JP6815689B2

JP6815689B2 - Laser processing machine

Info

Publication number: JP6815689B2
Application number: JP2016146857A
Authority: JP
Inventors: 輝尚川▲崎▼
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: JP2018018909A

Description

本発明はレーザ加工機に関する。 The present invention relates to a laser processing machine.

ガルバノスキャナ等のビームスキャナを有するレーザ加工機では、例えばチャンバ内に加工対象物を配置し、チャンバに設けたレーザ透過窓を透過させてチャンバ内にレーザビームを入射させる。レーザ加工を行う前に、チャンバ内に配置された光検出器にレーザビームを入射させて、レーザ照射面に対応する位置に配置された光検出器で光強度（例えばレーザパワー、パルスエネルギ等）を測定することにより、レーザ照射条件が許容範囲に納まっているか否かの確認を行う。 In a laser processing machine having a beam scanner such as a galvano scanner, for example, an object to be processed is arranged in a chamber, and a laser beam is incident into the chamber through a laser transmission window provided in the chamber. Before performing laser processing, a laser beam is incident on a photodetector arranged in the chamber, and the light intensity (for example, laser power, pulse energy, etc.) is generated by the photodetector arranged at a position corresponding to the laser irradiation surface. By measuring, it is confirmed whether or not the laser irradiation conditions are within the permissible range.

また、光路中のレーザビームのエネルギの一部を取り出してレーザ発振器の出力のフィードバック制御を行う技術が知られている（特許文献１）。 Further, there is known a technique of extracting a part of the energy of a laser beam in an optical path to perform feedback control of the output of a laser oscillator (Patent Document 1).

特開２００３−５３５６４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-53564

ビームスキャナで走査されたレーザビームが入射する加工対象物の面内における光強度の分布を均一に保つことが望まれている。例えば、加工対象物をチャンバ内に配置し、チャンバに設けたレーザ透過窓を透過させてチャンバ内にレーザビームを入射させる。レーザ加工中に発生する粉塵等の影響を考慮し、通常、ビームスキャナと加工対象物との間にレーザ透過窓が配置される。経時変化によりレーザ透過窓に部分的な汚れや劣化が生じると透過率が低下する。透過率の部分的な低下は、加工対象物の面内における光強度に影響を及ぼし、加工品質のばらつきの要因になる。 It is desired to keep the distribution of light intensity in the plane of the object to be processed to which the laser beam scanned by the beam scanner is incident. For example, the object to be processed is placed in the chamber, and the laser beam is incident into the chamber through the laser transmission window provided in the chamber. In consideration of the influence of dust and the like generated during laser machining, a laser transmission window is usually arranged between the beam scanner and the object to be machined. If the laser transmission window is partially soiled or deteriorated due to aging, the transmittance will decrease. The partial decrease in transmittance affects the in-plane light intensity of the object to be processed and causes variations in processing quality.

レーザ加工前に、チャンバ内に配置された光検出器で光強度を測定する方法では、走査範囲内の全域の検査を行うことが困難である。さらに、レーザ加工中に加工対象物の表面に入射するレーザビームの光強度をモニタリング（以下、オンラインモニタリングという。）することはできない。レーザ加工前に光強度をモニタリング（以下、オフラインモニタリングという。）する方法では、異常が発生してからオフラインモニタリングで異常が検出されるまでの期間に処理された加工対象物が不良となってしまう。 In the method of measuring the light intensity with a photodetector arranged in the chamber before laser processing, it is difficult to inspect the entire area within the scanning range. Further, it is not possible to monitor the light intensity of the laser beam incident on the surface of the object to be machined during laser machining (hereinafter referred to as online monitoring). In the method of monitoring the light intensity before laser machining (hereinafter referred to as offline monitoring), the machined object processed during the period from the occurrence of the abnormality to the detection of the abnormality by the offline monitoring becomes defective. ..

光路中のレーザビームのエネルギの一部を取り出してレーザ発振器の出力のフィードバック制御を行う方法では、光路が不変の位置のレーザビームの一部が取り出される。ビームスキャナで走査された後の光路中のレーザビームの一部を取り出すことは困難である。このため、ビームスキャナよりも下流側に配置された光学部品の汚れや劣化に起因する光強度の想定外の低下を検出することは困難である。 In the method of taking out a part of the energy of the laser beam in the optical path and performing feedback control of the output of the laser oscillator, a part of the laser beam at the position where the optical path does not change is taken out. It is difficult to extract a part of the laser beam in the optical path after being scanned by the beam scanner. Therefore, it is difficult to detect an unexpected decrease in light intensity due to stains or deterioration of optical components arranged on the downstream side of the beam scanner.

本発明の目的は、ビームスキャナよりも下流側に配置された光学部品の汚れや劣化に起因する光強度の低下をオンラインモニタリングすることが可能なレーザ加工機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser processing machine capable of online monitoring of a decrease in light intensity due to dirt or deterioration of optical components arranged on the downstream side of a beam scanner.

