(57)【要約】【課題】加工精度を維持しつつ、レーザ加工のスループットを向上させる。【解決手段】レーザ加工装置１の主制御部６は、レーザ加工の実行に先だって、レーザ光の照射位置を移動させるための移動部４の移動速度と被加工物の予め定める加工位置精度とに基づいて許容遅れ時間を算出し、被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までの照射実行処理時間を該許容遅れ時間以内に設定する。または、主制御部６は、レーザ加工の実行に先だって、照射実行処理時間と被加工物の加工位置精度とに基づいて許容移動速度を算出し、移動部４の移動速度を該許容移動速度内の速度に設定する。この結果、レーザ加工装置は、加工位置精度を充分に保証する高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率を向上させることができる。【選択図】      図１
2004216402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の予め定める加工位置にレーザ光を照射するための照射手段と、
被加工物に対するレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動手段と、
被加工物の予め定める加工位置とレーザ光の照射位置とのずれの許容範囲を示す予め定める加工位置精度を記憶している精度記憶手段と、
被加工物の加工処理全体を制御するための制御手段であって、
（Ａ）被加工物の加工位置精度と移動手段による照射位置の予め定める移動速度とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するために必要な許容遅れ時間を算出し、
（Ｂ）被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までに要する時間である照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させる制御手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御手段が、前記許容遅れ時間が前記照射実行処理時間の予め定める最小値より小さい場合、前記照射実行処理時間を前記最小値に設定し、さらに、前記加工位置精度と該最小値とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するための移動手段の許容移動速度を算出し、移動速度を算出された許容移動速度内の速度に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
被加工物の予め定める加工位置にレーザ光を照射するための照射手段と、
被加工物に対するレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動手段と、
被加工物の予め定める加工位置とレーザ光の照射位置とのずれの許容範囲を示す予め定める加工位置精度を記憶している精度記憶手段と、
被加工物の加工処理全体を制御するための制御手段であって、
（Ａ）被加工物の加工位置精度と被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までに要する時間である予め定める照射実行処理時間とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するための移動手段の許容移動速度を算出し、
（Ｂ）移動手段による照射位置の移動速度を算出された許容移動速度内の速度に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させる制御手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御手段が、前記許容移動速度が前記移動速度の予め定める下限値より小さい場合、前記移動速度を該下限値に設定し、さらに、前記加工位置精度と該下限値とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するための許容遅れ時間を算出し、被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までの照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させることを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記精度記憶手段が、被加工物上の複数の加工位置それぞれに対する加工位置精度を記憶しており、
前記制御手段が、加工位置精度毎に、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記精度記憶手段が、被加工物上の複数の加工位置それぞれに対する加工位置精度を記憶しており、
前記制御手段が、許容遅れ時間および許容移動速度のうちの少なくとも一方を加工位置精度毎に算出し、算出された全ての許容遅れ時間および許容移動速度に基づいて、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方を全ての加工位置精度を満たす値に設定することを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記照射手段が、レーザ光をパルス状に照射し、
前記制御手段が、前記移動速度の初期値を、被加工物上の加工位置の最小間隔とレーザ光のパルス照射の予め定める最短繰返し周期とに基づいて設定することを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記制御手段が、算出された前記許容遅れ時間に応じて、加工位置の到来からレーザ照射完了までの照射実行処理を、該照射実行処理以外の他の処理よりも優先して実行させることを特徴とする請求項１，２，４〜７のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
被加工物に対する現在のレーザ光の照射位置を検出し、この検出結果および前記制御手段の出力に応答して前記移動手段の移動を制御する位置制御手段をさらに含み、
前記制御手段が、算出された前記許容遅れ時間が短いほど位置制御手段の処理に係る時間が短縮されるように、位置制御手段における照射位置の検出のための検出パラメータを変更することを特徴とする請求項１〜２，４〜８のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
レーザ光の照射に係る演算を行う演算部を含み、照射手段のレーザ光の照射を制御するための照射制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記制御手段が、算出された前記許容遅れ時間が前記照射実行処理時間の最小値より小さい場合、または算出された前記許容移動速度が前記移動速度の下限値より小さい場合、被加工物に対するレーザ光の照射位置を被加工物上の加工位置に位置決め停止させ、さらに許容遅れ時間および許容移動速度から設定されるべき時間よりも照射実行処理時間を長く設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させることを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記制御手段が、前記許容遅れ時間を予め算出しており、照射実行処理時間が該許容遅れ時間以内の時間に設定されるように、該照射実行処理時間を決定する照射処理遅延要素を設定または選定することを特徴とする請求項１，２，４〜１１のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記制御手段が、前記許容移動速度を予め算出しており、移動速度が該許容移動速度以内の速度に設定されるように、該移動速度を決定する移動速度遅延要素を設定することを特徴とする請求項２〜１２のうちのいずれか１項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、被加工物の所望の位置にレーザ光を照射させることによって、被加工物を加工するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置および液晶基板製造装置に代表されるようなレーザ加工装置は、ウェハおよびガラス基板に代表される被加工物に対してレーザ光を照射することによって、被加工物を加工する。レーザ加工装置は、レーザ光を照射する照射部と、被加工物に対するレーザ光の照射位置を移動させる移動部と、レーザ光の現在の照射位置を検出しながら、移動部を制御して照射位置を制御する位置制御部と、装置全体を制御する主制御部とを含む。移動部は、たとえば、照射部の光学系内の反射鏡、被加工物を載置した基板ＸＹステージ、およびレーザ加工パターンがパターニングしてあるマスクを載置したマスクＸＹステージのうちの少なくとも１つを含む。
【０００３】
被加工物上の加工すべき位置である加工位置にレーザ光を照射するためには、被加工物上の加工位置を、照射部の光学系によるレーザ光の集光位置であってレーザ加工装置で決められているレーザ照射位置に一致させて、レーザ光を照射する必要がある。所望の加工位置にレーザ照射位置を一致させるためには、照射部の光学系内の反射鏡、基板ＸＹステージ、およびマスクＸＹステージのうちの少なくとも１つである移動部を移動させることによって、被加工物とレーザ照射位置との相対位置を制御する必要がある。以下の説明では、１例として、基板ＸＹステージを移動させる場合を説明する。
【０００４】
上述するように、レーザ照射位置と被加工物との相対位置を制御するために、基板ＸＹステージには、リニアスケールが取付けられており、位置制御部が、リニアスケールからのパルスをカウントすることによって、基板ＸＹステージの現在位置が検出される。さらに位置検出においては、レーザ照射位置の座標の原点と被加工物上の座標の原点とが一致する位置を位置検出の基準とすることによって、位置検出値そのものが被加工物上の位置を表すように設定しておく。これは、たとえば、被加工物が方形状である場合、左上端部を原点としておき、位置検出値がＸ軸およびＹ軸とも０ならばレーザ照射位置が左上端になるように設定するものであり、Ｘ軸およびＹ軸の位置検出値が０以上の任意の値ならば被加工物の左上端部から該Ｘ軸およびＹ軸の位置検出値に応じた寸法だけ移動した位置にレーザ光が照射される。
【０００５】
位置検出値は、一般的には、リニアスケールの出力パルスのカウント値の形で取得される。出力パルスの最小カウント単位は出力パルスの分解能と等価である。最小カウント単位は、μｍ等に代表される予め決まった単位ではないことも多い。したがって、実際のレーザ加工においては、レーザ照射に先だって、加工位置の座標が位置検出値の単位を用いて換算され、換算結果がレーザ照射目標値として保持される。次いで、基板ＸＹステージがレーザ照射目標値に向かって移動制御され、位置検出値とレーザ照射目標値とが比較されて、両者が一致したことが検出された時点でレーザ照射指令が出力され、レーザ照射指令に応答してレーザ光が被加工物に照射される。
【０００６】
レーザ加工装置において、レーザ光の照射手法として、被加工物を載置した基板ＸＹステージをレーザ照射目標値に位置決め停止させた後にレーザ光を照射する第１の手法と、基板ＸＹステージの移動中にレーザ光を照射する第２の手法とがある。第２の手法は、基板ＸＹステージを移動させながら、移動とともに更新されていく位置検出値とレーザ照射目標値とが順次比較されて、両者が一致した時点、すなわち加工位置が到来した時点でレーザ照射指令が出力され、レーザ光源がレーザ照射指令を受けてレーザ光をパルス照射する。言うまでもなく、作業時間の短縮化および装置のスループット向上のためには、第２の手法のような基板ＸＹステージ移動中のレーザ照射が有効である。
【０００７】
一般に、加工位置の検出から実際のレーザ照射実行までに時間遅れが発生するので、加工位置の検出から実際のレーザ照射実行までの間に基板ＸＹステージが移動してしまい、所望の加工位置からずれた位置にレーザ光が照射されてしまうという問題が生じている。この問題点を解決するために、以下のような第１および第２の従来技術がある。第１の従来技術では、時間遅れを考慮して本来の加工位置より手前の位置に被加工物が至った時点でレーザ照射を開始して、時間遅れを補償する。第２の従来技術では、処理時間の短縮化の為に、レーザ照射開始処理およびレーザ照射停止処理を実行する指令が主制御部であるマイクロコンピュータの割込み端子に入力される構成を有し、レーザ照射開始処理の実行指令およびレーザ照射停止処理の実行指令が発生した場合に主制御部に即座に実行指令が指示する処理を実行させる（たとえば、特許文献１記載）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−０６１５５６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような時間遅れを補償する第１の従来技術は、加工位置ずれの原因であるレーザ照射にかかる時間遅れを短縮化するものではなく、レーザ照射タイミングを調整することによって該時間遅れを補正し加工位置精度をあげようとする技術である。第１の従来技術では、レーザ加工の内容が複雑になるにしたがって該補正処理も複雑になり、該補正処理を行う主制御部の負担が増加してしまい、主制御部による処理時間が全工程におけるボトルネックとなり、時間あたりの加工効率が低下してしまうという課題がある。また時間遅れを正確に導出することが困難であるため、およびレーザ照射中の基板ＸＹステージ移動速度に変化があるため、所望の加工位置に対して正確にレーザ照射させることが困難である。また、第２の従来技術は、レーザ照射の処理時間を短縮して、加工位置ずれの原因そのものを除去しようとする手法である。しかしながら、主制御部の割込回路を用いてレーザ光を照射するよう構成されているため、レーザ照射が優先され、他の処理が後回しにされてしまうという問題がある。
