專利名稱：激光加工方法及加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向加工對象物體照射激光束進(jìn)行加工的激光加工方法及激光加工裝置。
背景技術(shù)：
圖9是表示形成槽的現(xiàn)有的激光加工裝置的概略圖。
從激光光源51以例如頻率1kHz射出脈沖激光束。用均化器52將激光束的光束截面的脈沖能量密度均勻(頭部平均トツプフラツト)后，再用例如具有圓形貫通孔的遮光框53將光束截面形狀整形為圓形。經(jīng)反射鏡54反射后，經(jīng)過聚光透鏡55入射到基板56?；?6是例如在玻璃基體材料上形成有ITO膜的基板。激光束入射到基板56的ITO膜。ITO膜表面上的激光束的光點(diǎn)例如是直徑0.2mm的圓形。基板56被設(shè)置在XY工作臺(tái)57上。XY工作臺(tái)57通過使基板56在二維平面內(nèi)移動(dòng)，可在基板56上的表面內(nèi)移動(dòng)脈沖激光束的入射位置。
首先，移動(dòng)XY工作臺(tái)，使脈沖激光束以50％的重復(fù)率照射到基板56上，在基板56的ITO膜上形成槽。這里的重復(fù)率是指，脈沖激光束每照射1次時(shí)向圓的半徑方向移動(dòng)的距離與圓直徑的比例。
圖10A是表示利用以50％的重復(fù)率照射的激光束連續(xù)開孔而在ITO膜上形成了槽的基板56的概略俯視圖。用粗線表示槽的開口。連續(xù)地打穿出依賴于入射到ITO膜上的激光束光點(diǎn)的形狀的孔，結(jié)果形成了槽。因此，延槽長度方向的開口邊緣，通過圓形光點(diǎn)外周的一部分而具有凹凸。此外，當(dāng)照射的激光束頻率為1kHz、基板56的ITO膜上的激光束光點(diǎn)為直徑0.2mm的圓形的情況下，加速度為100mm/s。主要是，律速為XY工作臺(tái)的動(dòng)作速度，如果考慮加工形狀的均勻性，不能將加工速度提高到該速度以上。
為了將形成于ITO膜上的槽的開口邊緣做成接近直線狀，采用加大重復(fù)率的方法。例如，移動(dòng)XY工作臺(tái)，以便在基板56的ITO膜上以90％的重復(fù)率照射脈沖激光，形成槽。
圖10B是表示利用以90％的重復(fù)率照射的激光束連續(xù)開孔而在ITO膜上形成了槽的基板56的概略俯視圖。與圖10A相同，用粗線表示槽的開口。沿槽的長度方向的開口邊緣接近直線形狀。但是，由于以90％的重復(fù)率照射激光束，因此加工速度是重復(fù)率為50％時(shí)的五分之一，即20mm/s。雖然改善了開口形狀，但加工的時(shí)間效率降低。
圖11是沿10A的PQ線剖開的基板56的概略截面圖。在玻璃基板上形成著的ITO膜上，形成有槽。槽的側(cè)面相對于基板56的表面傾斜。槽最好是具有更筆直的側(cè)面形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種時(shí)間效率高、且可進(jìn)行優(yōu)質(zhì)加工的激光加工方法及激光加工裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)，提供一種激光加工方法，包括以下工序調(diào)整從激光源射出的激光束擴(kuò)散角的工序；一邊改變被調(diào)整成具有規(guī)定擴(kuò)散角的激光束的行進(jìn)方向，一邊將該激光束照射到配置在與加工對象物的表面平行地從該表面僅離開規(guī)定距離的位置、且具有貫通孔的接近遮光框上，使通過了該貫通孔的激光束入射到該加工對象物的表面，將該貫通孔的形狀轉(zhuǎn)印到該加工對象物表面上的工序；根據(jù)同該貫通孔的形狀轉(zhuǎn)印到該加工對象物表面上的精度、激光束的擴(kuò)散角、上述接近遮光框與上述加工對象物表面之間的距離有關(guān)地預(yù)先求出的關(guān)系，來設(shè)定上述規(guī)定擴(kuò)散角和上述規(guī)定距離中的至少一個(gè)的工序。
利用改變激光束的行進(jìn)方向的光束掃描器，進(jìn)行利用接近遮光框的激光加工，由此可高速地進(jìn)行高精度的加工。再者，根據(jù)事先求出的、轉(zhuǎn)印精度和激光束擴(kuò)散角、以及接近間隔必須滿足的數(shù)值關(guān)系，要以期望的轉(zhuǎn)印精度進(jìn)行加工時(shí)，可簡便地選定接近間隔和擴(kuò)散角。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，可提供一種激光加工方法，包括以下工序用具有貫通孔的遮光框整形激光束的截面，并利用透鏡使通過該貫通孔的激光束聚光后入射到該加工對象物的表面上，以使該遮光框的貫通孔成像在加工對象物的表面上；掃描通過上述透鏡的激光束，使激光束的入射位置在上述加工對象物的表面上移動(dòng)，并且，在激光束的掃描中也將上述貫通孔成像在上述加工對象物的表面上，加工該加工對象物。
通過在加工對象物表面掃描激光束，使遮光框的貫通孔始終成像，能夠以高效率地進(jìn)行品質(zhì)良好的加工?？煞乐辜す馐膾呙枰鸬膶鼓：斐傻募庸べ|(zhì)量的下降。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，提供如下一種激光加工方法，包括如下工序?qū)⒂赏哥R聚光的激光束入射到加工對象物表面上的工序；掃描該激光束使激光束的入射位置在上述加工對象物表面上移動(dòng)，由此加工該加工對象物，而且，在掃描該激光束時(shí)使從上述透鏡到上述加工對象物表面的該激光束的光路長度不變化。
一邊將從透鏡到加工對象物表面的加工位置的光路長度保持為恒定、一邊掃描激光束，例如始終在加工對象物表面上對焦點(diǎn)，能夠以高效率地進(jìn)行高品質(zhì)的激光加工。
再者，根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，提供如下一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持臺(tái)；遮光框，具有對從上述激光源射出的激光束的截面進(jìn)行整形的貫通孔；聚光透鏡，將由上述遮光框整形了截面的激光束聚光，以使該遮光框的貫通孔成像在被上述保持臺(tái)保持的加工對象物的表面上；光束掃描器，接受來自外部的控制，使由上述聚光透鏡聚光的激光束在上述加工對象物的表面上至少在一維方向上掃描；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，接受來自外部的控制，移動(dòng)上述遮光框和上述聚光透鏡；以及控制裝置，使通過上述光束掃描器進(jìn)行的掃描和通過上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的上述遮光框及上述聚光透鏡的移動(dòng)同步。
若利用該激光加工裝置，通過與光束的掃描同步地移位遮光框和聚光透鏡，可高效率地進(jìn)行高品質(zhì)的激光加工。
根據(jù)本發(fā)明的其他觀點(diǎn)，提供如下一種激光加工方法，包括以下工序工序(e)，激光束由透鏡聚光后入射到加工對象物的表面上；工序(f)，當(dāng)激光束對上述加工對象物的入射位置移動(dòng)時(shí)，一邊移動(dòng)上述透鏡、一邊在上述加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置，來抑制上述加工對象物表面的激光束的脈沖能量密度或功率密度的、由入射位置的移動(dòng)引起的變動(dòng)。
移動(dòng)透鏡使照射在被加工面上的激光束的脈沖能量密度或功率密度均勻化，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供如下一種激光加工方法，包括以下工序激光束由透鏡聚光后入射到加工對象物表面上；激光束對上述加工對象物的入射位置移動(dòng)時(shí)，一邊移動(dòng)上述透鏡、一邊在上述加工對象物表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置，以抑制入射位置的移動(dòng)引起的上述加工對象物表面上的光點(diǎn)的面積變動(dòng)。
移動(dòng)透鏡使照射在被加工面上的激光束的光點(diǎn)面積均勻化，可實(shí)現(xiàn)基板上的脈沖能量密度或功率密度的均勻化，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；透鏡，將從上述激光源輸出的激光束聚光；光束掃描器，改變從上述透鏡射出的激光束的行進(jìn)方向，使激光束入射到被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上，在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，接受來自外部的控制信號，移動(dòng)上述透鏡；以及控制裝置，當(dāng)上述光束掃描器在加工對象物的表面移動(dòng)激光束的入射位置時(shí)，控制上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)來移動(dòng)上述透鏡的位置，以便抑制加工對象物表面的激光束的脈沖能量密度或功率密度的變化。
移動(dòng)透鏡使照射在被加工面上的激光束的脈沖能量密度或功率密度均勻化，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的其他觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；透鏡，將從上述激光源輸出的激光束聚光；光束掃描器，改變從上述透鏡射出的激光束的行進(jìn)方向，使激光束入射到被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上，在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，接受來自外部的控制信號，移動(dòng)上述透鏡；以及控制裝置，當(dāng)上述光束掃描器在加工對象物的表面移動(dòng)激光束的入射位置時(shí)，控制上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)來移動(dòng)上述透鏡的位置，以便抑制加工對象物表面的光點(diǎn)面積的變動(dòng)。
移動(dòng)透鏡使照射在被加工面上的激光束的光點(diǎn)面積均勻化，可實(shí)現(xiàn)基板上的脈沖能量密度或功率密度的均勻化，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供一種激光加工方法，包括以下工序工序(g)，激光束由透鏡聚光后入射到加工對象物的表面上；工序(h)，當(dāng)激光束對上述加工對象物的入射位置移動(dòng)時(shí)，一邊用可變衰減器調(diào)節(jié)激光束的功率、一邊在上述加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置，以抑制上述加工對象物表面的激光束的脈沖能量密度或功率密度的、因入射位置的移動(dòng)引起的變動(dòng)。
利用可變衰減器來均勻化照射被加工面的激光束的脈沖能量密度或功率密度，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；透鏡，將從上述激光源輸出的激光束聚光；光束掃描器，改變從上述透鏡射出的激光束的行進(jìn)方向，使激光束入射到被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上，在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置；可變衰減器，接受來自外部的控制信號，以可變的衰減率來衰減激光束的功率；以及控制裝置，當(dāng)上述光束掃描器在加工對象物的表面移動(dòng)激光束的入射位置時(shí)，控制上述可變衰減器來調(diào)節(jié)激光束的功率，以便抑制加工對象物表面的激光束的脈沖能量密度或功率密度的變化。
