JP4527567B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、特に、レーザ光を照射して被加工物の穿孔加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

一般にマイクロレンズにレーザ光を垂直入射させレーザ穿孔加工を行うと、図９に示すように開口径が、レーザ入射側面のｄから徐々に小さくなるような、テーパ状の形状が得られる。

一方、レーザ光を照射して被加工物を孔あけ等の精密加工する際に、テーパ形状を制御するレーザ加工装置が、従来から各種知られている。例えば、（１）マスク投影技術、（２）単レンズ集光技術、（３）マイクロレンズアレイ集光技術、（４）密着マスクワーク揺動技術、（５）反射光学系技術などが知られている。

（１）マスク投影技術
マスク投影技術は、マスクパターンを投影光学系により被加工面に投影することにより加工する技術である。テーパ加工技術例として、マスクのパターン径の異なる数種類のマスクを変えながら加工することにより、任意のテーパ加工を行うものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１５６８４号公報

（２）単レンズ集光技術
単レンズ集光技術は、単レンズへの斜め入射光をレンズに対し垂直軸回転させることにより、テーパ加工を行うものである（例えば、特許文献２参照）。
特表２００２−５３６１８７号公報

（３）マイクロレンズアレイ集光技術
マイクロレンズアレイ集光技術は、マイクロレンズアレイによりビームを多数に分岐・被加工面に集光し、多数点を一括穿孔するものである。穴径調整に関する技術としては、マイクロレンズアレイへの斜め入射光をレンズに対して垂直方向を軸に回転させることにより、穴径を大きくするものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−２８３０８３号公報

（４）密着マスクワーク揺動技術
密着マスクワーク揺動技術は、所定のパターンを形成した密着マスクをワークに密着させ、密着マスクとワークを一体としたアセンブリーを、レーザ照射中に入射光線に対し直交する２軸の周りに所定の角度だけ搖動させることにより、加工のテーパ角を制御するものである（例えば、特許文献４参照）。
特公平６−２４８７４号公報

（５）反射光学系技術
反射光学系技術は、マスクパターンをワーク（被加工物）上に投影し加工を行う際に、反射鏡によりレーザビームのワークに対し斜めに入射させ、その入射角を制御することにより加工のテーパ角を制御するものである（例えば、特許文献５参照）。
特許第２７２２２７８号公報

上記（１）マスク投影技術では、非加工部分の遮光したエネルギーは捨てることになるため、エネルギー効率が悪く、大きなエネルギーを入射する必要がある。また数枚のマスク交換などの機構が複雑となるだけでなく、原理的にマイナス方向（入口径＜出口径）の逆テーパ角加工は不可能である。

上記（２）単レンズ集光技術では、加工箇所が単点のみのため、多点加工パターン時の加工時間が長くなるという不都合がある。そしてレンズが固定であるため、加工径を小さくするのが困難であるという問題もある。

上記（３）マイクロレンズアレイ集光技術では、一定のマイクロレンズアレイを使用した場合、ビーム入射角によってテーパ角と加工穴径が決定されるため、テーパ角と加工穴径を独立に調整することができないという不都合がある。例えば、テーパ角を小さく（マイナス方向）すると、穴径が原理的に大きくなってしまうといった不都合がある。

上記（４）密着マスクワーク揺動技術では、非加工部分の遮光したエネルギーは捨てることになるため、エネルギー効率が悪く、大きなエネルギーを入射する必要があるという不都合がある。

マスク投影技術の問題点である、エネルギー効率の悪さに加え、入射方向が限られているために、テーパをつける方向が限定されるという不都合がある。

本発明の目的は、多数点を一括加工が可能で、穴径とテーパ角度を自在に加工できるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、多数点を一括加工が可能で、逆テーパの加工が可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、多数点を一括加工が可能で、集光手段、例えばレンズによる集光による加工のためエネルギー効率が高く、少ないエネルギーによる加工が可能で、且つ加工時間短縮が可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することにある。

前記課題は、請求項１に係るレーザ加工装置によれば、複数の集光手段（例えばマイクロレンズアレイ）と、この複数の集光手段へ任意のレーザビーム入射角を保ちつつ複数の集光手段の垂直方向を軸に軸回転するビーム回転照射手段と、このビーム回転照射手段の軸回転に同期して複数の集光手段の集光面の向きを一定方向に保ちつつ所定半径で公転させる複数の集光手段の公転手段と、を備えること、によって解決される。

