CN101219503A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工装置，能够自动调整激光光线的光束直径和发散角(平行度)。该装置具备卡盘工作台、以及具有激光光线振荡器和聚光透镜的激光光线照射构件，并且具有：光束调整构件，配设在激光光线振荡器和聚光透镜之间，调整从激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角；光束直径及发散角检测构件，检测通过了光束调整构件的激光光线的光束直径和发散角；以及控制构件，根据来自光束直径及发散角检测构件的检测信号，运算从激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角，根据运算到的从激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角、以及入射到光束直径及发散角检测构件的期望光束直径和发散角，控制光束调整构件。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及对被加工物实施激光加工的激光加工装置。

背景技术

在半导体器件的制造工序中，在为大致圆板形状的半导体晶片的表面上通过呈格子状排列的被称为间隔道的分割预定线而划分有多个区域，并在该划分而成的区域上形成IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(large scale integration：大规模集成电路)等器件。然后，通过将半导体晶片沿间隔道切断，来对形成有器件的区域进行分割，从而制造出各个半导体芯片。

作为这样的半导体晶片等晶片的沿间隔道的分割方法，提出有如下的方法：通过沿在晶片上形成的间隔道照射脉冲激光光线来形成激光加工槽，沿该激光加工槽利用机械断裂装置来进行割断。(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平10-305420号公报

用于实施上述激光加工的激光加工装置具有保持被加工物的卡盘工作台、和对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件。该激光光线照射构件具有振荡激光光线的激光光线振荡器、和对从该激光光线振荡器振荡出的激光光线进行会聚的聚光透镜。在这样的激光光线照射构件中，优选入射到聚光透镜的激光光线为具有预定的光束直径的平行光束，但由于从激光光线振荡器振荡出的激光光线具有发散角，所以在激光光线振荡器和聚光透镜之间配设有光束调整构件，该光束调整构件用于使从激光光线振荡器振荡出的激光光线成为平行的。

然而，利用上述光束调整构件所进行的调整必须将入射到聚光透镜的激光光线用CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合器件)等受光构件接收，在确认光束直径和发散角(平行度)的同时，手动操作光束调整构件，因而该调整作业需要很长时间。

发明内容

本发明鉴于上述问题而完成，其提供一种激光加工装置，该激光加工装置能够自动调整从激光光线振荡器振荡出并入射到聚光透镜的激光光线的光束直径和发散角(平行度)。

为了解决上述的主要技术问题，根据本发明提供一种激光加工装置，该激光加工装置具有保持被加工物的卡盘工作台、和对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射脉冲激光光线的激光光线照射构件，该激光光线照射构件具有激光光线振荡器、和对由该激光光线振荡器振荡出的激光光线进行会聚的聚光透镜，在所述激光加工装置中，其特征在于，所述激光加工装置具有：光束调整构件，其配设在所述激光光线振荡器和所述聚光透镜之间，对从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角进行调整；光束直径及发散角检测构件，其对通过了所述光束调整构件的激光光线的光束直径和发散角进行检测；以及控制构件，其根据来自所述光束直径及发散角检测构件的检测信号，来运算从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角，并根据该运算到的从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角、以及入射到所述光束直径及发散角检测构件的期望的光束直径和发散角，来控制所述光束调整构件。

在上述光束调整构件和聚光透镜之间配设有反射镜，该反射镜使通过了光束调整构件的激光光线朝向聚光器反射，上述光束直径及发散角检测构件构成为：透射过反射镜的激光光线入射到该光束直径及发散角检测构件上。

此外，上述光束调整构件具有：第一透镜及第二透镜，它们配设在从上述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光轴上，并且配设成能够沿光轴移动；第一移动构件和第二移动构件，它们能够使所述第一透镜和所述第二透镜分别沿光轴移动；以及第一透镜位置检测构件和第二透镜位置检测构件，它们分别对第一透镜和第二透镜的移动位置进行检测。

本发明的其它特征可通过下面描述的说明来明确。

由于在本发明的激光加工装置中具有：光束调整构件，其配设在激光光线振荡器和聚光透镜之间，对从激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角进行调整；光束直径及发散角检测构件，其对通过了光束调整构件的激光光线的光束直径和发散角进行检测；以及控制构件，其根据来自光束直径及发散角检测构件的检测信号，来运算从激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角，并根据运算到的从激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角、以及入射到光束直径及发散角检测构件的期望的光束直径和发散角，来控制光束调整构件，所以可在组装或更换了激光光线振荡器时，自动调整从激光光线振荡器振荡出并入射到聚光透镜的激光光线的光束直径和发散角(平行度)。