利用可變衰減器來均勻化照射被加工面的激光束的脈沖能量密度或功率密度，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；第一透鏡，會(huì)聚或發(fā)散從上述激光源輸出的激光束；第二透鏡，入射通過了上述第一透鏡的激光束，并將入射的激光束聚光；光束掃描器，改變從上述第二透鏡射出的激光束的行進(jìn)方向，使激光束入射到被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上，在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，接受來自外部的控制信號，移動(dòng)上述第一透鏡；以及控制裝置，當(dāng)上述光束掃描器在加工對象物的表面移動(dòng)激光束的入射位置時(shí)，控制上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)來移動(dòng)上述第一透鏡的位置，以便抑制加工對象物表面的激光束的脈沖能量密度或功率密度的變化；對于入射第二透鏡的激光束的該第二透鏡的數(shù)值孔徑設(shè)為NA1、對于通過了上述第二透鏡的激光束的該第二透鏡的數(shù)值孔徑設(shè)為NA2時(shí)，NA1/Na2大于等于2。
移動(dòng)第一透鏡使照射在被加工面上的激光束的脈沖能量密度或功率密度均勻化，可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。再者，通過縮短第一透鏡的移動(dòng)距離，可實(shí)現(xiàn)加工的高速化、高精度化。
根據(jù)本發(fā)明的其他觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；光束截面整形器，具有貫通孔，向該貫通孔入射從上述激光源射出的激光束，接受來自外部的控制信號，可改變通過了貫通孔的激光束截面的一個(gè)方向的長度；透鏡，將從上述光束截面整形器射出的激光束聚光；光束掃描器，改變從上述透鏡射出的激光束的行進(jìn)方向，使激光束入射到被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上，在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置；以及控制裝置，當(dāng)上述光束掃描器在加工對象物的表面移動(dòng)激光束的入射位置時(shí)，控制上述光束截面整形器，使上述光束截面整形器抑制加工對象物表面的激光束的形狀變動(dòng)。
當(dāng)被加工位置移動(dòng)時(shí)，抑制光點(diǎn)形狀的變動(dòng)，因此可對被加工面的較寬區(qū)域保持固定的加工性能。
根據(jù)本發(fā)明的其他觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；透鏡，將從上述激光源射出的激光束聚光；光束掃描器，改變從上述透鏡射出的激光束的行進(jìn)方向，使激光束入射到被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上，在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)激光束的入射位置；接近遮光框，被配置在從上述光束掃描器射出的激光束入射到加工對象物之前的光路中，具有貫通孔，使通過了該貫通孔的激光束入射到加工對象物。
利用改變激光束的行進(jìn)方向的光束掃描器，進(jìn)行利用接近遮光框的激光加工，由此可高速地進(jìn)行高精度的加工。
根據(jù)本發(fā)明的其他觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括射出連續(xù)波激光束的激光源；保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；光學(xué)系統(tǒng)，入射從上述激光源射出的激光束，根據(jù)從外部提供的契機(jī)信號，可切換將入射的激光束向第一方向射出的狀態(tài)和不向第一方向射出的狀態(tài)；遮光框，具有矩形的貫通孔，從上述光學(xué)系統(tǒng)向上述第一方向射出的激光束射入該貫通孔，并整形激光束的截面；透鏡，將從上述遮光框射出的激光束聚光，使上述遮光框的矩形貫通孔成像在被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面上；移動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)從外部提供的控制信號來移動(dòng)上述保持機(jī)構(gòu)，可在加工對象物的表面內(nèi)移動(dòng)從上述透鏡射出的激光束入射到加工對象物的位置；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，根據(jù)從外部提供的控制信號，使上述遮光框繞與通過了該遮光框的貫通孔的激光束的光軸相平行的軸旋轉(zhuǎn)；控制機(jī)構(gòu)，向上述光學(xué)系統(tǒng)送出上述契機(jī)信號，并控制上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)，使上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)向第二方向移動(dòng)激光束對加工對象物的入射位置，在上述移動(dòng)機(jī)構(gòu)向該第二方向移動(dòng)加工對象物表面上的激光束的入射位置之前，控制上述遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，上述遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)上述遮光框，使上述矩形貫通孔的加工對象物表面的像的某一邊與第二方向平行。
在對象加工物的表面照射連續(xù)波激光束可形成線狀的的圖形(線)，從連續(xù)波激光束中分出脈沖激光束進(jìn)行照射，可容易地形成點(diǎn)狀的離散圖形(點(diǎn))。在加工對象物表面，通過與激光束的矩形光點(diǎn)的某一邊平行地移動(dòng)激光束的照射位置，可形成線、點(diǎn)的同時(shí)，將外形形成為矩形。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供一種激光加工方法，包括以下工序工序(i)，向光學(xué)系統(tǒng)入射從激光源射出的連續(xù)波激光束的工序，該光學(xué)系統(tǒng)可切換將入射的激光束向第一方向射出的狀態(tài)和不向第一方向射出的狀態(tài)；工序(j)，將從上述光學(xué)系統(tǒng)向上述第一方向射出的激光束入射到具有矩形貫通孔的遮光框中，進(jìn)行截面整形，由透鏡聚光后，將上述貫通孔的像成像在加工對象物的表面上；以及工序(k)，在上述工對象物的表面上，使上述貫通孔的像在與該像的某一邊平行的方向移動(dòng)；在加工對象物表面形成點(diǎn)狀的離散圖形時(shí)，在上述工序(i)中，從上述光學(xué)系統(tǒng)向上述第一方向間歇地射出激光束；在加工對象物表面形成線狀的圖形時(shí)，在上述工序(i)中，從上述光學(xué)系統(tǒng)向上述第一方向連續(xù)地射出激光束。
在對象加工物的表面照射連續(xù)波激光束可形成線狀的的圖形(線)，從連續(xù)波激光束中分出脈沖激光束進(jìn)行照射，可容易地形成點(diǎn)狀的離散圖形(點(diǎn))。在加工對象物表面，通過與激光束的矩形光點(diǎn)的某一邊平行地移動(dòng)激光束的照射位置，可形成線、點(diǎn)的同時(shí)，將外形形成為矩形。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)，提供一種激光加工裝置，包括保持加工對象物的保持機(jī)構(gòu)；射出脈沖激光束的第一激光源；射出連續(xù)波激光束的第二激光源；光學(xué)系統(tǒng)，在被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物的表面，照射從上述第一激光源射出的脈沖激光束和從上述第二激光源連續(xù)波激光束，以便在連續(xù)波激光束的光點(diǎn)的內(nèi)部包含脈沖激光束的光點(diǎn)；以及移動(dòng)機(jī)構(gòu)，在被上述保持機(jī)構(gòu)保持的加工對象物表面上，移動(dòng)脈沖激光束及連續(xù)波激光束的光點(diǎn)。
在加工對象物表面上的某被加工區(qū)域，首先照射連續(xù)波激光束賦予預(yù)熱，然后照射脈沖激光束進(jìn)行加工?？扇菀椎剡x擇該被加工區(qū)域的表層進(jìn)行加工。
根據(jù)本發(fā)明的另外觀點(diǎn)，提供一種激光加工方法，包括以下工序工序(n)，從第一激光源射出脈沖激光束，從第二激光源射出連續(xù)波激光束；工序(o)，向在具有襯底層和表層的加工對象物的表面上劃定的被加工點(diǎn)，照射從上述第二激光源射出的連續(xù)波激光束賦予預(yù)熱后，向該被加工點(diǎn)照射從上述第一激光源射出的脈沖激光束，在上述加工對象物的表層形成孔，其中，上述表層形成在襯底層的表面上，由比襯底層的材質(zhì)更難以通過激光照射而加工的材質(zhì)形成。
在加工對象物表面上的某被加工區(qū)域，首先照射連續(xù)波激光束賦予預(yù)熱，然后照射脈沖激光束進(jìn)行加工。可容易地選擇該被加工區(qū)域的表層進(jìn)行加工。


圖1是執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖。
圖2是表示執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置中激光束的光路的概略圖。
圖3A和圖3B是概略表示利用激光束的照射加工的基板的俯視圖。
圖4A是表示遮光框的貫通孔的一例的概略圖，圖4B是表示圖4A所示的貫通孔在基板上成像時(shí)、在基板上開出的孔的概略圖。
圖5A是表示在從激光光源射出的脈沖激光束的截面中的、1個(gè)脈沖的能量密度的概略曲線；圖5B是通過圓錐光學(xué)系統(tǒng)改變了脈沖能量密度分布的脈沖激光束界面中的、1個(gè)脈沖的能量密度的概略曲線；圖5C是利用具有圖5B所示的脈沖能量密度分布的脈沖激光束加工出的孔的概略截面圖。
圖6是執(zhí)行第一實(shí)施例的變形例涉及的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖。
圖7是表示光路調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的概略圖。
圖8A和圖8B是表示傳送機(jī)構(gòu)的概略圖。
圖9是現(xiàn)有的激光劃線裝置的概略圖。
圖10A和圖10B是用現(xiàn)有的激光劃線裝置加工的基板的概略俯視圖。
圖11是用現(xiàn)有的激光劃線裝置加工的基板的概略截面圖。
圖12A是執(zhí)行第二實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖；圖12B是執(zhí)行第二實(shí)施例的變形例涉及的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖。
圖13是執(zhí)行第二實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置中激光束光路的概略圖。
