JP5985903B2 - レーザーパルスによる加工物の製造方法及びレーザー加工装置 - Google Patents
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Description
前記レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、前記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度αは、2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)であり、
前記加工対象物を加工する工程では、前記レーザーパターンが前記加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、前記レーザーパターン列を前記直線の延在方向に対する交差方向に走査し、かつ
前記走査方向の一端側から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の他端側に偏位しているレーザーパターンと、
前記走査方向の一端側から数えて(y+m)列目の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の一端側に偏位しているレーザーパターンと、
が前記直線と平行に一直線上に並ぶように、前記レーザーパターン列を走査するレーザーパルスによる加工物の製造方法を提供する。
ここで、複数のレーザーパターンは、直線に沿ってジグザグ状(千鳥状に)に並んでいる。そして、レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心の直線の一端側から数えてx番目のレーザーパターンの中心と(x+1)番目のレーザーパターンの中心とを結ぶ線分と、(x+1)番目のレーザーパターンの中心と(x+2)番目のレーザーパターンの中心とを結ぶ線分と、のなす角度αは、2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)である。更にこの条件において、レーザーパターンが加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、レーザーパターン列を上記直線の延在方向に対する交差方向に走査する。これにより、隣り合うレーザーパターンどうしの隙間(無照射面)を極力低減し、且つ、極力多重に照射することなく効率的に、多数のレーザーパターンによって面状の軌跡を形成することができる。
これらのことから、レーザーパルスが照射される面状の領域における加工の深さを均一にすることができる。
前記レーザーパルスを透過又は反射させるとともに前記レーザーパルスを直線に沿ってジグザグ状に並ぶ複数のレーザーパターンに分岐して、前記複数のレーザーパターンからなるレーザーパターン列を加工対象物の表面上に照射する透過型又は反射型の回折光学素子と、
前記レーザーパターン列を前記加工対象物の表面上で走査する走査部と、
を有し、
前記回折光学素子は、前記レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、前記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度αが2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)となるように、前記レーザーパルスを分岐し、
前記走査部は、前記レーザーパターンが前記加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、前記レーザーパターン列を前記直線の延在方向に対する交差方向に走査し、かつ、前記走査方向の一端側から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の他端側に偏位しているレーザーパターンと、
前記走査方向の一端側から数えて(y+m)列目の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の一端側に偏位しているレーザーパターンと、
が前記直線と平行に一直線上に並ぶように、前記レーザーパターン列を走査するレーザー加工装置を提供する。
図1は第1の実施形態に係るレーザーパルスによる加工物の製造方法を説明するための模式的な平面図である。図1は、加工対象物50(図3)の表面に対するレーザーパターン71の照射の仕方の一例を示している。
図2はレーザーパターン列70の一例を示す模式的な平面図である。
図3は第1の実施形態に係るレーザー加工装置100のブロック図である。
なお、本実施形態に係る製造方法により製造される加工物は、レーザーパターン71の照射による加工後の加工対象物50である。
レーザーパターン列70のレーザーパターン71のうち、直線Lの一端側から数えてx番目のレーザーパターン71の中心と(x+1)番目のレーザーパターン71の中心とを結ぶ線分と、(x+1)番目のレーザーパターン71の中心と(x+2)番目のレーザーパターン71の中心とを結ぶ線分と、のなす角度を角度αとする。xは、1以上、且つX−2以下の任意の正の整数である。
また、任意の順番のレーザーパターン71のことを、単に1番目のレーザーパターン71、2番目のレーザーパターン71、x番目のレーザーパターン71、(x+1)番目のレーザーパターン71などと称する。
ここで、レーザーパターン71aは、走査方向Sの一端側(例えば図1の上端側)から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)のレーザーパターン列70(例えば図1に示すように1列目のレーザーパターン列70a)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70aの中心線である直線L(例えば図1の直線L1)を基準として走査方向Sの他端側(例えば図1の下端側)に偏位しているレーザーパターン71である。
