特許 5909352 パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5909352

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月26日

(54)【発明の名称】パルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/0622 20140101AFI20160412BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20160412BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20160412BHJP

   B23K 26/142 20140101ALI20160412BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20160412BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/0622

   B23K26/00 N

   B23K26/082

   B23K26/08 D

   B23K26/00 M

   B23K26/073

   B23K26/36

   B23K26/142

   H01S3/00 B

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2011-270597(P2011-270597)

(22)【出願日】2011年12月9日

(65)【公開番号】特開2013-121605(P2013-121605A)

(43)【公開日】2013年6月20日

【審査請求日】2014年10月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】東芝機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上 徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100088487

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 允之

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 章

(72)【発明者】

【氏名】林 誠

(72)【発明者】

【氏名】福山 聡

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 庄一

(72)【発明者】

【氏名】坂本 直樹

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２７３５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１４９９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｈ０１Ｓ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、
前記クロック信号に同期した被加工物加工用の第１のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第１のパルスピッカーと、
前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第２のパルスピッカーと、
前記第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー制御部と、
前記第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスピッカーと独立に、前記第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー制御部と、
前記第１のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第１のパルスレーザビームの出力を調整する第１のアッテネータと、
前記第２のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第２のパルスレーザビームの出力を調整する第２のアッテネータと、
前記第１のアッテネータおよび前記第２のアッテネータの後段に設けられ、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを合波し合波パルスレーザビームを生成する合波器と、
前記クロック信号に同期して前記合波パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、
被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、
を備え、
前記合波器が、前記第１のパルスレーザビームの光軸と前記第２のパルスレーザビームの光軸が前記１次元方向と直交する方向に離間した状態で合波し、
前記被加工物上における前記第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くすることを特徴とするパルスレーザ加工装置。

【請求項2】

前記ステージは、前記レーザビームスキャナからの走査角信号に基づき、前記１次元方向に直交する方向に移動することを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項3】

前記クロック信号に同期した基本パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記基本パルスレーザビームを前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームに分波する分波器と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項4】

前記第１のパルスレーザビームの形状を整形する第１のビーム整形器と、前記第２のパルスレーザビームの形状を整形する第２のビーム整形器と、
をさらに備え、
前記第２のビーム整形器が前記第２のパルスレーザビームのビーム径を可変とするビーム径変更部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項5】

被加工物の加工データを入力する入力部と、
前記加工データを加工パターンに変換する加工パターン生成部と、
前記加工パターンを被加工物加工用の第１の副加工パターンと被加工物クリーニング用の第２の副加工パターンに分割する加工パターン分割部とをさらに備え、
前記第１のパルスピッカー制御部が、前記第１の副加工パターンに基づき、前記第１のパルスピッカーを制御し、
前記第２のパルスピッカー制御部が、前記第２の副加工パターンに基づき、前記第２のパルスピッカーを制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項6】

前記第１および第２の副加工パターンが、パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルであることを特徴とする請求項５記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項7】

前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子（ＡＯＭ）または電気光学素子（ＥＯＭ）により構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。

【請求項8】

ステージに被加工物を載置し、
クロック信号を発生し、
前記クロック信号に同期した被加工物加工用の第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記クロック信号に同期して前記第１のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、
前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスレーザビームの照射と非照射と独立に、前記クロック信号に同期して前記第２のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、
前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを合波して合波パルスレーザビームを生成し、
前記被加工物表面に、前記合波パルスレーザビームを前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより１次元方向に走査し、
前記合波パルスレーザビームを前記１次元方向に走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記合波パルスレーザビームを前記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、
前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを、それぞれの光軸が前記１次元方向に直交する方向に離間した状態で合波し、
前記被加工物上における前記第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くし、
前記第１のパルスレーザビームにより前記被加工物を加工し、前記第２のパルスレーザビームにより前記被加工物のクリーニングを行うことを特徴とするパルスレーザ加工方法。

【請求項9】

前記ステージは、前記レーザビームスキャナからの走査角信号に基づき、前記１次元方向に直交する方向に移動することを特徴とする請求項８記載のパルスレーザ加工方法。

【請求項10】

前記第２のパルスレーザビームのビーム径を、前記第１のパルスレーザビームのビーム径よりも大きくすることを特徴とする請求項９記載のパルスレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パルスレーザビームにより被加工物表面を加工するパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、例えば液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は、その大型化に伴い、例えばμｍオーダーあるいはそれ以下の高精度の微細加工が大面積の領域に施された部材を必要としてきている。そして、従来の機械加工では作成が難しい、シート作成用大型ロール金型、止まり溝や深いマイクロレンズ用の微細形状をもつ金型、難削材等の微細加工について種々に検討されている。

【0003】

一方、パルス幅がピコ秒（ｐｓ）オーダー以下になる超短パルスレーザビームを用いたアブレーション加工により、例えば金属表面に１μｍ以下の微細パターンを容易に形成できることが知られている。そして、これまで、この超短パルスレーザ加工により、樹脂を含む高分子材、半導体材、ガラス材、金属材等からなる被加工物の表面を加工する技術について種々の方法が提示されている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

パルスレーザ加工においては、材料に微細加工を行う場合、微小スポットに集光された尖頭値パワー密度の高い（例えば、約１００ＭＷ／ｃｍ^２程度以上）レーザ光パルスの照射により被加工物表面を除去するアブレーション（蒸散）による加工法を採用する。しかし、飛散した被加工物の残渣（以下、デブリスとも記載）が発生し、加工品質が劣化する。

