特許 7584266 レーザ制御装置、パルスレーザビーム出力方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】レーザ制御装置、パルスレーザビーム出力方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/131 20060101AFI20241108BHJP

   B23K 26/0622 20140101ALI20241108BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

H01S3/131

B23K26/0622

H01S3/00 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020167949

(22)【出願日】2020-10-02

(65)【公開番号】P2022059993

(43)【公開日】2022-04-14

【審査請求日】2023-06-12

(73)【特許権者】

【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】河村 譲一

(72)【発明者】

【氏名】田中 研太

【審査官】百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０２６４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４２６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１４０９３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１０－２８６６８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ３／００ － ３／３０

Ｈ０１Ｓ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ媒質ガスの循環経路に配置されてレーザ媒質ガスを循環させるブロワの回転数を制御するレーザ制御装置であって、
パルスレーザビームのビーム断面の真円度を高め、パルスエネルギのばらつきを小さくするためのパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数と、前記ブロワの好ましい回転数との関係を記憶する記憶部を備え、
パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数に応じて、前記記憶部に記憶された関係に基づいて前記ブロワの回転数を変化させるレーザ制御装置。

【請求項2】

前記繰り返し周波数として、ある期間に出力されるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の平均値を採用する請求項１に記載のレーザ制御装置。

【請求項3】

レーザ加工の対象物に応じてパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を決定し、
パルスの繰り返し周波数を決定すると、決定した繰り返し周波数と前記記憶部に記憶された関係とに基づいて前記ブロワの回転数を決定する請求項１または２に記載のレーザ制御装置。

【請求項4】

レーザ媒質ガスの循環経路に配置されてレーザ媒質ガスを循環させるブロワの回転数を制御するレーザ制御方法であって、
パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を決定し、
パルスレーザビームのビーム断面の真円度を高め、パルスエネルギのばらつきを小さくするためのパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数と前記ブロワの好ましい回転数との関係と、決定されたパルスの繰り返し周波数とに基づいて、前記ブロワの回転数を制御するレーザ制御方法。

【請求項5】

パルスレーザビームの繰り返し周波数を決定する機能と、
パルスレーザビームのビーム断面の真円度を高め、パルスエネルギのばらつきを小さくするためのパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数と、レーザ発振器の放電空間を含む循環経路にレーザ媒質ガスを循環させるブロワの好ましい回転数との関係を記憶した記憶部の内容と、決定した繰り返し周波数とに応じて、前記ブロワの回転数を決定する機能と、
決定した回転数で前記ブロワを動作させながら、決定した繰り返し周波数で前記レーザ発振器からパルスレーザビームを出力させる機能と
をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ制御装置、パルスレーザビーム出力方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光をガルバノミラーで反射させ、集光レンズにより集光して基板等の加工対象物に入射させて加工を行うレーザ加工機が知られている（特許文献１）。例えば、このレーザ加工機はプリント基板への穴明け加工に用いられる。特許文献１に開示されたレーザ加工機においては、ガルバノミラーを目標回転角度に位置決めし、ガルバノミラーの位置決め完了後にレーザ光を加工対象物に入射させる。レーザ光源として、パルスレーザビームを出力する炭酸ガスレーザ発振器が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－６６３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザ加工によって形成される穴の形状は、加工に用いるパルスレーザビームのパルスエネルギやビーム断面の真円度に依存する。目標とする形状の穴を形成するためには、パルスレーザビームのパルスエネルギのばらつきを抑制し、ビーム断面の真円度を高めることが必要になる。１つの穴にパルスレーザビームを入射させた後、次に加工すべき穴の位置にパルスレーザビームの入射位置を位置決めするまでのガルバノミラーの動作時間は、加工済の穴から次に加工すべき穴までの距離に依存して変動する。このため、加工すべき穴の分布が異なると、パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の平均値も異なる。

【0005】

パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数が異なると、パルスエネルギのばらつきの度合いやビーム断面の真円度が変動する場合がある。本発明の目的は、加工に使用するパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数に応じて、パルスエネルギのばらつきを小さくし、ビーム断面の真円度を高めることが可能なレーザ制御装置、パルスレーザビームの出力方法、及びプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によると、
レーザ媒質ガスの循環経路に配置されてレーザ媒質ガスを循環させるブロワの回転数を制御するレーザ制御装置であって、
パルスレーザビームのビーム断面の真円度を高め、パルスエネルギのばらつきを小さくするためのパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数と、前記ブロワの好ましい回転数との関係を記憶する記憶部を備え、
パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数に応じて、前記記憶部に記憶された関係に基づいて前記ブロワの回転数を変化させるレーザ制御装置が提供される。