また、レーザーパターン71bは、走査方向Sの一端側(例えば図1の上端側)から数えて(y+m)列目のレーザーパターン列70(例えば図1に示すように2列目のレーザーパターン列70b)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70bの中心線である直線L(例えば図1の直線L2)を基準として走査方向Sの一端側(例えば図1の上端側)に偏位しているレーザーパターン71である。
本実施形態の場合、m=1であるため、レーザーパターン71bは、走査方向Sの一端側から数えて(y+1)列目のレーザーパターン列70bに含まれるレーザーパターン71のうち、直線L2を基準として走査方向Sの一端側に偏位しているレーザーパターン71である。
ここで、「偏位している」とは、レーザーパターン71の中心が、直線Lよりも走査方向Sの一端側又は他端側に位置していることを意味する。
境界線113は、照射領域111と非照射領域112との境界線である。境界線114は、照射中央領域111aと照射周縁領域111bとの境界線である。
図6(a)は、第1の実施形態において、レーザーパターン列70を2列目まで加工対象物50の表面上に照射した状態を示す模式的な平面図である。図6(b)及び図6(c)の各々は、比較例2において、レーザーパターン列170(後述)を2列目まで加工対象物50の表面上に照射した状態を示す模式的な平面図である。
比較例2では、回折光学素子20に代えて、以下に説明する特性の回折光学素子を用いた。
比較例2の回折光学素子は、レーザー出力部10から出力されるレーザーパルスを直線に沿ってジグザグ状に並ぶ複数のレーザーパターン171に分岐して、複数のレーザーパターン171からなるレーザーパターン列170を形成する。この点は、第1の実施形態と同様である。
ただし、比較例2の回折光学素子は、上記角度αが60°である。すなわち、この回折光学素子は、レーザーパターン列170のレーザーパターン171のうち、上記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターン171の中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度が60°となるように、レーザーパルスを分岐する(図6(b)、(c)参照)。
具体的には、例えば、図6(a)、図1に示すように、本実施形態によれば、レーザーパターン71間の隙間(無照射面)を無くすことができるとともに、レーザーパターン71どうしが多重に照射される面積を極力低減して効率的に面状の軌跡を形成することができる。
これに対して、本実施形態の場合には、ノイズが小さいため、加工対象物50の表面上の所望の加工領域以外の領域を意図せず加工してしまう可能性を低減することができる。
したがって、本実施形態のように線分LS3に対して直交する走査方向Sにレーザーパターン列70を走査する場合、ノイズどうしの重複を抑制することができる。よって、ノイズの重複により意図しない箇所を加工してしまう可能性についても低減することができる。
ここで、複数のレーザーパターン71は、直線に沿ってジグザグ状(千鳥状に)に並んでいる。そして、レーザーパターン列70のレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70の中心の直線Lの一端側から数えてx番目のレーザーパターン71の中心と(x+1)番目のレーザーパターン71の中心とを結ぶ線分と、(x+1)番目のレーザーパターン71の中心と(x+2)番目のレーザーパターン71の中心とを結ぶ線分と、のなす角度αは、2arctan1×180/πである。更にこの条件において、レーザーパターン71が加工対象物50に対して千鳥格子状に照射されるように、レーザーパターン列70を上記直線Lの延在方向に対する交差方向に走査する。これにより、隣り合うレーザーパターン71どうしの隙間(無照射面)を極力低減し、且つ、極力多重に照射することなく効率的に、多数のレーザーパターン71によって面状の軌跡を形成することができる。
これらのことから、レーザーパターン71が照射される面状の領域における加工の深さを均一にすることができる。
例えば比較例2の場合と比べると、分岐数、隣り合う順番のレーザーパターン(71又は171)どうしの間隔、レーザーパターン(71又は171)の面積が同条件であれば、レーザーパターン列70の長さ(直線Lの延在方向における長さ)を、レーザーパターン列170の長さと比べて2/√2=√2だけ長くなる。したがって、同じだけのエネルギーのレーザーパルスを用いる場合に、比較例2と比べてより広範囲に亘って均一な加工が可能である。
図8は第2の実施形態に係るレーザーパルスによる加工物の製造方法を説明するための模式的な平面図である。このうち図8(a)は第2の実施形態の場合におけるレーザーパターン列70の一例を示し、図8(b)は第2の実施形態の場合におけるレーザーパターン列70の走査の仕方の一例を示す。
これに対して、第2の実施形態では、mの値が2の例を説明する。この場合、2arctan(1/m)×180/πで表される角度αは、約53°となる。なお、Yは3以上の正の整数とする。
本実施形態の場合も、レーザーパターン71aは、走査方向Sの一端側(例えば図8(b)の上端側)から数えてy列目のレーザーパターン列70(例えば図8(b)に示すように1列目のレーザーパターン列70a)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70aの中心線である直線L(例えば図8(b)の直線L1)を基準として走査方向Sの他端側(例えば図8(b)の下端側)に偏位しているレーザーパターン71である。
ただし、本実施形態の場合、レーザーパターン71bは、走査方向Sの一端側から数えて(y+2)列目のレーザーパターン列70(例えば図8(b)に示すように3列目のレーザーパターン列70b)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70bの中心線である直線L(例えば図8(b)の直線L2)を基準として走査方向Sの一端側に偏位しているレーザーパターン71である。
第2レーザーパターン列は、上記レーザーパターン71aと、以下に説明するレーザーパターン71cと、からなる列である。
