KR101287982B1 - Laser beam machining method and apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것으로서, 복수개의 파장을 전환하여 레이저 가공을 행하는 경우에 레이저광의 이용 효율을 개선함으로써, 효율적으로 피가공물을 가공하는 것이 가능한 레이저 가공 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a laser processing method and apparatus, and to provide a laser processing method and apparatus capable of efficiently processing a workpiece by improving the utilization efficiency of laser light when performing laser processing by switching a plurality of wavelengths. The purpose.
본 발명은, 레이저광 L2, L3를 발생하는 레이저 발진기(1)로부터, 복수개의 마이크로 미러가 규칙적으로 배열된 마이크로 미러 어레이(7)를 향하여 조사하고, 피가공물(15)의 가공 패턴에 대응하는 단면 형상을 가지는 변조광 LM으로 변환하고, 조사 광학계(20)를 통하여 피가공물(15)에 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 조사 광학계(2O)의 광축(2O2)을, 레이저광 L2, L3에 의해 마이크로 미러 어레이(7)에서 발생하는 회절광의 방향과 대략 일치시킨다.The present invention is irradiated from the laser oscillator 1 generating the laser beams L 2 , L 3 toward the micro mirror array 7 in which a plurality of micro mirrors are regularly arranged and applied to the processing pattern of the workpiece 15. A laser processing method of converting into a modulated light L M having a corresponding cross-sectional shape and irradiating the workpiece 15 through an irradiation optical system 20 to perform laser processing, wherein the optical axis 20 of the irradiation optical system 20 is The laser beams L 2 and L 3 approximately coincide with the direction of diffracted light generated in the micromirror array 7.
레이저광, 변조광, 고조파, 회절, 편향, 조사, 경사각, 마이크로 미러, 피가공물, 가공 Laser light, modulated light, harmonics, diffraction, deflection, irradiation, tilt angle, micromirror, workpiece, processing
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 개략적인 구성에 대하여 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.1 is an explanatory diagram for schematically illustrating a schematic configuration of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 사용하는 능동 광학 소자 근방의 광로를 모식적으로 설명하기 위한 광로 설명도이다.2 is an optical path explanatory diagram for schematically illustrating an optical path in the vicinity of an active optical element used in a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 능동 광학 소자로부터 출사되는 회절광의 회절 방향에 대하여 설명하기 위한 각도 분포도이다.3 is an angle distribution diagram for explaining the diffraction direction of diffracted light emitted from the active optical element of the laser processing apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 광로 설정의 일례에 대하여 모식적으로 설명하기 위한 광로 설명도이다.4 is an optical path explanatory diagram for schematically explaining an example of the optical path setting of the laser processing method according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.5 is an explanatory diagram for schematically illustrating a laser processing method according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.6 is an explanatory diagram for schematically illustrating a laser processing method according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.7 is an explanatory diagram for schematically illustrating a laser machining method according to a third embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 가공 방법을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.8 is an explanatory diagram for schematically illustrating a laser machining method according to a fourth embodiment of the present invention.
도 9는 파장을 전환할 수 있는 레이저 가공 장치에서의 회절광의 각도 분포의 일례에 대하여 설명하기 위한 각도 분포도이다. It is an angle distribution diagram for demonstrating an example of the angle distribution of the diffracted light in the laser processing apparatus which can switch a wavelength.
일본국 특공평 8-174242호 공보Japanese Patent Application Publication No. 8-174242
본 발명은, 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 레이저광을 조사(照射)함으로써 피가공물의 지정 영역의 제거, 절단 등을 행하는 레이저 가공 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a laser processing method and apparatus. For example, it is related with the laser processing method and apparatus which remove | eliminate, cut | disconnect, etc. the designated area | region of a to-be-processed object by irradiating a laser beam.
본원은, 2005년 6월 17일에 출원된 일본국 특원 2005-178286호 및 2005년 6월 28일인 출원된 일본국 특원 2005-187829호에 기초하여 그 우선권을 주장하는 것이며, 상기 출원에 기재된 모든 내용을 본 발명에서 원용한다.This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2005-178286 for which it applied on June 17, 2005, and Japanese Patent Application No. 2005-187829 for which it applied on June 28, 2005. The contents are used in the present invention.
종래에, 레이저광을 피가공물의 원하는 영역에 조사함으로써 가공을 행하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 즉, 액정 디스플레이 등을 제조 시에, 유리 기판 상의 배선 패턴이나, 노광에 사용하는 포토마스크에 존재하는 불필요한 잔류물 등의 결함부를 수정하는 수단으로서, 레이저 리페어(laser repair) 장치가 알려져 있다.Conventionally, the laser processing apparatus which processes by irradiating a laser beam to the desired area | region of a to-be-processed object is known. That is, a laser repair apparatus is known as a means of correct | amending defect parts, such as the wiring pattern on a glass substrate and the unnecessary residue which exists in the photomask used for exposure, at the time of manufacturing a liquid crystal display etc.
이들 레이저 가공 장치는, 레이저광의 조사 영역의 크기를 가변 직사각형 개구 등으로 규정하고 있었지만, 최근, 마이크로 미러 어레이 등의 공간 변조 소자를 사용한 장치도 알려져 있다.Although these laser processing apparatuses prescribed | regulated the magnitude | size of the irradiation area of a laser beam by a variable rectangular opening etc., the apparatus which used spatial modulation elements, such as a micro mirror array, is also known recently.
예를 들면, 일본국의 일본국 특공평 8-174242호 공보(3 ∼(4) 페이지, 도 1 ∼ 도 2)에는, 레이저원과 피가공물을 탑재하는 가공 테이블과, 미소 미러 어레이(마이크로 미러 어레이)를 구비하고, 미소 미러 어레이의 복수개의 미러 편의 각도를, ON/OFF 제어함으로써 전환하여, 피가공물에 임의의 패턴 형상을 형성하는 레이저 가공 장치가 기재되어 있다.For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-174242 (
이들 레이저 가공 장치에 사용되는 레이저의 파장은, 가공 대상에 의해 적절한 파장이 선택된다. 예를 들면, 레이저 리페어 장치에서는, 금속 막의 수정에는 가시 대역 ~ 적외선 대역, 투명막에는 자외선 대역처럼 피가공물에 흡수되기 쉬운 파장이 사용된다. 파장을 전환하기 위하여, 복수개의 레이저를 구비한 장치나, 하나의 기본 파장의 레이저의 복수개의 고조파를 전환할 수 있는 장치 등이 존재한다.As for the wavelength of the laser used for these laser processing apparatuses, an appropriate wavelength is selected by a process target. For example, in the laser repair apparatus, wavelengths which are easily absorbed by the workpiece, such as visible band to infrared band, and transparent band, are used for the modification of the metal film. In order to switch wavelengths, there exist an apparatus provided with the some laser, the apparatus which can switch the some harmonic of the laser of one fundamental wavelength, etc.
그러나, 상기 문헌과 같이 마이크로 미러 어레이 등의, 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열된 능동 광학 소자를 사용한 레이저 가공 장치에 의해, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 사용한 레이저 가공을 행하는 경우, 단지 파장을 변경할 뿐이지만 레이저광의 이용 효율을 저하시키는 현상이 발생하는 문제점이 있다.However, in the case of performing laser processing using laser light having a plurality of wavelengths by a laser processing apparatus using an active optical element in which a plurality of active optical elements, such as a micro mirror array, are regularly arranged as in the above-mentioned document, only wavelength Although only changes are made, there is a problem that a phenomenon of lowering the utilization efficiency of laser light occurs.
마이크로 미러 어레이를 사용한 레이저 가공 장치에서는, 마이크로 미러 어레이의 상을 현미경으로 피가공물 상에 축소하여 투영한다. 마이크로 미러 어레이 는 소형 미러를 등 간격으로 배열하는 구조이므로, 거기로부터 반사된 레이저광은 복수개의 회절광으로 나누어진다. 그러나, 일반적으로 현미경의 뒤쪽 개구수는 작으므로, 복수개로 나뉜 회절광을 모두 입사할 수는 없다.In the laser processing apparatus using a micro mirror array, the image of a micro mirror array is reduced and projected on a workpiece with a microscope. Since the micro mirror array has a structure in which the small mirrors are arranged at equal intervals, the laser light reflected therefrom is divided into a plurality of diffracted light beams. However, in general, since the numerical aperture behind the microscope is small, it is impossible to enter all the diffracted light divided into a plurality.
이에 따라, 복수개의 파장을 전환하는 레이저 가공 장치에서는, 문제가 발생하는 경우가 있다. 이에 대하여, 도 9를 참조하여 설명한다.Accordingly, a problem may occur in the laser processing apparatus that switches the plurality of wavelengths. This will be described with reference to FIG. 9.
도 9는, YAG 레이저의 제2 고조파(파장 λ2 = 532nm)와 제3 고조파(파장 λ3 = 354.7nm)를 전환되는 레이저 가공 장치에서의 회절광의 각도 분포의 예이다. 즉, 마이크로 미러 어레이를 반사한 회절광의 각도 분포(α, β)를 입사하는 현미경의 광축(502)을 중심으로 한 각도 평면(501)에 플롯(plot)한 것이다.9 is an example of the angular distribution of diffracted light in the laser processing apparatus in which the second harmonic (wavelength lambda 2 = 532 nm) and the third harmonic (wavelength lambda 3 = 354.7 nm) of the YAG laser are switched. That is, the angle distributions α and β of the diffracted light reflected by the micromirror array are plotted on the
파장 λ3에서는, 도면에서 ×표로 나타낸 바와 같이, 광축(502)의 가까이에 하나의 회절 차수(504)가 있다. 레이저광의 조사 영역에 해당하는 소형 미러는, 광축(502)의 방향으로 레이저광을 반사하도록 기울어져 있으므로, 광축(502)에 가까운 회절 차수(504)가 유일하게 큰 강도를 가지는 회절광이 된다. 상기 회절 차수(504)는, 현미경의 후측각 개구(503)의 범위 내에 있으므로, 레이저광의 강도를 효과적으로 피가공물에 조사하는 것이 가능하다.At the wavelength λ 3, there is one
한편, 파장을 λ2로 전환하면, 도시한 원으로 나타낸 바와 같이, 광축(5O2) 근처에 회절 차수가 없고, 같은 각도만큼 떨어진 위치에 4개의 회절 차수(505)가 존재하고 있다. 그러므로, 이들 복수개의 회절 차수(505)에 레이저의 강도가 분산하고, 또한 현미경의 후측각 개구(503)에 입사하지 않게 된다. 현미경에 대한 입 사각을 바꾸어, 하나의 회절 차수를 입사시킬 수 있지만, 그렇게 하여도 레이저광의 이용 효율은 개선되지 않는다.On the other hand, when the wavelength is switched to λ 2 , as shown by the circle shown in the figure, there are no diffraction orders near the optical axis 50, and four
본 발명은, 전술한 바와 같은 과제를 해결함으로써, 복수개의 파장을 전환하여 레이저 가공을 행하는 경우에 레이저광의 이용 효율을 개선할 수 있고, 이로써 효율적으로 피가공물을 가공하는 것이 가능한 레이저 가공 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This invention can improve the utilization efficiency of a laser beam, and can process a to-be-processed object efficiently by performing a laser processing by switching a several wavelength by solving the above-mentioned subject. The purpose is to provide.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 레이저 가공 방법은, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 발생하는 레이저 광원으로부터, 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열된 능동 광학 소자를 향하여 상기 레이저광을 조사하고, 상기 레이저광을 피 가공물의 가공 패턴에 대응하는 단면 형상을 가지는 변조광으로 변환하며, 상기 변조광을 변조광 조사 광학계에 의하여 피가공물에 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 상기 복수개의 파장의 회절광의 방향이, 상기 변조광 조사 광학계의 광축의 방향과 대략 일치하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the said subject, the laser processing method of this invention irradiates the said laser beam from the laser light source which generate | occur | produces the laser beam which has a some wavelength toward the active optical element in which the some active optical element was regularly arranged. And converting the laser light into a modulated light having a cross-sectional shape corresponding to the processing pattern of the workpiece, and irradiating the workpiece with a modulated light irradiation optical system to perform laser processing. The direction of the diffracted light of the plurality of wavelengths generated in the active optical element by the laser light having two wavelengths is substantially coincident with the direction of the optical axis of the modulated light irradiation optical system.