【0007】

本発明の他の観点によると、
レーザ媒質ガスの循環経路に配置されてレーザ媒質ガスを循環させるブロワの回転数を制御するレーザ制御方法であって、
パルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数を決定し、
パルスレーザビームのビーム断面の真円度を高め、パルスエネルギのばらつきを小さくするためのパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数と前記ブロワの好ましい回転数との関係と、決定されたパルスの繰り返し周波数とに基づいて、前記ブロワの回転数を制御するレーザ制御方法が提供される。

【0008】

本発明のさらに他の観点によると、
パルスレーザビームの繰り返し周波数を決定する機能と、
パルスレーザビームのビーム断面の真円度を高め、パルスエネルギのばらつきを小さくするためのパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数と、レーザ発振器の放電空間を含む循環経路にレーザ媒質ガスを循環させるブロワの好ましい回転数との関係を記憶した記憶部の内容と、決定した繰り返し周波数とに応じて、前記ブロワの回転数を決定する機能と、
決定した回転数で前記ブロワを動作させながら、決定した繰り返し周波数で前記レーザ発振器からパルスレーザビームを出力させる機能と
をコンピュータに実行させるプログラムが提供される。

【発明の効果】

【0010】

繰り返し周波数に応じてレーザ媒質ガスの流速を調整することにより、パルスエネルギのばらつきを小さくし、ビーム断面の真円度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施例によるレーザ制御装置が搭載されたレーザ加工装置の概略図である。

【図2】図２Ａは、基板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２Ｂは、複数の被加工点の加工順の一例を示す図である。

【図3】図３は、レーザ発振器の断面図である。

【図4】図４は、レーザ発振器の光軸に垂直な断面図である。

【図5】図５は、レーザ発振器の放電電極部材及び支持部材の、光軸に垂直な断面図である。

【図6】図６Ａ～図６Ｃは、相互に対向する一対の放電電極部材の断面図である。

【図7】図７Ａは、繰り返し周波数とパルスエネルギのばらつきとの関係を、レーザ媒質ガスの流速ごとに示すグラフであり、図７Ｂは、繰り返し周波数とビーム断面の真円度との関係を、レーザ媒質ガスの流速ごとに示すグラフである。

【図8】図８は実施例によるパルスレーザ出力方法を適用したレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、流速が一定の場合における繰り返し周波数とパルスエネルギの標準偏差とビーム断面の真円度との関係の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１～図８を参照して、実施例によるレーザ制御装置及びパルスレーザビーム出力方法について説明する。

【0013】

図１は、実施例によるレーザ制御装置が搭載されたレーザ加工装置の概略図である。レーザ制御装置５０がレーザ発振器１１を制御することにより、レーザ発振器１１からパルスレーザビームが出力される。レーザ発振器１１は、例えば炭酸ガスレーザ発振器である。レーザ発振器１１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１２を経由して音響光学素子８０（ＡＯＤ）に入射する。ビーム整形光学系１２は、例えばビームエキスパンダ等を含み、パルスレーザビームのビーム径を調整する。

【0014】

音響光学素子８０は、レーザ制御装置５０からの指令により、入射したパルスレーザビームを、加工経路と、ビームダンパ８１に向かう経路のいずれかに振り向ける。加工経路に振り向けられたパルスレーザビームは、ビーム走査器８２及び集光レンズ８３を通って、加工対象物である基板６０に入射する。基板６０にパルスレーザビームが入射することにより、穴明け加工が行われる。基板６０は、例えばプリント配線基板である。

【0015】

ビーム走査器８２として、例えば一対の揺動ミラーを含むガルバノスキャナが用いられる。ビーム走査器８２は、レーザ制御装置５０からの指令により、パルスレーザビームを走査し、基板６０の表面の指令された位置にパルスレーザビームの入射位置を移動させて位置決めする。集光レンズ８３として、例えばｆθレンズが用いられる。

