JP5634765B2 - パルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、パルスレーザビームにより被加工物表面を加工するパルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法に関する。

近年、例えば液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は、その大型化に伴い、例えばμｍオーダーあるいはそれ以下の高精度の微細加工が大面積の領域に施された部材を必要としてきている。そして、従来の機械加工では作成が難しい、シート作成用大型ロール金型、止まり溝や深いマイクロレンズ用の微細形状をもつ金型、難削材等の微細加工について種々に検討されている。

一方、パルス幅がピコ秒（ｐｓ）オーダー以下になる超短パルスレーザビームを用いたアブレーション加工により、例えば金属表面に１μｍ以下の微細パターンを容易に形成できることが知られている。そして、これまで、この超短パルスレーザ加工により、樹脂を含む高分子材、半導体材、ガラス材、金属材等からなる被加工物の表面を加工する技術について種々の方法が提示されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１に開示されるレーザ加工では、ステージに載置した被加工物をＸＹ方向の２次元方向に広い範囲に移動走査させる必要がある。しかし、この場合、加工速度はステージ移動の速度に律速され高速化が困難となる。

また、レーザ加工においてレーザビームを例えばガルバノメータ・スキャナのようなビームスキャナによりＸＹ方向に２次元走査して所要領域を微細加工する技術がある（例えば、特許文献２参照）。ガルバノメータ・スキャナによれば走査速度をステージによる場合よりも向上させることが可能である。しかし、現状技術にあっては、この場合のパルスレーザビームの２次元走査は、その照射スポットの位置決め精度が１０μｍ以上になり、パルスレーザビームを用いたアブレーションによる微細加工への適用が難しい状況にある。

特開２００５−１１８８２１号公報 特開２００２−１６００８６号公報

本発明は、上記事情に鑑み、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするパルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様のパルスレーザ加工方法は、被加工物の加工形状を表わす３次元形状データを、複数の画素で構成され画素毎に前記加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換し、前記２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成し、基準クロック発振回路によりクロック信号を発生し、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームをレーザ発振器より出射し、前記加工フォーマットデータに基づき前記クロック信号に同期してパルスピッカーにより前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替え、前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより前記パルスレーザビームを前記被加工物表面に１次元方向に走査し、前記１次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記被加工物を移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスピッカーにより通過と遮断を切り替え、前記クロック信号に同期して前記レーザビームスキャナにより前記パルスレーザビームを前記被加工物表面に前記１次元方向に走査することを特徴とする。

上記態様の方法において、前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正することが望ましい。

上記態様の方法において、前記走査毎の加工原点位置の補正は、前記走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することによることが望ましい。

上記態様の方法において、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記１次元方向に直交する方向の前記被加工物の移動制御がされることが望ましい。

上記態様の方法において、前記加工フォーマットデータが、パルスレーザビームの光パルス数で記述されていることが望ましい。

上記態様の方法において、前記加工フォーマットデータが、加工形状の深さ毎に分かれた複数のテーブル形式のデータであることが望ましい。

上記態様の方法において、前記２次元中間データがビットマップ形式であることが望ましい。

上記態様の方法において、前記深さ情報がＲＧＢの輝度情報で記述されていることが望ましい。

上記態様の方法において、前記パルスレーザビームを整形することが望ましい。

上記態様の方法において前記レーザビームスキャナによる前記パルスレーザビームの前記１次元方向の走査と、前記走査に続く前記１次元方向に直交する方向の被加工物の移動を交互に繰り返すことで、前記被加工物を加工することが望ましい。

上記態様の方法において、前記レーザビームスキャナの走査と前記被加工物の移動により前記被加工物の表面の同一箇所を複数回加工することが望ましい。

上記態様の方法において、前記被加工物の表面の加工は前記パルスレーザビームによるアブレーションによることが望ましい。

上記態様の方法において、前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子（ＡＯＭ）あるいは電気光学素子（ＥＯＭ）により構成されていることが望ましい。

上記態様の方法において、前記被加工物がステージ上に載置され、前記ステージの移動により、前記１次元方向に直交する方向に前記被加工物を移動することが望ましい。

本発明の一態様のパルスレーザ加工用データ作成方法は、被加工物の加工形状を表わす３次元形状データを、複数の画素で構成され画素毎に前記加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換し、前記２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成することを特徴とする。

上記態様の方法において、前記加工フォーマットデータが、パルスレーザビームの光パルス数で記述されていることが望ましい。

本発明によれば、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするパルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法を提供することが可能となる。

第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査の説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。 第１の実施の形態のレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。 第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。 図９の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。 図９の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。 第２の実施の形態の製造方法により形成される金型の加工例である。 パルスレーザ加工の説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態のパルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法について説明する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態のパルスレーザ加工方法は、被加工物の加工形状を表わす３次元形状データを、複数の画素で構成され画素毎に加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換し、２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成し、基準クロック発振回路によりクロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームをレーザ発振器より出射し、加工フォーマットデータに基づきクロック信号に同期してパルスピッカーによりパルスレーザビームの通過と遮断を切り替え、クロック信号に同期してレーザビームスキャナによりパルスレーザビームを被加工物表面に１次元方向に走査し、上記１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向に被加工物を移動して、更にクロック信号に同期してレーザビームスキャナにより通過と遮断を切り替えてパルスレーザビームを被加工物表面に上記１次元方向に走査する。

また、本実施の形態のパルスレーザ加工用データ作成方法は、被加工物の加工形状を表わす３次元形状データを、複数の画素で構成され画素毎に加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換し、２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成する。

本実施の形態のパルスレーザ加工方法は、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断を、同一のクロック信号に直接または間接的に同期させる。このように、レーザ系とビーム走査系の同期を維持することで、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させる。また、本実施の形態のパルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法によれば、画素毎に加工形状の深さ情報を有する２次元中間データを、３次元形状データからパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成する過程で生成する。これにより、パルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを容易に生成することが可能となる。

そして、さらに、パルスレーザビームの光パルス数に基づき加工フォーマットデータを記述することで、容易にパルスレーザビームの通過と遮断を制御することを可能にする。これにより、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断の同期維持が容易になる。また、制御回路の構成が簡略化できる。本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を一層向上させるとともに、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を容易に実現する。

