KR100819616B1

KR100819616B1 - Laser beam apparatus

Info

Publication number: KR100819616B1
Application number: KR1020067005112A
Authority: KR
Inventors: 토모히로 교토; 다다시 구로이와; 노부타카 고바야시
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2008-04-04
Also published as: KR20060095956A

Abstract

레이저 발진기(1)로부터 출사된 레이저 광을 피가공물(2O)까지 유도하는 복수의 광학 부품으로 이루어지는 광학계를 가지고, 1개의 레이저 광을 제1 편광 분리 수단(5)으로 2개의 레이저 광으로 분광하며, 한쪽은 미러(14)를 경유하고, 다른 쪽은 제1 갈바노 스캔 미러(13)로 2축 방향으로 주사하며, 2개의 레이저 광을 제2 편광 분리 수단(8)으로 유도한 후, 제2 갈바노 스캔 미러(12)로 주사하고, 피가공물(2O)을 가공하는 레이저 장치에 있어서,It has an optical system composed of a plurality of optical components for guiding the laser light emitted from the laser oscillator 1 to the workpiece 20, and one laser light is spectroscopically analyzed by two laser lights by the first polarization separating means (5) One side passes through the mirror 14, the other side scans in the biaxial direction with the first galvano scan mirror 13, and after guiding the two laser lights to the second polarization splitting means 8, In the laser device which scans with 2 galvano scan mirrors 12 and processes the to-be-processed object 20,

상기 제1 및 제2 편광 분리 수단을 레이저 광의 광축에 대하여 45°로 배치한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.The said 1st and 2nd polarization separation means were arrange | positioned with respect to the optical axis of a laser beam at 45 degrees, The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.

Description

Laser processing device {LASER BEAM APPARATUS}

본 발명은, 프린트 기판 등의 피가공물에 대하여 구멍 뚫기 가공을 주목적으로 한 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 특히 그 생산성, 및 가공 품질 향상을 도모하는 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus whose main purpose is to punch holes for a workpiece such as a printed circuit board, and particularly aims to improve its productivity and processing quality.

종래의 프린트 기판 등의 피가공물에 대하여 구멍 뚫기 가공을 주목적으로 한 레이저 가공 장치 중에서, 특히 2곳에서 동시에 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치는, 예를 들면 국제공개번호WOO3/0419O4호공보에 있어서 도 9에 나타낸 것과 같은 구성으로 되어 있다.Among the laser processing apparatuses that are primarily intended for punching processing on a workpiece such as a conventional printed board, laser processing apparatuses that can be processed simultaneously in two places, for example, are described in International Publication No. WO3 / 0419O4. In this case, the configuration is as shown in FIG.

도 9에 있어서, 1은 레이저 발진기(發振器), 2는 레이저 광, 3은 가공 구멍을 소망의 크기, 형상으로 하기 위해서 입사하는 레이저 광으로부터 필요한 부분의 레이저 광을 잘라내는 마스크(mask), 4는 레이저 광(2)을 반사하여 광로(光路)를 유도하는 복수의 미러(mirror)이다. 24는 레이저 광(2)을 2개의 레이저 광으로 분광하는 제1 편광 빔 스플리터(splitter), 6은 제1 편광 빔 스플리터(24)로 분광된 한쪽의 레이저 광, 6p는 레이저 광(6)의 편광 방향, 7은 제1 편광 빔 스플리터로 분광된 다른 한쪽의 레이저 광, 7s는 레이저 광(7)의 편광 방향, 25는 레이저 광(6)을 반사하고 레이저 광(7)을 투과하여 제2 갈바노 스캔 미러(galvano scan mirror)(12)로 유도하기 위한 제2 편광 빔 스플리터이다. 10은 제2 편광 빔 스플리터에 의해 반사된 레이저 광, 11은 제2 편광 빔 스플리터에 의해 투과된 레이저 광, 14는 레이저 광(6)을 제2 편광 빔 스플리터(25)로 유도하기 위한 미러, 17은 레이저 광(1O, 11)을 피가공물(2O) 상에 집광시키기 위한 fθ 렌즈, 13은 레이저 광(7)을 2축 방향으로 주사(走査)하고, 제2 편광 빔 스플리터(25)로 유도하기 위한 제1 갈바노 스캔 미러, 12는 레이저 광(1O)과 레이저 광(11)을 2축 방향으로 주사하여 피가공물(2O)로 유도하기 위한 제2 갈바노 스캔 미러이다. 18은 피가공물(2O)을 XY방향으로 이동시키기 위한 XY 테이블, 19는 fθ 렌즈(17)로부터 출사되는 레이저 광의 에너지를 측정하는 파워 센서, 15는 레이저 광(6)을 차단하는 제1 셔터, 16은 레이저 광(7)을 차단하는 제2 셔터이다. 또한, 파워 센서(19)는, XY 테이블(18)에 고정되어 있고, 레이저 광의 에너지를 측정할 때는, 파워 센서(19)의 수광부(受光部)에 레이저 광이 닿는 위치로 이동이 가능하게 되어 있다.9, 1 is a laser oscillator, 2 is laser light, 3 is a mask which cuts out the laser light of the required part from the incident laser light in order to make a process hole into a desired size and shape. , 4 is a plurality of mirrors which reflect the laser light 2 and induce an optical path. 24 is a first polarization beam splitter for spectroscopy of the laser light 2 into two laser lights, 6 is one laser light spectroscopy with the first polarization beam splitter 24, and 6p is a The polarization direction, 7 is the laser light on the other side of the laser beam splitted by the first polarization beam splitter, 7s is the polarization direction of the laser light 7, 25 is the laser light 6 reflected and transmitted through the laser light 7 to the second A second polarizing beam splitter for leading to a galvano scan mirror 12. 10 is laser light reflected by the second polarization beam splitter, 11 is laser light transmitted by the second polarization beam splitter, 14 is a mirror for guiding the laser light 6 to the second polarization beam splitter 25, 17 denotes an f? Lens for focusing laser light 10 and 11 onto the workpiece 20, 13 scans the laser light 7 in the biaxial direction, and the second polarizing beam splitter 25 The first galvano scan mirror 12 for guiding is a second galvano scan mirror for guiding the laser light 10 and the laser light 11 in biaxial directions to guide the workpiece 20. 18 is an XY table for moving the workpiece 20 in the XY direction, 19 is a power sensor for measuring the energy of laser light emitted from the fθ lens 17, 15 is a first shutter for blocking the laser light 6, 16 is a second shutter that blocks the laser light 7. In addition, the power sensor 19 is fixed to the XY table 18, and when measuring the energy of the laser light, the power sensor 19 can be moved to a position where the laser light touches the light receiving portion of the power sensor 19. have.

도 9에 나타낸 바와 같이, 1개의 레이저 광을 편광 빔 스플리터로 2개의 레이저 광으로 분광하고, 2개의 레이저 광을 독립적으로 주사함으로써, 2곳에서 동시에 가공을 실시할 수 있는 구멍 뚫기 가공용 레이저 가공 장치에서는, 레이저 발진기(1)로부터 직선 편광에 의해 발진된 레이저광(2)은, 마스크(3), 미러(4)를 경유하여 제1 편광 빔 스플리터(24)로 유도된다.As shown in Fig. 9, a laser processing apparatus for perforation processing that can be simultaneously processed at two locations by spectroscopy of one laser light into two laser lights with a polarizing beam splitter and independently scan two laser lights. In this case, the laser light 2 oscillated by the linearly polarized light from the laser oscillator 1 is guided to the first polarized beam splitter 24 via the mask 3 and the mirror 4.

그리고, 제1 편광 빔 스플리터(24)에 의해, 레이저 광(2)의 P파 성분은 편광 빔 스플리터(24)를 투과하여 레이저 광(6)으로 되고, S파 성분은 편광 빔 스플리터(24)에서 반사하여 레이저 광(7)으로 분광된다.The P-wave component of the laser light 2 passes through the polarization beam splitter 24 to be the laser light 6 by the first polarization beam splitter 24, and the S-wave component is the polarization beam splitter 24. Reflected by the laser light 7.

제1 편광 빔 스플리터(24)를 투과한 레이저 광(6)은, 미러(14)를 경유하여, 제2 편광 빔 스플리터(25)로 유도된다.The laser light 6 transmitted through the first polarization beam splitter 24 is guided to the second polarization beam splitter 25 via the mirror 14.

한편, 제1 빔 스플리터(24)에서 반사한 레이저 광(7)은, 제1 갈바노 스캔 미러(13)에 의해 2축 방향으로 주사된 후, 제2 편광 빔 스플리터(25)로 유도된다.On the other hand, the laser light 7 reflected by the first beam splitter 24 is scanned in the biaxial direction by the first galvano scan mirror 13 and then led to the second polarizing beam splitter 25.

또한, 레이저 광(6)은 항상 동일한 위치에서 제2 편광 빔 스플리터(25)로 유도되나, 레이저 광(7)은 제1 갈바노 스캔 미러(13)의 진동 각을 제어함으로써 제2 편광 빔 스플리터(25)로 입사하는 위치, 각도를 조정할 수 있다.Further, the laser light 6 is always directed to the second polarization beam splitter 25 at the same position, but the laser light 7 controls the oscillation angle of the first galvano scan mirror 13 to control the second polarization beam splitter. The position and angle of incidence at 25 can be adjusted.

그 후, 레이저 광(1O, 11)은 제2 갈바노 스캔 미러(12)에 의해 2축 방향으로 주사된 후, fθ 렌즈(17)로 유도되어, 각각 피가공물(2O)의 소정 위치에 집광된다.Thereafter, the laser lights 10 and 11 are scanned in the biaxial direction by the second galvano scan mirror 12, and then are directed to the f? Lens 17, respectively, to focus at a predetermined position of the workpiece 20, respectively. do.

이때, 레이저 광(11)은 제1 갈바노 스캔 미러(13)를 주사함으로써, 레이저 광(1O)의 광축에 대하여 어느 설정 범위 내, 예를 들면 4mm 각의 범위 내에서 진동하는 것을 가능하게 하고 있다. 이것에 의해 예를 들면, 50mm 사방 등 가공 가능한 범위에서 진동하는 제2 갈바노 스캔 미러(12)를 통하여, 피가공물(2O) 상의 임의의 다른 2점에서 동시에 레이저 광을 조사하는 것을 가능하게 하고 있다.At this time, the laser light 11 makes it possible to oscillate within a certain setting range, for example, within a 4 mm angle range, with respect to the optical axis of the laser light 10 by scanning the first galvano scan mirror 13. have. This makes it possible to irradiate laser light simultaneously at any other two points on the workpiece 20 through the second galvano scan mirror 12 which vibrates in the processable range, for example, 50 mm square. have.

도 10은, 편광 빔 스플리터(24)의 원리를 설명하기 위한 모식도를 나타내고, 정면도를 중앙에, 그 좌우에 측면도, 상부에 상면도를 나타내고 있다.FIG. 10: shows the schematic diagram for demonstrating the principle of the polarization beam splitter 24, and showed the front view at the center, the side view at the left and right, and the top view at the top.

도 10에 있어서, 26은 편광 빔 스플리터의 윈도우 부분에서 탄산가스 레이저의 경우 ZnSe나 Ge이 사용된다. 27은 레이저 광을 9O°로 반사하기 위한 미러이다.In Fig. 10, reference numeral 26 denotes ZnSe or Ge for the carbon dioxide laser in the window portion of the polarization beam splitter. 27 is a mirror for reflecting laser light at 90 degrees.

편광 빔 스플리터(24)는, 편광을 분리하기 위해 입사빔에 대하여, 브루스터 각(Brewster's angle)이 되는 구조로 되고 있다.The polarizing beam splitter 24 has a structure that becomes the Brewster's angle with respect to the incident beam in order to separate polarized light.

따라서, 이 편광 빔 스플리터(24)에 레이저 광(28)을 입사하면 편광 방향 28p의 성분(P파 성분)은 투과하고, 편광 방향 28s의 성분(S파 성분)은 반사하는 성질을 가지고 있다.Therefore, when the laser beam 28 is incident on the polarization beam splitter 24, the component (P wave component) in the polarization direction 28p is transmitted, and the component (S wave component) in the polarization direction 28s is reflected.

