(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の加工対象物を固定治具にセットし、前記固定治具を回転させながら光加工ヘッドから加工用レーザ光を照射することにより、前記複数の加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置において、
前記加工用レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うようにフォーカスサーボ制御を行うフォーカスサーボ手段と、
前記固定治具が回転された際の前記加工用レーザ光の進行方向において、前記加工用レーザ光に先行する位置に先行レーザ光を照射する先行レーザ光照射手段と、
前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、受光光量に相当する信号から作成された信号の強度に基づいて前記加工対象物と前記固定治具との境界領域を検出する境界検出手段と、
前記境界検出手段による前記境界領域の検出に基づき、前記フォーカスサーボ制御をホールドし、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量に基づいて変更するホールド手段と、
前記ホールド手段によりホールドされた前記フォーカスサーボ制御を、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に開始するホールド解除手段と、
を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記先行レーザ光の加工対象物及び固定治具の表面での反射光の受光光量に相当する信号から作成されるフォーカスエラー信号に基づき、前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量を検出する段差量検出手段を有し、
前記ホールド手段は、前記段差量検出手段により検出された段差量に基づき、前記加工用レーザ光の焦点位置を変更する請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記境界領域に少なくとも固定治具の反射率と異なる反射率を有するスペーサが配される請求項１から２のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
複数の加工対象物を固定治具にセットし、前記固定治具を回転させながら光加工ヘッドから加工用レーザ光を照射することにより、前記複数の加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法おいて、
前記加工用レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うようにフォーカスサーボ制御を行うフォーカスサーボ工程と、
前記固定治具が回転された際の前記加工用レーザ光の進行方向において、前記加工用レーザ光に先行する位置に先行レーザ光を照射する先行レーザ光照射工程と、
前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、受光光量に相当する信号から作成された信号の強度に基づいて前記加工対象物と前記固定治具との境界領域を検出する境界検出工程と、
前記境界検出工程による前記境界領域の検出に基づき、前記フォーカスサーボ制御をホールドし、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量に基づいて変更するホールド工程と、
前記ホールド工程によりホールドされた前記フォーカスサーボ制御を、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に開始するホールド解除工程と、
を有することを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定治具上に配された複数の加工対象物を加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光加工ヘッドから加工用レーザ光を対物レンズにて集光して平板状の加工対象物に照射するとともに、該加工対象物をセットしたターンテーブル（固定治具）を回転させることで、加工対象物の表面にピット、溝、反応跡等の構造物を作製するレーザ加工装置が知られている。
このレーザ加工装置については、加工効率を向上させるため加工対象物を多数枚ターンテーブル上に固定してレーザ加工を行う装置がある（例えば、特許文献１参照）。
このレーザ加工装置は、ターンテーブルに複数枚の加工対象物を固定して回転させ、加工対象物の大気に面した表面に光加工ヘッドから集光したレーザ光を照射するとともに、光加工ヘッドをターンテーブルと相対的にターンテーブルの半径方向に移動させて、加工対象物をレーザ加工するものである。また、このレーザ加工装置は、加工対象物またはターンテーブルからのレーザ光の反射光から作成される信号に基づいて光加工ヘッドの対物レンズをレーザ光の光軸方向に駆動することで、レーザ光の焦点が常に加工対象物の表面またはターンテーブルの表面に一致するようフォーカスサーボ制御が行われている。
【０００３】
また、このフォーカスサーボ制御において、加工対象物の縁とターンテーブルの装着孔の縁との間に生じる隙間と段差によりフォーカスサーボ制御が外れないようにし、かつ加工対象物をレーザ光が照射しているときのフォーカスサーボ制御の精度が悪くならないようにするための方法として、加工対象物の縁の近傍においてフォーカスサーボの切り替えを行う方法が示されている（例えば、特許文献２参照）。
この方法は、レーザ光が加工対象物の縁とターンテーブルの装着孔の縁との間を通過するときは、フォーカスエラー信号のＳ字検出距離を通常より大きくし、フォーカスサーボ回路のカットオフ周波数を通常より小さくした（即ち外れにくいが精度の悪い）フォーカスサーボ制御を行い、レーザ光が加工対象物を照射しているときは、フォーカスエラー信号のＳ字検出距離およびフォーカスサーボ回路のカットオフ周波数が通常の（即ち精度はよいが外れやすい）フォーカスサーボ制御を行う方法である。
この方法によれば、加工対象物の縁付近を除いて、レーザ加工の精度を、１枚の加工対象物をターンテーブルにセットしてレーザ加工を行う場合と同等の精度にすることができる。
【０００４】
しかしながら、この方法は加工対象物の縁付近では外れにくいものの、精度の悪いフォーカスサーボ制御を行っており、しかも、ターンテーブルから加工対象物へレーザ光が移動するときは段差分の距離を対物レンズが急激に移動するためフォーカスエラー信号が乱れて、フォーカスサーボ制御が不安定になる。このため加工対象物の縁付近では加工対象物のそれ以外の部分に比べてレーザ加工の精度は悪くなる。
また、加工対象物が小さくなると全体の面積に対する縁付近の部分の面積の割合が大きくなるため、レーザ加工の精度が悪い箇所の割合が大きくなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−  ９３７２３号公報
【特許文献２】特開２００８−２００７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、隣接する加工対象物の縁と固定治具の装着穴の縁との間に段差及び隙間を有する場合でも安定したフォーカスサーボ制御が可能であるとともに、加工精度に優れたレーザ加工装置及び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】
【０００７】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  複数の加工対象物を固定治具にセットし、前記固定治具を回転させながら光加工ヘッドから加工用レーザ光を照射することにより、前記複数の加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置において、前記加工用レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うようにフォーカスサーボ制御を行うフォーカスサーボ手段と、前記固定治具が回転された際の前記加工用レーザ光の進行方向において、前記加工用レーザ光に先行する位置に先行レーザ光を照射する先行レーザ光照射手段と、前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、受光光量に相当する信号から作成された信号の強度に基づいて前記加工対象物と前記固定治具との境界領域を検出する境界検出手段と、前記境界検出手段による前記境界領域の検出に基づき、前記フォーカスサーボ制御をホールドし、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量に基づいて変更するホールド手段と、前記ホールド手段によりホールドされた前記フォーカスサーボ制御を、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に開始するホールド解除手段と、を有することを特徴とするレーザ加工装置である。