본 발명에 의하면, 레이저광의 파장을 전환하여도, 변조광이 하나의 회절 방향을 따르는 방향으로 반사되어 변조광 조사 광학계에 입사한다. 그러므로, 파장을 전환하여도, 이용 효율이 양호한 레이저광을 피가공물에 조사하는 것이 가능하다.According to the present invention, even when the wavelength of the laser light is switched, the modulated light is reflected in the direction along one diffraction direction and enters the modulated light irradiation optical system. Therefore, even if the wavelength is switched, it is possible to irradiate the workpiece with laser light having good use efficiency.
본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 변조광 조사 광학계의 광축을, 상 기 복수개의 파장을 가지는 각 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 회절광의 회절 방향 중, 상기 복수개의 파장인 대략 공통되는 방향으로 대략 일치시켜도 된다.In the laser processing method of the present invention, the optical axis of the modulated light irradiation optical system is substantially common among the diffraction directions of the diffracted light generated in the active optical element by the respective laser beams having the plurality of wavelengths. You may make it substantially correspond to a direction.
또, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광을, 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파로부터 형성하는 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing method of this invention, it is preferable to form the laser beam which has the said some wavelength from several harmonics by one laser light source.
이 경우에, 하나의 레이저 광원의 복수개의 고조파는, 각각의 파장이 정수비의 관계이므로, 각각의 파장에 완전하게 공통되는 회절 방향이 존재한다. 그러므로, 파장 전환 시의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.In this case, the plurality of harmonics of one laser light source have diffraction directions that are completely common to the respective wavelengths because each wavelength is related to the integer ratio. Therefore, the utilization efficiency at the time of wavelength conversion can be improved.
또한, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광을, 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing method of this invention, it is preferable to form the laser beam which has the said some wavelength by the some laser light source from which a wavelength differs.
이 경우에, 피가공물의 파장 흡수 특성에 따라 최적인 파장을 설정할 수 있으므로 가공 효율을 향상시킬 수 있다.In this case, since the optimum wavelength can be set according to the wavelength absorption characteristic of the workpiece, the processing efficiency can be improved.
또한, 본 발명의 레이저 가공 방법에서는, 상기 능동 광학 소자가, 상기 복수개의 능동 광학 요소로서, 경사각이 전환 가능하게 설치된 복수개의 소형 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이인 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing method of this invention, it is preferable that the said active optical element is a micromirror array provided with the some small mirror in which the inclination angle was switchable as said plurality of active optical elements.
또한, 본 발명의 마이크로 미러 어레이를 구비한 레이저 가공 방법에서는, 상기 레이저광을 상기 변조광으로서 반사하는 온 상태에서, 상기 소형 미러의 경사각이, 상기 변조광을 상기 변조광 조사 광학계의 광축 방향으로 반사하도록 설정하는 것이 바람직하다 In addition, in the laser processing method provided with the micromirror array of this invention, in the on state which reflects the said laser beam as said modulated light, the inclination angle of the said small mirror has the said modulated light in the optical axis direction of the said modulated light irradiation optical system. It is desirable to set it to reflect
이 경우에, 변조광이 반사되는 방향이, 변조광 조사 광학계의 광축 방향과 일치하므로, 복수개의 파장인 대략 공통되는 회절 방향과 일치한다. 그러므로, 소형 미러에 의한 정반사 방향과 회절 방향이 일치하므로, 변조광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.In this case, since the direction in which the modulated light is reflected coincides with the optical axis direction of the modulated light irradiation optical system, it coincides with a substantially common diffraction direction which is a plurality of wavelengths. Therefore, since the specular reflection direction by the small mirror and the diffraction direction coincide, the utilization efficiency of modulated light can be improved.
또한, 본 발명의 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파(高調波)로부터 형성하는 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제uk 고조파(uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)라 할 때, 상기 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 상기 복수개의 고조파의 각각의 회절 차수가, (uk·mx, uk·my)차(단, mx, my는 정수)인 방향으로 설정하는 방법으로하는 것이 바람직하다.Further, in the laser processing method of forming a laser beam having a plurality of wavelengths of the present invention from a plurality of harmonics by one laser light source, the plurality of harmonics are n (n ≧ 2) u's. k harmonics when La (u k are mutually different integers, k = 1, 2, ··· , n), as the diffraction direction common to the plurality of wavelengths, each of the diffraction orders of the plurality of harmonics, (u k M x , u k · m y ), where m x and m y are integers.
이 경우에, 변조광 조사 광학계의 광축을(uk·mx, uk·my) 차의 회절 차수의 방향에 맞추므로, 하나의 레이저 광원에 의한 복수개의 고조파로부터 형성하는 레이저광의 회절 방향을 정확하게 일치시킬 수 있다.In this case, since the optical axis of the modulated light irradiation optical system is aligned with the direction of the diffraction orders of (u k · m x , u k · m y ), the diffraction direction of the laser light formed from a plurality of harmonics by one laser light source Can match exactly.
또한, 본 발명의 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 레이저 가공 방법에서는, 상기 복수개의 레이저 광원의 파장이, n개(n ≥ 2)의 λuk (uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)이며, 일정 파장 λ에 대해서, λuk가, 대략 (λ/uk)일 때, 상기 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광의 각각의 회절 차수가, (uk·mx, uk·my)차(단, mx, my는 정수)인 방향으로 설정하는 것이 바람직하다.In the laser processing method of forming a laser light having a plurality of wavelengths of the present invention by a plurality of laser light sources having different wavelengths, the wavelengths of the plurality of laser light sources are n (n? 2) lambda u k (u). k is an integer different from each other, k = 1, 2, ..., n), and as a diffraction direction common to the plurality of wavelengths when λu k is approximately (λ / u k ) for a constant wavelength λ It is preferable that the diffraction orders of the laser beams having the plurality of wavelengths are set in a direction in which (u k · m x , u k · m y ) differences (where m x and m y are integers).
이 경우에, 변조광 조사 광학계의 광축을, 일정 파장 λ에 대해서,λuk가 대략(λ/uk)일 때, (uk·mx, uk·my)차의 회절 차수의 방향으로 맞추므로, 파장이 상이한 복수개의 레이저 광원에 의해 형성하는 레이저광의 회절 방향을 대략 일치시킬 수 있다.An optical axis of in this case, the modulated light irradiation optical system, for a certain wavelength λ, λu when k is one approximately (λ / u k), (u k · m x, u k · m y) direction of the diffraction order of the car Therefore, the direction of diffraction of the laser beams formed by the plurality of laser light sources having different wavelengths can be approximately coincident with each other.
본 발명의 레이저 가공 장치는, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 발생하는 레이저 광원과 복수개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열되어 상기 레이저광을 피가공물의 가공 패턴에 대응한 단면 형상을 가지는 변조광으로 변환하는 능동 광학 소자와, 상기 변조광을 피가공물에 조사하는 변조광 조사 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치로서, 상기 복수개의 파장을 가지는 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 복수개의 파장의 회절광의 방향이, 상기 변조광 조사 광학계의 광축의 방향으로 대략 일치하는 것을 특징으로 한다.In the laser processing apparatus of the present invention, a laser light source for generating laser light having a plurality of wavelengths and a plurality of active optical elements are regularly arranged so that the laser light is modulated light having a cross-sectional shape corresponding to the processing pattern of the workpiece. A laser processing apparatus comprising: an active optical element for converting; and a modulated light irradiation optical system for irradiating the workpiece with the modulated light; a diffraction of a plurality of wavelengths generated in the active optical element by the laser light having the plurality of wavelengths. The direction of the light is substantially coincident with the direction of the optical axis of the modulated light irradiation optical system.
본 발명에 의하면, 본 발명의 레이저 가공 방법을 행하기에 바람직한 장치가 된다. 그러므로, 본 발명의 레이저 가공 방법과 마찬가지의 작용·효과를 가진다.According to this invention, it becomes a preferable apparatus for performing the laser processing method of this invention. Therefore, it has the same effect | action and effect as the laser processing method of this invention.
본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 변조광 조사 광학계의 광축이, 상기 복수개의 파장을 가지는 각 레이저광에 의해 상기 능동 광학 소자에서 발생하는 회절광의 회절 방향 중, 상기 복수개의 파장에 대략 공통되는 방향으로 대략 일치하고 있어도 된다.In the laser processing apparatus of the present invention, a direction in which an optical axis of the modulated light irradiation optical system is substantially common to the plurality of wavelengths among diffraction directions of diffracted light generated in the active optical element by each laser beam having the plurality of wavelengths. It may roughly match with.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 능동 광학 소자가, 상기 복수개의 능동 광학 요소로서, 경사각을 전환하여 상기 레이저광을 편향하는 복수개의 마이크로 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이로 이루어지고, 상기 마이크로 미러의 경사각이, 상기 레이저광을 상기 변조광 조사 광학계의 광축 방향으로 반사하는 각도로 설정된 구성으로 하는 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing apparatus of this invention, the said active optical element consists of a micromirror array provided with the some micromirror which deflects the said laser beam by switching the inclination angle as said plurality of active optical elements, The said micro It is preferable that the inclination angle of the mirror is set to the angle which reflects the said laser beam to the optical axis direction of the said modulated light irradiation optical system.
또한, 변조광이 반사되는 방향이, 변조광 조사 광학계의 광축 방향과 일치하고 있으므로, 복수개의 파장에 대략 공통되는 회절 방향과 일치한다. 그 때문에, 소형 미러에 의한 정반사 방향과 회절 방향이 대략 일치하므로, 변조광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the direction in which the modulated light is reflected coincides with the optical axis direction of the modulated light irradiation optical system, the direction in which the modulated light is reflected coincides with the diffraction direction substantially common to the plurality of wavelengths. Therefore, since the specular reflection direction by the small mirror and the diffraction direction substantially coincide, the utilization efficiency of modulated light can be improved.
본 발명의 레이저 가공 장치는, 레이저 광원에 의해 발생된 레이저광을 적어도 2방향으로 편향 가능한 복수개의 편향 요소가 규칙적으로 배열된 공간 변조 소자와, 상기 변조광 조사 광학계에 대한 상기 레이저 광원 및 상기 공간 변조 소자 중 적어도 어느 하나의 기울기를 변경할 수 있는 회동(回動) 기구를 구비하고, 상기 변조광 조사 광학계는 상기 공간 변조 소자에 의해 상기 적어도 2방향 중 하나의 방향을 따라 편향된 변조광을 피가공물에 조사하고, 상기 회동 기구는 상기 변조광 조사 광학계의 광축에 따라 진행되는 상기 변조광의, 상기 공간 변조 소자에 대한 출사각을 가변으로 해도 된다.The laser processing apparatus of the present invention includes a spatial modulation element in which a plurality of deflection elements capable of deflecting laser light generated by a laser light source in at least two directions are regularly arranged, and the laser light source and the space for the modulated light irradiation optical system. A rotating mechanism capable of changing the inclination of at least one of the modulation elements, wherein the modulated light irradiation optical system is configured to receive the modulated light deflected in one of the at least two directions by the spatial modulation element. Irradiating to the said rotation mechanism, the said rotation mechanism may make the emission angle with respect to the said spatial modulation element of the said modulated light advancing along the optical axis of the said modulated light irradiation optical system variable.
이 구성에 의하면, 회동 기구에 의해 레이저 광원 및 공간 변조 소자 중 적어도 어느 하나의 기울기를 변조광 조사 광학계에 대해서 가변할 수 있고, 그에 따라, 변조광 조사 광학계의 광축을 따라 진행되는 변조광의 공간 변조 소자에 대한 출사각을 변경시킬 수 있다. 그에 따라, 변조광이 공간 변조 소자에 의해 회절되어도, 변조광 조사 광학계의 광축에 따라 진행되는 변조광을 적절한 회절 방향의 것에 맞출 수가 있다. 따라서, 변조광으로서 회절 효율이 높은 광을 변조광 조사 광학계에 입사시킬 수 있다.According to this configuration, the tilting mechanism of at least one of the laser light source and the spatial modulation element can be varied with respect to the modulated light irradiation optical system by the rotation mechanism, and accordingly, the spatial modulation of the modulated light propagated along the optical axis of the modulated light irradiation optical system. You can change the exit angle for the device. Thus, even if the modulated light is diffracted by the spatial modulator, the modulated light traveling along the optical axis of the modulated light irradiation optical system can be matched to the one in the appropriate diffraction direction. Therefore, light having high diffraction efficiency as the modulated light can be incident on the modulated light irradiation optical system.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 회동 기구가, 상기 공간 변조 소자에 대한 상기 레이저 광원의 기울기를 바꾸도록 회동하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing apparatus of this invention, it is preferable to set it as the structure which the said rotation mechanism rotates so that the inclination of the said laser light source with respect to the said space modulation element may be changed.
