JP5979091B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

従来より、レーザ光を被加工物に照射し、微細溝または微細孔等の加工を行うレーザ加工装置が知られている。レーザ加工では、パルス状に発振されるレーザ光（以下「パルス光」という）を被加工物に照射したときのレーザアブレーションにより、被加工物から加工飛散物（以下「デブリス」という。）が発生する。
特許文献１に記載のレーザ加工装置は、被加工物にパルス光が照射された加工部の周囲にアシストガスによる旋回流を発生させ、レーザ加工時に飛散したデブリスをアシストガスとともにノズルに吸引している。このとき、比較的質量の大きい液状のデブリスは、遠心力により旋回流の外側へ移動し、次に照射されるパルス光の光路から除外される。

特開２００４−３３７９４７号公報

ところで、レーザ加工装置に使用するパルス光のパルス幅を例えば１０ピコ秒以下の超短パルスとした場合、レーザ加工時に飛散するデブリスが粒子の小さい粉状になり、高速で移動する。この場合、特許文献１に記載の技術では、デブリスが移動するエネルギに対し、デブリスを吸引するエアのエネルギが小さいので、ノズルにデブリスを吸引することが困難になる。ノズルに回収されなかったデブリスが、次に照射されるパルス光の光路に存在すると、そのデブリスがパルス光のエネルギを吸収し、加工効率が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザ加工を高効率に行うことの可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、レーザ加工装置において、レーザ発振手段が発振したパルス光を主パルスと副パルスに分岐し、主パルスが被加工物に照射される形状を円形とし、副パルスが被加工物に照射される形状を前記円形の外側を囲う環状とし、副パルスの照射時刻を遅延して被加工物に照射することを特徴とする。

主パルスが被加工物に照射されると、被加工物の分解、蒸発によってデブリスの飛散と共に上昇気流が生じ、また、被加工物の加工部近傍に負圧が生じる。それにより、副パルスの照射によって被加工物から飛散するデブリスを、主パルスが照射された加工進行方向後側へ引き寄せることが可能である。そのため、レーザ発振手段により次のパルス光が被加工物に照射されるとき、そのパルス光の光路に先のパルス光により生じたデブリスがほとんど存在することなく、パルス光のエネルギを被加工物に確実に伝えることができる。したがって、レーザ発振手段から発振される光のエネルギ損失が低減され、レーザ加工の加工効率を高めることができる。
なお、加工進行方向とは、被加工物の加工面に複数のパルス光が順に照射され、レーザ加工が加工面上を進行してゆく方向をいう。

本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。 本発明の第１実施形態によるレーザ加工工程のフローチャートである。 本発明の第１実施形態によるパルス光のタイムチャートである。 本発明の第１実施形態によるレーザ加工工程の模式図である。 比較例のレーザ加工工程の模式図である。 本発明の第２実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。 本発明の第２実施形態によるレーザ加工工程のフローチャートである。 本発明の第２実施形態によるレーザ加工工程の模式図である。 本発明の第３実施形態によるレーザ加工装置の構成図である。 本発明の第３実施形態によるレーザ加工工程のフローチャートである。 本発明の第３実施形態によるレーザ加工工程の模式図である。 本発明の第４実施形態によるレーザ加工工程の模式図である。 本発明の第５実施形態によるレーザ加工工程の模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図４に示す。本実施形態によるレーザ加工装置１は、金属または半導体などの被加工物２にレーザ光を照射し、レーザアブレーションによって被加工物２に微細溝または微細孔の加工を行うものである。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ発振部１０、パルス分岐部１１、エネルギ分布変換部１２，１２１、パルス位置ずらし部１３、パルス遅延部１４、ビーム走査部１５、集光レンズ１６及び制御部１７などを備えている。
なお、本実施形態におけるレーザ発振部１０、パルス分岐部１１、エネルギ分布変換部１２，１２１、パルス位置ずらし部１３及びパルス遅延部１４は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「レーザ発振手段」、「パルス分岐手段」、「エネルギ分布変換手段」、「パルス位置ずらし手段」及び「パルス遅延手段」の一例に相当する。

