JP2005262219A - Laser beam machining apparatus and laser beam drawing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ描画方法に関し、特に、レーザビームの進行方向を振りながら、加工対象物にレーザ照射を行うレーザ加工装置及びレーザ描画方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser drawing method, and more particularly, to a laser processing apparatus and a laser drawing method for irradiating a workpiece with laser while changing the traveling direction of a laser beam.
レーザビームは様々な加工に用いられている。例えば、特許文献1に、導電性薄膜を所定のパタンに加工するレーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置について以下に説明する。レーザ光源から出射したレーザビームが、開閉可能なシャッタに入射する。シャッタを開閉することにより、加工対象物にレーザが照射される状態とレーザが照射されない状態とが切り替わる。加工対象物が、ステージ機構に保持される。ステージ機構が加工対象物を所定の平面内で移動させることにより、被加工面上のビーム入射位置が移動する。位置検出機構により、加工対象物の位置が検出される。 Laser beams are used in various processes. For example, Patent Document 1 describes a laser processing apparatus that processes a conductive thin film into a predetermined pattern. This laser processing apparatus will be described below. A laser beam emitted from the laser light source enters a shutter that can be opened and closed. By opening and closing the shutter, a state in which the laser beam is irradiated on the object to be processed and a state in which the laser beam is not irradiated are switched. A workpiece is held by the stage mechanism. When the stage mechanism moves the object to be processed within a predetermined plane, the beam incident position on the surface to be processed moves. The position of the object to be processed is detected by the position detection mechanism.
ステージ機構が、加工パタンに応じて加工対象物を移動させる。加工対象物が加工開始位置に到達した時点でシャッタを開いて、加工対象物へのレーザ照射を開始し、加工対象物が加工終了位置に到達した時点でシャッタを閉じて、加工対象物へのレーザ照射を終了する。 The stage mechanism moves the processing object according to the processing pattern. When the workpiece reaches the machining start position, the shutter is opened and laser irradiation to the workpiece is started. When the workpiece reaches the machining end position, the shutter is closed and the workpiece is moved to the workpiece. End laser irradiation.
特許文献1には、また、以下のようなレーザ加工装置も記載されている。レーザ光源から出射したレーザビームが、上述のようなシャッタに入射する。シャッタから出射したレーザビームが、揺動可能な反射鏡で反射されて、取付台に保持された加工対象物に入射する。反射鏡を揺動させて、レーザビームの進行方向を振ることにより、被加工面上のビーム入射位置が移動する。反射鏡の姿勢(基準位置からの変位角)を検出することにより、レーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置が検出される。 Patent Document 1 also describes the following laser processing apparatus. The laser beam emitted from the laser light source enters the shutter as described above. The laser beam emitted from the shutter is reflected by a swingable reflecting mirror and is incident on a workpiece to be held on the mounting base. By swinging the reflecting mirror and swinging the traveling direction of the laser beam, the beam incident position on the processing surface is moved. By detecting the posture of the reflecting mirror (displacement angle from the reference position), the position on the processing surface where the laser beam is assumed to be incident is detected.
反射鏡を揺動させながら、ビームが入射すると想定される位置が加工開始位置に到達した時点でシャッタを開いて、加工対象物へのレーザ照射を開始し、ビームが入射すると想定される位置が加工終了位置に到達した時点でシャッタを閉じて、加工対象物へのレーザ照射を終了する。 While the reflecting mirror is swung, the shutter is opened when the position where the beam is supposed to be incident reaches the machining start position, the laser irradiation to the workpiece is started, and the position where the beam is supposed to be incident is When the processing end position is reached, the shutter is closed and the laser irradiation to the processing object is ended.
また、以下に説明するようなレーザ加工装置及び加工方法が、一般に知られている。レーザ光源から出射したレーザビームが、ガルバノスキャナで進行方向を振られて、ステージ機構に保持された加工対象物に照射される。ガルバノスキャナが、レーザビームの進行方向を振る(レーザビームを走査する)ことにより、被加工面上のビーム入射位置が移動する。しかし、ガルバノスキャナでレーザビームを走査できる範囲には限りがあるので、加工対象物の位置が固定されたままでは、被加工面全面にレーザビームを照射できない場合がある。このような場合、次のようにして、被加工面全面にレーザ照射を行うことができる。 In addition, a laser processing apparatus and a processing method described below are generally known. The laser beam emitted from the laser light source is swayed in the traveling direction by the galvano scanner, and is irradiated onto the object to be processed held by the stage mechanism. When the galvano scanner swings the traveling direction of the laser beam (scans the laser beam), the beam incident position on the processing surface moves. However, since the range in which the laser beam can be scanned by the galvano scanner is limited, there is a case where the entire surface to be processed cannot be irradiated with the position of the object to be processed being fixed. In such a case, the entire surface to be processed can be irradiated with laser as follows.