【0005】

従来、デブリスを除去するため、例えば、エアーや不活性ガスによるアシスト、加工部位の真空化等を行っている。あるいは、加工とは別のレーザアニール装置を使用してデブリスを除去する場合もある。しかし、除去効率、設備費用等の問題があり、十分な効果が得られていない。

【0006】

パルスレーザ加工において、レーザ発振器からの出力光を被加工物に導く光路を形成するガルバノミラーと、レーザ発振器との間の光路に回折光学部品を設けてレーザ光を分岐させてレーザ光を被加工物に照射する方法が開示されている（特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許４６１２７３３号公報

【特許文献2】特許４２１８２０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記事情に鑑み、被加工物の加工とクリーニングを同時に行うことで、短時間、低コストで被加工物のデブリス除去を行うことを可能とするパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、前記クロック信号に同期した被加工物加工用の第１のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第１のパルスピッカーと、前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第２のパルスピッカーと、前記第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー制御部と、前記第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスピッカーと独立に、前記第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー制御部と、前記第１のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第１のパルスレーザビームの出力を調整する第１のアッテネータと、前記第２のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第２のパルスレーザビームの出力を調整する第２のアッテネータと、前記第１のアッテネータおよび前記第２のアッテネータの後段に設けられ、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを合波し合波パルスレーザビームを生成する合波器と、前記クロック信号に同期して前記合波パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で前記１次元方向に直交する方向に移動するステージと、を備え、前記合波器が、前記第１のパルスレーザビームの光軸と前記第２のパルスレーザビームの光軸が前記１次元方向と直交する方向に離間した状態で合波し、前記被加工物上における前記第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くすることを特徴とする。

【0010】

上記態様の装置において、前記ステージは、前記レーザビームスキャナからの走査角信号に基づき、前記１次元方向に直交する方向に移動することが望ましい。

【0011】

上記態様の装置において、前記クロック信号に同期した基本パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記基本パルスレーザビームを前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームに分波する分波器と、をさらに備えることが望ましい。

【0012】

上記態様の装置において、前記第１のパルスレーザビームの形状を整形する第１のビーム整形器と、前記第２のパルスレーザビームの形状を整形する第２のビーム整形器と、をさらに備え、前記第２のビーム整形器が前記第２のパルスレーザビームのビーム径を可変とするビーム径変更部を備えることが望ましい。

【0013】

上記態様の装置において、被加工物の加工データを入力する入力部と、前記加工データを加工パターンに変換する加工パターン生成部と、前記加工パターンを被加工物加工用の第１の副加工パターンと被加工物クリーニング用の第２の副加工パターンに分割する加工パターン分割部とをさらに備え、前記第１のパルスピッカー制御部が、前記第１の副加工パターンに基づき、前記第１のパルスピッカーを制御し、前記第２のパルスピッカー制御部が、前記第２の副加工パターンに基づき、前記第２のパルスピッカーを制御することが望ましい。

【0014】

上記態様の装置において、前記第１および第２の副加工パターンが、パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルであることが望ましい。

【0015】

上記態様の装置において、前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子（ＡＯＭ）または電気光学素子（ＥＯＭ）により構成されていることが望ましい。

【0016】

本発明の別の態様のパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物を載置し、クロック信号を発生し、前記クロック信号に同期した被加工物加工用の第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記クロック信号に同期して前記第１のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第１のパルスレーザビームの照射と非照射と独立に、前記クロック信号に同期して前記第２のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを合波して合波パルスレーザビームを生成し、前記被加工物表面に、前記合波パルスレーザビームを前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより１次元方向に走査し、前記合波パルスレーザビームを前記１次元方向に走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記合波パルスレーザビームを前記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、前記第１のパルスレーザビームと前記第２のパルスレーザビームとを、それぞれの光軸が前記１次元方向に直交する方向に離間した状態で合波し、前記被加工物上における前記第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くし、前記第１のパルスレーザビームにより前記被加工物を加工し、前記第２のパルスレーザビームにより前記被加工物のクリーニングを行うことを特徴とする。

【0017】

上記態様の方法において、前記ステージは、前記レーザビームスキャナからの走査角信号に基づき、前記１次元方向に直交する方向に移動することが望ましい。

【0018】

上記態様の方法において、前記第２のパルスレーザビームのビーム径を、前記第１のパルスレーザビームのビーム径よりも大きくすることが望ましい。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、被加工物の加工とクリーニングを同時に行うことで、短時間、低コストで被加工物のデブリス除去を行うことを可能とするパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。

【図2】実施の形態のガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。

【図3】実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査の説明図である。

【図4】実施の形態の第１または第２の副加工パターンの定義形式の一例であるテーブルの具体例を示す図である。

【図5】実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。

【図6】実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。

【図7】実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。

【図8】実施の形態による被加工物の加工を説明する模式図である。

【図9】実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。

【図10】図９の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。

【図11】図９の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法について説明する。

【0022】

本明細書中、ある部材がある部材の「前段にある」、「後段にある」とはレーザビームの進行方向を基準にした概念である。したがって、ある部材に対しレーザビームの進行方向側の部材が「後段にある」部材となる。

