JPH04327390A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工装置に係わり
、特に不可視レーザ光を用いて透明試料を加工するレー
ザ加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にレーザ加工とは、レーザ光を、レ
ンズあるいは凹面鏡等の光学系によって被加工物上に集
光させ、局所的に急速に加熱して加工部分を溶融・蒸発
させる熱的加工法をいう。このレーザ加工の特長は、波
長・位相共によくそろった光のため、光学系を使って微
小スポットに集光できる。このため、局部的な微細加工
が行えると共に、エネルギ密度も１０６　〜１０８　Ｗ
／ｃｍ２　と高密度が得られるので、従来の加工法では
困難であった高融度材料、セラミック、複合材料等の加
工にも適用できる。

【０００３】従来から既に提案されているレーザ加工装
置としては図５に示すものが挙げられる。このレーザ加
工装置は、レーザ発振器１から出射される不可視レーザ
光を、ＸＹステージ２上に載置された透明試料３の上に
集光・照射する加工光学系４と、フレーム５上に配設さ
れかつ観察用対物レンズ６を介して照射部位を観察する
観察光学系７と、加工光学系４、フレーム５が設置され
るベース８を備えた構成となっている。また、加工光学
系４には観察用対物レンズ６に対向して加工用対物レン
ズ９が設けられており、この加工用対物レンズ９は昇降
機構１０によって昇降可能な構成となっている。

【０００４】このように、レーザ加工装置において、加
工光学系４と観察光学系７が別個に設けられるのは、加
工用のレーザ光が紫外域等にあって、可視域光との色消
しが困難であり、加工用対物レンズ９を通して観察でき
ない等の理由からである。

【０００５】透明試料３の不可視レーザ光照射による加
工は、例えばホトマスクの黒欠陥の修正等に応用されて
いる。この場合、作業者は観察光学系７によって透明試
料３を観察しながら、ＸＹステージ２を移動させて黒欠
陥をレーザ照射部位へ位置決めした上でレーザ照射を行
うことにより黒欠陥部を蒸散し除去する。この時、常に
観察光学系７の視野内の特定の位置に、加工光学系４に
よるレーザ照射が行われること、すなわち、加工光学系
４と観察光学系７の位置関係が不変であることがレーザ
加工装置の加工位置決め精度を一定に保つ上で必要であ
る。また、加工光学系４の焦点合せは、実際にレーザ光
を出射して加工しながら、昇降機構１０によって加工用
対物レンズ９を上下動させて行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ加工装置では、装置温度の変動やＸＹステージ２
の移動による荷重バランスの変動等によって、ベース８
やフレーム５が歪んでしまい、観察光学系７と加工光学
系４の位置関係が変動してしまう。このため、長期にわ
たる高精度な加工位置決めが困難であった。また、加工
光学系４の焦点は、レーザを出射して実際に透明試料３
を加工しながらでないと調整できないという問題もあっ
た。

【０００７】本発明の目的は、上述した問題に鑑みなさ
れたもので、長期的な加工位置精度の維持を可能とし、
かつ加工試料を実際に加工せずに加工光学系の焦点の調
整を可能にしたレーザ加工装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
レーザ発振器から出射されたレーザ光を透明試料表面に
集光照射し、かつ対物レンズを有する加工光学系と、加
光部位を透明試料裏面から観察する観察光学系とを備え
たレーザ加工装置において、可視光源によって照明され
た開口の像を加工光学系の対物レンズを通して透明試料
表面上に結像する結像手段と、加工光学系と観察光学系
の位置関係を補正する補正手段とを備えた構成としたも
のである。

【０００９】請求項２記載の発明は、補正手段を、観察
光学系もしくは加工光学系のいずれか一方が載置されて
いるＸＹステージと、このＸＹステージを駆動制御する
制御装置とで構成したものである。

【００１０】

【作用】このように本発明によれば、補正手段によって
加工光学系と観察光学系の位置関係を常に一定に保つこ
とができるので、長期にわたって高精度な加工位置決め
を行うことができる。また、結像手段を設けることによ
って、加工試料を実際に加工せずして加工焦点の調整を
行うことが可能となる。

