JP7730643B2 - Laser processing device and laser processing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing device and a laser processing method.
特許文献1には、レーザ光源と、空間光変調器と、空間光変調器とは異なる集光補正手段とを備えるレーザ加工装置が記載されている。このようなレーザ加工装置は、レーザ光の照射によって対象物(ウエハ)の内部に改質領域を形成することにより、対象物の分割及び剥離等を行う。特許文献1に記載された技術では、レーザ光の照射によって対象物の内部に改質領域を形成すると共に、集光点からの反射光の一部を撮像し、撮像結果に基づいて集光点の位置ズレ量を検出し、位置ズレが小さくなるように空間光変調器における変調パターンを調整している。 Patent Document 1 describes a laser processing device equipped with a laser light source, a spatial light modulator, and a focusing correction means different from the spatial light modulator. This type of laser processing device performs operations such as dividing and peeling an object by forming a modified region inside the object (wafer) through irradiation with laser light. The technology described in Patent Document 1 not only forms a modified region inside the object through irradiation with laser light, but also captures an image of a portion of the light reflected from the focusing point, detects the amount of positional deviation of the focusing point based on the image capture result, and adjusts the modulation pattern in the spatial light modulator to minimize the positional deviation.
上述したようなレーザ加工装置では、同時に複数の改質領域が形成されるように、空間光変調器に分岐パターンが設定され、該分岐パターンに応じてレーザ光が分岐される場合がある。分岐パターンは、例えば分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定される。ここで、例えば空間光変調器を用いてレーザ光を分岐する場合においては、空間光変調器自体の光学特性やレンズにおける各分岐光の透過領域が互いに異なる等の光学特性、あるいは、光学素子の個体差等の影響により、分岐後の各レーザ光の出力が上述した出力目標値(設計値)とならない現象が起こる。このような現象は、完全に回避することは困難である。分岐後の各レーザ光の出力が想定していた値とならないことによって、改質領域から延びる亀裂量が所望の亀裂量とならず、対象物の未分割・未剥離が生じる(加工品質が悪化する)おそれがある。 In laser processing devices such as those described above, a branching pattern is set in the spatial light modulator so that multiple modified regions are formed simultaneously, and the laser light is branched according to this branching pattern. The branching pattern is set, for example, according to the target output value of each branched laser light. Here, when branching laser light using a spatial light modulator, for example, the output of each branched laser light may not reach the target output value (design value) described above due to the optical characteristics of the spatial light modulator itself, optical characteristics such as different transmission regions of each branched light in the lens, or individual differences in optical elements. This phenomenon is difficult to completely avoid. If the output of each branched laser light does not reach the expected value, the amount of crack extending from the modified region may not be the desired amount, resulting in the target object not being divided or peeled (deteriorating processing quality).
そこで、本発明は、分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させることができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a laser processing device and a laser processing method that can improve processing quality by adjusting the output of branched light to a desired value.
本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、対象物におけるレーザ光の反射光を検出する検出部と、制御部と、を備え、制御部は、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した第1分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第1処理と、空間光変調器に第1分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源を制御する第2処理と、第1分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部を制御する第3処理と、検出部による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第4処理と、補正パラメータによって計算アルゴリズムを補正し、補正された計算アルゴリズムに基づいて、第2分岐パターンを生成し、生成した第2分岐パターンを、加工プロセス用に空間光変調器に設定し表示させる第5処理と、を実行するように構成されている。 A laser processing device according to one aspect of the present invention is a laser processing device that forms a modified region in an object by irradiating the object with laser light, and includes a light source that emits laser light, a spatial light modulator that modulates the laser light emitted from the light source, a detection unit that detects reflected light of the laser light from the object, and a control unit. The control unit performs a first process of generating a branching pattern that branches the laser light into multiple beams based on a predetermined calculation algorithm, a first branching pattern that corresponds to the output target value of each branched laser beam, setting and displaying the generated first branching pattern on the spatial light modulator, and controlling the light source so that laser light is emitted when the first branching pattern is displayed on the spatial light modulator. a third process of controlling the detection unit so that reflected light of each laser beam after branching by the first branching pattern is detected; a fourth process of deriving an actual output value of each laser beam after branching based on the detection results by the detection unit and generating correction parameters for correcting the calculation algorithm and for generating a second branching pattern, which is a branching pattern that brings the actual output value closer to the output target value; and a fifth process of correcting the calculation algorithm using the correction parameters, generating a second branching pattern based on the corrected calculation algorithm, and setting the generated second branching pattern on a spatial light modulator for use in the processing process and displaying it.
本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて生成された第1分岐パターンが空間光変調器に表示された状態においてレーザ光が出射され、対象物からの反射光が検出され、検出結果に基づいて各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工装置では、出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータが生成され、該補正パラメータによって補正された計算アルゴリズムによって第2分岐パターンが生成され、該第2分岐パターンが加工プロセス用に空間光変調器に表示される。このような構成によれば、実際に検出された反射光に基づいて高精度に推定される出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成のための補正パラメータが生成される。そして、加工プロセス時においては、計算アルゴリズムが当該補正パラメータによって補正されて、第1分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第2分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本発明の一態様に係るレーザ加工装置によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。 In a laser processing device according to one aspect of the present invention, a laser beam is emitted while a first branching pattern generated according to the output target value of each branched laser beam is displayed on a spatial light modulator. Reflected light from the target object is detected, and the actual measured output value of each laser beam is derived based on the detection results. The laser processing device then generates correction parameters for generating a second branching pattern that brings the actual measured output value closer to the output target value. A calculation algorithm corrected using the correction parameters generates the second branching pattern, and the second branching pattern is displayed on the spatial light modulator for the processing process. This configuration generates correction parameters for generating a second branching pattern that brings the actual measured output value, estimated with high accuracy based on the actually detected reflected light, closer to the output target value. During the processing process, the calculation algorithm is corrected using the correction parameters to generate a second branching pattern that brings the output of the branched beam closer to the output target value than the first branching parameter, thereby appropriately adjusting the output of the branched beam to the desired value. As described above, the laser processing device according to one aspect of the present invention can adjust the output of the branched beam to the desired value, improving processing quality.
制御部は、第1処理において、分岐後の各レーザ光の出力目標値の組み合わせが互いに異なる複数種類の第1分岐パターンを生成し、第4処理において、複数種類の第1分岐パターンに含まれる少なくとも2つの第1分岐パターンに係る共通の補正パラメータを生成してもよい。このように、出力目標値の条件が互いに異なる複数の第1分岐パターンについて共通の補正パラメータが生成されることにより、同じ補正パラメータを用いてそれぞれ特有の第2分岐パターンを生成することが可能となり、第1分岐パターン毎に補正パラメータを生成する場合と比較して、補正パラメータの生成処理及び管理を容易化することができる。 In the first process, the control unit may generate multiple types of first branching patterns with different combinations of output target values for each branched laser beam, and in the fourth process, generate common correction parameters for at least two of the multiple types of first branching patterns. In this way, by generating common correction parameters for multiple first branching patterns with different output target value conditions, it becomes possible to generate unique second branching patterns using the same correction parameters, which simplifies the process of generating and managing the correction parameters compared to generating correction parameters for each first branching pattern.
制御部は、第4処理において、複数種類の第1分岐パターンについて、分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で、共通の補正パラメータを生成してもよい。例えば、全ての第1分岐パターンについて共通の1つの補正パラメータが生成される場合には、互いに分岐パラメータが大きく異なる第1分岐パターンが含まれる等の場合に、生成した共通の補正パラメータによって計算アルゴリズムを補正することによっても、全ての第2分岐パターンの精度(分岐光の出力を出力目標値に近づける精度)を十分に向上させることができない。この点、分岐パラメータが近似するグループ単位で共通の補正パラメータが生成される、すなわち、分岐パラメータが近似しないグループ間では別の補正パラメータが生成されることにより、第2分岐パターンの精度(分岐光の出力を出力目標値に近づける精度)を担保することができる。 In the fourth process, the control unit may group multiple types of first branching patterns according to the similarity of their branching parameters and generate a common correction parameter for each group. For example, if a single common correction parameter is generated for all first branching patterns, and the first branching patterns include first branching patterns with significantly different branching parameters, correcting the calculation algorithm using the generated common correction parameter may not sufficiently improve the accuracy of all second branching patterns (the accuracy of bringing the branched light output closer to the output target value). In this regard, by generating a common correction parameter for groups with similar branching parameters, i.e., by generating different correction parameters for groups with dissimilar branching parameters, the accuracy of the second branching patterns (the accuracy of bringing the branched light output closer to the output target value) can be ensured.
制御部は、第4処理において、分岐パラメータである出力目標値の近似度に応じたグループ分けを行ってもよい。これにより、出力目標値が近似するグループ単位で共通の補正パラメータが生成されることとなるので、第2分岐パターンの精度(分岐光の出力を出力目標値に近づける精度)を担保することができる。 In the fourth process, the control unit may perform grouping according to the degree of approximation of the output target value, which is the branching parameter. This generates a common correction parameter for each group with similar output target values, thereby ensuring the accuracy of the second branching pattern (the accuracy of bringing the output of branched light closer to the output target value).
制御部は、第5処理において、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、該分岐パラメータに対応するグループの補正パラメータによって、計算アルゴリズムを補正してもよい。これにより、加工プロセスにおける分岐パラメータに適した補正パラメータによって補正された計算アルゴリズムにより生成された第2分岐パターンを表示して加工プロセスを行うことができ、加工品質を向上させることができる。 In the fifth process, the control unit may acquire information indicating branch parameters in the machining process and correct the calculation algorithm using correction parameters of the group corresponding to the branch parameters. This allows the machining process to be performed while displaying a second branch pattern generated by a calculation algorithm corrected using correction parameters appropriate for the branch parameters in the machining process, thereby improving machining quality.
