(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの光路内に配置され、該パルスレーザビームを減衰させる減衰板と、
前記減衰板により減衰されたパルスレーザビームの光軸を振る偏向器と、
前記減衰板への前記パルスレーザビームの入射角が変動するように、前記減衰板を揺動させる駆動装置と、
前記偏向器による光軸の振れと、前記減衰板への前記パルスレーザビームの入射角の変動とが相互に同期するように、前記偏向器及び前記駆動装置を制御する制御手段と、
前記偏向器により光軸を振られた複数のパルスレーザビームが照射されるべき被照射領域の各々について、照射されるべきレーザビームのパワーを決定する照射条件決定手段と、
前記被照射領域の各々に対応する加工対象物の表面の湾曲度を測定する湾曲度測定手段と
を有し、
前記制御手段が、前記被照射領域の各々について、前記照射条件決定手段により決定されたパワーになるように、前記減衰板へのパルスレーザビームの入射角を求め、求められた入射角になるように前記駆動装置を制御し、前記照射条件決定手段が、測定された湾曲度に基づいて、前記被照射領域ごとに照射されるべきパワーを決定するレーザ照射装置。
【請求項２】
前記制御手段が、前記偏向器による光軸の振れと、前記減衰板への前記パルスレーザビームの入射角の変動と、前記レーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルスの繰り返しとが相互に同期するように、前記偏向器、前記駆動装置、及び前記レーザ光源を制御する請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
パルスレーザビームを照射すべき複数の被照射領域が画定された加工対象物の該被照射領域の各々の表面の湾曲度を測定する工程と、
測定された湾曲度に応じて、前記被照射領域の各々について、照射すべきパルスレーザビームのパワーを決定する工程と、
レーザ光源から出射したパルスレーザビームを、減衰板を透過させることにより減衰させ、偏向器で該パルスレーザビームの光軸を制御し、前記複数の被照射領域のうち第１の被照射領域にパルスレーザビームを照射する工程であって、第１の被照射領域に照射すべきパルスレーザビームのパワーに基づいて、前記減衰板へのパルスレーザビームの入射角を調節してパルスレーザビームを照射する工程と、
前記偏向器を動作させて、パルスレーザビームが前記複数の被照射領域のうち第１の被照射領域とは異なる第２の被照射領域に照射されるようにパルスレーザビームの光軸を振るとともに、第２の被照射領域に照射すべきパルスレーザビームのパワーに基づいて、前記減衰板へのパルスレーザビームの入射角を調節してパルスレーザビームを照射する工程と
を有するレーザ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ照射装置及び照射方法に関し、特に照射すべきレーザビームのパワーを調節することが可能なレーザ照射装置及び照射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザビームを加工対象物の表面上に照射して、加工対象物に穴開けを行ったり、歪を付与したりするレーザ加工技術が知られている。これらのレーザ加工においては、照射するレーザビームを好適なパワーにすることが望まれる。レーザビームのパワーを変える方法として、レーザ発振器に印加する電圧を変える方法や、パルスレーザビームの光路内に減衰板（アッテネータ板）を配置する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ発振器に印加する電圧を変化させると、出射するパルスレーザビームのパワーが印加電圧の変動に応じて変化する。ところが、固体レーザ発振器に印加する電圧を変化させると、熱レンズ効果によりレーザビームの広がり角が変化してしまう。このため、安定したレーザ加工を行うことが困難である。また、パルスの繰り返し周波数が数Ｈｚ以上である場合には、パルス毎にパワーを変化させることが困難である。さらに、印加電圧を変化させた後、出射ビームのパワーが所望の大きさになるまでに遅延が生ずる。
【０００４】
