TW202206215A - 雷射加工裝置、雷射加工系統、旋轉器單元裝置、雷射加工方法及探針卡的生產方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種可以打孔準確孔形狀的雷射加工裝置。雷射加工裝置包括雷射振盪部、偏振旋轉器部、光束旋轉器部、聚光光學系統、旋轉驅動部（第一馬達，第二馬達）以及控制部，偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構，第一旋轉機構可旋轉波長板，光束旋轉器部包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構，第二旋轉機構可旋轉照射角度調節光學系統，旋轉驅動部向第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力，控制部可控制第一旋轉機構和第二旋轉機構的旋轉速度比，藉由控制旋轉速度比可調節雷射的偏振狀態。

Description

雷射加工裝置、雷射加工系統、旋轉器單元裝置、雷射加工方法及探針卡的生產方法
本發明關於一種雷射加工裝置、雷射加工系統、旋轉器單元裝置、雷射加工方法及探針卡的生產方法。
使用雷射加工裝置對金屬、樹脂、陶瓷等各種材料實施微細加工。例如，專利文獻1公開了一種減少雷射反射光的影響，實施高精度打孔加工的雷射加工裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：特開2009-233714號公報。
[發明要解決的課題]
在雷射加工中，在加工對象物上打孔時，追求孔的形狀的準確性。例如，在孔的形狀上，要求大小和形狀在雷射的射入側和射出側沒有差別，另外，孔內壁不是圓錐狀而是直的，且在孔為四邊形時，四個角是直角而非圓角等。
因此，本發明的目的是提供一種可微細加工準確形狀的雷射加工裝置。 [用以解決課題之手段]
為實現所述目的，本發明的雷射加工裝置包括雷射振盪部、偏振旋轉器部、光束旋轉器部、聚光光學系統、旋轉驅動部以及控制部， 所述雷射振盪部可射出線性偏振的雷射， 從所述雷射振盪部射出的雷射可經由所述偏振旋轉器部、所述光束旋轉器部和所述聚光光學系統，照射加工對象物， 所述偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構， 所述波長板改變所述雷射的偏振方向， 所述第一旋轉機構可旋轉所述波長板， 所述光束旋轉器部包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構， 所述照射角度調節光學系統使射入的雷射偏心射出，在相對於所述聚光光學系統中心軸偏心的位置射入，從而可調節所述雷射相對於所述加工對象物的照射角度， 所述第二旋轉機構可旋轉所述照射角度調節光學系統， 所述聚光光學系統可將所述雷射聚光於所述加工對象物， 所述旋轉驅動部向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力， 所述控制部可控制所述第一旋轉機構和所述第二旋轉機構的旋轉速度比， 藉由控制所述旋轉速度比，可調節所述雷射的偏振狀態。 [發明功效]
藉由本發明的雷射加工裝置，可微細加工準確的形狀。
在本發明的裝置中，所述光束旋轉器部進一步具有旋轉半徑調節光學系統， 所述旋轉半徑調節光學系統可以是如下實施方式：使射入的雷射相對於入射光軸傾斜，而相對於所述聚光光學系統傾斜射入，圓環狀掃描所述雷射照射所述加工對象物的位置。
在本發明的裝置中，可以是如下實施方式：所述旋轉驅動部包括第一馬達和第二馬達，向所述第一旋轉機構和所述第二旋轉機構分別各自提供旋轉驅動力，所述控制部具有同步驅動所述兩個馬達的馬達控制部。
在本發明的裝置中，所述波長板例如是λ/2板或λ/4板，較佳為λ/2板。
本發明的裝置可將所述第一旋轉機構的旋轉速度（X）與所述第二旋轉機構的旋轉速度（Y）的所述旋轉速度比（X：Y）設定為預定值，由此制出所需的偏振模式（形狀）。如上所述，所述第一旋轉機構可旋轉所述偏振旋轉器部所包含的所述波長板，所述第二旋轉機構可旋轉所述光束旋轉器部所包含的所述照射角度調節光學系統，因此在下文的說明中，“第一旋轉機構的旋轉速度（X）”可稱為“偏振旋轉器的旋轉速度（X）”，“第二旋轉機構的旋轉速度（Y）”可稱為“光束旋轉器的旋轉速度（Y）”。例如在打孔的孔形狀為四邊形時，較佳為所述控制部將所述旋轉速度比（X：Y）設定為1.5：1，-0.5：1，或0.5：1。所述旋轉速度比（X：Y）為1.5：1或-0.5：1時，可將雷射的偏振狀態設為四角偏振模式。另外，所述旋轉速度比（X：Y）為0.5：1時，可將雷射的偏振狀態設為徑向偏振模式。更具體而言，可將所述偏振狀態設為徑向偏振模式，該徑向偏振模式為在光束旋轉的圓形軌跡上的任一個位置，偏振方向均相對於所述軌跡呈放射方向。另外，所述旋轉速度比（X：Y）為正（+）：正（+）時，表示所述第一旋轉機構的旋轉方向和所述第二旋轉機構的旋轉方向是相同方向，為負（-）：正（+）時，表示所述第一旋轉機構的旋轉方向和所述第二旋轉機構的旋轉方向是相反方向。另外，正負可自由定義，例如將逆時針旋轉（向左旋轉）定義為正，順時針旋轉（向右旋轉）定義為負，也可以做相反定義。
