(57)【要約】固体レーザ（１０ａ）は、２つの個別のレーザ微細機械加工ビームを提供すべく両端に出力ポート（２２ａ１、２２ｂ１）を有するレーザ共振器（２０ａ）を備える。レーザ微細機械加工ビームをマイクロハーモニック波長出力に変換するために一組の波長変換器（２６ａ１、２６ｂ１）を使用することができ、これにより波長変換器への損傷のリスクを低減し、より高い総平均の調波（ハーモニック）パワーが単一のレーザから得られる。両レーザ微細機械加工ビームは、独立的に異なるレーザ作業をなすために異ならせることができ、あるいは実質的に同一のワークピース（５４）に同時に平行な高品質のレーザの作業を可能とすべく実質的に等しいパラメータを持つように適用することができ、また両レーザ微細機械加工ビームは単一のレーザシステム出力（４２ｅ）を得るべく結合することができる。２つのレーザ微細機械加工ビームは、特定の応用に適するように、さらに分割または多重化することができる。【選択図】図１
2008504671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザポンピング源からレーザポンピング光を受けるべく光学経路に配置され、第１の波長を有するレーザ出力を容易に発生するに適した固体レーザ媒体と、前記レーザ出力をパルスレーザ出力に変換すべく、前記第１および第２の出力ポート間の光学経路に配置されたＱスイッチと、パルス化されたレーザ出力の第１および第２の各レーザ加工ビームの伝搬のために前記レーザ媒体の異なる側で前記光学経路に配置された第１および第２の出力ポートと、前記レーザ媒体の異なる側のそれぞれで前記光学経路に配置され、前記第１および第２のレーザ加工ビームがハーモニック波長を有するように前記パルスレーザ出力の波長を第１の波長のハーモニック波長に変換する第１および第２の波長変換器とを含む、固体レーザ。
【請求項２】
前記第１および第２の波長変換器は前記第１および第２の出力ポート間に配置されている、請求項１に記載のレーザ。
【請求項３】
前記第１の波長変換器は、第１および第２の非線形結晶であって前記第１の非線形結晶が前記第１の波長を前記ハーモニック波長に変換し前記第２の非線形結晶が前記ハーモニック波長を他のハーモニック波長に変換するように、前記第１の出力ポートの異なる側に配置された第１および第２の非線形結晶を含む、請求項１に記載のレーザ。
【請求項４】
前記第１および第２の波長変換器は、前記第１および第２のレーザ加工ビームが異なるハーモニック波長を有するように、異なる特性を有する、請求項１に記載のレーザ。
【請求項５】
前記第１の出力ポートは、前記ハーモニック波長の少なくとも一部に対し透過性を示す第１の共振器ミラーと、前記光学経路を屈折する第１のプリズムまたは前記光学経路を屈折する第１の波長変換器のアングルカットとを備え、前記第２の出力ポートは、前記ハーモニック波長の少なくとも一部に対し透過性を示す第２の共振器ミラーと、前記光学経路を屈折する第２のプリズムまたは前記光学経路を屈折する第２の波長変換器のアングルカットとを備える、請求項１に記載のレーザ。
【請求項６】
さらに、前記レーザ媒体の両側で前記光学経路に配置された第１および第２のエネルギ制御装置を含む、請求項１に記載のレーザ。
【請求項７】
前記第１および第２のエネルギ制御装置は波長板を備える、請求項６に記載のレーザ。
【請求項８】
前記第１および第２のエネルギ制御装置は、それぞれ前記第１および第２のレーザ加工ビームのレーザパルスエネルギが実質的に同一となるように、制御可能である請求項６に記載のレーザ。
【請求項９】
前記第１および第２のエネルギ制御装置は、前記第１のビームのレーザパルスエネルギが前記第２のビームのレーザパルスエネルギと著しく相違するように、制御可能である請求項６に記載のレーザ。
【請求項１０】
前記第１および第２の波長変換器および出力ポートのそれぞれは、前記第１のポートを経て伝搬する前記第１のレーザ加工ビームの第１の特性が前記第２のポートを経て伝搬する前記第２のレーザ加工ビームの第２の特性に実質的に同一であるように、実質的に同一であり、前記第１および第２のビーム特性は、伝搬特性、レーザパルス幅またはレーザパルスエネルギのうちの一つ以上を含む、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１１】
前記パルスレーザ出力は５ｋHzを超える繰り返し率を有する、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１２】
さらに、前記第１および第２の出力ポート間の前記光学経路に配置された第２の固定レーザ媒体を含み、前記Ｑスイッチが前記レーザ媒体間に配置されている、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１３】
前記レーザ媒体は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＹｂ：ＹＡＧを含み、前記第２のレーザ媒体は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＹｂ：ＹＡＧを含む、請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１４】
前記レーザ媒体は、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＹｂ：ＹＡＧを含む、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１５】
前記第１のレーザ加工ビームは、前記第１の波長の第２、第３、第４または第５高調波の少なくとも一つを含み、また前記第２のレーザ加工ビームは、前記第１の波長の第２、第３、第４または第５高調波の少なくとも一つを含む、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１６】
前記レーザ媒体のエンドポンピングを容易とするために入力結合ミラーが用いられている、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１７】
前記レーザポンピング源は、レーザダイオード、ダイオードアレイまたは他のレーザの少なくとも一つを含む、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１８】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは同一のハーモニック波長を含み、前記ハーモニック波長の前記レーザ出力は、多くは前記波長変換器への損傷のリスクによって決まる従来の単一出力調波ビームの実用上での最大出力パワーを有し、前記レーザは、前記第１および第２の波長変換器に損傷を与えることなく、前記第１および第２のレーザ加工ビームの総合出力パワーであって従来の前記単一出力調波ビームの実用上の最大出力パワーよりも著しく大きな総合出力パワーを提供可能である、請求項１に記載のレーザ。
【請求項１９】
前記第１の出力ポートを経て伝搬する前記第１のレーザ加工ビームおよび前記第２の出力ポートを経て伝搬する前記第２のレーザ加工ビームは、前記第１および第２の出力ポート間で、共振器要素の経年劣化によって実質的に等しい影響を受ける出力特性を有する、請求項１に記載のレーザ。
【請求項２０】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは、ほぼ同時に実質的に同一の作業をなすべく、それぞれ互いに間隔をおく第１および第２の実質的に同一のターゲットに向けられている、請求項１に記載のレーザ。
【請求項２１】
