JP5498852B2 - Pulse laser processing apparatus, shading correction apparatus, and pulse laser processing method - Google Patents

Pulse laser processing apparatus, shading correction apparatus, and pulse laser processing method Download PDF

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Description

本発明は、パルスレーザビームにより被加工物表面を加工するパルスレーザ加工装置、シェーディング補正装置およびパルスレーザ加工方法に関する。   The present invention relates to a pulse laser processing apparatus, a shading correction apparatus, and a pulse laser processing method for processing a workpiece surface with a pulse laser beam.

近年、例えば液晶パネルのようなフラットパネルディスプレイ(FPD)は、その大型化に伴い、例えばμmオーダーあるいはそれ以下の高精度の微細加工が大面積の領域に施された部材を必要としてきている。そして、従来の機械加工では作成が難しい、シート作成用大型ロール金型、止まり溝や深いマイクロレンズ用の微細形状をもつ金型、難削材等の微細加工について種々に検討されている。   In recent years, flat panel displays (FPDs) such as liquid crystal panels, for example, have been required to have a member that has been subjected to high-precision microfabrication on a large area, for example, on the order of μm or less, with an increase in size. . Various studies have been made on microfabrication of large roll molds for sheet creation, molds having fine shapes for blind grooves and deep microlenses, difficult-to-cut materials, etc., which are difficult to produce by conventional machining.

一方、パルス幅がピコ秒(ps)オーダー以下になる超短パルスレーザビームを用いたアブレーション加工により、例えば金属表面に1μm以下の微細パターンを容易に形成できることが知られている。そして、これまで、この超短パルスレーザ加工により、樹脂を含む高分子材、半導体材、ガラス材、金属材等からなる被加工物の表面を加工する技術について種々の方法が提示されている。   On the other hand, it is known that, for example, a fine pattern of 1 μm or less can be easily formed on a metal surface by ablation processing using an ultrashort pulse laser beam having a pulse width of the order of picoseconds (ps) or less. Until now, various methods have been proposed for techniques for processing the surface of a workpiece made of a polymer material containing a resin, a semiconductor material, a glass material, a metal material, and the like by this ultrashort pulse laser processing.

レーザ加工においてレーザビームを例えばガルバノメータ・スキャナのようなレーザビームスキャナにより走査して所要領域を微細加工する技術がある(例えば、特許文献1参照)。ガルバノメータ・スキャナによれば走査速度をステージによる場合よりも向上させることが可能である。   In laser processing, there is a technique for finely processing a required region by scanning a laser beam with a laser beam scanner such as a galvanometer scanner (see, for example, Patent Document 1). According to the galvanometer scanner, the scanning speed can be improved as compared with the case of using the stage.

もっとも、パルスレーザビームを用いた加工において、その照射スポットの位置決め精度は未だ不十分で、特に大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化の実現は困難である。   However, in processing using a pulsed laser beam, the positioning accuracy of the irradiation spot is still insufficient, and it is difficult to realize stable micromachining of a large workpiece surface and its high speed.

また、レーザビームスキャナを用いる加工装置では、走査系レンズでシェーディング(shading)、すなわち、ビーム照射位置による光量ムラが問題になる場合がある。例えば、fθレンズを用いるレーザビームスキャナの場合、焦点距離fと入射角θとの積で表される像高(h)によって、レーザビームの光量が変化する場合がある。光量が変化すると、被加工物に対して同様にパルスレーザビームをスキャンしたとしても、異なる加工形状が得られてしまうという問題が生じる。   Further, in a processing apparatus using a laser beam scanner, shading with a scanning lens, that is, unevenness in the amount of light due to the beam irradiation position may be a problem. For example, in the case of a laser beam scanner using an fθ lens, the amount of laser beam may change depending on the image height (h) represented by the product of the focal length f and the incident angle θ. If the amount of light changes, even if the workpiece is scanned with the pulse laser beam in the same manner, there arises a problem that different processed shapes are obtained.

なお、像高とは、光学系の評価面上で像位置を光軸からの距離で表した値である。本明細書では、レーザビームスキャナでレーザビームをスキャンさせる時のレーザビームの集光点位置の光軸からの距離を意味する。   The image height is a value that represents the image position as a distance from the optical axis on the evaluation surface of the optical system. In this specification, it means the distance from the optical axis of the condensing point position of the laser beam when the laser beam is scanned by the laser beam scanner.

図15は、走査光学系の像高hと光量の相関関係の一例を示す図である。図16は、図15のような特性を有する走査光学系で被加工物を加工した場合の被加工物の加工断面形状である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the correlation between the image height h and the light amount of the scanning optical system. FIG. 16 shows a processed cross-sectional shape of the workpiece when the workpiece is processed by the scanning optical system having the characteristics shown in FIG.

図15に示す様に、ここで例示するガルバノミラーとfθレンズを用いた走査光学系は、像高hの絶対値が大きくなるにつれて、光量損失が大きくなるという特性を有する。この場合、図16に示す様に、一様な条件でレーザビームを被加工面上に走査すると、理想的には点線で示されるようになるべき加工断面形状が、光量損失のために、実際には実線で示されるような加工断面形状になってしまう。   As shown in FIG. 15, the scanning optical system using the galvanometer mirror and the fθ lens exemplified here has a characteristic that the light amount loss increases as the absolute value of the image height h increases. In this case, as shown in FIG. 16, when the laser beam is scanned on the surface to be processed under uniform conditions, the processed cross-sectional shape that should ideally be indicated by the dotted line is actually due to the loss of light amount. In this case, the cross-sectional shape is as shown by the solid line.

この問題を解消するため、従来は、例えば、複数枚のレンズを組み合わせたfθレンズの構成等を工夫することで、像高による光量の変化を抑制することが試みられていた。   In order to solve this problem, conventionally, for example, attempts have been made to suppress the change in the amount of light due to the image height by devising the configuration of an fθ lens in which a plurality of lenses are combined.

特開2002−160086号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-160086

本発明は、上記事情に鑑み、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするとともに、走査光学系で生ずるシェーディングを効果的に補正するパルスレーザ加工装置、シェーディング補正装置およびパルスレーザ加工方法を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention improves the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam, enables stable fine processing of the surface of a large workpiece and its speed increase, and shading generated in the scanning optical system. An object is to provide a pulse laser processing apparatus, a shading correction apparatus, and a pulse laser processing method that effectively correct.

本発明の一態様のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを1次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で前記1次元方向に直交する方向に移動するステージと、前記レーザ発振器と前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、前記レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを記憶する補正テーブル記憶部と、被加工物の3次元形状を規定する加工データと前記補正テーブルとを用いて、前記3次元形状を前記パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する加工パターン生成部とを備え、前記加工テーブルに基づき前記パルスピッカー制御部が前記パルスピッカーを制御することを特徴とする。   The pulse laser processing apparatus of one embodiment of the present invention includes a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, a laser oscillator that emits a pulse laser beam synchronized with the clock signal, and the pulse laser beam synchronized with the clock signal. A laser beam scanner that scans only in a one-dimensional direction, a stage on which a workpiece can be placed and moves in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, and an optical path between the laser oscillator and the laser beam scanner A pulse picker that switches between passing and blocking the pulse laser beam in synchronization with the clock signal, a pulse picker control unit that controls the pulse picker, and a correlation between image height and light loss in the laser beam scanner. A correction table storage unit that stores a correction table to be processed, and a three-dimensional shape of the workpiece. A processing pattern generation unit that generates a processing table in which the three-dimensional shape is described by the number of optical pulses of the pulse laser beam using the processing data to be processed and the correction table, and the pulse picker control based on the processing table The unit controls the pulse picker.

上記態様のパルスレーザ加工装置において、前記レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を測定する測定部と、前記補正テーブルを前記測定部の結果に基づき生成する補正テーブル生成部とを、さらに有することが望ましい。   In the pulse laser processing apparatus of the above aspect, a measurement unit that measures a correlation between an image height and a light amount loss in the laser beam scanner, and a correction table generation unit that generates the correction table based on a result of the measurement unit, It is desirable to have.

上記態様のパルスレーザ加工装置において、前記加工パターン生成部で用いる前記補正テーブルについて、パルスレーザ加工装置外部で生成された補正テーブルを使用する場合と、前記補正テーブル生成部で生成された補正テーブルを使用する場合とを切り替える補正方法選択部を、さらに有することが望ましい。   In the pulse laser processing apparatus of the above aspect, when the correction table generated outside the pulse laser processing apparatus is used for the correction table used in the processing pattern generation unit, the correction table generated by the correction table generation unit is It is desirable to further include a correction method selection unit that switches between use and non-use.

上記態様のパルスレーザ加工装置において、前記加工パターン生成部は、前記加工データと前記補正テーブルを用いて、像高と光量損失の相関関係が補正された前記3次元形状を規定する修正加工データを作成し、前記修正加工データから前記加工テーブルを生成することが望ましい。   In the pulse laser processing apparatus according to the above aspect, the processing pattern generation unit uses the processing data and the correction table to generate corrected processing data that defines the three-dimensional shape in which the correlation between the image height and the light amount loss is corrected. It is desirable to create and generate the machining table from the modified machining data.

上記態様のパルスレーザ加工装置において、前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有し、前記補正機構は、前記走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを特徴とすることが望ましい。   The pulse laser processing apparatus according to the above aspect includes a correction mechanism that corrects a processing origin position for each scan based on a scanning position signal from the laser beam scanner, and the correction mechanism uses the pulse based on the scanning position signal. It is desirable to control the passage and blocking of the pulsed laser beam in the picker.

上記態様のパルスレーザ加工装置において、前記ステージは、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記1次元方向に直交する方向の移動制御がされることが望ましい。   In the pulse laser processing apparatus according to the above aspect, it is preferable that the stage is controlled to move in a direction orthogonal to the one-dimensional direction based on a scanning position signal of the laser beam scanner.

本発明の一態様のシェーディング補正装置は、被加工物の3次元形状を規定する加工データを入力する加工データ入力部と、あらかじめ取得されたパルスレーザビーム加工装置のレーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを入力する補正テーブル入力部と、前記加工データと前記補正テーブルを用いて、前記3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する加工パターン生成部を有することを特徴とする。   A shading correction apparatus according to one embodiment of the present invention includes a processing data input unit that inputs processing data that defines a three-dimensional shape of a workpiece, and an image height and light amount in a laser beam scanner of a pulse laser beam processing apparatus that has been acquired in advance. A correction table input unit for inputting a correction table for defining a correlation of loss, and a processing for generating a processing table in which the three-dimensional shape is described by the number of optical pulses of a pulsed laser beam using the processing data and the correction table It has a pattern generation unit.

上記態様のシェーディング補正装置において、前記加工パターン生成部は、前記加工データと前記補正テーブルを用いて、像高と光量損失の相関関係が補正された前記3次元形状を規定する修正加工データを作成し、前記修正加工データから前記加工テーブルを生成することが望ましい。   In the shading correction apparatus according to the aspect described above, the processing pattern generation unit uses the processing data and the correction table to create correction processing data that defines the three-dimensional shape in which the correlation between image height and light amount loss is corrected It is desirable to generate the machining table from the corrected machining data.

本発明の一態様のパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物を載置し、クロック信号を発生し、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、前記被加工物表面に、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを1次元方向に走査し、前記1次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記1次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記1次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、あらかじめ、前記レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を評価し、前記被加工物の3次元形状を規定する加工データを前記相関関係に基づき補正して、前記3次元形状を前記パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成し、前記パルスレーザビームを前記1次元方向に走査する際に、前記加工テーブルに記述される光パルス数に基づき、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることを特徴とする。   In the pulse laser processing method of one embodiment of the present invention, a workpiece is placed on a stage, a clock signal is generated, a pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted, and the clock is applied to the surface of the workpiece. The pulse laser beam is scanned in a one-dimensional direction in synchronization with a signal, the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the clock is further moved. A pulse laser processing method for scanning the pulse laser beam in the one-dimensional direction in synchronization with a signal, wherein a correlation between an image height and a light amount loss in the laser beam scanner is evaluated in advance, and 3 of the workpiece is measured. The machining data defining the three-dimensional shape is corrected based on the correlation, and the three-dimensional shape is added by describing the number of optical pulses of the pulse laser beam. When a table is generated and the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are performed in synchronization with the clock signal based on the number of optical pulses described in the processing table. It is characterized by switching.

本発明によれば、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させ、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を可能にするとともに、走査光学系で生ずるシェーディングを効果的に補正するパルスレーザ加工装置、シェーディング補正装置およびパルスレーザ加工方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam is improved, stable fine processing of the surface of a large workpiece and high speeding thereof are possible, and shading generated in the scanning optical system is effectively prevented. It is possible to provide a pulse laser processing apparatus, a shading correction apparatus, and a pulse laser processing method for correction.