制御部は、第1処理において、対象物の厚さ方向である鉛直方向における異なる位置にレーザ光を分岐する第1分岐パターンを生成してもよい。実際の加工時においては鉛直方向における異なる位置にレーザ光が分岐される(縦分岐される)場合があるところ、当該縦分岐に係る第1分岐パターンが生成されることにより、縦分岐された場合の分岐光の出力を適切に出力目標値に近づけることができる第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成することができる。 In the first process, the control unit may generate a first branching pattern that branches the laser light to different positions in the vertical direction, which is the thickness direction of the object. During actual processing, the laser light may branch to different positions in the vertical direction (vertical branching). By generating a first branching pattern related to this vertical branching, it is possible to generate correction parameters related to the generation of a second branching pattern that can appropriately bring the output of the branched light when branched vertically closer to the output target value.
本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した第1分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第1工程と、第1分岐パターンが表示された空間光変調器にレーザ光を出射し、第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光を対象物に照射する第2工程と、分岐後の各レーザ光の、対象物からの反射光を検出する第3工程と、反射光の検出結果に基づき、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第4工程と、補正パラメータによって計算アルゴリズムを補正し、補正された計算アルゴリズムに基づいて、第2分岐パターンを生成し、生成した第2分岐パターンを、加工プロセス用に空間光変調器に設定し表示させる第5工程と、を含む。 A laser processing method according to one aspect of the present invention is a laser processing method for forming a modified region in an object by irradiating the object with laser light. The method includes the following steps: a first step of generating a branching pattern for branching laser light into multiple beams based on a predetermined calculation algorithm, the first branching pattern corresponding to an output target value for each branched laser beam, and setting and displaying the generated first branching pattern on a spatial light modulator; a second step of emitting laser light to the spatial light modulator displaying the first branching pattern and irradiating the object with the laser light branched into multiple beams by the first branching pattern; a third step of detecting reflected light from the object of each branched laser beam; a fourth step of deriving an actual output measurement value for each branched laser beam based on the reflected light detection results and generating correction parameters for correcting the calculation algorithm, the correction parameters being related to the generation of a second branching pattern, a branching pattern that brings the actual output measurement value closer to the output target value; and a fifth step of correcting the calculation algorithm using the correction parameters, generating a second branching pattern based on the corrected calculation algorithm, and setting and displaying the generated second branching pattern on a spatial light modulator for the processing process.
本発明の他の態様に係るレーザ加工方法は、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した第1分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第1工程と、第1分岐パターンが表示された空間光変調器にレーザ光を出射し、第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光をパワーメータにより計測することにより、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出する第2工程と、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成し出力する第3工程と、を含む。 A laser processing method according to another aspect of the present invention includes a first step of generating a branching pattern for branching laser light into multiple beams based on a predetermined calculation algorithm, a first branching pattern corresponding to the output target value of each branched laser beam, and setting and displaying the generated first branching pattern on a spatial light modulator; a second step of emitting laser light to the spatial light modulator on which the first branching pattern is displayed and measuring the laser light branched into multiple beams by the first branching pattern with a power meter to derive actual measured output values of each branched laser beam; and a third step of generating and outputting correction parameters for correcting the calculation algorithm to generate the second branching pattern, which is a branching pattern that brings the actual measured output value closer to the output target value.
本発明の他の態様に係るレーザ加工方法では、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定された第1分岐パターンが空間光変調器に設定された状態においてレーザ光が出射され、第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光がパワーメータにより計測され、計測結果に基づいて分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工方法では、出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータが生成されて出力される。このような構成によれば、パワーメータにより実際に計測された出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成のための補正パラメータが生成される。このように、実際に計測した出力を目標値に近づけるように補正パラメータが生成されることにより、加工プロセス時において計算アルゴリズムが当該補正パラメータによって補正されて、第1分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第2分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本発明の一態様に係るレーザ加工方法によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。 In a laser processing method according to another aspect of the present invention, a first branching pattern set in accordance with the output target value of each branched laser beam is set in a spatial light modulator, and laser beams are emitted. The laser beams branched by the first branching pattern are measured with a power meter, and actual output values of each branched laser beam are derived based on the measurement results. In this laser processing method, correction parameters related to the generation of a second branching pattern that brings the actual output value closer to the output target value are generated and output. This configuration generates correction parameters for generating a second branching pattern that brings the actual output value actually measured by the power meter closer to the output target value. By generating correction parameters that bring the actually measured output closer to the target value, the calculation algorithm is corrected during the processing process using the correction parameters, and a second branching pattern is generated that brings the output of the branched beam closer to the output target value than the first branching parameter, thereby appropriately adjusting the output of the branched beam to the desired value. As described above, the laser processing method according to one aspect of the present invention can adjust the output of the branched beam to the desired value, improving processing quality.
上記他の態様に係るレーザ加工方法において、第2工程では、分岐後の各レーザ光の一部を遮光板で遮光しながらパワーメータによる出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、遮光板によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながらパワーメータによる出力計測を行ってもよい。このように、遮光板によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながら、それぞれパワーメータによって出力計測が行われることにより、分岐後の各レーザ光の出力を適切に導出することができる。 In the laser processing method according to the other aspect described above, the second step involves performing a light-shielding output measurement process in which a portion of each split laser beam is blocked by a light-shielding plate while measuring the output with a power meter. In this light-shielding output measurement process, the power meter may measure the output while changing the range of laser beams blocked by the light-shielding plate. In this way, by measuring the output with each power meter while changing the range of laser beams blocked by the light-shielding plate, the output of each split laser beam can be appropriately derived.
本発明によれば、分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させることができる。 According to the present invention, processing quality can be improved by adjusting the output of the branched light to a desired value.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Note that identical or equivalent parts in each drawing will be designated by the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.
まず、レーザ加工装置の基本的な構成について説明する。 First, we will explain the basic configuration of a laser processing device.
[レーザ加工装置の基本構成]
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、複数の移動機構5,6と、支持部7と、一対のレーザ加工ヘッド10A,10Bと、光源ユニット8と、制御部9と、を備えている。なお、以下ではレーザ加工ヘッドが一対である例を説明するが、レーザ加工ヘッドは1つのみであってもよい。以下、第1方向をX方向、第1方向に垂直な第2方向をY方向、第1方向及び第2方向に垂直な第3方向をZ方向という。本実施形態では、X方向及びY方向は水平方向であり、Z方向は鉛直方向である。
[Basic configuration of laser processing device]
1, the laser processing apparatus 1 includes a plurality of movement mechanisms 5 and 6, a support unit 7, a pair of laser processing heads 10A and 10B, a light source unit 8, and a control unit 9. While the following describes an example in which there is a pair of laser processing heads, there may be only one laser processing head. Hereinafter, the first direction will be referred to as the X direction, the second direction perpendicular to the first direction as the Y direction, and the third direction perpendicular to the first and second directions as the Z direction. In this embodiment, the X and Y directions are horizontal directions, and the Z direction is vertical.
移動機構5は、固定部51と、移動部53と、取付部55と、を有している。固定部51は、装置フレーム1aに取り付けられている。移動部53は、固定部51に設けられたレールに取り付けられており、Y方向に沿って移動することができる。取付部55は、移動部53に設けられたレールに取り付けられており、X方向に沿って移動することができる。 The movement mechanism 5 has a fixed part 51, a moving part 53, and an attachment part 55. The fixed part 51 is attached to the device frame 1a. The moving part 53 is attached to a rail provided on the fixed part 51 and can move along the Y direction. The attachment part 55 is attached to a rail provided on the moving part 53 and can move along the X direction.
移動機構6は、固定部61と、一対の移動部63,64と、一対の取付部65,66と、を有している。固定部61は、装置フレーム1aに取り付けられている。一対の移動部63,64のそれぞれは、固定部61に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Y方向に沿って移動することができる。取付部65は、移動部63に設けられたレールに取り付けられており、Z方向に沿って移動することができる。取付部66は、移動部64に設けられたレールに取り付けられており、Z方向に沿って移動することができる。つまり、装置フレーム1aに対しては、一対の取付部65,66のそれぞれが、Y方向及びZ方向のそれぞれに沿って移動することができる。 The movement mechanism 6 has a fixed part 61, a pair of moving parts 63 and 64, and a pair of mounting parts 65 and 66. The fixed part 61 is attached to the device frame 1a. Each of the pair of moving parts 63 and 64 is attached to a rail provided on the fixed part 61, and can move independently along the Y direction. The mounting part 65 is attached to a rail provided on the moving part 63, and can move along the Z direction. The mounting part 66 is attached to a rail provided on the moving part 64, and can move along the Z direction. In other words, each of the pair of mounting parts 65 and 66 can move along both the Y direction and the Z direction relative to the device frame 1a.
支持部7は、移動機構5の取付部55に設けられた回転軸に取り付けられており、Z方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。つまり、支持部7は、X方向及びY方向のそれぞれに沿って移動することができ、Z方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。支持部7は、対象物100を支持する。対象物100は、例えば、ウエハである。 The support unit 7 is attached to a rotation axis provided on the mounting unit 55 of the movement mechanism 5, and can rotate around an axis parallel to the Z direction. In other words, the support unit 7 can move along both the X and Y directions, and can rotate around an axis parallel to the Z direction. The support unit 7 supports the object 100. The object 100 is, for example, a wafer.
図1及び図2に示されるように、レーザ加工ヘッド10Aは、移動機構6の取付部65に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Aは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光L1を照射する。レーザ加工ヘッド10Bは、移動機構6の取付部66に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Bは、Z方向において支持部7と対向した状態で、支持部7に支持された対象物100にレーザ光L2を照射する。 As shown in Figures 1 and 2, the laser processing head 10A is attached to the mounting portion 65 of the moving mechanism 6. The laser processing head 10A faces the support portion 7 in the Z direction and irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with laser light L1. The laser processing head 10B is attached to the mounting portion 66 of the moving mechanism 6. The laser processing head 10B faces the support portion 7 in the Z direction and irradiates the object 100 supported by the support portion 7 with laser light L2.
光源ユニット8は、一対の光源81,82を有している。光源81は、レーザ光L1を出力する。レーザ光L1は、光源81の出射部81aから出射され、光ファイバ2によってレーザ加工ヘッド10Aに導光される。光源82は、レーザ光L2を出力する。レーザ光L2は、光源82の出射部82aから出射され、別の光ファイバ2によってレーザ加工ヘッド10Bに導光される。 The light source unit 8 has a pair of light sources 81, 82. The light source 81 outputs laser light L1. The laser light L1 is emitted from the emission portion 81a of the light source 81 and is guided to the laser processing head 10A by an optical fiber 2. The light source 82 outputs laser light L2. The laser light L2 is emitted from the emission portion 82a of the light source 82 and is guided to the laser processing head 10B by another optical fiber 2.
