WO2002018090A1 - Appareil d'usinage laser - Google Patents

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WO2002018090A1
WO2002018090A1 PCT/JP2001/006504 JP0106504W WO0218090A1 WO 2002018090 A1 WO2002018090 A1 WO 2002018090A1 JP 0106504 W JP0106504 W JP 0106504W WO 0218090 A1 WO0218090 A1 WO 0218090A1
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laser
lens
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Masahiko Sakamoto
Shozui Takeno
Yasuhiko Iwai
Toshiyuki Hokodate
Miki Kurosawa
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus used for high-speed fine hole processing and the like.
  • a laser processing device 101 includes a laser oscillator 103 for generating a laser beam 102, and a pen mirror provided for guiding a laser beam 102 emitted from the laser oscillator 103 in a desired direction by reflection.
  • Galvano scanners 106a, 106b each having a movable mirror 1105a, 105b arranged along the optical path, and a galvano scanner 106a, 106b, respectively.
  • F0 lens 108 that focuses laser beam 102 whose traveling direction is controlled by b on work piece 107, and XY stage that drives work piece 107 on the XY plane with work piece 07 fixed 1 09 and
  • a laser beam 102 having a pulse waveform generated according to a frequency and an output value set in advance by a laser oscillator 103 is guided to galvano scanners 106 a and 106 b by a bend mirror 104.
  • the galvano scanners 106a and 106b one of the galvanometer mirrors rotates in a direction corresponding to the X direction of the XY stage 109, and the other galvanomirror rotates in the Y direction. Is set to correspond to. This allows the laser beam 102 to scan any position within a limited range on the XY plane. Also, such a laser beam 102 enters the lens 108 at various angles at F6>, but is corrected so as to fall vertically on the XY stage 109 by the optical characteristics of the lens 108.
  • the laser beam 102 can be positioned by the galvano scanners 106a and 106b at any coordinates on the XY plane within a limited range (hereinafter, scanner) on the XY stage 109.
  • the laser beam 102 is irradiated corresponding to the position to process the workpiece 107.
  • the XY stage 109 is moved to a position on the workpiece 107 to be a new scan area, and the processing is repeated.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the positional relationship between optical components when an image transfer system is used.
  • a is a stop 1 10 ′ for setting a beam spot diameter on the workpiece 101.
  • the distance on the optical path from the F0 lens 108, b is the distance on the optical path between the F lens 108 and the workpiece 107, and f is the focal length of the lens 108.
  • the focal length f of the lens 108 is set to be equal to the distance between the F0 lens 108 and the center position 111 on the optical path between the two galvanomirrors 105a and 105b.
  • the beam spot diameter d on the workpiece is expressed by equation (2).
  • a, b, and f are set in a positional relationship such that the relationship of Eq. (3) holds.
  • the numerical aperture N A needs to be 0.08 according to equation (2).
  • the effective radius gr that can be reflected should be increased without deteriorating the quality of the galvano-mirror laser beam.
  • the effective radius gr that can be reflected should be increased without deteriorating the quality of the galvano-mirror laser beam.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-192571 discloses a laser processing in which a laser beam is branched by a branching means, each laser beam is guided to a processing position by a respective scanning means, and the laser beam is focused and processed by a focusing means.
  • the device is disclosed O
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-3141488 discloses that a laser beam is split by a half mirror, and each split laser beam is led to a plurality of galvano scanner systems.
  • a laser processing apparatus for irradiating a plurality of processing areas is disclosed.
  • the deflection angle of the galvano mirror is reduced, the size of each scan area is reduced, so that the number of scan areas is increased.
  • the time required for positioning the XY tape is much longer than the time required for positioning using the galvanometer scanner 106.Therefore, the number of scanners increases, and the number of movements by the XY stage increases, so that individual scan relays are required. However, there was a problem that the overall production speed did not increase even though the speed increased.
  • a galvanometer scanner (galvanometer) corresponding to each laser beam is used in order to control and focus each of the branched laser beams.
  • a galvano scanner twice as large as the laser processing device shown in Fig. 9 and an F6> lens are required if the laser beam is split into two.
  • the size of the XY table was required to be doubled, and there was a problem that the processing machine became large.
  • the separated laser beams are guided to a plurality of independent galvano scanner systems, respectively. Since this light is condensed by the f6> lens, the laser beam that enters the F0 lens from the last galvano mirror in the optical path is largely obliquely incident. And it was difficult to focus the laser light small. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in order to solve such a problem, and a laser processing apparatus which suppresses an increase in cost while improving productivity in performing fine processing and which does not increase in size.
  • the purpose is to provide for that reason,
  • a second scanner that deflects the traveling direction of the second laser beam and the first laser beam that has passed through the first scanner by a mirror in an arbitrary direction, a second laser beam that has passed through the second scanner, A lens for focusing one laser beam.
  • the first laser beam and the second laser beam have different polarization directions
  • a beam splitter for reflecting one laser beam and transmitting the other laser beam is provided in front of the second scanner, and the laser beam from the beam splitter is transmitted to the second scanner.
  • a diffractive optical element that splits the linearly polarized laser beam oscillated from the oscillator into a first laser beam and a second laser beam;
  • a phase plate for changing the polarization direction of the second laser beam is
  • a beam splitter for splitting a circularly polarized laser beam emitted from the oscillator into a first laser beam and a second laser beam having different polarization directions;
  • an aperture can be provided in front of the spectral beam splitter, and an image transfer optical system can be formed with a workpiece provided after the lens.
  • the distance that the first laser beam propagates from the diffractive optical element to the lens is the distance that the first laser beam propagates from the diffractive optical element to the lens
  • the distance that the second laser beam propagates from the diffractive optical element to the lens is substantially equal to the distance.
  • the distance that the second laser beam propagates from the beam splitter for spectroscopy to the lens is substantially equal to the distance.
  • the number of mirrors determined from the diameter of the mirror of the second scanner and the distance from the lens to the workpiece is set to 0.08 or more.
  • a second scanner that deflects the traveling direction of the second laser beam and the first laser beam that has passed through the first scanner by a mirror in an arbitrary direction, and a first laser beam that has passed through the first scanner.
  • a third scanner that deflects the traveling direction in any direction by a mirror,
  • An aperture can be provided in at least one direction in the traveling direction of the second laser beam before the second scanner, and an image transfer optical system can be formed with a workpiece provided after the lens.
  • the number of mirrors determined from the diameter of the mirror of the second scanner and the distance from the lens to the workpiece is set to 0.08 or more.
  • a second scanner for deflecting the traveling direction of the laser beam passing through the first scanner in an arbitrary direction by a mirror
  • a lens for condensing the laser beam that has passed through the second scanner; and the first scanner is set to have a smaller angle to deflect the laser beam than the second scanner.
  • an aperture is provided in front of the first scanner, and an image transfer optical system is formed between the first scanner and a workpiece provided after the lens.
  • the numerical aperture determined from the diameter of the mirror of the second scanner and the distance from the lens to the workpiece is set to 0.08 or more.
  • the productivity can be improved.
  • the productivity can be similarly improved even in the case of fine hole processing.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a laser irradiation position according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a laser irradiation position according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of an optical system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a conventional laser processing apparatus.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional optical system. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a laser processing apparatus according to this embodiment.
  • a laser processing apparatus 1 includes a laser oscillator 3 for generating a laser beam 2, a bend mirror 4 provided for guiding a laser beam 2 emitted from the laser oscillator 3 in a desired direction by reflection, and an optical path.
  • a sub-deflection galvanometer scanner (first galvanometer scanner) 6 having a sub-deflection galvanometer mirror (first galvanometer mirror) 5 that deflects the laser beam 2 by being sequentially arranged along the optical path, and along the optical path.
  • a galvano scanner (second galvano scanner) 8 having a main deflection galvanomirror (second galvano mirror) 7 that is arranged and movable to deflect the laser beam 2, and the laser beam 2 are collected on the workpiece 9.
