JP2006320938A - Apparatus and method for laser beam machining - Google Patents

Apparatus and method for laser beam machining Download PDF

Info

Publication number
JP2006320938A
JP2006320938A JP2005146780A JP2005146780A JP2006320938A JP 2006320938 A JP2006320938 A JP 2006320938A JP 2005146780 A JP2005146780 A JP 2005146780A JP 2005146780 A JP2005146780 A JP 2005146780A JP 2006320938 A JP2006320938 A JP 2006320938A
Authority
JP
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
laser
laser beam
light intensity
intensity distribution
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005146780A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Natsuki Tsuno
夏規 津野
Original Assignee
Olympus Corp
オリンパス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining method and a laser beam machining apparatus capable of easily performing the laser beam machining of a work having a complicated surface shape with inexpensive equipment.
SOLUTION: In the laser beam machining method for performing the laser beam machining of a surface of a work or a part in the vicinity thereof by using laser beams, the laser beam machining of the work 2 along the surface shape is performed by controlling the beam intensity distribution 4 in the vicinity of a laser beam condensing position 3 by controlling the laser pulse energy or the numerical aperture of a condensing lens.
COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば超短パルスレーザのレーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施すレーザ加工方法及び装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method and apparatus performing a laser processing on the surface or near the workpiece with a laser beam of ultra-short pulse laser.

例えば超短パルスレーザのレーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施す場合、従来は、レーザビームの集光点近傍でのみ加工が行われていた。 For example, when using a laser beam of ultra-short pulse laser performing laser processing on the surface or near the workpiece, conventionally, working only at the focal point near the laser beam has been carried out. このため、図8の原理図に示すように、被加工物2の表面が球面や自由曲面のように複雑形状を有する場合でも、集光レンズ1で集光されたレーザビームの集光位置3と被加工物2の表面との相対距離を一定に保つ必要があった。 Therefore, as shown in the principle diagram of Fig. 8, even when the surface of the workpiece 2 has a complicated shape like a spherical surface or a free curved surface, the condensing position of the laser beam focused by the condenser lens 1 3 and the relative distance between the workpiece 2 on the surface was required to be kept constant.

そこで従来、加工光学系と測定光学系とを同軸で構成し、測定光学系によって測定された被加工物2の表面形状変位量に基づき加工光学系の集光位置を制御することによって、レーザビームの集光位置3と被加工物2の表面との相対距離を一定に保つレーザ加工技術が知られていた(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, by machining optical system and a measuring optical system constituted by a coaxial, it controls the focusing position of the machining optical system based on the surface shape displacement of the workpiece 2 measured by the measurement optical system, the laser beam laser processing technique to keep the relative distance constant between the condensing position 3 and the workpiece 2 on the surface of it has been known (e.g., see Patent Document 1).

また、超短パルスレーザを用いたレーザ加工技術として、分岐された複数のレーザビームを被加工物の表面に一括照射することによりレーザ加工を施す技術がある(例えば、特許文献2参照) Further, as the laser processing technology using an ultra-short pulse laser, there is a technique for performing a laser machining by simultaneous irradiation branched plurality of laser beams on the surface of the workpiece (e.g., see Patent Document 2)
特開2004−188422号公報 JP 2004-188422 JP 特開2001−236002号公報 JP 2001-236002 JP

しかしながら、レーザビームの集光位置3と被加工物2の表面との相対距離を一定に保つようにした従来のレーザ加工技術にあっては、この相対距離を一定に保つために被加工物2若しくは集光レンズ1の高い位置決め精度や高分解能が必要で、特に、開口数(NA:Numerical Aperture)が高い集光レンズ1を用いた場合には数10nmの分解能や位置決精度が必要であり、複雑な制御が要求される上、高価な設備が必要とされるという問題があった。 However, in the laser beam converging position 3 with a conventional laser processing technique the relative distance between the workpiece 2 on the surface was kept constant, the workpiece in order to keep the relative distance constant 2 or high positioning accuracy and high resolution of the condenser lens 1 is required, in particular, the numerical aperture (NA: Numerical aperture) is required a high number 10nm resolution and positioning accuracy in the case of using a condensing lens 1 , on complicated control is required, there is a problem that expensive equipment is required.

また、分岐された複数のレーザビームを被加工物の表面に一括照射するレーザ加工技術は、シングルポイントの加工よりも加工時間を短縮できる利点があるものの、同一焦点位置でのみ干渉パターンが得られるため、平面にしかレーザ加工を施すことができず、複雑な表面形状を有する被加工物2のレーザ加工には適さなかった。 The laser processing technology for collectively irradiated onto the surface of the workpiece to split the plurality of laser beams, although the advantage of shortening the processing time than the processing of single-point, only the interference pattern at the same focal position obtained Therefore, it is not possible to apply the laser processing only flat, not suitable for laser processing of the workpiece 2 having a complicated surface shape.

本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、複雑な表面形状を有する被加工物に対しても容易にかつ安価な設備でレーザ加工を施すことができるレーザ加工方法及び装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, it is an object of laser may be subjected to laser processing in complex easily and inexpensive equipment even for a workpiece having a surface shape it is intended to provide a processing method and apparatus.

上記目的を達成するために、本発明は、レーザビームの集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御するものである。 To achieve the above object, the present invention is to control along a light intensity distribution of the light converging position near the laser beam to the surface shape of the workpiece.

