(57)【要約】【課題】  単一横モードのレーザ光を容易に得ることが可能なレーザ装置を提供する。【解決手段】  この固体レーザは、単一横モードを実現するための孔７ａを有するアパーチャ７と、レーザ光４の進行方向に垂直な平面内でアパーチャ７を移動させ、レーザ光４に対する孔７ａの位置を調整するためのアパーチャ位置調整機構８とを備える。したがって、温度変化、取り付け誤差などの装置内外の環境変化に応じてアパーチャ７の位置を最適位置に調整することができ、最良な単一横モードのレーザ光を容易に得ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ装置であって、
レーザ光を発生するレーザ光発生手段、
単一横モードを実現するための開口部を有するアパーチャ、および
レーザ光の進行方向に垂直な平面内で前記アパーチャを移動させ、レーザ光に対する前記開口部の位置を調整するための第１の位置調整手段を備える、レーザ装置。
【請求項２】
前記第１の位置調整手段は、
レーザ光に垂直な平面内で２方向に移動可能に設けられ、前記アパーチャが搭載された可動部、および
前記可動部を前記２方向に微動させる駆動手段を含む、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記レーザ光発生手段は、
レーザ発振源となるレーザロッド、
前記レーザロッドを励起させる励起ランプ、
前記レーザロッドの一方端面から出射されたレーザ光を全反射させる全反射ミラー、
前記レーザロッドの他方端面から出射されたレーザ光の一部を外部に出射させる出力ミラー、および
レーザ光が外部に出射されるのを一時的に停止させて高エネルギーのレーザ光を得るためのＱスイッチを含み、
前記第１の位置調整手段は、前記レーザロッドに対する前記アパーチャの開口部の位置を調整する、請求項１または請求項２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置の出射口と被加工物との相対位置を調整する第２の位置調整手段とを備え、
前記被加工物の所定位置に前記レーザ装置から出射されたレーザ光を照射させて前記被加工物を加工する、レーザ加工装置。
【請求項５】
前記被加工物は、その表面に電極パターンが形成された基板であり、
前記基板上において電極パターン同士が繋がっている欠陥部に前記レーザ装置から出射されたレーザ光を照射させて前記欠陥部を削除する、請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ装置およびそれを用いたレーザ加工装置に関し、特に、アパーチャを有するレーザ装置およびそれを用いたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フラットディスプレイ修正装置などにおいては電極カット加工などミクロン単位の微細加工が必要とされる。この加工を実現するためには、加工精度、切り屑発生の問題などを考慮すると機械加工で行うことは困難であり、レーザ加工が不可欠である。加工部寸法の微細化にともない、レーザ装置に求められる仕様も厳しくなり、特に出力安定性や、ビーム断面強度分布（レーザビーム進行方向に垂直な平面内でのレーザ光強度分布）などが重要となってきた。レーザ光の安定性を保つためには、図７に示すように、レーザ光が単一横モード（中央部がエネルギーの大きいガウシアン分布を示す断面強度分布）であることが必須である。
【０００３】
通常、図８に示すように、レーザ装置５０のレーザ光５１の出射口にアパーチャ５２（中央に小さな孔を開けた板）を設けたり、レーザ装置５０に含まれるレーザ共振器の長さを調整することにより、単一横モードを得る手法が取られる。レーザ光５１をアパーチャ５２に通すことで、高次の横モードを減衰させ、単一横モードのみを取り出すことができる。
【０００４】
