(57)【要約】【課題】レーザ加工のスループットの低下を防止する。【解決手段】レーザ加工装置１は、移動可能な載置台４の現在位置を位置制御部９によって検出しつつ、載置台４に載置された被加工物２に対してレーザ光を照射する。照射制御部８は、予め定める照射目標位置を予め用意されている位置誤差データに基づいて補正し、補正された照射目標位置と検出する載置台の位置とを順次比較して、両者が一致した時点で照射部５に対してレーザ照射指令を出力する。これによってレーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができ、スループットも向上する。また照射目標位置の補正はレーザ光の最小繰返し周期以内に行われるので、補正に関わるスループット低下は何ら発生せず、装置性能を最大限生かした高速レーザ加工が実現できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物が載置され、予め定める方向に移動可能な載置台と、
レーザ照射指令に応答して、レーザ光を被加工物に照射する照射手段と、
載置台の位置を検出して、該位置を表す位置検出値を取得する検出手段と、
載置台の正確な位置と該正確な位置に載置台が位置する状況下で検出手段が検出する載置台の位置との差である位置誤差データを記憶している誤差記憶手段と、
レーザ光の照射を制御するための照射制御手段であって、
（ａ）予め定める載置台の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正し、
（ｂ）補正された照射目標位置と検出手段が検出する載置台の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する照射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】
前記照射手段が、前記レーザ照射命令に応答して、レーザ光をパルス状に１回だけ照射し、
前記照射制御手段が、前記位置誤差データに基づく前記照射目標位置の補正を、レーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期内に実行す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】
被加工物が載置され、予め定める方向に移動可能な載置台と、
レーザ照射指令に応答して、レーザ光を被加工物に照射する照射手段と、
載置台の移動に応答して、載置台の最新の位置を検出して、該位置を表す位置検出値を更新する検出手段と、
載置台の正確な位置と該正確な位置に載置台が位置する状況下で検出手段が検出する載置台の位置との差である位置誤差データを記憶している誤差記憶手段と、
レーザ光の照射を制御するための照射制御手段であって、
（ａ）レーザ光の最新の照射時点からレーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期分の時間が経過するまでに、またはレーザ光の最新の照射時点から被加工物の次の加工位置への移動が完了するまでに、予め定める次の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正し、
（ｂ）載置台の移動中に、補正された照射目標位置と載置台の移動に伴って検出手段が更新する載置台の最新の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された最新の位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する照射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】
前記検出手段から出力される位置検出値および前記載置台の照射目標位置のうちの少なくとも一方を位置誤差データに基づいて補正し、補正された位置検出値および照射目標位置に基づいて載置台の移動を制御する位置制御手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記検出手段が、リニアスケールまたはエンコーダの出力パスルを計数し、
前記位置検出値が、リニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数した値であ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】
前記位置誤差データが、前記載置台の真直度誤差データであ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】
前記検出手段が、リニアスケールまたはエンコーダの出力パスルを計数して位置を検出し、
前記位置誤差データが、リニアスケールまたはエンコーダのピッチ誤差データであ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】
前記載置台が、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台とを含み、
前記位置誤差データが、Ｘ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＸ軸載置台用誤差テーブルと、Ｙ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＹ軸載置台用誤差テーブルとを含むことを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記載置台が、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台とを含み、
前記位置誤差データが、Ｘ軸載置台の位置検出値とＹ軸載置台の位置検出値とをパラメータとする２次元誤差テーブルを含むことを特徴とする請求項１〜７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、ウェハー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、被加工物を載置する載置台と、レーザ光を照射する照射部と、載置台の位置を検出する検出部と、照射部からのレーザ光が被加工物の所望の位置に照射されるように装置全体を制御する照射制御部とを含む。
【０００３】
被加工物上の加工すべき位置であるレーザ加工位置にレーザ光を照射するためには、被加工物上のレーザ加工位置を、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。このためには、レーザ加工装置は、レーザ加工位置を、載置台に付けられているリニアスケールまたはエンコーダの出力パルスのカウント値に換算して、レーザ照射位置目標値として保持しておく必要がある。さらに照射制御部が、載置台を移動させつつ、検出部からの位置検出値とレーザ照射位置目標値とを比較し、両者が一致したことを検出したときにレーザ照射指令を照射部に対して出力して、被加工物のレーザ加工を実行する必要がある。
【０００４】
従来技術の載置台は、ＸステージとＹステージとを組合わせたＸＹステージで構成されている。本来、Ｘステージは被加工物をＸ方向だけに移動するように、Ｙステージは被加工物をＹ方向だけに移動するよう設計されているが、実際にはＸステージによって被加工物を移動させると微小ながらＹ方向へも被加工物が移動してしまう場合、または、Ｙステージによって被加工物を移動させると微小ながらＸ方向へも被加工物が移動してしまう場合がある。これは、主に、ＸステージおよびＹステージそれぞれにおいて、各ステージにおける移動方向を規制するリニアガイドが微小量歪んでおり、被加工物を乗せた台が歪んだリニアガイドに沿って移動してしまうためである。このような載置台における移動の歪み量は、載置台の真直度誤差と呼ばれている。
【０００５】
また位置の検出は、リニアスケールまたはエンコーダの出力パルスをカウントして検出されるが、これらリニアスケールおよびエンコーダは、高精度にピッチが形成されているとはいえ、微小量の誤差を含んでおり、載置台の移動量の検出誤差として現れてしまう。このような検出誤差は、ピッチ誤差と呼ばれている。以後の説明では、載置台の真直度誤差とピッチ誤差とを合わせて、位置誤差と称することとする。位置誤差は、温度などによらず装置によってほぼ一定の値、または誤差の傾向は不変であることが特徴である。
【０００６】
上述した位置誤差は、被加工物上のレーザ加工位置をレーザ加工装置のレーザ照射位置に一致させる場合の弊害となってしまう。たとえば、Ｘステージを５０ｃｍ移動したところに被加工物上のレーザ加工位置が存在していたとしてＸステージをリニアスケールの測定値を基準に５０ｃｍ移動させたとしても、５０ｃｍ分のＸ方向への位置移動におけるＹ方向への真直度誤差によって、レーザ加工位置はレーザ照射位置よりもＹ方向へずれてしまう。また検出部の位置検出によって５０ｃｍ移動したと検出されても、検出部のピッチ誤差によって実際の移動距離は５０ｃｍとはならないため、レーザ照射位置に対するレーザ加工位置はＸ方向へのずれを含んでしまう。これらの位置誤差は、現状のレーザ加工装置においては、１ｍ程度の移動を行う基板ＸＹステージにおいて、数μｍから数十μｍ程度の値となっている。このため、サブミクロンオーダーの精度で加工を行う必要がある昨今の精密レーザ加工装置においては、位置誤差が大きな問題となっている。
【０００７】
載置台の真直度誤差および検出部のピッチ誤差等に起因する位置誤差を補正する技術としては、以下のような第１の従来技術がある。第１の従来技術では、マスクおよび基板をそれぞれ載置する載置台である基板ステージおよびマスクステージの端面に平面ミラーを貼付けて、検出部であるレーザ干渉計によって載置台の変位量および移動量を計測して、載置台の位置制御を行う。被加工物へのレーザ照射精度を高める目的で、平面ミラーの平面度誤差などを補正するために、真直度を測定して誤差を保持しておき、基板ステージの移動に伴うレーザ干渉計出力に対応する誤差を呼出して、誤差に相当する量だけマスクステージを移動させ、補正した位置でステージを停止させて、レーザ照射を実行している。あるいは、基板ステージとマスクステージを同期移動させながら、さらにマスクステージにおいては位置補正も行いながら、連続的にレーザ照射を実行している（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
第１の従来技術のような、被加工物の所望のレーザ加工位置へのレーザ照射をパルス的に行う従来技術のレーザ加工装置においては、被加工物を載置した載置台を位置決め停止させた後に、レーザ照射を実行している。しかしながら、載置台の位置決め制御を行い正確な位置で停止させるには、載置台の減速および停止位置への整定制御が必要であり、載置台の移動にかかる時間が長くなってしまっている。また位置決め停止後の次場所への移動に際しては、次場所での上記の停止動作に加えて載置台の加速動作も必要であるので、さらに長時間の作業時間が必要となっている。
【０００９】
載置台の位置決め動作に関する時間の短縮化手法としては、載置台の移動中にレーザ加工位置を検出し、検出時点でレーザ照射を実行することが考えられる。前述した第１の従来技術では、マスクステージで真直度誤差を補正する構成であるので、マスクステージによる補正位置までの移動が必要である。第１の従来技術に記載されているように、マスクステージの移動は基板ステージに比べて高速化が可能ではあるが、実際には一回の移動完了までにはステージの加速および減速時間および位置決め整定時間等が必要なので、短くても０．２秒程度の時間を要してしまうのが普通である。したがってレーザ加工場所が１００個ある場合には２０秒もの作業時間がかかってしまい、レーザ加工装置としてのスループットが低下してしまう。
