レーザ加工装置及びレーザ加工方法
【課題】 加工対象物の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 レーザ加工装置は、表面に基準点及び参照点が画定され、加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて、加工対象物を移動させるステージと、ステージに保持された加工対象物にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、基準点及び参照点の位置情報を取得するための位置検出器と、位置検出器により取得した基準点及び参照点の位置情報に基づいて、ステージが移動する移動距離を算出し、移動距離に基づいて、ステージを制御する制御装置とを有する。
【解決手段】 レーザ加工装置は、表面に基準点及び参照点が画定され、加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて、加工対象物を移動させるステージと、ステージに保持された加工対象物にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、基準点及び参照点の位置情報を取得するための位置検出器と、位置検出器により取得した基準点及び参照点の位置情報に基づいて、ステージが移動する移動距離を算出し、移動距離に基づいて、ステージを制御する制御装置とを有する。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物を保持し、所定の平面に平行な２次元方向に移動させることができるステージを有するレーザ加工装置が広く用いられている。このようなレーザ加工装置は、例えば特許文献１に記載されている。このようなステージは、例えば、一方向（Ｘ方向）に移動するＸステージと、前記一方向に直交する方向（Ｙ方向）に移動するＹステージとから構成される。Ｘステージ及びＹステージをそれぞれ移動させることにより、加工対象物を２次元方向に移動できる。ステージを動作させて、加工対象物を移動させることにより、被加工面上のレーザビーム入射位置を移動させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６０５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステージ（Ｘステージ及びＹステージ）は、制御装置により、目標位置に移動するように制御される。しかし、ステージを移動させるとき、目標位置に対する位置ずれが発生する。ステージに位置ずれが発生すると、加工対象物にも目標位置からの位置ずれが生じる。これにより、被加工面上のレーザを入射させるべき位置と、実際にレーザが入射する位置とにずれが生じる。
【０００５】
レーザを照射しながら、加工対象物を保持したＸステージをＸ方向に移動させて、被加工面上のＸ方向に長い直線状の領域を加工することを考える。しかし、ＸステージをＸ方向に移動させようとするとき、その軌道がＹ方向にうねる動き（ヨーイング）が生じる。ヨーイングにより、ＸステージにＹ方向の位置ずれが発生する。これにより、ステージに保持された加工対象物にもＹ方向の位置ずれが生じる。被加工面上のレーザが照射された領域が、Ｘ方向に長い直線状にならず、Ｙ方向にうねる形状になってしまう。
【０００６】
ところで、ステージを運転することにより、ステージを駆動するリニアモータ等から熱が発生する。この熱がステージに伝搬することにより、ステージの温度が上昇する。温度上昇したステージに加工対象物が保持されると、加工対象物の温度が上昇する。
【０００７】
レーザ加工技術において、一般に、ステージに保持する基板を交換しながら、同一の型の複数の基板を、順次加工することが行われる。このとき、ステージの温度が徐々に上昇する。よって、後に加工される基板ほど、温度が高い状態で加工が行われる。このようにして、基板ごとに異なる温度で加工が行われるとき、どの基板に対しても被加工領域の長さを一定として加工を行うと、以下のような問題が生じる。基板は、温度が上昇すると熱膨張する。このため、異なる温度の基板に対して被加工領域の長さを一定としたまま加工を行うと、室温、または、ある基準温度まで戻した状態での被加工領域の長さが、基板ごとに異なる。
【０００８】
本発明の一目的は、加工対象物の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができるレーザ加工装置及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、表面に基準点及び参照点が画定され、加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて、該加工対象物を移動させるステージと、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、前記基準点及び参照点の位置情報を取得するための位置検出器と、前記位置検出器により取得した前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージが移動する移動距離を算出し、該移動距離に基づいて、該ステージを制御する制御装置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）表面に基準点と参照点とが画定されたステージに、加工対象物を保持する工程と、（ｂ）前記基準点及び参照点の位置を検出して、該基準点及び参照点の位置情報を取得する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で取得された前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させる移動距離を算出する工程と、（ｄ）前記加工対象物の表面にレーザビームを照射しながら、前記ステージを、前記工程（ｃ）で算出された移動距離だけ移動させる工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
ステージに画定された基準点及び参照点の位置情報に基づき、ステージを移動させる距離（すなわち、ステージに保持された加工対象物上のレーザが照射される被加工領域の長さ）が求められる。基準点と参照点との相対的位置関係は、加工対象物の温度を反映するので、加工対象物の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１（Ａ）は、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、連続波レーザビームを出射する。レーザ光源１として、例えば、半導体レーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器を用いることができる。レーザ光源１を出射したレーザビームは、折り返しミラー２で反射され、ビーム入射位置変位手段３に入射する。ビーム入射位置変位手段３は、入射したレーザビームの一部が、透過領域を通過するようにして、レーザビームの断面形状を整形するマスク３Ａと、マスク３Ａを保持し、レーザビームの進行方向と垂直な方向に変位させるマスク移動機構３Ｂとを含んで構成されている。ビーム入射位置変位手段３について、後に図１（Ｂ）を参照して説明する。
【００１３】
ビーム入射位置変位手段３で断面を整形されたレーザビームが、レンズ４で収束されて、加工対象物である基板５の表面に入射する。基板５は、例えば、表面にＩＴＯ膜が形成されたガラス基板や、プリント配線基板等である。マスク３Ａの透過領域からレンズ４までの光路長と、レンズ４から基板５の表面までの光路長とは、マスク３Ａの透過領域が、基板５の表面に、例えば１／２から１／３程度に縮小されて結像するように調節されている。
【００１４】
