JP4429974B2 - レーザ加工方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工方法および装置に関する。例えば、レーザ光を照射することにより被加工物の指定領域の除去、切断などを行うレーザ加工方法および装置に関する。

従来、レーザ光を被加工物の所望領域に照射することにより加工を行うレーザ加工装置が知られている。例えば、液晶ディスプレイなどの製造において、ガラス基板上の配線パターンや、露光に用いるフォトマスクに存在する不要な残留物などの欠陥部を修正する手段として、レーザリペア装置が知られている。
これらのレーザ加工装置は、レーザ光の照射領域の大きさを可変の矩形開口などで規定していたが、近年、マイクロミラーアレイなどの空間変調素子を用いた装置も知られている。
例えば、特許文献１には、レーザ源と、被加工物を載置する加工テーブルと、微小ミラーアレイ（マイクロミラーアレイ）とを備え、微小ミラーアレイの複数のミラー片の角度を、ＯＮ／ＯＦＦ制御することで切り換えて、被加工物に任意のパターン形状を形成するレーザ加工装置が記載されている。
これらのレーザ加工装置に使用されるレーザの波長は、加工対象によって適切な波長が選択される。例えば、レーザリペア装置では、金属膜の修正には可視〜赤外帯、透明膜には紫外帯、というように被加工物に吸収されやすい波長が使用される。波長を切り換えるために、複数のレーザを備えた装置や、１つの基本波長のレーザの複数の高調波をきりかえられるようにした装置などが存在する。
特開平８−１７４２４２号公報（第３−４頁、図１−２）

しかしながら、特許文献１のようにマイクロミラーアレイなどの、複数の能動光学要素が規則的に配列された能動光学素子を用いたレーザ加工装置によって、複数の波長のレーザ光を用いたレーザ加工を行う場合、単に波長を変更しただけではレーザ光の利用効率を低下させる現象が発生するという問題がある。
マイクロミラーアレイを用いたレーザ加工装置では、マイクロミラーアレイの像を顕微鏡で被加工物上に縮小投影する。マイクロミラーアレイは小型ミラーを等間隔に配列した構造なので、そこから反射されたレーザ光は複数の回折光に分かれる。しかし、一般に顕微鏡の後側開口数は小さいので、複数に分かれた回折光をすべて入射することができない。

それにより、複数の波長を切り換えるレーザ加工装置では、不都合を生じることがある。これについて、図６を参照して説明する。
図６は、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長λ_２＝５３２ｎｍ）と第３高調波（波長λ_３＝３５４．７ｎｍ）を切り換えられるレーザ加工装置における回折光の角度分布の例である。すなわち、マイクロミラーアレイを反射した回折光の角度分布（α，β）を入射する顕微鏡の光軸５０２を中心とした角度平面５０１にプロットしたものである。

波長λ_３では、図示×印で示すように、光軸５０２の近くに１つの回折次数５０４がある。レーザ光の照射領域に相当する小型ミラーは、光軸５０２の方向へレーザ光を反射するように傾いているので、光軸５０２に近い回折次数５０４が唯一、大きな強度を持つ回折光になる。この回折次数５０４は、顕微鏡の後側角開口５０３の範囲内にあるので、レーザ光の強度を効率よく被加工物に照射することができる。
一方、波長をλ_２に切り換えると、図示丸印で示すように、光軸５０２の近くに回折次数が無く、同じような角度だけ離れた位置に４つの回折次数５０５が存在している。そのため、これら複数の回折次数５０５にレーザの強度が分散し、かつ顕微鏡の後側角開口５０３に入射しなくなる。顕微鏡に対する入射角度を変えて、１つの回折次数を入射させることはできるが、それでもレーザ光の利用効率は改善されない。

そこで本発明は、このような課題を解決することにより、複数の波長を切り換えてレーザ加工を行う場合にレーザ光の利用効率を改善することができ、それにより効率よく被加工物を加工することができるレーザ加工方法および装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のレーザ加工方法は、複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光源から、複数の能動光学要素が規則的に配列された能動光学素子に向けて前記レーザ光を照射し、該レーザ光を被加工物の加工パターンに対応した断面形状を有する変調光に変換し、該変調光を変調光照射光学系により被加工物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、前記複数の波長のレーザ光により前記能動光学素子で発生する前記複数の波長の回折光の方向が、前記変調光照射光学系の光軸の方向に一致する方法とする。

