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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JP
Japan
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optical element
laser
optical
pulse
processing apparatus
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JP2000282605A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Tsunemi
明良 常見
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus and a processing method, and more particularly to a processing apparatus and a processing method for piercing a workpiece by irradiating a pulsed laser beam.

【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。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。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。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。
2. Description of the Related Art In conventional laser processing, processing is performed by focusing a pulse laser beam emitted from a laser light source on one processing point. The pulse waveform of the pulse laser beam is almost determined by the laser light source. For this reason, it has been difficult to flexibly change the pulse waveform depending on the material of the processing object and the shape of the hole to be processed. Further, it has been difficult to flexibly change a wavelength, a pulse interval, a power density distribution in a beam cross section, and the like depending on an object to be processed.

【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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of flexibly changing the characteristics of a pulse laser beam according to the material and structure of a workpiece and the shape of a hole to be processed. 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 shape of a hole from being disturbed due to melting of an object to be processed.

【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る第4の光学素子とを有するレーザ
加工装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a laser light source for emitting a pulsed laser beam, and a first light source for transmitting the pulsed laser beam emitted from the laser light source at least along a first optical axis. A first optical element for splitting into a second beam propagating along the second optical axis and a second beam propagating along the second optical axis; A second optical element to be changed, a second beam whose optical characteristics have been changed by the second optical element, and the first beam so that the first beam propagates along the same optical axis. A third optical element for changing the traveling direction of the first or second beam, a stage for holding the object to be processed, and the first and second beams propagating along the same optical axis to the stage. Focus on the held workpiece 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。
Since the first beam and the second beam having different optical characteristics from the first beam are converged on the object to be processed along the same optical axis, the first beam has a pulse waveform or the like suitable for processing. Processing can be performed with a 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。
According to another aspect of the present invention, a pulse laser beam having a pulse shape in which the time from the rise of the pulse to the peak power is longer than the time from the peak power to the completion of the fall is generated. A laser processing method is provided, which includes a step of irradiating the pulsed laser beam onto a surface of a processing target to perform a boring process.

【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。
According to still another aspect of the present invention, a pulse having a pulse shape in which the absolute value of the slope of the rising portion at the time when the power becomes の of the peak power is smaller than the absolute value of the slope of the falling portion. There is provided a laser processing method including a step of generating a laser beam, and a step of performing a boring process by irradiating the surface of a processing target with the pulsed laser beam.

【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。これにより、所望の形状の穴を開けることが
できる。
[0009] The sharp fall of the pulse waveform prevents the material around the hole from melting after the hole is opened. Thereby, a hole having a desired shape can be formed.

【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。レーザ光源1が、パルス
レーザビームを出射する。レーザ光源1は、例えばCO
2ガスレーザ、YAGレーザ、YLFレーザ、YVO4
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。レーザ光源1から出射したパルスレーザビームが、
偏光板3の第1の面に入射角45°で入射する。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。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。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。
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The laser light source 1 emits a pulse laser beam. The laser light source 1 is, for example, CO 2
It is composed of a two- gas laser, a YAG laser, a YLF laser, a YVO 4 laser, an excimer laser, a Ti: sapphire laser, a semiconductor laser, an argon ion laser, or the like. The pulse laser beam emitted from the laser light source 1 is
The light is incident on the first surface of the polarizing plate 3 at an incident angle of 45 °. An S component (a component polarized in a direction perpendicular to the plane of incidence) of the pulsed laser beam is reflected by the polarizing plate 3 and becomes a first beam PL1 that propagates along the optical axis 25. The P component (the component polarized in a direction parallel to the incident surface) of the pulsed laser beam becomes the second beam PL2 that passes through the polarizing plate 3 and propagates along the optical axis 26. When the energies of the S component and the P component of the pulsed laser beam incident on the polarizing plate 3 are equal, the energies per pulse of the first beam PL1 and the second beam PL2 are 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。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。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。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 optical path of the pulse laser beam between the laser light source 1 and the polarizing plate 3, an optical element 10 is arranged as required. When the energies of the S component and the P component of the pulsed laser beam are not equal, the energy of both components can be equalized by disposing the Faraday rotator at the position of the optical element 10. Note that an optical element capable of changing the polarization direction, such as a half-wave plate or a quarter-wave plate, may be used outside the Faraday rotator. In the embodiment described below, it is assumed that the energies of the S component and the P component are equal.