レーザポンピング源からレーザポンピング光を受けるべく光学経路に配置され、第１の波長を有するレーザ出力を容易に発生するに適した固体レーザ媒体と、前記レーザ出力をパルスレーザ出力に変換すべく、前記第１および第２の出力ポート間の光学経路に配置されたＱスイッチと、パルス化された前記レーザ出力の第１および第２の各レーザ加工ビームの伝搬のために前記レーザ媒体の異なる側で前記光学経路に配置された第１および第２の出力ポートと、前記光学経路に配置され、前記第１のレーザ加工ビームがハーモニック波長を有するように前記第１のレーザ加工ビームの波長を第１の波長のハーモニック波長に変換する第１の波長変換器と、前記第１および第２のレーザ加工ビームのそれぞれの第１および第２のエネルギをそれぞれ制御するために、前記レーザ媒体の異なる側で前記光学経路に配置された第１および第２のエネルギ制御装置と、一つまたは複数の微細加工作業をなすべく前記１および第２のレーザ加工ビームを第１および第２のビーム経路に沿って第１および第２のターゲット位置のそれぞれに向けるに適したビーム位置合わせ装置とを含む、レーザシステム。
【請求項２２】
さらに、前記第１の波長変換器の前記レーザ媒体側と異なる側で前記光学経路に配置され、前記第２のレーザ加工ビームがハーモニック波長を有するように前記第２のレーザ加工ビームの波長を前記第１の波長のハーモニック波長に変換する第２の波長変換器を含み、前記第１および第２の波長変換器および出力ポートのそれぞれは、前記第１の出力ポートを経て伝搬する前記第１のレーザ加工ビームの第１の特性が前記第２の出力ポートを経て伝搬する前記第２のレーザ加工ビームの第２の特性に実質的に同一であるように、実質的に同一であり、前記第１および第２のビーム特性は、伝搬特性、レーザパルス幅またはレーザパルスエネルギのうちの一つ以上を含む、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２３】
前記パルスレーザ出力は５ｋHzを超える繰り返し率を有する、請求項２２に記載のレーザシステム。
【請求項２４】
前記第１のレーザ加工ビームは、前記第１の波長の第２、第３、第４または第５高調波の少なくとも一つを含み、また前記第２のレーザ加工ビームは、前記第１の波長の第１、第２、第３、第４または第５高調波の少なくとも一つを含む、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２５】
さらに、前記第１の波長変換器の前記レーザ媒体側と異なる側で前記光学経路に配置され、前記第２のレーザ加工ビームがハーモニック波長を有するように前記第２のレーザ加工ビームの波長を前記第１の波長のハーモニック波長に変換する第２の波長変換器を含み、前記第１および第２の波長変換器は、前記第１および第２のレーザ加工ビームが異なるハーモニック波長を有するように、異なる特性を有する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２６】
さらに、前記第１の波長変換器の前記レーザ媒体側と異なる側で前記光学経路に配置され、前記第２のレーザ加工ビームがハーモニック波長を有するように前記第２のレーザ加工ビームの波長を前記第１の波長のハーモニック波長に変換する第２の波長変換器を含み、前記第１および第２の波長変換器は、それぞれ前記レーザ媒体と前記第１および第２の出力ポートのそれぞれとの間に配置されている、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２７】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは、実質的に異なる少なくとも一つのレーザ処理パラメータを含み、該レーザ処理パラメータは、ビーム波長、レーザパルス幅、レーザパルスエネルギまたはレーザパルス数を含む、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２８】
前記第１のエネルギ制御装置は、波長板、偏光子、電気光学素子、偏光子と波長板、または偏光子と電気光学素子の少なくとも一つを含み、また前記第２のエネルギ制御装置は、波長板、偏光子、電気光学素子、偏光子と波長板、または偏光子と電気光学素子の少なくとも一つを含む、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項２９】
前記第１および第２のエネルギ制御装置は、それぞれ前記第１および第２のレーザ加工ビームをそれらのレーザパルスエネルギが実質的に同一となるように制御する、請求項２８に記載のレーザシステム。
【請求項３０】
前記第１および第２のエネルギ制御装置は、前記第１および第２のレーザ加工ビームをそれらのエネルギが著しく相違するように制御する、請求項２８に記載のレーザシステム。
【請求項３１】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは、それぞれに異なるターゲット位置で同時に異なる作業をなす、請求項３０に記載のレーザシステム。
【請求項３２】
前記第１の出力ポートは、前記ハーモニック波長の少なくとも一部に対し透過性を示す第１の共振器ミラーと、前記光学経路を屈折する第１のプリズムまたは前記光学経路を屈折する第１の波長変換器のアングルカットとを備え、前記第２の出力ポートは、前記ハーモニック波長の少なくとも一部に対し透過性を示す第２の共振器ミラー、または前記光学経路を屈折する第２のプリズムを備える、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３３】
前記ビーム位置合わせ装置は、前記第１および第２のレーザ加工ビームを互いに間隔をおく前記第１および第２の実質的に同一のターゲットに向け、実質的に同時に同一に作業する第１および第２のスキャンヘッドを含む、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３４】
前記第１および第２のビーム経路は、同軸的な伝搬のために結合され、レーザ加工作業を共同して実行すべくスキャンヘッドによって方向付けられる、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３５】
前記第２のビーム経路は、前記第１または第２のレーザ加工ビームのパルス幅間隔よりも長い期間の有効パルス幅を生成すべく前記第１のレーザ加工ビームが浸食を開始した後前記第２のレーザ加工ビームが浸食を開始するように、前記第１のビーム経路の特性と異なる特性を有する、請求項３４に記載のレーザシステム。
【請求項３６】
前記第１および第２のビーム経路は、所定の角度のずれを以て結合され、レーザ加工作業を共同して実行すべくスキャンヘッドによって方向付けられる、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３７】
前記第１および第２のビーム経路は、横方向への所定のずれを以て結合され、レーザ加工作業を共同して実行すべくスキャンヘッドにより方向付けられる、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３８】
前記第１および第２のビーム経路はレーザ加工作業を共同して実行すべく結合され、また前記第１および第２のレーザ加工ビームは、少なくとも一つの意図的な実質的に異なるビーム特性を有し、該ビーム特性は、ビーム波長、レーザパルス幅またはレーザパルスエネルギを含む、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項３９】
前記第１および第２のビームはビアを穿孔すべく共同する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項４０】