第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。It is a block diagram of the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの説明図である。It is explanatory drawing of the laser beam scanner of the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査の説明図である。It is explanatory drawing of the scanning of the laser beam scanner of the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。It is explanatory drawing of the process control part of the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。It is explanatory drawing of the process pattern production | generation part of the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。It is explanatory drawing of the process pattern signal generation part of the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。It is a signal waveform diagram explaining the timing control of the laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。It is a signal waveform diagram explaining timing control of the pulse picker operation of the pulse laser processing apparatus according to the first embodiment. 第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。It is a figure which shows the example of 1 process by the pulse laser processing apparatus of 1st Embodiment. 図9の加工における特定の1次元方向の走査を示す図である。It is a figure which shows the scanning of the specific one-dimensional direction in the process of FIG. 図9の加工における特定のレイヤについての2次元加工を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional process about the specific layer in the process of FIG. 第2の実施の形態の製造方法により形成される金型の加工例である。It is a processing example of the metal mold | die formed by the manufacturing method of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。It is a block diagram of the pulse laser processing apparatus of 3rd Embodiment. 第4の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。It is a block diagram of the pulse laser processing apparatus of 4th Embodiment. 走査光学系の像高hと光量の相関関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the correlation of the image height h of a scanning optical system, and light quantity. 図15のような特性を有する走査光学系で被加工物を加工した場合の被加工物の加工断面形状である。FIG. 16 is a processed cross-sectional shape of a workpiece when the workpiece is processed by a scanning optical system having characteristics as shown in FIG.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法について説明する。   Hereinafter, a pulse laser processing apparatus and a pulse laser processing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、このクロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、クロック信号に同期してパルスレーザビームを1次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、被加工物を載置可能で上記1次元方向に直交する方向に移動するステージと、レーザ発振器とレーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、クロック信号に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、を備えている。さらに、レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを記憶する補正テーブル記憶部と、被加工物の3次元形状を規定する加工データと補正テーブルとを用いて、上記3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する加工パターン生成部とを備えている。そして、上記加工テーブルに基づきパルスピッカー制御部がパルスピッカーを制御する。
(First embodiment)
The pulse laser processing apparatus of this embodiment includes a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, a laser oscillator that emits a pulse laser beam synchronized with the clock signal, and a one-dimensional pulse laser beam synchronized with the clock signal. A laser beam scanner that scans only in a direction, a stage that can place a workpiece and moves in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, and an optical path between the laser oscillator and the laser beam scanner. A pulse picker that switches between passing and blocking of the pulse laser beam in synchronization and a pulse picker control unit that controls the pulse picker are provided. Furthermore, using the correction table storage unit that stores a correction table that defines the correlation between the image height and the light loss in the laser beam scanner, the processing data that defines the three-dimensional shape of the workpiece, and the correction table, the above 3 And a machining pattern generation unit that generates a machining table in which the dimensional shape is described by the number of light pulses of the pulse laser beam. Then, the pulse picker control unit controls the pulse picker based on the processing table.

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断を、同一のクロック信号に直接または間接的に同期させる。このように、レーザ系とビーム走査系の同期を維持することで、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させる。   The pulse laser processing apparatus according to the present embodiment synchronizes the pulse of the laser oscillator, the scanning of the laser beam scanner, and the passage and blocking of the pulse laser beam directly or indirectly with the same clock signal. In this way, the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam is improved by maintaining the synchronization between the laser system and the beam scanning system.

そして、さらに、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを可能にする。これにより、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断の同期維持が容易になる。また、制御回路の構成が簡略化できる。本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を一層向上させるとともに、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を容易に実現する。   Further, it is possible to control the passage and blocking of the pulse laser beam based on the number of light pulses of the pulse laser beam. This facilitates the synchronization of the pulse of the laser oscillator, the scanning of the laser beam scanner, and the passage and blocking of the pulsed laser beam. Further, the configuration of the control circuit can be simplified. The pulse laser processing apparatus according to the present embodiment further improves the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam, and easily realizes stable fine processing of the surface of a large workpiece and its speed increase.

さらに、加工データと、像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルとを用いて加工テーブルを生成することが可能となり、走査光学系で生ずるシェーディングを効果的に補正することが可能となる。   Furthermore, it is possible to generate a processing table using the processing data and a correction table that defines the correlation between the image height and the light loss, and it is possible to effectively correct shading that occurs in the scanning optical system. .

図1は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置100は、その主要な構成として、レーザ発振器12、パルスピッカー14、ビーム整形器16、レーザビームスキャナ18、XYステージ部20、パルスピッカー制御部22および加工制御部24を備えている。加工制御部24には所望のクロック信号S1を発生する基準クロック発振回路26を備えている。   FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. The pulse laser processing apparatus 100 includes a laser oscillator 12, a pulse picker 14, a beam shaper 16, a laser beam scanner 18, an XY stage unit 20, a pulse picker control unit 22, and a processing control unit 24 as main components. . The processing control unit 24 includes a reference clock oscillation circuit 26 that generates a desired clock signal S1.

さらに、加工制御部24は、レーザビームスキャナ18における像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを記憶する補正テーブル記憶部102、補正テーブル記憶部102に記憶される補正テーブルと加工データを用いて加工テーブルを生成する加工パターン生成部40が備えられている。さらに、パルスレーザ加工装置100は、補正テーブル記憶部102に、装置外で生成された補正テーブルを入力する補正テーブル入力部106と、装置外から加工データを入力する加工データ入力部108を備えている。補正テーブル入力部106や加工テーブル入力部108は、例えば、磁気メモリや磁気ディスク等の読み取り装置である。   Further, the processing control unit 24 stores a correction table storage unit 102 that stores a correction table that defines the correlation between the image height and the light loss in the laser beam scanner 18, and the correction table and processing data stored in the correction table storage unit 102. A processing pattern generation unit 40 is used to generate a processing table. The pulse laser processing apparatus 100 further includes a correction table input unit 106 for inputting a correction table generated outside the apparatus and a processing data input unit 108 for inputting processing data from outside the apparatus. Yes. The correction table input unit 106 and the processing table input unit 108 are readers such as a magnetic memory and a magnetic disk, for example.

レーザ発振器12は、基準クロック発振回路26で発生するクロック信号S1に同期したパルスレーザビームPL1を出射するよう構成されている。このレーザ発振器12は、超短パルスであるps(ピコ秒)レーザビームあるいはfs(フェムト秒)レーザビームを発振するものが望ましい。   The laser oscillator 12 is configured to emit a pulsed laser beam PL1 synchronized with the clock signal S1 generated by the reference clock oscillation circuit 26. The laser oscillator 12 desirably oscillates a ps (picosecond) laser beam or fs (femtosecond) laser beam which is an ultrashort pulse.

ここでレーザ発振器12から射出されるレーザ波長は被加工物の光吸収率、光反射率等を考慮して選択される。例えば、Cu、Ni、難削材であるSKD11等を含む金属材料あるいはダイヤモンドライク・カーボン(DLC)からなる被加工物の場合、Nd:YAGレーザの第2高調波(波長:532nm)を用いることが望ましい。   Here, the laser wavelength emitted from the laser oscillator 12 is selected in consideration of the light absorptivity, light reflectance, etc. of the workpiece. For example, in the case of a workpiece made of a metal material including Cu, Ni, difficult-to-cut material SKD11, or diamond-like carbon (DLC), use the second harmonic (wavelength: 532 nm) of an Nd: YAG laser. Is desirable.

パルスピッカー14は、レーザ発振器12とレーザビームスキャナ18との間の光路に設けられる。そして、クロック信号S1に同期してパルスレーザビームPL1の通過と遮断(オン/オフ)を切り替えることで被加工物(ワークW)の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、パルスピッカー14の動作によりパルスレーザビームPL1は、被加工物の加工のためにオン/オフが制御され変調された変調パルスレーザビームPL2となる。   The pulse picker 14 is provided in the optical path between the laser oscillator 12 and the laser beam scanner 18. And it is comprised so that processing and non-processing of a workpiece (workpiece W) may be switched by switching passage and interception (on / off) of pulse laser beam PL1 synchronizing with clock signal S1. In this way, the pulse laser beam PL1 becomes the modulated pulse laser beam PL2 which is controlled to be turned on / off for processing the workpiece by the operation of the pulse picker 14.

パルスピッカー14は、例えば音響光学素子(AOM)で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子(EOM)を用いても構わない。   The pulse picker 14 is preferably composed of, for example, an acousto-optic element (AOM). Further, for example, a Raman diffraction type electro-optic element (EOM) may be used.

ビーム整形器16は、入射したパルスレーザビームPL2を所望の形状に整形されたパルスレーザビームPL3とする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエクスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。   The beam shaper 16 converts the incident pulse laser beam PL2 into a pulse laser beam PL3 shaped into a desired shape. For example, a beam expander that expands the beam diameter at a constant magnification. Further, for example, an optical element such as a homogenizer for making the light intensity distribution in the beam cross section uniform may be provided. Further, for example, an element that makes the beam cross section circular or an optical element that makes the beam circularly polarized light may be provided.

レーザビームスキャナ18は、クロック信号S1に同期してパルスレーザビームPL4を、1次元方向のみに走査するよう構成されている。このように、クロック信号S1に同期してパルスレーザビームPL4を走査することにより、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度が向上する。   The laser beam scanner 18 is configured to scan the pulsed laser beam PL4 only in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1. As described above, by scanning the pulse laser beam PL4 in synchronization with the clock signal S1, the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam is improved.

また、1次元方向のみの走査とすることによっても、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度の向上を図ることができる。なぜなら、2次元方向の走査を行うレーザビームスキャナは、構造上1次元方向のみ走査するレーザビームスキャナに対してビームの位置精度が劣化するためである。   In addition, it is possible to improve the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam by performing scanning only in the one-dimensional direction. This is because a laser beam scanner that scans in a two-dimensional direction is structurally deteriorated with respect to a laser beam scanner that scans only in a one-dimensional direction.

レーザビームスキャナ18としては、例えば1軸スキャンミラーを備えたガルバノメータ・スキャナが挙げられる。図2は、ガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。   As the laser beam scanner 18, for example, a galvanometer scanner provided with a uniaxial scan mirror can be cited. FIG. 2 is an explanatory diagram of a laser beam scanner using a galvanometer scanner.

ガルバノメータ・スキャナは、1軸スキャンミラー28、ガルバノメータ30、レーザビームスキャナ制御部32を有している。ここで、ガルバノメータ30は、例えば走査角センサ36からのフィードバックによるサーボ制御のようなスキャンミラー回転の駆動機構を備えている。   The galvanometer scanner has a uniaxial scan mirror 28, a galvanometer 30, and a laser beam scanner controller 32. Here, the galvanometer 30 is provided with a scanning mirror rotation drive mechanism such as servo control by feedback from the scanning angle sensor 36, for example.

加工制御部24からは、クロック信号S1に同期した走査指令信号S2が送られる。そして、ガルバノメータ30は、走査指令信号S2に基づくレーザビームスキャナ制御部32からの駆動信号S3により駆動制御されるよう構成されている。ガルバノメータ・スキャナは、1軸スキャンミラー28により全反射するパルスレーザビームPL3を、図2の矢印に示すようにスキャンミラーの回転運動(首振り)に従い走査する。   A scanning command signal S2 synchronized with the clock signal S1 is sent from the processing control unit 24. The galvanometer 30 is configured to be driven and controlled by a driving signal S3 from the laser beam scanner control unit 32 based on the scanning command signal S2. The galvanometer scanner scans the pulsed laser beam PL3 totally reflected by the uniaxial scanning mirror 28 according to the rotational movement (swinging) of the scanning mirror as shown by the arrow in FIG.

レーザビームスキャナ18には、走査角センサ36が備えられている。ガルバノメータ・スキャナの場合には、その1軸スキャンミラー28の回転位置をロータリエンコーダ等によって検出する構造になっている。そして、走査角センサ36は検出した走査角検出信号S4をレーザビームスキャナ制御部32に送り、ガルバノメータ30の駆動制御用として使用する。また、レーザビームスキャナ制御部32は、走査角検出信号S4に基づき走査角信号S5を加工制御部24に送信する。   The laser beam scanner 18 is provided with a scanning angle sensor 36. In the case of a galvanometer scanner, the rotation position of the single-axis scan mirror 28 is detected by a rotary encoder or the like. Then, the scanning angle sensor 36 sends the detected scanning angle detection signal S4 to the laser beam scanner control unit 32 and is used for driving control of the galvanometer 30. Further, the laser beam scanner control unit 32 transmits a scanning angle signal S5 to the processing control unit 24 based on the scanning angle detection signal S4.

そして、上記1軸スキャンミラー28で反射したパルスレーザビームPL3は、fθレンズ34を通り、1次元方向に、例えば一定の速度Vで並行して走査される像高H=fθのパルスレーザビームPL4となる。そして、このパルスレーザビームPL4が、XYステージ部20上に保持される被加工物Wの表面を微細加工する照射パルス光として、被加工物W上に投射される。   Then, the pulse laser beam PL3 reflected by the uniaxial scan mirror 28 passes through the fθ lens 34 and is scanned in a one-dimensional direction in parallel at a constant speed V, for example, a pulse laser beam PL4 having an image height H = fθ. It becomes. Then, the pulse laser beam PL4 is projected onto the workpiece W as irradiation pulse light for finely processing the surface of the workpiece W held on the XY stage unit 20.

レーザビームスキャナ18には、ガルバノメータ・スキャナの他に、例えば、ポリゴン・スキャナ、ピエゾ・スキャナ、またはレゾナント・スキャナ等を適用することも可能である。   In addition to the galvanometer scanner, for example, a polygon scanner, a piezo scanner, a resonant scanner, or the like can be applied to the laser beam scanner 18.

上記いずれのレーザビームスキャナであっても、加工を行う範囲で一定の走査速度Vが確保できるように制御するよう構成されることが、加工精度を上げる観点から重要である。図3は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査を説明する図である。図3に示すように、スキャンミラーの走査角範囲の走査開始位置から走査終了位置に対応する位置範囲には、加速期間、安定域、減速期間がある。加工精度をあげるためには、実際の加工範囲が含まれる安定域内で走査速度Vが一定となるよう制御するよう装置が構成されることが重要である。   In any of the above laser beam scanners, it is important from the viewpoint of improving the processing accuracy that the laser beam scanner is configured to be controlled so as to ensure a constant scanning speed V within a processing range. FIG. 3 is a diagram for explaining scanning of the laser beam scanner of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the position range corresponding to the scan end position from the scan start position in the scan angle range of the scan mirror includes an acceleration period, a stable region, and a deceleration period. In order to increase the processing accuracy, it is important that the apparatus is configured to control the scanning speed V to be constant within a stable range including the actual processing range.

