KR20060132461A - 레이저 가공 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것으로서, 복수개의 파장을 전환하여 레이저 가공을 행하는 경우에 레이저광의 이용 효율을 개선함으로써, 효율적으로 피가공물을 가공하는 것이 가능한 레이저 가공 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 레이저광 L₂, L₃를 발생하는 레이저 발진기(1)로부터, 복수개의 마이크로 미러가 규칙적으로 배열된 마이크로 미러 어레이(7)를 향하여 조사하고, 피가공물(15)의 가공 패턴에 대응하는 단면 형상을 가지는 변조광 L_M으로 변환하고, 조사 광학계(20)를 통하여 피가공물(15)에 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 조사 광학계(2O)의 광축(2O2)을, 레이저광 L₂, L₃에 의해 마이크로 미러 어레이(7)에서 발생하는 회절광의 방향과 대략 일치시킨다.

레이저광, 변조광, 고조파, 회절, 편향, 조사, 경사각, 마이크로 미러, 피가공물, 가공

Description

레이저 가공 방법 및 장치{LASER BEAM MACHINING METHOD AND APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 구성에 대하여 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 사용하는 능동 광학 소자 근방의 광로를 모식적으로 설명하기 위한 광로 설명도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 능동 광학 소자로부터 출사되는 회절광의 회절 방향에 대하여 설명하기 위한 각도 분포도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 광로 설정의 일례에 대하여 모식적으로 설명하기 위한 광로 설명도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.

도 9는 파장을 전환할 수 있는 레이저 가공 장치에서의 회절광의 각도 분포의 일례에 대하여 설명하기 위한 각도 분포도이다.

일본국 특공평 8-174242호 공보

본 발명은, 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 레이저광을 조사(照射)함으로써 피가공물의 지정 영역의 제거, 절단 등을 행하는 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.

본원은, 2005년 6월 17일에 출원된 일본국 특원 2005-178286호 및 2005년 6월 28일인 출원된 일본국 특원 2005-187829호에 기초하여 그 우선권을 주장하는 것이며, 상기 출원에 기재된 모든 내용을 본 발명에서 원용한다.

종래에, 레이저광을 피가공물의 원하는 영역에 조사함으로써 가공을 행하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 즉, 액정 디스플레이 등을 제조 시에, 유리 기판 상의 배선 패턴이나, 노광에 사용하는 포토마스크에 존재하는 불필요한 잔류물 등의 결함부를 수정하는 수단으로서, 레이저 리페어(laser repair) 장치가 알려져 있다.

이들 레이저 가공 장치는, 레이저광의 조사 영역의 크기를 가변 직사각형 개구 등으로 규정하고 있었지만, 최근, 마이크로 미러 어레이 등의 공간 변조 소자를 사용한 장치도 알려져 있다.

예를 들면, 일본국의 일본국 특공평 8-174242호 공보(3 ∼(4) 페이지, 도 1 ∼ 도 2)에는, 레이저원과 피가공물을 탑재하는 가공 테이블과, 미소 미러 어레이(마이크로 미러 어레이)를 구비하고, 미소 미러 어레이의 복수개의 미러 편의 각도를, ON/OFF 제어함으로써 전환하여, 피가공물에 임의의 패턴 형상을 형성하는 레이저 가공 장치가 기재되어 있다.

이들 레이저 가공 장치에 사용되는 레이저의 파장은, 가공 대상에 의해 적절한 파장이 선택된다. 예를 들면, 레이저 리페어 장치에서는, 금속 막의 수정에는 가시 대역 ~ 적외선 대역, 투명막에는 자외선 대역처럼 피가공물에 흡수되기 쉬운 파장이 사용된다. 파장을 전환하기 위하여, 복수개의 레이저를 구비한 장치나, 하나의 기본 파장의 레이저의 복수개의 고조파를 전환할 수 있는 장치 등이 존재한다.

그러나, 상기 문헌과 같이 마이크로 미러 어레이 등의, 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열된 능동 광학 소자를 사용한 레이저 가공 장치에 의해, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 사용한 레이저 가공을 행하는 경우, 단지 파장을 변경할 뿐이지만 레이저광의 이용 효율을 저하시키는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

마이크로 미러 어레이를 사용한 레이저 가공 장치에서는, 마이크로 미러 어레이의 상을 현미경으로 피가공물 상에 축소하여 투영한다. 마이크로 미러 어레이 는 소형 미러를 등 간격으로 배열하는 구조이므로, 거기로부터 반사된 레이저광은 복수개의 회절광으로 나누어진다. 그러나, 일반적으로 현미경의 뒤쪽 개구수는 작으므로, 복수개로 나뉜 회절광을 모두 입사할 수는 없다.

이에 따라, 복수개의 파장을 전환하는 레이저 가공 장치에서는, 문제가 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는, YAG 레이저의 제2 고조파(파장 λ₂ = 532nm)와 제3 고조파(파장 λ₃ = 354.7nm)를 전환되는 레이저 가공 장치에서의 회절광의 각도 분포의 예이다. 즉, 마이크로 미러 어레이를 반사한 회절광의 각도 분포(α, β)를 입사하는 현미경의 광축(502)을 중심으로 한 각도 평면(501)에 플롯(plot)한 것이다.

파장 λ₃에서는, 도면에서 ×표로 나타낸 바와 같이, 광축(502)의 가까이에 하나의 회절 차수(504)가 있다. 레이저광의 조사 영역에 해당하는 소형 미러는, 광축(502)의 방향으로 레이저광을 반사하도록 기울어져 있으므로, 광축(502)에 가까운 회절 차수(504)가 유일하게 큰 강도를 가지는 회절광이 된다. 상기 회절 차수(504)는, 현미경의 후측각 개구(503)의 범위 내에 있으므로, 레이저광의 강도를 효과적으로 피가공물에 조사하는 것이 가능하다.

한편, 파장을 λ₂로 전환하면, 도시한 원으로 나타낸 바와 같이, 광축(5O2) 근처에 회절 차수가 없고, 같은 각도만큼 떨어진 위치에 4개의 회절 차수(505)가 존재하고 있다. 그러므로, 이들 복수개의 회절 차수(505)에 레이저의 강도가 분산하고, 또한 현미경의 후측각 개구(503)에 입사하지 않게 된다. 현미경에 대한 입 사각을 바꾸어, 하나의 회절 차수를 입사시킬 수 있지만, 그렇게 하여도 레이저광의 이용 효율은 개선되지 않는다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 과제를 해결함으로써, 복수개의 파장을 전환하여 레이저 가공을 행하는 경우에 레이저광의 이용 효율을 개선할 수 있고, 이로써 효율적으로 피가공물을 가공하는 것이 가능한 레이저 가공 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 레이저 가공 방법은, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 발생하는 레이저 광원으로부터, 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열된 능동 광학 소자를 향하여 상기 레이저광을 조사하고, 상기 레이저광을 피 가공물의 가공 패턴에 대응하는 단면 형상을 가지는 변조광으로 변환하며, 상기 변조광을 변조광 조사 광학계에 의하여 피가공물에 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 상기 복수개의 파장의 회절광의 방향이, 상기 변조광 조사 광학계의 광축의 방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 레이저광의 파장을 전환하여도, 변조광이 하나의 회절 방향을 따르는 방향으로 반사되어 변조광 조사 광학계에 입사한다. 그러므로, 파장을 전환하여도, 이용 효율이 양호한 레이저광을 피가공물에 조사하는 것이 가능하다.

본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 변조광 조사 광학계의 광축을, 상 기 복수개의 파장을 가지는 각 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 회절광의 회절 방향 중, 상기 복수개의 파장인 대략 공통되는 방향으로 대략 일치시켜도 된다.

또, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광을, 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파로부터 형성하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 하나의 레이저 광원의 복수개의 고조파는, 각각의 파장이 정수비의 관계이므로, 각각의 파장에 완전하게 공통되는 회절 방향이 존재한다. 그러므로, 파장 전환 시의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광을, 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 피가공물의 파장 흡수 특성에 따라 최적인 파장을 설정할 수 있으므로 가공 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 능동 광학 소자가, 상기 복수개의 능동 광학 요소로서, 경사각이 전환 가능하게 설치된 복수개의 소형 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 마이크로 미러 어레이를 구비한 레이저 가공 방법에서는, 상기 레이저광을 상기 변조광으로서 반사하는 온 상태에서, 상기 소형 미러의 경사각이, 상기 변조광을 상기 변조광 조사 광학계의 광축 방향으로 반사하도록 설정하는 것이 바람직하다

이 경우에, 변조광이 반사되는 방향이, 변조광 조사 광학계의 광축 방향과 일치하므로, 복수개의 파장인 대략 공통되는 회절 방향과 일치한다. 그러므로, 소형 미러에 의한 정반사 방향과 회절 방향이 일치하므로, 변조광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파(高調波)로부터 형성하는 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제u_k 고조파(u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)라 할 때, 상기 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 상기 복수개의 고조파의 각각의 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)인 방향으로 설정하는 방법으로하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 변조광 조사 광학계의 광축을(u_k·m_x, u_k·m_y) 차의 회절 차수의 방향에 맞추므로, 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파로부터 형성하는 레이저광의 회절 방향을 정확하게 일치시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 레이저 광원의 파장이, n개(n ≥ 2)의 λu_k (u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)이며, 일정 파장 λ에 대해서, λu_k가, 대략 (λ/u_k)일 때, 상기 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광의 각각의 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)인 방향으로 설정하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 변조광 조사 광학계의 광축을, 일정 파장 λ에 대해서,λu_k가 대략(λ/u_k)일 때, (u_k·m_x, u_k·m_y)차의 회절 차수의 방향으로 맞추므로, 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 레이저광의 회절 방향을 대략 일치시킬 수 있다.

