KR101265843B1 - 편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

피가공물로의 안정된 레이저 가공을 용이하게 실시할 수 있는 편광 방위각 조정 장치를 얻는 것이다.
입사해 오는 레이저 광(2)의 P파 편광 성분(P1)을 투과시킴과 아울러, 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S1)을 반사하는 편광자(14)와, 편광자(14)에서 반사된 레이저 광의 S파 편광 성분(S1)을 반사하여 광로의 하류측으로 안내하는 반사 미러(15, 15)를 가지며, 아울러 P파 편광 성분 (P1)를 흡수하고 또한 S파 편광 성분(S1)을 광로의 하류측으로 출사하는 광학 유닛을 구비하며, 광학 유닛은 광학 유닛으로의 레이저 광의 입사광축과 광학 유닛으로부터의 레이저 광의 출사광축이 동축(同軸)이며 또한 광학 유닛을 입사광축을 중심으로하여 회전시켰을 경우에 입사광축 및 출사광축의 광축 방향이 유지되도록, 편광자(14)와 반사 미러(15, 15)가 배치되어 있다.

Description

편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치{ADJUSTING DEVICE OF POLARIZATION AZIMUTHAL ANGLE AND LASER PROCESSING DEVICE}
본 발명은 레이저 가공에 이용하는 레이저 광의 편광 방위각을 조정하는 편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
프린트 기판 등의 피가공물에 천공 가공을 실시하는 레이저 가공 장치의 생산성을 향상시키는 방법으로서, 레이저 발진기에서 생성된 1개의 레이저 광을 복수로 분할해, 복수 구멍을 동시에 천공 가공하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 분할된 레이저 광의 각각의 에너지가 균등하지 않은 경우, 가공 구멍 지름 등의 가공 품질에 차이가 생겨 버린다.
이 때문에, 특허 문헌 1에 기재의 방법에서는, 분광용 편광자보다도 광로 상류에, 광 축을 중심으로 회전 조정 기구를 가진 편광 방위각 조정용 편광자를 마련하고 있다. 그리고, 투과하는 P파의 편광 방위각을 조정함으로써, 에너지를 균등하게 분할하고 있다. 에너지를 분할시킬 때에는, 분광용 편광자에 대해서 편광 방향 P파 성분과 편광 방향 S파 성분을 균등하게 가지는 레이저 광을 입사시킴으로써, 분광용 편광자를 투과하는 광을 P파 성분과, 분광용 편광자를 반사하는 S파 성분으로 균등하게 분할할 수 있다.
[특허문헌 1] 국제공개 제2003／082510호
그렇지만, 상기 종래의 기술에서는, 편광 방위각 조정용 편광자를 투과하는 P파 성분을 광로 하류로 전파하고 있다. 이 때문에, 편광자에 입사하는 레이저 광의 파워(power)가 높으면 편광자의 기판 재료의 열 렌즈 효과에 의해서 레이저 광의 빔(beam) 지름이 변화해, 열렌즈 효과가 발생하고 있지 않는 경우와 비교해서 마스크를 투과하는 레이저 광의 에너지 강도가 고르지 못하게 된다. 이것에 의해, 피가공물의 가공 품질이 열화 또는 불안정하게 된다고 하는 문제가 있었다. 또, 편광 방위각 조정시에 편광자를 회전 조정했을 경우, 광의 굴절로부터 광축 중심에 약간의 어긋남이 생겨, 피가공물의 가공 품질이 열화하는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제점들을 감안하여 이루어진 것으로서, 피가공물로의 안정된 레이저 가공을 용이하게 실시할 수 있는 편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 입사해서 오는 레이저 광의 P파 편광 성분을 투과시킴과 아울러, 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하는 편광자와, 상기 편광자에서 반사된 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하여 광로의 하류측으로 안내하는 적어도 2개의 반사 광학 소자를 가지며 아울러 상기 P파 편광 성분을 흡수하고 또한 상기 S파 편광 성분을 광로의 하류측으로 출사하는 광학 유닛을 구비하며, 상기 광학 유닛은, 상기 광학 유닛으로의 상기 레이저 광의 입사광축과 상기 광학 유닛으로부터의 상기 레이저 광의 출사광축이 동축(同軸)이며 한편 상기 광학 유닛을 상기 입사광축을 중심으로하여 회전시켰을 경우에 상기 입사광축 및 상기 출사광축의 광축 방향이 유지되도록, 상기 편광자와 상기 반사 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 레이저 광의 입사광축과 출사광축이 동축(同軸)인 광학 유닛으로부터, 편광자에서 반사된 S파 편광 성분을 출사하므로, 피가공물로의 안정된 레이저 가공을 용이하게 실시하는 것이 가능하게 된다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 레이저 가공 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 형태에 관한 편광 방위각 조정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 편광자와 편광 방위각의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 레이저 광이 편광자를 투과했을 경우의 열렌즈 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 P파 편광 성분을 출사하는 편광 방위각 조정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 관한 편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시의 형태.
