(57)【要約】【課題】レーザ発振装置の機差によるレーザビームのモード形状のばらつきを低減することにより、レーザ加工装置による被加工物の加工の精度を向上させる。【解決手段】レーザ発振装置と、レーザ発振装置から射出されたレーザビームのプロファイルを変換して加工用ビームを生成する光学システムと、加工用ビームを被加工物に照射して加工する加工ヘッドとを具備し、光学システムが、レーザビームをそれぞれ別の光路を進む第一および第二サブビームを含む２つ以上のサブビームに分割するビーム分割手段と、第一サブビームのプロファイルが第二サブビームのプロファイルに対して角度を有するように、少なくとも第一サブビームのプロファイルを光軸に対して回転させるビーム回転手段と、プロファイルが回転された第一サブビームを第二サブビームと同一の光路を進むように合成するビーム合成手段とを備える、レーザ加工装置。【選択図】図１
2014161889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振装置と、
前記レーザ発振装置から射出されたレーザビームのプロファイルを変換して加工用ビームを生成する、光学システムと、
前記加工用ビームを被加工物に照射して加工する、加工ヘッドと、を具備し、
前記光学システムが、
前記レーザビームを、それぞれ別の光路を進む、第一サブビームおよび第二サブビームを含む２つ以上のサブビームに分割する、ビーム分割手段と、
前記第一サブビームのプロファイルが前記第二サブビームのプロファイルに対して角度を有するように、少なくとも前記第一サブビームのプロファイルを、光軸に対して、回転させる、ビーム回転手段と、
前記プロファイルが回転された第一サブビームと、前記第二サブビームとを、同一の光路を進むように合成する、ビーム合成手段と、を備える、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記ビーム分割手段が、前記レーザビームを、前記第一サブビームと前記第二サブビームとに２分割し、
前記ビーム回転手段が、前記第一サブビームのプロファイルだけを、光軸に対して、（９０−α）°〜（９０＋α）°（０≦α≦１０）回転させる、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記ビーム回転手段に導入される前記第一サブビームの進行方向がＸ方向であるとき、
前記ビーム回転手段は、
前記第一サブビームを、前記Ｘ方向と直行するＺ方向に反射させる、第一のミラーと、
前記第一のミラーにより反射された前記第一サブビームを、前記Ｘ方向および前記Ｚ方向の両方と直交するＹ方向に反射させる、第二のミラーと、を含む、請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記ビーム分割手段が、前記レーザビームを、それぞれ別の光路を進む、前記第一サブビームおよび前記第二サブビームを含むＮ個（３≦Ｎ）のサブビームに分割し、
前記ビーム回転手段が、前記Ｎ個のサブビームから選択されるＮ−１個のサブビームのプロファイルを、光軸に対して、それぞれ異なる角度θm（０＜θm＜１８０、１≦ｍ≦Ｎ−１）回転させる、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記角度θmのピッチ：θm−θm-1が一定である、請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記ビーム分割手段が、
前記レーザビームを円偏光に変換する波長板と、
前記円偏光を、ｓ偏光とｐ偏光とに分割する、第一の薄膜偏光子（ＴＦＰ）と、を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記ビーム合成手段が、前記ｓ偏光と前記ｐ偏光とを合成する、第二の薄膜偏光子（ＴＦＰ）を含む、請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
合成される前の、前記第一サブビームおよび前記第二サブビームから選択される少なくとも１つの光路を調整する、アダプティブミラーを具備する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
合成により得られた前記加工用ビームを、主ビームと、合成状態を確認するための参照ビームと、に分割する、ビームスプリッターと、
