(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー加工装置でレーザービームが対象物に過入熱されることを防ぐためのポリゴンミラー及びこれを利用したレーザー加工方法を提供する。【解決手段】指定された口径を有するレーザービームを生成して出力するレーザー発生手段１４０と、複数の反射面１２を持ちかつ軸１１を中心として回転し、レーザー発生手段１４０で生成されて反射面に入射されるレーザーを反射し、レーザービームの口径がポリゴンミラー１０の複数の反射面１２をカバレージするように反射面の数を制御して制作されるポリゴンミラー１０と、ポリゴンミラーから反射されるレーザーを集光して加工対象物４０に照射するためのレンズとを含むことを特徴とする。【選択図】図６
2006055908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーを利用して対象物を加工するための装置であって、
指定された口径を有するレーザービームを生成して出力するレーザー発生手段と、
複数の反射面を持ちかつ軸を中心として回転し、前記レーザー発生手段で生成されて前記反射面に入射されるレーザーを反射し、前記レーザービームの口径が前記ポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージするように前記反射面の数を制御して制作されるポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーから反射されるレーザーを集光して加工対象物に照射するためのレンズとを含むことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記レーザー加工装置は、
前記ポリゴンミラーを指定された角速度で回転させるポリゴンミラー駆動手段と、
前記対象物が安着されるステージと、
前記ステージを指定された方向に移送するためのステージ移送手段とを含む請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記ステージ移送手段は前記ポリゴンミラーの回転方向に対して逆方向になるように前記ステージを移送する請求項２記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記レーザー加工装置は前記レンズで集光されたレーザービームの断面形状を楕円形に変換するためのビーム変換部をさらに含む請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記ビーム変換部は楕円形のレーザービームの長軸が対象物の加工方向となるように前記レーザービームの形状を変換する請求項４記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
前記楕円形のレーザービームの短軸の長さは前記レーザービームにより加工される幅で、前記対象物の種類及び加工形態に応じて前記短軸の長さを制御する請求項５記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
前記ポリゴンミラーの外接円の半径をＲ、前記レーザービームの口径をＤ、前記回転軸から前記ポリゴンミラーに入射されるレーザービームの中心までの垂直距離をｈとし、前記ポリゴンミラーの一反射面に入射されるレーザービームの全体に対するエネルギーが減衰して入射されるレーザービームがなされる損失角を
【数１】
2006055908.tif 000011
とし、前記ポリゴンミラーの反射面の数をＮ、前記ポリゴンミラーの一反射面における損失率を
【数２】
2006055908.tif 000012
とするとき、前記ポリゴンミラーの反射面個数は前記損失率が１００％以上になるように具現する請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項８】
それぞれの長さが同一の複数の反射面を持ちかつ軸を中心として回転し、指定された口径を有するレーザーを生成して出力するレーザー発生手段から前記反射面に入射されるレーザーを反射するが、前記レーザービームが前記ポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージするように反射面の数が制御されたポリゴンミラーを利用したレーザー加工方法であって、
加工対象物をステージに安着させる段階と、
前記ポリゴンミラーの回転速度、ステージ移送速度を含む制御パラメータを設定する段階と、
前記ポリゴンミラーを予め設定した回転速度に従って定速回転する段階と、
前記ステージを予め設定した速度で移送する段階と、
前記レーザービームが前記ポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージするように前記指定された口径を有するレーザービームを前記ポリゴンミラーの反射面に照射する段階と、