図１３は、パルスレーザ加工の説明図である。図１３（ａ）は３次元ＣＡＤデータ、図１３（ｂ）は３次元ＣＡＤデータの鳥瞰図、図１３（ｃ）は最終加工結果である。

まず、本実施の形態のパルスレーザ加工用データ作成方法では、被加工物の３次元形状データとして、例えば、図１３（ａ）、（ｂ）のような３次元ＣＡＤのデータを作成する。この３次元形状データが２次元中間データを介して変換されることで、最終的にパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータが作成される。そして、この加工フォーマットデータに基づきパルスレーザ加工が行われることで、図１３（ｃ）に示すような被加工物の加工結果が得られることになる。

ここで、まず、３次元形状データを、例えば、３次元データフォーマットであるＳＴＬフォーマットのデータに変換する。次に、このＳＴＬフォーマットのデータを、複数の画素で構成され画素毎に加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換する。例えば、この２次元中間データはビットマップ形式である。

加工形状の深さ情報は、例えば、各画素に深さを数値化したビット情報として持たせることが可能である。また、加工形状の深さ情報をＲＧＢ（Ｒｅｄ・Ｇｒｅｅｎ・Ｂｌｕｅ）の輝度情報で記述することで、深さを含めた加工形状が２次元的に可視化できるため、好ましい。

そして、この２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成する。この加工フォーマットデータは、例えば、後に表１で示すように、パルスレーザビームの光パルス数で記述されるテーブル形式のデータである。そして、例えば、加工形状の深さ毎に分かれた複数のテーブル形式のデータである。

このように、パルスレーザビームの光パルス数で記述され、かつ、深さ毎に分かれた複数のテーブル形式のデータを作成する場合、深さ情報と位置情報がそれぞれ画素単位でデジタル化された中間データを作成することで、３次元形状データから加工フォーマットデータへのデータ変換が容易になる。

図１は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置１０は、その主要な構成として、レーザ発振器１２、パルスピッカー１４、ビーム整形器１６、レーザビームスキャナ１８、ＸＹステージ部２０、パルスピッカー制御部２２および加工制御部２４を備えている。加工制御部２４には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６が備えられている。

レーザ発振器１２は、基準クロック発振回路２６で発生するクロック信号Ｓ１に同期したパルスレーザビームＰＬ１を出射するよう構成されている。このレーザ発振器１２は、超短パルスであるｐｓ（ピコ秒）レーザビームあるいはｆｓ（フェムト秒）レーザビームを発振するものが望ましい。

ここでレーザ発振器１２から射出されるレーザ波長は被加工物の光吸収率、光反射率等を考慮して選択される。例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、難削材であるＳＫＤ１１等を含む金属材料あるいはダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる被加工物の場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いることが望ましい。

パルスピッカー１４は、レーザ発振器１２とレーザビームスキャナ１８との間の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１の通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、パルスピッカー１４の動作によりパルスレーザビームＰＬ１は、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された変調パルスレーザビームＰＬ２となる。

パルスピッカー１４は、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。

ビーム整形器１６は、入射したパルスレーザビームＰＬ２を所望の形状に整形されたパルスレーザビームＰＬ３とする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。

レーザビームスキャナ１８は、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ４を、１次元方向のみに走査するよう構成されている。このように、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ４を走査することにより、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度が向上する。

また、１次元方向のみの走査とすることによっても、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度の向上を図ることができる。なぜなら、２次元方向の走査を行うレーザビームスキャナは、構造上１次元方向のみ走査するレーザビームスキャナに対してビームの位置精度が劣化するためである。

レーザビームスキャナ１８としては、例えば１軸スキャンミラーを備えたガルバノメータ・スキャナが挙げられる。図２は、ガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。

ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８、ガルバノメータ３０、レーザビームスキャナ制御部３２を有している。ここで、ガルバノメータ３０は、例えば走査角センサ３６からのフィードバックによるサーボ制御のようなスキャンミラー回転の駆動機構を備えている。

加工制御部２４からは、クロック信号Ｓ１に同期した走査指令信号Ｓ２が送られる。そして、ガルバノメータ３０は、走査指令信号Ｓ２に基づくレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号Ｓ３により駆動制御されるよう構成されている。ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２８により全反射するパルスレーザビームＰＬ３を、図２の矢印に示すようにスキャンミラーの回転運動（首振り）に従い走査する。

レーザビームスキャナ１８には、走査角センサ３６が備えられている。ガルバノメータ・スキャナの場合には、その１軸スキャンミラー２８の回転位置をロータリエンコーダ等によって検出する構造になっている。そして、走査角センサ３６は検出した走査角検出信号Ｓ４をレーザビームスキャナ制御部３２に送り、ガルバノメータ３０の駆動制御用として使用する。また、レーザビームスキャナ制御部３２は、走査角検出信号Ｓ４に基づき走査位置信号である走査角信号Ｓ５を加工制御部２４に送信する。

そして、上記１軸スキャンミラー２８で反射したパルスレーザビームＰＬ３は、ｆθレンズ３４を通り、１次元方向に、例えば一定の速度Ｖで並行して走査される像高Ｈ＝ｆθのパルスレーザビームＰＬ４となる。そして、このパルスレーザビームＰＬ４が、ＸＹステージ部２０上に保持される被加工物Ｗの表面を微細加工する照射パルス光として、被加工物Ｗ上に投射される。

レーザビームスキャナ１８には、ガルバノメータ・スキャナの他に、例えば、ポリゴン・スキャナ、ピエゾ・スキャナ、またはレゾナント・スキャナ等を適用することも可能である。

上記いずれのレーザビームスキャナであっても、加工を行う範囲で一定の走査速度Ｖが確保できるように制御するよう構成されることが、加工精度を上げる観点から重要である。図３は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査を説明する図である。図３に示すように、スキャンミラーの走査角範囲の走査開始位置から走査終了位置に対応する位置範囲には、加速期間、安定域、減速期間がある。加工精度をあげるためには、実際の加工範囲が含まれる安定域内で走査速度Ｖが一定となるよう制御するよう装置が構成されることが重要である。

