JP5865671B2 - Pulse laser processing equipment - Google Patents

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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 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(例えば、特許文献1参照)。   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. And so far, 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, etc. by this ultrashort pulse laser processing ( For example, see Patent Document 1).

超短パルスレーザ加工では、生産性をあげるため加工時間の短縮が望まれる。加工時間を短縮するためには、繰り返し周波数をあげること、それと共にレーザ出力エネルギーをあげることが一般的である。   In ultra-short pulse laser processing, it is desired to shorten the processing time in order to increase productivity. In order to shorten the processing time, it is common to increase the repetition frequency and at the same time increase the laser output energy.

このため、例えば、Nd:YVOを使用したpsレーザ、fsレーザが用いられる。さらに、基本波(ω)から非線形結晶であるBBO(β−BaB)、LBO(LiB)等を使用して、第2高調波(2ω)、第3高調波等を得て加工が行われている。もっとも、高繰り返し周波数で、かつ、高出力エネルギーを得るためにはビーム径を非常に小さくする必要がある。 For this reason, for example, a ps laser or fs laser using Nd: YVO 4 is used. Furthermore, the second harmonic (2ω), the third harmonic, etc. are obtained from the fundamental wave (ω) by using BBO (β-BaB 2 O 4 ), LBO (LiB 3 O 5 ), etc., which are nonlinear crystals. Is being processed. However, in order to obtain high output energy at a high repetition frequency, it is necessary to make the beam diameter very small.

この場合、例えば、ビームプロファイルが悪くなる、非線形結晶のライフタイムが短くなる、非線形結晶から出力されるレーザビームの安定性が劣化する等の問題が生ずる。   In this case, for example, problems such as deterioration of the beam profile, shortening of the lifetime of the nonlinear crystal, and deterioration of the stability of the laser beam output from the nonlinear crystal occur.

特許4612733号公報Japanese Patent No. 4612733

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パルスレーザ加工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 an irradiation spot of a pulse laser beam, and enables stable fine processing of a large workpiece surface and its speed increase, and a pulse laser processing method. The purpose is to provide.

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第1のパルスレーザビームを出射する第1のレーザ発振器と、前記クロック信号に同期した第2のパルスレーザビームを出射する第2のレーザ発振器と、前記クロック信号に同期して前記第1のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第1のパルスピッカーと、前記クロック信号に同期して前記第2のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第2のパルスピッカーと、前記第1のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第1のパルスピッカーを制御する第1のパルスピッカー制御部と、前記第2のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第2のパルスピッカーを制御する第2のパルスピッカー制御部と、前記第1のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第1のパルスレーザビームの出力を調整する第1のアッテネータと、前記第2のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第2のパルスレーザビームの出力を調整する第2のアッテネータと、前記第1のアッテネータおよび前記第2のアッテネータの後段に設けられ、前記第1のパルスレーザビームと前記第2のパルスレーザビームとを合波し合波パルスレーザビームを生成する合波器と、前記クロック信号に同期して前記合波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、被加工物の加工データを入力する入力部と、前記加工データを加工パターンに変換する加工パターン生成部と、前記加工パターンを第1の副加工パターンと第2の副加工パターンに分割する加工パターン分割部と、を備え、前記第1のパルスピッカー制御部が、前記第1の副加工パターンに基づき、前記第1のパルスピッカーを制御し、前記第2のパルスピッカー制御部が、前記第2の副加工パターンに基づき、前記第2のパルスピッカーを制御することを特徴とする。
A pulse laser processing apparatus of one embodiment of the present invention includes a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, a first laser oscillator that emits a first pulse laser beam that is synchronized with the clock signal, and a clock signal that is synchronized with the clock signal. A second laser oscillator that emits the second pulsed laser beam, a first pulse picker that switches between passing and blocking the first pulsed laser beam in synchronization with the clock signal, and in synchronization with the clock signal. A first pulse picker control that controls the first pulse picker based on the number of optical pulses of the first pulse laser beam, and a second pulse picker that switches between passing and blocking of the second pulse laser beam And a second pulse picker for controlling the second pulse picker based on the number of light pulses of the second pulse laser beam. A car controller, a first attenuator that adjusts the output of the first pulse laser beam, and a second stage that is provided after the second pulse picker; A second attenuator for adjusting the output of the first pulse laser beam, and the first attenuator and the second attenuator after the second attenuator, and combining the first pulse laser beam and the second pulse laser beam. A combiner that generates a combined pulse laser beam, a laser beam scanner that scans the combined pulse laser beam only in a one-dimensional direction in synchronization with the clock signal, and a workpiece that can be placed thereon. a stage that moves in a direction perpendicular to the one-dimensional direction, an input unit for inputting the processed data of the workpiece, machining path for converting the processed data to the processing pattern And over plane generator, a processing pattern division unit that divides the processing pattern to the first sub-processing pattern and the second sub-processing pattern, wherein the first pulse picker control unit, the first sub based on the processing pattern, the first control pulse pickers, the second pulse picker control unit, based on the second sub-processing patterns, characterized that you control the second pulse picker .

上記態様の装置において、前記ステージは、前記レーザビームスキャナからの走査角信号に基づき、前記1次元方向に直交する方向に移動することが望ましい。   In the apparatus of the above aspect, it is preferable that the stage moves in a direction orthogonal to the one-dimensional direction based on a scanning angle signal from the laser beam scanner.

上記態様の装置において、前記第1および第2の副加工パターンが、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であることが望ましい。   In the apparatus of the above aspect, the first and second sub-machining patterns are preferably machining tables described by the number of light pulses of a pulse laser beam.

上記態様の装置において、前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子(AOM)または電気光学素子(EOM)により構成されていることが望ましい。   In the apparatus of the above aspect, it is preferable that the laser beam scanner is constituted by a galvanometer scanner, and the pulse picker is constituted by an acousto-optic element (AOM) or an electro-optic element (EOM).

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パルスレーザ加工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, there are provided a pulse laser processing apparatus and a pulse laser processing method that improve the positioning accuracy of an irradiation spot of a pulse laser beam and enable stable fine processing of the surface of a large workpiece and its speed increase. It becomes possible.