  • the sub-deflection galvanomirror 5 is composed of two galvanomirrors, a galvanomirror corresponding to the X direction of the XY stage 11 and a galvanomirror corresponding to the Y direction.
  • the sub-deflection galvanomirror is used to drive these mirrors. There are two scanners.
  • the main deflection galvanometer mirror 7 is also composed of two galvanometer mirrors of the XY stage 11 corresponding to the X direction and the galvanometer mirror corresponding to the Y direction, and drives these mirrors.
  • two main deflection galvanometer scanners are provided.
  • a laser beam 2 having a pulse waveform oscillated according to a frequency and an output value set in advance by a laser oscillator 3 is supplied to a sub-deflection galvanometer scanner 5 by a bend mirror 4 and a sub-deflection galvanometer mirror 5 and a main deflection galvanometer. Jana 8's secondary deflection galvanomira is led to 7.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the galvano-scanner on the workpiece 9 in this embodiment.
  • the scanable area of the main deflection galvano scanner 8 which is the main deflection means for deflecting the laser beam 2 by a large angle, is located within the scan area 12 by the auxiliary deflection means for deflecting the laser beam 2 by a small angle.
  • a sub-scan area 13 is provided, which is a range in which a certain sub-deflection galvano scanner 6 can scan.
  • Scanelli If the sub-scan area 13 is a square area with a side of 5 mm when the sub-scan area 13 is a square area with a side of 50 mm, a maximum of 100 sub-scan areas 12 in the main deflection scan area It can be configured.
  • the sub-deflection galvanometer scanner 6 and the main deflection galvanometer scanner 8 are held at specific reference positions, respectively, when no command is received from a control device (not shown).
  • This reference position can be changed by adjusting the optical path and setting in control.However, in this case, the laser beam 2 falls on the center of the scan area 12 while the laser beam 2 passes through each galvano-mirror deflection center.
  • the reference position is set as the reference position.
  • the incident position of the laser beam 2 is moved from the reference position of the scan area 12 to the position 14 which is the center of the preset sub-scan area 13 by driving the main deflection galvano scanner 8.
  • the main deflection galvano scanner 8 is held, and the sub deflection area 13 is processed by driving the sub deflection galvanometer scanner 6.
  • the main deflection galvano scanner 8 is driven to move the center position of the next sub-scan area and the incident position of the laser beam 2, Processing is performed.
  • Such an operation is repeated until the processing in the entire area of one scan area 12 is completed, and when the processing is completed, the XY stage 11 is driven to perform the processing of the next scanner and the workpiece 9 is processed. This is repeated until all the processing in the scheduled area set in is completed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between the optical components of this embodiment.
  • the light flux indicated by the solid line is a laser output portion of the laser oscillator 3 or a diaphragm arranged in the optical path in front of the laser output portion.
  • 1 5 ⁇ 2 pieces of sub-deflection galvanomira 1-5 The center position 16 in the optical axis direction between the two galvanomirrors, the center position 17 in the optical axis direction between the two galvanomirrors of the main deflection galvanometer 7, and the workpiece 9 through the F0 lens 10
  • the laser beam 2 reaching above is shown. At this time, each galvanomirror is held at the reference position.
  • the light flux indicated by the dotted line is the laser beam 2 deflected by the change of the sub-deflection galvanometer mirror 5 from the reference position. As shown in the figure, it is necessary to consider that the laser beam 2 is deflected (offset) by the sub deflection galvanomirror 6 and partially protrudes from the main deflection galvanomirror.
  • a galvanometer scanner that drives a galvanomirror is used as means for sub-deflection.
  • a scanner that deflects a laser beam by applying a current to an element using a piezoelectric element such as a piezo.
  • a scanner using an acousto-optic device that changes the deflection angle of the laser beam according to the ultrasonic frequency may be used.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same numbers are given to the components having the same names as those in the first embodiment.
  • a laser processing apparatus 1 includes a diaphragm 15 for setting a linearly polarized laser beam 18 emitted from a laser oscillator 3 (not shown) on a workpiece 9 to an arbitrary beam spot diameter.
  • the laser beam 18 that has passed through the aperture 15 is converted into a second laser beam (hereinafter, laser beam 18a) and a first laser beam (hereinafter, laser beam 18b).
  • a main deflection galvanometer scanner 8 having a main deflection galvanomirror 17 for deflecting the laser beams 18a and 18b from the beam splitter 21 at a large angle, and the laser beams 18a and 18b are applied to the workpiece 9 And an XY stage 11 (not shown) for driving the workpiece 9 on the XY plane while fixing the workpiece 9 on the upper surface.
  • the sub-deflection galvanometer scanner 6 can guide the laser beam 18b to the outside of the polarization beam splitter 21. In such a case, the beam absorber 22 receives and absorbs the laser beam 18b. Are provided.
  • a bend mirror 4 is used to change the direction of the optical path of the laser beams 18a and 18b.
  • the mirror 7 and the main deflection galvano scanner 8 are driven in the X direction and the scanner are driven in the Y direction so that the laser beam can be irradiated to any position on the XY plane as in the first embodiment. It consists of a mirror and a scanner.
  • the linearly polarized laser beam 18 is split by the splitting means 19 into laser beams 18a and 18b having an intensity ratio of 1: 1.
  • the polarization direction of the laser beam 18a is changed by the phase plate 20 to 9 Rotate by 0 degree to make it S-polarized.
  • a diffractive optical element is suitable for the spectral means 19 because the spectral ratio can be stabilized regardless of contamination of the element. Further, a ⁇ / 2 plate or an equivalent is used as the phase plate 20.
  • the S-polarized laser beam 18a is reflected by the polarization beam splitter 21, and the main deflection galvano scanner 8 determines the irradiation position on the workpiece 9.
  • the laser beam 18 b separated by the spectroscopic means 19 enters the sub-deflection galvano scanner 6 as it is as P-polarized light, and is further transmitted to the main deflection galvano scanner 8 at a position different from the laser beam 18 a. Incident. Therefore, the relative irradiation position of the laser beam 18 b on the workpiece 9 with respect to the irradiation position of the laser beam 18 a on the workpiece 9 is determined by the sub-deflection galvano scanner 8.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a laser irradiation position when a workpiece is irradiated with the laser processing apparatus of this embodiment.
  • the main deflection galvanometer scanner 8 on the workpiece 9 puts the scan area 12 into the scan area 12 by a single irradiation of the laser beam 18 from the laser oscillator 3 (not shown).
  • the laser beam 18a and 18b are simultaneously irradiated to the beam irradiation position 23 by the laser beam 18a and the beam irradiation position 24 by the laser beam 18b.
  • the laser beam may not always be irradiated at two places and may not always be good.
  • the laser beam can be irradiated to two points at the same time, so that the processing time is reduced.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Note that, in this embodiment, components having the same names as those in the first embodiment are numbered in the same manner.
  • a laser processing apparatus 1 includes a diaphragm 15 for setting a laser beam 26 emitted from a laser oscillator 3 (not shown) to an arbitrary beam spot diameter on a workpiece 9, and a diaphragm 15.
  • a galvano scanner 6a having a first sub-deflecting galvanomirror 5a for deflecting a small angle and a movable and arranged along the optical path after this galvano scanner
  • the second deflection galvanomirror 6b which deflects the laser beam 26b by a small angle
  • the main deflection galvanomirror 7b which deflects the laser beams 26a, 26b by a large angle.
  • the main deflection galvano scanner 8 having a laser beam 26a, .26b is focused on the workpiece 9, and the lens 10 is fixed on the upper surface of the workpiece 9.
  • an XY stage 11 (not shown) for driving.
  • the first sub-deflecting galvanometer scanner 6a can guide the laser beam 26b to the outside of the second sub-deflecting galvanometer mirror 5b, and thus receives the laser beam 26b in such a case.
  • a beam absorber 22 for absorbing is provided.
  • the bend mirror 4 is used to change the direction of the optical path of the laser beams 26a and 26b.
