JP5909352B2 - Pulse laser processing apparatus and pulse laser processing method - 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).

パルスレーザ加工においては、材料に微細加工を行う場合、微小スポットに集光された尖頭値パワー密度の高い(例えば、約100MW/cm程度以上)レーザ光パルスの照射により被加工物表面を除去するアブレーション(蒸散)による加工法を採用する。しかし、飛散した被加工物の残渣(以下、デブリスとも記載)が発生し、加工品質が劣化する。 In pulse laser processing, when fine processing is performed on a material, the surface of the workpiece is irradiated by irradiating a laser beam pulse with a high peak power density (for example, about 100 MW / cm 2 or more) focused on a minute spot. Adopt processing method by ablation (transpiration) to be removed. However, scattered workpiece residues (hereinafter also referred to as debris) are generated, and the processing quality deteriorates.

従来、デブリスを除去するため、例えば、エアーや不活性ガスによるアシスト、加工部位の真空化等を行っている。あるいは、加工とは別のレーザアニール装置を使用してデブリスを除去する場合もある。しかし、除去効率、設備費用等の問題があり、十分な効果が得られていない。   Conventionally, in order to remove debris, for example, assistance with air or an inert gas, evacuation of a processing site, and the like are performed. Alternatively, the debris may be removed using a laser annealing apparatus different from the processing. However, there are problems such as removal efficiency and equipment costs, and sufficient effects are not obtained.

パルスレーザ加工において、レーザ発振器からの出力光を被加工物に導く光路を形成するガルバノミラーと、レーザ発振器との間の光路に回折光学部品を設けてレーザ光を分岐させてレーザ光を被加工物に照射する方法が開示されている(特許文献2)。   In pulse laser processing, a diffractive optical component is provided in the optical path between the galvano mirror that forms the optical path that guides the output light from the laser oscillator to the workpiece and the laser oscillator, and the laser light is branched to process the laser light. A method of irradiating an object is disclosed (Patent Document 2).

特許4612733号公報Japanese Patent No. 4612733 特許4218209号公報Japanese Patent No. 4218209

本発明は、上記事情に鑑み、被加工物の加工とクリーニングを同時に行うことで、短時間、低コストで被加工物のデブリス除去を行うことを可能と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 provides a pulse laser machining apparatus and a pulse laser machining method that can perform debris removal of a workpiece at a low cost in a short time by simultaneously processing and cleaning the workpiece. 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被加工物加工用の第1のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第1のパルスピッカーと、前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第2のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第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1のパルスピッカーと独立に、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、を備え、前記合波器が、前記第1のパルスレーザビームの光軸と前記第2のパルスレーザビームの光軸が前記1次元方向と直交する方向に離間した状態で合波し、前記被加工物上における前記第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くすることを特徴とする。
A pulse laser processing apparatus according to an aspect of the present invention uses a reference clock oscillation circuit that generates a clock signal, and the passage and blocking of a first pulse laser beam for processing a workpiece synchronized with the clock signal as the clock signal. A first pulse picker that switches in synchronization; a second pulse picker that switches between passage and blocking of a second pulse laser beam for cleaning a workpiece synchronized with the clock signal in synchronization with the clock signal; A first pulse picker controller for controlling the first pulse picker based on the number of light pulses of the first pulse laser beam; and the first pulse based on the number of light pulses of the second pulse laser beam. independently of the picker and a second pulse picker control unit for controlling the second pulse picker, a subsequent stage of the first pulse picker A first attenuator for adjusting the output of the first pulse laser beam, and a second attenuator for adjusting the output of the second pulse laser beam provided after the second pulse picker, A multiplexer that is provided downstream of the first attenuator and the second attenuator and multiplexes 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 pulse laser beam only in a one-dimensional direction in synchronization with the clock signal, and a stage that can place a workpiece and moves in a direction orthogonal to the one-dimensional direction. And the multiplexer separates the optical axis of the first pulse laser beam and the optical axis of the second pulse laser beam in a direction perpendicular to the one-dimensional direction. Multiplexes in the state, characterized by lower than the energy density of the first pulse laser beam on the workpiece an energy density of the second pulse laser beam on the workpiece.

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、前記クロック信号に同期した基本パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記基本パルスレーザビームを前記第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に分波する分波器と、をさらに備えることが望ましい。   In the apparatus of the above aspect, a laser oscillator that emits a basic pulse laser beam synchronized with the clock signal, and a demultiplexer that demultiplexes the basic pulse laser beam into the first pulse laser beam and the second pulse laser beam. It is desirable to further comprise a vessel.

上記態様の装置において、前記第1のパルスレーザビームの形状を整形する第1のビーム整形器と、前記第2のパルスレーザビームの形状を整形する第2のビーム整形器と、をさらに備え、前記第2のビーム整形器が前記第2のパルスレーザビームのビーム径を可変とするビーム径変更部を備えることが望ましい。   In the apparatus of the above aspect, the apparatus further comprises: a first beam shaper that shapes the shape of the first pulse laser beam; and a second beam shaper that shapes the shape of the second pulse laser beam. It is preferable that the second beam shaper includes a beam diameter changing unit that makes a beam diameter of the second pulse laser beam variable.

