JP2002096187A - Laser beam machine and machining method - Google Patents

Laser beam machine and machining method

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JP2002096187A
JP2002096187A JP2000282605A JP2000282605A JP2002096187A JP 2002096187 A JP2002096187 A JP 2002096187A JP 2000282605 A JP2000282605 A JP 2000282605A JP 2000282605 A JP2000282605 A JP 2000282605A JP 2002096187 A JP2002096187 A JP 2002096187A
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Application number
JP2000282605A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Tsunemi
明良 常見
Original Assignee
Sumitomo Heavy Ind Ltd
住友重機械工業株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machine capable of flexibly changing characteristics of a pulse laser beam according to the quality of a material and structure of a machining object and a shape of a hold to be machined. SOLUTION: A pulse laser beam which is emitted from a laser beam source 1 is branched off to the first beam propagating along the first optical axis 25 and the second beam propagating along the second optical axis 26 by the first optical element 10. The second optical element 11 which changes optical characteristics of the second beam is arranged inside of an optical path of the second beam. The second beam 26 and the first beam 25 which are changed their optical characteristics by the second optical element 11 is propagated by the third optical element 12 along the same optical axis. A machining object 20 is held on a stage 8. The first and the second beams are condensed on the machining object 20 along the same optical axis.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置及び加工方法に関し、加工対象物にパルスレーザビームを照射して穴開け加工を行う加工装置及び加工方法に関する。 The present invention relates to relates to a laser processing apparatus and processing method, a processing apparatus and processing method for machining drilling by irradiating a pulsed laser beam to a workpiece.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来のレーザ加工では、レーザ光源から出射されたパルスレーザビームを1つの加工点に集光することにより加工が行われていた。 In a conventional laser machining, machining by condensing the pulsed laser beam emitted from the laser light source into a single processing point has been carried out. パルスレーザビームのパルス波形は、レーザ光源によってほぼ決まっている。 Pulse waveform of the pulse laser beam is substantially determined by a laser light source. このため、加工対象物の材質や加工すべき穴の形状によってパルス波形を柔軟に変えることが困難であった。 Therefore, it is difficult to change the pulse waveform flexibly by the shape of the hole to be material and machining of the workpiece. また、加工対象物によって、波長、パルス間隔、ビーム断面内のパワー密度分布等を柔軟に変えて加工を行うことが困難であった。 Further, the workpiece, the wavelength, pulse interval, it is difficult to perform flexibly varied machining power density distribution or the like in the beam cross section.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、加工対象物の材質や構造、加工すべき穴の形状に応じて、パルスレーザビームの特性を柔軟に変えることが可能なレーザ加工装置を提供することである。 The object of the present invention is to solve the above, the material and structure of the object, depending on the shape of the hole to be machined, the pulsed laser beam laser processing apparatus capable of flexibly changing the characteristics of the it is to provide.

【0004】本発明の他の目的は、加工対象物の溶融等による穴の形状の乱れを防止することが可能なレーザ加工方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a laser processing method capable of preventing the disturbance of the shape of the hole by melting or the like of the object.

【0005】 [0005]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によると、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを少なくとも第1の光軸に沿って伝搬する第1のビームと第2の光軸に沿って伝搬する第2のビームとに分岐させる第1の光学素子と、前記第2のビームの光路内に配置され、該第2のビームの光学的特性を変化させる第2の光学素子と、前記第2の光学素子により光学的特性を変化させられた第2のビームと、前記第1のビームとが、同一の光軸に沿って伝搬するように前記第1もしくは第2のビームの進行方向を変える第3の光学素子と、加工対象物を保持するステージと、同一の光軸に沿って伝搬する前記第1及び第2のビームを、前記ステージに保持された加工対象物上に集光す According to one aspect of the present invention SUMMARY OF THE INVENTION The first propagating along a laser light source for emitting a pulsed laser beam, at least a first optical axis pulsed laser beam emitted from the laser light source the beam and a first optical element that splits the second beam propagating along a second optical axis, is disposed in the optical path of the second beam, the optical properties of the second beam a second optical element for changing, a second beam that is allowed to change the optical properties by the second optical element, the first beam and is said to propagate along the same optical axis a third optical element for changing the traveling direction of the first or second beam, and a stage for holding a workpiece, said first and second beams propagating along the same optical axis, said stage It is focused on the workpiece held 第4の光学素子とを有するレーザ加工装置が提供される。 The laser processing apparatus is provided with a fourth optical element.

【0006】第1のビームと、それとは光学的特性の異なる第2のビームとが、同一の光軸に沿って加工対象物上に集光されるため、加工に適したパルス波形等を有するビームで加工を行うことができる。 [0006] having a first beam, it and the second beam having different optical properties are to be focused on the workpiece along the same optical axis, a pulse waveform or the like suitable for processing it can be processed by the beam.

