JP6757509B2 - 光加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、光加工装置及び光加工方法に関するものである。

従来、レーザ光等の加工光を走査して加工対象物を加工する光加工装置が知られている。

例えば、特許文献１には、レーザ発振器から発振されたパルスレーザ光をポリゴンミラー等の光走査手段により一次元方向へ走査し、その走査後に該一次元方向に直交する方向へ被加工対象物を移動して再びパルスレーザ光を一次元方向へ走査することを繰り返すレーザ加工装置が開示されている。

レーザ加工装置等の従来の光加工装置では、加工時間を短縮化することが望まれている。

上述した課題を解決するために、本発明は、加工光を走査して加工対象物を加工する光加工方法において、光源から出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光を、該複数の加工光の走査方向に対して直交する方向の位置をずらして該加工対象物へ案内するにあたり、前記複数の加工光による走査ラインのライン間隔をＰとし、該複数の加工光の前記加工対象物上のスポット径をＢＳとしたとき、Ｐ＜ＢＳであって、かつ、互いに同時刻に照射される該複数の加工光の該加工対象物上の各照射領域間の走査方向へのズレ量ΔＤが下記の条件式（１）を満たし、更に、前記加工対象物上の互いに重なる領域に該複数の加工光をそれぞれ照射する照射期間が、当該照射によって発生するプラズマの発生時間以上の時間だけずれるように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする。

本発明によれば、加工時間を短縮化することができるという優れた効果が奏される。

実施形態におけるレーザパターニング装置の主要部の構成を示す模式図である。 同レーザパターニング装置における照射光学系の構成を示す説明図である。 同レーザパターニング装置における走査光学系の構成を示す説明図である。 同レーザパターニング装置における光源駆動部の構成を示すブロック図である。 光源駆動に関連する各種信号のタイミングチャートである。 従来において、単一の光源からのレーザ光が走査されたときのワーク上の走査ラインを示す説明図である。 実施形態において、２つの光源からのレーザ光が走査されたときのワーク上の走査ラインを示す説明図である。 変形例１において、２つの光源からのレーザ光が１回走査されたときのワーク上の走査ラインを示す説明図である。 変形例１において、同じ時刻にワークに照射される各レーザ光の照射領域の位置を示す説明図である。 変形例２において、４つの光源からのレーザ光が１回走査されたときのワーク上の走査ラインを示す説明図である。 変形例２における照射光学系の構成の一例を示す説明図である。

以下、本発明に係る光加工装置をレーザパターニング装置に適用した一実施形態について説明する。
本実施形態のレーザパターニング装置における加工対象物は、タッチパネルに利用される基材上にＩＴＯ薄膜が形成されたワークであり、このワーク上のＩＴＯ薄膜にレーザ光（加工光）を照射して部分的にＩＴＯ薄膜を除去することにより、ＩＴＯ薄膜をパターニング加工するものである。ただし、本発明に係る光加工装置は、本実施形態に係るレーザパターニング装置に限定されるものではなく、銀ペースト加工などの他のパターニング加工を行う装置、切削加工（導光板加工等）などの他の加工処理を行う装置、非レーザ光を加工光として用いて加工する装置などにも、適用可能である。

図１は、本実施形態におけるレーザパターニング装置の主要部の構成を示す模式図である。
本実施形態のレーザパターニング装置は、主に、照射光学系１０と、走査光学系２０と、ワーク搬送部３０と、光源部４０と、制御部５０とから構成されている。

光源部４０は、レーザ発振器からなる２つの光源４１Ａ，４１Ｂを備えている。２つの光源４１Ａ，４１Ｂは、光源駆動部４２によって、互いに独立して変調可能に制御される。具体的には、光源駆動部４２は、走査光学系２０に設けられる光走査部材としてのポリゴンミラー２１の走査動作に連動して、２つの光源４１Ａ，４１Ｂの点灯、消灯のタイミングを制御する。２つの光源４１Ａ，４１Ｂを構成するレーザ発振器には、例えば、基材への熱影響によるダメージが少ない１００ピコ秒以下のパルス発振によるパルスファイバレーザ（ピコ秒ファイバレーザ）を用いるが、他の光源を用いてもよい。

また、２つの光源４１Ａ，４１Ｂは、いずれも、ワーク３５上のＩＴＯ薄膜（被加工材料）に感度を有する波長をもつレーザ光を出射し、ワーク３５上において必要な光量（像面光量）が得られる強度のレーザ光を出力する。本実施形態における２つの光源４１Ａ，４１Ｂは、互いに別個に設けられた独立光源であるが、同一基板上に実装された２つのレーザーアレイなどで構成することも可能である。