또, 모든 편광 방향이 균질하게 존재하는 원편광(圓偏光)이나, P파, S 파에 45°의 각도를 이루는 편광 방향이면 레이저 광은 등분되고, 레이저 광 29와 레이저 광 3O의 에너지는 동일하게 되는 성질을 가지고 있다.Moreover, the laser light is equally divided in the case of circularly polarized light in which all polarization directions are homogeneously, or the polarization direction which forms an angle of 45 degrees to P wave and S wave, and the energy of laser light 29 and laser light 30 is the same. Has the nature to be done.

따라서, 제1 편광 빔 스플리터(24)로의 입사빔(2)은, 원편광, 혹은 P파, S파에 45°의 각도를 이루도록 함으로써, 에너지를 동일하게 분리하는 구성으로 되어 있다.Therefore, the incident beam 2 to the first polarizing beam splitter 24 has a configuration in which energy is equally separated by making the circularly polarized light or the P wave and the S wave at an angle of 45 degrees.

또, 당연히, 편광 빔 스플리터(24)에 입사하는 레이저 광의 편광 방향이 P파 성분뿐이면 모두 투과하고, S파 성분뿐이면 모두 반사한다고 하는 성질을 가지고 있다.As a matter of course, all of the laser beams incident on the polarizing beam splitter 24 have a property of transmitting only if the polarization direction is a P-wave component, and reflecting if they are only an S-wave component.

따라서, 제2 편광 빔 스플리터(25)로의 입사빔은, 레이저 광(7)이 P파 성분만을, 레이저 광(6)이 S파 성분만으로 되도록 함으로써, 에너지 손실 없이 제2 갈바노 스캔 미러(12)로 유도하는 구성으로 되어 있다.Therefore, the incident beam to the second polarization beam splitter 25 causes the laser light 7 to have only the P-wave component and the laser light 6 to have only the S-wave component, thereby eliminating the energy loss of the second galvano scan mirror 12. It is configured to lead to

상기와 같은 종래의 레이저 가공 장치에서는, 제1 편광 빔 스플리터(24), 제2 편광 빔 스플리터(25)와 함께, 레이저 광의 윈도우 부분(26)으로의 입사각이 브루스터 각으로 되도록 윈도우를 배치함으로써 레이저 광(2)을 S파, P파 성분으로 분광하고 있으나, 예를 들면, 탄산가스 레이저의 분광에 ZnSe를 재질로 한 윈도우를 사용한 경우, 브루스터 각은 67.5°와 윈도우로의 입사각이 커지며, 편광 빔 스 플리터로 유도되는 레이저 광의 지름을 φ 35mm로 하면, 윈도우 상의 레이저 광 지름은 긴 축 방향에서 94mm로 되어 버린다. 따라서, 윈도우는 상기 레이저 광 지름의 2.5배 이상의 유효 지름이 필요하게 되고, 제작 정밀도의 유지가 어려운 문제점이 있었다.In the conventional laser processing apparatus as described above, the laser is disposed along with the first polarizing beam splitter 24 and the second polarizing beam splitter 25 by arranging a window so that an incident angle of the laser light into the window portion 26 becomes the Brewster angle. Although the light 2 is spectroscopically characterized by the S-wave and P-wave components, for example, when a window made of ZnSe is used for spectroscopy of a carbon dioxide laser, the Brewster angle is 67.5 ° and the incident angle to the window becomes large and polarized. When the diameter of the laser light guided by the beam splitter is 35 mm, the laser light diameter on the window becomes 94 mm in the long axis direction. Therefore, the window needs to have an effective diameter of 2.5 times or more the diameter of the laser light, and it is difficult to maintain manufacturing accuracy.

또, 제1 편광 빔 스플리터(24)를 P파 성분으로서 투과한 레이저 광(6)은 제2 편광 빔 스플리터(25)에 있어서, S파 성분으로서 반사시킬 필요가 있고, 제1 편광 빔 스플리터(24)를 S파 성분으로서 반사한 레이저 광(7)은 제2 편광 빔 스플리터(25)에 있어서, P파 성분으로서 투과시킬 필요가 있기 때문에, 제 1, 제2 편광 빔 스플리터에서는 각각 레이저 광을 9O°로 반사하기 위한 미러(27)를 구비할 필요가 있고, 또 윈도우 부분(26)과 미러(27)의 상대 위치 관계는 편광 빔 스플리터 뒤의 광로의 정밀도에 큰 영향을 미치기 때문에, 윈도우 부분(26)과 미러(27)의 상대 위치 관계에 주의하여, 편광 빔 스플리터를 제작할 필요도 있었기 때문에, 편광 빔 스플리터가 보다 고가인 광학 부품으로 이루어진다는 문제점도 있었다.Moreover, the laser light 6 which transmitted the 1st polarizing beam splitter 24 as a P wave component needs to be reflected as an S wave component in the 2nd polarizing beam splitter 25, and the 1st polarizing beam splitter ( Since the laser light 7 reflecting the 24 wave as the S wave component needs to be transmitted as the P wave component in the second polarization beam splitter 25, the first and second polarization beam splitters respectively emit laser light. It is necessary to include a mirror 27 for reflecting at 90 degrees, and the relative positional relationship between the window portion 26 and the mirror 27 greatly affects the accuracy of the optical path behind the polarizing beam splitter, so that the window portion In view of the relative positional relationship between the 26 and the mirrors 27, a polarizing beam splitter has to be manufactured, and there is also a problem that the polarizing beam splitter is made of a more expensive optical component.

또, fθ 렌즈(17)의 특성을 고려하여, 보다 안정적인 가공품질을 얻기 위해, 제1 편광 빔 스플리터(24)로부터 fθ 렌즈(17) 사이의 광로 길이를 아주 짧게 할 필요가 있고, 편광 빔 스플리터의 유효 지름을 크게 할 필요가 있었다. 그러나, 편광 빔 스플리터의 유효 지름을 충분히 크게 설계하는 것이 곤란하기 때문에, 실제는 편광 빔 스플리터의 유효 지름이 충분하지 않고, fθ 렌즈(17)로 유도되는 레이저 광의 지름이 소망의 지름보다도 작게 제약되면, fθ 렌즈의 초점 거리가 일정한 경우, 피가공물 상의 레이저 광의 지름은 소망의 지름보다도 크게 제약되고, 보다 작은 구멍 가공에 적합한 광로를 구성할 수 없게 되어, 요구되는 가공 품질을 얻을 수 없다고 하는 문제점도 있었다.In addition, in consideration of the characteristics of the fθ lens 17, in order to obtain more stable processing quality, the optical path length between the first polarization beam splitter 24 and the fθ lens 17 needs to be made very short, and the polarization beam splitter It was necessary to increase the effective diameter of. However, since it is difficult to design the effective diameter of the polarizing beam splitter sufficiently large, in practice, if the effective diameter of the polarizing beam splitter is not sufficient, and the diameter of the laser light guided to the fθ lens 17 is limited to smaller than the desired diameter, When the focal length of the fθ lens is constant, the diameter of the laser light on the workpiece is limited to be larger than the desired diameter, and it is impossible to construct an optical path suitable for smaller hole processing, so that the required processing quality cannot be obtained. there was.

또, 광학계에 사용되는 개개의 광학 부품은 제작 공정상 반드시 일그러짐(수차(收差)(aberration))을 가지고, 평면도에 대해서는 요구 정밀도를 작게 하면 할수록, 추출율이 악화되어, 비용이 비싸지기 때문에, 일반적으로는 레이저 파장 λ의 1/1O ~ 1/2O 정도의 광학 일그러짐으로 제작된다. 이 정도의 광학 부품을 아무것도 고려하지 않고 복수 매 조합시킨 광학계를 구축하면, 개개의 수차가 쌓여, 비점수차(非点收差)(astigmatism) 등이 발생하여, 요구되는 가공 품질을 얻을 수 없다고 하는 문제점도 있었다.In addition, the individual optical parts used in the optical system are necessarily distorted (aberration) in the manufacturing process, and the lower the required precision for the plan view, the worse the extraction rate and the higher the cost, Generally, it is produced by optical distortion of about 1 / 1O-1 / 2O of a laser wavelength (lambda). If an optical system in which plural pieces are combined without considering such an optical component is constructed, individual aberrations accumulate, astigmatism or the like occurs, and the required processing quality cannot be obtained. There was also a problem.

또, 각각의 표면 형상이 평면인 광학 부품은 일반적으로는 표면과 이면을 제작하는 제작 공정은 동일하기 때문에, 표면과 이면의 표면 형상은 모두 볼록 형상, 혹은 오목 형상이 되는 경향이 강하며, 투과형의 광학 부품에서는 광학 일그러짐(수차)이 증대한다는 문제점도 있었다.Moreover, since the optical components which each surface shape is planar generally have the same manufacturing process of manufacturing a surface and a back surface, both the surface shape of a surface and a back surface have a tendency to become convex or concave shape, and it is a transmission type. The optical component also had a problem that optical distortion (aberration) increased.

본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 실시된 것으로, 편광 분리 수단에 의해, 분광된 레이저 광을 이용하여 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 있어서, 편광 분리 수단으로서 저렴한 가격의 광학 부품을 사용할 수 있고, 또 피가공물 상의 레이저 광의 지름을 보다 작게 할 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 제1 목적으로 하고 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and in a laser processing apparatus which performs processing by using polarized light separating means using spectroscopic laser light, it is possible to use an inexpensive optical component as a polarized light separating means, Moreover, it is a 1st objective to obtain the laser processing apparatus which can make the diameter of the laser beam on a to-be-processed object smaller.

또, 광학 부품의 표면 형상에 의한 수차를 감소시키고 가공품질을 향상시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 얻는 것을 제2 목적으로 하고 있다.Moreover, a 2nd object is to obtain the laser processing apparatus which can reduce aberration by the surface shape of an optical component, and can improve processing quality.

상기 목적을 달성하기 위하여, 제1 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광을 피가공물까지 유도하는 복수의 광학 부품으로 이루어지는 광학계를 가지고, 1개의 레이저 광을 제1 편광 분리 수단으로 2개의 레이저 광으로 분광하며, 한쪽은 미러를 경유하고 다른 쪽은 제1 갈바노 스캔 미러로 2축 방향으로 주사하며, 2개의 레이저 광을 제2 편광 분리 수단에 유도한 후, 제2 갈바노 스캔 미러로 주사하고, 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 편광 분리 수단을 레이저 광의 광축에 대하여 45°로 배치하고, 상기 제1 및 제2 편광 분리 수단은, 한쪽 면이 오목 형상, 그 이면이 볼록 형상이다.In order to achieve the above object, in the laser processing apparatus according to the first aspect of the invention, there is an optical system composed of a plurality of optical components for guiding the laser light emitted from the laser oscillator to the workpiece, and one laser light is separated by the first polarization. By means of two laser beams, one scanning via the mirror and the other scanning in the biaxial direction with the first galvano scan mirror, and inducing the two laser lights to the second polarization splitting means and then In a laser processing apparatus for scanning with a galvano scan mirror and processing a workpiece, the first and second polarization separating means are disposed at 45 ° with respect to the optical axis of the laser light, and the first and second polarization separating means One side is concave, and the back side is convex.

제2 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 제1 및 제2 편광 분리 수단은, 표면에 유전체 다층막 코팅이 형성된 편광 빔 스플리터이다.In the laser processing apparatus which concerns on 2nd invention, a 1st and 2nd polarization separation means is a polarizing beam splitter in which the dielectric multilayer film coating was formed in the surface.