前記レーザービームによってカバレージされる前記反射面でそれぞれ分割されたレーザービームをそれぞれ集光して前記対象物に照射する段階とを含むことを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項９】
前記レーザービームを前記ポリゴンミラーの反射面に照射する前に前記レーザービームの口径を拡張する段階をさらに含む請求項８記載のレーザー加工方法。
【請求項１０】
前記分割されたレーザービームをそれぞれ集光した後、前記集光されたレーザービームを前記対象物に照射する前に前記レーザービームの断面を楕円形に変換する段階をさらに含む請求項８記載のレーザー加工方法。
【請求項１１】
前記楕円形のレーザービームの長軸が前記対象物の加工方向になるように前記レーザービームの形状を変換する請求項１０記載のレーザー加工方法。
【請求項１２】
前記楕円形のレーザービームの短軸の長さは前記レーザービームによって加工される幅で、前記対象物の種類及び加工形態に応じて前記短軸の長さを制御する請求項１０記載のレーザー加工方法。
【請求項１３】
前記ステージを移送する段階は、前記ステージを前記ポリゴンミラーの回転方向に対して逆方向に移送する段階である請求項８記載のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー加工装置及び方法に関して、特にレーザーを利用する対象物加工装置で対象物の加工効率を増大させるためのポリゴンミラー（polygon mirror）を利用するレーザー加工装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にウェハー、金属、プラスチックなどの多様な材料を利用して物質を製造するためには切断、グルービングなどの加工手続きが必要である。一例として、半導体製造工程を完了した後にはウェハー上に形成された複数のチップを個別的なチップ単位で切断するための工程が後続される。ウェハーの切断工程は後続工程における品質及び生産性に大きな影響を及ぼすので、非常に重要な意味を有する。現在、ウェハーの切断には機械的切断方法、レーザーを利用する切断方法などが使用されており、特にレーザーを利用する加工装置は機械的装置に比べて多くの長所があって、現在活発な研究が行われてきている。
【０００３】
レーザーを利用するウェハー切断方法は高い紫外線領域（２５０〜３６０nm）のレーザービームをウェハーの表面に集束させることにより、加熱及び科学作用を引き起こして集束部分が除去されるようにする方法である。すなわち、レーザービームが集束されてウェハーに加えられると、集束部分は一瞬間温度が上昇するようになり、ビームの集束度に従ってウェハー材料の溶融だけでなく昇華が発生し、材料の気化により圧力が上昇して集束部分が爆発的に除去される。このような除去現象が連続的に起こるにしたがってウェハーの切断が遂行され、移動経路により線形または曲線の切断が可能な利点がある。
【０００４】
レーザーを利用する加工装置の一番進歩した装置の一つとして、レーザービームを照射すると同時に高圧ウォータージェットノズルを通じて噴射される水でガイディングしつつ加工する装置がある。ところで、この装置は高圧によりウォータージェットノズルの機械的な摩耗がひどいので、一定の周期でノズルを交換すべく、それにより工程上の煩わしさがあることはもちろん、生産性の低下及びコストの上昇などの問題がある。
【０００５】
現在使用されているレーザー加工装置の問題を解決するために提案された方法のうち、レーザー加工装置にポリゴンミラーを適用する方式があり、このポリゴンミラーを利用するレーザー加工装置は本発明の出願人によって２００４年３月３１日付けで出願された韓国の特許出願番号第２００４-００２２２７０号に開示されている。
【０００６】
ポリゴンミラーはそれぞれの長さが同一の複数の反射面を備え、また回転軸を中心に回転するミラーであって、図１を参照して説明すれば次のようである。
【０００７】
図１は、ポリゴンミラーを利用したレーザー加工方法を説明するためのものである。
【０００８】
図示のように、ポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置は複数の反射面１２をもって回転軸１１を中心に回転するポリゴンミラー１０と、ポリゴンミラー１０の反射面１２で反射されるレーザービームを集光するレンズ２０とを含む。ここで、レンズ２０は切断しようとする対象物４０（例えば、ウェハー）が安着されるステージ３０と水平に設けられてポリゴンミラー１０の反射面１２で反射されるレーザービームを集光するテレセントリックｆ-シータレンズ（Telecentric f-theta lens）を使用して構成でき、複数群のレンズでも構成できるが、本実施形態では説明の便宜のために１枚のレンズを示す。
【０００９】
ポリゴンミラー１０の回転により、図１の（ａ）に示すように、レーザービームが反射面１２のスタート部分によって反射され、この反射されたレーザービームはレンズ２０の左側端に入射される。これにより、反射されたレーザービームはレンズ２０によって集光されて対象物４０の該当位置Ｓ１に垂直照射される。