【0016】

基板６０は、可動ステージ８４の水平な支持面に支持されている。可動ステージ８４は、レーザ制御装置５０からの指令により、基板６０を支持面に平行な二方向に移動させる。

【0017】

入力装置５１からレーザ制御装置５０に、レーザ加工に必要な情報、加工指令等が入力される。レーザ制御装置５０は、記憶部５０Ａを含んでいる。記憶部５０Ａに、レーザ加工に必要な種々の情報及びプログラムが格納される。

【0018】

図２Ａは、基板６０の表面に定義されている複数の被加工点６３の分布の一例を示す図である。図２Ａでは、複数の被加工点６３のうち一部のみを示している。基板６０の外形は、例えば長方形である。

【0019】

長方形の基板６０の四隅に、それぞれアライメントマーク６１が設けられている。基板６０の表面に、複数の被加工点６３が定義されている。図２Ａでは、被加工点６３を円形の記号で示しているが、実際には、基板６０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６３の位置を定義する位置データがレーザ制御装置５０の記憶部５０Ａに格納される。

【0020】

基板６０の表面に複数のスキャンエリア６２が定義されている。スキャンエリア６２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８２（図１）を動作させてパルスレーザビーム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６２は、基板６０上のすべての被加工点６３をいずれかのスキャンエリア６２内に包含するように配置される。複数のスキャンエリア６２は部分的に重なる場合があり、被加工点６３が分布していない領域にはスキャンエリア６２が配置されない場合もある。

【0021】

基板６０の加工時には、１つのスキャンエリア６２を集光レンズ８３（図１）の直下に移動させる。集光レンズ８３の直下に配置されたスキャンエリア６２内の複数の被加工点６３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６２の加工が行われる。１つのスキャンエリア６２の加工が終了すると、可動ステージ８４（図１）を動作させて、次に加工すべきスキャンエリア６２を集光レンズ８３の直下に移動させる。１つのスキャンエリア６２の加工中には、可動ステージ８４は静止している。図２Ａにおいて、スキャンエリア６２の加工順を矢印で示している。

【0022】

図２Ｂは、複数の被加工点６３の加工順の一例を示す図である。複数の被加工点６３に通し番号が付されている。ビーム走査器８２（図１）を動作させて、通し番号の順に、複数の被加工点６３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６２の加工を行う。図２Ｂにおいて、複数の被加工点６３の加工順を矢印で示している。被加工点６３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。

【0023】

レーザ加工を行う際には、レーザ制御装置５０（図１）がビーム走査器８２に位置決め指令を送信する。ビーム走査器８２は、位置決め指令を受信すると、パルスレーザビームの入射位置を、指令された位置に位置決めする。位置決めが完了すると、ビーム走査器８２からレーザ制御装置５０に位置決め完了信号が送信される。レーザ制御装置５０は、位置決め完了信号を受信すると、レーザ発振器１１にレーザパルスの出力を指令する。これにより、レーザ発振器１１から１ショットのレーザパルスが出力される。

【0024】

１つの被加工点６３にレーザパルスを入射し合後、次に加工すべき被加工点６３にパルスレーザビームの入射位置を位置決めするまでの時間は、２つの被加工点６３の間の距離に依存する。このため、レーザパルスの出力間隔は、被加工点６３の間の距離に依存する。レーザパルスの出力間隔の逆数をパルスの繰り返し周波数という。２つの被加工点６３の間の距離は一定ではないため、例えば、１枚の基板６０の加工を行う間に、パルスの繰り返し周波数が平均値の±１５％程度の範囲内で変動する。また、繰り返し周波数の平均値は、被加工点６３の分布に依存する。

【0025】

本実施例においてパルスの繰り返し周波数は、ある期間、例えば１枚の基板６０の加工を行う期間のパルスの繰り返し周波数の平均値を意味する。なお、パルスの繰り返し周波数の平均値の計算には、可動ステージ８４を動作させて加工が終了したスキャンエリア６２から次に加工すべきスキャンエリア６２を集光レンズ８３の直下に移動させる時間は含めない。

【0026】

図３は、レーザ発振器１１の断面図である。レーザ発振器１１が、レーザ媒質ガス及び光共振器２０等を収容するチェンバ１５を含む。チェンバ１５にレーザ媒質ガスが収容される。チェンバ１５の内部空間が、相対的に上側に位置する光学室１６と、相対的に下側に位置するブロワ室１７とに区分されている。光学室１６とブロワ室１７とは、上下仕切り板１８で仕切られている。なお、上下仕切り板１８には、レーザ媒質ガスを光学室１６とブロワ室１７との間で流通させる開口が設けられている。ブロワ室１７の側壁から光学室１６の底板１９が光共振器２０の光軸２０Ａの方向に張り出しており、光学室１６の光軸方向の長さが、ブロワ室１７の光軸方向の長さより長くなっている。

