JPS6348509A - レ−ザスキヤナ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザスキャナ装置に係り、特に環境温度およ
び使用による本体の温度の変化に伴う加工位置の位置ず
れの防止機能に関する。

［従来技術およびその問題点１ 半導体技術の進歩に伴い、素子の微細化は進む一方であ
り、微細加工技術への要求が窩くなっている。

なかでも、レーザ加工は、従来用いられてきた１滅的１
ｊ（１工、電子的加工、化学的加工等に比べて、 （１）極めて高い出力パワー密度を得ることができる。

（２）非接触加工であるため、加工ａ後のひずみ、変形
等を最小限に抑えることができる。

（３）局所的加工が可能である。

（４）任意の雰囲気中で加工を行なうことができる。（
被加工物を真空中に置かなくてもよいため、電子ビーム
加工に比べて安価） 等の優れた特長を有しており、微細部分のマーキング、
厚膜、あるいはｌ抵抗のトリミング、半導体のアニーリ
ング等に広く利用され始めている。

このようなレーザ加工工程においては、レーザビームの
位置制御２０が小要なポイントであり、通常、ミラーを
駆動することにより、位置制御を行なうようにしたレー
ザ用スキャナ（以下レーザスキャナ）が用いられている
。

このレーザスキャナは、例えば第４図に示す如く、位置
センサ２を具備しており、この位置センサによって検出
された位置データに基づき、ミラー１０をマグネチック
ドライバー９によって駆動し、レーザビームの照射位置
を制御する装置である。

ここでは、スキャナ軸の正確な位置制御を得るために、
厳しい条件が必要とされる。特に、工場レベルでの実際
のレーザ照射には特に温度特性の安定化が要求される。

これは、実験至レベルでは側底想像もつかないような環
境条件下での動作が要求されるためである。

そこで温度特性の安定化のために、例えば、ゼネラルス
キャニング社（米）製のレーザスギＰすでは第５図に示
す如くスキャナ本体１の位置センサ２の周りにヒータＨ
＠設け、このヒータに接続された電源系での温度コント
ロールによって常に４０℃程度に位置センサ部を加熱保
温するという方法が用いられている。第６図は、このヒ
ータを設けた加熱保温タイプのレーザスキャナａとヒ、
−タを設けない標準タイプのレーザスキャナｂとの温度
と時間の関係を示す。この図からもわかるように、この
加熱保温タイプのレーザスキャナは、標準タイプのレー
ザスキャナに比べて温度の安定化をはかることができる
が、 ■　ランニングタイムが長い（３０分）。

■　使用環境温度が１０〜２８℃に限られる。

■　■■により一般工業用としては環境、設備等に問題
がある。

■　電源系での温度コントロールであるから完全にドリ
フトを押えることができない。

等の問題を有していた。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたスキャナ温度の変
化に対しても温度ドリフトを生じることなく、スキャナ
軸の位置制御を高精度化することのできるレーザスキャ
ナ装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段〕 そこで本光明では、位置センサの検出信号に基づいて作
動せしめられる駆動手段によってミラーを回動せしめレ
ーザビーム照射位置（走査方向）を制御するレーザスキ
ャナ装置において、前記位置センサの近傍に配設された
スキャナ温度センサと、該温度センサの出力に基づいて
温度補償を行なう制御手段とを配設し、この制御手段に
よって前記駆動手段の動作を制御するようにしている。

この制御手段とは、例えば、スキャナ雰囲気すなわち環
境温度を検出する環境温度検出手段を設け、環境温度と
位置センサ部の温度とを常に比較し、この比較結果に応
じて加熱冷却手段を駆動しこれにより位置センサ部を加
熱又は冷ｈｖ　Ｌ、位置センサ部の温度を常に一定に保
つようにしたものである。

また、他の例としては、あらかじめ温度変化による位置
ずれを検出し、データ補正テーブルを設定する設定手段
と、このデータ補正テーブルと前記スキャナ温度センサ
の検出値とに基づいて、スキャナの駆動を制御する手段
とを具備した１１１１卸手段を構成するようにしている
。

［作用１ 例えば、上記した例のうち環境温度検出手段を設けた制
Ｃａ手段を用いる例については、雰囲気温度および使用
頻度によって変化するスキャナの温度変化を加熱冷却手
段によって補償し常に一定に保つようにしているため、
使用温度範囲も広がり、急激な温度変化に対しても対応
できる高精度の位置側６（Ｉが可能となる。