レーザ発振部１０は、パルス幅が例えば１０ピコ秒以下の超短パルス光を、例えば１０ナノ秒から１０マイクロ秒の一定周期で発振するものである。レーザ発振部１０は、例えば光共振器および光増幅器などから構成される。レーザ発振部１０から発振されたパルス光は、パルス分岐部１１に入射する。
パルス分岐部１１は、パルス光を２個のパルス光に分岐する。パルス分岐部１１は、例えば光の何割かを透過し残りの光を反射するハーフミラーなどから構成される。本実施形態では、分岐したパルス光の一方を主パルスといい、他方を副パルスという。主パルスと副パルスはそれぞれエネルギ分布変換部１２，１２１に入射する。
なお、図１では、パルス光、主パルス及び副パルスの経路を各部１０，１１，１２，１１，１３，１４，１５を接続した実線で示している。

エネルギ分布変換部１２，１２１は、主パルス及び副パルスのエネルギ分布を変換し、主パルス及び副パルスが被加工物２に照射される形状を種々の形状に変えることが可能である。第１実施形態では、主パルスのエネルギ分布を変換する第１のエネルギ分布変換部１２は、主パルスが被加工物２に照射される形状を、加工進行方向に対して垂直な線を直径とした加工進行方向後側に膨らむ半円形状とする。一方、副パルスのエネルギ分布を変換する第２のエネルギ分布変換部１２１は、副パルスが被加工物２に照射される形状を、加工進行方向に対して垂直な線を直径とした加工進行方向前側に膨らむ半円形状とする。
第１のエネルギ分布変換部１２により半円形状となった主パルスは、ビーム走査部１５に入射する。一方、第２のエネルギ分布変換部１２１により半円形状となった副パルスは、パルス位置ずらし部１３に入射する。

パルス位置ずらし部１３は、副パルスの照射位置が主パルスの照射位置に対して加工進行方向前側となるように副パルスの光路をずらす。また、パルス位置ずらし部１３は、副パルスの直径と主パルスの直径とが被加工物上で合わさるように副パルスの光路をずらす。これにより、主パルスの照射位置が加工進行方向後側となり、副パルスの照射位置が加工進行方向前側となる。また、主パルスと副パルスとは、被加工物上で合わさると、円形になる。パルス位置ずらし部１３によって光路がずらされた副パルスは、パルス遅延部１４に入射する。

なお、本実施形態では、パルス位置ずらし部１３は、副パルスの光路をずらすものとしたが、他の実施形態として、パルス位置ずらし部１３は、主パルスの光路をずらすものとしてもよい。この場合、パルス位置ずらし部１３は、副パルスの照射位置に対して主パルスの照射位置が加工進行方向後側となるように主パルスの光路をずらす。

パルス遅延部１４は、副パルスが被加工物２に照射される時刻を、主パルスが被加工物２に照射された時刻後から、次にレーザ発振部１０から発振されるパルス光を分岐した主パルスが被加工物２に照射される時刻前までの時間内で遅延する。
パルス遅延部１４により照射時刻が遅延された副パルスは、ビーム走査部１５に入射する。

ビーム走査部１５は、例えばガルバノスキャナであり、そこに入射した主パルスと副パルスを共に反射鏡によって反射し、被加工物２の加工位置に向けて照射する。ビーム走査部１５の反射鏡と被加工物２との間に設けられた集光レンズ１６は、ビーム走査部１５から照射される主パルスと副パルスを被加工物２の加工位置に集光する。被加工物２の加工位置では、プラズマの発生とともに表面の構成物質が分子、原子、クラスタ等となって爆発的に放出される。これにより、被加工物２の加工位置に、例えば直径数十〜数百μｍの微細溝または微細孔の加工が行われる。このレーザ加工時には、被加工物２が加工された箇所から粒子の小さい粉状のデブリスが飛散する。
図１では、ビームの走査方向を矢印Ａで示し、デブリスの主な飛散方向を矢印Ｂで示している。上述したレーザ加工装置１の構成により、デブリスの主な飛散方向Ｂは、ビームの走査方向Ａに対して反対側となる。

制御部１７は、コンピュータなどから構成され、上述したレーザ発振部１０、パルス分岐部１１、エネルギ分布変換部１２，１２１、パルス位置ずらし部１３、パルス遅延部１４及びビーム走査部１５などを駆動制御する。なお、図１では、制御部１７から出力される信号の信号線を破線で示している。