制御部9は、レーザ加工装置1の各部(支持部7、複数の移動機構5,6、一対のレーザ加工ヘッド10A,10B、及び光源ユニット8等)を制御する。制御部9は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部9では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア(プログラム)が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部9は、各種機能を実現する。 The control unit 9 controls each part of the laser processing device 1 (such as the support unit 7, the multiple movement mechanisms 5 and 6, the pair of laser processing heads 10A and 10B, and the light source unit 8). The control unit 9 is configured as a computer device including a processor, memory, storage, and communication devices. In the control unit 9, software (programs) loaded into memory, etc. are executed by the processor, and the processor controls the reading and writing of data in the memory and storage, as well as communication via the communication devices. In this way, the control unit 9 realizes various functions.
以上のように構成されたレーザ加工装置1による加工の一例について説明する。当該加工の一例は、ウエハである対象物100を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインに沿って対象物100の内部に改質領域を形成する例である。なお、レーザ加工装置1は、対象物100の一部分を剥離する剥離加工を行うものであってもよい。 An example of processing using the laser processing device 1 configured as described above will now be described. This example of processing involves forming modified regions inside the object 100, which is a wafer, along multiple lines set in a grid pattern in order to cut the object 100 into multiple chips. Note that the laser processing device 1 may also perform peeling processing, which peels off a portion of the object 100.
まず、対象物100を支持している支持部7がZ方向において一対のレーザ加工ヘッド10A,10Bと対向するように、移動機構5が、X方向及びY方向のそれぞれに沿って支持部7を移動させる。続いて、対象物100において一方向に延在する複数のラインがX方向に沿うように、移動機構5が、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部7を回転させる。 First, the movement mechanism 5 moves the support unit 7 supporting the object 100 in both the X and Y directions so that the support unit 7 faces the pair of laser processing heads 10A, 10B in the Z direction. Next, the movement mechanism 5 rotates the support unit 7 around an axis parallel to the Z direction so that multiple lines extending in one direction on the object 100 are aligned along the X direction.
続いて、一方向に延在する一のライン上にレーザ光L1の集光点(集光領域の一部)が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、一方向に延在する他のライン上にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。続いて、対象物100の内部にレーザ光L1の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、対象物100の内部にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。 Next, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Y direction so that the focal point (part of the focal area) of the laser light L1 is located on one line extending in one direction. Meanwhile, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Y direction so that the focal point of the laser light L2 is located on another line extending in one direction. Next, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Z direction so that the focal point of the laser light L1 is located inside the object 100. Meanwhile, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Z direction so that the focal point of the laser light L2 is located inside the object 100.
続いて、光源81がレーザ光L1を出力してレーザ加工ヘッド10Aが対象物100にレーザ光L1を照射すると共に、光源82がレーザ光L2を出力してレーザ加工ヘッド10Bが対象物100にレーザ光L2を照射する。それと同時に、一方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光L1の集光点が相対的に移動し且つ一方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光L2の集光点が相対的に移動するように、移動機構5が、X方向に沿って支持部7を移動させる。このようにして、レーザ加工装置1は、対象物100において一方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物100の内部に改質領域を形成する。 Next, the light source 81 outputs laser light L1 and the laser processing head 10A irradiates the object 100 with the laser light L1, while the light source 82 outputs laser light L2 and the laser processing head 10B irradiates the object 100 with the laser light L2. At the same time, the movement mechanism 5 moves the support part 7 along the X direction so that the focal point of the laser light L1 moves relatively along one line extending in one direction, and the focal point of the laser light L2 moves relatively along another line extending in the same direction. In this way, the laser processing device 1 forms modified regions inside the object 100 along each of multiple lines extending in one direction on the object 100.
続いて、対象物100において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインがX方向に沿うように、移動機構5が、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部7を回転させる。 Next, the movement mechanism 5 rotates the support part 7 around an axis parallel to the Z direction as its center line so that multiple lines extending in another direction perpendicular to the one direction on the object 100 are aligned along the X direction.
続いて、他方向に延在する一のライン上にレーザ光L1の集光点が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、他方向に延在する他のライン上にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Y方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。続いて、対象物100の内部にレーザ光L1の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。その一方で、対象物100の内部にレーザ光L2の集光点が位置するように、移動機構6が、Z方向に沿ってレーザ加工ヘッド10Bを移動させる。 Next, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Y direction so that the focal point of the laser light L1 is located on one line extending in the other direction. Meanwhile, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Y direction so that the focal point of the laser light L2 is located on another line extending in the other direction. Next, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10A along the Z direction so that the focal point of the laser light L1 is located inside the object 100. Meanwhile, the movement mechanism 6 moves the laser processing head 10B along the Z direction so that the focal point of the laser light L2 is located inside the object 100.
続いて、光源81がレーザ光L1を出力してレーザ加工ヘッド10Aが対象物100にレーザ光L1を照射すると共に、光源82がレーザ光L2を出力してレーザ加工ヘッド10Bが対象物100にレーザ光L2を照射する。それと同時に、他方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光L1の集光点が相対的に移動し且つ他方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光L2の集光点が相対的に移動するように、移動機構5が、X方向に沿って支持部7を移動させる。このようにして、レーザ加工装置1は、対象物100において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物100の内部に改質領域を形成する。 Next, the light source 81 outputs laser light L1 and the laser processing head 10A irradiates the object 100 with the laser light L1, while the light source 82 outputs laser light L2 and the laser processing head 10B irradiates the object 100 with the laser light L2. At the same time, the movement mechanism 5 moves the support part 7 along the X direction so that the focal point of the laser light L1 moves relatively along one line extending in the other direction, and the focal point of the laser light L2 moves relatively along another line extending in the other direction. In this way, the laser processing device 1 forms modified regions inside the object 100 along each of multiple lines extending in the other direction perpendicular to the one direction in the object 100.
なお、上述した加工の一例では、光源81は、例えばパルス発振方式によって、対象物100に対して透過性を有するレーザ光L1を出力し、光源82は、例えばパルス発振方式によって、対象物100に対して透過性を有するレーザ光L2を出力する。そのようなレーザ光が対象物100の内部に集光されると、レーザ光の集光点に対応する部分においてレーザ光が特に吸収され、対象物100の内部に改質領域が形成される。改質領域は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。 In the example of the processing described above, light source 81 outputs laser light L1 that is transparent to object 100, for example, by pulse oscillation, and light source 82 outputs laser light L2 that is transparent to object 100, for example, by pulse oscillation. When such laser light is focused inside object 100, the laser light is particularly absorbed in the area corresponding to the focal point of the laser light, forming a modified region inside object 100. The modified region is a region whose density, refractive index, mechanical strength, and other physical properties differ from the surrounding unmodified region. Examples of modified regions include melt-treated regions, crack regions, dielectric breakdown regions, and refractive index change regions.
パルス発振方式によって出力されたレーザ光が対象物100に照射され、対象物100に設定されたラインに沿ってレーザ光の集光点が相対的に移動させられると、複数の改質スポットがラインに沿って1列に並ぶように形成される。1つの改質スポットは、1パルスのレーザ光の照射によって形成される。1列の改質領域は、1列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物100に対するレーザ光の集光点の相対的な移動速度及びレーザ光の繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。設定されるラインの形状は、格子状に限定されず、環状、直線状、曲線状及びこれらの少なくとも何れかを組合せた形状であってもよい。 When laser light output using a pulse oscillation method is irradiated onto the object 100 and the focal point of the laser light is moved relatively along a line set on the object 100, multiple modified spots are formed in a row along the line. One modified spot is formed by irradiating one pulse of laser light. A row of modified regions is a collection of multiple modified spots lined up in a row. Adjacent modified spots may be connected to each other or separated from each other depending on the relative moving speed of the focal point of the laser light with respect to the object 100 and the repetition frequency of the laser light. The shape of the set line is not limited to a grid, but may be circular, linear, curved, or a combination of at least any of these.
[レーザ加工ヘッドの構成]
図3及び図4に示されるように、レーザ加工ヘッド10Aは、筐体11と、入射部12と、調整部13と、集光部14と、を備えている。
[Configuration of laser processing head]
As shown in FIGS. 3 and 4, the laser processing head 10A includes a housing 11, an incident section 12, an adjustment section 13, and a focusing section 14.
筐体11は、第1壁部21及び第2壁部22、第3壁部23及び第4壁部24、並びに、第5壁部25及び第6壁部26を有している。第1壁部21及び第2壁部22は、X方向において互いに対向している。第3壁部23及び第4壁部24は、Y方向において互いに対向している。第5壁部25及び第6壁部26は、Z方向において互いに対向している。 The housing 11 has a first wall portion 21 and a second wall portion 22, a third wall portion 23 and a fourth wall portion 24, and a fifth wall portion 25 and a sixth wall portion 26. The first wall portion 21 and the second wall portion 22 face each other in the X direction. The third wall portion 23 and the fourth wall portion 24 face each other in the Y direction. The fifth wall portion 25 and the sixth wall portion 26 face each other in the Z direction.
レーザ加工ヘッド10Aでは、第1壁部21は、移動機構6の固定部61とは反対側に位置しており、第2壁部22は、固定部61側に位置している。第3壁部23は、移動機構6の取付部65側に位置しており、第4壁部24は、取付部65とは反対側であってレーザ加工ヘッド10B側に位置している(図2参照)。第5壁部25は、支持部7とは反対側に位置しており、第6壁部26は、支持部7側に位置している。 In the laser processing head 10A, the first wall 21 is located on the opposite side from the fixed portion 61 of the moving mechanism 6, and the second wall 22 is located on the fixed portion 61 side. The third wall 23 is located on the mounting portion 65 side of the moving mechanism 6, and the fourth wall 24 is located on the opposite side from the mounting portion 65 and on the laser processing head 10B side (see Figure 2). The fifth wall 25 is located on the opposite side from the support portion 7, and the sixth wall 26 is located on the support portion 7 side.
