JP2022063595A - レーザ加工機の制御装置、レーザ加工機、及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工中のパルスレーザビームのパルスエネルギを目標値に近付けることが可能なレーザ加工機の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置が、加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求める。求められた統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させて計測器に入射させ、計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得する。取得したエネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件でレーザ出力装置を動作させてレーザ加工を行う。【選択図】図４

Description

本発明は、レーザ加工機の制御装置、レーザ加工機、及びレーザ加工方法に関する。

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。

特開２００４－６６３００号公報

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を目標とする大きさに設定することが必要になる。パルスエネルギを目標値に設定するために、実際の加工前に一定の繰り返し周波数でレーザ発振器からパルスレーザビームを出力させ、加工対象物に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギを実測する場合がある。パルスエネルギの実測値と目標値との差が大きい場合には、パルスエネルギを目標値に近付けるために照射条件の調整を行う。ところが、この調整を行っても、実際のパルスエネルギが目標値からずれてしまう状況が生じ得ることが判明した。

本発明の目的は、レーザ加工中のパルスレーザビームのパルスエネルギを目標値に近付けることが可能なレーザ加工機の制御装置、レーザ加工機、及びレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一観点によると、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させて計測器に入射させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件で前記レーザ出力装置を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工機の制御装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
パルスレーザビームを出力するレーザ出力装置と、
前記レーザ出力装置から出力されたパルスレーザビームを走査して、加工対象物の表面上においてパルスレーザビームの入射位置の位置決めを行うビーム走査器と、
加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギを計測する計測器と、
前記レーザ出力装置及び前記ビーム走査器を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数で前記レーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置を制御して、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工機が提供される。

本発明のさらに他の観点によると、
パルスレーザビームをビーム走査器で走査することにより、加工対象物の表面上の複数の被加工点にパルスレーザビームの入射位置を順番に位置決めしてレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置を制御し、前記ビーム走査器を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工方法が提供される。

仮想的な複数のレーザパルスの繰り返し周波数は、加工対象物を実際に加工するときのパルスレーザビームの繰り返し周波数にほぼ等しい。求められた繰り返し周波数の統計量に基づく繰り返し周波数でパルスレーザビームを出力させることにより、繰り返し周波数が加工時のものとほぼ同一の条件でパルスレーザビームのエネルギ情報を取得することができる。取得されたエネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件でレーザ加工機を動作させることにより、目標とする照射条件でレーザ加工を行うことができる。

図１は、実施例によるレーザ加工機の概略図である。 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は、ビーム走査器の制御と動作、及びパルスレーザビームの出力の時間的な関係を示すタイミングチャートである。 図４は、実施例によるレーザ加工機を用いてレーザ加工を行うレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。 図５は、ステップＳ１の空運転中の制御装置による制御と、ビーム走査器の動作との関係を示すタイミングチャートである。 図６は、ステップＳ２の実行中においてパルスレーザビームが伝搬する経路を示す概略図である。 図７は、ステップＳ２の実行中における制御装置による制御とレーザ発振器の動作との関係を示すタイミングチャートである。 図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ比較例及び実施例による方法で照射条件を調整する前後における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。

図１～図８Ｂを参照して、実施例によるレーザ加工機及びその制御装置について説明する。

図１は、実施例によるレーザ加工機の概略図である。レーザ出力装置１０が、レーザ発振器１１、可変減衰器１２、ビーム整形光学系１３、及びアパーチャ１４を含む。レーザ発振器１１は、例えば炭酸ガスレーザ発振器であり、制御装置５０からの指令によりパルスレーザビームを出力する。可変減衰器１２は、レーザ発振器１１から出力されたパルスレーザビームを減衰させる。可変減衰器１２による減衰率が、制御装置５０により制御される。

ビーム整形光学系１３は、例えばビームエキスパンダ等であり、可変減衰器１２で減衰量を調整されたパルスレーザビームのビーム径を調整する。ビーム整形光学系１３によりビーム径を調整されたパルスレーザビームがアパーチャ１４に入射する。アパーチャ１４を通過したパルスレーザビームが、レーザ出力装置１０の出力ビームとなる。

