JP2022063595A - Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method - Google Patents

Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method Download PDF

Info

Publication number
JP2022063595A
JP2022063595A JP2020171935A JP2020171935A JP2022063595A JP 2022063595 A JP2022063595 A JP 2022063595A JP 2020171935 A JP2020171935 A JP 2020171935A JP 2020171935 A JP2020171935 A JP 2020171935A JP 2022063595 A JP2022063595 A JP 2022063595A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser beam
laser
pulse
pulsed laser
incident
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.)
Pending
Application number
JP2020171935A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
裕 石原
Yutaka Ishihara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2020171935A priority Critical patent/JP2022063595A/en
Priority to TW110137355A priority patent/TWI813035B/en
Priority to KR1020210133622A priority patent/KR20220048448A/en
Priority to CN202111181198.4A priority patent/CN114406452A/en
Publication of JP2022063595A publication Critical patent/JP2022063595A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042Automatically aligning the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

To provide a control device of a laser processing machine which can make pulse energy of a pulse laser beam during laser processing close to a target value.SOLUTION: A control device determines a statistic of a repeating frequency of a pulse of a pulse laser beam used in processing. A pulse laser beam is output from a laser output device with the repeating frequency based on the determined statistic, the pulse laser beam is made to be incident on a measuring instrument, and energy information of the pulse laser beam is acquired from the measuring instrument. An irradiation condition is adjusted based on the acquired energy information, the laser output device is operated on the adjusted irradiation condition, and laser processing is performed.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、レーザ加工機の制御装置、レーザ加工機、及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a control device for a laser processing machine, a laser processing machine, and a laser processing method.

レーザ光をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して基板等の加工対象物に入射させて加工を行うレーザ加工機が知られている(特許文献1)。例えば、このレーザ加工機はプリント基板への穴明け加工に用いられる。特許文献1に開示されたレーザ加工機においては、ガルバノミラーを目標回転角度に位置決めし、ガルバノミラーの位置決め完了後にレーザ光を加工対象物に入射させる。レーザ光源として、パルスレーザビームを出力する炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。 A laser processing machine is known in which laser light is reflected by a galvano mirror, condensed by a condenser lens, and incident on a processing object such as a substrate for processing (Patent Document 1). For example, this laser processing machine is used for drilling holes in a printed circuit board. In the laser processing machine disclosed in Patent Document 1, the galvano mirror is positioned at a target rotation angle, and the laser beam is incident on the object to be processed after the positioning of the galvano mirror is completed. As a laser light source, a carbon dioxide laser oscillator that outputs a pulsed laser beam is used.

特開2004-66300号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-66300

レーザ加工によって形成される穴の形状は、加工に用いるパルスレーザビームのパルスエネルギに依存する。目標とする形状の穴を形成するためには、パルスレーザビームのパルスエネルギを目標とする大きさに設定することが必要になる。パルスエネルギを目標値に設定するために、実際の加工前に一定の繰り返し周波数でレーザ発振器からパルスレーザビームを出力させ、加工対象物に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギを実測する場合がある。パルスエネルギの実測値と目標値との差が大きい場合には、パルスエネルギを目標値に近付けるために照射条件の調整を行う。ところが、この調整を行っても、実際のパルスエネルギが目標値からずれてしまう状況が生じ得ることが判明した。 The shape of the hole formed by laser machining depends on the pulse energy of the pulsed laser beam used for machining. In order to form a hole with a target shape, it is necessary to set the pulse energy of the pulsed laser beam to the target size. In order to set the pulse energy to the target value, the pulse laser beam may be output from the laser oscillator at a constant repetition frequency before the actual machining, and the pulse energy of the pulsed laser beam incident on the machining object may be measured. If the difference between the measured value of the pulse energy and the target value is large, the irradiation conditions are adjusted to bring the pulse energy closer to the target value. However, it has been found that even if this adjustment is performed, a situation may occur in which the actual pulse energy deviates from the target value.

本発明の目的は、レーザ加工中のパルスレーザビームのパルスエネルギを目標値に近付けることが可能なレーザ加工機の制御装置、レーザ加工機、及びレーザ加工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a control device for a laser processing machine, a laser processing machine, and a laser processing method capable of bringing the pulse energy of a pulsed laser beam during laser processing close to a target value.

本発明の一観点によると、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させて計測器に入射させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件で前記レーザ出力装置を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工機の制御装置が提供される。
According to one aspect of the invention
Obtain the statistic of the repetition frequency of the pulse of the pulse laser beam used for processing.
A pulsed laser beam is output from a laser output device at a repetition frequency based on the obtained statistic and incident on a measuring instrument, and energy information of the pulsed laser beam is acquired from the measuring instrument.
Provided is a control device for a laser processing machine that adjusts irradiation conditions based on the acquired energy information and operates the laser output device under the adjusted irradiation conditions to perform laser processing.

本発明の他の観点によると、
パルスレーザビームを出力するレーザ出力装置と、
前記レーザ出力装置から出力されたパルスレーザビームを走査して、加工対象物の表面上においてパルスレーザビームの入射位置の位置決めを行うビーム走査器と、
加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギを計測する計測器と、
前記レーザ出力装置及び前記ビーム走査器を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数で前記レーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置を制御して、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工機が提供される。
According to another aspect of the invention
A laser output device that outputs a pulsed laser beam and
A beam scanner that scans the pulsed laser beam output from the laser output device and positions the incident position of the pulsed laser beam on the surface of the workpiece.
A measuring instrument that measures the energy of a pulsed laser beam incident on an object to be machined,
The laser output device and the control device for controlling the beam scanner are provided.
The control device is
Obtain the statistic of the repetition frequency of the pulse of the pulse laser beam used for processing.
A pulsed laser beam is output from the laser output device at a repetition frequency based on the obtained statistic, and energy information of the pulsed laser beam is acquired from the measuring instrument.
Provided is a laser processing machine that controls the laser output device based on the acquired energy information to perform laser processing of an object to be processed.

本発明のさらに他の観点によると、
パルスレーザビームをビーム走査器で走査することにより、加工対象物の表面上の複数の被加工点にパルスレーザビームの入射位置を順番に位置決めしてレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置を制御し、前記ビーム走査器を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工方法が提供される。
According to yet another aspect of the invention.
A laser processing method in which a pulsed laser beam is scanned by a beam scanner to sequentially position the incident positions of the pulsed laser beam at a plurality of work points on the surface of the object to be processed and perform laser processing.
Obtain the statistic of the repetition frequency of the pulse of the pulse laser beam used for processing.
A pulsed laser beam is output from the laser output device at a repetition frequency based on the obtained statistics, and energy information of the pulsed laser beam incident on the object to be machined is acquired.
Provided is a laser processing method in which the laser output device is controlled based on the acquired energy information and the beam scanner is operated to perform laser processing.

仮想的な複数のレーザパルスの繰り返し周波数は、加工対象物を実際に加工するときのパルスレーザビームの繰り返し周波数にほぼ等しい。求められた繰り返し周波数の統計量に基づく繰り返し周波数でパルスレーザビームを出力させることにより、繰り返し周波数が加工時のものとほぼ同一の条件でパルスレーザビームのエネルギ情報を取得することができる。取得されたエネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件でレーザ加工機を動作させることにより、目標とする照射条件でレーザ加工を行うことができる。 The repetition frequency of a plurality of virtual laser pulses is approximately equal to the repetition frequency of the pulsed laser beam when the object to be machined is actually machined. By outputting the pulsed laser beam at the repeating frequency based on the obtained statistics of the repeating frequency, it is possible to acquire the energy information of the pulsed laser beam under the condition that the repeating frequency is substantially the same as that at the time of processing. By adjusting the irradiation conditions based on the acquired energy information and operating the laser processing machine under the adjusted irradiation conditions, the laser processing can be performed under the target irradiation conditions.