【００１０】
一般的なレーザ加工装置の主制御部は、被加工物のレーザ加工装置への搬入処理、および被加工物のレーザ加工装置からの搬出処理の制御を行う必要がある。搬入処理は、たとえば、次の被加工物を挿入アームに搭載する動作である。搬出処理は、たとえば、加工を終了した被加工物を次装置に搬送するための搬送ロボットに格納する動作である。また、レーザ加工装置の主制御部は、レーザ加工装置と連結されている他の装置、および工場内の全装置を管理する管理ホストマシンとも、頻繁に通信を行っている。
【００１１】
被加工物の搬入処理および搬出処理は、レーザ照射処理と同様に敏速な対応が求められており、遅延することで下記するような問題が生じてしまう。たとえば、搬入処理および搬出処理がレーザ照射処理によって遅延した場合、前工程における装置からの搬出処理、および後の工程の装置への搬入処理が滞ることになるので、全体としてのスループットが低下してしまう。さらに、搬入搬出中の処理が中断することによって被加工物の搬入位置が微妙にずれてしまい、被加工物のアライメント制御に時間を費やしてしまうなどの問題が懸念される。
【００１２】
また、外部との通信処理がレーザ照射処理によって遅延した場合、工場内の関連する装置全体の動作が停止してしまうことも懸念される。これは、１回のレーザ照射処理時間は数ｍ秒などといった微小時間にすぎないが、レーザ加工の回数に比例するので、非常に大きな時間のロスにつながってしまうことも考えられる。したがって、レーザ加工装置のスループット低下が発生するだけでなく、工場における生産効率も低下してしまうことも懸念される。
【００１３】
さらに、精密かつ複雑なレーザ加工を実行するレーザ加工装置においては、基板ＸＹステージおよびマスクＸＹステージを同時に移動させながらレーザ照射を行うこともある。たとえば半導体露光装置で行われているスキャニング方式と呼ばれるようなものである。このとき、各ステージの位置情報、速度情報は逐次主制御部に送信されており、精密な管理が行われている。スキャニング方式でのレーザ照射処理の実行中に各ステージの情報受信処理が遅延することによって、レーザ照射処理中に、両ステージ間の相対的な位置関係がずれてしまった場合、それに対応する補正処理指令またはレーザ照射中断処理を出力することができないため、サブミクロンオーダーの加工位置精度においては精密なレーザ照射が実現できないことが懸念される。
【００１４】
このように、レーザ照射だけを考えた場合には、第２の従来技術のように割込回路を用いてレーザ照射を最優先させる手法は有効であるが、装置全体の動作を考えた場合、レーザ照射だけでなく、外部との通信など前記レーザ照射よりも早急に処理すべき項目も多い。つまり、装置全体の動作に支障が出ないようにするために、必要とする加工位置精度が実行不可とならないような時間内、すなわち許容遅れ時間内で各処理を順次実行する必要がある。しかしながら第１および第２の従来技術は、レーザ照射を常に最優先させるものなので、結果的に、上述したように、必要とされる精度の加工が実現不可能となったり、搬入等の一部の工程に遅延が生じ、全体として時間あたりの生産効率が低下したりするといった問題が発生してしまっている。
【００１５】
本発明の目的は、加工位置精度を充分に保証する正確なレーザ照射を実現しつつ、レーザ加工の高スループットも実現可能なレーザ加工装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工物の予め定める加工位置にレーザ光を照射するための照射手段と、
被加工物に対するレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動手段と、
被加工物の予め定める加工位置とレーザ光の照射位置とのずれの許容範囲を示す予め定める加工位置精度を記憶している精度記憶手段と、
被加工物の加工処理全体を制御するための制御手段であって、
（Ａ）被加工物の加工位置精度と移動手段による照射位置の予め定める移動速度とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するために必要な許容遅れ時間を算出し、
（Ｂ）被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までに要する時間である照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させる制御手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置である。
【００１７】
本発明に従えば、レーザ加工装置は、被加工物の予め決められた加工位置にレーザ光を照射することによって、被加工物の加工を行う。レーザ加工装置は、加工処理の実行に先だって、被加工物の予め定める加工位置精度とレーザ光の照射位置を移動させるための移動速度とに基づいて照射実行処理に関する許容遅れ時間を算出し、照射実行処理時間を該許容遅れ時間以内に設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、被加工物に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が、被加工物の加工位置精度を充分に保証する程度に正確に実行されるので、高精度なレーザ加工装置を実現することができる。さらに、レーザ照射に関する照射実行処理時間が必要な加工位置精度に応じて決定されるので、照射実行処理以外の他の処理およびレーザ加工装置以外の他の装置への影響を軽減することができる。この結果、レーザ加工装置は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対しても高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率を向上させることができる。
【００１８】
また本発明のレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記許容遅れ時間が前記照射実行処理時間の予め定める最小値より小さい場合、前記照射実行処理時間を前記最小値に設定し、さらに、前記加工位置精度と該最小値とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するための移動手段の許容移動速度を算出し、移動速度を算出された許容移動速度内の速度に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、算出された許容遅れ時間が前記照射実行処理時間の予め定める最小値より小さい場合、加工処理の実行に先だって、前記照射実行処理時間が前記最小値に設定される。さらにレーザ加工装置は、前記加工位置精度と該最小値とに基づいて移動手段の許容移動速度を算出し、移動速度を算出された許容移動速度内の速度に設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、被加工物に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が、被加工物の加工位置精度をより充分に保証する程度に正確に実行されるので、より高精度なレーザ加工装置を実現することができる。さらに、レーザ照射に関する照射実行処理時間および基板ＸＹステージ等で実現される移動手段の移動速度の両方が必要な加工位置精度に応じて決定されるので、照射実行処理以外の他の処理およびレーザ加工装置以外の他の装置への影響をより軽減することができる。この結果、レーザ加工装置は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対してもより高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率をより向上させることができる。
【００２０】
また本発明は、被加工物の予め定める加工位置にレーザ光を照射するための照射手段と、
被加工物に対するレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動手段と、
被加工物の予め定める加工位置とレーザ光の照射位置とのずれの許容範囲を示す予め定める加工位置精度を記憶している精度記憶手段と、
被加工物の加工処理全体を制御するための制御手段であって、
（Ａ）被加工物の加工位置精度と被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までに要する時間である予め定める照射実行処理時間とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するための移動手段の許容移動速度を算出し、
（Ｂ）移動手段による照射位置の移動速度を算出された許容移動速度内の速度に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させる制御手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置である。
【００２１】
本発明に従えば、レーザ加工装置は、被加工物の予め決められた加工位置にレーザ光を照射することによって、被加工物の加工を行う。レーザ加工装置は、加工処理の実行に先だって、該被加工物の加工位置精度と該加工位置の到来からレーザ照射完了までの照射実行処理時間とに基づいて移動手段の許容移動速度を算出し、該移動速度を該許容移動速度以下に設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、被加工物に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が、被加工物の加工位置精度を充分に保証する程度に正確に実行されるので、高精度なレーザ加工装置を実現することができる。さらに、レーザ照射に関する照射実行処理時間または基板ＸＹステージ等で実現される移動手段の移動速度が必要な加工位置精度に応じて決定されるので、照射実行処理以外の他の処理およびレーザ加工装置以外の他の装置への影響を軽減することができる。この結果、レーザ加工装置は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対しても高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明のレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記許容移動速度が前記移動速度の予め定める下限値より小さい場合、前記移動速度を該下限値に設定し、さらに、前記加工位置精度と該下限値とに基づいて、該加工位置精度内の精度で被加工物の加工位置にレーザ光を照射するための許容遅れ時間を算出し、被加工物の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までの照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、前記許容移動速度が前記移動速度の予め定める下限値より小さい場合、加工処理の実行に先だって、前記移動速度が該下限値に設定される。さらにレーザ加工装置は、前記加工位置精度と前記下限値とに基づいて許容遅れ時間を算出し、照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、被加工物に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が、被加工物の加工位置精度をより充分に保証する程度に正確に実行されるので、より高精度なレーザ加工装置を実現することができる。さらに、レーザ照射に関する照射実行処理時間および基板ＸＹステージ等で実現される移動手段の移動速度の両方が必要な加工位置精度に応じて決定されるので、照射実行処理以外の他の処理およびレーザ加工装置以外の他の装置への影響をより軽減することができる。この結果、レーザ加工装置は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対してもより高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率をより向上させることができる。
【００２４】