また、両端がミラーにより構成される放電管を備えたガスレーザ装置において、終端ミラー部として両凹面レンズと凸面鏡を一体として設け、終端ミラー部の光軸に対する傾きを調整可能にすることにより、アパーチャを用いることなく低次モードのレーザ光を得る方法もある（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０７−０６６４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体レーザを例にとって説明すると、レーザロッド（図示せず）とアパーチャ５２中央の孔の相対位置を適切に設定することにより、単一横モードが得られる。ところが、ランプ励起の固体レーザなどでは、ランプの発熱によりレーザロッドが曲がり、アパーチャ５２とレーザロッドの位置関係がずれる。また、環境温度の影響、取付け誤差、取り付け時のそりなどによって、レーザロッドとアパーチャ５２の位置関係がずれる可能性もある。この状態では完全な単一横モードは得られず（安定したレーザ強度分布にならず）、レーザでの微細加工において、除去される部分の位置や大きさの精度に悪影響を及ぼしていた。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、単一横モードのレーザ光を容易に得ることが可能なレーザ装置およびそれを用いたレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーザ装置は、レーザ光を発生するレーザ光発生手段と、単一横モードを実現するための開口部を有するアパーチャと、レーザ光の進行方向に垂直な平面内でアパーチャを移動させ、レーザ光に対する開口部の位置を調整するための第１の位置調整手段とを備えたものである。
【０００８】
好ましくは、第１の位置調整手段は、レーザ光に垂直な平面内で２方向に移動可能に設けられ、アパーチャが搭載された可動部と、可動部を２方向に微動させる駆動手段とを含む。
【０００９】
また好ましくは、レーザ光発生手段は、レーザ発振源となるレーザロッドと、レーザロッドを励起させる励起ランプと、レーザロッドの一方端面から出射されたレーザ光を全反射させる全反射ミラーと、レーザロッドの他方端面から出射されたレーザ光の一部を外部に出射させる出力ミラーと、レーザ光が外部に出射されるのを一時的に停止させて高エネルギーのレーザ光を得るためのＱスイッチとを含む。第１の位置調整手段は、レーザロッドに対するアパーチャの開口部の位置を調整する。
【００１０】
また、この発明に係るレーザ加工装置は、上記レーザ装置と、レーザ装置の出射口と被加工物との相対位置を調整する第２の位置調整手段とを備え、被加工物の所定位置にレーザ装置から出射されたレーザ光を照射させて被加工物を加工する。
【００１１】
好ましくは、被加工物は、その表面に電極パターンが形成された基板である。レーザ加工装置は、基板上において電極パターン同士が繋がっている欠陥部に前記レーザ装置から出射されたレーザ光を照射させて欠陥部を削除する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係るレーザ装置およびレーザ加工装置では、温度変化、取り付け誤差などの装置内外の環境変化に応じてアパーチャの位置を最適位置に調整することができるので、最良な単一横モードのレーザ光を容易に得ることができ、安定した微細加工を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による固体レーザの構成を示す図である。図１において、この固体レーザは、レーザ発振源となるレーザロッド１と、共振器を構成する全反射ミラー２および出力ミラー３とを備える。レーザロッド１は、ガラス結晶で構成される。全反射ミラー２は、レーザロッド１の一方端面から出力されたレーザ光４を全反射する。出力ミラー３は、レーザロッド１の他方端面から出射されたレーザ光４の一部を外部へ出射させる。
【００１４】
また、レーザロッド１と平行に、レーザロッド１を励起させるための励起ランプ５が配置される。励起ランプ５が点灯すると、ランプ光のエネルギーがレーザロッド１に集められ、レーザロッド１内が十分なエネルギー状態になると、レーザロッド１から光の分子が放出され、２つのミラー２，３間で反射を繰り返し、レーザ光発振に至る。出力ミラー３はレーザ光４の一部が透過するようにコーティングされており、発振したレーザ光の一部が出力ミラー３から外部へ出射される。
【００１５】
また、レーザロッド１の一方端面と全反射ミラー２との間にＱスイッチ６が配置される。Ｑスイッチ６は、連続的に出射されるレーザ光４を一旦塞き止めて、エネルギーを蓄えた後、瞬時にレーザ光４を外部へ出射させる役割をする。Ｑスイッチ６を所定の周波数でオン／オフさせると、ピークエネルギーの高いレーザ光４を取り出すことが可能となる。
【００１６】
