ビームプロファイル測定装置及びレーザ加工装置
【課題】簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるレーザビームのプロファイル測定装置を得ること。
【解決手段】レーザ発振器１から射出されたレーザビームの強度分布をトップハット形状に整形するトップハット光学系２と、トップハット光学系２を通過したレーザビームの光路上に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャ１３と、アパーチャ１３を通過したレーザビームの強度を測定して判断する測定手段である光電素子１４及び制御装置１５とを備えている。
【解決手段】レーザ発振器１から射出されたレーザビームの強度分布をトップハット形状に整形するトップハット光学系２と、トップハット光学系２を通過したレーザビームの光路上に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャ１３と、アパーチャ１３を通過したレーザビームの強度を測定して判断する測定手段である光電素子１４及び制御装置１５とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トップハット形状レーザビームのプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるレーザビームのプロファイル測定装置、及び前記レーザビームのプロファイル測定装置を装備してプリント基板等の被加工物に穴開け加工を行うレーザ加工装置にに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のレーザ加工装置の構成例を示す概念図である。まず、レーザ発振器１と全反射鏡８との間にトップハット光学系２が無い場合について説明する。図４において、レーザ発振器１から射出されるパルス状のレーザビーム（以降、単に「レーザビーム」ないしは「レーザパルス」という）は、複数の可動レンズ３によってビーム径、発散角が適切に調整された後に、マスク４にて加工に使用する形状のレーザビームに整形される。マスク４にて整形されたレーザビームは、２つのガルバノスキャンミラー５にて２次元走査され、ｆθレンズ６によってワーク（プリント基板等の被加工物）７の任意位置に集光照射され、被加工物７に所定形状の穴開け加工が施される。
【０００３】
なお、装置のコンパクト化を図るため、レーザ発振器１からマスク４に至る光路は、伝送ミラーである全反射鏡８，９によって折り曲げて形成され、また、マスク４から２つのガルバノスキャンミラー５に至る光路は、伝送ミラーである全反射鏡１０，１１によって折り曲げて形成されている。複数の可動レンズ３は、全反射鏡８，９の間に配置されている。
【０００４】
図５は、マスク４上に形成されるレーザビームの強度分布（プロファイル）の各種の態様を説明する模式図である。図５（ａ）は、トップハット光学系２が無い場合に形成される一般的なガウス分布形状を示す。穴開け加工には、貫通穴加工と止まり穴加工とがあるが、一般に、レーザ発振器１から射出されるレーザビームの強度分布は、ガウス分布の形状をしているので、マスク４上に形成される強度分布も同様にガウス分布の形状をしている（図５（ａ））。そのようなガウス分布形状の強度分布を有するレーザビームで穴開け加工を施すと、加工穴径が照射面側から非照射面側に向かって段々に小さくなるいわゆるテーパの付いた穴開け加工となる場合が多い。
【０００５】
ところで、止まり穴加工の方法として、被加工物を樹脂層と銅層との重ね合わせで構成し、従来では銅に対する反射率が極めて高い特性を有する赤外レーザビームを樹脂層に対して照射し、銅層表面で止まるようにした方法が実施されていたが、近年では、被加工物であるプリント基板では、高密度化の要請に伴って穴径がより小さい微細な穴加工が求められていることから、使用するレーザ光も赤外レーザ光から短波長の紫外レーザ光に変わっている。
【０００６】
この紫外レーザ光を用いる場合、紫外レーザ光の銅に対する反射率は、赤外レーザ光のそれよりも小さいので、紫外レーザビームでの止まり穴加工では、照射するレーザビームの強度分布がガウス分布の形状であると、樹脂層にテーパの付いた穴加工が施されるのに加えて、そのレーザビームの強度分布が強い中心部分に位置する銅層表面が損傷することがある。そのため、紫外レーザビームを用いて止まり穴加工を実施する従来のレーザ加工装置では、強度分布の影響を無くすために、マスク４の整形穴径を小さくして照射するレーザビームの強度分布を平坦に近づけることで、銅層の損傷を回避して樹脂層にテーパの付かない止まり穴を得る方法を採用している。
【０００７】
ここで、レーザ加工装置での課題の１つに、生産性の向上を図るため穴あけ加工に要する時間を減らすことがある。穴あけ加工に要する時間を減らす方法として、１つの穴を加工するためにプリント基板に照射するレーザパルス数を少なくする手法が考えられる。この手法では、１レーザパルス当たりのエネルギーを大きくする必要があるが、通常のレーザパルスは、図５（ａ）に示すようなガウス分布形状の強度分布を有している。つまり、そのようなガウス分布形状の強度分布を有するレーザビームを直接プリント基板に照射すると、照射回数は少なくてもエネルギーが大きいので、銅層の損傷を回避することはできず、逆に損傷し易くなる。したがって、この手法は有効なものとはならない。
【０００８】
一方、このプリント基板に照射するレーザパルス数を少なくする手法においても、上記したように、強度分布の影響を無くすためにマスク径を小さくし、加工に使用するレーザビームの強度分布を平坦にして加工することは可能であるが、マスク径を小さくした結果として加工に利用されるレーザパルスのエネルギーが非常に少なくなり、レーザ発振器の射出エネルギーを上げたことの効果が小さいものになってしまう。
【０００９】
そのため、近年では、レーザ発振器が射出するレーザパルスの強度分布を穴開け加工に適した形状の強度分布に整形してプリント基板に照射する手法が用いられている。一般には、レーザ発振器が射出するレーザパルスが有する図５（ａ）に示すようなピーク点に対して左右対称に漸減する通常のガウス分布形状を、図５（ｂ）に示す平坦な強度分布を有するトップハット形状に整形してプリント基板に照射する手法がよく用いられている。
【００１０】
トップハット形状の強度分布は、非球面レンズ等の光学素子を用いて作成される。図４において、レーザ発振器１と全反射鏡８との間に配置されるトップハット光学系２は、そのようなトップハット形状の強度分布を作成する非球面レンズ等の光学素子で構成される光学系である。この場合、図４において、トップハット光学系２は、そのトップハット形状の強度分布がマスク４上で形成されるように構築されており、更にはマスク４上でのプロファイルがワーク７に転写される光学設計がなされている。
【００１１】
このトップハット形状の強度分布を有するレーザパルスを用いる加工方法によれば、テーパのつきにくい穴開け加工がしやすくなると同時に、紫外レーザ光のような銅に対する反射率の低いレーザパルスであっても、同じエネルギーで穴開け加工をした場合に銅層が損傷しづらくなる。その結果、実際に加工に使用するレーザエネルギーを更に大きくすることができる。また、マスク位置におけるレーザビームが強度分布の平坦なトップハット形状であることから、マスクで加工に使用するビームを整形して取り出す際に径の大きいマスクを使用することができる。
