JP6128810B2 - レーザ加工装置、レーザ加工方法及び基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いて被加工物を加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、及び、レーザ加工工程を有する基板の製造方法に関する。

穴あけ、切断、溶接などのレーザ光を利用した加工が機械、電子、半導体など多方面の分野で利用されている。これらの加工を行うレーザ加工装置として、レーザ発振器から出力されたレーザ光を電気光学素子と偏光ビームスプリッタを用いて制御し、加工と加工停止を行う技術が提案されている（特許文献１）。

特許文献１に記載された技術の場合、まず電気光学素子でレーザ光の直線偏光の向きを可変し、Ｐ波とＳ波を選択的に出す。その後、偏光ビームスプリッタにより、主にＰ波が出射される光路と、主にＳ波が出射される光路の２つの光路に分岐する。これにより、電気光学素子でＰ波、もしくはＳ波を選択することで、偏光ビームスプリッタ後の光路を決定し、加工と加工停止の切り替えを行う。

また、このようなレーザ加工装置は、レーザ光を被加工物に照射し、照射部分が加工される。そのため被加工物への照射位置精度は加工品位に大きく関係し、特に加工位置精度を決める重要要素となる。しかし、レーザ発振器から出射されるレーザ光は、レーザ発振器の温度変化や光路中の空気の揺らぎなどの影響により光軸ずれが生じる。このため、何ら対策を施さないと、照射位置精度が低下する。このようなレーザ光の光軸ずれの対策として、レーザ光の照射位置が目標点からずれないように光軸を自動的に調整する技術が提案されている（特許文献２）。

特許文献２に記載された技術の場合、レーザ光を一部透過ミラーにより分岐し、分岐したレーザ光を位置センサに入射させている。そして、位置センサの出力信号に基づいて可動ミラーを制御することで光軸を自動調整している。

特開２００４−２９１０１０号公報 特開２００２−１３３７３０号公報

上述の特許文献２に記載された技術の場合、反射率や透過率がある一定の一部透過ミラーを用いて位置センサにレーザ光を入射させている。このため、レーザ光の強度が変化すると、そのレーザ光の強度の変化に応じて位置センサに入射するレーザ光の強度も変化してしまう。

レーザ光を検出するためにはレーザ光の強度が位置センサの定める強度範囲に収まっている必要があるが、レーザ光の強度の変化幅が大きくなると位置センサが定める強度範囲から外れ、レーザ光の位置を正確に検出できない。

したがって、このような技術を特許文献１に記載されたレーザ加工装置に適用した場合、加工中と非加工中でレーザ光の強度の変化する部分、即ち偏光ビームスプリッタ以降の光路に位置センサを配置できない。一方、加工中と非加工中でレーザ光の強度の変化ない部分、即ち偏光ビームスプリッタ以前であれば位置センサを配置することはできる。但し、偏光ビームスプリッタ以降の光路の空気揺らぎなどによる光軸ずれを調整することはできない。言い換えれば、偏光ビームスプリッタ以降の光路の空気揺らぎなどの影響を受けて、正確な光軸ずれの調整（レーザ光の照射位置の調整）が難しい。

又、レーザ加工に於いては、同じ被加工物内であっても、レーザ光の強度を大きく変更しながら使用する場合がある。例えば、一部に異種の材料が有る場合や、加工形態を大きく変えたい場合などである。こうした場合、レーザ光の強度が大きい方に合せて位置センサの感度を調整すると、強度の小さい方のレーザ光は入力不足となり位置検出が出来なくなる。又、強度の小さい方に合せて調整すると、強度の大きい方は入力過大となり、やはり位置検出が出来ない。

本発明は、このような事情に鑑み、被加工物に照射するレーザ光の強度が変化しても、レーザ光の照射位置の調整を、より正確に行える構造を実現すべく発明したものである。

本発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を検知する位置センサと、前記位置センサの検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更部材と、前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替部材と、レーザ光の経路に関し、前記偏光方向切替部材と前記位置センサとの間に配置され、それぞれが前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第１の分岐部材及び第２の分岐部材と、を備え、前記第１の分岐部材は、レーザ光を、前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として第１の分岐光路に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として第２の分岐光路に、一部を前記第１の分岐光路に、それぞれ分岐し、前記第２の分岐部材は、前記第１の分岐光路に位置し、レーザ光を、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として前記被加工物側に、一部を前記位置センサに分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として前記位置センサに分岐し、前記位置変更部材は、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記第２の分岐部材によって分岐された前記一部のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更されると共に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記第２の分岐部材によって分岐された前記主のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更される、ことを特徴とするレーザ加工装置にある。

更に、加工中にレーザ光の強度を変えて加工する場合には位置センサの上流に蛍光板を配置すると共に、蛍光板の下流で、第２の分岐部材と位置センサとの間に、レーザ光が当たることで蛍光板が発した蛍光光は透過するが、使用しているレーザ光の波長は遮断するフィルタを配置することを特徴とするレーザ加工装置にある。

本発明によれば、位置センサで検知するレーザ光は、第１の分岐部材及び第２の分岐部材により分岐されているため、被加工物に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサの定める強度範囲に収めることができる。また、位置センサは、第１の分岐部材及び第２の分岐部材以降のレーザ光を検知するため、空気の揺らぎなどの影響を抑えられる。この結果、レーザ光の照射位置の調整をより正確に行える。

また、位置センサの上流に蛍光板を配置すると共に、蛍光板の下流で、第２の分岐部材と位置センサとの間に、レーザ光の波長は遮断するフィルタを配置することで、加工中にレーザ光の強度を変更しても位置センサによる位置検出が可能である。

本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。 第１の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 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図。 第２の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図 第３の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。 インクジェットヘッドの一部を示す断面図。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。本実施形態では、基板の素材となる被加工物１１にレーザ光を集光し、被加工物１１の一部に加工を行うレーザ加工装置について説明する。なお、本実施形態で製造する基板は、例えば半導体材料基板、ガラス基板、圧電材料基板などである。

本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ発振器４、光変調素子７、第１のポラライザ６、第２のポラライザ６１、位置センサ８１、可動ミラー９１、集光レンズ３１、ビームダンパ１０、ステージ５１、制御装置８を有する。このうちのレーザ発振器４は、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザなどを用いる。レーザ発振器４からは、次述する光変調素子７に向けて直線偏光のレーザ光２１が発振される。

光変調素子７は、レーザ発振器４により照射されたレーザ光２１の偏光方向を切り替える偏光方向切替部材としての、例えば電気光学素子（ＥＯＭ）である。この光変調素子７は、後述する制御装置８からの制御信号に応じて、レーザ光２１の偏光方向を第２の偏光方向であるＰ波（Ｐ偏光）、若しくは、第１の偏光方向であるＳ波（Ｓ偏光）のレーザ光２２に変換する。また光変調素子７はレーザ発振器４のパルス繰返し周波数より早い応答が可能であり、１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じてレーザ光２１の偏光の向きを変えることが出来る。

