JP3353135B2 - レーザ三次元加工装置 - Google Patents
レーザ三次元加工装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ微細加工装置
に関し、特に、レーザを用いた三次元加工装置に関す
る。
に関し、特に、レーザを用いた三次元加工装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、レーザ微細加工装置では、レー
ザを用いて被加工物を加工する際、被加工物の加工形状
を測定することなく、レーザ加工を行っている。つま
り、従来のレーザ微細加工装置では、予め定められた加
工形状に被加工物を加工した後、検査装置を用いて加工
後の被加工物を計測検査して、加工形状が予め定められ
た形状に加工されているか否かを評価している。
ザを用いて被加工物を加工する際、被加工物の加工形状
を測定することなく、レーザ加工を行っている。つま
り、従来のレーザ微細加工装置では、予め定められた加
工形状に被加工物を加工した後、検査装置を用いて加工
後の被加工物を計測検査して、加工形状が予め定められ
た形状に加工されているか否かを評価している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
レーザ微細加工装置では、被加工物をレーザ加工した
後、加工後の被加工物を検査装置を用いて検査し加工形
状を評価しており、被加工物を加工している際に加工形
状を計測していない。このため、加工後の検査におい
て、予め定められた形状に加工されていない場合が多
く、また、加工精度が良好でないという問題点がある。
そして、加工精度を上げようとすれば、再度始めから加
工し直す必要があり、良品を得るまでに時間がかかって
しまう。
レーザ微細加工装置では、被加工物をレーザ加工した
後、加工後の被加工物を検査装置を用いて検査し加工形
状を評価しており、被加工物を加工している際に加工形
状を計測していない。このため、加工後の検査におい
て、予め定められた形状に加工されていない場合が多
く、また、加工精度が良好でないという問題点がある。
そして、加工精度を上げようとすれば、再度始めから加
工し直す必要があり、良品を得るまでに時間がかかって
しまう。
【０００４】加えて、従来のレーザ微細加工装置は装置
自体が大掛かりでという問題点がある。
自体が大掛かりでという問題点がある。
【０００５】本発明の目的は小型で精度よく被加工物を
レーザ加工することのできるレーザ三次元加工装置を提
供することにある。
レーザ加工することのできるレーザ三次元加工装置を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、被加工
物を加工用レーザ光を用いて微細加工するレーザ加工機
構を備えるレーザ三次元加工装置において、前記加工用
レーザ光の波長と異なる波長を有する測定用レーザ光を
発振する測定用レーザ光発振手段と、前記測定用レーザ
光を前記加工用レーザ光と同軸に前記被加工物に導くと
ともに前記被加工物から前記加工用レーザ光に応じて反
射した第１の反射光と前記測定用レーザ光に応じて反射
した第２の反射光とを受けて前記第２の反射光のみを分
離する誘導手段と、前記誘導手段から前記第２の反射光
が与えられ前記第２の反射光の光強度を前記被加工物の
加工深さに応じて変化する検出光強度として検出する検
出手段と、前記検出光強度に基づいて実際の加工形状を
求めて予め設定された加工形状と前記実際の加工形状と
の偏差に応じて前記レーザ加工機構を制御する制御手段
とを有することを特徴とするレーザ三次元加工装置が得
られる。
物を加工用レーザ光を用いて微細加工するレーザ加工機
構を備えるレーザ三次元加工装置において、前記加工用
レーザ光の波長と異なる波長を有する測定用レーザ光を
発振する測定用レーザ光発振手段と、前記測定用レーザ
光を前記加工用レーザ光と同軸に前記被加工物に導くと
ともに前記被加工物から前記加工用レーザ光に応じて反
射した第１の反射光と前記測定用レーザ光に応じて反射
した第２の反射光とを受けて前記第２の反射光のみを分
離する誘導手段と、前記誘導手段から前記第２の反射光
が与えられ前記第２の反射光の光強度を前記被加工物の
加工深さに応じて変化する検出光強度として検出する検
出手段と、前記検出光強度に基づいて実際の加工形状を
求めて予め設定された加工形状と前記実際の加工形状と