본 발명의 레이저 가공 장치는, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 발생하는 레이저 광원과 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열되어 상기 레이저광을 피가공물의 가공 패턴에 대응한 단면 형상을 가지는 변조광으로 변환하는 능동 광학 소자와, 상기 변조광을 피가공물에 조사하는 변조광 조사 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 복수개의 파장의 회절광의 방향이, 상기 변조광 조사 광학계의 광축의 방향으로 대략 일치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 레이저 가공 방법을 행하기에 바람직한 장치가 된다. 그러므로, 본 발명의 레이저 가공 방법과 마찬가지의 작용·효과를 가진다.

본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 변조광 조사 광학계의 광축이, 상기 복수개의 파장을 가지는 각 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 회절광의 회절 방향 중, 상기 복수개의 파장에 대략 공통되는 방향으로 대략 일치하고 있어도 된다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 능동 광학 소자가, 상기 복수개의 능동 광학 요소로서, 경사각을 전환하여 상기 레이저광을 편향하는 복수개의 마이크로 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이로 이루어지고, 상기 마이크로 미러의 경사각이, 상기 레이저광을 상기 변조광 조사 광학계의 광축 방향으로 반사하는 각도로 설정된 구성으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 변조광이 반사되는 방향이, 변조광 조사 광학계의 광축 방향과 일치하고 있으므로, 복수개의 파장에 대략 공통되는 회절 방향과 일치한다. 그 때문에, 소형 미러에 의한 정반사 방향과 회절 방향이 대략 일치하므로, 변조광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 레이저 가공 장치는, 레이저 광원에 의해 발생된 레이저광을 적어도 2방향으로 편향 가능한 복수개의 편향 요소가 규칙적으로 배열된 공간 변조 소자와, 상기 변조광 조사 광학계에 대한 상기 레이저 광원 및 상기 공간 변조 소자 중 적어도 어느 하나의 기울기를 변경할 수 있는 회동(回動) 기구를 구비하고, 상기 변조광 조사 광학계는 상기 공간 변조 소자에 의해 상기 적어도 2방향 중 하나의 방향을 따라 편향된 변조광을 피가공물에 조사하고, 상기 회동 기구는 상기 변조광 조사 광학계의 광축에 따라 진행되는 상기 변조광의, 상기 공간 변조 소자에 대한 출사각을 가변으로 해도 된다.

이 구성에 의하면, 회동 기구에 의해 레이저 광원 및 공간 변조 소자 중 적어도 어느 하나의 기울기를 변조광 조사 광학계에 대해서 가변할 수 있고, 그에 따라, 변조광 조사 광학계의 광축을 따라 진행되는 변조광의 공간 변조 소자에 대한 출사각을 변경시킬 수 있다. 그에 따라, 변조광이 공간 변조 소자에 의해 회절되어도, 변조광 조사 광학계의 광축에 따라 진행되는 변조광을 적절한 회절 방향의 것에 맞출 수가 있다. 따라서, 변조광으로서 회절 효율이 높은 광을 변조광 조사 광학계에 입사시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 회동 기구가, 상기 공간 변조 소자에 대한 상기 레이저 광원의 기울기를 바꾸도록 회동하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 회동 기구에 의해, 공간 변조 소자에 대하여, 레이저 광원의 기울기를 변경 가능하므로, 공간 변조 소자가 고정되어 있는 경우에, 공간 변조 소자에 대한 레이저광의 입사각을 바꿀 수 있다. 그러므로, 변조광 조사 광학계의 광축을 따라 진행되는 변조광을, 레이저광의 파장과 공간 변조 소자로 입사되는 입사각에 따라서 적절한 차수의 회절광에 맞출 수 있다. 그에 따라, 회절 효율이 높은 변조광을 변조광 조사 광학계에 입사하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 변조광 조사 광학계에 대한 상기 공간 변조 소자의 기울기를 변경하도록 회동하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 변조광 조사 광학계에 입사하는 상기 변조광의, 공간 변조 소자에 대한 출사각을 변경 가능하므로, 레이저광의 파장과 공간 변조 소자에 입사하는 입사각에 따라 적절한 차수의 회절광에 맞출 수 있다. 그러므로, 회절 효율이 높은 변조광을 변조광 조사 광학계에 입사하는 것이 가능하다.

또한, 이와 같은 구성에 더하여서, 회동 기구가 공간 변조 소자에 대한 레이저 광원의 기울기를 변경하도록 회동하는 구성일 경우에는, 이들 회동을 조합함으로써, 변조광 조사 광학계에 입사하는 변조광의 회절 조건을 최적화할 수 있다.

또한, 공간 변조 소자의 회동에 맞추어서 레이저 광원을 회동할 수 있도록 하면, 레이저광의 입사각이 일정한 조건 하에서, 변조광의 출사각을 변경할 수 있으므로, 회동 제어가 용이해져서 효율적으로 변조광의 회절 차수를 변경할 수 있다.

또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 회동 기구의 회동 위치 및 상기 레이저광의 파장으로부터, 상기 변조광의 회절 방향을 산출하고, 상기 회절 방향이 상기 변조광 조사 광학계의 광축과 일치하도록 상기 회동 기구를 구동하는 회동 기구 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 회동 기구 제어부에 의해, 변조광의 회절 방향을 산출하고, 해당 회절 방향과 변조광 조사 광학계의 광축을 일치시키는 것이 가능하므로, 자동적으로 회절 효율을 최적화할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 회동 기구 제어부를 구비하는 레이저 가공 장치에서는, 상기 레이저 광원이 2개 이상의 상이한 파장의 레이저광을 전환 가능하도록 발생하고, 상기 회동 기구 제어부가 상기 각각의 레이저광의 파장인 공통되는 회절 방향인, 상기 변조광 조사 광학계의 광축을 일치시키도록 하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 사용하여 레이저 가공을 행할 때에, 파장을 전환해도 회동 기구를 재조정하지 않고도, 변조광의 회절 효율을 최적인 상태로 할 수 있으므로, 파장을 전환한 레이저 가공을 신속하게 행할 수 있어서, 가공 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 공간 변조 소자가, 상기 복수개의 편향 요소로서, 경사각을 전환하여 상기 레이저광을 적어도 2방향으로 편향하는 복수개의 미소 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이로 구성된 것이 바람직하다.

이 경우에, 변조광의 회절 효율을 향상시키기 위하여, 회동 기구에 의해 변조광의 회절 방향을 변조광 조사 광학계의 광축에 일치시키므로, 미소 미러의 경사각이 일정값을 취하는 경우에도, 변조광의 회절 효율을 용이하게 최적화할 수 있어서 고속이면서 고효율의 레이저 가공을 행할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 모든 도면에서, 실시예가 상이한 경우라도, 동일하거나 유사한 부재에sms 동일한 부호를 부여하고, 공통되는 설명은 생략한다.

[제1 실시예]

본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다.

본 실시예의 레이저 가공 장치(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 파장이 각각 λ₂, λ₃인 레이저광 L₂, L₃를, 가공 패턴에 따라, 변조광 L_M으로서 피가공물(15)상에 조사함으로써 레이저 가공을 행하는 장치이다.

피가공물(15)로서는, 예를 들면, 액정 디스플레이 등에 사용되는 유리 기판 이나, 반도체 기판 등을 들 수가 있다. 이들의 경우, 가공 대상은 기판상의 배선 패턴이나 노광(exposure)에 사용하는 포토마스크에 존재하는 불필요한 잔류물 등의 결함부 등을 들 수 있다.

피가공물(15)은, 특별히 도시하지는 않지만, 필요에 따라, 예를 들면 가공 시 위치를 고정하는 유지 기구, 흡착 기구나, 가공 위_치의 이동을 위한 이동 기구를 구비한 탑재 받침대에 유지되어 있다. 또, 마이크로 다이섹션 장치에 사용하는 경우에는, 세포 등의 생체 시료 등을 들 수가 있다.

레이저광 L₂, L₃는, 이와 같은 가공 대상의 파장 흡수 특성 등에 따라 전환하여 나누게 되어 있다.

레이저 가공 장치(100)의 개략적인 구성은, 레이저 발진기(1) (레이저 광원), 평면경(6), 마이크로 미러 어레이(7) (능동 광학 소자), 조사 광학계(20)(변조광 조사 광학계), 및 제어부(16)로 이루어진다.

레이저 발진기(1)는, 펄스 발진의 가공용 레이저 광원이다. 본 실시예에서는, 기본 파장 λ₁ = 1.064㎛의 YAG 레이저를 사용하고, 내부에서 고조파 결정을 전환함으로써, 제2, 제3 고조파(각각 파장 λ₂ = 532nm, λ₃ = 354.7nm)를 전환하여, 각각 레이저광 L₂, L₃로서, 동일 광로 상에 출사 가능하도록 되어 있다.