レーザ加工装置１による被加工物２の加工方法を図２のフローチャートを参照して説明する。
図２では、ステップを「Ｓ」と表記する。１ショット目のパルス光を「１ｓｔパルス光」と表記し、２ショット目のパルス光を「２ｎｄパルス光」と表記する。また、１ショット目のパルス光を分岐した主パルスを「１ｓｔ主パルス」と表記し、１ショット目のパルス光を分岐した副パルスを「１ｓｔ副パルス」と表記する。

先ず、被加工物２を図示しない載置台などに設置し、レーザ加工を開始する。
ステップ１０で、レーザ発振部１０は、１ショット目のパルス光を発振する。
ステップ１１で、パルス分岐部１１が、１ショット目のパルス光を主パルスと副パルスに分岐する。
ステップ１２で、エネルギ分布変換部１２，１２１が、主パルスと副パルスの形状をそれぞれ変える。本実施形態の主パルスと副パルスの形状は、上述したように、形状加工進行方向に対して垂直な線を直径とした、互いに向き合う半円形状である。

ステップ１３で、パルス位置ずらし部１３が、副パルスの照射位置が主パルスの照射位置に対し加工進行方向前側となるように副パルスの光路をずらす。詳細には、パルス位置ずらし部１３は、主パルスにより被加工物２から生じる上昇気流及び負圧が、副パルスによって被加工物２から飛散するデブリスを引き寄せることが可能な程度に副パルスの光路をずらす。本実施形態では、パルス位置ずらし部１３は、主パルスの半円形状の直径と副パルスの半円形状の直径とが合わさり全体として円形になるように副パルスの光路をずらす。

ステップ１４で、パルス遅延部１４が、副パルスが被加工物２に照射される時刻を遅延する。詳細には、パルス遅延部１４は、主パルスによって被加工物２から上昇気流及び負圧が発生し消滅するまでの時間内に、被加工物２から副パルスによるデブリスが生じるように、副パルスの時間遅延を行う。

図３に示すように、本実施形態では、主パルスが被加工物２に照射される時刻ｔ１と、副パルスが被加工物２に照射される時刻ｔ２との差は例えば３ピコ秒である。即ち、パルス遅延部１４は、副パルスの照射時刻を例えば３ピコ秒遅延する。なお、上述したように、パルス遅延部１４は、副パルスの照射時刻を、主パルスが被加工物２に照射される時刻ｔ１後から、次のショットの主パルスが被加工物２に照射される時刻ｔ３前までの時間内で遅延すればよい。

図２に示すように、ステップ１５で、ビーム走査部１５から被加工物２の加工位置に向けて主パルスが照射される。続いてステップ１６で、ビーム走査部１５から被加工物２の加工位置に向けて副パルスが照射される。
その後、ステップ１７で、レーザ発振部１０が２ショット目のパルス光を発振する。
ステップ１８で、２ショット目のパルス光、及びそれに続いてレーザ発振部１０が発振する全てのパルス光について、上述したステップ１０からステップ１６までの処理が行われる。これにより、被加工物２にレーザ加工が行われる。

レーザ加工が行われるときの被加工物２の加工部の様子を図４を参照して説明する。
図４（Ａ）から（Ｅ）では、被加工物２の側視による断面模式図を上段に示し、被加工物２の上視による平面模式図を下段に示す。なお、下段の各図では、レーザ光が照射された箇所を白抜きの半円形状で示し、被加工物２が加工された箇所をハッチで示す。また、図４の一点鎖線は、主パルスと副パルスの境界を示すものである。
なお、図４では、ｎショット目の主パルスをＰ１、ｎショット目の副パルスをＰ２、ｎ＋１ショット目の主パルスをＰ３として示す。このｎは自然数である。また、（Ａ）の上段と下段のみに、レーザ加工の加工進行方向を矢印Ａで示す。

まず、（Ａ）に示すように、ｎショット目の主パルスＰ１が被加工物２に照射される。すると、（Ｂ）に示すように、主パルスが照射された箇所の被加工物２が主パルスＰ１のエネルギにより加工される。この際、被加工物２が分解され、上昇気流によりデブリスが飛散し、それと共に被加工物２が加工された部分に負圧が発生する。図４では、デブリスをＤで示し、上昇気流を矢印Ｕで示し、負圧を矢印Ｎで示す。
被加工物２が例えば金属の場合、（Ａ）から（Ｂ）の状態に移行する時間は約３ピコ秒である。

