JPH0455077A

JPH0455077A - レーザ加工装置

Info

Publication number: JPH0455077A
Application number: JP2163717A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Kajikawa; 敏和梶川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-02-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: EP0462842A2; JP2526717B2; US5191187A; EP0462842B1; DE69105167D1; EP0462842A3; DE69105167T2

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】技術分野本発明はレーザ加工装置に関し、特にレーザマカなどの
レーザ加工装置のパターン転写方式に関する。

従来技術従来、レーザ加工装置のパターン転写方式としては、ガ
ルバノメータとｆθレンズとの組合わせによる走査方式
（ガルバノメータ方式）、あるいはＸＹステージに集光
レンズを取付けてレーザ光が常にレンズ中心を通るよう
にした走査方式（ＸＹステージ方式）によりレーザスポ
ットを操作してパターンを描いていく方式がある。

この方式では一筆書きまたはラスクスキャンにより文字
や図形を描いていくことができるので、レーザマーカな
どで用いられている。

また、ポリゴンミラーとｆθレンズとの組合わせによる
方式（ポリゴンミラ一方式）でパターンを描いていく方
式がある。

この場合、パターンデータをコンピュータにょリレーザ
ビームのラスクスキャン用データに変換してパターン描
画を行うが、マスクスキャン範囲が狭いので、大面積描
画のために精密ＸＹステージによりマスクを移動させて
いる。

この方式は現在レチクル制作用のパターンジェネレータ
として商品化されており、この方式についてはｒ　’ｅ
ｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ　”　Ｒｅｔｉ
ｃｌｅ　Ｗｒｉｔｉｎｇ　５ｙｓｔｅｓＪ　　（Ｓｏｌ
ｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／Ｆｅｂ、、
１９８［１，Ｐ、５３〜５４）に詳述されている。

さらに、Ａ　Ｏ（Ａｃｏｕｓｔｏ　０ｐｔｉｃａｌ　）
素子によりレーザビームをマスクスキャンする方式（Ａ
Ｏ変調方式）でパターンを描いていく方式がある。

この場合も、上述のポリゴンミラ一方式と同様に、大面
積描画のために精密ＸＹステージを用いている。

特に、マスクスキャン範囲を広げるために、複数のレー
ザビームとＡＯ素子とを用いた例についてはｒ　１８０
　Ｍｐｘ／ｓｅｅ　１ａｓｅｒ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｇｅ
ｎｅｒａｔｏｒ　ｆ。

ｒ　５ａｓｋ　ａｎｄ　ｒｅｔｉｃｌｅ　ｐｒｏｄｕｃ
ｔｉｏｎ　Ｊ　　（Ｄ、Ｂ、ＭａｃＤｏｎａｌｄ、Ｍ、
Ｎａｇｌｅｒ、ＣＪａｎ　Ｐｅ５ｋｌ、Ｔ、ＲＪｈｉｔ
ｎｅｙ；５ＰＩＥ　Ｖ。

１．４７０　０ｐｔｉｃａｌ　　Ｍｉｃｒｏｌ！ｔｈｏ
ｇｒａｐｈｙｌ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　ｒｏｒ　ｔ
ｈｅ　Ｎｅｘｔ　Ｄｅｃａｄｅ、１９８４．Ｐ、２１２
〜２２０　）に詳述されている。

一方、描画すべきパターンをマスクで作り、対物レンズ
により縮小投影したり、あるいはマスクを被゛加工物面
近くにおいて平行光ビームでコンタクト露光するなどの
マスク転写方式もある。

この方式はステッパやパターンジェネレータ、マスクリ
ペア、レーザマーカなどに使用されており、ステッパの
場合には予め作られたマスク（レチクル）のパターンを
途中で変えることができないが、マスクリペアやパター
ンジェネレータなどでは形状可変スリットを縮小投影す
る方法（可変スリット方式）をとるため、描画データに
したかって任意のパターンを描くことかできる。

また、レーザマーカでは任意のパターンを転写できるよ
うにＬ　ＣＤ　（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉ
ｓｐｌａｙ）マスクを使用する方法（ＬＣＤマスク方式
）もある。