【0027】

光学室１６内に、一対の放電電極部材３０及び一対の共振器ミラー２５が配置されている。一対の放電電極部材３０は、それぞれ支持部材３５によって支持されている。一対の放電電極部材３０は、上下方向に間隔を隔てて配置されており、両者の間に放電空間２４が画定される。放電電極部材３０は放電空間２４に放電を生じさせることにより、レーザ媒質ガスを励起させる。後に図４を参照して説明するように、放電空間２４を図３の紙面に垂直な方向にレーザ媒質ガスが流れる。一対の支持部材３５の光軸方向の端部の間に固定具２２が配置されて、両者の相対位置が固定されている。下側の支持部材３５の光軸方向の両端が、固定具２３を介して底板１９に固定されている。

【0028】

一対の共振器ミラー２５は、光学室１６内に配置された１つの共振器ベース２６に固定されている。共振器ベース２６は、４個の光共振器支持部材２７を介して底板１９に支持されている。共振器ミラー２５は、放電空間２４を通る光軸２０Ａを持つ光共振器２０を構成する。光共振器２０の光軸２０Ａを一方向（図１において左方向）に延伸させた延長線と光学室１６の壁面との交差箇所に、レーザビームを透過させる光透過窓２８が取り付けられている。光共振器２０内で励振されたレーザビームが光透過窓２８を透過して外部に放射される。光共振器２０の光軸２０Ａに平行な方向をｘ方向、一対の放電電極部材３０を隔てる方向（上下方向）をｚ方向、放電空間２４をレーザ媒質ガスが流れる方向をｙ方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。

【0029】

ブロワ室１７にブロワ２９が配置されている。ブロワ２９は、光学室１６とブロワ室１７との間でレーザ媒質ガスを循環させる。

【0030】

図４は、レーザ発振器１１の光軸２０Ａ（図２）に垂直な断面図である。図３を参照して説明したように、チェンバ１５の内部空間が上下仕切り板１８により、上方の光学室１６と下方のブロワ室１７とに区分されている。光学室１６内に、一対の放電電極部材３０、一対の支持部材３５、光共振器２０（図１）を支持する共振器ベース２６が配置されている。一対の放電電極部材３０の間に放電空間２４が画定される。

【0031】

一対の支持部材３５の光軸方向の両端の間に固定具２２が配置されている。固定具２２は、中央に開口が設けられた板材であり、中央の開口をレーザビームが通過する。下側の支持部材３５が門型の固定具２３を介して上下仕切り板１８に固定されている。門型の固定具２３は、共振器ベース２６を跨ぐように配置されている。

【0032】

上下仕切り板１８に、第１開口１８Ａ及び第２開口１８Ｂが設けられている。光学室１６内に上流側のダクト４１及び下流側のダクト４２が配置されている。上流側のダクト４１が、第１開口１８Ａから放電空間２４に至る上流側のガス流路４３を形成する。下流側のダクト４２が、放電空間２４から第２開口１８Ｂに至る下流側のガス流路４４を形成する。ブロワ室１７、上流側のガス流路４３、放電空間２４、下流側のガス流路４４により、レーザ媒質ガスの循環経路が形成される。

【0033】

ブロワ室１７に配置されたブロワ２９は、ファン２９Ａ及びモータ２９Ｂを含む。モータ２９Ｂは、レーザ制御装置５０から制御されることにより、制御された回転数で回転する。モータ２９Ｂの回転によってファン２９Ａが回転し、矢印で示したレーザ媒質ガスの流れを発生させる。

【0034】

ブロワ室１７内の循環経路に、熱交換器４９が収容されている。放電空間２４で加熱されたレーザ媒質ガスが熱交換器４９を通過することによって冷却され、冷却されたレーザ媒質ガスが放電空間２４に再供給される。