また、レーザビームを多点に分岐して多数の集光位置を有するレーザビームとし、これら多数の集光位置を有するレーザビームの集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御するものであってもよい。 Further, a laser beam having a plurality of condensing positions by branching a laser beam to multipoint, along a light intensity distribution of the light converging position near the laser beam having these multiple collection point to the surface shape of the workpiece it may be one that controls Te.

このものにおいて、被加工物の表面形状に沿った光強度分布を得るためのシミュレーションを行い、このシミュレーションに基づいてレーザビームの集光位置近傍の光強度分布を制御することが望ましい。 In this one, simulates for obtaining light intensity distribution along the surface shape of the workpiece, it is desirable to control the light intensity distribution of the light converging position near the laser beam on the basis of the simulation.

レーザビームは、例えば超短パルスレーザのレーザビームであり、該レーザビームのパルス幅を制御することによって集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御することが考えられる。 The laser beam is, for example, ultra-short pulse laser laser beam, it is conceivable to control along a light intensity distribution in the vicinity of the condensing position on the surface shape of the workpiece by controlling the pulse width of the laser beam .

また、レーザビームのパルスエネルギ分布を制御することによって集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御することも考えられる。 It is also conceivable to control along a light intensity distribution in the vicinity of the condensing position on the surface shape of the workpiece by controlling the pulse energy distribution of the laser beam.

さらに、レーザビームの開口数を制御することによって集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御することも考えられる。 Furthermore, it is conceivable to control along a light intensity distribution in the vicinity of the condensing position on the surface shape of the workpiece by controlling the numerical aperture of the laser beam.

また本発明は、レーザ発振器からのレーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施すレーザ加工装置において、レーザビームの集光位置近傍の光強度分布データを測定する光強度分布測定手段と、被加工物の表面形状を測定する形状測定手段と、この形状測定手段により測定された表面形状のレーザ加工に必要な光強度分布をシミュレートするシミュレート手段と、光強度分布測定手段により測定される光強度分布データがシミュレート手段によりシミュレートされた光強度分布に一致するようにレーザビームを制御する制御手段とを備えたものである。 The present invention, in the laser processing apparatus for performing laser processing on the surface or near the workpiece with a laser beam from a laser oscillator, a light intensity distribution for measuring the light intensity distribution data of the focusing position near the laser beam a measuring unit, a shape measuring means for measuring the surface shape of the workpiece, a simulating means for simulating the light intensity distribution required for laser machining of the measured surface shape by the shape measuring means, the light intensity distribution measurement the light intensity distribution data measured by means in which a control means for controlling the laser beam to match the light intensity distribution simulated by simulating means.

例えば超短パルスレーザのレーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施す場合、従来は、レーザビームの集光点近傍でのみ加工が行われていたが、本発明では、レーザビームの光強度分布における光強度の加工しきい値によって光軸方向の加工位置が決定されることに着眼した。 For example, when performing laser processing on the surface or near the workpiece with a laser beam of ultra-short pulse laser, Conventionally, machining only with the focal point near the laser beam has been carried out, in the present invention, and focusing on the machining position in the optical axis direction is determined by the processing threshold of light intensity in the light intensity distribution of the laser beam. 図1にその原理図を示す。 Figure 1 shows the principle diagram. 図示するように、集光レンズ1と被加工物2との光軸方向相対距離、つまりは集光位置3と被加工物2との光軸方向相対距離を一定としても、レーザビーム集光位置近傍の光強度分布4を制御することによって、光強度の加工しきい値(光強度分布4の最外周の実線で示される)が光軸方向に変化する。 As shown, the optical axis direction relative distance between the condensing lens 1 and the workpiece 2, that is, be constant in the optical axis direction relative distance between the condensing position 3 and the workpiece 2, the laser beam converging position by controlling the light intensity distribution 4 in the vicinity, processing threshold of light intensity (indicated by the solid line in the outermost periphery of the light intensity distribution 4) changes in the optical axis direction. そこで、被加工物2の表面形状に沿って光強度の加工しきい値が変化するように光強度分布4を制御することによって、複雑形状を有する被加工物2の表面に対しても容易にレーザ加工を行うことができる。 Therefore, by controlling the light intensity distribution 4 so as to change the processing threshold of light intensity along the surface shape of the workpiece 2, also easily the workpiece second surface having a complex shape it is possible to perform laser processing.

また、レーザビームを多点に分岐して多数の集光位置を有するレーザビームとした場合でも、各レーザビームの光強度の加工しきい値が被加工物2の表面形状に沿うように各レーザビームの集光位置近傍の光強度分布4を制御することによって、複雑形状を有する被加工物2の表面に対しても面一括照射によるレーザ加工が可能となり、高スループット化が得られる。 Also, even when a laser beam having a plurality of condensing positions by branching a laser beam to multipoint, each laser as processing threshold of light intensity of each laser beam along the surface shape of the workpiece 2 by controlling the light intensity distribution 4 of the condensing position near the beam enables laser processing by surface simultaneous irradiation against the surface of the workpiece 2 having a complicated shape, a high throughput is obtained.

また、光強度の加工しきい値が被加工物の表面形状に沿うようにするための光強度分布のシミュレーションを行い、このシミュレーションに基づいてレーザビーム集光位置近傍の光強度分布を制御することによって、様々な複雑形状を有する被加工物に対しても容易にレーザ加工を行うことができる。 Furthermore, a simulation of the light intensity distribution for processing threshold of light intensity to be along the surface shape of the workpiece, controls the light intensity distribution of the laser beam converging position near the basis of this simulation that Accordingly, it is possible to easily perform laser processing even for workpieces having various complicated shapes.