  • the first sub-deflection galvanometer mirror 5a, the first sub-deflection galvanometer scanner 5b, the second sub-deflection galvanometer mirror 6a, the second sub-deflection The galvano scanner 6 b, the main deflection galvanometer mirror 7, and the main deflection galvanometer scanner 8 are mirrors driven in the X direction so that the laser beam can be irradiated to any position on the XY plane as in the first embodiment. It consists of a scanner, a scanner, a mirror driven in the Y direction, and a scanner.
  • the split laser beams 26a and 26b can be arranged in front of the F0 lens 10 At the focal position, the light passes through the main deflection galvano scanner 8 on the lens axis.
  • the laser beam 26 is split by the splitting means 19 into laser beams 26a and 26b having an intensity ratio of 1: 1.
  • a diffractive optical element is suitable for the spectral means 19 because the spectral ratio can be stabilized irrespective of contamination of the element.
  • the laser beam 26a enters the main deflection galvano scanner 8, and the irradiation position on the workpiece 9 is determined.
  • the laser beam 26 b spectrally separated by the spectral means 19 enters the first sub-deflection galvano scanner 6 a, further enters the second sub-deflection galvano scanner 6 b, and then the main deflection
  • the laser beam 26 is incident on the galvano scanner 8 at a position different from that of the laser beam 26a.
  • the relative irradiation position of the laser beam 26 b on the workpiece 9 with respect to the irradiation position of the laser beam 26 a on the workpiece 9 is determined by the first sub-deflection galvano scanner 6 a and the second Is determined by the sub-deflection galvanometer scanner 6b.
  • the relationship between the first sub-deflection galvanomira 15a, the second sub-deflection galvanomira 15b, and the main deflection galvanomira 18a is as follows: first, the first sub-deflection galvanomira 15a, the laser beam 26b And the second sub-deflecting galvanomirror 5 b causes the laser beam 26 b to be at the front focal position of the lens F 10 on the central axis of the lens 10. As a result, the laser beam 26 b is turned on by the main deflection galvanomirror 17 installed on the center axis of the lens 10 at a position corresponding to the front focal position of the lens 10. You will pass through the range.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the positional relationship between the optical components of this embodiment.
  • the light flux indicated by the solid line is between the two galvanomirrors constituting the diaphragm 15 and the main deflection galvanomirror 8.
  • the laser beam 26 b is on the central axis of the F 0 lens 10 by the second sub-deflecting galvanometer scanner 6 b and corresponds to the front focal position of the F 0 lens 10. Since it passes through the position, it is irradiated to the main deflection galvanomirror 8 without offset. This is represented by the dotted line in FIG.
  • the position of the diaphragm 15 is equivalent to a movement at a right angle to the optical axis direction.
  • the laser beam is swung by the sub-deflection galvanometer scanner when determining the effective diameter of the main deflection galvanometer mirror.
  • the sub-deflection galvanometer scanner and main deflection galvanometer scanner can simultaneously expand the beam irradiation range while maintaining the fine diameter, and improve the processing speed.
  • factors other than the galvanomirror-effective diameter for example, the distance between the F0 lens and the workpiece
  • the numerical aperture N A> 0.08 in order to perform fine hole drilling.
  • the laser beam 26a and the laser beam 26b are two in the same manner as in Embodiment 2 shown in FIG. Irradiated at the same place.
  • the laser beam 26 b is absorbed by the beam absorber 22 by the first sub-deflection galvanometer scanner 6 a.
  • each of the sub-deflection galvano-scanners uses two galvanometer mirrors, but each may have a configuration of one galvanometer mirror. In this case, scanning is performed on the workpiece 9 in only one direction in the XY plane. However, this is effective depending on the arrangement of the processing holes, and the apparatus configuration is simplified by reducing the number of galvanometer mirrors.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a laser processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. It is. In this embodiment, the same numbers are given to the components having the same names as those in the first and second embodiments.
  • a laser processing device 1 is provided with a diaphragm 15 for setting a circularly polarized laser beam 27 emitted from a laser oscillator 3 (not shown) on a workpiece 9 to an arbitrary beam spot diameter.
  • the laser beam 27a which is P-polarized light, is combined with the polarizing beam splitter for synthesis ⁇
  • the bend mirror 14, which is combined with the polarizing beam splitter 29 so as to be S-polarized light, is arranged and movable along the optical path in order
  • a sub-deflecting galvanometer scanner 6 having a sub-deflecting galvanometer mirror 5 for deflecting the laser beam 27 b separated by the spectroscopic beam splitter 28 at a small angle, and an S-polarized laser beam 2 7a and laser from sub-deflection galvanomira 1-5
  • a main deflection galvano scanner 8 having a laser beam 7, an F0 lens 10 for converging laser beams 27a and 27b on a workpiece 9, and an XY stage '11 (not shown) to be driven.
  • the sub-deflection galvanometer scanner 6 can guide the laser beam 27b to the outside of the deflecting beam splitter 29 for synthesis. In such a case, the beam scanner 27 receives and absorbs the laser beam 27b.
  • a bus 22 is provided.
  • the bend mirror-4 is also used when changing the direction of the optical path of the laser beam 27b.
  • the sub-deflecting galvanometer mirror 5, the sub-deflecting galvanometer scanner 6, the raw deflection galvanometer mirror 7, and the main deflection galvanometer scanner 8 are arranged on the XY plane as in the first embodiment. It is composed of a mirror and a scanner driven in the X direction and a mirror and a scanner driven in the Y direction so that the laser beam can be irradiated to the position.
  • the beam is changed by the bend mirror 4 and the polarization beam splitter 29 for synthesis is set to S polarization.
  • the laser beam 27a which is S-polarized with respect to the polarization beam splitter for synthesis 29, enters the main deflection galvano scanner 8 from the polarization beam splitter for synthesis 29, and is placed on the workpiece 9. Irradiation position is determined.
  • the laser beam 27 b separated by the polarization beam splitter 28 for spectroscopy enters the sub-deflection galvanometer scanner 6, and further, from the polarization beam splitter 29 for synthesis to the main deflection galvanometer scanner 8. 7 It is incident on a different position from a. Therefore, the relative irradiation position of the laser beam 27 b on the workpiece 9 with respect to the irradiation position of the laser beam 27 a on the workpiece 9 is determined by the sub-deflection galvano scanner 6.
  • the positional relationship between the optical components of this embodiment can be expressed in the same manner as in FIG. That is, the dotted line in FIG. 3 corresponds to the light beam of the laser beam 27 b deflected by the sub-deflection galvanometer scanner 6.
  • the laser processing device is useful as a device that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam.