삭제delete

제 4 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 제1 편광 분리 수단은, 레이저 광을 반사하는 쪽의 면을 볼록 형상, 그 이면을 오목 형상으로 하고, 그 제1 편광 분리 수단에 있어서 반사된 레이저 광을 표면 형상이 오목 형상의 상기 제1 갈바노 스캔 미러로 유도하며, 상기 제2 편광 분리 수단은, 레이저 광을 반사하는 쪽의 면을 오목 형상, 그 이면을 볼록 형상으로 한 것이다.In the laser processing apparatus which concerns on 4th invention, the said 1st polarization splitting means makes the surface which reflects a laser light convex, the back surface concave, and the laser reflected by the 1st polarization splitting means Light is guided to the first galvano scan mirror whose surface shape is concave, and the second polarized light separating means is a surface on which the laser light is reflected, a concave shape and a back surface thereof is convex.

제 5 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 제1 편광 분리 수단은, 레이저 광을 반사하는 측의 면을 오목형상, 그 이면을 볼록 형상으로 하고, 그 제1 편광 분리 수단에 있어서 반사된 레이저 광을 표면 형상이 볼록 형상의 상기 제1 갈바노 스캔 미러로 유도하고, 상기 제2 편광 분리 수단은, 레이저 광을 반사하는 측의 면을 볼록 형상, 그 이면을 오목 형상으로 한 것이다.In the laser processing apparatus which concerns on 5th invention, the said 1st polarization splitting means makes the surface which reflects a laser light concave, the back surface is convex, and the laser reflected by the 1st polarization splitting means Light is guide | induced to the said 1st galvano scan mirror of which surface shape is convex, and the said 2nd polarization separation means made the surface on the side which reflects a laser beam into convex shape, and its back surface was concave shape.

제 6 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 제1 및 제2 편광 분리 수단의 표면의 오목 또는 볼록 형상은, 상기 레이저 광의 파장을 λ로 한 경우, λ/2O 이하의 정밀도로 형성되어 있는 것이다.In the laser processing apparatus according to the sixth aspect of the invention, the concave or convex shapes of the surfaces of the first and second polarization splitting means are formed with a precision of? / 2O or less when the wavelength of the laser light is? .

제 7 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 광학계에 있어서, 동일 표면 형상인 1조(組)의 레이저 광을 반사하는 미러를 한쪽의 미러의 빔 입사면이 다른 쪽 미러의 빔 입사면에 대하여 수직으로, 또한 한쪽 미러로의 빔 입사각이 다른 쪽 미러로의 빔 입사각과 동일하게 되도록 배치하는 것이다.In the laser processing apparatus according to the seventh aspect of the present invention, in the optical system, a mirror that reflects a pair of laser light having the same surface shape with respect to the beam incidence surface of one mirror with respect to the beam incidence surface of the other mirror. Vertically, the beam incidence angle to one mirror is arranged to be the same as the beam incidence angle to the other mirror.

제 8 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광이 상기 제1 편광 분리 수단에 이르기까지의 레이저 광로 중에 마스크를 설치하고, 이 마스크와 상기 피가공물과의 사이에 상기 1조의 레이저 광을 반사하는 미러를 배치한 것이다.In the laser processing apparatus according to the eighth aspect of the invention, a mask is provided in a laser light path from which the laser light emitted from the laser oscillator reaches the first polarized light separating means, wherein the mask is disposed between the workpiece and the workpiece. The mirror reflects the laser light of the tank.

제 9 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 1조의 레이저 광을 반사하는 미러를 개개로 고정하는 홀더를 가지고, 상기 홀더에 방향성이 있는 경우, 이 방향성을 나타내는 축을, 각각의 미러의 입사면에 대하여 동일 방향으로 배치한 것이다.In the laser processing apparatus according to the ninth aspect of the present invention, in the case where the mirror reflecting the set of laser light is individually fixed and the holder is directional, the axis indicating the directionality is formed on the incident surface of each mirror. It is arranged in the same direction.

제 10 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 1조의 레이저 광을 반사하는 미러의 표면 형상은, 상기 레이저 광의 파장을 λ로 한 경우, λ/1O ~ λ/20의 정밀도로 형성되어 있는 것이다.In the laser processing apparatus which concerns on 10th invention, the surface shape of the mirror which reflects the said set of laser beam is formed with the precision of (lambda) / 1O-(lambda) / 20 when the wavelength of the said laser beam is set to (lambda).

제 11 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 제1 및 제2 편광 분리 수단은, 레이저 광의 진행 방향에 수직으로, 또한 서로 직교하는 2축 방향으로 각도 조정이 가능한 기구를 구비한 것이다.In the laser processing apparatus which concerns on 11th invention, the said 1st and 2nd polarization separation means are equipped with the mechanism which can adjust angle in the biaxial direction perpendicular | vertical to the advancing direction of a laser beam, and orthogonal to each other.

제 12 발명에 관한 레이저 가공 장치에 있어서는, 상기 제2 편광 분리 수단으로부터 에너지 손실로서 새는 레이저 광을 흡수하기 위해서 댐퍼(damper)를 구비한 것이다.In the laser processing apparatus according to the twelfth invention, a damper is provided in order to absorb laser light leaking from the second polarization separating means as energy loss.

본 발명에 의하면, 편광 분리 수단으로서 입사각이 45°인 편광 빔 스플리터를 사용함으로써, fθ 렌즈에 의해 큰 지름의 레이저 광을 입사시킬 수 있고, 피가공물 상의 레이저 광의 지름을 보다 작게 할 수 있어, 보다 미세한 가공을 실시할 수 있다. 또, 편광 분리 수단이 저렴한 가격으로 되어 비용을 줄일 수 있다.According to the present invention, by using a polarization beam splitter having an incident angle of 45 ° as the polarization separating means, a large diameter laser light can be incident by the f? Lens, and the diameter of the laser light on the workpiece can be made smaller, and more Fine processing can be performed. In addition, the polarization separation means can be made inexpensive, so that the cost can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1을 나타내는 레이저 가공 장치의 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram of the laser processing apparatus which shows Embodiment 1 of this invention.

도 2는 본 발명의 실시 형태 2을 나타내는 편광 빔 스플리터를 고정하는 홀더 부분의 개략도이다.Fig. 2 is a schematic diagram of a holder portion for fixing the polarization beam splitter showing Embodiment 2 of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 형태 3를 나타내는 레이저 가공 장치의 구성도이다.It is a block diagram of the laser processing apparatus which shows Embodiment 3 of this invention.

도 4는 본 발명의 실시 형태 3인 레이저 가공 장치의 광학 부품 표면 형상과 굴절력과의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.It is a schematic diagram for demonstrating the relationship of the optical component surface shape and refractive power of the laser processing apparatus which is Embodiment 3 of this invention.

도 5는 본 발명의 실시 형태 3인 레이저 가공 장치의 광학 부품의 배치를 설명하기 위한 모식도이다.It is a schematic diagram for demonstrating arrangement | positioning of the optical component of the laser processing apparatus which is Embodiment 3 of this invention.

도 6은 본 발명의 실시 형태 3인 레이저 가공 장치의 방향성을 가진 광학 부품 홀더의 배치와 굴절력과의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.It is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the arrangement | positioning of the optical component holder which has the orientation and the refractive power of the laser processing apparatus which is Embodiment 3 of this invention.

도 7은 본 발명의 실시 형태 4을 나타내는 레이저 가공 장치의 구성도이다.It is a block diagram of the laser processing apparatus which shows Embodiment 4 of this invention.

도 8은 본 발명의 실시 형태 4인 레이저 가공 장치의 광학 부품 표면 형상과 굴절력과의 관계를 설명하기 위한 모식도이다.It is a schematic diagram for demonstrating the relationship between the surface shape of an optical component and refractive power of the laser processing apparatus which is Embodiment 4 of this invention.

도 9는 본 발명에 관한 종래 기술을 나타내는 레이저 가공 장치의 구성도이다.It is a block diagram of the laser processing apparatus which shows the prior art concerning this invention.

도 1O은 본 발명에 관한 종래 기술을 나타내는 레이저 가공 장치의 편광 빔 스플리터를 설명하기 위한 모식도이다.It is a schematic diagram for demonstrating the polarizing beam splitter of the laser processing apparatus which shows the prior art which concerns on this invention.

발명을 실시하기Implement the invention 위한 최선의 형태 Best form for

실시 형태 1.Embodiment 1.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 것으로, 편광 분리 수단으로서 입사각이 45°인 편광 빔 스플리터를 사용하여, 1개의 레이저 광을 2개의 레이저 광으로 분광하고, 2개의 레이저 광을 독립적으로 주사함으로써, 2곳에서 동시에 가공을 실시할 수 있는 구멍 뚫기용 레이저 가공 장치를 나타내는 구성도이다. 종래 기술의 도 9와 동일한 구성에 대해서는 동일 번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.FIG. 1 relates to Embodiment 1 of the present invention, which uses a polarizing beam splitter having an incident angle of 45 ° as polarization separation means, spectroscopy one laser light into two laser lights, and independently scans the two laser lights. It is a block diagram which shows the laser processing apparatus for boring which can process simultaneously in two places. The same configuration as that in Fig. 9 of the prior art is given the same reference numeral, and detailed description thereof will be omitted.

도 1에 있어서, 5는 제1 편광 빔 스플리터, 6은 제1 편광 빔 스플리터(5)를 투과한 레이저 광, 6p는 레이저(6)의 제1 편광 빔 스플리터에 있어서 P파 성분이 되는 편광 방향, 6s는 레이저 광(6)의 제1 편광 빔 스플리터에 있어서 S파 성분이 되는 편광 방향, 7은 제1 편광 빔 스플리터(5)를 반사한 레이저 광, 7s는 레이저 광(7)의 제1 편광 빔 스플리터에 있어서 S파 성분이 되는 편광 방향, 7p는 레이저 광(7)의 제1 편광 빔 스플리터에 있어서 P파 성분이 되는 편광 방향, 8은 제2 편광 빔 스플리터, 9는 에너지 손실로서 발생하는 레이저 광을 받아들이는 댐퍼, 1O은 레이저광(6) 중 제2 편광 빔 스플리터(8)에서 반사한 레이저 광, 11은 레이저 광(7) 중 제2 편광 빔 스플리터(8)로 투과한 레이저 광이다.1, 5 is a 1st polarizing beam splitter, 6 is a laser beam which permeate | transmitted the 1st polarizing beam splitter 5, 6p is a polarization direction which becomes a P wave component in the 1st polarizing beam splitter of the laser 6 , 6s is the polarization direction which becomes the S-wave component in the 1st polarization beam splitter of the laser beam 6, 7 is the laser beam which reflected the 1st polarization beam splitter 5, 7s is the 1st of the laser beam 7 The polarization direction that becomes the S-wave component in the polarization beam splitter, 7p, the polarization direction that becomes the P-wave component in the first polarization beam splitter of the laser light 7, 8 is the second polarization beam splitter, and 9 is generated as energy loss. A damper for receiving laser light, wherein 10 is laser light reflected by the second polarization beam splitter 8 of the laser light 6, and 11 is laser beam transmitted by the second polarization beam splitter 8 of the laser light 7. Light.

종래 기술에 있어서 레이저 광을 편광 분리하는 경우는, 입사각을 브루스터 각으로 한 윈도우를 사용하고, P파 성분, S파 성분을 동일하게 포함하는 레이저 광을 편광 분리함으로써, 투과하는 P파 성분과 반사하는 S파 성분을 등분배하여, 레이저 광의 에너지를 동일하게 분할하고 있다.In the prior art, in the case of polarizing separation of the laser light, the P-wave component and the reflection are transmitted by polarizing separation of the laser light including the P-wave component and the S-wave component in the same manner using a window having the incident angle as the Brewster angle. The S wave components to be divided are equally distributed, and the energy of the laser light is equally divided.

그렇지만, 본 실시 형태에 있어서는, 반사면에, 예를 들면 유전체 다층막의 코팅을 실시한 편광 빔 스플리터를 사용함으로써, 입사각을 브루스터 각이 아닌 광축에 대하여 45°의 배치로서, 일정한 정밀도로 P파를 투과하고, 또한 어느 일정한 정밀도로 S파를 반사시켜, 레이저 광의 에너지를 동일하게 분할한다.However, in the present embodiment, by using a polarizing beam splitter coated with, for example, a dielectric multilayer film on the reflective surface, the incident angle is 45 ° with respect to the optical axis instead of the Brewster's angle, and the P wave is transmitted with a certain precision. In addition, the S wave is reflected with a certain precision, and the energy of the laser light is equally divided.