図1は、実施例によるレーザ加工機の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a laser processing machine according to an embodiment. 図2Aは、基板の表面に定義されている複数の被加工点の分布の一例を示す図であり、図2Bは、複数の被加工点の加工順の一例を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing an example of the distribution of a plurality of workpieces defined on the surface of the substrate, and FIG. 2B is a diagram showing an example of the machining order of the plurality of workpieces. 図3は、ビーム走査器の制御と動作、及びパルスレーザビームの出力の時間的な関係を示すタイミングチャートである。FIG. 3 is a timing chart showing the temporal relationship between the control and operation of the beam scanner and the output of the pulsed laser beam. 図4は、実施例によるレーザ加工機を用いてレーザ加工を行うレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of a laser processing method for performing laser processing using a laser processing machine according to an embodiment. 図5は、ステップS1の空運転中の制御装置による制御と、ビーム走査器の動作との関係を示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between the control by the control device during idle operation in step S1 and the operation of the beam scanner. 図6は、ステップS2の実行中においてパルスレーザビームが伝搬する経路を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a path through which the pulsed laser beam propagates during the execution of step S2. 図7は、ステップS2の実行中における制御装置による制御とレーザ発振器の動作との関係を示すタイミングチャートである。FIG. 7 is a timing chart showing the relationship between the control by the control device and the operation of the laser oscillator during the execution of step S2. 図8A及び図8Bは、それぞれ比較例及び実施例による方法で照射条件を調整する前後における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。8A and 8B are graphs showing the relationship between the repetition frequency and the pulse energy before and after adjusting the irradiation conditions by the methods according to the comparative examples and the examples, respectively.

図1~図8Bを参照して、実施例によるレーザ加工機及びその制御装置について説明する。 A laser beam machine according to an embodiment and a control device thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 8B.

図1は、実施例によるレーザ加工機の概略図である。レーザ出力装置10が、レーザ発振器11、可変減衰器12、ビーム整形光学系13、及びアパーチャ14を含む。レーザ発振器11は、例えば炭酸ガスレーザ発振器であり、制御装置50からの指令によりパルスレーザビームを出力する。可変減衰器12は、レーザ発振器11から出力されたパルスレーザビームを減衰させる。可変減衰器12による減衰率が、制御装置50により制御される。 FIG. 1 is a schematic view of a laser processing machine according to an embodiment. The laser output device 10 includes a laser oscillator 11, a variable attenuator 12, a beam shaping optical system 13, and an aperture 14. The laser oscillator 11 is, for example, a carbon dioxide laser oscillator, and outputs a pulsed laser beam according to a command from the control device 50. The variable attenuator 12 attenuates the pulsed laser beam output from the laser oscillator 11. The damping factor by the variable attenuator 12 is controlled by the control device 50.

ビーム整形光学系13は、例えばビームエキスパンダ等であり、可変減衰器12で減衰量を調整されたパルスレーザビームのビーム径を調整する。ビーム整形光学系13によりビーム径を調整されたパルスレーザビームがアパーチャ14に入射する。アパーチャ14を通過したパルスレーザビームが、レーザ出力装置10の出力ビームとなる。 The beam shaping optical system 13 is, for example, a beam expander or the like, and adjusts the beam diameter of the pulsed laser beam whose attenuation amount is adjusted by the variable attenuator 12. A pulsed laser beam whose beam diameter is adjusted by the beam shaping optical system 13 is incident on the aperture 14. The pulsed laser beam that has passed through the aperture 14 becomes the output beam of the laser output device 10.

レーザ出力装置10から出力されたパルスレーザビームが、音響光学素子(AOD)20に入射する。音響光学素子20は、制御装置50からの指令により、入射したパルスレーザビームを第1経路40A、第2経路40B、及びビームダンパ21に向かう経路のいずれか1つに振り向ける。第1経路40Aに振り向けられたパルスレーザビームは、ビーム走査器23A及び集光レンズ24Aを通って、加工対象物である基板60に入射する。第2経路40Bに振り向けられたパルスレーザビームは、折り返しミラー22で反射され、ビーム走査器23B及び集光レンズ24Bを通って、加工対象物である他の基板60に入射する。2枚の基板60にそれぞれパルスレーザビームが入射することにより、穴明け加工が行われる。基板60は、例えばプリント配線基板である。 The pulsed laser beam output from the laser output device 10 is incident on the acoustic optical element (AOD) 20. The acoustic optical element 20 directs the incident pulsed laser beam to any one of the first path 40A, the second path 40B, and the path toward the beam damper 21 by a command from the control device 50. The pulsed laser beam directed to the first path 40A passes through the beam scanner 23A and the condenser lens 24A and is incident on the substrate 60 which is the object to be processed. The pulsed laser beam directed to the second path 40B is reflected by the folded mirror 22, passes through the beam scanner 23B and the condenser lens 24B, and is incident on another substrate 60 to be processed. Drilling is performed by incident a pulsed laser beam on each of the two substrates 60. The board 60 is, for example, a printed wiring board.

ビーム走査器23A、23Bとして、例えば一対の揺動ミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。ビーム走査器23A、23Bは、制御装置50からの指令により、パルスレーザビームを走査し、基板60の表面の指令された位置にパルスレーザビームの入射位置を移動させて位置決めする。集光レンズ24A、24Bとして、例えばfθレンズが用いられる。 As the beam scanners 23A and 23B, for example, a galvano scanner including a pair of swing mirrors is used. The beam scanners 23A and 23B scan the pulsed laser beam in response to a command from the control device 50, and move the incident position of the pulsed laser beam to the commanded position on the surface of the substrate 60 for positioning. As the condenser lenses 24A and 24B, for example, an fθ lens is used.

2枚の基板60は、可動ステージ25の水平な支持面に支持されている。可動ステージ25は、制御装置50からの指令により、2枚の基板60を支持面に平行な二方向に移動させる。 The two substrates 60 are supported by the horizontal support surface of the movable stage 25. The movable stage 25 moves the two substrates 60 in two directions parallel to the support surface by a command from the control device 50.

可動ステージ25に2つの計測器30A、30Bが取り付けられている。計測器30A、30Bは、入射するパルスレーザビームのエネルギ、例えば、パルス当たりのエネルギ(以下、パルスエネルギという。)を計測する。計測器30A、30Bの計測値が制御装置50に入力される。パルスエネルギの計測時には、ビーム走査器23A、23Bの揺動ミラーを中立位置に静止させ、可動ステージ25を移動させてパルスレーザビームの入射位置に計測器30A、30Bを配置する。計測器30A、30Bに入射するパルスレーザビームのパルスエネルギは、それぞれ基板60に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギに等しい。 Two measuring instruments 30A and 30B are attached to the movable stage 25. The measuring instruments 30A and 30B measure the energy of the incident pulsed laser beam, for example, the energy per pulse (hereinafter referred to as pulse energy). The measured values of the measuring instruments 30A and 30B are input to the control device 50. At the time of measuring the pulse energy, the swing mirrors of the beam scanners 23A and 23B are stationary at a neutral position, the movable stage 25 is moved, and the measuring instruments 30A and 30B are arranged at the incident position of the pulse laser beam. The pulse energy of the pulsed laser beam incident on the measuring instruments 30A and 30B is equal to the pulse energy of the pulsed laser beam incident on the substrate 60, respectively.