Description

明 細 レーザ加工装置 技術分野
この発明は、 レーザ加工装置、 特に高速微細穴加工等に用いられるレ —ザ加工装置に関するものである。 背景技術
第 9図は、 一般的な穴加工用レーザ加工装置である。 図中、 レーザ加 ェ装置 1 0 1は、 レーザビーム 102を発生するレーザ発振器 1 03と、 レーザ発振器 103から発射されたレーザビーム 1 02を反射により所 望の方向に導くために設けられたペンドミラ一 1 04と、 光路に沿って 順に配置された可動するミラーであるガルバノミラ一 1 05 a、 1 0 5 bとをそれぞれ有するガルバノスキャナ 1 06 a、 1 06 bと、 ガルバ ノスキャナ 106 a、 106 bにより進行方向を制御されたレーザビ一 ム 1 02を被加工物 1 07上に集光する F 0レンズ 1 08と、 被加工物 1 07を上面に固定して XY平面上を駆動する XYステージ 1 09とを 有する。
次に、 このようなレーザ加工装置を用いて穴加工をする場合の各部の 動作について説明する。
レーザ発振器 103で予め設定された周波数と出力値にしたがって発 振されるパルス波形を有したレーザビーム 1 02がベンドミラ一 1 04 によりガルバノスキャナ 10 6 a、 106 bに導かれる。 このガルバノ スキャナ 1 06 a、 1 06 bは一方のガルバノミラーが XYステージ 1 09の X方向に対応する方向に回転し、 他方のガルバノミラーが Y方向 に対応するように設定されている。 これにより、 レーザビーム 102を XY平面上の限られた範囲であれば任意の位置に走査することが可能で ある。 また、 このようなレーザビーム 102は様々な角度で F6>レンズ 108に入射するが、 この レンズ 108の光学特性により XYステ —ジ 109に対して垂直に落射するように補正される。
このようにして、 レ一ザビーム 102はガルバノスキャナ 106 a、 106 bによって XYステージ 109上の限られた範囲 （以下、 スキヤ ンェリァ） 内であれば XY平面上のどの座標に対しても位置決め自在で あり、 その位置に対応してレーザビーム 102が照射され被加工物 10 7を加工する。
そして、 前述したスキャンエリアの加工が終了すると、 被加工物 10 7の新たなスキャンェリァの対象となる位置に XYステージ 109が移 動して、 加工が繰り返される。
また、 特に被加工物 107がプリント基板などであり、 比較的微細穴 の加工を行ないたい場合は、 光学系を像転写光学系とする場合がある。 第 10図は、 像転写系とした場合の各光学部品の位置関係を示す概略図 であり、 図中、 aは被加工物 101上でのビームスポット径を設定する ための絞り 1 10 'と F 0レンズ 108との光路上での距離、 bは F Θレ ンズ 108と被加工物 107との光路上での距離、 fは F< レンズ 10 8の焦点距離である。 なお、 この レンズ 108の焦点距離 f と、 F 0レンズ 108と 2個のガルバノミラ一 105 a、 105 b間の光路上 での中心位置 1 1 1との距離が等しくなるように設定されている。
このような位置関係となる像転写光学系では、 ガルバノミラー 105 a、 105 bの有効半径を g rとすると、 距離 bに対して距離 aが十分 大きい場合、 ： レンズ 108と被加工物 107の光路系における開口 数 NAは式 （ 1 ) で表される。 NA= g r/ (b2 +gr 2 2.' · · (1)
また、 レーザビームの波長をえとすると、 被加工物上でのビ一ムスポ ヅト径 dは式 （2) で表される。
d= 0. 82 λ/ΝΑ · · · (2)
さらに、 像転写光学系であることから、 a， b， f は式 （3) の関係 が成り立つような位置関係に設定されている。
l/a+ l/b= 1/f · · · (3)
したがって、 例えば、 波長 λが 9. 3〃mのレーザで、 ビ一ムスポヅ ト径 dが 95 mとなるようにしたければ、 式 （2) より開口数 N Aは 0. 08である必要がある。 このように、 式 （2) からすると、 微細穴 加工を行うためビームスポット径 dを小さくするには、 閧口数 NAを大 きくする必要がある。
そのためには、 式 （1) からガルバノミラ一のレーザビームの品質を 劣化させることなく反射可能な有効半径 g rを大きくすればよいことが わかる。 例えば、 少なくとも先程のビームスポッ ト径 d = 95 zmより も細いビ一ムスポヅトを f = 10 Omm、 a= 150 Ommである光学 系で達成するためには、 式 （3) より b= 107 mmであるため、 N A > 0. 08とするには式 （ 1 ) より、 g r > 8. 6mmとする必要があ ることがわかる。
このようなレーザ加工装置の生産性を向上させるために、 ガルバノス キヤナの駆動速度を高速にする必要がある。 そのため、 般的にガルバ ノミラ一径を小さくすること、 又はガルバノミラーの振れ角を小さくす ることが有効であるといわれている。
また、 特開平 1 1— 192571号公報には、 レーザビームを分岐手 段で分岐し、 各レーザビームをそれぞれの走査手段で加工位置に導くと ともに集束手段により集束して加工するレ一ザ加工装置が開示されてい る o
さらに、 特開平 1 1— 3 1 4 1 8 8号公報には、 レーザ光をハ一フミ ラーで分光し、 分光したそれぞれのレーザ光を複数のガルバノスキャナ 系に導き、 ： 6>レンズを通し T複数の加工領域に照射するレ一ザ加工装 置が開示されている。
しかし、ガルバノミラー径を小さくすると、 g rが小さくなり、式（ 1 ) より開口数 N Aが小さくなり、 結果として式 （2 ) の関係にあるビーム スポッ ト径 d 大きくなり微細穴加工を行うことができないという問題 があった。
また、 、 ガルバノミラ一の振れ角を小さくすると、 個々のスキャンェ リアサイズが小さくなるため、 スキャンエリア数が増大する。 一般に、 ガルバノスキャナ 1 0 6による位置決めに要する時間に比べ、 X Yテ一 プルの位置決めに要する時間ははるかに長いため、 スキヤンェリァ数が 増大し、 X Yステージによる移動回数が増すことで、 個々のスキャンェ リァでの速度は上がっても全体の生産速度は向上しないという問題があ つた。
さらに、 特開平 1 1一 1 9 2 5 7 1号公報に開示された装置では、 分 岐した各レ一ザビームを制御し集光するために、 それぞれのレーザビ一 ムに対応したガルバノスキャナ （ガルバノメ一夕とガルバノミラー） と f 0レンズとが必要となるため、 例えばレーザビームを 2分岐した場合 は第 9図に示したレーザ加工装置の 2倍のガルバノスキャナと F 6>レン ズとが必要となり、 コストが増大するという問題があった。 また、 2倍 の加工速度を得るため 2枚の被加工物を同時に加工するには X Yデーブ ルの大きさが 2倍必要となり、 加工機が大型化するという問題があつた。 またさらに、 特開平 1 1— 3 1 4 1 8 8号公報に開示された装置では、 分光したレーザ光をそれぞれ独立した複数のガルバノスキャナ系に導き、 これを f 6>レンズで集光しているため、 光路内の最後のガルバノミラ一 から F 0レンズへ入射されるレーザ光には大きく斜めから入射すること になるため、 F 0レンズの収差の影響が大きくなり、 レ一ザ光を小さく 集光するのが難しいという問題があった。 発明の開示
この発明は、 このような問題点を解消するためになされたもので、 微 細加工を行なう上での生産性を向上しながらもコスト増を抑制し、 なお かつ大型化しないレ一ザ加工装置を提供することを目的とするものであ る。 そのため、
第一のレーザビームの進行方向を任意の方向にミラーによって偏向す る第一のスキャナと、
第二のレーザビームと第一のスキャナを通過した第一のレーザビームの 進行方向を任意の方向にミラーによって偏向する第二のスキャナと、 第二のスキャナを通過した第二のレーザビームと第一のレ一ザビームと を集光するレンズとを有する。
また、 第一のレーザビームと第二のレーザビームとは偏光方向が異な 、
一方のレ一ザビームを反射し他方のレ一ザビームを透過するビームスプ リツタを第二のスキャナ手前に有し、 ビームスプリツ夕からのレーザビ ームを第二のスキャナに伝播する構成である。
さらに、 発振器と、
発振器から発振された直線偏光のレーザビームを第一のレーザビームと 第二のレーザビームとに分光する回折光学素子と、
第二のレーザビームの偏光方向を変更する位相板とを有する。
またさらに、 発振器と、 発振器から発振された円偏光のレーザビームをそれぞれ異なる偏光方向 を有する第一のレーザビームと第二のレ一ザビームとに分光する分光用 ビ一ムスプリッ夕とを有する。
さらにまた、 回折光学素子手前に絞りを設け、 レンズ後に設ける被加 ェ物との間で像転写光学系を形成可能である。
また、 分光用ビームスプリツ夕手前に絞りを設け、 レンズ後に設ける 被加工物との間で像転写光学系を形成可能である。
さらに、 回折光学素子からレンズまでの第一のレ一ザビームが伝播す る距離と、
回折光学素子からレンズまでの第二のレーザビームが伝播する距離とを 略同距離とする。
またさらに、 分光用ビ一ムスプリヅ夕からレンズまでの第一のレ一ザ ビームが伝播する距離と、
分光用ビームスプリッ夕からレンズまでの第二のレーザビームが伝播す る距離とを略苘距離とする。
さらにまた、 第二のスキャナのミラ一径と、 レンズから被加工物まで の距離とから求められる閧口数を 0 . 0 8以上となるようにする。