도 1은 본 발명의 실시의 형태에 관한 레이저 가공 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 레이저 가공 장치(100)는, 편광 빔 스플리터(7)에 의해서 1개의 레이저 광(2)을 2개의 레이저 광(8A, 8B)으로 분광하고, 2개의 레이저 광(8A, 8B)을 각각 독립적으로 주사함으로써, 2개의 피가공물(13A, 13B)를 동시에 천공 가공하는 장치이다. 본 실시 형태의 레이저 가공 장치(100)에는, 편광 빔 스플리터(7)보다도 광로 상류에 편광자와 반사 미러(반사 광학 소자)를 포함하여 구성되는 편광 방위각 조정 장치(30, 편광 방위각을 조정하기 위한 수단)가 배치되어 있다. 그리고, 편광 방위각 조정 장치(30)의 편광자에서 반사한 S파 편광 성분(후술의 S파 편광 성분(S1))을 광로 하류로 안내하는 것으로, 레이저 광(2)을 편광 빔 스플리터(7)로 안내하고 있다.
레이저 가공 장치(10)는, 레이저 발진기(1), 편광 방위각 조정 장치(30, 광학 유닛), 마스크(4, 빔 마스크), 빔 가변부(5), 반사 미러(6), 편광 빔 스플리터(7, 분광부), 갈바노 스캐너(galvano scanner, 10Ax, 10Ay, 10Bx, 10By), fθ 렌즈(11A, 11B), XY 테이블(12A, 12B)을 가지고 있다.
레이저 발진기(1)는 직선 편광의 레이저 광(2)을 펄스파로서 출사하는 장치이다. 레이저 발진기(1)로부터 출사된 레이저 광(2)은 반사 미러(6)를 통하여 편광 방위각 조정 장치(30)로 안내된다. 반사 미러(6)는 레이저 광(2)이나 레이저 광(8A, 8B)을 반사해 광로 하류로 안내하는 미러이다. 반사 미러(6)는 레이저 가공 장치(100) 내의 광로 상의 여러 위치에 배치되어 있다.
편광 방위각 조정 장치(30)는 편광 방위각을 조정하는 장치이다. 편광 방위각 조정 장치(30)로는, 편광 방위각(2a, 편광 방향)의 레이저 광(2)이 입사되고, 편광 방위각 조정 장치(30)로부터는 편광 방위각(2b)의 레이저 광(2)이 출사된다. 편광 방위각 조정 장치(30)는 입사한 레이저 광(2)과 동축(同軸) 방향으로 레이저 광(2)을 출사한다.
본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30)는 레이저 광(2)의 편광자(14)에서 반사하는 S파 편광 성분(S1)을 출사함과 아울러 편광자(14)에서 투과하는 P파 편광 성분(P1)을 흡수하고 있다. 게다가, 편광 방위각 조정 장치(30) 내의 편광자 및 반사 미러 등을 1개의 광학 유닛으로 구성해 두고, 이 광학 유닛을 레이저 광(2)의 광축(입사광축 및 출사광축)을 중심으로 회전할 수 있도록 레이저 가공 장치(100) 내에 설치해 둔다. 편광 방위각 조정 장치(30)로부터 출사된 레이저 광(2)은 반사 미러(6)를 통하여 빔 가변부(5)로 안내된다.
빔 가변부(5)는 레이저 광(2)을 원하는 빔 지름으로 가변시키는 장치이다. 빔 가변부(5)에서 빔계(beam系)가 변화된 레이저 광(2)은 마스크(4)로 안내된다. 마스크(4)는 가공 구멍을 원하는 크기, 형상으로 가공하기 위해서, 입사하는 레이저 광(2)으로부터 필요한 부분의 레이저 광(2)을 잘라낸다. 마스크(4)에서 정형된 레이저 광(2)은 반사 미러(6)를 통하여 편광 빔 스플리터(7)로 안내된다.