圖14是執(zhí)行第二實(shí)施例的變形例涉及的激光加工方法的激光加工裝置中激光束光路的概略圖。
圖15A是執(zhí)行第三實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖；圖15B是表示初級聚光透鏡的另一結(jié)構(gòu)例的概略圖。
圖16是表示次級聚光透鏡的結(jié)構(gòu)例的概略圖。
圖17是執(zhí)行第四實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖。
圖18A是從開口部傾斜機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸方向看由開口部傾斜機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的孔徑時(shí)的概略圖；圖18B是從激光束的光軸方向看由開口部傾斜機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的孔徑時(shí)的概略圖；圖18C是從激光束的光軸方向看由開口部傾斜機(jī)構(gòu)和開口部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的開口部時(shí)的概略圖。
圖19是執(zhí)行第五實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖。
圖20是表示與利用了鄰近遮光框的激光加工方法中的轉(zhuǎn)印精度有關(guān)的模擬結(jié)果的、投影有貫通孔像的基板的俯視圖。
圖21是概略表示以某一轉(zhuǎn)印精度進(jìn)行加工時(shí)、激光束的擴(kuò)散角和鄰近遮光框所滿足的關(guān)系的曲線。
圖22A是執(zhí)行第六實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖，圖22B是基板的概略截面圖。
圖23是利用第六實(shí)施例的激光加工裝置進(jìn)行激光加工時(shí)的契機(jī)信號和激光束的時(shí)序圖的一例。
圖24A是形成了線的基板的概略俯視圖；圖24B是形成了點(diǎn)的基板的概略俯視圖。
圖25是表示保持了遮光框的遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的概略圖。
圖26是利用遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)形成了線的基板的概略俯視圖。
圖27A是執(zhí)行第七實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖；圖27B是基板的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖28A、圖28B、圖28C是用于說明被加工點(diǎn)和光點(diǎn)的位置關(guān)系的基板的俯視圖。
圖29是不使用遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)就形成了線的基板的概略俯視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是執(zhí)行本發(fā)明第一實(shí)施例的激光加工方法的激光加工裝置的概略圖。
在激光光源1中，從例如包含波長變換組件的Nd:YAG激光振蕩器，以脈沖能量1mJ/脈沖、脈沖寬50ns射出Nd:YAG激光器的三倍高頻波(波長355nm)。激光束經(jīng)調(diào)節(jié)脈沖能量的可變衰減器2和擴(kuò)大光束直徑并以平行光射出的擴(kuò)束器3后，入射到圓錐光學(xué)系統(tǒng)4。圓錐光學(xué)系統(tǒng)4包含一對圓錐透鏡4a、4b構(gòu)成。一對圓錐透鏡4a、4b例如相同形狀，被配置成底面相互對置。激光束從直圓錐的軸向向圓錐透鏡4a入射，使光束截面中心與直圓錐部分的頂點(diǎn)重合，然后從圓錐透鏡4b射出。圓錐光學(xué)系統(tǒng)4改變?nèi)肷涞募す馐墓馐植紙D，使在光束截面的中央部強(qiáng)度較弱、在周邊部較強(qiáng)。關(guān)于這點(diǎn)，在后面詳述。并且，關(guān)于圓錐光學(xué)系統(tǒng)4，也可以用凸透鏡來代替激光束射出側(cè)的圓錐透鏡4b。
從圓錐光學(xué)系統(tǒng)4射出的激光束通過例如具有矩形貫通孔的遮光框5、使遮光框5的矩形貫通孔在基板12上成像的物鏡6。遮光框5和物鏡6可分別通過音圈機(jī)構(gòu)9和10(也可以替換成壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))，在與激光束的行進(jìn)方向平行的方向移動(dòng)。利用音圈機(jī)構(gòu)9和10的移動(dòng)，是通過從控制器11發(fā)送的信號進(jìn)行的。而且，基板12被放置在保持臺(tái)8上。
由物鏡6聚光的激光束入射到電流掃描儀(ガルバノスキヤナ)7。電流掃描儀7包含X用掃描儀7a和Y用掃描儀7b構(gòu)成，使激光束在二維方向上高速掃描。X用掃描儀7a和Y用掃描儀7b都包含可搖動(dòng)的反射鏡而構(gòu)成。在被保持臺(tái)8保持的基板2上，劃定(畫定)相互正交的X方向和Y方向時(shí)，X用掃描儀7a和Y用掃描儀7b掃描激光束，使由物鏡6聚光的激光束的入射點(diǎn)在基板12的表面上分別沿X方向、Y方向移動(dòng)。電流掃描儀7組合X用掃描儀7a和Y用掃描儀7b，可以使激光束沿二維方向掃描。
作為加工對象物體的基板12是例如在玻璃基體材料上形成有ITO膜的基板，激光束以大約1J/cm2的加工能量入射基板12的ITO膜。
圖2是表示經(jīng)遮光框5、物鏡6、電流掃描儀7后在基板12上掃描的激光束光路的概略圖。
激光束入射到基板12上的入射位置M時(shí)，遮光框5的貫通孔成像在M上。此外，如果將從遮光框5到物鏡6的光路長度設(shè)為a、從物鏡6到基板12上的入射位置的光路長度設(shè)為b、物鏡的焦距設(shè)為f，則為了使遮光框的貫通孔成像在基板12上，必須滿足如下關(guān)系式。
(1/a)+(1/b)＝1/f(1)通過電流掃描儀7的動(dòng)作，激光束的入射位置從基板12上的入射位置M變化到N。對入射位置M的入射角和對入射位置N的入射角不同，如果遮光框5和物鏡6被固定不動(dòng)的狀態(tài)，則從物鏡6到入射位置M的光路長度和從物鏡6到入射位置N的光路長度不同(設(shè)他們之差為Δb)，因此，遮光孔5的貫通孔不成像在N處。
在圖1所示的激光加工裝置中，控制器11分別向音圈機(jī)構(gòu)9、10發(fā)送與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地移動(dòng)遮光框5和物鏡6的信號。該信號是例如是如下地移動(dòng)遮光框5和物鏡6的信號使從遮光框5到物鏡6的光路長度a、和從物鏡6到基板12上的入射位置的光路長度b都保持不變。音圈9、10接受來自控制器11的信號，在與激光束的行進(jìn)方向平行的方向上分別移動(dòng)遮光框5和物鏡6。
如圖2所示，入射位置從M變化到N時(shí)，遮光框5和物鏡6通過音圈機(jī)構(gòu)9和10移動(dòng)的距離是Δb。遮光框5和物鏡6向相同的方向移位相同的距離Δb。這樣，可滿足上述式(1)，將遮光框5的貫通孔成像在入射位置N上。
不僅在入射位置M和N這2個(gè)點(diǎn)，如果在激光束的掃描中始終使例如從遮光框5到物鏡6的光路長度a、和從物鏡6到基板12上的入射位置的光路長度b保持不變，則遮光框5的貫通孔始終成像在基板12的表面上。遮光框5和物鏡6與由電流掃描儀7驅(qū)動(dòng)的激光束的掃描相同步地移動(dòng)，并且使光路長度a和光路長度b始終不變。此時(shí)，遮光框5的貫通孔的成像倍率(縮小率)始終不變。
例如，在將物鏡6的焦距f保持為833mm的恒定值、從遮光框5到物鏡6的光路長度a保持為5000mm的恒定值、從物鏡6到基板12上的入射位置的光路長度b保持為1000mm的恒定值的情況下，遮光框5的貫通孔的成像倍率(縮小率)為1/5。
圖3A是照射一次脈沖激光束在成像位置形成了孔、以便在表面上將遮光框5的矩形貫通孔成像的基板12的概略俯視圖。在基板12上形成了成像有貫通孔的矩形光點(diǎn)，在該位置的ITO膜上開孔。
圖3B是一邊以一定的成像倍率(縮小率)將遮光框5的矩形貫通孔成像、一邊移動(dòng)光束的入射位置來照射4次脈沖激光束來在照射位置形成了槽的基板12的俯視圖。利用電流掃描儀7成像為矩形的光點(diǎn)的長邊方向掃描脈沖光束。此外，以50％的重復(fù)率照射光束，連續(xù)地用各次照射形成開孔，從而形成槽。
通過形成一定大小的矩形光點(diǎn)、并在與一對平行邊相平行的方向上掃描激光束，可以形成一定寬度的槽。如本實(shí)施例所示，在利用脈沖激光束的情況下，進(jìn)行使光點(diǎn)的一對平行邊(圖3B中的長邊)的一部分與上次照射的光點(diǎn)的一對平行邊的一部分重合的掃描。槽的開口邊緣由矩形光點(diǎn)的直線部形成，因此成為沒有凹凸的直線狀。
從易控制性等方面考慮，最好是在基板12形成的光點(diǎn)的一對平行邊的方向與X方向或Y方向平行。
而且，在基板12上成像的遮光框5的貫通孔也可以不是矩形。只要以具有一對平行邊的形狀形成光點(diǎn)、并在與該一對平行邊平行的方向上掃描激光束，就可以形成在開口的邊緣沒有凹凸的一定寬度的槽。
圖4A是表示遮光框5的貫通孔一個(gè)例子的圖。遮光框5的貫通孔形成具有一對平行邊的形狀。將這一對邊連接起來的另一對邊朝內(nèi)側(cè)彎曲。利用具有如此貫通孔的遮光框來整形激光束的截面，就可以在基板12上形成具有一對平行邊的形狀的光點(diǎn)。
圖4B是表示當(dāng)圖4A所示的貫通孔在基板12上成像時(shí)、在基板12上開出的孔的概略圖。通過在與一對平行邊平行的方向上連續(xù)地形成與該孔祥同形狀的孔，就可以加工在開口的邊緣不具有凹凸的一定寬度的槽。再者，入射到槽的邊緣附近的激光束的累積能量密度比如射到槽中央的激光束的累積能量密度，因此，可以使槽的側(cè)面更接近垂直。
而且，如圖3B所示，僅激光加工在一個(gè)方向延伸的槽的情況下，也可以使用具有1擺動(dòng)反射鏡的一維電流掃描儀或多面掃描儀。此時(shí)，使掃描儀的掃描方向和光點(diǎn)的一對平行邊的方向一致即可。
參照圖5A～5C說明圓錐光學(xué)系統(tǒng)4。如前所述，圓錐光學(xué)系統(tǒng)4將入射的激光束的光束分布圖變換成在光束截面的中央部較弱、在周邊部較強(qiáng)。
圖5A是表示從激光源1射出的脈沖激光束的截面中的、1個(gè)脈沖的能量密度的概略曲線圖。脈沖激光束一般是，在截面的中央部分脈沖能量密度高、向接近周邊脈沖能量密度變低。圓錐光學(xué)系統(tǒng)4通過2個(gè)圓錐透鏡4a、4b將入射的激光束的中央部和周邊部反轉(zhuǎn)后射出。因此，從圓錐光學(xué)系統(tǒng)4射出的激光束的光束分布圖，具有在光束截面的中央部較弱、在周邊部較強(qiáng)的分布。
圖5B是概略表示從圓錐光學(xué)系統(tǒng)4射出并由遮光框5整形后的脈沖激光束的截面中的、1個(gè)脈沖的能量密度的曲線圖。光束具有脈沖能量密度在中央部弱、在周邊部強(qiáng)的分布。
圖5C是沿圖3B的C5-C5線切斷的基板12的概略剖面圖。具有圖5B所示的光束分布圖的激光束被物鏡6聚光后入射到基板12，可在基板12的ITO膜上使側(cè)面的傾斜角接近90°。因此，圖3B所示的槽，不僅開口的邊緣形成直線狀，還具有切起的側(cè)壁。