XYステージ部20は、被加工物(ワーク)Wを載置可能で、パルスレーザビームが走査される1次元方向に直交する方向を含むXY方向に自在に移動できるXYステージ、その駆動機構部、XYステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、XYステージは、2次元の広範囲、例えば1m程度のX方向およびY方向の距離範囲で、連続移動あるいはステップ移動できるようになっている。そして、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。   The XY stage unit 20 can place a workpiece (work) W, and can freely move in the XY direction including a direction orthogonal to the one-dimensional direction in which the pulse laser beam is scanned, its drive mechanism unit, For example, a position sensor having a laser interferometer for measuring the position of the XY stage is provided. Here, the XY stage can be moved continuously or stepped in a two-dimensional wide range, for example, a distance range in the X direction and Y direction of about 1 m. And it is comprised so that the positioning accuracy and movement error may become the high precision of the range of a submicron.

加工制御部24は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ(MCU)、マイクロプロセッサ(MPU)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。   The processing control unit 24 is configured by hardware such as a microcomputer (MCU), a microprocessor (MPU), a digital signal processor (DSP), a semiconductor memory, a circuit board, or the like including a semiconductor integrated circuit, or a combination of these hardware and software. It is configured. Integrated control of processing by pulse laser processing equipment.

図4は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。加工制御部24は、レーザ系・ビーム走査系制御部36、加工データ設定部38および加工パターン生成部40を備えている。   FIG. 4 is an explanatory diagram of a machining control unit of the pulse laser machining apparatus according to the present embodiment. The processing control unit 24 includes a laser system / beam scanning system control unit 36, a processing data setting unit 38, and a processing pattern generation unit 40.

レーザ系・ビーム走査系制御部36は、レーザ発振器12やパルスピッカー14等のレーザ系およびレーザビームスキャナ18等のビーム走査系を制御する。レーザ系・ビーム走査系制御部36には、レーザ系やビーム走査系の条件を設定するレーザ・ビーム条件設定部68、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するためのクロック信号S1を発生する基準クロック発振回路26を備えている。また、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するために、位相同期処理回路42、レーザビームスキャナ制御回路32、同期位置設定部44、同期検出回路46等を備えている。   The laser system / beam scanning system control unit 36 controls a laser system such as the laser oscillator 12 and the pulse picker 14 and a beam scanning system such as the laser beam scanner 18. The laser system / beam scanning system control unit 36 generates a laser / beam condition setting unit 68 for setting conditions of the laser system and the beam scanning system, and a clock signal S1 for maintaining synchronization of the laser system and the beam scanning system. A reference clock oscillation circuit 26 is provided. Further, in order to maintain synchronization of the laser system and the beam scanning system, a phase synchronization processing circuit 42, a laser beam scanner control circuit 32, a synchronization position setting unit 44, a synchronization detection circuit 46, and the like are provided.

加工制御部24は、レーザビームスキャナ18からの走査位置信号である走査角信号S5に基づいてXYステージ部20の移動タイミングを判定し、上記2次元加工データと上記移動タイミングによりステージ移動信号を生成する。この場合の走査角信号S5は、図3で説明した加工が終了する加工終端位置あるいはスキャナ走査が終了する走査終了位置を走査角センサ36で検出した走査角検出信号からのものである。そして、XYステージ部20は上記ステージ移動信号に指示されて動作する。   The processing control unit 24 determines the movement timing of the XY stage unit 20 based on the scanning angle signal S5 that is a scanning position signal from the laser beam scanner 18, and generates a stage movement signal based on the two-dimensional processing data and the movement timing. To do. The scanning angle signal S5 in this case is from the scanning angle detection signal obtained by detecting the processing end position at which the processing described with reference to FIG. Then, the XY stage unit 20 operates as instructed by the stage movement signal.

このように、XYステージ部は、レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、レーザビームスキャナの走査方向と直交する方向の移動制御がされる。これによって、次の走査への時間が短縮され、レーザビーム加工の更なる高速性が実現される。   As described above, the movement of the XY stage unit in the direction orthogonal to the scanning direction of the laser beam scanner is controlled based on the scanning position signal of the laser beam scanner. As a result, the time to the next scanning is shortened, and further high speed of laser beam processing is realized.

加工パターン生成部40では、例えば、加工データ入力部108から入力される加工データを、実際の加工に即したパラメータのデータに変換する。加工データ入力部108から入力される加工データは、被加工物の3次元形状を規定するデータであり、例えば、3次元形状の指定、寸法、形状の数、配置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。   In the machining pattern generation unit 40, for example, the machining data input from the machining data input unit 108 is converted into parameter data in accordance with the actual machining. The machining data input from the machining data input unit 108 is data that defines the three-dimensional shape of the workpiece. For example, the designation of the three-dimensional shape, dimensions, the number of shapes, the arrangement, the material name of the workpiece, It consists of dimensions.

図5は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。加工パターン生成部40には、入力される加工データと補正テーブルを用いて、像高と光量損失の相関関係が補正された3次元形状データを規定する修正加工データを作成する加工データ補正部110が設けられている。   FIG. 5 is an explanatory diagram of a machining pattern generation unit of the pulse laser machining apparatus according to the present embodiment. The processing pattern generation unit 40 uses the input processing data and correction table to generate correction processing data that defines three-dimensional shape data in which the correlation between image height and light amount loss is corrected. Is provided.

そして、修正加工データを解析する加工データ解析部48が備えられる。また、加工データ解析部48での解析を基に、加工テーブルおよびステージ移動テーブルを生成するテーブル生成部49を備えている。加工テーブルは、被加工物の3次元形状について、待機長、加工長や非加工長をパルスレーザビームの光パルス数に基づき記載する。すなわち、加工テーブル生成部49は、修正加工データの加工長および非加工長と、パルスレーザビームのスポット径と、を基準にパルスピッカー加工テーブルを生成する。ステージ移動テーブルは、被加工物の3次元形状について、XYステージ部の移動距離等を記載する。本実施の形態では、加工テーブルは、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルで構成される。   And the process data analysis part 48 which analyzes correction process data is provided. In addition, a table generation unit 49 that generates a processing table and a stage movement table based on the analysis by the processing data analysis unit 48 is provided. The processing table describes the standby length, processing length, and non-processing length of the three-dimensional shape of the workpiece based on the number of light pulses of the pulse laser beam. In other words, the machining table generation unit 49 generates a pulse picker machining table based on the machining length and non-machining length of the corrected machining data and the spot diameter of the pulse laser beam. The stage movement table describes the movement distance of the XY stage unit and the like for the three-dimensional shape of the workpiece. In the present embodiment, the processing table includes a pulse picker processing table and a stage moving table.

また、加工パターン生成部40は、パルスピッカー加工テーブルを備えるパルスピッカー加工テーブル部50を備えている。また、ステージ移動テーブルを備えるステージ移動テーブル部52を備えている。   Moreover, the process pattern production | generation part 40 is provided with the pulse picker process table part 50 provided with a pulse picker process table. Moreover, the stage movement table part 52 provided with a stage movement table is provided.

そして、加工パターン生成部40には、パルスピッカー加工テーブル部50から出力される加工原点に関する情報が入力される加工原点(SYNC)レジスタ54(以下、単に加工原点レジスタとも記載)を備える。また、パルスピッカー加工テーブル部50から出力される待機長、加工長や非加工長に関する情報が入力される待機長レジスタ56、加工長レジスタ58、および非加工長レジスタ60が備えられている。   The machining pattern generation unit 40 includes a machining origin (SYNC) register 54 (hereinafter also simply referred to as a machining origin register) to which information regarding the machining origin output from the pulse picker machining table unit 50 is input. Further, a standby length output from the pulse picker processing table unit 50, a standby length register 56 to which information on processing length and non-processing length is input, a processing length register 58, and a non-processing length register 60 are provided.

加工パターン信号生成部62には、加工原点レジスタ54、待機長レジスタ56、加工長レジスタ58、および非加工長レジスタ60の値が入力され、パルスピッカー制御部22へと送られる。移動信号生成部64は、ステージ移動テーブル部52からのデータに基づき、ステージ移動信号S15を生成し、ステージ制御部66へと出力するよう構成されている。   The machining pattern signal generation unit 62 receives values of the machining origin register 54, the standby length register 56, the machining length register 58, and the non-machining length register 60, and is sent to the pulse picker control unit 22. The movement signal generation unit 64 is configured to generate a stage movement signal S15 based on the data from the stage movement table unit 52 and output it to the stage control unit 66.

加工パターン生成部40で生成されたデータは、レーザ系・ビーム走査系制御部36へも出力され、レーザ系とビーム走査系の同期維持に用いられる。   The data generated by the processing pattern generation unit 40 is also output to the laser system / beam scanning system control unit 36, and is used for maintaining synchronization between the laser system and the beam scanning system.

図6は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。加工パターン信号生成部62は、加工原点カウンタ70、待機長カウンタ72、加工長カウンタ74、および非加工長カウンタ76を備えている。これらのカウンタは、タイミング形成回路88から出力されるカウンタ制御信号S8により、カウントを開始するよう構成されている。   FIG. 6 is an explanatory diagram of a machining pattern signal generation unit of the pulse laser machining apparatus according to the present embodiment. The machining pattern signal generation unit 62 includes a machining origin counter 70, a standby length counter 72, a machining length counter 74, and a non-machining length counter 76. These counters are configured to start counting in response to a counter control signal S8 output from the timing forming circuit 88.

また、レジスタとカウンタとの値を比較する機能を有する加工原点比較器80、待機長比較器82、加工長比較器84、および非加工長比較器86を備えている。これらの比較器は、レジスタとカウンタとの値が一致した場合は、一致信号a〜dをタイミング形成回路88へ出力するよう構成されている。   Further, a machining origin comparator 80, a standby length comparator 82, a machining length comparator 84, and a non-machining length comparator 86 having a function of comparing values of the register and the counter are provided. These comparators are configured to output coincidence signals a to d to the timing forming circuit 88 when the values of the register and the counter coincide.

そして、タイミング形成回路88は、入力される同期検出信号S9、一致信号a〜d、走査終了コードに基づき、加工パターン出力回路90へ出力制御信号S10を出力するよう構成されている。   The timing forming circuit 88 is configured to output an output control signal S10 to the processing pattern output circuit 90 based on the input synchronization detection signal S9, coincidence signals a to d, and the scanning end code.

加工パターン出力回路90は、加工長比較器84からの出力と、タイミング形成回路88からの出力制御信号S10により加工パターン信号S7を発生するよう構成されている。   The machining pattern output circuit 90 is configured to generate a machining pattern signal S7 based on the output from the machining length comparator 84 and the output control signal S10 from the timing forming circuit 88.

そして、本実施の形態において、レーザビームスキャナからの走査位置信号(走査角信号)に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有することが望ましい。この補正機構を有することにより、各走査毎のレーザ・スキャナーの加速期間(図3参照)における走査速度ばらつきが補償され、さらに高精度な加工が可能となるからである。   In this embodiment, it is desirable to have a correction mechanism for correcting the processing origin position for each scan based on the scan position signal (scan angle signal) from the laser beam scanner. This is because by having this correction mechanism, variations in scanning speed during the acceleration period of the laser scanner for each scan (see FIG. 3) are compensated, and processing with higher accuracy becomes possible.

次に、上記パルスレーザ加工装置100を用いたパルスレーザ加工方法について説明する。このパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物を載置し、クロック信号を発生し、このクロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、被加工物表面に、クロック信号に同期してパルスレーザビームを1次元方向に走査し、1次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、1次元方向に直交する方向にステージを移動して、更にクロック信号に同期してパルスレーザビームを前記1次元方向に走査する。そして、あらかじめ、レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を評価し、被加工物の加工パターンの3次元形状データを含む加工データを上記相関関係に基づき補正して、加工パターンをパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する。そして、パルスレーザビームを1次元方向に走査する際に、加工テーブルに記述される光パルス数に基づき、クロック信号に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。   Next, a pulse laser processing method using the pulse laser processing apparatus 100 will be described. In this pulse laser processing method, a workpiece is placed on a stage, a clock signal is generated, a pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted, and a pulse laser is synchronized with the clock signal on the surface of the workpiece. The beam is scanned in the one-dimensional direction, the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, the stage is moved in the direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is further synchronized with the clock signal in the one-dimensional direction. Scan to. Then, the correlation between the image height and the light loss in the laser beam scanner is evaluated in advance, the processing data including the three-dimensional shape data of the processing pattern of the workpiece is corrected based on the above correlation, and the processing pattern is converted into a pulse laser. A processing table described by the number of light pulses of the beam is generated. Then, when scanning the pulse laser beam in a one-dimensional direction, irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are switched in synchronization with the clock signal based on the number of optical pulses described in the processing table.

図7は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。ステージに載置されるワークWを加工する際、レーザ発振器12は内蔵する制御部によりレーザ発振の大半が制御され自律して動作する。もっとも、図7(a)に示すように基準クロック発振回路により生成される周期Tpのクロック信号S1により、パルス発振のタイミングの制御が行われ、クロック信号S1に同期した周期TpのパルスレーザビームPL1を出射する。   FIG. 7 is a signal waveform diagram illustrating timing control of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. When machining the workpiece W placed on the stage, the laser oscillator 12 operates autonomously with the majority of laser oscillation controlled by a built-in control unit. However, as shown in FIG. 7A, the pulse oscillation timing is controlled by the clock signal S1 having the period Tp generated by the reference clock oscillation circuit, and the pulse laser beam PL1 having the period Tp synchronized with the clock signal S1. Is emitted.