レーザ出力装置１０から出力されたパルスレーザビームが、音響光学素子（ＡＯＤ）２０に入射する。音響光学素子２０は、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第１経路４０Ａ、第２経路４０Ｂ、及びビームダンパ２１に向かう経路のいずれか１つに振り向ける。第１経路４０Ａに振り向けられたパルスレーザビームは、ビーム走査器２３Ａ及び集光レンズ２４Ａを通って、加工対象物である基板６０に入射する。第２経路４０Ｂに振り向けられたパルスレーザビームは、折り返しミラー２２で反射され、ビーム走査器２３Ｂ及び集光レンズ２４Ｂを通って、加工対象物である他の基板６０に入射する。２枚の基板６０にそれぞれ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。

ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂ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２３Ａ、２３Ｂは、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２４Ａ、２４Ｂとして、例えばｆθレンズが用いられる。

２枚の基板６０は、可動ステージ２５の水平な支持面に支持されている。可動ステージ２５は、制御装置５０からの指令により、２枚の基板６０を支持面に平行な二方向に移動させる。

可動ステージ２５に２つの計測器３０Ａ、３０Ｂが取り付けられている。計測器３０Ａ、３０Ｂは、入射するパルスレーザビームのエネルギ、例えば、パルス当たりのエネルギ（以下、パルスエネルギという。）を計測する。計測器３０Ａ、３０Ｂの計測値が制御装置５０に入力される。パルスエネルギの計測時には、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂの揺動ミラーを中立位置に静止させ、可動ステージ２５を移動させてパルスレーザビームの入射位置に計測器３０Ａ、３０Ｂを配置する。計測器３０Ａ、３０Ｂに入射するパルスレーザビームのパルスエネルギは、それぞれ基板６０に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギに等しい。

入力装置５１から制御装置５０に、レーザ加工機に対する動作指令、レーザ加工に必要な種々のデータが入力される。レーザ加工に必要な種々のデータには、例えば基板６０の表面における複数の被加工点の位置情報、加工に用いるパルスレーザビームのパルスエネルギの目標値等が含まれる。

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。可動ステージ２５（図１）に支持された２枚の基板６０に定義されている複数の被加工点６３の分布は同一である。基板６０の外形は、例えば長方形である。

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制御装置５０に格納される。

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２３Ａ、２３Ｂ（図１）の各々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。

２枚の基板６０の加工時には、２枚の基板６０のそれぞれの１つのスキャンエリア６２を集光レンズ２４Ａ、２４Ｂ（図１）の直下に移動させる。集光レンズ２４Ａ、２４Ｂ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２５（図１）を動作させて、２枚の基板６０の次に加工すべきスキャンエリア６２を、それぞれ集光レンズ２４Ａ、２４Ｂ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２５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。

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２３Ａ、２３Ｂ（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。

１つのスキャンエリア６２内に存在し、同一条件で加工する複数の被加工点６３の任意の集合を「ブロック」という。上記通し番号は、ブロックごとに、複数の被加工点６３に対して付される。１つのブロックのすべての被加工点６３に順番に同一の照射条件でレーザパルスを入射させる処理を、「スキャン」という。１つのブロックの被加工点６３の加工を行うときの照射条件の数を「サイクル数」という。

同一条件で加工する複数の被加工点６３の全てを１つのブロックに含めてもよいし、同一条件で加工する複数の被加工点６３の一部の被加工点６３を１つのブロックに含めてもよい。被加工点６３の一部を１つのブロックに含める場合に、当該ブロックに含まれない他の複数の被加工点６３の任意の集合を他の１つのブロックに含めるようにしてもよい。

例えば、１サイクル１スキャンの加工では、１つの照射条件で１回のスキャンを行う。１サイクル２スキャンの加工では、同一の照射条件で２回のスキャンを行う。このとき、１つの被加工点６３には、レーザパルスが合計で２回入射する。２サイクルの加工では、第１照射条件でのスキャンと、第１照射条件とは異なる第２照射条件でのスキャンとを行う。第１照射条件と第２照射条件とでは、用いるパルスレーザビームのパルス幅が異なる。例えば、１サイクル目２スキャン、２サイクル目１スキャンの加工では、第１照射条件で２回のスキャンを行い、次に第２照射条件で１回のスキャンを行う。

図３は、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂ（図１）の制御と動作、及びパルスレーザビームの出力の時間的な関係を示すタイミングチャートである。まず、制御装置５０がビーム走査器２３Ａ、２３Ｂに、パルスレーザビームを入射させるべき被加工点６３（図２Ａ）の位置を指令する位置指令信号ｓｉｇ１を出力する。ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂは、位置指令信号ｓｉｇ１で指令された位置にパルスレーザビームの入射位置が位置決めされるように動作する。位置決めが完了すると、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂは制御装置５０に位置決めの完了を通知する位置決め完了信号ｓｉｇ２を出力する。

