(57)【要約】【課題】部品の配置が制約を受け、メンテナンスに手間がかかり、高価で、光利用率が低い。【解決手段】加工光源１を出射した光は、ミラー２を透過し、開口３を照明する。レーザダイオード４を出射した光は、レンズ５でコリメートされ、ミラー２で反射され、開口３を照明する。開口３の像は、レンズ６で加工対象７に結像される。レーザダイオード４は、キャンパッケージにレーザダイオードチップと一緒に内蔵されたフォトダイオードチップの出力を帰還させることで光の出力を一定に保持する制御機能、いわゆるＡＰＣ（オートパワーコントロール）機能を備えた回路８により直流に１００ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの交流を重畳した電流の供給を受ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工光源と、加工対象の加工位置並びに加工領域を確認するための参照光源と、
前記加工光源を出射した光と、前記加工光源を出射した光と光軸を同一にする前記参照光源を出射した光の形状を制限する開口と、
前記開口の透過像を加工対象に結像させるレンズ、
を備えたレーザ加工装置であって、
前記参照光源が、直流に高周波を重畳した電流で駆動されたレーザダイオードであることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記高周波の周波数が、１００ＭＨｚから６００ＭＨｚの間であることを特徴とする前記請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザダイオードの発振光波長が、可視領域であって、前記加工対象の加工位置並びに加工領域の確認は、視認によることを特徴とする
前記請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザダイオードの発振光波長が、近赤外領域であって、
前記加工対象の加工位置並びに加工領域の確認は、前記近赤外に受光感度を有する撮像装置によることを特徴とする前記請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザダイオードの発振光波長が、５００ｎｍ帯であることを特徴とする前記請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザダイオードの発振光波長が、７８０〜８３０ｎｍ帯であることを特徴とする前記請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、とくに加工対象の位置や領域を確認するための参照光に高周波重畳されたレーザ光を用いたレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置とくにパターンを修正するレーザ加工装置は、液晶やホトマスクやレチクルなどの加工対象に欠陥がある場合に、加工対象の位置や領域を確認するための光である参照光源を出射した微弱な光を開口に照射し、開口の像を加工対象に結像させることで加工対象の位置や領域を確認し、加工光源を出射した強烈なレーザ光を開口に照射し、開口の像を加工対象に結像照射させることで加工対象の欠陥を修理する光学構成をとっている。欠陥は、一般的に残滓や余剰部分を除去するＺＡＰ加工と不足部分を補うＣＶＤ法（化学気相堆積法）により修理する。
このようなレーザ加工装置の従来例を図４に示す。加工光源であるＮｄ：ＹＬＦ発振器２１を出射した波長１０５３ｎｍの光は、波長１０５３ｎｍの光のみを反射させるミラー２２で反射され、開口２３を照明する。参照光源であるハロゲンランプ付きライトガイド２４を出射した白色光は、ミラー２２を透過し、開口２３を照明する。開口２３の像は、レンズ２５で加工対象２６に結像される。白色光による開口の像で加工対象２６の位置や領域を確認し、波長１０５３ｎｍによる開口の像で加工対象２６の欠陥を修理する。
【０００３】
従来のレーザ加工装置は、ハロゲンランプ付きライトガイド２４を参照光源に使用していたが、ハロゲンランプ付きライトガイド２４は、半年毎にハロゲンランプが寿命を迎えるため、ハロゲンランプの交換に手間がかかり、さらに、ハロゲンランプ付きライトガイド２４は、ハロゲンランプが熱源であるため、ライトガイドで光学系と分離しなければならないが、ライトガイドが数万円と高価であり、しかも、ハロゲンランプ付きライトガイド２４は、ライトガイドが面光源であるため、光学系を伝搬する途中で光が広がり、光利用率が低いという課題を抱えていた。
また、従来のレーザ加工装置は、「加工光源による単色光を反射させ、参照光源による白色光を透過する」ミラー２４を搭載することになるため、部品の配置が制約を受けるという課題を抱えていた。
【０００４】
寿命の長く、小型であるＨｅ−Ｎｅ可視光ガスレーザを参照光源に用い、開口に照射するレーザ加工装置の例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながらＨｅ−Ｎｅレーザ光はコヒーレンシが高いため、開口の回折による干渉パターンが生じ、また、スペックルノイズが発生し、加工対象確認用の参照光としては不向きである。