이 경우에, 회동 기구에 의해, 공간 변조 소자에 대하여, 레이저 광원의 기울기를 변경 가능하므로, 공간 변조 소자가 고정되어 있는 경우에, 공간 변조 소자에 대한 레이저광의 입사각을 바꿀 수 있다. 그러므로, 변조광 조사 광학계의 광축을 따라 진행되는 변조광을, 레이저광의 파장과 공간 변조 소자로 입사되는 입사각에 따라서 적절한 차수의 회절광에 맞출 수 있다. 그에 따라, 회절 효율이 높은 변조광을 변조광 조사 광학계에 입사하는 것이 가능하다.In this case, since the inclination of the laser light source can be changed with respect to the spatial modulation element by the rotation mechanism, the incident angle of the laser light with respect to the spatial modulation element can be changed when the spatial modulation element is fixed. Therefore, the modulated light traveling along the optical axis of the modulated light irradiation optical system can be matched to the diffracted light of the appropriate order in accordance with the wavelength of the laser light and the incident angle incident on the spatial modulation element. Thus, modulated light having high diffraction efficiency can be incident on the modulated light irradiation optical system.
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 변조광 조사 광학계에 대한 상기 공간 변조 소자의 기울기를 변경하도록 회동하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing apparatus of this invention, it is preferable to set it as the structure which rotates so that the inclination of the said space modulation element with respect to the said modulated light irradiation optical system may be changed.
이 경우에, 변조광 조사 광학계에 입사하는 상기 변조광의, 공간 변조 소자에 대한 출사각을 변경 가능하므로, 레이저광의 파장과 공간 변조 소자에 입사하는 입사각에 따라 적절한 차수의 회절광에 맞출 수 있다. 그러므로, 회절 효율이 높은 변조광을 변조광 조사 광학계에 입사하는 것이 가능하다.In this case, since the exit angle of the modulated light incident on the modulated light irradiation optical system with respect to the spatial modulation element can be changed, it is possible to match the diffracted light of an appropriate order according to the wavelength of the laser light and the incident angle incident on the spatial modulator. Therefore, it is possible to enter modulated light having high diffraction efficiency into the modulated light irradiation optical system.
또한, 이와 같은 구성에 더하여서, 회동 기구가 공간 변조 소자에 대한 레이저 광원의 기울기를 변경하도록 회동하는 구성일 경우에는, 이들 회동을 조합함으로써, 변조광 조사 광학계에 입사하는 변조광의 회절 조건을 최적화할 수 있다.In addition to such a configuration, when the rotation mechanism is configured to rotate so as to change the inclination of the laser light source with respect to the spatial modulation element, the combination of these rotations optimizes the diffraction conditions of the modulated light incident on the modulated light irradiation optical system. can do.
또한, 공간 변조 소자의 회동에 맞추어서 레이저 광원을 회동할 수 있도록 하면, 레이저광의 입사각이 일정한 조건 하에서, 변조광의 출사각을 변경할 수 있으므로, 회동 제어가 용이해져서 효율적으로 변조광의 회절 차수를 변경할 수 있다.In addition, if the laser light source can be rotated in accordance with the rotation of the spatial modulation element, the output angle of the modulated light can be changed under a condition in which the incident angle of the laser light is constant, so that the rotation control becomes easy and the diffraction order of the modulated light can be changed efficiently. .
또한, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 회동 기구의 회동 위치 및 상기 레이저광의 파장으로부터, 상기 변조광의 회절 방향을 산출하고, 상기 회절 방향이 상기 변조광 조사 광학계의 광축과 일치하도록 상기 회동 기구를 구동하는 회동 기구 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.Further, in the laser processing apparatus of the present invention, a diffraction direction of the modulated light is calculated from the rotational position of the tilting mechanism and the wavelength of the laser light, and the tilting mechanism is adjusted so that the diffraction direction coincides with the optical axis of the modulated light irradiation optical system. It is preferable to have a rotating mechanism control part for driving.
이 경우에, 회동 기구 제어부에 의해, 변조광의 회절 방향을 산출하고, 해당 회절 방향과 변조광 조사 광학계의 광축을 일치시키는 것이 가능하므로, 자동적으로 회절 효율을 최적화할 수 있다.In this case, since the diffraction direction of the modulated light can be calculated by the tilting mechanism control unit and the optical axis of the modulated light irradiation optical system can be matched, the diffraction efficiency can be automatically optimized.
또한, 본 발명의 상기 회동 기구 제어부를 구비하는 레이저 가공 장치에서는, 상기 레이저 광원이 2개 이상의 상이한 파장의 레이저광을 전환 가능하도록 발생하고, 상기 회동 기구 제어부가 상기 각각의 레이저광의 파장인 공통되는 회절 방향인, 상기 변조광 조사 광학계의 광축을 일치시키도록 하는 것이 바람직하다.Moreover, in the laser processing apparatus provided with the said rotation mechanism control part of this invention, the said laser light source generate | occur | produces so that switching of the laser beam of 2 or more different wavelengths is possible, and it is common that the said rotation mechanism control part is a wavelength of each said laser beam. It is preferable to match the optical axis of the modulated light irradiation optical system, which is a diffraction direction.
이 경우에, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 사용하여 레이저 가공을 행할 때에, 파장을 전환해도 회동 기구를 재조정하지 않고도, 변조광의 회절 효율을 최적인 상태로 할 수 있으므로, 파장을 전환한 레이저 가공을 신속하게 행할 수 있어서, 가공 효율을 향상시킬 수 있다.In this case, when performing laser processing using a laser beam having a plurality of wavelengths, since the diffraction efficiency of the modulated light can be optimized without adjusting the rotation mechanism even if the wavelength is switched, the laser processing with the wavelength switched Can be performed quickly, and the processing efficiency can be improved.
또, 본 발명의 레이저 가공 장치에서는, 상기 공간 변조 소자가, 상기 복수개의 편향 요소로서, 경사각을 전환하여 상기 레이저광을 적어도 2방향으로 편향하는 복수개의 미소 미러를 구비하는 마이크로 미러 어레이로 구성된 것이 바람직하다.In the laser processing apparatus of the present invention, the spatial modulation element is configured as a plurality of micromirror arrays including a plurality of micromirrors that deflect the laser light in at least two directions by switching the inclination angle as the plurality of deflection elements. desirable.
이 경우에, 변조광의 회절 효율을 향상시키기 위하여, 회동 기구에 의해 변조광의 회절 방향을 변조광 조사 광학계의 광축에 일치시키므로, 미소 미러의 경사각이 일정값을 취하는 경우에도, 변조광의 회절 효율을 용이하게 최적화할 수 있어서 고속이면서 고효율의 레이저 가공을 행할 수 있다.In this case, in order to improve the diffraction efficiency of the modulated light, the diffraction direction of the modulated light is made to coincide with the optical axis of the modulated light irradiation optical system by the rotating mechanism, so that even when the inclination angle of the micromirror takes a constant value, the diffraction efficiency of the modulated light is easy. It can be optimized so that high speed and high efficiency laser processing can be performed.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 모든 도면에서, 실시예가 상이한 경우라도, 동일하거나 유사한 부재에sms 동일한 부호를 부여하고, 공통되는 설명은 생략한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing. In all the drawings, even when the embodiments are different, the same or similar members are given the same reference numerals, and common descriptions are omitted.
[제1 실시예] [First Embodiment]
본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다.A laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described.
본 실시예의 레이저 가공 장치(100)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 파장이 각각 λ2, λ3인 레이저광 L2, L3를, 가공 패턴에 따라, 변조광 LM으로서 피가공물(15)상에 조사함으로써 레이저 가공을 행하는 장치이다.The laser processing apparatus of this
피가공물(15)로서는, 예를 들면, 액정 디스플레이 등에 사용되는 유리 기판 이나, 반도체 기판 등을 들 수가 있다. 이들의 경우, 가공 대상은 기판상의 배선 패턴이나 노광(exposure)에 사용하는 포토마스크에 존재하는 불필요한 잔류물 등의 결함부 등을 들 수 있다.As the to-
피가공물(15)은, 특별히 도시하지는 않지만, 필요에 따라, 예를 들면 가공 시 위치를 고정하는 유지 기구, 흡착 기구나, 가공 위_치의 이동을 위한 이동 기구를 구비한 탑재 받침대에 유지되어 있다. 또, 마이크로 다이섹션 장치에 사용하는 경우에는, 세포 등의 생체 시료 등을 들 수가 있다.Although the
레이저광 L2, L3는, 이와 같은 가공 대상의 파장 흡수 특성 등에 따라 전환하여 나누게 되어 있다.The laser beams L 2 and L 3 are switched and divided according to the wavelength absorption characteristics of the processing target.
레이저 가공 장치(100)의 개략적인 구성은, 레이저 발진기(1) (레이저 광원), 평면경(6), 마이크로 미러 어레이(7) (능동 광학 소자), 조사 광학계(20)(변조광 조사 광학계), 및 제어부(16)로 이루어진다.The schematic configuration of the
레이저 발진기(1)는, 펄스 발진의 가공용 레이저 광원이다. 본 실시예에서는, 기본 파장 λ1 = 1.064㎛의 YAG 레이저를 사용하고, 내부에서 고조파 결정을 전환함으로써, 제2, 제3 고조파(각각 파장 λ2 = 532nm, λ3 = 354.7nm)를 전환하여, 각각 레이저광 L2, L3로서, 동일 광로 상에 출사 가능하도록 되어 있다.The
레이저광 L2, L3의 광속 직경은, 후술하는 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)을 충분히 덮을 수 있는 크기로 설정한다. 그러므로, 특별히 도시하지 는 않지만, 레이저 발진기(1)는, 필요에 따라 빔 확장기(beam expander) 등의 광학계나 광속 직경을 규제하는 조리개 등을 적절하게 구비하고 있다.The beam diameters of the laser beams L 2 and L 3 are set to a size that can sufficiently cover the
레이저 발진기(1)로부터 출사되는 레이저광 L2(L3)의 광로 상에는, 레이저광 L2(L3)의 광량을 조정하는 광 감쇠기(3)와 레이저광 L2(L3)를 투과하여 가시광원(5)으로부터 출사되는 조명광 Lm를 반사하여 조명광 Lm을 레이저광 L2(L3)와 동일 광로로 안내하는 반투경(4)과 평면경(6)의 순서대로 배치되어 있다.Transmitted through the
반투경(4)으로서는, 이와 같은 반사율 특성을 가지는 광로 분기 소자이면 어떤 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 하프 미러, 빔스플리터, 다이크로익 미러 등을 채용할 수 있다.As the
평면경(6)은, 레이저광 L2(L3)를 편향하여 일정한 입사각으로 마이크로 미러 어레이(7)에 입사시키는 편향 소자이다.The plane mirror 6 is a deflection element which deflects the laser light L 2 (L 3 ) and enters the
도 2에 나타내는 바와 같이, 마이크로 미러 어레이(7)는, 경사각이 0˚일 때, 기준 반사면(7a) 상에 정렬되고, 제어 신호인 따라, 소정 방향으로 경사질 수 있는 복수개의 소형 미러(7b)(능동 광학 요소, 편향 요소)가 다수, 종횡 방향의 격자형 등으로 규칙적으로 배치된 것이다. 예를 들면, 16㎛ 각의 소형 미러(7b)를 800 × 6OO개, 직사각형 영역에 배치한 DMD(Digital Micro-mirror Device) 등의 소자를 채용할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
각각의 소형 미러(7b)는, 제어 신호에 따라 정전 전계를 발생하는 구동부(도시하지 않음)에 의해, 적절한 경사각으로 기울어질 수 있도록 있다. 이하에서는, 온 상태와 오프 상태의 2개의 경사각으로 경사지는 예를 설명한다. 온 상태와 오프 상태의 2개의 경사각은, 예를 들면,±12˚이다.Each of the
그러므로, 마이크로 미러 어레이(7)는, 일정한 입사각으로 입사된 레이저광 L2(L3)를 온 상태의 소형 미러(7b)에 의해 반사하여 제어 신호에 따른 단면 형상의 변조광 LM을 형성하고, 오프 상태의 소형 미러(7b)에서 반사된 광을 변조광 LM의 광로와 상이한 광로(도 1의 LF를 참조)에 반사함으로써, 레이저광 L2(L3)의 공간 변조를 행할 수 있는 것이다.Therefore, the
예를 들면, 도 2에는, 소형 미러(7b)가 기준 반사면(7a)으로부터 반시계 방향으로 경사각 φ ON만큼 경사진 온 상태의 소형 미러(7b)가 나타나 있다. 부호 N은, 기준 반사면(7a)의 법선을 나타낸다. 기준 반사면(7a)에 대해서 각도 θi로 입사된 레이저광 L2(L3)는 소형 미러(7b)에서 반사되어, 정반사 방향 R로 반사된다. 단, 도 2는, 보기 쉽게 하기 위해, 동일 각도라 하더라도 옮겨서 나타내고 있다.For example, in FIG. 2, the
한편, 이와 같은 등 피치로 배열되고 동일 방향으로 경사진 복수개의 소형 미러(7b)는 레이저광 L2(L3)에 대해서 회절 격자로서 작용한다. 그러므로, 레이저광 L2(L3)는, 그 파장과 소형 미러(7b)의 배열 피치에 따라 회절된다.On the other hand, the plurality of
그러므로, 회절 차수에 대응하는 각 회절 방향의 광의 강도가 강하게 되고, 그 사이의 방향에서는, 회절 효율이 내려서 광 강도가 저하된다. 도 2에, 법선 N 으로부터 각도 θd 만큼 경사진 회절 방향 D는, 이들 회절 방향 중 레이저광 L2(L3)에 공통되는 회절 방향을 도시한 것이다.Therefore, the intensity of light in each diffraction direction corresponding to the diffraction order becomes strong, and in the direction therebetween, the diffraction efficiency decreases and the light intensity decreases. In FIG. 2, the diffraction direction D inclined by the angle θd from the normal line N illustrates the diffraction direction common to the laser beam L 2 (L 3 ) among these diffraction directions.