ＸＹステージ部２０は、被加工物Ｗを載置可能で、パルスレーザビームが走査される１次元方向に直交する方向を含むＸＹ方向に自在に移動できるＸＹステージ、その駆動機構部、ＸＹステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、ＸＹステージは、２次元の広範囲、例えば１ｍ程度のＸ方向およびＹ方向の距離範囲で、連続移動あるいはステップ移動できるようになっている。そして、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。

加工制御部２４は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。

図４は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。加工制御部２４は、レーザ系・ビーム走査系制御部３６、加工データ設定部３８および加工パターン生成部４０を備えている。

レーザ系・ビーム走査系制御部３６は、レーザ発振器１２やパルスピッカー１４等のレーザ系およびレーザビームスキャナ１８等のビーム走査系を制御する。レーザ系・ビーム走査系制御部３６には、レーザ系やビーム走査系の条件を設定するレーザ・ビーム条件設定部６８、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するためのクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６を備えている。また、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するために、位相同期処理回路４２、レーザビームスキャナ制御回路３２、同期位置設定部４４、同期検出回路４６等を備えている。

加工パターン生成部４０では、例えば、外部から加工データ設定部４０に入力される加工データを、実際の加工に即したパラメータのパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータに変換する。加工データ設定部４０に入力される加工データは、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。例えば、この加工データが上述した、ＳＴＬフォーマットのデータや、２次元中間データに相当する。

図５は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。加工パターン生成部４０には、加工データ設定部３８に入力される加工データを解析する加工データ解析部４８が備えられる。また、加工データ解析部４８での解析を基に、加工テーブルおよびステージ移動テーブルを生成するテーブル生成部４９を備えている。加工テーブルは、加工パターンについて、待機長、加工長や非加工長をパルスレーザビームの光パルス数に基づき記載する。すなわち、テーブル生成部４９は、加工データの加工長および非加工長と、パルスレーザビームのスポット径と、を基準に加工テーブルを生成する。ステージ移動テーブルは、加工パターンについて、ＸＹステージ部の移動距離等を記載する。

また、加工パターン生成部４０は、加工テーブルを備えるパルスピッカー加工テーブル部５０を備えている。また、ステージ移動テーブルを備えるステージ移動テーブル部５２を備えている。なお、加工テーブルやステージ移動テーブルについては、上記のように加工パターン生成部４０の内部で生成される装置構成であっても、加工パターン生成部４０やパルスレーザ加工装置１０の外部で生成される装置構成であっても構わない。

そして、加工パターン生成部４０には、パルスピッカー加工テーブル部５０から出力される加工原点に関する情報が入力される加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ５４（以下、単に加工原点レジスタとも記載）を備える。また、パルスピッカー加工テーブル部５０から出力される待機長、加工長や非加工長に関する情報が入力される待機長レジスタ５６、加工長レジスタ５８、および非加工長レジスタ６０が備えられている。

加工パターン信号生成部６２には、加工原点レジスタ５４、待機長レジスタ５６、加工長レジスタ５８、および非加工長レジスタ６０の値が入力され、パルスピッカー制御部２２へと送られる。移動信号生成部６４は、ステージ移動テーブル部５２からのデータに基づき、ステージ移動信号Ｓ１５を生成し、ステージ制御部６６へと出力するよう構成されている。

加工パターン生成部４０で生成されたデータは、レーザ系・ビーム走査系制御部３６へも出力され、レーザ系とビーム走査系の同期維持に用いられる。

図６は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。加工パターン信号生成部６２は、加工原点カウンタ７０、待機長カウンタ７２、加工長カウンタ７４、および非加工長カウンタ７６を備えている。これらのカウンタは、タイミング形成回路８８から出力されるカウンタ制御信号Ｓ８により、カウントを開始するよう構成されている。

また、レジスタとカウンタとの値を比較する機能を有する加工原点比較器８０、待機長比較器８２、加工長比較器８４、および非加工長比較器８６を備えている。これらの比較器は、レジスタとカウンタとの値が一致した場合は、一致信号ａ〜ｄをタイミング形成回路８８へ出力するよう構成されている。

そして、タイミング形成回路８８は、入力される同期検出信号Ｓ９、一致信号ａ〜ｄ、走査終了コードに基づき、加工パターン出力回路９０へ出力制御信号Ｓ１０を出力するよう構成されている。

加工パターン出力回路９０は、加工長比較器８４からの出力と、タイミング形成回路８８からの出力制御信号Ｓ１０により加工パターン信号Ｓ７を発生するよう構成されている。

上記加工制御部２４は、基準クロック発振回路において、パルスレーザビームの繰り返し周波数入力データに基づきレーザ発振器１２に与える発振器クロック（クロック信号）Ｓ１を生成する。そして、レーザ発振器１２は、その発振器クロックＳ１によりパルスレーザビームを生成する。すなわち、クロック信号に同期したパルスレーザビームが出射される。

加工開始指示が行われると、内蔵するシャッターを開にすることでパルスレーザビームＰＬ１を出射する。このようにして、パルスレーザビームＰＬ１が出射される際にはファーストパルスは存在せず、安定出力エネルギーが維持される。

また、加工制御部２４は、上述した２次元加工データから加工パターン信号Ｓ７を生成する。そして、パルスピッカー制御部２２は、この加工パターン信号Ｓ７に従い、クロック信号Ｓ１によりパルスレーザビームＰＬ１との同期を確保したパルスピッカー駆動信号Ｓ６を、パルスピッカー１４に供給する。このようして、クロック信号Ｓ１に同期して、パルスピッカー１４が、パルスレーザビームの通過と遮断を切り替える。

また、加工制御部２４は、レーザビームスキャナ１８の走査開始時にクロック信号Ｓ１との同期を確保した走査指令信号Ｓ２を生成する。そして、レーザビームスキャナ１８のレーザビームスキャナ制御部３２が上記走査指令信号Ｓ２を受けてレーザビームスキャナ１８の駆動制御を行う。このようにして、クロック信号に同期して、レーザビームスキャナ１８がパルスレーザビームを１次元方向のみに走査する。

