６４ｎｍ）を出射することができる。このＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザは、希土類元素のＮｄ（ネオジウム）をドー
プしたＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネッ
ト）結晶を媒質にした固体レーザであり、フラッシュラ
ンプや半導体レーザ等が励起源として用いられる。この
励起源には、レーザ駆動電源２０から駆動電流が供給さ
れることにより駆動される。

【００１９】上記光学系４０としては、パルスレーザ１
０から出射されたレーザビームＬをワーク３０側に反射
するミラー４１と、ミラー４１から反射されたレーザビ
ームＬをワーク３０上にスポット状に集光するレンズ４
とを用いている。なお、レーザビームＬをワーク３０上
にガイドする光学系としては光ファイバを用いてもよ
い。なお、パルスレーザ１０とレンズ４２の間には、ワ
ーク３０上のレーザビームＬの照射スポット形状が円形
以外の形状（例えば四角形）になるようにアパチャーを
挿入してもよい。

【００２０】上記ＸＹステージ５０は、ステージ本体５
１と、ワーク３０が載置される載置台５２と、載置台５
２をＸ方向（図１中の水平方向）と、Ｘ方向に直交する
Ｙ方向（図１の紙面に対して垂直な方向）に移動させる
駆動源としてのリニアモータ５３とにより構成されてい
る。

【００２１】上記制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、Ｒ
ＯＭなどからなる主制御部６１と、レーザ駆動電源２０
に接続された駆動電流制御回路６２と、パルスレーザ１
０のＱスイッチ１０ａに接続されたＱスイッチ制御回路
６３と、ＸＹステージ５０のリニアモータ５３に接続さ
れたモータ駆動回路６４と、ガーバーデータ等に基づい
て生成された加工制御データ（ＮＣデータ）が記憶され
た加工制御データ記憶部６５とにより構成されている。
なお、図示しない外部のコンピュータ装置と接続するた
めの外部インターフェース部６６を設けてもよい。

【００２２】上記主制御部６１は、上記加工制御データ
（ＮＣデータ）に基づいて、ワーク３０上に照射される
レーザビームの１パルス当たりのエネルギー量が一定に
なるようにワーク３０上の各照射ポイントにおけるレー
ザビームのピーク強度の制御目標値を演算する演算手段
としても機能する。この主制御部６１で前もって演算さ
れる制御目標値を含む駆動電流制御指令が、後述の駆動
電流制御回路６２に送られる。例えば、上記加工制御デ
ータ（ＮＣデータ）としては、ＸＹステージの加速度
及び減速度、加工最低繰り返し周波数、加工時の最
高速度、レーザ発射座標データ及びピッチデータ（始
点Ｘ座標、始点Ｙ座標、終点Ｘ座標、終点Ｙ座標及びピ
ッチ）、ＸＹステージ移動座標データ（移動Ｘ座標、
移動Ｙ座標）等のデータが、上記加工制御データ記憶手
段６５に記憶され、ワーク３０の加工に用いられる。こ
れらの加工制御データ（ＮＣデータ）に基づいて、各照
射ポイント（レーザ発射座標）におけるレーザビームの
ピーク強度の制御目標値が演算される。

【００２３】この制御装置６０は、モータ駆動制御回路
６４を介して加工制御データに基づきＸＹステージ５０
を制御する相対移動制御手段、及びＱスイッチ制御回路
６３を介して載置台５１の移動速度に比例するようにレ
ーザビームＬの繰り返し周波数を制御する繰り返し周波
数制御手段として用いられている。また、制御装置６０
は、レーザ制御手段としての駆動電流制御回路６２を介
して、加工制御データに基づきワーク３０上に照射され
るレーザビームＬの１パルス当たりのエネルギー量が一
定になるようにレーザビームＬのピーク強度を制御する
レーザ強度制御手段としても用いられている。