本発明によれば、複雑な表面形状を有する被加工物に対しても容易にかつ安価な設備でレーザ加工を施すことができるレーザ加工方法を提供できる。 The present invention can provide a laser processing method which can be subjected to laser processing easily and inexpensive equipment even for a workpiece having a complex surface shape.
また、複雑な表面形状を有する被加工物に対しても容易にレーザ加工を施すことができる安価なレーザ加工装置を提供できる。 Further, it is possible to provide an inexpensive laser processing apparatus can be applied easily laser processing with respect to a workpiece having a complex surface shape.

[第1の実施の形態] First Embodiment
はじめに、レーザビーム集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御するレーザ加工方法に対応した第1の実施の形態について、図2〜図4を用いて説明する。 First, the first embodiment corresponding to the laser processing method of controlling a light intensity distribution of the laser beam converging position near along the surface shape of the workpiece will be described with reference to FIGS.

図2は本実施の形態に関わるレーザ加工装置の構成図である。 Figure 2 is a block diagram of a laser processing apparatus according to this embodiment. 同図において、符号5はレーザ発振器であり、パルスの繰り返し周波数が1KHz、レーザ波長が800nm、パルス幅が150fsの超短パルスレーザが発振出力される。 In the figure, reference numeral 5 is a laser oscillator, the pulse repetition frequency is 1 KHz, the laser wavelength is 800 nm, pulse width ultrashort pulse laser of 150fs is oscillation output. なお、超短パルスレーザは、パルス幅10fs〜100ps程度が望ましく、繰り返し周波数は1Hz〜10MHz程度が望ましい。 Incidentally, ultrashort pulse laser is desirably about pulse width 10Fs~100ps, the repetition frequency of about 1Hz~10MHz is desirable. また、超短パルスレーザの波長は材料の吸収波長に依存せず、限定されるものではないが、吸収の必要エネルギを鑑みて、100nm〜2000nm程度の波長を利用することが望ましい。 The wavelength of the ultrashort pulse laser does not depend on the absorption wavelength of the material, but not limited to, in view of the necessary energy absorption, it is desirable to utilize a wavelength of about 100 nm to 2000 nm.

本レーザ加工装置は、レーザ発振器5から発振出力された超短パルスレーザが、パルス幅制御機能部6,ビーム径制御機能部7,パルスエネルギ制御機能部8を通り、集光レンズ1により被加工物2に集光されるようになっている。 The laser processing apparatus, the processed ultrashort pulse laser oscillated from the laser oscillator 5 is, the pulse width control function unit 6, a beam diameter control function unit 7 through the pulse energy control function unit 8, by the condenser lens 1 It is adapted to be focused on the object 2.

因みに、パルス幅制御機能部6としては、分散ミラー,回折格子対,プリズム対等がある。 Incidentally, the pulse width control function unit 6, dispersing mirror, a diffraction grating pair, a prism equal. ビーム径制御機能部7としては、コリメータ等がある。 As the beam diameter control function unit 7, there is a collimator or the like. パルスエネルギ制御機能部8としては、NDフィルタ,酸化多層膜フィルタ,位相板,DOE,デフォーマブルミラー等がある。 The pulse energy control function unit 8, ND filter, oxide multilayer filter, a phase plate, DOE, is the deformable mirror or the like.

被加工物2は、金属,ウェハ,ガラス,結晶材料,生体材料,樹脂材料等であり、加工ステージ9の上に置かれている。 Workpiece 2, metal, wafers, glass, crystalline materials, biomaterials, a resin material or the like, is placed on the processing stage 9. 加工ステージ9は、制御部としてのパーソナルコンピュータ(以下、パソコンと略称する)10によってその駆動が制御される。 Processing stage 9, the personal computer serving as a control unit (hereinafter, abbreviated as PC) driving by 10 is controlled. レーザ加工時、加工ステージ9の駆動によってレーザビームのスキャニングが行われる。 During laser machining, scanning of the laser beam is performed by driving the working stage 9. また、集光レンズ1と被加工物2との光軸方向の大まかな相対距離も、加工ステージ9によって調整される。 Also, rough relative distance in the optical axis direction between the condensing lens 1 and the workpiece 2 is also regulated by the processing stage 9.

また、本レーザ加工装置は、パルスエネルギ制御機能部8を経た超短パルスレーザの光強度分布が光強度分布測定器11によって測定されるようになっている。 Further, the laser processing apparatus, the light intensity distribution of an ultrashort pulse laser having passed through the pulse energy control function unit 8 is adapted to be measured by the light intensity distribution measuring device 11. 光強度分布測定器11としては、ナイフエッジやCCDによるビームプロファイラ等がある。 As the light intensity distribution measuring instrument 11, there is a beam profiler due knife edge and CCD. この光強度分布測定器11によって測定された光強度分布のデータは、前記パソコン10でモニタされ、各制御機能部6,7,8にフィードバックされて、レーザビーム集光位置近傍の光強度分布が被加工物2の表面形状に沿って制御される。 Data of the light intensity distribution measured by the light intensity distribution measuring instrument 11 is monitored by the computer 10, is fed back to the control function unit 6, 7, 8, the light intensity distribution of the laser beam converging position near It is controlled along the surface shape of the workpiece 2.