【0007】本発明の他の観点によると、パルスの立ち上がりからピークパワーに達するまでの時間が、ピークパワーに達してから立ち下がり完了までの時間よりも長いパルス形状を有するパルスレーザビームを発生させる工程と、前記パルスレーザビームを加工対象物の表面上に照射して穴開け加工を行う工程とを有するレーザ加工方法が提供される。 [0007] According to another aspect of the present invention, the time from the rise of the pulse to reach the peak power to generate a pulsed laser beam having a long pulse shape than the time to the falling completed upon reaching peak power a step, a laser processing method and a step of performing drilling by irradiating on a surface of said pulsed laser beam workpiece is provided.

【0008】本発明のさらに他の観点によると、ピークパワーの1/2のパワーになる時刻における立ち上がり部分の傾きの絶対値が、立ち下がり部分の傾きの絶対値よりも小さいパルス形状を有するパルスレーザビームを発生させる工程と、前記パルスレーザビームを加工対象物の表面上に照射して穴開け加工を行う工程とを有するレーザ加工方法が提供される。 [0008] According to yet another aspect of the present invention, the absolute value of the slope of the rising portion at the time to be 1/2 of the power of the peak power, pulse having a small pulse shape than the absolute value of the slope of the falling portion a step of generating a laser beam, the laser processing method and a step of performing a drilling process by irradiating the pulsed laser beam onto a surface of the workpiece is provided.

【0009】パルス波形の立ち下がりが急峻であるため、穴が開いた後に穴の周囲の材料が溶融することを防止できる。 [0009] For the fall of the pulse waveform is steep, it is possible to prevent the material around the hole is melted after the hole is opened. これにより、所望の形状の穴を開けることができる。 This allows a hole having a desired shape.

【0010】 [0010]

【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Figure 1 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. レーザ光源1が、パルスレーザビームを出射する。 Laser light source 1 emits a pulsed laser beam. レーザ光源1は、例えばCO The laser light source 1, for example, CO
2ガスレーザ、YAGレーザ、YLFレーザ、YVO 4レーザ、エキシマレーザ、Ti:サファイアレーザ、半導体レーザ、またはアルゴンイオンレーザ等で構成される。 2 gas laser, YAG laser, YLF laser, YVO 4 laser, excimer laser, Ti: composed of sapphire laser, a semiconductor laser or an argon ion laser, or the like. レーザ光源1から出射したパルスレーザビームが、 Pulsed laser beam emitted from the laser light source 1,
偏光板3の第1の面に入射角45°で入射する。 At an incident angle of 45 ° to the first surface of the polarizing plate 3. パルスレーザビームのS成分(入射面に対して垂直な方向に偏光した成分)が偏光板3で反射し、光軸25に沿って伝搬する第1のビームPL1となる。 Pulsed laser beam S component (component polarized in a direction perpendicular to the plane of incidence) is reflected by the polarizer 3, the first beam PL1 propagating along the optical axis 25. パルスレーザビームのP成分(入射面に平行な方向に偏光した成分)は、偏光板3を透過し、光軸26に沿って伝搬する第2のビームPL2となる。 Pulsed laser beam P component (component polarized in the direction parallel to the plane of incidence) passes through the polarizing plate 3, a second beam PL2 propagating along the optical axis 26. 偏光板3に入射するパルスレーザビームのS成分とP成分とのエネルギが等しい場合には、第1のビームPL1と第2のビームPL2との1パルスあたりのエネルギが等しくなる。 If the energy of the S component and P component of the pulse laser beam incident on the polarizing plate 3 are equal, the energy per pulse of the first beam PL1 and the second beam PL2 is equal.

【0011】レーザ光源1と偏光板3との間のパルスレーザビームの光路内に、必要に応じて光学素子10が配置される。 [0011] pulsed laser beam in the optical path between the laser light source 1 and the polarizing plate 3, the optical element 10 is arranged as needed. パルスレーザビームのS成分とP成分とのエネルギが等しくない場合には、光学素子10の位置にファラデー回転子を配置することにより、両者のエネルギを等しくすることができる。 If the energy of the S component and P component of the pulse laser beam are not equal, by placing a Faraday rotator in the position of the optical element 10, it is possible to equalize the energy of both. なお、ファラデー回転子の外に偏光方向を変化させることができる光学素子、たとえば1/2波長板や1/4波長板等を用いることもできる。 The optical element capable of changing the polarization direction out of the Faraday rotator, for example, can also be used half-wave plate or a quarter-wave plate or the like. 以下に説明する実施例では、S成分とP成分とのエネルギが等しいものとする。 In the embodiments described below, it is assumed energy between S component and P component equal.

