(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を被加工基板に照射して穴開け加工するレーザ加工装置であって、
前記被加工基板を一定方向に向けて搬送する搬送手段と、
レーザ光を放射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から放射されたレーザ光を回折させて集光するゾーンプレートを、前記搬送手段による前記被加工基板の搬送方向と直交する方向に、前記被加工基板の穴開け位置に対応させて複数並設してなり、かつ、集光点における光強度と焦点距離との少なくとも一方が相互に異なる複数種のゾーンプレートを１つの板上に備えた、少なくとも１列のゾーンプレートアレイと、
前記被加工基板の基準パターンを撮像する撮像手段と、
前記ゾーンプレートアレイを前記被加工基板の搬送方向と直交する方向に変位させる変位手段と、
前記撮像手段で撮像された画像に基づいて前記変位手段を駆動制御して、前記被加工基板の搬送方向と直交する方向における前記被加工基板と前記ゾーンプレートアレイとの相対位置を合わせる制御手段と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記撮像手段は、前記被加工基板の搬送方向に直交する方向に沿って並べられる複数の受光素子を備え、
前記被加工基板に前記搬送方向に沿って延びる線状の基準パターンを形成し、
前記ゾーンプレートアレイは、透明基板の表面に遮光膜を形成してなると共に、前記透明基板を露出させた開口窓を有し、
前記搬送方向に直交する方向に並ぶ３点が前記撮像手段によって撮像されるアライメントマークを前記開口窓に形成し、
前記制御手段は、前記撮像手段によって撮像される前記アライメントマークの３点のうちの中間点と、前記撮像手段によって前記開口窓を介して撮像される前記基準パターンとが重なるように、前記被加工基板の搬送方向と直交する方向における前記被加工基板と前記ゾーンプレートアレイとの相対位置を合わせる、請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記アライメントマークが、前記搬送方向に沿って延びる平行な２本の細線と、該２本の細線の一方の前記搬送方向手前側の端部と他方の前記搬送方向奥側の端部とを結ぶ１本の細線とで構成される、請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記被加工基板に、前記搬送方向に直交する方向に延びる線状の照射タイミング用基準パターンを形成し、
前記撮像手段が前記照射タイミング用基準パターンを撮像したタイミングに基づき前記レーザ光源がレーザ光を放射するタイミングを制御する、請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を被加工基板に照射して穴開け加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置として、マイクロレンズアレイを使用してレーザビームを複数に分岐させて被加工基板に集光させることにより、多数の穴開けを一括して行うマイクロレンズ方式のレーザ加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１９９８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マイクロレンズアレイを形成する方法として、マイクロレンズ成形型に、紫外線硬化型の未硬化の透明樹脂を介してガラス基板を接着し、その後、紫外線を照射して前記透明樹脂を硬化させることによって、前記透明樹脂で光学面を成形させるフォトポリマー法と呼ばれる方法がある。
しかし、このようにして形成されるマイクロレンズアレイでは、集光点における光強度や焦点距離が異なる光学面をもつ複数種のマイクロレンズを同時に高精度に形成させることが難しく、マイクロレンズアレイを用いて、穴径や穴の深さが異なる複数種の穴を一括して高精度に形成させることは難しかった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、穴径や穴の深さが異なる複数種の穴を一括して高精度に形成させることができるレーザ加工装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザ加工装置は、レーザ光を被加工基板に照射して穴開け加工するレーザ加工装置であって、前記被加工基板を一定方向に向けて搬送する搬送手段と、レーザ光を放射するレーザ光源と、前記レーザ光源から放射されたレーザ光を回折させて集光するゾーンプレートを、前記搬送手段による前記被加工基板の搬送方向と直交する方向に、前記被加工基板の穴開け位置に対応させて複数並設してなり、かつ、集光点における光強度と焦点距離との少なくとも一方が相互に異なる複数種のゾーンプレートを１つの板上に備えた、少なくとも１列のゾーンプレートアレイと、前記被加工基板の基準パターンを撮像する撮像手段と、前記ゾーンプレートアレイを前記被加工基板の搬送方向と直交する方向に変位させる変位手段と、前記撮像手段で撮像された画像に基づいて前記変位手段を駆動制御して、前記被加工基板の搬送方向と直交する方向における前記被加工基板と前記ゾーンプレートアレイとの相対位置を合わせる制御手段と、を備えたものである。
【０００７】
このような構成により、搬送中の被加工基板の基準パターンを撮像し、この撮像画像に基づいてゾーンプレートアレイを被加工基板の搬送方向と直交する方向に変位させ、ゾーンプレートアレイ（ゾーンプレート）と被加工基板（穴開け位置）との位置合わせを行い、位置合わせが行われたゾーンプレートアレイ（ゾーンプレート）に対してレーザ光源からレーザ光を放射させ、レーザ光をゾーンプレートアレイの各ゾーンプレートで回折させて集光して被加工基板の穴開け位置に照射し、被加工基板に穴を開ける加工が行われる。