基板５が、ステージ６に保持されており、ステージ６が、基台７に保持されている。基台７に固定されたＸＹ直交座標系を考えたとき、ステージ６は、ＸＹ面に平行な２次元方向に移動して、基板５を移動させることができる。これにより、基板表面の被加工位置を移動させることができる。ステージ６が１次元方向に移動可能な距離は、例えば１０００ｍｍ程度である。ステージ６の駆動機構として、例えばリニアモータが用いられる。なお、一般に、リニアモータを用いた駆動機構は、ピエゾ素子を用いた駆動機構より応答速度が遅い。ステージ６の可動部の重量は、例えば１０００ｋｇ程度である。ステージ６の保持面及び基板５の表面は、ＸＹ面に平行である。制御装置９が、ステージ６に目標位置を与える制御信号を送出する。
【００１５】
図１（Ｂ）を参照して、ビーム入射位置変位手段３について説明する。ここで、レーザビームは、図１（Ａ）の基台７に固定されたＸＹ面の法線方向に沿って、ビーム入射位置変位手段３に入射するとする。図１（Ｂ）の上側の図が、ビーム入射位置変位手段３をＸＹ面の法線方向に平行な視線で見た平面図であり、図１（Ｂ）の下側の図が、ビーム入射位置変位手段３をＹ軸に平行な視線で見た正面図である。
【００１６】
マスク３Ａは、入射したレーザビームを遮光する遮光領域３Ａａと、遮光領域３Ａａ内に形成され、レーザビームを透過させる透過領域３Ａｂを有する。透過領域３Ａｂは、例えば矩形形状を有し、マスク３Ａに入射するレーザビームのビーム断面よりも小さい。透過領域３Ａｂを通過したレーザビームの断面形状が、透過領域３Ａｂの形状に対応するように整形される。マスク移動機構３Ｂは、弾性ヒンジ３Ｂａ及び３Ｂｄと、駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅと、内枠３Ｂｃと、外枠３Ｂｆと、マスクチャック３Ｂｇとを含んで構成される。図１（Ｂ）の下側の図に示すように、マスク３Ａが、マスクチャック３Ｂｇに保持される。
【００１７】
マスクチャック３Ｂｇが、４個の弾性ヒンジ３Ｂａ及びピエゾ素子を含む駆動機構３Ｂｂを介して内枠３Ｂｃに取り付けられている。弾性ヒンジ３Ｂａは、内枠３Ｂｃに対するマスクチャック３ＢｇのＹ軸方向の位置を拘束し、Ｘ軸方向に移動可能に、マスクチャック３Ｂｇを保持する。駆動機構３Ｂｂを動作させることにより、マスクチャック３Ｂｇを、内枠３Ｂｃに対して、Ｘ方向に変位させることができる。
【００１８】
内枠３Ｂｃが、４個の弾性ヒンジ３Ｂｄ及びピエゾ素子を含む駆動機構３Ｂｅを介して外枠３Ｂｆに取り付けられている。弾性ヒンジ３Ｂｄは、外枠３Ｂｆに対する内枠３ＢｃのＸ軸方向の位置を拘束し、Ｙ軸方向に移動可能に、内枠３Ｂｃを保持する。図１（Ａ）の基台７に対して外枠３Ｂｆの相対位置が固定されている。駆動機構３Ｂｅを動作させることにより、内枠３Ｂｃを、外枠３Ｂｆに対して、Ｙ方向に変位させることができる。
【００１９】
駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅを適宜動作させることにより、マスク３Ａの透過領域３Ａｂを、ＸＹ面に平行な２次元方向（ビーム入射位置変位手段３に入射するレーザビームの進行方向と垂直な２次元方向）に変位させることができる。透過領域３Ａｂを変位させることにより、基板５に入射するレーザビームの入射位置を変位させることができる。制御装置９が、マスク移動機構３Ｂ（の駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅ）を制御する。
【００２０】
駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅにピエゾ素子を用いることにより、１ｍｓ程度の応答速度で、マスク３Ａを数十μｍ移動させることができる。マスク３Ａを変位させる際に移動するマスク移動機構３Ｂの可動部は、例えば５０ｋｇ程度と軽いため、駆動が容易である。
【００２１】
なお、透過領域３Ａｂを、ビーム入射位置変位手段３に入射するレーザビームの進行方向と垂直な方向に変位させなくとも、ビーム入射位置変位手段３に入射するレーザビームの進行方向と交差する方向に変位させれば、被加工面上のビーム入射位置を変位させることができる。
【００２２】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。位置検出器８が、ステージ６の位置を検出し、検出結果を制御装置９に送出する。位置検出器８が検出したステージ６の位置と、制御装置９がステージ６に与えた目標位置とを比較することにより、ステージ６の位置ずれ量が求められる。位置検出器８として、例えば、レーザ干渉計を用いることができる。位置検出器８を、ステージ６のＹ方向の位置を検出できるように配置することにより、ステージ６のＹ方向の位置ずれ量が求められる。さらに、他の位置検出器８を、ステージ６のＸ方向の位置を検出できるように配置すれば、ステージ６のＸ方向の位置ずれ量も求められる。
【００２３】
基板５は、ステージ６に保持されているので、位置検出器８が、ステージ６の位置を検出することにより、基板５の位置及び目標位置からの位置ずれ量を求めることができる。なお、位置検出器８を、基板５の位置を直接検出できるように設置することにより、基板５の位置及び位置ずれ量を求めてもよい。
【００２４】
ステージ６に、目標位置からの位置ずれが生じると、被加工面上のレーザビームが入射すべき位置（つまり、ステージ６の、目標位置からの位置ずれ量が、ゼロであると仮定したときに、レーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置）と、レーザビームが実際に入射する位置とに、ずれが生じる。後に説明するような方法で、ビーム入射位置を補正することにより、このずれを小さくすることができる。
【００２５】
ステージ６の表面には、後に図３を参照して説明するように、基準点と参照点とが画定されている。位置検出器１０が、ステージ６の表面を観測し、基準点及び参照点の位置を検出することにより、両点の位置情報が取得される。位置検出器１０として、例えば、固体撮像素子を有するカメラを用いることができる。位置検出器１０により取得された基準点及び参照点の位置情報は、制御装置９に送出される。
【００２６】
次に、図１（Ａ）を参照して説明したレーザ加工装置を用いて、ビーム入射位置を補正する方法について説明する。制御装置９が、ステージ６に、Ｘ方向へ移動するよう指令を与える。このとき、制御装置９からステージ６に与えられるＹ方向の目標位置は、移動の始点から終点まで一定である。しかし、ステージ６を移動させると、ステージ６を移動させようとする方向（Ｘ方向）とＸＹ面内で直交する方向（Ｙ方向）に、ステージ６の軌道がうねる動き（ヨーイング）が生じる。そのため、ステージ６のＹ方向の位置ずれが発生する。このＹ方向の位置ずれは、Ｙ方向の目標位置を中心にして、例えば±６μｍ程度である。
【００２７】
ステージ６を移動させながら、レーザ照射を行うことにより、被加工面上のＸ方向に長い線状領域にレーザが照射される。なお、以下に説明するようなビーム入射位置の補正を行わない場合、この線状領域は、幅方向（Ｙ方向）に例えば全幅１２μｍ程度のうねりを有する形状となる。
【００２８】
ステージ６のＹ方向の位置が、位置検出器８により検出される。検出された位置と、制御装置９が与えるＹ方向のステージ目標位置とに基づいて、ステージ６の位置ずれ量が求められる。ステージ６の位置ずれ量に基づいて、制御装置９が、図１（Ｂ）のマスク移動機構３Ｂを制御することにより、マスク３Ａが変位して、被加工面上のビームスポットがＹ方向に移動する。ステージ６の目標位置からの位置ずれに起因するレーザビーム入射位置のずれを補償する向きに（位置ずれ量がゼロであると仮定したときに、レーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置に近づく向きに）、被加工面上のビームスポットが移動するように、マスク３Ａの変位の方向及び距離が決定される。このようにして、ビーム入射位置が補正される。被加工面上で、ビームスポットを例えば６μｍ程度移動させるためには、縮小率を例えば１／３とすると、マスク３Ａの移動距離は１８μｍ程度とすればよい。