第一のレーザビームの進行方向を任意の方向にミラーによって偏向す る第一のスキャナと、
第二のレーザビームと第一のスキャナを通過した第一のレーザビームの 進行方向を任意の方向にミラ一によって偏向する第二のスキャナと、 第一のスキャナを通過した第一のレーザビームの進行方向を任意の方向 にミラーによって偏向する第三のスキャナと、
第二のスキャナを通過した第二のレーザビームと第三のスキャナを通過 した第一のレーザビームとを集光するレンズとを有する。
また、 第一のスキャナ手前の第一のレーザビームの進行方向上または 第二のスキャナ手前の第二のレーザビームの進行方向上の少なくとも一 方に絞りを設け、 レンズ後に設ける被加工物との間で像転写光学系を形 成可能である。
さらに、 第二のスキャナのミラ一径と、 レンズから被加工物までの距 離とから求められる閧口数を 0 . 0 8以上となるようにする。
レーザビームの進行方向を任意の方向にミラ—によって偏向する第一 のスキャナと、
第一のスキャナを通過したレーザビームの進行方向を任意の方向にミラ 一によつて偏向する第二のスキャナと、
第二のスキャナを通過したレーザビームを集光するレンズとを有し、 第一のスキャナは第二のスキャナに比べレーザビームを偏向する角度が 小さく設定されている。
また、 第一のスキャナ手前に絞りを設け、 レンズ後に設けた被加工物 との間で像転写光学系を形成する。
さらに、 第二のスキャナのミラ一径と、 レンズから被加工物までの距 離とから求められる開口数を 0 . 0 8以上となるようにする。
このようにすることで、 被加工物へのビーム照射数を増やすことがで き、 生産性を向上することができ、 また、 微細穴加工であっても同じよ うに生産性を向上できる。
' 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明の実施の形態 1におけるレーザ加工装置の概略図 である。
第 2図は、 この発明の実施の形態 1におけるレーザ照射位置を説明す る説明図である。
第 3図は、 この発明の実施の形態 1における光学系の構成を示す構成 図である。
第 4図は、 この発明の実施の形態 2におけるレーザ加工装置の概略図 である。
第 5図は、 この発明の実施の形態 2におけるレーザ照射位置を説明す る説明図である。
第 6図は、 この発明の実施の形態 3におけるレ一ザ加工装置の概略図 である。
第 7図は、 この発明の実施の形態 3における光学系の構成を示す構成 図である。
第 8図は、 この発明の実施の形態 4におけるレーザ加工装置の概略図 である。
第 9図は、 従来のレーザ加工装置を示す図である。
第 1 0図は、 従来の光学系の構成を示す構成図である。 発明を実施するための最良の形態
実施形態 1 .
第 1図は、 この実施形態におけるレーザ加工装置である。 図中、 レー ザ加工装置 1は、 レーザビーム 2を発生するレーザ発振器 3と、 レーザ 発振器 3から発射されたレーザビーム 2を反射により所望の方向に導く ために設けられたベンドミラー 4と、 光路に沿って順に配置され可動す ることでレーザビーム 2を偏向する副偏向ガルバノミラ一 （第一のガル バノミラー） 5を有する副偏向ガルバノスキャナ （第一のガルバノスキ ャナ） 6と、 光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム 2 を偏向する主偏向ガルバノミラー （第二のガルバノミラ一） 7を有する ガルバノスキャナ （第二のガルバノスキャナ） 8と、 レーザビーム 2を 被加工物 9上に集光する レンズ 1 0と、 被加工物 9を上面に固定し て X Y平面上を駆動する X Yステージ 1 1とを有する。 この副偏向ガル バノミラ一 5は X Yステージ 1 1の X方向に対応したガルバノミラーと Y方向に対応したガルバノミラーの 2枚のガルバノミラ一から構成され、 これらのミラ一を駆動するために副偏向ガルバノスキャナは 2台設けら れている。 また、 主偏向ガルバノミラー 7についても同様に X Yステー ジ 1 1の X方向に対応したガルバノミラーと Y方向に対応したガルバノ ミラーの 2枚のガルバノミラーから構成され、 これらのミラ一を駆動す るために主偏向ガルバノスキャナも 2台設けられている。
次に、 この発明による装置の動作について説明する。
レーザ発振器 3で予め設定された周波数と出力値にレたがって発振さ れるパルス波形を有したレ一ザビーム 2は、 ベンドミラー 4により副偏 向ガルバノスキャナ 6の副偏向ガルバノミラ一5、 主偏向ガルバノスキ ャナ 8の副偏向ガルバノミラ一が 7に導かれる。
これにより、 副偏向ガルバノスキャナ 6と主偏向ガルバノスキャナ 8 とを駆動することで、 レーザビーム 2を X Y平面上の限られた範囲であ れば任意の位置に走査することが可能である。 また、 このようなレーザ ビーム 2は様々な角度で F レンズ 1 0に入射するが、 この レンズ 1 0の光学特性により X Yステージ 1 1に対して垂直に落射するように 補正される。
第 2図は、 この実施の形態における被加工物 9上でのガルバノスキヤ ンェリァの説明図である。
図中、 レ一ザビーム 2を大角度偏向する主偏向手段である主偏向ガル バノスキャナ 8が走査可能な範囲がスキャンエリア 1 2の内部には、 レ 一ザビーム 2を小角度偏向する副偏向手段である副偏向ガルバノスキヤ ナ 6が走査可能な範囲であるサブスキャンエリア 1 3が設けられている。 これらの関係について具体的に例を挙げて説明すると、 スキャンェリ ァ 1 2がー辺 5 0 mmの正方形領域とした場合、 サブスキャンエリア 1 3を一辺 5 mmの正方形の領域とすれば、 主偏向スキャンェリァ内にサ ブスキャンエリア 1 2が最大 1 0 0個構成できることになる。
このように分割されたスキャンェリァに対応する副偏向ガルバノスキ ャナ 6と主偏向ガルバノスキャナ 8の動作について説明する。
副偏向ガルバノスキャナ 6と主偏向ガルバノスキャナ 8はそれぞれ特 に制御装置 （図示せず） から指令を受けていない状態では、 ある特定の 基準位置に保持されている。 この基準位置は光路の調整及び制御上の設 定により変更可能であるが、 ここでは、 レーザビーム 2が、 それぞれの ガルバノミラ一偏向中心を通る状態でレーザビーム 2がスキャンエリア 1 2の中心に落射する位置を基準位置とする。
まず、 レーザビーム 2の落射位置が、 スキャンエリア 1 2の基準位置 から、 主偏向ガルバノスキャナ 8を駆動することにより、 予め設定され たサブスキヤンエリア 1 3の中心となる位置 1 4に移動する。 次いで、 この位置で主偏向ガルバノスキャナ 8は保持され、 副偏向ガルバノスキ ャナ 6を駆動することによりサブスキャンェリア 1 3内の加工が行われ る。 このようにして、 一つのサブスキャンエリア 1 3の加工が終了する と、 主偏向ガルバノスキャナ 8を駆動することで、 次のサブスキャンェ リァの中心位置ヘレ一ザビーム 2の落射位置が移動され、 加工が行われ る。 このような動作が一つのスキャンエリア 1 2の全範囲での加工が終 了するまで繰り返され、 終了したら X Yステージ 1 1を駆動して次のス キャンェリァの加工が行なわれ、 被加工物 9上に設定された予定範囲す ベての加工が終わるまで繰り返される。
第 3図は、 この実施形態の各光学部品の位置関係を示す概略図であり、 図中、 実線で表される光束はレーザ発振器 3のレーザ出力部もしくはそ の前方の光路途中に配置した絞り 1 5、 副偏向ガルバノミラ一 5の 2枚 のガルバノミラ一間における光軸方向の中心位置 1 6、 主偏向ガルバノ ミラ一 7の 2枚のガルバノミラー間における光軸方向の中心位置 1 7及 び F 0レンズ 1 0を通って被加工物 9上に到達するレーザビーム 2を表 している。 なお、 この時各ガルバノミラーは基準位置に保持されている。 一方、 点線で表される光束は副偏向ガルバノミラー 5が基準位置から変 化したことにより偏向したレーザビーム 2である。 図に示すように、 副 偏向ガルバノミラー 6によりレーザビーム 2が偏向 （オフセット） され て、 主偏向ガルバノミラーから部分的にはみ出すことを考慮する必要が ある。
そのために、 直径約 1 0 0 z m以下の微細穴を加工する場合、 （ 1 ) 式に示したように、 F 6>レンズ 1 0と被加工物 9との距離や主偏向ガル バノミラ一 7の有効径の他にも、 主偏向ガルバノミラ一 7と副偏向ガル バノミラ一 5との位置関係や副偏向ガルバノミラ一5の偏向角度にも注 意して主偏向ガルバノミラ一 7からレ一ザビームがこぼれないようにし て、 開口数 N Aについて、 N A > 0 . 0 8が保持されるようにしなけれ ばならない。
このようにして、 副偏向ガルバノミラー 5を小角度だけ動かすことで 比較的狭いサブスキャンェリァ内であれば高速の位置決めが可能となり、 加工時間は短縮され、 サブスキヤンェリァ間の移動には主偏向ガルバノ スキャナを用いるため、 X Yステージによる移動に比べ高速の移動が可 能であり、 移動時間が短縮される。
なお、 この実施の形態では副'偏向させるための手段としてガルバノミ ラーを駆動するガルバノスキャナを用いているが、 ピエゾなどの圧電素 子を用いて素子に電流を加えることでレーザビームを偏向するスキャナ や、 超音波周波数に応じてレーザビームの偏向角度を変化させる音響光 学素子によるスキャナを用いてもよい。 実施形態 2 .