入力装置51から制御装置50に、レーザ加工機に対する動作指令、レーザ加工に必要な種々のデータが入力される。レーザ加工に必要な種々のデータには、例えば基板60の表面における複数の被加工点の位置情報、加工に用いるパルスレーザビームのパルスエネルギの目標値等が含まれる。 An operation command for the laser machine and various data necessary for laser machining are input from the input device 51 to the control device 50. Various data required for laser machining include, for example, position information of a plurality of workpieces on the surface of the substrate 60, target values of pulse energy of a pulsed laser beam used for machining, and the like.

図2Aは、基板60の表面に定義されている複数の被加工点63の分布の一例を示す図である。図2Aでは、複数の被加工点63のうち一部のみを示している。可動ステージ25(図1)に支持された2枚の基板60に定義されている複数の被加工点63の分布は同一である。基板60の外形は、例えば長方形である。 FIG. 2A is a diagram showing an example of the distribution of a plurality of work points 63 defined on the surface of the substrate 60. FIG. 2A shows only a part of the plurality of work points 63. The distribution of the plurality of work points 63 defined on the two substrates 60 supported by the movable stage 25 (FIG. 1) is the same. The outer shape of the substrate 60 is, for example, a rectangle.

長方形の基板60の四隅に、それぞれアライメントマーク61が設けられている。基板60の表面に、複数の被加工点63が定義されている。図2Aでは、被加工点63を円形の記号で示しているが、実際には、基板60の表面に何らかのマークが付されているわけではなく、複数の被加工点63の位置を定義する位置データが制御装置50に格納される。 Alignment marks 61 are provided at the four corners of the rectangular substrate 60, respectively. A plurality of work points 63 are defined on the surface of the substrate 60. In FIG. 2A, the work point 63 is indicated by a circular symbol, but in reality, the surface of the substrate 60 is not marked in any way, and the positions of the plurality of work points 63 are defined. The data is stored in the control device 50.

基板60の表面に複数のスキャンエリア62が定義されている。スキャンエリア62の各々の形状は正方形であり、その大きさは、ビーム走査器23A、23B(図1)の各々を動作させてパルスレーザビームを移動させることができる範囲の大きさとほぼ等しい。複数のスキャンエリア62は、基板60上のすべての被加工点63をいずれかのスキャンエリア62内に包含するように配置される。複数のスキャンエリア62は部分的に重なる場合があり、被加工点63が分布していない領域にはスキャンエリア62が配置されない場合もある。 A plurality of scan areas 62 are defined on the surface of the substrate 60. Each shape of the scan area 62 is square, and its size is substantially equal to the size of the range in which the beam scanners 23A and 23B (FIG. 1) can be operated to move the pulsed laser beam. The plurality of scan areas 62 are arranged so as to include all the machined points 63 on the substrate 60 within any of the scan areas 62. The plurality of scan areas 62 may partially overlap, and the scan areas 62 may not be arranged in the area where the work points 63 are not distributed.

2枚の基板60の加工時には、2枚の基板60のそれぞれの1つのスキャンエリア62を集光レンズ24A、24B(図1)の直下に移動させる。集光レンズ24A、24Bの直下に配置されたスキャンエリア62内の複数の被加工点63にパルスレーザビームの入射位置を順番に位置決めすることにより、そのスキャンエリア62の加工が行われる。1つのスキャンエリア62の加工が終了すると、可動ステージ25(図1)を動作させて、2枚の基板60の次に加工すべきスキャンエリア62を、それぞれ集光レンズ24A、24Bの直下に移動させる。1つのスキャンエリア62の加工中には、可動ステージ25は静止している。図2Aにおいて、スキャンエリア62の加工順を矢印で示している。 When processing the two substrates 60, one scan area 62 of each of the two substrates 60 is moved directly under the condenser lenses 24A and 24B (FIG. 1). The scan area 62 is processed by sequentially positioning the incident positions of the pulsed laser beams at a plurality of processed points 63 in the scan area 62 arranged directly below the condenser lenses 24A and 24B. When the processing of one scan area 62 is completed, the movable stage 25 (FIG. 1) is operated to move the scan area 62 to be processed next to the two substrates 60 directly under the condenser lenses 24A and 24B, respectively. Let me. During the machining of one scan area 62, the movable stage 25 is stationary. In FIG. 2A, the machining order of the scan area 62 is indicated by an arrow.

図2Bは、複数の被加工点63の加工順の一例を示す図である。複数の被加工点63に通し番号が付されている。ビーム走査器23A、23B(図1)を動作させて、通し番号の順に、複数の被加工点63にパルスレーザビームを入射させることにより、1つのスキャンエリア62の加工を行う。図2Bにおいて、複数の被加工点63の加工順を矢印で示している。被加工点63の加工順は、例えば、パルスレーザビームの入射位置の移動経路が最短になるように決められる。 FIG. 2B is a diagram showing an example of the machining order of the plurality of workpiece points 63. A serial number is attached to a plurality of work points 63. The beam scanners 23A and 23B (FIG. 1) are operated to inject a pulsed laser beam into a plurality of work points 63 in the order of serial numbers to process one scan area 62. In FIG. 2B, the machining order of the plurality of workpiece points 63 is indicated by arrows. The machining order of the work point 63 is determined so that, for example, the movement path of the incident position of the pulsed laser beam is the shortest.

1つのスキャンエリア62内に存在し、同一条件で加工する複数の被加工点63の任意の集合を「ブロック」という。上記通し番号は、ブロックごとに、複数の被加工点63に対して付される。1つのブロックのすべての被加工点63に順番に同一の照射条件でレーザパルスを入射させる処理を、「スキャン」という。1つのブロックの被加工点63の加工を行うときの照射条件の数を「サイクル数」という。 An arbitrary set of a plurality of machined points 63 that exist in one scan area 62 and are machined under the same conditions is called a "block". The serial number is assigned to a plurality of work points 63 for each block. The process of injecting a laser pulse into all the work points 63 of one block in order under the same irradiation conditions is called "scan". The number of irradiation conditions when processing the work point 63 of one block is called "the number of cycles".

同一条件で加工する複数の被加工点63の全てを1つのブロックに含めてもよいし、同一条件で加工する複数の被加工点63の一部の被加工点63を1つのブロックに含めてもよい。被加工点63の一部を1つのブロックに含める場合に、当該ブロックに含まれない他の複数の被加工点63の任意の集合を他の1つのブロックに含めるようにしてもよい。 All of the plurality of machined points 63 to be machined under the same conditions may be included in one block, or some of the plurality of machined points 63 to be machined under the same conditions may be included in one block. May be good. When a part of the work point 63 is included in one block, an arbitrary set of a plurality of other work points 63 not included in the block may be included in the other block.

例えば、1サイクル1スキャンの加工では、1つの照射条件で1回のスキャンを行う。1サイクル2スキャンの加工では、同一の照射条件で2回のスキャンを行う。このとき、1つの被加工点63には、レーザパルスが合計で2回入射する。2サイクルの加工では、第1照射条件でのスキャンと、第1照射条件とは異なる第2照射条件でのスキャンとを行う。第1照射条件と第2照射条件とでは、用いるパルスレーザビームのパルス幅が異なる。例えば、1サイクル目2スキャン、2サイクル目1スキャンの加工では、第1照射条件で2回のスキャンを行い、次に第2照射条件で1回のスキャンを行う。 For example, in the processing of one scan per cycle, one scan is performed under one irradiation condition. In the processing of 1 cycle and 2 scans, two scans are performed under the same irradiation conditions. At this time, the laser pulse is incident on one machined point 63 twice in total. In the two-cycle processing, scanning under the first irradiation condition and scanning under the second irradiation condition different from the first irradiation condition are performed. The pulse width of the pulsed laser beam used differs between the first irradiation condition and the second irradiation condition. For example, in the processing of 2 scans in the 1st cycle and 1 scan in the 2nd cycle, two scans are performed under the first irradiation condition, and then one scan is performed under the second irradiation condition.