照射光学系１０には、２つの光源４１Ａ，４１Ｂから出力された各レーザ光（各レーザビーム）が入射される。入射した各レーザ光は、それぞれ、コリメートレンズ１２Ａ，１２Ｂとアパーチャ１３Ａ，１３Ｂを通過した後、光学部材としてのビームスプリッタ１４に対して互いに異なる方向から入射する。ビームスプリッタ１４に入射した各レーザ光は、走査光学系２０に向けてビームスプリッタ１４から平行に出射される。

コリメートレンズ１２Ａ，１２Ｂは、レーザ光ＬＡ，ＬＢを効率よく伝搬させるために配置されるカップリングレンズであり、本実施形態では平行光と変換するのでコリメーターレンズを採用している。レーザパターニング装置を含む加工システム全体の光学設計を鑑みて、平行光よりも発散光あるいは収束光の方が効率的である場合もある。

アパーチャ１３Ａ，１３Ｂは、コリメートレンズ１２Ａ，１２Ｂを通過した後に、レーザ光ＬＡ，ＬＢの光束断面周辺部をカットして、所望の大きさのスポット径をワーク３５上に形成する。ワーク３５上のスポット径は、加工品質に直結する重要な加工条件であり、所望の大きさで安定的に形成されることが求められる。一般に、レーザ光ＬＡ，ＬＢのスポット径は、アパーチャサイズが大きくなるに従って小径化するという逆比例の関係にある。したがって、所望のスポット径は、アパーチャサイズで設計することができる。

図２は、本実施形態における照射光学系１０の構成を示す説明図である。
第一光源４１Ａと第二光源４１Ｂは、偏光方向が互いに９０°異なっている直線偏光の状態のレーザ光ＬＡ，ＬＢをそれぞれ出射する。本実施形態のビームスプリッタ１４は、第一光源４１Ａから出射される第一レーザ光ＬＡの偏光方向をもつ光を透過し、かつ、第二光源４１Ｂから出射される第二レーザ光ＬＢの偏光方向をもつ光を反射する。そのため、第一光源４１Ａから出射した第一レーザ光ＬＡは、ビームスプリッタ１４を透過して直進して、走査光学系２０へ向かう。一方、第二光源４１Ｂから出射した第二レーザ光ＬＢは、ビームスプリッタ１４で反射して光路を９０°折り曲げられ、第一レーザ光ＬＡと平行に走査光学系２０へ向かう。ビームスプリッタ１４を通った第一レーザ光ＬＡ及び第二レーザ光ＬＢは、λ/４板１６を通過する。これにより、いずれのレーザ光ＬＡ，ＬＢも、円偏光に変換される。

本実施形態の照射光学系１０は、ビームスプリッタ１４の位置を図中白抜き矢印で示す方向、すなわち、ビームスプリッタ１４を第二レーザ光ＬＢが入射してくる方向へ変位させるビームスプリッタ移動部１５を備えている。ビームスプリッタ移動部１５によってビームスプリッタ１４を変位させることにより、照射光学系１０から出る第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢの間隔（主走査方向に対応する方向の光軸間隔）を任意に調整することができる。このとき、走査光学系２０における結像倍率をＭとすると、ワーク３５上における第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢとの間隔（主走査方向の間隔）をΔＤとしたい場合、照射光学系１０から出る第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢの間隔（主走査方向に対応する方向の間隔）はΔＤ／Ｍとすればよい。

なお、本実施形態においては、ワーク３５上における第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢとが同時に照射される照射領域の主走査方向位置は同じであるため、ΔＤ＝０である。ただし、ワーク３５上における第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢとが同時に照射される照射領域の副走査方向位置は、走査ラインのライン間隔Ｐの分だけズレている。

走査光学系２０は、照射光学系１０から入射される第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢを光偏向部材であるポリゴンミラー２１を用いた光偏向器によって反射し、走査レンズ２２を介してワーク３５の被加工面上へ照射する。なお、本実施形態では、光偏向部材としてポリゴンミラーを用いているが、ガルバノミラーなどの他の光偏向部材を用いてもよい。また、本実施形態の走査光学系２０は、ラスター走査方式であるが、ベクター走査方式などの他の走査方式であってもよい。

本実施形態において、互いに平行な第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢは、走査光学系２０のポリゴンミラー２１の異なる位置（同じ反射面上の異なる位置）へ入射する。これにより、ポリゴンミラー２１の回転に伴い、第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢは、ワーク３５上における第一レーザ光ＬＡと第二レーザ光ＬＢとの間隔を保ったまま、ワーク３５上を主走査方向（Ｘ軸方向）へ走査される。