＜２＞  前記先行レーザ光の加工対象物及び固定治具の表面での反射光の受光光量に相当する信号から作成されるフォーカスエラー信号に基づき、前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量を検出する段差量検出手段を有し、前記ホールド手段は、前記段差量検出手段により検出された段差量に基づき、前記加工用レーザ光の焦点位置を変更する前記＜１＞に記載のレーザ加工装置である。
＜３＞  前記境界領域に少なくとも固定治具の反射率と異なる反射率を有するスペーサが配される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のレーザ加工装置である。
＜４＞  複数の加工対象物を固定治具にセットし、前記固定治具を回転させながら光加工ヘッドから加工用レーザ光を照射することにより、前記複数の加工対象物をレーザ加工するレーザ加工方法おいて、前記加工用レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うようにフォーカスサーボ制御を行うフォーカスサーボ工程と、前記固定治具が回転された際の前記加工用レーザ光の進行方向において、前記加工用レーザ光に先行する位置に先行レーザ光を照射する先行レーザ光照射工程と、前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、受光光量に相当する信号から作成された信号の強度に基づいて前記加工対象物と前記固定治具との境界領域を検出する境界検出工程と、前記境界検出工程による前記境界領域の検出に基づき、前記フォーカスサーボ制御をホールドし、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量に基づいて変更するホールド工程と、前記ホールド工程によりホールドされた前記フォーカスサーボ制御を、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に開始するホールド解除工程と、を有することを特徴とするレーザ加工方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、従来における前記諸問題を解決でき、前記目的を達成することができ、隣接する加工対象物の縁と固定治具の装着穴の縁との間に段差及び隙間を有する場合でも安定したフォーカスサーボ制御が可能であるとともに、加工精度に優れたレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、固定治具に加工対象物をセットした状態の一例を示す部分平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、固定治具と加工対象物との境界領域の一例を示す平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａの境界領域を拡大して示す部分拡大平面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、固定治具と加工対象物との境界領域の他の例を示す平面図である。
【図３】図３は、固定治具に加工対象物をセットした状態における部分断面図である。
【図４】図４は、本発明のレーザ加工装置１の一実施例の構成を示す全体構成図である。
【図５】図５は、レーザが境界領域を通過するとき、レーザ加工装置１の回路が出力する信号を時間軸を同じにして示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（レーザ加工装置及びレーザ加工方法）
本発明のレーザ加工装置は、複数の加工対象物を固定治具にセットし、前記固定治具を回転させながら光加工ヘッドから加工用レーザ光を照射することにより、前記複数の加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置であり、フォーカスサーボ手段と、先行レーザ光照射手段と、境界検出手段と、ホールド手段と、ホールド解除手段とを有し、更に必要に応じて、段差量検出手段、その他の手段を有する。
また、本発明のレーザ加工方法は、複数の加工対象物を固定治具にセットし、前記固定治具を回転させながら光加工ヘッドから加工用レーザ光を照射することにより、前記複数の加工対象物をレーザ加工するレーザ加工装置であり、フォーカスサーボ手段と、先行レーザ光照射工程と、境界検出工程と、ホールド工程と、ホールド解除工程とを有し、更に必要に応じて、段差量検出工程、その他の工程を有する。
【００１１】
＜加工対象物＞
前記加工対象物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、例えば、ＬＥＤウェハー、半導体ウェハー、及びこれらのマスター原盤などの基板が挙げられる。
前記加工対象物の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、円形が好ましい。
前記加工対象物の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００１２】
前記加工対象物表面の反射率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．１％〜９０％が好ましく、１％〜６０％がより好ましく、５％〜４０％が特に好ましい。
前記加工対象物表面の反射率が、０．１％未満であると、フォーカスサーボ制御が困難になることがあり、９０％を超えると制御回路への信号強度が過剰となり制御が不安定になることがある。一方、前記加工対象物表面の反射率が前記特に好ましい範囲内であると、フォーカスサーボ制御が安定にかかる点で有利である。
【００１３】
前記基板としては、その材質、形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記材質としては、無機物、有機物などが挙げられ、前記形状としては平板状などが挙げられ、前記構造としては単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、前記大きさとしては用途等に応じて適宜選択することができる。
前記無機物としては、ガラス、サファイア、シリコン（Ｓｉ）、石英（ＳｉＯ２）などが挙げられる。
前記有機物としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、低融点フッ素樹脂、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、トリアセテートセルロース（ＴＡＣ）、などが挙げられる。
【００１４】
前記基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
前記基板の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上がより好ましい。
【００１５】
前記基板が複層構造の一例としては、前記基板の表面にヒートモードの形状変化が可能な層を積層した形態が挙げられる。
前記ヒートモードの形状変化が可能な層は、強い光の照射により光が熱に変換されて、この熱により材料が形状変化して凹部を形成することが可能な層である。
【００１６】
前記ヒートモードの形状変化が可能な層としては、例えば、有機層が挙げられる。
前記有機層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シアニン系、フタロシアニン系、キノン系、スクワリリウム系、アズレニウム系、チオール錯塩系、メロシアニン系などを用いることができる。
