JP3682295B2

JP3682295B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP3682295B2
Application number: JP2004146326A
Authority: JP
Inventors: 雅彦阪本; 祥瑞竹野; 靖彦祝; 俊之鉾館; 満樹黒澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2004230466A

Description

この発明は、レーザ加工装置、特に高速微細穴加工等に用いられるレーザ加工装置に関するものである。

背景技術
図９は、一般的な穴加工用レーザ加工装置である。図中、レーザ加工装置１０１は、レーザビーム１０２を発生するレーザ発振器１０３と、レーザ発振器１０３から発射されたレーザビーム１０２を反射により所望の方向に導くために設けられたベンドミラー１０４と、光路に沿って順に配置された可動するミラーであるガルバノミラー１０５ａ、１０５ｂとをそれぞれ有するガルバノスキャナ１０６ａ、１０６ｂと、ガルバノスキャナ１０６ａ、１０６ｂにより進行方向を制御されたレーザビーム１０２を被加工物１０７上に集光するＦθレンズ１０８と、被加工物１０７を上面に固定してＸＹ平面上を駆動するＸＹステージ１０９とを有する。

次に、このようなレーザ加工装置を用いて穴加工をする場合の各部の動作について説明する。レーザ発振器１０３で予め設定された周波数と出力値にしたがって発振されるパルス波形を有したレーザビーム１０２がベンドミラー１０４によりガルバノスキャナ１０６ａ、１０６ｂに導かれる。このガルバノスキャナ１０６ａ、１０６ｂは一方のガルバノミラーがＸＹステージ１０９のＸ方向に対応する方向に回転し、他方のガルバノミラーがＹ方向に対応するように設定されている。これにより、レーザビーム１０２をＸＹ平面上の限られた範囲であれば任意の位置に走査することが可能である。また、このようなレーザビーム１０２は様々な角度でＦθレンズ１０８に入射するが、このＦθレンズ１０８の光学特性によりＸＹステ一ジ１０９に対して垂直に落射するように補正される。

このようにして、レーザビーム１０２はガルバノスキャナ１０６ａ、１０６ｂによってＸＹステージ１０９上の限られた範囲(以下、スキャンエリア)内であればＸＹ平面上のどの座標に対しても位置決め自在であり、その位置に対応してレーザビーム１０２が照射され被加工物１０７を加工する。

そして、前述したスキャンエリアの加工が終了すると、被加工物１０７の新たなスキャンエリアの対象となる位置にＸＹステージ１０９が移動して、加工が繰り返される。
また、特に被加工物１０７がプリント基板などであり、比較的微細穴の加工を行ないたい場合は、光学系を像転写光学系とする場合がある。

図１０は、像転写系とした場合の各光学部品の位置関係を示す概略図であり、図中、ａは被加工物１０７上でのビームスポット径を設定するための絞り１１０とＦθレンズ１０８との光路上での距離、ｂはＦθレンズ１０８と被加工物１０７との光路上での距離、ｆはＦθレンズ１０８の焦点距離である。なお、このＦθレンズ１０８の焦点距離ｆと、Ｆθレンズ１０８と２個のガルバノミラー１０５ａ、１０５ｂ間の光路上での中心位置１１１との距離が等しくなるように設定されている。

このような位置関係となる像転写光学系では、ガルバノミラー１０５ａ、１０５ｂの有効半径をｇｒとすると、距離ｂに対して距離ａが十分大きい場合、Ｆθレンズ１０８と被加工物１０７の光路系における開口数ＮＡは数１で表される。

［数１］
ＮＡ＝ｇｒ／（ｂ²＋ｇｒ²）^1/2
また、レーザビームの波長をλとすると、被加工物上でのビームスポット径ｄは数２で表される。
［数２］
ｄ＝０．８２λ／ＮＡ