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。It is explanatory drawing of the laser beam scanner using the galvanometer scanner 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の実施の形態の加工パターンの定義形式の一例である加工テーブルの具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the process table which is an example of the definition format of the process pattern of 1st Embodiment. 第1の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。It is a signal waveform diagram explaining timing control of the pulse laser processing apparatus of the first embodiment. 第1の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。It is a signal waveform diagram explaining timing control of the pulse laser processing apparatus of the first 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の実施の形態による被加工物の加工を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process of the to-be-processed object by 1st 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.

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.

本明細書中、ある部材がある部材の「前段にある」、「後段にある」とはレーザビームの進行方向を基準にした概念である。したがって、ある部材に対しレーザビームの進行方向側の部材が「後段にある」部材となる。   In this specification, “in the front stage” and “in the rear stage” of a certain member is a concept based on the traveling direction of the laser beam. Therefore, a member on the side of the laser beam traveling direction with respect to a certain member is a “rear stage” member.

(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、クロック信号に同期した第1のパルスレーザビームを出射する第1のレーザ発振器と、クロック信号に同期した第2のパルスレーザビームを出射する第2のレーザ発振器と、クロック信号に同期して第1のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第1のパルスピッカーと、クロック信号に同期して第2のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第2のパルスピッカーと、第1のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、第1のパルスピッカーを制御する第1のパルスピッカー制御部と、第2のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、第2のパルスピッカーを制御する第2のパルスピッカー制御部と、第1のパルスピッカーの後段に設けられ、第1のパルスレーザビームの出力を調整する第1のアッテネータと、第2のパルスピッカーの後段に設けられ、第2のパルスレーザビームの出力を調整する第2のアッテネータと、第1のアッテネータおよび第2のアッテネータの後段に設けられ、第1のパルスレーザビームと第2のパルスレーザビームとを合波し合波パルスレーザビームを生成する合波器と、クロック信号に同期して合波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1次元方向に直交する方向に移動するステージと、を備える。
(First embodiment)
The pulse laser processing apparatus of the present embodiment includes a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, a first laser oscillator that emits a first pulse laser beam that is synchronized with the clock signal, and a second that is synchronized with the clock signal. A second laser oscillator that emits a pulsed laser beam of the first pulse, a first pulse picker that switches between passing and blocking the first pulsed laser beam in synchronization with the clock signal, and a second pulsed laser in synchronization with the clock signal A second pulse picker that switches between passing and blocking of the beam, a first pulse picker control unit that controls the first pulse picker based on the number of light pulses of the first pulse laser beam, and a second pulse laser beam A second pulse picker control unit for controlling the second pulse picker based on the number of optical pulses of the first pulse picker, and a subsequent stage of the first pulse picker A first attenuator provided for adjusting the output of the first pulse laser beam, a second attenuator provided after the second pulse picker for adjusting the output of the second pulse laser beam, And a multiplexer for combining the first pulse laser beam and the second pulse laser beam to generate a combined pulse laser beam, in synchronization with the clock signal. A laser beam scanner that scans the combined pulse laser beam only in a one-dimensional direction; and a stage that can place a workpiece and moves in a direction orthogonal to the one-dimensional direction.

本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、同一のクロック信号に同期される複数のレーザ発振器を備え、これらから発せられるパルスレーザビームを合波して被加工物に照射することを可能とする。すなわち、複数のレーザ系を備え、複数のレーザ系から得られるパルスレーザビームを合波する。合波されたパルスレーザビームにより、加工時のレーザビームの高出力化、高繰り返し周波数化が実現できる。   The pulse laser processing apparatus according to the present embodiment includes a plurality of laser oscillators synchronized with the same clock signal, and can irradiate a workpiece by combining pulse laser beams emitted from these laser oscillators. That is, a plurality of laser systems are provided, and pulse laser beams obtained from the plurality of laser systems are multiplexed. With the combined pulsed laser beam, it is possible to increase the output and the repetition frequency of the laser beam during processing.

また、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、パルスレーザビームの通過と遮断およびレーザビームスキャナの走査を、同一の基準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 of the present embodiment directly or indirectly synchronizes the pulse of the laser oscillator, the passage and blocking of the pulse laser beam, and the scanning of the laser beam scanner with the same reference 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、パルスレーザビームの通過と遮断およびレーザビームスキャナの走査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. As a result, it becomes easy to maintain the synchronization of the pulse of the laser oscillator, the passage and block of the pulse laser beam, and the scanning of the laser beam scanner. 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.

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10は、その主要な構成として、加工データ入力部11、第1のレーザ発振器12a、第2のレーザ発振器12b、第1のパルスピッカー14a、第2のパルスピッカー14b、第1のビーム整形器16a、第2のビーム整形器16b、第1のアッテネータ17a、第2のアッテネータ17b、合波器40、レーザビームスキャナ18、XYステージ部20、第1のパルスピッカー制御部22a、第2のパルスピッカー制御部22b、加工パターン分割部50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、分周器52、加工パターン生成部54が備えられている。   FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. The pulse laser processing apparatus 10 includes, as main components, a processing data input unit 11, a first laser oscillator 12a, a second laser oscillator 12b, a first pulse picker 14a, a second pulse picker 14b, and a first pulse oscillator. Beam shaper 16a, second beam shaper 16b, first attenuator 17a, second attenuator 17b, multiplexer 40, laser beam scanner 18, XY stage unit 20, first pulse picker controller 22a, second 2 pulse picker control unit 22b, processing pattern dividing unit 50, and processing control unit 24. The processing control unit 24 includes a reference clock oscillation circuit 26 that generates a desired clock signal S1, a frequency divider 52, and a processing pattern generation unit 54.

基準クロック発振回路26では基準クロック信号S1が生成される。基準クロック信号S1は分周器52により、第1のクロック信号S1aと第2のクロック信号S1bとに分周される。第1のクロック信号S1aと第2のクロック信号S1bとは、例えば、相互間位相を180度ずらしたクロック信号である。また、例えば、それぞれ周波数が基準クロック信号S1の半分となっている。   In the reference clock oscillation circuit 26, a reference clock signal S1 is generated. The reference clock signal S1 is divided by the frequency divider 52 into a first clock signal S1a and a second clock signal S1b. The first clock signal S1a and the second clock signal S1b are, for example, clock signals whose phases are shifted by 180 degrees. Further, for example, each frequency is half of the reference clock signal S1.

