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JP2013126689A - Laser processing apparatus, and laser processing method, and method for manufacturing substrate - Google Patents

Laser processing apparatus, and laser processing method, and method for manufacturing substrate Download PDF

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JP2013126689A
JP2013126689A JP2012250369A JP2012250369A JP2013126689A JP 2013126689 A JP2013126689 A JP 2013126689A JP 2012250369 A JP2012250369 A JP 2012250369A JP 2012250369 A JP2012250369 A JP 2012250369A JP 2013126689 A JP2013126689 A JP 2013126689A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a configuration that can more accurately adjust a position to which a laser beam is applied even if the strength of the laser beam to be applied to a workpiece 11 varies.SOLUTION: A laser beam whose light path is changed by a light modulation device 7 for changing the polarization direction of a penetrating light and a first polarizer 6 is reflected according to the polarization of a laser beam by a second polarizer 61, and is incident into a position sensor 81. This allows the strength of the laser beam incident into the position sensor 81 to be within a strength range set by the position sensor even when the strength of the laser beam varies. In addition, the position sensor 81 can be placed at a position closer to the workpiece 11, thereby limiting the influence of air shimmering, or the like, to the minimum. As a result, a position to which the laser beam is applied is more accurately adjusted.

Description

本発明は、レーザ光を用いて被加工物を加工するレーザ加工装置、レーザ加工方法、及び、レーザ加工工程を有する基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus that processes a workpiece using laser light, a laser processing method, and a substrate manufacturing method including a laser processing step.

穴あけ、切断、溶接などのレーザ光を利用した加工が機械、電子、半導体など多方面の分野で利用されている。これらの加工を行うレーザ加工装置として、レーザ発振器から出力されたレーザ光を電気光学素子と偏光ビームスプリッタを用いて制御し、加工と加工停止を行う技術が提案されている(特許文献1)。   Processing using laser light such as drilling, cutting, and welding is used in various fields such as machinery, electronics, and semiconductors. As a laser processing apparatus that performs these processes, a technique has been proposed in which laser light output from a laser oscillator is controlled using an electro-optic element and a polarization beam splitter to perform processing and stop processing (Patent Document 1).

特許文献1に記載された技術の場合、まず電気光学素子でレーザ光の直線偏光の向きを可変し、P波とS波を選択的に出す。その後、偏光ビームスプリッタにより、主にP波が出射される光路と、主にS波が出射される光路の2つの光路に分岐する。これにより、電気光学素子でP波、もしくはS波を選択することで、偏光ビームスプリッタ後の光路を決定し、加工と加工停止の切り替えを行う。   In the case of the technique described in Patent Document 1, first, the direction of the linearly polarized light of the laser light is changed by an electro-optic element, and P waves and S waves are selectively emitted. Thereafter, the polarization beam splitter branches the optical path into two optical paths, mainly an optical path from which the P wave is emitted and an optical path from which the S wave is mainly emitted. Accordingly, by selecting the P wave or S wave with the electro-optic element, the optical path after the polarization beam splitter is determined, and switching between processing and processing stop is performed.

また、このようなレーザ加工装置は、レーザ光を被加工物に照射し、照射部分が加工される。そのため被加工物への照射位置精度は加工品位に大きく関係し、特に加工位置精度を決める重要要素となる。しかし、レーザ発振器から出射されるレーザ光は、レーザ発振器の温度変化や光路中の空気の揺らぎなどの影響により光軸ずれが生じる。このため、何ら対策を施さないと、照射位置精度が低下する。このようなレーザ光の光軸ずれの対策として、レーザ光の照射位置が目標点からずれないように光軸を自動的に調整する技術が提案されている(特許文献2)。   Moreover, such a laser processing apparatus irradiates a workpiece with laser light, and the irradiated part is processed. Therefore, the irradiation position accuracy on the workpiece is greatly related to the processing quality, and is an important factor that determines the processing position accuracy. However, the optical axis of the laser light emitted from the laser oscillator is shifted due to the influence of the temperature change of the laser oscillator and the fluctuation of the air in the optical path. For this reason, unless any countermeasure is taken, the irradiation position accuracy decreases. As a countermeasure against such an optical axis deviation of the laser beam, a technique for automatically adjusting the optical axis so that the irradiation position of the laser beam does not deviate from the target point has been proposed (Patent Document 2).

特許文献2に記載された技術の場合、レーザ光を一部透過ミラーにより分岐し、分岐したレーザ光を位置センサに入射させている。そして、位置センサの出力信号に基づいて可動ミラーを制御することで光軸を自動調整している。   In the case of the technique described in Patent Document 2, a part of the laser light is branched by a transmission mirror, and the branched laser light is made incident on the position sensor. Then, the optical axis is automatically adjusted by controlling the movable mirror based on the output signal of the position sensor.

特開2004−291010号公報JP 2004-291010 A 特開2002−133730号公報JP 2002-133730 A

上述の特許文献2に記載された技術の場合、反射率や透過率がある一定の一部透過ミラーを用いて位置センサにレーザ光を入射させている。このため、レーザ光の強度が変化すると、そのレーザ光の強度の変化に応じて位置センサに入射するレーザ光の強度も変化してしまう。   In the case of the technique described in Patent Document 2 described above, laser light is incident on the position sensor using a certain partially transmissive mirror having a reflectance and a transmittance. For this reason, when the intensity of the laser light changes, the intensity of the laser light incident on the position sensor also changes in accordance with the change in the intensity of the laser light.

レーザ光を検出するためにはレーザ光の強度が位置センサの定める強度範囲に収まっている必要があるが、レーザ光の強度の変化幅が大きくなると位置センサが定める強度範囲から外れ、レーザ光の位置を正確に検出できない。   In order to detect the laser beam, the intensity of the laser beam needs to be within the intensity range defined by the position sensor. However, if the variation range of the intensity of the laser beam increases, the laser beam deviates from the intensity range defined by the position sensor. The position cannot be detected accurately.

したがって、このような技術を特許文献1に記載されたレーザ加工装置に適用した場合、加工中と非加工中でレーザ光の強度の変化する部分、即ち偏光ビームスプリッタ以降の光路に位置センサを配置できない。一方、加工中と非加工中でレーザ光の強度の変化ない部分、即ち偏光ビームスプリッタ以前であれば位置センサを配置することはできる。但し、偏光ビームスプリッタ以降の光路の空気揺らぎなどによる光軸ずれを調整することはできない。言い換えれば、偏光ビームスプリッタ以降の光路の空気揺らぎなどの影響を受けて、正確な光軸ずれの調整(レーザ光の照射位置の調整)が難しい。   Therefore, when such a technique is applied to the laser processing apparatus described in Patent Document 1, a position sensor is arranged in a portion where the intensity of the laser light changes during processing and non-processing, that is, in the optical path after the polarization beam splitter. Can not. On the other hand, a position sensor can be arranged in a portion where the intensity of the laser beam does not change during processing and non-processing, that is, before the polarization beam splitter. However, it is impossible to adjust the optical axis deviation due to air fluctuations in the optical path after the polarizing beam splitter. In other words, it is difficult to accurately adjust the misalignment of the optical axis (adjustment of the irradiation position of the laser beam) due to the influence of air fluctuations in the optical path after the polarizing beam splitter.

又、レーザ加工に於いては、同じ被加工物内であっても、レーザ光の強度を大きく変更しながら使用する場合がある。例えば、一部に異種の材料が有る場合や、加工形態を大きく変えたい場合などである。こうした場合、レーザ光の強度が大きい方に合せて位置センサの感度を調整すると、強度の小さい方のレーザ光は入力不足となり位置検出が出来なくなる。又、強度の小さい方に合せて調整すると、強度の大きい方は入力過大となり、やはり位置検出が出来ない。   In laser processing, even within the same workpiece, the laser beam intensity may be changed greatly. For example, there are cases where there are different kinds of materials in part, or when it is desired to greatly change the processing form. In such a case, if the sensitivity of the position sensor is adjusted in accordance with the higher intensity of the laser beam, the laser beam with the lower intensity is insufficiently input and the position cannot be detected. Further, if the adjustment is made in accordance with the smaller intensity, the input with the larger intensity becomes excessive, and the position cannot be detected.

本発明は、このような事情に鑑み、被加工物に照射するレーザ光の強度が変化しても、レーザ光の照射位置の調整を、より正確に行える構造を実現すべく発明したものである。   In view of such circumstances, the present invention has been invented to realize a structure that can adjust the irradiation position of laser light more accurately even if the intensity of the laser light irradiated to the workpiece changes. .

本発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を検知する位置センサと、前記位置センサの検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更部材と、前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第1の偏光方向と第2の偏光方向とに切り替える偏光方向切替部材と、レーザ光の経路に関し、前記偏光方向切替部材と前記位置センサとの間に配置され、それぞれが前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第1の分岐部材及び第2の分岐部材と、を備え、前記第1の分岐部材は、レーザ光を、前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として第1の分岐光路に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として第2の分岐光路に、一部を前記第1の分岐光路に、それぞれ分岐し、前記第2の分岐部材は、前記第1の分岐光路に位置し、レーザ光を、前記偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として被加工物側に、一部を前記位置センサ側に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として前記位置センサ側に、それぞれ分岐する、ことを特徴とするレーザ加工装置にある。   The present invention relates to a laser oscillator, a position sensor that detects the position of the laser light emitted by the laser oscillator, and a position that changes the irradiation position of the laser light on the workpiece based on the detection result of the position sensor. A change member, a polarization direction switching member that switches a polarization direction of laser light emitted by the laser oscillator between a first polarization direction and a second polarization direction, a path of laser light, the polarization direction switching member, and the A first branching member and a second branching member that are arranged between the position sensor and branch the laser beam in accordance with the polarization direction switched by the polarization direction switching member, respectively. The branch member is configured so that the laser beam is mainly in the first branch optical path when the polarization direction switched by the polarization direction switching member is the first polarization direction, and the polarization direction is When the polarization direction is two, the laser beam is branched mainly into the second branch optical path, and a part thereof is split into the first branch optical path. The second branch member is located in the first branch optical path, and is a laser. When the polarization direction is the first polarization direction, the light is mainly on the workpiece side, partly on the position sensor side, and mainly when the polarization direction is the second polarization direction. The laser processing apparatus is characterized by branching to the sensor side.

更に、加工中にレーザ光の強度を変えて加工する場合には位置センサの上流に蛍光板を配置すると共に、蛍光板の下流で、第2の分岐部材と位置センサとの間に、レーザ光が当たることで蛍光板が発した蛍光光は透過するが、使用しているレーザ光の波長は遮断するフィルタを配置することを特徴とするレーザ加工装置にある。   Furthermore, when processing with the intensity of the laser beam changed during processing, a fluorescent plate is disposed upstream of the position sensor, and the laser beam strikes between the second branch member and the position sensor downstream of the fluorescent plate. In this laser processing apparatus, a filter that transmits the fluorescent light emitted from the fluorescent plate but blocks the wavelength of the used laser light is provided.

本発明によれば、位置センサで検知するレーザ光は、第1の分岐部材及び第2の分岐部材により分岐されているため、被加工物に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサの定める強度範囲に収めることができる。また、位置センサは、第1の分岐部材及び第2の分岐部材以降のレーザ光を検知するため、空気の揺らぎなどの影響を抑えられる。この結果、レーザ光の照射位置の調整をより正確に行える。   According to the present invention, since the laser beam detected by the position sensor is branched by the first branch member and the second branch member, regardless of the intensity of the laser beam irradiated to the workpiece, the position sensor It is possible to fit within the specified strength range. In addition, since the position sensor detects the laser light after the first branch member and the second branch member, the influence of air fluctuation and the like can be suppressed. As a result, the laser beam irradiation position can be adjusted more accurately.

また、位置センサの上流に蛍光板を配置すると共に、蛍光板の下流で、第2の分岐部材と位置センサとの間に、レーザ光の波長は遮断するフィルタを配置することで、加工中にレーザ光の強度を変更しても位置センサによる位置検出が可能である。   In addition, a fluorescent plate is disposed upstream of the position sensor, and a filter that blocks the wavelength of the laser light is disposed between the second branching member and the position sensor downstream of the fluorescent plate, so that the laser beam is processed during processing. The position can be detected by the position sensor even if the intensity of the sensor is changed.

本発明の第1の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 第1の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。The flowchart of the laser processing process which concerns on 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図。The schematic block diagram of the laser processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。The flowchart of the laser processing process which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present invention. 第3の実施形態に係るレーザ加工工程のフローチャート。The flowchart of the laser processing process which concerns on 3rd Embodiment. インクジェットヘッドの一部を示す断面図。Sectional drawing which shows a part of inkjet head.

<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について、図1及び図2を用いて説明する。本実施形態では、基板の素材となる被加工物11にレーザ光を集光し、被加工物11の一部に加工を行うレーザ加工装置について説明する。なお、本実施形態で製造する基板は、例えば半導体材料基板、ガラス基板、圧電材料基板などである。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the present embodiment, a laser processing apparatus will be described in which laser light is focused on the workpiece 11 serving as a material of the substrate and processing is performed on a part of the workpiece 11. In addition, the board | substrate manufactured by this embodiment is a semiconductor material board | substrate, a glass substrate, a piezoelectric material board | substrate, etc., for example.

本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ発振器4、光変調素子7、第1のポラライザ6、第2のポラライザ61、位置センサ81、可動ミラー91、集光レンズ31、ビームダンパ10、ステージ51、制御装置8を有する。このうちのレーザ発振器4は、YAGレーザ、COレーザ、エキシマレーザなどを用いる。レーザ発振器4からは、次述する光変調素子7に向けて直線偏光のレーザ光21が発振される。 The laser processing apparatus of this embodiment includes a laser oscillator 4, a light modulation element 7, a first polarizer 6, a second polarizer 61, a position sensor 81, a movable mirror 91, a condensing lens 31, a beam damper 10, a stage 51, and a control. It has a device 8. Of these, the laser oscillator 4 uses a YAG laser, a CO 2 laser, an excimer laser, or the like. From the laser oscillator 4, linearly polarized laser light 21 is oscillated toward the light modulation element 7 described below.