また、本発明のレーザ加工装置は、複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、複数の能動光学要素が規則的に配列され。前記レーザ光を被加工物の加工パターンに対応した断面形状を有する変調光に変換する能動光学素子と、前記変調光を被加工物に照射する変調光照射光学系とを備えるレーザ加工装置であって、 前記複数の波長のレーザ光により前記能動光学素子で発生する複数の波長の回折光の方向が、前記変調光照射光学系の光軸の方向に略一致する構成とする。

本発明のレーザ加工方法および装置によれば、レーザ光の複数の波長を切り換えても、変調光が１つの回折方向に沿う方向に反射されて変調光照射光学系に入射するので、レーザ光の利用効率を改善することができ、それにより効率よく被加工物を加工することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式説明図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる能動光学素子近傍の光路について説明するための模式的な光路説明図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の能動光学素子から出射される回折光の回折方向について説明するための角度分布図である。

本実施形態のレーザ加工装置１００は、図１に示すように、波長がそれぞれλ_２、λ_３とされたレーザ光Ｌ_２、Ｌ_３を、加工パターンに応じて、変調光Ｌ_Ｍとして被加工物１５上に照射することによりレーザ加工を行う装置である。
被加工物１５としては、例えば、液晶ディスプレイなどに用いるガラス基板や、半導体基板などを挙げることができる。これらの場合、加工対象は基板上の配線パターンや露光に用いるフォトマスクに存在する不要な残留物などの欠陥部などが挙げられる。
被加工物１５は、特に図示しないが、必要に応じて、例えば加工時の位置を固定する保持機構、吸着機構や、加工位置を移動するための移動機構を備えた載置台に保持されている。
レーザ光Ｌ_２、Ｌ_３は、このような加工対象の波長吸収特性などに応じて切り換えて使い分けるようになっている。

レーザ加工装置１００の概略構成は、レーザ発振器１（レーザ光源）、平面鏡６、マイクロミラーアレイ７（能動光学素子）、照射光学系２０（変調光照射光学系）、および制御部１６からなる。

レーザ発振器１は、パルス発振の加工用レーザ光源である。本実施形態では、基本波長λ_１＝１．０６４μｍのＹＡＧレーザを用い、内部で高調波結晶を切り換えることにより、第２、第３高調波（それぞれ波長λ_２＝５３２ｎｍ、λ_３＝３５４．７ｎｍ）を切り換えて、それぞれレーザ光Ｌ_２、Ｌ_３として、同一光路上に出射できるようになっている。
レーザ光Ｌ_２、Ｌ_３の光束径は、後述するマイクロミラーアレイ７の基準反射面７ａを十分覆うことができる大きさとされる。そのため、特に図示しないが、レーザ発振器１は、必要に応じてビームエキスパンダなどの光学系や光束径を規制する絞りなどを適宜備えている。

レーザ発振器１から出射されるレーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）の光路上には、レーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）の光量を調整する光減衰器３と、レーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）を透過し可視光源５から出射される照明光Ｌ_ｍを反射して照明光Ｌ_ｍをレーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）と同一光路に導く半透鏡４と、平面鏡６とがこの順に配置されている。
半透鏡４は、このような反射率特性を有する光路分岐素子であればどのようなものでもよい。例えば、ハーフミラー、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラーなどを採用することができる。
平面鏡６は、レーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）を偏向して一定の入射角でマイクロミラーアレイ７に入射させるための偏向素子である。

マイクロミラーアレイ７は、図２に示すように、傾き角が０°の状態の時、基準反射面７ａ上に整列し、制御信号に応じて、所定方向に傾斜可能な複数の小型ミラー７ｂ（能動光学要素）が多数、縦横方向の格子状などに規則正しく配置されたものである。例えば、１６μｍ角の小型ミラー７ｂを８００×６００個、矩形状の領域に配置したＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの素子を採用することができる。
各小型ミラー７ｂは、制御信号に応じて静電電界を発生する駆動部（不図示）により、適宜の傾き角に傾斜できるようになっている。以下では、オン状態とオフ状態との２つの傾き角に傾斜される例で説明する。
そのため、マイクロミラーアレイ７は、一定の入射角で入射されたレーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）をオン状態の小型ミラー７ｂにより反射して制御信号に応じた断面形状の変調光Ｌ_Ｍを形成し、オフ状態の小型ミラー７ｂで反射された光を変調光Ｌ_Ｍの光路と異なる光路（図１のＬ_Ｆ参照）に反射することにより、レーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）の空間変調を行うことができるものである。

