KR20240026129A - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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아키라 다케다
히로타케 후쿠오카
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

일 실시 형태의 레이저 가공 장치는, 레이저 광원과, 스테이지와, fθ렌즈와, 유전체 미러를 동작시켜 fθ렌즈에 대한 레이저광의 입사각을 조정함으로써, 가공 대상물의 가공면에 있어서 레이저광을 주사하는 갈바노 스캐너와, 레이저광의 광로 상에 있어서 레이저 광원과 갈바노 스캐너의 사이에 배치되는 편광 빔 스플리터와, 광로 상에 있어서 편광 빔 스플리터와 갈바노 스캐너의 사이에 배치되는 1/4 파장판과, 레이저광이 조사된 가공면으로부터의 레이저광의 복귀광으로서, fθ렌즈, 갈바노 스캐너, 1/4 파장판, 및 편광 빔 스플리터를 이 순서대로 경유하는 복귀광을 검출하는 광 검출부를 구비한다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법
본 개시는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 갈바노 스캐너를 이용하여 가공 대상물의 표면에 대한 레이저광의 주사를 행하는 레이저 가공 장치에 있어서, 가공 대상물로부터의 반사광을 광 검출부에서 적합하게 검출하기 위해, fθ렌즈와 가공 대상물의 사이에 1/4 파장판을 배치하는 구성이 개시되어 있다.
일본 특개 2007-29964호 공보
상기 특허문헌 1에 개시된 구성에서는, 1/4 파장판이 레이저광 주사부보다도 후단(즉, 레이저광 주사부보다도 가공 대상물측)에 위치하기 때문에, 가공 대상물의 가공면(즉, 주사 대상이 되는 영역) 전체를 커버하는 크기의 1/4 파장판을 이용할 필요가 있다. 이 때문에, 가공면의 사이즈에 따라 1/4 파장판의 사이즈도 크게 할 필요가 있다. 그 결과, 장치 전체의 사이즈가 대형화되어 버릴 우려가 있다. 또한, 레이저 가공시에 있어서, 가공 대상물로부터 발생한 비말 등에 의해서 1/4 파장판이 오염될 우려도 있다.
상기를 감안하여, 본 개시의 일 측면은, 장치의 소형화를 도모함과 아울러 1/4 파장판의 오염을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 측면에 따른 레이저 가공 장치는, 레이저광을 출력하는 레이저 광원과, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 가공 대상물의 가공면에 레이저광을 집광하는 fθ렌즈와, 유전체 미러를 동작시켜 fθ렌즈에 대한 레이저광의 입사각을 조정함으로써, 가공면에 있어서 레이저광을 주사하는 광 주사부와, 레이저광의 광로 상에 있어서 레이저 광원과 광 주사부의 사이에 배치되는 편광 빔 스플리터와, 광로 상에 있어서 편광 빔 스플리터와 광 주사부의 사이에 배치되는 1/4 파장판과, 레이저광이 조사된 가공 대상물의 가공면으로부터의 레이저광의 복귀광으로서, fθ렌즈, 광 주사부, 1/4 파장판, 및 편광 빔 스플리터를 이 순서대로 경유하는 복귀광을 검출하는 광 검출부를 구비한다.
상기 레이저 가공 장치에서는, 편광 빔 스플리터 및 1/4 파장판을 이용함으로써, 편광 빔 스플리터 및 1/4 파장판을 이용하지 않는 경우와 비교하여, 가공 대상물의 가공면으로부터의 복귀광의 검출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 1/4 파장판을 편광 빔 스플리터와 광 주사부의 사이에 배치함으로써, 1/4 파장판을 fθ렌즈와 가공 대상물의 사이에 배치하는 경우와 비교하여, 1/4 파장판의 사이즈를 소형화할 수 있다. 그 결과, 레이저 가공 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 1/4 파장판을 가공 대상물에 대향하는 위치에 배치하지 않음으로써, 레이저 가공시에 가공 대상물로부터 발생한 비말 등에 의해서 1/4 파장판이 오염되는 것을 억제할 수도 있다.
상기 레이저 가공 장치는, 광 검출부에 의해서 검출된 복귀광에 기초하여, 가공 대상물의 가공 상태를 모니터하는 제어부를 더 구비해도 된다. 상기 구성에 의하면, 레이저 가공시에 검출되는 복귀광에 기초하여, 가공 대상물의 가공 상태를 용이하게 모니터할 수 있다.
광 검출부는 복귀광의 신호 강도를 검출해도 되며, 제어부는, 광 검출부에 의해 검출된 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 복귀광의 신호 강도에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지하고, 적절하게 대처하는 것이 가능하게 된다.
제어부는 레이저광의 주사 위치에 기초하여 신호 강도를 보정해도 되고, 보정 후의 신호 강도에 기초하여 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광은, 편광 빔 스플리터를 경유함으로써 직선 편광이 되고, 또한 1/4 파장판을 투과함으로써 원편광으로 변환된다. 여기서, 유전체 미러를 포함하는 광 주사부를 이용했을 경우, 레이저광이 유전체 미러에서 반사할 때에, 레이저광의 직교하는 편광 사이의 위상차가 변화한다. 이것에 기인하여, 주사 범위의 중심 부근의 복귀광은 원편광의 상태가 유지되는 것에 대해, 주사 범위의 중심으로부터 떨어진 둘레 가장자리부의 복귀광은 타원 편광이 된다. 그 결과, 주사 범위의 중심부의 복귀광에 대해서 검출되는 신호 강도와 주사 범위의 둘레 가장자리부의 복귀광에 대해서 검출되는 신호 강도의 사이에 차가 발생한다. 구체적으로는, 레이저광의 조사 위치(주사 위치)가 주사 범위의 중심으로부터 멀어질수록, 검출되는 복귀광의 신호 강도가 작아지는 경향이 있다. 상기 구성에 의하면, 이와 같은 경향에 기초하여 신호 강도를 보정함으로써, 주사 범위의 각 위치에서 검출되는 복귀광의 신호 강도의 크기를 같게 할 수 있다. 이것에 의해, 각 주사 위치에 대해서, 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 여부를 일률적인 기준에 의해서 판정하는 것이 가능하게 된다.
제어부는, 주사 위치에 대한 레이저광의 조사가 실행될 때마다, 주사 위치에 있어서 검출된 신호 강도에 기초하여, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정해도 되고, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것에 따라, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 가공 상태의 이상을 적절하고 또한 즉시에 검지할 수 있다.
제어부는, 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광의 조사 에너지와 신호 강도와 가공면에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 가공 자국의 직경의 목표값에 기초하여, 신호 강도가 적정값인지 여부를 판정해도 되고, 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정된 것에 따라, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 레이저광의 조사 에너지와 복귀광의 신호 강도와 가공 자국의 직경의 관계에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지할 수 있다.
제어부는 미리 정해진 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 신호 강도를 적산해도 되고, 적산 결과에 기초하여 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 주사 범위 전체에서 검출된 신호 강도의 적산 결과를 이용함으로써, 주사 위치의 차이에 의한 신호 강도의 차를 흡수하여, 주사 범위 단위로 이상 검지를 행할 수 있다. 또한, 각 주사 위치에서 검출된 복귀광의 신호 강도의 보정이 불필요하게 되기 때문에, 그 만큼의 계산량을 저감시킬 수 있다.
광 검출부는 복귀광의 이차원 이미지를 검출해도 되고, 제어부는, 광 검출부에 의해 검출된 이차원 이미지에 기초하여, fθ렌즈와 가공면의 거리를 조정해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 대상물로부터의 복귀광의 이차원 이미지(즉, 빔 프로파일)에 기초하여, 가공 위치(조사 위치)에 있어서의 빔 프로파일이 적절한 형상이 되도록, fθ렌즈와 가공면의 거리를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
제어부는, 이차원 이미지와 가공면에 형성되는 가공 자국의 형상의 관계와, 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 목표 형상에 대응하는 이차원 이미지가 광 검출부에 의해 검출되도록, fθ렌즈와 가공면의 거리를 조정해도 된다. 상기 구성에 의하면, 미리 파악된 이차원 이미지와 가공 자국의 형상의 관계에 기초하여, fθ렌즈와 가공면의 거리를 적절하게 조정할 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 레이저 가공 방법은, 지지부에 지지된 가공 대상물의 가공면에 fθ렌즈에 의해서 레이저광을 집광시킴으로써, 가공 대상물의 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서, 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광을, 편광 빔 스플리터 및 1/4 파장판을 이 순서대로 경유시켜 광 주사부로 안내하고, 광 주사부에 있어서, 유전체 미러를 동작시켜 fθ렌즈에 대한 레이저광의 입사각을 변화시킴으로써, 가공면에 있어서 레이저광을 주사하는 스텝과, 레이저광이 조사된 가공 대상물의 가공면으로부터의 레이저광의 복귀광으로서, fθ렌즈, 광 주사부, 1/4 파장판, 및 편광 빔 스플리터를 이 순서대로 경유하는 복귀광을 광 검출부에 의해서 검출하는 스텝을 포함한다. 상기 레이저 가공 방법에 의하면, 상술한 레이저 가공 장치와 마찬가지의 효과가 달성된다.
상기 레이저 가공 방법은, 상기 광 검출부에 의해서 검출된 상기 복귀광에 기초하여, 상기 가공 대상물의 가공 상태를 모니터하는 스텝을 더 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 레이저 가공시에 검출되는 복귀광에 기초하여, 가공 대상물의 가공 상태를 용이하게 모니터할 수 있다.