また、レーザビームの光路内に減衰板を配置する方法でも、パルス毎に減衰率を変化させることが困難である。
【０００５】
本発明の目的は、パルスレーザビームのパワーを高速で、例えばパルス毎に変化させることが可能なレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたパルスレーザビームの光路内に配置され、該パルスレーザビームを減衰させる減衰板と、前記減衰板により減衰されたパルスレーザビームの光軸を振る偏向器と、前記減衰板への前記パルスレーザビームの入射角が変動するように、前記減衰板を揺動させる駆動装置と、前記偏向器による光軸の振れと、前記減衰板への前記パルスレーザビームの入射角の変動とが相互に同期するように、前記偏向器及び前記駆動装置を制御する制御手段と、前記偏向器により光軸を振られた複数のパルスレーザビームが照射されるべき被照射領域の各々について、照射されるべきレーザビームのパワーを決定する照射条件決定手段と、前記被照射領域の各々に対応する加工対象物の表面の湾曲度を測定する湾曲度測定手段とを有し、前記制御手段が、前記被照射領域の各々について、前記照射条件決定手段により決定されたパワーになるように、前記減衰板へのパルスレーザビームの入射角を求め、求められた入射角になるように前記駆動装置を制御し、前記照射条件決定手段が、測定された湾曲度に基づいて、前記被照射領域ごとに照射されるべきパワーを決定するレーザ照射装置が提供される。
【０００７】
減衰板へ入射するパルスレーザビームの入射角が変化すると、減衰率が変化するため、パルスレーザビームのパワーを制御することができる。偏向器でパルスレーザビームの光軸を振ることにより、パルスレーザビームが、相互に異なる光軸沿って伝搬する複数のビームに分割される。偏向器による光軸の振れと、減衰板へのパルスレーザビームの入射角の変動とが同期しているため、偏向器により分割されたビーム毎にパワーを制御することができる。
【０００８】
本発明の他の観点によると、パルスレーザビームを照射すべき複数の被照射領域が画定された加工対象物の該被照射領域の各々の表面の湾曲度を測定する工程と、測定された湾曲度に応じて、前記被照射領域の各々について、照射すべきパルスレーザビームのパワーを決定する工程と、レーザ光源から出射したパルスレーザビームを、減衰板を透過させることにより減衰させ、偏向器で該パルスレーザビームの光軸を制御し、前記複数の被照射領域のうち第１の被照射領域にパルスレーザビームを照射する工程であって、第１の被照射領域に照射すべきパルスレーザビームのパワーに基づいて、前記減衰板へのパルスレーザビームの入射角を調節してパルスレーザビームを照射する工程と、前記偏向器を動作させて、パルスレーザビームが前記複数の被照射領域のうち第１の被照射領域とは異なる第２の被照射領域に照射されるようにパルスレーザビームの光軸を振るとともに、第２の被照射領域に照射すべきパルスレーザビームのパワーに基づいて、前記減衰板へのパルスレーザビームの入射角を調節してパルスレーザビームを照射する工程とを有するレーザ照射方法が提供される。
【０００９】
複数の被照射領域の各々に、所望のパワーのレーザビームを照射することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例によるレーザ照射装置の概略図を示す。パルス発振するＹＡＧレーザ発振器１０が、波長１０６４ｎｍ、パルス幅約０．３ｍｓｅｃのパルスレーザビームを出射する。レーザ発振器１０から出射したパルスレーザビームは、折り返しミラー２１で反射し、均一光学系１８に入射する。均一光学系１８は、レーザビームの断面内におけるエネルギ密度分布を均一に近づける。均一光学系１８は、例えば光ファイバで実現される。
【００１５】
均一光学系１８を通過したレーザビームが、減衰板１２に入射する。減衰板１２は、駆動装置１１により保持されている。駆動装置１１は、減衰板１２へのレーザビームの入射角が変動するように減衰板１２を揺動させる。入射角に応じて、レーザビームの減衰率が変化するため、レーザビームのパワーを制御することができる。駆動装置１１として、例えば後述するガルバノスキャナ１３のミラー駆動機構を用いることができる。
【００１６】
