JP2008049361A - Beam forming method, and laser beam machining apparatus using the method - Google Patents

Beam forming method, and laser beam machining apparatus using the method Download PDF

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和正 首藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a beam forming method and a laser beam machining apparatus using the method capable of forming laser beams having a uniform beam profile in a predetermined shape, and realizing the laser beam machining of a workpiece with high precision by using the formed laser beams. <P>SOLUTION: The beam forming method for forming circular laser beams in a predetermined shape comprises: an elliptical shape forming step of forming laser beams of an elliptical shape from laser beams of a circular shape; a branching step of branching the laser beams of the elliptical shape to be obtained by the elliptical shape forming step; a turning step of turning the laser beams of at least one elliptical shape so that the angles of the elliptical shapes to be obtained by the branching step are made different from each other; a combining step of combining laser beams of the elliptical shape to be obtained by the turning step; and a segmenting step of segmenting laser beams of the predetermined shape by passing the composite laser beam obtained by the combining step through a mask mechanism. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ビーム成形方法及び該方法を用いたレーザ加工装置に係り、特に所定形状において均一なビームプロファイルを有するレーザビームを成形し、また成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現するための加工対象物への高精度なレーザ加工を実現するためのビーム成形方法及び該方法を用いたレーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a beam forming method and a laser processing apparatus using the method, and in particular, forms a laser beam having a uniform beam profile in a predetermined shape, and uses the formed laser beam to apply to a workpiece. The present invention relates to a beam forming method for realizing high-precision laser processing on a workpiece to realize high-precision laser processing, and a laser processing apparatus using the method.

従来、レーザ発振器から発生したレーザビームを用いてプリント配線基板等の加工対象物に対し、1又は複数発のレーザビームを照射してレーザ加工を行う技術が存在する。例えば、COガスレーザ発振器から出射されたパルス状のレーザビームは、マスク機構等により光量が調整され、イメージングレンズ等により加工対象物の加工点に集束される。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a technique for performing laser processing by irradiating an object to be processed such as a printed wiring board with one or a plurality of laser beams using a laser beam generated from a laser oscillator. For example, the amount of light of a pulsed laser beam emitted from a CO 2 gas laser oscillator is adjusted by a mask mechanism or the like, and focused on a processing point of an object to be processed by an imaging lens or the like.

このとき、マスク等の光量調整機構を通過したレーザビームは、均一光学系(入射用集光レンズ、カライド反射鏡等)を介して加工対象物の所定領域に照射される。   At this time, the laser beam that has passed through the light amount adjustment mechanism such as a mask is irradiated onto a predetermined region of the object to be processed through a uniform optical system (incident condensing lens, kaleidoreflector, etc.).

また、上述の均一光学系では、例えば入射用の集光レンズにより集光されたレーザビームをカライド反射鏡に入射させ、カライド反射鏡では、その内部での多重反射を利用してレーザビームの光(エネルギー)強度分布(ビームプロファイル)を均一にする。なお、レーザビームのビームプロファイルを制御する技術としては、例えばホモジナイザ等がある。   In the above-mentioned uniform optical system, for example, a laser beam collected by an incident condenser lens is incident on a kaleidoreflector. (Energy) Intensity distribution (beam profile) is made uniform. A technique for controlling the beam profile of the laser beam includes, for example, a homogenizer.

そして、均一光学系により光強度分布を均一にされたレーザビームは、例えばガルバノスキャナ等による走査系により振られて、XYステージ上の加工対象物の所定領域に照射される。   Then, the laser beam whose light intensity distribution is made uniform by the uniform optical system is shaken by, for example, a scanning system such as a galvano scanner, and is irradiated onto a predetermined region of the workpiece on the XY stage.

ところで、上述したレーザ加工では、レーザビームの光強度分布がガウシアン状(つりがね状)の場合、レーザビームの軸心の光強度分布が最も強くなり、レーザビームの外周の光強度分布が弱くなる。   By the way, in the laser processing described above, when the light intensity distribution of the laser beam is Gaussian (hanging), the light intensity distribution at the axis of the laser beam is the strongest and the light intensity distribution at the outer periphery of the laser beam is weak. Become.

また、上述したようにマスク機構を用いた場合、例えば固定マスクの孔径によりレーザビームのビーム径を規制したとしても、固定マスクを通過したレーザビームの軸心付近の光強度分布が最も強い状態は変わらない。そのため、孔加工(バイアホール加工)された孔の内周がテーパ状になってしまい、孔加工の開口率の改善に限界があるという問題があった。   Further, when the mask mechanism is used as described above, for example, even when the beam diameter of the laser beam is regulated by the hole diameter of the fixed mask, the light intensity distribution near the axis of the laser beam that has passed through the fixed mask is the strongest. does not change. For this reason, the inner periphery of the hole processed (via hole processing) becomes tapered, and there is a problem that there is a limit to the improvement of the aperture ratio of the hole processing.

そこで、従来では、マスク機構に複数の孔又は複数のスリットからなる開口部を任意に配置し、そのマスクをレーザビームの光軸を回転軸として回転させることにより、レーザビームの光強度分布(ビームプロファイル)が均一になるように光量を制御する手法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−118831号公報
Therefore, conventionally, an opening made up of a plurality of holes or a plurality of slits is arbitrarily arranged in the mask mechanism, and the mask is rotated about the optical axis of the laser beam, whereby the light intensity distribution of the laser beam (beam A method for controlling the amount of light so that the profile is uniform is disclosed (for example, see Patent Document 1).
JP 2005-118831 A

しかしながら、上述したように従来技術では、マスクを回転させて入射されるレーザビームの光強度分布(ビームプロファイル)が均一になるように調整しているが、マスクを回転させる制御が必要であったり、回転しているマスクによるレーザビームの損失が大きく効率的ではない。   However, as described above, in the prior art, the light intensity distribution (beam profile) of the incident laser beam is adjusted to be uniform by rotating the mask, but it is necessary to control the rotation of the mask. The loss of the laser beam due to the rotating mask is large and not efficient.

更に、レーザ発振器から出射されるレーザビームは、通常円形であるが、例えばレーザビームを4角形等の所定形状に成形して均一なビームプロファイルで加工対象物を加工する場合、例えばレーザビームを上述したマスクに形成された四角形のスリット等を通過させることで、所定形状のレーザビームを切り出す方式が用いられている。しかしながら、この方式を用いると、切り出されたレーザビームの中心部分が強く、周辺部分が弱いビームとなってしまい、特に中心軸から遠いスリットの角(隅)部が最も弱くなってしまう。そのため、加工対象物に対して高精度なレーザ加工が実現できなかった。   Furthermore, the laser beam emitted from the laser oscillator is usually circular. However, when processing a workpiece with a uniform beam profile by shaping the laser beam into a predetermined shape such as a quadrangle, for example, the laser beam is used as described above. A method of cutting out a laser beam having a predetermined shape by passing a rectangular slit or the like formed in the mask is used. However, when this method is used, the center portion of the cut laser beam is strong and the peripheral portion is weak, and the corner (corner) portion of the slit far from the central axis is particularly weak. For this reason, high-precision laser processing cannot be realized for the workpiece.

