JP2003033892A - 波長可変レーザ加工方法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 一台のレーザ発振器によるレーザ光で粗加工
及び仕上げ加工を一度に行うことができる波長可変レー
ザ加工システムを提供する。 【解決手段】 ＹＡＧレーザ発振器１から出射する一本
のレーザ光を分岐手段２で分岐し、一方は集光光学系３
を介して直接、他方は波長変換器６で短波長のレーザ光
に変換した後、結像光学系９を介してワーク４に照射す
るとともに、集光光学系３を介する長波長のレーザ光で
粗加工を行った後、これに引き続き結像光学系９を介す
る短波長のレーザ光で仕上げ加工を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は波長可変レーザ加工
方法及びシステムに関し、特に大面積のワークを効率良
く、しかも高精度に加工する必要がある、例えば大形プ
ラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の製造等に適用して有用
なものである。 【０００２】 【従来の技術】レーザ光は各種の加工に汎用されてい
る。この場合、加工対象（ワーク）に応じて適正なレー
ザ光の波長が存在する。また、一般に、長波長側のレー
ザ光は、比較的高出力のレーザ光が得られるものの集光
性が劣るため、微細加工には不向きであり、逆に短波長
側のレーザ光は、集光性に優れ、微細加工に好適である
が、高出力のレーザ光を得にくく、加工速度が劣るとい
う問題がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】近年のレーザ加工にお
いては、サブμｍ領域のレーザ光を用いた微細加工の用
途が拡大しており、その加工面積も増大傾向にある。例
えば、大画面プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）の画面作
成のための透明電極を作成する用途がその例である。こ
の場合、ガラス基板上に塗布されたＩＴＯに加工すべき
溝の長さが長いので、加工精度は十分高く確保しつつ、
従来以上の加工速度で効率良く溝を形成する必要があ
る。 【０００４】本願発明は、上記従来技術に鑑み、一台の
レーザ発振器によるレーザ光で粗加工及び仕上げ加工を
一度に行うことができる波長可変レーザ加工方法及びシ
ステムを提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】 【０００６】上記目的を達成する本発明の構成は、次の
点を特徴とする。 【０００７】１） 一個のレーザ光源から出射するレー
ザ光である長波長のレーザ光を、ワークに対して相対的
に移動させながらこのワークに照射することにより、こ
のワークの粗加工を行うとともに、上記レーザ光源から
得るレーザ光を分岐した後、波長変換して得る短波長レ
ーザ光を、上記長波長レーザ光の後方を追従して同様に
移動させながらそのレーザ光をワークに照射することに
より、このワークの仕上加工を行うこと。 【０００８】２） 一個のレーザ光源から出射するレー
ザ光を波長変換して得る長波長のレーザ光を、ワークに
対して相対的に移動させながらこのワークに照射するこ
とにより、このワークの粗加工を行うとともに、上記レ
ーザ光源から得るレーザ光を分岐した後、波長変換して
得る短波長レーザ光を、上記長波長レーザ光の後方を追
従して同様に移動させながらそのレーザ光をワークに照
射することにより、このワークの仕上加工を行うこと。 【０００９】３） 一個のレーザ光源と、このレーザ光
源から出射するレーザ光を分岐する分岐手段と、ワーク
に対して相対的に移動しながら分岐した一方のレーザ光
をワークに照射する第１の光学系と、分岐した他方のレ
ーザ光を入射してこのレーザ光の波長を短波長のレーザ
光に変換する波長変換手段と、ワークに対して相対的に
移動しながら波長変換手段で波長変換した短波長のレー
ザ光をワークに照射するための第２の光学系とを有し、
レーザ光源から直接出射する長波長のレーザ光と、波長