附图说明

图1是按照本发明而构成的激光加工装置的立体图。

图2是简要表示在图1所示的激光加工装置上装备的激光光线照射构件及光束调整构件的结构的方框图。

图3是图2所示的光束调整构件的立体图。

图4是通过构成图2所示的光束调整构件的光束直径及发散角检测构件所检测到的检测信号的说明图。

标号说明：

2：静止基座；3：卡盘工作台机构；36：卡盘工作台；37加工进给构件；374：加工进给量检测构件；38：第一分度进给构件；384：分度进给量检测构件；4：激光光线照射单元支撑机构；42：可动支撑基座；43：第二分度进给构件；5：激光光线照射单元；51：单元保持器；52：激光光线照射构件；53：激光光线振荡构件；531：脉冲激光光线振荡器；54：聚光器；541：聚光透镜；55：光束调整构件；551：第一透镜；552：第二透镜；56：透镜移动机构；561：支撑基座；562：第一透镜支撑部件；563：第二透镜支撑部件；564：第一移动构件；565：第二移动构件；571：第一透镜位置检测构件；572：第二透镜位置检测构件；6：发散角检测构件；61：剪切板(shearing plate)；62：受光构件；7：摄像构件；8：控制构件。

具体实施方式

下面，参照附图来更详细地说明按照本发明而构成的激光加工装置的优选实施方式。

在图1中，表示了按照本发明而构成的激光加工装置的立体图。图1所示的激光加工装置具有：静止基座2；卡盘工作台机构3，其以能够沿用箭头X表示的加工进给方向移动的方式配设在该静止基座2上，用于保持被加工物；激光光线照射单元支撑机构4，其以能够沿与用上述箭头X表示的方向成直角的、用箭头Y表示的分度进给方向移动的方式配设在静止基座2上；以及激光光线照射单元5，其以能够沿用箭头Z表示的方向移动的方式配设在该激光光线照射单元支撑机构4上。

上述卡盘工作台机构3具有：在静止基座2上沿箭头X所示的加工进给方向平行地配设的一对导轨31、31；以能够沿箭头X所示的加工进给方向移动的方式配设在该导轨31、31上的第一滑块32；以能够沿箭头Y所示的分度进给方向移动的方式配设在该第一滑块32上的第二滑块33；通过圆筒部件34支撑在该第二滑块33上的覆盖工作台(cover table)35；和作为被加工物保持构件的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，在吸附卡盘361上通过未图示的抽吸构件来保持作为被加工物的例如圆盘状的半导体晶片。如此构成的卡盘工作台36通过在圆筒部件34内配设的未图示的脉冲电动机旋转。再有，在卡盘工作台36上配设有用于固定后述的环状框架的夹紧器362。

上述第一滑块32在其下表面设有与上述一对导轨31、31配合的一对被导引槽321、321，并且在其上表面设有沿箭头Y所示的分度进给方向平行地形成的一对导轨322、322。对于这样构成的第一滑块32，通过被导引槽321、321与一对导轨31、31的配合，而构成为可沿一对导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向上移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有加工进给构件37，该加工进给构件37用于使第一滑块32沿一对导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向上移动。加工进给构件37包括：平行地配设在上述一对导轨31和31之间的外螺纹杆371；和用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电动机372等驱动源。外螺纹杆371的一端可自由旋转地由固定在上述静止基座2上的轴承座373支撑，外螺纹杆371的另一端传动连接在上述脉冲电动机372的输出轴上。再有，外螺纹杆371螺合在内螺纹穿通孔中，该内螺纹穿通孔形成在突出设置于第一滑块32的中央部下表面的未图示的内螺纹块上。因此，通过用脉冲电动机372驱动外螺纹杆371正转和反转，第一滑块32沿导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向上移动。