すなわち、レーザビーム集光位置近傍の光強度分布を制御する手法として、パルス幅制御機能部6によりパルス幅を制御する手法と、パルスエネルギ制御機能部8によりパルスエネルギ分布を制御する手法と、ビーム径制御機能部7と集光レンズ1とによりレーザビームの開口数(NA)を制御する手法とがある。 That is, as a method for controlling the light intensity distribution of the laser beam converging position near, and techniques for controlling the pulse width by the pulse width control function unit 6, a method of controlling the pulse energy distribution by the pulse energy control function unit 8, the beam by the diameter control function section 7 and the condenser lens 1 there is a technique of controlling the numerical aperture of the laser beam (NA). 本実施の形態では、いずれか1つの手法或いは複数の手法の組み合わせによって、図3に示すように、被加工物2の表面と集光位置3との光軸方向相対距離の長短に拘らず光強度の加工しきい値11が被加工物2の表面形状に沿うように、若しくは表面を越えるように半径方向の光強度分布13が制御される。 In this embodiment, the combination of any one of the techniques or a plurality of techniques, as shown in FIG. 3, irrespective light of the length of the optical axis relative distance between the surface and the focusing position 3 of the workpiece 2 radial light intensity distribution 13 is controlled so that processing threshold 11 of strength along the surface shape of the workpiece 2, or exceeds the surface.

このように本実施の形態は、超短パルスレーザによるレーザビームの集光位置近傍の光強度分布に依存してレーザ加工を施すものである。 Form of such a present embodiment, is intended to perform laser processing in dependence on the light intensity distribution of the light converging position near the laser beam by the ultrashort pulse laser. すなわち、レーザビームの光軸方向の光強度を加工しきい値11を超える強度に制御することによって、集光位置3より離れた領域であっても被加工物2に対してレーザ加工を施すことができる。 That is, by controlling the light intensity in the axial direction of the laser beam intensity above a processing threshold 11, it is also a region away from the converging position 3 for performing laser machining the workpiece 2 can.

図5は、同一のアブレーション加工痕を得るための被加工物2と集光位置3との相対距離μm(横軸)と、パルスエネルギの増加量μJ(縦軸)との関係を示したグラフである。 Figure 5 is a graph showing the relative distance between the workpiece 2 and the focusing position 3 to obtain the same ablation processing marks [mu] m (horizontal axis), the relationship between the increase of pulse energy .mu.J (vertical axis) it is. 集光レンズ1の開口数(NA)は0.46とした。 The numerical aperture of the condenser lens 1 (NA) was 0.46. 図からわかるように、被加工物2と集光位置3との相対距離が長くなっても、パルスエネルギを増加させることで光強度分布4を制御することによって、同一加工痕で加工を施すことができる。 As can be seen, even when long relative distance between the workpiece 2 and the focusing position 3, by controlling the light intensity distribution 4 by increasing the pulse energy, is subjected to processing in the same processing marks can.

このように本実施の形態によれば、複雑な表面形状を有する被加工物2に対しても、レーザビーム集光位置近傍の光強度分布を制御することにより、被加工物2の表面形状に沿ってレーザ加工を行うことができる。 Thus, according to this embodiment, even for a workpiece 2 having a complicated surface shape, by controlling the light intensity distribution of the laser beam converging position near the surface shape of the workpiece 2 it is possible to perform laser processing along. したがって、被加工物2若しくは集光レンズ1の高い位置決め精度や高分解能が要求されないので、容易にかつ安価な設備でレーザ加工を行うことができる。 Therefore, since the high positioning accuracy and high resolution of the workpiece 2 or the condenser lens 1 is not required, it is possible to perform laser processing easily and inexpensive equipment.

なお、本実施の形態のレーザ加工方法は、材料表面のアブレーションだけでなく、表面改質や表面近傍の内部改質などの超短パルスレーザを用いたレーザ加工全般に利用されるものである。 The laser machining method of this embodiment, not only the material ablation surface, is utilized for the laser machining in general using an ultra-short pulse laser such as an internal modification of the surface modification and surface vicinity.

[第2の実施の形態] Second Embodiment
次に、レーザビームを多点に分岐して多数の集光位置を有するレーザビームとし、これら多数の集光位置を有するレーザビームの各集光位置近傍の光強度分布を被加工物の表面形状に沿って制御するレーザ加工方法に対応した第2の実施の形態について、図5〜図6を用いて説明する。 Next, a laser beam having a plurality of condensing positions by branching a laser beam on the multi-point, the surface shape of the workpiece the light intensity distribution of the respective condensing positions near the laser beam having these multiple collection point the second embodiment corresponds to the laser processing method of controlling along, it will be described with reference to FIGS. 5-6.

図5は本実施の形態に関わるレーザ加工装置の構成図である。 Figure 5 is a block diagram of a laser processing apparatus according to the present embodiment. なお、第1の実施の形態を示す図2と共通する部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。 Incidentally, parts in common with Figure 2 showing the first embodiment and detailed description thereof is omitted with the same reference numerals.