このように、複数の集光手段へ任意のレーザビーム入射角を保ちつつ複数の集光手段の垂直方向を軸に軸回転するビーム回転照射手段と、このビーム回転照射手段の軸回転に同期して複数の集光手段の集光面の向きを一定方向に保ちつつ所定半径で公転させる複数の集光手段の公転手段を備えた構成とされているので、ビームの入射角によりテーパ角、複数の集光手段の公転半径により、被加工物の穴径を独立に調整することが可能となる。

またレーザ加工装置は、より具体的には、請求項２のように、レーザ装置と、被加工物を配置する配置手段（例えばステージ）とを備え、前記レーザ装置からのレーザビームを、前記ビーム回転照射手段及び複数の集光手段（例えばマイクロレンズアレイ）の公転手段によって同期して公転する複数の集光手段を介して前記加工物に集光照射するように構成している。

また、ビーム回転照射手段としては、請求項３のように、レーザビームの光路を変更する複数の変更手段（実施例では第一ミラーと第二ミラーであるが、プリズム等であってもよい）を備え、少なくとも一つの変更手段（一方のミラーなど）には角度調整手段が設けられ、レーザビームを前記変更手段（第一ミラー及び第二ミラーで反射）によって前記複数の集光手段（マイクロレンズアレイ）方向に所定角度で出射するように構成することができる。
さらに、前記変更手段を、入射レーザ光を軸として回転運動させることにより、前記変更手段からの出射角により決定される一定の入射角で、集光手段に対してあらゆる方向から入射させることができる。

さらにビーム回転照射手段は、複数の集光手段又は前記被加工物を配置する配置手段（ステージ）に対する距離調整が可能な可動手段を備えていると好適である。これにより、被加工物との距離を調整することが可能となる。
つまり、実際の運用上は、回転軸と、回転軸の中心を通った後、第二ミラーで反射されたレーザビームの交点が被加工物の表面近傍に位置する必要があるが、変更手段によって、出射角度を変えた場合には、ビーム回転照射手段における変更手段の回転軸からの距離、あるいは変更手段と被加工物との距離を調整し、回転軸と変更手段によって変更されて出射されたレーザビームの交点が被加工物の表面近傍に位置するようにできる。

前記公転手段は、前記ビーム回転照射手段の回転と同期させたモータにより可動するＸＹ可動手段（例えばステージ）により行うように構成でき、前記公転手段と前記ビーム回転照射手段の同期は、本発明の一実施例で示すように、前記ビーム回転照射手段の回転する軸をθ軸とし、複数の集光手段（マイクロレンズアレイ）の駆動をＸ軸とＹ軸とすると、θ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の駆動に、例えばステッピングモータを用いた場合には、それぞれのステッピングモータのドライバに、それぞれの現在位置がθ＝ωｔ、Ｘ＝ｒ ｃｏｓωｔ、ｙ＝ｒ ｓｉｎωｔ となるようなパルス列を供給することによって行なうように構成することができる。

加工に関しては、本発明の実施例で示すように、レーザビームの複数の集光手段への入射角をθ、複数の集光手段の焦点距離をｆ、複数の集光手段の公転半径をｒとして、被加工物の加工を行った場合び開口径及びテーパ角は、複数の集光手段にレーザビームを垂直入射させ被加工物を加工した場合の入射側の開口径をｄ、加工テーパ角をθｔとすると、それぞれ2ｆ・tanθ-2r＋（d/cosθ）、（ｒ＜ｆ・tanθとする）及びθｔ−θとなる。これにより、入射角θ及び複数の集光手段の公転半径ｒを独立に制御することにより、開口径とテーパ角を独立に制御して加工が行えるようになり、θｔ−θ＜０となるように入射角θを設定した場合には、逆テーパ加工も可能となる。

前記課題は、請求項６に係るレーザ加工方法によれば、レーザビームによるレーザ加工方法であって、光源から出射された加工用レーザビームを任意の角度で且つ所定軸に対して回転させて出射するレーザビーム回転照射工程と、このレーザビーム回転照射工程によって出射されたレーザビームを複数の集光手段（例えばマイクロレンズ）の集光面の向きを一定方向に保ちつつ前記レーザビーム回転照射工程の回転に同期させて駆動する複数の集光手段に入射させる入射工程と、この入射工程によって入射されたレーザビームを被加工物に集光照射する工程と、を備えたこと、により解決される。