【００１０】
また、第１の従来技術におけるレーザ照射制御は、ステージの位置決めが終了した後、シーケンス的な処理でレーザ照射指令を出力しているに過ぎない。このような制御は、レーザ加工装置全体の動作を設定するＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ）等で実現されるメインコントローラに、位置決め終了後にレーザ照射を行うよう予め動作設定しておくだけであり、ステージの移動中にレーザ照射位置を検出して、検出される度にレーザ照射を行う構成のものとは異なる。
【００１１】
従来技術のレーザ加工装置には、被加工物を載置した載置台の移動中に、被加工物に対してレーザ光をパルス照射する構成のものがある。載置台移動中のレーザ照射を実行する際に最も重要となる点は、載置台の移動によって被加工物のレーザ加工位置が到来したことを正確に検出し、時間遅れなくリアルタイムでレーザ照射を実行し、所望のレーザ加工位置からのずれ量を加工仕様内に収めることである。載置台の移動中にパルスレーザを照射する構成のレーザ照射制御に関しては、以下のような第２の従来技術がある。
【００１２】
第２の従来技術では、レーザ照射に関する位置検出時間およびレーザ発振時間等の時間遅れを予め見積もっておき、該時間遅れを見込んで位置検出してレーザ照射指令を行って、該時間遅れによるレーザ加工位置のずれを補正することによって、本来のレーザ加工位置より時間遅れ分手前の位置においてレーザ照射制御を開始する。第２の従来技術は、言うまでもなく載置台の位置誤差を補正するものではなく、第２の従来技術の構成を載置台の位置誤差補正に適用することは困難である。ちなみに、第２の従来技術における時間遅れの要素は不定である場合も多く、実質的な使用範囲は限られる（たとえば、特許文献２参照）。
【００１３】
また、リニアスケールやレーザ干渉計の出力である位置検出値に位置誤差データを用いて補正して真の位置検出値を算出し、算出された位置検出値を用いてレーザ照射を実行することも考えられる。この場合、真の位置検出値を算出するために位置検出値を補正する処理が必要であり、位置検出におけるリアルタイム性が損なわれてしまう。このため、所望のレーザ加工位置と実際のレーザ加工位置とのずれ量が大きくなり、加工精度が低下してしまう。
【００１４】
【特許文献１】
特開平９−８２６１０号公報
【特許文献２】
特許３０７３３９９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、レーザ加工装置のスループットの向上のためには、載置台の移動中に順次レーザ照射を行っていくことが望ましい。第１の従来技術のような、載置台の移動によって位置誤差の補正を実行する手法ではスループット向上は困難である。また、第２の従来技術のような、載置台移動中にレーザ照射制御を実行する手法においては、位置誤差に関しては何ら補正されていない。このため、レーザ加工精度が低下してしまい、精密なレーザ加工に対して目標仕様を満たすレーザ加工装置の提供が困難である。
【００１６】
さらにまた、基板ステージとマスクステージとを同期移動させながらレーザ光を連続的に走査していくいわゆるスキャニング法は、被加工物を初期のレーザ照射位置に位置決めしたあとに、連続的にレーザ照射を実行しながら両ステージを移動させる方法であって、載置台の移動中に所望のレーザ加工位置を検出してパルス的なレーザ照射を行う方法とは異なるものである。すなわち、スキャニング法は初期のレーザ照射位置の位置決め終了後にレーザ照射をＯＮする方法なので、照射制御部は、前述した載置台停止後にレーザ照射をＯＮする方法と同様に、シーケンス的にレーザ照射指令を出力するに過ぎない。このため、載置台の移動中に所望のレーザ加工位置を検出してパルス的なレーザ照射を実行する方法にスキャニング法の照射制御部（または照射制御方法）を適用することは、不可能である。
【００１７】
第１の従来技術に記載した露光手法をパルス照射型の露光装置に適応した場合について、以下に述べる。なお、パルス照射型の露光装置とは、１回のレーザ照射時間が極めて短いレーザ照射を断続的に行う露光装置である。上記に説明した通り、第１の従来技術のレーザ加工装置は、載置台を停止させてからレーザ照射を実行するステッパー型の露光装置、または基板ステージとマスクステージを同期移動させながら、さらにマスクステージにおいては位置補正も実行しながら連続的にレーザ照射を実行する走査型の露光装置である。
【００１８】
ステッパー型の露光装置は、一回レーザ照射する毎に、載置台を停止させなければならない。すなわち、載置台の減速、停止、照射、および加速を繰返す必要がある。正確な位置に載置台を停止させるにはある程度の時間がかかるため、ステッパー型の露光装置を用いて正確な位置にパルスレーザ照射を行なうのは時間がかかるという問題がある。このような問題を解決する手法として、第２の従来技術に開示されるように、載置台を移動させつつ、被加工物上のレーザ加工位置とレーザ照射位置とが一致した時にタイミング良くレーザ照射する手法がある。これは、レーザ照射時間が載置台の移動速度と比べて極めて短いため、レーザ照射中における載置台の移動距離がレーザ加工精度以内に収まることを利用した方法である。この手法であれば、レーザ照射毎に載置台を停止させる必要が無いため、処理時間を短縮することが可能になる。
【００１９】
次に、第１の従来技術に記載の走査型露光装置における載置台の真直度誤差を補正する手法を、第２の従来技術に記載の載置台を停止させずにパルス状のレーザ光を照射する手法に適応した場合について説明する。この場合、載置台の真直誤差を補正した位置に載置台を停止させずにレーザ照射することができるので、高速かつ正確にレーザ加工が可能である。しかしながら、載置台を停止させずに所望する加工位置に正確にレーザ照射するためには、正確なタイミングでレーザ光を照射する必要がある。したがって、載置台が移動する毎に、載置台の位置を検出する工程および検出された載置台の位置と所望するレーザ加工位置とを比較する工程を繰返す必要がある。前記載置台が移動する間隔は、所望する加工精度以内でなければならない。これによって、載置台の位置を検出する工程および前記載置台の位置を比較する工程にかかる時間の合計は、載置台の移動速度に対する加工精度の比（加工精度／載置台の移動速度）以内でなくてはならない。また、第１の従来技術の走査型露光装置における載置台の真直誤差の補正手法では、ステージの移動を検出する毎に、載置台の真直誤差の補正する工程を実行する必要がある。
【００２０】
したがって、第１の従来技術の走査型露光装置における載置台の真直誤差の補正手法を、第２の従来技術の載置台を停止させずにパルスレーザを照射する手法に適応した場合、載置台が移動する毎に、載置台の位置を検出する工程と、載置台の真直誤差の補正する工程と、検出された載置台の位置と所望するレーザ加工位置とを比較する工程とが、載置台の移動速度に対する加工精度の比（加工精度／ステージの移動速度）以内の時間で順次実行されなければならない。このような手法を実行するためには、たとえば、従来技術のレーザ加工装置よりもより高速な演算部を用いる等の手法を用いて各工程の処理時間を短縮する対策を講じなければならない。しかしながら、このような対策では、高性能かつ高コストの部品を用いなければならないため、レーザ加工装置がコスト高になってしまう。またたとえば、載置台の移動速度を下げる等の方法を用いて載置台の移動速度に対する加工精度の比（加工精度／ステージの移動速度）を長くする対策も考えられる。しかしながら、このような対策では、レーザ加工装置の処理速度、すなわちスループットが低下してしまう。
【００２１】
本発明の目的は、載置台を停止させずにレーザ照射を行なうことによって高いスループットを実現し、載置台の移動に関する位置誤差を補正した正確なレーザ照射を実現し、さらにコストの低下を図ることができるレーザ照射装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工物が載置され、予め定める方向に移動可能な載置台と、
レーザ照射指令に応答して、レーザ光を被加工物に照射する照射手段と、
載置台の位置を検出して、該位置を表す位置検出値を取得する検出手段と、
載置台の正確な位置と該正確な位置に載置台が位置する状況下で検出手段が検出する載置台の位置との差である位置誤差データを記憶している誤差記憶手段と、
レーザ光の照射を制御するための照射制御手段であって、
（ａ）予め定める載置台の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正し、
（ｂ）補正された照射目標位置と検出手段が検出する載置台の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する照射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。
【００２３】
本発明に従えば、レーザ加工装置は、移動可能な載置台に載置された被加工物に対してレーザ光を照射する。載置台の現在位置は、検出手段によって検出されており、位置検出値として取得される。レーザ光の照射制御を行う照射制御手段は、照射時に載置台が位置するべき予め定める照射目標位置を予め用意されている位置誤差データに基づいて補正し、補正された照射目標位置と検出手段が検出する載置台の位置とを順次比較して、補正された照射目標位置と検出された位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する。この結果、レーザ加工装置は、たとえば載置台の真直度誤差およびリニアスケールで実現される検出手段のピッチ誤差に起因するような載置台の位置誤差を補正することができる。これによってレーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができる。
【００２４】
また本発明のレーザ加工装置は、前記照射手段が、前記レーザ照射命令に応答して、レーザ光をパルス状に１回だけ照射し、
前記照射制御手段が、前記位置誤差データに基づく前記照射目標位置の補正を、レーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期内に実行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、照射手段は、与えられたレーザ照射命令に応答して、レーザ光をパルス状に１回だけ照射する。かつ、照射手段によるレーザ光のパルス照射を繰返す場合、最新の照射から次回の照射までに、予め定める最小繰返し周期以上の時間を空けることが最低限必要である。この場合、照射制御手段は、位置誤差データに基づく前記照射目標位置の補正を、レーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期内に実行する。これによって、レーザ加工装置は、載置台の位置誤差を補正した正確なレーザ加工を、時間遅れなく実行することができるので、レーザ加工装置における高スループットを実現することができる。
【００２６】
また本発明は、被加工物が載置され、予め定める方向に移動可能な載置台と、
レーザ照射指令に応答して、レーザ光を被加工物に照射する照射手段と、
載置台の移動に応答して、載置台の最新の位置を検出して、該位置を表す位置検出値を更新する検出手段と、
載置台の正確な位置と該正確な位置に載置台が位置する状況下で検出手段が検出する載置台の位置との差である位置誤差データを記憶している誤差記憶手段と、
レーザ光の照射を制御するための照射制御手段であって、