制御装置５０は、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂの両方から位置決め完了信号ｓｉｇ２を受け取ると、レーザ発振器１１に対して出力指令信号ｓｉｇ３を出力する。レーザ発振器１１は、出力指令信号ｓｉｇ３の入力に同期してレーザパルスＬＰの出力を開始する。制御装置５０は音響光学素子２０を制御することにより、レーザパルスＬＰから、第１経路４０Ａに沿って伝搬するレーザパルスＬＰＡと、第２経路４０Ｂに沿って伝搬するレーザパルスＬＰＢとを切り出す。図３において、レーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢにハッチングを付している。

２つのレーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢのパルス幅、及びレーザパルスＬＰのパルス幅ＰＷは予め決められている。２つのレーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢを切り出した後、制御装置５０はレーザ発振器１１に対して出力を停止させる停止指令信号ｓｉｇ４を出力する。一例として、出力指令信号ｓｉｇ３及び停止指令信号ｓｉｇ４は、それぞれパルス信号の立ち上がり及び立下りによって表される。

制御装置５０は、レーザ発振器１１に停止指令信号ｓｉｇ４を出力した後、次にレーザパルスを入射させるべき被加工点６３（図２Ａ）の位置を指令する位置指令信号ｓｉｇ１を出力する。ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂによる位置決め動作と、レーザ発振器１１からのレーザパルスＬＰの出力とを繰り返すことにより、スキャンエリア６２（図２Ａ）内のレーザ加工が行われる。

制御装置５０に位置決め完了信号ｓｉｇ２が入力されてから制御装置５０が出力指令信号ｓｉｇ３を出力するまでの時間、及び停止指令信号ｓｉｇ４を出力してから位置指令信号ｓｉｇ１を出力するまでの時間は、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂが動作している時間、及びレーザパルスＬＰのパルス幅ＰＷに比べて十分短い。このため、位置決め完了信号ｓｉｇ２と出力指令信号ｓｉｇ３との時間差、及び停止指令信号ｓｉｇ４と位置指令信号ｓｉｇ１との時間差は、実質的にゼロと近似することができる。

１つのスキャンエリア６２（図２Ａ）内の加工が終了すると、制御装置５０は可動ステージ２５（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２４Ａ、２４Ｂの直下に移動させる。その後、同様の手順を実行することにより、新たなスキャンエリア６２内の加工を行う。

図４は、実施例によるレーザ加工機を用いてレーザ加工を行うレーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。

レーザ加工を行う前に、空運転を行い、加工に用いるパルスレーザビームの繰り返し周波数の統計量を算出する（ステップＳ１）。空運転においては、レーザ発振器１１（図１）を動作させることなく、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂを動作させて、パルスレーザビームの入射位置が複数の被加工点６３（図２Ａ）を順番に辿るように、パルスレーザビームの入射位置を位置決めする。

図５は、ステップＳ１の空運転中の制御装置５０（図１）による制御と、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂ（図１）の動作との関係を示すタイミングチャートである。制御装置５０がビーム走査器２３Ａ、２３Ｂに位置指令信号ｓｉｇ１を出力し、ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂから位置決め完了信号ｓｉｇ２を受け取る手順は、実際のレーザ加工時の手順（図３）と同一である。空運転においては、レーザ発振器１１に出力指令信号ｓｉｇ３（図３）及び停止指令信号ｓｉｇ４（図３）を送信しない。制御装置５０は、位置決め完了信号ｓｉｇ２を受け取った後、レーザパルスＬＰ（図３）のパルス幅ＰＷに相当する時間だけ待機し、待機後にビーム走査器２３Ａ、２３Ｂに次の位置指令信号ｓｉｇ１を出力する。すなわち、パルスレーザビームの入射位置の位置決め完了時点から、パルス幅ＰＷに基づく時間だけ経過した後、次の被加工点６３（図２Ａ、図２Ｂ）への位置決め動作を開始する。

