特開 2022-128033 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022128033

(43)【公開日】2022-09-01

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/10 20060101AFI20220825BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20220825BHJP

   B23K 26/0622 20140101ALN20220825BHJP

   G02F 1/11 20060101ALN20220825BHJP

【ＦＩ】

H01S3/10 Z

H01S3/00 B

B23K26/0622

G02F1/11 502

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021026332

(22)【出願日】2021-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】石原 裕

【テーマコード（参考）】

2K102

4E168

5F172

【Ｆターム（参考）】

2K102AA30

2K102BA01

2K102BB01

2K102BC07

2K102BD10

2K102CA23

2K102DA01

2K102EA04

2K102EA23

2K102EB02

2K102EB10

2K102EB20

4E168AD11

4E168DA23

4E168DA43

4E168DA53

4E168EA11

4E168EA19

4E168JB01

5F172NN23

5F172NP03

5F172NP05

5F172NR03

5F172WW09

5F172ZZ01

(57)【要約】

【課題】レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーが変動しても、加工品質の低下を抑制することが可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】光スイッチング素子が、レーザ発振器から出力されたレーザビームから、時間軸上で一部のレーザビームを切り出して対象物に向かわせる。制御装置が、レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーに応じて、光スイッチング素子の透過率を変化させる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームから、時間軸上で一部のレーザビームを切り出して対象物に向かわせる光スイッチング素子と、
前記レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーに応じて、前記光スイッチング素子の透過率を変化させる制御装置と
を備えたレーザ加工装置。

【請求項2】

前記レーザ発振器は、パルスレーザビームを出力し、パルスレーザビームのピークパワーがパルスレーザビームの出力開始時点からの経過時間に応じて変動する特性を有しており、
前記制御装置は、前記レーザ発振器からのパルスレーザビームの出力開始時点からの経過時間に応じて前記光スイッチング素子の透過率を変化させる請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記レーザ発振器は、パルスレーザビームを出力し、パルスレーザビームのピークパワーがパルスレーザビームの出力開始時点からの経過時間に応じて変動する特性を有しており、
前記制御装置は、前記レーザ発振器からのパルスレーザビームの出力開始時点から順次出力されるレーザパルスに付される通し番号に応じて前記光スイッチング素子の透過率を変化させる請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記レーザ発振器は、連続発振レーザビームを出力し、連続発振レーザビームのパワーが出力開始時点からの経過時間に応じて変動する特性を有しており、
前記制御装置は、前記レーザ発振器からのレーザビームの出力開始時点からの経過時間に応じて前記光スイッチング素子の透過率を変化させる請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記レーザ発振器は、パルスレーザビームを出力し、パルスレーザビームのピークパワーがパルスの繰り返し周波数に応じて変動する特性を有しており、
前記制御装置は、パルスの繰り返し周波数に応じて前記光スイッチング素子の透過率を変化させる請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

レーザビームを光スイッチング素子に入射させ、時間軸上で一部のレーザビームを切り出して対象物に向かわせ、
前記光スイッチング素子に入射するレーザビームのパワーに応じて、前記光スイッチング素子の透過率を変化させることにより、前記対象物に入射するレーザビームのパワーを調整するレーザ加工方法。

【請求項7】

前記光スイッチング素子に入射するレーザビームはパルスレーザビームであり、
前記対象物に入射するレーザビームのパワーを調整する際に、前記光スイッチング素子の透過率を変化させることにより、前記対象物に入射するパルスレーザビームのピークパワーを一定に近付ける請求項６に記載のレーザ加工方法。

【請求項8】

前記光スイッチング素子に入射するレーザビームは連続発振レーザビームであり、
前記対象物に入射するレーザビームのパワーを調整する際に、前記光スイッチング素子の透過率を変化させることにより、前記対象物に入射する連続発振レーザビームのパワーを一定に近付ける請求項６に記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザビームを用いて穴明け加工を行うレーザ加工装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されたレーザ加工装置においては、レーザ発振器から出力されたパルスレーザビームから音響光学偏向器（ＡＯＤ）を用いて一部を切り出し、切り出したレーザパルスを加工対象物に入射させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１８６８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザ発振器から出力されるパルスレーザビームのピークパワーが、発振条件によって変化する場合がある。例えば、レーザ発振器によっては、発振の開始からの経過時間に応じてピークパワーが低下する傾向を示す。また、パルスの繰り返し周波数が高くなると、ピークパワーが低下する傾向を示す場合がある。ピークパワーが変動すると、加工品質にばらつきが生じてしまう。