而且，與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地調(diào)節(jié)脈沖激光束的脈沖能量，可進(jìn)行更優(yōu)質(zhì)的加工。如果入射到基板12的激光束的入射角變大，入射位置的光點(diǎn)面積變大。因此，當(dāng)把由電流掃描儀7掃描的激光束的脈沖能量固定為恒定值的情況下，隨著入射角的增大，入射位置的激光束的脈沖能量密度變小，加工性能發(fā)生變化。為了保持固定的加工性能，有時(shí)也需要將入射位置的激光束的脈沖能量密度保持為恒定值。
可變衰減器2與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地改變從激光源1射出的及光束的脈沖能量。在根據(jù)從控制器11發(fā)送來的同步信號、激光束以較大入射角入射到基板12時(shí)，減小脈沖能量的衰減率，增加從可變衰減器2射出的光束的脈沖能量。如此，在光束的掃描過程中也可以將激光束入射位置處的脈沖能量密度保持為恒定。
此外，即使不保持為恒定，在激光束對基板12的入射角變化時(shí)，只要改變由可變衰減器2決定的脈沖能量的衰減率，就可以提高加工質(zhì)量。
此外，向基板12上入射激光束并掃描時(shí)，能夠與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地改變遮光框5的貫通孔的成像倍率(縮小率)，同時(shí)將激光束入射位置的脈沖能量密度保持為恒定。
Δ2＝f2×Δ1/(b-f-Δ1)/(b-f) (2)[(a+Δ2)/(b-Δ2)]2+(a/b)2/cosθ (3)根據(jù)激光束對極板12的入射角θ(基板12的法線與入射角所成的角)確定滿足以上2個(gè)式子的Δ1、Δ2，并且與入射角θ相對應(yīng)地移動(dòng)遮光框5和物鏡6，使從遮光框5到物鏡6的光路長度成為a+Δ2、從物鏡6到基板12上的入射位置的光路長度成為b-Δ1。這里，a、b分別是θ為0時(shí)從遮光框5到物鏡6的光路長度和從物鏡6到基板12上的入射位置的光路長度。此外，f是物鏡6的焦距。而且，即使不嚴(yán)格地滿足式(2)和式(3)，也可以在入射角變化時(shí)改變成像倍率以使光點(diǎn)面積的變動(dòng)較小，由此，可改善激光加工質(zhì)量。如果入射角變大，只要減小成像倍率(縮小率)即可。
圖6是具有改變從物鏡6到基板12上入射位置的光路長度b的光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20的、第1實(shí)施例的變形例涉及的激光裝置的概略圖。從圖1所示的激光裝置中去除了音圈機(jī)構(gòu)9和10，追加了光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20。其它結(jié)構(gòu)與圖1所示的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)相同。在圖6所示的激光加工裝置中，從遮光框5到物鏡6的光路長度a是恒定的。通過光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20，例如與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地、在激光束的掃描過程中可以始終將從物鏡6到基板12上入射位置的光路b保持為恒定。通過這樣，可以使遮光框5的貫通孔始終以恒定的成像倍率(縮小率)成像在基板12上，可以加工出圖3B所示的槽。
圖7是光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20的概略圖。光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20例如包含21a～21d的四片反射鏡而構(gòu)成。四片反射鏡分別將入射激光束的行進(jìn)方向例如改變90°，光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20向與入射的激光束行進(jìn)方向平行的方向射出激光束。2片反射鏡21a和21b形成移動(dòng)部22。移動(dòng)部22可向圖中箭頭方向移動(dòng)。從物鏡6至基板12的光路長度b可通過使移動(dòng)部22移位來調(diào)節(jié)。如果激光束對基板12的入射角變大，移動(dòng)部22在圖7中向上移動(dòng)，通過縮短光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20內(nèi)的激光束的光路長度，可將光路長度b保持為恒定。移動(dòng)部2的移動(dòng)是接受來自控制部22的信號而進(jìn)行?？刂破?1通過使電流掃描儀7的動(dòng)作和移動(dòng)部22的移動(dòng)同步，將圖6所示的物鏡6到基板12的光路長度b保持為恒定。
在圖6所示的激光加工裝置中，為了調(diào)整光路長度b追加了光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20，但是，為了進(jìn)一步調(diào)整光路a，也可以插入到遮光框5和物鏡6之間。通過利用2個(gè)光路調(diào)整機(jī)構(gòu)20，在激光束的掃描過程中也可以調(diào)整光路長度a和光路長度b，例如使其滿足關(guān)系式(1)。
此外，根據(jù)進(jìn)行的加工不同，可以僅移動(dòng)遮光框5和物鏡6中的任一個(gè)來調(diào)整光路長度a或光路長度b。例如，也可以固定物鏡6，僅使遮光框5進(jìn)行滿足關(guān)系式(1)的移動(dòng)。
作為加工對象，考慮了在玻璃基體材料上形成有ITO膜的基板，但也可以利用在硅基板上形成有聚酰亞胺膜的基板，加工聚酰亞胺膜。這些被用作太陽能電池基板或液晶基板。此外，也可以加工在聚酰亞胺膜上形成了ITO膜的觸摸面板、乃至半導(dǎo)體膜等。而且，也可以加工薄膜狀的加工對象物。
圖8A是傳送薄膜30的傳送機(jī)構(gòu)31的概略圖。利用傳送機(jī)構(gòu)31傳送薄膜30。真空吸盤32固定被傳送來的薄膜30上的規(guī)定的加工位置，劃定加工面。通過電流掃描儀7掃描的激光束入射到由真空吸盤32固定的薄膜32上，進(jìn)行規(guī)定加工位置的加工。當(dāng)規(guī)定位置的加工結(jié)束時(shí)，傳送機(jī)構(gòu)31傳送薄膜30，用真空吸盤32固定另外的加工位置，進(jìn)行加工。
以前，用XY工作臺(tái)移動(dòng)由真空吸盤32固定的薄膜30，并使用固定光學(xué)系統(tǒng)照射光束，由此進(jìn)行加工。在本實(shí)施例中，是用電流掃描儀7掃描光束、在加工位置入射光束而進(jìn)行加工，因此可提高加工速度。
圖8B是具有旋轉(zhuǎn)式編碼器33的傳送機(jī)構(gòu)31的概略圖。旋轉(zhuǎn)式編碼器33檢測由傳送機(jī)構(gòu)31傳送來的薄膜30的速度。檢測結(jié)果送給控制器11，控制器11根據(jù)薄膜30的傳送速度求出薄膜30的傳送量。薄膜30的傳送速度、傳送量及利用在薄膜30上劃定的規(guī)定加工位置數(shù)據(jù)生成的控制信號，從控制器11發(fā)送給電流掃描儀7。電流掃描儀7接受控制信號掃描激光束，向薄膜30上的規(guī)定的加工位置照射光束，進(jìn)行加工。
不必一定需要XY工作臺(tái)，此外，可以一邊傳送薄膜30一邊加工，所以能夠提高加工速度。
通過使用從圖1所示的激光裝置中去除了圓錐光學(xué)系統(tǒng)4、遮光框5及音圈機(jī)構(gòu)9的激光加工裝置，還可以進(jìn)行聚焦加工。激光束通過物鏡6以聚焦的方式聚光在基板12上。利用電流掃描儀7的動(dòng)作，激光束在基板12上掃描，當(dāng)基板12上的光束入射位置變化時(shí)，物鏡6通過音圈機(jī)構(gòu)10使物鏡在與通過的光束行進(jìn)方向平行的方向上移動(dòng)，以便將從物鏡6到基板12的激光束的光路長度b保持為恒定。通過此移動(dòng)，激光束在基板12上始終聚焦。因此，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的加工。
在本實(shí)施例中，雖然使用了脈沖激光，但根據(jù)加工不同，也可以使用連續(xù)波的激光束。此外，作為激光源，使用包含波長變換組件的Nd:YAG激光振蕩器，射出了Nd:YAG激光器的三倍高頻波，但可使用固體激光器的基波～五倍高頻波。而且，還可以使用CO2激光器等。
另外，本實(shí)施例中，作為高速掃描光學(xué)系統(tǒng)使用了掃描儀，但也可以使用利用了多面鏡的高速掃描光學(xué)系統(tǒng)。由于不通過用XY工作臺(tái)移動(dòng)加工對象物來改變激光束的入射位置，而是用高速掃描光學(xué)系統(tǒng)掃描光束來改變激光束的入射位置，因此可提高加工速度。
并且，在上述的焦點(diǎn)加工方法中，激光束始終在基板表面上聚焦。接著，說明根據(jù)激光束對基板表面的入射位置調(diào)節(jié)激光束的焦點(diǎn)和基板表面之間位置關(guān)系、進(jìn)行優(yōu)良加工的方法。
圖12A所示的第二實(shí)施例的激光加工裝置，是從圖1所示的激光加工裝置中去除了圓錐光學(xué)系統(tǒng)4、遮光框5及音圈機(jī)構(gòu)9，還去除了可變衰減器2，并在擴(kuò)束器3和物鏡6之間配置了具有圓形貫通孔且調(diào)節(jié)光束直徑的開口部5a。開口部5a的貫通孔不一定要成像在基板12的表面上。
利用音圈機(jī)構(gòu)10，與通過物鏡6的激光束行進(jìn)方向相平行地移動(dòng)物鏡6，使激光束的焦點(diǎn)接近或遠(yuǎn)離基板12的表面，這樣，能夠調(diào)節(jié)照射在基板表面上的激光束的脈沖能量密度。
根據(jù)從控制器11發(fā)送來的控制信號，電流掃描儀7在期望的時(shí)刻將激光束照向期望的行進(jìn)方向。通過利用從控制器11發(fā)送來的控制信號使音圈機(jī)構(gòu)10與電流掃描儀7同步動(dòng)作，可根據(jù)激光束的入射位置、以期望的脈沖能量密度向基板12照射激光。
參照圖13說明利用了圖12A的激光加工裝置的激光加工方法的一個(gè)例子。在圖13的上側(cè)概略示出經(jīng)物鏡6、電流掃描儀7后在基板12上掃描的脈沖激光的光路。
激光束L1b垂直于基板表面且以入射位置M1入射。激光束L1a、L1c分別在入射位置N1a、N1c以入射角α1入射。入射位置M1位于以入射位置N1a、N1c為兩端的線段的中點(diǎn)。
圖13的下側(cè)示出從電流掃描儀7一側(cè)向下看去的基板表面。光點(diǎn)91a、91b、91c分別表示激光束L1a、L1b、L1c在基板表面上的(即入射位置N1a、M1、N1c處)的光點(diǎn)。
從激光束L1a的光路向激光束L1c的光路方向改變激光束的行進(jìn)方向，一邊重復(fù)脈沖激光束的照射，與圖10A、10B所示結(jié)構(gòu)相同地在各激光照射位置形成連續(xù)的孔，從而在基板表面上形成槽101。
首先，當(dāng)照射形成槽101起始點(diǎn)的激光束L1a時(shí)，設(shè)定物鏡6的位置，使激光束L1a在入射位置N1a聚焦。并且，將光點(diǎn)的尺寸最小的點(diǎn)稱為激光束的焦點(diǎn)。
然后，當(dāng)照射形成槽101的終點(diǎn)的激光束L1c時(shí)，設(shè)定物鏡6的位置，使激光束L1c在入射位置N1c聚焦。從物鏡6到入射位置N1a、N1c的光路長度大致相等，因此，可以認(rèn)為物鏡6的位置在槽加工開始時(shí)和結(jié)束時(shí)相同。而且，可以認(rèn)為激光束L1a和L1c的入射角相等、光點(diǎn)91a和91c的面積相等。
在此，首先說明在物鏡6依舊被固定在該位置的情況下掃描激光束來形成槽會(huì)產(chǎn)生什么樣的問題。