例えば、図２には、小型ミラー７ｂが基準反射面７ａから図示反時計回りに傾き角φ_ＯＮだけ傾斜されたオン状態の小型ミラー７ｂが示されている。符号Ｎは、基準反射面７ａの法線を示す。基準反射面７ａに対して角度θ_ｉで入射したレーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）は小型ミラー７ｂで反射されて、正反射方向Ｒに反射される。

一方、このような等ピッチに配列され同一方向に傾斜された複数の小型ミラー７ｂはレーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）に対して回折格子として作用する。そのため、レーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）は、その波長と小型ミラー７ｂの配列ピッチとに応じて回折される。図２に、破線矢印でその１つの回折方向Ｄを示した。
図３に、マイクロミラーアレイ７を反射した回折光の角度分布を２方向の角度の組（α，β）として角度平面２０１にプロットした。丸印は波長λ_２のレーザ光Ｌ_２の回折方向、×印は波長λ_３のレーザ光Ｌ_３の回折方向をそれぞれ示す。
また、レーザ光Ｌ_２、Ｌ_３は、基本波長λ_１の高調波であるので、波長λ_２、λ_３の比が、正確な整数比３：２となっている。そのため、ｍ_ｘ、ｍ_ｙを整数とすると、レーザ光Ｌ_２の回折次数（２・ｍ_ｘ，２・ｍ_ｙ）次、レーザ光Ｌ_３の回折次数（３・ｍ_ｘ，３・ｍ_ｙ）次のそれぞれの回折方向が一致するものである。

ここで、本実施形態に係るレーザ加工方法における光路の設定方法について説明する。ただし、簡単のため、図４に示す１次元の回折モデルを用いて説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工方法の光路設定の一例について説明するための１次元モデルによる模式的な光路説明図である。

マイクロミラーアレイ６０１に、ＹＡＧレーザの基本波、第２高調波、第３高調波が、入射光６０２として入射角θ_ｉで入射される場合、各回折光の回折角θ_ｄは、次式の回折条件で表される。
ｓｉｎθ_ｄ−ｓｉｎθ_ｉ＝ｐ・λ_ｉ／Ｔ （１）
ただし、ｐは回折の次数、λ_ｉは入射光６０２の波長、Ｔはマイクロミラーアレイ６０１の配列ピッチである。

ＹＡＧレーザの基本波の０次回折光６１０と１次回折光６１１との回折角が図４のようになっているとする。このとき、第２高調波の０次回折光６２０の方向は、基本波の０次回折光６１０に一致している。そして、第２高調波の２次回折光６２２の方向は、基本波の１次回折光６１１と一致する。これらの中間に第２高調波の１次回折光６２１がある。第３高調波でも同様に、０次回折光６３０と３次回折光６３３との方向はそれぞれ基本波の０次回折光６１０と１次回折光６１１とに一致し、両者の中間に１次回折光６３１と２次回折光６３２とがある。これらの性質は式（１）の回折条件により明らかであろう。

例えば、マイクロミラーアレイ６０１の小型ミラーの配列ピッチが、Ｔ＝１６μｍのとき、入射角θ_ｉ＝３６．８°で第２高調波（波長５３２ｎｍ）を入射すると、１８（＝２×９）次回折光の回折角は、θ_ｄ＝０°になる。また、同じ入射角θ_ｉで第３高調波（波長３５４．７ｎｍ）を入射すると、その２７（＝３×９）次回折光の回折角が、θ_ｄ＝０°になり、両者は一致する。
さらに、マイクロミラーアレイ６０１の小型ミラーの傾き角を上記入射角の半分（１８．４°）にすれば、各小型ミラーからの反射光が上記の共通の回折角を持つ回折次数に集中するので、それらの回折効率が最大となる。したがって、ＹＡＧレーザの波長を切り換えても、マイクロミラーアレイ６０１以降の光学系に対する入射条件が変わらず、かつレーザ光量の利用効率を最大にできるのである。
これらの回折条件を２次元のマイクロミラーアレイに拡張することは容易である。

