JP2006015402A

JP2006015402A - 材料加工用の複数の独立偏向可能なレーザービームを発生及び制御するためのシステム及び方法

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Publication number: JP2006015402A
Application number: JP2004252320A
Authority: JP
Inventors: Todd E Lizotte; イー．リゾットトッド; Orest Ohar; オハーオレスト
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-01-19
Also published as: CN1714982A; TW200603505A

Abstract

【課題】複数の独立偏向可能なレーザービームレットを用いて加工品に対して加工を行うためのレーザー加工システムを提供する。
【解決手段】整形ソースビーム１１２を発生するためのレーザー及びビーム整形器１０６と、整形ソースビームから複数のビームレット１１６を発生するためのスプリッタ段１１４と、各ビームレット用にそれぞれに対応して対応ビームレットを独立に誘導するための独立偏向可能なビームレット偏向ミラーと各ビームレット偏向ミラーを制御するためのミラーコントローラとを備えたビームレットコントローラ１２８と、各偏向ビームレットを加工品の目標領域に誘導するための走査レンズ１３６を備えた光路とを有する。各ビームレット偏向ミラーは、多軸超小型電気機械ミラーであり、システムは光路に配置したビームダンプ１４８を更に有し、ビームダンプが対応ビームレット偏向ミラーによってビームダンプ内に偏向されたビームレットを遮断する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、材料加工用の複数の独立したレーザービームを発生し誘導するための方法及び装置に関する。

集束誘導レーザービームは、ブラインドバイア、貫通バイア及びマイクロバイアの穿孔、レーザーイメージング、基板のダイシング及び集積回路の改変や特注生産、金属薄膜、ポリマー、集積回路及び基板などの材料に関する穿孔、切削、選択的材料除去、その他の複雑な機械加工及び微細機械加工処理など、多様な加工に普通に使用される。このような加工のうちには、通常１本以上のレーザービームのエネルギーを目標スポットに集束するように集束集中させることを目的とする「焦点加工」と呼ばれるものや、１本のレーザービームのアパーチャ領域を対象表面上に結像することを目的とする「レーザーイメージング」と呼ばれるものがある。このような加工は、同時又は順次処理において、単一又は複数のレーザー又は可視光、赤外線（ＩＲ）及び紫外線（ＵＶ）レーザーなど複数種のレーザーを使用した同時又は順次加工に関することが多く、非常に複雑なものとなる。

しかしながら、このような加工は、繰り返し起こる多くの関連問題に直面する。例えば、バイアの穿孔、集積回路や機械部品の微細機械加工などの所定処理には、レーザービーム出力の一部のみを必要とする場合が多く、レーザー出力の多くが十分に利用されない。この問題は、所定の加工品に対して処理を行うのに要する時間という更に別の問題にも関連する。即ち、回路基板、基板、集積回路にバイアを穿孔したり、集積回路や機械部品に対して機械加工処理を実施したりといった、レーザーを用いる加工の多くは、所定の加工品を完成するのに非常に多数の処理とそれに応じた長時間とを必要とする。

これら２つの問題に対する一般的な解決策は周知であるが、単一レーザービームを複数のサブビーム又はビームレットに分割して、典型的には複数の同一処理を並行実施するためにそれらを同時使用する方法を含む。

これらの方法を用いる従来技術の典型的なレーザー加工システムでは、レーザーの発生した１本のソースビームは１つ以上のスプリッタ段を通過させられる。スプリッタ段はそれぞれ、単一のソースビームを２本以上のビームレットに分割するスプリッタと、スプリッタからのビームレットを１つの平行ビームレット群に誘導集束させる各スプリッタに関係づけたコリメーティングプリズムとを有する。この分割平行化プロセスは、各群において所望数のビームレットを発生し、所望数のビームレット群を発生するために、順次繰り返してもよい。その後、各ビームレット群は「経路等化器」を通過する。各経路等化器は、各ビームレットが目標又は加工品に到達するのに通過する距離を等化するように構成制御された複数のガルバノメータ制御ミラーを経由する伝達経路からなる。その後、各ビームレット群用の偏向用ミラーの最終対とビームレット群に共用される１つの走査レンズとが平行ビームレット群を「偏向」して加工品の所望目標領域上に平行に集光可能とする。最後に、等化経路は「ビームダンプ」を含んでもよい。ビームダンプによって各平行ビームレット群は、１つの群のうちの１本以上のビームレットがマスク又は吸収素子によって遮断されて当該群より「ダンプ」又は除去されるように偏向可能となる。