図3は、ビーム走査器23A、23B(図1)の制御と動作、及びパルスレーザビームの出力の時間的な関係を示すタイミングチャートである。まず、制御装置50がビーム走査器23A、23Bに、パルスレーザビームを入射させるべき被加工点63(図2A)の位置を指令する位置指令信号sig1を出力する。ビーム走査器23A、23Bは、位置指令信号sig1で指令された位置にパルスレーザビームの入射位置が位置決めされるように動作する。位置決めが完了すると、ビーム走査器23A、23Bは制御装置50に位置決めの完了を通知する位置決め完了信号sig2を出力する。 FIG. 3 is a timing chart showing the time relationship between the control and operation of the beam scanners 23A and 23B (FIG. 1) and the output of the pulsed laser beam. First, the control device 50 outputs the position command signal sig1 that commands the position of the work point 63 (FIG. 2A) on which the pulsed laser beam should be incident to the beam scanners 23A and 23B. The beam scanners 23A and 23B operate so that the incident position of the pulsed laser beam is positioned at the position commanded by the position command signal sig1. When the positioning is completed, the beam scanners 23A and 23B output the positioning completion signal sig2 notifying the control device 50 of the completion of the positioning.

制御装置50は、ビーム走査器23A、23Bの両方から位置決め完了信号sig2を受け取ると、レーザ発振器11に対して出力指令信号sig3を出力する。レーザ発振器11は、出力指令信号sig3の入力に同期してレーザパルスLPの出力を開始する。制御装置50は音響光学素子20を制御することにより、レーザパルスLPから、第1経路40Aに沿って伝搬するレーザパルスLPAと、第2経路40Bに沿って伝搬するレーザパルスLPBとを切り出す。図3において、レーザパルスLPA、LPBにハッチングを付している。 When the control device 50 receives the positioning completion signal sig2 from both the beam scanners 23A and 23B, the control device 50 outputs the output command signal sig3 to the laser oscillator 11. The laser oscillator 11 starts the output of the laser pulse LP in synchronization with the input of the output command signal sig3. By controlling the acoustic optical element 20, the control device 50 cuts out the laser pulse LPA propagating along the first path 40A and the laser pulse LPB propagating along the second path 40B from the laser pulse LP. In FIG. 3, the laser pulses LPA and LPB are hatched.

2つのレーザパルスLPA、LPBのパルス幅、及びレーザパルスLPのパルス幅PWは予め決められている。2つのレーザパルスLPA、LPBを切り出した後、制御装置50はレーザ発振器11に対して出力を停止させる停止指令信号sig4を出力する。一例として、出力指令信号sig3及び停止指令信号sig4は、それぞれパルス信号の立ち上がり及び立下りによって表される。 The pulse widths of the two laser pulse LPAs and LPBs, and the pulse width PW of the laser pulse LPs are predetermined. After cutting out the two laser pulses LPA and LPB, the control device 50 outputs a stop command signal sig4 for stopping the output to the laser oscillator 11. As an example, the output command signal sig3 and the stop command signal sig4 are represented by the rising and falling edges of the pulse signal, respectively.

制御装置50は、レーザ発振器11に停止指令信号sig4を出力した後、次にレーザパルスを入射させるべき被加工点63(図2A)の位置を指令する位置指令信号sig1を出力する。ビーム走査器23A、23Bによる位置決め動作と、レーザ発振器11からのレーザパルスLPの出力とを繰り返すことにより、スキャンエリア62(図2A)内のレーザ加工が行われる。 The control device 50 outputs the stop command signal sig4 to the laser oscillator 11, and then outputs the position command signal sig1 that commands the position of the machined point 63 (FIG. 2A) to which the laser pulse should be incident. Laser processing in the scan area 62 (FIG. 2A) is performed by repeating the positioning operation by the beam scanners 23A and 23B and the output of the laser pulse LP from the laser oscillator 11.

制御装置50に位置決め完了信号sig2が入力されてから制御装置50が出力指令信号sig3を出力するまでの時間、及び停止指令信号sig4を出力してから位置指令信号sig1を出力するまでの時間は、ビーム走査器23A、23Bが動作している時間、及びレーザパルスLPのパルス幅PWに比べて十分短い。このため、位置決め完了信号sig2と出力指令信号sig3との時間差、及び停止指令信号sig4と位置指令信号sig1との時間差は、実質的にゼロと近似することができる。 The time from when the positioning completion signal sig2 is input to the control device 50 until the control device 50 outputs the output command signal sig3 and the time from the output of the stop command signal sig4 to the output of the position command signal sig1 are It is sufficiently shorter than the operating time of the beam scanners 23A and 23B and the pulse width PW of the laser pulse LP. Therefore, the time difference between the positioning completion signal sig2 and the output command signal sig3 and the time difference between the stop command signal sig4 and the position command signal sig1 can be approximated to substantially zero.

1つのスキャンエリア62(図2A)内の加工が終了すると、制御装置50は可動ステージ25(図1)を動作させて、次に加工すべきスキャンエリア62を集光レンズ24A、24Bの直下に移動させる。その後、同様の手順を実行することにより、新たなスキャンエリア62内の加工を行う。 When the processing in one scan area 62 (FIG. 2A) is completed, the control device 50 operates the movable stage 25 (FIG. 1), and the scan area 62 to be processed next is placed directly under the condenser lenses 24A and 24B. Move it. After that, by executing the same procedure, processing in the new scan area 62 is performed.

図4は、実施例によるレーザ加工機を用いてレーザ加工を行うレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of a laser processing method for performing laser processing using a laser processing machine according to an embodiment.

レーザ加工を行う前に、空運転を行い、加工に用いるパルスレーザビームの繰り返し周波数の統計量を算出する(ステップS1)。空運転においては、レーザ発振器11(図1)を動作させることなく、ビーム走査器23A、23Bを動作させて、パルスレーザビームの入射位置が複数の被加工点63(図2A)を順番に辿るように、パルスレーザビームの入射位置を位置決めする。 Before performing laser machining, idle operation is performed to calculate a statistic of the repetition frequency of the pulsed laser beam used for machining (step S1). In the idle operation, the beam scanners 23A and 23B are operated without operating the laser oscillator 11 (FIG. 1), and the incident position of the pulsed laser beam traces a plurality of processed points 63 (FIG. 2A) in order. As such, the incident position of the pulsed laser beam is positioned.