好適な例としては、例えばメチン色素（シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など）、大環状色素（フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など）、アゾ色素（アゾ金属キレート色素を含む）、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、桂皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。これらの中でも、メチン色素、アゾ色素が特に好ましい。
【００１７】
なお、有機層は、レーザ光源の波長に応じて適宜色素を選択したり、構造を改変することができる。
例えば、レーザ光源の発振波長が７８０ｎｍ付近であった場合、ペンタメチンシアニン色素、ヘプタメチンオキソノール色素、ペンタメチンオキソノール色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素などから選択することが有利である。
また、レーザ光源の発振波長が６６０ｎｍ付近であった場合は、トリメチンシアニン色素、ペンタメチンオキソノール色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ピロメテン錯体色素などから選択することが有利である。
更に、レーザ光源の発振波長が４０５ｎｍ付近であった場合は、モノメチンシアニン色素、モノメチンオキソノール色素、ゼロメチンメロシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ポルフィリン色素、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、キノフタロン系色素などから選択することが有利である。
【００１８】
＜固定治具＞
前記固定治具は、前記加工対象物を固定する部材としてなる。例えば、前記固定治具としては、装着孔が複数穿設された装着部を備えたターンテーブル等が挙げられる。
【００１９】
前記固定治具表面の反射率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．１％〜９０％が好ましく、１％〜６０％がより好ましく、５％〜４０％が特に好ましい。
前記固定治具表面の反射率が、０．１％未満であると、フォーカスサーボ制御が困難になることがあり、前記固定治具表面前記被加工物表面の反射率が、９０％を超えると、制御回路への信号強度が過剰となり制御が不安定になることがある。一方、前記固定治具表面の反射率が前記特に好ましい範囲内であると、フォーカスサーボ制御が安定にかかる点で有利である。
【００２０】
前記固定治具が有する加工対象物の枚数の下限としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、２枚以上が好ましく、３枚以上がより好ましく、４枚以上が特に好ましい。
前記固定治具が有する前記加工対象物の枚数の上限としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１，０００枚以下が好ましく、１００枚以下がより好ましく、５０枚以下が更に好ましく、２０枚以下が特に好ましい。
前記固定治具が有する前記加工対象物の枚数が、２枚未満であると、前記加工対象物の効率的な加工が困難であり、１，０００枚を超えると、設置時間がかかりすぎ、全体の効率が下がることがある。一方、前記加固定治具が有する加工対象物の枚数の上限、及び下限が、前記特に好ましい範囲内であると、加工効率が高まる点で有利である。
なお、前記被加工物含有体が有する複数の被加工物の大きさは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
前記加工対象物を前記固定治具にセットした状態では、前記加工対象物と前記固定治具との間に、前記加工対象物の厚みと前記固定治具の装着孔の深さの差に基づく段差、及び前記加工対象物の外周と該加工対象物を固定する前記固定治具の装着孔の内周との差に基づく隙間が生ずることがある。
本発明によれば、前記段差及び隙間が存在する場合であっても、前記フォーカスサーボ手段に、前記先行レーザ光照射手段と、前記境界検出手段と、前記ホールド手段と、前記ホールド解除手段を加えることにより、フォーカスサーボが外れることなく、加工精度の高いレーザ加工が可能になる。
【００２１】
＜光加工ヘッド＞
前記光加工ヘッドとしては、加工用レーザ光源を含み、必要に応じてコリメートレンズ、偏光ビームスプリッタ、１／４波長板、対物レンズ、凸レンズ、シリンドリカルレンズ、４分割フォトディテクタ、アクチュエータなどの光学部品を含む。
【００２２】
−加工用レーザ光−
前記加工用レーザ光源から出射される加工用レーザ光の波長としては、大きなレーザパワーが得られる波長であればよく、例えば、前記有機層に色素を用いる場合は、１９３ｎｍ、２１０ｎｍ、２６６ｎｍ、３６５ｎｍ、４０５ｎｍ、４８８ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、６５０ｎｍ、６８０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍなど、１，０００ｎｍ以下が好ましい。
【００２３】
また、前記加工用レーザの種類としては、ガスレーザ、固体レーザ、半導体レーザなど、どのようなレーザであってもよい。ただし、光学系を簡単にするために、固体レーザや半導体レーザを採用するのが好ましい。前記加工用レーザ光は、連続光およびパルス光の照射が可能であり、前記パルス光の場合は、自在に発光間隔が変更可能なレーザ光を採用するのが好ましい。安価なものとして、半導体レーザを採用するのが好ましい。前記パルス光の照射は、前記レーザ光源に供給する駆動信号をパルス信号にすればよいが、これ以外に外部変調素子により変調するようにしてもよい。
【００２４】
また、レーザパワーは、加工速度を高めるためには高い方が好ましい。ただし、レーザパワーを高めるにつれ、スキャン速度（レーザ光で有機層を走査する速度）を上げなければならない。そのため、前記レーザパワーの上限値は、前記スキャン速度の上限値を考慮して、１００Ｗ以下が好ましく、１０Ｗ以下がより好ましく、５Ｗ以下が更に好ましく、１Ｗ以下が特に好ましい。また、レーザパワーの下限値は、０．１ｍＷ以上が好ましく、０．５ｍＷ以上がより好ましく、１ｍＷ以上が更に好ましい。
【００２５】
＜フォーカスサーボ手段及びフォーカスサーボ工程＞
前記フォーカスサーボ手段は、前記加工用レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うようにフォーカスサーボ制御を行う手段である。
前記フォーカスサーボ工程は、前記加工用レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うようにフォーカスサーボ制御を行う工程である。
【００２６】
前記フォーカスサーボ手段としては、特に制限はなく、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うよう制御する手段であれば、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、分割されたフォトディテクタが出力する前記加工用レーザ光の反射光の受光光量に基づく信号から作成される信号に基づいて、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物及び前記固定治具の表面に合うように制御することが挙げられる。
このような制御としては、特に制限はないが、前記分割されたフォトディテクタが出力する前記加工用レーザ光の反射光の受光光量に基づく信号を増幅する信号増幅回路と、該増幅された信号に基づきフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成回路と、該生成されたフォーカスエラー信号に基づきフォーカスサーボ信号を生成するフォーカスサーボ回路と、該生成されたフォーカスサーボ信号に基づいて前記光加工ヘッドにおける前記対物レンズを前記レーザ光の光軸方向に駆動させるドライブ回路などにより行うことができる。
なお、前記光加工ヘッドにおける前記対物レンズを前記レーザ光の光軸方向に駆動させる機構としては、特に制限はなく、前記対物レンズの周囲にフォーカスアクチュエータとして設けられる公知の機構で構成することができる。
【００２７】
＜先行レーザ光照射手段及び先行レーザ光照射工程＞
前記先行レーザ光照射手段は、前記固定治具が回転された際の前記加工用レーザ光の進行方向において、前記加工用レーザ光に先行する位置に先行レーザ光を照射する手段である。