【0005】

また、連続発振レーザビームにおいても、発振の開始からの経過時間に応じてパワーが低下する傾向を示す場合がある。連続発振レーザビームのパワーが変動すると、加工品質にばらつきが生じてしまう。

【0006】

本発明の目的は、レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーが変動しても、加工品質の低下を抑制することが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によると、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームから、時間軸上で一部のレーザビームを切り出して対象物に向かわせる光スイッチング素子と、
前記レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーに応じて、前記光スイッチング素子の透過率を変化させる制御装置と
を備えたレーザ加工装置が提供される。

【0008】

本発明の他の観点によると、
レーザビームを光スイッチング素子に入射させ、時間軸上で一部のレーザビームを切り出して対象物に向かわせ、
前記光スイッチング素子に入射するレーザビームのパワーに応じて、前記光スイッチング素子の透過率を変化させることにより、前記対象物に入射するレーザビームのパワーを調整するレーザ加工方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーに応じて光スイッチング素子の透過率を変化させることにより、対象物に入射するレーザビームのパワーを調整することができる。透過率の調整によって、レーザ発振器から出力されるレーザビームのパワーの変動を補償することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、一実施例によるレーザ加工装置の概略図である。

【図2】図２は、光スイッチング素子の入力側のパルスレーザビームの波形、アナログ信号で指令される回折効率の値、デジタル信号で指令される切り出しタイミング、及び光スイッチング素子の出側のパルスレーザビームの波形の一例を示すグラフである。

【図3】図３は、光スイッチング素子の入側のパルスレーザビーム及び出側のパルスレーザビームのパルスエネルギ、及び光スイッチング素子の回折効率の時間変化の一例を示すグラフである。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、制御装置が回折効率を変化させるための基礎情報の一例をグラフで示す図である。

【図5】図５Ａは、他の実施例によるレーザ加工装置のパルスの繰り返し周波数とピークパワーとの関係の一例を示すグラフであり、図５Ｂは、制御装置が光スイッチング素子の回折効率を制御するための基礎情報をグラフで示す図である。

【図6】図６は、光スイッチング素子の入側のパルスレーザビームの概略波形、アナログ信号（図１）で指令される光スイッチング素子の回折効率、及び出側パルスレーザビームの概略波形を示すグラフである。

【図7】図７は、さらに他の実施例によるレーザ加工装置の制御装置が、光スイッチング素子の回折効率を制御するために使用する基礎情報を示す図表である。

【図8】図８Ａは、対象物の表面に定義されている複数の被加工点の分布の一例を示す図であり、図８Ｂは、複数の被加工点の加工順の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１～図４を参照して、本願発明の一実施例によるレーザ加工装置について説明する。
図１は、一実施例によるレーザ加工装置の概略図である。レーザ発振器１０が制御装置３０からの指令によりパルスレーザビームを出力する。レーザ発振器１０として、例えば炭酸ガスレーザが用いられる。レーザ発振器１０から出力されたパルスレーザビームが、ビーム整形光学系１１を経由してアパーチャ１２に入力する。ビーム整形光学系１１は、例えばビームエキスパンダ等であり、パルスレーザビームのビーム径及び拡がり角を調整する。

【0012】

アパーチャ１２を通過したパルスレーザビームが、光スイッチング素子１３に入射する。光スイッチング素子１３として、例えば音響光学偏向素子が用いられる。ドライバ１４が制御装置３０からの指令により、光スイッチング素子１３を駆動する。光スイッチング素子１３は、入力されるパルスレーザビームＰ１から、時間軸上で一部のレーザビームを切り出して、切り出したパルスレーザビームＰ２を対象物５０に向かわせる。光スイッチング素子１３に入射するパルスレーザビームＰ１のうち切り出されなかった部分はビームダンパ２１に入射する。

