KR20220120467A - 레이저가공장치 및 레이저가공방법 - Google Patents

레이저가공장치 및 레이저가공방법 Download PDF

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Abstract

레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워가 변동되어도, 가공품질의 저하를 억제하는 것이 가능한 레이저가공장치를 제공한다.
광스위칭소자가, 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔으로부터, 시간축 상에서 일부의 레이저빔을 절단하여 대상물을 향하게 한다. 제어장치가, 레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워에 따라, 광스위칭소자의 투과율을 변화시킨다.

Description

레이저가공장치 및 레이저가공방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}
본 출원은 2021년 2월 22일에 출원된 일본 특허출원 제2021-026332호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 레이저가공장치 및 레이저가공방법에 관한 것이다.
레이저빔을 이용하여 펀칭가공을 행하는 레이저가공장치가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 개시된 레이저가공장치에 있어서는, 레이저발진기로부터 출력된 펄스레이저빔으로부터 음향광학편향기(AOD)를 이용하여 일부를 절단하고, 절단한 레이저펄스를 가공대상물에 입사시킨다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2015-186822호
레이저발진기로부터 출력되는 펄스레이저빔의 피크파워가, 발진조건에 따라 변화하는 경우가 있다. 예를 들면, 레이저발진기에 따라서는, 발진의 개시부터의 경과시간에 따라 피크파워가 저하되는 경향을 나타낸다. 또, 펄스의 반복주파수가 높아지면, 피크파워가 저하되는 경향을 나타내는 경우가 있다. 피크파워가 변동하면, 가공품질에 편차가 발생해 버린다.
또, 연속발진레이저빔에 있어서도, 발진의 개시부터의 경과시간에 따라 파워가 저하되는 경향을 나타내는 경우가 있다. 연속발진레이저빔의 파워가 변동하면, 가공품질에 편차가 발생해 버린다.
본 발명의 목적은, 레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워가 변동되어도, 가공품질의 저하를 억제하는 것이 가능한 레이저가공장치 및 레이저가공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면,
레이저발진기와,
상기 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔으로부터, 시간축 상에서 일부의 레이저빔을 절단하여 대상물을 향하게 하는 광스위칭소자와,
상기 레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워에 따라, 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시키는 제어장치를 구비한 레이저가공장치가 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
레이저빔을 광스위칭소자에 입사시켜, 시간축 상에서 일부의 레이저빔을 절단하여 대상물을 향하게 하고,
상기 광스위칭소자에 입사되는 레이저빔의 파워에 따라, 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시킴으로써, 상기 대상물에 입사되는 레이저빔의 파워를 조정하는 레이저가공방법이 제공된다.
레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워에 따라 광스위칭소자의 투과율을 변화시킴으로써, 대상물에 입사되는 레이저빔의 파워를 조정할 수 있다. 투과율의 조정에 의하여, 레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워의 변동을 보상할 수 있다.
도 1은, 일 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다.
도 2는, 광스위칭소자의 입측의 펄스레이저빔의 파형, 아날로그신호로 지령되는 회절효율의 값, 디지털신호로 지령되는 커팅타이밍, 및 광스위칭소자의 출측의 펄스레이저빔의 파형의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 광스위칭소자의 입측의 펄스레이저빔 및 출측의 펄스레이저빔의 펄스에너지, 및 광스위칭소자의 회절효율의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4의 4A 및 4B는, 제어장치가 회절효율을 변화시키기 위한 기초정보의 일례를 그래프로 나타내는 도이다.
도 5의 5A는, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치의 펄스의 반복주파수와 피크파워의 관계의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 5의 5B는, 제어장치가 광스위칭소자의 회절효율을 제어하기 위한 기초정보를 그래프로 나타내는 도이다.
도 6은, 광스위칭소자의 입측의 펄스레이저빔의 개략파형, 아날로그신호(도 1)로 지령되는 광스위칭소자의 회절효율, 및 출측 펄스레이저빔의 개략파형을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 또 다른 실시예에 의한 레이저가공장치의 제어장치가, 광스위칭소자의 회절효율을 제어하기 위하여 사용하는 기초정보를 나타내는 도표이다.
