TW202210210A - 雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

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栗田隆史
瀧口優
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日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
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Abstract

本揭示之雷射加工裝置10具備：空間光調變器12，其輸入自雷射光源11輸出之雷射光La1，輸出藉由全息圖予以相位調變後之雷射光La2；及控制部18，其使空間光調變器12呈示如下之全息圖，即：藉由聚光光學系統14使自空間光調變器12輸出之相位調變後之雷射光La2聚光於被加工物W之複數個照射點SP之全息圖。控制部18互相獨立控制複數個照射點SP所含之至少2個照射點SP之光強度。藉此，於使用空間光調變器將雷射光相位調變而對複數個照射點同時進行聚光照射之雷射加工裝置中，可進行更複雜之加工。

Description

雷射加工裝置及雷射加工方法
本揭示係關於一種雷射加工裝置及雷射加工方法者。
於專利文獻1中，揭示有利用雷射燒蝕之雷射加工方法相關之技術。於該雷射加工方法中，使用可改變射束輪廓之射束成形裝置，對排列於被加工物之厚度方向之複數個處理面之各者，照射具有互不相同之幾何形狀之射束輪廓之雷射束。
於專利文獻2中，揭示有雷射加工裝置及雷射加工方法相關之技術。於該雷射加工方法中，將自雷射光源出射之雷射光藉由空間相位調變元件相位調變且引導至成像光學系統，藉由該成像光學系統將雷射光照射至被加工物，加工該被加工物。作為輸入至空間相位調變元件之輸入資料，使用合成資料，該合成資料包含重顯被加工物之加工形狀之像重顯全息圖資料、及於特定之加工位置進行像重顯之位置移動全息圖資料。且，一面使該合成資料依序變化，一面對被加工物進行雷射加工。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特表2015-521108號公報 專利文獻2：日本專利特開2006-119427號公報 [非專利文獻]
非專利文獻1：F.Mezzapesa 等人,"High-resolution monitoring of the hole depth during ultrafast laser ablation drilling by diode laser self-mixing interferometry", Opt. Lett. 第36卷, 第822-824頁(2011)
[發明所欲解決之問題]
藉由將自雷射光源輸出之雷射光利用聚光光學系統聚光並照射至加工對象物，而可加工該加工對象物。僅使用透鏡將雷射光聚光之情形時，藉由掃描雷射光之聚光位置，而可將加工對象物加工成期望之形狀。然而，該情形時，加工需要較長時間。
為縮短加工時間，考慮例如對複數個照射點同時聚光照射雷射光，進行多點同時加工。作為為此而設之方法，有以下方法：以相位調變型空間光調變器呈示全息圖，將自單一雷射光源輸出之雷射光藉由空間光調變器而相位調變，將該相位調變後之雷射光藉由聚光光學系統同時聚光照射至複數個照射點。該情形時，以空間光調變器呈示之全息圖具有如利用聚光光學系統將雷射光聚光於複數個照射點般之相位調變分佈。
於如上述般之方法中，期望自如地控制照射點之位置，進行更複雜之加工。
本發明之目的在於，於藉由使用空間光調變器將雷射光相位調變而對複數個照射點同時進行聚光照射之雷射加工裝置及雷射加工方法中，進行更複雜之加工。 [解決問題之技術手段]
本發明之實施形態係雷射加工裝置。雷射加工裝置具備：空間光調變器，其輸入自雷射光源輸出之雷射光，將調變雷射光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者，輸出藉由全息圖予以相位調變後之雷射光；聚光光學系統，其設置於空間光調變器之後段；及控制部，其使空間光調變器呈示如下之全息圖，即：藉由聚光光學系統使自空間光調變器輸出之相位調變後之雷射光聚光於被加工物之複數個照射點之全息圖；控制部互相獨立控制複數個照射點所含之至少2個照射點之光強度。
本發明之實施形態係雷射加工方法。雷射加工方法重複進行：控制步驟，其使空間光調變器將調變光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者；光調變步驟，其將自雷射光源輸出之雷射光輸入至空間光調變器，藉由全息圖進行雷射光之相位調變；及聚光步驟，其將相位調變後之雷射光聚光；於控制步驟中，使空間光調變器呈示如下之全息圖，即：藉由聚光步驟使自空間光調變器輸出之相位調變後之雷射光聚光於被加工物之複數個照射點之全息圖，且互相獨立控制複數個照射點所含之至少2個照射點之光強度。
於上述雷射加工裝置及雷射加工方法中，控制部(控制步驟中)互相獨立控制複數個照射點所含之至少2個照射點之光強度。該情形，於被加工物部位之材質存在差異，即，相對於同一強度之雷射光之加工速度存在差異時，於對應於各部位之各照射點中，可以適當之光強度照射雷射光。因此，根據上述構成，可容易將包含2種以上材質之被加工物加工成複雜形狀。
又，根據上述構成，於被加工區域包含單一材質之情形時，亦藉由按各照射點獨立控制光強度，而可對被加工區域之每個部分獨立控制被加工物之去除率(去除量)，因此可實現更複雜之形狀。 [發明之效果]
根據本發明之實施形態，於藉由使用空間光調變器將雷射光相位調變而對複數個照射點同時進行聚光照射之雷射加工裝置及雷射加工方法中，可進行更複雜之加工。
以下，一面參照隨附圖式，一面詳細說明雷射加工裝置及雷射加工方法之實施形態。另，圖式之說明中，對同一要件標註同一符號，省略重複說明。又，本發明並非限定於該等例示者。
圖1係顯示一實施形態之雷射加工裝置10之構成之方塊圖。如圖1所示，本實施形態之雷射加工裝置10具備雷射光源11、空間光調變器12、分色鏡13、聚光光學系統14、驅動器15、觀察用光源16、光檢測器17、及控制部(PC(Personal Computer：個人電腦)等)18。
雷射光源11輸出具有1皮秒以下(例如數飛秒)時間寬度之脈衝狀雷射光La1。自雷射光源11輸出之雷射光La1之波長例如為250 nm以上2500 nm以下，於一實施例中為1030 nm。又，自雷射光源11輸出之雷射光La1之功率例如為0.01 W以上1000 W以下，於一實施例中為1 W。雷射光源11例如為具有Yb：YAG(釔鋁石榴石)結晶或Yb：KGW(鎢酸鉀釓)結晶作為雷射介質之固體雷射、或藉由半導體雷射激發之添加Yb之光纖雷射。
空間光調變器12與雷射光源11光學耦合，輸入自雷射光源11輸出之雷射光La1。空間光調變器12與雷射光源11之光學耦合例如為空間耦合。空間光調變器12具有二維排列之複數個像素，藉由對該複數個像素呈示全息圖，而按各像素獨立調變雷射光La1之相位。