その後、（Ｃ）に示すように、ｎショット目の副パルスＰ２が被加工物２の加工位置に照射される。すると、（Ｄ）に示すように、副パルスＰ２が照射された箇所の被加工物２が副パルスのエネルギにより加工される。この際、副パルスＰ２のエネルギにより被加工物２が分解され、上昇気流と共に飛散するデブリスは、主パルスＰ１によって生じた上昇気流Ｕ及び負圧Ｎに引き寄せられる。（Ｄ）では、副パルスＰ２によって生じたデブリスの飛散方向を矢印Ｂで示し、そのデブリスを破線Ｂ´で示す。
つまり、主パルスＰ１は加工進行方向後側に照射され、副パルスＰ２は加工進行方向前側に照射される。そのため、副パルスＰ２によって生じたデブリスＢ´は、主パルスＰ１によって生じた上昇気流Ｕ及び負圧Ｎにより、矢印Ｂに示すように加工進行方向後側に引き寄せられることになる。

次に、（Ｅ）に示すように、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３がｎショット目の副パルスＰ２が照射された位置に一部が重なるように照射される。このとき、副パルスＰ２のエネルギにより生じたデブリスＢ´は、加工進行方向後側に引き寄せられているので、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３の光路にデブリスはほとんど存在しない。したがって、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３のエネルギは、デブリスによって遮られることなく、被加工物２に確実に伝えられる。

ここで、比較例のレーザ加工装置によるレーザ加工の加工部の様子を図５を参照して説明する。
比較例のレーザ加工装置は、第１実施形態で説明したパルス分岐部１１、エネルギ分布変換部１２，１２１、パルス位置ずらし部１３、及びパルス遅延部１４を備えていないものとする。
なお、図５では、ｎショット目のパルス光をＱ１、ｎ＋１ショット目のパルス光をＱ２として示す。また、図５の一点鎖線は、パルス光の中心を示すものである。

まず、（Ａ）に示すように、ｎショット目のパルス光Ｑ１が被加工物２の加工位置に照射される。すると、（Ｂ）に示すように、パルス光Ｑ１が照射された箇所の被加工物２がそのエネルギにより加工される。そして、（Ｃ）に示すように、上昇気流と共にデブリスが飛散する。
次に、（Ｄ）に示すように、ｎ＋１ショット目パルス光Ｑ２が、ｎショット目のパルス光Ｑ１が照射された位置の加工進行方向前側の一部に重なるように照射される。このとき、ｎショット目のパルス光Ｑ１により生じたデブリスは、ｎ＋１ショット目のパルス光Ｑ２の光路に存在する。そのため、ｎ＋１ショット目のパルス光Ｑ２のエネルギは、そのデブリスに吸収されることが懸念される。

これに対し、第１実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、レーザ加工装置１は、レーザ発振部１０により照射されたパルス光を主パルスと副パルスに分岐し、主パルスの照射位置に対し副パルスの照射位置を加工進行方向前側へずらし、副パルスの照射時刻を遅延して被加工物２に照射する。
これにより、ｎショット目の主パルスによって生じた上昇気流及び負圧によって、ｎショット目の副パルスによって飛散するデブリスを加工進行方向後側へ引き寄せることが可能である。そのため、ｎ＋１ショット目の主パルス光が照射されるとき、その主パルスの光路にｎショット目の副パルスにより飛散したデブリスがほとんど存在することなく、その主パルスのエネルギを被加工物２に確実に伝えることができる。したがって、レーザ発振部１０から発振されるパルス光のエネルギ損失が低減され、レーザ加工の加工効率を高めることができる。

（２）第１実施形態では、パルス位置ずらし部１３は、主パルスによって被加工物２から生じる上昇気流及び負圧により、副パルスによって被加工物２から飛散するデブリスが引き寄せられることが可能な程度に副パルスの位置をずらす。
これにより、主パルスによって被加工物２から生じる上昇気流及び負圧を利用し、副パルスによって生じるデブリスを加工進行方向後側へ移動することができる。

（３）第１実施形態では、パルス遅延部１４は、主パルスによって被加工物２から上昇気流及び負圧が発生し消滅するまでの時間内に、被加工物２から副パルスによるデブリスが生じるように、副パルスの時間遅延を行う。
これにより、主パルスによって被加工物２から生じる上昇気流及び負圧を利用し、副パルスによって生じるデブリスを加工進行方向後側へ移動することができる。