図３は、本実施形態における走査光学系２０の構成を示す説明図である。
走査光学系２０において、ポリゴンミラー２１よりも光源側には、シリンドリカルレンズ２３が配置され、ポリゴンミラー２１よりもワーク側には、走査レンズ２２、面倒れ補正レンズ２４などが配置されている。また、走査光学系２０には、加工データに基づく露光データに応じて露光（レーザ加工）がなされる有効走査領域から外れた位置に配置される折り返しミラー２５と、折り返しミラー２５で反射したレーザ光ＬＡ，ＬＢを受光する同期検知センサ２６とを備えている。

ポリゴンミラー２１は、正多角柱の側面が反射鏡に加工されたもので、当該正多角柱の中心軸の回りで駆動手段により回転駆動される。回転駆動するポリゴンミラー２１の側面（反射面）で入射してくるレーザ光ＬＡ，ＬＢを反射することで、レーザ光ＬＡ，ＬＢの進行方向を時間的に変化させて、ワーク３５上でレーザ光ＬＡ，ＬＢを走査させる。
シリンドリカルレンズ２３は、副走査方向のみにレンズ作用を与え、入射してくるレーザ光ＬＡ，ＬＢを副走査方向だけに集光して、ポリゴンミラー２１の反射面に結像させる。
走査レンズ２２は、主に、ポリゴンミラー２１の回転によって走査されるレーザ光ＬＡ，ＬＢがワーク３５上で等速に走査されるように補正する１又は２以上のレンズで構成される。ポリゴンミラー２１は等角速度運動で回転駆動するため、走査レンズ２２を設けないと、ワーク３５上における像高をＨとし、走査レンズ２２の焦点距離をｆとし、ポリゴンミラー２１の回転角をθとしたとき、像高Ｈは、Ｈ＝ｆ×ｔａｎθとなってしまう。すなわち、ワーク３５上の走査ライン中心位置から離れて像高が高くなるほど、ワーク３５上におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢの走査速度が速くなってしまう。これに対し、本実施形態では、Ｈ＝ｆ×θの関係となるように走査レンズ２２により補正し、ポリゴンミラー２１の回転角θに比例した主走査方向位置にレーザ光ＬＡ，ＬＢを集光させることができる。

同期検知センサ２６は、ポリゴンミラー２１上の各反射面（ポリゴン面）で走査されて得られる走査ラインＬ１，Ｌ２の始点（加工開始位置）をワーク３５上で同じ主走査方向位置に揃えるために用いられる。ポリゴンミラー２１の回転ムラや反射面（ポリゴン面）ごとの加工精度ばらつきなどが原因で、レーザ光ＬＡ，ＬＢの主走査方向位置が走査ラインごとにバラつくおそれがある。本実施形態では、ポリゴンミラー２１の各反射面で走査されたレーザ光ＬＡ，ＬＢが走査有効領域外の同期検知センサ２６を通過した時に、同期検知センサ２６から同期検知信号ｓ１が光源駆動部４２へ出力される。光源駆動部４２は、この同期検知信号ｓ１を基準にして、各光源４１Ａ，４１Ｂの出射タイミングを決定する。これにより、ポリゴンミラー２１上の各反射面（ポリゴン面）で走査されて得られる走査ラインＬ１，Ｌ２の始点（加工開始位置）がワーク３５上で同じ主走査方向位置に揃えられ、加工データ（露光データ）に沿った高精度な加工が可能となる。

ワーク搬送部３０は、ワーク３５を載置するテーブル３１と、テーブル３１を副走査方向（Ｙ軸方向）へ移動させる移動ステージ３２とを備え、テーブル３１上のワーク３５を副走査方向（Ｙ軸方向）へ搬送する。

制御部５０は、本レーザパターニング装置の全体を統括して管理、制御するコンピュータで構成される。制御部５０は、光源駆動部４２やステージ駆動部３３などに接続されており、各々のステータスを管理したり、加工シーケンスを制御したりする。

本レーザパターニング装置の基本的な加工条件は、ワーク上のＩＴＯ薄膜（被加工材料）に感度を有するレーザ光ＬＡ，ＬＢの波長、ワーク３５上におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢのビームスポット径（直径）、ワーク３５上におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢの光量、レーザ光ＬＡ，ＬＢの点灯時間などである。これらの加工条件の中でも、ビームスポット径は特に重要な条件であり、本実施形態のビームスポット径は、数μｍ〜１００μｍ程度に設定される。一般に、ビームスポット径が小さいほど、高コストになるが加工品質は向上する。したがって、ビームスポット径と加工品質との関係を把握し、必要な加工品質を低コストかつ高速に実現することが求められる。