前記ゾーンプレートアレイは、集光点における光強度と焦点距離との少なくとも一方が相互に異なる複数種のゾーンプレートを備えるから、穴径と穴の深さとの少なくとも一方が異なる複数種の穴が一括して形成される。
【０００８】
ここで、前記撮像手段は、前記被加工基板の搬送方向に直交する方向に沿って並べられる複数の受光素子を備え、前記被加工基板に前記搬送方向に沿って延びる線状の基準パターンを形成し、前記ゾーンプレートアレイは、透明基板の表面に遮光膜を形成してなると共に、前記透明基板を露出させた開口窓を有し、前記搬送方向に直交する方向に並ぶ３点が前記撮像手段によって撮像されるアライメントマークを前記開口窓に形成し、前記制御手段は、前記撮像手段によって撮像される前記アライメントマークの３点のうちの中間点と、前記撮像手段によって前記開口窓を介して撮像される前記基準パターンとが重なるように、前記被加工基板の搬送方向と直交する方向における前記被加工基板と前記ゾーンプレートアレイとの相対位置を合わせる構成とすることができる。
【００１０】
また、前記アライメントマークを、前記搬送方向に沿って延びる平行な２本の細線と、該２本の細線の一方の前記搬送方向手前側の端部と他方の前記搬送方向奥側の端部とを結ぶ１本の細線とで構成することができる。
【００１２】
また、前記被加工基板に、前記搬送方向に直交する方向に延びる線状の照射タイミング用基準パターンを形成し、前記撮像手段が前記照射タイミング用基準パターンを撮像したタイミングに基づき前記レーザ光源がレーザ光を放射するタイミングを制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、ゾーンプレートアレイを、被加工基板の搬送方向に直交する方向に変位させて、ゾーンプレートアレイの各ゾーンプレートと、被加工基板の穴開け位置との位置合わせを行うので、被加工基板が蛇行しながら搬送されても、所望の位置に穴開け加工を施すことができる。また、ゾーンプレートアレイは、集光点における光強度と焦点距離との少なくとも一方が相互に異なる複数種のゾーンプレートを備えるから、穴径や穴の深さが異なる複数種の穴を一括して形成でき、また、ゾーンプレートは、マスクを用いて形成される遮光膜によって光学特性（集光点における光強度、焦点距離）を設定できるので、複数種のゾーンプレートを同一のアレイ上に高い光学的精度で設けることが容易である。
【００１５】
また、請求項２に係る発明によれば、ゾーンプレートのピッチを穴開け位置のピッチのｎ倍（ｎは２以上の整数）に設定した複数のゾーンプレートアレイを組み合わせて用いることで、穴開け位置のピッチよりもゾーンプレートの径を大きくでき、広い領域のレーザ光を集光させて、効率良く穴開け加工を行える。
【００１６】
また、請求項３に係る発明によれば、１個のゾーンプレートアレイの位置をずらして複数回にわたる穴開け加工を行わせるので、使用するゾーンプレートアレイの数が少なく、かつ、穴開け位置のピッチよりもゾーンプレートの径を大きくして、広い領域のレーザ光を集光させることができ、効率良く穴開け加工を行える。
【００１７】
また、請求項４に係る発明によれば、ゾーンプレートアレイの開口窓に形成されたアライメントマークと、被加工基板の基準パターンとを同時に撮像することで、被加工基板の搬送方向と直交する方向における被加工基板の位置ずれを精度良く検出でき、また、前記アライメントマークがゾーンプレートの遮光部分と一体的に形成されることで、ゾーンプレートとアライメントマークとの相対位置を高精度に設定でき、これによって前記位置ずれの検出精度を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の第１実施形態における装置構成を示す側面図である。
【図２】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイのゾーンプレートと被加工基板の穴開け位置との相関を示す斜視図である。
【図３】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイの構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイの開口窓及びアライメントマークを示す上面図である。
【図５】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイの開口窓及びアライメントマークを示す部分拡大上面図である。
【図６】前記第１実施形態における制御ユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイのアライメントマークと被加工基板の基準パターンとの相関を示す上面図である。
【図８】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイのアライメントマークと被加工基板の基準パターンとが所期位置で重なった状態を示す部分拡大上面図である。
【図９】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイのアライメントマークに対して被加工基板の基準パターンの位置がずれた状態を示す部分拡大上面図である。
【図１０】前記第１実施形態におけるゾーンプレートアレイのアライメントマークと被加工基板の基準パターンとに基づくレーザ放射タイミングの検出処理を説明するための上面図である。
【図１１】ゾーンプレートアレイを複数備えて穴開け加工を行う第２実施形態におけるゾーンプレートアレイの構成を示す図であり、（ａ）は被加工基板における穴開け位置を示す上面図、（ｂ）は第１のゾーンプレートアレイを示す上面図、（ｃ）は第２のゾーンプレートアレイを示す上面図である。
【図１２】前記第２実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す側面図である。
【図１３】前記第２実施形態におけるゾーンプレートアレイの別の構成例を示す図であり、（ａ）は被加工基板における穴開け位置を示す上面図、（ｂ）は第１のゾーンプレートアレイを示す上面図、（ｃ）は第２のゾーンプレートアレイを示す上面図、（ｄ）は第３のゾーンプレートアレイを示す上面図である。