在本發明的裝置中，可以是如下實施方式：所述控制部可進一步控制所述第一旋轉機構和所述第二旋轉機構的旋轉相位差，所述第一旋轉機構的第一初始位置是所述雷射的偏振方向與所述波長板的快軸方向一致的旋轉角度，所述第二旋轉機構的第二初始位置是所述雷射的偏振方向與所述光束旋轉器部的光束偏心方向一致的旋轉角度，所述旋轉相位差是所述第一初始位置與第二初始位置的相位差。如上所述，所述第一旋轉機構可旋轉所述偏振旋轉器部所包含的所述波長板，所述第二旋轉機構可旋轉所述光束旋轉器部所包含的所述照射角度調節光學系統，因此在下文的說明中，“第一旋轉機構與第二旋轉機構的旋轉相位差”例如可稱為“波長板與所述光束旋轉器部的旋轉相位差”或“偏振旋轉器與光束旋轉器的旋轉相位差”。在本實施方式中，可藉由改變所述旋轉相位差，改變偏振模式的朝向。具體而言，例如雷射的偏振狀態為徑向偏振模式時，可藉由改變所述旋轉相位差，將偏振狀態改為方位角偏振模式。另外，在雷射的偏振狀態為四角偏振模式等時，可藉由改變所述旋轉相位差，改變偏振模式的朝向。
本發明的裝置例如可以是以2kHz～3kHz的範圍的雷射頻率照射的實施方式。
在本發明的裝置中，可以是如下實施方式：所述聚光光學系統進一步包括振鏡掃描器，所述振鏡掃描器可在所述加工對象物上掃描所述聚光光學系統聚集的雷射。
本發明的裝置可以是如下實施方式：進一步包括加工台部，所述加工台部可搭載所述加工對象物，且可在水平方向移動。在本發明的裝置中，所述加工台也可在上下方向移動。在本發明中，所述水平方向例如是與鉛直方向垂直相交的平面方向，所述上下方向例如是與所述鉛直方向平行的方向。
在本發明的裝置中，可以是如下實施方式：所述控制部包括雷射控制部，所述雷射控制部可控制所述振鏡掃描器的雷射掃描和所述加工台部的水平方向移動中的至少一種。
本發明的裝置可以是如下實施方式：進一步包括通訊部，所述通訊部可與終端通訊，所述通訊部接收來自所述終端的控制資訊，並發送至所述控制部，所述控制部基於接收的控制資訊控制雷射加工裝置。所述終端例如是個人電腦（PC），伺服器，智慧手機，平板電腦等。所述通訊可以是有線的也可以是無線的，可以是所述通訊部與所述終端直接通訊，也可以是藉由通訊線路網通訊。所述通訊線路網為互聯網，內聯網，LAN等。
本發明的雷射加工系統包括終端和雷射加工裝置，所述雷射加工裝置是本發明的雷射加工裝置。
本發明的旋轉器單元裝置是用於本發明的雷射加工裝置或本發明的雷射加工系統的旋轉器單元裝置， 其包括偏振旋轉器部、光束旋轉器部、旋轉驅動部和控制部， 所述偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構， 所述波長板改變所述雷射的偏振方向， 所述第一旋轉機構可旋轉所述波長板， 所述光束旋轉器部包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構， 所述照射角度調節光學系統使射入的雷射偏心射出，在相對於所述聚光光學系統中心軸偏心的位置射入，從而可調節所述雷射相對於所述加工對象物的照射角度， 所述第二旋轉機構可旋轉所述照射角度調節光學系統， 所述旋轉驅動部向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力， 所述控制部可控制所述第一旋轉機構與所述第二旋轉機構的旋轉速度比。
在本發明的旋轉器單元裝置中，可以是如下實施方式：所述光束旋轉器部進一步具有旋轉半徑調節光學系統，所述旋轉半徑調節光學系統使射入的雷射相對於入射光軸傾斜，而傾斜射入所述聚光光學系統，圓環狀掃描所述雷射照射所述加工對象物的位置。
在本發明的旋轉器單元裝置中，可以是如下實施方式：所述旋轉驅動部包括向所述第一旋轉機構和所述第二旋轉機構分別各自提供旋轉驅動力的第一馬達、第二馬達，所述控制部具有同步驅動所述兩個馬達的馬達控制部。
本發明的雷射加工方法是藉由雷射對加工對象物打四邊形孔的雷射加工方法，假想所述四邊形內部有四個小四邊形鄰接形成的格線，雷射的掃描軌跡是通過所述四邊形各邊的掃描軌跡，且是通過所述格線的至少一部分的軌跡。本發明的雷射加工法例如可以使用本發明的雷射加工裝置或本發明的雷射加工系統實施。
本發明的探針卡的生產方法包括在探針卡基板形成孔的打孔步驟，所述打孔步驟使用本發明的雷射加工裝置或本發明的雷射加工系統實施。
下文參照圖示，對本發明的雷射加工裝置進行詳細說明。但是，本發明不限於下述說明。另外，在下文的圖1至圖17中，有對相同部分付與相同符號，並省略其說明的情況。並且，在圖式中，有為了方便說明而適當簡化示出各部分結構的情況，並有各部分的尺寸比等與實際不同而示意性示出的情況。 [實施方式1]
