JPS58190918A - レ−ザ走査装置 - 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】 本発明はレーザビームを二次元に集光・走査する光学装
置に関し、特に走査領域全体に亘って均一なスポット径
を実現させうる光学系の改良に係るものである。

レーザビームを試料に進光しかつ走査する方法を大別す
ると光学系を固定し試料を二次元で走査する方法と、試
料を固定しレーザビームを二次元に走査する方法がある
。集光されたレーザビームのスポット径の変位を最小に
するという観点でいえは、光学系固定方式が優れている
が、試料の周辺部の雰囲気を制御したり試料の交換を自
動化したりする場合には試料固定式の方が優れている。

したがって、レーザ走査の目的に応じて走査方式が選択
されることになる。

レーザ加工における走査光学系も上述した二つの方式が
目的により使いわけられているが、レーザ加工の特長音
生かした自動加工機の増加によジ試料固定型の走査方法
が増えつつある。試料固定型として従来採用されている
ものとして、ガルバノメータ型や回転鏡を用いてレーザ
ビームを成る角度内でスキャンし、スキャンレンズを用
いてレーザビームの角度を二次元の位置に変換し同時に
集光する方法がある。他の方法として、二次元に可動な
ＸＹテーブルに光学系を載せ集光および走査を行なうも
のがある一ガルバメータ型の走査光学系の場合、応答速
度が早いという利点があるが、スキャンレンズの設計製
作の困難さから広い範囲の走査には向いていない。これ
に対してＸＹテーブル式の走査光学系は広い範囲に亘っ
て集光・走査が可能であることから大きな試料への走査
に適している。

次に従来のＸＹテーブル式走査光学系の構成と集光につ
いて図面を参照しながら説明する。第１図は従来のレー
ザ走査装置の構成を示す概略図であり１はレーザ装置２
，４，５．６は反射鏡３はビームエキスパンダ、７は集
光用対物レンズ、８はＸテーブル、９はＹテーブルであ
る。反射鏡５・はＸテーブル８に固定されておシ、反射
ｆｉ１６と対物レンズ７はＹテーブル９に固定されてい
る。Ｙテーブル９はＸテーブル８の上に載っておシ、Ｘ
テーブルが矢印の方向に移動するときにはＹテーブルも
その方向に移動する。又、Ｙテーブル９が別の矢印の方
向に移動するときには、それによってＸテーブル８が移
動することはない。このようにして対物レンズ７によっ
て集束されるレーザビームは二次元で走査されることに
なる。

第２図は第１図で示した走査光学系でのレーザビームの
伝播の様子を示すための展開図で、第２図（ａ）は、走
査光学系が右手前（第１図でレーザビームが人の位置に
くる）に寄った場合で、このとき反射鏡４と５の距離お
よび反射鏡５と６の距離が最も大きくなる。第２図（ｂ
）は左奥（第１図でＢの位置）にある場合で、各々の反
射鏡間の距離が最も小さくなる。図において、５′と５
′は反射鏡５の位置、６′と６＃は反射鏡６の位置を示
している◇レーザビームの発振横モードがＴＥＭｏｏで
ある場合、よく知られているように、ビームエキスパン
ダ３から出射したレーザビームはＣの距離にビームウェ
ス）Ｗｏを作る。このウェス）Ｗｏと対物レンズ７の距
離Ｚおよび対物レンズの焦点距離ｆから、対物レンズ７
により変換された次のビームウェス）Ｗおよびレンズ７
からウェストＷまでの距離ｄＦｉ次の式で示されること
が知られている。

ここでλは波長を表わす。

この式からビームウェストＷおよび対物レンズからビー
ムウェストまでの距離ｄは２により変動することがわか
る。

又ビームウェストＷが小さい値すなわち集光されるスポ
ットが小さい時には対物レンズと試料面までの距離の変
動は、試料面でのスポット径を大きく変動させることに
なる。

更に、レーザビームを小さい領域に集光した場合、集光
部分の材料を数十ミクロンの深さにわたって除去するこ
とが容易であり、逆にこのことは深さ数ミクロン以下の
除去というような条件を必−要とする加工を困難とする
。

本発明の目的は、従来のＸＹテーブル式走査光学系の欠
点を補い、走査範囲全域にわたって均一なスポット径に
よるレーザビームの照射を可能にし、かつ基板への損傷
をなくすレーザ走査装置を提供することにある。