【0035】

図５は、レーザ発振器１１の放電電極部材３０及び支持部材３５の、光軸２０Ａに垂直な断面図である。上下方向（ｚ方向）に間隔を隔てて配置された２枚の放電電極部材３０の間に放電空間２４が画定される。下側の放電電極部材３０及び支持部材３５と、上側の放電電極部材３０及び支持部材３５とは、ｘｙ面に平行な平面に関して面対称である。以下、上側の放電電極部材３０及び支持部材３５の構成について説明し、下側の放電電極部材３０及び支持部材３５については説明を省略する。

【0036】

放電電極部材３０は、板状部材３１、電極板３２、保護部材３３、及び複数の引出電極４７を含む。電極板３２は、ｘ方向に長い長方形の板材である。板状部材３１及び保護部材３３として、例えばセラミック板が用いられる。板状部材３１の下方を向く面（もう一方の放電電極部材３０に対向する面）に電極板３２が取り付けられ、保護部材３３が電極板３２を覆っている。保護部材３３は、例えば接着剤で板状部材３１に固定される。板状部材３１、電極板３２、及び保護部材３３の下方を向く面は、ｚ方向に対して垂直である。

【0037】

引出電極４７が、電極板３２から板状部材３１を厚さ方向に貫通し、反対側の表面に露出している。引出電極４７に電力供給ケーブル４８が接続されている。電力供給ケーブル４８及び引出電極４７を介して電極板３２に放電電力が供給される。

【0038】

支持部材３５は、押さえ部材３６、側壁３７、及び天板３８を含む。押さえ部材３６、側壁３７、及び天板３８には、金属、例えばＡｌ等が用いられる。側壁３７は、下方及び上方が開放された枠形状の部材であり、側壁３７の下方の開放部が放電電極部材３０で塞がれ、上方の開放部が天板３８で塞がれている。枠状の押さえ部材３６と側壁３７との間に板状部材３１の周縁部が挟まれている。

【0039】

側壁３７の下方を向く端面と板状部材３１との間、及び側壁３７の上方を向く端面と天板３８との間に、それぞれＯリング３９が配置されている。押さえ部材３６、側壁３７、及び天板３８は、ボルト等によって相互に固定されている。支持部材３５と放電電極部材３０とによって、ほぼ直方体の気密な箱が構成されており、箱の内部の空間に、ほぼ１気圧の大気が満たされている。

【0040】

支持部材３５に、上流側のダクト４１及び下流側のダクト４２が接続されている。図５に矢印で示すように、上流側のガス流路４３から放電空間２４を通って下流側のガス流路４４に向かってレーザ媒質ガスが流れる。

【0041】

支持部材３５の上流側の側面から上流側のガス流路４３内に整流板４６が延びている。整流板４６は、上流側から下流側に向かって流路断面が徐々に縮小されるガス流路を画定する。整流板４６は、放電空間２４に流入するレーザ媒質ガスを整流する。

【0042】

次に、図６Ａ～図６Ｃを参照して、クリアランス比について説明する。図６Ａ～図６Ｃは、相互に対向する一対の放電電極部材３０の断面図である。一対の放電電極部材３０の間に放電空間２４が画定される。図６Ａ～図６Ｃにおいて左から右に向かって（ｙ軸の正方向に）放電空間２４内をレーザ媒質ガスが流れる。レーザ媒質ガスの流速をｖ、電極板３２のｙ方向の寸法をＷ、パルスレーザビームの繰り返し周波数をｆと表記する。クリアランス比ＣＲが以下の式で定義される。
ＣＲ＝ｖ／（ｆ×Ｗ）

【0043】

次にクリアランス比の物理的意味について説明する。電極板３２に高周波電力を供給すると、放電空間２４に放電が生じる。放電が生じる領域を放電領域７０ということとする。放電領域７０のｙ方向の寸法は、電極板３２のｙ方向の寸法Ｗとほぼ等しい。レーザ媒質ガスは、放電によって励起され、レーザ光の誘導放出に寄与して低エネルギ状態に戻る。一部のレーザ媒質ガスは高エネルギ状態のまま下流側に移動する。一部に高エネルギ状態の分子を含むレーザ媒質ガスは、次の周期の放電の開始時点までに領域７１まで移動する。