前記先行レーザ光照射工程は、前記固定治具が回転された際の前記加工用レーザ光の進行方向において、前記加工用レーザ光に先行する位置に先行レーザ光を照射する工程である。
【００２８】
前記先行レーザ光照射手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記先行レーザ光のレーザ光源は、前記先行レーザ光の加工対象物および固定治具における反射光のみを受光することができれば、前記加工用レーザ光のレーザ光源と同じ光源であっても、異なる光源であってもよく、前記異なる光源である場合には、加工用レーザ光と同様、半導体レーザを採用することが好ましい。また、前記先行レーザ光のレーザ光源は、前記光ヘッドの内部に設けても外部に設けてもよいが、構成を簡略化するためには内部に設けた方が好ましい。また、前記先行レーザ光を集光させる対物レンズは、前記加工用レーザ光と同一の対物レンズを用いてもよいし、別に設けた対物レンズを用いてもよいが、前記先行レーザ光の焦点位置から前記加工用レーザ光の焦点位置までの距離を小さくしたい場合は、同一の対物レンズにし、大きくしたい場合は、別の対物レンズにすればよい。なお、前記先行レーザ光の焦点位置から前記加工用レーザ光の焦点位置までの距離は、特に制限はなく、適宜設定することができる。
前記先行レーザとして用いられるレーザ光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記加工用レーザ光と同じ波長範囲で選択するのが好ましい。なお、前記先行レーザ光と前記加工用レーザ光とを同一の対物レンズで集光する場合は、前記先行レーザ光と前記加工用レーザ光の加工対象物および固定治具での反射光をそれぞれ分離する必要があるので、構成を簡略化するためには前記先行レーザ光の波長は、加工用レーザ光の波長と異なるようにすることが好ましい。
【００２９】
＜境界検出手段及び境界検出工程＞
前記境界検出手段は、前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、受光光量に相当する信号から作成された信号の強度に基づいて前記加工対象物と前記固定治具との境界領域を検出する手段である。
前記境界検出工程は、前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光し、受光光量に相当する信号から作成された信号の強度に基づいて前記加工対象物と前記固定治具との境界領域を検出する工程である。
【００３０】
前記境界検出手段としては、前記境界領域を検出することができる構成であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記先行レーザ光の反射光を受光するフォトディテクタから出力される信号を増幅する信号増幅回路と、該増幅された信号の強度が設定された強度をクロスすることで前記境界領域を検出するエッジ検出回路等で構成することができる。
【００３１】
前記境界領域としては、特に制限はなく、前記加工対象物と前記固定治具との境界であってもよく、前記加工対象物と前記固定治具との境界近傍の領域であってもよい。
前記加工対象物と前記固定治具との境界近傍の領域には、前記固定治具と反射率が異なるスペーサ部材を配してもよい。
【００３２】
前記加工対象物と前記固定治具との境界近傍の領域を前記境界領域とする態様において、前記境界領域は、前記固定治具に隣接して配される。
この場合、前記固定治具表面の反射率をＲａとし、該固定治具に隣接する前記境界領域の表面の反射率Ｒｂとしたとき、前記Ｒａと前記Ｒｂとの関係式、｜Ｒａ−Ｒｂ｜／Ｒａ  （差の絶対値をＲａで規格化）は、次の条件を満たすことが好ましい。
即ち、前記関係式、｜Ｒａ−Ｒｂ｜／Ｒａの上限が、４以下であることが好ましい。４を超えると、前記固定治具と該固定治具に隣接する前記境界領域との間の境界において、反射光量の変化が大きすぎるためフォーカス制御が外れることがある。
また、前記関係式、｜Ｒａ−Ｒｂ｜／Ｒａの下限が、０．２以上であることが好ましい。０．２未満だと、反射光量の変化が小さすぎるため前記固定治具と該固定治具に隣接する前記境界領域との間の境界を検出することが困難となる。
前記条件に設定する方法、即ち、反射率を変える方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記のように固定治具と反射率の異なるスペーサ部材を配することが挙げられる。これ以外にも、前記固定治具表面と該固定治具に隣接する前記境界領域表面とにおいて、コーティング材質を変えること、前記固定治具表面と該固定治具に隣接する前記境界領域表面との一方のみをコーティングすることなどが挙げられる。
【００３３】
前記固定治具表面と該固定治具に隣接する前記境界領域表面との境界における段差Δｔとしては、小さいことが好ましい。
即ち、前記段差Δｔの条件としては、１００μｍ以下が好ましい。１００μｍを超えると、フォーカスサーボが外れてしまうことがある。
【００３４】
前記反射率を変える方法として、前記固定治具と該固定治具に隣接する前記境界領域表面との一方をコーティングする場合、前記段差Δｔの条件を満たすコーティングの方法としては、特に制限はないが、緻密な膜が形成可能な観点から真空成膜法が好ましく、中でも、蒸着法、スパッタリング法が好ましい。
前記真空成膜におけるコーティング材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、金属、酸化物、フッ化物、硫化物、混合物などが好ましい。
前記金属としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｂ、Ｆｅ、Ｇｄ、Ｇｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｗ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｓｉの単体、または、これらを一部含む合金が好ましい。中でも、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕが特に好ましい。
前記酸化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＯＳ−１０、ＯＳ−５０、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＺｎＯが好ましい。
フッ化物・硫化物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＣｅＦ３、ＭｇＦ２、クリオライト、チオライト、ＺｎＳ、ＹＦ３が好ましい。
前記混合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ＩＴＯ、ＯＨ−５、ＯＭ−４、ＯＭ−６、ＯＡ−１００、ＯＡ−５００、ＯＡ−６００、Ｓ４Ｆ、Ｓ５Ｆ、が好ましい。
【００３５】
また、前記固定治具と、該固定治具と隣接する加工対象物との間を境界の境界領域としてもよい。
この場合、前記加工対象物の表面の反射率をＲｃとしたとき、前記Ｒａと、前記Ｒｃとの関係式、｜Ｒａ−Ｒｃ｜／Ｒｃ（差の絶対値をＲｃで規格化）は、次の条件を満たすことが好ましい。
即ち、前記関係式、｜Ｒａ−Ｒｃ｜／Ｒｃの上限が、４以下が好ましい。４を超えると、前記固定治具と該固定治具に隣接する前記加工対象物との間の境界において、反射光量の変化が大きすぎるためフォーカス制御が外れることがある。
また、前記関係式、｜Ｒａ−Ｒｃ｜／Ｒｃの下限が、０．２以上であることが好ましい。０．２未満だと、反射光量の変化が小さすぎるため前記固定治具と該固定治具に隣接する前記加工対象物との間の境界を検出することが困難となる。
前記固定治具と、該固定治具と隣接する加工対象物との間の段差Δｔは、前記加工用レーザ光の焦点が移動できる範囲、即ちフォーカスアクチュエータの駆動範囲内に入っている必要がある。
即ち、前記段差Δｔは、５００μｍ以下が好ましい。５００μｍを超えると、光加工ヘッドによっては、フォーカスアクチュエータの駆動範囲を超えてしまう場合がある。
【００３６】
前記反射率を変える方法として、前記固定治具と反射率の異なるスペーサ部材を配する場合、前記スペーサ部材としては、前記固定治具の反射率と異なる反射率であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
このようなスペーサ部材が配されると、前記固定治具と前記スペーサ部材との境界で前記先行レーザ光の反射光の光量が大きく変化するため境界を検出することができる。