레이저광 L₂, L₃의 광속 직경은, 후술하는 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)을 충분히 덮을 수 있는 크기로 설정한다. 그러므로, 특별히 도시하지 는 않지만, 레이저 발진기(1)는, 필요에 따라 빔 확장기(beam expander) 등의 광학계나 광속 직경을 규제하는 조리개 등을 적절하게 구비하고 있다.

레이저 발진기(1)로부터 출사되는 레이저광 L₂(L₃)의 광로 상에는, 레이저광 L₂(L₃)의 광량을 조정하는 광 감쇠기(3)와 레이저광 L₂(L₃)를 투과하여 가시광원(5)으로부터 출사되는 조명광 Lm를 반사하여 조명광 Lm을 레이저광 L₂(L₃)와 동일 광로로 안내하는 반투경(4)과 평면경(6)의 순서대로 배치되어 있다.

반투경(4)으로서는, 이와 같은 반사율 특성을 가지는 광로 분기 소자이면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 하프 미러, 빔스플리터, 다이크로익 미러 등을 채용할 수 있다.

평면경(6)은, 레이저광 L₂(L₃)를 편향하여 일정한 입사각으로 마이크로 미러 어레이(7)에 입사시키는 편향 소자이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 마이크로 미러 어레이(7)는, 경사각이 0˚일 때, 기준 반사면(7a) 상에 정렬되고, 제어 신호인 따라, 소정 방향으로 경사질 수 있는 복수개의 소형 미러(7b)(능동 광학 요소, 편향 요소)가 다수, 종횡 방향의 격자형 등으로 규칙적으로 배치된 것이다. 예를 들면, 16㎛ 각의 소형 미러(7b)를 800 × 6OO개, 직사각형 영역에 배치한 DMD(Digital Micro-mirror Device) 등의 소자를 채용할 수 있다.

각각의 소형 미러(7b)는, 제어 신호에 따라 정전 전계를 발생하는 구동부(도시하지 않음)에 의해, 적절한 경사각으로 기울어질 수 있도록 있다. 이하에서는, 온 상태와 오프 상태의 2개의 경사각으로 경사지는 예를 설명한다. 온 상태와 오프 상태의 2개의 경사각은, 예를 들면,±12˚이다.

그러므로, 마이크로 미러 어레이(7)는, 일정한 입사각으로 입사된 레이저광 L₂(L₃)를 온 상태의 소형 미러(7b)에 의해 반사하여 제어 신호에 따른 단면 형상의 변조광 L_M을 형성하고, 오프 상태의 소형 미러(7b)에서 반사된 광을 변조광 L_M의 광로와 상이한 광로(도 1의 L_F를 참조)에 반사함으로써, 레이저광 L₂(L₃)의 공간 변조를 행할 수 있는 것이다.

예를 들면, 도 2에는, 소형 미러(7b)가 기준 반사면(7a)으로부터 반시계 방향으로 경사각 φ _ON만큼 경사진 온 상태의 소형 미러(7b)가 나타나 있다. 부호 N은, 기준 반사면(7a)의 법선을 나타낸다. 기준 반사면(7a)에 대해서 각도 θ_i로 입사된 레이저광 L₂(L₃)는 소형 미러(7b)에서 반사되어, 정반사 방향 R로 반사된다. 단, 도 2는, 보기 쉽게 하기 위해, 동일 각도라 하더라도 옮겨서 나타내고 있다.

한편, 이와 같은 등 피치로 배열되고 동일 방향으로 경사진 복수개의 소형 미러(7b)는 레이저광 L₂(L₃)에 대해서 회절 격자로서 작용한다. 그러므로, 레이저광 L₂(L₃)는, 그 파장과 소형 미러(7b)의 배열 피치에 따라 회절된다.

그러므로, 회절 차수에 대응하는 각 회절 방향의 광의 강도가 강하게 되고, 그 사이의 방향에서는, 회절 효율이 내려서 광 강도가 저하된다. 도 2에, 법선 N 으로부터 각도 θd 만큼 경사진 회절 방향 D는, 이들 회절 방향 중 레이저광 L₂(L₃)에 공통되는 회절 방향을 도시한 것이다.

도 3에, 마이크로 미러 어레이(7)를 반사한 회절광의 각도 분포를 2방향의 각도 그룹(α, β)으로서 각도 평면(2O1)에 플롯했다. 동그라미는 파장 λ₂의 레이저광 L₂의 회절 방향, ×표는 파장 λ₃의 레이저광 L₃의 회절 방향을 각각 나타낸다.

또, 레이저광 L₂(L₃)는, 기본 파장 λ₁의 고조파이므로, 파장 λ₂, λ₃의 비가, 정확한 정수비 3:2로 되어 있다. 그러므로, m_x, m_y를 정수라 하면, 레이저광 L₂의 회절 차수(2·m_x, 2·m_y) 차, 레이저광 L₃의 회절 차수(3·m_x, 3· m_y) 차의 각각의 회절 방향이 일치하는 것이다.

여기서, 본 실시예에 따른 레이저 가공 방법에서의 광로의 설정 방법에 대하여 설명한다. 단, 간단하게 설명하기 위하여, 도 4에 나타낸 1차원의 회절 모델을 사용하여 설명한다.

도 4는, 본 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 광로 설정을 위한 1차원 모델에 의한 모식적인 광로 설명도이다.

마이크로 미러 어레이(601)에, YAG 레이저의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파, 입사광(602)으로서 입사각 θ_i로 입사되는 경우, 각 회정광의 회절각 θ_d는, 다음 식의 회절 조건에 의해 나타낸다.

sinθ_d - sinθ_i = p·λ_i/T ( 1 )

단, p는 회절 차수,λ_i는 입사광(602)의 파장, T는 마이크로 미러 어레이(601)의 배열 피치이다.

YAG 레이저의 기본파의 0차 회절광(610)과 1차 회절광(611)의 회절각이 도 4와 같이 되어 있다고 가정한다. 이 때, 제2 고조파의 0차 회절광(620)의 방향은, 기본파의 0차 회절광(610)과 일치하고 있다. 그리고, 제2 고조파의 2차 회절광(622)의 방향은, 기본파의 1차 회절광(611)과 일치한다. 이들의 중간에 제2 고조파의 1차 회절광(621)이 있다. 제3 고조파에서도 마찬가지로, 0차 회절광(630)과 3차 회절광(633)의 방향은 각각 기본파의 0차 회절광(610)과 1차 회절광(611)에 일치하고, 양측의 중간에 1차 회절광(631)과 2차 회절광(632)이 있다. 이런 성질은 식 (1)의 회절 조건에 의해 분명해진다.

즉, 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 각각의 0차 회절광(610, 620, 630)은, 식 (1)에서, p = 0의 경우이며, 마이크로 미러 어레이(601)의 미소 미러가 기준 반사면에 정렬한 경우의 정반사광이다.

p가 O이 아닐 때, 회절각 θ_d가 동일하게 되는 조건은, 식 (1)에 의하여, p·λ_i가 일정하게 되는 것이다.

λ₂ = λ₁/2, λ₃ = λ₁/3이므로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 파장 λ₁의 1차 회절광(611)(p = 1)과 회절 방향이 일치하는 것은, 파장 λ₂의 제2 고조파에서는, 2 차 회절광(622)(p = 2)이며, 파장 λ₃의 제3 고조파에서는, 3차 회절광(633) (p = 3)이다. 일반적으로, 기본 파장의 m차 회절광의 회절 방향으로, 제u 고조파의 (u·m) 차 회절광의 회절 방향이 일치한다.

따라서, 제2 고조파의 1차 회절광(621), 제3 고조파의 1차 회절광(631), 2차 회절광(632)는, 각각 상이한 회절 방향으로 회절된다.

예를 들면, 마이크로 미러 어레이(601)의 소형 미러의 배열 피치가, T = 16㎛일 때, 입사각 θ_i = 36.8˚로 제2 고조파(파장 532nm)를 입사하면, 18(= 2 × 9)차 회절광의 회절각은, θd = 0˚가 된다. 또, 동일한 입사각 θ_i로 제3 고조파(파장 354.7 nm)를 입사하면, 그 27 (= 3 × 9) 차 회절광의 회절각이 θd = 0˚가 되어, 양측은 일치한다.

또한, 마이크로 미러 어레이(601)의 소형 미러의 경사각을 상기 입사각의 절반(18.4˚)으로 하면, 각 소형 미러로부터의 반사광이 상기 공통의 회절각을 가지는 회절 차수에 집중되므로, 그들의 회절 효율이 최대가 된다. 따라서, YAG 레이저의 파장을 전환하여도, 마이크로 미러 어레이(601) 이후의 광학계에 대한 입사 조건이 변하지 않고, 또한 레이저광량의 이용 효율을 최대로 할 수 있다.

이들 회절 조건을 2차원의 마이크로 미러 어레이로 용이하게 확장할 수 있다.

이와 같은 회절 방향은, 고조파의 개수가 증가해도 마찬가지 설정할 수 있다. 즉, 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제u_k 고조파(u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n) 로 할 때, 이들 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y) 차(단, m_x. m_y는 정수)인 방향으로 설정하면 된다.