制御装置５０は、待機期間のそれぞれにおいて仮想的に１つのレーザパルスを出力する場合の仮想的な複数のレーザパルスの繰り返し周波数の統計量を算出する。統計量として、例えば平均値を採用する。なお、統計量として、平均値の他に、中央値、最頻値等を採用してもよい。繰り返し周波数の統計量の計算においては、スキャンエリア（図２Ａ）を移動させる時間を含めない。パルスレーザビームの入射位置の位置決めを行うのに要した時間、すなわち最初に加工する被加工点６３への位置決め動作の開始から、最後に加工する被加工点６３への位置決め完了までの時間をスキャンエリア６２ごとに求め、この時間の合計値と、被加工点６３の個数とに基づいて統計量を求める。

ステップＳ１（図４）の後、制御装置５０は、求められた統計量に基づく一定の繰り返し周波数でレーザ発振器を動作させて、基板６０に入射するパルスレーザビームのエネルギ情報を取得する（ステップＳ２）。

図６は、ステップＳ２の実行中においてパルスレーザビームが伝搬する経路を示す概略図である。図６において、パルスレーザビームの伝搬経路を太い破線で示す。ビーム走査器２３Ａ、２３Ｂの揺動ミラーは中立位置に静止させておく。可動ステージ２５を動作させて、計測器３０Ａ、３０Ｂをパルスレーザビームの入射位置まで移動させる。この状態でレーザ発振器１１からパルスレーザビームを出力する。

図７は、ステップＳ２の実行中における制御装置５０（図１）による制御とレーザ発振器１１（図１）の動作との関係を示すタイミングチャートである。ステップＳ１で算出された統計量、例えば繰り返し周波数の平均値をＦｐｒと表記する。制御装置５０は、出力指令信号ｓｉｇ３と停止指令信号ｓｉｇ４とをレーザ発振器１１に交互に送信することにより、繰り返し周波数Ｆｐｒ、パルス幅ＰＷのパルスレーザビームを出力させる。レーザパルスの立ち上がりから次のレーザパルスの立ち上がりまでの経過時間（周期）は、１／Ｆｐｒに等しい。

制御装置５０は、音響光学素子２０を制御して、パルス幅ＰＷのレーザパルスから、第１経路４０Ａ（図６）に沿って伝搬するレーザパルスＬＰＡと、第２経路４０Ｂ（図６）に沿って伝搬するレーザパルスＬＰＢを切り出す。レーザパルスＬＰＡとレーザパルスＬＰＢとのパルス幅は、予め初期値として設定されている。レーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢは、それぞれ計測器３０Ａ、３０Ｂ（図６）に入射する。

制御装置５０は、計測器３０Ａ、３０Ｂからパルスエネルギの実測値を取得し、パルスエネルギの平均値を求める。パルスエネルギの平均値を求めるためのショット数は、十分な精度で平均値を求めることができる程度の数とする。例えば、繰り返し周波数Ｆｐｒが３ｋＨｚのとき、計測時間を約３０秒とする。

ステップＳ２（図４）の後、制御装置５０は、ステップＳ２で取得されたエネルギ情報に基づいて、基板６０に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値に近付くように照射条件を調整し、調整後の照射条件を記憶する（ステップＳ３）。照射条件として、例えばレーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢ（図３）のパルス幅、可変減衰器１２（図１）の減衰率等が挙げられる。

例えば、ステップＳ２で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より大きい場合、レーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢ（図３）のパルス幅を初期値より短くする。逆に、ステップＳ２で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より小さい場合には、レーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢ（図３）のパルス幅を初期値より長くする。このように、レーザパルスＬＰＡ、ＬＰＢのパルス幅を調整することにより、基板６０に実際に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギを目標値に近づけることができる。

パルス幅を調整する代わりに、可変減衰器１２（図１）によるパルスレーザビームの減衰率を調整してもよい。例えば、ステップＳ２で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より大きい場合、可変減衰器１２による減衰率を、ステップＳ２の実行時の減衰率より大きくすればよい。逆に、ステップＳ２で取得されたパルスエネルギの実測値の平均が目標値より小さい場合、可変減衰器１２による減衰率を、ステップＳ２の実行時の減衰率より小さくすればよい。

ステップＳ３（図４）の後、制御装置５０は、ステップＳ３で記憶した照射条件に基づいて、基板６０のレーザ加工を行う（ステップＳ４）。被加工点６３（図２Ａ）の分布が同一の基板６０については、ステップＳ１～Ｓ３を繰り返すことなく、すでに調整済の照射条件に基づいてステップＳ４のみを実行すればよい。

