JP6324151B2 - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光源から出力されたレーザビームのビーム断面をアパーチャマスクで整形し、アパーチャマスクの開口部を加工対象物に縮小投影して加工を行うレーザ加工装置、及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method in which a beam cross section of a laser beam output from a laser light source is shaped by an aperture mask, and processing is performed by reducing and projecting an opening of the aperture mask onto a processing target.
下記の特許文献1に、プリント基板に穴あけを行うレーザ加工装置が開示されている。レーザ光源から出力されたレーザビームが、ビームエキスパンダでビーム径を拡大された後、アパーチャマスクでビーム断面が整形される。アパーチャマスクを加工対象物上に結像させることにより、穴あけ加工が行われる。
穴あけ加工を行う場合、加工対象物の表面におけるパルスエネルギ密度が許容範囲に収まるように、アパーチャマスクの開口径、及び縮小投影率を調整する。これにより、目標とするパルスエネルギ密度で加工を行うことができる。パルスエネルギ密度を目標の範囲内に設定しても、加工装置の機体間で、真円度にばらつきが生じることがわかった。 When drilling, the aperture diameter of the aperture mask and the reduced projection rate are adjusted so that the pulse energy density on the surface of the workpiece is within an allowable range. Thereby, it can process with the target pulse energy density. It was found that even when the pulse energy density was set within the target range, the roundness varied among the machines of the processing apparatus.
本発明の目的は、機体間で加工品質にばらつきが発生しにくいレーザ加工装置、及びレーザ加工方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and a laser processing method in which variation in processing quality is unlikely to occur between airframes.
本発明の一観点によると、
レーザビームを出力するレーザ光源と、
制御装置と、
前記制御装置から制御されることにより、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させるビームエキスパンダと、
前記制御装置から制御されることにより、前記ビームエキスパンダを透過した前記レーザビームの経路内に配置される開口部の大きさを変化させるアパーチャマスクと、
加工対象物を保持するステージと、
前記アパーチャマスクの開口部を透過した前記レーザビームを、前記ステージに保持された前記加工対象物の表面まで導光するとともに、前記開口部を前記加工対象物の表面に結像させる導光光学系と
を有し、
前記制御装置は、前記レーザビームの経路内に配置される前記開口部の大きさが決まると、前記アパーチャマスクの入射側から出射側への第1のエネルギ到達率が40%〜65%の範囲から外れているか、または前記アパーチャマスクの出射側から、前記ステージに保持された前記加工対象物までの第2のエネルギ到達率が60%以上の範囲から外れているとき、前記第1のエネルギ到達率及び前記第2のエネルギ到達率がそれぞれ前記範囲に収まるまで、前記ビームエキスパンダを制御して、前記アパーチャマスクに入射する前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させるレーザ加工装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A laser light source for outputting a laser beam;
A control device;
A beam expander that changes at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam output from the laser light source by being controlled by the control device;
An aperture mask that changes the size of an opening disposed in the path of the laser beam transmitted through the beam expander by being controlled by the control device;
A stage for holding the workpiece,
A light guide optical system that guides the laser beam that has passed through the opening of the aperture mask to the surface of the object to be processed held on the stage and forms an image of the opening on the surface of the object to be processed. And
When the size of the opening disposed in the laser beam path is determined, the control device has a first energy arrival rate from the incident side to the emission side of the aperture mask in a range of 40% to 65%. or is out of, or from the exit side of the aperture mask, when the second energy arrival ratio up to the workpiece held by the stage is out of the range of 60% or more, the first energy arrival A laser processing apparatus that controls the beam expander to change at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam incident on the aperture mask until the rate and the second energy arrival rate fall within the ranges, respectively. Is provided.
