JP2017219342A - 計測装置、計測方法、加工装置、および被加工物の生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光の周辺光量を測定し、レーザー光のビーム品質を評価する装置および方法を提供すること。【解決手段】レーザー発振器から出力され、所望の位置に集束させたレーザー光の光量を計測する計測装置１であり、レーザー光の光路に遮光部材１１を搭載して、メイン光と周辺光との少なくとも一方に分離する分離手段と、メイン光と周辺光との少なくとも一方の光量を測定する測定手段（例えば、第１検出器１３、第２検出器１４、第１積分球１５および第２積分球１６からなる測定手段）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、計測装置、計測方法、加工装置、および被加工物の生産方法に関する。

近年、短パルスレーザーによる微細加工技術が進んでいる。パルスレーザーは、時間と空間を１点に集中させることで、良好な加工が実現できる。
ハイパワーレーザーの場合、一般的にビーム品質が良いとはいえず、ガウシアンビームのようにビーム径（１／ｅ^２）のみで評価することは難しい。ハイパワーレーザーは、ビーム径（１／ｅ^２径）が小さくても、サイドローブ光などの周辺光量が大きいと、加工品質が悪いことが知られている。

ビームプロファイルを測定する方式として、二次元ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）による二次元分布測定を使った方法がある（例えば、特許文献１）。
しかしながら、ハイパワーレーザーの場合、ビーム品質が悪いため、周辺への広がりが大きく、周辺光量が１／１００００以下の微弱光であっても広い範囲露光されると積分光量は非常に大きくなる。このように、中心強度と周辺強度の差が大きく異なる場合、高いＳＮ比（信号対雑音比）を確保する必要があり、広い周辺領域の積分光量を計測するには適していない。加えて、パルスレーザーの場合、厳密にはパルス毎にビーム品質が異なっている。
また、特許文献２には、ピンホールを用いて、メインビーム成分とサイドローブ成分を反射、回折、屈折等の方法を用いて光学的に分離する方式が開示されている。しかしながら、この方式ではピンホールからの反射光の一部しか検出できず、周辺の積算光量を正確に計測することができない。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、レーザー光の周辺光量を測定し、レーザー光のビーム品質を評価する計測装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、レーザー発振器から出力され、所望の位置に集束させたレーザー光の光量を計測する計測装置であって、前記レーザー光の光路に遮光部材を搭載して、メイン光と周辺光との少なくとも一方に分離する分離手段と、前記メイン光と前記周辺光との少なくとも一方の光量を測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザー光の周辺光量を測定し、レーザー光のビーム品質を評価する計測装置を提供することができる。

実施形態１に係る計測装置の構成例を示すである。 実施形態１の遮光部材の一例を示す図である。 実施形態２に係る計測装置の構成例を示すである。 実施形態３に係る計測装置の形状の一例を示すである。 実施形態３の遮光部材の一例を示す図である。 ピンホール径が異なる三種類の遮光部材を用いて測定したときの周辺光量の割合を表すグラフである。 ピンホール径を変更可能な遮光部材の一例を示す図である。 一実施形態の計測装置をレーザー加工装置に搭載したときのシステム構成の一例例を示す図である。 走査光学系の構成例を説明する図である。 周辺光量の割合と有効走査範囲の関係例を示すグラフである。 一実施形態の計測装置をレーザー加工装置に搭載したときのシステム構成の他の例を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

本発明の一実施形態に係る計測装置は、レーザー光（レーザービーム）の光量を計測する装置であり、分離手段および測定手段を少なくとも備える。レーザー光は、光源（レーザー発振器）から出射され、集束手段（例えば、集束レンズ、対物レンズ、走査光学系）により所望の位置に集束させられ、計測装置の分離手段に供給される。
分離手段は、レーザー光の光路に遮光部材を搭載して、メイン光と周辺光との少なくとも一方に分離する分離手段である。
測定手段は、メイン光と周辺光との少なくとも一方の光量を検出・測定する測定手段である。
また、計測装置は、測定された光量を用いて、メイン光量（メイン光の光量）に対する周辺光量（周辺光の光量）の割合を算出する算出手段を備えていてもよい。
以下、具体的な実施形態を説明する。

実施形態１．
図１に、本発明の実施形態１に係る計測装置の構成例を示す。
計測装置１は、遮光部材１１、第１検出器１３、第２検出器１４、第１積分球１５、第２積分球１６および算出部１７を備える。図１では、集束手段として集光レンズ９を用いた例を示している。