上記態様の装置において、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被加工物加工用の第1の副加工パターンと被加工物クリーニング用の第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さらに備え、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が望ましい。   In the apparatus of the above aspect, an input unit for inputting machining data of a workpiece, a machining pattern generation unit for converting the machining data into a machining pattern, and a first sub machining pattern for machining the workpiece pattern And a machining pattern dividing unit that divides the workpiece into a second sub machining pattern for cleaning the workpiece, wherein the first pulse picker control unit is configured to use the first pulse based on the first sub machining pattern. It is preferable that the picker is controlled, and the second pulse picker control unit controls the second pulse picker based on the second sub machining pattern.

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).

本発明の別の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被加工物加工用の第1のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、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照射と非照射を切り替え、前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第2のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第1のパルスレーザビームの照射と非照射と独立に、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照射と非照射を切り替え、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て合波パルスレーザビームを生成し、前記被加工物表面に、前記合波パルスレーザビームを前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより1次元方向に走査し、前記合波パルスレーザビームを前記1次元方向に走査した後に、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合波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、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、それぞれの光軸が前記1次元方向に直交する方向に離間した状態で合波し、前記被加工物上における前記第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くし、前記第1のパルスレーザビームにより前記被加工物を加工し、前記第2のパルスレーザビームにより前記被加工物のクリーニングを行うことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a pulse laser processing method, wherein a workpiece is placed on a stage, a clock signal is generated, and an optical pulse of a first pulse laser beam for processing the workpiece synchronized with the clock signal. Based on the number of pulses, switching between irradiation and non-irradiation of the first pulse laser beam in synchronization with the clock signal, and based on the number of light pulses of the second pulse laser beam for workpiece cleaning synchronized with the clock signal Independently of irradiation and non-irradiation of the first pulse laser beam, the irradiation and non-irradiation of the second pulse laser beam are switched in synchronization with the clock signal, and the first pulse laser beam and the second irradiation are switched. Are combined with the pulse laser beam to generate a combined pulse laser beam, and the combined pulse laser beam is synchronized with the clock signal on the surface of the workpiece. After scanning in the one-dimensional direction by the beam scanner and scanning the combined pulse laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and further synchronized with the clock signal. A pulsed laser processing method for scanning the combined pulsed laser beam in the one-dimensional direction, wherein the first pulsed laser beam and the second pulsed laser beam have their respective optical axes in the one-dimensional direction. And the energy density of the second pulse laser beam on the workpiece is made lower than the energy density of the first pulse laser beam on the workpiece. The workpiece is processed by the first pulse laser beam, and the workpiece is cleaned by the second pulse laser beam. And wherein the Ukoto.

上記態様の方法において、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 method 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.

上記態様の方法において、前記第2のパルスレーザビームのビーム径を、前記第1のパルスレーザビームのビーム径よりも大きくすることが望ましい。   In the method of the above aspect, it is preferable that a beam diameter of the second pulse laser beam is larger than a beam diameter of the first pulse laser beam.

本発明によれば、被加工物の加工とクリーニングを同時に行うことで、短時間、低コストで被加工物のデブリス除去を行うことを可能と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 is provided a pulse laser processing apparatus and a pulse laser processing method capable of performing debris removal of a workpiece at a low cost in a short time by simultaneously processing and cleaning the workpiece. It becomes possible.

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 an embodiment. 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 embodiment. 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 embodiment. 実施の形態の第1または第2の副加工パターンの定義形式の一例である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 table which is an example of the definition format of the 1st or 2nd sub process pattern of embodiment. 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 an embodiment. 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 an embodiment. 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 the timing control of the pulse picker operation of the pulse laser processing apparatus of the embodiment. 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 embodiment. 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 one processing example by the pulse laser processing apparatus of 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.

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.

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被加工物加工用の第1のパルスレーザビームの通過と遮断をクロック信号に同期して切り替える第1のパルスピッカーと、クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第2のパルスレーザビームの通過と遮断をクロック信号に同期して切り替える第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。そして、合波器が、第1のパルスレーザビームの光軸と第2のパルスレーザビームの光軸が1次元方向と直交する方向に離間した状態で合波し、被加工物上における第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くする。   The pulse laser processing apparatus of the present embodiment synchronizes the reference clock oscillation circuit for generating the clock signal and the passage and blocking of the first pulse laser beam for processing the workpiece synchronized with the clock signal in synchronization with the clock signal. A first pulse picker for switching, a second pulse picker for switching the passage and blocking of a second pulse laser beam for workpiece cleaning synchronized with the clock signal in synchronization with the clock signal, and the first pulse laser beam A first pulse picker controller for controlling the first pulse picker based on the number of optical pulses of the second pulse picker, and a second pulse picker for controlling the second pulse picker based on the number of optical pulses of the second pulse laser beam A control unit, and a first attenuator that is provided after the first pulse picker and adjusts 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; a second attenuator provided after the first attenuator and the second attenuator; A multiplexer that combines the second pulse laser beam to generate a combined pulse laser beam, a laser beam scanner that scans the combined pulse laser beam in only one dimension in synchronization with the clock signal, and a workpiece A stage on which an object can be placed and moves in a direction orthogonal to the one-dimensional direction. Then, the multiplexer multiplexes in a state where the optical axis of the first pulse laser beam and the optical axis of the second pulse laser beam are separated in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the second on the workpiece. The energy density of the pulse laser beam is made lower than the energy density of the first pulse laser beam on the workpiece.