（ａ）レーザ光の最新の照射時点からレーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期分の時間が経過するまでに、またはレーザ光の最新の照射時点から被加工物の次の加工位置への移動が完了するまでに、予め定める次の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正し、
（ｂ）載置台の移動中に、補正された照射目標位置と載置台の移動に伴って検出手段が更新する載置台の最新の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された最新の位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する照射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。
【００２７】
本発明に従えば、レーザ加工装置は、移動可能な載置台に載置された被加工物に対してレーザ光を照射する。載置台の現在位置は、検出手段によって検出されており、位置検出値として出力される。レーザ光の照射制御を行う照射制御手段は、レーザ光の最新の照射時点からレーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期分の時間が経過するまでに、またはレーザ光の最新の照射時点から被加工物の次の加工位置への移動が完了するまでに、予め定める次の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正する。かつ照射制御手段は、載置台の移動中に、補正された照射目標位置と載置台の移動に伴って検出手段が更新する載置台の最新の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された最新の位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する。
【００２８】
この結果、レーザ加工装置は、たとえば載置台の真直度誤差およびリニアスケールで実現される検出手段のピッチ誤差に起因するような載置台の位置誤差を補正することができるようになり、かつ、所望のレーザ加工位置に対するレーザ照射をリアルタイムで行うことができる。これによって、レーザ加工装置は、複雑かつ精密な加工パターンに対しても、正確なレーザ照射を行うことができる。さらにまたレーザ加工装置は、載置台の移動中においてもレーザ照射が可能となるため、レーザ加工時間の短縮化を実現することができるので、スループットを向上させることができる。
【００２９】
また本発明のレーザ加工装置は、前記検出手段から出力される位置検出値および前記載置台の照射目標位置のうちの少なくとも一方を位置誤差データに基づいて補正し、補正された位置検出値および照射目標位置に基づいて載置台の移動を制御する位置制御手段をさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、レーザ加工装置は、照射制御手段によるレーザ光の照射タイミングの制御に加えて、位置制御手段による載置台の移動制御を行う。位置制御手段は、検出手段から出力される位置検出値および前記載置台の照射目標位置のうちの少なくとも一方を位置誤差データに基づいて補正し、補正された位置検出値および照射目標位置に基づいて載置台の移動を制御する。この結果、レーザ加工装置は、載置台の位置誤差を移動時に補正しながら、レーザ照射制御によって位置誤差をさらに補正するので、所望のレーザ加工位置にある被加工物に対してリアルタイムでレーザ光を照射することができる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても、より正確なレーザ照射を行うことができる。
【００３１】
また本発明のレーザ加工装置は、前記検出手段が、リニアスケールまたはエンコーダの出力パスルを計数し、
前記位置検出値が、リニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数した値であることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、検出手段がリニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数することによって位置検出可能に構成され、載置台の現在位置を示す位置検出値として、リニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数した値が用いられる。これによって、レーザ干渉計を用いる場合に比べて、安価に構成することができる。またこれによって、レーザ干渉計に用いられるレーザ光の光路に考慮した装置設計が必要なくなるので、レーザ加工装置の設計作業が容易になり、かつレーザ加工装置作製までの時間を短縮することができる。さらにこれによって、レーザ干渉計において発生するような、たとえば空気の揺らぎに起因する位置検出値の誤差を軽減することができるので、安定した位置検出を行うことができる。
【００３３】
また本発明のレーザ加工装置は、前記位置誤差データが、前記載置台の真直度誤差データであることを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、前記位置誤差データとして、載置台の真直度誤差データが用いられる。これによって、レーザ加工装置は、載置台の真直度誤差を補正することができるので、所望のレーザ加工位置に対してリアルタイムでレーザ照射を行うことができるため、複雑で精密な加工パターンに対してもより正確なレーザ照射を行うことができる。またレーザ加工装置は、載置台の移動時に載置台を案内すべきリニアガイドをさらに備える場合、リニアガイドの精度を上げる必要がなくなるので、安価なリニアガイドを用いることができるため、レーザ加工装置の低コスト化を図ることができる。
【００３５】
また本発明のレーザ加工装置は、前記検出手段が、リニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数して位置を検出し、
前記位置誤差データが、リニアスケールまたはエンコーダのピッチ誤差データであることを特徴とする。
【００３６】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、検出手段がリニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数することによって位置検出可能に構成され、位置誤差データとして、リニアスケールまたはエンコーダのピッチ誤差データが用いられる。これによって、レーザ加工装置は、検出手段のピッチ誤差を補正することができるので、所望のレーザ加工位置に対してリアルタイムでレーザ照射を行うことができるため、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができる。またレーザ加工装置は、リニアスケールおよびエンコーダの精度を上げる必要がなくなるので、安価なリニアスケールおよびエンコーダを用いることができるため、レーザ加工装置の低コスト化を図ることができる。
【００３７】
また本発明のレーザ加工装置は、前記載置台が、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台とを含み、
前記位置誤差データが、Ｘ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＸ軸載置台用誤差テーブルと、Ｙ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＹ軸載置台用誤差テーブルとを含むことを特徴とする。
【００３８】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、載置台が、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台とを含む。また位置誤差データとして、Ｘ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＸ軸載置台用誤差テーブルと、Ｙ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＹ軸載置台用誤差テーブルとを含むデータが用いられる。この結果レーザ加工装置は、いわゆる基板ＸＹテーブルである載置台の真直度誤差およびリニアスケール等で実現される検出手段のピッチ誤差に起因するような載置台の位置誤差を、簡易な処理で高精度に補正することができるようになる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても、さらにより正確なレーザ照射を行うことができる。
【００３９】
また本発明のレーザ加工装置は、前記載置台が、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台とを含み、
前記位置誤差データが、Ｘ軸載置台の位置検出値とＹ軸載置台の位置検出値とをパラメータとする２次元誤差テーブルを含むことを特徴とする。
【００４０】
本発明に従えば、レーザ加工装置において、載置台が、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台とを含む。また位置誤差データとして、Ｘ軸載置台の位置検出値とＹ軸載置台の位置検出値とをパラメータとする２次元誤差テーブルを含むデータが用いられる。この結果レーザ加工装置は、いわゆる基板ＸＹテーブルである載置台の真直度誤差およびリニアスケール等で実現される検出手段のピッチ誤差に起因するような載置台の位置誤差を、より簡易な処理で高精度に補正することができるようになる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても、さらにより正確なレーザ照射を行うことができる。
【００４１】
【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、載置台４、照射部５、誤差記憶部７、照射制御部８および基板用の位置制御部９をさらに含む。
【００４２】
載置台４は、レーザ加工すべき被加工物２が載置される台であって、予め定める方向に移動可能である。照射部５は、レーザ照射指令に応答して、レーザ光を被加工物２に照射する。検出手段として機能する位置制御部９は、載置台４の位置を検出して、該位置を表す位置検出値を取得する。誤差記憶部７は、予め定める載置台４の位置誤差データを記憶している。位置誤差データは、載置台４の正確な位置と該正確な位置に載置台４が位置する状況下で位置制御部９が検出する載置台４の位置との差のデータである。載置台４の位置誤差は、たとえば、載置台４の真直度誤差、およびリニアスケールおよびエンコーダで実現されるパルス発生部６のピッチ誤差に起因する。照射制御部８は、照射部５によるレーザ光の照射を制御する。位置制御部９は、載置台４の移動を制御する。
【００４３】
照射制御部８は、予め定める載置台４の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正し、補正された照射目標位置と位置制御部９が検出する載置台４の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された位置とが一致した時点で、照射部５に対してレーザ照射指令を出力する。この結果、レーザ加工装置１は、載置台４の位置誤差を補正することができるので、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができる。
【００４４】