도 8의 8A는, 대상물의 표면에 정의되어 있는 복수의 피가공점의 분포의 일례를 나타내는 도이며, 도 8의 8B는, 복수의 피가공점의 가공순서의 일례를 나타내는 도이다.
도 1~도 4를 참조하여, 본원 발명의 일 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다.
도 1은, 일 실시예에 의한 레이저가공장치의 개략도이다. 레이저발진기(10)가 제어장치(30)로부터의 지령에 의해서 펄스레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(10)로서, 예를 들면 탄산가스레이저가 이용된다. 레이저발진기(10)로부터 출력된 펄스레이저빔이, 빔정형광학계(11)를 경유하여 애퍼처(12)에 입력된다. 빔정형광학계(11)는, 예를 들면 빔익스팬더 등이며, 펄스레이저빔의 빔직경 및 발산각을 조정한다.
애퍼처(12)를 통과한 펄스레이저빔이, 광스위칭소자(13)에 입사된다. 광스위칭소자(13)로서, 예를 들면 음향광학편향소자가 이용된다. 드라이버(14)가 제어장치(30)로부터의 지령에 의해서, 광스위칭소자(13)를 구동한다. 광스위칭소자(13)는, 입력되는 펄스레이저빔(P1)으로부터, 시간축 상에서 일부의 레이저빔을 절단하여, 절단한 펄스레이저빔(P2)을 대상물(50)로 향하게 한다. 광스위칭소자(13)에 입사되는 펄스레이저빔(P1) 중 절단되지 않았던 부분은 빔댐퍼(21)에 입사된다.
일례로서, 제어장치(30)로부터 드라이버(14)에, 회절효율을 지령하는 아날로그신호(AM)와, 레이저빔의 커팅타이밍을 지령하는 디지털신호(DM)가 부여된다. 커팅의 타이밍을 지령하는 디지털신호(DM)가 하이레벨의 기간, 펄스레이저빔이 대상물(50)을 향하는 경로로 전환되고, 그 외의 기간은, 펄스레이저빔이 빔댐퍼(21)에 입력된다. 회절효율을 지령하는 아날로그신호(AM)에 의하여 광스위칭소자(13)의 회절효율이 설정된다. 회절효율은, 광스위칭소자(13)의 입측의 펄스레이저빔(P1)의 파워에 대한 출측의 펄스레이저빔(P2)의 파워의 비에 상당한다. 따라서, 회절효율은, 대상물(50)을 향하는 펄스레이저빔의 투과율로 생각할 수 있다.
광스위칭소자(13)로 절단된 펄스레이저빔(P2)은, 미러(22), 빔주사기(25), 및 집광렌즈(26)를 경유하여 대상물(50)에 입사된다. 빔주사기(25)로서, 한 쌍의 요동(搖動)미러(25X, 25Y)를 포함하는 갈바노스캐너가 이용된다. 빔주사기(25)는, 제어장치(30)로부터 제어됨으로써, 대상물(50)의 표면에 있어서의 펄스레이저빔의 입사위치를 2차원 면내에서 이동시킨다. 집광렌즈(26)는, 펄스레이저빔을 대상물(50)의 표면에 집광한다. 집광렌즈(26)로서, 예를 들면 fθ렌즈가 이용된다.
대상물(50)은, 예를 들면 펀칭가공을 행하는 프린트기판이며, 스테이지(27)의 수평인 지지면에 지지되어 있다. 스테이지(27)는, 제어장치(30)로부터의 지령에 의해서, 지지면에 평행하고 서로 직교하는 두 방향으로 대상물(50)을 이동시킨다.
스테이지(27)에 계측기(28)가 장착되어 있다. 스테이지(27)를 이동시켜 계측기(28)에 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 계측기(28)는, 펄스레이저빔의 1펄스당의 에너지(이하, "펄스에너지"라고 한다.), 또는 피크파워를 계측할 수 있다. 계측기(28)의 계측결과가 제어장치(30)에 입력된다.