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被加工物加工用のパルスレーザビームとクリーニング用のパルスレーザビームのオン/オフを個別に制御する。そして、この2つのパルスレーザビームを、それぞれの光軸が走査方向に直交する方向に離間した状態で合波して被加工物に照射することを可能とする。この構成により、被加工物の加工と、この加工により生ずるデブリスのクリーニングを同時に行うことが可能となる。したがって、短時間、低コストで被加工物のデブリス除去が実現できる。   The pulse laser processing apparatus of the present embodiment individually controls on / off of a workpiece processing pulse laser beam and a cleaning pulse laser beam synchronized with the same clock signal. The two pulsed laser beams can be combined and irradiated onto the workpiece while their optical axes are separated in a direction perpendicular to the scanning direction. With this configuration, it is possible to simultaneously process the workpiece and clean the debris generated by this processing. Therefore, debris removal of the workpiece can be realized in a short time and at low cost.

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。   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.

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クリーニングおよびそれらの高速化を容易に実現する。   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 and cleaning of a large-sized workpiece surface and their speeding up.

また、加工とクリーニングを合波された2つのパルスレーザビームで行うことで、加工パターン範囲近傍の被加工物表面を選択的に精度よくクリーニングすることが可能となる高い品質の製品を低コストで製造することが可能となる。   In addition, high-quality products that can selectively clean the surface of the workpiece near the processing pattern range with high accuracy can be obtained at low cost by performing processing and cleaning with two combined pulsed laser beams. It can be manufactured.

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、レーザ発振器12、分波器38、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、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 laser oscillator 12, a duplexer 38, a first pulse picker 14a, a second pulse picker 14b, a first 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 control unit 22a, second pulse picker control A section 22b, a processing pattern dividing section 50, and a processing control section 24 are provided. The processing control unit 24 includes a reference clock oscillation circuit 26 that generates a desired clock signal S1 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。   In the reference clock oscillation circuit 26, a reference clock signal S1 is generated.

レーザ発振器12は、基準クロック信号S1に同期した基本パルスレーザビームPL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 basic pulse laser beam PL synchronized with the reference clock signal S1. 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.

分波器38は、基本パルスレーザビームPLを加工用の第1のパルスレーザビームPL1aとクリーニング用の第2のパルスレーザビームPL1bに分波する。分波器38は、例えば、第1のミラー38aと第2のミラー38bとで構成される。第1のミラー38aは例えばハーフミラーであり、第2のミラー38bは、例えば折り返しミラーである。第1のミラー38aは、例えば、透過率50%、反射率50%のハーフミラーである。   The demultiplexer 38 demultiplexes the basic pulse laser beam PL into a first pulse laser beam PL1a for processing and a second pulse laser beam PL1b for cleaning. The duplexer 38 includes, for example, a first mirror 38a and a second mirror 38b. The first mirror 38a is, for example, a half mirror, and the second mirror 38b is, for example, a folding mirror. The first mirror 38a is, for example, a half mirror having a transmittance of 50% and a reflectance of 50%.

第1のパルスピッカー14aは、レーザ発振器12および分波器38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、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 laser oscillator 12 and the demultiplexer 38 and before the laser beam scanner 18. And, it is configured to switch between processing and non-processing of the workpiece (workpiece W) by switching between passage and blocking (on / off) of the first pulse laser beam PL1a in synchronization with the reference clock signal S1. 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のパルスピッカー14bは、レーザ発振器12および分波器38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、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)のクリーニングの有無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、被加工物のクリーニングのためにオン/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 laser oscillator 12 and the duplexer 38 and before the laser beam scanner 18. Then, the presence or absence of cleaning of the workpiece (workpiece W) is switched by switching the passage and blocking (on / off) of the second pulse laser beam PL1b in synchronization with the reference clock signal S1. As described above, the second pulse laser beam PL1b becomes the second modulated pulse laser beam PL2b, which is controlled to be turned on / off for cleaning 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2のパルスレーザビームPL2bを所望の形状に整形された第2のパルスレーザビームPL3b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 second pulse laser beam PL2b into a second pulse laser beam PL3b 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.

また、第2のビーム整形器16bは、偏光面を90度回転させる1/2波長板を備えることが望ましい。1/2波長板を備えることで、第1のパルスレーザビームPL3aの偏光面に対し、第2のパルスレーザビームPL3bの偏光面が90度回転する。このため、後に合波した際の相互干渉を抑制でき、より高精度の加工とクリーニングを実現することができるためである。   The second beam shaper 16b preferably includes a half-wave plate that rotates the plane of polarization by 90 degrees. By providing the half-wave plate, the polarization plane of the second pulse laser beam PL3b is rotated by 90 degrees with respect to the polarization plane of the first pulse laser beam PL3a. For this reason, it is possible to suppress mutual interference when combined later, and to realize higher-precision processing and cleaning.

また、被加工物クリーニング用の第2のパルスレーザビームを整形する第2のビーム整形器16bは、第2のパルスレーザビームのビーム径を可変とするビーム径変更部を備えることが望ましい。このビーム径変更部は、例えば、ビームエクスパンダである。   Moreover, it is desirable that the second beam shaper 16b for shaping the second pulse laser beam for cleaning the workpiece includes a beam diameter changing unit that makes the beam diameter of the second pulse laser beam variable. The beam diameter changing unit is, for example, a beam expander.

本実施の形態では、クリーニングの際に被加工物がダメージを受けないように、被加工物上における第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くする。例えば、ビーム径変更部でビーム径を第1のパルスレーザビームよりも大きくすることで、被加工物上でのビームのエネルギー密度を低下させることが可能である。   In this embodiment mode, the energy density of the second pulse laser beam on the workpiece is set to the energy density of the first pulse laser beam on the workpiece so that the workpiece is not damaged during cleaning. Lower than. For example, the energy density of the beam on the workpiece can be reduced by making the beam diameter larger than that of the first pulse laser beam at the beam diameter changing unit.