（４）第１実施形態では、パルス遅延部１４は、副パルスに３ピコ秒以上の時間遅延を行う。
一般に、被加工物２が金属の場合、被加工物２にレーザ光を照射した３ピコ秒後に被加工物２から上昇気流及び負圧が発生する。そのため、副パルスに３ピコ秒以上の時間遅延を行うことで、主パルスによる上昇気流及び負圧を利用し、副パルスによって生じるデブリスを加工進行方向後側へ移動することができる。

（５）第１実施形態では、エネルギ分布変換部１２，１２１は、主パルスと副パルスが被加工物２に照射される形状を、直径が互いに重なる半円形状にする。
これにより、主パルスと副パルスとが接触する面が広くなる。そのため、副パルスによって飛散するデブリスに対し、主パルスによる上昇気流または負圧が強く作用する。したがって、副パルスによって生じるデブリスを、加工進行方向後側へ確実に移動することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６から図８に示す。以下、複数の実施形態において上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、図６に示すように、レーザ加工装置１は、エネルギ分布変換部を備えていない。そのため、主パルス及び副パルスが被加工物２に照射される形状は共に円形である。
レーザ加工装置１による被加工物２の加工方法は、図７に示すように、第１実施形態で説明したステップ１２が廃止されている。

レーザ加工による被加工物２の加工部の様子を、図８（Ａ）から（Ｅ）に示す。
（Ａ）、（Ｃ）及び（Ｅ）に示すように、主パルスＰ１、Ｐ３及び副パルスＰ２は共に円形である。
（Ｄ）の矢印Ｂに示すように、ｎショット目の主パルスＰ１によって生じた上昇気流Ｕ及び負圧Ｎによって、ｎショット目の副パルスＰ２によって飛散するデブリスＢ´は加工進行方向後側へ引き寄せられる。
これにより、（Ｅ）に示すように、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３が照射されるとき、その主パルスＰ３の光路にｎショット目の副パルスＰ２により飛散したデブリスＢ´はほとんど存在しない。そのため、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３のエネルギは、被加工物２に確実に伝わる。したがって、第２実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９から図１１に示す。第３実施形態では、レーザ加工装置１は、パルス分岐部１１が、レーザ発振部１０が発振したパルス光を４個のパルス光に分岐する。４個のパルス光は、それぞれエネルギ分布変換部１２１，１２２，１２３，１２４に入射する。

エネルギ分布変換部１２１，１２２，１２３，１２４は、４個のパルス光のエネルギ分布を変換し、４個のパルス光が被加工物２に照射される形状を、それぞれ中心角が９０°の扇形とする。
パルス位置ずらし部１３１，１３２，１３３，１３４は、４個のパルス光の照射位置を、４個のパルス光が組み合わされて被加工物２に照射されたときの形状が円形となるようにずらす。

パルス遅延部１４１，１４２，１４３，１４４は、加工進行方向最後部から最前部に位置する４個のパルス光を、順に主パルス、副パルスＡ，副パルスＢ，副パルスＣとして、この順に被加工物２に照射されるように時間遅延する。つまり、主パルスの時間遅延は行わず、副パルスＡの遅延時間よりも副パルスＢの遅延時間を長くし、副パルスＢの遅延時間よりも副パルスＣの遅延時間を長くする。

ビーム走査部１５は、主パルスと副パルスＡ，Ｂ，Ｃを被加工物２の加工位置に向けて照射する。図１１では、主パルスと副パルスＡ，Ｂ，Ｃが被加工物２に照射される位置を、それぞれ「Ｍ」，「ＳＡ」，「ＳＢ」，「ＳＣ」として示している。図１１において、被加工物２が加工された箇所をハッチで示す。また、レーザ加工の加工進行方向は、矢印Ｒから矢印Ｆへ方向転換するものとする。
このとき、主パルスは、加工進行方向最後部に位置し、副パルスＣは加工進行方向最前部に位置する。これにより、加工進行方向後側に照射される主パルスと副パルスＡ，Ｂによる上昇気流及び負圧を利用し、加工進行方向前側に照射される副パルスＣにより飛散するデブリスを、加工進行方向後側へ引き寄せることができる。