さらに、像転写光学系であることから、ａ、ｂ、ｆは数３の関係が成り立つような位置関係に設定されている。
［数３］
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ
したがって、例えば、波長λが９．３μｍのレーザで、ビームスポット径ｄが９５μｍとなるようにしたければ、数２より開口数ＮＡは０．０８である必要がある。このように、数２からすると、微細穴加工を行うためビームスポット径ｄを小さくするには、開口数ＮＡを大きくする必要がある。

そのためには、数１からガルバノミラーのレーザビームの品質を劣化させることなく反射可能な有効半径ｇｒを大きくすればよいことがわかる。例えば、少なくとも先程のビームスポット径ｄ＝９５μｍよりも細いビームスポットをｆ＝１００ｍｍ、ａ＝１５００ｍｍである光学系で達成するためには、数３よりｂ＝１０７ｍｍであるため、ＮＡ＞０．０８とするには数１より、ｇｒ＞８.６ｍｍとする必要があることがわかる。

このようなレーザ加工装置の生産性を向上させるために、ガルバノスキャナの駆動速度を高速にする必要がある。そのため、一般的にガルバノミラー径を小さくすること、又はガルバノミラーの振れ角を小さくすることが有効であるといわれている。

また、特許文献１には、レーザビームを分岐手段で分岐し、各レーザビームをそれぞれの走査手段で加工位置に導くとともに集束手段により集束して加工するレーザ加工装置が開示されている。

さらに、特許文献２には、レーザ光をハーフミラーで分光し、分光したそれぞれのレーザ光を複数のガルバノスキャナ系に導き、fθレンズを通して複数の加工領域に照射するレーザ加工装置が開示されている。

また、特許文献３では大きな偏向角を得るために偏向ミラーを２段に配している。
特開平１１−１９２５７１号公報特開平１１−３１４１８８号公報特開昭５３−８２４２７号公報

しかし、ガルバノミラー径を小さくすると、ｇｒが小さくなり、式(１)より開口数ＮＡが小さくなり、結果として式（２）の関係にあるビームスポット径ｄが大きくなり微細穴加工を行うことができないという問題があった。

また、ガルバノミラーの振れ角を小さくすると、個々のスキャンエリアサイズが小さくなるため、スキャンエリア数が増大する。一般に、ガルバノスキャナ１０６による位置決めに要する時間に比べ、ＸＹテーブルの位置決めに要する時間ははるかに長いため、スキャンエリア数が増大し、ＸＹステージによる移動回数が増すことで、個々のスキャンエリアでの速度は上がっても全体の生産速度は向上しないという問題があった。

さらに、特許文献１に開示された装置では、分岐した各レーザビームを制御し集光するために、それぞれのレーザビームに対応したガルバノスキャナ（ガルバノメータとガルバノミラー）とｆθレンズとが必要となるため、例えばレーザビームを２分岐した場合は第９図に示したレーザ加工装置の２倍のガルバノスキャナとＦθレンズとが必要となり、コストが増大するという問題があった。また、２倍の加工速度を得るため２枚の被加工物を同時に加工するにはＸＹテーブルの大きさが２倍必要となり、加工機が大型化するという問題があった。

またさらに、特許文献２に開示された装置では、分光したレーザ光をそれぞれ独立した複数のガルバノスキャナ系に導き、これをｆθレンズで集光しているため、光路内の最後のガルバノミラーからＦθレンズヘ入射されるレーザ光には大きく斜めから入射することになるため、Ｆθレンズの収差の影響が大きくなり、レーザ光を小さく集光するのが難しいという問題があった。

一方、特許文献３では、第１の偏向ミラーで偏向されたビームを第２の偏向ミラーで更に偏向して、大きな偏向角度を得ている。

この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、微細加工を行なう上での生産性を向上しながらもコスト増を抑制し、なおかつ大型化しないレーザ加工装置を提供することを目的とするものである。

本発明のレーザ加工装置は、レーザビームをＸ、Ｙ方向に偏向走査させる第一のスキャナペアと、前記第一のスキャナペアを通過した前記レーザビームをステージ上でＸＹ方向に偏向走査させる第二のスキャナペアと、前記第二のスキャナを通過したレーザビームを集光するレンズとを有し、前記第一のスキャナペアは前記第二のスキャナペアに比べ前記レーザビームを偏向させる角度が小さく設定されていることを特徴とする。
また、第一のスキャナ手前に絞りを設け、レンズ後に設けた被加工物との間で像転写光学系を形成する。