검출하는 스텝에 있어서, 복귀광의 신호 강도를 검출해도 되고, 모니터하는 스텝에 있어서, 검출된 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 복귀광의 신호 강도에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지하고, 적절하게 대처하는 것이 가능하게 된다.
모니터하는 스텝은, 레이저광의 주사 위치에 기초하여 신호 강도를 보정하는 처리와, 보정 후의 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 주사 범위의 각 위치에서 검출되는 복귀광의 신호 강도의 크기를 같게 하여, 각 주사 위치에 대해서, 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 여부를 일률적인 기준에 의해서 판정하는 것이 가능하게 된다.
모니터하는 스텝은, 주사 위치에 대한 레이저광의 조사가 실행될 때마다, 주사 위치에 있어서 검출된 신호 강도에 기초하여, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정하는 처리와, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것에 따라, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 가공 상태의 이상을 적절하고 또한 즉시에 검지할 수 있다.
모니터하는 스텝은, 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광의 조사 에너지와 신호 강도와 가공면에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 가공 자국의 직경의 목표값에 기초하여, 신호 강도가 적정값인지 여부를 판정하는 처리와, 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정된 것에 따라, 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 레이저광의 조사 에너지와 복귀광의 신호 강도와 가공 자국의 직경의 관계에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지할 수 있다.
모니터하는 스텝은, 미리 정해진 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 신호 강도를 적산하는 처리와, 적산 결과에 기초하여 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 주사 범위 전체에서 검출된 신호 강도의 적산 결과를 이용함으로써, 주사 위치의 차이에 의한 신호 강도의 차를 흡수하여, 주사 범위 단위로 이상 검지를 행할 수 있다. 또한, 각 주사 위치에서 검출된 복귀광의 신호 강도의 보정이 불필요하게 되기 때문에, 그 만큼의 계산량을 저감시킬 수 있다.
검출하는 스텝에 있어서, 복귀광의 이차원 이미지를 검출해도 되고, 모니터하는 스텝에 있어서, 검출된 이차원 이미지에 기초하여, fθ렌즈와 가공면의 거리를 조정해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 대상물로부터의 복귀광의 이차원 이미지(즉, 빔 프로파일)에 기초하여, 가공 위치(조사 위치)에 있어서의 빔 프로파일이 적절한 형상이 되도록, fθ렌즈와 가공면의 거리를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
모니터하는 스텝에 있어서, 이차원 이미지와 가공면에 형성되는 가공 자국의 형상의 관계와, 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 목표 형상에 대응하는 이차원 이미지가 광 검출부에 의해 검출되도록, fθ렌즈와 가공면의 거리를 조정해도 된다. 상기 구성에 의하면, 미리 파악된 이차원 이미지와 가공 자국의 형상의 관계에 기초하여, fθ렌즈와 가공면의 거리를 적절하게 조정할 수 있다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 장치의 소형화를 도모함과 아울러 1/4 파장판의 오염을 억제할 수 있는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 2는 가공 대상물, 광 검출부에 의해 검출된 복귀광의 신호 강도, 및 가공면에 형성된 가공 자국의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 복귀광의 신호 강도의 보정 처리의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 레이저광의 조사 에너지와 복귀광의 신호 강도와 가공 자국의 직경의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치의 제1 동작예를 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치의 제2 동작예를 나타내는 도면이다.
도 7은 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치의 구성도이다.
도 8은 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치에 의해 검출된 복귀광의 이차원 이미지와 가공 자국의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치의 동작의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치에 의해 측정된 조사 에너지와 가공 자국 직경의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 요소에는 동일 부호를 이용하고, 중복되는 설명을 생략한다.
［제1 실시 형태］
도 1에 나타내지는 제1 실시 형태의 레이저 가공 장치(1A)는, 레이저광(L1)을 가공 대상물(100)의 가공면(100a)에 조사함으로써, 해당 가공 대상물(100)을 가공하는 장치이다. 레이저 가공 장치(1A)는 레이저 광원(2)과, 스테이지(3)(지지부)와, fθ렌즈(4)와, 갈바노 스캐너(5)(광 주사부)와, 편광 빔 스플리터(6)와, 1/4 파장판(7)과, 광 검출부(8A)와, 제어부(9)를 구비한다.
레이저 광원(2)은 가공 대상물(100)에 조사해야 할 레이저광(L1)을 출력하는 장치이다. 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)은, 연속광이어도 되고, 펄스광이어도 된다. 본 실시 형태에서는, 레이저광(L1)은 펄스광이다. 또한, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)의 파장은, 가공 대상물(100)의 재료(예를 들면, 금속, 수지 등)에 따라 적절하게 선택된다. 레이저광(L1)의 파장은, 예를 들면 1030nm이다.
스테이지(3)는 가공 대상물(100)을 지지하는 장치이다. 예를 들어, 가공 대상물(100)은 스테이지(3)의 재치면(상면)에 재치된다. 스테이지(3)는, 예를 들면, 스테이지(3)의 재치면과 평행하고 서로 직교하는 X축 방향 및 Y축 방향, 그리고 스테이지(3)의 재치면과 직교하는 Z축 방향으로 이동 가능한 XYZ 스테이지이다.
fθ렌즈(4)는 스테이지(3) 상에 재치된 가공 대상물(100)의 가공면(100a)에 레이저광(L1)을 집광시키는 렌즈이다. fθ렌즈(4)는 복수 매의 렌즈에 의해서 구성되어 있다. 가공 대상물(100)에 대한 대물 렌즈로서 fθ렌즈(4)를 이용함으로써, 가공면(100a)에 대한 등속도 스캔을 실행할 수 있다.
갈바노 스캐너(5)는 갈바노 미러(5a)(유전체 미러)에 의해서 구성된다. 갈바노 스캐너(5)는, 갈바노 미러(5a)를 동작시켜 fθ렌즈(4)에 대한 레이저광(L1)의 입사각을 조정함으로써, 가공면(100a)에 있어서 레이저광(L1)을 주사한다. 갈바노 스캐너(5)는 가공면(100a) 상을 일차원적으로 주사하도록 구성되어도 되고, 가공면(100a) 상을 이차원적으로 주사하도록 구성되어도 된다. 후자의 경우, 갈바노 스캐너(5)는, 예를 들면, 가공면(100a) 상에 있어서 X축 방향으로 레이저광(L1)을 주사하기 위한 제1 갈바노 미러와, 가공면(100a) 상에 있어서 Y축 방향으로 레이저광(L1)을 주사하기 위한 제2 갈바노 미러를 포함하여 구성된다.
편광 빔 스플리터(6)는 레이저광(L1)의 광로 상에 있어서 레이저 광원(2)과 갈바노 스캐너(5)의 사이에 배치된다. 구체적으로는, 편광 빔 스플리터(6)는 레이저 광원(2)과 1/4 파장판(7)의 사이에 배치된다. 편광 빔 스플리터(6)는 편광 빔 스플리터(6)에 대한 레이저광(L1)의 입사각이 45도가 되도록, 레이저광(L1)의 광로에 대해서 45도 경사지게 배치되어 있다. 편광 빔 스플리터(6)는 레이저광(L1) 중 제1 편광 성분(예를 들면 p편광 성분)을 투과시키고, 레이저광(L1) 중 제1 편광 성분과 직교하는 제2 편광 성분(예를 들면 s편광 성분)을 반사시키는 성질을 가진다. 이 때문에, 편광 빔 스플리터(6)를 통과한 레이저광(L1)은, 제1 편광 성분만을 포함하는 직선 편광(L11)이 된다.
1/4 파장판(7)은 레이저광(L1)의 광로 상에 있어서 편광 빔 스플리터(6)와 갈바노 스캐너(5)의 사이에 배치된다. 1/4 파장판(7)은 직선 편광과 원편광을 상호 변환한다. 즉, 1/4 파장판(7)을 투과한 직선 편광은 원편광으로 변환되고, 1/4 파장판(7)을 투과한 원편광은 직선 편광으로 변환된다. 이 때문에, 편광 빔 스플리터(6)를 통과한 레이저광(L1)(직선 편광(L11))은, 1/4 파장판(7)을 투과하면, 원편광(L12)이 된다.
광 검출부(8A)는 레이저광(L1)이 조사된 가공 대상물(100)의 가공면(100a)으로부터의 레이저광(L1)의 복귀광(L2)을 검출한다. 본 실시 형태에서는, 광 검출부(8A)는 복귀광(L2)의 신호 강도를 검출한다. 광 검출부(8A)는, 예를 들면, 포토 다이오드이다. 복귀광(L2)은, 가공면(100a)에서 반사된 후, fθ렌즈(4), 갈바노 스캐너(5), 1/4 파장판(7), 및 편광 빔 스플리터(6)를 이 순서대로 경유하여, 광 검출부(8A)에 도달한다.
이상의 구성을 구비하는 레이저 가공 장치(1A)에 있어서는, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)은, 편광 빔 스플리터(6), 1/4 파장판(7), 갈바노 스캐너(5), 및 fθ렌즈(4)를 이 순서대로 경유하여, 스테이지(3) 상에 재치된 가공 대상물(100)의 가공면(100a)에 조사된다. 레이저광(L1)은, 편광 빔 스플리터(6)를 통과함으로써, 제1 편광 성분만을 포함하는 직선 편광(L11)이 된다. 그 후, 레이저광(L1)(직선 편광(L11))은, 1/4 파장판(7)을 통과함으로써, 제1 편광 성분에 따른 원편광(L12)이 된다. 레이저광(L1)은, 원편광(L12)의 상태로, 갈바노 스캐너(5) 및 fθ렌즈(4)를 경유하여, 스테이지(3) 상의 가공 대상물(100)의 가공면(100a)에 조사된다.