本発明のレーザ加工装置は、前記精度記憶手段が、被加工物上の複数の加工位置それぞれに対する加工位置精度を記憶しており、
前記制御手段が、加工位置精度毎に、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方を設定することを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、被加工物が有する複数の加工位置それぞれに対して加工位置精度が設定されており、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方は加工位置精度毎に設定される。これによって、被加工物に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が、加工位置精度をさらに充分に保証する程度に正確に行われるので、さらに高精度なレーザ加工装置が実現される。さらに、照射実行処理時間および移動速度が加工位置毎に決定されているので、照射実行処理以外の他の処理および移動手段および照射手段以外の他の装置への影響をさらに軽減することができる。この結果、レーザ加工装置は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対してもさらに高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率をさらに向上させることができる。
【００２６】
本発明のレーザ加工装置は、前記精度記憶手段が、被加工物上の複数の加工位置それぞれに対する加工位置精度を記憶しており、
前記制御手段が、許容遅れ時間および許容移動速度のうちの少なくとも一方を加工位置精度毎に算出し、算出された全ての許容遅れ時間および許容移動速度に基づいて、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方を全ての加工位置精度を満たす値に設定することを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、被加工物が有する複数の加工位置に対して加工位置精度がそれぞれ設定されており、加工位置精度毎に算出された許容遅れ時間および許容移動速度に基づいて、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方が全ての加工位置精度を満たす値になるように設定される。これによって、被加工物に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が加工位置精度をさらに充分に保証する程度に正確に行われるので、さらに高精度なレーザ加工装置が実現される。さらに、照射実行処理時間および移動速度が全ての加工位置の加工位置精度を満たすように決定されているので、照射実行処理以外の他の処理および移動手段および照射手段以外の他の装置への影響をさらに軽減することができる。この結果、レーザ加工装置は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対してもさらに高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率をさらに向上させることができる。さらにまた、処理対象の加工位置を変更するたびに照射実行処理時間ならびに移動速度を設定する必要がなくなるので、レーザ加工装置の制御手段の負担を軽減することができる。
【００２８】
本発明のレーザ加工装置は、前記照射手段が、レーザ光をパルス状に照射し、
前記制御手段が、前記移動速度の初期値を、被加工物上の加工位置の最小間隔とレーザ光のパルス照射の予め定める最短繰返し周期とに基づいて設定することを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、移動速度の初期値が、被加工物上の加工位置の最小間隔とレーザ光のパルス照射の予め定める最短繰返し周期とに基づいて設定される。これによって、レーザ加工装置が照射手段のパワーを最大限使用するように設定されるので、レーザ加工装置のスループットを最大限向上させることができる。
【００３０】
本発明のレーザ加工装置は、前記制御手段が、算出された前記許容遅れ時間に応じて、加工位置の到来からレーザ照射完了までの照射実行処理を、該照射実行処理以外の他の処理よりも優先して実行させることを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、算出された許容遅れ時間に応じて、加工位置の到来からレーザ照射完了までの照射実行処理が他の処理より優先される。これによって、他の処理への照射実行処理の影響を少なくすることができる。
【００３２】
本発明のレーザ加工装置は、被加工物に対する現在のレーザ光の照射位置を検出し、この検出結果および前記制御手段の出力に応答して移動手段の移動を制御する位置制御手段をさらに含み、
前記制御手段が、算出された前記許容遅れ時間が短いほど位置制御手段の処理に係る時間が短縮されるように、位置制御手段における照射位置の検出パラメータを変更することを特徴とする。
【００３３】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、算出された許容遅れ時間が短いほど位置制御手段の処理に係る時間が短縮されるように、現在のレーザ光の照射位置を検出するための検出パラメータが適時変更される。これによって、照射実行処理が他の処理へ影響を及ぼすことが無く、かつ精度の高いレーザ加工装置を実現することができる。
【００３４】
本発明のレーザ加工装置は、レーザ光の照射に係る演算を行う演算部を含み、照射手段のレーザ光の照射を制御するための照射制御手段をさらに含むことを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、レーザ加工装置は、レーザ光の照射を制御するための照射制御手段をさらに含み、該照射制御手段がレーザ照射処理専用の演算部を備えている。これによって、照射実行処理が他の処理へ影響を及ぼすことが無く、かつ精度の高いレーザ加工装置を実現することができる。
【００３６】
本発明のレーザ加工装置は、前記制御手段が、算出された前記許容遅れ時間が前記照射実行処理時間の最小値より小さい場合、または算出された前記許容移動速度が前記移動速度の下限値より小さい場合、被加工物に対するレーザ光の照射位置を被加工物上の加工位置に位置決め停止させ、さらに許容遅れ時間および許容移動速度から設定されるべき時間よりも照射実行処理時間を長く設定して、照射手段および移動手段に処理を実行させることを特徴とする。
【００３７】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、許容遅れ時間が照射実行処理時間の最小値より小さい場合、または許容移動速度が移動速度の下限値より小さい場合、レーザ光の照射位置を被加工物上の加工位置に位置決め停止させ、さらに照射実行処理時間を許容遅れ時間および許容移動速度から設定されるべき時間よりも長く設定して、レーザ加工処理を実行させる。これによって、加工位置精度を保証した精度の高いレーザ加工装置を実現することができる。
【００３８】
本発明のレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記許容遅れ時間を予め算出しており、照射実行処理時間が該許容遅れ時間以内の時間に設定されるように、該照射実行処理時間を決定する照射処理遅延要素を設定または選定することを特徴とする。
【００３９】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、許容遅れ時間が予め算出されており、照射実行処理時間を決定する照射処理遅延要素が、照射実行処理時間が該許容遅れ時間以内になるように設定または選定されて、該照射処理遅延要素を用いて主制御部が照射実行処理時間を設定する。これによって、レーザ加工装置は、正確なレーザ照射が実現できるとともに、制御手段における処理負荷を軽減することができる。
【００４０】
本発明のレーザ加工装置は、前記制御手段が、前記許容移動速度を予め算出しており、移動速度が該許容移動速度以内の速度に設定されるように、該移動速度を決定する移動速度遅延要素を設定することを特徴とする。
【００４１】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、許容移動速度が予め算出されており、レーザ光の照射位置の移動速度が許容移動速度以下になるように移動速度遅延要素が設定され、該移動速度遅延要素を用いて主制御部が移動速度を設定している。これによって、レーザ加工装置は、正確なレーザ照射が実現できるとともに、制御手段における処理負荷を軽減することができる。
【００４２】
【発明の実行の形態】
図１は、本発明の実施の一形態であるレーザ加工装置１の構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１は、概略的には、照射部３、移動部４、精度記憶部５、および主制御部６を含み、好ましくは、位置制御部８をさらに含む。照射部３は、被加工物２の予め定める加工位置にレーザ光を照射する。好ましくは、照射部３は、レーザ光をパルス状に照射する。移動部４は、被加工物２に対するレーザ光の照射位置を相対的に移動させる。精度記憶部５は、被加工物２の予め定める加工位置とレーザ光の照射位置とのずれの許容範囲を示す予め定める加工位置精度を記憶している。主制御部６は、被加工物２の加工処理全体を制御するための制御部である。位置制御部８は、被加工物２に対する現在のレーザ光の照射位置を検出し、この検出結果および主制御部６の出力に応答して、移動部４によるレーザ光の照射位置の移動を制御する。
【００４３】
図１のレーザ加工装置１において、移動部４における移動速度および照射実行処理時間のうちの少なくとも一方は、主制御部６によって調整可能になっている。移動速度とは、移動部４による被加工物２に対するレーザ光の照射位置の相対的な移動速度である。照射実行処理時間とは、被加工物２の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までに要する時間、すなわち、移動部４および照射部３による処理に要する時間である。
【００４４】
主制御部６は、被加工物２の加工位置精度と移動速度とに基づいて照射実行処理の許容遅れ時間を算出し、照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定して、照射実行処理時間内に処理が完了するように照射部３および移動部４に処理を実行させる。照射実行処理とは、被加工物２の加工位置の到来からレーザ光の照射の完了までの処理である。照射実行処理の許容遅れ時間とは、加工位置精度以内のずれで被加工物２の加工位置にレーザ光を照射するために充分な時間である。または、主制御部６は、被加工物２の加工位置精度と照射実行処理時間とに基づいて移動部４の許容移動速度を算出し、移動速度を算出された許容移動速度以下の速度に設定して、照射部３および移動部４に処理を実行させる。移動部４の移動許容時間とは、該加工位置精度以下のずれで被加工物２の加工位置にレーザ光を照射するために充分な速度である。
【００４５】
これらによって、図１のレーザ加工装置１において、被加工物２に対するレーザ光の照射位置の移動中に行われるレーザ光の照射が、被加工物２の加工位置精度を充分に保証する程度に正確に実行されるので、高精度なレーザ加工装置を実現することができる。さらに、照射実行処理時間または移動速度が必要な加工位置精度に応じて決定されるので、照射実行処理以外の他の処理ならびにレーザ加工装置１以外の他の装置への影響を軽減することができる。この結果、レーザ加工装置１は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対しても高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率を向上させることができる。
【００４６】
また、主制御部６が加工位置精度に応じて照射実行処理時間を設定する状況下で、算出された許容遅れ時間が照射実行処理時間の予め定める最小値より小さい場合、主制御部６は、照射実行処理時間を最小値に設定し、さらに、加工位置精度と該最小値とに基づいて許容移動速度を算出し、移動速度を算出された許容移動速度内の速度に設定して、照射部３および移動部４に処理を実行させる。または、主制御部６が加工位置精度に応じて移動速度を設定する状況下で、算出された許容移動速度が移動速度の予め定める下限値より小さい場合、主制御部６は、移動速度を該下限値に設定し、さらに、加工位置精度と該下限値とに基づいて許容遅れ時間を算出し、照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間内の時間に設定して、照射部３および移動部４に処理を実行させる。これらによって、レーザ加工装置１は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対してもより高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率をより向上させることができる。