한 예로서, P파의 95%와 S파의 5%를 투과하고, S파의 95%와 P파의 5%를 반사하도록 코팅된 편광 빔 스플리터를 사용한 경우에 대하여 설명한다. 제1 편광 빔 스플리터(5)에 입사하는 레이저 광의 에너지를 100%로 하면, 제1 편광 빔 스플리터(5)를 투과한 레이저 광(6)은 P파 성분을 47.5%, S파 성분을 2.5% 포함하게 된다. 그 후, 제2 편광 빔 스플리터(8)에는 47.5%의 S파 성분과 2.5%의 P파 성분을 포함하는 레이저 광이 입사되고, 제2 편광 빔 스플리터(8)를 반사하는 레이저 광은 45.125%의 S파 성분과 O.125%의 P파 성분을 포함하며, 제2 갈바노 스캔 미러(12)로 유도되는 레이저광(1O)의 에너지는 최종적으로 45.25%가 된다. 제2 편광 빔 스플리터(8)를 투과하는 에너지 손실이 되는 레이저 광은 2.375%의 S파 성분과 2.375%의 P파 성분을 포함하게 된다.As an example, the case where a polarizing beam splitter coated with 95% of P waves and 5% of S waves and reflecting 95% of S waves and 5% of P waves is described. When the energy of the laser light incident on the first polarization beam splitter 5 is 100%, the laser light 6 transmitted through the first polarization beam splitter 5 has 47.5% P-wave component and 2.5% S-wave component. It will be included. Thereafter, laser light including 47.5% S-wave component and 2.5% P-wave component is incident on the second polarization beam splitter 8, and the laser light reflecting the second polarization beam splitter 8 is 45.125%. The S-wave component and the P-wave component of 0.25% are included, and the energy of the laser light 10 guided to the second galvano scan mirror 12 is finally 45.25%. The laser light, which is the energy loss passing through the second polarization beam splitter 8, contains 2.375% S-wave component and 2.375% P-wave component.

한편, 제1 편광 빔 스플리터(5)를 반사한 레이저 광(7)에 대해서도 동일한 과정을 거쳐서, 45.25%의 에너지가 제2 갈바노 스캔 미러(12)로 유도되어 4.75%의 에너지가 손실된다.On the other hand, through the same process for the laser light 7 reflecting the first polarization beam splitter 5, 45.25% of energy is led to the second galvano scan mirror 12, and 4.75% of energy is lost.

따라서, 합계 9.5%가 에너지 손실로서 제2 갈바노 스캔 미러(12)에 유도되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에 의한 광로를 구성한 경우, 레이저 광(6)의 손실분은 제2 편광 빔 스플리터를 투과하고, 레이저 광(7)의 손실분은 반사하므로, 이 에너지 손실이 되는 레이저 광은, 댐퍼(9) 부분에 모두 모을 수 있어, 손실분의 레이저 광에 의한 광학 부품 등의 손상을 방지할 수 있다.Therefore, the total 9.5% is not induced to the second galvano scan mirror 12 as energy loss, but when the optical path according to the present embodiment is constituted, the loss of the laser light 6 passes through the second polarization beam splitter. Since the loss of the laser light 7 is reflected, the laser light which becomes this energy loss can be collected in the damper 9 part, and the damage of an optical component etc. by the loss of laser light can be prevented.

상기 편광 빔 스플리터는, 입사각 45°로 P파의 95%와 S파의 5%를 투과하고, S파의 95%와 P파의 5%를 반사한다고 하였으나, 입사각이 45°로부터 벗어난 경우는, 투과하는 P파와 반사하는 S파의 비율이 감소하고, 에너지 손실이 증가하게 되므로, 입사각 45°로 배치하는 것이 바람직하다.The polarizing beam splitter transmits 95% of the P wave and 5% of the S wave at 45 ° of incidence and reflects 95% of the S wave and 5% of the P wave. However, when the incident angle deviates from 45 °, Since the ratio of the transmitted P wave and the reflected S wave decreases and the energy loss increases, it is preferable to arrange at an incident angle of 45 °.

상기에서는, P파의 95%와 S파의 5%를 투과하고, S파의 95%와 P파의 5%를 반사하는 편광 빔 스플리터의 에너지 손실이 9.5%인 것을 설명하였으나, P파의 투과율 및 S 파의 반사율을 95%보다 높게 하면, 에너지 손실은 9.5%보다 작아지는 것은 분명하다.In the above description, the energy loss of the polarizing beam splitter that transmits 95% of the P wave and 5% of the S wave and reflects 95% of the S wave and 5% of the P wave is 9.5%. And when the reflectance of the S wave is higher than 95%, the energy loss is apparently smaller than 9.5%.

또, 본 실시 형태에 의한 편광 빔 스플리터는, 레이저 광의 입사각을 45°로 배치하기 때문에, 편광 빔 스플리터로 유도되는 레이저 광의 지름을 φ 35mm로 하면, 윈도우 상의 레이저 광 지름은 긴 축 방향으로 52mm와 상기 레이저 광 지름의 1.5배 정도가 되며, 입사각이 브루스터 각의 종래의 편광 빔 스플리터의 윈도우 유효 지름이 입사 레이저 광 지름의 2.5배 이상 필요한 것에 비하여, 보다 작은 형상으로 제작할 수 있다. 윈도우의 면적으로 비교하면, 짧은 축 방향은 모두 35mm로 좋으므로, 입사각 45°의 편광 빔 스플리터는 종래의 편광 빔 스플리터에 비하여 44.6%의 면적을 삭감할 수 있다. 이것에 의해, 가공 장치의 소형화가 가능하게 된다.Moreover, since the polarization beam splitter by this embodiment arranges the incident angle of a laser beam at 45 degrees, when the diameter of the laser beam guide | induced by a polarization beam splitter is 35 mm, the laser beam diameter on a window will be 52 mm in a long axis direction. The diameter of the laser beam is about 1.5 times that of the laser beam, and the angle of incidence of the conventional polarizing beam splitter of the Brewster angle is 2.5 times larger than that of the incident laser beam. Compared with the area of the window, the short axial direction is all 35 mm, so that the polarization beam splitter with an incident angle of 45 ° can reduce an area of 44.6% compared with the conventional polarization beam splitter. As a result, the processing apparatus can be miniaturized.

또, 동일 지름의 윈도우, 예를 들면 53mm인 경우, 종래의 편광 빔 스플리터에서는 브루스터 각이 67.5°인 관계로, 분광 가능한 레이저 광 지름은 φ 2Omm 정도이지만, 입사각 45°의 편광 빔 스플리터에서는 φ 35mm이어서, 보다 레이저 광의 지름이 큰 광로를 구성하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 빔 지름(D)의 레이저 광을 초점거리(f)의 fθ 렌즈에 입사하고, 이때 피가공물 상에 집광되는 빔 스폿 지름을 d로 하면, 빔 스폿 지름(d)과 fθ 렌즈의 초점 거리(f), 입사빔(D)의 관계는 다음과 같은 식에서 나타낼 수 있다.In the case of the same diameter window, for example, 53 mm, the Brewster angle is 67.5 ° in the conventional polarizing beam splitter, and the spectral laser light diameter is about φ 20 mm, but in the polarizing beam splitter having an incident angle of 45 ° φ 35 mm Subsequently, it becomes possible to construct an optical path with a larger diameter of the laser light. Here, when the laser beam of the beam diameter D is incident on the fθ lens of the focal length f, and the beam spot diameter focused on the workpiece is d, the beam spot diameter d and the focal length of the fθ lens are d. (f), the relationship between the incident beam D can be expressed by the following equation.

(1)식은, 초점거리(f)의 fθ 렌즈에 의해 워크 상에 집광되는 빔 스폿 지름(d)은, fθ 렌즈에 입사하는 레이저 광의 빔 지름(D)에 반비례하는 것을 나타내고 있다.Equation (1) shows that the beam spot diameter d condensed on the workpiece by the fθ lens having the focal length f is inversely proportional to the beam diameter D of the laser light incident on the fθ lens.

따라서, 동일 지름의 윈도우에서 편광 빔 스플리터를 구성하는 것을 고려하는 경우, 상기와 같이 입사각이 45°의 편광 빔 스플리터는 보다 유효하게 레이저 광의 유효 지름을 확보할 수 있고, 동일 fθ 렌즈를 사용하는 경우, fθ 렌즈에 입사하는 빔 지름(D)을 크게 할 수 있기 때문에, 더욱 빔 스폿 지름이 작은 가공을 실시하는 것을 가능하게 하고 있다.Therefore, when considering the configuration of the polarizing beam splitter in the window of the same diameter, as described above, the polarizing beam splitter having an angle of incidence of 45 ° can more effectively secure the effective diameter of the laser light, and the same fθ lens is used. Since the beam diameter D incident on the fθ lens can be made larger, processing with a smaller beam spot diameter can be performed.

또, 광로를 9O°로 반사하는 미러는 필요하지 않게 되기 때문에, 편광 빔 스플리터가 보다 저렴한 가격으로 되어 가공 장치의 비용 삭감이 가능하게 된다.Moreover, since the mirror which reflects an optical path at 90 degrees is unnecessary, a polarizing beam splitter becomes cheaper and it becomes possible to reduce the cost of a processing apparatus.

또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 레이저 광을 9O°로 반사하는 광로를 구성하고 있기 때문에, 입사각이 45°인 편광 빔 스플리터를 적용하고 있다. 이러한 구성으로 하는 것에 의해 XY 테이블(18) 상에서 2축의 갈바노 스캔 미러의 스캔 방향이 직행함으로써, 도 1과 같이, 이 직행하는 방향을 XY방향에 맞추는 것으로, X방향, Y방향을 각각 갈바노 스캔 미러에 1대1로 대응시킬 수 있고, 가공할 때 갈바노 스캔 미러의 제어를 알기 쉽고 간단한 구성으로 할 수 있다.Moreover, in embodiment of this invention, since the optical path which reflects a laser beam at 90 degrees is comprised, the polarizing beam splitter with an incident angle of 45 degrees is applied. With such a configuration, the scanning direction of the biaxial galvano scan mirror on the XY table 18 goes straight, so that the straight direction is aligned with the XY direction as shown in FIG. 1, and the X and Y directions are respectively adjusted. One-to-one correspondence with the scan mirror enables control of the galvano scan mirror in a straightforward and simple configuration when machining.

편광 빔 스플리터에서의, 레이저 광의 반사각도를 9O°보다 예각으로 하는 경우, 편광 빔 스플리터의 유효 지름을 크게 하고, 또한 빔 스폿 지름이 작은 가공을 실시하는 것이 가능하게 된다. 단, 이 경우는 XY 테이블 상에서 2축의 갈바노 스캔 미러의 스캔 방향이 직행하지 않으므로, 예를 들면 한쪽 갈바노 스캔 미러의 스캔 방향을 X 방향에 맞추어도, Y방향은 다른 쪽 갈바노 스캔 미러와 X 방향의 갈바노 스캔 미러와의 합성으로밖에 스캔할 수 없기 때문에, 가공시의 갈바노 스캔 미러의 제어가 상기 레이저 광을 9O°로 반사하는 광로에 비하여 복잡하게 된다.When the angle of reflection of the laser light in the polarizing beam splitter is set to an acute angle of more than 90 °, it is possible to increase the effective diameter of the polarizing beam splitter and to perform a process with a small beam spot diameter. However, in this case, since the scanning direction of the biaxial galvano scan mirror on the XY table does not go straight, for example, even if the scan direction of one galvano scan mirror is adjusted to the X direction, the Y direction is different from the other galvano scan mirror. Since scanning can only be performed by combining with the galvano scan mirror in the X direction, the control of the galvano scan mirror at the time of processing becomes more complicated than the optical path reflecting the laser light at 90 °.

실시 형태 2.Embodiment 2.