図5は、ステップS1の空運転中の制御装置50(図1)による制御と、ビーム走査器23A、23B(図1)の動作との関係を示すタイミングチャートである。制御装置50がビーム走査器23A、23Bに位置指令信号sig1を出力し、ビーム走査器23A、23Bから位置決め完了信号sig2を受け取る手順は、実際のレーザ加工時の手順(図3)と同一である。空運転においては、レーザ発振器11に出力指令信号sig3(図3)及び停止指令信号sig4(図3)を送信しない。制御装置50は、位置決め完了信号sig2を受け取った後、レーザパルスLP(図3)のパルス幅PWに相当する時間だけ待機し、待機後にビーム走査器23A、23Bに次の位置指令信号sig1を出力する。すなわち、パルスレーザビームの入射位置の位置決め完了時点から、パルス幅PWに基づく時間だけ経過した後、次の被加工点63(図2A、図2B)への位置決め動作を開始する。 FIG. 5 is a timing chart showing the relationship between the control by the control device 50 (FIG. 1) during idle operation in step S1 and the operation of the beam scanners 23A and 23B (FIG. 1). The procedure in which the control device 50 outputs the position command signal sig1 to the beam scanners 23A and 23B and receives the positioning completion signal sig2 from the beam scanners 23A and 23B is the same as the procedure at the time of actual laser machining (FIG. 3). .. In the idle operation, the output command signal sig3 (FIG. 3) and the stop command signal sig4 (FIG. 3) are not transmitted to the laser oscillator 11. After receiving the positioning completion signal sig2, the control device 50 waits for a time corresponding to the pulse width PW of the laser pulse LP (FIG. 3), and after the standby, outputs the next position command signal sig1 to the beam scanners 23A and 23B. do. That is, after the time based on the pulse width PW has elapsed from the time when the positioning of the incident position of the pulse laser beam is completed, the positioning operation to the next work point 63 (FIGS. 2A and 2B) is started.

制御装置50は、待機期間のそれぞれにおいて仮想的に1つのレーザパルスを出力する場合の仮想的な複数のレーザパルスの繰り返し周波数の統計量を算出する。統計量として、例えば平均値を採用する。なお、統計量として、平均値の他に、中央値、最頻値等を採用してもよい。繰り返し周波数の統計量の計算においては、スキャンエリア(図2A)を移動させる時間を含めない。パルスレーザビームの入射位置の位置決めを行うのに要した時間、すなわち最初に加工する被加工点63への位置決め動作の開始から、最後に加工する被加工点63への位置決め完了までの時間をスキャンエリア62ごとに求め、この時間の合計値と、被加工点63の個数とに基づいて統計量を求める。 The control device 50 calculates a statistic of the repetition frequency of a plurality of virtual laser pulses when one laser pulse is virtually output in each of the standby periods. For example, an average value is adopted as a statistic. In addition to the average value, the median value, the mode value, and the like may be adopted as the statistic. The calculation of the repeat frequency statistic does not include the time to move the scan area (FIG. 2A). Scans the time required to position the incident position of the pulsed laser beam, that is, the time from the start of the positioning operation to the machined point 63 to be machined first to the completion of positioning to the machined point 63 to be machined last. It is obtained for each area 62, and the statistic is obtained based on the total value of this time and the number of work points 63.

ステップS1(図4)の後、制御装置50は、求められた統計量に基づく一定の繰り返し周波数でレーザ発振器を動作させて、基板60に入射するパルスレーザビームのエネルギ情報を取得する(ステップS2)。 After step S1 (FIG. 4), the control device 50 operates the laser oscillator at a constant repetition frequency based on the obtained statistics to acquire energy information of the pulsed laser beam incident on the substrate 60 (step S2). ).

図6は、ステップS2の実行中においてパルスレーザビームが伝搬する経路を示す概略図である。図6において、パルスレーザビームの伝搬経路を太い破線で示す。ビーム走査器23A、23Bの揺動ミラーは中立位置に静止させておく。可動ステージ25を動作させて、計測器30A、30Bをパルスレーザビームの入射位置まで移動させる。この状態でレーザ発振器11からパルスレーザビームを出力する。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a path through which the pulsed laser beam propagates during the execution of step S2. In FIG. 6, the propagation path of the pulsed laser beam is shown by a thick broken line. The swing mirrors of the beam scanners 23A and 23B are kept stationary in a neutral position. The movable stage 25 is operated to move the measuring instruments 30A and 30B to the incident position of the pulsed laser beam. In this state, the pulse laser beam is output from the laser oscillator 11.

図7は、ステップS2の実行中における制御装置50(図1)による制御とレーザ発振器11(図1)の動作との関係を示すタイミングチャートである。ステップS1で算出された統計量、例えば繰り返し周波数の平均値をFprと表記する。制御装置50は、出力指令信号sig3と停止指令信号sig4とをレーザ発振器11に交互に送信することにより、繰り返し周波数Fpr、パルス幅PWのパルスレーザビームを出力させる。レーザパルスの立ち上がりから次のレーザパルスの立ち上がりまでの経過時間(周期)は、1/Fprに等しい。 FIG. 7 is a timing chart showing the relationship between the control by the control device 50 (FIG. 1) and the operation of the laser oscillator 11 (FIG. 1) during the execution of step S2. The statistic calculated in step S1, for example, the average value of the repetition frequency is expressed as Fpr. The control device 50 alternately transmits the output command signal sig3 and the stop command signal sig4 to the laser oscillator 11 to output a pulsed laser beam having a repeating frequency Fpr and a pulse width PW. The elapsed time (cycle) from the rise of the laser pulse to the rise of the next laser pulse is equal to 1 / Fpr.

制御装置50は、音響光学素子20を制御して、パルス幅PWのレーザパルスから、第1経路40A(図6)に沿って伝搬するレーザパルスLPAと、第2経路40B(図6)に沿って伝搬するレーザパルスLPBを切り出す。レーザパルスLPAとレーザパルスLPBとのパルス幅は、予め初期値として設定されている。レーザパルスLPA、LPBは、それぞれ計測器30A、30B(図6)に入射する。 The control device 50 controls the acoustic optical element 20 to propagate the laser pulse LPA propagating along the first path 40A (FIG. 6) from the laser pulse having the pulse width PW, and the laser pulse LPA along the second path 40B (FIG. 6). The laser pulse LPB propagating is cut out. The pulse widths of the laser pulse LPA and the laser pulse LPB are preset as initial values. The laser pulses LPA and LPB are incident on the measuring instruments 30A and 30B (FIG. 6), respectively.

制御装置50は、計測器30A、30Bからパルスエネルギの実測値を取得し、パルスエネルギの平均値を求める。パルスエネルギの平均値を求めるためのショット数は、十分な精度で平均値を求めることができる程度の数とする。例えば、繰り返し周波数Fprが3kHzのとき、計測時間を約30秒とする。 The control device 50 acquires the measured value of the pulse energy from the measuring instruments 30A and 30B, and obtains the average value of the pulse energy. The number of shots for obtaining the average value of the pulse energy shall be such that the average value can be obtained with sufficient accuracy. For example, when the repetition frequency Fpr is 3 kHz, the measurement time is about 30 seconds.

ステップS2(図4)の後、制御装置50は、ステップS2で取得されたエネルギ情報に基づいて、基板60に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値に近付くように照射条件を調整し、調整後の照射条件を記憶する(ステップS3)。照射条件として、例えばレーザパルスLPA、LPB(図3)のパルス幅、可変減衰器12(図1)の減衰率等が挙げられる。 After step S2 (FIG. 4), the control device 50 adjusts the irradiation conditions so that the pulse energy of the pulsed laser beam incident on the substrate 60 approaches the target value based on the energy information acquired in step S2. The adjusted irradiation conditions are stored (step S3). Examples of the irradiation conditions include a laser pulse LPA, a pulse width of LPB (FIG. 3), an attenuation rate of the variable attenuator 12 (FIG. 1), and the like.