これらの方法は通常用いられるものであるが、こうしたシステムを用いて持続的に起こる問題の一例は、ビーム伝達経路における偏向用ミラーが一般的に各ビームレット群を互いに独立して偏向可能にする一方、各群内のビームレットのパターンは、一般的に、１つ以上のスプリッタ段によって生じる平行ビームレットの一定パターンに拘束されるということである。即ち、１つの群におけるビームレット同士の間隔は伝達経路における偏向用ミラーによって多少制御可能で、しかも、幾本かのビームレットはそれらをビームダンプ内に偏向することによって１つの群から除去することも可能であるが、１つの群内のビームレット同士は所望の目標に向かって個別に偏向することができない。

このため、穿孔すべきバイアの配置など、目標のパターンが１つの群におけるビームレットの利用可能パターンに一致しない場合、例えば、不要バイアの穿孔を避けるために、ビームダンプすることによって少なくとも幾本かのビームレットを１つの群から除去しなければならなくなる。その結果、有効レーザー出力の利用という点でシステムの効率のかなりの部分がビームレットのかなりの部分を「ダンプ」する必要のために無効とされる恐れがある。また、加工品を加工するのに必要な時間も、各作業工程で利用可能なビームレット数の減少及びその結果として生じる作業工程必要数の増加のためにかなり増加する恐れがある。

本発明は、複数の独立偏向可能なレーザービームレットを用いて加工品に対して加工を行うためのレーザー加工システムを対象とする。本発明のレーザー加工システムは、整形ソースビームを発生するためのレーザー及びビーム整形器と、前記整形ソースビームから複数のビームレットを発生するためのスプリッタ段と、各ビームレット用にそれぞれに対応して前記対応ビームレットを独立に誘導するための独立偏向可能なビームレット偏向ミラーと各ビームレット偏向ミラーを制御するためのミラーコントローラとを備えたビームレットコントローラと、各偏向ビームレットを加工品の目標領域に誘導するための走査レンズを備えた光路とを有する。

各ビームレット偏向ミラーは多軸超小型電気機械ミラーであり、少なくとも１つの軸を中心に偏向可能であり、典型的には２つの軸を中心に偏向可能である。レーザー加工システムは、前記光路に配置したビームダンプを更に有し、前記ビームダンプが対応ビームレット偏向ミラーによって前記ビームダンプ内に偏向されたビームレットを遮断する。

以下、添付図を参照しながら例をあげて本発明を説明する。

Ａ．従来技術システムの簡単な紹介（図１Ａ及び１Ｂ）
従来技術のレーザー加工システムの一般的な構造と動作は、従来技術のシステムと本発明のシステムとの違いを示す図１Ａ乃至１Ｄを参照して例示される。

図１Ａ乃至１Ｄに示すように、従来技術のレーザー加工システム１０は、可視光領域あるいは紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）領域にあるソースビーム１４を発生するレーザー１２を有する。ソースビーム１４は、ソースビーム１４を整形形成する１つ以上の整形器段１６を通過後、１つ以上のスプリッタ段１８を通過する。各スプリッタ段１８は、ソースビーム１４などの各入力ビームを２本以上のビームレット２２に分割するスプリッタ２０を有する。スプリッタ２０は、例えば、図示のようなプリズム、又は、それぞれビームレット２２となる反射ビーム及び透過ビームを発生する半反射ミラーで構成可能である。通常、スプリッタ段１８は、スプリッタ２０からのビームレット２２を平行ビームレット２２の一群２６に再誘導する関連コリメーティングプリズム２４も有する。図１Ａに示すように、システム１０は２つ以上のスプリッタ段１８を有してもよい。各スプリッタ段１８は、例えば、レーザー１２又は前の整形器段１６から受光した１つ又は複数の入力ビームを分割し平行化し、各群２６に所望数のビームレット２２を発生し、且つ所望数のビームレット２２の群２６を発生する。