照射部５がレーザ光をパルス照射する構成である場合、好ましくは、照射制御部８は、位置誤差データに基づく前記照射目標位置の補正を、レーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期内に実行する。レーザ光のパルス照射は、レーザ照射命令に応答して、レーザ光をパルス状に１回だけ照射する手法である。照射部５によるレーザ光のパルス照射が繰返される場合、最新の照射から次回の照射までに、予め定める最小繰返し周期以上の時間を空けることが最低限必要である。位置誤差データに基づく前記照射目標位置の補正が最小繰返し周期内に実行されるならば、レーザ加工装置１は、載置台４の位置誤差を補正した正確なレーザ加工を、時間遅れなく実行することができるので、レーザ加工装置１における高スループットを実現することができる。
【００４５】
図１のレーザ加工装置１は、好ましくは、載置台４を停止させることなくレーザ光を被加工物２に対して照射する走査型のレーザ加工を行う。この場合、位置制御部９は、載置台４の移動に応答して、載置台４の最新の位置を検出して、該位置を表す位置検出値を更新する。照射制御部８は、レーザ光の最新の照射時点からレーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期分の時間が経過するまでに、またはレーザ光の最新の照射時点から被加工物２の次の加工位置への移動が完了するまでに、予め定める次の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正する。かつ照射制御部８は、載置台４の移動中に、補正された照射目標位置と載置台４の移動に伴って位置制御部９が更新する載置台４の最新の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された最新の位置とが一致した時点で、照射部５に対してレーザ照射指令を出力する。この結果、レーザ加工装置１は、載置台４の位置誤差を補正することができるようになり、かつ、所望のレーザ加工位置に対するレーザ照射をリアルタイムで行うことができるので、複雑かつ精密な加工パターンに対しても、正確なレーザ照射を行うことができる。さらにまたレーザ加工装置１は、載置台４の移動中においてもレーザ照射が可能となるため、レーザ加工時間の短縮化を実現することができるので、スループットを向上させることができる。
【００４６】
レーザ加工装置１は、照射制御部８によるレーザ光の照射タイミングの制御に加えて、位置制御部９による載置台４の移動制御を行う。位置制御部９は、パルス発生部６から出力されるパルスをカウント、すなわち計数して位置検出値を取得するとともに、位置検出値および前記載置台４の照射目標位置のうちの少なくとも一方を位置誤差データに基づいて補正し、補正された位置検出値および照射目標位置に基づいて載置台４の移動を制御する。この結果、レーザ加工装置１は、載置台４の位置誤差を移動時に補正しながら、レーザ照射制御によって位置誤差をさらに補正するので、所望のレーザ加工位置にある被加工物２に対してリアルタイムでレーザ光を照射することができる。これによって、レーザ加工装置１は、複雑で精密な加工パターンに対しても、より正確なレーザ照射を行うことができる。
【００４７】
パルス発生部６は、好ましくは、リニアスケールまたはエンコーダで実現され、載置台４の現在位置を検出するためのパルスを位置制御部９に与えることができる。このようなパルス発生部６を用いることによって、レーザ干渉計を用いる場合に比べて、位置検出のための構成を、を安価にすることができる。またレーザ干渉計を用いる場合のようにレーザ光の光路に考慮した装置設計が必要なくなるので、レーザ加工装置１の設計作業が容易になり、かつレーザ加工装置１作製までの時間を短縮することができる。さらにこれによって、レーザ干渉計において発生するような、たとえば空気の揺らぎに起因する位置検出値の誤差を軽減することができるので、安定した位置検出を行うことができる。
【００４８】
前記位置誤差データとしては、好ましくは、載置台４の真直度誤差データが用いられる。これによって、レーザ加工装置１は、載置台４の真直度誤差を補正することができるので、所望のレーザ加工位置に対してリアルタイムでレーザ照射を行うことができるため、複雑で精密な加工パターンに対してもより正確なレーザ照射を行うことができる。またレーザ加工装置１は、載置台４の移動時に載置台４を案内すべきリニアガイドをさらに備える場合、リニアガイドの精度を上げる必要がなくなるので、安価なリニアガイドを用いることができるため、レーザ加工装置１の低コスト化を図ることができる。
【００４９】
また、パルス発生部６がリニアスケールまたはエンコーダで実現される場合、好ましくは、位置誤差データとして、リニアスケールまたはエンコーダのピッチ誤差データが用いられる。これによって、レーザ加工装置１は、パルス発生部６のピッチ誤差を補正することができるので、所望のレーザ加工位置に対してリアルタイムでレーザ照射を行うことができるため、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができる。またレーザ加工装置１は、パルス発生部６に用いられるリニアスケールおよびエンコーダの精度を上げる必要がなくなるので、安価なリニアスケールおよびエンコーダを用いることができるため、レーザ加工装置１の低コスト化を図ることができる。
【００５０】
載置台４は、好ましくは、いわゆるＸＹテーブルで実現される。ＸＹテーブルは、予め定めるＸ軸方向に移動可能なＸ軸載置台１１と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動可能なＹ軸載置台１２とを含む。これによって、被加工物２を基準平面に平行に自在に動かすことが可能になる。載置台４がＸＹテーブルで実現される場合、好ましくは、前記位置誤差データが、Ｘ軸載置台１１の位置検出値をパラメータとするＸ軸載置台１１用誤差テーブルと、Ｙ軸載置台１２の位置検出値をパラメータとするＹ軸載置台１２用誤差テーブルとを含む。この結果レーザ加工装置１は、載置台４の位置誤差を、簡易な処理で高精度に補正することができるようになる。これによって、レーザ加工装置１は、複雑で精密な加工パターンに対しても、さらにより正確なレーザ照射を行うことができる。
【００５１】
また載置台４がＸＹテーブルで実現される場合、好ましくは、位置誤差データとして、Ｘ軸載置台１１の位置検出値とＹ軸載置台１２の位置検出値をパラメータとする２次元誤差テーブルとを含むデータが用いられる。この結果レーザ加工装置１は、載置台４の位置誤差を、より簡易な処理で高精度に補正することができるようになる。これによって、レーザ加工装置１は、複雑で精密な加工パターンに対しても、さらにより正確なレーザ照射を行うことができる。２次元誤差テーブルとしては、たとえば、載置台４の真直度誤差データとパルス発生部６のピッチ誤差データとを組み合わせたデータが用いられる。これによって、レーザ加工装置１は、載置台４の真直度誤差とパルス発生部６のピッチ誤差とを両方とも補正することができるので、複雑で精密な加工パターンに対してより正確なレーザ照射を行うことができ、レーザ加工装置１の低コスト化をさらに図ることができる。
【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、基板用の載置台４、照射部５、基板用のパルス発生部６、誤差記憶部７、照射制御部８、および基板用の位置制御部９の他に、搭載台１５、マスク１６、マスク用載置台１７、マスク用位置制御部１８、マスク用パルス発生部１９、焦点調整制御部２０、主制御部２１、および除震台２２をさらに含む。照射部５は、レーザ光源２５、反射鏡２６、および焦点調整部２７を含む。パルス発生部６は、基板Ｘリニアスケール３１および基板Ｙリニアスケール３２を含む。マスク用パルス発生部１９は、マスクＸリニアスケール３３およびマスクＹリニアスケール３４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軸載置台１１および基板用Ｙ軸載置台１２を含む基板ＸＹ軸載置台である載置台４の上に、被加工物２が載置されている。搭載台１５は、載置台４の上方に配置される。搭載台１５には、焦点調整部２７とマスク用載置台１７とが搭載されており、マスク用載置台１７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１６が載置されている。マスク用載置台１７は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動制御可能なマスク用Ｘ軸載置台およびマスク用Ｙ軸載置台からなるマスクＸＹ軸載置台である。
【００５４】
載置台４およびマスク用載置台１７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またはマスク１６が載置される。また、各載置台４，１７のＸ軸載置台およびＹ軸載置台は、たとえばリニアガイド等で実現される移動方向規制部材を含み、移動方向規制部材によって移動方向が規制されている。たとえばＸ軸載置台は、Ｘ方向だけに移動し、Ｘ方向以外の他の方向には動かないように、設計されている。載置台４は装置外部からの外乱振動を除去する除震台２２に固定されている。また搭載台１５も、支柱を介して除震台２２に固定されている。
【００５５】
載置台４は、位置制御部９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、載置台４に搭載されている基板Ｘリニアスケール３１および基板Ｙリニアスケール３２の出力パルスが、位置制御部９内のスケールカウンタでそれぞれ計数されることによって位置が検出され、計数されたカウント値が位置検出値として用いられ、載置台４の現在位置が把握される。また位置制御部９において、現在位置の把握とともに、基板Ｘリニアスケール３１および基板Ｙリニアスケール３２の出力パルスの周期がそれぞれ計測されて、載置台４の移動速度が検出される。検出された載置台４の現在位置および移動速度に基づいて、位置制御部９は基板用Ｘ軸載置台１１に備えられる基板Ｘリニアモータおよび基板Ｙ軸載置台１２に備えられる基板Ｙリニアモータを駆動制御する。
【００５６】
また、マスク用載置台１７は、マスク用位置制御部１８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、マスク用載置台１７に搭載されているマスクＸリニアスケール３３およびマスクＹリニアスケール３４の出力パルスが、マスク用位置制御部１８内のスケールカウンタで計数されることによって位置が検出され、計数されたカウント値が位置検出値として用いられ、マスク用載置台１７の現在位置が把握される。またマスク用位置制御部１８において、現在位置の把握とともに、マスクＸリニアスケール３３およびマスクＹリニアスケール３４の出力パルスの周期が計測されて、移動速度が検出される。検出されたマスク用載置台１７の現在位置および移動速度に基づいて、マスク用位置制御部１８は、マスク用Ｘ軸載置台に備えられるマスクＸリニアモータおよびマスク用Ｙ軸載置台に備えられるマスクＹリニアモータを駆動制御する。
【００５７】
位置制御部９のスケールカウンタのカウント値、すなわち位置検出値は、被加工物２を載置台４に載置したときに実行される位置決め時、いわゆるアライメント時に使用されるアライメント基準位置等で実現される予め定める位置を原点として、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ものである。すなわち被加工物２の絶対位置が位置検出値によって表される。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。同様に、マスク用位置制御部１８のスケールカウンタのカウント値、すなわち位置検出値は、マスク１６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、マスク用載置台１７の移動量は被加工物２上では集光倍率を乗じた値となる。
