JP2009148812A - レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高品質の加工を実現する。
【解決手段】 （ａ）第１の加工領域、第２の加工領域にそれぞれ入射する第１のレーザパルス、及び、第２のレーザパルスであって、原パルスレーザビームから時間軸に沿って分割された第１及び第２のレーザパルスのパルスエネルギを、同一の検出器を用いて検出する。（ｂ）第１のレーザパルスのパルスエネルギが、第１の加工領域で行われる加工における許容範囲の下限値を下回った場合には、第１の加工領域における第１のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させ、第２のレーザパルスのパルスエネルギが、第２の加工領域で行われる加工における許容範囲の下限値を下回った場合には、第２の加工領域における第２のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。

レーザ発振器から出射された直後のパルスレーザビームのエネルギを検出し、あらかじめ設定されたしきい値との比較を行うレーザ加工装置が知られている。このレーザ加工装置は、たとえば基板穴開け加工に用いられ、穴開け加工に使用されるレーザパルスの被検出エネルギが、設定されたしきい値を下回った場合には、そのレーザパルスが入射した加工位置に、もう１パルス余分に入射させる。

これに対し、レーザビームのエネルギを検出する検出部を、ズーミングレンズやマスク等の光学系の下流に配置し、ビーム品質や光学系の劣化を検出するレーザ加工装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、これとは別の方法で、加工品質の安定化、及び、加工不良の防止を図るレーザ加工装置の発明の開示がある（たとえば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載されているレーザ加工装置においては、レーザ発振器から出射されたレーザ光の最初の部分について、検知器を用いてエネルギを検知し、所定のエネルギ範囲にあるかどうかを判定装置で判定する。判定後、所定のエネルギの範囲内にある場合には、光路偏向手段を作動させてレーザ光を加工部に照射する。所定のエネルギの範囲内にない場合は、光路偏向手段を動作させず、レーザ光を加工部に照射しない。

特許第２８５８２３６号公報 特開２００４−２５２９２号公報

本発明の目的は、高品質の加工を行うことのできるレーザ加工装置を提供することである。

また、高品質の加工を行うことのできるレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を出射したパルスレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御により、入射するパルスレーザビームを直進させ、または、該パルスレーザビームを時間軸に沿って分割し、直進方向とは異なる第１の方向、直進方向と、前記第１の方向とのいずれとも異なる第２の方向に、それぞれ進行する第１のレーザパルス、及び第２のレーザパルスを形成するビーム偏向器と、前記ビーム偏向器を直進したパルスレーザビームの一部が入射する位置に配置され、入射するレーザビームの光強度を検出する検出器と、前記第１のレーザパルスの一部を前記検出器に入射させ、他の一部を第１の加工領域に入射させる第１の光学系と、前記第２のレーザパルスの一部を前記検出器に入射させ、他の一部を前記第１の加工領域とは異なる第２の加工領域に入射させる第２の光学系と、前記検出器で検出された光強度を示す信号が入力され、前記レーザ光源及び前記ビーム偏向器に信号を出力して制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、パルスエネルギの許容下限値である第１のしきい値と、前記第１のレーザパルスのパルスエネルギとを比較して、前記第１のレーザパルスのパルスエネルギが前記第１のしきい値よりも小さい場合には、前記第１の加工領域における前記第１のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させるように、前記レーザ光源及び前記ビーム偏向器を制御し、パルスエネルギの許容下限値である第２のしきい値と、前記第２のレーザパルスのパルスエネルギとを比較して、前記第２のレーザパルスのパルスエネルギが前記第２のしきい値よりも小さい場合には、前記第２の加工領域における前記第２のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させるように、前記レーザ光源及び前記ビーム偏向器を制御するレーザ加工装置が提供される。

また、本発明の他の観点によると、（ａ）第１の加工領域、前記第１の加工領域とは異なる第２の加工領域にそれぞれ入射する第１のレーザパルス、及び、第２のレーザパルスであって、原パルスレーザビームから時間軸に沿って分割された第１及び第２のレーザパルスのパルスエネルギを、同一の検出器を用いて検出する工程と、（ｂ）前記第１のレーザパルスのパルスエネルギが、前記第１の加工領域で行われる加工における許容範囲の下限値を下回った場合には、前記第１の加工領域における前記第１のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させ、前記第２のレーザパルスのパルスエネルギが、前記第２の加工領域で行われる加工における許容範囲の下限値を下回った場合には、前記第２の加工領域における前記第２のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。