更に、加工制御部２４は、レーザビームスキャナ１８からの走査位置信号である走査角信号Ｓ５に基づいてＸ−Ｙステージ部２０の移動タイミングを判定し、上記２次元加工データと上記移動タイミングによりステージ移動信号Ｓ１５を生成する。この場合の走査角信号Ｓ５は、図３で説明した加工が終了する加工終端位置あるいはスキャナ走査が終了する走査終了位置を走査角センサ３６で検出した走査角検出信号Ｓ４からのものである。そして、Ｘ−Ｙステージ部２０は上記ステージ移動信号Ｓ１５に指示されて動作する。

このように、Ｘ−Ｙステージは、レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、例えば、レーザビームスキャナの走査方向とは直交する方向の移動制御がされる。これによって、次の走査への時間が短縮され、レーザビーム加工の更なる高速性が実現される。

そして、本実施の形態において、レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有することが望ましい。この補正機構を有することにより、各走査毎のレーザビームスキャナの加速期間（図３参照）における走査速度ばらつきが補償され、さらに高精度な加工が可能となるからである。

なお、図１において、加工制御部２４がビーム整形器１６も制御する構成になっていてもよい。この場合は、特に、ビーム整形器１６においてビーム径を自動制御したりビーム断面の光強度分布を自動調整したりする場合に有効になる。

次に、パルスレーザ加工装置１０の主要な動作について説明する。ワークＷのレーザ加工動作においては、レーザ発振器１２はその内蔵する制御部によりレーザ発振のほとんどが制御され自律して動作している。もっとも、上述した基準クロック発振回路２６によりパルス発振のタイミング等の制御がなされる。これについて図７を参照して説明する。

レーザビームスキャナの例として図２に示したガルバノメータ・スキャナの１軸スキャン・ミラー２８は、走査起動信号により図３で説明したような走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は、図７（ａ）に示すようにクロック信号Ｓ１の例えば立ち上がり（立ち下りでもよい）に同期した走査指令信号Ｓ２により指示を受け、そのレーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３０の駆動制御を行う。ここで、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２−１００プロトコルに対応することで、例えば１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での絶対走査角指令に従う。

なお、図７（ａ）は、パルスレーザの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。このような動作が、パルスレーザビームの走査毎に行われる。

ここで、図３の加速期間では、スキャナ速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によりレーザビームスキャナ制御部３２はガルバノメータ３０の駆動制御を行う。この時、最適条件での１軸スキャン・ミラー２８の走査角繰り返し再現性は、安定領域では１０μｒａｄ／ｐ−ｐ程度が経験的に得られることが確認されている。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ−ｐの走査位置再現性になる。

しかし、上記加速期間の繰り返し安定性は、長期走査において１０倍程度まで悪化するため、加工開始位置において走査ごとに変動が生じる。そこで、補正機構によって、レーザビームスキャナからの走査位置信号（走査角信号Ｓ５）に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する。

例えば、加速期間終了後、充分な安定域（例えば、経験的には加速期間が１ｍｓｅｃ〜１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、その走査角範囲は約２．３度〜３．４度である）に達した後、図７（ｂ）に示すように予め設定されている同期角（θｓｙ）を検出信号として走査角センサ３６により検出する時、走査指令信号（θｏ：走査開始位置からの走査角）との差分を位相差（θｉ）とし、この位相差により走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。

上記加工原点までの距離補正値は、加工時の第１回目走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶し、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差（θｎ）と位相差（θ１）の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号に対する加工原点までの距離補正値として、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させる。

図８に示した加工パターン信号Ｓ７は、加工原点からの距離データを含め３次元ビットマップから与えられている。このため、走査毎に加工原点位置が一致すると、加工パターン信号Ｓ７の加工開始位置も一致し、パルスピッカー駆動信号Ｓ６も所望のタイミングで生成される。

レーザビームスキャナ１８が図２に説明したガルバノメータ・スキャナからなる場合、スキャナクロック信号がレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号としてサーボ制御モータを駆動させる。しかし、レーザビームスキャナ１８もその自律した動作によりその位相ズレが生じることがある。そこで、上記スキャン動作の繰り返し毎に発生する走査位置信号となる同期角検出信号により、発振パルス光の通過／遮断とビームのスキャン動作との同期化、すなわちタイミングを合わせることで、極めて安定したレーザ加工が可能になる。

走査毎の加工原点位置の補正は、走査位置信号に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御することによることが望ましい。具体的には、例えば、補正機構が、走査位置信号（走査角信号Ｓ５）に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御する。すなわち、上記スキャン・ミラーの回転位置の同期位置（角）検出の走査位置信号から検出した位相差に基づき、パルスピッカー１４の駆動信号のタイミングを指定する。これによって、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。

あるいは、例えば、補正機構が、走査位置信号から検出した位相差から得られる距離補正値を、走査開始位置からの走査角にθｏに対するレーザビームスキャナへの走査指令信号以降の走査指令信号に与えることで、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。

パルスピッカー動作によりパルスレーザビームはパルス周波数変調され所要の変調パルス光が生成される。これについて図８を参照して説明する。

図８に示すように、周波数Ｔｐのクロック信号Ｓ１からのｔ１遅延のパルスレーザビームＰＬ１は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６により遮断／通過の動作がなされる。例えば、そのパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングし、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ２時間遅延して立ち上がり、所要数クロック後の他クロックの立ち上がりからｔ３時間遅延して立ち下がるパターン信号になる。そして、このパルスピッカー駆動信号によりパルスピッカー１４の動作がその遅延時間ｔ４およびｔ５に従って生じ、その動作の間のパルスレーザビームＰＬ１が変調パルスレーザビームＰＬ２として抽出される。ここで、上記遅延時間ｔ２、ｔ３、ｔ４およびｔ５はパルスピッカー１４に合わせて設定される。