このような従来のパターン転写方式では、ガルバノメー
タ方式の場合、構造が簡単で走査速度が早いが、走査歪
みやガルバノサーボ系のドリフトやヒステリシスの影響
が大きく、これらの補正が難しいという問題がある。

ＸＹステージ方式の場合、高精度の走査をするために大
掛かりな精密ＸＹステージが必要となり、また走査速度
も早くすることができないという問題がある。

ポリゴンミラ一方式の場合、／ステム全体が大掛かりて
高価なものになり、ポリゴンミラーの製作精度や回転軸
ブレ、速度ムラなど技術的課題が多いという問題がある
。

ＡＯ変調方式の場合、高速走査が可能であるが、走査範
囲が狭く、また走査範囲を広げるためにマルチビームに
すると、これらビーム間のアライメントが難しくなり、
大面積を走査するために高精度ステージとの組合せが必
要になるという問題がある。

マスク転写方式のうちステッパ方式の場合、個々のパタ
ーンに対応したマスクを製作する必要があるという問題
がある。

また、マスク転写方式のうち可変スリット方式の場合、
スリット形状を組合せて所定のパターンを描画するため
、複雑なスリット形状制御が必要となり、複雑なパター
ンを描画することが困難であるという問題がある。

さらに、マスク転写方式のうちＬＣＤマスク方式の場合
、形状を自由に変更することができるが、レーザマーカ
などではＬＣＤマスクが加工用レーザ光に直接さらされ
るため、液晶自体のレーザ光耐性が問題となるとともに
、レーザ光の波長によっては使用できないなどという問
題がある。

マスク転写方式全般においては、マスクパターンの対物
レンズによる結像であるため、ガウスビームの集光スポ
ットによる加工に比べ、焦点合せをより正確に行う必要
があり、焦点位置制御が重要な技術課題になる。

発明の目的本発明は上記のような従来のものの問題点を除去すべく
なされたもので、複雑なパターンでも走査速度が早く、
かつ安定したパターン転写を簡単に行うことができるレ
ーザ加工装置の提供を目的とする。

発明の構成本発明によるレーザ加工装置は、被加工物を加工するた
めの加工用レーザ光を出射する加工用レーザ光源と、前
記被加工物の加工パターンを表示する表示手段と、前記
加工パターン上に照射する参照用レーザ光を出射する参
照用レーザ光源と、前記表示手段に表示された前記加工
パターンを走査する前記参照用レーザ光の前記加工パタ
ーン上での走査位置に対応する前記被加工物上の照射位
置へ前記加工用レーザ光を走査する走査手段と、前記表
示手段を透過した前記位置参照用レーザ光を検出する検
出手段と、前記検出手段により前記位置参照用レーザ光
が前記表示手段の前記加工パターンを透過したことを検
出したとき、前記加工用レーザ光源から前記加工用レー
ザ光を出射するよう制御する制御手段とを有することを
特徴とする。

実施例次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図てあり、第２図
は本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。こ
れらの図において、加工用レーザ発振器１から出射され
た加工用レーザ光は集光レンズ２およびガルバノメータ
スキャナ５を介して被加工物６上に集光され、ガルバノ
メータスキャナ５が矢印Ａの方向に回転することにより
、加工用レーザスポットがガルバノメータスキャナ５の
回転角に対応して被加工物６上を移動する。

尚、ガルバノメータスキャナ５はガルバノメタドライバ
１７によりコントローラ１４からの出力パルスに相当す
る角度だけ回転される。

一方、位置参照用レーザ発振器３から出射された位置参
照用レーザ光は集光レンズ４およびガルバノメータスキ
ャナ５を介してＬＣＤパネル７上に集光され、ガルバノ
メータスキャナ５が矢印Ａの方向に回転することにより
、位置参照用レーザスポットがガルバノメータスキャナ
５の回転角に対応してＬＣＤパネル７上を移動する。