本発明の他の観点によると、
レーザビームの経路内に配置される開口部の大きさを変化させることができるアパーチャマスクと、
前記アパーチャマスクの前記開口部を透過した前記レーザビームを、加工対象物の表面まで導光するとともに、前記開口部を前記加工対象物の表面に結像させる導光光学系と
を有するレーザ加工装置を用いてレーザ加工する方法であって、
前記アパーチャマスクの前記開口部の大きさを決定する工程と、
前記開口部が、決定された大きさの条件の下で、前記アパーチャマスクの入射側から出射側への第1のエネルギ到達率が40%〜65%の範囲から外れているか、または前記アパーチャマスクの出射側から、前記加工対象物までの第2のエネルギ到達率が60%以上の範囲から外れているとき、前記第1のエネルギ到達率及び前記第2のエネルギ到達率がそれぞれ前記範囲に収まるまで、前記アパーチャマスクに入射する前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させた後、前記アパーチャマスク及び前記導光光学系を通して、前記加工対象物に前記レーザビームを入射してレーザ加工を行う工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。
According to another aspect of the invention,
An aperture mask capable of changing the size of the opening arranged in the path of the laser beam;
A laser processing apparatus comprising: a light guide optical system that guides the laser beam transmitted through the opening of the aperture mask to a surface of a processing target and forms an image of the opening on the surface of the processing target. A laser processing method using
Determining the size of the opening of the aperture mask;
The aperture has a first energy arrival rate from the incident side to the exit side of the aperture mask that is out of the range of 40% to 65% under the condition of the determined size, or the aperture mask. When the second energy arrival rate from the emission side to the workpiece is outside the range of 60% or more , the first energy arrival rate and the second energy arrival rate fall within the ranges, respectively. until a step of changing at least one of the beam diameter and divergence angle of the laser beam incident on the aperture mask,
And a step of performing laser processing by changing at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam and then entering the laser beam into the processing object through the aperture mask and the light guide optical system. A processing method is provided.
前記アパーチャマスクの入射側から出射側へのエネルギ到達率を40%〜65%の範囲内にし、かつアパーチャマスクの出射側から、ステージに保持された加工対象物までのエネルギ到達率を60%以上にすることにより、加工品質の機体間でのばらつきを少なくすることができる。 The energy reach from the incident side to the exit side of the aperture mask is in the range of 40% to 65%, and the energy reach from the exit side of the aperture mask to the workpiece held on the stage is 60% or more. By doing so, it is possible to reduce the variation of the processing quality among the machine bodies.
図1に、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源10からパルスレーザビームが出力される。レーザ光源10には、例えば炭酸ガスレーザが用いられる。レーザ光源10から出力されたパルスレーザビームが、非球面レンズ11、及びビームエキスパンダ12を通過してアパーチャマスク13に入射する。
FIG. 1 shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. A pulsed laser beam is output from the