また、例えばレーザ加工装置としては、ガルバノスキャナ等を用いて加工対象物の所定領域に対してレーザビームを照射してレーザパターニング等を行う装置がある。この装置では、ガルバノスキャナから加工対象物までの距離が長く、また一般に角部を有する形状を加工対象物の加工点に転写する光学系が用いられるが、所望の加工点スポットサイズを得るために、幾つかの制約がある。   For example, as a laser processing apparatus, there is an apparatus that performs laser patterning by irradiating a predetermined region of a processing object with a laser beam using a galvano scanner or the like. In this apparatus, an optical system is used that has a long distance from the galvano scanner to the object to be processed and generally transfers a shape having a corner to the processing point of the object to be processed. There are some limitations.

例えば、ガルバノスキャナの大きさが限られ、更に加工点のNA(Numerical Aperture)は、レーザ品質を示す「M=πdθ/4λ」の基準を満たすように、拡がり角θに制限がある。また、上述した加工対象物へ照射されるレーザビームの所望のスポットサイズ(例えば、100μm等)を得るためには、ある一定以上のビーム品質Mが必要となる。 For example, the size of the galvano scanner is limited, and the NA (Numerical Aperture) of the processing point is limited in the spread angle θ so as to satisfy the standard of “M 2 = πdθ / 4λ” indicating the laser quality. Further, in order to obtain a desired spot size (for example, 100 μm, etc.) of the laser beam irradiated to the above-described workpiece, a certain or higher beam quality M 2 is required.

したがって、均一な加工点プロファイルを得るためには、レーザ発振器が持つビームプロファイルが加工点に反映され易くするため、例えばホモジナイザ、ファイバ、カライド反射鏡等、ビーム品質Mを悪化させる構成を用いないほうが好ましい。 Therefore, in order to obtain a uniform processing point profile, since the beam profile with the laser oscillator is likely to be reflected in the machining point, for example without using the homogenizer, fiber, Callide reflector or the like, the configuration to deteriorate the beam quality M 2 Is preferred.

そのため、レーザビームの均一度をよくするためには、スリット面でレーザビームの中心部分のみを切り出すしかなく、その場合にも効率が悪くなっていた。したがって、加工対象物への高精度なレーザ加工が実現されていなかった。   Therefore, in order to improve the uniformity of the laser beam, only the center portion of the laser beam is cut out at the slit surface, and in that case, the efficiency is deteriorated. Therefore, high-precision laser processing on the workpiece has not been realized.

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、所定形状において均一なビームプロファイルを有するレーザビームを成形し、また成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現するためのビーム成形方法及び該方法を用いたレーザ加工装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and forms a laser beam having a uniform beam profile in a predetermined shape, and uses the shaped laser beam to provide a highly accurate laser on a workpiece. It is an object of the present invention to provide a beam forming method for realizing processing and a laser processing apparatus using the method.

上述の目的を達成するために、本発明は、円形のレーザビームを所定形状に成形するためのビーム成形方法において、前記円形のレーザビームから楕円形状のレーザビームを成形する楕円形状成形ステップと、前記楕円形状成形ステップにより得られる楕円形状のレーザビームを分岐させる分岐ステップと、前記分岐ステップにより得られる各楕円形状の角度が異なるように、少なくとも1つの楕円形状のレーザビームを回転させる回転ステップと、前記回転ステップにより得られる楕円形状のレーザビームを合成させる合成ステップと、前記合成ステップにより得られる合成されたレーザビームをマスク機構に通過させ、所定形状のレーザビームを切り出す切出ステップとを有することを特徴とする。これにより、所定形状において均一なビームプロファイルを取得することができる。また、成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。   To achieve the above object, the present invention provides a beam shaping method for shaping a circular laser beam into a predetermined shape, and an elliptical shaping step of shaping an elliptical laser beam from the circular laser beam; A branching step for branching the elliptical laser beam obtained by the elliptical shaping step, and a rotating step for rotating at least one elliptical laser beam so that the angles of the respective elliptical shapes obtained by the branching step are different. A synthesis step for synthesizing the elliptical laser beam obtained by the rotation step, and a cutting step for cutting out the laser beam having a predetermined shape by passing the synthesized laser beam obtained by the synthesis step through a mask mechanism. It is characterized by that. Thereby, a uniform beam profile in a predetermined shape can be acquired. In addition, using the shaped laser beam, it is possible to realize high-precision laser processing on a workpiece.

更に、前記回転ステップは、前記楕円形状の長軸が前記マスク機構に形成された開口部の少なくとも1つの角と交わるように前記楕円形状のレーザビームを回転させることを特徴とする。これにより、マスクによる不要な損失をなくし、また所定形状における中心部分及び周辺部分が均一なビームプロファイルを形成することができる。   Further, in the rotating step, the elliptical laser beam is rotated so that the major axis of the elliptical shape intersects with at least one corner of the opening formed in the mask mechanism. Thereby, unnecessary loss due to the mask can be eliminated, and a uniform beam profile can be formed in the central portion and the peripheral portion in the predetermined shape.

更に、前記分岐ステップは、偏光光学系を用いて前記楕円形状のレーザビームを前記開口部の角数に基づいて複数に分岐させ、前記合成ステップは、偏光光学系を用いて分岐した楕円形状のレーザビームを合成させることを特徴とする。これにより、レーザビームを偏光光学系により分岐、合成するため、ビーム品質の劣化を最小限に抑えることができる。   Further, the branching step splits the elliptical laser beam into a plurality based on the number of angles of the aperture using a polarizing optical system, and the combining step splits the elliptical laser beam split using the polarizing optical system. The laser beam is synthesized. Thereby, since the laser beam is branched and synthesized by the polarization optical system, it is possible to minimize degradation of the beam quality.

また本発明は、円形のレーザビームを所定形状に成形するためのビーム成形方法を用いて加工対象物に所定の加工を行うレーザ加工装置において、前記レーザビームを照射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射された円形のレーザビームから楕円形状のレーザビームを成形する楕円形状成形手段と、前記楕円形状成形手段により得られる楕円形状のレーザビームを分岐させる分岐手段と、前記分岐手段により得られる各楕円形状の角度が異なるように、少なくとも1つの楕円形状のレーザビームを回転させる回転手段と、前記回転手段により得られる楕円形状のレーザビームを合成させる合成手段と、前記合成手段により得られる合成されたレーザビームを所定形状に切り出すマスク機構を有することを特徴とする。これにより、所定形状において均一なビームプロファイルを取得することができる。また、成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。   The present invention also provides a laser processing apparatus for performing predetermined processing on a workpiece using a beam forming method for forming a circular laser beam into a predetermined shape, and a laser oscillator for irradiating the laser beam, and the laser oscillator Ellipse-shaped shaping means for shaping an elliptical laser beam from the circular laser beam emitted from the beam, branching means for branching the elliptical laser beam obtained by the elliptical-shaped shaping means, and each of the branching means obtained Rotating means for rotating at least one elliptical laser beam, synthesizing means for synthesizing the elliptical laser beam obtained by the rotating means, and synthesized by the synthesizing means so that the angles of the elliptical shapes are different. And a mask mechanism for cutting the laser beam into a predetermined shape. Thereby, a uniform beam profile in a predetermined shape can be acquired. In addition, using the shaped laser beam, it is possible to realize high-precision laser processing on a workpiece.