なお、パルスピッカー１４が音響光学素子（ＡＯＭ）を使用する場合、上記パルスピッカー駆動信号Ｓ６の反転パターン信号が、超音波発生制御部における発振のＯＮ／ＯＦＦを制御するドライバ信号となる。そして、この反転パターンのドライバ信号により所要の発振パルス光が抽出されることになる。

また、上述したようにレーザビームスキャナ１８からの走査位置信号（走査角信号Ｓ５）、例えばそのスキャン・ミラーの回転位置における加工終端位置の走査位置信号が、Ｘ−Ｙステージ移動部２０の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。あるいは、Ｘ−ＹステージのＸ軸方向の所定距離の連続移動あるいはステップ移動が行われる。このようにして、Ｘ−Ｙステージの予め決められている移動パターンの移動制御が行われる。

例えば、パルスピッカー動作パターンにより生成された変調パルスレーザビームＰＬ２は、各パルス光がビーム整形器１６において所要の形状に整形される。そして、上記レーザビームスキャナ１８によるＸ軸方向の走査とＸ−Ｙステージ部２０によるワークＷ位置のＹ軸方向の移動によって、ワークＷの所要位置に照射パルス光が投射され、ワークＷ表面の高精度の微細加工がなされる。パルスピッカー動作パターンにおける各パルスピッカー動作の時間幅および各動作の時間間隔はそれぞれ異なるようになっていてもよい。

次に、上記パルスレーザ加工装置１０を用いたパルスレーザ加工方法について説明する。このパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物（ワーク）を載置し、基準クロック発振回路によりクロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームをレーザ発振器より出射し、上述の加工フォーマットデータに基づきクロック信号に同期してパルスピッカーによりパルスレーザビームの通過と遮断を切り替え、被加工物表面に、上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査し、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法である。そして、パルスレーザビームを上記１次元方向に走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。

図７は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。ステージに載置されるワークＷを加工する際、レーザ発振器１２は内蔵する制御部によりレーザ発振の大半が制御され自律して動作する。もっとも、図７（ａ）に示すように基準クロック発振回路により生成される周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１により、パルス発振のタイミングの制御が行われ、クロック信号Ｓ１に同期した周期ＴｐのパルスレーザビームＰＬ１を出射する。

レーザビームスキャナ１８は、走査起動信号Ｓ１１に基づき図６に示す走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は図７（ａ）に示すように、クロック信号Ｓ１の立ち上がり（立下りでもよい）に同期した、加工制御部２４で生成される周期Ｔｓの走査指令信号Ｓ２により指示を受ける。そして、この走査指令信号Ｓ２に基づき、レーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３０の駆動制御を行う。

このように、レーザビームスキャナ１８により、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査する。この時、パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることで、ワークＷ表面にパターンを加工する。なお、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２−１００プロトコルに対応することで、例えば、１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での、ガルバノメータ３０の走査角「０度」位置を基準とする絶対走査角指令に従う。

なお、図７（ａ）は、パルスレーザビームの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。

１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する。このように、パルスレーザビームの１次元方向の走査と、上記１次元方向に直交する方向にステージの移動が交互に行われる。

ここで、レーザビームスキャナ１８からの走査位置信号である走査角信号Ｓ５が、ＸＹステージ部の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。その後、パルスレーザビームをＸ方向に走査する。

ここで、図３の加速期間では、走査速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によるレーザビームスキャナ１８の制御を行う。最適条件での１軸スキャンミラー２８の走査角繰り返し再現性は、安定域では１０μｒａｄ／ｐ−ｐ程度が得られることが経験的に明らかである。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ−ｐの走査位置再現性になる。

もっとも、加速期間における走査速度Ｖの繰り返し安定性は、長期の走査において１０倍程度まで悪化する。このため、図３における加工原点の位置が走査ごとに変動する恐れがある。そこで、加速期間終了後、充分に安定した領域で、パルスレーザビームＰＬ１の発振と、ビーム走査との同期をとるための同期角（θｓｙ）を設定する。充分に安定した領域に達するまでの走査角範囲は、例えば、加速期間が１ｍｓｅｃ〜１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、約２．３度〜３．４度である。

そして、図７（ｂ）に示すように、この同期角を走査角センサ３６が検出する。そして、同期角を検出する時に走査開始位置からの走査角θ_０に対応する走査指令信号Ｓ２との位相差θｉを求める。そして、この位相差θ_ｉに基づき、走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。

上記加工原点までの距離の補正値は、加工時の第１回目の走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶させる。そして、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差θ_ｎと位相差θ_１の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離補正値とする。求められた距離補正値は、走査開始位置からの走査角θ_０に対する走査指令信号（Ｓ２：絶対走査角指令）以降の走査指令信号（Ｓ２）に与えることで、加工原点位置が補正される。このようにして、レーザビームスキャナ１８の加速期間における走査速度がばらついたとしても、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させることが可能となる。

以上のように、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する場合において、走査ごとの加工原点位置が一致し、加工精度が向上する。

上記、１次元方向にパルスレーザビームを走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。パルスレーザビームの照射と非照射は、パルスピッカーを用いて行われる。

図３に示すように、
Ｓ_Ｌ：同期角検出位置からワークまでの距離
Ｗ_Ｌ：ワーク長
Ｗ_１：ワーク端から加工原点まで距離
Ｗ_２：加工範囲
Ｗ_３：加工終端からワーク端までの距離
とする。

ここで、
加工原点＝同期角検出位置＋Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１
となり、ワークはステージ上に固定位置で設置されるため、Ｓ_Ｌも固定距離となる。更に、同期角検出位置を基準とするワーク上の加工原点（以下、加工原点（ＳＹＮＣ）とも表記）は、
加工原点（ＳＹＮＣ）＝Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１
となる。この加工原点（ＳＹＮＣ）は、上述のような補正を行うことで管理され、走査ごとに常に安定した位置から加工が開始される。なお、図３に示すように、実加工は加工範囲（Ｗ_２）に収まる範囲で行われる。

例えば、ビームスポット径Ｄ（μｍ）、ビーム周波数Ｆ（ｋＨｚ）の加工条件で走査を行う場合、加工速度：Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、スポット径の１／ｎずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
Ｖ＝Ｄ×１０^−６×Ｆ×１０^３／ｎ
となる。

