WO2003041904A1 - Appareil d'usinage a faisceau laser - Google Patents

Description

明 細 書 レーザ加工装置 技術分野

この発明は、 プリン卜基板等の被加工物に対して穴あけ加工を主目的 としたレーザ加工機に関するものであり、 その生産性向上を図るもので ある。 背景技術

第 8図は、 従来の一般的な穴あけ用レーザ加工装置を示す概略構成図 である。

図において、 1 はプリン卜基板等の被加工物、 2は被加工物 1 に例えば バイァホール、 スルーホール等の穴あけ加工等を行うためのレーザ光、 3はレーザ光 2を発振するレーザ発振器、 4はレーザ光 2を反射させて 光路を導く複数のミラ一、 5 、 6はレーザ光 2を走査するためのガルバ ノスキャナ、 7はレーザ光 2を被加工物 1上に集光させるための f Θレ ンズ、 8は被加工物 1 を移動させるための X Yステージである。

一般的な穴あけ加工用レーザ加工装置では、 レーザ発振器 3より発振 されたレーザ光 2は、 必要なマスク、 ミラ一 4を経由してガルバノスキ ャナ 5 ， 6に導かれ、 ガルバノスキャナ 5 、 6の振れ角を制御すること により、 f Θレンズ 7を介して被加工物 1の所定位置にレーザ光 2を集 光する。

なお、 f Θレンズ 7を介したガルバノスキャナ 5 、 6の振れ角には、 例 えば 50關 ，四方等の限界があるので、 被加工物 1の所定位置へのレーザ 光 2の集光には.. X Yステージ 8をも制御することによ υ . 広い範囲で の被加工物 1の加工を可能としている。

ここで、 レーザ加工装置の生産性はガルバノスキャナ 5、 6の駆動速 度、 f 0レンズ 7の加工エリアと密接な関係がある。

ガルバノスキャナの駆動速度を向上するためには、 ガルバノスキャナの 回転軸に固定され、 振れ角の制御により駆動するガルバノミラーの質量 を小さくすること、 また、 例えばガルバノスキャナ 5、 6と f 0レンズ 7の距離を変更する等、 光学系の設計変更を実施し、 加工範囲を維持し たままガルバノスキャナの振れ角を小さくすることが有効であるが、 前 述のガルバノミラー-の質量を軽減するために、 ガルバノスキャナのミラ 一径を小さくすると、 マスク通過時、 周辺部分がマスクで遮断され、 径 が一旦小さくなるレーザ光 2は、 マスク通過後は回折によリ径が広がり、 ガルバノスキャナ 5、 6のガルバノミラー到着時は、 ガルバノミラ一よ リ大きくなリ、 レーザ光 2はガルバノミラ一からこぼれる部分が発生し、 マスクの像を正確に被加工物 1上に転写できなくなり、 微細穴加工を行 うことができなくなる。

また、 加工範囲を維持したままガルバノスキャナの振れ角を小さくする ことは、 f Θレンズとガルバノスキャナの位置関係を変更する等の光学 的設計変更を実施することで可能となるが、 設計に最も時間を要し、 非 常に高価な f Θレンズの仕様や光学系全体の設計変更が必要になり、 シ ングルビームでの安価で容易な生産性向上は困難であった。 前記方式の生産性向上を目的としたレーザ加工装置として、 例えば特 開平 1 1 — 3 1 4 1 8 8号公報が開示されている。

第 9図は、 特開平 1 1 — 3 1 4 1 8 8号公報に示されるレーザ加工装置 の概略構成図である。

図において、' 9は被加工物、 1 0はマスク、 1 1 はレーザ光を分光する ための八一フミラ一、 1 2はダイクロイツクミラー、 1 3 aはハーフミ ラーを反射したレーザ光、 1 3 bはハーフミラーを透過しダイクロイツ クミラーで反射したレーザ光、 1 4、 1 5はミラー、 1 6はレーザ光 1 3 a、 1 3 bを被加工物 9上に集光させるための f Θレンズ、 1 7、 1 8はレーザ光 1 3 a を加工エリア A 1 に導くためのガルバノスキャナ、 1 9、 2 0はレーザ光 1 3 bを加工エリア A 2に導くためのガルバノス キヤナ、 2 1 は被加工物の各部を加工エリア A 1 または A 2に移動させ るための X丫ステージである。

第 9図で示されるレーザ加工装置は、 マスク 1 0を通過したレーザ光 をハーフミラ一 1 1 を経由させて複数に分光し、 分光したレーザ光 1 3 a、 1 3 b をそれぞれ f 0レンズ 1 6の入射側に配置した複数のガルバ ノスキャナ系に導き、 該複数のガルバノスキャナ系により走査すること により、 分割設定された加工エリア A 1 、 A 2に照射することを可能と している。