【００１２】
しかし、トップハット形状の強度分布を有するレーザビームを用いる図４に示すレーザ加工装置では、どのような加工穴が形成されるかは、マスク４上に形成されるレーザビームの強度分布によって決定されるが、その強度分布が、非球面レンズ等で構成されるトップハット光学系２の調整度合いに応じて大きく変化するという問題がある。具体的には、トップハット光学系２中の非球面レンズのレーザ光軸に対する配置位置がトップハット形状を構築する最適位置からずれていると、マスク４上に形成される強度分布に図５（ｃ）に示すような局所的に高いピーク２８が発生するので、図６に示すような問題が起こる。
【００１３】
図６は、図５（ｃ）に示す局所的に高いピーク２８を有するトップハット形状レーザビームで加工した場合の加工状態を説明する模式図である。つまり、マスク４の位置にて図５（ｃ）に示す局所的に高いピーク２８を有するトップハット形状レーザビームのバンパターンを取得してプリント基板に照射すると、図６に示すように、加工穴３０が樹脂層３１に形成され、その穴底部面である銅層３２の表面は全体的にフラットであるが、レーザパルスが高いピーク２８を持つ部分に対応する一部領域において銅層３２が溶融して溝（銅層損傷部）３３が形成されるという問題がある。
【００１４】
ところで、従来のレーザ加工装置は、加工不良を早期に発見するために１つの穴加工に用いたエネルギーをモニターする機能を備えている。このモニター機能は、伝送光路中においてレーザパルスの波形を制御装置に取り込み、積分することで１つの穴加工に用いたエネルギー量をモニターし、規定量に達しているか否かの判断を行い、規定量に達していない場合にアラームを発するようになっている。しかし、この手法でモニターするのはレーザパルス全体のエネルギー量であるので、もしレーザビームの強度分布が局所的に高いピークを有するものであったとしても全体のエネルギー量が所望する量にあればアラームが発生することはない。
【００１５】
つまり、ここで問題にしているトップハット光学系にてレーザビームをトップハット形状に構築させている場合において、局所的な高いピークの発生は、本来そのピークの周辺部に配分されるはずであるエネルギー成分がトップハット光学系中における素子の位置調整不足のために局所的に配分された結果であると考えられるので、レーザビーム全体としてのエネルギー量は変化しない。したがって、この従来のレーザ加工装置に装備するエネルギー量をモニターする機能では、このようなレーザビームの強度分布（プロファイル）の局所的な変化を検出することは不可能であると考えられる。
【００１６】
そこで、例えば特許文献１では、被加工物に照射されるレーザビームの一部を分離し、レーザビームの強度分布をＣＣＤ素子等の受光センサで測定し、画像の良否判断を行ってレーザ発振器の発振条件を制御する手法が提案されているが、この特許文献１に記載の技術を利用して、レーザパルスのエネルギー量だけでなく、レーザビームのプロファイルもモニターすれば、加工に使用しているレーザビームのプロファイルを確実に把握できるので、ビームプロファイルの変化に起因する加工不良をより早期にかつ確実に発見することが可能になると考えられる。
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−４６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、画像の良否判断に複雑な測定システムが必要となる上に、その画像の良否判断を高い繰り返し率で発生するレーザパルスに追従させる必要があり、現在のレーザ加工装置では、実現が難しい。
【００１９】
上記したように、現在のレーザ加工装置は、紫外レーザを使用しているが、紫外レーザは、以前に使用していた赤外レーザと比較して１パルス当たりに得られるエネルギーが少ないので、一般に１つの穴加工に必要とされるパルス数が圧倒的に多くなる。具体的に言えば、赤外レーザによる加工では数パルスの加工で済むところが、紫外レーザによる加工では少なくとも数十パルス、場合によっては１００パルス近いパルス数を必要とする。
【００２０】
そのため、現在、紫外レーザを使用するレーザ加工装置では、高い生産性を得るためにレーザ発振器の更なる高出力化が進められ、同時に高繰り返し率化も進められている。つまり、特許文献１に記載の技術を適用して画像の良否判断を実施するとすれば、数１００ｋＨｚで生起するレーザパルスに追従できるシステムが必要となる。
【００２１】
例えば、１００ｋＨｚで生起するレーザパルスを用いて加工するとして、１つの加工穴に数１０パルスを要すると仮定する。この場合、１０パルス毎に１パルスの波形を観測するとしても、１００μｓ毎にレーザパルスの強度分布を測定システムに取り込み、良否判断をする必要がある。したがって、高い処理能力を有する測定システムが必要になり、高価なものとなってしまう。
【００２２】
つまり、トップハット形状のビームプロファイルを有するレーザビームを用いるレーザ加工装置では、図６に示した銅層損傷部３３の発生を回避するために、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできる機構を装備する必要がある。その場合、高いピークが発生しているというモニター結果が非球面レンズの位置調整に反映できることが望まれる。そのような簡単かつ安価な構成のモニター機構をどのようにして構築するかが問題である。
【００２３】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるレーザビームのプロファイル測定装置を得ることを目的とする。
【００２４】
この発明は、上記発明のレーザビームのプロファイル測定装置を備えたレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述した目的を達成するために、この発明にかかるレーザビームのプロファイル測定装置は、強度分布がトップハット形状をしたレーザビームの光路上に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザビームの強度を測定して一定値を超える強度の存在有無を判断する第１の測定手段とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、アパーチャは、常に、トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビーム成分のみを透過するので、第１の測定手段では、トップハット形状上に高ピーク領域が発生していない通常時ではほぼ一定強度のレーザビームが入力し、高ピーク領域が発生している異常時ではその一定強度よりも高い強度のレーザビームが入力するので、ビームプロファイルの全体を取り込み、その変化を解析する複雑なシステムを必要とせずに簡単かつ安価な構成で確実にビームプロファイルの変化を検出することができる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、この発明にかかるレーザビームのプロファイル測定装置及びレーザ加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