【００５８】
焦点調整部２７は、焦点調整制御部２０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２７では、焦点調整部２７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２０は、焦点距離検出信号に基づき、焦点調整部２７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。
【００５９】
レーザ光ＥＬは、レーザ光源２５から照射され、レーザ照射のＯＮ／ＯＦＦ制御は照射制御部８によって制御される。レーザ光ＥＬは反射鏡２６で光路が作られ、マスク１６に当てられる。照射制御部８には、位置制御部９の各スケールカウンタの位置検出値が入力されている。入力された位置検出値は、被加工物２上の加工位置であるレーザ照射位置データとして使用される。
【００６０】
位置制御部９、マスク用位置制御部１８、焦点調整制御部２０、および照射制御部８には、主制御部２１から各種のコントロール信号が入力されるとともに、各制御部から主制御部２１に対して位置情報など各種の情報が出力される。主制御部２１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などの動作指令がシーケンス的に設定されており、設定された動作モードにしたがって、各制御部に対して適切な指令を出力して加工を実行していく。また主制御部２１は装置内部の温度制御、被加工物２の搬入搬出制御、装置内部の雰囲気制御、レーザ光のパワー監視と制御、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および除震台７の制御も行っている。
【００６１】
また、位置制御部９と照射制御部８には誤差記憶部７からの位置誤差データが入力されるように構成されている。位置誤差データは載置台４のステージ移動に関する誤差の情報であり、具体的には、基板用Ｘ軸載置台１１に関する真直度誤差、基板用Ｙ軸載置台１２に関する真直度誤差、基板用Ｘ軸載置台１１に取付けられているリニアスケールのスケールピッチ誤差、および基板用Ｙ軸載置台１２に取付けられているリニアスケールのスケールピッチ誤差等を含む。これらの位置誤差野情報は、レーザ加工装置１またはステージの組立て後にレーザ干渉計等を用いて実際のステージ移動を計測して求めたものである。誤差記憶部７にはこれらの誤差データが収められている。位置誤差データおよび誤差記憶部７の詳細については後記する。
【００６２】
図２は、照射制御部８の具体的な構成を示す模式図である。照射制御部８は、演算器３６、セレクタ３７、および比較器３８を含む。主制御部２１からのレーザ照射に関する指令などのデータ列Ｄｒは、演算器３６に入力される。演算器３６は、データ列Ｄｒのうち、載置台４のＸ軸およびＹ軸の現在位置を示す各位置検出値の中からレーザ照射に使用する位置検出値を選択する信号を、セレクタ３７に対して出力する。さらに演算器３６は、主制御部２１から送信されてきたレーザ照射の目標位置を表す照射目標位置と誤差記憶部７の位置誤差データとを用いて補正演算をして、補正照射目標位置を算出し、比較器３８に対して、該補正照射目標位置を比較値として設定する。
【００６３】
また演算器３６は、現在の状態などを送信するデータ列Ｄｔを、主制御部２１に対して出力する。さらに演算器３６は、現在の位置検出値などの情報などをセレクタ３７から入手するとともに、比較器３８の比較結果出力も入手する。セレクタ３７で選択され出力された位置検出値は、比較器３８に入力される。比較器３８は演算器３６から設定されたレーザ照射位置を示す比較値と位置検出値とを比較しており、セレクタ３７の出力位置検出値が比較値と一致したとき、ハイレベルの信号である等と予め決められた一致信号を出力する。一致信号とは、すなわち、照射制御部８が出力すべきレーザ照射指令である。
【００６４】
図１および図２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。載置台４には被加工物２が既に搭載され、またマスク用載置台１７にはマスク１６が既に搭載されており、被加工物２およびマスク１６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、載置台４のうち基板用Ｘ軸載置台１１の移動に合わせてレーザ照射する場合を説明する。すなわち被加工物２上の加工位置であるレーザ照射位置に対して、マスク１６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。
【００６５】
位置制御部９には、主制御部２１から基板Ｘリニアモータを所定量移動させる指令が入力される。また焦点調整制御部２０へは、主制御部２１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２０は、被加工物２の厚みの変動に合わせて焦点調整部２７を駆動制御させる。さらに照射制御部８には、主制御部２１からレーザ加工位置を示すデータ列が入力される。データ列内の照射目標位置は、演算器３６内で誤差記憶部７の対応する位置誤差データを用いて補正処理される。算出された補正照射目標位置が、比較器３８に対してレーザ照射位置を示す比較値として設定される。さらにセレクタ３７に対しては、レーザ照射を行う位置検出値として基板Ｘリニアスケール３１を選択させる。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。ステージ移動中に、移動指令あるいは基板用Ｘ軸載置台１１の位置検出値は、必要に応じて誤差記憶部７の対応する位置誤差データを参照して補正される。
【００６６】
載置台４の移動が開始されると、基板Ｘリニアスケール３１から出力パルスが発生し位置制御部９内のスケールカウンタが動作して位置検出値が変化し、当然ながらセレクタ３７で選択された位置検出値も変化していく。比較器３８は、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、一致信号を出力する。出力される一致信号はレーザ光源２５に入力され、レーザ光源２５が該一致信号を受けて、レーザ光ＥＬのレーザ照射を実行する。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現される。
【００６７】
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、載置台４の移動中に、載置台４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、載置台４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。
【００６８】
【表１】
2004216401.tif 000003
【００６９】
【表２】
2004216401.tif 000004
【００７０】
載置台４の位置誤差データは、前述したように、基板用Ｘ軸載置台１１に関する真直度誤差および基板用Ｙ軸載置台１２に関する真直度誤差、ならびに基板用Ｘ軸載置台１１に取付けられているリニアスケールのスケールピッチ誤差および基板用Ｙ軸載置台１２に取付けられているリニアスケールのスケールピッチ誤差を含む位置誤差情報である。位置誤差データは、真直度誤差およびピッチ誤差の少なくとも一方を含めば良い。
【００７１】
図３は、真直度誤差の一例であり、載置台４をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させたときの実際の移動軌跡を示す図である。真直度誤差とは、載置台４を移動させたときに移動させた基準軸と直交する方向に変位してしまう誤差を指しており、載置台４の移動を規制する案内部材であるリニアガイド等の歪みが主因となる誤差である。図３に示すように、載置台４をＸ方向だけに移動させたときに載置台４がＹ方向にも移動してしまい、また載置台４をＹ方向だけに移動させたときに載置台４がＸ方向にも移動してしまう。真直度誤差は、レーザ干渉計等を使用することで、数ｎｍの分解能で測定することが可能である。
【００７２】
表１および表２は、位置誤差データの一例であって、載置台４のＸ軸およびＹ軸の真直度誤差を表す表である。たとえば、載置台４がＸ方向だけに＋２０ｍｍ移動されたときには、真直度誤差によって、Ｙ方向にも＋１０μｍの載置台４の移動が発生してしまうのである。真直度誤差は、被加工物２のレーザ加工位置とレーザ光ＥＬの集光位置Ｌｓとの位置決めに関する誤差として現れてしまい、精密な加工にとって問題となるものである。なお、表１および表２では、Ｘ軸およびＹ軸の値は、基板用Ｘ軸載置台１１および基板用Ｙ軸載置台１２にそれぞれ取付けられるリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値から得られる値を用いている。また、表１および表２は、被加工物２の載値ずれを補正するために用いるアライメントマークの中心位置とレーザ光ＥＬの集光位置Ｌｓが一致する載置台４の位置を原点とし、原点の座標を（０、０）としている。誤差記憶部７には、位置誤差データとして、表１および表２のようなリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値をパラメータとした真直度誤差テーブルが備えられる。基板位置制御部９および照射制御部８において、移動指令に基づいて、ステージ移動量の補正およびレーザ照射の目標である照射目標位置の補正が行われる。
【００７３】
載置台４が原点からＸ方向およびＹ方向に＋１０ｍｍ移動された点へのレーザ照射に際し、原点からＹ軸方向に＋１０ｍｍの位置への移動を最初に行い、Ｘ軸方向への移動中にレーザ照射を行う場合を例として、真直度誤差に基づく補正処理を具体的に説明する。たとえば、Ｘ方向への移動に関する基板用Ｙ軸載置台１２の補正は、必要とされるＸ軸方向への移動量に基づいて、位置制御部９が、表１のＸ軸移動時のＹ軸真直度誤差テーブルにおいて前記Ｘ軸方向への移動量に対応するＹ軸真直度誤差分を打消す分だけ、基板用Ｙ軸載置台１２を移動させることによって、行われる。たとえばＸ軸方向にだけ１０ｍｍ移動した時点ではＹ軸方向に＋７μｍの変位が発生してしまうので、基板用Ｙ軸載置台１２に−７μｍの移動が指令される。基板用Ｙ軸載置台１２は原点からＹ軸方向に＋１０ｍｍの位置に最初に移動しているので、前記移動の指令により＋９．９９３ｍｍの位置へ移動することになる。なお、表１および表２の位置誤差テーブルは所定間隔でサンプリングされた誤差なので、サンプリング点の間のポイントに置ける誤差は、直線補間法等を用いて計算した値を使用すればよい。
【００７４】
基板用Ｙ軸載置台１２の移動に関しては、表２のＹ軸移動時のＸ軸真直度誤差テーブルにおいて、Ｙ軸方向への＋１０ｍｍ移動時のＸ軸方向への誤差を参照すると＋５μｍである。これは、Ｙ軸方向に載置台４を＋１０ｍｍ移動させた位置では、載置台４がＸ軸方向に＋５μｍ変位してしまっていることを示している。位置制御部９は、Ｘ軸方向の移動指令値またはＸ軸載置台のリニアスケールに基づく位置検出値から５μｍを減算して補正した値を使用して移動制御を行うよう指令する。さらに、照射制御部８は、Ｙ軸方向への１０ｍｍ移動時のＸ軸真直度誤差である＋５μｍを補正するため、主制御部２１から送信されたレーザ照射位置を示す照射目標位置から真直度誤差テーブルの位置誤差データ５μｍ分を減算して補正した補正照射目標位置を算出し、補正照射目標位置を比較器３８の比較値として設定する。すなわち、１０ｍｍより５μｍを減算してもとめた９．９９５ｍｍ相当の補正目標位置を比較値として設定する。複数のレーザ照射位置が存在する場合には、各レーザ照射位置を示す照射目標位置に対してこの補正を行う。以上の手順によって、真直度誤差に基づく補正処理が行われる。Ｘ軸方向への移動をＹ軸方向への移動に先んじて行う場合、上述の説明におけるＸ軸方向とＹ軸方向とを入換えた手順で実行される。