遮光部材１１は、分離手段の一例であり、ビーム集光位置に配置される。
第１検出器１３、第２検出器１４、第１積分球１５および第２積分球１６は、測定手段を構成する。
第１積分球１５は、ビーム進行方向に対して、遮光部材１１より前方（光源側）に配置される。
第１検出器１３は、遮光部材１１で反射及び後方散乱された光量を検出、測定する。
第２積分球１６は、ビーム進行方向に対して、遮光部材１１より後方（遮光部材１１を挟んで第１積分球１５と対向する位置）に配置される。
第２検出器１４は、遮光部材１１を通過した透過光及び前方散乱された光量を検出、測定する。

算出部１７は、算出手段の一例であり、第１検出器１３による測定を、周辺光量として、第２検出器１４による測定を、メイン光量として取得する。図１では、周辺光量をＰＤ１、メイン光量をＰＤ２と表している。そして、算出部１７は、取得した光量を用いて、メイン光量に対する周辺光量の割合を計測する。計測した周辺光量の割合は、外部へ出力される。算出部１７は、他の計測結果（例えば、メイン光量、周辺光量、メイン光と周辺光とを含む光量、またはその他の算出値）を外部に出力するように構成されてもよい。
また、第１検出器１３および第２検出器１４は、測定した測定値を、算出部１７に供給するように構成される。例えば、算出部１７が参照可能な記録領域に供給（書き込む）する。

図２は、実施形態１の遮光部材の一例を示す図である。
遮光部材１１は、図２のような中心が空洞のピンホール１１１であり、周辺が遮光板であってもよい。遮光部材１１は入射ビームに対して吸収が少ない材質であることが好ましい。具体的には、乱反射材料でコーティングされているとより好ましい。

次に、計測装置１の動作例を説明する。
レーザービームは、集光レンズ９により、遮光部材１１付近に集光される。遮光部材１１の空洞（ピンホール１１１）を通過したレーザービームは、第２積分球１６と反射散乱を繰り返し第２検出器１４に達する。このとき、遮光部材１１の位置はレーザービームに対して調整可能な構成となっており、遮光部材１１の位置を調整して、第２検出器１４の光量が最大になるように遮光部材１１を配置する。

一方、空洞を通過できなかったレーザービームは、第１積分球１５で反射散乱を繰り返し第１検出器１３に達する。光路上の第１積分球１５の集光レンズ９側の表面（集光レンズ９と第１積分球１５との間）には、レーザービームを通過させる小さな開口部（空洞部）１５１がある。散乱光の一部は開口部１５１から脱出するものの、第１積分球１５の表面積に比べて、開口部１５１の面積の割合は小さく、ほとんどは第１検出器１３に達する。

このように、実施形態１の計測装置１では、積分球を２台用いて、ピンホール１１１からの前方散乱と後方散乱を計測することによって、メイン光量と周辺光量を同時に測定することが可能になる。
算出部１７は、周辺光量とメイン光量とを用いて、周辺光量の割合を計測する。

計測されたメイン光量をＰＤ２、周辺光量をＰＤ１としたとき、メイン光量に対する周辺光量の割合Ａｍｂは、以下の計算式により算出することができる。
Ａｍｂ＝ＰＤ１／ＰＤ２・・・・・（式１）
なお、ピンホール１１１径でのレーザービームのビーム集光度Ｃｏｎｃは以下の式で表現することができる。
Ｃｏｎｃ＝１−ＰＤ１／（ＰＤ１＋ＰＤ２）・・・・・（式２）

本実施形態によれば、レーザー光をメイン光と周辺光とに分離して、メイン光量に対する周辺光量の割合を計測することにより、レーザービームのビーム品質を評価することができる。また、遮光部材に照射された光量を、積分球を用いて検出することをことにより、遮光部材からの後方散乱を精度良く検出することができる。これにより、周辺光量を高精度に計測することが可能となる。さらに加えて、遮光部材の前方と後方に光量を検出する手段を有することにより、メイン光量と周辺光量を同時に計測することができる。

