(57)【要約】【課題】レーザ加工における被加工領域のサイズを広げるとともに、低コストなレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、レーザ光源１と、ガルバノミラー３ａ、３ｂと、調整部材（Ｚステージ６、揺動ステージ７、８、直動ステージ９、１０）とを備える。ガルバノミラー３ａ、３ｂは、レーザ光源１から出射されたレーザ光２０を加工対象材５における被加工領域へ照射するために、当該レーザ光２０の進行方向を変更する。調整部材は、加工対象材５へ照射されるレーザ光２０の光軸に対する、加工対象材５における被加工領域の表面の交差角度θを変更するように、加工対象材５を移動させる。【選択図】図１
2015112630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光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レーザ光を加工対象材における被加工領域へ照射するために、前記レーザ光の進行方向を変更するガルバノミラーと、
前記加工対象材へ照射されるレーザ光の光軸に対する、前記加工対象材における前記被加工領域の表面の交差角度を変更するように、前記加工対象材を移動させる調整部材とを備える、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記調整部材は、前記光軸に対する前記被加工領域の表面の交差角度を９０°に規定することが可能である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記調整部材は、前記光軸に沿った方向において前記加工対象材を移動させることが可能である、請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記調整部材は、
前記交差角度を変更するように、前記加工対象材を前記光軸に対して傾けることが可能な揺動ステージと、
前記加工対象材を前記光軸に沿った方向において移動させることが可能なＺステージと、
前記加工対象材を前記光軸に対して交差する方向において移動させることが可能なＸＹステージとを含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
加工対象材を準備する工程と、
前記加工対象材の被加工領域に対してガルバノミラーを介してレーザ光を照射する工程とを備え、
前記レーザ光を照射する工程は、前記加工対象材における前記被加工領域の表面が前記レーザ光の光軸に対して形成する交差角度を９０°とするように、前記加工対象材を移動させる工程を含む、レーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関し、より特定的には、ガルバノミラーを用いたレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や太陽電池、あるいは半導体基板などの基板に対して、ガルバノミラーを用いてレーザ加工を行なうレーザ加工装置が知られている。このようなレーザ加工装置では、ガルバノミラーで反射されたレーザ光をそのまま基板表面に照射すると、ガルバノミラーでのレーザ光の反射角度によっては当該レーザ光の基板表面に対する角度が９０°からずれたり、レーザ光の集光位置が基板表面からずれたりする場合がある。このような問題の発生を回避するため、従来は当該ガルバノミラーの後段にｆθレンズを配置している（たとえば、国際公開第２０００／０５３３６５号参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０００／０５３３６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のようなｆθレンズについては、作製可能なサイズに制限があるため、レーザ光による被加工領域として概ね３００ｍｍ×３００ｍｍ程度の広さまでしか対応できていなかった。さらに、このような大口径のｆθレンズは非常に高価であり、レーザ加工装置の製造コストを増大させる原因ともなっていた。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、レーザ加工における被加工領域のサイズを広げるとともに、低コストなレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従ったレーザ加工装置は、レーザ光源と、ガルバノミラーと、調整部材とを備える。レーザ光源はレーザ光を出射する。ガルバノミラーは、レーザ光源から出射されたレーザ光を加工対象材における被加工領域へ照射するために、当該レーザ光の進行方向を変更する。調整部材は、加工対象材へ照射されるレーザ光の光軸に対する、加工対象材における被加工領域の表面の交差角度を変更するように、加工対象材を移動させる。
