JP4091494B2

JP4091494B2 - レーザ加工装置およびその加工位置ずれ補正方法

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Publication number: JP4091494B2
Application number: JP2003279237A
Authority: JP
Inventors: 敬之中山; 祥瑞竹野; 信高小林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP2005040843A

Description

この発明はレーザ加工装置およびその加工位置ずれ補正方法に関し、特に、プリント基板や半導体チップなどにおける樹脂材やセラミックス材等の材料に、穴あけや切断、マーキングを行うためのレーザ加工装置およびその加工位置ずれ補正方法に関するものである。

この種の従来のレーザ加工装置は、レーザ加工装置設置場所の室温の変化やレーザ加工装置の稼動に伴う装置自体の発熱、あるいは、照射されたレーザの一部をスキャンミラーやレンズが吸収することなどが原因で、スキャンミラーやレンズなどレーザ加工装置の各部分の温度が上昇することが知られている。このレーザ加工装置の温度上昇の影響を受けて、目標の加工位置に対して実際の加工位置がずれる現象が発生する。この加工位置ずれは、加工後にＣＣＤカメラを用いて精度を測定しなければ認識することができないため、最悪の場合には、大量に位置ずれを起こしたまま加工を続けてしまい、すべての製品が加工不良となってしまうという問題点がある。

このため、集光レンズに温度センサを設けておき、集光レンズの温度変化を測定して、集光レンズの屈折率の温度変化を打ち消すように、集光レンズの相対位置を変化させることにより、位置ずれを補正する手法が示されている（例えば、特許文献１参照。）。

当該特許文献１においては、レーザ発振器から出力されたレーザ光の方向を変化させる偏向装置と、当該偏向装置より入射するレーザ光を屈折させて加工対象ワーク上に結像させる集光レンズとを有するレーザ加工装置において、複数枚のレンズからなる集光レンズのレンズ間の相対位置を集光レンズ温度によって変化させるレンズ位置調整手段を組み込み、レンズ位置調整手段によってレンズの屈折率の温度変化を打ち消すように複数枚のレンズ間の相対位置を集光レンズ温度によって変化させる。

しかしながら、集光レンズの温度上昇による屈折率の変化により生じる誤差は軸対称であるため、当該特許文献１では、軸対称の誤差しか補正されないが、実際には軸対称ではない形態の誤差が生じており、これについては、特許文献１では全く考慮されていないため、当該特許文献１の手法による補正のみでは補正精度が悪いという問題点がある。

また、他の手法として、レーザ加工装置の温度を計測して、計測温度に応じて目標加工位置を補正して、加工位置指令値を生成し、この加工位置指令値に応じてレーザ光をスキャンする手法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

当該特許文献２においては、装置フレーム（図１７の符号１００参照）の温度を計測して、当該装置フレームの温度上昇によって発生する熱膨張によるスキャンミラーの角度のずれを補正している。また、もう１つの温度計測箇所として、スキャンミラー駆動装置を制御するために設けられているスキャンミラー制御装置の温度を計測して、当該スキャンミラー制御装置内の電気部品の温度上昇により発生する温度ドリフトによるレーザ光位置ずれ補正値を求め、それに基づいてスキャンミラーの角度のずれを補正する。

しかしながら、スキャンミラー本体の温度がかなり上昇しているときでも、装置フレームやスキャンミラー制御装置の温度は、実際には、ほとんど変化しないので（図９参照）、これらの温度を測定して補正を行ったとしても、高い補正精度は得られないという問題点がある。

国際公開第ＷＯ９９／３３６０３号パンフレット特開平１１−２７７２７４号公報

レーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれは複雑であり、本発明の考案中に発見された２種類の温度ドリフトが組み合わさったものとなっている。一方の温度ドリフトは、加工エリア全体が一様にずれるエリアドリフトであり、他方の温度ドリフトは、加工エリア全体が収縮するスケールドリフトである。

しかしながら、上記特許文献１および２のいずれにおいても、このような２種類の温度ドリフトがあることが発見されておらず、それぞれに対応させて適切な補正を行っているわけではないので、十分な補正精度が得られていない。

上記の特許文献１に示された集光レンズの温度を用いた温度補正では、軸対称の加工位置ずれしか補正できず、すなわち、上記の温度ドリフトの分類から言えば、スケールドリフトに近い位置ずれを補正しようとする意図は多少見受けられるものの、エリアドリフトに関しては、全く考慮されていないという問題点があった。

また、上記特許文献２に示された温度補正では、スキャンミラーの温度が大幅に上昇しているような場合にも、温度があまり変わらない装置フレームやスキャンミラー制御装置のような箇所の温度を測定して補正を行っているので、十分な補正精度は得られないという問題点があった。さらに、上記特許文献２においては、温度ドリフトにスケールドリフトおよびエリアドリフトの別があることについて認識できていないため、適切な補正処理を行うことが出来ず、この点においても、十分な補正精度が得られないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、十分な補正精度を実現するレーザ加工装置およびその加工位置ずれ補正方法を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザ加工装置は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に設けられたそれぞれの回転軸による回転により、レーザ発振器から出力されたレーザを偏向させるＸ軸およびＹ軸スキャンミラーと、前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーが偏向した前記レーザを屈折させて、加工テーブル上に載置された加工ワーク上に前記レーザを集光させるレンズと、レーザ加工装置の２以上の所定の箇所の温度を測定する複数の温度センサと、前記レーザ加工装置の前記所定の箇所の温度上昇により発生する加工位置ずれを、前記温度センサが測定した前記所定の箇所の温度変化と予め設定された所定の補正係数とに基づいて補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、当該加工エリア全体が大きさはそのままで一様方向にずれる形態で発生する前記加工位置ずれのうちのエリアドリフトを補正するエリアドリフト補正部と、前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーと前記レンズとにより決定される前記加工ワーク上の加工エリア全体がその中心に向かって収縮する形態で発生する前記加工位置ずれのうちのスケールドリフトを補正するスケールドリフト補正部とを有し、前記エリアドリフト補正部は、前記温度センサのうちのレーザ加工装置のガルバノボックスおよびカメラ取り付け板に取り付けられた温度センサにより測定された前記ガルバノボックスおよび前記カメラ取り付け板の各所定部分の温度変化と、当該各所定部分の線膨張係数に基づいてあらかじめ定められた所定の補正係数とにより、各前記所定部分の熱膨張の大きさを算出し、Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーの回転角度を補正することで、前記レーザ加工装置の熱膨張により発生する前記エリアドリフトを補正し、前記スケールドリフト補正部は、前記温度センサのうちの前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーに取り付けられた温度センサにより測定された前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーの所定部分の温度変化と、前記スケールドリフトに対してあらかじめ定められたスケールドリフト用補正係数とに基づいて、前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーの回転角度を補正することにより、前記スケールドリフトを補正するものである。

レーザ加工装置の温度上昇により発生する加工位置ずれをエリアドリフトおよびスケールドリフトの２つの要因ごとに補正を行うようにしたので、精度よく加工位置ずれの補正を行うことができるので、レーザ加工装置の温度変化による加工位置ずれを低減させることができる。

実施の形態１．
以下、本発明のレーザ加工装置による加工位置ずれの補正に係る実施の形態について説明する。本実施の形態においては、上述したスケールドリフトとエリアドリフトの両方を補正する例について説明する。図１（ａ）は、本発明のレーザ加工装置の全体構成を示す説明図である。図において、レーザ光を発生させる発振器１が設けられ、発振器１から出射されたレーザ光は、その発散角をコリメートレンズ２により調整される。また、コリメートレンズ２により調整された該レーザ光を水平方向に偏向するＹ軸スキャンミラー３、および、該レーザを垂直方向に偏向するＸ軸スキャンミラー４が設けられている。Ｙ軸スキャンミラー３およびＸ軸スキャンミラー４は、ミラーマウント２１，２２に支持され（図６参照）、その先には、スキャンミラー駆動装置５，６が設けられている。スキャンミラー駆動装置５，６は、回転角度の指令に従ってスキャンミラー３，４を回転駆動させ、レーザ光の偏向角度を調整する。また、レーザ光の集光を行うｆθレンズ（集光レンズ）７が設けられ、ｆθレンズ７の下には、加工対象のワーク８が、加工テーブル９上に設置される。ｆθレンズ７の近傍には、観察用光学系として、レーザの照射によって加工された加工ワーク８上の加工位置を検出するＣＣＤカメラ１０が取り付けられている。