【図１４】ゾーンプレートアレイを変位させて複数回の穴開け加工を行う第３実施形態におけるゾーンプレートアレイの位置変化を示す図であり、（ａ）はゾーンプレートアレイの基準位置ＳＰを示す上面図、（ｂ）はゾーンプレートアレイを基板搬送方向Ａにずらした状態を示す上面図、（ｃ）はゾーンプレートアレイを基板搬送方向Ａに直交する方向にずらした状態を示す上面図、（ｄ）はゾーンプレートアレイを基板搬送方向Ａ及び基板搬送方向Ａに直交する方向にずらした状態を示す上面図である。
【図１５】前記第３実施形態における被加工基板の搬送経路を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明によるレーザ加工装置の実施形態を示す概要図である。このレーザ加工装置１は、後述する基準パターンが表面に形成された被加工基板２を搬送しながら、レーザ光による穴開けを行う装置であり、搬送装置（搬送手段）３と、レーザ光源４と、ゾーンプレートアレイ５と、撮像装置（撮像手段）６と、アライメント装置（変位手段）７と、制御ユニット（制御手段）８とを備える。
【００２０】
前記被加工基板２は、例えば、逐次積層法により一層ずつ層を積み上げ、前記レーザ加工装置１によるレーザ加工によって微小径（例えば、直径30〜100μm程度）の層間接続ビア（穴）を形成するビルドアップ基板であり、ガラスエポキシ基板などを用いる。
【００２１】
前記搬送装置３は、上面に被加工基板２を載置して一定方向（図１に示すＡ方向）に一定速度で搬送するものであり、上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引孔とを有した複数の単位ステージ３１〜３３を、被加工基板２の搬送方向に沿って並設してある。
前記複数の単位ステージ３１〜３３は、気体の噴出と吸引とのバランスによって被加工基板２を所定量だけ浮かせた状態で、搬送ローラ３４により被加工基板２の搬送方向の両端縁部を支持して搬送する。
【００２２】
前記レーザ光源４は、前記搬送装置３で搬送される被加工基板２の上方に設けられ、例えば、ＹＡＧ第３高調波レーザ（波長：３５５nm）を用いる。
上記レーザ光源４から放射されたレーザ光４１は、ホモジナイザー４２によって横断面内の強度分布が均一化された後、コンデンサーレンズ４３によって平行光となって、ゾーンプレートアレイ５に照射される。
【００２３】
前記ゾーンプレートアレイ５は、レーザ光源４から放射され、コンデンサーレンズ４３によって平行光に変換されたレーザ光を、複数のゾーンプレートそれぞれで集光させるものであり、図２に示すように、前記搬送装置３による前記被加工基板２の搬送方向Ａと直交する方向での穴開け位置ＭＶに対応させて複数のゾーンプレート５１を並設した少なくとも１列のゾーンプレート群を含んで構成され、距離Ｈを隔ててゾーンプレートアレイ５と被加工基板２とが平行に対向するようになっている。
【００２４】
図２に示す例では、前記ゾーンプレートアレイ５は、縦横に３行・３列に並ぶ９個のゾーンプレート５１を備え、これらに同時にレーザ光が照射され、前記被加工基板２に対して９個の穴（層間接続ビア）が同時に開けられるようになっている。
但し、ゾーンプレートアレイ５におけるゾーンプレート５１の数・配置を、図２に示したものに限定するものではなく、穴開け位置及び１ショットで穴開けを行う穴数に応じて、ゾーンプレートアレイ５におけるゾーンプレート５１の配置・数は適宜設定され、少なくとも基板搬送方向Ａに直交する方向に複数のゾーンプレート５１を並べた少なくとも１列のゾーンプレート群を備えるものであればよい。
【００２５】
前記ゾーンプレート５１は、回折によって光を集光させる光学素子（回折光学素子）であり、図３に示すように、光が通るリング状の透過部分（図３の白抜きの部分：間隔輪帯）と光が通らないリング状の遮光部分（図３の黒の塗り潰し部分：遮光輪帯、物質輪帯）とを同心円上に交互に並べたものであり、前記リングの形状は、使用するレーザ光の波長、加工する穴の径や深さ、ゾーンプレート５１と被加工基板２との距離Ｈなどに応じて決定される。
本実施形態では、径や深さが異なる複数種の穴を一括して加工するために、前記ゾーンプレートアレイ５は、集光点における光強度と焦点距離との少なくとも一方が相互に異なる複数種のゾーンプレート５１を備えており、穴開け位置毎の径・深さの要求に応じて前記複数種のゾーンプレート５１を配置している。
【００２６】
ゾーンプレート５１における集光点における光強度は、同心円に並べられる遮光部分（遮光輪帯）の数の二乗に略比例し、集光点における光強度を異ならせることで、開けられる穴の深さを異なることができる。また、ゾーンプレート５１における焦点距離は、レーザ光源４の波長に対する遮光部分（遮光輪帯）の径によって決定され、焦点距離が異なるゾーンプレート５１間では、加工される穴の径が異なることになる。
尚、図２では、遮光部分（遮光輪帯）の径・数が異なる複数種のゾーンプレート５１を図示する一方、後述する図４，７，１０，１１，１３，１４では、ゾーンプレート５１の図示を簡略化し、ゾーンプレート５１を１種類に記載したが、図２と同様に、ゾーンプレートアレイ５は複数種のゾーンプレート５１を備えているものとする。
【００２７】
前記ゾーンプレート５１の遮光部分は、図３（ｂ）に示すように、透明基板５１ａの表面に反射膜（遮光膜）５１ｂを積層させて形成され、例えば、前記ＹＡＧ第３高調波レーザを用いる本実施形態では、合成石英基板を前記透明基板５１ａとして用い、この合成石英基板の表面にアルミニウム製の反射膜５１ｂを形成し、遮光部分を形成している。
前記反射膜５１ｂは、例えば、レーザ光を透過させる部分をマスクで覆った透明基板５１ａに、蒸着によって金属（例えばアルミニウム）を付着させて形成される。
【００２８】