【0012】光軸26に沿って伝搬する第2のビームP [0012] The second beam P propagating along the optical axis 26
L2は、反射ミラー4、5、及び6で反射され、偏光板3の第2の面に入射角45°で再入射する。 L2 is reflected by the reflection mirror 4, 5, and 6, and re-enters at an incident angle 45 ° to the second surface of the polarizing plate 3. 第2のビームPL2は、偏光板3に対してP成分のみを含むため、 Since the second beam PL2 is containing only P component with respect to the polarizing plate 3,
偏光板3を透過し、第1のビームPL1と同じ光軸25 Transmitted through the polarizing plate 3, the same optical axis as the first beam PL1 25
に沿って伝搬する。 It propagates along the. 必要に応じて、偏光板3と反射ミラー4との間の光路内に光学素子11が配置され、反射ミラー5と6との間の光路内に光学素子12が配置される。 If necessary, the optical element 11 is disposed in the optical path between the polarizer 3 and the reflection mirror 4, the optical element 12 is disposed in the optical path between the reflecting mirror 5 and 6. なお、反射ミラー4と5との間、または反射ミラー6と偏光板3との間の光路内に他の光学素子を配置してもよい。 It is also possible to place the other optical elements in the optical path between the between the reflecting mirror 4 and 5 or the reflection mirror 6 and the polarizing plate 3,.

【0013】ステージ8がその上面に加工対象物20を保持する。 [0013] Stage 8 holds the workpiece 20 on its upper surface. 集光光学素子7、例えば凸レンズが、第1の光軸25に沿って伝搬する第1のビームPL1及び第2 Focusing optical element 7, for example a convex lens, a first beam PL1 propagating along the first optical axis 25 and a second
のビームPL2を、加工対象物20の表面上に集光する。 The beam PL2, are focused on the surface of the workpiece 20.

【0014】光学素子11及び12は、第2のビームP [0014] The optical element 11 and 12, the second beam P
L2の光学的特性を変化させる。 Changing the optical properties of the L2. 例えば、波長変換を行ったり、パルス波形を変化させたり、ビーム断面内のパワー密度分布を変化させたり、遅延を生じさせたりする。 For example, or perform wavelength conversion, or by changing a pulse waveform, or by changing the power density distribution in the beam cross section, or cause delay. 第1のビームPL1と、光学的特性の変化した第2 A first beam PL1, the changes in optical properties 2
のビームPL2とが、加工対象物20の表面に照射されることになるため、1つのパルスレーザビームの光学的性質を変化させる場合に比べて、パルスレーザビームの特性を、より柔軟に変化させることが可能になる。 And beam PL2 is, because that will be applied to the surface of the object 20, as compared with the case of changing the optical properties of one pulsed laser beam, the characteristics of the pulsed laser beam, thereby more flexibly changed it becomes possible.

【0015】また、第2のビームPL2の光路内にファラデー回転素子等を配置して偏光方向をずらすと、第2 Further, when the optical path of the second beam PL2 by placing the Faraday rotator or the like shifting the polarization direction, the second
のビームPL2の一部の成分が偏光板3で反射され、光学素子11に再入射する。 Some of the components of the beam PL2 is reflected by the polarizer 3, and re-enters the optical element 11. これにより、ビームが、偏光板3、反射ミラー4、5及び6で画定される周回光路内を周回しながら、少しずつ加工対象物20に導入される。 Thus, the beam, the polarizing plate 3, while orbiting the round optical path defined by the reflection mirror 4, 5 and 6, is introduced into the workpiece 20 gradually.

【0016】次に、図2を参照して、上記実施例の第1 Next, with reference to FIG. 2, the first of the above Examples
の具体例について説明する。 Specific examples of the will be described. 第1の具体例では、光学素子11として遅延素子、例えば光ファイバを用い、光学素子12としてアキシコンテレスコープを用いる。 In the first embodiment, using the delay element as the optical element 11, for example an optical fiber, using the axicon telescope as the optical element 12.

【0017】図2(A)は、第1のビームPL1のビーム断面内のパワー密度分布を示す。 FIG. 2 (A) shows the power density distribution of the beam cross section of the first beam PL1. 一般的に、パワー密度分布はガウス分布で近似できる。 Generally, the power density distribution can be approximated by a Gaussian distribution. 図2(B)は、光学素子11を通過した後の第2のビームPL2のパワー密度分布を示す。 Figure 2 (B) shows the power density distribution of the second beam PL2 after passing through the optical element 11. アキシコンテレスコープを通過させることにより、中央が窪んだ分布とすることが可能である。 By passing the axicon telescope, it is possible to centrally recessed distribution.
すなわち、第2のビームPL2の半径方向に関するパワー密度分布の傾きが、第1のビームPL1のそれと逆になる。 That is, the slope of the power density distribution for the radial direction of the second beam PL2 becomes the opposite to that of the first beam PL1. 光学素子12が第2のビームPL2を遅延させるため、まず第1のビームPL1が加工対象物20に到達し、その後第2のビームPL2が到達する。 Since the optical element 12 delays the second beam PL2, the first beam PL1 first reaches the workpiece 20, and then reaches the second beam PL2 is.