【００１０】
次に、図１の（ｂ）に示すように、ポリゴンミラーがさらに回転すれば、反射面１２の中央部分でレーザービームが反射され、この反射されたレーザービームはレンズ２０の中央部分に入射され、この入射されたレーザービームはレンズ２０で集光されてウェハーの該当位置Ｓ２に垂直照射される。
【００１１】
図１の（ｃ）に示すように、ポリゴンミラーがさらに回転して反射面１２の終端部分でレーザービームが反射されると、この反射されたレーザービームはレンズ２０の右側端に入射され、入射されたレーザービームはレンズ２０によって集光されてウェハーの該当位置Ｓ３に垂直照射される。
【００１２】
このように、ポリゴンミラー１０の回転によりレーザービームは対象物４０上の位置Ｓ１から位置Ｓ３へ照射され、位置Ｓ１から位置Ｓ３までの距離をポリゴンミラー１０の一反射面１２によって加工されるスキャニング長さＳＬとする。なお、反射面１２のスタート部分と終端部分でそれぞれ反射されるレーザービームが形成する角度はスキャニング角度とする。
【００１３】
以上に説明したポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置ではレーザービームが約１０Ｗ程度のエネルギーで加工面に照射されるが、この場合に対象物の同一の加工位置にレーザービームが過入熱されて対象物を損傷させ、そのため対象物の加工時に信頼性が低下するという問題があった。
【００１４】
また、レーザー加工装置ではポイントビームでなく指定された口径を有するレーザービームを使用するのが一般的であるが、ポリゴンミラー反射面のエッジ部分にレーザービームが入射される場合にはレーザービームの一部が損失される問題が発生できる。これについて図２を参照して説明すれば、次のようである。
【００１５】
図２は、ポリゴンミラー反射面のエッジ部分でエネルギー損失が発生する現象を説明するためのものである。
【００１６】
図２に示すように、ポリゴンミラーとして指定された口径を有するレーザービームが入射され、ポリゴンミラー１０の回転により指定された口径を有するレーザービームが反射面１２のエッジ部分に入射される場合、レーザービームの一部（エネルギー減衰レーザービーム：Ａ）は反射面１２で反射されてレンズ２０に入射される反面、一部（損失レーザービーム：Ｂ）は反射面１２’に入射されて分割されるので、レンズ２０に入射されないようになる。
【００１７】
これにより、レンズ２０はエネルギー減衰レーザービームＡのみを集光してステージ３０上の対象物４０に照射するので、この加工位置での加工効率と対象物４０の他の加工位置での加工率に差が生じ、つまり対象物４０を均一に加工できないので工程の信頼性が低下するようになる。また、ポリゴンミラーの反射面のエッジ部分でレーザービームのエネルギーが損失されて資源の浪費をもたらすという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって上述した問題点を解決するための本発明の目的は、レーザー加工装置でレーザービームが対象物に過入熱されることを防ぐためのポリゴンミラー及びこれを利用するレーザー加工方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、ポリゴンミラーを利用するレーザー加工装置でポリゴンミラーのエッジ部分でエネルギーが損失するのを防止して対象物の加工効率を増大することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を達成するために本発明は、レーザーを利用して対象物を加工するための装置であって、指定された口径を有するレーザービームを生成して出力するレーザー発生手段と、複数の反射面を持ちかつ軸を中心として回転し、前記レーザー発生手段で生成されて前記反射面に入射されるレーザーを反射し、前記レーザービームの口径が前記ポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージするように前記反射面の数を制御して制作されるポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーから反射されるレーザーを集光して加工対象物に照射するためのレンズとを含むことを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、それぞれの長さが同一の複数の反射面を持ちかつ軸を中心として回転し、指定された口径を有するレーザーを生成して出力するレーザー発生手段から前記反射面に入射されるレーザーを反射するが、前記レーザービームが前記ポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージするように反射面の数が制御されたポリゴンミラーを利用したレーザー加工方法であって、加工対象物をステージに安着させる段階と