筐体11は、第3壁部23が移動機構6の取付部65側に配置された状態で筐体11が取付部65に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部65は、ベースプレート65aと、取付プレート65bと、を有している。ベースプレート65aは、移動部63に設けられたレールに取り付けられている(図2参照)。取付プレート65bは、ベースプレート65aにおけるレーザ加工ヘッド10B側の端部に立設されている(図2参照)。筐体11は、第3壁部23が取付プレート65bに接触した状態で、台座27を介してボルト28が取付プレート65bに螺合されることで、取付部65に取り付けられている。台座27は、第1壁部21及び第2壁部22のそれぞれに設けられている。筐体11は、取付部65に対して着脱可能である。 The housing 11 is configured so that it can be attached to the mounting portion 65 of the movement mechanism 6 with the third wall portion 23 positioned on the mounting portion 65 side. Specifically, the mounting portion 65 has a base plate 65a and a mounting plate 65b. The base plate 65a is attached to a rail provided on the movement portion 63 (see Figure 2). The mounting plate 65b is erected at the end of the base plate 65a on the laser processing head 10B side (see Figure 2). The housing 11 is attached to the mounting portion 65 by threading the bolts 28 into the mounting plate 65b via the pedestals 27 with the third wall portion 23 in contact with the mounting plate 65b. The pedestals 27 are provided on both the first wall portion 21 and the second wall portion 22. The housing 11 is detachable from the mounting portion 65.
入射部12は、第5壁部25に取り付けられている。入射部12は、筐体11内にレーザ光L1を入射させる。入射部12は、X方向においては第2壁部22側(一方の壁部側)に片寄っており、Y方向においては第4壁部24側に片寄っている。 The incident portion 12 is attached to the fifth wall portion 25. The incident portion 12 allows the laser light L1 to enter the housing 11. The incident portion 12 is biased toward the second wall portion 22 (one of the walls) in the X direction, and toward the fourth wall portion 24 in the Y direction.
入射部12は、光ファイバ2の接続端部2aが接続可能となるように構成されている。光ファイバ2の接続端部2aには、ファイバの出射端から出射されたレーザ光L1をコリメートするコリメータレンズが設けられており、戻り光を抑制するアイソレータが設けられていない。当該アイソレータは、接続端部2aよりも光源81側であるファイバの途中に設けられている。これにより、接続端部2aの小型化、延いては、入射部12の小型化が図られている。なお、光ファイバ2の接続端部2aにアイソレータが設けられていてもよい。 The incident section 12 is configured to allow connection to the connection end 2a of the optical fiber 2. The connection end 2a of the optical fiber 2 is provided with a collimator lens that collimates the laser light L1 emitted from the output end of the fiber, and does not have an isolator to suppress return light. The isolator is provided midway along the fiber, closer to the light source 81 than the connection end 2a. This allows for the miniaturization of the connection end 2a and, ultimately, the incident section 12. Note that an isolator may also be provided at the connection end 2a of the optical fiber 2.
調整部13は、筐体11内に配置されている。調整部13は、入射部12から入射したレーザ光L1を調整する。調整部13が有する各構成は、筐体11内に設けられた光学ベース29に取り付けられている。光学ベース29は、筐体11内の領域を第3壁部23側の領域と第4壁部24側の領域とに仕切るように、筐体11に取り付けられている。光学ベース29は、筐体11と一体となっている。調整部13が有する各構成は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。調整部13が有する各構成の詳細については後述する。 The adjustment unit 13 is disposed within the housing 11. The adjustment unit 13 adjusts the laser light L1 incident from the incident unit 12. Each component of the adjustment unit 13 is attached to an optical base 29 provided within the housing 11. The optical base 29 is attached to the housing 11 so as to divide the area within the housing 11 into an area on the third wall 23 side and an area on the fourth wall 24 side. The optical base 29 is integrated with the housing 11. Each component of the adjustment unit 13 is attached to the optical base 29 on the fourth wall 24 side. Details of each component of the adjustment unit 13 will be described later.
集光部14は、第6壁部26に配置されている。具体的には、集光部14は、第6壁部26に形成された孔26aに挿通された状態で(図5参照)、第6壁部26に配置されている。集光部14は、調整部13によって調整されたレーザ光L1を集光しつつ筐体11外に出射させる。集光部14は、X方向においては第2壁部22側(一方の壁部側)に片寄っており、Y方向においては第4壁部24側に片寄っている。 The focusing unit 14 is disposed on the sixth wall 26. Specifically, the focusing unit 14 is disposed on the sixth wall 26, inserted through a hole 26a formed in the sixth wall 26 (see Figure 5). The focusing unit 14 focuses the laser light L1 adjusted by the adjustment unit 13 and emits it outside the housing 11. The focusing unit 14 is biased toward the second wall 22 (one of the walls) in the X direction, and toward the fourth wall 24 in the Y direction.
図5に示されるように、調整部13は、アッテネータ31と、ビームエキスパンダ32と、ミラー33と、を有している。入射部12、並びに、調整部13のアッテネータ31、ビームエキスパンダ32及びミラー33は、Z方向に沿って延在する直線(第1直線)A1上に配置されている。アッテネータ31及びビームエキスパンダ32は、直線A1上において、入射部12とミラー33との間に配置されている。アッテネータ31は、入射部12から入射したレーザ光L1の出力を調整する。ビームエキスパンダ32は、アッテネータ31で出力が調整されたレーザ光L1の径を拡大する。ミラー33は、ビームエキスパンダ32で径が拡大されたレーザ光L1を反射する。 As shown in FIG. 5, the adjustment unit 13 has an attenuator 31, a beam expander 32, and a mirror 33. The incident unit 12 and the attenuator 31, beam expander 32, and mirror 33 of the adjustment unit 13 are arranged on a straight line (first line) A1 extending along the Z direction. The attenuator 31 and beam expander 32 are arranged on the straight line A1 between the incident unit 12 and the mirror 33. The attenuator 31 adjusts the output of the laser light L1 incident from the incident unit 12. The beam expander 32 expands the diameter of the laser light L1 whose output has been adjusted by the attenuator 31. The mirror 33 reflects the laser light L1 whose diameter has been expanded by the beam expander 32.
調整部13は、反射型空間光変調器34と、結像光学系35と、を更に有している。調整部13の反射型空間光変調器34及び結像光学系35、並びに、集光部14は、Z方向に沿って延在する直線(第2直線)A2上に配置されている。反射型空間光変調器34は、例えば、反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)である。反射型空間光変調器34は、ミラー33で反射されたレーザ光L1を変調する。反射型空間光変調器34は、表示された変調パターンに応じて、レーザ光L1を変調する。反射型空間光変調器34には、少なくともレーザ光L1を複数に分岐するための分岐パターンが設定・表示される。これにより、反射型空間光変調器34に入射したレーザ光L1は、反射型空間光変調器34において複数のレーザ光に分岐される(図6参照。詳細は後述)。結像光学系35は、反射型空間光変調器34の反射面34aと集光部14の入射瞳面14aとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。結像光学系35は、3つ以上のレンズによって構成されている。 The adjustment unit 13 further includes a reflective spatial light modulator 34 and an imaging optical system 35. The reflective spatial light modulator 34 and imaging optical system 35 of the adjustment unit 13, as well as the focusing unit 14, are arranged on a straight line (second straight line) A2 extending along the Z direction. The reflective spatial light modulator 34 is, for example, a reflective liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon) spatial light modulator (SLM). The reflective spatial light modulator 34 modulates the laser light L1 reflected by the mirror 33. The reflective spatial light modulator 34 modulates the laser light L1 according to a displayed modulation pattern. At least a branching pattern for branching the laser light L1 into multiple beams is set and displayed on the reflective spatial light modulator 34. As a result, the laser light L1 incident on the reflective spatial light modulator 34 is branched into multiple laser beams in the reflective spatial light modulator 34 (see Figure 6; details will be described later). The imaging optical system 35 constitutes a double-telecentric optical system in which the reflecting surface 34a of the reflective spatial light modulator 34 and the entrance pupil plane 14a of the light-collecting unit 14 are in an imaging relationship. The imaging optical system 35 is composed of three or more lenses.
直線A1及び直線A2は、Y方向に垂直な平面上に位置している。直線A1は、直線A2に対して第2壁部22側(一方の壁部側)に位置している。レーザ加工ヘッド10Aでは、レーザ光L1は、入射部12から筐体11内に入射して直線A1上を進行し、ミラー33及び反射型空間光変調器34で順次に反射された後、直線A2上を進行して集光部14から筐体11外に出射する。なお、アッテネータ31及びビームエキスパンダ32の配列の順序は、逆であってもよい。また、アッテネータ31は、ミラー33と反射型空間光変調器34との間に配置されていてもよい。また、調整部13は、他の光学部品(例えば、ビームエキスパンダ32の前に配置されるステアリングミラー等)を有していてもよい。 Lines A1 and A2 are located on a plane perpendicular to the Y direction. Line A1 is located on the second wall 22 side (one of the walls) relative to line A2. In the laser processing head 10A, laser light L1 enters the housing 11 from the incident section 12, travels along line A1, is reflected sequentially by the mirror 33 and the reflective spatial light modulator 34, travels along line A2, and is emitted from the focusing section 14 to the outside of the housing 11. The arrangement order of the attenuator 31 and beam expander 32 may be reversed. The attenuator 31 may also be disposed between the mirror 33 and the reflective spatial light modulator 34. The adjustment section 13 may also include other optical components (for example, a steering mirror disposed in front of the beam expander 32).
レーザ加工ヘッド10Aは、ダイクロイックミラー15と、測定部16と、検出部17と、駆動部18と、回路部19と、を更に備えている。 The laser processing head 10A further includes a dichroic mirror 15, a measurement unit 16, a detection unit 17, a drive unit 18, and a circuit unit 19.