【0023】

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、クロック信号に同期した被加工物加工用の第１のパルスレーザビームの通過と遮断をクロック信号に同期して切り替える第１のパルスピッカーと、クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームの通過と遮断をクロック信号に同期して切り替える第２のパルスピッカーと、第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、第１のパルスピッカーを制御する第１のパルスピッカー制御部と、第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、第２のパルスピッカーを制御する第２のパルスピッカー制御部と、第１のパルスピッカーの後段に設けられ、第１のパルスレーザビームの出力を調整する第１のアッテネータと、第２のパルスピッカーの後段に設けられ、第２のパルスレーザビームの出力を調整する第２のアッテネータと、第１のアッテネータおよび第２のアッテネータの後段に設けられ、第１のパルスレーザビームと第２のパルスレーザビームとを合波し合波パルスレーザビームを生成する合波器と、クロック信号に同期して合波パルスレーザビームを１次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で１次元方向に直交する方向に移動するステージと、を備える。そして、合波器が、第１のパルスレーザビームの光軸と第２のパルスレーザビームの光軸が１次元方向と直交する方向に離間した状態で合波し、被加工物上における第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くする。

【0024】

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、同一のクロック信号に同期される被加工物加工用のパルスレーザビームとクリーニング用のパルスレーザビームのオン／オフを個別に制御する。そして、この２つのパルスレーザビームを、それぞれの光軸が走査方向に直交する方向に離間した状態で合波して被加工物に照射することを可能とする。この構成により、被加工物の加工と、この加工により生ずるデブリスのクリーニングを同時に行うことが可能となる。したがって、短時間、低コストで被加工物のデブリス除去が実現できる。

【0025】

また、本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザ発振器のパルス、パルスレーザビームの通過と遮断およびレーザビームスキャナの走査を、同一の基準クロック信号に直接または間接的に同期させる。このように、レーザ系とビーム走査系の同期を維持することで、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させる。

【0026】

そして、さらに、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを可能にする。これにより、レーザ発振器のパルス、パルスレーザビームの通過と遮断およびレーザビームスキャナの走査の同期維持が容易になる。また、制御回路の構成が簡略化できる。

【0027】

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を一層向上させるとともに、大型の被加工物表面の安定した微細加工とクリーニングおよびそれらの高速化を容易に実現する。

【0028】

また、加工とクリーニングを合波された２つのパルスレーザビームで行うことで、加工パターン範囲近傍の被加工物表面を選択的に精度よくクリーニングすることが可能となる高い品質の製品を低コストで製造することが可能となる。

【0029】

図１は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置１０は、その主要な構成として、加工データ入力部１１、レーザ発振器１２、分波器３８、第１のパルスピッカー１４ａ、第２のパルスピッカー１４ｂ、第１のビーム整形器１６ａ、第２のビーム整形器１６ｂ、第１のアッテネータ１７ａ、第２のアッテネータ１７ｂ、合波器４０、レーザビームスキャナ１８、ＸＹステージ部２０、第１のパルスピッカー制御部２２ａ、第２のパルスピッカー制御部２２ｂ、加工パターン分割部５０および加工制御部２４を備えている。加工制御部２４には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６、加工パターン生成部５４が備えられている。

【0030】

基準クロック発振回路２６では基準クロック信号Ｓ１が生成される。

【0031】

レーザ発振器１２は、基準クロック信号Ｓ１に同期した基本パルスレーザビームＰＬを出射するよう構成されている。このレーザ発振器１２は、超短パルスであるｐｓ（ピコ秒）レーザビームあるいはｆｓ（フェムト秒）レーザビームを発振するものが望ましい。

【0032】

ここでレーザ発振器１２から射出されるレーザ波長は被加工物の光吸収率、光反射率等を考慮して選択される。例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、難削材であるＳＫＤ１１等を含む金属材料あるいはダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる被加工物の場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いることが望ましい。

【0033】

分波器３８は、基本パルスレーザビームＰＬを加工用の第１のパルスレーザビームＰＬ１ａとクリーニング用の第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂに分波する。分波器３８は、例えば、第１のミラー３８ａと第２のミラー３８ｂとで構成される。第１のミラー３８ａは例えばハーフミラーであり、第２のミラー３８ｂは、例えば折り返しミラーである。第１のミラー３８ａは、例えば、透過率５０％、反射率５０％のハーフミラーである。

【0034】

第１のパルスピッカー１４ａは、レーザ発振器１２および分波器３８の後段、レーザビームスキャナ１８の前段の光路に設けられる。そして、基準クロック信号Ｓ１に同期して第１のパルスレーザビームＰＬ１ａの通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、第１のパルスピッカー１４ａの動作により第１のパルスレーザビームＰＬ１ａは、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された第１の変調パルスレーザビームＰＬ２ａとなる。

【0035】

第１のパルスピッカー１４ａは、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。

【0036】

第１のビーム整形器１６ａは、入射した第１のパルスレーザビームＰＬ２ａを所望の形状に整形された第１のパルスレーザビームＰＬ３ａとする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。

【0037】

第１のアッテネータ１７ａは、第１のパルスピッカー１４ａの後段に設けられ、第１のパルスレーザビームＰＬ３ａの出力を調整し、第１のパルスレーザビームＰＬ４ａとして出射する。例えば、第１のアッテネータ１７ａは第１のパルスレーザビームＰＬ４ａの出力をビームサンプラーでモニタし、このビームサンプラーのモニタ結果に基づきコントローラーで第１のパルスレーザビームＰＬ３ａを所望の出力に調整し、第１のパルスレーザビームＰＬ４ａとする。

【0038】

第２のパルスピッカー１４ｂは、レーザ発振器１２および分波器３８の後段、レーザビームスキャナ１８の前段の光路に設けられる。そして、基準クロック信号Ｓ１に同期して第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂの通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）のクリーニングの有無を切り替えるよう構成されている。このように、第２のパルスピッカー１４ｂの動作により第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂは、被加工物のクリーニングのためにオン／オフが制御され変調された第２の変調パルスレーザビームＰＬ２ｂとなる。