本発明によれば、高品質の加工を実現可能なレーザ加工装置を提供することができる。

また、高品質の加工を実現可能なレーザ加工方法を提供することができる。

図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。実施例によるレーザ加工装置は、レーザ光源１０、ズーミングレンズ１１、マスク１２、音響光学偏向器(Acousto-Optic Deflector:AOD)１３、ビームスプリッタ１４ａ〜１４ｃ、ビームダンパ１５、ガルバノスキャナ１６ｂ、１６ｃ、加工レンズ１７ｂ、１７ｃ、検出器１８、及び、制御装置１９を含んで構成される。制御装置１９は、判定回路１９ａを備える。

レーザ光源１０は、たとえばＣＯ_２レーザ発振器を含み、波長９．１〜１０．６μｍのパルスレーザビームＬｂを出射する。パルスレーザビームＬｂは、ズーミングレンズ１１、マスク１２を経て、ＡＯＤ１３に入射する。ズーミングレンズ１１は、パルスレーザビームＬｂの光軸方向にレンズの変位が可能で、実施する加工に応じて焦点距離を変えることができる。マスク１２は、透光領域と遮光領域を有し、透光領域に入射するパルスレーザビームＬｂを通過させ、遮光領域に入射するパルスレーザビームＬｂを遮ることによって、パルスレーザビームＬｂの断面形状を整形する。

ＡＯＤ１３は、外部から与えられる高周波の電気信号（交流電圧）を受けて、パルスレーザビームＬｂを偏向して出射することができる。

ＡＯＤ１３に高周波の電気信号（交流電圧）が印加されると、ＡＯＤ１３内に電気信号に同期した超音波の粗密波が発生する。この粗密波が回折格子として作用することで、パルスレーザビームＬｂは偏向（回折）される。

パルスレーザビームＬｂの偏向角（回折角）は粗密波の周波数に依存する。粗密波の周波数を連続的に変えることで、偏向角を連続的に変化させることができる。粗密波の周波数は、電気信号の周波数を変えることで制御できる。ＡＯＤ１３に電気信号が印加されない場合は、パルスレーザビームＬｂは偏向されず、ＡＯＤ１３を直進して出射する。

本図においては、ＡＯＤ１３を直進して出射するパルスレーザビームＬｂをパルスレーザビームＬｂａ、偏向角αでＡＯＤ１３を出射するパルスレーザビームＬｂをパルスレーザビームＬｂｂ、そして、偏向角βでＡＯＤ１３を出射するパルスレーザビームＬｂをパルスレーザビームＬｂｃと示した。

パルスレーザビームＬｂａは、ビームスプリッタ１４ａに入射し、その大部分（９０数％）が反射される。反射されたパルスレーザビームＬｂａは、ビームダンパ１５に入射し、これに吸収される。ビームスプリッタ１４ａを透過したパルスレーザビームＬｂａは、検出器１８に入射する。

パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃは、ビームスプリッタ１４ｂ、１４ｃに入射し、その大部分が反射される。反射されたパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃは、ガルバノスキャナ１６ｂ、１６ｃ、加工レンズ１７ｂ、１７ｃを経て、加工領域３０ｂ、３０ｃに入射する。加工領域３０ｂ、３０ｃに入射したパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃにより、たとえば基板穴開け加工が行われる。ビームスプリッタ１４ｂ、１４ｃを透過したパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃは、検出器１８に入射する。

検出器１８は、たとえばＩＲディテクタであり、入射するレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃの光強度を検出する。検出された光強度は、制御装置１９に送信される。

制御装置１９において、検出器１８から送信された光強度に関する情報が処理される。また、制御装置１９は、レーザ光源１０にトリガ信号を入力し、パルスレーザビームＬｂを出射させる。更に、ＡＯＤ１３に高周波の電気信号を印加し、パルスレーザビームＬｂを偏向する。また、ガルバノスキャナ１６ｂ、１６ｃの駆動を制御する。

以下、実施例によるレーザ加工方法について説明する。

制御装置１９からのトリガ信号を受けて、レーザ光源１０がパルスレーザビームＬｂを出射する。パルスレーザビームＬｂの出射時において、ＡＯＤ１３には電気信号は入力されていない。パルスレーザビームＬｂは、ＡＯＤ１３を直進して通過し、ビームスプリッタ１４ａを透過した一部が、検出器１８に入射する。