【００３７】
また、前記スペーサ部材としては、前記加工対象物の周囲に配され、該加工対象物の先行レーザ光が移動する方向において、反射率が異なる複数の部材により構成されることが好ましい。
前記反射率が異なる複数の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、反射率の高い部材の反射率Ｒ１と、反射率が低い部材の反射率Ｒ２から｜Ｒ１−Ｒ２｜／Ｒ２の式で計算される値が０．２〜４の間であることが好ましい。
このように前記スペーサが前記反射率の異なる複数の部材を有すると、反射率の異なる部材の境界では、前記固定治具と前記スペーサとの間のように段差や隙間がなく信号が乱れないため、前記先行レーザ光の反射光の光量変化をより的確に検出することができる。
【００３８】
＜ホールド手段及びホールド工程＞
前記ホールド手段は、前記境界検出手段による前記境界領域の検出に基づき、前記フォーカスサーボ制御をホールドし、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量に基づいて変更する手段である。
前記ホールド工程は、前記境界検出手段による前記境界領域の検出に基づき、前記フォーカスサーボ制御をホールドし、前記加工用レーザ光の焦点位置を前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量に基づいて変更する工程である。
【００３９】
前記ホールド手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記境界検出手段におけるエッジ検出回路からの境界検出信号に基づき、前記フォーカス手段におけるフォーカスエラー信号生成回路から該フォーカスサーボ回路へ出力されているエラー信号を停止させ（強度０の信号にし）、フォーカスアクチュエータを駆動するドライブ回路に加工対象物と固定治具との間における段差量分だけ前記フォーカスアクチュエータが駆動する信号を供給することが挙げられる。
このようなホールド手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エッジ検出回路からの境界検出信号を入力すると、信号レベルがｈｉｇｈになるマスク信号発生回路と、フォーカスエラー信号生成回路とフォーカスサーボ回路との間に設けられ、マスク信号発生回路からの信号を入力し、この信号がｈｉｇｈになると、前記フォーカスエラー信号生成回路が出力するエラー信号を停止する導通回路と、フォーカスサーボ回路とフォーカスアクチュエータを駆動するドライブ回路との間に設けられた加算器と、エッジ検出回路からの境界検出信号を入力すると前記加算器に前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量分だけ前記フォーカスアクチュエータが駆動する信号を出力する回路とから構成することができる。
【００４０】
前記フォーカスサーボ手段によるフォーカスサーボ制御のホールドのタイミングとしては、前記加工用レーザ光の焦点が加工対象物の縁に達する手前であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
このタイミングは、前記先行レーザ光の焦点位置と前記加工用レーザ光の焦点位置との間の距離と、前記レーザ加工における回転の線速度と、前後で反射率が異なる境界箇所から前記加工対象物の縁までの距離とから、前記境界検出手段が境界を検出してから前記加工用レーザ光が前記加工対象物の縁に達するまでの時間を算出しておき、前記境界検出手段が前後で反射率が異なる境界箇所を検出したタイミングから、この時間が経過するタイミングまでのどこかになるように設定する。
好ましいタイミングとしては、前記加工用レーザ光がこれから前記加工用対象物に照射される場合は、ホールドが開始された後、前記加工対象物と固定治具との間における段差量分だけ前記フォーカスアクチュエータが駆動し終わったとき、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工対象物の縁から数百μｍ手前にあるようなタイミングであり、前記加工用レーザ光が前記加工用対象物を照射し終える場合は、ホールド開始が前記加工対象物の縁から数百μｍ手前にあるタイミングである。このタイミングであれば、前記加工用対象物の縁付近の加工精度をそれ以外の箇所と同程度によくすることができ、前記加工対象物の縁付近の曲面でフォーカスサーボが不安定になることがない。
前記タイミングの設定方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記エッジ検出回路からの前記境界検出信号を遅延回路を介して、マスク信号発生回路等に出力するようにし、この遅延回路の遅延時間を適切な時間に設定する方法が好ましい。
【００４１】
＜ホールド解除手段及びホールド解除工程＞
前記ホールド解除手段は、前記ホールド手段により停止された前記フォーカスサーボ制御を、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に開始する手段である。
前記ホールド解除工程は、前記ホールド工程により停止された前記フォーカスサーボ制御を、前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に開始する工程である。
なお、本明細書において、加工用レーザ光の焦点が加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなるとは、加工用レーザ光の焦点が固定治具から加工対象物に移動する場合は、加工用レーザ光の焦点が加工対象物と固定治具との間における段差量分だけ移動し、加工用レーザ光が加工対象物に照射されることであり、加工用レーザ光の焦点が加工対象物から固定治具に移動する場合は、加工用レーザ光の焦点が加工対象物と固定治具との間における段差量分だけ移動し、加工用レーザ光が固定治具またはスペーサに照射されることである。
【００４２】
前記ホールド解除手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ホールド手段における前記マスク信号発生回路からの信号により前記導通回路で前記フォーカスエラー信号生成回路からフォーカスサーボ回路へ出力されているエラー信号が停止した状態から、前記マスク信号生成回路における信号レベルを切替えて前記フォーカスサーボ回路へのエラー信号出力を開始させることが挙げられる。
【００４３】
このようなホールド解除手段の構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記ホールド手段に用いられた回路を用いることが好ましい。例えば、前記エッジ検出回路からの境界検出信号を入力すると設定した時間だけ遅らせて信号を出力する遅延回路を設け、前記マスク信号発生回路は、前記遅延回路からの信号が入力すると信号レベルがｌｏｗになり、前記導通回路は、前記マスク信号発生回路からの信号がｌｏｗになると、前記フォーカスエラー信号生成回路が出力するエラー信号をそのまま出力し、前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量分だけ前記フォーカスアクチュエータが駆動する信号を出力する回路は、前記遅延回路からの信号が入力すると、信号の出力を停止する、といった構成が挙げられる。
【００４４】
前記加工用レーザ光の焦点が前記加工用レーザ光の照射位置と略同一高さとなった後に前記ホールドを解除し、前記フォーカスサーボ制御を開始する際のタイミングとしては、前記加工用レーザ光の焦点が加工対象物の縁を通過した後であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記先行レーザ光の焦点位置と前記加工用レーザ光の焦点位置との間の距離と、前記レーザ加工における回転の線速度と、前後で反射率が異なる境界箇所から前記加工対象物の縁までの距離とに基づき、前記境界検出手段が境界を検出してから前記加工用レーザ光が前記加工対象物の縁に達するまでの時間を算出しておき、前記境界検出手段が前後で反射率が異なる境界箇所を検出したタイミングから、この時間が経過した後のタイミングになるように設定する。
【００４５】
＜段差量検出手段及び段差量検出工程＞