【0039】

第２のパルスピッカー１４ｂは、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。

【0040】

第２のビーム整形器１６ｂは、入射した第２のパルスレーザビームＰＬ２ｂを所望の形状に整形された第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂとする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。

【0041】

また、第２のビーム整形器１６ｂは、偏光面を９０度回転させる１／２波長板を備えることが望ましい。１／２波長板を備えることで、第１のパルスレーザビームＰＬ３ａの偏光面に対し、第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂの偏光面が９０度回転する。このため、後に合波した際の相互干渉を抑制でき、より高精度の加工とクリーニングを実現することができるためである。

【0042】

また、被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームを整形する第２のビーム整形器１６ｂは、第２のパルスレーザビームのビーム径を可変とするビーム径変更部を備えることが望ましい。このビーム径変更部は、例えば、ビームエクスパンダである。

【0043】

本実施の形態では、クリーニングの際に被加工物がダメージを受けないように、被加工物上における第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くする。例えば、ビーム径変更部でビーム径を第１のパルスレーザビームよりも大きくすることで、被加工物上でのビームのエネルギー密度を低下させることが可能である。

【0044】

第２のアッテネータ１７ｂは、第２のパルスピッカー１４ｂの後段に設けられ、第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂの出力を調整し、第２のパルスレーザビームＰＬ４ｂとして出射する。例えば、第２のアッテネータ１７ｂは第２のパルスレーザビームＰＬ４ｂの出力をビームサンプラーでモニタし、このビームサンプラーのモニタ結果に基づきコントローラーで第２のパルスレーザビームＰＬ３ｂを所望の出力に調整し、第２のパルスレーザビームＰＬ４ｂとする。

【0045】

第１のアッテネータ１７ａと第２のアッテネータ１７ｂで、第１のパルスレーザビームまたは第２のパルスレーザビームの出力を調整することで、被加工物上における第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くすることが可能となる。

【0046】

合波器４０は、例えば、第１のミラー４０ａと第２のミラー４０ｂとで構成される。第１のミラー４０ａは例えば折り返しミラーであり、第２のミラー４０ｂは例えばハーフミラーである。第１のミラー４０ａは、例えば、ピエゾ素子を利用した駆動系を備えたホルダーで保持され、微細な位置調整を可能としている。

【0047】

合波器４０は、第１のミラー４０ａを調整することにより第１のパルスレーザビームＰＬ４ａの光軸と第２のパルスレーザビームＰＬ４ｂの光軸が、被加工物上における走査方向と直交する方向に離間した状態で合波して合波パルスレーザビーム（平行合波パルスレーザビーム）ＰＬ５を生成する。

【0048】

このように、独立にオン／オフが制御される２系列のパルスレーザビームを離間した状態で合波して平行合波パルスレーザビームを生成することで、同一の走査で被加工物のパターン加工とクリーニングを同時に実行することが可能となる。

【0049】

レーザビームスキャナ１８は、基準クロック信号Ｓ１に同期して合波パルスレーザビームＰＬ５を、１次元方向のみに走査するよう構成されている。このように、基準クロック信号Ｓ１に同期して合波パルスレーザビームＰＬ５を走査することにより、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度が向上する。図１では、走査指令信号Ｓ２が基準クロック信号Ｓ１に同期している。

【0050】

また、１次元方向のみの走査とすることによっても、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度の向上を図ることができる。なぜなら、２次元方向の走査を行うレーザビームスキャナは、構造上１次元方向のみ走査するレーザビームスキャナに対してビームの位置精度が劣化するためである。

【0051】

レーザビームスキャナ１８としては、例えば１軸スキャンミラーを備えたガルバノメータ・スキャナが挙げられる。

【0052】

図２は、ガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。

【0053】

ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８、ガルバノメータ３０、レーザビームスキャナ制御部３２を有している。ここで、ガルバノメータ３０は、例えば走査角センサ３６からのフィードバックによるサーボ制御のようなスキャンミラー回転の駆動機構を備えている。

【0054】

加工制御部２４からは、クロック信号Ｓ１に同期した走査指令信号Ｓ２が送られる。そして、ガルバノメータ３０は、走査指令信号Ｓ２に基づくレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号Ｓ３により駆動制御されるよう構成されている。ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８により全反射する合波パルスレーザビームＰＬ５を、図２の矢印に示すようにスキャンミラーの回転運動（首振り）に従い走査する。

【0055】

レーザビームスキャナ１８には、走査角センサ３６が備えられている。ガルバノメータ・スキャナの場合には、その１軸スキャンミラー２８の回転位置をロータリエンコーダ等によって検出する構造になっている。そして、走査角センサ３６は検出した走査角検出信号Ｓ４をレーザビームスキャナ制御部３２に送り、ガルバノメータ３０の駆動制御用として使用する。また、レーザビームスキャナ制御部３２は、走査角検出信号Ｓ４に基づき走査角信号Ｓ５を加工制御部２４に送信する。

【0056】

そして、上記１軸スキャンミラー２８で反射した平行合波パルスレーザビームＰＬ５は、ｆθレンズ３４を通り、１次元方向に、例えば一定の速度Ｖで並行して走査される像高Ｈ＝ｆθの平行合波パルスレーザビームＰＬ６となる。そして、この平行合波パルスレーザビームＰＬ６が、ＸＹステージ部２０上に保持される被加工物Ｗの表面を微細加工する照射パルス光として、被加工物Ｗ上に投射される。

【0057】

平行合波パルスレーザビームＰＬ６は、被加工物上で、２つのパルスレーザビームが走査方向となる１次元方向と直交する方向に、例えば距離「Ｌｙ」離間した状態のパルスレーザビームである。