このことに関して図１Ｃを参照すると、この点で注意しなければならないのは、１つの典型的なスプリッタ段１８は、ソースビーム１４又はビームレット２２である１本の入力ビーム２８を入力軸３０に沿って受光し、複数の出力ビーム３４を含む１つの出力群３２を発生することになるということである。各出力ビーム３４の軸は単一の出力軸３６に対して平行となるので、他の出力ビーム３４の軸に対して互いに平行となり、図１Ｃに図示した出力軸３６を横断するパターン面４０に１つのパターン３８を形成することになる。次に検討するように、出力ビーム３４の各群３２、即ち、ビームレット２２の各群２６は、個々のビームレットとしてではなく１つの平行ビームレット群としてシステム１０の光学系を通過するように誘導案内されるので、加工品上の目標領域の多様なパターンに対するビームレット２２のパターン３８の適応性を著しく制限する。

再び図１Ａを参照すると、ビームレット２２の各群２６は、スプリッタ段１８から、等化分岐経路４４Ａ及び４４Ｂで示した２つの等化分岐経路４４からなる経路等化器４２を通過する。等化分岐経路４４Ａ又は４４Ｂを通過中、ビームレット２２の各群２６は、それぞれガルバノメータ４８によって制御される複数の偏向用ミラー４６によって偏向される。関連技術において周知のように、経路等化器４２の機能は、各ビームレット２２が加工品５２の目標領域５０に達するのに横断する経路長を等しくすることである。

最後に、等化分岐経路４４Ａ及び４４Ｂに沿った偏向用ミラー４６の最終対と、等化分岐経路４４Ａ及び４４Ｂによって共用され、且つ、等化分岐経路４４の共通終端となる１つの走査レンズ５４とがビームレット２２の群２６を加工品５２の目標領域５０上に偏向及び集光させる。これに関して、図示のように、加工品５２は典型的には、ＸＹテーブル５４によってビームレット２２の最終パターン３８に対して横切るように、即ち、水平面に沿って位置決め可能である。但し、テーブル５４の中には垂直なＺ軸に沿って位置決め可能なものもある。

最後に、各等化分岐経路４４Ａ及び４４Ｂは、それぞれ１つずつビームダンプ５６を有してもよい。それによって１本の等化分岐経路４４を通過する平行ビームレット２２の各群２６を偏向して、群２６のうち１本以上のビームレット２２をビームダンプ５６の遮蔽又は吸収素子によって遮断して、群２６よりビームレット２２を「ダンプ」又は除去する。

ここで注意しなければならないのは、各群は１つの群として１つ以上の偏向用ミラー４６によって目標領域５０への経路に沿って誘導されるということである。即ち、各群２６の全てのビームレット２２は１つの群として各偏向用ミラー４６から同一の入射及び反射角で反射されるので、パターン面４０において互いに平行且つ互いに同一の相対位置のままとなる。１つの偏向用ミラー４６によって１つの群２６のビームレット２２それぞれを再誘導することの唯一の効果は、ビームレット２２の群２６を丸ごと新しい軸に沿って再誘導することと、ミラーの入射及び反射角の配置から分かるように、パターン面４０を横切るビームレット２２同士の間隔を変更できることである。しかしながら、パターン面４０を横切る１つの群２６のビームレット２２同士の間隔の如何なる変更も当該群２６の全ビームレット２２間の方向及び大小に関して線形比例となるということも明らかであろう。換言すると、１つの群２６は群として「偏向可能」で、１つの群２６のパターン３８の寸法は比例可変となるが、１つの群２６内の個々のビームレット２２は当該群２６内では「偏向可能」ではない。

その結果、１つの群２６のビームレット２２の横断パターン３８は横軸を中心に拡大縮小可能となるが、パターン３８そのものは、ビームダンプ５６によって１本以上のビームレット２２を「ダンプ」するより他に、変更することができない。それ故、例えば、１つの群２６におけるビームレット２２のパターン３８がそのビームレット２２によって処理されるべき目標領域５０のパターンと合致していない場合、当該群２６のビームレット２２は、ビームレット２２をダンプして残りのビームレット２２のパターン３８が目標領域５０の少なくとも一部と合致するまで、減少させなければならない。