このような回折方向は、高調波の数が増えても同様に設定することができる。すなわち、複数の高調波を、ｎ個（ｎ≧２）の第ｕ_ｋ高調波（ｕ_ｋは互いに異なる整数、ｋ＝１，２，…，ｎ）とするとき、これら複数の波長に共通する回折方向として、回折次数が、（ｕ_ｋ・ｍ_ｘ，ｕ_ｋ・ｍ_ｙ）次（ただし、ｍ_ｘ，ｍ_ｙは整数）である方向に設定すればよい。

本実施形態では、図３に示すように、レーザ光Ｌ_２、Ｌ_３の回折次数２０４、２０５が、回折方向（α_０，β_０）に一致する。そこでこれら回折方向に一致するように照射光学系２０の光軸２０２を設定し、小型ミラー７ｂの傾き角を、光軸２０２と小型ミラー７ｂの正反射方向とが一致するように制御信号により設定する。
その結果、照射光学系２０の後側角開口２０３内に唯一存在する各波長の回折次数２０４、２０５の強度が最大となり、それ以外の回折光の強度はきわめて小さくなる。そして、波長の異なるレーザ光Ｌ_２、Ｌ_３を切り換えたときにも、それぞれ照射光学系２０に対して同じ入射条件が維持される。
なお、回折方向（α_０，β_０）は、基準反射面７ａの法線Ｎと一致させる必要はないが、基準反射面７ａが照射光学系２０の被写界深度の範囲に収まるような範囲とすることが望ましい。

照射光学系２０は、同軸に配置された結像レンズ１１、対物レンズ１４からなり、光軸２０２がマイクロミラーアレイ７による回折方向（α_０，β_０）に一致されるとともに、基準反射面７ａと被加工物１５とが略共役となるように設けられた結像光学系である。例えば、顕微鏡などの光学系が採用できる。
対物レンズ１４は像側が無限遠設計とされ、結像レンズ１１と対物レンズ１４との間では、レーザ光Ｌ_２（Ｌ_３）が略平行光となっている。
この略平行光の光路上に、可視光源１３から出射された照明光Ｌ_ｏｂの一部を反射し一部を透過させ変調光Ｌ_Ｍを透過する半透鏡１２が設けられている。そのため、照明光Ｌ_ｏｂは変調光Ｌ_Ｍと同一光路上に導かれ、被加工物１５を照明できるようになっている。
半透鏡１２は、例えばハーフミラーやそのような波長特性を有するコーティングが施された反射板、プリズムなどの光分岐素子を採用することができる。

また、結像レンズ１１とマイクロミラーアレイ７との間の光路には、変調光Ｌ_Ｍを透過し、被加工物１５で反射された照明光Ｌ_ｏｂを反射する半透鏡８が設けられている。そのため、被加工物１５により照明光Ｌ_ｏｂが反射されて半透鏡８に戻ると、光路が分岐されるようになっている。半透鏡８は、半透鏡１２と同様の構成を採用することができる。
半透鏡８により分岐された光路上には、被加工物１５上の画像を撮像するためのＣＣＤ１０が、被加工物１５の表面と略共役となる位置に配置されている。

制御部１６は、レーザ加工装置１００の全体制御を行うもので、操作入力を行うための操作部１７、ＣＣＤ１０、操作部１７からの操作入力やＣＣＤ１０から送出される画像信号を表示するためのモニタ９が接続されている。
また、少なくとも制御対象であるレーザ発振器１、マイクロミラーアレイ７と電気的に接続され、それぞれに対して、それらの動作を制御する制御信号を送出できるようになっている。
すなわち、レーザ発振器１に対しては、操作部１７の操作入力に基づいて、レーザ光Ｌ_２、Ｌ_３のいずれかを選択して点灯または消灯させる制御信号を送出する。
また、マイクロミラーアレイ７に対しては、ＣＣＤ１０により撮像された被加工物１５の画像取り込んで画像処理し加工すべき領域を検出することにより、変調光Ｌ_Ｍの照射領域を加工すべき領域に一致させるべく各小型ミラー７ｂのオン状態とオフ状態とを制御する制御信号を送出する。