加工対象物の位置を固定したまま、被加工面のガルバノスキャナで走査可能な範囲内にレーザ照射を行う。その範囲内に対するレーザ照射が完了したら、レーザ未照射の領域がガルバノスキャナで走査可能な範囲内に位置するように、ステージ機構を動作させて、加工対象物を移動させる。加工対象物の移動が完了したら、再び、加工対象物の位置を固定したまま、ガルバノスキャナで走査可能な範囲内にレーザ照射を行う。このような工程を繰り返して、被加工面全面にレーザが照射される。 Laser irradiation is performed within a range that can be scanned by a galvano scanner on the surface to be processed while the position of the processing object is fixed. When the laser irradiation with respect to the range is completed, the stage mechanism is operated so as to move the object to be processed so that the unirradiated region is positioned within the range that can be scanned by the galvano scanner. When the movement of the object to be processed is completed, the laser irradiation is performed again within a range that can be scanned by the galvano scanner while the position of the object to be processed is fixed. By repeating such steps, the entire surface to be processed is irradiated with laser.
上述したような、ガルバノスキャナによるレーザビーム走査と、加工対象物の移動とが交互に繰り返される加工では、ステージ機構の始動及び停止(加工対象物を保持する保持台の加減速)が繰り返される。保持台の加減速は、瞬時に行うことができないので、ステージ機構の始動及び停止の回数が多いほど、加工時間の短縮化を図ることは困難となる。 In the processing in which the laser beam scanning by the galvano scanner and the movement of the workpiece are repeated alternately as described above, the start and stop of the stage mechanism (acceleration and deceleration of the holding table that holds the workpiece) is repeated. Since acceleration / deceleration of the holding table cannot be performed instantaneously, it becomes more difficult to shorten the machining time as the number of times the stage mechanism is started and stopped.
本発明の一目的は、被加工領域全体へレーザを照射する時間の短縮化を図ることができるレーザ描画方法及びそれに用いることができるレーザ加工装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser drawing method capable of shortening the time for irradiating a laser to the entire region to be processed and a laser processing apparatus that can be used therefor.
本発明の一観点によれば、連続波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レーザビームを偏向させ、外部から入力される制御信号に基づいて偏向方向を変化させるビーム偏向器と、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームが入射する位置に加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて該加工対象物を移動させるステージ機構と、前記加工対象物が移動している期間中に、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って加工対象物上を移動するように、前記ステージ機構と前記ビーム偏向器とを制御する制御装置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, a laser light source that emits a continuous wave laser beam, and a beam deflector that deflects the laser beam emitted from the laser light source and changes a deflection direction based on a control signal input from the outside. A stage mechanism for holding the workpiece at a position where the laser beam deflected by the beam deflector is incident and moving the workpiece based on a control signal input from the outside, and the workpiece During the moving period, the stage mechanism and the beam deflector are controlled so that the incident position of the laser beam deflected by the beam deflector moves on the workpiece along the target locus. A laser processing apparatus having a control device is provided.
加工対象物を移動させながら、かつ、レーザビームを走査しながら、被加工領域にレーザが照射される。被加工領域全体にレーザを照射するために必要となるステージの始動及び停止の回数を、従来技術より少なくできるので、被加工領域全体にレーザ照射を行うのに要する時間の短縮化が図られる。 While moving the object to be processed and scanning the laser beam, the region to be processed is irradiated with laser. Since the number of times of starting and stopping the stage necessary for irradiating the entire processing region with the laser can be reduced as compared with the prior art, the time required for performing laser irradiation on the entire processing region can be shortened.