また、図４に示すように、前記ゾーンプレートアレイ５の基板搬送方向Ａの手前側の端部には、基板搬送方向Ａに直交する方向に細長い開口窓５２が設けられており、前記開口窓５２は、ゾーンプレート５１における光が通るリング状の部分と同様に、開口窓５２の形成領域をマスク領域として反射膜５１ｂを付着させずに、透明基板５１ａを露出させることで形成される。
前記開口窓５２の長手方向の中央付近には、前記アライメント装置７を用いたゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との位置合わせ処理において、ゾーンプレートアレイ５に対する被加工基板２の基板搬送方向Ａと直交する方向での位置ずれを検出するためのアライメントマーク５３が形成されている。
【００２９】
前記アライメントマーク５３は、図４，図５に示すように、前記反射膜５１ｂで形成される３本の細線５３ａ〜５３ｃで構成され、被加工基板２の基板搬送方向Ａを上下方向として見た場合に「Ｎ」の形になるように形成される。
即ち、細線５３ａ及び細線５３ｂは、基板搬送方向Ａと平行に形成され、かつ、細線５３ａと細線５３ｂとの間隔は、開口窓５２の基板搬送方向での幅Ｗに略等しくなるように形成され、前記細線５３ｃは、細線５３ａの基板搬送方向Ａ手前側の端部と、細線５３ｂの基板搬送方向Ａ奥側の端部とを結ぶように形成される。
【００３０】
上記のように、ゾーンプレートアレイ５における各ゾーンプレート５１（透過部分及び遮光部分），開口窓５２及びアライメントマーク５３は、これらの形状に合わせて形成されるマスクを用いて透明基板５１ａに反射膜５１ｂを蒸着することで形成され、ゾーンプレート５１の遮光部分、及び、アライメントマーク５３は、同じ反射材料によって一体的に形成される。
【００３１】
前記撮像装置６は、前記ゾーンプレートアレイ５（開口窓５２）を挟んで被加工基板２と対向する位置に設けられている。
前記撮像装置６は、基板搬送方向Ａに直交する方向に沿って複数の受光素子６ａを一直線状に並べたラインセンサ（ラインＣＣＤ）であり、図４に点線で示すように、各受光素子６ａの光軸が、前記開口窓５２の基板搬送方向Ａでの幅Ｗの略中央部を通るように配置され、更に、受光素子６ａの並び方向の長さＬＰＨが、前記アライメントマーク５３の基板搬送方向Ａに直交する方向での全幅ＷＺよりも長く、基板搬送方向Ａに直交する方向に平行な１次元でアライメントマーク５３の全体が前記撮像装置６で撮像されるようになっている。
【００３２】
更に、詳細には、撮像装置６における受光素子６ａの並びは、アライメントマーク５３の各細線５３ａ〜５３ｃの基板搬送方向Ａでの中央位置を横切るように設定され、常時、各細線５３ａ〜５３ｃの基板搬送方向Ａにおける中央位置からの反射光を受光し、アライメントマーク５３からの反射光を受光しない受光素子６ａは、被加工基板２の表面からの反射光を受光するように構成されている。
【００３３】
前記撮像装置６は、撮像領域を照明するための照明光源６１と、該照明光源６１から放射される光を屈折させて前記開口窓５２を介して下方の被加工基板２に照射させるためのハーフミラー６２とを含み、前記アライメントマーク５３からの反射光及び被加工基板２からの反射光は、前記ハーフミラー６２を透過して各受光素子６ａに受光される。
前記アライメント装置７は、ゾーンプレートアレイ５を基板搬送方向Ａに直交する方向に変位させる装置であり、例えば、ゾーンプレートアレイ５を基板搬送方向Ａに直交する方向に変位させるステージ及びモータを備えている。
【００３４】
前記制御ユニット８は、前記撮像装置６の撮像信号を入力し、また、前記搬送装置３，レーザ光源４，アライメント装置７に駆動制御信号を出力する。
図６は、前記制御ユニット８の構成を示すブロック図であり、画像処理部８１と、メモリ８２と、演算部８３と、搬送装置駆動コントローラ８４と、アライメント装置駆動コントローラ８５と、レーザ光源駆動コントローラ８６と、制御部８７と、を備えている。
【００３５】
ここで、画像処理部８１は、撮像装置６４により撮像された一次元画像をリアルタイム処理することで、撮像装置６の複数の受光素子６ａの並び方向における輝度変化を検出して、被加工基板２に設定される後述の基準パターンとゾーンプレートアレイ５のアライメントマーク５３との重なりの様子を検知するものである。
また、メモリ８２は、各種演算データや基準値などを記憶する。
更に、演算部８３は、画像処理部８１での処理結果から、被加工基板２側の基準パターンとゾーンプレートアレイ５のアライメントマーク５３との間の位置ずれ量などを演算するものである。
【００３６】
そして、搬送装置駆動コントローラ８４は、被加工基板２が一定速度で搬送されるように、所定周期のパルスにより搬送装置３の駆動を制御するものである。
また、アライメント装置駆動コントローラ８５は、被加工基板２側の基準パターンと、ゾーンプレートアレイ５のアライメントマーク５３との間の位置ずれ量に基づいてアライメント装置７を駆動して、ゾーンプレートアレイ５を基板搬送方向Ａと直交する方向に変位させ、前記ずれ量の解消を図る。
更に、レーザ光源駆動コントローラ８６は、レーザ光源４の点灯及び消灯を制御するものである。
そして、制御部２７は、上記各構成要素が適切に動作するように全体を統合して制御するものである。
【００３７】
上記構成の制御ユニット８では、撮像装置６により同時に撮像された、被加工基板２側の基準パターン及びゾーンプレートアレイ５のアライメントマーク５３の一次元画像をリアルタイム処理して、基板搬送方向Ａと直交する方向への被加工基板２の位置ずれを検出し、該位置ずれ量に基づいてアライメント装置７を駆動して、ゾーンプレートアレイ５を基板搬送方向Ａに直交する方向に変位させ、被加工基板２とゾーンプレートアレイ５とを基板搬送方向Ａに直交する方向において位置合わせする。
【００３８】
更に、前記制御ユニット８では、前記被加工基板２側の基準パターン及びゾーンプレートアレイ５のアライメントマーク５３の一次元画像からレーザ放射タイミングを検出し、レーザ放射タイミングにおいてレーザ光源２を点灯して、レーザ光をゾーンプレートアレイ５に照射させるように制御する。
【００３９】