このように本発明に係るレーザ加工方法によれば、光源から出射された加工用レーザビームを任意の角度で且つ所定軸に対して回転させて出射するレーザビーム回転照射工程で回転させ、このレーザビーム回転照射工程によって出射されたレーザビームを複数の集光手段（例えばマイクロレンズ）の集光面の向きを一定方向に保ちつつ前記レーザビーム回転照射工程の回転に同期させて駆動する複数の集光手段に入射させる入射工程と、この入射工程によって入射されたレーザビームを被加工物に集光照射する工程と、により、 穴径と、逆テーパ角度を含めてテーパ角度を自在に加工することが可能となる。

本発明のレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、穴径とテーパ角度を自在に加工することが可能である。また、逆テーパの加工が可能となる。さらに、集光手段、例えばレンズによる集光による加工のためエネルギー効率が高く、少ないエネルギーによる加工が可能で、且つ加工時間短縮が可能となる。

レーザビームの複数の集光手段への入射角をθ、複数の集光手段の焦点距離をｆ、複数の集光手段の公転半径をｒとして、被加工物の加工を行った場合の開口径及びテーパ角は、複数の集光手段にレーザビームを垂直入射させ被加工物を加工した場合の入射側の開口径をｄ、加工テーパ角をθｔとすると、それぞれ2ｆ・tanθ-2r＋（d/cosθ）、（ｒ＜ｆ・tanθとする）及びθｔ−θとなる。これにより、入射角θ及び複数の集光手段の公転半径ｒを独立に制御することにより、開口径とテーパ角を独立に制御して加工が行えるようになり、θｔ−θ＜０となるように入射角θを設定した場合には、逆テーパ加工も可能となる。

また、集光手段による加工のためエネルギー効率が高く、マスク投影技術に対して少ないエネルギーによる加工が可能である。また、多数点一括加工が可能であることから、単レンズ技術や反射光学系技術に比して多点加工パターン時の加工時間短縮が可能である。その他の作用効果等については、明細書の説明において、より明確になるであろう。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

図１乃至図８は、本発明の一実施例に係るものであり、図１はレーザ加工装置を示すブロック図、図２はビーム回転照射手段と複数の集光手段としてのマイクロレンズと被加工物との説明図、図３はレーザビームによる加工状況を示す説明図、図４はレーザビームの出射を説明する説明図、図５は複数の集光手段としてのマイクロレンズアレイの回転を説明する説明図、図６は図３のＡ部拡大図、図７はビーム出射手段と公転手段との同期の一例を示す説明図、図８は加工の一例を示す流れ図である。

本例では、複数の集光手段として、マイクロレンズアレイによる集光技術を例にして説明する。
一般に複数の集光手段としてのマイクロレンズに、レーザ光を垂直に入射させレーザ穿孔加工を行うと、図９に示すように開口径ｄがレーザ入射側から徐々に小さくなるテーパ状の形状が得られる。本発明では、特性を持つ集光手段（マイクロレンズ）を利用してレーザ加工装置を構成し、斜入射のレーザビームを用いて、被加工物Ｗに穿孔加工を行うものである。

このレーザ加工装置における各パラメータを次のように設定する。図３で示すように、レーザビームの入射角をθ、集光手段（例えばマイクロレンズ）の焦点距離をｆ、集光手段の公転半径をｒ、複数の集光手段にレーザビームを垂直入射させ被加工物を加工した場合の入射側の開口径をｄ、加工テーパ角をθｔとする。

例えば、図６に示されるように、レーザビームの複数の集光手段への入射角をθ、複数の集光手段の焦点距離をｆ、複数の集光手段の公転半径をｒとして、被加工物の加工を行った場合の開口径及びテーパ角は、複数の集光手段にレーザビームを垂直入射させ被加工物を加工した場合の入射側の開口径をｄ、加工テーパ角をθｔとすると、それぞれ2ｆ・tanθ-2r＋（d/cosθ）、（ｒ＜ｆ・tanθとする）及びθｔ−θとなる。これにより、入射角θ及び複数の集光手段の公転半径ｒを独立に制御することにより、開口径とテーパ角を独立に制御して加工が行えるようになり、θｔ−θ＜０となるように入射角θを設定した場合には、逆テーパ加工も可能となる。
このように、集光手段による加工のためエネルギー効率が高く、マスク投影技術に対して少ないエネルギーによる加工が可能である。また、多数点一括加工が可能であることから、単レンズ技術や反射光学系技術に比して多点加工パターン時の加工時間短縮が可能である。