また、レーザロッド１の他方端面と出力ミラー３との間にアパーチャ７が配置され、さらに、アパーチャ７をレーザ光４の進行方向に垂直な平面内でＸおよびＹ方向に移動させ、レーザロッド１の他方端面（すなわちレーザ光４の光軸）に対するアパーチャ７の孔７ａの位置を調整するためのアパーチャ位置調整機構８が設けられる。なお、レーザロッド１の一方端面とＱスイッチ６との間、あるいはＱスイッチ６と全反射ミラー２の間にアパーチャ７を配置しても、同様の効果が得られる。また、出力ミラー３から出射したレーザ光４がアパーチャ７を介して外部に出射するように、出力ミラー３の外側にアパーチャ７を配置しても、同様の効果が得られる。
【００１７】
アパーチャ位置調整機構８は、図２に示すように、ＸＹテーブル１１を含む。ＸＹテーブル１１は、レーザ筐体１０に固定された基台１２と、基台１２に対して図中Ｘ方向に移動可能に設けられた可動部１３と、可動部１３をＸ方向に微動させるためのＸ方向微動ハンドル１４と、可動部１３に固定された基台１５と、基台１５に対して図中Ｙ方向に移動可能に設けられ、アパーチャ７が搭載された可動部１６と、可動部１６をＹ方向に微動させるためのＹ方向微動ハンドル１７とを含む。２つのハンドル１４，１７によりアパーチャ７をレーザ光４の進行方向に垂直な平面内のＸおよびＹ方向に独立して移動させることができ、アパーチャ７の位置合わせを精密に行なうことができる。
【００１８】
次に、このレーザ装置のアパーチャ位置調整方法について説明する。レーザ出射口にレーザ光４の断面強度分布を測定できるようにＣＣＤカメラを取り付け、ＣＣＤカメラの映像にてレーザ光４の断面強度分布を観察する。レーザ光４が理想的な場合の断面強度分布（単一横モードの強度分布）は、図１に示すように、レーザ光４の中央の強度が最も強く、同心円状に強度が弱くなっていく。
【００１９】
図３に示すように、レーザ光４の強度分布が単一横モードではない場合、ＣＣＤカメラの映像を観察しながら、アパーチャ位置調整機構８にてアパーチャ７をＸ，Ｙ方向に移動させ、強度分布が単一横モードになる位置を探す。
【００２０】
以上の調整はレーザ装置を架台（実際、レーザ装置が取り付けられる場所）に取り付けた後に行なわれる。これによって、取り付け時に発生するそり、寸法誤差などの影響を受けることなく、単一横モードのレーザ光４を実現できる。
【００２１】
なお、この実施の形態１では、微動ハンドル１４，１７を用いてＸＹテーブル１１を駆動したが、モータ等のアクチュエータを用いてＸＹテーブル１１を駆動してもよい。また、ＣＣＤカメラの画像に基づいてアパーチャ７の目標位置を算出し、それに従って手動または自動でＸＹテーブル１１の可動部１３，１６を移動させてもよい。
【００２２】
また、この実施の形態１では、この発明がランプ励起型固体レーザに適用された場合について説明したが、他の種類のレーザ装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２３】
[実施の形態２]
図４は、この発明の実施の形態２によるパターン修正装置の構成を示す斜視図である。このパターン修正装置は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＰＤＰ（プラズマディスプレイ）に代表されるフラットディスプレイの製造工程において発生したショート欠陥やオープン欠陥を修正する装置である。
【００２４】
図４において、このパターン修正装置では、レーザ装置２１、ペースト塗布機構２２、ＣＣＤカメラ２３および紫外線照明２４がＺ軸テーブル２５に固定されていて、Ｚ軸テーブル２５はＺ軸方向（上下方向）に移動可能に構成されている。Ｚ軸テーブル２５は、Ｘ軸テーブル２６上においてＸ軸方向（横方向）に移動可能に設けられている。Ｙ軸テーブル２７上には、被修正対象基板２８が載置されており、Ｙ軸テーブル２７はＹ軸方向（縦方向）に移動自在に設けられている。
【００２５】
レーザ装置２１は、被修正対象基板２８上のショート欠陥の電極の繋がり部分にレーザ光を照射し、その熱エネルギーで電極材料を昇華または飛散させて除去する。レーザ装置２１は実施の形態1で示した固体レーザと同じものであり、アパーチャ７の位置調整はレーザ装置２１がＺ軸テーブル２５に固定された状態で行なわれる。ペースト塗布機構２２は、被修正対象基板２７のオープン欠陥と呼ばれる電極の欠如部分に導電性ペーストを塗布する。ＣＣＤカメラ２３は、欠陥部分を撮像し、撮像した画像をテレビモニタ（図示せず）に表示する。紫外線照明２４は、オープン欠陥に塗布された導電性ペーストに紫外線を照射して硬化させる。
【００２６】