圖1示出了本發明的雷射加工裝置1的一例。如圖所示，本例的雷射加工裝置1由雷射振盪部（雷射振盪器）11、光束整形光學系統12、偏振旋轉器部（偏振旋轉器）13、光束旋轉器部（光束旋轉器）14、反射鏡（也可以是未圖示的可掃描的振鏡機構）16、作為聚光光學系統的聚光透鏡15、加工台（XY台）17、控制部18、通訊部19以及旋轉驅動部（圖1中未示出）構成。另外，光束整形光學系統12、反射鏡16、加工台17以及通訊部19為任意結構，例如可有可無。雷射振盪器11為固體雷射或光纖雷射光源，較佳為脈衝雷射。從該雷射振盪器11射出線性偏振的雷射，射出的雷射經過光束整形光學系統12、偏振旋轉器13、光束旋轉器14、反射鏡16和聚光光學系統15，照射到搭載於加工台17上的加工對象物。控制部18例如包括馬達同步控制部181和雷射控制部182。馬達同步控制部181同步控制偏振旋轉器13的第一旋轉機構和光束旋轉器的第二旋轉機構的旋轉。藉由所述旋轉驅動部向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力。所述旋轉驅動部例如可列舉馬達（伺服馬達）。另外，雷射控制部182控制振鏡掃描器16和加工台17中的至少一個，控制雷射對加工對象物的掃描軌跡。通訊部19可與終端2通訊，來自終端2的控制資訊經由通訊部19送至控制部18，藉由所述控制資訊，馬達同步控制部181和雷射控制部182控制偏振旋轉器13、光束旋轉器14、反射鏡16、加工台17和所述旋轉驅動部等雷射加工裝置1的各部分。
圖2示出了偏振旋轉器13的結構和功能。如圖所示，偏振旋轉器13配置有λ/2板131等波長板，所述波長板（λ/2板131）可藉由第一旋轉機構134旋轉。由雷射振盪器11射出並經光束整形光學系統12整形的雷射處於線性偏振狀態，但藉由通過旋轉的λ/2板131，線性偏振的偏振方向旋轉。
圖3示出了光束旋轉器14的結構的一例。如圖所示，光束旋轉器14由照射角度調整光學系統141和旋轉半徑調節光學系統145構成。照射角度調節光學系統141由一對棱鏡141a，141b構成，使射入的雷射L相對於入射光軸偏心。由此，射入聚光透鏡15的雷射L在相對於聚光透鏡15的中心軸偏心的位置射入，調節照射加工對象物的雷射L的照射角度。旋轉半徑調節光學系統145由一對棱鏡145a，145b構成，使射入光束旋轉器14的雷射L相對於入射光軸傾斜，經由反射鏡16射出至聚光透鏡15。藉由該旋轉半徑調節光學系統145傾斜並射入至聚光透鏡15的雷射L以圓環狀照射至加工對象物。
如圖4所示，光束旋轉器14具有如下三個功能：（1）使光束傾斜，（2）使光束偏移，（3）使光束旋轉。基於圖5說明上述（1）、（2）、（3）所述功能。圖5示出了光束旋轉器14的運行導致的加工點光束的變化。在該圖中，加工點光束的變化示出了加工對象物（工件）上的焦點以及距焦點1mm的射出側處這兩個位置的變化。在圖5中，用點劃線表示透鏡的中心軸，用點線表示雷射的行進路線。在圖5中，（A）為不使用光束旋轉器的情況（一般射入），（B）為使光束傾斜，相對於透鏡中心軸傾斜射入的情況（傾斜射入），（C）為使光束相對於透鏡的中心軸偏移射入的情況（偏移射入），（D）為使光束傾斜，並相對於透鏡的中心軸偏移射入的情況（傾斜+偏移射入）。在所述一般射入時，如圖5之（A）所示，光束總是在透鏡的中心軸上行進。在所述傾斜射入時，如圖5之（B）所示，光束在焦點和離焦位置都通過偏離透鏡的中心軸的地方。因此，在傾斜射入的狀態下，使光束旋轉器14旋轉，則光束劃出圓形軌跡。另外，圖5之（B）中的光束傾斜角度為示意性示出的一例，光束的傾斜角度例如可以為不足1度的微傾斜角度。在所述偏移射入時，如圖5之（C）所示，聚光的光束以一定角度接近透鏡的中心軸並行進，在焦點與透鏡中心軸相交後，以從透鏡的中心軸遠離的方式行進。因此，在偏移射入的狀態下使光束旋轉器14旋轉時，焦點的光束與一般射入時相同，但離焦的光束劃出圓形軌跡。在所述傾斜射入和偏移射入組合時，如圖5之（D）所示，可藉由改變射入透鏡的光束的傾斜角度來改變焦點上光束的旋轉直徑，藉由改變光束的偏移量來改變照射到工件的旋轉光束的照射角度。
圖6示出了偏振旋轉器13和光束旋轉器14的同步控制。如圖所示，馬達同步控制部181由可程式設計邏輯控制器（Programmable Logic Controller；PLC）構成，PLC由中央處理器（CPU）和動作控制單元構成。偏振旋轉器13的第一旋轉驅動部（伺服馬達）132與第一伺服放大器133和第一旋轉機構134連接，光束旋轉器14的第二旋轉驅動部（伺服馬達）142與第二伺服放大器143和第二旋轉機構144連接，從PLC向第一伺服放大器133和第二伺服放大器143發送控制訊號，控制第一伺服馬達132和第二伺服馬達142的旋轉速度和旋轉相位差。另外，偏振旋轉器13和光束旋轉器14不限於單獨使用各自的馬達驅動，也可以藉由單一的馬達驅動，例如藉由具有齒輪構造的兩個旋轉驅動部驅動。
基於圖7說明本發明的雷射加工裝置中偏振旋轉器13和光束旋轉器14的旋轉相位差的控制。例如，將波長板131的第一初始位置（0度）設為使雷射的偏振方向與波長板131的快軸方向一致的旋轉角度。將光束旋轉器14的第二初始位置（0度）設為使所述雷射的偏振方向與光束旋轉器14的光束偏心方向一致的旋轉角度。然後，所述旋轉相位差為所述第一初始位置與所述第二初始位置的相位差。另外，在本發明中，旋轉相位差的定義不限於上述定義，也可以是其他定義。偏振旋轉器13的旋轉角度（θPR）、光束旋轉器14的旋轉角度（θBR）、偏振旋轉器13與光束旋轉器14的旋轉速度比（X：Y）以及旋轉相位差（θ0）的關係為下述式。在本發明的雷射加工裝置中，例如在裝置的電源開或關時，或開始旋轉動作前，偏振旋轉器13與光束旋轉器14的相位差可復位至“0”度。 θPR=θBR x X/Y+θ0