가공면(100a)에 있어서 레이저광(L1)의 일부가 반사됨으로써, 복귀광(L2)이 발생한다. 가공면(100a)에서 반사된 직후의 복귀광(L2)은, 가공면(100a)에 입사한 레이저광(L1)(원편광(L12))과는 회전 방향이 반대인 원편광(L21)이 된다. 이 복귀광(L2)(원편광(L21))은, fθ렌즈(4) 및 갈바노 스캐너(5)를 경유하여, 1/4 파장판(7)을 통과한다. 이때, 복귀광(L2)(원편광(L21))은 1/4 파장판(7)에 의해서 직선 편광(L22)으로 변환된다. 여기서, 1/4 파장판(7)에 입사하는 복귀광(L2)(원편광(L21))의 회전 방향은, 1/4 파장판(7)을 통과한 후의 레이저광(L1)(원편광(L12))과는 회전 방향이 반대이다. 이 때문에, 1/4 파장판(7)을 통과한 복귀광(L2)(직선 편광(L22))은, 1/4 파장판(7)을 통과하기 전의 레이저광(L1)(직선 편광(L11))과는 편광 방향이 90도 상이한 제2 편광 성분만을 포함하는 직선 편광이 된다. 이 때문에, 해당 복귀광(L2)(직선 편광(L22))은 편광 빔 스플리터(6)를 투과하지 않고, 편광 빔 스플리터(6)에 있어서 반사된다. 광 검출부(8A)는 이와 같이 반사된 복귀광(L2)(직선 편광(L22))의 광로 상에 배치된다. 이와 같이, 편광 빔 스플리터(6) 및 1/4 파장판(7)을 이용함으로써, 가공 대상물(100)에 대한 레이저광(L1)에 의한 레이저 가공을 행하면서, 그 복귀광(L2)을 광 검출부(8A)에 있어서 검출할 수 있다.
제어부(9)는, 광 검출부(8A)에 의해서 검출된 복귀광(L2)에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태를 모니터한다. 가공 상태는, 예를 들면, 레이저광(L1)의 조사 위치(주사 위치)에 있어서 형성되는 가공 자국의 상태(예를 들면, 형상, 직경, 깊이 등) 등이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어부(9)는, 광 검출부(8A)에 의해 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지한다.
제어부(9)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서, RAM(Random Access Memory) 또는 ROM(Read Only Memory) 등의 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 또는 SSD(Solid State Drive) 등의 보조 기억 장치 등을 가지는 컴퓨터 장치에 의해서 구성될 수 있다. 제어부(9)는 레이저 가공 장치(1A)의 각 부(본 실시 형태에서는, 레이저 광원(2), 스테이지(3), 갈바노 스캐너(5), 및 광 검출부(8A))와 통신 가능하게 접속되어 있고, 각 부의 동작을 제어한다.
도 2는 가공 대상물(100), 광 검출부(8A)에 의해 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도, 및 가공면(100a)에 형성된 가공 자국의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2의 상부에 나타내지는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 일례로서, 가공 대상물(100)은 실리콘 기판(실리콘 웨이퍼)(101)과, 실리콘 기판(101) 상에 성막된 금속층(102)을 가진다. 금속층(102)은, 일례로서, 두께 100nm의 금(Au)에 의해서 형성되어 있다. 이 예에서는, 가공면(100a)은 금속층(102)의 실리콘 기판(101)측과는 반대측의 표면이다.
도 2의 좌측 하부는, 가공 대상물(100)의 가공면(100a) 상의 어느 주사 위치에 대해서 1쇼트분의 펄스 모양의 레이저광(L1)을 조사했을 경우에, 광 검출부(8A)에 있어서 검출된 복귀광(L2)(검출광)의 신호 파형의 일례로 나타내고 있다. 도 2에 나타내지는 바와 같이, 레이저광(L1)이 펄스광인 경우에는, 얻어지는 복귀광(L2)의 신호 파형도 펄스 모양이 된다. 광 검출부(8A)는, 예를 들면, 이와 같은 펄스 모양의 복귀광(L2)의 검출 피크값(mV)을, 복귀광(L2)의 신호 강도로서 취득한다.
도 2의 우측 하부는, 가공 대상물(100)의 가공면(100a) 상의 어느 주사 위치에 대해서 1쇼트분의 펄스 모양의 레이저광(L1)을 조사한 후에 가공면(100a)의 해당 주사 위치에 형성된 가공 자국의 관찰 화상의 일례를 나타내고 있다. 이와 같은 관찰 화상은, 현미경 등을 이용하여 관찰함으로써 얻어진다.
상술한 바와 같이, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)은, 편광 빔 스플리터(6)를 경유함으로써 직선 편광(L11)이 되고, 또한 1/4 파장판(7)을 투과함으로써 원편광(L12)으로 변환된다. 여기서, 본 실시 형태와 같이 갈바노 미러(5a)(유전체 미러)를 포함하는 갈바노 스캐너(5)를 광 주사부로서 이용했을 경우, 레이저광(L1)이 갈바노 미러(5a)에서 반사될 때에, 레이저광(L1)의 직교하는 편광 사이의 위상차가 변화된다. 이것에 기인하여, 가공면(100a)의 주사 범위(즉, 갈바노 스캐너(5)에 의해서 주사 가능한 범위)의 중심 부근의 복귀광(L2)은 원편광(진원)에 가까운 상태가 유지되는 것에 대해, 주사 범위의 중심으로부터 떨어진 둘레 가장자리부의 복귀광(L2)은 타원 편광이 된다. 보다 구체적으로는, 가공면(100a) 상에 있어서 갈바노 스캐너(5)에 의해 주사 가능한 범위(예를 들면, 일차원 주사의 경우에는 선분 영역, 이차원 주사의 경우에는 직사각형 영역)의 중심부에 레이저광(L1)을 조사했을 때에 얻어지는 복귀광(L2)이 원편광이 되도록 갈바노 스캐너(5)가 조정되었을 경우, 복귀광(L2)의 편광 상태는, 레이저광(L1)의 주사 위치가 해당 중심부로부터 멀어질수록 편평률이 높은 타원 형상이 된다. 그 결과, 주사 범위의 중심부로부터의 복귀광(L2)의 신호 강도와 주사 범위의 둘레 가장자리부로부터의 복귀광(L2)의 신호 강도의 사이에 차가 발생한다. 구체적으로는, 레이저광(L1)의 주사 위치가 주사 범위의 중심부로부터 멀어질수록, 광 검출부(8A)에 있어서 검출되는 복귀광(L2)의 신호 강도가 작아지는 경향이 있다. 또한, 이와 같은 주사 범위와 신호 강도의 관계(광학 특성)는, 사용되는 갈바노 스캐너(5)에 의해서 고유하게 정해진다. 즉, 주사 범위와 신호 강도의 관계는, 경시적으로 변화하거나, 가공 대상물(100)의 차이에 따라 변화하거나 하는 경우가 없다.
그래서, 제어부(9)는, 레이저광(L1)의 주사 위치에 기초하여, 광 검출부(8A)에 의해 얻어진 복귀광(L2)의 신호 강도를 보정해도 된다. 도 3을 참조하여, 제어부(9)에 의한 보정 처리의 일례에 대해 설명한다. 여기에서는, 레이저광(L1)을 일차원적으로 주사하는 경우(즉, 주사 범위가 일차원의 선분 영역이 되는 경우)를 예로 들어 설명한다.
도 3의 좌측부는, 광 검출부(8A)에 의해 취득된 각 주사 위치의 복귀광(L2)의 신호 강도(mV)를 나타내는 신호 강도 데이터의 일례를 나타내고 있다. 도 3의 좌측부에 나타내지는 바와 같이, 광 검출부(8A)에 의해 검출되는 복귀광(L2)의 신호 강도(검출 피크값)는, 주사 범위의 중심부에 있어서 최대가 되고, 주사 범위의 중심부로부터 멀어질수록 작아진다. 즉, 도 3의 좌측부에 나타내지는 바와 같이, 가로축을 주사 위치로 하고, 세로축을 신호 강도로 했을 경우, 주사 위치마다의 복귀광(L2)의 신호 강도를 나타내는 그래프의 윤곽은, 산 모양 형상이 된다. 제어부(9)는, 이와 같은 신호 강도 데이터에 대해서 커브 피팅을 행함으로써, 피팅 함수를 도출한다.
도 3의 중앙부는, 도 3의 좌측부의 신호 강도 데이터로부터 얻어진 피팅 함수의 일례를 나타내고 있다. 이어서, 제어부(9)는, 피팅 함수에 기초하여, 각 주사 위치의 복귀광(L2)의 신호 강도를 주사 범위의 중심부의 복귀광(L2)의 신호 강도와 동등한 값으로 하기 위한 보정 계수(오프셋량)를 산출한다. 예를 들어, 주사 범위의 중심부의 복귀광(L2)의 신호 강도를 Imax로 나타내고, 중심부 이외의 임의의 주사 위치 p의 복귀광(L2)의 신호 강도를 Ip로 나타내고, 해당 주사 위치 p의 보정 계수를 r로 나타냈을 경우, 제어부(9)는 「Imax ≒ Ip+r」이 되도록 하는 보정 계수 r을 각 주사 위치 p에 대해 산출한다.