편광 빔 스플리터(7, 분광용 편광 빔 스플리터)는 빔 모양의 1개의 레이저 광(2)을 2개의 레이저 광(8A, 8B)으로 분광하는 빔 스플리터 등의 편광자이다. 편광 빔 스플리터(7)는 레이저 광(2)의 P파 성분을 투과시키고, S파 성분을 반사하는 성질을 가지고 있다.
편광 빔 스플리터(7)를 투과한 일측의 레이저 광(8A)은 편광 방위각(9A)의 레이저 광(8A)으로서 XY 테이블(12A) 상의 피가공물(13A)로 안내되는 레이저 광이다. 또, 편광 빔 스플리터(7)에서 반사한 타측의 레이저 광(8B)은 편광 방위각(9B)의 레이저 광(8B)으로서 XY테이블(12B) 상의 피가공물(13B)로 안내되는 레이저 광이다. 편광 빔 스플리터(7)에서 분광된 레이저 광(8A)은 반사 미러(6)를 통하여 갈바노 스캐너(10Ax, 10Ay)로 안내된다. 또, 편광 빔 스플리터(7)에서 분광된 레이저 광(8B)은 반사 미러(6)를 통하여 갈바노 스캐너(10Bx, 10By)로 안내된다.
갈바노 스캐너(10Ax)는 피가공물(13A)에 대한 레이저 광(8A)의 조사 위치를 X방향으로 이동시키고, 갈바노 스캐너(10Ay)는 피가공물(13A)에 대한 레이저 광(8A)의 조사 위치를 Y방향으로 이동시킨다. 또, 갈바노 스캐너(10Bx)는 피가공물(13B)에 대한 레이저 광(8B)의 조사 위치를 X방향으로 이동시키고, 갈바노 스캐너(10By)는 피가공물(13B)에 대한 레이저 광(8B)의 조사 위치를 Y방향으로 이동시킨다. 갈바노 스캐너(10Ax)와 갈바노 스캐너(10Ay)에서 2축 방향으로 주사된 레이저 광(8A)은 fθ렌즈(11A)로 안내된다. 또, 갈바노 스캐너(10Bx)와 갈바노 스캐너(10By)에서 2축 방향으로 주사된 레이저 광(8B)은 fθ렌즈(11B)로 안내된다.
fθ렌즈(11A, 11B)는 각각 레이저 광(8A, 8B)을 XY 테이블(12A, 12B) 상에 놓여진 피가공물(13A, 13B)에 집광시키는 렌즈이다. XY 테이블(12A, 12B)은 가공 워크(work) 등의 피가공물(13A, 13B)이 놓이고, 또한, X방향과 Y방향의 2축 방향으로 이동한다.
다음에, 편광 방위각 조정 장치(30)에 대해서 설명한다. 도 2는 실시 형태에 관한 편광 방위각 조정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또, 도 3은 편광자와 편광 방위각의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는 편광자(14)의 단면도를 나타내고 있다. 편광 방위각 조정 장치(30)는 편광자(14)와, 복수매의 반사 미러(도 2에서는, 반사 미러(15)가 2매인 경우를 도시)와, 댐퍼(16)를 가지고 있으며, 이것들이 케이스(35) 내에 격납되고 있다.
편광자(14)는 입사한 레이저 광(2)의 편광 방위각(2c)의 성분(P파 편광 성분)을 투과시키고, 편광 방위각(2b)의 성분(S파 편광 성분)을 반사하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 편광자(14)에 입사하는 레이저 광(2)의 편광 방위각이 편광 방위각(2b)과 동일하면 레이저 광(2)을 모두 반사하고, 편광자(14)에 입사하는 레이저 광의 편광 방위각이 편광 방위각(2c)과 동일하면 레이저 광(2)을 모두 투과시킨다.
