(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、
前記レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にする手段と、
任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、前記マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影光学系と、
前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系と、
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段は、さらに、前記レーザビームのビーム径を調整するテレスコープを用いて構成され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】
前記強度変換素子及び前記位相整合素子は、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記変倍投影光学系は、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記マスクの透過領域が円形で且つ前記マスクの透過領域の大きさが可変であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記マスクの位置と前記加工対象物の位置とを、前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系からみて共役な関係とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
さらに、前記変倍投影光学系に入れるレーザビームの位相を揃える位相整合素子を設け、前記変倍投影光学系が前記位相整合素子と前記マスクの位置とを共役な関係に保つ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９】
レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にするステップと、
任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影ステップと、
前記マスク上において前記再度均一な強度分布となる変換を行って出力された前記レーザビームの透過領域を任意の形状に制限する領域制限ステップと、
前記透過領域を任意の形状に制限されたレーザビームを加工対象物に投影して加工を行う加工ステップと、
を有するレーザ加工方法。
【請求項１０】
さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップは、前記レーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とする請求項９記載のレーザ加工方法。
【請求項１１】
さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップは、前記レーザビームのビーム径を調整する径調整ステップと、前記ビーム径を調整されたレーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とする請求項１０記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
前記強度変換に用いる素子及び前記位相整合に用いる素子は、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とする請求項１０または１１記載のレーザ加工方法。
【請求項１３】
前記変倍投影ステップは、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて行われることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
前記領域制限ステップでは、前記制限される透過領域が円形で且つ前記制限される透過領域の大きさが可変であることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項１５】
前記レーザビームは、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置及びその方法に関し、特に任意の形状の開口を有するマスクの像を被加工物上に投影し加工を行うレーザ加工装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述したレーザ加工装置に関する従来技術について図を用いて説明する。図７は従来のレーザ加工装置の構成を示す概略図である。図７において７１はレーザ発振器、７２はレーザビームであり図中にプロファイルを点線で示した。７３はテレスコープ、７４はマスク、７５は投影レンズ、７６は被加工物である。
【０００３】
レーザ発振器７１から出射したレーザビーム７２はテレスコープ７３を通過しマスク７４に入射する。マスク７４は大きさが可変であり、加工したい穴の大きさによりマスクの口径の大きさを決定する場合や大きさは可変ではなく加工に応じて大きさの違うマスクを用いる場合もある。またテレスコープ７３はマスクに入射するレーザビーム７２のビーム径と波面の曲率が加工に対し最適になるように設計される。そして投影レンズ７５がマスクの像を加工対象物７６に投影し例えばプリント基板などの被加工物に対し穴開け加工を行う。
【０００４】