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、
前記レーザ光源から出力されたレーザビームを走査するビームスキャナと、
前記ビームスキャナによって走査されたレーザビームの経路に配置された光学部品と、
前記光学部品へのレーザビームの入射から出射までの過程で発生する光を検出する光検出器と、
前記ビームスキャナに走査指令を与えるとともに、前記光検出器で検出された光の強度に基づいて、前記ビームスキャナによるレーザビームの走査範囲内における光の強度の空間分布を求める制御装置と
を有するレーザ加工機が提供される。 According to one aspect of the invention
A laser light source that outputs a laser beam and
A beam scanner that scans the laser beam output from the laser light source, and
Optical components placed in the path of the laser beam scanned by the beam scanner,
A photodetector that detects the light generated in the process from the incident to the emission of the laser beam on the optical component,
A laser having a control device that gives a scanning command to the beam scanner and obtains a spatial distribution of the light intensity within the scanning range of the laser beam by the beam scanner based on the light intensity detected by the photodetector. A processing machine is provided.

光学部品の汚れや劣化に起因して、光学部品へのレーザビームの入射から出射までの過程で光（例えば蛍光、散乱光、熱放射光等）が発生する。この光をオンラインモニタリングすることにより、光学部品の汚れや劣化の程度の知ることができる。 Light (for example, fluorescence, scattered light, thermal radiation, etc.) is generated in the process from the incident of the laser beam to the optical component to the emission of the laser beam due to the dirt or deterioration of the optical component. By monitoring this light online, it is possible to know the degree of dirt and deterioration of the optical components.

図１は、実施例によるレーザ加工機の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a laser processing machine according to an embodiment. 図２Ａは、光検出器で検出された光の強度の時間変化の一例を示すグラフであり、図２Ｂは、パルスレーザビームを走査したときの加工対象物の表面におけるレーザ入射位置の軌跡を示す図であり、図２Ｃは、制御装置が出力装置の表示画面に表示させた図形の一例を示す図である。FIG. 2A is a graph showing an example of a time change of light intensity detected by a photodetector, and FIG. 2B shows a locus of a laser incident position on the surface of a processed object when a pulsed laser beam is scanned. FIG. 2C is a diagram showing an example of a figure displayed on the display screen of the output device by the control device. 図３は、上記実施例の変形例によるレーザ加工機の制御装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a control device of a laser processing machine according to a modified example of the above embodiment. 図４Ａは、上記実施例の他の変形例によるレーザ加工機の制御装置のブロック図であり、図４Ｂは、レーザ透過窓と光検出器との相対位置関係を示す概略図である。FIG. 4A is a block diagram of a control device of a laser processing machine according to another modification of the above embodiment, and FIG. 4B is a schematic diagram showing a relative positional relationship between a laser transmission window and a photodetector. 図５は、上記実施例のさらに他の変形例によるレーザ加工機のレーザ透過窓と光検出器との相対位置関係を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing the relative positional relationship between the laser transmission window of the laser processing machine and the photodetector according to still another modification of the above embodiment. 図６は、他の実施例によるレーザ加工機の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a laser processing machine according to another embodiment. 図７は、さらに他の実施例によるレーザ加工機の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a laser processing machine according to still another embodiment.

図１及び図２Ａ〜図２Ｃを参照して、実施例によるレーザ加工機について説明する。 The laser processing machine according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2A to 2C.

図１は、実施例によるレーザ加工機の概略図である。レーザ光源１０が制御装置４０からの指令に基づきパルスレーザビームを出力する。レーザ光源１０から出力されたパルスレーザビームがアッテネータ１１、ビームエキスパンダ１２、ビームホモジナイザ１３、ビームスキャナ１４、レンズ１５を経由して加工対象物５０に入射する。加工対象物５０は、チャンバ２０の内部に配置されたステージ２２に支持されている。パルスレーザビームは、チャンバ２０に設けられたレーザ透過窓２１を透過してチャンバ２０内に導入される。レンズ１５及びレーザ透過窓２１は、ビームスキャナ１４によって走査されたパルスレーザビームの経路に配置された光学部品である。レーザ透過窓２１は、例えば合成石英の板の表面に反射防止膜をコーティングした構造を有する。 FIG. 1 is a schematic view of a laser processing machine according to an embodiment. The laser light source 10 outputs a pulsed laser beam based on a command from the control device 40. The pulsed laser beam output from the laser light source 10 enters the workpiece 50 via the attenuator 11, the beam expander 12, the beam homogenizer 13, the beam scanner 14, and the lens 15. The object to be machined 50 is supported by a stage 22 arranged inside the chamber 20. The pulsed laser beam passes through the laser transmission window 21 provided in the chamber 20 and is introduced into the chamber 20. The lens 15 and the laser transmission window 21 are optical components arranged in the path of the pulsed laser beam scanned by the beam scanner 14. The laser transmission window 21 has, for example, a structure in which the surface of a synthetic quartz plate is coated with an antireflection film.