レーザーパターン71cは、走査方向Sの一端側(例えば図8(b)の上端側)から数えて(y+1)列目のレーザーパターン列70(例えば図8(b)に示すように2列目のレーザーパターン列70c)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70cの中心線である直線L(例えば図8の直線L3)よりも走査方向Sの一端側に偏位しているレーザーパターン71である。
第2レーザーパターン列に含まれるレーザーパターン71の並びが、mが1の場合におけるレーザーパターン列70のレーザーパターン71のジグザグ状の並びと同一の並びとなるということは、図8(b)の角度βがそれぞれ90°となることを意味する。
なお、図示に基づく説明は省略するが、本実施形態のように上記角度αを2arctan(1/2)×180/π(約53°)とした場合も、角度αが2arctan(1/m)×180/πを満たさない場合と比べて、レーザーパターン71間の隙間を低減することができる。
また、ノイズの低減効果についても、第1の実施形態と同様に得ることができる。
図9は第3の実施形態に係るレーザーパルスによる加工物の製造方法を説明するための模式的な平面図である。このうち図9(a)は第3の実施形態の場合におけるレーザーパターン列70の一例を示し、図9(b)は第3の実施形態の場合におけるレーザーパターン列70の走査の仕方の一例を示す。
本実施形態の場合も、レーザーパターン71aは、走査方向Sの一端側(例えば図9(b)の上端側)から数えてy列目のレーザーパターン列70(例えば図9(b)に示すように1列目のレーザーパターン列70a)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70aの中心線である直線L(例えば図9(b)の直線L1)を基準として走査方向Sの他端側(例えば図9(b)の下端側)に偏位しているレーザーパターン71である。
ただし、本実施形態の場合、レーザーパターン71bは、走査方向Sの一端側から数えて(y+3)列目のレーザーパターン列70(例えば図9(b)に示すように4列目のレーザーパターン列70b)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70bの中心線である直線L(例えば図9(b)の直線L2)を基準として走査方向Sの一端側に偏位しているレーザーパターン71である。
第2レーザーパターン列は、上記レーザーパターン71aと、以下に説明するレーザーパターン71cと、からなる列である。
レーザーパターン71cは、走査方向Sの一端側(例えば図9(b)の上端側)から数えて(y+2)列目のレーザーパターン列70(例えば図9(b)に示すように3列目のレーザーパターン列70c)に含まれるレーザーパターン71のうち、当該レーザーパターン列70cの中心線である直線L(例えば図9の直線L3)よりも走査方向Sの一端側に偏位しているレーザーパターン71である。
第2レーザーパターン列に含まれるレーザーパターン71の並びが、mが1の場合におけるレーザーパターン列70のレーザーパターン71のジグザグ状の並びと同一の並びとなるということは、図9(b)の角度βがそれぞれ90°となることを意味する。
なお、図示に基づく説明は省略するが、本実施形態のように上記角度αを2arctan(1/3)×180/π(約37°)とした場合も、角度αが2arctan(1/m)×180/πを満たさない場合と比べて、レーザーパターン71間の隙間を低減することができる。
また、ノイズの低減効果についても、第1の実施形態と同様に得ることができる。
ただし、この場合も、各レーザーパターン列70の奇数番目のレーザーパターン71が走査方向Sに一直線上に並ぶとともに、各レーザーパターン列70の偶数番目のレーザーパターン71が走査方向Sに一直線上に並ぶようにすることが好ましい。例えば、1列目のレーザーパターン列70の1番目のレーザーパターン71a、2列目のレーザーパターン列70の3番目のレーザーパターン71a、3列目のレーザーパターン列70の5番目のレーザーパターン71a等が一列に並ぶ配置や、1列目のレーザーパターン列70の1番目のレーザーパターン71a、2列目のレーザーパターン列70の5番目のレーザーパターン71a、3列目のレーザーパターン列70の7番目のレーザーパターン71a等が一列に並ぶ配置とすることなどが挙げられる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.透過型の回折光学素子を透過させるか又は反射型の回折光学素子にて反射させることによりレーザーパルスを直線に沿ってジグザグ状に並ぶ複数のレーザーパターンに分岐して、前記複数のレーザーパターンからなるレーザーパターン列を加工対象物に照射することによって前記加工対象物を加工する工程を有し、
前記レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、前記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度αは、2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)であり、
前記加工対象物を加工する工程では、前記レーザーパターンが前記加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、前記レーザーパターン列を前記直線の延在方向に対する交差方向に走査するレーザーパルスによる加工物の製造方法。
2.前記交差方向は、前記直線の延在方向に対する直交方向である1.に記載のレーザーパルスによる加工物の製造方法。
3.前記加工対象物を加工する工程では、
前記走査方向の一端側から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の他端側に偏位しているレーザーパターンと、
前記走査方向の一端側から数えて(y+m)列目の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の一端側に偏位しているレーザーパターンと、