変換手段を介して出射する短波長のレーザ光とでワーク
を加工するようにしたこと。 【００１０】４） 一個のレーザ光源と、このレーザ光
源から出射するレーザ光を分岐する分岐手段と、分岐し
た一方のレーザ光を入射してこのレーザ光の波長を短波
長のレーザ光に変換する第１の波長変換手段と、ワーク
に対して相対的に移動しながら第１の波長変換手段で波
長変換したレーザ光をワークに照射する第１の光学系
と、分岐した他方のレーザ光を入射してこのレーザ光の
波長をより短波長のレーザ光に変換する第２の波長変換
手段と、ワークに対して相対的に移動しながら第２の波
長変換手段で波長変換した短波長のレーザ光をワークに
照射する第２の光学系とを有し、第１の波長変換手段を
介して出射する長波長のレーザ光と、第２の波長変換手
段を介して出射する短波長のレーザ光とでワークを加工
するようにしたこと。 【００１１】５） 上記３）又は４）に記載する波長可
変レーザ加工システムにおいて、ワークを透過する長波
長のレーザ光及び短波長のレーザ光の光量を検出する透
過光量検出手段又はワークで反射される長波長のレーザ
光及び短波長のレーザ光の光量を検出する反射光量検出
手段の少なくとも何れか一方を有すること。 【００１２】６） 上記３）乃至５）に記載する何れか
一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、波長変換
手段又は第２の波長変換手段と第２の光学系との間にこ
れら波長変換手段の出射光の光量を均一化する照射光学
系及びワークに照射するレーザ光のビーム形状を規定す
るマスクとを介在させたこと。 【００１３】７） 上記３）乃至６）に記載する何れか
一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、長波長の
レーザ光でワークを粗加工した後、短波長のレーザ光で
ワークを仕上加工するようにしたこと。 【００１４】８） 上記３）乃至７）に記載する何れか
一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、波長変換
手段、第１の波長変換手段又は第２の波長変換手段は、
波長変換素子の単体又はその複数個の組み合わせにより
ユニット化して構成し、当該ユニットを構成する波長変
換素子又はその複数個の組み合わせを交換可能に構成し
たこと。 【００１５】９） 上記３）乃至８）に記載する何れか
一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、レーザ光
源は固体レーザで構成したこと。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１７】図１は本形態に係る波長可変レーザ加工シ
ステムを示すブロック線図である。同図に示すように、
本形態に係るシステムではＹＡＧレーザ発振器１から出
射した波長が１０６４ｎｍのレーザ光を、例えば半透明
ミラーである分岐手段２で２つに分岐している。このよ
うに分岐したレーザ光の一方は、第１の光学系である集
光光学系３を介してワーク４に照射される。ワーク４は
加工ステージ５上に載置してある。また、上記レーザ光
の他方は、波長変換器６で２４８ｎｍのレーザ光に波長
変換され、照射光学系７、マスク８及び第２の光学系で
ある結像光学系９を介して上記ワーク４に照射される。
ここで、照射光学系７は波長変換器６が出射したレーザ
光を均一なレーザ光にするものであり、マスク８は結像
光学系９を介してワーク４に照射するレーザ光の形状を
所定形状に整形するするものである。 【００１８】上記波長変換器６は、例えば図２に示すよ
うに構成する。同図に示すように、波長変換器６は、非
線形光学結晶素子６ａ、６ｂ、６ｃ及び光パラメトリッ
ク発振器６ｄからなる。これらのうち、非線形光学結晶
素子６ａは、ＹＡＧレーザ発振器１から出射した波長が
１０６４ｎｍのレーザ光を２倍波（５３２ｎｍ）のレー
ザ光に変換する。非線形光学結晶素子６ｂは、非線形光
学結晶素子６ａが出射したレーザ光に基づき３倍波（３
５５ｎｍ）のレーザ光に変換する。光パラメトリック発