図1は、本発明の実施例によるレーザ加工装置のブロック図である。本レーザ加工装置では、ステージ8aに保持された加工対象物7にレーザビームが照射される。ステージ8aが、基台8fに保持されており、基台8fに、XY直交座標系が固定されている。
FIG. 1 is a block diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention. In this laser processing apparatus, a laser beam is irradiated to the
レーザ光源1が、連続波レーザビームを出射する。レーザ光源1として、例えば、高調波発生ユニットを含むYAGレーザや、半導体レーザを用いることができる。レーザ光源1から出射したレーザビームが、レーザ光源1からアッテネータ3までの光路上に配置されたシャッタ2に入射する。シャッタ2は、同期制御装置9bに制御され、アッテネータ3にレーザビームを入射させる状態と、入射させない状態とを切り替える。アッテネータ3として、レーザビームのパワーの減衰量が可変のバリアブルアッテネータを用いることができる。
A laser light source 1 emits a continuous wave laser beam. As the laser light source 1, for example, a YAG laser including a harmonic generation unit or a semiconductor laser can be used. The laser beam emitted from the laser light source 1 is incident on the
シャッタ2として、例えば、レーザビームの透過領域と遮光領域とを含んで構成される機械的なシャッタを用いることができる。このようなシャッタ2では、レーザビームの入射位置に、透過領域が配置される状態と遮光領域が配置される状態とを切り替え、透過領域を透過したレーザビームを、アッテネータ3に入射させる。シャッタ2として、揺動可能な反射鏡を用いることもできる。このようなシャッタ2では、反射鏡の揺動する角度を制御し、それに入射したレーザビームが、アッテネータ3に入射する方向に反射される状態と、アッテネータ3に入射しない方向に反射される状態とを切り替える。
As the
シャッタ2を、例えば、ポッケルス効果を示す電気光学素子、偏光ビームスプリッタ、及び、ダンパを含んで構成することもできる。このようなシャッタ2は、以下に説明するようにして機能する。レーザ光源1から出射するレーザビームが、直線偏向であり、偏光ビームスプリッタに対するP波であるとする。偏光ビームスプリッタが、P波を透過させ、S波を反射する。
The
レーザ光源から出射したP波が、電気光学素子に入射する。電気光学素子に所定電圧が印加されると、電気光学素子に入射したP波は、偏光面が回転され、偏光ビームスプリッタに対するS波となる。電気光学素子から出射したS波が、偏光ビームスプリッタで反射され、レーザビームを吸収して光路の終端となるダンパに入射する。このときレーザビームは、アッテネータ3に入射しない。一方、電気光学素子に電圧が印加されないとき、電気光学素子に入射したレーザビームは、電気光学素子からP波のまま出射し、偏光ビームスプリッタを透過して、アッテネータ3に入射する。なお、偏光ビームスプリッタで反射されたS波がアッテネータ3に入射し、偏光ビームスプリッタを透過したP波がダンパに入射するようにしても構わない。
P waves emitted from the laser light source enter the electro-optic element. When a predetermined voltage is applied to the electro-optic element, the P wave incident on the electro-optic element is rotated in the plane of polarization and becomes an S wave for the polarization beam splitter. The S wave emitted from the electro-optic element is reflected by the polarization beam splitter, absorbs the laser beam, and enters the damper that is the end of the optical path. At this time, the laser beam does not enter the
また、シャッタ2を、音響光学素子及びダンパを含んで構成することもできる。音響光学素子は、所定の高周波信号が印加されることにより、それに入射したレーザビームを偏向させることができる。高周波信号が印加されないとき、レーザビームは偏向されない。このようなシャッタ2では、音響光学素子で偏向されたレーザビーム及び偏向されなかったレーザビームの一方が、アッテネータ3に入射するようにし、他方がダンパに入射するようにする。なお、音響光学素子を用いたシャッタ2は、レーザ光源1から出射するレーザビームが、直線偏向でなくても機能する。
The
シャッタ2から出射してアッテネータ3に入射したレーザビームは、アッテネータ3でパワーを調節されて、折り返しミラー4で反射された後、ガルバノスキャナ5に入射して、偏向される。ガルバノスキャナ5は、2枚の揺動可能な反射鏡であるX用揺動鏡5a及びY用揺動鏡5b、X用揺動鏡5a及びY用揺動鏡5bをそれぞれ駆動するガルバノX用モータ5c及びガルバノY用モータ5d、ガルバノX用モータ5c及びガルバノY用モータ5dのそれぞれの基準位置からの変位角を検出するガルバノX用エンコーダ5e及びガルバノY用エンコーダ5fを含んで構成される。
The laser beam emitted from the
X用揺動鏡5a及びY用揺動鏡5bはそれぞれ、ガルバノスキャナ5から出射するレーザビームの進行方向を、X軸方向及びY軸方向に振る。X用揺動鏡5a及びY用揺動鏡5bの動作を組み合わせることにより、レーザビームをXY面に平行な2次元方向に振ることができる。ガルバノ制御装置9cが、ガルバノX用モータ5c及びガルバノY用モータ5dを制御し、レーザビームを所望の方向に偏向させる。
The X
ガルバノスキャナ5を出射したレーザビームが、fθレンズ6で収束されて、ステージ8aに保持された加工対象物7に入射する。なお、加工対象物7の表面が、XY平面に平行である。fθレンズ6を用いることにより、ガルバノスキャナ5で様々な方向に偏向されたレーザビームが、加工対象物7の表面に垂直入射し、また、加工対象物7の表面上で焦点を結ぶ(ビームスポットが最小になる)ようにできる。加工対象物7の表面に、例えば、離散的に配置された複数の直線パタンからなる描画パタン7aが画定されている。
The laser beam emitted from the galvano scanner 5 is converged by the