ダイクロイックミラー15は、直線A2上において、結像光学系35と集光部14との間に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー15は、筐体11内において、調整部13と集光部14との間に配置されている。ダイクロイックミラー15は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。ダイクロイックミラー15は、レーザ光L1を透過させる。ダイクロイックミラー15は、非点収差を抑制する観点では、例えば、キューブ型、又は、ねじれの関係を有するように配置された2枚のプレート型が好ましい。 The dichroic mirror 15 is disposed on the straight line A2 between the imaging optical system 35 and the focusing unit 14. That is, the dichroic mirror 15 is disposed within the housing 11 between the adjustment unit 13 and the focusing unit 14. The dichroic mirror 15 is attached to the optical base 29 on the side of the fourth wall 24. The dichroic mirror 15 transmits the laser light L1. From the perspective of suppressing astigmatism, the dichroic mirror 15 is preferably, for example, a cube type or a type consisting of two plates arranged in a twisted relationship.
測定部16は、筐体11内において、調整部13に対して第1壁部21側(一方の壁部側とは反対側)に配置されている。測定部16は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。測定部16は、対象物100の表面(例えば、レーザ光L1が入射する側の表面)と集光部14との距離を測定するための測定光L10を出力し、集光部14を介して、対象物100の表面で反射された測定光L10を検出する。つまり、測定部16から出力された測定光L10は、集光部14を介して対象物100の表面に照射され、対象物100の表面で反射された測定光L10は、集光部14を介して測定部16で検出される。 The measurement unit 16 is disposed within the housing 11 on the first wall 21 side (opposite the one wall side) of the adjustment unit 13. The measurement unit 16 is attached to the optical base 29 on the fourth wall 24 side. The measurement unit 16 outputs measurement light L10 for measuring the distance between the surface of the object 100 (e.g., the surface on which the laser light L1 is incident) and the focusing unit 14, and detects the measurement light L10 reflected from the surface of the object 100 via the focusing unit 14. In other words, the measurement light L10 output from the measurement unit 16 is irradiated onto the surface of the object 100 via the focusing unit 14, and the measurement light L10 reflected from the surface of the object 100 is detected by the measurement unit 16 via the focusing unit 14.
より具体的には、測定部16から出力された測定光L10は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられたビームスプリッタ20及びダイクロイックミラー15で順次に反射され、集光部14から筐体11外に出射する。対象物100の表面で反射された測定光L10は、集光部14から筐体11内に入射してダイクロイックミラー15及びビームスプリッタ20で順次に反射され、測定部16に入射し、測定部16で検出される。 More specifically, the measurement light L10 output from the measurement unit 16 is reflected sequentially by the beam splitter 20 and dichroic mirror 15 attached to the optical base 29 on the fourth wall 24 side, and is emitted from the focusing unit 14 to the outside of the housing 11. The measurement light L10 reflected from the surface of the object 100 enters the housing 11 from the focusing unit 14, is reflected sequentially by the dichroic mirror 15 and beam splitter 20, enters the measurement unit 16, and is detected by the measurement unit 16.
検出部17は、筐体11内において、調整部13に対して第1壁部21側(一方の壁部側とは反対側)に配置されている。検出部17は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。検出部17は、対象物100の表面(例えば、レーザ光L1が入射する側の表面)を観察するための観察光L20を出力し、集光部14を介して、対象物100の表面で反射された観察光L20を検出する。つまり、検出部17から出力された観察光L20は、集光部14を介して対象物100の表面に照射され、対象物100の表面で反射された観察光L20は、集光部14を介して検出部17で検出される。検出部17は、例えば、反射された観察光L20を検出(撮像)するカメラである。 The detection unit 17 is disposed within the housing 11 on the first wall 21 side (opposite the one wall side) of the adjustment unit 13. The detection unit 17 is attached to the optical base 29 on the fourth wall 24 side. The detection unit 17 outputs observation light L20 for observing the surface of the object 100 (e.g., the surface on which the laser light L1 is incident) and detects the observation light L20 reflected from the surface of the object 100 via the condenser 14. In other words, the observation light L20 output from the detection unit 17 is irradiated onto the surface of the object 100 via the condenser 14, and the observation light L20 reflected from the surface of the object 100 is detected by the detection unit 17 via the condenser 14. The detection unit 17 is, for example, a camera that detects (images) the reflected observation light L20.
より具体的には、検出部17から出力された観察光L20は、ビームスプリッタ20を透過してダイクロイックミラー15で反射され、集光部14から筐体11外に出射する。対象物100の表面で反射された観察光L20は、集光部14から筐体11内に入射してダイクロイックミラー15で反射され、ビームスプリッタ20を透過して検出部17に入射し、検出部17で検出される。なお、レーザ光L1、測定光L10及び観察光L20のそれぞれの波長は、互いに異なっている(少なくともそれぞれの中心波長が互いにずれている)。 More specifically, the observation light L20 output from the detection unit 17 passes through the beam splitter 20, is reflected by the dichroic mirror 15, and exits the housing 11 from the condenser 14. The observation light L20 reflected from the surface of the object 100 enters the housing 11 from the condenser 14, is reflected by the dichroic mirror 15, passes through the beam splitter 20, and enters the detection unit 17, where it is detected. Note that the wavelengths of the laser light L1, measurement light L10, and observation light L20 are different from one another (at least their respective center wavelengths are shifted from one another).
また、検出部17は、対象物100の表面で反射されたレーザ光L1の一部を検出する(詳細は後述)。対象物100の表面で反射されたレーザ光L1の一部とは、対象物100の表面で反射されたレーザ光L1のうち、ダイクロイックミラー15において検出部17方向に少量だけ反射されたレーザ光L1である。 The detection unit 17 also detects a portion of the laser light L1 reflected by the surface of the object 100 (details will be described later). The portion of the laser light L1 reflected by the surface of the object 100 is the laser light L1 that is reflected by the dichroic mirror 15 in the direction of the detection unit 17, in a small amount.
駆動部18は、第4壁部24側において光学ベース29に取り付けられている。駆動部18は、例えば圧電素子の駆動力によって、第6壁部26に配置された集光部14をZ方向に沿って移動させる。 The drive unit 18 is attached to the optical base 29 on the fourth wall portion 24 side. The drive unit 18 moves the light collecting unit 14 arranged on the sixth wall portion 26 along the Z direction, for example, by using the driving force of a piezoelectric element.
回路部19は、筐体11内において、光学ベース29に対して第3壁部23側に配置されている。つまり、回路部19は、筐体11内において、調整部13、測定部16及び検出部17に対して第3壁部23側に配置されている。回路部19は、例えば、複数の回路基板である。回路部19は、測定部16から出力された信号、及び反射型空間光変調器34に入力する信号を処理する。回路部19は、測定部16から出力された信号に基づいて駆動部18を制御する。一例として、回路部19は、測定部16から出力された信号に基づいて、対象物100の表面と集光部14との距離が一定に維持されるように(すなわち、対象物100の表面とレーザ光L1の集光点との距離が一定に維持されるように)、駆動部18を制御する。なお、筐体11には、回路部19を制御部9(図1参照)等に電気的に接続するための配線が接続されるコネクタ(図示省略)が設けられている。 The circuit unit 19 is disposed within the housing 11 on the third wall 23 side relative to the optical base 29. That is, the circuit unit 19 is disposed within the housing 11 on the third wall 23 side relative to the adjustment unit 13, measurement unit 16, and detection unit 17. The circuit unit 19 is, for example, a plurality of circuit boards. The circuit unit 19 processes signals output from the measurement unit 16 and signals input to the reflective spatial light modulator 34. The circuit unit 19 controls the driver 18 based on the signals output from the measurement unit 16. As an example, the circuit unit 19 controls the driver 18 based on the signals output from the measurement unit 16 so that the distance between the surface of the object 100 and the focusing unit 14 is maintained constant (i.e., so that the distance between the surface of the object 100 and the focusing point of the laser light L1 is maintained constant). The housing 11 is provided with a connector (not shown) to which wiring is connected for electrically connecting the circuit unit 19 to the control unit 9 (see FIG. 1) and the like.
レーザ加工ヘッド10Bは、レーザ加工ヘッド10Aと同様に、筐体11と、入射部12と、調整部13と、集光部14と、ダイクロイックミラー15と、測定部16と、検出部17と、駆動部18と、回路部19と、を備えている。ただし、レーザ加工ヘッド10Bの各構成は、図2に示されるように、一対の取付部65,66間の中点を通り且つY方向に垂直な仮想平面に関して、レーザ加工ヘッド10Aの各構成と面対称の関係を有するように、配置されている。 Like laser processing head 10A, laser processing head 10B includes a housing 11, an incident section 12, an adjustment section 13, a focusing section 14, a dichroic mirror 15, a measurement section 16, a detection section 17, a drive section 18, and a circuit section 19. However, as shown in Figure 2, each component of laser processing head 10B is arranged in a plane-symmetrical relationship with each component of laser processing head 10A with respect to an imaginary plane that passes through the midpoint between the pair of mounting sections 65, 66 and is perpendicular to the Y direction.
例えば、レーザ加工ヘッド10Aの筐体(第1筐体)11は、第4壁部24が第3壁部23に対してレーザ加工ヘッド10B側に位置し且つ第6壁部26が第5壁部25に対して支持部7側に位置するように、取付部65に取り付けられている。これに対し、レーザ加工ヘッド10Bの筐体(第2筐体)11は、第4壁部24が第3壁部23に対してレーザ加工ヘッド10A側に位置し且つ第6壁部26が第5壁部25に対して支持部7側に位置するように、取付部66に取り付けられている。 For example, the housing (first housing) 11 of the laser processing head 10A is attached to the mounting portion 65 so that the fourth wall portion 24 is located on the laser processing head 10B side relative to the third wall portion 23 and the sixth wall portion 26 is located on the support portion 7 side relative to the fifth wall portion 25. In contrast, the housing (second housing) 11 of the laser processing head 10B is attached to the mounting portion 66 so that the fourth wall portion 24 is located on the laser processing head 10A side relative to the third wall portion 23 and the sixth wall portion 26 is located on the support portion 7 side relative to the fifth wall portion 25.