【００２９】
ステージ６が始点から終点まで移動する間に、上記で説明したようなビーム入射位置の補正を、繰り返し行いながら、レーザ照射を行う。このようにして、被加工面上の、レーザビームの照射された領域のうねりを小さくすることができる。
【００３０】
なお、ステージ６を移動しようとする方向であるＸ方向についても、位置ずれが発生し得るが、この位置ずれは例えば、目標位置を中心にして±１μｍ程度と小さい。以下に説明するようにして、Ｘ方向の位置ずれに起因するビーム入射位置のずれを補正してもよい。
【００３１】
位置検出器８で、ステージ６のＸ方向の位置を検出する。検出された位置と制御装置９が与えるＸ方向の目標位置とに基づいて、ステージ６のＸ方向の位置ずれが求められる。ステージ６の目標位置からのＸ方向の位置ずれに起因するレーザビーム入射位置のずれが補償される向きに、被加工面上のビームスポットが移動するように、マスク３Ａを変位させる。このようにして、Ｘ方向のビーム入射位置のずれも補正できる。なお、Ｘ方向のビーム入射位置のずれの補正と、上記で説明したＹ方向のビーム入射位置のずれの補正とは、同時に行うことができる。
【００３２】
上記では、ステージ６の位置を検出し、ステージ６の目標位置からの位置ずれを求めて、ビーム入射位置のずれの補正を行ったが、基板５の位置を直接検出し、基板５の目標位置からの位置ずれを求めて、ビーム入射位置のずれを補正してもよい。
【００３３】
なお、マスク移動機構３Ｂを駆動させなくとも（マスク３Ａの位置が固定されていても）、ステージ６の位置ずれを補正することにより、ビーム入射位置を補正することは可能である。上記の背景技術で説明したように、ステージ６がＸステージとＹステージとから構成されており、レーザを照射しながら、基板５を保持したＸステージをＸ方向に移動させて、被加工面上のＸ方向に長い領域を加工する場合を考える。
【００３４】
位置検出器８により、ＸステージのＹ方向の位置を検出し、検出されたＹ方向の位置と制御装置の与えるＹ方向の目標位置とに基づいて、ＸステージのＹ方向の位置ずれ量を算出する。算出されたＹ方向の位置ずれ量に基づき、制御装置９が、Ｙステージを、ＸステージのＹ方向の位置ずれが低減するように移動させる。このようにして、ステージ６の位置ずれ（及び基板５の位置ずれ）が低減されることにより、被加工面上のレーザビーム入射位置を補正できる。
【００３５】
しかし、ステージ６は重く、また、駆動機構にリニアモータを用いているので、応答速度が遅く、ＸステージをＹ方向に例えば６μｍ程度移動させるのに、数１０ｍｓ程度かかる。一方、マスク移動機構３Ｂを用いて、被加工面上のビームスポットを６μｍ程度移動させることは、マスク３Ａを１８μｍ程度移動させることが必要だとしても、１ｍｓ程度で行うことができる。マスク移動機構３Ｂを用いることにより、ビーム入射位置の補正を高速に行うことができる。
【００３６】
次に、図２及び図３を参照し、基板の温度に応じて被加工領域の長さを補正することができるレーザ加工方法について説明する。図２に示すステップＳＴ１で、ステージ６に基板５を保持する。
【００３７】
図３に示すように、ステージ６の表面に基準点２０と参照点２１とが画定されている。参照点２１は、基準点２０からＸ方向に所定距離だけ離れている。基準点２０を通りＸ方向に平行な直線に沿って、２つの位置決めピン２２が配置されており、基準点２０を通りＹ方向に平行な直線に沿って、２つの位置決めピン２２が配置されている。矩形状の基板５が、位置決めピン２２で位置合わせされ、基板５の一対の辺及び他の一対の辺が、それぞれ、Ｘ軸及びＹ軸に平行となり、基板５のある辺とそれに直交する他の一辺とが交わる点（基板５の１つの角）が、基準点２０に一致するように、配置されている。
【００３８】
図２に示すステップＳＴ２で、図１（Ａ）に示した位置検出器１０を用いて、基準点２０及び参照点２１の位置座標を検出する。制御装置９が、両位置座標に基づき、基準点２０と参照点２１との距離Ｄを算出する。距離Ｄは、ステージ６の温度に対応して変化する。制御装置９が、基準温度において予め測定された基準点２０と参照点２１との距離と、ステージ６を構成する材料の線膨張係数と、距離Ｄとに基づいて、ステージ６の現在の温度Ｔを求める。
【００３９】
次のステップＳＴ３で、基板５上の加工すべき領域の長さＬが求められる。以下、長さＬを求める方法について説明する。上記のステップＳＴ２で得られたステージ６の温度Ｔに基づき、制御装置９により、基板５の温度Ｔｗが推定される。基板５が基準温度のときに加工すべき被加工領域の長さを基準長さとする。基板５の温度がＴｗになると、加工すべき長さＬが、基準長さから変化する。制御装置９が、基準長さと、基板５を構成する材料の線膨張係数と、基板５の温度Ｔｗとに基づいて、加工すべき長さＬを求める。
【００４０】
ステップＳＴ４で、以下のようにして、基板５へのレーザ照射を行う。まず、図３に示す始点Ｐ０にレーザビームが照射されるように、ステージ６を動作させて、基板５の位置合わせを行う。次に、レーザビームの照射を開始し、ステージ６をＸ方向に移動させながら、始点Ｐ０と始点Ｐ０からＸ方向に距離Ｌだけ離れた終点Ｐ１とを結ぶ直線状領域に、レーザ照射を行う（ステージの移動距離はＬである）。このようにして、基板５上の長さＬの直線状領域２３が加工される。このようなレーザ照射の工程を、Ｙ方向に始点を移動させて、繰り返し行うことにより、複数の直線状領域（図３に示す線状領域２３ａ等）を加工することができる。
【００４１】
以上説明した方法を用いることにより、基板５の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができる。複数の基板を加工するとき、基板ごとに、上記のステップＳＴ１〜ＳＴ４を実行することにより、各基板について、適切な長さの被加工領域の加工ができる。
【００４２】
なお、一枚の基板５に対して、複数の被加工領域を加工する場合、被加工領域ごとに、上記のステップＳＴ２及びＳＴ３を実行して、長さの補正を行っても構わない。また、被加工領域同士の間隔（ピッチ）を、基板温度に応じて補正しても構わない。上記で、被加工領域の長さを求めたときと同様にして、基板温度が基準温度のときのピッチと、基板５の線膨張係数とに基づいて、基板温度がＴｗに変化したときのピッチが求められる。
【００４３】
なお、基準点２０と参照点２１との距離Ｄと、被加工領域の長さＬとの対応関係を、様々な距離Ｄについて予め求め、距離Ｄと長さＬとの対応関係のテーブルを作成しておいてもよい。制御装置９が、このようなテーブルに基づいて、基準点２０と参照点２１との距離Ｄから被加工領域の長さＬを求めるようにすれば、基板５の加工時に制御装置９が実行する計算量を減らすことができる。
【００４４】
なお、基準点２０及び参照点２１の位置座標から、両点を結ぶ方向を求めることができる。基準点２０と参照点２１とを結ぶ方向が、Ｘ軸に対して傾くような位置ずれが生じた場合、ステージ６が、基準点２０と参照点２１とを結ぶ方向と平行な方向に移動するように、ステージ制御を行ってもよい。
【００４５】
なお、基板５に位置合わせのための基準マークが形成されている場合は、それを用いて被加工領域の長さを補正することもできる。図３に示したように、基板５の１つの角が、基準点２０と一致するような配置とすることで、基準点２０を、基板５の位置合わせの基準点とすることができる。基準点２０で交わる基板５の２つの辺は、位置決めピン２２と接していることにより、基板５が熱膨張しても移動しない。これにより、基準点２０に配置された基板５の１つの角が、基板５が熱膨張しても移動しない。
【００４６】