【００７５】
【表３】
2004216401.tif 000005
【００７６】
【表４】
2004216401.tif 000006
【００７７】
リニアスケールのピッチ誤差とは、リニアスケールに形成されている移動量検出用パターン作成時のピッチむらを主因とするものである。真直度誤差と同様に、ピッチ誤差もレーザ干渉計を使用して数ｎｍの分解能で測定することができる。表３および表４は、位置誤差データの一例であって、載置台４のＸ軸およびＹ軸のピッチ誤差を表す表である。具体的には、表３および表４は、Ｘ軸およびＹ軸の各リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値に対するレーザ干渉計を使用して測定された実際の移動量の対応表である。たとえば、基板用Ｘ軸載置台１１の移動によって基板Ｘリニアスケール３１の出力パルスを計数して１０ｍｍ移動したと検出されていても、実際の移動量は＋２μｍされた１０．００２ｍｍなのである。なお、表３および表４は、表１および表２と同様に、載置台４の被加工物２上の原点（０、０）を基準に作成されている。ピッチ誤差は、被加工物２のレーザ加工位置とレーザ光ＥＬの集光位置Ｌｓとの位置決めに関する誤差として現れてしまい、精密な加工にとって問題となるものである。誤差記憶部７には、位置誤差データとして、表３および表４のようなリニアスケールのピッチ誤差テーブルが備えられる。基板位置制御部９および照射制御部８において、移動指令に基づいて、ステージ移動量の補正およびレーザ照射の目標である照射目標位置の補正が行われる。
【００７８】
載置台４が原点からＸ方向およびＹ方向に＋１０ｍｍ移動された点へのレーザ照射に際し、原点からＹ軸方向へ＋１０ｍｍの位置への移動を最初に行い、Ｘ軸方向への移動中にレーザ照射を行う場合を例として、ピッチ誤差に基づく補正処理を具体的に説明する。まず、基板用Ｙ軸載置台１２を正確に＋１０ｍｍに移動させるためには、位置制御部９が、Ｙ軸リニアスケールによるの出力パルスを計数した位置検出値からピッチ誤差を補正して正確に＋１０ｍｍの位置に位置決めさせる。表４のＹ軸ピッチ誤差テーブルによればＹ軸の１０ｍｍにおけるピッチ誤差は−１μｍであるので、該Ｙ軸ピッチ誤差テーブルに基づき１０ｍｍに相当する正確な位置検出値が算出されて、算出された位置検出値に基づいて基板用Ｙ軸載置台１２が移動させられる。位置検出値の計算は直線補間等を用いれば良い。また、基板用Ｘ軸載置台１１の移動に関しては、表３Ｘ軸ピッチ誤差テーブルに基づいて、移動指令を補正する。さらに、照射制御部８は、表３Ｘ軸ピッチ誤差テーブルに基づいて、主制御部２１から送信されたレーザ照射位置を示す照射目標位置を補正して補正照射目標位置を算出し、算出された補正照射目標位置を比較器３８の比較値として設定する。複数のレーザ照射位置が存在する場合には各レーザ照射位置を示す照射目標位置に対してこの補正を行う。
【００７９】
Ｘ軸方向への＋１０ｍｍ移動時にレーザ照射を行う場合、Ｘ軸リニアスケールの位置検出値からの位置検出だけに基づいてレーザ照射が実行されれば、表３のＸ軸ピッチ誤差テーブルから分かるように、実際には１０．００２ｍｍの位置にレーザ照射をしてしまうことになる。照射目標位置の補正は、ピッチ誤差に基づくレーザ照射位置のずれを補正するものであって、たとえば直線補間を行い、実際の１０ｍｍ移動に相当する照射目標位置を補正して補正照射目標位置を算出し、比較値として設定するものである。この場合、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値９．９９８ｍｍの移動が実際には１０ｍｍの移動量となる。したがって比較値には９．９９８ｍｍに相当する補正照射目標位置を設定する。
【００８０】
本来、ピッチ誤差の補正、すなわちリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値の正規化は、該ピッチ誤差テーブルの位置誤差データを用いて比を計算しなければならない。しかしながら、リニアスケールにおける移動量に対するピッチ誤差量は充分に小さいので、実際の移動量を算出する場合、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値からピッチ誤差分を減算すればよい。たとえば、位置検出値１０ｍｍにおけるピッチ誤差が＋２μｍならば、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値で１０ｍｍ移動するときの実際の移動量は、単純に１０ｍｍ−２μｍ＝９．９９８ｍｍと計算しても差支えない。ちなみに、比による計算によっても、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値：実際の位置＝１０：１０．００２であり、実際の位置が１０ｍｍとなるリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値Ｘｌは、１０：１０．００２＝Ｘｌ：１０から求められ、Ｘｌ＝１００／１０．００２＝９．９９８０００４ｍｍとなり、ほぼ９．９９８ｍｍと換算できる。なお、移動量に対するピッチ誤差量が大きく、減算による補正では正確な補正ができないような場合には、上記のように比計算による補正処理を行えばよい。
【００８１】
【表５】
2004216401.tif 000007
【００８２】
【表６】
2004216401.tif 000008
【００８３】
誤差記憶部７に記憶させておく位置誤差データは、表５および表６に示すように、Ｘ軸リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値およびＹ軸のリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値をパラメータとする２次元テーブルであってもよい。位置誤差テーブルとしてこのような２次元テーブルが備えられることによって、レーザ加工装置１において容易に補正処理を行うことができる。表５と表６との位置誤差テーブルは、表１および表２と表３および表４との位置誤差データをそれぞれ組合わせて作成したものである。
【００８４】
たとえば、基板用Ｘ軸載置台１１の移動に伴ってレーザ照射を実行する場合、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値によれば表５のテーブルに示すような位置誤差を生じてしまうので、該テーブルを参照してステージ移動量およびレーザ照射目標を減算する補正をしていけばよい。また位置誤差データが２次元テーブルとして記憶されているので、載置台４の現在位置から容易に位置誤差データを呼出すことができる。たとえば載置台４がＹ軸方向に２０ｍｍの位置にあって、Ｘ軸方向への移動中にレーザ照射を実行する場合、表５のＸ軸移動用の２次元位置誤差テーブルの３列目を参照し、Ｘ軸の移動量にしたがって補正値を導出してレーザ照射を順次行っていく。Ｙ軸真直度の補正については、右端の列のＹ軸真直度誤差を参照して補正を実行する。なお、上記したように、ピッチ誤差の減算による補正では加工精度を超える誤差が生じてしまう場合には、別途ピッチ誤差用の２次元テーブルを作成し、ピッチ誤差については比計算による補正を行う。Ｙ軸方向移動時のレーザ照射についても同様で、Ｙ軸２次元位置誤差テーブルを参照して補正を行う。
【００８５】
本来は、真直度誤差テーブルにおいても、ピッチ誤差テーブルによる補正を行った位置検出値をパラメータとするテーブルを作成すべきである。しかしながら、ピッチ誤差は数μｍであり、その差による真直度誤差の変化は充分に無視できる値であるので、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値をパラメータとしても何ら問題ない。また、各位置誤差データはレーザ干渉計の実測値による実際の位置をパラメータとしていてもよい。また、位置誤差データは、表１〜表６に示したようにテーブルの形態で記憶される他に、１次関数等の簡単な式で表現できる場合には式として記憶されていてもよい。位置誤差データが式として記憶されていれば、補正処理が簡単になり、誤差記憶部７における記憶容量も削減することができる。
【００８６】
このように、図１のレーザ加工装置１は、位置誤差データに基づいて載置台４の移動量およびレーザ照射位置の照射目標位置を補正するものである。これによって、レーザ加工装置１は、位置誤差を補正した正確で高精度なレーザ照射が実行でき、レーザ加工の高精度化が実現できる。また照射制御部８において、照射目標位置から位置誤差データを補正した補正照射目標位置を算出しているので、載置台４移動中においても正確なレーザ照射位置の検出が可能である。したがって、載置台４移動中におけるレーザ加工を実現できるため、レーザ加工時間の短縮化、レーザ加工装置１の高スループット化が実現できる。さらに、照射制御部８での照射目標位置を補正する構成は、載置台４に取付けられているリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値をそのまま使用することができる。このことは精密なレーザ加工、高精度なレーザ加工には、非常に重要なことである。載置台４の移動手順は、マスク用載置台１７の移動手順にさらに応用されてもよい。
【００８７】
図１のレーザ加工装置１におけるレーザ加工の詳細を、図４および図５を用いて説明する。図１のレーザ加工装置１における効果をより分かりやすくするために、図１の構成とは異なる従来技術のレーザ加工装置における加工手順について最初に説明し、その後図１のレーザ加工装置１における加工手順を説明する。なお、従来技術のレーザ加工装置において、図１のレーザ加工装置と同等の機能を有する部品には、該部品の名称に図１と同じ参照符を付す。
【００８８】
図４は、従来技術のレーザ加工装置における載置台移動からレーザ照射までの工程を示すチャート図である。図４（Ａ）は、載置台４の位置に対するレーザ加工の各種タイミングを示す。図４（Ｂ）は、載置台４に搭載されるリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値の出力タイミングを示す。図４（Ｃ）は、位置検出値の補正タイミングを示す。図４（Ｄ）は、目標照射位置の設定タイミングを示す。図４（Ｅ）は、補正された位置検出値と目標照射位置との比較タイミングを示す。図４（Ｆ）は、レーザ照射のタイミングを示す。
【００８９】
図４の従来技術のレーザ加工装置における加工手順では、載置台４移動の開始が指示されると、所定の方向に載置台４位置が移動していきレーザ照射が実行される。具体的には、載置台４移動中に、載置台４が第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０および第２のレーザ加工位置Ｐｏｓ１を通過した時点でレーザ照射を行うよう指令される場合、照射制御部８は、比較器３８に対して第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０に対応する照射目標位置を設定する。照射目標位置の設定は、図４（Ｄ）に示すように、載置台４が実際の照射位置に移動するまでに、ある程度の余裕を持って終了すればよい。