本例では、図１に示すような、照射ビームを複数の集光手段としてのマイクロレンズアレイに対し任意の入射角に設定でき、マイクロレンズアレイに垂直な軸を中心に歳差運動させるビーム照射回転手段を備えるものである。

また、本例では、照射ビームの歳差運動に同期し、同一位相、同一角速度で複数の集光手段としてのマイクロレンズアレイをマイクロレンズアレイに垂直な軸を中心に自転することなく公転させる手段を備えるものである。

この回転は、図５で示すように、集光手段としてのマイクロレンズの方向を保ちながら、マイクロレンズに垂直方向を軸とし一定半径で公転させるものである。
このように、本例ではレーザビームの入射角により、被加工物Ｗのテーパ角、集光手段としてのマイクロレンズの回転（公転）半径により、被加工物Ｗの穴径を独立に調整することが可能なレーザ加工装置である。

本例におけるレーザ加工装置Ｓとしては、図１で示されるように、レーザ装置１０、ビーム回転照射手段２０、マイクロレンズアレイの公転手段３０、ガスフロー手段４０、ワーク調整手段５０などを主要構成要素とする。

本例のレーザ装置１０は、レーザ光源１１、アッテネータ１２、スリット１３、部分反射ミラー１４、エネルギーモニタ１５、シャッター１６、ビーム形成光学系１７、ミラー１８などを備えている。

レーザ光源１１は、不図示の制御部の制御に応じてレーザビームを放出し、アッテネータ１２、スリット１３、シャッター１６を介してレーザビーム形成光学系１７に入射するようになされている。またスリット１３を通ったレーザビームは部分反射ミラー１４で部分的に反射されエネルギーモニタ１５に導かれる。本例のエネルギーモニタ１５は、レーザビームのエネルギーを測定するものである。エネルギーモニタは公知のものを用いることができる。

本例ではレーザ光源１１としては、不安定共振器を備えたエキシマレーザを用いているが、これに限定されず、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等他のレーザを用いても良い。そしてレーザ装置としては、出射光のエネルギー調整機構を備えていることが好ましい。

本例のアッテネータ１２は ビーム強度調整用フィルタであり、透過率が可変なもので、透過率の自動切換え機構があると好ましい。

本例のスリット１３は加工に必要なレーザビーム寸法を切り出すものであり、レーザビーム品質が良い部分がスリット１３を通過する。

本例の部分反射ミラー１４は、光路上に配置し、レーザビームの一部をエネルギーモニタ１５へ導くものである。本例のシャッター１６は、光路上に配置し、被加工物Ｗの加工時に開き、非加工時は閉じてレーザビームを遮光するものである。

本例のレーザビーム形成光学系１７は、レーザ光源１１から放出されたレーザビームの断面が所定の形状となり、出射光が平行光となるように成形する。このとき、有効にエネルギーを使用できるように、加工領域のサイズにレーザビーム寸法を変形させるが、レーザビームの拡大により、レーザビーム拡がり角が小さくなる（＝焦点径を小さくできる）ため、大きめに拡大しておくのが良い。

なお、強度分布を変える強度分布光学部品などを備えてもよく、この場合、シリンドリカルレンズ２枚で、凸と凸または凹と凸レンズの組み合わせにより構成する。

本例のミラー１８は、レーザビームの方向を変えるためのものであり、光軸調整用に２個以上あることが好ましい。

本例のビーム回転照射手段２０は、レーザビームの集光手段（マイクロレンズアレイ）３１への入射角を調整し、且つマイクロレンズアレイに垂直な軸に対し歳差運動をさせるためのものである。

本例では、図２で示すように、回転手段としてベース２４に、昇降装置２５を介して取り付けられた中空モータ２１によって回転する支持手段２６上に変更手段である第一ミラー２２及び第二ミラー２３とから構成された例を示す。