さらに、第二のスキャナのミラー径と、レンズから被加工物までの距離とから求められる開口数を０．０８以上となるようにする。

このようにすることで、被加工物へのビーム照射数を増やすことができ、生産性を向上することができ、また、微細穴加工であっても同じように生産性を向上できる。

実施形態１.
図１は、この実施形態におけるレーザ加工装置である。図中、レーザ加工装置１は、レーザビーム２を発生するレーザ発振器３と、レーザ発振器３から発射されたレーザビーム２を反射により所望の方向に導くために設けられたベンドミラー４と、光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム２を偏向する副偏向ガルバノミラー（第一のガルバノミラー）５を有する副偏向ガルバノスキャナ（第一のガルバノスキャナ）６と、光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム２を偏向する主偏向ガルバノミラー（第二のガルバノミラー）７を有する主偏向ガルバノスキャナ（第二のガルバノスキャナ）８と、レーザビーム２を被加工物９上に集光するＦθレンズ１０と、被加工物９を上面に固定してＸＹ平面上を駆動するＸＹステージ１１とを有する。この副偏向ガルバノミラー５はＸＹステージ１１のＸ方向に対応したガルバノミラーとＹ方向に対応したガルバノミラ一の２枚のガルバノミラーから構成され、これらのミラーを駆動するために副偏向ガルバノスキャナは２台設けられている。また、主偏向ガルバノミラー７についても同様にＸＹステージ１１のＸ方向に対応したガルバノミラーとＹ方向に対応したガルバノミラーの２枚のガルバノミラーから構成され、これらのミラーを駆動するために主偏向ガルバノスキャナも２台設けられている。

次に、この発明による装置の動作について説明する。レーザ発振器３で予め設定された周波数と出力値にしたがって発振されるパルス波形を有したレーザビーム２は、ベンドミラー４により副偏向ガルバノスキャナ６の副偏向ガルバノミラー５、主偏向ガルバノスキャナ８の主偏向ガルバノミラー７に導かれる。

これにより、副偏向ガルバノスキャナ６と主偏向ガルバノスキャナ８とを駆動することで、レーザビーム２をＸＹ平面上の限られた範囲であれば任意の位置に走査することが可能である。また、このようなレーザビーム２は様々な角度でＦθレンズ１０に入射するが、このＦθレンズ１０の光学特性によりＸＹステージ１１に対して垂直に落射するように補正される。

図２は、この実施の形態における被加工物９上でのガルバノスキャンエリアの説明図である。図中、レーザビーム２を大角度偏向する主偏向手段である主偏向ガルバノスキャナ８が走査可能な範囲であるスキャンエリア１２の内部には、レーザビーム２を小角度偏向する副偏向手段である副偏向ガルバノスキャナ６が走査可能な範囲であるサブスキャンエリア１３が設けられている。

これらの関係について具体的に例を挙げて説明すると、スキャンエリア１２が一辺５０ｍｍの正方形領域とした場合、サブスキャンエリア１３を一辺５ｍｍの正方形の領域とすれば、主偏向スキャンエリア内にサブスキャンエリア１２が最大１００個構成できることになる。

このように分割されたスキャンエリアに対応する副偏向ガルバノスキャナ６と主偏向ガルバノスキャナ８の動作について説明する。副偏向ガルバノスキャナ６と主偏向ガルバノスキャナ８はそれぞれ特に制御装置（図示せず）から指令を受けていない状態では、ある特定の基準位置に保持されている。この基準位置は光路の調整及び制御上の設定により変更可能であるが、ここでは、レーザビーム２が、それぞれのガルバノミラー偏向中心を通る状態でレーザビーム２がスキャンエリア１２の中心に落射する位置を基準位置とする。