図１は、この発明の一実施の形態によるレーザビームのプロファイル測定装置を装備したレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。なお、図１では、従来例（図４）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態に関わる部分を中心に説明する。
【００３０】
図１に示すように、この実施の形態によるレーザ加工装置は、従来例（図４）に示した構成において、マスク４の前後に配置される全反射鏡９，１０に代えて反射率を下げて一部透過を行う部分反射鏡９ａ，１０ａが設けられている。そして、部分反射鏡９ａの透過光の光路上に、複数のレンズ１２、スリットを有するアパーチャ１３（図３参照）及びフォトダイオードなどの光電素子１４がこの順に配置され、光電素子１４の出力を受ける制御装置１５が設けられている。なお、複数のレンズ１２は、必要に応じて配置される。また、部分反射鏡１０ａの透過光の光路上にフォトダイオードなどの光電素子１６が配置され、光電素子１６の出力を受ける制御装置１７が設けられている。
【００３１】
なお、部分反射鏡９ａ，１０ａは、それぞれ、分光手段を構成している。また、光電素子１４及び制御装置１５の全体と光電素子１６及び制御装置１７の全体とは、それぞれ、測定装置を構成している。
【００３２】
まず、部分反射鏡９ａ〜レンズ１２〜アパーチャ１３〜光電素子１４〜制御装置１５の経路について説明する。図２は、図３に示す実験結果に基づき定めたアパーチャ１３の形態例を示す図である。図３は、図５（ｃ）に示すような局所的に高いピーク２８が発生している状態のレーザビームのバンパターンをマスク４にて取り出してアクリルに照射し、高ピークの発生位置の変化態様を調べた実験結果を示す図である。
【００３３】
前述したように、トップハット光学系２中の非球面レンズのレーザ光軸に対する配置位置がトップハット形状を構築する最適位置からずれていると、つまり、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からずれていると、マスク４上に形成される強度分布に図５（ｃ）に示すような局所的に高いピーク２８が発生する。そして、そのような局所的に高ピークを有するトップハット形状レーザビームのバンパターンをマスク４で取り出しワーク７に照射すると、図６に示すような銅層損傷部３３が発生する。
【００３４】
そこで、図３に示す方法で実際にトップハット形状のプロファイルに局所的な高ピークを有するレーザビームで加工を行って高ピーク位置と銅層損傷部の形成位置との関係を調べた。図３において、符号２０は、マスク４で切り出すビーム外形である。符号２１は、非球面レンズの配置位置を最適位置からある一方向にずらした場合にビームプロファイル上に発生したピーク部によって深く加工された部位であり、ビーム中心から一定距離の位置においてある幅を有した円弧状を描いて形成されている。そして、図示してないが、非球面レンズの配置位置を最適位置から他の一方向にずらすと、ビーム中心からの一定距離は同じで、その一定距離の円周上の異なる位置に同様にある幅を有して円弧状を描いて形成されることを突き止めた。なお、この深く加工された部位２１は、図６に示した銅層損傷部３３に対応しているので、以降、この深く加工された部位２１を銅層損傷部２１と称する。
【００３５】
このような実験の結果から、トップハット形状のビームプロファイルに発生するピーク位置は、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸（ビーム中心）からずれる方向に応じて変化するが、どの向きにずれてもビーム中心から一定距離の同心円周上に発生することが判明した。このことは、トップハット光学系２を通過するレーザビームが本来のレーザ光軸からのずれ方向は、非球面レンズの中心軸がレーザ光軸からずれた方向でほぼ決定されることを示す。そして、トップハット光学系２を通過するレーザビームの本来のレーザ光軸からずれた方向への距離は、トップハット光学系２によってほぼ決定される一定距離であることを示すものである。
【００３６】
すなわち、この実施の形態では、実際に高ピークが発生してビームプロファイルがトップハット形状から崩れた状態のレーザビームで加工した場合の加工状態（図３参照）から決定した円弧状の開口部であるスリット部２２（図２参照）を有するアパーチャ１３を形成した。そして、全体に加工されている径がマスク４の穴径を転写したものであることを考慮して、このアパーチャ１３上に照射形成されるトップハット形状のプロファイルがマスク４上に照射形成されるものと同じものとなるように、アパーチャ１３をレーザ発振器１からの光学距離がマスク４と同じになる位置に配置した。
【００３７】
アパーチャ１３には、図２に示すように、ある幅を有した円弧状のスリット部２２が本来のレーザ光軸から一定距離の同心円周上に配置されている。スリット部２２の幅と形成位置は、全体に加工されている径がマスク４の穴径を転写したものであることを考慮して決定したので、図３に示した銅層損傷部２１のそれと同じになっている。そして、図２に示すように、スリット部２２は、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からどの向きにずれても対応できるように、直交座標の４つの象限のそれぞれに設けてある。
【００３８】
このように、アパーチャ１３は、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からずれることによってトップハット形状のビームプロファイルに発生するピーク位置でのレーザビーム成分を常に透過できる形態になっている。スリット部２２の数値例を示すと、マスク４で取り出すビーム半径を１とすると、スリット部２２は、半径０．８の円弧と半径０．６の円弧で囲まれる幅０．２のスリットを有している。
【００３９】
なお、実際のマスク４の位置でのビーム径は小さいので、図１に示すように、アパーチャ１３の前に複数のレンズ１２を配置してビーム径を拡大してもよい。この場合においてスリット部２２の位置は、レンズ１２による拡大倍率によって変化するが、相対的な位置は変化しないことは言うまでもない。
【００４０】
この構成によれば、アパーチャ１３を通過して光電素子１４に受光されるレーザビームは、スリット部２２を通過したものだけである。つまり、光電素子１４に受光されるレーザビームは、非球面レンズの中心軸からのずれによってトップハット形状のビームプロファイルに発生するピーク位置でのレーザビーム成分だけである。
【００４１】
光電素子１４の出力電圧は、トップハット形状のビームプロファイルに高ピークが発生していない通常時では、ほぼ一定値であるが、高ピークが発生しビームプロファイルが通常時から崩れていると、その一定値よりも高い電圧値になる。この場合には、加工穴の底部面である銅層表面に損傷が発生している。
【００４２】
そこで、制御装置１５は、光電素子１４の出力電圧値をモニターし、その値が銅層表面に損傷を発生させるようなある一定値を超えた場合にアラーム信号を発生し、それに基づき当該加工装置を停止させる措置を採るようになっている。
【００４３】
ここでの制御装置１５は、光電素子１４の出力電圧値の変化をモニターするだけで済むので、ビームプロファイルの全体を取り込み、その変化を解析する複雑なシステムを必要とせずに、簡単かつ安価な構成で確実にビームプロファイルの変化を検出することができる。
