CN204430558U - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

在激光加工装置中，具有：掩模（3X），其对从激光振荡器（20）射出的激光（L1）的光束尺寸进行限制；工作台（8），其用于载置工件（7）；聚光透镜（6），其对穿过掩模（3X）的激光（L1）进行聚光并向工作台（8）上的工件（7）照射；转印率变更透镜（5A），其对激光（L1）的转印率进行变更，并且配置为能够在掩模（3X）和聚光透镜（6）之间的光路上取出/放入；以及控制部（43），其对转印率变更透镜（5A）向光路上的取出/放入进行控制，并且通过调整聚光透镜（6）和工件（7）之间的距离，从而对激光（L1）在工件（7）上聚光的聚光位置进行控制。

Description

激光加工装置
技术领域
本实用新型涉及一种使用转印光学系统的激光加工装置以及激光加工方法。
背景技术
在使用转印光学系统的激光加工装置中，将具有一定尺寸光束（beam）直径的激光照射在掩模（mask）上，并且，通过对掩模直径进行变更而对所加工的孔径进行调整。另外，激光加工装置通过使从激光振荡器射出的激光本身的能量（energy）变化，从而对照射的激光的能量密度进行调整。
例如，在专利文献1中记载的激光加工装置具有：激光振荡器；准直（collimator）透镜组，其将激光束像转印至被加工物上；投影掩模；扫描光学系统；聚光透镜（lens）；固定载置被加工物的加工工作台（table）；以及电流供给源控制单元，其对激光束的强度分布进行变更。并且，电流供给源控制单元针对被加工物的材质读取所需的激光束能量的加工阈值，对电流供给源进行控制，以得到进行规定直径的开孔所需的激光束能量。
专利文献1：日本特开2004－66322号公报
实用新型内容
然而，在上述现有的技术中，能量密度的设定范围受到激光振荡器规格的限制。另外，除了激光振荡器的规格以外，存在主要由于掩模前的透镜系统的耐光强度而无法将能量密度设定得较高的情况。另外，掩模直径能够变更的范围受到掩模前的光束尺寸（size）的限制。例如，即使将掩模直径设定得比掩模前的光束直径大，也会使全部光束穿过掩模而无法利用掩模直径进行孔径调整。其结果，出现可 加工的孔径范围以及能量密度范围受到限制的问题。
本实用新型是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到一种能够扩大加工孔径的范围以及能量密度的范围的激光加工装置以及激光加工方法。
为了解决上述课题，实现目的，本实用新型的激光加工装置的特征在于，具有：掩模，其对从激光振荡器射出的激光的光束尺寸进行限制；工作台，其用于载置被加工物；聚光透镜，其对穿过所述掩模的激光进行聚光并向所述工作台上的被加工物照射；转印率变更透镜，其对所述激光的转印率进行变更，并且配置为能够在所述掩模和所述聚光透镜之间的光路上取出/放入；以及控制部，其对所述转印率变更透镜向所述光路上的取出/放入进行控制，并且，通过调整所述聚光透镜和所述被加工物之间的距离，从而对所述激光在所述被加工物上聚光的聚光位置进行控制。
实用新型的效果
根据本实用新型，得到能够扩大加工孔径的范围以及能量密度的范围的效果。
附图说明
图1是表示取出/放入的转印率变更透镜为凸透镜的情况下的激光加工装置的结构的图。
图2是表示取出/放入的转印率变更透镜为凹透镜的情况下的激光加工装置的结构的图。
图3是用于说明掩模直径为3mm的情况下的激光振荡器的规格的图。
图4是用于说明使用转印率变更透镜的情况下的像转印率的图。
图5－1是用于说明没有插入转印率变更透镜的情况下的加工点处的能量密度的图。
图5－2是用于说明插入有凸透镜的情况下的加工点处的能量密度的图。
图5－3是用于说明插入有凹透镜的情况下的加工点处的能量密度的图。
图6－1是表示与转印率变更透镜的焦距相对应的像转印率的图。
图6－2是表示与转印率变更透镜的焦距相对应的加工孔径的图。
图6－3是表示与转印率变更透镜的焦距相对应的能量密度的图。
图7是表示加工孔径和能量密度之间的关系的图。
图8是表示转印率变更透镜的焦距和加工点的移动量之间的关系的图。
图9－1是用于说明插入有转印率变更透镜的情况下的加工点的位置偏移的图。
图9－2是表示控制装置对工作台的高度进行了调整的情况下的激光加工装置的状态的图。
图9－3是表示控制装置对聚光透镜的高度进行了调整的情况下的激光加工装置的状态的图。
图10是表示用于放入/取出多个转印率变更透镜的透镜取放部的第1结构例的图。
图11是表示用于放入/取出多个转印率变更透镜的透镜取放部的第2结构例的图。