加工対象物５０は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）基板と、その表面に形成されたニッケル膜とを含む。加工対象物５０にパルスレーザビームを入射させてレーザアニールを行うことにより、ニッケルシリサイド膜を形成することができる。レーザアニール中、チャンバ２０内は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気にされるか、または真空にされる。 The object to be processed 50 includes, for example, a silicon carbide (SiC) substrate and a nickel film formed on the surface thereof. A nickel silicide film can be formed by incident a pulse laser beam on the object to be processed 50 and performing laser annealing. During laser annealing, the inside of the chamber 20 is made into an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or is evacuated.

レーザ光源１０は、紫外域のパルスレーザビームを出力する。パルスレーザビームのパルスの繰返し周波数は、例えば２０ｋＨｚである。レーザ光源１０には、例えば波長３５５ｎｍの第３高調波を出力するＮｄ：ＹＶＯ_４レーザ発振器が用いられる。その他に、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器等を用いてもよい。 The laser light source 10 outputs a pulsed laser beam in the ultraviolet region. The pulse repetition frequency of the pulsed laser beam is, for example, 20 kHz. As the laser light source 10, for example, an Nd: YVO ₄ laser oscillator that outputs a third harmonic having a wavelength of 355 nm is used. In addition, an Nd: YLF laser oscillator, an Nd: YAG laser oscillator, or the like may be used.

アッテネータ１１は、制御装置４０からの指令に基づいて、パルスレーザビームの減衰率を変化させる。 The attenuator 11 changes the attenuation rate of the pulsed laser beam based on the command from the control device 40.

ビームエキスパンダ１２は、パルスレーザビームのビーム径を拡大する。ビームホモジナイザ１３は、加工対象物５０の表面におけるビームプロファイルを均一化する。ビームスキャナ１４は、制御装置４０からの走査指令に基づき、パルスレーザビームを二次元方向に走査する。ビームスキャナ１４には、例えば一対の可動ミラーを持つガルバノスキャナを用いることができる。レンズ１５は、例えばｆθレンズで構成され、ほぼ像側テレセントリック光学系を実現している。ビームスキャナ１４で走査されたパルスレーザビームの入射位置の、加工対象物５０の表面における移動速度は、例えば６６０ｍｍ／ｓである。レーザ透過窓２１の位置におけるビーム径は例えば直径約３ｍｍであり、加工対象物５０の表面におけるビーム径は例えば直径約０．１ｍｍである。 The beam expander 12 expands the beam diameter of the pulsed laser beam. The beam homogenizer 13 homogenizes the beam profile on the surface of the workpiece 50. The beam scanner 14 scans the pulsed laser beam in the two-dimensional direction based on the scanning command from the control device 40. For the beam scanner 14, for example, a galvano scanner having a pair of movable mirrors can be used. The lens 15 is composed of, for example, an fθ lens, and realizes a substantially image-side telecentric optical system. The moving speed of the incident position of the pulsed laser beam scanned by the beam scanner 14 on the surface of the workpiece 50 is, for example, 660 mm / s. The beam diameter at the position of the laser transmission window 21 is, for example, about 3 mm in diameter, and the beam diameter on the surface of the workpiece 50 is, for example, about 0.1 mm in diameter.

チャンバ２０内に光検出器２５が配置されている。ビームスキャナ１４を制御することにより、パルスレーザビームを光検出器２５に入射させることができる。この状態で、光検出器２５はパルスレーザビームの光強度、例えば平均パワー、パルスエネルギ等を測定することができる。測定結果に基づいて、レーザ光源１０、アッテネータ１１、ビームエキスパンダ１２、ビームホモジナイザ１３の正常性を確認することができる。さらに、レンズ１５、レーザ透過窓２１の、パルスレーザビームが透過した箇所の汚れや劣化の有無を確認することができる。 A photodetector 25 is arranged in the chamber 20. By controlling the beam scanner 14, the pulsed laser beam can be incident on the photodetector 25. In this state, the photodetector 25 can measure the light intensity of the pulsed laser beam, for example, the average power, the pulse energy, and the like. Based on the measurement results, the normality of the laser light source 10, the attenuator 11, the beam expander 12, and the beam homogenizer 13 can be confirmed. Further, it is possible to confirm whether or not the lens 15 and the laser transmission window 21 are dirty or deteriorated at the portion where the pulsed laser beam is transmitted.

ビームスキャナ１４で走査されたパルスレーザビームの経路の側方、より具体的にはレンズ１５とレーザ透過窓２１と間のパルスレーザビームの経路の側方（外側）に光検出器３０が配置されている。光検出器３０は、レーザ透過窓２１へのレーザビームの入射から出射までの過程で発生する光を検出する。検出した光の強度に応じた信号が制御装置４０に入力される。 The photodetector 30 is arranged on the side of the path of the pulsed laser beam scanned by the beam scanner 14, more specifically, on the side (outside) of the path of the pulsed laser beam between the lens 15 and the laser transmission window 21. ing. The photodetector 30 detects the light generated in the process from the incident to the emission of the laser beam to the laser transmission window 21. A signal corresponding to the detected light intensity is input to the control device 40.