도 3에, 마이크로 미러 어레이(7)를 반사한 회절광의 각도 분포를 2방향의 각도 그룹(α, β)으로서 각도 평면(2O1)에 플롯했다. 동그라미는 파장 λ2의 레이저광 L2의 회절 방향, ×표는 파장 λ3의 레이저광 L3의 회절 방향을 각각 나타낸다.In FIG. 3, the angular distribution of the diffracted light reflected by the
또, 레이저광 L2(L3)는, 기본 파장 λ1의 고조파이므로, 파장 λ2, λ3의 비가, 정확한 정수비 3:2로 되어 있다. 그러므로, mx, my를 정수라 하면, 레이저광 L2의 회절 차수(2·mx, 2·my) 차, 레이저광 L3의 회절 차수(3·mx, 3· my) 차의 각각의 회절 방향이 일치하는 것이다.Further, since the laser beam L 2 (L 3), the harmonic of the fundamental wavelength λ 1, the wavelength λ 2, the ratio of λ 3, exact integer ratio 3: is a 2. Thus, m x, when integers of m y, laser light diffraction order of L 2 (2 · m x, 2 · m y) order, the diffraction order of
여기서, 본 실시예에 따른 레이저 가공 방법에서의 광로의 설정 방법에 대하여 설명한다. 단, 간단하게 설명하기 위하여, 도 4에 나타낸 1차원의 회절 모델을 사용하여 설명한다. Here, the setting method of the optical path in the laser processing method which concerns on a present Example is demonstrated. However, for the sake of simplicity, explanation will be made using the one-dimensional diffraction model shown in FIG. 4.
도 4는, 본 실시예에 따른 레이저 가공 방법의 광로 설정을 위한 1차원 모델에 의한 모식적인 광로 설명도이다.4 is a schematic view of an optical path by a one-dimensional model for setting an optical path of the laser processing method according to the present embodiment.
마이크로 미러 어레이(601)에, YAG 레이저의 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파, 입사광(602)으로서 입사각 θi로 입사되는 경우, 각 회정광의 회절각 θd는, 다음 식의 회절 조건에 의해 나타낸다.When incident on the
sinθd - sinθi = p·λi/T ( 1 ) sinθ d -sinθ i = p · λ i / T (1)
단, p는 회절 차수,λi는 입사광(602)의 파장, T는 마이크로 미러 어레이(601)의 배열 피치이다.Where p is the diffraction order, lambda i is the wavelength of the
YAG 레이저의 기본파의 0차 회절광(610)과 1차 회절광(611)의 회절각이 도 4와 같이 되어 있다고 가정한다. 이 때, 제2 고조파의 0차 회절광(620)의 방향은, 기본파의 0차 회절광(610)과 일치하고 있다. 그리고, 제2 고조파의 2차 회절광(622)의 방향은, 기본파의 1차 회절광(611)과 일치한다. 이들의 중간에 제2 고조파의 1차 회절광(621)이 있다. 제3 고조파에서도 마찬가지로, 0차 회절광(630)과 3차 회절광(633)의 방향은 각각 기본파의 0차 회절광(610)과 1차 회절광(611)에 일치하고, 양측의 중간에 1차 회절광(631)과 2차 회절광(632)이 있다. 이런 성질은 식 (1)의 회절 조건에 의해 분명해진다.It is assumed that the diffraction angles of the zeroth order diffracted light 610 and the first order diffracted
즉, 기본파, 제2 고조파, 제3 고조파의 각각의 0차 회절광(610, 620, 630)은, 식 (1)에서, p = 0의 경우이며, 마이크로 미러 어레이(601)의 미소 미러가 기준 반사면에 정렬한 경우의 정반사광이다.That is, the zeroth order diffracted light 610, 620, 630 of the fundamental wave, the second harmonic wave, and the third harmonic wave is the case of p = 0 in the formula (1), and is the micromirror of the
p가 O이 아닐 때, 회절각 θd가 동일하게 되는 조건은, 식 (1)에 의하여, p·λi가 일정하게 되는 것이다.When p is not O, the condition which diffraction angle (theta) d becomes the same is that p * (lambda) i becomes constant according to Formula (1).
λ2 = λ1/2, λ3 = λ1/3이므로, 도 4에 나타낸 바와 같이, 파장 λ1의 1차 회절광(611)(p = 1)과 회절 방향이 일치하는 것은, 파장 λ2의 제2 고조파에서는, 2 차 회절광(622)(p = 2)이며, 파장 λ3의 제3 고조파에서는, 3차 회절광(633) (p = 3)이다. 일반적으로, 기본 파장의 m차 회절광의 회절 방향으로, 제u 고조파의 (u·m) 차 회절광의 회절 방향이 일치한다. λ 2 = λ 1/2,
따라서, 제2 고조파의 1차 회절광(621), 제3 고조파의 1차 회절광(631), 2차 회절광(632)는, 각각 상이한 회절 방향으로 회절된다.Therefore, the first diffracted
예를 들면, 마이크로 미러 어레이(601)의 소형 미러의 배열 피치가, T = 16㎛일 때, 입사각 θi = 36.8˚로 제2 고조파(파장 532nm)를 입사하면, 18(= 2 × 9)차 회절광의 회절각은, θd = 0˚가 된다. 또, 동일한 입사각 θi로 제3 고조파(파장 354.7 nm)를 입사하면, 그 27 (= 3 × 9) 차 회절광의 회절각이 θd = 0˚가 되어, 양측은 일치한다.For example, when the array pitch of the small mirror of the
또한, 마이크로 미러 어레이(601)의 소형 미러의 경사각을 상기 입사각의 절반(18.4˚)으로 하면, 각 소형 미러로부터의 반사광이 상기 공통의 회절각을 가지는 회절 차수에 집중되므로, 그들의 회절 효율이 최대가 된다. 따라서, YAG 레이저의 파장을 전환하여도, 마이크로 미러 어레이(601) 이후의 광학계에 대한 입사 조건이 변하지 않고, 또한 레이저광량의 이용 효율을 최대로 할 수 있다.If the inclination angle of the small mirror of the
이들 회절 조건을 2차원의 마이크로 미러 어레이로 용이하게 확장할 수 있다.These diffraction conditions can be easily extended to a two-dimensional micro mirror array.
이와 같은 회절 방향은, 고조파의 개수가 증가해도 마찬가지 설정할 수 있다. 즉, 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제uk 고조파(uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n) 로 할 때, 이들 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 회절 차수가, (uk·mx, uk·my) 차(단, mx. my는 정수)인 방향으로 설정하면 된다.Such a diffraction direction can be set similarly even if the number of harmonics increases. That is, when a plurality of harmonics are n (n? 2) u th harmonics (u k is a different integer from each other, k = 1, 2, ..., n), they are common to the plurality of wavelengths. What is necessary is just to set it as a direction in which a diffraction order is a (u k * m x , u k * m y ) difference (where m x . M y is an integer) as the diffraction direction.
본 실시예에서는, 도 3에 나타내듯이, 레이저광 L2, L3의 회절 차수(2 O4, 205)가, 회절 방향(αo, βo)과 일치한다. 그래서 이들 회절 방향과 일치하도록 조사 광학계(20)의 광축(202)을 설정하고, 소형 미러(7b)의 경사각을, 광축(202)과 소형 미러(7b)의 정반사 방향이 일치하도록 제어 신호에 의해 설정한다. In this embodiment, As shown, the diffraction order of laser light L 2, L 3 (2 O4 , 205) in Figure 3, corresponds to the diffraction direction (αo, βo). Therefore, the
그 결과, 조사 광학계(20)의 후측각 개구 (203) 내에 유일하게 존재하는 각 파장의 회절 차수(204, 205)의 강도가 최대로 되고, 그 이외의 회절광의 강도는 극히 작아진다. 그리고, 파장이 상이한 레이저광 L2, L3를 전환할 때에도, 각각 조사 광학계(20)에 대해서 같은 입사 조건이 유지된다.As a result, the intensity of the
그리고, 회절 방향(αo, βo)은, 기준 반사면(7a)의 법선 N과 일치시킬 필요는 없지만, 기준 반사면(7a)이 조사 광학계(20)의 피사계 심도의 범위에 들어가는 범위로 하는 것이 바람직하다.The diffraction directions αo and βo do not have to coincide with the normal line N of the
다시 도 1을 참조하면, 조사 광학계(20)는, 동일 축에 배치된 결상 렌즈(11), 대물 렌즈(14)로 이루어지고, 광축(202)이 마이크로 미러 어레이(7)에 의한 회절 방향(αo, βo)과 일치되고, 또한 기준 반사면(7a)과 피가공물(15)이 대략 공역이 되도록 설치된 결상 광학계이다. 예를 들면, 현미경 등의 광학계를 채용할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the irradiation
대물 렌즈(14)는 상측이 무한원 설계가 되고, 결상 렌즈(11)와 대물 렌 즈(14) 사이에서는, 레이저광 L2(L3)가 대략 평행광이 되어 있다.The
대략 평행광의 광로 상에, 가시광원(13)으로부터 출사된 조명광 Lob의 일부를 반사하고 일부를 투과시키고 변조광 LM을 투과하는 반투경(12)이 형성되어 있다. 그러므로, 조명광 Lob는 변조광 LM과 동일 광로 상으로 안내되고, 피가공물(15)을 조명 가능할 수 있도록 되어 있다.On an optical path of substantially parallel light, a
조명광 Lob의 파장은, 후술하는 CCD(1O)에 의해 촬상할 수 있는 광이라면, 어떠한 파장이라도 되고, 예를 들면 가시광선의 파장 영역으로 설정할 수 있다.The wavelength of illumination light L ob may be any wavelength as long as it can be imaged by CCD10 mentioned later, and can be set to the wavelength range of visible light, for example.