분광한 2개의 레이저 광은 모두 제2 편광 빔 스플리터를 거친 후, 도 1의 X 방향의 축에 평행하게 하는 한편, 제2 갈바노 스캔 미러(12)의 중심으로 유도될 필요가 있기 때문에, 분광된 레이저 광(6, 7)은 독립하여 광축의 조정을 실시할 필요가 있다.The spectroscopic two laser lights, after passing through the second polarizing beam splitter, need to be directed to the center of the second galvano scan mirror 12 while being parallel to the axis in the X direction of FIG. The laser lights 6 and 7 that have been used need to independently adjust the optical axis.

레이저 광(1O, 11)을 정밀도 좋게 제2 갈바노 스캔 미러(12)로 유도하기 위해서는, 제1 편광 빔 스플리터(5)의 바로 앞에 설치된 미러(4z) 이후의 광로 중에 있어서, 광로의 진행 방향에 대하여 수직으로, 서로 직교하는 2축 방향으로 각도 조정이 가능한 미러가 각각 최저 2매 필요하나, 본 실시 형태에서는, 레이저 광(1O)은 제1 편광 빔 스플리터(5) 바로 앞의 미러(4z)와 제2 편광 빔 스플리터(8)에 의해 광축을 조정 가능하게 하고, 한쪽 레이저 광(11)은 제1 편광 빔 스플리터(5)와 제1 갈바노 스캔 미러(13)에 의해 광축을 조정 가능하게 하고 있다. 여기서, 제1 갈바노 스캔 미러(13)는 서로 뒤틀림 방향으로 각도 조정이 가능한 미러를 2매 가지고, 서로 직교하는 2축 방향으로 각도 조정이 가능한 1매의 미러와 동일한 기능을 가지는 것으로 간주할 수 있다.In order to guide the laser lights 10 and 11 to the second galvano scan mirror 12 with high accuracy, in the optical path after the mirror 4z provided immediately before the first polarization beam splitter 5, the advancing direction of the optical path At least two mirrors, each of which can be angle-adjusted in the two-axis directions perpendicular to each other and perpendicular to each other, are required, but in the present embodiment, the laser light 10 is a mirror 4z immediately before the first polarization beam splitter 5. ) And the second polarized beam splitter 8 enable the optical axis to be adjusted, and one laser light 11 can adjust the optical axis by the first polarized beam splitter 5 and the first galvano scan mirror 13. Is letting go. Here, the first galvano scan mirror 13 may be regarded as having two mirrors capable of adjusting angles in a twisting direction and having the same function as one mirror that can adjust angles in two mutually orthogonal directions. have.

도 2는, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 것으로, 편광 빔 스플리터를 레이저 광의 진행 방향에 대하여 수직으로, 서로 직교하는 2축 방향으로 각도 조정이 가능한 기구를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 편광 빔 스플리터 5 또는 8은 고정 홀더(31)에 의해 지지되어 있고, 고정 홀더(31)는 홀더 받침(32)에 제1 회전축(35a)을 통하여 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 또, 홀더 받침(32)은 광학계를 지 지하는 광학기대(光學基臺)(36)에 제1 회전축(35a)에 직교한 제2 회전축(35b)을 통하여 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 이것에 의해, 편광 빔 스플리터는 광로의 진행 방향에 대하여 수직으로, 서로 직교하는 2축 방향으로 각도 조정이 가능하게 되어 있다. 또, 홀더 받침(32)의 고정 홀더(31)와의 접합부에는 고정 홀더(31)의 회전 방향으로 긴 제1 조정 구멍(34a)이 설치되고, 제1 고정 나사(33a)가 관통하여 고정 홀더(31)에 박혀져 있어서, 회전조정 후, 제1 고정 나사(33a)를 단단히 조임으로써 고정 홀더(31)를 홀더 받침(32)에 고정할 수 있는 구조로 되어 있다. 홀더 받침(32)과 광학기대(36)와의 접합부도 마찬가지로, 제2 조정 구멍(34b)과 제2 고정 나사(33b)에 의해 회전 조정 후 고정이 가능한 구조로 되어 있다.FIG. 2 is a diagram showing a mechanism capable of adjusting the angle of the polarizing beam splitter in the two axis directions perpendicular to each other perpendicular to the traveling direction of the laser light, according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, the polarizing beam splitters 5 or 8 are supported by the fixed holder 31, and the fixed holder 31 is freely supported on the holder support 32 via the first rotation shaft 35a. In addition, the holder support 32 is freely supported by the optical base 36 supporting the optical system via the second rotation shaft 35b orthogonal to the first rotation shaft 35a. As a result, the polarizing beam splitter can be angle-adjusted in the two-axis direction perpendicular to each other perpendicular to the traveling direction of the optical path. Moreover, the 1st adjustment hole 34a long in the rotation direction of the fixing holder 31 is provided in the junction part of the holder base 32 with the fixing holder 31, The 1st fixing screw 33a penetrates, and the fixing holder ( 31), and after the rotation adjustment, the fixing holder 31 can be fixed to the holder support 32 by tightly tightening the first fixing screw 33a. Similarly, the junction part of the holder base 32 and the optical base 36 has the structure which can be fixed after rotation adjustment by the 2nd adjustment hole 34b and the 2nd fixing screw 33b.

한편, 편광 빔 스플리터의 각도 조정에 의한 편광 빔 스플리터를 투과하는 레이저 광의 광축의 변화량은 반사하는 레이저 광에 비해 극도로 작아, 무시할 수 있을 정도이므로, 제1 편광 빔 스플리터(5)에 의해 반사하는 레이저 광(7, 11)의 광축을 조정하여도 투과하는 레이저 광(6, 1O)의 광축에는 거의 영향을 주지 않고, 제2 편광 빔 스플리터(8)에 의해 반사하는 레이저 광(6, 1O)의 광축을 조정하여도 투과하는 레이저 광(7, 11)의 광축에는 거의 영향을 주지 않으므로, 각각 독립해서 조정할 수 있다.On the other hand, since the amount of change in the optical axis of the laser beam passing through the polarizing beam splitter by adjusting the angle of the polarizing beam splitter is extremely small compared to the reflecting laser light, and is negligible, it is reflected by the first polarizing beam splitter 5. Even if the optical axes of the laser lights 7 and 11 are adjusted, the laser lights 6 and 10 reflect by the second polarization beam splitter 8 with little influence on the optical axes of the transmitted laser lights 6 and 10. Even if the optical axis is adjusted, the optical axis of the laser beams 7 and 11 that transmits is hardly influenced, and thus can be adjusted independently of each other.

또, 미러(4z)나 제1 및 제2 편광 빔 스플리터(5, 8)의 각도를 조정한 경우, 편광 빔 스플리터에의 입사각이 45°로부터 벗어나는 경우도 있고, 이때 레이저 광의 에너지 손실이 증가하지만, 통상 각도 조정은 매우 작아서 에너지 손실도 매우 작다. 또, 레이저 발진기의 출력에 의한 보정도 가능하므로, 광축 조정에 의한 가 공 정밀도의 향상을 우선하는 것이 바람직하다.In addition, when the angles of the mirror 4z and the first and second polarization beam splitters 5 and 8 are adjusted, the incident angle to the polarization beam splitter may deviate from 45 °, but the energy loss of the laser light increases at this time. In general, the angle adjustment is very small and the energy loss is very small. Moreover, since correction by the output of a laser oscillator is also possible, it is preferable to give priority to improvement of the processing precision by optical-axis adjustment.

다음으로, 상기 조정 기구를 구비한 편광 빔 스플리터 등에 의한 광축의 조정에 대하여 설명한다.Next, adjustment of the optical axis by the polarizing beam splitter etc. provided with the said adjustment mechanism is demonstrated.

제1 편광 빔 스플리터(5) 바로 앞의 미러(4z)의 각도 조정을 실시하면, 레이저 광(1O, 11)은 제2 갈바노 스캔 미러(13) 상에서 동일 방향으로 이동한다. 그 때문에, 광축 조정 방향의 순서로서는, 우선 2개의 레이저 광에 작용하는 미러(4z)를 사용한 레이저 광(1O)의 광축의 조정을 완료한 후, 레이저 광(11)의 광축 조정을 실시할 필요가 있다. 또, 한 번 광축 조정이 완료하고 나면, 제1 편광 빔 스플리터(5) 바로 앞의 미러(4z)의 각도 조정을 실시하는 것에 의해, 제2 갈바노 스캔 미러(12) 상에서의 2개의 레이저 광의 상대 위치 관계를 유지한 채 레이저 광(10, 11)의 광축 조정을 실시할 수 있고, 정밀도 좋게 제2 갈바노 스캔 미러(12)의 중심으로 2개의 레이저 광을 유도하기 위한 광축 조정을 용이하게 하고 있다.When the angle adjustment of the mirror 4z immediately before the first polarization beam splitter 5 is performed, the laser lights 10 and 11 move in the same direction on the second galvano scan mirror 13. Therefore, as an order of an optical axis adjustment direction, after adjusting the optical axis of the laser beam 10 using the mirror 4z which acts on two laser beams first, it is necessary to perform the optical axis adjustment of the laser beam 11. There is. In addition, once the optical axis adjustment is completed, the angle of the mirror 4z in front of the first polarization beam splitter 5 is adjusted so that the two laser beams on the second galvano scan mirror 12 can be adjusted. The optical axis adjustment of the laser beams 10 and 11 can be performed, maintaining the relative positional relationship, and the optical axis adjustment for inducing two laser beams to the center of the second galvano scan mirror 12 with high precision can be easily performed. Doing.

실시 형태. 3Embodiment. 3

도 3은, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 것으로, 1개의 레이저 광을 2개의 레이저 광으로 분광하고, 2개의 레이저 광을 독립적으로 주사함으로써, 2곳에서 동시에 가공을 실시할 수 있는 구멍 뚫기용 레이저 가공 장치에 있어서, 마스크 전사(轉寫)를 행하는 광학계를 가지고, 특히 마스크 후에 배치하는 대략 동일 표면 형상을 가진 1조의 레이저 광을 반사하는 광학 부품인 미러(4a, 4b 혹은 14a, 14b)를, 한쪽 미러의 빔 입사면이 다른 쪽 미러의 빔 입사면에 대하여 수직으로 하고 또한, 한쪽 미러로의 빔 입사각이 다른 쪽 미러로의 빔 입사각과 동일(예를 들면, 45°)하게 되도록 배치(예를 들면, 한쪽 미러에서 X 방향으로부터 입사한 레이저 광을 Z 방향으로 반사하고, 그 후 다른 쪽 미러에서 Y방향으로 반사하도록 배치)한 구성을 나타내는 구성도이다.Fig. 3 relates to Embodiment 3 of the present invention, which is used for drilling holes that can be simultaneously processed at two locations by spectroscopy of one laser beam into two laser beams and independently scanning the two laser beams. In the laser processing apparatus, a mirror 4a, 4b, or 14a, 14b, which is an optical component that has an optical system that performs mask transfer, and particularly reflects a set of laser light having substantially the same surface shape disposed after the mask, is used. The beam incidence plane of one mirror is perpendicular to the beam incidence plane of the other mirror, and the beam incidence angle to one mirror is equal to the beam incidence angle to the other mirror (for example, 45 °). For example, it is a block diagram which shows the structure which arrange | positioned so that the laser beam incident from the X direction in one mirror may be reflected in a Z direction, and then reflects in a Y direction by the other mirror.

도 3에 있어서, 4a, 4b는 레이저 광(2)을 마스크(3)로부터 제1 편광 빔 스플리터(5)로 유도하기 위한 대략 동일 표면 형상인 미러, 14a, 14b는 제1 편광 빔 스플리터(5)로부터 제2 편광 빔 스플리터(8)로 유도하기 위한 대략 동일 표면 형상인 미러이다.In Fig. 3, 4a and 4b are mirrors of approximately the same surface shape for guiding the laser light 2 from the mask 3 to the first polarizing beam splitter 5, and 14a and 14b are the first polarizing beam splitter 5 ) Is a mirror of approximately the same surface shape for guiding the second polarization beam splitter 8 from.