前記参照ビームのプロファイルを測定する、ビームプロファイラーと、を具備する、請求項８に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを用いて被加工物を加工するレーザ加工装置に関し、特に、穴加工に最適なプロファイルを有する加工用ビームを生成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子部品等の小型化、高集積化、複合モジュール化に伴い、部品を構成する基材の加工にも高度な精密さが要求されるようになってきた。例えば、穴加工により形成される凹部や貫通孔の直径は、小径化が進んでおり、従来の方法では、加工の精度を確保することが困難である。そこで、レーザビームを被加工物に照射して加工する方法の重要性が高まってきている。
【０００３】
図５に、従来のレーザ加工装置の構成を示す。レーザ加工装置２００は、レーザ発振装置２０１と、レーザビーム２０２を被加工物２１５まで導く光路を形成する光学システムと、被加工物２１５にレーザビーム２０２を照射する加工ヘッドと、で構成されている。加工ヘッドは、ガルバノスキャナや、ｆθレンズ２１２により構成されている。ガルバノスキャナは、加工用ビームをＸ軸、Ｙ軸方向に走査させるガルバノミラー２１０、２１１を具備する。ガルバスキャナの駆動やレーザ発振装置２０１の出力は、制御コントローラ２１４により制御可能である。
【０００４】
レーザ発振装置２０１から射出されたレーザビーム２０２は、複数のミラー２０３Ａ〜２０３Ｅで反射された後、マスク２０７により外形や大きさが成形され、その後、加工ヘッドを介して被加工物２１５に照射される。これにより、被加工物２１５には、成形されたレーザビームの加工点２２０の外径や大きさに応じた穴が形成される。ここで、被加工物２１５に形成される穴は、通常、トップ形状およびボトム形状が真円であることが好ましい。しかし、レーザビーム２０２は、レーザ発振装置２０１に固有のモード形状２１６を有することから、穴の形状が真円にならないこともある。例えば、トップ形状は真円になるものの、ボトム形状は楕円になることが多い。
【０００５】
そこで、レーザビームのモード形状を制御するための技術が、従来から、種々提案されている。例えば、レーザビームを複数のサブビームに分割し、分割されたサブビームを再合成することにより、ビームの出力強度を平準化することが提案されている（特許文献１参照）。また、レーザビームを、中心部と外輪部とに分割するとともに、シャッターの開閉により、中心部のビームと、外輪部のビームと、中心部と外輪部とが合わさったビームとの３種類を使い分けることが提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
一方、レーザビームを分割するのではなく、カライド反射鏡を用いることにより、レーザビームの強度分布を均一化することも提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−９９９８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２７５５６９号公報
【特許文献３】特開平１０−３２３７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、単にレーザビームを複数のサブビームに分割し、その後、分割されたサブビームを再合成することで、ビームの出力強度を平準化しようとするものである。また、特許文献２は、レーザビームを中心部と外輪部とに分割するとともに、シャッターの開閉により、３種類のレーザビームを使い分けようとするものである。よって、いずれの場合にも、レーザ発振装置自身の機差により、レーザビームのモード形状がばらつく場合には、その影響を除くことが困難である。
【０００９】
また、特許文献３は、カライド反射鏡による多重反射を利用するものであるため、反射鏡の形状の最適設計が必要であるとともに、ビーム損失が比較的大きくなるという欠点がある。
【００１０】
上記に鑑み、本発明は、レーザ発振装置の機差によるレーザビームのモード形状のばらつきを低減することにより、レーザ加工装置による被加工物の加工（特に穴加工）の精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面は、レーザ発振装置と、前記レーザ発振装置から射出されたレーザビームのプロファイルを変換して加工用ビームを生成する、光学システムと、前記加工用ビームを被加工物に照射して加工する、加工ヘッドと、を具備する、レーザ加工装置に関する。