次に、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、上記実施例の優れた効果について説明する。
図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ比較例及び実施例による方法で照射条件を調整する前後における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係を示すグラフである。横軸は繰り返し周波数を表し、縦軸はパルスエネルギを表す。図８Ａ及び図８Ｂのグラフ中の破線及び実線は、それぞれ照射条件調整前及び調整後における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係を示す。一般的に、パルスエネルギは、繰り返し周波数に依存し、繰り返し周波数が高くなると、パルスエネルギが低下する傾向を示す。

比較例では、図４のステップＳ１を実行せず、ステップＳ２において、調整前の照射条件で、予め決められた所定の繰り返し周波数Ｆｐｒ２でパルスレーザビームを出力させることにより、パルスエネルギを実測する。これにより、実測値Ｅｐｍ（図８Ａ）が求められる。パルスエネルギの目標値Ｅｐｔ（図８Ａ）と実測値Ｅｐｍとを比較し、基板６０に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値Ｅｐｔに近づくように照射条件を調整する。調整後の照射条件における繰り返し周波数とパルスエネルギとの関係が実線（図８Ａ）で示されている。調整後の照射条件では、繰り返し周波数がＦｐｒ２のとき、パルスエネルギが目標値Ｅｐｔに一致する。

ステップＳ４で実際のレーザ加工を行うときの平均の繰り返し周波数をＦｐｒ１と表記する。平均の繰り返し周波数Ｆｐｒ１は、予め決められた所定の繰り返し周波数Ｆｐｒ２とは異なっている。このため、調整後の照射条件でレーザ加工を行う場合、加工時の繰り返し周波数Ｆｐｒ１のときのパルスエネルギＥｐｗ（図８Ａ）は、目標値Ｅｐｔからずれてしまう。

これに対して実施例では、図８Ｂに示すように、レーザ加工に用いられるパルスレーザビームの繰り返し周波数の統計量、例えば平均の繰り返し周波数Ｆｐｒ１と、ステップＳ２で用いるパルスレーザビームの繰り返し周波数Ｆｐｒ２とが等しい。このため、調整後の照射条件でレーザ加工を行う場合、加工時の繰り返し周波数Ｆｐｒ１のときのパルスエネルギＥｐｗが目標値Ｅｐｔに一致する。これにより、目標値Ｅｐｔにほぼ等しいパルスエネルギでレーザ加工を行うことができる。その結果、加工品質、例えば穴形状の品質を高めることができる。

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の分布が同一の基板６０ごとに繰り返し周波数の統計量を求めている。すなわち、被加工点６３の分布が同一の基板６０に対して１つの照射条件を記憶している。ステップＳ４（図４）において、被加工点６３の分布が同一の基板６０については、基板６０内のすべてのスキャンエリア６２（図２Ａ）において、同一の照射条件でレーザ加工を行う。

これに対して、スキャンエリア６２（図２Ａ）ごとに繰り返し周波数の統計量を算出し、スキャンエリア６２ごとに照射条件を求めてもよい。この場合には、スキャンエリア６２ごとに照射条件を変更してレーザ加工を行う。例えば、複数のスキャンエリア６２の間で繰り返し周波数の平均値が大きく異なる場合には、スキャンエリアごとに照射条件を設定しておくことが好ましい。これにより、すべてのスキャンエリア６２において加工品質を高めることができる。

上記実施例では、音響光学素子２０でレーザビームを第１経路４０Ａと第２経路４０Ｂ（図１）とに分岐させているが、音響光学素子２０以外の光学部品を用いてレーザビームを２分岐させてもよい。例えば、ハーフミラーを用いてレーザビームを２分岐させてもよい。また、上記実施例では第１経路４０Ａと第２経路４０Ｂ（図１）との２つの経路でレーザ加工を行っているが、１つの経路でレーザ加工を行う構成としてもよい。この場合には、音響光学素子２０で第１経路４０Ａとビームダンパ２１に向かう経路とに二分岐させればよい。

上記実施例では、計測器３０Ａ、３０Ｂとして、パルスエネルギを計測する計測器を用いたが、その他に、パルスエネルギに応じて変動する物理量を計測することができる計測器を用いてもよい。例えば、計測器３０Ａ、３０Ｂとして、パルスレーザビームの平均パワーを計測することができるセンサを用いてもよい。平均パワーの計測値に繰り返し周波数を乗じることにより、パルスエネルギを求めることができる。