なお、 分光したレーザ光 1 3 aは第 1 のガルバノスキャナ系 1 7、 1 8 を経由して f 0レンズ 1 6の半分の領域に導入する。

また分光した他方のレーザ光 1 3 b は第 2のガルバノスキャナ系 1 9、 2 0を経由して f 0レンズ 1 6の残り半分の領域に導入させ、 第 1、 第 2のガルバノスキャナ系は f 0レンズ 1 6の中心軸に関して対称に配 置することにより、 f 0レンズ 1 6を 1 Z 2ずつ同時利用し生産性向上 を可能にしている。 しかしながら特開平 1 1 一 3 1 4 1 8 8号公報に開示される装置で は、 ハ一フミラ一 1 1 を経由させて複数に分光したレーザ光をそれぞれ 第 1のガルバノスキャナ系 1 7、 1 8と第 2のガルバノスキャナ系 1 9 , 2 0で走査し、 分割設定された加工エリア A 1 、 A 2に照射する構成を とっているため、 ハーフミラ一 1 1 により分光したレーザ光 1 3 a、 1 3 bの間にはハーフミラ一 1 1 を反射と透過することの違いによる加 ェ穴の品質にばらつきが生じ易い。

例えば、 分光したレーザ光 1 3 aと 1 3 bの間にエネルギ差が生じた場 合、 被加工物 9に加工される加工穴には穴径ゃ穴深さ等の違いが生じ易 いため、 穴径等のばらつきを厳密に要求される加工を満足することがで きない可能性がある。

ここで、 レーザ光 1 3 &ょリ 1 3 bのエネルギが高いとき、 レーザ光 1 3 bの光路中に光学アツテネ一夕等の高価な光学部品をさらに追加し、 レーザ光 1 3 bのエネルギが小さくなるよう調整する必要があるが、 光 学アツテネ一夕等の光学部品は、 一定の割合のエネルギを取り除く仕様 で製作する必要があり、 例えば 5 %のエネルギを取り除く仕様と 3 %の エネルギを取り除く仕様が必要な場合は 2種類の光学ァッテネー夕を 製作するといつたように、 数種類の仕様で光学アツテネ一夕を準備し、 エネルギ差の調整を実施する毎に交換する必要もあった。

また、 象 9図に示す光路構成では、 分光したレーザ光 1 3 a、 1 3 b のマスク 1 0通過後被加工物 9に照射されるまでの光路長が異なり、 被 加工物 9上での厳密なビ一ムスポッ 卜径も異なったものになってしま うという問題もあった。

さらに、 f 0レンズ 1 6を等分割し、 分割設定された加工エリアを A 1 、 A 2を同時加工するため、 加工エリア A 1 、 A 2の加工穴数に大き な違いがある時、 またワークの端部分等加工エリア A 1 、 A 2の内どち らかに加工対象穴がない時等は生産性の向上が見込めない。 発明の開示

この発明は、 このような課題を解決するためになされたもので、 分光 したレーザ光のエネルギゃ品質の違いを最小にし、 それぞれの光路長を 同一にすることでビ一ムスポッ卜径も同一にすることができ、 また分光 したレーザ光を同一領域に照射することにより、 より安価に生産性を向 上したレーザ加工装置を提供することを目的としている。 この目的を達成するために、 第 1の観点によれば、 1 つのレーザ光を 第一の偏光手段で 2つのレーザ光に分光し、 一方はミラーを経由し、 他 方は第一のガルバノスキャナで 2軸方向に走査し、 2つのレーザ光を第 二の偏光手段へ導いた後、 第二のガルバノスキャナで走査し、 被加工物 を加工するレーザ加工装置において、 第一の偏光手段で透過したレーザ 光は第二の偏光手段で反射させ、 第一の偏光手段で反射したレーザ光は 第二の偏光手段で透過させるよう光路を構成するものである。

また、 2つの偏光手段の反射面が互いに向き合うように配置し、 分光 したそれぞれのレーザ光の光路長がそれぞれ同一になる光路を形成す るものである。

また、 偏光手段の固定部分に、 分光した 2つレーザ光の軸を含む面に 垂直な軸中心に、 回転機構を備えたものである。

また、 偏光手段を透過するレーザ光の透過率を回転機構の回転によリ 変化させることにより、 上記レーザ光のエネルギバランスを調整するも のである。

分光したレ一ザ光のうち、 任意のレーザ光を取り出すためのレーザ光 選択手段を備えたものである。

また、 レーザ光選択手段として、 レーザ光を分光したそれぞれの光路 に設けられたシャツ夕の開閉を制御し、 任意の光路からのレーザ光を取 り出すものである。

また、 各光路毎のレーザ光のエネルギバランスを検出する検出手段を 備え、 この検出手段により検出された各レーザ光のエネルギバランスが ほぼ均等となるべく調整するものである。