実施形態２．
実施形態２では、反射散乱光を測定せずに、周辺光を簡易的に測定する実施例について説明する。
図３は、実施形態２に係る計測装置の構成例を示すである。計測装置２は、異なる二つの条件（以降、条件Ａ、条件Ｂという）で測定した光量を用いて周辺光量の割合を計測する。図１と同様に、集束手段として集光レンズ９を用いた例を示している。
本実施形態では、条件Ａは、メイン光および周辺光の光量を測定し、条件Ｂは、メイン光の光量を測定するように構成している。

計測装置２は、遮光部材２１、２２、検出器２３、２４および算出部２７を有する。遮光部材２１および検出器２３は、条件Ａの測定用であり、遮光部材２２および検出器２４は、条件Ｂの測定用である。
遮光部材２１、２２は、分離手段の一例であり、所定のピンホール径（ピンホールサイズ）ＰＨＡ、ＰＨＢを有するピンホール２１１、２２１が形成されている。
検出器２３、２４は、測定手段の一例である。
算出部２７は、算出手段の一例であり、検出器２３が測定した光量と、検出器２４が測定した光量とを用いて、周辺光量の割合を算出する。検出器２３、２４は、測定した光量を算出部２７へ供給するように構成される。

条件Ｂでは、測定したいビーム集光度に対応するピンホール径ＰＨＢに設定した遮光部材２２を配置して透過光を測定する。計測装置２は、検出器２３をピンホール２２１に近接させることにより散乱光も検出できるため、透過光及び散乱光を検出することができる。
条件Ａでは、条件Ｂよりも大きなピンホール径ＰＨＡ（ＰＨＡ＞ＰＨＢ）のピンホール２１１を有する遮光部材２１を配置して透過光及び散乱光を測定する。
算出部２７は、条件Ａで測定されたメイン光および周辺光の光量ＰＤ３と、条件Ｂで測定されたメイン光の光量ＰＤ４とを用いて、周辺光量の割合を算出する。

このとき周辺光量は、条件Ａの光量ＰＤ３と条件Ｂの光量ＰＤ４との差分により測定することができる。
周辺光量＝ＰＤ３−ＰＤ４・・・・・（式３）
すなわち、メイン光に対する周辺光の割合Ａｍｂは、以下の計算式により算出することができる。
Ａｍｂ＝（ＰＤ３−ＰＤ４）／ＰＤ４・・・・・（式４）

以上説明したように、上述した周辺光量計測方式は、図１の方式に比べると、メイン光と周辺光を同時に計測することが困難な点や、散乱光成分の検出感度が落ちるものの、簡易計測としては有効である。また、試料面側に検出器を配置する必要がないため、レーザー加工装置に組み込みやすいという利点がある。

さらに、遮光部材２１のピンホール径を複数種類用意して測定することにより、メイン光と周辺光だけでなく、中間リング状の積分光量も測定することができる。

実施形態３．
実施形態３では、周辺光を遮光部材の背面側から測定する実施例について説明する。
図４は、実施形態３に係る計測装置の構成例を示すである。図１と同様に、集束手段として集光レンズ９を用いた例を示している。
計測装置３は、遮光部材３１、検出器２３および算出部３７を有する。
遮光部材３１は、分離手段の一例であり、遮光部材３１の中心付近を遮光する構成となっている。この構成では、メイン光は遮光部材３１によってカットされ、検出器３３に到達しない。その結果、周辺光のみが検出器３３に達する。

図５に遮光部材の形状の一例を示す。
図５（Ａ）に示す遮光部材は白色部が空洞となっており、中心部材をワイヤーでつるした状態（メインローブカットタイプ）となっている。周波数が３５５ｎｍや２６６ｎｍのような短い波長の場合、レーザー波長に対して吸収のない材料は極めて少ない。このような場合に図５（Ａ）の方式が有効である。
図５（Ｂ）に示す遮光部材は、ガラスなどのレーザー光を透過させる透明部材を用い、透明部材の表面に不透過領域を付着させたものである。図中、白色部が透明部材である。

ピンホール径（直径）は、レーザービームのビームスポット径（１／ｅ^２径）としても良いし、加工品質条件から要求される大きさであっても良い。また、ピンホール径を、直径φ１０，２０，３０，４０，５０マイクロメートル（μｍ）など、複数種類用意して測定しても良い。ここで、ピンホール径の大きさは、レーザー光を遮光する部分の大きさであり、少なくともメイン光を通過させないように設定される。