图12是表示用于放入/取出多个掩模的掩膜取放部的结构例的图。
具体实施方式
下面，基于附图，详细说明本实用新型的实施方式所涉及的激光加工装置以及激光加工方法。另外，本实用新型并不限定于本实施方式。
实施方式
本实施方式的激光加工装置是在工件（work）（被加工物）上 进行开孔加工的装置，在掩模和聚光透镜之间取出/放入用于变更转印率的透镜（转印率变更透镜）。转印率变更透镜的取出/放入可以手动进行，也可以自动进行。在实施了转印率变更透镜取出/放入的情况下，在像转印率（转印倍率）变化的同时，聚光位置也变化。因此，本实施方式的激光加工装置通过与转印率变更透镜的取出/放入动作相对应，对聚光透镜和工件之间的距离进行调整，从而对聚光位置进行调整。聚光位置的调整是通过对聚光透镜的高度或工作台（工件）的高度进行调整而进行的。
本实施方式的激光加工装置通过对1个转印率变更透镜进行放入/取出，从而使像转印率变化。由此，激光加工装置能够扩大进行加工的孔径的调整范围和加工点处的能量密度的调整范围。
图1是表示放入/取出的转印率变更透镜为凸透镜的情况下的激光加工装置的结构的图。在这里，针对自动进行转印率变更透镜取出/放入的情况下的激光加工装置100A的结构进行说明。如图1所示，放入/取出的转印率变更透镜为凸透镜的情况下的激光加工装置100A，具有激光振荡器20、准直（collimator）透镜1、2、掩模3X、透镜取放部10A、聚光透镜6、工作台8以及控制装置40X。
激光振荡器20射出激光（光束）L1。从激光振荡器20射出的激光L1传输至准直透镜1、2。准直透镜1、2进行光学调整，使得激光L1成为平行状态。穿过准直透镜1、2的激光L1传输至掩模3X。
掩模3X对激光L1的光束尺寸（截面形状）进行限制。在掩模3X上设置有使激光L1穿过的孔。激光L1的光束尺寸被调整为与设置在掩模3X上的孔的直径（掩模直径）相对应的尺寸。换言之，入射至掩模3X的激光L1的一部分（外周部）被掩模3X的孔以外的部分遮挡，其余的部分（中央部）从掩模3X的孔的部分穿过。由此，尺寸与设置在掩模3X上的孔的掩模直径相对应的激光L1穿过掩模3X，传输至聚光透镜6侧。
在透镜取放部10A上配置有转印率变更透镜5A。转印率变更透镜5A是对照射至工件7上的激光L1的转印率进行变更的凸透镜。转印率变更透镜5A具有与期望的加工条件相对应的规格（焦距等）。 透镜取放部10A配置在掩模3X和聚光透镜6之间。
透镜取放部10A构成为，能够使转印率变更透镜5A移动至激光L1通过的光路上。换言之，转印率变更透镜5A配置为，能够在掩模3X和聚光透镜6之间的光路上取出/放入。由此，透镜取放部10A使转印率变更透镜5A移动至掩模3X和聚光透镜6之间的光路上的位置中的、与所述期望的加工条件相对应的位置处。
在使用转印率变更透镜5A对转印率进行变更的情况下，透镜取放部10A使转印率变更透镜5A移动至激光L1通过的光路上。另一方面，在不使用转印率变更透镜5A的情况下，透镜取放部10A使转印率变更透镜5A从激光L1通过的光路上移动至光路外。透镜取放部10A按照从控制装置40X发送来的指示，进行转印率变更透镜5A的取出/放入。
聚光透镜6对穿过掩模3X以及转印率变更透镜5A的激光L1进行聚光并向工作台8上的工件7照射。工作台8对工件7进行载置并且在与激光L1垂直的平面内（XY方向）移动，从而使工件7移动。
控制装置40X通过控制转印率变更透镜5A向光路上的取出/放入，并且调整聚光透镜6和工件7之间的距离，从而对激光L1在工件7上聚光的聚光位置进行控制。
具体地说，控制装置40X基于加工条件，对透镜取放部10A和工作台8进行控制。此处的控制装置40X通过使工作台8在激光L1的光轴方向上移动而对聚光位置进行控制。
控制装置40X具有加工条件输入部41、存储部42、控制部43。加工条件输入部41将从外部输入的加工条件发送至控制部43。加工条件例如是工件7的板厚、工件7的材质、在工件7上开设的孔的尺寸（加工孔径）或者工件7上的加工点处的能量密度等。
存储部42是对加工条件与转印率变更透镜5A的位置（有无取出/放入）之间的对应关系（对应关系信息）进行存储的存储器（memory）等。存储部42预先将使转印率变更透镜5A移动至光路上的加工条件（第1加工条件）、和不使转印率变更透镜5A移动至 光路上的加工条件（第2加工条件）中的至少一方设为对应关系信息进行储存。
