(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光源、走査光学系、加工レンズ等の異常を容易に検出することができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、加工対象物５を保持するステージ６と、レーザビームを出射するレーザ光源１と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系３と、前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージ６に保持された加工対象物５の表面に集光させるレンズ４と、前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第１の領域内の一部を通過し、該第１の領域以外の第２の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置１０と、前記レンズの前記第２の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタ７とを有する。【選択図】  図１
2004337943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物を保持するステージと、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、
前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、
前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第１の領域内の一部を通過し、該第１の領域以外の第２の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置と、
前記レンズの前記第２の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタと
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
加工対象物を保持するステージと、
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、
前記走査光学系から出射したレーザビームを前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、
前記レンズから出射したレーザビームの強度を測定することができるモニタと、
前記モニタが測定した強度が所定の範囲から外れた場合には、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームが照射されないようにする制御装置と
を有するレーザ加工装置。
【請求項３】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、第１の光軸に沿って進行する第１のレーザビームと、第２の光軸に沿って進行する第２のレーザビームとを出射する分岐光学系と、
前記分岐光学系から出射した第１のレーザビームの進行方向を振る第１の走査光学系と、
前記第１の走査光学系から出射した第１のレーザビームを通過させる第１のレンズと、
前記第１のレンズから出射した第１のレーザビームの強度を測定することができる第１のモニタと、
前記分岐光学系から出射した第２のレーザビームの進行方向を振る第２の走査光学系と、
前記第２の走査光学系から出射した第２のレーザビームを通過させる第２のレンズと、
前記第２のレンズから出射した第２のレーザビームの強度を測定することができる第２のモニタと
を有するレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、レーザビームの強度測定機構を有するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント配線板の穴開け加工等に、レーザ加工装置が用いられている。加工品質を安定させるために、レーザ光源から出射されたレーザビームの強度（あるいは、所定の時間出射されたレーザビームのエネルギ）を測定したいという要求がある。
【０００３】
例えば、特許文献１、２には、レーザ光源から出射したパルスレーザビームがガルバノスキャナや加工レンズに入射する手前に透過型の折り返しミラーを設け、折り返しミラーを透過したレーザビームをパワーメータに入射させ、パルスエネルギを測定する技術が開示されている。
【０００４】
また、操業前に、チャックプレートに設けられたパワーメータにレーザビームを入射させ、被加工面上におけるレーザビームの強度を計測することが、当業者に広く行われている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２５３８７８号公報