본 실시예에서는, 도 3에 나타내듯이, 레이저광 L₂, L₃의 회절 차수(2 O4, 205)가, 회절 방향(αo, βo)과 일치한다. 그래서 이들 회절 방향과 일치하도록 조사 광학계(20)의 광축(202)을 설정하고, 소형 미러(7b)의 경사각을, 광축(202)과 소형 미러(7b)의 정반사 방향이 일치하도록 제어 신호에 의해 설정한다.

그 결과, 조사 광학계(20)의 후측각 개구 (203) 내에 유일하게 존재하는 각 파장의 회절 차수(204, 205)의 강도가 최대로 되고, 그 이외의 회절광의 강도는 극히 작아진다. 그리고, 파장이 상이한 레이저광 L₂, L₃를 전환할 때에도, 각각 조사 광학계(20)에 대해서 같은 입사 조건이 유지된다.

그리고, 회절 방향(αo, βo)은, 기준 반사면(7a)의 법선 N과 일치시킬 필요는 없지만, 기준 반사면(7a)이 조사 광학계(20)의 피사계 심도의 범위에 들어가는 범위로 하는 것이 바람직하다.

다시 도 1을 참조하면, 조사 광학계(20)는, 동일 축에 배치된 결상 렌즈(11), 대물 렌즈(14)로 이루어지고, 광축(202)이 마이크로 미러 어레이(7)에 의한 회절 방향(αo, βo)과 일치되고, 또한 기준 반사면(7a)과 피가공물(15)이 대략 공역이 되도록 설치된 결상 광학계이다. 예를 들면, 현미경 등의 광학계를 채용할 수 있다.

대물 렌즈(14)는 상측이 무한원 설계가 되고, 결상 렌즈(11)와 대물 렌 즈(14) 사이에서는, 레이저광 L₂(L₃)가 대략 평행광이 되어 있다.

대략 평행광의 광로 상에, 가시광원(13)으로부터 출사된 조명광 L_ob의 일부를 반사하고 일부를 투과시키고 변조광 L_M을 투과하는 반투경(12)이 형성되어 있다. 그러므로, 조명광 L_ob는 변조광 L_M과 동일 광로 상으로 안내되고, 피가공물(15)을 조명 가능할 수 있도록 되어 있다.

조명광 L_ob의 파장은, 후술하는 CCD(1O)에 의해 촬상할 수 있는 광이라면, 어떠한 파장이라도 되고, 예를 들면 가시광선의 파장 영역으로 설정할 수 있다.

반투경(12)은, 예를 들면 하프 미러나 그와 같은 파장 특성을 가지는 코팅이 행해진 반사판, 프리즘 등의 광 분기 소자를 채용할 수 있다.

또, 결상 렌즈(11)와 마이크로 미러 어레이(7) 사이의 광로에는, 변조광 L_M을 투과하고, 피가공물(15)에서 반사된 조명광 L_ob를 반사하는 반투경(8)이 형성되어 있다. 그러므로, 피가공물(15)에 의해 조명광 L_ob가 반사되어 반투경(8)으로 되돌아오면, 광로가 분기되게 된다. 반투경(8)은, 반투경(12)과 동일한 구성을 채용할 수 있다.

반투경(8)에 의해 분기된 광로 상에는, 피가공물(15) 상의 화상을 촬상하기 위한 CCD(10)가, 피가공물(15)의 표면과 대략 공역이 되는 위치에 배치되어 있다.

제어부(16)는, 레이저 가공 장치(100)의 전체를 제어하는 것이며, 조작 입력을 행하기 위한 조작부(17), CCD(10), 조작부(17)로부터의 조작 입력이나 CCD(10)로부터 송출되는 화상 신호를 표시하기 위한 모니터(9)가 접속되어 있다.

또한, 적어도 제어 대상인 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7)와 전기적으로 접속되고, 각각에 대하여, 그들의 동작을 제어하는 제어 신호를 송출할 수 있도록 되어 있다.

즉, 레이저 발진기(1)에 대해서는, 조작부(17)의 조작 입력에 기초하여, 레이저광 L₂, L₃ 중 어느 하나를 선택하여 점등 또는 소등시키는 제어 신호를 송출한다.

또, 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여는, CCD(10)에 의해 촬상된 피가공물(15)의 화상을 판독하고, 화상 처리하여 가공해야 할 영역을 검출함으로써, 변조광 L_M의 조사 영역을 가공해야 할 영역과 일치시키도록, 각 소형 미러(7b)의 온 상태와 오프 상태를 제어하는 제어 신호를 송출한다.

다음에, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 레이저 가공 장치(100)를 사용하여, 레이저 가공을 행하기 위한 가공 패턴 데이터를 작성한다. 그러므로, 가시광원(13)으로부터 조명광 L_ob를 출사하고, 반투경(12)에서 반사하여 대물 렌즈(14)를 통하여 피가공물(15)의 위를 조명한다.

조명광 L_ob의 반사광은, 대물 렌즈(14), 반투경(12), 결상 렌즈(11)를 각각 투과하여 반투경(8)에서 반사되어 CCD(10)에 의해 촬상된다. 그리고, 조명광 L_ob에 의한 피가공물(15)의 표면의 화상이 화상 신호(150A)로서 제어부(16)에 송출된다.

제어부(16)는, 상기 화상 신호(150A)를 화상 데이터로 변환하여, 모니터(9)에 표시한다.

그리고, 조작자가 모니터(9)의 화상을 관찰하여 조작부(17)를 통해서 가공 해야할 결함부나 절단부를 지정하거나, 제어부(16)에 의해 화상 데이터를 화상 처리하여 결함부나 절단부를 자동 추출하여, 그들 결함부나 절단부의 화상 데이터에 대응한 가공 패턴 데이터(151)를 작성한다.

상기 가공 패턴 데이터(151)는, 레이저광의 조사 영역을, 마이크로 미러 어레이(7)의 각 소형 미러(7b)의 온 상태에 대응시키는 제어 데이터이다.

다음에, 가공 패턴 데이터(151)를 검증하기 위하여, 가시광원(5)을 점등하고, 반투경(4), 평면경(6)을 통하여, 조명광 L_m을 기준 반사면(7a)에 조사한다. 그리고, 가공 패턴 데이터(151)를 마이크로 미러 어레이(7)에 송출한다. 그러면, 온 상태의 소형 미러(7b)에 의한 조명광 L_m의 반사광이, 결상 렌즈(11), 대물 렌즈(14)를 거쳐, 피가공물(15) 상으로 안내된다. 그리고, 그 반사광이 가시광원(13)으로부터 조사되는 조명광 L_ob에 의한 반사광과 마찬가지의 광로를 거쳐서 반투경(8)에서 반사되어 CCD(10)에 의해 촬상된다. 이 화소는, 화상 신호(150B)로서, 제어부(16)로 송출된다.

제어부(16)는, 화상 신호(150B)에 기초하는 화상 데이터를 화상 신호(150A)에 기초하는 화상과 휘도나 색 등을 바꾸어서, 구별 가능하도록 하여, 중첩시켜서 모니터(9)에 표시한다.

조작자는, 모니터(9)의 표시 화상으로부터, 가공 패턴 데이터(151)를 수정할 필요가 있다고 판단한 경우에는, 조작부(17)를 통하여 수정을 지시한다. 수정 종료 후에, 상기 작업을 반복한다.

수정할 필요가 없다고 판단한 경우는, 레이저 가공에 사용하는 파장, 예를 들면 λ₂를 선택하고, 가공 개시를 지시하는 조작 입력을 행하여, 레이저 가공 공정을 개시한다.

레이저 가공 공정에서는, 제어부(16)로부터, 레이저 발진기(1)에 대하여 레이저광 L₂를 발진하는 제어 신호를 송출하는 동시에 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여 가공 패턴 데이터(151)를 송출한다.

레이저광 L₂는, 광 감쇠기(3)에 의해 광의 강도가 조정되고, 반투경(4)을 투과하여, 평면경(6)에 의해 편향되고, 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)에 대하여 일정한 입사각 θ_i로 입사한다.

마이크로 미러 어레이(7)에서는, 각 소형 미러(7b)가 가공 패턴 데이터 (151)에 따라 온 상태와 오프 상태로 경사각이 제어되어 있으므로, 레이저광 L₂ 중, 온 상태의 소형 미러(7b)에 입사한 부분만이 정반사 방향 R에 변조광 L_M으로서 반사되고, 반투경(8)을 투과한다. 그리고, 광축(202)을 따라서, 결상 렌즈(11)에 입사하고, 대물 렌즈(14)에 의해 피가공물(15) 상에 결상된다.

그리고, 피가공물(15) 상의 가공 패턴 데이터(151)에 대응한 영역에 변조광 L_M이 조사된다. 그러므로, 가공 패턴 데이터(151)에 대응하는 영역이 변조광 L_M에 의해 레이더 가공된다.

이 때, 변조광 L_M은, 마이크로 미러 어레이(7)에 의하여 회절되어 있지만, 본 실시예에서는, 회절 차수(204)에 대응하는 회절 방향과 정반사 방향 R이 일치하고 있으므로, 회절 효율이 최대가 된 상태에서 조사 광학계(20)의 후측각 개구(203) 내에 입사한다.