このとき、位置参照用レーザスポットはＬＣＤパネル７
上に表示された加工パターンを透過し、集光レンズ８に
より光デイテクタ９て検出される。

ここて、ＬＣＤパネル７上にはＬＣＤドライバ１５によ
り被加工物６上に描画すべき加工パターンが表示されて
いる。

光デイテクタ９から出力された検出信号はＡ／Ｄ（アナ
ログ／ディジタル）コンバータ１２てＡ／Ｄ変換され、
コンパレータ１３でコントローラ１４からの閾値と比較
される。

このコンパレータ１３の比較結果に応してゲート回路１
６の開閉が制御されるので、クロック回路２０からのク
ロックパルスに応してコントローラ１４から出力される
出力パルスがゲート回路１６を介して加工用レーザ発振
器１に出力され、この出力パルスにより加工用レーザ発
振器１でパルス発振が生し、加工用レーザ光が出射され
る。

すなわち、光デイテクタ９からの検出信号により加工用
レーザ発振器１のオンオフ制御が行われる。

また、被加工物６およびＬＣＤパネル７を搭載したＹス
テージ１０はＹ軸駆動モータ１１により加工用レーザス
ポットに対応したピッチずつ移動されるので、被加工物
６上には加工用レーザスポットによりＬＣＤパネル７に
表示された加工バタンに相似のパターンが描画される。

Ｙステージ１０の移動量はＹ軸駆動モータ１１の回転量
を検出するエンコーダ１８の検出信号により算出され、
Ｙ軸駆動モータ１１はモータドライバ１９により駆動さ
れる。

第３図は本発明の一実施例の動作を示すタイミングチャ
ートである。これら第１図〜第３図を用いて本発明の一
実施例の動作について説明する。

コントローラ１４はクロック回路２０からのクロックパ
ルスＱｌを分周し、Ｑスイッチ用りロックパルスＱ２と
、ガルバノメータ駆動用パルスおよびＡ／Ｄ変換開始用
パルスとして用いられる比カバルスＱ３を出力する（第
４図参照）。

ＬＣＤパネル７にはコントローラ］４に制御されるＬＣ
Ｄパネルドライバ１５により描画すべき加工パターンが
表示され、このＬＣＤパネル７の加工パターンを位置参
照用レーザ発振器３からの位置参照用レーザ光が透過す
ると、その位置参照用レーザ光の透過が集光レンズ８に
より光デイテクタ９で検出される。

光デイテクタ９からの検出信号がＡ／Ｄコンバータ１２
に出力されると、Ａ／Ｄコンバータ１２はコントローラ
１４からの出力パルスＱ３に応じて光デイテクタ９から
の検出信号をＡ／Ｄ変換し、その信号をＡ／Ｄコンバー
タ出力Ｓ１としてコンパレータ１３に出力する。

コンパレータ１３ではＡ／Ｄコンバータ出力Ｓ１とコン
トローラ１４からの閾値とを比較し、その結果をコンパ
レータ出力Ｓ２としてゲート回路１６に出力する。

コンパレータ１３からのコンパレータ出力Ｓ２が“１”
のときにはゲート回路１６が開くので、コントローラ１
４からのＱスイッチ用りロックパルスＱ２がレーザ駆動
パルスＱ４として加工用レーザ発振器１に出力され、こ
のレーザ駆動パルスＱ４により加工用レーザ発振器１は
パルス発振して加工用レーザ光を出射する。

また、コンパレータ１３からのコンパレータ出力Ｓ２が
“Ｏ“のときにはゲート回路１６が閉じるので、コント
ローラ１４からのＱスイッチ用りロックパルスＱ２がレ
ーザ駆動パルスＱ４として加工用レーザ発振器１に出力
されることはない（第４図参照）。

一方、コントローラ１４からの出力パルスＱ３がガルバ
ノメータドライバ１７に入力されると、ガルバノメータ
ドライバ１７がガルバノメータスキャナ５を駆動するの
で、ガルバノメータスキャナ５は出力パルスＱ３の１パ
ルスに相当した角度だけ回転する。

ガルバノメータスキャナ５が所定の走査範囲に対応する
角度だけ回転すると、コントローラ１４がモータドライ
バ１９を制御してＹ軸駆動モータ１１を駆動し、Ｙステ
ージ１０を移動させる。