更に、前記回転手段は、前記楕円形状の長軸が前記マスク機構に形成された開口部の少なくとも1つの角と交わるように前記楕円形状のレーザビームを回転させることを特徴とする。これにより、マスクによる不要な損失をなくし、また所定形状における中心部分及び周辺部分が均一なビームプロファイルを形成することができる。   Further, the rotating means rotates the elliptical laser beam so that the major axis of the elliptical shape intersects with at least one corner of the opening formed in the mask mechanism. Thereby, unnecessary loss due to the mask can be eliminated, and a uniform beam profile can be formed in the central portion and the peripheral portion in the predetermined shape.

更に、前記分岐手段は、前記楕円形状のレーザビームを前記開口部の角数に基づいて複数に分岐させる偏光光学系を有し、前記合成手段は、分岐した楕円形状のレーザビームを合成させる偏光光学系を有することを特徴とする。これにより、レーザビームを偏光光学系により分岐、合成するため、ビーム品質の劣化を最小限に抑えることができる。   Further, the branching unit has a polarization optical system for branching the elliptical laser beam into a plurality based on the number of angles of the opening, and the combining unit is a polarization for combining the branched elliptical laser beam. It has an optical system. Thereby, since the laser beam is branched and synthesized by the polarization optical system, it is possible to minimize degradation of the beam quality.

本発明によれば、所定形状において均一なビームプロファイルを取得することができる。また、成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to acquire a uniform beam profile in a predetermined shape. In addition, using the shaped laser beam, it is possible to realize high-precision laser processing on a workpiece.

<本発明の概念>
本発明では、均一なレーザビームのビームプロファイルを成形する場合、光学系等により容易に成形することができる楕円ビーム(長尺ビーム)を利用する。また、成形した楕円ビームを所定数に分岐させる。また、分岐させた楕円ビームのそれぞれが異なる角度になるように少なくとも1つの楕円ビームを、ビームの中心を軸にして回転させる。更に、回転させた楕円ビームを中心が交わるように合成してマスクを通過させる。これにより、マスクによる不要な損失をなくし、また所定形状における中心部分及び周辺部分が均一なビームプロファイルを取得することができる。
<Concept of the present invention>
In the present invention, when a uniform beam profile of a laser beam is formed, an elliptical beam (long beam) that can be easily formed by an optical system or the like is used. Further, the shaped elliptical beam is branched into a predetermined number. Further, at least one elliptical beam is rotated about the center of the beam so that each of the branched elliptical beams has a different angle. Further, the elliptical beams that have been rotated are combined so that their centers intersect, and then passed through the mask. Thereby, unnecessary loss due to the mask can be eliminated, and a beam profile having a uniform central portion and peripheral portion in a predetermined shape can be obtained.

なお、本発明では、楕円ビームを回転させる場合には、楕円の長軸がマスクに形成される開口部(スリット等)により形成される所定形状の少なくとも1つの角(隅)と交わるように位置付けるのが好ましい。   In the present invention, when the elliptical beam is rotated, the long axis of the ellipse is positioned so as to intersect at least one corner (corner) of a predetermined shape formed by an opening (slit or the like) formed in the mask. Is preferred.

この手法により、例えばガルバノスキャナ等を用いたレーザ発振器から加工対象物までの距離(ワークディスタンス)の長いレーザパターニング加工を行う加工装置において、レーザ発振器から出射されるレーザビームのビーム品質を落とすことなく、また、光学系での伝送効率を悪化させずに、均一なスリット形状に対応する加工点のビームプロファイルを有する成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。これにより、加工品質を向上させることができる。   With this technique, for example, in a processing apparatus that performs laser patterning processing with a long distance (work distance) from a laser oscillator to a processing object using a galvano scanner or the like, without reducing the beam quality of the laser beam emitted from the laser oscillator In addition, high-precision laser processing is realized on a workpiece using a shaped laser beam with a beam profile of the processing point corresponding to a uniform slit shape without deteriorating the transmission efficiency in the optical system. can do. Thereby, processing quality can be improved.

<レーザビームの例>
ここで、所定形状のビームを成形するためにマスク機構に形成された開口部に入射されるレーザビームの例について図を用いて説明する。図1は、マスク機構に形成された開口部に入射されるレーザビームの一例を示す図である。
<Example of laser beam>
Here, an example of a laser beam incident on an opening formed in a mask mechanism for shaping a beam having a predetermined shape will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a laser beam incident on an opening formed in a mask mechanism.

なお、図1では、開口部の一例として正方形のスリットが形成されている。また、図1(a)はスリットに入射される従来のレーザビームの一例を示し、図1(b)はスリットに入射される本発明のレーザビームの一例を示している。なお、図1(a)、(b)では、大きさの異なる波紋状のビーム形状が示されているが、これはビームプロファイルの強さを示しており、中心に向かうほどビームは強くなっている。   In FIG. 1, a square slit is formed as an example of the opening. FIG. 1 (a) shows an example of a conventional laser beam incident on the slit, and FIG. 1 (b) shows an example of the laser beam of the present invention incident on the slit. In FIGS. 1A and 1B, ripple-shaped beam shapes having different sizes are shown. This indicates the strength of the beam profile, and the beam becomes stronger toward the center. Yes.

図1(a)に示すように、所定の形状のビームを成形するために、正方形のスリット11に入射される従来のレーザビームは、円形状のレーザビーム(円形ビーム12)であるため、スリット11により切り出されるレーザビームのビームプロファイルは、中心が強く、スリット11内の周辺部分が弱いビームとなる。したがって、特にスリット11の角部は中心からの距離が遠いため、最も弱いビームとなる。   As shown in FIG. 1A, since a conventional laser beam incident on a square slit 11 for shaping a beam having a predetermined shape is a circular laser beam (circular beam 12), a slit is formed. The beam profile of the laser beam cut out by 11 is a beam having a strong center and a weak peripheral part in the slit 11. Therefore, the corner portion of the slit 11 is the weakest beam because the distance from the center is long.

そこで、本発明では、図1(b)に示すように、スリット11に対して入射するレーザビームは、まず楕円状のレーザビームを成形し、その楕円ビームを分岐してそれぞれの向きが異なるように一方又は両方の楕円ビームを楕円形状の中心を軸にして回転させて、それぞれの楕円ビームを中心が交わるように合成させ、合成させた楕円ビーム13の中心がスリット11の中心と交わるようにスリット11内を通過させることで、スリット11内の周辺部分のレーザビームのビームプロファイルを強くすることができる。そのため、加工スポット内のプロファイルが均一化され、加工品質を向上させることができる。   Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1B, the laser beam incident on the slit 11 is first formed into an elliptical laser beam, and the elliptical beam is branched to have different directions. , One or both elliptical beams are rotated about the center of the elliptical shape, and the respective elliptical beams are combined so that the centers intersect, and the center of the combined elliptical beam 13 intersects the center of the slit 11. By passing through the slit 11, the beam profile of the laser beam in the peripheral portion in the slit 11 can be strengthened. Therefore, the profile in the processing spot is made uniform, and the processing quality can be improved.