ビームエキスパンダ12は、パルスレーザビームの広がり角及びビーム径の少なくとも一方を変化させる。非球面レンズ11は、アパーチャマスク13が配置された位置におけるビームプロファイルを均一化する。例えば、非球面レンズ11の入射側(前方)におけるパルスレーザビームのビームプロファイル40は、ガウシアン分布で近似される。アパーチャマスク13が配置された位置におけるビームプロファイル41は、トップフラット形状を有する。
The beam expander 12 changes at least one of the divergence angle and the beam diameter of the pulse laser beam. The
アパーチャマスク13は、遮光領域内に開口部13Cを含む。例えば、パルスレーザビームの経路内に開口部13Cを配置することにより、ビーム断面を整形することができる。経路内に配置される開口部13Cの大きさは可変である。
The
アパーチャマスク13を透過したパルスレーザビームは、経路切替器14によって、加工経路18及びダンパ経路19の一方の経路に振り向けられる。経路切替器14には、例えば音響光学素子(AOD)が用いられる。ダンパ経路19に振り向けられたパルスレー
ザビームはビームダンパ20に入射する。
The pulse laser beam that has passed through the
加工経路18に振り向けられたパルスレーザビームは、導光光学系23を経由して加工対象物35に入射する。加工対象物35は、例えば穴あけ加工が行われていないプリント基板である。プリント基板の、穴を形成すべき位置にパルスレーザビームを入射させることにより、穴あけ加工が行われる。
The pulsed laser beam directed to the
導光光学系23は、フィールドレンズ24、ビーム走査器25、及び対物レンズ26を含む。ビーム走査器25は、パルスレーザビームの進行方向を二次元方向に振る。ビーム走査器25には、例えば一対のガルバノスキャナが用いられる。対物レンズ26には、例えばfθレンズが用いられる。フィールドレンズ24及び対物レンズ26は、アパーチャマスク13の開口部13Cを、加工対象物35の表面に結像させる(縮小投影する)。ビーム走査器25を制御することにより、加工対象物35の表面において、パルスレーザビームの入射位置を移動させることができる。必要に応じて、パルスレーザビームの経路を折り曲げるための折り返しミラーが配置される。
The light guide
アパーチャマスク13と経路切替器14との間の経路内に、可動ミラー27が配置される。可動ミラー27は、パルスレーザビームの経路から外れた待機位置と、経路内の位置との間で移動可能である。可動ミラー27が経路内に配置された状態では、パルスレーザビームが可動ミラー27で反射されて、第1の測定器28に入射する。第1の測定器28は、パルスレーザビームの平均パワーを測定する。
A
加工対象物35は、ステージ30に保持されている。ステージ30は、移動機構31により、加工対象物35の表面に平行な二次元方向に移動する。ステージ30に第2の測定器29が取付けられている。移動機構31及びビーム走査器25を制御することにより、パルスレーザビームを第2の測定器29に入射させることができる。第2の測定器29は、パルスレーザビームの平均パワーを測定する。
The
第1の測定器28及び第2の測定器29の測定結果が、制御装置50に入力される。制御装置50は、レーザ光源10、ビームエキスパンダ12、アパーチャマスク13、経路切替器14、可動ミラー27、ビーム走査器25、及び移動機構31を制御する。
The measurement results of the
パルスレーザビームの各レーザパルスの立上り部分及び立下がり部分をダンパ経路19に振り向け、中央の部分を加工経路18に振り向けることにより、安定したパルス波形を用いて加工を行うことができる。また、レーザパルスを加工経路18に振り向けている時間を変化させることにより、加工対象物35に入射するレーザパルスのパルス幅を変化させることができる。
By turning the rising and falling portions of each laser pulse of the pulse laser beam toward the
図2Aに、アパーチャマスク13の概略側面図を示す。アパーチャマスク13は、回転板13A、モータ13B、及び回転軸13Dを含む。回転板13Aに、大きさの異なる複数の開口部13Cが形成されている。
FIG. 2A shows a schematic side view of the
図2Bに、回転板13Aの正面図を示す。回転軸13Dを中心とする円周に沿って、大きさの異なる複数の開口部13Cが配置されている。回転板13Aを回転させて、1つの開口部13Cをパルスレーザビームの経路内に配置することにより、経路内に配置される開口部13Cの大きさを変化させることができる。
FIG. 2B shows a front view of the
図1に戻って説明を続ける。レーザ光源10から出力したパルスレーザビームのエネルギの一部が、加工対象物35に到達するまでに失われる。例えば、アパーチャマスク13によってビーム断面の一部が遮光されることにより、エネルギの一部が失われる。アパー
チャマスク13の入射側から出射側までのエネルギ到達率を、「第1のエネルギ到達率」ということとする。第1のエネルギ到達率は、パルスレーザビームの経路内に配置されている開口部13Cの寸法、アパーチャマスク13の位置におけるパルスレーザビームのビーム径、及びビームプロファイルに依存する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. Part of the energy of the pulsed laser beam output from the
アパーチャマスク13よりも後方に配置された経路切替器14、導光光学系23等によっても、パルスレーザビームのエネルギの一部が失われる。アパーチャマスク13の出射側から加工対象物35までのエネルギ到達率を「第2のエネルギ到達率」ということとする。経路切替器14の回折効率、及び導光光学系23の各光学部品の寸法が不変であれば、第2のエネルギ到達率は、アパーチャマスク13の位置におけるビームプロファイル及び広がり角に依存する。