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の動作について説明する。
まず、レーザ加工装置１００を用いて、レーザ加工を行うための加工パターンデータを作成する。そのために、可視光源１３から照明光Ｌ_ｏｂを出射し、半透鏡１２で反射して対物レンズ１４を通して被加工物１５上を照明する。
照明光Ｌ_ｏｂの反射光は、対物レンズ１４、半透鏡１２、結像レンズ１１をそれぞれ透過して半透鏡８で反射され、ＣＣＤ１０により撮像される。そして、照明光Ｌ_ｏｂによる被加工物１５の表面の画像が画像信号１５０Ａとして制御部１６に送出される。
制御部１６は、この画像信号１５０Ａを画像データに変換して、モニタ９に表示する。そして、操作者がモニタ９の画像を観察し操作部１７を通じて加工すべき欠陥部や切断部を指定したり、制御部１６により画像データを画像処理して欠陥部や切断部を自動抽出したりして、それら欠陥部や切断部の画像データに対応した加工パターンデータ１５１を作成する。
この加工パターンデータ１５１は、レーザ光の照射領域を、マイクロミラーアレイ７の各小型ミラー７ｂのオン状態に対応させる制御データである。

次に、加工パターンデータ１５１を検証するために、可視光源５を点灯し、半透鏡４、平面鏡６を介して、照明光Ｌ_ｍを基準反射面７ａに照射する。そして、加工パターンデータ１５１をマイクロミラーアレイ７に送出する。すると、オン状態の小型ミラー７ｂによる照明光Ｌ_ｍの反射光が、結像レンズ１１、対物レンズ１４を経て、被加工物１５上に導かれる。そして、その反射光が可視光源１３から照射される照明光Ｌ_ｏｂによる反射光と同様の光路をたどり半透鏡８で反射され、ＣＣＤ１０により撮像される。この画素は、画像信号１５０Ｂとして、制御部１６に送出される。
制御部１６は、画像信号１５０Ｂに基づく画像データを画像信号１５０Ａに基づく画像と輝度や色などを変えて区別できるようにして、重ね合わせてモニタ９に表示する。

操作者は、モニタ９の表示画像から、加工パターンデータ１５１を修正する必要があると判断した場合は、操作部１７により修正を指示する。修正終了後、上記を繰り返す。
修正する必要がないと判断した場合は、レーザ加工に用いる波長、例えばλ_２を選択し、加工開始を指示する操作入力を行い、レーザ加工工程を開始する。

レーザ加工工程では、制御部１６から、レーザ発振器１に対してレーザ光Ｌ_２を発振する制御信号を送出するとともに、マイクロミラーアレイ７に対して、加工パターンデータ１５１を送出する。
レーザ光Ｌ_２は、光減衰器３により光強度が調整され、半透鏡４を透過して、平面鏡６により偏向され、マイクロミラーアレイ７の基準反射面７ａに対して一定の入射角θ_ｉで入射する。

マイクロミラーアレイ７では、各小型ミラー７ｂが加工パターンデータ１５１応じてオン状態とオフ状態とに傾き角が制御されているため、レーザ光Ｌ₂のうち、オン状態の小型ミラー７ｂに入射した部分のみが正反射方向Ｒに変調光Ｌ_Mとして反射され、半透鏡８を透過する。そして、光軸２０２に沿って、結像レンズ１１に入射し、対物レンズ１４により被加工物１５上に結像される。
そして、被加工物１５上の加工パターンデータ１５１に対応した領域に変調光Ｌ_Mが照射される。そのため、加工パターンデータ１５１に対応する領域が変調光Ｌ_Mによりレーザ加工される。

このとき、変調光Ｌ_Ｍは、マイクロミラーアレイ７による回折が起こっているが、本実施形態では、回折次数２０４に対応する回折方向と正反射方向Ｒとが一致しているので、回折効率が最大となった状態で照射光学系２０の後側角開口２０３内に入射する。
そのため、レーザ光の利用効率を向上することができる。