【００４７】
さらにまた、主制御部６が加工位置精度に応じて照射実行処理時間を設定する状況下で、算出された前記許容遅れ時間が照射実行処理時間の予め定める最小値より小さい場合、または、主制御部６が加工位置精度に応じて移動速度を設定する状況下で、算出された許容移動速度が移動速度の予め定める下限値より小さい場合、好ましくは、主制御部６が、被加工物２に対するレーザ光の照射位置を被加工物２上の加工位置に位置決め停止させ、さらに許容遅れ時間および許容移動速度から設定されるべき時間よりも照射実行処理時間を長く設定して、照射部３および移動部４に処理を実行させる。これによって、レーザ加工装置１は、どのような状況下でも加工位置精度を保証した精度の高いレーザ加工装置を実現することができる。
【００４８】
主制御部６が照射実行処理時間を設定する状況下では、好ましくは、許容遅れ時間が予め算出されており、照射実行処理時間を決定するために用いられる照射処理遅延要素が、照射実行処理時間が該許容遅れ時間以内の時間に設定されるように予め定められ、定められた照射処理遅延要素を用いて主制御部６が照射実行処理時間を設定する。照射処理遅延要素は、許容遅れ時間に基づいて設定されてもよく、予め定められる複数の値のうちから許容遅れ時間に基づいて選定されてもよい。これによって、レーザ加工処理の実行直前に許容遅れ時間を逐次算出する手間が無くなるので、レーザ加工装置１は、正確なレーザ照射が実現できるとともに、主制御部６における処理負荷を軽減することができる。
【００４９】
主制御部６が移動速度を設定する状況下では、好ましくは、許容移動速度が予め算出されており、移動速度が該許容移動速度以内の速度に設定されるように、該移動速度を決定する移動速度遅延要素が予め定められ、定められた照射処理遅延要素を用いて主制御部６が照射実行処理時間を設定する。これによって、レーザ加工処理の実行直前に許容移動速度を逐次算出する手間が無くなるので、レーザ加工装置１は、正確なレーザ照射が実現できるとともに、主制御部６における処理負荷を軽減することができる。
【００５０】
被加工物２上に複数の加工位置が設定されている場合、精度記憶部５が、被加工物２上の複数の加工位置それぞれに対する加工位置精度を記憶している。複数の加工位置がある場合、１例としては、主制御部６は、加工位置精度毎に、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方を設定する。他の例としては、主制御部６は、許容遅れ時間および許容移動速度のうちの少なくとも一方を加工位置精度毎に算出し、算出された全ての許容遅れ時間および許容移動速度に基づいて、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方を全ての加工位置精度を満たす値に設定する。これによって、レーザ加工装置１は、サブミクロンオーダーの加工位置精度に対してもさらに高精度なレーザ加工が可能となるとともに、装置のスループットおよび生産効率をさらに向上させることができる。さらに、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方が全ての加工位置精度を満たす値に設定されているならば、処理対象の加工位置を変更するたびに照射実行処理時間ならびに移動速度を設定する必要がなくなるので、レーザ加工装置１の主制御部６の負担を軽減することができる。
【００５１】
以上説明したように、図１のレーザ加工装置１は、被加工物２で決められている加工位置に関する精度に着目し、レーザ照射の制御および被加工物２の移動速度制御の少なくとも一方に加工位置精度を取込み、照射実行処理時間および移動速度の少なくとも一方を設定するものである。したがって、図１のレーザ加工装置１は、レーザ照射を精度よく、かつ加工位置精度内に行うことができるとともに、他の処理への影響を低減または皆無とすることができるので、装置のスループット向上にも有効である。
【００５２】
図１のレーザ加工装置１を、さらに詳細に以下に説明する。図１のレーザ加工装置１は、基板を被加工物２として用いている。図１のレーザ加工装置１は、具体的には、照射部３、移動部４、精度記憶部５、主制御部６および位置制御部８の他に、パルス発生部７、搭載台１１、マスク１２、焦点調整制御部１３、および除震台１４をさらに含む。照射部３は、レーザ光源１６、反射鏡１７、および焦点調整部１８を含む。移動部４は、基板ＸＹステージ２１とマスクＸＹステージ２２とを含む。パルス発生部７は、基板用パルス発生部２３とマスク用パルス発生部２４とを含む。位置制御部８は、基板用位置制御部２５とマスク用位置制御部２６とを含む。基板用パルス発生部２３は、基板Ｘリニアスケールおよび基板Ｙリニアスケールを含む。マスク用パルス発生部２４は、マスクＸリニアスケールおよびマスクＹリニアスケールを含む。
【００５３】
図１において、Ｘ軸およびＹ軸方向に移動制御可能な基板用Ｘステージおよび基板用Ｙステージを含む基板ＸＹステージ２１の上に、被加工物２が載置されている。搭載台１１は、基板ＸＹステージ２１の上方に配置される。搭載台１１には、焦点調整部１８とマスクＸＹステージ２２とが搭載されており、マスクＸＹステージ２２の上には、レーザ照射パターンであるマスクパターンが形成されたマスク１２が載置されている。マスクＸＹステージ２２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動制御可能なマスクＸステージおよびマスクＹステージからなる。基板ＸＹステージ２１およびマスクＸＹステージ２２には吸着盤等がそれぞれ装備されており、該吸着盤上に被加工物２およびマスク１２がそれぞれ載置される。基板ＸＹステージ２１は装置外部からの外乱振動を除去する除震台１４に固定されている。また搭載台１１も、支柱を介して除震台１４に固定されている。
【００５４】
基板ＸＹステージ２１は、基板用位置制御部２５によって、移動速度および位置が制御されている。具体的には、基板用位置制御部２５は、基板ＸＹステージ２１に搭載されている基板Ｘリニアスケールおよび基板Ｙリニアスケールの出力パルスをそれぞれ計数し、基板ＸＹステージ２１の位置を表す位置検出値として取得し、基板ＸＹステージ２１の現在位置を把握する。また基板用位置制御部２５は、基板Ｘリニアスケールおよび基板Ｙリニアスケールの出力パルスの周期をそれぞれ計測し、基板ＸＹステージ２１の移動速度として取得する。このように取得、すなわち検出された基板ＸＹステージ２１の現在位置および移動速度に基づいて、基板用Ｘステージに備えられる基板Ｘリニアモータおよび基板Ｙステージに備えられる基板Ｙリニアモータを、基板用位置制御部２５が駆動制御する。
【００５５】
また、マスクＸＹステージ２２は、マスク用位置制御部２６によって移動速度および位置が制御されている。具体的には、マスク用位置制御部２６は、マスクＸＹステージ２２に搭載されているマスクＸリニアスケールおよびマスクＹリニアスケールの出力パルスをそれぞれ計数し、マスクＸＹステージ２２の位置を表す位置検出値として取得し、マスクＸＹステージ２２の現在位置を把握する。またマスク用位置制御部２６は、マスクＸリニアスケールおよびマスクＹリニアスケールの出力パルスの周期をそれぞれ計測し、マスクＸＹステージ２２の移動速度を取得する。このように取得、すなわち検出されたマスクＸＹステージ２２の現在位置および移動速度に基づいて、マスクＸステージに備えられるマスクＸリニアモータおよびマスクＹステージに備えられるマスクＹリニアモータを、マスク用位置制御部２６が駆動制御する。
【００５６】
基板用位置制御部２５が検出する位置検出値は、被加工物２を基板ＸＹステージ２１に載置したときに実行される位置決め、いわゆるアライメントに使用されるアライメント基準位置等の所定位置を原点として、プラス方向へ移動した場合にはカウントアップ、マイナス方向へ移動した場合にはカウントダウンする値である。すなわちこの位置検出値は、被加工物２の絶対位置を表している。なお、移動方向のプラスマイナスは、装置設計時に任意に取決めておく。
【００５７】
同様に、マスク用位置制御部２６が検出する位置検出値は、マスク１２の予め定める所定位置を原点とした絶対位置を表すものである。レーザ照射パターンは集光されて被加工物２上の集光位置Ｌｓに投影されるため、マスクＸＹステージ２２の移動量は被加工物２上での集光位置Ｌｓの移動量に集光倍率を乗じた値となる。
【００５８】
焦点調整部１８は、焦点調整制御部１３の制御に応答して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への移動が規制されかつＺ軸方向に調整制御可能なレーザ光ＥＬの焦点距離の制御および該レーザ光の集光を行う。具体的には、焦点調整部１８では、焦点調整部１８に搭載されている変位センサの出力信号パルスが、焦点距離検出信号として用いられる。焦点調整制御部１３は、焦点距離検出信号に基づき、焦点調整部１８に搭載されていて圧電素子等で実現される焦点調整アクチュエータを駆動制御する。レーザ光ＥＬは、レーザ光源１６から照射され、反射鏡１７で光路が作られ、マスク１２を通して被加工物２に当てられる。レーザ光が被加工物２に当たる位置が、レーザ光の照射位置であり、図１の構成のレーザ加工装置１では、レーザ光の照射位置は被加工物２上の集光位置Ｌｓと等価である。
【００５９】
基板用位置制御部２５、マスク用位置制御部２６、および焦点調整制御部１３には、主制御部６から各種のコントロール信号が入力される。さらに、各制御部から主制御部６に対して、基板用位置制御部２５およびマスク用位置制御部２６の各スケールカウンタの位置検出値などの各種の情報が出力される。これらの位置検出値は、被加工物２上の現在のレーザ照射位置を示すレーザ照射位置情報として、使用される。
【００６０】
主制御部６では、被加工物２を所望位置でレーザ加工するための各ステージの定数および被加工物２の加工位置に関する情報等が格納されている。また主制御部６には、レーザ加工装置１全体の一連の動作指令がシーケンス的に設定されている。主制御部６で設定された動作モードにしたがって、主制御部６が各制御部に対して適切な指令を出力することによって、被加工物２に対するレーザ加工が実行されていく。また主制御部６は、レーザ加工装置１内部の温度制御、被加工物２の搬入搬出制御、レーザ加工装置１内部の雰囲気制御、レーザ光のパワー監視および制御、複数の装置を一括して制御する外部コントローラとの通信制御、ならびに除震台１４の制御も行っている。
【００６１】
また、精度記憶部５には、被加工物２の各加工位置に対して必要とされる加工位置精度が、加工位置精度情報として格納されている。加工位置精度は、被加工物２の加工仕様によって決まる値であり、本来の加工位置に対してどれくらいのずれ量が許容されるかを示す値である。たとえば、１番目の加工位置において加工位置精度が±１μｍである場合、加工位置の座標を中心として±１μｍ内の範囲内の場所にレーザ光を照射する必要があることを意味している。加工位置精度情報は、各加工位置に対応する値として格納されている。加工位置精度情報は、特に精度記憶部５という別構成のメモリを設けて記憶している必要はなく、主制御部６内に加工位置の情報とともに設定されていても差支えない。図１のレーザ加工装置１では、精度記憶部５の加工位置精度情報は、主制御部６に入力されるよう構成されており、主制御部６からの呼出し要求に対して、対応する加工位置精度情報が出力される。
【００６２】
図１で説明した構成のレーザ加工装置１において、レーザ照射の基本的な動作および処理を説明する。基板ＸＹステージ２１には被加工物２が既に搭載され、またマスクＸＹステージ２２にはマスク１２が既に搭載されており、被加工物２およびマスク１２の各Ｘ軸Ｙ軸θ角などを微調整するアライメント作業は終了しているものとする。ここで、基板ＸＹステージ２１のうち基板用Ｘステージの移動に合わせてレーザ光を照射する場合を説明する。すなわち被加工物２上の加工位置に対して、マスク１２のＸ軸Ｙ軸位置と被加工物２のＹ軸位置は既に位置決めされているとする。さらにまた以下の説明では、移動部４のうちの基板ＸＹステージ２１内の基板Ｘステージを駆動することによって、被加工物２へのレーザ光の照射位置が移動する場合を例としている。
【００６３】
焦点調整制御部１３へは、主制御部６からレーザ光ＥＬの焦点を合わせるべく変位センサの出力の目標値が入力される。目標値入力を受けて、焦点調整制御部１３は、被加工物２の厚みの変動に合わせて焦点調整部１８を駆動制御させる。主制御部６は、加工すべき位置に対応する加工位置精度情報を精度記憶部５から呼出し、照射実行処理にかかる照射実行処理時間および基板Ｘステージの移動速度のうちの少なくとも一方を設定する処理を行う。加工位置精度を用いる設定処理については後述する。
【００６４】
基板用位置制御部２５には、基板Ｘステージの移動速度の設定値と移動量の指令とが、主制御部６から入力される。レーザ照射に関して、主制御部６内部で、レーザ照射の制御に基板Ｘステージの位置検出値を用いるように設定され、設定されている加工位置が比較値として設定される。一連の設定が終了した後、基板Ｘリニアモータの移動開始指令が出力され、ステージの移動が行われる。
【００６５】