光変調素子7は、レーザ発振器4により照射されたレーザ光21の偏光方向を切り替える偏光方向切替部材としての、例えば電気光学素子(EOM)である。この光変調素子7は、後述する制御装置8からの制御信号に応じて、レーザ光21の偏光方向を第2の偏光方向であるP波(P偏光)、若しくは、第1の偏光方向であるS波(S偏光)のレーザ光22に変換する。また光変調素子7はレーザ発振器4のパルス繰返し周波数より早い応答が可能であり、1パルス毎に、制御装置8からの制御信号に応じてレーザ光21の偏光の向きを変えることが出来る。   The light modulation element 7 is, for example, an electro-optic element (EOM) as a polarization direction switching member that switches the polarization direction of the laser light 21 irradiated by the laser oscillator 4. In this light modulation element 7, the polarization direction of the laser light 21 is a P wave (P polarization) which is the second polarization direction or the first polarization direction in accordance with a control signal from the control device 8 which will be described later. Conversion into S-wave (S-polarized) laser light 22 is performed. The light modulation element 7 can respond faster than the pulse repetition frequency of the laser oscillator 4, and can change the polarization direction of the laser light 21 for each pulse in accordance with a control signal from the control device 8.

第1のポラライザ6及び第2のポラライザ61は、レーザ光の経路に関し、光変調素子7と後述する位置センサ81との間に配置される。そして、それぞれが光変調素子7により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第1の分岐部材及び第2の分岐部材である。このような第1のポラライザ6及び第2のポラライザ61は、例えばキューブ型の偏光ビームスプリッタやプレート型の偏光ビームスプリッタなどである。   The first polarizer 6 and the second polarizer 61 are arranged between the light modulation element 7 and a position sensor 81 described later with respect to the path of the laser light. Each of the first branching member and the second branching member branches the laser light according to the polarization direction switched by the light modulation element 7. The first polarizer 6 and the second polarizer 61 are, for example, a cube-type polarization beam splitter, a plate-type polarization beam splitter, or the like.

また、第1のポラライザと第2のポラライザとは、入射されたレーザ光を偏光方向に応じて主として分岐する割合である偏光消光比特性が同一である。本実施形態の場合、第1のポラライザと第2のポラライザとは、それぞれ、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。   Further, the first polarizer and the second polarizer have the same polarization extinction ratio characteristic, which is a ratio of mainly splitting the incident laser light according to the polarization direction. In the case of the present embodiment, the first polarizer and the second polarizer have a P-polarized light transmittance of about 99%, a reflectance of about 1%, an S-polarized light transmittance of about 1%, and a reflectance of about 99%, respectively. Laser light is reflected and transmitted with optical characteristics.

第1の分岐部材である第1のポラライザ6は、レーザ光22の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第1のポラライザ6を透過したレーザ光23と、第1のポラライザで反射したレーザ光24を出す。   The first polarizer 6 that is the first branching member branches the laser light according to the polarization direction of the laser light 22. In other words, the laser beam 23 transmitted through the first polarizer 6 and the laser beam 24 reflected by the first polarizer are emitted.

即ち、第1のポラライザ6は、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子7により切り替えられた偏光方向が第1の偏光方向であるS波の場合に、主として(99%)第1の分岐光路である後述する可動ミラー91側にレーザ光を分岐(反射)する。また、一部(1%)の光は後述するビームダンパ10側に漏れる(透過する)。一方、偏光方向が第2の偏光方向であるP波の場合には、主として(99%)第2の分岐光路であるビームダンパ10側にレーザ光を分岐(透過)し、一部(1%)の光は可動ミラー91側に漏れる(反射する)。   That is, the first polarizer 6 cannot branch all the laser beams, and it is inevitable that a part of the first polarizer 6 leaks. In the present embodiment, when the polarization direction switched by the light modulation element 7 is an S wave having the first polarization direction, the laser light is mainly (99%) on the movable mirror 91 side, which will be described later, which is the first branch optical path. Is branched (reflected). Further, a part (1%) of light leaks (transmits) to the beam damper 10 described later. On the other hand, in the case of a P wave whose polarization direction is the second polarization direction, the laser light is branched (transmitted) mainly to the beam damper 10 side which is the second branch optical path (99%), and partially (1%). Light leaks (reflects) to the movable mirror 91 side.

第2の分岐部材である第2のポラライザ61は、第1の分岐光路に位置し、レーザ光24が入射する。そして、レーザ光22の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25と、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26を出す。   The second polarizer 61, which is the second branch member, is positioned in the first branch optical path, and the laser beam 24 is incident thereon. Then, the laser beam is branched according to the polarization direction of the laser beam 22. In other words, the laser beam 25 transmitted through the second polarizer 61 and the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 are emitted.

即ち、第2のポラライザ61も第1のポラライザ6と同様に、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子7により切り替えられた偏光方向がS波の場合に、主として(99%)被加工物側にレーザ光を分岐(反射)し、一部(1%)の光は位置センサ81側に漏れる(透過する)。一方、偏光方向がP波の場合には、主として(99%)位置センサ側にレーザ光を分岐(透過)し、一部(1%)の光は被加工物11側に漏れる(反射する)。   That is, as with the first polarizer 6, the second polarizer 61 cannot branch all of the laser light, and it is inevitable that some of the laser light leaks. In this embodiment, when the polarization direction switched by the light modulation element 7 is an S wave, the laser light is branched (reflected) mainly to the workpiece side (99%), and a part (1%) of the light is It leaks (transmits) to the position sensor 81 side. On the other hand, when the polarization direction is a P wave, the laser beam is branched (transmitted) mainly to the (99%) position sensor side, and a part (1%) of the light leaks (reflects) to the workpiece 11 side. .

位置センサ81は、レーザ発振器4により照射されたレーザ光の位置を検知する位置センサであり、例えばPSDやNDフィルタ、レンズなどで構成される。そして、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25の位置変動や角度変動を検出する。検出した出力信号は制御装置8に送られ積分等の信号処理が行われレーザ光の位置データとされる。また位置センサ81は、例えば設定したレーザ光の強度に対して±10%の強度範囲まで検出可能である。   The position sensor 81 is a position sensor that detects the position of the laser light emitted by the laser oscillator 4, and is composed of, for example, a PSD, an ND filter, or a lens. Then, a positional variation and an angular variation of the laser light 25 transmitted through the second polarizer 61 are detected. The detected output signal is sent to the control device 8, and signal processing such as integration is performed to obtain position data of the laser beam. The position sensor 81 can detect, for example, an intensity range of ± 10% with respect to the set intensity of the laser beam.

可動ミラー91は、位置センサ81の検知結果に基づいて、被加工物11へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更部材で、本実施形態の場合、1個設けている。可動ミラーを1個設ける場合は、可動ミラーを角度だけではなく位置も変えられるようにしてもよい。可動ミラー91は、例えば誘電体多層膜ミラーや金属蒸着ミラーで、ピエゾ素子やステッピングモータなどにより位置や角度を変え、反射する光の光路を変えてもよい。本実施形態では、可動ミラー91を1個設ける場合について述べるが、複数個配置してもよい。それぞれ角度を変えることにより、レーザ光の照射位置の変更、調整を行える。   The movable mirror 91 is a position changing member that changes the irradiation position of the laser beam to the workpiece 11 based on the detection result of the position sensor 81. In the present embodiment, one movable mirror 91 is provided. When one movable mirror is provided, not only the angle but also the position of the movable mirror may be changed. The movable mirror 91 is, for example, a dielectric multilayer mirror or a metal deposition mirror, and may change the position and angle by a piezo element or a stepping motor to change the optical path of the reflected light. In this embodiment, a case where one movable mirror 91 is provided will be described, but a plurality of movable mirrors 91 may be arranged. By changing the angle, the irradiation position of the laser beam can be changed and adjusted.

また、位置変更部材は、可動ミラー以外に、光の屈折率を変えるものであっても良い。即ち、屈折率を変えることにより光路を変更して、レーザ光の照射位置の変更、調整を行う。このような屈折率を変えるものとしては、例えば電極と電気光学材料(誘電体材料)により構成され、加えられる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子(屈折率変調素子)などを用いる。或いは、レンズを移動させる構成としても良い。即ち、レンズを移動させて光が透過する位置を変えれば、光路を変更することが可能である。   In addition to the movable mirror, the position changing member may change the refractive index of light. That is, the optical path is changed by changing the refractive index, and the irradiation position of the laser beam is changed and adjusted. Such a refractive index can be changed by, for example, an electro-optic element (refractive index modulation) that is composed of an electrode and an electro-optic material (dielectric material), and changes the refractive index of light passing therethrough according to the strength of an applied electric field. Element) or the like. Alternatively, the lens may be moved. That is, the optical path can be changed by moving the lens and changing the position where the light is transmitted.

集光レンズ31は、レーザ光を微小スポットに集光する光学系や、スキャン機構をもった光学系、例えばガルバノスキャナとfθレンズを組合せた光学系などを用いる。ビームダンパ10は第1のポラライザ6によって分岐されたレーザ光の一方を吸収する。ステージ51は被加工物11をX―Y―Z方向に自在に移動させる。   The condensing lens 31 uses an optical system that condenses laser light into a minute spot or an optical system having a scanning mechanism, for example, an optical system that combines a galvano scanner and an fθ lens. The beam damper 10 absorbs one of the laser beams branched by the first polarizer 6. The stage 51 moves the workpiece 11 freely in the XYZ directions.

制御装置8は、レーザ発振器4、ステージ51、光変調素子7、位置センサ81、可動ミラー91を制御する。また、制御装置8は、屈折率を変えることができる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子(屈折率変調素子)を有する光学系の場合、電界の強度の制御も行う。さらに、制御装置8は集光レンズ31がスキャン機構をもった光学系の場合、集光レンズ31のスキャン機構の制御も行う。   The control device 8 controls the laser oscillator 4, the stage 51, the light modulation element 7, the position sensor 81, and the movable mirror 91. The control device 8 controls the strength of the electric field in the case of an optical system having an electro-optic element (refractive index modulation element) that changes the refractive index of light passing therethrough according to the strength of the electric field that can change the refractive index. Also do. Further, the control device 8 also controls the scanning mechanism of the condensing lens 31 when the condensing lens 31 is an optical system having a scanning mechanism.

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図2を参照しつつ説明する。レーザ発振器4からレーザ光21がある一定の繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光21は一定の繰返し周波数でパルス発振されるため励起時間のバラツキを生じず、繰返し周波数を可変した場合よりもレーザ光出力安定性で優れる。レーザ光21は1パルス毎に、制御装置8からの制御信号に応じて光変調素子7により偏光の向きを変えることができ、P偏光もしくはS偏光の光変調素子7を透過後のレーザ光22を選択的に出す(偏光方向切替工程、S11)。   Next, the laser processing step of this embodiment will be described with reference to FIG. The laser beam 21 oscillates at a certain repetition frequency from the laser oscillator 4. Since the laser light 21 is pulse-oscillated at a constant repetition frequency, the excitation time does not vary, and the laser light output stability is superior to the case where the repetition frequency is varied. The direction of polarization of the laser beam 21 can be changed by the light modulation element 7 in accordance with a control signal from the control device 8 for each pulse, and the laser beam 22 after passing through the P-polarization or S-polarization light modulation element 7. Is selectively output (polarization direction switching step, S11).

ここで、被加工物11を加工する場合は、レーザ光を被加工物11に照射し、被加工物11への加工を停止する(加工しない)場合はレーザ光をビームダンパ10に照射する。このため、被加工物11への加工を行う場合はレーザ光を被加工物11に照射するように光変調素子7を制御する。本実施形態の場合、光変調素子7でS波に変更していれば(S12のY)、第1のポラライザ6によりレーザ光が主として可動ミラー91側に分岐される(第1の分岐工程、S13)。   Here, when processing the workpiece 11, the laser beam is irradiated on the workpiece 11, and when the processing on the workpiece 11 is stopped (not processed), the laser beam is irradiated on the beam damper 10. Therefore, when processing the workpiece 11, the light modulation element 7 is controlled so that the workpiece 11 is irradiated with laser light. In the case of the present embodiment, if the light modulation element 7 changes to the S wave (Y in S12), the laser beam is branched mainly to the movable mirror 91 side by the first polarizer 6 (first branching step, S13).

本実施形態の場合、光変調素子7を透過する際にエネルギーのロスが約1%生じるため、光変調素子7を透過後のレーザ光22の強度はレーザ光21の強度の約99%となる。そして、この光変調素子7を透過後のレーザ光22が、次に第1のポラライザ6に導かれる。   In the case of the present embodiment, an energy loss of about 1% occurs when passing through the light modulation element 7, so that the intensity of the laser light 22 after passing through the light modulation element 7 is about 99% of the intensity of the laser light 21. . Then, the laser light 22 that has passed through the light modulation element 7 is then guided to the first polarizer 6.

上述のように、第1のポラライザ6は、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。このため、光変調素子7による偏光の向きの制御と第1のポラライザ6により、第1のポラライザ6を通過後のレーザ光を主に、被加工物11に照射するか、ビームダンパ10に照射するか1パルス単位で決めることが出来る。   As described above, the first polarizer 6 reflects laser light with optical characteristics of P-polarized light transmittance of about 99%, reflectance of about 1%, S-polarized light transmittance of about 1%, and reflectance of about 99%. Make it transparent. For this reason, the workpiece 11 or the beam damper 10 is mainly irradiated with the laser beam after passing through the first polarizer 6 by the control of the polarization direction by the light modulation element 7 and the first polarizer 6. Or can be determined in units of one pulse.

被加工物11を加工する場合、上述のように光変調素子7を透過するレーザ光をS波になるように選択する。これにより第1のポラライザ6でレーザ光22の約1%のレーザ光が透過し、ビームダンパ10に照射される。また第1のポラライザ6でレーザ光22の約99%が反射し、可動ミラー91で反射し、第2のポラライザ61に導かれる。   When the workpiece 11 is processed, the laser beam that passes through the light modulation element 7 is selected to be an S wave as described above. As a result, approximately 1% of the laser beam 22 is transmitted through the first polarizer 6 and is irradiated onto the beam damper 10. Further, about 99% of the laser beam 22 is reflected by the first polarizer 6, reflected by the movable mirror 91, and guided to the second polarizer 61.