さらに、第１および第２のレーザパルスゲート装置を含み、該第１および第２のレーザパルスゲート装置は、前記第１のレーザ加工ビームのパルス化されたレーザ出力が、第１のスキャンヘッドを通り前記第１のビーム経路に沿って第１のターゲット位置へ伝搬可能な第１の出力伝搬状態を提供するように、かつ前記第２のレーザ加工ビームのパルス化されたレーザ出力が、第２のスキャンヘッドを通り、前記第２のビーム経路に沿って第２のターゲット位置へ伝搬可能な第２の出力伝搬状態を提供するように、前記第１および第２のレーザ加工ビームのそれぞれのパルスレーザ出力を選択的にゲートで制御するために前記第１および第２のビーム経路にそれぞれ配置されており、前記第１および第２のレーザパルスゲート装置は、該第１および第２のレーザパルスゲート装置が前記第１または第２のレーザ加工ビームの一方の前記パルスレーザ出力のターゲットに向けての伝搬を許し、かつ同時的に前記第１または第２のレーザ加工ビームの他方の前記パルスレーザ出力のビーム経路に沿った伝搬を阻止し、前記パルスレーザ出力が実質的に定まった繰り返し率でほぼ連続して生成されるように、前記第１および第２のビーム経路に沿った前記第１および第２のレーザ加工ビームの伝搬を阻止する第１および第２の非伝搬状態をそれぞれ提供する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項４１】
前記第１および／または第２のレーザパルスゲート装置は、前記パルスレーザ出力のレーザパルスに一致する第１または第２の出力伝搬状態のそれぞれが前記各レーザ加工ビームのパルスレーザ出力を伝搬するように、また前記パルスレーザ出力のレーザパルスに不一致の出力伝搬状態が前記レーザ加工ビームのレーザパルスの伝搬を阻止するように、実質的に規則的な間隔でかつ前記パルスレーザ出力のレーザパルスにほぼ近似する時間に出力伝搬状態を提供する、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４２】
前記第１および／または第２のレーザパルスゲート装置は音響光学変調器を含む、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４３】
前記第１および第２のレーザパルスゲート装置は、前記各第１および第２のエネルギ制御装置として機能し、また前記各レーザパルスゲート装置が出力伝搬状態にあるときはいつでも前記各第１および第２のレーザ加工ビームのレーザエネルギ伝搬割合を制御すべく適用される、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４４】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは、少なくとも一つの実質的に異なるレーザ処理パラメータを含み、該レーザ処理パラメータは、ビーム波長、レーザパルス幅、レーザエネルギまたはレーザパルス数を含む、請求項４０に記載のレーザシステム。
【請求項４５】
光学経路に配置されたレーザ媒体にポンピング光を供給すること、パルス化されたレーザ出力を提供すべく、前記レーザ媒体の両側で前記光学経路に配置された第１および第２の出力ポート間の前記光学経路に配置されたＱスイッチを用いること、第１および第２のレーザ加工ビームをそれぞれ提供すべく、前記第１および第２の出力ポートを経て前記パルスレーザ出力を伝搬すること、一つまたは複数の微細加工作業をなすために、前記第１のレーザ加工ビームを第２のターゲット位置に向け、また前記第２のレーザ加工ビームを第２のターゲット位置に向けることを含む、２つのレーザ加工ビームを生成する方法。
【請求項４６】
前記第１のレーザ加工ビームは第１、第２、第３、第４または第５のハーモニック波長の少なくとも一つを含み、前記第２のレーザ加工ビームは第１、第２、第３、第４または第５のハーモニック波長の少なくとも一つを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
さらに、第１および第２の波長変換器であって該各第１および第２の波長変換器および出力ポートがそれぞれ実質的に同一であるように、かつ前記第１の出力ポートを通って伝搬する前記第１のレーザ加工ビームの第１の特性が前記第２の出力ポートを通って伝搬する前記第２のレーザ加工ビームの第２の特性に実質的に一致するように、パルスレーザ出力である前記第１および第２のレーザ加工ビームをハーモニック波長に変換すべく、前記レーザ媒体の異なる側で前記光学経路に配置される第１および第２の波長変換器を用いることを含み、前記ビーム特性はビーム伝搬特性、レーザパルス幅およびレーザパルスエネルギのうちの一つまたは複数を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記パルスレーザ出力は５ｋHzを超える繰り返し率を有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
さらに、第１および第２の波長変換器であって該各第１および第２の波長変換器が特性を有するように、かつ前記第１および第２のレーザ加工ビームが異なるハーモニック波長を有するように、パルスレーザ出力である前記第１および第２のレーザ加工ビームをハーモニック波長に変換すべく、前記レーザ媒体の異なる側で前記光学経路に配置される第１および第２の波長変換器を用いることを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
さらに、前記第１および第２のレーザ加工ビームのそれぞれの第１および第２のエネルギをそれぞれ制御するために、前記レーザ媒体の異なる側で前記光学経路に配置された第１および第２のエネルギ制御装置を用いることを含み、前記第１のエネルギ制御装置は、波長板、偏光子、電気光学素子、偏光子と波長板、または偏光子と電気光学素子の少なくとも一つを含み、また前記第２のエネルギ制御装置は、波長板、偏光子、電気光学素子、偏光子と波長板、または偏光子と電気光学素子の少なくとも一つを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１のレーザ加工ビームのパルス化されたレーザ出力が第１のスキャンヘッドを通り前記第１のビーム経路に沿って第１のターゲット位置へ伝搬可能な第１の出力伝搬状態を提供するように、かつ前記第２のレーザ加工ビームのパルス化されたレーザ出力が第２のスキャンヘッドを通り、前記第２のビーム経路に沿って第２のターゲット位置へ伝搬可能な第２の出力伝搬状態を提供するように、第１および第２のレーザパルスゲート装置が、前記第１および第２のレーザ加工ビームのそれぞれのパルスレーザ出力を選択的にゲートで制御すべく、前記第１および第２のビーム経路にそれぞれ配置されており、前記第１および第２のレーザパルスゲート装置は、該第１および第２のレーザパルスゲート装置が前記第１または第２のレーザ加工ビームの一方の前記パルスレーザ出力のターゲットに向けての伝搬を許し、かつ同時的に前記第１または第２のレーザ加工ビームの他方の前記パルスレーザ出力のビーム経路に沿った伝搬を阻止し、前記パルスレーザ出力が実質的に定まった繰り返し率でほぼ連続して生成されるように、前記第１および第２のビーム経路に沿った前記第１および第２のレーザ加工ビームの伝搬を阻止する第１および第２の非伝搬状態をそれぞれ提供する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１および第２のレーザパルスゲート装置は、前記各第１および第２のエネルギ制御装置として機能し、また前記各レーザパルスゲート装置が出力伝搬状態にあるときはいつでも前記各第１および第２のレーザ加工ビームのレーザエネルギ伝搬割合を制御すべく適用される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは同一のハーモニック波長を含み、また前記ハーモニック波長の前記レーザ出力は、多くは前記波長変換器への損傷のリスクによって決まる従来の単一出力調波ビームの実用上での最大出力パワーを有し、前記レーザは、前記第１および第２の波長変換器に損傷を与えることなく、前記第１および第２のレーザ加工ビームの総合出力パワーであって従来の前記単一出力調波ビームの実用上の最大出力パワーよりも著しく大きな総合出力パワーを提供可能である、請求項４５に記載の方法。
【請求項５５】
第１および第２のスキャンヘッドが、前記第１および第２のレーザ加工ビームを互いに間隔をおく前記第１および第２の実質的に同一のターゲットに向け、実質的に同時に同一に作業する、請求項４５に記載の方法。
【請求項５６】