この第2の実施の形態においては、レーザ発振器5から発振出力され、パルス幅制御機能部6,ビーム径制御機能部7,パルスエネルギ制御機能部8を通って光強度分布が被加工物2の表面形状に沿って制御されるレーザビームが、多点分割機能部12で多数のビームに分割された後、集光レンズ1を通って被加工物2に照射されるようになっている。 In this second embodiment, the oscillation output from the laser oscillator 5, the pulse width control function unit 6, a beam diameter control function unit 7, the light intensity distribution through the pulse energy control function unit 8 of the workpiece 2 the laser beam is controlled along the surface shape, after being divided into multiple beams at multiple points dividing function unit 12, and is irradiated to the workpiece 2 through the condenser lens 1. 多点分割機能部12としては、マスク,回折格子,マイクロレンズアレイ,位相板,DOE,ホモジナイザ等がある。 The multi-point dividing function unit 12, a mask, a diffraction grating, a micro lens array, a phase plate, DOE, there is homogenizer or the like. また、干渉露光等によるビームパターンを利用して多点集光位置を作成してもよい。 It is also possible to create a multiple light points position using the beam pattern due to the interference exposure, and the like.

図6(a)は、多数に分割されたレーザビームにより凹面形状を有する被加工物2の表面を加工する場合の原理図であり、同図(b)は、S部の拡大図である。 6 (a) is a principle diagram of a case of processing the surface of the workpiece 2 having a concave shape by split laser beam into multiple, FIG (b) is an enlarged view of S section. 因みに、光強度分布制御にパルスエネルギ制御機能部8を使用し、多点分割機能部12にマスクを使用している。 Incidentally, by using the pulse energy control function unit 8 to the light intensity distribution control, using a mask to multipoint dividing function unit 12.

図示するように、多点分割機能部12で分割された複数のレーザビームの光強度加工しきい値11が、ガウス分布に制御された半径方向の光強度分布13により、被加工物2の表面である凹面形状に沿うように照射されて、レーザ加工が施される。 As shown, a plurality of laser beams of light intensity processing threshold 11 divided by the multi-point division function unit 12, the radial light intensity distribution 13 which is controlled to a Gaussian distribution, of the workpiece 2 surfaces in it are irradiated along the concave shape, the laser processing is performed.

このように本実施の形態によれば、凹面形状のような複雑形状を有する被加工物2の表面に対しても面一括照射によるレーザ加工が可能となるので、シングルポイントの加工よりも加工時間を短縮でき、高スループット化を得られるようになる。 According to this embodiment, since the laser processing by also surface simultaneous irradiation to the workpiece second surface having a complicated shape such as a concave shape is possible, machining time than machining of single point the can be shortened, so obtain a high throughput.

なお、被加工物2の表面形状が凸面形状を有している場合には、分割する前のレーザビームをガウス分布とは逆の分布に制御することにより、多点一括照射によるレーザ加工が可能になる。 In the case where the surface shape of the workpiece 2 has a convex shape, by controlling the laser beam prior to splitting in the opposite distribution Gaussian distribution, it can be laser processing by multi-point simultaneous irradiation become. また、自由な形状を有する被加工物2の場合は、デフォーマブルミラー等を用いて所望の光強度分布に制御すればよい。 In the case of the workpiece 2 having a desired shape may be controlled to a desired light intensity distribution using a deformable mirror or the like.

また、本実施の形態では、光強度分布を制御してから多数分割を行ったが、多数分割後に各ビーム毎に光強度分布を制御するようにしてもよい。 Further, in the present embodiment has been many split from controlling the light intensity distribution, it may be controlled the light intensity distribution for each beam after numerous dividing.

また、本実施の形態のレーザ加工方法も、材料表面のアブレーションだけでなく、表面改質や表面近傍の内部改質などの超短パルスレーザを用いたレーザ加工全般に利用されるものである。 The laser machining method of this embodiment also, not only the material ablation surface, is utilized for the laser machining in general using an ultra-short pulse laser such as an internal modification of the surface modification and surface vicinity.

[第3の実施の形態] Third Embodiment
次に、被加工物の表面形状に沿った光強度分布を得るためのシミュレーションを行い、このシミュレーションに基づいて前記レーザビームの集光位置近傍の光強度分布を制御するレーザ加工方法に対応した第3の実施の形態について、図7を用いて説明する。 Next, the corresponding laser processing method to simulate for obtaining light intensity distribution along the surface shape of the workpiece, controls the focusing position of light intensity distribution in the vicinity of the laser beam on the basis of the simulation the third embodiment will be described with reference to FIG.

図7は本実施の形態に関わるレーザ加工装置の構成図である。 Figure 7 is a configuration diagram of a laser machining apparatus according to the present embodiment. なお、第1及び第2の実施の形態を示す図2及び図5と共通する部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。 Incidentally, parts in common with Figures 2 and 5 show the first and second embodiments and detailed description thereof is omitted with the same reference numerals.

この第3の実施の形態においては、被加工物2の表面形状を測定する形状測定手段として表面形状測定器14を有している。 In the third embodiment, it has a surface shape measuring device 14 as the shape measuring means for measuring the surface shape of the workpiece 2. 表面形状測定器14としては、接触式の表面形状計測器の他、干渉計や原子間力顕微鏡等がある。 The surface profile measuring instrument 14, other contact type surface profile measuring instrument, there is an interferometer or an atomic force microscope. 表面形状測定器14によって測定された表面形状データは、パソコン10に与えられる。 Surface shape data measured by a surface shape measuring device 14 is provided to the PC 10. パソコン10には、光強度分布測定手段としての光強度分布測定器11にて測定された光強度分布のデータも与えられている。 The personal computer 10, also given the data of the light intensity distribution measured by the light intensity distribution measuring device 11 as a light intensity distribution measurement means.