このとき、エンコーダ１８によりＹ軸駆動モータ１１の
駆動でＹステージ１０が単位移動量だけ移動したことを
検出すると、コントローラ１４はモータドライバ１９を
介してＹ軸駆動モータ１１を停止させる。ここで、単位
移動量はＬＣＤパネル７の画素サイズおよび加工用レー
ザスポットのサイズによって決定される。

この後に、コントローラ１４はモータドライバ１９に＋
／−指令を出力し、Ｙ軸駆動モータ１１を反対方向に回
転させて上述の走査を繰返し行う。

これにより、ＬＣＤパネル７の加工パターンを位置参照
用レーザ発振器３からの位置参照用レーザ光が透過した
ときのみ、加工用レーザ発振器１から加工用レーザ光が
出射されることになるので、被加工物６上にはＬＣＤパ
ネル７の加工パターンに相似したパターンが描画される
。

よって、ＬＣＤパネル７を加工用レーザ光の波長に関係
なく、マスクとして使用することができる。

このＬＣＤマスクの１対１のパターン転写ではガルバノ
メータスキャナ５のヒステリシスや位置ドリフトなどの
影響を受けることがなく、またパターン転写精度がほと
んどＬＣＤパネル７とガルバノメータスキャナ５と被加
工物６との位置関係だけで決まるため、安定したパター
ン転写が可能となる。

さらに、ＬＣＤパネル７をマスクとして使用することに
より、描画したいパターンを一区画ずつ表示して描画速
度を上げることができ、複雑な図形や文字なども簡単に
描画することができる。

上述の構成において、ガルバノメータスキャナ５の回転
中心と被加工物６との距離を１１とし、ガルバノメータ
スキャナ５の回転中心とＬＣＤパネル７との距離をｉ１
２とすると、ＬＣＤパネル７上に表示された加工パター
ンの被加工物６上へのＸ軸方向の投影縮小率は４７２　
／Ｉ　１となる。

一方、ＬＣＤパネル７上に表示された加工パターンの被
加工物６上へのＹ軸方向の投影縮小率は、被加工物６と
ＬＣＤパネル７とが同しＹステージ１０上に搭載されて
いるので、１となる。

よって、１１−１２とし、ＬＣＤパネル７上に表示する
加工パターンを縮小拡大することにより、種々の大きさ
の図形や文字を縮小拡大して被加工物６上に投影するこ
とができる。

これにより、たとえば各集光レンズ２，４の焦点距離ｆ
を１５０ｗｍとし、！Ｊ１−４７２−１［１０■■とし
て、Ｘ軸方向走査範囲が±５１、Ｙ軸方向走査範囲が任
意（例えば１００ｍｇ　）のレーザマーカを構成するこ
とができる。

第４図は本発明の他の実施例を示す構成図である。図に
おいて、本発明の他の実施例によるレーザ加工装置は、
被加工物６をＹステージ１０とＸステージ２２とからな
るＸＹステージ上に載置し、このＸＹステージとは独立
のＹステージ２４にＬＣＤパネル７を搭載するようにし
た以外は、第１図に示す本発明の一実施例のレーザ加工
装置と同様の構成となっており、同一部品には同一符号
を付しである。また、それら同一部品の動作も本発明の
一実施例のレーザ加工装置の動作と同様である。

被加工物６を載置するＹステージ１０はＹ軸駆動モータ
１１の駆動により移動し、Ｘステージ２２はＸ軸駆動モ
ータ２３の駆動により移動する。

また、ＬＣＤパネル７を搭載するＹステージ２４はＹ軸
駆動モータ２５の駆動により移動し、上記のＹステージ
１０およびＸステージ２２とは独立に動作する。

したがって、ガルバノメータスキャナ５の回転軸と被加
工物６との距離およびガルバノメータスキャナ５の回転
軸とＬＣＤパネル７どの距離を変化させることができる
ので、スキャナ走査方向（Ｘ軸方向）のパターン縮小拡
大率を変化させることができる。

一方、ＬＣＤパネル７のＹ軸方向の単位送り量と、被加
工物６のＹ軸方向の単位送り量とを変えることにより、
スキャナ走査方向（Ｙ軸方向）のパターン縮小拡大率を
変化させることができる。