【0044】

クリアランス比ＣＲが１より大きいとき、図６Ａに示すように、ある周期で誘導放出に寄与したレーザ媒質ガスは、次の放電開始までに放電領域７０から排出され、放電領域７０から離れた下流側の領域７１まで移動する。クリアランス比ＣＲが１に等しいとき、図６Ｂに示すように、ある周期で誘導放出に寄与したレーザ媒質ガスは、次の放電開始までに放電領域７０から排出され、放電領域７０に接する下流側の領域７１まで移動する。いずれの場合も、放電領域７０内のレーザ媒質ガスは、次の周期の放電までに完全に入れ替わる。クリアランス比ＣＲが１未満の場合、図６Ｃに示すように、誘導放出に寄与したレーザ媒質ガスの一部は、次の周期の放電時に放電領域７０に残存する。

【0045】

パルスレーザビームのパルスエネルギは、放電領域７０と、直前の周期で誘導放出に寄与したレーザ媒質ガスが占める下流側の領域７１との位置関係に依存する。

【0046】

次に、図７Ａを参照して、レーザ発振器１１から出力されるパルスレーザビームの繰り返し周波数とパルスエネルギのばらつきとレーザ媒質ガスの流速との関係について説明する。

【0047】

図７Ａは、繰り返し周波数とパルスエネルギのばらつきとの関係を、レーザ媒質ガスの流速ごとに示すグラフである。横軸は繰り返し周波数を単位「ｋＨｚ」で表し、縦軸はパルスエネルギの標準偏差を相対値で表す。グラフ中の丸記号及び三角記号は、それぞれブロワ２９（図４）の回転数がＲＨ及びＲＬのときの測定結果を示す。ここで、回転数ＲＨは回転数ＲＬより高い。すなわち、丸記号は三角記号より、レーザ媒質ガスの流速が速い場合の測定結果を示す。なお、図７Ａの縦軸の数値は、繰り返し周波数が４．５ｋＨｚ、ブロワ２９の回転数がＲＨのときのパルスエネルギの標準偏差を１とした相対値である。

【0048】

繰り返し周波数が１ｋＨｚのとき、パルスエネルギのばらつきは、低流速の方が小さい。繰り返し周波数が３ｋＨｚまで高くなると、パルスエネルギのばらつきは、高流速の方が小さくなり、繰り返し周波数がさらに４．５ｋＨｚ及び５．５ｋＨｚまで高くなると、低流速の方が小さくなる。

【0049】

図７Ａに示した評価実験から、繰り返し周波数に応じて、パルスエネルギのばらつきを小さくするための好ましい回転数、すなわち好ましい流速が異なることがわかる。繰り返し周波数が高くなった場合に、クリアランス比ＣＲを一定に保つためには、流速を速くしなければならない。ところが、図７Ａに示した評価実験の結果からは、繰り返し周波数を３ｋＨｚから４．５ｋＨｚ及び５．５ｋＨｚｍで高くした場合、流速を遅くする方が好ましいことが判明した。

【0050】

次に、図７Ｂを参照して、レーザ発振器１１から出力されるパルスレーザビームの繰り返し周波数とビーム断面の真円度とレーザ媒質ガスの流速との関係について説明する。

【0051】

図７Ｂは、繰り返し周波数とビーム断面の真円度との関係を、レーザ媒質ガスの流速ごとに示すグラフである。横軸は繰り返し周波数を単位「ｋＨｚ」で表し、縦軸はビーム断面の真円度を相対値で表す。グラフ中の丸記号及び三角記号は、それぞれブロワ２９（図４）の回転数がＲＨ及びＲＬのときの測定結果を示す。回転数ＲＨ及びＲＬは、それぞれ図７Ａに示した回転数ＲＨ及びＲＬと等しい。なお、図７Ｂの縦軸の数値は、繰り返し周波数が４．５ｋＨｚ、ブロワ２９の回転数がＲＬのときの真円度を１とした相対値である。

【0052】

繰り返し周波数が１ｋＨｚのとき、ビーム断面の真円度は、高流速の方が高い。繰り返し周波数が３ｋＨｚ及び４．５ｋＨｚまで高くなると、ビーム断面の真円度は、低流速の方が高くなり、繰り返し周波数がさらに５．５ｋＨｚまで高くなると、高流速の方が高くなる。