この点で注意すべきは、ビームダンプ５６は典型的には１つの群２６のビームレット２２のパターンを１本の固定線、通常は直線に沿って「クリップ」するので、ダンプすべきビームレット２２を選択する能力が更に制限されることである。また、この「クリップ線」は、ビームレット２２のパターンと目標領域５０のパターンに対して最適な方向に合わせることが出来ない。そのため、ビームレット２２のパターンを目標領域５０のパターンに適合させるようにビームレット２２を「ダンプ」すると、潜在的に利用可能なビームレット２２より遥かに少数のビームレット２２しか利用出来ず、それに伴ってソースビーム１４において利用可能な出力の利用効率が減少し、所望処理を完了するのに必要な時間が増加する。

Ｂ．発明の説明（図２Ａ及び２Ｂ）
ここで本発明に言及するが、次の考察では、１０乃至５６の範囲の参照番号を用いた従来技術の上記考察に基づいて本発明の考察を叙述するのを補助するために参照番号１００以降を用いる。

次の考察において述べるように、本発明のレーザー加工システム１００は、他の特徴もあるが、独立偏向可能なビームレット２２を備えることによって従来技術の上述した問題を解決しようとするものである。

本発明の代表的なレーザー加工システム１００が図２Ａ及び２Ｂに示される。図２Ａはレーザー加工システム１００の概略図、図２Ｂは図２Ａのレーザー加工システム１００の変形の概略図である。

図２Ａ及び２Ｂに示すように、少なくとも１つのレーザー１０２は、例えば、可視光、赤外線（ＩＲ）又は紫外線（ＵＶ）レーザーであってもよい。システム１００は、加工において使用するレーザーの種類に融通性を持たせるために、あるいは、２種類以上のレーザー又は２つ以上のレーザーによる同時又は順次処理を可能にするために、異なる種類のレーザー１０２を複数個含んでもよい。しかし、本発明の次の実例考察及び説明において論じられる代表的レーザー加工システム１００は、簡単明瞭にするために、１つのレーザー１０２を有するものとして示すこととする。

図示のように、レーザー１０２はソースビーム１０４を発生し、ソースビーム１０４は１つ以上のビーム整形器１０６と選択アパーチャアレイ１１０のうちの１つのアパーチャ１０８とを通過して整形ソースビーム１１２を形成する。その後、整形ソースビーム１１２は多段スプリッタ１１４を通過する。多段スプリッタ１１４の各段は、ソースビーム１１２又は前のスプリッタ段からの入力ビームレット１１６より複数のビームレット１１６を発生する。

多段スプリッタ１１４は、順次分岐するように構成されたスプリッタ段１１８からなる。各スプリッタ段１１８は前の段からの１本の入力ビームを２本以上の出力ビームに分割する。段数は、各段の発生するビームレット１１６の数とビームレット１１６の所望数とによって決まる。図２Ａ及び２Ｂに示す代表的システム１００では、例えば、多段スプリッタ１１４はスプリッタ段１１８Ａ、１１８Ｂ及び１１８Ｃからなり、入力スプリッタ段１１８Ａは整形ソースビーム１１２を２本のビームレット１１６に分割する。スプリッタ段１１８Ａの各出力ビームレット１１６は、第２段スプリッタ１１８Ｂ及び１１８Ｃの対応スプリッタに誘導される。第２段スプリッタはそれぞれ個々の入力ビームレット１１６を２つの出力ビームレット１１６に分割する。