【００４４】
そして、以上は、アパーチャ１３に設ける各象限のスリット部２２からのレーザビーム成分を１つの光電素子１４で受光する場合であるが、光電素子１４を各象限のスリット部２２に対応付けて配置すれば、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からどの向きにずれているかも判断でき、それに基づき非球面レンズを適切な位置に調整する作業が行えるので、調整作業の容易化が図れるようになる。
【００４５】
次に、部分反射鏡１０ａは、マスク４を通過してワーク７に照射するレーザビームの一部を取り出して光電素子１６に与える。制御装置１７は、光電素子１６が出力する加工レーザビームのバンパターンの波形に対応する電圧値を積分して１つの穴開け加工に用いたエネルギー量をモニターする。これによって、１つの穴開け加工に投入されるエネルギー量の不足による未穴加工の発生も早期に検出することが可能になる。
【００４６】
このように、この実施の形態によれば、トップハット形状のビームプロファイルを用いてプリント基板等に止まり穴加工を実施するレーザ加工装置において、プリント基板等に照射するトップハット形状レーザビームのうち、トップハット形状のビームプロファイルが非球面レンズの位置ずれによって崩れた場合に顕著に影響が出やすい領域部分のみを取り出して高いピークの発生有無をモニターできるようにしたので、簡単かつ安価な構成で加工穴の底部面である銅層表面に損傷が発生する加工不良を検出することができる。
【００４７】
そして、銅層表面の損傷による加工不良が発生した場合に、非球面レンズの位置ずれの方向も検出できるので、それに基づき非球面レンズを適切な位置に調整する作業を行うことができ、迅速に、同様の不良発生を回避する措置を講ずることができる。
【００４８】
また、プリント基板等に照射するトップハット形状レーザビーム全体のエネルギー量をモニターできるので、エネルギー量の不足による未穴加工の発生も早期に検出できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、この発明にかかるレーザビームのプロファイル測定装置は、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターするのに有用であり、特に、トップハット形状のビームプロファイルを用いるレーザ加工装置に装備するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の一実施の形態によるレーザビームのプロファイル測定装置を装備したレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図３に示す実験結果に基づき定めた図１に示すアパーチャの形態例を示す図である。
【図３】図５（ｃ）に示すような局所的に高いピークが発生している状態のレーザビームのバンパターンをマスクにて取り出してアクリルに照射し、高ピークの発生位置の変化態様を調べた実験結果を示す図である。
【図４】従来のレーザ加工装置の構成例を示す概念図である。
【図５】図４に示すマスク上に形成されるレーザビームの強度分布（プロファイル）の各種の態様を説明する模式図であり、（ａ）はトップハット光学系が無い場合に形成されるガウス分布形状を示し、（ｂ）はトップハット光学系を設けた場合に形成されるトップハット形状を示し、（ｃ）はトップハット形状上に局所的に高いピークを有する領域が発生した状態を示す。
【図６】図５（ｃ）に示す局所的に高いピークを有するトップハット形状レーザビームで加工した場合の加工状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ レーザ発振器
２ トップハット光学系
３ 可動レンズ
４ マスク
５ ガルバノミラー
６ ｆθレンズ
７ ワーク
８，１１ 全反射鏡
９ａ，１０ａ 部分反射鏡
１２ レンズ
１３ アパーチャ
１４，１６ 光電素子
１５，１７ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トップハット形状レーザビームのプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるレーザビームのプロファイル測定装置、及び前記レーザビームのプロファイル測定装置を装備してプリント基板等の被加工物に穴開け加工を行うレーザ加工装置にに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のレーザ加工装置の構成例を示す概念図である。まず、レーザ発振器１と全反射鏡８との間にトップハット光学系２が無い場合について説明する。図４において、レーザ発振器１から射出されるパルス状のレーザビーム（以降、単に「レーザビーム」ないしは「レーザパルス」という）は、複数の可動レンズ３によってビーム径、発散角が適切に調整された後に、マスク４にて加工に使用する形状のレーザビームに整形される。マスク４にて整形されたレーザビームは、２つのガルバノスキャンミラー５にて２次元走査され、ｆθレンズ６によってワーク（プリント基板等の被加工物）７の任意位置に集光照射され、被加工物７に所定形状の穴開け加工が施される。
【０００３】
なお、装置のコンパクト化を図るため、レーザ発振器１からマスク４に至る光路は、伝送ミラーである全反射鏡８，９によって折り曲げて形成され、また、マスク４から２つのガルバノスキャンミラー５に至る光路は、伝送ミラーである全反射鏡１０，１１によって折り曲げて形成されている。複数の可動レンズ３は、全反射鏡８，９の間に配置されている。
【０００４】
図５は、マスク４上に形成されるレーザビームの強度分布（プロファイル）の各種の態様を説明する模式図である。図５（ａ）は、トップハット光学系２が無い場合に形成される一般的なガウス分布形状を示す。穴開け加工には、貫通穴加工と止まり穴加工とがあるが、一般に、レーザ発振器１から射出されるレーザビームの強度分布は、ガウス分布の形状をしているので、マスク４上に形成される強度分布も同様にガウス分布の形状をしている（図５（ａ））。そのようなガウス分布形状の強度分布を有するレーザビームで穴開け加工を施すと、加工穴径が照射面側から非照射面側に向かって段々に小さくなるいわゆるテーパの付いた穴開け加工となる場合が多い。
【０００５】
ところで、止まり穴加工の方法として、被加工物を樹脂層と銅層との重ね合わせで構成し、従来では銅に対する反射率が極めて高い特性を有する赤外レーザビームを樹脂層に対して照射し、銅層表面で止まるようにした方法が実施されていたが、近年では、被加工物であるプリント基板では、高密度化の要請に伴って穴径がより小さい微細な穴加工が求められていることから、使用するレーザ光も赤外レーザ光から短波長の紫外レーザ光に変わっている。
【０００６】
この紫外レーザ光を用いる場合、紫外レーザ光の銅に対する反射率は、赤外レーザ光のそれよりも小さいので、紫外レーザビームでの止まり穴加工では、照射するレーザビームの強度分布がガウス分布の形状であると、樹脂層にテーパの付いた穴加工が施されるのに加えて、そのレーザビームの強度分布が強い中心部分に位置する銅層表面が損傷することがある。そのため、紫外レーザビームを用いて止まり穴加工を実施する従来のレーザ加工装置では、強度分布の影響を無くすために、マスク４の整形穴径を小さくして照射するレーザビームの強度分布を平坦に近づけることで、銅層の損傷を回避して樹脂層にテーパの付かない止まり穴を得る方法を採用している。