【００１２】
前記光学システムは、前記レーザビームを、それぞれ別の光路を進む、第一サブビームおよび第二サブビームを含む２つ以上のサブビームに分割する、ビーム分割手段と、前記第一サブビームのプロファイルが前記第二サブビームのプロファイルに対して角度を有するように、少なくとも前記第一サブビームのプロファイルを、光軸（伝搬軸）に対して、回転させる、ビーム回転手段と、前記プロファイルが回転された第一サブビームと、前記第二サブビームとを、同一の光路を進むように合成する、ビーム合成手段と、を備える。
【００１３】
第一サブビームおよび第二サブビームは、分割により生成した２つ以上のサブビームから任意に選択されるサブビームの対である。
【００１４】
ビーム回転手段は、第一サブビームのプロファイルだけを回転させるものでもよいが、第二サブビームのプロファイルを回転させてもよい。ただし、第一サブビームのプロファイルが、第二サブビームのプロファイルに対して角度を有するように、回転を制御する。すなわち、回転手段を経由した第一サブビームと第二サブビームとは、第一サブビームの回転角をθ1、第二サブビームの回転角をθ2とするとき、０°＜θ1≦１８０°、０°≦θ2≦１８０°、θ1≠θ2の関係を有する。第一サブビームのプロファイルだけを回転させる場合、θ2＝０°である。これにより、同一の光路を進むように第一サブビームと第二サブビームとを合成すると、一方のプロファイルは他方のプロファイルを光軸に対して回転させた状態となり、合成されたビームのプロファイルが平準化される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のレーザ加工装置によれば、レーザ発振装置の機差によるレーザビームのモード形状のばらつきを低減することが可能となり、被加工物の安定かつ良好な加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２Ａ】同実施形態に係る光学システム内におけるレーザビームのプロファイルの変遷を示す図である。
【図２Ｂ】平準化されていないレーザビームのプロファイルと、加工用ビームのプロファイルとを、対比的に示す図である。
【図３Ａ】平準化されていないビームのプロファイル（ａ）、そのビームにより加工された穴の断面形状（ｂ）、ならびに、同穴のトップ形状とボトム形状（ｃ）を示す図である。
【図３Ｂ】平準化された加工用ビームのプロファイル（ａ）、そのビームにより加工された穴の断面形状（ｂ）、ならびに、同穴のトップ形状とボトム形状（ｃ）を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る加工用ビームのプロファイルを示す図である。
【図５】従来のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のレーザ加工装置は、板状材料などの被加工物を加工するための装置であり、レーザビームを射出するレーザ発振装置と、レーザ発振装置から射出されたレーザビームのプロファイルを変換して加工用レーザビームを生成する光学システムと、加工用レーザビームを被加工物に照射して加工する加工ヘッドと、を具備する。
【００１８】
レーザ発振装置は、特に限定されないが、スラブ型の増幅器を具備する装置から射出するレーザビームはプロファイルに非対称性を生じやすい。よって、モード形状のばらつきを抑制する必要性が高い。ここで、レーザビームのプロファイルとは、ビームの光軸に対して垂直な断面におけるエネルギー強度分布を意味する。
【００１９】
光学システムは、レーザ発振装置から射出されたレーザビームを、それぞれ別の光路を進む、第一サブビームおよび第二サブビームを含む２つ以上のサブビームに分割するビーム分割手段を具備する。また、光学システムは、第一サブビームのプロファイルが第二サブビームのプロファイルに対して角度を有するように、少なくとも第一サブビームのプロファイルを光軸に対して回転させるビーム回転手段を具備する。更に、光学システムは、プロファイルが回転された第一サブビームと、第二サブビームとを、同一の光路を進むように合成するビーム合成手段を備える。
【００２０】