편광자(14)로는 편광 방위각(2a)을 가진 직선 편광의 레이저 광(2)이 레이저 발진기(1)로부터 입사된다. 편광자(14)는 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S1)을 반사해 광로 하류측으로 안내한다. 또, 편광자(14)는 레이저 광(2)의 P파 편광 성분 (P1)을 투과시켜 댐퍼(16)로 안내한다. 편광 방위각 조정 장치(30)는 편광자(14)에서 반사하는 S파 편광 성분(S1)을 레이저 가공 장치(100)의 광로 하류로 전파시킨다.
반사 미러(15)는 편광자(14)에서 반사된 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S1)을 반사해 편광 방위각 조정 장치(30)의 출사 측으로 안내하는 미러이다. 반사 미러(15)는 편광 방위각 조정 장치(30)에 입사해 온 레이저 광(2)의 광축과 편광 방위각 조정 장치(30)로부터 출사되는 레이저 광(2)의 광축이 동축(同軸)이 되도록 배치되어 있다. 댐퍼(16)는 편광자(14)를 투과한 레이저 광(2)의 P파 편광 성분 (P1)을 받아 들인다. 또, 광학 유닛이라해도 케이스(35)는 레이저 광(2)의 광축(레이저 가공 장치(100)로의 입사축 및 출사축)을 중심으로 회전할 수 있도록 레이저 가공 장치(100)에 대해서 회전 자유자재로 장착되어 있다.
다음에, 레이저 가공 장치(100)의 동작 처리 순서에 대해서 설명한다. 레이저 발진기(1)로부터 안내되어 오는 편광 방위각(2a)의 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S1)은 편광자(14)에서 반사되어 편광 방위각(2a)과는 다른 편광 방위각(2b)으로 편광 방위각이 바뀌어져 마스크(4)로 안내된다. 또, 레이저 광(2)의 P파 편광 성분(P1)은 편광자(14)를 투과한 후 댐퍼(16)에 흡수된다.
마스크(4)에서는 레이저 광(2)의 원하는 부분만을 투과시키는 것에 의해서, 레이저 광(2)을 레이저 가공에 적절한 빔 모드 형상으로 정형한다. 마스크(4)에서 정형된 레이저 광(2)은 1 ~ 복수매의 반사 미러(6)에서 반사되어 편광 빔 스플리터(7)로 안내된다.
편광 빔 스플리터(7)에서는 레이저 광(2)의 P파 편광 성분이 편광 빔 스플리터(7)를 투과해 레이저 광(8A)으로서 출사되고, 레이저 광(2)의 S파 편광 성분이 편광 빔 스플리터(7)에서 반사해 레이저 광(8B)으로서 출사된다. 2개의 피가공물(13A, 13B)의 가공 구멍 품질에 차이를 발생시키지 않도록 하기 위해서는, 레이저 광(8A)의 에너지와 레이저 광(8B)의 에너지가 동일할 것이 필요하다.
이에, 본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30)로부터 출사하는 레이저 광(2)의 편광 방위각(2b)이 편광 빔 스플리터(7)에 대해서 45°의 편광 방위각이 되도록, 편광 방위각 조정 장치(30)를 광축 방향으로 회전 조정해 둔다. 다시 말하면, 편광 빔 스플리터(7)로 입사하는 레이저 광(2)의 S파 편광 성분과 P파 편광 성분이 동일한 크기가 되도록, 편광 방위각 조정 장치(30)에서 레이저 광(2)의 편향 각도(2b)를 조정해 둔다. 이것에 의해, 레이저 광(8A)의 에너지와 레이저 광(8B)의 에너지를 동일하게 하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시 형태에서는, 편광자(14)를 투과하는 P파 편광 성분(P1)을 광로 하류로 안내하는 것이 아니라, 편광자(14)에서 반사한 S파 편광 성분(S1)을 광로 하류로 안내하고 있다. 이 때문에, 편광자(14)의 기판 재료에 의한 투과열의 열렌즈 효과의 영향을 받지않고, 안정된 가공 품질을 제공하는 것이 가능해진다. 열렌즈 효과는, 편광자(14)의 기판 재료(예를 들면, ZnSe 기판) 내를 높은 파워의 레이저 광이 투과했을 경우에, 기판 재료가 국소적으로 온도 상승함으로써 편광자(14)의 굴절률 분포가 생겨, 이것에 의해 편광자(14)가 렌즈의 작용을 하는 현상이다.