【0058】

レーザビームスキャナ１８には、ガルバノメータ・スキャナの他に、例えば、ポリゴン・スキャナ、ピエゾ・スキャナ、またはレゾナント・スキャナ等を適用することも可能である。

【0059】

上記いずれのレーザビームスキャナであっても、加工を行う範囲で一定の走査速度Ｖが確保できるように制御するよう構成されることが、加工精度を上げる観点から重要である。

【0060】

図３は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査を説明する図である。図３に示すように、スキャンミラーの走査角範囲の走査開始位置から走査終了位置に対応する位置範囲には、加速期間、安定域、減速期間がある。加工精度をあげるためには、実際の加工範囲が含まれる安定域内で走査速度Ｖが一定となるよう制御するよう装置が構成されることが重要である。

【0061】

ＸＹステージ部２０は、被加工物Ｗを載置可能で、パルスレーザビームが走査される１次元方向に直交する方向を含むＸＹ方向に自在に移動できるＸＹステージ、その駆動機構部、ＸＹステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、ＸＹステージは、２次元の広範囲、例えば１ｍ程度のＸ方向およびＹ方向の距離範囲で、連続移動あるいはステップ移動できるようになっている。そして、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。

【0062】

加工データ入力部１１では、被加工物の加工データが入力される。加工データは、例えば、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。３次元形状の指定は、例えば、被加工物の加工後の形状がカラーデータとして含まれるビットマップ形式のデータにより行われる。加工データ入力部１１は、例えば、加工データが記憶される記憶媒体、例えば半導体メモリやＤＶＤ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｄｉｓｋ）等の記憶媒体読み取り装置である。

【0063】

加工制御部２４は、加工データ入力部１１から入力される加工データに基づき、パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。加工制御部２４は、基準クロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６を備えている。

【0064】

さらに、加工制御部２４は、加工データ入力部１１から入力される加工データから、実際の加工に即したパラメータのデータの加工パターンに変換する加工パターン生成部５４を備える。加工データは加工パターン生成部５４の加工データ解析部で解析される。そして、加工に使用されるレーザの発振器動作、ビーム走査条件である照射パルスエネルギー、ビームスポット径、繰り返し周波数、走査速度、ステージ送り量等の条件から単位光パルスの加工量が経験的に得られる。

【0065】

上記条件を基に、更に３次元形状から２次元レイヤに分解し、レイヤ毎のビットマップデータ等による２次元データに変換する。この２次元データからパルスピッカーの動作データ（加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数）に変換する。

【0066】

また、加工パターン生成部５４では、この２次元データからクリーニングの必要な領域を定義し、パルスピッカーの動作データ（加工（クリーニング）パルス数、非加工（非クリーニング）パルス数、待機長パルス数）に変換する。

【0067】

加工パターン生成部５４で生成される加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長（クリーニング長）、非加工長（非クリーニング長）がパルス数を単位として記述された加工テーブルである

【0068】

加工パターン分割部５０では、加工パターン生成部５４で生成された加工パターンを、被加工物加工用の第１の副加工パターンとクリーニング用の第２の副加工パターンに分割する機能を備える。第１の副加工パターンは第１のパルスレーザビームＰＬ１ａから第１のパルスレーザビームＰＬ２ａを生成するために用いられる。また、第２の副加工パターンは第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂから第２のパルスレーザビームＰＬ２ｂを生成するために用いられる。

【0069】

第１の副加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長が第１のパルスレーザビームＰＬ１ａのパルス数を単位として記述された加工テーブルである。また、第２の副加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、クリーニング長、非クリーニング長が第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂのパルス数を単位として記述されたクリーニングテーブルである。

【0070】

図４は、第１または第２の副加工パターンの定義形式の一例である加工・クリーニングテーブルの具体例を示す図である。ある１レイヤの加工・クリーニングテーブルを示している。図４に示すように、加工・クリーニングテーブルは、例えば、加工パターンについて、待機長、加工長（またはクリーニング長）や非加工長（または非クリーニング長）をパルスレーザビームの光パルス数に基づき記載する。また、図４中、ステージ送り（μｍ）とは、レーザビームスキャナ１８によるＸ方向の走査が終了した後、ＸＹステージ部によりＸ方向に直交するＹ方向に移動される移動距離である。

【0071】

第１の副加工パターンは、第１のパルスピッカー制御部２２ａに転送され、第１のパルスピッカー１４ａの制御に用いられる。また、第２の副加工パターンは、第２のパルスピッカー制御部２２ｂに転送され、第２のパルスピッカー１４ｂの制御に用いられる。

【0072】

加工制御部２４、加工パターン分割部５０は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。

【0073】

次に、上記パルスレーザ加工装置１０を用いたパルスレーザ加工方法について説明する。このパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物（ワーク）を載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期した被加工物加工用の第１のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、クロック信号に同期して第１のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第２のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、クロック信号に同期して第２のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、第１のパルスレーザビームと第２のパルスレーザビームとを合波して合波パルスレーザビームを生成し、被加工物表面に、合波パルスレーザビームをクロック信号に同期してレーザビームスキャナにより１次元方向に走査し、合波パルスレーザビームを１次元方向に走査した後に、１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更にクロック信号に同期して合波パルスレーザビームを１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法である。そして、第１のパルスレーザビームと第２のパルスレーザビームとを、それぞれの光軸が１次元方向に直交する方向に離間した状態で合波し、被加工物上における第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くし、第１のパルスレーザビームにより被加工物を加工し、第２のパルスレーザビームにより被加工物のクリーニングを行う。