前記段差量検出手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光を受光する分割されたフォトディテクタが出力する受光光量に相当する信号から作成されるフォーカスエラー信号の強度に基づき、前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量を検出する手段が挙げられる。
前記段差量検出工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記先行レーザ光の前記加工対象物及び前記固定治具の表面での反射光の受光光量に相当する信号から作成されるフォーカスエラー信号の強度に基づき、前記加工対象物と前記固定治具との間における段差量を検出する工程が挙げられる。
【００４６】
前記段差量検出手段としては、特に制限はなく、前記先行レーザ光の反射光を受光する分割されたフォトディテクタから出力される信号を増幅する信号増幅回路と、該増幅された信号に基づきフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成回路と、前記エッジ検出回路から遅延回路を介して境界検出信号を入力したとき、フォーカスエラー信号生成回路から入力するフォーカスエラー信号をホールドして出力するホールド回路と、該ホールド回路が出力する信号の強度を前記段差量の距離に変換する移動量変換回路を含み構成することができる。
なお、この構成は、前記先行レーザ光と前記加工用レーザ光が同一の対物レンズに入射し、前記先行レーザ光の焦点と前記加工用レーザ光の焦点の高さが常に一致している場合であり、前記先行レーザ光と前記加工用レーザ光が同一の対物レンズに入射しない構成の場合は、前記ホールド回路は、前記先行レーザ光が前記加工対象物以外の箇所にあるタイミングと前記加工対象物上にあるタイミングとの２つのタイミングで前記フォーカスエラー信号生成回路から入力するフォーカスエラー信号をホールドした上でそれぞれ出力し、前記移動量変換回路は、前記ホールド回路が出力する２つの信号の強度を前記段差量の距離に変換するようにする。
【００４７】
前記その他の手段としては、本発明の効果を損なわない限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、特開２００７-２１６２６３号公報、特開２００８−９３７２３号公報、特開２００８−９３７２４号公報、特開２００８−２００７４５号公報、特開２００９−８２９３２号公報、特開２００９−８７４３４号公報に記載のレーザ加工手段を適宜用いることができる。
【００４８】
前記加工対象物の前記固定治具を図１を用いて説明する。図１は、固定治具に加工対象物をセットした状態の一例を示す部分平面図である。
該図１に示すように、本例では、固定治具３に加工対象物１０が固定され、固定治具３と加工対象物１０との間には、境界領域５が存在する。
【００４９】
境界領域５は、目的に応じて適宜選択することができ、図１で示す態様以外に、例えば、図２Ａに示すように形成されていてもよい。図２Ａは、固定治具と加工対象物との境界領域の一例を示す平面図である。
該図２Ａに示すように、加工対象物１０が固定治具３にセットされた状態で境界領域５が形成される。該境界領域５の周囲には、スペーサ７が配される。この例では、境界領域５とスペーサ７とを含む領域を境界領域とする。
スペーサ７は、先行レーザ光の進行方向Ａに対して、境界領域５の手前に配されており、先行レーザ光が境界領域５に到達する前に、該スペーサ７による反射光を検出でき、該反射光の検出タイミングに基づき設定されるタイミングに基づき、フォーカスサーボ制御のホールドを行うことが可能とされる。
【００５０】
この態様の詳細としては、図２Ｂに示す態様であることが好ましい。図２Ｂは、図２Ａの境界領域を拡大して示す部分拡大平面図である。
該図２Ｂに示すように、スペーサ７は、境界領域５に接する全領域において、一定の間隔を有して配されることが好ましい。即ち、該図２Ｂにおいて、Ｗ１及びＷ２を含む間隔Ｗがすべて等しいことが好ましい。このような態様であると、前記先行レーザ光の反射光によりスペーサ７を検出してから前記加工用レーザ光が加工対象物５の縁に達するまでの時間をすべて等しくできるので、加工対象物５の全領域において、好ましいタイミングでフォーカスサーボ制御のホールドを行うことができる。
【００５１】
ただし、本発明における境界領域は、この他の態様を適宜選択することができ、例えば、図２Ｃに示す態様としてもよい。図２Ｃは、固定治具と加工対象物との境界領域の他の例を示す平面図である。
該図２Ｃに示す例では、スペーサ７が、固定治具３と加工対象物１０との境界領域５の近傍に配されている。この例では、境界領域５とスペーサ７とを含む領域を境界領域とし、スペーサ７の検出に基づいてフォーカスサーボ制御のホールドが行われる。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明の思想は、下記実施例に限定されるものではない。
【００５３】
本発明の実施例に係るレーザ加工装置１を図４を用いて説明する。図４は、本発明のレーザ加工装置１の一実施例の構成を示す全体構成図である。このレーザ加工装置は、加工対象物１０及び固定治具３を支持するターンテーブル１２と、加工対象物１０に向けて加工用レーザ光及び先行レーザ光を照射してフォーカスサーボ制御を行いながら加工対象物を加工する光加工ヘッド２００を有する。テーブル２１は、スピンドルモータ３００及びフィードモータ４００により駆動される。
【００５４】
スピンドルモータ３００は、その回転により、テーブル２１を回転駆動する。スピンドルモータ３００内には、テーブル２１の回転を検出して、パルス列信号を出力するエンコーダが組み込まれている。
該パルス列信号は、スピンドルモータ制御回路３０２に供給される。スピンドルモータ制御回路３０２は、エンコーダからのパルス列信号の単位時間あたりのパルス数を用いてスピンドルモータ３００の回転速度を計算し、コントローラ６００によって指定された回転速度に等しくなるようにスピンドルモータ３００の回転を制御する。なお、コントローラ６００は、入力装置６０４に入力された情報や各回路に出力した信号又は各回路から入力した信号に基づき、必要な情報を表示装置６０２に表示する。
【００５５】
フィードモータ４００は、スクリューロッドを回転させて、光加工ヘッド２００を半径方向に移動させる。フィードモータ４００内にもフィードモータ４００の回転を検出してパルス列信号を出力するエンコーダが組み込まれている。
このパルス列信号は、フィードモータ制御回路４０２に出力される。フィードモータ制御回路４０２は、該エンコーダからのパルス列信号の単位時間あたりのパルス数を用いて光加工ヘッド２００の移動速度を計算し、コントローラ６００によって指定された移動速度に等しくなるように光加工ヘッド２００の移動を制御する。また、フィードモータ４００は、コントローラ６００によって移動方向が指定されると、コントローラ６００から停止指令が入力されるまで指定された方向へ光加工ヘッド２００を移動する。フィードモータ４００内のエンコーダからのパルス列信号は、コントローラ６００にも入力されており、コントローラ６００は、このパルス列信号のパルス数をカウントすることで移動量を検出し、半径位置を検出する。即ち、フィードモータ制御回路４０２は、コントローラ６００の指示により、フィードモータ４００を駆動制御して、加工用レーザ光及びサーボ用レーザ光の照射位置を固定治具３の指定半径位置に移動させたり、テーブル２１を半径方向に指定速度で移動させる。
【００５６】
光加工ヘッド２００は、加工用レーザ光源、先行レーザ光源、コリメートレンズ、偏光ビームスプリッタ、１／４波長板、対物レンズ、凸レンズ、シリンドリカルレンズ、４分割フォトディテクタ、フォーカスアクチュエータ、トラッキングアクチュエータなどを有する。対物レンズは、レーザ光源からのレーザ光を加工対象物１０又は固定治具３に集光させるとともに加工対象物１０又は固定治具３からの反射光を受光する。加工用レーザ光源は、コントローラ６００によって作動制御される発光信号生成回路２５２、加工用レーザ駆動回路２５０などによって駆動制御される。発光信号生成回路２５２は、コントローラ６００からの加工模様を表すデータを入力して、同データに対応したパルス列信号を加工用レーザ駆動回路２５０に供給する。加工用レーザ駆動回路２５０は、コントローラ６００によって制御され、発光信号生成回路２５２からの信号に基づいてレーザ光源がパルス発光する駆動信号を出力する、又はレーザ光源が一定強度のレーザ光を出射する駆動信号を出力する。
【００５７】