도 2는, 광스위칭소자(13)의 입측의 펄스레이저빔(P1)의 파형, 아날로그신호(AM)로 지령되는 회절효율의 값, 디지털신호(DM)로 지령되는 커팅타이밍, 및 광스위칭소자(13)의 출측의 펄스레이저빔(P2)의 파형의 일례를 나타내는 그래프이다. 다만, 도 2에 나타낸 펄스레이저빔(P1)의 2개의 레이저펄스(41, 42)의 파형은, 실제의 파형을 단순화하여 나타낸 것이다.
레이저발진기(10)로부터 출력된 펄스레이저빔의 피크파워는, 다양한 요인에 의하여 변동한다. 도 2에서는, 레이저펄스(41)의 피크파워가 레이저펄스(42)의 피크파워보다 큰 예를 나타내고 있다. 레이저펄스(41)의 상승 t1부터 하강 t4까지의 기간에, 아날로그신호(AM)에 의하여 지령되는 회절효율 M1은, 레이저펄스(42)의 상승 t5부터 하강 t8까지의 기간에 지령되는 회절효율 M2보다 낮다.
레이저펄스(41)의 상승부터 하강까지의 기간 중 일부의 기간 t2~t3, 및 레이저펄스(42)의 상승부터 하강까지의 기간 중 일부의 기간 t6~t7에, 디지털신호(DM)가 하이레벨이 된다. 디지털신호(DM)가 하이레벨이 되어 있는 기간에, 대상물(50)(도 1)을 향하는 펄스레이저빔(P2)이 출력된다. 펄스레이저빔(P2)은, 레이저펄스(41, 42)로부터 각각 절단된 레이저펄스(43, 44)를 포함한다.
절단된 레이저펄스(43, 44)의 피크파워는, 각각 원래의 레이저펄스(41, 42)의 피크파워에 회절효율 M1, M2를 곱한 크기가 된다. 회절효율 M1, M2를 적절히 설정하면, 절단된 레이저펄스(43, 44)의 피크파워를 대략 동일하게 할 수 있다.
레이저펄스(41, 42, 43, 44)의 파형의 면적이 펄스에너지에 상당한다. 레이저펄스(41, 42)의 펄스폭이 동일할 때, 레이저펄스(41)의 펄스에너지가 레이저펄스(42)의 펄스에너지보다 크다. 절단된 레이저펄스(43, 44)의 피크파워가 대략 동일하기 때문에, 양자의 펄스폭이 동일할 때, 양자의 펄스에너지도 대략 동일해진다. 이와 같이, 입측의 펄스레이저빔(P1)의 피크파워에 따라 회절효율을 변화시킴으로써, 절단된 펄스레이저빔(P2)의 펄스에너지를 균일화할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 펄스의 반복주파수를 일정하게 하고, 소정의 기간, 펄스레이저빔을 출력하는 경우의 광스위칭소자(13)의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 3은, 광스위칭소자(13)(도 1)의 입측의 펄스레이저빔(P1) 및 출측의 펄스레이저빔(P2)의 펄스에너지, 및 광스위칭소자(13)의 회절효율의 시간변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
시각 t11부터 t12까지의 기간, 및 시각 t13부터 t14까지의 기간에, 펄스레이저빔(P1)이 일정한 주파수로 출력된다. 시각 t12부터 t13까지의 기간은, 펄스레이저빔이 출력되지 않는다. 레이저발진기(10)(도 1)는, 펄스레이저빔(P1)의 출력개시시점 t11, t13으로부터의 경과시간에 따라 펄스에너지가 변동하는 특성을 갖는다. 예를 들면, 펄스레이저빔(P1)의 출력개시시점으로부터 시간이 경과함에 따라 펄스에너지가 저하된다.