【0018】図2(C)は、第1のビームPL1の照射により形成された穴の断面形状を示す。 [0018] FIG. 2 (C) shows a hole of a cross shape formed by the irradiation of the first beam PL1. 第1のビームP The first beam P
L1のパワー密度分布がガウス分布に近似されるため、 Since the power density distribution of L1 is approximated to a Gaussian distribution,
中心部が深いU字型の穴が形成される。 Center is a deep U-shaped holes are formed. 図2(D)は、 FIG. 2 (D)
第2のビームPL2が照射された後の穴の断面形状を示す。 It shows the hole in the cross-sectional shape after the second beam PL2 is irradiated. 第2のビームPL2により穴の側面が削られ、側面の切り立った断面形状の穴が得られる。 Sides of the hole are ground by the second beam PL2, the holes in the sectional shape steep on the sides is obtained.

【0019】上記第1の具体例においては、光学素子1 [0019] In the first embodiment, the optical element 1
1としてアキシコンテレスコープを用いた場合を説明したが、アキシコンテレスコープの代わりに、ビームの中心部のパワー密度を低下させ、周辺部のパワー密度を高めることができる他の光学素子を用いてもよい。 Having described the case of using the axicon telescope as 1, used in place of the axicon telescope reduces the power density of the central portion of the beam, the other optical element that can increase the power density of the peripheral portion it may be. このような光学素子として、例えば非球面レンズ等が挙げられる。 As such an optical element, for example an aspheric lens, and the like.

【0020】次に、図3を参照して、上記実施例の第2 Next, with reference to FIG. 3, the second above-described embodiment
の具体例について説明する。 Specific examples of the will be described. 第2の具体例では、光学素子10の位置に周波数チャープを生じさせる素子を配置し、光学素子11の位置にチャープ補償を行う素子を配置し、光学素子12の位置に遅延素子を配置する。 In the second embodiment, it arranged an element that causes a frequency chirp to the position of the optical element 10, the element that chirp compensation is disposed at the position of the optical element 11, placing the delay elements in the position of the optical element 12. 周波数チャープを生じさせる素子として、例えば自己位相変調効果を持つ光ファイバを用いることができる。 As an element to generate a frequency chirp may be used, for example optical fiber having a self-phase modulation effect. チャープ補償を行う素子として、例えばグレーティング対を用いることができる。 As an element for performing chirp compensation, it can be used, for example a grating pair.

【0021】図3(A)は、光軸25上において第1のビームPL1と第2のビームPL2とが時間軸上で重ならない場合の両者のパルス波形を示す。 [0021] FIG. 3 (A) shows both the pulse waveform when the first beam PL1 on the optical axis 25 and the second beam PL2 do not overlap in time. 第1のビームP The first beam P
L1は、周波数チャープを受けているため、比較的長いパルス幅を有する。 L1, since undergoing frequency chirp has a relatively long pulse width. 第2のビームPL2は、チャープ補償されているため、比較的短いパルス幅を有する。 Second beam PL2 is because it is chirped compensated, with a relatively short pulse width.

【0022】第1のビームPL1が加工対象物20に照射されることにより、加工対象物20のビーム照射点が加熱される。 [0022] By first beam PL1 is irradiated to the workpiece 20, the beam irradiation point of the object 20 is heated. ピークパワーが低いため、穴は形成されないか、もしくは浅い穴が形成される。 Because the peak power is low, the holes either not formed or shallow holes are formed. 第1のビームPL The first beam PL
1の照射点が冷却されないうちに、第2のビームPL2 While one irradiation point can not be cooled, a second beam PL2
が照射される。 There is irradiated. 第2のビームPL2の照射により、その照射点に深い穴が形成される。 By the irradiation of the second beam PL2, a deep hole in the irradiation point is formed.