図４は、光源駆動部４２の構成を示すブロック図である。
光源駆動部４２は、主に、制御回路部４２Ａと、光源駆動回路部４２Ｂとから構成される。制御回路部４２Ａは、基準クロック生成回路４３、画素クロック生成回路４４、光源変調データ生成回路４５、光源分配回路４６、露光タイミング信号生成回路４７から構成されている。

基準クロック生成回路４３は、光源駆動の基準となる高周波クロック信号を生成する。
画素クロック生成回路４４は、主に位相同期回路から構成され、同期検知センサ２６からの同期信号ｓ１および基準クロック生成回路からの高周波クロック信号に基づいて、画素クロック信号を生成する。画素クロック信号は、高周波クロック信号と同じ周波数をもち、位相が同期信号ｓ１と一致したものとなる。したがって、この画素クロック信号に加工データ（加工画像データ）を同期させることで、走査ラインごとの加工位置（主走査方向位置）を揃えることができる。ここで生成される画素クロック信号は、光源駆動回路部４２Ｂへ供給されるとともに、光源変調データ生成回路４５へ供給されて露光データｓ３のクロック信号として使われる。

光源変調データ生成回路４５は、制御部５０から加工データが入力され、その加工データに基づいて、画素クロック生成回路４４からの画素クロック信号を変調した露光データｓ３を生成する。制御部５０から入力される加工データは、ワーク３５上の被加工面においてレーザ光ＬＡ，ＬＢを照射（露光）する露光位置とレーザ光ＬＡ，ＬＢを照射（露光）しない非露光位置とからなる露光パターンを示す画像データである。光源変調データ生成回路４５は、この加工データに基づくＯＮ、ＯＦＦタイミングで、画素クロック生成回路４４からの画素クロック信号を変調する。

ここで、本実施形態においては、上述したように、２つの光源４１Ａ，４１Ｂが互いに独立して変調可能に構成され、互いに副走査方向へズレたワーク上の位置を同時に露光する。すなわち、本実施形態では、２つの光源４１Ａ，４１Ｂによるレーザ光ＬＡ，ＬＢによって、２つの走査ラインを同時にレーザ加工する。詳しくは、第一光源４１Ａの第一レーザ光ＬＡは、奇数番目の走査ラインをレーザ加工し、第二光源４１Ｂの第二レーザ光ＬＢは、偶数番目の走査ラインをレーザ加工する。そのため、本実施形態では、光源変調データ生成回路４５で生成される露光データを光源分配回路４６に入力し、光源分配回路４６において、奇数番目の走査ラインに対応する露光データｓ３−１と偶数番目の走査ラインに対応する露光データｓ３−２とに分割する。そして、光源分配回路４６は、露光データｓ３−１及び露光データｓ３−２を光源駆動回路部４２Ｂへ出力する。

露光タイミング信号生成回路４７は、同期検知センサ２６からの同期信号ｓ１に基づいて、露光タイミング信号ｓ２を生成する。この露光タイミング信号ｓ２は、有効走査領域に対応する期間を決定するものであり、光源駆動回路部４２Ｂへ供給される。

図５は、光源駆動に関連する各種信号のタイミングチャートである。
第一光源４１Ａ及び第二光源４１Ｂは、まず、同期検知センサ２６から同期検知信号ｓ１の入力タイミングを基準して決定される走査終端タイミングでいずれも点灯する。その後、第一光源４１Ａ及び第二光源４１Ｂからのレーザ光ＬＡ，ＬＢがポリゴンミラー２１の次の反射面（ポリゴン面）に入射し、そのレーザ光ＬＡ，ＬＢが同期検知センサ２６に検知されると、新しい同期検知信号ｓ１が入力される。同期検知信号ｓ１が入力されると、画素クロック生成回路４４で画素クロック信号が生成され、光源変調データ生成回路４５は、対応する２つの走査ラインについての加工データで画素クロック信号を変調し、２つの走査ライン分の露光データｓ３を生成する。

このように生成された露光データｓ３は、光源分配回路４６で、奇数番目の走査ラインに対応する露光データを第一光源４１Ａ用の露光データｓ３−１として分配し、偶数番目の走査ラインに対応する露光データを第二光源４１Ｂ用の露光データｓ３−２として分配する。このようにして分配された２つの露光データｓ３−１，ｓ３−２は、光源駆動回路部４２Ｂへ供給される。光源駆動回路部４２Ｂは、露光タイミング信号生成回路４７からの露光タイミング信号ｓ２に同期して、入力された第一露光データｓ３−１に基づいて第一光源４１ＡのＯＮ、ＯＦＦタイミングを制御し、入力された第二露光データｓ３−２に基づいて第二光源４１ＢのＯＮ、ＯＦＦタイミングを制御する。