第 4図は、 この発明の実施形態 2におけるレーザ加工装置の概略図で ある。 なお、 この実施の形態では、 実施の形態 1と同じ名称の構成につ いては同じ付番を記す。
図中、 レーザ加工装置 1は、 レーザ発振器 3 (図示せず） から発射さ れた直線偏光のレ一ザビーム 1 8を被加工物 9上で任意のビームスポッ ト径に設定するための絞り 1 5と、 この絞り 1 5を通過したレーザビー ム 1 8を第二のレーザビーム （以下、 レ一ザビーム 1 8 a ) と第一のレ 一ザビーム （以下、 レ一ザビ一ム 1 8 b ) とに分光するための分光手段 1 9と、 レーザビーム 1 8 aの偏光方向を 9 0度回転させる位相板 2 0 と、 光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム 1 8 bを小 角度偏向する副偏向ガルバノミラ一5を有するガルバノスキャナ 6と、 位相板 2 0によって 9 0度回転したレーザビーム 1 8 a ( S偏光） を反 射するとともに副偏向ガルバノミラー 5からのレーザビーム 1 8 b ( P 偏光） を透過する偏光ビ一ムスプリヅ夕 2 1と、 偏光ビームスプリヅ夕 2 1からのレーザビーム 1 8 a、 1 8 bを大角度偏向させる主偏向ガル バノミラ一 7を有する主偏向ガルバノスキャナ 8と、 レーザビーム 1 8 a、 1 8 bを被加工物 9上に集光する F レンズ 1 0と、 被加工物 9を 上面に固定して X Y平面上を駆動する X Yステージ 1 1 (図示せず） と を有する。 なお、 副偏向ガルバノスキャナ 6は、 偏光ビ一ムスプリヅ夕 2 1の外にもレーザビーム 1 8 bを導くことができるため、 このような 場合にレ一ザビーム 1 8 bを受け吸収するビームァブソーバ 2 2が設け られている。
なお、 レーザビーム 1 8 a、 1 8 bの光路の向きを変更するためには ベンドミラー 4が用いられる。 また、 第 4図上では表示を省略している が、 副偏向ガルバノミラー 5、 副偏向ガルバノスキャナ 6主偏向ガルバ ノミラ一 7、 及び主偏向ガルバノスキャナ 8は実施の形態 1と同様に X Y平面上のどの位置にもレーザビーム照射可能なようにするために X方 向に駆動するミラーとスキャナと Y方向に駆動するミラーとスキャナと から構成されている。
次に、 この発明の実施形態 2における動作について説明する。
直線偏光であるレーザビーム 1 8は、 分光手段 1 9により強度比 1 ： 1のレーザビーム 1 8 a、 1 8 bに分光され、 レーザビーム 1 8 aの偏 光方向を位相板 2 0で 9 0度回転させ S偏光とする。 この分光手段 1 9 には、 素子の汚れ等に係わらず分光比を安定させることができるため、 回折光学素子が適している。 また、 位相板 2 0には λ/ 2板または相当 品を用いている。
このようにして、 S偏光となったレーザビーム 1 8 aは偏光ビームス プリッ夕 2 1で反射され、 主偏向ガルバノスキャナ 8によって、 被加工 物 9上への照射位置が決定される。 一方、 分光手段 1 9で分光されたレ 一ザビーム 1 8 bは P偏光のままで副偏向ガルバノスキャナ 6へ入射し、 さらに、 主偏向ガルバノスキャナ 8にレーザビーム 1 8 aとは異なる位 置に入射する。 従って、 レ一ザビーム 1 8 aの被加工物 9上への照射位 置に対するレーザビーム 1 8 bの被加工物 9への相対的な照射位置は、 副偏向ガルバノスキャナ 8により決定される。
第 5図は、 この実施の形態のレーザ加工装置で被加工物へ照射した場 合の、 レーザ照射位置の概略図である。
図中、 被加工物 9上の主偏向ガルバノスキャナ 8によりスキャンエリ ァ 1 2内には、 一回のレーザ発振器 3 (図示せず） からのレーザビーム 1 8の照射により、 主偏向ガルバノスキャナ 8による位置決定で、 レ一 ザビーム 1 8 aによるビーム照射位置 2 3とレーザビーム 1 8 bによる ビーム照射位置 2 4へレーザビ一ム 1 8 a、 1 8 bが同時に照射される。 また、 被加工物 9上のスキャンエリア 1 2内での加工予定穴数が奇数 である場合など、 レーザビームが必ずしも 2箇所照射されて、 常に良い とは限らない場合がある。 このようなときは、 主偏向ガルバノスキャナ 8でレーザビーム 1 8 aだけを所望の位置 2 5に照射し、 レ一ザビーム 1 8 bは副偏向ガルバノスキャナ 6によりビ一ムァブソーバ 2 2に吸収 させて、 主偏向ガルバノスキャナ 8へ入射させないようにする。
なお、 この実施形態の各光学部品の位置関係は、 第 3図と同様に表せ る。 すなわち、 第 3図中の点線が副偏向ガルバノスキャナ 6で偏向され るレーザビーム 1 8 bの光束に相当する。 従って、 開口数 N Aを、 N A > 0 . 0 8となるように保持するための考え方は実施の形態 1と同様で ある。
このような装置構成とすることで 2点に同時にレ一ザビームを照射す ることができるため、 加工時間が短縮される。
また、 F 6>レンズは一つで済むため、 コストアップを防ぐことができ るとともに加工機の大型化を防ぐことができる。
実施形態 3 .