图示实施方式中的激光加工装置具有用于检测上述卡盘工作台36的加工进给量的加工进给量检测构件374。加工进给量检测构件374由以下部件构成：沿导轨31配设的线性标度尺374a；和配设在第一滑块32上、并且与第一滑块32一同沿线性标度尺374a移动的读取头374b。该进给量检测构件374的读取头374b在图示的实施方式中，每1μm将1脉冲的脉冲信号发送给后述的控制构件。而且，后述的控制构件通过对所输入的脉冲信号进行计数，来检测卡盘工作台36的加工进给量。再有，在使用脉冲电动机372来作为上述加工进给构件37的驱动源的情况下，通过对向脉冲电动机372输出驱动信号的后述控制构件的驱动脉冲进行计数，也能够检测卡盘工作台36的加工进给量。此外，在使用伺服电动机来作为上述加工进给构件37的驱动源的情况下，通过将检测伺服电动机的转速的旋转编码器所输出的脉冲信号发送给后述的控制构件，并由控制构件对所输入的脉冲信号进行计数，也能够检测卡盘工作台36的加工进给量。

上述第二滑块33在其下表面设有与在上述第一滑块32的上表面上设置的一对导轨322、322配合的一对被导引槽331、331，通过将该被导引槽331、331与一对导轨322、322配合，该第二滑块33构成为可沿箭头Y所示的分度进给方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有第一分度进给构件38，该第一分度进给构件38用于使第二滑块33沿在第一滑块32上设置的一对导轨322、322在箭头Y所示的分度进给方向上移动。第一分度进给构件38包括：平行地配设在上述一对导轨322和322之间的外螺纹杆381；和用于旋转驱动该外螺纹杆381的脉冲电动机382等驱动源。外螺纹杆381的一端可自由旋转地由固定在上述第一滑块32的上表面上的轴承座383支撑，外螺纹杆381的另一端传动连接在上述脉冲电动机382的输出轴上。再有，外螺纹杆381螺合在内螺纹穿通孔中，该内螺纹穿通孔形成在突出设置于第二滑块33的中央部下表面的、未图示的内螺纹块上。因此，通过用脉冲电动机382驱动外螺纹杆381正转和反转，第二滑块33沿导轨322、322在箭头Y所示的分度进给方向上移动。

图示实施方式中的激光加工装置具有用于检测上述第二滑块33的分度加工进给量的分度进给量检测构件384。分度进给量检测构件384由沿导轨322配设的线性标度尺384a和读取头384b构成，该读取头384b配设在第二滑块33上，并且与第二滑块33一同沿线性标度尺384a移动。该分度进给量检测构件384的读取头384b在图示实施方式中每1μm就将1脉冲的脉冲信号发送给后述的控制构件。而且，后述的控制构件通过对所输入的脉冲信号进行计数，来检测卡盘工作台36的分度进给量。再有，在使用脉冲电动机382来作为上述第一分度进给构件38的驱动源的情况下，通过对向脉冲电动机382输出驱动信号的后述控制构件的驱动脉冲进行计数，也能够检测卡盘工作台36的分度进给量。此外，在使用伺服电动机来作为上述第一分度进给构件38的驱动源的情况下，通过将检测伺服电动机转速的旋转编码器所输出的脉冲信号发送给后述的控制构件，并由控制构件对所输入的脉冲信号进行计数，也能够检测卡盘工作台36的分度进给量。

上述激光光线照射单元支撑机构4具有：在静止基座2上沿箭头Y所示的分度进给方向平行配设的一对导轨41、41；和可沿箭头Y所示的方向移动地配设在该导轨41、41上的可动支撑基座42。该可动支撑基座42由可移动地配设在导轨41、41上的移动支撑部421、和安装在该移动支撑部421上的安装部422构成。安装部422在一个侧面平行地设有在箭头Z所示的方向上延伸的一对导轨423、423。图示实施方式中的激光光线照射单元支撑机构4具有第二分度进给构件43，该第二分度进给构件43用于使可动支撑基座42沿一对导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向上移动。第二分度进给构件43包括：在上述一对导轨41、41之间平行配设的外螺纹杆431；和用于旋转驱动该外螺纹杆431的脉冲电动机432等驱动源。外螺纹杆431的一端可自由旋转地由固定在上述静止基座2上的未图示的轴承座支撑，外螺纹杆431的另一端传动连接在上述脉冲电动机432的输出轴上。再有，外螺纹杆431螺合在内螺纹孔中，该内螺纹孔形成在突出设置于构成可动支撑基座42的移动支撑部421的中央部下表面的、未图示的内螺纹块上。因此，通过用脉冲电动机432驱动外螺纹杆431正转和反转，可动支撑基座42沿导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向上移动。