【０００７】
ここで、レーザ加工装置での課題の１つに、生産性の向上を図るため穴あけ加工に要する時間を減らすことがある。穴あけ加工に要する時間を減らす方法として、１つの穴を加工するためにプリント基板に照射するレーザパルス数を少なくする手法が考えられる。この手法では、１レーザパルス当たりのエネルギーを大きくする必要があるが、通常のレーザパルスは、図５（ａ）に示すようなガウス分布形状の強度分布を有している。つまり、そのようなガウス分布形状の強度分布を有するレーザビームを直接プリント基板に照射すると、照射回数は少なくてもエネルギーが大きいので、銅層の損傷を回避することはできず、逆に損傷し易くなる。したがって、この手法は有効なものとはならない。
【０００８】
一方、このプリント基板に照射するレーザパルス数を少なくする手法においても、上記したように、強度分布の影響を無くすためにマスク径を小さくし、加工に使用するレーザビームの強度分布を平坦にして加工することは可能であるが、マスク径を小さくした結果として加工に利用されるレーザパルスのエネルギーが非常に少なくなり、レーザ発振器の射出エネルギーを上げたことの効果が小さいものになってしまう。
【０００９】
そのため、近年では、レーザ発振器が射出するレーザパルスの強度分布を穴開け加工に適した形状の強度分布に整形してプリント基板に照射する手法が用いられている。一般には、レーザ発振器が射出するレーザパルスが有する図５（ａ）に示すようなピーク点に対して左右対称に漸減する通常のガウス分布形状を、図５（ｂ）に示す平坦な強度分布を有するトップハット形状に整形してプリント基板に照射する手法がよく用いられている。
【００１０】
トップハット形状の強度分布は、非球面レンズ等の光学素子を用いて作成される。図４において、レーザ発振器１と全反射鏡８との間に配置されるトップハット光学系２は、そのようなトップハット形状の強度分布を作成する非球面レンズ等の光学素子で構成される光学系である。この場合、図４において、トップハット光学系２は、そのトップハット形状の強度分布がマスク４上で形成されるように構築されており、更にはマスク４上でのプロファイルがワーク７に転写される光学設計がなされている。
【００１１】
このトップハット形状の強度分布を有するレーザパルスを用いる加工方法によれば、テーパのつきにくい穴開け加工がしやすくなると同時に、紫外レーザ光のような銅に対する反射率の低いレーザパルスであっても、同じエネルギーで穴開け加工をした場合に銅層が損傷しづらくなる。その結果、実際に加工に使用するレーザエネルギーを更に大きくすることができる。また、マスク位置におけるレーザビームが強度分布の平坦なトップハット形状であることから、マスクで加工に使用するビームを整形して取り出す際に径の大きいマスクを使用することができる。
【００１２】
しかし、トップハット形状の強度分布を有するレーザビームを用いる図４に示すレーザ加工装置では、どのような加工穴が形成されるかは、マスク４上に形成されるレーザビームの強度分布によって決定されるが、その強度分布が、非球面レンズ等で構成されるトップハット光学系２の調整度合いに応じて大きく変化するという問題がある。具体的には、トップハット光学系２中の非球面レンズのレーザ光軸に対する配置位置がトップハット形状を構築する最適位置からずれていると、マスク４上に形成される強度分布に図５（ｃ）に示すような局所的に高いピーク２８が発生するので、図６に示すような問題が起こる。
【００１３】
図６は、図５（ｃ）に示す局所的に高いピーク２８を有するトップハット形状レーザビームで加工した場合の加工状態を説明する模式図である。つまり、マスク４の位置にて図５（ｃ）に示す局所的に高いピーク２８を有するトップハット形状レーザビームのバンパターンを取得してプリント基板に照射すると、図６に示すように、加工穴３０が樹脂層３１に形成され、その穴底部面である銅層３２の表面は全体的にフラットであるが、レーザパルスが高いピーク２８を持つ部分に対応する一部領域において銅層３２が溶融して溝（銅層損傷部）３３が形成されるという問題がある。
【００１４】
ところで、従来のレーザ加工装置は、加工不良を早期に発見するために１つの穴加工に用いたエネルギーをモニターする機能を備えている。このモニター機能は、伝送光路中においてレーザパルスの波形を制御装置に取り込み、積分することで１つの穴加工に用いたエネルギー量をモニターし、規定量に達しているか否かの判断を行い、規定量に達していない場合にアラームを発するようになっている。しかし、この手法でモニターするのはレーザパルス全体のエネルギー量であるので、もしレーザビームの強度分布が局所的に高いピークを有するものであったとしても全体のエネルギー量が所望する量にあればアラームが発生することはない。
【００１５】
つまり、ここで問題にしているトップハット光学系にてレーザビームをトップハット形状に構築させている場合において、局所的な高いピークの発生は、本来そのピークの周辺部に配分されるはずであるエネルギー成分がトップハット光学系中における素子の位置調整不足のために局所的に配分された結果であると考えられるので、レーザビーム全体としてのエネルギー量は変化しない。したがって、この従来のレーザ加工装置に装備するエネルギー量をモニターする機能では、このようなレーザビームの強度分布（プロファイル）の局所的な変化を検出することは不可能であると考えられる。
【００１６】
そこで、例えば特許文献１では、被加工物に照射されるレーザビームの一部を分離し、レーザビームの強度分布をＣＣＤ素子等の受光センサで測定し、画像の良否判断を行ってレーザ発振器の発振条件を制御する手法が提案されているが、この特許文献１に記載の技術を利用して、レーザパルスのエネルギー量だけでなく、レーザビームのプロファイルもモニターすれば、加工に使用しているレーザビームのプロファイルを確実に把握できるので、ビームプロファイルの変化に起因する加工不良をより早期にかつ確実に発見することが可能になると考えられる。
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−４６１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、画像の良否判断に複雑な測定システムが必要となる上に、その画像の良否判断を高い繰り返し率で発生するレーザパルスに追従させる必要があり、現在のレーザ加工装置では、実現が難しい。
【００１９】
上記したように、現在のレーザ加工装置は、紫外レーザを使用しているが、紫外レーザは、以前に使用していた赤外レーザと比較して１パルス当たりに得られるエネルギーが少ないので、一般に１つの穴加工に必要とされるパルス数が圧倒的に多くなる。具体的に言えば、赤外レーザによる加工では数パルスの加工で済むところが、紫外レーザによる加工では少なくとも数十パルス、場合によっては１００パルス近いパルス数を必要とする。
【００２０】
そのため、現在、紫外レーザを使用するレーザ加工装置では、高い生産性を得るためにレーザ発振器の更なる高出力化が進められ、同時に高繰り返し率化も進められている。つまり、特許文献１に記載の技術を適用して画像の良否判断を実施するとすれば、数１００ｋＨｚで生起するレーザパルスに追従できるシステムが必要となる。