また、 検出手段は、 被加工物が載置される X Yテーブル近傍に設けら れたパワーセンサで構成するものである。

また、 分光したそれぞれのレーザ光の光路長が、 第一の偏光手段と第 二の偏光手段との間でそれぞれ同一になるように形成するものである。 また、 第一のガルバノスキャナが走査する振れ角は、 第二のガルバノ スキャナが走査する振れ角より小さいものである。

また、 第一の偏光手段と第二の偏光手段との間で形成される各光路に おいて、 各レーザ光は同数のミラ一により反射されるものである。

また、 レーザ発振器と第一の偏光手段の間に第三の偏光手段を設け、 該第三の偏光手段により分光した二つのレーザ光をそれぞれ複数の第

—の偏光手段及び第二の偏光手段に導き、 レーザ光を 2 n個に分光する ものである。 図面の簡単な説明

第 1 図は、 この発明の実施の形態によるレーザ加工機の光路構成を概 略的に示した図である。

第 2図は、 この発明の実施の形態によるレーザ加工機の光路構成の内、 偏光ビ一ムスプリッタによるレーザ光の反射、 透過する部分の拡大図及 び構造図である。

第 3図は、 この発明の実施の形態による偏光ビームスプリッ夕におけ るレーザ光の入射角による反射及び透過率の依存性を示した図である。 第 4図は、 ガルバノスキャナの振れ角を自動補正するプログラムのフ 口一チヤ一卜である。

第 5図は、 偏光ビ一ムスプリッ夕の角度を自動調整するプログラムの フローチヤ一卜のである。

第 6図は、 偏光手段を追加し、 4つのレーザ光で加工を実施する場合 のレーザ加工機の実施例の概略構成を示した図である。

第 7図は、 ガルバノスキャナの振れ角を自動補正するプログラムのフ ローチャー卜である。

第 8図は、 従来の一般的な穴あけ用レーザ加工機の概略構成を示した 図である。

第 9図は、 従来の生産性向上を目的とした穴あけ用レーザ加工機の概 略構成を示した図である。 発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1 .

第 1 図は、 この発明の実施形態によるレーザ加工装置を示す概略構成 図である。

図において、 2 2はプリン卜基板等の被加工物、 2 3は被加工物 2 2上 に所望の加工形状、 （例えば円形） を転写するための像を形成するため のマスク、 2 4はレーザ光を反射させて光路を導く複数のミラ一、 2 5 はレーザ光を分光するための第一の偏光手段である第一の偏光ビ一厶 スプリッタ、 2 6 aは第一の偏光ビームスプリッタを反射したレーザ光、 2 6 bは第一の偏光ビームスプリッ夕を透過したレーザ光、 2 7はレー ザ光 2 6 aを透過、 2 6 bを反射させるための第二の偏光手段である第 二の偏光ビー厶スプリツ夕、 2 8はレーザ光 2 6 a、 2 6 bを被加工物 2 2上に集光させるための f Θレンズ、 2 9はレーザ光 2 6 aを 2軸方 向に走査し第二の偏光ビ一ムスプリッ夕に導くための第一のガルバノ スキャナ、 3 0はレ一ザ光2 6 &、 2 6 bを 2軸方向に走査し被加工物 2 2に導くための第二のガルバノスキャナ、 3 1 は被加工物 2 2を移動 させるための X Yステージ、 3 4はレーザ光の光路上に設けられレーザ 光を遮るレーザ光選択手段としてのシャツタ、 3 5は f 0レンズ 2 8か ら出射されるレーザ光のエネルギ測定するパワーセンサ、 3 6はレーザ 光による加工穴等の穴径、 穴位置を測定するための撮像素子である C C Dカメラ、 3 7はガルバノスキャナ振れ角補正用の被加工物である。 第 2図は、偏光ビームスプリッタ 2 5、 2 7におけるレーザ光の反射、 透過部分を示すもので、 3 2は入射光を反射又は透過させるためのウイ ンドウ、 3 3はウィンドウ 3 2で反射した入射光成分を入射光に対して 反射光を 9 0 ° に出射させるためのミラー、 4 1 は偏光ビー厶スプリツ 夕への入射角が変化しても出射角度、 及び位置が変化しない位置を回転 軸として配置したサ一ボモータ、 4 2はサーボモータ 4 1 を固定するす るブラケッ 卜、 4 3は偏光ビームスプリッ夕とサーボモータを連結する ブラケットである。

なお、 偏向ビ一厶スプリツ夕 2 5、 2 7のウィンドウ部分 3 2は、 C O 2レーザの場合、 Z n S eが材料としてよく使用されるが、他の材料 例 えば G e等でも製作は可能である。 '

本発明においては、 発振されたレーザ光を円偏光とし第一の偏光ビー ムスプリッ夕 2 5に導き、 第一の偏光ビ一ムスプリッ夕にて透過する偏 光方向が入射面と平行な P波であるレーザ光 2 6 bと、 反射する偏光方 向が入射面と垂直な S波であるレーザ光 2 6 aに分光される。