그러므로, 레이저광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 레이저 가공 장치(100)에서는, 피가공물(15)의 화상으로부터, 레이저 가공하는 영역의 가공 패턴을 작성하고, 그 가공 패턴과 일치하는 영역을, 1 숏의 레이저광을 조사함으로써 가공할 수 있다.

그리고, 조작부(17)로부터, 가공에 사용하는 레이저광의 파장을 전환하는 조작 입력을 행하고, 제어부(16)에 으하여 레이저 광의 파장을 전환하는 제어 신호를 레이저 발진기(1)에 송출함으로써, 파장을 전환하여 레이저 가공을 행할 수 있다. 예를 들면, 레이저광 L₂ 대신 레이저광 L₃를 선택하여, 상기와 마찬가지로 레이저 가공 공정을 실행할 수 있다.

이때, 레이저광 L₃는, 파장이 다르므로, 마이크로 미러 어레이(7)에 의하여 레이저 광 L₂와 다른 회절 패턴으로 회절 되지만, 레이저광 L₃의 회절 차수(2O5)에 대응하는 회절 방향이, 레이저광 L₂의 회절 차수(204)의 회절 방향과 공통이므로, 레이저광 L₃의 경우에도, 회절 효율이 최대가 된다. 즉, 이와 같은 파장 전환을 행하여도, 레이저광의 이용 효율은 양호하게 유지된다.

그러므로, 파장 전환 시에도 이용 효율이 악화되지 않도록, 파장에 의하여 소형 미러(7b)의 경사각을 조정하거나, 마이크로 미러 어레이(7)에 대한 입사각을 변경하는 수고를 하지 않아도, 용이하고도 신속히 파장 전환을 행할 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다.

도 5에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 장치(110)의 개략적인 구성을 모식적으로 설명한다.

본 실시예의 레이저 가공 장치(110)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)의 레이저 발진기(1) 대신, 레이저 광원(130)을 구비한 것이다. 이하, 제1 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

레이저 광원(130)은, 상이한 파장의 레이저광 L_A, L_B (각각 파장 λ_A, λ_B)를 펄스 발진하고, 대략 평행 광속으로서 동일 광로 상에 출사할 수 있는 레이저 광원이다. 그 개략적인 구성은, 레이저 발진기(1A, 1B), 및 다이크로익 미러(2)로 이루어진다.

레이저광 L_A, L_B의 광속 직경은, 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)을 충분히 덮을 수 있는 크기가 된다. 그러므로, 특별히 도시하지는 않지 만, 레이저 발진기(130)는, 필요에 따라 빔 확장기 등의 광학계나 광속 직경을 규제하는 조리개 등을 적절하게 구비하고 있다.

예를 들면, 레이저 발진기(1A)로서 질소 레이저(파장 λ_A = 337.1nm), 레이저 발진기(1B)로서 제2 고조파(λ_B = 532nm)를 출력하는 YAG 레이저를 채용할 수 있이다. 이 경우에, 2개의 파장의 비, λ_A: λ_B는, 대략 정수비 5: 8이 된다.

레이저 발진기(1A, 1B)에는, 제어부(16)가 각각 접속되고, 제어부(16)의 제어 신호에 의해, 각각의 선택 전환, 점등, 소등, 발진 등이 행해진다.

다이크로익 미러(2)는, 레이저광 L_A, L_B의 광로를 합성하기 위한 것이며, 본 실시예에서는, 레이저광 L_A를 거의 투과하고, 레이저광 L_B를 거의 반사하는 파장 특성을 가진다.

본 실시예에서는, 레이저광 L_A, L_B의 파장비가 대략 5: 8이므로, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로, m_x, m_y를 정수로서, 레이저광 L_A의 회절 차수가 (8·m_x, 8·m_y) 차의 회절 방향과 레이저광 L_B의 회절 차수가 (5·m_x·5·m_y)차의 회절 방향이, 대략 일치한다. 그래서, 이들 회절 방향과 대략 일치하도록 조사 광학계(20)의 광축(202)을 배치한다. 그리고, 소형 미러(7b)의 경사각을, 광축(202)과 소형 미러(7b)의 정반사 방향이 일치하도록 설정한다.

그러므로, 레이저광 L_A, L_B를 전환하여 조사하여도, 조사 광학계(20)에 대한 입사 조건이 바뀌지 않고, 또한 각각이 대략 최고 회절 효율로 입사한다.

레이저 가공 장치(11O)에 의한 레이저 가공 공정은, 제1 실시예의 레이저광 L₂, L₃를, 레이저광 L_A, L_B로 치환하기만 하면, 마찬가지로 행해진다.

따라서, 파장을 전환하여도, 효율적으로 레이저 가공을 행할 수 있다.

본 실시예에서는, 파장비의 정수비의 정도는, 일치시키는 회절 방향의 일치 정도에 의해 설정한다. 예를 들면, m_x, m_y가 커지면, 정수비의 어긋남에 비례하여 회절 방향이 어긋나므로, 보다 엄밀한 정수비에 접근하는 것이 바람직하다. 한편, m_x, m_y가 비교적 작으면, 엄밀한 정수비로부터 벗어나 있어도, 회절 방향으로서의 어긋나는 양이 작아져서, 양호한 회절 효율을 얻을 수 있다.

회절 방향의 어긋남 양은, 적어도 조사 광학계(20)의 후측각 개구보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 레이저 광원으로서 레이저 발진기(1A, 1B)의 2대를 사용하는 예를 설명하였지만, 레이저 발진기를 3대 이상 사용하거나, 또는 멀티 발진 레이저를 조합시켜 3 파장 이상의 레이저광이 전환되도록 변형할 수 있다.

이 경우에, 복수개의 레이저 광원의 파장이, n개(n ≥ 3)의 λ_uk (u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)이며, 일정 파장 λ에 대해서, λ_uk가, 대략 (λ/u_k) 일 때, 각 파장 광에 공통되는 회절 방향으로서, 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y) 차(단, m_x, m_y는 정수)의 회절 방향으로 설정한다.

상기 제2 실시예는, 상기 관계에서, n = 2로 한 경우에 해당한다.

그리고, 상기의 설명에서는, 복수개의 파장이 일치하는 회절 방향과 마이크로 미러 어레이(7)의 소형 미러(7b)의 온 상태의 정반사 방향이 일치하도록 설정한 예를 설명하였지만, 파장 전환 시의 광 이용 효율의 정도가 허용 범위 내라면 , 회절 방향과 정반사 방향이 어긋나 있어도 된다. 즉, 회절 방향과 정반사 방향이 완전하게 일치될 필요는 없고, 목적하는 레이저 가공이 가능한 범위에서 대략 일치시키면 된다.

예를 들면, 마이크로 미러 어레이(7)로서, 표준이 되는 제품의 경사각을 사용함으로써, 회절 방향과 정반사 방향이 약간 어긋난 구성으로 해도 된다. 이 경우에, 소형 미러(7b)의 경사각을 전용으로 설정하지 않아도 되기 때문에, 염가의 마이크로 미러 어레이(7)를 채용하는 것이 가능하다는 이점이 있다.

또, 복수개의 파장의 하나의 차수의 회절광만 현미경의 후측각 개구에 입사하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 피가공물 상에 투영되는 마이크로 미러 어레이의 상은 하나 하나의 소형 미러의 상이 해상되어 있는 것은 아니다. 그러나, 그로 인하여, 소형 미러 사이에 있는 간극 때문에, 격자형의 불균일한 가공 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기의 설명에서는, 레이저광을 마이크로 미러 어레이(7)에 대해서 소정 각도로 입사시키기 때문에, 평면경(6)에서 편향하는 경우를 설명하였지만, 레이저 광원으로부터 직접 소정 각도로 입사할 수 있는 경우는, 평면경(6)은 생략해도 된다.

또, 상기의 제1 실시예의 설명에서는, 고조파로서 제2, 제3 고조파의 2개를 사용한 예를 설명하였지만, 필요에 따라, 3개이상의 고조파를 사용해도 된다. 또한, 고조파의 차수는 띄엄띄엄 선택해도 된다.

또, 상기의 설명에서는, 능동 광학 소자로서, DMD로 이루어지는 마이크로 미러 어레이를 사용한 예를 설명하였지만, 능동 광학 소자는, 이에 한정되는 것은 아니다.

능동 광학 요소의 배열 피치에 의한 회절의 영향을 받는 다른 반사형 능동 광학 소자 등을 사용하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

[제3 실시예]

다음에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다.

도 6은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)의 개략적인 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예의 레이저 가공 장치(200)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 파장이 각각 λ₂, λ₃가 되는 레이저광 L₂, L₃를, 가공 패턴에 따라, 변조광 L_M으로서 피가공물(15) 상에 조사함으로써 레이저 가공을 행하는 장치이다.

레이저광 L₂, L₃는, 피가공물(15)의 파장 흡수 특성 등에 따라 전환하여서, 구분하여 사용할 수 있게 되어 있다.

레이저 가공 장치(200)의 개략적인 구성은, 레이저 발진기(1) (레이저 광원), 경사 스테이지(104)(회동 기구), 마이크로 미러 어레이(7)(공간 변조 소자, 능 동 광학 소자), 경사 스테이지(105)(회동 기구), 조사 광학계(20)(변조광 조사 광학계), 및 제어부(16)로 이루어진다.