【0074】

図５および図６は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。ステージに載置されるワークＷを加工する際、レーザ発振器１２は、内蔵する制御部によりレーザ発振の大半が制御され自律して動作する。もっとも、図５に示すように基準クロック発振回路により生成される周期Ｔｐの基準クロック信号Ｓ１により、パルス発振のタイミングの制御が行われる。

【0075】

このようにして、基準クロック信号Ｓ１に同期した加工用の第１のパルスレーザビームＰＬ１ａ、および、クリーニング用の第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂが生成される。

【0076】

第１のパルスレーザビームＰＬ１ａと第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂが合波器４０により合波されることにより、平行合波パルスレーザビームＰＬ５が生成される。

【0077】

レーザビームスキャナ１８は、走査起動信号Ｓ１１に基づき図３に示す走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は図５に示すように、基準クロック信号Ｓ１の立ち上がり（立下りでもよい）に同期した、加工制御部２４で生成される周期Ｔｓの走査指令信号Ｓ２により指示を受ける。そして、この走査指令信号Ｓ２に基づき、レーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３０の駆動制御を行う。

【0078】

このように、レーザビームスキャナ１８により、基準クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査する。この時、パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることで、ワークＷ表面にパターンを加工する。または、クリーニングを実行する。なお、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２−１００プロトコルに対応することで、例えば、１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での、ガルバノメータ３０の走査角「０度」位置を基準とする絶対走査角指令に従う。

【0079】

１次元方向に合波パルスレーザビームＰＬ６を走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記基準クロック信号Ｓ１に同期して合波パルスレーザビームＳ６を上記１次元方向に走査する。このように、パルスレーザビームの１次元方向の走査と、上記１次元方向に直交する方向にステージの移動が交互に行われる。

【0080】

ここで、レーザビームスキャナ１８からの走査角信号Ｓ５が、ＸＹステージ部の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。その後、パルスレーザビームをＸ方向に走査する。

【0081】

ここで、図３の加速期間では、走査速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によるレーザビームスキャナ１８の制御を行う。最適条件での１軸スキャンミラー２８の走査角繰り返し再現性は、安定域では１０μｒａｄ／ｐ−ｐ程度が得られることが経験的に明らかである。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ−ｐの走査位置再現性になる。

【0082】

もっとも、加速期間における走査速度Ｖの繰り返し安定性は、長期の走査において１０倍程度まで悪化する。このため、図３における加工原点の位置が走査ごとに変動する恐れがある。そこで、加速期間終了後、充分に安定した領域で、パルスレーザビームの発振と、ビーム走査との同期をとるための同期角（θｓｙ）を設定する。充分に安定した領域に達するまでの走査角範囲は、例えば、加速期間が１ｍｓｅｃ〜１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、約２．３度〜３．４度である。

【0083】

そして、図６に示すように、この同期角を走査角センサ３６が同期角検出信号Ｓ１２として検出する。そして、同期角を検出する時に走査開始位置からの走査角θ_０に対応する走査指令信号Ｓ２との位相差θｉを求める。そして、この位相差θ_ｉに基づき、走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。

【0084】

上記加工原点までの距離の補正値は、加工時の第１回目の走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶させる。そして、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差θ_ｎと位相差θ_１の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離補正値とする。求められた距離補正値は、走査開始位置からの走査角θ_０に対する走査指令信号（Ｓ２：絶対走査角指令）以降の走査指令信号（Ｓ２）に与えることで、加工原点位置が補正される。このようにして、レーザビームスキャナ１８の加速期間における走査速度がばらついたとしても、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させることが可能となる。

【0085】

以上のように、１次元方向に平行合波パルスレーザビームＰＬ６を走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記基準クロック信号Ｓ１に同期して平行合波パルスレーザビームＰＬ６を上記１次元方向に走査する場合において、走査ごとの加工原点位置が一致し、加工精度が向上する。

【0086】

そして、上記、１次元方向に平行合波パルスレーザビームＰＬ６を走査する際に、光パルス数に基づき、上記基準クロック信号Ｓ１に同期して平行合波パルスレーザビームＰＬ６の照射と非照射を切り替える。パルスレーザビームの照射と非照射は、第１および第２のパルスピッカー１４ａ、１４ｂを用いて行われる。

【0087】

図７は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。加工データから生成され、例えば、光パルス数で管理される加工パターン信号Ｓ７が、加工パターン生成部５４から出力される。

【0088】

図７に示すように、周期Ｔｐの基準クロック信号Ｓ１からｔ_１遅延した第１のパルスレーザビームＰＬ１ａは、第１のパルスピッカー駆動信号Ｓ６ａに基づき遮断／通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ１８の走査と、第１のパルスレーザビームの遮断／通過との同期は、走査指令信号Ｓ２の生成タイミングを基準クロック信号Ｓ１に同期させることで行っている。

【0089】

例えば、第１のパルスピッカー駆動信号Ｓ６ａは、加工パターン信号Ｓ７から加工パターン分割部５４で生成された第１の加工パターン信号Ｓ７ａを、基準クロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングする。そして、第１のクロック信号Ｓ１ａの一クロックの立ち上がりからｔ_２時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、第１の加工パターン信号Ｓ７ａがインアクティブとなった状態を基準クロック信号Ｓ１の立ち上がりでサンプリングし、ｔ_３時間遅延して立ち下がる。

【0090】

そして、この第１のパルスピッカー駆動信号Ｓ６ａにより、第１のパルスピッカー１４ａの動作が遅延時間ｔ_４およびｔ_５経過後に生ずる。この第１のパルスピッカー１４ａの動作により、第１のパルスレーザビームＰＬ１ａが、第１の変調パルスレーザビームＰＬ２ａとして抽出される。