第2のポラライザ61も、上述のように、第1のポラライザと同じで、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる(第2の分岐工程、S14)。このとき、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光はS偏光であるため、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光24の強度の約1%となり、この強度のレーザ光25が位置センサ81に入射する。   As described above, the second polarizer 61 is the same as the first polarizer, and has a P-polarized light transmittance of about 99%, a reflectance of about 1%, an S-polarized light transmittance of about 1%, and a reflectance of about 99%. Laser light is reflected and transmitted with optical characteristics (second branching step, S14). At this time, since the laser beam guided to the second polarizer 61 is S-polarized light, the laser beam 25 transmitted through the second polarizer 61 is about 1% of the intensity of the laser beam 24 guided to the second polarizer 61. The laser beam 25 having this intensity enters the position sensor 81.

これをレーザ光21基準にして言い換えると、レーザ光25の強度はレーザ光21の強度の約0.98%(=99%×99%×1%)となる。位置センサ81は、NDフィルタやレンズなどによりレーザ光21の強度の約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。このような強度のレーザ光25が入射された位置センサ81は、レーザ光25の位置変動や角度変動を検知する(位置検知工程、S15)。   In other words, the intensity of the laser beam 25 is about 0.98% (= 99% × 99% × 1%) of the intensity of the laser beam 21. The position sensor 81 is set in advance so as to be able to detect the position variation and the angle variation of the laser beam that is about 0.98% of the intensity of the laser beam 21 by using an ND filter or a lens. The position sensor 81 to which the laser beam 25 having such an intensity is incident detects a position variation or an angle variation of the laser beam 25 (position detection step, S15).

そして、位置センサ81におけるレーザ光25の位置が所定位置になるように、可動ミラー91を制御装置8により移動させる。即ち、位置検知工程での位置センサ81による検知結果に基づいて、被加工物11へのレーザ光の照射位置を変更する(位置変更工程、S16)。これにより、加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物11へのレーザ光の照射位置精度が向上する。   Then, the movable mirror 91 is moved by the control device 8 so that the position of the laser beam 25 in the position sensor 81 becomes a predetermined position. That is, based on the detection result by the position sensor 81 in the position detection step, the irradiation position of the laser beam to the workpiece 11 is changed (position change step, S16). Thereby, the position of the laser beam being processed can be automatically adjusted, and the irradiation position accuracy of the laser beam to the workpiece 11 is improved.

一方、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の約99%の強度となる。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26の強度はレーザ光21の強度の約97.03%(=99%×99%×99%)となる。第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、集光レンズ31を経て被加工物11に照射され、被加工物11の加工が行われる(S17)。   On the other hand, the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 has an intensity of about 99% of the laser beam guided to the second polarizer 61. In other words, the intensity of the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is approximately 97.03% (= 99% × 99% × 99%) of the intensity of the laser beam 21. The laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is irradiated to the workpiece 11 through the condenser lens 31, and the workpiece 11 is processed (S17).

次に、被加工物11の加工形状が所望の形状になったり、次の加工点に被加工物11を移動させたりする場合などに加工停止する(非加工の)場合について述べる。加工停止する場合、光変調素子7を透過するレーザ光をP偏光になるように選択する(S11、S12のN)。   Next, a description will be given of a case where the machining is stopped (non-machining) when the machining shape of the workpiece 11 becomes a desired shape or the workpiece 11 is moved to the next machining point. When the processing is stopped, the laser light transmitted through the light modulation element 7 is selected to be P-polarized light (N in S11 and S12).

これにより第1のポラライザ6でレーザ光22の約99%のレーザ光が透過し、ビームダンパ10に照射される(第1の分岐工程、S18)。また第1のポラライザ6でレーザ光22の約1%が反射し、可動ミラー91で反射し、第2のポラライザ61に導かれる。   As a result, about 99% of the laser beam 22 is transmitted through the first polarizer 6 and irradiated to the beam damper 10 (first branching step, S18). Further, about 1% of the laser beam 22 is reflected by the first polarizer 6, reflected by the movable mirror 91, and guided to the second polarizer 61.

第2のポラライザ61に導かれるレーザ光はP偏光であるため、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の強度の約99%が位置センサ81に入射する(第2の分岐工程、S19)。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25の強度はレーザ光21の強度の約0.98%(=99%×1%×99%)となる。   Since the laser beam guided to the second polarizer 61 is P-polarized light, the laser beam 25 transmitted through the second polarizer 61 has about 99% of the intensity of the laser beam guided to the second polarizer 61 to be the position sensor 81. (Second branching step, S19). In other words, using the laser beam 21 as a reference, the intensity of the laser beam 25 transmitted through the second polarizer 61 is about 0.98% (= 99% × 1% × 99%) of the intensity of the laser beam 21.

先に述べたように位置センサ81はNDフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光21の強度の約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため加工停止中も加工中同様に位置センサ81は、レーザ光25の位置変動や角度変動を検知する(位置検知工程、S20)。   As described above, the position sensor 81 is set in advance so as to be able to detect a position variation and an angle variation of the laser beam that is about 0.98% of the intensity of the laser beam 21 by an optical system such as an ND filter and a lens. Therefore, the position sensor 81 detects the position variation and the angle variation of the laser light 25 during the machining stop as in the machining (position detection step, S20).

そして、位置センサ81におけるレーザ光25の位置が所定位置になるように可動ミラー91を制御装置8により移動させることができる(位置変更工程、S21)。これにより被加工物11の加工停止中も照射位置の制御を高精度に行えるので、加工停止中から加工中に切り替えた際に始めから高い位置精度で加工することが出来る。   Then, the movable mirror 91 can be moved by the control device 8 so that the position of the laser beam 25 in the position sensor 81 becomes a predetermined position (position changing step, S21). As a result, the irradiation position can be controlled with high accuracy even while the workpiece 11 is stopped, so that it is possible to perform processing with high positional accuracy from the beginning when switching from stopping to processing.

第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の約1%の強度となる。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26の強度はレーザ光21の強度の約0.01%(=99%×1%×1%)となる。この第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、集光レンズ31を経て被加工物11に照射される。   The laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 has an intensity of about 1% of the laser beam guided to the second polarizer 61. In other words, with reference to the laser beam 21, the intensity of the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is about 0.01% (= 99% × 1% × 1%) of the intensity of the laser beam 21. The laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is irradiated to the workpiece 11 through the condenser lens 31.

ここでレーザ発振器4の発振条件や集光レンズ31などによりレーザ光21の強度の約0.01%が被加工物11に照射されても、被加工物11の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第2のポラライザで反射したレーザ光26は、集光レンズ31を経て被加工物11に照射されても、被加工物11は加工されることはない(S22)。この加工と加工停止と、ステージ51による被加工物11の移動を、被加工物11に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。   Here, a condition that the processing threshold of the workpiece 11 is not exceeded even when approximately 0.01% of the intensity of the laser beam 21 is irradiated by the oscillation condition of the laser oscillator 4 or the condenser lens 31 or the like is previously set. Set it. Thereby, even if the laser beam 26 reflected by the second polarizer is irradiated to the workpiece 11 through the condenser lens 31, the workpiece 11 is not processed (S22). This processing, processing stop, and movement of the workpiece 11 by the stage 51 are performed until the desired processing is completed on the workpiece 11, and the processing ends.

本実施形態の場合、位置センサ81で検知するレーザ光は、第1のポラライザ6及び第2のポラライザ61により分岐されているため、被加工物11に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサ81の定める強度範囲に収めることができる。本実施形態の場合、第1のポラライザ6と第2のポラライザ61とは、偏光消光比特性が同一である。このため、加工時に強度の高いレーザ光を被加工物11に照射する場合と、非加工時の強度の低いレーザ光を被加工物11に照射する場合とで、位置センサ81に入射するレーザ光の強度が同じとなる。このため、位置センサ81による検知精度を加工時と非加工時とに拘らず維持できる。   In the case of the present embodiment, the laser beam detected by the position sensor 81 is branched by the first polarizer 6 and the second polarizer 61, so that the position is determined regardless of the intensity of the laser beam irradiated to the workpiece 11. It can be within the intensity range defined by the sensor 81. In the present embodiment, the first polarizer 6 and the second polarizer 61 have the same polarization extinction ratio characteristic. For this reason, the laser beam incident on the position sensor 81 is emitted when the workpiece 11 is irradiated with a high-intensity laser beam during processing and when the workpiece 11 is irradiated with a low-intensity laser beam during non-processing. Are the same strength. For this reason, the detection accuracy by the position sensor 81 can be maintained regardless of whether it is processed or not.

また、位置センサ81は、第1のポラライザ6及び第2のポラライザ61以降のレーザ光を検知するため、空気の揺らぎなどの影響を抑えられる。即ち、本実施形態の場合、位置センサ81を被加工物11に近い位置に配置でき、空気の揺らぎなどによる影響を最小限に抑えられる。   Further, since the position sensor 81 detects the laser light after the first polarizer 6 and the second polarizer 61, the influence of air fluctuations can be suppressed. That is, in the case of this embodiment, the position sensor 81 can be disposed at a position close to the workpiece 11, and the influence of air fluctuations can be minimized.

本実施形態の場合、このように、加工時と非加工時とで、位置センサ81で検知するレーザ光は、位置センサ81の定める強度範囲に収めることができ、位置センサ81による検知を被加工物11に近い位置で行える。この結果、レーザ光の照射位置の変更、調整をより正確に行える。   In the case of the present embodiment, the laser light detected by the position sensor 81 can be within the intensity range determined by the position sensor 81 during processing and during non-processing, and the detection by the position sensor 81 is processed. It can be performed at a position close to the object 11. As a result, the laser beam irradiation position can be changed and adjusted more accurately.

なお、可動ミラー91の位置は、レーザ光の経路に関し、位置センサ81よりも上流であれば、他の位置に配置することもできる。また、第1のポラライザ6と第2のポラライザ61との偏光消光比特性は、同一でなくても良い。但し、この場合、加工時と非加工時とで、位置センサ81に入射するレーザ光が位置センサ81の強度範囲に収まるような組み合わせとする。また、上述のP波とS波との関係が逆であっても良い。   Note that the position of the movable mirror 91 can be arranged at another position as long as it is upstream of the position sensor 81 with respect to the path of the laser beam. Further, the polarization extinction ratio characteristics of the first polarizer 6 and the second polarizer 61 may not be the same. However, in this case, the combination is such that the laser light incident on the position sensor 81 falls within the intensity range of the position sensor 81 during processing and during non-processing. Further, the relationship between the P wave and the S wave may be reversed.

<第2の実施形態>
本発明の第2の実施形態について、図3及び図4を用いて説明する。上述の第1の実施形態の場合、第1のポラライザ6により分岐されたP波や、S波に切り替えられたレーザ光のうちの第1のポラライザ6から漏れた光は、ビームダンパ10で吸収するようにした。これに対して本実施形態の場合、このような光をミラー9により反射して別の被加工物12に照射するようにしている。このため、第1の実施形態と重複する部分については説明を省略又は簡略にし、以下、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the case of the first embodiment described above, the P wave branched by the first polarizer 6 and the light leaked from the first polarizer 6 among the laser light switched to the S wave are absorbed by the beam damper 10. I did it. On the other hand, in the case of the present embodiment, such light is reflected by the mirror 9 and irradiated to another workpiece 12. For this reason, the description overlapping with the first embodiment will be omitted or simplified, and the following description will be focused on the parts different from the first embodiment.

本実施形態の場合、上述のように、第1のポラライザ6により第2の分岐光路に分岐されたレーザ光を反射するミラー9を有する。ミラー9は、例えば誘電体多層膜ミラーや金属蒸着ミラーであり、それを用いてレーザ光を反射させ向きを変える。また、制御装置8により制御され、ミラー9により反射されたレーザ光を、可動ミラー92、第2の分岐部材に相当する第3のポラライザ62、集光レンズ32を介して被加工物12に照射する。そして、被加工物11の加工を行わない場合に、別の被加工物12の加工を行うようにしている。   In the case of the present embodiment, as described above, the mirror 9 that reflects the laser beam branched to the second branch optical path by the first polarizer 6 is provided. The mirror 9 is, for example, a dielectric multilayer film mirror or a metal vapor deposition mirror, and uses it to reflect the laser light and change the direction. Further, the laser beam controlled by the control device 8 and reflected by the mirror 9 is irradiated to the workpiece 12 through the movable mirror 92, the third polarizer 62 corresponding to the second branch member, and the condenser lens 32. To do. Then, when the workpiece 11 is not processed, another workpiece 12 is processed.

即ち、被加工物11のレーザ加工を行う場合、光変調素子7でレーザ光がS波に切り替えられ、第1のポラライザ6により主として被加工物11側にレーザ光が導かれる。また、第1のポラライザ6から漏れる光がミラー9で反射されて、別の被加工物12に導かれる。一方、被加工物11のレーザ加工を行わずに、別の被加工物12のレーザ加工を行う場合、光変調素子7でレーザ光がP波に切り替えられ、第1のポラライザ6により主としてミラー9にレーザ光が導かれる。このレーザ光は、ミラー9で反射されて別の被加工物12に導かれる。   That is, when laser processing is performed on the workpiece 11, the laser light is switched to the S wave by the light modulation element 7, and the laser light is guided mainly to the workpiece 11 side by the first polarizer 6. Further, light leaking from the first polarizer 6 is reflected by the mirror 9 and guided to another workpiece 12. On the other hand, when laser processing of another workpiece 12 is performed without performing laser processing of the workpiece 11, the laser light is switched to the P wave by the light modulation element 7, and the first polarizer 6 mainly performs the mirror 9. The laser beam is guided to. This laser beam is reflected by the mirror 9 and guided to another workpiece 12.

何れの場合も、第3のポラライザ62で分岐されたレーザ光27が位置センサ82に入射し、位置センサ82の出力信号を受けた制御装置8により可動ミラー92による別の被加工物12へのレーザ光の照射位置を変更し、調整する。   In any case, the laser beam 27 branched by the third polarizer 62 is incident on the position sensor 82, and the control device 8 that receives the output signal of the position sensor 82 applies the other mirror 12 to another workpiece 12. Change and adjust the irradiation position of the laser beam.