【0012】光軸26に沿って伝搬する第2のビームP
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。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、
偏光板3を透過し、第1のビームPL1と同じ光軸25
に沿って伝搬する。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。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。
A second beam P propagating along the optical axis 26
L2 is reflected by the reflection mirrors 4, 5, and 6, and re-enters the second surface of the polarizing plate 3 at an incident angle of 45 °. Since the second beam PL2 includes only the P component with respect to the polarizing plate 3,
The same optical axis 25 as that of the first beam PL1 is transmitted through the polarizing plate 3.
Propagate along. If necessary, an optical element 11 is arranged in an optical path between the polarizing plate 3 and the reflection mirror 4, and an optical element 12 is arranged in an optical path between the reflection mirrors 5 and 6. In addition, another optical element may be arranged in the optical path between the reflection mirrors 4 and 5 or between 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。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
のビームPL2を、加工対象物20の表面上に集光す
る。
A stage 8 holds a workpiece 20 on its upper surface. A condensing optical element 7, for example, a convex lens, includes a first beam PL1 and a second beam PL1 propagating along the first optical axis 25.
Is 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
L2の光学的特性を変化させる。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。第1のビームPL1と、光学的特性の変化した第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。
The optical elements 11 and 12 provide a second beam P
Changes the optical properties of L2. For example, it performs wavelength conversion, changes a pulse waveform, changes a power density distribution in a beam cross section, or causes a delay. A first beam PL1 and a second beam having changed optical characteristics.
Is irradiated onto the surface of the processing object 20, so that the characteristics of the pulsed laser beam are more flexibly changed than in the case where the optical properties of one pulsed laser beam are 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
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。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。
Further, when a Faraday rotator or the like is arranged in the optical path of the second beam PL2 to shift the polarization direction, the second
Part of the beam PL2 is reflected by the polarizing plate 3 and re-enters the optical element 11. As a result, the beam is gradually introduced into the processing object 20 while circulating in the circulating optical path defined by the polarizing plate 3 and the reflection mirrors 4, 5, and 6.

【0016】次に、図2を参照して、上記実施例の第1
の具体例について説明する。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。
Next, referring to FIG. 2, the first embodiment of the above embodiment will be described.
A specific example will be described. In the first specific example, a delay element, for example, an optical fiber is used as the optical element 11, and an axicon telescope is used 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。一般的に、パワー密
度分布はガウス分布で近似できる。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。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。
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。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。
FIG. 2A shows a power density distribution in the beam cross section of the first beam PL1. Generally, the power density distribution can be approximated by a Gaussian distribution. FIG. 2B shows a power density distribution of the second beam PL <b> 2 after passing through the optical element 11. By passing through an axicon telescope, it is possible to obtain a distribution with a concave center.
That is, the gradient of the power density distribution in the radial direction of the second beam PL2 is opposite to that of the first beam PL1. Since the optical element 12 delays the second beam PL2, the first beam PL1 reaches the workpiece 20 first, and then the second beam PL2.

【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。第1のビームP
L1のパワー密度分布がガウス分布に近似されるため、
中心部が深いU字型の穴が形成される。図2(D)は、
第2のビームPL2が照射された後の穴の断面形状を示
す。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。
FIG. 2C shows a cross-sectional shape of a hole formed by the irradiation of the first beam PL1. First beam P
Since the power density distribution of L1 is approximated to a Gaussian distribution,
A U-shaped hole with a deep center is formed. FIG. 2 (D)
7 shows a cross-sectional shape of the hole after the irradiation with the second beam PL2. The side surface of the hole is shaved by the second beam PL2, and a hole having a steep side sectional shape is obtained.

【0019】上記第1の具体例においては、光学素子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。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。
In the first specific example, the optical element 1
The case where the axicon telescope is used as 1 has been described, but instead of the axicon telescope, another optical element that can reduce the power density at the center of the beam and increase the power density at the periphery is used. You may. An example of such an optical element is an aspheric lens.

【0020】次に、図3を参照して、上記実施例の第2
の具体例について説明する。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。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。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。
Next, referring to FIG. 3, the second embodiment of the above embodiment will be described.
A specific example will be described. In the second specific example, an element for generating frequency chirp is arranged at the position of the optical element 10, an element for performing chirp compensation is arranged at the position of the optical element 11, and a delay element is arranged at the position of the optical element 12. For example, an optical fiber having a self-phase modulation effect can be used as an element for generating a frequency chirp. As an element for performing chirp compensation, for example, a grating pair can be used.

【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。第1のビーム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。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。
FIG. 3A shows the pulse waveforms of the first beam PL1 and the second beam PL2 when they do not overlap on the time axis on the optical axis 25. First beam P
L1 has a relatively long pulse width because it has undergone frequency chirp. The second beam PL2 has a relatively short pulse width because of chirp compensation.

【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。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。第1のビームPL
1の照射点が冷却されないうちに、第2のビームPL2
が照射される。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 irradiating the first object PL1 with the first beam PL1, the beam irradiation point of the object 20 is heated. Since the peak power is low, no holes are formed or shallow holes are formed. First beam PL
Before the first irradiation point is cooled, the second beam PL2
Is irradiated. Due to the irradiation of the second beam PL2, a deep hole is formed at the irradiation point.