ガルバノスキャナ１３が、減衰板１２により減衰されたレーザビームの光軸を振る。制御装置１４が、レーザ発振器１０から出射するパルスレーザビームのパルスの繰り返しと、減衰板１２へのレーザビームの入射角の変動と、ガスバノスキャナ１３による光軸の振れとが相互に同期するように、レーザ光源１０、駆動装置１１、及びガルバノスキャナ１３を制御する。これにより、４本の光軸に沿って伝搬するレーザビームが得られる。４本の光軸のうち３本の光軸に沿って伝搬するレーザビームは、フィールドレンズ１７に入射する。残りの１本の光軸に沿って伝搬するレーザビームは、ダンパ２５に入射する。
【００１７】
フィールドレンズ１７を通過したレーザビームの各々は、マスク１９の貫通孔を通過する。マスク１９は、レーザビームの各々を、そのビーム断面が所定の形状、例えば正方形になるように整形する。マスク１９を透過したレーザビームは、折り返しミラー２２、２３で反射し、結像レンズ１５に入射する。結像レンズ１５を透過した後、部分透過ミラー２４で反射し、もう一つの結像レンズ１６を透過して加工対象物３０の表面に到達する。結像レンズ１５及び１６は、マスク１９の貫通孔を加工対象物３０の表面上に結像させる。加工対象物３０の表面におけるフルエンスは約０．３Ｊ／ｍｍ２である。この程度のフルエンスのレーザビームをセラミック基板に照射すると、基板の表面が削られることなく、基板に歪を発生させることができる。
【００１８】
図１では、フィールドレンズ１７を通過した３本のレーザビームのうち１本のみを代表して示しているが、他の２本のレーザビームも、同様の光学系を通して加工対象物３０の表面の他の領域に到達する。例えば、加工対象物３０の表面に、レーザビームを照射すべき３つの被照射領域３１が画定されている。３本のレーザビームが、それぞれ対応する被照射領域３１を照射する。
【００１９】
部分透過ミラー２４を透過したレーザビームは、エネルギモニタ２８に入射する。エネルギモニタ２８は、レーザビームの１パルスごとのエネルギを監視する。１パルスあたりのエネルギが低すぎる場合には、例えば加工対象物３０の表面の同じ領域に再度レーザビームを照射するといった制御が行われる。
【００２０】
部分透過ミラー２４は、可視光を透過させる。観察装置２７が、部分透過ミラー２４及び反射ミラー２６を介して、加工対象物３０の表面を観察する。観察装置２７には、例えばＣＣＤカメラが使用される。観察装置２７は、加工中の加工対象物３０の表面状態の監視や、加工対象物３０の位置決め等に使用される。
【００２１】
加工対象物３０は、例えば、ハードディスク用浮上ヘッドのスライダが一次元方向に連続した帯状の基板である。
【００２２】
図２に、レーザ照射により加工されたハードディスク用浮上ヘッドの斜視図を示す。スライダ４０の端面に、薄膜ヘッド４１が形成されている。スライダ４０は、一辺の長さが１ｍｍ、厚さが約０．３ｍｍの正方形状の板であり、例えばＡｌ２Ｏ３とＴｉＣとを混合したセラミック（アルチック）等で形成されている。薄膜ヘッド４１は、例えば巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）効果を利用したＧＭＲヘッドである。
【００２３】
スライダ４０は、磁気記録媒体に対向する面（ＡＢＳ面）４０ａが凸になるように湾曲（クラウニング）している。スライダ４０を水平面上に載置したときのその端部の高さ（クラウン量）Ｃは、例えば２０ｎｍである。スライダ４０をクラウニングさせることにより、磁気記録媒体の表面から安定して浮上させることができる。
【００２４】
スライダ４０のＡＢＳ面４０ａとは反対側の面（背面）４０ｂの中央部４２に、図１に示したレーザ照射装置でレーザ照射を行うことにより、スライダ４０をクラウニングさせることができる。レーザ照射部分４２に、レーザ照射による焼け跡が残る。レーザ照射部分４２の大きさは、例えば、０．８ｍｍ×０．８ｍｍの矩形状である。図１に示した被照射領域３１が、レーザ照射部分４２に対応する。
【００２５】
図１に戻って説明を続ける。湾曲度測定装置５０が、加工対象物３０の表面（図２に示したスライダ４０のＡＢＳ面４０ａ）の湾曲度を測定する。湾曲度測定装置５０は、例えば走査型干渉計で構成される。照射条件決定装置５１が、加工対象物３０の表面の湾曲度に応じて、所望のクラウン量を付与するためのレーザビームの好適なパワーを決定する。照射条件決定装置５１は、例えばパーソナルコンピュータで構成される。なお、制御装置１４と照射条件決定装置５１とを１台のパーソナルコンピュータで構成してもよい。