【特許文献２】
特開平９−３０８９７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の経時的な劣化等の異常により、被加工面に照射されるレーザビームの強度が低下してしまうことがある。そのまま加工を継続させると、不良品が下工程に流れてしまうこととなり、好ましくない。
【０００７】
特許文献１、２に開示されている技術では、ガルバノスキャナや加工レンズに入射する手前のレーザビームについて検査を行っている。したがって、加工レンズやガルバノスキャナの異常によって引き起こされた強度の低下を検出することができない。
【０００８】
チャックプレートに設置されたパワーメータで強度を測定するときには、ステージを移動させて、レーザビームが照射される位置までパワーメータを移動させなければならず、時間がかかる。
【０００９】
また、多軸のレーザ加工装置において、各軸の被加工面におけるレーザビームのパワーのバランスを検査したいという要求もある。
【００１０】
本発明の一目的は、レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の光学系の異常を容易に検出することができるレーザ加工装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、レーザ光源、ガルバノスキャナ、加工レンズ等の光学系に異常が検出された場合に、加工を停止することができるレーザ加工装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、多軸のレーザ加工装置において、各軸のレーザビームのパワーのバランスを容易に検査することができるレーザ加工装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、加工対象物を保持するステージと、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、前記走査光学系から出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、前記加工対象物が加工されるときに、レーザビームが前記レンズの出射側の表面のうち、第１の領域内の一部を通過し、該第１の領域以外の第２の領域を通過しないように、前記走査光学系を制御する制御装置と、前記レンズの前記第２の領域を通過したレーザビームの光路上に設置され、入射するレーザビームの強度を測定することができるモニタとを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１４】
加工レンズを通過したレーザビームの強度を測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。加工時にはレーザビームを通過させない（つまり、加工に用いない）加工レンズの領域を有効に利用して、レーザビームの強度を測定することができる。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、加工対象物を保持するステージと、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームの進行方向を振る走査光学系と、前記走査光学系から出射したレーザビームを前記ステージに保持された加工対象物の表面に集光させるレンズと、前記レンズから出射したレーザビームの強度を測定することができるモニタと、前記モニタが測定した強度が所定の範囲から外れた場合には、前記ステージに保持された加工対象物にレーザビームが照射されないようにする制御装置とを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１６】
加工レンズを通過したレーザビームの強度を測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。強度の測定値に異常が検出された場合には、加工を停止させるため、不良品が下工程に流れることを防止できる。
【００１７】
本発明の他の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、第１の光軸に沿って進行する第１のレーザビームと、第２の光軸に沿って進行する第２のレーザビームとを出射する分岐光学系と、前記分岐光学系から出射した第１のレーザビームの進行方向を振る第１の走査光学系と、前記第１の走査光学系から出射した第１のレーザビームを通過させる第１のレンズと、前記第１のレンズから出射した第１のレーザビームの強度を測定することができる第１のモニタと、前記分岐光学系から出射した第２のレーザビームの進行方向を振る第２の走査光学系と、前記第２の走査光学系から出射した第２のレーザビームを通過させる第２のレンズと、前記第２のレンズから出射した第２のレーザビームの強度を測定することができる第２のモニタとを有するレーザ加工装置が提供される。