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.

第1のアッテネータ17aと第2のアッテネータ17bで、第1のパルスレーザビームまたは第2のパルスレーザビームの出力を調整することで、被加工物上における第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くすることが可能となる。   By adjusting the output of the first pulse laser beam or the second pulse laser beam with the first attenuator 17a and the second attenuator 17b, the energy density of the second pulse laser beam on the workpiece is adjusted. It becomes possible to make it lower than the energy density of the 1st pulse laser beam on a workpiece.

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。   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.

合波器40は、第1のミラー40aを調整することにより第1のパルスレーザビームPL4aの光軸と第2のパルスレーザビームPL4bの光軸が、被加工物上における走査方向と直交する方向に離間した状態で合波して合波パルスレーザビーム(平行合波パルスレーザビーム)PL5を生成する。   The multiplexer 40 adjusts the first mirror 40a so that the optical axis of the first pulse laser beam PL4a and the optical axis of the second pulse laser beam PL4b are orthogonal to the scanning direction on the workpiece. Are combined in a separated state to generate a combined pulse laser beam (parallel combined pulse laser beam) PL5.

このように、独立にオン/オフが制御される2系列のパルスレーザビームを離間した状態で合波して平行合波パルスレーザビームを生成することで、同一の走査で被加工物のパターン加工とクリーニングを同時に実行することが可能となる。   In this way, by patterning two series of pulsed laser beams that are independently controlled to be turned on / off in a separated state to generate a parallel multiplexed pulsed laser beam, pattern processing of the workpiece can be performed with the same scanning. And cleaning can be performed simultaneously.

レーザビームスキャナ18は、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、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。図1では、走査指令信号S2が基準クロック信号S1に同期している。   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 reference clock signal S1. In this way, by scanning the combined pulse laser beam PL5 in synchronization with the reference clock signal S1, the positioning accuracy of the irradiation spot of the pulse laser beam is improved. In FIG. 1, the scan command signal S2 is synchronized with the reference clock signal S1.

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で反射した平行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の平行合波パルスレーザビームPL6となる。そして、この平行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 parallel combined pulse laser beam PL5 reflected by the uniaxial scanning mirror 28 passes through the fθ lens 34 and is scanned in parallel in a one-dimensional direction at a constant speed V, for example, parallel to an image height H = fθ. The combined pulse laser beam PL6 is obtained. The parallel combined pulse laser beam PL6 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.

平行合波パルスレーザビームPL6は、被加工物上で、2つのパルスレーザビームが走査方向となる1次元方向と直交する方向に、例えば距離「Ly」離間した状態のパルスレーザビームである。   The parallel combined pulse laser beam PL6 is a pulse laser beam in a state where the two pulse laser beams are separated from each other by a distance “Ly”, for example, in a direction orthogonal to the one-dimensional direction that is the scanning direction.

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.

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).

また、加工パターン生成部54では、この2次元データからクリーニングの必要な領域を定義し、パルスピッカーの動作データ(加工(クリーニング)パルス数、非加工(非クリーニング)パルス数、待機長パルス数)に変換する。   Further, the machining pattern generation unit 54 defines an area that needs to be cleaned from the two-dimensional data, and the operation data of the pulse picker (number of machining (cleaning) pulses, number of non-machining (non-cleaning) pulses, number of standby length pulses) Convert to

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(クリーニング長)、非加工長(非クリーニング長)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   The processing pattern generated by the processing pattern generation unit 54 is, for example, a processing table in which the standby length, processing length (cleaning length), and non-processing length (non-cleaning length) for each scan of the laser beam are described in units of pulses. Is

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、被加工物加工用の第1の副加工パターンとクリーニング用の第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 dividing unit 50 has a function of dividing the processing pattern generated by the processing pattern generation unit 54 into a first sub processing pattern for processing a workpiece and a second sub processing pattern for cleaning. 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、クリーニング長、非クリーニング長が第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クリーニングテーブルである。   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-processing pattern is, for example, a cleaning table in which the standby length, cleaning length, and non-cleaning length for each scan of the laser beam are described in units of the number of pulses of the second pulse laser beam PL1b.

図4は、第1または第2の副加工パターンの定義形式の一例である加工・クリーニングテーブルの具体例を示す図である。ある1レイヤの加工・クリーニングテーブルを示している。図4に示すように、加工・クリーニングテーブルは、例えば、加工パターンについて、待機長、加工長(またはクリーニング長)や非加工長(または非クリーニング長)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 showing a specific example of the processing / cleaning table which is an example of the definition format of the first or second sub-processing pattern. A certain layer processing / cleaning table is shown. As shown in FIG. 4, the processing / cleaning table describes, for example, a standby length, a processing length (or cleaning length), and a non-processing length (or non-cleaning length) based on the number of light pulses of the pulse laser beam. To do. 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.