また従来技術において、ガルバノミラーによりレーザビームをスキャンしたり、加工と加工の間にステージを高速で移動するなどして、短時間に多数の加工を行うなどの工夫が見られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来技術で示したようなレーザ加工装置は、以下に記すような課題がある。レーザ加工のうち例えば焼き入れ、溶接、樹脂にガラス繊維が多く含まれる場合のビルドアップ多層基板の穴開け等の加工に対し、被加工物上におけるレーザビームの強度分布は均一な分布をしているのが望ましい。ところがＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等の場合、レーザビームの強度分布は光軸付近は強度が強く、周辺に行くにつれ強度が指数関数的に弱くなる、いわゆるガウス分布に近い場合が多い。このようなレーザビームを、例えば上述したビルドアップ多層基板の穴開けに用いた場合、ビア内壁の繊維突出部が長くなり、メッキなどの後工程の不良の原因となる。
【０００６】
また従来例のようなレーザ加工装置に関しては、コリメータを用いてマスクの開口部に対しレーザビームを十分大きく拡大し、レーザビームの光軸とその近傍の強度の強い領域のみを加工に用いるなどの工夫が見られるが、このような工夫を行った場合、マスクの遮蔽部により遮断されるレーザビームのエネルギーが大きくなり結果としてエネルギーの利用率低下を招く。
【０００７】
また従来ではマルチモードレーザビームを発生させ、レーザビームの強度分布を均一な分布に近づけて用いる方法がある。しかしマルチモードのレーザビームは、一般にレーザ出力の変化に伴ってその次数が変化し、強度分布が変動しやすい。その結果、加工面における強度分布が変化し、加工性能を安定させることが出来ないという問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、前記レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にする手段と、任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、前記マスクのパターンを加工対象物に投影する光学系とを用いて構成するものであり、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【０００９】
さらに具体的に本発明は、所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段を有し、この手段は、レーザビーム強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において強度変換素子により乱れたレーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成するものであり、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００１０】
また本発明は、上記の所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段において、強度変換素子の手前にテレスコープを設置し、強度変換素子に入射するレーザビームのビーム径のばらつきを制限するものであり、これにより安定した品質の良い加工が出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明における第１の発明は、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、前記レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にする手段と、任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、前記マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影光学系と、前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系とを有するレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１３】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段が、さらに、前記レーザビームのビーム径を調整するテレスコープを用いて構成されることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により、テレスコープにより強度変換素子に入射するレーザビームのビーム径を安定させることができる結果、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた安定した均一な分布になり、品質のよい安定した加工が可能となる。
【００１４】
さらに具体的なものとして本発明の第３の発明は、第１または第２の発明において、前記強度変換素子及び前記位相整合素子が、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１６】
また本発明の第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記変倍投影光学系が、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて構成されることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１７】
また本発明の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、前記マスクの透過領域が円形で且つ前記マスクの透過領域の大きさが可変であることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００１８】
また本発明の第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記レーザビームが、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とするレーザ加工装置であり、この構成により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