第 6図は、 この発明の実施形態 3におけるレーザ加工装置の概略図で ある。 なお、 この実施の形態では、 実施の形態 1と同じ名称の構成につ いては周じ付番を記す。
図中、 レーザ加工装置 1は、 レーザ発振器 3 (図示せず） から発射さ れたレーザビーム 2 6を被加工物 9上で任意のビームスポット径に設定 するための絞り 1 5と、 この絞り 1 5を通過したレーザビーム 2 6をレ 一ザビーム 2 6 aとレーザビーム 2 6 bとに分光するための分光手段 1 9と、 光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム 2 6 bを 小角度偏向する第一の副偏向ガルバノミラ一 5 aを有するガルバノスキ ャナ 6 aと、 光路に沿って、 このガルバノスキャナの後に配置され可動 することでレーザビーム 2 6 bを小角度偏向する第二の副偏向ガルバノ ミラ一 5 bを有するガルバノスキャナ 6 bと、 レーザビーム 2 6 a、 2 6 bを大角度偏向させる主偏向ガルバノミラ一 7を有する主偏向ガルバ ノスキャナ 8と、 レーザビーム 2 6 a、 .2 6 bを被加工物 9上に集光す る レンズ 1 0と、 被加工物 9を上面に固定して X Y平面上を駆動す る X Yステージ 1 1 (図示せず） とを有する。 なお、 第一の副偏向ガル バノスキャナ 6 aは、 第二の副偏向ガルバノミラ一 5 bの外にもレーザ ビーム 2 6 bを導くことができるため、 このような場合にレーザビーム 2 6 bを受け吸収するビ一ムアブソ一バ 2 2が設けられている。
なお、 レ一ザビーム 2 6 a、 2 6 bの光路の向きを変更するためには ベンドミラー 4が用いられる。 また、 第 6図上では表示を省略している が、 第一の副偏向ガルバノミラ一 5 a、 第一の副偏向ガルバノスキャナ 5 b、 第二の副偏向ガルバノミラー 6 a、 第二の副偏向ガルバノスキヤ ナ 6 b、 主偏向ガルバノミラ一 7、 及び主偏向ガルバノスキャナ 8は実 施の形態 1と同様に X Y平面上のどの位置にもレーザビーム照射可能な ようにするために X方向に駆動するミラーとスキャナと Y方向に駆動す るミラーとスキャナとから構成されている。
このように、 第一の副偏向ガルバノスキャナ 3 3と第二の副偏向ガル バノスキャナ 6 bとを設けることで、 分光されたレーザビーム 2 6 a、 2 6 bが、 F 0レンズ 1 0の前焦点位置で レンズ軸上にある主偏向 ガルバノスキャナ 8を通過するようにしている。
次に、 この発明の実施形態 3における動作について説明する。
レーザビーム 2 6は、 分光手段 1 9により強度比 1 ： 1のレーザビー ム 2 6 a、 2 6 bに分光される。 この分光手段 1 9には、 素子の汚れ等 に係わらず分光比を安定させることができるため、 回折光学素子が適し ている。 このようにして、 レ一ザビーム 2 6 aは主偏向ガルバノスキャナ 8へ 入射し、 被加工物 9上への照射位置が決定される。 一方、 分光手段 1 9 で分光されたレーザビーム 2 6 bは第一の副偏向ガルバノスキャナ 6 a へ入射し、 さらに、 第二の副偏向ガルバノスキャナ 6 bへ入射し、 次い で、 主偏向ガルバノスキャナ 8にレ一ザビーム 2 6 aとは異なる位置に 入射する。 従って、 レーザビーム 2 6 aの被加工物 9上への照射位置に 対するレーザビーム 2 6 bの被加工物 9への相対的な照射位置は、 第一 の副偏向ガルバノスキャナ 6 a及び第二の副偏向ガルバノスキャナ 6 b により決定される。
これら第一の副偏向ガルバノミラ一 5 aと第二の副偏向ガルバノミラ 一 5 bと主偏向ガルバノミラ一 8との関係は、 まず、 第一の副偏向ガル バノミラ一 5 aを、 レーザビーム 2 6 bの照射位置に相当する角度だけ 傾けるとともに、 第二の副偏向ガルバノミラー 5 bで、 レーザビーム 2 6 bが F ( レンズ 1 0の中心軸上で F Θレンズ 1 0の前焦点位置に相当 する位置を通過するように戻す。 これにより、 レ一ザビーム 2 6 bは、 レンズ 1 0の中心軸上で レンズ 1 0の前焦点位置に相当する位 置に設置された主偏向ガルバノミラ一 7の有効範囲内を通過することに 'なる。
第 7図は、 この実施形態の各光学部品の位置関係を示す概略図であり、 図中、 実線で表される光束は絞り 1 5、 主偏向ガルバノミラー 8を構成 する 2枚のガルバノミラ一間における光軸方向の中心位置、 F 0レンズ 1 0を通って被加工物 9上に到達するで示されたレーザビーム 2 6 aで ある。 一方、 レーザビーム 2 6 bは、 第二の副偏向ガルバノスキャナ 6 bにより、 レーザビーム 2 6 bが F 0レンズ 1 0の中心軸上の： F 0レン ズ 1 0の前焦点位置に相当する位置を通過するので、 主偏向ガルバノミ ラー 8にオフセットなく照射される。 これは第 7図中で点線で表される 光束のように、 絞り 1 5の位置が光軸方向に対して直角に移動したのと 同等である。
このような光路系が構成されるため、 この実施の形態の装置では、 主 偏向ガルバノミラーの有効径を決定する上で、 副偏向ガルバノスキャナ によりレーザビームが振られることを考慮する必要がなく、 微細径を保 持したまま副偏向ガルバノスキャナと主偏向ガルバノスキャナにより同 時にビーム照射可能な範囲が広がり、 加工速度が向上する。 ただし、 微 細穴加工を行うために開口数 N A > 0 . 0 8となるようにガルバノミラ —有効径以外の要素 （例えば F 0レンズと被加工物との距離） について は考慮する必要がある。
また、 この実施の形態の装置で被加工物へ照射した場合は、 実施の形 態 2で第 5図に示したものと同じように、 レーザビーム 2 6 aとレーザ ビーム 2 6 bとが二個所同時に照射される。 また、 一個所だけ照射する 場合は、 第一の副偏向ガルバノスキャナ 6 aによりレーザビーム 2 6 b をビームアブソ一バ 2 2に吸収させる。
さらに、 実施の形態 2及び実施の形態 3において、 副偏向ガルバノス キヤナはそれぞれ 2個のガルバノミラーを用いているが、 それぞれ 1個 のガルバノミラーとする構成でもよい。 この場合、 被加工物 9上で X Y 平面内の 1方向だけの走査となるが、 加工穴の配置によっては有効であ るとともに、 ガルバノミラーの数が少なくなることで装置構成が簡略に なる。
なお、 以上の実施形態ではレーザ加工装置を微細穴加工に適用する場 合について説明したが、 その他のレーザ加工にも適用できることは言う までもない。
実施の形態 4 .