도 4는 편광자를 투과하는 P파 성분을 광로 하류로 안내한 경우의 열렌즈 현상을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a)에서는, 열렌즈 현상이 발생하고 있지 않는 경우의 레이저 빔 강도 분포를 나타내고 있다. 또, 도 4의 (b)에서는, 열렌즈 현상이 발생했을 경우의 레이저 빔 강도 분포를 나타내고 있다.
열렌즈 현상이 발생하고 있지 않는 경우, 레이저 발진기(1)로부터 출사된 레이저 광은 레이저 빔 강도 분포(A1)를 가지고 있다. 또, 열렌즈 현상이 발생하고 있는 경우, 레이저 발진기(1)로부터 출사된 레이저 광은 레이저 빔 강도 분포(B1)를 가지고 있다. 레이저 빔 강도 분포(B1)는 레이저 빔 강도 분포(A1)와 동일한 강도 분포를 가진 레이저 광이다.
그리고, 레이저 발진기(1)로부터의 레이저 광은 레이저 광의 P파 편광 성분 (P1)이 편광자(17)를 투과한다. 여기에서의 편광자(17)는 예를 들면 편광 방위각 조정 장치(30)와 같은 위치에 배치되어 있다. 이 때, 열렌즈 현상이 발생하고 있지 않으면, 레이저 빔 강도 분포(A1)의 레이저 광은 편광자(17)를 투과함으로써, 레이저 빔 강도 분포(A2)의 레이저 광이 된다. 또, 열렌즈 현상이 발생하고 있으면, 레이저 빔 강도 분포(B1)의 레이저 광은, 편광자(17)를 투과함으로써, 레이저 빔 강도 분포(A2)와는 다른 레이저 빔 강도 분포(B2)의 레이저 광이 된다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 편광자(17)에 열렌즈 현상이 발생했을 경우, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 편광자(17)에 열렌즈 현상이 발생하고 있지 않는 경우와 비교해서, 마스크(4)에 있어서의 레이저 광의 빔 지름이 바뀌어 버린다. 열렌즈 현상의 정도는 편광자(17)에 입사되는 레이저 광의 파워에 의존하므로, 열렌즈 현상이 발생했을 경우와 발생하지 않는 경우에, 마스크(4)를 투과하는 레이저 광의 빔 에너지가 변화한다. 이 때문에, 열렌즈 현상이 발생했을 경우와 발생하지 않는 경우에, 피가공물에 도달하는 레이저 광의 에너지에 차이가 발생한다. 구체적으로는, 열렌즈 현상이 발생하고 있지 않는 경우는, 레이저 빔 강도 분포(A3)의 레이저 광이 광로 하류로 안내된다. 또, 열렌즈 현상이 발생하고 있는 경우는, 레이저 빔 강도 분포(A3)와는 다른 레이저 빔 강도 분포(B3)의 레이저 광이 광로 하류로 안내된다. 이 결과, 열렌즈 현상이 발생했을 경우와 발생하지 않는 경우에, 피가공물의 가공구멍의 품질에 차이가 발생한다.
한편, 본 실시 형태에서는, 편광자(14)에서 반사하는 S파 편광 성분(S1)을 광로 하류로 안내하므로, 편광자(14, 기판 재료)의 열렌즈 현상의 영향을 받지 않고, 안정된 가공 품질의 가공 구멍을 피가공물(13A, 13B)에 형성하는 것이 가능해진다.