ｆθレンズ７はレーザ光の入射角度に従って集光位置を決めることのできるレンズであり、Ｙ軸スキャンミラー３、Ｘ軸スキャンミラー４による偏向角度の制御により決まる入射角度に応じて集光位置を変化させる。Ｙ軸スキャンミラー３は加工ワーク８のＹ方向の位置を決めるスキャンミラー、Ｘ軸スキャンミラー４は加工ワーク８のＸ方向の位置を決めるスキャンミラーである。スキャンミラー制御装置１１，１２は、それぞれ、スキャンミラー３，４の回転角度を制御する。スキャンミラー制御装置１１，１２は、全体の制御を行うためのパソコン等から構成される制御装置（ＰＣ）１３から、目標の加工位置に基づいて算出されるスキャンミラー３，４の回転角度指令が入力されて、それに従ってスキャンミラー駆動装置５，６を制御し、加工ワーク８上への位置決めを行う。

制御装置（ＰＣ）１３は、作業者からの起動指令や外部のホストからの起動信号により選択された加工プログラムに従って加工を制御する。この加工プログラムはあらかじめ必要な加工位置のデータを加工テーブル装置９の座標とスキャンミラー３，４の回転角度に変換しており、それぞれに指令値が与えられ位置を制御する。

スキャンミラー３，４の回転とｆθレンズ７により一括照射可能な加工エリアには限界があるため、１つの加工エリアの加工が終わると、加工テーブル９の移動により次の加工エリアへの移動が行われる。

図１（ｂ）に、本発明に係るレーザ加工装置の加工位置ずれの温度補正手法を示す。図に示す温度センサ２０は、レーザ加工装置の所定の位置に取り付けられている。当該所定の位置については後述する。制御装置（ＰＣ）１３内には、図のように、補正パラメータ算出部１５と加工位置補正処理部１６とが設けられている。

図１（ｂ）の構成において、レーザ加工装置の所定の位置に取り付けられた温度センサ２０により測定された所定部分における加工開始時からの温度変化が、制御装置（ＰＣ）１３内の補正パラメータ算出部１５に与えられる。補正パラメータ算出部１５には、温度測定部分の温度変化に応じて加工位置を補正するための補正パラメータがあらかじめ設定されている。補正パラメータ算出部１５で算出された補正パラメータは加工位置補正処理部１６に与えられる。加工位置補正処理部１６では、補正パラメータ算出部１５で求められた補正パラメータを用いて、目標としている目標加工位置（Ｘ、Ｙ）に対して、レーザ加工装置の温度変化による加工位置ずれを打ち消すようなスキャンミラー制御装置１１，１２への補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）を求め、この補正加工位置指令に応じてスキャンミラー３，４の回転角度を補正して制御したり、あるいは、補正パラメータ算出部１５で算出された補正パラメータを用いて、加工テーブル位置（ｘ、ｙ）に対して、レーザ加工装置の温度変化による加工位置ずれを打ち消すような加工テーブルの補正位置指令（ｘ’、ｙ’）を求め、補正位置指令に応じて加工テーブルの位置を制御したりすることにより、レーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれを補正する。なお、図１においては図示を省略しているが、実際には、ｆθレンズ７やスキャンミラー３，４は、装置フレーム１００（図１７（ａ）参照）に取り付けられている。

次に、本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の温度補正方法について図２から図５を参照に説明する。図２は、一般的な従来の装置（以下、比較例とする。）における（ａ）レーザ加工開始時と（ｂ）レーザ加工装置の温度上昇後における、目標加工位置と実際の加工位置とを示した説明図である。図の白丸が目標加工位置であり、図の黒丸が実際の加工位置である。実際の加工位置は、説明のために、加工位置ずれを強調して示してある（４０μｍ／ｄｉｖ）。目標加工位置は、（Ｘ、Ｙ）＝（０、０）を中心とした５０ｍｍ×５０ｍｍの加工エリアの格子状の５×５＝２５点（１２．５ｍｍピッチ）である。加工位置ずれの測定は、個々の加工穴がＣＣＤカメラ１０のモニタ内に入るように加工テーブル９を移動させ、ＣＣＤカメラ１０のモニタの中心からのずれの測定を行い、これと加工テーブル９の位置の関係から求めている。

図２に示すように、上記の比較例のレーザ加工装置の温度上昇に伴う加工位置ずれは複雑な形態で発生する。図３の表は、レーザ加工装置の温度上昇後の２５点の加工位置ずれについて、Ｘ方向のずれの平均値とＹ方向のずれの平均値を計算した結果である。これにより、加工エリアの中心（Ｘ、Ｙ）＝（０、０）の加工位置ずれと２５点のずれの平均値がほぼ同じ値になることがわかる。また、図２（ｂ）に示した２５点のそれぞれの加工位置ずれから、図３の表に示した２５点の加工位置ずれの平均値を取り除いたところ、加工位置ずれは図４に示すように加工エリアの中心を中心として収縮する形態になっている。

このように、レーザ加工装置の温度上昇に伴う加工位置ずれは、図５（ａ）に示すような加工エリア全体が大きさはそのままで一様な方向にずれるエリアドリフトと、図５（ｂ）に示すような加工エリア全体がその中心に向かって収縮するスケールドリフトの２つのタイプが合わさって発生していることを、今回、はじめて発見した。エリアドリフトの要因は、（１）スキャンミラーマウントの熱変形と、（２）レーザ加工装置の熱膨張による、ｆθレンズ７と加工テーブル９の相対位置の変化、ＣＣＤカメラ１０とｆθレンズ７の相対位置の変化（カメラオフセットドリフト）である。スケールドリフトの要因は、（３）スキャンミラー制御装置５，６内の静電容量センサの温度ドリフトと、（４）ｆθレンズ７の屈折率の変化である。このため、この発明のレーザ加工装置においては、加工位置ずれのスケールドリフトおよびエリアドリフトのそれぞれの要因について、レーザ加工装置の温度変化と補正係数とにより、加工位置ずれの大きさを予測し、これを補正パラメータとして加工位置指令を補正することで、レーザ加工装置の温度上昇によるエリアドリフトとスケールドリフトを同時に補正することができる。

本実施の形態においてはエリアドリフトとスケールドリフトの両方を補正する例について説明し、その例として、以下に、上記の要因（１）および要因（３）の補正係数の決め方と補正手順について示す。

（ステップＳ１）
キャリブレーション加工を行い、加工位置のずれ量を予め計測／保存しておく。具体的には、例えば、４５Ｗで３分程度の高エネルギー加工でレーザ加工装置の温度を上昇させた後、５０ｍｍ×５０ｍｍの加工エリアに格子状１２．５ｍｍピッチで５×５＝２５点で加工を行い、加工位置ずれの測定を行う。すなわち、図２を用いて上述した目標加工位置の２５点の各点での加工位置ずれ（ΔＸ_１〜２５、ΔＹ_１〜２５）をＣＣＤカメラ１０で測定する。この測定を連続して繰り返し（１５回）行う。このとき、温度センサで、例えば、ｆθレンズ７、ミラーマウント２１，２２、ガルバノボックス１０１（図１７（ａ）参照）、カメラ取り付け板１０２の温度変化を測定する。なお、温度センサで、これらすべての温度を必ずしも測定しなくてもよく、必要に応じて、いずれの箇所を測定するかにつき適宜設定するようにしてもよい。

＜エリアドリフト＞
（ステップＳ２）
Ｘ方向、Ｙ方向のエリア方向の加工位置ずれの平均（ΔＸ１、ΔＹ１）を次式により求め、その結果、エリアドリフトを求める。

（ステップＳ３）
ｆθレンズ７とＣＣＤカメラ１０間の熱膨張によるエリアドリフト（ΔＸ２、ΔＹ２）を次式により算出する（カメラオフセットドリフト）。

ΔX2=Δl10+Δl11=ρ10×ΔT10×l10+ρ11×ΔT11×l11
ΔY2=Δr10=ρ10×ΔT10×r10

ρ10：ガルバノＢＯＸの線膨張係数、ρ11：カメラ取り付け板の線膨張係数、
ΔT10：ガルバノＢＯＸの温度変化、ΔT11：カメラ取り付け板の温度変化、
l10：ｆθレンズ中心からカメラ取り付け板までの距離（Ｘ方向）、
l11：カメラ取り付け板からカメラ中心までの距離（Ｘ方向）、
r10：ｆθレンズ中心からカメラ取り付け板までの距離（Ｙ方向）

（ステップＳ４）
エリアドリフト（ΔＸ１、ΔＹ１）からカメラオフセットドリフト（ΔＸ２、ΔＹ２）を取り除き、上記要因（１）によるミラーマウントの熱変形によるエリアドリフト（ΔＸ３、ΔＹ３）を次式により算出する。