第１のポラライザ６及び第２のポラライザ６１は、レーザ光の経路に関し、光変調素子７と後述する位置センサ８１との間に配置される。そして、それぞれが光変調素子７により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第１の分岐部材及び第２の分岐部材である。このような第１のポラライザ６及び第２のポラライザ６１は、例えばキューブ型の偏光ビームスプリッタやプレート型の偏光ビームスプリッタなどである。

また、第１のポラライザと第２のポラライザとは、入射されたレーザ光を偏光方向に応じて主として分岐する割合である偏光消光比特性が同一である。本実施形態の場合、第１のポラライザと第２のポラライザとは、それぞれ、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。

第１の分岐部材である第１のポラライザ６は、レーザ光２２の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第１のポラライザ６を透過したレーザ光２３と、第１のポラライザで反射したレーザ光２４を出す。

即ち、第１のポラライザ６は、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子７により切り替えられた偏光方向が第１の偏光方向であるＳ波の場合に、主として（９９％）第１の分岐光路である後述する可動ミラー９１側にレーザ光を分岐（反射）する。また、一部（１％）の光は後述するビームダンパ１０側に漏れる（透過する）。一方、偏光方向が第２の偏光方向であるＰ波の場合には、主として（９９％）第２の分岐光路であるビームダンパ１０側にレーザ光を分岐（透過）し、一部（１％）の光は可動ミラー９１側に漏れる（反射する）。

第２の分岐部材である第２のポラライザ６１は、第１の分岐光路に位置し、レーザ光２４が入射する。そして、レーザ光２２の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５と、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６を出す。

即ち、第２のポラライザ６１も第１のポラライザ６と同様に、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子７により切り替えられた偏光方向がＳ波の場合に、主として（９９％）被加工物側にレーザ光を分岐（反射）し、一部（１％）の光は位置センサ８１側に漏れる（透過する）。一方、偏光方向がＰ波の場合には、主として（９９％）位置センサ側にレーザ光を分岐（透過）し、一部（１％）の光は被加工物１１側に漏れる（反射する）。

位置センサ８１は、レーザ発振器４により照射されたレーザ光の位置を検知する位置センサであり、例えばＰＳＤやＮＤフィルタ、レンズなどで構成される。そして、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５の位置変動や角度変動を検出する。検出した出力信号は制御装置８に送られ積分等の信号処理が行われレーザ光の位置データとされる。また位置センサ８１は、例えば設定したレーザ光の強度に対して±１０％の強度範囲まで検出可能である。

可動ミラー９１は、位置センサ８１の検知結果に基づいて、被加工物１１へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更部材で、本実施形態の場合、１個設けている。可動ミラーを１個設ける場合は、可動ミラーを角度だけではなく位置も変えられるようにしてもよい。可動ミラー９１は、例えば誘電体多層膜ミラーや金属蒸着ミラーで、ピエゾ素子やステッピングモータなどにより位置や角度を変え、反射する光の光路を変えてもよい。本実施形態では、可動ミラー９１を１個設ける場合について述べるが、複数個配置してもよい。それぞれ角度を変えることにより、レーザ光の照射位置の変更、調整を行える。

また、位置変更部材は、可動ミラー以外に、光の屈折率を変えるものであっても良い。即ち、屈折率を変えることにより光路を変更して、レーザ光の照射位置の変更、調整を行う。このような屈折率を変えるものとしては、例えば電極と電気光学材料（誘電体材料）により構成され、加えられる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子（屈折率変調素子）などを用いる。或いは、レンズを移動させる構成としても良い。即ち、レンズを移動させて光が透過する位置を変えれば、光路を変更することが可能である。

集光レンズ３１は、レーザ光を微小スポットに集光する光学系や、スキャン機構をもった光学系、例えばガルバノスキャナとｆθレンズを組合せた光学系などを用いる。ビームダンパ１０は第１のポラライザ６によって分岐されたレーザ光の一方を吸収する。ステージ５１は被加工物１１をＸ―Ｙ―Ｚ方向に自在に移動させる。

制御装置８は、レーザ発振器４、ステージ５１、光変調素子７、位置センサ８１、可動ミラー９１を制御する。また、制御装置８は、屈折率を変えることができる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子（屈折率変調素子）を有する光学系の場合、電界の強度の制御も行う。さらに、制御装置８は集光レンズ３１がスキャン機構をもった光学系の場合、集光レンズ３１のスキャン機構の制御も行う。

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図２を参照しつつ説明する。レーザ発振器４からレーザ光２１がある一定の繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光２１は一定の繰返し周波数でパルス発振されるため励起時間のバラツキを生じず、繰返し周波数を可変した場合よりもレーザ光出力安定性で優れる。レーザ光２１は１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じて光変調素子７により偏光の向きを変えることができ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光の光変調素子７を透過後のレーザ光２２を選択的に出す（偏光方向切替工程、Ｓ１１）。

ここで、被加工物１１を加工する場合は、レーザ光を被加工物１１に照射し、被加工物１１への加工を停止する（加工しない）場合はレーザ光をビームダンパ１０に照射する。このため、被加工物１１への加工を行う場合はレーザ光を被加工物１１に照射するように光変調素子７を制御する。本実施形態の場合、光変調素子７でＳ波に変更していれば（Ｓ１２のＹ）、第１のポラライザ６によりレーザ光が主として可動ミラー９１側に分岐される（第１の分岐工程、Ｓ１３）。

本実施形態の場合、光変調素子７を透過する際にエネルギーのロスが約１％生じるため、光変調素子７を透過後のレーザ光２２の強度はレーザ光２１の強度の約９９％となる。そして、この光変調素子７を透過後のレーザ光２２が、次に第１のポラライザ６に導かれる。

上述のように、第１のポラライザ６は、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。このため、光変調素子７による偏光の向きの制御と第１のポラライザ６により、第１のポラライザ６を通過後のレーザ光を主に、被加工物１１に照射するか、ビームダンパ１０に照射するか１パルス単位で決めることが出来る。

被加工物１１を加工する場合、上述のように光変調素子７を透過するレーザ光をＳ波になるように選択する。これにより第１のポラライザ６でレーザ光２２の約１％のレーザ光が透過し、ビームダンパ１０に照射される。また第１のポラライザ６でレーザ光２２の約９９％が反射し、可動ミラー９１で反射し、第２のポラライザ６１に導かれる。

第２のポラライザ６１も、上述のように、第１のポラライザと同じで、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる（第２の分岐工程、Ｓ１４）。このとき、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光はＳ偏光であるため、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光２４の強度の約１％となり、この強度のレーザ光２５が位置センサ８１に入射する。

これをレーザ光２１基準にして言い換えると、レーザ光２５の強度はレーザ光２１の強度の約０．９８％（＝９９％×９９％×１％）となる。位置センサ８１は、ＮＤフィルタやレンズなどによりレーザ光２１の強度の約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。このような強度のレーザ光２５が入射された位置センサ８１は、レーザ光２５の位置変動や角度変動を検知する（位置検知工程、Ｓ１５）。

