JPH0333246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、試料に対して、中間スリツトで形成
される所定の幅でレーザビームスポツトを走査し
て一様な加工を行うようにしたレーザ加工装置に
関するものである。

〔発明の背景〕

第１図に従来技術による中間スリツトを用いた
レーザ加工によるパターン形成装置の構成を示
す。レーザ発振器１より出たレーザビーム２は矢
印ａの方向に往復回動するガルバノ・ミラー３に
より走査させられ、二つのリレーレンズ４，７を
経て、対物レンズ８によりXYテーブル１１の上
に置かれた試料１０の表面に集光スポツト９を形
成して試料を加工する。このとき集光スポツト９
は試料上で矢印ｃの方向に走査させられる。ここ
でリレーレンズ４により中間集点６が形成され矢
印ｂの方向に走査させられているが、この位置に
中間スリツト５を置くことにより、中間焦点面を
通過するレーザ光の走査幅を制限し、これにより
試料上の集光スポツトの走査幅を制限する。この
ときリレーレンズ７およびリレーレンズ７の焦点
距離を等しくし、これと対物レンズ８の焦点距離
の比を例えば５：１とすれば、中間焦点面でのス
ポツト径は試料上の集光スポツト径５の５倍とな
り、中間焦点面におけるレーザのパワー密度は試
料面におけるレーザのパワー密度の1/25倍とな
る。したがつて中間スリツトをたとえばアルミナ
などの耐熱材で製作すれば、集光スポツト９にお
いて試料１０の加工が行われる場合においても、
中間スリツトが加工されることはない。

また、第１図において、XYテーブル１１は制
御系１３により、矢印ｄにて示されるＸ方向、お
よび紙面に垂直なＹ方向に駆動される。これによ
りレーザを照射しガルバノミラー３を駆動しつつ
XYテーブル１１を動かすことにより、試料表面
を加工して例えば第２図に見られるようなパター
ンを形成しうる。第２図においては１４が加工部
分であり、そのＸ方向の幅Ｄは中間スリツトによ
り規定されている。この場合第１図において中間
焦点面と集光スポツト面は、リレーレンズ７およ
び対物レンズ８に関して互に光学的に共役な関係
にあるため、中間スリツト５の像が試料面上に縮
小投影されることとなる。したがつて第２図にお
いて加工されたパターン１４の縁はぼけのない群
明なものとなる。

さて、第１図の方式において、ガルバノミラー
３の位置と対物レンズ８の位置は、光走査が行わ
れてもレーザビームが移動しない「走査の節」の
位置である。この位置に対物レンズを置くとレン
ズの有効径が小さくて良いため、この方法が一般
的である。しかしながらこの場合、対物レンズよ
り出る集光ビームが走査の中心を除いて斜めに出
射し、かつ走査位置によつて出射角度が異なつて
くるため、第３図に見られるように走査位置によ
つて集光スポツトの形状・真円度が変化する。第
３図において矢印ｃが集光面における走査方向で
ある。１９が走査の中心における集光スポツトの
形状を示し、これは試料面に集光ビームが垂直に
入射する場合であるからもつとも真円度が良好で
ある。１９より右方および左方へと移るに従が
い、真円度が悪くなりスポツトの大きさが増大す
るのがみられる。このように走査の位置により集
光スポツトの大きさや形状が変化することは、パ
ターンの加工結果に対してきわめて悪い影響を与
えることは明らかである。

第４図はこの点を改良した従来技術であり、光
走査の方法が第１図の場合とは異なつている。第
４図においてミラー２７、リレーレンズ２８、対
物レンズ３１は一体となつた光学系筐体２５，２
５ａ（２５と２５ａは連結されている）に組み付
けられており、光学系筐体２５，２５ａは水平方
向に移動するリニアモータ２６に連結されてい
る。レーザ発振器２３より出たレーザビーム２４
はミラー２７により反射されリレーレンズ２８に
よつて中間焦点３０を形成した後、対物レンズ３
１により集光されて、試料３３の表面に集光スポ
ツト３２を形成して試料を加工する。

リニアモータの高速往復動により光学系筐体２
５，２５ａ、ミラー２７、リレーレンズ２８、対
物レンズ３１は一体となつて矢印との方向に高速
往復動を行ない、この結果、集光スポツト３２は
試料３３の表面を矢印ｇの方向に走査する。この
場合、試料に対して集光入射するレーザ光の光軸
は試料面に垂直であるから走査位置により照射条
件が変化することはない。したがつて焦点面にお
けるスポツト形状は第５図に示すようにどの走査
位置においても同一形状で、良好な真円度を有し
ている。この場合中間焦点面には固定した中間ス
リツトが設置されており、焦点面における焦光ス
ポツトの走査範囲を制限することは第１図の場合
と同様である。しかしながらこの第４図の場合に
は重量の大きい光学系をリニアモータで駆動して
走査するため、装置が大きく複雑で高価なものと
なるという問題がある。