中空モータ２１は、支持手段２６を回転運動させるもので、回転軸Ｃの部分が中空になっており、この中空部分がレーザビームの光軸上に位置するように配置される。そして、光軸（回転軸Ｃ）上に第一ミラー２２が配置され、この第一ミラー２２から所定位置離れた箇所に第二ミラー２３が配置される。本例の第一ミラー２２及び第二ミラー２３は支持手段２６上に保持されるが、少なくとも第二ミラー２３は不図示のθステージを介して保持され、回転できるように構成されており、第一ミラー２２から受けたレーザビームを所望の角度で反射できるように構成されている。

本例の昇降装置２５は、ベース２４側と、ミラー群の回転用中空モータ２１の支持体の間に設けられているクロスローラガイド２５ａ，２５ｂ及びそれを駆動するボールねじ及び駆動モータ（図示せず）から構成されている。なお昇降装置としては、クロスローラガイド及びボールねじに限らず、ラック＆ピニオンではなくリードスクリューなど公知の技術を用いることが可能である。このようにビーム回転機構を上下させる昇降装置を設けることにより、変更手段（ミラー）と被加工物Ｗとの距離を調整できる。

中空モータ２１の回転軸Ｃの中心を通ったレーザビームは、回転軸Ｃの中心に配置した第一ミラー２２により、回転軸Ｃに対して垂直方向に反射される。第一ミラー２２により反射されたレーザビームは、反射光の先に配置された第二ミラー２３により、集光手段としてのマイクロレンズアレイ３１に対し所定の入射角となるように反射される。

このときこの反射光の方向が、回転軸Ｃと第一ミラー２２による反射光を含む平面内になるようにミラーの向きを調整する必要がある。この第一ミラー２２及び第二ミラー２３は、相対位置を保ったまま一体となり、中空モータ２１により回転する。

これにより、中空モータ２１の回転軸Ｃの中心を通ったレーザビームは中空モータ２１の回転に伴い、回転軸Ｃと一定の角度を保ったまま、歳差運動をすることになる。そして本例では第二ミラー２３の向きを変えることにより、集光手段としてのマイクロレンズ３１に対するレーザビームの入射角を調整することが出来る。

より具体的には、回転軸Ｃと、回転軸Ｃの中心を通った後、第二ミラー２３で反射されたレーザビームの交点が被加工物Ｗの表面近傍に来ることが必要であるため、第二ミラー２３の角度を変えた場合には、不図示の制御部の制御によって第二ミラー２３の回転軸からの距離、あるいは第二ミラー２３と被加工物Ｗとの距離を前記昇降装置２５により調整し、回転軸と第二ミラー２３で反射されたレーザビームの交点が被加工物Ｗの表面近傍に来るようにする。

集光手段としてのマイクロレンズアレイ３１の公転手段３０は、マイクロレンズアレイ３１を公転させるものであり、マイクロレンズアレイ３１としては、屈折型レンズ、フレネルレンズ、バイナリオプティクスなどが用いられ、一般的な球面レンズと同等の集光とは限らず、任意の強度分布に形成可能なものも含むものである。

本例の公転手段３０は、光学系調整が可能なように、マイクロレンズの高さ・あおり・角度調整用機構を備えている。例えば、マイクロレンズアレイ３１の公転手段３０としては、ＸＹ可動手段、つまり本例では中空のＸＹステージ３２にマイクロレンズを設置し円弧補完の可能な３軸コントローラによって駆動する。この際に、ビーム回転照射手段２０の回転に、ＸＹステージ３２の回転速度及び回転の位相を一致させる。

この公転手段３０とビーム回転照射手段２０の同期は、ビーム回転照射手段２０の回転をθ軸とし、ドライバ３３ａによって中空モータ２１の回転を制御するが、複数の集光手段（マイクロレンズアレイ３１）の駆動をＸ軸及びＹ軸とすると、θ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の駆動に、例えばステッピングモータを用いた場合には、それぞれのステッピングモータのドライバに、それぞれの現在位置がθ＝ωｔ、Ｘ＝ｒ ｃｏｓωｔ、ｙ＝ｒ ｓｉｎωｔ となるようなパルス列を供給することによって行なうものである。

つまり、中空モータ２１によりなされる変更手段（ミラー群２２，２３）のθ軸の周りの回転と、可動手段としての中空ＸＹステージ３２によってなされるマイクロレンズアレイ３１の公転を同期させるためには、図７に示すように、円弧補間付３軸コントローラ３３によりθ軸、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動する中空モータ２１及びステッピングモータ３５，３６のドライバ３３ａ，３３ｂ，３３ｃに、それぞれの現在位置がθ＝ωｔ、Ｘ＝ｒ ｃｏｓωｔ、ｙ＝ｒ ｓｉｎωｔ となるようなパルス列を供給する。コントローラの制御は、制御部３７によって行なうが、例えばＲＳ−２３２Ｃを通して外部のコンピュータによって制御するようにしてもよい。