【００１１】次に、本発明について図面を参照して説明
する。

【００１２】図１は本発明に係わるレーザ加工装置の一
実施例を示す概略断面図である。ベース１１上には、レ
ーザ発振器１２とフレーム１３が載置固定されており、
このベース１１とフレーム１３とで囲まれる空間部には
位置決め用の第１のＸＹステージ１４を介して透明試料
１５が配置されると共にこの透明試料１５の下方に位置
するごとくして加工光学系１６が配設されている。この
加工光学系１６は、可視光源１７と、この可視光源１７
の前方に配設された開口１８を有する部材１９と、この
開口１８の前方に配設された結像レンズ２０と、加工用
対物レンズ２１と、この加工用対物レンズ２１を昇降さ
せる昇降機構２２とから構成されている。本実施例にあ
っては、少なくとも開口１８および結像レンズ２０を加
工用対物レンズ２１に対して位置関係を同一に保持して
おく必要があるため、可視光源１７、開口１８および結
像レンズ２０を加工用対物レンズ２１の昇降機構２２上
に設置した構成としている。

【００１３】一方、透明試料１５の上方には観察光学系
２３が配設されている。この観察光学系２３はフレーム
１３に高精度な第２のＸＹステージ２４を介して載置さ
れており、かつ前記した加工用対物レンズ２１に対向し
て観察用対物レンズ２５が設けられている。第２のＸＹ
ステージ２４には、この第２のＸＹステージ２４の駆動
を制御する制御装置２６が接続されており、第２のＸＹ
ステージ２４と観察用対物レンズ２５とで加工光学系１
６と観察光学系２３の位置関係を補正する手段を構成し
ている。観察光学系２３は観察用対物レンズ２５を通し
てレーザ照射部位を観察するもので、開口１８の像をも
観察できるように構成されている。

【００１４】以上のように構成されたレーザ加工装置に
あっては、レーザ発振器１２から不可視レーザ光を出射
し、出射されたレーザ光は加工光学系１６により位置決
め用の第１のＸＹステージ１４上に配置された透明試料
１５上に集光照射される。一方、可視光源１７は、開口
１８を照明し、この開口１８の像は結像レンズ２０を調
整することにより、加工光学系１６の加工用対物レンズ
２１を通して透明試料１５上に結像される。ここで、通
常、加工用対物レンズ２１は可視光と不可視レーザ光の
波長間で色消しされていないが、結像レンズ２０の位置
を調整することにより、不可視レーザ光の焦点が合致し
ているときに開口１８の像を結像させることが可能であ
る。

【００１５】次に、本実施例におけるレーザ加工装置の
作業手順を図２を用いて説明する。まず観察光学系２３
のピント合せを行った後、加工光学系１６のピント合せ
を行い、次に観察光学系２３と加工光学系１６の位置関
係のチェックを行い補正が必要かどうかを調べる。そし
て、補正が必要な場合は観察光学系２３の第２のＸＹス
テージ２４を制御装置２６を介して動かして補正する。 このようにして加工位置を決めた後レーザ加工を行うよ
うにしている。本実施例にあっては、加工光学系１６の
焦点は、開口１８の像の焦点と同一であるため、作業者
は加工用対物レンズ２１を移動して開口１８の像のピン
ト調整を行うだけで、実際に加工することなく常に適切
な加工ピントを得ることができる。また、開口１８の像
の位置が観察視野内のどこにあるかを作業者の目合せ、
または画像処理等の他の手段によって測定する。そして
、それが常に特定の点に位置するように制御装置２６を
介して第２のＸＹステージ２４を駆動すれば、これによ
って観察光学系２３と加工光学系１６の位置関係を常に
一定に保つことができ、長期にわたって高精度な加工位
置決めを行うことが可能となる。