なお、 第一の偏光ビ一厶スプリツ夕 2 5へ導くレーザ光は、 円偏光では なく、 P波と S波の偏光方向に対し 4 5 ° の角度をなす直線偏光でも構 わない。

ここで、 円偏光、 直線偏光どちらのレーザ光を第一の偏光ビームスプリ ッ夕に導く場合でも、 レーザ発振器から直線偏光でレーザ光を発振する 必要がある。 レーザ光を円偏光として第一の偏光ビ一ムスプリッタ 2 5に導くため には、 光路中に直線偏光を円偏光に変えるリターダを使用し、 リターダ において入射光と反射光が 9 0 ⁰ をなす角度で入射させる必要があり、 また、 リタ一ダに入射するレーザ光の偏光方向は入射光軸と反射光軸を 2辺とする平面とリタ一ダの反射面の交点に対し 4 5 ° の角度で入射 させる必要があるが、 円偏光のレーザ光は P波、 S波の偏光方向を均一 に含んでおり、 第一の偏光ビームスプリッタ 2 5に導くときの偏光方向 の制限がないため、 光路設計の自由度が高い。

一方、 直線偏光を使用する場合、 前述の通り第一の偏光ビームスプリツ 夕で分光される P波と S波の偏光方向に対し 4 5 ° の角度をなす直線 偏光としてレーザ光を第一の偏光ビームスプリッタ 2 5に導く必要が あり光路設計に制約はあるが、 リ夕一ダとリターダに入射するレーザ光 の偏光方向、 及び光軸角度の調整機構、 及び調整が不要となり、 光路を 簡易化することでコスト面に貢献することが可能になる。 第一の偏光ビ一ムスプリッ夕 2 5を透過したレーザ光 2 6 bは、 ベン ドミラー 2 4を経由して、 第二の偏光ビ一ムスプリッタ 2 7に導かれる 一方、 第一のビームスプリッ夕 2 5で反射したレーザ光 2 6 aは、 第一 ガルバノスキャナ 2 9により 2軸方向に走査された後、 第二の偏光ビー 厶スプリツ夕 2 7に導かれる。

その後、 レーザ光 2 6 a、 2 6 bは第二のガルバノスキャナ 3 0により 2軸方向に走査された後、 f Θレンズ 2 8により被加工物 2 2上に照射 する。

このとき第一のガルバノスキャナ 2 9を走査することにより、 レーザ光 2 6 aは被加工物 2 2上においてレーザ光 2 6 bと同一位置に照射す ることが可能である。 また、 あらかじめ設定された範囲内でレーザ光 2 6 bに対して任意の位 置に、 例えば、 ガルバノスキャナ 2 9を走査することによりレーザ光 2 6 aをレーザ光 2 6 bを中心にビー厶スプリツ夕のウィンドウ 3 2の 特性を考慮して、 4 m m角の範囲内を走査することにより、 第二のガル バノスキャナ 3 0を介して、 被加工物 2 2上の任意の異なる 2点にレー ザ光を照射することを可能にしている。

第一の偏光ビームスプリッ夕 2 5を反射したレーザ光 2 6 aは、 第二 の偏光ビ一ムスプリッ夕 2 7を透過、 第一の偏光ビ一ムスプリッタ 2 5 を透過したレーザ光 2 6 bは、 第二の偏光ビ一ムスプリッタ 2 7を反射 するよう構成されている。

そのため、 分光した 2つのレーザ光はそれぞれ反射と透過両方の過程を 経ているため、 反射と透過の違いによるレーザ光の品質のばらつきゃェ ネルギバランスの崩れを相殺することを可能にしている。

例えば、 偏光ビームスプリッタにおけるレーザ光の入射角が理想のプリ ュ一スター角近傍では、 偏光ビ一厶スプリツ夕での反射及び透過率は図 3のようになる。

なお、 第 3図の縦軸は、 入射されるレーザ光が完全に 2分割された場合 の反射率、 透過率を 1 0 0 %として記述しており、 例えば反射率が Ί 0 0 %の場合、 入射光に対する反射光の割合は 5 0 %となる。

2つの偏光ビ一ムスプリッ夕に対してレーザ光の入射角がプリユース 夕一角に対してそれぞれ誤差一 2 ° の場合、 1 つの偏光ビームスプリツ 夕当たり、 レーザ光の反射率が 9 9 %、 透過率が 9 7 %となり、 反射ま たは透過の過程を 2回経て得られる 2つのレーザ光のエネルギは 9 8 %と 9 4 %となり 4 %のエネルギ差が生じてしまうが、 反射と透 i¾両 方の過程を 1 回ずつ経て得られるレーザ光のエネルギはどちらも 9 6 %となり、 前述のような光路を構成することで、 このような特性を相 殺することを可能にしている。