振器６ｄは非線形光学結晶素子６ａが出射する５３２ｎ
ｍのレーザ光を励起光として波長が８２８ｎｍのレーザ
光を照射する。非線形光学結晶素子６ｃは、非線形光学
結晶素子６ｂが出射する３５５ｎｍのレーザ光と、光パ
ラメトリック発振器６ｄが出射する８２８ｎｍのレーザ
光とに基づき両者を和周波数混合して２４８ｎｍのレー
ザ光を出射する。 【００１９】かかる波長可変レーザ加工システムにおい
て、集光光学系３及び結像光学系９は走査機構（図示せ
ず。）によりワーク４に沿って走行するように構成して
あり、ワーク４に対する所定の加工を行う。このとき、
集光光学系３が先行し、結像光学系９がその後に続くよ
うに構成してある。すなわち、長波長（１０６４ｎｍ）
のレーザ光により加工部分を、後で短波長（２４８ｎ
ｍ）のレーザ光により加工するようになっている。この
ことにより、長波長のレーザ光で高速の粗加工を行い、
その後短波長のレーザ光で仕上げ加工を行うことができ
る。 【００２０】透過光センサ１０は、加工ステージ５を透
過したレーザ光の光量を検出するものであり、ワーク４
に対して加工ステージ５の反対側に配設してある。反射
光センサ１１は、ワーク４で反射したレーザ光の光量を
マスク８を介して検出するものであり、ワーク４に対し
てマスク８の反対側に配設してある。これら、透過光セ
ンサ１０及び反射光センサ１１で検出した光量により、
ワーク４に吸収された、すなわちワーク４の加工に有効
に利用されたレーザ光の光量を知ることができ、ある材
質のワーク４に対してこれを加工する際の最も好適なレ
ーザ光の波長を知ることができる。 【００２１】かかる波長可変レーザ加工システムにおい
ては、まずＹＡＧレーザ発振器１が出射する波長が１０
６４ｎｍのレーザ光で直接ワーク４を加工し、その後か
かる加工部位を波長変換器６が出射する波長が２４８ｎ
ｍのレーザ光で加工する。ここで、長波長のレーザ光は
ワーク４に対する吸収が良く、その分加工効率は良好で
あり加工速度を速くすることはできるが、加工精度は劣
る。そこで、本形態では、長波長（１０６４ｎｍ）のレ
ーザ光で粗加工した後を、短波長（２４８ｎｍ）のレー
ザ光で仕上加工する。一般に、レーザ光の波長が短けれ
ば短い程、加工精度は良好なものとなる。また、波長が
２４８ｎｍのレーザ光はＩＴＯ（透明電極）の加工に最
適であることが知られている。 【００２２】図３は、このときのワーク４の加工部分の
断面形状を概念的に示す説明図である。同図に示すよう
に、ガラス基板１２上に形成した透明電極１３に溝１３
ａを形成する場合、高速で粗加工した一点鎖線で示す部
位の、特にエッジ部分を仕上げ加工により、実線で示す
ように、シャープに仕上げることができる。 【００２３】なお、上記実施の形態は、１０６４ｎｍと
２４８ｎｍのレーザ光を組み合わせた場合であるが、か
かる組み合わせに限定するものではない。この種の加工
に利用する可能性がある波長としては、５３２ｎｍ、３
５５ｎｍ、２６６ｎｍのレーザ光が存在する。そこで、
長波長として５３２ｎｍのレーザ光と、短波長として例
えば２４８ｎｍのレーザ光を利用する場合が考えられる
が、この場合には、５３２ｎｍのレーザ光はＹＡＧレー
ザ発振器１が出射する１０６４ｎｍのレーザ光を波長変
換して２倍波のレーザ光を得れば良い。すなわち、本発
明に係るシステムは、分岐手段２で分岐したレーザ光の
両方を波長変換するものも含む。この場合、分岐手段２
と集光光学系３との間にも所定の波長変換器を配設す
る。ちなみに、長波長として５３２ｎｍのレーザ光を得
たい場合には、２倍波のレーザ光に変換する非線形光学
結晶素子を配設すれば良い。 【００２４】また、波長変換器をユニット化して、各種
の波長のレーザ光を得るための非線形光学結晶素子及び
これの組み合わせを容易に変更することができるように
構成することにより、物性が異なる複数種類のワークを
対象とする波長可変レーザ加工システムを一台の波長可
変レーザ加工システムで実現し得る。 【００２５】上記実施の形態では、集光光学系３及び結
像光学系９を走行させるように構成したが、かかる構成