【００１８】
多軸のレーザ加工装置において、各軸の加工レンズから出射したレーザビームの強度を測定する。各軸で被加工面に照射される強度のバランスが適切であるかどうか検査することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）に、本発明の第１の実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源１が、レーザビームを出射する。レーザ光源１として、例えば、炭酸ガスレーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、半導体レーザ発振器等を用いることができる。レーザビームは、連続波であってもパルス状であってもよい。また、レーザビームの波長は、赤外線領域から紫外線領域に至るまで、任意の波長であってよい。
【００２０】
レーザ光源１から出射したレーザビームが、折り返しミラー２で反射され、ガルバノスキャナ３に入射する。ガルバノスキャナ３が、レーザビームの進行方向を二次元方向に振る。コントローラ１０が、ガルバノスキャナ３を制御し、レーザビームの進行方向を所望のタイミングで所望の方向に向ける。
【００２１】
ガルバノスキャナ３から出射したレーザビームは、ｆθレンズ４により加工対象物５の表面（被加工面）に集光される。加工対象物５は、例えば、配線が形成されていないプリント配線板や、多層配線が形成されたマザーボードやパッケージボード等である。レーザビームを照射することにより、加工対象物５に穴開け加工、溝加工等の加工を行うことができる。
【００２２】
加工対象物５は、ＸＹステージ６上に保持されている。ガルバノスキャナ３でレーザビームの進行方向を振ってレーザビームを照射できる被加工面の領域の加工が終わった後は、未加工領域の加工が行えるように、ＸＹステージ６により加工対象物５を移動させる。ＸＹステージ６による移動を繰り返し、未加工領域を順次加工して、被加工面の全域に亘る加工を行うことができる。
【００２３】
ところで、ＸＹステージ６で未加工領域を移動させる間は、加工に使うことのできない時間となる。また、加工の開始前に加工対象物をＸＹステージに載置する作業の間や、操業前の時間等も、加工に使われない時間となる。図１（Ａ）に示すレーザ加工装置は、後に詳しく説明するように、このような加工に使われない時間（非加工時間）を有効に利用して、レーザビームのパワーを測定する。
【００２４】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のｆθレンズ４の出射側の表面（以後出射表面と呼ぶ）を示す平面図である。出射表面１１の外周は、例えば直径８０ｍｍの円周状である。
【００２５】
出射表面１１のうち、加工用領域１２内を通過するレーザビームが、被加工面の加工に用いられる。加工時にレーザビームが通過し得る範囲は、ｆθレンズの出射表面１１の全面ではなく、加工用領域１２のみである。図１（Ａ）のガルバノスキャナ３でレーザビームの進行方向を振ることにより、レーザビームが加工用領域１２内の任意の位置を通過するようにできる。
【００２６】
加工用領域１２は、加工用領域１２内を通過したレーザビームが照射できる被加工面の領域が、例えば、一辺５０ｍｍの正方形となるように設定される。なお、ガルバノスキャナに走査される被加工面の領域を正方形とすることにより、ＸＹステージでの移動を繰り返して隙間なく被加工面を加工することが容易になる。
【００２７】
出射表面１１のうち、加工用領域１２以外の領域である非加工用領域１３は、加工時にレーザビームが通過しない。非加工用領域１３内の適当な位置に、測定用レーザ出射位置１４が画定されている。
【００２８】
図１（Ａ）に戻って説明を続ける。モニタ７が、図１（Ｂ）の測定用レーザ出射位置１４から出射するレーザビームの光路上に設置されている。モニタ７はまた、図１（Ｂ）に示す加工用領域１２から加工対象物５に照射されるレーザビームの光路を妨げないように設置されている。
【００２９】
モニタ７は、レーザビームの強度（パワー）を測定することができる。モニタ７として、例えば、パワーメータと呼ばれるものを用いることができる。パワーメータは、例えば、レーザビームの光量を測定するホトダイオードを含んで構成される。
【００３０】
図１（Ａ）に示すレーザ加工装置を用いて、加工時には、図１（Ｂ）に示す加工用領域１２を通過させたレーザビームを加工対象物５に入射させて、被加工面の加工を行うことができる。非加工時には、非加工用領域１３内の適当な位置に画定した測定用レーザ出射位置１４を通過させたレーザビームをモニタ７に入射させて、レーザビームの強度を測定することができる。
【００３１】
以下、非加工時間にレーザビームのパワーを測定する方法について説明する。
【００３２】