【００２４】また、上記制御装置６０において、モータ
駆動制御回路６４におけるモータ制御信号はＱスイッチ
制御回路６３に直接入力され、Ｑスイッチ１０ａのオン
／オフ制御に用いられる。このように両制御回路６３，
６４が直結されていることにより、載置台５１の移動速
度とレーザビームＬの繰り返し周波数とを比例させる高
速制御が可能となっている。上記Ｑスイッチ制御回路６
３は、例えばモータ駆動制御回路６４から送られてきた
Ｘ方向の駆動パルス信号とＹ方向の駆動パルス信号とに
より合成移動速度を演算し、この合成移動速度に比例す
るトリガー信号を発生し、このトリガー信号に基づいて
Ｑスイッチ１０ａをオン／オフ制御信号を発生するよう
に構成される。なお、載置台５１の移動速度に関連した
信号としては、リニアモータ５３に取り付けたリニアエ
ンコーダの出力信号や、載置台５１に取り付けたリニア
スケールの出力信号を、Ｑスイッチ制御回路６３に入力
してもよい。また、上記Ｑスイッチ１０ａは、リニアス
ケールから出力されるパルス信号等に基づいて載置台５
１の移動距離に同期させるように制御してもよい。

【００２５】上記ワーク３０は、真空蒸着、イオンプレ
ーティング、スパッタリング等によって表面に透明材料
（例えば、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ））からなる導
電性膜３０ａが形成された透明のプラスチック材（例え
ば、ＰＥＴ、ポリカーボネート）からなる基板である。

【００２６】上記構成のレーザ加工装置において、ワー
ク３０は、導電性膜側を上にして略水平な載置面を有す
る載置台５２上に載置される。パルスレーザ１７から出
射されたレーザービームＬは、上記ワーク３０の導電性
膜側の加工面に対して略垂直に入射される。このレーザ
ービームＬを照射しながら、上記加工制御データに基づ
いてワーク３０を載置した載置台５２を駆動制御するこ
とにより、上記ワーク３０の導電性膜の一部が除去され
た所定形状のスリットが形成される。

【００２７】また、本レーザ加工装置では、モータ駆動
制御回路６４から送られてきた信号に基づいてＱスイッ
チ１０ａに入力するオン／オフ制御信号の周波数を変化
させることにより、ワーク３０の合成移動速度とレーザ
ービームＬの繰り返し周波数とが比例するようにＱスイ
ッチ１０ａを制御している。例えば図２に示すようにワ
ーク３０の加速移動領域では、レーザビームパルスの繰
り返し周波数が次第に高くなるようにＱスイッチ１０ａ
を制御する。逆に、ワーク３０の減速移動領域では、レ
ーザビームパルスの繰り返し周波数が次第に低くなるよ
うにＱスイッチ１０ａを制御する。

【００２８】更に、本レーザ加工装置では、主制御部６
１において加工制御データに基づきワーク３０の移動速
度の制御データ及びレーザビームの繰り返し周波数の制
御データを生成している。このレーザビームの繰り返し
周波数の制御データと、予め測定した繰り返し周波数と
駆動電流との対応関係を示すデータテーブルとに基づい
て、主制御部６１から駆動電流制御回路６２に上記制御
目標値を含む駆動電流制御指令を送り、駆動電流制御回
路６２から出力される制御信号に基づいてレーザ駆動電
源２０から供給される駆動電流を変化させることによ
り、レーザビームの１パルス当たりのエネルギー量が一
定になるようにレーザビームのピーク強度を制御してい
る。例えば図２に示すようにワーク３０の加速移動領域
では、レーザ駆動電源２０からパルスレーザ１０に供給
される駆動電流を次第に大きくすることにより、レーザ
ビームのピーク強度を一定にしている。逆に、ワーク３
０の減速移動領域では、レーザ駆動電源２０からパルス
レーザ１０に供給される駆動電流を次第に小さくするこ
とにより、レーザビームのピーク強度を一定にしてい
る。