このように、レーザ加工装置１００では、被加工物１５の画像から、レーザ加工する領域の加工パターンを作成し、その加工パターンに一致した領域を１ショットのレーザ光を照射することにより加工できるものである。

そして、操作部１７から、加工に用いるレーザ光の波長を切り換える操作入力を行い、制御部１６によりレーザ光の波長を切り換える制御信号をレーザ発振器１に送出することにより、波長を切り換えてレーザ加工を行うことができる。例えば、レーザ光Ｌ_２に代えてレーザ光Ｌ_３を選択して、上記と同様にレーザ加工工程を実行することができる。
その際、レーザ光Ｌ_３は、波長が異なるため、マイクロミラーアレイ７によりレーザ光Ｌ_２と異なった回折パターンで回折されるが、レーザ光Ｌ_３の回折次数２０５に対応する回折方向が、レーザ光Ｌ_２の回折次数２０４の回折方向と共通のため、レーザ光Ｌ_３の場合にも、回折効率が最大となっている。すなわち、このような波長切換を行っても、レーザ光の利用効率は良好のままに保たれる。
そのため、波長切換時にも利用効率が悪化しないように、波長によって小型ミラー７ｂの傾き角を調整したり、マイクロミラーアレイ７に対する入射角を変えたりする手間をかけることなく、容易かつ迅速に波長切換を行うことができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式説明図である。

本実施形態のレーザ加工装置１１０は、図５に示すように、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置１００のレーザ発振器１に代えて、レーザ光源１３０を備えたものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

レーザ光源１３０は、異なる波長のレーザ光Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂ（それぞれ波長λ_Ａ、λ_Ｂ）をパルス発振し、略平行光束として、同一光路上に出射できるようにしたレーザ光源である。その概略構成は、レーザ発振器１Ａ、１Ｂ、およびダイクロイックミラー２からなる。
レーザ光Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂの光束径は、マイクロミラーアレイ７の基準反射面７ａを十分覆うことができる大きさとされる。そのため、特に図示しないが、レーザ発振器１３０は、必要に応じてビームエキスパンダなどの光学系や光束径を規制する絞りなどを適宜備えている。
例えば、レーザ発振器１Ａとして窒素レーザ（波長λ_Ａ＝３３７．１ｎｍ）、レーザ発振器１Ｂとして第２高調波（λ_Ｂ＝５３２ｎｍ）を出力するＹＡＧレーザを採用することができる。この場合、２つの波長の比、λ_Ａ：λ_Ｂは、略整数比５：８になっている。
レーザ発振器１Ａ、１Ｂには、制御部１６がそれぞれ接続され、制御部１６の制御信号により、それぞれの選択切換、点灯、消灯、発振などが行われる。
ダイクロイックミラー２は、レーザ光Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂの光路を合成するためのもので、本実施形態では、レーザ光Ｌ_Ａを略透過し、レーザ光Ｌ_Ｂを略反射する波長特性を備えている。

本実施形態では、レーザ光Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂの波長比が略５：８なので、第１の実施形態の場合と同様に、ｍ_ｘ、ｍ_ｙを整数として、レーザ光Ｌ_Ａの回折次数が（８・ｍ_ｘ，８・ｍ_ｙ）次の回折方向と、レーザ光Ｌ_Ｂの回折次数が（５・ｍ_ｘ，５・ｍ_ｙ）次の回折方向とが、略一致する。そこで、これら回折方向に略一致するように照射光学系２０の光軸２０２を配置する。そして、小型ミラー７ｂの傾き角を、光軸２０２と小型ミラー７ｂの正反射方向とが一致するように設定する。
そのため、レーザ光Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂを切り換えて照射しても、照射光学系２０に対する入射条件が変わらず、かつそれぞれが略最高の回折効率で入射する。
レーザ加工装置１１０によるレーザ加工工程は、第１の実施形態のレーザ光Ｌ_２、Ｌ_３を、レーザ光Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂに置き換えるだけで、同様に行われる。
したがって、波長を切り換えても、効率的にレーザ加工を行うことができる。