图示实施方式中的激光光线照射单元5具有单元保持器51和安装在该单元保持器51上的激光光线照射构件52。单元保持器51设有与设在上述安装部422上的一对导轨423、423可滑动地配合的一对被导引槽511、511，通过将该被导引槽511、511与上述导轨423、423配合，单元保持器51被支撑为可沿箭头Z所示的方向移动。

图示实施方式中的激光光线照射单元5具有移动构件53’，该移动构件53’用于使单元保持器51沿一对导轨423、423在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上移动。移动构件53’包括：在一对导轨423、423之间配设的外螺纹杆(未图示)；和用于旋转驱动该外螺纹杆的脉冲电动机532等驱动源，通过用脉冲电动机532驱动未图示的外螺纹杆正转和反转，使单元保持器51和激光光线照射构件52沿导轨423、423在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上移动。再有，在图示的实施方式中，通过正转驱动脉冲电动机532，使激光光线照射构件52向上方移动，通过反转驱动脉冲电动机532使激光光线照射构件52向下方移动。

图示的激光光线照射构件52包括实质上水平配置的圆筒形状的壳体521。另外，激光光线照射构件52如图2所示那样具有：在壳体521内配设的脉冲激光光线振荡构件53；聚光器54，其配设在壳体521的前端，并具有物镜聚光透镜541，该物镜聚光透镜541对由所述脉冲激光光线振荡构件53振荡出的激光光线进行会聚；光束调整构件55，其配设在脉冲激光光线振荡构件53和聚光器54之间，对从脉冲激光光线振荡构件53振荡出的激光光线的光束直径和发散角进行调整；以及反射镜58，其配设在该光束调整构件55和聚光透镜541之间，使通过了光束调整构件55的激光光线朝向聚光透镜541反射。

上述脉冲激光光线振荡构件53由以下部件构成：由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光光线振荡器531；和附设在其上的重复频率设定构件531。再有，从脉冲激光光线振荡器531振荡出的脉冲激光光线在商品目录和说明书中记载为例如发散角为1.8弧度±0.38弧度、光束直径为1.7mm±0.4mm：50cm。该示例中的脉冲激光光线振荡器531所振荡的脉冲激光光线的发散角有±0.38弧度的波动，光束直径有±0.4mm的波动。

上述聚光器54与保持在上述卡盘工作台36上的被加工物对置配设，并利用聚光透镜541对通过上述反射镜58反射的激光光线进行会聚，并使其照射向保持在卡盘工作台36上的被加工物W。再有，在图示的实施方式中，反射镜58构成为使通过了光束调整构件55的激光光线的99％朝向聚光透镜541反射，使1％透射。

上述光束调整构件55在图示的实施方式中具有：由焦距为f1的凹透镜构成的第一透镜551；和与该第一透镜551隔开间隔地配设的、由焦距为f2的凸透镜构成的第二透镜552。该第一透镜551和第二透镜552可在光轴方向上移动地配设在图3所示的透镜移动机构56上。图3所示的透镜移动机构56由下列部件构成：支撑基座561；沿该支撑基座561的两侧侧边分别可移动地配设的第一透镜支撑部件562和第二透镜支撑部件563；使该第一透镜支撑部件562和第二透镜支撑部件563分别沿支撑基座561的两侧侧边移动的第一移动构件564和第二移动构件565。

对于构成光束调整构件55的第一透镜551和第二透镜552，通过调整图2中从脉冲激光光线振荡构件53到第一透镜551的距离L1以及从第一透镜551到第二透镜552的距离L2，从而可将从脉冲激光光线振荡构件53振荡出的具有发散角的激光光线调整为平行的激光光线。