レーザ加工ヘッド10Bの筐体11は、第3壁部23が取付部66側に配置された状態で筐体11が取付部66に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部66は、ベースプレート66aと、取付プレート66bと、を有している。ベースプレート66aは、移動部63に設けられたレールに取り付けられている。取付プレート66bは、ベースプレート66aにおけるレーザ加工ヘッド10A側の端部に立設されている。レーザ加工ヘッド10Bの筐体11は、第3壁部23が取付プレート66bに接触した状態で、取付部66に取り付けられている。レーザ加工ヘッド10Bの筐体11は、取付部66に対して着脱可能である。 The housing 11 of the laser processing head 10B is configured so that the housing 11 is attached to the mounting portion 66 with the third wall portion 23 positioned on the mounting portion 66 side. Specifically, the mounting portion 66 has a base plate 66a and a mounting plate 66b. The base plate 66a is attached to a rail provided on the moving portion 63. The mounting plate 66b is erected at the end of the base plate 66a facing the laser processing head 10A. The housing 11 of the laser processing head 10B is attached to the mounting portion 66 with the third wall portion 23 in contact with the mounting plate 66b. The housing 11 of the laser processing head 10B is detachable from the mounting portion 66.
[レーザ光の分岐]
以下では、図6~図8を参照して、対象物100の切断及び剥離等を目的として行うレーザ光の分岐について説明する。上述したように、レーザ光L1は、反射型空間光変調器34に設定・表示される分岐パターンに応じて分岐される。
[Branching of laser light]
6 to 8, the branching of the laser beam for the purpose of cutting, peeling, etc. of the object 100 will be described below. As described above, the laser beam L1 is branched according to the branching pattern set and displayed on the reflective spatial light modulator 34.
図6は、レーザ光L1を4つに分岐する場合の複数の改質スポットSAを説明する図である。図6に示される例では、加工進行方向C1と直交する直交方向に対して傾斜する傾斜方向C2に沿って一列に並ぶ複数(4つ)の改質スポットSAが対象物100に形成されるように、レーザ光L1が分岐されている。レーザ光L1の分岐は、反射型空間光変調器34(図5参照)に設定・表示される分岐パターン(変調パターン)により実現される。 Figure 6 is a diagram illustrating multiple modified spots SA when laser light L1 is split into four. In the example shown in Figure 6, the laser light L1 is split so that multiple (four) modified spots SA are formed on the target object 100, aligned in a tilt direction C2 that is tilted relative to the orthogonal direction perpendicular to the processing direction C1. The splitting of the laser light L1 is achieved by a splitting pattern (modulation pattern) set and displayed on the reflective spatial light modulator 34 (see Figure 5).
図示される例では、レーザ光L1が4分岐され、4つの改質スポットSAが形成される。分岐された4つの改質スポットSAのうち隣接する一対の改質スポットSAについて、加工進行方向C1における間隔が分岐ピッチBPxであり、加工進行方向C1の直交方向における間隔が分岐ピッチBPyである。連続する2パルスのレーザ光L1の照射で形成される一対の改質スポットSAについて、加工進行方向C1における間隔がパルスピッチPPである。加工進行方向C1と傾斜方向C2と間の角度が分岐角度αである。 In the example shown, the laser light L1 is branched into four, forming four modified spots SA. For adjacent pairs of the four branched modified spots SA, the spacing in the processing progress direction C1 is the branch pitch BPx, and the spacing in the direction perpendicular to the processing progress direction C1 is the branch pitch BPy. For a pair of modified spots SA formed by irradiating two consecutive pulses of laser light L1, the spacing in the processing progress direction C1 is the pulse pitch PP. The angle between the processing progress direction C1 and the tilt direction C2 is the branch angle α.
図7は、図6に示されるようなレーザ光L1の分岐を実現するためのGUI111の設定画面である。GUI111は、ユーザからの入力を受け付ける入力部として機能する。図7に示されるGUI111の設定画面は、加工条件を選択する加工条件選択ボタン211と、レーザ光L1の分岐数を入力又は選択する分岐数欄212と、1本の加工用ラインに沿ったレーザ加工の後に次の加工用ラインまでの移動する距離であるインデックスを入力するインデックス欄213と、分岐数及びインデックスの入力又は表示を行うイメージ図214と、Z方向における改質スポットSAの位置を入力する加工Zハイト欄215と、加工速度を入力する加工速度欄216と、加工条件の切替方法を選択する条件切替方法ボタン217と、を含む。 Figure 7 is a setting screen of the GUI 111 for achieving the branching of the laser beam L1 as shown in Figure 6. The GUI 111 functions as an input unit that accepts input from the user. The setting screen of the GUI 111 shown in Figure 7 includes a processing condition selection button 211 for selecting processing conditions, a branch number field 212 for inputting or selecting the number of branches of the laser beam L1, an index field 213 for inputting an index that is the distance traveled to the next processing line after laser processing along one processing line, an image diagram 214 for inputting or displaying the number of branches and the index, a processing Z height field 215 for inputting the position of the modified spot SA in the Z direction, a processing speed field 216 for inputting the processing speed, and a condition switching method button 217 for selecting the processing condition switching method.
加工条件選択ボタン211では、具体的な加工条件を複数の選択肢の中から選択できる。インデックス欄213によれば、分岐数が1の場合には、その入力値分だけ自動でインデックス方向にレーザ加工ヘッド10Aを移動させる。分岐数を1よりも大きくした場合には、以下の計算式に基づくインデックスだけ、インデックス方向にレーザ加工ヘッド10Aを自動で移動させる。
インデックス=(分岐数)×インデックス入力値
The machining condition selection button 211 allows the user to select specific machining conditions from a number of options. According to the index field 213, if the number of branches is 1, the laser machining head 10A is automatically moved in the index direction by the input value. If the number of branches is greater than 1, the laser machining head 10A is automatically moved in the index direction by an index based on the following formula:
Index = (number of branches) x index input value
イメージ図214は、インデックス入力値の表示部214aと、各改質スポットSAの出力を入力する出力入力欄214bと、を含む。 The image diagram 214 includes an index input value display section 214a and an output input column 214b for inputting the output of each modified spot SA.
図8は、GUI111の設定画面の管理者モードの例を示す図である。図8に示される設定画面は、レーザ光L1の分岐方向を選択する分岐方向選択ボタン221と、レーザ光L1の分岐数を入力又は選択する分岐数欄222と、分岐ピッチBPxを入力する分岐ピッチ入力欄223と、分岐ピッチBPxの列数を入力する分岐ピッチ列数入力欄224と、分岐ピッチBPyを入力する分岐ピッチ入力欄225と、インデックスを入力するインデックス欄226と、分岐数に基づく光軸イメージ図227と、レーザ光L1のスキャン方向が一方向(往路)か他方向(復路)かを選択する往路復路選択ボタン228と、各種の数値のバランスを自動で調整するバランス調整開始ボタン229と、を含む。 Figure 8 shows an example of the administrator mode of the settings screen of GUI 111. The settings screen shown in Figure 8 includes a branch direction selection button 221 for selecting the branch direction of laser light L1, a branch number field 222 for inputting or selecting the number of branches of laser light L1, a branch pitch input field 223 for inputting the branch pitch BPx, a branch pitch row number input field 224 for inputting the number of rows of branch pitch BPx, a branch pitch input field 225 for inputting the branch pitch BPy, an index field 226 for inputting an index, an optical axis image 227 based on the number of branches, an outward/inward path selection button 228 for selecting whether the scanning direction of laser light L1 is one direction (outward path) or the other direction (inward path), and a balance adjustment start button 229 for automatically adjusting the balance of various numerical values.
[分岐パターン補正処理]
本実施形態に係るレーザ加工装置1では、対象物100に改質領域を形成する加工処理(加工プロセス)を行う前段階において、所定の計算式(計算アルゴリズム)に基づいて、分岐後の各レーザ光の出力比(出力目標値)に応じた第1分岐パターンが生成され、該第1分岐パターンが反射型空間光変調器34に表示された状態において対象物100にレーザ光が出射され、第1分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出され、検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出されて、当該出力実測値を所望の出力比(出力目標値)に近づける第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータ(補正パラメータ)が生成される。そして、加工処理時においては、本レーザ加工装置1では、上記バランスパラメータにより計算式が補正され、補正された計算式に基づいて第2分岐パターンが生成され、該第2分岐パターンが加工処理用に反射型空間光変調器34に設定され表示される。
[Branch pattern correction process]
In the laser processing apparatus 1 according to this embodiment, prior to the processing (process) for forming a modified region on the target object 100, a first branching pattern corresponding to the output ratio (output target value) of each branched laser beam is generated based on a predetermined calculation formula (calculation algorithm), laser light is emitted to the target object 100 with the first branching pattern displayed on the reflective spatial light modulator 34, reflected light of each branched laser beam by the first branching pattern is detected, actual output values of each branched laser beam are derived based on the detection results, and balance parameters (correction parameters) related to the generation of a second branching pattern that brings the actual output values closer to the desired output ratio (output target value) are generated. Then, during the processing, the calculation formula is corrected by the balance parameters, a second branching pattern is generated based on the corrected calculation formula, and the second branching pattern is set and displayed on the reflective spatial light modulator 34 for the processing.
このように、本実施形態に係るレーザ加工装置1では、所定の計算式に基づいて生成される第1分岐パターンがそのまま加工処理時に用いられるのではなく、加工処理前に、第1分岐パターンを用いた場合の分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出されて、想定していた出力比と出力実測値との誤差を小さくする第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータが生成され、加工処理時には、当該バランスパラメータによって計算式が補正されて、補正後の計算式から生成される第2分岐パターンが用いられる。これにより、分岐光の出力を所望の値(出力比)に適切に調整し、加工品質を向上させることができる。 In this way, with the laser processing device 1 according to this embodiment, the first branching pattern generated based on a predetermined formula is not used as is during processing. Instead, before processing, the actual measured output values of each laser beam after branching when using the first branching pattern are derived, and balance parameters related to generating a second branching pattern that reduces the error between the expected output ratio and the actual measured output values are generated. During processing, the formula is corrected using the balance parameters, and the second branching pattern generated from the corrected formula is used. This allows the output of the branched beam to be appropriately adjusted to the desired value (output ratio), improving processing quality.
補正前における上述した誤差(想定していた出力比と出力実測値との誤差)は、例えば、空間光変調器自体の光学特性やレンズにおける各分岐光の透過領域が互いに異なる等の光学特性、あるいは、光学素子の個体差等の影響により生じるものである。 The above-mentioned error before correction (the difference between the expected output ratio and the actual measured output value) is caused by, for example, the optical characteristics of the spatial light modulator itself, the optical characteristics of the lens, such as the different transmission areas of each branched light, or individual differences in the optical elements.