【００２１】
例えば、１００ｋＨｚで生起するレーザパルスを用いて加工するとして、１つの加工穴に数１０パルスを要すると仮定する。この場合、１０パルス毎に１パルスの波形を観測するとしても、１００μｓ毎にレーザパルスの強度分布を測定システムに取り込み、良否判断をする必要がある。したがって、高い処理能力を有する測定システムが必要になり、高価なものとなってしまう。
【００２２】
つまり、トップハット形状のビームプロファイルを有するレーザビームを用いるレーザ加工装置では、図６に示した銅層損傷部３３の発生を回避するために、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできる機構を装備する必要がある。その場合、高いピークが発生しているというモニター結果が非球面レンズの位置調整に反映できることが望まれる。そのような簡単かつ安価な構成のモニター機構をどのようにして構築するかが問題である。
【００２３】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるレーザビームのプロファイル測定装置を得ることを目的とする。
【００２４】
この発明は、上記発明のレーザビームのプロファイル測定装置を備えたレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述した目的を達成するために、この発明にかかるレーザビームのプロファイル測定装置は、強度分布がトップハット形状をしたレーザビームの光路上に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャと、前記アパーチャを通過したレーザビームの強度を測定して一定値を超える強度の存在有無を判断する第１の測定手段とを備えていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、アパーチャは、常に、トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビーム成分のみを透過するので、第１の測定手段では、トップハット形状上に高ピーク領域が発生していない通常時ではほぼ一定強度のレーザビームが入力し、高ピーク領域が発生している異常時ではその一定強度よりも高い強度のレーザビームが入力するので、ビームプロファイルの全体を取り込み、その変化を解析する複雑なシステムを必要とせずに簡単かつ安価な構成で確実にビームプロファイルの変化を検出することができる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターできるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に図面を参照して、この発明にかかるレーザビームのプロファイル測定装置及びレーザ加工装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２９】
図１は、この発明の一実施の形態によるレーザビームのプロファイル測定装置を装備したレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。なお、図１では、従来例（図４）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態に関わる部分を中心に説明する。
【００３０】
図１に示すように、この実施の形態によるレーザ加工装置は、従来例（図４）に示した構成において、マスク４の前後に配置される全反射鏡９，１０に代えて反射率を下げて一部透過を行う部分反射鏡９ａ，１０ａが設けられている。そして、部分反射鏡９ａの透過光の光路上に、複数のレンズ１２、スリットを有するアパーチャ１３（図３参照）及びフォトダイオードなどの光電素子１４がこの順に配置され、光電素子１４の出力を受ける制御装置１５が設けられている。なお、複数のレンズ１２は、必要に応じて配置される。また、部分反射鏡１０ａの透過光の光路上にフォトダイオードなどの光電素子１６が配置され、光電素子１６の出力を受ける制御装置１７が設けられている。
【００３１】
なお、部分反射鏡９ａ，１０ａは、それぞれ、分光手段を構成している。また、光電素子１４及び制御装置１５の全体と光電素子１６及び制御装置１７の全体とは、それぞれ、測定装置を構成している。
【００３２】
まず、部分反射鏡９ａ〜レンズ１２〜アパーチャ１３〜光電素子１４〜制御装置１５の経路について説明する。図２は、図３に示す実験結果に基づき定めたアパーチャ１３の形態例を示す図である。図３は、図５（ｃ）に示すような局所的に高いピーク２８が発生している状態のレーザビームのバンパターンをマスク４にて取り出してアクリルに照射し、高ピークの発生位置の変化態様を調べた実験結果を示す図である。
【００３３】
前述したように、トップハット光学系２中の非球面レンズのレーザ光軸に対する配置位置がトップハット形状を構築する最適位置からずれていると、つまり、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からずれていると、マスク４上に形成される強度分布に図５（ｃ）に示すような局所的に高いピーク２８が発生する。そして、そのような局所的に高ピークを有するトップハット形状レーザビームのバンパターンをマスク４で取り出しワーク７に照射すると、図６に示すような銅層損傷部３３が発生する。
【００３４】
そこで、図３に示す方法で実際にトップハット形状のプロファイルに局所的な高ピークを有するレーザビームで加工を行って高ピーク位置と銅層損傷部の形成位置との関係を調べた。図３において、符号２０は、マスク４で切り出すビーム外形である。符号２１は、非球面レンズの配置位置を最適位置からある一方向にずらした場合にビームプロファイル上に発生したピーク部によって深く加工された部位であり、ビーム中心から一定距離の位置においてある幅を有した円弧状を描いて形成されている。そして、図示してないが、非球面レンズの配置位置を最適位置から他の一方向にずらすと、ビーム中心からの一定距離は同じで、その一定距離の円周上の異なる位置に同様にある幅を有して円弧状を描いて形成されることを突き止めた。なお、この深く加工された部位２１は、図６に示した銅層損傷部３３に対応しているので、以降、この深く加工された部位２１を銅層損傷部２１と称する。
【００３５】
このような実験の結果から、トップハット形状のビームプロファイルに発生するピーク位置は、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸（ビーム中心）からずれる方向に応じて変化するが、どの向きにずれてもビーム中心から一定距離の同心円周上に発生することが判明した。このことは、トップハット光学系２を通過するレーザビームが本来のレーザ光軸からのずれ方向は、非球面レンズの中心軸がレーザ光軸からずれた方向でほぼ決定されることを示す。そして、トップハット光学系２を通過するレーザビームの本来のレーザ光軸からずれた方向への距離は、トップハット光学系２によってほぼ決定される一定距離であることを示すものである。
【００３６】