パソコン10では、表面形状測定器14によって測定された表面形状データにより、該表面形状のレーザ加工に必要な光強度分布がシミュレートされる(シミュレート手段)。 In the PC 10, the surface shape data measured by a surface shape measuring device 14, the light intensity distribution required for laser machining of the surface shape is simulated (simulation means). そして、光強度分布測定器11にて測定される光強度分布のデータがシミュレートされた光強度分布に一致するように、パルス幅制御機能部6,ビーム径制御機能部7またはパルスエネルギ制御機能部8のいずれか1つまたは複数が制御される(制御手段)。 As the data of the light intensity distribution measured by the light intensity distribution measuring instrument 11 is equal to the light intensity distribution simulated, the pulse width control function unit 6, a beam diameter control function unit 7 or the pulse energy control function any one or more are controlled part 8 (control means).

かかる手段を有したレーザ加工装置においては、表面形状測定器14で計測された表面形状の変位量により、集光レンズ1と被加工物2との光軸方向相対距離が求められる。 In the laser processing apparatus having such a means, the displacement of the surface shape measured by the surface profile measuring instrument 14, the optical axis direction relative distance between the condensing lens 1 and the workpiece 2 is determined. そして、この相対距離に対応した光強度分布4に制御される。 Then, it is controlled in the light intensity distribution 4 corresponding to the relative distance.

光強度分布4は、シミュレーションにより求められる。 Light intensity distribution 4 is obtained by simulation. 例えば半径方向の光強度分布13をガウス分布とし、開口数(MA)を制御することによって光強度分布4を制御する場合、ガウス分布を集光した場合の光軸方向の光強度分布は、次のように算出される。 For example the radial light intensity distribution 13 where the Gaussian distribution, when controlling the light intensity distribution 4 by controlling the numerical aperture (MA), the light intensity distribution in the optical axis direction when focusing a Gaussian distribution, the following It is calculated as.

先ず、集光レンズ1の開口数(MA)をQとし、レーザ波長をλとすると、スポット径W0は(1)式で表される。 First, the numerical aperture of the focusing lens 1 (MA) and is Q, when the laser wavelength is lambda, the spot diameter W0 is expressed by equation (1).

W0=2λ/π・Q …(1) W0 = 2λ / π · Q ... (1)
次に、レイリー長Zrをk・W0 /2(kは波長ベクトル)とすると、光軸z上でのガウスビーム半径W(z)は、(2)式で表される。 Next, when the Rayleigh length Zr k · W0 2/2 ( k is wavevector), Gaussian beam radius W on the optical axis z (z) is expressed by equation (2).

(z)=W0 (1+Z /Zr ) …(2) W 2 (z) = W0 2 (1 + Z 2 / Zr 2) ... (2)
したがって、集光ビームの光強度分布は、(3)式で表される。 Accordingly, the light intensity distribution of the focused beam is represented by the equation (3).

I={1/(1+Z /Zr )}・exp[{-2(X 2 +Y 2 )}/W 2 (z)] …(3) I = {1 / (1 + Z 2 / Zr 2)} · exp [{- 2 (X 2 + Y 2)} / W 2 (z)] ... (3)
そこで、(3)式にしたがって光強度分布4をシミュレーションすることにより、集光レンズ1と被加工物2との光軸方向相対距離と等光強度線が求められるので、光強度の加工しきい値を示す等光強度線の位置が集光レンズ1と被加工物2との光軸方向相対距離と等しく、若しくは超えるように集光レンズ1の開口数(MA)を制御することによって、複雑形状を有する被加工物2の表面若しくはその近傍に沿ったレーザ加工が可能となる。 Therefore, (3) by simulating the light intensity distribution 4 according formula, the optical axis direction relative distance and Tohikari strength line between the condenser lens 1 and the workpiece 2 is determined, the light intensity processing threshold by the position of equal intensity line indicating a value to control equal to the optical axis direction relative distance, or the numerical aperture of the condenser lens 1 so as to exceed the (MA) of the focusing lens 1 and the workpiece 2, complex thereby enabling laser processing along the surface or near the workpiece 2 having a shape.

このように本実施の形態によれば、表面形状測定機能とシミュレーション機能とを組み合わせることによって、いかなる表面形状を有する被加工物2に対しても高精度にレーザ加工を施すことができる。 Thus, according to this embodiment, by combining the surface shape measurement function and simulation functions, it can be subjected to laser processing in high precision with respect to the workpiece 2 with any surface shape.

なお、前記各実施の形態では超短パルスレーザのレーザビームでレーザ加工を行う場合を示したが、レーザビームの光源は超短パルスレーザに限定されるものではない。 Note that above-described embodiments shows the case of performing laser processing with a laser beam of ultra-short pulse laser, the laser beam of the light source is not limited to the ultrashort pulse laser.