【００９０】
載置台４の移動に伴って、図４（Ｂ）に示すように、載置台４に付けられたリニアスケールの出力パルスの計数値である位置検出値が更新されていき、やがて所望の第１のレーザ照射位置Ｐｏｓ０に対応する位置検出値である第１の位置検出値Ｃ０が検出される。なお、リニアスケールがパルスを出力する為に必要な処理時間と該パルスのカウントを行う処理時間とが必要なので、載置台４が或る位置を実際に通過してから該或る位置に対応する位置検出値が得られるまでに、位置検出遅れ時間Ｔ０がかかってくる。
【００９１】
次に従来技術の加工手順では、位置検出値Ｃ０に対して、前述した誤差記憶部７の位置誤差データによる補正が行われる。補正された位置検出値の出力タイミングを、図４（Ｃ）に示す。位置検出値の補正には、位置誤差データの呼出しおよび補正量の計算が必要なので、或る位置検出値の出力時から補正された該或る位置検出値が得られるまでに、補正処理による補正処理時間遅れＴ１がかかってしまう。位置検出値の補正処理は、第１の位置検出値Ｃ０の出力時だけに行われるものではなく、位置検出値が更新されるごとに常に行われる。
【００９２】
次に、照射目標位置と補正された位置検出値との比較が行われる。比較結果の出力タイミングを、図４（Ｅ）に示す。比較処理の結果、補正された位置検出値が照射目標位置と一致したことが検出された場合、レーザ光源２５に対してレーザ照射を指令するためのレーザ照射指令である一致信号が出力される。補正された位置検出値の出力タイミングから比較結果の出力タイミングまでには、比較処理実行による比較処理遅れ時間Ｔ２が必要である。比較処理も、位置検出値が更新されるごとに、常に行われるものである。
【００９３】
レーザ光源２５では、一致パルスを受信すると、パルスレーザ照射を実行する。レーザ照射の実行タイミングを、図４（Ｆ）に示す。レーザ照射時には、一致パルスの検出と実際にレーザ光を出力するまでの時間とが必要なので、一致パルスの出力タイミングから実際のレーザ照射タイミングまでに、照射処理時間遅れＴ３がかかってしまう。
【００９４】
第１のレーザ照射位置Ｐｏｓ０に関する処理が終了すると、次のレーザ照射位置Ｐｏｓ１に関する処理が、第１のレーザ照射位置に対する処理と同様に行われていく。次のレーザ照射位置Ｐｏｓ１に関する処理中にも、上述した各種の遅れ時間Ｔ０〜Ｔ３に起因する時間遅れが発生してしまう。このように、従来技術のレーザ加工手順によれば、仕様上のレーザ加工位置が到来してから実際にレーザ照射を実行するまでに、各種の遅れ時間Ｔ０〜Ｔ３に起因する時間遅れが発生してしまう。したがって、実際のレーザ照射位置が、全遅れ時間の合計分の時間に載置台４が移動する距離である位置ずれ量Ｄｅｒαだけ、目標とするレーザ加工位置Ｐｏｓ０，Ｐｏｓ１からずれた位置となってしまう。従来技術の位置ずれ量Ｄｅｒαは、これはサブミクロン単位での加工が必要な精密加工においては問題となっている。
【００９５】
また、レーザ光源２５においては、安定なレーザ出力を得るためにはレーザ媒質の安定化時間等が必要であり、一回のパルスレーザ照射実行後、次のパルスレーザ照射までに所定の安定化時間Ｔｌｓが必要である。レーザ光源２５のレーザ種類には、半導体製造をはじめとするレーザ加工用途として広く使用されているエキシマレーザが考えられる。このエキシマレーザ光源２５の代表的なメーカーとしてはラムダフィジック社が知られているが、該社のエキシマレーザ光源２５装置の仕様によれば、１パルスの出力が１５０ｍＪの装置においてパルス出力繰返し周期は０．０１秒が必要とされている。したがって、複数回のレーザ照射を行う場合、この安定化時間Ｔｌｓ以上の時間間隔を設けてレーザ照射を行うよう、載置台４移動速度などを設定する必要がある。
【００９６】
図５は、図１のレーザ加工装置１における載置台４移動からレーザ照射までの工程を示すチャート図である。図５（Ａ）は、載置台４の位置に対するレーザ加工の各種タイミングを示す。図５（Ｂ）は、載置台４に搭載されるリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値の出力タイミングを示す。目標照射位置設定および位置誤差補正の実行タイミングを示す。図５（Ｄ）は、位置検出値と補正された目標照射位置との比較タイミングを示す。図５（Ｅ）は、レーザ照射のタイミングを示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｄ）、および図５（Ｅ）に示す処理タイミングは、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｅ）、および図４（Ｆ）に示す処理タイミングとそれぞれ等しいので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
図５の実施形態のレーザ加工装置１における加工手順では、載置台４移動の開始が指示されると、所定の方向に載置台４位置が移動していきレーザ照射が実行される。図４の従来技術の加工手順と図５の本実施形態の加工手順との違いは、従来技術では図４（Ｃ）および図４（Ｄ）で示す処理が必要であるのに対して、本実施形態では図８では（Ｃ）の処理だけを行う点である。
【００９８】
図８（Ｃ）に示すように、照射制御部８の演算器３６は、第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０に対応する照射目標位置を導出するとともに、導出された照射目標位置を前述の誤差記憶部７の位置誤差データによって補正する。照射目標位置の補正は、リニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値をパラメータとした位置誤差テーブルから、照射目標位置をパラメータに置換えて、該当する位置誤差データを呼出して、該照射目標位置そのものを補正し、該照射目標位置を補正した補正照射目標位置を比較値として比較器３８に設定するものである。これによって、レーザ加工位置を示すリニアスケールの出力パルスを計数した位置検出値が、位置誤差によって仕様から決まる本来の値と違う値になってしまっても、仕様から求められる照射目標位置を、該位置誤差を含んだレーザ照射の目標値として補正演算して、補正された照射目標位置と位置誤差を含んだ位置検出値との比較を行うため、位置誤差を除去することができ、正確で精密なレーザ照射が実現できる。
【００９９】
図１のレーザ加工装置１は、上記したようにパルスレーザの照射に当たっては所望のレーザパワーを安定して出力するための安定化時間Ｔｌｓが必要であり、レーザ照射後から安定化時間が経過するまでの間にはレーザ照射を行うことが困難である。このため、図１のレーザ加工装置１に置ける補正処理は、レーザ加工装置１としても安定化時間Ｔｌｓ以内の連続したパルスレーザ加工を行わないように動作を設定していることと、位置誤差補正において位置検出値を補正しても照射目標位置を補正しても同様の効果が得られることに着目したものである。言換えれば、最新の加工位置通過後から次のレーザ加工位置が到来するまでの時間、すなわち該安定化時間Ｔｌｓ以内に、照射目標位置を補正する補正演算を行い比較値として設定していれば、位置検出値として位置誤差を含んだ生の値を使用していても、正確に所望のレーザ加工位置が検出でき、レーザ照射が実現できることに着目したものである。なお、前述したように、安定化時間Ｔｌｓは０．０１秒などの値であるので、性能の低いマイコンなどを用いてもこの間に充分位置誤差補正処理を完了することができる。
【０１００】
このように図１のレーザ加工装置１では、照射目標位置を補正することによって、従来技術において図４（Ｃ）の位置検出値の更新とともに逐次行われていた補正演算処理が必要なくなり、補正処理時間遅れＴ１を削減することができるため、レーザ加工位置到来から実際のレーザ照射までのリアルタイム性が高まる。したがって、トータルとしての時間遅れは位置検出遅れ時間Ｔ０と比較処理遅れ時間Ｔ２と照射処理遅れ時間Ｔ３との和Ｔ０＋Ｔ２＋Ｔ３となるため、図１のレーザ加工装置１は、本実施形態のレーザ照射位置の位置ずれ量Ｄｅｒβを、従来技術の位置ずれ量Ｄｅｒαより小さくすることができる。位置ずれ量の減少は、サブミクロン精度のレーザ加工を達成するためには重要な効果と言える。第１のレーザ照射位置Ｐｏｓ０に関する処理が終了すると、次のレーザ照射位置Ｐｏｓ１に関しても上記と同様の処理が行われる。
【０１０１】
図６および図７を参照して、図１のレーザ加工装置１における実際の加工手順を以下に説明する。図６は被加工物２のレーザ加工位置の１例を示す図である。図６において、第１〜第３のレーザ加工位置Ｐｏｓ０〜Ｐｏｓ２は、相互に同じＹ座標Ｙｄ０上にあるものとする。被加工物２を第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０から順にレーザ照射していくように、載置台４が制御される。また載置台４の移動速度は、各レーザ加工位置の間隔を移動するまでの時間が安定化時間Ｔｌｓ以上になるよう設定されている。
【０１０２】
図７は、図６のようなレーザ加工位置を有する被加工物２へのレーザ加工における位置誤差補正処理およびレーザ照射処理を示すフローチャートである。図７の例では、誤差記憶部７への位置誤差データの格納および照射制御部８へのレーザ照射位置の設定は既に終了しているものとする。またレーザ光ＥＬの集光位置Ｌｓがレーザ加工位置Ｐｏｓ０〜Ｐｏｓ２のＹ座標Ｙｄ０上に既にあるものとする。さらに、基板用Ｘ軸載置台１１は、少なくとも第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０にＹ軸座標Ｙｄ０での真直度誤差を加算した位置より原点に近い位置から移動を開始するものとする。この場合、たとえばＸ座標原点から移動を開始するようにしておいても問題ない。また基板用Ｘ軸載置台１１の移動終了位置は、少なくとも第３のレーザ加工位置Ｐｏｓ２にＹ軸座標Ｙｄ０での真直度誤差を加算した位置より多く移動するように設定しておく。なお、リニアスケールに基づく位置検出値およびレーザ照射位置および位置誤差データの基準位置は、図６の原点Ｐｓとしている。
【０１０３】
図７において、ステップＳ１において、位置制御部９から基板用Ｘ軸載置台１１の移動指令が出されステージの移動が開始される。移動開始後、ステップＳ２で照射制御部８の演算器３６において、レーザ照射回数ｎが０に設定される。次のステップＳ３では、位置制御部９において、基板用Ｙ軸載置台１２に対して、第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０におけるＹ方向の真直度誤差を補正するためのＹ方向補正量が設定され、移動指令が出力される。ステップＳ３の処理は、Ｘ軸移動時のＹ軸真直度誤差テーブルのＸ軸位置Ｘｄ０に対応する真直度誤差を補正する値を、基板用Ｙ軸載置台１２を移動させることによって補正するものである。なお、Ｘ軸移動時の真直度誤差の補正は数μｍといった微小距離なので、基板用Ｘ軸載置台１１移動による第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０の到来よりも充分早く終了することができる。
【０１０４】