前記第１および第２のレーザ加工ビームは共同してレーザ加工作業を実行すべく共通スキャンヘッドを通って伝搬するように結合されている、請求項４５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体レーザに関し、より詳細には、ビア穴のような微細加工作業を行うために、少なくとも２つのハーモニックビームを使用するレーザ装置または方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体レーザは所定時間にレーザ出力の単一のビームのみを提供し、また従来の固体ハーモニックレーザは所定時間にレーザ出力の単一の調波ビーム（harmonic beam）のみを提供する。典型的な固体ハーモニックレーザは、約１〜１００ｋHzの繰返し率の単一ビームの８ないし１０Ｗの平均出力を有するＵＶレーザパルスを作り出す。所定のレーザ微細加工作業でレーザシステムのスループットを増大させるために、当業者は複数のレーザヘッドを備えるレーザシステムあるいは様々なビーム分割法を駆使してきた。これらの技術はいくつかの不利な点を持っている。
【０００３】
並列加工作業によって同時に同一のターゲットを処理することによりシステムのスループットを増大させるために、２以上のレーザが使用されるならば、付加的なレーザは、追加の空間スペースを必要とし、レーザシステムのコストを増加させる。そのようなレーザが、同一のポンピング源、レーザ媒体、ハーモニック変換器および「全く同一」に設計された出力結合ミラーを使用し、さらに同一の光学経路構成部品およびシステム制御電子部品を使用していても、当業者は、構成部品が新しいときのその品質のばらつきおよび経年劣化のために、異なったレーザビームのパルス毎のエネルギ、ビームの形状あるいは品質および／または発散角あるいは焦点スポットサイズ等のような各レーザ出力のパラメータを整合することが難しいことを理解するであろう。
【０００４】
他方、ビア穿孔のような応用分野でスループットを増大させるために使用されているビーム分割法は、発生したビームを所望数のビームに分割できるように、レーザから高出力のレーザビームを生成することが要求される。あいにく、実用上入手可能な最も高いハーモニックパワーは、本質的に、ハーモニック変換器への損傷のリスクのために制限を受ける。また、より高いパワー機能は、レーザヘッドの信頼性を低下させ、様々な光学部品への損傷リスクを増大させ、レーザシステムの耐用期間を短くする傾向がある。
【０００５】
したがって、固体ハーモニックレーザおよびそのようなレーザを使用する方法では、これらの不都合を克服することが望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、多重レーザ出力ビームを提供するための固体レーザを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は２以上のレーザ出力ビームを提供するような固体レーザを提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、レーザシステムの処理スループットを増大させるような固体レーザの使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、好ましくは、２つの個別のレーザ加工ビームを提供すべくレーザ媒体の両側に出力ポートを備える固体レーザを用いる。一実施例では、前記出力ポートは、前記レーザ共振器が基本波長の２つの個別の加工ビームを提供するように、一つまたは複数のレーザ媒体で発生する一つの基本波長の一部を透過させる共振器ミラーである。他の実施例では、共振器外部の波長変換器は、一方または両方の基本波長ビームをハーモニック波長に変換するために使用される。さらに他の実施例では、共振器内部の波長変換器はレーザ媒体の一側またはその両側に配置される。レーザ共振器は、また、オプションのＱスイッチおよび／またはアパーチャをも含むことができる。共振器内部の波長変換器に関連して使用される出力ポートは、共振器ミラーとすることができ、該共振器ミラーは、好ましくは、一つあるいは複数のレーザ媒体により生成された基本波長に対して高い反射性を示しかつ所望のハーモニックレーザ出力の波長に高い透過性を示す。波長変換器の各組は、特定の調波（harmonic）の発生に適した一つ、２つまたは３つの非線形結晶を含むことができる。さらなる実施例は、各ハーモニックビームのパワー調整のために、１組または２組の非線形結晶を備える波長板を含む。
【００１０】
他の実施例では、レーザ媒体のエンドポンピングを容易とするために、レーザは、少なくともに、一つのフォールド（fold）ミラーを含む。さらに他の好適な実施例では、付加的な固体レーザ媒体は、複数の波長変換器間の光学経路に配置されている。さらに他の実施例は、好ましくはレーザ媒体間への、Ｑスイッチおよび／またはアパーチャの付加、および各ターゲットへの独立的なレーザ加工ビームの同時的な伝搬または非伝搬を制御するためのレーザパルスグレーティング装置の付加を含む。
【発明の効果】
【００１１】
これらの実施例の利点は、単一のレーザがそのレーザ出力の２つのレーザ加工ビームを提供するので、２つの個別のレーザに必要とされる構成要素および電子機器の多くを削減することができることである。さらに、所望のハーモニック波長パワーを生成するという作業は、２組のハーモニック変換器により分担されるので、該ハーモニック変換器および他の光学要素が被る損傷のリスクが低減する。したがって、レーザ構成要素を長持ちさせることができ、またコストを削減できる。
【００１２】
これらの実施例の他の利点は、特にレーザが対称的に形成されると、単一のレーザによって生成される２つのレーザ加工ビームが実質的に同一特性をもつことである。波長板は、また、２つのレーザ加工ビームの殆どのパワーレベル差を補償するために用いることができる。
【００１３】
さらに、これらの実施例の他の利点は、単一のレーザによって生成される２つのレーザ加工ビームがそれらの波長あるいは一パルス当たりのエネルギのような異なるパラメータを持つように処理できることである。例えば、第１のレーザ加工ビームは基本レーザ波長で使用することができ、他方、第２のレーザ加工ビームは第１のレーザ加工ビームの第２、第３または第４高調波で使用することができる。そのようなレーザ加工ビームを提供するレーザシステムは逐次または同時に一つまたは複数のターゲット上の異なる材料を処理することができた。
【００１４】
本発明の他の態様および利点は、添付された図面を参照しての以下の好適な実施例の詳細な説明により、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図1は、レーザ共振器２０ａを含むレーザ１０ａの実施例の概略図であり、レーザ共振器２０ａは２つの出力ポート２２ａ１および２２ｂ１（総称的には出力ポート２２）を備え、該出力ポートは、出力カップリング共振器ミラーであり、レーザ共振器１０ａ内の光学経路２８ａにある一つまたは複数の固体レーザ媒体２４ａ１および２４ｂ１（総称的には一つのレーザ媒体２４または複数の媒体２４）により生成される基本赤外線（ＩＲ）波長を部分的に反射する。当業者は、出力カプラからの伝搬の有無に拘わらず、共振器２０ａからハーモニック波長を伝搬させるために、基本波長からハーモニック波長を分離する他の技術を使用することができることを理解するであろう。典型的な代替例では、ブリュースタ角カットのプリズムまたは非線形結晶（ＮＬＣ）３４が用いられ、それは当業者によく知られた技術であり、そのいくつかがグロスマン（Grossman）他による米国特許第5,850,407号明細書に詳細に説明されている。
【００１６】