ここで、前記制御ユニット８によるアライメント装置７の駆動制御を詳細に説明する。
図７に示すように、基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置が正規の位置であるときに、前記アライメントマーク５３の細線５３ａと細線５３ｂとで挟まれる領域の中間を通り、前記細線５３ｃの中間を横切るように設定された、基板搬送方向Ａに沿って延設される細長い線状の基準パターン２１が、被加工基板２に形成されている。
前記基準パターン２１は、配線パターンを兼ねるものであっても良いし、塗料などで描かれた細線であってもよいが、被加工基板２の表面よりも反射率が高いことが好ましい。
【００４０】
基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置が正規位置の場合、図８に示すように、基準パターン２１が、細線５３ｃの中間を横切ることで、撮像装置６の各受光素子６ａは、アライメントマーク５３からの反射光のみを受光する状態に近似する受光状態となる。
即ち、細線５３ａからの反射光を受光する受光素子６ａと、細線５３ｂからの反射光を受光する受光素子６ａとで受光強度が高くなり、かつ、これらの受光素子６ａの略中間に位置する受光素子６ａでも受光強度が高くなり、３点で受光強度が高くなる。
【００４１】
これに対し、基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置が正規位置からずれると、図９に示すように、細線５３ｃの中間と基準パターン２１とが重ならなくなることで、アライメントマーク５３からの反射光を受光する受光素子６ａ以外の受光素子６ａが、基準パターン２１からの反射光を受光することになって、基準パターン２１からの反射光を受光した受光素子の位置によって、ずれ方向及びずれ量が検出される。
【００４２】
即ち、位置ずれがない場合に、３点で高い受光強度を検出するのに対し、位置ずれが発生すると、４点で高い受光強度を検出することになり、細線５３ｃからの反射光を受光する受光素子６ａと、基準パターン２１からの反射光を受光した受光素子６ａとの位置の違いが、アライメントマーク５３に対する基準パターン２１の位置ずれ、引いては、基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５に対する被加工基板２の位置ずれを示すことになる。
【００４３】
尚、被加工基板２が基板搬送方向Ａに直交する方向に最大に位置ずれしても、基準パターン２１が細線５３ａ，５３ｂで挟まれる領域内を外れないように、アライメントマーク５３の大きさ及び搬送精度が設定されているものとする。
また、基準パターン２１は、基板搬送方向Ａに沿って断続的に設けられてもよく、また、前記撮像装置６によって、基準パターン２１の一方の側縁の位置（反射光量がステップ的に変化する位置）を検出する構成とすることができ、係る構成の場合、基準パターン２１は細線状である必要はなく、例えば、線５３ａと細線５３ｂとの間隔の半分以上の幅を有するものであってもよい。
【００４４】
基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置のずれ方向及びずれ量が検出されると、前記制御ユニット８は、前記ずれが解消されるように、ずれ方向及びずれ量に応じて前記アライメント装置７を駆動するフィードバック制御を行う。
上記のアライメント装置７のフィードバック制御は、被加工基板２の搬送中に繰り返し実行され、基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置のずれが逐次修正されるようになっている。
【００４５】
また、図１０に示すように、基板搬送方向Ａに直交する方向に長い線状の照射タイミング用基準パターン２２を検出することで、レーザ光源４の放射タイミングを検出するようになっていて、以下では、前記放射タイミングの検出処理を詳述する。
前記基準パターン２２は、基準パターン２１に直交する細線パターンであり、被加工基板２の搬送速度において、照射インターバルに相当する距離ＬＤだけ基板搬送方向Ａに離れて複数設けられている。
【００４６】
前記基準パターン２２が撮像装置６の受光素子ラインに重なると、所定強度を超える反射光を受光する受光素子６ａの数がステップ的に増えることで、撮像装置６が基準パターン２２を撮像したことが検出される。
【００４７】
ここで、撮像装置６の受光素子ラインから、ゾーンプレートアレイ５のゾーンプレート５１群の基準位置αまでの距離ＬＺが既知で、また、前記基準パターン２２から被加工基板２において１ショットで同時に穴開けを行う領域の基準位置βまでの距離ＬＨが既知で、基準パターン２２を検出した時点から、被加工基板２がＬＺ−ＬＨの距離ＬＴだけ搬送された時点で、前記ゾーンプレートアレイ５側の基準位置αと被加工基板２側の基準位置βとが重なり、この時点でレーザ光を放射させて穴開けを行えば、基準位置βに基づき予め決められている位置に穴を開けることができる。
【００４８】
前記被加工基板２は、一定速度で搬送されるから、撮像装置６が基準パターン２２を撮像した時点から、前記距離ＬＴだけ被加工基板２が搬送される時間だけ後の時点が、レーザ光の放射タイミングとなり、制御ユニット８は、前記放射タイミングを検出すると、その時点で、レーザ光源４からのレーザ放射を行わせる。
尚、前記基準パターン２２は、前記基準パターン２１と同様に、配線パターンを兼ねるものであっても良いし、塗料などで描かれたものであってもよいが、被加工基板２の表面よりも反射率が高いことが好ましい。
【００４９】
また、基準パターン２２を設ける間隔を、照射インターバルに相当する距離ＬＤのｎ分の１（ｎは２以上の整数）として、基準パターン２２をｎ回検出する毎に１回の割合でレーザ照射を行わせることができる。
また、基準パターン２１，２２は、基板搬送方向Ａに直交する方向での被加工基板２の幅の中央付近に設ける必要はなく、被加工基板２の側縁付近に設けてもよく、更に、基準パターン２１と基準パターン２２とを、相互に交差することなく個別に設けるようにしても良い。