도 3의 우측부는, 이와 같이 하여 얻어진 각 주사 위치의 보정 계수의 일례를 나타내고 있다. 제어부(9)는, 광 검출부(8A)에 의해 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도에 주사 위치에 따른 보정 계수를 가산함으로써, 각 주사 위치에 대해서, 주사 범위의 중심부에 있어서 얻어지는 신호 강도와 동등한 신호 강도를 얻을 수 있다. 그 결과, 주사 위치와 관계없이, 일률적인 기준으로 복귀광(L2)의 신호 강도에 기초하는 처리(예를 들면, 가공 상태의 이상의 검지, 레이저광(L1)의 조사 에너지의 조정 등)를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 레이저광(L1)을 이차원 주사하는 경우에 대해서도, 제어부(9)는, 레이저광(L1)을 일차원 주사하는 경우와 마찬가지의 방식에 기초하여, 주사 위치마다의 보정 계수를 산출할 수 있다. 또한, 보정 계수는 상기 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 「Imax ≒ Ip×r」이 되도록 하는 보정 계수 r이 이용되어도 된다.
도 4는 레이저광(L1)의 조사 에너지, 복귀광(L2)의 신호 강도, 및 가공 자국의 직경의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 가로축은 레이저광(L1)의 조사 에너지(μJ)의 최대값(레이저 광원(2)의 최대 출력)을 100%로 했을 경우의 조사 에너지(%)를 나타내고 있다. 세로축은 복귀광(L2)의 신호 강도(mV)와 레이저광(L1)의 조사 에너지(μJ)의 비(즉, 「광 검출부(8A)에 의해 검출된 복귀광(L2)의 검출 피크값(mV)÷레이저광(L1)의 조사 에너지(μJ)」)와, 가공면(100a)에 있어서 형성된 가공 자국(도 2의 우측 하부 참조)의 직경(㎛)을 나타내고 있다. 도 4에 나타내지는 그래프 G1은, 레이저광(L1)의 조사 에너지와 복귀광(L)의 신호 강도의 관계를 나타내고 있다. 그래프 G2는, 레이저광(L1)의 조사 에너지와 가공면(100a)에 있어서 형성되는 가공 자국의 직경의 관계를 나타내고 있다.
그래프 G1은, 예를 들면 이하와 같이 하여 얻어진다. 상술한 바와 같이, 레이저 가공 장치(1A)에 의하면, 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공(레이저광(L1)의 조사)을 행하면서, 그 복귀광(L2)의 신호 강도를 광 검출부(8A)에 있어서 검출할 수 있다. 제어부(9)는, 레이저광(L1)의 조사 에너지와 광 검출부(8A)에 있어서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도에 기초하는 연산 처리를 행함으로써, 그래프 G1을 얻을 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이, 제어부(9)는 레이저광(L1)의 주사 위치에 기초하여 복귀광(L2)의 신호 강도를 보정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어부(9)는, 광 검출부(8A)에 의해 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도에, 주사 위치에 따른 보정 계수를 가산함으로써, 임의의 주사 위치에 있어서, 주사 범위의 중앙부에 있어서 얻어지는 신호 강도를 기준으로 한 신호 강도를 얻을 수 있다. 이 때문에, 예를 들면, 동일한 가공 대상물(100)의 가공면(100a) 상에 있어서, 주사 위치마다 레이저광(L1)의 조사 에너지를 바꾸면서 복귀광(L2)의 신호 강도를 검출하고, 검출된 신호 강도를 주사 위치에 따라 보정하고, 보정 후의 신호 강도를 이용함으로써, 그래프 G1을 용이하게 생성할 수 있다.
그래프 G2는, 예를 들면 이하와 같이 하여 얻어진다. 즉, 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공 후에 각 주사 위치에 형성된 가공 자국의 관찰 화상을 취득하고, 취득된 관찰 화상을 해석함으로써, 가공 자국의 직경을 취득한다. 그리고, 취득된 직경을 각 주사 위치에 조사된 레이저광(L1)의 조사 에너지에 관련지음으로써, 그래프 G2를 얻을 수 있다.
도 4에 나타내지는 바와 같이, 이 예에서는, 그래프 G1, G2, 및 그래프 G2를 작성할 때에 취득된 관찰 화상으로부터, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 따른 가공 상태에 대해서, 3개의 분류(영역 R1, R2, R3)가 파악되었다.
레이저광(L1)의 조사 에너지가 최대 출력의 5%~15%인 영역 R1은, 가공 대상물(100)에 조사되는 레이저광(L1)의 조사 에너지의 극히 일부가 가공면(100a)의 가공을 행하기 위한 가공 에너지로 변환되는 영역이다. 영역 R1에서는, 비교적 높은 반사율(즉, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 신호 강도의 비)로 복귀광(L2)이 검출된다. 또한, 영역 R1에서는, 실리콘 기판(101) 상의 금속층(102)의 일부가 가공되고, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 가공 자국의 직경의 변화율이 비교적 커진다.
레이저광(L1)의 조사 에너지가 최대 출력의 15%~90%인 영역 R2는, 가공 대상물(100)에 조사되는 레이저광(L1)의 조사 에너지의 일부(영역 R1보다도 높은 비율)가 가공 에너지로 변환되는 영역이다. 영역 R2에서는, 복귀광(L2)의 반사율이 영역 R1보다도 저하되어 있다. 또한, 영역 R2에서는, 실리콘 기판(101) 상의 금속층(102)의 일부가 제거되고, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 따라 제거되는 영역의 크기(가공 자국의 직경)가 변화한다. 영역 R2에서는, 조사 에너지가 커짐에 따라, 조사 에너지에 대한 반사율은 거의 선형으로 감소하고, 가공 자국의 직경은 거의 선형으로 증가한다.
레이저광(L1)의 조사 에너지가 최대 출력의 90%~100%인 영역 R3는, 가공 자국의 직경이 레이저 가공 장치(1A)의 광학계에 의해 결정되는 최대 지름 정도가 되고, 반사율 및 가공 자국의 직경 모두 포화 상태가 되는 영역이다.
도 4에 나타내지는 예에서는, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 비(복귀광(L2)의 반사율)와 가공 자국의 직경의 사이에, 상관 관계가 있는 것이 확인되었다. 제어부(9)는, 이와 같은 상관 관계를 이용함으로써, 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공(레이저광(L1)의 조사)을 실행하면서, 광 검출부(8A)에 의해 검출되는 복귀광(L2)의 신호 강도(본 실시 형태에서는, 주사 위치에 따른 보정 계수를 가산함으로써 얻어진 보정값. 이하 동일함)에 기초하여, 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 직경이 미리 정해진 목표값(혹은 목표 범위)과 일치하는지 여부를 판정할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 예에 있어서, 가공 자국의 직경의 목표값이 75㎛로 설정되었다고 가정한다. 이 경우, 제어부(9)는, 도 4의 그래프 G2로부터, 가공 자국의 직경을 75㎛로 하기 위한 레이저광(L1)의 조사 에너지를 특정할 수 있다. 도 4의 예에서는, 「50%」가 상기 조사 에너지로서 특정된다. 이것에 의해, 제어부(9)는, 레이저광(L1)의 조사 에너지가 50%가 되도록, 레이저 광원(2)의 출력을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(9)는, 도 4의 그래프 G1으로부터, 레이저광(L1)의 조사 에너지를 50%로 설정했을 경우에 있어서의 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 신호 강도의 비(즉, 레이저 가공이 정상적으로 행해졌을 경우에 얻어지는 정상값)를 특정할 수 있다. 도 4의 예에서는, 「2.8」이 상기 비로서 특정된다. 따라서, 제어부(9)는 가공면(100a)에 대한 레이저광(L1)의 조사에 의해서 얻어지는 복귀광(L2)의 신호 강도를 모니터하고, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 신호 강도의 비가 「2.8」에 일치하는지(혹은, 「2.8」과의 차가 소정의 임계값 이하인지) 여부에 기초하여, 레이저 가공 중의 복귀광(L2)의 신호 강도가 적정값인지 여부를 판정할 수 있다. 즉, 제어부(9)는, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 신호 강도의 비가 미리 정해진 정상값(이 예에서는, 「2.8」로부터 소정의 임계값 이내의 값)인지 여부에 기초하여, 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 여부를 판정할 수 있다. 즉, 제어부(9)는, 복귀광(L2)의 신호 강도가 적정값이 아닌 경우(즉, 상기 비가 미리 정해진 정상값이 아닌 경우)에, 가공 대상물(100)의 가공 상태(예를 들면, 가공 자국의 직경의 크기 등)의 이상을 검지할 수 있다.