、前記ポリゴンミラーの回転速度、ステージ移送速度を含む制御パラメータを設定する段階と、前記ポリゴンミラーを予め設定した回転速度に従って定速回転する段階と、前記ステージを予め設定した速度で移送する段階と、前記レーザービームが前記ポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージするように前記指定された口径を有するレーザービームを前記ポリゴンミラーの反射面に照射する段階と、前記レーザービームによってカバレージされる前記反射面でそれぞれ分割されたレーザービームをそれぞれ集光して前記対象物に照射する段階とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明では、レーザービームがポリゴンミラーのエッジ部分で分割されてエネルギーが減衰することに着眼して、レーザービームを分割して低いエネルギーで対象物を反復加工して対象物に損傷を与えないようにする。なお、レーザービームが分割されて損失されることを防ぐために、ポリゴンミラーの反射面の数を増加させて分割されたレーザービームをレンズで集光可能にする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、ポリゴンミラーを利用して対象物を加工する装置でポリゴンミラーのエッジ部分でレーザービームが分割されてエネルギーが減衰する特性を利用して対象物を低いエネルギーで反復加工することにより、加工効率及び対象物の歩留まりを向上することができる。加えて、レーザービームがポリゴンミラーの２つ以上の反射面をカバレージできるサイズを持つように制御することで、ポリゴンミラーの反射面のエッジ部分でエネルギーが損失されることを防ぐことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂは、レーザービームの入射によるポリゴンミラーにおけるエネルギー損失関係を説明するためのものである。
【００２６】
図３Ａを参照すれば、ポリゴンミラー１０の一反射面のエッジ部分に指定された口径Ｄを有するレーザービームが入射されて反射する場合、レーザービームの一部（エネルギー減衰レーザービーム：Ａ）は反射面１２に入射される一方、残りの一部（損失レーザービーム：Ｂ）は反射面１２’に入射される。したがって、反射面１２に入射されるレーザービームは反射面１２’に入射されるレーザービームだけエネルギーが減衰した状態で反射面１２から反射される。
【００２７】
一方、ポリゴンミラーの一反射面により加工される全体スキャニング長さに対するエネルギー損失レーザービームＡにより加工されるスキャニング長さの比率を算出するために、ポリゴンミラー１０に外接円を描き、エネルギー損失レーザービームＡがポリゴンミラーの外接円に会う点をポリゴンミラー１０の中心（すなわち、回転軸；１１）と連結する。こうして得られる角度を損失角ｔθとする。
【００２８】
次に、Ｎ個の反射面を有するポリゴンミラー１０の一反射面に対する損失部分が占める比率（以下、“損失率”とする）について説明すれば、次のようである。
【００２９】
図３Ａで、ポリゴンミラーの外接円と一反射面の両端に会う点を回転軸と連結して得られる扇形の弧の長さ、すなわちレーザービームが照射されるポリゴンミラーの一反射面に対する弧の長さＣ１は数１のようである。
【００３０】
【数１】
2006055908.tif 000003
【００３１】
また、損失角部分に対する弧の長さＣ２は数２のようであり、この数２は特に損失角部分に対する最大弧の長さを示す。
【００３２】
【数２】
2006055908.tif 000004
【００３３】
損失角部分に対する弧の長さＣ２はポリゴンミラーが回転するにしたがって変わる値であって、レーザービームがポリゴンミラーのエッジ部分を含まずに照射される場合には損失レーザービームが存在しないので損失率は０になり、ポリゴンミラーが回転してレーザービームがポリゴンミラーのエッジ部分を含んで照射し始めると、損失率はだんだん増加してから数２のような最大値を示した後、更に徐々に減少するようになる。
【００３４】
なお、ポリゴンミラーの一反射面でエネルギーが減衰して反射される部分の百分率ｔｒ（以下、“損失率”とする）は数３のように示す。
【００３５】
【数３】
2006055908.tif 000005
【００３６】
また、損失角ｔθは数４のように示し、図３Ｂに示すようなポリゴンミラーの中心から反射面に照射されるレーザービームの中心までの垂直距離ｈは数５のように示す。
【００３７】
【数４】
2006055908.tif 000006
【００３８】
【数５】
2006055908.tif 000007
【００３９】
ここで、Ｒはポリゴンミラーの外接円の半径の長さである。一方、図３Ｂに示すように、入射されるレーザービームに対するポリゴンミラーの一反射面でのスキャニング角度θは数６のようである。
【００４０】
【数６】
2006055908.tif 000008
【００４１】