加工対象物7は、例えば、プリント配線板や、表面にITO膜が形成されたガラス基板であり、レーザ照射により、その表面に凹部が形成される。加工対象物7は、また例えば、基板と基板表面に形成された転写層とを含んで構成され、転写層にレーザを照射して加熱することにより、転写層が基板に接着されるものである。このような加工対象物7においては、レーザ照射後に、転写層のレーザが照射されなかった部分を剥離することにより、基板上に、接着された転写層からなる凸部が形成される。
The
ステージ機構8が、基台8f、基台8fに保持されたステージ8a、ステージ8aを駆動するステージX用モータ8b及びステージY用モータ8c、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cのそれぞれの回転角度を検出するステージX用エンコーダ8d及びステージY用エンコーダ8eを含んで構成される。
The
ステージ8aは、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cで駆動されることにより、基台8fに対して、XY面に平行な2次元方向に移動することができる。ステージ8aを駆動する両モータとして、例えばステッピングモータが用いられる。ステージ制御装置9dが、両モータを制御し、ステージ8aを所望の位置に移動させる。
The
ガルバノスキャナ5が、レーザビームの進行方向を振る(レーザビームを走査する)ことにより、被加工面上のビーム入射位置を移動できる。しかし、ガルバノスキャナ5でレーザビームを振れる範囲には限りがあるので、加工対象物7の位置を固定したままでは、描画パタン7a全体にレーザ照射を行うことができない場合がある。ステージ機構8で加工対象物7を移動させることにより、描画パタン7aの所望の部分をガルバノスキャナ5で走査可能な範囲内に位置させることができる。
The galvano scanner 5 can move the beam incident position on the surface to be processed by changing the traveling direction of the laser beam (scanning the laser beam). However, since the range in which the galvano scanner 5 can oscillate the laser beam is limited, there are cases where the
本実施例によるレーザ加工装置は、以下に説明するようにしてステージ機構8及びガルバノスキャナ5を制御することにより、ステージ機構8で加工対象物7を移動させながら、被加工面上のレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って移動するようガルバノスキャナ5でレーザビームを偏向させて、描画パタン7a全体にレーザ照射を行うことができる。
The laser processing apparatus according to the present embodiment controls the
制御装置9が、主制御装置9a、同期制御装置9b、ガルバノ制御装置9c及びステージ制御装置9dを含んで構成される。主制御装置9aが、ステージ制御装置9dに、ステージ8aの目標位置座標であるステージ目標位置座標(XS,YS)を送信する。ステージ制御装置9dが、ステージ目標位置座標(XS,YS)から、目標の回転角度SX及びSYを求め、回転角度SX及びSYを示す信号を、それぞれ、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cに送信する。両モータが、ステージ8aをステージ目標位置座標(XS,YS)へ移動させる。
The control device 9 includes a
ステージX用エンコーダ8d及びステージY用エンコーダ8eが、それぞれ、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cの回転角度ESX及びESYを検出し、これらの回転角度を示す信号をステージ制御装置9dに送信する。ステージ制御装置9dは、角度ESX及びESYがそれぞれ、目標の回転角度SX及びSYと一致するように、両モータを制御する。ステージ制御装置9dは、角度ESX及びESYからステージ8aのX座標XES及びY座標YESを算出し、それらを同期制御装置9bに送信する。
The
例えば時刻毎に設定された目標位置への移動を繰り返すことにより、ステージ8aが所望のタイミングで所望の軌道上を移動する。ステージ8aを移動させることにより、ガルバノスキャナ5で走査可能な範囲内に位置する被加工面上の領域が更新される。
For example, the
加工対象物7の被加工面上に、PQ直交座標系を定義する。主制御装置9aが、同期制御装置9bに、被加工面上のレーザビームの入射位置の座標(PP、QP)を送信する。入射位置座標(PP、QP)は、PQ直交座標系における位置座標である。主制御装置9aは、また、描画パタン7aの各直線パタンの始点と終点とを特定する情報も有し、この情報を同期制御装置9bに送信する。
A PQ orthogonal coordinate system is defined on the processing surface of the
加工対象物7が移動するとき、被加工面上のビーム入射位置が、XY直交座標系に対して移動する。入射位置のXY座標系における座標は、PQ直交座標系における入射位置の座標(PP、QP)と、XY座標系におけるステージ8aの位置座標(XES,YES)とに基づいて特定することができる。
When the
同期制御装置9bが、入射位置座標(PP、QP)と、ステージ8aの位置座標(XES,YES)とに基づいて、入射位置座標(PP、QP)に対応する位置にレーザビームが入射するようにガルバノスキャナ5を制御するための変位角GX及びGYを算出し、これらの変位角を示す信号をガルバノ制御装置9cに送信する。ガルバノ制御装置9cが、ガルバノX用モータ5c及びガルバノY用モータ5dのそれぞれに、変位角GX及びGYを示す信号を送信する。両モータがそれぞれ、変位角GX及びGYに基づいて、X用揺動鏡5a及びY用揺動鏡5bを揺動させる。
Based on the incident position coordinates (P P , Q P ) and the position coordinates (X ES , Y ES ) of the
ガルバノX用エンコーダ5e及びガルバノY用エンコーダ5fが、それぞれ、ガルバノX用モータ5c及びガルバノY用モータ5dの基準位置からの変位角EGX及びEGYを検出して、これらの変位角を示す信号をガルバノ制御装置9cに送信する。ガルバノ制御装置9cは、変位角EGX及びEGYが、目標の変位角GX及びGYと一致するように、両モータを制御する。変位角EGX及びEGY示す信号が、同期制御装置9bに送信される。
The
変位角EGX及びEGYは、ガルバノスキャナ5で偏向されたレーザビームが入射すると想定される被加工面上の位置(入射想定位置)に対応する。同期制御装置9bは、入射想定位置が、加工すべき直線パタンの始点に到達したら、被加工面へのレーザ照射が開始されるようにシャッタ2を制御し、入射想定位置が、その直線パタンの終点に到達したら、被加工面へのレーザ照射が終了するようにシャッタ2を制御する。また、同期制御装置9bは、レーザビームが照射された直線パタンの終点から、次にレーザビームが照射される直線パタンの始点まで、レーザビームの入射位置が移動する期間中、被加工面にレーザが照射されないようにシャッタ2を制御する。このようにして、描画パタン7a上のみにレーザが照射される。