本例のＸＹステージ３２は、マイクロレンズアレイ３１に設けられた複数のマイクロレンズから被加工物Ｗへ出射されるレーザ光を遮光しないように、中空構造になっている。このＸＹステージ３２は、コントローラの制御に従って、マイクロレンズの集光面の向きを一定方向に保ちつつ半径ｒ（例えば１０μｍ）の円を描くように（図５参照）位置を、中空モータ２１によりなされる変更手段（ミラー群２２，２３）のθ軸の周りの回転と同期させて、図５の矢印のように移動する。

本例のガスフロー手段４０は、被加工物Ｗの加工時に、加工によって飛散する汚染物が光学系に付着しないように、ガスを流すものである。そして、ガスを流しだす手段４１を被加工物Ｗの一方側、つまり被加工物Ｗを配置する配置手段としての加工位置変更用のＸＹステージ５１に設け、この加工位置変更用のＸＹステージ５１の被加工物Ｗを挟んで他方側にガスを排出する手段４２を設ける。ガスを流しだす手段としては、例えば空気をファンで送風、または空気・窒素・ヘリウムなどをボンベや工場配管から供給するなどの手段を採用することができ、排出口や吸引口を設けるものである。排出口及び吸引口は、図示しないガス排出ポンプ等によって構成することができる。

本例のワーク調整手段５０は、被加工物Ｗを配置する配置手段として、図２で示すように、加工位置変更用のＸＹステージ５１からなるものであり、光学調整用の高さ調整・角度調整機構などを備えている。被加工物Ｗがステージ５１上に配置されると、不図示の制御部は、ステージ５１を水平方向に移動させ、照射レンズ系の光軸位置に来るようにする。そして、制御部により、レーザ光源を制御し、レーザビームを照射させる。照射パターンの面積は予め分かっているので、制御部は、不図示のエネルギメータの出力信号の値を照射パターンの面積で除算し、エネルギー密度を計算する。そして、制御部は、このエネルギー密度が所定の値となるように、レーザ光源を制御する。
また本例のステージ５１には、被加工物Ｗを把持できるように、吸着ステージとしている。なおステージは加工時の貫通したビームでダメージを受けない材質使用している。

次に上記構成からなるレーザ加工装置の動作について、図８に基づいて説明する。
先ず、不図示のスイッチを投入しスタートすると、装置全体が通電し、予め、被加工物Ｗに対する加工径などのデータを制御部へ指示するが、この後で、シャッター１６を閉めた状態で、レーザ源１１が発振する（ステップＳ１）。次に、エネルギーモニタ１５でエネルギーを測定する（ステップＳ２）。次に、ステップＳ２で測定したエネルギーに基づいて、被加工物Ｗの加工に適切なエネルギーとなるように、アッテネータ１２の透過率を調整する（ステップＳ３）。ここで、一定時間内でエネルギー変動が少なく、発振が安定であることを確認する。

次に、ステップＳ４で、ビーム回転照射手段２０を回転させ、光源から出射された加工用レーザビームを任意の角度で且つ所定軸に対して回転させて出射するように調整する。
そして、次に複数の集光手段（マイクロレンズアレイ３１）の公転手段により、上記ビーム回転照射手段２０を回転と同期させて回転させる。

そして、シャッターを開け、ビーム強度とビームの積算照射時間の適切な条件により、加工を行う。複数の集光手段（マイクロレンズアレイ３１）の集光面の向きを一定方向に保ちつつ前記レーザビーム回転照射工程の回転に同期させて駆動する複数の集光手段に入射させる（ステップＳ５）。

このとき、レーザビームの複数の集光手段（マイクロレンズアレイ３１）への入射角をθ、複数の集光手段（マイクロレンズアレイ３１）の焦点距離をｆ、複数の集光手段の公転半径をｒ、複数の集光手段にレーザビームを垂直入射させ被加工物を加工した場合の入射側の開口径をｄ、被加工物Ｗの加工テーパ角をθｔとした場合に、被加工物Ｗの加工テーパ角がθｔ-θ（マイナスの値は、逆テーパ）、被加工物Ｗの加工入口径が2ｆ・tanθ-2r＋（d/cosθ）、（ｒ＜ｆ・tanθのとき）となるように加工される。