제어장치(30)(도 1)는, 펄스레이저빔(P1)의 출력개시시점 t11, t13으로부터 시간이 경과함에 따라, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 높게 하도록 드라이버(14)(도 1)에 지령을 내린다. 보다 구체적으로는, 제어장치(30)는, 절단된 펄스레이저빔(P2)의 펄스에너지가 대략 일정해지도록, 회절효율을 변화시킨다. 회절효율을 변화시키기 위한 기초정보는, 제어장치(30)의 메모리에 미리 저장되어 있다. 이로써, 시각 t11부터 t12까지의 기간, 및 시각 t13부터 t14까지의 기간, 펄스레이저빔(P2)의 펄스에너지가 대략 일정해진다.
도 4의 4A는, 제어장치(30)가 회절효율을 변화시키기 위한 기초정보의 일례를 그래프로 나타내는 도이다. 도 4의 4A에 나타낸 기초정보는, 펄스레이저빔(P1)의 출력개시시점부터의 경과시간과 회절효율의 관계를 정의하고 있다. 도 4의 4A의 가로축은, 펄스레이저빔(P1)의 출력개시시점부터의 경과시간을 나타내고, 세로축은 회절효율을 나타낸다. 레이저발진기(10)(도 1)가, 경과시간의 증가와 함께 피크파워가 저하되는 특성을 갖는 경우, 기초정보에서는, 피크파워의 저하를 보상하도록, 경과시간의 증가와 함께 회절효율을 높게 하고 있다. 예를 들면, 회절효율은, 경과시간이 증가함에 따라, 초깃값 Dini로부터, 광스위칭소자(13)(도 1)의 최대회절효율 Dmax에 점근(漸近)한다.
도 4의 4B는, 제어장치(30)가 회절효율을 변화시키기 위한 기초정보의 다른 예를 그래프로 나타내는 도이다. 도 4의 4B에 나타낸 기초정보는, 펄스레이저빔(P1)의 출력개시시점으로부터 순차출력되는 레이저펄스에 부여되는 일련번호와 회절효율의 관계를 정의하고 있다. 도 4의 4B의 가로축은, 레이저펄스에 부여되는 일련번호를 나타내고, 세로축은 회절효율을 나타낸다. 기초정보에서는, 피크파워의 저하를 보상하도록, 일련번호의 증가와 함께 회절효율을 높게 하고 있다. 예를 들면, 회절효율은, 레이저펄스에 부여된 일련번호가 커짐에 따라, 초깃값 Dini로부터, 광스위칭소자(13)의 최대회절효율 Dmax에 점근한다.
도 4의 4A 및 4B에서는, 기초정보를 그래프로 나타내고 있지만, 실제로는, 경과시간 또는 레이저펄스의 일련번호와, 회절효율의 관계를 정의하는 정보가, 테이블 형식으로 제어장치(30)의 메모리에 저장된다.
다음으로, 도 4의 4A 및 4B에 나타낸 기초정보를 정의하는 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 소정의 값으로 고정하고, 레이저발진기(10)(도 1)로부터 펄스레이저빔을 출력시켜, 계측기(28)(도 1)로 펄스에너지를 계측한다. 이 계측결과로부터, 펄스에너지의 변동에 관한 레이저발진기(10)의 특성을 알 수 있다. 이 펄스에너지의 변동을 보상하도록, 기초정보를 정의하면 된다.
다음으로, 상기 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는, 레이저발진기(10)로부터 출력되는 펄스레이저빔의 펄스에너지의 시간적인 변동을, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 조정함으로써 보상하고 있다. 이로써, 대상물(50)의 표면에 있어서의 펄스에너지의 변동을 억제하여, 가공품질의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 펄스레이저빔으로부터 가공용의 레이저펄스를 절단하는 광스위칭소자(13)를 이용하여, 펄스에너지의 변동을 보상하고 있다. 이 때문에, 펄스에너지의 변동을 보상하기 위한 새로운 광학소자를 추가할 필요가 없다.
다음으로, 도 1~도 4의 4B에 나타낸 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.