レーザ光源１から出射されたレーザビームが、折り返しミラー２で反射された後、ｆθレンズ４の測定用レーザ出射位置１４から出射するようにガルバノスキャナ３に振られ、モニタ７に入射する。モニタ７は、このレーザビームのパワーを測定する。
【００３３】
ところで、被加工面に照射されるレーザビームは、レーザ光源１から出射され、折り返しミラー２等からなる光学系を通り、加工レンズであるｆθレンズ４を透過した後のレーザビームである。したがって、被加工面に適切なパワーでレーザビームが照射されているかどうかを判定するには、ｆθレンズ４を透過後のレーザビームのパワーを測定することが好ましい。
【００３４】
モニタ７により測定されたパワーの値は、パーソナルコンピュータ等から構成されるコントローラ８に入力される。コントローラ８は、パワーが正常な範囲内であるか否かを判断する。パワーを所望の時間分積算してエネルギを算出し、エネルギの値が正常な範囲内か否か検査してもよい。
【００３５】
ｆθレンズ４を出射したレーザビームのパワーが、所定の条件から外れた場合は、レーザ光源１、折り返しミラー２、ガルバノスキャナ３、ｆθレンズ４からなる光学系のどこかに経時的劣化等の異常が発生していることが考えられる。
【００３６】
このような異常が発生すると、被加工面に適切な条件でレーザビームを照射できないため、加工される穴、溝等の品質に劣化が生じる。
【００３７】
レーザビームのパワーに異常が検出された場合、コントローラ８はレーザ光源１からのレーザビームの出射を止め、加工を停止させる。不良品が下工程に流れることを防止できる。なお、レーザ光源１からのレーザビームの出射を停止させずとも、他の方法により被加工面にレーザビームが照射されないようにして加工を中止させてもよい。
【００３８】
以上説明したように、図１（Ａ）に示したレーザ加工装置においては、ｆθレンズ４を通過した後のレーザビームのパワーを測定することができる。パワーの測定値に基づき、レーザ光源、ガルバノスキャナ、ｆθレンズ等について、経時的な劣化等の異常を検出することができる。被加工面に適切な条件でレーザビームが照射されているかどうか、判断することができる。
【００３９】
また、加工に使われない非加工時間を有効利用して、レーザビームのパワーの測定を行うことができる。例えば、ＸＹステージにより未加工領域を移動させるごとに、パワーを測定することもできる。つまり、ある位置にＸＹステージを固定したときに、ガルバノスキャナによりレーザビームの進行方向を振って、レーザビームを照射できる被加工面の領域ごとに、被加工面に適切なパワーでレーザビームが照射されているか検査することができる。
【００４０】
なお、加工時にガルバノスキャナが走査するｆθレンズの出射側の表面の領域（図１（Ｂ）の加工用領域１２）の形状は、加工用領域１２内を通過したレーザビームが照射する被加工面の領域が、正方形以外の形状となるように設定してもかまわない。ｆθレンズの出射側の表面に、加工時にはガルバノスキャナに走査されない（レーザビームが通過しない）領域が存在すれば、非加工時間に、その領域にレーザビームを入射させ、そのレーザビームの光路上にモニタを設置して、パワーを測定することができる。
【００４１】
なお、図２に示すように、モニタ７を移動させる出入機構３０を設け、図１（Ｂ）に示す加工用領域１２から出射されるレーザビームのパワーを測定することもできる。非加工時間に、出入機構３０を動かして加工用領域１２内にモニタ７を移動する。加工用領域１２内を通過するようにレーザビームを出射させて、レーザビームのパワーを測定する。測定後は、加工に用いられる（加工用領域１２から出射される）レーザビームの光路を妨げない場所に、モニタ７を出入機構３０により格納すればよい。
【００４２】
レーザビームのパワーを測定する例を説明したが、レーザ光源がパルスレーザビームを発振する場合であれば、パルスエネルギを測定してもよい。パルスレーザビームのパルスエネルギを所望の時間分積算し時間で割って平均パワーを求め、平均パワーの検査を行ってもよい。
【００４３】
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施例によるレーザ加工装置について説明する。本実施例のレーザ加工装置は、２軸のレーザ加工を行うことができる。
【００４４】
レーザ光源１から出射したレーザビームｐが、分岐光学系９に入射する。分岐光学系９は、レーザビームｐを、加工光学系２１へ入射するレーザビームｐ１と、加工光学系２２へ入射するレーザビームｐ２の２軸に分ける。
【００４５】
分岐光学系９は、例えば、エネルギ分岐方式のものである。このような分岐光学系９は、例えば、ハーフミラーを含んで構成される。
【００４６】
分岐光学系９は、また例えば、レーザビームｐを、ある時間帯においては加工光学系２１へ入射させ、他の時間帯においては加工光学系２２へ入射させる時分割方式のものでもよい。このような分岐光学系９は、例えば、半波長板、ポッケルス効果を示す電気光学素子、偏光板等を含んで構成される。