【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。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。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。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。こ
のため、所望の形状を穴を形成することが困難になる。
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。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。
It is considered that the hole is formed by laser irradiation in the infrared region due to the thermal effect of the laser. That is, when laser irradiation is performed, the vicinity of the irradiation point of the object to be processed melts and evaporates. Since the second beam PL2 is irradiated before the position to be drilled is cooled, the hole is drilled relatively easily. Even after the hole is formed, if a laser beam having sufficient power to melt the workpiece is irradiated, a molten layer is formed on the side wall of the hole and solidifies without being removed. Therefore, it leads to a decrease in processing quality. For this reason, it is difficult to form a hole having a desired shape.
The second beam PL2 shown in FIG. 3A has a shorter pulse, and its pulse waveform has a sharp fall. Therefore, after the hole is formed, the material around the hole is prevented from being melted, and a hole having a desired shape can be formed.

【0024】図3(B)は、第2のビームPL2が第1
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。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。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。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。
FIG. 3B shows that the second beam PL2 is the first beam PL2.
Shows a pulse waveform when the pulse overlaps the falling portion of the pulse PL1. The overlapped pulse has a pulse waveform such that the time from the rise to the peak power is longer than the time from the peak power to the fall. Alternatively, it has a pulse waveform in which the absolute value of the slope of the rising portion at the time when the power becomes 1 / of the peak power is smaller than the absolute value of the slope of the falling portion. In the pulse waveform shown in FIG. 3B as well, the falling edge is steep, so that a hole having a desired shape can be formed.

【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。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。
この場合、第2のビームPL2が、第1のビーム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。
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。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。
In the above example, a chirp element is arranged at the position of the optical element 10, a chirp compensating element is arranged at the position of the optical element 11, and a delay element is arranged at the position of the optical element 12. Other combinations of these arrangements are also conceivable. For example, a chirp element may be arranged at the position of the optical element 11 and a delay element may be arranged at the position of the optical element 12.
In this case, the second beam PL2 is changed to the first beam PL1.
And the pulse width of the second beam PL2 becomes shorter than the pulse width of the first beam PL1.
If a chirp compensating element is further arranged after the chirp element arranged at the position of the optical element 11, the second beam PL2 can be made shorter in pulse than the first beam PL1. When an optical fiber is used as the chirp element, the chirp element can also serve as a delay element.

【0026】次に、他の具体例について説明する。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。これにより、パルス幅を長くするこ
とができる。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。また、
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。
Next, another specific example will be described. When a delay element such as an optical fiber is disposed at the position of the optical element 11, the first beam PL1 and the second beam PL2 overlap with a slight shift. Thereby, the pulse width can be increased. By changing the delay time of the second beam PL2, the width of the pulse on which the first beam PL1 and the second beam PL2 are superimposed can be changed. Also,
If the delay time is increased to such an extent that the second beam PL2 does not overlap the first beam PL1, a pulse train in which two pulses are arranged on the time axis can be formed.

【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。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。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。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。
When the zoom lens is arranged at the position of the optical element 11, the spot size of the second beam PL2 on the surface of the processing object 20 can be changed. When the first beam PL1 and the second beam PL2 are irradiated in a superimposed manner, the tail of the power density distribution of the beam spot becomes gentle. If the second beam PL2 is delayed, laser irradiation can be performed first on a small area with a high power density and subsequently on a wider area with a low power density. Conversely, it is also possible to first irradiate a large area with a low power density with a laser and then to irradiate a small area with 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
1の波長とを異ならせることができる。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。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。加
工に適した波長は、材料によって異なる。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。
When the wavelength conversion element is arranged at the position of the optical element 11, the wavelength of the second beam PL2 and the first beam PL
One wavelength can be different. For example, an optical parametric oscillator can be used as the wavelength conversion element. This makes it possible to simultaneously irradiate a pulsed laser beam containing two wavelength components. The wavelength suitable for processing differs depending on the material. By performing the drilling process by simultaneously irradiating a pulsed laser beam containing components of two wavelengths, the shape of the hole may be able to be approximated to a 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。
When a laser amplifier is arranged at the position of the optical element 11 and a delay element is arranged at the position of the optical element 12, the processing object 20 is irradiated with the first beam PL1, and subsequently, the high-power second The beam PL2 can be irradiated.