상기 실시예에서는, 레이저발진기(10)가 펄스레이저빔을 출력하지만, 본 변형예에서는 레이저발진기(10)가 연속발진(CW)레이저빔을 출력한다. 레이저발진기(10)는, 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 연속발진레이저빔의 파워가 변동하는 특성을 갖고 있다. 제어장치(30)는, 연속파레이저빔의 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 광스위칭소자(13)의 회절효율을 변화시킴으로써, 연속발진레이저빔의 파워의 변동을 보상한다. 이와 같이, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 조정함으로써, 연속발진레이저빔의 파워의 시간변동을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 5의 5A~도 6을 참조하여, 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 4의 4B에 나타낸 실시예에 의한 레이저가공장치와 공통인 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
본 실시예에 있어서의 레이저가공장치에 이용되는 레이저발진기(10)는, 펄스의 반복주파수에 따라 펄스레이저빔의 피크파워가 변동하는 특성을 갖는다.
도 5의 5A는, 펄스의 반복주파수와 피크파워의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 펄스의 반복주파수가 높아짐에 따라 피크파워가 저하되고 있다. 제어장치(30)는, 펄스의 반복주파수에 따른 피크파워의 변동을 보상하도록, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 조정한다.
도 5의 5B는, 제어장치(30)가 광스위칭소자(13)의 회절효율을 제어하기 위한 기초정보를 그래프로 나타내는 도이다. 가로축은 펄스의 반복주파수를 나타내고, 세로축은 회절효율을 나타낸다. 펄스의 반복주파수가 높아짐에 따라 회절효율을 높게 하여, 광스위칭소자(13)의 최대회절효율 Dmax에 점근시키고 있다. 이와 같이 회절효율을 제어함으로써, 펄스레이저빔(P1)의 피크파워 및 펄스에너지의 변동이 보상된다.
도 6은, 광스위칭소자(13)의 입측의 펄스레이저빔(P1)의 개략파형, 아날로그신호(AM)(도 1)로 지령되는 광스위칭소자(13)의 회절효율, 및 출측 펄스레이저빔(P2)의 개략파형을 나타내는 그래프이다. 도 6에서는, 펄스레이저빔(P1, P2) 중 1개의 레이저펄스를 1개의 직선으로 나타내고 있다.
시각 t21부터 t24까지의 기간, 레이저발진기(10)(도 1)가 펄스레이저빔을 출력한다. 시각 t11부터 t22까지의 기간, 시각 t22부터 t23까지의 기간, 및 시각 t23부터 t24까지의 기간의 펄스의 반복주파수는, 각각 f1, f2, f3이다. 주파수 f1이 가장 높고, 주파수 f3이 가장 낮다. 레이저발진기(10)는, 도 5의 5A에 나타낸 특성을 갖고 있기 때문에, 시각 t11부터 t22까지의 기간의 펄스레이저빔(P1)의 피크파워가 가장 낮고, 시각 t23부터 t24까지의 기간의 펄스레이저빔(P1)의 피크파워가 가장 높다.
제어장치(30)는, 도 5의 5B에 나타낸 기초정보에 근거하여 광스위칭소자(13)의 회절효율을 변화시킨다. 즉, 시각 t11부터 t22까지의 기간의 회절효율을 가장 높게 하고, 시각 t23부터 t24까지의 기간의 회절효율을 가장 낮게 한다.
광스위칭소자(13)로 절단된 출측의 펄스레이저빔(P2)의 피크파워는, 시각 t21부터 t24까지의 기간에 걸쳐, 대략 일정해진다. 이로써, 대상물(50)에 입사되는 펄스레이저빔(P2)의 펄스에너지가, 펄스의 반복주파수와 관계없이 대략 일정해진다.