在把物鏡6固定在使激光束L1a在入射位置N1a聚焦(或者使激光束L1c在入射位置N1c聚焦)的位置時(shí)，通過電流掃描儀7改變了行進(jìn)方向的激光束的焦點(diǎn)軌跡所描繪的假想面是聚光面81a。聚光面81a上的點(diǎn)R表示激光束L1b的焦點(diǎn)位置。
在入射位置N1a、N1c以外的槽101上的入射位置，激光束在向焦點(diǎn)會(huì)聚的途中入射基板。從入射位置到焦點(diǎn)的距離越長，則入射位置處的光束直徑比焦點(diǎn)處的光束直徑越大。入射位置和焦點(diǎn)的距離，對于向槽中央照射的激光束L1b是最大的。
激光束的脈沖能量密度，通常是在光束截面的中心比外周附近高。光束直徑變大時(shí)，光束截面內(nèi)的各位置的脈沖能量密度降低。因此，即使光束直徑變大，可加工基板的閾值以上的脈沖能量密度區(qū)域也僅限于光束截面的中心附近。
在作為槽101端部的入射位置N1a、N1c附近，光束直徑雖然小，但是，在光束截面的外周附近脈沖能量密度成為加工閾值以上的激光束，以高的脈沖能量密度照射，形成寬度較大的槽。另一方面，在槽中央、即入射位置M1附近，光束直徑較大，但是，僅在光束截面中心的狹窄區(qū)域脈沖能量密度成為加工閾值以上的激光束，以低的脈沖能量密度照射，形成寬度較細(xì)的槽。這樣，槽的寬度隨場所而改變。
并且，入射角α1越大，從激光束L1b的入射位置M1到聚光面81a上的點(diǎn)R的距離越大。因此，入射角α1越大，照射到入射位置N1a、N1c的激光束直徑與照射到入射位置M1的激光束直徑之差越大。即，槽的端部和中央之間的寬度差明顯。入射角α1是形成槽端部的激光束入射角，因此，例如要在大型基板上形成長槽時(shí)等情況下，入射角α1變大。
接著，說明一邊移動(dòng)物鏡6的位置調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置、一邊掃描激光束來形成槽的方法。當(dāng)調(diào)節(jié)激光束的焦點(diǎn)位置時(shí)，照射到基板上的激光束的光束直徑被調(diào)節(jié)，基板表面上的脈沖能量密度被調(diào)節(jié)。
考慮一下將入射到入射位置的激光束L1b的焦點(diǎn)對在什么位置為好。通過將焦點(diǎn)設(shè)定在比聚光面81a上的點(diǎn)R更靠近入射位置M1的位置，可減小光束直徑，能夠修正成增加入射位置M1的脈沖能量密度。其中，如果焦點(diǎn)接近至入射位置M1，入射位置M1處的脈沖能量密度比入射位置N1a、N1c處的脈沖能量密度大。
由于激光束L1b垂直于基板表面入射，在入射位置M1聚焦時(shí)的激光束是圓形。另一方面，激光束L1a、L1c以入射角α1傾斜于基板表面入射，因此，光點(diǎn)91a、91c擴(kuò)散成橢圓形狀。即，設(shè)激光束L1b在入射位置M1聚焦時(shí)的光點(diǎn)91b的脈沖能量密度比光點(diǎn)91a、91c處的脈沖能量密度高。
因此，將激光束L1b的焦點(diǎn)對在比入射位置M1稍深(從入射位置M1朝基板的內(nèi)部遠(yuǎn)離)的位置，使光點(diǎn)91b的面積與入射位置N1a的光點(diǎn)91a、91c的面積相等。若如此，能夠以與入射位置N1a或N1c及M1相等的脈沖能量密度照射激光，進(jìn)行加工。
在槽101上的其它入射位置也保持光點(diǎn)面積為恒定，調(diào)整脈沖能量密度進(jìn)行加工即可。在槽101上以不改變光點(diǎn)面積的條件掃描時(shí)的焦點(diǎn)軌跡為聚光面81b。激光束L1b的焦點(diǎn)位置是聚光面81b上的點(diǎn)Q。
說明使焦點(diǎn)沿著聚光面81b上移動(dòng)時(shí)如何調(diào)節(jié)物鏡6的位置。首先，當(dāng)照射激光束L1a時(shí)，物鏡6被設(shè)定在使焦點(diǎn)聚在入射位置N1a上的位置。該位置被稱為基準(zhǔn)位置。
從入射位置N1a朝M1掃描激光束時(shí)，從基準(zhǔn)位置慢慢向激光源一方移動(dòng)物鏡6，從而使焦點(diǎn)沿著比聚光面81a更靠近基板表面的聚光面81b移動(dòng)，光點(diǎn)的面積變大，可抑制脈沖能量密度的降低。從物鏡基準(zhǔn)位置算起的移動(dòng)距離，對于入射到入射位置N1a的激光束L1a來說是零，隨著激光朝向入射位置M1而增大，對于入射到入射位置M1的激光束L1b來說是最大的。
接著，從入射位置M1向N1c掃描激光束時(shí)，使物鏡6慢慢接近基準(zhǔn)位置即可。從基準(zhǔn)位置算起的物鏡的移動(dòng)距離，隨著激光朝向入射位置N1c而減小，對于入射到入射位置N1c的激光束來說是零。
如此，通過一邊調(diào)整物鏡6的位置使照射各入射位置的激光束的焦點(diǎn)沿著聚光面81b上移動(dòng)、一邊掃描激光，可抑制由場所引起的寬度變化來形成槽101。
總結(jié)一下移動(dòng)物鏡的方法。在如果不移動(dòng)物鏡位置而繼續(xù)掃描、則基板表面的脈沖能量密度降低的情況下，移動(dòng)物鏡使激光束的焦點(diǎn)接近入射位置，從而抑制脈沖能量密度的降低。在如果不移動(dòng)物鏡位置而繼續(xù)掃描、則基板表面的脈沖能量密度上升的情況下，相反，移動(dòng)物鏡使激光束的焦點(diǎn)位置遠(yuǎn)離入射位置，從而抑制脈沖能量密度的上升即可。
作為一個(gè)加工例子，說明了在槽兩端的入射位置將焦點(diǎn)對在基板表面上的方法，但是，也可以在別的入射位置對焦點(diǎn)。只要將各入射位置的光點(diǎn)保持為大致恒定面積，就可以調(diào)整脈沖能量密度進(jìn)行加工，因此，對于任何入射位置都可以保證固定的加工性能。
在各入射位置也可以不嚴(yán)格保持照射激光束的脈沖能量密度，只要在入射位置變化時(shí)抑制入射位置的脈沖能量密度的變動(dòng)，就可以良好地進(jìn)行加工。
以槽加工(劃線加工)為例進(jìn)行了說明，但也可以進(jìn)行開孔加工等。雖然說明了在一維方向上掃描電流掃描儀的例子，但也可以在二維方向上掃描，在整個(gè)基板表面上進(jìn)行加工。雖然以利用脈沖激光束的加工為例進(jìn)行了說明，但激光束也可以是連續(xù)波。用連續(xù)波激光束加工的情況下，可抑制被加工面上的功率密度隨入射位置的變化。
也可以用可變衰減器來調(diào)節(jié)照射在基板上的激光束的脈沖能量密度，來代替移動(dòng)物鏡6進(jìn)行的調(diào)節(jié)。
如圖12B所示的第2實(shí)施例的變形例涉及的激光加工裝置是，在圖12A所示的激光加工裝置中追加有可變衰減器2?？勺兯p器2根據(jù)從控制器11發(fā)送來的控制信號，與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地、以期望的衰減率來衰減照射在基板12上的脈沖激光束的功率。
參照圖14說明利用了可變衰減器的激光加工方法的一個(gè)例子。圖14概略表示圖12B所示激光加工裝置中經(jīng)物鏡6和電流掃描儀7后在基板12上掃描的脈沖激光束的光路。
激光束L2b垂直于基板表面入射到入射位置M2。激光束L2a、L2c分別在入射位置N2a、N2c以入射角α2入射。入射位置M2位于以入射位置N2a、N2c為兩端的線段的中點(diǎn)。
物鏡6被固定在使激光束L2b在入射位置M2聚焦的位置。通過電流掃描儀7改變了行進(jìn)方向的激光束的焦點(diǎn)軌跡所描繪的假想面為聚光面82。
與參照圖13進(jìn)行的說明相同，一邊從激光束L2a的光路向激光束L2c的光路方向改變激光束的行進(jìn)方向，一邊重復(fù)脈沖激光束的照射，在基板表面形成槽。
隨著激光束的入射位置離開入射位置M2，從激光束聚焦到入射到基板的距離變長。通過焦點(diǎn)后的激光束是發(fā)散光線束，因此，從焦點(diǎn)到入射位置的距離越長，基板表面的光點(diǎn)越大。
此外，隨著激光束的入射位置離開入射位置M2，激光束對基板的入射角變大。照射具有相同光束直徑的激光束的情況下，入射角越大，基板表面的光點(diǎn)越大。
如參照圖13說明的那樣，大光點(diǎn)內(nèi)的脈沖能量密度在整個(gè)光束截面上降低，僅在光束截面的中心附近成為可加工的閾值以上。因此，利用大光點(diǎn)的照射形成的槽寬度變細(xì)。
如果對任何入射位置都用恒定的脈沖能量照射激光來形成槽，則在槽的中央附近形成的寬度較大，在槽的端部形成的寬度較細(xì)。
因此，根據(jù)入射位置，利用可變衰減器2調(diào)節(jié)功率，以便在任何入射位置，基板表面上的脈沖能量密度為恒定。功率的衰減量，在加工槽端部時(shí)最小，隨著向槽中心接近而增大，當(dāng)照射槽中心即入射位置M2時(shí)最大。這樣，可抑制隨場所不同而變動(dòng)的寬度，形成槽。
而且，為了謀求照射到基板上的激光束的脈沖能量密度的均勻化，也可以采用利用音圈機(jī)構(gòu)10移動(dòng)物鏡6來移動(dòng)焦點(diǎn)位置和利用可變衰減器2移動(dòng)物鏡6來移動(dòng)焦點(diǎn)位置的組合。
并且，激光束也可以是連續(xù)波。用連續(xù)波激光束加工的情況下，用可變衰減器調(diào)節(jié)連續(xù)波激光束的功率，以便抑制使被加工面上的功率密度隨入射位置的變化。
再者，例如在表面上形成有ITO膜的玻璃基體材料的加工中，基板尺寸有大型化的趨勢。如果基板成大型化、被加工區(qū)域變大，則如參照圖13說明的那樣，在根據(jù)激光束的入射位置移動(dòng)物鏡6進(jìn)行的加工中，有時(shí)物鏡6的移動(dòng)量會(huì)變大。從控制容易的角度考慮，最好是物鏡6的移動(dòng)量較小。
下面，參照圖15說明在將物鏡6的移動(dòng)抑制在較短距離的情況下、可加大激光束焦點(diǎn)位置的移動(dòng)距離的第3實(shí)施例的激光加工方法。
在圖15A所示的激光加工裝置中，在圖12A所示的激光加工裝置的物鏡6和電流掃描儀7之間追加了次級聚光透鏡71。在圖15A的說明中，將物鏡6稱為初級聚光透鏡6。
從開口部5a射出的激光束入射初級聚光透鏡6。初級聚光透鏡6將激光束聚光在假想的初級聚光面83上。通過了初級聚光面83的激光束成為發(fā)散光線束，入射次級聚光透鏡71。由次級聚光透鏡71會(huì)聚的激光束被電流掃描儀改變行進(jìn)方向，入射基板12。
接著，說明初級聚光透鏡6的移動(dòng)量。使初級聚光面83接近次級聚光透鏡71時(shí)，由次級聚光透鏡71會(huì)聚的激光束的焦點(diǎn)位置朝激光束行進(jìn)的方向移動(dòng)。設(shè)初級聚光面83的移動(dòng)距離為d1、激光束的焦點(diǎn)移動(dòng)距離為d2。此外，對于入射次級聚光透鏡71的激光束的次級聚光透鏡71的數(shù)值孔徑設(shè)為NA1，對于通過了次級聚光透鏡71的會(huì)聚光束的次級聚光透鏡71的數(shù)值孔徑設(shè)為NA2。如果設(shè)備率為P＝NA1/NA2，則下式成立d2＝d1×P2從上式可知，如果加大倍率，則即使縮短初級聚光面83的移動(dòng)距離d1，也可以增加焦點(diǎn)的移動(dòng)距離d2。例如，倍率P為2的情況下，通過使初級聚光面83接近次級聚光面2mm，能夠使激光束的焦點(diǎn)向激光束的行進(jìn)方向移動(dòng)8mm。
初級聚光面83的移動(dòng)是通過將初級聚光透鏡6向光軸方向移動(dòng)進(jìn)行。入射初級聚光透鏡6的激光束是平行光線束時(shí)，初級聚光透鏡6的移動(dòng)距離和初級聚光面83的移動(dòng)距離相等。如果移動(dòng)初級聚光透鏡6的距離為約2mm以下，則可以利用使用了壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。通過利用使用了壓電驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來代替音圈機(jī)構(gòu)10，可高速且高精度地移動(dòng)初級聚光透鏡6。