반투경(12)은, 예를 들면 하프 미러나 그와 같은 파장 특성을 가지는 코팅이 행해진 반사판, 프리즘 등의 광 분기 소자를 채용할 수 있다.The
또, 결상 렌즈(11)와 마이크로 미러 어레이(7) 사이의 광로에는, 변조광 LM을 투과하고, 피가공물(15)에서 반사된 조명광 Lob를 반사하는 반투경(8)이 형성되어 있다. 그러므로, 피가공물(15)에 의해 조명광 Lob가 반사되어 반투경(8)으로 되돌아오면, 광로가 분기되게 된다. 반투경(8)은, 반투경(12)과 동일한 구성을 채용할 수 있다.In the optical path between the
반투경(8)에 의해 분기된 광로 상에는, 피가공물(15) 상의 화상을 촬상하기 위한 CCD(10)가, 피가공물(15)의 표면과 대략 공역이 되는 위치에 배치되어 있다.On the optical path branched by the
제어부(16)는, 레이저 가공 장치(100)의 전체를 제어하는 것이며, 조작 입력을 행하기 위한 조작부(17), CCD(10), 조작부(17)로부터의 조작 입력이나 CCD(10)로부터 송출되는 화상 신호를 표시하기 위한 모니터(9)가 접속되어 있다. The
또한, 적어도 제어 대상인 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7)와 전기적으로 접속되고, 각각에 대하여, 그들의 동작을 제어하는 제어 신호를 송출할 수 있도록 되어 있다.Moreover, at least it is electrically connected with the
즉, 레이저 발진기(1)에 대해서는, 조작부(17)의 조작 입력에 기초하여, 레이저광 L2, L3 중 어느 하나를 선택하여 점등 또는 소등시키는 제어 신호를 송출한다. That is, the
또, 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여는, CCD(10)에 의해 촬상된 피가공물(15)의 화상을 판독하고, 화상 처리하여 가공해야 할 영역을 검출함으로써, 변조광 LM의 조사 영역을 가공해야 할 영역과 일치시키도록, 각 소형 미러(7b)의 온 상태와 오프 상태를 제어하는 제어 신호를 송출한다.Further, with respect to the
다음에, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.Next, the operation of the
먼저, 레이저 가공 장치(100)를 사용하여, 레이저 가공을 행하기 위한 가공 패턴 데이터를 작성한다. 그러므로, 가시광원(13)으로부터 조명광 Lob를 출사하고, 반투경(12)에서 반사하여 대물 렌즈(14)를 통하여 피가공물(15)의 위를 조명한다.First, using the
조명광 Lob의 반사광은, 대물 렌즈(14), 반투경(12), 결상 렌즈(11)를 각각 투과하여 반투경(8)에서 반사되어 CCD(10)에 의해 촬상된다. 그리고, 조명광 Lob에 의한 피가공물(15)의 표면의 화상이 화상 신호(150A)로서 제어부(16)에 송출된다.The reflected light of the illumination light L ob passes through the
제어부(16)는, 상기 화상 신호(150A)를 화상 데이터로 변환하여, 모니터(9)에 표시한다.The
그리고, 조작자가 모니터(9)의 화상을 관찰하여 조작부(17)를 통해서 가공 해야할 결함부나 절단부를 지정하거나, 제어부(16)에 의해 화상 데이터를 화상 처리하여 결함부나 절단부를 자동 추출하여, 그들 결함부나 절단부의 화상 데이터에 대응한 가공 패턴 데이터(151)를 작성한다.And the operator observes the image of the
상기 가공 패턴 데이터(151)는, 레이저광의 조사 영역을, 마이크로 미러 어레이(7)의 각 소형 미러(7b)의 온 상태에 대응시키는 제어 데이터이다.The
다음에, 가공 패턴 데이터(151)를 검증하기 위하여, 가시광원(5)을 점등하고, 반투경(4), 평면경(6)을 통하여, 조명광 Lm을 기준 반사면(7a)에 조사한다. 그리고, 가공 패턴 데이터(151)를 마이크로 미러 어레이(7)에 송출한다. 그러면, 온 상태의 소형 미러(7b)에 의한 조명광 Lm의 반사광이, 결상 렌즈(11), 대물 렌즈(14)를 거쳐, 피가공물(15) 상으로 안내된다. 그리고, 그 반사광이 가시광원(13)으로부터 조사되는 조명광 Lob에 의한 반사광과 마찬가지의 광로를 거쳐서 반투경(8)에서 반사되어 CCD(10)에 의해 촬상된다. 이 화소는, 화상 신호(150B)로서, 제어부(16)로 송출된다. Next, in order to verify the
제어부(16)는, 화상 신호(150B)에 기초하는 화상 데이터를 화상 신호(150A)에 기초하는 화상과 휘도나 색 등을 바꾸어서, 구별 가능하도록 하여, 중첩시켜서 모니터(9)에 표시한다.The
조작자는, 모니터(9)의 표시 화상으로부터, 가공 패턴 데이터(151)를 수정할 필요가 있다고 판단한 경우에는, 조작부(17)를 통하여 수정을 지시한다. 수정 종료 후에, 상기 작업을 반복한다.The operator instructs the correction through the
수정할 필요가 없다고 판단한 경우는, 레이저 가공에 사용하는 파장, 예를 들면 λ2를 선택하고, 가공 개시를 지시하는 조작 입력을 행하여, 레이저 가공 공정을 개시한다.When it is determined that there is no need for correction, the wavelength used for laser processing, for example, [lambda] 2 is selected, the operation input which instruct | indicates a processing start is performed, and a laser processing process is started.
레이저 가공 공정에서는, 제어부(16)로부터, 레이저 발진기(1)에 대하여 레이저광 L2를 발진하는 제어 신호를 송출하는 동시에 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여 가공 패턴 데이터(151)를 송출한다.In the laser processing step, the
레이저광 L2는, 광 감쇠기(3)에 의해 광의 강도가 조정되고, 반투경(4)을 투과하여, 평면경(6)에 의해 편향되고, 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)에 대하여 일정한 입사각 θi로 입사한다.The laser beam L 2 is the intensity of light is adjusted by the optical attenuator (3), half tugyeong (4) passes through the, is deflected by the plane mirror 6, a reference reflecting surface (7a) of the
마이크로 미러 어레이(7)에서는, 각 소형 미러(7b)가 가공 패턴 데이터 (151)에 따라 온 상태와 오프 상태로 경사각이 제어되어 있으므로, 레이저광 L2 중, 온 상태의 소형 미러(7b)에 입사한 부분만이 정반사 방향 R에 변조광 LM으로서 반사되고, 반투경(8)을 투과한다. 그리고, 광축(202)을 따라서, 결상 렌즈(11)에 입사하고, 대물 렌즈(14)에 의해 피가공물(15) 상에 결상된다.A micro mirror array (7), each small mirror (7b) the
그리고, 피가공물(15) 상의 가공 패턴 데이터(151)에 대응한 영역에 변조광 LM이 조사된다. 그러므로, 가공 패턴 데이터(151)에 대응하는 영역이 변조광 LM에 의해 레이더 가공된다.Then, the modulated light L M is irradiated to the region corresponding to the
이 때, 변조광 LM은, 마이크로 미러 어레이(7)에 의하여 회절되어 있지만, 본 실시예에서는, 회절 차수(204)에 대응하는 회절 방향과 정반사 방향 R이 일치하고 있으므로, 회절 효율이 최대가 된 상태에서 조사 광학계(20)의 후측각 개구(203) 내에 입사한다.At this time, the modulated light L M is diffracted by the
그러므로, 레이저광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the utilization efficiency of laser light can be improved.
이와 같이, 레이저 가공 장치(100)에서는, 피가공물(15)의 화상으로부터, 레이저 가공하는 영역의 가공 패턴을 작성하고, 그 가공 패턴과 일치하는 영역을, 1 숏의 레이저광을 조사함으로써 가공할 수 있다.In this way, in the
그리고, 조작부(17)로부터, 가공에 사용하는 레이저광의 파장을 전환하는 조작 입력을 행하고, 제어부(16)에 으하여 레이저 광의 파장을 전환하는 제어 신호를 레이저 발진기(1)에 송출함으로써, 파장을 전환하여 레이저 가공을 행할 수 있다. 예를 들면, 레이저광 L2 대신 레이저광 L3를 선택하여, 상기와 마찬가지로 레이저 가공 공정을 실행할 수 있다.Then, from the
이때, 레이저광 L3는, 파장이 다르므로, 마이크로 미러 어레이(7)에 의하여 레이저 광 L2와 다른 회절 패턴으로 회절 되지만, 레이저광 L3의 회절 차수(2O5)에 대응하는 회절 방향이, 레이저광 L2의 회절 차수(204)의 회절 방향과 공통이므로, 레이저광 L3의 경우에도, 회절 효율이 최대가 된다. 즉, 이와 같은 파장 전환을 행하여도, 레이저광의 이용 효율은 양호하게 유지된다.At this time, since the laser light L 3 has a different wavelength, it is diffracted in a diffraction pattern different from the laser light L 2 by the
그러므로, 파장 전환 시에도 이용 효율이 악화되지 않도록, 파장에 의하여 소형 미러(7b)의 경사각을 조정하거나, 마이크로 미러 어레이(7)에 대한 입사각을 변경하는 수고를 하지 않아도, 용이하고도 신속히 파장 전환을 행할 수 있다.Therefore, the wavelength conversion can be performed easily and quickly without the trouble of adjusting the inclination angle of the
[제2 실시예] [Second Embodiment]
본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다.A laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
도 5에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 가공 장치(110)의 개략적인 구성을 모식적으로 설명한다.In FIG. 5, the schematic structure of the
본 실시예의 레이저 가공 장치(110)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 가공 장치(100)의 레이저 발진기(1) 대신, 레이저 광원(130)을 구비한 것이다. 이하, 제1 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.As shown in FIG. 5, the
레이저 광원(130)은, 상이한 파장의 레이저광 LA, LB (각각 파장 λA, λB)를 펄스 발진하고, 대략 평행 광속으로서 동일 광로 상에 출사할 수 있는 레이저 광원이다. 그 개략적인 구성은, 레이저 발진기(1A, 1B), 및 다이크로익 미러(2)로 이루어진다.The
레이저광 LA, LB의 광속 직경은, 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)을 충분히 덮을 수 있는 크기가 된다. 그러므로, 특별히 도시하지는 않지 만, 레이저 발진기(130)는, 필요에 따라 빔 확장기 등의 광학계나 광속 직경을 규제하는 조리개 등을 적절하게 구비하고 있다.The beam diameters of the laser beams L A and L B are such that they can sufficiently cover the
예를 들면, 레이저 발진기(1A)로서 질소 레이저(파장 λA = 337.1nm), 레이저 발진기(1B)로서 제2 고조파(λB = 532nm)를 출력하는 YAG 레이저를 채용할 수 있이다. 이 경우에, 2개의 파장의 비, λA: λB는, 대략 정수비 5: 8이 된다.For example, as the
레이저 발진기(1A, 1B)에는, 제어부(16)가 각각 접속되고, 제어부(16)의 제어 신호에 의해, 각각의 선택 전환, 점등, 소등, 발진 등이 행해진다.The
다이크로익 미러(2)는, 레이저광 LA, LB의 광로를 합성하기 위한 것이며, 본 실시예에서는, 레이저광 LA를 거의 투과하고, 레이저광 LB를 거의 반사하는 파장 특성을 가진다.
본 실시예에서는, 레이저광 LA, LB의 파장비가 대략 5: 8이므로, 제1 실시예의 경우와 마찬가지로, mx, my를 정수로서, 레이저광 LA의 회절 차수가 (8·mx, 8·my) 차의 회절 방향과 레이저광 LB의 회절 차수가 (5·mx·5·my)차의 회절 방향이, 대략 일치한다. 그래서, 이들 회절 방향과 대략 일치하도록 조사 광학계(20)의 광축(202)을 배치한다. 그리고, 소형 미러(7b)의 경사각을, 광축(202)과 소형 미러(7b)의 정반사 방향이 일치하도록 설정한다.In this embodiment, since the wavelength ratio of the laser lights L A and L B is approximately 5: 8, similarly to the first embodiment, the diffraction order of the laser light L A is defined as m x and m y as integers. x, 8 m · y), the diffraction direction and diffraction order of laser light L B of the car (5 · m x · 5 · m y) and the diffraction direction of a car, substantially match. Thus, the
그러므로, 레이저광 LA, LB를 전환하여 조사하여도, 조사 광학계(20)에 대한 입사 조건이 바뀌지 않고, 또한 각각이 대략 최고 회절 효율로 입사한다.Therefore, even when the laser beams L A and L B are switched and irradiated, the incident conditions to the irradiating
레이저 가공 장치(11O)에 의한 레이저 가공 공정은, 제1 실시예의 레이저광 L2, L3를, 레이저광 LA, LB로 치환하기만 하면, 마찬가지로 행해진다.When a laser machining process using a laser processing apparatus (11O) includes: a first embodiment of the laser light L 2, L 3, simply replaced with the laser light L A, L B, it is performed similarly.
따라서, 파장을 전환하여도, 효율적으로 레이저 가공을 행할 수 있다.Therefore, laser processing can be performed efficiently even if a wavelength is switched.