ここで、第７の発明として、第１から第６のいずれかの発明によるレーザ加工装置において、前記マスクの位置と前記加工対象物の位置とを、前記マスクの像を加工対象物に投影する光学系からみて共役な関係とするのが、好適である。
あるいは、第８の発明として、第１の発明によるレーザ加工装置において、さらに、前記変倍投影光学系に入れるレーザビームの位相を揃える位相整合素子を設け、前記変倍投影光学系が前記位相整合素子と前記マスクの位置とを共役な関係に保つように構成しても良い。
【００１９】
本発明における第９の発明は、レーザビームの強度分布を所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において前記強度変換素子により乱れた前記レーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成されるレーザビームの強度分布を均一にするステップと、任意の個数の透過又は反射型素子を用いて構成され、前記透過又は反射型素子をレーザビームの光軸にそって移動させ、前記強度分布の均一なレーザビームを、マスク上において任意の倍率で再度均一な強度分布にする変換を行って出力する変倍投影ステップと、前記マスク上において前記再度均一な強度分布となる変換を行って出力された前記レーザビームの透過領域を任意の形状に制限する領域制限ステップと、前記透過領域を任意の形状に制限されたレーザビームを加工対象物に投影して加工を行う加工ステップとを有するレーザ加工方法であり、この手法により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２０】
本発明の第１０の発明は、第９の発明において、さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップが、前記レーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２１】
本発明の第１１の発明は、第９の発明において、さらに、前記所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする均一化ステップを有し、前記均一化ステップが、前記レーザビームのビーム径を調整する径調整ステップと、前記ビーム径を調整されたレーザビームの強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換を行う強度変換ステップと、前記所定の位置において前記強度変換されたレーザビームの位相を揃える位相整合を行う位相整合ステップとを有することを特徴とするレーザ加工方法であり、この方法により、レーザビームのビーム径を調整するテレスコープで、強度変換する素子に入射するレーザビームのビーム径を安定させることができ、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた安定した均一な分布になり、品質のよい安定した加工が可能となる。
【００２２】
また本発明の第１２の発明は、第１０または第１１の発明において、前記強度変換に用いる素子及び前記位相整合に用いる素子が、いずれも一方の面が非球面から構成される非球面レンズであることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２４】
また本発明の第１３の発明は、第９から第１２のいずれかの発明において、前記変倍投影ステップが、任意の個数の着脱可能な透過又は反射型素子を用いて行われることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２５】
また本発明の第１４の発明は、第９から第１３のいずれかの発明において、前記領域制限ステップでは、前記制限される透過領域が円形で且つ前記制限される透過領域の大きさが可変であることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２６】
また本発明の第１５の発明は、第９から第１４のいずれかの発明において、前記レーザビームが、ＣＯ２レーザ発振器を用いて発振されることを特徴とするレーザ加工方法であり、この手法により、加工対象物においてレーザビームの強度分布が、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が可能となる。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態におけるレーザ加工装置の概略構成図である。図１において、１１はレーザ発振器でありＴＥＭ00モードのレーザビームを発振するＣＯ２レーザ発振器を用いた。１２はＣＯ２レーザビームであり、図中にプロファイルを点線で示した。１３はテレスコープであり、本実施の形態においては、凸レンズ２枚から構成されるケプラー型テレスコープとした。そして１４は強度変換素子、１５は位相整合素子、１６は変倍投影光学系、１７はマスク、１８は投影レンズ、１９は加工対象物である。
【００２８】
次に動作について説明する。ＣＯ２レーザ発振器１１から出射したＣＯ２レーザビーム１２は、テレスコープ１３によりビーム径を調整されながら、強度変換素子１４に入射する。強度変換素子１４、位相整合素子１５を透過したＣＯ２レーザビーム１２の強度分布は、ガウス分布から均一な分布に変換される。
【００２９】
図２は、図１のレーザ加工装置における強度変換素子１４及び位相整合素子１５の拡大図であり、レーザビームの強度分布を光線密度で表している。図２において、１４ａは強度変換素子のＣＯ２レーザビーム１２の入射側の面であり、平面である。１４ｂは強度変換素子のＣＯ２レーザビーム１２の出射側の面であり、非球面である。１５ａは位相整合素子１５のＣＯ２レーザビーム１２の入射側の面であり、非球面である。１５ｂは位相整合素子のＣＯ２レーザビーム１２の出射側の面であり、平面である。すなわち本実施の形態において、強度変換素子１４及び位相整合素子１５は、一方の面が平面、他方の面が非球面から構成される非球面レンズである。