図２Ａ及び２Ｂに示す代表的実施例では、各スプリッタ段１１８は、コリメーティングプリズム１２２に続く１つのスプリッタ１２０からなり、スプリッタ段１１８Ａから出力される各第１段ビームレット１１６は対応する固定ミラー１２４Ａあるいは１２４Ｂによって直角に誘導され、第２段スプリッタ段１１８Ｂ及び１１８Ｃのうちの対応する１つに入力する。しかし、１つのスプリッタ段１１８は、１つ以上のプリズムを用いたり、ビームの一部を反射してビームの一部を透過させる１つの半反射ミラーを用いたり、プリズムとミラーの組み合わせを用いたりという具合に、多くの方法で構築しうるということは理解されるであろう。また、１つのスプリッタ段１１８が単一の入力ビームから複数の出力ビームを発生するように設計構成されるかも知れないし、１本の整形ソースビーム１１２又は１本のビームレット１１６がミラーやプリズムなどの数種の素子によって誘導又は偏向されるかも知れない。更に、出力ビームレット間に十分な横方向間隔が得られ、ミラーやプリズムを用いて１つの段から別の段へ再誘導する必要がない場合、連続したスプリッタ段１１８は、連続した角度で１つの段から次の段へとビームを誘導しないで、「一線」に構成してよいことも理解されるであろう。

図２Ａ及び２Ｂに示すように、多段スプリッタ１１４も等化経路１２６Ａ及び等化経路１２６Ｂからなる経路等化器１２６の入口となる。図示のように、等化経路１２６Ａ及び１２６Ｂは、それぞれ、多段スプリッタ１１４からのビームレット１１６を個別に偏向及び「ダンプ」するビームレットコントローラ１２８Ａ及び１２８Ｂとして示すビームレットコントローラ１２８を有する。

図２Ａのレーザー加工システム１００では、ビームレット１１６はビームレットコントローラ１２８Ａ及び１２８Ｂのそれぞれから出力し、対応する固定ミラー１３０Ａ及び１３０Ｂへと誘導される。固定ミラー１３０Ａ及び１３０Ｂはビームレット１１６を、それぞれガルバノメータ制御ミラーである偏向ミラー１３２Ａ及び１３２Ｂへの角度で誘導する。偏向ミラー１３２Ａ及び１３２Ｂはビームレット１１６を単一の走査レンズ１３６の入口アパーチャ１３４内にそれぞれ偏向可能に誘導する。走査レンズ１３６はビームレット１１６を加工品１４２のワーク面１４０上の選択目標領域１３８上に平行化及び集光させる。

図２Ｂに示すレーザー加工システム１００の変形では、固定ミラー１３０Ａ及び１３０Ｂと偏向ミラー１３２Ａ及び１３２Ｂと走査レンズ１３６とからなる組立体が分離しているが平行な経路に分割重複化され、固定ミラー１３０Ａ及び１３０Ｂからのビームレット１１６が別個に独立して「ダンプ」可能、且つ、別個に独立して偏向可能となっていることが分かる。本変形によって、固定ミラー１３０Ａ及び１３０Ｂを通して偏向されてきたビームレット１１６は、１つの加工品１４２の１つのワーク面１４０上の異なる目標領域１３８内に偏向されたり、１つの加工品１４２の異なるワーク面１４０上の異なる目標領域１３８に偏向されたり、異なる加工品１４２の異なるワーク面１４０上の異なる目標領域１３８に偏向されたりすることができる。

本変形はレーザー加工システム１００の行うレーザー加工により大きな融通性を与え、レーザー加工システム１００によって同時に処理可能な目標領域１３８の数を、それらの目標領域１３８が同一のワーク面１４０に存在しようが異なるワーク面１４０に存在しようが、あるいは異なる加工品１４２上に存在しようが、倍増させることになるということが分かるであろう。

再びビームレットコントローラ１２８に言及すると、各ビームレットコントローラ１２８は、多段スプリッタ１１４からの各入力ビームレット１１６用にそれぞれに対応して独立偏向可能なビームレット偏向ミラー１４４を有する。ビームレット偏向ミラー１４４は、図２Ａ及び２Ｂでは、ビームレット偏向ミラー１４４Ａ、１４４Ｂ、１４４Ｃ及び１４４Ｄとして示される。各ビームレット偏向ミラー１４４は、多段スプリッタ１１４からの対応する個々のビームレット１１６の経路に位置し、典型的には超小型電気機械（ＭＥＭ）ミラーからなる。各ビームレットコントローラ１２８の個々のビームレット偏向ミラー１４４は、ＭＥＭコントローラ１４６Ａ及び１４６Ｂとして示された、対応ビームレットコントローラ１２８のＭＥＭコントローラ１４６によって個別に偏向制御されるので、各ビームレット１１６は独立して制御偏向可能となる。