另外，存储部42预先储存有：不使转印率变更透镜5A移动至光路上的情况下的工作台8的高度（从工件7的上表面至聚光透镜6的距离）；以及使转印率变更透镜5A移动至光路上的情况下的工作台8的高度。不使转印率变更透镜5A移动至光路上的情况下的工作台8的高度，是高度的基准位置（初始值）。另外，在对应于加工条件而对转印率变更透镜的种类进行变更的情况下，存储部42预先针对每个加工条件（每种转印率变更透镜5A）储存工作台8的高度。
控制部43基于对应关系信息和加工条件，对是否将转印率变更透镜5A移动至光路上进行判定。控制部43在判定为要将转印率变更透镜5A移动至光路上的情况下，将转印率变更透镜5A的插入指示发送至透镜取放部10A。另外，控制部43将聚光位置控制为与加工条件对应的位置。
控制部43在将转印率变更透镜5A放入光路上的情况下，将使工作台8移动至预先设定的规定高度的指示发送至工作台8的驱动部（未图示）。另外，控制部43在转印率变更透镜5A从光路上取出的情况下，将使工作台8移动至基准位置的指示发送至工作台8的驱动部。
另外，控制部43也可以对应于工件7的板厚而调整工作台8的高度。例如，控制部43通过在工件7的板厚较厚的情况下使工作台8下降，而在工件7的板厚较薄的情况下使工作台8升高，从而控制工作台8的高度，以使得无论工件7的板厚多大，都将从工件7的上表面至聚光透镜6为止的距离保持恒定。
在激光加工装置100A中，在转印率变更透镜5A插入的情况下，使用转印率变更透镜5A、准直透镜1、2、掩模3X和聚光透镜6构成转印光学系统。另外，在激光加工装置100A中，在没有插入转印率变更透镜5A的情况下，使用准直透镜1、2、掩模3X和聚光透镜6构成转印光学系统。
在这里，针对掩模3X的直径（掩模直径）、在工件7上开设的 孔的直径（加工孔径）与像转印率的之间的关系进行说明。如果将从掩模3X至聚光透镜6为止的距离设为a，将从聚光透镜6至加工点（转印位置）为止的距离设为b，将聚光透镜6的焦距设为f，则以下的公式（1）成立。
（1/a）+（1/b）=（1/f）…（1）
在该情况下，像转印率为（b/a）。另外，如果将掩模直径设为X，将进行加工的孔的孔径（加工孔径）设为Y，则以下的公式（2）成立。
Y=X×（b/a）…（2）
换言之，如果按照下述方式对激光加工装置100A的各尺寸进行定义，则上述的公式（1）及公式（2）成立。
X：掩模直径 
Y：加工孔径 
a：从掩模3X至聚光透镜6为止的距离 
b：从聚光透镜6至加工点（焦点位置）为止的距离
f：聚光透镜6的焦距
例如，在a＝3000mm、f＝100mm的情况下，如果b＝103.448，则像转印率＝b/a＝103.448/3000＝0.0345。另外，在掩模直径X为3mm的情况下，加工孔径Y为Y＝X×像转印率＝3×0.0345＝0.103mm。
另外，在激光加工装置100A中，如果将转印率变更透镜5A插入在掩模3X和聚光透镜6之间，则穿过掩模3X之后的激光L1通过转印率变更透镜5A而进行第一次转印，由此产生虚拟掩模30A。穿过该虚拟掩模30A的激光L1通过聚光透镜6而进行第二次转印，由此，形成实际的孔（转印光）。激光加工装置100A中的虚拟掩模30A生成在掩模3X和准直透镜2之间。
在激光加工装置100A中，在掩模3X和聚光透镜6之间插入有转印率变更透镜5A的情况下，如果按照下述方式对各尺寸进行定义，则后述的公式（3）～公式（5）成立。
f2：转印率变更透镜5A的焦距
a1：从掩模3X至转印率变更透镜5A为止的距离 
b1：从虚拟掩模30A至转印率变更透镜5A为止的距离 
a2：从虚拟掩模30A至聚光透镜6为止的距离 
b2：从聚光透镜6至加工点为止的距离（至焦点位置为止的距离）
（1/a1）－（1/b1）=1/f2…（3）（a1＜f2的情况）
（1/a1）＋（1/b1）=1/f2…（3）（a1＞f2的情况）
（1/a2）＋（1/b2）=1/f…（4）
Y=X×（b1/a1）×（b2/a2）……（5）
另外，其中的（b1/a1）是第一次（从掩模3X向掩模30A）的像转印率，（b2/a2）是第二次（从虚拟掩模30A向工件7）的像转印率。
通过插入转印率变更透镜5A，从而使焦点位置向聚光透镜6侧靠近。因此，控制装置40X对工作台8的高度进行调整。另一方面，在没有插入转印率变更透镜5A的情况下，控制装置40X使工作台8的高度返回至基准位置。
在制造激光加工装置100A时，预先构成满足上述公式（3）～（5）的激光加工装置100A。例如，在转印率变更透镜5A的焦距f2已确定的情况下，预先基于公式（3）～（5）计算出转印率变更透镜5A的插入位置，以转印率变更透镜5A能够移动至计算出的位置处的方式配置透镜取放部10A。另外，在转印率变更透镜5A的插入位置（从掩模3X至转印率变更透镜5A为止的距离a1）已确定的情况下，预先基于公式（3）～（5）计算出转印率变更透镜5A的焦距f2。然后，将计算出的焦距f2的转印率变更透镜5A配置在透镜取放部10A上。另外，聚光位置的调整量（变化量）是通过公式（3）～（5）计算的，也可以考虑制造误差等，对由激光加工装置100A计算出的调整量进行微调整。