본 실시 형태 3은, 실시 형태 1과 편광 빔 스플리터에 관해서는 동일하지만, 미러(4, 14)의 배치 혹은 표면 형상이 다르므로, 본 발명의 특징인 광학 부품의 배치에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.Although the third embodiment is the same as in the first embodiment and the polarizing beam splitter, the arrangement or the surface shape of the mirrors 4 and 14 are different, and therefore, the arrangement of the optical component, which is a feature of the present invention, is shown using FIG. 4. Explain.

도 4에 있어서, Pru(α), Prv(α)는 빔 입사각 α로 입사된 입사빔이 미러에 의해 반사된 반사빔에 관한 u방향, v방향의 굴절력이고, Ptu(α), Ptv(α)는 빔 입사각α로 입사된 입사빔이 미러를 투과하는 투과 빔에 관한 u방향, v방향의 굴절력이다. 여기서, u방향은 각 빔의 진행 방향에 수직으로 하는 한편, 빔 입사면(입사빔과 반사빔에 의해 형성되는 면)에 평행한 방향이며, v방향은 각 빔의 진행 방향에 수직으로 하는 한편 빔 입사면에 수직인 방향이다.In Fig. 4, Pru (α) and Prv (α) are refractive powers in the u-direction and v-direction with respect to the reflected beam in which the incident beam incident at the beam incident angle α is reflected by the mirror, and Ptu (α) and Ptv (α ) Is the refractive power in the u-direction and v-direction with respect to the transmission beam through which the incident beam incident at the beam incident angle α passes through the mirror. Here, the u-direction is a direction perpendicular to the advancing direction of each beam, while the direction is parallel to the beam incident surface (the surface formed by the incident beam and the reflected beam), and the v-direction is perpendicular to the advancing direction of each beam. It is a direction perpendicular to the beam incident surface.

여기서, 굴절력(Power)은 광학 부품의 굴절시키는 성능을 나타내는 파라메터(parameter)의 하나이고, 굴절면의 상태를 나타내며, 일반적으로 표면 곡율 반경(R)에 반비례, 굴절률(n)에 비례한다. 도 4에 있어서, 표면 곡율 반경(R)이 동심원 형상으로 균일하고, 또한 광학계에 대하여 충분히 크며(광학 부품의 표면 형상을 대략 평면으로 하고 있을 때) 굴절률을 n으로 하면 굴절력 Pru(α), Prv(α)은 다음 식으로 주어진다.Here, the refractive power (Power) is one of the parameters (parameter) indicating the performance of refraction of the optical component, represents the state of the refractive surface, generally inversely proportional to the surface curvature radius (R), proportional to the refractive index (n). In Fig. 4, when the surface curvature radius R is uniform in a concentric shape and sufficiently large with respect to the optical system (when the surface shape of the optical component is approximately planar) and the refractive index is n, the refractive powers Pru (?) And Prv (α) is given by the following equation.

일반적으로 광학 부품은 표면 형상을 평면으로 하여 제작하여도, 제작 공정 중에 약간의 일그러짐을 가지고, λ/1O ~ λ/2O 정도가 일반적인 가공 정밀도이며, λ/2O보다 고정밀도로 표면 형상을 마무리하기 위해서는 막대한 시간과 비용을 필요로 한다. 따라서, 일반적인 광학 부품은 λ/10 ~ λ/20 정도의 표면 곡율 반경(R)을 갖는다고 할 수 있다. 예를 들면, ZnSe(n=2.41)에 유전체 다층막 코팅을 실시한 빔 입사각 45°의 편광 빔 스플리터의 경우, (2), (3)식으로부터, 각각 다음 식을 얻을 수 있다.In general, optical components have a slight distortion during the manufacturing process even if they are manufactured with a flat surface shape, and λ / 1O to λ / 2O are general processing accuracy, and in order to finish the surface shape with higher accuracy than λ / 2O, It takes a lot of time and money. Therefore, it can be said that a general optical component has a surface curvature radius R of about λ / 10 to λ / 20. For example, in the case of a polarizing beam splitter having a beam incidence angle of 45 ° coated with a dielectric multilayer film coating on ZnSe (n = 2.41), the following equations can be obtained from equations (2) and (3), respectively.

(4), (5)식으로부터 알 수 있듯이, 빔 입사각 45°에서는, 반사시에 u방향 쪽이 v방향의 굴절력보다도 크게 된다. 이 u방향과 v방향의 굴절력의 차이가 가공점으로까지 전파하면, 비점수차가 되므로, 안정된 가공 품질을 얻는 것이 곤란하게 될 가능성이 있다.As can be seen from equations (4) and (5), at the beam incidence angle of 45 °, the u-direction becomes larger than the refractive power in the v-direction at the time of reflection. If the difference in refractive power in the u-direction and v-direction propagates up to the machining point, astigmatism will occur, which may make it difficult to obtain stable machining quality.

이에 대하여 본 발명에서는, 광학계를 구축할 때 복수 매의 광학 부품 중 대략 동일 표면 형상인 1조의 레이저 광을 반사하는 광학 부품을, 한쪽 광학 부품의 빔 입사면이 다른 쪽 광학 부품의 빔 입사면에 대하여 수직으로 하고, 또한 한쪽 광학 부품으로의 빔 입사각이 다른 쪽 광학 부품으로의 빔 입사각과 동일하게 되도록 배치한다.On the other hand, in this invention, when constructing an optical system, the optical component which reflects one set of laser beams of substantially the same surface shape among a plurality of optical components is made into the beam incidence surface of one optical component to the beam incidence surface of the other optical component. It is perpendicular | vertical, and arrange | positions so that the beam incidence angle to one optical component may become the same as the beam incidence angle to the other optical component.

여기서, 미러(14a, 14b)를 사용하여 구성을 설명한다. 도 5에 있어서, 미러(14a)는 X방향으로부터 입사한 레이저 광을 Z방향으로 반사하고, 미러(14b)는 미러(14a)에 반사된 레이저 광을 Y방향으로 반사하도록 배치되어 있다. 또, 미러(14a)의 미러 표면 곡율 반경을 Ra로 하고, 미러(14b)의 미러 표면 곡율 반경을 Rb로 한다. 미러(14a)의 u방향의 굴절력을 Paru(45°), v방향의 굴절력을 Parv(45°)로 하고, 미러(14b)의 u방향의 굴절력을 Pbru(45°), v방향의 굴절력을 Pbrv(45°)로 하면, 미러(14b)에 의해 반사된 레이저 광의 미러 14a 및 미러 14b의 합성된 u방향의 굴절력(Pru), v방향의 굴절력(Prv)은 이하와 같이 된다.Here, the configuration will be described using the mirrors 14a and 14b. In FIG. 5, the mirror 14a reflects the laser light incident from the X direction in the Z direction, and the mirror 14b is arranged to reflect the laser light reflected by the mirror 14a in the Y direction. Moreover, the mirror surface curvature radius of the mirror 14a is set to Ra, and the mirror surface curvature radius of the mirror 14b is set to Rb. The refractive power in the u direction of the mirror 14a is Paru (45 °) and the refractive power in the v direction is Parv (45 °), and the refractive power in the u direction of the mirror 14b is Pbru (45 °) and the refractive power in the v direction. With Pbrv (45 °), the combined u-direction refractive power Pru and the v-direction refractive power Prv of the mirror 14a and the mirror 14b of the laser light reflected by the mirror 14b are as follows.

여기서, 미러 14a와 미러 14b는 대략 동일 표면 형상이므로, Ra ≒ Rb로 되어 상기 Pru와 Prv는 대략 동일하게 되고, 이것에 의해, u방향과 v방향의 굴절력의 차이를 없애고, 결과적으로 가공점에서의 비점수차를 줄일 수 있어, 안정된 가공 품질을 얻을 수 있다. 미러 4a, 미러 4b에 대해서도 동일한 구성으로 되어 있으므로, 동일한 효과가 얻어진다.Since the mirror 14a and the mirror 14b have substantially the same surface shape, Ra? Rb, and Pru and Prv become approximately the same, thereby eliminating the difference in refractive power in the u- and v-directions, and consequently at the processing point. Can reduce astigmatism, and stable processing quality can be obtained. Since the mirror 4a and the mirror 4b have the same configuration, the same effect can be obtained.

상기는 α = 45°로 검토하였으나 일반적인 각도에서는 이하와 같이 된다.Although the above was examined as (alpha) = 45 degrees, it becomes as follows at a general angle.

Ra ≒ Rb의 경우, (8), (9)식으로부터 알 수 있듯이, Pru와 Prv는 대략 동일하게 되고, 이것에 의해 u방향과 v방향의 굴절력의 차이를 없애며, α = 45°시와 동일하게, 가공점에서의 비점수차를 줄일 수 있어, 안정된 가공 품질을 얻을 수 있다.In the case of Ra ≒ Rb, as can be seen from the formulas (8) and (9), Pru and Prv become approximately the same, thereby eliminating the difference in refractive power in the u- and v-directions, which is the same as when α = 45 °. Therefore, astigmatism at the machining point can be reduced, and stable machining quality can be obtained.

그런데, 광학 부품을 고정하는 홀더 부재가 방향성을 가지는 구조로 되어 있고, 이 홀더에 지지된 미러의 표면 곡율 반경이 그 방향성을 따라 변화해 버리는 비점수차가 발생하는 경우, 1조의 상기 홀더에 지지된 미러를, 홀더의 방향성을 각 입사면에 대하여 동일한 방향으로 맞춤과 동시에, 한쪽 광학 부품의 빔 입사면이 다른 쪽 광학 부품의 빔 입사면에 대해 수직하고, 또한 한쪽 광학 부품으로의 빔 입사각이 다른 쪽 광학 부품으로의 빔 입사각과 동일하게 되도록 배치한다.By the way, when the holder member which fixes an optical component becomes a structure which has directionality, and the astigmatism which the surface curvature radius of the mirror supported by this holder changes according to the directionality arises, it is supported by a set of said holder While aligning the mirror in the same direction with respect to each incidence surface of the holder, the beam incidence surface of one optical component is perpendicular to the beam incidence surface of the other optical component, and the beam incidence angle to one optical component is different. It arrange | positions so that it may become equal to the beam incident angle to the optical component.

도 6에 일예를 나타낸다. 도 6에 있어서 제1 광학 부품(37a)과 제2 광학 부품(37b)은 동일 표면 형상의 광학 부품, 제1 홀더 부재(38a)와 제2 홀더 부재(38b)는 동일 형상의 광학 부품 고정 부재이다. A, B는 각각 홀더 부재가 가지는 방향 축을 나타내고, 이 홀더에 미러 등의 광학 부품을 설치하면, 미러 표면의 곡율 반경이, A방향에는 RA가 되고, B방향에는 RB가 된다.An example is shown in FIG. In FIG. 6, the first optical component 37a and the second optical component 37b have the same surface-shaped optical component, and the first holder member 38a and the second holder member 38b have the same optical component fixing member. to be. A and B each represent the direction axis which a holder member has, and when the optical component, such as a mirror, is provided in this holder, the radius of curvature of a mirror surface will become RA in A direction, and RB in B direction.

도 6과 같이, 제1 광학 부품(37a)과 제2 광학 부품(37b)을, 제1 광학 부품 (37a)의 빔 입사면이 제2 광학 부품(37b)의 빔 입사면에 대하여 수직으로 하고, 또한 제1 광학 부품(37a)으로의 빔 입사각이 제2 광학 부품(37b)으로의 빔 입사각과 동일(예를 들면, 45°)하게 되도록 배치하며, 홀더 부재의 방향성을 맞추기 위해서 A방향을 입사면에 평행하게 한 경우, 제2 광학 부품(37b)의 반사시의 u방향, v방향의 굴절력 Pru, Prv는 이하와 같이 된다.As shown in Fig. 6, the beam incidence surface of the first optical component 37a is perpendicular to the beam incidence surface of the second optical component 37b. Further, the beam incidence angle to the first optical component 37a is arranged to be equal to the beam incidence angle to the second optical component 37b (for example, 45 °), and the A direction is adjusted to match the orientation of the holder member. When parallel to the incident surface, the refractive powers Pru and Prv in the u-direction and v-direction at the time of reflection of the second optical component 37b are as follows.