まず、レーザビーム２の落射位置が、スキャンエリア１２の基準位置から、主偏向ガルバノスキャナ８を駆動することにより、予め設定されたサブスキャンエリア１３の中心となる位置１４に移動する。次いで、この位置で主偏向ガルバノスキャナ８は保持され、副偏向ガルバノスキャナ６を駆動することによりサブスキャンエリア１３内の加工が行われる。このようにして、一つのサブスキャンエリア１３の加工が終了すると、主偏向ガルバノスキャナ８を駆動することで、次のサブスキャンエリアの中心位置ヘレーザビーム２の落射位置が移動され、加工が行われる。このような動作が一つのスキャンエリア１２の全範囲での加工が終了するまで繰り返され、終了したらＸＹステージ１１を駆動して次のスキャンエリアの加工が行なわれ、被加工物９上に設定された予定範囲すべての加工が終わるまで繰り返される。

図３は、この実施形態の各光学部品の位置関係を示す概略図であり、図中、実線で表される光束はレーザ発振器３のレーザ出力部もしくはその前方の光路途中に配置した絞り１５、副偏向ガルバノミラー５の２枚のガルバノミラー間における光軸方向の中心位置１６、主偏向ガルバノミラー７の２枚のガルバノミラー間における光軸方向の中心位置１７及びＦθレンズ１０を通って被加工物９上に到達するレーザビーム２を表している。なお、この時各ガルバノミラーは基準位置に保持されている。一方、点線で表される光束は副偏向ガルバノミラー５が基準位置から変化したことにより偏向したレーザビーム２である。図に示すように、副偏向ガルバノミラー６によりレーザビーム２が偏向（オフセット）されて、主偏向ガルバノミラーから部分的にはみ出すことを考慮する必要がある。

そのために、直径約１００μｍ以下の微細穴を加工する場合、（１）式に示したように、Ｆθレンズ１０と被加工物９との距離や主偏向ガルバノミラー７の有効径の他にも、主偏向ガルバノミラー７と副偏向ガルバノミラー５との位置関係や副偏向ガルバノミラー５の偏向角度にも注意して主偏向ガルバノミラー７からレーザビームがこぼれないようにして、開口数ＮＡについて、ＮＡ＞Ｏ．０８が保持されるようにしなければならない。

このようにして、副偏向ガルバノミラー５を小角度だけ動かすことで比較的狭いサブスキャンエリア内であれば高速の位置決めが可能となり、加工時間は短縮され、サブスキャンエリア間の移動には主偏向ガルバノスキャナを用いるため、ＸＹステージによる移動に比べ高速の移動が可能であり、移動時間が短縮される。

なお、この実施の形態では副偏向させるための手段としてガルバノミラーを駆動するガルバノスキャナを用いているが、ピエゾなどの圧電素子を用いて素子に電流を加えることでレーザビームを偏向するスキャナや、超音波周波数に応じてレーザビームの偏向角度を変化させる音響光学素子によるスキャナを用いてもよい。

実施形態２.
図４は、この発明の実施形態２におけるレーザ加工装置の概略図である。なお、この実施の形態では、実施の形態１と同じ名称の構成については同じ付番を記す。

図中、レーザ加工装置１は、レーザ発振器３（図示せず）から発射された直線偏光のレーザビーム１８を被加工物９上で任意のビームスポット径に設定するための絞り１５と、この絞り１５を通過したレーザビーム１８を第二のレーザビーム（以下、レーザビーム１８ａ）と第一のレーザビーム（以下、レーザビーム１８ｂ）とに分光するための分光手段１９と、レーザビーム１８ａの偏光方向を９０度回転させる位相板２０と、光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム１８ｂを小角度偏向する副偏向ガルバノミラー５を有する副偏向ガルバノスキャナ６と、位相板２０によって９０度回転したレーザビーム１８ａ（Ｓ偏光）を反射するとともに副偏向ガルバノミラー５からのレーザビーム１８ｂ（Ｐ偏光）を透過する偏光ビームスプリッタ２１と、偏光ビームスプリッタ２１からのレーザビーム１８ａ、１８ｂを大角度偏向させる主偏向ガルバノミラー７を有する主偏向ガルバノスキャナ８と、レーザビーム１８ａ、１８ｂを被加工物９上に集光するＦθレンズ１０と、被加工物９を上面に固定してＸＹ平面上を駆動するＸＹステージ１１（図示せず）とを有する。なお、副偏向ガルバノスキャナ６は、偏光ビームスプリッタ２１の外にもレーザビーム１８ｂを導くことができるため、このような場合にレーザビーム１８ｂを受け吸収するビームアブソーバ２２が設けられている。