そして、位置センサ８１におけるレーザ光２５の位置が所定位置になるように、可動ミラー９１を制御装置８により移動させる。即ち、位置検知工程での位置センサ８１による検知結果に基づいて、被加工物１１へのレーザ光の照射位置を変更する（位置変更工程、Ｓ１６）。これにより、加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物１１へのレーザ光の照射位置精度が向上する。

一方、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の約９９％の強度となる。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６の強度はレーザ光２１の強度の約９７．０３％（＝９９％×９９％×９９％）となる。第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、集光レンズ３１を経て被加工物１１に照射され、被加工物１１の加工が行われる（Ｓ１７）。

次に、被加工物１１の加工形状が所望の形状になったり、次の加工点に被加工物１１を移動させたりする場合などに加工停止する（非加工の）場合について述べる。加工停止する場合、光変調素子７を透過するレーザ光をＰ偏光になるように選択する（Ｓ１１、Ｓ１２のＮ）。

これにより第１のポラライザ６でレーザ光２２の約９９％のレーザ光が透過し、ビームダンパ１０に照射される（第１の分岐工程、Ｓ１８）。また第１のポラライザ６でレーザ光２２の約１％が反射し、可動ミラー９１で反射し、第２のポラライザ６１に導かれる。

第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光はＰ偏光であるため、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の強度の約９９％が位置センサ８１に入射する（第２の分岐工程、Ｓ１９）。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５の強度はレーザ光２１の強度の約０．９８％（＝９９％×１％×９９％）となる。

先に述べたように位置センサ８１はＮＤフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光２１の強度の約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため加工停止中も加工中同様に位置センサ８１は、レーザ光２５の位置変動や角度変動を検知する（位置検知工程、Ｓ２０）。

そして、位置センサ８１におけるレーザ光２５の位置が所定位置になるように可動ミラー９１を制御装置８により移動させることができる（位置変更工程、Ｓ２１）。これにより被加工物１１の加工停止中も照射位置の制御を高精度に行えるので、加工停止中から加工中に切り替えた際に始めから高い位置精度で加工することが出来る。

第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の約１％の強度となる。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６の強度はレーザ光２１の強度の約０．０１％（＝９９％×１％×１％）となる。この第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、集光レンズ３１を経て被加工物１１に照射される。

ここでレーザ発振器４の発振条件や集光レンズ３１などによりレーザ光２１の強度の約０．０１％が被加工物１１に照射されても、被加工物１１の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第２のポラライザで反射したレーザ光２６は、集光レンズ３１を経て被加工物１１に照射されても、被加工物１１は加工されることはない（Ｓ２２）。この加工と加工停止と、ステージ５１による被加工物１１の移動を、被加工物１１に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。

本実施形態の場合、位置センサ８１で検知するレーザ光は、第１のポラライザ６及び第２のポラライザ６１により分岐されているため、被加工物１１に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサ８１の定める強度範囲に収めることができる。本実施形態の場合、第１のポラライザ６と第２のポラライザ６１とは、偏光消光比特性が同一である。このため、加工時に強度の高いレーザ光を被加工物１１に照射する場合と、非加工時の強度の低いレーザ光を被加工物１１に照射する場合とで、位置センサ８１に入射するレーザ光の強度が同じとなる。このため、位置センサ８１による検知精度を加工時と非加工時とに拘らず維持できる。

また、位置センサ８１は、第１のポラライザ６及び第２のポラライザ６１以降のレーザ光を検知するため、空気の揺らぎなどの影響を抑えられる。即ち、本実施形態の場合、位置センサ８１を被加工物１１に近い位置に配置でき、空気の揺らぎなどによる影響を最小限に抑えられる。

本実施形態の場合、このように、加工時と非加工時とで、位置センサ８１で検知するレーザ光は、位置センサ８１の定める強度範囲に収めることができ、位置センサ８１による検知を被加工物１１に近い位置で行える。この結果、レーザ光の照射位置の変更、調整をより正確に行える。

なお、可動ミラー９１の位置は、レーザ光の経路に関し、位置センサ８１よりも上流であれば、他の位置に配置することもできる。また、第１のポラライザ６と第２のポラライザ６１との偏光消光比特性は、同一でなくても良い。但し、この場合、加工時と非加工時とで、位置センサ８１に入射するレーザ光が位置センサ８１の強度範囲に収まるような組み合わせとする。また、上述のＰ波とＳ波との関係が逆であっても良い。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図３及び図４を用いて説明する。上述の第１の実施形態の場合、第１のポラライザ６により分岐されたＰ波や、Ｓ波に切り替えられたレーザ光のうちの第１のポラライザ６から漏れた光は、ビームダンパ１０で吸収するようにした。これに対して本実施形態の場合、このような光をミラー９により反射して別の被加工物１２に照射するようにしている。このため、第１の実施形態と重複する部分については説明を省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の場合、上述のように、第１のポラライザ６により第２の分岐光路に分岐されたレーザ光を反射するミラー９を有する。ミラー９は、例えば誘電体多層膜ミラーや金属蒸着ミラーであり、それを用いてレーザ光を反射させ向きを変える。また、制御装置８により制御され、ミラー９により反射されたレーザ光を、可動ミラー９２、第２の分岐部材に相当する第３のポラライザ６２、集光レンズ３２を介して被加工物１２に照射する。そして、被加工物１１の加工を行わない場合に、別の被加工物１２の加工を行うようにしている。

即ち、被加工物１１のレーザ加工を行う場合、光変調素子７でレーザ光がＳ波に切り替えられ、第１のポラライザ６により主として被加工物１１側にレーザ光が導かれる。また、第１のポラライザ６から漏れる光がミラー９で反射されて、別の被加工物１２に導かれる。一方、被加工物１１のレーザ加工を行わずに、別の被加工物１２のレーザ加工を行う場合、光変調素子７でレーザ光がＰ波に切り替えられ、第１のポラライザ６により主としてミラー９にレーザ光が導かれる。このレーザ光は、ミラー９で反射されて別の被加工物１２に導かれる。

何れの場合も、第３のポラライザ６２で分岐されたレーザ光２７が位置センサ８２に入射し、位置センサ８２の出力信号を受けた制御装置８により可動ミラー９２による別の被加工物１２へのレーザ光の照射位置を変更し、調整する。

ここで、別の被加工物１２は、被加工物１１と同様に、基板の素材となるものである。なお、被加工物１１と被加工物１２とが同一の部材であっても良い。即ち、同一の被加工物の異なる個所をそれぞれ加工するようにしても良い。

また、可動ミラー９２は可動ミラー９１と、第３のポラライザ６２は第２のポラライザ６１と、位置センサ８２は位置センサ８１と、集光レンズ３２は集光レンズ３１と、それぞれ同じである。また、ステージ５２はステージ５１と同じであるが、被加工物１１と被加工物１２とが同一の部材である場合には、ステージ５２とステージ５１も同一にする。制御装置８は、可動ミラー９２及びステージ５２も制御する。