【０００５】
コヒーレンシが低い発光ダイオード（ＬＥＤ）光を参照光に用いることも考えられるが、ＬＥＤ光はレーザに比べて輝度が低く、また集束性が悪いため、加工対象上での十分な照度が得られず、開口を透過する光の利用効率が低い。
【０００６】
半導体レーザをモニタ光とした走査式光学装置の例が開示されている（例えば特許文献２参照）。半導体レーザでも、干渉縞やスペックルノイズが発生し、開口の像を加工対象に結像させて加工対象の位置や領域を確認する参照光源に利用するのは不向きである。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５８−１５４４７９号公報（第１−３頁、図３）
【特許文献２】
特開平０６−００３６１１号公報（第３−５頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来のレーザ加工装置が抱える問題点に鑑みて成されたものであって、その目的は、部品の配置が制約を受けず、メンテナンスフリーで安価かつ光利用率が高い参照光源を有したレーザ加工装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ加工装置は、加工光源と、加工対象の加工位置並びに加工領域を確認するための参照光源と、加工光源を出射した光と、加工光源を出射した光と光軸を同一にする参照光源を出射した光の形状を制限する開口と、開口の透過像を加工対象に結像させるレンズ、を備えたレーザ加工装置であって、参照光源が、直流に高周波を重畳した電流で駆動されたレーザダイオードであることを特徴とする。
高周波の周波数が、１００ＭＨｚから６００ＭＨｚの間である。
レーザダイオードの発振光波長が、可視領域であって、加工対象の加工位置並びに加工領域の確認は、視認によるか、レーザダイオードの発振光波長が、近赤外領域であって、加工対象の加工位置並びに加工領域の確認は、近赤外に受光感度を有する撮像装置による。また、可視領域のレーザダイオードの発振光波長が、５００ｎｍ帯であることを特徴とする。
また、近赤外領域のレーザダイオードの発振光波長が、７８０〜８３０ｎｍ帯であることを特徴とする。
以上の本発明のレーザ加工装置は、参照光源に高周波重畳駆動の半導体レーザを用いているため、部品の配置が制約を受けず、メンテナンスフリーで安価で、光利用率が高いレーザ加工装置が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
本発明のレーザ加工装置の第１の実施の形態を図１に示す。レーザ加工装置は、加工光源１と、加工対象７と、参照光源である高周波重畳されたレーザ光を発振するレーザダイオード４と、加工光源出射光とレーザダイオード出射光を合波するミラー２と、合波された２つのビームを整形する開口３と、開口像を加工対象に結像する対物レンズ６と、レーザダイオードを高周波を重畳させて駆動する回路８を備える。
加工光源１を出射した光は、ミラー２を透過し、開口３を照明する。レーザダイオード４を出射した光は、レンズ５でコリメートされ、ミラー２で反射され、開口３を照明する。開口３の像は、レンズ６で加工対象７に結像される。レーザダイオード４は、キャンパッケージにレーザダイオードチップと一緒に内蔵されたフォトダイオードチップの出力を帰還させることで光の出力を一定に保持する制御機能、いわゆるＡＰＣ（オートパワーコントロール）機能を備えた回路８により直流に１００ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの交流を重畳した電流の供給を受ける。交流は必ずしも単一の周波数でなくても良い。
【００１１】
加工光源１としては、Ｎｄ：ＹＬＦ発振器やＮｄ：ＹＡＧ発振器の断続駆動、これらの発振器に第３次高調波発生装置を連結したＴＨＧ発振器の断続駆動や擬似連続駆動などが用いられる。発振器を断続駆動することでＺＡＰ加工、発振器を擬似連続駆動することでＣＶＤ加工できる。
ここでの参照光の開口結像による加工対象の位置や領域の確認は、視認による。レーザダイオード４としては、波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザダイオードや波長５００ｎｍ帯の紫色レーザダイオードなどを用いることができる。
【００１２】
本発明のレーザ加工装置は、部品の配置が制約を受けず、メンテナンスフリーで安価で、光利用率が高い。その理由は、参照光源がレーザダイオードであることに由来する。
レーザダイオードは、波長の幅が狭く、ミラーは、波長の幅が狭ければ、透過も反射も自由に設計できるため、部品の配置が制約を受けない。レーザダイオードは、数ｍＷで駆動すれば、数年の寿命が得られるため、交換の手間がかからず、メンテナンスフリーである。レーザダイオードは、数千円／個で購入でき、しかも、電光変換効率が高く、発熱しないため、ライトガイドを介さずに光学系に搭載できる。ゆえに、安価である。レーザダイオードは、点光源である。ゆえに、光学系を伝搬する途中で光が広がらず、光利用率が高い。