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被加工物加工用の第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被加工物クリーニング用の第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レーザビームスキャナにより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パルスレーザ加工方法である。そして、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、それぞれの光軸が1次元方向に直交する方向に離間した状態で合波し、被加工物上における第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くし、第1のパルスレーザビームにより被加工物を加工し、第2のパルスレーザビームにより被加工物のクリーニングを行う。   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, and based on the number of optical pulses of a first pulse laser beam for processing a workpiece synchronized with the clock signal, Switching between irradiation and non-irradiation of the first pulse laser beam in synchronization with the clock signal, and in synchronization with the clock signal based on the number of light pulses of the second pulse laser beam for workpiece cleaning synchronized with the clock signal Switching between irradiation and non-irradiation of the second pulse laser beam, the first pulse laser beam and the second pulse laser beam are combined to generate a combined pulse laser beam, and combined on the workpiece surface. The pulsed laser beam is scanned in a one-dimensional direction by a laser beam scanner in synchronization with a clock signal, and the combined pulsed laser beam is scanned in a one-dimensional direction. And moving the stage in a direction orthogonal to the direction, which is further pulsed laser processing method for synchronously scanning the combined pulsed laser beam in the one-dimensional direction to the clock signal. Then, the first pulse laser beam and the second pulse laser beam are combined with each optical axis being separated in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the second pulse laser beam on the work piece. Is made lower than the energy density of the first pulse laser beam on the workpiece, the workpiece is processed by the first pulse laser beam, and the workpiece is cleaned by the second pulse laser beam. Do.

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、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 machining the workpiece W placed on the stage, the laser oscillator 12 operates autonomously with most of the laser oscillation controlled by a built-in control unit. However, as shown in FIG. 5, the pulse oscillation timing is controlled by the reference clock signal S1 having the cycle Tp generated by the reference clock oscillation circuit.

このようにして、基準クロック信号S1に同期した加工用の第1のパルスレーザビームPL1a、および、クリーニング用の第2のパルスレーザビームPL1bが生成される。   In this way, the first pulse laser beam PL1a for processing synchronized with the reference clock signal S1 and the second pulse laser beam PL1b for cleaning are generated.

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、平行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 parallel 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。または、クリーニングを実行する。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. Or, perform cleaning. 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 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次元方向に平行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に同期して平行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 parallel multiplexed pulse laser beam PL6 in the one-dimensional direction, the stage is moved in the direction orthogonal to the one-dimensional direction, and further, the parallel multiplexed pulse is synchronized with the reference clock signal S1. In the case where the laser beam PL6 is scanned in the one-dimensional direction, the machining origin position for each scan is matched, and the machining accuracy is improved.

そして、上記、1次元方向に平行合波パルスレーザビームPL6を走査する際に、光パルス数に基づき、上記基準クロック信号S1に同期して平行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 parallel combined pulse laser beam PL6 is scanned in the one-dimensional direction, irradiation and non-irradiation of the parallel combined pulse laser beam PL6 are switched in synchronization with the reference clock signal S1 based on the number of optical pulses. . 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が、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、走査指令信号S2の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 from the reference clock signal S1 periods Tp and t 1 delay shutoff / passage is controlled on the basis of the first pulse picker drive signal S6a. 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 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、基準クロック信号S1の立ち上がりによりサンプリングする。そして、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基準クロック信号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 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 reference clock signal S1. 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 reference clock signal S1, 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、走査指令信号S2の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 reference clock signal S1 periods Tp and t 1 delay shutoff / passage is controlled based on the second pulse picker drive signal S6b. Note that the scanning of the laser beam scanner 18 is synchronized with the blocking / passing of the second pulse laser beam by synchronizing the generation timing of the scanning 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、基準クロック信号S1の立ち上がりによりサンプリングする。そして、基準信号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、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基準信号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 second pulse picker drive 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 reference clock signal S1. Then, it rises from the rising one clock of the reference signal S1 with a delay 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 reference signal S1, 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に同期した平行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、2つのパルスレーザビームが走査方向に直交する方向に距離「Ly」だけ離間した平行合波パルスレーザビームPL6として被加工物に照射されることになる。   The first modulated pulse laser beam PL2a and the second modulated pulse laser beam PL2b are multiplexed by the multiplexer 40 (FIG. 1), thereby generating a parallel multiplexed pulse laser beam PL5 synchronized with the reference clock signal S1. Then, by scanning with the laser beam scanner 18 synchronized with the reference clock signal S1, the two pulsed laser beams are irradiated to the workpiece as a parallel combined pulsed laser beam PL6 separated by a distance “Ly” in a direction orthogonal to the scanning direction. Will be.

図8は、本実施の形態による被加工物の加工およびクリーニング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。例えば、第2の変調パルスレーザビームのビーム径が第1の変調パルスレーザビームのビーム径よりも大きくなるよう調整される。   FIG. 8 is a schematic diagram for explaining processing and cleaning 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. For example, the beam diameter of the second modulated pulse laser beam is adjusted to be larger than the beam diameter of the first modulated pulse laser beam.

そして、第1および第2の変調パルスレーザビームPL2a、PL2bは、それぞれ独立して照射/非照射(オン/オフ)が制御される。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、第2のパルスレーザビームの方が第1のパルスレーザビームよりも小さくなるように調整され合波器40にて合波される。   Irradiation / non-irradiation (ON / OFF) of the first and second modulated pulse laser beams PL2a and PL2b is controlled independently of each other. Further, the two outputs are adjusted by the first and second attenuators, for example, adjusted so that the second pulse laser beam is smaller than the first pulse laser beam, 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、被加工物上で、走査方向に対して垂直に距離「Ly」離間した2つの平行なパルスレーザビームである。そして、例えば、上述のような、第1または第2のビーム整形器によるビーム径の制御、第1または第2のアッテネータの制御によるレーザ出力の制御により、被加工物上での第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を被加工物上における第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くする。   The combined pulsed laser beam PL5 generated in this way is two parallel pulsed laser beams separated by a distance “Ly” perpendicular to the scanning direction on the workpiece. Then, for example, the second pulse on the workpiece is controlled by the control of the beam diameter by the first or second beam shaper and the control of the laser output by the control of the first or second attenuator as described above. The energy density of the laser beam is set lower than the energy density of the first pulse laser beam on the workpiece.