空間光調變器12具有例如液晶型構成。空間光調變器12為液晶型之情形時，對二維排列之複數個像素電極施加構成全息圖之個別電壓。藉此，按各像素電極控制施加於液晶層之電場大小。各像素之液晶層之光路長根據電場之大小變化。因此，可按各像素獨立調變雷射光La1之相位。
空間光調變器12可為透過型，亦可為反射型。又，空間光調變器12之方式不限於液晶型，亦可應用各種方式之空間光調變器。空間光調變器12輸出藉由全息圖予以相位調變後之雷射光La2。
分色鏡13係透過某波長範圍所含之光，反射其它波長範圍所含之光之光學元件。分色鏡13之一面與空間光調變器12光學耦合。自空間光調變器12到達分色鏡13之調變後之雷射光La2藉由分色鏡13反射(或透過)，朝向被加工物W。分色鏡13例如為短通分色鏡。
雷射光La2通過設置於空間光調變器12之後段(更正確而言為分色鏡13之後段)之聚光光學系統14，到達被加工物W。聚光光學系統14例如為玻璃製透鏡，經由分色鏡13而與空間光調變器12光學耦合。空間光調變器12、分色鏡13及聚光光學系統14之光學耦合例如為空間耦合。聚光光學系統14配置於分色鏡13與被加工物W間之光路上。
驅動部15與空間光調變器12之各像素電極電性連接，將以空間光調變器12呈示全息圖用之驅動電壓Vd提供至各像素電極。驅動部15具有電性連接於各像素電極之複數個電壓產生電路。各電壓產生電路具有包含電晶體之放大電路。
控制部18與驅動部15電性連接。控制部18將製作全息圖或自記憶部讀出之全息圖之2維資料提供至驅動部15。驅動部15按各像素產生基於該全息圖之類比信號即驅動信號。驅動部15之各放大電路藉由將驅動信號放大而產生驅動電壓Vd。
圖2(a)係顯示經由聚光光學系統14照射至被加工物W之相位調變後之雷射光La2之俯視圖。又，圖2(b)係將圖2(a)之一部分放大顯示之圖。如圖2(a)所示，控制部18產生用以將自空間光調變器12輸出之相位調變後之雷射光La2藉由聚光光學系統14聚光於被加工物W之複數個照射點SP之全息圖，且以空間光調變器12呈示該全息圖。
複數個照射點SP區劃被加工物W之被加工區域A。即，複數個照射點SP於閉合之假想線B上空出間隔排列，被加工區域A由假想線B劃定。又，控制部18使沿假想線B變更各照射點SP之位置之複數個全息圖，以空間光調變器12依序呈示。藉此，如圖2(b)所示，各照射點SP於假想線B上離散移動。
由複數個照射點SP區劃之被加工區域A之平面形狀(與雷射光La2之光軸垂直之平面內之形狀)根據加工目的等設定為各種各樣。圖3係顯示被加工區域A之平面形狀之例之圖。被加工區域A可如圖3(a)所示為圓形，亦可如圖3(b)所示為橢圓形。又，被加工區域A可如圖3(c)所示為三角形，亦可如圖3(d)所示為四邊形，又可如圖3(e)所示為任意多邊形。
控制部18互相獨立控制複數個照射點SP所含之至少2個照射點SP之光強度(單位：W/cm2 ，亦可換言為能量密度(單位：J/cm2 )。於一例中，控制部18分別獨立控制所有照射點SP之光強度。各照射點SP之光強度根據例如各照射點SP之被加工物W之材質之加工速度及/或其它原因而決定。
例如，於相對於雷射光La2之加工速度較快(即，容易加工)之材質之情形時，減小光強度，減慢加工速度。又，於相對於雷射光La2之加工速度較慢(即，難以加工)之材質之情形時，增大光強度，加快加工速度。如此，於被加工物W之光照射表面內或剖面內混雜有加工速度不同之材質之情形時，亦可使複數個照射點SP中之加工速度一致。或者，相對於熱之影響較大之材質，可減小光強度，將熱影響波及之區域最小化。
又，控制部18根據被加工物W之複數個照射點SP之深度位置控制複數個照射點SP之光強度及照射時間(換言之為全息圖呈示時間)中之至少一者。
例如，與加工被加工物W之光照射表面之情形相比，於加工更深之部分時，由於其正前之雷射光La2照射時殘留之碎片等阻礙雷射光La2之照射，故加工速度降低。因此，被加工物W之深度部分越深，越增大複數個照射點SP之光強度、及/或增加照射時間，藉此加工速度及加工品質提高。又，於被加工物W由材質互不相同之複數個層構成之情形時(例如，半導體或印刷配線基板等)，藉由控制全息圖之變更週期或呈示時間，可以適於各層之條件進行雷射加工。
另，本實施形態中成為加工對象之被加工物W可由例如玻璃、半導體、金屬(鋼鐵材料、非鐵金屬、合金等)、複合材(碳纖維強化塑料CFRP等)等各種物質構成。
再次參照圖1。觀察用光源16係用以將觀察光Lb照射至被加工物W之雷射光源。自觀察用光源16輸出之觀察光Lb之波長與雷射光La1及La2之波長不同。觀察光Lb之波長例如為800 nm以上980 nm以下，一實施例中為808 nm。觀察用光源16例如為Al(In)GaAs系、或InGaAsP系半導體雷射。
觀察用光源16與分色鏡13之另一面光學耦合。自觀察用光源16到達分色鏡13之觀察光Lb透過(或反射)分色鏡13，於與雷射光La2平行之光路上朝向被加工物W，照射至被加工物W。
另，圖中，觀察光Lb之光軸與雷射光La2之光軸並列描繪，但觀察光Lb之光軸與雷射光La2之光軸亦可互相不一致。被加工物W之觀察光Lb之照射區域內含例如圖2(a)所示之被加工區域A。
觀察光Lb之一部分若到達被加工物W，則成為反射光Lc，自被加工物W出射。由於反射光Lc之波長與觀察光Lb之波長相同，故反射光Lc會透過分色鏡13。光檢測器17與分色鏡13之另一面光學耦合，經由分色鏡13檢測反射光Lc。
光檢測器17為2維圖像檢測器或取得3維資訊之檢測器。如為後者，光檢測器17具有例如干涉測量光學系統。該情形時，光檢測器17將自觀察用光源16輸出之觀察光Lb之一部分分支(或作為觀察用光源16之半導體雷射之背面光)並取得，使該觀察光Lb之一部分(或背面光)與反射光Lc互相干涉，藉此檢測干涉光像。
光檢測器17與控制部18電性連接，對控制部18提供檢測結果相關之電信號Sa。另，關於本實施形態中使用之干涉測量之例，記載於非專利文獻1(F. Mezzapesa 等人, Optics Letters期刊第36卷, 第822-824頁(2011))中。
控制部18基於來自光檢測器17之檢測結果，判斷各照射點SP之加工狀態。且，控制部18根據加工狀態，控制使空間光調變器12呈示之全息圖。此處所謂之全息圖控制，意指例如全息圖之呈示時間之控制、變更為適當之全息圖等。
圖4係顯示控制部18之硬體構成例之方塊圖。如圖4所示，控制部18構成為包含電腦，該電腦具備CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)181、RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)182、ROM(Read-Only Memory：唯讀記憶體)183、輸入裝置184、數位/類比轉換器185、輔助記憶裝置186、及顯示器輸出裝置187等硬體。控制部18藉由使該等構成要件根據預先記憶於輔助記憶裝置186之程式等進行動作，而實現上述功能。