よって、ＬＣＤパネル７上に表示された加工パターンを
縮小拡大して被加工物６上に描画することができる。

また、ＬＣＤパネル７上に表示される加工パターン自体
を縮小拡大することによっても、被加工物６上に描画さ
れるパターンを縮小拡大することができる。

さらに、ＬＣＤパネル７を搭載するＹステージ２４を設
けなくとも、ＬＣＤパネル７上に表示された加工パター
ンを、被加工物６を載置するＹステージ１０の動きに連
動させてスクロールさせることによっても、被加工物６
上に描画されるパターンを縮小拡大することができる。

したがって、ＬＣＤパネル７の画素以下の分解能でパタ
ーンを被加工物６上に縮小描画する必要のあるレチクル
用パターンジェネレータにも適用可能となる。

従来のパターンジェネレータでは単一矩形開口をプログ
ラム制御しながら被加工物への描画を行っていたが、本
実施例では描画すべきパターンを一区画毎にＬＣＤパネ
ル７上に表示してレーザ加工できるため、レーザ加工の
高速化を図ることができる。

また、加工用レーザ発振器１と集光レンズ２との加工光
学系と、位置参照用レーザ発振器３と集光レンズ４との
位置参照用光学系とが全く別系統となっているため、夫
々のレーザ光の波長にあった光学素子を使用することか
可能となる。

たとえば、加工用レーザ発振器１としてエキシマレーザ
などの紫外レーザ光の発振器を用いても、位置参照用レ
ーザ発振器３としてＨｅ　−Ｎ　ｅレーザやＬＤ光を用
いることができ、特別なＬＣＤパネル７を必要としない
。

さらに、加工光学系はそのままで、ガルバノメータスキ
ャナ５とＬＣＤパネル７との距離を変え、ＬＣＤパネル
７用のＹステージ２４の単位送り量を変えることにより
、被加工物６上に描画すべきパターンの縮小拡大率を簡
単に変えることができる。

このように、ＬＣＤパネル７に表示された加工パターン
を位置参照用レーザ発振器３からの位置参照用レーザ光
が透過したことを光デイテクタ９が検出したとき、加工
用レーザ発振器１から加工用レーザ光を出射するよう制
御することによって、複雑なパターンでも走査速度が早
く、かつ安定したパターン転写を簡単に行うことができ
る。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、位置参照用レーザ光
が表示手段に表示された被加工物の加工パターンを透過
したことを検出したとき、加工用レーザ光源から加工用
レーザ光を被加工物上に出射するようにすることによっ
て、複雑なパターンでも走査速度が早く、かつ安定した
パターン転写を簡単に行うことができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示すブロック図、第３図は本発明
の一実施例の動作を示すタイミングチャート、第４図は
本発明の他の実施例を示す構成図である。主要部分の符号の説明１・・・・・・加工用レーザ発振器２．４．８・・・・・・集光レンス３・・・・・・位置参照用レーザ発振器５・・・・・・
ガルバノメータスキャナ７・・・・・・ＬＣＤパネル９・・・・・光デイテクタ１０・・・・・・Ｙステージ１３・・・・・・コンパレータ１４・・・・・コントローラ１６・・・・・・ゲート回路２２・・・・・・Ｘステージ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被加工物を加工するための加工用レーザ光を出射
する加工用レーザ光源と、前記被加工物の加工パターン
を表示する表示手段と、前記加工パターン上に照射する
参照用レーザ光を出射する参照用レーザ光源と、前記表
示手段に表示された前記加工パターンを走査する前記参
照用レーザ光の前記加工パターン上での走査位置に対応
する前記被加工物上の照射位置へ前記加工用レーザ光を
走査する走査手段と、前記表示手段を透過した前記位置
参照用レーザ光を検出する検出手段と、前記検出手段に
より前記位置参照用レーザ光が前記表示手段の前記加工
パターンを透過したことを検出したとき、前記加工用レ
ーザ光源から前記加工用レーザ光を出射するよう制御す
る制御手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置
。