另外，在图1中，针对自动进行转印率变更透镜取出/放入的情况进行了说明，但也可以手动进行转印率变更透镜取出/放入。在手动进行转印率变更透镜取出/放入的情况下，控制部43也可以不对透 镜取放部10A进行控制。
图2是表示放入/取出的转印率变更透镜为凹透镜的情况下的激光加工装置的结构的图。针对图2的各构成要素中实现与图1所示的激光加工装置100A相同功能的结构要素，标记相同标号，省略重复的说明。
如图2所示，放入/取出的转印率变更透镜为凹透镜的情况下的激光加工装置100B具有激光振荡器20、准直透镜1、2、掩模3X、透镜取放部10B、聚光透镜6、工作台8、控制装置40X。
在透镜取放部10B中配置有转印率变更透镜5B。转印率变更透镜5B是对照射至工件7上的激光L1的转印率进行变更的凹透镜。转印率变更透镜5B具有与期望的加工条件相对应的规格（焦距等）。透镜取放部10B配置在掩模3X和聚光透镜6之间。
透镜取放部10B构成为，能够使转印率变更透镜5B移动至激光L1通过的光路上。换言之，转印率变更透镜5B配置为，能够在掩模3X和聚光透镜6之间的光路上取出/放入。由此，透镜取放部10B使转印率变更透镜5B移动至掩模3X和聚光透镜6之间的光路上的位置中的、与所述期望的加工条件相对应的位置处。
在使用转印率变更透镜5B对转印率进行变更的情况下，透镜取放部10B使转印率变更透镜5B移动至激光L1通过的光路上。另一方面，在不使用转印率变更透镜5B的情况下，激光取放部10B使转印率变更透镜5B从激光L1通过的光路上移动至光路外。透镜取放部10B按照从控制装置40X发送来的指示，进行转印率变更透镜5B取出/放入。此时，控制装置40X基于加工条件对透镜取放部10B和工作台8进行控制。
在激光加工装置100B中，在插入转印率变更透镜5B的情况下，使用转印率变更透镜5B、准直透镜1、2、掩模3X和聚光透镜6构成转印光学系统。另外，在激光加工装置100B中，在没有插入转印率变更透镜5B的情况下，使用准直透镜1、2、掩模3X、聚光透镜6构成转印光学系统。
在激光加工装置100B中，如果将转印率变更透镜5B插入至掩 模3X和聚光透镜6之间，则穿过掩模3X后的激光L1通过转印率变更透镜5B而进行第一次转印，由此产生虚拟掩模30B。穿过该虚拟掩模30B的激光L1通过聚光透镜6而进行第二次转印，由此，形成实际的孔（转印光）。激光加工装置100B中的虚拟掩模30B生成在掩模3X和转印率变更透镜5B之间。
并且，与激光加工装置100A相同地，公式（1）～（5）在激光加工装置100B中也成立。另外，此时的b1是从虚拟掩模30B至转印率变更透镜5B为止的距离，a2是从虚拟掩模30B至聚光透镜6之间的距离。 
通过插入转印率变更透镜5B，从而使焦点位置向工作台8侧靠近。因此，控制装置40X对工作台8的高度进行调整。另一方面，在没有插入转印率变更透镜5B的情况下，控制装置40X使工作台8的高度返回至基准位置。
下面，针对激光振荡器20的规格进行说明。在这里，针对掩模3X的掩模直径为3mm的情况进行说明。图3是用于说明掩模直径为3mm的情况下的激光振荡器的规格的图。下面，针对a＝3000mm，f＝100，激光振荡器20可在10～100mJ的范围内进行能量调整的情况进行说明。另外，针对预先配置准直透镜1、2以使得掩模前的光束直径为φ＝7mm的情况进行说明。在掩模前的光束直径为φ＝7mm的情况下，可设定的掩模直径X的最大值为7mm。在掩模直径过小的情况下，由制造误差引起的直径变化容易对加工孔径的变化造成影响，因此，在这里，针对掩模直径的最小值为1mm的情况进行说明。
在a＝3000mm、f＝100的情况下，通过公式（1）得出b＝103.448mm。并且，如果将掩模直径为7mm情况下的能量设为10（mJ），则在掩模直径为3mm的情况下开设透过掩模的能量为10×｛（3/2）×（3/2）×3.14｝/｛（7/2）×（7/2）×3.14｝＝1.84（mJ）。另外，在掩模直径为3mm的情况下，刚刚透过掩模3X后的能量密度为1.84/｛（3/2）×（3/2）×3.14｝＝0.260（mJ/mm2）。
同样地，如果掩模直径为7mm情况下的能量为100（mJ），则在掩模直径为3mm的情况下开设透过掩模3X的能量为18.4（mJ）。 另外，在掩模直径为3mm的情况下，刚刚透过掩模3X后的能量密度为2.60（mJ/mm2）。