図６は、従来において、単一の光源からのレーザ光が走査されたときのワーク３５上の走査ラインを示す説明図である。
図７は、本実施形態において、２つの光源４１Ａ，４１Ｂからのレーザ光ＬＡ，ＬＢが走査されたときのワーク３５上の走査ラインを示す説明図である。
なお、図６及び図７において、ワーク３５上におけるレーザ光の照射領域の形状（スポット形状）は、加工データに対応する画像データの一画素に相当し、便宜的に円形で示されている。

従来は、図６に示すように、１回の走査によって露光（レーザ加工）できる走査ラインの数は１つだけであり、ワーク３５のレーザ加工に必要な走査ライン数と同じ回数の走査が必要になる。これに対し、本実施形態においては、１回の走査で２つの走査ラインを露光（レーザ加工）できるので、走査の回数はワーク３５のレーザ加工に必要な走査ライン数の半分で済み、加工時間の短縮化を実現できる。

〔変形例１〕
次に、本実施形態におけるレーザパターニング装置の一変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
本実施形態のようなパルスレーザ光によるレーザ加工では、レーザ光がワーク３５に照射されることによってプラズマが発生することがある。このプラズマが発生しているときにワーク３５に照射されるレーザ光は、プラズマの電子がレーザ光を吸収してしまうため、エネルギー利用効率が悪い。また、プラズマの発生によりレーザ光がワーク３５に直接届かずに間接的にワーク３５をたたくため、加工品質が落ちるという問題も生じ得る。そのため、２つの光源４１Ａ，４１Ｂからのレーザ光ＬＡ，ＬＢが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重なっていると、一方のレーザ光について、他方のレーザ光による加工時に発生したプラズマによって、エネルギー利用効率が低下したり、加工品質が低下したりするおそれがある。本変形例１は、２つの光源４１Ａ，４１Ｂからのレーザ光ＬＡ，ＬＢが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重ならないようにしたものである。

図８は、本変形例１において、２つの光源４１Ａ，４１Ｂからのレーザ光ＬＡ，ＬＢが１回走査されたときのワーク３５上の走査ラインを示す説明図である。
なお、図８において、ワーク３５上におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢのスポット形状は便宜的に円形で示され、その中の数字は露光時刻を示している。
本変形例１においては、図８に示すように、第二光源４１Ｂによる第二レーザ光ＬＢの照射領域が、第一光源４１Ａによる第一レーザ光ＬＡの照射領域よりも、主走査方向へ走査方向上流側に一画素分だけズレている。したがって、時刻２における第二レーザ光ＬＢの照射領域は、時刻１における第一レーザ光ＬＡの照射領域と同じ主走査方向位置をとる。

図９は、同じ時刻にワーク３５に照射される各レーザ光ＬＡ，ＬＢの照射領域の位置を示す説明図である。
走査ラインＬ１，Ｌ２のライン間隔Ｐが、各レーザ光ＬＡ，ＬＢのスポット径（直径）ＢＳよりも小さい場合、上述した実施形態のように２つのレーザ光ＬＡ，ＬＢが同時に照射される照射領域の主走査方向位置が同じであると、これらの照射領域が互いに同時刻に重複することになる。このような場合、これらの照射領域が互いに同時刻に重複しないようにするには、２つのレーザ光ＬＡ，ＬＢが同時に照射される照射領域を互いに主走査方向へズレた位置に設定することが好ましい。

このとき、２つのレーザ光ＬＡ，ＬＢのワーク３５上における走査方向へのズレ量ΔＤが下記の条件式（１）を満たすようにすれば、２つの光源４１Ａ，４１Ｂからのレーザ光ＬＡ，ＬＢが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重複しないようにでき、プラズマの発生による各種不具合を抑制することができる。なお、スポット径ＢＳは、ここでは、レーザ光ＬＡ，ＬＢのピーク強度の１／２をスレッシュレベルとする。
ＢＳ² ≦ Ｐ² ＋ ΔＤ² ・・・（１）