基準温度において予め、ステージ６の基準点２０からステージ６に保持された基板５の基準マークまでの距離Ｄａを測定しておく。基板５の加工時に、ステージ６の基準点２０及び基板５の基準マークの位置座標を検出し、両点間の距離Ｄｂを算出する。距離Ｄｂが距離Ｄａの何倍であるか算出する。この倍率を、基準長さに乗算すれば、加工時の温度において加工すべき被加工領域の長さＬが求まる。基板５の基準マークの位置座標は、位置検出器１０で検出される。なお、基準温度における距離Ｄａの測定は、基板５と同様に基準マークが形成された他の基板に対して行って構わない。
【００４７】
次に、図４を参照して、上記実施例の変形例によるレーザ加工装置について説明する。図４に示すレーザ加工装置は、図１（Ａ）に示したレーザ加工装置から、マスク移動機構３Ｂを取り除き、基板５とステージ６との間に、微動ステージ１１を追加した構成である。
【００４８】
レーザ光源１を出射した連続波レーザビームが、折り返しミラー２で反射され、マスク３Ａに入射して、断面を整形される。マスク３Ａを出射したレーザビームは、レンズ４で収束されて、基板５の表面に入射する。マスク３Ａ、レンズ４及び基板５は、マスク３Ａの透過領域が基板５の表面に結像するように配置されている。
【００４９】
基板５が、微動ステージ１１に保持されており、微動ステージ１１が、ステージ６に保持されており、ステージ６が、基台７に保持されている。基板５の表面は、ＸＹ面に平行である。ステージ６は、基台７に固定されたＸＹ面に平行な２次元方向に移動して、微動ステージ１１及び微動ステージ１１に保持された基板５を移動させることができる。
【００５０】
微動ステージ１１は、基板５を、基準位置から、ＸＹ面に平行な２次元方向に微小変位させることができる。微動ステージ１１は、ピエゾ素子を用いた駆動機構を有し、基板５を、数十μｍ程度移動させる。制御装置９が、基準位置からの変位量を与えることにより、微動ステージ１１を制御する。
【００５１】
図４に示すレーザ加工装置を用い、以下に説明するようにして、ステージ６の位置ずれに起因するビーム入射位置のずれを補正することができる。位置検出器８が検出したステージ６の位置と、制御装置９がステージ６に与えた目標位置とから、ステージ６の位置ずれ量が求められる。
【００５２】
制御装置９が、ステージ６の位置ずれ量に基づいて、微動ステージ１１を制御し、基板５が目標位置に近づくように、基板５を変位させる。これにより、被加工面上のビーム入射位置のずれが補正される。例えば、ステージ６をＸ方向に移動させるときに、ヨーイングに伴いステージ６のＹ方向の位置ずれが発生する。微動ステージ１１を用いて、基板５をＹ方向に変位させることにより、この位置ずれに起因する被加工面上のビーム入射位置のずれを補正することができる。
【００５３】
なお、位置検出器８で基板５の位置を検出し、基板５の目標位置からの位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて、基板５を目標位置に近づけるようにしてもよい。この場合、それ以前のビーム入射位置補正に伴い、微動ステージ１１が基板５を基準位置から変位させていたときは、この変位量にも基づいて、微動ステージ１１が制御される。
【００５４】
上記で説明したように、ステージ６の位置ずれを補正することによっても、基板５を目標位置に近づけることができるが、リニアモータ等で駆動されるステージ６の応答速度は遅い。ステージ６が移動可能な距離として、１０００ｍｍ程度であることが要求されるので、ステージ６の駆動機構に、高速に応答するピエゾ素子を用いることができない。一方、微動ステージ１１は、ステージ６の位置ずれの大きさ程度の距離だけ基板５を変位させればよいので、ピエゾ素子で駆動させることができる。よって、微動ステージ１１を用いることにより、基板５の位置ずれを補償する移動が高速化され、ビーム入射位置の補正を高速に行うことができる。
【００５５】
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】
【００５６】
【図１（Ａ）】本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図１（Ｂ）】ビーム入射位置変位手段の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】実施例によるレーザ加工方法を示したフローチャートである。
【図３】基板が保持されたステージの平面図である。
【図４】変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ レーザ光源
２ 折り返しミラー
３ ビーム入射位置変位手段
３Ａ マスク
３Ｂ マスク移動機構
４ レンズ
５ 基板
６ ステージ
７ 基台
８、１０ 位置検出器
９ 制御装置
１１ 微動ステージ
２０ 基準点
２１ 参照点
【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する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物を保持し、所定の平面に平行な２次元方向に移動させることができるステージを有するレーザ加工装置が広く用いられている。このようなレーザ加工装置は、例えば特許文献１に記載されている。このようなステージは、例えば、一方向（Ｘ方向）に移動するＸステージと、前記一方向に直交する方向（Ｙ方向）に移動するＹステージとから構成される。Ｘステージ及びＹステージをそれぞれ移動させることにより、加工対象物を２次元方向に移動できる。ステージを動作させて、加工対象物を移動させることにより、被加工面上のレーザビーム入射位置を移動させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６０５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステージ（Ｘステージ及びＹステージ）は、制御装置により、目標位置に移動するように制御される。しかし、ステージを移動させるとき、目標位置に対する位置ずれが発生する。ステージに位置ずれが発生すると、加工対象物にも目標位置からの位置ずれが生じる。これにより、被加工面上のレーザを入射させるべき位置と、実際にレーザが入射する位置とにずれが生じる。
【０００５】
レーザを照射しながら、加工対象物を保持したＸステージをＸ方向に移動させて、被加工面上のＸ方向に長い直線状の領域を加工することを考える。しかし、ＸステージをＸ方向に移動させようとするとき、その軌道がＹ方向にうねる動き（ヨーイング）が生じる。ヨーイングにより、ＸステージにＹ方向の位置ずれが発生する。これにより、ステージに保持された加工対象物にもＹ方向の位置ずれが生じる。被加工面上のレーザが照射された領域が、Ｘ方向に長い直線状にならず、Ｙ方向にうねる形状になってしまう。
【０００６】
ところで、ステージを運転することにより、ステージを駆動するリニアモータ等から熱が発生する。この熱がステージに伝搬することにより、ステージの温度が上昇する。温度上昇したステージに加工対象物が保持されると、加工対象物の温度が上昇する。
【０００７】
レーザ加工技術において、一般に、ステージに保持する基板を交換しながら、同一の型の複数の基板を、順次加工することが行われる。このとき、ステージの温度が徐々に上昇する。よって、後に加工される基板ほど、温度が高い状態で加工が行われる。このようにして、基板ごとに異なる温度で加工が行われるとき、どの基板に対しても被加工領域の長さを一定として加工を行うと、以下のような問題が生じる。基板は、温度が上昇すると熱膨張する。このため、異なる温度の基板に対して被加工領域の長さを一定としたまま加工を行うと、室温、または、ある基準温度まで戻した状態での被加工領域の長さが、基板ごとに異なる。
【０００８】