パルスエネルギが不適切に小さいレーザビームが、加工領域３０ｂ、３０ｃに入射すると、高い加工品質で加工を行うことが困難である。

そこで、実施例によるレーザ加工方法においては、レーザ光源１０から出射するレーザパルスのパルスエネルギが、加工領域３０ｂ、３０ｃに入射したときに高い加工品質で加工を行うことが困難であると認められる場合には、制御装置１９は、ＡＯＤ１３に高周波電気信号を印加しない。このためこのレーザパルスはＡＯＤ１３によって偏向されず、同レーザパルスを用いては、レーザ加工は行われない。レーザパルスは、ＡＯＤ１３を直進し、ビームスプリッタ１４ａで大部分が反射されて、ビームダンパ１５に吸収される。

レーザパルスのパルスエネルギが、加工領域３０ｂ、３０ｃに入射したときに高い加工品質で加工を行うことが可能であると認められる場合には、制御装置１９は、ＡＯＤ１３に高周波電気信号を印加し、レーザパルスを時間軸に沿って分割して（レーザパルスの必要な部分のみを切り出して）偏向させ、パルスレーザビームＬｂｂ、またはＬｂｃとして出射する。パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃは、それぞれ加工領域３０ｂ、３０ｃに導入され、たとえば基板穴開け加工が行われる。

なお、上記レーザパルスの適否判定は、レーザパルスの立ち上がり時点から、光強度が定常状態に達するまでのエネルギを取得し、取得されたエネルギに基づいて行われる。

しかし、レーザパルスのパルスエネルギが、高い加工品質で加工を行うことが可能であると認められる場合でも、ＡＯＤ１３によって時間軸に沿って分割され偏向されたパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルスエネルギが、基板穴開け加工に不適切となることがある。

このため、実施例によるレーザ加工方法においては、ＡＯＤ１３によって時間的に分割され、相互に異なる方向に偏向された後のパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃについても、それらが加工に適切なパルスレーザビームであるか否か（パルスエネルギが不足していないか）を判定する。

図２は、制御装置１９に含まれる判定回路１９ａを示す概略図である。簡易に構成された判定回路１９ａを用いて、レーザ光源１０から出射するレーザパルスのパルスエネルギに関する適否判定、及び、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃに関する適否判定を行う。判定回路１９ａは、アナログ回路４１及びプログラム回路４２を含む。

アナログ回路４１は、積分器４３ａ及び比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）を含んで構成される。

アナログ回路４１に、検出器１８から、パルスレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃの光強度が経時的に入力される。入力された光強度は、積分器４３ａで積分されて、パルスレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃのパルスエネルギに対応する値が求められ、その対応電圧値が比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）に入力される。

比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）には、それぞれ相互に異なるしきい値電圧が入力されている。これらのしきい値電圧は、実施する加工の条件に応じて、加工を適切に行うのに必要なパルスレーザビームのパルスエネルギの許容下限値に対応するものとして設定されている。

比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）においては、積分器４３ａを介して入力されるパルスレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃのパルスエネルギ対応電圧値と、しきい値電圧値とが比較される。比較の結果得られた両者の大小関係は、比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）ごとにフォトカプラ４５を介して、プログラム回路４２に伝達される。

プログラム回路４２において、これらの大小関係に基づき、レーザ光源１０から出射するレーザパルス（パルスレーザビームＬｂａ）、及び、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃの適否判定が行われる。

レーザ光源１０から出射するレーザパルスの適否判定は、比較器４４（Ｃ_０）から出力された情報に基づいて行われ、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃの適否判定は、比較器４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_１〜Ｃ_５）から出力された情報に基づいて行われる。

比較器４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_１〜Ｃ_５）のうち、いずれの比較器に入力されたしきい値と、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルスエネルギ対応値との大小関係を、適否判定に用いるかは、ズーミングレンズ１１のレンズ位置（焦点距離）、マスク１２のマスク径（透光領域の面積）、及び、パルスレーザビームＬｂｂのパルス幅に基づいて、加工が適切に実施されるように決定される。

ズーミングレンズ１１の変位に伴うビーム径の変化によって、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのエネルギ密度が変化し、また、マスク１２のマスク径や、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルス幅によって、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルスエネルギが変化するためである。

ズーミングレンズ１１のレンズ位置、マスク１２のマスク径、及び、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルス幅の条件は、実施する加工に応じて異なる。

