(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
加えられる圧力に応じて変形する柔軟物を含み、該柔軟物の上に加工対象物を保持するステージと、
前記レーザ光源から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物上に導く光学系と、
前記ステージに保持された加工対象物の表面にガスを吹き付けて前記柔軟物を変形させることにより、該加工対象物の表面のうち前記レーザビームが入射する領域を、レーザビームの進行方向に変位させるガス吹き付け機構と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
さらに、
前記ステージに保持された加工対象物の表面内の第１の領域について、前記加工対象物に入射するレーザビームの進行方向に垂直な基準平面からの高さを計測するセンサと、
前記第１の領域にレーザビームが入射する状態のときに、前記センサで計測された前記第１の領域の高さに基づいて、前記基準平面から前記第１の領域までの高さが許容範囲内に収まるように前記ガス吹き付け機構を制御する制御装置と
を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ガス吹き付け機構は、前記ステージに保持された加工対象物の表面に吹き付けるガ  ス流量を調整するマスフローコントローラを含み、
前記制御装置は、前記マスフローコントローラを制御して前記加工対象物の表面に吹き付けるガス流量を調整する請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ガス吹き付け機構から前記ステージに保持された加工対象物の表面に吹き付けるガス流量を変化させながら、複数のガス流量について該加工対象物の表面の高さを前記センサによって計測し、ガス流量と、該加工対象物の表面の高さとの関係を記憶する位置記憶部を含む請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記ガス吹き付け機構は、ガスを吹き付けるためのノズルを含み、前記ステージに保持された加工対象物の表面から、該ノズルまでの高さを調整する高さ調整機構を有し、
前記制御装置は、前記高さ調整機構を制御して前記加工対象物の表面から前記ノズルまでの高さを調整する請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記ステージに保持された加工対象物表面から前記ノズルまでの高さを変化させながら、ノズルの複数の高さについて該加工対象物の表面の高さを前記センサによって計測し、ノズルの高さと、該加工対象物の表面の高さとの関係を記憶する位置記憶部を含む請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記ガス吹き付け機構から前記ステージに保持された加工対象物の表面に吹き付けられるガスが不活性気体である請求項１から６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
（ａ）加えられる圧力に応じて変形する柔軟物を含んだステージの、該柔軟物の上に加工対象物を保持する工程と、
（ｂ）前記加工対象物表面内の第１の領域の、基準平面からの高さを計測する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で計測した高さに基づいて、前記基準平面から前記第１の領域までの高さが許容範囲内に収まるように、該加工対象物にガスを吹き付けて前記柔軟物を変形させることで該第１の領域の高さを変化させる工程と、
（ｄ）前記第１の領域の、前記基準平面からの高さが許容範囲内に収まっている状態で、該第１の領域にレーザビームを入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項９】
前記工程（ｃ）において、前記加工対象物の表面に吹き付けるガス流量を調整することで、該加工対象物に印加する圧力を調整する請求項８に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
前記工程（ａ）の前に、
（ｅ）加工対象物と同一の材料及び厚さを持つ評価用部材を前記ステージに保持し、該評価用部材の表面に吹き付けるガス流量を変化させながら、複数のガス流量について該評価用部材の表面の高さを計測し、ガス流量と、該評価用部材の表面の高さとの関係を記憶しておく工程
を有する請求項９に記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
前記工程（ｃ）において、前記加工対象物の表面から、ガスを吹き出すノズルまでの高さを調整することで、該加工対象物に印加する圧力を調整する請求項８に記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
前記工程（ａ）の前に、
（ｅ）加工対象物と同一の材料及び厚さを持つ評価用部材を前記ステージに保持し、該評価用部材の表面から前記ノズルまでの高さを変化させながら、ノズルの複数の高さについて該評価用部材の表面の高さを計測し、ノズルの高さと、該評価用部材の表面の高さとの関係を記憶しておく工程