【0023】赤外域のレーザ照射により穴開けが行われるのは、レーザの熱的効果によると考えられる。 [0023] The drilled by laser irradiation in the infrared region is performed may be due to thermal effects of the laser. すなわち、レーザ照射を行うと、加工対象物の照射点近傍が溶融し、蒸発する。 That is, when performing laser irradiation, irradiation point near the workpiece is melted and evaporated. 穴開けすべき位置が冷却されないうちに第2のビームPL2が照射されるため、比較的容易に穴が開く。 Since the second beam PL2 is illuminated while the position to be drilled is not cooled, relatively easily pitting. 穴が形成された後も、加工対象物を溶融させるのに十分なパワーのレーザビームが照射されていると、穴の側壁上に溶融層が形成され、それが除去されずに固化してしまうため、加工品質の低下につながる。 After the hole is formed, the laser beam of sufficient power to melt the workpiece is irradiated, molten layer is formed on the sidewalls of the hole, it will be solidified without being removed Therefore, leading to reduction in processing quality. このため、所望の形状を穴を形成することが困難になる。 Therefore, it is difficult to form a hole of the desired shape.
図3(A)に示した第2のビームPL2は、短パルス化されており、そのパルス波形の立ち下がりが急峻である。 Second beam PL2 shown in FIG. 3 (A), are short pulses, the fall of the pulse waveform is steep. このため、穴が形成された後に、穴の周囲の材料が溶融することを防止し、所望の形状の穴を形成することができる。 Therefore, after the hole is formed, prevents the surrounding of the hole material is melted, it is possible to form a hole having a desired shape.

【0024】図3(B)は、第2のビームPL2が第1 [0024] FIG. 3 (B), the second beam PL2 is first
のパルスPL1の立ち下がり部分に重なった場合のパルス波形を示す。 It shows a pulse waveform when overlapping the falling edge of the pulse PL1. 両者が重なったパルスは、その立ち上がりからピークパワーに達するまでの時間が、ピークパワーに達してから立ち下がり完了までの時間よりも長くなるようなパルス波形を有する。 Both are overlapped pulses, the time from the rising until it reaches the peak power, has a pulse waveform is longer than the time to fall complete after reaching the peak power. または、ピークパワーの1/2のパワーになる時刻における立ち上がり部分の傾きの絶対値が、立ち下がり部分の傾きの絶対値よりも小さくなるようなパルス波形を有する。 Or the absolute value of the slope of the rising portion at the time to be 1/2 of the power of the peak power, has a pulse waveform is smaller than the absolute value of the slope of the falling portion. 図3(B)に示したパルス波形においても、その立ち下がりが急峻であるため、所望の形状の穴を形成することができる。 Even in the pulse waveform shown in FIG. 3 (B), therefore falling is sharp, it is possible to form a hole having a desired shape.

【0025】上記具体例では、光学素子10の位置にチャ-プ素子を配置し、光学素子11の位置にチャ-プ補償素子を配置し、光学素子12の位置に遅延素子を配置したが、これらの配置には、他の組み合わせも考えられる。 [0025] In the above embodiment, tea at the position of the optical element 10 - arranged flop elements, tea at the position of the optical element 11 - arranged flop compensating element has been arranged delay elements the position of the optical element 12, these arrangements, other combinations are also contemplated. 例えば、光学素子11の位置にチャ-プ素子を配置し、光学素子12の位置に遅延素子を配置してもよい。 For example, tea in the position of the optical element 11 - arranged flop elements may be arranged delay elements the position of the optical element 12.
この場合、第2のビームPL2が、第1のビームPL1 In this case, the second beam PL2 is, first beam PL1
よりも遅延するとともに、第2のビームPL2のパルス幅が、第1のビームPL1のパルス幅よりも短くなる。 With delayed than the pulse width of the second beam PL2 is shorter than the pulse width of the first beam PL1.
なお、光学素子11の位置に配置したチャ-プ素子の後に、さらにチャープ補償素子を配置すると、第2のビームPL2を第1のビームPL1よりも短パルスにすることができる。 Incidentally, tea was placed in position of the optical element 11 - after the flop elements, further Placing chirp compensation element can also be a short pulse from the second beam PL2 first beam PL1. チャープ素子として光ファイバを用いると、チャープ素子に遅延素子を兼ねさせることができる。 When an optical fiber is used as a chirp element may serve also as a delay element to the chirp element.

【0026】次に、他の具体例について説明する。 [0026] Next, a description will be given of other embodiments. 光学素子11の位置に光ファイバ等の遅延素子を配置すると、第1のビームPL1と第2のビームPL2とが少しだけずれて重なる。 Placing a delay element such as an optical fiber to a position of the optical element 11, the first beam PL1 and the second beam PL2 overlap shifted slightly. これにより、パルス幅を長くすることができる。 This makes it possible to lengthen the pulse width. 第2のビームPL2の遅延時間を変えることにより、第1のビームPL1と第2のビームPL2とが重畳されたパルスの幅を変えることができる。 By varying the delay time of the second beam PL2, a first beam PL1 and the second beam PL2 can change the width of the superimposed pulses. また、 Also,
第2のビームPL2が第1のビームPL1に重ならない程度まで遅延時間を長くすると、2つのパルスが時間軸上で並んだパルス列を形成することができる。 When the second beam PL2 is longer delay time to the extent that they do not overlap the first beam PL1, can be two pulses forming a pulse train lined on the time axis.