なお、本変形例１において、時刻２に照射される第二レーザ光ＬＢの照射領域は、時刻１に第一レーザ光ＬＡが照射された照射領域と重複している。プラズマの発生時間は、被加工材料（本実施形態ではＩＴＯ薄膜）の材料特性にもよるが、おおよそ、レーザ光を照射してから１０ピコ秒から１０マイクロ秒程度とされている。本変形例１において、レーザ光ＬＡ，ＬＢがワーク３５上の主走査方向における画素ピッチに相当する距離を走査されるのに要する時間（時刻１と時刻２との時間差）は、上述したプラズマ発生時間よりも長い。したがって、一方のレーザ光について、他方のレーザ光による加工時に発生したプラズマによってエネルギー利用効率が低下したり加工品質が低下したりする不具合を抑制できる。もし、レーザ光ＬＡ，ＬＢがワーク３５上の主走査方向における画素ピッチに相当する距離を走査されるのに要する時間（時刻１と時刻２との時間差）が、上述したプラズマ発生時間よりも短い場合には、レーザ光ＬＡ，ＬＢが同時に照射される照射領域の主走査方向位置を二画素分以上ずらすようにしてもよい。

〔変形例２〕
次に、本実施形態におけるレーザパターニング装置の他の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
上述した実施形態では、互いに独立して変調可能な光源の数が２つの例であったが、互いに独立して変調可能な光源の数が３つ以上であってもよい。本変形例２では、互いに独立して変調可能な光源の数が３つ以上である例について説明する。

図１０は、本変形例２において、４つの光源からのレーザ光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤが１回走査されたときのワーク３５上の走査ラインを示す説明図である。
なお、図１０において、ワーク３５上におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤのスポット形状は便宜的に円形で示され、その中の数字は露光時刻を示している。
本変形例２においては、１回の走査で露光（レーザ加工）できる走査ラインの数が４つであるため、走査の回数はワーク３５のレーザ加工に必要な走査ライン数の１／４で済み、更なる加工時間の短縮化を実現できる。

また、本変形例２においても、前記変形例１と同様、図１０に示すように、各レーザ光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤが同時に照射される照射領域が主走査方向へ一画素分だけ互いにズレている。一般に、ワーク３５上におけるレーザ光ＬＡ，ＬＢの走査速度をｖとし、発振周波数をｆとしたとき、ワーク３５上における主走査方向の画素間隔Ｉｎｔは、Ｉｎｔ＝ｖ／ｆで表すことができる。したがって、１番目の第一レーザ光ＬＡに対し、第二レーザ光以降のｍ番目（ｍ≧２）のレーザ光ＬＢ，ＬＣ，ＬＤの主走査方向位置のズレ量ΔＤｍは、下記の条件式（２）を満たすことで、４つの光源からのレーザ光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤが照射されるワーク上の各照射領域が互いに同時刻に重複しないようにすることができる。
（ΔＤｍ−（ｍ−２）×ｖ／ｆ）² ≧ ＢＰ² − Ｐ² ・・・（２）

図１１は、本変形例２における照射光学系１０の構成を示す説明図である。
なお、図１１の例は、互いに独立して変調可能な光源の数が３つの例である。
第一光源４１Ａと第二光源４１Ｂ及び第三光源４１Ｃとは、偏光方向が互いに９０°異なっている直線偏光の状態のレーザ光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣをそれぞれ出射する。本変形例２のビームスプリッタ１４は、上述した実施形態のものと同様、第一光源４１Ａから出射される第一レーザ光ＬＡの偏光方向をもつ光を透過し、かつ、第二光源４１Ｂから出射される第二レーザ光ＬＢ及び第三光源４１Ｃから出射される第三レーザ光ＬＣの偏光方向をもつ光を反射する。そのため、第一光源４１Ａから出射した第一レーザ光ＬＡは、ビームスプリッタ１４を透過して直進して、走査光学系２０へ向かう。

