レーザ照射装置及びレーザ照射方法
【課題】円形以外の楕円ビームやラインビームを走査させ、照射対象面を改質するレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供する。
【解決手段】照射対象物１５を照射するレーザビーム３の走査位置を直交関係のＸ走査部４とＹ走査部５とで移動させるレーザビーム位置移動手段（４、５）と、前記レーザビーム３を光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段２と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサ８と、前記制御に係る情報を記憶するメモリ９とを具備するレーザ照射装置１であって、前記レーザビーム３の短軸方向３ｂに走査方向Ｐ１を一致させ、刻々変化する前記レーザビーム３の所定の移動位置ごとに設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビーム３を走査させる。
【解決手段】照射対象物１５を照射するレーザビーム３の走査位置を直交関係のＸ走査部４とＹ走査部５とで移動させるレーザビーム位置移動手段（４、５）と、前記レーザビーム３を光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段２と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサ８と、前記制御に係る情報を記憶するメモリ９とを具備するレーザ照射装置１であって、前記レーザビーム３の短軸方向３ｂに走査方向Ｐ１を一致させ、刻々変化する前記レーザビーム３の所定の移動位置ごとに設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビーム３を走査させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元の直交座標の一方向に走査が限定されていたレーザの照射を、その二次元の直交座標系において自由な方向に走査することができるレーザ照射装置及びレーザ照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円形以外の楕円ビームやラインビームを走査させ、照射対象面を改質また加
工するレーザ照射装置にあっては、従来技術の走査方向では、ビーム短軸方向
（Ｘ軸とＹ軸の直交座標系におけるＸ方向またはＹ方法のどちらか）と同一方向を走査方向にしていた。
【０００３】
例えば、下記特許文献１であるビーム照射装置、ビーム照射方法及び薄膜ト
ランジスタ製造方法によれば、ガルバノミラーやポリゴンミラーを使ってレーザ光照射を行う場合に、レーザ光照射の端部における照射ムラの生じる不具合を解決するためのレーザ照射装置とレーザ照射方法を提供する。その解決手段として、均一なレーザ処理を行うこととするが、レーザの走査方向は直交座標系の一方向を前提とする。
【０００４】
また、下記特許文献２は、耐熱性に乏しい基材に対して使用可能な温度範囲
であり、かつ、焼結に要する時間を短縮化、あるいは瞬間的に完了することができる金属微粒子および金属元素化合物の分散体を用いた電子デバイスの提供にあたって、新たな電子デバイスおよびその製造方法によれば、「被照射物を固定にしてレーザ照射部を走査させる事によって照射を行うか、あるいはレーザ照射部を固定にして被照射物を移動させてもよく、またはその双方の組み合わせで良く、」とするが、レーザ照射部の走査方向、被照射物の移動方向については、具体性を欠いている。
【０００５】
このような例示を含む従来技術では、レーザ照射の方向は、Ｘ軸とＹ軸の交座標系におけるＸ方向またはＹ方法のどちらかを前提とすることが原則であるように扱われていた。
【０００６】
ところが、近年、楕円ビームやラインビームを前記直交座標系のＸ軸とＹ軸
面上を自由かつ描写的に改質する要求が高まったことから、これまでの一方向
のみの走査では、その要望に応えることができず、生産性に欠けるといった問題が出てきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４３０９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような前記の従来技術に内在する課題を解決することによって、市場の要望に応えるレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ照射装置は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、レーザビームをラインビームとすると、ラインビームの短軸方向の走査方向は、従来の直交関係のＸ軸とＹ軸の一方向に限定されることなく、ＸＹ直交座標系の任意の方向に自在に向かうことができる。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記走査角（θi）が、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式１に示すように表現されることを特徴とする。
【数１】
【００１３】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム回転手段には、ダブプリズムを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム回転手段を、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム位置移動手段が、前記照射対象物を移動させるＸＹステージであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム位置移動手段が、レーザ光の照射方向を変えるガルバノミラーを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム位置移動手段が、光学ヘッドを移動させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記メモリには、予め、レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）、走査速度情報（Ｖi）および前記走査角（θi）情報を記憶しておくことを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビームに、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を、直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射方法であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射方法であって、前
記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに、設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、前記走査角（θi）が、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式２に示すように表現されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザ照射方法。
【数２】
【００２２】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、前記レーザビームに、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする。
【００２３】
以上のように、本発明は、多くの特徴を有する。そのような特徴は、以下の本発明の本質に基づく。すなわち、本発明は、従来技術と同様に、レーザビーム（以下、適宜レーザビームに代え、本発明にとって最も効果的なラインビームを用いる。）の長軸方向と直交する短軸方向を本発明のラインビームの走査方向とする。ここで、本発明によるラインビームとは、照射対象物に照射したレーザビームの投影形状が長方形状であり、短軸長と長軸長のアスペクト比が１以上と定義する。また、本発明による下付き記号ｉは、１からＮの整数であり、走査経路の順番を意味する。