【0027】光学素子11の位置にズームレンズを配置すると、加工対象物20の表面上における第2のビームPL2のスポットサイズを変えることができる。 [0027] Placing the zoom lens to the position of the optical element 11, it is possible to change the spot size of the second beam PL2 on the surface of the workpiece 20. 第1のビームPL1と第2のビームPL2とを重ねて照射すると、ビームスポットのパワー密度分布の裾野がなだらかになる。 When irradiated overlapping the first beam PL1 and a second beam PL2, base of the power density distribution of the beam spot becomes gentle. 第2のビームPL2を遅延させると、最初に高パワー密度で小さな領域にレーザ照射し、続いてより広い領域に低パワー密度でレーザ照射を行うことができる。 Delaying the second beam PL2, first laser irradiation to a small area at a high power density, it can be subsequently irradiated with a laser beam at low power density over a wider area. 逆に、最初に低パワー密度で広い領域にレーザ照射し、続いて高パワー密度で小さな領域にレーザ照射を行うことも可能である。 Conversely, by laser irradiation over a wide area initially low power density, it is also possible to perform subsequently laser irradiation to a small area at a high power density.

【0028】光学素子11の位置に波長変換素子を配置すると、第2のビームPL2の波長と第1のビームPL [0028] Placing the wavelength converting element to the position of the optical element 11, the wavelength of the first beam PL of the second beam PL2
1の波長とを異ならせることができる。 It can be made different from the first wavelength. 波長変換素子として、例えばオプティカルパラメトリック発振器を用いることができる。 As the wavelength conversion element can be used, for example an optical parametric oscillator. これにより、2つの波長の成分を含むパルスレーザビームを同時に照射することができる。 Thus, it is possible to irradiate the pulsed laser beam comprising two components of the wavelengths simultaneously. 加工に適した波長は、材料によって異なる。 Wavelength suitable for processing differs depending on the material. 2つの波長の成分を含むパルスレーザビームを同時に照射して穴開け加工を行うことにより、穴の形状を所望の形状に近づけることができる場合があるであろう。 By performing the drilling process by irradiating pulsed laser beams simultaneously containing two components of wavelengths, there will be cases that can be brought close to the shape of the hole to the desired shape.

【0029】光学素子11の位置にレーザ増幅器を配置し、光学素子12の位置に遅延素子を配置すると、加工対象物20に、第1のビームPL1を照射し、続いて高パワーの第2のビームPL2を照射することができる。 [0029] The laser amplifier arranged at the position of the optical element 11, placing the delay elements in the position of the optical element 12, the workpiece 20, the first beam PL1 is irradiated, followed by a high-power second it can be irradiated with the beam PL2.

【0030】光学素子11の位置にポッケルス素子等の電気光学素子と偏光板との組み合わせ、または音響光学素子を配置すると、第2のビームPL2の時間波形から特定の一部分のみを切り出すことができる。 [0030] Placing a combination or an acousto-optic element, the the position of the optical element 11 and the electro-optical element such as a Pockels cell and polarizer, can be cut only a specified portion from the time waveform of the second beam PL2.

【0031】光学素子11の位置にマスクを含むイメージリレー光学系とビームエキスパンダとを配置すると、 [0031] When arranging the image relay optical system and a beam expander comprising a mask at the position of the optical element 11,
ビーム径を大きくするとともに、ビーム断面内のパワー密度分布(ビームプロファイル)の裾引き部分を切り落とすことができる。 With increasing the beam diameter, it is possible to cut off the trailing portion of the power density distribution in the beam cross-section (beam profile). この組み合わせは、例えば金属膜でコーティングされた樹脂基板への穴あけ加工等に適している。 This combination is suitable for example drilling or the like to the coated resin substrate with a metal film. 例えば、短パルスの第1のビームPL1で金属膜に穴あけを行い、ブロードな第2のビームで樹脂基板に穴あけを行うことができる。 For example, it performs drilling the metal film in the first beam PL1 short pulse, it is possible to perform drilling a resin substrate with broad second beam. ブロードな第2のパルスのビームプロファイルが整形されているため、高い加工品質を得ることができる。 Since the beam profile of the broad second pulse is shaped, it is possible to obtain a high processing quality.