(ΔX3、ΔY3)= (ΔX1、ΔY1)- (ΔX2、ΔY2)

（ステップＳ５）
ミラーマウント２１，２２の熱変形によるエリアドリフト（ΔＸ３、ΔＹ３）とミラーマウントの温度変化ΔＴｘ、ΔＴｙより、補正係数（Ｘａ、Ｙａ）を算出する。例えば、キャリブレーション加工を１５回繰り返して行い、それぞれの回についての補正誤差のＲＭＳ値が最小となるように次式により補正係数（Ｘａ、Ｙａ）を算出する。

＜スケールドリフト＞
（ステップＳ６）
ステップＳ１の２５点の各点での加工位置ずれから上記ステップＳ２のエリアドリフトを取り除いて、Ｘ方向、Ｙ方向のスケールドリフト（Δｘ_１〜２５、Δｙ_１〜２５）を算出する。

(Δx_1〜25、Δy_1〜25)=(ΔX_1〜25、ΔY_1〜25)-(ΔX1、ΔY1)

（ステップＳ７）
ステップＳ６より算出された２５点各点でのスケールドリフトのデータと各点の目標座標（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）より、次式の最小２乗法を用いて、スケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ１、Ｇｙ１）ｐｐｍを求める。

（ステップＳ８）
理論計算により求められる５０ｍｍ×５０ｍｍのエリアの１２．５ｍｍピッチの格子状の各位置で発生するｆθレンズ７の単位温度上昇当たりのスケールドリフト（Δｘ２_１〜２５、Δｙ２_１〜２５）と各点の目標座標（Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉ）より、次式の最小２乗法を用いてｆθレンズ７の単位温度上昇当たりに発生するスケールドリフトの伸縮率（ｇｘ２、ｇｙ２）ｐｐｍ／℃を次式により求める。

（ステップＳ９）
ｆθレンズ７の単位温度上昇当たりのスケールドリフトとｆθレンズ７の温度上昇ΔＴ_ｆθよりｆθレンズ７の温度上昇により発生したスケールドリフト（Ｇｘ２、Ｇｙ２）ｐｐｍを次式により算出する。

Gx2=gx2×ΔT_fθ
Gy2=gy2×ΔT_fθ

（ステップＳ１０）
スケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ１、Ｇｙ１）ｐｐｍから、ｆθレンズ７の温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率２（Ｇｘ２、Ｇｙ２）ｐｐｍを取り除き、静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ３、Ｇｙ３）ｐｐｍを次式により算出する。

(Gx3、Gy3)=(Gx1、Gy1)-(Gx2、Gy2)

（ステップＳ１１）
静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ３、Ｇｙ３）ｐｐｍとレーザ加工開始からのミラーマウントの温度変化ΔＴｘ、ΔＴｙより、補正係数（ｇｘ３、ｇｙ３）ｐｐｍ／℃を算出する。例えば、キャリブレーション加工を１５回繰り返して行い、次式に示すそれぞれの回についての補正誤差のＲＭＳ値が最小となるように補正係数（Ｘａ、Ｙａ）を次式により算出する。

（ステップＳ１２）
ステップＳ５、ステップＳ９で求めた補正係数（Ｘａ、Ｙａ）、（ｇｘ３、ｇｙ３）を補正パラメータ算出部に記憶させて加工する。

補正例
次に、補正例を示す。例えば、補正パラメータ算出部１５に補正係数（Ｘａ、Ｙａ）＝（１．５、１．０）μｍ／℃、補正係数（ｇｘ３、ｇｙ３）＝（−８０、−６０）ｐｐｍ／℃が備えられており、レーザ加工開始からのミラーマウントの温度変化（ΔＴｘ、ΔＴｙ）＝（２、３）℃発生した場合、目標加工位置（Ｘ、Ｙ）＝（２５、２５）ｍｍとすると目標加工位置は以下のように補正される。ミラーマウントの熱変形によるエリアドリフトの補正パラメータ（Ａｘ、Ａｙ）を算出する。

Ax=1.5[μm/℃]×3[℃]=4.5[μm]
Ay=1.0[μm/℃]×2[℃]=2.0[μm]

また、静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの補正パラメータ（ΔＸ’、ΔＹ’）を算出する。

ΔX’=2[℃]×(-80)[ppm/℃]×25[mm]=-4[μm]
ΔY’=3[℃]×(-60)[ppm/℃]×25[mm]=-4.5[μm]

この補正パラメータは加工位置補正処理部に与えられ、目標加工位置の補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）が算出される。

X’=X-Ax-ΔX’=25[mm]-4.5[μm]-(-4)[μm]=24.9995[mm]
Y’=Y-Ay-ΔY’=25[mm]-2.0[μm]-(-4.5)[μm]=25.0025[mm]

以上のようにして求められた補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）を用いて加工を行うことで、エリアドリフトとスケールドリフトを同時に補正することができ、より良い位置精度での加工が可能となる。

このように、本実施の形態によれば、加工位置ずれをエリアドリフトとスケールドリフトとに分類して、それぞれのタイプの変化の傾向と同様の傾向を示す温度測定部分をそれぞれ選定して、当該測定部分の温度を測定して、測定温度に基づいて、それぞれのタイプに対応させた補正係数により、スキャンミラー３，４の回転角度の補正および／または加工テーブル９の位置の補正をする。なお、温度測定部分の選定および補正係数の設定については、実験データまたは過去のデータに基づいて適宜行うようにすればよく、必要に応じて、それを修正するようにしてもよい。これにより、エリアドリフトおよびスケールドリフトの両方の補正が可能となり、加工位置ずれの補正の精度の向上を図ることができ、目標加工位置通りに精度良く加工することができる。なお、以下の実施例においては、説明を簡略化するために、エリアドリフトの補正とスケールドリフトの補正のうちの一方を補正する例について説明しているが、その場合に限らず、実際にはエリアドリフトとスケールドリフトが合わさった位置ずれが発生することが多いため、必要に応じて、これらを組み合わせて、各要因ごとの補正を行い、より精度よく加工位置ずれを補正するようにしてもよい。

実施の形態２．
以下の実施の形態２〜５においては、ミラーマウントの変形に起因するエリアドリフトの補正について説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、Ｙ軸、Ｘ軸スキャンミラー部の構成を示したものである。Ｙ軸スキャンミラー３は、Ｙ軸ミラーマウント２１に接着剤により固定されている。Ｙ軸ミラーマウント２１には、シャフト穴２１ａがあけられており、Ｙ軸スキャンミラー駆動装置５の回転軸（シャフト）５ａが挿入されている。シャフト５ａは、Ｙ軸ミラーマウント２１にシャフト押さえ２１ｂをネジどめすることで固定されている。Ｘ軸スキャンミラー部についてもＹ軸スキャンミラー部と同様の構成になっている。Ｘ軸スキャンミラー４は、Ｘ軸ミラーマウント２２に接着剤により固定されている。Ｘ軸ミラーマウント２２にはシャフト穴２２ａがあけられており、Ｘ軸スキャンミラー駆動装置６の回転軸（シャフト）６ａが挿入されている。シャフト６ａはＸ軸ミラーマウント２２にシャフト押え２２ｂをネジどめすることで固定されている。

図７は、Ｙ軸ミラーマウント２１へのシャフト５ａの固定部の断面図であるが、この構成では図７に示すように、シャフト５ａの下面はＹ軸ミラーマウント２１に密着しているが、上面はすき間ができている状態になっている。このためレーザ照射時にスキャンミラーでのレーザの吸収により発生した熱が温度の低いＹ軸ミラーマウント２１やシャフト５ａへ伝わる際に、Ｙ軸ミラーマウント２１とシャフト５ａが接しているために熱が伝達しやすい部分ＡとＹ軸ミラーマウント２１とシャフト５ａが接していないために熱がたまってしまう部分Ｂで温度差が発生することとなる。このため、部分Ａの熱膨張に対して、部分Ｂの熱膨張が大きくなり、図８に示すように、ミラーマウント２１が熱変形を起こし、Ｙ軸スキャンミラー３がその回転方向と垂直な方向に傾き、Ｘ方向のエリアドリフトが発生する。Ｘ軸スキャンミラー４についても同様の機構でＸ軸ミラーマウント２２の熱変形が生じるため、Ｘ軸スキャンミラー４がその回転方向と垂直な方向に傾き、Ｙ方向のエリアドリフトが発生する。