基於圖8示出在將偏振旋轉器13（波長板131，λ/2板）的旋轉速度（X）與光束旋轉器14的旋轉速度（Y）的旋轉速度比（X：Y）設為-0.5：1，控制旋轉相位差（度）為“0”度時，波長板131的快軸方向與光束旋轉器14的光束偏心方向的關係。另外，此時雷射的偏振狀態如圖8的右側所示，為菱形四角偏振模式。下文的旋轉角度是波長板131的快軸方向的角度和光束旋轉器14的光束偏心方向的角度。首先，在光束旋轉器14的旋轉角度為0度時，波長板131的旋轉角度也為0度。在光束旋轉器14逆時針（向左）旋轉，旋轉角度為45度時，波長板131順時針（向右）旋轉，旋轉角度為-22.5度。λ/2板的快軸方向與入射光束的偏振方向的角度差為θ時，透過λ/2板的光束偏振方向為2θ。因此，波長板的旋轉角度為-22.5度時光束的偏振方向為-45度，朝向與光束旋轉器14的偏心方向正交的方向。光束旋轉器14逆時針（向左）旋轉，旋轉角度為90度時，波長板131順時針（向右）旋轉，旋轉角度為-45度，此時光束的偏振方向為-90度。光束旋轉器14逆時針（向左）旋轉，旋轉角度為135度時，波長板131順時針（向右）旋轉，旋轉角度為-67.5度，此時光束的偏振方向為-135度。由此，光束相對於旋轉角度具有特定的偏振方向，由此旋轉光束整體可形成菱形四角偏振模式。
基於圖9示出將偏振旋轉器13（波長板131，λ/2板）的旋轉速度（X）與光束旋轉器14的旋轉速度（Y）的旋轉速度比（X：Y）設為-0.5：1，旋轉相位差（度）控制為“45度”時，波長板131的快軸方向與光束旋轉器14的光束偏心方向的關係。另外，此時的雷射的偏振狀態如圖9的右側所示，為正方形的四角偏振模式。下文的旋轉角度是波長板131的快軸方向和光束旋轉器14的光束偏心方向的角度。首先，在光束旋轉器14的旋轉角度為0度時，波長板131的旋轉角度為45度，此時光束的偏振方向為90度。在光束旋轉器14逆時針（向左）旋轉，旋轉角度為45度時，波長板131順時針（向右）旋轉，旋轉角度為22.5度，此時光束的偏振方向為45度。在光束旋轉器14逆時針（向左）旋轉，旋轉角度為90度時，波長板131順時針（向右）旋轉，旋轉角度為0度，此時光束的偏振方向也為0度。在光束旋轉器14逆時針(向左)旋轉，旋轉角度為135度時，波長板131順時針（向右）旋轉，旋轉角度為-22.5度，此時光束的偏振方向為-45度。由此，藉由給予旋轉相位差，從而使圖8中為菱形方向（45度）的偏振模式旋轉，可成為正方形的四角偏振模式。
圖10示出控制偏振旋轉器13（波長板131，λ/2板）的旋轉速度（X）與光束旋轉器14的旋轉速度（Y）的旋轉速度比（X：Y）和旋轉相位差（度）時雷射的偏振狀態。首先，旋轉速度比為0.5：1時，在旋轉相位差為0度時，為徑向偏振模式，旋轉相位差為45度時，為方位角偏振模式。旋轉速度比為0：1時，在旋轉相位差為0度時，為線性偏振（橫向），旋轉相位差為45度時，為線性偏振（縱向）。旋轉速度比為-0.5：1時，在旋轉相位差為0度時，為菱形四角偏振模式，旋轉相位差為45度時，為正方形四角偏振模式。旋轉速度比為-1：1時，在旋轉相位差為0度時，為左右具有頂點的六角偏振模式，旋轉相位差為45度時，為上下具有頂點的六角偏振模式。另外，圖10示出的偏振狀態為示例，可藉由改變偏振旋轉器13與光束旋轉器14的旋轉速度比和旋轉相位差，將雷射設為各種偏振狀態。 [實施方式2]
接著，說明使用實施方式1的雷射加工裝置1打出四邊形孔的操作。首先，將所述偏振旋轉器13的旋轉速度（X）與光束旋轉器14的旋轉速度（Y）的旋轉速度比（X：Y）設為1.5：1或-0.5：1。
利用圖11和圖12說明雷射打孔的物理原理。如圖11所示，在用雷射在加工對象物上打孔時，就正面而言，雷射直接照射（入射角約為0度），加工對象物高效地吸收能量，形成孔，但在向背面繼續掘進時，被孔的壁面反射，射入至深部。具體而言，在開始照射雷射的初始階段，加工對象物的正面是平面，因此入射角約為0度，但隨著孔形成，雷射照射至孔的內壁。因此，雷射相對於加工對象物正面的入射角變大。然後，照射至孔內壁的雷射中的一部分被反射，射入孔的深部，形成深孔。如圖12所示，像這樣傾斜射入的雷射在P偏振和S偏振中反射率有很大不同。與S偏振相比，P偏振反射率較低，加工對象物的吸收率較高。基於該原理，藉由使用四個角為P偏振狀態，直線部分為S偏振狀態的四角偏振模式的雷射，可加快四個角的加工，在孔的深部或背面也可以加工出具有良好邊緣的四邊形孔。由此，當著眼於P偏振在加工對象物中具有良好吸收率，使用四角偏振模式的雷射形成四邊形孔時，為增強該偏振效果，較佳為將雷射頻率設為比一般情況高。所述頻率例如可舉例2kHz到3KHz，較佳為2.5kHz左右。藉由所述頻率在所述範圍內取值，例如可在孔深部或背面加工出具有良好邊緣的四邊形孔。