本実施形態では、波長比の整数比の程度は、一致させる回折方向の一致度合によって設定する。例えば、ｍ_ｘ、ｍ_ｙが大きくなると、整数比のずれに比例して回折方向がずれるので、より厳密な整数比に近づけることが好ましい。一方、ｍ_ｘ、ｍ_ｙが比較的小さければ、厳密な整数比からのずれていても、回折方向としてのずれ量が小さくなり、良好な回折効率を得ることができる。
回折方向のずれ量は、少なくとも照射光学系２０の後側角開口よりも小さく設定することが好ましい。

本実施形態では、レーザ光源としてレーザ発振器１Ａ、１Ｂの２台を用いる例で説明したが、レーザ発振器を３台以上用いるか、もしくはマルチ発振レーザを組み合わせて３波長以上のレーザ光を切り換えられるように変形することができる。
この場合、複数のレーザ光源の波長が、ｎ個（ｎ≧３）のλ_ｕｋ（ｕ_ｋは互いに異なる整数、ｋ＝１，２，…，ｎ）であり、一定波長λに対して、λ_ｕｋが、略（λ／ｕ_ｋ）であるとき、各波長光に共通する回折方向として、回折次数が、（ｕ_ｋ・ｍ_ｘ，ｕ_ｋ・ｍ_ｙ）次（ただし、ｍ_ｘ，ｍ_ｙは整数）の回折方向に設定するようにする。
上記第２の実施形態は、上記関係で、ｎ＝２とした場合に相当している。

なお、上記の説明では、複数の波長の一致した回折方向とマイクロミラーアレイ７の小型ミラー７ｂのオン状態の正反射方向とが一致するように設定した例で説明したが、波長切換時の光利用効率の程度が許容範囲内であれば、回折方向と正反射方向とがずれていてもよい。つまり、回折方向と正反射方向が完全に一致する必要はなく、目的であるレーザ加工が可能な範囲で略一致させればよい。
例えば、マイクロミラーアレイ７として、標準的な製品の傾き角を用いることにより、回折方向と正反射方向とがわずかにずれた構成としてもよい。この場合、小型ミラー７ｂの傾き角を専用に設定しなくてもよいので、安価なマイクロミラーアレイ７を採用するこことができるという利点がある。
また、複数の波長の１つの次数の回折光のみが顕微鏡の後側角開口に入射する構成とすることが望ましい。このとき、被加工物上に投影されるマイクロミラーアレイの像は１つ１つの小型ミラーの像が解像されていないことになる。しかし、そのため、小型ミラー間にある間隙のため、格子状の不均一な加工状態を生じることを防ぐことができる。

また、上記の説明では、レーザ光をマイクロミラーアレイ７に対して所定角度で入射させるために、平面鏡６で偏向する例で説明したが、レーザ光源から直接所定角度に入射できる場合は、平面鏡６は省略してもよい。

また、上記の第１の実施形態の説明では、高調波として、第２、第３高調波の２つのを用いた例で説明したが、必要に応じて、３つ以上の高調波を用いてもよい。また、高調波の次数はとびとびに選択してもよい。

また、上記の説明では、能動光学素子として、ＤＭＤからなるマイクロミラーアレイを用いた例で説明したが、能動光学素子は、これに限定されるものではない。
能動光学要素の配列ピッチによる回折の影響を受けるような他の反射型能動光学素子などを用いる場合にも同様に適用できる。

また、本発明のレーザ加工方法および装置は、生体試料の顕微鏡切断を行うためのマイクロダイセクション等の技術分野にも適用できるものである。
また、上記の開示された構成は、各実施形態の構成に限定されるものではなく、実施可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる能動光学素子近傍の光路について説明するための模式的な光路説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の能動光学素子から出射される回折光の回折方向について説明するための角度分布図である。 本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工方法の光路設定の一例について説明するための模式的な光路説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式説明図である。 従来の波長を切り換えられるレーザ加工装置における回折光の角度分布の例である。