【００１６】図３は本発明に係わるレーザ加工装置の他
の実施例を示す概略断面図である。本実施例において、
加工焦点の調整方法、加工光学系１６と観察光学系２３
の位置関係の検出方法およびベース１１、レーザ発振器
１２、フレーム１３、第１のＸＹステージ１４、透明試
料１５等の構成は上述した第１実施例と同じである。本
実施例にあって、観察用対物レンズ２５を有する観察光
学系２３はフレーム１３上に直接載置されている。また
、加工光学系１６は、可視光源１７と、開口１８を有す
る部材１９と、結像レンズ２０と、前記した観察用対物
レンズ２５に対向配置された加工用対物レンズ２１と、
昇降機構２２を備えており、この加工光学系１６は高精
度な第２のＸＹステージ２４上に載置された構成となっ
ている。この第２のＸＹステージ２４には、この第２の
ＸＹステージ２４を駆動制御する制御装置２６が接続さ
れている。このように本実施例にあっては、加工光学系
１６と観察光学系２３の位置補正を第２のＸＹステージ
２４によって加工光学系１６を移動させることにより行
うよう構成したものである。なお、この第２のＸＹステ
ージ２４の移動に対して加工用対物レンズ２１に入射す
る加工用レーザ光が移動しないような配慮が必要である
が、これは通常第２のＸＹステージ２４の各軸と同時に
動く２枚のミラー２７、２８を組み合せることにより行
われている。

【００１７】次に、図４を用いて図３の実施例の作業手
順について説明する。まず、上述した第１実施例と同様
に観察光学系２３のピント合せと、加工光学系１６のピ
ント合せを行った後、観察光学系２３と加工光学系１６
の位置関係のチェックを行い補正が必要かどうかを調べ
る。そして、補正が必要な場合は加工光学系１６の第２
のＸＹステージ２４を動かして補正した後、加工位置決
めを行い、レーザ加工を行う。なお、この加工位置決め
は加工光学系１６のピント合せを行った後に実施しても
よい。このようにすれば、第１のＸＹステージ１４の位
置決めを行った後に、加工光学系１６と観察光学系２３
の位置関係の補正を行っても、再度第１のＸＹステージ
１４の位置決めを行う必要がないという利点を有する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係わるレー
ザ加工装置によれば、加工光学系と観察光学系の位置関
係を補正する補正手段を設けたことにより、加工光学系
と観察光学系の位置関係を常に一定に保つことができる
ので、長期的な加工位置精度の維持が可能となる。また
、可視光源によって照明された開口の像を加工光学系の
対物レンズを通して透明試料表面上に結像する結像手段
を設けたことにより、加工試料を実際に加工せずに加工
焦点の調整を行うことができるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施例を示
す概略断面図である。

【図２】同レーザ加工装置の作業手順を示すフローチャ
ートである。

【図３】本発明に係わるレーザ加工装置の他の実施例を
示す概略断面図である。

【図４】図３のレーザ加工装置の作業手順を示すフロー
チャートである。

【図５】従来のレーザ加工装置の一例を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１２　　レーザ発振器 １５　　透明試料 １６　　加工光学系 １７　　可視光源 １８　　開口 ２０　　結像レンズ ２１　　加工用対物レンズ ２３　　観察光学系 ２４　　第２のＸＹステージ ２５　　観察用対物レンズ ２６　　制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザ発振器から出射されたレーザ光
   を透明試料表面に集光照射しかつ対物レンズを有する加
   工光学系と、加光部位を透明試料裏面から観察する観察
   光学系とを備えたレーザ加工装置において、可視光源に
   よって照明された開口の像を加工光学系の対物レンズを
   通して透明試料表面上に結像する結像手段と、加工光学
   系と観察光学系の位置関係を補正する補正手段とを備え
   たことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】　　補正手段は、観察光学系もしくは加工
   光学系のいずれか一方が載置されているＸＹステージと
   、このＸＹステージを駆動制御する制御装置とで構成さ
   れて成る請求項１記載のレーザ加工装置。