を有する請求項１１に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に加工対象物をレーザビームの進行方向に変位させてその表面を所望の位置に配置するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザを用いたアニーリングやマーキング等のレーザ加工において、加工する基板の大型化が進んでいる。これらの基板は薄いガラスなどの上にシリコンなどの加工対象材料が薄く塗布されたり蒸着されたりしているものであり、基板の大型化に伴い、歪み、たわみ、変形、厚みの不均一等が無視できなくなっている。これらの基板に断面が線状のビームを照射し、基板とビームとを相対的に移動させることにより基板の加工を行っているが、歪み、たわみ、変形、厚みの不均一等が原因で、基板表面が光学系の焦点深度の範囲から外れ、光の照射領域の形状が一定にならなかったり、所望の形状にならなかったりすることがある。現在、この照射のムラによる加工品質の低下を改善することが要求されている。
【０００３】
下記の特許文献１に、基板に熱を与えることにより、ガラス基板をステージに沿うよう変形させ、基板表面の平坦化を図っている半導体作製方法及び半導体装置作製方法が開示されている。
【０００４】
また、下記の特許文献２に、基板をピンなどの多数の点で保持し、基板裏側より吸引を行い、基板を多数の点に吸着させることで、基板表面の平坦化を図っているレーザアニール方法及びレーザアニール装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３６３７４号公報
【特許文献２】特開平９−６３９８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された方法では、基板に熱を与える時間、基板を冷やす時間が必要となり、加工時間が長くなってしまう。また、加熱温度をガラスの歪み点以上、軟化点以下の範囲に設定するため、基板の厚さ自体を変えることはできず、基板の厚さの不均一には対応できない。
【０００７】
また、特許文献２に記載された方法では、基板をピンなどの多数の点で保持することで、基板の厚さの不均一に対して各々のピンの突出量を調整し対応することができる。しかし、各々のピンの突出量の微調整が必要となり、ピン１つ１つにそれらを制御するドライバが必要となるため、装置が複雑で高価になる。
【０００８】
本発明の目的は、比較的安価で簡単に基板表面をレーザビームの進行方向に関して所望の位置に配置することができるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、加えられる圧力に応じて変形する柔軟物を含み、該柔軟物の上に加工対象物を保持するステージと、前記レーザ光源から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物上に導く光学系と、前記ステージに保持された加工対象物の表面にガスを吹き付けて前記柔軟物を変形させることにより、該加工対象物の表面のうち前記レーザビームが入射する領域を、レーザビームの進行方向に変位させるガス吹き付け機構とを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によれば、（ａ）加えられる圧力に応じて変形する柔軟物を含んだステージの、該柔軟物の上に加工対象物を保持する工程と、（ｂ）前記加工対象物表面内の第１の領域の、基準平面からの高さを計測する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で計測した高さに基づいて、前記基準平面から前記第１の領域までの高さが許容範囲内に収まるように、該加工対象物にガスを吹き付けて前記柔軟物を変形させることで該第１の領域の高さを変化させる工程と、（ｄ）前記第１の領域の、前記基準平面からの高さが許容範囲内に収まっている状態で、該第１の領域にレーザビームを入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
ステージに保持された加工対象物の表面にガスが吹き付けられ、加工対象物に加えられた圧力に応じてステージに含まれる柔軟物が変形し、加工対象物表面の高さが変位する。加工対象物の表面に吹き付けるガスのガス流量を調整したり、ガスを吹き出すノズルの、加工対象物の表面からの高さを調整したりすることで、加工対象物に加えられる圧力が変化し、加工対象物表面の高さを調整することができる。これにより、加工対象物の表面を、レーザビームの進行方向に関して所望の位置に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に、本願の第１の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。
【００１３】
レーザ光源１がレーザビームを出射する。レーザ光源１には、例えばＣＯ２レーザを用いることができる。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＬＦレーザ等を用いることもできる。
【００１４】
レーザ光源１から出射したレーザビームが、折り返しミラー２で反射してホモジナイザ３に入射する。ホモジナイザ３は、入射するレーザビームのビーム断面を線状に整形し、光強度分布を均一化する。
【００１５】
ホモジナイザ３で均一化されたレーザビームがＸＹステージ４に保持された加工対象物５に入射する。ＸＹステージ４は、駆動機構４ｃによって移動する可動テーブル４ａの上に柔軟物４ｂが配置された構成から成る。また、可動テーブル４ａと柔軟物４ｂが先述の配置で一体化した構成であっても良い。ＸＹステージ４は、駆動機構４ｃにより加工対象物５の被加工面に平行で、相互に直交するＸ方向及びＹ方向に移動することができる。柔軟物４ｂは、加えられる圧力に応じて変形することができる材質からなる。柔軟物４ｂとして、例えば、シリコーンゴム、スポンジ、薄いシリコーンゴムの袋にシリコーンジェルを詰めたもの等が用いられる。この柔軟物４ｂの上に加工対象物５を配置し、加工対象物５を保持している。