なお、本発明において、成形された楕円ビーム13は、スリットの形状に対応させて回転させることが好ましい。具体的には、楕円形状の長軸が、スリット形状の少なくとも1つの角(隅)の位置と交わる位置に位置付けられるように楕円ビームを回転させる。これにより、スリット11により成形されたビームの周辺部、特に角部のビームプロファイルを強めることができる。したがって、ビームプロファイルを均一にすることができる。   In the present invention, the shaped elliptical beam 13 is preferably rotated in accordance with the shape of the slit. Specifically, the elliptical beam is rotated so that the major axis of the elliptical shape is positioned at a position where it intersects the position of at least one corner (corner) of the slit shape. Thereby, the beam profile of the peripheral part of the beam shape | molded by the slit 11, especially a corner | angular part can be strengthened. Therefore, the beam profile can be made uniform.

ここで、図2は、本発明におけるスリットに入射されるレーザビームの他の例を示す図である。例えば、図2(a)に示すように、長方形のスリット21である場合には、長方形のそれぞれの角(隅)に楕円ビームの長軸を対応させるように楕円ビーム22−1,22−2を回転させる。また、図2(b)に示すように、例えば6角形のスリット23である場合には、3つの楕円ビーム24−1〜24−3をそれぞれ6角形のスリット23の角に長軸が交わるように回転させ、回転させた楕円ビーム24−1〜24−3を図2(b)に示すように合成することで、均一なビームプロファイルを有するレーザビームを成形することができる。また、成形されたレーザビームを加工対象物に照射して加工することにより、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。   Here, FIG. 2 is a diagram showing another example of a laser beam incident on the slit in the present invention. For example, as shown in FIG. 2A, in the case of the rectangular slit 21, the elliptical beams 22-1 and 22-2 are arranged so that the major axis of the elliptical beam corresponds to each corner (corner) of the rectangle. Rotate. As shown in FIG. 2B, for example, in the case of a hexagonal slit 23, the major axes of the three elliptical beams 24-1 to 24-3 intersect with the corners of the hexagonal slit 23, respectively. 2 and combining the rotated elliptical beams 24-1 to 24-3 as shown in FIG. 2B, a laser beam having a uniform beam profile can be formed. Moreover, by irradiating the workpiece with the formed laser beam and processing it, it is possible to realize high-precision laser processing on the workpiece.

なお、上述した各楕円ビームは、スリットの2つの角に長軸が交わるように位置付けられているが、本発明においてはこれに限定されず、少なくとも1つの角に長軸が交わるように位置付けられていればよい。したがって、上述したスリット形状以外にも、例えば、3角形や星型でもよく、更に菱形、楕円等のスリットに対してもそれぞれの角に対応するように楕円ビームを所定数に分岐させ、所定の角度に回転させて合成した楕円ビームを用いてスリットを通過させることにより、均一なビームプロファイルを取得することができる。   Each elliptical beam described above is positioned so that the major axis intersects with two corners of the slit. However, the present invention is not limited to this, and is positioned so that the major axis intersects with at least one corner. It only has to be. Therefore, in addition to the slit shape described above, for example, a triangle or a star may be used, and a slit such as a rhombus or an ellipse may be split into a predetermined number of elliptical beams so as to correspond to the respective corners. A uniform beam profile can be obtained by passing the slit using an elliptical beam synthesized by rotating to an angle.

ここで、上述した実施例においては、楕円ビームを成形する場合に損失を少なくするためレンズ光学系を用いるのが好ましく、例えば縦と横で倍率の異なる光学系を実現できるシリンドリカルレンズ等を用いることができる。これにより、円形ビームの入射することで、容易に楕円ビームを成形することができる。なお、楕円ビームを成形する方法については、本発明においてはこれに限定されない。   Here, in the above-described embodiments, it is preferable to use a lens optical system in order to reduce loss when forming an elliptical beam. For example, a cylindrical lens that can realize optical systems having different magnifications in the vertical and horizontal directions is used. Can do. Thereby, an elliptical beam can be easily shaped by the incidence of a circular beam. The method for forming the elliptical beam is not limited to this in the present invention.

また、楕円ビームを分岐する場合には、例えばビームスプリッタ等の偏光光学系を分岐手段として用いることができる。また、スプリッタは、ハーフミラーや偏光ビームスプリッタを用いることが好ましい。なお、偏光ビームスプリッタでP波、S波に分岐する場合は、λ/2波長板やλ/4波長板を使用することで、分岐割合を容易に調整することができる。   When the elliptical beam is branched, a polarization optical system such as a beam splitter can be used as the branching unit. The splitter is preferably a half mirror or a polarizing beam splitter. In addition, when branching into a P wave and an S wave with a polarization beam splitter, the branching ratio can be easily adjusted by using a λ / 2 wavelength plate or a λ / 4 wavelength plate.

また、分岐した楕円ビームを所定角度に回転させ、回転させた楕円ビームを合成する場合には、分岐手段と同様に偏光光学系を合成手段として用いることができる。例えば、分岐する手段として偏光ビームスプリッタを用いた場合、P波、S波を合成する合成偏光ビームスプリッタ等を用いる。合成偏光ビームスプリッタによるPS合成では、例えばPS合成のためにλ/2波長板を挿入して直線偏光の方向を調整する。このように、レーザビームを偏光光学系により分岐、合成するため、ビーム品質の劣化を最小限に抑えることができる。また、合成ビームのビーム品質(M、拡がり角θ)に変化がないため、光学系での損失が少ない。したがって、高精度なレーザビームを成形することができる。 In addition, when the branched elliptical beam is rotated by a predetermined angle and the rotated elliptical beam is synthesized, the polarization optical system can be used as the synthesizing unit similarly to the branching unit. For example, when a polarization beam splitter is used as a branching unit, a combined polarization beam splitter that combines P waves and S waves is used. In PS synthesis by the synthesis polarization beam splitter, for example, a λ / 2 wavelength plate is inserted for PS synthesis to adjust the direction of linearly polarized light. In this way, since the laser beam is branched and synthesized by the polarization optical system, deterioration of the beam quality can be minimized. Further, since there is no change in the beam quality (M 2 , divergence angle θ) of the combined beam, there is little loss in the optical system. Therefore, a highly accurate laser beam can be formed.

また、楕円ビームを回転させる場合には、上述した偏光光学系やミラーユニット等を用いてレーザビームの入射方向に対して所定の角度に傾けて反射をさせることにより、楕円ビームを所定角度に回転させる。   In addition, when rotating an elliptical beam, the elliptical beam is rotated to a predetermined angle by using the polarizing optical system or mirror unit described above to incline and reflect at a predetermined angle with respect to the incident direction of the laser beam. Let

なお、レーザビームを分岐、回転、合成させるための構成は、上述した内容に限定されることはなく、他の構成を用いてもよい。   Note that the configuration for branching, rotating, and synthesizing the laser beam is not limited to the above-described content, and other configurations may be used.