基板ＸＹステージ２１の移動が開始されると、基板Ｘリニアスケールから出力パルスが発生し基板用位置制御部２５内のスケールカウンタが動作して位置検出値が変化し、当然ながら主制御部６で選択された位置検出値も変化していく。位置検出値が比較値と同じ値になった時点、すなわち被加工物２の加工位置がレーザ光の集光位置Ｌｓと一致する位置まで移動した時点で、主制御部６が一致信号を出力する。出力される一致信号はレーザ光源１６に入力され、レーザ光源１６が該一致信号を受けて、レーザ光ＥＬの照射を実行する。これによって、被加工物２上の加工位置に対するレーザ加工が実行される。
【００６６】
このように、図１のレーザ加工装置１におけるレーザ加工は、基板ＸＹステージ２１の移動中に、基板ＸＹステージ２１の現在位置を位置検出値として検出し、検出された位置検出値を目標の位置検出値と比較して両者の一致を検出することでレーザ照射を行う。図１のレーザ加工装置１におけるレーザ加工の手法は、基板ＸＹステージ２１の位置決め停止および整定時間などによってレーザ加工時間が長時間化してしまうことがないので、レーザ加工装置１の高スループット化には非常に効果的な手法である。なお、移動部４のうちの基板ＸＹステージ２１の基板ＹステージあるいはマスクＸＹステージ２２の各ステージをそれぞれ駆動することによって、被加工物２へのレーザ光の照射位置が移動する場合も、上述の説明において基板Ｘステージに係る部分を移動するステージに置換えた手順によって、同様の処理が行われる。
【００６７】
次に、図１のレーザ加工装置１において、加工位置の加工位置精度に基づいて、照射実行処理にかかる照射実行処理時間および基板Ｘステージの移動速度のうちの少なくとも一方を設定する処理について、説明する。
【００６８】
レーザ加工においては、被加工物２上に決められた加工位置に誤差なくレーザ光を照射することが望まれている。しかしながら実際には、加工位置に、ある程度の誤差マージンを持たせているのが一般的である。たとえば図２に示すように、被加工物２上の加工位置Ｐ０に対して、パルスレーザ光ＥＬの集光範囲Ｌａは、位置誤差マージンＬｍだけ大きく設定されている。したがって、加工位置Ｐ０に正確にレーザ光を照射するためには、集光範囲Ｌａが加工位置Ｐ０を中心として±Ｌｍの範囲内におさまるように制御できればよいのである。半導体製造などでマスク１２パターンをウェハ上に置いて露光する場合でも、露光位置に関してある程度の位置誤差マージンを持っている。また、当然ながら被加工物２は、加工目標位置に対する実際の加工位置の誤差を位置誤差マージンとして有している。これは、例えば被加工物２と他の部品との締結穴を考えれば、締結穴径を少し大きく開けておき加工誤差を吸収するようなものである。図１のレーザ加工装置１では、上述した位置誤差マージンを加工位置精度の情報として、精度記憶部５に各加工位置に対応させて格納している。
【００６９】
図１のレーザ加工装置１は、レーザ加工処理において、位置誤差マージンである加工位置精度内にレーザ光が照射されていれば、該レーザ光による加工が、加工仕様を満たす良好な加工であるということに着目したものである。すなわち図１のレーザ加工装置１は、レーザ照射制御において加工位置精度を使用することに着目した全く新規の技術である。
【００７０】
図１のレーザ加工装置１における加工位置精度を用いる実際のレーザ加工処理を、以下に説明する。加工位置精度を用いる実際のレーザ加工処理には、前述したように、４通りの手法がある。第１のレーザ加工処理では、加工位置精度を用いて照射実行処理時間だけを設定する。第２のレーザ加工処理では、加工位置精度を用いて移動速度だけを設定する。第３のレーザ加工処理では、加工位置精度を用いて照射実行処理時間を設定し、かつ算出された許容遅れ時間に応じて移動速度を設定する。第４のレーザ加工処理では、加工位置精度を用いて移動速度を設定し、かつ算出された許容移動速度に照射実行処理時間を設定する。
【００７１】
最初に、加工位置精度を満たすレーザ照射を実現するために、照射実行処理時間の許容遅れ時間を設定する第１の手法について説明する。図３は、照射実行処理時間の設定処理を示すフローチャートである。ステップＡ０でレーザ加工処理が開始されると、まずステップＡ１において、レーザ光の照射位置の移動のために、基板用ＸＹステージおよびマスクＸＹステージ２２のどちらを移動させるかを、主制御部６が選択する。また、選択されたステージのパルス発生部７からの出力パルスを計数して求める位置検出値を、主制御部６において比較値と比較すべき値としてとして設定する。位置検出値を被比較値として設定するのは、選択されたステージの移動によって更新されていく位置検出値を加工位置を示す位置情報である比較値と主制御部６が比較することによって、選択されたステージの移動によってレーザ光の集光位置Ｌｓに加工位置が到来したかを検出させるためである。
【００７２】
ステップＡ２では、現在の加工位置に対応する加工位置精度情報を、主制御部６が精度記憶部５から呼出し、選択されたステージの移動速度設定値を、取得している情報内から主制御部６が読込む。ステージの移動速度設定値とは、該ステージの加速度および最高速度に代表されるような、ステージの移動性能に関する値である。図３の例では、基板用ＸＹステージ２１の各ステージおよびマスクＸＹステージ２２の各ステージの移動速度設定値は、主制御部６内に予め記憶されているものとする。移動速度設定値は、たとえば、許容遅れ時間を算出するための照射処理遅延要素として用いられる。
【００７３】
ステップＡ３では、加工位置精度情報および移動速度設定値に基づいて、レーザ照射の照射実行処理時間の許容遅れ時間を、主制御部６が算出する。またステップＡ３において、選択されたステージの移動速度をさらに設定しても良い。ステップＡ４では、照射実行処理時間が算出された許容遅れ時間以内に収まるように、主制御部６が照射実行処理の制御手法を設定する。設定後、ステップＡ５で、照射実行処理時間の許容遅れ時間の設定処理が終了する。図３の処理終了後、照射実行処理が開始される。すなわち、ステージ移動が開始され、レーザ照射が実行される。
【００７４】
図３のフローチャートのステップＡ３における処理を、詳細に説明する。照射実行処理時間は、概略的には、ステージ上の被加工物２の加工位置がレーザ光の集光位置Ｌｓに到来したことが検出されてから実際にレーザ照射が実行されるまでに要する時間である。照射実行処理時間は、具体的には、各ステージの位置制御部８におけるリニアスケールおよびスケールカウンタの検出遅延時間、主制御部６における処理遅延時間、およびレーザ光源１６におけるレーザパルス出力までの発振遅延時間を含む必要がある。位置制御部８の検出遅延時間は、ステージが所望の位置まで移動してから該位置を示す位置検出値が出力されるまでの時間である。主制御部６の処理遅延時間とは、位置検出値を比較値と比較させて一致信号を出力するまでの時間である。また、許容遅れ時間とは、具体的には、加工位置精度内にレーザ照射させるために、照射実行処理において許される時間の最大値である。
【００７５】
照射実行処理時間は、ステージを移動させながらレーザ照射を実行する図１のレーザ加工装置１において必要となる事柄である。レーザ照射制御においては、上述したように、集光位置Ｌｓに加工位置が実際に到来してからレーザ光が照射されるまでに上述の遅延時間が最低限存在している。照射実行処理中にステージが常に移動する場合、前記遅延時間経過中にもステージが移動してしまうため、目標の加工位置を通り過ぎた位置にレーザ照射されてしまうことがある。このために、レーザ加工処理では、上述の３種類の遅延時間を考慮した照射実行処理時間を設定する必要がある。
【００７６】
許容遅れ時間は、加工位置精度を移動速度で除算した商（加工位置精度情報÷移動速度）として求められる。たとえば、加工位置の位置誤差マージン、すなわち加工位置精度が±０．２μｍであり、選択されたステージの移動速度が５００ｍｍ／秒であるとすると、集光位置Ｌｓに加工位置が到来してから０．２μｍ以内にレーザ光を照射する必要があるということなので、５００ｍｍ／秒の速度で０．２μｍ移動するのにかかる時間を計算すればよい。この場合、許容遅れ時間は０．２μｍ÷５００ｍｍ／秒＝４００ｎ秒である。すなわち加工位置の到来から４００ｎ秒以内にレーザ照射が行われればよい。
【００７７】
図１のレーザ加工装置１において、許容遅れ時間の設定時に、移動速度の初期設定値として、移動部４において選択されるステージで許容される最高速度を設定しておくことが、レーザ加工装置１のスループット向上に効果的である。移動速度の初期設定値は、たとえば、選択されたステージ単体で可能な上限速度である。
【００７８】
また、図１のレーザ加工装置１において、被加工物２の複数の加工位置に対してステージの移動中にレーザ光がパルス照射される場合、好ましくは、移動速度の初期値を、被加工物２上の加工位置の最小間隔とレーザ光のパルス照射の予め定める最短繰返し周期とに基づいて、主制御部６が設定する。具体的には、加工位置間の最小距離をパルス照射の最短繰返し周期で除算した商が、ステージの移動速度として設定される。たとえば、加工位置間の最小距離が２ｍｍであり、レーザ光源１６のレーザ光のパルス照射の最短繰返し周期が１０ｍ秒の場合、１０ｍ秒間にステージが２ｍｍ移動させるように移動速度の初期設定値が設定されるので、ステージの移動速度が、２ｍｍ÷１０ｍ秒＝０．２ｍ／秒に設定される。これによって、レーザ加工装置１は、レーザ光源１６の性能を最大限に引き出し、ステージ移動中の複数の加工位置に対するレーザ照射を確実にかつ高速に実行させることができる。したがって、レーザ加工装置１のスループットを最大限向上させることができる。
【００７９】
このように、図１のレーザ加工装置１は、照射実行処理時間の許容遅れ時間を加工位置精度と移動速度とに基づいて設定し、許容遅れ時間内でレーザ光の照射を実行することによって、レーザ光の照射位置を加工位置精度内に確実に収めることができるので、高精度なレーザ加工装置１を提供することができる。さらに、ステージ移動中の照射実行処理が実現できるので、レーザ加工装置１のスループット向上が実現できる。また、照射実行処理時間は、常に極限まで短縮化されているわけではなく、加工位置精度内へのレーザ照射が実現できる時間に設定されているので、必要に応じた設定が行われている。したがって、図１のレーザ加工装置１は、照射処理中であっても、他の処理を平行して実行することが可能であり、照射実行処理実行のために他の処理が後回しにされてしまうといった悪影響による生産効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００８０】
被加工物２に複数の加工位置が存在する場合、レーザ加工装置１は、加工位置ごとに図３で説明した照射実行処理時間の設定処理を行っていく。これによって、複数の加工位置が存在する場合も、加工位置精度を満たしつつかつ照射実行処理時間の必要に応じた設定をさらに詳細に行うことができるので、レーザ加工処理の遅延の他の処理への悪影響をさらに軽減することができる。または、レーザ加工装置１は、複数の加工位置に対して許容遅れ時間をそれぞれ算出しておき、もっとも短い許容遅れ時間を満たすように、全ての加工位置でのレーザ照射の照射実行処理時間を設定してもよい。この場合、図３のステップＡ４の照射実行処理時間の設定処理を最初の加工位置において一回だけ行えばよいので、処理時間の短縮化および簡素化を実現することができる。
【００８１】
次に、図３のステップＡ４に示す照射実行処理時間を許容遅れ時間以内に収めるための制御手法を説明する。照射実行処理時間を許容遅れ時間以内に収めるためには、照射実行処理時間のうち処理遅延時間を制御する第１の手法と、照射実行処理時間のうちの検出遅延時間を制御する第２の手法とがある。
【００８２】
最初に、照射実行処理時間のうち処理遅延時間を制御する第１の手法を説明する。通常、主制御部６は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）またはマイクロコンピュータ等に代表される演算器と、入出力等の処理を受持つ周辺回路とを含む。主制御部６ではレーザ加工装置１に関する処理全体を扱っているので、一つの処理を行っている途中にもう一つの処理を実行することも求められる。もう１つの処理とは、たとえば、前述したような外部の装置との通信処理、ならびに被加工物２の搬入処理および搬出処理である。したがって、図３で説明した手法で許容遅れ時間が算出できても、他の処理によって照射実行処理時間が待たされてしまい、許容遅れ時間以内にレーザ照射を終了することが出来なくなることが懸念される。図１のレーザ加工装置１では、照射実行処理時間を許容遅れ時間以内に収めるための第１の手法として、各処理の優先順位を制御する。概略的には、図１のレーザ加工装置１において、主制御部６が、算出された前記許容遅れ時間に応じて、加工位置の到来からレーザ照射完了までの照射実行処理を、該照射実行処理以外の他の処理よりも優先して実行させる。これによって、他の処理への照射実行処理の影響を少なくすることができる。
【００８３】