１つのスキャンエリア６２（図２Ａ）のレーザ加工において、異なる照射条件で複数のサイクルを実行する場合には、サイクルに対応する照射条件ごとにステップＳ１からステップＳ３までの手順を実行し、異なる照射条件ごとに照射条件の調整を行うとよい。

上記実施例では、空運転を行うことにより、加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を算出している（ステップＳ１）が、その他の方法でパルスの繰り返し周波数の統計量を求めてもよい。例えば、複数の被加工点６３（図２Ａ、図２Ｂ）の分布と加工順とから、入射位置の移動距離を求め、移動距離から位置決めに必要な時間を求める。この位置決めに必要な時間の合計と、パルスレーザビームのパルス幅とから、加工に必要な時間を求める。加工に必要な時間と被加工点の個数とから、パルスの繰り返し周波数の統計量を算出することが可能である。

上述の実施例は例示であり、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。

１０ レーザ出力装置
１１ レーザ発振器
１２ 可変減衰器
１３ ビーム整形光学系
１４ アパーチャ
２０ 音響光学素子（ＡＯＤ）
２１ ビームダンパ
２２ 折り返しミラー
２３Ａ、２３Ｂ ビーム走査器
２４Ａ、２４Ｂ 集光レンズ
２５ 可動ステージ
３０Ａ、３０Ｂ 計測器
４０Ａ 第１経路
４０Ｂ 第２経路
５０ 制御装置
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

Claims (7)

1. 加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
   求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させて計測器に入射させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
   取得した前記エネルギ情報に基づいて照射条件を調整し、調整後の照射条件で前記レーザ出力装置を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工機の制御装置。
2. レーザパルスの繰り返し周波数の前記統計量は平均値である請求項１に記載のレーザ加工機の制御装置。
3. 前記エネルギ情報はパルスレーザビームのパルスエネルギの平均値であり、
   加工対象物に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値に近づくように、パルスレーザビームのパルス幅を調整し、
   調整後のパルス幅でレーザ加工を行う請求項１または２に記載のレーザ加工機の制御装置。
4. 前記エネルギ情報はパルスレーザビームのパルスエネルギの平均値であり、
   加工対象物に入射するパルスレーザビームのパルスエネルギが目標値に近づくように、加工対象物へ入射するパルスレーザビームの減衰量を調整し、
   調整後の減衰量でレーザ加工を行う請求項１または２に記載のレーザ加工機の制御装置。
5. 前記統計量を求める手順において、
   ビーム走査器を動作させて、パルスレーザビームの入射位置を加工対象物の表面上の１つの被加工点に位置決めする手順と、
   被加工点への入射位置の位置決め完了時点から、加工に用いるパルスレーザビームのパルス幅に基づく時間だけ経過した後に、次の被加工点への前記ビーム走査器による位置決め動作を開始する手順と
   を繰り返し、
   複数の被加工点にパルスレーザビームの入射位置を位置決めする順番は、加工時の順番と同一であり、最初に加工する被加工点への位置決め動作の開始から、最後に加工する被加工点への位置決め完了までの時間と、被加工点の個数とに基づいて、前記統計量を求める請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加工機の制御装置。
6. パルスレーザビームを出力するレーザ出力装置と、
   前記レーザ出力装置から出力されたパルスレーザビームを走査して、加工対象物の表面上においてパルスレーザビームの入射位置の位置決めを行うビーム走査器と、
   加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギを計測する計測器と、
   前記レーザ出力装置及び前記ビーム走査器を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
   求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数で前記レーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、前記計測器からパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
   取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置及び前記ビーム走査器を制御して、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工機。
7. パルスレーザビームをビーム走査器で走査することにより、加工対象物の表面上の複数の被加工点にパルスレーザビームの入射位置を順番に位置決めしてレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
   加工に用いるパルスレーザビームのパルスの繰り返し周波数の統計量を求め、
   求められた前記統計量に基づく繰り返し周波数でレーザ出力装置からパルスレーザビームを出力させ、加工対象物に入射するパルスレーザビームのエネルギ情報を取得し、
   取得した前記エネルギ情報に基づいて前記レーザ出力装置を制御し、前記ビーム走査器を動作させてレーザ加工を行うレーザ加工方法。
   

Images