다음으로, 도 7을 참조하여 또 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 6에 나타낸 실시예에 의한 레이저가공장치와 공통인 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 7은, 본 실시예에 의한 레이저가공장치의 제어장치(30)가, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 제어하기 위하여 사용하는 기초정보를 나타내는 도표이다. 도 1~도 4의 4B에 나타낸 실시예에서는, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 제어하기 위한 기초정보로서, 출력개시시점부터의 경과시간 또는 레이저펄스에 부여한 일련번호와 회절효율의 관계(도 4의 4A, 4B)를 정의하고 있다. 도 5의 5A~도 6에 나타낸 실시예에서는, 광스위칭소자(13)의 회절효율을 제어하기 위한 기초정보로서, 펄스의 반복주파수와 회절효율의 관계(도 5의 5B)를 정의하고 있다.
이에 대하여 본 실시예에서는, 기초정보로서, 펄스의 반복주파수와 레이저펄스에 부여된 일련번호의 양방과, 회절효율의 관계를 정의하고 있다. 1개의 일련번호와 1개의 주파수의 조합의 각각에 대하여, 1개의 회절효율이 정의되어 있다. 1개의 주파수에 착목(着目)하면, 도 4의 4B에 나타낸 기초정보와 동일하게, 레이저펄스의 일련번호가 커짐에 따라 회절효율을 높게 한다. 1개의 일련번호에 착목하면, 도 5의 5B에 나타낸 기초정보와 동일하게, 펄스의 반복주파수가 높아짐에 따라 회절효율을 높게 한다.
다음으로, 도 7에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 레이저발진기(10)(도 1)로부터의 펄스레이저빔의 출력개시시점부터의 경과시간에 따른 피크파워의 변동, 및 펄스의 반복주파수에 기인하는 피크파워의 변동의 양방을 보상하여, 대상물(50)에 입사되는 펄스레이저빔의 펄스에너지의 변동을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 8의 8A 및 8B를 참조하여 또 다른 실시예에 의한 레이저가공장치에 대하여 설명한다. 이하, 도 1~도 7에 나타낸 실시예에 의한 레이저가공장치와 공통인 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
도 8의 8A는, 대상물(50)의 표면에 정의되어 있는 복수의 피가공점(53)의 분포의 일례를 나타내는 도이다. 도 8의 8A에서는, 복수의 피가공점(53) 중 일부만을 나타내고 있다. 대상물(50)은 프린트기판이며, 피가공점(53)은, 펀칭해야 할 위치를 나타내고 있다. 대상물(50)의 형상은 직사각형이다.
대상물(50)의 네 모서리에, 각각 얼라인먼트마크(51)가 마련되어 있다. 대상물(50)의 표면에, 복수의 피가공점(53)이 정의되어 있다. 도 8의 8A에서는, 피가공점(53)을 원형의 기호로 나타내고 있지만, 실제로는, 대상물(50)의 표면에 어떠한 마크가 부여되어 있는 것은 아니고, 복수의 피가공점(53)의 위치를 정의하는 위치데이터가 제어장치(30)에 저장되어 있다.
대상물(50)의 표면에 복수의 스캔에어리어(52)가 정의되어 있다. 스캔에어리어(52)의 각각의 형상은 정사각형이며, 그 크기는, 빔주사기(25)(도 1)를 동작시켜 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시킬 수 있는 범위의 크기와 대략 동일하다. 복수의 스캔에어리어(52)는, 대상물(50) 상의 모든 피가공점(53)을 어느 1개의 스캔에어리어(52) 내에 포함하도록 배치된다. 복수의 스캔에어리어(52)는 부분적으로 겹치는 경우가 있고, 피가공점(53)이 분포되어 있지 않은 영역에는 스캔에어리어(52)가 배치되지 않는 경우도 있다. 복수의 스캔에어리어(52)가 중복되어 있는 영역에 위치하는 피가공점(53)은, 어느 1개의 스캔에어리어(52)에 속하고, 그 피가공점(53)은, 피가공점(53)이 속하는 스캔에어리어(52)의 가공 시에 가공된다.