図４は、主制御部６の内部構成を示す機能ブロック図である。図４の機能ブロック図は、主制御部６の処理内容を、処理ブロックごとに書出して示すものである。なお図４は、主制御部６の全ての処理ブロックを書出したものではなく、代表的な処理ブロックだけを示している。主制御部６は、シーケンス処理部３０、ステージ位置管理処理部３１、レーザ焦点管理処理部３２、通信処理部３３、レーザ照射処理部３４、異常処理部３５、および優先順位決定処理部３６を含む。シーケンス処理部３０は、レーザ加工処理全体を制御する。ステージ位置管理処理部３１は、ステージの現在位置の取得に係る処理を行う。レーザ焦点管理処理部３２は、レーザ光の焦点制御に係る処理を行う。通信処理部３３は、レーザ加工装置１と外部の装置との間の通信に係る処理を行う。レーザ照射処理部３４は、レーザ光の照射制御に係る処理を行う。異常処理部３５は、レーザ加工装置１で発生した異常に係る処理を行う。
【００８４】
主制御部６の処理の基本的な流れは、動作手順が記憶されているシーケンス処理部３０にしたがってレーザ加工作業が進行していき、必要に応じて、シーケンス処理部３０および優先順位決定処理部３６以外の処理部である個別処理部３１〜３５の処理が実行される。たとえば、ステージを移動させる際には、ステージ位置管理処理部３１が現在のステージ位置を読取る処理を行う。外部コントローラからデータを受信した場合には、通信処理部３３が、受信されたデータを解析し、外部コントローラへのデータの送信を行う。前記個別処理部３１〜３５は、主制御部６内部の指令に応答して動作が開始される場合もあるし、主制御部６外部からの信号によって処理が開始されることもある。
【００８５】
優先順位決定処理部３６は、２つ以上の個別処理部３１〜３５に対する処理要求が同時に発生した場合、または一つの個別処理部の処理に過大な時間がかかる場合、処理の優先順位を決定して、個別処理部を制御する。後者の場合に優先順位を設定するのは、１つの個別処理部の処理の実行中に他の重要な処理部への処理要求が発生した場合、たとえば異常処理部３５の処理要求が後から発生した場合、後発の処理部の処理が待たされてしまうことを防止するためである。たとえば、異常処理部３５が最優先に設定されていれば、他の個別処理部３１〜３４の処理が実行中であっても、異常信号が入力された時点で異常処理部３５の処理に移行される。優先順位決定処理部３６は、一般的なマイクロコンピュータの周辺機能である割込みコントローラによって実現されてもよい。または、優先順位決定処理部３６は、好ましくは、割込みコントローラのように外部からの割込み端子による割込み処理の順序を決定するだけでなく、さらに、内部の各処理も含めて優先順位を設定できるものであれば、より詳細な優先順位を設定することができる。
【００８６】
優先順位決定処理部３６は、一般的には、主制御部６の処理開始直後にシーケンス処理部から処理順序を決定するための指令が与えられ、処理順序設定後は処理順序が変更されることは少ない。しかしながら、図１のレーザ加工装置１では、好ましくは、シーケンス処理部だけでなくレーザ照射処理部３４からも、処理順序の優先順位を決定するための指令が、優先順位決定処理部に対して与えられる。レーザ照射処理部３４からの指令信号は、具体的には、レーザ照射処理の順位を再設定するものであり、図３の設定処理で得られた許容遅れ時間を満たすように、処理の順位を上下させる。
【００８７】
たとえば許容遅れ時間が４００ｎ秒であって、通信処理部３３の処理に４００ｎ秒必要であるとする。照射実行処理時間には、検出遅延時間、処理遅延時間および発振遅延時間が存在しているので、通信処理部３３がレーザ照射処理より優先順位が高いと、レーザ照射処理中に通信処理を行う指令が入力された場合、レーザ照射を４００ｎ秒以内に終了することは不可能となる。したがって、レーザ照射処理部３４は、優先順位決定処理部３６に対して、レーザ照射処理の処理優先順位を通信処理より上位に設定するような指令を出力する。逆に、許容遅れ時間に対して、現在の処理順位における処理時間に充分余裕がある場合には、順位を下げる指令を出力して、他の処理を優先させる。
【００８８】
このように、レーザ照射処理部３４は、検出遅延時間、発振遅延時間、および各個別処理部の処理にかかる処理時間を保持しておき、算出された許容遅れ時間に基づいて、許容遅れ時間以内にレーザ照射が可能となるように、処理の優先順位をその都度設定する。これによって、レーザ照射を確実に加工位置精度内に行うことができるとともに、レーザ照射処理によって他の処理を待機させることも少なくなり、装置全体の処理のリアルタイム性が高まり、高精度および高スループットのレーザ加工装置１が提供できる。
【００８９】
次に、照射実行処理時間のうち検出遅延時間を制御する第２の手法を説明する。概略的には、図１のレーザ加工装置１において、主制御部６が、算出された許容遅れ時間に応じて、位置制御部８における位置検出のための検出パラメータを適宜変更する。許容遅れ時間が短いほど、位置制御部８の検出遅延時間を短縮するように、検出パラメータが設定される。これによって、レーザ照射実行処理が他の処理へ影響を及ぼすことが無く、かつ精度の高いレーザ加工装置１を実現することができる。
【００９０】
図５は、図１のレーザ加工装置１内の基板用位置制御部２５の基板Ｘステージにかかる部分の構成を示すブロック図である。なお、説明を簡略とするため、図５ではＸステージだけについて示している。基板用位置制御部２５の基板Ｘステージにかかる部分は、波形整形部４１と、スケールカウンタ４２と、駆動制御部４３とを含む。波形成形部４１およびスケールカウンタ４２を含んで位置を検出する位置検出部が構成される。
【００９１】
基板Ｘリニアスケールの出力信号は、基板Ｘステージの移動に伴って出力されるパルス信号である。基板Ｘリニアスケールの出力信号は、波形整形部４１に入力される。波形整形部４１は、出力信号を波形整形することによって、出力信号からノイズおよび誤出力パルスを除去する。波形整形部４１は、たとえば、アナログ処理またはデジタル処理によるフィルタ回路によって構成されている。波形整形された出力信号は、スケールカウンタ４２に入力される。スケールカウンタは、波形整形された出力信号のパルスをカウントする。スケールカウンタのカウント値が、被加工物２の現在位置を示す位置検出値のＸ座標値として、スケールカウンタから出力される。位置検出値のＸ座標値は、主制御部６に出力されるとともに、駆動制御部４３に出力される。
【００９２】
駆動制御部４３には、移動目標、移動速度、および移動開始指令等を含むデータが、主制御部６から入力される。駆動制御部４３は、入力された各種データおよび入力された位置検出値にもとづいて、基板ＸＹステージ２１の移動の開始制御、停止制御、および速度制御を行う。駆動制御部４３は、さらに、基板Ｘステージを移動させるための基板Ｘリニアモータを駆動するためのドライバも含まれている。駆動制御部４３の出力端子の１つは、基板Ｘリニアモータのコイル端子に接続されており、駆動制御部４３の制御信号に応答して、基板Ｘリニアモータが駆動される。
【００９３】
波形整形部４１のフィルタ回路は、上述したように、基板Ｘリニアスケールの出力信号のノイズおよび誤パルスを除去するために存在する。一般的に、波形整形部４１の入力に対して、波形整形部の出力は、フィルタ回路の時定数によって位相遅れが生じてしまう。言うまでもなく、波形整形部４１の入出力の位相遅れは、位置検出における遅延時間であり、照射実行処理時間の大きな要因となっている。また、波形整形部のフィルタ回路の時定数は、フィルタ回路のノイズ除去性能と大いに関係がある。一般的に、フィルタ回路の時定数が大きいほど、フィルタ回路のノイズ除去性能は高くなり、信頼性の高い位置検出が期待できるが、位相遅れが大きくなるため、検出遅延時間が長くなってしまう。またフィルタ回路の時定数が小さいほど、フィルタ回路のノイズ除去性能は低くなり、位置検出の信頼性は低くなるが、位相遅れが小さいため検出遅延時間は短くすることができる。したがって、フィルタ回路の時定数の初期設定値は、信頼性を確保するために、必要充分な時定数よりも大きめに設定しておくことが望ましい。
【００９４】
図１のレーザ加工装置１では、好ましくは、前記検出パラメータの１つである波形整形部４１のフィルタ回路の時定数を変更可能に構成される。または、図１のレーザ加工装置１では、好ましくは、波形整形部４１のフィルタ回路の時定数設定を複数用意しておき、時定数を適時変更可能に構成される。波形整形部４１のフィルタ回路の時定数は、図３で説明したような手法で算出された許容遅れ時間に応じて変更される。たとえば、算出された許容遅れ時間に基づき現在の時定数を変更する必要があると判断される場合、主制御部６が波形整形部４１に対して変更指令を出力する。変更指令を受けて、波形整形部４１のフィルタ回路は、時定数を変更する。１例としては、許容遅れ時間が予め定める基準の遅れ時間よりも短い場合、検出遅延時間を短縮するために、時定数の初期設定値よりも実際の時定数を小さくするような変更指令が出力される。時定数が小さく設定されるために位置検出の信頼性は低くなってしまうが、時定数が小さく設定されるのは許容遅れ時間が短い場合等の必要に応じた場合だけであるので、位置検出の信頼性に及ぼす影響を非常に小さくすることができる。
【００９５】
また波形整形部４１は、フィルタ回路だけではなく、たとえば、位置分解能向上のために設けられているパルス内挿処理回路等も含む場合がある。したがって、位置検出部に対する処理時間変更指令は、位置検出部の各構成要素、すなわち波形成形部４１およびスケールカウンタ４２に係る検出パラメータを変更する指令であって、検出遅延時間を短縮させるような指令であれば、どのような指令であってもよい。
【００９６】
このように図１のレーザ加工装置１は、フィルタ回路の時定数等に代表される位置検出部の検出パラメータを適時設定することによって、レーザ照射を確実に加工位置精度内に行うことができるとともに、位置検出の信頼性の低下も最小限に抑えることができる。これによって、装置全体の処理のリアルタイム性が高く、高精度かつ高スループットのレーザ加工装置１を提供することができる。
【００９７】
図１のレーザ加工装置１は、ハードウエアの構成が煩雑にならないように、レーザ照射処理は主制御部６で行うように構成されている。図１の構成のレーザ加工装置１では、主制御部６に処理負荷が集中し易い。また上述したように、照射実行処理時間を許容遅れ時間以内に収めることが必要な状況下では、たとえば、処理の優先順位の兼合いおよび主制御部６の処理能力によっては、照射実行処理時間の短時間化が難しくなる場合が発生する可能性がある。
【００９８】
主制御部６の負荷をさらに軽減させるために、好ましくは、図６に示すように、レーザ加工装置１は、主制御部６とは別に、照射部３のレーザ光の照射を制御するための照射制御部９をさらに含む。かつ、図６のレーザ加工装置１では、照射制御部９がレーザ光の照射に係る演算を行う演算部を含む。これによって、照射実行処理が他の処理へ影響を及ぼすことが無く、かつ精度の高いレーザ加工装置１を実現することができる。図６のレーザ加工装置１の詳細な構成は、図１のレーザ加工装置１と比較して、照射制御部９が追加されている部分だけが異なり他は等しい。このため、図６のレーザ加工装置１において図１のレーザ加工装置１と同じ機能を有する構成要素には、図１と同じ名称および参照符を付し、説明は省略する。主制御部６からのレーザ照射に係るデータは、照射制御部９に与えられる。また照射制御部９には、基板用位置制御部２５およびマスク用位置制御部２６から、基板およびマスクの現在位置に係る位置検出値が与えられている。照射制御部の出力は、レーザ光源１６に与えられる。
【００９９】
図７は、照射制御部９の具体的な構成を示す模式図である。照射制御部９は、演算器４６、セレクタ４７、および比較器４８を含む。演算器４６は、主制御部６からのレーザ照射に関する指令などのデータ列Ｄｒを受信する。主制御部６からのデータ列Ｄｒは、たとえば、加工位置データおよびステージ選択データを含む。また演算器４６からは、位置検出値等の情報が、主制御部６に出力されている。セレクタ４７には、位置制御部８からの各ステージの位置検出値が入力されている。セレクタ４７は、演算器４６からの制御に応答して、各ステージからの位置検出値のうち、レーザ照射野制御に使用する位置検出値を選択する。選択された位置検出値は、セレクタ４７から比較器４８に入力される。比較器４８には、演算器４６によって、レーザ光を照射すべき目標位置を示す比較値が設定されている。比較器は、選択されたステージの移動とともに更新される位置検出値と比較値とを比較しており、該位置検出値が比較値と一致したとき、両者が一致したことを示す一致信号をレーザ光源１６に対して出力する。レーザ光源１６は、レーザ照射指令である一致信号に応答して、レーザ光を照射する。
【０１００】
図６および図７で説明したように、レーザ照射処理を専用の照射制御部９を設けて行うことによって、主制御部６は照射制御部９へのデータ送信だけを行えばよくなる。これによって、図４を用いて説明したように、主制御部６が実行すべき各種の個別処理がレーザ照射処理部３４によって待たされてしまう時間をさらに短縮化することができる。さらに、他の個別処理のことを考慮してレーザ照射処理自身を実行する必要がなくなるので、照射実行処理時間を照射制御部９の能力を最大限に使用して短縮化することができる。さらにまた、照射制御部９の処理能力を主制御部６より高くすることによって、照射実行処理時間をさらに短縮化させることができる。照射制御部９の処理能力の向上は、レーザ照射に関する部分の性能を向上させるだけなので、大きなコストアップにならず、レーザ加工装置１の性能向上に有効である。