レーザ媒体２４は、好ましくは、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＹｂ：ＹＡＧのような従来の固体レーザント（lasant）からなる。殆どの実施例では、レーザ媒体２４ａおよび２４ｂは同じレーザントから成るであろうが、当業者は、レーザ媒体２４ａが例えば組成、寸法またはドーパント濃度をレーザ媒体２４ｂと異ならせることができることを理解するであろう。レーザ媒体２４ｂは、これを省略できるので、仮想線で示されている。いくつかの実施例では、レーザ媒体２４は、レーザポンピング光３０ａおよび３０ｂ（総称的にはポンピング光３０）を生成する一つまたは複数のダイオードまたはダイオード列（図示せず）により横から直接あるいは間接的にポンピングを受けるが、当業者は、エンドポンピングを容易とするために、一つまたは複数の共振器内部のフォールド（fold）ミラーまたはポンピング入力カップリングミラー３２（図４）および／または他のよく知られた光学要素（図示せず）を付加することができることを理解できよう。当業者は、ポンピング光３０の提供のために、一つまたは複数のランプ、レーザまたは他のポンピング手段を使用することができることを理解するであろう。
【００１７】
また、レーザ共振器２０ａはＱスイッチ３８を、必須ではないが好ましくは、含む。２つのレーザ媒体２４が用いられるとき、Ｑスイッチ３８は、必須ではないが好ましくは、光学経路２８ａでそれらの間に置かれる。また、一つ以上のアパーチャ４０ａおよび４０ｂ（総称的には、アパーチャ４０）が、光学経路２８ａ上でレーザ共振器２０ａに含まれている。レーザ媒体２４毎に一つのアパーチャ４０を含むことが好ましく、それぞれのレーザ媒体２４と各出力ポート２２との間にアパーチャ４０を配置することが好ましい。
【００１８】
所望であれば、レーザ加工共振器出力２７ａ１および２７ｂ１（総称的には、共振器出力２７）をハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ１および４２ｂ１（総称的には、レーザ加工ビーム４２）に変換するために、波長変換器２６ａ１および２６ｂ１（総称的には、波長変換器２６）をレーザ共振器２０ａの外部で光学経路２８ａに配置することができる。すべての波長変換器２６がレーザ共振器２０ａの外部にある実施例では、出力ポート２２ａ１および２２ｂ１は、好ましくは基本波長の約５％ないし２０％を透過する。２つの波長変調器２６ａ１および２６ｂ１のうちの一方のみが用いられる場合、レーザ加工ビーム４２の一方は前記基本波長を示すが、他方のレーザ加工ビーム４２はハーモニック波長を示す。
【００１９】
各波長変換器２６は、好ましくは、一つまたは複数の、図１に示されている３４ａ１、３４ａ２、３４ｂ１および３４ｂ２のような非線形結晶３４ａおよび３４ｂ（総称的には、非線形結晶３４）を含む。便宜的に、非線形結晶３４は、図中に「ＮＬＣ」のラベルが付されている。殆どの実施例では、非線形結晶３４ａは、一般に、それぞれの非線形結晶３４ｂと好ましくは同一である。図１の実施例については、非線形結晶３４ａ１および３４ｂ１は、好ましくは共振器出力２７を第２高調波レーザ加工出力２９ａおよび２９ｂ（総称的には、第２高調波長出力２９）に変換し、非線形結晶３４ａ２および３４ｂ２は、好ましくは第２高調波長出力２９をレーザ加工ビーム４２に変換し、この実施例の当該レーザ加工ビームは第３高調波長からなる。しかしながら、当業者はレーザ加工ビーム４２が第４高調波長からなるように適用できることが理解できよう。典型的な基本レーザ波長は、これに制限されるものではないが、１０６４ｎｍであり、それは５３２ｎｍ(２倍の周波数)、３５５ｎｍ(３倍の周波数)、２６６ｎｍ(４倍の周波数)および２１３ｎｍ(５倍の周波数)の高調波長をもつ。当業者は、レーザ媒体２４の両側の波長変換器２６に異なる組合せを用いることにより、レーザ媒体２４の異なる側のレーザ加工ビーム４２に異なる高調波（harmonics）を生成することができることを理解できよう。また、当業者は、レーザ加工ビーム４２の一方または両方が前記基本波長からなるように、波長変換器２６をレーザ媒体２４の一方の側または両側から除去することができることを理解できるであろう。
【００２０】
ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂが、パルス当たりのエネルギのような、実質的に同一のパラメータを有することを望む場合、当業者は、レーザ共振器２０ａの内外の構成要素を実質的に対称的に配置する必要があることを理解するであろう。さらに、各ハーモニック加工ビーム４２ａおよび４２ｂが、パルス当たりのエネルギのような、一つまたは複数の実質的に同一のパラメーラを有するように微調整するために、偏光子付きまたは偏光子無しの一つまたは複数の波長板３６ａおよび／または３６ｂ（総称的には、波長板３６）が、好ましくは一組または２組の波長変換器２６の非線形結晶３４間に付加される。当業者は、波長板３６を各波長変換器２６の非線形結晶３４間に配置することが望ましいが、波長板３６を出力ポート２２と波長変換器２６との間に配置することができることを理解できよう。これらに制限されないが、偏光子、電気光学素子、音響光学変調器または減衰器、偏光子と波長板、または偏光子と電気光学素子を含む他の既知のエネルギ制御装置をレーザ加工ビーム４２の一方または両方のエネルギ制御のために、付加的にまたは代替的に使用することができる。
【００２１】
当業者は、レーザ加工ビーム４２が、低エネルギ参照ビーム、較正ビーム、およびそのいくつかはしばしば共振器からの取るに足りない漏れで生じるダンピングされたビームとは、著しく異なることを理解するであろう。当業者は、また共振器の構成要素が種々の他の組合せで配置できることを理解するであろう。例えば、Ｑスイッチ３８およびアパーチャ４０は、レーザ媒体２４の同一側に配置することができる。当業者は、また、ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂを容易に実質的に同一にすべく前記共振器構成要素を対称的に設定し、あるいは故意に異なるハーモニックレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂを提供すべく前記共振器構成要素を意図的に非対称に設定することができることを理解するであろう。
【００２２】
ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂが、波長、スポット寸法またはパルス当たりのエネルギのような、意図的に異なるパラメータを有することを望む場合、当業者は、波長変換器２６ｂと異なる波長変換器２６ａを用いることができる。例えば、非線形結晶３４ａは、非線形結晶３４ｂと異なる寸法、特性あるいは個別の結晶数とを有することができ、あるいはレーザ共振器２０ａの内外で異なる間隔で配置され、あるいは異なる形状に形成できる。同様に、他の共振器構成要素は、異なるビームパワーおよび異なる発散角に適応させるように、レーザ媒体２４の各側に異なる間隔で配置することができる。波長板３６または他の出力制御装置も、またハーモニックレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂのいずれか一方または両方のパラメータを変更するために、制御を受けることができ、また、波長板３６ａは、相互に異なるハーモニックレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂが異なる特定用途に容易に適するように、波長板３６ｂと異なる寸法または特性を持つことができる。
【００２３】
再び図１を参照するに、図示の実施例は、各ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ１および４２ｂ１をビームポジショニングおよびフォーカシングのシステム要素（図示せず）に向けるために、反射ミラー４８ａ１および４８ｂ１（総称的には、ミラー４８）を用いる。好適な実施例では、ミラー４８は、第３高調波のようなハーモニックレーザ加工ビーム４２を強く反射し、また、４５度で前記基本波長および第２高調波のような他のハーモニック波長に対し高い透過性を示す。
【００２４】