以上のように中間スリツトを用いて、光走査幅
を制限する方式のレーザ加工法においては、安価
で小型かつ単純な装置で走査位置のどこにおいて
も一様な集光スポツト形状スポツト径を得ること
は困難であつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、中間スリツトを用いてレーザ
ビームスポツトの走査幅を制限する方式のレーザ
加工装置において、従来技術の課題を解決すべ
く、レーザビームスポツトの走査位置のどこにお
いても一様な集光スポツト径と集光スポツト形状
を得て、所定の幅に対して一様な加工を行うこと
ができる簡素化された安価なレーザ加工装置を提
供するにある。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、上記目的を達成するために、レ
ーザ発振器と、該レーザ発振器から出力されたレ
ーザビームを偏向走査する偏向走査手段と、該偏
向走査手段によつて走査されるレーザビームを中
間焦点位置に集光させ、更に前側焦点に集光させ
るリレーレンズ群と、該リレーレンズ群の中間焦
点位置に設けられ、且つ該中間焦点位置に集光さ
れたレーザスポツトの走査幅を制限する中間スリ
ツトと、該中間スリツトを通過し、最終リレーレ
ンズから出力され上記前側焦点に集光されるレー
ザスポツトの走査の節の位置を後側焦点として通
過する集光レーザビームが走査位置のどこにおい
ても試料面に対して垂直に入射させる対物レンズ
と、試料を載置して移動できるように構成された
試料台と、該試料台を移動制御する制御手段とを
備え、該制御手段により試料台を移動制御して上
記中間スリツトにより走査幅が制限されたレーザ
の走査集光ビームにより試料上に照射されるレー
ザの集光スポツトの形状、寸法を一様にして試料
上に所定幅の一様な加工を施すように構成したこ
とを特徴とするレーザ加工装置である。

〔発明の実施例〕

第６図に本発明の実施例を示す。リレーレンズ
７より上方は第６図と同様である。リレーレンズ
７を出たビームは８ａの位置に走査の節を形成
し、これより下方に十分大きい口径の対物レンズ
８ｂを置く。そして走査の節８ａと対物レンズ８
ｂの距離ｆは対物レンズの焦点距離に等しくす
る。

したがつて走査の節８ａは対物レンズ８ｂの焦
点位置にある。したがつてここより出て対物レン
ズ８ｂに入射するレーザビームは走査の位置にか
かわらずすべて対物レンズを通過後は対物レンズ
の主面に垂直な光軸をもつ集光ビームとなつて試
料面に対して垂直に入射する。したがつて試料表
面でのスポツトの形状寸法は第５図に示されるよ
うに走査位置にかかわらず、同一で真円度が良好
なものとなる。

〔発明の効果〕

本発明により、中間スリツトを用いてレーザビ
ームスポツトの走査幅を制限する方式のレーザ加
工装置において、従来技術に比較して、レーザビ
ームスポツトの走査位置のどこにおいても一様な
集光スポツト径と集光スポツト形状を得て、所定
の幅に対して一様な加工を行うことができる簡素
化された安価なレーザ加工装置を得ることができ
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による中間スリツトを用いた
レーザ加工によるパターン形成装置の説明図であ
る。第２図は第１図の装置により試料表面に加工
形成されたパターン説明図、第３図は第１図の装
置により試料表面上に形成されるスポツト形状と
走査位置の関係説明図、第４図は従来技術による
中間スリツトを用いたレーザ加工による他のパタ
ーン形成装置説明図、第５図は第４図および第６
図の装置により試料表面上に形成されるスポツト
形状と走査位置の関係説明図、第６図は本本発明
による中間スリツトを用いたレーザ加工によるパ
ターン形成装置の説明図である。 １……レーザ発振器、２……レーザ・ビーム、
３……ガルバノ・ミラー、４……リレー・レン
ズ、５……中間スリツト、６……中間焦点、７…
…リレーレンズ、８……対物レンズ、９……集光
スポツト、１０……試料、１１……XYテーブ
ル、１２ａ……Ｘ方向モータ、１２ｂ……Ｙ方向
モータ、１３……制御装置、ａ……ガルバノミラ
ー回転方向、ｂ……中間焦点走査方向、ｃ……集
光スポツト走査方向、ｄ……テーブル移動方向
（Ｘ方向）、ｅ……テーブル移動方向（Ｙ方向）、
１４……レーザ加工部、１５……未加工部、１６
〜２２……焦点面におけるスポツト形状、ｃ……
集光スポツト走査方向、２３……レーザ発振器、
２４……レーザビーム、２５……光学系筐体、２
５ａ……光学系筐体、２６……リニアモータ、２
７……ミラー、２８……リレーレンズ、２９……
中間スリツト、３０……中間焦点、３１……対物
レンズ、３２……集光スポツト、３３……試料、
３４……XYテーブル、３５……Ｘ方向モータ、
３６……Ｙ方向モータ、３７……制御装置、ｅ…
…光学系移動方向、ｆ……中間焦点走査方向、ｇ
……集光スポツト走査方向、ｈ……テーブル移動
方向（Ｘ方向）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ発振器と、該レーザ発振器から出力さ
   れたレーザビームを偏向走査する偏向走査手段
   と、該偏向走査手段によつて走査されるレーザビ
   ームを中間焦点位置に集光させ、更に前側焦点に
   集光させるリレーレンズ群と、該リレーレンズ群
   の中間焦点位置に設けられ、且つ該中間焦点位置
   に集光されたレーザスポツトの走査幅を制限する
   中間スリツトと、該中間スリツトを通過し、最終
   リレーレンズから出力され上記前側焦点に集光さ
   れるレーザスポツトの走査の節の位置を後側焦点
   として通過する集光レーザビームが走査位置のど
   こにおいても試料面に対して垂直に入射させる対
   物レンズと、試料を載置して移動できるように構
   成された試料台と、該試料台を移動制御する制御
   手段とを備え、該制御手段により試料台を移動制
   御して上記中間スリツトにより走査幅が制限され
   たレーザの走査集光ビームにより試料上に所定幅
   の一様な加工を施すように構成したことを特徴と
   するレーザ加工装置。