本発明のレーザ加工方法の原理説明に用いる模式図。 Schematic view used for explaining the principle of the laser processing method of the present invention. 本発明の第1の実施の形態におけるレーザ加工装置の要部構成を示す模式図。 Schematic diagram showing a main configuration of a laser machining apparatus according to the first embodiment of the present invention. 同第1の実施の形態におけるレーザ加工方法の原理説明に用いる模式図。 Schematic view used for explaining the principle of the laser processing method in the first embodiment. 同第1の実施の形態において、同一のアブレーション加工痕を得るための被加工物と集光位置との相対距離と、パルスエネルギの増加量との関係を示したグラフ。 Graph in the first embodiment, shown workpiece to achieve the same ablation processing marks and the relative distance between the focusing position, the relationship between the increase of pulse energy. 本発明の第2の実施の形態におけるレーザ加工装置の要部構成を示す模式図。 Schematic diagram showing a main configuration of a laser machining apparatus according to the second embodiment of the present invention. 同第2の実施の形態におけるレーザ加工方法の原理説明に用いる模式図。 Schematic view used for explaining the principle of the laser processing method in the same second embodiment. 本発明の第3の実施の形態におけるレーザ加工装置の要部構成を示す模式図。 Schematic diagram showing a main configuration of a laser machining apparatus according to the third embodiment of the present invention. 従来例の原理説明に用いる模式図。 Schematic view used for explaining the principle of the conventional example.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…集光レンズ、2…被加工物、3…集光位置、4…光強度分布、5…レーザ発振器、6…パルス幅制御機能部、7…ビーム径制御機能部、8…パルスエネルギ制御機能部、9…加工ステージ、10…パソコン、11…光強度分布測定器、12…多点分割機能部、13…半径方向の光強度分布、14…表面形状測定器。 1 ... condenser lens, 2 ... workpiece, 3 ... focusing position, 4 ... light intensity distribution, 5 ... laser oscillator, 6 ... pulse width control function unit, 7 ... beam diameter control function unit, 8 ... pulse energy control functional unit, 9 ... working stages, 10 ... PC, 11 ... light intensity distribution measuring device, 12 ... multi-point dividing function unit, 13 ... radial light intensity distribution, 14 ... surface profile measuring instrument.

Claims (10)

  1. レーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施すレーザ加工方法において、 In the laser processing method for performing laser processing on the surface or near the workpiece using a laser beam,
    前記レーザビームの集光位置近傍の光強度分布を前記被加工物の表面形状に沿って制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。 Laser processing method, wherein a light intensity distribution of the light converging position near the laser beam so as to control along the surface shape of the workpiece.
  2. レーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施すレーザ加工方法において、 In the laser processing method for performing laser processing on the surface or near the workpiece using a laser beam,
    前記レーザビームを多点に分岐して多数の集光位置を有するレーザビームとし、これら多数の集光位置を有するレーザビームの集光位置近傍の光強度分布を前記被加工物の表面形状に沿って制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。 And a laser beam having a plurality of condensing positions by branching the laser beam into multipoint, along a light intensity distribution of the light converging position near the laser beam having these multiple collection point to the surface shape of the workpiece laser processing method is characterized in that so as to control Te.
  3. 請求項1または2記載のレーザ加工方法において、 In the laser processing method according to claim 1 or 2, wherein,
    前記被加工物の表面形状に沿った光強度分布を得るためのシミュレーションを行い、このシミュレーションに基づいて前記レーザビームの集光位置近傍の光強度分布を制御することを特徴とするレーザ加工方法。 Wherein a simulation for obtaining the light intensity distribution along the surface shape of the workpiece, the laser processing method characterized by controlling the light intensity distribution of the light converging position near the laser beam on the basis of the simulation.
  4. 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のレーザ加工方法において、 In the laser processing method according to any one of claims 1 to 3,
    前記レーザビームは超短パルスレーザのレーザビームであり、該レーザビームのパルス幅を制御することによって集光位置近傍の光強度分布を前記被加工物の表面形状に沿って制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。 The laser beam is a laser beam of ultra-short pulse laser, it has to be controlled along a light intensity distribution in the vicinity of the condensing position on the surface shape of the workpiece by controlling the pulse width of the laser beam laser processing method according to claim.
  5. 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のレーザ加工方法において、 In the laser processing method according to any one of claims 1 to 3,
    前記レーザビームは超短パルスレーザのレーザビームであり、該レーザビームのパルスエネルギ分布を制御することによって集光位置近傍の光強度分布を前記被加工物の表面形状に沿って制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。 The laser beam is a laser beam of ultra-short pulse laser, was to be controlled along a light intensity distribution in the vicinity of the condensing position on the surface shape of the workpiece by controlling the pulse energy distribution of the laser beam laser processing method, characterized in that.
  6. 請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載のレーザ加工方法において、 In the laser processing method according to any one of claims 1 to 3,
    前記レーザビームは超短パルスレーザのレーザビームであり、該レーザビームの開口数を制御することによって集光位置近傍の光強度分布を前記被加工物の表面形状に沿って制御するようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。 The laser beam is a laser beam of ultra-short pulse laser, it has to be controlled along a light intensity distribution in the vicinity of the condensing position on the surface shape of the workpiece by controlling the numerical aperture of the laser beam laser processing method according to claim.
  7. レーザ発振器からのレーザビームを用いて被加工物の表面またはその近傍にレーザ加工を施すレーザ加工装置において、 In the laser machining apparatus for performing laser processing on the surface or near the workpiece with a laser beam from a laser oscillator,
    前記レーザビームの集光位置近傍の光強度分布データを測定する光強度分布測定手段と、 And the light intensity distribution measurement means for measuring the light intensity distribution data of the condensing position near the laser beam,
    前記被加工物の表面形状を測定する形状測定手段と、 A shape measuring means for measuring the surface shape of the workpiece,
    この形状測定手段により測定された表面形状のレーザ加工に必要な光強度分布をシミュレートするシミュレート手段と、 And simulating means for simulating the light intensity distribution required for laser machining of the measured surface shape by the shape measuring means,
    前記光強度分布測定手段により測定される光強度分布データが前記シミュレート手段によりシミュレートされた光強度分布に一致するように前記レーザビームを制御する制御手段と、 And control means for controlling the laser beam to match the light intensity distribution simulated by the light intensity distribution data is the simulating means which is measured by the light intensity distribution measurement means,
    を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。 Laser machining apparatus being characterized in that comprises a.
  8. 請求項7記載のレーザ加工装置において、 In the laser processing apparatus according to claim 7,
    前記レーザビームは超短パルスレーザのレーザビームであり、 The laser beam is a laser beam of ultra-short pulse laser,
    前記制御手段は、前記レーザビームのパルス幅を制御することによって前記光強度分布測定手段により測定される光強度分布データが前記シミュレート手段によりシミュレートされた光強度分布に一致させることを特徴とするレーザ加工装置。 Wherein said control means includes a feature to match the light intensity distribution simulated by the light intensity distribution data measured by the light intensity distribution measuring means and the simulating means by controlling the pulse width of the laser beam laser processing apparatus for.
  9. 請求項7記載のレーザ加工装置において、 In the laser processing apparatus according to claim 7,
    前記レーザビームは超短パルスレーザのレーザビームであり、 The laser beam is a laser beam of ultra-short pulse laser,
    前記制御手段は、前記レーザビームのパルスエネルギ分布を制御することによって前記光強度分布測定手段により測定される光強度分布データが前記シミュレート手段によりシミュレートされた光強度分布に一致させることを特徴とするレーザ加工装置。 It said control means, characterized in that to match the light intensity distribution simulated by the light intensity distribution data measured by the light intensity distribution measuring means and the simulating means by controlling the pulse energy distribution of the laser beam laser processing apparatus according to.
  10. 請求項7記載のレーザ加工装置において、 In the laser processing apparatus according to claim 7,
    前記レーザビームは超短パルスレーザのレーザビームであり、 The laser beam is a laser beam of ultra-short pulse laser,
    前記制御手段は、前記レーザビームの開口数を制御することによって前記光強度分布測定手段により測定される光強度分布データが前記シミュレート手段によりシミュレートされた光強度分布に一致させることを特徴とするレーザ加工装置。 Wherein said control means includes a feature to match the light intensity distribution simulated by the light intensity distribution data measured by the light intensity distribution measuring means and the simulating means by controlling a numerical aperture of the laser beam laser processing apparatus for.
JP2005146780A 2005-05-19 2005-05-19 Apparatus and method for laser beam machining Withdrawn JP2006320938A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005146780A JP2006320938A (en) 2005-05-19 2005-05-19 Apparatus and method for laser beam machining