すなわち、この実施の形態では、実際に高ピークが発生してビームプロファイルがトップハット形状から崩れた状態のレーザビームで加工した場合の加工状態（図３参照）から決定した円弧状の開口部であるスリット部２２（図２参照）を有するアパーチャ１３を形成した。そして、全体に加工されている径がマスク４の穴径を転写したものであることを考慮して、このアパーチャ１３上に照射形成されるトップハット形状のプロファイルがマスク４上に照射形成されるものと同じものとなるように、アパーチャ１３をレーザ発振器１からの光学距離がマスク４と同じになる位置に配置した。
【００３７】
アパーチャ１３には、図２に示すように、ある幅を有した円弧状のスリット部２２が本来のレーザ光軸から一定距離の同心円周上に配置されている。スリット部２２の幅と形成位置は、全体に加工されている径がマスク４の穴径を転写したものであることを考慮して決定したので、図３に示した銅層損傷部２１のそれと同じになっている。そして、図２に示すように、スリット部２２は、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からどの向きにずれても対応できるように、直交座標の４つの象限のそれぞれに設けてある。
【００３８】
このように、アパーチャ１３は、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からずれることによってトップハット形状のビームプロファイルに発生するピーク位置でのレーザビーム成分を常に透過できる形態になっている。スリット部２２の数値例を示すと、マスク４で取り出すビーム半径を１とすると、スリット部２２は、半径０．８の円弧と半径０．６の円弧で囲まれる幅０．２のスリットを有している。
【００３９】
なお、実際のマスク４の位置でのビーム径は小さいので、図１に示すように、アパーチャ１３の前に複数のレンズ１２を配置してビーム径を拡大してもよい。この場合においてスリット部２２の位置は、レンズ１２による拡大倍率によって変化するが、相対的な位置は変化しないことは言うまでもない。
【００４０】
この構成によれば、アパーチャ１３を通過して光電素子１４に受光されるレーザビームは、スリット部２２を通過したものだけである。つまり、光電素子１４に受光されるレーザビームは、非球面レンズの中心軸からのずれによってトップハット形状のビームプロファイルに発生するピーク位置でのレーザビーム成分だけである。
【００４１】
光電素子１４の出力電圧は、トップハット形状のビームプロファイルに高ピークが発生していない通常時では、ほぼ一定値であるが、高ピークが発生しビームプロファイルが通常時から崩れていると、その一定値よりも高い電圧値になる。この場合には、加工穴の底部面である銅層表面に損傷が発生している。
【００４２】
そこで、制御装置１５は、光電素子１４の出力電圧値をモニターし、その値が銅層表面に損傷を発生させるようなある一定値を超えた場合にアラーム信号を発生し、それに基づき当該加工装置を停止させる措置を採るようになっている。
【００４３】
ここでの制御装置１５は、光電素子１４の出力電圧値の変化をモニターするだけで済むので、ビームプロファイルの全体を取り込み、その変化を解析する複雑なシステムを必要とせずに、簡単かつ安価な構成で確実にビームプロファイルの変化を検出することができる。
【００４４】
そして、以上は、アパーチャ１３に設ける各象限のスリット部２２からのレーザビーム成分を１つの光電素子１４で受光する場合であるが、光電素子１４を各象限のスリット部２２に対応付けて配置すれば、非球面レンズの中心軸が本来のレーザ光軸からどの向きにずれているかも判断でき、それに基づき非球面レンズを適切な位置に調整する作業が行えるので、調整作業の容易化が図れるようになる。
【００４５】
次に、部分反射鏡１０ａは、マスク４を通過してワーク７に照射するレーザビームの一部を取り出して光電素子１６に与える。制御装置１７は、光電素子１６が出力する加工レーザビームのバンパターンの波形に対応する電圧値を積分して１つの穴開け加工に用いたエネルギー量をモニターする。これによって、１つの穴開け加工に投入されるエネルギー量の不足による未穴加工の発生も早期に検出することが可能になる。
【００４６】
このように、この実施の形態によれば、トップハット形状のビームプロファイルを用いてプリント基板等に止まり穴加工を実施するレーザ加工装置において、プリント基板等に照射するトップハット形状レーザビームのうち、トップハット形状のビームプロファイルが非球面レンズの位置ずれによって崩れた場合に顕著に影響が出やすい領域部分のみを取り出して高いピークの発生有無をモニターできるようにしたので、簡単かつ安価な構成で加工穴の底部面である銅層表面に損傷が発生する加工不良を検出することができる。
【００４７】
そして、銅層表面の損傷による加工不良が発生した場合に、非球面レンズの位置ずれの方向も検出できるので、それに基づき非球面レンズを適切な位置に調整する作業を行うことができ、迅速に、同様の不良発生を回避する措置を講ずることができる。
【００４８】
また、プリント基板等に照射するトップハット形状レーザビーム全体のエネルギー量をモニターできるので、エネルギー量の不足による未穴加工の発生も早期に検出できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、この発明にかかるレーザビームのプロファイル測定装置は、簡単かつ安価な構成でトップハット形状のビームプロファイルに高いピークの発生有無をモニターするのに有用であり、特に、トップハット形状のビームプロファイルを用いるレーザ加工装置に装備するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の一実施の形態によるレーザビームのプロファイル測定装置を装備したレーザ加工装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図３に示す実験結果に基づき定めた図１に示すアパーチャの形態例を示す図である。
【図３】図５（ｃ）に示すような局所的に高いピークが発生している状態のレーザビームのバンパターンをマスクにて取り出してアクリルに照射し、高ピークの発生位置の変化態様を調べた実験結果を示す図である。
【図４】従来のレーザ加工装置の構成例を示す概念図である。
【図５】図４に示すマスク上に形成されるレーザビームの強度分布（プロファイル）の各種の態様を説明する模式図であり、（ａ）はトップハット光学系が無い場合に形成されるガウス分布形状を示し、（ｂ）はトップハット光学系を設けた場合に形成されるトップハット形状を示し、（ｃ）はトップハット形状上に局所的に高いピークを有する領域が発生した状態を示す。
【図６】図５（ｃ）に示す局所的に高いピークを有するトップハット形状レーザビームで加工した場合の加工状態を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ レーザ発振器
２ トップハット光学系
３ 可動レンズ
４ マスク
５ ガルバノミラー
６ ｆθレンズ
７ ワーク
８，１１ 全反射鏡
９ａ，１０ａ 部分反射鏡
１２ レンズ
１３ アパーチャ
１４，１６ 光電素子
１５，１７ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度分布がトップハット形状をしたレーザビームの光路上に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャと、