【００２４】
本発明では、前記長軸方向と短軸方向の「直交」関係をそのまま照射対象物を載置するＸＹステージに利用することができるＸＹ直交座標系を仮想し、ラインビームの走査方向に係るθiを逆関数を用いて算出できるようにする。θiに基づくラインビームの走査方向は、数式１（又は２）のパラメータであるＸiとＹi を位置情報とすれば、ラインビームの変位ベクトルで表すことができる。
そこで前記走査角（θi）は、数式１（又は２）におけるレーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）を予め設定することにより容易に算出することができる。
【００２５】
前記走査方向は、速度ベクトルとも関係する。仮想したＸＹ直交座標系をレーザビームの位置変化を伴う時間軸とすれば、ラインビームの走査方向に対するレーザビームの速度ベクトルとなるからである。
従って、本発明において、変位ベクトルのほかにこのような速度ベクトルによっても演算処理できるようにしている。
【００２６】
また、レーザビームの走査方向、照射対象物を載置するＸＹステージの動作及び走査角（θi）との間には、「直交関係」の共通性があるから、同一次元で相互に関連付けることが可能である。例えば、レーザビームの走査方向を直接かつ正確にＸＹステージ上に投影させたり、走査角（θi）をＸＹステージ上で回転させたりすること、逆にＸＹステージ上に予め設定したレーザビームの走査角（θi）から直ちにレーザビーム回転手段の回転角（θi）を制御することもできる。このような相互に有機的な関係に着目する本発明は、以下のような従来技術にはない特有の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２７】
すなわち、本発明により、特に円形以外の楕円ビームやラインビームを用いて、照射対象物面上をＸＹ直交座標系の一方向に限定されることなく任意の方向に描写的に、かつ、均一な照射エネルギーのレーザ照射を行うことができる。
しかも、前記の「相互に有機的な関係」から、レーザ照射方向を予めプログラミングでき、さらにレーザ照射の走査過程でリアルタイムにその走査方向を制御することもできる。
【００２８】
また、レーザ照射処理の効率が格段に向上する効果もある。例えば、電気通信分野などにおける回路パターンの生産におけて、導電ペーストの描写焼結に活用することができ、生産性の向上が見込まれる。
【００２９】
さらに、ＴＦＴアモルファスシリコンの結晶化にも効果的であり、トランジスタを形成する個所のみ選択的に結晶処理を行うことができるため、無駄がなく、非常に効率的である。
また、モールドのレーザ融着処理、レーザ紫外線硬化処理や金属加工処理にも有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ照射装置の概略図である。
【図２】ラインビームの走査方向を示す図である。
【図３】ラインビームと走査方向の関係を示す図である。
【図４】ダブプリズムの機能を説明する図である。
【図５】ラインビームの走査経路とラインビームの回動の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る他のレーザ照射装置の主要部の概略図である。
【図７】ラインビーム走査軌跡の例を示す図である。
【図８】本発明によるレーザ照射装置の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態に係る第一のレーザ照射装置の概略図である。本発明の第一実施形態のレーザ照射装置１は、レーザ回転手段に該当するラインビーム回転部２と、ＸとＹとからなる直交座標系におけるラインビーム
３の走査を制御するレーザ位置移動手段に該当するＸ走査部４とＹ走査部５と、前記Ｘ走査部４の駆動源となるＸリニアモータ６、前記Ｙ走査部５の駆動源となるＹリニアモータ７を制御するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８、Ｆプログラム、プログラムで用いる入出力データ等を記憶するメモリ９、ＭＰＵ８の制御によってラインビーム回転部２を回転駆動させるための回転モータ１０、ＭＰＵ８とラインビーム回転部２の間にあって、ＭＰＵ８の制御によりレーザを発するレーザダイオード（ＬＤ）１１、ＬＤ１１から出射されるレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ１２、ラインビーム回転部２から出射したレーザ光を照射対象物１５に誘導するための立下げミラー１３、レーザ光を集光する対物レンズ１４、照射対象物１５を載置するとともに前記Ｘ走査部４や前記Ｙ走査部５の制御によりＸ又はＹ方向に作動するＸＹステージ１６を備える。Ｆ１とＦ２は、ラインビーム３の光軸である。
【００３３】
図１において、θは、ラインビーム３が光軸Ｆ２（Ｆ１でもある）を中心
として回転したときの回転角である。照射対象物１５を照射するラインビーム３が、図１の矢印方向に回転している状態を示している。
【００３４】
ラインビーム回転部２は、ラインビーム３の前記回転角θを形成するための回転体である。ラインビーム回転部２は、ラインビーム回転部２がθ°だけ回転すると前記ラインビーム３が同じθ°の前記回転角θとなるように設定されている。なお、図１におけるラインビーム３の走査方向は、図２に示すようにＸ方向と一致している状態にあるので、θは０（ゼロ）となっている。
【００３５】
図２は、ラインビーム３の走査方向を示す図である。走査方向Ｐ１は、レーザ光を集光する対物レンズ１４からのラインビーム３に直交して照射対象物１５の表面を照射する。同図では、走査方向Ｐ１はＸ方向となっている。
【００３６】
図３は、図２のラインビーム３の走査方向を、ラインビーム３の長軸方向（３ａ）と短軸方向（３ｂ）との関係において、より詳細に示す図である。走査方向Ｐ２は、ラインビーム３の短軸方向（３ｂ）と同一である。すなわち、長軸方向（３ａ）とは直交関係にある。この関係は、本発明のラインビーム３のすべての走査方向に適用される。
【００３７】
さて、第一の実施形態のレーザ照射装置１において、ラインビーム回転部２がθと強い関わりがある。ラインビーム回転部２の回転角が、直接ラインビーム３の走査方向の回転角になり、しかもラインビーム３の走査速度を考慮すれ
ば、この回転角を正確かつ高速で伝達させる必要があるからである。
そのため、光軸（Ｆ１）を軸として回動するラインビーム回転部２の機能を十分発揮させるためには、具体例として、図４に示すようなダブプリズム（像回転プリズムともいう。）１７を備えることが好ましい。そこで、ここでダブプリズム１７について概説する。
【００３８】
図４は、ダブプリズム１７の機能を説明する図である。ダブプリズム１７は、概括的には、プリズムを回転させると透過像（レーザ光）は２倍の速さで回転する。入射角４５°で入射したレーザ光は、プリズム底面で全反射されてプリズムを通過する構造になっている。
図４において、入射ラインビーム３１は、入射光としてダブプリズム１７の光軸Ｆ３に沿って入射面１７ａに入射すると矢印方向Ｆ３ａに屈折し、プリズム底面１７ｂで反射して矢印方向Ｆ３ｂに進み、出射面１７ｃでは、入射光と同一光軸Ｆ４（光軸Ｆ４と光軸Ｆ３は同一光軸）で出射される。従って、ダブプリズム１７を矢印方向Ｒ１に回転させると、ダブプリズム１７の回転角だけ
回転した出射ラインビームを射出する。ダブプリズム１７を装着したラインビーム回転部２では、ＬＤ１１から出射されるレーザ光が、ラインビーム回転部２の回転角θだけ回転したビームとなって出力されることになる。この回転角θは、ＭＰＵ８の制御によるもので、照射対象物１５を照射するラインビーム３の回転角θと同一である。
【００３９】
図１から図４を通じた説明では、レーザビームのうち、アスペクト比が最も顕著なラインビーム３を用いている。これは、本発明の特徴を最も効果的に利用することができるビーム光だからである。そのため、円形以外の、例えば、楕円ビームをラインビーム３に置換してもよく、ラインビーム３と同様の本発明の効果を奏することができる。
【００４０】