本発明の一目的は、加工対象物の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができるレーザ加工装置及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、表面に基準点及び参照点が画定され、加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて、該加工対象物を移動させるステージと、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、前記基準点及び参照点の位置情報を取得するための位置検出器と、前記位置検出器により取得した前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージが移動する移動距離を算出し、該移動距離に基づいて、該ステージを制御する制御装置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）表面に基準点と参照点とが画定されたステージに、加工対象物を保持する工程と、（ｂ）前記基準点及び参照点の位置を検出して、該基準点及び参照点の位置情報を取得する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）で取得された前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させる移動距離を算出する工程と、（ｄ）前記加工対象物の表面にレーザビームを照射しながら、前記ステージを、前記工程（ｃ）で算出された移動距離だけ移動させる工程とを含むレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
ステージに画定された基準点及び参照点の位置情報に基づき、ステージを移動させる距離（すなわち、ステージに保持された加工対象物上のレーザが照射される被加工領域の長さ）が求められる。基準点と参照点との相対的位置関係は、加工対象物の温度を反映するので、加工対象物の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１（Ａ）は、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、連続波レーザビームを出射する。レーザ光源１として、例えば、半導体レーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器を用いることができる。レーザ光源１を出射したレーザビームは、折り返しミラー２で反射され、ビーム入射位置変位手段３に入射する。ビーム入射位置変位手段３は、入射したレーザビームの一部が、透過領域を通過するようにして、レーザビームの断面形状を整形するマスク３Ａと、マスク３Ａを保持し、レーザビームの進行方向と垂直な方向に変位させるマスク移動機構３Ｂとを含んで構成されている。ビーム入射位置変位手段３について、後に図１（Ｂ）を参照して説明する。
【００１３】
ビーム入射位置変位手段３で断面を整形されたレーザビームが、レンズ４で収束されて、加工対象物である基板５の表面に入射する。基板５は、例えば、表面にＩＴＯ膜が形成されたガラス基板や、プリント配線基板等である。マスク３Ａの透過領域からレンズ４までの光路長と、レンズ４から基板５の表面までの光路長とは、マスク３Ａの透過領域が、基板５の表面に、例えば１／２から１／３程度に縮小されて結像するように調節されている。
【００１４】
基板５が、ステージ６に保持されており、ステージ６が、基台７に保持されている。基台７に固定されたＸＹ直交座標系を考えたとき、ステージ６は、ＸＹ面に平行な２次元方向に移動して、基板５を移動させることができる。これにより、基板表面の被加工位置を移動させることができる。ステージ６が１次元方向に移動可能な距離は、例えば１０００ｍｍ程度である。ステージ６の駆動機構として、例えばリニアモータが用いられる。なお、一般に、リニアモータを用いた駆動機構は、ピエゾ素子を用いた駆動機構より応答速度が遅い。ステージ６の可動部の重量は、例えば１０００ｋｇ程度である。ステージ６の保持面及び基板５の表面は、ＸＹ面に平行である。制御装置９が、ステージ６に目標位置を与える制御信号を送出する。
【００１５】
図１（Ｂ）を参照して、ビーム入射位置変位手段３について説明する。ここで、レーザビームは、図１（Ａ）の基台７に固定されたＸＹ面の法線方向に沿って、ビーム入射位置変位手段３に入射するとする。図１（Ｂ）の上側の図が、ビーム入射位置変位手段３をＸＹ面の法線方向に平行な視線で見た平面図であり、図１（Ｂ）の下側の図が、ビーム入射位置変位手段３をＹ軸に平行な視線で見た正面図である。
【００１６】
マスク３Ａは、入射したレーザビームを遮光する遮光領域３Ａａと、遮光領域３Ａａ内に形成され、レーザビームを透過させる透過領域３Ａｂを有する。透過領域３Ａｂは、例えば矩形形状を有し、マスク３Ａに入射するレーザビームのビーム断面よりも小さい。透過領域３Ａｂを通過したレーザビームの断面形状が、透過領域３Ａｂの形状に対応するように整形される。マスク移動機構３Ｂは、弾性ヒンジ３Ｂａ及び３Ｂｄと、駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅと、内枠３Ｂｃと、外枠３Ｂｆと、マスクチャック３Ｂｇとを含んで構成される。図１（Ｂ）の下側の図に示すように、マスク３Ａが、マスクチャック３Ｂｇに保持される。
【００１７】
マスクチャック３Ｂｇが、４個の弾性ヒンジ３Ｂａ及びピエゾ素子を含む駆動機構３Ｂｂを介して内枠３Ｂｃに取り付けられている。弾性ヒンジ３Ｂａは、内枠３Ｂｃに対するマスクチャック３ＢｇのＹ軸方向の位置を拘束し、Ｘ軸方向に移動可能に、マスクチャック３Ｂｇを保持する。駆動機構３Ｂｂを動作させることにより、マスクチャック３Ｂｇを、内枠３Ｂｃに対して、Ｘ方向に変位させることができる。
【００１８】
内枠３Ｂｃが、４個の弾性ヒンジ３Ｂｄ及びピエゾ素子を含む駆動機構３Ｂｅを介して外枠３Ｂｆに取り付けられている。弾性ヒンジ３Ｂｄは、外枠３Ｂｆに対する内枠３ＢｃのＸ軸方向の位置を拘束し、Ｙ軸方向に移動可能に、内枠３Ｂｃを保持する。図１（Ａ）の基台７に対して外枠３Ｂｆの相対位置が固定されている。駆動機構３Ｂｅを動作させることにより、内枠３Ｂｃを、外枠３Ｂｆに対して、Ｙ方向に変位させることができる。
【００１９】
駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅを適宜動作させることにより、マスク３Ａの透過領域３Ａｂを、ＸＹ面に平行な２次元方向（ビーム入射位置変位手段３に入射するレーザビームの進行方向と垂直な２次元方向）に変位させることができる。透過領域３Ａｂを変位させることにより、基板５に入射するレーザビームの入射位置を変位させることができる。制御装置９が、マスク移動機構３Ｂ（の駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅ）を制御する。
【００２０】
駆動機構３Ｂｂ及び３Ｂｅにピエゾ素子を用いることにより、１ｍｓ程度の応答速度で、マスク３Ａを数十μｍ移動させることができる。マスク３Ａを変位させる際に移動するマスク移動機構３Ｂの可動部は、例えば５０ｋｇ程度と軽いため、駆動が容易である。
【００２１】
なお、透過領域３Ａｂを、ビーム入射位置変位手段３に入射するレーザビームの進行方向と垂直な方向に変位させなくとも、ビーム入射位置変位手段３に入射するレーザビームの進行方向と交差する方向に変位させれば、被加工面上のビーム入射位置を変位させることができる。