クリーニング用の第2のパルスレーザビームにより、第1のパルスレーザビームによる加工で発生したデブリスをレーザアニールにより被加工物表面から除去する。   With the second pulse laser beam for cleaning, debris generated by the processing by the first pulse laser beam is removed from the surface of the workpiece by laser annealing.

ここで、クリーニング用の第2のパルスレーザビームのエネルギー密度は、被加工物の形状が変化しない限度に設定されることが望ましい。クリーニングによるパターンの変形を抑制するためである。   Here, it is desirable that the energy density of the second pulse laser beam for cleaning is set to a limit at which the shape of the workpiece does not change. This is for suppressing deformation of the pattern due to cleaning.

そして、図8に示すように、第1および第2のパルスレーザビームが、それぞれ独立して照射/非照射(オン/オフ)が制御されるため、1回の走査で被加工物のパターンの加工と、被加工物表面のクリーニングを同時に実行することが可能となる。   Then, as shown in FIG. 8, irradiation / non-irradiation (on / off) of the first and second pulse laser beams is controlled independently, so that the pattern of the workpiece can be obtained by one scan. Processing and cleaning of the surface of the workpiece can be performed simultaneously.

平行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表面の高精度での微細加工とクリーニングが可能となる。   The parallel 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 in the Y-axis direction by the XY stage unit 20 to be processed. Fine processing and cleaning of the surface of the object W can be performed with high accuracy.

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(クリーニング)パルス数、非加工(非クリーニング)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 processing (cleaning) pulses, the number of non-processing (non-cleaning) 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、X軸方向にXの間隔で、X軸方向の長さ5*Xp(Xpはパルス間隔)、Y軸方向の長さ3*Yp(Ypはパルス間隔)、深さDpのポケットを3個形成するものとする。ポケットの長さや間隔Xは、加工パルス数、非加工パルス数で制御される。 As shown in FIG. 9, for example, at intervals of X 1 to X-axis direction, the X-axis direction length 5 * Xp (Xp pulse interval), Y-axis direction length 3 * Yp (Yp pulse interval) Suppose that three pockets of depth Dp are formed. The length and spacing X 1 pocket machining pulses is controlled by the non-processing pulses.

さらに、Y軸方向にYの間隔をあけて、それぞれX方向に3個ずつ形成されるものとする。この加工例では、計9個のポケットが形成されることになる。 Further, at intervals of Y 1 to Y-axis direction, and it is formed by three in the X direction. In this processing example, a total of nine pockets are formed.

図10には、1回の1次元方向の走査におけるパルス照射パターンを示す。1回のレーザビームスキャナによる走査で、合波された2つのパルスレーザビーム、すなわち、走査方向に対し垂直な方向に「Ly」の間隔を保った加工用の第1の変調パルスレーザビームとクリーニング用の第2の変調パルスレーザビームの2つのビームにより照射が行われる。   FIG. 10 shows a pulse irradiation pattern in one one-dimensional scanning. Two pulsed laser beams combined by scanning with a single laser beam scanner, that is, a first modulated pulsed laser beam for processing and a cleaning at a distance of “Ly” in a direction perpendicular to the scanning direction. Irradiation is performed by two beams of the second modulated pulse laser beam for use.

以下、2つのビームの照射条件について具体例をあげて説明する。   Hereinafter, the irradiation conditions of the two beams will be described with specific examples.

ここで、第1のパルスレーザビームについて、
ビームスポット径 :D1/e2 μm
繰り返し周波数 :F KHz
の加工条件で走査を行うとすると、
加工速度 :V m/sec
は、スポット径の1/n(nをビーム照射移動比と称する)ずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
V=D1/e2×F×10/n
となる。
Here, for the first pulse laser beam,
Beam spot diameter: D1 / e 2 μm
Repetition frequency: F KHz
If scanning is performed under the following processing conditions:
Machining speed: V m / sec
When the beam irradiation position is shifted by 1 / n of the spot diameter (n is referred to as a beam irradiation movement ratio),
V = D1 / e 2 × F × 10 3 / n
It becomes.

例えば、Cuに加工を行う場合、
ビームスポット径 :D1/e2=16μm
繰り返し周波数 :F=500KHz
ビーム照射移動比 :n=2
の加工条件で走査を行うとすると、
加工速度 :V=4.0m/sec
の条件となる。
For example, when processing Cu,
Beam spot diameter: D1 / e 2 = 16 μm
Repetition frequency: F = 500KHz
Beam irradiation movement ratio: n = 2
If scanning is performed under the following processing conditions:
Processing speed: V = 4.0 m / sec
It becomes the condition of.

また、照射パルスエネルギーEpを、
Ep=1μJ/パルス
とすると、「0.1μm」の加工深さが得られるが、その時の照射パルスエネルギー密度は、
照射パルスエネルギー密度=0.86×Ep/A1/e2
より、
照射パルスエネルギー密度=0.43J/cm
となる。
Also, the irradiation pulse energy Ep is
When Ep = 1 μJ / pulse, a processing depth of “0.1 μm” can be obtained, and the irradiation pulse energy density at that time is
Irradiation pulse energy density = 0.86 × Ep / A1 / e 2
Than,
Irradiation pulse energy density = 0.43 J / cm 2
It becomes.