레이저 발진기(1)는, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 펄스 발진하고, 대략 평행 광속으로서 출사하는 레이저 광원이다. 본 실시예에서는, 기본 파장 λ₁ = 1.064㎛의 YAG 레이저를 사용하고, 제2, 제3 고조파(각각 파장 λ₂ = 532nm, λ₃ = 354.7nm)를 전환하여, 각각 레이저광 L₂, L₃로서, 동일 광로 상에 출사 가능하도록되어 있다.

레이저광 L₂, L₃의 광속 직경은, 후술하는 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)을 충분히 덮을 수 있는 크기가 된다. 그러므로, 특별히 도시하지는 않지만, 레이저 발진기(1)는, 필요에 따라 빔 확장기 등의 광학계나 광속 직경을 규제하는 조리개 등을 적절하게 구비하고 있다.

경사 스테이지(104)는, 레이저 발진기(1)를, 레이저광 L₂, L₃의 광축 상에 설치된 회동 중심(104C)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 회동 기구이다. 예를 들면, 고니오(gonio) 스테이지 등을 채용할 수 있다. 회동 방향은, 필요에 따라 1축 주위일 수도 있고, 2축 주위일 수도 있다. 그리고, 예를 들면, 스텝 모터로 구동되는 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 스테이지 구동부(104a)를 구비하고, 후술하는 제어부(16)의 제어 신호에 따라 회동 동작이 제어된다.

레이저 발진기(1)로부터 출사되는 레이저광 L₂(L₃)의 광로 상에는, 레이저광 L₂(L₃)의 광량을 조정하는 광 감쇠기(3)와, 레이저광 L₂(L₃)의 단면 강도 분포를 균일화하는 균일화 광학계로서 호모지나이저(102, homogenizer)가 형성되어 있다.

호모지나이저(102)는, 예를 들면, 플라이 아이 렌즈, 회절 소자, 비구면 렌즈나, 칼레이드형 로드(kaleido type rod)를 사용한 것 등의 각종 구성이 알려져 있으므로, 필요에 따라 어느 구성을 채용해도 된다.

마이크로 미러 어레이(7)의 구성 및 동작은, 도 2에서 설명한 바과 마찬가지이다.

경사 스테이지(105)는, 마이크로 미러 어레이(7)를, 기준 반사면(7a)의 대략 중심에 위치하는 회동 중심(105C)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 회동 기구이다. 예를 들면, 고니오 스테이지 등을 채용할 수 있다. 회동 방향은, 필요에 따라 1축 주위일 수도 있고, 2축 주위일 수도 된다. 그리고, 예를 들면, 스텝 모터로 구동되는 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 스테이지 구동부(105a)를 구비하고, 후술하는 제어부(16)의 제어 신호에 따라 회동 동작이 제어된다.

회동 중심(105C)과 경사 스테이지(104)의 회동 중심(104C)은 대략 일치된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 조사 광학계(20)는, 광축(202)이 회동 중심(104C, 105C)을 통과하도록 배치된 결상 렌즈(11), 대물 렌즈(14)가, 기준 반사면(7a)과 피가공물(15)이 대략 공역이 되도록 설치된 결상 광학계이다. 예를 들면, 현미경 등의 광학계가 채용될 수 있다.

대물 렌즈(14), 결상 렌즈(11), 반투경(12), CCD(10), 반투경(8) 등의 구성 및 위치 관계는, 전술한 제1 및 제 2의 실시예와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.

제어부(16)는, 레이저 가공 장치(200) 전체를 제어하는 것이며, 조작 입력을 행하기 위한 조작부(17), CCD(10), 조작부(17)로부터의 조작 입력이나 CCD(10)로부터 송출되는 화상 신호를 표시하기 위한 모니터(9)가 접속되어 있다.

또, 적어도 제어 대상인 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7), 스테이지 구동부(104a, 105a)와 전기적으로 접속되고, 각각에 대하여, 그들의 동작을 제어하는 제어 신호를 송출할 수 있도록 되어 있다.

제어부(16)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 레이저 발진기(1)에 대해서는, 레이저광 L₂, L₃ 중 어느 하나를 선택하여 점등 또는 소등시키는 제어 신호를 송출한다.

또, 마이크로 미러 어레이(7)에 대해서는, 변조광 L_M의 조사 영역을 가공해야 할 영역과 일치시킬 수 있도록 각 미소 미러(7b)의 온 상태와 오프 상태를 제어하는 제어 신호를 송출한다.

제어부(16)는, 스테이지 구동부(104a, 105a)에 대해서는, 조작부(17)에 의해 설정된 레이저광의 파장에 따라, 회절 방향 D(도 2 참조)를 산출하고, 회절 방향 D가 광축(202)과 일치하도록 경사 스테이지(104, 105) 중 적어도 어느 하나를 회동하도록 하는 제어 신호를 송출한다. 즉, 제어부(16)는, 회동 기구를 구동하는 회동 기구 제어부를 구성하고 있다.

여기서, 회절 방향 D의 설정 방법에 대하여 설명한다.

마이크로 미러 어레이(7)는, 네모진 반사면을 가지는 미소 미러(7b)가 종횡의 격자형으로 배열되어 있으므로, 회절광은 2차원으로 분포한다. 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7), 조사 광학계(20)의 배치 관계에 따라서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, (αo, βo)에 위치하는 조사 광학계(20)의 광축(202)에 대해서, 각 회절 방향과 관계없이 분포한다. 여기서, 동그라미는 파장 λ₂의 레이저광 L₂의 회절 방향, ×표는 파장 λ₃의 레이저광 L₃의 회절 방향을 각각 나타낸다. 부호 2O3은, 조사 광학계(20)의 후측각 개구를 나타낸다.

도 3을 사용하여 이미 설명한 바와 같이, 레이저광 L₂, L₃는, 기본 파장 λ₁의 고조파이므로, 파장 λ₂, λ₃의 비가, 정확하게 정수비 3:2로 되어 있다. 그러므로, m_x, m_y를 정수로 하면, 레이저광 L₂의 회절 차수 (2·m_x, 2·m_y) 차, 레이저광 L₃의 회절 차수(3·m_x, 3·m_y)차의 각각의 회절 방향이 일치한다.

이 경우에, 예를 들면, 파장 λ₃에서는, 광축(202) 근방의 회절 방향(206)의 회절광이 거의 입사되므로, 회절 효율이 높은 광이 입사된다. 한편, 파장 λ₂로 전환하면, 조사 광학계(20)에 입사되는 광은 3종류의 회절 방향(207)으로 분산하고, 회절 효율이 낮은 광이 되므로, 입사광량은 저하된다.

그래서, 본 실시예에서는, 경사 스테이지(104, 105) 중 적어도 어느 하나를 구동하여, 회절 방향을 회동하고, 도 3과 같은 상태로 한다. 즉, (αo,βo)의 위 치에, 회절 방향이 공통되는 회절 차수에 대응한 회절 방향(204, 205)을 이동시킨다.

회절 방향의 위치 관계에 대하여는, 식 (1) 및 도 4를 사용하여 이미 설명한 바와 같다. 예를 들면, 마이크로 미러 어레이(601)의 미소 미러의 배열 피치가, T = 16㎛ 일 때, 입사각 θ_i = 23.8˚이고, 파장 532nm의 제2 고조파를 입사하면, 12 (= 2 × 6)차 회절광의 회절각은,θ_d = 0.2˚가 된다. 또, 동일한 입사각 θ_i로 파장 354.7nm의 제3 고조파를 입사하면, 그 18 (= 3 × 6)차 회절광의 회절각이, θ_d = 0.2˚가 되어, 양측이 일치한다.

그래서, 광축(202)에 회절 방향 D가 일치하도록, 경사 스테이지(105)를 회동하고, 그때의 기준 반사면(7a)에 대해서, 레이저광 L₂, L₃의 입사각이 상기 θ_i가 되도록 경사 스테이지(104)를 회동한다. 이와 같이함으로써, YAG 레이저의 파장을 전환하더라도, 마이크로 미러 어레이(601) 이후의 광학계에 대한 입사 조건이 변하지 않고, 또한 레이저광량의 이용 효율을 최대로 할 수 있게 된다.

그리고, 소형 미러(7b)의 경사각 φ _ON이 상이한 마이크로 미러 어레이(7)를 사용하는 경우라도, 마찬가지로 하여 광 이용 효율을 최대로 하는 입사각 θ_i가 산출되므로, 거기에 맞추어서 경사 스테이지(104, 105)를 회동시킬 수 있다. 그러므로, 경사각 φ _ON은 12˚로 한정되지 않는다.

이상으로, 회절 차수가 1차원의 예를 설명였지만, 회절 차수가 2차원이 되는 일반적인 경우라도 마찬가지이다. 즉, 제u 고조파는, m_x, m_y를 정수로하고, (u·m_x, u·m_y)차 회절광의 회절 방향이 모두 정확하게 일치하므로, 그 회절 방향과 입사각에 맞추어서 경사 스테이지(104, 105)를 회동함으로써, 회절 효율을 최대로할 수 있다.