レーザビームスキャナ18は、走査起動信号S11に基づき図6に示す走査開始位置(走査原点)で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ18は図7(a)に示すように、クロック信号S1の立ち上がり(立下りでもよい)に同期した、加工制御部24で生成される周期Tsの走査指令信号S2により指示を受ける。そして、この走査指令信号S2に基づき、レーザビームスキャナ制御部32がガルバノメータ30の駆動制御を行う。   The laser beam scanner 18 starts scanning at the scanning start position (scanning origin) shown in FIG. 6 based on the scanning start signal S11. At this time, as shown in FIG. 7A, the laser beam scanner 18 is instructed by a scan command signal S2 having a cycle Ts generated by the processing control unit 24 in synchronization with the rising edge (or falling edge) of the clock signal S1. Receive. The laser beam scanner control unit 32 controls driving of the galvanometer 30 based on the scanning command signal S2.

このように、レーザビームスキャナ18により、クロック信号S1に同期してパルスレーザビームを1次元方向に走査する。この時、パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることで、ワークW表面にパターンを加工する。なお、走査指令信号S2は、XY2−100プロトコルに対応することで、例えば、100kHz(Ts=10μsec)での、ガルバノメータ30の走査角「0度」位置を基準とする絶対走査角指令に従う。   As described above, the laser beam scanner 18 scans the pulse laser beam in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1. At this time, a pattern is processed on the surface of the workpiece W by switching between irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam. Note that the scan command signal S2 conforms to the XY2-100 protocol, and follows an absolute scan angle command based on the position of the scan angle “0 degree” of the galvanometer 30 at, for example, 100 kHz (Ts = 10 μsec).

なお、図7(a)は、パルスレーザビームの発振周波数を500kHz(Tp=2μsec)、パルスレーザビームのビーム径を16μm、走査速度Vを4000mm/secとした場合の、走査起動時のクロック信号S1の立ち上がりに同期した走査指令信号S2の例を示している。   FIG. 7A shows a clock signal at the start of scanning when the oscillation frequency of the pulse laser beam is 500 kHz (Tp = 2 μsec), the beam diameter of the pulse laser beam is 16 μm, and the scanning speed V is 4000 mm / sec. An example of the scan command signal S2 synchronized with the rising edge of S1 is shown.

1次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記1次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記1次元方向に走査する。このように、パルスレーザビームの1次元方向の走査と、上記1次元方向に直交する方向にステージの移動が交互に行われる。   After scanning the pulse laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal. In this way, the scanning of the pulse laser beam in the one-dimensional direction and the movement of the stage are alternately performed in the direction orthogonal to the one-dimensional direction.

ここで、レーザビームスキャナ18からの走査角信号(走査位置信号)S5が、XYステージ部の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ18の1次元走査方向をX軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Y軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。その後、パルスレーザビームをX方向に走査する。   Here, the scanning angle signal (scanning position signal) S5 from the laser beam scanner 18 indicates the movement timing of the XY stage unit. Assuming that the one-dimensional scanning direction of the laser beam scanner 18 is the X-axis direction, step movement or continuous movement of a predetermined width in the Y-axis direction is performed according to the movement timing. Thereafter, the pulse laser beam is scanned in the X direction.

ここで、図3の加速期間では、走査速度が早期に安定した走査速度Vになるように、走査指令信号S2によるレーザビームスキャナ18の制御を行う。最適条件での1軸スキャンミラー28の走査角繰り返し再現性は、安定域では10μrad/p−p程度が得られることが経験的に明らかである。この値は、焦点距離が100mmのfθレンズとした場合、1μm/p−pの走査位置再現性になる。   Here, in the acceleration period of FIG. 3, the laser beam scanner 18 is controlled by the scanning command signal S2 so that the scanning speed becomes a stable scanning speed V at an early stage. It is empirically clear that the reproducibility of the scanning angle of the uniaxial scanning mirror 28 under the optimum condition is about 10 μrad / pp in the stable region. This value becomes a scanning position reproducibility of 1 μm / pp when an fθ lens having a focal length of 100 mm is used.

もっとも、加速期間における走査速度Vの繰り返し安定性は、長期の走査において10倍程度まで悪化する。このため、図3における加工原点の位置が走査ごとに変動する恐れがある。   However, the repeated stability of the scanning speed V during the acceleration period deteriorates to about 10 times in the long-term scanning. For this reason, the position of the processing origin in FIG. 3 may vary from scan to scan.

そこで、上述した補正機構によって、レーザビームスキャナからの走査位置信号(走査角信号)に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する。例えば、加速期間終了後、充分に安定した領域で、パルスレーザビームPL1の発振と、ビーム走査との同期をとるための同期角(θsy)を設定する。充分に安定した領域に達するまでの走査角範囲は、例えば、加速期間が1msec〜1.5msecで、焦点距離が100mmのfθレンズとした場合、約2.3度〜3.4度である。   Therefore, the processing origin position for each scanning is corrected based on the scanning position signal (scanning angle signal) from the laser beam scanner by the correction mechanism described above. For example, a synchronization angle (θsy) for synchronizing the oscillation of the pulsed laser beam PL1 and the beam scanning is set in a sufficiently stable region after the acceleration period ends. The scanning angle range until reaching a sufficiently stable region is, for example, about 2.3 degrees to 3.4 degrees when an fθ lens having an acceleration period of 1 msec to 1.5 msec and a focal length of 100 mm is used.

そして、図7(b)に示すように、この同期角を走査角センサ36が検出する。そして、同期角を検出する時に走査開始位置からの走査角θに対応する走査指令信号S2との位相差θiを求める。そして、この位相差θに基づき、走査指令信号S2に対する加工原点までの距離を補正する。 Then, as shown in FIG. 7B, the scanning angle sensor 36 detects this synchronization angle. Then, a phase difference θi between the scan command signal S2 corresponding to the scanning angle theta 0 from the scanning start position in detecting the synchronization angle. Then, based on this phase difference θ i , the distance to the processing origin with respect to the scanning command signal S2 is corrected.

上記加工原点までの距離の補正値は、加工時の第1回目の走査(i=1)を基準補正値として記憶させる。そして、以後のi=nとなる第n回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差θと位相差θの差分を第n回目走査の第1回目走査に対する走査指令信号S2に対する加工原点までの距離補正値とする。求められた距離補正値は、走査開始位置からの走査角θに対する走査指令信号(S2:絶対走査角指令)以降の走査指令信号(S2)に与えることで、加工原点位置が補正される。このようにして、レーザビームスキャナ18の加速期間における走査速度がばらついたとしても、第1回目走査時と第n回目走査時の加工原点位置を一致させることが可能となる。 As the correction value of the distance to the processing origin, the first scanning (i = 1) at the time of processing is stored as a reference correction value. Then, each time scanning from the n-th scanning start position where i = n thereafter, the difference between the phase difference θ n and the phase difference θ 1 is processed for the scanning command signal S2 for the first scanning of the n-th scanning. The distance correction value to the origin is used. The determined distance correction value, the scanning command signal to the scanning angle theta 0 from the scanning start position: By giving the (S2 absolute scanning angle command) after the scanning command signal (S2), machining origin position is corrected. In this way, even if the scanning speed varies during the acceleration period of the laser beam scanner 18, it is possible to match the processing origin positions during the first scan and the n-th scan.

以上のように、1次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記1次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号S1に同期してパルスレーザビームを上記1次元方向に走査する場合において、走査ごとの加工原点位置が一致し、加工精度が向上する。   As described above, after scanning the pulse laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in the direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is further moved in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1. In the case of scanning, the machining origin position for each scan is matched, and the machining accuracy is improved.

レーザビームスキャナ18が図2に説明したガルバノメータ・スキャナからなる場合、スキャナクロック信号がレーザビームスキャナ制御部32からの駆動信号としてサーボ制御モータを駆動させる。しかし、レーザビームスキャナ18もその自律した動作によりその位相ズレが生じることがある。そこで、上記スキャン動作の繰り返し毎に発生する走査位置信号となる同期角検出信号により、発振パルス光の通過/遮断とビームのスキャン動作との同期化、すなわちタイミングを合わせることで、極めて安定したレーザ加工が可能になる。   When the laser beam scanner 18 is composed of the galvanometer scanner described in FIG. 2, the scanner clock signal drives the servo control motor as a drive signal from the laser beam scanner control unit 32. However, the laser beam scanner 18 may have a phase shift due to its autonomous operation. Therefore, the synchronization angle detection signal that becomes the scanning position signal generated every time the scanning operation is repeated synchronizes the passage / blocking of the oscillation pulse light with the scanning operation of the beam, that is, the timing is adjusted, so that the laser is extremely stable. Processing becomes possible.

具体的には、例えば、補正機構が、走査位置信号(走査角信号)に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御する。すなわち、上記スキャン・ミラーの回転位置の同期位置(角)検出の走査位置信号から検出した位相差に基づき、パルスピッカーの駆動信号のタイミングを指定する。これによって、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。   Specifically, for example, the correction mechanism controls passage and blocking of the pulse laser beam in the pulse picker based on the scanning position signal (scanning angle signal). That is, the timing of the driving signal of the pulse picker is designated based on the phase difference detected from the scanning position signal for detecting the synchronous position (angle) of the rotational position of the scanning mirror. Thereby, the processing origin position for each scan of the pulse laser beam is corrected.

あるいは、例えば、補正機構が、走査位置信号から検出した位相差から得られる距離補正値を、走査開始位置からの走査角にθoに対するレーザビームスキャナーへの走査指令信号以降の走査指令信号に与えることで、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。   Alternatively, for example, the correction mechanism gives a distance correction value obtained from the phase difference detected from the scanning position signal to the scanning command signal after the scanning command signal to the laser beam scanner for θo at the scanning angle from the scanning start position. Thus, the processing origin position for each scan of the pulse laser beam is corrected.

上記、1次元方向にパルスレーザビームを走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号S1に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。パルスレーザビームの照射と非照射は、パルスピッカーを用いて行われる。   When the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are switched in synchronization with the clock signal S1 based on the number of light pulses of the pulse laser beam. Irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are performed using a pulse picker.

図3に示すように、
:同期角検出位置からワークまでの距離
:ワーク長
:ワーク端から加工原点まで距離
:加工範囲
:加工終端からワーク端までの距離
とする。
As shown in FIG.
S L : Distance from synchronous angle detection position to workpiece W L : Work length W 1 : Distance from workpiece edge to machining origin W 2 : Machining range W 3 : Distance from machining end to workpiece edge.

ここで、
加工原点=同期角検出位置+S+W
となり、ワークはステージ上に固定位置で設置されるため、Sも固定距離となる。更に、同期角検出位置を基準とするワーク上の加工原点(以下、加工原点(SYNC)とも表記)は、
加工原点(SYNC)=S+W
となる。この加工原点(SYNC)は、上述のような補正を行うことで管理され、走査ごとに常に安定した位置から加工が開始される。なお、図3に示すように、実加工は加工範囲(W)に収まる範囲で行われる。
here,
Machining origin = synchronous angle detection position + S L + W 1
Next, the workpiece to be placed in a fixed position on the stage, S L becomes a fixed distance. Furthermore, the machining origin on the workpiece with the synchronization angle detection position as a reference (hereinafter also referred to as machining origin (SYNC)) is
Machining origin (SYNC) = S L + W 1
It becomes. The processing origin (SYNC) is managed by performing the correction as described above, and processing is always started from a stable position for each scan. Note that, as shown in FIG. 3, the actual machining is performed in a range that falls within the machining range (W 2 ).

例えば、ビームスポット径D(μm)、ビーム周波数F(kHz)の加工条件で走査を行う場合、加工速度:V(m/sec)は、スポット径の1/nずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
V=D×10−6×F×10/n
となる。
For example, when scanning is performed under the processing conditions of the beam spot diameter D (μm) and the beam frequency F (kHz), the processing speed: V (m / sec) shifts the irradiation position of the beam by 1 / n of the spot diameter. If
V = D × 10 −6 × F × 10 3 / n
It becomes.

パルスピッカーにより光パルスを制御して加工を行う場合、パルスピッカーで作成するパルスピッカー駆動信号S6は、実際に加工を行う領域を加工長により定義し、繰り返し加工ピッチを非加工長により定義することが可能である。ここで、加工長をLとし、非加工長をLとすると、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、加工長レジスタ設定は、
加工パルス数=(L/(D/n))−1
非加工長レジスタ設定は、
非加工パルス数=(L/(D/n))+1
とすることができる。
When processing by controlling the light pulse with the pulse picker, the pulse picker drive signal S6 created by the pulse picker defines the actual processing area by the processing length, and the repetitive processing pitch by the non-processing length. Is possible. Here, assuming that the machining length is L 1 and the non-machining length is L 2 , the machining length register setting is based on the number of light pulses of the pulse laser beam.
Number of machining pulses = (L 1 / (D / n)) − 1
Non-processing length register setting is
Number of non-machined pulses = (L 2 / (D / n)) + 1
It can be.

また、加工原点(SYNC)から実際に加工を開始する位置を待機長として定義することで、加工形状ごとの開始位置を設定する。ここで、待機長をLとすると、加工原点(SYNC)レジスタ設定は、
加工原点(SYNC)光パルス数=(S+W)/(D/n)
待機長レジスタ設定は、
待機長光パルス数=L/(D/n)
とすることができる。
Moreover, the start position for each machining shape is set by defining the position where machining is actually started from the machining origin (SYNC) as the standby length. Here, when the waiting length and L W, machining origin (SYNC) register settings,
Processing origin (SYNC) number of light pulses = (S L + W 1 ) / (D / n)
The standby length register setting is
Standby light pulse count = L W / (D / n)
It can be.