(1O), (11)식으로부터 알 수 있는 바와 같이, Pru와 Prv는 동일하게 되고, 방향성을 가진 홀더에 의한 비점수차를 없앨 수 있다. 이것에 의해, 가공점에 있어서의 비점수차를 줄일 수 있고, 안정된 가공 품질을 얻을 수 있다. 입사각이 45° 이외일 때도 비점수차를 없앨 수 있는 것은 상술한 것처럼 분명하다.As can be seen from the equations (10) and (11), Pru and Prv become the same, and astigmatism due to the directional holder can be eliminated. As a result, astigmatism at the processing point can be reduced, and stable processing quality can be obtained. It is clear as described above that the astigmatism can be eliminated even when the incident angle is other than 45 °.

또, 방향성을 가진 저렴한 가격의 홀더 부재를 사용할 수 있어, 가공 장치의 비용이 줄어든다는 효과가 있다.In addition, an inexpensive holder member having directivity can be used, which has the effect of reducing the cost of the processing apparatus.

또한, 본 실시 형태에서는 마스크 전사를 실시하는 광학계에 있어서, 마스크 후에 배치되는 복수 매의 광학 부품에 대하여 설명하였다. 이것은, 마스크 전사에 있어서는, 주로 마스크 후의 광학 부품의 수차가 가공점에서의 빔 품질에 영향을 준다고 하는 이유에서이다. 또한, 마스크 전의 복수 매의 광학 부품에 대해서도 동일한 사상으로 배치를 행하면 한층 더 효과를 얻을 수 있음은 말할 것도 없다.In addition, in this embodiment, in the optical system which performs mask transfer, the several optical component arrange | positioned after a mask was demonstrated. This is because in mask transfer, the aberration of the optical component after the mask mainly affects the beam quality at the processing point. It goes without saying that the effect can be further obtained by arranging the plurality of optical parts before the mask in the same manner.

또, 마스크 전사를 행하는 광학계뿐만이 아니더라도, 동일한 사상으로 광학 부품의 배치를 행함으로써 광학적인 수차를 줄이는 효과가 있다.Moreover, even if it is not only the optical system which performs mask transfer, arrangement | positioning an optical component by the same idea has the effect of reducing optical aberration.

실시 형태 4.Embodiment 4.

도 7은, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 것으로, 제1 편광 분리 수단으로서 표면이 볼록 형상, 이면이 오목 형상인 편광 빔 스플리터와, 제2 편광 분리 수단으로서, 표면이 오목 형상, 이면이 볼록 형상인 편광 빔 스플리터를 사용하고, 1개의 레이저 광을 2개의 레이저 광으로 분광하며, 2개의 레이저 광을 독립적으로 주사함으로써, 2곳에서 동시에 가공을 실시할 수 있는 구멍 뚫기용 레이저 가공 장치를 나타내는 구성도이다.FIG. 7 relates to Embodiment 4 of the present invention, wherein a polarizing beam splitter having a convex shape and a concave back surface as a first polarized light separating means, and a concave shape and a back surface as a second polarized light separating means as the second polarized light separating means. By using a polarizing beam splitter having a shape, spectroscopy of one laser beam into two laser beams, and independently scanning two laser beams, a laser drilling apparatus for drilling can be performed at two locations simultaneously. It is a block diagram.

도 7에 있어서, 22는 표면이 볼록 형상, 이면이 오목 형상인 편광 빔 스플리터(도 8(a) 참조), 23은 표면이 오목 형상, 이면이 볼록 형상인 편광 빔 스플리터(도 8(b) 참조)이다. 여기서, 각각의 표면 형상은 제작 기계인 연마기의 형상 등에 의해서 결정되므로, 제작 방법을 제어하는 것에 의해, 소망의 가공 정밀도의 평면도로 오목 형상이나 볼록 형상의 어느 한쪽을 선택하여, 제작할 수 있다.In Fig. 7, 22 is a polarizing beam splitter having a convex shape on the front surface and a concave shape on the back surface (see Fig. 8 (a)), and 23 is a polarizing beam splitter having a concave shape on the front surface and a convex shape on the back surface (Fig. Reference). Here, since each surface shape is determined by the shape of the grinding | polishing machine which is a manufacturing machine, etc., by controlling a manufacturing method, either a concave shape or a convex shape can be selected and produced by the top view of desired processing precision.

본 실시 형태 4는, 실시 형태 1과 편광 빔 스플리터의 표면 형상의 구성이 다르게 되어 있어, 본 발명의 특징인 편광 빔 스플리터의 형상에 대하여 설명한다.In Embodiment 4, the configuration of the surface shape of the polarization beam splitter is different from that of Embodiment 1, and the shape of the polarization beam splitter which is a feature of the present invention will be described.

도 4에 있어서, Ptu(α), Ptv(α)는 빔 입사각 α로 입사된 입사빔이 광학 부품을 투과하는 투과 빔에 관한 u방향, v방향의 굴절력이고, 표면 곡율 반경(R)이 동심원 형상으로 균일하며, 또한 광학계에 대해 충분히 크고(광학 부품의 표면 형상을 대략 평면으로 하였을 때), 굴절률을 n으로 하면, 굴절력 Ptu(α), Ptv(α)는 다음과 같은 식으로 주어진다.In Fig. 4, Ptu (α) and Ptv (α) are refractive powers in u and v directions with respect to the transmission beam through which the incident beam incident at the beam incident angle α is transmitted through the optical component, and the surface curvature radius R is concentric. Uniform in shape and large enough for the optical system (when the surface shape of the optical component is approximately planar), and the refractive index is n, the refractive powers Ptu (α) and Ptv (α) are given by the following equation.

예를 들면, ZnSe(n = 2.41)에 유전체 다층막 코팅을 실시한 빔 입사각 45°의 편광 빔 스플리터의 경우, (12), (13)식으로부터, 각각 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.For example, in the case of a polarization beam splitter having a beam incidence angle of 45 ° coated with ZnSe (n = 2.41) on a dielectric multilayer film coating, the following expressions can be obtained from the equations (12) and (13), respectively.

(4), (5), (14), (15)식으로부터 명확한 바와 같이, 빔 입사각 45°에서는, 반사할 때뿐만이 아니라 투과할 때에도 u방향 쪽이 v방향의 굴절력보다도 크게 된다. 이 u방향과 v방향의 굴절력의 차이가 가공점에까지 전파하면, 비점수차로 되므로, 안정된 가공품질을 얻는 것이 곤란하게 될 가능성이 있다.As is clear from equations (4), (5), (14), and (15), at the beam incidence angle of 45 °, the u-direction becomes larger than the refractive power in the v-direction not only when reflecting but also when transmitting. If the difference in refractive power in the u-direction and the v-direction propagates up to the machining point, it becomes astigmatism, which may make it difficult to obtain stable machining quality.

여기서, 편광 빔 스플리터의 투과시의 굴절력에 착안한다. 투과시의 굴절력은 편광 빔 스플리터 표면에서의 굴절력에 더하여, 이면에서의 굴절력이 가산된다. 즉, (14), (15)식으로부터 투과시의 u방향, v방향의 굴절력 Ptua(45°), Ptva(45°)은, 표면, 이면을 각각 1, 2의 첨자로 나타내면 이하와 같이 된다.Here, attention is paid to the refractive power at the time of transmission of the polarizing beam splitter. The refractive power at the time of transmission is added to the refractive power at the back surface in addition to the refractive power at the surface of the polarizing beam splitter. That is, the refraction powers Ptua (45 °) and Ptva (45 °) in the u-direction and v-direction at the time of transmission from the equations (14) and (15) are as follows when the front and back surfaces are represented by subscripts 1 and 2, respectively. .

따라서, 도 8(a)에 나타낸 바와 같이 표면이 볼록 형상(R1 > O), 이면이 오목 형상(R2 < O)이면, 표면과 이면의 굴절력이 없어지기 때문에, 투과시의 굴절력은 작아지게 된다. 결과적으로, u방향과 v방향의 굴절력의 차이가 작아지게 되므로, 비점수차를 줄이는 효과가 있다.Therefore, as shown in Fig. 8A, when the surface is convex (R1> O) and the back surface is concave (R2 <O), the refractive power of the front and rear surfaces is lost, so that the refractive power at the time of transmission becomes small. . As a result, the difference between the refractive power in the u-direction and the v-direction becomes small, thereby reducing the astigmatism.

또, 도 8(b)에 나타낸 바와 같은 표면이 오목 형상(R1 < O), 이면이 볼록 형상(R2 > O)일 때도, 마찬가지로 표면과 이면의 굴절력이 없어지기 때문에, 투과시의 굴절력은 작아지게 되고, 결과적으로, u방향과 v방향의 굴절력의 차이가 작아지게 되므로, 비점수차를 감소시키는 효과가 있다.In addition, even when the surface as shown in Fig. 8B has a concave shape (R1 <O) and the back surface is a convex shape (R2> O), the refractive power at the front and the back surface is similarly lost, so that the refractive power at the time of transmission is small. As a result, since the difference in refractive power in the u-direction and v-direction becomes small, there is an effect of reducing astigmatism.

본 발명에 있어서의 편광 빔 스플리터의 표면 형상은, 표면과 이면과의 곡율 반경의 절대치를 동등하게 할 필요가 있으므로, 가공 정밀도를 통상보다 양호하게 하는 것이 바람직하고, λ/2O 이하가 바람직하다.Since the surface shape of the polarizing beam splitter in this invention needs to make the absolute value of the radius of curvature of a surface and a back surface equal, it is preferable to make processing precision better than usual, and it is preferable that (lambda) / 2O or less.

다음으로 광학계 전체에 있어서의 제1 편광 빔 스플리터, 및 제2 편광 빔 스플리터의 최적 형상에 대하여 설명한다.Next, the optimum shape of the 1st polarizing beam splitter and the 2nd polarizing beam splitter in the whole optical system is demonstrated.

이전까지의 굴절력의 논의와 마찬가지로, 광학계 전체에 있어서도 개개의 광학 부품의 굴절력이 가산되어, 결과적으로 수차가 큰지 작은지가 결정된다. 그래서, 도 7의 광학계에 있어서 사용하고 있는 제1 편광 빔 스플리터(22)로부터 제2 편광 빔 스플리터(23) 사이의 광학 부품에 대하여, 제1 편광 빔 스플리터를 투과하는 레이저 광(6)의 광로 A와 반사하는 레이저 광(7)의 광로 B로 나누어 설명한다.Similarly to the discussion of the refractive powers up to now, the refractive powers of the individual optical parts are also added in the entire optical system, and as a result, it is determined whether the aberration is large or small. Therefore, the optical path of the laser beam 6 which transmits through the 1st polarizing beam splitter with respect to the optical component between the 1st polarizing beam splitter 22 and the 2nd polarizing beam splitter 23 used in the optical system of FIG. The explanation will be made by dividing A into the optical path B of the laser light 7 to reflect.

광로 A에서는, 제1 편광 빔 스플리터(22)를 투과한 레이저 광(6)이 미러14a와 14b에 의해 제2 편광 빔 스플리터(23)로 유도된다. 미러 14a와 14b는, 비교적 제작이 용이하기 때문에, 마무리된 평면도의 정밀도는 λ/10 ~ λ/2O 정도의 것이 얻어진다. 다만, 이하에 나타내는 바와 같이 갈바노 스캔 미러의 평면도가 비교적 나빠지는 경향이 있으므로, λ/15 ~ λ/2O 정도의 정밀도로 마무리하는 것이 바람직하다.In the optical path A, the laser light 6 transmitted through the first polarization beam splitter 22 is guided to the second polarization beam splitter 23 by mirrors 14a and 14b. Since mirror 14a and 14b are comparatively easy to manufacture, the thing of the (lambda) / 10-(lambda) / 2O grade of the precision of the finished flatness is obtained. However, as shown below, the flatness of the galvano scan mirror tends to be relatively poor, so it is preferable to finish with an accuracy of about λ / 15 to λ / 2O.