편광 방위각 조정 장치(30)에서는, 입사하는 레이저 광(2) 가운데 편광자(14)에서 투과하는 P파 편광 성분(P1)을 댐퍼(16)에 흡수시키고 있으므로, P파 편광 성분(P1)은 에너지 손실이 된다. 편광 빔 스플리터(7)로부터 출사하는 레이저 광(8A)과 레이저 광(8B)의 에너지가 동일해지도록, 편광 방위각 조정 장치(30)를 회전 조정한 후의 편광 방위각(2b)과 편광 방위각 조정 장치(30)에 입사하는 레이저 광(2)의 편광 방위각(2a)과 동일하면, 편광자(14)에서 레이저 광(2)이 전부 반사되어, 댐퍼에서 흡수되지 않기 때문에, 에너지 손실은 없고 광로 하류로 레이저 광(2)이 안내된다. 이 때문에, 편광 방위각(2a)와 편광 방위각(2b)이 거의 같아지도록, 편광 방위각 조정 장치(30)보다도 광로 상류의 1 ~ 복수의 반사 미러(6)를 배치해 두면, 에너지 손실을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 편광 빔 스플리터(7)로 입사하는 레이저 광(2)의 S파 편광 성분과 P파 편광 성분이 동일한 크기가 되는 편광 방위각(2b)에서 레이저 광(2)을 출사하도록 편광 방위각 조정 장치(30)를 회전시킴과 아울러, 편광 방위각(2a)이 편광 방위각(2b)에 가까워지도록 편광 방위각 조정 장치(30)보다도 광로 상류의 반사 미러(6)를 배치해 둔다
또, 본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30)에서, 편광 방위각 조정 장치(30)에 입사하는 레이저 광(2)과 편광 방위각 조정 장치(30)로부터 출사되는 레이저 광(2)이 동축(同軸)이 되도록 편광자(14) 및 반사 미러(15)를 배치하고 있다. 다시 말하면, 편광 방위각 조정 장치(30, 광학 유닛)를 입사광축을 중심으로하여 회전시켰을 경우에 입사광축 및 출사광축의 광축 방향이 회전 전 그대로 유지되도록, 편광자(14) 및 반사 미러(15)가 배치되어 있다. 이것에 의해, 편광 방위각 조정 장치(30)를 회전 조정했을 경우라도 광축에 어긋남이 생기지 않기 때문에, 가공 품질이 열화하지 않는다.
이와 같이, 편광 방위각 조정 장치(30)에 입사하는 레이저 광(2) 중 편광자(14)에서 반사하는 S파 편광 성분(S1)을 광로 하류로 전파시키므로, 편광자(14)의 열렌즈 현상의 영향을 받지 않고 안정된 레이저 가공을 실시하는 것이 가능해진다. 또, 1개의 편광자(14)와 적어도 2개의 광학 소자(15, 반사 미러)를, 편광 방위각 조정 장치(30)로의 입사광축과 출사광축이 동축(同軸)이 되도록 광학 유닛을 구성하고 있으므로, 편광 방위각을 조정하기 위해서 광축 중심으로 광학 유닛을 회전 조정해도 광축에 어긋남이 생기지 않는다. 이 때문에, 안정된 레이저 가공을 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30)를 레이저 광(2)을 2개로 분광하고, 2개의 XY 테이블(12A, 12 B) 상에서 동시에 2개의 피가공물(13A, 13B)의 가공을 실시하는 레이저 가공 장치(100)에 적용하는 경우에 대해서 설명했지만, 편광 방위각 조정 장치(30)를 다른 구성을 가진 레이저 가공 장치에 적용해도 좋다.
예를 들면, 레이저 광(2)을 2개로 분광하고, 2개의 XY 테이블(12A, 12B) 상에서 동시에 2개의 피가공물(13A, 13B)의 가공을 실시하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 실시 형태는 이 구성으로 한정되지 않는다.
예를 들면, 레이저 광(2)을 3개 이상으로 분광하고, 3개 이상의 XY 테이블 상에서 동시에 3개 이상의 피가공물을 동시에 레이저 가공하는 레이저 가공 장치에 편광 방위각 조정 장치(30)을 적용해도 좋다.
또, 1개의 XY 테이블에 복수의 피가공물을 놓고, 아울러, 레이저 광(2)을 복수로 분광해 각 피가공물을 동시에 레이저 가공하는 레이저 가공 장치에 편광 방위각 조정 장치(30)를 적용해도 좋다.
또, 1개의 구동계에 복수의 XY 테이블을 설치하고, 아울러, 레이저 광(2)을 복수로 분광해, 각 XY 테이블 상에 놓인 피가공물을 동시에 레이저 가공하는 레이저 가공 장치에 편광 방위각 조정 장치(30)를 적용해도 좋다.
또, 1개의 XY 테이블에 1개의 피가공물을 놓고, 아울러, 레이저 광(2)을 복수로 분광해, 복수의 레이저 빔에 의해서 피가공물의 복수 개소를 동시에 레이저 가공하는 레이저 가공 장치에 편광 방위각 조정 장치(30)를 적용해도 좋다.