(제1 동작예)
도 5를 참조하여, 레이저 가공 장치(1A)의 제1 동작예에 대해 설명한다. 스텝 S101에 있어서, 가공 대상물(100)이 스테이지(3) 상에 재치된다. 스텝 S102에 있어서, 제어부(9)에 의해서 스테이지(3)가 구동됨으로써, 가공 대상물(100)의 위치 조정(얼라인먼트)이 행해진다. 스텝 S103에 있어서, 레이저 가공(주사)이 개시된다. 보다 구체적으로는, 레이저 광원(2)으로부터 출력된 레이저광(L1)을, 편광 빔 스플리터(6) 및 1/4 파장판(7)을 이 순서대로 경유시켜 갈바노 스캐너(5)로 안내하고, 갈바노 스캐너(5)에 있어서, 갈바노 미러(5a)를 동작시켜 fθ렌즈(4)에 대한 레이저광(L1)의 입사각을 변화시킴으로써, 가공면(100a)에 있어서 레이저광(L1)을 주사한다.
스텝 S104에 있어서, 광 검출부(8A)는 레이저광(L1)의 복귀광(L2)을 검출한다. 보다 구체적으로는, 광 검출부(8A)는, 레이저광(L1)이 조사된 가공 대상물(100)의 가공면(100a)으로부터의 레이저광(L1)의 복귀광(L2)으로서, fθ렌즈(4), 갈바노 스캐너(5), 1/4 파장판(7), 및 편광 빔 스플리터(6)를 이 순서대로 경유하는 복귀광(L2)을 검출한다. 본 실시 형태에서는, 광 검출부(8A)는, 주사 위치마다, 복귀광(L2)의 신호 강도(검출 피크값)를 검출한다.
스텝 S105에 있어서, 제어부(9)는, 레이저광(L1)의 주사 위치에 기초하여, 광 검출부(8A)에 의해 검출된 신호 강도를 보정한다. 일례로서, 제어부(9)는, 상술한 방법에 의해 산출된 주사 위치마다의 보정 계수를, 광 검출부(8A)에 의해 검출된 신호 강도에 가산함으로써, 보정 후의 신호 강도를 얻는다.
스텝 S106에 있어서, 제어부(9)는 보정 후의 신호 강도에 기초하여 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지한다. 예를 들어, 제어부(9)는, 도 4의 그래프 G1, G2(즉, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)의 조사 에너지와 복귀광(L2)의 신호 강도와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계를 나타내는 정보)와, 가공 자국의 직경의 목표값(예를 들면, 75㎛)에 기초하여, 레이저 가공 중에 취득된 복귀광(L2)의 신호 강도가 적정값(도 4의 예에서는, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 신호 강도의 비가 「2.8」로부터 소정의 임계값 이내가 되도록 하는 값)인지 여부를 판정한다.
복귀광(L2)의 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정되었을 경우(스텝 S106: NO), 제어부(9)는 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지한다(스텝 S107). 그리고, 제어부(9)는 미리 정해진 이상시 처리를 실행한다. 예를 들어, 제어부(9)는, 이상이 검지된 주사 위치에 대한 추가 가공(레이저광(L1)의 재차의 조사)을 행하도록, 레이저 광원(2) 및 갈바노 스캐너(5)의 동작을 제어해도 된다. 또한, 제어부(9)는, 레이저 광원(2)의 동작을 제어함으로써, 레이저광(L1)의 조사 에너지(출력 파워)를 조정해도 된다. 또한, 제어부(9)는, 이상이 검지된 시점에서, 레이저 광원(2) 및 갈바노 스캐너(5)의 동작을 정지하여, 레이저 가공을 중단해도 된다. 또한, 제어부(9)는 제어부(9)가 구비하는 디스플레이 등의 표시부에 에러 발생을 나타내는 표시 정보를 출력해도 되고, 제어부(9)가 구비하는 스피커 등으로부터 에러 발생을 나타내는 경보 음성 등을 출력해도 된다.
스텝 S103~S106의 처리는, 주사 위치마다 실행된다. 즉, 미리 정해진 주사 범위 내의 모든 주사 위치의 주사가 완료될 때까지, 각 주사 위치에 대해서, 스텝 S103~S106의 처리가 실행된다(스텝 S108: NO). 각 주사 위치에 있어서 복귀광(L2)의 신호 강도가 적정값이라고 판정되고(스텝 S106: YES), 또한, 모든 주사 위치의 주사가 완료되면(스텝 S108: YES), 레이저 가공 장치(1A)에 의한 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공이 정상적으로 완료된다.
이상 설명한 제1 동작예에 있어서는, 제어부(9)는, 주사 위치에 대한 레이저광(L1)의 조사가 실행될 때마다, 해당 주사 위치에 있어서 검출된 신호 강도(본 실시 형태에서는, 복귀광(L2)의 보정 후의 신호 강도)에 기초하여, 해당 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부(즉, 상기 신호 강도가 적정값인지 여부)를 판정한다. 그리고, 제어부(9)는, 해당 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것(스텝 S106: NO)에 따라, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지한다.
(제2 동작예)
제2 동작예에서는, 제어부(9)는, 미리 정해진 주사 범위 전체의 레이저 가공(주사)이 완료된 후에, 상기 주사 범위 전체의 각 주사 위치에 대해 광 검출부(8A)로 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도를 적산하고, 적산 결과에 기초하여 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지한다. 이것은, 이하의 방식에 기초하고 있다. 즉, 주사 범위의 중심부와 둘레 가장자리부에서 얻어지는 복귀광(L2)의 신호 강도에 차가 발생하는 것은, 상술한 바와 같다. 이와 같은 주사 위치에 따른 신호 강도의 크기의 차이는, 주사 위치마다 가공 상태를 모니터할 때에 문제가 된다. 이 때문에, 주사 위치마다 가공 상태를 모니터하는 제1 동작예에 있어서는, 제어부(9)는, 주사 위치마다 얻어지는 복귀광(L2)의 신호 강도에 편차가 발생하지 않도록, 주사 위치에 따른 보정 계수를 이용하여 신호 강도의 보정 처리를 행했다. 이것에 대해, 주사 범위 단위(예를 들면, 가공 대상물(100)마다)로 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 모니터하면 충분할 경우에는, 이와 같은 보정 처리를 생략할 수 있다. 예를 들어, 먼저, 어느 가공 대상물(100)의 주사 범위 전체에 대해서 레이저 가공을 행하고, 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도의 적산값을 취득한다. 그리고, 해당 가공 대상물(100)의 레이저 가공이 정상적으로 행해진 것을 눈으로 보는 등의 소정의 검사에 의해서 사후적으로 확인한다. 이것에 의해, 주사 범위 전체(이 예에서는, 하나의 가공 대상물(100))에 대해서 레이저 가공이 정상적으로 행해졌을 경우에 얻어지는 적산값(즉, 적산값의 정상값)을 파악할 수 있다. 따라서, 제어부(9)는, 복수의 동종의 가공 대상물(100)에 대해서 마찬가지의 레이저 가공을 행하는 경우 등에 있어서, 하나의 가공 대상물(100)의 주사 범위 전체의 레이저 가공이 완료될 때마다, 해당 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도의 적산값을 산출하고, 산출된 적산값이 미리 파악된 정상값으로부터 소정의 임계값 이내인지 여부를 판정함으로써, 가공 대상물(100)의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정할 수 있다.
도 6을 참조하여, 레이저 가공 장치(1A)의 제2 동작예에 대해 설명한다. 스텝 S201~S204의 처리는, 스텝 S101~S104와 마찬가지이다. 제2 동작예에서는, 스텝 S203 및 S204의 처리가, 미리 정해진 주사 범위 내의 주사가 완료될 때까지 실행된다(스텝 S205: NO). 주사 범위 내의 주사(즉, 주사 범위 내의 모든 주사 위치에 대한 레이저광(L1)의 조사)가 완료되면(스텝 S205: YES), 제어부(9)는 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도의 적산값을 취득한다(스텝 S206).
스텝 S207에 있어서, 제어부(9)는 스텝 S206에서 얻어진 적산값이 적정값인지 여부를 판정한다. 예를 들어, 제어부(9)는 적산값이 미리 파악된 정상값으로부터 소정의 임계값 이내인지 여부를 판정한다. 적산값과 정상값의 차가 임계값을 초과하고 있는 경우(스텝 S207: NO), 제어부(9)는 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지한다(스텝 S208). 그리고, 제어부(9)는 미리 정해진 이상시 처리를 실행한다. 예를 들어, 제어부(9)는 제어부(9)가 구비하는 디스플레이 등의 표시부에 에러 발생을 나타내는 표시 정보를 출력해도 되고, 제어부(9)가 구비하는 스피커 등으로부터 에러 발생을 나타내는 경보 음성 등을 출력해도 된다. 한편, 적산값이 적정값이라고(즉, 적산값과 정상값의 차가 임계값 이내라고) 판정되었을 경우(스텝 S208: NO), 이상시 처리는 실행되지 않고, 레이저 가공 장치(1A)에 의한 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공이 정상적으로 완료된다.
이상 설명한 레이저 가공 장치(1A)에서는, 편광 빔 스플리터(6) 및 1/4 파장판(7)을 이용함으로써, 편광 빔 스플리터(6) 및 1/4 파장판(7)을 이용하지 않는 경우와 비교하여, 가공 대상물(100)의 가공면(100a)으로부터의 복귀광(L2)의 검출 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 복귀광(L2)(직선 편광(L22)) 전부를 편광 빔 스플리터(6)에서 반사시켜, 광 검출부(8A)로 안내할 수 있다. 또한, 1/4 파장판(7)을 편광 빔 스플리터(6)와 갈바노 스캐너(5)의 사이에 배치함으로써, 1/4 파장판(7)을 fθ렌즈(4)와 가공 대상물(100)(스테이지(3))의 사이에 배치하는 경우와 비교하여, 1/4 파장판(7)의 사이즈를 소형화할 수 있다. 바꿔 말하면, 1/4 파장판(7)의 사이즈를 가공 대상물(100)(가공면(100a)) 전체를 커버하도록 가공 대상물(100)의 사이즈에 따라 크게 할 필요가 없다. 그 결과, 레이저 가공 장치(1A) 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 1/4 파장판(7)을 가공 대상물(100)에 대향하는 위치에 배치하지 않음으로써, 레이저 가공시에 가공 대상물(100)로부터 발생한 비말 등에 의해서 1/4 파장판(7)이 오염되는 것을 억제할 수도 있다.