<レーザ加工装置>
次に、上述したような手法で成形されたレーザビームを用いて加工対象物に照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置について、図を用いて説明する。なお、以下に示すレーザ加工装置については、一例として2つの楕円ビームを合成して4角形のスリットを通過させ、均一のビームプロファイルで加工対象物に照射し加工を行う例について説明するが、本発明において、スリット形状等については、これに限定されるものではない。
<Laser processing equipment>
Next, a laser processing apparatus that performs laser processing by irradiating an object to be processed using a laser beam formed by the method described above will be described with reference to the drawings. As for the laser processing apparatus shown below, an example will be described in which two elliptical beams are combined and passed through a rectangular slit, and the object to be processed is irradiated with a uniform beam profile. In the invention, the slit shape and the like are not limited to this.

図3は、本発明におけるビーム成形により加工を行うレーザ加工装置の一構成例を示す図である。図3に示すレーザ加工装置30は、制御手段31と、レーザ発振器32と、ガルバノスキャナ33と、ガルバノミラー34と、ステージ駆動手段としてのステージドライバ35と、ステージ36と、楕円形状成形手段としてのシリンドリカルレンズ37と、分岐手段としての偏光光学系であるビームスプリッタ38と、回転手段としてのミラーユニット39−1〜39−3と、合成手段としての偏光光学系である合成偏光ビームスプリッタ40と、マスク機構としての開口部であるスリット41と、スリット結像光学系42とを有するよう構成されている。なお、図3(a)〜(g)は、その時点でのレーザビームの形状を概略的に示したものである。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a laser processing apparatus that performs processing by beam forming in the present invention. 3 includes a control means 31, a laser oscillator 32, a galvano scanner 33, a galvano mirror 34, a stage driver 35 as a stage driving means, a stage 36, and an elliptical shaping means. A cylindrical lens 37, a beam splitter 38 which is a polarization optical system as a branching unit, mirror units 39-1 to 39-3 as a rotation unit, a combined polarization beam splitter 40 which is a polarization optical system as a combining unit, A slit 41 that is an opening as a mask mechanism and a slit imaging optical system 42 are provided. 3A to 3G schematically show the shape of the laser beam at that time.

図3に示すレーザ加工装置30において、制御手段31は、レーザ加工装置30全体の制御を行う。具体的には、制御手段31は、加工対象物51をどのように加工するかを定めた各種制御情報等からなる加工計画パラメータ52に基づいて加工条件を設定し、レーザ発振器32、ガルバノスキャナ33、及びステージドライバ35に対してそれぞれ対応する制御情報(照射条件設定情報、照射開始情報、整定情報、ステージ目標位置情報等)を出力する。   In the laser processing apparatus 30 shown in FIG. 3, the control means 31 controls the entire laser processing apparatus 30. Specifically, the control unit 31 sets processing conditions based on a processing plan parameter 52 including various control information that defines how the processing object 51 is processed, and a laser oscillator 32 and a galvano scanner 33. And corresponding control information (irradiation condition setting information, irradiation start information, settling information, stage target position information, etc.) are output to the stage driver 35.

レーザ発振器32は、制御手段31から得られる加工対象物51の所定の加工領域を加工するためのレーザビームの周波数やパワー、ショット数、パルス幅、照射タイミング情報、照射位置等の照射条件設定情報に基づいて、レーザビームの照射条件を設定する。また、レーザ発振器32は、制御手段31から得られる照射開始情報に基づいて所定のレーザビームを照射する。   The laser oscillator 32 is irradiation condition setting information such as the frequency and power of the laser beam, the number of shots, the pulse width, the irradiation timing information, and the irradiation position for processing a predetermined processing region of the processing object 51 obtained from the control means 31. Based on the above, the laser beam irradiation conditions are set. Further, the laser oscillator 32 irradiates a predetermined laser beam based on the irradiation start information obtained from the control means 31.

ここで、レーザビームの種類としては、YAGレーザやエキシマレーザ、COレーザ等、通常のレーザビームを用いることができる。本実施例では、一例としてYAGレーザの第2高周波(例えば、波長532nm等)、レーザ強度80W(例えば、8mJ、10kHz等)、ビームサイズ直径5mm、ビーム品質M=20のレーザビームを用いるが、本発明におけるレーザビームの強度等については特に制限されない。 Here, as the type of the laser beam, a normal laser beam such as a YAG laser, an excimer laser, or a CO 2 laser can be used. In this embodiment, a YAG laser second high frequency (for example, wavelength 532 nm), laser intensity 80 W (for example, 8 mJ, 10 kHz, etc.), beam size diameter 5 mm, beam quality M 2 = 20 is used as an example. The intensity of the laser beam in the present invention is not particularly limited.

次に、ガルバノスキャナ33は、制御手段31から得られるガルバノミラー34の位置や角度等の整定情報に基づいて、ガルバノミラー34を所定の位置に移動及び整定させ、ガルバノミラー34により、入射されるレーザビームの方向を変えて加工対象物51の所定の加工位置に照射させる。ガルバノスキャナ33を用いることで、例えば加工対象物51の水平方向(XY方向)に対するレーザビームの照射位置を変更し、所定の領域(ブロック)に対してレーザビームを振って照射させることができる。   Next, the galvano scanner 33 moves and stabilizes the galvano mirror 34 to a predetermined position based on the setting information such as the position and angle of the galvano mirror 34 obtained from the control means 31, and is incident on the galvano mirror 34. The direction of the laser beam is changed to irradiate a predetermined processing position of the processing object 51. By using the galvano scanner 33, for example, the irradiation position of the laser beam with respect to the horizontal direction (XY direction) of the workpiece 51 can be changed, and the laser beam can be irradiated by irradiating a predetermined region (block).

ステージドライバ35は、制御手段31から得られる加工対象物51を吸着等により固定したステージ36を加工条件に対応した所定の高さ(Z方向)及び/又は水平方向(XY方向)に位置付けるためのステージ目標位置情報に基づいて、ステージ36を移動させる。   The stage driver 35 is for positioning the stage 36, which is obtained by fixing the workpiece 51 obtained from the control means 31, by suction or the like in a predetermined height (Z direction) and / or horizontal direction (XY direction) corresponding to the machining conditions. The stage 36 is moved based on the stage target position information.

シリンドリカルレンズ37は、レーザ発振器32から出射された円形ビーム(図3(a))の縦と横の倍率を変え、楕円ビーム(図3(b))を成形する。なお、楕円ビームを成形する光学系については、シリンドリカルレンズに限定されるものではなく、他のレンズ光学系やビーム変形機構を有する構成を用いることができる。   The cylindrical lens 37 changes the vertical and horizontal magnifications of the circular beam (FIG. 3A) emitted from the laser oscillator 32 and shapes an elliptical beam (FIG. 3B). The optical system for shaping the elliptical beam is not limited to the cylindrical lens, and other lens optical systems and configurations having a beam deformation mechanism can be used.

ビームスプリッタ38は、シリンドリカルレンズ37により変形した楕円ビーム(図3(b)を入射し、入射したレーザビームを例えばP波及びS波に分岐して、それぞれ楕円ビームを所定の方向へ出力する(図3(c))。なお、ビームスプリッタ38は、ハーフミラー、偏光ビームスプリッタ等を用いることができる。また、偏光ビームスプリッタで分岐する場合は、λ/2波長板又はλ/4波長板を使用することで分岐の割合を調整することができ、種々の分岐を実現することができる。   The beam splitter 38 receives the elliptical beam (FIG. 3B) deformed by the cylindrical lens 37, branches the incident laser beam into, for example, a P wave and an S wave, and outputs the elliptical beam in a predetermined direction ( 3 (c)) The beam splitter 38 may be a half mirror, a polarization beam splitter, etc. When the beam splitter 38 is branched, a λ / 2 wavelength plate or a λ / 4 wavelength plate is used. By using it, the ratio of branching can be adjusted, and various branches can be realized.