図9は、2点分岐時の各出力比率における設計値(理想的な出力比)からの実測値の誤差を示す表である。図9の左図には、バランスパラメータによる補正が実施されずに上述した第1分岐パターンが用いられた場合の、誤差が示されている。図9の左図に示されるように、バランスパラメータによる補正が実施されなかった場合には、例えば、2点分岐における出力比の設計値が20:80である場合に実測値が9:91(誤差11%)、設計値が30:70である場合に実測値が21:79(誤差9%)、設計値が40:60である場合に実測値が35:65(誤差5%)、設計値が50:50である場合に実測値が51:49(誤差1%)、設計値が60:40である場合に実測値が65:35(誤差5%)と、特に分岐された2点の出力の差異が大きい場合に、誤差が大きくなっている。 Figure 9 is a table showing the error of the actual measured value from the design value (ideal output ratio) for each output ratio when branching at two points. The left diagram in Figure 9 shows the error when the first branching pattern described above is used without balance parameter correction. As shown in the left diagram in Figure 9, when balance parameter correction is not performed, the error is particularly large when the difference in output between the two branched points is large. For example, when the design output ratio for the two-point branching is 20:80, the actual measured value is 9:91 (error 11%); when the design value is 30:70, the actual measured value is 21:79 (error 9%); when the design value is 40:60, the actual measured value is 35:65 (error 5%); when the design value is 50:50, the actual measured value is 51:49 (error 1%); and when the design value is 60:40, the actual measured value is 65:35 (error 5%).
レーザ加工装置1は、図9の左図に示されるような誤差の情報に基づいて、出力実測値を設計値(理想的な出力比)に近づけるバランスパラメータを生成する。当該バランスパラメータは、分岐パターンを生成する計算式を補正するものであり、補正後の計算式による第2分岐パターン(出力実測値を設計値に近づける分岐パターン)の生成を可能にするものである。図9の右図には、バランスパラメータによる補正が実施されて生成された第2分岐パターンが用いられた場合の、誤差が示されている。図9の右図に示される例では、バランスパラメータが適用される、すなわちバランスパラメータにより計算式が補正されることにより生成された第2分岐パラメータが用いられることによって、各出力比率における誤差が小さくなっており、最大誤差が3%にまで小さくなっている。なお、図9は、第1分岐パターンが縦分岐無しの条件とされると共に、第2分岐パターンを適用した加工処理においても縦分岐無しの条件とされた場合の誤差を示している。 Based on error information such as that shown in the left diagram of Figure 9, the laser processing device 1 generates balance parameters that bring the actual output value closer to the design value (ideal output ratio). The balance parameters correct the calculation formula that generates the branch pattern, enabling the generation of a second branch pattern (a branch pattern that brings the actual output value closer to the design value) using the corrected calculation formula. The right diagram of Figure 9 shows the error when the second branch pattern generated after correction using the balance parameters is used. In the example shown in the right diagram of Figure 9, the application of the balance parameters, i.e., the use of the second branch parameters generated by correcting the calculation formula using the balance parameters, reduces the error at each output ratio, with the maximum error being reduced to 3%. Note that Figure 9 also shows the error when the first branch pattern is set to a condition without vertical branching and when the processing using the second branch pattern is also set to a condition without vertical branching.
バランスパラメータを生成し適用した場合の効果は、2点分岐に限られず、その他の分岐数でも同様である。図10は、3点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。図11は、4点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。図10の左図に示されるように、バランスパラメータによる補正が実施されなかった場合には、3点分岐時における各出力比の最大誤差が8%となっているが、図10の右図に示されるように、バランスパラメータが適用されることにより、3点分岐時における各出力比の最大誤差が3%にまで小さくなっている。また、図11の左図に示されるように、バランスパラメータによる補正が実施されなかった場合には、4点分岐時における各出力比の最大誤差が9%となっているが、図11の右図に示されるように、バランスパラメータが適用されることにより、4点分岐時における各出力比の最大誤差が3%にまで小さくなっている。 The effect of generating and applying balance parameters is not limited to two-point branching, but is similar for other numbers of branches. Figure 10 is a table showing the error of the actual measured value from the design value for each output ratio when there are three branching points. Figure 11 is a table showing the error of the actual measured value from the design value for each output ratio when there are four branching points. As shown in the left diagram of Figure 10, when no correction using balance parameters is performed, the maximum error for each output ratio when there are three branching points is 8%. However, as shown in the right diagram of Figure 10, by applying balance parameters, the maximum error for each output ratio when there are three branching points is reduced to 3%. Furthermore, as shown in the left diagram of Figure 11, when no correction using balance parameters is performed, the maximum error for each output ratio when there are four branching points is 9%. However, as shown in the right diagram of Figure 11, by applying balance parameters, the maximum error for each output ratio when there are four branching points is reduced to 3%.
レーザ加工装置1は、対象物100の厚さ方向であるZ方向(鉛直方向)における異なる位置にレーザ光を分岐する縦分岐を行う第1分岐パターンを生成してもよい。図12は、縦分岐の態様を説明する図である。図12(a)は、縦分岐無しの3点分岐時の各レーザ光を示しており、図12(b)は、縦分岐有りの3点分岐時の各レーザ光を示している。図12(a)及び図12(b)において、横軸は加工進行方向であり、縦軸はZ方向(鉛直方向)である。図12(a)に示されるように、縦分岐無しの状態においては、Z方向における同じ高さに、分岐後の各レーザ光が照射されている。一方で、図12(b)に示されるように、縦分岐有りの状態においては、Z方向において互いに異なる高さに、分岐後の各レーザ光が照射されている。なお、図12(a)における「縦分岐 VD0」とは縦分岐無しであることを意味しており、図12(b)における「縦分岐 VD16」とは、縦分岐有りであってZ方向における分岐ピッチが16μであることを意味している。 The laser processing apparatus 1 may generate a first branching pattern that performs vertical branching, branching the laser light to different positions in the Z direction (vertical direction), which is the thickness direction of the object 100. Figure 12 is a diagram illustrating the vertical branching. Figure 12(a) shows each laser light when branching at three points without vertical branching, and Figure 12(b) shows each laser light when branching at three points with vertical branching. In Figures 12(a) and 12(b), the horizontal axis represents the processing progress direction, and the vertical axis represents the Z direction (vertical direction). As shown in Figure 12(a), without vertical branching, each branched laser light is irradiated at the same height in the Z direction. On the other hand, as shown in Figure 12(b), with vertical branching, each branched laser light is irradiated at different heights in the Z direction. Note that "Vertical branch VD0" in Figure 12(a) means that there is no vertical branch, and "Vertical branch VD16" in Figure 12(b) means that there is vertical branch and the branch pitch in the Z direction is 16μ.
図13は、縦分岐無しで取得したバランスパラメータを縦分岐有り(VD16)の加工に適用する場合の、3点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。図13の左図には、縦分岐無しの第1分岐パターンが用いられた場合の誤差が示されている。図13の右図には、図13の左図に示されるような縦分岐無しの場合の誤差の情報に基づいて生成されたバランスパラメータによる補正が実施されて生成された第2分岐パラメータが用いられて、縦分岐有り(VD16)の加工が実施された場合の誤差が示されている。上述したように、第1分岐パターンを用いた処理、及び、第2分岐パターンを適用した加工処理のいずれも、縦分岐無しとされた場合には、3点分岐時において、図10の右図に示されるように、最大誤差を3%にまで低減することができた。一方で、縦分岐無しの第1分岐パターンによってバランスパラメータが生成されて、該バランスパラメータによる補正が実施されて生成された第2分岐パターンが用いられて縦分岐有り(VD16)の加工が実施された場合には、図13の右図に示されるように、最大誤差が4%となった。このように、バランスパラメータ生成及び加工の縦分岐の条件が互いに異なると、バランスパラメータを適用しても設計値からの実測値の誤差を十分に小さくできないことが考えられる。 Figure 13 is a table showing the error of the actual measured value from the design value at each output ratio with three-point branching when balance parameters obtained without vertical branching are applied to processing with vertical branching (VD16). The left diagram of Figure 13 shows the error when the first branching pattern without vertical branching is used. The right diagram of Figure 13 shows the error when processing with vertical branching (VD16) is performed using second branching parameters generated by correction using balance parameters generated based on error information for the case without vertical branching, as shown in the left diagram of Figure 13. As described above, when both processing using the first branching pattern and processing applying the second branching pattern were performed without vertical branching, the maximum error was reduced to 3% with three-point branching, as shown in the right diagram of Figure 10. On the other hand, when balance parameters were generated using a first branch pattern without vertical branching, and corrections were made using those balance parameters to generate a second branch pattern, which was then used to perform machining with vertical branching (VD16), the maximum error was 4%, as shown in the right diagram of Figure 13. As such, when the conditions for balance parameter generation and vertical branching in machining differ, it is thought that applying the balance parameters may not be able to sufficiently reduce the error of the actual measured value from the design value.
図14は、縦分岐有り(VD16)で取得したバランスパラメータを縦分岐有り(VD16)の加工に適用する場合の、3点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。第1分岐パターンを用いた処理、及び、第2分岐パターンを適用した加工処理のいずれも、縦分岐有り(VD16)とされることにより、図14の右図に示されるように、最大誤差を3%にまで低減することができた。このように、バランスパラメータ生成及び加工の縦分岐の条件を共通化することにより、設計値からの実測値の誤差を十分に小さくすることができる。 Figure 14 is a table showing the error of the actual measured value from the design value at each output ratio when branching at three points, when balance parameters obtained with vertical branching (VD16) are applied to machining with vertical branching (VD16). By using vertical branching (VD16) for both processing using the first branching pattern and machining with the second branching pattern, the maximum error was reduced to 3%, as shown in the right diagram of Figure 14. In this way, by standardizing the conditions for balance parameter generation and vertical branching for machining, the error of the actual measured value from the design value can be sufficiently reduced.