【0053】

図７Ｂに示した評価実験から、繰り返し周波数に応じて、ビーム断面の真円度を高めるための好ましい回転数、すなわち好ましい流速が異なることがわかる。

【0054】

図７Ａ及び図７Ｂに示した評価実験の結果から、繰り返し周波数が４．５ｋＨｚのときは、回転数をＲＨよりＲＬとすることが好ましいことがわかる。繰り返し周波数が１ｋＨｚ、３ｋＨｚ、５．５ｋＨｚのときには、パルスエネルギのばらつきを小さくするための好ましい回転数の条件と、ビーム断面の真円度を高めるための好ましい回転数の条件とが異なっている。この場合には、回転数がＲＨとＲＬとの間の条件でさらに評価実験を行い、より好ましい回転数を見つけ出すとよい。

【0055】

繰り返し周波数と、ブロワ２９の好ましい回転数との関係が予め決定されており、この関係情報が、例えばテーブル形式で記憶部５０Ａ（図１）に格納されている。繰り返し周波数と、ブロワ２９の好ましい回転数との関係は、例えば、ブロワ２９の回転数及びパルスの繰り返し周波数を異ならせて複数回の評価実験を行うことにより求めることができる。

【0056】

次に、図８を参照して実施例によるパルスレーザビーム出力方法について説明する。
図８は実施例によるパルスレーザビーム出力方法を適用したレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。

【0057】

入力装置５１（図１）から加工対象の基板６０に定義されている被加工点６３（図２Ａ、図２Ｂ）の位置情報が入力され、記憶部５０Ａに格納されている。レーザ制御装置５０は、被加工点６３の位置情報に基づいてレーザ加工装置を空運転させ、加工に使用するパルスレーザビームの繰り返し周波数を決定する（ステップＳ１）。空運転とは、レーザ発振器１１を動作させずビーム走査器８２のみを動作させて、パルスレーザビームの入射位置を複数の被加工点６３に順番に位置決めする運転を意味する。

【0058】

繰り返し周波数が決定されると、レーザ制御装置５０は、記憶部５０Ａに格納されている繰り返し周波数と回転数との関係情報と、ステップＳ１で決定された繰り返し周波数とに基づいて、ブロワ２９の回転数を決定する（ステップＳ２）。

【0059】

レーザ制御装置５０は、基板を搬出入するロボット（図示せず）を制御して、基板６０を可動ステージ８４の上に搬入する（ステップＳ３）。基板６０の搬入後、レーザ制御装置５０はレーザ発振器１１及びビーム走査器８２を制御してレーザ加工を行う（ステップＳ４）。このとき、レーザ制御装置５０は、ステップＳ２で決定された回転数になるようにブロワ２９（図４）を制御してレーザ媒質ガスの流速を調整する。

【0060】

基板６０の加工が終了すると、レーザ制御装置５０は、可動ステージ８４から加工済の基板６０を搬出する。同一種別の未加工の基板６０が残っている場合には、ステップＳ３からステップＳ５までの手順を繰り返す（ステップＳ６）。ここで、同一種別の基板とは、被加工点６３の分布が同一の基板を意味する。

【0061】

同一種別のすべての基板の加工が終了したら、他の種別の基板について、ステップＳ１からステップＳ６までの手順を繰り返す（ステップＳ７）。すべての種別の基板の加工が終了したら、レーザ加工装置の動作を停止させる。

【0062】

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、パルスレーザビームの繰り返し周波数に応じて、レーザ媒質ガスの流速を好ましい値に設定しているため、パルスエネルギのばらつきが小さく、かつビーム断面の真円度が高い条件で加工を行うことができる。これにより、加工品質を高めることが可能になる。

【0063】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、被加工点６３（図２Ａ、図２Ｂ）の間の距離に応じてパルスレーザビームの繰り返し周波数を変化させたが、一定の繰り返し周波数でレーザ発振器１１（図１）を動作させてもよい。この場合には、ビーム走査器８２によるパルスレーザビームの入射位置の位置決めが完了する前に、レーザパルスが出力される場合がある。位置決め完了前に出力されたレーザパルスはビームダンパ８１（図１）に入射させ、加工に使用しないようにすればよい。逆に、ビーム走査器８２による位置決めが完了しても、直ちにレーザパルスが出力されない場合もある。この場合には、レーザ制御装置５０は、レーザパルスが出力されるまで、ビーム走査器８２を位置決めされた状態で待機させればよい。