光加工ヘッド２００は、加工用レーザ光に加えて一定強度のレーザ光である先行レーザ光を照射する。２つのレーザ光は、ダイクロイックミラーで合成され、対物レンズで集光して加工対象物１０に照射される。このとき２つのレーザ光の光軸は微量にずらされており、先行レーザ光はレーザ光の進行方向に見て加工用レーザ光より先の位置に照射される。
【００５８】
加工対象物１０又は固定治具３からの反射光は、ダイクロイックミラーで加工用レーザ光の反射光と先行レーザ光の反射光に分離され、それぞれの反射光は４分割フォトディテクタに導かれて受光される。
前記加工用レーザ光の反射光を受光した４分割フォトディテクタは、前記受光した加工用レーザ光の反射光の光量に相当する受光信号を信号増幅回路１０２を介してフォーカスエラー信号生成回路１０４に出力する。
フォーカスエラー信号生成回路１０４は、非点収差法による演算を行いフォーカスエラー信号を生成し、該フォーカスエラー信号を導通回路１０６を介してフォーカスサーボ回路１０８に出力する。
フォーカスサーボ回路１０８は、このフォーカスエラー信号が０になるようにフォーカスサーボ信号を生成し、該フォーカスサーボ信号を加算器１１０を介してドライブ回路１１２に出力する。
ドライブ回路１１２は、入力されるフォーカスサーボ信号に基づいて、光加工ヘッド２００の対物レンズを駆動させる信号を出力する。
レーザ加工装置１は、前記フォーカスサーボを行う回路に、導通回路１０６と加算器１１０とを有する。
導通回路１０６は、後述するマスク信号発生回路１３４から入力される信号がハイレベルである間は、フォーカスエラー信号生成回路１０４から入力したフォーカスエラー信号を出力しない（信号レベルを０にする）こととする。そのため、マスク信号発生回路１３４から入力される信号がハイレベルであると、フォーカスサーボ回路１０８は、フォーカスエラー信号が０になったタイミングにおける強度のフォーカスサーボ信号を出力し続け、この状態では、光加工ヘッド２００の対物レンズは、一定位置のまま固定される。即ち、前記加工用レーザ光の焦点位置は、一定高さのまま保持される。
【００５９】
前記先行レーザ光の反射光を受光した４分割フォトディテクタは、受光した先行レーザ光の反射光の光量に相当する受光信号を信号増幅回路１２０を介してＳＵＭ信号生成回路１２２に出力する。
ＳＵＭ信号生成回路１２２は、４つのフォトディテクタからの出力信号をすべて加算した信号をエッジ検出回路１２４に出力する。この信号は、先行レーザ光の反射光の強度に相当する信号である。そしてフォーカスエラー信号生成回路１４０では、非点収差法による演算でフォーカスエラー信号が生成され、出力される。
【００６０】
本実施例では、境界領域として低反射率箇所と高反射率箇所とからなるスペーサ７が用いられる（図３参照）。
図３は、固定治具３に加工対象物１０をセットした状態における部分断面図である。該図３に示すように、加工治具１０の周囲にスペーサ７（境界領域）が配され、該スペーサ７は、円板状の加工対象物１０の半径方向において、反射率が異なる低反射率部８と高反射率部９とを有している。
【００６１】
エッジ検出回路１２４は、ＳＵＭ信号生成回路１２２が出力する信号（先行レーザ光の反射光強度に相当する信号）が設定されたレベル（閾値）をクロスすると、即ち、先行レーザ光が低反射率箇所と高反射率箇所との境界領域を通過すると、検出を意味する信号を出力する。このとき、前記境界領域の反射率に対応してＳＵＭ信号生成回路１２２から入力する信号が「高」から「低」に変化すると、遅延回路Ａ１２６、遅延回路Ｂ１２８へ信号を出力し、「低」から「高」に変化すると遅延回路Ｃ１３０、遅延回路Ｄ１３２へ信号を出力する。
４つの遅延回路Ａ〜Ｄは、エッジ検出回路１２４から信号が入力されると、即ち、境界領域が検出されると、設定された時間だけ遅らせて信号をマスク信号発生回路１３４に出力する。設定される時間は、回転におけるレーザ光照射位置の線速度、先行レーザ光と加工用レーザ光のスポット間隔及び低反射率箇所と高反射率箇所の境界と加工対象物ＯＢの縁との間の距離により決定される。
この遅延回路Ａ〜Ｄによる信号の出力の遅延時間の設定により、適切なタイミングでフォーカスサーボ制御のホールドとホールド解除が可能となる。
【００６２】
マスク信号発生回路１３４は、遅延回路Ａ、Ｃから境界領域の検出に基づく信号が入力される前は、ローレベルの信号を出力し、遅延回路Ａ、Ｃから信号が入力されると、ハイレベルの信号を出力する。そして、次に遅延回路Ｂ、Ｄから信号が入力されると再びローレベルにする。
このマスク信号発生回路１３４から出力されるハイレベルの信号が導通回路１０６に入力されると、導通回路１０６は、前述の通りフォーカスエラー信号を出力を止め（信号レベルを０にする）、フォーカスサーボ回路１０８は、フォーカスエラー信号が０になったタイミングにおける強度のフォーカスサーボ信号を出力し続ける。
ホールド回路１４２は、遅延回路Ａ、Ｃから信号が入力される前は、信号強度が０の信号を出力し、遅延回路Ａ、Ｃから信号が入力されると、フォーカスエラー信号生成回路１４０から入力されるフォーカスエラー信号の瞬時値の強度の信号を出力する。そして、次に遅延回路Ｂ、Ｄから信号が入力されると、再び信号強度が０の信号を出力する。
【００６３】
移動量変換回路１４４は、フォーカスエラー信号の信号強度と先行レーザ光の焦点ずれ距離、即ち、反射位置から焦点位置までの距離に相当する値（フォーカスサーボ信号の強度で表した値）との関係が設定されており、ホールド回路１４２から入力されるフォーカスエラー信号の瞬時値の強度の信号を距離に相当する信号に変換して出力する。
【００６４】
加算器１１０は、フォーカスサーボ回路１０８が出力する信号と移動量変換回路１４４が出力する信号を加算して出力し、ドライブ回路１１２は、加算器１１０からの信号に基づいて光加工ヘッド２００の対物レンズ（フォーカスアクチュエータ）を駆動する。ホールド回路１４２は、遅延回路Ａ、Ｃから信号が入力しないときは信号強度が０の信号を出力している。
よって、加算器１１０は、境界領域が検出されないときは、フォーカスサーボ回路１０８が出力する信号をそのまま出力し、通常のフォーカスサーボ制御が行われる。そして、エッジ検出回路１２４が境界領域の検出に基づく信号を出力すると、遅延回路Ａ、Ｃにより設定された時間だけ遅れたタイミングでホールド回路１４２は、フォーカスエラー信号生成回路１４０が出力する信号の瞬時値の強度の信号を出力する。このタイミングでは、前記先行レーザ光の焦点と前記加工用レーザ光の焦点がある領域が異なる。
前記加工用レーザ光の焦点がこれから加工対象物１０上に移動する場合は、前記先行レーザ光の焦点は、加工対象物１０上にあり、前記加工用レーザ光の焦点は、加工対象物１０の手前にあり、前記加工用レーザ光の焦点がこれから加工対象物１０上から外れる場合は、前記先行レーザ光の焦点は、前記加工対象物を通過した位置にあり、前記加工用レーザ光の焦点は、加工対象物１０上にある。即ち、フォーカスエラー信号生成回路１４０が出力する信号の瞬時値の強度は、加工対象物１０と境界領域との間の段差による値であり、移動量変換回路１４４は、この信号を距離に相当する信号（フォーカスサーボ信号の強度で表した信号）で出力する。このとき、フォーカスサーボ回路１０８は、フォーカスエラー信号が０になったタイミングにおける信号強度で一定強度の信号を出力しており、この信号のみであれば、前記加工用レーザ光の焦点は、同じ高さで保持されるが、この信号に移動量変換回路１４４からの信号が加算されるので、前記加工用レーザ光の焦点は、加工対象物１０と境界領域との間の段差分、移動して保持される。
そして、遅延回路Ｂ、Ｄにより設定された時間だけ遅れたタイミングでホールド回路１４２は、再び信号強度が０の信号を出力するので、加算器１１０は、再びフォーカスサーボ回路１０８が出力する信号をそのまま出力し、通常のフォーカスサーボ制御が行われる。即ち、フォーカスサーボ制御が加工対象物１０と境界領域との間の段差分の移動を伴うホールドがされ、前記加工用レーザ光が加工対象物１０以外の箇所から加工対象物１０上に移動した後、および加工対象物１０上から加工対象物１０以外の箇所に移動した後、通常のフォーカスサーボ制御が行われる。
【００６５】
このようなレーザ加工装置１においては、加工対象物（ワーク）１０をセットした後、レーザ加工を行うと、加工対象物（ワーク）１０の縁付近でも精度のよいフォーカスサーボ制御を行うことができる。
図５はフォーカスサーボ制御の際、レーザ光が加工対象物（ワーク）１０の縁を通過する際の各回路が出力する信号を時間軸を同じにして示した図である。（ａ）〜（ｆ）は、以下の回路が出力する信号である。
（ａ）ＳＵＭ信号生成回路１２２