【００３０】
強度変換素子１４の非球面部において、ビーム強度の強い中央部ではビームを広げ、逆にビーム強度の弱い周辺部はビームの広げ方を中央部に比べ少なくするようにして、ビーム強度を均一にする。一方広げられた各ビームを平行ビームあるいは収束ビームあるいは発散ビームに戻す。なお定性的な説明を行なうため、ここでは幾何光学的にレーザビームを光線にたとえたが、より厳密な波動光学的な考え方では、強度変換素子１４は非球面１４ｂによりＣＯ２レーザビーム１２の波面を球面あるいは平面から歪ませることで、位相整合素子１５の位置でＣＯ２レーザビーム１２を均一な強度分布とする。
【００３１】
また位相整合素子１５は、非球面１５ａにより、強度変換素子１４により歪まされた波面を平面または球面に揃える。よって位相整合素子１５の位置においてＣＯ２レーザビーム１２の強度分布は、均一となりかつ位相も揃う。
【００３２】
図３（ａ）はガウス分布をしているＣＯ２レーザビーム１２の強度変換素子の入射側面１４ａでの強度分布、図３（ｂ）は均一な分布をしているＣＯ２レーザビーム１２の位相整合素子の出射側面１５ｂでの強度分布を表している。
【００３３】
位相整合素子１５を透過したＣＯ２レーザビーム１２は、変倍投影光学系１６を透過し、マスク１７に入射する。変倍投影光学系１６は、位相整合素子１５の位置の像をマスク１７の位置に投影する。つまり変倍投影光学系１６に対し、位相整合素子１５の位置とマスク１７の位置は共役な関係にある。つまり、位相整合素子１５の位置で均一な強度分布と揃った位相分布を持つレーザビームは、伝播とともに強度分布の均一性が失われるが、変倍投影光学系１６で投影されたマスク１７の位置で再び均一な強度分布になる。なおマスク１７において、位相分布も揃ったものとなる。なお、変倍投影光学系１６の投影倍率は可変であり、マスク１７の位置でのレーザビームの強度分布の領域の大きさを調整できる。
【００３４】
図４は、マスク１７をレーザビームの光軸にそった方向から見た図である。図４において、斜線部が遮蔽部、遮蔽部の内側が開口部である。本実施の形態では、開口部は円形とした。また、開口部の大きさは可変とすることができ、このようにすることで加工に適した大きさに調節することができる。変倍投影光学系１６は、ＣＯ２レーザビーム１２がマスク１７の開口部の大きさに対して最適な領域を照射するように、位相整合素子１５の位置におけるレーザビームの強度分布をマスク１７上に投影する。
【００３５】
図５はマスクの開口部の大きさとレーザビームの照射領域の関係を表す図である。図５においてレーザビームの強度分布を点線で示した。
【００３６】
図５（ａ）はマスクの開口部の大きさに対しレーザビームの照射領域が小さい場合である。このような場合、マスクの開口部の内側にのみレーザビームの強度が存在し、マスクで遮蔽する意味がない。
【００３７】
また、図５（ｂ）のように、マスクの開口部に対してレーザビームの照射領域が大きすぎる場合、マスクの遮蔽部により遮断されるレーザビームのエネルギーの量が多すぎてエネルギーの利用効率が低下する。
【００３８】
本実施の形態では、図５（ｃ）のように、ＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の均一な領域の大部分がマスク１７の開口部を照射するような、最適なＣＯ２レーザビーム１２の領域の大きさになるように、変倍投影光学系１６の投影倍率の大きさを調整する。
【００３９】
図６は、本実施の形態における変倍投影光学系の拡大図である。図６において、６１は変倍投影光学系１６を構成する凹レンズ、６２は変倍投影光学系１６を構成する凸レンズである。本実施の形態において、凹レンズ６１が位相整合素子１５側に、凸レンズ６２がマスク１７側に配置され、変倍投影光学系１６として位相整合素子１５の位置におけるレーザビームの強度をマスク１７の位置に投影する。さらに本実施の形態では、凹レンズ６１及び凸レンズ６２は、光軸方向にそってそれぞれ独立に移動可能なものとし、凹レンズ６１及び凸レンズ６２の間の距離を変えることにより、２つのレンズの合成焦点距離つまり変倍投影光学系１６の焦点距離を変えることが可能となる。変倍投影光学系１６の焦点距離は、以下の（数１）で示される。
【００４０】
【数１】
0004203635.tif 000002
【００４１】
（数１）において、ｆは変倍投影光学系１６の焦点距離、ｆ１は凹レンズ６１の焦点距離の絶対値、ｆ２は凸レンズ６２の焦点距離の絶対値、ｄは凹レンズ６１と凸レンズ６２の間隔である。（数１）によると、凹レンズ６１と凸レンズ６２の間隔を長くするほど、変倍投影光学系１６の焦点距離を短く出来る。すなわち変倍投影光学系１６は、凹レンズ６１と凸レンズ６２を光軸方向にそって移動しながら焦点距離を変化させることで、位相整合素子１５とマスク１７の位置を共役な関係に保ちながら、投影倍率を変化させることが出来る。よってマスク１７上でのレーザビームの強度分布は均一なものとなる。
【００４２】
さらにマスク１７の開口部の大きさを変化させる場合も、その大きさの変化に合わせて変倍投影光学系１６の投影倍率を変化させることで、常にマスク１７の開口部の大きさに最適な領域にＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の大きさを変化させることが出来る。
【００４３】
次に、マスク１７の開口部におけるレーザビームの強度分布は、投影レンズ１８により加工対象物１９上に投影される。マスク１７の位置と加工対象物１９の位置は、投影レンズ１８からみて共役な関係にあるので、被加工物１９上におけるＣＯ２レーザビーム１２の強度分布も均一になる。
【００４４】