도 6은, 그와 같은 상태를 도시하고 있다. 회절광(121)은, 도 3의 회절 방향(204, 205)에 대응하고 있고, 회절광(120, 122)는, 그 외의 회절 방향에 대응하고 있다.

그리고, 회절 방향 D는, 2차원의 입사각 θ_i의 함수이므로, 각도 조정의 자유도는, 2 자유도이면 된다. 따라서, 경사 스테이지(104, 105)가 각각 2축 주위에 회동하는 경우는, 어느 한쪽만을 회동하기만 하면 상기 조정을 행할 수 있다. 또한, 경사 스테이지(104, 105)를 독립 방향의 1축 주위에 회동하도록 해도 된다.

다음에, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)의 동작에 대하여 설명한다.

도 7은, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 초기 상태를 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.

레이저 가공 장치(200)의 초기 상태에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 경사 스테이지(104, 105)가 회동의 기준 위치로 설정되고, 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7)의 위치 관계가 최적화되어 있지 않다. 그러므로, 일반적으로는, 그 상태에서 레이저광 L₂(L₃)를 조사하면, 회절광(12O, 121, 122) 등이 모두 광 축(202)으로부터 어긋나서, 도 3에 나타낸 바와 같이 조사 광학계(20)에 입사되는 광이, 복수개의 회절광으로 분산되므로, 결과적으로 피가공물(15)에 조사되는 광의 강도가 저하된다.

그래서, 레이저광을 조사하기 전에, 경사 스테이지(104, 105)의 회동 위치를 최적화하기 위한 초기 설정 동작을 행한다.

즉, 출사 가능한 레이저광의 파장 λ₂, λ₃에 대하여, 공통되는 회절 방향 D와 광축(202)을 일치시키는 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7)의 위치 관계를 전술한 회절 방향의 설정 방법에 기초하여 제어부(16)에 의해 산출하고, 경사 스테이지(104, 105)의 회동 위치에 대응하는 제어 신호가 경사 스테이지(104, 105)에 송출된다.

다음에, 레이저 가공 장치(200)를 사용하여, 레이저 가공을 행하기 위한 가공 패턴 데이터를 작성한다. 그러므로, 광원(13)으로부터 조명광 L_ob를 출사하고, 반투경(12)에서 반사하여 대물 렌즈(14)를 통하여 피가공물(15) 위를 조명한다.

조명광 L_ob의 반사광은, 대물 렌즈(14), 반투경(12), 결상 렌즈(11)를 각각 투과하여 반투경(8)에서 반사되고, CCD(10)에 의해 촬상된다. 그리고, 조명광 L_ob에 의한 피가공물(15)의 표면의 화상이 화상 신호(150A)로서 제어부(16)에 송출된다.

제어부(16)는, 상기 화상 신호(150A)를 화상 데이터로 변환하여, 모니터(9)에 표시한다. 그리고, 조작자가 모니터(9)의 화상을 관찰하여 조작부(17)를 통해 서 가공해야 할 결함부나 절단부를 지정하거나, 제어부(16)에 의해 화상 데이터를 화상 처리하여 결함부나 절단부를 자동 추출하여, 그들 결함부나 절단부의 화상 데이터에 대응하는 가공 패턴 데이터(151)를 작성한다.

상기 가공 패턴 데이터(151)는, 레이저광의 조사 영역을, 마이크로 미러 어레이(7)의 각 미소 미러(7b)의 온 상태에 대응시키는 제어 데이터이다.

다음으로, 조작자는, 조작부(17)로부터, 레이저 가공에 사용하는 파장, 예를 들면 λ₂를 선택하고, 가공 개시를 지시하는 조작 입력을 행하고, 레이저 가공 공정을 개시한다.

레이저 가공 공정에서는, 제어부(16)로부터, 레이저 발진기(1)에 대해서 레이저광 L₂를 발진하는 제어 신호를 송출하는 동시에 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여, 가공 패턴 데이터(151)를 송출한다.

레이저광 L₂는, 광 감쇠기(3)에 의해 광의 강도가 조정되고, 호모지나이저(102)에 의해 단면 방향의 광 강도의 분포가 균일화되고, 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)에 대해서 일정한 입사각 θ_i로 입사한다.

마이크로 미러 어레이(7)에서는, 각 미소 미러(7b)가 가공 패턴 데이터 (151)에 따라 온 상태와 오프 상태로 경사각이 제어되어 있으므로, 레이저광 L₂ 중, 온 상태의 미소 미러(7b)에 입사한 부분만 정반사 방향 R(도 2 참조)으로 반사된다.

이때, 온 상태의 미소 미러(7b)가 모인 영역에서는, 회절이 일어나서, 회절 차수에 따른 방향으로 회절된다. 본 실시예에서는, 회절 방향 D와 정반사 방향 R이 일치되어 있으므로, 회절 효율이 최대가 되는 상태에서 광의 강도가 저하하지 않고, 출사각 θ₀ (도 2 참조)의 방향으로 반사되어 반투경(8)을 투과한다.

그리고, 회절 방향 D과 일치하도록 광축(202)을 배치한 결상 렌즈(11)에 입사하고, 대물 렌즈(14)에 의해 피가공물(15) 상에 결상된다. 따라서, 피가공물(15) 상의 가공 패턴 데이터(151)에 대응한 영역에 변조광 L_M이 조사된다. 그러므로, 가공 패턴 데이터(151)에 대응하는 영역이 변조광 L_M에 의하여 레이저 가공된다.

한편, 오프 상태의 미소 미러(7b)에서 반사된 광은, 결상 렌즈(11)에 입사 하지 않는 방향으로 반사되므로, 피가공물(15)에 도달하지 않게 된다.

이와 같이, 레이저 가공 장치(200)에서는, 피가공물(15)의 화상으로부터, 레이저 가공하는 영역의 가공 패턴을 작성하고, 상기 가공 패턴과 일치하는 영역에 1 숏의 레이저광을 조사함으로써 가공할 수 있다.

그리고, 조작부(17)로부터, 가공에 사용하는 레이저광의 파장을 전환하는 조작 입력을 행하고, 제어부(16)에 의하여 레이더 광의 파장을 전환하는 제어 신호를 레이저 발진기(1)에 송출함으로써, 파장을 전환하여 레이저 가공을 행할 수 있다. 예를 들면, 레이저광 L₂ 대신 레이저광 L₃를 선택하여, 상기와 마찬가지로 레이저 가공 공정을 실행할 수 있다.

그때, 레이저광 L₃는, 파장이 상이하므로, 레이저광 L₂와 상이한 회절 패턴으로 회절되지만, 온 상태의 미소 미러(7b)의 정반사 방향 R과 일치되는 회절 방향 D가 파장 λ₂, λ₃로 공통이므로, 레이저광 L₃의 경우에도, 온 상태의 미소 미러(7b)에 의해 회절 방향 D를 향하여 가장 회절 효율이 높은 상태에서 출사된다.

그러므로, 파장의 차이에 따른 회절 방향의 변화에 따라, 예를 들면 조사 광학계(20)의 설치 위치를 이동하는 수고하지 않고도, 단인 레이저 발진기(1)에 파장의 전환을 지시하기만 하면, 상이한 파장에 의한 레이저 가공을 마찬가지의 회절 효율로 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 경사 스테이지(104, 105)를 구비함으로써, 마이크로 미러 어레이(7)의 미소 미러(7b)의 경사각이 일정하여도, 회절 효율이 높은 광을 조사 광학계(20)에 입사시킬 수 있다. 그러므로, 미소 미러(7b)의 경사각을 바꾼 특수 주문품 등을 사용하지 않고, 표준 제품으로 장치를 구성할 수 있으므로, 간소하면서 염가로 장치를 만들 수 있는 이점이 있다.

[제4 실시예]

다음에, 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명한다.

도 8은, 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 가공 장치(210)의 개략적인 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예의 레이저 가공 장치(210)는, 상기 제3 실시예의 레이저 가공 장치(200)의 경사 스테이지(105)를 제거하고, 마이크로 미러 어레이(7)를 레이저 발 진기(1)에 대하여 상대적인 위치 관계를 고정한 변조광 발생부(30)와 일체화하고, 변조광 발생부(30)를 경사 스테이지(104)에 의해 회동 가능하게 유지한 것이다. 마이크로 미러 어레이(7)의 위치는, 레이저광 L₂, L₃의 광축이, 기준 반사면(7a)의 대략 중심으로 일정 입사각으로 입사하는 위치가 된다.

이하, 상기 제3 실시예와 상이한 점을 중심으로 간단하게 설명한다.

본 실시예의 구성에 따르면, 제3 실시예에서, 경사 스테이지(104, 105)를 동기하여 회동하는 경우에 해당한다. 경사 스테이지(104)가 2축 방향으로 회동 가능하도록되어 있으므로, 회절 방향 D와 광축(202)을 일치시킬 수 있다.

이 경우에, 경사 스테이지(105)를 제거할 수 있으므로, 구성이 간소하며 염가의 장치를 이용할 수 있는 이점이 있다.

그리고, 상기의 설명에서는, 레이저광이, 2개의 고조파로 이루어지는 경우를 설명하였지만, 고조파의 수는, 3개 이상일 수도 있다. 이 경우에, 각각에 공통되는 회절 방향은 다음과 같이 설정할 수 있다.