また、上記した例のうちのもう一方の例によれば、例え
ば、′ＩＲ度の要求度に応じて、あらかじめ実験により
第３図（ｂ）および下表に示すようなＧ１〜Ｑｎのｎ段
階の補正値ΔＸｌｌ△Ｙｌを設定しておく。ここで第３
図（ｂ）中、たて軸はずれ吊（ｒａｄ、）、横軸は初期
値からのスキャナ温度上昇値である。そしてスキャナ温
度センサの検出値に基づき初期温度からのずれ（Δｔ）
を篩出し、これが相当する段階Ｇｒａを決める。

このようにして決定された段階ＧＩＮの中央値に対応す
るように下表から選択される式（１）　、　（２）に基
づき補正位置 Ｘ＝ＸＯ＋ΔＸ１１　　　　・（１） Ｙ＝ＹＯ＋ΔＹ１１　　　　・・・（２）＜ＸＯ、ＹＯ
は位置センサの検出座標を示Ｖ）を冑、これに従ってミ
ラーが駆動されるわけであるが、この方法ではスキャナ
温度の変化に基づいた補正がなされているため位置：債
度の高いレーザ［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

第１図は、本光明実施例のレーザスキャナ装置を示す図
である。

このレーザスキャナ装置の特徴は、スキャナ本体１のス
キャナ位置センサ２の近傍にスキャナ温度検出器３を配
ｇ２すると共に、環境温度を検出する環境温度検出器４
を配設し、これら２つの温度検出器３，４の検出値を比
較する第１の比較器５と、該第１の比較器５の出力と指
令モニタ信号として入力せしめられる位置指令電流とに
基づいてスキャナ位置センサ２の温度制御を行なう制御
部６と、該制御部６の指令に基づきスキャナ位置センサ
２を加熱冷却するベルチェ素子からなる加熱冷ム１１装
置７とを具備したことにある。

他は、第４図に示した従来例のレーザスキャナ装置と同
球であり、同一部には同一番号を付した。８はスキャナ
位置センサからのフィードバラ信号ｉ・、と位置指令信
号ｉ。とを比較し、ドライブ電流をマグネチックドライ
バー９に出力する第２の比較器であり、１０はマグネチ
ックドライバー９によって回動せしめられるミラーであ
る。

次にこのレーザスキャナ装置のジノ作について説明する
。

まず、位置を指示する位置指令信号ｉｏが入力されると
、第２の比較器８において位置センサ２からのフィード
バック信号ｉｆとが比較され、この比較結果に基づき、
マグネチックドライバー９に対してドライブ電流△ｉが
供給され、所定の吊たけスキャナ本体１が回動せしめら
れミラー１０が回動せしめられる。

一方、前記位置指令信号ｉ　は指令モニタ信号として制
御部６に入力される。

そして、前記スキャナ温度検出器３の出力と環境温度検
出器４の出力とを第１の比較器５によっで比較して得ら
れた結果と前記指令モニタ信号とによって、制御部６か
ら加熱冷却装置７へ指令信号が発せられ、スキＰす位置
センサ部の温度が常に一定となるように制りＤされる。

この制御部の動作の一例を第２図にフローチャー１〜で
示す。ここでＴ１．Ｔ２は夫々スキャナ温度検出器と環
境温度検出器の検出温度、Δ丁はＴ１−Ｔ２．ｉ　　は
△Ｔ条件下で△Ｔ＝Ｏとなるような指令電流を示すもの
とする。

このようなレーザスキャナ装置によれば、位置センサ部
の温度と雰囲気の温度とを常に検出しこれらの値に応じ
て位置センサ部の温度が常に一定となるように制御して
いるため、急欲な温度変化が生じた場合にも、常に高：
精度にレーザの照射位置を制御することが可能となる。

なお、実施例では、加熱冷２．１］装置としてベルチェ
素子を用いたが、ベルチェ素子に限定されることなく、
電熱ヒータと冷却用ファンを徂み合わせたもの、あるい
は純水や電気的絶縁度の窩い液体を伝熱媒体として用い
たもの等、適宜変更可能である。