第1のレーザ発振器12aは、第1のクロック信号S1aに同期したパルスレーザビームPL1aを出射するよう構成されている。すなわち、基準クロック信号S1に同期したパルスレーザビームPL1aを出射する。このレーザ発振器12a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 first laser oscillator 12a is configured to emit a pulsed laser beam PL1a synchronized with the first clock signal S1a. That is, the pulse laser beam PL1a synchronized with the reference clock signal S1 is emitted. The laser oscillator 12a desirably oscillates a ps (picosecond) laser beam or an fs (femtosecond) laser beam which is an ultrashort pulse.

ここで第1のレーザ発振器12a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 wavelength of the laser emitted from the first laser oscillator 12a is selected in consideration of the light absorption rate, light reflection rate, 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.

第1のパルスピッカー14aは、第1のレーザ発振器12aの後段、レーザビームスキャナ18の前段の光路に設けられる。そして、第1のクロック信号S1aに同期して、すなわち基準クロック信号S1に同期して第1のパルスレーザビームPL1a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、第1のパルスピッカー14aの動作により第1のパルスレーザビームPL1a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第1の変調パルスレーザビームPL2aとなる。   The first pulse picker 14 a is provided in the optical path after the first laser oscillator 12 a and before the laser beam scanner 18. Then, in synchronization with the first clock signal S1a, that is, in synchronization with the reference clock signal S1, the passage of the first pulse laser beam PL1a is switched between on and off (on / off) so that the workpiece (workpiece W) is switched. It is configured to switch between processing and non-processing. In this way, the first pulse laser beam PL1a becomes the first modulated pulse laser beam PL2a which is controlled to be turned on / off for the processing of the workpiece by the operation of the first pulse picker 14a.

第1のパルスピッカー14a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 first pulse picker 14a is preferably composed of an acousto-optic element (AOM), for example. Further, for example, a Raman diffraction type electro-optic element (EOM) may be used.

第1のビーム整形器16aは、入射した第1のパルスレーザビームPL2aを所望の形状に整形された第1のパルスレーザビームPL3a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 first beam shaper 16a turns the incident first pulse laser beam PL2a into a first pulse laser beam PL3a 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.

第1のアッテネータ17aは、第1のパルスピッカー14aの後段に設けられ、第1のパルスレーザビームPL3aの出力を調整し、第1のパルスレーザビームPL4aとして出射する。例えば、第1のアッテネータ17aは第1のパルスレーザビームPL4aの出力をビームサンプラーでモニタし、このビームサンプラーのモニタ結果に基づきコントローラーで第1のパルスレーザビームPL3aを所望の出力に調整し、第1のパルスレーザビームPL4aとする。   The first attenuator 17a is provided after the first pulse picker 14a, adjusts the output of the first pulse laser beam PL3a, and emits it as the first pulse laser beam PL4a. For example, the first attenuator 17a monitors the output of the first pulse laser beam PL4a with a beam sampler, and adjusts the first pulse laser beam PL3a to a desired output with a controller based on the monitoring result of the beam sampler. 1 pulse laser beam PL4a.

第2のレーザ発振器12bは、第2のクロック信号S1bに同期したパルスレーザビームPL1bを出射するよう構成されている。すなわち、基準クロック信号S1に同期したパルスレーザビームPL1bを出射する。このレーザ発振器12b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 second laser oscillator 12b is configured to emit a pulsed laser beam PL1b synchronized with the second clock signal S1b. That is, the pulse laser beam PL1b synchronized with the reference clock signal S1 is emitted. The laser oscillator 12b desirably oscillates a ps (picosecond) laser beam or an fs (femtosecond) laser beam which is an ultrashort pulse.

ここで第2のレーザ発振器12b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 wavelength of the laser emitted from the second laser oscillator 12b is selected in consideration of the light absorption rate, light reflection rate, 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.

第2のパルスピッカー14bは、第1のレーザ発振器12bの後段、レーザビームスキャナ18の前段の光路に設けられる。そして、第2のクロック信号S1bに同期して、すなわち基準クロック信号S1に同期して第2のパルスレーザビームPL1b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、第2のパルスピッカー14bの動作により第2のパルスレーザビームPL1b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第2の変調パルスレーザビームPL2bとなる。   The second pulse picker 14 b is provided in the optical path after the first laser oscillator 12 b and before the laser beam scanner 18. Then, in synchronization with the second clock signal S1b, that is, in synchronization with the reference clock signal S1, the second pulse laser beam PL1b is switched between passing and blocking (on / off) of the workpiece (work W). It is configured to switch between processing and non-processing. As described above, the second pulse laser beam PL1b is changed to the second modulated pulse laser beam PL2b, which is controlled to be turned on / off for processing the workpiece by the operation of the second pulse picker 14b.

第2のパルスピッカー14b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 second pulse picker 14b is preferably composed of an acousto-optic element (AOM), for example. Further, for example, a Raman diffraction type electro-optic element (EOM) may be used.

第2のビーム整形器16bは、入射した第1のパルスレーザビームPL2aを所望の形状に整形された第2のパルスレーザビームPL3a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 second beam shaper 16b turns the incident first pulse laser beam PL2a into a second pulse laser beam PL3a 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.

第2のアッテネータ17bは、第2のパルスピッカー14bの後段に設けられ、第2のパルスレーザビームPL3bの出力を調整し、第2のパルスレーザビームPL4bとして出射する。例えば、第2のアッテネータ17bは第2のパルスレーザビームPL4bの出力をビームサンプラーでモニタし、このビームサンプラーのモニタ結果に基づきコントローラーで第2のパルスレーザビームPL3bを所望の出力に調整し、第2のパルスレーザビームPL4bとする。   The second attenuator 17b is provided after the second pulse picker 14b, adjusts the output of the second pulse laser beam PL3b, and emits the second pulse laser beam PL4b. For example, the second attenuator 17b monitors the output of the second pulse laser beam PL4b with a beam sampler, and adjusts the second pulse laser beam PL3b to a desired output with a controller based on the monitoring result of the beam sampler. 2 pulse laser beam PL4b.

合波器40は、例えば、第1のミラー40aと第2のミラー40bとで構成される。第1のミラー40aは例えば折り返しミラーであり、第2のミラー40bは例えばハーフミラーである。第1のミラー40aは、例えば、ピエゾ素子を利用した駆動系を備えたホルダーで保持され、微細な位置調整を可能としている。合波器40は、位相が、例えば180度ずれた第1のパルスレーザビームPL4aと第2のパルスレーザビームPL4bを合波して合波パルスレーザビームPL5を生成する。   The multiplexer 40 includes, for example, a first mirror 40a and a second mirror 40b. The first mirror 40a is, for example, a folding mirror, and the second mirror 40b is, for example, a half mirror. The first mirror 40a is held by, for example, a holder having a drive system using a piezo element, and enables fine position adjustment. The multiplexer 40 combines the first pulse laser beam PL4a and the second pulse laser beam PL4b whose phases are shifted by 180 degrees, for example, to generate a combined pulse laser beam PL5.