圖13示出在加工對象物上形成四邊形孔時的偏振模式和掃描軌跡的一例。在圖13之（A）和（B）中，上方圖示出偏振模式，中間圖示出射入側掃描軌跡的一例，下方圖示出射出側掃描軌跡的一例。在打出如圖13之（A）中間和下方示出的四邊形孔時，首先將所述初始位置的旋轉相位差設定為45度。在打出例如如圖13之（B）中間和下方所示的將四邊形孔的朝向順時針旋轉45度的正方形孔時，將初始位置的旋轉相位差設定為0度。然後，將該偏振模式的雷射藉由振鏡掃描器或XY台在加工對象物正面以沿著各自偏振模式的朝向的四邊形進行掃描。以往的偏振旋轉器和光束旋轉器不同步旋轉，而是藉由具有隨機偏振方向的雷射進行打孔，從而使線性偏振不影響打孔，與之相對地，在本實施方式中，藉由將旋轉速度比設為-0.5：1，將偏振模式設為四邊形，由此在加工對象物的背面（雷射的射出面）也可以與加工對象物正面（雷射的焦點面）同樣形成與掃描軌跡同樣的孔形狀。
在實施方式1的雷射加工裝置1中，在將偏振旋轉器13和光束旋轉器14的旋轉速度比（X：Y）設為0.5：1，將旋轉相位差設為0度時，形成的徑向偏振模式如使用圖11、圖12舉例說明的一樣，可高效加工加工對象物。圖14示出了將旋轉速度比（X：Y）設為0.5：1，相位差從0度設為45度，在氮化矽板材（厚0.25毫米）上形成切斷溝的結果。由此，使用者藉由操作終端2，使用馬達同步控制部181將旋轉速度比和相位差設定為所需值，由此例如可容易地選擇最適宜加工對象物的偏振模式。由此，可在所述加工對象物上形成具有良好邊緣的四邊形孔或六邊形孔，或可進行能量效率好亦即加工速度快的加工。
圖15示出了一個實施例，亦即使用實施方式1的雷射加工裝置1，將偏振旋轉器13和光束旋轉器14的旋轉速度比（X：Y）設為-0.5：1，偏振旋轉器13和光束旋轉器14的旋轉相位差設為45度，雷射加工氮化矽的例子。另外，圖15示出了一個比較例，亦即使用以往的雷射加工裝置，使線性偏振光無關光束旋轉器地旋轉而以隨機模式進行雷射加工的例子。圖15的上側為示出比較例的加工狀態的照片，圖15的下側為示出實施例的加工狀態的照片，圖15的左側為示出雷射射入側的加工狀態的照片，圖15的右側為示出雷射射出側的加工狀態的照片。如圖15所示，在實施例中，在雷射射入側和雷射射出側均能夠打出四個角為直角的四邊形孔。與此相對地，在比較例中，為四個角是圓角的四邊形孔，特別是在雷射射出側的四邊形孔中，四個角更圓。根據同樣的原理，在打六邊形孔時，將旋轉速度比設為2：1，作出圖10中的六角偏振模式的雷射，使用該雷射以六角形狀進行雷射掃描，可打出具有良好邊緣的角部的六邊形孔。另外，例如，藉由將雷射設為徑向偏振模式，加工圓孔、切斷、溝的效率上升。 [實施方式3]
圖16示出了本發明的雷射加工方法中振鏡掃描器掃描軌跡的示例。本發明的雷射加工方法是藉由雷射在加工對象物上打出四邊形孔的雷射加工方法，假想在所述四邊形內部有四個小四邊形鄰接形成的格線，雷射的掃描軌跡是通過所述四邊形各邊的掃描軌跡，且是通過所述格線的至少一部分的掃描軌跡。在本發明的方法中，掃描軌跡具有下述第一掃描軌跡和第二掃描軌跡。
圖16上側示出的掃描軌跡是第一掃描軌跡，是將所打孔的四邊形分割為四份的方法。 首先，以所述四邊形為大四邊形，假想在大四邊形內部有4個小四邊形鄰接形成的格線。然後，在步驟1中，將大四邊形的左下角作為起點和終點，按照前向（逆時針方向）掃描大四邊形的四邊。 在步驟2中，將左下的小四邊形的左下角作為起點和終點，按照前向掃描該小四邊形的四個邊。 在步驟3中，將左下的小四邊形的左下角作為起點，右下的小四邊形的左下角作為終點，按照前向掃描該小四邊形的四個邊。 在步驟4中，將右下的小四邊形的左下角作為起點，右上的小四邊形的右下角作為終點，按照前向掃描該小四邊形的四個邊。 在步驟5中，將右上的小四邊形的右下角作為起點，左上的小四邊形的右上角作為終點，按照前向掃描該小四邊形的四個邊。 在步驟6中，將左上的小四邊形的右上角作為起點，左下的小四邊形的左下角作為終點，按照前向掃描大四邊形的上邊和左邊。 接著，按照反向（順時針方向）實施步驟1至6。
接著，圖16的下側示出的掃描軌跡是第二掃描軌跡，假想在所打孔的四邊形內有四個小四邊形鄰接形成的格線，掃描格線的一部分，且以前向或反向掃描四邊形的四個邊，是如同在直線中間改道的掃描軌跡。 首先，以所述四邊形為大四邊形，假想在大四邊形內部有四個小四邊形鄰接形成的格線。 在步驟1中，將大四邊形的左下角作為起點和終點，按照前向（逆時針方向）掃描大四邊形的四邊。 在步驟2中，將左下的小四邊形的左下角作為起點，按照前向掃描該小四邊形的下邊，且將該小四邊形的右邊的中間作為終點進行掃描。 在步驟3中，將步驟2的終點作為起點，右下的小四邊形的上邊的中間作為終點，按照前向掃描。 在步驟4中，將步驟3的終點作為起點，右上的小四邊形的左邊的中間作為終點，按照前向掃描。 在步驟5中，將步驟4的終點作為起點，左上的小四邊形的下邊的中間作為終點，按照前向掃描。 在步驟6中，將步驟5的終點作為起點，左下的小四邊形的左下角作為終點，按照前向掃描。 接著，按照反向（順時針方向）實施步驟1至6。