ここで、別の被加工物12は、被加工物11と同様に、基板の素材となるものである。なお、被加工物11と被加工物12とが同一の部材であっても良い。即ち、同一の被加工物の異なる個所をそれぞれ加工するようにしても良い。   Here, similarly to the workpiece 11, the other workpiece 12 is a material for the substrate. The workpiece 11 and the workpiece 12 may be the same member. That is, you may make it process each different part of the same workpiece.

また、可動ミラー92は可動ミラー91と、第3のポラライザ62は第2のポラライザ61と、位置センサ82は位置センサ81と、集光レンズ32は集光レンズ31と、それぞれ同じである。また、ステージ52はステージ51と同じであるが、被加工物11と被加工物12とが同一の部材である場合には、ステージ52とステージ51も同一にする。制御装置8は、可動ミラー92及びステージ52も制御する。   The movable mirror 92 is the same as the movable mirror 91, the third polarizer 62 is the same as the second polarizer 61, the position sensor 82 is the position sensor 81, and the condenser lens 32 is the same as the condenser lens 31. The stage 52 is the same as the stage 51. However, when the workpiece 11 and the workpiece 12 are the same member, the stage 52 and the stage 51 are also the same. The control device 8 also controls the movable mirror 92 and the stage 52.

また、第3のポラライザ62は、レーザ光22の偏光方向に応じて、第3のポラライザ62で反射したレーザ光27と、第3のポラライザ62を透過したレーザ光28に分岐する。また、位置センサ82は、例えばPSDやNDフィルタやレンズなどの光学系などで構成され、第3のポラライザ62で反射したレーザ光27の位置変動や角度変動を検出する。   Further, the third polarizer 62 branches into a laser beam 27 reflected by the third polarizer 62 and a laser beam 28 transmitted through the third polarizer 62 according to the polarization direction of the laser beam 22. The position sensor 82 is constituted by an optical system such as a PSD, an ND filter, or a lens, for example, and detects a position variation or an angle variation of the laser light 27 reflected by the third polarizer 62.

本実施形態の場合、位置センサ81は第2のポラライザ61の透過光を用いて位置変動や角度変動を検出しているのに対して、位置センサ82は第3のポラライザ62の反射光を用いて検出する。また位置センサ81、82は例えば設定したレーザ光の強度に対して±10%の強度範囲まで検出可能である。   In the case of the present embodiment, the position sensor 81 uses the transmitted light of the second polarizer 61 to detect position variation and angle variation, while the position sensor 82 uses the reflected light of the third polarizer 62. To detect. The position sensors 81 and 82 can detect, for example, an intensity range of ± 10% with respect to the set intensity of the laser beam.

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図4を参照しつつ説明する。レーザ発振器4からレーザ光21がある一定の繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光21は1パルス毎に、制御装置8からの制御信号に応じて光変調素子7により偏光の向きを変えることができ、P偏光もしくはS偏光の光変調素子透過後のレーザ光22を選択的に出す(偏光方向切替工程、S31)。   Next, the laser processing process of this embodiment is demonstrated, referring FIG. The laser beam 21 oscillates at a certain repetition frequency from the laser oscillator 4. The direction of polarization of the laser light 21 can be changed by the light modulation element 7 according to a control signal from the control device 8 for each pulse, and the laser light 22 after passing through the light modulation element of P polarization or S polarization is selected. (Polarization direction switching step, S31).

この光変調素子7を透過する際にエネルギーのロスが約1%生じるため、光変調素子7を透過後のレーザ光22の強度はレーザ光21の強度の約99%となる。光変調素子7を透過後のレーザ光22は次に第1のポラライザ6に導かれる。第1のポラライザ6は偏光ビームスプリッタで、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。そのため光変調素子7による偏光の向きの制御と第1のポラライザ6により、第1のポラライザ6を通過後のレーザ光を主に、被加工物11に照射するか、別の被加工物12に照射するか1パルス単位で決めることが出来る。   Since energy loss occurs about 1% when passing through the light modulation element 7, the intensity of the laser light 22 after passing through the light modulation element 7 is about 99% of the intensity of the laser light 21. The laser beam 22 that has passed through the light modulation element 7 is then guided to the first polarizer 6. The first polarizer 6 is a polarizing beam splitter that reflects and transmits laser light with optical properties of P-polarized light transmittance of about 99%, reflectance of about 1%, S-polarized light transmittance of about 1%, and reflectance of about 99%. Let Therefore, by controlling the direction of polarization by the light modulation element 7 and the first polarizer 6, the laser beam after passing through the first polarizer 6 is mainly irradiated to the workpiece 11 or to another workpiece 12. Irradiation can be determined in units of one pulse.

被加工物11を加工する場合、光変調素子7を透過するレーザ光をS偏光になるように選択する(S32のY)。これにより第1のポラライザ6でレーザ光22の約99%が反射し、可動ミラー91で反射し、第2のポラライザ61に導かれる(第1の分岐工程、S33)。   When the workpiece 11 is processed, the laser beam that passes through the light modulation element 7 is selected to be S-polarized light (Y in S32). As a result, about 99% of the laser beam 22 is reflected by the first polarizer 6, reflected by the movable mirror 91, and guided to the second polarizer 61 (first branching step, S33).

第2のポラライザ61は偏光ビームスプリッタで、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる(第2の分岐工程、S34)。このとき第2のポラライザ61に導かれるレーザ光はS偏光であるため、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の強度の約1%が位置センサ81に入射する。   The second polarizer 61 is a polarizing beam splitter that reflects and transmits laser light with optical properties of P-polarized light transmittance of about 99%, reflectance of about 1%, S-polarized light transmittance of about 1%, and reflectance of about 99%. (Second branching step, S34). At this time, since the laser beam guided to the second polarizer 61 is S-polarized light, the laser beam 25 transmitted through the second polarizer 61 is located at about 1% of the intensity of the laser beam guided to the second polarizer 61. Incident on the sensor 81.

これをレーザ光21基準にして言い換えると、レーザ光25の強度はレーザ光21の強度の約0.98%(=99%×99%×1%)となる。位置センサ81はNDフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光21の強度の約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。このような強度のレーザ光25が入射された位置センサ81は、レーザ光25の位置変動や角度変動を検知する(位置検知工程、S35)。   In other words, the intensity of the laser beam 25 is about 0.98% (= 99% × 99% × 1%) of the intensity of the laser beam 21. The position sensor 81 is set in advance so as to be able to detect a position variation and an angle variation of the laser beam that is about 0.98% of the intensity of the laser beam 21 by an optical system such as an ND filter and a lens. The position sensor 81 to which the laser beam 25 having such an intensity is incident detects a position variation or an angle variation of the laser beam 25 (position detection step, S35).

そして、位置センサ81におけるレーザ光25の位置が所定位置になるように可動ミラー91を制御装置8により移動させる。即ち、位置検知工程での位置センサ81による検知結果に基づいて、被加工物11へのレーザ光の照射位置を変更する(位置変更工程、S36)。これにより加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物11へのレーザ光の照射位置精度が向上する。   Then, the movable mirror 91 is moved by the control device 8 so that the position of the laser beam 25 in the position sensor 81 becomes a predetermined position. That is, based on the detection result by the position sensor 81 in the position detection process, the irradiation position of the laser beam to the workpiece 11 is changed (position change process, S36). Thereby, the position of the laser beam being processed can be automatically adjusted, and the irradiation position accuracy of the laser beam to the workpiece 11 is improved.

一方、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の約99%の強度となる。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26の強度はレーザ光21の強度の約97.03%(=99%×99%×99%)となる。第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、集光レンズ31を経て被加工物11に照射され、被加工物11の加工が行われる(S37)。   On the other hand, the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 has an intensity of about 99% of the laser beam guided to the second polarizer 61. In other words, the intensity of the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is approximately 97.03% (= 99% × 99% × 99%) of the intensity of the laser beam 21. The laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is irradiated to the workpiece 11 through the condenser lens 31, and the workpiece 11 is processed (S37).

また、第1のポラライザ6でレーザ光22の約1%のレーザ光が透過し、ミラー9、および可動ミラー92で反射され、第3のポラライザ62に導かれる。第3のポラライザ62に導かれるレーザ光はS偏光であるため、第3のポラライザで反射したレーザ光27は、第3のポラライザ62に導かれるレーザ光の強度の約99%が反射され、位置センサ82に入射する。   Further, about 1% of the laser beam 22 is transmitted through the first polarizer 6, reflected by the mirror 9 and the movable mirror 92, and guided to the third polarizer 62. Since the laser beam guided to the third polarizer 62 is S-polarized light, the laser beam 27 reflected by the third polarizer reflects about 99% of the intensity of the laser beam guided to the third polarizer 62, It enters the sensor 82.

これをレーザ光21基準にして言い換えると、レーザ光27の強度はレーザ光21の強度の約0.98%(=99%×1%×99%)となる。位置センサ82はNDフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光21の強度の約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため位置センサ82は、レーザ光27位置変動や角度変動を検出し、位置センサ82におけるレーザ光27の位置が所定位置になるように可動ミラー92を制御装置8により移動させることができる。これにより非加工時の被加工物12へのレーザ光の照射位置精度が向上する。   In other words, the intensity of the laser beam 27 is about 0.98% (= 99% × 1% × 99%) of the intensity of the laser beam 21. The position sensor 82 is set in advance so as to be able to detect a position variation and an angle variation of the laser beam that is about 0.98% of the intensity of the laser beam 21 by an optical system such as an ND filter and a lens. Therefore, the position sensor 82 can detect the position variation and the angle variation of the laser beam 27 and can move the movable mirror 92 by the control device 8 so that the position of the laser beam 27 in the position sensor 82 becomes a predetermined position. Thereby, the irradiation position accuracy of the laser beam to the workpiece 12 during non-processing is improved.

第3のポラライザ62を透過したレーザ光28は、第3のポラライザ62に導かれるレーザ光の約1%の強度となる。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第3のポラライザを透過したレーザ光28の強度はレーザ光21の強度の約0.01%(=99%×1%×1%)となる。この第3のポラライザ62を透過したレーザ光28は、集光レンズ32を経て被加工物12に照射される。ここでレーザ発振器4の発振条件や集光レンズ32などによりレーザ光21の強度の約0.01%が被加工物12に照射されても、被加工物12の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第3のポラライザ63で反射したレーザ光28は、集光レンズ32を経て被加工物12に照射されても、被加工物12は加工されることはない。   The laser light 28 transmitted through the third polarizer 62 has an intensity of about 1% of the laser light guided to the third polarizer 62. In other words, using the laser beam 21 as a reference, the intensity of the laser beam 28 that has passed through the third polarizer is approximately 0.01% (= 99% × 1% × 1%) of the intensity of the laser beam 21. The laser beam 28 that has passed through the third polarizer 62 is irradiated to the workpiece 12 through the condenser lens 32. Here, a condition that the processing threshold of the workpiece 12 is not exceeded even when about 0.01% of the intensity of the laser beam 21 is irradiated by the oscillation condition of the laser oscillator 4 or the condensing lens 32 or the like is previously set. Set it. Thereby, even if the laser beam 28 reflected by the third polarizer 63 is irradiated to the workpiece 12 through the condenser lens 32, the workpiece 12 is not processed.

次に、被加工物12を加工する場合、光変調素子7を透過するレーザ光をP偏光になるように選択する(S31、S32のN)。これにより第1のポラライザ6でレーザ光22の約99%が透過し、ミラー9と可動ミラー92で反射し、第3のポラライザ62に導かれる(第1の分岐工程、S38)。   Next, when processing the workpiece 12, the laser beam transmitted through the light modulation element 7 is selected to be P-polarized light (N in S31 and S32). As a result, about 99% of the laser beam 22 is transmitted through the first polarizer 6, reflected by the mirror 9 and the movable mirror 92, and guided to the third polarizer 62 (first branching step, S38).

第3のポラライザ62は偏光ビームスプリッタで、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。このとき第3のポラライザ62に導かれるレーザ光はP偏光であるため、第3のポラライザ62で反射したレーザ光27は、第3のポラライザ62に導かれるレーザ光の強度の約1%が位置センサ82に入射する(第3の分岐工程、S39)。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第3のポラライザ62で反射したレーザ光27の強度はレーザ光21の強度の約0.98%(=99%×99%×1%)となる。   The third polarizer 62 is a polarizing beam splitter that reflects and transmits laser light with optical properties of approximately 99% P-polarized light transmittance, approximately 1% reflectance, approximately 1% S-polarized light transmittance, and approximately 99% reflectance. Let At this time, since the laser beam guided to the third polarizer 62 is P-polarized light, the laser beam 27 reflected by the third polarizer 62 is positioned at about 1% of the intensity of the laser beam guided to the third polarizer 62. The light enters the sensor 82 (third branching step, S39). In other words, using the laser beam 21 as a reference, the intensity of the laser beam 27 reflected by the third polarizer 62 is about 0.98% (= 99% × 99% × 1%) of the intensity of the laser beam 21.

位置センサ82は先に述べたようにレーザ光21の強度の約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。位置センサ82は、第3のポラライザ62で反射したレーザ光27の位置変動や角度変動を検知する(別の位置検知工程、S40)。   As described above, the position sensor 82 is set in advance so as to be able to detect the position variation and the angle variation of the laser beam that is about 0.98% of the intensity of the laser beam 21. The position sensor 82 detects a position variation or an angle variation of the laser light 27 reflected by the third polarizer 62 (another position detection step, S40).

そして、位置センサ82における第3のポラライザ62で反射したレーザ光27の位置が所定位置になるように可動ミラー92を制御装置8により移動させる(別の位置変更工程、S41)。これにより加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物12へのレーザ光の照射位置精度が向上する。   Then, the movable mirror 92 is moved by the control device 8 so that the position of the laser beam 27 reflected by the third polarizer 62 in the position sensor 82 becomes a predetermined position (another position changing step, S41). Thereby, the position of the laser beam being processed can be automatically adjusted, and the irradiation position accuracy of the laser beam to the workpiece 12 is improved.