대상물(50)의 가공 시에는, 대상물(50)의 1개의 스캔에어리어(52)를 집광렌즈(26)(도 1)의 바로 아래로 이동시킨다. 집광렌즈(26)의 바로 아래에 배치된 스캔에어리어(52) 내의 복수의 피가공점(53)에 펄스레이저빔의 입사위치를 차례로 위치결정함으로써, 그 스캔에어리어(52)의 가공이 행해진다. 1개의 스캔에어리어(52)의 가공이 종료되면, 스테이지(27)(도 1)를 동작시켜, 다음으로 가공해야 할 스캔에어리어(52)를 집광렌즈(26)의 바로 아래로 이동시킨다. 1개의 스캔에어리어(52)의 가공 중에는, 스테이지(27)는 정지되어 있다. 도 8의 8A에 있어서, 스캔에어리어(52)의 가공순서를 화살표로 나타내고 있다.
도 8의 8B는, 복수의 피가공점(53)의 가공순서의 일례를 나타내는 도이다. 복수의 피가공점(53)에 일련번호가 부여되어 있다. 빔주사기(25)(도 1)를 동작시켜, 일련번호의 순서대로, 복수의 피가공점(53)에 펄스레이저빔을 입사시킴으로써, 1개의 스캔에어리어(52)의 가공을 행한다. 도 8의 8B에 있어서, 복수의 피가공점(53)의 가공순서를 화살표로 나타내고 있다. 피가공점(53)의 가공순서는, 예를 들면, 펄스레이저빔의 입사위치의 이동경로가 최단이 되도록 결정된다.
1개의 피가공점(53)을 가공하고 나서 다음으로 가공해야 할 피가공점(53)까지 펄스레이저빔의 입사위치를 이동시키는 데 필요한 시간은, 2개의 피가공점(53)의 사이의 거리에 의존한다. 2개의 피가공점(53)의 사이의 거리가 긴 경우에는, 레이저펄스의 시간간격이 길어진다. 환언하면, 펄스의 반복주파수가 낮아진다. 이 때문에, 피가공점(53)이 조밀하게 분포되는 스캔에어리어(52)의 가공 시에는, 피가공점(53)의 분포가 성긴 스캔에어리어(52)의 가공 시보다, 펄스의 반복주파수를 높게 할 수 있다. 이와 같이, 가공에 이용하는 펄스레이저빔의 바람직한 펄스의 반복주파수는, 스캔에어리어(52)마다 상이하다.
도 8의 8A에 나타낸 예에서는, 2번째로 가공하는 스캔에어리어(52)에, 1번째로 가공하는 스캔에어리어(52)보다 피가공점(53)이 조밀하게 분포되어 있다. 이 때문에, 2번째로 가공하는 스캔에어리어(52)의 가공에 이용하는 펄스레이저빔의 펄스반복주파수 f1을, 1번째로 가공하는 스캔에어리어(52)의 가공에 이용하는 펄스레이저빔의 펄스반복주파수 f2보다 높게 한다.
이와 같이, 펄스레이저빔의 펄스의 반복주파수를, 스캔에어리어(52)마다 최적인 값으로 설정하여 가공을 행한다. 이때, 도 5의 5B 또는 도 7에 나타낸 실시예와 같이, 펄스의 반복주파수에 따라 광스위칭소자(13)의 회절효율을 조정한다.
다음으로, 도 8의 8A 및 8B에 나타낸 실시예의 우수한 효과에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 스캔에어리어(52)마다 펄스의 반복주파수를 상이하게 해도, 대략 일정한 펄스에너지로 가공을 행할 수 있다. 이 때문에, 펄스에너지의 편차에 기인하는 가공품질의 저하를 억제할 수 있다.
다음으로, 상기 실시예의 변형예에 대하여 설명한다.
도 1~도 8에 나타낸 실시예에서는, 광스위칭소자(13)로 절단되어 대상물(50)을 향하는 레이저빔의 경로가 1개이지만, 광스위칭소자(13)의 회절각이 상이한 2개의 경로에, 펄스레이저빔을 전반(傳搬)시켜도 된다. 예를 들면, 입측의 펄스레이저빔(P1)의 1개의 레이저펄스로부터, 일방의 경로를 향하는 레이저펄스와, 타방의 경로를 향하는 레이저펄스를 절단해도 된다. 이 경우에도, 회절효율을 제어함으로써, 절단된 레이저펄스의 피크파워 및 펄스에너지를 대략 일정하게 할 수 있다.