次に、レーザ照射装置１におけるラインビーム３の走査経路を、図１、図４及び図５を参照して、以下に説明する。ここに図５は、ラインビームの走査経路とラインビームの回動の関係を示す図である。
【００４１】
予め、レーザ照射装置１の動作に不可欠な各種データをメモリ９へ取り込み格納しておく。また、ＭＰＵ８の制御、演算処理に必要なプログラムも格納しておく。ここで各種データとは、例えば、数式（数式１、数式２）の演算に必用なすべての要素（θi、Ｘi、Ｙi、Ｖi）である。ＸiとＹiは、走査方向の走査座標に係る位置要素であり、Ｖiは、走査方向への速度要素である。
【００４２】
（ラインビーム３の原点位置への移動）
最初にラインビーム３を原点位置に移動させるステージである。原点位置とは、ラインビーム３がスタートするための準備のための照射対象物１５上の位置（図５の走査座標（０、０））である。照射対象物１５はＸＹステージ１６に載置されているから、ラインビーム３を原点に移動するには、ＸＹステージ１６を移動させて位置決めすればよい。Ｘ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザ位置移動手段とは、Ｘ走査部とＹ走査部とが実質位置移動手段になるが、照射対象物１５が直接位置移動するのではなくＸＹステージ１６を位置移動させることによって照射対象物１５が移動し、結果ラインビーム３が照射対象物１
５との相対関係で照射対象物１５上を移動することになる。
そこで、ＭＰＵ８からの出力信号に基づき、Ｘリニアモータ６とＹリニアモータ７を駆動させ、連動するＸ走査部４とＹ走査部５を作動させてラインビーム３の原点位置への移動調整を行う。このときのラインビーム３Ａの長軸方向は予め決まっているから（メモリ９に格納された要素（θi、Ｘi、Ｙi、Ｖi）に用いて演算処理の結果ＭＰＵ８からの制御信号による。）、ラインビーム３Ａの走査方向も必然的に決まっている（図５のＶ０方向）。なお、走査座標（０、０）は、照射対象物１５ではなく、ＸＹステージ１６に対する原点である。ラインビーム３Ａの走査開始のスタート位置ではない。
【００４３】
（ラインビーム３の照射スタート位置と走査方向）
図５における位置経路情報（Ｘi、Ｙi）の具体的位置情報となる走査座標（Ｘ
１、Ｙ１）までの走査開始ステージである。ラインビーム３ＡはＶ０方向に、走査座標（Ｘ１、Ｙ１）まで照射対象物１５上を移動する。
【００４４】
そのためにＭＰＵ８からの出力信号に基づき、Ｘリニアモータ６とＹリニアモータ７を駆動させ、連動するＸ走査部４とＹ走査部５を作動させてラインビーム３Ａを走査座標（Ｘ１、Ｙ１）へ移動させる。
ラインビーム３Ａが走査座標（Ｘ１、Ｙ１）へ移動すると同時に、ＭＰＵ８からの出力信号に基づき、ＬＤ１１が起動し、出射したレーザ光は光軸Ｆ１上を進みコリメートするコリメートレンズ１２に入射し、出射ビームはラインビーム回転部２のダブプリズム１７に入射する。ＭＰＵ８からの出力信号に基づき起動した回転モータ１０の駆動によってラインビーム回転部２も、回動をスタートする回転角θ1だけ回転する。
θ°だけ回転したラインビーム３は、立下げミラー１３で下方に屈折して光
軸Ｆ２に沿って対物レンズ１４に入射し、出射ビームはＸＹ直交座標系のＸ又
はＹ方向に作動するＸＹステージ１６に載置された照射対象物１５の表面を照射する体制に入る。走査座標Ａ（Ｘ１、Ｙ１）におけるこれまでのラインビーム３Ａは、回転角θ1だけ回転しラインビーム３Ｂとなる。図上の回転角θ1はあくまでＸＹ直交座標系のＸ軸を基準としている。走査座標（Ｘ１、Ｙ１）におけるラインビーム３Ｂの走査方向はＶ１の方向である。Ｖ１は、次の位置にラインビーム３Ｂが移動するまでの速度であり、Ｖ１の矢印先端は、ラインビーム３Ｂの移動位置となる。
【００４５】
（ラインビーム３の照射スタート後の位置と走査方向）
ＭＰＵ８からの出力信号に基づき、ＬＤ１１を起動させる。走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）において、ｉ＝１としてラインビーム３Ｂを走査させる。ラインビームは位置経路情報（Ｘi、Ｙi）の具体的位置情報となる走査座標（Ｘ２、Ｙ２）に至る。
この時点におけるラインビーム３Ｃの走査方向はＶ２方向であり、走査角度は、θ2である。
【００４６】
以降、同様の手順で走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）において、最後の走査座標（ＸN、ＹN）まで進行する。ｉ＝Ｎに達して本動作は終了する。ラインビーム３を原点位置に移動させる。
【００４７】
図５において、走査座標（Ｘ１、Ｙ１）、走査座標（Ｘ２、Ｙ２）及びそれ以降の走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）は本発明の「所定の移動位置」であり、各走査座標において走査方向と走査速度が、予め、回路開発設計等において図式化した照射ラインに従うよう、数式１（数式２）によって算出され、走査経路（走査軌跡）が定まる。走査速度は、一般には高速の定速度（例えば、最大１ｍ/Ｓ）であるが、「所定の移動位置」のある位置で変速するように設定してもよい。
ラインビーム３（３Ａ）のビーム角度θｉは、ラインビーム３（３Ａ）の走査中にＭＰＵ８がリアルタイムで算出してもよい。
また、ビーム角度θｉは、位置経路情報（Ｘi、Ｙi）におけるパラメータとするとＸiとＹiの数値決定を行うことにより算出することができる。また、速度情報ＶiをパラメータとすればＶiに具体的数値を設定すれば、{ＹＩ＋１−ＹＩ/ＸＩ＋１−ＸＩ}が定まる。従って、Ｘi又はＹiのいずれかの数値決定を行なえばビーム角度θｉは算出される。ビーム角度θｉを予め数値設定し、同様な方法でパラメータの一部数値の設定によってＶiやＸi又はＹiを求めることもできる。
【００４８】
ここでラインビーム３（３Ａ、３Ｂ、・・・、３ｉ）は、前記の所定の移動位置間にあってレーザ出力を一定値に限定することなく、任意の移動位置間にて
レーザ出力値を変えてもよい。さらに、任意の移動位置間にてレーザ出力を停止（主として間欠的な停止）してもよい。
また、前記の所定の移動位置は、照射対象物１５内に留まることなく、照射対象物１５の外にあってもよい。
さらに、走査について、本発明では、前記の所定の移動位置間を連続的に走査するだけでなく、描画する経路における同一角の走査角（θ1）を有するラインのみ一括走査処理した後、新たな別の走査角（θ1＋！）を有するラインを一括処理し、以降、同様の一括処理を繰り返し、描画経路をつなげるようにしてもよい。以上の各方法は、以降説明する発明にもそのまま適用される。
【００４９】
次に、本発明の他の実施の形態に係る第二のレーザ照射装置１Ａを、図６を用いて説明する。図６は、光学ヘッドの回動させるレーザ照射装置１Ａの主要部の概略図である。
【００５０】
本発明のレーザ照射装置１Ａは、前記レーザ照射装置１で主要部をなす前記ラインビーム３を含むビーム角度θｉ形成手段を光学ヘッド１８に収納し、この光学ヘッド１８を回動させてビーム角度θｉを形成させるようにした装置である。他の構成部は前記レーザ照射装置１と同様である。
【００５１】
光学ヘッド１８は、レーザダイオード（ＬＤ）１１Ａ、ＬＤ１１Ａから出射されるレーザ光を平行にするコリメートレンズ１２Ａと対物レンズ１４Ａを有し、光軸Ｆ５を軸として回動する。ＬＤ１１Ａから出射されるレーザ光は、照
射対象物１５Ａにラインビーム３Ａを照射する。
【００５２】
なお、レーザ照射装置１Ａでは、レーザダイオード（ＬＤ）１１Ａをレーザ光源としているが、これに限定されるものではなく、ＹＶＯ４レーザ、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、エキシマレーザであってもよい（レーザ照射装置１も同様）。
【００５３】
回転モータ１０Ａの制御によって光学ヘッド１８は回動する。光学ヘッド１８が時計方向にθ°回動すると、ＸＹステージ１６Ａに載置された照射対象物１５Ａ上を照射するラインビーム３Ａのビーム角度も時計方向にθ°回転する。
【００５４】
以上のように、レーザ照射装置１Ａにあっても、前記レーザ照射装置１と同様に機能し、同様な効果を奏する。
【００５５】