以下，針對本實施形態之雷射加工裝置10之加工例進行說明。圖5(a)及圖6(a)係顯示對包含材質互不相同之複數個區域Wa、Wb、Wc之被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，顯示出沿雷射光La2之光軸(換言之，沿被加工物W之厚度方向)之剖面。圖5(b)及圖6(b)係顯示被加工物W之光照射表面之俯視圖。
該等例中，區域Wa、Wb、Wc排列於與雷射光La2之光軸方向(被加工物W之厚度方向)交叉之方向，且區域Wa、Wb、Wc之邊界線露出於光照射表面。相對於同一光強度之雷射光La2，各區域Wa、Wb、Wc之材質之加工速度各不相同。具體而言，相對於同一光強度之雷射光La2，區域Wa之加工速度最慢，區域Wc之加工速度最快。
圖5所示之例中，設定有相對於各區域Wa、Wb、Wc之各者互相獨立之3個被加工區域A。且，於區域Wa形成劃定1個被加工區域A之複數個照射點SP，於區域Wb形成劃定其它被加工區域A之複數個照射點SP，於區域Wc形成劃定進而其它被加工區域A之複數個照射點SP。
於圖6所示之例中，設定有跨區域Wa及Wb之被加工區域A、與跨區域Wb及Wc之其它被加工區域A。且，於區域Wa形成劃定一被加工區域A之一部分之複數個照射點SP，於區域Wb形成劃定一被加工區域A之其餘部分之複數個照射點SP、與劃定另一被加工區域A之一部分之複數個照射點SP，於區域Wc形成劃定另一被加工區域A之其餘部分之複數個照射點SP。
該情形時，如圖5(b)及圖6(b)所示，控制部18以形成於區域Wa之照射點SP之光強度為最大、形成於區域Wc之照射點SP之光強度為最小之方式，控制以空間光調變器12呈示之全息圖18。另，於圖5(b)及圖6(b)中，藉由顏色之深淺表現各照射點SP之光強度。顏色越深，光強度越大，顏色越淺，光強度越小。
藉此，可使各區域Wa、Wb、Wc中之照射點SP之加工速度彼此接近，使加工深度均一。理想而言，以各照射點SP之加工速度彼此相等之方式，調整各照射點SP之光強度之相對關係。
於圖5及圖6所示之例中，控制部18亦可基於圖1所示之光檢測器17之檢測結果，檢測各照射點SP之材質。由於相對於觀察光Lb之反射率依存於材質，故可基於觀察光Lb與反射光Lc之強度比，知曉各照射點SP之材質。因此，可檢測區域Wa、Wb、Wc之邊界。
且，較佳為使實現與區域Wa、Wb、Wc之各者對應之照射點SP之各光強度之全息圖以空間光調變器12呈示。換言之，該例中，較佳為控制部18基於光檢測器17之檢測結果，產生用以互相獨立設定各照射點SP之光強度之全息圖。
又，亦可將對應於區域Wa、Wb、Wc之分佈之各照射點SP之光強度相關之資料預先記憶於記憶部(例如，圖4所示之ROM183或輔助記憶裝置186)。該情形時，控制部18可基於該資料而控制各照射點SP之光強度。
圖7(a)係顯示對包含材質互不相同之複數個區域Wd、We之被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，即顯示有沿雷射光La2之光軸(換言之，沿被加工物W之厚度方向)之剖面。圖7(b)、(c)、(d)係分別沿圖7(a)之VIIb-VIIb線、VIIc-VIIc線及VIId-VIId線之剖視圖，即顯示有與雷射光La2之光軸垂直之剖面。
於該例中，區域Wd、We於雷射光La2之光軸方向排列，且區域Wd、We之邊界面相對於與雷射光La2之光軸方向垂直之假想平面傾斜。相對於同一光強度之雷射光La2，各區域Wd、We之材質之加工速度各不相同。具體而言，相對於同一光強度之雷射光La2，區域Wd之加工速度較區域We之加工速度更慢。
於該例中，對被加工物W設定被加工區域A，於被加工物W形成劃定被加工區域A之複數個照射點SP。另，於圖7(b)、(c)、(d)中，亦藉由顏色之深淺表現各照射點SP之光強度。顏色越深，光強度越大，顏色越淺光，強度越小。
首先，控制部18以於圖7(b)所示之時序，使區域Wd中之各照射點SP之加工速度成為任意速度之方式，控制以空間光調變器12呈示之全息圖。若加工進展至某深度，則如圖7(c)所示，被加工區域A跨越區域Wd與區域We。此時，控制部18以位於區域We內之照射點SP之光強度小於位於區域Wd內之照射點SP之光強度之方式，控制以空間光調變器12呈示之全息圖。
若加工進而進展，則被加工區域A中之區域We所佔比例逐漸變大，最終如圖7(d)所示，被加工區域A中僅包含區域We。此時，控制部18以使區域We中之各照射點SP之加工速度成為任意速度之方式，控制以空間光調變器12呈示之全息圖。
於該例中，控制部18以形成於區域Wd之照射點SP之光強度大於形成於區域We之照射點SP之光強度之方式，控制全息圖。藉此，於被加工區域A內混雜區域Wd、We之時序(圖7(c))下，可使各區域Wd、We之照射點SP之加工速度互相接近，使加工深度均一。理想而言，以各照射點SP中之加工速度於深度方向均等之方式，調整各照射點SP之光強度。
於圖7所示之例中，控制部18亦可基於圖1所示之光檢測器17中之檢測結果，檢測各照射點SP中之材質變化。由於相對於觀察光Lb之反射率依存於材質，故當各照射點SP中之材質變化時，觀察光Lb與反射光Lc之強度比變化。因此，可檢測自區域Wd向區域We之材質變化。
且，較佳為於該變化時序下，使對於自區域Wd向區域We變化之照射點SP變更光強度之全息圖，以空間光調變器12呈示。換言之，該例中，較佳為基於光檢測器17之檢測結果，判斷用以變更各照射點SP之光強度之全息圖之變更時序。
又，亦可將對應於被加工物W之材質分佈之各照射點SP之光強度相關之資料預先記憶於記憶部(例如，圖4所示之ROM183或輔助記憶裝置186)。該情形時，控制部18可基於該資料而控制各照射點SP之光強度。
圖8(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，即顯示有沿雷射光La2之光軸之剖面。圖8(b)係顯示形成於被加工物W之孔Ha之剖視圖。於圖8所示之例中，被加工區域A之大小自被加工物W之光照射表面W1遍及其相反側之面W2，於雷射光La2之光軸方向連續變化。被加工區域A之大小連續變化意指於沿雷射光La2之光軸方向之剖面中，被加工區域A之輪廓不產生階差。
於該例中，隨著加工沿雷射光La2之光軸方向(被加工物W之深度方向)進展，依序切換全息圖。各全息圖係用以實現與雷射光La2之光軸交叉之面內之被加工區域A之大小及形狀之全息圖、與關於該面之光軸方向位置之全息圖重疊而成。
圖9(a)、(b)、(c)係模式性顯示沿圖8(a)所示之IXa-IXa線、IXb-IXb線、及IXc-IXc線各者之剖面內之照射點SP之配置例。於該例中，與雷射光La2之光軸方向垂直之剖面中之被加工區域A之形狀設為圓形。
又，圖10(a)、(b)、(c)係模式性顯示該各剖面內之照射點SP之其它配置例。於該例中，與雷射光La2之光軸方向垂直之剖面中之被加工區域A之形狀設為任意之複雜多邊形。