并且，能量为10（mJ）且加工孔径为Y＝0.103mm的情况下的加工点的能量密度为1.84/｛（0.103/2）×（0.103/2）×3.14｝＝218.7（mJ/mm2）。另外，能量为100（mJ）且加工孔径为Y＝0.103mm的情况下的加工点的能量密度为18.4/｛（0.103/2）×（0.103/2）×3.14｝＝2187（mJ/mm2）。
下面，针对使用凸透镜（转印率变更透镜5A）或者凹透镜（转印率变更透镜5B）的情况下的、像转印率以及加工点的能量密度进行说明。图4是用于说明使用转印率变更透镜的情况下的像转印率的图。在这里，针对在激光加工装置100A中插入有f＝2400（mm）的转印率变更透镜5A（凸透镜）的情况下的像转印率、和在激光加工装置100B中插入有f＝－1500（mm）的转印率变更透镜5B（凹透镜）的情况下的像转印率进行说明。在图4中示出将从掩模3X至转印率变更透镜5A、5B为止的距离a1设为2000（mm）的情况下的像转印率。
在激光加工装置100A中插入有转印率变更透镜5A（凸透镜）的情况下，从虚拟掩模30A至转印率变更透镜5A为止的距离即b1，通过公式（3）而求出为12000.0（mm）。另外，该情况下的像转印率β1（a1/b1）为6.000。另外，从虚拟掩模30A至聚光透镜6为止的距离a2为a－a1+b1＝13000.0（mm）。另外，从聚光透镜6至加工点为止的距离b2，通过公式（4）而求出为100.8（mm）。另外，该情况下的像转印率β2（a2/b2）为0.008。并且，像转印率βTotal（β1×β2）为0.0465。
同样地，在激光加工装置100B中插入有转印率变更透镜5B（凹透镜）的情况下，从虚拟掩模30B至转印率变更透镜5B为止的距离即b1，通过公式（3）而求出为857.1（mm）。另外，该情况下的像转印率β1（a1/b1）为0.429。另外，从虚拟掩模30B至聚光透镜6为止的距离a2为a－a1+b1＝1857.1（mm）。另外，从聚光透镜6至加工点为止的距离b2，通过公式（4）而求出为105.7（mm）。另 外，该情况下的像转印率β2（a2/b2）为0.057。并且，像转印率βTotal（β1×β2）为0.0244。
图5－1是用于说明没有插入转印率变更透镜的情况下的加工点处的能量密度的图。在没有插入转印率变更透镜的通常光路的情况下，如果掩模直径为1mm，则加工孔径通过公式（2）而求出为1×0.0345＝0.0345mm＝34.5μm。同样地，如果掩模直径为7mm，则加工孔径为241.4μm。
并且，该情况下的最小能量密度为0.260/（0.0345×0.0345）＝218.7（mJ/mm2），最大能量密度为2.60/（0.0345×0.0345）＝2187（mJ/mm2）。
图5－2是用于说明插入有凸透镜的情况下的加工点处的能量密度的图。在插入有凸透镜即转印率变更透镜5A的情况下，如果掩模直径为1mm，则加工孔径通过公式（2）而求出为1×0.0465＝0.0465mm＝46.5μm。同样地，如果掩模直径为7mm，则加工孔径为325.6μm。
并且，该情况下的最小能量密度为0.260/（0.0465×0.0465）＝120.2（mJ/mm2），最大能量密度为2.60/（0.0465×0.0465）＝1202（mJ/mm2）。
图5－3是用于说明插入有凹透镜的情况下的加工点处的能量密度的图。在插入有凹透镜即转印率变更透镜5B的情况下，如果掩模直径为1mm，则加工孔径通过公式（2）而求出为1×0.0244＝0.0244mm＝24.4μm。同样地，如果掩模直径为7mm，则加工孔径为170.7μm。
并且，该情况下的最小能量密度为0.260/（0.0244×0.0244）＝437.1（mJ/mm2），最大能量密度为2.60/（0.0244×0.0244）＝4371（mJ/mm2）。
图6－1是表示与转印率变更透镜的焦距相对应的像转印率的图。如上所述，在没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况下，像转印率为0.0345。另外，在插入有f2=2400的转印率变更透镜5A（凸透镜）的情况下，像转印率为0.0465。另外，在插入有f2=－1500的转印率变更透镜5B（凹透镜）的情况下，像转印率为0.0244。