回到图3继续进行说明，上述支撑基座561的两侧侧边形成了相互平行的第一导轨561a和第二导轨561b。第一透镜支撑部件562具有与支撑基座561的第一导轨561a配合的被导引轨562a，通过使该被导引轨562a与第一导轨561a配合，第一透镜支撑部件562构成为可沿第一导轨561a移动。在如此构成的第一透镜支撑部件562上安装有上述第一透镜551。第二透镜支撑部件563具有与支撑基座561的第二导轨561b配合的被导引轨563b，通过使该被导引轨563b与第二导轨561b配合，第二透镜支撑部件563构成为可沿第二导轨561b移动。在如此构成的第二透镜支撑部件563上安装有上述第二透镜552。再有，分别安装在第一透镜支撑部件562和第二透镜支撑部件563上的第一透镜551和第二透镜552，在与第一导轨561a和第二导轨561b平行的同一光轴上隔开间隔地配置。

上述第一移动构件564包括：沿上述支撑基座561的第一导轨561a配设的外螺纹杆564a；和用于旋转驱动该外螺纹杆564a的脉冲电动机564b等驱动源。外螺纹杆564a的一端可自由旋转地由固定在上述支撑基座561上的轴承座564c支撑，外螺纹杆564a的另一端传动连接在上述脉冲电动机564b的输出轴上。再有，外螺纹杆564a螺合在内螺纹穿通孔564e中，该内螺纹穿通孔564e形成于安装在第一透镜支撑部件562上的内螺纹块564d中。因此，通过由脉冲电动机564b驱动外螺纹杆564a正转和反转，使第一透镜支撑部件562沿第一导轨561a移动。此外，上述第二移动构件565包括：沿上述支撑基座561的第二导轨561b配设的外螺纹杆565a；和用于旋转驱动该外螺纹杆565a的脉冲电动机565b等驱动源。外螺纹杆565a的一端可自由旋转地由固定在上述支撑基座561上的轴承座565c支撑，外螺纹杆565a的另一端传动连接在上述脉冲电动机565b的输出轴上。再有，外螺纹杆565a螺合在内螺纹穿通孔(未图示)中，该内螺纹穿通孔形成于安装在第二透镜支撑部件563上的内螺纹块565d中。因此，通过用脉冲电动机565b驱动外螺纹杆565a正转和反转，使第二透镜支撑部件563沿第二导轨561b移动。如此构成的第一移动构件564的脉冲电动机564b和第二移动构件565的脉冲电动机565b由后述的控制构件控制。

上述光束调整构件55在图示实施方式中具有对上述第一透镜551及第二透镜552的移动位置进行检测的第一透镜位置检测构件571及第二透镜位置检测构件572。第一透镜位置检测构件571由以下部件构成：与上述第一移动构件564的外螺纹杆564a平行地配设的线性标度尺571a；和读取头571b，其配设于安装在第一透镜支撑部件562上的内螺纹块564d上，并且沿线性标度尺571a移动，读取头571b将检测信号发送给后述的控制构件。此外，第二透镜位置检测构件572由以下部件构成：与上述第二移动构件565的外螺纹杆565a平行地配设的线性标度尺575a；和读取头572b，其配设于安装在第二透镜支撑部件563上的内螺纹块565d上，并且沿线性标度尺572a移动，读取头572b将检测信号发送给后述的控制构件。再有，作为检测第一透镜551及第二透镜552的移动位置的检测手段，也可以对驱动第一移动构件564的脉冲电动机564b和第二移动构件565的脉冲电动机565b的驱动脉冲计数来进行求取。

回到图2继续进行说明，图示实施方式中的激光加工装置具有光束直径及发散角检测构件6，该光束直径及发散角检测构件6对通过了上述光束调整构件55的第一透镜551和第二透镜552的激光光线的光束直径和发散角进行检测。光束直径及发散角检测构件6具有：对透射过上述反射镜58后的激光光线成直角地进行反射的剪切板61；和对由该剪切板61反射的激光光线进行摄像的、由CCD等构成的受光构件62。剪切板61在入射的激光光线没有变成平行光束的情况下，如图4中的(a)所示那样，成为双重的圆进行反射，并且在两个圆重叠的部分根据发散角来使干涉条纹具有干涉条纹角度α地形成。另一方面，在入射到剪切板61的激光光线为平行光束的情况下，剪切板61如图4中的(b)所示那样，两个圆完全重叠而成为一个圆，并且以干涉条纹的干涉条纹角度α为0的方式进行反射。上述受光构件62接收通过上述剪切板61反射的激光光线，并将图4中的(a)或(b)所示的受光信号发送给后述的控制构件。