The displacement angles E GX and E GY correspond to positions (assumed incident positions) on the processing surface on which the laser beam deflected by the galvano scanner 5 is assumed to be incident. When the assumed incident position reaches the start point of the straight line pattern to be processed, the
上述したように、本実施例によるレーザ加工装置を用いれば、ステージ8aを移動させながら、かつ、ガルバノスキャナ5でレーザビームを走査しながら、描画パタン7a全体にレーザ照射を行うことができる。これにより、従来技術と比べて、ステージ機構の始動及び停止の回数を少なくすることができるので、被加工領域全体にレーザ照射を行うのに要する時間の短縮化が図られる。また、シャッタ2を制御することにより、被加工領域のみにレーザ照射が行うことができる。
As described above, when the laser processing apparatus according to this embodiment is used, the
なお、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cとして、直流モータを用いることもできる。この場合、ステージ8aの位置は、ステージ制御装置9dが、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cの目標速度を送信することにより制御できる。
A DC motor may be used as the
ステージX用エンコーダ8d及びステージY用エンコーダ8eが、それぞれ、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cの回転角度を検出する構成例を説明したが、両エンコーダを、例えば、レーザ干渉計を含んで構成することにより、両エンコーダがステージ8aの位置を検出するようにしてもよい。この場合、ステージ8aの位置情報が、両エンコーダからステージ制御装置9dに送信され、ステージ制御装置9dは、検出されたステージ8aの位置が、目標位置と一致するように、ステージX用モータ8b及びステージY用モータ8cを制御する。
The configuration example in which the
ガルバノスキャナ5を制御するための目標の変位角を、同期制御装置9bが算出するとしたが、同期制御装置9bからガルバノ制御装置9cへ被加工面上の入射位置のXY座標が送信され、ガルバノ制御装置9cが、その座標に基づいて目標の変位角を算出するようにしても構わない。
Although the
次に、図2を参照して、図1を参照して説明したレーザ加工装置を用いて行うことができるレーザ描画方法の例を説明する。図2(A)に示すように、加工対象物7の表面上に、Y軸方向に並んだX軸方向に平行な複数の直線パタンからなる描画パタン7aが画定されている。図には、そのうち3本の直線パタン21〜23を示す。直線パタン21〜23は、順に、Y軸正方向から負方向に向かって並んでいる。ステージ機構が、加工対象物7を、Y軸正方向に一定速度で移動させる。
Next, an example of a laser drawing method that can be performed using the laser processing apparatus described with reference to FIG. 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, on the surface of the
図2(B)に、1本の直線パタンへレーザを照射する場合の、レーザビームの走査方向25を示す。直線パタンの一端から他端に向かって、レーザビームを走査する。X軸方向からY軸方向の正の向きに傾いた方向にレーザビームを走査することにより、被加工面上のビーム入射位置の軌跡を、X軸に平行にできる。なお図には、X軸方向に関して正、Y軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する場合の走査方向を示すが、X軸方向に関して負、Y軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査しても構わない。
FIG. 2B shows a laser
次いで、図2(A)の直線パタン21〜23にレーザを照射する方法について説明する。直線パタン21の一端から他端まで、X軸方向に関して正、Y軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する。次いで、直線パタン22の一端から他端まで、X軸方向に関して負、Y軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する。次いで、直線パタン23の一端から他端まで、X軸方向に関して正、Y軸方向に関して正の向きにレーザビームを走査する。Y座標が大きい位置に配置された直線パタンから順にレーザが照射される。なお、直線パタン21の他端から直線パタン22の一端まで、及び直線パタン22の他端から直線パタン23の一端まで、レーザビームの入射位置が移動する期間中は、シャッタ2により加工対象物7にレーザビームが照射されない状態にされる。
Next, a method for irradiating the
このように、相互に隣り合う直線パタンに、レーザビームの入射点が相互に反対方向に移動するようにレーザビームを照射することができる。なお、直線パタンはX軸に平行でなくてもよい。Y軸(加工対象物7の移動方向)と交差する方向に長い直線パタンに、加工対象物7をY軸方向に移動させながら、Y軸に交差する方向にレーザビームを走査して、レーザビームを照射することもできる。
In this way, the laser beam can be applied to the linear patterns adjacent to each other so that the incident points of the laser beam move in opposite directions. The linear pattern may not be parallel to the X axis. The laser beam is scanned in the direction intersecting the Y axis while moving the
次に、図3を参照して、レーザ描画方法の他の例について説明する。加工対象物7の表面上に、Y軸方向に並んだX軸方向に平行な直線パタン31〜33からなる描画パタン7aが画定されている。ガルバノスキャナで走査可能なX軸方向の距離がLである。各直線パタン31〜33の長さが、Lの3倍である。各直線パタン31〜33の一端から距離Lまでの領域を領域31a〜33aとし、距離Lから2Lまでの領域を31b〜33bとし、距離2Lから3Lまでの領域を31c〜33cとする。