図２は、共振器外部の波長変換器２６ａ２および２６ｂ２と共振器内部の波長変換器２６ｃ２および２６ｄ２との両方を有しかつ図１に示された固体レーザ１０ａと同じ構成要素の多くを用いた固体レーザ１０ｂの好適な実施例を示す。便宜的に、固体レーザ１０ａおよび１０ｂ（総称的には、レーザ１０）の類似の構成要素には、図１ないし図８の全体に亘って、書体または添え字が異なるかもしれないが、類似の参照符号が付されている。
【００２５】
図２に関して、レーザ共振器２０ｂは、好ましくは、それぞれ一つまたは複数の非線形結晶３４ａ１および３４ｂ１からなる共振器内部の波長変換器２６ｃ２および２６ｄ２を含む。レーザ共振器２０ｂが共振器内部の波長変換器２６ｃ２および２６ｄ２を含むので、出力ポート２２ａ２および２２ｂ２は、レーザ媒体２４により生成された前記基本波長を好ましくは強く反射し、また共振器出力２７ａ２および２７ｂ２の所望のハーモニック波長に高い透過性を示す。当業者は、プリズムやブリュースタ角でカットされたＮＬＣ３４を使用する技術のような出力カップラーを通しての伝搬の有無に拘わらず共振器２０からのハーモニック波長の伝搬のために、前記基本波長から前記ハーモニック波長を分離する他の技術を使用できることが再び理解できよう。
【００２６】
固体レーザ１０ｂのいくつかの実施例では、共振器出力２７は第２高調波からなり、好ましくはそれぞれが一つまたは複数の非線形結晶３４ａ２および３４ｂ２からなる共振器外部の波長変換器２６ａ２および２６ｂ２は、好ましくは共振器出力２７をハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ２および４２ｂ２に変換し、該加工ビームは好ましくは第４高調波からなる。したがって、部分的反射ミラー４８ａ２および４８ｂ２は、好ましくは第４高調波のようなハーモニックレーザ加工ビーム４２の波長を強く反射し、４５度で第２高調波に高い透過性を示す。波長板３６ａ２および３６ｂ２と、非線形結晶３４ａ２および３４ｂ２と、部分的反射ミラー４８ａ２および４８ｂ２との各第２の組は、部分的反射ミラー４８の第１の組を通って伝搬する共振器（第２高調波）出力２７の一部を利用するために付加することができ、これにより４つの実質的に同一または実質的に異なるハーモニックレーザ加工出力が提供される。
【００２７】
図３は、レーザ１０ｃの好適な実施例の概略図であり、該レーザは、レーザ媒体２４ｂ３により生成された基本波長を強く反射しかつ所望のハーモニック波長に対し高い透過性を示す２つの出力ポート２２ａ３および２２ｂ３（総称的には、出力ポート２２３）を有するレーザ共振器２０ｃを含む。
【００２８】
いくつかの実施例では、波長変換器２６ｅおよび２６ｆは、好ましくはレーザ共振器２０ｃ内で各出力ポート２２ａ３および２２ｂ３に向けて配置されており、各波長変換器２６は好ましくは２つまたはそれ以上の非線形結晶３４ａ１、３４ａ２および３４ｂ１、３４ｂ２からなる。好適な実施例では、減偏光子の有無に拘わらず、波長板３６ａ３および３６ｂ３が両波長変換器２６の両非線形結晶３４間に付加される。Ｑスイッチ３８および／またはアパーチャ４０は、好ましくは、波長変換器２６間にレーザ媒体２４ｂ３の両側で追加することができる。
【００２９】
当業者は、前記共振器構成要素を実質的に同一のあるいは異なるハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ３および４２ｂ３を提供すべく種々の組合せで配置できることが理解できよう。例えば、Ｑスイッチ３８およびアパーチャ４０は、レーザ媒体２４ｂ３の同一側に配置することができ、あるいは波長板３６３を除去し、あるいはこれを所定の波長変換器２６の両非線形結晶３４のいずれか一方の側に配置することができる。
【００３０】
他の実施例と同様に、ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ３および４２ｂ３が同一のパラメータを持つことを要求されるとき、対称的な構成要素は好ましくは同一であり、ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ３および４２ｂ３が意図的に異なる波長のような異なるパラメータを持つことを要求されるとき、ハーモニックレーザ加工ビーム４２に所望の差違を与えるべく、波長変換器２６のような対称的構成要素は異なる特性を持つことができる。
【００３１】
図４は、また他のレーザ１０ｄの好適な実施例の概略図であり、該レーザは、また、共振器内部の波長変換器２６ｅおよび２６ｆと、波長板３６ａ３および３６ｂ３と、出力ポート２２ａ３および２２ｂ３との２組を含む。また一方、レーザ共振器２０ｄは、フォールドミラー３２ａ１、３２ａ２、３２ｂ１および３２ｂ２（総称的には、フォールドミラー３２、３２ａまたは３２ｂ）と、Ｑスイッチ３８により分離された２つの個別のレーザ媒体２４ａ４および２４ｂ４とを含む。フォールドミラー３２は、レーザ媒体２４により生成された基本波長を強く反射し、かつレーザポンピング光３０ａ１、３０ａ２、３０ｂ１および３０ｂ２（総称的には、レーザポンピング光３０、３０ａまたは３０ｂ）の波長に対し高い透過性を示す。
【００３２】
ハーモニックレーザ加工ビーム４２ａ３および４２ｂ３（総称的には、レーザ加工ビーム４２）に実質的に同一のパラメータを要求される場合、当業者は、レーザ媒体２４の寸法、組成、および光学経路２８ｄに対する方位が好ましくは実質的に同一であり、またフォールドミラー３２ａおよび３２ｂの寸法、形状、および光学経路２８ｄに対する方位角が好ましくは実質的に同一であることが理解できよう。レーザ媒体２４のいずれかの側に配置されたこれらの共振器構成要素間の距離は、また、好ましくは対称的である。しかしながら、ハーモニックレーザ加工ビーム４２に意図的に異なるパラメータを要求される他の実施例と同様に、当業者は、Ｑスイッチ３８の各側の共振器構成要素および／または波長変換器２６が、異なる特性、光学経路２８ｄに沿った異なる順配置または異なる軸方向配置、および／またはそれらの間に異なる距離を有することを理解するであろう。さらに、波長板３６または他のエネルギ制御装置は、第１のレーザ加工ビーム４２ａのパルスのパルスエネルギが第２のレーザ加工ビーム４２ｂのパルスのパルスエネルギと異なるように、制御を受けることができる。
【００３３】
レーザ１０ａないし１０ｄ（総称的には、レーザ１０）について、ハーモニックレーザ加工ビーム４２は、これらに限定されないが、ビア穿孔、半導体ウエハのスライス、ダイシングまたは丸み付け（rounding）あるいは他のレーザエッチングまたはけがき技術を含む微細加工応用のような従来よく知られたレーザ作業の実行のために、従来よく知られたビーム結合、ビーム分割またはビーム多重技術の種々の組合せで操作することができる。
【００３４】
図５はレーザシステム５０ａの実施例を示し、固体レーザ１０からのレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂは個別のビーム経路５２ａおよび５２ｂのそれぞれに沿ったミラー４８ａおよび４８ｂによって方向付けられ、またスキャンヘッド５６ａおよび５６ｂにより、同一または異なるプラットホーム５８で支持されたワークピース５４ａおよび５４ｂ上の個別のターゲット位置へ方向付けられる。
【００３５】
スキャンヘッド５６ａおよび５６ｂは、好ましくは、詳細が改良と共にカトラー（Cutler）他の米国特許第５，７５１，５８５号明細書あるいはオーベルベック（Overbeck）の米国特許第４，５３２，４０２号明細書に記載されているような従来のビームポジショニングシステム（図７）の一部であり、それらは、本願の譲受人に譲渡され、本明細書に参照として組み込まれている。ガルバノメータ式、圧電式または音声コイル式の制御ミラー、あるいは線形モータ駆動の従来のポジショニングシステム、あるいはオレゴン州、ポートランドのエレクトロ  サイエンティフィック  インダストリー  インコーポレーション（ESI）により製造されている５３００モデルシリーズに使用されているそれらのような他の固定ヘッドまたはファスト（fast）ポジショナーヘッドシステムを付加的あるいは代替的に使用することができる。
【００３６】