圖16表示次級聚光透鏡71的一結(jié)構(gòu)例。次級聚光透鏡71由多個(gè)透鏡構(gòu)成。物點(diǎn)So和像點(diǎn)Si具有共軛關(guān)系。該物點(diǎn)So相當(dāng)于圖15A所示的初級聚光面83上的光點(diǎn)位置。將該成像光學(xué)系統(tǒng)考慮為無限遠(yuǎn)共軛光學(xué)系統(tǒng)。將次級聚光透鏡71分割為前側(cè)透鏡組71a和后側(cè)透鏡組71b。從物點(diǎn)So射出的光線束通過前側(cè)透鏡組71a成為平行光線束。該平行光線束通過后側(cè)透鏡組71b在像點(diǎn)Si聚焦。并且，次級聚光透鏡71有時(shí)不能進(jìn)行物理分割，但這里可認(rèn)為是假想的分割。
設(shè)前側(cè)透鏡組71a的前焦距為Ff、后側(cè)透鏡組71b的后焦距為Fr。此時(shí)，由上述式子定義的倍率可表示為P＝Fr/Ff在圖15A所示的激光加工裝置中，初級聚光透鏡6由凸透鏡構(gòu)成，但如圖15B所示也可以由凹透鏡6a構(gòu)成。此時(shí)，初級聚光面83a成為虛像，在比凹透鏡6a更靠近激光源一側(cè)出現(xiàn)。
如此地，通過加大倍率P，在依舊將初級聚光透鏡6的移動(dòng)距離抑制在較短的情況下，可較大地改變照射基板的激光束的焦點(diǎn)位置。為了達(dá)到有益效果，較好是使倍率P為2以上，更好是4以上。
圖13所示的光點(diǎn)91a、91c是斜向入射基板的激光束的光點(diǎn)，因此是橢圓形。另一方面，光點(diǎn)91b是垂直入射基板的激光束的光點(diǎn)，因此是圓形。如此，根據(jù)激光束的入射位置，入射角不同，引起基板上的光點(diǎn)形狀不同。
如果光點(diǎn)為橢圓形，則加工出的孔的開口為橢圓形，如果是圓形，加工出的孔的開口為圓形。但是，也有對任何入射位置、孔的開口具有相同形狀的情況。
接著，參照圖17說明可根據(jù)入射位置修正光點(diǎn)形狀的第4實(shí)施例的激光加工裝置。
圖17所示的激光加工裝置是，在圖12A所示的激光加工裝置中追加了使開口部5a繞與激光束的光軸垂直的軸旋轉(zhuǎn)的開口部傾斜機(jī)構(gòu)60a、和使開口部5a繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)的開口部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61a。
而且，開口部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61a是與后面參照圖22說明的激光加工裝置所具有的遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使遮光框旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)相同的機(jī)構(gòu)，使開口部5a繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)。
開口部傾斜機(jī)構(gòu)60a、開口部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61a分別根據(jù)從控制器11發(fā)送來的控制信號，與電流掃描儀7的動(dòng)作同步地改變開口部5a的、繞與激光束的光軸垂直的軸旋轉(zhuǎn)的傾斜角和繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)角。
比較激光束傾斜入射基板表面時(shí)的垂直于光軸的光束截面形狀和基板表面上的光束截面形狀?；灞砻嫔系墓馐孛嫘螤钍窃诨灞砻婧腿肷涿娴慕痪€方向上拉伸垂直于光軸的光束截面形狀而成的形狀。例如，如果圓形截面的激光束傾斜入射基板表面，則基板表面上的光束截面成為在基板表面與入射面的交線方向較長的橢圓形。并且，入射角越大，基板表面的光點(diǎn)在交線方向更長的形狀。
因此，將垂直于光軸的截面整形為具有適當(dāng)?shù)拈L軸與短軸之比的橢圓的激光束，以其橢圓的長軸方向垂直于入射面的方式傾斜入射基板表面，可以使基板表面的光點(diǎn)成為圓形。
圖18A概略示出沿開口部傾斜機(jī)構(gòu)60a的旋轉(zhuǎn)軸方向看通過開口部傾斜機(jī)構(gòu)60a繞與激光束的光軸垂直的軸旋轉(zhuǎn)的開口部5a時(shí)的圖。從圖左側(cè)入射的激光束1b由開口部5a整形其截面后向圖右側(cè)射出。
如圖18B所示，用沿激光束光軸的視線看由開口部傾斜機(jī)構(gòu)60a旋轉(zhuǎn)的開口部5a的圓形貫通孔62a時(shí)，是橢圓形。即，激光束的截面被整形為橢圓形。
并且，當(dāng)包含開口部5a的圓形貫通孔的不同的2根直徑的面與激光束的光軸正交時(shí)，激光束的截面被整形為圓形。使開口部5a傾斜，隨著圓形貫通孔的旋轉(zhuǎn)中心軸和激光束的光軸所成的角變大，整形后的光束截面的橢圓形短軸變短。這樣，開口部傾斜機(jī)構(gòu)60a可改變整形后的光束截面的長寬比。
如圖18C所示，還利用開口部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61a使開口部5a繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)。
激光束的光點(diǎn)成為最小的位置(稱為激光束的焦點(diǎn))的光束截面形狀是橢圓形。焦點(diǎn)處的光束截面的長軸方向與開口部5a的貫通孔位置的光束截面的短軸方向?qū)?yīng)。
因此，用開口部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61a使開口部5a旋轉(zhuǎn)，以使貫通孔位置的光束截面的橢圓的長軸方向與該交線方向相一致。這樣，基板上的光點(diǎn)形狀可以對任何入射位置都保持圓形。
說明了利用不需要使開口部的貫通孔在基板表面成像的聚光法的加工，但是，在利用使貫通孔的像成像在基板表面上的遮光框投影法進(jìn)行加工的情況下，也可以修正基板上的光點(diǎn)形狀。在遮光框投影法的情況下，在基板表面上形成的貫通孔像的長軸方向，與遮光框的貫通孔位置的光束截面的長軸方向?qū)?yīng)。
使具有圓形貫通孔的遮光框繞與激光束的光軸相垂直的軸傾斜的結(jié)構(gòu)是相同的。但是，進(jìn)一步使遮光框繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，使貫通孔旋轉(zhuǎn)成射出時(shí)的光束截面的橢圓形的短軸方向、與入射面和基板表面的交線方向相一致。
說明了貫通孔的形狀為圓的情況，但是，也可以修正由其它形狀的貫通孔整形的激光束的光點(diǎn)形狀。
接著，參照圖19說明進(jìn)行使用了接近遮光框的激光加工法的第5實(shí)施例涉及的激光加工裝置。圖19所示的激光加工裝置是，在圖12A所示的激光加工裝置中追加了接近遮光框63。
接近遮光框63被接近遮光框保持機(jī)構(gòu)64保持、且與基板12的表面平行地配置在基板12的正上方。在接近遮光框63上形成有與要在基板表面上加工的形狀相同形狀的貫通孔。接近遮光框63和基板12的表面之間的距離(接近間隔)dg可以由接近遮光框保持機(jī)構(gòu)64調(diào)節(jié)。
擴(kuò)束器3擴(kuò)大從激光源1射出的激光束的光束直徑，射出平行的激光束。從擴(kuò)束器3射出的激光束具有擴(kuò)散角β。當(dāng)通過擴(kuò)束器3使激光束的光束直徑例如擴(kuò)大為10倍時(shí)，擴(kuò)散角減小至十分之一。通過擴(kuò)束器3可調(diào)整激光束的擴(kuò)散角。
一邊用電流掃描儀7在接近遮光框63上掃描，一邊進(jìn)行激光束的照射。激光束通過接近遮光框63的貫通孔后，入射到基板12，加工基板12。在貫通空以的部分，激光束不通過，基板12不被加工。如此，通過轉(zhuǎn)引具有接近遮光框63的貫通空形狀，可加工基板表面。
此時(shí)，即使激光束的入射位置改變，可以一邊根據(jù)激光束對基板的入射位置移動(dòng)物鏡6的位置，抑制基板表面上的脈沖能量密度的變動(dòng)，一邊進(jìn)行激光照射。并且，激光源1也可以是射出連續(xù)波激光束的器件。此時(shí)，能夠抑制基板表面上的功率密度的變動(dòng)。
為了進(jìn)行高精度加工，有必要將接近遮光框63所具有的貫通孔形狀正確地轉(zhuǎn)印到基板上。轉(zhuǎn)印的精度取決于接近間隔dg和照射到接近遮光框63的激光束的擴(kuò)散角。照射到接近遮光框63的激光束的擴(kuò)散角，可以認(rèn)為與通過擴(kuò)束器3時(shí)的激光束的擴(kuò)散角β相等。
圖20示出對具有T字狀貫通孔的接近遮光框模擬了轉(zhuǎn)印精度如何取決于接近間隔和激光束擴(kuò)散角而變化的結(jié)果。并列示出將接近間隔和激光束的擴(kuò)散角進(jìn)行多種改變時(shí)的T字狀貫通孔的像97。各圖中，配置在右側(cè)的激光束擴(kuò)散角小，配置在下側(cè)的接近間隔小。
像97的邊緣越明確，轉(zhuǎn)印的精度越高。從圖中可知，相同擴(kuò)散角的情況下，接近間隔越大則轉(zhuǎn)印精度越差。此外，相同的接近間隔的情況下，擴(kuò)散角越大，則轉(zhuǎn)印的精度越差。接近間隔和擴(kuò)散角都越小，則能夠使轉(zhuǎn)印精度越高。
圖21概略示出要確保某一轉(zhuǎn)印精度時(shí)接近間隔和激光束的擴(kuò)散角必須滿足的關(guān)系曲線。要確保某一轉(zhuǎn)印精度時(shí)，如果接近間隔大，則擴(kuò)散角必須變小，此外，如果擴(kuò)散角變大，則接近間隔必須變小。
如果事先對各種轉(zhuǎn)印精度求出圖21所示的接近間隔和激光束的擴(kuò)散角必須滿足的關(guān)系，要以期望的轉(zhuǎn)印精度進(jìn)行加工時(shí)，可簡便地選定接近間隔和擴(kuò)散角。
在利用接近遮光框的激光加工方法中，具有將接近間隔和擴(kuò)散角設(shè)定成較小、能夠以高的轉(zhuǎn)印精度進(jìn)行加工的優(yōu)點(diǎn)。此外，通過在基板的被加工位置的正上方配置接近遮光框的貫通孔進(jìn)行加工，能夠獲得高的定位精度。在被加工位置以外部分，由接近遮光框覆蓋著基板表面，因此，具有在加工時(shí)基板被削而產(chǎn)生的飛散物難以附著在基板表面上的優(yōu)點(diǎn)。
而且，將通過了接近遮光框的貫通孔的激光束照射到基板上進(jìn)行加工時(shí)，通過用電流掃描儀改變激光束的行進(jìn)方向來進(jìn)行激光束對基板的入射位置的移動(dòng)，同移動(dòng)放置了基板的XY工作臺(tái)來進(jìn)行入射位置的移動(dòng)的情況相比，可實(shí)現(xiàn)加工的高速化。
接著，參照圖22A說明具有激振連續(xù)波激光束的激光源的第6實(shí)施例涉及的激光加工裝置。作為激振連續(xù)波激光束的激光源1，例如可使用激振具有紅外線段波長的激光束的半導(dǎo)體激光器。
從激光源1射出的激光束1b0入射到分配光學(xué)系統(tǒng)65。分配光學(xué)系統(tǒng)65在某一時(shí)間帶將激光束1b0分配給沿某光軸行進(jìn)的激光束1b1，在其他時(shí)間帶將激光束1b0分配給沿其它光軸行進(jìn)的激光束1b2。
分配光學(xué)系統(tǒng)65例如包括半波片65a、顯示波克爾斯效應(yīng)(光電效應(yīng))的電光元件65b、偏振片65c而構(gòu)成。半波片65a使從激光源1射出的激光束1b0成為直線偏振光，以便對偏振片65c成為P波。該P(yáng)波入射到電光元件65b。