また、 2つの偏光ビームスプリッタは同一のものを使用することで、 前 記の相殺効果を容易にするとともに、 コス卜面にも貢献している。

2つの偏光ビームスプリッ夕を第 1 図に示すように配置したことに より、 第一の偏光ビ一ムスプリッタ 2 5〜第二の偏光ビー厶スプリツ夕 2 7間のレーザ光 2 6 aと 2 6 bの光路長を同一としているため、 分光 した 2つのレーザ光のビームスポッ卜径を同一にすることができる。 例えば、 本発明の実施の形態では光路を X、 Υ、 Ζ方向に分解してもそ れぞれ同一光路長なるため、 光路構成要素を大小設計変更しても光路を X、 丫、 Ζ方向に伸縮することが可能でレーザ光 2 6 aと 2 6 bの光路 長は同一まま保つことを可能にしている。

また、 第 2図に示すように、 偏光ビームスプリッ夕は入射光に対して反 射光が 9 0 ° に出射するようにミラ一 3 3を一体化している。

偏光ビ一厶スプリツ夕の固定部分は、 第 2図に示すように、 分光した 2つレーザ光 2 6 aと 2 6 bの軸を含む面に垂直な軸中心に回転機構 を備えた構造とし、 分光した 2つのレーザ光 2 6 aと 2 6 bの間にエネ ルギ差が生じた場合には、 第 3図に示すレーザ光の入射角に対する反射. 率及び透過率の依存性を利用することでエネルギ差の調整を可能とし ており、 光学アツテネ一夕等の他の光学部品を必要とせず安価な方法で、 2つ偏光ビ一ムスプリッ夕を経た後の 2つのレーザ光 2 6 aと 2 6 b のエネルギバランスの精度をより高めることを可能にしている。

また、 回転軸の位置は偏光ビ一ムスプリッ夕への入射角が変化しても出 射位置が変化しない位置とし、 偏光ビ一ムスプリッ夕を回転させエネル ギバランスを調整しても、 その後の光路の角度や位置の変化を最小にす るよう工夫されている。

例えば、 第 2図における回転軸をウインドウ 3 2とミラー 3 3の交点に 配置した場合、 偏光ビームスプリッ夕を ± 5 ° 回転した時、 ウィンドウ 3 2に対するレーザ光の入射角度が大きくなることに対し、 ミラー 3 3 への入射角度が小さくなり、 ウィンドウ 3 2に対するレーザ光の入射角 度が小さくなることに対し、 ミラー 3 3への入射角度が大きくなり、 角 度の誤差を相殺することで偏光ビームスプリッ夕への入射光に対する 出射角度は誤差無しの 9 0 ° 、 また出射位置の変化量は無く、 この効果 は偏光ビー厶スプリツ夕のウィンドウ 3 2またはミラー 3 3のどちら を入射側としても同様の効果を得ることが可能となる。

第 3図による偏光ビームスプリッ夕での反射及び透過率と入射角の 関係とこの効果により、 第一の偏光ビー厶スプリツ夕 2 5を反射したレ 一ザ光 2 6 aのエネルギが高い場合は、 第二の偏光ビームスプリッ夕 2 7を回転させレーザ光 2 6 aの透過率を調整することでエネルギを低 くすることができ、 また、 第一の偏光ビー厶スプリツ夕 2 5を透過した レーザ光 2 6 bのエネルギが高い場合は、 第一の偏光ビームスプリッタ 2 5を回転させレーザ光 2 6 bの透過率を調整することでエネルギを 低くすることができ、 その後の光路調整は不要となるためメンテナンス 時間の短縮を計ることができる。 次に、 レーザ光のエネルギバランスを調整するため、 偏光ビームスプ リッ夕の角度を自動調整する際のフローを第 4図を用いて説明する。 まず、 X Yステージ 3 1 に固定されたパワーセンサ一 3 5の受光部が f 0レンズ 2 8から出射されるレーザ光を受光できる位置にパワーセ ンサ一 3 5を移動する （ステップ S 1 ) 。

その後、 第一のシャツ夕一 3 4 aを開け、 第二のシャツ夕一 3 4 bは 閉じて （ステップ S 2 ) 、 図示していないレ一ザ発振器からレーザ光が 出射され、 レーザ光 2 6 aのエネルギがパワーセンサー 3 5で測定され る （ステップ S 3 ) 。