このうち、ズーミングレンズ１１のレンズ位置、及び、マスク１２のマスク径はあるレーザ加工の最中では一定であり、加工中、たとえばレーザパルスの照射ごとには変化しない。そこで、ズーミングレンズ１１のレンズ位置とマスク１２のマスク径との関係（割り振り）を、制御装置１９のうち、判定回路１９ａよりも上位の制御を行う部分に記憶させておき、実施する加工に応じて、Ｉ／Ｏ端子５０から、フォトカプラ４９を介して、プログラム回路４２に入力する。

これに対し、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルス幅は、加工中であっても、レーザパルス（ショット）ごとに変わりうる。このため、ＡＯＤ信号発生回路４６で発生され、ＡＯＤ１３に印加される高周波電気信号の印加タイミング（印加時間）に関する情報を、プログラム回路４２に入力する。

プログラム回路４２は、与えられたズーミングレンズ１１のレンズ位置、マスク１２のマスク径、及び、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルス幅の情報に基づいて、どの比較器４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_１〜Ｃ_５）におけるしきい値との大小関係を、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃの適否判定に用いるかを決定し、決定されたしきい値との大小関係に従って、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃの適否を判定する。

パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃが適当である（パルスエネルギが足りている）と判定された場合には、基板穴開け加工はそのまま続けられる。

パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃが適当でない（パルスエネルギが不足している）と判定された場合には、当該適当でないと判定されたレーザパルスの入射位置に、レーザパルスを１ショット追加照射する。

この他に、プログラム回路４２には、クロック発生回路４７からクロックが入力される。また、デジタルスイッチ４８からは、リセットのタイミング等が入力される。

ＡＯＤ信号発生回路４６、クロック発生回路４７、及び、デジタルスイッチ４８は、制御装置１９のうち、判定回路１９ａ以外の部分に設けられている。

なお、加工領域３０ｂに入射して加工を行うパルスレーザビームＬｂｂについての適否判定か、加工領域３０ｃに入射して加工を行うパルスレーザビームＬｂｃについての適否判定かは、制御装置１９のうち、判定回路１９ａよりも上位の制御を行う部分で判断して区別する。当該判断は、ＡＯＤ信号発生回路４６で発生され、ＡＯＤ１３に印加される高周波電気信号の印加タイミングに関する情報に基づいてなされる。

図３（Ａ）〜（Ｊ）は、実施例によるレーザ加工方法を説明するためのタイミングチャートである。

図３（Ａ）は、制御装置１９からレーザ光源１０に入力されるトリガ信号の入力タイミングを示す。時刻Ｔ_１〜Ｔ_７、及び、時刻Ｔ_１１〜Ｔ_１８に、レーザ光源１０にトリガ信号が入力される。

図３（Ｂ）は、レーザ光源１０を出射するレーザパルスの光強度を示す。

時刻Ｔ_１〜Ｔ_７、及び、時刻Ｔ_１１〜Ｔ_１８に入力されるトリガ信号にそれぞれ対応して、時刻Ｔ_２〜Ｔ_１０、及び、時刻Ｔ_１２〜Ｔ_２１にレーザ光源１０からレーザパルスが出射し、その一部が検出器１８に入射する。｜Ｔ_２−Ｔ_１｜及び｜Ｔ_１２−Ｔ_１１｜は、トリガ信号入力から、レーザパルス出射までの遅れ時間である。

本図においては、１ショットめのレーザパルスは時刻Ｔ_２に立ち上がり、次第に光強度を強めて、時刻Ｔ_３に一定の強度となる。レーザパルスの光強度は、時刻Ｔ_９以降に減少し、時刻Ｔ_１０に光強度が０となる。２ショットめのレーザパルスは時刻Ｔ_１２に立ち上がり、次第に光強度を強めて、時刻Ｔ_１３に一定の強度となる。２ショットめのレーザパルスの光強度は、時刻Ｔ_２０以降に減少し、時刻Ｔ_２１に光強度が０となる。

検出器１８に入射するレーザパルスの時刻と光強度も本図と同様の関係を示す。本図に示すものと同様の光強度が、検出器１８からアナログ回路４１に、経時的に入力される。

図３（Ｃ）は、比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）に入力されるパルスレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃのパルスエネルギ対応電圧の時間変化を示す。

検出器１８からアナログ回路４１に入力されたパルスレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃの光強度は、積分器４３ａで積分され、パルスレーザビームＬｂａ〜Ｌｂｃのパルスエネルギに対応する値が求められ、その対応電圧が比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）に入力される。