このように、別個のレーザ発振器で生成された2系列のパルスレーザビームを合波して合波パルスレーザビームを生成することで、高繰り返し周波数で高出力エネルギーを、レーザ発振器の信頼性を確保した上で実現することが可能となる。   In this way, by combining two series of pulse laser beams generated by separate laser oscillators to generate a combined pulse laser beam, high output energy is ensured at a high repetition frequency, and the reliability of the laser oscillator is ensured. And can be realized.

レーザビームスキャナ18は、クロック信号S1に同期して合波パルスレーザビームPL5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に同期して合波パルスレーザビームPL5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 combined pulsed laser beam PL5 only in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal S1. As described above, by scanning the combined pulse laser beam PL5 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。   As the laser beam scanner 18, for example, a galvanometer scanner provided with a uniaxial scan mirror can be cited.

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。   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により全反射する合波パルスレーザビームPL5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 combined pulsed laser beam PL5 totally reflected by the uniaxial scanning mirror 28 according to the rotational movement (swinging) of the scanning mirror as indicated 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で反射した合波パルスレーザビームPL5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の合波パルスレーザビームPL6となる。そして、この合波パルスレーザビームPL6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 combined pulsed laser beam PL5 reflected by the uniaxial scanning 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, at an image height H = fθ. The pulse laser beam PL6 is obtained. Then, the combined pulse laser beam PL6 is projected onto the workpiece W as irradiation pulse light that finely processes 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。   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.

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。   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 the workpiece W and can freely move in the XY direction including the direction orthogonal to the one-dimensional direction in which the pulse laser beam is scanned, its drive mechanism unit, and the XY stage. For example, a position sensor having a laser interferometer for measuring the position 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.

加工データ入力部11では、被加工物の加工データが入力される。加工データは、例えば、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。3次元形状の指定は、例えば、被加工物の加工後の形状がカラーデータとして含まれるビットマップ形式のデータにより行われる。加工データ入力部11は、例えば、加工データが記憶される記憶媒体、例えば半導体メモリやDVD(Degital Video Disk)等の記憶媒体読み取り装置である。   In the machining data input unit 11, machining data of a workpiece is input. The machining data includes, for example, designation of a three-dimensional shape, dimensions, number of shapes, arrangement, workpiece material name, workpiece dimensions, and the like. The designation of the three-dimensional shape is performed by, for example, bitmap format data in which the processed shape of the workpiece is included as color data. The processed data input unit 11 is, for example, a storage medium for storing processed data, for example, a storage medium reading device such as a semiconductor memory or a DVD (Digital Video Disk).

加工制御部24は、加工データ入力部11から入力される加工データに基づき、パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。加工制御部24は、基準クロック信号S1を発生する基準クロック発振回路26、基準クロック信号S1を第1のクロック信号S1a、第2のクロック信号S1bに分周する分周器52を備えている。   The processing control unit 24 integrates and controls the processing by the pulse laser processing apparatus based on the processing data input from the processing data input unit 11. The processing control unit 24 includes a reference clock oscillation circuit 26 that generates a reference clock signal S1, and a frequency divider 52 that divides the reference clock signal S1 into a first clock signal S1a and a second clock signal S1b.

さらに、加工制御部24は、加工データ入力部11から入力される加工データから、実際の加工に即したパラメータのデータの加工パターンに変換する加工パターン生成部54を備える。加工データは加工パターン生成部54の加工データ解析部で解析される。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。   Further, the machining control unit 24 includes a machining pattern generation unit 54 that converts the machining data input from the machining data input unit 11 into a machining pattern of parameter data in accordance with actual machining. The machining data is analyzed by the machining data analysis unit of the machining pattern generation unit 54. 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、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 a two-dimensional layer and converted into two-dimensional data based on bitmap data for each layer. This two-dimensional data is converted into pulse picker operation data (number of machining pulses, number of non-machining pulses, number of standby length pulses).

加工パターン生成部54で生成される加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長がパルス数を単位として記述された加工テーブルである。加工データ生成部では、例えば、合波された後の合波パルスレーザビームのパルス数を単位として記述された加工テーブルを生成する。   The machining pattern generated by the machining pattern generation unit 54 is, for example, a machining table in which a standby length, a machining length, and a non-machining length for each scan of the laser beam are described in units of pulses. For example, the processing data generation unit generates a processing table described in units of the number of pulses of the combined pulse laser beam after being combined.

図4は、加工パターンの定義形式の一例である加工テーブルの具体例を示す図である。ある1レイヤの加工テーブルを示している。図4に示すように、加工テーブルは、例えば、加工パターンについて、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。また、図4中、ステージ送り(μm)とは、レーザビームスキャナ18によるX方向の走査が終了した後、XYステージ部によりX方向に直交するY方向に移動される移動距離である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a specific example of a processing table which is an example of a processing pattern definition format. A certain one-layer processing table is shown. As shown in FIG. 4, the processing table describes, for example, the standby length, processing length, and non-processing length of the processing pattern based on the number of light pulses of the pulse laser beam. In FIG. 4, the stage feed (μm) is a movement distance moved in the Y direction orthogonal to the X direction by the XY stage unit after the scanning in the X direction by the laser beam scanner 18 is completed.

加工パターン分割部50では、加工パターン生成部54で生成された加工パターンを、第1の副加工パターンと第2の副加工パターンに分割する機能を備える。第1の副加工パターンは第1のパルスレーザビームPL1aから第1のパルスレーザビームPL2aを生成するために用いられる。また、第2の副加工パターンは第2のパルスレーザビームPL1bから第2のパルスレーザビームPL2bを生成するために用いられる。   The processing pattern division unit 50 has a function of dividing the processing pattern generated by the processing pattern generation unit 54 into a first sub processing pattern and a second sub processing pattern. The first sub-machining pattern is used to generate the first pulse laser beam PL2a from the first pulse laser beam PL1a. Further, the second sub-machining pattern is used to generate the second pulse laser beam PL2b from the second pulse laser beam PL1b.