本実施の形態では、わかりやすいように非対称のミラーマウントで説明したが、シャフトに対し対称形状のミラーマウントでもスキャンミラーをミラーマウントに接着する接着剤の厚みの違いにより、ミラーマウントに温度分布が生じ、熱変形によるエリアドリフトが発生することもある。

図９は、レーザ照射時のＹ軸ミラーマウント２１と、ｆθレンズ７やスキャンミラー３，４が取り付けられたガルバノボックス１０１（図１７（ａ）参照）の装置架台への取り付け部（Ｚ軸取り付け台）１０２（図１７（ａ）参照）部分の装置フレーム１００の温度変化を示したものであるが、Ｙ軸ミラーマウント２１は短時間で急激に温度が変化するのに対し、装置フレーム１００は温度変化がほとんど発生しない。このため、上記の特許文献２で示されている装置フレーム１００の温度の測定ではミラーマウントの熱変形によるエリアドリフトの補正が十分行えない。

図１０は、実施の形態２を示している。補正パラメータ算出部１５には、補正係数（Ｘａ、Ｙａ）［μｍ／℃］が備えられている。この補正係数は、ＸａはＹ軸ミラーマウント２１が１℃温度上昇した場合に発生するＸ方向のエリアドリフトを、ＹａはＸ軸ミラーマウント２２が１℃温度上昇した場合に発生するＹ方向のエリアドリフトの大きさを示す係数である。

図１０（ａ）に示すように、Ｙ軸スキャンミラー３本体とシャフト５ａとの結合部であるＹ軸ミラーマウント２１に温度センサ２３が取り付けられており、温度センサ２３によりレーザ加工開始時からのＹ軸ミラーマウント２１の温度変化Δｙを測定する。測定された温度変化Δｙは補正パラメータ算出部１５に与えられる。Ｙ軸ミラーマウント２１の熱変形によりＸ方向のエリアドリフトが発生するため、補正パラメータ算出部１５では、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度変化Δｙと予め設定された補正係数Ｘａとから、Ｘ方向の補正パラメータＡｘ（Ａｘ＝Ｘａ×Δｙ）を算出する。この補正パラメータＡｘにより、加工位置補正処理部１６で、Ｘ方向の補正加工位置指令Ｘ’（Ｘ’＝Ｘ−Ａｘ＝Ｘ−Ｘａ×Δｙ）を求める。補正加工位置指令Ｘ’に応じてＸ軸スキャンミラー４の回転角度を制御することにより、Ｙ軸ミラーマウント２１の熱変形によりＸ方向に発生するエリアドリフトを補正することができる。

また、同様に、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ軸スキャンミラー４とシャフト６ａとの結合部であるＸ軸ミラーマウント２２に温度センサ２４を取り付け、温度センサ２４によりＸ軸ミラーマウント２２のレーザ加工開始時からのＸ軸ミラーマウント２２の温度変化Δｘを測定する。測定された温度変化Δｘは補正パラメータ算出部１５に与えられる。Ｘ軸ミラーマウント２２の熱変形によりＹ方向のエリアドリフトが発生するため、補正パラメータ算出部１５では、Ｘ軸ミラーマウント２２の温度変化Δｘと予め設定された補正係数Ｙａとから、Ｙ方向の補正パラメータＡｙ（Ａｙ＝Ｙａ×Δｘ）を算出する。この補正パラメータＡｙにより、加工位置補正処理部１６で、Ｙ方向の補正加工位置指令Ｙ’（Ｙ’＝Ｙ−Ａｙ＝Ｙ−Ｙａ×Δｘ）を求める。補正加工位置指令Ｙ’に応じてＹ軸スキャンミラー３の回転角度を制御することにより、Ｘ軸ミラーマウント２２の熱変形によりＹ方向に発生するエリアドリフトを補正することができる。

ここで補正係数として(Xa、Ya)=(1.5、1.0)[μm/℃]が備えられており、加工開始からのＹ軸ミラーマウント２１の温度変化Δyが３℃、Ｘ軸ミラーマウントの温度変化Δxが2℃とした場合、補正パラメータ算出部１５において、下記の補正パラメータＡｘ，Ａｙが求められる。

X方向の補正パラメータAx=Xa×Δy=1.5[μm/℃]×3[℃]=4.5[μm]
Y方向の補正パラメータAy=Ya×Δx=1.0[μm/℃]×2[℃]=2.0[μm]

この補正パラメータに応じて、補正加工位置指令を求め、スキャンミラーの回転角度を制御することで、ミラーマウントの熱変形によるエリアドリフトを補正することができる。

尚、補正パラメータAx、Ayを用いて補正加工位置指令(X’、Y’)を求めてスキャンミラーの回転角度を制御するかわりに、加工テーブル位置(x、y)の補正位置(x’、y’)を求めて加工テーブルの位置を制御することにより、ミラーマウントの熱変形によるエリアドリフトを補正してもよい。この場合加工テーブルの補正位置(x’、y’)はそれぞれ、次式により算出される。

x’=x-Ay、
y’=y-Ax

ミラーマウント２１，２２の熱変形がエリアドリフトの要因であるため、ミラーマウント２１，２２の温度を直接測定して補正することにより、応答性の良い補正ができる。また、本実施の形態では、Ｘ軸ミラーマウント２２の１℃の温度上昇により、Ｙ方向に１μｍ程度、また、Ｙ軸ミラーマウント２１の１℃の温度上昇より、Ｘ方向に１．５μｍ程度発生するエリアドリフトを補正することができる。

レーザを１ショットあたり１５ｍＪのエネルギーで１５００００ショット照射した後の実施の形態１の図２（ｂ）で示したレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれを上記特許文献１に示されたｆθレンズの温度変化を用いて補正したところ最大３０μｍある加工位置ずれが最大２０μｍに低減される。このｆθレンズの温度補正に加えて、本発明によるミラーマウントの温度変化を用いてのエリアドリフト補正を施した結果、加工位置ずれが最大１６μｍまで低減されるという効果を得た。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｙ軸およびＸ軸のミラーマウント２１，２２に温度センサ２３，２４を取り付け、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、Ｘ方向の補正加工位置指令Ｘ’を求め、また、Ｘ軸ミラーマウント２２の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、Ｙ方向の補正加工位置指令Ｙ’を求めて、スキャンミラーの回転角度を補正することにより、加工位置ずれを補正することで、ミラーマウントの熱変形により発生するエリアドリフトの補正が可能となる。

次に、マウントの変形に起因するエリアドリフトの補正係数の算出と実際の補正について説明する。

まず、補正係数の算出について説明する。

（ステップＳ１）
高エネルギー加工（４５Ｗで３分程度）と加工位置ずれの測定を連続して繰り返し（１５回）行う。同時にレーザ加工装置の温度を測定する。上記の例では、ミラーマウント２１，２２の温度を測定したが、ここでは、ミラーマウント２１，２２の他に、ｆθレンズ７、ガルバノボックス１０１、カメラ取り付け板１０２の温度を測定する例について説明する。測定個所については、必要に応じて、適宜設定してもよく、その場合には、測定個所に応じて以下の数式を応用させて用いるようにすればよい。

（ステップＳ２）
以下のステップＳ２〜Ｓ４はそれぞれの回について実施する。
まず、ステップＳ２において、Ｘ方向、Ｙ方向のエリア方向の加工位置ずれの平均（ΔＸ１、ΔＹ１）：エリアドリフトを求める。

（ステップＳ３）
次に、ｆθレンズ７とＣＣＤカメラ１０間の熱膨張によるエリアドリフト（ΔＸ２、ΔＹ２）を次式により算出する（カメラオフセットドリフト）。

ΔX2=Δl10+Δl11=ρ10×ΔT10×l10+ρ11×ΔT11×l11
ΔY2=Δr10=ρ10×ΔT10×r10
ρ10：ガルバノボックスの線膨張係数、
ρ11：カメラ取り付け板の線膨張係数、
ΔT10：ガルバノボックスの温度変化、
ΔT11：カメラ取り付け板の温度変化
l10：ｆθレンズ中心からカメラ取り付け板までの距離（Ｘ方向）
l11：カメラ取り付け板からカメラ中心までの距離（Ｘ方向）
r10：ｆθレンズ中心からカメラ取り付け板までの距離（Ｙ方向）

（ステップＳ４）
エリアドリフト（ΔＸ１、ΔＹ１）からカメラオフセットドリフト（ΔＸ２、ΔＹ２）を取り除き、ミラーマウントの熱変形によるエリアドリフト（ΔＸ３、ΔＹ３）を次式により算出する。

(ΔX3、ΔY3)= (ΔX1、ΔY1)- (ΔX2、ΔY2)