レーザ加工装置１による被加工物２の加工方法を図１０を参照して説明する。
先ず、ステップ２０で、レーザ発振部１０は、１ショット目のパルス光を発振する。
ステップ２１で、パルス分岐部１１が、１ショット目のパルス光を４個のパルス光に分岐する。
ステップ２２で、エネルギ分布変換部１２１，１２２，１２３，１２４が、４個のパルス光の形状をそれぞれ扇形に変える。
ステップ２３で、パルス位置ずらし部１３１，１３２，１３３，１３４が、４個のパルス光が被加工物２の照射位置で組み合わさると円形となるように、４個のパルス光の光路をずらす。

ステップ２４で、パルス遅延部１４１，１４２，１４３，１４４が、加工進行方向最後部から最前部に位置する４個のパルス光を、順に主パルス、副パルスＡ，副パルスＢ，副パルスＣとして、主パルスの時間遅延は行わず、副パルスＡ，Ｂ，Ｃの遅延時間をそれぞれ行う。
ステップ２５からステップ２８で、ビーム走査部１５から被加工物２の加工位置に向けて、主パルス、副パルスＡ，Ｂ，Ｃの順に照射される。
その後、ステップ２９で、レーザ発振部１０が２ショット目のパルス光を発振する。ステップ３０で、２ショット目のパルス光、及びそれに続いてレーザ発振部１０が発振する全てのパルス光について、上述したステップ２１からステップ２８までの処理が行われる。

第３実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）第３実施形態では、パルス分岐部１１は、レーザ発振部１０が発振したパルス光を主パルスと３個の副パルスＡ，Ｂ，Ｃに分岐する。これにより、特にレーザ加工装置１がレーザ加工の進行方向を変えるとき、最後に照射される副パルスＣによって生じるデブリスを、それ以前に照射された主パルス及び副パルスＡ，Ｂによる上昇気流及び負圧を利用し、加工進行方向後側へ引き寄せることができる。

（２）第３実施形態では、主パルスが被加工物２に照射される位置は、ｎショット目における加工進行方向の最後部である。
これにより、レーザ加工の進行方向を変えるとき、副パルスＡ，Ｂ，Ｃによって生じるデブリスを、主パルスが照射された加工進行方向最後部側へ移動することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１２に示す。第４実施形態では、エネルギ分布変換部１２，１２１は、主パルス及び副パルスに対し、加工進行方向後側のエネルギが大きく、加工進行方向前側のエネルギが小さくなるようエネルギ勾配を与える。

レーザ加工が行われるときの被加工物２の加工部の様子を図１２を参照して説明する。
（Ａ）に示すように、ｎショット目の主パルスＰ１が被加工物２の加工位置に照射される。すると、（Ｂ）に示すように、被加工物２は、主パルスが照射された箇所が加工される。この際、主パルスのエネルギは加工進行方向後側が大きいので、被加工物２は、加工進行方向後側が大きく加工される。そのため、加工進行方向後側の上昇気流Ｕが大きくなる。
その後、（Ｃ）に示すように、ｎショット目の副パルスＰ２が被加工物２に照射される。すると、（Ｄ）に示すように、副パルスが照射された箇所が加工される。この際、矢印Ｂに示すように、副パルスのエネルギにより被加工物２から飛散するデブリスＢ´は、主パルスＰ１によって生じた上昇気流Ｕ及び負圧Ｎにより、加工進行方向後側へ大きく引き寄せられる。

次に、（Ｅ）に示すように、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３がｎショット目の副パルスＰ２が照射された位置に一部が重なるように照射される。このとき、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３の光路にデブリスはほとんど存在しない。したがって、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３のエネルギは、被加工物２に確実に伝えられる。

第４実施形態では、エネルギ分布変換部１２，１２１は、加工進行方向後側のエネルギが大きく、加工進行方向前側のエネルギが小さくなるよう、主パルス及び副パルスにエネルギ勾配を与える。
これにより、主パルスによって生じる上昇気流Ｕ及び負圧Ｎは、加工進行方向後側が大きくなる。そのため、副パルスによって生じたデブリスは、加工進行方向後側へ大きく移動し、加工進行方向前側から遠ざかる。したがって、次のショットの主パルスの光路にデブリスがほとんど存在しなくなり、そのパルス光のエネルギを被加工物２に確実に伝えることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１３に示す。第５実施形態では、エネルギ分布変換部１２，１２１は、主パルスが被加工物２に照射される形状を円形とする。また、エネルギ分布変換部１２，１２１は、副パルスが被加工物２に照射される形状を、主パルスによる円形の外側を囲う環状とする。