また、第３のポラライザ６２は、レーザ光２２の偏光方向に応じて、第３のポラライザ６２で反射したレーザ光２７と、第３のポラライザ６２を透過したレーザ光２８に分岐する。また、位置センサ８２は、例えばＰＳＤやＮＤフィルタやレンズなどの光学系などで構成され、第３のポラライザ６２で反射したレーザ光２７の位置変動や角度変動を検出する。

本実施形態の場合、位置センサ８１は第２のポラライザ６１の透過光を用いて位置変動や角度変動を検出しているのに対して、位置センサ８２は第３のポラライザ６２の反射光を用いて検出する。また位置センサ８１、８２は例えば設定したレーザ光の強度に対して±１０％の強度範囲まで検出可能である。

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図４を参照しつつ説明する。レーザ発振器４からレーザ光２１がある一定の繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光２１は１パルス毎に、制御装置８からの制御信号に応じて光変調素子７により偏光の向きを変えることができ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光の光変調素子透過後のレーザ光２２を選択的に出す（偏光方向切替工程、Ｓ３１）。

この光変調素子７を透過する際にエネルギーのロスが約１％生じるため、光変調素子７を透過後のレーザ光２２の強度はレーザ光２１の強度の約９９％となる。光変調素子７を透過後のレーザ光２２は次に第１のポラライザ６に導かれる。第１のポラライザ６は偏光ビームスプリッタで、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。そのため光変調素子７による偏光の向きの制御と第１のポラライザ６により、第１のポラライザ６を通過後のレーザ光を主に、被加工物１１に照射するか、別の被加工物１２に照射するか１パルス単位で決めることが出来る。

被加工物１１を加工する場合、光変調素子７を透過するレーザ光をＳ偏光になるように選択する（Ｓ３２のＹ）。これにより第１のポラライザ６でレーザ光２２の約９９％が反射し、可動ミラー９１で反射し、第２のポラライザ６１に導かれる（第１の分岐工程、Ｓ３３）。

第２のポラライザ６１は偏光ビームスプリッタで、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる（第２の分岐工程、Ｓ３４）。このとき第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光はＳ偏光であるため、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の強度の約１％が位置センサ８１に入射する。

これをレーザ光２１基準にして言い換えると、レーザ光２５の強度はレーザ光２１の強度の約０．９８％（＝９９％×９９％×１％）となる。位置センサ８１はＮＤフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光２１の強度の約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。このような強度のレーザ光２５が入射された位置センサ８１は、レーザ光２５の位置変動や角度変動を検知する（位置検知工程、Ｓ３５）。

そして、位置センサ８１におけるレーザ光２５の位置が所定位置になるように可動ミラー９１を制御装置８により移動させる。即ち、位置検知工程での位置センサ８１による検知結果に基づいて、被加工物１１へのレーザ光の照射位置を変更する（位置変更工程、Ｓ３６）。これにより加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物１１へのレーザ光の照射位置精度が向上する。

一方、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の約９９％の強度となる。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６の強度はレーザ光２１の強度の約９７．０３％（＝９９％×９９％×９９％）となる。第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、集光レンズ３１を経て被加工物１１に照射され、被加工物１１の加工が行われる（Ｓ３７）。

また、第１のポラライザ６でレーザ光２２の約１％のレーザ光が透過し、ミラー９、および可動ミラー９２で反射され、第３のポラライザ６２に導かれる。第３のポラライザ６２に導かれるレーザ光はＳ偏光であるため、第３のポラライザで反射したレーザ光２７は、第３のポラライザ６２に導かれるレーザ光の強度の約９９％が反射され、位置センサ８２に入射する。

これをレーザ光２１基準にして言い換えると、レーザ光２７の強度はレーザ光２１の強度の約０．９８％（＝９９％×１％×９９％）となる。位置センサ８２はＮＤフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光２１の強度の約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため位置センサ８２は、レーザ光２７位置変動や角度変動を検出し、位置センサ８２におけるレーザ光２７の位置が所定位置になるように可動ミラー９２を制御装置８により移動させることができる。これにより非加工時の被加工物１２へのレーザ光の照射位置精度が向上する。

第３のポラライザ６２を透過したレーザ光２８は、第３のポラライザ６２に導かれるレーザ光の約１％の強度となる。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第３のポラライザを透過したレーザ光２８の強度はレーザ光２１の強度の約０．０１％（＝９９％×１％×１％）となる。この第３のポラライザ６２を透過したレーザ光２８は、集光レンズ３２を経て被加工物１２に照射される。ここでレーザ発振器４の発振条件や集光レンズ３２などによりレーザ光２１の強度の約０．０１％が被加工物１２に照射されても、被加工物１２の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第３のポラライザ６３で反射したレーザ光２８は、集光レンズ３２を経て被加工物１２に照射されても、被加工物１２は加工されることはない。

次に、被加工物１２を加工する場合、光変調素子７を透過するレーザ光をＰ偏光になるように選択する（Ｓ３１、Ｓ３２のＮ）。これにより第１のポラライザ６でレーザ光２２の約９９％が透過し、ミラー９と可動ミラー９２で反射し、第３のポラライザ６２に導かれる（第１の分岐工程、Ｓ３８）。

第３のポラライザ６２は偏光ビームスプリッタで、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。このとき第３のポラライザ６２に導かれるレーザ光はＰ偏光であるため、第３のポラライザ６２で反射したレーザ光２７は、第３のポラライザ６２に導かれるレーザ光の強度の約１％が位置センサ８２に入射する（第３の分岐工程、Ｓ３９）。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第３のポラライザ６２で反射したレーザ光２７の強度はレーザ光２１の強度の約０．９８％（＝９９％×９９％×１％）となる。

位置センサ８２は先に述べたようにレーザ光２１の強度の約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。位置センサ８２は、第３のポラライザ６２で反射したレーザ光２７の位置変動や角度変動を検知する（別の位置検知工程、Ｓ４０）。

そして、位置センサ８２における第３のポラライザ６２で反射したレーザ光２７の位置が所定位置になるように可動ミラー９２を制御装置８により移動させる（別の位置変更工程、Ｓ４１）。これにより加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物１２へのレーザ光の照射位置精度が向上する。

第３のポラライザ６２を透過したレーザ光２８は、第３のポラライザ６２に導かれるレーザ光の約９９％の強度となる。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第３のポラライザ６２を透過したレーザ光２８の強度はレーザ光２１の強度の約９７．０３％（＝９９％×９９％×９９％）となる。第３のポラライザ６２を透過したレーザ光２８は、集光レンズ３２を経て被加工物１２に照射され、被加工物１２の加工が行われる（Ｓ４２）。

また第１のポラライザ６でレーザ光２２の約１％のレーザ光が反射し、可動ミラー９１で反射し、第２のポラライザ６１に導かれる。第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光はＰ偏光であるため、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２５は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の強度の約９９％が位置センサ８１に入射する。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、レーザ光２５の強度はレーザ光２１の強度の約０．９８％（＝９９％×１％×９９％）となる。