【００１６】
センサ６が、レーザビームが入射する領域内に位置する加工対象物５の表面の基準平面からの高さを計測する。計測方法として、計測可能範囲内の加工対象物５の表面に例えば検知用レーザビーム６ａを照射し、その反射光を受光するなどの方法がある。センサ６には、例えば一般的な反射計測や干渉計測を行えるレーザセンサ等の非接触センサが用いられる。
【００１７】
ガス吹き付け機構７が加工対象物５の表面内のレーザビームが入射する領域の周囲にガスを吹き付ける。ガス吹き付け機構７は、ガス流路８、ノズル９、マスフローコントローラ１０、ガスボンベ１１からなる。ガスは、ガスボンベ１１から供給され、ガス流路８を通ってノズル９から噴出する。マスフローコントローラ１０がガス流路８を流れるガス流量、すなわちノズル９から吹き出すガス流量を調整している。ガス吹き付け機構７から加工対象物５の表面にガスが吹き付けられることで加工対象物５に圧力が加わる。加えられた圧力は加工対象物の下にある柔軟物４ｂに伝わり、その圧力に応じて柔軟物４ｂが変形する。柔軟物４ｂが変形することにより、加工対象物５の表面のうちレーザビームが入射する領域をレーザビームの進行方向に変位させることができる。
【００１８】
制御装置１２が、ＸＹステージ４を制御して、加工対象物５の表面内の所望の領域にレーザビームが入射するように加工対象物５を移動させる。また、制御装置１２は、センサ６及びガス吹き付け機構７を制御して、加工対象物５の表面をレーザビームの進行方向に関して所望の位置に変位させる。制御方法の詳細は後述する。
【００１９】
図２〜図４を参照して、加工方法の詳細を説明する。
【００２０】
図２に、ガス吹き付け時における評価用部材の表面付近の状態を示す。加工に際し、加工対象物５にガスを吹き付ける前に、吹き付けガス流量と加工対象物５の表面の変位量との関係を制御装置１２に記憶させておく必要がある。そこで、まず、ＸＹステージ４の柔軟物４ｂの上に加工対象物５と同一の材料及び厚さである評価用部材５ａを置き、評価用部材５ａを保持する。図２中の破線５Ｂはガス７ａを吹き付けていない状態での評価用部材５ａの表面を示している。センサ６は、この表面内の計測可能範囲について、基準平面からの高さを計測する。
【００２１】
次に、計測可能範囲内の表面の周囲にガス吹き付け機構７からガス７ａを吹き付け、そのときの計測可能範囲内の表面５Ａの基準平面からの高さをセンサ６で計測する。制御装置１２は、ガス７ａを吹き付ける前と吹き付けている状態とにおける計測可能範囲内の表面の高さの差から、計測可能範囲内の表面の変位量ｙを算出する。そして、算出した変位量ｙと、そのときのガス流量を記憶する。さらに、マスフローコントローラ１０を制御して、吹き付けるガス流量を変えて上記の工程を繰り返し、種々のガス流量について、ガス流量と変位量ｙとの関係を制御装置１２に記憶させる。
【００２２】
ガス流量を変えることによって、評価用部材５ａに印加される圧力を調整でき、評価用部材５ａの下の柔軟物４ｂに伝わる圧力が調整できる。この柔軟物４ｂは圧力に応じて変形するので、結局、ガス７ａが評価用部材５ａの表面に吹き付けられると、吹き付けられるガス流量に応じて表面がレーザビームの進行方向に変位する。ただし、この変位量は極わずかであるため、表面が変位することによって変わるノズル９の表面からの高さは圧力に影響を与えない。
【００２３】
図３に、ガス流量と変位量ｙとの関係の一例を示す。横軸にガス流量、縦軸に評価用部材５ａの表面の変位量ｙをとっている。図３に示すように、ガス流量が多いほど評価用部材５ａに加えられる圧力は大きくなり、変位量ｙは大きくなる。制御装置１２は図３に示した関係を記憶する。評価用部材５ａと加工対象物５は同一の材料及び厚さであることから、記憶した関係はガス流量と加工対象物５の表面の変位量との関係に置き換えられる。こうして記憶された関係を用いて、評価用部材５ａと同一の材料及び厚さを持つ加工対象物５を加工する。
【００２４】
図４に、加工の流れを示す。図４（Ａ）に示すように、まず、ＸＹステージ４の柔軟物４ｂの上に加工対象物５を置き、加工対象物５を保持する。次に、加工対象物５の表面Ｘ内のレーザビームを入射させたい第１の領域がレーザビームの光路上に配置されるようにＸＹステージ４を調整する。センサ６は、第１の領域がレーザビームの光路上に配置されたら、第１の領域の基準平面からの高さを計測する。
【００２５】
ここで、レーザビームがホモジナイズする面（以下、ホモジナイズ面と呼ぶ）Ｈを定義する。図示しない光強度分布測定器を用いて光強度が所望の分布を示す位置を計測し、その位置と重なる平面をホモジナイズ面Ｈと定める。図１に示した制御装置１２は、予めセンサ６で計測したホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さを記憶しておく。そして、センサ６で計測した第１の領域の高さと、予め記憶したホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さとの差から、第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１を算出する。算出した第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１が、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるための変位量となる。
【００２６】