【0013】

一例として、制御装置３０からドライバ１４に、回折効率を指令するアナログ信号ＡＭと、レーザビームの切り出しタイミングを指令するデジタル信号ＤＭとが与えられる。切り出しのタイミングを指令するデジタル信号ＤＭがハイレベルの期間、パルスレーザビームが対象物５０に向かう経路に振り向けられ、その他の期間は、パルスレーザビームがビームダンパ２１に入力される。回折効率を指令するアナログ信号ＡＭによって光スイッチング素子１３の回折効率が設定される。回折効率は、光スイッチング素子１３の入力側のパルスレーザビームＰ１のパワーに対する出力側のパルスレーザビームＰ２のパワーの比に相当する。したがって、回折効率は、対象物５０に向かうパルスレーザビームの透過率と考えることができる。

【0014】

光スイッチング素子１３で切り出されたパルスレーザビームＰ２は、ミラー２２、ビーム走査器２５、及び集光レンズ２６を経由して対象物５０に入射する。ビーム走査器２５として、一対の揺動ミラー２５Ｘ、２５Ｙを含むガルバノスキャナが用いられる。ビーム走査器２５は、制御装置３０から制御されることにより、対象物５０の表面におけるパルスレーザビームの入射位置を二次元面内で移動させる。集光レンズ２６は、パルスレーザビームを対象物５０の表面に集光する。集光レンズ２６として、例えばｆθレンズが用いられる。

【0015】

対象物５０は、例えば穴明け加工を行うプリント基板であり、ステージ２７の水平な支持面に保持されている。ステージ２７は、制御装置３０からの指令により、支持面に平行で相互に直交する二方向に対象物５０を移動させる。

【0016】

ステージ２７に計測器２８が取り付けられている。ステージ２７を移動させて計測器２８にパルスレーザビームを入射させることにより、計測器２８は、パルスレーザビームの１パルス当たりのエネルギ（以下、「パルスエネルギ」という。）、またはピークパワーを計測することができる。計測器２８の計測結果が制御装置３０に入力される。

【0017】

図２は、光スイッチング素子１３の入側のパルスレーザビームＰ１の波形、アナログ信号ＡＭで指令される回折効率の値、デジタル信号ＤＭで指令される切り出しタイミング、及び光スイッチング素子１３の出側のパルスレーザビームＰ２の波形の一例を示すグラフである。なお、図２に示したパルスレーザビームＰ１の２つのレーザパルス４１、４２の波形は、実際の波形を単純化して表したものである。

【0018】

レーザ発振器１０から出力されたパルスレーザビームのピークパワーは、種々の要因によって変動する。図２では、レーザパルス４１のピークパワーがレーザパルス４２のピークパワーより大きい例を示している。レーザパルス４１の立ち上がり（ｔ１）から立ち下がり（ｔ４）までの期間に、アナログ信号ＡＭによって指令される回折効率Ｍ１は、レーザパルス４２の立ち上がり（ｔ５）から立ち下がり（ｔ８）までの期間に指令される回折効率Ｍ２より低い。

【0019】

レーザパルス４１の立ち上がりから立ち下がりまでの期間のうち一部の期間（ｔ２～ｔ３）、及びレーザパルス４２の立ち上がりから立ち下がりまでの期間のうち一部の期間（ｔ６～ｔ７）に、デジタル信号ＤＭがハイレベルになる。デジタル信号ＤＭがハイレベルになっている期間に、対象物５０（図１）に向かうパルスレーザビームＰ２が出力される。パルスレーザビームＰ２は、レーザパルス４１、４２からそれぞれ切り出されたレーザパルス４３、４４を含む。

【0020】

切り出されたレーザパルス４３、４４のピークパワーは、それぞれ元のレーザパルス４１、４２のピークパワーに回折効率Ｍ１、Ｍ２を乗じた大きさになる。回折効率Ｍ１、Ｍ２を適切に設定すると、切り出されたレーザパルス４３、４４のピークパワーをほぼ同一にすることができる。