なお、マスク１７の大きさは可変であるとし、マスク１７の大きさと投影レンズ１８の積で与えられる加工対象物１９でのＣＯ２レーザビーム１２の強度分布の大きさを、必要に応じて変化させることが出来る。
【００４５】
以上のように本実施の形態によれば、レーザビームの透過領域を任意の形状に制限するマスクと、所定の位置におけるレーザビームの均一な強度分布をマスクの透過領域に対し適切な倍率でマスク上に投影する変倍投影光学系と、マスクのパターンを加工対象物に投影する光学系とを用いて構成することにより、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００４６】
さらに、所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段を配置し、この手段が、レーザビーム強度分布を前記所定の位置において均一にする強度変換素子と、前記所定の位置において強度変換素子により乱れたレーザビームの位相を揃える位相整合素子とを用いて構成することにより、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、品質のよい加工が出来る。
【００４７】
さらに、上記の所定の位置においてレーザビームの強度分布を均一にする手段が、強度変換素子の手前に設置されたテレスコープを有する場合、強度変換素子に入射するレーザビームのビーム径のばらつきを制限することができるため、これにより安定した品質の良い加工が出来る。
【００４８】
なお本実施の形態において、レーザ発振器から発振されるレーザビームはＴＥＭ00モードとしたが、高次のモードが混じったレーザビームであっても、あるいは導波モードであっても、不安定共振器から発振するモードであっても、強度変換素子と位相整合素子をこれらのモードに対し最適に設計することで実現可能である。
【００４９】
なお本実施の形態において、マスク１７は開口部の大きさが可変としたが、マスクの大きさを固定として着脱可能とし、加工に応じて最適な開口部の大きさのマスクに交換してもよい。
【００５０】
また、マスク１７の開口部の形状を円形としたが、円形に限ることは無いことは言うまでもない。
【００５１】
また、変倍投影光学系１６を凹レンズ６１と凸レンズ６２から構成したが、レンズの枚数は２枚に限定されるものではなく、それ以上で構成しても構わない。
【００５２】
さらに変倍投影光学系１６は、レンズでなく反射鏡等からも構成可能である。要するに位相整合素子１５の位置の強度及び位相をマスク１７の位置に投影するものであれば、変倍投影光学系１６の構成はレンズのような透過型の素子に限らず、反射型の素子やその他の素子を用いて構成しても良い。
【００５３】
さらに変倍投影光学系１６は、光軸方向に沿って移動可能な要素から構成したが、個々の構成要素を着脱可能とし、マスクの大きさに応じて最適な投影倍率で投影できるように、その都度光学系を構成する方式にしてもよい。
【００５４】
なお、本実施の形態では、変倍投影光学系１６に入射するレーザビームは、テレスコープ１３と、所定の位置でレーザビームの強度分布を均一にする手段すなわちここでは強度変換素子１４及び位相整合素子１５とを通過した光としているが、これに限定されるものではなく、変倍投影光学系１６に入射する位置において均一な強度分布を有するレーザビームであれば構わない。
【００５５】
また、所定の位置でレーザビーム１２の強度分布を均一にする手段の一つとして、本実施の形態では、強度変換素子と位相変換素子を２枚の非球面レンズから構成した一例を示したが、バイナリーオプティクスから構成しても良く、枚数も２枚に限らない。
【００５６】
また、所定の位置でレーザビーム１２の強度分布を均一にする手段として、本実施の形態においては透過型素子を用いているが、反射型素子でもよい。
【００５７】
また、所定の位置でレーザビーム１２の強度分布を均一にする手段の一つとして、さらにテレスコープ１３を有する構成も示したが、テレスコープ１３は凸レンズ２枚の構成に限らず、凹レンズと凸レンズからなるガリレイ型テレスコープとしても良く、レンズの枚数も２枚に限らない。さらにテレスコープは、任意の枚数の反射鏡等から構成しても良い。
【００５８】
また、本実施の形態においてレーザビームはＣＯ２レーザビームとしたが、ＹＡＧレーザやＨｅ−Ｎｅレーザ等、加工に適した光ならばなんでもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、加工対象物においてレーザビームの強度分布がマスクの大きさに応じた均一な分布になり、より均一な加工が可能となるとともに品質の安定した加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるレーザ加工装置の概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態における強度変換素子及び位相整合素子の概略拡大図
【図３】本発明の一実施の形態におけるレーザビームの強度分布を示す概念図
【図４】本発明の一実施の形態におけるマスクの光軸方向から見た概略図
【図５】本発明の一実施の形態におけるマスクの大きさと強度分布の照射領域との関係を示す概念図
【図６】本発明の一実施の形態における変倍投影光学系の概略拡大図
【図７】従来例におけるレーザ加工装置の概略構成図
【符号の説明】
１１  ＣＯ２レーザ発振器
１２  ＣＯ２レーザビーム
１３  テレスコープ
１４  強度変換素子
１４ａ  強度変換素子の入射側面
１４ｂ  強度変換素子の出射側面
１５  位相整合素子
１５ａ  位相整合素子の入射側面
１５ｂ  位相整合素子の出射側面
１６  変倍投影光学系
１７  マスク
１８  投影レンズ
１９  加工対象物
６１  凹レンズ
６２  凸レンズ
【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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