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005146780A JP2006320938A (en) 2005-05-19 2005-05-19 Apparatus and method for laser beam machining

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006320938A true true JP2006320938A (en) 2006-11-30

Family

ID=37540982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005146780A Withdrawn JP2006320938A (en) 2005-05-19 2005-05-19 Apparatus and method for laser beam machining

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006320938A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014037006A (en) * 2008-03-07 2014-02-27 Imra America Inc Transparent material treatment by ultra-short pulse laser
US9636773B2 (en) 2005-09-08 2017-05-02 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9636773B2 (en) 2005-09-08 2017-05-02 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
US9751154B2 (en) 2005-09-08 2017-09-05 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
JP2014037006A (en) * 2008-03-07 2014-02-27 Imra America Inc Transparent material treatment by ultra-short pulse laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Behrmann et al. Excimer laser micromachining for rapid fabrication of diffractive optical elements
US6951627B2 (en) Method of drilling holes with precision laser micromachining
JP2005028438A (en) Machining apparatus utilizing laser beam
JP2010158686A (en) Optical device for laser processing, laser processing device and laser processing method
US6236509B1 (en) Diffractive optical system with synthetic opening and laser cutting device incorporating this system
JP2007048835A (en) Laser machining apparatus and solar cell substrate patterning method using it
JP2002292487A (en) Laser processing apparatus and laser processing method
JP2007118054A (en) Method and apparatus for laser beam machining
CN101733556A (en) Laser cutting machine
JP2003136270A (en) Laser beam machining device
JP2005217267A (en) Laser irradiation device
US20100296106A1 (en) Chromatic confocal sensor
CN104029394A (en) Method for improving laser scanning image light-curing quick-molding efficiency
JP2008016577A (en) Laser processing method for wafer
US20110132881A1 (en) Apparatus and methods for drilling holes with no taper or reverse taper
JP2006110587A (en) Laser interference machining method and device
JP2008296254A (en) Laser beam machining apparatus
US7989731B2 (en) Method for processing materials with laser pulses having a large spectral bandwidth
JPH07185861A (en) Laser beam machining device
JP2001138083A (en) Laser beam machining device and laser irradiation method
JP2000263261A (en) Laser beam machining device and method of laser beam machining using same device
JP2000176661A (en) Laser beam machining method and its device
JP2003334683A (en) Apparatus and method for laser processing
JP2002198301A (en) Aligner
JP3775250B2 (en) Laser processing method and laser processing apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080805