Next, another example of the laser drawing method will be described with reference to FIG. On the surface of the
まず、図2を参照して説明したように、加工対象物7をY軸正方向へ移動させながら、領域31a〜33aにレーザ照射を行う。このレーザ照射が終了したら、加工対象物7をX軸負方向に移動させて、ガルバノスキャナで走査可能な範囲内に領域31b〜33bを移動させる。次に、加工対象物7をY軸負方向へ移動させながら、直線パタン31b〜33bにレーザ照射を行う。レーザ照射は図2を参照して説明したのと同様に行われるが、Y軸に関する走査方向が負方向となる。
First, as described with reference to FIG. 2, laser irradiation is performed on the
このレーザ照射の後、さらに加工対象物7をX軸負方向に移動させて、ガルバノスキャナで走査可能な範囲内に領域31c〜33cを移動させる。再び加工対象物7をY軸正方向へ移動させながら、直線パタン31c〜33cにレーザ照射を行う。このようにして、ガルバノスキャナで走査できる距離よりも長い直線パタン31〜33に、レーザ照射を行うことができる。
After this laser irradiation, the
なお、図2及び図3を参照して説明したレーザ描画方法では、互いに平行に配置された直線パタンからなる描画パタンの加工を行ったが、上述のレーザ加工装置は、ステージ機構で加工対象物を被加工面に平行な2次元方向に移動させながら、かつ、ガルバノスキャナでレーザビームの2次元方向に振りながら、被加工面にレーザ照射を行うことが可能であるので、より複雑なパタンの加工を行うこともできる。 In the laser drawing method described with reference to FIG. 2 and FIG. 3, the drawing pattern composed of the linear patterns arranged in parallel to each other is processed. The laser beam can be irradiated onto the processing surface while moving the laser beam in the two-dimensional direction parallel to the processing surface and swinging in the two-dimensional direction of the laser beam with a galvano scanner. Processing can also be performed.
次に、図4を参照して、変形例によるレーザ加工装置について説明する。図4に示すレーザ加工装置は、図1に示したレーザ加工装置から、fθレンズ6を除き、アッテネータ3から折り返しミラー4までの光路上に、例えば両凸レンズ、平凸レンズ、組レンズである集光レンズ6aを挿入した構成である。
Next, a laser processing apparatus according to a modification will be described with reference to FIG. The laser processing apparatus shown in FIG. 4 is a condensing lens that is, for example, a biconvex lens, a plano-convex lens, or a combined lens on the optical path from the
集光レンズ6aが、レンズ移動機構6bに、移動可能に保持されている。レンズ移動機構6bは、例えば、ボイスコイル機構を含んで構成され、集光レンズ6aを、集光レンズ6aを通過するレーザビームの進行方向に平行な方向に並進移動させることができる。制御装置9が、レンズ移動機構6bを制御する。なお、必要に応じて、レンズ移動機構6bを、ボイスコイル機構の代わりにピエゾ駆動機構等を用いて構成することもできる。レーザ光源1から出射し、シャッタ2及びアッテネータ3を通過したレーザビームが、集光レンズ6aで収束され、折り返しミラー4で反射された後、ガルバノスキャナ5で進行方向を振られて、加工対象物7に入射する。
The condenser lens 6a is movably held by the
被加工点上でレーザビームが焦点を結ぶ(ビームスポットが最小になる)ようにして、被加工点にレーザ照射する加工(焦点加工)を、どの被加工点に対しても行いたいことがある。図4に示すレーザ加工装置は、レンズ移動機構6bを用いて集光レンズ6aを移動させ、集光レンズ6aから被加工点までの光路長を全被加工点に対して一定に保つことができる。集光レンズ6aから被加工点までの光路長を集光レンズ6aの焦点距離と等しくすれば、全被加工点に対する焦点加工を行うことができる。レンズ移動機構6bの移動量は、ガルバノスキャナ5がレーザビームを偏向させる方向に基づき、幾何学的な計算により求めることができる。
There is a case where it is desired to perform processing (focus processing) for irradiating a laser beam to a processing point (focus processing) so that the laser beam is focused on the processing point (the beam spot is minimized). . The laser processing apparatus shown in FIG. 4 can move the condensing lens 6a using the
なお、集光レンズ6aのガルバノスキャナ5に対する相対位置が固定されていると、ガルバノスキャナ5によりレーザビームの偏向方向が変化するのに伴い、集光レンズ6aから被加工点までの光路長が変化する。集光レンズ6aから被加工点までの光路長が一定に保たれないので、全被加工点に対する焦点加工を行うことができない。 If the relative position of the condenser lens 6a with respect to the galvano scanner 5 is fixed, the optical path length from the condenser lens 6a to the processing point changes as the galvano scanner 5 changes the deflection direction of the laser beam. To do. Since the optical path length from the condensing lens 6a to the processing point is not kept constant, it is not possible to perform focus processing on all the processing points.