上記光学システムを更に具体的に説明すると、ビーム分割手段での分割により生成した一対のサブビームは、同一平面内で、別々の光軸方向ａ1、ａ2の光路を進行する。ここで、両方の光軸を含む上記平面に垂直かつａ1、ａ2に垂直な方向をｂとする。また、ａ1とｂに垂直な方向をｃ1とし、ａ2とｂに垂直な方向をｃ2とする。ビーム回転手段により、光軸方向ａ1のサブビームのプロファイルを光軸に対して回転すると、そのサブビームをその光軸方向ａ1から見たときのプロファイル（ｃ1−ｂ座標におけるプロファイル）は、他方のサブビームをその光軸方向から見たときのプロファイル（ｃ2−ｂ座標におけるプロファイル）と異なるエネルギー分布を有することになる。その後、プロファイルが回転された第一サブビームと、元のプロファイルを有する第二サブビームとは、ビーム合成手段により、それぞれが同一の光路を進むように再合成される。これにより、再合成により生成する加工用ビームのプロファイルは、オリジナルのレーザビームのプロファイルよりも平準化されたエネルギー分布を有するようになる。
【００２１】
好ましい一形態において、ビーム分割手段は、レーザビームを、それぞれ別の光路を進む第一サブビームと第二サブビームとに２分割する。このとき、第一サブビームと第二サブビームの強度は、同じでもよく、異なってもよい。そして、ビーム回転手段は、第一サブビームのプロファイルだけを、光軸に対して、任意の角度θ1（０°＜θ1≦１８０°）だけ回転させる。
【００２２】
角度θ1は約９０°であることが好ましい。約９０°の回転角θ90は、（９０−α）°≦θ90≦（９０＋α）°と表すことができる。このとき、αの範囲は、ビーム回転手段の状態等により生じる誤差であり、例えば０°≦α≦１０°である。
【００２３】
ビーム回転手段に導入される第一サブビームの光軸方向がＸ1方向であるとき、ビーム回転手段は、例えば、第一サブビームを、Ｘ1方向と直行するＺ方向に反射させる第一のミラーと、第一のミラーにより反射された第一サブビームを、Ｘ1方向およびＺ方向の両方と直交するＹ1方向に反射させる第二のミラーと、を含む。このようなビーム回転手段は、第一サブビームのプロファイルだけを、光軸に対して、約９０°回転させるのに適している。
【００２４】
上記構成によれば、簡易な構造を有する光学システムにより、レーザ発振装置の機差によるレーザビームのプロファイルのばらつきを低減することが可能となる。
【００２５】
好ましい別の一形態において、ビーム分割手段は、レーザビームを、それぞれ別の光路を進むＮ個（３≦Ｎ）のサブビームに分割する。このとき、Ｎ個のサブビームの強度は、同じでもよく、異なってもよい。そして、ビーム回転手段は、Ｎ個のサブビームから選択されるＮ−１のサブビームのプロファイルを、光軸に対して、それぞれ異なる角度θm（０＜θm＜１８０、１≦ｍ≦Ｎ−１）回転させる。このとき、角度θmのピッチ：θm−θm-1は、一定であることが好ましい。
【００２６】
９０°以外の任意の角度θmだけサブビームのプロファイルを回転させる場合、ビーム回転手段は、例えば、第一サブビームを、Ｘ1方向と直行するＺ方向に反射させる第一のミラーと、第一のミラーにより反射された第一サブビームを、Ｚ方向と直交し、かつＸ方向と角度θnを成すＹ1´方向に反射させる第二のミラーとを含む。ここで、角度θnは角度θmと一対一の対応関係を有する９０°以外の角度である。
【００２７】
ビーム分割手段には、様々なビームスプリッターを用いることができる。また、ビーム分割手段に含まれるビームスプリッターの数は、特に限定されない。例えば、ビーム分割手段が、レーザビームを２分割するビームスプリッターを複数含む場合、第一のビームスプリッターにより、レーザビームを２分割した後、そのうちの一方を、第二のビームスプリッターにより、更に２分割することにより、３つのサブビームを生成することができる。また、第一のビームスプリッターにより、レーザビームを強度が１：２となるように第一サブビームと第二サブビームに２分割した後、第二のビームスプリッターにより、第二サブビームを同じ強度の第二Ａサブビームと第二Ｂサブビームとに２分割することにより、３つの同じ強度のサブビームを生成することもできる。すなわち、レーザビームを２分割するビームスプリッターを複数組み合わせることにより、任意の数のサブビームを生成することができる。
【００２８】
ビームスプリッターは、ビーム（光束）を２つ以上に分割する素子であればよい。ビームスプリッターは、例えば、自身に入射した光の一部を反射し、一部を透過させる。