【００２９】以上、本実施形態によれば、ワーク３０の
合成移動速度とレーザビームＬの繰り返し周波数とが比
例するように制御されているので、ワーク３０の合成移
動速度が変化する場合でも、図３に示すようにワーク３
０上を移動するレーザビームＬの各照射スポットのピッ
チを一定に維持することができる。なお、図３中の符号
Ｓは加工開始位置（レーザ照射開始位置）を示し、符号
Ａの方向はワーク３０上のレーザビームＬの照射スポッ
トの移動方向を示している。また、ワーク３０上に照射
されるレーザビームＬの１パルス当たりのエネルギー量
が一定になるように制御されているので、レーザビーム
Ｌの繰り返し周波数が変化した場合でも、図３に示すよ
うにワーク３０上における各照射スポットのエネルギー
量及び直径を一定に維持することができる。このように
ワーク３０の合成移動速度が変化する場合でも、レーザ
ビームＬの各照射スポットのピッチ、エネルギー量及び
直径を一定に維持することができるので、均一且つ寸法
精度の高い導電性膜３０ａのスリット形成加工を行なう
ことができる。また、レーザビーム強度の検知結果に基
づいてリアルタイムにフィードバック制御を行なう場合
とは異なり、加工制御データ（ＮＣデータ）に基づいて
ワーク３０の合成移動速度の変化を予測し、上記駆動電
流制御回路６２に送るレーザビームのピーク強度（駆動
電流）の制御目標値を事前に演算しているので、レーザ
ビームのピーク強度の高速制御が可能となる。従って、
ワーク３０の移動速度の変化が大きい場合でも、上記均
一且つ寸法精度の高い導電性膜３０ａのスリット形成加
工を確実に実現することができる。

【００３０】なお、上記実施形態において、上記パルス
レーザ１０の特性変化などによりレーザビームのピーク
強度が変動する場合があるため、かかるレーザビームの
ピーク強度の変動に起因した加工精度の低下を防止する
ため、上記レーザビームの強度を検知し、レーザビーム
の強度の検知結果に基づいて上記駆動電流制御回路６２
に送るレーザビームのピーク強度（駆動電流）の制御目
標値を補正するように構成してもよい。上記レーザビー
ムの強度を検知するレーザ強度検知手段は、例えば図４
に示すようにビームスプリッタ８０と、ビームスプリッ
タ８０から一部反射してきたレーザビームＬの平均強度
（平均パワー）を検知するレーザパワーセンサ８１とを
用いて構成することができる。このレーザパワーセンサ
８１は、ある一定の時定数でパルス状のレーザビームの
強度を積分することにより、連続して出射されるレーザ
パルスの所定の時間幅における移動平均強度に対応した
値を出力するものである。例えば、図５（ａ）に示すよ
うに、レーザパワーセンサ８１の時定数に対応する検知
期間ＴにＮ個のレーザパルスが発生した場合、この検知
期間ＴにおけるＮ個のレーザパルスによる平均強度に対
応した出力値が、図中Ｔｓで示す検知タイミングにレー
ザパワーセンサ８１から出力される。この出力値に基づ
いて、各種パルス幅及び繰り返し周波数について予め実
験等で作成しておいた換算テーブルを参照し、レーザビ
ームのピーク強度を演算して求める。この演算した値と
制御目標値とを比較した結果に基づいて、既に演算して
求められている次の加工サイクルにおけるレーザビーム
のピーク強度の制御目標値を補正して加工を実行する。
また、上記比較した結果に基づいて、加工制御データか
らレーザビームのピーク強度の制御目標値を演算すると
きの式を補正しておき、その後の演算プロセスに反映さ
せる。ここで、上記検知期間Ｔに対応するレーザパワー
センサ８１の時定数は、図５（ｂ）に示すようにレーザ
パワーセンサ８１の出力値が単発的なジャイアントパル
スＰ’やパルス抜けＰ"の影響を受けて大きく変動しな
い程度に設定するのが好ましい。また、上記レーザビー
ムの平均強度を安定して検知するには、ＸＹステージ５
０が一定速度で移動してレーザビームが一定のピッチで
照射されているようなタイミングで検知動作を実行する
のが好ましい。例えば、ＸＹステージ５０が加速し終わ
って定速移動しているときにレーザビームの強度の検知
を行なう。