圖9及圖10所示之各照射點SP劃定圖8(a)所示之被加工區域A。另，與雷射光La2之光軸方向垂直之剖面中之被加工區域A之形狀不限於圖9及圖10之例，可設為其它各種形狀。
於圖8所示之例中，若換個角度，則控制部18使光軸方向上互相分開之IXa-IXa剖面及IXb-IXb剖面中之被加工區域A之大小互不相同。該情形時，IXa-IXa剖面及IXb-IXb剖面中之一者相當於本實施形態之第1面，另一者相當於本實施形態之第2面。
又，若設為其它角度，則控制部18使光軸方向上互相分開之IXb-IXb剖面及IXc-IXc剖面中之被加工區域A之大小互不相同。該情形時，IXb-IXb剖面及IXc-IXc剖面中之一者相當於本實施形態之第1面，另一者相當於本實施形態之第2面。
另，該例中，控制部18亦使各剖面中沿劃定被加工區域A之假想線B(參照圖2(b))變更各照射點SP之位置之複數個全息圖，以空間光調變器12依序呈示。藉此，各照射點SP於被加工區域A之輪廓線上離散移動。
控制部18亦可基於光檢測器17之檢測結果，判斷各照射點SP之加工狀態，根據該加工狀態控制上述各剖面之全息圖之呈示時間。所謂加工狀態，意指例如各照射點SP之加工速度(換言之，加工之進展情況)等。
被加工物W對於雷射光La2具有光透過性之情形時，如圖8所示，亦可對被加工物W之光照射表面W1設定倒錐狀之(相對於面W2為錐狀之)被加工區域A。換言之，IXa-IXa剖面及IXb-IXb剖面(或IXb-IXb剖面及IXc-IXc剖面)中離開被加工物W之光照射表面W1之距離較遠之一剖面之被加工區域A之面積亦可大於另一剖面之被加工區域A之面積。
該情形時，藉由控制部18將雷射光La2聚光於各照射點SP之全息圖以空間光調變器12呈示，被加工區域A之輪廓部分被切斷，被加工區域A自被加工物W向下方脫落。藉此，如圖8(b)所示，於被加工物W形成相對於光照射表面W1為倒錐狀之貫通孔即孔Ha。
被加工物W包含相對於雷射光La2具有光透過性之例如玻璃等材料之情形時，較佳為自被加工物W之與光照射表面W1為相反側之面W2側向光照射表面W1依序進行加工。藉由僅使雷射光La2之聚光點中之光強度大於加工臨限值，使被加工物W中之其它區域(光照射表面W1與聚光點間之區域)中之光強度小於加工臨限值，可進行此種加工。
該情形時，因可一面使藉由雷射加工產生之其餘物(碎片或破片)向下方落下一面進行雷射加工，故減少因其餘物而阻礙雷射光La2照射之程度。
圖11(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，即顯示有沿雷射光La2之光軸之剖面。圖11(b)係顯示形成於被加工物W之孔Hb之剖視圖。於圖11所示之例中，與圖8所示之例同樣，與雷射光La2之光軸垂直之剖面之被加工區域A之大小自被加工物W之光照射表面W1遍及其相反側之面W2，於雷射光La2之光軸方向連續變化。
具體而言，該剖面之被加工區域A之大小越離開光照射表面W1越逐漸變大。但，圖11所示之例中，沿雷射光La2之光軸之剖面之被加工區域A之輪廓成為具有朝內側凸之曲率之形狀(例如圓弧狀)，而非如圖8之直線狀。
該情形時，亦藉由控制部18將雷射光La2聚光於各照射點SP之全息圖以空間光調變器12呈示，被加工區域A之輪廓部分被切斷，被加工區域A自被加工物W向下方脫落。藉此，如圖11(b)所示，於被加工物W形成相對於光照射表面W1為倒錐狀之貫通孔即孔Hb。
圖12～圖14(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，即顯示沿雷射光La2之光軸之剖面。圖12～圖14(b)係顯示形成於被加工物W之孔Hc、Hd、He之剖視圖。
該例中，首先如圖12(a)所示，設定自雷射光La2之光軸方向上之被加工物W之大致中心部到達一面W3之錐狀之被加工區域A。且，自與面W3為相反側之另一面W4照射雷射光La2，與圖8所示之例同樣，將被加工區域A之輪廓部分切斷，藉此形成圖12(b)所示之孔Hc。孔Hc係自被加工物W之大致中心部到達一面W3之錐狀(研鉢狀)之凹部。
接著，如圖13(a)所示，使被加工物W上下反轉，設定自雷射光La2之光軸方向上之被加工物W之大致中心部到達另一面W4之錐狀之其它被加工區域A。且，自一面W3照射雷射光La2，與圖8所示之例同樣，將該被加工區域A之輪廓部分切斷，藉此形成圖13(b)所示之孔Hd。孔Hd係自被加工物W之大致中心部到達一面W4之錐狀(研鉢狀)之凹部。
最後，如圖14(a)所示，設定連接孔Hc與孔Hd之進而其它被加工區域A。且，自面W3或W4照射雷射光La2，與圖8所示之例同樣，將該被加工區域A之輪廓部分切斷，藉此形成圖14(b)所示之孔He。如此，形成貫通被加工物W之一面W3與另一面W4間之孔。
另，上述例中，沿雷射光La2之光軸之剖面之各被加工區域A之輪廓設為直線狀，但該等中之至少一者亦可具有曲率。圖15(a)係顯示2個被加工區域A具有曲率之情形時形成之貫通孔Hf之剖面形狀。貫通孔Hf係自被加工物W之大致中心部到達面W3之孔Hfa、與自被加工物W之大致中心部到達面W4之孔Hfb連通而成。
與雷射光La2之光軸垂直之剖面中之孔Hfa之大小隨著自被加工物W之大致中心部靠近面W3而逐漸變大。與雷射光La2之光軸垂直之剖面之孔Hfb之大小隨著自被加工物W之大致中心部靠近面W4而逐漸變大。且，該等孔Hfa、Hfb之側面具有於沿被加工物W之厚度方向之剖面中，朝內側凸之曲率。
又，圖15(b)係顯示1個被加工區域A之輪廓具有曲率之情形時形成之貫通孔Hg之剖面形狀。貫通孔Hg係自被加工物W之大致中心部到達面W3之孔Hga、與自被加工物W之大致中心部到達面W4之孔Hgb連通而成。
與雷射光La2之光軸垂直之剖面之孔Hga之大小隨著自被加工物W之大致中心部靠近面W3而逐漸變大。且，孔Hga之側面具有於沿被加工物W之厚度方向之剖面中，朝內側凸之曲率。孔Hgb與圖12所示之孔Hc及圖13所示之孔Hd同樣，自面W4觀察呈錐狀(研鉢狀)。
圖16(a)係顯示藉由照射雷射光La2形成之孔Hh之剖視圖，即顯示有沿被加工物W之厚度方向之剖面。圖16(b)係顯示被加工物W之光照射表面W1之孔Hh之形狀之俯視圖，圖16(c)係顯示與被加工物W之光照射表面W1為相反側之面W2之孔Hh之形狀之俯視圖。
於該例中，光照射表面W1(與雷射光La2之光軸交叉之第1面)之孔Hh之形狀、與光照射表面W1之相反側之面W2(於光軸方向上與第1面分離之第2面)之孔Hh之形狀互不相同。圖示例中，光照射表面W1之孔Hh之形狀為圓形，相反側之面W2之孔Hh之形狀為正三角形。
此種孔Hh可藉由控制部18使光照射表面W1及面W2之各面內由複數個照射點區劃之被加工區域A之形狀互不相同而適當形成。一例中，與被加工物W之厚度方向垂直之孔Hh之剖面形狀沿被加工物W之厚度方向連續變化。
圖17係概念性顯示用以形成圖16所示之孔Hh之雷射光La2之光軸方向之被加工區域A之形狀變化之圖。圖17(a)係顯示用以對被加工物W照射雷射光La2之構成之概要、及雷射光La2之光軸方向之被加工物W之剖面。圖17(b)、(c)、(d)、(e)係顯示位於被加工物W中互不相同之深度之各面內之被加工區域A之形狀、及各面內之複數個照射點SP。