の偏差に応じて前記レーザ加工機構を制御する制御手段
とを有することを特徴とするレーザ三次元加工装置が得
られる。
【０００７】前記レーザ加工機構は、例えば、前記被加
工物が載置された精密加工ステージと、前記加工用レー
ザ光を出力する加工用レーザとを備えており、前記制御
手段は前記偏差に応じて前記精密加工ステージの移動速
度及び前記加工用レーザの発信パルス数を制御する。
工物が載置された精密加工ステージと、前記加工用レー
ザ光を出力する加工用レーザとを備えており、前記制御
手段は前記偏差に応じて前記精密加工ステージの移動速
度及び前記加工用レーザの発信パルス数を制御する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【０００９】図１を参照して、図示のレーザ三次元加工
装置は、測定用レーザ発振器１１及び加工用レーザ１２
を備えている。そして、測定用レーザ発振器１１として
は、例えば、Ａｒレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、又は半導
体レーザが用いられ、測定用レーザの波長は４５０乃至
６００ｎｍである。一方、加工用レーザ１２としては、
エキシマレーザ又はＹＡＧレーザ等の第４高調波を用い
るパルスレーザであり、その波長は２００乃至３００ｎ
ｍである。加工用レーザ１２は精密定盤１３上に載置さ
れており、加工用レーザ１２上には支持台１２ａを介し
て測定用レーザ発振器１１が載置されている。
装置は、測定用レーザ発振器１１及び加工用レーザ１２
を備えている。そして、測定用レーザ発振器１１として
は、例えば、Ａｒレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、又は半導
体レーザが用いられ、測定用レーザの波長は４５０乃至
６００ｎｍである。一方、加工用レーザ１２としては、
エキシマレーザ又はＹＡＧレーザ等の第４高調波を用い
るパルスレーザであり、その波長は２００乃至３００ｎ
ｍである。加工用レーザ１２は精密定盤１３上に載置さ
れており、加工用レーザ１２上には支持台１２ａを介し
て測定用レーザ発振器１１が載置されている。
【００１０】精密定盤１３には照射孔部１３ａが形成さ
れおり、この照射孔部１３ａに対向して精密定盤１３の
上方にはディテクタ（検出器）１４が配置されている。
図示のように、加工用レーザ１２及び測定用レーザ発振
器１１に対応してそれぞれ第１及び第２のビームスプリ
ッタ１５及び１６が配置されており、これら第１及び第
２のビームスプリッタ１５及び１６は照射孔部１３ａと
ディテクタ１４との間に配置されている。そして、第１
のビームスプリッタ１５は測定用レーザ光と加工用レー
ザ光が同軸になるように配置されており、第１のビーム
スプリッタ１５は測定用レーザ光のみを通過させる特性
を有している。つまり、第１のビームスプリッタ１５は
波長４５０乃至６００ｎｍのみの光を通過させる。
れおり、この照射孔部１３ａに対向して精密定盤１３の
上方にはディテクタ（検出器）１４が配置されている。
図示のように、加工用レーザ１２及び測定用レーザ発振
器１１に対応してそれぞれ第１及び第２のビームスプリ
ッタ１５及び１６が配置されており、これら第１及び第
２のビームスプリッタ１５及び１６は照射孔部１３ａと
ディテクタ１４との間に配置されている。そして、第１
のビームスプリッタ１５は測定用レーザ光と加工用レー
ザ光が同軸になるように配置されており、第１のビーム
スプリッタ１５は測定用レーザ光のみを通過させる特性
を有している。つまり、第１のビームスプリッタ１５は
波長４５０乃至６００ｎｍのみの光を通過させる。
【００１１】精密定盤１３の下方には精密加工ステージ
１７が配置されており、この精密加工ステージ１７には
被加工物１８が載置され、後述するようにしてレーザ加
工される。この際、測定用レーザ光の反射光は第１及び
第２のビームスプリッタ１５及び１６を介してディテク
タ１４に与えられる。
１７が配置されており、この精密加工ステージ１７には
被加工物１８が載置され、後述するようにしてレーザ加
工される。この際、測定用レーザ光の反射光は第１及び
第２のビームスプリッタ１５及び１６を介してディテク
タ１４に与えられる。
【００１２】図１を参照して、図示のレーザ三次元加工
装置の動作について説明する。いま、被加工物１８とし
て、例えば、レジスト材料であるＰＭＭＡが精密加工ス
テージ１７に載置される。上述のように、被加工物１８