【0021】

レーザパルス４１、４２、４３、４４の波形の面積がパルスエネルギに相当する。レーザパルス４１、４２のパルス幅が等しいとき、レーザパルス４１のパルスエネルギがレーザパルス４２のパルスエネルギより大きい。切り出されたレーザパルス４３、４４のピークパワーがほぼ等しいため、両者のパルス幅が等しいとき、両者のパルスエネルギもほぼ等しくなる。このように、入側のパルスレーザビームＰ１のピークパワーに応じて回折効率を変化させることにより、切り出されたパルスレーザビームＰ２のパルスエネルギを均一化することができる。

【0022】

次に、図３を参照して、パルスの繰り返し周波数を一定にし、ある期間、パルスレーザビームを出力する場合の光スイッチング素子１３の制御方法について説明する。

【0023】

図３は、光スイッチング素子１３（図１）の入側のパルスレーザビームＰ１及び出側のパルスレーザビームＰ２のパルスエネルギ、及び光スイッチング素子１３の回折効率の時間変化の一例を示すグラフである。

【0024】

時刻ｔ１１からｔ１２までの期間、及び時刻ｔ１３からｔ１４までの期間に、パルスレーザビームＰ１が一定の周波数で出力される。時刻ｔ１２からｔ１３までの期間は、パルスレーザビームが出力されない。レーザ発振器１０（図１）は、パルスレーザビームＰ１の出力開始時点ｔ１１、ｔ１３からの経過時間に応じてパルスエネルギが変動する特性を有する。例えば、パルスレーザビームＰ１の出力開始時点から時間が経過するにつれてパルスエネルギが低下する。

【0025】

制御装置３０（図１）は、パルスレーザビームＰ１の出力開始時点（ｔ１１、ｔ１３）から時間が経過するにつれて、光スイッチング素子１３の回折効率を高くするようにドライバ１４（図１）に指令を出す。より具体的には、制御装置３０は、切り出されたパルスレーザビームＰ２のパルスエネルギがほぼ一定になるように、回折効率を変化させる。回折効率を変化させるための基礎情報は、制御装置３０のメモリに予め格納されている。これにより、時刻ｔ１１からｔ１２までの期間、及び時刻Ｔ１３からｔ１４までの期間、パルスレーザビームＰ２のパルスエネルギがほぼ一定になる。

【0026】

図４Ａは、制御装置３０が回折効率を変化させるための基礎情報の一例をグラフで示す図である。図４Ａに示した基礎情報は、パルスレーザビームＰ１の出力開始時点からの経過時間と回折効率との関係を定義している。図４Ａの横軸は、パルスレーザビームＰ１の出力開始時点からの経過時間を表し、縦軸は回折効率を表す。レーザ発振器１０（図１）が、経過時間の増加とともにピークパワーが低下する特性を持つ場合、基礎情報では、ピークパワーの低下を補償するように、経過時間の増加とともに回折効率を高くしている。例えば、回折効率は、経過時間が増加するに従って、初期値Ｄｉｎｉから、光スイッチング素子１３（図１）の最大回折効率Ｄｍａｘに漸近する。

【0027】

図４Ｂは、制御装置３０が回折効率を変化させるための基礎情報の他の例をグラフで示す図である。図４Ｂに示した基礎情報は、パルスレーザビームＰ１の出力開始時点から順次出力されるレーザパルスに付される通し番号と回折効率との関係を定義している。図４Ｂの横軸は、レーザパルスに付される通し番号を表し、縦軸は回折効率を表す。基礎情報では、ピークパワーの低下を補償するように、通し番号の増加とともに回折効率を高くしている。例えば、回折効率は、レーザパルスに付された通し番号が大きくなるに従って、初期値Ｄｉｎｉから、光スイッチング素子１３の最大回折効率Ｄｍａｘに漸近する。

【0028】

図４Ａ及び図４Ｂでは、基礎情報をグラフで示しているが、実際には、経過時間またはレーザパルスの通し番号と、回折効率との関係を定義する情報が、テーブル形式で制御装置３０のメモリに格納される。