レーザ装置２１、ペースト塗布機構２２、ＣＣＤカメラ２３および紫外線照明２４はＺ軸テーブル２５に取付けられているので、被修正対象基板２８の上に任意の高さに位置させることができかつＺ軸テーブル２５はＸ軸テーブル２６上に載置されているため、被修正対象基板２８に対してＸ軸方向に任意の位置に移動できる。さらに、被修正対象基板２８は、Ｙ軸テーブル２７上に載置されているので、Ｙ軸方向に任意の位置に移動させることができる。したがって、レーザ装置２１とペースト塗布機構２２とＣＣＤカメラ２３と紫外線照明２４は、被修正対象基板２８上のいずれの位置にも移動させることができる。その他に、各機構を制御するための制御用コンピュータ２９と、装置全体を制御するためのホストコンピュータ３０とが設けられている。
【００２７】
次に、このパターン修正装置の動作について説明する。Ｘ軸テーブル２６およびＹ軸テーブル２７をそれぞれＸ方向およびＹ方向に移動させ、かつＺ軸テーブル２５をＺ方向に移動させ、ＣＣＤカメラ２３によって被修正対象基板２８上を撮像する。撮像した画像はテレビモニタに表示され、オペレータはその表示を見てショート欠陥やオープン欠陥があるか否かを目視によって判断する。ただし、目視によらず、画像処理によって判断してもよい。
【００２８】
図５（ａ）〜（ｃ）は、ショート欠陥の修正方法を示す図である。ショート欠陥は、隣接する電極パターン同士がエッチング不良により短絡してしまうものである。ショート欠陥の存在を判別した場合は、レーザ装置２１から短絡部分にレーザ光を照射し、繋がった部分をレーザ光の熱エネルギーで昇華または飛散させる。
【００２９】
図６（ａ），（ｂ）は、オープン欠陥の修正方法を示す図である。オープン欠陥は、電極パターンの一部が過度のエッチングにより欠如したものである。オープン欠陥の存在を判別した場合は、ペースト塗布機構２２によって欠陥部分に導電性ペーストなどを塗布した後、紫外線照明２４から紫外線を照射して効果処理が施される。
【００３０】
この実施の形態２では、レーザ装置２１内外の環境変化（例えば温度変化、取り付け誤差など）にあわせて、アパーチャ位置調整機構８を用いてアパーチャ７の位置決めを行うことにより、最良な単一横モードのレーザ光が実現でき、安定した微細加工が可能となる。近年のパターン修正装置においては、電極やカラーフィルタなどの加工にレーザ装置が使用されるが、加工材料も金属から樹脂までさまざまであり、また加工寸法もミクロンサイズまで微細化してきており、このような用途には本発明が大いに有効となる。
【００３１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による固体レーザの構成を示す図である。
【図２】図１に示したアパーチャ位置調整機構の構成を示す図である。
【図３】図１に示した固体レーザの動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるパターン修正装置の構成を示す斜視図である。
【図５】図４に示したパターン修正装置の動作を示す図である。
【図６】図４に示したパターン修正装置の動作を示す他の図である。
【図７】単一横モードのレーザ光の断面光強度分布を示す図である。
【図８】従来のレーザ装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  レーザロッド、２  全反射ミラー、３  出力ミラー、４，５１  レーザ光、５  励起ランプ、６  Ｑスイッチ、７，５２  アパーチャ、７ａ  孔（開口部）、８  アパーチャ位置調整機構、１０  レーザ筐体、１１  ＸＹテーブル、１２，１５  基台、１３，１６  可動部、１４  Ｘ方向微動ハンドル、１７  Ｙ方向微動ハンドル、２１，５０  レーザ装置、２２  ペースト塗布機構、２３  ＣＣＤカメラ、２４  紫外線照明、２５  Ｚ軸テーブル、２６  Ｘ軸テーブル、２７  Ｙ軸テーブル、２８  被修正対象基板、２９  制御用コンピュータ、３０  ホストコンピュータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005175245.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005175245.tif 000009
【図８】
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