【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。
When a combination of an electro-optical element such as a Pockels element and a polarizing plate or an acousto-optical element is arranged at the position of the optical element 11, only a specific part can be cut out 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、
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。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。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。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。
When an image relay optical system including a mask and a beam expander are arranged at the position of the optical element 11,
The beam diameter can be increased, and the tail of the power density distribution (beam profile) in the beam cross section can be cut off. This combination is suitable for, for example, drilling a resin substrate coated with a metal film. For example, it is possible to make a hole in the metal film with a first beam PL1 of a short pulse, and make a hole in a resin substrate with a broad second beam. Since the beam profile of the broad second pulse is shaped, high processing quality can be obtained.

【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。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。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。
In the above embodiment, the first beam PL1 and the second beam PL2 have the same energy per pulse, but they may have different energies per pulse. When a Faraday rotator, a half-wave plate, a quarter-wave plate, or the like is arranged at the position of the optical element 10 to control the polarization direction, the energy distribution rate of the polarizing plate 3 can be controlled. Furthermore, if a delay element is arranged at the position of the optical element 11, two pulses having different energies per pulse can be applied to the object 20 at predetermined time intervals.

【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
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。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。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。
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。
When an electro-optical element is disposed at the position of the optical element 10 and the polarization direction is changed with time, the polarization plate 3
Can be changed over time. For example, when the P component is set to 0 in the first period and the S component is set to 0 in the other second periods, only the first beam PL1 is irradiated in the first period, and the irradiation is performed in the second period. Irradiation with only the second beam PL2 can be performed. That is, the pulse laser beam can be divided into the first beam PL1 and the second beam PL2 in units of pulses.
When the first period and the second period are switched at the same period as the pulse repetition period of the laser light source 1, the irradiation of the first beam PL1 and the irradiation of the second beam PL2 can be performed alternately. it can.

【0034】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。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。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
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。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。こ
れにより、加工対象物上に照射されるビームの特性を、
レーザ加工に適したものにすることが可能になる。
As described above, according to the present invention,
The pulsed laser beam can be split into two beams to change the optical properties of one beam. After changing the optical properties of one of the beams, the two beams are propagated along the same optical axis and illuminate the workpiece. With this, the characteristics of the beam irradiated on the workpiece
This makes it suitable for laser processing.

【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。
FIG. 1 is a schematic view 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。
FIG. 2 is a graph showing the power density distribution in the beam cross section of the first and second beams used in the method according to the first embodiment of the present invention; FIG. 4 is a cross-sectional view and a cross-sectional view of a hole after irradiation with a 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。
FIG. 3 is a graph showing pulse waveforms of first and second beams used in a method according to a second example of the embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 3 Polarizer 4, 5, 6 Reflection mirror 7 Condensing optical element 8 Stage 10, 11, 12 Optical element 20 Workpiece 25 First optical axis 26 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 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01S 3/00 G02B 27/00 E

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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
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。
1. A laser light source for emitting a pulsed laser beam, a first beam propagating the pulsed laser beam emitted from the laser light source at least along a first optical axis, and a second light source.
A first optical element for splitting into a second beam propagating along the optical axis of the second beam, and a second optical element arranged in an optical path of the second beam for changing an optical characteristic of the second beam. An optical element; a second beam whose optical characteristics have been changed by the second optical element; and the first or second beam so that the first beam propagates along the same optical axis. A third optical element that changes the traveling direction of the beam, a stage that holds the object to be processed, and the first and second beams that propagate along the same optical axis. A laser processing apparatus comprising: a fourth optical element that focuses light on an object.
【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. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the second optical element delays the second beam.
【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。
3. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the second optical element reverses a gradient of a power density distribution in a radial direction in a beam cross section.
【請求項4】 前記第2の光学素子が、さらに前記第2
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。
4. The second optical element further comprises a second optical element.
4. The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the beam is delayed.
【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。
5. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the second optical element shortens and delays a pulse width of the second beam.
【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。
6. The second optical element according to claim 5, wherein the second optical element delays the second beam such that the shortened second beam overlaps a falling portion of the pulse of the first beam. The laser processing apparatus according to the above.
【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. The laser according to claim 5, further comprising a chirp element for imparting a frequency chirp to the pulse laser beam emitted from the laser light source, wherein the second optical element includes a chirp compensating element. Processing equipment.
【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。
8. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the first optical system divides the pulse laser beam emitted from the laser light source into the first beam and the second beam in pulse units.
【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. A step of generating a pulsed laser beam having a pulse shape in which the time from the rise of the pulse to the peak power is longer than the time from the peak power to the completion of the fall; Irradiating the surface of the object to be drilled to perform drilling.
【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。
10. A step of generating a pulsed laser beam having a pulse shape in which the absolute value of the slope of the rising portion at the time when the power becomes 1 / of the peak power is smaller than the absolute value of the slope of the falling portion. Irradiating the pulsed laser beam on the surface of the object to be drilled to perform drilling.
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