ステップＳ４では、演算器３６において、第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０を示す照射目標位置から、位置誤差を補正した補正照射目標位置が算出される。補正照射目標位置の算出は、具体的には、Ｙ軸移動時のＸ軸真直度誤差テーブル内の第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０のＹ軸位置Ｙｄ０に対するＸ軸真直度誤差と、Ｘ軸リニアスケールピッチ誤差テーブル内の第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０のＸ軸位置Ｘｄ０におけるピッチ誤差とを参照して、照射目標位置を補正するものである。なお、表１〜表４の一次元の位置誤差テーブルを使用するよりも、表５および表６に示す２次元位置誤差テーブルを使用するほうが、より簡単に補正量を求めることができる。算出された補正照射目標位置は、比較器３８に比較値として設定される。
【０１０５】
ステップＳ５では、比較器３８において、基板用Ｘ軸載置台１１の移動とともにリニアスケールから読出されてくる位置検出値が比較値と一致したかが検出される。ステップＳ５の比較処理は、位置検出値が比較値と一致するまで繰返される。一致すれば、ステップＳ５でレーザ光源２５に対して一致信号が出力される。レーザ光源２５では、一致信号を受けて、パルスレーザの照射を実行する。これによって第１のレーザ加工位置Ｐｏｓ０に対するレーザ照射が終了する。
【０１０６】
１回目のレーザ照射終了後、演算器３６は、次のステップＳ７において、レーザ照射回数ｎを＋１する。ステップＳ８において、被加工物２上のレーザ加工位置の総数である全照射回数が終了したか否か、図６の例ではレーザ照射回数ｎが３回に達したか否かが判断される。３回に満たない場合、ステップＳ７から再度ステップＳ３に戻り、所定回数のレーザ照射処理を、ステップＳ３〜Ｓ６までの処理内容で行っていき、レーザ加工位置Ｐｏｓ１およびＰｏｓ２のレーザ照射を実行させる。全てのレーザ照射が終了すれば、主制御部２１に対してレーザ照射の終了が送信され、ステップＳ９で図７のレーザ加工処理が終了する。
【０１０７】
図７の例において、最初のレーザ加工位置Ｐｏｓ０に対するＹ軸真直度誤差補正および照射目標位置の補正は、ステップＳ１の処理開始前に終了しておくように処理されていても構わない。さらに、ステップＳ３のＹ軸真直度誤差補正と、ステップＳ４の照射目標位置補正とは、順序が入替わっても差支えないし、平行して処理するようにしてもよい。また、上記説明において、演算器３６が主となって処理を実行するように説明したが、主制御部２１が全体のコントロールを受持ち、位置制御部９および照射制御部８に適時処理指令を出力する構成であってもよい。本発明はこの点にとらわれるものではない。
【０１０８】
レーザ加工においては、同じ座標軸上の複数箇所のレーザ加工位置、すなわちレーザ加工の間隔に関しては厳しい精度が要求されるが、前記座標軸に直交する方向の座標にはさほど厳しい仕様が求められない場合もある。たとえば、図６において、第１〜第３のレーザ加工位置Ｐｏｓ０〜Ｐｏｓ２のＸ方向の位置Ｘｄ０〜Ｘｄ２に対してはサブミクロンオーダーの精度が必要であるが、Ｙ軸方向の位置Ｙｄ０については数μｍ精度で加工できていれば良い場合である。このような場合には、図６のステップＳ３における基板用Ｙ軸載置台１２による真直度補正を省略することができる。
【０１０９】
さらに、図７のレーザ加工手順は、載置台４移動中にレーザ照射を実行していくものなので、基板用Ｘ軸載置台１１の移動開始位置および移動終了位置も、たとえば被加工物２の左端から右端まで移動させるように設定しておいてもよい。したがって、この場合の位置誤差補正としては、載置台４の位置制御に関して何ら補正することなく照射目標位置のＸ座標のみを位置誤差補正するだけでよい。これは、つまり、Ｙ軸載置台を移動させずにＸ軸載置台を左端から右端まで一様に移動させるだけにステージ移動という物理的な補正動作が全く必要なくなるので、載置台４の補正移動に関わる振動、移動時間、および補正指令処理がなくなり、さらに正確で高精度なレーザ加工が短時間で実行することができる方法である。
【０１１０】
以上のように図１のレーザ加工装置１は、載置台４の移動によって真直度誤差およびリニアスケールのピッチ誤差をはじめとする種々の位置誤差を補正しながら、載置台４を停止させずにレーザ照射を行う。これによって、図１のレーザ加工装置１は、高いスループットを実現し、さらに載置台４移動に関する位置誤差を補正した正確なレーザ照射を低コストで提供することができる。さらにレーザ加工装置１は、レーザ照射においても位置誤差を補正しているので、所望のレーザ加工位置に対してリアルタイムで位置誤差の補正を行うことができる。これによって、レーザ加工装置１は、複雑で精密な加工パターンに対しても、正確なレーザ照射を行うことができる。
【０１１１】
さらにまた、レーザ加工装置１は、レーザ光の最小繰返し周期以内に補正処理を行う構成であるので、載置台４移動中のレーザ照射においても正確な位置誤差補正が実行できるとともに、補正処理に関して、レーザ照射に時間遅れ生じることはなく、また補正に関わるスループット低下は何ら発生しない。これによってレーザ加工装置１は、正確なレーザ加工が実現できるとともに、装置性能を最大限生かした高速レーザ加工を実現することができる。また、レーザ加工装置１は、安価なリニアスケールおよび安価なリニアガイドを用いて位置を検出することができるので、低コストなレーザ加工装置１の提供が可能になる。さらにまた、レーザ加工装置１は、加工仕様によっては、載置台４移動による位置誤差補正が必要なくなるので、載置台４の補正移動に関わる振動、移動時間および補正指令処理がなくなり、さらにレーザ加工を短縮化することができる。
【０１１２】
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４〜９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。
【０１１３】
【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、照射時に載置台が位置するべき予め定める照射目標位置を予め用意されている位置誤差データに基づいて補正し、補正された照射目標位置と検出手段が検出する載置台の位置とを順次比較して、補正された照射目標位置と検出された位置とが一致した時点でレーザ照射指令を出力して、載置台上の被加工物へのレーザ照射を実行させる。これによってレーザ加工装置は、載置台の位置誤差を補正することができるので、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができる。
【０１１４】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、レーザ照射命令に応答してレーザ光がパルス状に１回だけ照射される場合、位置誤差データに基づく前記照射目標位置の補正が、レーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期内に実行する。これによって、レーザ加工装置は、レーザ加工装置における高スループットを実現することができる。
【０１１５】
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、レーザ光の最新の照射時点からレーザ光のパルス照射の予め定める最小繰返し周期分の時間が経過するまでに、またはレーザ光の最新の照射時点から被加工物の次の加工位置への移動が完了するまでに、予め定める次の照射目標位置を位置誤差データに基づいて補正し、かつ載置台の移動中に、補正された照射目標位置と載置台の移動に伴って検出手段が更新する載置台の最新の位置とを比較し、補正された照射目標位置と検出された最新の位置とが一致した時点で、照射手段に対してレーザ照射指令を出力する。これによって、レーザ加工装置は、複雑かつ精密な加工パターンに対しても、正確なレーザ照射を行うことができ、さらに、スループットを向上させることができる。
【０１１６】
また本発明によれば、レーザ加工装置は、レーザ光の照射タイミングの制御に加えて、位置検出値および前記載置台の照射目標位置のうちの少なくとも一方を位置誤差データに基づいて補正し、補正された位置検出値および照射目標位置に基づいて載置台の移動を制御する。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても、より正確なレーザ照射を行うことができる。
【０１１７】
さらにまた本発明によれば、レーザ加工装置において、検出手段がリニアスケールまたはエンコーダの出力パルスを計数することによって位置検出可能に構成され、載置台の現在位置を示す位置検出値として、リニアスケールまたはエンコーダの出力パルスの計数した値が用いられる。これによって、レーザ加工装置を、安価に構成することができ、かつ、レーザ加工装置の設計作業が容易になり、かつレーザ加工装置作製までの時間を短縮することができ、さらに安定した位置検出を行うことができる。
【０１１８】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、前記位置誤差データとして、載置台の真直度誤差データが用いられる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対してもより正確なレーザ照射を行うことができ、かつ、レーザ加工装置の低コスト化を図ることができる。
【０１１９】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、検出手段がリニアスケールまたはエンコーダで実現され、位置誤差データとして、リニアスケールまたはエンコーダのピッチ誤差データが用いられる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても正確なレーザ照射を行うことができ、かつ、レーザ加工装置の低コスト化を図ることができる。
【０１２０】
さらに本発明によれば、レーザ加工装置において、載置台がＸ軸載置台とＹ軸載置台とを含み、位置誤差データとして、Ｘ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＸ軸載置台用誤差テーブルと、Ｙ軸載置台の位置検出値をパラメータとするＹ軸載置台用誤差テーブルとを含むデータが用いられる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても、さらにより正確なレーザ照射を行うことができる。
【０１２１】
また本発明によれば、レーザ加工装置において、載置台がＸ軸載置台とＹ軸載置台とを含み、位置誤差データとして、Ｘ軸載置台の位置検出値とＹ軸載置台の位置検出値とをパラメータとする２次元誤差テーブルを含むデータが用いられる。これによって、レーザ加工装置は、複雑で精密な加工パターンに対しても、さらにより正確なレーザ照射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】図１のレーザ加工装置１の照射制御部８の構成を示すブロック図である。
【図３】図１のレーザ加工装置１における載置台４の真直度誤差について説明する模式図である。
【図４】従来技術のレーザ加工装置におけるレーザ照射処理を示すチャート図である。
【図５】図１のレーザ加工装置１におけるレーザ照射処理を示すチャート図である。
【図６】図１のレーザ加工装置１で加工すべき被加工物２上のレーザ照射位置の一例を示す模式図である。
【図７】図１のレーザ加工装置１におけるレーザ加工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
４  載置台
５  照射部
６  パルス発生部
７  誤差記憶部
８  照射制御部
９  位置制御部
１１  Ｘ軸載置台
１２  Ｙ軸載置台
【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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