A part of the energy of the pulse laser beam is lost also by the path switch 14 and the light guide
次に、第1のエネルギ到達率の求め方について説明する。パルスレーザビームが加工経路18に振り向けられるように、経路切替器14を制御する。ビーム断面を内包する大きさの開口部13Cが、パルスレーザビームの経路内に配置されるように、アパーチャマスク13を制御する。これにより、パルスレーザビームの全エネルギがアパーチャマスク13を通過する。可動ミラー27を、パルスレーザビームの経路内に配置する。この状態で、レーザ光源10からパルスレーザビームを出力し、第1の測定器28でパルスレーザビームの平均パワーを測定する。パルスレーザビームの全エネルギがアパーチャマスク13を通過しているため、測定された平均パワーは、アパーチャマスク13の入射側における平均パワーとほぼ等しい。
Next, how to obtain the first energy arrival rate will be described. The path switch 14 is controlled so that the pulsed laser beam is directed to the
次に、レーザ加工時に用いられる開口部13Cをパルスレーザビームの経路内に配置する。この状態で、レーザ光源10からパルスレーザビームを出力し、第1の測定器28でパルスレーザビームの平均パワーを測定する。測定された平均パワーは、アパーチャマスク13の出射側における平均パワーとほぼ等しい。
Next, the
第1の測定器28で測定された2つの平均パワーに基づいて、第1のエネルギの到達率を求めることができる。
Based on the two average powers measured by the
次に、第2のエネルギ到達率の求め方について説明する。経路切替器14を、パルスレーザビームが加工経路18に振り向けられる状態にする。可動ミラー27をパルスレーザビームの経路内に配置し、第1の測定器28でパルスレーザビームの平均パワーを測定する。ビーム走査器25を移動機構31を制御して、パルスレーザビームが第2の測定器29に入射する状態にする。可動ミラー27を待機位置まで待機させる。この状態で、レーザ光源10からパルスレーザビームを出力することにより、第2の測定器29で平均パワーを測定する。
Next, how to obtain the second energy arrival rate will be described. The path switch 14 is brought into a state where the pulse laser beam is directed to the
第1の測定器28で測定された平均パワーが、アパーチャマスク13の出射側の位置における平均パワーとほぼ等しい。第2の測定器29で測定された平均パワーが、加工対象物35に到達する平均パワーとほぼ等しい。第1の測定器28及び第2の測定器29で測定された平均パワーから、第2のエネルギ到達率を求めることができる。
The average power measured by the first measuring
パルスレーザビームの入射によって加工対象物35に形成される穴の真円度は、パルスエネルギ密度に依存する。真円度を高めるために、パルスエネルギ密度を最適化することが好ましい。ところが、パルスエネルギ密度を最適化しても、レーサ加工装置の機体間で、加工品質にばらつきが生じることがわかった。本願発明者らは、機体間での加工品質のばらつきの原因として、第1のエネルギ到達率及び第2のエネルギ到達率に着目した。
The roundness of the hole formed in the
図3Aに、第1のエネルギ到達率と、形成された穴の真円度との関係を示す。横軸は、
第1のエネルギ到達率を単位「%」で表し、縦軸は、真円度を表す。ここで、真円度は、長径に対する短径の比で定義される。第2のエネルギ到達率は60%とした。パルスエネルギ密度は、パルス幅を調整することにより、一定にした。
FIG. 3A shows the relationship between the first energy arrival rate and the roundness of the formed hole. The horizontal axis
The first energy arrival rate is represented by the unit “%”, and the vertical axis represents the roundness. Here, the roundness is defined by the ratio of the minor axis to the major axis. The second energy arrival rate was 60%. The pulse energy density was made constant by adjusting the pulse width.
パルスエネルギ密度が一定であるにもかかわらず、第1のエネルギ到達率が変化すると、真円度も変化することがわかる。図3Aに示した実験結果から、高い真円度を確保するために、第1のエネルギ到達率を40%〜65%の範囲内に設定することが好ましいことがわかる。 Although the pulse energy density is constant, it can be seen that when the first energy arrival rate changes, the roundness also changes. From the experimental results shown in FIG. 3A, it can be seen that it is preferable to set the first energy arrival rate within a range of 40% to 65% in order to ensure high roundness.