レーザ透過窓２１へのレーザビームの入射から出射までの過程で発生する光として、例えばレーザ透過窓２１の表面の汚れや異物に起因する発光（例えば蛍光）、レーザ透過窓２１に生じた傷に起因する散乱光、レーザ透過窓２１の温度上昇に起因する赤外放射光等が挙げられる。光検出器３０として、レーザ光源１０の発振周波数程度の応答性能を持つセンサ、例えばフォトダイオードセンサを用いることができる。フォトダイオードセンサとして、異物から発生する蛍光の波長、傷に起因する散乱光（パルスレーザビームと同一の波長）、及び赤外放射光の波長の領域の光を検出可能なものを用いることが好ましい。 Light generated in the process from the incident to the emission of the laser beam to the laser transmitting window 21 includes, for example, light emission (for example, fluorescence) caused by dirt on the surface of the laser transmitting window 21 or foreign matter, and scratches generated on the laser transmitting window 21. Examples thereof include scattered light caused by the laser, infrared emitted light caused by the temperature rise of the laser transmission window 21, and the like. As the photodetector 30, a sensor having a response performance of about the oscillation frequency of the laser light source 10, for example, a photodiode sensor can be used. As a photodiode sensor, it is preferable to use a wavelength of fluorescence generated from a particle, the scattered light due to the flaw (pulsed laser beam and the same wavelength), and those capable of detecting light in the wavelength region of the infrared radiation ..

制御装置４０は、光検出器３０で検出された光の強度に基づく情報を出力装置４１に出力する。出力装置４１は、例えば画像を表示する表示画面、音声を発出するスピーカ等を含む。 The control device 40 outputs information based on the light intensity detected by the photodetector 30 to the output device 41. The output device 41 includes, for example, a display screen for displaying an image, a speaker for emitting sound, and the like.

次に、図２Ａ〜図２Ｃを参照して、制御装置４０が行う処理、及び出力装置４１の表示画面に表示する画像について説明する。 Next, with reference to FIGS. 2A to 2C, the processing performed by the control device 40 and the image displayed on the display screen of the output device 41 will be described.

図２Ａは、光検出器３０で検出された光の強度の時間変化の一例を示すグラフである。横軸は経過時間を表し、縦軸は光強度を表す。１枚の加工対象物５０に対する走査開始時刻をｔ０で表し、走査終了時刻をｔ１で表す。図２Ａに示した例では、１回の走査期間中に、２つの時点で光強度のピークが現れている。 FIG. 2A is a graph showing an example of a time change in the intensity of light detected by the photodetector 30. The horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the light intensity. The scanning start time for one workpiece 50 is represented by t0, and the scanning end time is represented by t1. In the example shown in FIG. 2A, light intensity peaks appear at two time points during one scanning period.

図２Ｂは、パルスレーザビームを走査したときの加工対象物５０及びレーザ透過窓２１の表面におけるレーザ入射位置の軌跡を示す図である。図２Ｂの左右方向にパルスレーザビームを主走査し、上下方向に副走査することにより、加工対象物５０の表面のほぼ全域をレーザアニールする。走査開始位置５１にパルスレーザビームが入射する時刻が図２Ａの時刻ｔ０に対応し、走査終了位置５２にパルスレーザビームが入射する時刻が図２Ａの時刻ｔ１に対応する。図２Ａに示した時間軸上の位置と、図２Ｂに示した軌跡上の位置とは１対１に対応する。 FIG. 2B is a diagram showing a locus of laser incident positions on the surfaces of the workpiece 50 and the laser transmission window 21 when the pulsed laser beam is scanned. By main scanning the pulsed laser beam in the left-right direction and sub-scanning in the up-down direction in FIG. 2B, almost the entire surface of the work piece 50 is laser-annealed. The time when the pulsed laser beam is incident on the scanning start position 51 corresponds to the time t0 in FIG. 2A, and the time when the pulsed laser beam is incident on the scanning end position 52 corresponds to the time t1 in FIG. 2A. The position on the time axis shown in FIG. 2A and the position on the locus shown in FIG. 2B have a one-to-one correspondence.

制御装置４０（図１）は、光検出器３０で検出された光の強度の時間変化（図２Ａ）を、ビームスキャナ１４に与える走査指令に基づいて空間分布に変換する。ここで、空間分布は、例えばレーザ透過窓２１の表面内における二次元分布に相当する。 The control device 40 (FIG. 1) converts the temporal change in light intensity (FIG. 2A) detected by the photodetector 30 into a spatial distribution based on a scanning command given to the beam scanner 14. Here, the spatial distribution corresponds to, for example, a two-dimensional distribution in the surface of the laser transmission window 21.

図２Ｃは、制御装置４０（図１）が出力装置４１（図１）の表示画面に表示させた図形の一例を示す図である。制御装置４０は、レーザ透過窓２１の表面内における光強度分布を出力装置４１の表示画面に二次元画像で表示させる。図２Ｃにおいて、光強度の強い箇所ほど密度の高いドットパターンを付して表している。光強度の強い箇所が、図２Ａに示したピークが現れている時刻に対応する。 FIG. 2C is a diagram showing an example of a figure displayed on the display screen of the output device 41 (FIG. 1) by the control device 40 (FIG. 1). The control device 40 displays the light intensity distribution in the surface of the laser transmission window 21 on the display screen of the output device 41 as a two-dimensional image. In FIG. 2C, a dot pattern having a higher density is attached to a portion having a stronger light intensity. The part with strong light intensity corresponds to the time when the peak shown in FIG. 2A appears.