一方、第二光源４１Ｂから出射した第二レーザ光ＬＢは、ミラー部材１７のミラー面によりビームスプリッタ１４に向けて反射され、ビームスプリッタ１４で更に反射して、第一レーザ光ＬＡと平行に走査光学系２０へ向かう。また、第三光源４１Ｃから出射した第三レーザ光ＬＣは、ミラー部材１７における他のミラー面によりビームスプリッタ１４に向けて反射され、ビームスプリッタ１４で更に反射して、第一レーザ光ＬＡ及び第二レーザ光ＬＢと平行に走査光学系２０へ向かう。ビームスプリッタ１４を通った各レーザ光ＬＡ，ＬＢ，ＬＣは、λ/４板１６を通過して円偏光に変換される。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
レーザ光ＬＡ，ＬＢ等の加工光を走査してワーク３５等の加工対象物を加工するレーザパターニング装置等の光加工装置において、前光源４１Ａ，４１Ｂから出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光ＬＡ，ＬＢを生成する光源駆動部４２等の加工光生成手段を有することを特徴とする。
従来の光加工装置は、加工対象物上の加工箇所と関連づけられた加工データから生成される変調信号を用いて、光源から出射される光を点灯、消灯させるタイミングを制御するなどの変調制御を行う。そして、このように変調された加工光を光走査手段により走査することで１つの走査ラインずつ加工対象物を加工していき、最終的に、加工対象物を当該加工データに従って加工する。従来の光加工装置では、各加工箇所に応じて変調された単一の加工光を走査して、すべての加工箇所を順次加工していくので、加工箇所全体にわたって加工光が走査し終わるだけの加工時間がかかる。
本態様によれば、加工光生成手段により光源から出力される光を互いに独立して変調した複数の加工光を用いて加工を行うので、互いに異なる加工箇所（例えば、複数の走査ライン、あるいは、同一走査ライン上の異なる箇所）を同時に加工することができ、加工時間を短縮することができる。
また、本態様によれば、異なる変調がなされた複数の加工光で同一箇所（同一走査ライン上の同じ箇所）を同時に走査することも可能である。したがって、従来、単一の加工光で同じ走査ラインを異なる変調で２回以上走査する必要があった加工処理についても、加工時間を短縮することが可能である。
このような態様であれば、短パルスレーザーによる微細加工で、レーザーパワーも上げずにスループットを上げることが可能である。

（態様Ｂ）
前記態様Ａにおいて、前記複数の加工光が前記加工対象物上の互いに異なる箇所へ照射されるように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内する照射光学系１０及び走査光学系２０等の光案内手段を有することを特徴とする。
これによれば、互いに異なる変調がなされた加工光によって、加工対象物上の互いに異なる箇所を同時に加工することができる。

（態様Ｃ）
前記態様Ｂにおいて、前記異なる箇所は、前記複数の加工光の走査方向（主走査方向）に対して直交する方向（副走査方向）の位置が異なる箇所であることを特徴とする。
これによれば、互いに異なる変調がなされた加工光によってそれぞれ加工される２以上の走査ラインを同時に加工することができる。

（態様Ｄ）
前記態様Ｂ又はＣにおいて、前記光案内手段は、前記複数の加工光が照射される前記加工対象物上の各照射領域が互いに同時刻に重ならないように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする。
これによれば、一の加工光について、他の加工光による加工時に発生したプラズマによってエネルギー利用効率が低下したり加工品質が低下したりする不具合を抑制できる。
このような態様であれば、タッチパネルで利用されるＩＴＯ電極のパターニング加工や銀ペースト加工、導光板加工といった微小サイズで加工面積率が高く、目標加工深さが揃っており、なおかつ孤立点が多い加工対象物を高速かつ高精細に加工することが可能である。

（態様Ｅ）
前記態様Ｄにおいて、前記光案内手段は、前記複数の加工光による走査ラインのライン間隔をＰとし、該複数の加工光の前記加工対象物上のスポット径をＢＳとしたとき、Ｐ＜ＢＳであって、かつ、該複数の加工光の該加工対象物上の走査方向へのズレ量ΔＤが下記の条件式（１）を満たすように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする。
ＢＳ² ≦ Ｐ² ＋ ΔＤ² ・・・（１）
これによれば、走査ラインのライン間隔Ｐが各加工光のスポット径ＢＳよりも小さい場合でも、各加工光が照射される加工対象物上の各照射領域が互いに同時刻に重複しないようにすることができる。
このような態様であれば、短パルスレーザーによる微細加工で、同一時刻にビームが重ならない構成とする最適な複数ビームの主走査方向間距離を設定することが可能となる。その結果、スループットを上げてなおかつ加工品質が向上させることが可能となる。

（態様Ｆ）
前記態様Ｂ〜Ｅのいずれかの態様において、前記光案内手段は、前記複数の加工光をポリゴンミラー２１等の同じ光走査部材の異なる位置へ同時に入射させることにより、該複数の加工光を前記加工対象物へ案内することを特徴とする。
これにより、複数の加工光を１つの光走査部材で走査することができる。

（態様Ｇ）
前記態様Ｆにおいて、前記光案内手段は、異なる方向から入射してくる前記複数の加工光を前記光走査部材の異なる位置へ出射させるビームスプリッタ１４等の光学部材を有することを特徴とする。
これにより、複数の加工光を１つの光走査部材で走査する構成の実現が容易になる。