즉, 복수개의 고조파를, n개(n≥3)의 제u_k 고조파(u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,…, n)로 할 때, 이들 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)인 방향으로 설정하면 된다.

또, 상기의 설명에서는, 레이저광이 기본 파장의 고조파에 의해 복수개의 파장을 구비하는 예를 설명하였으나, 복수개의 파장은 고조파로 한정되지 않는다. 예를 들면, 별개의 광원으로부터 출사되는 복수개의 파장을 가지는 레이저광일 수 도 있다.

복수개의 파장은, 정확하게 정수비를 이루는 것이 바람직하지만, 회절 효율의 변화가 허용 범위이면, 대략 정수비를 이루어도 된다. 이 경우에, 각각에 공통되는 회절 방향은 존재하지 않지만, 서로 가까운 회절 방향이 존재한다. 따라서, 이들 서로 가까운 회절 방향의 하나 또는, 그들의 평균적인 회절 방향으로 조사 광학계의 광축을 일치시키는 것에 의해, 정수비의 경우와 대략 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.

대략 정수비를 이루는 정도는, 회절 방향의 일치 정도에 의하여 설정한다. 예를 들면, m_x, m_y가 커지면, 정수비의 어긋남에 비례해 회절 방향이 어긋나므로, 보다 정확한 정수비에 접근하는 것이 바람직하다. 한편, m_x, m_y가 비교적 작으면, 엄밀한 정수비로부터 벗어나 있어도, 회절 방향로서의 어긋나는 양이 작아져서, 양호한 회절 효율을 얻을 수 있다. 회절 방향의 어긋나는 양은, 적어도 조사 광학계(20)의 후측각 개구보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.

이 경우에, 복수개의 레이저 광원의 파장을, n개(n ≥ 2)의 λu_k (u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)라 할 때, 일정 파장 λ에 대해서, λu_k가 대략 (λ/u_k)가 되도록 설정하고, 각 파장 광에 공통되는 회절 방향으로서 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)의 회절 방향으로 설정한다.

예를 들면, 질소 레이저(파장 λ₂ = 3371nm)와 YAG 레이저의 제2 고조파(λ₃ = 532nm)를 사용하여, 2개의 파장비 λ₂: λ₃가, 대략 정수비 5:8이 되도록 할 수 있다.

또, 상기의 설명에서는, 레이저광을 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여 소정 각도로 입사시키기 위하여, 평면경(6)으로 편향하는 예를 설명하였지만, 레이저 광원으로부터 직접 소정 각도로 입사할 수 있는 경우에는, 평면경(6)을 생략할 수도 다.

또한, 상기의 설명에서는, 고조파로서 제2, 제3 고조파의 2개를 사용한 예를 설명하면, 필요에 따라, 3개 이상의 고조파를 사용해도 된다. 또, 고조파의 차수는 띄엄띄엄 선택해도 된다.

그럴 경우, 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제u_k 고조파(u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)로 할 때, 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 각각의 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)인 방향으로 설정하면 된다.

또한, 상기의 설명에서는, 복수개의 파장 모두에게 공통되든지 또는 대략 일치하는 회절 방향과 조사 광학계의 광축을 맞추는 예를 설명하였지만, 가공 조건에 따라서는, 복수개의 파장의 일부만 이용하는 경우가 있다. 그럴 경우, 회동 기구 제어부가 가공에 사용하는 파장에 따라, 그 회절 방향이 대략 일치하는 방향을 산출하고, 조사 광학계의 광축을 맞출 수 있도록 제어 신호를 송출해도 된다.

또한, 가공에 사용하는 파장이 1종류뿐일 수도 있고, 그럴 경우에는, 적절한 회절 방향과 조사 광학계의 광축을 맞출 수 있다.

또한, 상기의 설명에서는, 회동 기구 제어부가 회동 기구의 회동 위치를 산출하여 제어 신호를 송출하는 것을 설명하였으나, 레이저 광원의 모든 레이저광의 파장 또는 그들의 조합에 따라, 미리 위치 관계를 산출해두고, 산출 결과를 예를 들면 데이터 테이블 등에 기억시켜 두어도 된다.

본 발명의 레이저 가공 방법 및 장치는, 생체 시료의 현미경 절단을 행하기 위한 마이크로 다이섹션 등의 기술 분야에도 적용할 수 있는 것이다.

또, 상기에 개시된 구성은, 각 실시예의 구성으로 한정되는 것이 아니고, 실시할 수 있으면, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 적절하게 조합하여 실시할 수 있다.

본 발명의 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저광의 복수개의 파장을 전환하여도, 변조광이 하나의 방향으로 반사되어 변조광 조사 광학계로 입사되므로, 레이저광의 이용 효율을 개선할 수 있어서, 효율적으로 피가공물을 가공할 수 있다.

Claims (17)

1. 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 발생하는 레이저 광원으로부터, 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열된 능동 광학 소자를 향하여 상기 레이저광을 조사하고, 상기 레이저광을 피가공물의 가공 패턴에 대응하는 단면 형상을 가지는 변조광으로 변환하고, 상기 변조광을 변조광 조사 광학계에 의해 피가공물에 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서,

   상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 상기 복수개의 파장의 회절광의 방향이, 상기 변조광 조사 광학계의 광축의 방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 변조광 조사 광학계의 광축을,

   상기 복수개의 파장을 가지는 각각의 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 회절광의 회절 방향 중, 상기 복수개의 파장에 대략 공통되는 방향과 대략 일치시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광을, 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파로부터 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광을, 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 능동 광학 소자가, 상기 복수개의 능동 광학 요소로서, 경사각이 전환 가능하도록 설치된 복수개의 소형 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 레이저광을 상기 변조광으로서 반사하는 온(ON) 상태에서, 상기 소형 미러의 경사각이, 상기 변조광을 상기 변조광 조사 광학계의 광축 방향으로 반사하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
7. 제3항에 있어서,

   상기 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제u_k 고조파(u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2, …, n)라 할 때,

   상기 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서, 상기 복수개의 고조파의 각각의 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)인 방향으로 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
8. 제4항에 있어서,

   상기 복수개의 레이저 광원의 파장이, n개(n ≥ 2)의 λu_k(u_k는 서로 상이한 정수, k = 1, 2, …. n)이며,

   일정 파장 λ에 대해서, λu_k가, 대략 (λ/u_k)일 때,

   상기 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광의 각각의 회절 차수가, (u_k·m_x, u_k·m_y)차(단, m_x, m_y는 정수)인 방향으로 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
9. 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 발생하는 레이저 광원과,

   복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열되고, 상기 레이저광을 피가공물의 가공 패턴에 대응하는 단면 형상을 가지는 변조광으로 변환하는 능동 광학 소자와,

   상기 변조광을 피가공물에 조사하는 변조광 조사 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치로서,

   상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 복수개의 파장의 회절광의 방향이, 상기 변조광 조사 광학계의 광축의 방향 과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 변조광 조사 광학계의 광축이,

    상기 복수개의 파장을 가지는 각각의 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 회절광의 회절 방향 중, 상기 복수개의 파장에 대략 공통되는 방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 능동 광학 소자가, 상기 복수개의 능동 광학 요소로서, 경사각을 전환하여 상기 레이저광을 편향하는 복수개의 마이크로 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이로 이루어지고,

    상기 마이크로 미러의 경사각이, 상기 레이저광을 상기 변조광 조사 광학계의 광축 방향으로 반사하는 각도로 설정된 것을 특징으로 하는 청구항 레이저 가공 장치.
12. 제9항에 있어서,

    상기 변조광 조사 광학계에 대한, 상기 레이저 광원 및 상기 능동 광학 소자 중 적어도 어느 하나의 기울기를 변경할 수 있는 회동(回動) 기구를 구비하고,

    상기 변조광 조사 광학계는, 상기 능동 광학 소자에 의해 상기 적어도 2방향 중 어느 하나의 방향을 따라 편향된 변조광을 상기 피가공물에 조사하고,

    상기 회동 기구는, 상기 변조광 조사 광학계의 광축을 따라 진행되는 상기 변조광의, 상기 능동 광학 소자에 대한 출사각을 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 회동 기구가, 상기 능동 광학 소자에 대한 상기 레이저 광원의 기울기를 변경하도록 회동하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 회동 기구가, 상기 변조광 조사 광학계에 대한 상기 능동 광학 소자의 기울기를 변경하도록 회동하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
15. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 회동 기구의 회동 위치 및 상기 레이저광의 파장으로부터, 상기 변조광의 회절 방향을 산출하고, 상기 회절 방향이 상기 변조광 조사 광학계의 광축에 일치하도록 상기 회동 기구를 구동하는 회동 기구 제어부를 구비하는 것을 특징으로하는 레이저 가공 장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 레이저 광원이, 2개 이상의 상이한 파장을 가지는 레이저광을 전환 가능하게 발생하고, 상기 회동 기구 제어부가, 각각의 상기 레이저광의 파장에 공통되는 회절 방향으로, 상기 변조광 조사 광학계의 광축을 일치시키는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
17. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    상기 능동 광학 소자가, 복수개의 편향 요소로서, 경사각을 전환하여 상기 레이저광을 적어도 2방향으로 편향시키는 복수개의 미소 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.

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