位置センサ８１は先に述べたようにレーザ光２１の強度の約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため位置センサ８１は、レーザ光２５の位置変動や角度変動を検出し、位置センサ８１におけるレーザ光２５の位置が所定位置になるように可動ミラー９１を制御装置８により移動させることができる。これにより非加工時の被加工物１１へのレーザ光の照射位置精度が向上する。このように被加工物１１を加工していない時も照射位置の制御を高精度に行えるので、加工する際に始めから高い位置精度で加工することが出来る。

第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、第２のポラライザ６１に導かれるレーザ光の約１％の強度となる。これをレーザ光２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２６の強度はレーザ光２１の強度の約０．０１％（＝９９％×１％×１％）となる。この第２のポラライザ６１を透過したレーザ光２６は、集光レンズ３１を経て被加工物１１に照射される。

ここでレーザ発振器４の発振条件や集光レンズ３１などによりレーザ光２１の強度の約０．０１％が被加工物１１に照射されても、被加工物１１の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第２のポラライザ６１で反射したレーザ光２６は、集光レンズ３１を経て被加工物１１に照射されても、被加工物１１は加工されることはない。

この被加工物１１の加工と被加工物１２の加工の切替と、ステージ５１とステージ５２による被加工物１１と被加工物１２の移動を、被加工物１１と被加工物１２に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。

本実施形態の場合、このような切り替えを行うことより、第１の実施形態と同様に、被加工物１１、１２に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサ８１、８２の定める強度範囲に収めることができる。また、位置センサ８１、８２による検知を被加工物１１、１２にそれぞれ近い位置で行える。この結果、レーザ光の照射位置の調整をより正確に行える。

なお、上述の説明では、ステージ毎に被加工物を搭載していたが、１つのステージに複数の被加工物を搭載することも可能である。また切り替えて加工する場合、照射する被加工物を切り替えるのではなく、同一被加工物上の加工点を切り替える加工も可能である。

また、レーザ発振器４と光変調素子７の間に、例えばメカシャッタや、光学変調素子、ポラライザ、ダンパなどで構成されるシャッタ機構などを構成し、被加工物１１と被加工物１２のどちらにもレーザ照射しない構成を取ることも可能である。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。本実施形態では、加工中にレーザ光の強度を変更しながら加工する例を説明する。なお、本実施形態で製造する基板は、半導体材料基板、ガラス基板、圧電材料基板、金属基板、樹脂基板などで、基板の一部が異なる材料からなる基板も含まれる。

本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ発振器１０４、光変調素子１０７、第１のポラライザ１０６、第２のポラライザ１６１、蛍光板１７１、フィルタ１７２、位置センサ１８１、可動ミラー１９１、１９２、ビームダンパ１１０、を有する。更に、スキャン機構１４１、集光レンズ１３１、ステージ１５１、制御装置１０８を有する。このうちのレーザ発振器１０４は、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザ、エキシマレーザなどを用いる。レーザ発振器１０４からは、光変調素子１０７に向けて直線偏光のレーザ光１２１が出射される。

光変調素子１０７は、レーザ発振器１０４により出射されたレーザ光１２１の偏光方向を切り替える偏光方向切替部材としての、例えば電気光学素子（ＥＯＭ）である。この光変調素子１０７は、制御装置１０８からの制御信号に応じて、レーザ光１２１の偏光方向を第１の偏光方向であるＳ波（Ｓ偏光）、若しくは、第２の偏光方向であるＰ波（Ｐ偏光）のレーザ光１２２に変換する。また光変調素子１０７はレーザ発振器１０４の繰返し周波数より早い応答が可能であり、１パルス毎に、制御装置１０８からの制御信号に応じてレーザ光１２１の偏光の向きを変えることが出来る。

第１のポラライザ１０６及び第２のポラライザ１６１は、レーザ光の経路に関し、光変調素子１０７と後述する位置センサ１８１との間に配置される。そして、それぞれが光変調素子１０７により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第１の分岐部材及び第２の分岐部材である。このような第１のポラライザ１０６及び第２のポラライザ１６１は、例えばキューブ型の偏光ビームスプリッタやプレート型の偏光ビームスプリッタなどである。

また、第１のポラライザと第２のポラライザとは、入射されたレーザ光を偏光方向に応じて主として分岐する割合である偏光消光比特性が同一である。本実施形態の場合、第１のポラライザと第２のポラライザとは、それぞれ、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。

第１の分岐部材である第１のポラライザ１０６は、レーザ光１２２の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第１のポラライザ１０６を透過したレーザ光１２３と、第１のポラライザで反射したレーザ光１２４を出す。

即ち、第１のポラライザ１０６は、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子１０７により切り替えられた偏光方向が第１の偏光方向であるＳ波の場合に、主として（９９％）第１の分岐光路である後述する可動ミラー１９１側にレーザ光を分岐（反射）する。また、一部（１％）の光は後述するビームダンパ１１０側に漏れる（透過する）。一方、偏光方向が第２の偏光方向であるＰ波の場合には、主として（９９％）第２の分岐光路であるビームダンパ１１０側にレーザ光を分岐（透過）し、一部（１％）の光は可動ミラー１９１側に漏れる（反射する）。

第２の分岐部材である第２のポラライザ１６１は、第１の分岐光路に位置し、レーザ光１２４が入射する。そして、レーザ光１２４の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第２のポラライザ１６１を透過したレーザ光１２５と、第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８を出す。

即ち、第２のポラライザ１６１も第１のポラライザ１０６と同様に、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子１０７により切り替えられた偏光方向がＳ波の場合に、主として（９９％）被加工物側にレーザ光を分岐（反射）し、一部（１％）の光は位置センサ１８１側に漏れる（透過する）。一方、偏光方向がＰ波の場合には、主として（９９％）位置センサ側にレーザ光を分岐（透過）し、一部（１％）の光は被加工物１１１側に漏れる（反射する）。

蛍光板１７１は、レーザ光の経路に関し、位置センサ１８１の上流に配置される。また、蛍光板１７１の下流で、第２のポラライザ１６１と位置センサ１８１との間には、レーザ光が当たることで蛍光板１７１が発した蛍光光は透過するが、レーザ光を遮断するフィルタ１７２が配置されている。本実施形態では、蛍光板１７１は、第２のポラライザ１６１の下流に配置され、フィルタ１７２は、蛍光板１７１と位置センサ１８１との間に配置される。蛍光板１７１は、第２のポラライザ１６１を透過したレーザ光１２５が当たると蛍光光を発し、フィルタ１７２を透過した蛍光光は位置センサ１８１に入射する。

ここで、蛍光板１７１は市販の蛍光ガラスや波長変換材料の中から励起波長や発光波長を適切な物を選択し使用する。又、フィルタ１７２は蛍光板１７１で発した蛍光の波長の光は透過するが、レーザ光１２５の波長の光は遮断する特性を持つフィルタである。

位置センサ１８１は、蛍光板１７１から発し、フィルタ１７２を通過した蛍光の位置を検知する位置センサであり、例えばＰＳＤとＮＤフィルタ、レンズなどの光学系で構成される。更に、この光学系で適度な強度の入射光に調整すると同時に、蛍光光を光検出素子上に結像させる。そして、結果として第２のポラライザ１６１を透過したレーザ光１２５の位置変動や角度変動を検出する。また位置センサ１８１は、例えば設定した入射光の強度に対して±１０％の強度範囲まで検出可能である。