が前記直線と平行に一直線上に並ぶように、前記レーザーパターン列を走査する1.又は2.に記載のレーザーパルスによる加工物の製造方法。
4.レーザーパルスを出力するレーザー出力部と、
前記レーザーパルスを透過又は反射させるとともに前記レーザーパルスを直線に沿ってジグザグ状に並ぶ複数のレーザーパターンに分岐して、前記複数のレーザーパターンからなるレーザーパターン列を加工対象物の表面上に照射する透過型又は反射型の回折光学素子と、
前記レーザーパターン列を前記加工対象物の表面上で走査する走査部と、
を有し、
前記回折光学素子は、前記レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、前記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度αが2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)となるように、前記レーザーパルスを分岐し、
前記走査部は、前記レーザーパターンが前記加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、前記レーザーパターン列を前記直線の延在方向に対する交差方向に走査するレーザー加工装置。
5.前記交差方向は、前記直線の延在方向に対する直交方向である4.に記載のレーザー加工装置。
6.前記走査部は、
前記走査方向の一端側から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の他端側に偏位しているレーザーパターンと、
前記走査方向の一端側から数えて(y+m)列目の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の一端側に偏位しているレーザーパターンと、
が前記直線と平行に一直線上に並ぶように、前記レーザーパターン列を走査する4.又は5.に記載のレーザー加工装置。
20 回折光学素子
30 照射ユニット
40 ステージ
50 加工対象物
60 走査部
70、70a、70b、70c レーザーパターン列
71、71a、71b レーザーパターン
80 制御部
91 照射領域
92 非照射領域
93 境界線
100 レーザー加工装置
110 レーザーパルス
111 照射領域
111a 照射中央領域
111b 照射周縁領域
112 非照射領域
113 境界線
114 境界線
170 レーザーパターン列
171 レーザーパターン
L、L1、L2、L3 直線
LS1、LS2、LS3、LS4 線分
S 走査方向
Claims (4)
- 透過型の回折光学素子を透過させるか又は反射型の回折光学素子にて反射させることによりレーザーパルスを直線に沿ってジグザグ状に並ぶ複数のレーザーパターンに分岐して、前記複数のレーザーパターンからなるレーザーパターン列を加工対象物に照射することによって前記加工対象物を加工する工程を有し、
前記レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、前記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度αは、2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)であり、
前記加工対象物を加工する工程では、前記レーザーパターンが前記加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、前記レーザーパターン列を前記直線の延在方向に対する交差方向に走査し、かつ
前記走査方向の一端側から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の他端側に偏位しているレーザーパターンと、
前記走査方向の一端側から数えて(y+m)列目の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の一端側に偏位しているレーザーパターンと、
が前記直線と平行に一直線上に並ぶように、前記レーザーパターン列を走査するレーザーパルスによる加工物の製造方法。 - 前記交差方向は、前記直線の延在方向に対する直交方向である請求項1に記載のレーザーパルスによる加工物の製造方法。
- レーザーパルスを出力するレーザー出力部と、
前記レーザーパルスを透過又は反射させるとともに前記レーザーパルスを直線に沿ってジグザグ状に並ぶ複数のレーザーパターンに分岐して、前記複数のレーザーパターンからなるレーザーパターン列を加工対象物の表面上に照射する透過型又は反射型の回折光学素子と、
前記レーザーパターン列を前記加工対象物の表面上で走査する走査部と、
を有し、
前記回折光学素子は、前記レーザーパターン列のレーザーパターンのうち、前記直線の一端側から数えてx番目及び(x+1)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、(x+1)番目及び(x+2)番目のレーザーパターンの中心どうしを結ぶ線分と、のなす角度αが2arctan(1/m)×180/π(xは1以上の任意の正の整数、mは1以上の正の整数)となるように、前記レーザーパルスを分岐し、
前記走査部は、前記レーザーパターンが前記加工対象物に対して千鳥格子状に照射されるように、前記レーザーパターン列を前記直線の延在方向に対する交差方向に走査し、かつ、前記走査方向の一端側から数えてy列目(yは1以上の任意の正の整数)の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の他端側に偏位しているレーザーパターンと、
前記走査方向の一端側から数えて(y+m)列目の前記レーザーパターン列に含まれるレーザーパターンのうち、当該レーザーパターン列の中心線である前記直線を基準として前記走査方向の一端側に偏位しているレーザーパターンと、
が前記直線と平行に一直線上に並ぶように、前記レーザーパターン列を走査するレーザー加工装置。 - 前記交差方向は、前記直線の延在方向に対する直交方向である請求項3に記載のレーザー加工装置。
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