がセットされた精密加工ステージ１７は、予め加工形状
が設定された制御装置（図示せず）によって移動され、
この際、制御装置は精密加工ステージ１７の移動に同期
して加工用レーザ１２から加工用レーザ光を照射する。
被加工物１８の加工深さはレーザパルスの照射回数に依
存する。
装置の動作について説明する。いま、被加工物１８とし
て、例えば、レジスト材料であるＰＭＭＡが精密加工ス
テージ１７に載置される。上述のように、被加工物１８
がセットされた精密加工ステージ１７は、予め加工形状
が設定された制御装置（図示せず）によって移動され、
この際、制御装置は精密加工ステージ１７の移動に同期
して加工用レーザ１２から加工用レーザ光を照射する。
被加工物１８の加工深さはレーザパルスの照射回数に依
存する。
【００１３】さらに、制御装置は測定用レーザ発振器１
１から測定用レーザ光を照射する。この測定用レーザ光
は第２のビームスプリッタ１６に反射され、第１のビー
ムスプリッタ１５を通過して加工用レーザ光と同軸に被
加工物１８に照射される。
１から測定用レーザ光を照射する。この測定用レーザ光
は第２のビームスプリッタ１６に反射され、第１のビー
ムスプリッタ１５を通過して加工用レーザ光と同軸に被
加工物１８に照射される。
【００１４】加工用レーザ光及び測定用レーザ光は被加
工物１８でその一部が反射されることになる（以下加工
用レーザ光の反射光を加工用反射光と呼び、測定用レー
ザ光の反射光を測定用反射光と呼ぶ）。前述のように、
第１のビームスプリッタ１５は測定用レーザ光のみを通
過させる特性を有しているから、第１のビームスプリッ
タ１５は測定用反射光のみを通過させる。そして、測定
用反射光は第２のビームスプリッタ１６を通過してディ
テクタ１４に与えられる。
工物１８でその一部が反射されることになる（以下加工
用レーザ光の反射光を加工用反射光と呼び、測定用レー
ザ光の反射光を測定用反射光と呼ぶ）。前述のように、
第１のビームスプリッタ１５は測定用レーザ光のみを通
過させる特性を有しているから、第１のビームスプリッ
タ１５は測定用反射光のみを通過させる。そして、測定
用反射光は第２のビームスプリッタ１６を通過してディ
テクタ１４に与えられる。
【００１５】測定用反射光は被加工物１８の加工深さに
応じてその光強度が変化し、ディテクタ１４は測定用反
射光の光強度を測定して、検出光強度として制御装置に
与える。この結果、制御装置には時々刻々変化する検出
光強度が与えられることになる。つまり、制御装置には
測定用反射光の強度変化が与えられることなる。この測
定用反射光の強度変化に応じて、制御装置は被加工物１
８の実際の加工深さ、つまり、実際の加工形状を知り、
この実際の加工形状と予め設定された加工形状との偏差
を求めて、この偏差に応じて精密加工ステージ１７の移
動速度及び加工用レーザ１２の発信パルス数を調整し
て、高精度に３次元加工を行う。
応じてその光強度が変化し、ディテクタ１４は測定用反
射光の光強度を測定して、検出光強度として制御装置に
与える。この結果、制御装置には時々刻々変化する検出
光強度が与えられることになる。つまり、制御装置には
測定用反射光の強度変化が与えられることなる。この測
定用反射光の強度変化に応じて、制御装置は被加工物１
８の実際の加工深さ、つまり、実際の加工形状を知り、
この実際の加工形状と予め設定された加工形状との偏差
を求めて、この偏差に応じて精密加工ステージ１７の移
動速度及び加工用レーザ１２の発信パルス数を調整し
て、高精度に３次元加工を行う。
【００１６】ところで、レーザ微細加工には、例えば、
図２（ａ）に示すアブレーション加工と図２（ｂ）に示
す露光加工とがあり、アブレーション加工及び露光加工
ともに、上述のようにして実際の加工形状を検出して、
予め設定された加工形状（破線で示す）と実際の加工形
状との偏差を求めて、この偏差に応じて精密加工ステー
ジ及び加工用レーザをフィードバック制御することにな
る。
図２（ａ）に示すアブレーション加工と図２（ｂ）に示
す露光加工とがあり、アブレーション加工及び露光加工
ともに、上述のようにして実際の加工形状を検出して、
予め設定された加工形状（破線で示す）と実際の加工形
状との偏差を求めて、この偏差に応じて精密加工ステー
ジ及び加工用レーザをフィードバック制御することにな
る。
【００１７】上述のように、被加工物１８の加工中にリ
アルタイムにディテクタ１４によって測定用反射光の光