算出部３４は、算出手段の一例であり、検出器２３が測定した周辺光の光量（ＰＤ５）を受け取る。また、算出部３４は、取得した光量（ＰＤ５）を外部に出力する機能を少なくとも有する。また、算出部３４は、例えば、複数の測定値を遮光部材３１のピンホール径の大きさと対応づけて複数保持し、測定結果をグラフに表す機能を備えていてもよい。さらに、算出部３４は、外部の記録領域に測定結果を書き込むように構成されても良い。

図６は、ピンホール径がＰＨ１，ＰＨ２，ＰＨ３の順に大きくなる（ＰＨ１＜ＰＨ２＜ＰＨ３）三種類の遮光部材を用いて測定したときのグラフである。ピンホール径が大きくなるほど、周辺光量の割合は低下するが、その変化の度合いが激しいか緩やかであるかで、レーザービームの品質を評価することができる。変化の度合いが激しいと、ガウシアン形状よりはトップハット形状に近くなる。
本実施形態では、複数の周辺光量を測定し、測定した光量を周辺光量の割合として利用している。これは、メイン光の光量が一定であるという前提で、ピンホール径が異なる周辺光量の比較を、周辺光量の割合の度合いとして用いることができるからである。

図４、５では、メイン光を遮光する遮光部材を用いる例を説明したが、図３で示したような遮光部材２１、２２を用いて、メイン光量、およびメイン光および周辺光の光量を測定する構成であってもよい。異なる複数のピンホール径の遮光部材を用いて測定し、上述した式３、４の計算式を用いて周辺光量の割合を算出することにより、周辺光量の割合の度合いの変化を計測することができる。
また、図７は、１枚ないし複数枚の羽根（セクター）を円形に組み合わせて光路を開閉する可変型のピンホールである。このように、複数枚の羽根構造とすることで、１つの遮光部材でピンホール径をフレキシブルに変更することができる。

本実施形態によれば、遮光部材の大きさを複数段階変更することで、周辺光量割合の変化の度合いを計測することができる。これにより、レーザー光がガウシアン形状に近いか、トップハット形状に近いかなどビーム品質を決定することができる。

実施形態４．
本発明の一実施形態に係る計測装置をレーザー加工装置に適用することにより、加工プロセスをモニタリングすることもできる。
図８は、一実施形態の計測装置をレーザー加工装置に搭載したときのシステム構成例を示す図である。
レーザー加工装置１００のシステム構成は、光源４０、コリメーターレンズ４１、アパーチャ４２、走査光学系５０、光量検出器（計測装置）６０、試料を置くための試料テーブル７１、試料を移動させるための移動ステージ７２、およびホストコンピュータ８０からなる。
図８では、光量検出器６０として、図３に示す計測装置２の構成例をレーザー加工装置１００に搭載する場合を示す。
光量検出器６０は、遮光部材２１、２２、検出器２３、２４、および算出部２７を備える。また、図８では、検出器２３が測定する光量をＰＤ６、検出器２４の測定する光量をＰＤ７として表している。算出部２７は、光量ＰＤ６、ＰＤ７を用いて周辺光量の割合を算出する。図８では、算出部２７は算出結果を外部に出力するように表しているが、算出結果をホストコンピュータ８０に供給するように構成してもよい。

ハイパワー出力のパルスレーザーは、一般的にビーム品質が悪いため、ビーム径は小さくできても周辺光量の割合が悪く（大きく）、一パルス毎のばらつきが大きいとされる。高速応答性に優れた光量検出器を用いることにより、光源がパルスレーザーの場合、一パルスごとの集光度を測定することが可能となる。

ホストコンピュータ８０は、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）などで作成された加工対象の画像データを取得する。また、ホストコンピュータ８０は、加工対象の画像データをもとに、露光条件設定手段８１にて、露光領域や走査速度、光出力といった露光パラメータを選択する。
光源４０は露光条件設定手段８１（光源選択手段）で分担された変調信号に基づき光を点灯・消灯させる。光源４０から出力されたレーザービームはコリメーターレンズ４１とアパーチャ４２を通過し、走査光学系５０に達する。
走査光学系５０により、ポリゴンミラーやガルバノミラーなどの光偏向器５２で反射され、走査レンズ５３を介して試料面に照射される。
光源４０は、像面上であらかじめ指定されたビーム径を有するように調整されている。