【０００７】
この発明に従ったレーザ加工方法は、加工対象材を準備する工程と、加工対象材の被加工領域に対してガルバノミラーを介してレーザ光を照射する工程とを備える。レーザ光を照射する工程は、加工対象材における被加工領域の表面がレーザ光の光軸に対して形成する交差角度を９０°とするように、加工対象材を移動させる工程を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レーザ加工のコストを低減できるとともに、レーザ加工における被加工領域のサイズを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に従ったレーザ加工装置を示す模式図である。
【図２】図１に示したレーザ加工装置の動作を説明するための模式図である。
【図３】図１に示したレーザ加工装置の動作を説明するための模式図である。
【図４】図１に示したレーザ加工装置の動作を説明するための模式図である。
【図５】図１に示したレーザ加工装置の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１１】
図１を参照して、本実施形態に従ったレーザ加工装置を説明する。図１に示したレーザ加工装置は、たとえばＦＰＤ、太陽電池、半導体、プリント基板などの加工対象材に対するレーザ加工を行なうための装置であって、レーザ光を照射するための光学系と、基板５を保持するＺステージ６と、レーザ光２０に対する基板５の傾き角を制御するための揺動ステージ７、８と、基板５をＸＹ平面内で移動させるための直動ステージ９、１０とを主に備えている。
【００１２】
光学系は、レーザ光を発振するためのレーザ発振器１と、レーザ光２０を集光するためのレンズ２ａ、２ｂと、ガルバノミラー３ａ、４ａと、これらのガルバノミラー３ａ、４ａを回転させるためのモータ３ｂ、４ｂを含む。レーザ発振器１から出射されたレーザ光の進行経路上に、レンズ２ａ、２ｂ、ガルバノミラー３ａ、４ａが順番に配置されている。
【００１３】
Ｚステージ６の上部表面は、基板５を搭載するための基板搭載面となっている。このＺステージ６は、図１におけるＺ軸方向において移動可能になっている。Ｚステージ６の移動させるための部材としては、油圧シリンダや空気圧シリンダまたはモータなど任意の部材を用いることができる。このＺステージ６は、揺動ステージ７に搭載されている。
【００１４】
揺動ステージ７は、Ｘ軸周り揺動ステージ７ａと、シャフト７ｂと、シャフト支持部材７ｃ、７ｄと、回転モータ７ｅとを主に含む。Ｘ軸周り揺動ステージ７ａは平面形状が四角形状であり、その形状は板状である。Ｘ軸周り揺動ステージ７ａのＸ軸方向の両側にはそれぞれシャフト７ｂが配置されている。シャフト７ｂは、Ｘ軸に沿った方向に延びるように配置され、Ｘ軸周り揺動ステージ７ａに固定されている。そして、シャフト支持部材７ｃ、７ｄは、当該２つのシャフト７ｂのそれぞれを支持している。シャフト支持部材７ｃ、７ｄにおいては、シャフト７ｂを支持する部分に軸受が配置されている。シャフト支持部材７ｄに隣接して、シャフト７ｂに接続された状態で回転モータ７ｅが配置されている。この回転モータ７ｅを駆動させることにより、シャフト７ｂを介してＸ軸周り揺動ステージ７ａをＸ軸周りに（シャフト７ｂを中心として）回転（揺動）させることができる。揺動ステージ７は、揺動ステージ８上に固定されている。つまり、シャフト支持部材７ｃ、７ｄは揺動ステージ８に固定されている。より具体的には、上述した揺動ステージ７のシャフト支持部材７ｃ、７ｄは、揺動ステージ８のＹ軸周り揺動ステージ８ａに接続固定されている。
【００１５】
揺動ステージ８は、Ｙ軸周り揺動ステージ８ａと、シャフト８ｂと、シャフト支持部材８ｄと、シャフト支持部材８ｄが配置された側と反対側において、Ｙ軸周り揺動ステージ８ａに接続された他のシャフト（図示せず）と当該他のシャフトに接続された他のシャフト支持部材（図示せず）と、回転モータ８ｅとを主に含む。揺動ステージ８の構造は、基本的には揺動ステージ７の構造と同様である。すなわち、Ｙ軸周り揺動ステージ８ａのＹ軸方向の両端にはそれぞれシャフト８ｂおよび他のシャフト（図示せず）が配置されている。シャフト８ｂおよび他のシャフトはＹ軸に沿って延びるように配置されている。シャフト８ｂおよび他のシャフトはＹ軸周り揺動ステージ８ａと接続固定されている。シャフト８ｂはシャフト支持部材８ｄにより支持される。また、他のシャフトは他のシャフト支持部材（図示せず）により支持される。シャフト支持部材８ｄに隣接して、シャフト８ｂに接続された状態で回転モータ８ｅが配置されている。回転モータ８ｅを駆動させることにより、シャフト８ｂを介してＹ軸周り揺動ステージ８ａをＹ軸の周りに（シャフト８ｂを中心として）回転（揺動）させることができる。