なお、レーザビーム１８ａ、１８ｂの光路の向きを変更するためにはベンドミラー４が用いられる。また、第４図上では表示を省略しているが、副偏向ガルバノミラー５、副偏向ガルバノスキャナ６、主偏向ガルバノミラー７、及び主偏向ガルバノスキャナ８は実施の形態１と同様にＸＹ平面上のどの位置にもレーザビーム照射可能なようにするためにＸ方向に駆動するミラーとスキャナとＹ方向に駆動するミラーとスキャナとから構成されている。

次に、この発明の実施形態２における動作について説明する。直線偏光であるレーザビーム１８は、分光手段１９により強度比１：１のレーザビーム１８ａ、１８ｂに分光され、レーザビーム１８ａの偏光方向を位相板２０で９０度回転させＳ偏光とする。この分光手段１９には、素子の汚れ等に係わらず分光比を安定させることができるため、回折光学素子が適している。また、位相板２０にはλ／２板または相当品を用いている。

このようにして、Ｓ偏光となったレーザビーム１８ａは偏光ビームスプリッタ２１で反射され、主偏向ガルバノスキャナ８によって、被加工物９上への照射位置が決定される。一方、分光手段１９で分光されたレーザビーム１８ｂはＰ偏光のままで副偏向ガルバノスキャナ６へ入射し、さらに、主偏向ガルバノスキャナ８にレーザビーム１８ａとは異なる位置に入射する。従って、レーザビーム１８ａの被加工物９上への照射位置に対するレーザビーム１８ｂの被加工物９への相対的な照射位置は、副偏向ガルバノスキャナ６により決定される。

図５は、この実施の形態のレーザ加工装置で被加工物へ照射した場合の、レーザ照射位置の概略図である。図中、被加工物９上の主偏向ガルバノスキャナ８によりスキャンエリア１２内には、一回のレーザ発振器３（図示せず）からのレーザビーム１８の照射により、主偏向ガルバノスキャナ８による位置決定で、レーザビーム１８ａによるビーム照射位置２３とレーザビーム１８ｂによるビーム照射位置２４ヘレーザビーム１８ａ、１８ｂが同時に照射される。

また、被加工物９上のスキャンエリア１２内での加工予定穴数が奇数である場合など、レーザビームが必ずしも２箇所照射されて、常に良いとは限らない場合がある。このようなときは、主偏向ガルバノスキャナ８でレーザビーム１８ａだけを所望の位置２５に照射し、レーザビーム１８ｂは副偏向ガルバノスキャナ６によりビームアブソーバ２２に吸収させて、主偏向ガルバノスキャナ８へ入射させないようにする。

なお、この実施形態の各光学部品の位置関係は、図３と同様に表せる。すなわち、図３中の点線が副偏向ガルバノスキャナ６で偏向されるレーザビーム１８ｂの光束に相当する。従って、開口数ＮＡを、ＮＡ＞０．０８となるように保持するための考え方は実施の形態１と同様である。

このような装置構成とすることで２点に同時にレーザビームを照射することができるため、加工時間が短縮される。また、Ｆθレンズは一つで済むため、コストアップを防ぐことができるとともに加工機の大型化を防ぐことができる。