또, 본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30)의 각 구성요소(편광자(14), 반사 미러(15), 댐퍼(16))가 케이스(35) 내에 격납되고 있는 경우에 대해서 설명했지만, 편광 방위각 조정 장치(30)의 각 구성요소는 케이스(35) 내에 격납할 필요는 없다. 편광 방위각 조정 장치(30)의 각 구성요소를 케이스(35) 내에 격납하지 않는 경우라도, 각 구성요소를 접속함으로써 1개의 광학 유닛으로 구성해 둔다. 그리고, 광학 유닛을 레이저 광(2)의 광축을 중심으로 회전할 수 있도록 레이저 가공 장치(100) 내에 설치해 둔다.
또, 본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30) 내에 반사 미러(15)가 2매 배치되어 있는 경우에 대해서 설명했지만, 편광 방위각 조정 장치(30) 내에 배치하는 반사 미러(15)의 매수는 3매 이상이어도 좋다. 이 경우도, 편광 방위각 조정 장치(30)에 입사하는 레이저 광(2)과 편광 방위각 조정 장치(30)로부터 출사하는 레이저 광(2)이 동축(同軸)이 되도록 반사 미러(15)를 배치해 둔다. 또, 편광 방위각 조정 장치(30)는, 도 1에 도시된 위치에 배치하는 경우에 한정하지 않고, 편광 빔 스플리터(7) 보다도 전단(광로 상류측)이면, 어느 위치에 배치해도 좋다.
또, 본 실시 형태에서는, 광학 유닛마다 편광자(14)와 반사 미러(15)를 회전시키는 경우에 대해서 설명했지만, 편광자(14)와 반사 미러(15)를 독립해서 회전시켜도 좋다. 이 경우도, 편광자(14) 및 반사 미러(15)를 회전시키는 편광 방위각 조정 장치(30)로의 입사광축과 출사광축과의 광축이 동축(同軸)이 되도록 편광자(14)와 반사 미러(15)를 회전시킨다.
또, 본 실시 형태에서는, 편광 방위각 조정 장치(30)로부터 편광자(14)를 반사하는 S파 편광 성분을 출사시켰지만, 편광자의 투과열렌즈에 의한 영향이 없는 경우, 편광자(14)를 투과하는 P파 편광 성분을 출사시켜도 좋다. 도 5는 편광자를 투과하는 P파 편광 성분을 출사하는 편광 방위각 조정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5의 각 구성요소 중 도 2에 도시한 편광 방위각 조정 장치(30)와 동일 기능을 달성하는 구성요소에 대해서는 동일 번호를 부여하고, 중복하는 설명은 생략한다.
편광 방위각 조정 장치(31)는 편광자(14)와, 복수매의 반사 미러(도 5에서는, 2매의 반사 미러(15)를 도시)와, 댐퍼(16)를 가지고 있고, 이들이 케이스(35) 내에 격납되어 있다.
편광자(14)는 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S2)을 반사해 댐퍼(16)로 안내한다. 또, 편광자(14)는 레이저 광(2)의 P파 편광 성분(P2)을 투과시켜 광로 하류측으로 안내한다. 반사 미러(15)는 편광자(14)를 투과한 레이저 광(2)의 P파 편광 성분(P2)을 반사해 편광 방위각 조정 장치(31)의 출사 측으로 안내한다. 반사 미러(15)는 편광 방위각 조정 장치(31)에 입사해 온 레이저 광(2)의 광축과 편광 방위각 조정 장치(31)로부터 출사되는 레이저 광(2)의 광축이 동축(同軸)이 되도록 배치되어 있다. 댐퍼(16)는 편광자(14)에서 반사한 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S2)을 받아 들인다. 이 구성에 의해, 편광 방위각 조정 장치(31)는 편광 방위각 조정 장치(30)와 마찬가지로, 레이저 광(8A)의 에너지와 레이저 광(8B)의 에너지가 동일해지도록 레이저 광(2)을 출사한다. 이것에 의해, 편광 방위각 조정 장치(31)로부터 P파 편광 성분(P2)을 출사하는 경우에, 편광 방위각을 조정하기 위해서 광축 중심으로 광학 유닛을 회전 조정해도 광축에 어긋남이 생기지 않는다.