制御装置４０は、さらに光検出器３０で検出された光の強度が許容範囲に納まっているか否かを判定する。この許容範囲は、予め制御装置４０に記憶されている。光の強度が許容範囲から外れている場合には、出力装置４１から異常を通知する情報を出力する。異常を通知する情報は、例えば、スピーカから出力される音声情報であってもよいし、表示画面に表示される画像情報であってもよい。 The control device 40 further determines whether or not the intensity of the light detected by the photodetector 30 is within the permissible range. This permissible range is stored in the control device 40 in advance. When the light intensity is out of the permissible range, the output device 41 outputs information for notifying the abnormality. The information for notifying the abnormality may be, for example, voice information output from the speaker or image information displayed on the display screen.

次に、上記実施例によるレーザ加工機の優れた効果について説明する。 Next, the excellent effect of the laser processing machine according to the above embodiment will be described.

光検出器３０で検出される光の強度は、レーザ透過窓２１の汚れ、劣化（例えば傷）等に依存する。光検出器３０で検出された光の強度が大きいことは、汚れまたは劣化によってレーザ透過窓２１の透過率が低下していることを意味する。すなわち、光検出器３０で検出された光の強度が大きいときにパルスレーザビームが入射した加工対象物５０内の箇所において、パルスエネルギ不足が生じている可能性が懸念される。 The intensity of light detected by the photodetector 30 depends on dirt, deterioration (for example, scratches), etc. of the laser transmission window 21. The high intensity of the light detected by the photodetector 30 means that the transmittance of the laser transmitting window 21 is lowered due to dirt or deterioration. That is, when the intensity of the light detected by the photodetector 30 is high, there is a concern that the pulse energy may be insufficient at the portion in the workpiece 50 where the pulse laser beam is incident.

本実施例においては、レーザアニール中に光検出器３０で光の強度をオンラインモニタリングすることにより、パルスエネルギ不足が生じた可能性が懸念される箇所に関する情報を得ることができる。光検出器３０で検出された光の強度分布が二次元画像（図２Ｃ）で表示されるため、オペレータはパルスエネルギ不足が生じた箇所を視覚的に容易に認識することができる。 In this embodiment, by monitoring the light intensity online with the photodetector 30 during laser annealing, it is possible to obtain information on a location where there is a concern that pulse energy shortage may have occurred. Since the light intensity distribution detected by the photodetector 30 is displayed as a two-dimensional image (FIG. 2C), the operator can easily visually recognize the location where the pulse energy shortage has occurred.

オペレータは、光検出器３０で検出された光の強度の最大値が許容範囲を超えたことに気づくと、レーザ透過窓２１の洗浄または交換を行うことにより、今後のレーザアニールの不良の発生を回避することができる。このように、レーザ透過窓２１の汚れ、劣化等をオンラインモニタリングしているため、異常が発生した状態に気付かず、不良の製品が継続して製造される事態が発生することを防止することができる。 When the operator notices that the maximum value of the light intensity detected by the photodetector 30 exceeds the permissible range, the laser transmission window 21 is cleaned or replaced to prevent future laser annealing defects. It can be avoided. In this way, since the dirt, deterioration, etc. of the laser transmission window 21 are monitored online, it is possible to prevent a situation in which a defective product is continuously manufactured without noticing the state in which an abnormality has occurred. it can.

上記実施例では、ビームスキャナ１４による走査指令と、光検出器３０の検出値の時間変化とに基づいて、光強度の二次元分布を求めたが、光検出器３０として、二次元画像を取得可能な撮像装置を用いてもよい。撮像装置として、例えばＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等を用いることができる。この撮像装置は、レーザ透過窓２１の表面を撮像して二次元画像を取得する。 In the above embodiment, the two-dimensional distribution of the light intensity is obtained based on the scanning command by the beam scanner 14 and the time change of the detection value of the photodetector 30, but the photodetector 30 acquires a two-dimensional image. A possible imaging device may be used. As the image pickup device, for example, a CCD camera, a CMOS camera, or the like can be used. This imaging device captures the surface of the laser transmission window 21 to acquire a two-dimensional image.

次に、図３〜図５を参照して上記実施例の種々の変形例について説明する。 Next, various modifications of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 5.

図３は、上記実施例の変形例によるレーザ加工機の制御装置４０の一部の機能を示すブロック図である。本変形例においては、レーザ透過窓２１（図１）の透過率に応じてアッテネータ１１（図１）の減衰率を調整することにより、透過率の低下に起因するパルスエネルギの低下を補償する処理を行う。 FIG. 3 is a block diagram showing a part of the functions of the control device 40 of the laser processing machine according to the modified example of the above embodiment. In this modification, the process of compensating for the decrease in pulse energy due to the decrease in transmittance by adjusting the attenuation rate of the attenuator 11 (FIG. 1) according to the transmittance of the laser transmission window 21 (FIG. 1). I do.