表１はポリゴンミラーの一反射面での損失率と分割されるビームの数との関係を示す。損失率が１００％未満の場合は上記数３でＣ２がＣ１より小さい場合であって、レーザービームが１つの反射面をカバレージして入力される場合を意味する。一方、損失率が１００％以上の場合は上記数３でＣ２がＣ１より大きい場合であって、レーザービームが２つ以上の反射面をカバレージして入力される場合を意味する。
【００４２】
【表１】
2006055908.tif 000009
【００４３】
損失率が０乃至９９の場合はレーザービームがポリゴンミラーの反射面に入射された後に１または２つに分割され、損失率が１００乃至１９９の場合はレーザービームが２つまたは３つに分割され、損失率が２００乃至２９９の場合にはレーザービームが３つまたは４つに分割される。すなわち、損失率が増加するほどに分割されるビームの数が増加する。また、レーザービームが２つまたは３つに分割される場合はレーザービームの口径Ｄがポリゴンミラー反射面の２つのエッジをカバレージ可能なサイズに入射される場合であり、レーザービームが３つまたは４つに分割される場合はレーザービームの口径Ｄがポリゴンミラー反射面の３つのエッジをカバレージ可能なサイズで入射される場合である。
【００４４】
上記で、レーザービームが１つまたは２つに分割されることはポリゴンミラー及びレーザービームの特性上ポリゴンミラーが回転することにより、反射面のエッジ部分に照射されたレーザービームが反射される現象で、有効なビーム分割とみなしにくく、レーザービームが２つまたは３つ、３つまたは４つ、及びそれ以上に分割される場合を有効なビーム分割現象とみなす。
【００４５】
上記の数３乃至数５からわかるように、損失率すなわち分割されるビームの個数は反射面の数Ｎが増加するほど、入力されるレーザービームの口径Ｄが増加するほど、ポリゴンミラーの外接円の半径の長さＲが減少するほどに増加するようになる。また、数６からわかるように反射面の数Ｎが増加するほどにポリゴンミラーの一反射面におけるスキャニング角度がだんだん減少するので、結果的にポリゴンミラーの一反射面で分割反射されるレーザービームはすべてレンズ２０により集光されるようになる。
【００４６】
このように、レーザービームが分割されて対象物に照射されると、低いエネルギーで同一の加工面を同時に多数回照射する効果が得られるため、対象物の加工品質だけでなく歩留まりを向上させるようになる。
【００４７】
すなわち、一般のレーザー加工装置でレーザーは約１０Ｗ程度のエネルギーで加工面に照射されるが、この場合に対象物の同一の加工位置にレーザービームが過入熱されて対象物が損傷するという問題が生じる。しかしながら、本発明で提示するポリゴンミラーを適用する場合にはレーザービームが分割される個数だけエネルギーが分配され、つまり低電力でレーザービームを多数回繰り返して照射する効果が得られる。そのため、レーザーを利用した対象物の加工時に発生する不純物、蒸気などを効果的に除けるだけでなく、同一の加工面を低いエネルギーで同時に多数回照射することにより加工効率を向上することができる。
【００４８】
図４はレーザービームの口径によるポリゴンミラーの反射面の数と外接円の半径との関係を示すもので、表２のように示す。
【００４９】
【表２】
2006055908.tif 000010
【００５０】
これは数３及び数４を利用して、指定された口径のレーザービームに対してポリゴンミラーの反射面の数とその外接円の半径を変化させたとき、各反射面での損失率が１００％以上になるためのポリゴンミラーの規格を示す。
【００５１】
図４及び表２を参照して、例えばレーザービームの口径を１０mmとするとき、ポリゴンミラーの反射面の数が２４の場合にはその外接円の半径が３８mm以下にならなければ損失率が１００以上にならないし、ポリゴンミラーの反射面の数が１２０の場合にはその外接円の半径が１９０mm以下にならなければ損失率が１００％以上にならないので、ビーム分割の効果が得られる。
【００５２】
例えば、レーザービームの口径を２mmとするとき、ポリゴンミラー反射面の数が９６の場合には、その外接円の半径が２８mm以下にならなければ損失率が１００％以上にならないので、ビーム分割の効果が得られる。
【００５３】
なお、図４及び表２では反射面の数が２４つ以上かつ１２０つ以下の場合について示したが、これに限るのではなく、反射面の数、外接円の半径、レーザービームの口径と損失率との関係を考慮して、損失率が１００％以上になるポリゴンミラーを制作して使用することもできる。
【００５４】
図５は本発明によるポリゴンミラーを利用する加工概念を説明するためのもので、説明の便宜のためにポリゴンミラーを拡大し、その一部を示す。
【００５５】
図示のように、指定された口径Ｄを有するレーザービームを複数の反射面を有するポリゴンミラーに照射する。このとき、レーザービームが例えばポリゴンミラーの３つの反射面をカバレージして照射されるようにポリゴンミラーを具現する。すなわち、損失率が１００乃至１９９％になるようにポリゴンミラーの反射面の数を制御して具現する。