第1の副加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長が第1のパルスレーザビームPL1aのパルス数を単位として記述された加工テーブルである。また、第2の副加工パターンは、例えば、レーザビームの走査毎の待機長、加工長、非加工長が第2のパルスレーザビームPL1bのパルス数を単位として記述された加工テーブルである。例えば、図4に示した加工テーブルの各ライン(各走査)のデータが、2つのレーザ系列用に2つに分割された形式を備える。   The first sub machining pattern is, for example, a machining table in which the standby length, machining length, and non-machining length for each scan of the laser beam are described in units of the number of pulses of the first pulse laser beam PL1a. The second sub machining pattern is, for example, a machining table in which the standby length, machining length, and non-machining length for each scan of the laser beam are described in units of the number of pulses of the second pulse laser beam PL1b. For example, the data of each line (each scan) of the processing table shown in FIG. 4 is divided into two for two laser series.

第1の副加工パターンは、第1のパルスピッカー制御部22aに転送され、第1のパルスピッカー14aの制御に用いられる。また、第2の副加工パターンは、第2のパルスピッカー制御部22bに転送され、第2のパルスピッカー14bの制御に用いられる。   The first sub machining pattern is transferred to the first pulse picker control unit 22a and used for controlling the first pulse picker 14a. Further, the second sub machining pattern is transferred to the second pulse picker control unit 22b and used for controlling the second pulse picker 14b.

加工制御部24、加工パターン分割部50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。   The processing control unit 24 and the processing pattern division unit 50 are hardware such as a microcomputer (MCU), a microprocessor (MPU), a digital signal processor (DSP), a semiconductor memory, a circuit board, or the like made of a semiconductor integrated circuit. And a combination of software.

次に、上記パルスレーザ加工装置10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(ワーク)を載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期した第1のパルスレーザビームを出射し、第1のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、クロック信号に同期して第1のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、クロック信号に同期した第2のパルスレーザビームを出射し、第2のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、クロック信号に同期して第2のパルスレーザビームの照射と非照射を切り替え、第1のパルスレーザビームと第2のパルスレーザビームとを合波して合波パルスレーザビームを生成し、被加工物表面に、合波パルスレーザビームをクロック信号に同期して1次元方向に走査し、合波パルスレーザビームを1次元方向に走査した後に、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合波パルスレーザビームを1次元方向に走査する。   Next, a pulse laser processing method using the pulse laser processing apparatus 10 will be described. In this pulse laser processing method, a workpiece (work) is placed on a stage, a clock signal is generated, a first pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted, and an optical pulse of the first pulse laser beam is emitted. Based on the number, the irradiation with the first pulse laser beam is switched between irradiation and non-irradiation in synchronization with the clock signal, the second pulse laser beam synchronized with the clock signal is emitted, and the number of optical pulses of the second pulse laser beam is set. Based on this, switching between irradiation and non-irradiation of the second pulse laser beam in synchronization with the clock signal, and combining the first pulse laser beam and the second pulse laser beam to generate a combined pulse laser beam, The surface of the workpiece is scanned with the combined pulsed laser beam in a one-dimensional direction in synchronization with the clock signal, and the combined pulsed laser beam is scanned in the one-dimensional direction, followed by the primary And moving the stage in a direction orthogonal to the direction, further scanning in synchronization with a clock signal multiplexed pulsed laser beam in the one-dimensional direction.

図5および図6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、第1および第2のレーザ発振器12a、12b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5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の基準クロック信号S1から分周された第1のクロック信号S1a、第2のクロック信号S1bにより、パルス発振のタイミングの制御が行われる。   5 and 6 are signal waveform diagrams illustrating timing control of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. When processing the workpiece W placed on the stage, the first and second laser oscillators 12a and 12b operate autonomously with most of the laser oscillation controlled by a built-in control unit. Of course, as shown in FIG. 5, the timing of pulse oscillation is controlled by the first clock signal S1a and the second clock signal S1b which are divided from the reference clock signal S1 having the period Tp generated by the reference clock oscillation circuit. Done.

このようにして、基準クロック信号S1に同期した第1のパルスレーザビームPL1a、および、第2のパルスレーザビームPL1bが出射される。第1のクロック信号S1aと第2のクロック信号S1bは位相が180度異なるよう分周されているため、第1のパルスレーザビームPL1aと第2のパルスレーザビームPL1bも位相が180度異なっている。   In this way, the first pulse laser beam PL1a and the second pulse laser beam PL1b synchronized with the reference clock signal S1 are emitted. Since the first clock signal S1a and the second clock signal S1b are divided so that the phases are different by 180 degrees, the first pulse laser beam PL1a and the second pulse laser beam PL1b are also different in phase by 180 degrees. .

第1のパルスレーザビームPL1aと第2のパルスレーザビームPL1bが合波器40により合波されることにより、合波パルスレーザビームPL5が生成される。   The first pulse laser beam PL1a and the second pulse laser beam PL1b are combined by the combiner 40, thereby generating a combined pulse laser beam PL5.

レーザビームスキャナ18は、走査起動信号S11に基づき図3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5に示すように、基準クロック信号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. 3 based on the scanning start signal S11. At this time, as shown in FIG. 5, the laser beam scanner 18 receives an instruction from a scanning command signal S2 having a cycle Ts generated by the processing control unit 24 in synchronization with the rising (or falling) of the reference clock signal S1. . 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、基準クロック信号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 a one-dimensional direction in synchronization with the reference 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).

1次元方向に合波パルスレーザビームPL6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、更に上記基準クロック信号S1に同期して合波パルスレーザビームS6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 combined pulsed laser beam PL6 in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the combined pulsed laser beam S6 is moved in the one-dimensional direction in synchronization with the reference clock signal S1. Scan in the direction. 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 S5 from the laser beam scanner 18 instructs 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。そこで、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。   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. Therefore, a synchronization angle (θsy) for synchronizing the oscillation of the pulse laser beam PL1 and the beam scanning is set in a sufficiently stable region after the end of the acceleration period. 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6に示すように、この同期角を走査角センサ36が同期角検出信号S12として検出する。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. 6, the scanning angle sensor 36 detects this synchronization angle as a synchronization angle detection signal S12. 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次元方向に合波パルスレーザビームPL6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、更に上記基準クロック信号S1に同期して合波パルスレーザビームPL6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 combined pulse laser beam PL6 in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and further, the combined pulse laser beam is synchronized with the reference clock signal S1. In the case where the PL 6 is scanned in the one-dimensional direction, the machining origin position for each scan coincides and the machining accuracy is improved.