例えば、ステップS2で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より大きい場合、レーザパルスLPA、LPB(図3)のパルス幅を初期値より短くする。逆に、ステップS2で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より小さい場合には、レーザパルスLPA、LPB(図3)のパルス幅を初期値より長くする。このように、レーザパルスLPA、LPBのパルス幅を調整することにより、基板60に実際に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギを目標値に近づけることができる。 For example, when the average of the measured values of the pulse energies acquired in step S2 is larger than the target value, the pulse widths of the laser pulses LPA and LPB (FIG. 3) are made shorter than the initial values. On the contrary, when the average of the measured values of the pulse energies acquired in step S2 is smaller than the target value, the pulse widths of the laser pulses LPA and LPB (FIG. 3) are made longer than the initial values. By adjusting the pulse widths of the laser pulses LPA and LPB in this way, the pulse energy of the pulsed laser beam actually incident on the substrate 60 can be brought close to the target value.

パルス幅を調整する代わりに、可変減衰器12(図1)によるパルスレーザビームの減衰率を調整してもよい。例えば、ステップS2で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より大きい場合、可変減衰器12による減衰率を、ステップS2の実行時の減衰率より大きくすればよい。逆に、ステップS2で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より小さい場合、可変減衰器12による減衰率を、ステップS2の実行時の減衰率より小さくすればよい。 Instead of adjusting the pulse width, the attenuation rate of the pulsed laser beam by the variable attenuator 12 (FIG. 1) may be adjusted. For example, when the average of the measured values of the pulse energies acquired in step S2 is larger than the target value, the attenuation rate by the variable attenuator 12 may be made larger than the attenuation rate at the time of execution of step S2. On the contrary, when the average of the measured values of the pulse energies acquired in step S2 is smaller than the target value, the attenuation rate by the variable attenuator 12 may be smaller than the attenuation rate at the time of execution of step S2.

ステップS3(図4)の後、制御装置50は、ステップS3で記憶した照射条件に基づいて、基板60のレーザ加工を行う(ステップS4)。被加工点63(図2A)の分布が同一の基板60については、ステップS1~S3を繰り返すことなく、すでに調整済の照射条件に基づいてステップS4のみを実行すればよい。 After step S3 (FIG. 4), the control device 50 performs laser processing of the substrate 60 based on the irradiation conditions stored in step S3 (step S4). For the substrate 60 having the same distribution of the work points 63 (FIG. 2A), only step S4 may be executed based on the already adjusted irradiation conditions without repeating steps S1 to S3.

次に、図8A及び図8Bを参照して、上記実施例の優れた効果について説明する。
図8A及び図8Bは、それぞれ比較例及び実施例による方法で照射条件を調整する前後における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。横軸は繰り返し周波数を表し、縦軸はパルスエネルギを表す。図8A及び図8Bのグラフ中の破線及び実線は、それぞれ照射条件調整前及び調整後における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係を示す。一般的に、パルスエネルギは、繰り返し周波数に依存し、繰り返し周波数が高くなると、パルスエネルギが低下する傾向を示す。
Next, the excellent effect of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 8A and 8B.
8A and 8B are graphs showing the relationship between the repetition frequency and the pulse energy before and after adjusting the irradiation conditions by the methods according to the comparative examples and the examples, respectively. The horizontal axis represents the repetition frequency, and the vertical axis represents the pulse energy. The broken line and the solid line in the graphs of FIGS. 8A and 8B show the relationship between the repetition frequency and the pulse energy before and after the irradiation condition adjustment, respectively. In general, the pulse energy depends on the repetition frequency, and the pulse energy tends to decrease as the repetition frequency increases.

比較例では、図4のステップS1を実行せず、ステップS2において、調整前の照射条件で、予め決められた所定の繰り返し周波数Fpr2でパルスレーザビームを出力させることにより、パルスエネルギを実測する。これにより、実測値Epm(図8A)が求められる。パルスエネルギの目標値Ept(図8A)と実測値Epmとを比較し、基板60に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値Eptに近づくように照射条件を調整する。調整後の照射条件における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係が実線(図8A)で示されている。調整後の照射条件では、繰り返し周波数がFpr2のとき、パルスエネルギが目標値Eptに一致する。 In the comparative example, the pulse energy is actually measured by outputting the pulsed laser beam at a predetermined repetition frequency Fpr2 determined in advance under the irradiation conditions before adjustment in step S2 without executing step S1 of FIG. As a result, the measured value Epm (FIG. 8A) can be obtained. The target value Ept of the pulse energy (FIG. 8A) is compared with the actually measured value Epm, and the irradiation conditions are adjusted so that the pulse energy of the pulsed laser beam incident on the substrate 60 approaches the target value Ept. The relationship between the repetition frequency and the pulse energy under the adjusted irradiation conditions is shown by a solid line (FIG. 8A). Under the adjusted irradiation conditions, the pulse energy matches the target value Ept when the repetition frequency is Fpr2.

ステップS4で実際のレーザ加工を行うときの平均の繰り返し周波数をFpr1と表記する。平均の繰り返し周波数Fpr1は、予め決められた所定の繰り返し周波数Fpr2とは異なっている。このため、調整後の照射条件でレーザ加工を行う場合、加工時の繰り返し周波数Fpr1のときのパルスエネルギEpw(図8A)は、目標値Eptからずれてしまう。 The average repetition frequency when the actual laser machining is performed in step S4 is expressed as Fpr1. The average repetition frequency Fpr1 is different from a predetermined repetition frequency Fpr2. Therefore, when laser machining is performed under the adjusted irradiation conditions, the pulse energy Epw (FIG. 8A) at the repetition frequency Fpr1 at the time of machining deviates from the target value Ept.

これに対して実施例では、図8Bに示すように、レーザ加工に用いられるパルスレーザビームの繰り返し周波数の統計量、例えば平均の繰り返し周波数Fpr1と、ステップS2で用いるパルスレーザビームの繰り返し周波数Fpr2とが等しい。このため、調整後の照射条件でレーザ加工を行う場合、加工時の繰り返し周波数Fpr1のときのパルスエネルギEpwが目標値Eptに一致する。これにより、目標値Eptにほぼ等しいパルスエネルギでレーザ加工を行うことができる。その結果、加工品質、例えば穴形状の品質を高めることができる。 On the other hand, in the embodiment, as shown in FIG. 8B, the statistics of the repetition frequency of the pulsed laser beam used for laser processing, for example, the average repetition frequency Fpr1 and the repetition frequency Fpr2 of the pulse laser beam used in step S2. Are equal. Therefore, when laser machining is performed under the adjusted irradiation conditions, the pulse energy Epw at the repetition frequency Fpr1 at the time of machining matches the target value Ept. As a result, laser machining can be performed with pulse energy substantially equal to the target value Ept. As a result, the processing quality, for example, the quality of the hole shape can be improved.

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、被加工点63の分布が同一の基板60ごとに繰り返し周波数の統計量を求めている。すなわち、被加工点63の分布が同一の基板60に対して1つの照射条件を記憶している。ステップS4(図4)において、被加工点63の分布が同一の基板60については、基板60内のすべてのスキャンエリア62(図2A)において、同一の照射条件でレーザ加工を行う。
Next, a modification of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the statistic of the repetition frequency is obtained for each substrate 60 having the same distribution of the machined points 63. That is, one irradiation condition is stored for the substrate 60 having the same distribution of the processing points 63. In step S4 (FIG. 4), for the substrate 60 having the same distribution of the workpiece points 63, laser machining is performed in all the scan areas 62 (FIG. 2A) in the substrate 60 under the same irradiation conditions.