图6－2是表示与转印率变更透镜的焦距相对应的加工孔径的 图。如上所述，在没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况下，加工点的最大孔径为241.4μm，加工点的最小孔径为34.5μm。另外，在插入有f2＝2400的转印率变更透镜5A（凸透镜）的情况下，加工点的最大孔径为325.6μm，加工点的最小孔径为46.5μm。另外，在插入有f2＝－1500的转印率变更透镜5B（凹透镜）的情况下，加工点的最大孔径为170.7μm，加工点的最小孔径为24.4μm。
图6－3是表示与转印率变更透镜的焦距相对应的能量密度的图。如上所述，在没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况下，加工点的能量密度最大为2187（mJ/mm2），最小为218.7（mJ/mm2）。另外，在插入有f2＝2400的转印率变更透镜5A（凸透镜）的情况下，加工点的能量密度最大为1202（mJ/mm2），最小为120.2（mJ/mm2）。另外，在插入有f2＝－1500的转印率变更透镜5B（凹透镜）的情况下，加工点的能量密度最大为4371（mJ/mm2），最小为437.1（mJ/mm2）。
图7是表示加工孔径和能量密度之间的关系的图。在图7中，对应于转印率变更透镜的焦距，分别示出加工孔径与能量密度的关系。图7中示出的特性51～63与图5－1～图5－3以及图6－1～图6－3所示的特性相对应。
特性51表示插入有转印率变更透镜5B的情况下的加工孔径以及能量密度。另外，特性52表示没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况下的加工孔径以及能量密度。另外，特性53表示插入有转印率变更透镜5A的情况下的加工孔径以及能量密度。
如上所述，通过对转印率变更透镜的焦距进行变更，从而能够得到各种加工孔径以及能量密度。因此，为了得到期望的加工孔径以及能量密度，只要插入与加工孔径及能量密度相对应的转印率变更透镜即可。通过按照实施方式将转印率变更透镜取出/放入，从而能够扩大加工孔径的范围以及能量密度的范围。
如果插入转印率变更透镜5A、5B中的某一种，则从聚光透镜6至加工点为止的距离b2，从没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况发生变化。因此，在本实施方式中，在插入转印率变更透镜5A、 5B中的某一种的情况下，对聚光透镜6的位置或工作台8的位置进行调整。
例如，在将聚光透镜6的位置固定的情况下，从聚光透镜6至加工点为止的距离变为图4所示的距离b2。因此，控制部43使工作台8移动与距离b和距离b2之间的差值相当的量，其中，距离b是在没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况下，从聚光透镜6至加工点为止的距离，距离b2是在插入有转印率变更透镜5A、5B的情况下，从聚光透镜6至加工点为止的距离。
图8是表示转印率变更透镜的焦距和加工点的移动量之间的关系的图。在没有插入转印率变更透镜5A、5B的情况下，不必对加工点在高度方向的位置进行变更。
另外，在插入f2＝2400的转印率变更透镜5A的情况下，加工点的移动量为b－b1＝100.775－103.448＝－2.67mm。因此，控制部43使工作台8向聚光透镜6侧靠近2.67mm。
另外，在插入f2＝－1500的转印率变更透镜5B的情况下，加工点的移动量为b－b1＝105.691－103.448＝2.24mm。因此，控制部43使工作台8从聚光透镜6侧远离2.24mm。
加工点的移动量预先对应于每个加工条件而储存在存储部42中。由此，如果输入加工条件，则控制部43从存储部42中提取出与加工条件相对应的加工点的移动量。然后，控制部43基于加工条件，决定转印率变更透镜5A、5B的取出/放入，并且使工作台8移动与加工条件相对应的距离。
图9－1是用于说明插入有转印率变更透镜的情况下的加工点位置偏移的图。在图9－1中示出在插入有转印率变更透镜5B的情况下，加工点在高度方向上的位置偏移（与聚光透镜6之间的距离的偏移）。如图9－1所示，在插入有凹透镜的情况下，加工点在高度方向上位置是从聚光透镜6远离。
图9－2是表示由控制装置对工作台的高度进行了调整的情况下的激光加工装置的状态的图。在图9－2中示出在插入有转印率变更透镜5B的情况下，控制装置40X对工作台8的高度进行了调整的状 态。另外，在这里省略透镜取放部10A的图示。
在插入有转印率变更透镜5B的情况下，控制装置40X使工作台8移动至与转印率变更透镜5B的焦距f2以及插入位置（高度方向的位置）等相对应的位置。换言之，控制装置40X使工作台8移动至与插入有转印率变更透镜5B的情况下的转印光学系统相对应的位置处。