図3Bに、第2のエネルギ到達率と、形成された穴の真円度との関係を示す。横軸は、第2のエネルギ到達率を単位「%」で表し、縦軸は、真円度を表す。第1のエネルギ到達率は50%とした。パルスエネルギ密度は、パルス幅を調整することにより、一定にした。 FIG. 3B shows the relationship between the second energy arrival rate and the roundness of the formed hole. The horizontal axis represents the second energy arrival rate in the unit “%”, and the vertical axis represents the roundness. The first energy arrival rate was 50%. The pulse energy density was made constant by adjusting the pulse width.
パルスエネルギ密度が一定であるにもかかわらず、第2のエネルギ到達率が変化すると、真円度も変化することがわかる。図3Bに示した実験結果から、高い真円度を確保するために、第2のエネルギ到達率を60%以上に設定することが好ましいことがわかる。 Although the pulse energy density is constant, it can be seen that when the second energy arrival rate changes, the roundness also changes. From the experimental results shown in FIG. 3B, it can be seen that it is preferable to set the second energy arrival rate to 60% or more in order to ensure high roundness.
レーザ加工装置の機体間で、真円度にばらつきが生じるのは、機体間で、第1のエネルギ到達率及び第2のエネルギ到達率がばらついているためと考えられる。 The reason why the roundness varies among the machines of the laser processing apparatus is considered to be because the first energy arrival rate and the second energy arrival rate vary between the machines.
図4に、実施例によるレーザ加工方法のフローチャートを示す。ステップS1において、形成すべき穴の寸法と、導光光学系23(図1)の結像倍率(縮小率)とから、アパーチャマスク13の開口部13Cの寸法を決定する。ステップS2において、開口部13Cを、加工時の寸法としたときの第1のエネルギ到達率を求める。第1のエネルギ到達率は、既に説明したように、ビーム断面を内包する大きさの開口部13Cを経路内に配置した条件で、第1の測定器28で測定された平均パワーと、加工時に使用する開口部13Cを経路内に配置した条件で、第1の測定器28で測定された平均パワーとに基づいて、算出することができる。
FIG. 4 shows a flowchart of the laser processing method according to the embodiment. In step S1, the size of the
ステップS3において、開口部13Cの寸法を加工時の寸法とした条件で、第2のエネルギ到達率を求める。第2のエネルギ到達率は、既に説明したように、第1の測定器28及び第2の測定器29で平均パワーを測定することにより、求めることができる。
In step S3, the second energy arrival rate is obtained under the condition that the dimension of the
ステップS4において、第1のエネルギ到達率及び第2のエネルギ到達率が許容範囲内か否かを判定する。第1のエネルギ到達率の許容範囲の下限値及び上限値は、図3Aに示した実験結果に基づいて、45%及び65%に設定される。第2のエネルギ到達率の許容範囲の下限値は、図3Bに示した実験結果に基づいて、60%に設定される。第2のエネルギ到達率の許容範囲の上限値は、100%に設定すればよい。これらの許容範囲の下限値及び上限値は、制御装置50(図1)に、予め記憶されている。 In step S4, it is determined whether or not the first energy arrival rate and the second energy arrival rate are within an allowable range. The lower limit value and the upper limit value of the allowable range of the first energy arrival rate are set to 45% and 65% based on the experimental result shown in FIG. 3A. The lower limit value of the allowable range of the second energy arrival rate is set to 60% based on the experimental result shown in FIG. 3B. The upper limit value of the allowable range of the second energy arrival rate may be set to 100%. The lower limit value and the upper limit value of these allowable ranges are stored in advance in the control device 50 (FIG. 1).
ステップS4において、第1のエネルギ到達率及び第2のエネルギ到達率の少なくとも一方が許容範囲から外れていると判定された場合には、ステップS5において、ビームエキスパンダ12(図1)を制御して、ビーム径及びビーム広がり角の少なくとも一方を変化させる。その後、ステップS2に戻る。ステップS4において、第1のエネルギ到達率及び第2のエネルギ到達率の両方が許容範囲内に収まっていると判定された場合には、ステップS6において、レーザ加工を実行する。このとき、パルスエネルギ密度が目標範囲に収まるように、パルス幅を調節する。 If it is determined in step S4 that at least one of the first energy arrival rate and the second energy arrival rate is out of the allowable range, the beam expander 12 (FIG. 1) is controlled in step S5. Thus, at least one of the beam diameter and the beam divergence angle is changed. Then, it returns to step S2. If it is determined in step S4 that both the first energy arrival rate and the second energy arrival rate are within the allowable range, laser processing is performed in step S6. At this time, the pulse width is adjusted so that the pulse energy density falls within the target range.