制御装置４０は、ビームスキャナ１４に与える走査指令を生成する走査指令生成部４０ａ、及びアッテネータ１１の減衰量を制御するアッテネータ制御部４０ｂを含む。さらに、制御装置４０は、光検出器３０で検出された光の強度の走査範囲内における分布を表す光強度分布データ４０ｃを記憶している。 The control device 40 includes a scanning command generation unit 40a that generates a scanning command given to the beam scanner 14, and an attenuator control unit 40b that controls the amount of attenuation of the attenuator 11. Further, the control device 40 stores the light intensity distribution data 40c representing the distribution of the light intensity detected by the photodetector 30 within the scanning range.

アッテネータ制御部４０ｂは、走査指令生成部４０ａで生成された走査指令値から、レーザ透過窓２１（図１）の表面内におけるパルスレーザビームの入射位置を求める。この入射位置と、光強度分布データ４０ｃとに基づいて、アッテネータ１１の減衰量を調整する。例えば、光強度分布データ４０ｃから想定されるレーザ透過窓２１の透過率の低下を補償するように、アッテネータ１１の減衰量を小さくする。これにより、レーザ透過窓２１の透過率低下に起因して加工対象物５０（図１）の表面におけるパルスエネルギが不足する事態の発生を抑制することができる。 The attenuator control unit 40b obtains the incident position of the pulsed laser beam in the surface of the laser transmission window 21 (FIG. 1) from the scanning command value generated by the scanning command generation unit 40a. The attenuation amount of the attenuator 11 is adjusted based on the incident position and the light intensity distribution data 40c. For example, the attenuation of the attenuator 11 is reduced so as to compensate for the decrease in the transmittance of the laser transmission window 21 assumed from the light intensity distribution data 40c. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a situation in which the pulse energy on the surface of the workpiece 50 (FIG. 1) is insufficient due to the decrease in the transmittance of the laser transmission window 21.

図４Ａは、上記実施例の他の変形例によるレーザ加工機の制御装置４０の一部の機能を示すブロック図である。本変形例においては、レーザ透過窓２１の表面内のパルスレーザビーム入射位置から光検出器３０までの距離のばらつきに起因する検出光の強度の増減を補償する。 FIG. 4A is a block diagram showing a part of the functions of the control device 40 of the laser processing machine according to another modification of the above embodiment. In this modification, the increase / decrease in the intensity of the detected light due to the variation in the distance from the pulsed laser beam incident position in the surface of the laser transmission window 21 to the photodetector 30 is compensated.

光検出器３０による光の強度の検出結果が制御装置４０の光強度正規化部４０ｄに入力される。光強度正規化部４０ｄは、走査指令生成部４０ａで生成された走査指令値から、レーザ透過窓２１（図１）の表面内におけるパルスレーザビームの入射位置を求める。この入射位置に基づいて、光検出器３０で検出された光強度の検出値を正規化する。 The detection result of the light intensity by the photodetector 30 is input to the light intensity normalizing unit 40d of the control device 40. The light intensity normalizing unit 40d obtains the incident position of the pulsed laser beam in the surface of the laser transmission window 21 (FIG. 1) from the scanning command value generated by the scanning command generation unit 40a. Based on this incident position, the detected value of the light intensity detected by the photodetector 30 is normalized.

図４Ｂを参照して、光強度の正規化の方法について説明する。図４Ｂは、レーザ透過窓２１と光検出器３０との相対位置関係を示す概略図である。光検出器３０からレーザ透過窓２１の表面におけるレーザ入射位置Ｐ１までの距離は一定ではない。レーザ入射位置Ｐ１における発光強度が同一でも、レーザ入射位置Ｐ１から光検出器３０までの距離Ｄ１が異なると、光検出器３０による光強度の検出値は同一にはならない。 A method of normalizing the light intensity will be described with reference to FIG. 4B. FIG. 4B is a schematic view showing the relative positional relationship between the laser transmission window 21 and the photodetector 30. The distance from the photodetector 30 to the laser incident position P1 on the surface of the laser transmission window 21 is not constant. Even if the emission intensity at the laser incident position P1 is the same, if the distance D1 from the laser incident position P1 to the photodetector 30 is different, the detected value of the light intensity by the photodetector 30 will not be the same.