ミラーユニット39は、入射されたレーザビームを所定の方向へ導く。このとき、ミラーユニット39に対して入射されるレーザビームの入射角度によりレーザビームを所定の角度に回転させて出力することができる。   The mirror unit 39 guides the incident laser beam in a predetermined direction. At this time, the laser beam can be rotated by a predetermined angle according to the incident angle of the laser beam incident on the mirror unit 39 and output.

具体的には、図3に示すミラーユニット39−1及びミラーユニット39−2は、ビームスプリッタ38から得られるそれぞれのレーザビームを反射させ所定の方向へ導く。このとき、ミラーユニット39−2は、ミラーにより所定の向きに90°回転させることができる(図3(d))。また、ミラーユニット39−3は、合成偏光ビームスプリッタ40からの合成レーザビームを所定の方向へ導く。このとき、上述したように、ミラーによりレーザビームを45°回転させることができる((図3(f))。なお、各ミラーユニット39−1〜39−3についての具体的な構成については後述する。   Specifically, the mirror unit 39-1 and the mirror unit 39-2 shown in FIG. 3 reflect and guide each laser beam obtained from the beam splitter 38 in a predetermined direction. At this time, the mirror unit 39-2 can be rotated 90 ° in a predetermined direction by the mirror (FIG. 3D). The mirror unit 39-3 guides the combined laser beam from the combined polarization beam splitter 40 in a predetermined direction. At this time, as described above, the laser beam can be rotated by 45 ° by the mirror ((FIG. 3 (f)). The specific configuration of each of the mirror units 39-1 to 39-3 will be described later. To do.

合成偏光ビームスプリッタ40は、ミラーユニット39−1,39−2から得られるP波、S波の楕円ビームを中心が交わるようにPS合成する。つまり、P波、S波の2つの楕円ビームが同一光軸上を伝搬するように、合成偏光ビームスプリッタ40が配置される。なお、PS合成を行う場合、光学系にλ/2波長板を挿入し、直線偏光の方向を調整する。   The combined polarization beam splitter 40 performs PS combining so that the centers of the elliptical beams of P waves and S waves obtained from the mirror units 39-1 and 39-2 intersect. That is, the combined polarization beam splitter 40 is arranged so that two elliptical beams of P wave and S wave propagate on the same optical axis. When performing PS synthesis, a λ / 2 wavelength plate is inserted into the optical system to adjust the direction of linearly polarized light.

このようにして、レーザビームが同一光軸上に合成され、同一光軸上を伝搬する。なお、合成されたレーザビームのパワーは、それぞれのレーザビームのパワーを合算した値となる(図3(e))。このように、PS合成を行うことにより、合成ビームのビーム品質に変化がないため、光学系での損失を少なくすることができる。   In this way, the laser beams are combined on the same optical axis and propagate on the same optical axis. Note that the power of the combined laser beam is a value obtained by adding the powers of the respective laser beams (FIG. 3E). In this way, by performing PS combining, there is no change in the beam quality of the combined beam, so that loss in the optical system can be reduced.

スリット41は、予め設定された形状に開口され、そこにレーザビームを通過させることで、所望の形状のレーザビームを得ることができる(図3(g))。なお、本実施例では、例えば、スリットサイズとして一辺が0.5mm〜2mmの正方形を用いることができ、入射されるレーザビームに対して1/4〜1/5程度の縮小光学系を成形するものとするが、本発明においてはこれに限定されない。また、スリット結像光学系42は、スリット41を通過したレーザビームに対して拡大又は縮小して加工対象物51に照射するレーザビームを所定の形状に成形する。例えば、一例として加工対象物51の加工点の加工サイズが一辺100μm〜500μmの正方形となるようにビーム形状を成形する。   The slit 41 is opened in a preset shape, and a laser beam having a desired shape can be obtained by allowing the laser beam to pass therethrough (FIG. 3G). In this embodiment, for example, a square having a side of 0.5 mm to 2 mm can be used as the slit size, and a reduction optical system of about 1/4 to 1/5 is formed with respect to the incident laser beam. However, the present invention is not limited to this. The slit imaging optical system 42 shapes the laser beam that irradiates the workpiece 51 by enlarging or reducing the laser beam that has passed through the slit 41 into a predetermined shape. For example, as an example, the beam shape is formed so that the processing size of the processing point of the processing object 51 is a square having a side of 100 μm to 500 μm.

次に、図3に示す装置構成に基づく具体的な動作内容について説明する。まず、制御手段31の制御によりレーザ発振器32からレーザビームを出射し(図3(a))、シリンドリカルレンズ37により楕円ビームが成形される(図3(b))。   Next, specific operation contents based on the apparatus configuration shown in FIG. 3 will be described. First, a laser beam is emitted from the laser oscillator 32 under the control of the control means 31 (FIG. 3A), and an elliptical beam is shaped by the cylindrical lens 37 (FIG. 3B).

また、楕円ビームは、ビームスプリッタ38により、2つの楕円ビームに分岐される(図3(c))。分岐された2つの楕円ビームは、ミラーユニット39−1,39−2により所定の方向へと導かれるが、このときミラーユニット39−1,39−2によりそれぞれの楕円ビームが角度の異なる楕円ビームとなる。具体的には、分岐した楕円ビームの片方をミラーユニット39−2により90°回転させる(図3(d))。   The elliptical beam is split into two elliptical beams by the beam splitter 38 (FIG. 3C). The two branched elliptical beams are guided in a predetermined direction by the mirror units 39-1 and 39-2. At this time, the elliptical beams having different angles are transmitted by the mirror units 39-1 and 39-2. It becomes. Specifically, one of the branched elliptical beams is rotated 90 ° by the mirror unit 39-2 (FIG. 3D).

次に、角度の異なった楕円ビームを合成偏光スプリッタ40により合成させ、十字の楕円ビームが成形される(図3(e))。また、得られた十字の楕円ビームをミラーユニット39−3により45°回転させて十字から×字のレーザビームを成形し(図3(f))、所定の方向に導く。   Next, elliptical beams having different angles are combined by the combining polarization splitter 40 to form a crossed elliptical beam (FIG. 3E). Further, the obtained cross elliptical beam is rotated by 45 ° by the mirror unit 39-3 to form an X-shaped laser beam from the cross (FIG. 3 (f)) and guided in a predetermined direction.

次に、スリット41により4角形に切り出し(図3(g))、スリット結像光学系42により形状を縮小させて、ガルバノミラー34へ入射し、ガルバノミラー34により振られたレーザビームが加工対象物51の所定位置に照射され、レーザ加工が行われる。   Next, a rectangular shape is cut out by the slit 41 (FIG. 3 (g)), the shape is reduced by the slit imaging optical system 42, is incident on the galvano mirror 34, and the laser beam shaken by the galvano mirror 34 is processed. A predetermined position of the object 51 is irradiated and laser processing is performed.