そして、上記、1次元方向に合波パルスレーザビームPL6を走査する際に、合波パルスレーザビームPL6の光パルス数に基づき、上記基準クロック信号S1に同期して合波パルスレーザビームPL6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、第1および第2のパルスピッカー14a、14bを用いて行われる。   When the combined pulse laser beam PL6 is scanned in the one-dimensional direction, irradiation of the combined pulse laser beam PL6 in synchronization with the reference clock signal S1 based on the number of optical pulses of the combined pulse laser beam PL6. And non-irradiation. Irradiation and non-irradiation of the pulse laser beam are performed using the first and second pulse pickers 14a and 14b.

図7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、例えば、光パルス数で管理される加工パターン信号S7は、加工パターン生成部54から出力される。   FIG. 7 is a signal waveform diagram illustrating timing control of the pulse picker operation of the pulse laser processing apparatus according to the present embodiment. A machining pattern signal S7 generated from the machining data and managed by the number of light pulses, for example, is output from the machining pattern generation unit 54.

図7に示すように、周期Tpの基準クロック信号S1から生成される第1のクロック信号S1aからt遅延した第1のパルスレーザビームPL1aは、第1のパルスピッカー駆動信号S6a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、第1の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生成タイミングを基準クロック信号S1に同期させることで行っている。 As shown in FIG. 7, the first pulse laser beam PL1a delayed by t 1 from the first clock signal S1a generated from the reference clock signal S1 having the period Tp is blocked / generated based on the first pulse picker driving signal S6a. Passage is controlled. The scanning of the laser beam scanner 18 is synchronized with the blocking / passing of the first pulse laser beam by synchronizing the generation timing of the scanning angle command signal S2 with the reference clock signal S1.

例えば、第1のパルスピッカー駆動信号S6aは、加工パターン信号S7から加工パターン分割部54で生成された第1の加工パターン信号S7aを、第1のクロック信号S1aの立ち上がりによりサンプリングする。そして、第1のクロック信号S1a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、第1の加工パターン信号S7aがインアクティブとなった状態を第1のクロック信号S1a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 first pulse picker driving signal S6a samples the first machining pattern signal S7a generated by the machining pattern dividing unit 54 from the machining pattern signal S7 at the rising edge of the first clock signal S1a. The rises in t 2 hours delay from the rise of one clock of the first clock signal S1a. After the number of clocks corresponding to the number of desired pulses, the state in which the first processing pattern signal S7a becomes inactive sampled at the rising edge of the first clock signal S1a, falls with a delay t 3 hours.

そして、この第1のパルスピッカー駆動信号S6aにより、第1のパルスピッカー14aの動作が遅延時間tおよびt経過後に生ずる。この第1のパルスピッカー14aの動作により、第1のパルスレーザビームPL1aが、第1の変調パルスレーザビームPL2aとして抽出される。 Then, by the first pulse picker drive signal S6a, the operation of the first pulse picker 14a occurs after a delay time t 4 and t 5 elapses. By the operation of the first pulse picker 14a, the first pulse laser beam PL1a is extracted as the first modulated pulse laser beam PL2a.

同様に、周期Tpの基準クロック信号S1から生成される第2のクロック信号S1bからt遅延した第2のパルスレーザビームPL1bは、第2のパルスピッカー駆動信号S6b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、第2の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生成タイミングを基準クロック信号S1に同期させることで行っている。 Similarly, the second pulse laser beam PL1b from the second clock signal S1b generated from the reference clock signal S1 periods Tp and t 1 delay shutoff / passage is controlled based on the second pulse picker drive signal S6b The The scanning of the laser beam scanner 18 and the interruption / passage of the second pulse laser beam are performed by synchronizing the generation timing of the scanning angle command signal S2 with the reference clock signal S1.

例えば、第2のパルスピッカー駆動信号S6bは、加工パターン信号S7から加工パターン分割部54で生成された第2の加工パターン信号S7bを、第2のクロック信号S1bの立ち上がりによりサンプリングする。そして、第2のクロック信号S1b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、第2の加工パターン信号S7bがインアクティブとなった状態を第2のクロック信号S1b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 second pulse picker driving signal S6b samples the second machining pattern signal S7b generated by the machining pattern dividing unit 54 from the machining pattern signal S7 at the rising edge of the second clock signal S1b. Then, it rises from the rising one clock of the second clock signal S1b is delayed t 2 hours. After the number of clocks corresponding to the number of required pulses, a state where the second processing pattern signal S7b becomes inactive sampled at the rising edge of the second clock signal S 1 b, it falls with a delay t 3 hours.

そして、この第2のパルスピッカー駆動信号S6bにより、第2のパルスピッカー14bの動作が遅延時間tおよびt経過後に生ずる。この第2のパルスピッカー14bの動作により、第2のパルスレーザビームPL1bが、第2の変調パルスレーザビームPL2bとして抽出される。 Then, by the second pulse picker drive signal S6b, the operation of the second pulse picker 14b occurs after a delay time t 4 and t 5 elapses. By the operation of the second pulse picker 14b, the second pulse laser beam PL1b is extracted as the second modulated pulse laser beam PL2b.

第1の変調パルスレーザビームPL2aと第2の変調パルスレーザビームPL2bが合波器40(図1)で合波されることにより、基準クロック信号S1に同期した合波パルスレーザビームPL5が生成され、基準クロック信号S1に同期したレーザビームスキャナ18の走査により、合波パルスレーザビームPL6として被加工物に照射されことになる。   The first modulated pulse laser beam PL2a and the second modulated pulse laser beam PL2b are combined by the combiner 40 (FIG. 1), thereby generating a combined pulse laser beam PL5 synchronized with the reference clock signal S1. By the scanning of the laser beam scanner 18 synchronized with the reference clock signal S1, the workpiece is irradiated as a combined pulse laser beam PL6.

図8は、本実施の形態による被加工物の加工を説明する模式図である。図8に示すように第1および第2のパルスピッカー動作により生成される第1および第2の変調パルスレーザビームPL2a、PL2bは、第1および第2のビーム整形器によって各パルス光が所望の形状に整形される。さらに、第1および第2のアッテネータにより2つの出力が、例えば同等になるよう調整され合波器40にて合波される。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining processing of a workpiece according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, each of the first and second modulated pulse laser beams PL2a and PL2b generated by the first and second pulse picker operations is obtained by the first and second beam shapers. Shaped into shape. Further, the two outputs are adjusted by the first and second attenuators so as to be equal to each other and are combined by the multiplexer 40.