強度を計測するようにしたから、被加工物１８の加工深
さ、つまり、加工形状をインラインで計測することがで
きる。
アルタイムにディテクタ１４によって測定用反射光の光
強度を計測するようにしたから、被加工物１８の加工深
さ、つまり、加工形状をインラインで計測することがで
きる。
【００１８】図１に示す例では、加工用レーザ１２上に
支持台１２ａを介して測定用レーザ発振器１１を配置し
た例について説明したが、図３に示すように、加工用レ
ーザ１２とは反対側に精密定盤１３上に支持台１２ａを
介して測定用レーザ発振器１１を配置するようにしても
よい。この場合には、測定用レーザ発振器１１は加工用
レーザ１２と対向しないように位置付けられ、図３に示
すビームスプリッタ１６は、図１に示すビームスプリッ
タ１６と比べて傾き方向が逆になっている。いずれにし
ても、図３において、ビームスプリッタ１５及び１６は
測定用レーザ光と加工用レーザ光が同軸になるように配
置される。
支持台１２ａを介して測定用レーザ発振器１１を配置し
た例について説明したが、図３に示すように、加工用レ
ーザ１２とは反対側に精密定盤１３上に支持台１２ａを
介して測定用レーザ発振器１１を配置するようにしても
よい。この場合には、測定用レーザ発振器１１は加工用
レーザ１２と対向しないように位置付けられ、図３に示
すビームスプリッタ１６は、図１に示すビームスプリッ
タ１６と比べて傾き方向が逆になっている。いずれにし
ても、図３において、ビームスプリッタ１５及び１６は
測定用レーザ光と加工用レーザ光が同軸になるように配
置される。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では測定用
レーザ発振器を用いて、被加工物からの反射光強度を加
工中リアルタイムに計測するようにしたから、被加工物
の加工形状をインラインで計測でき、その結果、実際の
加工形状を予め設定された加工形状に精度よく制御する
ことができる。つまり、被加工物をレーザ加工した後、
加工後の被加工物を検査装置を用いて検査し加工形状を
評価する必要がなく、小型にすることができるばかりで
なく精度よく、かつ高速に被加工物をレーザ加工するこ
とができるという効果がある。
レーザ発振器を用いて、被加工物からの反射光強度を加
工中リアルタイムに計測するようにしたから、被加工物
の加工形状をインラインで計測でき、その結果、実際の
加工形状を予め設定された加工形状に精度よく制御する
ことができる。つまり、被加工物をレーザ加工した後、
加工後の被加工物を検査装置を用いて検査し加工形状を
評価する必要がなく、小型にすることができるばかりで
なく精度よく、かつ高速に被加工物をレーザ加工するこ
とができるという効果がある。
【図１】本発明によるレーザ三次元加工装置の一例を示
す図である。
す図である。
【図２】図１に示すレーザ三次元加工装置による加工形
状の計測を説明するための図であり、（ａ）はアブレー
ション加工を示す図、（ｂ）は露光加工を示す図であ
る。
状の計測を説明するための図であり、（ａ）はアブレー
ション加工を示す図、（ｂ）は露光加工を示す図であ
る。
【図３】本発明によるレーザ三次元加工装置の他の例を
示す図である。
示す図である。
１１ 測定用レーザ発振器 １２ 加工用レーザ １３ 精密定盤 １４ ディテクタ（検出器） １５，１６ ビームスプリッタ １７ 精密加工ステージ １８ 被加工物
Claims (3)
- 【請求項１】 被加工物を加工用レーザ光を用いて微細
加工するレーザ加工機構を備えるレーザ三次元加工装置
において、前記加工用レーザ光の波長と異なる波長を有
する測定用レーザ光を発振する測定用レーザ光発振手段
と、前記測定用レーザ光を前記加工用レーザ光と同軸に
前記被加工物に導くとともに前記被加工物から前記加工
用レーザ光に応じて反射した第１の反射光と前記測定用
レーザ光に応じて反射した第２の反射光とを受けて前記
第２の反射光のみを分離する誘導手段と、前記誘導手段
から前記第２の反射光が与えられ前記第２の反射光の光
強度を前記被加工物の加工深さに応じて変化する検出光
強度として検出する検出手段と、前記検出光強度に基づ
いて実際の加工形状を求めて予め設定された加工形状と
前記実際の加工形状との偏差に応じて前記レーザ加工機
構を制御する制御手段とを有することを特徴とするレー
ザ三次元加工装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載されたレーザ三次元加工