또, 상기 실시예에서는 광스위칭소자(13)로서 음향광학편향기를 이용했지만, 다른 광학소자를 이용해도 된다. 예를 들면, 전기광학변조기(EOM)와 편광빔스플리터를 이용해도 된다.
상술한 각 실시예는 예시이며, 상이한 실시예로 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 복수의 실시예의 동일한 구성에 의한 동일한 작용효과에 대해서는 실시예별로는 따로 언급하지 않는다. 또한, 본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
10 레이저발진기
11 빔정형광학계
12 애퍼처
13 광스위칭소자
14 드라이버
21 빔댐퍼
22 미러
25 빔주사기
25X, 25Y 요동미러
26 집광렌즈
27 스테이지
28 계측기
30 제어장치
41, 42 광스위칭소자의 입측의 레이저펄스
43, 44 광스위칭소자로 절단된 레이저펄스
50 대상물
51 얼라인먼트마크
52 스캔에어리어
53 피가공점

Claims (8)

  1. 레이저발진기와,
    상기 레이저발진기로부터 출력된 레이저빔으로부터, 시간축 상에서 일부의 레이저빔을 절단하여 대상물을 향하게 하는 광스위칭소자와,
    상기 레이저발진기로부터 출력되는 레이저빔의 파워에 따라, 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시키는 제어장치를 구비한 레이저가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저발진기는, 펄스레이저빔을 출력하고, 펄스레이저빔의 피크파워가 펄스레이저빔의 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 변동하는 특성을 갖고 있으며,
    상기 제어장치는, 상기 레이저발진기로부터의 펄스레이저빔의 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시키는 레이저가공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이저발진기는, 펄스레이저빔을 출력하고, 펄스레이저빔의 피크파워가 펄스레이저빔의 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 변동하는 특성을 갖고 있으며,
    상기 제어장치는, 상기 레이저발진기로부터의 펄스레이저빔의 출력개시시점으로부터 순차출력되는 레이저펄스에 부여되는 일련번호에 따라 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시키는 레이저가공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저발진기는, 연속발진레이저빔을 출력하고, 연속발진레이저빔의 파워가 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 변동하는 특성을 갖고 있으며,
    상기 제어장치는, 상기 레이저발진기로부터의 레이저빔의 출력개시시점부터의 경과시간에 따라 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시키는 레이저가공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저발진기는, 펄스레이저빔을 출력하고, 펄스레이저빔의 피크파워가 펄스의 반복주파수에 따라 변동하는 특성을 갖고 있으며,
    상기 제어장치는, 펄스의 반복주파수에 따라 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시키는 레이저가공장치.
  6. 레이저빔을 광스위칭소자에 입사시켜, 시간축 상에서 일부의 레이저빔을 절단하여 대상물을 향하게 하고,
    상기 광스위칭소자에 입사되는 레이저빔의 파워에 따라, 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시킴으로써, 상기 대상물에 입사되는 레이저빔의 파워를 조정하는 레이저가공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광스위칭소자에 입사되는 레이저빔은 펄스레이저빔이며,
    상기 대상물에 입사되는 레이저빔의 파워를 조정할 때에, 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시킴으로써, 상기 대상물에 입사되는 펄스레이저빔의 피크파워를 일정(一定)에 가까워지게 하는 레이저가공방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광스위칭소자에 입사되는 레이저빔은 연속발진레이저빔이며,
    상기 대상물에 입사되는 레이저빔의 파워를 조정할 때에, 상기 광스위칭소자의 투과율을 변화시킴으로써, 상기 대상물에 입사되는 연속발진레이저빔의 파워를 일정(一定)에 가까워지게 하는 레이저가공방법.
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