【００１６】
揺動ステージ８は、直動ステージ９に固定されている。つまり、シャフト支持部材８ｄおよび他のシャフト支持部材は、直動ステージ９（具体的にはＹ軸方向直動ステージ９ａ）に固定されている。
【００１７】
直動ステージ９は、Ｙ軸方向直動ステージ９ａと、ボールねじ９ｄと、モータ９ｂと、直動案内９ｃとを主に含む。平面形状が四角形状であるＹ軸方向直動ステージ９ａの下面の中央部には、ボールねじ９ｄが接続されている。また、Ｙ軸方向直動ステージ９ａの下面には、ボールねじ９ｄを挟むように、直動案内９ｃと摺動可能に接続されたガイド部が設置されている。また、直動案内９ｃは２本の直線状のレールであり、Ｙ軸方向直動ステージ９ａの両端部下に配置されている。ボールねじ９ｄの端部には当該ボールねじ９ｄを支持するためのボールねじ支持部材が配置されている。当該ボールねじ支持部材に隣接して、ボールねじ９ｄに接続した状態でモータ９ｂが設置されている。ボールねじ９ｄおよび直動案内９ｃはＹ軸に沿って延びている。モータ９ｂを回転駆動させることにより、ボールねじ９ｄを介してＹ軸方向直動ステージ９ａをＹ軸方向に沿って直線移動させることができる。直動案内９ｃは、直動ステージ１０に固定されている。また、Ｘ軸方向直動ステージ１０ａには、ボールねじ支持部材を介してボールねじ９ｄが接続されている。
【００１８】
直動ステージ１０は、Ｘ軸方向直動ステージ１０ａと、ボールねじ１０ｄと、モータ１０ｂと、直動案内１０ｃとを主に含む。平面形状が四角形状であるＸ軸方向直動ステージ１０ａの上面には、上述した直動案内９ｃが固定されている。また、Ｘ軸方向直動ステージ１０ａの下面にはボールねじ１０ｄが接続されている。さらに、Ｘ軸方向直動ステージ１０ａの下側においては、ベース体上に直動案内１０ｃが２本配置されている。直動案内１０ｃはＸ軸方向に沿って互いに平行に延びるように配置されている直線状のレールである。ボールねじ１０ｄの端部には当該ボールねじ１０ｄを支持するためのボールねじ支持部材が配置されている。当該ボールねじ支持部材に隣接して、ボールねじ１０ｄに接続した状態でモータ１０ｂが設置されている。モータ１０ｂを回転駆動させることにより、ボールねじ１０ｄを介してＸ軸方向直動ステージ１０ａをＸ軸方向に沿って直線移動させることができる。ベース体には、ボールねじ支持部材を介してボールねじ１０ｄが接続されている。
【００１９】
図１に示したレーザ加工装置においては、直動ステージ９、１０を用いて、Ｚステージ６上に配置された基板５のＸＹ平面内での位置を変更することができる。さらに、揺動ステージ７、８を駆動させることにより、レーザ光２０の光軸に対する基板５の表面（被加工領域の表面）の角度（交差角度）を変更することができる。さらに、Ｚステージ６を駆動させることにより、レーザ光２０の進行方向（光軸）での基板５の位置を変更することができる。
【００２０】
次に、図１に示したレーザ加工装置の動作を説明する。図１に示したレーザ加工装置においては、レーザ発振器１から発信されたレーザ光を光学系を介して基板５の表面に照射することにより基板５に対する加工を行なう。
【００２１】
図５を参照して、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、レンズ２ａ、２ｂを通過して集光された後、ガルバノミラー３ａの表面で反射され、さらにガルバノミラー４ａの表面で反射されることにより基板５の表面に照射される。ガルバノミラー３ａにおけるレーザ光２０の反射角度は、モータ３ｂを駆動させることによりガルバノミラー３ａの表面に対するレーザ光２０の入射角度を変更することにより任意に変更できる。また、ガルバノミラー４ａにおけるレーザ光２０の反射角度も、モータ４ｂを駆動させることによりガルバノミラー４ａの表面に対するレーザ光２０の入射角度を変更することによって、任意に変更できる。このようにガルバノミラー３ａ、４ａを動作させることにより、基板５の表面の任意の位置にレーザ光２０を照射することができる。