【0032】上記実施例では、第1のビームPL1と第2のビームPL2との1パルスあたりのエネルギが等しいものとしたが、両者の1パルスあたりのエネルギを異ならせてもよい。 [0032] In the above embodiment, it is assumed energy per pulse of the first beam PL1 and the second beam PL2 is equal, may have different energy per pulse of both. 光学素子10の位置にファラデー回転子、1/2波長板、あるいは1/4波長板等を配置して偏光方向を制御すると、偏光板3によるエネルギ分配率を制御することができる。 Faraday rotator to the position of the optical element 10, 1/2-wavelength plate, or the place the quarter-wave plate or the like for controlling the polarization direction, it is possible to control the energy distribution ratio by the polarizer 3. さらに、光学素子11の位置に遅延素子を配置すると、1パルスあたりのエネルギの異なる2つのパルスを、加工対象物20に、所定の時間間隔で照射することができる。 Furthermore, placing the delay elements in the position of the optical element 11, the two pulses of different energy per pulse, in the object 20 can be irradiated at a predetermined time interval.

【0033】また、光学素子10の位置に電気光学素子を配置し、時間によって偏光方向を変えると、偏光板3 Further, the electro-optical element is disposed at a position of the optical element 10, when changing the polarization direction by the time, the polarizing plate 3
によるエネルギ分配率を時間的に変化させることができる。 It can be time-varying energy distribution ratio by. 例えば、第1の期間はP成分を0にし、他の第2の期間はS成分を0にすると、第1の期間には第1のビームPL1のみの照射を行い、第2の期間には第2のビームPL2のみの照射を行うことができる。 For example, the first period is the P component to zero, when the other second period to 0 S component, the first period performs irradiation of only the first beam PL1, the second period it is possible to perform irradiation of only the second beam PL2. すなわち、パルスレーザビームを、第1のビームPL1と第2のビームPL2とに、パルス単位で振り分けることができる。 That is, the pulsed laser beam, the first beam PL1 and the second beam PL2, can be distributed in pulse units.
第1の期間と第2の期間とを、レーザ光源1のパルスの繰り返し周期と同一の周期で切り替えると、第1のビームPL1の照射と第2のビームPL2の照射とを交互に行うことができる。 A first and second time periods, the switched pulse repetition period identical to the period of the laser light source 1, is possible to the irradiation of the irradiation and the second beam PL2 of the first beam PL1 alternately it can.

【0034】以上実施例に沿って本発明を説明したが、 [0034] While the present invention has been described with the preferred embodiments,
本発明はこれらに制限されるものではない。 The present invention is not limited thereto. 例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 For example, various modifications, improvements, combinations and the like can be obvious to those skilled in the art.

【0035】 [0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、 As described in the foregoing, according to the present invention,
パルスレーザビームを2つのビームに分割し、一方のビームの光学的性質を変化させることができる。 A pulsed laser beam is divided into two beams, it is possible to vary the optical properties of one beam. 一方のビームの光学的性質を変化させた後、2つのビームを同一の光軸に沿って伝搬させ、加工対象物上に照射する。 After changing the optical properties of one beam, two beams propagate along the same optical axis, and irradiates the object to be processed. これにより、加工対象物上に照射されるビームの特性を、 Thus, the characteristics of the beam irradiated onto the workpiece,
レーザ加工に適したものにすることが可能になる。 It is possible to make them suitable for laser machining.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の第1の具体例による方法で用いられる第1及び第2のビームのビーム断面内のパワー密度分布を示すグラフ、第1のビーム照射により形成される穴の断面図、及び第2のビームを照射した後の穴の断面図である。 [Figure 2] Example first specific example of the first and second used in the process according to the beam graph showing the power density distribution of the beam cross section of the present invention, the hole formed by the first beam irradiation sectional view, and a cross-sectional view of a hole after irradiation with the second beam.

【図3】本発明の実施例の第2の具体例による方法で用いられる第1及び第2のビームのパルス波形を示すグラフである。 3 is a graph showing the first and second beam pulse waveform used in the method according to the second embodiment of the embodiment of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 レーザ光源 3 偏光板 4、5、6 反射ミラー 7 集光光学素子 8 ステージ 10、11、12 光学素子 20 加工対象物 25 第1の光軸 26 第2の光軸 1 the laser light source 3 polarizer 4,5,6 reflecting mirror 7 focusing optic 8 stages 10, 11, 12 optical element 20 the object 25 first optical axis 26 and the second optical axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 3/00 G02B 27/00 E ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (51) Int.Cl. 7 identification mark FI theme Court Bu (reference) H01S 3/00 G02B 27/00 E