【０１０１】
以上説明したように、照射制御部９を主制御部６とは別に設ける場合、レーザ照射処理による他の処理への影響が非常に小さくなるので、レーザ加工装置１の安定性の向上および生産効率の向上を図ることができる。また、照射実行処理時間の短縮化が実現できるので、許容遅れ時間が小さな値であっても、すなわち加工位置精度が厳しくまた移動速度が高速な場合でも、正確なレーザ照射を行うことができる。
【０１０２】
図１〜図７のレーザ加工装置１において、被加工物２の種類が変更されることが少なく、加工位置精度が不変であるような場合、好ましくは、図３のステップＡ１〜ステップＡ３までの処理を予め行って許容遅れ時間を算出しておき、照射実行処理時間が許容遅れ時間以内になるように予め設定および選定しておく。これによって、レーザ加工装置１は、照射実行処理時間を許容遅れ時間内に確実に収めることができるとともに、加工位置ごとの許容遅れ時間の算出および照射実行処理時間の設定処理が不要になるので、主制御部６の処理負担を軽減することができる。
【０１０３】
図１〜図７のレーザ加工装置１において、前述したように、照射実行処理時間を分析すると、検出遅延時間と処理遅延時間と発振遅延時間とを含む。またレーザ加工装置１の実際の構成を考慮すると、検出遅延時間を決定する構成要素は、リニアスケール、波形整形部４１、またはスケールカウンタ４２であり、処理遅延時間を決定する構成要素は、主制御部６の処理性能、優先順位、または照射制御部９の比較器４８であり、発振遅延時間を決定する構成要素は、レーザ光源１６の性能である。これらの各構成要素は、レーザ照射の遅延時間を決定するものなので、以後の説明では、照射処理遅延要素と呼ぶこととする。
【０１０４】
レーザ加工装置１は、好ましくは、照射処理遅延要素の選定または設定に算出された許容遅れ時間を用い、照射実行処理時間を許容遅れ時間以内に設定する。具体的には、許容遅れ時間を各遅延時間に分配し、さらに照射処理遅延要素ごとに目標の遅れ時間を定め、部品の選定および処理順位を設定していく。これによって、レーザ加工装置１は、照射実行処理時間を許容遅れ時間内に確実に収めることができ、さらに、他の処理を後回しにすることなく正確なレーザ照射が実現できる。さらに加工位置ごとの許容遅れ時間の算出および照射実行処理時間の設定処理が不要になるので、主制御部６の処理負担を軽減することができる。
【０１０５】
続いて、図１，図２，図４〜図７の構成を有するレーザ加工装置において、加工位置精度を満たすレーザ照射を実現するために、移動速度を設定する第２の手法について説明する。図８は、移動速度の設定処理を示すフローチャートである。ステップＢ０でレーザ加工処理が開始されると、まずステップＢ１において、図３のステップＡ１と同様に、ステージの選択および比較値の設定が行われる。ステップＢ２では、図３のステップＡ２と同様に、加工位置精度の呼出しが行われる。さらに、予め設定されている照射実行処理時間を、取得されている情報内から主制御部６が読込む。
【０１０６】
ステップＢ３では、加工位置精度情報および照射実行処理時間に基づいて、選択されたステージのレーザ加工時の許容移動速度を、主制御部６が算出する。ステップＢ４では、選択されたステージの移動速度を算出された許容移動速度以内の速度に設定する指令を、基板用位置制御部２５またはマスク用位置制御部２６等に代表される該選択されたステージの位置制御部８に対して、主制御部６が送信する。主制御部６からの指令を受けた位置制御部８は、自己が制御すべきステージの移動速度を、算出された許容移動速度以下の速度に設定する。設定の際、各ステージには移動可能な最高速度が規定されているので、許容移動速度が該最高速度を超えた場合、移動速度は最高速度に設定される。設定後、ステップＢ５で移動速度の設定処理を終了する。図８の処理終了後、ステージ移動が開始され、レーザ照射が実行される。
【０１０７】
図８のステップＢ３における処理を、詳細に説明する。許容移動速度とは、概略的には、ステージ移動中にレーザ光の照射を実行する状況下で、設定されている照射実行処理時間と加工位置精度とに基づいて、加工位置精度内にレーザ光を照射させるために、ステージの移動速度として許される最高移動速度である。位置制御部８による加工位置の検出時点から照射実行処理時間分の遅延時間が経過した後にレーザ照射が実行される。照射実行処理中にもステージは移動されているので、移動速度が速すぎた場合、加工位置に対するレーザ光の照射位置のずれが大きくなってしまい、加工位置精度内へのレーザ照射が困難になる可能性がある。図１のレーザ加工装置１では、加工位置精度内にレーザ照射を実行することができる移動速度の上限値を許容移動速度としている。
【０１０８】
許容移動速度は、加工位置精度を照射実行処理時間で除算した商（加工位置精度÷照射実行処理時間）として求められる。たとえば、加工位置の位置誤差マージン、すなわち加工位置精度が±０．２μｍであり、設定されている照射実行処理時間が５００ｎ秒であるとすると、集光位置Ｌｓに加工位置が到来してから０．２μｍ以内にレーザ光を照射する必要がある。集光位置Ｌｓに加工位置が到来から０．２μｍ以内のレーザ光の照射を可能とする許容移動速度は、０．２μｍ÷５００ｎ秒＝４００ｍｍ／秒である。
【０１０９】
図１のレーザ加工装置１において、ステージの移動速度を加工位置精度情報と照射実行処理時間とに基づいて設定することによって、レーザ光の照射位置を加工位置精度内に確実に収めることができるので、高精度なレーザ加工装置１を提供できる。さらに、ステージ移動中の照射実行処理が実現できるので、装置のスループット向上が実現できる。また、照射実行処理時間は、主制御部６における他の処理との優先順位によって決定することができるので、照射実行処理実行のために他の処理が後回しにされてしまうといった悪影響は発生しない。
【０１１０】
被加工物２に複数の加工位置が存在する場合、好ましくは、レーザ加工装置１は、加工位置ごとに図８と同様の処理を行っていく。加工位置ごとに図８の処理を行うことによって、移動速度の必要に応じた設定をさらに詳細に行うことができるので、可能な限り高速移動を行いながらレーザ光の照射を実行することができるため、レーザ加工装置１の高スループット化が実現できる。または、レーザ加工装置１は、複数の加工位置に対して許容移動速度をそれぞれ算出しておき、もっとも遅い許容移動速度を満たすように、全ての加工位置でのステージの移動速度を設定してもよい。この場合、図８のステップＢ４の照射実行処理時間の設定処理を最初の加工位置において一回だけ行えばよいので、処理時間の短縮化および簡素化を実現することができる。さらに、ステージ移動中に移動速度を変更する必要がないので、目標とする移動速度への追従遅れによるレーザ光の照射位置のずれを抑制することができるため、より正確なレーザ照射が実現できる。
【０１１１】
レーザ加工装置１において、被加工物２の種類が変更されることが少なく、加工位置精度が不変であるような場合、好ましくは、図８のステップＢ１〜ステップＢ３までの処理予めを行って許容移動速度を算出しておき、ステージの移動速度を許容移動速度以下に設定しておく。これによって、レーザ加工装置１は、加工位置ごとの許容移動速度の算出および移動速度の設定処理が不要になるので、主制御部６の処理負担を軽減することができ、かつ、正確なレーザ照射が実現できる。
【０１１２】
さらに続いて、図１，図２，図４〜図７の構成を有するレーザ加工装置において、加工位置精度を満たすレーザ照射を実現するために、加工位置精度を用いて照射実行処理時間を設定し、かつ該許容遅れ時間に応じて移動速度を設定する第３の手法について説明する。図９は、照射実行処理および移動速度の両方の設定処理を示すフローチャートである。ステップＣ０でレーザ加工処理が開始されると、まずステップＣ１〜ステップＣ３において、図３のステップＡ１〜ステップＡ３と同様の処理が行わることによって、許容遅れ時間が算出される。
【０１１３】
ステップＣ４では、算出された許容遅れ時間と照射実行処理時間の最小値とが比較される。照射実行処理時間の最小値は、たとえば、主制御部６において照射実行処理を最優先した場合、および基板用位置制御部２５等に代表されるステージの位置制御部８内の波形整形部４１における検出パラメータを最短遅れ時間に設定した場合におけるレーザ照射に必要となる照射実行処理時間、すなわちレーザ照射の最短の処理時間である。
【０１１４】
許容遅れ時間と照射実行処理時間の最小値とを比較して許容遅れ時間のほうが大きければ、ステップＣ４からステップＣ８に移行し、照射実行処理時間が許容遅れ時間以内の時間になるように、許容実行処理時間を設定する。ステップＣ８の処理は、図３のＡ４の処理と同様であり、具体的な照射実行処理時間の設定手法は前述したとおりである。照射実行処理時間の設定後、ステップＣ９で図９の処理が終了され、ステージ移動が開始される。
【０１１５】
照射実行処理時間の最小値に比べて許容遅れ時間の方が小さければ、加工位置精度を保証したレーザ照射が実現できないことを示している。許容遅れ時間のほうが小さい場合、ステップＣ４からステップＣ５に移行する。ステップＣ５では、主制御部６が、照射実行処理時間を最小値に設定する。照射実行処理時間を最小値に設定する手順は、照射実行処理時間を許容遅れ時間以内の時間に設定する手順と同様である。ステップＣ６では、照射実行処理時間の最小値と加工位置精度とに基づいて、許容移動速度が算出される。ステップＣ６の処理は、図８のステップＢ３の処理と同様である。ステップＣ７では、選択されたステージの移動速度が算出された許容移動速度以下の速度に設定される。ステップＣ７の処理は、図８のステップＢ４の処理と同様である。移動速度の設定後、ステップＣ９で図９の処理が終了する。処理終了後、ステージの移動が開始され、レーザ照射が実行される。
【０１１６】
これによって、レーザ加工装置１において、照射実行処理時間を短縮化することによって加工位置精度内への正確なレーザ照射が可能となる。同時に、レーザ加工装置１において、照射実行処理時間の最短時間以下の遅延時間が必要な場合に加工位置精度を満たすレーザ照射が困難になることを防止するために、ステージの移動速度を再設定する処理が実行される。したがって、レーザ加工装置１は、さらに確実な加工位置精度内へのレーザ光の照射を保証することができる。
【０１１７】
さらにまた、図１，図２，図４〜図７の構成を有するレーザ加工装置において、加工位置精度を満たすレーザ照射を実現するために、加工位置精度を用いて移動速度を設定し、かつ許容移動速度に応じて照射実行処理時間を設定する第４の手法について説明する。図１０は、照射実行処理および移動速度の両方の設定処理を示すフローチャートである。ステップＤ０でレーザ加工処理が開始されると、まずステップＤ１〜ステップＤ３において、図８のステップＢ１〜ステップＢ３と同様の処理が行わることによって、許容移動速度が算出される。
【０１１８】
ステップＤ４では、算出された許容移動速度と移動速度の下限値との比較を主制御部６が行う。移動速度の下限値は、たとえば、ステージとして移動性能を保証できる最低速度である。ステージにおいては、位置制御特性とともに、移動時の速度変動を仕様内に抑制する必要がある。一般に、ステージの移動速度が遅くなれば速度変動が大きくなっていく傾向がある。これは、移動速度の低下とともに慣性力が低下してしまい、外乱の影響を受けやすくなるために生じる現象である。したがって移動速度が遅くなると速度変動が増大してしまい、特にステージ移動中のレーザ照射に関してはレーザ光の照射位置が微妙にずれてしまうという不具合が生じてしまう。
【０１１９】
許容移動速度と移動速度の下限値とを比較して許容移動速度のほうが大きければ、ステップＤ４からステップＤ８に移行し、移動速度が許容移動速度以下野速度になるように、選択されたステージの移動速度を設定する。ステップＤ８の処理は、図８のステップＢ４の処理と同様であり、具体的な照射実行処理時間の設定手法は前述したとおりである。移動速度の設定後、ステップＤ９で図１０の処理が終了され、ステージ移動が開始される。
【０１２０】
移動速度の下限値に比べて許容移動速度のほうが小さければ、加工位置精度を保証したレーザ照射が実現できないことを示している。許容移動速度のほうが小さい場合、ステップＤ４からステップＤ５に移行する。ステップＤ５では、主制御部６が、移動速度を下限値に設定する。ステップＤ６において、移動速度の下限値と加工位置精度情報とに基づいて、許容遅れ時間が算出される。ステップＤ６の処理は、図３のステップＡ３と同様の処理である。ステップＤ７では、照射実行処理時間を算出された許容遅れ時間以内の時間に設定する。ステップＤ７野処理は、図３のステップＡ４と同様の処理である。照射実行処理時間の設定後、ステップＤ９で照射実行処理時間および移動速度の設定処理が終了する。図１０の処理終了、ステージ移動が開始され、レーザ照射が実行される。
【０１２１】
これによって、レーザ加工装置１において、加工位置精度内への正確なレーザ照射が可能となる。同時に、レーザ加工装置１において、ステージ移動速度の下限値以下の移動速度が必要な場合に加工位置精度を満たすレーザ照射の実現が困難になることを防止するため、照射実行処理時間を再設定する処理が実行される。したがって、レーザ処理装置は、加工位置精度を満たすレーザ光の照射をさらに確実に保証することができる。