好ましい応用では、ワークピース５４ａおよび５４ｂは、携帯電話用ボードのような実質的に同一パターンであり、また、Ｘ-Ｙテーブルのようなプラットホーム５８により支持された単一のプリント配線基板（ＰＣＢ）上に、好ましくは同一配列で形成されている。各ワークピース５４ａおよび５４ｂは、同一位置あるいは異なる位置で実質的に同一加工作業が要求される。例えば、ワークピース５４ａおよび５４ｂは、同一位置に穿孔されるいくつかのビアを必要とされる。
【００３７】
実質的に同一のワークピース５４ａおよび５４ｂ上に実質的に同一の加工作業を行うための２つのレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂを提供するレーザ１０は、２つの個別のレーザを使用する従来のレーザシステムあるいは単一出力レーザから単一ビームを分割する従来システムを超えるいくつかの利点を提供する。２つの個別のレーザに必要とされる構成要素や電子機器の多くが除去され、複雑さやコストは低減される。また、レーザ１０は、物理的スペースをそれほどとらず、２つの個別のレーザよりもパワー効率が優れる。
【００３８】
他の利点は、所望のハーモニック波長を生成する負担が２組の波長変換器２６により分担されるので、波長変換器２６および他の光学要素が損傷を受けるリスクはより低下する。実用的な理由から、従来の固体ハーモニックレーザから得られるハーモニックパワーは、主として、波長変換器２６への損傷のリスクによって制限される。２組の波長変換器２６を使用することにより、当業者はより強力な基本レーザ発振エンジンを使用し、これにより単一の共振器からより多くのハーモニック出力パワーを引き出すことができる。したがって、レーザ１０から生成される各ビームは、従来のレーザで生成される単一ビームと同一の実用上の最大出力パワーを持つことができ、あるいは、例えば第１および第２のビームからの出力パワーの合計を、伝統的な単一出力ビームの実用上の最大出力パワーよりも大きくすることができる。
【００３９】
再度、実質的に同一のワークピース５４ａおよび５４ｂ上に実質的に同一の加工作業を施すことに関して、レーザ１０により生成される２つのレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂは、特に、共振器構成要素が同一でありかつ対称的に配置される場合、同一パルス特性を持ち易い。２つのレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂを提供するためにレーザ１０を用いることは、異なる共振器間に生じる経年劣化のばらつきを最小化し、したがって、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂは、実質的に同一の空洞共振器ロスおよび／または光学要素の性能のドリフトあるいは単一または各ポンピング源の劣化の影響を受ける。当業者は、共振器ロスの差、あるいは従来の個々の共振器の可変的な劣化によるポンピング源の老朽化がパルス当たりのエネルギおよびビーム品質のようなレーザビームの或る特性にかなり重要な差違を引き起こすこと、および変化する従来の２つの共振器相互のロスの差は常に再較正を必要とすることを理解できよう。
【００４０】
異なる共振器からのビームの特性の違いは、一方のレーザビームを許容誤差内で機能させることができるが、他方のレーザビームを不良動作させる結果を招く。例えば、いくつかのビアを所望の深さあるいは特性に穿孔することができるが、他のビアは、そのビア底の層または周辺の層に許容できない損傷を与えるように穿孔されてしまう。レーザパルスエネルギの許容域は、しばしば「プロセスウインドウ」と称される。多くのレーザ処理の応用のためには、プロセスウインドウは、レーザパルスエネルギが選択されたパルスエネルギ価の５％よりも小さな変動を必要とする。
【００４１】
したがって、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂは、実質的同一の出力パラメータ（例えばパルスエネルギの５％よりも少ない変化）、特に、ハーモニック波長で５または１０ｋHzよりも大きな高繰り返し率でワークピース５４ａおよび５４ｂ上の実質的に同一のビアパターンについて加工作業を実行し、その結果、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂの両方が例えばＰＣＢに高品質のビアを形成するという高品質の結果を生じる。
【００４２】
図６は、レーザシステム５０ｂの実施例を示し、該システムでは、ビーム経路５２ｃに沿ってスキャンヘッド５６から単一のレーザシステム出力４２ｅを提供すべく、レーザ１０からのレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂがビーム結合器６０で結合される。ビーム結合器６０は、フォールドミラー４８ｃと、ビーム結合ミラー６２と、追加の波長板３６ｃを含むことができる。ビーム経路５２ａおよび５２ｂは、それらがビーム結合器６０に達する迄、実質的に等しいなら、レーザシステム出力４２ｅは、レーザパルスの形態に影響を与えることなく、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂのパルス当たりの結合エネルギを有する。当業者は、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂの結合エネルギが、従来の固体レーザから得られるパルス当たりのエネルギの約２倍のエネルギと同じであると理解できよう。当業者は、ハーモニック波長が必要とされる場合、これらの利点を特に高く評価するであろう。
【００４３】
これに代えて、ターゲットが受ける有効なパルス幅を延長すべく、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂを一時的に分離し、あるいは同一ビーム経路５２ｃに沿って直接連続するパルスを提供するために、ビーム結合器６０の上流でビーム経路５２ａまたは５２ｂの一方に付加の光学式遅延路（図示せず）設けることができる。レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂ間の前記遅延は、好ましくは零から約１パルス幅であり、好ましい結合された調整可能なパルス幅は所定のレーザ加工ビーム４２の１から約２パルス幅であろう。また、代替的に、前記遅延は、従来の単一出力共振器の能力を超えて繰り返し率を効果的に２倍にするのに用いることができた。当業者は、また、結合パルス幅を僅かに調整すべく、ビーム結合器６０を該ビーム結合器が最終フォールドミラー４８ａおよび４８ｂからのより小さなおよびより大きなそれぞれの距離にあるように、移動させることにより、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂ間の小さな遅延を達成することができることを理解するであろう。
【００４４】
当業者は、レーザスポットが実質的に隣接しあるいは実質的に相互に重なりあうように、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂが所定の角度または横方向へのオフセットで連続的にまたは実質的に同時に分配され得ることができることを理解するであろう。当業者は、また、これらのレーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂが同一のパラメータ、または異なる波長、パルスエネルギまたは他のビーム特性をもつことが理解できるであろう。
【００４５】