実施形態３.
図６は、この発明の実施形態３におけるレーザ加工装置の概略図である。なお、この実施の形態では、実施の形態１と同じ名称の構成については同じ付番を記す。

図中、レーザ加工装置１は、レーザ発振器３（図示せず）から発射されたレーザビーム２６を被加工物９上で任意のビームスポット径に設定するための絞り１５と、この絞り１５を通過したレーザビーム２６をレーザビーム２６ａとレーザビーム２６ｂとに分光するための分光手段１９と、光路に沿って順に配置され可動することでレーザビーム２６ｂを小角度偏向する第一の副偏向ガルバノミラー５ａを有するガルバノスキャナ５ｂと、光路に沿って、このガルバノスキャナの後に配置され可動することでレーザビーム２６ｂを小角度偏向する第二の副偏向ガルバノミラー６ａを有するガルバノスキャナ６ｂと、レーザビーム２６ａ、２６ｂを大角度偏向させる主偏向ガルバノミラー７を有する主偏向ガルバノスキャナ８と、レーザビーム２６ａ、２６ｂを被加工物９上に集光するＦθレンズ１０と、被加工物９を上面に固定してＸＹ平面上を駆動するＸＹステージ１１（図示せず）とを有する。なお、第一の副偏向ガルバノスキャナ５ｂは、第二の副偏向ガルバノミラー６ａの外にもレーザビーム２６ｂを導くことができるため、このような場合にレーザビーム２６ｂを受け吸収するビームアブソーバ２２が設けられている。

なお、レーザビーム２６ａ、２６ｂの光路の向きを変更するためにはベンドミラー４が用いられる。また、第６図上では表示を省略しているが、第一の副偏向ガルバノミラー５ａ、第一の副偏向ガルバノスキャナ５ｂ、第二の副偏向ガルバノミラー６ａ、第二の副偏向ガルバノスキャナ６ｂ、主偏向ガルバノミラー７、及び主偏向ガルバノスキャナ８は実施の形態１と同様にＸＹ平面上のどの位置にもレーザビーム照射可能なようにするためにＸ方向に駆動するミラーとスキャナとＹ方向に駆動するミラーとスキャナとから構成されている。

このように、第一の副偏向ガルバノスキャナ５ｂと第二の副偏向ガルバノスキャナ６ｂとを設けることで、分光されたレーザビーム２６ａ、２６ｂが、Ｆθレンズ１０の前焦点位置でＦθレンズ軸上にある主偏向ガルバノスキャナ８を通過するようにしている。

次に、この発明の実施形態３における動作について説明する。レーザビーム２６は、一分光手段１９により強度比１：１のレーザビーム２６ａ、２６ｂに分光される。この分光手段１９には、素子の汚れ等に係わらず分光比を安定させることができるため、回折光学素子が適している。

このようにして、レーザビーム２６ａは主偏向ガルバノスキャナ８へ入射し、被加工物９上への照射位置が決定される。一方、分光手段１９で分光されたレーザビーム２６ｂは第一の副偏向ガルバノスキャナ５ｂへ入射し、さらに、第二の副偏向ガルバノスキャナ６ｂへ入射し、次いで、主偏向ガルバノスキャナ８にレーザビーム２６ａとは異なる位置に入射する。従って、レーザビーム２６ａの被加工物９上への照射位置に対するレーザビーム２６ｂの被加工物９への相対的な照射位置は、第一の副偏向ガルバノスキャナ５ｂ及び第二の副偏向ガルバノスキャナ６ｂにより決定される。

これら第一の副偏向ガルバノミラー５ａと第二の副偏向ガルバノミラー６ａと主偏向ガルバノミラー７との関係は、まず、第一の副偏向ガルバノミラー５ａを、レーザビーム２６ｂの照射位置に相当する角度だけ傾けるとともに、第二の副偏向ガルバノミラー６ａで、レーザビーム２６ｂがＦθレンズ１０の中心軸上でＦθレンズ１０の前焦点位置に相当する位置を通過するように戻す。これにより、レーザビーム２６ｂは、Ｆθレンズ１０の中心軸上でＦθレンズ１０の前焦点位置に相当する位置に設置された主偏向ガルバノミラー７の有効範囲内を通過することになる。