【００５６】
指定された口径Ｄにレーザービームが入射されると、このレーザービームはポリゴンミラー１０の反射面Ｎ１及びＮ２の全体とＮ３の一部に照射される。反射面Ｎ１に照射されるレーザービームはレンズ２０で集光されて移送装置３０上に形成された対象物４０に照射され、ポリゴンミラーが回転するにしたがって該当反射面Ｎ１におけるスキャニング角度範囲内で対象物４０を加工するようになる。反射面Ｎ２に照射されるレーザービーム及び反射面Ｎ３の一部に入射されるレーザービームも同一の原理により対象物４０に照射される。
【００５７】
このように、ポイントビームでなく指定された口径を有するレーザービームを利用して対象物を加工するとき、レーザービームがポリゴンミラーの複数の反射面をカバレージして入射されるようにポリゴンミラーの反射面の数を制御することによりレーザービームを多数個に分割でき、分割されたレーザービームのそれぞれによって対象物の加工面を同時に多数回照射するようになる。
【００５８】
次に、本発明で提示したポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置について説明する。
【００５９】
図６は、本発明の一実施形態によるレーザー加工装置の構成を示すものである。
【００６０】
図６に示すように、ポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置は全体的な動作を制御するための制御部１１０、制御パラメータ及び制御命令を入力するための入力部１２０、ポリゴンミラー１０を駆動するためのポリゴンミラー駆動手段１３０、指定された口径のレーザービームを生成するためのレーザー発生手段１４０、ウェハーのような加工対象物４０が安着されるステージ３０を指定された方向に移送するためのステージ移送手段１５０、作動状態などの情報を表示するための表示部１６０、及びデータ貯蔵のための貯蔵部１７０を含む。ここで、ポリゴンミラーは適用されるレーザー加工装置に適合したレーザービームの口径及びポリゴンミラー外接円の適合した半径の長さを考慮して、レーザー発生手段１４０から入射されるレーザービームがポリゴンミラーの２つ以上の反射面をカバレージ可能なように反射面の数を制御して具現される。すなわち、上述した損失率が１００％以上になるように反射面の数を制御することである。
【００６１】
一方、ポリゴンミラー駆動手段１３０は複数の反射面１２を備え、回転軸１１を中心として回転する回転多面鏡のポリゴンミラー１０を指定された速度で回転させるためのもので、制御部１１０の制御によりモータ（図示せず）を利用してポリゴンミラー１０を設定された速度で定速回転させる。
【００６２】
レーザー発生手段１４０はステージ３０に安着される対象物４０を加工するためのソースであるレーザービームを生成する手段であって、例えば紫外線レーザーを生成する。また、ステージ移送手段１５０は加工対象物４０が安着されるステージ３０を予め設定された速度で移送する。
【００６３】
このような構成を有するレーザー加工装置で、レーザー発生手段１４０で生成されたレーザービームは制御部１１０の制御によりポリゴンミラー１０に入射される。このとき、レーザービームはポリゴンミラー１０の２つ以上の反射面をカバレージできる口径を持つように照射され、レーザービームはポリゴンミラー１０の各反射面でレンズ２０の方向に反射される。そして、レンズ２０はこのレーザービームを集光して対象物４０に垂直方向に照射する。
【００６４】
ポリゴンミラー１０の反射面が回転するとき、対象物４０に照射されるレーザービームはステージ３０の移送方向と反対方向にスキャニング長さだけ移動して照射するようになる。
【００６５】
図７は、本発明の他の実施形態によるポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置の構成を説明するためのものである。
【００６６】
本実施形態によるレーザー加工装置は図６に説明したレーザー加工装置の構成に加えてビーム拡張部２１０及びビーム変換部２２０をさらに備える。ビーム拡張部２１０はレーザー発生手段１４０で生成されたレーザービームの口径を拡張してポリゴンミラー１０の２つ以上の反射面をカバレージできるようにポリゴンミラー１０に照射し、ビーム変換部２２０はポリゴンミラー１０で反射されてレンズ２０で集光されたレーザービームを楕円形態に変換する。ここで、ビーム変換部２２０は円柱レンズ（cylindrical lens）を利用して具現することができる。
【００６７】
ビーム拡張部２１０及びビーム変換部２２０を追加することにより、対象物４０に照射されるレーザービームはその断面形状が楕円形となり、このとき、楕円の長軸は加工方向と一致するように制御すべく、短縮方向はレーザービームによる加工幅となる。
【００６８】
本実施形態のように、レーザービームを楕円形態に変換して照射する場合に対象物４０の加工面が十分な傾斜を持つようになり、対象物４０の加工時に発生する副産物や蒸気が加工面に沈着されず、外部に容易に排出するようになる。