走査光学系５０の構成例を図９に示す。レーザーの走査光学系５０としてベクトル走査方式とラスター走査方式等があるが、ここではラスター走査方式で説明する。また、走査光学系５０に加え、コリメーターレンズ４１、アパーチャ４２を表している。
光偏向器５２よりも光源側にはカップリングレンズとしてのコリメーターレンズ４１、アパーチャ４２、シリンドリカルレンズ５１が配置される。そして光偏向器５２よりも試料側には、走査レンズ５３、面倒れ補正レンズ５４、同期検知手段５５などが配置される。光偏向器５２による光ビームの偏向にともなって試料上に走査線が描画されるが、この方向を主走査方向、主走査方向と垂直な方向を副走査方向と呼ぶ。試料の進む方向は副走査方向である。

レーザー加工おける走査光学系５０の基本特性は、試料に感度を有する波長、試料像面上のビームスポット径、像面光量、ＯＮ／ＯＦＦの点灯時間であり、ビームスポット径は、特に重要なパラメータとなる。ビームスポット径は、数μｍ〜１００μｍ程度であり、一般的に小径ビームであるほど、高コストになるが加工品質が向上する。したがって、ビームスポット径と加工品質の関係を把握することは、低コストかつ高速な加工を実現する上で非常に重要である。

光源４０の機能は、試料に感度を有する波長の光を用いて、試料の像面光量に達する光出力であり、点灯・消灯させることである。マルチビーム光源の方式としては、独立した光源を複数備えた方式の他に、複数の光源を同一の基板上に形成されたレーザーアレイを用いて、マルチビーム化を進める方式もある。
光偏向器５２の機能は、光源の進行方向を時間的に変化させて、光ビームを試料面上に走査させることである。主な光偏向器としては、ガルバノミラーと、正多角柱の側面が反射鏡に加工されたポリゴンミラーがある。図９では、ポリゴンミラーを適用した構成例を示している。このポリゴンミラーが等速で回転することで、光源から射出された光ビームを反射により偏向走査させる。

カップリングレンズの機能は、光源４０から射出された光ビームを走査光学系５０に効率よく伝搬させることである。平行光束へと変換する場合はコリメーターレンズ４１を用いる。加工システム全体の光学設計を鑑みて、平行よりも発散光あるいは収束光に設計してもよい。
アパーチャ４２の重要な機能は、カップリングレンズ（コリメーターレンズ４１）通過後の光束周辺部をカットすることで、所望の大きさのビームスポットを試料上に形成することである。試料面上のビームスポット径は、画像品質と直結する重要なファクターであり、所望の大きさで安定的に形成することが求められている。一般的に、ビームスポット径は、アパーチャサイズが大きくなるにしたがい、小径化するという逆比例の関係にある。したがって、所望のビームスポット径は、アパーチャサイズで設計することができる。

シリンドリカルレンズ５１の機能は、副走査方向にのみレンズ作用を与えて、入射した光ビームを副走査方向にだけ集光して、ポリゴンミラー面に結像させることである。
走査レンズ５３の機能は、主にポリゴンミラー（光偏光器５２）の回転に対して試料上で等速に走査されるように補正することにある。ポリゴンミラーを駆動するポリゴンモータは、等角速度運動をしている。このため、走査レンズ５３がないと、像高をＨ、走査レンズの焦点距離をｆ、ポリゴンミラーの回転角をθとしたとき、関係式Ｈ＝ｆｔａｎθの特性となってしまう。すなわち、試料の中心から離れて像高Ｈが高くなるほど走査速度が速くなってしまう。図９で示されるように、ポリゴンミラーにより偏向走査される光ビームを走査レンズで補正することにより、関係式Ｈ＝ｆθの特性にすることが可能になり、主走査方向に対して、ポリゴンミラーの回転に比例した位置に光ビームを集光させることができる。

同期検知手段５４の機能は、ポリゴンミラーの各面で走査したときの走査開始点を、常に試料面上の同じ位置に揃えることである。走査開始点は、画像の露光位置を規定する点（座標）である。同期検知手段は、露光開始位置を決定するため、試料面上とほぼ等価な位置に設置され、同期検知信号を得る。
ポリゴンモータは高速で回転されるため、回転ムラや面毎の加工精度にばらつきがあると、走査毎に露光位置がずれを生じてしまう不具合がある。このため、試料面上の有効走査領域外に同期検知手段を配置して、走査された光ビームが同期検知素子を通過する際に、同期検知信号を光源駆動制御装置（図示していない）に出力するようにしている。光源駆動制御装置は、同期検知信号を基準にして、光ビームの発光タイミングを決定する。これにより、複数ビームに対して位置ずれのない画像を出力することが可能となる。このように、同期検知信号は、発光タイミングだけでなく、画素クロック生成や光源制御の基準となる重要な役割を果たしている。