電光元件65b根據(jù)從控制器11發(fā)送的契機(jī)信號sig使激光束的偏光軸旋轉(zhuǎn)。電光元件65b處于未施加電壓的狀態(tài)時(shí)，電光元件65b使P波的偏振面旋轉(zhuǎn)90°。由此，從電光元件65b射出的激光束對于偏振片65c成為S波。
偏振片65c使P波直接通過，但反射S波。由偏振片65c反射的S波即激光束1b1，入射到成為激光束的終端的光束擋板66。透過偏振片65c的P波即激光束1b2入射到擴(kuò)束器3。
通過擴(kuò)束器3擴(kuò)大光束直徑后成為平行光的激光束1b2入射到具有矩形貫通孔的遮光框5。在此，說明利用遮光框投影法進(jìn)行加工的例子。即，遮光框5的貫通孔的像成像在基板12的表面，進(jìn)行加工。
遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61用于使遮光框5繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)。遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61例如包含測角器構(gòu)成，根據(jù)從控制器11送出的控制信號，在期望的時(shí)刻使遮光框僅旋轉(zhuǎn)期望的角度。對于遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61，在后面詳述。音圈機(jī)構(gòu)9使遮光框5的位置與激光束的行進(jìn)方向平行地移動(dòng)。
從遮光框5射出的激光束1b2由物鏡6聚光。音圈機(jī)構(gòu)10使物鏡6的位置與激光束的行進(jìn)方向平行地移動(dòng)。從物鏡6射出的激光束通過電流掃描儀7后，入射基板12的表面。
參照圖22B說明作為加工對象物的基板12。在襯底層110的表面上存在著轉(zhuǎn)印層111。該轉(zhuǎn)印層111具有加熱后與襯底層110的表面粘接的性質(zhì)。
例如，通過用激光照射轉(zhuǎn)印層111的一部分111a進(jìn)行加熱，使其與襯底層1110粘接。除去轉(zhuǎn)印層111中未加熱的部分111b后，在襯底層110的表面上只剩下被加熱的部分111a。這與例如進(jìn)行熱轉(zhuǎn)印式打印時(shí)墨帶的被加熱部分的墨轉(zhuǎn)印到紙上的情況相似。
返回圖22A繼續(xù)說明。XY工作臺(tái)8a被用作基板12的保持臺(tái)。XY工作臺(tái)8a能夠使基板12在與基板12的表面相平行的二維面內(nèi)移動(dòng)。通過控制器11控制XY工作臺(tái)8a，使基板12在期望的時(shí)刻移動(dòng)到期望位置。
這里說明的激光加工方法的例子中，電流掃描儀7的X用掃描儀7a和Y用掃描儀7b被固定在使從電流掃描儀7射出的激光束垂直入射基板12的位置。通過用XY掃描儀8a移動(dòng)基板12，可移動(dòng)激光束對基板12的入射位置。
利用音圈機(jī)構(gòu)9、10設(shè)定從遮光框5到物鏡6的光路長度和從物鏡6到基板12的激光束入射位置的光路長度，以便使遮光框5的貫通孔的像以期望的成像倍率(縮小率)成像在基板12的表面上。
參照圖23說明分配光學(xué)系統(tǒng)的控制方法。圖23示出契機(jī)信號sig、激光束1b0、1b1、1b2的時(shí)序圖的一例。在時(shí)刻t0，開始激光束1b0的射出。
從時(shí)刻t0至?xí)r刻t1，從控制器未送出契機(jī)信號sig。在這期間，電光元件上不施加電壓，從分配光學(xué)系統(tǒng)始終射出激光束1b2。不射出激光束1b1。這期間的激光束1b2是連續(xù)波。
從時(shí)刻t1至?xí)r刻t2，與控制器周期性地發(fā)出的契機(jī)信號sig同步，在分配光學(xué)系統(tǒng)的電光元件上施加電壓。
在送出契機(jī)信號sig期間，電光元件處于電壓施加狀態(tài)，激光束1b0被分配給激光束1b1。另一方面，在不送出契機(jī)信號sig期間，電光元件處于電壓未施加狀態(tài)，激光束1b0被分配給激光束1b2。從時(shí)刻t1至?xí)r刻t2期間的激光束1b2成為周期性地重復(fù)激振和停止的激光束。
該間歇地射出的激光束1b2中，通過調(diào)節(jié)契機(jī)信號sig可將脈沖寬度w1和周期w2設(shè)定為任意長度。例如脈沖寬度w1設(shè)為10μs～數(shù)十μs、周期w2設(shè)為100μs。
這樣，向分配光學(xué)系統(tǒng)不輸入契機(jī)信號時(shí)，可獲得連續(xù)射出的激光束1b2；向分配光學(xué)系統(tǒng)間歇地輸入契機(jī)信號時(shí)，可獲得間歇射出的脈沖激光束1b2。
并且，連續(xù)射出的激光束1b2可連續(xù)地照射基板，因此，例如適用于形成線狀的加工(在襯底層上留下線狀轉(zhuǎn)印層的加工)。另一方面，間歇射出的激光束1b2間歇地照射基板，因此，例如適用于形成點(diǎn)狀的加工(在襯底層上留下點(diǎn)狀的轉(zhuǎn)印層的加工)。
參照圖24說明線形加工的方法。開始對基板12的激光照射，開始加工。加工開始時(shí)，首先，線103的一端的整個(gè)寬度上的區(qū)域，被矩形激光束93照射。其后，一邊連續(xù)地照射激光，一邊將XY工作臺(tái)向一個(gè)方向移動(dòng)，使光點(diǎn)朝著線103的另一端移動(dòng)。XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向與矩形光點(diǎn)93的某一邊平行。用箭頭示出基板上的光點(diǎn)的移動(dòng)方向。
當(dāng)光點(diǎn)到達(dá)線103的另一端時(shí)，停止對基板的激光照射，結(jié)束加工。這樣，通過用激光照射加熱基板表面的線狀區(qū)域，在襯底層的表面形成線狀地殘留了轉(zhuǎn)印層的線103。
形成的線103的外形是如下的矩形長度方向的邊與光點(diǎn)93的某一邊平行，寬度方向的邊與同光點(diǎn)93的某一邊相垂直的邊平行。線103的寬度與同光點(diǎn)93的某一邊垂直的邊的長度相等。
參照圖24B說明點(diǎn)加工方法。在點(diǎn)加工中，一邊向基板12間歇地照射激光束，一邊將XY工作臺(tái)向一個(gè)方向移動(dòng)。XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向與矩形光點(diǎn)94a的某一邊(稱為邊p)平行。
首先，開始第一個(gè)脈沖的激光照射時(shí)，點(diǎn)104a的一端的整個(gè)寬度上的區(qū)域被矩形的光點(diǎn)94a照射。由于XY工作臺(tái)正在移動(dòng)，因此，直到該第一個(gè)脈沖的激光照射結(jié)束，光點(diǎn)在基板上移動(dòng)。用箭頭示出光點(diǎn)的移動(dòng)方向。
這樣，基板表面的點(diǎn)狀區(qū)域通過激光照射被加熱，在襯底層的表面形成點(diǎn)狀地殘留了轉(zhuǎn)印層的點(diǎn)104a。
以后同樣地，通過第二、第三、第四、第五個(gè)脈沖的激光照射，分別形成點(diǎn)104b、104c、104d、104e。并且，在第二、第三、第四、第五個(gè)脈沖的照射開始時(shí)光點(diǎn)94b、94c、94d、94e分別照射的基板表面的區(qū)域，與將光點(diǎn)94a所照射的基板表面的區(qū)域，同XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向相平行地移動(dòng)的區(qū)域相一致。各點(diǎn)排列在與XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向平行的直線上。
各點(diǎn)的外形是具有與光點(diǎn)94a的邊p平行的邊、以及與同光點(diǎn)94a的邊p相垂直的邊(稱為邊q)平行的邊的矩形。
各點(diǎn)的、與XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向垂直的邊的長度，與邊q的長度相等，例如邊q的長度為20μm時(shí)，該長度為20μm。
各點(diǎn)的、與XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向平行的邊的長度，取決于光點(diǎn)的邊p的長度、XY工作臺(tái)的邊p的長度、以及脈沖的照射時(shí)間(脈沖寬度)。
例如，設(shè)光點(diǎn)的邊p的長度為12μm、XY工作臺(tái)的移動(dòng)速度為800mm/s、脈沖寬度為10μs。在脈沖寬度10μs期間，XY工作臺(tái)移動(dòng)的距離(即基板移動(dòng)的距離)是8μm，因此，點(diǎn)的、與XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向平行的邊的長度，是光點(diǎn)的邊p的長度12μm加上移動(dòng)距離8μm的20μm。
鄰接點(diǎn)之間的間距d，在脈沖的一個(gè)周期期間與XY工作臺(tái)移動(dòng)的距離一致。例如，脈沖的周期為375μs、XY工作臺(tái)的移動(dòng)速度為800mm/s時(shí)，間距d為300μm。
總結(jié)以上內(nèi)容，當(dāng)將光點(diǎn)的尺寸設(shè)定為邊p長度為12μm、邊q長度為20μm，以脈沖寬度10μs、周期375μs激振激光，并且使XY工作臺(tái)以800mm/s的速度移動(dòng)的情況下，可用300μm的間距形成20μm角的點(diǎn)。
有時(shí)要在基板上加工具有分別不同的方向的多個(gè)線。但是，如果在固定基板上的光點(diǎn)的方向的情況下形成不同方向的線，會(huì)產(chǎn)生根據(jù)線的方向線寬變化的問題。
參照圖29說明這種狀況的一例。利用參照圖24A說明的方法，首先形成線109a。接著，不改變光點(diǎn)的方向，形成具有與線109a不同的方向的線109b。激光照射開始時(shí)，光點(diǎn)99照射到線109b的一端。一邊在線109b的長度方向移動(dòng)XY工作臺(tái)，一邊將光點(diǎn)移動(dòng)到線109b的另一端，形成線109b。
如圖所示，線109a的寬度與光點(diǎn)99的長邊的長度相等，但是，線109b的寬度不一定與該長邊的長度相等。此外，線109b的端部的邊，不能與線的長度方向垂直。通過使用圖22A所示的遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61，可避免這樣的問題。
圖25是示出保持了具有矩形貫通孔62的遮光框5的遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61的概略圖。包含矩形貫通孔62的2根對角線的面相對于激光束的光軸是垂直的。遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61使遮光框5以貫通孔62的矩形的對角線交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心、繞與激光束的光軸平行的軸旋轉(zhuǎn)。
與遮光框5的旋轉(zhuǎn)對應(yīng)，在基板12的表面內(nèi)貫通孔62的像旋轉(zhuǎn)?；迳系呢炌?2的矩形像的邊，可以與基板表面內(nèi)的任意方向平行。
如以下說明，為了改變加工的線等的方向，在改變基板上的激光束入射位置的移動(dòng)方向之前，可利用遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)61來旋轉(zhuǎn)遮光框5。
參照圖26說明使用了遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的線加工方法。利用參照圖24A說明的方法，形成線103a。光點(diǎn)93a的長邊的長度與線103a的長度相等，光點(diǎn)93a的短邊方向與線103a的長度方向平行。