可動ミラー１９１、１９２は、位置センサ１８１の検知結果に基づいて、被加工物１１１へのレーザ光の照射位置を調整する調整部材である。それぞれの可動ミラー１９１、１９２は、例えば誘電体多層膜ミラーや金属蒸着ミラーで、ピエゾ素子やステッピングモータなどにより位置や角度を変え、反射する光の光路を変える。本実施形態の場合、可動ミラー１９１、１９２は互いに対向するように配置しているため、それぞれ角度を変えることにより、レーザ光の照射位置の調整を行える。

被加工物１１１内に加工の条件が異なる部分が存在する場合には、レーザ発振器１０４内の機能を用いてレーザ光強度を変更する。この場合には経路が同じで有るので第２のポラライザ１６１を透過するレーザ光の強度は強度を変更した割合で変化する。しかし、蛍光板１７１へ入射するレーザ光の強度が大きくなっても蛍光板から発する蛍光光は飽和して高い強度の蛍光光は出ない。従って、例えばレーザ光の強度が１０倍大きくなっても、蛍光光の強度は或る値に留まり位置センサの入力限界を超える事は無いので、位置の検知が可能である。

なお、このようなレーザ光の照射位置の調整を行う調整部材は、可動ミラーを１個設ける構成としても良い。この場合、可動ミラーを角度だけではなく位置も変えられるようにする。また、調整部材は、可動ミラー以外に、光の屈折率を変えるものであっても良い。即ち、屈折率を変えることにより光路を変更して、レーザ光の照射位置を変更し、調整を行う。このような屈折率を変えるものとしては、例えば電極と電気光学材料（誘電体材料）により構成され、加えられる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子（屈折率変調素子）などを用いる。或いは、レンズを移動させる構成としても良い。即ち、レンズを移動させて光が透過する位置を変えれば、光路を変更することが可能である。

集光レンズ１３１は、レーザ光を微小スポットに集光する光学系や、スキャン機構１４１と一緒に使われる光学系、例えばｆθレンズなどである。ビームダンパ１１０は第１のポラライザ１０６によって分岐されたレーザ光の一方を吸収する。ステージ１５１は被加工物１１１をＸ―Ｙ―Ｚ方向に自在に移動させる。

制御装置１０８は、レーザ発振器１０４、ステージ１５１、光変調素子１０７、位置センサ１８１、可動ミラー１９１，１９２を制御する。また、制御装置１０８はスキャン機構１４１の制御も行う。

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図６を参照しつつ説明する。レーザ発振器１０４から或る一定の繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光１２１は一定の繰返し周波数でパルス発振されるため励起時間のバラツキを生じず、繰返し周波数を可変した場合よりもレーザ光出力安定性で優れる。レーザ光１２１はレーザ発振器１０４内のパワー調整機能により第１の加工に適したレーザ光強度に調整される（レーザ光強度切替工程、Ｓ１０１）。次に、レーザ光１２１は１パルス毎に、制御装置１０８からの制御信号に応じて光変調素子１０７により偏光の向きを変えることができ、Ｐ偏光もしくはＳ偏光の光変調素子１０７を透過後のレーザ光１２２を選択的に出す（偏光方向切替工程、Ｓ１０２）。

ここで、被加工物１１１の加工し易い部分を加工する場合は、小さな強度のレーザ光を被加工物１１１に照射し、被加工物１１１の加工し難い部分の加工をする場合には、大きな強度のレーザ光を被加工物１１１へ照射する。加工し易い部分とは例えば樹脂であり、加工し難い部分とは例えば金属である。これらの材料を適正強度のレーザ光で加工する為には１０倍以上の強度の変更が必要である。又、被加工物１１１の加工を停止する（加工しない）場合はレーザ光をビームダンパ１１０に照射する。このため、被加工物１１１への加工を行う場合はレーザ光を被加工物１１１に照射するように光変調素子１０７を制御する。本実施形態の場合、光変調素子１０７でＳ波に変更していれば（Ｓ１０３のＹ）、第１のポラライザ１０６によりレーザ光が主として可動ミラー１９１側に分岐される（第１の分岐工程、Ｓ１０４）。

本実施形態の場合、光変調素子１０７を透過する際にエネルギーのロスが約１％生じるため、光変調素子１０７を透過後のレーザ光１２２の強度はレーザ光１２１の強度の約９９％となる。そして、この光変調素子１０７を透過後のレーザ光１２２が、次に第１のポラライザ１０６に導かれる。

上述のように、第１のポラライザ１０６は、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。このため、光変調素子１０７による偏光の向きの制御と第１のポラライザ１０６により、第１のポラライザ１０６を通過後のレーザ光を主に、被加工物１１１に照射するか、ビームダンパ１１０に照射するか１パルス単位で決めることが出来る。

被加工物１１１を加工する場合、上述のように光変調素子１０７を透過するレーザ光をＳ波になるように選択する。これにより第１のポラライザ１０６でレーザ光１２２の約１％のレーザ光が透過し、ビームダンパ１１０に照射される。また第１のポラライザ１０６でレーザ光１２２の約９９％が反射し、可動ミラー１９１、１９２で反射し、第２のポラライザ１６１に導かれる。

第２のポラライザ１６１も、上述のように、第１のポラライザと同じで、Ｐ偏光の透過率約９９％、反射率約１％、Ｓ偏光の透過率約１％、反射率約９９％の光学特性でレーザ光を反射と透過させる（第２の分岐工程、Ｓ１０５）。このとき、第２のポラライザ１６１に導かれるレーザ光はＳ偏光であるため、第２のポラライザ１６１を透過したレーザ光１２５は、第２のポラライザ１６１に導かれるレーザ光１２４の強度の約１％となり、この強度のレーザ光１２５が蛍光板１７１に入射する。

これをレーザ光１２１基準にして言い換えると、レーザ光１２５の強度はレーザ光１２１の強度の約０．９８％（＝９９％×９９％×１％）となる。蛍光板１７１はレーザ光１２５が当ったところから蛍光光１２６を発し、その蛍光光１２６はフィルタ１７２を通過した後、位置センサ１８１に入射する。この時、レーザ光１２５が蛍光板１７１を通過した場合にはフィルタ１７２で遮断された蛍光光１２７となる。位置センサ１８１は、ＮＤフィルタやレンズなどにより蛍光光１２７の強度を適度に調節するとともに蛍光板上の発光点を位置センサ１８１内の光検出素子上に結像させる。このような蛍光光１２７が入射された位置センサ１８１は、結果としてレーザ光１２５の位置変動や角度変動を検知する（位置検知工程、Ｓ１０６）。

この時、レーザ光１２５がパルス光であっても、蛍光板の発光はゆっくりと消光するため、位置センサ１８１のパルス的出力が平坦化する。従って、制御装置１０８内で行っていたパルス的信号を平坦化する積分等の演算が不要になり、制御がより簡便になる。