如圖17(b)所示，光照射表面W1之被加工區域A之形狀為圓形，但如圖17(c)～(e)所示，隨著於光軸方向上遠離光照射表面W1，被加工區域A之形狀逐漸自圓形接近三角形。最終，面W2之被加工區域A之形狀成為三角形。另，如上所述，被加工物W具有光透過性之情形時，較佳為自面W2側向光照射表面W1進行加工。
圖18～圖21係顯示與圖17(b)～(e)所示之各面對應之全息圖之例之圖。圖18～圖21(a)分別係顯示圖17(b)(e)所示之複數個照射點SP。圖18～圖21(b)、(c)、(d)分別顯示用以實現(a)所示之複數個照射點SP之全息圖之例。另，圖18～圖21(b)、(c)、(d)中，以顏色之深淺表示相位之大小，顏色越深相位越小(接近0弧度)，顏色越淺相位越大(接近2π弧度)。
又，於圖18～圖21之各圖中之(b)、(c)、(d)係顯示用以沿被加工區域A之輪廓線(圖2所之假想線B)變更各照射點SP之位置之複數個全息圖。如圖中之箭頭所示，控制部18藉由使(b)、(c)、(d)所示之各全息圖相對於空間光調變器12週期性反複呈示，而一面使各照射點SP之位置沿被加工區域A之輪廓線移動一面進行加工。
圖7～圖17所示之各加工例中，需要於雷射加工中途變更全息圖。且，變更全息圖時，需要用以自記憶部(例如圖4所示之ROM183或輔助記憶裝置186)喚出後續呈示之全息圖、或基於光檢測器17之檢測結果，藉由計算產生後續呈示之全息圖之時間。
控制部18於消去某全息圖起至呈示其它全息圖前之期間，使空間光調變器12呈示：將雷射光La2之光強度設為於被加工物W之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。例如，如圖22所示，控制部18亦可使如向被加工物W更遠處形成雷射光La2之照射點SP般之全息圖以空間光調變器12呈示。藉此，可實現與雷射光源11設為斷開狀態之情況等效之作用。
又，於圖8～圖17所示之各加工例中，於排列於雷射光La2之光軸方向之各面內，亦與圖5～圖7所示之各加工例同樣，控制部18亦可按各照射點SP獨立控制複數個照射點SP之光強度。又，控制部18亦可按各面獨立控制排列於光軸方向之各面內之照射點SP之光強度。
例如，於圖8～圖10所示之例中，IXa-IXa剖面、IXb-IXb剖面及IXc-IXc剖面中之照射點SP之光強度亦可根據各剖面之材質(或加工速度)，對各剖面獨立設定。又，每個剖面之照射時間亦可獨立設定。
圖23係顯示本實施形態之雷射加工方法之流程圖。該雷射加工方法可使用上述雷射加工裝置10進行。如圖23所示，首先，作為控制步驟S1，使空間光調變器12將調變光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者。接著，作為光調變步驟S2，將自雷射光源11輸出之雷射光La1輸入至空間光調變器12，藉由全息圖進行雷射光La1之相位調變。且，作為聚光步驟S3，使用聚光光學系統14將相位調變後之雷射光La2聚光。
在之前之控制步驟S1中，使空間光調變器12呈示：藉由聚光步驟S3使相位調變後之雷射光La2聚光於被加工物W之複數個照射點SP之全息圖。藉此，對被加工物W形成複數個照射點SP，且於各照射點SP中進行被加工物W之加工(熔融、產生龜裂、切斷等)。且，作為光檢測步驟S4，將具有與雷射光La2之波長不同波長之觀察光Lb照射至被加工物W，檢測於被加工物W中反射之觀察光(反射光Lc)。
以下，一面變更全息圖，一面重複進行步驟S1～S4。於控制步驟S1中，如圖2所示，使空間光調變器12依序呈示：沿著劃定被加工區域A之假想線B變更各照射點SP之位置之複數個全息圖。又，照射點SP之光強度之設定目標值與觀察光之檢測結果之差若大於目標誤差時(步驟S5：否(NO))，亦可修正全息圖(步驟S6)。
如圖5～圖7所示，在控制步驟S1中，對各照射點SP獨立控制複數個照射點SP之光強度。或者，如圖8～圖17所示，於控制步驟S1中，在與雷射光La2之光軸交叉之複數個面上，使由複數個照射點SP區劃之被加工區域A之形狀各不相同。或者，於控制步驟S1中，對各照射點SP獨立控制複數個照射點SP之光強度，且在與雷射光La2之光軸交叉之複數個面上，使由複數個照射點SP區劃之被加工區域A之形狀各不相同。
於按各照射點SP獨立控制光強度之情形時，控制步驟S1中，基於之前之光檢測步驟S4之檢測結果，檢測各照射點SP之材質變化，且根據材質變化變更各照射點SP之光強度。
或者，如圖24所示，於控制步驟S1之前進行記憶步驟S0，於記憶步驟S0中，將對應於被加工物W之材質分佈之各照射點SP之光強度相關之資料預先記憶於記憶部(例如，圖4所示之ROM183或輔助記憶裝置186)。且，控制步驟S1中，基於該資料而控制各照射點SP之光強度。又，照射點SP之光強度之設定目標值與觀察光之檢測結果之差大於目標誤差之情形時(步驟S5：否(NO))，亦可修正全息圖(步驟S6)。
又，使被加工區域A之形狀於與雷射光La2之光軸交叉之複數個面上不同之情形時，如圖8～圖15所示，亦可使被加工區域A之形狀於雷射光La2之光軸方向上連續變化。被加工物W對於雷射光La2具有光透過性之情形時，如圖8～圖15所示，亦可使離開被加工物W之光照射表面W1之距離較遠之面之被加工區域A之面積，大於離開光照射表面W1之距離較近之面之被加工區域A之面積。
亦可基於光檢測步驟S4之檢測結果，判斷各照射點SP之加工狀態，根據加工狀態控制全息圖對各面之呈示時間。亦可按各面獨立控制複數個照射點SP之光強度。
又，於控制步驟S1中當要變更全息圖時，於消去某全息圖起至呈示其它全息圖前之期間，使空間光調變器12呈示：將雷射光La2之光強度設為於被加工物W之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。
針對藉由以上說明之本實施形態之雷射加工裝置10及雷射加工方法獲得之效果進行說明。
於本實施形態之雷射加工裝置10及雷射加工方法中，控制部18(或控制步驟S1中)互相獨立控制複數個照射點SP所含之至少2個照射點SP之光強度。該情形時，於被加工物W之部位之材質存在差異，即，相對於同一強度之雷射光La2之加工速度存在差異時，於對應於各部位之各照射點SP處，可以適當之光強度照射雷射光La2。因此，可容易將包含2種以上材質之被加工物W加工成複雜形狀。
又，根據本實施形態，可完全不使用機構部，而實現各照射點SP之光強度調整、各照射點SP之斷開/接通、及各照射點SP沿假想線B之移動。因此，可大幅簡化雷射加工裝置10之裝置構成，再者，可高速且高精度地實施加工處理。
如本實施形態，雷射加工裝置10亦可具備：觀察用光源16，其將觀察光Lb照射至被加工物W；及光檢測器17，其檢測被加工物W中經反射之觀察光即反射光Lc。又，雷射加工方法亦可進而包含：光檢測步驟S4，其將觀察光Lb照射至被加工物W，檢測來自被加工物W之反射光Lc。