算出した距離ｙ１に基づいて、制御装置１２に記憶したガス流量と変位量との関係から、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるために必要なガス流量を算出する。制御装置１２は、ガス吹き付け機構７を制御して、図４（Ｂ）に示すように、算出した流量のガス７ａを第１の領域の周囲に吹き付ける。すると、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上に変位する。図４（Ｃ）に示すように、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上にある状態で、第１の領域にレーザビームＬを入射させ、第１の領域の加工を行う。第１の領域の加工が終わったら、他の加工したい領域について、第１の領域を他の領域と置き換えて、上記のような工程を繰り返す。
【００２７】
なお、上述の方法では、センサ６で高さ計測を行っている最中はガス７ａを吹き付けていないが、もし、ガス７ａを吹き付け続ける場合には、センサ６で高さ計測をした際に吹き付けていたガス７ａのガス流量に対応する変位量と、計測した加工したい領域のホモジナイズ面Ｈからの高さの和が、加工したい領域の変位させたい変位量となる。
【００２８】
このように、加工対象物５の表面に吹き付けるガス流量を調整することで、加工対象物の表面の変位量を調整することができ、加工対象物の表面をレーザビームの進行方向に関して所望の位置に配置することができる。
【００２９】
図５に、第２の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。第１の実施例との違いは、ガス吹き付け機構７がマスフローコントローラではなく高さ調整機構１３を備えていることである。高さ調整機構１３は、制御装置１２から制御信号を受けてノズル９の加工対象物５の表面からの高さを調整する。その他の構成は第１の実施例と同様なので説明は省略する。
【００３０】
図６〜図８を参照して、第２の実施例による加工方法を説明する。
【００３１】
図６に、ガス吹き付け時における評価用部材の表面付近の状態を示す。まず、ガスを吹き付ける前に、ノズル９の加工対象物表面からの高さと加工対象物表面の変位量との関係を制御装置１２に記憶させておく必要がある。第１の実施例と同様に、ＸＹステージ４で評価用部材５ａを保持する。図６中の破線５Ｂはガス７ａを吹き付けていない状態での評価用部材５ａの表面を示している。センサ６が、評価用部材５ａにおける計測可能範囲内の表面５Ｂの基準平面からの高さを計測する。次に、表面にガス７ａを吹き付けて、そのときの計測可能範囲内の表面５Ａの基準平面からの高さを計測する。制御装置１２は、ガス７ａを吹き付ける前と吹き付けている状態とにおける計測可能範囲内の表面の高さの差から、計測可能範囲内の表面の変位量ｙを算出する。加えて、制御装置１２は、ガス７ａを吹き付ける前のノズル９の表面５Ｂからの高さｚを算出する。そして、算出した変位量ｙと、そのときの高さｚを記憶する。高さｚを変えて上記の工程を繰り返し、種々の高さｚについて、高さｚと変位量ｙとの関係を制御装置１２に記憶させる。
【００３２】
高さｚが変わると、評価用部材５ａに加わっている圧力が変化し、変位量ｙが変化する。ただし、評価用部材５ａの表面が変位することによって変わるノズル９の評価用部材５ａの表面からの高さの変位量は高さｚに対して微小であり、圧力に影響を与えない。
【００３３】
図７に、高さｚと変位量ｙとの関係の一例を示す。横軸はノズル９の評価用部材５ａの表面からの高さｚであり、縦軸は評価用部材５ａの表面の変位量ｙである。図７に示すように、高さｚが小さいほど加えられる圧力は大きくなり、変位量ｙは大きくなる。制御装置１２は図７に示した関係を記憶する。評価用部材５ａは、加工対象物５と同一の材料及び厚さであることから、制御装置１２に記憶した高さｚと変位量ｙの関係は加工対象物５に置き換えて適用できる。こうして記憶された関係を用いて、評価用部材５ａと同一の材料及び厚さを持つ加工対象物５を加工する。
【００３４】
図８に、加工の流れを示す。図８（Ａ）に示すように、まず、ＸＹステージ４の柔軟物４ｂの上に加工対象物５を置き、加工対象物５を保持する。次に、加工対象物５の表面Ｘ内のレーザビームを入射させたい第１の領域がレーザビームの光路上に配置されるようにＸＹステージ４を調整する。センサ６は、第１の領域がレーザビームの光路上に配置されたら、第１の領域の基準平面からの高さを計測する。第１の実施例と同様に、図５に示した制御装置１２は、計測された高さと、予め記憶されているホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さとの差から、第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１を算出する。算出した第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１が、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるための変位量となる。
【００３５】
算出した距離に基づいて、制御装置１２に記憶したノズル９の加工対象物５の表面Ｘからの高さｚと表面Ｘの変位量ｙとの関係から、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるために必要なノズル９の加工対象物表面からの高さｚ１を算出する。図８（Ｂ）に示すように、制御装置１２は、高さ調整機構１３を制御して、算出したノズル９の高さｚ１にノズル９を配置し、ガス７ａを第１の領域の周囲に吹き付ける。すると、第１の領域がホモジナイズ面Ｈに変位する。図８（Ｃ）に示すように、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上にある状態で、第１の領域にレーザビームＬを入射させ、第１の領域の加工を行う。第１の領域の加工が終了したら、他の加工したい領域について、第１の領域を他の領域と置き換えて、上記のような工程を繰り返す。