第3のポラライザ62を透過したレーザ光28は、第3のポラライザ62に導かれるレーザ光の約99%の強度となる。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第3のポラライザ62を透過したレーザ光28の強度はレーザ光21の強度の約97.03%(=99%×99%×99%)となる。第3のポラライザ62を透過したレーザ光28は、集光レンズ32を経て被加工物12に照射され、被加工物12の加工が行われる(S42)。   The laser light 28 transmitted through the third polarizer 62 has an intensity of about 99% of the laser light guided to the third polarizer 62. In other words, using the laser beam 21 as a reference, the intensity of the laser beam 28 that has passed through the third polarizer 62 is approximately 97.03% (= 99% × 99% × 99%) of the intensity of the laser beam 21. The laser beam 28 that has passed through the third polarizer 62 is irradiated to the workpiece 12 through the condenser lens 32, and the workpiece 12 is processed (S42).

また第1のポラライザ6でレーザ光22の約1%のレーザ光が反射し、可動ミラー91で反射し、第2のポラライザ61に導かれる。第2のポラライザ61に導かれるレーザ光はP偏光であるため、第2のポラライザ61を透過したレーザ光25は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の強度の約99%が位置センサ81に入射する。これをレーザ光21基準にして言い換えると、レーザ光25の強度はレーザ光21の強度の約0.98%(=99%×1%×99%)となる。   In addition, about 1% of the laser beam 22 is reflected by the first polarizer 6, reflected by the movable mirror 91, and guided to the second polarizer 61. Since the laser beam guided to the second polarizer 61 is P-polarized light, the laser beam 25 transmitted through the second polarizer 61 has about 99% of the intensity of the laser beam guided to the second polarizer 61 to be the position sensor 81. Is incident on. In other words, the intensity of the laser beam 25 is about 0.98% (= 99% × 1% × 99%) of the intensity of the laser beam 21.

位置センサ81は先に述べたようにレーザ光21の強度の約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため位置センサ81は、レーザ光25の位置変動や角度変動を検出し、位置センサ81におけるレーザ光25の位置が所定位置になるように可動ミラー91を制御装置8により移動させることができる。これにより非加工時の被加工物11へのレーザ光の照射位置精度が向上する。このように被加工物11を加工していない時も照射位置の制御を高精度に行えるので、加工する際に始めから高い位置精度で加工することが出来る。   As described above, the position sensor 81 is set in advance so as to detect the position variation and angle variation of the laser beam that is about 0.98% of the intensity of the laser beam 21. Therefore, the position sensor 81 can detect the position variation and the angle variation of the laser beam 25 and can move the movable mirror 91 by the control device 8 so that the position of the laser beam 25 in the position sensor 81 becomes a predetermined position. Thereby, the irradiation position accuracy of the laser beam to the workpiece 11 during non-processing is improved. As described above, since the irradiation position can be controlled with high accuracy even when the workpiece 11 is not being processed, the processing can be performed with high positional accuracy from the beginning.

第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、第2のポラライザ61に導かれるレーザ光の約1%の強度となる。これをレーザ光21基準にして言い換えると、第2のポラライザ61を透過したレーザ光26の強度はレーザ光21の強度の約0.01%(=99%×1%×1%)となる。この第2のポラライザ61を透過したレーザ光26は、集光レンズ31を経て被加工物11に照射される。   The laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 has an intensity of about 1% of the laser beam guided to the second polarizer 61. In other words, using the laser beam 21 as a reference, the intensity of the laser beam 26 transmitted through the second polarizer 61 is about 0.01% (= 99% × 1% × 1%) of the intensity of the laser beam 21. The laser beam 26 that has passed through the second polarizer 61 is irradiated to the workpiece 11 through the condenser lens 31.

ここでレーザ発振器4の発振条件や集光レンズ31などによりレーザ光21の強度の約0.01%が被加工物11に照射されても、被加工物11の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第2のポラライザ61で反射したレーザ光26は、集光レンズ31を経て被加工物11に照射されても、被加工物11は加工されることはない。   Here, a condition that the processing threshold of the workpiece 11 is not exceeded even when approximately 0.01% of the intensity of the laser beam 21 is irradiated by the oscillation condition of the laser oscillator 4 or the condenser lens 31 or the like is previously set. Set it. Thereby, even if the laser beam 26 reflected by the second polarizer 61 is irradiated to the workpiece 11 through the condenser lens 31, the workpiece 11 is not processed.

この被加工物11の加工と被加工物12の加工の切替と、ステージ51とステージ52による被加工物11と被加工物12の移動を、被加工物11と被加工物12に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。   Switching between the processing of the workpiece 11 and the processing of the workpiece 12 and the movement of the workpiece 11 and the workpiece 12 by the stage 51 and the stage 52 are performed on the workpiece 11 and the workpiece 12 as desired. Is completed until the processing is completed.

本実施形態の場合、このような切り替えを行うことより、第1の実施形態と同様に、被加工物11、12に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサ81、82の定める強度範囲に収めることができる。また、位置センサ81、82による検知を被加工物11、12にそれぞれ近い位置で行える。この結果、レーザ光の照射位置の調整をより正確に行える。   In the case of the present embodiment, by performing such switching, as in the first embodiment, the intensity range defined by the position sensors 81 and 82 regardless of the intensity of the laser light irradiated on the workpieces 11 and 12. Can fit in. Further, detection by the position sensors 81 and 82 can be performed at positions close to the workpieces 11 and 12, respectively. As a result, the laser beam irradiation position can be adjusted more accurately.

なお、上述の説明では、ステージ毎に被加工物を搭載していたが、1つのステージに複数の被加工物を搭載することも可能である。また切り替えて加工する場合、照射する被加工物を切り替えるのではなく、同一被加工物上の加工点を切り替える加工も可能である。   In the above description, the workpiece is mounted for each stage. However, a plurality of workpieces can be mounted on one stage. Moreover, when processing by switching, the process which switches the processing point on the same workpiece instead of switching the workpiece to be irradiated is also possible.

また、レーザ発振器4と光変調素子7の間に、例えばメカシャッタや、光学変調素子、ポラライザ、ダンパなどで構成されるシャッタ機構などを構成し、被加工物11と被加工物12のどちらにもレーザ照射しない構成を取ることも可能である。その他の構成及び作用は、上述の第1の実施形態と同様である。   Further, between the laser oscillator 4 and the light modulation element 7, for example, a mechanical shutter, a shutter mechanism including an optical modulation element, a polarizer, a damper, or the like is configured, and both the workpiece 11 and the workpiece 12 are provided. It is also possible to adopt a configuration without laser irradiation. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment.

<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態について、図5及び図6を用いて説明する。本実施形態では、加工中にレーザ光の強度を変更しながら加工する例を説明する。なお、本実施形態で製造する基板は、半導体材料基板、ガラス基板、圧電材料基板、金属基板、樹脂基板などで、基板の一部が異なる材料からなる基板も含まれる。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example of processing while changing the intensity of laser light during processing will be described. In addition, the board | substrate manufactured in this embodiment is a semiconductor material board | substrate, a glass substrate, a piezoelectric material board | substrate, a metal substrate, a resin substrate etc., and the board | substrate which a part of board | substrate consists of a different material is also contained.

本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ発振器104、光変調素子107、第1のポラライザ106、第2のポラライザ161、蛍光板171、フィルタ172、位置センサ181、可動ミラー191、192、ビームダンパ110、を有する。更に、スキャン機構141、集光レンズ131、ステージ151、制御装置108を有する。このうちのレーザ発振器104は、YAGレーザ、COレーザ、エキシマレーザなどを用いる。レーザ発振器104からは、光変調素子107に向けて直線偏光のレーザ光121が出射される。 The laser processing apparatus of this embodiment includes a laser oscillator 104, a light modulation element 107, a first polarizer 106, a second polarizer 161, a fluorescent plate 171, a filter 172, a position sensor 181, movable mirrors 191, 192, and a beam damper 110. Have. Furthermore, a scanning mechanism 141, a condensing lens 131, a stage 151, and a control device 108 are included. Among these, the laser oscillator 104 uses a YAG laser, a CO 2 laser, an excimer laser, or the like. From the laser oscillator 104, linearly polarized laser light 121 is emitted toward the light modulation element 107.

光変調素子107は、レーザ発振器104により出射されたレーザ光121の偏光方向を切り替える偏光方向切替部材としての、例えば電気光学素子(EOM)である。この光変調素子107は、制御装置108からの制御信号に応じて、レーザ光121の偏光方向を第1の偏光方向であるS波(S偏光)、若しくは、第2の偏光方向であるP波(P偏光)のレーザ光122に変換する。また光変調素子107はレーザ発振器104の繰返し周波数より早い応答が可能であり、1パルス毎に、制御装置108からの制御信号に応じてレーザ光121の偏光の向きを変えることが出来る。   The light modulation element 107 is, for example, an electro-optic element (EOM) as a polarization direction switching member that switches the polarization direction of the laser light 121 emitted from the laser oscillator 104. In response to a control signal from the control device 108, the light modulation element 107 changes the polarization direction of the laser light 121 to the S wave (S polarization) that is the first polarization direction or the P wave that is the second polarization direction. Conversion into (P-polarized) laser light 122. The light modulation element 107 can respond faster than the repetition frequency of the laser oscillator 104, and the direction of polarization of the laser light 121 can be changed for each pulse in accordance with a control signal from the control device.

第1のポラライザ106及び第2のポラライザ161は、レーザ光の経路に関し、光変調素子107と後述する位置センサ181との間に配置される。そして、それぞれが光変調素子107により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第1の分岐部材及び第2の分岐部材である。このような第1のポラライザ106及び第2のポラライザ161は、例えばキューブ型の偏光ビームスプリッタやプレート型の偏光ビームスプリッタなどである。   The first polarizer 106 and the second polarizer 161 are disposed between the light modulation element 107 and a position sensor 181 described later with respect to the path of the laser light. Each of the first branching member and the second branching member branches the laser light according to the polarization direction switched by the light modulation element 107. Such first polarizer 106 and second polarizer 161 are, for example, a cube-type polarization beam splitter, a plate-type polarization beam splitter, or the like.

また、第1のポラライザと第2のポラライザとは、入射されたレーザ光を偏光方向に応じて主として分岐する割合である偏光消光比特性が同一である。本実施形態の場合、第1のポラライザと第2のポラライザとは、それぞれ、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。   Further, the first polarizer and the second polarizer have the same polarization extinction ratio characteristic, which is a ratio of mainly splitting the incident laser light according to the polarization direction. In the case of the present embodiment, the first polarizer and the second polarizer have a P-polarized light transmittance of about 99%, a reflectance of about 1%, an S-polarized light transmittance of about 1%, and a reflectance of about 99%, respectively. Laser light is reflected and transmitted with optical characteristics.

第1の分岐部材である第1のポラライザ106は、レーザ光122の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第1のポラライザ106を透過したレーザ光123と、第1のポラライザで反射したレーザ光124を出す。   The first polarizer 106 that is the first branch member branches the laser light in accordance with the polarization direction of the laser light 122. In other words, the laser beam 123 that has passed through the first polarizer 106 and the laser beam 124 that has been reflected by the first polarizer are emitted.

即ち、第1のポラライザ106は、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子107により切り替えられた偏光方向が第1の偏光方向であるS波の場合に、主として(99%)第1の分岐光路である後述する可動ミラー191側にレーザ光を分岐(反射)する。また、一部(1%)の光は後述するビームダンパ110側に漏れる(透過する)。一方、偏光方向が第2の偏光方向であるP波の場合には、主として(99%)第2の分岐光路であるビームダンパ110側にレーザ光を分岐(透過)し、一部(1%)の光は可動ミラー191側に漏れる(反射する)。   That is, the first polarizer 106 cannot branch all of the laser light, and it is inevitable that a part of it leaks. In the present embodiment, when the polarization direction switched by the light modulation element 107 is an S wave having the first polarization direction, the laser light is mainly (99%) on the movable mirror 191 side, which will be described later, which is the first branch optical path. Is branched (reflected). Further, a part (1%) of light leaks (transmits) to the beam damper 110 described later. On the other hand, in the case of the P wave whose polarization direction is the second polarization direction, the laser beam is branched (transmitted) mainly to the beam damper 110 side which is the second branch optical path (99%) and partially (1%). Light leaks (reflects) to the movable mirror 191 side.

第2の分岐部材である第2のポラライザ161は、第1の分岐光路に位置し、レーザ光124が入射する。そして、レーザ光124の偏光方向に応じてレーザ光を分岐する。言い換えれば、第2のポラライザ161を透過したレーザ光125と、第2のポラライザ161で反射したレーザ光128を出す。   The second polarizer 161, which is the second branching member, is located in the first branching optical path, and the laser beam 124 is incident thereon. Then, the laser beam is branched according to the polarization direction of the laser beam 124. In other words, the laser beam 125 transmitted through the second polarizer 161 and the laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 are emitted.

即ち、第2のポラライザ161も第1のポラライザ106と同様に、全てのレーザ光を分岐することができず、一部が漏れることが避けられない。本実施形態では、光変調素子107により切り替えられた偏光方向がS波の場合に、主として(99%)被加工物側にレーザ光を分岐(反射)し、一部(1%)の光は位置センサ181側に漏れる(透過する)。一方、偏光方向がP波の場合には、主として(99%)位置センサ側にレーザ光を分岐(透過)し、一部(1%)の光は被加工物111側に漏れる(反射する)。   That is, as with the first polarizer 106, the second polarizer 161 cannot branch all the laser beams, and it is inevitable that a part of the laser beam leaks. In the present embodiment, when the polarization direction switched by the light modulation element 107 is an S wave, the laser light is branched (reflected) mainly to the workpiece side (99%), and a part (1%) of the light is It leaks (transmits) to the position sensor 181 side. On the other hand, when the polarization direction is P wave, the laser beam is branched (transmitted) mainly to the (99%) position sensor side, and a part (1%) of the light leaks (reflects) to the workpiece 111 side. .