（ステップＳ５）
各回のＸ軸ミラーマウント２２の温度上昇ΔＴｘ、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度上昇ΔＴｙと、ミラーマウント２１，２２の熱変形によるエリアドリフト（ΔＸ３、ΔＹ３）とから、１５回の補正誤差のＲＭＳ値が最小となるような補正係数（Ｘａ、Ｙａ）を次式により算出する。なお、補正係数はスキャンミラーの単位温度上昇により生じるエリアドリフトの大きさとした。

次に、実際の補正について説明する。

（ステップＳ６）
補正パラメータ算出部１５に補正係数（Ｘａ、Ｙａ）を予め備えさせておく。

（ステップＳ７）
温度センサによりレーザ加工開始からのミラーマウント２１，２２の温度変化ΔＴｘ、ΔＴｙを測定する。

（ステップＳ８）
補正パラメータ算出部１５にて、補正パラメータ（Ａｘ、Ａｙ）を算出する。
Ax=Xa×ΔTy
Ay=Ya×ΔTx

（ステップＳ９）
加工位置補正処理部１６で補正加工位置指令（Ｘ'、Ｙ’）を算出する。
X'=X- Ax
Y'=Y- Ay

（ステップＳ１０）
補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）を用いてスキャンミラーの回転角度を制御して、エリアドリフトを補正する。

なお、後述する実施の形態４，５のように、加工テーブル９の位置を制御してエリアドリフトを制御する場合は、上記のステップＳ９，Ｓ１０が、下記のステップＳ９−２，Ｓ１０−２になる。

（ステップＳ９−２）
加工位置補正処理部１６で、加工テーブル９の位置（ｘ、ｙ）をの補正位置指令（ｘ‘、ｙ’）を算出する。

x’=x-Ax
y’=y-Ay

（ステップＳ１０−２）
加工テーブル９の補正位置指令（ｘ‘、ｙ’）を用いて加工テーブル９の位置を制御して、エリアドリフトを補正する。

例えば、補正係数（Ｘａ、Ｙａ）＝（１．５、１．０）μｍ／℃が備えられており、レーザ加工開始からのミラーマウント２１，２２の温度変化（ΔＴｘ、ΔＴｙ）＝（２、３）℃発生した場合においての補正パラメータ（Ａｘ、Ａｙ）は、下記のようになる。

Ax=1.5[μm/℃]×3[℃]=4.5[μm]
Ay=1.0[μm/℃]×2[℃]=2.0[μm]

目標加工位置が（２５、２５）ｍｍの場合、補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）は以下のようになる。この補正加工位置指令に応じてスキャンミラー３，４の回転角度を制御することで、ミラーマウント２１，２２の熱変形によるエリアドリフトが補正できる。

X’=25[mm]-4.5[μm]=24.9955[mm]
Y’=25[mm]-2.0[μm]=24.998[mm]

また、加工テーブル９の位置を制御して補正する場合は、加工テーブル位置が（０、０）ｍｍであったとすると、補正位置指令は以下のようになる。

x’=-0.045[mm]
y’=-0.02[mm]

以上のように、本実施の形態によれば、ミラーマウント２１，２２、ｆθレンズ７、ガルバノボックス１０１、カメラ取り付け板１０２の少なくとも１つに温度センサ２３，２４を取り付け、それらの温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）を求め、スキャンミラーの回転角度を補正することにより、加工位置ずれを補正することで、ミラーマウントの熱変形により発生するエリアドリフトの補正が可能となる。

実施の形態３．
図１１は実施の形態３に係るレーザ加工装置の位置ずれ補正を示している。上述の実施の形態２の図１０においては、温度センサをミラーマウントに設ける例について説明したが、本実施の形態においては、スキャンミラー本体に温度センサを設けた場合について説明する。スキャンミラー本体の方が、ミラーマウントよりもサイズが大きく、かつ、図８からも明らかなように、熱変形量が少ないため、温度センサを取り付けやすいという利点がある。

図１１（ａ）に示すように、Ｙ軸スキャンミラー３の本体部分に温度センサ２３が取り付けられており、当該温度センサ２３によりレーザ加工開始時からのＹ軸スキャンミラー３の温度を測定する。測定された温度は補正パラメータ算出部１５に与えられる。補正パラメータ算出部１５では、Ｙ軸スキャンミラー３の温度変化と予め設定された補正係数から、上述の実施の形態２と同様の方法により、補正パラメータを算出する。この補正パラメータにより、加工位置補正処理部１６で、Ｘ方向の補正加工位置指令Ｘ’を求める。補正加工位置指令に応じてＸ軸スキャンミラー４の回転角度を制御することにより、ミラーマウントの温度変化による加工位置ずれを補正することができる。

また、同様に、図１１（ｂ）に示すように、Ｘ軸スキャンミラー４の本体部分に温度センサ２４を取り付け、Ｘ軸スキャンミラー４の温度変化と予め設定された補正係数により求められる補正パラメータでＹ方向の補正加工位置指令Ｙ’を求め、Ｙ軸スキャンミラー３の回転角度を制御して、ミラーマウントの温度変化による加工位置ずれを補正する。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｙ軸およびＸ軸のスキャンミラー３，４に温度センサ２３，２４を取り付け、スキャンミラー３，４の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）を求め、スキャンミラーの回転角度を補正することにより、加工位置ずれを補正することで、ミラーマウントの熱変形により発生するエリアドリフトの補正が可能となる。

実施の形態４．
上述の実施の形態２および３においては、スキャンミラー３，４の回転角度を制御することにより加工位置ずれを補正する例について説明したが、本実施の形態においては、加工テーブルのＸ方向およびＹ方向の位置を制御することにより加工位置ずれを補正する例について説明する。

図１２は実施の形態４を示している。図１２（ａ）に示すように、Ｙ軸ミラーマウント２１およびＸ軸ミラーマウント２２に温度センサ２３、２４が取り付けられており、測定された温度と予め設定された補正係数から、上述の実施の形態２で示した方法により、補正パラメータを算出する。加工位置補正処理部１６は、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度変化に基づいた補正パラメータにより加工テーブル９のＸ方向の位置ｘを補正する補正位置指令ｘ’を求める。同様に、加工位置補正処理部１６は、Ｘ軸ミラーマウント２２の温度変化に基づいた補正パラメータにより加工テーブル９のＹ方向の位置ｙを補正する補正位置指令ｙ’を求める。補正位置指令に応じて加工テーブル９のＸ方向またはＹ方向の位置を制御することにより、ミラーマウント２１、２２の温度変化による加工位置ずれを補正することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、加工テーブル９のＸ軸方向の補正位置指令ｘ’を求め、Ｘ軸ミラーマウント２２の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、加工テーブル９のＹ軸方向の補正位置指令ｙ’を求めて、加工テーブル９のＹ方向およびＸ方向の位置を制御して、加工位置ずれを補正することで、ミラーマウントの熱変形により発生するエリアドリフトの補正が可能となる。

実施の形態５．
本実施の形態においても、上述の実施の形態４と同様に、加工テーブルのＸ方向およびＹ方向の位置を制御することにより加工位置ずれを補正する例について説明する。

図１３は実施の形態５を示している。上述の実施の形態４においては、温度センサをミラーマウントに設ける例について説明したが、本実施の形態においては、図１３に示すように、Ｙ軸スキャンミラー３，４に温度センサ２３，２４が取り付けられており、レーザ加工開始時からのＹ軸スキャンミラー３、Ｘ軸スキャンミラー４の温度を測定する。以下の動作は、上記の実施の形態４と同様であるため、ここでは説明を省略する。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｙ軸スキャンミラー３の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、加工テーブル９のＸ軸方向の補正位置指令ｘ’を求め、Ｘ軸スキャンミラー４の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、加工テーブル９のＹ軸方向の補正位置指令ｙ’を求めて、加工テーブル９のＹ方向およびＸ方向の位置を制御して、加工位置ずれを補正することで、ミラーマウントの熱変形により発生するエリアドリフトの補正が可能となる。

実施の形態６．
上述の実施の形態２〜５においてはエリアドリフトを補正する方法について説明したが、以下の実施の形態６，７においては、スケールドリフトを補正する方法、特に、静電容量センサの温度ドリフトによるスケールドリフトの補正について説明する。