【0091】

同様に、周期Ｔｐの基準クロック信号Ｓ１からｔ_１遅延した第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂは、第２のパルスピッカー駆動信号Ｓ６ｂに基づき遮断／通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ１８の走査と、第２のパルスレーザビームの遮断／通過との同期は、走査指令信号Ｓ２の生成タイミングを基準クロック信号Ｓ１に同期させることで行っている。

【0092】

例えば、第２のパルスピッカー駆動信号Ｓ６ｂは、加工パターン信号Ｓ７から加工パターン分割部５４で生成された第２の加工パターン信号Ｓ７ｂを、基準クロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングする。そして、基準信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ_２時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、第２の加工パターン信号Ｓ７ｂがインアクティブとなった状態を基準信号Ｓ１の立ち上がりでサンプリングし、ｔ_３時間遅延して立ち下がる。

【0093】

そして、この第２のパルスピッカー駆動信号Ｓ６ｂにより、第２のパルスピッカー１４ｂの動作が遅延時間ｔ_４およびｔ_５経過後に生ずる。この第２のパルスピッカー１４ｂの動作により、第２のパルスレーザビームＰＬ１ｂが、第２の変調パルスレーザビームＰＬ２ｂとして抽出される。

【0094】

第１の変調パルスレーザビームＰＬ２ａと第２の変調パルスレーザビームＰＬ２ｂが合波器４０（図１）で合波されることにより、基準クロック信号Ｓ１に同期した平行合波パルスレーザビームＰＬ５が生成され、基準クロック信号Ｓ１に同期したレーザビームスキャナ１８の走査により、２つのパルスレーザビームが走査方向に直交する方向に距離「Ｌｙ」だけ離間した平行合波パルスレーザビームＰＬ６として被加工物に照射されることになる。

【0095】

図８は、本実施の形態による被加工物の加工およびクリーニングを説明する模式図である。図８に示すように第１および第２のパルスピッカー動作により生成される第１および第２の変調パルスレーザビームＰＬ２ａ、ＰＬ２ｂは、第１および第２のビーム整形器によって各パルス光が所望の形状に整形される。例えば、第２の変調パルスレーザビームのビーム径が第１の変調パルスレーザビームのビーム径よりも大きくなるよう調整される。

【0096】

そして、第１および第２の変調パルスレーザビームＰＬ２ａ、ＰＬ２ｂは、それぞれ独立して照射／非照射（オン／オフ）が制御される。さらに、第１および第２のアッテネータにより２つの出力が、例えば、第２のパルスレーザビームの方が第１のパルスレーザビームよりも小さくなるように調整され合波器４０にて合波される。

【0097】

このようにして生成された合波パルスレーザビームＰＬ５は、被加工物上で、走査方向に対して垂直に距離「Ｌｙ」離間した２つの平行なパルスレーザビームである。そして、例えば、上述のような、第１または第２のビーム整形器によるビーム径の制御、第１または第２のアッテネータの制御によるレーザ出力の制御により、被加工物上での第２のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第１のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くする。

【0098】

クリーニング用の第２のパルスレーザビームにより、第１のパルスレーザビームによる加工で発生したデブリスをレーザアニールにより被加工物表面から除去する。

【0099】

ここで、クリーニング用の第２のパルスレーザビームのエネルギー密度は、被加工物の形状が変化しない限度に設定されることが望ましい。クリーニングによるパターンの変形を抑制するためである。

【0100】

そして、図８に示すように、第１および第２のパルスレーザビームが、それぞれ独立して照射／非照射（オン／オフ）が制御されるため、１回の走査で被加工物のパターンの加工と、被加工物表面のクリーニングを同時に実行することが可能となる。

【0101】

平行合波パルスレーザビームＰＬ５は、レーザビームスキャナによるＸ軸方向の走査と、ＸＹステージ部２０による被加工物Ｗ位置のＹ軸方向の移動によって被加工物Ｗの所定位置に照射され、被加工物Ｗ表面の高精度での微細加工とクリーニングが可能となる。

【0102】

次に、レイヤ毎のパルスピッカー動作データ、すなわち、加工（クリーニング）パルス数、非加工（非クリーニング）パルス数、待機長パルス数について説明する。図９は本実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。図１０は図９の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。図１１は図９の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。

【0103】

図９に示すように、例えば、Ｘ軸方向にＸ_１の間隔で、Ｘ軸方向の長さ５＊Ｘｐ（Ｘｐはパルス間隔）、Ｙ軸方向の長さ３＊Ｙｐ（Ｙｐはパルス間隔）、深さＤｐのポケットを３個形成するものとする。ポケットの長さや間隔Ｘ_１は、加工パルス数、非加工パルス数で制御される。

【0104】

さらに、Ｙ軸方向にＹ_１の間隔をあけて、それぞれＸ方向に３個ずつ形成されるものとする。この加工例では、計９個のポケットが形成されることになる。

【0105】

図１０には、１回の１次元方向の走査におけるパルス照射パターンを示す。１回のレーザビームスキャナによる走査で、合波された２つのパルスレーザビーム、すなわち、走査方向に対し垂直な方向に「Ｌｙ」の間隔を保った加工用の第１の変調パルスレーザビームとクリーニング用の第２の変調パルスレーザビームの２つのビームにより照射が行われる。