另外，在插入转印率变更透镜5A、5B时，也可以使聚光透镜6的位置移动。在该情况下，也预先计算出转印率变更透镜的焦距、加工孔径与能量密度之间的关系。并且，将用于获得期望的加工孔径以及能量密度的转印率变更透镜预先配置在激光加工装置100A、100B中。另外，对应于每个加工条件，预先将插入有转印率变更透镜5A、5B的情况下的聚光透镜6的移动量储存在存储部42中。由此，控制部43基于加工条件而决定转印率变更透镜5A、5B的取出/放入，并且，使聚光透镜6移动与加工条件相对应的距离。
图9－3是表示由控制装置对聚光透镜的高度进行了调整的情况下的激光加工装置的状态的图。在图9－3中示出在插入有转印率变更透镜5B的情况下，控制装置40Y对聚光透镜6的高度进行了调整的状态。另外，在这里省略透镜取放部10B的图示。
控制装置40Y基于加工条件，对透镜取放部10B和聚光透镜6进行控制。此时的控制装置40Y通过使聚光透镜6在激光L1的光轴方向上移动而对聚光位置进行控制。
在插入有转印率变更透镜5B的情况下，控制装置40Y使聚光透镜6移动至与转印率变更透镜5B的焦距f2以及插入位置（高度方向的位置）等相对应的位置处。换言之，控制装置40Y使聚光透镜6移动至与插入有转印率变更透镜5B的情况下的转印光学系统相对应的位置处。
另外，控制装置40X、40Y也可以对聚光透镜6的位置和工作台8的位置这两者进行控制。换言之，控制装置40X、40Y也可以构成为，控制装置40X、40Y对聚光透镜6的位置和工作台8的位置中的至少一方进行控制。
另外，透镜取放部10A、10B也可以进行多个转印率变更透镜的取出/放入。图10是表示用于进行多个转印率变更透镜的取出/放入的透镜取放部的第1结构例的图。
作为透镜取放部10A、10B的一个例子的透镜取放部10X，对多个转印率变更透镜进行保持，并且，将所保持的转印率变更透镜中的任一个在光路上取出/放入。
透镜取放部10X具有圆板状部件。并且，在圆板状部件上配置有凸透镜61、63和凹透镜62这三个转印率变更透镜。另外，在圆板状部件上预先设置不配置转印率变更透镜的孔60。该孔60具有不会遮挡激光L1而使激光L1穿过的尺寸（直径比激光L1的直径大）。
控制装置40X、40Y从多个转印率变更透镜中选择与加工条件相对应的转印率变更透镜。然后，控制装置40X、40Y将所选择的转印率变更透镜取出/放入至透镜取放部10X。此时，透镜取放部10X以圆板状部件的中心位置65为旋转中心，使圆板状部件在与其主面平行的面内旋转。由此，使与加工条件相对应的转印率变更透镜移动至激光L1的光路上。
例如，在与加工条件相对应的转印率变更透镜为凸透镜61的情况下，透镜取放部10X使凸透镜61移动至激光L1的光路上。由此，使激光L1穿过凸透镜61。
另外，在与加工条件相对应的转印率变更透镜是无转印率变更透镜的情况下，透镜取放部10X使孔60移动至激光L1的光路上。由此，使激光L1穿过孔60。
图11是表示用于进行多个转印率变更透镜的取出/放入的透镜取放部的第2结构例的图。作为透镜取放部10A、10B的一个例子的透镜取放部10Y具有板状部件（矩形板部件），该板状部件具有矩形状的主面。并且，在矩形板部件上配置有凸透镜61、63和凹透镜62这三个转印率变更透镜。另外，在矩形板部件上预先设置不设置转印率变更透镜的孔60。
控制装置40X、40Y选择与加工条件相对应的转印率变更透镜。并且，控制装置40X、40Y将所选择的转印率变更透镜取出/放入至 透镜取放部10Y。此时，透镜取放部10Y使矩形板部件在与其主面平行的面内沿直线方向移动。由此，使与加工条件相对应的转印率变更透镜移动至激光L1的光路上。
另外，在仅对1个转印率变更透镜进行取出/放入的情况下，预先在透镜取放部10X、10Y上载置1个转印率变更透镜即可。另外，控制装置40X、40Y也可以使透镜取放部10X、10Y与加工条件相对应，在上下方向（与激光L1的光轴平行的方向）上移动。在该情况下，控制装置40X、40Y通过使转印率变更透镜在激光L1的光轴方向上移动，从而对照射在工件7上的激光L1的转印率进行控制。
另外，也可以在透镜取放部10X、10Y上自由拆装地配置转印率变更透镜。由此，能够将用户（user）需要的转印率变更透镜配置在透镜取放部10X、10Y上。
另外，激光加工装置100A、100B也可以从多个掩模3X中取出/放入某一个掩模3X。图12是表示用于进行多个掩模的取出/放入的掩膜取放部的结构例的图。