且，控制部18(控制步驟S1中)亦可基於光檢測器17之檢測結果，判斷各照射點SP之加工狀態，且根據加工狀態而控制對於各面呈示全息圖之時間。或者，控制部18(控制步驟S1中)亦可基於光檢測器17(光檢測步驟S4)之檢測結果，檢測各照射點SP之材質變化，且根據材質變化而變更至少2個照射點SP之光強度。該等情形時，可更為提高加工精度。
如本實施形態，雷射加工裝置10具備：記憶部，其預先記憶對應於被加工物W之材質分佈之各照射點SP之光強度相關之資料；控制部18亦可基於該資料而控制各照射點SP之光強度。又，雷射加工方法於控制步驟S1之前，包含：記憶步驟S0，其預先記憶對應於被加工物W之材質分佈之各照射點SP之光強度相關之資料；於控制步驟S1中，亦可基於該資料而控制各照射點SP之光強度。該等情形時，由於可迅速獲得各照射點SP所需之光強度，故可縮短全息圖之變更時間。
如本實施形態所示，控制部18(控制步驟S1中)亦可使排列於雷射光La2之光軸方向之複數個面內被加工區域A之形狀及大小中之至少一者各不相同。如此，藉由使被加工區域A之形狀及/或大小按光軸方向上分開之複數個面變化，可進行如自如地設定與光軸方向垂直之剖面之形狀般較先前更複雜之加工。
如本實施形態，控制部18(控制步驟S1中)亦可將於排列於光軸方向之複數個面之各者中，沿劃定被加工區域A之假設線B變更各照射點SP之位置之複數個全息圖，以空間光調變器12依序呈示。該情形時，與對各照射點SP賦予充足之光強度，且藉由單一全息圖一次照射雷射光La2之情形相比，可減少雷射光源11所需之輸出功率，可有助於雷射光源11之小型化。
如本實施形態，控制部18(控制步驟S1中)亦可當要變更全息圖時，於消去某全息圖起至呈示其它全息圖前之期間，使空間光調變器12呈示：將雷射光La2之光強度設為於被加工物W之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。該情形時，與利用快門等機械機構切斷雷射光La2之情形相比，因無需機械快門本身或用以使機械快門動作所需之高電壓裝置等，故可簡化雷射加工裝置10之構成，有助於雷射加工裝置10之小型化及成本減少。
如本實施形態，被加工物W相對於相位調變後之雷射光La2具有光透過性，離開被加工物W之光照射表面W1之距離較遠之面之被加工區域A之面積，亦可大於該距離較近之面的被加工區域A之面積。該情形時，亦可容易進行例如隨著被加工物W遠離光照射表面W1而孔徑擴大之倒錐形狀孔之形成等複雜加工。
如本實施形態，控制部18(控制部S1中)亦可使被加工區域A之形狀及大小之至少一者於雷射光La2之光軸方向上連續變化。該情形時，可容易進行與光軸方向垂直之剖面形狀於光軸方向順暢變形之孔等之加工。
如本實施形態，控制部18(控制步驟S1中)亦可按各面獨立控制至少2個面內之照射點SP之光強度。該情形時，分別構成各面之材質存在差異，即，相對於同一強度之雷射光La2之加工速度存在差異時，可根據各面之材質以適當之光強度照射雷射光La2。
針對先前之雷射加工方法之例進行說明。圖25係用以說明專利文獻1所記載之雷射加工方法之圖。該雷射加工方法係藉由雷射燒蝕加工具有處理面112之工件(被加工物)110之方法，於工件110內形成三維幾何形狀114。
圖25係顯示3個不同之射束輪廓116、118及120。各射束輪廓116、118及120中，縱軸表示光強度，橫軸表示位置。各射束輪廓116、118及120中，射束輪廓於處理面112之部位，具有照射區域122與非照射區124之圖案。於照射區域122中，光強度高於燒蝕臨限值。非照射區域124中，光強度低於工件110之材料之溶解臨限值。
各射束輪廓116、118、120對於其直徑、等效直徑及/或幾何形狀互不相同。即，射束輪廓116、118、120具有依序變小之直徑或等效直徑。再者，工件110之部分缺口剖視圖中，顯示有該等射束輪廓116、118、120可具有互不相同之幾何形狀。因此，工件110產生階梯狀幾何形狀。
然而，於專利文獻1所記載之方法中，由於一次照射雷射光之區域較大，故為了使整個區域高於燒蝕臨限值，需要具有極大輸出功率之雷射光源。因此，導致雷射光源大型化。又，由於基本而言，加工越進展，射束輪廓之直徑越小，故可形成之形狀有限制。再者，工件110中混雜有加工速度各不相同之複數種材質之情形時，難以根據各材質之性質設定光強度及照射時間。
對於該等問題，根據本實施形態之雷射加工裝置10及雷射加工方法，由於使雷射光La2聚光於複數個照射點SP進行加工，故雷射光源11之輸出功率較小即可，可有助於雷射光源11之小型化。又，亦容易進行例如圖8所示之倒錐狀孔Ha、或圖16所示之孔Hh等複雜形狀之加工。
再者，由於每個照射點SP獨立控制光強度及照射時間，故被加工區域中混雜有複數種材質之情形時，亦可容易根據各材質之性質設定光強度及照射時間。又，無需用以調整光強度之λ/2板或偏光分光鏡等光學零件，可進而簡化雷射加工裝置之構成。
圖26及圖27係用以說明專利文獻2所記載之雷射加工方法之圖。該雷射加工方法中，準備複數個像重顯全息圖資料，進行雷射加工。具體而言，如圖26(a)所示，將被加工面200分割成複數個單元201，使1個照射點202對應於1個單元201，自由選擇是否對各單元201形成照射點202。
使位置移動全息圖資料與該像重顯全息圖資料重疊。且，藉由一面使位置移動全息圖資料變化，一面於被加工面200加工形成圖26(b)～(e)所示之離散性點像，而獲得圖27所示之複雜形狀之加工形狀203。
然而，專利文獻2所記載之方法中，由於未個別地控制各照射點202之光強度，故於被加工面200混雜有加工速度各不相同之複數種材質之情形時，難以根據各材質之性質設定光強度及照射時間。
相對於此，根據本實施形態之雷射加工裝置10及雷射加工方法，由於按各照射點SP獨立控制光強度及照射時間，故被加工區域中混雜有複數種材質之情形時，亦可容易根據各材質之性質設定光強度及照射時間。
雷射加工裝置及雷射加工方法不限於上述實施形態及構成例，此外可進行各種變化。例如，上述實施形態中，敘述被加工區域A中包含複數種材質之情形時，藉由按各照射點SP獨立控制光強度，而可進行對應於各材質之性質之光強度之加工。不限於此種例，例如被加工區域A包含單一材質之情形時，亦藉由按各照射點SP獨立控制光強度，可按被加工區域A之各部分獨立控制被加工物W之去除率(去除量)，且可實現更複雜之形狀。
又，上述實施形態中，已對分別獨立控制複數個照射點SP之光強度之情形進行例示，但於無需獨立控制所有照射點SP之情形時，亦可互相獨立控制複數個照射點SP中至少2個照射點SP之光強度。該情形時，亦可發揮上述實施形態之效果。
上述實施形態之雷射加工裝置構成為具備：空間光調變器，其輸入自雷射光源輸出之雷射光，將調變雷射光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者，輸出藉由全息圖予以相位調變後之雷射光；聚光光學系統，其設置於空間光調變器之後段；及控制部，其使空間光調變器呈示如下之全息圖，即：藉由聚光光學系統使自空間光調變器輸出之相位調變後之雷射光聚光於被加工物之複數個照射點之全息圖；且控制部互相獨立控制複數個照射點所含之至少2個照射點之光強度。