蛍光板171は、レーザ光の経路に関し、位置センサ181の上流に配置される。また、蛍光板171の下流で、第2のポラライザ161と位置センサ181との間には、レーザ光が当たることで蛍光板171が発した蛍光光は透過するが、レーザ光を遮断するフィルタ172が配置されている。本実施形態では、蛍光板171は、第2のポラライザ161の下流に配置され、フィルタ172は、蛍光板171と位置センサ181との間に配置される。蛍光板171は、第2のポラライザ161を透過したレーザ光125が当たると蛍光光を発し、フィルタ172を透過した蛍光光は位置センサ181に入射する。   The fluorescent plate 171 is arranged upstream of the position sensor 181 with respect to the laser beam path. In addition, a filter 172 is disposed between the second polarizer 161 and the position sensor 181 downstream of the fluorescent plate 171 and transmits the fluorescent light emitted from the fluorescent plate 171 when it hits the laser beam, but blocks the laser light. Has been. In the present embodiment, the fluorescent plate 171 is disposed downstream of the second polarizer 161, and the filter 172 is disposed between the fluorescent plate 171 and the position sensor 181. The fluorescent plate 171 emits fluorescent light when the laser light 125 transmitted through the second polarizer 161 hits, and the fluorescent light transmitted through the filter 172 enters the position sensor 181.

ここで、蛍光板171は市販の蛍光ガラスや波長変換材料の中から励起波長や発光波長を適切な物を選択し使用する。又、フィルタ172は蛍光板171で発した蛍光の波長の光は透過するが、レーザ光125の波長の光は遮断する特性を持つフィルタである。   Here, the fluorescent plate 171 is used by selecting an appropriate excitation wavelength and emission wavelength from commercially available fluorescent glass and wavelength conversion materials. The filter 172 is a filter having a characteristic of transmitting the light having the wavelength of the fluorescence emitted from the fluorescent plate 171 but blocking the light having the wavelength of the laser beam 125.

位置センサ181は、蛍光板171から発し、フィルタ172を通過した蛍光の位置を検知する位置センサであり、例えばPSDとNDフィルタ、レンズなどの光学系で構成される。更に、この光学系で適度な強度の入射光に調整すると同時に、蛍光光を光検出素子上に結像させる。そして、結果として第2のポラライザ161を透過したレーザ光125の位置変動や角度変動を検出する。また位置センサ181は、例えば設定した入射光の強度に対して±10%の強度範囲まで検出可能である。   The position sensor 181 is a position sensor that detects the position of fluorescence emitted from the fluorescent plate 171 and passed through the filter 172, and is configured by an optical system such as a PSD, an ND filter, and a lens. Further, the optical system adjusts the incident light to an appropriate intensity, and at the same time, forms an image of the fluorescent light on the light detection element. As a result, a position variation or an angle variation of the laser beam 125 transmitted through the second polarizer 161 is detected. The position sensor 181 can detect, for example, an intensity range of ± 10% with respect to the set incident light intensity.

可動ミラー191、192は、位置センサ181の検知結果に基づいて、被加工物111へのレーザ光の照射位置を調整する調整部材である。それぞれの可動ミラー191、192は、例えば誘電体多層膜ミラーや金属蒸着ミラーで、ピエゾ素子やステッピングモータなどにより位置や角度を変え、反射する光の光路を変える。本実施形態の場合、可動ミラー191、192は互いに対向するように配置しているため、それぞれ角度を変えることにより、レーザ光の照射位置の調整を行える。   The movable mirrors 191 and 192 are adjustment members that adjust the irradiation position of the laser beam on the workpiece 111 based on the detection result of the position sensor 181. Each of the movable mirrors 191 and 192 is, for example, a dielectric multilayer film mirror or a metal vapor deposition mirror, and changes the position and angle by a piezo element or a stepping motor to change the optical path of the reflected light. In the case of the present embodiment, the movable mirrors 191 and 192 are arranged so as to face each other, so that the irradiation position of the laser beam can be adjusted by changing the angle.

被加工物111内に加工の条件が異なる部分が存在する場合には、レーザ発振器104内の機能を用いてレーザ光強度を変更する。この場合には経路が同じで有るので第2のポラライザ161を透過するレーザ光の強度は強度を変更した割合で変化する。しかし、蛍光板171へ入射するレーザ光の強度が大きくなっても蛍光板から発する蛍光光は飽和して高い強度の蛍光光は出ない。従って、例えばレーザ光の強度が10倍大きくなっても、蛍光光の強度は或る値に留まり位置センサの入力限界を超える事は無いので、位置の検知が可能である。   When there is a part with different processing conditions in the workpiece 111, the laser beam intensity is changed using the function in the laser oscillator 104. In this case, since the paths are the same, the intensity of the laser light transmitted through the second polarizer 161 changes at a rate at which the intensity is changed. However, even if the intensity of the laser light incident on the fluorescent plate 171 is increased, the fluorescent light emitted from the fluorescent plate is saturated and high intensity fluorescent light is not emitted. Therefore, for example, even if the intensity of the laser light is increased ten times, the intensity of the fluorescent light remains at a certain value and does not exceed the input limit of the position sensor, so that the position can be detected.

なお、このようなレーザ光の照射位置の調整を行う調整部材は、可動ミラーを1個設ける構成としても良い。この場合、可動ミラーを角度だけではなく位置も変えられるようにする。また、調整部材は、可動ミラー以外に、光の屈折率を変えるものであっても良い。即ち、屈折率を変えることにより光路を変更して、レーザ光の照射位置を変更し、調整を行う。このような屈折率を変えるものとしては、例えば電極と電気光学材料(誘電体材料)により構成され、加えられる電界の強度に応じて通過する光の屈折率を変化させる電気光学素子(屈折率変調素子)などを用いる。或いは、レンズを移動させる構成としても良い。即ち、レンズを移動させて光が透過する位置を変えれば、光路を変更することが可能である。   Note that the adjustment member that adjusts the irradiation position of the laser light may have a configuration in which one movable mirror is provided. In this case, not only the angle but also the position of the movable mirror can be changed. Further, the adjusting member may change the refractive index of light other than the movable mirror. That is, the optical path is changed by changing the refractive index, the irradiation position of the laser light is changed, and adjustment is performed. Such a refractive index can be changed by, for example, an electro-optic element (refractive index modulation) that is composed of an electrode and an electro-optic material (dielectric material), and changes the refractive index of light passing therethrough according to the strength of an applied electric field. Element) or the like. Alternatively, the lens may be moved. That is, the optical path can be changed by moving the lens and changing the position where the light is transmitted.

集光レンズ131は、レーザ光を微小スポットに集光する光学系や、スキャン機構141と一緒に使われる光学系、例えばfθレンズなどである。ビームダンパ110は第1のポラライザ106によって分岐されたレーザ光の一方を吸収する。ステージ151は被加工物111をX―Y―Z方向に自在に移動させる。   The condensing lens 131 is an optical system that condenses laser light into a minute spot, or an optical system that is used together with the scanning mechanism 141, such as an fθ lens. The beam damper 110 absorbs one of the laser beams branched by the first polarizer 106. The stage 151 moves the workpiece 111 freely in the XYZ directions.

制御装置108は、レーザ発振器104、ステージ151、光変調素子107、位置センサ181、可動ミラー191,192を制御する。また、制御装置108はスキャン機構141の制御も行う。   The control device 108 controls the laser oscillator 104, the stage 151, the light modulation element 107, the position sensor 181, and the movable mirrors 191 and 192. The control device 108 also controls the scan mechanism 141.

次に、本実施形態のレーザ加工工程について、図6を参照しつつ説明する。レーザ発振器104から或る一定の繰返し周波数でパルス発振する。レーザ光121は一定の繰返し周波数でパルス発振されるため励起時間のバラツキを生じず、繰返し周波数を可変した場合よりもレーザ光出力安定性で優れる。レーザ光121はレーザ発振器104内のパワー調整機能により第1の加工に適したレーザ光強度に調整される(レーザ光強度切替工程、S101)。次に、レーザ光121は1パルス毎に、制御装置108からの制御信号に応じて光変調素子107により偏光の向きを変えることができ、P偏光もしくはS偏光の光変調素子107を透過後のレーザ光122を選択的に出す(偏光方向切替工程、S102)。   Next, the laser processing process of this embodiment is demonstrated, referring FIG. The laser oscillator 104 oscillates at a certain repetition frequency. Since the laser beam 121 is pulse-oscillated at a constant repetition frequency, there is no variation in excitation time, and the laser beam output stability is superior to the case where the repetition frequency is varied. The laser beam 121 is adjusted to a laser beam intensity suitable for the first processing by the power adjustment function in the laser oscillator 104 (laser beam intensity switching step, S101). Next, the direction of polarization of the laser light 121 can be changed by the light modulation element 107 in accordance with a control signal from the control device 108 for each pulse, and after passing through the light modulation element 107 of P-polarized light or S-polarized light. The laser beam 122 is selectively emitted (polarization direction switching step, S102).

ここで、被加工物111の加工し易い部分を加工する場合は、小さな強度のレーザ光を被加工物111に照射し、被加工物111の加工し難い部分の加工をする場合には、大きな強度のレーザ光を被加工物111へ照射する。加工し易い部分とは例えば樹脂であり、加工し難い部分とは例えば金属である。これらの材料を適正強度のレーザ光で加工する為には10倍以上の強度の変更が必要である。又、被加工物111の加工を停止する(加工しない)場合はレーザ光をビームダンパ110に照射する。このため、被加工物111への加工を行う場合はレーザ光を被加工物111に照射するように光変調素子107を制御する。本実施形態の場合、光変調素子107でS波に変更していれば(S103のY)、第1のポラライザ106によりレーザ光が主として可動ミラー191側に分岐される(第1の分岐工程、S104)。   Here, when processing a portion of the workpiece 111 that is easy to process, a large intensity laser beam is applied to the workpiece 111 by irradiating the workpiece 111 with a low-intensity laser beam. The workpiece 111 is irradiated with intense laser light. The part that is easy to process is, for example, resin, and the part that is difficult to process is, for example, metal. In order to process these materials with a laser beam having an appropriate intensity, it is necessary to change the intensity by 10 times or more. When the processing of the workpiece 111 is stopped (not processed), the beam damper 110 is irradiated with a laser beam. For this reason, when processing the workpiece 111, the light modulation element 107 is controlled so that the workpiece 111 is irradiated with laser light. In the case of the present embodiment, if the light modulation element 107 is changed to the S wave (Y in S103), the laser beam is branched mainly to the movable mirror 191 side by the first polarizer 106 (first branching step, S104).

本実施形態の場合、光変調素子107を透過する際にエネルギーのロスが約1%生じるため、光変調素子107を透過後のレーザ光122の強度はレーザ光121の強度の約99%となる。そして、この光変調素子107を透過後のレーザ光122が、次に第1のポラライザ106に導かれる。   In the case of the present embodiment, an energy loss of about 1% occurs when passing through the light modulation element 107, so the intensity of the laser beam 122 after passing through the light modulation element 107 is about 99% of the intensity of the laser beam 121. . Then, the laser beam 122 that has passed through the light modulation element 107 is then guided to the first polarizer 106.

上述のように、第1のポラライザ106は、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる。このため、光変調素子107による偏光の向きの制御と第1のポラライザ106により、第1のポラライザ106を通過後のレーザ光を主に、被加工物111に照射するか、ビームダンパ110に照射するか1パルス単位で決めることが出来る。   As described above, the first polarizer 106 reflects laser light with optical characteristics of P-polarized light transmittance of about 99%, reflectance of about 1%, S-polarized light transmittance of about 1%, and reflectance of about 99%. Make it transparent. Therefore, the workpiece 111 or the beam damper 110 is mainly irradiated with the laser beam after passing through the first polarizer 106 by the control of the polarization direction by the light modulation element 107 and the first polarizer 106. Or can be determined in units of one pulse.

被加工物111を加工する場合、上述のように光変調素子107を透過するレーザ光をS波になるように選択する。これにより第1のポラライザ106でレーザ光122の約1%のレーザ光が透過し、ビームダンパ110に照射される。また第1のポラライザ106でレーザ光122の約99%が反射し、可動ミラー191、192で反射し、第2のポラライザ161に導かれる。   When processing the workpiece 111, the laser beam that passes through the light modulation element 107 is selected to be an S wave as described above. As a result, about 1% of the laser beam 122 is transmitted through the first polarizer 106 and irradiated to the beam damper 110. Further, about 99% of the laser beam 122 is reflected by the first polarizer 106, reflected by the movable mirrors 191 and 192, and guided to the second polarizer 161.

第2のポラライザ161も、上述のように、第1のポラライザと同じで、P偏光の透過率約99%、反射率約1%、S偏光の透過率約1%、反射率約99%の光学特性でレーザ光を反射と透過させる(第2の分岐工程、S105)。このとき、第2のポラライザ161に導かれるレーザ光はS偏光であるため、第2のポラライザ161を透過したレーザ光125は、第2のポラライザ161に導かれるレーザ光124の強度の約1%となり、この強度のレーザ光125が蛍光板171に入射する。   As described above, the second polarizer 161 is the same as the first polarizer, and has a P-polarized light transmittance of about 99%, a reflectance of about 1%, an S-polarized light transmittance of about 1%, and a reflectance of about 99%. Laser light is reflected and transmitted with optical characteristics (second branching step, S105). At this time, since the laser beam guided to the second polarizer 161 is S-polarized light, the laser beam 125 transmitted through the second polarizer 161 is about 1% of the intensity of the laser beam 124 guided to the second polarizer 161. Thus, the laser beam 125 having this intensity enters the fluorescent plate 171.

これをレーザ光121基準にして言い換えると、レーザ光125の強度はレーザ光121の強度の約0.98%(=99%×99%×1%)となる。蛍光板171はレーザ光125が当ったところから蛍光光126を発し、その蛍光光126はフィルタ172を通過した後、位置センサ181に入射する。この時、レーザ光125が蛍光板171を通過した場合にはフィルタ172で遮断された蛍光光127となる。位置センサ181は、NDフィルタやレンズなどにより蛍光光127の強度を適度に調節するとともに蛍光板上の発光点を位置センサ181内の光検出素子上に結像させる。このような蛍光光127が入射された位置センサ181は、結果としてレーザ光125の位置変動や角度変動を検知する(位置検知工程、S106)。   In other words, the intensity of the laser beam 125 is about 0.98% (= 99% × 99% × 1%) of the intensity of the laser beam 121. The fluorescent plate 171 emits fluorescent light 126 from where it hits the laser beam 125, and the fluorescent light 126 passes through the filter 172 and then enters the position sensor 181. At this time, when the laser beam 125 passes through the fluorescent plate 171, it becomes the fluorescent beam 127 blocked by the filter 172. The position sensor 181 appropriately adjusts the intensity of the fluorescent light 127 with an ND filter, a lens, and the like, and forms an image of a light emitting point on the fluorescent screen on the light detection element in the position sensor 181. As a result, the position sensor 181 to which the fluorescent light 127 is incident detects position variation and angle variation of the laser beam 125 (position detection step, S106).