이와 같이 실시 형태에 의하면, 편광 방위각 조정 장치(30)에 의해서 레이저 광(2)의 S파 편광 성분(S1)을 광로 하류로 안내하고 있으므로, 편광자(14)의 열렌즈 현상에 의한 영향을 받지 않고 레이저 가공을 실시하는 것이 가능해진다. 또, 편광 방위각 조정 장치(30)를 1개의 광학 유닛으로 구성해, 레이저 광의 광축 방향으로 회전 자유자재로 장착되고 있으므로, 레이저 광(2)의 광축 방향을 바꾸는 일 없이 편광 방위각을 조정하는 것이 가능해진다. 따라서, 피가공물(13A, 13B)로의 안정된 레이저 가공을 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 편광 방위각 조정 장치 및 레이저 가공 장치는 레이저 가공에 이용하는 레이저 광의 편광 방위각의 조정에 적합하고 있다.
1　레이저 발진기 　 2, 8A, 8B　레이저 광
2a ~ 2c, 9A, 9B　편광 방위각 　 4　마스크
6　반사 미러 　 7　편광 빔 스플리터
12A, 12B　XY테이블 　 13A, 13B　피가공물
14　편광자 　 15　반사 미러
16　댐퍼 　 30, 31 편광 방위각 조정 장치
35　케이스 　 100　레이저 가공 장치

Claims (4)

  1. 입사해 오는 레이저 광의 P파 편광 성분을 투과시킴과 아울러, 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하는 편광자와,
    상기 편광자에서 반사된 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하여 광로의 하류측으로 안내하는 적어도 2개의 반사 광학 소자를 가지고,
    상기 P파 편광 성분을 흡수하고 또한 상기 S파 편광 성분을 광로의 하류측으로 출사하며,
    상기 레이저 광의 입사광축과 상기 레이저 광의 출사광축이 동축(同軸)이고 또한 상기 입사광축을 중심으로 하여 회전시켰을 경우에 상기 입사광축 및 상기 출사광축의 광축 방향이 유지되도록, 상기 편광자와 상기 반사 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 방위각 조정 장치.
  2. 레이저 광을 출사하여 피가공물을 레이저 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서,
    상기 레이저 광을 출사하는 광원으로부터 상기 피가공물까지의 광로 상에, 상기 레이저 광의 편광 방위각을 조정함과 아울러 P파 편광 성분을 흡수하고 또한 S파 편광 성분을 광로의 하류측으로 출사하는 편광 방위각 조정 장치를 구비하며,
    상기 편광 방위각 조정 장치는,
    입사해 오는 상기 레이저 광의 P파 편광 성분을 투과시킴과 아울러, 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하는 편광자와,
    상기 편광자에서 반사된 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하여 광로의 하류측으로 안내하는 적어도 2개의 반사 광학 소자를 가짐과 아울러,
    상기 편광 방위각 조정 장치로의 상기 레이저 광의 입사광축과 상기 편광 방위각 조정 장치로부터의 상기 레이저 광의 출사광축이 동축이며 또한 상기 편광 방위각 조정 장치를 상기 입사광축을 중심으로 하여 회전시켰을 경우에 상기 입사광축 및 상기 출사광축의 광축 방향이 유지되도록, 상기 편광자와 상기 반사 광학 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 편광 방위각 조정 장치로부터 상기 피가공물까지의 광로 상에, 상기 레이저 광을 2개의 레이저 광으로 분광하는 분광부를 더 가지고,
    상기 편광 방위각 조정 장치는 상기 편광 방위각 조정 장치로부터 출사하는 레이저 광의 편향 각도가 상기 분광부에 대해서 45°의 편광 방위각이 되도록 상기 입사광축을 중심으로하여 회전되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  4. 입사해 오는 레이저 광의 P파 편광 성분을 투과시킴과 아울러, 상기 레이저 광의 S파 편광 성분을 반사하는 편광자와,
    상기 편광자를 투과한 상기 레이저 광의 P파 편광 성분을 반사하여 광로의 하류측으로 안내하는 적어도 2개의 반사 광학 소자를 가지고,
    상기 S파 편광 성분을 흡수하고 또한 상기 P파 편광 성분을 광로 하류측으로 출사하며,
    상기 레이저 광의 입사광축과 상기 레이저 광의 출사광축이 동축이고 또한 상기 입사광축을 중심으로 하여 회전시켰을 경우에 상기 입사광축 및 상기 출사광축의 광축 방향이 유지되도록, 상기 편광자와 상기 반사 광학 소자가 배치되어 있는 것 특징으로 하는 편광 방위각 조정 장치.
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