본 실시예에서는, 파장비의 정수비의 정도는, 일치시키는 회절 방향의 일치 정도에 의해 설정한다. 예를 들면, mx, my가 커지면, 정수비의 어긋남에 비례하여 회절 방향이 어긋나므로, 보다 엄밀한 정수비에 접근하는 것이 바람직하다. 한편, mx, my가 비교적 작으면, 엄밀한 정수비로부터 벗어나 있어도, 회절 방향으로서의 어긋나는 양이 작아져서, 양호한 회절 효율을 얻을 수 있다.In this embodiment, the degree of constant ratio of the wavelength ratio is set by the degree of agreement of the diffraction directions to be matched. For example, when m x and m y become large, the diffraction direction is shifted in proportion to the shift of the integer ratio, and therefore, it is preferable to approach a more exact integer ratio. On the other hand, when m x and m y are relatively small, even if they deviate from a strict integer ratio, the amount of shift | offset | difference in a diffraction direction becomes small and favorable diffraction efficiency can be obtained.
회절 방향의 어긋남 양은, 적어도 조사 광학계(20)의 후측각 개구보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.It is preferable to set the shift amount in the diffraction direction to be smaller than at least the rear angle opening of the irradiation
본 실시예에서는, 레이저 광원으로서 레이저 발진기(1A, 1B)의 2대를 사용하는 예를 설명하였지만, 레이저 발진기를 3대 이상 사용하거나, 또는 멀티 발진 레이저를 조합시켜 3 파장 이상의 레이저광이 전환되도록 변형할 수 있다.In the present embodiment, an example in which two
이 경우에, 복수개의 레이저 광원의 파장이, n개(n ≥ 3)의 λuk (uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)이며, 일정 파장 λ에 대해서, λuk가, 대략 (λ/uk) 일 때, 각 파장 광에 공통되는 회절 방향으로서, 회절 차수가, (uk·mx, uk·my) 차(단, mx, my는 정수)의 회절 방향으로 설정한다.In this case, the wavelength of the plurality of laser light sources is n (n> 3) lambda uk (u k is an integer different from each other, k = 1, 2, ..., n), and for a constant wavelength lambda, When λ uk is approximately (λ / u k ), as a diffraction direction common to each wavelength of light, the diffraction orders are (u k · m x , u k · m y ) differences (where, m x , m y) Is set in the diffraction direction of an integer).
상기 제2 실시예는, 상기 관계에서, n = 2로 한 경우에 해당한다.The second embodiment corresponds to the case where n = 2 in the above relation.
그리고, 상기의 설명에서는, 복수개의 파장이 일치하는 회절 방향과 마이크로 미러 어레이(7)의 소형 미러(7b)의 온 상태의 정반사 방향이 일치하도록 설정한 예를 설명하였지만, 파장 전환 시의 광 이용 효율의 정도가 허용 범위 내라면 , 회절 방향과 정반사 방향이 어긋나 있어도 된다. 즉, 회절 방향과 정반사 방향이 완전하게 일치될 필요는 없고, 목적하는 레이저 가공이 가능한 범위에서 대략 일치시키면 된다.In the above description, an example is described in which the diffraction direction in which the plurality of wavelengths coincide with the regular reflection direction in the on state of the
예를 들면, 마이크로 미러 어레이(7)로서, 표준이 되는 제품의 경사각을 사용함으로써, 회절 방향과 정반사 방향이 약간 어긋난 구성으로 해도 된다. 이 경우에, 소형 미러(7b)의 경사각을 전용으로 설정하지 않아도 되기 때문에, 염가의 마이크로 미러 어레이(7)를 채용하는 것이 가능하다는 이점이 있다.For example, the
또, 복수개의 파장의 하나의 차수의 회절광만 현미경의 후측각 개구에 입사하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 때, 피가공물 상에 투영되는 마이크로 미러 어레이의 상은 하나 하나의 소형 미러의 상이 해상되어 있는 것은 아니다. 그러나, 그로 인하여, 소형 미러 사이에 있는 간극 때문에, 격자형의 불균일한 가공 상태가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Moreover, it is preferable to set it as the structure in which only the diffraction light of one order of a some wavelength injects into a rear angle opening of a microscope. At this time, the image of the micromirror array projected onto the workpiece is not resolved by the images of one small mirror. However, due to the gap between the small mirrors, it is possible to prevent the occurrence of lattice-shaped non-uniform processing state.
또, 상기의 설명에서는, 레이저광을 마이크로 미러 어레이(7)에 대해서 소정 각도로 입사시키기 때문에, 평면경(6)에서 편향하는 경우를 설명하였지만, 레이저 광원으로부터 직접 소정 각도로 입사할 수 있는 경우는, 평면경(6)은 생략해도 된다.Moreover, in the above description, since the laser beam is incident on the
또, 상기의 제1 실시예의 설명에서는, 고조파로서 제2, 제3 고조파의 2개를 사용한 예를 설명하였지만, 필요에 따라, 3개이상의 고조파를 사용해도 된다. 또한, 고조파의 차수는 띄엄띄엄 선택해도 된다.In the above description of the first embodiment, an example in which two of the second and third harmonics are used as the harmonics has been described, but three or more harmonics may be used as necessary. In addition, you may select the order of harmonics at random.
또, 상기의 설명에서는, 능동 광학 소자로서, DMD로 이루어지는 마이크로 미러 어레이를 사용한 예를 설명하였지만, 능동 광학 소자는, 이에 한정되는 것은 아니다. In the above description, an example in which a micro mirror array made of DMD is used as the active optical element has been described, but the active optical element is not limited thereto.
능동 광학 요소의 배열 피치에 의한 회절의 영향을 받는 다른 반사형 능동 광학 소자 등을 사용하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.The same applies to the case where other reflective active optical elements or the like which are affected by diffraction by the arrangement pitch of the active optical elements are used.
[제3 실시예] Third Embodiment
다음에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치에 대하여 설명한다. Next, a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described.
도 6은, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)의 개략적인 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for schematically illustrating a schematic configuration of a
본 실시예의 레이저 가공 장치(200)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 파장이 각각 λ2, λ3가 되는 레이저광 L2, L3를, 가공 패턴에 따라, 변조광 LM으로서 피가공물(15) 상에 조사함으로써 레이저 가공을 행하는 장치이다.As shown in this embodiment the
레이저광 L2, L3는, 피가공물(15)의 파장 흡수 특성 등에 따라 전환하여서, 구분하여 사용할 수 있게 되어 있다.The laser lights L 2 and L 3 are switched according to the wavelength absorption characteristics of the
레이저 가공 장치(200)의 개략적인 구성은, 레이저 발진기(1) (레이저 광원), 경사 스테이지(104)(회동 기구), 마이크로 미러 어레이(7)(공간 변조 소자, 능 동 광학 소자), 경사 스테이지(105)(회동 기구), 조사 광학계(20)(변조광 조사 광학계), 및 제어부(16)로 이루어진다.The schematic configuration of the
레이저 발진기(1)는, 복수개의 파장을 가지는 레이저광을 펄스 발진하고, 대략 평행 광속으로서 출사하는 레이저 광원이다. 본 실시예에서는, 기본 파장 λ1 = 1.064㎛의 YAG 레이저를 사용하고, 제2, 제3 고조파(각각 파장 λ2 = 532nm, λ3 = 354.7nm)를 전환하여, 각각 레이저광 L2, L3로서, 동일 광로 상에 출사 가능하도록되어 있다.The
레이저광 L2, L3의 광속 직경은, 후술하는 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)을 충분히 덮을 수 있는 크기가 된다. 그러므로, 특별히 도시하지는 않지만, 레이저 발진기(1)는, 필요에 따라 빔 확장기 등의 광학계나 광속 직경을 규제하는 조리개 등을 적절하게 구비하고 있다.The beam diameters of the laser beams L 2 and L 3 are sized to sufficiently cover the
경사 스테이지(104)는, 레이저 발진기(1)를, 레이저광 L2, L3의 광축 상에 설치된 회동 중심(104C)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 회동 기구이다. 예를 들면, 고니오(gonio) 스테이지 등을 채용할 수 있다. 회동 방향은, 필요에 따라 1축 주위일 수도 있고, 2축 주위일 수도 있다. 그리고, 예를 들면, 스텝 모터로 구동되는 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 스테이지 구동부(104a)를 구비하고, 후술하는 제어부(16)의 제어 신호에 따라 회동 동작이 제어된다.The
레이저 발진기(1)로부터 출사되는 레이저광 L2(L3)의 광로 상에는, 레이저광 L2(L3)의 광량을 조정하는 광 감쇠기(3)와, 레이저광 L2(L3)의 단면 강도 분포를 균일화하는 균일화 광학계로서 호모지나이저(102, homogenizer)가 형성되어 있다.Laser light emitted from a laser oscillator (1), L 2 (L 3) of the end face of the optical attenuator (3), a laser beam L 2 (L 3) for adjusting the light quantity of the optical path formed on the laser beam L 2 (L 3) A
호모지나이저(102)는, 예를 들면, 플라이 아이 렌즈, 회절 소자, 비구면 렌즈나, 칼레이드형 로드(kaleido type rod)를 사용한 것 등의 각종 구성이 알려져 있으므로, 필요에 따라 어느 구성을 채용해도 된다.Since the
마이크로 미러 어레이(7)의 구성 및 동작은, 도 2에서 설명한 바과 마찬가지이다.The configuration and operation of the
경사 스테이지(105)는, 마이크로 미러 어레이(7)를, 기준 반사면(7a)의 대략 중심에 위치하는 회동 중심(105C)을 중심으로 하여 회동 가능하게 지지하는 회동 기구이다. 예를 들면, 고니오 스테이지 등을 채용할 수 있다. 회동 방향은, 필요에 따라 1축 주위일 수도 있고, 2축 주위일 수도 된다. 그리고, 예를 들면, 스텝 모터로 구동되는 이송 나사 기구 등으로 이루어지는 스테이지 구동부(105a)를 구비하고, 후술하는 제어부(16)의 제어 신호에 따라 회동 동작이 제어된다.The
회동 중심(105C)과 경사 스테이지(104)의 회동 중심(104C)은 대략 일치된다.The center of
도 6에 나타낸 바와 같이, 조사 광학계(20)는, 광축(202)이 회동 중심(104C, 105C)을 통과하도록 배치된 결상 렌즈(11), 대물 렌즈(14)가, 기준 반사면(7a)과 피가공물(15)이 대략 공역이 되도록 설치된 결상 광학계이다. 예를 들면, 현미경 등의 광학계가 채용될 수 있다.As shown in FIG. 6, in the irradiation
대물 렌즈(14), 결상 렌즈(11), 반투경(12), CCD(10), 반투경(8) 등의 구성 및 위치 관계는, 전술한 제1 및 제 2의 실시예와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다. Since the configuration and the positional relationship of the
제어부(16)는, 레이저 가공 장치(200) 전체를 제어하는 것이며, 조작 입력을 행하기 위한 조작부(17), CCD(10), 조작부(17)로부터의 조작 입력이나 CCD(10)로부터 송출되는 화상 신호를 표시하기 위한 모니터(9)가 접속되어 있다.The
또, 적어도 제어 대상인 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7), 스테이지 구동부(104a, 105a)와 전기적으로 접속되고, 각각에 대하여, 그들의 동작을 제어하는 제어 신호를 송출할 수 있도록 되어 있다.The
제어부(16)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 레이저 발진기(1)에 대해서는, 레이저광 L2, L3 중 어느 하나를 선택하여 점등 또는 소등시키는 제어 신호를 송출한다.As in the first embodiment, the
또, 마이크로 미러 어레이(7)에 대해서는, 변조광 LM의 조사 영역을 가공해야 할 영역과 일치시킬 수 있도록 각 미소 미러(7b)의 온 상태와 오프 상태를 제어하는 제어 신호를 송출한다.In addition, the
제어부(16)는, 스테이지 구동부(104a, 105a)에 대해서는, 조작부(17)에 의해 설정된 레이저광의 파장에 따라, 회절 방향 D(도 2 참조)를 산출하고, 회절 방향 D가 광축(202)과 일치하도록 경사 스테이지(104, 105) 중 적어도 어느 하나를 회동하도록 하는 제어 신호를 송출한다. 즉, 제어부(16)는, 회동 기구를 구동하는 회동 기구 제어부를 구성하고 있다.The
여기서, 회절 방향 D의 설정 방법에 대하여 설명한다.Here, the setting method of the diffraction direction D will be described.