【００２９】
レーザビームを同じ強度の第一ビームと第二ビームとに分割する場合には、反射光と透過光の強度がほぼ同じハーフミラーを用いればよい。また、レーザビームを円偏光に変換する波長板もしくはフェーズリターダと、円偏光をｓ偏光とｐ偏光とに分割する第一の薄膜偏向子（ＴＦＰ）と、の組み合わせを用いることもできる。このとき、ビーム合成手段は、ｓ偏光とｐ偏光とを合成する第二の薄膜偏向子ＴＦＰを含むことが好ましい。
【００３０】
光学システムには、合成により得られたレーザビームにおけるサブビーム同士の重なり具合をモニタリングするビームプロファイラーを設けることが好ましい。そして、モニタリングの結果に応じて、合成される前の、第一サブビームおよび第二サブビームから選択される少なくとも１つの光路を、光学システムに設けられたアダプティブミラーにより調整することが好ましい。これにより、最適な合成状態を達成することが可能である。
【００３１】
サブビーム同士の重なり具合をモニタリングする方法は、特に限定されないが、例えば、合成により得られた加工用ビームを、主ビームと参照ビームとに分割し、参照ビームのプロファイルを、ビームプロファイラーにより測定すればよい。
【００３２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら、更に詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明を限定するものではない。
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００の概略構成を示している。レーザ発振装置１０１から出射されたビームプロファイル１１６Ａを有するオリジナルのレーザビーム１０２は、反射ミラー１０３Ａにより、ビーム分割手段を構成する波長板（またはフェーズリターダ）１０４に向けて全反射される。そして、レーザビーム１０２は、波長板１０４を透過することにより、円偏光のビーム１０２Ａに変換される。次に、ビーム１０２Ａは、ビーム分割手段を構成する第一の薄膜偏光子（ＴＦＰ−Ａ）１０５Ａにより、第一サブビーム１０２Ｂと第二サブビーム１０２Ｃの２つに分割される。このとき、ＴＦＰ−Ａ１０５Ａにより反射された第二サブビーム１０２Ｃは、Ｙ方向に向かって進行する。一方、第一サブビーム１０２Ｂは、Ｙ方向と直交するＸ方向に向かって進行する。
【００３３】
その後、第一サブビーム１０２Ｂは、ビーム回転手段を構成する反射ミラー１０３Ｂ（第一のミラー）により、Ｘ方向と直行するＺ方向（図１では上方）に向かって反射され、続いて、ビーム回転手段を構成する反射ミラー１０３Ｃ（第二のミラー）により、Ｘ方向およびＺ方向の両方と直交するＹ方向に向かって反射される。これにより、第一サブビーム１０２Ｂのプロファイルは、その光軸に対して９０度回転する。以下、９０度回転したプロファイル１１６Ｂを有する第一サブビームを、サブビーム１０２Ｄと称する。
【００３４】
サブビーム１０２Ｄは、反射ミラー１０３Ｄ、１０３Ｅによる同一面内への反射を経た後、ビーム合成手段を構成する第二の薄膜偏光子（ＴＦＰ−Ｂ）１０５Ｂに向かって進行する。一方、第二サブビーム１０２Ｃは、プロファイル１１６Ａを有したままで、アダプティブミラー１０６により反射され、ＴＦＰ−Ｂ１０５Ｂに向かって進行する。そして、ＴＦＰ−Ｂ１０５Ｂにより、サブビーム１０２Ｄと第二サブビーム１０２Ｃとの合成が行われ、プロファイル１１６Ｃを有する加工用ビーム１０２Ｅが生成する。
【００３５】
合成により生成した加工用ビーム１０２Ｅは、マスク１０７を通過した後、ビームスプリッター１０８に向かって進行する。ビームスプリッター１０８では、加工用ビーム１０２Ｅが、それぞれ同様のプロファイルを有する主ビーム１０２Ｅ１と参照ビーム１０２Ｅ２とに分割される。参照ビーム１０２Ｅ２のプロファイルは、ビームプロファイラー１０９により測定される。そして、参照ビーム１０２Ｅ２の位置データをもとに、アダプティブミラー１０６を駆動して、第二サブビーム１０２Ｃの光軸を動かし、合成状態を調整する。具体的には、参照ビーム１０２Ｅ２の大きさや形を観察しながら、アダプティブミラー１０６を手動もしくは自動で制御して、合成状態を調整する。
【００３６】