回到图1继续说明，在构成上述激光光线照射构件52的壳体521的前端部配设有摄像构件7，该摄像构件7检测应通过激光光线照射构件52进行激光加工的加工区域。该摄像构件7由摄像元件(CCD)等构成，其将拍摄到的图像信号发送给控制构件8。

控制构件8由计算机构成，其具有：按照控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)81；保存控制程序等的只读存储器(ROM)82；保存后述的被加工物的设计值的数据和运算结果等的可读写的随机存储器(RAM)83；计数器84；输入接口85以及输出接口86。向控制构件8的输入接口85输入来自上述加工进给量检测构件374、分度进给量检测构件384、第一透镜位置检测构件571的读取头571b、第二透镜位置检测构件572的读取头572b、光束直径及发散角检测构件6的受光构件62、以及摄像构件7等的检测信号。而且，从控制构件8的输出接口86向上述脉冲电动机372、脉冲电动机382、脉冲电动机432、脉冲电动机532、激光光线照射构件52、构成透镜移动机构56的第一移动构件564的脉冲电动机564b以及第二移动构件565的脉冲电动机565b等输出控制信号。

图示实施方式中的激光加工装置如以上那样构成，下面对其作用进行说明。

在图2中，将从脉冲激光光线振荡器531振荡出的激光光线的波长设为λ，将从脉冲激光光线振荡器531到第一透镜551的区域设为区域I，并将其长度设为L1，将从脉冲激光光线振荡器531振荡出的激光光线的、在脉冲激光光线振荡器531中的光束直径设为r1、将发散角设为θ1。将第一透镜551的区域设为区域II，将第一透镜551的焦距设为f1，将入射到第一透镜551的激光光线的光束直径设为r2，并将在第一透镜551内的发散角设为θ2。将从第一透镜551到第二透镜552的区域设为区域III，并将其长度设为L2，将在第一透镜551中的光束直径设为r3，将发散角设为θ3。将第二透镜552的区域设为区域IV，将第二透镜552的焦距设为f2，将入射到第二透镜552的激光光线的光束直径设为r4，并将在第二透镜552内的发散角设为θ4。将从第二透镜552到受光构件62的区域设为区域V，将由受光构件62接收的光束直径设为r5，将发散角设为θ5。

在图2所示的光学系统中，建立光学矩阵，并求出各参数的关系，

(1)区域I：

$\left(\begin{array}{c}{r}_2\\ {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right)=M_1\left(\begin{array}{c}{r}_1\\ {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right)$

$M_1=\left(\begin{array}{cc}1& L_1\\ 0& 1\end{array}\right)$

(2)区域II：

$\left(\begin{array}{c}{r}_3\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right)=M_2\left(\begin{array}{c}{r}_2\\ {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right)$

$M_2=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{f_1}& 1\end{array}\right)$

(3)区域III：

$\left(\begin{array}{c}{r}_4\\ {\mathrm{\θ}}_4\end{array}\right)=M_3\left(\begin{array}{c}{r}_3\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right)$

$M_3=\left(\begin{array}{cc}1& L_2\\ 0& 1\end{array}\right)$

(4)区域IV：

$\left(\begin{array}{c}{r}_5\\ {\mathrm{\θ}}_5\end{array}\right)=M_4\left(\begin{array}{c}{r}_4\\ {\mathrm{\θ}}_4\end{array}\right)$

$M_4=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{f_2}& 1\end{array}\right)$

在这样的条件下，将从上述脉冲激光光线振荡器531振荡出的激光光线的波长设为λ，将上述图4的(a)中的双重圆的偏移量设为S，将图4的(a)中的干涉条纹的间隔设为df，将干涉条纹角度设为α，则发散角θ5可由数学式1求出。

【数学式1】

${\mathrm{\θ}}_5=\frac{r_5\·\mathrm{\λ}\·\tan \mathrm{\α}}{S\·d_f}$

此外，在上述条件下，以下的数学式2成立。

【数学式2】

$\left(\begin{array}{c}{r}_5\\ {\mathrm{\θ}}_5\end{array}\right)=M_4{M}_3{M}_2{M}_1\left(\begin{array}{c}{r}_1\\ {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right)$