【００３６】
なお、上述の方法では、センサ６で高さ計測を行っている最中はガス７ａを吹き付けていないが、もし、ガス７ａを吹き付け続ける場合には、センサ６で高さ計測をした際のノズル９の高さに対応する変位量と、計測した加工したい領域のホモジナイズ面Ｈからの高さの和が、加工したい領域の変位させたい変位量となる。
【００３７】
このように、ガス７ａを吹き付けるノズル９の高さを調整することで、加工対象物の表面の変位量を調整することができ、加工対象物の表面をレーザビームの進行方向に関して所望の位置に配置することができる。
【００３８】
図９に、第３の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。第３の実施例では、センサ６が、レーザビームが入射する領域からずれた位置の基準平面からの高さを計測するように配置されており、その他の構成は第１の実施例と同じである。
【００３９】
図１０及び図１１を参照して、第３の実施例による加工方法を説明する。
【００４０】
図１０に、ガス吹き付け時における評価用部材の表面付近の状態を示す。まず、ガスを吹き付ける前に、吹き付けガス流量と加工対象物５の表面の変位量との関係を制御装置１２に記憶させておく必要がある。そこで、第１及び第２の実施例と同様に、ＸＹステージ４で評価用部材５ａを保持する。図１０中の破線５Ｂはガス７ａを吹き付けていない状態での評価用部材５ａの表面を示している。センサ６は、評価用部材５ａの表面内において、レーザビームが入射する領域Ａより距離ｄだけずれた領域Ｂの基準平面からの高さを計測する。次に、センサ６は、ガス７ａを吹き付けたときの領域Ｂの基準平面からの高さを計測する。図９に図示した制御装置１２は、ガス７ａを吹き付けたときの領域Ｂの高さと、ガス７ａを吹き付ける前の領域Ｂの高さとの差から、ガス７ａを吹き付けた際の領域Ｂの変位量ｙを算出する。
【００４１】
ここで、距離ｄは、ガス７ａを吹き付けたときに領域Ａの変位量と領域Ｂの変位量ｙとが同一であるような範囲の値である。
【００４２】
続いて、第１の実施例と同様に、ガス流量を変えて上記の工程を繰り返し、種々のガス流量について、ガス流量と変位量ｙとの関係を制御装置１２に記憶させる。第１の実施例と同様に、記憶させた関係は加工対象物５にも適用できる。
【００４３】
図１１に、加工の流れを示す。図１１（Ａ）に示すように、ＸＹステージ４の柔軟物４ｂの上に加工対象物５を置き、加工対象物５を保持する。加工対象物５の表面Ｘ内の領域Ｃにレーザビームが入射する状態で、センサ６が領域Ｃから距離ｄだけずれた第１の領域の基準平面からの高さを計測する。制御装置１２は、計測した第１の領域の高さと、第１の実施例に述べた方法で予め記憶されているホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さとの差から、第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１を算出する。算出した第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１が、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるための変位量となる。
【００４４】
算出した距離ｙ１に基づいて、制御装置１２に記憶したガス流量と変位量との関係から、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるために必要なガス流量を算出する。図１１（Ｂ）に示すように、ＸＹステージ４を移動させて第１の領域をレーザビームが入射する位置に配置した後、算出した流量のガス７ａを第１の領域の周囲に吹き付ける。すると、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上に変位する。そして、図１１（Ｃ）に示すように、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上にある状態で、第１の領域にレーザビームＬを入射させ、第１の領域の加工を行う。
【００４５】
次に、加工対象物５の全面を隈なく加工する方法について説明する。この方法では、加工対象物５を、その表面の任意の領域がセンサ６の計測可能範囲内を通過した後に、レーザビームの照射可能範囲内を通過する向きに、一定速度で移動させながら、高さの計測と、パルスレーザビームの照射とを同時に行う。
【００４６】
パルスレーザビームは、一定のパルス周波数で照射される。あるレーザパルスによって照射された領域と、その次のレーザパルスによって照射される領域とが部分的に重なるように、加工対象物５の移動速度、レーザパルスのパルス周波数、及び１つのレーザパルスで照射される領域の大きさが設定されている。
【００４７】
加工対象物５の表面Ｘ内の任意の領域は、レーザビームの照射可能範囲内を通過する前にセンサ６の計測可能範囲内を通過する。このため、レーザビームの照射可能範囲内を通過する時点では、既にその高さが計測されている。この高さの計測は、加工対象物５の表面にガス７ａを吹き付けている状態で行われる。図３に示したように、ガス流量と変位量との関係が既知であるため、計測された高さと、計測時のガス流量とから、ガス７ａを吹き付けていない状態の高さを算出することができる。算出された高さ、及び図３に示したガス流量と変位量との関係から、高さ計測が行われた領域をホモジナイズ面Ｈまで変位させるために必要なガス流量を求めることができる。
【００４８】