상기 실시 형태와 같이, 제어부(9)는, 광 검출부(8A)에 의해서 검출된 복귀광(L2)(본 실시 형태에서는, 복귀광(L2)의 신호 강도)에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태를 모니터해도 된다. 상기 구성에 의하면, 레이저 가공시에 검출되는 복귀광(L2)에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태를 용이하게 모니터할 수 있다. 보다 구체적으로는, 가공 대상물(100)에 대한 레이저광(L1)의 조사를 행함과 동시에, 가공 상태를 모니터하기 위한 복귀광(L2)을 광 검출부(8A)로 검출할 수 있기 때문에, 가공 프로세스 중의 가공 상태의 모니터를 용이하게 행할 수 있다.
상기 실시 형태와 같이, 광 검출부(8A)는 복귀광(L2)의 신호 강도를 검출해도 되고, 제어부(9)는, 광 검출부(8A)에 의해 검출된 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 복귀광(L2)의 신호 강도에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지하고, 적절하게 대처하는 것이 가능하게 된다.
상기 실시 형태(제1 동작예)와 같이, 제어부(9)는 레이저광(L1)의 주사 위치에 기초하여 복귀광(L2)의 신호 강도를 보정해도 되고, 보정 후의 신호 강도에 기초하여 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 레이저광(L1)의 조사 위치(주사 위치)가 주사 범위의 중심으로부터 멀어질수록 검출되는 복귀광(L2)의 신호 강도가 작아지는 경향에 기초하여 신호 강도를 보정함으로써, 주사 범위의 각 위치에서 검출되는 복귀광(L2)의 신호 강도의 크기를 같게 할 수 있다. 이것에 의해, 각 주사 위치에 대해서, 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 여부(즉, 신호 강도(보정값)가 적정값인지 여부)를 일률적인 기준에 의해서 판정하는 것이 가능하게 된다.
상기 실시 형태(제1 동작예)와 같이, 제어부(9)는, 주사 위치에 대한 레이저광(L1)의 조사가 실행될 때마다, 주사 위치에 있어서 검출된 신호 강도에 기초하여, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정해도 되고, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것에 따라, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 가공 상태의 이상을 적절하고 또한 즉시에 검지할 수 있다.
상기 실시 형태(제1 동작예)와 같이, 제어부(9)는, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)의 조사 에너지와 복귀광(L2)의 신호 강도와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 가공 자국의 직경의 목표값에 기초하여, 복귀광(L2)의 신호 강도(본 실시 형태에서는, 보정 후의 값)가 적정값인지 여부를 판정해도 되고, 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정된 것에 따라, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 레이저광(L1)의 조사 에너지와 복귀광(L2)의 신호 강도와 가공 자국의 직경의 관계에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지할 수 있다.
상기 실시 형태(제2 동작예)와 같이, 제어부(9)는 미리 정해진 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도를 적산해도 되고, 적산 결과에 기초하여 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 주사 범위 전체에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도의 적산 결과를 이용함으로써, 주사 위치의 차이에 의한 신호 강도의 차를 흡수하여, 주사 범위 단위로 이상 검지를 행할 수 있다. 또한, 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도의 보정이 불필요하게 되기 때문에, 그 만큼의 계산량(즉, 제어부(9)의 처리 부하)을 저감시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(1A)에 의해 실행되는 레이저 가공 방법은, 스테이지(3)에 재치(지지)된 가공 대상물(100)의 가공면(100a)에 fθ렌즈(4)에 의해서 레이저광(L1)을 집광시킴으로써, 가공 대상물(100)의 가공을 행하는 방법이다. 이 레이저 가공 방법은, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)을, 편광 빔 스플리터(6) 및 1/4 파장판(7)을 이 순서대로 경유시켜 갈바노 스캐너(5)로 안내하고, 갈바노 스캐너(5)에 있어서, 갈바노 미러(5a)를 동작시켜 fθ렌즈(4)에 대한 레이저광(L1)의 입사각을 변화시킴으로써, 가공면(100a)에 있어서 레이저광(L1)을 주사하는 스텝(예를 들면, 도 5의 스텝 S103, 도 6의 스텝 S203 등)과, 레이저광(L1)이 조사된 가공 대상물(100)의 가공면(100a)으로부터의 레이저광(L1)의 복귀광(L2)으로서, fθ렌즈(4), 갈바노 스캐너(5), 1/4 파장판(7), 편광 빔 스플리터(6)를 이 순서대로 경유하는 복귀광(L2)을 광 검출부(8A)에 의해서 검출하는 스텝(예를 들면, 도 5의 스텝 S104, 도 6의 스텝 S204 등)을 포함한다. 상기 레이저 가공 방법에 의하면, 상술한 레이저 가공 장치(1A)와 마찬가지의 효과가 달성된다.
상기 레이저 가공 방법은, 광 검출부(8A)에 의해서 검출된 복귀광(L2)에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태를 모니터하는 스텝(예를 들면, 도 5의 스텝 S105~S107, 도 6의 스텝 S206~S208 등)을 더 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 레이저 가공시에 검출되는 복귀광(L2)에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태를 용이하게 모니터할 수 있다.
상기 레이저 가공 방법에서는, 검출하는 스텝에 있어서, 복귀광(L2)의 신호 강도를 검출해도 되고, 모니터하는 스텝에 있어서, 검출된 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지해도 된다. 상기 구성에 의하면, 복귀광(L2)의 신호 강도에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지하고, 적절하게 대처하는 것이 가능하게 된다.
상기 레이저 가공 방법에서는, 모니터하는 스텝은, 레이저광(L1)의 주사 위치에 기초하여 신호 강도를 보정하는 처리(예를 들면, 도 5의 스텝 S105)와, 보정 후의 신호 강도에 기초하여, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리(예를 들면, 도 5의 스텝 S106, S107)를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 주사 범위의 각 위치에서 검출되는 복귀광(L2)의 신호 강도의 크기를 같게 하여, 각 주사 위치에 대해서, 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있는지 여부를 일률적인 기준에 의해서 판정하는 것이 가능하게 된다.
상기 레이저 가공 방법에서는, 모니터하는 스텝은, 주사 위치에 대한 레이저광(L1)의 조사가 실행될 때마다, 주사 위치에 있어서 검출된 신호 강도에 기초하여, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정하는 처리(예를 들면, 도 5의 스텝 S106)와, 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것에 따라, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리(예를 들면, 도 5의 스텝 S107)를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 가공 상태의 이상을 적절하고 또한 즉시에 검지할 수 있다.
상기 레이저 가공 방법에서는, 모니터하는 스텝은, 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)의 조사 에너지와 복귀광(L2)의 신호 강도와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 가공 자국의 직경의 목표값에 기초하여, 신호 강도가 적정값인지 여부를 판정하는 처리(예를 들면, 도 5의 스텝 S106)와, 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정된 것에 따라, 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리(예를 들면, 도 5의 스텝 S106, S107)를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 가공 프로세스 중에 있어서, 레이저광(L1)의 조사 에너지와 복귀광(L2)의 신호 강도와 가공 자국의 직경의 관계에 기초하여, 가공 상태의 이상을 적절하게 검지할 수 있다.
상기 레이저 가공 방법에서는, 모니터하는 스텝은, 미리 정해진 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도를 적산하는 처리(예를 들면, 도 6의 스텝 S206)와, 적산 결과에 기초하여 가공 대상물(100)의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리(예를 들면, 도 6의 스텝 S207, S208)를 포함해도 된다. 상기 구성에 의하면, 주사 범위 전체에서 검출된 신호 강도의 적산 결과를 이용함으로써, 주사 위치의 차이에 의한 신호 강도의 차를 흡수하여, 주사 범위 단위로 이상 검지를 행할 수 있다. 또한, 각 주사 위치에서 검출된 복귀광(L2)의 신호 강도의 보정이 불필요하게 되기 때문에, 그 만큼의 계산량을 저감시킬 수 있다.
［제2 실시 형태］
도 7에 나타내지는 제2 실시 형태의 레이저 가공 장치(1B)는, 빔 정형부(10)를 더 구비하는 점에서, 레이저 가공 장치(1A)와 상위하다. 또한, 레이저 가공 장치(1B)는, 광 검출부(8A) 대신에 광 검출부(8B)를 구비하는 점에서도, 레이저 가공 장치(1A)와 상위하다.