第2のパルスレーザビームによるクリーニング処理の場合、ビーム照射移動比を第1のパルスレーザビームによるパターン形状加工時と同様とすると、クリーニング時に使用する照射パルスエネルギー密度を、パターン形状加工時に使用する照射パルスエネルギー密度の「1/10〜1/15」程度とし、アニール処理用ビームスポット径を、
1.2〜1.5×(「Y軸形状加工移動距離」)
とするN値に対応するクリーニング処理用ビームスポット径、クリーニング処理ライン単位を設定する。
In the case of the cleaning process using the second pulse laser beam, if the beam irradiation movement ratio is the same as that for pattern shape processing using the first pulse laser beam, the irradiation pulse energy density used for cleaning is the irradiation used for pattern shape processing. The beam spot diameter for annealing is set to about “1/10 to 1/15” of the pulse energy density,
1.2 to 1.5 × (“Y-axis shape machining travel distance”)
The cleaning process beam spot diameter and the cleaning process line unit corresponding to the N value are set.

例えば、上記加工条件時、Y軸形状加工移動距離をビーム照射移動比n=2の場合に一致させると、X軸、Y軸方向共8μmごとにビーム照射が行われる。   For example, under the above processing conditions, if the Y-axis shape processing movement distance is matched when the beam irradiation movement ratio n = 2, beam irradiation is performed every 8 μm in both the X-axis and Y-axis directions.

ここで、N=2とすると、アニール処理用ビームスポット径は「19〜24μm」となりY軸方向のクリーニング処理単位は16μmになる。クリーニング処理用ビームスポット径の決定は、照射パルスエネルギー密度を考慮し、
クリーニング処理ビームスポット径:20μm
照射パルスエネルギー密度:0.027J/cm
の条件を設定する。
Here, when N = 2, the beam spot diameter for annealing is “19 to 24 μm”, and the cleaning processing unit in the Y-axis direction is 16 μm. The beam spot diameter for the cleaning process is determined in consideration of the irradiation pulse energy density.
Cleaning processing beam spot diameter: 20 μm
Irradiation pulse energy density: 0.027 J / cm 2
Set the conditions.

また、走査方向のクリーニング処理範囲はパターン形状加工範囲からLx加算する。さらに、パターンの加工終了ライン(図9の第12走査)を走査後、さらにクリーニング処理のため「Ly」の区間でクリーニング処理のみを行う。   Further, Lx is added to the cleaning processing range in the scanning direction from the pattern shape processing range. Further, after scanning the pattern processing end line (the twelfth scan in FIG. 9), only the cleaning process is performed in the “Ly” section for the cleaning process.

「Lx」は走査の整数倍、「Ly」はY軸方向のクリーニング処理単位の整数倍となる。   “Lx” is an integral multiple of scanning, and “Ly” is an integral multiple of the cleaning processing unit in the Y-axis direction.

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次元加工およびクリーニングが行われる。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 and cleaning for a specific layer as shown in FIG. 11 are 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.

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.

また、例えば、実施の形態では、ポケット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、マイクロレンズ用金型のディンプル、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 a pocket has been described as an example. However, the present invention is not limited to these shapes. For example, a dimple for a microlens mold and a rib for electronic paper are manufactured. It may be a pulse laser processing apparatus or a pulse laser processing method for processing a conical shape, an arbitrary shape such as a triangular pyramid, a square pyramid, a V groove, a concave groove, an R groove, or a combination thereof.

また、被加工物としては、Cu材を例に説明したが、Ni材、SKD11等の金属材、DLC材、高分子材料、半導体材、ガラス材等の材料を用いらことも可能である。   Moreover, although Cu material was demonstrated to the example as a to-be-processed object, materials, such as metal materials, such as Ni material and SKD11, DLC material, a polymeric material, a semiconductor material, and a glass material, can also be used.

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.

また、実施の形態では、レーザ発振器が1個であり分波により、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を生成する場合を例に説明した。装置構成を簡易にし、装置コストを低減する観点からのこの構成が望ましい。しかしながら、それぞれのパルスレーザビームの高出力化あるいは出力最適化を行うために、2個のレーザ発振器を備える構成としてもかまわない。   In the embodiment, the case where the number of laser oscillators is one and the first pulse laser beam and the second pulse laser beam are generated by demultiplexing has been described as an example. This configuration is desirable from the viewpoint of simplifying the device configuration and reducing the device cost. However, in order to increase the output or optimize the output of each pulse laser beam, a configuration including two laser oscillators may be used.