【0029】

次に、図４Ａ及び図４Ｂに示した基礎情報を定義する方法について説明する。まず、光スイッチング素子１３の回折効率をある値に固定して、レーザ発振器１０（図１）からパルスレーザビームを出力させ、計測器２８（図１）でパルスエネルギを計測する。この計測結果から、パルスエネルギの変動に関するレーザ発振器１０の特性を知ることができる。このパルスエネルギの変動を補償するように、基礎情報を定義すればよい。

【0030】

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、レーザ発振器１０から出力されるパルスレーザビームのパルスエネルギの時間的な変動を、光スイッチング素子１３の回折効率を調整することによって補償している。これにより、対象物５０の表面におけるパルスエネルギの変動を抑制し、加工品質の低下を抑制することができる。

【0031】

さらに、上記実施例においては、パルスレーザビームから加工用のレーザパルスを切り出す光スイッチング素子１３を用いて、パルスエネルギの変動を補償している。このため、パルスエネルギの変動を補償するための新たな光学素子を追加する必要がない。

【0032】

次に、図１～図４Ｂに示した実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、レーザ発振器１０がパルスレーザビームを出力するが、本変形例ではレーザ発振器１０が連続発振（ＣＷ）レーザビームを出力する。レーザ発振器１０は、出力開始時点からの経過時間に応じて連続発振レーザビームのパワーが変動する特性を有している。制御装置３０は、連続波レーザビームの出力開始時点からの経過時間に応じて光スイッチング素子１３の回折効率を変化させることにより、連続発振レーザビームのパワーの変動を補償する。このように、光スイッチング素子１３の回折効率を調整することにより、連続発振レーザビームのパワーの時間変動を抑制することができる。

【0033】

次に、図５Ａ～図６を参照して、他の実施例によるレーザ加工装置について説明する。以下、図１～図４Ｂに示した実施例によるレーザ加工装置と共通の構成については説明を省略する。

【0034】

本実施例におけるレーザ加工装置に用いられるレーザ発振器１０は、パルスの繰り返し周波数に応じてパルスレーザビームのピークパワーが変動する特性を有する。

【0035】

図５Ａは、パルスの繰り返し周波数とピークパワーとの関係の一例を示すグラフである。パルスの繰り返し周波数が高くなるにしたがってピークパワーが低下している。制御装置３０は、パルスの繰り返し周波数に応じたピークパワーの変動を補償するように、光スイッチング素子１３の回折効率を調整する。

【0036】

図５Ｂは、制御装置３０が光スイッチング素子１３の回折効率を制御するための基礎情報をグラフで示す図である。横軸はパルスの繰り返し周波数を表し、縦軸は回折効率を表す。パルスの繰り返し周波数が高くなるにしたがって回折効率を高くし、光スイッチング素子１３の最大回折効率Ｄｍａｘに漸近させている。このように回折効率を制御することにより、パルスレーザビームＰ１のピークパワー及びパルスエネルギの変動が補償される。

【0037】

図６は、光スイッチング素子１３の入側のパルスレーザビームＰ１の概略波形、アナログ信号ＡＭ（図１）で指令される光スイッチング素子１３の回折効率、及び出側パルスレーザビームＰ２の概略波形を示すグラフである。図６では、パルスレーザビームＰ１、Ｐ２の１つのレーザパルスを１本の直線で表している。

【0038】

時刻ｔ２１からｔ２４までの期間、レーザ発振器１０（図１）がパルスレーザビームを出力する。時刻ｔ１１からｔ２２までの期間、時刻ｔ２２からｔ２３までの期間、及び時刻ｔ２３からｔ２４までの期間のパルスの繰り返し周波数は、それぞれｆ１、ｆ２、ｆ３である。周波数ｆ１が最も高く、周波数ｆ３が最も低い。レーザ発振器１０は、図５Ａに示した特性を有しているため、時刻ｔ１１からｔ２２までの期間のパルスレーザビームＰ１のピークパワーが最も低く、時刻ｔ２３からｔ２４までの期間のパルスレーザビームＰ１のピークパワーが最も高い。