エネルギ測定後、 一旦レーザ光の発振は停止し、 第一のシャッター 3 4 aを閉じ、 第二のシャツ夕一 3 4 bを開く （ステップ S 4 ) 。

再びレーザ光を出射することで、 レーザ光 2 6 bのエネルギがパワー センサ一 3 5で測定される （ステップ S 5 ) 。

制御装置において測定した 2つのレーザ光 2 6 a、 2 6 bのエネルギ 差が計算され （ステップ S 6 ) 、 許容値内であれば調整は終了するが、 許容値を外れている場合は、 第一の偏光ビ一ムスプリッタ 2 5と第二の 偏光ビームスプリッ夕 2 7を回転させ、 それぞれの偏光ビームスプリッ 夕の透過率を調整し （ステップ S 9 ) 、 再度 2つのレーザ光のエネルギ を測定し、 許容値内になるまで繰り返し調整を行う。

また、 あらかじめ設定された偏光ビームスプリッ夕の回転角度範囲内、 例えば土 5 ° の範囲内でエネルギ差の許容値をできるか否かを判断し (ステップ S 8 ) 、 満足できない場合は、 レーザ発振器から円偏光のレ 一ザ光が導かれた場合には円偏光率の低下、 直線偏光のレーザ光が導か れた場合には、 第一の偏光ビームスプリッタ 2 5の透過、 反射の偏光方 向に対して 4 5 ° の角度で導かれている偏光方向の角度ずれ等、 装置の メンテナンスが必要な状態であると判断し、 プログラムを終了し図示さ れていない操作画面にプログラムが正常終了しなかったこと、 メンテナ ンスを促す内容のメッセージを表示する。

このような偏光ビームスプリッ夕の角度の自動調整は定期的に、 例え ば段取り時や、 装置の立ち上げ時等に実施することで、 レーザ光のエネ ルギバランスは常により高い精度を維持することができ、 作業者の熟練 度も不要となるため安定した加工を実施することができる。 次に、 加工位置精度を維持、 向上するため.. ガルバノスキャナの振れ 角の自動補正を実施する際のフローを第 5図を用いて説明する。

まず、 X Yステージ 3 1上のあらかじめ設置された補正用の被加工物 3 7 (例えばアクリル板） を f 0レンズ 2 8の加工エリア内に移動する。 第二のシャッター 3 4 bを開き、 第一のシャッター 3 4 aを閉じ （ステ ップ S 1 1 ) 、 レーザ光 2 6 bのみを第二のガルバノスキャナ 3 0によ り走査し、 被加工物にあらかじめ設定された範囲、 例えば 5 0 m m角四 方の範囲に第二のガルバノスキャナ 3 0の振れ角補正前の加工を実施 する （ステツプ S 1 2 ) 。

加工実施後、 X Yステージ 3 1 を駆動することにより C C Dカメラ 3 6で加工穴の位置精度を測定する （ステップ S 1 3 ) 。

測定結果を基準位置と比較することにより、 図示しない制御装置におい て第二のガルバノスキャナ 3 0の振れ角の補正値が算出される （ステツ プ S 1 4 ) 。

その後、 X Yステージ 3 1 を駆動することで、 再び補正用の被加工物 3 7を f 0レンズ 2 8の加工エリア内に移動し、 被加工物 3 7に第二の ガルバノスキャナ 3 0の振れ角補正後の加工を実施する （ステップ S 1

5 ) 。

加工実施後、 X Yステージ 3 1 を駆動することにより C C Dカメラ 3 6で加工穴の位置精度を測定し （ステップ S 1 6 ) 、 予め設定された許 容値と比較し （ステップ S 1 7 ) 、 許容値を外れている場合は装置の異 常、 または使用方法に誤りがある可能性があることを才ペレ一夕に認識 させるためプログラムが終了し、 図示しない操作画面等にプログラムが 正常終了しなかった内容のメッセージを表示する。

—方、 許容値内であれば第二のガルバノスキャナ 3 0の振れ角の補正は 終了し、 第一のガルバノスキャナ 2 9の振れ角補正に移る。

第一のガルバノスキャナ 2 9の振れ角補正においては、 第一のシャツ ター 3 4 aを開き、 第二のシャッター 3 4 bを閉じる （ステップ S 1 8 ) ことで、 レーザ光 2 6 aのみを第一のガルバノスキャナ 2 9、 第二 のガルバノスキャナ 3 0により走査し、 第二のガルバノスキャナ 3 0振 り角補正実施時と同様の範囲に第一のガルバノスキャナ 2 9の振れ角 補正前の加工を実施する （ステップ S 1 9 ) 。

例えば、 第一のガルバノスキャナ 2 9はレーザ光 2 6 aをレーザ光 2 6 bを中心とした 4 m m角四方の範囲に走査するように制御し、 第二のガ ルバノスキャナ 3 0はレーザ光 2 6 aを 4 6 m m角四方の範囲に走査 するように制御することで、 第一及び第二のガルバノスキャナ 2 9 , 3 0を介したレーザ光 2 6 aは、 5 0 m m角四方の範囲に加工を実施する ことができる。