これに対して、スキャンエリア62(図2A)ごとに繰り返し周波数の統計量を算出し、スキャンエリア62ごとに照射条件を求めてもよい。この場合には、スキャンエリア62ごとに照射条件を変更してレーザ加工を行う。例えば、複数のスキャンエリア62の間で繰り返し周波数の平均値が大きく異なる場合には、スキャンエリアごとに照射条件を設定しておくことが好ましい。これにより、すべてのスキャンエリア62において加工品質を高めることができる。 On the other hand, the statistic of the repetition frequency may be calculated for each scan area 62 (FIG. 2A), and the irradiation conditions may be obtained for each scan area 62. In this case, laser processing is performed by changing the irradiation conditions for each scan area 62. For example, when the average value of the repetition frequency is significantly different among the plurality of scan areas 62, it is preferable to set the irradiation conditions for each scan area. Thereby, the processing quality can be improved in all the scan areas 62.

上記実施例では、音響光学素子20でレーザビームを第1経路40Aと第2経路40B(図1)とに分岐させているが、音響光学素子20以外の光学部品を用いてレーザビームを2分岐させてもよい。例えば、ハーフミラーを用いてレーザビームを2分岐させてもよい。また、上記実施例では第1経路40Aと第2経路40B(図1)との2つの経路でレーザ加工を行っているが、1つの経路でレーザ加工を行う構成としてもよい。この場合には、音響光学素子20で第1経路40Aとビームダンパ21に向かう経路とに二分岐させればよい。 In the above embodiment, the laser beam is branched into the first path 40A and the second path 40B (FIG. 1) by the acoustic optical element 20, but the laser beam is branched into two by using an optical component other than the acoustic optical element 20. You may let me. For example, a half mirror may be used to split the laser beam into two. Further, in the above embodiment, the laser processing is performed on two paths, the first path 40A and the second path 40B (FIG. 1), but the laser processing may be performed on one path. In this case, the acoustic optical element 20 may be branched into a first path 40A and a path toward the beam damper 21.

上記実施例では、計測器30A、30Bとして、パルスエネルギを計測する計測器を用いたが、その他に、パルスエネルギに応じて変動する物理量を計測することができる計測器を用いてもよい。例えば、計測器30A、30Bとして、パルスレーザビームの平均パワーを計測することができるセンサを用いてもよい。平均パワーの計測値に繰り返し周波数を乗じることにより、パルスエネルギを求めることができる。 In the above embodiment, the measuring instruments 30A and 30B used are measuring instruments that measure pulse energy, but in addition, measuring instruments that can measure physical quantities that fluctuate according to pulse energy may be used. For example, as measuring instruments 30A and 30B, sensors capable of measuring the average power of the pulsed laser beam may be used. The pulse energy can be obtained by multiplying the measured value of the average power by the repetition frequency.

1つのスキャンエリア62(図2A)のレーザ加工において、異なる照射条件で複数のサイクルを実行する場合には、サイクルに対応する照射条件ごとにステップS1からステップS3までの手順を実行し、異なる照射条件ごとに照射条件の調整を行うとよい。 In the laser processing of one scan area 62 (FIG. 2A), when a plurality of cycles are executed under different irradiation conditions, the procedures from step S1 to step S3 are executed for each irradiation condition corresponding to the cycles, and different irradiations are performed. It is advisable to adjust the irradiation conditions for each condition.

上記実施例では、空運転を行うことにより、加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を算出している(ステップS1)が、その他の方法でパルスの繰り返し周波数の統計量を求めてもよい。例えば、複数の被加工点63(図2A、図2B)の分布と加工順とから、入射位置の移動距離を求め、移動距離から位置決めに必要な時間を求める。この位置決めに必要な時間の合計と、パルスレーザビームのパルス幅とから、加工に必要な時間を求める。加工に必要な時間と被加工点の個数とから、パルスの繰り返し周波数の統計量を算出することが可能である。 In the above embodiment, the statistic of the pulse repetition frequency of the pulsed laser beam used for processing is calculated by performing idle operation (step S1), but the statistic of the pulse repetition frequency is obtained by another method. You may. For example, the movement distance of the incident position is obtained from the distribution and the processing order of the plurality of work points 63 (FIGS. 2A and 2B), and the time required for positioning is obtained from the movement distance. The time required for processing is obtained from the total time required for this positioning and the pulse width of the pulsed laser beam. It is possible to calculate the statistic of the pulse repetition frequency from the time required for machining and the number of machining points.

上述の実施例は例示であり、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、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。 The above-mentioned examples are examples, and the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

10 レーザ出力装置
11 レーザ発振器
12 可変減衰器
13 ビーム整形光学系
14 アパーチャ
20 音響光学素子(AOD)
21 ビームダンパ
22 折り返しミラー
23A、23B ビーム走査器
24A、24B 集光レンズ
25 可動ステージ
30A、30B 計測器
40A 第1経路
40B 第2経路
50 制御装置
51 入力装置
60 基板
61 アライメントマーク
62 スキャンエリア
63 被加工点
10 Laser output device 11 Laser oscillator 12 Variable attenuator 13 Beam shaping optical system 14 Aperture 20 Acoustic optical element (AOD)
21 Beam damper 22 Folded mirror 23A, 23B Beam scanner 24A, 24B Condensing lens 25 Movable stage 30A, 30B Measuring instrument 40A 1st path 40B 2nd path 50 Control device 51 Input device 60 Board 61 Alignment mark 62 Scan area 63 Processed point

Claims (7)