なお、ビームスプリッタ38や、ミラーユニット39、合成偏光スプリッタ40については、分岐するレーザビームの数や、各楕円ビームの回転させる角度等により数や設置位置が任意に設定される。   Note that the number and installation position of the beam splitter 38, the mirror unit 39, and the combined polarization splitter 40 are arbitrarily set according to the number of branched laser beams, the rotation angle of each elliptical beam, and the like.

また、上述した実施例の構成以外に、例えば合成偏光ビームスプリッタ40から出射したレーザビームに対して、例えば電気光学変調器等を用いて所定の電圧を印加することにより、それを通過する直線偏光の偏光方向を所定角度回転させてもよい。   In addition to the configuration of the above-described embodiment, for example, by applying a predetermined voltage to the laser beam emitted from the combined polarization beam splitter 40 using, for example, an electro-optic modulator, linearly polarized light passing therethrough is applied. The polarization direction may be rotated by a predetermined angle.

<ミラーユニットの構成例>
ここで、図4は、本実施例におけるミラーユニットの構成例を示す図である。なお、図4では、レーザビーム60の光軸に垂直な平面の軸としてXY軸を示しており、また点線で示した立方体61は、3次元上でのレーザビーム60の進行方向を明確にするためのものである。
<Configuration example of mirror unit>
Here, FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the mirror unit in the present embodiment. In FIG. 4, the XY axis is shown as a plane axis perpendicular to the optical axis of the laser beam 60, and the cube 61 indicated by a dotted line clarifies the traveling direction of the laser beam 60 in three dimensions. Is for.

更に、図4(a)は、上述したミラーユニット39−1に対応するミラーユニットを示し、図4(b)は、上述したミラーユニット39−2に対応するミラーユニットを示し、図4(c)は、上述したミラーユニット39−3に対応するミラーユニットを示している。   Further, FIG. 4A shows a mirror unit corresponding to the above-described mirror unit 39-1, and FIG. 4B shows a mirror unit corresponding to the above-described mirror unit 39-2, and FIG. ) Shows a mirror unit corresponding to the above-described mirror unit 39-3.

ミラーユニット39−1では、レーザビーム60を回転させずに所定の方向に反射させればよいため、例えば折り返しミラー62をレーザビーム60の進行方向に対して図4(a)に示す位置に設置することにより、レーザビーム60を回転させずに(回転0°)で反射させることができる。   In the mirror unit 39-1, it is sufficient to reflect the laser beam 60 in a predetermined direction without rotating. Therefore, for example, the folding mirror 62 is installed at the position shown in FIG. 4A with respect to the traveling direction of the laser beam 60. By doing so, the laser beam 60 can be reflected without rotating (rotating 0 °).

また、ミラーユニット39−2では、レーザビーム60を90°回転させて所定の方向に反射させる必要があるため、例えば2つの折り返しミラー63,64をレーザビーム60の進行方向に対して図4(b)に示す位置に設置することにより、レーザビーム60を90°回転させて反射させることができる。   Further, in the mirror unit 39-2, it is necessary to rotate the laser beam 60 by 90 ° and reflect it in a predetermined direction. For example, the two folding mirrors 63 and 64 are arranged with respect to the traveling direction of the laser beam 60 in FIG. By installing at the position shown in b), the laser beam 60 can be reflected by being rotated by 90 °.

更に、ミラーユニット39−3では、レーザビーム60を45°回転させて所定の方向に反射させる必要があるため、例えば2つの折り返しミラー65,66をレーザビーム60の進行方向に対して図4(c)に示す位置に設置することにより、レーザビーム60を45°回転させて反射させることができる。   Further, in the mirror unit 39-3, it is necessary to rotate the laser beam 60 by 45 ° and reflect it in a predetermined direction. For example, the two folding mirrors 65 and 66 are arranged with respect to the traveling direction of the laser beam 60 in FIG. By installing at the position shown in c), the laser beam 60 can be reflected by being rotated by 45 °.

上述した図4(a)〜図4(c)に示すようなミラーユニットを1又は複数選択して設置することにより1又は複数のレーザビームをビームの中心を軸にして任意の角度に回転させることができる。なお、上述したミラーユニットにおける折り返しミラーの形状や大きさ、設置位置等についてはこれに限定されるものではない。   By selecting and installing one or more mirror units as shown in FIGS. 4A to 4C described above, one or more laser beams are rotated at an arbitrary angle around the center of the beam. be able to. Note that the shape, size, installation position, and the like of the folding mirror in the above-described mirror unit are not limited to this.

<ビーム形状例>
ここで、図5は、本実施例におけるビーム形状の一例を示す図である。なお、図5(a)は、従来におけるビーム形状の一例を示し、図5(b)は、本発明により成形されたビーム形状の一例を示す図である。また、図5における波紋状に示している各領域は、レーザ強度の大きさを示すものであり中心にいくほど強度は大きいことを示している。
<Example of beam shape>
Here, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a beam shape in the present embodiment. 5A shows an example of a conventional beam shape, and FIG. 5B shows an example of a beam shape formed by the present invention. In addition, each region shown in the ripple shape in FIG. 5 indicates the magnitude of the laser intensity, and indicates that the intensity increases toward the center.

図5(a)に示すように、従来の円形ビームの場合には、その強度分布も円形状に広がるため、例えば正方形等のスリットで切り出した場合にスリット内の周辺部分の強度が均一にならず、特に正方形等の角の部分の強度が不足してしまう。   As shown in FIG. 5 (a), in the case of a conventional circular beam, the intensity distribution also spreads in a circular shape, so that the intensity of the peripheral portion in the slit becomes uniform when cut out by a slit such as a square. In particular, the strength of corner portions such as squares is insufficient.

そこで、図5(b)に示すように、本発明における楕円ビームの合成形状を用いることにより、正方形等のスリットで切り出した場合でもスリット内の周辺部分の強度を均一にすることができ、特に正方形等の角の部分は高精度な加工ができる十分な強度を持つことができる。したがって、均一なビームプロファイルを有するレーザビームを成形することができ、このレーザビームを加工対象物に照射して加工することにより、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。   Therefore, as shown in FIG. 5 (b), by using the elliptical beam composite shape in the present invention, the intensity of the peripheral portion in the slit can be made uniform even when cut out by a slit such as a square. A corner portion such as a square can have a sufficient strength for high-precision processing. Therefore, it is possible to form a laser beam having a uniform beam profile, and by irradiating the object to be processed with this laser beam, it is possible to realize highly accurate laser processing on the object to be processed.

上述したように、本発明によれば、所定形状において均一なビームプロファイルを取得することができる。また、成形されたレーザビームを用いて、加工対象物への高精度なレーザ加工を実現することができる。具体的には、円形ビームから楕円ビームに成形し、成形したレーザビームをスプリッタ等の偏光光学系により分岐、再合成することにより、ビーム品質の劣化を最小限に抑えることができる。また、合成ビームのビーム品質(M、拡がり角θ)に変化がないため、光学系での損失を少なくすることができる。 As described above, according to the present invention, a uniform beam profile can be acquired in a predetermined shape. In addition, using the shaped laser beam, it is possible to realize high-precision laser processing on a workpiece. Specifically, beam quality deterioration can be minimized by shaping a circular beam into an elliptical beam, and branching and recombining the shaped laser beam with a polarizing optical system such as a splitter. Further, since there is no change in the beam quality (M 2 , divergence angle θ) of the combined beam, the loss in the optical system can be reduced.