図７は、例として、レーザ１０と各スキャンヘッド５６ａおよび５６ｂとの間のビーム経路５２ａおよび５２ｂに配置されたレーザパルスゲート装置１１２ａおよび１１２ｂを用いたビア穿孔システム１１０を示す。レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂのレーザパルスが、Ｑスイッチ３８により実質的に一定の繰り返し率で実質的に連続して生成されるような好適ないくつかの実施例では、システム制御装置すなわちシステムコンピュータ１１４は、スキャンヘッド５６ａをターゲット位置に合わせ、次に「ゲートオン」のゲート制御信号１１６ａをレーザパルスゲート装置１１２ａに直接的または間接的に送り、これによりレーザパルスゲート装置１１２ａは出力伝搬状態になるように促される。前記出力伝搬状態は、レーザ加工ビーム４２ａのレーザパルスが、ターゲット位置に到達して所望のレーザ加工をなすべく、第１のレーザパルスゲート装置１１２ａを通って伝搬し、またスキャンヘッド５６ａによって方向付けられることを可能にする。
【００４６】
レーザ加工ビーム４２ａの所望数のレーザパルスが前記ターゲット位置に衝突した後、システムコンピュータ１１４は直接的または間接的にゲート信号１１６ａを止め、その結果、レーザパルスゲート装置１１２ａは非伝搬状態になり、またレーザ加工ビーム４２ａは、例えば吸収体１１８ａへ転換されることにより、前記ターゲット位置への到達が阻止される。すると、システムコンピュータ１１４は該コンピュータが他の「ゲートオン」のゲート信号１１６ａをレーザパルスゲート装置１１２ａに送る前に、第１のスキャンヘッド５６ａを移動させかつその目標を他のターゲット位置に向けるように該スキャンヘッドに指令を下す。システムコンピュータ１１４は、同時に同じ方法で第２のスキャンヘッド５６ｂおよび第２のゲート装置１１２ｂに指令を下し、第２のスキャンヘッド５６ｂにより、スィープされたターゲット位置で必要なときにのみレーザ加工が実行される。
【００４７】
そのような実施例の１つの利点は、レーザ１０が所定の繰り返し率で作動し続けることができることであり、波長変換器２６での熱負荷の変化が全くなく、したがって、熱的に引き起こされるハーモニックパルスエネルギのドリフトは除去される。そのような実施例の他の利点は、レーザ加工ビーム４２ａおよび４２ｂは完全に互い独立的にゲート制御できることである。したがって、スキャンヘッド５６ａおよび５６ｂは、逐次的のみならず同時に異なる材料の異なる位置で完全に独立したレーザ処理タスクを実行することができる。そのような実施例のさらに他の利点は、レーザパルスゲート装置１１２ａおよび１１２ｂが、さらにレーザエネルギ制御機能を実行することができ、これによりシステム性能を強化してコストの低減を図れることである。
【００４８】
典型的なレーザパルスゲート装置は、フロリダ州、メルボーンに所在のNEOSテクノロジーズにより製造されたモデルＮ３００８５−０５またはその改良版などの高速電気光学（Ｅ−Ｏ）装置または音響光学（Ａ−Ｏ）装置を含む。レーザパルスゲート装置１１２の要望に応じたトリガーのさらなる詳細は、ベアード（Baird）他の米国特許第６，１７２，３２５号明細書およびサン（Sun）他の米国特許出願第１０／６１１，７９８号明細書に見られ、それらは本書に参照により組み込まれている。
【００４９】
サン（Sun）他の米国特許出願第１０／６１１，７９８号明細書に記載された高周波（ＲＦ）ローデイング制御技術は付加的に使用することができ、スキャンヘッド５６がターゲット位置上にあるとき（換言すれば、レーザ加工ビーム４２の作業が要求されるとき）レーザ加工ビーム４２のパルスに一致してＲＦパルスをＡ−Ｏゲート装置１１２に適用し、またスキャンヘッド５６が中間位置にあるとき（換言すれば、レーザ加工ビーム４２の作業が要求されていないとき）レーザ加工ビーム４２のパルスに一致しないが、Ａ−Ｏゲート装置１１２のＲＦエネルギと同一のエネルギを有するＲＦパルスを適用することによって、Ａ−Ｏレーザパルスゲート装置１１２にほぼ一定の熱負荷を提供することができる。当業者は、Ａ−Ｏゲート装置１１２へのそのような実質的に一定の熱負荷によって、作業中のレーザ加工ビーム４２の品質および位置精度についてＡ−Ｏゲート装置１１２の悪影響が最小になることを理解するであろう。
【００５０】
Ａ−Ｏゲート装置１１２への前記ＲＦパルスのＲＦパワーは、ターゲット処理のニーズに合うように作業中のレーザ加工ビーム４２のエネルギを制御すべく調整することができ、ＲＦパルスのＲＦ継続時間は、実質的に一定のＲＦエネルギまたは前記ＲＦパルスのＲＦパワーとＲＦ持続時間との一定の算術積を維持するように制御を受けることができることは、さらに高く評価されるであろう。
【００５１】
図８は、他のレーザ１０の類似の構成要素を備える典型的なレーザ１０ｄの実施例を示し、具体的には、その出力ポート２２の少なくとも１つとして、少なくとも一つのプリズム２２ａ８を用い、共振器２０ｄの一端に非透過共振器ミラー３２ａ８を用いている。プリズム２２ｂ８は、出力ポート２２として使用されるように含まれていても、省かれていても良いので、仮想線で示されており、あるいはプリズム２２ｂ８は選択された一つの波長に対する出力ポート２２として使用することができ、出力ポート２２ｂ７はレーザ加工ビーム４２ｂ８および４２ｂ７を生じるために、同じ波長に対し透過性を示しても良く、また異なる波長に対し透過性を示しても良い。当業者は、前記基本波長からハーモニック波長を分離する他の技術がブリュースタ角カットのＮＬＣ３４を用いる技術のように出力結合器を通した伝搬の有無に拘わらず共振器２０のハーモニック波長の伝搬に使用できることを再び思い起こすであろう。
【００５２】
波長変換器２６ａおよび２６ｂは、他の実施例について記載された変形例を強調するために仮想線で置換位置に表されている。それらを不要とすることができ、またそれらの位置を変えることができる。同様に、レーザ媒体２４ｂが仮想線で表されている。
【００５３】
図９は出力ポート２２として２つのプリズム２２ａ８および２２ｂ８を使用した典型的なレーザ１０ｅの具体的な実施例を示す。レーザ１０ｅは、また、エンドポンプレーザ媒体２４と、共振器端ミラー３２ａ８および３２ｂ８と、ＮＬＣ３４ａおよび３４ｂとを含み、該ＮＬＣは共振器端ミラー３２ａ８および３２ｂ８とプリズム２２ａ８および２２ｂ８との間にそれぞれ配置されている。
【００５４】
本発明の基本的な原理から離れること無く前記した実施例の細部に種々の変更を加えることができることは、当業者にとって、明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、ここに添付した請求項によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】レーザ共振器の各端部に出力ポートを用い、共振器外部に波長変換器用いた２つのレーザ加工ビームを提供するための固体ハーモニックレーザの好適な実施例の概略図である。
【図２】レーザ共振器の各端部に出力ポートを用い、共振器内部および共振器外部の両方に波長変換器用いた２つのレーザ加工ビームを提供するための固体ハーモニックレーザの好適な実施例の概略図である。
【図３】共振器内部に波長変換器用い、レーザ共振器の各端部に出力ポートを用いた２つのレーザ加工ビームを提供するための固体ハーモニックレーザの好適な実施例の概略図である。
【図４】２つのレーザ媒体を用い、また出力ポート間に複数のフォールドミラーを用いた２つのレーザ加工ビームを提供するための固体ハーモニックレーザの好適な実施例の概略図である。
【図５】個別のターゲットの加工に使用できる２つのレーザ加工ビームを示す概略図である。
【図６】同一ターゲットの加工のために結合できる２つのレーザ加工ビームを示す概略図である。
【図７】同一共振器からの各レーザ加工ビームのために要求に応じた時間に依存しないターゲッティングを提供すべく２つのレーザパルスゲート装置を使用した典型的なレーザシステムの実施例を示すブロック図である。
【図８】出力ポートとして少なくとも一つのプリズムを用いた典型的なレーザの一般的な実施例を示すブロック図である。
【図９】出力ポートとして２つのプリズムを用いた典型的なレーザの実施例を示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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