【０１２２】
図１〜図１０で説明した技術によって、レーザ加工装置１は、正確なレーザ照射を実現することができる。レーザ加工の条件によっては、加工位置精度が非常に厳しく、照射実行処理時間を最小値に設定し、かつステージの移動速度を下限値に設定しても、加工位置精度を満たすレーザ光の照射が実現できない場合があることが考えられる。このような条件下の加工位置に対しては、好ましくは、ステージを加工位置で位置決め停止させてレーザ光を照射することによって、正確なレーザ加工を実現することができる。
【０１２３】
図１１は、図１，図２，図４〜図７の構成を有するレーザ加工装置において、位置決め停止制御を含むレーザ加工処理を示すフローチャートである。ステップＥ０でレーザ加工処理が開始されると、まずステップＥ１〜ステップＥ７において、図１０のステップＤ１〜ステップＤ６，ステップＤ８と同様の処理が行われる。なお、ステップＥ１〜ステップＥ７の処理は、図３のステップＡ１〜ステップＡ４、図８のステップＢ１〜ステップＢ４、または図９のステップＣ１〜ステップＣ６，ステップＣ８に置換えられても良い。
【０１２４】
ステップＥ６で許容遅れ時間が算出された後、ステップＥ８において、主制御部６が、許容遅れ時間と照射実行処理時間の最小値との比較を行う。ステップＥ８の処理は、図９のステップＣ４の処理と同様である。許容遅れ時間のほうが大きければ、ステップＥ７からステップＥ９に進み、ステップＥ９においてステップＤ７と同様の処理が行われる。許容遅れ時間のほうが小さければ、ステップＥ８からステップＥ１０に進む。
【０１２５】
ステップＥ１０において、照射実行処理時間が通常設定される時間よりも長くなるように、主制御部６が照射実行処理時間を設定する。ステップＥ１０の処理は、たとえば、図４で説明したように、照射実行処理よりも他の個別処理を優先するように、優先順位決定処理部３６に対して設定することによって、行われる。または、基板用位置制御部２５に代表されるステージの位置制御部８の波形整形部４１における検出パラメータを適宜設定することによって、行われる。これによって照射実行処理に関する位置検出の信頼性が高まるとともに、他の個別処理が滞ることがないので生産効率の向上を図ることができる。また、レーザ照射は次のステップＥ１１で設定するように、ステージを停止させて行うので、照射実行処理の遅延時間による加工位置ずれは発生しない。
【０１２６】
ステップＥ１１において、主制御部６は、レーザ光の照射位置を加工位置まで移動させて位置決め停止させるための指令を、選択されたステージの位置制御部８に対して出力する。指令出力後、ステップＥ１２で、図１１の処理が終了する。処理終了後、指令に応答して、選択されたステージの位置制御部８が該ステージの移動を制御する。これによって、ステージ移動が行われ、かつ加工位置が焦点位置Ｌｓと一致した状態でステージが位置決め停止され、停止後にレーザ照射が実行される。
【０１２７】
これによって、レーザ加工装置１は、いかなる場合でも、加工位置精度内への正確なレーザ照射が可能となる。またステージを停止させてレーザ光を照射するのは必要に応じた場合だけなので、レーザ加工装置１はスループットの低下も抑えることができる。
【０１２８】
以上説明したように、本実施の形態のレーザ加工装置１は、レーザ加工において、位置誤差マージンである加工位置精度を満たすレーザ光の照射が行われていれば、加工仕様を満たす良好な加工結果が得られることに着目している。このためにレーザ加工装置１の特長点は、レーザ照射の制御またはステージの速度制御に加工位置精度情報を取込み、照射実行処理時間および移動速度の少なくとも一方を決定するものである。これによって、ステージ移動中に行われるレーザ光の照射が加工位置精度を保証して正確に行われるので、高精度なレーザ加工装置１を実現することができる。さらに、レーザ照射に関する照射実行処理時間または基板ＸＹステージ２１等で実現される移動速度が必要な加工位置精度に応じて決定されているので、レーザ加工装置１は、レーザ加工以外の他の処理およびレーザ加工装置１以外の他の装置への影響をすくなくすることができる。したがってレーザ加工装置１は、たとえばサブミクロンオーダーの加工位置精度に対しても高精度なレーザ加工が可能となるとともに、スループットおよび生産効率の向上を望むことができる。
【０１２９】
また、複数の加工位置に対する加工位置精度を全て満たすように照射実行処理時間および移動速度を設定することによって、照射実行処理時間ならびに移動速度の設定をその都度行う必要がなくなるので、レーザ加工装置１は、制御器の負担を軽減することができる。さらにまた、レーザ加工装置１は、レーザ光源１６のパワーを最大限使用するように設定されるので、装置のスループットを最大限に向上できる。
【０１３０】
本実施の形態のレーザ加工装置１は、本発明のレーザ加工装置の例示であり、主要な構成および動作が等しければ、他の様々な形で実現することができる。特にレーザ加工装置１の各構成部品３〜９の詳細な構成および動作は、同じ効果が得られるならば、上述の構成および動作に限らず、他の構成および動作によって実現されてもよい。
【０１３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、レーザ加工装置は、被加工物の予め定める加工位置精度とレーザ光の照射位置を移動させるための移動速度とに基づいて照射実行処理に関する許容遅れ時間を算出し、照射実行処理時間を該許容遅れ時間以内に設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、レーザ加工装置は、高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率を向上させることができる。
【０１３２】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、算出された許容遅れ時間が前記照射実行処理時間の予め定める最小値より小さい場合、前記照射実行処理時間が前記最小値に設定され、さらに、前記加工位置精度と該最小値とに基づいて算出された許容移動速度内の速度に移動速度を設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、レーザ加工装置は、より高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率をより向上させることができる。
【０１３３】
さらにまた以上のように本発明によれば、レーザ加工装置は、照射実行処理時間とに基づいて移動手段の許容移動速度を算出し、該移動速度を該許容移動速度以下に設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、レーザ加工装置は、高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率を向上させることができる。
【０１３４】
また本発明によれば、レーザ加工装置は、前記許容移動速度が前記移動速度の予め定める下限値より小さい場合、前記移動速度が該下限値に設定し、さらに、前記加工位置精度と前記下限値とに基づいて算出された許容遅れ時間内の時間に照射実行処理時間を設定した後に、加工位置の移動およびレーザ光の照射を実行させる。これによって、レーザ加工装置は、より高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率をより向上させることができる。
【０１３５】
さらにまた本発明によれば、レーザ加工装置において、被加工物が有する複数の加工位置それぞれに対して加工位置精度が設定されており、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方は加工位置精度毎に設定される。これによって、レーザ加工装置は、さらに高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率をさらに向上させることができる。
【０１３６】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、被加工物が有する複数の加工位置に対して加工位置精度がそれぞれ設定されており、照射実行処理時間および移動速度のうちの少なくとも一方が全ての加工位置精度を満たす値になるように設定される。これによって、レーザ加工装置は、さらに高精度なレーザ加工を行いつつ、装置のスループットおよび生産効率をさらに向上させることができ、さらに、レーザ加工装置の制御手段の負担を軽減することができる。
【０１３７】
さらにまた本発明によれば、レーザ加工装置において、移動速度の初期値が、被加工物上の加工位置の最小間隔とレーザ光のパルス照射の予め定める最短繰返し周期とに基づいて設定される。これによって、レーザ加工装置は、スループットを最大限向上させることができる。
【０１３８】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、算出された許容遅れ時間に応じて、加工位置の到来からレーザ照射完了までの照射実行処理が他の処理より優先される。これによって、レーザ加工装置は、照射実行処理による他の処理への影響を抑えることができる。
【０１３９】
さらにまた本発明によれば、レーザ加工装置において、算出された許容遅れ時間が短いほど位置制御手段の処理に係る時間が短縮されるように、現在のレーザ光の照射位置を検出するための検出パラメータが適時変更される。
【０１４０】
また本発明によれば、レーザ加工装置は、レーザ照射処理専用の演算部を備えた照射制御手段によって、レーザ光の照射を制御している。これらによって、レーザ加工装置は、照射実行処理による他の処理への影響を抑えつつ、かつ加工精度を向上させることができる。
【０１４１】
さらにまた本発明によれば、レーザ加工装置において、許容遅れ時間が照射実行処理時間の最小値より小さい場合、または許容移動速度が移動速度の下限値より小さい場合、レーザ光の照射位置を被加工物上の加工位置に位置決め停止させ、さらに照射実行処理時間を許容遅れ時間および許容移動速度から設定されるべき時間よりも長く設定して、レーザ光を照射させる。これによって、レーザ加工装置は、加工位置精度を保証した精度の高いレーザ加工を行うことができる。
【０１４２】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、許容遅れ時間が予め算出されており、照射実行処理時間が該許容遅れ時間以内になるように予め設定または選定された照射処理遅延要素を用いて、主制御部が照射実行処理時間を設定する。
【０１４３】
さらにまた本発明によれば、レーザ加工装置において、許容移動速度が予め算出されており、レーザ光の照射位置の移動速度が許容移動速度以下になるように予め設定された移動速度遅延要素を用いて、主制御部が移動速度を設定している。これらによって、レーザ加工装置は、正確なレーザ照射を行いつつ、制御手段の処理負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるレーザ加工装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】レーザ加工における加工位置精度を説明する図である。
【図３】図１のレーザ加工装置１における照射実行処理時間の設定処理を示すフローチャートである。
【図４】図１のレーザ加工装置１の主制御部６の主な処理ブロックを示す機能ブロック図である。
【図５】図１のレーザ加工装置１の基板用位置制御部２５の構成を示すブロック図である。
【図６】図１のレーザ加工装置１の他の構成を示すブロック図である。
【図７】図１のレーザ加工装置１の照射制御部９の構成を示すブロック図である。
【図８】図１のレーザ加工装置１における移動速度の設定処理を示すフローチャートである。
【図９】図１のレーザ加工装置１における照射実行処理時間および移動速度の第１の設定処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１のレーザ加工装置１における照射実行処理時間および移動速度の第２の設定処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１のレーザ加工装置１におけるレーザ加工処理の設定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  レーザ加工装置
２  被加工物
３  照射部
４  移動部
５  精度記憶部
６  主制御部
７  パルス発生部
８  位置制御部
９  照射制御部
２１  基板ＸＹステージ
２２  マスクＸＹステージ
２３  基板用パルス発生部
２４  マスク用パルス発生部
２５  基板用位置制御部
２６  マスク用位置制御部
４６  演算器
４７  セレクタ
４８  比較器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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