アダプティブミラー１０６を制御する場合には、アダプティブミラー１０６とプロファイラー１０９を、所定の位置調整コントローラ１１３に接続する。位置調整コントローラ１１３は、ＣＰＵ、ＭＰＵもしくはマイクロコンピュータ、記憶装置、各種インターフェースなどから構成することができる。ビームプロファイラー１０９の測定結果を位置調整コントローラ１１３にフィードバックすることにより、アダプティブミラー１０６を適正に制御することが可能である。
【００３７】
合成状態は、以下のように、第一サブビーム１０２Ｂもしくはサブビーム１０２Ｄの光路に設けられた光シャッター１２８Ａと、第二サブビーム１０２Ｃの光路に設けられた光シャッター１２８Ｂとを利用して行うこともできる。具体的には、シャッター１２８Ｂを閉じ、シャッター１２８Ａを開くことにより、サブビーム１０２Ｄだけを、ＴＦＰ−Ｂ１０５Ｂに到達させ、マスク１０７を通過させ、ビームプロファイラー１０９に到達させて、サブビーム１０２Ｄの位置を測定する。次に、シャッター１２８Ｂを開き、シャッター１２８Ａを閉じることにより、第二サブビーム１０２ＣだけをＴＦＰ−Ｂ１０５Ｂに到達させ、マスク１０７を通過させ、ビームプロファイラー１０９に到達させて、第二サブビーム１０２Ｃの位置を測定する。そして、サブビーム１０２Ｄと第二サブビーム１０２Ｃとの位置の差分を、アダプティブミラー１０６で調整する。
【００３８】
また、ＴＦＰ−Ａを除去した状態で、ビームプロファイラー１０９によりビームの位置、大きさ、形などを確認することも有効である。そして、ビームの位置、大きさ、形などが適正であると判断された後に、ＴＦＰ−Ａを光路に差し込み、ビームプロファイラー１０９によりビームの位置、大きさ、形などを再確認することで、より効率的に、合成状態を制御することもできる。
【００３９】
その後、加工用ビーム１０２Ｅ（主ビーム１０２Ｅ１）は、反射ミラー１０３Ｅで反射された後、加工ヘッドを構成するガルバスキャナにより走査され、位置決めされる。ガルバスキャナは、主ビーム１０２Ｅ１をＸ軸方向にスキャンするためのガルバノミラー１１０とＹ軸方向にスキャンするためのガルバノミラー１１１により構成されている。ガルバノスキャナにより位置決めされた主ビーム１０２Ｅ１は、加工ヘッドを構成するｆθレンズ１１２で集光され、被加工物１１５の加工点１２０に照射され、被加工物１１５の加工が行われる。
【００４０】
ガルバスキャナを構成するガルバノミラー１１０、１１１は、制御コントローラ１１４により制御される。制御コントローラ１１４は、ＣＰＵ、ＭＰＵもしくはマイクロコンピュータ、記憶装置、各種インターフェースなどで構成することができる。
【００４１】
次に、上記実施形態に係る光学システム内におけるビームプロファイルの変遷について、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら説明する。
【００４２】
レーザ発振装置１０１により射出されたオリジナルのレーザビーム１０２のプロファイルは、図２Ｂ（ａ）に示すように、縦方向のモード形状と横方向のモード形状とが異なる略楕円形状である。レーザビーム１０２は、図２Ａに示すように、波長板１０４を透過した後、ＴＦＰ−Ａ１０５により第一サブビーム１０２Ｂと第二サブビーム１０２Ｃとに２分割される。２分割された直後は、第一サブビーム１０２Ｂと第二サブビーム１０２Ｃのプロファイルは、同様である。
【００４３】
その後、第一サブビーム１０２Ｂは、ビーム回転手段を構成する反射ミラー１０３Ｂ（第一のミラー）および反射ミラー１０３Ｃ（第二のミラー）により、二度にわたって反射され、そのプロファイルが光軸に対して９０度回転し、サブビーム１０２Ｄに変換される。一方、第二サブビーム１０２Ｃは、元のプロファイルのまま、アダプティブミラー１０６に反射される。そして、サブビーム１０２Ｄは、ＴＦＰ−Ｂ１０５Ｂにより、第二サブビーム１０２Ｃと合成される。合成により生成する加工用ビーム１０２Ｅのプロファイルは、図２Ｂ（ｂ）に示すように、縦方向と横方向のモード形状が、ほぼ同様となり、エネルギーの分布状態は平準化される。
【００４４】
図３Ａは、平準化されていないレーザビームのプロファイル（ａ）、そのビームにより加工された穴の断面形状（ｂ）、ならびに、同穴のトップ形状とボトム形状（ｃ）を示している。ｆθレンズ２１２で集光されたビームが被加工物２１５に照射されると、加工点２２０の照射形状に沿って被加工物２１５が焼失し、穴が形成される。このとき、穴の形状は、照射されたビームのプロファイルを反映している。
【００４５】