パルスピッカーにより光パルスを制御して加工を行う場合、パルスピッカーで作成するパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、実際に加工を行う領域を加工長により定義し、繰り返し加工ピッチを非加工長により定義することが可能である。ここで、加工長をＬ_１とし、非加工長をＬ_２とすると、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、加工長レジスタ設定は、
加工パルス数＝（Ｌ_１／（Ｄ／ｎ））−１
非加工長レジスタ設定は、
非加工パルス数＝（Ｌ_２／（Ｄ／ｎ））＋１
とすることができる。

また、加工原点（ＳＹＮＣ）から実際に加工を開始する位置を待機長として定義することで、加工形状ごとの開始位置を設定する。ここで、待機長をＬ_Ｗとすると、加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ設定は、
加工原点（ＳＹＮＣ）光パルス数＝（Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１）／（Ｄ／ｎ）
待機長レジスタ設定は、
待機長光パルス数＝Ｌ_Ｗ／（Ｄ／ｎ）
とすることができる。

なお、加工長、非加工長、待機長、加工原点（ＳＹＮＣ）に対する各レジスタへの設定値は、それぞれに対応する光パルス数である。そして、この光パルス数は、使用されるビームプロファイルに基づいて予め決定される補正のための光パルス数を加味した値となる。

上記のレジスタ設定値は、照射する光パルス数で管理される。また、同期角検出後の加工待機区間についても光パルス数で管理される。このようにパルスピッカーの管理を光パルス数で行うことにより、基準となるクロック信号Ｓ１とパルスピッカーとの同期を容易に維持でき、安定した繰り返し性が維持される。そして、クロック信号Ｓ１とパルスピッカー１４との同期を維持することで、高精度なレーザ加工が簡易に実現される。

図８は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。加工データから生成され、光パルス数で管理される加工パターン信号Ｓ７は、加工パターン信号生成部４０の加工パターン出力回路６２から出力される。

図８に示すように、周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１からｔ_１遅延したパルスレーザビーム（ＰＬ１）は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６に基づき遮断／通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ１８の走査と、パルスレーザビームの遮断／通過との同期は、走査角指令信号（Ｓ２）生成タイミングをクロック信号（Ｓ１）に同期させることで行っている。

例えば、パルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングする。そして、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ_２時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、加工パターン信号Ｓ７がインアクティブとなった状態をクロック信号Ｓ１の立ち上がりでサンプリングし、ｔ_３時間遅延して立ち下がる。

そして、このパルスピッカー駆動信号Ｓ６により、パルスピッカー１４の動作が遅延時間ｔ_４およびｔ_５経過後に生ずる。このパルスピッカー１４の動作により、パルスレーザビーム（ＰＬ１）が、変調パルスレーザビーム（ＰＬ２）として抽出される。

ここで、加工データは、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置位置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。加工データは加工パターン生成部４０の加工データ解析部４８で解析される。そして、加工に使用されるレーザの発振器動作、ビーム走査条件である照射パルスエネルギー、ビームスポット径、繰り返し周波数、走査速度、ステージ送り量等の条件から単位光パルスの加工量が経験的に得られる。

上記条件を基に、更に３次元形状から２次元レイヤに分解し、各レイヤ毎のビットマップデータ等による２次元データに変換する。この２次元データからパルスピッカー１４の動作データ（加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数）に変換する。

例えば、Ｃｕ材に加工を行う場合、ビームスポット径Ｄ＝１５μｍ、繰り返し周波数Ｆ＝５００ｋＨｚ、ビーム照射移動比ｎ＝２の加工条件で操作を行うとすると、加工速度Ｖは、Ｖ＝３．７５ｍ／ｓｅｃとなる。また、照射パルスエネルギーを１μＪ／パルスとすると、加工深さが０．１μｍとなる。したがって、加工形状のレイヤ分解幅を０．１μｍとすればよい。なお、このようにして分解されたレイヤの数をレイヤ数Ｒｎと称する。

次に、レイヤ毎のパルスピッカー動作データ、すなわち、加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数について説明する。図９は実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。図１０は図９の加工における特定の１次元方向の走査を示す図である。図１１は図９の加工における特定のレイヤについての２次元加工を示す図である。

図９に示すように、例えば、ＬＸ_１（横）×ＬＹ_１（縦）×Ｄｐ（深さ）、具体的には、例えば、５２．５μｍ×３７．５μｍ×０．１ＲｎμｍのポケットをワークＷ上の９箇所に形成する。この加工例では、ビーム走査方向であるＸ方向については、ＬＸ_１の加工長とＬＸ_２の非加工長の加工を行い、ステージ移動方向であるＹ方向については、ＬＹ_１の加工長で、ＬＹ_２、ＬＹ_３の非加工長の加工を行う。

図１０には、Ｙ方向で、ＬＹ_１に相当する領域内の１本のラインの１次元方向の走査を示す。同期角検出位置からＳ_Ｌ＋Ｗ_１、光パルス数にして（Ｓ_Ｌ＋Ｗ_１）／（Ｄ／ｎ）離れた加工原点（ＳＹＮＣ）を基準にＬｗ、光パルス数にしてＬ_Ｗ／（Ｄ／ｎ）の待機長をおいて、ワークへのパルスレーザビーム照射が行われる。この照射は光パルス数にして（ＬＸ_１／（Ｄ／ｎ））−１である。その後、光パルス数にして（ＬＸ_２／（Ｄ／ｎ））＋１の間、非照射とし、更に、光パルス数で管理された照射と非照射を同一走査内で繰り返す。

１次元方向のみに走査されるレーザビームスキャナ１８により、特定のＸ方向のライン走査が終了すると、ステージをＸ方向に直交するＹ方向に移動させて、更にレーザビームスキャナ１８により、Ｘ方向の走査を行う。すなわち、レーザビームスキャナ１８によるパルスレーザビームの１次元方向の走査と、この走査に続く１次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、被加工物を加工する。