さて、以上の本発明のレーザ照射装置１とレーザ照射装置１Ａは、レーザヘッドの回動動作とワークの移動動作（実質的にはＸＹステージ１６の移動）との組み合わせ動作によって照射対象物１５（１５Ａ）上のラインビーム３（３Ａ）を自由方向に走査できるようにした装置である。
【００５６】
しかし、本発明は、このような装置に限定されるものではない。すなわち、例えば、前記Ｘ走査部４と前記Ｙ走査部５のいずれか一方又は両方を、レーザ光の照射方向を変えるガルバノミラー（図示せず）であるようにした装置としてもよい。この装置は、レーザ光をミラーを巧みに用いたレーザ照射装置であって、２枚のガルバノミラーとｆθレンズを用いることによって、ワークを移動（実質的にはＸＹステージ１６の移動）することなく、照射対象物１５（１５Ａ）上のラインビーム３（３Ａ）を直接位置移動させることができる。
【００５７】
さらに、前記Ｘ走査部４と前記Ｙ走査部５のいずれか一方又は両方を、光学ヘッドの移動であるようにした装置としてもよい。
また、前記Ｘ走査部４と前記Ｙ走査部５を、ガルバノミラー走査と光学ヘッド移動の組み合わせであるようにした装置としてもよい。
【００５８】
以上の前記レーザ照射装置１又はレーザ照射装置１Ａ等の係る本発明によって、ラインビーム３（３Ａ）の走査軌跡は、自由な走査方向をとるようにすることができる。図７は、そのようなラインビームの走査軌跡の例を示す図である。
ラインビーム３３〜３８は、走査軌跡における主要部のラインビームの位置を示し、走査方向Ｐ３、Ｐ４は走査軌跡を示す。また斜視部ＰＰ３、ＰＰ４は、ラインビーム３３〜３８の照射幅を示す。
走査方向は、直線方向のみならず、自在な曲折方向（図７（ａ））や、曲線方向（図７（ｂ））の走査軌跡を作ることができる。
【００５９】
次に、図８に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態のレーザ照射装置１の動作をまとめる。
【００６０】
図８のスタートは、走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）、走査速度（Ｖｉ）を入力する。ここで、ｉは１〜Ｎの整数である(Ｓ１０１)。
するとＭＰＵ８では、メモリ９から入力した算出式１、算出式１Ａに基づいて演算処理を行い、走査角（θi）を算出する(Ｓ１０２)。ここでの処理は、ＭＰＵ８に接続したＰＣ（パーソナルコンピュータ）（図示せず）にて走査座標（Ｘ
ｉ、Ｙｉ）、走査速度（Ｖｉ）の入力と走査角（θi）を算出した後、これらを走査データとしてメモリ９に転送してもよい。また、ラインビーム３の回転角（θi）は、ラインビーム３の走査中にＭＰＵ８がリアルタイムで算出してもよい。
【００６１】
ＭＰＵ８で演算処理した走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi））をメモリ９に格納する(Ｓ１０３)。
【００６２】
以上の準備が整うと、レーザ照射装置１が駆動開始する。
走査スイッチを「ＯＮ」する（Ｓ１０４）。するとＭＰＵ８がＸＹステージ１６に動作指示し、ラインビーム３が、走査座標（Ｘi、Ｙi）の原点座標である走査座標（０、０）に移動する（Ｓ１０５）。続いてＭＰＵ８がメモリ９より走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi））を取り込み、ＸＹステージ１６、ラインビーム回転部２に回転角（θ1）だけ回転の動作指示を行う。
この指示によって、ラインビーム３は走査座標（Ｘ1、Ｙ1）へ移動するとともに、ラインビーム３も前記ラインビーム回転部２に回転角（θ1）だけ回転する（Ｓ１０６）。
【００６３】
つづいてレーザ出射を「ＯＮ」にする（Ｓ１０７）。走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi））における各パラメータをｉ＝１に設定する（Ｓ１０８）。するとＭＰＵ８がメモリ９より走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi）を取り込みＸＹステージ１６に動作指示を行うことにより、ラインビーム３は、走査座標（Ｘ２、Ｙ２）へ走査速度（Ｖ１）で移動する（Ｓ１０９）。
【００６４】
さらにＭＰＵ８がメモリ９より走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi）を取り込み、
ラインビーム回転部２に回転角（θ2）だけ回転の動作指示を行う（Ｓ１１０）。
【００６５】
ＭＰＵ８はｉ＜Ｎを判断する（Ｓ１１１）。ｉ＜Ｎであれば、ラインビーム
３は、所定走査座標（Ｘi、Ｙi）に到達していないと判断し（Ｓ１０９）に戻る。この条件下にあるときは、このステップが反復継続する。一方ｉ＜Ｎではないと判断したときは、ｉ＝Ｎになったとして、レーザ出射を「ＯＦＦ」にする（Ｓ１１２）。所望のレーザ照射は終了する。
【００６６】
ＭＰＵ８がＸＹステージ１６に動作指示を行うことにより、ラインビーム３は、原点座標である走査座標（０、０）に移動する（Ｓ１１３）。
【符号の説明】
【００６７】
１：レーザ照射装置、２: ラインビーム回転部（レーザビーム回転手段）、
３:ラインビーム、
４：Ｘ走査部（レーザビーム位置移動手段）、
５: Ｙ走査部（レーザ位置移動ビーム手段）、６:
Ｘリニアモータ、
７:Ｙリニアモータ、８：ＭＰＵ、９：メモリ、
１０：回転モータ、１１：ＬＤ、１５：照射対象物、１６：ＸＹステージ
１７：ダブプリズム、１８：光学ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次元の直交座標の一方向に走査が限定されていたレーザの照射を、その二次元の直交座標系において自由な方向に走査することができるレーザ照射装置及びレーザ照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円形以外の楕円ビームやラインビームを走査させ、照射対象面を改質また加
工するレーザ照射装置にあっては、従来技術の走査方向では、ビーム短軸方向
（Ｘ軸とＹ軸の直交座標系におけるＸ方向またはＹ方法のどちらか）と同一方向を走査方向にしていた。
【０００３】
例えば、下記特許文献１であるビーム照射装置、ビーム照射方法及び薄膜ト
ランジスタ製造方法によれば、ガルバノミラーやポリゴンミラーを使ってレーザ光照射を行う場合に、レーザ光照射の端部における照射ムラの生じる不具合を解決するためのレーザ照射装置とレーザ照射方法を提供する。その解決手段として、均一なレーザ処理を行うこととするが、レーザの走査方向は直交座標系の一方向を前提とする。
【０００４】
また、下記特許文献２は、耐熱性に乏しい基材に対して使用可能な温度範囲
であり、かつ、焼結に要する時間を短縮化、あるいは瞬間的に完了することができる金属微粒子および金属元素化合物の分散体を用いた電子デバイスの提供にあたって、新たな電子デバイスおよびその製造方法によれば、「被照射物を固定にしてレーザ照射部を走査させる事によって照射を行うか、あるいはレーザ照射部を固定にして被照射物を移動させてもよく、またはその双方の組み合わせで良く、」とするが、レーザ照射部の走査方向、被照射物の移動方向については、具体性を欠いている。
【０００５】
このような例示を含む従来技術では、レーザ照射の方向は、Ｘ軸とＹ軸の交座標系におけるＸ方向またはＹ方法のどちらかを前提とすることが原則であるように扱われていた。
【０００６】
ところが、近年、楕円ビームやラインビームを前記直交座標系のＸ軸とＹ軸
面上を自由かつ描写的に改質する要求が高まったことから、これまでの一方向
のみの走査では、その要望に応えることができず、生産性に欠けるといった問題が出てきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４３０９３号公報