制御装置１２は、レーザビームの照射可能範囲内を通過する領域が、高さ方向に関してホモジナイズ面Ｈに一致するように、ガス流量を制御する。このようにガス流量を制御することにより、レーザビームの入射する領域を常にホモジナイズ面Ｈの高さに一致させた状態で加工を行うことができる。
【００４９】
上述のように、加工する領域の高さ計測を当該領域がレーザビームの光路上に配置される前に行っておくことで、第１の実施例のように加工する領域がレーザビームの光路上に配置されてから高さを計測する方法に比べ加工時間が短縮される。
【００５０】
図１２に、第４の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。センサ６が、レーザビームが入射する領域からずれた位置の基準平面からの高さを計測するように配置され、その他は第２の実施例の構成と同じである。
【００５１】
図１３および図１４を参照して、第４の実施例による加工方法を説明する。図１３に、ガス吹き付け時における評価用部材の表面付近の状態を示す。
【００５２】
まず、ガスを吹き付ける前に、ノズル９の加工対象物表面からの高さと加工対象物表面の変位量との関係を制御装置１２に記憶させておく必要がある。そこで、第１〜第３の実施例と同様に、ＸＹステージ４で評価用部材５ａを保持する。図１３中の破線５Ｂはガス７ａを吹き付けていない状態での評価用部材５ａの表面を示している。センサ６は、評価用部材５ａの表面５Ｂ内において、レーザビームが入射する領域Ａより距離ｄずれた領域Ｂの基準平面からの高さを計測する。次に、センサ６は、ガス７ａを吹き付けたときの領域Ｂの基準平面からの高さを計測する。ガス７ａを吹き付ける前と吹き付けている状態とにおける領域Ｂの高さの差から、図１２に示した制御装置１２は領域Ｂの変位量ｙを算出する。
【００５３】
第３の実施例と同様に、距離ｄは、ガス７ａを吹き付けたときに領域Ａの変位量と領域Ｂの変位量ｙとが同一であるような範囲の値である。
【００５４】
続いて、第２の実施例と同様に、ノズル９の高さｚを変えて上記の工程を繰り返し、種々のノズル高さｚについて、高さｚと変位量ｙとの関係を制御装置１２に記憶させる。第２の実施例と同様に、記憶させた関係は加工対象物５にも適用できる。
【００５５】
図１４に、加工の流れを示す。図１４（Ａ）に示すように、ＸＹステージ４の柔軟物４ｂの上に加工対象物５を置き、加工対象物５を保持する。加工対象物５の表面Ｘ内の領域Ｃにレーザビームが入射する状態で、センサ６が領域Ｃから距離ｄだけずれた第１の領域の基準平面からの高さを計測する。制御装置１２は、計測した第１の領域の高さと、予め記憶されているホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さとの差から、第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１を算出する。算出した第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１が、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるための変位量となる。
【００５６】
算出した距離ｙ１に基づいて、制御装置１２に記憶したノズル９の加工対象物５の表面Ｘからの高さｚと表面Ｘの変位量ｙとの関係から、第１の領域をホモジナイズ面Ｈに移動させるために必要なノズル９の高さｚ１を算出する。図１４（Ｂ）に示すように、ＸＹステージ４を移動させて第１の領域をレーザビームが入射する位置に配置した後、制御装置１２は、高さ調整機構１３を制御して、算出したノズル９の高さｚ１にノズル９を配置し、ガス７ａを第１の領域の周囲に吹き付ける。すると、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上に変位する。そして、図１４（Ｃ）に示すように、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上にある状態で、第１の領域にレーザビームＬを入射させ、第１の領域の加工を行う。
【００５７】
次に、加工対象物５の全面を隈なく加工する方法について説明する。この方法では、加工対象物５を、その表面の任意の領域がセンサ６の計測可能範囲内を通過した後に、レーザビームの照射可能範囲内を通過する向きに、一定速度で移動させながら、高さの計測と、パルスレーザビームの照射とを同時に行う。
【００５８】
パルスレーザビームは、一定のパルス周波数で照射される。あるレーザパルスによって照射された領域と、その次のレーザパルスによって照射される領域とが部分的に重なるように、加工対象物５の移動速度、レーザパルスのパルス周波数、及び１つのレーザパルスで照射される領域の大きさが設定されている。
【００５９】
加工対象物５の表面Ｘ内の任意の領域は、レーザビームの照射可能範囲内を通過する前にセンサ６の計測可能範囲内を通過する。このため、レーザビームの照射可能範囲内を通過する時点では、既にその高さが計測されている。この高さの計測は、加工対象物５の表面にガス７ａを吹き付けている状態で行われる。図７に示したように、ガス７ａを吹き付けるノズル９の高さと変位量との関係が既知であるため、計測された高さと、計測時のノズル９の高さとから、ガス７ａを吹き付けていない状態の高さを算出することができる。算出された高さ、及び図７に示したノズル９の高さと変位量との関係から、高さ計測が行われた領域をホモジナイズ面Ｈまで変位させるために必要なノズル９の高さを求めることができる。
【００６０】
制御装置１２は、レーザビームの照射可能範囲内を通過する領域が、高さ方向に関してホモジナイズ面Ｈに一致するように、ノズル９の高さを制御する。このようにノズル９の高さを制御することにより、レーザビームの入射する領域を常にホモジナイズ面Ｈの高さに一致させた状態で加工を行うことができる。