【００２２】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。位置検出器８が、ステージ６の位置を検出し、検出結果を制御装置９に送出する。位置検出器８が検出したステージ６の位置と、制御装置９がステージ６に与えた目標位置とを比較することにより、ステージ６の位置ずれ量が求められる。位置検出器８として、例えば、レーザ干渉計を用いることができる。位置検出器８を、ステージ６のＹ方向の位置を検出できるように配置することにより、ステージ６のＹ方向の位置ずれ量が求められる。さらに、他の位置検出器８を、ステージ６のＸ方向の位置を検出できるように配置すれば、ステージ６のＸ方向の位置ずれ量も求められる。
【００２３】
基板５は、ステージ６に保持されているので、位置検出器８が、ステージ６の位置を検出することにより、基板５の位置及び目標位置からの位置ずれ量を求めることができる。なお、位置検出器８を、基板５の位置を直接検出できるように設置することにより、基板５の位置及び位置ずれ量を求めてもよい。
【００２４】
ステージ６に、目標位置からの位置ずれが生じると、被加工面上のレーザビームが入射すべき位置（つまり、ステージ６の、目標位置からの位置ずれ量が、ゼロであると仮定したときに、レーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置）と、レーザビームが実際に入射する位置とに、ずれが生じる。後に説明するような方法で、ビーム入射位置を補正することにより、このずれを小さくすることができる。
【００２５】
ステージ６の表面には、後に図３を参照して説明するように、基準点と参照点とが画定されている。位置検出器１０が、ステージ６の表面を観測し、基準点及び参照点の位置を検出することにより、両点の位置情報が取得される。位置検出器１０として、例えば、固体撮像素子を有するカメラを用いることができる。位置検出器１０により取得された基準点及び参照点の位置情報は、制御装置９に送出される。
【００２６】
次に、図１（Ａ）を参照して説明したレーザ加工装置を用いて、ビーム入射位置を補正する方法について説明する。制御装置９が、ステージ６に、Ｘ方向へ移動するよう指令を与える。このとき、制御装置９からステージ６に与えられるＹ方向の目標位置は、移動の始点から終点まで一定である。しかし、ステージ６を移動させると、ステージ６を移動させようとする方向（Ｘ方向）とＸＹ面内で直交する方向（Ｙ方向）に、ステージ６の軌道がうねる動き（ヨーイング）が生じる。そのため、ステージ６のＹ方向の位置ずれが発生する。このＹ方向の位置ずれは、Ｙ方向の目標位置を中心にして、例えば±６μｍ程度である。
【００２７】
ステージ６を移動させながら、レーザ照射を行うことにより、被加工面上のＸ方向に長い線状領域にレーザが照射される。なお、以下に説明するようなビーム入射位置の補正を行わない場合、この線状領域は、幅方向（Ｙ方向）に例えば全幅１２μｍ程度のうねりを有する形状となる。
【００２８】
ステージ６のＹ方向の位置が、位置検出器８により検出される。検出された位置と、制御装置９が与えるＹ方向のステージ目標位置とに基づいて、ステージ６の位置ずれ量が求められる。ステージ６の位置ずれ量に基づいて、制御装置９が、図１（Ｂ）のマスク移動機構３Ｂを制御することにより、マスク３Ａが変位して、被加工面上のビームスポットがＹ方向に移動する。ステージ６の目標位置からの位置ずれに起因するレーザビーム入射位置のずれを補償する向きに（位置ずれ量がゼロであると仮定したときに、レーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置に近づく向きに）、被加工面上のビームスポットが移動するように、マスク３Ａの変位の方向及び距離が決定される。このようにして、ビーム入射位置が補正される。被加工面上で、ビームスポットを例えば６μｍ程度移動させるためには、縮小率を例えば１／３とすると、マスク３Ａの移動距離は１８μｍ程度とすればよい。
【００２９】
ステージ６が始点から終点まで移動する間に、上記で説明したようなビーム入射位置の補正を、繰り返し行いながら、レーザ照射を行う。このようにして、被加工面上の、レーザビームの照射された領域のうねりを小さくすることができる。
【００３０】
なお、ステージ６を移動しようとする方向であるＸ方向についても、位置ずれが発生し得るが、この位置ずれは例えば、目標位置を中心にして±１μｍ程度と小さい。以下に説明するようにして、Ｘ方向の位置ずれに起因するビーム入射位置のずれを補正してもよい。
【００３１】
位置検出器８で、ステージ６のＸ方向の位置を検出する。検出された位置と制御装置９が与えるＸ方向の目標位置とに基づいて、ステージ６のＸ方向の位置ずれが求められる。ステージ６の目標位置からのＸ方向の位置ずれに起因するレーザビーム入射位置のずれが補償される向きに、被加工面上のビームスポットが移動するように、マスク３Ａを変位させる。このようにして、Ｘ方向のビーム入射位置のずれも補正できる。なお、Ｘ方向のビーム入射位置のずれの補正と、上記で説明したＹ方向のビーム入射位置のずれの補正とは、同時に行うことができる。
【００３２】
上記では、ステージ６の位置を検出し、ステージ６の目標位置からの位置ずれを求めて、ビーム入射位置のずれの補正を行ったが、基板５の位置を直接検出し、基板５の目標位置からの位置ずれを求めて、ビーム入射位置のずれを補正してもよい。
【００３３】
なお、マスク移動機構３Ｂを駆動させなくとも（マスク３Ａの位置が固定されていても）、ステージ６の位置ずれを補正することにより、ビーム入射位置を補正することは可能である。上記の背景技術で説明したように、ステージ６がＸステージとＹステージとから構成されており、レーザを照射しながら、基板５を保持したＸステージをＸ方向に移動させて、被加工面上のＸ方向に長い領域を加工する場合を考える。
【００３４】
位置検出器８により、ＸステージのＹ方向の位置を検出し、検出されたＹ方向の位置と制御装置の与えるＹ方向の目標位置とに基づいて、ＸステージのＹ方向の位置ずれ量を算出する。算出されたＹ方向の位置ずれ量に基づき、制御装置９が、Ｙステージを、ＸステージのＹ方向の位置ずれが低減するように移動させる。このようにして、ステージ６の位置ずれ（及び基板５の位置ずれ）が低減されることにより、被加工面上のレーザビーム入射位置を補正できる。
【００３５】
しかし、ステージ６は重く、また、駆動機構にリニアモータを用いているので、応答速度が遅く、ＸステージをＹ方向に例えば６μｍ程度移動させるのに、数１０ｍｓ程度かかる。一方、マスク移動機構３Ｂを用いて、被加工面上のビームスポットを６μｍ程度移動させることは、マスク３Ａを１８μｍ程度移動させることが必要だとしても、１ｍｓ程度で行うことができる。マスク移動機構３Ｂを用いることにより、ビーム入射位置の補正を高速に行うことができる。
【００３６】
次に、図２及び図３を参照し、基板の温度に応じて被加工領域の長さを補正することができるレーザ加工方法について説明する。図２に示すステップＳＴ１で、ステージ６に基板５を保持する。
【００３７】
図３に示すように、ステージ６の表面に基準点２０と参照点２１とが画定されている。参照点２１は、基準点２０からＸ方向に所定距離だけ離れている。基準点２０を通りＸ方向に平行な直線に沿って、２つの位置決めピン２２が配置されており、基準点２０を通りＹ方向に平行な直線に沿って、２つの位置決めピン２２が配置されている。矩形状の基板５が、位置決めピン２２で位置合わせされ、基板５の一対の辺及び他の一対の辺が、それぞれ、Ｘ軸及びＹ軸に平行となり、基板５のある辺とそれに直交する他の一辺とが交わる点（基板５の１つの角）が、基準点２０に一致するように、配置されている。
【００３８】
図２に示すステップＳＴ２で、図１（Ａ）に示した位置検出器１０を用いて、基準点２０及び参照点２１の位置座標を検出する。制御装置９が、両位置座標に基づき、基準点２０と参照点２１との距離Ｄを算出する。距離Ｄは、ステージ６の温度に対応して変化する。制御装置９が、基準温度において予め測定された基準点２０と参照点２１との距離と、ステージ６を構成する材料の線膨張係数と、距離Ｄとに基づいて、ステージ６の現在の温度Ｔを求める。