このようにして、図１１に示すような特定のレイヤについての２次元加工が行われる。さらに、レイヤ分解により生成された別のレイヤについて、図１１に占めすと同様な手法で２次元加工を行う。このようなレイヤ毎の加工を繰り返して、最終的に図９に示すような３次元のポケット加工が完了する。

次に、図５および図６を用いて、加工制御部２４の動作について詳細に説明する。加工制御部２４内の加工パターン生成部４０では、位相同期回路４２で同期検出を行った際に発生する同期検出信号Ｓ９がタイミング形成回路８８に入力されると、パルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「加工原点（ＳＹＮＣ）」が出力される。そして、パルスピッカー加工テーブル部５０から加工原点の情報が出力され、加工原点レジスタ５４へロードされる。併せて、加工原点（ＳＹＮＣ）カウンタ７０（以下、単に加工原点カウンタとも記載）は、クロック信号Ｓ１の計数を開始する。

そして、比較器制御信号Ｓ１４は加工原点（ＳＹＮＣ）比較器８０（以下、単に加工原点比較器とも記載）をイネーブルとし、加工原点カウンタ７０の値と加工原点レジスタ５４の値を比較する。これらが一致すると、加工原点比較器８０から一致信号ａがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工原点位置まで走査されていることになる。

次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、加工原点カウンタ７０の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「待機長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から待機長の情報が出力され、待機長レジスタ５６へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、待機長カウンタ７２はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。

そして、比較器制御信号Ｓ１４は待機長比較器８２をイネーブルとし、待機長カウンタ７２の値と待機長レジスタ５６の値を比較する。これらが一致すると、待機長比較器８２から一致信号ｂがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが実加工開始位置まで走査されていることになる。

次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、待機長カウンタ７２の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から加工長の情報が出力され、加工長レジスタ５８へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、加工長カウンタ７４はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。

そして、比較器制御信号Ｓ１４は加工長比較器８４をイネーブルとし、加工長カウンタ７４の値と加工長レジスタ５８の値を比較する。これらが一致すると、加工長比較器８４から一致信号ｃがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工を終了する位置まで走査されていることになる。

次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、加工長カウンタ７４の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「非加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から非加工長の情報が出力され、非加工長レジスタ６０へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、非加工長カウンタ７６はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。

そして、比較器制御信号Ｓ１４は非加工長比較器８６をイネーブルとし、非加工長カウンタ７６の値と非加工長レジスタ６０の値を比較する。これらが一致すると、非加工長比較器８６から一致信号ｄがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが非加工端部まで走査されていることになる。そして、実加工を開始する位置の１光パルス手前まで走査されたことになる。

次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、非加工長カウンタ７６の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から加工長の情報が出力され、加工長レジスタ５８へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、加工長カウンタ７４はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。

そして、比較器制御信号Ｓ１４は加工長比較器８４をイネーブルとし、加工長カウンタ７４の値と加工長レジスタ５８の値を比較する。これらが一致すると、加工長比較器８４から一致信号ｃがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工を終了する位置まで走査されていることになる。

次に、タイミング形成回路８８は、カウンタ制御信号Ｓ８を出力し、加工長カウンタ７４の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路８８からパルスピッカー加工テーブル部５０へテーブル選択信号Ｓ１３「非加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部５０から非加工長の情報が出力され、非加工長レジスタ６０へロードされる。併せて、カウンタ制御信号Ｓ８により、非加工長カウンタ７６はクロック信号Ｓ１の計数を開始する。

そして、比較器制御信号Ｓ１４は非加工長比較器８６をイネーブルとし、非加工長カウンタ７６の値と非加工長レジスタ６０の値を比較する。これらが一致すると、非加工長比較器８６から一致信号ｄがタイミング形成回路８８へ出力される。この時、パルスレーザビームが非加工端部まで走査されていることになる。そして、実加工を開始する位置の１光パルス手前まで走査されたことになる。

上記過程の中で、加工パターン出力回路９０は加工長比較器８４の出力に従い、加工実施期間を認識し、更にタイミング形成回路８８からの出力制御信号Ｓ１０により、加工パターン信号Ｓ７を出力する。この加工パターン信号Ｓ７に基づくパルスピッカー動作のタイミング制御は図８に示すとおりである。

上述のように、加工パターン生成部４０は、パルスピッカー加工テーブル部５０内に備えられるパルスピッカー加工テーブルに従い、図１０に示すようなパルスレーザビームの１次元走査を行う。パルスピッカー加工テーブル部５０には、走査終了コードが設けられ、特定のビーム走査の終了後にタイミング形成回路８８に出力される。

タイミング形成回路８８が走査終了コードを認識すると、ステージ移動が行われ、ステージ移動テーブル部５２からステージ移動量が読み出され、移動信号生成部６４からステージ制御部６６へ、ステージ移動量とステージ移動開始指令を含むステージ移動信号Ｓ１５が出力される。ステージ移動へのプロセスに移ることで、当該ラインの加工が終了したことが認識される。

ラインの走査とは直交する方向へのステージ移動の終了と、次のラインのビーム走査の準備が完了した時点で、次ラインのビーム走査を開始する。上記と同様のプロセスに従い１次元方向のビーム走査による加工を実施する。所定数のビーム走査とステージ移動とが終了することで当該２次元レイヤの加工が終了する。

当該２次元レイヤの加工終了の判断は、ステージ移動テーブル部５２に設けられている移動終了コードによる判断が行われる。移動終了コードが確認された時、ステージは第１ラインへ移動する様に制御される。

以上のように、ビーム走査とステージ移動が「パルスピッカー加工テーブル」と「ステージ移動テーブル」の各データに従って行われ各レイヤの加工が実行される。そして、Ｒｎで与えられる所定レイヤ数の加工が行われる。

表１は、実施の形態の加工フォーマットデータであるテーブルの例である。表１は、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルが同一テーブル内に記述される例である。表１において、待機長、加工長、非加工長は光パルス数で記述されている。なお、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルが別個のテーブルとして存在しても構わない。

上記表１のようなテーブルのデータが深さ方向のレイヤ数分だけ作られることになる。すなわち、加工フォーマットデータが、加工形状の深さ毎に分かれた複数のテーブル形式のデータである。