【００５０】
上記実施形態によると、前記ゾーンプレート５１のピッチ精度は、反射膜（遮光膜）５１ｂの形成に用いるマスクの精度によって決まるため、複数のマイクロレンズを並設するマイクロレンズアレイを用いる場合に比べて、ゾーンプレートアレイ５を用いる構成では、穴開け位置のピッチ精度が高くなる。
また、穴開け加工に伴って被加工基板２から反応生成物が発生しても、ゾーンプレートアレイ５の反射膜（遮光膜）５１ｂが設けられる面を、レーザ光源４側に向けて設置すれば、ゾーンプレートアレイ５の被加工基板２と対向する面は平らとなり、凸凹がないことで反応生成物が付着し難く、また、付着した反応生成物を容易に洗浄できる。
【００５１】
また、ゾーンプレートアレイ５の反射膜（遮光膜）５１ｂが設けられる面を、被加工基板２に対向させる配置とした場合であっても、反射膜（遮光膜）５１ｂの厚さは、例えば0.2ミクロン程度の薄いものであるため、マイクロレンズアレイに比べて凸凹が大幅に小さく、マイクロレンズアレイに比べて反応生成物が付着し難く、また、付着した反応生成物を容易に洗浄できる。
更に、ゾーンプレート５１の光を通さないリング状の部分に反応生成物が付着しても、集光性能に影響を及ぼさない。
【００５２】
また、ゾーンプレートアレイ５の反射膜（遮光膜）５１ｂの向きを、レーザ光源４側・被加工基板２側のいずれに設定した場合も、ゾーンプレート５１の光が通るリング状の部分に反応生成物が付着する可能性があるが、係る付着物による集光性能への影響は、光を屈折させるマイクロレンズに比べて小さい。
従って、ゾーンプレートアレイ５を用いる本実施形態のレーザ加工装置１では、マイクロレンズアレイを用いるレーザ加工装置に比べて、反応生成物による加工性能・加工精度の低下を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、ゾーンプレートアレイ５が、集光点における光強度と焦点距離との少なくとも一方が相互に異なる複数種のゾーンプレート５１を備えるから、径と深さとの少なくとも一方が異なる複数種の穴を一括して開けることができ、更に、前記複数種のゾーンプレート５１における集光点での光強度や焦点距離は、ゾーンプレート５１を構成するリング状の遮光部分（遮光輪帯）によって決定され、前記遮光部分（遮光輪帯）は、マスクを用いた金属蒸着によって形成されるから、前記複数種のゾーンプレート５１を高い光学的精度で形成することが容易で、径や深さの異なる複数種の穴を、高い精度で一括して開けることができる。
【００５４】
また、前記被加工基板２を前記搬送装置３で搬送させながら、被加工基板２にレーザ光で穴開け加工する場合に、搬送中の被加工基板２が蛇行すると、基板搬送方向Ａに直交する方向におけるゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置がずれ、これによって、穴開けの位置がずれてしまう。
これに対し、本実施形態では、前記相対位置のずれを検出して、ゾーンプレートアレイ５の基板搬送方向Ａに直交する方向における位置を、搬送中の被加工基板２に合わせるように変位させるので、被加工基板２の蛇行に伴う穴開け位置のずれを抑制できる。
また、被加工基板２が穴開け加工位置の直前にまで搬送された時点で相対位置のずれを検出し、検出された位置ずれに対応する位置修正を実行するから、穴開け時における位置ずれを充分に小さくすることができる。
【００５５】
更に、上記実施形態によると、ゾーンプレートアレイ５に設けたアライメントマーク５３と、被加工基板２側の基準パターン２１とを同時に撮像し、アライメントマーク５３と基準パターン２１とのずれを検出するので、ゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置のずれを精度良く検出できる。即ち、アライメントマーク５３と基準パターン２１とを同時に撮像すれば、アライメントマーク５３からの反射光を受光している受光素子６ａを基準に、基準パターン２１からの反射光を受光した受光素子６ａを判断するため、撮像装置６の受光素子６ａのラインが基板搬送方向Ａに直交する方向にずれても、被加工基板２の位置ずれの検出精度を維持できる。
尚、アライメントマーク５３と基準パターン２１との基板搬送方向Ａに直交する方向における位置をずらし、アライメントマーク５３と基準パターン２１とが重なることなく、撮像装置６の受光素子ラインで同時に撮像されるよう構成することができる。
【００５６】
ところで、ゾーンプレート５１の径を大きくしてより広い範囲のレーザ光を集光させれば、効率良く穴開けを行わせることができるが、ピッチの狭い複数の穴を１度のレーザ照射で開けようとすると、穴開けピッチに制限されてゾーンプレート５１の径を小さくする必要が生じ、効率の良く穴開け加工を行わせることができない。
【００５７】
そこで、以下に示す第２実施形態では、相互に隣接する一群の穴を複数回に分けて加工することで、ゾーンプレート５１の径を穴開けピッチよりも大きくできるようにする。
図１１は、第２実施形態で用いるゾーンプレートアレイ５と、被加工基板２の穴開け位置とを示す。
【００５８】
ここでは、図１１（ａ）に示すように、７×６の４２個の穴を開ける場合を例とし、縦横方向における穴開け位置のピッチは全てＰＭＶに設定されているものとする。
この場合、１度のレーザ照射で全ての穴を開けようとすると、ゾーンプレート５１の径を前記穴ピッチＰＭＶ以下に設定することになる。
これに対し、図１１に示す例では、前記４２個の穴を２回に分けて開ける構成とし、各回の穴開け加工で用いるゾーンプレートアレイ５として、図１１（ｂ），（ｃ）に示す２種類のゾーンプレートアレイ５ａ，５ｂを用意する。
【００５９】
図１１（ｂ）に示した第１ゾーンプレートアレイ５ａは、図１１（ａ）における左上隅の穴ＨＳを基点とする縦横に１個置きの穴、及び、前記基準穴ＨＳの右斜め下の穴ＨＳＯを基点とする縦横に１個置きの穴に対応して、２１個のゾーンプレート５１を配置したものである。