【００２２】
このとき、図２に示すように、基板５の表面における加工対象領域に、レーザ光２０は集光された状態で照射される。また、図２に示すように、理想的には基板５の表面に対してレーザ光２０の光軸は垂直（９０°）に照射されることが好ましい。
【００２３】
次に、基板５の表面において図２に示したレーザ光２０の照射位置とは異なる位置にレーザ光２０を照射する場合を考える。この場合、モータ４ｂを駆動させることによってガルバノミラー４ａを回転させ、ガルバノミラー４ａの表面に対するレーザ光２０の入射角度を変更する。なお、ガルバノミラー３ａも同時に回転させることで、基板５の表面におけるレーザ光２０の照射位置を変更してもよい。あるいは、ガルバノミラー４ａまたはガルバノミラー３ａのいずれか一方のみを回転させることで、レーザ光２０の照射位置を変更してもよい。
【００２４】
上述のように、ガルバノミラー４ａを回転させた場合、図３に示すように、レーザ光２０は基板５において図２に示した照射位置とは異なる位置に照射される。ただし、この場合には、レーザ光２０の光路長も図２に示した場合とは異なるため、レーザ光２０の集光位置２１と基板５の表面におけるレーザ光の照射位置とがずれた状態となる。このため、図１における直動ステージ９、１０および揺動ステージ７、８、さらにＺステージ６を駆動させることにより、図４に示すように基板５の位置を変更する。具体的には、レーザ光２０の光軸に対して基板５の表面が垂直になるように基板５の傾き角を変更する。このような基板５の傾き角の変更は揺動ステージ７、８を駆動させることにより実施できる。さらに、レーザ光２０の集光位置に基板５の表面が重なるように、かつ基板５の表面において加工しようとしている位置にレーザ光２０が照射されるように、直動ステージ９、１０およびＺステージ６を駆動させることにより基板５を移動させる。この結果、図４に示すように基板５の表面の所定の位置（加工領域）に対してレーザ光２０を垂直に照射するとともに、レーザ光２０の集光位置を基板５の表面の任意の位置に合わせることができる。
【００２５】
このようなレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法は、以下のような工程により実施することができる。本発明によるレーザ加工装置によれば、従来のようにガルバノミラー４ａと基板５との間にｆθレンズを挿入することなく、基板５の表面に集光位置を合わせた状態で、レーザ光２０を基板５の表面に対して垂直に照射することができる。
【００２６】
具体的には、まず加工対象材である基板５を準備する（工程（Ｓ１０））。そして、加工対象材である基板５の被加工領域（表面）に対して、ガルバノミラー３ａ、４ａを介してレーザ光２０を照射する（工程（Ｓ２０））。当該工程（Ｓ２０）では、基板５における被加工領域の表面がレーザ光２０の光軸に対して形成する交差角度を９０°とするように、基板５を移動させる（工程（Ｓ２１））。工程（Ｓ２１）は、図３および図４において説明したようにＺステージ６、揺動ステージ７、８および直動ステージ９、１０を、当該Ｚステージ６、揺動ステージ７、８および直動ステージ９、１０に接続された制御部（図示せず）により制御することにより、実施することができる。
【００２７】
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００２８】
（１）  この実施形態に従ったレーザ加工装置は、レーザ光源（レーザ発振器１）と、ガルバノミラー３ａ、３ｂと、調整部材（Ｚステージ６、揺動ステージ７、８、直動ステージ９、１０）とを備える。レーザ光源はレーザ光を出射する。ガルバノミラー３ａ、３ｂは、レーザ光源から出射されたレーザ光２０を加工対象材（基板５）における被加工領域へ照射するために、当該レーザ光２０の進行方向を変更する。調整部材（Ｚステージ６、揺動ステージ７、８、直動ステージ９、１０）は、加工対象材（基板５）へ照射されるレーザ光２０の光軸に対する、加工対象材（基板５）における被加工領域の表面の交差角度θ（図３参照）を変更するように、加工対象材（基板５）を移動させる。
【００２９】
このようにすれば、ガルバノミラー３ａ、３ｂによって光軸の方向が変更された場合であっても、調整部材によって上記交差角度θを調整することで、被加工領域の表面に対してレーザ光２０が垂直に入射する（交差角度θを９０°とする）状況を維持することができる。このため、従来のようにガルバノミラー３ａ、３ｂの後段にｆθレンズを配置するといった構成は必要なく、また当該ｆθレンズによってレーザ光２０の照射領域（被加工領域）のサイズが制約を受けることもない。このため、レーザ加工における被加工領域のサイズを広げるとともに、ｆθレンズを用いる場合より低コストなレーザ加工装置を実現できる。