これに関して指摘するべき事は、ビームレット偏向ミラー１４４を構成するＭＥＭミラーの寸法はガルバノメータ制御ミラーの寸法よりも著しく小さいので、ビームレット偏向ミラー１４４同士を多段スプリッタ１１４からのビームレット１１６の各群の軸を横断する単一又は複数の平面に沿って十分接近して設置することができるということである。従って、このようなビームレット１２０それぞれの経路にビームレット偏向ミラー１４４を１つずつ配置可能となる。また、当業者には周知であるが、ＭＥＭミラーは通常１つ又は２つの軸を中心に回転可能又は傾斜可能に構成されるので、対応ビームレット偏向ミラー１４４の反射面を２つの軸に関して制御しながら各ビームレット１１６の入射角を制御することができる。これによって、個々のビームレット１１６の方向を正確に個別に制御することが可能となるので、上述のように、ビームレット偏向ミラー１４４は、ＭＥＭコントローラ１４６Ａ及び１４６Ｂからの対応する制御信号によって個々のビームレット１１６に対して個々に決定される角度及び方向で、多段スプリッタ１１４からの対応する個々のビームレット１１６を偏向する。

更に、これに関して留意されるのは、レーザー加工システム１００の各ビームコントローラ１２８は少なくとも１つのビームダンプ１４８を有し、ビームコントローラ１２８の扱う各ビームレット１１６用にそれぞれに対応して別個のビームダンプ１４８を有してもよいということである。検討してきたように、１つのビームダンプ１４８は、如何なる軸に沿っても十分な偏差でビームレット１１６を「マスク」内に誘導できるように１つのビームレット１１６の経路を包囲する吸収材の「マスク」の形式を取ることもできるし、あるいは、ビームレット１１６を「トラップ」内に偏向することができる場合には、ビームレット１１６の経路に沿った任意の場所に吸収性トラップの形式を取ることもできる。図２Ａ及び２Ｂに示す実施例では、例えば、ビームダンプ１４８がビームレット偏向ミラー１４４の「下流」及び各ビームレット１１６の通常偏向経路の外側に配置され、個々のビームレット１１６は対応ビームレット偏向ミラー１４４によってビームダンプ１４８内に偏向される。図２Ａは各ビームレット１１６用に個別のビームダンプ１４８が存在し、ビームダンプ１４８は光路と並んで配置される一実施例を示す。代替実施例では、複数のビームレット１１６に共用される１つのビームダンプ１４８が各光路を包囲して、ビームレット１１６は１つのビームダンプ１４８における「窓」を通過する。

前述したように、ビームダンプ１４８は、例えば、「シャッター」によってビームレット１１６の経路を遮断することによって、あるいは、吸収材の「トラップ」内にビームレット１１６の経路を誘導することによって、ビームレット１１６の数を減らすために使用される。また検討してきたように、従来技術のシステムでは、ビームレット１１６はビームレット１１６の群として偏向されるだけで、１つの群のビームレット１１６は群内の一定パターンに配置されるので、マスクの定める固定線に沿ってビームレット１１６のパターンを「クリップ」することによってビームレット１１６をパターンから除去する。これに対して、レーザー加工システム１００のビームレット１１６は個々に偏向可能なので、ビームレット１１６のパターンは自由に調整変更可能となるだけでなく、選択した各ビームレット１１６を集合的「ダンプ」又は選択ビームレット１１６に対して個別且つ特有のビームダンプ１４８内に個別に偏向することによってビームレット１１６は個別に「ダンプ」可能ともなる。