掩模取放部30将掩模直径不同的多个掩模在光路上取出/放入。掩模取放部30具有圆板状部件。并且，在圆板状部件上配置有4个掩模31～34。控制装置40X、40Y从4个掩模31～34中选择与加工条件相对应的掩模3X。并且，控制装置40X、40Y将所选择的掩模3X取出/放入至掩模取放部30。此时，掩模取放部30以圆板状部件的中心位置35为旋转中心，使圆板状部件在与其主面平行的面内旋转。由此，使与加工条件相对应的掩模3X移动至激光L1的光路上。
例如，在与加工条件相对应的掩模3X为掩模31的情况下，掩模取放部30使掩模31移动至激光L1的光路上。由此，使激光L1穿过掩模31。激光L1通过穿过掩模31而变为与掩模31的掩模直径相对应的光束直径，从掩模31射出。
另外，在本实施方式中，针对将某一个转印率变更透镜插入至光路上的情况进行了说明，但也可以将多个转印率变更透镜同时插入至光路上。在将某一个转印率变更透镜插入至光路上的情况下，能够使激光加工装置100A、100B的结构减小。另外，在将某一个转印率 变更透镜插入至光路上的情况下，能够将透镜插入时的光路偏移抑制得较小，并且，能够容易地进行所插入的转印率变更透镜的位置对齐。
如上所述，在本实施方式中，预先对应于期望的孔径以及能量密度而设定转印率变更透镜的焦距以及插入位置等。并且，预先对应于转印率变更透镜的焦距以及插入位置等，设定工作台8的移动量或聚光透镜6的移动量。激光加工装置100A、100B通过进行转印率变更透镜的取出/放入，从而能够使像转印率变化。其结果，加工孔径的调整范围以及能量密度的调整范围变大，能够扩大可加工的范围（条件）。
如上所述，根据实施方式，在掩模3X和聚光透镜6之间进行转印率变更透镜5A、5B的取出/放入。进而，通过与转印率变更透镜5A、5B的取出/放入动作相对应，对聚光透镜6和工件7之间的距离进行调整，从而进行聚光位置的调整。由此，能够扩大加工孔径的范围以及能量密度的范围。
工业实用性 
如上所述，本实用新型所涉及的激光加工装置以及激光加工方法，适用于使用转印光学系统的激光加工。
标号的说明 
3X掩模，5A、5B转印率变更透镜，6聚光透镜，7工件，8工作台，10A、10B、10X、10Y透镜取放部，20激光振荡器，30A、30B虚拟掩模，40X、40Y控制装置，41加工条件输入部，42存储部，43控制部，61、63凸透镜，62凹透镜，100A、100B激光加工装置，L1激光。

Claims (7)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：
掩模，其对从激光振荡器射出的激光的光束尺寸进行限制；
工作台，其用于载置被加工物；
聚光透镜，其对穿过所述掩模的激光进行聚光并向所述工作台上的被加工物照射；
转印率变更透镜，其对所述激光的转印率进行变更，并且配置为能够在所述掩模和所述聚光透镜之间的光路上取出/放入；以及
控制部，其通过调整所述聚光透镜和所述被加工物之间的距离，从而对所述激光在所述被加工物上聚光的聚光位置进行控制。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
在第1加工条件下，所述转印率变更透镜位于所述光路上，在第2加工条件下，所述转印率变更透镜位于所述光路外。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述转印率变更透镜具有与所述第1加工条件相对应的规格，并且，配置在所述掩模和所述聚光透镜之间的光路上的位置中的、与所述第1加工条件相对应的位置处，
在所述第1加工条件下，所述聚光位置为与所述第1加工条件相对应的位置。
4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，
所述规格是所述转印率变更透镜的焦距。
5.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述第1及第2加工条件是所述被加工物上的加工孔径以及能量密度。
6.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
还具有透镜取放部，其对多个转印率变更透镜进行保持，并且，将所保持的转印率变更透镜中的某一个在所述光路上取出/放入，
所述控制部从所述多个转印率变更透镜中选择与所述第1加工条件相对应的转印率变更透镜，所述透镜取放部使所选择的转印率变更透镜移动至所述光路上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
在对所述激光的转印率进行变更时，1至多个所述转印率变更透镜中的某一个转印率变更透镜位于所述光路上。
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