圖17示出了根據各種掃描軌跡，用雷射在氮化矽上打出四邊形孔的加工結果的照片（雷射射出側的孔形狀）。在圖17中，上起第一行是掃描四邊形外周的示例（一般情況），上起第二行是將四邊形分成兩部分進行掃描的示例（將直線分成兩部分），上起第三行是本發明的第一掃描軌跡，是將四邊形以網格狀分成四個部分的示例（將四邊形分成四部分），上起第四行至第六行是本發明的第二掃描軌跡，將四邊形分為網格狀，描繪格線的一部分的示例（在直線中間改道）。如圖17所示，在上起第一行和第二行的示例中，四邊形的直線上產生凹陷，沒有成為一個精確的四邊形。與之相對，在本發明的第一掃描軌跡和第二掃描軌跡亦即上起第三行至第六行的示例中，四邊形的各邊為直線狀，抑制了凹陷的產生。
如上文說明，在本發明中，藉由同步控制偏振旋轉器和光束旋轉器的旋轉，可以設定各種偏振狀態的雷射，其結果，與以往的雷射加工相比，可進行準確的微細加工。作為改變雷射的偏振狀態的方法，迄今有利用偏振轉換元件的方法，以及利用液晶軸對稱轉換器的方法。但是，使用偏振轉換元件的方法具有波長板昂貴，且偏振狀態固定無法切換的問題。另外，使用液晶軸對稱轉換器的方法具有雷射透過率低，耐光強度低的問題。相較於上述技術，本發明在雷射加工裝置中，藉由同步控制偏振轉換器和光束轉換器的旋轉，雷射可以被設置為可實現準確的微細加工的各種偏振狀態，因此成本低，沒有雷射透過率的問題，也沒有耐光強度的問題。
上文參照實施方式說明了本發明，但本發明不限於上述實施方式。本發明的結構和細節可在本發明的範圍內做出本領域技術人員能夠理解的各種改變。
本發明主張2020年6月9日提交的日本專利申請2020-100120為基礎的優先權，其公開的所有內容納入於本文。
[附記] 上述實施方式和實施例的一部分或全部以下述附記的形式記載，但不限於此。 [附記1] 一種雷射加工裝置， 其包括雷射振盪部、偏振旋轉器部、光束旋轉器部、聚光光學系統、旋轉驅動部以及控制部， 所述雷射振盪部可射出線性偏振的雷射， 從所述雷射振盪部射出的雷射可經由所述偏振旋轉器部、所述光束旋轉器部和所述聚光光學系統，照射加工對象物， 所述偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構， 所述波長板改變所述雷射的偏振方向， 所述第一旋轉機構可旋轉所述波長板， 所述光束旋轉器包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構， 所述照射角度調節光學系統使射入的雷射偏心射出，在相對於所述聚光光學系統中心軸偏心的位置射入，從而可調節所述雷射相對於所述加工對象物的照射角度， 所述第二旋轉機構可旋轉所述照射角度調節光學系統， 所述聚光光學系統可將所述雷射聚光於所述加工對象物， 所述旋轉驅動部向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力， 所述控制部可控制所述第一旋轉機構和所述第二旋轉機構的旋轉速度比， 藉由控制所述旋轉速度比，可調節所述雷射的偏振狀態。 [附記2] 根據附記1所述的雷射加工裝置，其中 所述光束旋轉器部進一步具有旋轉半徑調節光學系統， 所述旋轉半徑調節光學系統使入射雷射相對於入射光軸傾斜，而傾斜射入所述聚光光學系統，以圓環狀掃描所述雷射照射所述加工對象物的位置。 [附記3] 根據附記1或2所述的雷射加工裝置，其中 所述旋轉驅動部包括第一和第二馬達，各自分別向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力，所述控制部具有同步驅動所述兩個馬達的馬達控制部。 [附記4] 根據附記1至3任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述波長板是λ/2板。 [附記5] 根據附記1至4任一項所述的雷射加工裝置，其中 第一旋轉機構的旋轉速度（X）與所述第二旋轉機構的旋轉速度（Y）的所述旋轉速度比（X：Y）為1.5：1，-0.5：1，或0.5：1。 [附記6] 根據附記1至5任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述控制部可進一步控制所述第一旋轉機構與所述第二旋轉機構的旋轉相位差， 所述第一旋轉機構的第一初始位置是所述雷射的偏振方向與所述波長板的快軸方向一致的旋轉角度， 所述第二旋轉機構的第二初始位置是所述雷射的偏振方向與所述光束旋轉器部的光束偏心方向一致的旋轉角度， 所述旋轉相位差是所述第一初始位置與第二初始位置的相位差。 [附記7] 根據附記1至6任一項所述的雷射加工裝置，其中 進一步包括加工台部， 所述加工台部可搭載所述加工對象物，且可在水平方向移動。 [附記8] 根據附記1至7任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述雷射加工裝置進一步包括振鏡掃描器， 所述振鏡掃描器可在所述加工對象物上掃描所述聚光光學系統聚集的雷射。 [附記9] 根據附記8所述的雷射加工裝置，其中 所述控制部包括雷射控制部， 所述雷射控制部可控制所述振鏡掃描器的雷射掃描和所述加工台部的水平方向的移動中的至少一種。 [附記10] 根據附記1至9任一項所述的雷射加工裝置，其中 進一步包括通訊部， 所述通訊部可與終端通訊， 所述通訊部接收來自所述終端的控制資訊，並發送給所述控制部， 所述控制部基於接收的控制資訊控制雷射加工裝置。 [附記11] 一種雷射加工系統， 包括終端和雷射加工裝置， 所述雷射加工裝置是附記10所述的雷射加工裝置。 [附記12] 一種旋轉器單元裝置， 是用於附記1至10任一項所述的雷射加工裝置或附記11所述的雷射加工系統的旋轉器單元裝置， 包括偏振旋轉器部、光束旋轉器部、旋轉驅動部和控制部， 所述偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構， 所述波長板變換所述雷射的偏振方向， 所述第一旋轉機構可旋轉所述波長板， 所述光束旋轉器部包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構， 所述照射角度調節光學系統使射入的雷射偏心射出，在相對於所述聚光光學系統中心軸偏心的位置射入，從而可調節所述雷射相對於所述加工對象物的照射角度， 所述第二旋轉機構可旋轉所述照射角度調節光學系統， 所述旋轉驅動部向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力， 所述控制部可控制所述第一旋轉機構與所述第二旋轉機構的旋轉速度比。 [附記13] 根據附記12所述的旋轉器單元裝置，其中 所述光束旋轉器部進一步具有旋轉半徑調節光學系統， 所述旋轉半徑調節光學系統使射入的雷射相對於入射光軸傾斜，而使其傾斜射入所述聚光光學系統，以圓環狀掃描所述雷射照射所述加工對象物的位置。 [附記14] 根據附記12或13所述的旋轉器單元裝置，其中 所述旋轉驅動部包括第一和第二馬達，分別各自向所述第一旋轉機構和第二旋轉機構提供旋轉驅動力，所述控制部具有同步驅動所述兩個馬達的馬達控制部。 [附記15] 一種雷射加工方法， 是藉由雷射在加工對象物上打出四邊形孔的雷射加工方法， 假想所述四邊形的內部至少有四個小四邊形鄰接而形成的格線，雷射的掃描軌跡是通過所述四邊形各邊的掃描軌跡，且是通過所述格線的至少一部分的掃描軌跡。 [附記16] 根據附記15所述的雷射加工方法，其中 使用附記1至10任一項所述的雷射加工裝置或附記11所述的雷射加工系統實施。 [附記17] 一種探針卡的生產方法， 包括在探針卡基板上形成孔的打孔步驟， 所述打孔步驟使用附記1至10任一項所述的雷射加工裝置或附記11所述的雷射加工系統來實施。
[產業上利用的可能性] 藉由本發明的雷射加工裝置，可在加工對象物上打出準確形狀的孔。本發明的雷射加工裝置較佳適用於探針卡，也較佳適用於其他雷射加工領域。
1:雷射加工裝置 2:終端 11:雷射振盪部（雷射振盪器） 12:光束整形光學系統 13:偏振旋轉器部（偏振旋轉器） 14:光束旋轉器部（光束旋轉器） 15:聚光光學系統（聚光透鏡） 16:反射鏡（振鏡掃描器） 17:加工台（XY台） 18:控制部 19:通訊部 131:波長板（λ/2板） 132:第一旋轉驅動部（伺服馬達） 133:第一伺服放大器 134:第一旋轉機構 142:第二旋轉驅動部（伺服馬達） 141:照射角度調整光學系統 141a、141b:棱鏡 143:第二伺服放大器 144:第二旋轉機構 145:旋轉半徑調節光學系統 145a、145b:棱鏡 181:馬達同步控制部 182:雷射控制部 L:雷射
圖1是示出本發明的雷射加工裝置的結構的一例的結構圖。 圖2是示出偏振旋轉器的結構的一例的結構圖。 圖3是示出光束旋轉器的結構的一例的結構圖。 圖4是說明光束旋轉器的功能的說明圖。 圖5之（A）至（D）是說明光束旋轉器的功能的說明圖。 圖6是示出在本發明中同步控制的一例的結構圖。 圖7是說明在本發明中控制相位差的說明圖。 圖8是說明在本發明中控制相位差的說明圖。 圖9是說明在本發明中控制相位差的說明圖。 圖10是示出本發明的雷射加工裝置中雷射偏振狀態的實例的圖。 圖11是說明雷射加工原理的說明圖。 圖12是說明根據偏振種類不同而產生的吸收率差別的說明圖。 圖13之（A）和（B）是示出藉由雷射加工打四邊形孔的一例的圖。 圖14是示出偏振模式不同而產生的切斷加工狀態的圖。 圖15是示出本發明實施例中雷射加工狀態的照片，和比較例中雷射加工狀態的照片。 圖16是說明在本發明中振鏡掃描器的掃描軌跡的圖。 圖17是示出振鏡掃描器的掃描軌跡和雷射加工狀態的圖。
1:雷射加工裝置
2:終端
11:雷射振盪部(雷射振盪器)
12:光束整形光學系統
13:偏振旋轉器部(偏振旋轉器)
14:光束旋轉器部(光束旋轉器)
15:聚光光學系統(聚光透鏡)
16:反射鏡(振鏡掃描器)
17:加工台(XY台)
18:控制部
19:通訊部
181:馬達同步控制部
182:雷射控制部
L:雷射

Claims (17)

  1. 一種雷射加工裝置，其包括雷射振盪部；偏振旋轉器部；光束旋轉器部；聚光光學系統；旋轉驅動部；以及控制部， 前述雷射振盪部可射出線性偏振的雷射， 從前述雷射振盪部射出的雷射可經由前述偏振旋轉器部、前述光束旋轉器部和前述聚光光學系統照射加工對象物， 前述偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構， 前述波長板改變前述雷射的偏振方向， 前述第一旋轉機構可旋轉前述波長板， 前述光束旋轉器部包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構， 前述照射角度調節光學系統使射入的雷射偏心射出，在相對於前述聚光光學系統中心軸偏心的位置射入，從而可調節前述雷射相對於前述加工對象物的照射角度， 前述第二旋轉機構可旋轉前述照射角度調節光學系統， 前述聚光光學系統可將前述雷射聚光於前述加工對象物， 前述旋轉驅動部向前述第一旋轉機構和前述第二旋轉機構提供旋轉驅動力， 前述控制部可控制前述第一旋轉機構與前述第二旋轉機構的旋轉速度比， 藉由控制前述旋轉速度比，可調節前述雷射的偏振狀態。