なお、加工長、非加工長、待機長、加工原点(SYNC)に対する各レジスタへの設定値は、それぞれに対応する光パルス数である。そして、この光パルス数は、使用されるビームプロファイルに基づいて予め決定される補正のための光パルス数を加味した値となる。   Note that the set values in each register for the machining length, non-machining length, standby length, and machining origin (SYNC) are the number of optical pulses corresponding to each. The number of light pulses is a value that takes into account the number of light pulses for correction determined in advance based on the beam profile to be used.

上記のレジスタ設定値は、照射する光パルス数で管理される。また、同期角検出後の加工待機区間についても光パルス数で管理される。このようにパルスピッカーの管理を光パルス数で行うことにより、基準となるクロック信号S1とパルスピッカーとの同期を容易に維持でき、安定した繰り返し性が維持される。そして、クロック信号S1とパルスピッカー14との同期を維持することで、高精度なレーザ加工が簡易に実現される。   The register setting value is managed by the number of light pulses to be emitted. Further, the processing standby section after the synchronization angle detection is also managed by the number of light pulses. By managing the pulse picker by the number of optical pulses in this way, synchronization between the reference clock signal S1 and the pulse picker can be easily maintained, and stable repeatability is maintained. By maintaining the synchronization between the clock signal S1 and the pulse picker 14, highly accurate laser processing can be easily realized.

図8は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。加工データから生成され、光パルス数で管理される加工パターン信号S7は、加工パターン信号生成部40の加工パターン出力回路62から出力される。   FIG. 8 is a signal waveform diagram for explaining timing control of the pulse picker operation of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. The machining pattern signal S7 generated from the machining data and managed by the number of light pulses is output from the machining pattern output circuit 62 of the machining pattern signal generation unit 40.

図8に示すように、周期Tpのクロック信号S1からt遅延したパルスレーザビーム(PL1)は、パルスピッカー駆動信号S6に基づき遮断/通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ18の走査と、パルスレーザビームの遮断/通過との同期は、走査角指令信号(S2)生成タイミングをクロック信号(S1)に同期させることで行っている。 As shown in FIG. 8, the pulsed laser beam was t 1 delayed from the clock signal S1 periods Tp (PL1) is cut off / passage is controlled based on the pulse picker drive signal S6. The scanning of the laser beam scanner 18 is synchronized with the blocking / passing of the pulse laser beam by synchronizing the generation timing of the scanning angle command signal (S2) with the clock signal (S1).

例えば、パルスピッカー駆動信号S6は、加工パターン信号S7をクロック信号S1の立ち上がりによりサンプリングする。そして、クロック信号S1の一クロックの立ち上がりからt時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、加工パターン信号S7がインアクティブとなった状態をクロック信号S1の立ち上がりでサンプリングし、t時間遅延して立ち下がる。 For example, the pulse picker driving signal S6 samples the processing pattern signal S7 at the rising edge of the clock signal S1. Then, it rises with a delay from the rise of one clock of the clock signal S1 t 2 hours. After the number of clocks corresponding to the number of desired pulses, the state of machining pattern signal S7 becomes inactive sampled at the rising edge of the clock signal S1, it falls with a delay t 3 hours.

そして、このパルスピッカー駆動信号S6により、パルスピッカー14の動作が遅延時間tおよびt経過後に生ずる。このパルスピッカー14の動作により、パルスレーザビーム(PL1)が、変調パルスレーザビーム(PL2)として抽出される。 By this pulse picker driving signal S6, the operation of the pulse pickers 14 occurs after a delay time t 4 and t 5 elapses. By the operation of the pulse picker 14, the pulse laser beam (PL1) is extracted as a modulated pulse laser beam (PL2).

ここで、レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を評価し、被加工物の3次元形状を規定する加工データをこの相関関係に基づき補正して、被加工物の3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する方法について説明する。   Here, the correlation between the image height and the light loss in the laser beam scanner is evaluated, the machining data defining the three-dimensional shape of the workpiece is corrected based on this correlation, and the three-dimensional shape of the workpiece is pulsed. A method for generating a processing table described by the number of light pulses of a laser beam will be described.

本実施の形態では、被加工物上をレーザビームスキャナによりパルスレーザビームを同一条件でスキャンして加工し、その加工深さを測定することで、像高と光量損失の相関関係を評価する。   In the present embodiment, the workpiece is scanned and processed with a laser beam scanner under the same conditions using a laser beam scanner, and the processing depth is measured to evaluate the correlation between the image height and the light loss.

上述のように、ビームスポット径D(μm)、ビーム周波数F(kHz)の加工条件で走査を行う場合、加工速度:V(m/sec)は、スポット径の1/nずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
V=D×10−6×F×10/n
となる。
As described above, when scanning is performed under the processing conditions of the beam spot diameter D (μm) and the beam frequency F (kHz), the processing speed: V (m / sec) is irradiated with the beam by 1 / n of the spot diameter. When shifting the position,
V = D × 10 −6 × F × 10 3 / n
It becomes.

ここで、例えば、Cuに加工を行う場合、ビームスポット径D=15μm、繰り返し周波数F=500kHz、ビーム照射移動比n=2の加工条件で操作を行うとすると、加工速度Vは、V=3.75m/secとなる。そして、Y軸方向へのワーク送り単位を7.5μmとし、照射パルスエネルギーを1μJ/パルスとすると、実加工の結果0.1μmの加工深さが得られる。   Here, for example, when processing is performed on Cu, if the operation is performed under the processing conditions of the beam spot diameter D = 15 μm, the repetition frequency F = 500 kHz, and the beam irradiation movement ratio n = 2, the processing speed V is V = 3. .75 m / sec. When the workpiece feed unit in the Y-axis direction is 7.5 μm and the irradiation pulse energy is 1 μJ / pulse, a machining depth of 0.1 μm is obtained as a result of actual machining.

例えば、fθ走査光学系で構成されるレーザビームスキャナの光量損失が、図15に示すように、像高:h=0の位置が最も少なく、像高:h=±Lmaxが最も大きくなるとする。そして、例えば上記条件で、ステージのZ方向の高さは固定したまま、走査回数n=200で加工を行うと、像高:h=0では、加工深さ:Dp=20μmの加工深さが得られる。   For example, as shown in FIG. 15, the light amount loss of a laser beam scanner constituted by an fθ scanning optical system has the smallest image height: h = 0 and the largest image height: h = ± Lmax. Then, for example, when processing is performed with the number of scans n = 200 while the height of the stage in the Z direction is fixed under the above conditions, the processing depth: Dp = 20 μm is obtained at the image height: h = 0. can get.

この時、図15のように光量損失に像高依存性があるため、図16に実線で示すように走査光学系の光軸に一致する中心部(像高:h=0)で最も深くなり、像高:h=±Lmaxである端部で最も浅くなる。そこで、公知の深さ測定手段を用いて、加工形状の像高に対する加工深さを測定する。   At this time, as shown in FIG. 15, the loss of light quantity depends on the image height, so that it becomes deepest at the center (image height: h = 0) that coincides with the optical axis of the scanning optical system as shown by the solid line in FIG. Image height: It becomes the shallowest at the end where h = ± Lmax. Therefore, the processing depth with respect to the image height of the processing shape is measured using a known depth measuring means.

例えば、像高:h=±Lmaxでの光量損失が10%とした場合、加工深さ:Dp=20μmの加工では、h=0と、h=±Lmaxでの加工では、最大2μmの差異が生じることになる。   For example, if the light loss at image height: h = ± Lmax is set to 10%, the processing depth: Dp = 20 μm, h = 0 and the processing at h = ± Lmax have a maximum difference of 2 μm. Will occur.

測定された加工形状の像高に対する加工深さから、シェーディング補正のための補正テーブル(以下、シェーディング補正テーブルともいう)を生成する。シェーディング補正テーブルは以下の補正係数で構成される。ここ添え字hは像高位置とする。
各像高位置での補正係数 :Rh
h=0での加工深さ(最大値) :Dp0
各像高位置での加工深さ :Dph
とすると、
Rh=Dp0/Dph
ここで、要求加工精度を±0.2μmとすると、加工深さ損失分布変位点を0.2μmとすればよいので、Dphは20ポイントとなる(h=−10〜―1,+1〜+10)となる。これにより、シェーディング補正テーブルは、例えば、表1のような形で作成される。

Figure 0005498852
A correction table for shading correction (hereinafter also referred to as a shading correction table) is generated from the processing depth with respect to the measured image height of the processed shape. The shading correction table is composed of the following correction coefficients. Here, the suffix h is the image height position.
Correction coefficient at each image height position: Rh
Machining depth at h = 0 (maximum value): Dp0
Processing depth at each image height position: Dph
Then,
Rh = Dp0 / Dph
Here, if the required machining accuracy is ± 0.2 μm, the machining depth loss distribution displacement point may be 0.2 μm, so Dph is 20 points (h = −10 to −1, +1 to +10). It becomes. As a result, the shading correction table is created in the form shown in Table 1, for example.
Figure 0005498852

なお、被加工物の材料変更、要求加工精度の変更が発生する際には、照射パルスエネルギー、走査速度、ステージ送り量等の加工条件の変更が発生する。その際には、予めそれぞれの加工条件による像高:h=0での加工量を把握することでシェーディング補正テーブルを変更すればよい。   In addition, when a change in the material of the workpiece or a change in required machining accuracy occurs, a change in machining conditions such as irradiation pulse energy, scanning speed, and stage feed amount occurs. In that case, the shading correction table may be changed by grasping in advance the processing amount at the image height: h = 0 according to each processing condition.

なお、後の加工パターン生成部40における修正加工データの作成を容易にするために、シェーディング補正テーブルにおける加工原点からの距離を、レーザ加工装置のパルスレーザの光パルス数に変換した、シェーディング補正中間テーブルを編集することが望ましい。   In order to facilitate the creation of corrected machining data in the later machining pattern generation unit 40, the shading correction intermediate in which the distance from the machining origin in the shading correction table is converted into the number of light pulses of the pulse laser of the laser machining apparatus. It is desirable to edit the table.

ここで、被加工物の3次元形状を規定する加工データは、例えば、3次元形状の指定、寸法、形状の数、配置位置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。加工データについて、加工パターン生成部40の加工データ補正部110にて、補正テーブルを用いて、修正加工データが形成される。加工データについても、修正加工データの作成を容易にするために、被加工物の3次元形状について加工原点からの距離をレーザ加工装置のパルスレーザの光パルス数で規定する形にしておくことが望ましい。   Here, the processing data that defines the three-dimensional shape of the workpiece includes, for example, designation of the three-dimensional shape, dimensions, the number of shapes, an arrangement position, a workpiece material name, a workpiece dimension, and the like. For the machining data, the machining data correction unit 110 of the machining pattern generation unit 40 forms correction machining data using the correction table. Also for the machining data, in order to facilitate the creation of the corrected machining data, the distance from the machining origin of the three-dimensional shape of the workpiece may be defined by the number of light pulses of the pulse laser of the laser machining apparatus. desirable.

加工データ補正部110(図5)での補正は、例えば、上記シェーディング補正中間テーブルを参照して、加工データの3次元形状について、ビーム走査方向成分に対する加工深さ補正処理を実施する。この補正演算処理はZ軸方向成分(深さ方向成分)とシェーディング補正中間テーブルの補正係数との積をとることによる。この補正演算処理により、像高と光量損失の相関関係が補正された被加工物の3次元形状を規定する修正加工データが作成される。本実施の形態の場合は、修正加工データの3次元形状は中央部(h=0)の深さが最も浅く、端部(h=±Lmax)の深さが最も深いような3次元形状を規定することになる。   In the correction by the processing data correction unit 110 (FIG. 5), for example, with reference to the shading correction intermediate table, processing depth correction processing for the beam scanning direction component is performed on the three-dimensional shape of the processing data. This correction calculation processing is based on taking the product of the Z-axis direction component (depth direction component) and the correction coefficient of the shading correction intermediate table. By this correction calculation processing, corrected processing data that defines the three-dimensional shape of the workpiece in which the correlation between the image height and the light loss is corrected is created. In the case of the present embodiment, the three-dimensional shape of the modified data is such that the depth of the central portion (h = 0) is the shallowest and the depth of the end portion (h = ± Lmax) is the deepest. It will be prescribed.

次に、修正加工データが、加工データ解析部48で解析される。そして、加工に使用されるレーザの発振器動作、ビーム走査条件である照射パルスエネルギー、ビームスポット径、繰り返し周波数、走査速度、ステージ送り量等の条件から単位光パルスの加工量が経験的に得られる。   Next, the modified machining data is analyzed by the machining data analysis unit 48. The processing amount of the unit light pulse can be obtained empirically from conditions such as the operation of the laser oscillator used for processing, the irradiation pulse energy, which is the beam scanning condition, the beam spot diameter, the repetition frequency, the scanning speed, and the stage feed amount. .

上記条件を基に、更に3次元形状から2次元レイヤに分解し、各レイヤ毎のビットマップデータ等による2次元データに変換する。この2次元データからパルスピッカー14の動作データ(加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数)に変換する。   Based on the above conditions, the three-dimensional shape is further decomposed into two-dimensional layers, and converted into two-dimensional data using bitmap data for each layer. This two-dimensional data is converted into operation data (number of machining pulses, number of non-machining pulses, number of standby length pulses) of the pulse picker 14.