なお、図１４（ｂ）は比較例であり、図４に示したスケールドリフトによる加工位置ずれについて、ｆθレンズの温度上昇のみに基づいてスケールドリフトの補正を施したものである。これよりｆθレンズ７以外にもスケールドリフトの要因があることがわかる。このスケールドリフトはスキャンミラー駆動装置５、６内にあるのスキャンミラー３、４の回転角度を検出するための静電容量センサの温度上昇により温度ドリフトが発生し、スキャンミラー３、４の回転角度にずれが生じるために発生する。しかしスキャンミラー駆動装置５、６内の静電容量センサの温度を測定することは容易ではない。スキャンミラー駆動装置５、６内の静電容量センサの温度ドリフトにより生じるスケールドリフトについて、加工エリアの中心からの距離と加工位置ずれの大きさより加工エリアの伸縮率を計算し、レーザ加工時のレーザ加工装置各部分の温度変化とスケールドリフトによる加工エリアの伸縮率の変化を比較した結果、Ｘ軸スキャンミラー部の温度変化がＸ方向の加工エリアの伸縮率の変化と良く似た傾向を示し、Ｙ軸スキャンミラー部の温度変化がＹ方向の加工エリアの伸縮率の変化と良く似た傾向を示した。

本発明の実施の形態６について図１５を参照して説明する。図１５（ａ）に示すように、Ｙ軸スキャンミラー３本体に温度センサ２３が取り付けられており、レーザ加工開始時からのＹ軸スキャンミラー３の温度を測定する。測定された温度は補正パラメータ算出部１５に与えられる。補正パラメータ算出部１５では、Ｙ軸スキャンミラーの温度変化と補正係数から補正パラメータを算出する。この補正パラメータにより、加工位置補正処理部１６でＹ方向の補正加工位置指令Ｙ’を求める。補正加工位置指令に応じてＹ軸スキャンミラー３の回転角度を制御することにより、スキャンミラー駆動装置内の静電容量センサの温度ドリフトによる加工位置ずれを補正することができる。

また、同時に、図１５（ｂ）に示すように、Ｘ軸スキャンミラー４本体に温度センサ２４を取り付け、Ｘ軸スキャンミラー２４の温度変化と補正係数により求められる補正パラメータでＸ方向の補正加工位置指令Ｘ’を求め、Ｘ軸スキャンミラー４の回転角度を制御することで、スキャンミラー駆動装置内の静電容量センサの温度ドリフトによる加工位置ずれを補正する。

次に、スキャンミラーの温度変化と補正係数により、静電容量センサの温度ドリフトを補正することを見出した経緯について説明する。

（ステップＳ１）
高エネルギー加工（４５Ｗで３分程度）と加工位置ずれの測定を連続して繰り返し（１５回）行う。同時にレーザ加工装置の温度を測定する（スキャンミラー部：スキャンミラーやミラーマウント、ｆθレンズ、ガルバノボックス、加工テーブル、架台など）。なお、加工回数の増加に伴って、装置の温度および加工位置ずれは増大する。

（ステップＳ２）
ステップＳ２〜Ｓ５はそれぞれの回の結果について実施する。
ステップＳ２において、Ｘ方向、Ｙ方向のエリア方向の加工位置ずれの平均（ΔＸ１、ΔＹ１）を求める（エリアドリフトの算出）。

（ステップＳ３）
２５点各点での加工位置ずれ（ΔＸ_１〜２５、ΔＹ_１〜２５）から、ステップＳ２で算出されたエリアドリフトによるずれを取り除き、スケールドリフト（ΔＸ’_１〜２５、ΔＹ’_１〜２５）を次式により算出した。
(ΔX’_1〜25、ΔY’_1〜25)= (ΔX_1〜25、ΔY_1〜25)-(ΔX1、ΔY1)

（ステップＳ４）
ステップＳ３より算出された２５点各点での位置誤差のデータと目標の座標位置から、最小２乗法を用いてスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ１、Ｇｙ１）ｐｐｍを求めた。なお、ここで、伸縮率はＸ、Ｙそれぞれの座標値における軸方向の誤差量をプロットし、最小２乗法により求められた近似曲線の傾きとした。

（ステップＳ５）
スケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ１、Ｇｙ１）ｐｐｍから、ｆθレンズの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率２（Ｇｘ２、Ｇｙ２）ｐｐｍを取り除き、静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ３、Ｇｙ３）ｐｐｍを次式により算出した。
(Gx3、Gy3)=(Gx1、Gy1)-(Gx2、Gy2)

なお、ここで、ｆθレンズの温度上昇により発生するスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ２、Ｇｙ２）ｐｐｍは以下のようにして、算出した。
（１）ｆθレンズが１℃温度上昇したときの、各座標位置でのスケールドリフトの理論計算値より、ｆθレンズの単位温度変化当たりのスケールドリフトの伸縮率（ｇｘ２、ｇｙ２）ｐｐｍ／℃を算出。
（２）（Ｇｘ２、Ｇｙ２）ｐｐｍ＝（ｇｘ２、ｇｙ２）ｐｐｍ／℃×Δｔ℃より、ｆθレンズの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率を算出（Δｔはｆθレンズの温度上昇）。

（ステップＳ６）
各回の静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ３、Ｇｙ３）ｐｐｍとレーザ加工装置の各部分の温度変化を比較した結果、Ｘ軸スキャンミラー部の温度変化ΔＴｘがＧｘ３の変化とよく似た傾向を示し、Ｙ軸スキャンミラー部の温度変化ΔＴｙがＧｙ３の変化とよく似た傾向を示すことを見出した。このため補正係数（ｇｘ３、ｇｙ３）を定めれば、スキャンミラー部の温度変化より、（Ｇｘ３、Ｇｙ３）の予測が可能となる。

なお、補正係数は以下の式より、１５回の各回での補正誤差のＲＭＳ値が最小となるようにして求めた。

上記のようにしてスキャンミラー部の温度変化と補正係数により、静電容量センサの温度ドリフトを補正することを見出したため、本実施の形態においては、下記の手順により補正係数の決定と実際の補正を行う。

（補正係数の決定と実際の補正）
まずはじめに、本実施の形態における補正係数の決定方法について説明する。

（ステップＳ１）
高エネルギー加工（４５Ｗで３分程度）と加工位置ずれ（２５点）の測定を連続して繰り返し（１５回）行う。同時に、スキャンミラー３，４、ｆθレンズ７の温度を測定する。

（ステップＳ３）
２５点各点での加工位置ずれ（ΔＸ_１〜２５、ΔＹ_１〜２５）から、ステップＳ２で算出されたエリアドリフトによるずれを取り除き、スケールドリフト（Δｘ‘_１〜２５、Δｙ’_１〜２５）を算出する。
(Δx‘_1〜25、Δy’_1〜25)= (ΔX_1〜25、ΔY_1〜25)-(ΔX1、ΔY1)

（ステップＳ４）
ステップＳ３より算出された２５点各点でのスケールドリフトのデータより、スケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ１、Ｇｙ１）ｐｐｍを求める。

（ステップＳ５）
スケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ１、Ｇｙ１）ｐｐｍから、ｆθレンズの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率２（Ｇｘ２、Ｇｙ２）ｐｐｍを取り除き、静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率３（Ｇｘ３、Ｇｙ３）ｐｐｍを算出する。
(Gx3、Gy3)=(Gx1、Gy1)-(Gx2、Gy2)

（ステップＳ６）
各回の静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトの伸縮率（Ｇｘ３、Ｇｙ３）ｐｐｍとレーザ加工開始からのスキャンミラーの温度変化ΔＴｘ、ΔＴｙより、１５回の各回での補正誤差のＲＭＳ値が最小となるように補正係数（ｇｘ３、ｇｙ３）ｐｐｍ／℃を次式により算出する。

次に、実際の補正について説明する。

（ステップＳ７）
補正パラメータ算出部１５に補正係数（ｇｘ３、ｇｙ３）ｐｐｍ／℃を備えさせておく。

（ステップＳ８）
温度センサによりレーザ加工開始からのスキャンミラー３，４の温度変化ΔＴｘ、ΔＴｙを測定する。

（ステップＳ９）
補正パラメータ算出部１５にて、補正パラメータ（ΔＸ’、ΔＹ’）：（スケールドリフトの予測値）を算出する。目標加工位置が（Ｘ、Ｙ）ｍｍの場合、補正パラメータは以下の式により算出する。
ΔX’[μm]= ΔTx[℃]×gx3[ppm/℃]×X[mm]
ΔY’[μm]= ΔTy[℃]×gy3[ppm/℃]×Y[mm]

（ステップＳ１０）
加工位置補正処理部で補正加工位置指令（Ｘ‘、Ｙ'）を算出する。
Ｘ’=Ｘ-ΔＸ’
Y’=Y-ΔY’

（ステップＳ１１）
補正加工位置指令（Ｘ‘、Ｙ'）を用いてスキャンミラー３，４の回転角度を制御して、静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトを補正する。