下面，对于使从脉冲激光光线振荡器531振荡出的具有发散角的激光光线成为具有预定的光束直径的平行光束的控制进行说明。

在上述激光加工装置上安装了脉冲激光光线振荡器531之后，控制构件8控制第一移动构件564的脉冲电动机564b及第二移动构件565的脉冲电动机565b，使第一透镜支撑部件562及第二透镜支撑部件563移动，并定位成使从脉冲激光光线振荡构件53到第一透镜551的距离L1、和从第一透镜551到第二透镜552的距离L2为预先设定的初始值(在商品目录和说明书中记载的值)(例如，L1：40mm，L2：90mm)。接着，控制构件8使脉冲激光光线振荡构件53动作以振荡出激光光线，如上所述，控制构件8被输入由光束直径及发散角检测构件6的受光构件62接收到的上述图4的(a)所示的受光信号。然后，控制构件8根据来自受光构件62的受光信号，求出光束直径r5、双重圆的偏移量S、干涉条纹的间隔df、以及干涉条纹角度α，并通过上述数学式1运算发散角θ5。

在这样求出发散角θ5之后，控制构件8将发散角θ5和如上述那样根据来自受光构件62的受光信号而求出的光束直径r5代入到上述数学式2中，求出从脉冲激光光线振荡器531振荡出的激光光线的光束直径r1和发散角θ1。此时，从脉冲激光光线振荡构件53到第一透镜551的距离L1、以及从第一透镜551到第二透镜552的距离L2将预先设定的上述初始值(例如，L1：40mm，L2：90mm)代入。

在如上述那样使用上述数学式2求出从脉冲激光光线振荡器531振荡出的激光光线的光束直径r1和发散角θ1之后，将由受光构件62接收的光束直径r5和发散角θ5设定为期望值(例如，r5：4.0mm，θ5：0度)。然后，控制构件8将激光光线的光束直径r1和发散角θ1以及设定为期望值后的光束直径r5和发散角θ5代入到上述数学式1中，求出从脉冲激光光线振荡构件53到第一透镜551的距离L1、以及从第一透镜551到第二透镜552的距离L2。

如上所述，在求出从脉冲激光光线振荡构件53到第一透镜551的距离L1、以及从第一透镜55 1到第二透镜552的距离L2之后，控制构件8对构成光束调整构件55的透镜移动机构56的第一移动构件564的脉冲电动机564b及第二移动构件565的脉冲电动机565b进行控制，使安装在第一透镜支撑部件562上的第一透镜551距脉冲激光光线振荡构件53的距离为L1，并且使安装在第二透镜支撑部件563上的第二透镜552距第一透镜551的距离为L2。此时，控制构件8根据来自第一透镜位置检测构件571及第二透镜位置检测构件572的、第一透镜551及第二透镜552的位置信号，来控制第一移动构件564的脉冲电动机564b及第二移动构件565的脉冲电动机565b。这样，在本发明的激光加工装置中，可在组装或更换了激光光线振荡器时自动调整从激光光线振荡器振荡出、并入射到聚光透镜的激光光线的光束直径和发散角(平行度)。

Claims (4)

1.一种激光加工装置，其具有保持被加工物的卡盘工作台、和对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射脉冲激光光线的激光光线照射构件，该激光光线照射构件具有激光光线振荡器、和对由该激光光线振荡器振荡出的激光光线进行会聚的聚光透镜，其特征在于，

所述激光加工装置具有：

光束调整构件，其配设在所述激光光线振荡器和所述聚光透镜之间，对从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角进行调整；

光束直径及发散角检测构件，其对通过了所述光束调整构件的激光光线的光束直径和发散角进行检测；以及

控制构件，其根据来自所述光束直径及发散角检测构件的检测信号，来运算从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角，并根据该运算到的从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光束直径和发散角、以及入射到所述光束直径及发散角检测构件的期望的光束直径和发散角，来控制所述光束调整构件。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

在上述光束调整构件和聚光透镜之间配设有反射镜，该反射镜使通过了光束调整构件的激光光线朝向聚光器反射，上述光束直径及发散角检测构件构成为：透射过反射镜的激光光线入射到该光束直径及发散角检测构件上。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述光束调整构件具有：第一透镜及第二透镜，它们配设在从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线的光轴上，并且配设成能够沿光轴移动；第一移动构件和第二移动构件，它们能够使所述第一透镜和所述第二透镜分别沿光轴移动；以及第一透镜位置检测构件和第二透镜位置检测构件，它们分别对所述第一透镜和所述第二透镜的移动位置进行检测。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