【００３９】
次のステップＳＴ３で、基板５上の加工すべき領域の長さＬが求められる。以下、長さＬを求める方法について説明する。上記のステップＳＴ２で得られたステージ６の温度Ｔに基づき、制御装置９により、基板５の温度Ｔｗが推定される。基板５が基準温度のときに加工すべき被加工領域の長さを基準長さとする。基板５の温度がＴｗになると、加工すべき長さＬが、基準長さから変化する。制御装置９が、基準長さと、基板５を構成する材料の線膨張係数と、基板５の温度Ｔｗとに基づいて、加工すべき長さＬを求める。
【００４０】
ステップＳＴ４で、以下のようにして、基板５へのレーザ照射を行う。まず、図３に示す始点Ｐ０にレーザビームが照射されるように、ステージ６を動作させて、基板５の位置合わせを行う。次に、レーザビームの照射を開始し、ステージ６をＸ方向に移動させながら、始点Ｐ０と始点Ｐ０からＸ方向に距離Ｌだけ離れた終点Ｐ１とを結ぶ直線状領域に、レーザ照射を行う（ステージの移動距離はＬである）。このようにして、基板５上の長さＬの直線状領域２３が加工される。このようなレーザ照射の工程を、Ｙ方向に始点を移動させて、繰り返し行うことにより、複数の直線状領域（図３に示す線状領域２３ａ等）を加工することができる。
【００４１】
以上説明した方法を用いることにより、基板５の温度に応じて、適切な長さの被加工領域を加工することができる。複数の基板を加工するとき、基板ごとに、上記のステップＳＴ１〜ＳＴ４を実行することにより、各基板について、適切な長さの被加工領域の加工ができる。
【００４２】
なお、一枚の基板５に対して、複数の被加工領域を加工する場合、被加工領域ごとに、上記のステップＳＴ２及びＳＴ３を実行して、長さの補正を行っても構わない。また、被加工領域同士の間隔（ピッチ）を、基板温度に応じて補正しても構わない。上記で、被加工領域の長さを求めたときと同様にして、基板温度が基準温度のときのピッチと、基板５の線膨張係数とに基づいて、基板温度がＴｗに変化したときのピッチが求められる。
【００４３】
なお、基準点２０と参照点２１との距離Ｄと、被加工領域の長さＬとの対応関係を、様々な距離Ｄについて予め求め、距離Ｄと長さＬとの対応関係のテーブルを作成しておいてもよい。制御装置９が、このようなテーブルに基づいて、基準点２０と参照点２１との距離Ｄから被加工領域の長さＬを求めるようにすれば、基板５の加工時に制御装置９が実行する計算量を減らすことができる。
【００４４】
なお、基準点２０及び参照点２１の位置座標から、両点を結ぶ方向を求めることができる。基準点２０と参照点２１とを結ぶ方向が、Ｘ軸に対して傾くような位置ずれが生じた場合、ステージ６が、基準点２０と参照点２１とを結ぶ方向と平行な方向に移動するように、ステージ制御を行ってもよい。
【００４５】
なお、基板５に位置合わせのための基準マークが形成されている場合は、それを用いて被加工領域の長さを補正することもできる。図３に示したように、基板５の１つの角が、基準点２０と一致するような配置とすることで、基準点２０を、基板５の位置合わせの基準点とすることができる。基準点２０で交わる基板５の２つの辺は、位置決めピン２２と接していることにより、基板５が熱膨張しても移動しない。これにより、基準点２０に配置された基板５の１つの角が、基板５が熱膨張しても移動しない。
【００４６】
基準温度において予め、ステージ６の基準点２０からステージ６に保持された基板５の基準マークまでの距離Ｄａを測定しておく。基板５の加工時に、ステージ６の基準点２０及び基板５の基準マークの位置座標を検出し、両点間の距離Ｄｂを算出する。距離Ｄｂが距離Ｄａの何倍であるか算出する。この倍率を、基準長さに乗算すれば、加工時の温度において加工すべき被加工領域の長さＬが求まる。基板５の基準マークの位置座標は、位置検出器１０で検出される。なお、基準温度における距離Ｄａの測定は、基板５と同様に基準マークが形成された他の基板に対して行って構わない。
【００４７】
次に、図４を参照して、上記実施例の変形例によるレーザ加工装置について説明する。図４に示すレーザ加工装置は、図１（Ａ）に示したレーザ加工装置から、マスク移動機構３Ｂを取り除き、基板５とステージ６との間に、微動ステージ１１を追加した構成である。
【００４８】
レーザ光源１を出射した連続波レーザビームが、折り返しミラー２で反射され、マスク３Ａに入射して、断面を整形される。マスク３Ａを出射したレーザビームは、レンズ４で収束されて、基板５の表面に入射する。マスク３Ａ、レンズ４及び基板５は、マスク３Ａの透過領域が基板５の表面に結像するように配置されている。
【００４９】
基板５が、微動ステージ１１に保持されており、微動ステージ１１が、ステージ６に保持されており、ステージ６が、基台７に保持されている。基板５の表面は、ＸＹ面に平行である。ステージ６は、基台７に固定されたＸＹ面に平行な２次元方向に移動して、微動ステージ１１及び微動ステージ１１に保持された基板５を移動させることができる。
【００５０】
微動ステージ１１は、基板５を、基準位置から、ＸＹ面に平行な２次元方向に微小変位させることができる。微動ステージ１１は、ピエゾ素子を用いた駆動機構を有し、基板５を、数十μｍ程度移動させる。制御装置９が、基準位置からの変位量を与えることにより、微動ステージ１１を制御する。
【００５１】
図４に示すレーザ加工装置を用い、以下に説明するようにして、ステージ６の位置ずれに起因するビーム入射位置のずれを補正することができる。位置検出器８が検出したステージ６の位置と、制御装置９がステージ６に与えた目標位置とから、ステージ６の位置ずれ量が求められる。
【００５２】
制御装置９が、ステージ６の位置ずれ量に基づいて、微動ステージ１１を制御し、基板５が目標位置に近づくように、基板５を変位させる。これにより、被加工面上のビーム入射位置のずれが補正される。例えば、ステージ６をＸ方向に移動させるときに、ヨーイングに伴いステージ６のＹ方向の位置ずれが発生する。微動ステージ１１を用いて、基板５をＹ方向に変位させることにより、この位置ずれに起因する被加工面上のビーム入射位置のずれを補正することができる。
【００５３】
なお、位置検出器８で基板５の位置を検出し、基板５の目標位置からの位置ずれ量を求め、この位置ずれ量に基づいて、基板５を目標位置に近づけるようにしてもよい。この場合、それ以前のビーム入射位置補正に伴い、微動ステージ１１が基板５を基準位置から変位させていたときは、この変位量にも基づいて、微動ステージ１１が制御される。
【００５４】
上記で説明したように、ステージ６の位置ずれを補正することによっても、基板５を目標位置に近づけることができるが、リニアモータ等で駆動されるステージ６の応答速度は遅い。ステージ６が移動可能な距離として、１０００ｍｍ程度であることが要求されるので、ステージ６の駆動機構に、高速に応答するピエゾ素子を用いることができない。一方、微動ステージ１１は、ステージ６の位置ずれの大きさ程度の距離だけ基板５を変位させればよいので、ピエゾ素子で駆動させることができる。よって、微動ステージ１１を用いることにより、基板５の位置ずれを補償する移動が高速化され、ビーム入射位置の補正を高速に行うことができる。
【００５５】
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】
【００５６】
【図１（Ａ）】本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図１（Ｂ）】ビーム入射位置変位手段の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】実施例によるレーザ加工方法を示したフローチャートである。
【図３】基板が保持されたステージの平面図である。
【図４】変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ レーザ光源