빔 정형부(10)는 레이저광(L1)의 빔 정형을 행하는 빔 정형 소자이다. 빔 정형부(10)는, 예를 들면, 빔 호모지나이저이다. 이와 같은 빔 정형부(10)에 의한 빔 정형을 행하는 경우, 가공 렌즈(fθ렌즈(4))와 가공 대상물(100)의 가공면(100a)의 거리(즉, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리)에 따라, 가공면(100a)에 있어서의 빔 프로파일(빔 형상)이 변화한다. 그래서, 제2 실시 형태에서는, 레이저 가공 중에 빔 프로파일의 관찰을 행하기 위해, 광 검출부(8B)는 복귀광(L2)의 이차원 이미지를 검출 가능하게 구성되어 있다. 예를 들어, 광 검출부(8B)는 카메라에 의해서 구성되어 있다.
도 8의 (A) 및 (B) 각각은, 가공면(100a)에 대해서 레이저광(L1)이 조사되었을 때에 광 검출부(8B)에 의해서 검출(촬상)된 복귀광(L2)의 이차원 이미지(상측) 및 가공면(100a)에 실제로 형성된 가공 자국의 관찰 화상(하측)의 예를 나타내고 있다. 도 8의 (A)는, fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리가 적절하고, 미리 정해진 목표 형상에 가까운 적절한 형상의 가공 자국이 얻어졌을 때의 이차원 이미지(상측) 및 관찰 화상(하측)을 나타내고 있다. 도 8의 (B)는, fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리가 적절하지 않고, 목표 형상과 상이한 부적절한 형상의 가공 자국이 얻어졌을 때의 이차원 이미지(상측) 및 관찰 화상(하측)을 나타내고 있다.
도 8에 나타내지는 결과로부터, 가공면(100a)에 대해서 레이저광(L1)이 조사되었을 때에 광 검출부(8B)에 의해 촬상되는 복귀광(L2)의 이차원 이미지와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 형상의 사이에는 상관이 있는 것이 확인되었다. 즉, 복귀광(L2)의 이차원 이미지로부터, 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 대체적인 형상을 추정하는 것이 가능한 것이 확인되었다. 따라서, 도 8의 (A)에 나타내지는 바와 같이 목표 형상에 가까운 적절한 형상의 가공 자국에 대응하는 이차원 이미지가 얻어지도록 fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리를 조정함으로써, 레이저 가공을 적절하게 행하는 것이 가능하게 된다. 그래서, 제어부(9)는, 예를 들면, 광 검출부(8B)에 의해 촬상되는 이차원 이미지와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 형상의 관계와, 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 해당 목표 형상에 대응하는 이차원 이미지가 광 검출부(8B)에 의해 검출되도록, fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리를 조정한다. 여기서, 이차원 이미지와 가공 자국의 형상의 관계는, 도 8에 나타내지는 바와 같이, 여러 가공 자국의 관찰 화상과 그 때의 이차원 이미지를 관련지은 정보이다.
도 9를 참조하여, 레이저 가공 장치(1B)의 동작예에 대해 설명한다. 스텝 S301 및 S302는, 스텝 S101 및 S102와 마찬가지이다.
스텝 S303에 있어서, 레이저 가공 장치(1B)는 가공면(100a) 상의 소정의 위치에 레이저광(L1)을 조사한다.
스텝 S304에 있어서, 광 검출부(8B)는 레이저광(L1)의 복귀광(L2)의 이차원 이미지(도 8의 (A) 또는 (B)의 상측 참조)를 검출한다.
스텝 S305에 있어서, 제어부(9)는, 광 검출부(8B)에 의해 검출된 이차원 이미지에 기초하여, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리(즉, fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리)를 조정한다. 예를 들어, 제어부(9)는, 광 검출부(8B)에 의해 검출되는 이차원 이미지와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 형상의 관계와, 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 해당 목표 형상에 대응하는 이차원 이미지가 광 검출부(8B)에 의해 검출되도록, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 조정한다. 예를 들어, 제어부(9)는 스테이지(3)를 구동하여, 스테이지(3)의 Z축 방향에 있어서의 위치(높이 위치)를 조정함으로써, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 조정한다.
예를 들어, 레이저 가공 장치(1B)는, 처음에 fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 조정하기 위해 준비된 조정용 샘플(가공 대상물(100))을 이용하여, 도 9에 나타내지는 처리를 실행함으로써, 가공 대상물(100)에 적합한 fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 적정 거리를 파악할 수 있다. 그 후, 조정용 샘플과 동종의 가공 대상물(100)에 대한 레이저 가공을 행할 때에, 레이저 가공 장치(1B)(제어부(9))는, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 상기 적정 거리로 설정하고 나서, 가공면(100a)에 대한 레이저 가공을 개시함으로써, 가공면(100a)의 레이저 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 레이저 가공 장치(1B)에 의하면, 도 10에 나타내지는 바와 같은 레이저광(L1)의 조사 에너지(%)와 가공 자국의 직경(㎛)의 관계를 용이하게 파악할 수도 있다. 예를 들어, 빔 정형부(10)에 의해, 레이저광(L1)의 빔 프로파일이 가우스 분포를 따르도록 빔 정형되는 경우에 대해서 생각한다. 이와 같은 경우, 광 검출부(8B)에 의해 원 모양의 이차원 이미지가 얻어진다. 또한, 광 검출부(8B)에 의해 얻어지는 이차원 이미지와 실제로 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 형상의 사이에는, 상술한 바와 같이 상관이 있다. 따라서, 미리, 이차원 이미지와 가공 자국의 형상(직경)의 상관 관계를 파악해 둠으로써, 이차원 이미지로부터 가공 자국의 직경을 산출(추정)하는 것이 가능하게 된다. 예를 들어, 제어부(9)는 레이저 광원(2)으로부터 출력되는 레이저광(L1)의 조사 에너지와, 해당 레이저광(L1)의 복귀광(L2)의 이차원 이미지 및 상기 상관 관계로부터 산출되는 가공 자국의 직경을 상호 관련짓는 처리를, 주사 위치 및 레이저광(L1)의 조사 에너지를 바꾸면서 실행함으로써, 도 10에 나타내지는 바와 같은 정보를 용이하게 취득할 수 있다.
레이저 가공 장치(1B)에서는, 광 검출부(8B)는 복귀광(L2)의 이차원 이미지를 검출하고, 제어부(9)는, 광 검출부(8B)에 의해 검출된 이차원 이미지에 기초하여, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리(즉, fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리)를 조정한다. 즉, 레이저 가공 장치(1B)에 의해 실행되는 레이저 가공 방법에서는, 검출하는 스텝(예를 들면, 도 9의 스텝 S304)에 있어서, 복귀광(L2)의 이차원 이미지를 검출하고, 모니터하는 스텝(예를 들면, 도 9의 스텝 S305)에 있어서, 검출된 이차원 이미지에 기초하여, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 조정한다. 상기 구성에 의하면, 가공 대상물(100)로부터의 복귀광(L2)의 이차원 이미지(즉, 빔 프로파일)에 기초하여, 가공면(100a) 상의 가공 위치(조사 위치)에 있어서의 빔 프로파일이 적절한 형상이 되도록, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 조정할 수 있다. 이것에 의해, 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 제어부(9)는, 이차원 이미지와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 형상(예를 들면, 직경 등)의 관계와, 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 목표 형상에 대응하는 이차원 이미지가 광 검출부(8B)에 의해 검출되도록, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리(즉, fθ렌즈(4)와 가공면(100a)의 거리)를 조정해도 된다. 즉, 레이저 가공 장치(1B)에 의해 실행되는 레이저 가공 방법에서는, 모니터하는 스텝(예를 들면, 도 9의 스텝 S305)에 있어서, 이차원 이미지와 가공면(100a)에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 목표 형상에 대응하는 이차원 이미지가 광 검출부(8B)에 의해 검출되도록, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 조정해도 된다. 상기 구성에 의하면, 미리 파악된 이차원 이미지와 가공 자국의 형상의 관계에 기초하여, fθ렌즈(4)와 스테이지(3)의 거리를 적절하게 조정할 수 있다.
［변형예］
이상, 본 개시의 일 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 각 구성의 재료 및 형상으로는, 상술한 재료 및 형상으로 한정되지 않고, 다양한 재료 및 형상을 채용할 수 있다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 레이저광(L1)이 편광 빔 스플리터(6)를 투과하고, 복귀광(L2)이 편광 빔 스플리터(6)에서 반사하도록 구성되었지만, 레이저광(L1)이 편광 빔 스플리터(6)에서 반사되고, 복귀광(L2)이 편광 빔 스플리터(6)를 투과하도록 구성되어도 된다. 보다 구체적으로는, 상기 실시 형태에서는, 레이저광(L1) 중 편광 빔 스플리터(6)를 투과한 제1 편광 성분(직선 편광(L11))이 가공 대상물(100)로 도광되었지만, 편광 빔 스플리터(6)에서 반사되는 레이저광(L1)의 제2 편광 성분만을 가지는 직선 편광(도 1에 있어서 도시 상측으로 진행되는 성분)이, 1/4 파장판(7), 갈바노 스캐너(5), 및 fθ렌즈(4)를 통해서, 가공 대상물(100)로 도광되어도 된다. 이 경우, 상기 레이저광(L1)의 제2 편광 성분만을 가지는 직선 편광과는 반대의 경로를 거슬러 편광 빔 스플리터(6)로 되돌아오는 복귀광(L2)은, 제1 편광 성분만을 가지는 직선 편광이기 때문에, 편광 빔 스플리터(6)를 투과하여 광 검출부(8A)에 도달하도록 구성된다.