【特許文献２】特開２００６−１８６１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような前記の従来技術に内在する課題を解決することによって、市場の要望に応えるレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ照射装置は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、レーザビームをラインビームとすると、ラインビームの短軸方向の走査方向は、従来の直交関係のＸ軸とＹ軸の一方向に限定されることなく、ＸＹ直交座標系の任意の方向に自在に向かうことができる。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記走査角（θi）が、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式１に示すように表現されることを特徴とする。
【数１】
【００１３】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム回転手段には、ダブプリズムを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム回転手段を、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム位置移動手段が、前記照射対象物を移動させるＸＹステージであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム位置移動手段が、レーザ光の照射方向を変えるガルバノミラーを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビーム位置移動手段が、光学ヘッドを移動させることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記メモリには、予め、レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）、走査速度情報（Ｖi）および前記走査角（θi）情報を記憶しておくことを特徴とする。
また、本発明に係るレーザ照射装置は、前記レーザビームに、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を、直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射方法であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射方法であって、前
記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに、設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、前記走査角（θi）が、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式２に示すように表現されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザ照射方法。
【数２】
【００２２】
また、本発明に係るレーザ照射方法は、前記レーザビームに、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする。
【００２３】
以上のように、本発明は、多くの特徴を有する。そのような特徴は、以下の本発明の本質に基づく。すなわち、本発明は、従来技術と同様に、レーザビーム（以下、適宜レーザビームに代え、本発明にとって最も効果的なラインビームを用いる。）の長軸方向と直交する短軸方向を本発明のラインビームの走査方向とする。ここで、本発明によるラインビームとは、照射対象物に照射したレーザビームの投影形状が長方形状であり、短軸長と長軸長のアスペクト比が１以上と定義する。また、本発明による下付き記号ｉは、１からＮの整数であり、走査経路の順番を意味する。
【００２４】
本発明では、前記長軸方向と短軸方向の「直交」関係をそのまま照射対象物を載置するＸＹステージに利用することができるＸＹ直交座標系を仮想し、ラインビームの走査方向に係るθiを逆関数を用いて算出できるようにする。θiに基づくラインビームの走査方向は、数式１（又は２）のパラメータであるＸiとＹi を位置情報とすれば、ラインビームの変位ベクトルで表すことができる。
そこで前記走査角（θi）は、数式１（又は２）におけるレーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）を予め設定することにより容易に算出することができる。
【００２５】
前記走査方向は、速度ベクトルとも関係する。仮想したＸＹ直交座標系をレーザビームの位置変化を伴う時間軸とすれば、ラインビームの走査方向に対するレーザビームの速度ベクトルとなるからである。
従って、本発明において、変位ベクトルのほかにこのような速度ベクトルによっても演算処理できるようにしている。
【００２６】
また、レーザビームの走査方向、照射対象物を載置するＸＹステージの動作及び走査角（θi）との間には、「直交関係」の共通性があるから、同一次元で相互に関連付けることが可能である。例えば、レーザビームの走査方向を直接かつ正確にＸＹステージ上に投影させたり、走査角（θi）をＸＹステージ上で回転させたりすること、逆にＸＹステージ上に予め設定したレーザビームの走査角（θi）から直ちにレーザビーム回転手段の回転角（θi）を制御することもできる。このような相互に有機的な関係に着目する本発明は、以下のような従来技術にはない特有の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２７】
すなわち、本発明により、特に円形以外の楕円ビームやラインビームを用いて、照射対象物面上をＸＹ直交座標系の一方向に限定されることなく任意の方向に描写的に、かつ、均一な照射エネルギーのレーザ照射を行うことができる。
しかも、前記の「相互に有機的な関係」から、レーザ照射方向を予めプログラミングでき、さらにレーザ照射の走査過程でリアルタイムにその走査方向を制御することもできる。
【００２８】
また、レーザ照射処理の効率が格段に向上する効果もある。例えば、電気通信分野などにおける回路パターンの生産におけて、導電ペーストの描写焼結に活用することができ、生産性の向上が見込まれる。
【００２９】
さらに、ＴＦＴアモルファスシリコンの結晶化にも効果的であり、トランジスタを形成する個所のみ選択的に結晶処理を行うことができるため、無駄がなく、非常に効率的である。
また、モールドのレーザ融着処理、レーザ紫外線硬化処理や金属加工処理にも有効な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ照射装置の概略図である。
【図２】ラインビームの走査方向を示す図である。
【図３】ラインビームと走査方向の関係を示す図である。
【図４】ダブプリズムの機能を説明する図である。
【図５】ラインビームの走査経路とラインビームの回動の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る他のレーザ照射装置の主要部の概略図である。
【図７】ラインビーム走査軌跡の例を示す図である。
【図８】本発明によるレーザ照射装置の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態に係る第一のレーザ照射装置の概略図である。本発明の第一実施形態のレーザ照射装置１は、レーザ回転手段に該当するラインビーム回転部２と、ＸとＹとからなる直交座標系におけるラインビーム
３の走査を制御するレーザ位置移動手段に該当するＸ走査部４とＹ走査部５と、前記Ｘ走査部４の駆動源となるＸリニアモータ６、前記Ｙ走査部５の駆動源となるＹリニアモータ７を制御するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）８、Ｆプログラム、プログラムで用いる入出力データ等を記憶するメモリ９、ＭＰＵ８の制御によってラインビーム回転部２を回転駆動させるための回転モータ１０、ＭＰＵ８とラインビーム回転部２の間にあって、ＭＰＵ８の制御によりレーザを発するレーザダイオード（ＬＤ）１１、ＬＤ１１から出射されるレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ１２、ラインビーム回転部２から出射したレーザ光を照射対象物１５に誘導するための立下げミラー１３、レーザ光を集光する対物レンズ１４、照射対象物１５を載置するとともに前記Ｘ走査部４や前記Ｙ走査部５の制御によりＸ又はＹ方向に作動するＸＹステージ１６を備える。Ｆ１とＦ２は、ラインビーム３の光軸である。