【００３１】上記レーザ強度検知手段に用いるセンサと
しては、個々のパルス状のレーザビームのパワーを検知
できる程度の高速応答性を有する光センサを用いてもよ
い。この場合は、ＸＹステージ５０の加速領域及び減速
領域で各レーザビームの繰り返し周波数が変化している
ときにも、個々のパルス状のレーザビームのパワーを検
知した結果を用いて、レーザビームの繰り返し周波数及
びＸＹステージ５０の移動速度の広い範囲にわたって上
記レーザビームのピーク強度の制御目標値の補正が可能
となる。なお、この高速応答の光センサを用いた場合
は、上記単発的なジャイアントパルスによる補正誤差を
回避するために、光センサの出力部にリミッタを設けて
ジャイアントパルスに対応した出力を排除するのが好ま
しい。

【００３２】以上のように、レーザビームの強度の検知
結果に基づいて上記駆動電流制御回路６２に送るレーザ
ビームのピーク強度（駆動電流）の制御目標値を補正す
ることにより、パルスレーザ１０の特性変化などにより
レーザビームのピーク強度が変動する場合でも、均一且
つ寸法精度の高い導電性膜３０ａのスリット形成加工を
確実に実現することができる。特に、上記一定時間にお
けるレーザビームの平均強度を検知して制御に用いた場
合は、単発的にジャイアントレーザパルスやレーザパル
ス抜けが発生しても、これらの異常なレーザパルスによ
る上記レーザビームのピーク強度（駆動電流）の制御に
対する影響を低減することができる。

【００３３】また、上記実施形態では、パルスレーザ１
０に供給する駆動電流を変化させることによりレーザビ
ームＬの各パルスのピーク強度を一定にするように制御
しているが、図６に示すようにパルスレーザ１０の出射
口近傍に設けられた光減衰装置（アッテネータ）７０の
光減衰率を変化させることにより、レーザビームＬの各
パルスのピーク強度を一定にするように制御してもよ
い。上記光減衰装置７０としては、例えば、図６に示す
ように２枚の光学フィルター７０ａ、７０ｂを組み合わ
せ、各光学フィルターを図中の矢印Ｂのように同期させ
て回転させることにより、光減衰率を変化させるものを
用いることができる。また、パルスレーザ１０の出射口
近傍に設けた偏光フィルターを回転させることにより、
光減衰率を変化させるものを用いることもできる。その
他、パルスレーザ１０から出射されたレーザビームＬの
偏光面を電気信号で回転させる偏光面回転装置（例えば
ファラディ効果を利用したもの）と偏光フィルターとを
組み合わせ、偏光面回転装置に入力する電気信号を変化
させることにより、光減衰率を変化させるものを用いる
こともできる。

【００３４】また、上記実施形態においては、絶縁性基
板上の導電性膜の一部を除去する加工を行なう場合につ
いて説明したが、本発明は、このような加工に限定され
ることなく適用することができるものである。例えば、
本発明は、樹脂板にハーフエッチング加工や穴開け加工
を行う場合にも適用できるものである。この場合は、加
工部の深さも均一にすることができる。また、本発明
は、上記スリット形成加工、ハーフエッチング加工、穴
開け加工だけでなく、樹脂、セラミック、金属、フォト
リソ用の感光層などの加工対象物に表面処理加工、フォ
トレジストへの露光を行う場合にも適用できるものであ
る。