図７は、この実施形態の各光学部品の位置関係を示す概略図であり、図中、実線で表される光束は絞り１５、主偏向ガルバノミラー７を構成する２枚のガルバノミラー間における光軸方向の中心位置、Ｆθレンズ１０を通って被加工物９上に到達するレーザビーム２６ａである。一方、レーザビーム２６ｂは、第二の副偏向ガルバノスキャナ６ｂにより、レーザビーム２６ｂがＦθレンズ１０の中心軸上のＦθレンズ１０の前焦点位置に相当する位置を通過するので、主偏向ガルバノミラー７にオフセットなく照射される。これは第７図中で点線で表される光束のように、絞り１５の位置が光軸方向に対して直角に移動したのと同等である。

このような光路系が構成されるため、この実施の形態の装置では、主偏向ガルバノミラーの有効径を決定する上で、副偏向ガルバノスキャナによりレーザビームが振られることを考慮する必要がなく、微細径を保持したまま副偏向ガルバノスキャナと主偏向ガルバノスキャナにより同時にビーム照射可能な範囲が広がり、加工速度が向上する。ただし、微細穴加工を行うために開口数ＮＡ＞０．０８となるようにガルバノミラー有効径以外の要素（例えばＦθレンズと被加工物との距離）については考慮する必要がある。

また、この実施の形態の装置で被加工物へ照射した場合は、実施の形態２で図５に示したものと同じように、レーザビーム２６ａとレーザビーム２６ｂとが二個所同時に照射される。また、一個所だけ照射する場合は、第一の副偏向ガルバノスキャナ５ｂによりレーザビーム２６ｂをビームアブソーバ２２に吸収させる。

さらに、実施の形態２及び実施の形態３において、副偏向ガルバノスキャナはそれぞれ２個のガルバノミラーを用いているが、それぞれ１個のガルバノミラーとする構成でもよい。この場合、被加工物９上でＸＹ平面内の１方向だけの走査となるが、加工穴の配置によっては有効であるとともに、ガルバノミラーの数が少なくなることで装置構成が簡略になる。

なお、以上の実施形態ではレーザ加工装置を微細穴加工に適用する場合について説明したが、その他のレーザ加工にも適用できることは言うまでもない。

実施の形態４.
図８は、この発明の実施の形態４におけるレーザ加工装置の概略図である。なお、この実施の形態では、実施の形態１及び実施の形態２と同じ名称の構成については同じ付番を記す。

図中、レーザ加工装置１は、レーザ発振器３（図示せず）から発射された円偏光のレーザビーム２７を被加工物９上で任意のビームスポット径に設定するための絞り１５と、この絞り１５を通過したレーザビーム２７をレーザビーム２７ａとレーザビーム２７ｂとに分光するための分光用偏光ビームスプリッタ２８と、分光用偏光ビームスプリッタ２８に対してＰ偏光であるレーザビーム２７ａを合成用偏光ビームスプリッタ２９に対して、Ｓ偏光となるように組み合わされたベンドミラー４と、光路に沿って順に配置され可動することで分光用偏光ビームスプリッタ２８で分光されたレーザビーム２７ｂを小角度偏向する副偏向ガルバノミラー５を有する副偏向ガルバノスキャナ６と、Ｓ偏光となったレーザビーム２７ａと副偏向ガルバノミラー５からのレーザビーム２７ｂとを合成する合成用偏光ビームスプリッタ２９と、合成用偏光ビームスプリッタ２９からのレーザビーム２７ａ、２７ｂを大角度偏向させる主偏向ガルバノミラー７を有する主偏向ガルバノスキャナ８と、レーザビーム２７ａ、２７ｂを被加工物９上に集光するＦθレンズ１０と、被加工物９を上面に固定してＸＹ平面上を駆動するＸＹステージ１１（図示せず）とを有する。なお、副偏向ガルバノスキャナ６は、合成用偏光ビームスプリッタ２９の外にもレーザビーム２７ｂを導くことができるため、このような場合にレーザビーム２７ｂを受け吸収するビームアブソーバ２２が設けられている。