例えば、補正係数（ｇｘ３、ｇｙ３）＝（−８０、−６０）ｐｐｍ／℃が備えられており、レーザ加工開始からのスキャンミラー３，４の温度変化（ΔＴｘ、ΔＴｙ）＝（２、３）℃発生した場合、目標加工位置（２５、２５）ｍｍの位置での補正パラメータは、次式のようになる。

これより補正加工指令位置は以下のようになり、この補正加工位置指令に応じてスキャンミラー３，４の回転角度を制御することで、静電容量センサの温度上昇によるスケールドリフトが補正される。

Ｘ’=25[mm]-(-4[μm])=25.004[mm]
Y’=25[mm]-(-6[μm])=25.006[mm]

以上のように、本実施の形態によれば、Ｙ軸スキャンミラー３の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、Ｙ方向の補正加工位置指令Ｙ’を求め、Ｘ軸スキャンミラー４の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、Ｘ方向の補正加工位置指令Ｘ’を求めて、Ｙ軸およびＸ軸のスキャンミラー３，４の回転角度を制御して、加工位置ずれを補正することで、スキャンミラー駆動装置内の静電容量センサのスケールドリフトによる加工位置ずれを補正することができる。

実施の形態７．
本発明の実施の形態７について図１６を参照して説明する。上述の実施の形態６においては、温度センサをスキャンミラー本体に設ける例について説明したが、本実施の形態においては、図１６（ａ）に示すように、結合部であるＹ軸ミラーマウント２１に温度センサ２３が取り付けられており、レーザ加工開始時からのＹ軸ミラーマウント２１の温度を測定する。測定された温度は補正パラメータ算出部１５に与えられる。補正パラメータ算出部１５では、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度変化と補正係数から補正パラメータを算出する。この補正パラメータにより、加工位置補正処理部１６でＹ方向の補正加工位置指令Ｙ’を求める。補正加工位置指令に応じてＹ軸スキャンミラー３の回転角度を制御することにより、スキャンミラー駆動装置内の静電容量センサの温度ドリフトによる加工位置ずれを補正することができる。なお、補正係数の決定および実際の補正の方法については、上記の実施の形態６で示した方法と同様に行うこととし、ここでは、その説明を省略する。

また、同時に、図１６（ｂ）に示すように、結合部であるＸ軸ミラーマウント２２に温度センサ２４を取り付け、Ｘ軸ミラーマウント２２の温度変化と補正係数により求められる補正パラメータでＸ方向の補正加工位置指令Ｘ’を求め、Ｘ軸スキャンミラー４の回転角度を制御することで、スキャンミラー駆動装置内の静電容量センサの温度ドリフトによる加工位置ずれを補正する。また実施の形態２及び４で示したミラーマウントの温度測定によるエリアドリフトの補正と同時に用いることで、より少ない温度測定点での補正が可能となる。

レーザを１ショットあたり１５ｍＪのエネルギーで１５００００ショット照射した後の実施の形態１の図２（ｂ）で示したレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれを特許文献１に示されたｆθレンズの温度変化を用いて補正したところ最大３０μｍある加工位置ずれが最大２０μｍに低減される。ｆθレンズの温度補正に加えて、本発明の実施の形態３で示したスキャンミラー部の温度変化を用いてのエリアドリフトの補正と本発明の実施の形態７で示した、ミラーマウントの温度変化を用いてのスケールドリフトの補正を行った結果、加工位置ずれが最大１０μｍまで低減されるという効果を得た。

以上のように、本実施の形態によれば、Ｙ軸ミラーマウント２１の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、Ｙ方向の補正加工位置指令Ｙ’を求め、Ｘ軸ミラーマウント２２の温度変化と予め設定された補正係数より算出された補正パラメータを用いて、Ｘ方向の補正加工位置指令Ｘ’を求めて、Ｙ軸およびＸ軸のスキャンミラー３，４の回転角度を制御して、加工位置ずれを補正することで、スキャンミラー駆動装置内の静電容量センサのスケールドリフトによる加工位置ずれを補正することができる。

実施の形態８．
図１７はレーザ加工装置の構成図を示したものである。レーザ加工装置の温度上昇により、加工テーブル９や加工機ベッド１０３、ガルバノボックス１０１などで熱膨張が発生し、ｆθレンズ７と加工テーブル９の相対位置が変化したり、ＣＣＤカメラ１０とｆθレンズ７の相対位置が変化したりすることにより、加工エリア全体が一様方向にずれる形態のエリアドリフトが発生する。

レーザ加工装置の温度上昇により熱膨張が発生した場合、Ｚ軸取り付けフレーム１０４の位置を基準とすると、例えば、Ｚ軸取り付け台１０２の熱膨張ΔＬ１やガルバノボックス１０１の熱膨張ΔＬ２により、ｆθレンズ７の位置は−（ΔＬ１＋ΔＬ２）だけＸ方向にずれる。また、加工機ベッド１０３の熱膨張ΔＬ３により、加工テーブル９の位置が−ΔＬ３だけＸ方向にずれる。このような状態で加工を行うとＸ方向に−（ΔＬ１＋ΔＬ２）＋（ΔＬ３）のエリアドリフトが発生することになる。

Ｚ軸取り付け台１０２やガルバノボックス１０１、加工機ベッド１０３は熱源（ｆθレンズ７のレーザ吸収や装置自体の発熱）からの距離や、それぞれの部分の材質や大きさの違いによる熱容量の違いなどにより、温度変化の変化量や変化の傾向に違いが発生する。このため複数の部分の温度を測定し、熱膨張Ｌ＝（線膨張係数）×（温度変化量）×（長さ）の式より、それぞれの部分の熱膨張を算出することで、ｆθレンズ７と加工テーブル９の相対位置の変化により発生するエリアドリフトを予測することができ、これを補正パラメータとして、加工位置指令を補正してスキャンミラー３，４の回転角度を制御したり、あるいは加工テーブル９の位置指令を補正して加工テーブル９の位置を制御したりすることで、エリアドリフトを補正することができる。

以下、補正手法の一例（Ｘ方向）の手順を示す。

（ステップＳ１）
補正パラメータ算出部１５に線膨張係数ρ１〜ρ３、長さのパラメータｌ１〜ｌ３を備えさせておく（Ｚ軸取り付け台１０２：（ρ１、ｌ１）、ガルバノボックス１０１：（ρ２、ｌ２）、加工機ベッド１０３：（ρ３、ｌ３））。

（ステップＳ２）
温度センサを取り付け、Ｚ軸取り付け台１０２の温度変化ΔＴ１、ガルバノボックス１０１の温度変化ΔＴ２、加工機ベッド１０３の温度変化ΔＴ３を測定する。

（ステップＳ３）
補正パラメータ算出部１５で、各部分の熱膨張ΔＬ１〜ΔＬ３を算出し、ｆθレンズ７と加工テーブル９の相対位置の変化ΔＬを算出する。
ΔL=ΔL1+ΔL2-ΔL3=ρ1×l1×ΔT1+ρ2×l2×ΔT2-ρ3×l3×ΔT3

（ステップＳ４）
加工位置補正処理部１６で補正加工位置Ｘ’を算出する。
X’=X-ΔL

（ステップＳ５）
補正加工位置指令Ｘ‘を用いてスキャンミラー３，４の回転角度を制御して、レーザ加工装置の熱膨張によるエリアドリフトを補正する。

なお、後述する実施の形態９のように、加工テーブル９の位置を制御してエリアドリフトを制御する場合は、上記のステップＳ４，Ｓ５が、下記のステップＳ４−２，Ｓ５−２になる。

（ステップＳ４−２）
加工位置補正処理部１６で加工テーブル９の補正位置指令ｘ’を算出する。
x’=x-ΔL

（ステップＳ５−２）
加工テーブル９の補正位置指令ｘ‘を用いて、加工テーブル９の位置を制御して、レーザ加工装置の熱膨張によるエリアドリフトを補正する。

今回は一例としてＸ方向のエリアドリフトの補正手法を示したが、レーザ加工装置の熱膨張によるエリアドリフトはＹ方向にも発生するため、上記と同様の手法により補正することができる。また、同じガルバノボックス１０１内でもｆθレンズ７に近い部分と遠い部分では温度変化に差が発生するため、同じ部品について複数の温度センサを取り付けて、補正パラメータを算出してもよい。

また、同様に、ガルバノボックス１０１やカメラ取り付け板１０２の熱膨張によりｆθレンズ７の中心とＣＣＤカメラ１０の中心の相対位置（カメラオフセット）が変化する。レーザ加工前に、キャリブレーション加工を行い、カメラオフセット量（Ｘ''、Ｙ''）を測定する。