例えば、上述のように、Cu材に加工を行う場合、ビームスポット径D=15μm、繰り返し周波数F=500kHz、ビーム照射移動比n=2の加工条件で操作を行うとすると、加工速度Vは、V=3.75m/secとなる。また、照射パルスエネルギーを1μJ/パルスとすると、1パルスあたりの加工深さが0.1μmとなる。したがって、加工形状のレイヤ分解幅を0.1μmとすればよい。なお、このようにして分解されたレイヤの数をレイヤ数Rnと称する。以上の条件については、適宜加工時間、求める加工品質に応じて変更を加えることは可能である。   For example, as described above, when processing a Cu material, if the operation is performed under the processing conditions of a beam spot diameter D = 15 μm, a repetition frequency F = 500 kHz, and a beam irradiation movement ratio n = 2, the processing speed V is V = 3.75 m / sec. If the irradiation pulse energy is 1 μJ / pulse, the processing depth per pulse is 0.1 μm. Therefore, the layer decomposition width of the processed shape may be set to 0.1 μm. The number of layers decomposed in this way is referred to as a layer number Rn. About the above conditions, it is possible to change suitably according to processing time and the required processing quality.

次に、レイヤ毎のパルスピッカー動作データ、すなわち、加工パルス数、非加工パルス数、待機長パルス数について説明する。図9は実施の形態のパルスレーザ加工装置による一加工例を示す図である。図10は図9の加工における特定の1次元方向の走査を示す図である。図11は図9の加工における特定のレイヤについての2次元加工を示す図である。   Next, pulse picker operation data for each layer, that is, the number of machining pulses, the number of non-machining pulses, and the number of standby length pulses will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of processing by the pulse laser processing apparatus of the embodiment. FIG. 10 is a diagram showing scanning in a specific one-dimensional direction in the processing of FIG. FIG. 11 is a diagram showing two-dimensional processing for a specific layer in the processing of FIG.

図9に示すように、例えば、LX(横)×LY(縦)×Dp(深さ)、具体的には、例えば、52.5μm×37.5μm×0.1RnμmのポケットをワークW上の9箇所に形成する。この加工例では、ビーム走査方向であるX方向については、LXの加工長とLXの非加工長の加工を行い、ステージ移動方向であるY方向については、LYの加工長で、LY、LYの非加工長の加工を行う。 As shown in FIG. 9, for example, LX 1 (horizontal) × LY 1 (vertical) × Dp (depth), specifically, for example, a pocket of 52.5 μm × 37.5 μm × 0.1 Rn μm It is formed at the top nine locations. In this machining example, the machining direction of LX 1 and the non-machining length of LX 2 are performed in the X direction that is the beam scanning direction, and the machining length of LY 1 is performed in the Y direction that is the stage moving direction. 2. Processing of non-processed length of LY 3 is performed.

図10には、Y方向で、LYに相当する領域内の1本のラインの1次元方向の走査を示す。同期角検出位置からS+W、光パルス数にして(S+W)/(D/n)離れた加工原点(SYNC)を基準にLw、光パルス数にしてL/(D/n)の待機長をおいて、ワークへのパルスレーザビーム照射が行われる。この照射は光パルス数にして(LX/(D/n))−1である。その後、光パルス数にして(LX/(D/n))+1の間、非照射とし、更に、光パルス数で管理された照射と非照射を同一走査内で繰り返す。 FIG. 10 shows one-dimensional scanning of one line in the region corresponding to LY 1 in the Y direction. S L + W 1 from the sync angle detection position, the number of light pulses is (S L + W 1 ) / (D / n) Lw based on the processing origin (SYNC) separated by (D / n), and the number of light pulses is L W / (D / The workpiece is irradiated with a pulsed laser beam with a waiting length of n). This irradiation in the number of light pulses (LX 1 / (D / n )) - 1. Thereafter, the number of light pulses is not irradiated for (LX 2 / (D / n)) + 1, and irradiation and non-irradiation controlled by the number of light pulses are repeated in the same scan.

1次元方向のみに走査されるレーザビームスキャナ18により、特定のX方向のライン走査が終了すると、ステージをX方向に直交するY方向に移動させて、更にレーザビームスキャナ18により、X方向の走査を行う。すなわち、レーザビームスキャナ18によるパルスレーザビームの1次元方向の走査と、この走査に続く1次元方向に直交する方向のステージの移動を交互に繰り返すことで、被加工物を加工する。   When the line scan in the specific X direction is completed by the laser beam scanner 18 scanned only in the one-dimensional direction, the stage is moved in the Y direction orthogonal to the X direction, and further the X direction scan is performed by the laser beam scanner 18. I do. That is, the workpiece is processed by alternately repeating the scanning in the one-dimensional direction of the pulse laser beam by the laser beam scanner 18 and the movement of the stage in the direction orthogonal to the one-dimensional direction following the scanning.

このようにして、図11に示すような特定のレイヤについての2次元加工が行われる。さらに、レイヤ分解により生成された別のレイヤについて、図11に占めすと同様な手法で2次元加工を行う。このようなレイヤ毎の加工を繰り返して、最終的に図9に示すような3次元のポケット加工が完了する。   In this way, two-dimensional processing for a specific layer as shown in FIG. 11 is performed. Further, another layer generated by layer decomposition is subjected to two-dimensional processing by the same method as shown in FIG. Such processing for each layer is repeated to finally complete the three-dimensional pocket processing as shown in FIG.

次に、図5および図6を用いて、加工制御部24の動作について詳細に説明する。加工制御部24内の加工パターン生成部40では、位相同期回路42で同期検出を行った際に発生する同期検出信号S9がタイミング形成回路88に入力されると、パルスピッカー加工テーブル部50へテーブル選択信号S13「加工原点(SYNC)」が出力される。そして、パルスピッカー加工テーブル部50から加工原点の情報が出力され、加工原点レジスタ54へロードされる。併せて、加工原点(SYNC)カウンタ70(以下、単に加工原点カウンタとも記載)は、クロック信号S1の計数を開始する。   Next, the operation of the machining control unit 24 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6. In the machining pattern generation unit 40 in the machining control unit 24, when the synchronization detection signal S <b> 9 generated when the synchronization detection is performed by the phase synchronization circuit 42 is input to the timing forming circuit 88, the table is sent to the pulse picker machining table unit 50. The selection signal S13 “machining origin (SYNC)” is output. Then, information on the machining origin is output from the pulse picker machining table unit 50 and loaded into the machining origin register 54. At the same time, the machining origin (SYNC) counter 70 (hereinafter also simply referred to as a machining origin counter) starts counting the clock signal S1.

そして、比較器制御信号S14は加工原点(SYNC)比較器80(以下、単に加工原点比較器とも記載)をイネーブルとし、加工原点カウンタ70の値と加工原点レジスタ54の値を比較する。これらが一致すると、加工原点比較器80から一致信号aがタイミング形成回路88へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工原点位置まで走査されていることになる。   The comparator control signal S14 enables a machining origin (SYNC) comparator 80 (hereinafter also simply referred to as a machining origin comparator), and compares the value of the machining origin counter 70 with the value of the machining origin register 54. When they match, the machining origin comparator 80 outputs a coincidence signal a to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the processing origin position.

次に、タイミング形成回路88は、カウンタ制御信号S8を出力し、加工原点カウンタ70の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路88からパルスピッカー加工テーブル部50へテーブル選択信号S13「待機長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部50から待機長の情報が出力され、待機長レジスタ56へロードされる。併せて、カウンタ制御信号S8により、待機長カウンタ72はクロック信号S1の計数を開始する。   Next, the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8 and stops the counting of the machining origin counter 70. Then, the table selection signal S13 “standby length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker processing table unit 50. Standby length information is output from the pulse picker processing table section 50 and loaded into the standby length register 56. At the same time, the standby length counter 72 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.

そして、比較器制御信号S14は待機長比較器82をイネーブルとし、待機長カウンタ72の値と待機長レジスタ56の値を比較する。これらが一致すると、待機長比較器82から一致信号bがタイミング形成回路88へ出力される。この時、パルスレーザビームが実加工開始位置まで走査されていることになる。   The comparator control signal S14 enables the standby length comparator 82, and compares the value of the standby length counter 72 with the value of the standby length register 56. If they match, the standby length comparator 82 outputs a match signal b to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the actual machining start position.

次に、タイミング形成回路88は、カウンタ制御信号S8を出力し、待機長カウンタ72の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路88からパルスピッカー加工テーブル部50へテーブル選択信号S13「加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部50から加工長の情報が出力され、加工長レジスタ58へロードされる。併せて、カウンタ制御信号S8により、加工長カウンタ74はクロック信号S1の計数を開始する。   Next, the timing formation circuit 88 outputs a counter control signal S8 and stops the counting of the standby length counter 72. Then, the table selection signal S13 “machining length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker machining table unit 50. Processing length information is output from the pulse picker processing table unit 50 and loaded into the processing length register 58. At the same time, the machining length counter 74 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.

そして、比較器制御信号S14は加工長比較器84をイネーブルとし、加工長カウンタ74の値と加工長レジスタ58の値を比較する。これらが一致すると、加工長比較器84から一致信号cがタイミング形成回路88へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工を終了する位置まで走査されていることになる。   The comparator control signal S14 enables the machining length comparator 84 and compares the value of the machining length counter 74 with the value of the machining length register 58. When they match, the machining length comparator 84 outputs a coincidence signal c to the timing forming circuit 88. At this time, the pulsed laser beam is scanned to the position where the processing is completed.

次に、タイミング形成回路88は、カウンタ制御信号S8を出力し、加工長カウンタ74の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路88からパルスピッカー加工テーブル部50へテーブル選択信号S13「非加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部50から非加工長の情報が出力され、非加工長レジスタ60へロードされる。併せて、カウンタ制御信号S8により、非加工長カウンタ76はクロック信号S1の計数を開始する。   Next, the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8, and stops counting of the machining length counter 74. Then, the table selection signal S13 “non-processing length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker processing table unit 50. Information on the non-machining length is output from the pulse picker machining table unit 50 and loaded into the non-machining length register 60. At the same time, the non-machining length counter 76 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.

そして、比較器制御信号S14は非加工長比較器86をイネーブルとし、非加工長カウンタ76の値と非加工長レジスタ60の値を比較する。これらが一致すると、非加工長比較器86から一致信号dがタイミング形成回路88へ出力される。この時、パルスレーザビームが非加工端部まで走査されていることになる。そして、実加工を開始する位置の1光パルス手前まで走査されたことになる。   The comparator control signal S14 enables the non-machining length comparator 86 and compares the value of the non-machining length counter 76 with the value of the non-machining length register 60. When they match, the non-machining length comparator 86 outputs a coincidence signal d to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the non-processed end. Then, scanning is performed up to one light pulse before the position at which actual machining is started.

次に、タイミング形成回路88は、カウンタ制御信号S8を出力し、非加工長カウンタ76の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路88からパルスピッカー加工テーブル部50へテーブル選択信号S13「加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部50から加工長の情報が出力され、加工長レジスタ58へロードされる。併せて、カウンタ制御信号S8により、加工長カウンタ74はクロック信号S1の計数を開始する。   Next, the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8 and stops the counting of the non-machining length counter 76. Then, the table selection signal S13 “machining length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker machining table unit 50. Processing length information is output from the pulse picker processing table unit 50 and loaded into the processing length register 58. At the same time, the machining length counter 74 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.

そして、比較器制御信号S14は加工長比較器84をイネーブルとし、加工長カウンタ74の値と加工長レジスタ58の値を比較する。これらが一致すると、加工長比較器84から一致信号cがタイミング形成回路88へ出力される。この時、パルスレーザビームが加工を終了する位置まで走査されていることになる。   The comparator control signal S14 enables the machining length comparator 84 and compares the value of the machining length counter 74 with the value of the machining length register 58. When they match, the machining length comparator 84 outputs a coincidence signal c to the timing forming circuit 88. At this time, the pulsed laser beam is scanned to the position where the processing is completed.

次に、タイミング形成回路88は、カウンタ制御信号S8を出力し、加工長カウンタ74の計数を停止させる。そして、タイミング形成回路88からパルスピッカー加工テーブル部50へテーブル選択信号S13「非加工長」が出力される。パルスピッカー加工テーブル部50から非加工長の情報が出力され、非加工長レジスタ60へロードされる。併せて、カウンタ制御信号S8により、非加工長カウンタ76はクロック信号S1の計数を開始する。   Next, the timing forming circuit 88 outputs a counter control signal S8, and stops counting of the machining length counter 74. Then, the table selection signal S13 “non-processing length” is output from the timing forming circuit 88 to the pulse picker processing table unit 50. Information on the non-machining length is output from the pulse picker machining table unit 50 and loaded into the non-machining length register 60. At the same time, the non-machining length counter 76 starts counting the clock signal S1 by the counter control signal S8.

そして、比較器制御信号S14は非加工長比較器86をイネーブルとし、非加工長カウンタ76の値と非加工長レジスタ60の値を比較する。これらが一致すると、非加工長比較器86から一致信号dがタイミング形成回路88へ出力される。この時、パルスレーザビームが非加工端部まで走査されていることになる。そして、実加工を開始する位置の1光パルス手前まで走査されたことになる。   The comparator control signal S14 enables the non-machining length comparator 86 and compares the value of the non-machining length counter 76 with the value of the non-machining length register 60. When they match, the non-machining length comparator 86 outputs a coincidence signal d to the timing forming circuit 88. At this time, the pulse laser beam is scanned to the non-processed end. Then, scanning is performed up to one light pulse before the position at which actual machining is started.

上記過程の中で、加工パターン出力回路90は加工長比較器84の出力に従い、加工実施期間を認識し、更にタイミング形成回路88からの出力制御信号S10により、加工パターン信号S7を出力する。この加工パターン信号S7に基づくパルスピッカー動作のタイミング制御は図8に示すとおりである。   In the above process, the machining pattern output circuit 90 recognizes the machining execution period according to the output of the machining length comparator 84, and further outputs the machining pattern signal S7 by the output control signal S10 from the timing forming circuit 88. The timing control of the pulse picker operation based on the machining pattern signal S7 is as shown in FIG.