なお、レーザビーム２７ｂの光路の向きを変更する場合もベンドミラー４が用いられる。また、第８図上では表示を省略しているが、副偏向ガルバノミラー５、副偏向ガルバノスキャナ６、主偏向ガルバノミラー７、及び主偏向ガルバノスキャナ８は実施の形態１と同様にＸＹ平面上のどの位置にもレーザビーム照射可能なようにするためにＸ方向に駆動するミラーとスキャナとＹ方向に駆動するミラーとスキャナとから構成されている。

次に、この発明の実施形態４における動作について説明する。円偏光であるレーザビーム２７は、分光用偏光ビームスプリッタ２８により強度比１：１のレーザビーム２７ａ、２７ｂに分光され、レーザビーム２７ａの偏光方向をベンドミラー４で変更し合成用偏光ビームスプリッタ２９に対してＳ偏光とする。

このようにして、合成用偏光ビームスプリッタ２９に対してＳ偏光となったレーザビーム２７ａは合成用偏光ビームスプリッタ２９から、主偏向ガルバノスキャナ８へ入射し、被加工物９上への照射位置が決定される。一方、分光用偏光ビームスプリッタ２８で分光されたレーザビーム２７ｂは副偏向ガルバノスキャナ６へ入射し、さらに、合成用偏光ビームスプリッタ２９から主偏向ガルバノスキャナ８にレーザビーム２７ａとは異なる位置に入射する。従って、レーザビーム２７ａの被加工物９上への照射位置に対するレーザビーム２７ｂの被加工物９への相対的な照射位置は、副偏向ガルバノスキャナ６により決定される。

なお、この実施形態の各光学部品の位置関係は、図３と同様に表せる。すなわち、図３中の点線が副偏向ガルバノスキャナ６で偏向されるレーザビーム２７ｂの光束に相当する。

また、以上の実施の形態２〜４までのレーザ加工装置で、分光した第一のレーザビームと第二のレーザビームの伝播する光路長を同距離とすれば、被加工物上で同じ穴径の加工が可能であることはいうまでもない。

以上のように、本発明に係るレーザ加工装置は、被加工物にレーザビームを照射することで加工を行なう装置として有用である。

この発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の概略図である。この発明の実施の形態１におけるレーザ照射位置を説明する説明図である。この発明の実施の形態１における光学系の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置の概略図である。この発明の実施の形態２におけるレーザ照射位置を説明する説明図である。この発明の実施の形態３におけるレーザ加工装置の概略図である。この発明の実施の形態３における光学系の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態４におけるレーザ加工装置の概略図である。従来のレーザ加工装置を示す図である。従来の光学系の構成を示す構成図である。

符号の説明

１：レーザ加工装置、２：パルス状レーザビーム、３：レーザ発振器、４：ベンドミラー、５：副偏向ガルバノミラー、６：副偏向ガルバノスキャナ、７：主偏向ガルバノミラー、８：主偏向ガルバノスキャナ、９：被加工物、１０：レンズ、１１：ＸＹステージ、１５：絞り、１９：分光手段、２０：位相板、２１：偏光ビームスプリッタ

Claims

レーザビームをＸ、Ｙ方向に偏向走査させる第一のスキャナペアと、
前記第一のスキャナペアを通過した前記レーザビームをステージ上でＸＹ方向に偏向走査させる第二のスキャナペアと、
前記第二のスキャナを通過したレーザビームを集光するレンズとを有し、
前記第一のスキャナペアは前記第二のスキャナペアに比べ前記レーザビームを偏向させる角度が小さく設定されていることを特徴とするレーザ加工装置。
第一のスキャナ手前に絞りを設け、レンズ後に設けた被加工物との間で像転写光学系を形成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
第二のスキャナのミラー径と、レンズから被加工物までの距離とから求められる開口数を０．０８以上となるようにすることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。