また、図１１（ｃ）に示した第２ゾーンプレートアレイ５ｂは、前記穴ＨＳの右隣の穴ＨＳＲを基点とする縦横に１個置きの穴、及び、前記穴ＨＳの下に隣接する穴ＨＳＬを基点とする縦横に１個置きの穴に対応して、２１個のゾーンプレート５１を配置したものである。
【００６０】
従って、各ゾーンプレートアレイ５ａ，５ｂは相互に異なる穴開け位置に対応し、かつ、縦横方向に直線的に並ぶゾーンプレート５１間のピッチは、穴ピッチＰＭＶの２倍に設定され、また、ゾーンプレート５１の径は、穴ピッチＰＭＶよりも大きく穴ピッチＰＭＶ×２1/2以下に設定される。
【００６１】
上記の２種類のゾーンプレートアレイ５ａ，５ｂを用いて穴開けを行わせる場合、図１２に示すように、レーザ光源４，ゾーンプレートアレイ５，撮像装置６及びアライメント装置７などからなる穴開けユニット１０１を、基板搬送方向に沿って２個１０１ａ，１０１ｂ並設し、一方の穴開けユニット１０１ａには第１ゾーンプレートアレイ５ａを装着させ、他方の穴開けユニット１０１ｂには第２ゾーンプレートアレイ５ｂを装着させる。
そして、先に穴開けユニット１０１ｂによって２１個の穴開けが行われた領域が、穴開けユニット１０１ａの加工領域に達すると再度の２１個の穴開け加工を施し、穴開けユニット１０１ｂで開けられた穴の間に、穴開けユニット１０１ａによって更に穴を開けて、図１１（ａ）に示したような穴ピッチＰＭＶの４２個の穴を開ける。
【００６２】
上記では、穴開け位置の異なる２種類のゾーンプレートアレイ５ａ，５ｂを用意し、これらを２個の穴開けユニット１０１ａ，１０１ｂにそれぞれ装着させたが、例えば、図１３に示すように、図１１（ｃ）に示したゾーンプレートアレイ５ｂによって開けられる穴を、２つのゾーンプレートアレイ5-1ｂ，5-2ｂを用いて２回に分けて穴開けさせるようにし、３種類のゾーンプレートアレイ５ａ，5-1ｂ，5-2ｂをそれぞれ装着する３個の穴開けユニット１０１を、基板搬送方向Ａに沿って並設させることができる。
【００６３】
前記ゾーンプレートアレイ5-1ｂは、前記穴ＨＳの右隣の穴ＨＳＲを基点とする縦横に１個置きの穴に対応して、１２個のゾーンプレート５１を配置したものであり、ゾーンプレートアレイ5-2ｂは、前記穴ＨＳの下に隣接する穴ＨＳＬを基点とする縦横に１個置きの穴に対応して、９個のゾーンプレート５１を配置したものであり、いずれも、縦横方向に直線的に並ぶゾーンプレート５１間のピッチは、穴ピッチＰＭＶの２倍に設定される。
【００６４】
上記図１１及び図１３に示した例では、縦横方向に直線的に並ぶゾーンプレート５１間のピッチを、穴ピッチＰＭＶの２倍に設定したが、３倍，４倍などに設定することが可能であり、縦横方向に直線的に並ぶゾーンプレート５１間のピッチは、穴ピッチＰＭＶのｎ倍（ｎは２以上の整数）に設定できる。
【００６５】
上記のように、被加工基板２に開ける相互に隣接する穴を、複数回に分けて加工することで、穴のピッチＰＭＶよりも大きなピッチでゾーンプレート５１を並べたゾーンプレートアレイ５を用いて穴開け加工を行わせることができる。
そして、ゾーンプレートアレイ５におけるゾーンプレート５１のピッチを大きくできれば、ゾーンプレート５１の径を大きくして、より広い領域に照射されたレーザ光を集光させることができ、ゾーンプレート５１のピッチが狭い（径が小さい）場合に比べて、レーザ強度を相対的に弱めても同等の穴開け加工を施すことができ、効率良く穴開け加工を行える。
【００６６】
上記では、相互にゾーンプレート５１の配置が異なる複数のゾーンプレートアレイ５と、これら複数のゾーンプレートアレイ５それぞれが装着される複数の穴開けユニット１０１とを設けることで、穴のピッチＰＭＶよりも大きなピッチでゾーンプレート５１を設けることができるようにした。
しかし、１個のゾーンプレートアレイ５による穴開け加工を、ゾーンプレートアレイ５と被加工基板２との相対位置を、基板搬送方向Ａと基板搬送方向Ａに直交する方向との少なくとも一方にずらして複数回行わせることによっても、穴のピッチＰＭＶよりも大きなピッチでゾーンプレート５１を設けることができ、係る構成とした第３実施形態を図１４に示す。
【００６７】
図１４に示す例は、縦横に６個×６個＝３６個の穴を被加工基板２に開ける例であって、ゾーンプレートアレイ５としては、穴ピッチＰＭＶの２倍のピッチで、縦横に３個×３個＝９個のゾーンプレート５１を並べたものを１個だけ用いる。
また、前記アライメント装置７が、基板搬送方向Ａに直交する方向にゾーンプレートアレイ５を変位させると共に、基板搬送方向Ａにもゾーンプレートアレイ５を変位させることが可能な所謂ＸＹテーブルで構成されるものとし、更に、図１５に示すように、所定回数（所定回数≧２回）に分けた穴開け加工が完了するまでは、１回の穴開け加工が終わる毎に、被加工基板２をレーザ加工装置１の上流側に戻して再度レーザ加工装置１に送り込むようにし、所定回数の穴開け加工が完了した被加工基板２については次工程に送り、入れ替わりに穴開け加工が１回も行われていない被加工基板２を新たにレーザ加工装置１に送り込むようにする。
【００６８】
そして、例えば、最初の穴開け加工時には、図１４（ａ）に示すように、基板搬送方向Ａ及び基板搬送方向Ａに直交する方向での基準位置ＳＰにゾーンプレートアレイ５を位置合わせして、前記基準位置ＳＰに対応する位置に被加工基板２が搬送された時点で、穴開け加工を行わせる。
この１回目の穴開け加工では、前記基準位置ＳＰに最も近い位置の穴ＨＳを基点として、穴ピッチＰＭＶの２倍のピッチで縦横に３個×３個＝９個の穴が開けられる。
【００６９】
１回目の穴開け加工が終わった被加工基板２を、ゾーンプレートアレイ５の上流側に循環させ、２回目の穴開け加工を行わせるが、２回目においては、例えば図１４（ｂ）に示すように、ゾーンプレートアレイ５を前記基準位置よりも基板搬送方向Ａの上流側に向けて穴ピッチＰＭＶだけずらして配置し、穴開け加工を行わせる。
尚、２回目以降においても、被加工基板２が１回目と同じ位置まで搬送された時点でレーザ光放射を行わせるものとする。