【0039】

制御装置３０は、図５Ｂに示した基礎情報に基づいて光スイッチング素子１３の回折効率を変化させる。すなわち、時刻ｔ１１からｔ２２までの期間の回折効率を最も高くし、時刻ｔ２３からｔ２４までの期間の回折効率を最も低くする。

【0040】

光スイッチング素子１３で切り出された出側のパルスレーザビームＰ２のピークパワーは、時刻ｔ２１からｔ２４までの期間に亘って、ほぼ一定になる。これにより、対象物５０に入射するパルスレーザビームＰ２のパルスエネルギが、パルスの繰り返し周波数によらずほぼ一定になる。

【0041】

次に、図７を参照してさらに他の実施例によるレーザ加工装置について説明する。以下、図１～図６に示した実施例によるレーザ加工装置と共通の構成については説明を省略する。

【0042】

図７は、本実施例によるレーザ加工装置の制御装置３０が、光スイッチング素子１３の回折効率を制御するために使用する基礎情報を示す図表である。図１～図４Ｂに示した実施例では、光スイッチング素子１３の回折効率を制御するための基礎情報として、出力開始時点からの経過時間またはレーザパルスに付した通し番号と回折効率との関係（図４Ａ、図４Ｂ）を定義している。図５Ａ～図６に示した実施例では、光スイッチング素子１３の回折効率を制御するための基礎情報として、パルスの繰り返し周波数と回折効率との関係（図５Ｂ）を定義している。

【0043】

これに対して本実施例では、基礎情報として、パルスの繰り返し周波数とレーザパルスに付された通し番号との両方と、回折効率との関係を定義している。１つの通し番号と１つの周波数との組み合わせのそれぞれに対して、１つの回折効率が定義されている。１つの周波数に着目すると、図４Ｂに示した基礎情報と同様に、レーザパルスの通し番号が大きくなるにしたがって回折効率を高くする。１つの通し番号に着目すると、図５Ｂに示した基礎情報と同様に、パルスの繰り返し周波数が高くなるにしたがって回折効率を高くする。

【0044】

次に、図７に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、レーザ発振器１０（図１）からのパルスレーザビームの出力開始時点からの経過時間に応じたピークパワーの変動、及びパルスの繰り返し周波数に起因するピークパワーの変動の両方を補償して、対象物５０に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギの変動を抑制することができる。

【0045】

次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照してさらに他の実施例によるレーザ加工装置について説明する。以下、図１～図７に示した実施例によるレーザ加工装置と共通の構成については説明を省略する。

【0046】

図８Ａは、対象物５０の表面に定義されている複数の被加工点５３の分布の一例を示す図である。図８Ａでは、複数の被加工点５３のうち一部のみを示している。対象物５０はプリント基板であり、被加工点５３は、穴明けすべき位置を示している。対象物５０の形状は長方形である。

【0047】

対象物５０の四隅に、それぞれアライメントマーク５１が設けられている。対象物５０の表面に、複数の被加工点５３が定義されている。図８Ａでは、被加工点５３を円形の記号で示しているが、実際には、対象物５０の表面に何らかのマークが付されているわけではなく、複数の被加工点５３の位置を定義する位置データが制御装置３０に格納されている。

【0048】

対象物５０の表面に複数のスキャンエリア５２が定義されている。スキャンエリア５２の各々の形状は正方形であり、その大きさは、ビーム走査器２５（図１）を動作させてパルスレーザビームの入射位置を移動させることができる範囲の大きさとほぼ等しい。複数のスキャンエリア５２は、対象物５０上のすべての被加工点５３をいずれかのスキャンエリア５２内に包含するように配置される。複数のスキャンエリア５２は部分的に重なる場合があり、被加工点５３が分布していない領域にはスキャンエリア５２が配置されない場合もある。複数のスキャンエリア５２が重複している領域に位置する被加工点５３は、いずれか１つのスキャンエリア５２に属し、その被加工点５３は、被加工点５３が属するスキャンエリア５２の加工時に加工される。