カメラオフセット量が（ΔＸ''、ΔＹ''）変化すると、目標加工位置（Ｘ、Ｙ）に加工がされている場合においても、加工位置誤差の測定を行うとカメラオフセット量（ΔＸ''、ΔＹ''）だけの誤差が検出されることとなる。これにより見かけ上エリアドリフトが発生することとなる。

このカメラオフセットによるエリアドリフトについても、上記に示した手法を用いてｆθレンズ７とＣＣＤカメラ１０の間の筐体の熱膨張を算出し（補正パラメータ）、カメラオフセット量を補正することで補正することができる。

本発明の実施の形態８について図１８を参照して具体的に説明する。レーザ加工装置の熱容量と物体の長さを考慮して決定された温度測定点に取り付けられた温度センサ２５により、レーザ加工開始時からの温度変化を測定し、補正パラメータ算出部１５で各部分の温度変化と所定の線膨張係数、物体の長さより、補正パラメータを算出する。この補正パラメータより、加工位置補正処理部１６で補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）を求め、補正加工位置指令（Ｘ’、Ｙ’）に応じてスキャンミラー３、４の回転角度を制御することでＣＣＤカメラ１０とｆθレンズ７、加工テーブル９の相対位置が変化することにより発生するエリアドリフトを補正することができる。

レーザを１ショットあたり１５ｍＪのエネルギーで１５００００ショット照射した後の実施の形態１の図２（ｂ）で示したレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれを上記特許文献１に示されたｆθレンズの温度変化を用いて補正したところ最大３０μｍある加工位置ずれが最大２０μｍに低減される。ｆθレンズの温度補正に加えて、本発明の実施の形態２および４で示したミラーマウントの温度変化を用いてのエリアドリフトの補正と本発明の実施の形態７で示したミラーマウントの温度変化を用いてのスケールドリフトの補正、本発明の実施の形態８で示したＣＣＤカメラとｆθレンズ、加工テーブルの相対位置の変化によるエリアドリフトの補正を施した結果、加工位置ずれが最大７μｍまで低減されるという効果を得た。

以上のように、本実施の形態においては、レーザ加工装置の熱容量と物体の長さを考慮して決定された温度測定点に取り付けられた温度センサ２５により、レーザ加工開始時からの温度変化を測定し、補正パラメータ算出部１５で各部分の温度変化と所定の線膨張係数、物体の長さより、補正パラメータを算出するようにしたので、より精度よく、温度上昇による加工位置ずれを補正することができる。

実施の形態９．
本発明の実施の形態９について図１９を参照に説明する。レーザ加工装置の熱容量と物体の長さを考慮して決定された温度測定点に取り付けられた温度センサ２５により、レーザ加工開始時からの温度変化を測定し、補正パラメータ算出部１５で各部分の温度変化と線膨張係数、物体の長さより、補正パラメータを算出する。この補正パラメータにより加工位置補正処理部１６で、加工テーブル９の位置（ｘ、ｙ）を補正して補正位置指令（ｘ’、ｙ’）を求める。そして補正位置指令（ｘ’、ｙ’）に応じて加工テーブルの位置を制御することにより、ＣＣＤカメラ１０とｆθレンズ７、加工テーブル９の相対位置が変化することにより発生するエリアドリフトを補正することができる。

レーザを１ショットあたり１５ｍＪのエネルギーで１５００００ショット照射した後の実施の形態１の図２（ｂ）で示したレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれを上記特許文献１に示されたｆθレンズの温度変化を用いて補正したところ最大３０μｍある加工位置ずれが最大２０μｍに低減される。ｆθレンズの温度補正に加えて、本発明の実施の形態２および４で示したミラーマウントの温度変化を用いてのエリアドリフトの補正と本発明の実施の形態７で示したミラーマウントの温度変化を用いてのスケールドリフトの補正、本発明の実施の形態９で示したＣＣＤカメラとｆθレンズ、加工テーブルの相対位置の変化によるエリアドリフトの補正を施した結果、加工位置ずれが最大７μｍまで低減されるという効果を得た。

（ａ）本発明のレーザ加工装置全体を示す説明図、および、（ｂ）本発明のレーザ加工装置に係る加工位置ずれの温度補正方法を示す説明図である。本発明に係るレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれを示す説明図である。本発明に係るレーザ加工装置の温度上昇による加工エリア中心の加工位置ずれと、加工エリア全体の加工位置ずれの平均を比較した表である。本発明に係るレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれから、加工エリア全体の加工位置ずれの平均を引いた後の加工位置ずれを示す説明図である。本発明に係るレーザ加工装置の温度上昇による加工位置ずれについて、加工エリア全体が一様方向にずれるエリアドリフト（ａ）と、加工エリア全体が伸縮するスケールドリフト（ｂ）に分類したものを示す説明図である。本発明に係るレーザ加工装置のスキャンミラー部の構成を示した側面図である。本発明に係るレーザ加工装置のミラーマウントとシャフトの結合部を示した断面図である。本発明に係るレーザ加工装置のミラーマウントの熱変形を示した断面図である。本発明に係るレーザ加工装置のミラーマウントと装置フレームの温度変化の差を示した説明図である。本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。本発明の実施の形態３に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。本発明の実施の形態４に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。本発明の実施の形態５に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。スケールドリフトの変化について示した説明図である。本発明の実施の形態６に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。本発明の実施の形態７に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。本発明の実施の形態８に係るレーザ加工装置を示す説明図である。本発明の実施の形態８に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。本発明の実施の形態９に係るレーザ加工装置による温度補正の構成について示した説明図である。

符号の説明

１レーザ発振器、２コリメートレンズ、３Ｙ軸スキャンミラー、４Ｘ軸スキャンミラー、５Ｙ軸スキャンミラー駆動装置、５ａシャフト、６Ｘ軸スキャンミラー駆動装置、６ａシャフト、７ｆθレンズ、８加工ワーク、９加工テーブル、１０ＣＣＤカメラ、１１Ｙ軸スキャンミラー制御装置、１２Ｘ軸スキャンミラー制御装置、１３制御装置（ＰＣ）、１５補正パラメータ算出部、１６加工位置補正処理部、２０温度センサ、２１Ｙ軸ミラーマウント、２１ａシャフト穴、２１ｂシャフト押さえ、２２Ｙ軸ミラーマウント、２２ａシャフト穴、２２ｂシャフト押さえ、２３温度センサ、２４温度センサ、２５温度センサ。

Claims

Ｘ軸方向およびＹ軸方向に設けられたそれぞれの回転軸による回転により、レーザ発振器から出力されたレーザを偏向させるＸ軸およびＹ軸スキャンミラーと、
前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーが偏向した前記レーザを屈折させて、加工テーブル上に載置された加工ワーク上に前記レーザを集光させるレンズと、
レーザ加工装置の２以上の所定の箇所の温度を測定する複数の温度センサと、
前記レーザ加工装置の前記所定の箇所の温度上昇により発生する加工位置ずれを、前記温度センサが測定した前記所定の箇所の温度変化と予め設定された所定の補正係数とに基づいて補正する補正手段と
を備え、
前記補正手段は、
当該加工エリア全体が大きさはそのままで一様方向にずれる形態で発生する前記加工位置ずれのうちのエリアドリフトを補正するエリアドリフト補正部と、
前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーと前記レンズとにより決定される前記加工ワーク上の加工エリア全体がその中心に向かって収縮する形態で発生する前記加工位置ずれのうちのスケールドリフトを補正するスケールドリフト補正部と
を有し、
前記エリアドリフト補正部は、前記温度センサのうちのレーザ加工装置のガルバノボックスおよびカメラ取り付け板に取り付けられた温度センサにより測定された前記ガルバノボックスおよび前記カメラ取り付け板の各所定部分の温度変化と、当該各所定部分の線膨張係数に基づいてあらかじめ定められた所定の補正係数とにより、各前記所定部分の熱膨張の大きさを算出し、Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーの回転角度を補正することで、前記レーザ加工装置の熱膨張により発生する前記エリアドリフトを補正し、
前記スケールドリフト補正部は、前記温度センサのうちの前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーに取り付けられた温度センサにより測定された前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーの所定部分の温度変化と、前記スケールドリフトに対してあらかじめ定められたスケールドリフト用補正係数とに基づいて、前記Ｘ軸およびＹ軸スキャンミラーの回転角度を補正することにより、前記スケールドリフトを補正する
ことを特徴とするレーザ加工装置。