【００６１】
上述のように、加工する領域の高さ計測を当該領域がレーザビームの光路上に配置される前に行っておくことで、第２の実施例のように加工する領域がレーザビームの光路上に配置されてから高さを計測する方法に比べ加工時間が短縮される。
【００６２】
第５の実施例について説明する。装置構成については図１に示した第１の実施例と同様であり、説明は省略する。
【００６３】
加工方法について説明する。まず、ガス流量と加工対象物表面の変位量との関係を記憶する工程は第１の実施例と同じである。
【００６４】
続いて、第１の実施例と同様に、センサ６が加工対象物５の表面Ｘ内の第１の領域の基準平面からの高さを計測する。制御装置１２は、計測された高さと、予め記憶されているホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さとの差から、第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１を算出する。加工対象物５の表面Ｘ内の第ｎの領域について、その領域に対応する距離ｙｎを算出する。加工したい全ての領域について、距離ｙｎを算出し、制御装置１２に記憶させる。さらに、第ｎの領域を距離ｙｎ変位させるためのガス流量を算出し記憶させる。算出には、制御装置１２に記憶してあるガス流量と加工対象物表面の変位量との関係を用いる。
【００６５】
加工対象物５の表面Ｘ内の第１の領域にレーザビームが入射する状態で、算出した流量のガス７ａを第１の領域の周囲に吹き付ける。すると、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上に変位する。第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上にある状態で、第１の領域にレーザビームＬを入射させ、第１の領域の加工を行う。他の加工したい第ｎの領域についても、その領域に対応したガス流量を吹き付け、第ｎの領域をホモジナイズ面Ｈに変位させ、レーザビームＬを入射させる。
【００６６】
このように、予め加工したい全ての領域の基準平面からの高さを計測しておくことで、計測と計算を同時に行っている第１〜４の実施例と比べて制御装置１２の処理が単純になる。
【００６７】
第６の実施例について説明する。装置構成については図５に示した第２の実施例と同様であり、説明は省略する。
【００６８】
加工方法について説明する。まず、ノズル９の高さと加工対象物表面の変位量との関係を記憶する工程は、第２の実施例と同じである。
【００６９】
続いて、第２の実施例と同様に、センサ６が加工対象物５の表面Ｘ内の第１の領域の基準平面からの高さを計測する。制御装置１２は、計測された高さと、予め記憶されているホモジナイズ面Ｈの基準平面からの高さとの差から、第１の領域のホモジナイズ面Ｈからの距離ｙ１を算出する。加工対象物５の表面Ｘ内の第ｎの領域について、その領域に対応する距離ｙｎを算出する。加工したい全ての領域について、距離ｙｎを算出し、制御装置１２に記憶させる。さらに、第ｎの領域を距離ｙｎ変位させるためのノズル９の高さｚｎを算出し記憶させる。算出には、制御装置１２に記憶してあるノズル９の高さと加工対象物表面の変位量との関係を用いる。
【００７０】
加工対象物５の表面Ｘ内の第１の領域にレーザビームが入射する状態で、制御装置１２は、高さ調整機構１３を制御して、算出したノズル９の高さｚ１にノズル９を配置し、ガス７ａを第１の領域の周囲に吹き付ける。すると、第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上に変位する。第１の領域がホモジナイズ面Ｈ上にある状態で、第１の領域にレーザビームＬを入射させ、第１の領域の加工を行う。他の加工したい第ｎの領域についても、その領域に対応したノズル９の高さｚｎからガス７ａをを吹き付け、第ｎの領域をホモジナイズ面Ｈに変位させ、レーザビームＬを入射させる。
【００７１】
このように、予め加工したい全ての領域の基準平面からの高さを計測しておくことで、計測と計算を同時に行っている第１〜４の実施例と比べて制御装置１２の処理が単純になる。
【００７２】
上記の実施例に加えて、第７の実施例として、第５の実施例においてセンサ６の位置を、レーザビームが入射する領域からずれた領域を計測するように配置する方法を挙げることができる。その効果は第５の実施例とほぼ同様である。
【００７３】
また、第８の実施例として、第６の実施例においてセンサ６の位置を、レーザビームが入射する領域からずれた領域を計測するように配置する方法を挙げることができる。その効果は第６の実施例とほぼ同様である。
【００７４】
なお、第１〜第８の実施例において、ガス７ａを吹き付けていない状態では、加工対象物５の表面Ｘの高さは、ホモジナイズ面Ｈより高い位置になくてはならない。本願の実施例では、加工対象物５の表面Ｘにガス７ａを吹き付けて柔軟物４ｂを押し下げて高さ調整を行っているため、ガス７ａを吹き付ける前に加工対象物５の表面Ｘがホモジナイズ面Ｈよりも低い位置にあると高さ調整ができないからである。
【００７５】
上述のように、ステージに保持された加工対象物５の表面Ｘにガス７ａが吹き付けられ、加工対象物５に加えられた圧力に応じてステージに含まれる柔軟物４ｂが変形し、加工対象物５の表面Ｘ内におけるレーザビームを入射させたい領域の高さが変位する。
【００７６】
加工対象物５の表面Ｘに吹き付けるガス７ａのガス流量を調整したり、ガス７ａを吹き出すノズル９の、表面Ｘからの高さを調整したりすることで、加工対象物５に加えられる圧力が変化し、レーザビームを入射させたい領域の高さを調整することができる。これにより、レーザビームを入射させたい領域をレーザビームの進行方向に関して所望の位置に配置することができる。