【0064】

パルスレーザビームの繰り返し周波数を一定にする場合でも、一定の繰り返し周波数に応じて、レーザ媒質ガスの流速を好ましい値に設定すればよい。

【0065】

上記実施例では、図８に示したフローチャートの各ステップを順番に実行しているが、複数のステップを並行して実行してもよい。例えば、基板の搬入（ステップＳ３）は、ステップＳ１及びステップＳ２と並行して実行することが可能である。

【0066】

次に、図９を参照して他の実施例について説明する。上記実施例では、まずパルスレーザビームの繰り返し周波数を決定し、決定された繰り返し周波数に対して好ましいブロワ２９（図４）の回転数を決定する。これに対して本実施例では、ブロワ２９の回転数を一定にし、この回転数において使用可能な繰り返し周波数の範囲を決定する。

【0067】

図９は、流速が一定の場合における繰り返し周波数とパルスエネルギの標準偏差とビーム断面の真円度との関係の一例を示すグラフである。横軸は繰り返し周波数を表し、左縦軸はパルスエネルギの標準偏差を表し、右縦軸はビーム断面の真円度を表す。グラフ中の実線はパルスエネルギの標準偏差を示し、破線はビーム断面の真円度を示す。

【0068】

レーザ加工の要求条件として、パルスエネルギの標準偏差の上限値σ_ｍａｘ、ビーム断面の真円度の下限値としてＣ_ｍｉｎが与えられている場合について説明する。図９に示した例では、パルスエネルギの標準偏差の要求条件を満たすために、繰り返し周波数をｆＨ以下の範囲にしなければならない。また、ビーム断面の真円度の要求条件を満たすためには、繰り返し周波数をｆＬ以上ｆＨ２以下の範囲にしなければならない。繰り返し周波数をｆＬ以上ｆＨ以下に設定すると、両方の要求条件を満たすことができる。

【0069】

レーザ加工時に、パルスレーザビームの繰り返し周波数がｆＬ未満になりそうな場合には、レーザ制御装置５０は、ビーム走査器８２（図１）の位置決め完了前にレーザパルスを出力させてビームダンパ８１に入射させればよい。逆に、パルスレーザビームの繰り返し周波数がｆＨより高くなりそうな場合には、レーザ制御装置５０は、ビーム走査器８２（図１）の位置決め完了後、繰り返し周波数がｆＨの条件でレーザパルスを出力するまで位置決め状態を維持させておけばよい。

【0070】

次に、図９に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においても、パルスエネルギのばらつきが小さく、かつビーム断面の真円度が高い条件で加工を行うことができる。これにより、加工品質を高めることが可能になる。

【0071】

次に、さらに他の実施例によるプログラムについて説明する。
図１に示したレーザ制御装置５０に、コンピュータが用いられる。このコンピュータに、図８に示した各ステップの機能を実現させるプログラムが、記憶部５０Ａに格納されている。コンピュータは、このプログラムを実行することにより、図８に示した各ステップを実行する。従来のレーザ制御装置５０にこのプログラムをインストールすることにより、図８に示した各ステップをレーザ加工装置に実行させることができる。

【0072】

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】

【0073】

１１ レーザ発振器
１２ ビーム整形光学系
１５ チェンバ
１６ 光学室
１７ ブロワ室
１８ 上下仕切り板
１８Ａ 第１開口
１８Ｂ 第２開口
１９ 底板
２０ 光共振器
２０Ａ 光軸
２２、２３ 固定具
２４ 放電空間
２５ 共振器ミラー
２６ 共振器ベース
２７ 光共振器支持部材
２８ 光透過窓
２９ ブロワ
２９Ａ ファン
２９Ｂ モータ
３０ 放電電極部材
３１ 板状部材
３２ 電極板
３３ 保護部材
３５ 支持部材
３６ 押さえ部材
３７ 側壁
３８ 天板
３９ Ｏリング
４１ 上流側のダクト
４２ 下流側のダクト
４３ 上流側のガス流路
４４ 下流側のガス流路
４５ 熱交換器
４６ 整流板
４７ 引出電極
４８ 電力供給ケーブル
４９ 熱交換器
５０ レーザ制御装置
５０Ａ 記憶部
５１ 入力装置
６０ 基板
６１ アライメントマーク
６２ スキャンエリア
６３ 被加工点
７０ 放電領域
７１ 下流側の領域
８０ 音響光学素子（ＡＯＤ）
８１ ビームダンパ
８２ ビーム走査器
８３ 集光レンズ
８４ 可動ステージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】