마이크로 미러 어레이(7)는, 네모진 반사면을 가지는 미소 미러(7b)가 종횡의 격자형으로 배열되어 있으므로, 회절광은 2차원으로 분포한다. 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7), 조사 광학계(20)의 배치 관계에 따라서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, (αo, βo)에 위치하는 조사 광학계(20)의 광축(202)에 대해서, 각 회절 방향과 관계없이 분포한다. 여기서, 동그라미는 파장 λ2의 레이저광 L2의 회절 방향, ×표는 파장 λ3의 레이저광 L3의 회절 방향을 각각 나타낸다. 부호 2O3은, 조사 광학계(20)의 후측각 개구를 나타낸다.In the
도 3을 사용하여 이미 설명한 바와 같이, 레이저광 L2, L3는, 기본 파장 λ1의 고조파이므로, 파장 λ2, λ3의 비가, 정확하게 정수비 3:2로 되어 있다. 그러므로, mx, my를 정수로 하면, 레이저광 L2의 회절 차수 (2·mx, 2·my) 차, 레이저광 L3의 회절 차수(3·mx, 3·my)차의 각각의 회절 방향이 일치한다.FIG using 3 as described above, the laser light L 2, L 3 are, so harmonics of the fundamental wavelength λ 1, the wavelength λ 2, λ 3 ratio, precisely an integer ratio of 3: 2 is a. Thus, m x, when the m y by an integer, the diffraction order of
이 경우에, 예를 들면, 파장 λ3에서는, 광축(202) 근방의 회절 방향(206)의 회절광이 거의 입사되므로, 회절 효율이 높은 광이 입사된다. 한편, 파장 λ2로 전환하면, 조사 광학계(20)에 입사되는 광은 3종류의 회절 방향(207)으로 분산하고, 회절 효율이 낮은 광이 되므로, 입사광량은 저하된다.In this case, for example, at wavelength λ 3 , the diffracted light in the
그래서, 본 실시예에서는, 경사 스테이지(104, 105) 중 적어도 어느 하나를 구동하여, 회절 방향을 회동하고, 도 3과 같은 상태로 한다. 즉, (αo,βo)의 위 치에, 회절 방향이 공통되는 회절 차수에 대응한 회절 방향(204, 205)을 이동시킨다.Therefore, in the present embodiment, at least one of the inclination stages 104 and 105 is driven to rotate the diffraction direction so as to be in a state as shown in FIG. That is, the
회절 방향의 위치 관계에 대하여는, 식 (1) 및 도 4를 사용하여 이미 설명한 바와 같다. 예를 들면, 마이크로 미러 어레이(601)의 미소 미러의 배열 피치가, T = 16㎛ 일 때, 입사각 θi = 23.8˚이고, 파장 532nm의 제2 고조파를 입사하면, 12 (= 2 × 6)차 회절광의 회절각은,θd = 0.2˚가 된다. 또, 동일한 입사각 θi로 파장 354.7nm의 제3 고조파를 입사하면, 그 18 (= 3 × 6)차 회절광의 회절각이, θd = 0.2˚가 되어, 양측이 일치한다.About the positional relationship of a diffraction direction, it has already demonstrated using Formula (1) and FIG. For example, when the array pitch of the micromirrors of the
그래서, 광축(202)에 회절 방향 D가 일치하도록, 경사 스테이지(105)를 회동하고, 그때의 기준 반사면(7a)에 대해서, 레이저광 L2, L3의 입사각이 상기 θi가 되도록 경사 스테이지(104)를 회동한다. 이와 같이함으로써, YAG 레이저의 파장을 전환하더라도, 마이크로 미러 어레이(601) 이후의 광학계에 대한 입사 조건이 변하지 않고, 또한 레이저광량의 이용 효율을 최대로 할 수 있게 된다.Thus, the inclination such that with respect to the
그리고, 소형 미러(7b)의 경사각 φ ON이 상이한 마이크로 미러 어레이(7)를 사용하는 경우라도, 마찬가지로 하여 광 이용 효율을 최대로 하는 입사각 θi가 산출되므로, 거기에 맞추어서 경사 스테이지(104, 105)를 회동시킬 수 있다. 그러므로, 경사각 φ ON은 12˚로 한정되지 않는다.And even when using the
이상으로, 회절 차수가 1차원의 예를 설명였지만, 회절 차수가 2차원이 되는 일반적인 경우라도 마찬가지이다. 즉, 제u 고조파는, mx, my를 정수로하고, (u·mx, u·my)차 회절광의 회절 방향이 모두 정확하게 일치하므로, 그 회절 방향과 입사각에 맞추어서 경사 스테이지(104, 105)를 회동함으로써, 회절 효율을 최대로할 수 있다.As mentioned above, although the example of a diffraction order was demonstrated in one dimension, it is the same also in the general case where a diffraction order becomes two dimensions. That is, since the uth harmonic has m x and m y as an integer, and the diffraction directions of the (u · m x , u · m y ) diffraction light all match exactly, the
도 6은, 그와 같은 상태를 도시하고 있다. 회절광(121)은, 도 3의 회절 방향(204, 205)에 대응하고 있고, 회절광(120, 122)는, 그 외의 회절 방향에 대응하고 있다.Fig. 6 shows such a state. The diffracted
그리고, 회절 방향 D는, 2차원의 입사각 θi의 함수이므로, 각도 조정의 자유도는, 2 자유도이면 된다. 따라서, 경사 스테이지(104, 105)가 각각 2축 주위에 회동하는 경우는, 어느 한쪽만을 회동하기만 하면 상기 조정을 행할 수 있다. 또한, 경사 스테이지(104, 105)를 독립 방향의 1축 주위에 회동하도록 해도 된다.And since the diffraction direction D is a function of the two-dimensional incidence angle θ i , the degree of freedom of angle adjustment may be two degrees of freedom. Therefore, when the inclination stages 104 and 105 rotate around two axes, respectively, the above adjustment can be performed only by rotating one of them. Further, the
다음에, 본 실시예에 따른 레이저 가공 장치(200)의 동작에 대하여 설명한다.Next, the operation of the
도 7은, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공 장치의 초기 상태를 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7: is a figure for demonstrating typically the initial state of the laser processing apparatus which concerns on the Example of this invention.
레이저 가공 장치(200)의 초기 상태에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 경사 스테이지(104, 105)가 회동의 기준 위치로 설정되고, 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7)의 위치 관계가 최적화되어 있지 않다. 그러므로, 일반적으로는, 그 상태에서 레이저광 L2(L3)를 조사하면, 회절광(12O, 121, 122) 등이 모두 광 축(202)으로부터 어긋나서, 도 3에 나타낸 바와 같이 조사 광학계(20)에 입사되는 광이, 복수개의 회절광으로 분산되므로, 결과적으로 피가공물(15)에 조사되는 광의 강도가 저하된다.In the initial state of the
그래서, 레이저광을 조사하기 전에, 경사 스테이지(104, 105)의 회동 위치를 최적화하기 위한 초기 설정 동작을 행한다.Therefore, before irradiating a laser beam, the initial setting operation for optimizing the rotation position of the inclination stages 104 and 105 is performed.
즉, 출사 가능한 레이저광의 파장 λ2, λ3에 대하여, 공통되는 회절 방향 D와 광축(202)을 일치시키는 레이저 발진기(1), 마이크로 미러 어레이(7)의 위치 관계를 전술한 회절 방향의 설정 방법에 기초하여 제어부(16)에 의해 산출하고, 경사 스테이지(104, 105)의 회동 위치에 대응하는 제어 신호가 경사 스테이지(104, 105)에 송출된다.That is, for the wavelengths λ 2 and λ 3 of the laser beam that can be emitted, the positional relationship between the
다음에, 레이저 가공 장치(200)를 사용하여, 레이저 가공을 행하기 위한 가공 패턴 데이터를 작성한다. 그러므로, 광원(13)으로부터 조명광 Lob를 출사하고, 반투경(12)에서 반사하여 대물 렌즈(14)를 통하여 피가공물(15) 위를 조명한다.Next, using the
조명광 Lob의 반사광은, 대물 렌즈(14), 반투경(12), 결상 렌즈(11)를 각각 투과하여 반투경(8)에서 반사되고, CCD(10)에 의해 촬상된다. 그리고, 조명광 Lob에 의한 피가공물(15)의 표면의 화상이 화상 신호(150A)로서 제어부(16)에 송출된다. The reflected light of the illumination light L ob passes through the
제어부(16)는, 상기 화상 신호(150A)를 화상 데이터로 변환하여, 모니터(9)에 표시한다. 그리고, 조작자가 모니터(9)의 화상을 관찰하여 조작부(17)를 통해 서 가공해야 할 결함부나 절단부를 지정하거나, 제어부(16)에 의해 화상 데이터를 화상 처리하여 결함부나 절단부를 자동 추출하여, 그들 결함부나 절단부의 화상 데이터에 대응하는 가공 패턴 데이터(151)를 작성한다.The
상기 가공 패턴 데이터(151)는, 레이저광의 조사 영역을, 마이크로 미러 어레이(7)의 각 미소 미러(7b)의 온 상태에 대응시키는 제어 데이터이다.The
다음으로, 조작자는, 조작부(17)로부터, 레이저 가공에 사용하는 파장, 예를 들면 λ2를 선택하고, 가공 개시를 지시하는 조작 입력을 행하고, 레이저 가공 공정을 개시한다.Next, an operator selects the wavelength used for laser processing, for example, (lambda) 2 , from the
레이저 가공 공정에서는, 제어부(16)로부터, 레이저 발진기(1)에 대해서 레이저광 L2를 발진하는 제어 신호를 송출하는 동시에 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여, 가공 패턴 데이터(151)를 송출한다.In the laser processing step, the
레이저광 L2는, 광 감쇠기(3)에 의해 광의 강도가 조정되고, 호모지나이저(102)에 의해 단면 방향의 광 강도의 분포가 균일화되고, 마이크로 미러 어레이(7)의 기준 반사면(7a)에 대해서 일정한 입사각 θi로 입사한다.In the laser beam L 2 , the light intensity is adjusted by the
마이크로 미러 어레이(7)에서는, 각 미소 미러(7b)가 가공 패턴 데이터 (151)에 따라 온 상태와 오프 상태로 경사각이 제어되어 있으므로, 레이저광 L2 중, 온 상태의 미소 미러(7b)에 입사한 부분만 정반사 방향 R(도 2 참조)으로 반사된다.A micro mirror array (7), each micromirror (7b) the processing pattern data because the on-state and the inclination angles in the off state control in accordance with 151, the laser light L 2 of the ON state of the micromirrors (7b) Only the incident portion is reflected in the specular reflection direction R (see Fig. 2).