このようにして生成された合波パルスレーザビームPL5は、レーザ系を1系列しか用いない場合に比べ、単位長あたり2倍の出力を備えることになる。合波パルスレーザビームPL5は、レーザビームスキャナによるX軸方向の走査と、XYステージ部20による被加工物W位置のY軸方向の移動によって被加工物Wの所定位置に照射され、被加工物W表面の高出力かつ高精度での微細加工が可能となる。なお、図8におけるパルスピッカー動作の時間幅および各動作の時間間隔はそれぞれ異なるようになってもよい。   The combined pulsed laser beam PL5 generated in this way has an output twice as long as a unit length as compared with a case where only one laser system is used. The combined pulse laser beam PL5 is irradiated to a predetermined position of the workpiece W by scanning in the X-axis direction by the laser beam scanner and movement of the workpiece W position by the XY stage unit 20 in the Y-axis direction. Fine processing of the W surface with high output and high accuracy is possible. Note that the time width of the pulse picker operation and the time interval of each operation in FIG. 8 may be different from each other.

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は本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 present 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.

ここで、Rnは被加工物の深さ方向に分解されたレイヤの数である。   Here, Rn is the number of layers decomposed in the depth direction of the workpiece.

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) that is a distance away, 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). The irradiation with 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.

ここで、Dはビームスポット径、nはビーム照射移動比である。ビーム照射移動比とはビームスポット間の移動量をD/nとした場合のnの値である。   Here, D is a beam spot diameter, and n is a beam irradiation movement ratio. The beam irradiation movement ratio is a value of n when the movement amount between beam spots is D / n.

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による合波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 combined 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 this 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に示すと同様な手法で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, two-dimensional processing is performed on another layer generated by layer decomposition 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.

例えば、レーザ系を1系列使用することとして、加工走査条件を、
走査速度 :30.0m/sec
ビームスポット径 :15.0μm
とすると、
ビームスポット単位移動量 :7.5μm
とするためには、4MHzの繰り返し周波数が必要となる。
For example, as one laser system is used, the processing scanning condition is
Scanning speed: 30.0m / sec
Beam spot diameter: 15.0μm
Then,
Beam spot unit travel: 7.5μm
In order to achieve this, a repetition frequency of 4 MHz is required.

ここで、上記条件を本実施の形態のようにレーザ系を2系列使用すると、各系列のレーザ発振器は2MHzの繰り返し周波数で加工走査条件を充足することが可能となる。これは、繰り返し周波数「2MHz」でSHG(Second Harmonic Generation)出力が「3W」のピコ秒レーザ発振器を用いると、等価的に4MHzの繰り返し周波数での加工を、パルスあたりのエネルギーを「1.5μJ」程度で加工できるということである。   Here, when two laser systems are used for the above conditions as in the present embodiment, each series of laser oscillators can satisfy the machining scanning condition at a repetition frequency of 2 MHz. This is because when a picosecond laser oscillator having a repetition frequency of “2 MHz” and a SHG (Second Harmonic Generation) output of “3 W” is used, processing at a repetition frequency of 4 MHz is equivalent to energy of 1.5 μJ. "It can be processed to the extent."

例えば、「4MHz」のような高い繰り返し周波数で1個のレーザ発振器を使用するとビームプロファイルの劣化、非線形結晶のダメージ率の増大、非線形結晶のライフタイムの短縮、一パルスあたりのエネルギーの減少、レーザ出力の不安定化等が懸念される。本実施の形態によれば、同程度の加工を行うために1個のレーザ発振器の繰り返し周波数は半分の、例えば「2MHz」で済む。このため、上述のビームプロファイルの劣化、非線形結晶のダメージ率の増大、非線形結晶のライフタイムの短縮、一パルスあたりのエネルギーの減少、レーザ出力の不安定化等が抑制される。   For example, if one laser oscillator is used at a high repetition rate such as “4 MHz”, the beam profile is deteriorated, the damage rate of the nonlinear crystal is increased, the lifetime of the nonlinear crystal is shortened, the energy per pulse is reduced, the laser There is concern about unstable output. According to the present embodiment, in order to perform the same level of processing, the repetition frequency of one laser oscillator is half, for example, “2 MHz”. For this reason, deterioration of the beam profile, increase of the damage rate of the nonlinear crystal, shortening of the lifetime of the nonlinear crystal, reduction of energy per pulse, destabilization of the laser output, and the like are suppressed.

また、例えば、「4MHz」の繰り返し周波数で1個のレーザ発振器を使用するとプレパルス、ポストパルスの影響についても考慮が必要となる。本実施の形態によれば、同程度の加工を行うために1個のレーザ発振器の繰り返し周波数は半分の、例えば「2MHz」で済む。このためプレパルス、ポストパルスの影響について考慮する負担が軽減される。   For example, when one laser oscillator is used at a repetition frequency of “4 MHz”, it is necessary to consider the influence of prepulses and postpulses. According to the present embodiment, in order to perform the same level of processing, the repetition frequency of one laser oscillator is half, for example, “2 MHz”. This reduces the burden of considering the effects of prepulses and postpulses.

ここで、被加工物の加工品質を高める際、一般的にビームスポット単位移動量を小さくすることが行われる。例えば、ビームスポット単位移動量を5μm、3μmとすると、走査速度はそれぞれ20.0m/sec、12.0m/secとなる。   Here, in order to improve the processing quality of the workpiece, generally the beam spot unit moving amount is reduced. For example, when the beam spot unit moving amount is 5 μm and 3 μm, the scanning speed is 20.0 m / sec and 12.0 m / sec, respectively.