10 パルスレーザ加工装置
11 加工データ入力部
12 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
24 加工制御部
26 基準クロック発振回路
38 分波器
40 合波器
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 12 Laser oscillator 14a 1st pulse picker 14b 2nd pulse picker 17a 1st attenuator 17b 2nd attenuator 18 Laser beam scanner 20 XY stage part 22a 1st pulse picker control Unit 22b second pulse picker control unit 24 processing control unit 26 reference clock oscillation circuit 38 duplexer 40 multiplexer 50 processing pattern division unit 52 frequency divider 54 processing pattern generation unit

Claims (10)

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被加工物加工用の第1のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第1のパルスピッカーと、
前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第2のパルスレーザビームの通過と遮断を前記クロック信号に同期して切り替える第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1のパルスピッカーと独立に、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、
を備え、
前記合波器が、前記第1のパルスレーザビームの光軸と前記第2のパルスレーザビームの光軸が前記1次元方向と直交する方向に離間した状態で合波し、
前記被加工物上における前記第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低く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 pulse picker that switches between passing and blocking a first pulse laser beam for processing a workpiece in synchronization with the clock signal in synchronization with the clock signal;
A second pulse picker that switches between passing and blocking a second pulse laser beam for cleaning a workpiece synchronized with the clock signal 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 for controlling the second pulse picker independently of the first pulse picker based on the number of optical 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;
With
The multiplexer multiplexes in a state where the optical axis of the first pulse laser beam and the optical axis of the second pulse laser beam are separated in a direction perpendicular to the one-dimensional direction;
A pulse laser processing apparatus, wherein an energy density of the second pulse laser beam on the workpiece is set lower than an energy density of the first pulse laser beam on the workpiece.
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. 前記クロック信号に同期した基本パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、前記基本パルスレーザビームを前記第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に分波する分波器と、
をさらに備え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。
A laser oscillator that emits a basic pulse laser beam synchronized with the clock signal; a duplexer that demultiplexes the basic pulse laser beam into the first pulse laser beam and the second pulse laser beam;
The pulse laser processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記第1のパルスレーザビームの形状を整形する第1のビーム整形器と、前記第2のパルスレーザビームの形状を整形する第2のビーム整形器と、
をさらに備え、
前記第2のビーム整形器が前記第2のパルスレーザビームのビーム径を可変とするビーム径変更部を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項3記載のパルスレーザ加工装置。
A first beam shaper that shapes the shape of the first pulsed laser beam; a second beam shaper that shapes the shape of the second pulsed laser beam;
Further comprising
4. The pulse laser processing apparatus according to claim 1, wherein the second beam shaper includes a beam diameter changing unit that changes a beam diameter of the second pulse laser beam. 5.
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被加工物加工用の第1の副加工パターンと被加工物クリーニング用の第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さらに備え、
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。
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 that divides the processing pattern into a first sub-processing pattern for processing a workpiece and a second sub-processing pattern for cleaning the workpiece;
The first pulse picker control unit controls the first pulse picker based on the first sub-machining pattern;
5. The pulse laser processing according to claim 1, wherein the second pulse picker control unit controls the second pulse picker based on the second sub-processing pattern. 6. apparatus.
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5記載のパルスレーザ加工装置。   6. The pulse laser machining apparatus according to claim 5, 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6いずれか一項に記載のパルスレーザ加工装置。   7. 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). The pulse laser processing apparatus described in 1. 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被加工物加工用の第1のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、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照射と非照射を切り替え、
前記クロック信号に同期した被加工物クリーニング用の第2のパルスレーザビームの光パルス数に基づき、前記第1のパルスレーザビームの照射と非照射と独立に、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照射と非照射を切り替え、
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て合波パルスレーザビームを生成し、
前記被加工物表面に、前記合波パルスレーザビームを前記クロック信号に同期してレーザビームスキャナにより1次元方向に走査し、
前記合波パルスレーザビームを前記1次元方向に走査した後に、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合波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、
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、それぞれの光軸が前記1次元方向に直交する方向に離間した状態で合波し、
前記被加工物上における前記第2のパルスレーザビームのエネルギー密度を前記被加工物上における前記第1のパルスレーザビームのエネルギー密度よりも低くし、
前記第1のパルスレーザビームにより前記被加工物を加工し、前記第2のパルスレーザビームにより前記被加工物のクリーニングを行う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,
Based on the number of light pulses of the first pulse laser beam for processing a workpiece synchronized with the clock signal, switching between irradiation and non-irradiation of the first pulse laser beam in synchronization with the clock signal,
Based on the number of optical pulses of the second pulse laser beam for cleaning the workpiece synchronized with the clock signal, the first pulse laser beam is irradiated and not irradiated independently of the first pulse laser beam in synchronization with the clock signal. Switch between irradiation and non-irradiation of 2 pulse laser beam,
Combining the first pulse laser beam and the second pulse laser beam to generate a combined pulse laser beam;
The combined pulse laser beam is scanned on the workpiece surface in a one-dimensional direction by a laser beam scanner in synchronization with the clock signal,
After scanning the combined pulsed laser beam in the one-dimensional direction, the stage is moved in a direction orthogonal to the one-dimensional direction, and the combined pulsed laser beam is moved in the one-dimensional direction in synchronization with the clock signal. A pulse laser processing method for scanning in a direction,
The first pulse laser beam and the second pulse laser beam are combined with each optical axis being separated in a direction perpendicular to the one-dimensional direction,
An energy density of the second pulsed laser beam on the workpiece is lower than an energy density of the first pulsed laser beam on the workpiece;
A pulse laser processing method comprising: processing the workpiece with the first pulse laser beam; and cleaning the workpiece with the second pulse laser beam.
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8記載のパルスレーザ加工方法。   9. The pulse laser processing method according to claim 8, 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2のパルスレーザビームのビーム径を、前記第1のパルスレーザビームのビーム径よりも大きくすることを特徴とする請求項9記載のパルスレーザ加工方法。
The pulse laser processing method according to claim 9, wherein a beam diameter of the second pulse laser beam is made larger than a beam diameter of the first pulse laser beam.
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