符号の説明

１ レーザ発振器（レーザ光源）
１Ａ、１Ｂ レーザ発振器
７、６０１ マイクロミラーアレイ（能動光学素子）
７ａ 基準反射面
７ｂ 小型ミラー（能動光学要素）
１１ 結像レンズ
１４ 対物レンズ
１５ 被加工物
１６ 制御部
２０ 照射光学系（変調光照射光学系）
１００、１１０ レーザ加工装置
１３０ レーザ光源
１５０Ａ、１５０Ｂ 画像信号
１５１ 加工パターンデータ
２０２ 光軸（変調光照射光学系の光軸）
２０３ 後側角開口
２０４、２０５ 回折方向
６１０、６２０、６３０ ０次回折光
６１１、６２１、６３１ １次回折光
６２２、６３２ ２次回折光
６３３ ３次回折光
Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_Ａ、Ｌ_Ｂ レーザ光
Ｌ_Ｍ 変調光
Ｎ 法線
Ｄ 回折方向

Claims (11)

1. 複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光源から、複数の能動光学要素が規則的に配列された能動光学素子に向けて前記レーザ光を照射し、該レーザ光を被加工物の加工パターンに対応した断面形状を有する変調光に変換し、該変調光を変調光照射光学系により被加工物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
   前記複数の波長のレーザ光により前記能動光学素子で発生する前記複数の波長の回折光の方向が、前記変調光照射光学系の光軸の方向に一致することを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記変調光照射光学系の光軸を、
   前記複数の波長の各レーザ光により前記能動光学素子で発生する回折光の回折方向のうち、前記複数の波長に略共通する方向に略一致させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 前記複数の波長のレーザ光を、１つのレーザ光源による複数の高調波から形成することを特徴とする請求項１または2に記載のレーザ加工方法。
4. 前記複数の波長のレーザ光を、波長の異なる複数のレーザ光源により形成することを特徴とする請求項１または2に記載のレーザ加工方法。
5. 前記能動光学素子が、
   前記複数の能動光学要素として、傾き角が切り換え可能に設けられた複数の小型ミラーを備えるマイクロミラーアレイであることを特徴とする請求項１または2に記載のレーザ加工方法。
6. 前記レーザ光を前記変調光として反射するオン状態で、前記小型ミラーの傾き角が、前記変調光を前記変調光照射光学系の光軸方向に反射するように設定することを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
7. 前記複数の高調波を、ｎ個（ｎ≧２）の第ｕ_k高調波（ｕ_kは互いに異なる整数、ｋ＝１，２，…，ｎ）とするとき、
   前記複数の波長に共通する回折方向として、前記複数の高調波のそれぞれの回折次数が、（ｕ_k・ｍ_x，ｕ_k・ｍ_y）次（ただし、ｍ_x，ｍ_yは整数）である方向に設定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
8. 前記複数のレーザ光源の波長が、ｎ個（ｎ≧２）のλ_uk（ｕ_kは互いに異なる整数、ｋ＝１，２，…，ｎ）であり、
   一定波長λに対して、λ_ukが、略（λ／ｕ_k）であるとき、
   前記複数の波長に共通する回折方向として、前記複数の波長のレーザ光のそれぞれの回折次数が、（ｕ_k・ｍ_x，ｕ_k・ｍ_y）次（ただし、ｍ_x，ｍ_yは整数）である方向に設定することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
9. 複数の波長のレーザ光を発生するレーザ光源と、
   複数の能動光学要素が規則的に配列され。前記レーザ光を被加工物の加工パターンに対応した断面形状を有する変調光に変換する能動光学素子と、
   前記変調光を被加工物に照射する変調光照射光学系とを備えるレーザ加工装置であって、
   前記複数の波長のレーザ光により前記能動光学素子で発生する複数の波長の回折光の方向が、前記変調光照射光学系の光軸の方向に略一致することを特徴とするレーザ加工装置。
10. 前記変調光照射光学系の光軸が、
    前記複数の波長の各レーザ光により前記能動光学素子で発生する回折光の回折方向のうち、前記複数の波長に略共通する方向に略一致していることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
11. 前記能動光学素子が、
    前記複数の能動光学要素として、傾き角を切り換えて前記レーザ光を偏向する複数のマイクロミラーを備えるマイクロミラーアレイからなり、
    前記マイクロミラーの傾き角が、前記レーザ光を前記変調光照射光学系の光軸方向に反射する角度に設定されたことを特徴とする請求項９または10に記載のレーザ加工装置。

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