上述のように、加工パターン生成部40は、パルスピッカー加工テーブル部50内に備えられるパルスピッカー加工テーブルに従い、図10に示すようなパルスレーザビームの1次元走査を行う。パルスピッカー加工テーブル部50には、走査終了コードが設けられ、特定のビーム走査の終了後にタイミング形成回路88に出力される。   As described above, the processing pattern generation unit 40 performs one-dimensional scanning of the pulse laser beam as shown in FIG. 10 according to the pulse picker processing table provided in the pulse picker processing table unit 50. The pulse picker processing table unit 50 is provided with a scanning end code, and is output to the timing forming circuit 88 after the end of the specific beam scanning.

タイミング形成回路88が走査終了コードを認識すると、ステージ移動が行われ、ステージ移動テーブル部52からステージ移動量が読み出され、移動信号生成部64からステージ制御部66へ、ステージ移動量とステージ移動開始指令を含むステージ移動信号S15が出力される。ステージ移動へのプロセスに移ることで、当該ラインの加工が終了したことが認識される。   When the timing forming circuit 88 recognizes the scanning end code, stage movement is performed, the stage movement amount is read from the stage movement table unit 52, and the stage movement amount and stage movement are transferred from the movement signal generation unit 64 to the stage control unit 66. A stage movement signal S15 including a start command is output. By moving to the stage moving process, it is recognized that the processing of the line has been completed.

ラインの走査とは直交する方向へのステージ移動の終了と、次のラインのビーム走査の準備が完了した時点で、次ラインのビーム走査を開始する。上記と同様のプロセスに従い1次元方向のビーム走査による加工を実施する。所定数のビーム走査とステージ移動とが終了することで当該2次元レイヤの加工が終了する。   When the stage movement in the direction orthogonal to the line scan is completed and the preparation for the next line beam scan is completed, the next line beam scan is started. Processing by one-dimensional beam scanning is performed according to the same process as described above. When the predetermined number of beam scans and stage movements are finished, the processing of the two-dimensional layer is finished.

当該2次元レイヤの加工終了の判断は、ステージ移動テーブル部52に設けられている移動終了コードによる判断が行われる。移動終了コードが確認された時、ステージは第1ラインへ移動する様に制御される。   The determination of the processing end of the two-dimensional layer is performed based on the movement end code provided in the stage movement table unit 52. When the movement end code is confirmed, the stage is controlled to move to the first line.

以上のように、ビーム走査とステージ移動が、「パルスピッカー加工テーブル」と「ステージ移動テーブル」の各データに従って行われ各レイヤの加工が実行される。そして、Rnで与えられる所定レイヤ数の加工が行われる。   As described above, beam scanning and stage movement are performed according to the data of the “pulse picker processing table” and “stage movement table”, and processing of each layer is executed. Then, a predetermined number of layers given by Rn is processed.

表2は、実施の形態の加工テーブルの例である。ここでは1レイヤ分のテーブルを示すが、加工データ(または修正加工データ)が複数のレイヤに分解される場合には、各レイヤ毎に同様の形式の情報を備えることになる。表2は、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルが同一テーブル内に記述される例である。表2において、待機長、加工長、非加工長は光パルス数で記述されている。なお、パルスピッカー加工テーブルとステージ移動テーブルが別個のテーブルとして存在しても構わない。

Figure 0005498852
Table 2 is an example of the processing table of the embodiment. Although a table for one layer is shown here, when the processing data (or correction processing data) is decomposed into a plurality of layers, information of the same format is provided for each layer. Table 2 is an example in which the pulse picker processing table and the stage movement table are described in the same table. In Table 2, the standby length, processing length, and non-processing length are described in terms of the number of light pulses. Note that the pulse picker processing table and the stage movement table may exist as separate tables.
Figure 0005498852

以上のように、本実施の形態によれば、大型の被加工物表面の安定した微細加工とその高速化が可能になる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform stable fine processing of a large-sized workpiece surface and increase the speed thereof.

そして、さらに加工データと像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブル用いて加工テーブルを生成が可能となる。このため、走査光学系のレンズ構成等によって、その光量損失が最小化するよう合わせ込まなくとも、適切な加工テーブルを生成することで、走査光学系で生ずるシェーディングを効果的に補正することが可能となる。また、例えば、走査光学系の像高と光量損失の相関関係に時間的な変化が生じたとしても、あらたにシェーディング補正テーブルを作成してパルスレーザ加工装置に入力することで適切なシェーヂング補正を行うことが可能となる。   Further, a processing table can be generated using a correction table that defines the correlation between the processing data, the image height, and the light loss. For this reason, it is possible to effectively correct the shading generated in the scanning optical system by generating an appropriate processing table without adjusting the amount of light loss to be minimized by the lens configuration of the scanning optical system. It becomes. In addition, for example, even if a temporal change occurs in the correlation between the image height of the scanning optical system and the light loss, an appropriate shading correction can be performed by newly creating a shading correction table and inputting it to the pulse laser processing apparatus. Can be done.

(第2の実施の形態)
本実施の形態は、第1の実施の形態のパルスレーザ加工装置およびパルスレーザ加工方法を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法、これを用いて製造されるマイクロレンズ用金型、および、このマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法である。
(Second Embodiment)
The present embodiment is a microlens mold manufacturing method using the pulse laser processing apparatus and pulse laser processing method of the first embodiment, a microlens mold manufactured using the same, and this This is a method of manufacturing a microlens using a microlens mold.

例えば、フラットパネルディスプレイに用いられるマイクロレンズは大面積と高い加工精度が求められる。そのため、金型を用いて、このマイクロレンズを製造する場合には、必然的に、その金型にも大面積と高い加工精度が要求される。図12は、本実施の形態の製造方法により形成される金型の加工例である。   For example, a microlens used for a flat panel display is required to have a large area and high processing accuracy. Therefore, when manufacturing this microlens using a metal mold, the metal mold inevitably requires a large area and high processing accuracy. FIG. 12 shows an example of processing a mold formed by the manufacturing method of the present embodiment.

図12に示すように、例えば、Cu材のワークに、直径R、深さDpのディンプルを、間隔Iで9箇所に形成する。レーザ加工については、第1の実施の形態と同様の方法による。加工テーブルとして、図12の3次元形状に即したテーブルを用いることで、図12の加工が実現できる。本実施の形態によれば、大面積かつ高精度のマイクロレンズ用金型の製造が可能となる。   As shown in FIG. 12, for example, dimples having a diameter R and a depth Dp are formed at nine locations with a spacing I on a Cu workpiece. Laser processing is performed in the same manner as in the first embodiment. By using a table conforming to the three-dimensional shape of FIG. 12 as the processing table, the processing of FIG. 12 can be realized. According to the present embodiment, it is possible to manufacture a microlens mold having a large area and high accuracy.

また、このマイクロレンズ用金型は大面積かつ高精度のマイクロレンズを製造する上で有用である。そして、このマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法によれば、大面積かつ高精度のマイクロレンズを製造することが可能である。   The microlens mold is useful for manufacturing a large-area and high-precision microlens. According to the microlens manufacturing method using this microlens mold, it is possible to manufacture a large-area and high-precision microlens.

(第3の実施の形態)
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を測定する測定部と、シェーディング補正テーブルを測定部の結果に基づき生成する補正テーブル生成部とを備える。第1の実施の形態においては、像高と光量損失の相関関係を、実際に加工を行うことで取得する形態について説明した。本実施の形態ではパルスレーザ加工装置にパルスレーザの光量を測定する測定部を設けることで、上記相関関係を取得する。以下、第1の実施の形態と重複する内容の記載については省略する。
(Third embodiment)
The pulse laser processing apparatus according to the present embodiment includes a measurement unit that measures the correlation between the image height and the light amount loss in the laser beam scanner, and a correction table generation unit that generates a shading correction table based on the result of the measurement unit. In the first embodiment, the mode in which the correlation between the image height and the light amount loss is acquired by actually performing the processing has been described. In the present embodiment, the correlation is acquired by providing a measurement unit that measures the amount of light of the pulse laser in the pulse laser processing apparatus. Hereinafter, description of contents overlapping with those of the first embodiment will be omitted.

図13は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置200は、レーザビームスキャナ18における像高と光量損失の相関関係を測定する測定部122を備えている。この測定部122としては、例えば、フォトダイオードをレーザビームスキャナ18のスキャン方向にアレイ状に並べた測定器を適用することが可能である。   FIG. 13 is a configuration diagram of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. The pulse laser processing apparatus 200 includes a measurement unit 122 that measures the correlation between the image height and the light amount loss in the laser beam scanner 18. As the measuring unit 122, for example, a measuring device in which photodiodes are arranged in an array in the scanning direction of the laser beam scanner 18 can be applied.

また、パルスレーザ加工装置200は、測定部122の結果に基づきシェーディング補正テーブルを生成する補正テーブル生成部124を備えている。補正テーブル生成部124で生成されたシェーディング補正テーブルは加工制御部24の補正テーブル記憶部102に入力される。   In addition, the pulse laser processing apparatus 200 includes a correction table generation unit 124 that generates a shading correction table based on the result of the measurement unit 122. The shading correction table generated by the correction table generation unit 124 is input to the correction table storage unit 102 of the processing control unit 24.

シェーディング補正テーブルを、測定部122の結果に基づき補正テーブル生成部124で生成する以外の構成については第1の実施の形態と同様である。   The configuration other than the generation of the shading correction table by the correction table generation unit 124 based on the result of the measurement unit 122 is the same as that of the first embodiment.

本実施の形態によれば、パルスレーザ加工装置200に備え付けられた測定部122と補正テーブル部に124によって、シェーディング補正テーブルを簡便に生成することが可能となる。したがって、レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を短時間に評価できる。したがって、走査光学系における像高と光量損失の相関関係の変動が予想される場合であっても、簡便にシェーディング補正テーブルの再作成が可能となり、より効果的にシェーディングを補正することが可能となる。   According to the present embodiment, the shading correction table can be easily generated by the measurement unit 122 and the correction table unit 124 provided in the pulse laser processing apparatus 200. Therefore, the correlation between the image height and the light amount loss in the laser beam scanner can be evaluated in a short time. Therefore, even when the correlation between the image height and the light loss in the scanning optical system is expected to be changed, the shading correction table can be easily re-created, and shading can be corrected more effectively. Become.

(第4の実施の形態)
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、加工パターン生成部で用いる補正テーブルについて、パルスレーザ加工装置外部で生成された補正テーブルを使用する場合と、補正テーブル生成部で生成された補正テーブルを使用する場合とを切り替える補正方法選択部を有している。以下、第1〜第3の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
(Fourth embodiment)
The pulse laser processing apparatus according to the present embodiment uses a correction table generated outside the pulse laser processing apparatus and a correction table generated by the correction table generation section as a correction table used by the processing pattern generation section. A correction method selection unit for switching between the case and the case. Hereinafter, the description overlapping with the first to third embodiments is omitted.

図14は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置300は、第2の実施の形態同様、測定部122と補正テーブル生成部124を備えている。また、第1の実施の形態同様、補正テーブル入力部106を備えている。   FIG. 14 is a configuration diagram of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. As in the second embodiment, the pulse laser processing apparatus 300 includes a measuring unit 122 and a correction table generating unit 124. Moreover, the correction table input part 106 is provided similarly to 1st Embodiment.

さらに、加工パターン生成部で用いる補正テーブルについて、パルスレーザ加工装置外部で生成された補正テーブルを使用する場合と、補正テーブル生成部124で生成された補正テーブルを使用する場合とを切り替える補正方法選択部130を備えている。   Further, regarding a correction table used in the processing pattern generation unit, a correction method selection for switching between using a correction table generated outside the pulse laser processing apparatus and using a correction table generated by the correction table generation unit 124 is used. Part 130 is provided.

補正方法選択部は、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせ等で構成され、キーボード端末等から入力される選択信号により、パルスレーザ加工装置外部で生成された補正テーブルを補正データ入力部106で読み取り使用するか、測定部122で測定し補正テーブル生成部124で作成される補正テーブルを使用するかの切替えを行う。   The correction method selection unit is configured by hardware or a combination of hardware and software, and the correction data input unit 106 generates a correction table generated outside the pulse laser processing apparatus by a selection signal input from a keyboard terminal or the like. Switching between reading and using or using a correction table measured by the measuring unit 122 and created by the correction table generating unit 124 is performed.

このように、本実施の形態のレーザ加工装置300は、補正方法選択部130を備えることにより、使用する補正テーブルを簡便に切り替えることが可能となる。したがって、
レーザ発振器や走査光学系の状況、被加工対象物等に応じて最適な補正テーブルを選択することが可能になり、一層効果的なシェーディング補正を行うことが可能となる。
As described above, the laser processing apparatus 300 according to the present embodiment includes the correction method selection unit 130, so that the correction table to be used can be easily switched. Therefore,
It is possible to select an optimal correction table according to the status of the laser oscillator and the scanning optical system, the workpiece, and the like, and it is possible to perform more effective shading correction.

(第5の実施の形態)
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、加工パターン生成部40(図1)で、加工テーブルを生成する際に、入力される加工データを用いて、一旦、3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した暫定加工テーブルを生成する。その後、この暫定加工テーブルと補正テーブルを用いて、加工テーブルを生成する。この点以外は、第1の実施の形態と同様であるので、重複する内容については記載を省略する。
(Fifth embodiment)
In the pulse laser processing apparatus of this embodiment, when the processing pattern is generated by the processing pattern generation unit 40 (FIG. 1), the three-dimensional shape is temporarily converted into a pulse laser beam light by using the input processing data. A temporary machining table described by the number of pulses is generated. Thereafter, a processing table is generated using the provisional processing table and the correction table. Except for this point, the second embodiment is the same as the first embodiment, and thus description of the overlapping contents is omitted.