上述のように、本実施の形態によれば、画素毎に加工形状の深さ情報を有する２次元中間データを生成し、この２次元中間データから各レイヤの、表１のようなパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを作成する。２次元中間データは、画素毎に加工形状の深さ情報を有するため、特定の位置においてのパルスのオン・オフ情報への変換が容易である。したがって、表１のようなテーブルを深さごとに作成することが容易となる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、第１の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法、これを用いて製造されるマイクロレンズ用金型、および、このマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法である。

例えば、フラットパネルディスプレイに用いられるマイクロレンズは大面積と高い加工精度が求められる。そのため、金型を用いて、このマイクロレンズを製造する場合には、必然的に、その金型にも大面積と高い加工精度が要求される。図１２は、本実施の形態の製造方法により形成される金型の加工例である。

図１２に示すように、例えば、Ｃｕ材のワークに、直径Ｒ、深さＤｐのディンプルを、間隔Ｉで９箇所に形成する。レーザ加工については、第１の実施の形態と同様の方法による。加工テーブルとして、図１２の３次元形状に即したテーブルを用いることで、図１２の加工が実現できる。本実施の形態によれば、大面積かつ高精度のマイクロレンズ用金型の製造が可能となる。

また、このマイクロレンズ用金型は大面積かつ高精度のマイクロレンズを製造する上で有用である。そして、このマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法によれば、大面積かつ高精度のマイクロレンズを製造することが可能である。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。パルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法、パルスレーザ加工用データ作成方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分については記載を省略したが、必要とされるパルスレーザ加工装置、パルスレーザ加工方法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパルスレーザ加工方法およびパルスレーザ加工用データ作成方法は、本発明の範囲に包含される。

例えば、実施の形態では、ポケットやディンプルを加工する場合を例に説明したが、これらの形状に限られることなく、例えば、電子ペーパ用のリブを製造するための円錐形状、あるいは三角錐、四角錘、Ｖ溝、凹溝、Ｒ溝等の任意形状の加工、その組み合わせの形状の加工を行うパルスレーザ加工方法であっても構わない。

また、被加工物として、主にＣｕ材を例に説明したが、例えば、Ｎｉ材、ＳＫＤ１１等の金属材、ＤＬＣ材、高分子材料、半導体材、ガラス材等のその他の材料であっても構わない。

また、レーザ発振器としては、ＹＡＧレーザに限ることなく、被加工物の加工に適したその他の、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）のような単一波長帯レーザあるいは複数波長帯レーザを出力するものであっても構わない。

さらに、実施の形態においては、被加工物がステージ上に載置され、ステージの移動により、１次元方向に直交する方向に被加工物を移動する方法を例に説明した。しかし、被加工物が金属ロールに巻き取られたフィルムであり、金属ロールの回転により、１次元方向に直交する方向に被加工物を移動する方法であってもかまわない。

１０ パルスレーザ加工装置
１２ レーザ発振器
１４ パルスピッカー
１８ レーザビームスキャナ
２０ ＸＹステージ部
２２ パルスピッカー制御部
２６ クロック発振回路
４９ テーブル生成部

Claims (16)

1. 被加工物の加工形状を表わす３次元形状データを、複数の画素で構成され画素毎に前記加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換し、前記２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成し、
   基準クロック発振回路によりクロック信号を発生し、
   前記クロック信号に同期したパルスレーザビームをレーザ発振器より出射し、
   前記加工フォーマットデータに基づき前記クロック信号に同期してパルスピッカーにより前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替え、
   前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより前記パルスレーザビームを前記被加工物表面に１次元方向に走査し、
   前記１次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記被加工物を移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスピッカーにより通過と遮断を切り替え、前記クロック信号に同期して前記レーザビームスキャナにより前記パルスレーザビームを前記被加工物表面に前記１次元方向に走査することを特徴とするパルスレーザ加工方法。
2. 前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正することを特徴とする請求項１記載のパルスレーザ加工方法。
3. 前記走査毎の加工原点位置の補正は、前記走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することによることを特徴とする請求項２記載のパルスレーザ加工方法。
4. 前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記１次元方向に直交する方向の前記被加工物の移動制御がされることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
5. 前記加工フォーマットデータが、パルスレーザビームの光パルス数で記述されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
6. 前記加工フォーマットデータが、加工形状の深さ毎に分かれた複数のテーブル形式のデータであることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
7. 前記２次元中間データがビットマップ形式であることを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
8. 前記深さ情報がＲＧＢの輝度情報で記述されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
9. 前記パルスレーザビームを整形することを特徴とする請求項１ないし請求項８いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
10. 前記レーザビームスキャナによる前記パルスレーザビームの前記１次元方向の走査と、前記走査に続く前記１次元方向に直交する方向の被加工物の移動を交互に繰り返すことで、前記被加工物を加工することを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
11. 前記レーザビームスキャナの走査と前記被加工物の移動により前記被加工物の表面の同一箇所を複数回加工することを特徴とする請求項１ないし１０いずれか一項に記載パルスレーザ加工方法。
12. 前記被加工物の表面の加工は前記パルスレーザビームによるアブレーションによることを特徴とする請求項１ないし１１いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
13. 前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子（ＡＯＭ）あるいは電気光学素子（ＥＯＭ）により構成されていることを特徴とする請求項１ないし１２いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
14. 前記被加工物がステージ上に載置され、前記ステージの移動により、前記１次元方向に直交する方向に前記被加工物を移動することを特徴とする請求項１ないし請求項１３いずれか一項記載のパルスレーザ加工方法。
15. 被加工物の加工形状を表わす３次元形状データを、複数の画素で構成され画素毎に前記加工形状の深さ情報を有する２次元中間データに変換し、前記２次元中間データを変換してパルスレーザ加工用の加工フォーマットデータを生成するパルスレーザ加工用データ作成方法。
16. 前記加工フォーマットデータが、パルスレーザビームの光パルス数で記述されていることを特徴とする請求項１５記載のパルスレーザ加工用データ作成方法。