要するに、それ故、従来技術のシステムでは、ビームレットの各群が、群としてのみ偏向される平行ビームレットの一定パターンを形成すること、また、ビームレットのパターンは一定の直線又は曲線に沿って一群のビームを「クリップ」するという形態でビームダンプを行うことによってのみ変更可能であることを説明してきた。これに対して、本発明のレーザー加工システム１００では、各ビームレット１１６はビームレット偏向ミラー１４４によって別個に偏向可能である。従って本発明のレーザー加工システム１００のビームレット１１６は、ビームレット偏向ミラー１４４から走査レンズ１３６にまで延伸する光路のアパーチャ又は横断面内部を横切る如何なる地点にも偏向可能である。この結果、各ビームレット１１６は、加工品１４２のワーク面１４０上の対応する自由選択目標領域１３８へと独立個別に偏向可能となる。同様に、各ビームレット１１６はビームダンプ１４８内に個別に偏向できるので、群内のビームレット１１６の位置とは無関係に個々のビームレット１１６をビームレット１１６の群から除去することができる。

本発明のレーザー加工システム１００と従来技術のレーザー加工システム１０との違いは、即ち、図３Ａ及び３Ｂに示すように、ビームレット２２の一群２６を群としてのみ偏向するのに対して、各ビームレット１１６を群内の他のビームレット１１６とは独立個別に偏向可能な点にある。

図３Ａは、従来技術のレーザー加工システム１０の部分簡略図であり、ビームレット２２の一群２６が群２６としてのみ制御されるビームレット２２の制御を示す。図示のように、ビームレット２２の一群２６は１つの偏向可能ミラー４６Ａへと誘導される。偏向可能ミラー４６Ａは、図示では簡単明瞭にするために、２つの軸を中心に回転可能として示されている。偏向可能ミラー４６Ａは、次のミラーに対する選択可能な角度によってビームレット２２の群２６を誘導する。次のミラーは、図示のように偏向可能ミラー４６Ｂであっても、あるいは固定ミラーであってもよい。このように、偏向可能ミラー４６Ａはｘ及びｙ軸の両方を中心に偏向又は回転可能なので、偏向可能ミラー４６Ａは、群２６の公称中心軸に対して＋ｘ、＋ｙ、−ｘ又は−ｙ方向への如何なる座標あるいは軸にも、あるいはそれら全部又はそれらの如何なる組み合わせにも、ビームレット２２の群２６を偏向又は偏向可能である。群２６の経路に沿ったある地点に、本図面では偏向可能ミラー４６Ｂに関連付けられたものとして示されているが、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ又は−ｙ方向への座標あるいは軸の１つに沿った群２６の十分大きな偏向によって１本以上のビームレット２２がビームダンプ５６に捕捉されて群２６から除去されるように配置されたビームダンプ５６が存在可能である。群２６のビームレット２２は、典型的には偏向可能ミラー４６Ｃで表される更なる偏向可能ミラー４６及び走査レンズ５４を含む光路の残りを進み、加工品５２に達する。しかしながら、ビームレット２２の群２６は、前述のように、一定のパターン３８を持つ１つの群２６としてのみ偏向してもよいということが明らかであろう。即ち、１つの群２６としてのみであるが、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ又は−ｙ方向への如何なる座標あるいは軸にも、あるいは、＋ｘ、−ｘ、＋ｙ又は−ｙ方向への座標あるいは軸の如何なる組み合わせにも群２６を移動してもよく、且つ、群２６自身は、幾本かのビームレット２２が１つのビームダンプ５６を遮るのに十分なほど群２６をこのように移動させることによって、これらのビームレット２２を「ダンプ」又は「クリップ」する程度のみを変更してもよい。