【0106】

以下、２つのビームの照射条件について具体例をあげて説明する。

【0107】

ここで、第１のパルスレーザビームについて、
ビームスポット径 ：Ｄ1/e² μｍ
繰り返し周波数 ：Ｆ ＫＨｚ
の加工条件で走査を行うとすると、
加工速度 ：Ｖ ｍ／ｓｅｃ
は、スポット径の１／ｎ（ｎをビーム照射移動比と称する）ずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
Ｖ＝Ｄ1/e²×Ｆ×１０^３／ｎ
となる。

【0108】

例えば、Ｃｕに加工を行う場合、
ビームスポット径 ：Ｄ1/e²＝１６μｍ
繰り返し周波数 ：Ｆ＝５００ＫＨｚ
ビーム照射移動比 ：ｎ＝２
の加工条件で走査を行うとすると、
加工速度 ：Ｖ＝４．０ｍ／ｓｅｃ
の条件となる。

【0109】

また、照射パルスエネルギーＥｐを、
Ｅｐ＝１μＪ／パルス
とすると、「０．１μｍ」の加工深さが得られるが、その時の照射パルスエネルギー密度は、
照射パルスエネルギー密度＝０．８６×Ｅｐ／Ａ1/e²
より、
照射パルスエネルギー密度＝０．４３Ｊ／ｃｍ^２
となる。

【0110】

第２のパルスレーザビームによるクリーニング処理の場合、ビーム照射移動比を第１のパルスレーザビームによるパターン形状加工時と同様とすると、クリーニング時に使用する照射パルスエネルギー密度を、パターン形状加工時に使用する照射パルスエネルギー密度の「１／１０〜１／１５」程度とし、アニール処理用ビームスポット径を、
１．２〜１．５×（「Ｙ軸形状加工移動距離」）
とするＮ値に対応するクリーニング処理用ビームスポット径、クリーニング処理ライン単位を設定する。

【0111】

例えば、上記加工条件時、Ｙ軸形状加工移動距離をビーム照射移動比ｎ＝２の場合に一致させると、Ｘ軸、Ｙ軸方向共８μｍごとにビーム照射が行われる。

【0112】

ここで、Ｎ＝２とすると、アニール処理用ビームスポット径は「１９〜２４μｍ」となりＹ軸方向のクリーニング処理単位は１６μｍになる。クリーニング処理用ビームスポット径の決定は、照射パルスエネルギー密度を考慮し、
クリーニング処理ビームスポット径：２０μｍ
照射パルスエネルギー密度：０．０２７Ｊ／ｃｍ^２
の条件を設定する。

【0113】

また、走査方向のクリーニング処理範囲はパターン形状加工範囲からＬｘ加算する。さらに、パターンの加工終了ライン（図９の第１２走査）を走査後、さらにクリーニング処理のため「Ｌｙ」の区間でクリーニング処理のみを行う。

【0114】

「Ｌｘ」は走査の整数倍、「Ｌｙ」はＹ軸方向のクリーニング処理単位の整数倍となる。

【0115】

１次元方向のみに走査されるレーザビームスキャナ１８により、特定のＸ方向のライン走査が終了すると、ステージをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて、更にレーザビームスキャナ１８により、Ｘ方向の走査を行う。すなわち、レーザビームスキャナ１８による合波パルスレーザビームの１次元方向の走査と、この走査に続く１次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、被加工物を加工する。

【0116】

このようにして、図１１に示すような特定のレイヤについての２次元加工およびクリーニングが行われる。さらに、レイヤ分解により生成された別のレイヤについて、図１１に示すと同様な手法で２次元加工を行う。このようなレイヤ毎の加工を繰り返して、最終的に図９に示すような３次元のポケット加工が完了する。

【0117】

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。パルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分については記載を省略したが、必要とされるパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法は、本発明の範囲に包含される。

【0118】

また、例えば、実施の形態では、ポケットを加工する場合を例に説明したが、これらの形状に限られることなく、例えば、マイクロレンズ用金型のディンプル、電子ペーパ用のリブを製造するための円錐形状、あるいは三角錐、四角錘、Ｖ溝、凹溝、Ｒ溝等の任意形状の加工、その組み合わせの形状の加工を行うパルスレーザ加工装置またはパルスレーザ加工方法であっても構わない。

【0119】

また、被加工物としては、Ｃｕ材を例に説明したが、Ｎｉ材、ＳＫＤ１１等の金属材、ＤＬＣ材、高分子材料、半導体材、ガラス材等の材料を用いらことも可能である。

【0120】

また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレーザに限ることなく、被加工物の加工に適したその他の、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）のような単一波長帯レーザあるいは複数波長帯レーザを出力するものであっても構わない。

【0121】

また、実施の形態では、レーザ発振器が１個であり分波により、第１のパルスレーザビームと第２のパルスレーザビームを生成する場合を例に説明した。装置構成を簡易にし、装置コストを低減する観点からのこの構成が望ましい。しかしながら、それぞれのパルスレーザビームの高出力化あるいは出力最適化を行うために、２個のレーザ発振器を備える構成としてもかまわない。

【符号の説明】

【0122】

１０ パルスレーザ加工装置
１１ 加工データ入力部
１２ レーザ発振器
１４ａ 第１のパルスピッカー
１４ｂ 第２のパルスピッカー
１７ａ 第１のアッテネータ
１７ｂ 第２のアッテネータ
１８ レーザビームスキャナ
２０ ＸＹステージ部
２２ａ 第１のパルスピッカー制御部
２２ｂ 第２のパルスピッカー制御部
２４ 加工制御部
２６ 基準クロック発振回路
３８ 分波器
４０ 合波器
５０ 加工パターン分割部
５２ 分周器
５４ 加工パターン生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】