上述實施形態之雷射加工方法構成為重複進行：控制步驟，其使空間光調變器將調變光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者；光調變步驟，其將自雷射光源輸出之雷射光輸入至空間光調變器，藉由全息圖進行雷射光之相位調變；及聚光步驟，其將相位調變後之雷射光聚光；於控制步驟中，使空間光調變器呈示如下之全息圖，即：藉由聚光步驟使自空間光調變器輸出之相位調變後之雷射光聚光於被加工物之複數個照射點之全息圖，且互相獨立控制複數個照射點所含之至少2個照射點之光強度。
上述雷射加工裝置亦可構成為進而具備：觀察用光源，其將觀察光照射至被加工物；及光檢測器，其檢測被加工物中經反射之觀察光；控制部基於光檢測器之檢測結果，檢測各照射點之材質變化，且根據材質變化而變更各照射點之光強度。
上述雷射加工方法亦可構成為進而包含：光檢測步驟，其將觀察光照射至被加工物，檢測被加工物中反射之觀察光；且於控制步驟中，基於光檢測步驟之檢測結果，檢測各照射點之材質變化，根據材質變化而變更各照射點之光強度。
根據此種構成，可更提高加工精度。
上述雷射加工裝置亦可構成為進而具備：記憶部，其預先記憶對應於被加工物之材質分佈之各照射點之光強度相關之資料；且控制部基於資料而控制各照射點之光強度。
上述雷射加工方法亦可構成為於控制步驟之前，進而包含：記憶步驟，其預先記憶對應於被加工物之材質分佈之各照射點之光強度相關之資料；且於控制步驟中，基於資料而控制各照射點之光強度。
根據此種構成，可迅速獲得各照射點所需之光強度，故可縮短全息圖之變更時間。
上述雷射加工裝置中，亦可構成為控制部使以下兩者之被加工區域之形狀及大小中之至少一者互不相同，即：於與照射至被加工物之相位調變後之雷射光之光軸交叉之第1面內，由複數個照射點區劃之被加工區域；及於與光軸交叉且自第1面沿光軸方向離開之第2面內，由複數個照射點區劃之被加工區域。
上述雷射加工方法中，亦可構成為於控制步驟中，使以下兩者之被加工區域之形狀及大小中之至少一者互不相同，即：於與照射至被加工物之相位調變後之雷射光之光軸交叉之第1面內，由複數個照射點區劃之被加工區域；及於與光軸交叉且自第1面沿光軸方向離開之第2面內，由複數個照射點區劃之被加工區域。
如此，藉由使被加工區域之形狀及/或大小於光軸方向上分開之複數個面上變化，可進行如自如地設定與光軸方向垂直之剖面形狀般較先前更複雜之加工。
上述雷射加工裝置中，亦可構成為控制部使空間光調變器依序呈示複數個全息圖，該等複數個全息圖係將各照射點之位置沿著劃定由複數個照射點區劃之被加工區域的假想線而變更者。
上述雷射加工方法中，亦可構成為於控制步驟中，使空間光調變器依序呈示複數個全息圖，該等複數個全息圖係將各照射點之位置沿著劃定由複數個照射點區劃之被加工區域的假想線而變更者。
根據此種構成，與對各照射點賦予充足之光強度，且藉由單一全息圖一次照射雷射光之情形相比，可減少雷射光源所需之輸出功率，且可有助於雷射光源之小型化。
上述雷射加工裝置中，亦可構成為控制部當要變更全息圖時，於消去某全息圖起至呈示其它全息圖之前期間，使空間光調變器呈示：將雷射光之光強度設為於被加工物之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。
上述雷射加工方法中，亦可構成為於控制步驟中，當要變更全息圖時，於消去某全息圖起至呈示其它全息圖之前期間，使空間光調變器呈示：將雷射光之光強度設為於被加工物之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。
根據此種構成，與利用快門等機械機構切斷雷射光之情形相比，可簡化雷射加工裝置之構成。 [產業上之可利用性]
本發明可用作於藉由使用空間光調變器將雷射光相位調變而對複數個照射點同時進行聚光照射之構成中，可進行更複雜加工之雷射加工裝置及雷射加工方法。
10:雷射加工裝置 11:雷射光源 12:空間光調變器 13:分色鏡 14:聚光光學系統 15:驅動部 16:觀察用光源 17:光檢測器 18:控制部 110:工件 112:處理面 114:幾何形狀 116:射束輪廓 118:射束輪廓 120:射束輪廓 122:照射區域 124:非照射區域 181:CPU 182:RAM 183:ROM 184:輸入裝置 185:數位/類比轉換器 186:補助記憶裝置 187:顯示器輸出裝置 200:被加工面 201:單元 202:照射點 203:加工形狀 A:被加工區域 B:假想線 Ha:孔 Hb:孔 Hc:孔 Hd:孔 He:孔 Hf:貫通孔 Hfa:孔 Hfb:孔 Hg:貫通孔 Hga:孔 Hgb:孔 Hh:孔 La1:雷射光 La2:雷射光 Lb:觀察光 Lc:反射光 S0～S6:步驟 Sa:信號 SP:照射點 Vd:驅動電壓 W:被加工物 W1:光照射表面 W2:面 W3:面 W4:面 Wa:區域 Wb:區域 Wc:區域 Wd:區域 We:區域
圖1係顯示一實施形態之雷射加工裝置10之構成之方塊圖。 圖2(a)係顯示經由聚光光學系統14照射至被加工物W之相位調變後之雷射光La2之俯視圖，圖2(b)係將(a)之一部分放大顯示之圖。 圖3(a)～(e)係顯示被加工區域A之平面形狀之例之圖。 圖4係顯示控制部18之硬體構成例之方塊圖。 圖5(a)係顯示對包含材質互不相同之複數個區域Wa、Wb、Wc之被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖5(b)係顯示被加工物W之光照射表面之俯視圖。 圖6(a)係顯示對包含材質互不相同之複數個區域Wa、Wb、Wc之被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖6(b)係顯示被加工物W之光照射表面之俯視圖。 圖7(a)係顯示對包含材質互不相同之複數個區域Wd、We之被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖7(b)～(d)係沿(a)之VIIb-VIIb線、VIIc-VIIc線及VIId-VIId線之剖視圖。 圖8(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖8(b)係顯示形成於被加工物W之孔Ha之剖視圖。 圖9(a)～(c)係模式性顯示沿圖8(a)所示之IXa-IXa線、IXb-IXb線及IXc-IXc線各者之剖面內之照射點SP之配置例之圖。 圖10(a)～(c)係模式性顯示各剖面內之照射點SP之其它配置例之圖。 圖11(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖11(b)係顯示形成於被加工物W之孔Hb之剖視圖。 圖12(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖12(b)係顯示形成於被加工物W之孔Hc之剖視圖。 