【００３３】
図１において、θは、ラインビーム３が光軸Ｆ２（Ｆ１でもある）を中心
として回転したときの回転角である。照射対象物１５を照射するラインビーム３が、図１の矢印方向に回転している状態を示している。
【００３４】
ラインビーム回転部２は、ラインビーム３の前記回転角θを形成するための回転体である。ラインビーム回転部２は、ラインビーム回転部２がθ°だけ回転すると前記ラインビーム３が同じθ°の前記回転角θとなるように設定されている。なお、図１におけるラインビーム３の走査方向は、図２に示すようにＸ方向と一致している状態にあるので、θは０（ゼロ）となっている。
【００３５】
図２は、ラインビーム３の走査方向を示す図である。走査方向Ｐ１は、レーザ光を集光する対物レンズ１４からのラインビーム３に直交して照射対象物１５の表面を照射する。同図では、走査方向Ｐ１はＸ方向となっている。
【００３６】
図３は、図２のラインビーム３の走査方向を、ラインビーム３の長軸方向（３ａ）と短軸方向（３ｂ）との関係において、より詳細に示す図である。走査方向Ｐ２は、ラインビーム３の短軸方向（３ｂ）と同一である。すなわち、長軸方向（３ａ）とは直交関係にある。この関係は、本発明のラインビーム３のすべての走査方向に適用される。
【００３７】
さて、第一の実施形態のレーザ照射装置１において、ラインビーム回転部２がθと強い関わりがある。ラインビーム回転部２の回転角が、直接ラインビーム３の走査方向の回転角になり、しかもラインビーム３の走査速度を考慮すれ
ば、この回転角を正確かつ高速で伝達させる必要があるからである。
そのため、光軸（Ｆ１）を軸として回動するラインビーム回転部２の機能を十分発揮させるためには、具体例として、図４に示すようなダブプリズム（像回転プリズムともいう。）１７を備えることが好ましい。そこで、ここでダブプリズム１７について概説する。
【００３８】
図４は、ダブプリズム１７の機能を説明する図である。ダブプリズム１７は、概括的には、プリズムを回転させると透過像（レーザ光）は２倍の速さで回転する。入射角４５°で入射したレーザ光は、プリズム底面で全反射されてプリズムを通過する構造になっている。
図４において、入射ラインビーム３１は、入射光としてダブプリズム１７の光軸Ｆ３に沿って入射面１７ａに入射すると矢印方向Ｆ３ａに屈折し、プリズム底面１７ｂで反射して矢印方向Ｆ３ｂに進み、出射面１７ｃでは、入射光と同一光軸Ｆ４（光軸Ｆ４と光軸Ｆ３は同一光軸）で出射される。従って、ダブプリズム１７を矢印方向Ｒ１に回転させると、ダブプリズム１７の回転角だけ
回転した出射ラインビームを射出する。ダブプリズム１７を装着したラインビーム回転部２では、ＬＤ１１から出射されるレーザ光が、ラインビーム回転部２の回転角θだけ回転したビームとなって出力されることになる。この回転角θは、ＭＰＵ８の制御によるもので、照射対象物１５を照射するラインビーム３の回転角θと同一である。
【００３９】
図１から図４を通じた説明では、レーザビームのうち、アスペクト比が最も顕著なラインビーム３を用いている。これは、本発明の特徴を最も効果的に利用することができるビーム光だからである。そのため、円形以外の、例えば、楕円ビームをラインビーム３に置換してもよく、ラインビーム３と同様の本発明の効果を奏することができる。
【００４０】
次に、レーザ照射装置１におけるラインビーム３の走査経路を、図１、図４及び図５を参照して、以下に説明する。ここに図５は、ラインビームの走査経路とラインビームの回動の関係を示す図である。
【００４１】
予め、レーザ照射装置１の動作に不可欠な各種データをメモリ９へ取り込み格納しておく。また、ＭＰＵ８の制御、演算処理に必要なプログラムも格納しておく。ここで各種データとは、例えば、数式（数式１、数式２）の演算に必用なすべての要素（θi、Ｘi、Ｙi、Ｖi）である。ＸiとＹiは、走査方向の走査座標に係る位置要素であり、Ｖiは、走査方向への速度要素である。
【００４２】
（ラインビーム３の原点位置への移動）
最初にラインビーム３を原点位置に移動させるステージである。原点位置とは、ラインビーム３がスタートするための準備のための照射対象物１５上の位置（図５の走査座標（０、０））である。照射対象物１５はＸＹステージ１６に載置されているから、ラインビーム３を原点に移動するには、ＸＹステージ１６を移動させて位置決めすればよい。Ｘ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザ位置移動手段とは、Ｘ走査部とＹ走査部とが実質位置移動手段になるが、照射対象物１５が直接位置移動するのではなくＸＹステージ１６を位置移動させることによって照射対象物１５が移動し、結果ラインビーム３が照射対象物１
５との相対関係で照射対象物１５上を移動することになる。
そこで、ＭＰＵ８からの出力信号に基づき、Ｘリニアモータ６とＹリニアモータ７を駆動させ、連動するＸ走査部４とＹ走査部５を作動させてラインビーム３の原点位置への移動調整を行う。このときのラインビーム３Ａの長軸方向は予め決まっているから（メモリ９に格納された要素（θi、Ｘi、Ｙi、Ｖi）に用いて演算処理の結果ＭＰＵ８からの制御信号による。）、ラインビーム３Ａの走査方向も必然的に決まっている（図５のＶ０方向）。なお、走査座標（０、０）は、照射対象物１５ではなく、ＸＹステージ１６に対する原点である。ラインビーム３Ａの走査開始のスタート位置ではない。
【００４３】
（ラインビーム３の照射スタート位置と走査方向）
図５における位置経路情報（Ｘi、Ｙi）の具体的位置情報となる走査座標（Ｘ
１、Ｙ１）までの走査開始ステージである。ラインビーム３ＡはＶ０方向に、走査座標（Ｘ１、Ｙ１）まで照射対象物１５上を移動する。
【００４４】
そのためにＭＰＵ８からの出力信号に基づき、Ｘリニアモータ６とＹリニアモータ７を駆動させ、連動するＸ走査部４とＹ走査部５を作動させてラインビーム３Ａを走査座標（Ｘ１、Ｙ１）へ移動させる。
ラインビーム３Ａが走査座標（Ｘ１、Ｙ１）へ移動すると同時に、ＭＰＵ８からの出力信号に基づき、ＬＤ１１が起動し、出射したレーザ光は光軸Ｆ１上を進みコリメートするコリメートレンズ１２に入射し、出射ビームはラインビーム回転部２のダブプリズム１７に入射する。ＭＰＵ８からの出力信号に基づき起動した回転モータ１０の駆動によってラインビーム回転部２も、回動をスタートする回転角θ1だけ回転する。
θ°だけ回転したラインビーム３は、立下げミラー１３で下方に屈折して光
軸Ｆ２に沿って対物レンズ１４に入射し、出射ビームはＸＹ直交座標系のＸ又
はＹ方向に作動するＸＹステージ１６に載置された照射対象物１５の表面を照射する体制に入る。走査座標Ａ（Ｘ１、Ｙ１）におけるこれまでのラインビーム３Ａは、回転角θ1だけ回転しラインビーム３Ｂとなる。図上の回転角θ1はあくまでＸＹ直交座標系のＸ軸を基準としている。走査座標（Ｘ１、Ｙ１）におけるラインビーム３Ｂの走査方向はＶ１の方向である。Ｖ１は、次の位置にラインビーム３Ｂが移動するまでの速度であり、Ｖ１の矢印先端は、ラインビーム３Ｂの移動位置となる。
【００４５】
（ラインビーム３の照射スタート後の位置と走査方向）
ＭＰＵ８からの出力信号に基づき、ＬＤ１１を起動させる。走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）において、ｉ＝１としてラインビーム３Ｂを走査させる。ラインビームは位置経路情報（Ｘi、Ｙi）の具体的位置情報となる走査座標（Ｘ２、Ｙ２）に至る。
この時点におけるラインビーム３Ｃの走査方向はＶ２方向であり、走査角度は、θ2である。
【００４６】
以降、同様の手順で走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）において、最後の走査座標（ＸN、ＹN）まで進行する。ｉ＝Ｎに達して本動作は終了する。ラインビーム３を原点位置に移動させる。
【００４７】