ステップＳ６では、予め加工時間が設定されているため、タイマーにより所定の加工時間だけ被加工物Ｗに対する加工が行われる。

ステップＳ６で加工時間が経過したら、加工を終了し、その後にシャッター１６を閉める（ステップＳ７）。
以上のようにして被加工物Ｗの加工を行なう。

以上のような処理によれば、逆テーパの加工を含めて穴径とテーパ角度を自在に加工することが可能である。特に集光手段の回転（公転）直径分だけ小さい加工穴径が可能で、集光手段、例えばレンズによる集光による加工のためエネルギー効率が高く、少ないエネルギーによる加工が可能で、且つ加工時間短縮が可能となる。

本発明に係る一実施例を示すブロック図である。 本発明に係る一実施例のビーム回転照射手段と複数の集光手段としてのマイクロレンズと被加工物との説明図である。 本発明に係る一実施例のレーザビームによる加工状況を示す説明図である。 本発明に係る一実施例のレーザビームの出射を説明する説明図である。 本発明に係る一実施例の複数の集光手段としてのマイクロレンズアレイの回転を説明する説明図である。 図３のＡ部拡大図である。 本発明に係る一実施例のビーム出射手段と公転手段との同期の一例を示す説明図である。 本発明に係る加工の一例を示す流れ図である。 マイクロレンズによるレーザの垂直入射加工の説明図である。

符号の説明

１０ レーザ装置
１１ レーザ光源
１２ アッテネータ
１３ スリット
１４ 部分反射ミラー
１５ エネルギーモニタ
１６ シャッター
１７ ビーム形成光学系
１８ ミラー
２０ ビーム回転照射手段
２１ 中空モータ
２２，２３ ミラー（変更手段）
２４ ベース
２５ 昇降装置
２６ 支持手段
２５ａ，２５ｂ クロスローラガイド
３０ 公転手段
３１ マイクロレンズアレイ
３２ ＸＹステージ（可動手段）
３３ 円弧補間付３軸コントローラ
３５，３６ ステッピングモータ
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ ドライバ
３７ 制御部
４０ ガスフロー手段
４１ ガスを流しだす手段
４２ ガスを排出する手段
５０ ワーク調整手段
５１ 加工位置変更用のＸＹステージ
Ｃ 回転軸
Ｓ レーザ加工装置
Ｗ 被加工物

Claims (6)

1. 複数の集光手段と、該複数の集光手段へ任意のレーザビーム入射角を保ちつつ複数の集光手段の垂直方向を軸に軸回転するビーム回転照射手段と、該ビーム回転照射手段の軸回転に同期して複数の集光手段の集光面の向きを一定方向に保ちつつ所定半径で公転させる複数の集光手段の公転手段と、を備えてなるレーザ加工装置。
2. 前記レーザ加工装置は、レーザ装置と、被加工物を配置する配置手段とを備え、前記レーザ装置からのレーザビームを、前記ビーム回転照射手段及び複数の集光手段の公転手段によって同期して公転する複数の集光手段を介して前記被加工物に集光照射する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記ビーム回転照射手段は、レーザビームの光路を変更する複数の変更手段を備え、少なくとも一つの変更手段には角度調整手段が設けられ、レーザビームを前記変更手段によって前記複数の集光手段方向に所定角度で出射することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
4. 前記ビーム回転照射手段は、前記複数の集光手段又は前記被加工物を配置する配置手段に対する距離調整が可能な可動手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
5. 前記公転手段は、前記ビーム回転照射手段の回転と同期させたモータにより可動するＸＹ可動手段によりなされることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
6. レーザビームによるレーザ加工方法であって、
   光源から出射された加工用レーザビームを任意の角度で且つ所定軸に対して回転させて出射するレーザビーム回転照射工程と、
   該レーザビーム回転照射工程によって出射されたレーザビームを複数の集光手段の集光面の向きを一定方向に保ちつつ前記レーザビーム回転照射工程の回転に同期させて駆動する複数の集光手段に入射させる入射工程と、
   該入射工程によって入射されたレーザビームを被加工物に集光照射する工程と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工方法。

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