第 8図は、 この発明の実施の形態 4におけるレーザ加工装置の概略図 である。 なお、 この実施の形態では、 実施の形態 1及び実施の形態 2と 同じ名称の構成については同じ付番を記す。
図中、 レーザ加工装置 1は、 レーザ発振器 3 (図示せず） から発射さ れた円偏光のレ一ザビーム 2 7を被加工物 9上で任意のビームスポヅ ト 径に設定するための絞り 1 5と、 この絞り 1 5を通過したレーザビーム 2 7をレ一ザビーム 2 7 aとレーザビーム 2 7 bとに分光するための分 光用偏向ビ一ムスプリヅ夕 2 8と、 分光用偏向ビ一ムスプリヅ夕 2 8に 対して P偏光であるレーザビーム 2 7 aを合成用偏光ビームスプリヅ夕 2 9に対して、 S偏光となるように組み合わされたベンドミラ一 4と、 光路に沿って順に配置され可動することで分光用偏向ビ一ムスプリッ夕 2 8で分光されたレ一ザビーム 2 7 bを小角度偏向する副偏向ガルバノ ミラ一 5を有する副偏向ガルバノスキャナ 6と、 S偏光となったレ一ザ ビーム 2 7 aと副偏向ガルバノミラ一 5からのレーザビーム 2 7 bとを 合成する合成用偏光ビ一ムスプリッ夕 2 9と、 合成用偏光ビ一ムスプリ ヅ夕 2 9からのレ一ザビーム 2 7 a、 2 7 bを大角度偏向させる主偏向 ガルバノミラ一 7を有する主偏向ガルバノスキャナ 8と、 レーザビーム 2 7 a , 2 7 bを被加工物 9上に集光する F 0レンズ 1 0と、 被加工物 9を上面に固定して X Y平面上を駆動する X Yステージ' 1 1 (図示せ ず） とを有する。 なお、 副偏向ガルバノスキャナ 6は、 合成用偏向ビー ムスプリヅ夕 2 9の外にもレーザビーム 2 7 bを導くことができるため、 このような場合にレ一ザビーム 2 7 bを受け吸収するビームァプソ一バ 2 2が設けられている。
なお、 レーザビーム 2 7 bの光路の向きを変更する場合もベンドミラ —4が用いられる。 また、 第 8図上では表示を省略しているが、 副偏向 ガルバノミラー 5、 副偏向ガルバノスキャナ 6生偏向ガルバノミラー 7、 及び主偏向ガルバノスキャナ 8は実施の形態 1と同様に X Y平面上のど の位置にもレ一ザビーム照射可能なようにするために X方向に駆動する ミラ一とスキャナと Y方向に駆動するミラ一とスキャナとから構成され ている。
次に、 この発明の実施形態 4における動作について説明する。
円偏光であるレ一ザビーム 2 7は、 分光用偏光ビ一ムスプリヅ夕 2 8 により強度比 1 ： 1のレーザビ一ム 2 7 a、 2 7 bに分光され、 レーザ ビーム 2 7 aの偏光方向をベンドミラー 4で変更し合成用偏光ビームス プリッ夕 2 9に対して S偏光とする。
このようにして、 合成用偏光ビームスプリヅ夕 2 9に対して S偏光と なったレーザビーム 2 7 aは合成用偏光ビームスプリヅ夕 2 9から、 主 偏向ガルバノスキャナ 8へ入射し、 被加工物 9上への照射位置が決定さ れる。 一方、 分光用偏光ビームスプリツ夕 2 8で分光されたレーザビ一 ム 2 7 bは副偏向ガルバノスキャナ 6へ入射し、 さらに、 合成用偏光ビ —ムスプリッ夕 2 9から主偏向ガルバノスキャナ 8にレーザビーム 2 7 aとは異なる位置に入射する。 従って、 レーザビーム 2 7 aの被加工物 9上への照射位置に対するレーザビーム 2 7 bの被加工物 9への相対的 な照射位置は、 副偏向ガルバノスキャナ 6により決定される。
なお、 この実施形態の各光学部品の位置関係は、 第 3図と同様に表せ る。 すなわち、 第 3図中の点線が副偏向ガルバノスキャナ 6で偏向され るレーザビーム 2 7 bの光束に相当する。
また、 以上の実施の形態 2〜4までのレーザ加工装置で、 分光した第 一のレーザビームと第二のレーザビームの伝播する光路長を同距離とす れば、 被加工物上で同じ穴径の加工が可能であることはいうまでもない。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明に係るレーザ加工装置は、 被加工物にレーザビ ームを照射することで加工を行なう装置として有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 第一のレ一ザビームの進行方向を任意の方向にミラーによって偏向 する第一のスキャナと、
第二のレーザビームと前記第一のスキャナを通過した前記第一のレーザ ビームの進行方向を任意の方向にミラ一によって偏向する第二のスキヤ ナと、
前記第二のスキャナを通過した前記第二のレーザビームと前記第一のレ —ザビームとを集光するレンズとを有することを特徴とするレーザ加工 装置。
2 . 第一のレーザビームと第二のレーザビームとは偏光方向が異なり、 一方のレ一ザビームを反射し他方のレ一ザビームを透過するビ一ムスプ リヅ夕を第二のスキャナ手前に有し、 前記ビームスプリヅ夕からのレ一 ザビームを前記第二のスキャナに伝播する構成であることを特徴とする 請求の範囲第 1項記載のレーザ加工装置。
3 . 発振器と、
前記発振器から発振された直線偏光のレーザビームを第一のレーザビ一 ムと第二のレーザビームとに分光する回折光学素子と、
前記第二のレーザビームの偏光方向を変更する位相板とを有することを 特徴とする請求の範囲第 2項記載のレーザ加工装置。
4 . 発振器と、
前記発振器から発振された円偏光のレーザビームをそれぞれ異なる偏光 方向を有する第一のレーザビームと第二のレーザビームとに分光する分 光用ビームスプリツ夕とを有することを特徴とする請求の範囲第 2項記 載のレーザ加工装置。
5 . 回折光学素子手前に絞りを設け、 レンズ後に設ける被加工物との間 で像転写光学系を形成可能であることを特徴とする請求の範囲第 3項記 載のレーザ加工装置。
6 . 分光用ビ一ムスプリッ夕手前に絞りを設け、 レンズ後に設ける被加 ェ物との間で像転写光学系を形成可能であることを特徴とする請求の範 囲第 4項記載のレーザ加工装置。
7 . 回折光学素子からレンズまでの第一のレーザビームが伝播する距離 と、
前記回折光学素子から前記レンズまでの第二のレーザビームが伝播する 距離とを略同距離とすることを特徴とする請求の範囲第 5項記載のレ一 ザ加工装置。
8 . 分光用ビ一ムスプリヅ夕からレンズまでの第一のレーザビームが伝 播する距離と、
前記分光用ビームスプリヅ夕から前記レンズまでの第二のレーザビーム が伝播する距離とを略同距離とすることを特徴とする請求の範囲第 6項 記載のレ一ザ加工装置。
9 . 第二のスキャナのミラ一径と、 レンズから被加工物までの距離とか ら求められる開口数を 0 . 0 8以上となるようにすることを特徴とする 請求の範囲第 5項から請求の範囲第 8項いずれか記載のレーザ加工装置。
1 0 . 第一のレーザビームの進行方向を任意の方向にミラーによって偏 向する第一のスキャナと、
第二のレーザビームと前記第一のスキャナを通過した前記第一のレーザ ビームの進行方向を任意の方向にミラーによって偏向する第二のスキヤ ナと、
前記第一のスキャナを通過した前記第一のレーザビームの進行方向を任 意の方向にミラーによって偏向する第三のスキャナと、
前記第二のスキャナを通過した前記第二のレーザビームと前記第三のス キヤナを通過した前記第一のレーザビームとを集光するレンズとを有す ることを特徴とするレーザ加工装置。
1 1 . 第一のスキャナ手前の第一のレーザビームの進行方向上または第 二のスキャナ手前の第二のレ一ザビームの進行方向上の少なくとも一方 に絞りを設け、 レンズ後に設ける被加工物との間で像転写光学系を形成 可能であることを特徴とする請求の範囲第 1 0項記載のレーザ加工装置 c
1 2 . 第二のスキャナのミラ一径と、 レンズから被加工物までの距離と から求められる閧口数を \0 . 0 8以上となるようにすることを特徴とす る請求の範囲第 1 1項記載のレーザ加工装置。
1 3 . レ一ザビームの進行方向を任意の方向にミラ一によって偏向する 第一のスキャナと、
前記第一のスキャナを通過した前記レーザビームの進行方向を任意の方 向にミラ一によって偏向する第二のスキャナと、
前記第二のスキャナを通過した前記レーザビームを集光するレンズとを 有し、
前記第一のスキャナは前記第二のスキャナに比べ前記レーザビームを偏 向する角度が小さく設定されていることを特徴とするレーザ加工装置。
1 4 . 第一のスキャナ手前に絞りを設け、 レンズ後に設けた被加工物と の間で像転写光学系を形成することを特徴とする請求の範囲第 1 3項記 載のレーザ加工装置。
1 5 . 第二のスキャナのミラ一径と、 レンズから被加工物までの距離と から求められる開口数を 0 . 0 8以上となるようにすることを特徴とす る請求の範囲第 1 4項記載のレーザ加工装置。
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