この時、レーザ光125がパルス光であっても、蛍光板の発光はゆっくりと消光するため、位置センサ181のパルス的出力が平坦化する。従って、制御装置108内で行っていたパルス的信号を平坦化する積分等の演算が不要になり、制御がより簡便になる。   At this time, even if the laser beam 125 is pulsed light, the light emitted from the fluorescent plate is slowly extinguished, and the pulsed output of the position sensor 181 is flattened. Therefore, calculation such as integration for flattening the pulse signal performed in the control device 108 is not required, and the control becomes simpler.

そして、位置センサ181における蛍光光127の位置が所定位置になるように、可動ミラー191,192を制御装置108により移動させる。即ち、位置検知工程での位置センサ181による検知結果に基づいて、被加工物111へのレーザ光の照射位置を変更し、調整する(位置変更工程、S107)。これにより、加工中のレーザ光の位置を自動調整することができ、被加工物111へのレーザ光の照射位置精度が向上する。   Then, the movable mirrors 191 and 192 are moved by the control device 108 so that the position of the fluorescent light 127 in the position sensor 181 becomes a predetermined position. That is, based on the detection result of the position sensor 181 in the position detection process, the irradiation position of the laser beam to the workpiece 111 is changed and adjusted (position change process, S107). Thereby, the position of the laser beam during processing can be automatically adjusted, and the irradiation position accuracy of the laser beam to the workpiece 111 is improved.

一方、第2のポラライザ161で反射したレーザ光128は、第2のポラライザ161に導かれるレーザ光の約99%の強度となる。これをレーザ光121基準にして言い換えると、第2のポラライザ161で反射したレーザ光128の強度はレーザ光121の強度の約97.03%(=99%×99%×99%)となる。第2のポラライザ161で反射したレーザ光128は、スキャン機構141、集光レンズ131を経た集光光129が被加工物111に照射され、被加工物111の加工が行われる(S108)。   On the other hand, the laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 has an intensity of about 99% of the laser beam guided to the second polarizer 161. In other words, the intensity of the laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 is approximately 97.03% (= 99% × 99% × 99%) of the intensity of the laser beam 121. The laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 irradiates the workpiece 111 with the condensed light 129 that has passed through the scanning mechanism 141 and the condenser lens 131, and the workpiece 111 is processed (S108).

次に、第2の加工に適したレーザ強度にレーザ発振器の出力を変更する(レーザ光強度切替工程S101)。この時、第2のレーザ光強度は第1のレーザ光強度の約10倍である。その後の工程のS102からS105までは上記と同様である。第2のポラライザ161から洩れて位置センサ181に向かうレーザ光125は第1のレーザ光強度の10倍で有るため、蛍光板171に当たるレーザ光の強度も10倍になる。しかし、蛍光板171、フィルタ172で調整された蛍光光127は位置センサ181の許容範囲となっており、レーザ光強度が10倍となっても位置センサ181に問題が生じることはない。   Next, the output of the laser oscillator is changed to a laser intensity suitable for the second processing (laser light intensity switching step S101). At this time, the intensity of the second laser beam is about 10 times the intensity of the first laser beam. The subsequent steps S102 to S105 are the same as described above. Since the laser beam 125 leaking from the second polarizer 161 toward the position sensor 181 has ten times the first laser beam intensity, the intensity of the laser beam impinging on the fluorescent plate 171 is also ten times. However, the fluorescent light 127 adjusted by the fluorescent plate 171 and the filter 172 is within the allowable range of the position sensor 181, and no problem occurs in the position sensor 181 even if the laser light intensity becomes 10 times.

次に、被加工物111の加工形状が所望の形状になったり、次の加工点に被加工物111を移動させたりする場合などに加工停止する(非加工の)場合について述べる。加工停止する場合、光変調素子107を透過するレーザ光をP偏光になるように選択する(S102、S103のN)。   Next, a description will be given of a case where the machining is stopped (non-machining) when the machining shape of the workpiece 111 becomes a desired shape or the workpiece 111 is moved to the next machining point. When the processing is stopped, the laser light transmitted through the light modulation element 107 is selected to be P-polarized light (N in S102 and S103).

これにより第1のポラライザ106でレーザ光122の約99%のレーザ光が透過し、ビームダンパ110に照射される(第1の分岐工程、S109)。また第1のポラライザ106でレーザ光122の約1%が反射し、可動ミラー191、192で反射し、第2のポラライザ161に導かれる。   As a result, about 99% of the laser beam 122 is transmitted through the first polarizer 106 and irradiated to the beam damper 110 (first branching step, S109). Further, about 1% of the laser beam 122 is reflected by the first polarizer 106, reflected by the movable mirrors 191 and 192, and guided to the second polarizer 161.

第2のポラライザ161に導かれるレーザ光はP偏光であるため、第2のポラライザ161を透過したレーザ光125は、第2のポラライザ161に導かれるレーザ光の強度の約99%が位置センサ181側に入射する(第2の分岐工程、S110)。これをレーザ光121基準にして言い換えると、第2のポラライザ161を透過したレーザ光125の強度はレーザ光121の強度の約0.98%(=99%×1%×99%)となる。   Since the laser beam guided to the second polarizer 161 is P-polarized light, the laser beam 125 transmitted through the second polarizer 161 has about 99% of the intensity of the laser beam guided to the second polarizer 161 to be the position sensor 181. Incident on the side (second branching step, S110). In other words, the intensity of the laser beam 125 transmitted through the second polarizer 161 is about 0.98% (= 99% × 1% × 99%) of the intensity of the laser beam 121.

先に述べたように位置センサ181の前には蛍光板171とフィルタ172が有り、レーザ光強度の変更の緩和や、パルス光の平坦化を行う。更に、NDフィルタやレンズなどの光学系によりレーザ光121の第1の強度及び第2の強度それぞれの約0.98%のレーザ光の位置変動や角度変動を検出できるように予め設定されている。そのため加工停止中も加工中同様に位置センサ181は、レーザ光125の位置変動や角度変動を検知する(位置検知工程、S111)。   As described above, the phosphor plate 171 and the filter 172 are provided in front of the position sensor 181, and the change of the laser light intensity is relaxed and the pulsed light is flattened. Furthermore, the position is set in advance so that the position variation and the angle variation of the laser light of about 0.98% of the first intensity and the second intensity of the laser light 121 can be detected by an optical system such as an ND filter and a lens. . For this reason, the position sensor 181 detects the position variation and the angle variation of the laser beam 125 during the machining stop as well during the machining (position detection step, S111).

そして、位置センサ181に対するレーザ光125の位置が所定位置になるように可動ミラー191,192を制御装置108により移動させることができる(位置変更工程、S122)。これにより加工停止中も照射位置の制御を高精度に行えるので、加工停止中から加工中に切り替えた際に始めから高い位置精度で加工することが出来る。   Then, the movable mirrors 191 and 192 can be moved by the control device 108 so that the position of the laser beam 125 with respect to the position sensor 181 becomes a predetermined position (position changing step, S122). As a result, the irradiation position can be controlled with high accuracy even while the machining is stopped. Therefore, when switching from the machining stop to the machining, machining can be performed with high positional accuracy from the beginning.

第2のポラライザ161で反射したレーザ光128は、第2のポラライザ161に導かれるレーザ光の約1%の強度となる。これをレーザ光121基準にして言い換えると、第2のポラライザ161で反射したレーザ光128の強度はレーザ光121の強度の約0.01%(=99%×1%×1%)となる。この第2のポラライザ161で反射したレーザ光128は、集光レンズ131を経て被加工物111に照射される。   The laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 has an intensity of about 1% of the laser beam guided to the second polarizer 161. In other words, using the laser beam 121 as a reference, the intensity of the laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 is approximately 0.01% (= 99% × 1% × 1%) of the intensity of the laser beam 121. The laser beam 128 reflected by the second polarizer 161 is irradiated to the workpiece 111 through the condenser lens 131.

ここでレーザ発振器104の発振条件や集光レンズ131などによりレーザ光121の第2の強度の約0.01%が被加工物111に照射されても、被加工物111の加工閾値を超えない条件を予め設定しておく。これにより、第2のポラライザで反射したレーザ光128は、集光レンズ131を経て被加工物111に照射されても、被加工物111は加工されることはない(S113)。この第1と第2の加工と加工停止と、ステージ151による被加工物111の移動を、被加工物111に所望の加工が完了するまで行い、加工終了となる。   Here, even if about 0.01% of the second intensity of the laser beam 121 is irradiated on the workpiece 111 by the oscillation condition of the laser oscillator 104 or the condenser lens 131, the processing threshold of the workpiece 111 is not exceeded. Conditions are set in advance. Thereby, even if the laser beam 128 reflected by the second polarizer is irradiated to the workpiece 111 via the condenser lens 131, the workpiece 111 is not processed (S113). The first and second processing, processing stop, and movement of the workpiece 111 by the stage 151 are performed until the desired processing is completed on the workpiece 111, and the processing ends.

本実施形態の場合、位置センサ181には、第1のポラライザ106及び第2のポラライザ161により分岐されたレーザ光が蛍光板に当たり、その発光光(蛍光光)がフィルタを通して入射する。そのため、被加工物111に照射するレーザ光の強度に拘らず、位置センサ181の定める強度範囲に収めることができる。本実施形態の場合、高いレーザ光強度や、低いレーザ光強度で被加工物111を加工する場合でも位置センサ181に入る光の強度は入力許容範囲に収まる。又、非加工時の更に低い強度のレーザ光を被加工物111に照射する場合でも、位置センサ181に入射するレーザ光の強度は位置センサの入力許容範囲内となる。このため、位置センサ181による検知精度を第1の加工時、第2の加工時と非加工時とに拘らず維持できる。   In the present embodiment, the laser beam branched by the first polarizer 106 and the second polarizer 161 hits the fluorescent plate, and the emitted light (fluorescent light) enters the position sensor 181 through a filter. Therefore, regardless of the intensity of the laser light applied to the workpiece 111, it can be within the intensity range determined by the position sensor 181. In the case of the present embodiment, the intensity of light entering the position sensor 181 falls within the input allowable range even when the workpiece 111 is processed with high laser light intensity or low laser light intensity. Even when the workpiece 111 is irradiated with a laser beam having a lower intensity when not being processed, the intensity of the laser beam incident on the position sensor 181 falls within the input allowable range of the position sensor. For this reason, the detection accuracy by the position sensor 181 can be maintained regardless of whether the first machining, the second machining, or the non-machining.

また、位置センサ181は、第1のポラライザ106及び第2のポラライザ161以降のレーザ光を検知するため、空気の揺らぎなどの影響を抑えられる。即ち、本実施形態の場合、位置センサ181を被加工物111に近い位置に配置でき、空気の揺らぎなどによる影響を最小限に抑えられる。   Further, since the position sensor 181 detects the laser light after the first polarizer 106 and the second polarizer 161, the influence of air fluctuations and the like can be suppressed. That is, in the case of this embodiment, the position sensor 181 can be disposed at a position close to the workpiece 111, and the influence of air fluctuations can be minimized.

本実施形態の場合、このように、レーザ光強度が異なる加工を交互に行う時と非加工時とで、位置センサ181で検知するレーザ光は、位置センサ181の定める強度範囲に収めることができ、位置センサ181による検知を被加工物111に近い位置で行える。この結果、レーザ光の照射位置の調整をより正確に行える。   In the case of the present embodiment, the laser light detected by the position sensor 181 can be within the intensity range determined by the position sensor 181 between when the processing with different laser light intensities is performed alternately and when not processing. The detection by the position sensor 181 can be performed at a position close to the workpiece 111. As a result, the laser beam irradiation position can be adjusted more accurately.

なお、可動ミラー191,192の位置は、レーザ光の経路に関し、位置センサ181及び蛍光板よりも上流であれば、他の位置に配置することもできる。また、第1のポラライザ106と第2のポラライザ161との偏光消光比特性は、同一でなくても良い。但し、この場合、加工時と非加工時とで、位置センサ181に入射するレーザ光が位置センサ181の許容範囲に収まるような組み合わせとする。また、上述のP波とS波との関係が逆であっても良い。   The positions of the movable mirrors 191 and 192 can be arranged at other positions as long as they are upstream of the position sensor 181 and the fluorescent plate with respect to the laser beam path. Further, the polarization extinction ratio characteristics of the first polarizer 106 and the second polarizer 161 may not be the same. However, in this case, the combination is such that the laser light incident on the position sensor 181 falls within the allowable range of the position sensor 181 during processing and during non-processing. Further, the relationship between the P wave and the S wave may be reversed.

上述の各実施形態で説明したレーザ加工装置及びレーザ加工方法により製造する基板は、インクジェットヘッドの基板や、他の半導体材料基板や、ガラス基板、回路基板などが挙げられる。また、加工は先導孔のような穴あけ加工に限らず、溝形状や切断、改質、接合などの加工を行うことも可能である。また具体的な適用先としてはインクジェットヘッドの先導孔加工に限らず、例えば回路基板の穴あけ加工や太陽電池基板のスクライビング、抵抗素子のトリミング、電池ケースの封止溶接などがある。   Examples of the substrate manufactured by the laser processing apparatus and the laser processing method described in the above embodiments include an inkjet head substrate, another semiconductor material substrate, a glass substrate, and a circuit substrate. Further, the processing is not limited to drilling such as a leading hole, and processing such as groove shape, cutting, reforming, and joining can also be performed. The specific application destination is not limited to the lead hole processing of the ink jet head, but includes, for example, drilling of a circuit board, scribing of a solar cell substrate, trimming of a resistance element, sealing welding of a battery case, and the like.