上記実施例では、第1のエネルギ到達率及び第2のエネルギ到達率が許容範囲に収まっ
た状態で、レーザ加工を行うことができる。このため、高い真円度の穴を、再現性よく形成することができる。また、レーザ加工装置の機体間での真円度のばらつきも低減させることができる。
In the above embodiment, laser processing can be performed in a state where the first energy arrival rate and the second energy arrival rate are within the allowable range. For this reason, a high roundness hole can be formed with good reproducibility. Further, it is possible to reduce the variation in roundness between the machines of the laser processing apparatus.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 レーザ光源
11 非球面レンズ
12 ビームエキスパンダ
13 アパーチャマスク
13A 回転板
13B モータ
13C 開口部
13D 回転軸
14 経路切替器
18 加工経路
19 ダンパ経路
20 ビームダンパ
23 導光光学系
24 フィールドレンズ
25 ビーム走査器
26 対物レンズ
27 可動ミラー
28 第1の測定器
29 第2の測定器
30 ステージ
31 移動機構
35 加工対象物
40、41 ビームプロファイル
50 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
制御装置と、
前記制御装置から制御されることにより、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させるビームエキスパンダと、
前記制御装置から制御されることにより、前記ビームエキスパンダを透過した前記レーザビームの経路内に配置される開口部の大きさを変化させるアパーチャマスクと、
加工対象物を保持するステージと、
前記アパーチャマスクの開口部を透過した前記レーザビームを、前記ステージに保持された前記加工対象物の表面まで導光するとともに、前記開口部を前記加工対象物の表面に結像させる導光光学系と
を有し、
前記制御装置は、前記レーザビームの経路内に配置される前記開口部の大きさが決まると、前記アパーチャマスクの入射側から出射側への第1のエネルギ到達率が40%〜65%の範囲から外れているか、または前記アパーチャマスクの出射側から、前記ステージに保持された前記加工対象物までの第2のエネルギ到達率が60%以上の範囲から外れているとき、前記第1のエネルギ到達率及び前記第2のエネルギ到達率がそれぞれ前記範囲に収まるまで、前記ビームエキスパンダを制御して、前記アパーチャマスクに入射する前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させるレーザ加工装置。 A laser light source for outputting a laser beam;
A control device;
A beam expander that changes at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam output from the laser light source by being controlled by the control device;
An aperture mask that changes the size of an opening disposed in the path of the laser beam transmitted through the beam expander by being controlled by the control device;
A stage for holding the workpiece,
A light guide optical system that guides the laser beam that has passed through the opening of the aperture mask to the surface of the object to be processed held on the stage and forms an image of the opening on the surface of the object to be processed. And
When the size of the opening disposed in the laser beam path is determined, the control device has a first energy arrival rate from the incident side to the emission side of the aperture mask in a range of 40% to 65%. or is out of, or from the exit side of the aperture mask, when the second energy arrival ratio up to the workpiece held by the stage is out of the range of 60% or more, the first energy arrival A laser processing apparatus that controls the beam expander to change at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam incident on the aperture mask until the rate and the second energy arrival rate fall within the ranges, respectively. .