１ショットめのレーザパルスについてのパルスエネルギ対応電圧は、時刻Ｔ_２に上昇をはじめ、時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に一定の割合で増加する。積分器４３ａは、時刻Ｔ_９にリセットされる。２ショットめのレーザパルスについてのパルスエネルギ対応電圧は、時刻Ｔ_１２に上昇をはじめ、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に一定の割合で増加する。積分器４３ａは、時刻Ｔ_２０にリセットされる。

なお、本図には、比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）のそれぞれに、パルスエネルギ対応電圧との比較のために入力される、しきい値電圧ＴＨ０〜ＴＨ５を破線で示した。しきい値電圧ＴＨ０〜ＴＨ５は、順に比較器４４、４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_０〜Ｃ_５）に入力される電圧である。

図３（Ｄ）は、比較器４４（Ｃ_０）から、フォトカプラ４５を介してプログラム回路４２に入力される信号を示す。フォトカプラ４５を介在させることで、プログラム回路４２には、２値化されたデジタル信号が入力される。

比較器４４（Ｃ_０）では、１ショットめのレーザパルスの光強度が定常状態に達する時刻Ｔ_３において、図３（Ｃ）に実線で示したパルスエネルギ対応電圧値と、破線で示したしきい値電圧ＴＨ０との大小が比較され、前者が後者以上となった場合に、時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力される。

また、２ショットめのレーザパルスの光強度が定常状態に達する時刻Ｔ_１３において、パルスエネルギ対応電圧値としきい値電圧ＴＨ０との大小が比較され、前者が後者以上となった場合に、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力される。

その他の時刻においては「０」が入力される。

図３（Ｅ）に、ＡＯＤ１３に印加される高周波電気信号の印加タイミングを示す。

時刻Ｔ_３において、比較器４４（Ｃ_０）からプログラム回路４２に「１」が入力されたことは、１ショットめのレーザパルスの立ち上がり期間（時刻Ｔ_２〜Ｔ_３）におけるエネルギから、当該レーザパルスが加工を適切に行えるエネルギをもつと判定されたことを意味する。そこで時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に、制御装置１９からＡＯＤ１３に高周波電気信号が印加される。

時刻Ｔ_３は、レーザ光源１０へのトリガ信号入力開始時刻Ｔ_１から｜Ｔ_２−Ｔ_１｜（トリガ信号入力からレーザパルス出射までの遅れ時間）と｜Ｔ_３−Ｔ_２｜（レーザパルスの立ち上がり期間）との和に相当する時間だけ遅い時刻である。また、時刻Ｔ_９は、レーザ光源１０へのトリガ信号入力終了時刻Ｔ_７から｜Ｔ_２−Ｔ_１｜だけ遅い時刻である。

また、時刻Ｔ_１３において、比較器４４（Ｃ_０）からプログラム回路４２に「１」が入力されたことは、２ショットめのレーザパルスの立ち上がり期間（時刻Ｔ_１２〜Ｔ_１３）におけるエネルギから、当該レーザパルスが加工を適切に行えるエネルギをもつと判定されたことを意味する。そこで時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に、制御装置１９からＡＯＤ１３に高周波電気信号が印加される。

時刻Ｔ_１３は、レーザ光源１０へのトリガ信号入力開始時刻Ｔ_１１から｜Ｔ_１２−Ｔ_１１｜（トリガ信号入力からレーザパルス出射までの遅れ時間）と｜Ｔ_１３−Ｔ_１２｜（レーザパルスの立ち上がり期間）との和に相当する時間だけ遅い時刻である。また、時刻Ｔ_２０は、レーザ光源１０へのトリガ信号入力終了時刻Ｔ_１８から｜Ｔ_１２−Ｔ_１１｜だけ遅い時刻である。

更に、図示する高周波電気信号の印加タイミング（印加時間）に関する情報は、プログラム回路４２に入力される。

なお、上記２つの期間に印加される高周波電気信号の周波数は相互に異なっている。たとえば時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に印加される電気信号は、パルスレーザビームＬｂの一部を時間的に分割し、パルスレーザビームＬｂｂを形成する高周波電気信号である。また、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に印加される電気信号は、パルスレーザビームＬｂｃを形成する高周波電気信号である。

図３（Ｆ）に、比較器４４ａ（Ｃ_１）からプログラム回路４２に入力される信号を示す。

比較器４４ａ（Ｃ_１）においては、図３（Ｃ）に実線で示したパルスエネルギ対応電圧と、破線で示したしきい値電圧ＴＨ１との大小が比較され、前者が後者以上となった時刻（Ｔ_４〜Ｔ_９及びＴ_１４〜Ｔ_２０）に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力され、その他の時刻においては「０」が入力される。