또한, 상기 제1 실시 형태의 제1 동작예에서는, 레이저광(L1)의 조사 에너지에 대한 복귀광(L2)의 신호 강도의 비가 정상값인지 여부에 기초하여, 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부가 판정되었지만, 보다 단순하게, 복귀광(L2)의 신호 강도가 미리 정해진 정상값인지 여부에 기초하여, 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부가 판정되어도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태의 제1 동작예에 있어서, 복귀광(L2)의 신호 강도의 보정 처리는 생략되어도 된다. 예를 들어, 주사 위치마다 복귀광(L2)의 신호 강도의 정상값이 미리 취득되어 있는 경우에는, 보정전의 복귀광(L2)의 신호 강도와 주사 위치마다 준비된 정상값을 비교함으로써, 복귀광(L2)의 신호 강도가 적정값인지 여부(즉, 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부)를 판정할 수 있다. 다만, 보정 처리를 행함으로써, 이와 같은 비교의 대상이 되는 정상값을 주사 위치마다 준비할 필요를 없앨 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 가공 대상물(100)의 외표면(일례로서, 금속층(102)의 실리콘 기판(101)측과는 반대측의 표면)이 가공면(100a)이 되었지만, 레이저 가공의 대상이 되는 가공면은, 가공 대상물의 외표면으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서, 실리콘 기판(101)과 금속층(102)의 계면(즉, 가공 대상물의 내부에 위치하는 면)이 가공면이 되어도 된다. 이 경우, 예를 들면, 도 2에 있어서, 실리콘 기판(101)이 상측(fθ렌즈(4)측)이 되고 금속층(102)이 하측(스테이지(3)측)이 되도록, 가공 대상물(100)이 배치되어도 된다. 그리고, 실리콘 기판(101) 내를 투과하는 파장의 레이저광(L1)을 실리콘 기판(101)측으로부터 조사하여, 금속층(102)의 실리콘 기판(101)측의 표면(즉, 실리콘 기판(101)과 금속층(102)의 계면)에 레이저광(L1)을 집광시킴으로써, 해당 계면(가공면)에 대한 레이저 가공을 행해도 된다. 이 경우, 해당 계면에서 발생한 복귀광(L2)은, 실리콘 기판(101) 내를 투과하여 fθ렌즈(4)로 향한다.
또한, 가공 대상물(100)을 지지하는 지지부는, 스테이지(3)로 한정되지 않는다. 예를 들어, 스테이지(3) 대신에, 가공 대상물(100)의 측면을 유지(협지(挾持))하도록 구성된 암 부재 등이, 지지부로서 이용되어도 된다.
또한, 상술한 일 실시 형태 또는 변형예에 있어서의 일부의 구성은, 다른 실시 형태 또는 변형예에 있어서의 구성에 임의로 적용할 수 있다.
1A, 1B…레이저 가공 장치 2…레이저 광원
3…스테이지 4…fθ렌즈
5…갈바노 스캐너(광 주사부) 5a…갈바노 미러(유전체 미러)
6…편광 빔 스플리터 7…1/4 파장판
8A, 8B…광 검출부 9…제어부
100…가공 대상물 100a…가공면
L1…레이저광 L2…복귀광

Claims (18)

  1. 레이저광을 출력하는 레이저 광원과,
    가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 가공 대상물의 가공면에 상기 레이저광을 집광하는 fθ렌즈와,
    유전체 미러를 동작시켜 상기 fθ렌즈에 대한 상기 레이저광의 입사각을 조정함으로써, 상기 가공면에 있어서 상기 레이저광을 주사하는 광 주사부와,
    상기 레이저광의 광로 상에 있어서 상기 레이저 광원과 상기 광 주사부의 사이에 배치되는 편광 빔 스플리터와,
    상기 광로 상에 있어서 상기 편광 빔 스플리터와 상기 광 주사부의 사이에 배치되는 1/4 파장판과,
    상기 레이저광이 조사된 상기 가공 대상물의 상기 가공면으로부터의 상기 레이저광의 복귀광으로서, 상기 fθ렌즈, 상기 광 주사부, 상기 1/4 파장판, 및 상기 편광 빔 스플리터를 이 순서대로 경유하는 상기 복귀광을 검출하는 광 검출부를 구비하는 레이저 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 검출부에 의해서 검출된 상기 복귀광에 기초하여, 상기 가공 대상물의 가공 상태를 모니터하는 제어부를 더 구비하는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 검출부는 상기 복귀광의 신호 강도를 검출하고,
    상기 제어부는, 상기 광 검출부에 의해 검출된 상기 신호 강도에 기초하여, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 상기 레이저광의 주사 위치에 기초하여 상기 신호 강도를 보정하고, 보정 후의 상기 신호 강도에 기초하여 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는, 주사 위치에 대한 상기 레이저광의 조사가 실행될 때마다, 상기 주사 위치에 있어서 검출된 상기 신호 강도에 기초하여, 상기 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정하고, 상기 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것에 따라, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 레이저 광원으로부터 출력되는 상기 레이저광의 조사 에너지와 상기 신호 강도와 상기 가공면에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 상기 가공 자국의 직경의 목표값에 기초하여, 상기 신호 강도가 적정값인지 여부를 판정하고, 상기 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정된 것에 따라, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 레이저 가공 장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는 미리 정해진 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 상기 신호 강도를 적산하고, 적산 결과에 기초하여 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 레이저 가공 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 검출부는 상기 복귀광의 이차원 이미지를 검출하고,
    상기 제어부는, 상기 광 검출부에 의해 검출된 상기 이차원 이미지에 기초하여, 상기 fθ렌즈와 상기 가공면의 거리를 조정하는 레이저 가공 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 이차원 이미지와 상기 가공면에 형성되는 가공 자국의 형상의 관계와, 상기 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 상기 목표 형상에 대응하는 상기 이차원 이미지가 상기 광 검출부에 의해 검출되도록, 상기 fθ렌즈와 상기 가공면의 거리를 조정하는 레이저 가공 장치.
  10. 지지부에 지지된 가공 대상물의 가공면에 fθ렌즈에 의해서 레이저광을 집광시킴으로써, 상기 가공 대상물의 가공을 행하는 레이저 가공 방법으로서,
    레이저 광원으로부터 출력되는 상기 레이저광을, 편광 빔 스플리터 및 1/4 파장판을 이 순서대로 경유시켜 광 주사부로 안내하고, 상기 광 주사부에 있어서, 유전체 미러를 동작시켜 상기 fθ렌즈에 대한 상기 레이저광의 입사각을 변화시킴으로써, 상기 가공면에 있어서 상기 레이저광을 주사하는 스텝과,
    상기 레이저광이 조사된 상기 가공 대상물의 상기 가공면으로부터의 상기 레이저광의 복귀광으로서, 상기 fθ렌즈, 상기 광 주사부, 상기 1/4 파장판, 및 상기 편광 빔 스플리터를 이 순서대로 경유하는 상기 복귀광을 광 검출부에 의해서 검출하는 스텝을 포함하는 레이저 가공 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 광 검출부에 의해서 검출된 상기 복귀광에 기초하여, 상기 가공 대상물의 가공 상태를 모니터하는 스텝을 더 포함하는 레이저 가공 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 검출하는 스텝에 있어서, 상기 복귀광의 신호 강도를 검출하고,
    상기 모니터하는 스텝에 있어서, 검출된 상기 신호 강도에 기초하여, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 레이저 가공 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 모니터하는 스텝은,
    상기 레이저광의 주사 위치에 기초하여 상기 신호 강도를 보정하는 처리와,
    보정 후의 상기 신호 강도에 기초하여, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함하는 레이저 가공 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    상기 모니터하는 스텝은,
    주사 위치에 대한 상기 레이저광의 조사가 실행될 때마다, 상기 주사 위치에 있어서 검출된 상기 신호 강도에 기초하여, 상기 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해졌는지 여부를 판정하는 처리와,
    상기 주사 위치의 레이저 가공이 정상적으로 행해지고 있지 않다고 판정된 것에 따라, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함하는 레이저 가공 방법.
  15. 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모니터하는 스텝은,
    상기 레이저 광원으로부터 출력되는 상기 레이저광의 조사 에너지와 상기 신호 강도와 상기 가공면에 형성되는 가공 자국의 직경의 관계와, 상기 가공 자국의 직경의 목표값에 기초하여, 상기 신호 강도가 적정값인지 여부를 판정하는 처리와,
    상기 신호 강도가 적정값이 아니라고 판정된 것에 따라, 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함하는 레이저 가공 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 모니터하는 스텝은,
    미리 정해진 주사 범위 전체의 각 주사 위치에서 검출된 상기 신호 강도를 적산하는 처리와,
    적산 결과에 기초하여 상기 가공 대상물의 가공 상태의 이상을 검지하는 처리를 포함하는 레이저 가공 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 검출하는 스텝에 있어서, 상기 복귀광의 이차원 이미지를 검출하고,
    상기 모니터하는 스텝에 있어서, 검출된 상기 이차원 이미지에 기초하여, 상기 fθ렌즈와 상기 가공면의 거리를 조정하는 레이저 가공 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 모니터하는 스텝에 있어서, 상기 이차원 이미지와 상기 가공면에 형성되는 가공 자국의 형상의 관계와, 상기 가공 자국의 목표 형상에 기초하여, 상기 목표 형상에 대응하는 상기 이차원 이미지가 상기 광 검출부에 의해 검출되도록, 상기 fθ렌즈와 상기 가공면의 거리를 조정하는 레이저 가공 방법.
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