【００３５】また、上記実施形態では、Ｑスイッチを有
するＮｄ：ＹＡＧレーザから出射されたパルス状の近赤
外レーザビーム（波長λ＝１０６４ｎｍ）を用いた場合
について説明したが、本発明は、このレーザビームに限
定されることなく適用できるものである。例えば、Ｑス
イッチを有する、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ（波長λ＝１０４
７ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ（波長λ＝１０６４ｎ
ｍ）、ＣＯ_２レーザ、銅蒸気レーザ等のパルスレーザを
用いる場合にも適用することができる。更に、非線形光
学結晶を用いて上記各種レーザの出力を波長変換したレ
ーザビームを用いる場合にも適用することができる。例
えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザと、ＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢ
Ｏ）、ＫＴｉＯＰＯ_４、β−ＢａＢ_２Ｏ_４（ＢＢＯ）、
ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０（ＣＬＢＯ）等の非線形光学結晶と
を組み合わせると、波長が３５５ｎｍ、２６６ｎｍの紫
外領域のレーザビームを得ることができる。

【００３６】また、上記実施形態では、レーザビームＬ
を固定し、ワーク３０を互いに直交するＸ方向及びＹ方
向に移動させる場合について説明したが、本発明は、ワ
ークを固定してセットし、レーザビームをＸ方向及びＹ
方向に移動させる場合や、レーザビーム及びワークの両
方を移動させる場合にも適用できるものである。

【００３７】

【発明の効果】請求項１乃至１０の発明によれば、パル
スレーザから出射されるパルス状のレーザビームを用い
て加工する際に、加工対象物とレーザビームの照射ポイ
ントとの相対移動の速度が変化する場合でも、レーザビ
ームの各照射スポットのピッチ、エネルギー量及び直径
を一定に維持することができるので、均一且つ寸法精度
の高い加工を確実に実現することができるという効果が
ある。

【００３８】特に、請求項２及び７の発明によれば、加
工対象物上に照射されるレーザビームの１パルス当たり
のエネルギー量が一定になるように予め演算した加工対
象物上の各照射ポイントにおけるレーザビームのピーク
強度の制御目標値を用いて、加工対象物を加工するとき
のレーザビームのピーク強度を制御することにより、レ
ーザビームのピーク強度の高速制御が可能となる。した
がって、加工対象物とレーザビームの照射ポイントとの
速度の変化が大きい場合でも、均一且つ寸法精度の高い
加工を確実に実現することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略
構成図。

【図２】同レーザ加工装置におけるワークの合成移動速
度、レーザビームパルス及びレーザの駆動電流の時間変
化を示すタイムチャート。

【図３】同レーザ加工装置による加工開始部におけるレ
ーザービームの照射スポットの変化を示す説明図。

【図４】変形例に係るレーザ加工装置におけるレーザ強
度検知手段の構成図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、定速移動するワークに照
射されるレーザパルス列の説明図。

【図６】変形例に係るレーザ加工装置の部分構成図。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は、従来例における加工幅の
太りの説明図。