加工実施後、 X Yステージ 3 1を駆動することにより C C Dカメラ 3 6で加工穴の位置精度を測定する （ステップ S 2 0 ) 。

測定結果を基準位置と比較することにより、 制御装置において第一の ガルバノスキャナ 2 9の振れ角の補正値が算出される （ステップ S 2 1 ) ₀ '

その後、 X Yステージ 3 1 を駆動することで、 再び補正用の被加工物 3 7を f Sレンズ 2 8の加工エリア内に移動し、 被加工物 3 7に第一の ガルバノスキャナ 2 9の振れ角補正後の加工を実施する （ステップ S 2 2 )

加工実施後、 X Yステージ 3 1 を駆動することにより C C Dカメラ 3 6で加工穴の位置精度を測定し、 許容値を外れている場合は第二のガル バノスキャナ 3 0の振れ角補正時同様に装置の異常、 または使用方法に 誤りがある可能性があることをオペレータに認識させるためプロダラ 厶が終了し、 操作画面にプログラムが正常終了しなかった内容のメッセ 一ン¾表示する。 一方、 許容値内であれば第一のガルバノスキャナ 2 9の振れ角の補正は 終了する。

このようなガルバノスキャナの振れ角の自動補正はある条件を満た したとき、 例えば、 ガルバノスキャナ本体または、 周囲の温度をモニタ 一し、 一定の温度変化が生じたとき、 または、 一定の経過時間に達した ときに実施するように制御することで、 常に安定した位置精度で加工を 実施することができる。 本実施の形態では、 円偏光のレーザ光を偏光ビ一ムスプリッ夕に導き 分光する手段を用いているが、 実施の形態で示していないレーザ発振器 から偏光ビームスプリッ夕において互いに直交する反射、 透過の偏光方 向に対して 4 5 ° の角度で直線偏光を発振し、 導くことで、 同様の効果 を得ることが可能である。 実施の形態 2 .

また、 偏光ビー厶スプリツ夕で分光後、 再度円偏光にするか反射、 透 過の偏光方向に対し 4 5 ° の角度で偏光ビームスプリッ夕へ入射する ことにより、分割を繰り返すことが可能で、 2つのビームだけではなく、 2 πのレーザ光で加工を実施することも可能である。

第 6図は、 第三の偏光手段を追加し、 4つのレーザ光で加 Iを実施す る場合のレーザ加工装置の実施例を示す概略構成図である。

第 6図における構成では、 図示していないレーザ発振器から、 円偏光ま たは直線偏光のレーザ光を導き、 第三の偏光ビームスプリッ夕 3 8でレ —ザ光を分光し、 第三の偏光ビームスプリッ夕 3 8を透過したレーザ光 2 6の偏光方向、 反射したレ一サ光 3 9の偏光方向がそれぞれ、 第一の 偏光ビー厶スプリツ夕 2 5、 2 5 Aにおける反射、 透過の偏光方向に対 して 4 5 ° の角度で入射するよう光路を導くことで、 レーザ光 2 6をレ —ザ光 2 6 a、 2 6 bに、 レーザ光 3 9をレーザ光 3 9 a、 3 9 bに分 光している。

第一の偏向ビームスプリッタ 2 5、 2 5 A以降の光路については第 1 図 に示すこの発明の実施形態と同様の構成により、 被加工物に 4つのレー ザ光を照射して、 加工を行うことを可能にしている。

なお、 第三の変更ビームスプリッタ 3 8で分光された後、 被加工物に照 射されるまでの光路長は、 全て同一長にすることにより、 分光した 4つ のレーザ光のビームスポッ卜径を同一にすることができる。

ビー厶スプリツ夕の調整に関しては、 第 7図に示すように、 まず、 第 一及び第二のシャッター 3 4 a、 3 4 bのみを開けた場合のレーザ光 2 6 ( 2 6 aと 2 6 bの和） のエネルギと、 第三及び第四のシャッター 3 4 c、 3 4 dのみを開けた場合のレーザ光 3 9 ( 3 9 aと 3 9 bの和） のエネルギとを比較して、 第三の偏光ビー厶スプリツ夕 3 8を回転させ、 レーザ光の入射角度を変化させることで、 偏光ビ一ムスプリッタ 3 8を 透過したレーザ光 2 6、 反射したレーザ光 3 9のエネルギが等しくなる よう調整を行う （ステップ S 3 1 ) 。