そして、位置センサ１８１における蛍光光１２７の位置が所定位置になるように、可動ミラー１９１，１９２を制御装置１０８により移動させる。即ち、位置検知工程での位置センサ１８１による検知結果に基づいて、被加工物１１１へのレーザ光の照射位置を変更し、調整する（位置変更工程、Ｓ１０７）。これにより、加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物１１１へのレーザ光の照射位置精度が向上する。

一方、第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８は、第２のポラライザ１６１に導かれるレーザ光の約９９％の強度となる。これをレーザ光１２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８の強度はレーザ光１２１の強度の約９７．０３％（＝９９％×９９％×９９％）となる。第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８は、スキャン機構１４１、集光レンズ１３１を経た集光光１２９が被加工物１１１に照射され、被加工物１１１の加工が行われる（Ｓ１０８）。

次に、第２の加工に適したレーザ強度にレーザ発振器の出力を変更する（レーザ光強度切替工程Ｓ１０１）。この時、第２のレーザ光強度は第１のレーザ光強度の約１０倍である。その後の工程のＳ１０２からＳ１０５までは上記と同様である。第２のポラライザ１６１から洩れて位置センサ１８１に向かうレーザ光１２５は第１のレーザ光強度の１０倍で有るため、蛍光板１７１に当たるレーザ光の強度も１０倍になる。しかし、蛍光板１７１、フィルタ１７２で調整された蛍光光１２７は位置センサ１８１の許容範囲となっており、レーザ光強度が１０倍となっても位置センサ１８１に問題が生じることはない。

次に、被加工物１１１の加工形状が所望の形状になったり、次の加工点に被加工物１１１を移動させたりする場合などに加工停止する（非加工の）場合について述べる。加工停止する場合、光変調素子１０７を透過するレーザ光をＰ偏光になるように選択する（Ｓ１０２、Ｓ１０３のＮ）。

これにより第１のポラライザ１０６でレーザ光１２２の約９９％のレーザ光が透過し、ビームダンパ１１０に照射される（第１の分岐工程、Ｓ１０９）。また第１のポラライザ１０６でレーザ光１２２の約１％が反射し、可動ミラー１９１、１９２で反射し、第２のポラライザ１６１に導かれる。

第２のポラライザ１６１に導かれるレーザ光はＰ偏光であるため、第２のポラライザ１６１を透過したレーザ光１２５は、第２のポラライザ１６１に導かれるレーザ光の強度の約９９％が位置センサ１８１側に入射する（第２の分岐工程、Ｓ１１０）。これをレーザ光１２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ１６１を透過したレーザ光１２５の強度はレーザ光１２１の強度の約０．９８％（＝９９％×１％×９９％）となる。

先に述べたように位置センサ１８１の前には蛍光板１７１とフィルタ１７２が有り、レーザ光強度の変更の緩和や、パルス光の平坦化を行う。更に、ＮＤフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光１２１の第１の強度及び第２の強度それぞれの約０．９８％のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため加工停止中も加工中同様に位置センサ１８１は、レーザ光１２５の位置変動や角度変動を検知する（位置検知工程、Ｓ１１１）。

そして、位置センサ１８１に対するレーザ光１２５の位置が所定位置になるように可動ミラー１９１，１９２を制御装置１０８により移動させることができる（位置変更工程、Ｓ１２２）。これにより加工停止中も照射位置の制御を高精度に行えるので、加工停止中から加工中に切り替えた際に始めから高い位置精度で加工することが出来る。

第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８は、第２のポラライザ１６１に導かれるレーザ光の約１％の強度となる。これをレーザ光１２１基準にして言い換えると、第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８の強度はレーザ光１２１の強度の約０．０１％（＝９９％×１％×１％）となる。この第２のポラライザ１６１で反射したレーザ光１２８は、集光レンズ１３１を経て被加工物１１１に照射される。

ここでレーザ発振器１０４の発振条件や集光レンズ１３１などによりレーザ光１２１の第２の強度の約０．０１％が被加工物１１１に照射されても、被加工物１１１の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第２のポラライザで反射したレーザ光１２８は、集光レンズ１３１を経て被加工物１１１に照射されても、被加工物１１１は加工されることはない（Ｓ１１３）。この第１と第２の加工と加工停止と、ステージ１５１による被加工物１１１の移動を、被加工物１１１に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。

本実施形態の場合、位置センサ１８１には、第１のポラライザ１０６及び第２のポラライザ１６１により分岐されたレーザ光が蛍光板に当たり、その発光光（蛍光光）がフィルタを通して入射する。そのため、被加工物１１１に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサ１８１の定める強度範囲に収めることができる。本実施形態の場合、高いレーザ光強度や、低いレーザ光強度で被加工物１１１を加工する場合でも位置センサ１８１に入る光の強度は入力許容範囲に収まる。又、非加工時の更に低い強度のレーザ光を被加工物１１１に照射する場合でも、位置センサ１８１に入射するレーザ光の強度は位置センサの入力許容範囲内となる。このため、位置センサ１８１による検知精度を第１の加工時、第２の加工時と非加工時とに拘らず維持できる。

また、位置センサ１８１は、第１のポラライザ１０６及び第２のポラライザ１６１以降のレーザ光を検知するため、空気の揺らぎなどの影響を抑えられる。即ち、本実施形態の場合、位置センサ１８１を被加工物１１１に近い位置に配置でき、空気の揺らぎなどによる影響を最小限に抑えられる。

本実施形態の場合、このように、レーザ光強度が異なる加工を交互に行う時と非加工時とで、位置センサ１８１で検知するレーザ光は、位置センサ１８１の定める強度範囲に収めることができ、位置センサ１８１による検知を被加工物１１１に近い位置で行える。この結果、レーザ光の照射位置の調整をより正確に行える。

なお、可動ミラー１９１，１９２の位置は、レーザ光の経路に関し、位置センサ１８１及び蛍光板よりも上流であれば、他の位置に配置することもできる。また、第１のポラライザ１０６と第２のポラライザ１６１との偏光消光比特性は、同一でなくても良い。但し、この場合、加工時と非加工時とで、位置センサ１８１に入射するレーザ光が位置センサ１８１の許容範囲に収まるような組み合わせとする。また、上述のＰ波とＳ波との関係が逆であっても良い。

上述の各実施形態で説明したレーザ加工装置及びレーザ加工方法により製造する基板は、インクジェットヘッドの基板や、他の半導体材料基板や、ガラス基板、回路基板などが挙げられる。また、加工は先導孔のような穴あけ加工に限らず、溝形状や切断、改質、接合などの加工を行うことも可能である。また具体的な適用先としてはインクジェットヘッドの先導孔加工に限らず、例えば回路基板の穴あけ加工や太陽電池基板のスクライビング、抵抗素子のトリミング、電池ケースの封止溶接などがある。

＜実施例＞
次に、実施例として、各実施形態で説明したレーザ加工装置及びレーザ加工方法を用いて基板を製造する、基板の製造方法について説明する。本実施例では、製造する基板は、インクジェットヘッドの基板である。図７は、インクジェットプリンタのヘッド部分の断面を示した図面である。