【００３０】
（２）  上記レーザ加工装置において、図４に示すように、調整部材（Ｚステージ６、揺動ステージ７、８、直動ステージ９、１０）は、光軸に対する被加工領域の表面の交差角度θを９０°に規定することが可能であってもよい。この場合、調整部材を用いて基板５を適宜移動させることにより、基板５における被加工領域の表面全体に対してレーザ光２０を垂直方向から照射することができる。
【００３１】
（３）  上記レーザ加工装置において、調整部材は、光軸に沿った方向において加工対象材（基板５）を移動させることが可能であってもよい。この場合、ガルバノミラー３ａ、３ｂでのレーザ光２０の反射角度によって、レーザ光２０の集光位置が変動しても、調整部材によって光軸に沿った方向にて加工対象材を移動させることで、基板でのレーザ光照射領域（被加工領域）の表面に当該集光位置を一致させることができる。
【００３２】
（４）  上記レーザ加工装置において、調整部材は、揺動ステージ７、８と、Ｚステージ６と、ＸＹステージ（直動ステージ９、１０）とを含んでいてもよい。揺動ステージ７、８は、上記交差角度θを変更するように、加工対象材（基板５）を光軸に対して傾けることが可能である。Ｚステージ６は、加工対象材（基板５）を光軸に沿った方向において移動させることが可能である。ＸＹステージ（直動ステージ９、１０）は、加工対象材（基板５）を光軸に対して交差する方向において移動させることが可能である。
【００３３】
この場合、揺動ステージ７、８を用いることによりレーザ光２０の光軸に対して基板５の表面が垂直になるように基板５を傾ける（レーザ光２０の光軸に対する基板５の表面に傾き角度（交差角度θ）を変更する）ことができる。さらに、Ｚステージ６および直動ステージ９、１０を用いることにより、加工対象材（基板５）の表面の任意の位置にレーザ光２０が照射されるように、加工対象材（基板５）の位置を調整することができる。つまり、レーザ光２０の光軸に交差する方向（たとえば垂直な方向）において、基板５の位置を変更することができる。
【００３４】
（５）  この実施形態に従ったレーザ加工方法は、加工対象材（基板５）を準備する工程（Ｓ１０）と、加工対象材（基板５）の被加工領域に対してガルバノミラー３ａ、３ｂを介してレーザ光２０を照射する工程（Ｓ２０）とを備える。レーザ光２０を照射する工程（Ｓ２０）は、加工対象材（基板５）における被加工領域の表面がレーザ光２０の光軸に対して形成する交差角度θを９０°とするように、加工対象材（基板５）を移動させる工程（Ｓ２１）を含む。
【００３５】
このようにすれば、ガルバノミラー３ａ、３ｂによって光軸の方向が変更された場合であっても、上記交差角度θを調整することで、基板５の表面に対してレーザ光２０が垂直に入射する（交差角度θを９０°とする）状況を維持することができる。このため、従来のようにガルバノミラー３ａ、３ｂの後段にｆθレンズを配置するといった構成は必要なく、また当該ｆθレンズによってレーザ光２０の照射領域（被加工領域）のサイズが制約を受けることもない。このため、レーザ加工のコストを低減できるとともに、レーザ加工における被加工領域のサイズを広げることができる。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明は、ガルバノミラーを用いたレーザ加工装置およびレーザ加工方法に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００３８】
１  レーザ発振器、２ａ，２ｂ  レンズ、３ａ，４ａ  ガルバノミラー、３ｂ，４ｂ，９ｂ，１０ｂ  モータ、５  基板、６  Ｚステージ、７，８  揺動ステージ、７ａＸ軸周り揺動ステージ，８ａ  Ｙ軸周り揺動ステージ、７ｂ，８ｂ  シャフト、７ｃ，７ｄ，８ｄ  シャフト支持部材、７ｅ，８ｅ  回転モータ、９，１０  直動ステージ、９ａ  Ｙ軸方向直動ステージ、１０ａ  Ｘ軸方向直動ステージ、９ｃ，１０ｃ  直動案内、９ｄ，１０ｄ  ボールねじ、２０  レーザ光、２１  集光位置。
【図１】
2015112630.tif 000003
【図２】
2015112630.tif 000004
【図３】
2015112630.tif 000005
【図４】
2015112630.tif 000006
【図５】
2015112630.tif 000007