レーザ加工が行われるときの被加工物２の加工部の様子を図１３を参照して説明する。
（Ａ）に示すように、ｎショット目の主パルスＰ１が被加工物２に照射される。すると、（Ｂ）に示すように、被加工物２は、主パルスＰ１が照射された箇所が加工される。この際、上昇気流ＵによりデブリスＤが飛散し、それと共に負圧Ｎが発生する。
その後、（Ｃ）に示すように、ｎショット目の副パルスＰ２が、主パルスＰ１が照射された円形の外側にドーナツ状に照射される。すると、（Ｄ）に示すように、副パルスＰ２が照射された箇所が加工される。この際、副パルスＰ２のエネルギにより被加工物２から飛散するデブリスＢ´は、矢印Ｂに示すように、主パルスＰ１によって生じた上昇気流Ｕ及び負圧Ｎにより、中央部に引き寄せられる。

次に、（Ｅ）に示すように、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３がｎショット目の副パルスＰ２が照射された位置に一部が重なるように照射される。このとき、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３の光路にデブリスはほとんど存在しない。したがって、ｎ＋１ショット目の主パルスＰ３のエネルギは、被加工物２に確実に伝えられる。

第５実施形態では、エネルギ分布変換部１２，１２１は、主パルスが被加工物２に照射される形状を円形とし、副パルスが被加工物２に照射される形状を、主パルスによる円形の周りを囲うドーナツ状とする。
これにより、副パルスによって生じるデブリスは、主パルスよって生じた上昇気流及び負圧により、中央部へ移動する。したがって、次のショットの主パルスの光路にデブリスがほとんど存在しなくなり、そのパルス光のエネルギを被加工物２に確実に伝えることができる。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、レーザ加工装置１は、パルス分岐部１１が分岐した主パルスと副パルスを、エネルギ分布変換部１２，１２１−１２４、パルス位置ずらし部１３，１３１−１３４、パルス遅延部１４，１４１−１４４の順に処理した。これに対し、他の実施形態では、レーザ加工装置は、主パルスと副パルスを、エネルギ分布変換部とパルス位置ずらし部とパルス遅延部により、どのような順で処理してもよい。

上述した実施形態では、レーザ加工装置１は、パルス分岐部１１、エネルギ分布変換部１２，１２１−１２４、パルス位置ずらし部１３，１３１−１３４、パルス遅延部１４，１４１−１４４をそれぞれ別の構成とした。これに対し、他の実施形態では、レーザ加工装置１は、パルス分岐部とエネルギ分布変換部とパルス位置ずらし部とパルス遅延手段を一体で構成してもよい。

上述した第３実施形態では、パルス分岐部１１は、レーザ発振部１０が発振したパルス光を主パルスと３個の副パルスＡ，Ｂ，Ｃに分岐した。これに対し、他の実施形態では、パルス分岐部１１は、レーザ発振部１０が発振したパルス光を主パルスと２個以上の副パルスに分岐してもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・レーザ加工装置
１０・・・レーザ発振部（レーザ発振手段）
１１・・・パルス分岐部（パルス分岐手段）
１３，１３１−１３４・・・パルス位置ずらし部（パルス位置ずらし手段）
１４，１４１−１４４・・・パルス遅延部（パルス遅延手段）

Claims (2)

1. 被加工物（２）に光を照射してレーザ加工を行うレーザ加工装置（１）において、
   パルス光を発振するレーザ発振手段（１０）と、
   レーザ発振手段により照射されたパルス光を主パルスと副パルスに分岐するパルス分岐手段（１１）と、
   副パルスが被加工物に照射される時刻を、主パルスが被加工物に照射された時刻後から、次のパルス光を分岐した主パルスが被加工物に照射される時刻前までの時間内で遅延するパルス遅延手段（１４）と、
   主パルスが被加工物に照射される形状を円形とし、副パルスが被加工物に照射される形状を前記円形の外側を囲う環状とするエネルギ分布変換手段（１２，１２１）と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. パルス遅延手段は、副パルスに３ピコ秒以上の時間遅延を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。

Images