上記、レーザー加工システムのメイン光量に対する周辺光量の割合を計測する動作を示す。
試料テーブル７１に検出器２３、２４を配置し、試料面に、前述のピンホールが一致するように遮光部材２１、２２を配置する。ピンホールの大きさは遮光部材２１と遮光部材２２とでは異なっている。二つの検出器２３、２４は近接していることが望ましい。なお、光量検出器６０は、積分球を使ったタイプ（実施形態１の計測装置）でも、簡易型タイプ（実施形態２、３の計測装置）であっても良いが、ここでは、実施形態２で説明した簡易型タイプの計測装置を搭載する場合を説明する。
レーザービームがピンホール径を走査することにより、検出器２３と検出器２４には異なる光量が検出される。レーザービームを走査させながら、検出器２３と検出器２４も移動ステージにより走査方向に移動させる。これにより、座標ｘでの検出器２３での光量ＰＤ６（ｘ）、座標ｘでの検出器２４での光量ＰＤ７（ｘ）を計測することができる。

これにより、座標ｘでの周辺光量の割合Ａｍｂ（ｘ）は、以下の計算式により算出することができる。
Ａｍｂ（ｘ）＝｛ＰＤ６（ｘ）−ＰＤ７（ｘ）｝／ＰＤ７（ｘ）・・・・・（式５）
周辺光量の割合Ａｍｂ（ｘ）は、０（ゼロ）に近い方が良いことは勿論だが、ピンホール径がビームスポット径（１／ｅ^２径）の場合、理想的なガウシアンビーム形状でも、周辺光量の割合は約１３．５％存在する。２７％以下であれば、ビーム品質は良好に属するといえる。
一般的には、中心に比べて周辺は斜入射のため、走査レンズの光学特性が低下する。このため、周辺光量割合がレンズ中心に比べて、周辺側だと悪くなる傾向にある。
図１０は、周辺光量の割合と有効走査範囲の関係を示している。座標ｘに対してばらつきが少ないほどよい。このような条件から、許容限界の上限と下限が設定される。

また、上記実施例は、ポリゴンミラーによるラスター走査であるが、ガルバノミラーによる二次元走査の場合は、座標（ｘ、ｙ）の二次元で計測することが望ましい。この場合、移動ステージをｘ方向とｙ方向に走査することによりＰＤ６（ｘ，ｙ）とＰＤ７（ｘ，ｙ）を測定することができる。

これにより、座標（ｘ、ｙ）でのメイン光量に対する周辺光量の割合Ａｍｂ（ｘ，ｙ）は、以下の計算式により算出することができる。
Ａｍｂ（ｘ，ｙ）＝｛ＰＤ６（ｘ，ｙ）−ＰＤ７（ｘ，ｙ）｝／ＰＤ７（ｘ，ｙ）
・・・・・（式６）

本実施形態によれば、レーザー加工装置の試料面位置に、遮光部材２１、２２を搭載してメイン光と周辺光とに分離する手段を用いて、メイン光量に対する周辺光量の割合を計測することができる。これにより、加工前後のビーム品質をモニタリングすることが可能となる。
具体的には、加工プロセスの条件出しや、加工プロセスのモニタリングすること、レーザー加工に最適な条件でのビーム品質を維持することが可能になる。これは、高品質加工を提供する生産方法及び加工装置を提供するものであり、特にハイパワーのパルスレーザーのビーム品質評価に有効である。

実施形態５．
実施形態５では、積分球を用いる計測装置を搭載したレーザー加工装置の構成例を説明する。
図１１は、積分球を２台用いて、メイン光と周辺光とを同時に高精度に計測可能な実施例である。レーザー加工装置２００は、図１の計測装置１を搭載している。
図１１に示すように、レーザー加工装置２００の試料面位置に、遮光部材１１を搭載してメイン光と周辺光とに分離して測定する手段（第１検出器１３、第２検出器１４、第１積分球１５および第２積分球１６）を用いて、メイン光量に対する周辺光量の割合を計測する。
算出部１７は、光量ＰＤ１、ＰＤ２を用いて、上述した式１の計算式を用いてメイン光量に対する周辺光量の割合を算出する。また、算出部１７は、算出結果をホストコンピュータ８０に供給するように構成してもよい。