  2. 如請求項1所述之雷射加工裝置，其中前述光束旋轉器部進一步具有旋轉半徑調節光學系統， 前述旋轉半徑調節光學系統使射入的雷射相對於入射光軸傾斜，而傾斜射入前述聚光光學系統，以圓環狀掃描前述雷射照射前述加工對象物的位置。
  3. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其中前述旋轉驅動部包括第一馬達和第二馬達，各自分別向前述第一旋轉機構和前述第二旋轉機構提供旋轉驅動力，前述控制部具有同步驅動前述第一馬達和前述第二馬達的馬達控制部。
  4. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其中前述波長板是λ/2板。
  5. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其中前述第一旋轉機構的旋轉速度（X）與前述第二旋轉機構的旋轉速度（Y）的前述旋轉速度比（X：Y）為1.5：1，-0.5：1，或0.5：1。
  6. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其中前述控制部可進一步控制前述第一旋轉機構與前述第二旋轉機構的旋轉相位差， 前述第一旋轉機構的第一初始位置是使前述雷射的偏振方向與前述波長板的快軸方向一致的旋轉角度， 前述第二旋轉機構的第二初始位置是使前述雷射偏振方向與前述光束旋轉器部的光束偏心方向一致的旋轉角度， 前述旋轉相位差是前述第一初始位置與前述第二初始位置的相位差。
  7. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其進一步包括加工台部， 前述加工台部可搭載前述加工對象物，且可在水平方向移動。
  8. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其中前述雷射加工裝置進一步包括振鏡掃描器， 前述振鏡掃描器可在前述加工對象物上掃描前述聚光光學系統聚集的雷射。
  9. 如請求項8所述之雷射加工裝置，其中前述控制部包括雷射控制部， 前述雷射控制部可控制前述振鏡掃描器的雷射掃描和前述加工台部的水平方向的移動中的至少一種。
  10. 如請求項1或2所述之雷射加工裝置，其進一步包括通訊部， 前述通訊部可與終端通訊， 前述通訊部接收來自前述終端的控制資訊，並發送給前述控制部， 前述控制部基於接收的前述控制資訊控制前述雷射加工裝置。
  11. 一種雷射加工系統，其包括終端和雷射加工裝置， 前述雷射加工裝置是請求項10所述之雷射加工裝置。
  12. 一種旋轉器單元裝置，其是用於請求項1或2所述之雷射加工裝置或請求項11所述之雷射加工系統的旋轉器單元裝置，包括偏振旋轉器部；光束旋轉器部；旋轉驅動部；和控制部， 前述偏振旋轉器部包括波長板和第一旋轉機構， 前述波長板改變雷射的偏振方向， 前述第一旋轉機構可旋轉前述波長板， 前述光束旋轉器部包括照射角度調節光學系統和第二旋轉機構， 前述照射角度調節光學系統使射入的雷射偏心射出，在相對於聚光光學系統中心軸偏心的位置射入，從而可調節前述雷射相對於加工對象物的照射角度， 前述第二旋轉機構可旋轉前述照射角度調節光學系統， 前述旋轉驅動部向前述第一旋轉機構和前述第二旋轉機構提供旋轉驅動力， 前述控制部可控制前述第一旋轉機構與前述第二旋轉機構的旋轉速度比。
  13. 如請求項12所述之旋轉器單元裝置，其中前述光束旋轉器部進一步具有旋轉半徑調節光學系統， 前述旋轉半徑調節光學系統使射入的雷射相對於入射光軸傾斜，而使其傾斜射入前述聚光光學系統，以圓環狀掃描前述雷射照射前述加工對象物的位置。
  14. 如請求項12或13所述之旋轉器單元裝置，其中前述旋轉驅動部包括第一馬達和第二馬達，分別各自向前述第一旋轉機構和前述第二旋轉機構提供旋轉驅動力，前述控制部具有同步驅動前述第一馬達和前述第二馬達的馬達控制部。
  15. 一種雷射加工方法，其是藉由雷射在加工對象物上打出四邊形孔的雷射加工方法， 假想前述四邊形的內部有至少四個小四邊形鄰接形成的格線，雷射的掃描軌跡是通過前述四邊形各邊的掃描軌跡，且是通過前述格線的至少一部分的掃描軌跡。
  16. 如請求項15所述之雷射加工方法，其中前述雷射加工方法係使用請求項1或2所述之雷射加工裝置或請求項11所述之雷射加工系統來實施。
  17. 一種探針卡的生產方法，其包括在探針卡基板上形成孔的打孔步驟， 前述打孔步驟使用請求項1或2所述之雷射加工裝置或請求項11所述之雷射加工系統來實施。
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