圖13(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖13(b)係顯示形成於被加工物W之孔Hc、Hd之剖視圖。 圖14(a)係顯示對被加工物W照射雷射光La2之情況之剖視圖，圖14(b)係顯示形成於被加工物W之孔Hc、Hd、He之剖視圖。 圖15(a)係顯示2個被加工區域A之輪廓具有曲率之情形時形成之貫通孔Hf之剖面形狀之圖，圖15(b)係顯示1個被加工區域A之輪廓具有曲率之情形時形成之貫通孔Hg之剖面形狀之圖。 圖16(a)係顯示藉由照射雷射光La2形成之孔Hh之剖視圖，圖16(b)係顯示被加工物W之一面W1之孔Hh之形狀之俯視圖，圖16(c)係顯示被加工物W之另一面W2之孔Hh之形狀之俯視圖。 圖17係概念性顯示用以形成孔Hh之雷射光La2之光軸方向之被加工區域A之形狀變化之圖，圖17(a)係顯示用以對被加工物W照射雷射光La2之構成之概要、及雷射光La2之光軸方向之被加工物W之剖面，圖17(b)～(e)係顯示位於被加工物W中互不相同之深度之各面內之被加工區域A之形狀、及各面內之複數個照射點SP。 圖18係顯示與圖17(b)所示之面對應之全息圖之例之圖，圖18(a)係顯示圖17(b)所示之複數個照射點SP，圖18(b)～(d)係顯示用以實現(a)所示之複數個照射點SP之全息圖之例。 圖19係顯示與圖17(c)所示之面對應之全息圖之例之圖，圖19(a)係顯示圖17(c)所示之複數個照射點SP，圖19(b)～(d)係顯示用以實現(a)所示之複數個照射點SP之全息圖之例。 圖20係顯示與圖17(d)所示之面對應之全息圖之例之圖，圖20(a)係顯示圖17(d)所示之複數個照射點SP，圖20(b)～(d)係顯示用以實現(a)所示之複數個照射點SP之全息圖之例。 圖21係顯示與圖17(e)所示之面對應之全息圖之例之圖，圖21(a)係顯示圖17(e)所示之複數個照射點SP，圖21(b)～(d)係顯示用以實現(a)所示之複數個照射點SP之全息圖之例。 圖22係顯示向被加工物W更遠處形成雷射光La2之照射點SP之情況之圖。 圖23係顯示一實施形態之雷射加工方法之流程圖。 圖24係顯示於控制步驟S1之前進行記憶步驟S0之情形之流程圖。 圖25係用以說明專利文獻1所記載之雷射加工方法之圖。 圖26(a)～(e)係用以說明專利文獻2所記載之雷射加工方法之圖。 圖27係用以說明專利文獻2所記載之雷射加工方法之圖。
10:雷射加工裝置
11:雷射光源
12:空間光調變器
13:分色鏡
14:聚光光學系統
15:驅動部
16:觀察用光源
17:光檢測器
18:控制部
La1:雷射光
La2:雷射光
Lb:觀察光
Lc:反射光
Sa:信號
Vd:驅動電壓
W:被加工物

Claims (12)

  1. 一種雷射加工裝置，其具備： 空間光調變器，其輸入自雷射光源輸出之雷射光，將調變上述雷射光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者，輸出藉由上述全息圖予以相位調變後之雷射光； 聚光光學系統，其設置於上述空間光調變器之後段；及 控制部，其使上述空間光調變器呈示如下之全息圖，即：藉由上述聚光光學系統使自上述空間光調變器輸出之相位調變後之上述雷射光聚光於被加工物之複數個照射點之全息圖；且 上述控制部互相獨立控制上述複數個照射點所含之至少2個上述照射點之光強度。
  2. 如請求項1之雷射加工裝置，其進而具備： 觀察用光源，其將觀察光照射至上述被加工物；及 光檢測器，其檢測上述被加工物中經反射之上述觀察光；且 上述控制部基於上述光檢測器之檢測結果，檢測各照射點之材質變化，根據上述材質變化而變更各照射點之光強度。
  3. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其進而具備：記憶部，其預先記憶對應於上述被加工物之材質分佈之各照射點之光強度相關之資料； 上述控制部基於上述資料而控制各照射點之光強度。
  4. 如請求項1至3中任一項之雷射加工裝置，其中上述控制部使以下兩者之被加工區域之形狀及大小中至少一者互不相同，即：於與照射至上述被加工物之相位調變後之上述雷射光之光軸交叉之第1面內，由上述複數個照射點區劃之被加工區域；及於與上述光軸交叉且自上述第1面沿上述光軸方向離開之第2面內，由上述複數個照射點區劃之被加工區域。
  5. 如請求項1至4中任一項之雷射加工裝置，其中上述控制部使上述空間光調變器依序呈示複數個全息圖，該等複數個全息圖係將各照射點之位置沿著劃定由上述複數個照射點區劃之被加工區域的假想線而變更者。
  6. 如請求項1至5中任一項之雷射加工裝置，其中上述控制部當要變更全息圖時，於消去某全息圖起至呈示其它全息圖前之期間，使上述空間光調變器呈示：將上述雷射光之光強度設為於上述被加工物之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。
  7. 一種雷射加工方法，其重複進行： 控制步驟，其使空間光調變器將調變光之相位之全息圖呈示於二維排列之複數個像素各者； 光調變步驟，其將自雷射光源輸出之雷射光輸入至上述空間光調變器，且藉由上述全息圖進行上述雷射光之相位調變；及 聚光步驟，其將相位調變後之上述雷射光聚光；且 於上述控制步驟中，使上述空間光調變器呈示如下之全息圖，即：藉由上述聚光步驟使自上述空間光調變器輸出之相位調變後之上述雷射光聚光於被加工物之複數個照射點之全息圖，且互相獨立控制上述複數個照射點所含之至少2個上述照射點之光強度。
  8. 如請求項7之雷射加工方法，其進而包含：光檢測步驟，其將觀察光照射至上述被加工物，檢測上述被加工物中反射之上述觀察光； 於上述控制步驟中，基於上述光檢測步驟之檢測結果，檢測各照射點之材質變化，根據上述材質變化而變更各照射點之光強度。
  9. 如請求項7或8之雷射加工方法，其中於上述控制步驟之前，進而包含：記憶步驟，其預先記憶對應於上述被加工物之材質分佈之各照射點之光強度相關之資料；且 於上述控制步驟中，基於上述資料而控制各照射點之光強度。
  10. 如請求項7至9中任一項之雷射加工方法，其中於上述控制步驟中，使以下兩者之被加工區域之形狀及大小中至少一者互不相同，即：於與照射至上述被加工物之相位調變後之上述雷射光之光軸交叉之第1面內，由上述複數個照射點區劃之被加工區域；及於與上述光軸交叉且自上述第1面沿上述光軸方向離開之第2面內，由上述複數個照射點區劃之被加工區域。
  11. 如請求項7至10中任一項之雷射加工方法，其中於上述控制步驟中，使上述空間光調變器依序呈示複數個全息圖，該等複數個全息圖係將各照射點之位置，沿著劃定由上述複數個照射點區劃之被加工區域的假想線而變更者。
  12. 如請求項7至11中任一項之雷射加工方法，其中於上述控制步驟中，當要變更全息圖時，於消去某全息圖起至呈示其它全息圖前之期間，使上述空間光調變器呈示：將上述雷射光之光強度設為於上述被加工物之任一部位皆未達加工臨限值之全息圖。
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