に限定する必要は、勿論ない。例えば、反射ミラーでレ
ーザ光を振るように構成しても、同様の走査は可能であ
り、また場合によっては加工ステージ５とともにワーク
４を移動させても良い。さらに、用途によって必要があ
れば、先に短波長のレーザ光で加工し、その後長波長の
レーザ光で加工するようにしても良い。 【００２６】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
たように、〔請求項１〕に記載する発明は、一個のレー
ザ光源から出射するレーザ光である長波長のレーザ光
を、ワークに対して相対的に移動させながらこのワーク
に照射することにより、このワークの粗加工を行うとと
もに、上記レーザ光源から得るレーザ光を分岐した後、
波長変換して得る短波長レーザ光を、上記長波長レーザ
光の後方を追従して同様に移動させながらそのレーザ光
をワークに照射することにより、このワークの仕上加工
を行うようにしたので、所定の加工を高速で行うことが
できると同時に、当該加工の精度も高く保持することが
できる。しかも、かかる加工の高速性と高精度性とを一
個のレーザ光源のレーザ光により実現できる。 【００２７】〔請求項２〕に記載する発明は、一個のレ
ーザ光源から出射するレーザ光を波長変換して得る長波
長のレーザ光を、ワークに対して相対的に移動させなが
らこのワークに照射することにより、このワークの粗加
工を行うとともに、上記レーザ光源から得るレーザ光を
分岐した後、波長変換して得る短波長レーザ光を、上記
長波長レーザ光の後方を追従して同様に移動させながら
そのレーザ光をワークに照射することにより、このワー
クの仕上加工を行うようにしたので、〔請求項１〕に記
載する発明と同様の効果を奏する。また、加工するワー
クに応じた最適な波長のレーザ光を選択することもでき
る。 【００２８】〔請求項３〕に記載する発明は、一個のレ
ーザ光源と、このレーザ光源から出射するレーザ光を分
岐する分岐手段と、ワークに対して相対的に移動しなが
ら分岐した一方のレーザ光をワークに照射する第１の光
学系と、分岐した他方のレーザ光を入射してこのレーザ
光の波長を短波長のレーザ光に変換する波長変換手段
と、ワークに対して相対的に移動しながら波長変換手段
で波長変換した短波長のレーザ光をワークに照射するた
めの第２の光学系とを有し、レーザ光源から直接出射す
る長波長のレーザ光と、波長変換手段を介して出射する
短波長のレーザ光とでワークを加工するようにしたの
で、所定の加工を高速で行うことができると同時に、当
該加工の精度も高く保持することができる。しかも、か
かる加工の高速性と高精度性とを一個のレーザ光源を有
する一個のシステムにより実現できる。 【００２９】〔請求項４〕に記載する発明は、一個のレ
ーザ光源と、このレーザ光源から出射するレーザ光を分
岐する分岐手段と、分岐した一方のレーザ光を入射して
このレーザ光の波長を短波長のレーザ光に変換する第１
の波長変換手段と、ワークに対して相対的に移動しなが
ら第１の波長変換手段で波長変換したレーザ光をワーク
に照射する第１の光学系と、分岐した他方のレーザ光を
入射してこのレーザ光の波長をより短波長のレーザ光に
変換する第２の波長変換手段と、ワークに対して相対的
に移動しながら第２の波長変換手段で波長変換した短波
長のレーザ光をワークに照射する第２の光学系とを有
し、第１の波長変換手段を介して出射する長波長のレー
ザ光と、第２の波長変換手段を介して出射する短波長の
レーザ光とでワークを加工するようにしたので、〔請求
項３〕に記載する発明と同様の効果を奏する。また、加
工するワークに応じた最適な波長のレーザ光を選択する
こともできる。 【００３０】〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項
３〕又は〔請求項４〕に記載する波長可変レーザ加工シ
ステムにおいて、ワークを透過する長波長のレーザ光及
び短波長のレーザ光の光量を検出する透過光量検出手段
又はワークで反射される長波長のレーザ光及び短波長の
レーザ光の光量を検出する反射光量検出手段の少なくと