装置において、前記誘導手段は第１及び第２のビームス
プリッタを備え、前記第１のビームスプリッタは前記加
工用レーザ光を反射して前記被加工物に与えるとともに
前記測定用レーザ光の通過を許して前記測定用レーザ光
を前記被加工物に与えさらに前記第２の反射光のみの通
過を許しており、前記第２のビームスプリッタは前記測
定用レーザ光を反射して前記第１のビームスプリッタに
与えるとともに前記第２の反射光の通過を許して該第２
の反射光を前記検出手段に与えるようにしたことを特徴
とするレーザ三次元加工装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載されたレーザ三次
元加工装置において、前記レーザ加工機構は、前記被加
工物が載置された精密加工ステージと、前記加工用レー
ザ光を出力する加工用レーザとを備えており、前記制御
手段は前記偏差に応じて前記精密加工ステージの移動速
度及び前記加工用レーザの発信パルス数を制御するよう
にしたことを特徴とするレーザ三次元加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05236498A JP3353135B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | レーザ三次元加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05236498A JP3353135B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | レーザ三次元加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11245059A JPH11245059A (ja) | 1999-09-14 |
| JP3353135B2 true JP3353135B2 (ja) | 2002-12-03 |
Family
ID=12912763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05236498A Expired - Fee Related JP3353135B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | レーザ三次元加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3353135B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE516126T1 (de) * | 2002-03-12 | 2011-07-15 | Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd | Verfahren und system zur maschinellen bearbeitung von brüchigem material |
| JP5185180B2 (ja) * | 2009-04-06 | 2013-04-17 | 株式会社東芝 | レーザー照射装置 |
| JP6091652B2 (ja) * | 2015-03-20 | 2017-03-08 | 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 | 光加工ヘッド、光加工装置、その制御方法及び制御プログラム |
| EP3492210B1 (en) * | 2017-12-04 | 2023-08-30 | Synova S.A. | Apparatus for 3d shaping of a workpiece by a liquid jet guided laser beam |
-
1998
- 1998-03-04 JP JP05236498A patent/JP3353135B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11245059A (ja) | 1999-09-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020828 |
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