２ 折り返しミラー
３ ビーム入射位置変位手段
３Ａ マスク
３Ｂ マスク移動機構
４ レンズ
５ 基板
６ ステージ
７ 基台
８、１０ 位置検出器
９ 制御装置
１１ 微動ステージ
２０ 基準点
２１ 参照点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に基準点及び参照点が画定され、加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて、該加工対象物を移動させるステージと、
前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、
前記基準点及び参照点の位置情報を取得するための位置検出器と、
前記位置検出器により取得した前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージが移動する移動距離を算出し、該移動距離に基づいて、該ステージを制御する制御装置と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージが移動する移動距離とともに移動方向を求め、該移動方向に該移動距離だけ移動するように、該ステージを制御する請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
（ａ）表面に基準点と参照点とが画定されたステージに、加工対象物を保持する工程と、
（ｂ）前記基準点及び参照点の位置を検出して、該基準点及び参照点の位置情報を取得する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で取得された前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させる移動距離を算出する工程と、
（ｄ）前記加工対象物の表面にレーザビームを照射しながら、前記ステージを、前記工程（ｃ）で算出された移動距離だけ移動させる工程と
を含むレーザ加工方法。
【請求項４】
基準温度と、前記加工対象物が該基準温度であるときの、被加工面上のレーザビームを照射すべき領域の長さである基準長さとが、予め与えられており、
前記工程（ｃ）において、前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記基準点から参照点までの距離を算出し、該基準点から参照点までの距離に基づいて、前記ステージの第１の温度を算出し、該第１の温度に基づいて、前記加工対象物の第２の温度を推定し、該第２の温度と該加工対象物の線膨張係数と該基準温度と該基準長さとに基づいて、該加工対象物が該第２の温度であるときの被加工面上のレーザビームを照射すべき領域の長さに対応した該ステージの移動距離を求める請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）において、前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させる移動距離とともに移動方向を求める請求項３または４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記加工対象物の形状が矩形であって、該加工対象物の互いに直交するある２辺が交わる点が、前記基準点に一致するように、前記ステージの表面上に該加工対象物を配置する請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項１】
表面に基準点及び参照点が画定され、加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて、該加工対象物を移動させるステージと、
前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、
前記基準点及び参照点の位置情報を取得するための位置検出器と、
前記位置検出器により取得した前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージが移動する移動距離を算出し、該移動距離に基づいて、該ステージを制御する制御装置と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御装置が、前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージが移動する移動距離とともに移動方向を求め、該移動方向に該移動距離だけ移動するように、該ステージを制御する請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
（ａ）表面に基準点と参照点とが画定されたステージに、加工対象物を保持する工程と、
（ｂ）前記基準点及び参照点の位置を検出して、該基準点及び参照点の位置情報を取得する工程と、
（ｃ）前記工程（ｂ）で取得された前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させる移動距離を算出する工程と、
（ｄ）前記加工対象物の表面にレーザビームを照射しながら、前記ステージを、前記工程（ｃ）で算出された移動距離だけ移動させる工程と
を含むレーザ加工方法。
【請求項４】
基準温度と、前記加工対象物が該基準温度であるときの、被加工面上のレーザビームを照射すべき領域の長さである基準長さとが、予め与えられており、
前記工程（ｃ）において、前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記基準点から参照点までの距離を算出し、該基準点から参照点までの距離に基づいて、前記ステージの第１の温度を算出し、該第１の温度に基づいて、前記加工対象物の第２の温度を推定し、該第２の温度と該加工対象物の線膨張係数と該基準温度と該基準長さとに基づいて、該加工対象物が該第２の温度であるときの被加工面上のレーザビームを照射すべき領域の長さに対応した該ステージの移動距離を求める請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）において、前記基準点及び参照点の位置情報に基づいて、前記ステージを移動させる移動距離とともに移動方向を求める請求項３または４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記加工対象物の形状が矩形であって、該加工対象物の互いに直交するある２辺が交わる点が、前記基準点に一致するように、前記ステージの表面上に該加工対象物を配置する請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【図１（Ａ）】
【図１（Ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１（Ｂ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３１５０８６（Ｐ２００６−３１５０８６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９６０６７（Ｐ２００６−１９６０６７）
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【分割の表示】特願２００４−６２７８６（Ｐ２００４−６２７８６）の分割
【原出願日】平成１６年３月５日（２００４．３．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１８日（２００６．７．１８）
【分割の表示】特願２００４−６２７８６（Ｐ２００４−６２７８６）の分割
【原出願日】平成１６年３月５日（２００４．３．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]