加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させて計測器に入射させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件で前記レーザ出力装置を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工機の制御装置。
Obtain the statistic of the repetition frequency of the pulse of the pulse laser beam used for processing.
A pulsed laser beam is output from a laser output device at a repetition frequency based on the obtained statistic and incident on a measuring instrument, and energy information of the pulsed laser beam is acquired from the measuring instrument.
A control device for a laser processing machine that adjusts irradiation conditions based on the acquired energy information and operates the laser output device under the adjusted irradiation conditions to perform laser processing.
レーザパルスの繰り返し周波数の前記統計量は平均値である請求項1に記載のレーザ加工機の制御装置。 The control device for a laser processing machine according to claim 1, wherein the statistic of the repetition frequency of the laser pulse is an average value. 前記エネルギ情報はパルスレーザビームのパルスエネルギの平均値であり、
加工対象物に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値に近づくように、パルスレーザビームのパルス幅を調整し、
調整後のパルス幅でレーザ加工を行う請求項1または2に記載のレーザ加工機の制御装置。
The energy information is the average value of the pulse energy of the pulsed laser beam.
Adjust the pulse width of the pulsed laser beam so that the pulse energy of the pulsed laser beam incident on the object to be machined approaches the target value.
The control device for a laser machining machine according to claim 1 or 2, wherein laser machining is performed with the adjusted pulse width.
前記エネルギ情報はパルスレーザビームのパルスエネルギの平均値であり、
加工対象物に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値に近づくように、加工対象物へ入射するパルスレーザビームの減衰量を調整し、
調整後の減衰量でレーザ加工を行う請求項1または2に記載のレーザ加工機の制御装置。
The energy information is the average value of the pulse energy of the pulsed laser beam.
Adjust the attenuation of the pulsed laser beam incident on the workpiece so that the pulse energy of the pulsed laser beam incident on the workpiece approaches the target value.
The control device for a laser machining machine according to claim 1 or 2, wherein laser machining is performed with an adjusted attenuation amount.
前記統計量を求める手順において、
ビーム走査器を動作させて、パルスレーザビームの入射位置を加工対象物の表面上の1つの被加工点に位置決めする手順と、
被加工点への入射位置の位置決め完了時点から、加工に用いるパルスレーザビームのパルス幅に基づく時間だけ経過した後に、次の被加工点への前記ビーム走査器による位置決め動作を開始する手順と
を繰り返し、
複数の被加工点にパルスレーザビームの入射位置を位置決めする順番は、加工時の順番と同一であり、最初に加工する被加工点への位置決め動作の開始から、最後に加工する被加工点への位置決め完了までの時間と、被加工点の個数とに基づいて、前記統計量を求める請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザ加工機の制御装置。
In the procedure for obtaining the statistic,
The procedure for operating the beam scanner to position the incident position of the pulsed laser beam at one work point on the surface of the workpiece, and
A procedure for starting the positioning operation by the beam scanner to the next work point after a lapse of time based on the pulse width of the pulsed laser beam used for machining from the time when the positioning of the incident position to the work point is completed. repetition,
The order in which the incident positions of the pulsed laser beams are positioned at multiple workpieces is the same as the order at the time of machining, from the start of the positioning operation to the workpiece to be machined first to the workpiece to be machined last. The control device for a laser machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the statistic is obtained based on the time until the positioning is completed and the number of points to be machined.
パルスレーザビームを出力するレーザ出力装置と、
前記レーザ出力装置から出力されたパルスレーザビームを走査して、加工対象物の表面上においてパルスレーザビームの入射位置の位置決めを行うビーム走査器と、
加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギを計測する計測器と、
前記レーザ出力装置及び前記ビーム走査器を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数で前記レーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置及び前記ビーム走査器を制御して、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工機。
A laser output device that outputs a pulsed laser beam and
A beam scanner that scans the pulsed laser beam output from the laser output device and positions the incident position of the pulsed laser beam on the surface of the workpiece.
A measuring instrument that measures the energy of a pulsed laser beam incident on an object to be machined,
The laser output device and the control device for controlling the beam scanner are provided.
The control device is
Obtain the statistic of the repetition frequency of the pulse of the pulse laser beam used for processing.
A pulsed laser beam is output from the laser output device at a repetition frequency based on the obtained statistic, and energy information of the pulsed laser beam is acquired from the measuring instrument.
A laser processing machine that controls the laser output device and the beam scanner based on the acquired energy information to perform laser processing of an object to be processed.
パルスレーザビームをビーム走査器で走査することにより、加工対象物の表面上の複数の被加工点にパルスレーザビームの入射位置を順番に位置決めしてレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置を制御し、前記ビーム走査器を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工方法。
A laser processing method in which a pulsed laser beam is scanned by a beam scanner to sequentially position the incident positions of the pulsed laser beam at a plurality of work points on the surface of the object to be processed and perform laser processing.
Obtain the statistic of the repetition frequency of the pulse of the pulse laser beam used for processing.
A pulsed laser beam is output from the laser output device at a repetition frequency based on the obtained statistics, and energy information of the pulsed laser beam incident on the object to be machined is acquired.
A laser processing method in which the laser output device is controlled based on the acquired energy information and the beam scanner is operated to perform laser processing.
JP2020171935A 2020-10-12 2020-10-12 Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method Pending JP2022063595A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020171935A JP2022063595A (en) 2020-10-12 2020-10-12 Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method
TW110137355A TWI813035B (en) 2020-10-12 2021-10-07 Control device for laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method
KR1020210133622A KR20220048448A (en) 2020-10-12 2021-10-08 Control device of laser processing apparatus, laser processing apparatus, and laser processing method
CN202111181198.4A CN114406452A (en) 2020-10-12 2021-10-11 Control device for laser processing machine, and laser processing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020171935A JP2022063595A (en) 2020-10-12 2020-10-12 Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022063595A true JP2022063595A (en) 2022-04-22

Family

ID=81213324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020171935A Pending JP2022063595A (en) 2020-10-12 2020-10-12 Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2022063595A (en)
KR (1) KR20220048448A (en)
CN (1) CN114406452A (en)
TW (1) TWI813035B (en)

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004066300A (en) 2002-08-07 2004-03-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method and apparatus for laser beam machining
JP5901265B2 (en) * 2011-11-10 2016-04-06 東芝機械株式会社 Pulse laser processing apparatus and pulse laser processing method
KR101387314B1 (en) * 2012-12-26 2014-04-21 삼성전기주식회사 Pulsed laser system and driving method thereof
JP6339102B2 (en) * 2013-01-11 2018-06-06 エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド Laser pulse energy control system and method
US9000403B2 (en) * 2013-02-15 2015-04-07 Asml Netherlands B.V. System and method for adjusting seed laser pulse width to control EUV output energy
JP6234296B2 (en) * 2014-03-27 2017-11-22 住友重機械工業株式会社 Laser processing apparatus and laser processing method
JP6223280B2 (en) * 2014-05-26 2017-11-01 住友重機械工業株式会社 Laser processing apparatus and laser oscillation method
CN107186336B (en) * 2016-03-09 2021-08-27 住友重机械工业株式会社 Laser processing apparatus
CN107946895A (en) * 2016-10-12 2018-04-20 深圳大学 Laser energy stability device and its antihunt means
CN106964893B (en) * 2017-05-15 2018-11-06 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 Laser pre-treated device and processing method for optical element
US10234765B2 (en) * 2017-06-05 2019-03-19 Coherent Lasersystems Gmbh & Co. Kg Energy controller for excimer-laser silicon crystallization
JP7066368B2 (en) * 2017-10-24 2022-05-13 住友重機械工業株式会社 Laser machining machine control device, laser machining method, and laser machining machine
CN111417487A (en) * 2018-01-24 2020-07-14 极光先进雷射株式会社 Laser processing method and laser processing system
JP6957113B2 (en) * 2018-01-30 2021-11-02 住友重機械工業株式会社 Laser control device
JP7043128B2 (en) * 2018-01-31 2022-03-29 住友重機械工業株式会社 Laser control device and laser processing method

Also Published As

Publication number Publication date
CN114406452A (en) 2022-04-29
KR20220048448A (en) 2022-04-19
TWI813035B (en) 2023-08-21
TW202214379A (en) 2022-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6234296B2 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
TWI606881B (en) Laser processing machine
JP4873578B2 (en) Laser processing apparatus and method for determining processing conditions
JP4093183B2 (en) Laser processing equipment
KR20180122605A (en) Laser processing equipment
JP6239421B2 (en) Laser processing equipment
JP2022063595A (en) Control device of laser processing machine, laser processing machine, and laser processing method
JP7043128B2 (en) Laser control device and laser processing method
JP2010274267A (en) Laser beam machine
JP2004358507A (en) Laser beam machining device and laser beam machining method
JP2007054853A (en) Laser beam machining device and machining method
JP2005262219A (en) Laser beam machining apparatus and laser beam drawing method
CN113385806B (en) Control device for laser processing device, and laser processing method
JP2023022603A (en) Laser processing device
KR20190045817A (en) Control Device of Laser Processing Apparatus, Laser Processing Method, and Laser Processing Apparatus
TWI734373B (en) Laser control device and pulse laser output device
JP5167187B2 (en) Laser drilling method
KR20230006388A (en) Laser control apparatus and laser pulse extraction method
JP2022128033A (en) Laser processing apparatus and laser processing method
JP2021098214A (en) Control device of laser beam machine and laser beam machining method
JPH11245059A (en) Laser minute processing device
JP6771810B2 (en) Laser processing equipment
KR100817824B1 (en) Method of controlling the unit of determining laser beam position
JP2017159318A (en) Laser processing device
KR20200002642A (en) Laser machining apparatus and laser machining method