も何れか一方を有するので、所定の波長のレーザ光のワ
ークに対する吸収光量、すなわち効率を検出することが
できる。 【００３１】〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項
３〕乃至〔請求項５〕に記載する何れか一つの波長可変
レーザ加工システムにおいて、波長変換手段又は第２の
波長変換手段と第２の光学系との間にこれら波長変換手
段の出射光の光量を均一化する照射光学系及びワークに
照射するレーザ光のビーム形状を規定するマスクとを介
在させたので、ワークに対する加工形状の高精度化が容
易に確保される。 【００３２】〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項
３〕乃至〔請求項６〕に記載する何れか一つの波長可変
レーザ加工システムにおいて、長波長のレーザ光でワー
クを粗加工した後、短波長のレーザ光でワークを仕上加
工するようにしたので、加工の高速性と高精度性を同時
に実現することができる。 【００３３】〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項
３〕乃至〔請求項７〕に記載する何れか一つの波長可変
レーザ加工システムにおいて、波長変換手段、第１の波
長変換手段又は第２の波長変換手段は、波長変換素子の
単体又はその複数個の組み合わせによりユニット化して
構成し、当該ユニットを構成する波長変換素子又はその
複数個の組み合わせを交換可能に構成したので、一台の
システムで種々の用途に適用可能なシステムを容易に構
築することができる。 【００３４】〔請求項９〕に記載する発明は、〔請求項
３〕乃至〔請求項８〕に記載する何れか一つの波長可変
レーザ加工システムにおいて、レーザ光源は固体レーザ
で構成したので、ガスレーザ、例えばエキシマレーザで
基本のレーザ光を得る場合に較べ、ハンドリング及びラ
ンニングコスト等、各種の特性において優れたものとな
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態に係る波長可変レーザ加工
システムを示すブロック線図である。 【図２】図１に示す波長変換器の具体的な構成例を示す
ブロック図である。 【図３】図１に示す波長可変レーザ加工システムによる
加工部分の断面形状を概念的に示す説明図である。 【符号の説明】 １ ＹＡＧレーザ発振器 ２ 分岐手段 ３ 集光光学系 ４ ワーク ６ 波長変換器 ７ 照射光学系 ８ マスク ９ 結像光学系 １０ 透過光センサ １１ 反射光センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 伸也 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 渡辺 眞生 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 赤羽 崇 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 4E068 CA04 CA17 CC01 CD03 CD08 CD10 DA09 5F072 AB01 JJ02 KK12 QQ02 RR01 RR03 YY06

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 一個のレーザ光源から出射するレーザ光
   である長波長のレーザ光を、ワークに対して相対的に移
   動させながらこのワークに照射することにより、このワ
   ークの粗加工を行うとともに、 上記レーザ光源から得るレーザ光を分岐した後、波長変
   換して得る短波長レーザ光を、上記長波長レーザ光の後
   方を追従して同様に移動させながらそのレーザ光をワー
   クに照射することにより、このワークの仕上加工を行う
   ことを特徴とする波長可変レーザ加工方法。 【請求項２】 一個のレーザ光源から出射するレーザ光
   を波長変換して得る長波長のレーザ光を、ワークに対し
   て相対的に移動させながらこのワークに照射することに