<実施例>
次に、実施例として、各実施形態で説明したレーザ加工装置及びレーザ加工方法を用いて基板を製造する、基板の製造方法について説明する。本実施例では、製造する基板は、インクジェットヘッドの基板である。図7は、インクジェットプリンタのヘッド部分の断面を示した図面である。
<Example>
Next, as an example, a substrate manufacturing method for manufacturing a substrate using the laser processing apparatus and the laser processing method described in each embodiment will be described. In this embodiment, the substrate to be manufactured is an inkjet head substrate. FIG. 7 is a cross-sectional view of the head portion of the ink jet printer.

図7において、40は半導体基板(インクジェットヘッドの基板)、41はインクの経路となる垂直形状の溝である。また、42はヒータ、43は液室、44はオリフィスプレート、45は吐出孔、46はインクタンク、破線で示す47はインク経路、48は微小なインク滴を示す。溝41が形成された半導体基板40の下面にはインクを吐出させるためのヒータ42、液室43、オリフィスプレート44が形成される。また、半導体基板40の上面には、インクを貯蔵するインクタンク46が取り付けられる。インクは、インクタンク46から溝41及び液室43を経て、ヒータ42に到達する。ヒータ42の瞬間的な加熱/冷却により形成された気泡がインクを押上げ、オリフィスプレート44中に形成された吐出孔45より微小なインク滴48となって吐出される。   In FIG. 7, 40 is a semiconductor substrate (inkjet head substrate), and 41 is a vertical groove serving as an ink path. Further, 42 is a heater, 43 is a liquid chamber, 44 is an orifice plate, 45 is an ejection hole, 46 is an ink tank, 47 is indicated by a broken line 47 is an ink path, and 48 is a minute ink droplet. A heater 42 for discharging ink, a liquid chamber 43, and an orifice plate 44 are formed on the lower surface of the semiconductor substrate 40 in which the groove 41 is formed. An ink tank 46 for storing ink is attached to the upper surface of the semiconductor substrate 40. The ink reaches the heater 42 from the ink tank 46 through the groove 41 and the liquid chamber 43. Bubbles formed by instantaneous heating / cooling of the heater 42 push up the ink, and are ejected as minute ink droplets 48 from the ejection holes 45 formed in the orifice plate 44.

本実施例では、このようにインク滴48を吐出する吐出孔45にインクを供給する経路となる溝41を、上述の各実施形態で説明したようなレーザ加工によって形成する。即ち、被加工物として溝41を形成する前の半導体基板をステージに載置し、上述したようなレーザ加工を施す。なお、レーザ加工後にそのまま用いてもよいが、アルカリ性エッチング液中で例えば15分程度異方性エッチングする事により、最終的な溝形状を形成しても良い。   In this embodiment, the groove 41 serving as a path for supplying ink to the ejection holes 45 that eject the ink droplets 48 is formed by laser processing as described in the above embodiments. That is, the semiconductor substrate before forming the groove 41 as a workpiece is placed on the stage, and the laser processing as described above is performed. Although it may be used as it is after laser processing, the final groove shape may be formed by anisotropic etching in an alkaline etching solution for about 15 minutes, for example.

異方性エッチングにより溝41を形成する場合、レーザ加工により先導孔を形成する。この先導孔とは、レーザ加工の後工程の異方性エッチングの際にエッチング液を進入させ、異方性エッチングの時間を短縮し、インク供給口の幅をより小さくするためのものである。   When the groove 41 is formed by anisotropic etching, the leading hole is formed by laser processing. The leading hole is for allowing an etchant to enter during anisotropic etching in a post-process of laser processing, shortening the anisotropic etching time, and reducing the width of the ink supply port.

また、インクジェットヘッドの基板は、例えば、結晶面(100)シリコン製の素材(被加工物)に加工を施して製造したものである。この被加工物にはヒータや電気配線、耐エッチング性を有するエッチングストップ層、エッチング保護膜など、インクを吐出するための機構やレーザ加工後のエッチング工程のための機構などが形成されている。また、被加工物の厚みは、例えば725μm程度である。   In addition, the substrate of the inkjet head is manufactured by processing a crystal surface (100) silicon material (workpiece), for example. A mechanism for discharging ink, an etching process after laser processing, and the like are formed on the workpiece, such as a heater, electric wiring, an etching stop layer having etching resistance, and an etching protective film. Moreover, the thickness of a to-be-processed object is about 725 micrometers, for example.

このような被加工物に対して、上述の所望の先導孔の形状になるまでレーザ光を照射する。この先導孔は、後工程の異方性エッチングの際にエッチング液を進入させ、異方性エッチングの時間を短縮し、インク供給口の幅をより小さくするために、直径φ5〜100μmとすることが好ましい。また深さは被加工物として725μmの厚さのものを用いた場合、600〜710μmが好ましい。   Such a workpiece is irradiated with laser light until the shape of the above-described desired leading hole is obtained. The lead hole has a diameter of 5 to 100 μm in order to allow an etchant to enter during anisotropic etching in a later step, shorten the time of anisotropic etching, and further reduce the width of the ink supply port. Is preferred. The depth is preferably 600 to 710 μm when a workpiece having a thickness of 725 μm is used.

11,111・・・被加工物、12・・・別の被加工物、4,104・・・レーザ発振器、6,106・・・第1のポラライザ(第1の分岐部材)、61,161・・・第2のポラライザ(第2の分岐部材)、62・・・第3のポラライザ(第2の分岐部材)、7,107・・・光変調素子(偏光方向切替部材)、8,108・・・制御装置、81,181・・・位置センサ、82・・・別の位置センサ、9・・・ミラー、91、92,191,192・・・可動ミラー(調整部材)、10,110・・・ビームダンパ、20・・・ミラー、171…蛍光板、172・・・フィルタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11,111 ... Workpiece, 12 ... Another workpiece, 4,104 ... Laser oscillator, 6,106 ... 1st polarizer (1st branch member), 61,161 ... 2nd polarizer (second branch member), 62 ... 3rd polarizer (second branch member), 7, 107 ... Light modulation element (polarization direction switching member), 8, 108 ... Control device, 81,181 ... Position sensor, 82 ... Another position sensor, 9 ... Mirror, 91, 92,191,192 ... Movable mirror (adjustment member) ... Beam damper, 20 ... Mirror, 171 ... Fluorescent screen, 172 ... Filter

Claims (8)

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を検知する位置センサと、
前記位置センサの検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更部材と、
前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第1の偏光方向と第2の偏光方向とに切り替える偏光方向切替部材と、
レーザ光の経路に関し、前記偏光方向切替部材と前記位置センサとの間に配置され、それぞれが前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第1の分岐部材及び第2の分岐部材と、を備え、
前記第1の分岐部材は、レーザ光を、前記偏光方向切替部材により切り替えられた偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として第1の分岐光路に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として第2の分岐光路に、一部を前記第1の分岐光路に、それぞれ分岐し、
前記第2の分岐部材は、前記第1の分岐光路に位置し、レーザ光を、前記偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として被加工物側に、一部を前記位置センサ側に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として前記位置センサ側に、それぞれ分岐する、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
A laser oscillator;
A position sensor for detecting the position of the laser beam irradiated by the laser oscillator;
Based on the detection result of the position sensor, a position changing member that changes the irradiation position of the laser beam on the workpiece;
A polarization direction switching member that switches the polarization direction of the laser light emitted by the laser oscillator between a first polarization direction and a second polarization direction;
With respect to the path of the laser light, a first branching member that is arranged between the polarization direction switching member and the position sensor, and each branches the laser light according to the polarization direction switched by the polarization direction switching member, and Two branch members,
The first branch member is configured such that the laser beam is mainly in the first branch optical path when the polarization direction switched by the polarization direction switching member is the first polarization direction, and the polarization direction is the second polarization direction. In the case of the polarization direction, the light is mainly branched to the second branch optical path and a part is branched to the first branch optical path.
The second branch member is located in the first branch optical path, and the laser beam is mainly on the workpiece side when the polarization direction is the first polarization direction, and partly on the position sensor side. In addition, when the polarization direction is the second polarization direction, it mainly branches to the position sensor side, respectively.
The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第1の分岐部材と前記第2の分岐部材とは、入射されたレーザ光を偏光方向に応じて主として分岐する割合である偏光消光比特性が同一である、
ことを特徴とする、請求項1に記載のレーザ加工装置。
The first branch member and the second branch member have the same polarization extinction ratio characteristic that is a ratio of mainly splitting the incident laser light according to the polarization direction.
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein:
レーザ光の経路に関し、前記位置センサの上流に配置された蛍光板と、
前記蛍光板の下流で、前記第2の分岐部材と前記位置センサとの間に配置され、レーザ光が当たることで前記蛍光板が発した蛍光光は透過するが、レーザ光を遮断するフィルタと、を有する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ加工装置。
A fluorescent plate disposed upstream of the position sensor with respect to a laser beam path;
A filter that is disposed downstream of the fluorescent plate and between the second branch member and the position sensor and transmits the fluorescent light emitted by the fluorescent plate when it hits the laser light, but blocks the laser light; Have
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein
レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第1の偏光方向と第2の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を位置センサにより検知する位置検知工程と、
前記位置検知工程での前記位置センサによる検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更工程と、
前記位置検知工程より前に、前記偏光方向切替工程により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第1の分岐工程及び第2の分岐工程と、を有し、
前記第1の分岐工程では、レーザ光を、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として第1の分岐光路に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として第2の分岐光路に、一部を前記第1の分岐光路に、それぞれ分岐し、
前記第2の分岐工程では、前記第1の分岐光路に分岐されたレーザ光を、前記偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として被加工物側に、一部を前記位置センサ側に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として前記位置センサ側に、それぞれ分岐する、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
A polarization direction switching step of switching the polarization direction of the laser light irradiated by the laser oscillator between the first polarization direction and the second polarization direction;
A position detecting step of detecting the position of the laser beam irradiated by the laser oscillator by a position sensor;
Based on the detection result by the position sensor in the position detection step, a position change step for changing the irradiation position of the laser beam to the workpiece,
Before the position detection step, and having a first branching step and a second branching step for branching the laser beam according to the polarization direction switched by the polarization direction switching step,
In the first branching step, when the polarization direction switched in the polarization direction switching step is the first polarization direction, the laser beam is mainly in the first branch optical path, and the polarization direction is in the second branching direction. In the case of the polarization direction, the light is mainly branched to the second branch optical path and a part is branched to the first branch optical path.
In the second branching step, the laser beam branched into the first branching optical path is mainly on the workpiece side when the polarization direction is the first polarization direction, and partly on the position sensor side. In addition, when the polarization direction is the second polarization direction, it mainly branches to the position sensor side, respectively.
The laser processing method characterized by the above-mentioned.
前記位置センサは、レーザ光が当たることで蛍光板が発した蛍光光を入射させることによりレーザ光の位置を検知する、
ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ加工方法。
The position sensor detects the position of the laser light by making the fluorescent light emitted from the fluorescent screen incident upon the laser light hitting it,
The laser processing method according to claim 4.
被加工物を加工して基板を製造する基板の製造方法であって、
被加工物にレーザ加工を行うレーザ加工工程を有し、
前記レーザ加工工程は、
レーザ発振器により照射されたレーザ光の偏光方向を第1の偏光方向と第2の偏光方向とに切り替える偏光方向切替工程と、
前記レーザ発振器により照射されたレーザ光の位置を位置センサにより検知する位置検知工程と、
前記位置検知工程での前記位置センサによる検知結果に基づいて、被加工物へのレーザ光の照射位置を変更する位置変更工程と、
前記位置検知工程より前に、前記偏光方向切替工程により切り替えられた偏光方向に応じてレーザ光を分岐する第1の分岐工程及び第2の分岐工程と、を有し、
前記第1の分岐工程では、レーザ光を、前記偏光方向切替工程で切り替えられた偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として第1の分岐光路に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として第2の分岐光路に、一部を前記第1の分岐光路に、それぞれ分岐し、
前記第2の分岐工程では、前記第1の分岐光路に分岐されたレーザ光を、前記偏光方向が前記第1の偏光方向である場合に主として被加工物側に、一部を前記位置センサ側に、前記偏光方向が前記第2の偏光方向である場合に主として前記位置センサ側に、それぞれ分岐する、
ことを特徴とする基板の製造方法。
A substrate manufacturing method for processing a workpiece to manufacture a substrate,
A laser processing step of performing laser processing on the workpiece;
The laser processing step includes
A polarization direction switching step of switching the polarization direction of the laser light irradiated by the laser oscillator between the first polarization direction and the second polarization direction;
A position detecting step of detecting the position of the laser beam irradiated by the laser oscillator by a position sensor;
Based on the detection result by the position sensor in the position detection step, a position change step for changing the irradiation position of the laser beam to the workpiece,
Before the position detection step, and having a first branching step and a second branching step for branching the laser beam according to the polarization direction switched by the polarization direction switching step,
In the first branching step, when the polarization direction switched in the polarization direction switching step is the first polarization direction, the laser beam is mainly in the first branch optical path, and the polarization direction is in the second branching direction. In the case of the polarization direction, the light is mainly branched to the second branch optical path and a part is branched to the first branch optical path.
In the second branching step, the laser beam branched into the first branching optical path is mainly on the workpiece side when the polarization direction is the first polarization direction, and partly on the position sensor side. In addition, when the polarization direction is the second polarization direction, it mainly branches to the position sensor side, respectively.
A method for manufacturing a substrate, comprising:
前記基板は、インク滴を吐出する吐出孔にインクを供給する経路となる溝を有するインクジェットヘッドの基板であり、
前記レーザ加工工程は、前記溝を形成するために被加工物にレーザ加工を行う工程である、
ことを特徴とする、請求項6に記載の基板の製造方法。
The substrate is a substrate of an inkjet head having a groove serving as a path for supplying ink to an ejection hole for ejecting ink droplets;
The laser processing step is a step of performing laser processing on a workpiece to form the groove.
The method of manufacturing a substrate according to claim 6.
前記位置センサは、レーザ光が当たることで蛍光板が発した蛍光光を入射させることによりレーザ光の位置を検知する、
ことを特徴とする請求項6または7に記載の基板の製造方法。
The position sensor detects the position of the laser light by making the fluorescent light emitted from the fluorescent screen incident upon the laser light hitting it,
The method for manufacturing a substrate according to claim 6 or 7, wherein:
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