その後、 第一のシャッター 3 4 aのみを開けた場合のレーザ光 2 6 a のエネルギと、 第二のシャツ夕一 3 4 bのみを開けた場合のレーザ光 2 6 bのエネルギとを比較して、 第一の偏光ビ一ムスプリッ夕 2 5と第二 の偏光ビ一ムスプリッ夕 2 7を回転させ、 レーザ光 2 6のエネルギをレ 一ザ光 2 6 a、 2 6 bに等分するよう調整を行う （ステップ S 3 2 ) 。 最後に、 第三のシャツ夕一 3 4 cのみを開けた場合のレーザ光 3 9 a のエネルギと、 第四のシャツ夕一 3 4 dのみを開けた場合のレーザ光 3 9 bのエネルギとを比較して、 第一の偏光ビームスプリッ夕 2 5 Aと第 二の偏光ビームスプリッ夕 2 7 Aを回転させ、 同様にレーザ光 3 9のェ ネルギをレーザ光 3 9 a、 3 9 bに等分するよう調整を行う （ステップ S 3 3 ) 。

以上の調整により、 被加工物 3 4に導く 4つのレーザ光のエネルギバ ランスをより高めることを可能にしている。

ガルバノスキャナの振れ角の自動補正に関しては、 シャッター 3 4の いずれか一つのみ開く状態としてそれぞれのレーザ光 2 6 a、 2 6 b、 3 9 a , 3 9 bで基準位置とのずれを検出することにより、 各ガルバノ スキャナの振れ角の補正を行う。 以上に述べたように、 この発明によるレーザ加工装置を用いると、 分 光したレーザ光の品質やエネルギの違いを均一化し、 生産性を向上させ ることができる。 また、 分光した 2つのレーザ光の光路長を同一にする ことにより、 2つのレーザ光のビ一ムスポット径を同一にすることがで きる。 また、 偏光手段の固定部分に回転機構を備えたことにより、 より 安価に分光した 2つのレーザ光のエネルギのばらつきを最小にするこ とができる。 といった効果を奏する。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明にかかるレーザ加工装置は、 プリン卜基板等の 被加工物に対して穴あけ加工に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 1 つのレーザ光を第一の偏光手段で 2つのレーザ光に分光し、 一 方はミラ一を経由し、 他方は第一のガルバノスキャナで 2軸方向に走査 し、 2つのレーザ光を第二の偏光手段へ導いた後、 第二のガルバノスキ ャナで走査し、 被加工物を加工するレーザ加工装置において、 第一の偏光手段で透過したレーザ光は第二の偏光手段で反射させ、 第一 の偏光手段で反射したレーザ光は第二の偏光手段で透過させるよう光 路を構成することを特徴とするレーザ加工装置。

2 . 2つの偏光手段の反射面が互いに向き合うように配置し、 分光し たそれぞれのレーザ光の光路長がそれぞれ同一になる光路を形成する ことを特徴とする請求の範囲 1 に記載のレーザ加工装置。

3 . 偏光手段の固定部分に、 分光した 2つレーザ光の軸を含む面に垂 直な軸中心に、 回転機構を備えたことを特徴とする請求の範囲 1 または 2に記載のレーザ加工装置。

4 . 偏光手段を透過するレーザ光の透過率を回転機構の回転により変 化させることにより、 上記レーザ光のエネルギバランスを調整すること を特徴とする請求の範囲 3に記載のレーザ加工装置。

5 . 分光したレ一ザ光のうち、 任意のレーザ光を取り出すためのレー ザ光選択手段を備えたことを特徴とする請求の範囲 1 に記載のレーザ 加工装置。

6 . レーザ光選択手段として、 レーザ光を分光したそれぞれの光路に 設けられたシャツ夕の開閉を制御し、 任意の光路からのレーザ光を取り 出すことを特徴とする請求の範囲 5に記載のレーザ加工装置。

7 . 各光路毎のレーザ光のエネルギバランスを検出する検出手段を備 え、 この検出手段により検出された各レーザ光のエネルギバランスがほ ぼ均等となるべく調整することを特徴とする請求の範囲 5または 6に 記載のレーザ加工装置。

8 . 検出手段は、 被加工物が載置される X Yテーブル近傍に設けられ たパワーセンサで構成することを特徴とする請求の範囲 7に記載のレ , 一ザ加工装置。

9 . 分光したそれぞれのレーザ光の光路長が、 第一の偏光手段と第二 の偏光手段との間でそれぞれ同一になるように形成することを特徴と する請求の範囲 1 に記載のレーザ加工装置。

1 0 . 第一のガルバノスキャナが走査する振れ角は、 第二のガルバノ スキャナが走査する振れ角より小さいことを特徴とする請求の範囲 1 に記載のレーザ加工装置。

1 1 . 第一の偏光手段と第二の偏光手段との間で形成される各光路に おいて、 各レーザ光は同数のミラ一により反射されることを特徴とする 請求の範囲 1 に記載のレーザ加工装置。

1 2 . レーザ発振器と第一の偏光手段の間に第三の偏光手段を設け, 該第三の偏光手段により分光した二つのレーザ光をそれぞれ複数の第

—の偏光手段及び第二の偏光手段に導き、 レーザ光を 2 n個に分光する ことを特徴とする請求の範囲 1 に記載のレーザ加工装置。