本変形例においては、光検出器３０によって検出された光の強度を、レーザ入射位置Ｐ１から光検出器３０までの距離Ｄ１と基準距離Ｄ０との比に基づいて正規化する。ここで基準距離Ｄ０は、レーザ透過窓２１の基準位置、例えば中心位置から光検出器３０までの距離である。光検出器３０で検出される光強度は光検出器３０から光源までの距離の２乗に反比例するため、パルスレーザビームがレーザ入射位置Ｐ１に入射しているときに検出された光強度に（Ｄ１／Ｄ０）^２を乗算することにより正規化された光強度を算出することができる。制御装置４０の判定部４０ｅ（図４Ａ）が、正規化された光強度に基づいて、レーザ透過窓２１の汚れ、劣化の有無を判定する。 In this modification, the intensity of light detected by the photodetector 30 is normalized based on the ratio of the distance D1 from the laser incident position P1 to the photodetector 30 and the reference distance D0. Here, the reference distance D0 is the distance from the reference position of the laser transmission window 21, for example, the center position to the photodetector 30. Since the light intensity detected by the light detector 30 is inversely proportional to the square of the distance from the light detector 30 to the light source, the light intensity detected when the pulsed laser beam is incident on the laser incident position P1 ( D1 / D0) The normalized light intensity can be calculated by multiplying by ² . The determination unit 40e (FIG. 4A) of the control device 40 determines whether or not the laser transmission window 21 is dirty or deteriorated based on the normalized light intensity.

本変形例では、レーザ透過窓２１の表面におけるレーザ入射位置Ｐ１に依存しない正規化された光強度に基づいて判定を行うため、レーザ透過窓２１の汚れ、劣化の有無の判定精度を高めることができる。 In this modification, since the determination is made based on the normalized light intensity independent of the laser incident position P1 on the surface of the laser transmission window 21, it is possible to improve the determination accuracy of the presence or absence of dirt and deterioration of the laser transmission window 21. it can.

図５は、上記実施例のさらに他の変形例によるレーザ加工機のレーザ透過窓２１と光検出器３０（図１）との相対位置関係を示す平面図である。本変形例においては、光検出器３０が複数、例えば４個の光検出部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを含む。複数の光検出部３０ａ〜３０ｄは、ビームスキャナ１４（図１）で走査されたレーザビームの経路２７の側方に、レーザビームの経路２７を取り囲むように配置されている。 FIG. 5 is a plan view showing the relative positional relationship between the laser transmission window 21 of the laser processing machine and the photodetector 30 (FIG. 1) according to still another modification of the above embodiment. In this modification, the photodetector 30 includes a plurality of photodetectors 30, for example, four photodetectors 30a, 30b, 30c, and 30d. The plurality of photodetectors 30a to 30d are arranged on the side of the laser beam path 27 scanned by the beam scanner 14 (FIG. 1) so as to surround the laser beam path 27.

複数の光検出部３０ａ〜３０ｄで検出された光の強度の検出値が制御装置４０に入力される。制御装置４０は、複数の検出値に基づいて、レーザ透過窓２１の汚れ、劣化の有無を判定する。 The detected values of the light intensities detected by the plurality of photodetectors 30a to 30d are input to the control device 40. The control device 40 determines whether or not the laser transmission window 21 is dirty or deteriorated based on the plurality of detected values.

本変形例では、レーザ透過窓２１の表面内におけるレーザ入射位置から光検出器３０までの距離のばらつきが平準化される。これにより、レーザ入射位置から光検出器３０までの距離のばらつきに起因する光強度の検出値のばらつきが少なくなり、レーザ透過窓２１の汚れ、劣化の有無の判定精度を高めることができる。 In this modification, the variation in the distance from the laser incident position on the surface of the laser transmission window 21 to the photodetector 30 is leveled. As a result, the variation in the detected value of the light intensity due to the variation in the distance from the laser incident position to the photodetector 30 is reduced, and the accuracy of determining whether or not the laser transmission window 21 is dirty or deteriorated can be improved.

光検出部の個数は４個に制限されない。例えば、光検出部を２個、３個、または５個以上配置してもよい。複数の光検出部は、ビームスキャナ１４で走査されたレーザビームの経路２７の中心軸を回転中心としたｎ回回転対称（ｎは２以上の整数）となる位置に配置することが好ましい。 The number of photodetectors is not limited to four. For example, two, three, or five or more photodetectors may be arranged. It is preferable that the plurality of photodetectors are arranged at positions that are rotationally symmetric (n is an integer of 2 or more) n times around the central axis of the path 27 of the laser beam scanned by the beam scanner 14.

上記実施例及び変形例では、パルスレーザビームを用いてレーザアニールを行ったが、上記実施例及び変形例によるレーザ加工機は、その他のレーザビームを走査するレーザ加工機一般に適用することができる。例えば、レーザドリルに適用することも可能である。 In the above-described embodiment and modification, laser annealing is performed using a pulsed laser beam, but the laser processing machine according to the above-mentioned example and modification can be generally applied to other laser processing machines that scan a laser beam. For example, it can be applied to a laser drill.

次に、図６を参照して他の実施例によるレーザ加工機について説明する。以下、図１〜図２Ｃに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, a laser processing machine according to another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 1 to 2C will be described, and the description of the common configuration will be omitted.