   より、このワークの粗加工を行うとともに、 上記レーザ光源から得るレーザ光を分岐した後、波長変
   換して得る短波長レーザ光を、上記長波長レーザ光の後
   方を追従して同様に移動させながらそのレーザ光をワー
   クに照射することにより、このワークの仕上加工を行う
   ことを特徴とする波長可変レーザ加工方法。 【請求項３】 一個のレーザ光源と、 このレーザ光源から出射するレーザ光を分岐する分岐手
   段と、 ワークに対して相対的に移動しながら分岐した一方のレ
   ーザ光をワークに照射する第１の光学系と、 分岐した他方のレーザ光を入射してこのレーザ光の波長
   を短波長のレーザ光に変換する波長変換手段と、 ワークに対して相対的に移動しながら波長変換手段で波
   長変換した短波長のレーザ光をワークに照射するための
   第２の光学系とを有し、 レーザ光源から直接出射する長波長のレーザ光と、波長
   変換手段を介して出射する短波長のレーザ光とでワーク
   を加工するようにしたことを特徴とする波長可変レーザ
   加工システム。 【請求項４】 一個のレーザ光源と、 このレーザ光源から出射するレーザ光を分岐する分岐手
   段と、 分岐した一方のレーザ光を入射してこのレーザ光の波長
   を短波長のレーザ光に変換する第１の波長変換手段と、 ワークに対して相対的に移動しながら第１の波長変換手
   段で波長変換したレーザ光をワークに照射する第１の光
   学系と、 分岐した他方のレーザ光を入射してこのレーザ光の波長
   をより短波長のレーザ光に変換する第２の波長変換手段
   と、 ワークに対して相対的に移動しながら第２の波長変換手
   段で波長変換し短波長のレーザ光をワークに照射する第
   ２の光学系とを有し、 第１の波長変換手段を介して出射する長波長のレーザ光
   と、第２の波長変換手段を介して出射する短波長のレー
   ザ光とでワークを加工するようにしたことを特徴とする
   波長可変レーザ加工システム。 【請求項５】 〔請求項３〕又は〔請求項４〕に記載す
   る波長可変レーザ加工システムにおいて、 ワークを透過する長波長のレーザ光及び短波長のレーザ
   光の光量を検出する透過光量検出手段又はワークで反射
   される長波長のレーザ光及び短波長のレーザ光の光量を
   検出する反射光量検出手段の少なくとも何れか一方を有
   することを特徴とする波長可変レーザ加工システム。 【請求項６】 〔請求項３〕乃至〔請求項５〕に記載す
   る何れか一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、 波長変換手段又は第２の波長変換手段と第２の光学系と
   の間にこれら波長変換手段の出射光の光量を均一化する
   照射光学系及びワークに照射するレーザ光のビーム形状
   を規定するマスクとを介在させたことを特徴とする波長
   可変レーザ加工システム。 【請求項７】 〔請求項３〕乃至〔請求項６〕に記載す
   る何れか一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、 長波長のレーザ光でワークを粗加工した後、短波長のレ
   ーザ光でワークを仕上加工するようにしたことを特徴と
   する波長可変レーザ加工システム。 【請求項８】 〔請求項３〕乃至〔請求項７〕に記載す
   る何れか一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、 波長変換手段、第１の波長変換手段又は第２の波長変換
   手段は、波長変換素子の単体又はその複数個の組み合わ
   せによりユニット化して構成し、当該ユニットを構成す
   る波長変換素子又はその複数個の組み合わせを交換可能
   に構成したことを特徴とする波長可変レーザ加工システ
   ム。 【請求項９】 〔請求項３〕乃至〔請求項８〕に記載す
   る何れか一つの波長可変レーザ加工システムにおいて、 レーザ光源は固体レーザで構成したことを特徴とする波
   長可変レーザ加工システム。