【図８】Ｑスイッチを有するパルスレーザから出射され
たレーザビームの繰り返し周波数とパルスエネルギーと
の関係を示す説明図。

【図９】加工対象物に対するレーザビームの相対移動方
向における照射スポット径の変化を示す説明図。

【符号の説明】

１０ パルスレーザ １０ａ Ｑスイッチ ２０ レーザ駆動電源 ３０ ワーク（加工対象物） ３０ａ 導電性膜 ４０ 光学系 ５０ ＸＹステージ ５１ ステージ本体 ５２ 載置台 ５３ リニアモータ ６０ 制御装置 ６１ 主制御部 ６２ 駆動電流制御回路 ６３ Ｑスイッチ制御回路 ６４ モータ駆動制御回路 ６５ 加工制御データ記憶部 ７０ 光減衰装置（アッテネータ） ７０ａ、７０ｂ 光学フィルター ８０ ビームスプリッタ ８１ レーザパワーセンサ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルスレーザから繰り返し出射されるパル
   ス状のレーザビームを加工対象物に照射しながら、加工
   制御データに基づいて該加工対象物と該レーザビームの
   照射ポイントとを相対移動させるとともに、該相対移動
   の速度と該パルス状のレーザビームの繰り返し周波数と
   が比例するように該繰り返し周波数を制御することによ
   り、該加工対象物を加工するレーザ加工方法において、 該加工制御データに基づいて、該加工対象物上に照射さ
   れるレーザビームの１パルス当たりのエネルギー量が一
   定になるように該レーザビームのピーク強度を制御する
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】請求項１のレーザ加工方法において、 上記加工制御データに基づいて、上記加工対象物上に照
   射されるレーザビームの１パルス当たりのエネルギー量
   が一定になるように該加工対象物上の各照射ポイントに
   おける上記レーザビームのピーク強度の制御目標値を予
   め演算しておき、 該制御目標値の演算結果に基づいて、該加工対象物を加
   工するときの該レーザビームのピーク強度を制御するこ
   とを特徴とするレーザ加工方法。
3. 【請求項３】請求項２のレーザ加工方法において、 上記レーザビームの強度を検知し、 該レーザビームの強度の検知結果に基づいて上記制御目
   標値を補正することを特徴とするレーザ加工方法。
4. 【請求項４】請求項１、２又は３のレーザ加工方法にお
   いて、 上記パルスレーザをレーザ発振させるための駆動電流を
   変化させることにより、上記レーザビームのピーク強度
   を制御することを特徴とするレーザ加工方法。
5. 【請求項５】請求項１、２又は３のレーザ加工方法にお
   いて、 上記パルスレーザから出射したレーザビームの強度を減
   衰させる光減衰装置における光減衰率を変化させること
   により、上記レーザビームのピーク強度を制御すること
   を特徴とするレーザ加工方法。
6. 【請求項６】パルス状のレーザビームを出射するパルス
   レーザと、該パルスレーザにレーザ発振用の駆動電流を
   供給するレーザ駆動電源と、該レーザビームを加工対象
   物に照射するための光学系と、該加工対象物と該レーザ
   ビームの照射ポイントとを相対移動させる相対移動手段
   と、加工制御データに基づいて該相対移動手段を制御す
   る相対移動制御手段と、該相対移動の速度と比例するよ
   うに該パルス状のレーザビームの繰り返し周波数を制御
   する繰り返し周波数制御手段とを備えたレーザ加工装置
   において、 該加工制御データに基づいて、該加工対象物上に照射さ
   れるレーザビームの１パルス当たりのエネルギー量が一
   定になるように該レーザビームのピーク強度を制御する
   レーザ強度制御手段を備えたことを特徴とするレーザ加
   工装置。
7. 【請求項７】請求項６のレーザ加工装置において、 上記レーザ強度制御手段が、 上記加工制御データに基づいて、上記加工対象物上に照
   射されるレーザビームの１パルス当たりのエネルギー量
   が一定になるように該加工対象物上の各照射ポイントに
   おける上記レーザビームのピーク強度の制御目標値を演
   算する演算手段と、 該制御目標値の演算結果に基づいて、該加工対象物を加
   工するときの該レーザビームのピーク強度を制御するレ
   ーザ制御手段とを用いて構成されていることを特徴とす
   るレーザ加工装置。
8. 【請求項８】請求項７のレーザ加工装置において、 上記レーザビームの強度を検知するレーザ強度検知手段
   と、 該レーザ強度検知手段の検知結果に基づいて上記制御目
   標値を補正する補正手段とを備えたことを特徴とするレ
   ーザ加工装置。
9. 【請求項９】請求項７又は８のレーザ加工装置におい
   て、 上記レーザ制御手段が、上記レーザ駆動電源から上記パ
   ルスレーザに供給される駆動電流を変化させるものであ
   ることを特徴とするレーザ加工装置。
10. 【請求項１０】請求項７又は８のレーザ加工装置におい
    て、 上記パルスレーザから出射したレーザビームの強度を減
    衰させる光減衰装置を備え、 上記レーザ制御手段が、該光減衰装置における光減衰率
    を変化させるものであることを特徴とするレーザ加工装
    置。