（態様Ｈ）
前記態様Ｇにおいて、前記光学部材は、一の方向から入射してくる第一加工光を透過させるとともに、他の方向から入射してくる第二加工光を反射させるビームスプリッタ１４等の光学部材であり、前記光学部材を前記第二加工光が入射してくる方向へ変位させることにより、前記加工対象物上における前記第一加工光の照射領域と前記第二加工光の照射領域との間隔を調整するビームスプリッタ移動部１５等の間隔調整手段を有することを特徴とする。
これにより、加工対象物上における第一加工光の照射領域と第二加工光の照射領域との間隔を容易に調整することができる。

（態様Ｉ）
前記態様Ａ〜Ｈのいずれかの態様において、前記光源として、パルスレーザ光からなる加工光を出射する複数のレーザ光源を有することを特徴とする。
これによれば、レーザ加工の加工時間の短縮化を実現できる。

（態様Ｊ）
レーザ光ＬＡ，ＬＢ等の加工光を走査してワーク３５等の加工対象物を加工するレーザ加工方法等の光加工方法において、光源４１Ａ，４１Ｂから出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調して、複数の加工光を生成し、前記複数の加工光を前記加工対象物に照射することを特徴とする。
本態様によれば、光源から出力される光を加工光生成手段により互いに独立して変調した複数の加工光により加工を行うことができる。よって、加工時間を短縮化できる。

１０ 照射光学系
１２Ａ，１２Ｂ コリメートレンズ
１３Ａ，１３Ｂ アパーチャ
１４ ビームスプリッタ
１５ ビームスプリッタ移動部
１６ λ/４板
２０ 走査光学系
２１ ポリゴンミラー
２２ 走査レンズ
２３ シリンドリカルレンズ
２４ 補正レンズ
２５ 折り返しミラー
２６ 同期検知センサ
３０ ワーク搬送部
３１ テーブル
３２ 移動ステージ
３３ ステージ駆動部
３５ ワーク
４０ 光源部
４１Ａ，４１Ｂ 光源
４２ 光源駆動部
４２Ａ 制御回路部
４２Ｂ 光源駆動回路部
４３ 基準クロック生成回路
４４ 画素クロック生成回路
４５ 光源変調データ生成回路
４６ 光源分配回路
４７ 露光タイミング信号生成回路
５０ 制御部

特許第５６３２６６２号公報

Claims (6)

1. 加工光を走査して加工対象物を加工する光加工方法において、
   光源から出力される光を加工データに基づいて互いに独立して変調した複数の加工光を、該複数の加工光の走査方向に対して直交する方向の位置をずらして該加工対象物へ案内するにあたり、
   前記複数の加工光による走査ラインのライン間隔をＰとし、該複数の加工光の前記加工対象物上のスポット径をＢＳとしたとき、Ｐ＜ＢＳであって、かつ、互いに同時刻に照射される該複数の加工光の該加工対象物上の各照射領域間の走査方向へのズレ量ΔＤが下記の条件式（１）を満たし、更に、前記加工対象物上の互いに重なる領域に該複数の加工光をそれぞれ照射する照射期間が、当該照射によって発生するプラズマの発生時間以上の時間だけずれるように、該複数の加工光を該加工対象物へ案内することを特徴とする光加工方法。
   ＢＳ ² ≦ Ｐ ² ＋ ΔＤ ² ・・・（１）
2. 請求項１に記載の光加工方法において、
   前記複数の加工光を受光する同期検知センサの検知結果に基づいて、前記複数の加工光による走査ラインの加工開始位置を互いに揃え、
   ポリゴンミラーを用いたラスター走査方式の走査光学系によって、前記複数の加工光を前記加工対象物へ案内することを特徴とする光加工方法。
3. 請求項１又は２に記載の光加工方法において、
   前記複数の加工光を同じ光走査部材の異なる位置へ同時に入射させることにより、該複数の加工光を前記加工対象物へ案内することを特徴とする光加工方法。
4. 請求項３に記載の光加工方法において、
   異なる方向から入射してくる前記複数の加工光を、光学部材により、前記光走査部材の異なる位置へ出射させることを特徴とする光加工方法。
5. 請求項４に記載の光加工方法において、
   前記光学部材は、一の方向から入射してくる第一加工光を透過させるとともに、他の方向から入射してくる第二加工光を反射させる光学部材であり、
   前記光学部材を前記第二加工光が入射してくる方向へ変位させることにより、前記加工対象物上における前記第一加工光の照射領域と前記第二加工光の照射領域との間隔を調整することを特徴とする光加工方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光加工方法において、
   前記光源として、パルスレーザ光からなる加工光を出射する複数のレーザ光源を用いることを特徴とする光加工方法。

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