이것에 대해, 광로 B에서는, 제1 편광 빔 스플리터(22)를 반사한 레이저 광(7)이 제1 갈바노 스캔 미러 13a와 13b에 의해 위치 결정되고, 제2 편광 빔 스플리터(23)로 유도된다. 제1 갈바노 스캔 미러 13a와 13b는, 고속으로 움직이게 하기 위해 아주 가벼울 필요가 있고, 또, (1)식에서 설명한 바와 같이 가공 품질을 열화시키지 않도록 하기 위해서는 면적을 크게 할 필요가 있기 때문에, 얇고 넓은 형상으로 되어 제작이 매우 곤란하며, 완성된 평면도는 상기 미러와 비교하여 나빠지게 되는 경향이 강하여, λ/1O ~ λ/15 정도이다. 또, 표면 형상으로서는, 더욱 심하게 제작 기계에 의존해 버려, 예를 들면 심한 오목 형상이 된다.In contrast, in the optical path B, the laser light 7 reflecting the first polarized beam splitter 22 is positioned by the first galvano scan mirrors 13a and 13b and guided to the second polarized beam splitter 23. do. Since the first galvano scan mirrors 13a and 13b need to be very light in order to move at high speed, and in order not to deteriorate the machining quality as described in the formula (1), they are thin and wide. The shape becomes very difficult to manufacture, and the finished flatness has a strong tendency to deteriorate compared with the mirror, and is about λ / 1O to λ / 15. Moreover, as a surface shape, it depends more severely on a manufacturing machine, for example, becomes a severe concave shape.

광로 A와 광로 B에서 개개의 평면도가 다르면 가산되는 굴절력에 차이가 발생할 가능성이 있다. 이 굴절력의 차이는, 광로 A와 광로 B에 의한 초점 차이가 될 가능성이 있다.If the individual plane views in the optical path A and the optical path B are different, there is a possibility that a difference occurs in the added refractive power. This difference in refractive power may be the difference in focus between the optical path A and the optical path B.

본 발명에서는, 제1 갈바노 스캔 미러 13a와 13b의 표면 형상이 심한 오목 형상인 경우, 제1 편광 빔 스플리터(22)의 표면 형상을 볼록 형상, 이면 형상을 오목 형상으로 하고, 제2 편광 빔 스플리터(23)의 표면 형상을 오목 형상, 이면 형상을 볼록 형상으로 하고 있다.In the present invention, when the surface shapes of the first galvano scan mirrors 13a and 13b are severely concave, the surface shape of the first polarizing beam splitter 22 is convex and the rear surface is concave. The surface shape of the splitter 23 is concave, and the back surface is convex.

이와 같이 구성함으로써, 광로 A에서는, 제1 편광 빔 스플리터(22)의 투과 시에는 거의 굴절력을 발생시키지 않고, 미러(14a, 14b)에서는 표면 형상의 약간의 오목 형상으로부터 근소하게 수속(收束) 방향의 굴절력을 가지며, 제2 편광 빔 스플리터(23)로 유도되고, 제2 편광 빔 스플리터(23)의 반사시에 표면 형상의 약간의 오목 형상으로부터 근소하게 수속 방향의 굴절력이 가산된다. 결과적으로 근소하게 수속 방향의 굴절력을 가지는 레이저 광이 된다.In such a configuration, in the optical path A, almost no refractive power is generated during the transmission of the first polarization beam splitter 22, and in the mirrors 14a and 14b, the convergence is slightly convergent from a slight concave shape of the surface shape. Direction refractive index, guided to the second polarization beam splitter 23, and upon the reflection of the second polarization beam splitter 23, the refractive power in the convergence direction is slightly added from the slightly concave shape of the surface shape. As a result, the laser light has a refractive power in the convergence direction slightly.

이것에 대해, 광로 B에서는, 제1 편광 빔 스플리터(22)의 반사시에 표면의 볼록 형상으로부터 근소하게 발산 방향의 굴절력을 가져서, 제1 갈바노 스캔 미러(13a, 13b)로 유도된다. 제1 갈바노 스캔 미러(13a, 13b)는 심한 오목 형상이기 때문에, 심한 수속 방향의 굴절력이 가산되어, 결과적으로 근소하게 수속 방향의 굴절력을 가지는 레이저 광(7)이 제2 편광 빔 스플리터(23)를 거의 동일한 굴절력인 채로 투과한다.On the other hand, in the optical path B, it has the refractive power of the diverging direction slightly from the convex shape of the surface at the time of reflection of the 1st polarizing beam splitter 22, and is guide | induced to the 1st galvano scan mirrors 13a and 13b. Since the first galvano scan mirrors 13a and 13b have a severe concave shape, the refractive power in the severe converging direction is added, and as a result, the laser light 7 having the refractive power in the converging direction slightly results in the second polarization beam splitter 23. ) Is transmitted with almost the same refractive power.

상기에서는, 미러(14a, 14b)의 표면 형상을 근소한 오목 형상으로 하였으나, 근소한 오목 형상인 경우라도, 제1 갈바노 스캔 미러 13a와 13b의 표면 형상이 심한 오목 형상일 때에, 제1 편광 빔 스플리터(22)의 표면 형상을 볼록 형상, 이면 형상을 오목 형상으로 하고, 제2 편광 빔 스플리터(23)의 표면 형상을 오목 형상, 이면 형상을 볼록 형상으로 함으로써, 광로 A와 광로 B의 굴절력의 차이를 줄일 수 있다. 그러나, 미러(14a, 14b)의 표면 형상을 근소한 오목 형상으로 한 쪽이 감소하는 효과가 높기 때문에, 오목 형상이 바람직하다.In the above, although the surface shape of the mirrors 14a and 14b was made into the slightly concave shape, even if it is a slight concave shape, when the surface shape of the 1st galvano scan mirrors 13a and 13b is a severe concave shape, a 1st polarizing beam splitter The difference in the refractive power of the optical path A and the optical path B by making the surface shape of the 22 convex shape and the back surface shape concave, and making the surface shape of the 2nd polarizing beam splitter 23 concave shape and the back surface convex shape. Can be reduced. However, the concave shape is preferable because the effect of reducing the surface shape of the mirrors 14a and 14b into a slightly concave shape is high.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 개개의 광학 부품이 가지는 수차 성분을 광학계 안에서 없애서, 결과적으로, 비점수차나 초점 차이 등의 광학적인 수차가 적 은 광학계를 얻는다는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the aberration component of each optical component is eliminated in the optical system, and as a result, an optical system with less optical aberration such as astigmatism and focus difference is obtained.

또, 본 실시 형태에서는, 제1 편광 분리 수단으로서 표면이 볼록 형상, 이면이 오목 형상인 편광 빔 스플리터와, 제2 편광 분리 수단으로서, 표면이 오목 형상, 이면이 볼록 형상인 편광 빔 스플리터로 하였으나, 제1 갈바노 스캔 미러(13a, 13b)가 심한 오목 형상인 경우는, 제1 편광 분리 수단으로서 표면이 오목 형상, 이면이 볼록 형상인 편광 빔 스플리터와, 제2 편광 분리 수단으로서, 표면이 볼록 형상, 이면이 오목 형상인 편광 빔 스플리터로 한 상기와 반대로 배치하면, 개개의 광학 부품이 가지는 수차 성분을 광학계 안에서 없앨 수 있다.In addition, in this embodiment, the polarizing beam splitter whose surface is convex and the back surface is concave shape as a 1st polarization splitting means, and the polarizing beam splitter whose surface is concave shape and a back surface is convex as a 2nd polarization separating means was used. In the case where the first galvano scan mirrors 13a and 13b have a severe concave shape, the surface is concave as the first polarized light separating means, the polarizing beam splitter having the concave shape on the back side thereof, and the surface as the second polarized light separating means. If it arrange | positions in the opposite direction to the above made with the convex shape and the concave-shaped polarizing beam splitter, the aberration component which each optical component has can be eliminated in an optical system.

상기 설명에서도 명확한 바와 같이, 광학계, 혹은 광학계에 사용하는 광학 부품에 의해서는, 형상, 및 평면도의 최적치가 다른 것은 말할 것도 없다.As is clear from the above description, it goes without saying that the optimum values of the shape and the plan view differ depending on the optical system or the optical component used in the optical system.

또, 본 실시 형태에서는, 제1, 제2 편광 분리 수단의 형상에 착안하였으나, 상기 설명에서도 명확한 바와 같이 다른 광학 부품에 있어서도 동일한 사상에 의해 최적치가 있음은 말할 것도 없다.In the present embodiment, attention has been paid to the shapes of the first and second polarization splitting means, but it goes without saying that there is an optimum value by the same idea in other optical components as is clear from the above description.

또, 실시 형태를 1, 2, 3으로 나누어 설명하였으나, 이들을 조합하는 것이 가능함은 말할 것도 없다.In addition, although embodiment was divided into 1, 2, 3, and demonstrated, it cannot be overemphasized that these can be combined.

본 발명에 관한 레이저 가공 장치는, 1개의 레이저 광을 2개 이상의 레이저 광으로 분광하고, 동시에 2곳 이상의 레이저 가공을 실시하는 경우에 있어서, 제작상의 어려움이나 비용을 줄이는 한편 가공 품질을 향상하는데 적합하다.The laser processing apparatus according to the present invention is suitable for reducing the production difficulty and cost while improving the processing quality when spectroscopy a single laser beam with two or more laser beams and simultaneously performing two or more laser treatments. Do.

Claims

It has an optical system consisting of a plurality of optical parts for guiding the laser light emitted from the laser oscillator to the workpiece, one laser light is spectroscopically as two laser light by the first polarization separating means, one via the mirror, the other Is scanned in the biaxial direction with the first galvano scan mirror, guides the two laser lights to the second polarization separating means, and then scans with the second galvano scan mirror to process the workpiece. In

The first and second polarized light separating means are disposed at 45 degrees with respect to the optical axis of the laser light, and the first and second polarized light separating means have a concave shape on one side and a convex shape on the back side thereof. Device.

The method of claim 1,

And said first and second polarization splitting means are polarizing beam splitters having a dielectric multilayer film coating formed on a surface thereof.

delete

The method of claim 1,

The said 1st polarization splitting means makes the surface on the side which reflects a laser beam convex, and its back surface concave,

The laser light reflected by the first polarization splitting means is led to the first galvano scan mirror whose surface shape is concave,

The said 2nd polarization separating means made the surface on the side which reflects a laser beam into concave shape, and its back surface was convex shape.

The method of claim 1,

The said 1st polarization splitting means makes the surface on the side which reflects a laser beam into concave shape, and its back surface is convex shape,

The laser light reflected by the first polarization separating means is directed to the first galvano scan mirror whose surface shape is convex,

The said 2nd polarization separating means made the surface which reflects a laser light convex, and the back surface into the concave shape, The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.

The method of claim 1,

The concave or convex shape of the surface of the said 1st and 2nd polarization splitting means is formed with the precision of (lambda) / 2O or less, when the wavelength of the said laser beam is set to (lambda).

The method of claim 1,

In the optical system, a mirror reflecting a set of laser beams having the same surface shape is perpendicular to the beam incidence surface of one mirror, and the beam incidence angle to one mirror is the other mirror. Laser processing apparatus, characterized in that arranged so as to be the same as the beam incident angle.

The method of claim 7, wherein

A mask is provided in the laser light path from the laser oscillator to the first polarized light separating means,

A laser processing apparatus comprising a mirror for reflecting the set of laser light between the mask and the workpiece.

The method of claim 7, wherein

With a holder which fixes the mirror which reflects said one set of laser lights individually,

When the holder is directional, the laser processing apparatus is arranged in the same direction with respect to the incident surface of each mirror.

The method of claim 7, wherein

The surface shape of the mirror which reflects the said set of laser beams is formed with the precision of (lambda) / 1O-(lambda) / 2O, when the wavelength of the said laser beam is set to (lambda).

The method of claim 1,

The said 1st and 2nd polarization separation means are equipped with the mechanism which can adjust angle in the biaxial direction perpendicular | vertical to the advancing direction of a laser beam, and orthogonal to each other, The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.

The method of claim 1,

And a damper for absorbing laser light leaking from the second polarized light separating means as energy loss.