【００１３】
本発明のレーザ加工装置によると、参照光源が直流に１００ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの交流を重畳した電流で駆動されたレーザダイオードであるため、参照光源のコヒーレンシが低下し、参照光によって照射された開口の像が均一な光量の分布を有して得られる。高周波重畳の半導体レーザを再生用光ディスクとくにアナログ信号の再生に使用した場合、半導体レーザの相対強度雑音（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｎｏｉｓｅ）が低下し、信号再生のＳ／Ｎが向上することが知られている。本発明は、これと同様の効果を生成している。
図３に加工対象に形成された参照光源による開口の像の写真を示す。同図（ａ）は、参照光源であるレーザダイオードを直流の電流で駆動した場合の写真で、同図（ｂ）は、参照光源であるレーザダイオードを直流に交流を重畳した電流で駆動した場合の写真である。同図（ａ）に示すように直流駆動の場合は、加工対象で反射された光とレンズで意図せずに反射された光の干渉によるニュートンリング干渉縞や開口によるフレネル回折縞が観察され、参照光源による開口の像が均一な光量の分布を示さない。同心円状パターンが前者で、碁盤状パターンが後者である。ところが、同図（ｂ）に示すように直流に交流を重畳した駆動の場合は、光の時間的コヒーレンシが低下することで、ニュートンリング干渉縞が消滅し、光の空間的コヒーレンシが低下することで、フレネル回折縞が消滅し、参照光源による開口の像が均一な光量の分布を示す。
【００１４】
次に、本発明のレーザ加工装置の第２の実施形態について説明する。
第２の実施の形態を図２に示す。加工光源１を出射した光は、ミラー２を透過し、開口３を照明する。近赤外レーザダイオード９を出射した光は、レンズ５でコリメートされ、ミラー２で反射され、開口３を照明する。開口３の像は、ミラー１０で反射され、レンズ１１とレンズ１２で加工対象１３に結像される。ミラー２は、近赤外レーザダイオード９を出射した光と同じ波長の光だけを反射させ、ミラー１０は、近赤外レーザダイオード９を出射した光と同じ波長の光と加工光源１を出射した光と同じ波長の光だけを反射させる。近赤外レーザダイオード９は、ＡＰＣ機能を備えた回路８により直流に１００ＭＨｚから６００ＭＨｚまでの交流を重畳した電流の供給を受ける。加工対象１３は、レンズ１２とレンズ１４を介しＣＣＤカメラ１５で観察される。通常のＣＣＤカメラは、可視光以外にも近赤外光にも感度を有する。
【００１５】
加工対象１３は、電極配線パターン等を有した加工層１３ａに透明電極（ＩＴＯ）等の透明層１３ｂが積層された構造である。
本第２の実施形態のレーザ加工装置は、加工対象が加工層に透明層が積層された構造であっても、参照光源による開口の像を明瞭に加工層に結像させられる。このレーザ加工装置は、レーザダイオードが近赤外光を出射するレーザダイオードであるが、物質の屈折率は、一般的に可視光に対してよりも近赤外光に対して低いため、空気層と透明層の界面における透過率と透明層における透過率は、両方とも一般的に可視光に対してよりも近赤外光に対して高く、反射も小さい。加工対象が加工層に透明層が積層された構造である場合でも、参照光に近赤外光を用いることによって可視光を用いる場合に比べて、参照光源による開口の像を明瞭に加工層に結像することができる。近赤外の波長は、７８０ｎｍ帯〜８３０ｎｍ帯が好適である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ加工装置は、参照光源に高周波重畳駆動の半導体レーザを用いているため、部品の配置が制約を受けず、メンテナンスフリーで安価で、光利用率が高いレーザ加工装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光学構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の光学構成を示す図である。
【図３】加工対象に形成された参照光源による開口の像の写真である。
【図４】従来のレーザ加工装置の形態を示す図である。
【符号の説明】
１    加工光源
２    ミラー
３    開口
４    レーザダイオード
５    レンズ
６    レンズ
７    加工対象
８    回路
９    近赤外レーザダイオード
１０    ミラー
１１    レンズ
１２    レンズ
１３ａ    加工層
１３ｂ    透明層
１４    レンズ
１５    ＣＣＤカメラ
【図１】
2004167509.tif 000003
【図２】
2004167509.tif 000004
【図３】
2004167509.tif 000005
【図４】
2004167509.tif 000006