なお、全被加工点についてレーザビームの入射角が等しいのであれば、被加工点上でレーザビームが焦点を結ぶようにしたとき、どの被加工点に対してもビームスポットの面積が等しくなり、ビームスポット内のパワー密度が等しくなる。しかし、図4に示すレーザ加工装置では、入射角が全被加工点に対して一定とはならない。全被加工点に対してレーザビームが焦点を結ぶようにした場合であっても、入射角が互いに異なる被加工点では、ビームスポットの面積が互いに異なり、ビームスポット内のパワー密度が互いに異なる。 If the incident angle of the laser beam is the same for all the processing points, the area of the beam spot becomes equal to any processing point when the laser beam is focused on the processing point, The power density in the beam spot is equal. However, in the laser processing apparatus shown in FIG. 4, the incident angle is not constant with respect to all processing points. Even in the case where the laser beam is focused on all the processing points, at the processing points having different incident angles, the areas of the beam spots are different from each other, and the power densities in the beam spots are different from each other.
被加工点におけるパワー密度を一定にして、加工を行いたい場合もある。図4に示したレーザ加工装置は、ガルバノスキャナ5がレーザビームを偏向させる方向に基づいて、アッテネータ3でレーザビームのパワーを調節することにより、そのような加工を行うことができる。ガルバノスキャナ5がレーザビームを偏向させる方向に基づき、被加工面上のビームスポットの面積が、幾何学的な計算により求められる。ビームスポットの面積と所望のビームスポット内のパワー密度とに基づいて、アッテネータ3から出射すべきレーザビームのパワーが求められる。制御装置9がアッテネータ3を制御する。
There is a case where it is desired to perform the processing while keeping the power density at the processing point constant. The laser processing apparatus shown in FIG. 4 can perform such processing by adjusting the power of the laser beam with the
なお、レーザビームのパワーが一定であるとき、ビームスポット内のパワー密度は、被加工面に垂直入射するレーザビームで最も高い。このことより、アッテネータ3によるパワーの減衰量は、被加工面に垂直入射するレーザビームに対して最も大きく設定され、入射角が大きくなるほど、小さくなるように設定される。
Note that when the power of the laser beam is constant, the power density in the beam spot is the highest for the laser beam perpendicularly incident on the surface to be processed. Accordingly, the amount of power attenuation by the
図4に示すレーザ加工装置は、レーザビームの入射角が被加工点ごとにある程度ばらついても構わないような加工に用いることができる。このレーザ加工装置は、加工レンズである集光レンズ6aとして、fθレンズに比べて安価な両凸レンズ、平凸レンズ、組レンズを用いて作製できる。なお、被加工面上のある範囲をレーザビームで走査するとき、ガルバノスキャナ5から被加工面までの距離を長くすれば、レーザビームの進行方向が振られる範囲を狭くすることができるので、被加工点ごとの入射角のばらつきを抑制することができる。レーザビームの進行方向が振られる範囲が一定であるとき、ガルバノスキャナ5から被加工面までの距離を長くすれば、レーザビームで走査可能な被加工面上の範囲を広くすることができる。 The laser processing apparatus shown in FIG. 4 can be used for processing in which the incident angle of the laser beam may vary to some extent at each processing point. This laser processing apparatus can be manufactured using a biconvex lens, a plano-convex lens, and an assembled lens that are cheaper than the fθ lens as the condenser lens 6a that is a processing lens. When scanning a certain range on the processing surface with a laser beam, if the distance from the galvano scanner 5 to the processing surface is increased, the range in which the traveling direction of the laser beam is swung can be narrowed. Variation in incident angle for each processing point can be suppressed. When the range in which the traveling direction of the laser beam is swung is constant, the range on the processing surface that can be scanned with the laser beam can be widened by increasing the distance from the galvano scanner 5 to the processing surface.