図３（Ｇ）には、比較器４４ｂ（Ｃ_２）からプログラム回路４２に入力される信号を示した。

比較器４４ｂ（Ｃ_２）においては、図３（Ｃ）に実線で示したパルスエネルギ対応電圧と、破線で示したしきい値電圧ＴＨ２との大小が比較され、前者が後者以上となった時刻（Ｔ_５〜Ｔ_９及びＴ_１５〜Ｔ_２０）に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力され、その他の時刻においては「０」が入力される。

図３（Ｈ）は、比較器４４ｃ（Ｃ_３）からプログラム回路４２に入力される信号である。

比較器４４ｃ（Ｃ_３）においては、図３（Ｃ）に実線で示したパルスエネルギ対応電圧と、破線で示したしきい値電圧ＴＨ３との大小が比較され、前者が後者以上となった時刻（Ｔ_６〜Ｔ_９及びＴ_１６〜Ｔ_２０）に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力され、その他の時刻においては「０」が入力される。

図３（Ｉ）に、比較器４４ｄ（Ｃ_４）からプログラム回路４２に入力される信号を示す。

比較器４４ｄ（Ｃ_４）においては、図３（Ｃ）に実線で示したパルスエネルギ対応電圧と、破線で示したしきい値電圧ＴＨ４との大小が比較され、前者が後者以上となった時刻（Ｔ_８〜Ｔ_９及びＴ_１７〜Ｔ_２０）に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力され、その他の時刻においては「０」が入力される。

図３（Ｊ）には、比較器４４ｅ（Ｃ_５）からプログラム回路４２に入力される信号を示した。

比較器４４ｅ（Ｃ_５）においては、図３（Ｃ）に実線で示したパルスエネルギ対応電圧と、破線で示したしきい値電圧ＴＨ５との大小が比較され、前者が後者以上となった時刻（Ｔ_１９〜Ｔ_２０）に、たとえばプログラム回路４２に「１」が入力され、その他の時刻においては「０」が入力される。

一方、プログラム回路４２には、実施する加工に応じて、Ｉ／Ｏ端子５０から、ズーミングレンズ１１のレンズ位置（焦点距離）とマスク１２のマスク径（透光領域の面積）とが入力される。また、たとえば図３（Ｅ）に示したような、高周波電気信号の印加タイミング（印加時間）に関する情報が入力され、パルスレーザビームＬｂｂ及びＬｂｃのパルス幅が把握される。プログラム回路４２は、これらの情報に基づき、適切な加工を実施するために、比較器４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_１〜Ｃ_５）のうち、いずれの比較器の出力を用いて、レーザパルスの適否判定を行えばよいかを決定する。

たとえば、時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｂ）については、比較器４４ｄ（Ｃ_４）の出力（図３（Ｉ）参照）を用い、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｃ）については、比較器４４ｃ（Ｃ_３）の出力（図３（Ｈ）参照）を用いると決定された場合を考える。

比較器４４ｄ（Ｃ_４）からは、時刻Ｔ_８から時刻Ｔ_９までの間に「１」が入力されている。これは、時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｂ）のパルスエネルギが、しきい値ＴＨ４に対応するエネルギ（適切な加工を行うのに必要なエネルギ）を上回ったことを意味する。このためレーザパルスの追加照射は行わない。

また、比較器４４ｃ（Ｃ_３）からは、時刻Ｔ_１６から時刻Ｔ_２０までの間に「１」が入力されている。これは、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｃ）のパルスエネルギが、しきい値ＴＨ３に対応するエネルギ（適切な加工を行うのに必要なエネルギ）を上回ったことを意味する。このためレーザパルスの追加照射は行わない。

次に、たとえば、時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｂ）については、比較器４４ｅ（Ｃ_５）の出力（図３（Ｊ）参照）を用い、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｃ）については、比較器４４ｄ（Ｃ_４）の出力（図３（Ｉ）参照）を用いると決定された場合を考える。

比較器４４ｅ（Ｃ_５）からは、時刻Ｔ_３からリセット時刻Ｔ_９までに「１」の入力がない。これは、時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｂ）のパルスエネルギが、しきい値ＴＨ５に対応するエネルギ（適切な加工を行うのに必要なエネルギ）を下回ったことを意味する。

このため、このレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｂ）の入射位置に、適切なパルスエネルギのレーザパルスを、１ショット追加入射させる。