制御装置と、
前記制御装置から制御されることにより、前記レーザ光源から出力された前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させるビームエキスパンダと、
前記制御装置から制御されることにより、前記ビームエキスパンダを透過した前記レーザビームの経路内に配置される開口部の大きさを変化させるアパーチャマスクと、
加工対象物を保持するステージと、
前記アパーチャマスクの開口部を透過した前記レーザビームを、前記ステージに保持された前記加工対象物の表面まで導光するとともに、前記開口部を前記加工対象物の表面に結像させる導光光学系と、
を有し、
前記制御装置は、前記レーザビームの経路内に配置される前記開口部の大きさが決まると、前記アパーチャマスクの入射側から出射側へのエネルギ到達率が40%〜65%の範囲内になり、かつ前記アパーチャマスクの出射側から、前記ステージに保持された前記加工対象物までのエネルギ到達率が60%以上になるように、前記ビームエキスパンダを制御して、前記アパーチャマスクに入射する前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させ、
前記アパーチャマスクは、前記レーザビームの経路に配置される前記開口部を、前記レーザビームのビーム断面より大きくすることができるように構成され、
さらに、
前記アパーチャマスクの前記開口部を透過した前記レーザビームのパワーを測定する第1の測定器と、
前記導光光学系を通過した前記レーザビームのパワーを測定する第2の測定器と
を有するレーザ加工装置。 A laser light source for outputting a laser beam;
A control device;
A beam expander that changes at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam output from the laser light source by being controlled by the control device;
An aperture mask that changes the size of an opening disposed in the path of the laser beam transmitted through the beam expander by being controlled by the control device;
A stage for holding the workpiece,
A light guide optical system that guides the laser beam that has passed through the opening of the aperture mask to the surface of the object to be processed held on the stage and forms an image of the opening on the surface of the object to be processed. When,
Have
When the size of the opening arranged in the laser beam path is determined, the controller has an energy arrival rate from the incident side to the exit side of the aperture mask within a range of 40% to 65%. And the beam expander is controlled so that the energy arrival rate from the exit side of the aperture mask to the object to be processed held on the stage is 60% or more, and enters the aperture mask. Changing at least one of the beam diameter and the divergence angle of the laser beam;
The aperture mask is configured such that the opening arranged in the path of the laser beam can be larger than a beam cross section of the laser beam,
further,
A first measuring instrument for measuring the power of the laser beam transmitted through the opening of the aperture mask;
Relais chromatography The processing apparatus having a second measuring device for measuring the power of the laser beam passing through the light guiding optical system.
前記アパーチャマスクの前記開口部を透過した前記レーザビームを、加工対象物の表面まで導光するとともに、前記開口部を前記加工対象物の表面に結像させる導光光学系と
を有するレーザ加工装置を用いてレーザ加工する方法であって、
前記アパーチャマスクの前記開口部の大きさを決定する工程と、
前記開口部が、決定された大きさの条件の下で、前記アパーチャマスクの入射側から出射側への第1のエネルギ到達率が40%〜65%の範囲から外れているか、または前記アパーチャマスクの出射側から、前記加工対象物までの第2のエネルギ到達率が60%以上の範囲から外れているとき、前記第1のエネルギ到達率及び前記第2のエネルギ到達率がそれぞれ前記範囲に収まるまで、前記アパーチャマスクに入射する前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記レーザビームのビーム径及び広がり角の少なくとも一方を変化させた後、前記アパーチャマスク及び前記導光光学系を通して、前記加工対象物に前記レーザビームを入射してレーザ加工を行う工程と
を有するレーザ加工方法。 An aperture mask capable of changing the size of the opening arranged in the path of the laser beam;
A laser processing apparatus comprising: a light guide optical system that guides the laser beam transmitted through the opening of the aperture mask to a surface of a processing target and forms an image of the opening on the surface of the processing target. A laser processing method using
Determining the size of the opening of the aperture mask;
The aperture has a first energy arrival rate from the incident side to the exit side of the aperture mask that is out of the range of 40% to 65% under the condition of the determined size, or the aperture mask. When the second energy arrival rate from the emission side to the workpiece is outside the range of 60% or more , the first energy arrival rate and the second energy arrival rate fall within the ranges, respectively. until a step of changing at least one of the beam diameter and divergence angle of the laser beam incident on the aperture mask,
And a step of performing laser processing by changing at least one of a beam diameter and a divergence angle of the laser beam and then entering the laser beam into the processing object through the aperture mask and the light guide optical system. Processing method.
The laser processing method according to claim 4, further comprising a step of uniformizing a beam profile of the laser beam at the position of the aperture mask.
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