이때, 온 상태의 미소 미러(7b)가 모인 영역에서는, 회절이 일어나서, 회절 차수에 따른 방향으로 회절된다. 본 실시예에서는, 회절 방향 D와 정반사 방향 R이 일치되어 있으므로, 회절 효율이 최대가 되는 상태에서 광의 강도가 저하하지 않고, 출사각 θ0 (도 2 참조)의 방향으로 반사되어 반투경(8)을 투과한다.At this time, in the region where the
그리고, 회절 방향 D과 일치하도록 광축(202)을 배치한 결상 렌즈(11)에 입사하고, 대물 렌즈(14)에 의해 피가공물(15) 상에 결상된다. 따라서, 피가공물(15) 상의 가공 패턴 데이터(151)에 대응한 영역에 변조광 LM이 조사된다. 그러므로, 가공 패턴 데이터(151)에 대응하는 영역이 변조광 LM에 의하여 레이저 가공된다.And it enters into the
한편, 오프 상태의 미소 미러(7b)에서 반사된 광은, 결상 렌즈(11)에 입사 하지 않는 방향으로 반사되므로, 피가공물(15)에 도달하지 않게 된다.On the other hand, since the light reflected by the off-
이와 같이, 레이저 가공 장치(200)에서는, 피가공물(15)의 화상으로부터, 레이저 가공하는 영역의 가공 패턴을 작성하고, 상기 가공 패턴과 일치하는 영역에 1 숏의 레이저광을 조사함으로써 가공할 수 있다.Thus, in the
그리고, 조작부(17)로부터, 가공에 사용하는 레이저광의 파장을 전환하는 조작 입력을 행하고, 제어부(16)에 의하여 레이더 광의 파장을 전환하는 제어 신호를 레이저 발진기(1)에 송출함으로써, 파장을 전환하여 레이저 가공을 행할 수 있다. 예를 들면, 레이저광 L2 대신 레이저광 L3를 선택하여, 상기와 마찬가지로 레이저 가공 공정을 실행할 수 있다.Then, from the
그때, 레이저광 L3는, 파장이 상이하므로, 레이저광 L2와 상이한 회절 패턴으로 회절되지만, 온 상태의 미소 미러(7b)의 정반사 방향 R과 일치되는 회절 방향 D가 파장 λ2, λ3로 공통이므로, 레이저광 L3의 경우에도, 온 상태의 미소 미러(7b)에 의해 회절 방향 D를 향하여 가장 회절 효율이 높은 상태에서 출사된다.At that time, since the laser light L 3 has a different wavelength, it is diffracted in a diffraction pattern different from that of the laser light L 2 , but the diffraction directions D coincident with the normal reflection direction R of the
그러므로, 파장의 차이에 따른 회절 방향의 변화에 따라, 예를 들면 조사 광학계(20)의 설치 위치를 이동하는 수고하지 않고도, 단인 레이저 발진기(1)에 파장의 전환을 지시하기만 하면, 상이한 파장에 의한 레이저 가공을 마찬가지의 회절 효율로 실현할 수 있다.Therefore, in accordance with the change in the diffraction direction due to the difference in wavelength, for example, without incurring effort to move the installation position of the irradiation
또한, 본 실시예에 의하면, 경사 스테이지(104, 105)를 구비함으로써, 마이크로 미러 어레이(7)의 미소 미러(7b)의 경사각이 일정하여도, 회절 효율이 높은 광을 조사 광학계(20)에 입사시킬 수 있다. 그러므로, 미소 미러(7b)의 경사각을 바꾼 특수 주문품 등을 사용하지 않고, 표준 제품으로 장치를 구성할 수 있으므로, 간소하면서 염가로 장치를 만들 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present embodiment, the inclination stages 104 and 105 are provided so that even if the inclination angle of the
[제4 실시예] [Fourth Embodiment]
다음에, 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명한다.Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
도 8은, 본 발명의 제4 실시예에 따른 레이저 가공 장치(210)의 개략적인 구성을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.8 is a diagram for schematically illustrating a schematic configuration of a
본 실시예의 레이저 가공 장치(210)는, 상기 제3 실시예의 레이저 가공 장치(200)의 경사 스테이지(105)를 제거하고, 마이크로 미러 어레이(7)를 레이저 발 진기(1)에 대하여 상대적인 위치 관계를 고정한 변조광 발생부(30)와 일체화하고, 변조광 발생부(30)를 경사 스테이지(104)에 의해 회동 가능하게 유지한 것이다. 마이크로 미러 어레이(7)의 위치는, 레이저광 L2, L3의 광축이, 기준 반사면(7a)의 대략 중심으로 일정 입사각으로 입사하는 위치가 된다. The
이하, 상기 제3 실시예와 상이한 점을 중심으로 간단하게 설명한다.Hereinafter, a brief description will be given focusing on the differences from the third embodiment.
본 실시예의 구성에 따르면, 제3 실시예에서, 경사 스테이지(104, 105)를 동기하여 회동하는 경우에 해당한다. 경사 스테이지(104)가 2축 방향으로 회동 가능하도록되어 있으므로, 회절 방향 D와 광축(202)을 일치시킬 수 있다.According to the configuration of this embodiment, in the third embodiment, it corresponds to the case where the
이 경우에, 경사 스테이지(105)를 제거할 수 있으므로, 구성이 간소하며 염가의 장치를 이용할 수 있는 이점이 있다.In this case, since the
그리고, 상기의 설명에서는, 레이저광이, 2개의 고조파로 이루어지는 경우를 설명하였지만, 고조파의 수는, 3개 이상일 수도 있다. 이 경우에, 각각에 공통되는 회절 방향은 다음과 같이 설정할 수 있다.Incidentally, in the above description, the case where the laser light consists of two harmonics has been described, but the number of harmonics may be three or more. In this case, the diffraction directions common to each can be set as follows.
즉, 복수개의 고조파를, n개(n≥3)의 제uk 고조파(uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,…, n)로 할 때, 이들 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 회절 차수가, (uk·mx, uk·my)차(단, mx, my는 정수)인 방향으로 설정하면 된다.That is, when a plurality of harmonics are n (n≥3) u th harmonics (u k is an integer different from each other, k = 1, 2, ..., n), the diffraction direction common to these plurality of wavelengths As a diffraction order, it may be set in a direction in which (u k · m x , u k · m y ) differences (where m x and m y are integers).
또, 상기의 설명에서는, 레이저광이 기본 파장의 고조파에 의해 복수개의 파장을 구비하는 예를 설명하였으나, 복수개의 파장은 고조파로 한정되지 않는다. 예를 들면, 별개의 광원으로부터 출사되는 복수개의 파장을 가지는 레이저광일 수 도 있다.In addition, in the above description, an example in which the laser light has a plurality of wavelengths by harmonics of the fundamental wavelength has been described, but the plurality of wavelengths is not limited to harmonics. For example, it may be a laser light having a plurality of wavelengths emitted from a separate light source.
복수개의 파장은, 정확하게 정수비를 이루는 것이 바람직하지만, 회절 효율의 변화가 허용 범위이면, 대략 정수비를 이루어도 된다. 이 경우에, 각각에 공통되는 회절 방향은 존재하지 않지만, 서로 가까운 회절 방향이 존재한다. 따라서, 이들 서로 가까운 회절 방향의 하나 또는, 그들의 평균적인 회절 방향으로 조사 광학계의 광축을 일치시키는 것에 의해, 정수비의 경우와 대략 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다.The plurality of wavelengths preferably form an integer ratio accurately, but may be substantially an integer ratio as long as the change in diffraction efficiency is within an acceptable range. In this case, diffraction directions common to each do not exist, but diffraction directions close to each other exist. Therefore, by aligning the optical axes of the irradiation optical systems in one of these diffraction directions close to each other or in their average diffraction directions, an effect similar to that in the case of the constant ratio can be obtained.
대략 정수비를 이루는 정도는, 회절 방향의 일치 정도에 의하여 설정한다. 예를 들면, mx, my가 커지면, 정수비의 어긋남에 비례해 회절 방향이 어긋나므로, 보다 정확한 정수비에 접근하는 것이 바람직하다. 한편, mx, my가 비교적 작으면, 엄밀한 정수비로부터 벗어나 있어도, 회절 방향로서의 어긋나는 양이 작아져서, 양호한 회절 효율을 얻을 수 있다. 회절 방향의 어긋나는 양은, 적어도 조사 광학계(20)의 후측각 개구보다 작게 설정하는 것이 바람직하다.The degree to which an almost integer ratio is achieved is set by the degree of agreement of a diffraction direction. For example, when m x and m y become large, the diffraction direction is shifted in proportion to the shift of the integer ratio, so it is preferable to approach a more accurate integer ratio. On the other hand, when m x and m y are relatively small, even if they deviate from the exact integer ratio, the amount shifted in the diffraction direction becomes small, and good diffraction efficiency can be obtained. It is preferable to set the shift amount of the diffraction direction smaller than at least the rear angle opening of the irradiation
이 경우에, 복수개의 레이저 광원의 파장을, n개(n ≥ 2)의 λuk (uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)라 할 때, 일정 파장 λ에 대해서, λuk가 대략 (λ/uk)가 되도록 설정하고, 각 파장 광에 공통되는 회절 방향으로서 회절 차수가, (uk·mx, uk·my)차(단, mx, my는 정수)의 회절 방향으로 설정한다.In this case, the wavelength of the plurality of laser light sources, one to n k λu when La (u k are mutually different integers, k = 1, 2, ··· , n), of a certain wavelength λ (n ≥ 2) On the other hand, λu k is set to be approximately (λ / u k ), and the diffraction order is the (u k · m x , u k · m y ) difference (where m x , m y is an integer).
예를 들면, 질소 레이저(파장 λ2 = 3371nm)와 YAG 레이저의 제2 고조파(λ3 = 532nm)를 사용하여, 2개의 파장비 λ2: λ3가, 대략 정수비 5:8이 되도록 할 수 있다.For example, using a nitrogen laser (wavelength lambda 2 = 3371 nm) and a second harmonic of the YAG laser (lambda 3 = 532 nm), two wavelength ratios lambda 2 : lambda 3 are approximately an integer ratio of 5: 8. Can be.
또, 상기의 설명에서는, 레이저광을 마이크로 미러 어레이(7)에 대하여 소정 각도로 입사시키기 위하여, 평면경(6)으로 편향하는 예를 설명하였지만, 레이저 광원으로부터 직접 소정 각도로 입사할 수 있는 경우에는, 평면경(6)을 생략할 수도 다.In addition, in the above description, an example in which the laser beam is deflected by the plane mirror 6 in order to inject the laser beam into the
또한, 상기의 설명에서는, 고조파로서 제2, 제3 고조파의 2개를 사용한 예를 설명하면, 필요에 따라, 3개 이상의 고조파를 사용해도 된다. 또, 고조파의 차수는 띄엄띄엄 선택해도 된다.In the above description, an example in which two of the second and third harmonics are used as the harmonics will be described. If necessary, three or more harmonics may be used. In addition, you may select the order of harmonics at random.
그럴 경우, 복수개의 고조파를, n개(n ≥ 2)의 제uk 고조파(uk는 서로 상이한 정수, k = 1, 2,···, n)로 할 때, 복수개의 파장에 공통되는 회절 방향으로서 각각의 회절 차수가, (uk·mx, uk·my)차(단, mx, my는 정수)인 방향으로 설정하면 된다.In that case, when a plurality of harmonics are n (n? 2) u th harmonics (u k is a different integer from each other, k = 1, 2, ..., n), they are common to the plurality of wavelengths. What is necessary is just to set it as the diffraction direction in the direction where each diffraction order is (u k * m x , u k * m y ) (wherein m x and m y are integers).
또한, 상기의 설명에서는, 복수개의 파장 모두에게 공통되든지 또는 대략 일치하는 회절 방향과 조사 광학계의 광축을 맞추는 예를 설명하였지만, 가공 조건에 따라서는, 복수개의 파장의 일부만 이용하는 경우가 있다. 그럴 경우, 회동 기구 제어부가 가공에 사용하는 파장에 따라, 그 회절 방향이 대략 일치하는 방향을 산출하고, 조사 광학계의 광축을 맞출 수 있도록 제어 신호를 송출해도 된다.In addition, although the above description demonstrated the example which aligns the optical axis of the irradiation optical system with the diffraction direction which is common to or substantially coincides with all of the plurality of wavelengths, only a part of the plurality of wavelengths may be used depending on the processing conditions. In that case, according to the wavelength which a rotation mechanism control part uses for a process, the direction in which the diffraction direction is substantially corresponded may be calculated, and a control signal may be sent so that the optical axis of an irradiation optical system may be aligned.
또한, 가공에 사용하는 파장이 1종류뿐일 수도 있고, 그럴 경우에는, 적절한 회절 방향과 조사 광학계의 광축을 맞출 수 있다.Moreover, there may be only one type of wavelength used for a process, and in that case, the suitable diffraction direction and the optical axis of an irradiation optical system can be matched.
또한, 상기의 설명에서는, 회동 기구 제어부가 회동 기구의 회동 위치를 산출하여 제어 신호를 송출하는 것을 설명하였으나, 레이저 광원의 모든 레이저광의 파장 또는 그들의 조합에 따라, 미리 위치 관계를 산출해두고, 산출 결과를 예를 들면 데이터 테이블 등에 기억시켜 두어도 된다.In the above description, the rotating mechanism control unit calculates the rotating position of the rotating mechanism and sends out a control signal. However, the positional relationship is calculated in advance according to the wavelengths or combinations of all the laser beams of the laser light source. The result may be stored, for example, in a data table or the like.
본 발명의 레이저 가공 방법 및 장치는, 생체 시료의 현미경 절단을 행하기 위한 마이크로 다이섹션 등의 기술 분야에도 적용할 수 있는 것이다.The laser processing method and apparatus of the present invention can also be applied to technical fields such as micro die sections for microscopic cutting of biological samples.
또, 상기에 개시된 구성은, 각 실시예의 구성으로 한정되는 것이 아니고, 실시할 수 있으면, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 적절하게 조합하여 실시할 수 있다.In addition, the structure disclosed above is not limited to the structure of each Example, If it can implement, it can implement combining suitably within the range of the technical idea of this invention.
본 발명의 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저광의 복수개의 파장을 전환하여도, 변조광이 하나의 방향으로 반사되어 변조광 조사 광학계로 입사되므로, 레이저광의 이용 효율을 개선할 수 있어서, 효율적으로 피가공물을 가공할 수 있다.According to the laser processing method and the laser processing apparatus of the present invention, even if a plurality of wavelengths of laser light are switched, the modulated light is reflected in one direction and is incident on the modulated light irradiation optical system, so that the utilization efficiency of the laser light can be improved, The workpiece can be processed efficiently.
Claims (17)
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