本実施形態によれば、レーザー加工装置の試料面位置に、遮光部材１１を搭載してメイン光と周辺光とに分離して各光量を測定する手段を用いて、メイン光量に対する周辺光量の割合を計測することができる。これにより、実施形態４と同様に加工前後のビーム品質をモニタリングすることが可能となる。また、本実施形態では、メイン光量と周辺光量とを同時に測定する加工装置の構成例を提供することができる。

上記各実施形態で説明したように、一実施形態に係る計測装置は、レーザー光の周辺光量を計測し、レーザー光のビーム品質を評価する方法及び装置を提供することができる。詳細には、レーザー光の光路に遮光部材を搭載し、レーザー光をメイン光と周辺光とに分離してメイン光量に対する周辺光量の割合を計測する。これにより、レーザー光のビーム品質を評価することを可能にする。また、一実施形態に係る計測装置を加工装置に搭載することにより、ハイパワーレーザーを使用して、高品質加工を提供する生産方法及び加工装置を提供することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記各実施形態では、算出手段を備える構成例を用いて計測装置を説明したが、計測装置は算出手段を備えず、検出手段から測定結果を出力する構成であってもよい。

１、２、３ 計測装置
１１、２１、２２、３１ 遮光部材
１３ 第１検出器
１４ 第２検出器
１５ 第１積分球
１６ 第２積分球
１７、２７、３７ 算出部
２３、２４ 検出器
１００、２００ レーザー加工装置

特開２００２−８６７９５号公報 特開平７−１９２２９７号公報

Claims (11)

1. レーザー発振器から出力され、所望の位置に集束させたレーザー光の光量を計測する計測装置であって、
   前記レーザー光の光路に遮光部材を搭載して、メイン光と周辺光との少なくとも一方に分離する分離手段と、
   前記メイン光と前記周辺光との少なくとも一方の光量を測定する測定手段と、
   を備える計測装置。
2. 前記測定手段は、前記遮光部材に照射された光量を検出する積分球を備えることを特徴とする請求項１記載の計測装置。
3. 前記測定手段は、前記光路の前記遮光部材より前方と後方とに、光量を計測する二つの検出器を配置し、前記メイン光および前記周辺光の光量を同時に計測することを特徴とする請求項１または２記載の計測装置。
4. 前記遮光部材は、前記光路を遮光するピンホール径の大きさを複数段階で変更可能に構成され、前記レーザー光のビーム中心から距離に応じて、前記周辺光量を測定することを特徴とする請求項１記載の計測装置。
5. 前記遮光部材は、前記メイン光を遮光するように形成されていることを特徴とする請求項４記載の計測装置。
6. 前記測定手段は、前記ピンホール径の異なる複数条件での光量を計測し、前記ピンホール径が大きい条件で測定した光量と、前記ピンホール径が小さい条件で測定した光量との差分により前記周辺光量を測定することを特徴とする請求項１または４記載の計測装置。
7. 前記測定された光量を用いて、メイン光量に対する周辺光量の割合を算出する算出手段を、さらに備える請求項１乃至６のいずれか一項に記載の計測装置。
8. 前記レーザー発振器は、レーザー光源としてパルスレーザーを用い、
   前記光量を測定する手段は、一パルス毎に前記光量を測定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の計測装置。
9. レーザー発振器から出力されたレーザー光を、所望の位置に集束させ、
   前記レーザー光の光路に遮光部材を搭載して、メイン光と周辺光との少なくとも一方に分離し、
   前記メイン光と前記周辺光との少なくとも一方の光量を測定する計測方法。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の計測装置を備える加工装置であって、
    前記分離手段は、前記遮光部材を試料面位置に搭載し、
    前記測定手段は、レーザー加工前後の前記光量を測定するように制御される加工装置。
11. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の計測装置を備える加工装置による被加工物の生産方法であって、
    前記遮光部材を試料面位置に搭載して、メイン光と周辺光との少なくとも一方に分離し、
    前記測定手段がレーザー加工前後の前記光量を測定し、
    測定した前記光量を用いて加工前後のビーム品質をモニタリングする被加工物の生産方法。