更に、本発明によれば、楕円ビームの長軸をマスク機構の開口部としてのスリット形状の角に合わせるように回転させることで、スリット形状に対応する加工スポットに適したビームプロファイルを取得することができる。更に、加工スポット内のプロファイルが均一化されることにより、加工品質を向上させることができる。   Furthermore, according to the present invention, a beam profile suitable for a processing spot corresponding to the slit shape is obtained by rotating the long axis of the elliptical beam so as to match the corner of the slit shape as the opening of the mask mechanism. Can do. Furthermore, the processing quality can be improved by making the profile in the processing spot uniform.

なお、本発明におけるレーザ加工は、ビア形成や溶接、切断、アニール等のレーザ加工全般に適用することができる。   The laser processing in the present invention can be applied to all laser processing such as via formation, welding, cutting and annealing.

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Can be changed.

マスク機構に形成された開口部に入射されるレーザビームの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the laser beam which injects into the opening part formed in the mask mechanism. 本発明におけるスリットに入射されるレーザビームの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the laser beam which injects into the slit in this invention. 本発明におけるビーム成形により加工を行うレーザ加工装置の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the laser processing apparatus which processes by the beam shaping in this invention. 本実施例におけるミラーユニットの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the mirror unit in a present Example. 本実施例におけるビーム形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the beam shape in a present Example.

符号の説明Explanation of symbols

11,21,23,41 スリット(開口部)
12 円形ビーム
13,22,24 楕円ビーム
30 レーザ加工装置
31 制御手段
32 レーザ発振器
33 ガルバノスキャナ
34 ガルバノミラー
35 ステージドライバ
36 ステージ
37 シリンドリカルレンズ
38 ビームスプリッタ
39 ミラーユニット
40 合成偏光ビームスプリッタ
42 スリット結像光学系
51 加工対象物
52 加工計画パラメータ
60 レーザビーム
61 立方体
62〜66 折り返しミラー
11, 21, 23, 41 Slit (opening)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Circular beam 13, 22, 24 Elliptic beam 30 Laser processing apparatus 31 Control means 32 Laser oscillator 33 Galvano scanner 34 Galvano mirror 35 Stage driver 36 Stage 37 Cylindrical lens 38 Beam splitter 39 Mirror unit 40 Synthetic polarization beam splitter 42 Slit imaging optics System 51 Processing object 52 Processing plan parameter 60 Laser beam 61 Cube 62-66 Folding mirror

Claims (6)

円形のレーザビームを所定形状に成形するためのビーム成形方法において、
前記円形のレーザビームから楕円形状のレーザビームを成形する楕円形状成形ステップと、
前記楕円形状成形ステップにより得られる楕円形状のレーザビームを分岐させる分岐ステップと、
前記分岐ステップにより得られる各楕円形状の角度が異なるように、少なくとも1つの楕円形状のレーザビームを回転させる回転ステップと、
前記回転ステップにより得られる楕円形状のレーザビームを合成させる合成ステップと、
前記合成ステップにより得られる合成されたレーザビームをマスク機構に通過させ、所定形状のレーザビームを切り出す切出ステップとを有することを特徴とするビーム成形方法。
In a beam shaping method for shaping a circular laser beam into a predetermined shape,
An elliptical shaping step of shaping an elliptical laser beam from the circular laser beam;
A branching step for branching the elliptical laser beam obtained by the elliptical shaping step;
A rotating step of rotating at least one elliptical laser beam such that the angles of the elliptical shapes obtained by the branching step are different;
A synthesis step of synthesizing an elliptical laser beam obtained by the rotation step;
A beam forming method comprising: a step of cutting out a laser beam having a predetermined shape by passing the combined laser beam obtained by the combining step through a mask mechanism.
前記回転ステップは、
前記楕円形状の長軸が前記マスク機構に形成された開口部の少なくとも1つの角と交わるように前記楕円形状のレーザビームを回転させることを特徴とする請求項1に記載のビーム成形方法。
The rotation step includes
The beam shaping method according to claim 1, wherein the elliptical laser beam is rotated so that the major axis of the elliptical shape intersects at least one corner of an opening formed in the mask mechanism.
前記分岐ステップは、偏光光学系を用いて前記楕円形状のレーザビームを前記開口部の角数に基づいて複数に分岐させ、
前記合成ステップは、偏光光学系を用いて分岐した楕円形状のレーザビームを合成させることを特徴とする請求項1又は2に記載のビーム成形方法。
The branching step branches the elliptical laser beam into a plurality based on the number of angles of the opening using a polarization optical system,
3. The beam shaping method according to claim 1, wherein the synthesizing step synthesizes an elliptical laser beam branched using a polarization optical system.
円形のレーザビームを所定形状に成形するためのビーム成形方法を用いて加工対象物に所定の加工を行うレーザ加工装置において、
前記レーザビームを照射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射された円形のレーザビームから楕円形状のレーザビームを成形する楕円形状成形手段と、
前記楕円形状成形手段により得られる楕円形状のレーザビームを分岐させる分岐手段と、
前記分岐手段により得られる各楕円形状の角度が異なるように、少なくとも1つの楕円形状のレーザビームを回転させる回転手段と、
前記回転手段により得られる楕円形状のレーザビームを合成させる合成手段と、
前記合成手段により得られる合成されたレーザビームを所定形状に切り出すマスク機構を有することを特徴とするレーザ加工装置。
In a laser processing apparatus that performs predetermined processing on a workpiece using a beam forming method for forming a circular laser beam into a predetermined shape,
A laser oscillator for irradiating the laser beam;
Elliptical shaping means for shaping an elliptical laser beam from a circular laser beam emitted from the laser oscillator;
Branching means for branching the elliptical laser beam obtained by the elliptical shaping means;
Rotating means for rotating at least one elliptical laser beam so that the angles of the elliptical shapes obtained by the branching means are different;
Synthesizing means for synthesizing an elliptical laser beam obtained by the rotating means;
A laser processing apparatus comprising a mask mechanism for cutting out a synthesized laser beam obtained by the synthesizing means into a predetermined shape.
前記回転手段は、
前記楕円形状の長軸が前記マスク機構に形成された開口部の少なくとも1つの角と交わるように前記楕円形状のレーザビームを回転させることを特徴とする請求項4に記載のレーザ加工装置。
The rotating means includes
5. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the elliptical laser beam is rotated so that the elliptical long axis intersects at least one corner of an opening formed in the mask mechanism.
前記分岐手段は、前記楕円形状のレーザビームを前記開口部の角数に基づいて複数に分岐させる偏光光学系を有し、
前記合成手段は、分岐した楕円形状のレーザビームを合成させる偏光光学系を有することを特徴とする請求項4又は5に記載のレーザ加工装置。
The branching unit has a polarization optical system for branching the elliptical laser beam into a plurality based on the number of angles of the opening,
6. The laser processing apparatus according to claim 4, wherein the synthesizing unit includes a polarization optical system that synthesizes a branched elliptical laser beam.
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