本実施の形態では、被加工物の加工データの3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した暫定加工テーブルをまず生成する。この暫定加工テーブルは最終的な加工テーブル同様レイヤ分解処理まで行ったものとする。   In the present embodiment, a temporary machining table is first generated in which the three-dimensional shape of the machining data of the workpiece is described by the number of optical pulses of the pulse laser beam. This provisional processing table is assumed to have been processed up to the layer decomposition processing as in the final processing table.

その後、例えば、第1の実施の形態で説明したシェーディング中間補正テーブルとこの暫定加工テーブルを用いて、最終的な加工テーブルを生成する。具体的には、暫定補正テーブルの光パルス数で記述した各加工位置の照射パルス数に、シェーディング中間補正テーブルの補正係数を乗ずる。   Thereafter, for example, a final processing table is generated using the shading intermediate correction table described in the first embodiment and the provisional processing table. Specifically, the number of irradiation pulses at each processing position described by the number of light pulses in the provisional correction table is multiplied by the correction coefficient in the shading intermediate correction table.

例えば、シェーディング補正テーブルが表1のような場合は、補正係数が1以上であるため、補正係数を乗ずることにより、その加工位置の照射パルス数が増加することになる。その結果レイヤ数を増加させる必要がある場合はレイヤ数を増加させた加工テーブルを生成すればよい。あるいは、あらかじめ、暫定加工テーブルに予備的な空白レイヤ(すべて非照射にしているレイヤ)を備えておき、この空白レイヤを用いて照射数を増加させても構わない。   For example, when the shading correction table is as shown in Table 1, since the correction coefficient is 1 or more, multiplying the correction coefficient increases the number of irradiation pulses at the processing position. As a result, if it is necessary to increase the number of layers, a processing table with an increased number of layers may be generated. Alternatively, a preliminary blank layer (all non-irradiated layers) may be provided in advance in the temporary processing table, and the number of irradiations may be increased using this blank layer.

(第6の実施の形態)
本実施の形態のシェーディング補正装置は、パルスレーザビームによる被加工物の3次元形状を規定する加工データを入力する加工データ入力部と、あらかじめ取得されたパルスレーザビーム加工装置のレーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを入力する補正テーブル入力部と、加工データと補正テーブルを用いて、3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する加工パターン生成部と、生成される加工テーブルを出力する加工データ出力部を有する。
(Sixth embodiment)
The shading correction apparatus according to the present embodiment includes a machining data input unit that inputs machining data that defines a three-dimensional shape of a workpiece by a pulse laser beam, and an image obtained in advance by a laser beam scanner of the pulse laser beam machining apparatus. Processing that generates a processing table that describes a three-dimensional shape by the number of light pulses of a pulsed laser beam, using a correction table input unit that inputs a correction table that defines the correlation between high and light loss, and processing data and the correction table A pattern generation unit and a processing data output unit that outputs a generated processing table are provided.

すなわち、第1の実施の形態では、パルスレーザ加工装置に内蔵させていたシェーディング補正機能だけを備えるシェーディング補正装置である。本実施の形態のシェーディング補正装置によれば、3次元加工形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを用いて加工するパルスレーザ加工装置用に、走査光学系で生ずるシェーディングを効果的に補正した加工テーブルを生成することができる。   That is, in the first embodiment, the shading correction apparatus includes only the shading correction function incorporated in the pulse laser processing apparatus. According to the shading correction apparatus of the present embodiment, shading generated in the scanning optical system is effective for a pulse laser processing apparatus that processes a three-dimensional processing shape using a processing table that describes the number of optical pulses of a pulse laser beam. It is possible to generate a machining table corrected to the above.

加工テーブルの生成において、例えば、加工パターン生成部は、加工データと補正テーブルを用いて、像高と光量損失の相関関係が補正された3次元形状を規定する修正加工データを作成し、この修正加工データから加工テーブルを生成する。   In the generation of the processing table, for example, the processing pattern generation unit uses the processing data and the correction table to create correction processing data that defines a three-dimensional shape in which the correlation between the image height and the light amount loss is corrected, and this correction A processing table is generated from the processing data.

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。パルスレーザ加工装置、シェーディング補正装置、パルスレーザ加工方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分については記載を省略したが、必要とされるパルスレーザ加工装置、シェーディング補正装置、パルスレーザ加工方法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのパルスレーザ加工装置シェーディング補正装置、パルスレーザ加工方法は、本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. In the pulse laser processing apparatus, the shading correction apparatus, the pulse laser processing method, etc., the description of the parts that are not directly necessary for the explanation of the present invention is omitted, but the necessary pulse laser processing apparatus, shading correction apparatus, and pulse laser processing are omitted. A method can be appropriately selected and used. In addition, all pulse laser processing apparatus shading correction apparatuses and pulse laser processing methods that include elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

例えば、実施の形態では、ポケットやディンプルを加工する場合を例に説明したが、これらの形状に限られることなく、例えば、電子ペーパ用のリブを製造するための円錐形状、あるいは三角錐、四角錘、V溝、凹溝、R溝等の任意形状の加工、その組み合わせの形状の加工を行うパルスレーザ加工装置またはパルスレーザ加工方法であっても構わない。   For example, in the embodiment, the case of processing pockets and dimples has been described as an example. However, the present invention is not limited to these shapes. For example, a cone shape for manufacturing a rib for electronic paper, a triangular pyramid, a square shape, or the like. It may be a pulse laser processing apparatus or a pulse laser processing method for processing an arbitrary shape such as a weight, a V groove, a concave groove, an R groove, or a combination thereof.

また、被加工物として、主にCu材を例に説明したが、例えば、Ni材、SKD11等の金属材、DLC材、高分子材料、半導体材、ガラス材等のその他の材料であっても構わない。   Moreover, although Cu material was mainly demonstrated to the example as a to-be-processed object, even if it is other materials, such as metal materials, such as Ni material and SKD11, DLC material, a polymer material, a semiconductor material, a glass material, for example, I do not care.

また、レーザ発振器としては、YAGレーザに限ることなく、被加工物の加工に適したその他の、例えば、Nd:YVOレーザの第2高調波(波長:532nm)のような単一波長帯レーザあるいは複数波長帯レーザを出力するものであっても構わない。 Further, the laser oscillator is not limited to the YAG laser, but is a single wavelength band laser such as a second harmonic (wavelength: 532 nm) of other Nd: YVO 4 laser suitable for processing a workpiece. Or you may output a multiple wavelength band laser.

12 レーザ発振器
14 パルスピッカー
18 レーザビームスキャナ
20 XYステージ部
22 パルスピッカー制御部
26 クロック発振回路
40 加工パターン生成部
49 テーブル生成部
100 パルスレーザ加工装置
102 補正テーブル記憶部
106 補正テーブル入力部
108 加工データ入力部
122 測定部
124 補正テーブル生成部
200 パルスレーザ加工装置
300 パルスレーザ加工装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Laser oscillator 14 Pulse picker 18 Laser beam scanner 20 XY stage part 22 Pulse picker control part 26 Clock oscillation circuit 40 Processing pattern generation part 49 Table generation part 100 Pulse laser processing apparatus 102 Correction table storage part 106 Correction table input part 108 Processing data Input unit 122 Measuring unit 124 Correction table generation unit 200 Pulse laser processing device 300 Pulse laser processing device

Claims (9)

クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、
前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、
前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを1次元方向のみに走査するレーザビームスキャナと、
被加工物を載置可能で前記1次元方向に直交する方向に移動するステージと、
前記レーザ発振器と前記レーザビームスキャナとの間の光路に設けられ、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの通過と遮断を切り替えるパルスピッカーと、
前記パルスピッカーを制御するパルスピッカー制御部と、
前記レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを記憶する補正テーブル記憶部と、
被加工物の3次元形状を規定する加工データと前記補正テーブルとを用いて、前記3次元形状を前記パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する加工パターン生成部とを備え、
前記加工テーブルに基づき前記パルスピッカー制御部が前記パルスピッカーを制御することを特徴とするパルスレーザ加工装置。
A reference clock oscillation circuit for generating a clock signal;
A laser oscillator that emits a pulsed laser beam synchronized with the clock signal;
A laser beam scanner that scans the pulse laser beam only in a one-dimensional direction in synchronization with the clock signal;
A stage on which a workpiece can be placed and moves in a direction perpendicular to the one-dimensional direction;
A pulse picker that is provided in an optical path between the laser oscillator and the laser beam scanner, and switches between passing and blocking of the pulse laser beam in synchronization with the clock signal;
A pulse picker control unit for controlling the pulse picker;
A correction table storage unit that stores a correction table that defines the correlation between image height and light loss in the laser beam scanner;
A machining pattern generation unit that generates a machining table in which the three-dimensional shape is described by the number of optical pulses of the pulsed laser beam, using machining data that defines a three-dimensional shape of the workpiece and the correction table;
The pulse laser processing apparatus, wherein the pulse picker control unit controls the pulse picker based on the processing table.
前記レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を測定する測定部と、
前記補正テーブルを前記測定部の結果に基づき生成する補正テーブル生成部とを、
さらに有することを特徴とする請求項1記載のパルスレーザ加工装置。
A measurement unit for measuring a correlation between an image height and a light loss in the laser beam scanner;
A correction table generation unit that generates the correction table based on the result of the measurement unit;
The pulse laser processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記加工パターン生成部で用いる前記補正テーブルについて、パルスレーザ加工装置外部で生成された補正テーブルを使用する場合と、前記補正テーブル生成部で生成された補正テーブルを使用する場合とを切り替える補正方法選択部を、さらに有することを特徴とする請求項2記載のパルスレーザ加工装置。   Correction method selection for switching between using the correction table generated outside the pulse laser processing apparatus and using the correction table generated by the correction table generation unit for the correction table used in the processing pattern generation unit The pulse laser processing apparatus according to claim 2, further comprising a section. 前記加工パターン生成部は、前記加工データと前記補正テーブルを用いて、像高と光量損失の相関関係が補正された前記3次元形状を規定する修正加工データを作成し、前記修正加工データから前記加工テーブルを生成することを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれか一項記載のパルスレーザ加工装置。   The processing pattern generation unit creates correction processing data defining the three-dimensional shape in which the correlation between the image height and the light amount loss is corrected using the processing data and the correction table, and the correction processing data from the correction processing data The pulse laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a processing table is generated. 前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有し、前記補正機構は、前記走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを特徴とする請求項1ないし請求項4いずれか一項記載のパルスレーザ加工装置。   Based on a scanning position signal from the laser beam scanner, a correction mechanism that corrects a processing origin position for each scanning, and the correction mechanism, based on the scanning position signal, passes the pulse laser beam through the pulse picker. The pulse laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the interruption is controlled. 前記ステージは、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記1次元方向に直交する方向の移動制御がされることを特徴とする請求項1ないし請求項5いずれか一項記載のパルスレーザ加工装置。   The pulse laser according to any one of claims 1 to 5, wherein the stage is controlled to move in a direction orthogonal to the one-dimensional direction based on a scanning position signal of the laser beam scanner. Processing equipment. 被加工物の3次元形状を規定する加工データを入力する加工データ入力部と、
あらかじめ取得されたパルスレーザビーム加工装置のレーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を規定する補正テーブルを入力する補正テーブル入力部と、
前記加工データと前記補正テーブルを用いて、前記3次元形状をパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成する加工パターン生成部を有することを特徴とするシェーディング補正装置。
A machining data input unit for inputting machining data defining the three-dimensional shape of the workpiece;
A correction table input unit for inputting a correction table that defines the correlation between the image height and the light loss in the laser beam scanner of the pulse laser beam processing apparatus acquired in advance;
A shading correction apparatus comprising: a processing pattern generation unit configured to generate a processing table in which the three-dimensional shape is described by the number of light pulses of a pulse laser beam using the processing data and the correction table.
前記加工パターン生成部は、前記加工データと前記補正テーブルを用いて、像高と光量損失の相関関係が補正された前記3次元形状を規定する修正加工データを作成し、前記修正加工データから前記加工テーブルを生成することを特徴とする請求項7記載のシェーディング補正装置。   The processing pattern generation unit creates correction processing data defining the three-dimensional shape in which the correlation between the image height and the light amount loss is corrected using the processing data and the correction table, and the correction processing data from the correction processing data The shading correction apparatus according to claim 7, wherein a processing table is generated. ステージに被加工物を載置し、
クロック信号を発生し、
前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、
前記被加工物表面に、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを1次元方向に走査し、
前記1次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記1次元方向に直交する方向に前記ステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記1次元方向に走査するパルスレーザ加工方法であって、
あらかじめ、前記レーザビームスキャナにおける像高と光量損失の相関関係を評価し、
前記被加工物の3次元形状を規定する加工データを前記相関関係に基づき補正して、前記3次元形状を前記パルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを生成し、
前記パルスレーザビームを前記1次元方向に走査する際に、前記加工テーブルに記述される光パルス数に基づき、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることを特徴とするパルスレーザ加工方法。
Place the work piece on the stage,
Generate a clock signal,
A pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted,
Scanning the surface of the workpiece in a one-dimensional direction with the pulsed laser beam in synchronization with the clock signal,
After scanning the pulse laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal. A pulse laser processing method,
Evaluate the correlation between image height and light loss in the laser beam scanner in advance.
Correcting the processing data defining the three-dimensional shape of the workpiece based on the correlation, and generating a processing table describing the three-dimensional shape by the number of light pulses of the pulse laser beam;
When the pulse laser beam is scanned in the one-dimensional direction, irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are switched in synchronization with the clock signal based on the number of optical pulses described in the processing table. Pulse laser processing method.
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