【００６９】
図８は、本発明によるポリゴンミラーを利用したレーザー加工方法を説明するためのフローチャートである。
【００７０】
対象物を加工するために、ステージ３０に対象物を安着させた後、入力部１２０を通じて加工しようとする対象物によるポリゴンミラー１０の回転速度とステージ３０の移送速度などの制御パラメータを設定する（Ｓ１０）。このような設定過程は、加工しようとする対象物の種類及び加工形態（切断、グルービングなど）に応じて予め設定されたメニューに登録して貯蔵部１７０に貯蔵しておき、メニューを呼び出すことにより容易に遂行される。
【００７１】
制御パラメータ設定が完了すれば、ポリゴンミラー駆動手段１３０を制御してポリゴンミラー１０を予め設定された回転速度により定速回転させる一方（Ｓ２０）、ステージ移送手段１５０を駆動してステージ３０を予め設定された速度で移送する（Ｓ３０）。このとき、制御部１１０はレーザー発生手段１４０を制御してレーザーを発生させる（Ｓ４０）。
【００７２】
これにより、レーザー発生手段１４０で生成されたレーザービームがポリゴンミラー１０の反射面に入射されるが、本発明のポリゴンミラーは一反射面で損失率が１００％以上になるように具現されるので、レーザービームはポリゴンミラーの２つ以上の反射面をカバレージして照射するようになる。
【００７３】
以後、レーザービームはポリゴンミラーの各反射面で分割されてそれぞれ反射された後、レンズ２０でそれぞれ集光されて対象物に垂直照射される（Ｓ５０）。１回照射されるレーザービームによってカバレージされるポリゴンミラーの各反射面に対するレーザービームの入射位置がそれぞれ異なるので、反射面ごとに相互に異なる位置で対象物を加工するようになる。また、一つのレーザービームが多数個に分割されるので、対象物に照射されるレーザービームのエネルギーも低くなる。なお、ポリゴンミラーの反射面のエッジ部分でレーザービームが損失されずにすべてレンズで集光されるので、エネルギー損失を防ぐことができる。
【００７４】
もし、図７に示したようにレーザー加工装置にビーム拡張部２１０及びビーム変換部２２０を追加に構成する場合、対象物には楕円形に変換されたレーザービームが照射され、楕円の長軸方向は対象物の加工方向と一致するように制御し、短軸の長さは対象物の加工幅となる。
【００７５】
上記のようなレーザー加工方法でポリゴンミラー１０は定速回転を行うので、分割された複数のレーザービームは対象物の同一の加工面にそれぞれ重ねて照射するようになる。また、対象物が安着されるステージ３０をポリゴンミラー１０の回転方向に対して逆方向に移送することにより、レーザービームによる加工速度が一層速くなる。
【００７６】
上述した本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲を外れない限り多様な変形が可能なことは当業者には自明なことであろう。したがって、本発明の範囲は説明した実施形態に局限して定められてはいけないし、特許請求の範囲だけでなくこの特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】ポリゴンミラーを利用するレーザー加工方法を説明するための図である。
【図２】ポリゴンミラーの反射面エッジ部分でエネルギー損失が発生する現象を説明するための図である。
【図３Ａ】レーザービームの入射によるポリゴンミラーでのエネルギー損失関係を説明するための図である。
【図３Ｂ】レーザービームの入射によるポリゴンミラーでのエネルギー損失関係を説明するための図である。
【図４】レーザービームの口径によるポリゴンミラーの反射面の数と外接円の半径との関係を示す図である。
【図５】本発明によるポリゴンミラーを利用する加工概念を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態によるポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置の構造図である。
【図７】本発明の他実施形態によるポリゴンミラーを利用したレーザー加工装置の構造図である。
【図８】本発明によるポリゴンミラーを利用したレーザー加工方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１０    ポリゴンミラー
１１    回転軸
１２    反射面
２０    レンズ
３０    ステージ
４０    対象物
１１０  制御部
１２０  入力部
１３０  ポリゴンミラー駆動手段
１４０  レーザー発生手段
１５０  ステージ移送手段
１６０  表示部
１７０  貯蔵部
２１０  ビーム拡張部
２２０  ビーム変換部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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