次に、本発明の第２の実施例について説明づ′る。

第３図（ａ）は、本発明の第２の実施例のレーザスキャ
ナ装置を示す図である。

このレーザスキャナ装置は、あらかじめ湿度差を第３図
（ｂ）に示す如く段階Ｇ１・・・Ｇｎに分Ｃブ、この温
度差とそれに対応するずれりとを１１記表に示したよう
にＧ１・・・Ｑｎと段階的に算出しておき、常時位置セ
ンサの温度を検出しこの温度差がＧ１・・・Ｇｎのうち
いかなる段階にあるかをみることによって位置センサの
指示データに補正を加えようとするもので、スキャナ本
体のスキャナ位置センサ２の近傍にスキャナ温度検出器
３を配設し、この検出湿度とあらかじめ決められた基＊
ａ度との差へｔを締出し、この値があらかじめ設定され
たＧ１・・・Ｇ　ｎのうちのいずれに該当するかを決定
する補正温度範囲設定器１４と、該補正温度範囲設定器
１４の出力から補正Ｏを演算する補正量演算部１５と、
該補正量演算部１５の出力に基づいて、位置指令信号ｉ
　を補正制御するスキャナ制御子段１６とを具備したこ
とを特徴としている。

他は、前記第１の実施例と同様であり、同−門能を有す
るものについては同一の番号を符すものとする。

上述したような手段を用いて、常に位置センサの温度変
化に応じて、印字データに基づく位置指令信号ｉ　の補
正がなされ、この補正後の印字デ−タｉ　′　とスキャ
ナ位置センサからのフィードバック信＠ｉｆとの比較結
果に基づいてマグネチックドライバー９にドライブ電流
が供給され、スキャナ本体１の回動によってミラー１０
が回ｏ＋ｉしめられるようになっている。

ここでスキャナ制御手段では、その段階Ｇ１１における
温度範囲の中央値におけるずれ巾を初期データに加える
ものとする。

このようなレーザスキャナ装置によれば、スキャナの温
度上昇によるＸ、Ｙスキャナの初期データに関するドリ
フト吊を算出し、指令信号の値がその設定温度範囲内で
一定となるようにドリフトが補正され、極めて容易に、
高精度の微細加工を行なうことができる。

また、段階を小刻みにするようにすれば、゛情度は更に
向上し、ドリフトの影響を小さくすることができる。従
って、要求′精度に合わぜて段階を適宜選択すればよく
、要求度に合わせて容易に適正な位置合わせを行なうこ
とが可能となる。

［効果］ 以上説明してきたように、本発明のレーザスキャナ装置
によれば、位置センサの近傍に配設されたスキャナ温度
センサと、該温度センサの出力に基づいて温度補償を行
なう制御手段とを具漏しているため、位置精度が大幅に
向上せしめられ、高：精度の微細加工を行なうことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例のレーザスキャナ装置
を示す図、第２図は、同レーザスキャナ装置における制
御部の動作を示すフローチャート図、第３図［ａ）は、
本光明の第２の実施例のレーザスキャナ装置を示す図、
第３図（ｂ）は、温度差とずれ量との関係を示す図、第
４図、第５図は従来例のレーザスキャナ装置を示す図、
第６図は、第４図および第５図で示したレーザスキャナ
の時間と温度との関係を示す図である。 １・・・スキャナ本体、２・・・スキャナ位置センサ、
３・・・スキャナ温度検出器、４・・・環境温度検出器
、５・・・第１の比較器、６・・・制？ｉｏ部、７・・
・加熱冷却装置、８・・・第２の比較器、９・・・マグ
ネチックドライバー、１０・・・ミラー、１４・・・補
正温度範囲設定器、１５・・・補正０濶口部、１６・・
・スキャナ制御手段。 ・　出願人代理人　　木　村　高　久　−′習ｊｌｑ可
二丁、１−・−１ｊ 第３図（ｂ） 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置センサの検出信号に基づいて作動せしめられ
   る駆動手段によってミラーを回動せしめレーザビームの
   照射位置（走査方向）を制御するレーザスキャナ装置に
   おいて、 前記位置センサの温度を検出するスキャナ温度検出手段
   と、 該スキャナ温度検出手段の出力に基づいて温度補償を行
   なう制御手段とを具備し、 この制御手段によ前記駆動手段の動作を制御するように
   したことを特徴とするレーザスキャナ装置。
2. （２）前記制御手段は、 環境温度を検出する環境温度検出手段と、 該環境温度検出手段の出力と前記スキャナ温度検出手段
   の出力とに基づき位置センサの温度が常に一定となるよ
   うに制御する温度制御手段とを具備したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載のレーザスキャナ装置
   。
3. （３）前記制御手段は、 あらかじめ温度変化による位置ずれを検出し、データ補
   正テーブルを設定するテーブル設定手段と、 前記スキャナ温度検出手段の検出値を前記データ補正テ
   ーブルに照合して得られる補正値に基づき、スキャナの
   駆動を制御する駆動制御手段とを具備したことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載のレーザスキャナ装
   置。