Claims (10)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを少なくとも第1の光軸に沿って伝搬する第1のビームと第2 1. A laser light source for emitting a pulsed laser beam, a first beam propagating along at least a first optical axis pulsed laser beam emitted from the laser light source and the second
    の光軸に沿って伝搬する第2のビームとに分岐させる第1の光学素子と、 前記第2のビームの光路内に配置され、該第2のビームの光学的特性を変化させる第2の光学素子と、 前記第2の光学素子により光学的特性を変化させられた第2のビームと、前記第1のビームとが、同一の光軸に沿って伝搬するように前記第1もしくは第2のビームの進行方向を変える第3の光学素子と、 加工対象物を保持するステージと、 同一の光軸に沿って伝搬する前記第1及び第2のビームを、前記ステージに保持された加工対象物上に集光する第4の光学素子とを有するレーザ加工装置。 Of a first optical element that splits the second beam propagating along the optical axis, it is disposed in the optical path of the second beam, a second for changing the optical properties of the second beam an optical element, wherein a second beam which is to change the optical properties by the second optical element, the first beam and the said first or second to propagate along the same optical axis a third optical element for changing the traveling direction of the beam, a stage for holding the workpiece, the same said first and second beam propagating along the optical axis, the processing object held by the stage laser processing apparatus and a fourth optical element for condensing the Butsujo.
  2. 【請求項2】 前記第2の光学素子が前記第2のビームを遅延させる請求項1に記載のレーザ加工装置。 2. A laser processing apparatus according to claim 1, wherein the second optical element delaying the second beam.
  3. 【請求項3】 前記第2の光学素子が、ビーム断面内の半径方向に関するパワー密度分布の傾きを逆にする請求項1に記載のレーザ加工装置。 Wherein the second optical element, the laser machining apparatus according to claim 1, the slope of the power density distribution for the radial direction in the beam cross section in the opposite.
  4. 【請求項4】 前記第2の光学素子が、さらに前記第2 Wherein said second optical element is further the second
    のビームを遅延させる請求項3に記載のレーザ加工装置。 The laser processing apparatus of claim 3 for delaying the beam.
  5. 【請求項5】 前記第2の光学素子が、前記第2のビームのパルス幅を短くし、かつ遅延させる請求項1に記載のレーザ加工装置。 Wherein said second optical element, the laser machining apparatus according to claim 1, to shorten the pulse width of the second beam, and delays.
  6. 【請求項6】 前記第2の光学素子が、短パルス化された第2のビームが前記第1のビームのパルスの立ち下がり部分と重なるように該第2のビームを遅延させる請求項5に記載のレーザ加工装置。 Wherein said second optical element, in claim 5 in which the second beam pulse shortening delays the first of the second beam so as to overlap with the trailing edge of the pulse of the beam the laser processing apparatus according.
  7. 【請求項7】 さらに、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームに周波数チャープを付与するチャープ素子を有し、前記第2の光学素子が、チャープ補償素子を含む請求項5または6に記載のレーザ加工装置。 7. further comprising a chirp element imparting frequency chirp to the pulse laser beam emitted from the laser light source, the second optical element, laser according to claim 5 or 6 comprising a chirp compensator processing equipment.
  8. 【請求項8】 前記第1の光学系が、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを、パルス単位で前記第1のビームと第2のビームとに振り分ける請求項1に記載のレーザ加工装置。 Wherein said first optical system, a laser machining apparatus according to the pulse laser beam emitted from the laser light source, to claim 1 for distributing to said first and second beams in pulse units.
  9. 【請求項9】 パルスの立ち上がりからピークパワーに達するまでの時間が、ピークパワーに達してから立ち下がり完了までの時間よりも長いパルス形状を有するパルスレーザビームを発生させる工程と、 前記パルスレーザビームを加工対象物の表面上に照射して穴開け加工を行う工程とを有するレーザ加工方法。 9. time from the rising of the pulse to reach the peak power, a step of generating a pulsed laser beam having a long pulse shape than the time to the falling completed upon reaching peak power, the pulse laser beam laser processing method and a step of performing a boring irradiated onto the surface of the object to.
  10. 【請求項10】 ピークパワーの1/2のパワーになる時刻における立ち上がり部分の傾きの絶対値が、立ち下がり部分の傾きの絶対値よりも小さいパルス形状を有するパルスレーザビームを発生させる工程と、 前記パルスレーザビームを加工対象物の表面上に照射して穴開け加工を行う工程とを有するレーザ加工方法。 The absolute value of the slope of the rising portion at the time to be half the power of 10. The peak power is, the step of generating a pulsed laser beam having a small pulse shape than the absolute value of the slope of the falling portion, laser processing method and a step of performing drilling by irradiating processed on the surface of the pulsed laser beam workpiece.
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