図６は、本実施例によるレーザ加工機の概略図である。図１に示した実施例では、レンズ１５とレーザ透過窓２１との間のレーザビームの経路の側方に光検出器３０が配置されていたが、図６に示した実施例では、ビームスキャナ１４とレンズ１５との間のレーザビームの経路の側方に光検出器３０が配置されている。 FIG. 6 is a schematic view of the laser processing machine according to this embodiment. In the embodiment shown in FIG. 1, the photodetector 30 is arranged on the side of the path of the laser beam between the lens 15 and the laser transmission window 21, but in the embodiment shown in FIG. 6, the beam scanner is used. A photodetector 30 is arranged on the side of the path of the laser beam between the 14 and the lens 15.

光検出器３０は、レンズ１５へのレーザビームの入射から出射までの過程で発生する光を検出する。本実施例においては、レンズ１５の汚れ、劣化等をオンラインモニタリングすることができる。 The photodetector 30 detects the light generated in the process from the incident to the emission of the laser beam on the lens 15. In this embodiment, dirt, deterioration, etc. of the lens 15 can be monitored online.

次に、図７を参照してさらに他の実施例によるレーザ加工機について説明する。以下、図１〜図２Ｃに示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。 Next, a laser processing machine according to still another embodiment will be described with reference to FIG. 7. Hereinafter, the differences from the examples shown in FIGS. 1 to 2C will be described, and the description of the common configuration will be omitted.

本実施例においては、光検出器３０がチャンバ２０の中に配置されている。光検出器３０は、レーザ透過窓２１へのレーザビームの入射から出射までの過程で発生し、チャンバ２０の内部に向かって伝搬する光の一部を検出する。 In this embodiment, the photodetector 30 is located in the chamber 20. The photodetector 30 detects a part of the light generated in the process from the incident to the emission of the laser beam to the laser transmission window 21 and propagating toward the inside of the chamber 20.

本実施例のように、光検出器３０をチャンバ２０の内部に配置しても、図１〜図２Ｃに示した実施例と同様にレーザ透過窓２１の汚れ、劣化等をオンラインモニタリングすることができる。本実施例では、特にレーザ透過窓２１の内側の表面の汚れ、傷等の検出を効率的に行うことができる。 Even if the photodetector 30 is arranged inside the chamber 20 as in this embodiment, it is possible to online monitor the dirt, deterioration, etc. of the laser transmission window 21 as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 2C. it can. In this embodiment, it is possible to efficiently detect dirt, scratches, etc. on the inner surface of the laser transmission window 21 in particular.

上述の各実施例及び変形例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例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。 It goes without saying that each of the above-described examples and modifications is an example, and partial replacement or combination of the configurations shown in different examples is possible. Similar effects due to the same configuration of a plurality of examples will not be mentioned sequentially for each example. Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

１０レーザ光源
１１アッテネータ
１２ビームエキスパンダ
１３ビームホモジナイザ
１４ビームスキャナ
１５レンズ
２０チャンバ
２１レーザ透過窓
２２ステージ
２５光検出器
２７走査されたレーザビームの経路
３０光検出器
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ光検出部
４０制御装置
４０ａ走査指令生成部
４０ｂアッテネータ制御部
４０ｃ光強度分布データ
４０ｄ光強度正規化部
４０ｅ判定部
４１出力装置
５０加工対象物
５１走査開始位置
５２走査終了位置 10 Laser light source 11 Attenuator 12 Beam expander 13 Beam homogenizer 14 Beam scanner 15 Lens 20 Chamber 21 Laser transmission window 22 Stage 25 Photodetector 27 Photodetector 30a, 30b, 30c, 30d Photodetector 30a, 30b, 30c, 30d Unit 40 Control device 40a Scan command generation unit 40b Attenuator control unit 40c Light intensity distribution data 40d Light intensity normalization unit 40e Judgment unit 41 Output device 50 Machining object 51 Scanning start position 52 Scanning end position

Claims

A laser light source that outputs a laser beam and
A beam scanner that scans the laser beam output from the laser light source, and
Optical components placed in the path of the laser beam scanned by the beam scanner,
A photodetector that detects the light generated in the process from the incident to the emission of the laser beam on the optical component,
A laser having a control device that gives a scanning command to the beam scanner and obtains a spatial distribution of the light intensity within the scanning range of the laser beam by the beam scanner based on the light intensity detected by the photodetector. Processing machine.

The photodetector, the beam seen including a plurality of light detecting portion disposed on the side of the scanned laser beam path by a scanner to detect the light of the laser beam and the same wavelength output from the laser light source The laser processing machine according to claim 1.

The laser processing machine according to claim 2, wherein the light detection unit is arranged at a position that is rotationally symmetric with the central axis of the path of the laser beam scanned by the beam scanner as the center of rotation.

The laser according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device converts a time change of light intensity detected by the photodetector into a spatial distribution based on a scanning command given to the beam scanner. Processing machine.

The laser processing machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the photodetector includes an imaging device that acquires a two-dimensional image.

In addition, it has an output device that displays an image.
The laser processing machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the control device displays a two-dimensional distribution of light intensity detected by the photodetector on the output device as a two-dimensional image.

The control device determines whether or not the light intensity detected by the photodetector is within the permissible range, and if it is out of the permissible range, notifies an abnormality according to any one of claims 1 to 6. The laser processing machine according to item 1.