【００７７】
例えば、平均厚さに対して±５μｍの厚さのばらつきのある加工対象物に、焦点深度３μｍのレーザビームを照射して加工を行う場合に、本願の実施例による方法を用いれば加工対象物の表面内のレーザビームを入射させたい領域を、レーザビームの焦点深度内に収めることができる。
【００７８】
なお、吹き付けるガス７ａには窒素などの不活性気体を使用することが好ましい。加工対象物表面の雰囲気を無酸素にすることにより、表面の酸化を防ぐことができるからである。
【００７９】
また、ガスを吹き付けることによって、加工対象物５の表面の塵などを除去することができるという二次的な効果も期待できる。
【００８０】
さらに、柔軟物４ｂに、温度により粘土、流動性、弾力性等が変わる材質のもの、例えば熱可塑性ゴムや形状記憶樹脂などを用いれば、柔軟物４ｂの所望の領域をヒーターや冷却装置により温度制御することで、複数の種類、材質からなる加工対象物を加工することも可能である。
【００８１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】第１の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図２】ガス吹き付け時における評価用部材５ａの表面５Ａ付近を表した概略図である。
【図３】ガス流量と評価用部材５ａの表面５Ａの変位量との関係を表したグラフである。
【図４】（Ａ）は、ガスを吹き付けていない状態でステージに保持した加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｂ）は、ガスを吹き付けた状態の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｃ）は、ガスを吹き付けた状態でレーザビームを照射した時の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図である。
【図５】第２の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図６】ガス吹き付け時における評価用部材５ａの表面５Ａ付近を表した概略図である。
【図７】ノズル９の評価用部材５ａの表面５Ａからの高さと表面５Ａの変位量との関係を表したグラフである。
【図８】（Ａ）は、ガスを吹き付けていない状態でステージに保持した加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｂ）は、ガスを吹き付けた状態の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｃ）は、ガスを吹き付けた状態でレーザビームを照射した時の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図である。
【図９】第３の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図１０】ガス吹き付け時における評価用部材５ａの表面５Ａ付近を表した概略図である。
【図１１】（Ａ）は、ガスを吹き付けていない状態でステージに保持した加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｂ）は、第１の領域の周囲にガスを吹き付けた状態の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｃ）は、第１の領域の周囲にガスを吹き付けた状態でレーザビームを照射した時の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図である。
【図１２】第４の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図１３】ガス吹き付け時における評価用部材５ａの表面５Ａ付近を表した概略図である。
【図１４】（Ａ）は、ガスを吹き付けていない状態でステージに保持した加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｂ）は、第１の領域の周囲にガスを吹き付けた状態の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図であり、（Ｃ）は、第１の領域の周囲にガスを吹き付けた状態でレーザビームを照射した時の加工対象物５の表面Ｘの付近を表した概略図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  レーザ光源
２  折り返しミラー
３  ホモジナイザ
４  ＸＹステージ
４ａ  可動テーブル
４ｂ  柔軟物
４ｃ  駆動機構
５  加工対象物
５ａ  評価用部材
５Ａ、５Ｂ、Ｘ  表面
６  センサ
６ａ  検知用レーザビーム
７  ガス吹き付け機構
７ａ  ガス
８  ガス流路
９  ノズル
１０  マスフローコントローラ
１１  ガスボンベ
１２  制御装置
１３  高さ調整機構
Ａ、Ｂ、Ｃ  領域
Ｌ  レーザビーム
Ｈ  ホモジナイズ面
【図１】
0004558665.tif 000002
【図２】
0004558665.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004558665.tif 000006
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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