この２回目の穴開け加工でも９個の穴が開けられるが、１回目に開けられた穴に対して、基板搬送方向Ａの上流側に向けて穴ピッチＰＭＶだけずれた位置に穴が開けられることで、２回目の穴開け加工が終了した時点では、基板搬送方向Ａに沿って穴ピッチＰＭＶで穴が６個並ぶ列が、基板搬送方向Ａに直交する方向に穴ピッチＰＭＶの２倍の間隔で３列並ぶことになる。
【００７０】
２回目の穴開け加工が終わった被加工基板２を、ゾーンプレートアレイ５の上流側に再度循環させ、３回目の穴開け加工を行わせるが、３回目においては、例えば図１４（ｃ）に示すように、ゾーンプレートアレイ５を前記基準位置よりも基板搬送方向Ａの直交する方向に基準位置ＳＰから遠ざかるように穴ピッチＰＭＶだけずらして配置し、穴開け加工を行わせる。
この３回目の穴開け加工でも９個の穴が開けられるが、この９個の穴は、２回目までに開けられた穴に対して、基板搬送方向Ａの直交する方向に穴ピッチＰＭＶだけずれた位置に開けられることになる。
【００７１】
３回目の穴開け加工が終わった被加工基板２を、ゾーンプレートアレイ５の上流側に再度循環させ、４回目の穴開け加工を行わせるが、４回目においては、例えば図１４（ｄ）に示すように、ゾーンプレートアレイ５を前記基準位置よりも基板搬送方向Ａの直交する方向に基準位置ＳＰから遠ざかるように穴ピッチＰＭＶだけずらして配置し、更に、ゾーンプレートアレイ５を前記基準位置ＳＰよりも基板搬送方向Ａの上流側に向けて穴ピッチＰＭＶだけずらして配置し、穴開け加工を行わせる。
【００７２】
この４回目の穴開け加工で開けられる９個の穴は、３回目に開けられた穴に対して、基板搬送方向Ａの上流側に向けて穴ピッチＰＭＶだけずれた位置に開けられることになるから、３回目及び４回目で開けられる穴は、基板搬送方向Ａに沿って穴ピッチＰＭＶで穴が６個並ぶ列が、基板搬送方向Ａに直交する方向に穴ピッチＰＭＶの２倍の間隔で３列並ぶことになり、かつ、これらの３例の穴群は、１回目及び２回目で開けられた穴に対して、基板搬送方向Ａに直交する方向に穴ピッチＰＭＶだけずれている。
【００７３】
従って、４回目の穴開け加工が終了した時点では、穴ピッチＰＭＶで縦横に６個×６個＝３６個が並ぶ穴が開けられていることになる。
このように、ゾーンプレートアレイ５の位置を基板搬送方向Ａ及び基板搬送方向Ａに直交する方向にずらして複数回の穴開け加工を行わせることによっても、穴ピッチＰＭＶの２倍以上のピッチでゾーンプレート５１を並べたゾーンプレートアレイ５を用いて、穴ピッチＰＭＶの穴を加工することができる。
【００７４】
尚、図１４に示すように、ゾーンプレートアレイ５の位置をずらしながら穴開けを行わせる場合における、位置ずらしの順は、前述の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）に限定されず、任意の順で４回の穴開け加工を行わせることができる。
また、ゾーンプレートアレイ５の位置を基板搬送方向Ａ及び基板搬送方向Ａに直交する方向にずらして複数回の穴開け加工を行わせる構成において、穴の数・配置は図１４に示したものに限定されない。
【００７５】
また、例えば、図１４（ａ）の配置での穴開け加工と、図１４（ｂ）の配置での穴開け加工との組み合わせ、又は、図１４（ｃ）の配置での穴開け加工と、図１４（ｄ）の配置での穴開け加工との組み合わせによって、計１８個の穴を開ける構成とすることができ、ゾーンプレートアレイ５の位置をずらす方向は、基板搬送方向Ａ及び／又は基板搬送方向Ａに直交する方向であればよい。
また、ゾーンプレートアレイ５の基板搬送方向Ａでの位置をずらす代わりに、レーザ光の放射タイミングを、穴開け位置をずらす分だけ早めたり遅らせたりすることで、基板搬送方向Ａにおける穴開け位置をずらすことができる。
【００７６】
更に、ゾーンプレートアレイ５の位置をずらして行われる複数回の穴開け加工と、ゾーンプレート５１の配置が相互に異なるゾーンプレートアレイ５それぞれによる穴開け加工を組み合わせて行わせることができる。
また、アライメントマーク５３の形状をＮ型に限定するものではなく、例えば、基板搬送方向Ａに沿った１本乃至２本以上の細線で構成してもよく、また、撮像装置６が２次元画像を撮像する構成であってもよい。
また、被加工基板２に、基板搬送方向Ａに沿って透明部分が存在する場合には、前記透明部分に基準パターンを形成し、撮像装置６と照明光源６１とを、ゾーンプレートアレイ５の開口窓５２及び被加工基板２の透明部分を挟んで対向配置させることが可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…レーザ加工装置
２…被加工基板
３…搬送装置（搬送手段）
４…レーザ光源
５…ゾーンプレートアレイ
６…撮像装置（撮像手段）
７…アライメント装置（変位手段）
８…制御ユニット（制御手段）
２１，２２…基準パターン
３１〜３３…単位ステージ
３４…搬送ローラ
４１…レーザ光
４２…ホモジナイザー
４３…コンデンサーレンズ
５１…ゾーンプレート
５２…開口窓
５３…アライメントマーク
６１…照明光源
６２…ハーフミラー
【図１】
0005585813.tif 000002
【図２】
0005585813.tif 000003
【図３】
0005585813.tif 000004
【図４】
0005585813.tif 000005
【図５】
0005585813.tif 000006
【図６】
0005585813.tif 000007
【図７】
0005585813.tif 000008
【図８】
0005585813.tif 000009
【図９】
0005585813.tif 000010
【図１０】
0005585813.tif 000011
【図１１】
0005585813.tif 000012
【図１２】
0005585813.tif 000013
【図１３】
0005585813.tif 000014
【図１４】
0005585813.tif 000015
【図１５】
0005585813.tif 000016