図３Ｂは、本発明のレーザー加工システム１００の部分簡略図であるが、レーザー加工システム１００は概してレーザー加工システム１０に類似していることが分かるであろう。しかしながら、注目すべきは、単一の偏向用ミラー４６Ａが複数の独立偏向可能ビームレット偏向ミラー１４４に置き換えられることである。各ビームレット偏向ミラー１４４は２つの軸で偏向可能な超小型電気機械（ＭＥＭ）ミラーである。上述のように、ここでは、各ビームレット１１６用にそれぞれに対応した別個のビームレット偏向ミラー１４４が存在するので、各ビームレット１１６は、図３Ｂに示すように、＋ｘ、＋ｙ、−ｘ又は−ｙ方向への如何なる座標あるいは軸にも、あるいはそれら全部又はそれらの如何なる組み合わせにも、別個に独立して偏向可能である。このため、各ビームレット１１６はビームレット１１６の群内で個々に位置決めできるだけでなく、如何なるビームレット１１６も、あるいは、如何なるビームレット１１６の組み合わせも、１つのビームダンプ１４８内に別個に独立して偏向することができる。このことは図３Ｂに図示されているように、ビームレット１１６の群の中央の１本のビームレット１１６がビームダンプ１４８内に偏向されるものとして示されている。このように、ビームレット１１６は加工品１４２のワーク面１４０上の目標領域１３８における如何なる位置にも個々に独立して偏向可能である。また、このことも図３Ｂに図示されているが、ビームレット１１６は目標領域１３８の不規則な配置に偏向されるものとして示されている。この配置は、４本のビームレット１１６のうちの３本からなり、群の中央の１本のビームレット１１６が「ダンプ」されている。

ここで本発明のレーザー加工システム１００の他の代表的な実施例を考察する。図４は、例えば１本の入力整形ソースビーム１１２又は入力ビームレット１１６から複数のビームレット１１６を発生するスプリッタ１２０を用いるレーザー加工システム１００の１実施例を示す。図４に示した実施例では、例えば、スプリッタ１２０は入力ビームから６本のビームレット１１６を発生する。ビームレット１１６はそれぞれ対応するコリメーティングプリズム１２２によって受光誘導され、対応する２軸ビームレット偏向ミラー１４４によって誘導される。コリメーティングプリズム１２２は、対応する複数のコリメーティングプリズム１２２からなっても、あるいは、例えば、１つの回折レンズからなってもよい。

更に、レーザー加工システム１００の更なる代替実施例では、所望数のビームレット１１６を順次又は縦続スプリッタ１２０を用いて発生してもよく、２軸超小型電気機械（ＭＥＭ）ミラーの果たす処理を複数の単軸ＭＥＭミラーを用いて行ってもよいことが理解されるであろう。

それ故、本明細書に関わる本発明の精神と範囲から離れることなく上述のレーザー加工システムに変更を加えることも可能であるので、上述の内容及び付属図面に示した内容の全ては本発明の概念を説明するための例示に過ぎないものとして解釈すべきであって、発明を制限するものとして解釈すべきでないものとする。

従来技術のレーザー加工システムの概略図である。ビームコリメータの手前に位置するレーザービームスプリッタの概略図である。一般化されたスプリッタ段の概略図である。従来技術のレーザー加工システムの発生するビームレットのパターンの一般化された図である。本発明のレーザー加工システムの概略図である。図２Ａのレーザー加工システムの変形例を示す図である。従来技術のレーザー加工システムにおけるビーム偏向の概略図である。本発明のレーザー加工システムにおけるビーム偏向の概略図である。本発明のレーザー加工システムの代替実施例の概略図である。

Claims

整形ソースビームを発生するためのレーザー及びビーム整形器と、
前記整形ソースビームから複数のビームレットを発生するためのスプリッタ段と、
各ビームレット用にそれぞれに対応して前記対応ビームレットを独立誘導するための独立偏向可能なビームレット偏向ミラーと、各ビームレット偏向ミラーを制御するためのミラーコントローラとを備えたビームレットコントローラと、
各偏向ビームレットを加工品の目標領域に誘導するための走査レンズを備えた光路とを有する、複数の独立偏向可能なレーザービームレットを用いて加工品に対して加工を行うためのレーザー加工システム。
各ビームレット偏向ミラーは多軸超小型電気機械ミラーである、請求項１に記載のレーザー加工システム。
１つのビームレット偏向ミラーが１つの軸を中心に偏向可能である、請求項２に記載のレーザー加工システム。
１つのビームレット偏向ミラーが少なくとも２つの軸を中心に偏向可能である、請求項２に記載のレーザー加工システム。
前記光路に配置したビームダンプを更に有し、前記ビームダンプが対応ビームレット偏向ミラーによって前記ビームダンプ内に偏向されたビームレットを遮断する、請求項１に記載のレーザー加工システム。