図５において、走査座標（Ｘ１、Ｙ１）、走査座標（Ｘ２、Ｙ２）及びそれ以降の走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）は本発明の「所定の移動位置」であり、各走査座標において走査方向と走査速度が、予め、回路開発設計等において図式化した照射ラインに従うよう、数式１（数式２）によって算出され、走査経路（走査軌跡）が定まる。走査速度は、一般には高速の定速度（例えば、最大１ｍ/Ｓ）であるが、「所定の移動位置」のある位置で変速するように設定してもよい。
ラインビーム３（３Ａ）のビーム角度θｉは、ラインビーム３（３Ａ）の走査中にＭＰＵ８がリアルタイムで算出してもよい。
また、ビーム角度θｉは、位置経路情報（Ｘi、Ｙi）におけるパラメータとするとＸiとＹiの数値決定を行うことにより算出することができる。また、速度情報ＶiをパラメータとすればＶiに具体的数値を設定すれば、{ＹＩ＋１−ＹＩ/ＸＩ＋１−ＸＩ}が定まる。従って、Ｘi又はＹiのいずれかの数値決定を行なえばビーム角度θｉは算出される。ビーム角度θｉを予め数値設定し、同様な方法でパラメータの一部数値の設定によってＶiやＸi又はＹiを求めることもできる。
【００４８】
ここでラインビーム３（３Ａ、３Ｂ、・・・、３ｉ）は、前記の所定の移動位置間にあってレーザ出力を一定値に限定することなく、任意の移動位置間にて
レーザ出力値を変えてもよい。さらに、任意の移動位置間にてレーザ出力を停止（主として間欠的な停止）してもよい。
また、前記の所定の移動位置は、照射対象物１５内に留まることなく、照射対象物１５の外にあってもよい。
さらに、走査について、本発明では、前記の所定の移動位置間を連続的に走査するだけでなく、描画する経路における同一角の走査角（θ1）を有するラインのみ一括走査処理した後、新たな別の走査角（θ1＋！）を有するラインを一括処理し、以降、同様の一括処理を繰り返し、描画経路をつなげるようにしてもよい。以上の各方法は、以降説明する発明にもそのまま適用される。
【００４９】
次に、本発明の他の実施の形態に係る第二のレーザ照射装置１Ａを、図６を用いて説明する。図６は、光学ヘッドの回動させるレーザ照射装置１Ａの主要部の概略図である。
【００５０】
本発明のレーザ照射装置１Ａは、前記レーザ照射装置１で主要部をなす前記ラインビーム３を含むビーム角度θｉ形成手段を光学ヘッド１８に収納し、この光学ヘッド１８を回動させてビーム角度θｉを形成させるようにした装置である。他の構成部は前記レーザ照射装置１と同様である。
【００５１】
光学ヘッド１８は、レーザダイオード（ＬＤ）１１Ａ、ＬＤ１１Ａから出射されるレーザ光を平行にするコリメートレンズ１２Ａと対物レンズ１４Ａを有し、光軸Ｆ５を軸として回動する。ＬＤ１１Ａから出射されるレーザ光は、照
射対象物１５Ａにラインビーム３Ａを照射する。
【００５２】
なお、レーザ照射装置１Ａでは、レーザダイオード（ＬＤ）１１Ａをレーザ光源としているが、これに限定されるものではなく、ＹＶＯ４レーザ、ＹＡＧレーザ、Ａｒレーザ、エキシマレーザであってもよい（レーザ照射装置１も同様）。
【００５３】
回転モータ１０Ａの制御によって光学ヘッド１８は回動する。光学ヘッド１８が時計方向にθ°回動すると、ＸＹステージ１６Ａに載置された照射対象物１５Ａ上を照射するラインビーム３Ａのビーム角度も時計方向にθ°回転する。
【００５４】
以上のように、レーザ照射装置１Ａにあっても、前記レーザ照射装置１と同様に機能し、同様な効果を奏する。
【００５５】
さて、以上の本発明のレーザ照射装置１とレーザ照射装置１Ａは、レーザヘッドの回動動作とワークの移動動作（実質的にはＸＹステージ１６の移動）との組み合わせ動作によって照射対象物１５（１５Ａ）上のラインビーム３（３Ａ）を自由方向に走査できるようにした装置である。
【００５６】
しかし、本発明は、このような装置に限定されるものではない。すなわち、例えば、前記Ｘ走査部４と前記Ｙ走査部５のいずれか一方又は両方を、レーザ光の照射方向を変えるガルバノミラー（図示せず）であるようにした装置としてもよい。この装置は、レーザ光をミラーを巧みに用いたレーザ照射装置であって、２枚のガルバノミラーとｆθレンズを用いることによって、ワークを移動（実質的にはＸＹステージ１６の移動）することなく、照射対象物１５（１５Ａ）上のラインビーム３（３Ａ）を直接位置移動させることができる。
【００５７】
さらに、前記Ｘ走査部４と前記Ｙ走査部５のいずれか一方又は両方を、光学ヘッドの移動であるようにした装置としてもよい。
また、前記Ｘ走査部４と前記Ｙ走査部５を、ガルバノミラー走査と光学ヘッド移動の組み合わせであるようにした装置としてもよい。
【００５８】
以上の前記レーザ照射装置１又はレーザ照射装置１Ａ等の係る本発明によって、ラインビーム３（３Ａ）の走査軌跡は、自由な走査方向をとるようにすることができる。図７は、そのようなラインビームの走査軌跡の例を示す図である。
ラインビーム３３〜３８は、走査軌跡における主要部のラインビームの位置を示し、走査方向Ｐ３、Ｐ４は走査軌跡を示す。また斜視部ＰＰ３、ＰＰ４は、ラインビーム３３〜３８の照射幅を示す。
走査方向は、直線方向のみならず、自在な曲折方向（図７（ａ））や、曲線方向（図７（ｂ））の走査軌跡を作ることができる。
【００５９】
次に、図８に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態のレーザ照射装置１の動作をまとめる。
【００６０】
図８のスタートは、走査座標（Ｘｉ、Ｙｉ）、走査速度（Ｖｉ）を入力する。ここで、ｉは１〜Ｎの整数である(Ｓ１０１)。
するとＭＰＵ８では、メモリ９から入力した算出式１、算出式１Ａに基づいて演算処理を行い、走査角（θi）を算出する(Ｓ１０２)。ここでの処理は、ＭＰＵ８に接続したＰＣ（パーソナルコンピュータ）（図示せず）にて走査座標（Ｘ
ｉ、Ｙｉ）、走査速度（Ｖｉ）の入力と走査角（θi）を算出した後、これらを走査データとしてメモリ９に転送してもよい。また、ラインビーム３の回転角（θi）は、ラインビーム３の走査中にＭＰＵ８がリアルタイムで算出してもよい。
【００６１】
ＭＰＵ８で演算処理した走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi））をメモリ９に格納する(Ｓ１０３)。
【００６２】
以上の準備が整うと、レーザ照射装置１が駆動開始する。
走査スイッチを「ＯＮ」する（Ｓ１０４）。するとＭＰＵ８がＸＹステージ１６に動作指示し、ラインビーム３が、走査座標（Ｘi、Ｙi）の原点座標である走査座標（０、０）に移動する（Ｓ１０５）。続いてＭＰＵ８がメモリ９より走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi））を取り込み、ＸＹステージ１６、ラインビーム回転部２に回転角（θ1）だけ回転の動作指示を行う。
この指示によって、ラインビーム３は走査座標（Ｘ1、Ｙ1）へ移動するとともに、ラインビーム３も前記ラインビーム回転部２に回転角（θ1）だけ回転する（Ｓ１０６）。
【００６３】
つづいてレーザ出射を「ＯＮ」にする（Ｓ１０７）。走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi））における各パラメータをｉ＝１に設定する（Ｓ１０８）。するとＭＰＵ８がメモリ９より走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi）を取り込みＸＹステージ１６に動作指示を行うことにより、ラインビーム３は、走査座標（Ｘ２、Ｙ２）へ走査速度（Ｖ１）で移動する（Ｓ１０９）。
【００６４】
さらにＭＰＵ８がメモリ９より走査データ（Ｘｉ、Ｙｉ、Ｖｉ、θi）を取り込み、
ラインビーム回転部２に回転角（θ2）だけ回転の動作指示を行う（Ｓ１１０）。
【００６５】
ＭＰＵ８はｉ＜Ｎを判断する（Ｓ１１１）。ｉ＜Ｎであれば、ラインビーム
３は、所定走査座標（Ｘi、Ｙi）に到達していないと判断し（Ｓ１０９）に戻る。この条件下にあるときは、このステップが反復継続する。一方ｉ＜Ｎではないと判断したときは、ｉ＝Ｎになったとして、レーザ出射を「ＯＦＦ」にする（Ｓ１１２）。所望のレーザ照射は終了する。
【００６６】
ＭＰＵ８がＸＹステージ１６に動作指示を行うことにより、ラインビーム３は、原点座標である走査座標（０、０）に移動する（Ｓ１１３）。
【符号の説明】
【００６７】
１：レーザ照射装置、２: ラインビーム回転部（レーザビーム回転手段）、