図７において、４０は半導体基板（インクジェットヘッドの基板）、４１はインクの経路となる垂直形状の溝である。また、４２はヒータ、４３は液室、４４はオリフィスプレート、４５は吐出孔、４６はインクタンク、破線で示す４７はインク経路、４８は微小なインク滴を示す。溝４１が形成された半導体基板４０の下面にはインクを吐出させるためのヒータ４２、液室４３、オリフィスプレート４４が形成される。また、半導体基板４０の上面には、インクを貯蔵するインクタンク４６が取り付けられる。インクは、インクタンク４６から溝４１及び液室４３を経て、ヒータ４２に到達する。ヒータ４２の瞬間的な加熱／冷却により形成された気泡がインクを押上げ、オリフィスプレート４４中に形成された吐出孔４５より微小なインク滴４８となって吐出される。

本実施例では、このようにインク滴４８を吐出する吐出孔４５にインクを供給する経路となる溝４１を、上述の各実施形態で説明したようなレーザ加工によって形成する。即ち、被加工物として溝４１を形成する前の半導体基板をステージに載置し、上述したようなレーザ加工を施す。なお、レーザ加工後にそのまま用いてもよいが、アルカリ性エッチング液中で例えば１５分程度異方性エッチングする事により、最終的な溝形状を形成しても良い。

異方性エッチングにより溝４１を形成する場合、レーザ加工により先導孔を形成する。この先導孔とは、レーザ加工の後工程の異方性エッチングの際にエッチング液を進入させ、異方性エッチングの時間を短縮し、インク供給口の幅をより小さくするためのものである。

また、インクジェットヘッドの基板は、例えば、結晶面（１００）シリコン製の素材（被加工物）に加工を施して製造したものである。この被加工物にはヒータや電気配線、耐エッチング性を有するエッチングストップ層、エッチング保護膜など、インクを吐出するための機構やレーザ加工後のエッチング工程のための機構などが形成されている。また、被加工物の厚みは、例えば７２５μｍ程度である。

このような被加工物に対して、上述の所望の先導孔の形状になるまでレーザ光を照射する。この先導孔は、後工程の異方性エッチングの際にエッチング液を進入させ、異方性エッチングの時間を短縮し、インク供給口の幅をより小さくするために、直径φ５〜１００μｍとすることが好ましい。また深さは被加工物として７２５μｍの厚さのものを用いた場合、６００〜７１０μｍが好ましい。

１１，１１１・・・被加工物、１２・・・別の被加工物、４，１０４・・・レーザ発振器、６，１０６・・・第１のポラライザ（第１の分岐部材）、６１，１６１・・・第２のポラライザ（第２の分岐部材）、６２・・・第３のポラライザ（第２の分岐部材）、７，１０７・・・光変調素子（偏光方向切替部材）、８，１０８・・・制御装置、８１，１８１・・・位置センサ、８２・・・別の位置センサ、９・・・ミラー、９１、９２，１９１，１９２・・・可動ミラー（調整部材）、１０，１１０・・・ビームダンパ、２０・・・ミラー、１７１…蛍光板、１７２・・・フィルタ

Claims (8)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を検知する位置センサと、
   前記位置センサの検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更部材と、
   前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替部材と、
   レーザ光の経路に関し、前記偏光方向切替部材と前記位置センサとの間に配置され、それぞれが前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第１の分岐部材及び第２の分岐部材と、を備え、
   前記第１の分岐部材は、レーザ光を、前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として第１の分岐光路に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として第２の分岐光路に、一部を前記第１の分岐光路に、それぞれ分岐し、
   前記第２の分岐部材は、前記第１の分岐光路に位置し、レーザ光を、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として前記被加工物側に、一部を前記位置センサに分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として前記位置センサに分岐し、
   前記位置変更部材は、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記第２の分岐部材によって分岐された前記一部のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更されると共に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記第２の分岐部材によって分岐された前記主のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更される、
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記第１の分岐部材と前記第２の分岐部材とは、入射されたレーザ光を偏光方向に応じて主として分岐する割合である偏光消光比特性が同一である、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. レーザ光の経路に関し、前記位置センサの上流に配置された蛍光板と、
   前記蛍光板の下流で、前記第２の分岐部材と前記位置センサとの間に配置され、レーザ光が当たることで前記蛍光板が発した蛍光光は透過するが、レーザ光を遮断するフィルタと、を有する、
   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装置。
4. レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
   前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を位置センサにより検知する位置検知工程と、
   前記位置検知工程での前記位置センサによる検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更工程と、
   前記位置検知工程より前に、前記偏光方向切替工程により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第１の分岐工程及び第２の分岐工程と、を有し、
   前記第１の分岐工程では、レーザ光を、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として第１の分岐光路に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として第２の分岐光路に、一部を前記第１の分岐光路に、それぞれ分岐し、
   前記第２の分岐工程では、前記第１の分岐光路に分岐されたレーザ光を、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として前記被加工物側に、一部を前記位置センサに分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として前記位置センサに分岐し、
   前記位置変更工程では、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記第２の分岐工程で分岐された前記一部のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更されると共に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記第２の分岐工程で分岐された前記主のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更される、
   ことを特徴とするレーザ加工方法。
5. 前記位置センサは、レーザ光が当たることで蛍光板が発した蛍光光を入射させることによりレーザ光の位置を検知する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
6. 被加工物を加工して基板を製造する基板の製造方法であって、
   被加工物にレーザ加工を行うレーザ加工工程を有し、
   前記レーザ加工工程は、
   レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向と第２の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
   前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を位置センサにより検知する位置検知工程と、
   前記位置検知工程での前記位置センサによる検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更工程と、
   前記位置検知工程より前に、前記偏光方向切替工程により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第１の分岐工程及び第２の分岐工程と、を有し、
   前記第１の分岐工程では、レーザ光を、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として第１の分岐光路に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として第２の分岐光路に、一部を前記第１の分岐光路に、それぞれ分岐し、
   前記第２の分岐工程では、前記第１の分岐光路に分岐されたレーザ光を、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に主として被加工物側に、一部を前記位置センサに分岐し、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に主として前記位置センサに分岐し、
   前記位置変更工程では、前記偏光方向が前記第１の偏光方向である場合に、前記第２の分岐工程で分岐された前記一部のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更されると共に、前記偏光方向が前記第２の偏光方向である場合に、前記第２の分岐工程で分岐された前記主のレーザ光を前記位置センサが検知した結果に基づいて、前記被加工物へのレーザ光の照射位置が変更される、
   ことを特徴とする基板の製造方法。
7. 前記基板は、インク滴を吐出する吐出孔にインクを供給する経路となる溝を有するインクジェットヘッドの基板であり、
   前記レーザ加工工程は、前記溝を形成するために被加工物にレーザ加工を行う工程である、
   ことを特徴とする、請求項６に記載の基板の製造方法。
8. 前記位置センサは、レーザ光が当たることで蛍光板が発した蛍光光を入射させることによりレーザ光の位置を検知する、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の基板の製造方法。

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