加工点２２０には、オリジナルのレーザビーム１０２のプロファイルがそのまま反映される。オリジナルのレーザビーム１０２のプロファイルは、図３Ａ（ａ）に示すように、縦方向のモード形状と横方向のモード形状が大きく異なっている。穴のトップ付近では、高いエネルギーのビームが被加工物２１５に照射されるため、図３Ａ（ｃ）に示すように、トップ形成１２４は真円に近い形状となる。一方、穴のボトム付近では、ボトム形状１２５にビームのプロファイルが反映されやすく、楕円形状となりやすい。
【００４６】
一方、図３Ｂは、本実施形態に係るレーザ加工装置を用いた場合の、加工用ビーム１０２Ｅのプロファイル（ａ）、そのビームにより加工された穴の断面形状（ｂ）、ならびに、同穴のトップ形状とボトム形状（ｃ）を示している。加工点１２０には、図３Ｂ（ｂ）に示すような加工用ビーム１０２Ｅのプロファイルが反映される。図３Ｂ（ｂ）では、縦方向のモード形状と横方向のモード形状が、ほぼ同様である。よって、穴のトップ形成１２６およびボトム形状１２７は、いずれも、図３Ｂ（ｃ）に示すように、真円形状となりやすい。
【００４７】
上記実施形態では、レーザビームを２分割した後、一方のサブビームのプロファイルを９０度回転させる場合について説明したが、レーザビームの分割や回転の仕方はこれに限定されない。また、合成されたレーザビームを更に２以上に分割し、そのうちの少なくとも１つのプロファイルを回転させてもよい。例えば、上記実施形態で得られる加工用レーザビーム１０２Ｅを、サブビーム１０２Ｅ３とサブビーム１０２Ｅ４とに２分割し、一方のサブビームのプロファイルを約４５度回転させ、その後、サブビーム１０２Ｅ３とサブビーム１０２Ｅ４とを合成することもできる。これにより、図４に示すように、エネルギーの分布状態が更に平準化された良好な加工用ビーム１０２Ｆを得ることができる。約４５°の回転角θ45は、（４５−β）°≦θ45≦（４５＋β）°と表すことができる。βの範囲は、ビーム回転手段の状態等により生じる誤差であり、例えば、０°≦β≦５°であることが好ましい。
【００４８】
上記実施形態では、各サブビームをそのまま合成する場合について説明したが、少なくとも１つのサブビームの出力を、アッテネータ（ＮＤフィルターなどの減衰器）を用いて任意に調整してもよい。このように、サブビームの出力を調整することで、加工用ビームのエネルギー密度の分布を、より精密に制御することが可能となり、所望のエネルギー密度を有するプロファイルを実現することが容易となる。
【００４９】
なお、波長板１０４を手動または自動で回転させることにより、加工用ビームの楕円率を制御することもできる。これにより、加工により形成される穴のトップ形状やボトム形状を任意に変化させることが可能となる。波長板１０４の回転は、例えば、位置調整コントローラ１１３により制御すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のレーザ加工装置によれば、加工用ビームのプロファイルもしくはモード形状を任意に制御することが可能である。従って、レーザ発振装置の機差による加工の不具合を克服することが可能となり、被加工物に良好かつ安定な加工を施すことができる。なお、レーザ加工の被加工物としては、例えば、電子部品や電子デバイスに用いる樹脂基板などを例示することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１００，２００：レーザ加工装置、１０１，２０１：レーザ発振器、１０２，１０２Ａ〜Ｆ：レーザビーム、１０３Ａ〜１０３Ｆ，２０３Ａ〜２０３Ｅ：反射ミラー、１０４：波長板、１０５Ａ：ＴＰＦ−Ａ、１０５Ｂ：ＴＦＰ−Ｂ、１０６：アダプティブミラー、１０７，２０７：マスク、１０８：ビームスプリッター、１０９：ビームプロファイラー、１１０，２１０：Ｘ軸ミラー、１１１，２１１：Ｙ軸ミラー、１１２，２１２：ｆθレンズ、１１３：位置調整コントローラ、１１４，２１４：制御コントローラ、１１５，２１５：被加工物、１１６Ａ〜１１６Ｃ，２１６：ビームプロファイル、１２０，２２０：加工点、１２４，１２６：トップ穴形状、１２５，１２７：トップ穴形状
【図１】
2014161889.tif 000003
【図２Ａ】
2014161889.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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