３:ラインビーム、
４：Ｘ走査部（レーザビーム位置移動手段）、
５: Ｙ走査部（レーザ位置移動ビーム手段）、６:
Ｘリニアモータ、
７:Ｙリニアモータ、８：ＭＰＵ、９：メモリ、
１０：回転モータ、１１：ＬＤ、１５：照射対象物、１６：ＸＹステージ
１７：ダブプリズム、１８：光学ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
前記走査角（θi）は、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式１に示すように表現されることを特徴とする請求項1または２に記載のレーザ照射装置。
【数１】
【請求項４】
前記レーザビーム回転手段には、ダブプリズムを備えることを特徴とする請求項1ないし３に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記レーザビーム回転手段を、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させることを特徴とする請求項1ないし３に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記レーザビーム位置移動手段が、前記照射対象物を移動させるＸＹステージであることを特徴とする請求項1ないし５に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記レーザビーム位置移動手段が、レーザ光の照射方向を変えるガルバノミラーを備えることを特徴とする請求項1ないし６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記レーザビーム位置移動手段が、光学ヘッドを移動させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記メモリには、予め、レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）、走査速度情報（Ｖi）および前記走査角（θi）情報を記憶しておくことを特徴とする請求項1ないし８に記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記レーザビームは、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする請求項1ないし９に記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を、直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射方法であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１２】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを
具備するレーザ照射方法であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに、設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１３】
前記走査角（θi）は、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式２に示すように表現されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザ照射方法。
【数２】
【請求項１４】
前記レーザビームは、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする請求項1０ないし１３に記載のレーザ照射方法。
【請求項１】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
前記走査角（θi）は、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式１に示すように表現されることを特徴とする請求項1または２に記載のレーザ照射装置。
【数１】
【請求項４】
前記レーザビーム回転手段には、ダブプリズムを備えることを特徴とする請求項1ないし３に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記レーザビーム回転手段を、レーザ光源も含めた光学ヘッドとし、照射対象物に照射するレーザビームの光軸を回転中心として回転させることを特徴とする請求項1ないし３に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記レーザビーム位置移動手段が、前記照射対象物を移動させるＸＹステージであることを特徴とする請求項1ないし５に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記レーザビーム位置移動手段が、レーザ光の照射方向を変えるガルバノミラーを備えることを特徴とする請求項1ないし６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記レーザビーム位置移動手段が、光学ヘッドを移動させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記メモリには、予め、レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）、走査速度情報（Ｖi）および前記走査角（θi）情報を記憶しておくことを特徴とする請求項1ないし８に記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記レーザビームは、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする請求項1ないし９に記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を、直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを具備するレーザ照射方法であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１２】
照射対象物を照射するレーザビームの走査位置を直交関係のＸ走査部とＹ走査部とで移動させるレーザビーム位置移動手段と、前記レーザビームを光軸中心に走査角（θi）を回転させるレーザビーム回転手段と、これらの手段の動作を制御するマイクロプロセッサと、前記制御に係る情報を記憶するメモリとを
具備するレーザ照射方法であって、前記レーザビームの短軸方向に走査方向を一致させ、刻々変化する前記レーザビームの所定の移動位置ごとに、設定した前記走査角（θi）の方向に前記レーザビームを走査させることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１３】
前記走査角（θi）は、予め、前記レーザビームの位置経路情報（Ｘi、Ｙi）により算出した数式２に示すように表現されることを特徴とする請求項１１または１２に記載のレーザ照射方法。
【数２】
【請求項１４】
前記レーザビームは、ＣＷレーザを用いたことを特徴とする請求項1０ないし１３に記載のレーザ照射方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４８７７（Ｐ２０１３−４８７７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６７０６（Ｐ２０１１−１３６７０６）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００２３３０３３）日立コンピュータ機器株式会社 (253)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００２３３０３３）日立コンピュータ機器株式会社 (253)
【Ｆターム（参考）】
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