【0049】

対象物５０の加工時には、対象物５０の１つのスキャンエリア５２を集光レンズ２６（図１）の直下に移動させる。集光レンズ２６の直下に配置されたスキャンエリア５２内の複数の被加工点５３にパルスレーザビームの入射位置を順番に位置決めすることにより、そのスキャンエリア５２の加工が行われる。１つのスキャンエリア５２の加工が終了すると、ステージ２７（図１）を動作させて、次に加工すべきスキャンエリア５２を集光レンズ２６の直下に移動させる。１つのスキャンエリア５２の加工中には、ステージ２７は静止している。図８Ａにおいて、スキャンエリア５２の加工順を矢印で示している。

【0050】

図８Ｂは、複数の被加工点５３の加工順の一例を示す図である。複数の被加工点５３に通し番号が付されている。ビーム走査器２５（図１）を動作させて、通し番号の順に、複数の被加工点５３にパルスレーザビームを入射させることにより、１つのスキャンエリア５２の加工を行う。図８Ｂにおいて、複数の被加工点５３の加工順を矢印で示している。被加工点５３の加工順は、例えば、パルスレーザビームの入射位置の移動経路が最短になるように決められる。

【0051】

１つの被加工点５３を加工してから次に加工すべき被加工点５３までパルスレーザビームの入射位置を移動させるのに必要な時間は、２つの被加工点５３の間の距離に依存する。２つの被加工点５３の間の距離が長い場合には、レーザパルスの時間間隔が長くなる。言い換えると、パルスの繰り返し周波数が低くなる。このため、被加工点５３が密に分布するスキャンエリア５２の加工時には、被加工点５３の分布が疎なスキャンエリア５２の加工時より、パルスの繰り返し周波数を高くすることができる。このように、加工に用いるパルスレーザビームの好ましいパルスの繰り返し周波数は、スキャンエリア５２ごとに異なる。

【0052】

図８Ａに示した例では、２番目に加工するスキャンエリア５２に、１番目に加工するスキャンエリア５２よりも被加工点５３が密に分布している。このため、２番目に加工するスキャンエリア５２の加工に用いるパルスレーザビームのパルス繰り返し周波数ｆ１を、１番目に加工するスキャンエリア５２の加工に用いるパルスレーザビームのパルス繰り返し周波数ｆ２より高くする。

【0053】

このように、パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を、スキャンエリア５２ごとに最適な値に設定して加工を行う。このとき、図５Ｂまたは図７に示した実施例のように、パルスの繰り返し周波数に応じて光スイッチング素子１３の回折効率を調整する。

【0054】

次に、図８Ａ及び図８Ｂに示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例では、スキャンエリア５２ごとにパルスの繰り返し周波数を異ならせても、ほぼ一定のパルスエネルギで加工を行うことができる。このため、パルスエネルギのばらつきに起因する加工品質の低下を抑制することができる。

【0055】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
図１～図８に示した実施例では、光スイッチング素子１３で切り出されて対象物５０に向かうレーザビームの経路が１つであるが、光スイッチング素子１３の回折角が異なる２つの経路に、パルスレーザビームを伝搬させてもよい。例えば、入側のパルスレーザビームＰ１の１つのレーザパルスから、一方の経路に向かうレーザパルスと、他方の経路に向かうレーザパルスとを切り出してもよい。この場合にも、回折効率を制御することにより、切り出されたレーザパルスのピークパワー及びパルスエネルギをほぼ一定にすることができる。

【0056】

また、上記実施例では光スイッチング素子１３として音響光学偏向器を用いたが、他の光学素子を用いてもよい。例えば、電気光学変調器（ＥＯＭ）と偏光ビームスプリッタとを用いてもよい。

【0057】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0058】

１０ レーザ発振器
１１ ビーム整形光学系
１２ アパーチャ
１３ 光スイッチング素子
１４ ドライバ
２１ ビームダンパ
２２ ミラー
２５ ビーム走査器
２５Ｘ、２５Ｙ 揺動ミラー
２６ 集光レンズ
２７ ステージ
２８ 計測器
３０ 制御装置
４１、４２ 光スイッチング素子の入側のレーザパルス
４３、４４ 光スイッチング素子で切り出されたレーザパルス
５０ 対象物
５１ アライメントマーク
５２ スキャンエリア
５３ 被加工点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】