前記アパーチャを通過したレーザビームの強度を測定して一定値を超える強度の存在有無を判断する第１の測定手段と
を備えていることを特徴とするビームプロファイル測定装置。
【請求項２】
前記強度分布がトップハット形状をしたレーザビームを２方向に分光し、一方のレーザビームを前記アパーチャに導く分光手段と、
前記分光手段にて分光された他方のレーザビームであって、レーザ光源からの光学距離が前記アパーチャと同じ位置に配置されるマスクにて所定の形状に整形されたレーザビームの強度を測定して前記マスクを透過するレーザビームのエネルギー量を判断する第２の測定手段と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル測定装置。
【請求項３】
前記強度分布がトップハット形状をしたレーザビームを形成する光学系は、非球面レンズを備えていることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル測定装置。
【請求項４】
前記アパーチャに設けられる円弧状の開口部は、前記非球面レンズの中心軸がレーザビーム光軸からずれている場合に前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のビームプロファイル測定装置。
【請求項５】
レーザビームを射出するレーザ発振器、前記レーザ発振器から射出されたレーザビームの強度分布をトップハット形状に整形するトップハット光学系、前記トップハット光学系を通過したレーザビームを被加工物に照射するのに適した形状に整形するマスク、前記マスクを通過したレーザビームを２次元走査するガルバノミラー、及び前記ガルバノミラーからのレーザビームを前記被加工物上に集光して照射するｆθレンズを備えるレーザ加工装置において、
前記トップハット光学系を通過したレーザビームを２方向に分光し、一方のレーザビームを前記マスクに導く第１の分光手段と、
前記第１の分光手段にて分光された他方のレーザビームの光路上において前記レーザ発振器からの光学距離が前記マスクと同じ位置に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャと、
前記アパーチャを通過したレーザビームの強度を測定して一定値を超える強度の存在有無を判断する第１の測定手段と
を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記マスクを通過したレーザビームを２方向に分光し、一方のレーザビームを前記ガルバノミラーに導く第２の分光手段と、
前記第２の分光手段にて分光された他方のレーザビームの強度を測定して前記マスクを透過するレーザビームのエネルギー量の過不足を判断する第２の測定手段と
を備えていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記トップハット光学系は、非球面レンズを備えていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記アパーチャに設けられる円弧状の開口部は、前記非球面レンズの中心軸がレーザビーム光軸からずれている場合に前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
強度分布がトップハット形状をしたレーザビームの光路上に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャと、
前記アパーチャを通過したレーザビームの強度を測定して一定値を超える強度の存在有無を判断する第１の測定手段と
を備えていることを特徴とするビームプロファイル測定装置。
【請求項２】
前記強度分布がトップハット形状をしたレーザビームを２方向に分光し、一方のレーザビームを前記アパーチャに導く分光手段と、
前記分光手段にて分光された他方のレーザビームであって、レーザ光源からの光学距離が前記アパーチャと同じ位置に配置されるマスクにて所定の形状に整形されたレーザビームの強度を測定して前記マスクを透過するレーザビームのエネルギー量を判断する第２の測定手段と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル測定装置。
【請求項３】
前記強度分布がトップハット形状をしたレーザビームを形成する光学系は、非球面レンズを備えていることを特徴とする請求項１に記載のビームプロファイル測定装置。
【請求項４】
前記アパーチャに設けられる円弧状の開口部は、前記非球面レンズの中心軸がレーザビーム光軸からずれている場合に前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のビームプロファイル測定装置。
【請求項５】
レーザビームを射出するレーザ発振器、前記レーザ発振器から射出されたレーザビームの強度分布をトップハット形状に整形するトップハット光学系、前記トップハット光学系を通過したレーザビームを被加工物に照射するのに適した形状に整形するマスク、前記マスクを通過したレーザビームを２次元走査するガルバノミラー、及び前記ガルバノミラーからのレーザビームを前記被加工物上に集光して照射するｆθレンズを備えるレーザ加工装置において、
前記トップハット光学系を通過したレーザビームを２方向に分光し、一方のレーザビームを前記マスクに導く第１の分光手段と、
前記第１の分光手段にて分光された他方のレーザビームの光路上において前記レーザ発振器からの光学距離が前記マスクと同じ位置に配置され、前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に円弧状の開口部が設けられているアパーチャと、
前記アパーチャを通過したレーザビームの強度を測定して一定値を超える強度の存在有無を判断する第１の測定手段と
を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項６】
前記マスクを通過したレーザビームを２方向に分光し、一方のレーザビームを前記ガルバノミラーに導く第２の分光手段と、
前記第２の分光手段にて分光された他方のレーザビームの強度を測定して前記マスクを透過するレーザビームのエネルギー量の過不足を判断する第２の測定手段と
を備えていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記トップハット光学系は、非球面レンズを備えていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記アパーチャに設けられる円弧状の開口部は、前記非球面レンズの中心軸がレーザビーム光軸からずれている場合に前記トップハット形状上に発生する高ピーク領域のレーザビームを透過する位置に設けられていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１２８９８７（Ｐ２００８−１２８９８７Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１７７１８（Ｐ２００６−３１７７１８）
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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