所述光束直径及发散角检测构件具有：剪切板，其对透射过所述第一透镜及所述第二透镜后的激光光线成直角地进行反射；和受光构件，其接收通过所述剪切板反射的激光光线，并将受光信号发送给所述控制构件，

所述控制构件根据来自所述受光构件的受光信号来求出由所述受光构件接收的光束直径r5，并且将从脉冲激光光线振荡器(531)振荡出的激光光线的波长设为λ，将由所述受光构件接收的受光信号中的双重圆的偏移量设为S，将干涉条纹的间隔设为df，将干涉条纹角度设为α，通过下述数学式1求出发散角θ5，

${\mathrm{\θ}}_5=\frac{r_5\·\mathrm{\λ}\·\tan \mathrm{\α}}{S\·d_f}$                       ……数学式1

接着，控制构件根据由所述受光构件接收的光束直径r5和通过数学式1求出的发散角θ5，将从所述脉冲激光光线振荡器到所述第一透镜的区域设为区域I，并将其长度设为L1，将从所述脉冲激光光线振荡器振荡出的激光光线在距脉冲激光光线振荡器预定距离的位置处的光束直径设为r1、并将发散角设为θ1，将所述第一透镜的区域设为区域II，并将所述第一透镜的焦距设为f1，将入射到第一透镜的激光光线的光束直径设为r2，将所述第一透镜内的发散角设为θ2，将从所述第一透镜到所述第二透镜的区域设为区域III，并将其长度设为L2，将距所述第一透镜预定距离的位置处的光束直径设为r3，将发散角设为θ3，将所述第二透镜的区域设为区域IV，并将所述第二透镜的焦距设为f2，将入射到第二透镜的激光光线的光束直径设为r4，将所述第二透镜内的发散角设为θ4，将从所述第二透镜到所述受光构件的区域设为区域V，并将由所述受光构件接收的光束直径设为r5，将发散角设为θ5，将根据由所述受光构件接收到的激光光线而求出的光束直径r5、和通过数学式1求出的发散角θ5，代入到下面的数学式2中，求出从所述脉冲激光光线振荡器振荡出的激光光线的所述光束直径r1和所述发散角θ1，

$\left(\begin{array}{c}{r}_5\\ {\mathrm{\θ}}_5\end{array}\right)=M_4{M}_3{M}_2{M}_1\left(\begin{array}{c}{r}_1\\ {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right)$                          ……数学式2

其中，

区域I：

$\left(\begin{array}{c}{r}_2\\ {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right)=M_1\left(\begin{array}{c}{r}_1\\ {\mathrm{\θ}}_1\end{array}\right)$

$M_1=\left(\begin{array}{cc}1& L_1\\ 0& 1\end{array}\right)$

区域II：

$\left(\begin{array}{c}{r}_3\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right)=M_2\left(\begin{array}{c}{r}_2\\ {\mathrm{\θ}}_2\end{array}\right)$

$M_2=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{f_1}& 1\end{array}\right)$

区域III：

$\left(\begin{array}{c}{r}_4\\ {\mathrm{\θ}}_4\end{array}\right)=M_3\left(\begin{array}{c}{r}_3\\ {\mathrm{\θ}}_3\end{array}\right)$

$M_3=\left(\begin{array}{cc}1& L_2\\ 0& 1\end{array}\right)$

区域IV：

$\left(\begin{array}{c}{r}_5\\ {\mathrm{\θ}}_5\end{array}\right)=M_4\left(\begin{array}{c}{r}_4\\ {\mathrm{\θ}}_4\end{array}\right)$

$M_4=\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{f_2}& 1\end{array}\right)$

接着，控制构件将通过数学式2求出的所述光束直径r1和所述发散角θ1、以及期望的所述光束直径r5和所述发散角θ5再次代入到数学式2中，求出从所述脉冲激光光线振荡器到所述第一透镜的长度L1、以及从所述第一透镜到所述第二透镜的长度L2。

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