（ｂ）エッジ検出回路１２４
（ｃ）左は遅延回路Ａ１２６、右は遅延回路Ｃ１３０
（ｄ）左は遅延回路Ｂ１２８、右は遅延回路Ｄ１３２
（ｅ）マスク信号生成回路１３４
（ｆ）ホールド回路１４２及び移動量変換回路１４４
【００６６】
以下、レーザ光の移動に沿って説明する。
先行レーザ光の照射位置がターンテーブル１２からスペーサ７に移り、スペーサ７の高反射率箇所と低反射率箇所の境界に来ると、（ａ）ＳＵＭ信号生成回路１２２が出力する信号はローレベルになる。このとき、（ｂ）エッジ検出回路１２４は、遅延回路Ａ１２６、遅延回路Ｂ１２８に対して検出を意味する信号を出力する。
（ｃ）遅延回路Ａ１２６は、信号が入力されたタイミングから先行レーザ光が加工対象物（ワーク）１０に照射されるタイミングまで待って信号を出力する。
（ｅ）マスク信号生成回路１３４は、遅延回路Ａ１２６から信号が入力されると信号がハイレベルになる。これによりフォーカスサーボ回路１０８に入力されるフォーカスエラー信号生成回路１０４からのフォーカスエラー信号は０レベルになる。
（ｆ）ホールド回路１４２は、遅延回路Ａ１２６から信号が入力されると、フォーカスエラー信号生成回路１４０からのフォーカスエラー信号の瞬時値の強度の信号を移動量変換回路１４４に出力し、移動量変換回路１４４はこの信号を距離に相当する信号に変換して加算器１１０に出力する。これにより対物レンズは段差分の距離移動し、その位置で固定される。即ち、加工用レーザ光の焦点位置が段差分の距離を移動して固定される。
（ｄ）遅延回路Ｂ１２８は、信号が入力したタイミングから加工用レーザ光が加工対象物（ワーク）１０に照射されるタイミングまで待って信号を出力する。
（ｅ）マスク信号生成回路１３４は、遅延回路Ｂ１２８から信号が入力されると信号がローレベルになる。これによりフォーカスサーボ回路１０８にはフォーカスエラー信号生成回路１０４から信号が入力されるようになる。
（ｆ）ホールド回路１４２は、遅延回路Ｂ１２８から信号が入力すると、信号強度０の信号を出力する。これにより加算器１１０は、フォーカスエラー信号生成回路１０４からの信号のみを出力するので対物レンズは通常のフォーカスサーボ制御により駆動される。
先行レーザ光の照射位置が加工対象物ＯＢからスペーサ７に移り、スペーサ７の高反射率箇所に来ると、（ａ）ＳＵＭ信号生成回路１２２が出力する信号はハイレベルになる。このとき、（ｂ）エッジ検出回路１２４は、遅延回路Ｃ１３０、遅延回路Ｄ１３２に対して境界領域の検出を意味する信号を出力する。
（ｃ）遅延回路Ｃ１３０は、信号が入力されたタイミングから加工用レーザ光が加工対象物（ワーク）ＯＢの縁に来るタイミングまで待って信号を出力する。
（ｅ）マスク信号生成回路１３４は、遅延回路Ｃ１３０から信号が入力されると、信号がハイレベルになる。これによりフォーカスサーボ回路１０８に入力するフォーカスエラー信号生成回路１０４からのフォーカスエラー信号は０レベルになる。
（ｆ）ホールド回路１４２は、遅延回路Ｃ１３０から信号が入力されると、フォーカスエラー信号生成回路１４０からのフォーカスエラー信号の瞬時値の強度の信号を移動量変換回路１４４に出力し、移動量変換回路１４４は、この信号を距離に変換した信号を加算器１１０に出力する。これにより対物レンズは、段差分の距離移動し、その位置で固定される。即ち、加工用レーザ光の焦点位置が段差分の距離移動して固定される。
（ｄ）遅延回路Ｄ１３２は、信号が入力したタイミングから加工用レーザ光がスペーサ７の高反射率箇所に照射されるタイミングまで待って信号を出力する。
（ｅ）マスク信号生成回路１３４は、遅延回路Ｄ１３２から信号が入力すると信号がローレベルになる。これによりフォーカスサーボ回路１０８には、フォーカスエラー信号生成回路１０４から導通回路１０６を介して信号が入力されるようになる。
（ｆ）ホールド回路１４２は、遅延回路Ｄ１３２から信号が入力されると、信号強度０の信号を出力する。これにより加算器１１０は、フォーカスサーボ回路１０８からの信号のみを出力するので、対物レンズは、通常のフォーカスサーボ制御により駆動される。
【００６７】
前記実施例は、様々な変更が可能である。前記実施例の光加工ヘッド２００は、前記先行レーザ光と前記加工用レーザ光とを同一の対物レンズで集光し、それぞれのレーザ光の焦点高さを同一にしたが、別々の対物レンズで集光し、焦点高さが異なるようにしてもよい。この場合、エッジ検出回路１２４からの信号もホールド回路１４２に入力させ、ホールド回路１４２はエッジ検出回路１２４から信号が入力したときのフォーカスエラー信号生成回路１４０からの信号の瞬時値の強度の信号と、遅延回路Ａまたは遅延回路Ｃからの信号が入力したときのフォーカスエラー信号生成回路１４０からの信号の瞬時値の強度の信号との２つの信号を出力するようにし、移動量変換回路１４４は、入力する２つの信号をそれぞれ距離に変換した信号の差の信号を出力するようにすればよい。これによっても前記実施例と同じ効果を得ることができる。
【００６８】
また、前記実施例では、先行レーザ光の反射光から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工対象物１０と境界領域との間の段差の大きさを検出したが、加工対象物１０によって段差の大きさが殆ど変わらない場合は、フォーカスエラー信号生成回路１４０、ホールド回路１４２、移動量変換回路１４４をなくし、遅延回路Ａ〜Ｄから信号が入力されると、加算器１１０に段差の大きさに相当する一定強度の信号が出力する回路を設けるようにしてもよい。
これによっても前記実施例と同じ効果を得ることができる。
【００６９】
また、前記実施例では、高反射率箇所と低反射率箇所のあるスペーサ７を加工対象物１０の周囲に設けたが、加工対象物１０がそのままターンテーブル１２の装着穴に殆ど隙間がないようセットできるようにしてもよい。
この場合、先行レーザ光の反射光は、加工対象物１０とターンテーブル１２との境界領域で強度が変化するため、このタイミングから加工用レーザ光が加工対象物１０を照射するタイミングを考慮して遅延回路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの遅延時間を設定すればよい。
【００７０】
また、前記実施例では、ＳＵＭ信号生成回路１２２が出力する信号により、高反射率箇所と低反射率箇所との間における境界を検出したが、ＳＵＭ信号生成回路１２２をトラッキングエラー信号生成回路に替えてこの回路が出力する信号により検出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のレーザ加工装置は、ＬＥＤウェハ、半導体ウェハ、又は光ディスク等のマスター原盤の製造に関するレーザ加工分野に広く用いることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１        レーザ加工装置
３        固定治具
５        境界領域
７        スペーサ
８        低反射率部
９        高反射率部
１０        加工対象物
１２        ターンテーブル
１０２、１２０        信号増幅回路
１０４        フォーカスエラー信号生成回路
１０６        導通回路
１０８        フォーカスサーボ回路
１１０        加算回路
１１２        ドライブ回路
１２２        ＳＵＭ信号生成回路
１２４        エッジ検出回路
１２６        遅延回路Ａ
１２８        遅延回路Ｂ
１３０        遅延回路Ｃ
１３２        遅延回路Ｄ
１３４        マスク信号発生回路
１４０        フォーカスエラー信号生成回路
１４２        ホールド回路
１４４        移動量変換回路
２００        光加工ヘッド
２５０        加工用レーザ駆動回路
２５２        発光信号生成回路
２５４        先行レーザ駆動回路
３００        スピンドルモータ
３０２        スピンドルモータ制御回路
４００        フィードモータ
４０２        フィードモータ制御回路
６００        コントローラ
６０２        表示装置
６０４        入力装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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