また、比較器４４ｄ（Ｃ_４）からは、時刻Ｔ_１３からリセット時刻Ｔ_２０までの間に「１」が入力されている（時刻Ｔ_１７〜Ｔ_２０）。これは、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス（パルスレーザビームＬｂｃ）のパルスエネルギが、しきい値ＴＨ４に対応するエネルギ（適切な加工を行うのに必要なエネルギ）を上回ったことを意味する。このためレーザパルスの追加照射は行わない。

なお、適否判定されたレーザパルス（時刻Ｔ_３〜Ｔ_９に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス、または、時刻Ｔ_１３〜Ｔ_２０に高周波電気信号が印加されて形成されたレーザパルス）が、パルスレーザビームＬｂｂ及びＬｂｃのいずれであるかについては、制御装置１９のうち、判定回路１９ａよりも上位の制御を行う部分が判断し、追加照射が必要な場合には、ＡＯＤ１３に印加する高周波電気信号の周波数や印加タイミング（印加時間）を適切に設定する。

また、たとえば１ショットめのレーザパルスに関しては、比較器４４ａ〜４４ｅ（Ｃ_１〜Ｃ_５）からの出力は、高周波電気信号の印加終了時刻Ｔ_９にプログラム回路４２への取り込みが完了する。前述した積分器４３ａのリセットは、取り込み完了後に行われる。

実施例によるレーザ加工方法によれば、パルスレーザビームＬｂの立ち上がり期間におけるエネルギを検出して、当該パルスレーザビームＬｂを加工に用いるか否かを決定する。エネルギ不足などで加工に不適切と判断されるパルスレーザビームＬｂは、加工領域３０ｂ、３０ｃに入射させない。

更に、立ち上がり期間におけるエネルギに基づいて加工に用いると決定されたパルスレーザビームＬｂから、ＡＯＤ１３によって時間的に分割されたパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃについても、各パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃの光路を進行するそれらのレーザパワーの一部を検出器１８に導入し、パルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃのパルスエネルギが、適切な加工を行うには不足している（不適切）と判定された場合には、当該不適切と判定されたパルスレーザビームＬｂｂ、Ｌｂｃの入射位置に、１ショットの追加照射を行う。

このように、ＡＯＤ１３によるレーザパルスの時間的分割の前、及び、時間的分割後の各レーザパルスの光路におけるレーザパルスの適否判定を行うため、安定した加工品質でレーザ加工を実施することができる。

また、実施例によるレーザ加工装置は、パルスレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂ、及びＬｂｃの光強度を検出する検出器１８を備えている。このため、実施例によるレーザ加工装置は、ＡＯＤ１３を含む伝送光学系の異常によるエネルギ損失を検出することが可能な、信頼性の高いレーザ加工装置である。

更に、実施例によるレーザ加工装置は、パルスレーザビームＬｂａ、Ｌｂｂ、及びＬｂｃの光強度の検出を１つの検出器１８で行い、検出器１８で検出された光強度を基に、１つの制御装置１９で各レーザパルスの適否判定を行う。このため装置の構成を簡易にし、コストを低減することができる。

また、制御装置１９の判定回路１９ａを、簡単なアナログ回路とロジック回路とで構成することができる点において、調整の容易性と低コストとを実現することが可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

レーザ加工一般に利用することができる。

実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 制御装置１９に含まれる判定回路１９ａを示す概略図である。 実施例によるレーザ加工方法を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０ レーザ光源
１１ ズーミングレンズ
１２ マスク
１３ ＡＯＤ
１４ａ〜１４ｃ ビームスプリッタ
１５ ビームダンパ
１６ｂ、１６ｃ ガルバノスキャナ
１７ｂ、１７ｃ 加工レンズ
１８ 検出器
１９ 制御装置
１９ａ 判定回路
３０ｂ、３０ｃ 加工領域
４１ アナログ回路
４２ プログラム回路
４３ａ 積分器
４４、４４ａ〜４４ｅ 比較器
４５ フォトカプラ
４６ ＡＯＤ信号発生回路
４７ クロック発生回路
４８ デジタルスイッチ
４９ フォトカプラ
５０ Ｉ／Ｏ端子
Ｌｂ、Ｌｂａ、Ｌｂｂ、Ｌｂｃ パルスレーザビーム
α、β 偏向角

Claims (6)

1. パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を出射したパルスレーザビームの光路上に配置され、外部からの制御により、入射するパルスレーザビームを直進させ、または、該パルスレーザビームを時間軸に沿って分割し、直進方向とは異なる第１の方向、直進方向と、前記第１の方向とのいずれとも異なる第２の方向に、それぞれ進行する第１のレーザパルス、及び第２のレーザパルスを形成するビーム偏向器と、
   前記ビーム偏向器を直進したパルスレーザビームの一部が入射する位置に配置され、入射するレーザビームの光強度を検出する検出器と、
   前記第１のレーザパルスの一部を前記検出器に入射させ、他の一部を第１の加工領域に入射させる第１の光学系と、
   前記第２のレーザパルスの一部を前記検出器に入射させ、他の一部を前記第１の加工領域とは異なる第２の加工領域に入射させる第２の光学系と、
   前記検出器で検出された光強度を示す信号が入力され、前記レーザ光源及び前記ビーム偏向器に信号を出力して制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   パルスエネルギの許容下限値である第１のしきい値と、前記第１のレーザパルスのパルスエネルギとを比較して、前記第１のレーザパルスのパルスエネルギが前記第１のしきい値よりも小さい場合には、前記第１の加工領域における前記第１のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させるように、前記レーザ光源及び前記ビーム偏向器を制御し、
   パルスエネルギの許容下限値である第２のしきい値と、前記第２のレーザパルスのパルスエネルギとを比較して、前記第２のレーザパルスのパルスエネルギが前記第２のしきい値よりも小さい場合には、前記第２の加工領域における前記第２のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させるように、前記レーザ光源及び前記ビーム偏向器を制御するレーザ加工装置。
2. 前記制御装置は、前記第１または第２のレーザパルスのパルスエネルギを、前記検出器で検出された光強度に基づいて取得し、
   前記ビーム偏向器に出力する信号に基づいて、追加のレーザパルスを前記第１の加工領域、及び、前記第２の加工領域のうちいずれに入射させるかを決定する請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 更に、
   前記レーザ光源を出射したパルスレーザビームの光路上に配置され、焦点距離を変化させることのできるズーミングレンズと、
   前記ズーミングレンズを出射したパルスレーザビームの光路上に配置され、透光領域と遮光領域とを備え、前記透光領域に入射するパルスレーザビームを通過させ、前記遮光領域に入射するパルスレーザビームを遮ることによって、該パルスレーザビームの断面形状を整形するビーム整形器と
   を含み、
   前記ビーム偏向器は、前記ビーム整形器の透光領域を通過したパルスレーザビームの光路上に配置され、
   前記第１のしきい値は、前記ズーミングレンズの焦点距離、前記ビーム整形器の透光領域の面積、及び、前記第１のレーザパルスのパルス幅に基づいて、前記制御装置が決定し、
   前記第２のしきい値は、前記ズーミングレンズの焦点距離、前記ビーム整形器の透光領域の面積、及び、前記第２のレーザパルスのパルス幅に基づいて、前記制御装置が決定する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御装置は、パルスレーザビームが前記ビーム偏向器を直進する状態にして、前記レーザ光源からレーザパルスを出射させ、前記レーザパルスの立ち上がり時点から、光強度が定常状態に達するまでのエネルギを取得し、取得された前記エネルギに基づいて、当該レーザパルスから前記第１及び第２のレーザパルスを形成するか否かを決定する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. （ａ）第１の加工領域、前記第１の加工領域とは異なる第２の加工領域にそれぞれ入射する第１のレーザパルス、及び、第２のレーザパルスであって、原パルスレーザビームから時間軸に沿って分割された第１及び第２のレーザパルスのパルスエネルギを、同一の検出器を用いて検出する工程と、
   （ｂ）前記第１のレーザパルスのパルスエネルギが、前記第１の加工領域で行われる加工における許容範囲の下限値を下回った場合には、前記第１の加工領域における前記第１のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させ、前記第２のレーザパルスのパルスエネルギが、前記第２の加工領域で行われる加工における許容範囲の下限値を下回った場合には、前記第２の加工領域における前記第２のレーザパルスの入射位置に追加のレーザパルスを入射させる工程と
   を有するレーザ加工方法。
6. 前記工程（ａ）に先立って、
   （ａ１）前記原パルスレーザビームの立ち上がり時点から、光強度が定常状態に達するまでのエネルギを取得し、取得された前記エネルギに基づいて、前記第１または第２のレーザパルスを分割するか否かを決定する工程と、
   （ａ２）前記工程（ａ１）で、前記第１または第２のレーザパルスを分割すると決定された場合には、前記原パルスレーザビームを時間軸に沿って分割し、前記第１または第２のレーザパルスを形成する工程と
   を有する請求項５に記載のレーザ加工方法。

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