その目的を達成するため、本発明のレーザ走査装置は、
レーザ装置と、二次元に可動するＸＹテーブルと、該Ｘ
Ｙテーブルに搭載され前記レーザ装置から出射されたレ
ーザビームを試料に集光する走査光学系と、前記レーザ
装置と前記走査光学系との中間に設置されレーザビーム
の光軸調整およびレーザビームの拡大を行なう中間光学
系とを含んで構成されるレーザ走査装置において、前記
走査光学系に絞りと光学素子から成るレーザビーム視野
絞９損構を付加したことを特徴とする〇本発明に用いら
れるレーザビーム視野絞り機構の役目を図を参照しなが
ら説明する。ＪＩＥａ図は、レーザビームに対する視野
絞り１０を付加したときの図である。このとき、スリッ
ト１０のレーザ光による偉１０′は良く知られている関
係式ここでｆは対物レンズ７の焦点距離である。で示さ
れる位置に作られその大きさはｂ　／　ａの倍率で縮小
（又は拡大）される。このようにして結像されるスリッ
ト像１０′の大きさは、スリット１０へ入射するレーザ
ビームの径に関係なく一定に保つことができる。

又、構成上の条件例えは、対物レンズ７の焦点距離が大
きく、ａ対すの比を大きくとれないすなわち、縮小倍率
を大きくとれないような場合には、スリット１０と対物
レンズ７の中間に適当な光学素子（例えば凹レンズ）を
置きスリット１０の縮小儂を作ることにより、ａ対すの
比率を大きくすることができる。

次に本発明のレーザ走査装置について、図を参照して説
明する。第４図は本発明の一実施例の構成を示す概略図
である。図において、１０はレーザ用２リツトで、１１
は凹レンズで、反射鏡５と反射鏡６の中間にＹテーブル
９に固定されている。

このような構成において、レーザ装置１から出たレーザ
ビームは反射鏡２を経て、ビームエキスパンダ３に入り
、拡大された彼、反射鏡４を経て反射鏡５に到る。（反
射鏡２、ビームエキスパンダ３および反射鏡４からなる
ブロックを中間光学系と称している）。

反射鏡５を通過したレーザビームはスリン）１０によシ
ビーム径に制限を加えられ、凹レンズ１１により拡大さ
れ反射鏡６を経て対物レンズ７に到る。このとき、凹レ
ンズ１１によシスリット１０の縮小偉が作られておシ、
この儂を光源とする対物レンズ１０による僚が加工物面
１２に作られる。

このときＸテーブル８およびＹテーブル９が移動しても
スリット１０と対物レンズ７の距離が変化することはな
い。したがって、対物レンズ７によって結ばれるスリッ
ト像１０′とレンズ７との距離も一定しており偉１０′
の形状も変化しない。

このように本発明のレーザ走査装置によればＸＹテーブ
ルの移動を行なっても集光照射されるレーザのスポット
径は変ることがなく、走査範囲全域に亘って均一なスポ
ットで照射を行なうこと・ができる〇 以上の説明によって明らかなように本発明によれば広い
範囲に亘って均一なスポット径でレーザビームの照射を
行なうことができる。また、レーザ装置から出射される
レーザ光を光ファイバーを用いたファイバ光学系によ多
走査光学系に導いてもこの発明の効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ走査装置の構成を示す図、第２図
（ａ）　、　（ｂ）は従来のレーザ走査装置でのレーザ
ビームの伝播の様子を示す図、第３１￥Ｊは本発明に用
いる光学系の構成を示す図、第４図は本発明のレーザ走
査装置の一実施例の構成概略図である。 １・・・・・・レーザ装置、２．４．５．６　　・・・
反射鏡１３・・・・ビームエキスパンダ、７・・川・対
物レンズ、８・・・・・・Ｘテーブル、９・・・・・・
Ｙテーブル、１ｏ・・　レーザ用絞シ、１１　・・・凹
レンズ、１０’・・・・・・絞すの像である。 代理人　弁理士　内　原　　晋 拳　ｌ　凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ装置と、二次元可動のＸＹテーブルと、該ＸＹテ
   ーブルに搭載され前記レーザ装置から出射されたレーザ
   ビームを試料に集光する走査光学系と、前記レーザ装置
   と前記走査光学系との間に設置されレーザビームの光軸
   調整およびレーザビームの拡大を行なう中間光学系とを
   含むレーザ走査装置において、前記走査光学系にレーザ
   用視野絞りを付加し前記走査光学系に含まれる対物レン
   ズを用いてレーザ光による前記絞シの像を結ひかつ走査
   することを特徴とするレーザ走査装置。