【００４７】
ガルバノスキャナ３ａ、ｆθレンズ４ａ、モニタ７ａは、それぞれ、第１の実施例において図１（Ａ）を参照して説明した、ガルバノスキャナ３、ｆθレンズ４、モニタ７と同様の構成である。
【００４８】
分岐光学系９を出射したレーザビームｐ１により、加工対象物５を加工することができる。モニタ７ａが、ｆθレンズ４ａから出射したレーザビームのパワーを測定する。
【００４９】
折り返しミラー２、ガルバノスキャナ３ｂ、ｆθレンズ４ｂ、モニタ７ｂは、それぞれ、第１の実施例において図１（Ａ）を参照して説明した、折り返しミラー２、ガルバノスキャナ３、ｆθレンズ４、モニタ７と同様の構成である。
【００５０】
分岐光学系９を出射したレーザビームｐ２により、加工対象物５を加工することができる。モニタ７ｂが、ｆθレンズ４ｂから出射したレーザビームのパワーを測定する。
【００５１】
コントローラ１０が、ガルバノスキャナ３ａ、３ｂそれぞれに制御信号を送信し、レーザビームｐ１、ｐ２それぞれの進行方向を所望のタイミングで所望の方向に向ける。
【００５２】
モニタ７ａ、７ｂがそれぞれ測定した各軸のパワーの値ｓｉｇ１、ｓｉｇ２は、コントローラ８に入力される。
【００５３】
コントローラ８は、パワーの値ｓｉｇ１、ｓｉｇ２が所定の範囲内か否かを判断する。さらに、パワーの値ｓｉｇ１とｓｉｇ２との比が所定の範囲内か否かを判断する。なお、パワーを所望の時間分積算してエネルギを算出し、エネルギについて検査を行ってもよい。
【００５４】
パワーの値ｓｉｇ１、ｓｉｇ２、あるいは、ｓｉｇ１とｓｉｇ２との比が、所定の範囲から外れた場合は、加工光学系２１、２２、分岐光学系９、レーザ光源１のどこかに経時的劣化等の異常が発生していることが考えられる。
【００５５】
さて、２軸のレーザ加工装置においては、レーザビーム照射の条件を２軸とも揃えて加工対象物５を加工したい場合がある。そのような加工においては、２軸のパワーの比に異常が生じると、２軸の加工条件が異なり、加工品質の劣化を招来する。
【００５６】
各軸のレーザビームのパワー、あるいは、パワーの比に異常が検出された場合、コントローラ８はレーザ光源１からのレーザビームの出射を止め、加工を停止させる。不良品が下工程に流れることを防止できる。なお、レーザ光源１からのレーザビームの出射を停止させずとも、他の方法により被加工面にレーザビームが照射されないようにして加工を中止させてもよい。各軸別々に加工を停止できるようにしてもよい。
【００５７】
図３に示したレーザ加工装置においては、分岐光学系９によって２つの光軸に分けられたレーザビームのパワーのバランスが適切であるかどうか検査することができる。各軸において適切な条件で加工対象物にレーザビームが照射されているかどうか判断することができる。
【００５８】
なお、２軸のレーザ加工装置について説明したが、３軸以上のレーザ加工装置であってもよい。各軸にモニタを設置すればよい。
【００５９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれら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。
【００６０】
【発明の効果】
加工レンズを通過したレーザビームのパワーを測定するので、レーザ光源から加工レンズに至るまでの光学系の異常を容易に検出できる。加工時にはレーザビームを通過させない（つまり、加工に用いない）加工レンズの領域を有効に利用して、レーザビームのパワーを測定することができる。パワーの測定値に異常が検出された場合には、加工を停止させるため、不良品が下工程に流れることを防止できる。
【００６１】
多軸のレーザ加工装置において、各軸の加工レンズから出射したレーザビームのパワーを測定する。各軸で被加工面に照射されるパワーのバランスが適切であるかどうか検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるレーザ加工装置の概略図（Ａ）およびｆθレンズの平面図（Ｂ）である。
【図２】変形例によるレーザ加工装置の概略図である。
【図３】他の実施例によるレーザ加工装置の概略図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２  折り返しミラー
３、３ａ、３ｂ  ガルバノスキャナ
４、４ａ、４ｂ  ｆθレンズ
５  加工対象物
６  ＸＹステージ
７、７ａ、７ｂ  モニタ
８、１０  コントローラ
９  分岐光学系
ｐ、ｐ１、ｐ２  レーザビーム
１１  ｆθレンズの出射表面
１２  加工用領域
１３  非加工用領域
１４  測定用レーザ出射位置
【図１】
2004337943.tif 000003
【図２】
2004337943.tif 000004
【図３】
2004337943.tif 000005