在開始加工具有與線103a不同方向的線103b之前，通過遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)遮光框，使光點(diǎn)93b的短邊與線103b的長度方向平行。然后，通過XY工作臺(tái)移動(dòng)基板，以便在線103b的一端的整個(gè)寬度上照射光點(diǎn)。
開始激光束的照射，利用與參照圖24A說明的工序相同的工序，一邊在線103b的長度方向移動(dòng)XY工作臺(tái)，一邊形成線103b。線103b的寬度與光點(diǎn)93b的長邊的長度相等。此外，線103b的寬度方向的邊和長度方向的邊相垂直。
這樣，可以按相同寬度形成具有分別不同的方向的多個(gè)線。并且，為了不改變大小、形狀地形成具有不同方向的多個(gè)點(diǎn)，也可以使用遮光框旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
說明了利用周期性的契機(jī)信號控制分配光學(xué)系統(tǒng)、將激光束脈沖化的例子，但契機(jī)信號也可以不是周期性的。例如，要用不相等的間距形成多個(gè)點(diǎn)時(shí)，可以使用非周期性的契機(jī)信號。此外，激光束的脈沖寬度也可以不恒定。根據(jù)形成的點(diǎn)的尺寸適當(dāng)設(shè)定即可。
通過改變基板上的光點(diǎn)的形狀和大小，可調(diào)節(jié)線的寬度和點(diǎn)的大小等。通過遮光框的交換，可改變光點(diǎn)的形狀和大小。此外，通過改變成像倍率(縮小率)，可改變光點(diǎn)的大小。
說明了在基板表面上線狀或點(diǎn)狀地留下轉(zhuǎn)印層的加工的例子，但是，也可以是利用激光照射基板表面被掘成線狀或點(diǎn)狀的加工。
遮光框的貫通空的形狀不限于矩形，根據(jù)要形成的點(diǎn)或線的形狀適當(dāng)選擇即可。
說明了利用XY工作臺(tái)移動(dòng)基板上的激光束的入射位置的例子，但是，還可以通過用電流掃描儀改變激光束的行進(jìn)方向，來移動(dòng)入射位置。
接著，參照圖27A說明具有2臺(tái)激光源、其中1臺(tái)激光源射出脈沖激光束而另1臺(tái)激光源射出連續(xù)波激光束的第7實(shí)施例涉及的激光加工裝置。
激光源1a例如是包含波長變換組件的Nd:YAG激光振蕩器，射出Nd:YAG激光器的第四高頻波(波長為266nm)的脈沖激光束。脈沖寬度例如是10ns。激光源1a射出的脈沖激光束入射到半波片69a，成為對偏振片67為P波的直線偏光。
激光源1b例如是半導(dǎo)體激光振蕩器，射出波長為808nm的連續(xù)波激光束。激光源1b射出的連續(xù)波激光束入射到半波片69b，成為對偏振片67為S波的直線偏光。
從半波片69a射出的脈沖激光束，通過擴(kuò)大光束直徑后成為平行光的擴(kuò)束器3a和具有例如矩形的貫通孔的遮光框5后，以入射角45°入射偏振片67的表面?zhèn)鹊拿妗?br> 從半波片69b射出的連續(xù)波激光束，通過擴(kuò)大光束直徑后成為平行光的擴(kuò)束器3b后，被返回反射鏡68反射，以入射角45°入射偏振片67的里側(cè)的面。
偏振片67使作為P波的脈沖激光束透過、并反射作為S波的連續(xù)波激光束。通過偏振片67，從激光源1a射出的脈沖激光束和從激光源1b射出的連續(xù)波激光束在相同的光軸上重疊。
透過偏振片67的脈沖激光束和被偏振片67反射的連續(xù)波激光束，由物鏡6聚光后通過電流掃描儀7，入射到基板12。
作為基板12的保持臺(tái)使用的XY工作臺(tái)8a可使基板12在與基板12的表面平行的二維面內(nèi)移動(dòng)。由控制器11控制XY工作臺(tái)8a，在期望的時(shí)刻將基板12移動(dòng)到期望位置。
在此說明的激光加工方法的例子中，電流掃描儀7的X用掃描儀7a和Y用掃描儀7b被固定在使從電流掃描儀7射出的激光束垂直入射基板12的位置。通過用XY工作臺(tái)8a移動(dòng)基板12，可移動(dòng)激光束對基板12的入射位置。
音圈機(jī)構(gòu)9、10分別將遮光框5和物鏡6的位置、與從激光源1a射出的脈沖激光束的行進(jìn)方向平行地移動(dòng)。通過調(diào)節(jié)遮光框5和物鏡6的位置，使遮光框5的貫通孔的像以期望的成像倍率(縮小率)成像在基板12的表面上。
參照圖27B說明作為加工對象的基板12。在襯底層120的表面上形成有表層121。襯底層120例如是液晶顯示裝置的濾色器，是厚度為1μm的、由聚酰亞胺類樹脂或丙烯類樹脂等構(gòu)成的樹脂層。表層121例如是厚度為0.5μm的IT0膜。
通過激光照射僅去除表層121的情況下，襯底層120比表層121更容易被加工，因此，難以僅加工表層121。例如，向基板照射了激光時(shí)，在表層121未直接被加工的時(shí)候，因傳導(dǎo)到襯底層120的熱的影響，襯底層120會(huì)爆發(fā)式飛散，同時(shí)表層121會(huì)被吹飛。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了如下情況對基板施加預(yù)熱后照射激光，由此可容易地只加工表層121。在圖27A所示的激光加工裝置中，利用從激光源1b射出的連續(xù)波激光束預(yù)熱基板12，然后利用從激光源1a射出的脈沖激光束進(jìn)行空等的加工。
接著，參照圖28A～28C說明用連續(xù)波激光對基板上的被加工點(diǎn)施加預(yù)熱后、照射脈沖激光形成孔的方法的一例。
如圖28A所示，在照射連續(xù)波激光束(用圓形的光點(diǎn)95表示)的基板12的表面，劃定有被加工點(diǎn)105a、105b、105c。光點(diǎn)95的中心位于連結(jié)被加工點(diǎn)105a～105c的直線上。與該直線平行地移動(dòng)XY工作臺(tái)，將被加工點(diǎn)105a～105C向光點(diǎn)95一側(cè)移動(dòng)。
如圖28B所示，當(dāng)被加工點(diǎn)105a到達(dá)光點(diǎn)95的邊緣時(shí)，向被加工點(diǎn)105a照射連續(xù)波激光，開始預(yù)熱的供給。
如圖28C所示，當(dāng)被加工點(diǎn)105a到達(dá)光點(diǎn)95的中心時(shí)，在光點(diǎn)95的中心進(jìn)行1次的脈沖激光的照射。用光點(diǎn)96表示脈沖激光的光點(diǎn)。
被加工點(diǎn)105a在從光點(diǎn)95的邊緣移動(dòng)到中心的期間被預(yù)熱。通過對經(jīng)預(yù)熱的被加工點(diǎn)105a照射脈沖激光束，抑制了襯底層被加工的情況，在基板的表層形成了孔。
繼續(xù)移動(dòng)基板12，與被加工點(diǎn)105a同樣地在被加工點(diǎn)105b、105c上也形成孔。
用于預(yù)熱的連續(xù)波激光束的照射條件是，例如光點(diǎn)為直徑20mm的圓形狀，基板表面的功率密度為0.1W/cm2。用于加工的脈沖激光束的照射條件是，例如光點(diǎn)為具有20μm角的正方形，基板表面的脈沖能量密度為0.1～0.4J/cm2。
并且，預(yù)熱被加工點(diǎn)的時(shí)間，與被加工點(diǎn)移動(dòng)與連續(xù)波激光的光點(diǎn)半徑長度相當(dāng)?shù)木嚯x時(shí)的時(shí)間大致相等。例如設(shè)光點(diǎn)的半徑為10mm、XY工作臺(tái)的移動(dòng)速度為800mm/s，則該時(shí)間為0.13秒。通過向連續(xù)波激光束的光點(diǎn)中心照射脈沖激光，即使按各種方式改變XY工作臺(tái)的移動(dòng)方向，可容易地調(diào)整預(yù)熱時(shí)間進(jìn)行加工。
通過連續(xù)波激光的照射賦予基板表面的預(yù)熱一直傳遞到襯底層，因此，賦予的預(yù)熱過多則會(huì)加工襯底層。因此，供給預(yù)熱時(shí)，需要使襯底層的溫度保持在不能加工襯底層的溫度以下。例如，需要使襯底層的溫度保持在襯底層素材的熔點(diǎn)以下。
ITO膜對可見光是透明的，但對例如波長808nm的近紅外線的吸收系數(shù)不是零。因此，可將該波長的光用于ITO膜的預(yù)熱。如果使用ITO的吸收系數(shù)更大的波長(例如1064nm附近的波長)的光，則可期待預(yù)熱效率的提高。
說明了將脈沖激光束和連續(xù)波激光束重疊在相同的光軸上照射基板的例子，但是，也可以使兩光束不在相同的光軸上。如果在連續(xù)波激光束的光點(diǎn)內(nèi)部包含脈沖波激光束的光點(diǎn)、并用兩激光束照射基板，則被加工點(diǎn)到達(dá)連續(xù)波激光束的光點(diǎn)的邊緣后、至到達(dá)脈沖激光的光點(diǎn)位置的期間，可以對被加工點(diǎn)供給預(yù)熱。
但是，為了供給預(yù)熱，需要使被加工點(diǎn)通過連續(xù)波激光束的光點(diǎn)內(nèi)部后、到達(dá)脈沖激光束的照射位置。因此，需要使脈沖激光束的照射位置與被加工點(diǎn)同連續(xù)波激光束的光點(diǎn)的外周接觸時(shí)的被加工點(diǎn)位置不一致。
說明了形成孔的例子，但也可以連續(xù)地形成多個(gè)孔，由此形成槽。
說明了利用XY工作臺(tái)移動(dòng)基板上的激光束入射位置的例子，但是，也可以用電流掃描儀改變激光束的行進(jìn)方向，來移動(dòng)入射位置。
以上，按照實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)然明白，本發(fā)明可以進(jìn)行各種變更、改進(jìn)、組合等。
權(quán)利要求
1.一種激光加工方法，其特征在于，包括以下工序調(diào)整從激光源射出的激光束擴(kuò)散角的工序；一邊改變被調(diào)整成具有上述規(guī)定擴(kuò)散角的激光束的行進(jìn)方向，一邊將該激光束照射到配置在與加工對象物的表面平行地從該表面僅離開規(guī)定距離的位置、且具有貫通孔的接近遮光框上，使通過了該貫通孔的激光束入射到該加工對象物的表面，將該貫通孔的形狀轉(zhuǎn)印到該加工對象物表面上的工序；根據(jù)同該貫通孔的形狀轉(zhuǎn)印到該加工對象物表面上的精度、激光束的擴(kuò)散角、上述接近遮光框與上述加工對象物表面之間的距離有關(guān)地預(yù)先求出的關(guān)系，來設(shè)定上述規(guī)定擴(kuò)散角和上述規(guī)定距離中的至少一個(gè)的工序。
全文摘要
提供一種激光加工方法及加工裝置。本發(fā)明的激光加工方法包括以下工序調(diào)整從激光源射出的激光束擴(kuò)散角的工序；一邊改變被調(diào)整成具有規(guī)定擴(kuò)散角的激光束的行進(jìn)方向，一邊將該激光束照射到配置在與加工對象物的表面平行地從該表面僅離開規(guī)定距離的位置、且具有貫通孔的接近遮光框上，使通過了該貫通孔的激光束入射該加工對象物的表面，將該貫通孔的形狀轉(zhuǎn)印到該加工對象物表面上的工序；根據(jù)同該貫通孔的形狀轉(zhuǎn)印到該加工對象物表面上的精度、激光束的擴(kuò)散角、上述接近遮光框與上述加工對象物表面之間的距離有關(guān)地求出的關(guān)系，來設(shè)定上述規(guī)定擴(kuò)散角和上述規(guī)定距離中的至少一個(gè)的工序。
文檔編號G02B27/00GK101041209SQ20071010112
公開日2007年9月26日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月30日
發(fā)明者浜田史郎, 山本次郎, 山口友之 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社