なお、fθレンズを有するレーザ加工装置では、fθレンズの表面が、ガルバノスキャナから出射したレーザビームに走査される。fθレンズの表面上のレーザビームで走査可能な領域の面積が、被加工面上のレーザビームで走査可能な範囲の面積に対応する。このため、このようなレーザ加工装置で、被加工面上のレーザビームで走査可能な範囲を広くしようとするとき、fθレンズの口径を大きくする必要がある。大口径のfθレンズは高価である。 In a laser processing apparatus having an fθ lens, the surface of the fθ lens is scanned with a laser beam emitted from a galvano scanner. The area of the region that can be scanned with the laser beam on the surface of the fθ lens corresponds to the area of the range that can be scanned with the laser beam on the processing surface. For this reason, when trying to widen the range that can be scanned with the laser beam on the surface to be processed with such a laser processing apparatus, it is necessary to increase the aperture of the fθ lens. Large-diameter fθ lenses are expensive.
なお、上述の説明において、ガルバノスキャナでレーザビームを偏向させたが、他の手段でレーザビームを偏向させてもかまわない。 In the above description, the laser beam is deflected by the galvano scanner, but the laser beam may be deflected by other means.
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1 レーザ光源
2 シャッタ
3 アッテネータ
4 折り返しミラー
5 ガルバノスキャナ
6 fθレンズ
7 加工対象物
8 ステージ機構
9 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser
Claims (10)
前記レーザ光源から出射したレーザビームを偏向させ、外部から入力される制御信号に基づいて偏向方向を変化させるビーム偏向器と、
前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームが入射する位置に加工対象物を保持し、外部から入力される制御信号に基づいて該加工対象物を移動させるステージ機構と、
前記加工対象物が移動している期間中に、前記ビーム偏向器で偏向されたレーザビームの入射位置が目標の軌跡に沿って加工対象物上を移動するように、前記ステージ機構と前記ビーム偏向器とを制御する制御装置と
を有するレーザ加工装置。 A laser light source that emits a continuous wave laser beam;
A beam deflector for deflecting a laser beam emitted from the laser light source and changing a deflection direction based on a control signal input from the outside;
A stage mechanism that holds the workpiece at a position where the laser beam deflected by the beam deflector is incident, and moves the workpiece based on a control signal input from the outside;
The stage mechanism and the beam deflection are arranged so that the incident position of the laser beam deflected by the beam deflector moves on the workpiece along a target locus during the period in which the workpiece is moving. A laser processing apparatus having a control device for controlling the tool.
前記制御装置は、ビーム偏向器の作動によってレーザビームが既に照射された軌跡の終点から、次にレーザビームを照射すべき軌跡の始点まで、レーザビームの入射位置が移動する期間中、レーザビームが該加工対象物に入射しないように、該シャッタを制御する請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工装置。 Furthermore, the laser beam is disposed on the optical path from the laser light source to the workpiece held by the stage mechanism, and the laser beam is incident on the workpiece based on a control signal input from the outside. And a shutter that switches between
The control device is configured so that the laser beam is moved during the period in which the incident position of the laser beam moves from the end point of the locus where the laser beam has already been irradiated by the operation of the beam deflector to the start point of the locus where the laser beam is to be irradiated next. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the shutter is controlled so as not to enter the object to be processed.
前記レンズを移動させるレンズ移動機構と
を有し、
前記制御装置が、前記レンズから被加工面上のレーザビームの入射位置までの光路長が一定となるように、前記レンズ移動機構を制御する請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ加工装置。 Furthermore, a lens that is arranged on an optical path from the laser light source to the beam deflector and converges a laser beam emitted from the laser light source,
A lens moving mechanism for moving the lens,
The laser processing device according to claim 1, wherein the control device controls the lens moving mechanism so that an optical path length from the lens to an incident position of a laser beam on a processing surface is constant. .
を有するレーザ描画方法。 (A) A laser beam is deflected by a beam deflector that can move a processing object in which a linear drawing pattern to be drawn with a laser beam is defined on the surface and can move the traveling direction of the laser beam in a two-dimensional direction. A method of drawing with a beam deflected by the beam deflector so that the locus of the incident point of the laser beam on the surface of the workpiece coincides with the drawing pattern.
(a1)ある直線パタンの一端から他端まで描画する工程と、
(a2)レーザビームが前記加工対象物に入射しない状態にし、レーザビームの入射すべき位置が、次に描画すべき直線パタンの一端に移動するように前記ビーム偏向器を制御する工程と、
(a3)前記工程(a2)で移動したレーザビームの入射すべき位置に、一端が一致する直線パタンを描画する工程と
を含む請求項8または9に記載のレーザ描画方法。 Each of the linear patterns has a pair of ends, and the step (a) includes:
(A1) drawing from one end to the other end of a certain linear pattern;
(A2) controlling the beam deflector so that the laser beam is not incident on the workpiece and the position where the laser beam should be incident moves to one end of a linear pattern to be drawn next;
The laser drawing method according to claim 8, further comprising: (a3) drawing a linear pattern having one end coincident with a position where the laser beam moved in the step (a2) is to be incident.
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