レーザビームスキャナをガルバノメータとした場合、加工範囲を100mm、各発振器の繰り返し周波数を2MHzとすると、実際の加工走査時間は、
ビームスポット単位移動量=5μm :レーザ1系列時 10msec
:レーザ2系列時 5msec
ビームスポット単位移動量=3μm :レーザ1系列時 16.6msec
:レーザ2系列時 8.3msec
ビームスポット単位移動量=7.5μm:レーザ1系列時 6.6msec
:レーザ2系列時 3.3msec
と、2系列時では単位時間あたり1系列に比較して2倍のビームスポットを照射することが可能であるため走査時間が短縮する。
When the laser beam scanner is a galvanometer, if the processing range is 100 mm and the repetition frequency of each oscillator is 2 MHz, the actual processing scan time is
Beam spot unit moving amount = 5 μm: 10 msec for laser 1 series
: 5msec when laser 2 series
Beam spot unit moving amount = 3 μm: Laser 1 series 16.6 msec
: 8.3 msec when laser 2 series
Beam spot unit movement amount = 7.5 μm: Laser 1 series 6.6 msec
: Laser 2 series 3.3msec
In the case of two series, since it is possible to irradiate twice as many beam spots as one series per unit time, the scanning time is shortened.

(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.

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、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、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、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 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 required pulse laser processing apparatus and the pulse laser processing method should be appropriately selected and used. Can do. In addition, all pulse laser processing apparatuses and pulse laser processing methods that include the elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention.

例えば、実施の形態ではレーザ系が2系列の場合を例に説明したが、3系列またはそれ以上の数の系列を適用することも可能である。   For example, in the embodiment, the case where the laser system is two series has been described as an example. However, it is also possible to apply three or more series.

また、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。   Further, 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 conical shape or a triangular pyramid for manufacturing a rib for electronic paper is used. Further, a pulse laser processing apparatus or a pulse laser processing method for processing an arbitrary shape such as a square pyramid, a V groove, a concave groove, an R groove, or a combination thereof may be used.

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.

10 パルスレーザ加工装置
11 加工データ入力部
12a 第1のレーザ発振器
12b 第2のレーザ発振器
14a 第1のパルスピッカー
14b 第2のパルスピッカー
17a 第1のアッテネータ
17b 第2のアッテネータ
18 レーザビームスキャナ
20 XYステージ部
22a 第1のパルスピッカー制御部
22b 第2のパルスピッカー制御部
26 基準クロック発振回路
50 加工パターン分割部
52 分周器
54 加工パターン生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Pulse laser processing apparatus 11 Processing data input part 12a 1st laser oscillator 12b 2nd laser oscillator 14a 1st pulse picker 14b 2nd pulse picker 17a 1st attenuator 17b 2nd attenuator 18 Laser beam scanner 20 XY Stage unit 22a First pulse picker control unit 22b Second pulse picker control unit 26 Reference clock oscillation circuit 50 Processing pattern division unit 52 Frequency divider 54 Processing pattern generation unit

Claims (4)

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第1のパルスレーザビームを出射する第1のレーザ発振器と、
前記クロック信号に同期した第2のパルスレーザビームを出射する第2のレーザ発振器と、
前記クロック信号に同期して前記第1のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第1のパルスピッカーと、
前記クロック信号に同期して前記第2のパルスレーザビームの通過と遮断を切り替える第2のパルスピッカーと、
前記第1のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第1のパルスピッカーを制御する第1のパルスピッカー制御部と、
前記第2のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第2のパルスピッカーを制御する第2のパルスピッカー制御部と、
前記第1のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第1のパルスレーザビームの出力を調整する第1のアッテネータと、
前記第2のパルスピッカーの後段に設けられ、前記第2のパルスレーザビームの出力を調整する第2のアッテネータと、
前記第1のアッテネータおよび前記第2のアッテネータの後段に設けられ、前記第1のパルスレーザビームと前記第2のパルスレーザビームとを合波し合波パルスレーザビームを生成する合波器と、
前記クロック信号に同期して前記合波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、
被加工物の加工データを入力する入力部と、
前記加工データを加工パターンに変換する加工パターン生成部と、
前記加工パターンを第1の副加工パターンと第2の副加工パターンに分割する加工パターン分割部と
を備え
前記第1のパルスピッカー制御部が、前記第1の副加工パターンに基づき、前記第1のパルスピッカーを制御し、
前記第2のパルスピッカー制御部が、前記第2の副加工パターンに基づき、前記第2の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 first laser oscillator that emits a first pulsed laser beam synchronized with the clock signal;
A second laser oscillator that emits a second pulse laser beam synchronized with the clock signal;
A first pulse picker that switches between passing and blocking of the first pulsed laser beam in synchronization with the clock signal;
A second pulse picker that switches between passing and blocking of the second pulse laser beam in synchronization with the clock signal;
A first pulse picker controller that controls the first pulse picker based on the number of light pulses of the first pulse laser beam;
A second pulse picker controller that controls the second pulse picker based on the number of light pulses of the second pulse laser beam;
A first attenuator provided at a subsequent stage of the first pulse picker and for adjusting an output of the first pulse laser beam;
A second attenuator provided at a subsequent stage of the second pulse picker and for adjusting an output of the second pulse laser beam;
A multiplexer provided at a stage subsequent to the first attenuator and the second attenuator, for combining the first pulse laser beam and the second pulse laser beam to generate a combined pulse laser beam;
A laser beam scanner that scans the combined pulsed 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;
An input unit for inputting machining data of the workpiece;
A machining pattern generator for converting the machining data into a machining pattern;
A processing pattern dividing unit for dividing the processing pattern into a first sub-processing pattern and a second sub-processing pattern ;
Equipped with a,
The first pulse picker control unit controls the first pulse picker based on the first sub-machining pattern;
The second pulse picker control unit, based on the second sub-processing pattern, pulse laser processing apparatus characterized that you control the second pulse picker.
前記ステージは、前記レーザビームスキャナからの走査角信号に基づき、前記1次元方向に直交する方向に移動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。   The pulse laser processing apparatus according to claim 1, wherein the stage moves in a direction orthogonal to the one-dimensional direction based on a scanning angle signal from the laser beam scanner. 前記第1および第2の副加工パターンが、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であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のパルスレーザ加工装置。 3. The pulse laser machining apparatus according to claim 1, wherein the first and second sub machining patterns are machining tables described by the number of light pulses of a pulse laser beam. 前記レーザビームスキャナはガルバノメータ・スキャナにより構成され、前記パルスピッカーは音響光学素子(AOM)または電気光学素子(EOM)により構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。
The laser beam scanner is constituted by a galvanometer scanner, the pulse picker acoustooptic element (AOM) or claims 1 to 3 any one, characterized in that it is constituted by an electro-optical element (EOM) The pulse laser processing apparatus described in 1.
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