【００２６】
次に、図１に示したレーザ照射装置を用いて、加工対象物３０を湾曲させる方法について説明する。
【００２７】
加工対象物３０を、レーザビームの照射される位置に、例えばＸＹステージにより保持する。湾曲度測定装置５０が、加工対象物３０の表面の湾曲度を測定する。湾曲度の測定は、３つの被照射領域３１の各々について行われる。照射条件決定装置５１が、被照射領域３１の各々に対応する加工対象物３０の表面の湾曲度に応じて、照射すべきレーザビームの好適なパワーを決定する。例えば、被照射領域３１に対応する表面が既に湾曲している場合には、当該被照射領域３１に照射するレーザビームのパワーを小さくする。
【００２８】
制御装置１４が、照射条件決定装置５１により決定されたパワーまでレーザビームを減衰させるための、減衰板１２へのレーザビームの入射角を求める。さらに、レーザ光源１０、駆動装置１１、及びガルバノスキャナ１３を同期制御する。これにより、３つの被照射領域３１に、それぞれ好適なパワーのパルスレーザビームが順番に照射される。
【００２９】
各被照射領域３１に、好適なパワーのパルスレーザビームが照射されるため、加工対象物３０のスライダ毎に所望のクラウン量を付与することができる。減衰板１２の揺動とガルバノスキャナ１３による光軸の振れとの双方が、パルスレーザビームのパルスの繰り返しに同期しているため、パルス単位でパワーを制御することができる。このため、連続する３つのパルスを、それぞれ３つの被照射領域３１に照射することができる。これにより、加工時間の短縮を図ることが可能になる。
【００３０】
上記実施例では、３つの被照射領域３１に順番にパルスレーザビームを照射する場合を説明したが、２つ、もしくは４つ以上の被照射領域３１に順番にパルスレーザビームを照射することも可能である。また、上記実施例では、加工対象物にレーザビームを照射して湾曲させる場合を説明したが、その他のレーザ加工を行うことも可能である。例えば、加工対象物上にレーザビームを集光させて穴開けを行うこともできる。
【００３１】
上記実施例では、ガルバノスキャナ１３でパルスレーザビームの光軸を振る場合を説明したが、パルスレーザビームを照射すべき箇所が１箇所の場合には、ガルバノスキャナ１３を除いてもよい。この場合、パルスレーザビームのパルスの繰り返しと、減衰板１２へのパルスレーザビームの入射角の変動とが相互に同期する。従って、１箇所に照射されるパルスレーザビームのパワーを、パルス毎に制御することができる。
【００３２】
銅配線と樹脂層とが積層された積層配線基板に、銅配線と樹脂層とを貫通する穴開け加工を行う場合、穴開けを行う材料毎に、照射するパルスレーザビームのパワーを好適な大きさにすることができる。例えば、銅配線には高パワーのパルスレーザビームを照射し、樹脂層には低パワーのパルスレーザビームを照射することができる。
【００３３】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、パルスレーザビームのパワーを高速に制御することができる。高速に制御された好適なパワーのパルスレーザビームを照射することにより、高速のレーザ加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるレーザ照射装置の概略図である。
【図２】ＨＤＤ用浮上ヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
１０  レーザ光源
１１  駆動装置
１２  減衰板
１３  ガルバノスキャナ
１４  制御装置
１５、１６  結像レンズ
１７  フィールドレンズ
１８  均一光学系
１９  マスク
２１、２２、２３、２６  折り返しミラー
２４  部分透過ミラー
２５  ダンパ
２７  観察装置
２８  エネルギモニタ
３０  加工対象物
３１  被照射領域
４０  スライダ
４１  薄膜ヘッド
４２  レーザ照射領域
５０  湾曲度測定装置
５１  照射条件決定装置
【図１】
0003599236.tif 000002
【図２】
0003599236.tif 000003