図15は、縦分岐量と最大誤差との関係を示す表である。図15における「縦分岐量」とは、加工処理における縦分岐量を示している。図15における「最大誤差」とは、VD16の第1分岐パターンに基づき生成されたバランスパラメータが適用されて、「縦分岐量」に示された縦分岐の加工が実施された場合の、ある出力比における最大誤差を示している。図16に示されるように、VD16の第1分岐パターンに基づき生成されたバランスパラメータが適用される場合には、VD16の分岐加工が実施された場合に、最大誤差が最小(0.8%)となっている。また、図16に示されるように、VD16の第1分岐パターンに基づき生成されたバランスパラメータが適用されてVD2の分岐加工が実施された場合にも、最大誤差が1.4%と比較的小さくなっている。このように、バランスパラメータ生成及び加工の縦分岐の条件が一致していなくても、縦分岐有りの加工が実施される場合には、縦分岐有りの条件で生成されたバランスパラメータが用いられることにより、誤差を小さくすることができる。 Figure 15 is a table showing the relationship between the vertical branching amount and the maximum error. In Figure 15, "vertical branching amount" refers to the vertical branching amount in the processing. In Figure 15, "maximum error" refers to the maximum error at a certain output ratio when balance parameters generated based on the first branching pattern of VD16 are applied and the vertical branching processing indicated by "vertical branching amount" is performed. As shown in Figure 16, when balance parameters generated based on the first branching pattern of VD16 are applied and branching processing of VD16 is performed, the maximum error is minimal (0.8%). Also, as shown in Figure 16, when balance parameters generated based on the first branching pattern of VD16 are applied and branching processing of VD2 is performed, the maximum error is relatively small at 1.4%. Thus, even if the vertical branching conditions for balance parameter generation and processing do not match, when processing with vertical branching is performed, the error can be reduced by using balance parameters generated under conditions with vertical branching.
レーザ加工装置1は、分岐後の各レーザ光の出力比(出力目標値)の組み合わせが互いに異なる複数種類の第1分岐パターンを生成し、当該複数種類の第1分岐パターンに係る共通のバランスパラメータを生成してもよい。ここで、例えば、図16の左図に示される領域A(実線の四角で囲われた領域)内の設計値からの実測値の誤差が小さくなるように(例えば最小化するように)、各出力比に関する共通のバランスパラメータが生成されたとすると、図16の左図に示されるように、領域Aにおける誤差は1%以下と小さくなるものの、領域Aとは異なる領域B(一点鎖線の四角で囲われた領域)及び領域C(破線の四角で囲われた領域)における誤差は3%~6%と大きくなってしまう。このように、ある領域の誤差を小さくなるように生成されたバランスパラメータでは、当該領域から離れた領域の誤差を十分に小さくすることができない。 The laser processing apparatus 1 may generate multiple types of first branching patterns with different combinations of output ratios (output target values) for each branched laser beam, and may generate a common balance parameter for the multiple types of first branching patterns. For example, if a common balance parameter for each output ratio is generated to reduce (e.g., minimize) the error of the actual measured value from the design value within region A (the region surrounded by a solid-line rectangle) shown in the left diagram of FIG. 16, as shown in the left diagram of FIG. 16, the error in region A will be reduced to 1% or less, but the errors in region B (the region surrounded by a dash-dotted rectangle) and region C (the region surrounded by a dashed-line rectangle), which are different from region A, will be increased to 3% to 6%. Thus, a balance parameter generated to reduce the error in a certain region cannot sufficiently reduce the error in regions distant from that region.
このため、レーザ加工装置1は、分岐パラメータである出力比(出力目標値)の近似度に応じたグループ分けを行い、グループ単位で、共通のバランスパラメータを生成してもよい。すなわち、レーザ加工装置1は、出力比が近似するグループ(領域)単位に共通のバランスパラメータを生成してもよい。図16の右図には、各領域A,B,C毎に、1つずつ共通のバランスパラメータを生成した場合の、3点分岐における誤差が示されている。図16の右図に示されるように、領域A,B,C毎に共通のバランスパラメータが生成されると、全ての出力比において、設計値と実測値との誤差を1%程度と小さくすることができる。このようにして、加工時に使用する出力比によってバランスパラメータが切り替えられることにより、設計値からの実測値の誤差を小さくすることができる。 For this reason, the laser processing device 1 may group the laser beams according to the degree of similarity of the output ratio (output target value), which is a branching parameter, and generate a common balance parameter for each group. In other words, the laser processing device 1 may generate a common balance parameter for each group (region) with similar output ratios. The right diagram in Figure 16 shows the error in a three-point branch when a common balance parameter is generated for each of regions A, B, and C. As shown in the right diagram in Figure 16, when a common balance parameter is generated for each of regions A, B, and C, the error between the design value and the actual measured value can be reduced to about 1% for all output ratios. In this way, by switching the balance parameter depending on the output ratio used during processing, the error between the design value and the actual measured value can be reduced.
以下では、上述した分岐パターン補正処理を実現する制御部9の機能について詳細に説明する。 The following describes in detail the functions of the control unit 9 that realize the branch pattern correction process described above.
制御部9は、所定の計算式(計算アルゴリズム)に基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力比(出力目標値)に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した第1分岐パターンを反射型空間光変調器34に設定し表示させる第1処理と、反射型空間光変調器34に第1分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源ユニット8を制御する第2処理と、第1分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部17を制御する第3処理と、検出部17による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算式を補正する補正パラメータであって出力実測値を所望の出力比(出力目標値)に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータ(補正パラメータ)を生成する第4処理と、バランスパラメータによって計算式を補正し、補正された計算式に基づいて、第2分岐パターンを生成し、生成した第2分岐パターンを、加工プロセス用に反射型空間光変調器34に設定し表示させる第5処理と、を実行するように構成されている。 The control unit 9 is configured to execute the following steps: a first process for generating a branching pattern for branching laser light into multiple beams based on a predetermined calculation formula (calculation algorithm), a first branching pattern corresponding to the output ratio (output target value) of each branched laser beam, and setting and displaying the generated first branching pattern on the reflective spatial light modulator 34; a second process for controlling the light source unit 8 so that laser light is emitted while the first branching pattern is displayed on the reflective spatial light modulator 34; a third process for controlling the detection unit 17 so that reflected light of each branched laser beam by the first branching pattern is detected; a fourth process for deriving the actual measured output value of each branched laser beam based on the detection results by the detection unit 17, and generating a balance parameter (correction parameter) for generating the second branching pattern, which is a branching pattern that is a correction parameter for correcting the calculation formula and brings the actual measured output value closer to the desired output ratio (output target value); and a fifth process for correcting the calculation formula using the balance parameter, generating a second branching pattern based on the corrected calculation formula, and setting and displaying the generated second branching pattern on the reflective spatial light modulator 34 for the processing process.
第1処理では、制御部9は、GUI111の設定画面(図7及び図8参照)において受付けられた情報に基づき出力比を決定し、決定した出力比に応じた第1分岐パターンを反射型空間光変調器34に設定する。制御部9は、予め記憶されている計算式(計算アルゴリズム)に基づいて、出力比に応じた第1分岐パターンを生成する。制御部9は、分岐後の各レーザ光の出力比の組み合わせが互いに異なる複数種類の第1分岐パターンを生成してもよい。また、制御部9は、対象物100の厚さ方向であるZ方向(鉛直方向)における異なる位置にレーザ光を分岐する縦分岐を行う第1分岐パターンを生成してもよい。 In the first process, the control unit 9 determines the output ratio based on information received on the setting screen of the GUI 111 (see Figures 7 and 8), and sets a first branching pattern corresponding to the determined output ratio in the reflective spatial light modulator 34. The control unit 9 generates a first branching pattern corresponding to the output ratio based on a pre-stored calculation formula (calculation algorithm). The control unit 9 may generate multiple types of first branching patterns that have different combinations of output ratios of the laser beams after branching. The control unit 9 may also generate a first branching pattern that performs vertical branching, branching the laser beam to different positions in the Z direction (vertical direction), which is the thickness direction of the object 100.
第2処理では、制御部9は、反射型空間光変調器34に第1分岐パターンが表示された状態において、例えば、対象物100に改質領域が形成されない出力(改質閾値以下)でレーザ光が照射されるように光源ユニット8を制御する。なお、分岐パターン補正処理後にレーザ加工を行う対象物100とは別の対象物(補正処理用の対象物)に分岐後のレーザ光が照射されてもよい。 In the second process, with the first branching pattern displayed on the reflective spatial light modulator 34, the control unit 9 controls the light source unit 8 so that, for example, laser light is irradiated at an output (below the modification threshold) that does not form a modified region on the object 100. Note that the branched laser light may be irradiated onto an object (object for correction process) other than the object 100 to be laser processed after the branching pattern correction process.
第3処理では、制御部9は、少なくとも、分岐後の各レーザ光が対象物100に照射されている期間において、分岐後の各レーザ光の対象物100における反射光の検出(撮像)が可能となるように、検出部17を制御する。制御部9は、検出部17によって撮像された画像を検出部17から取得する。 In the third process, the control unit 9 controls the detection unit 17 so that it is possible to detect (capture) the reflected light of each branched laser beam from the object 100, at least during the period when each branched laser beam is irradiated onto the object 100. The control unit 9 acquires from the detection unit 17 the image captured by the detection unit 17.
第4処理では、制御部9は、例えば、検出部17によって取得された撮像データにおける、分岐後の各レーザ光に応じた各点の輝度に基づいて、各レーザ光の出力実測値を推定(導出)する。制御部9は、計算式を補正する補正パラメータとして、出力実測値を所望の出力比に近づける第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成する。制御部9は、複数種類の第1分岐パターンが生成されている場合には、当該複数種類の第1分岐パターンに含まれる少なくとも2つの第1分岐パターンに係る共通の補正パラメータを生成する。制御部9は、全ての第1分岐パターンに係る共通の補正パラメータを生成してもよいし、複数種類の第1分岐パターンについて分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で共通のバランスパラメータを生成してもよい。分岐パラメータとは、例えば、分岐数、出力比(出力目標値)、縦分岐量、個別収差補正量等である。図16に示される例では、制御部9は、分岐パラメータである出力比の近似度に応じたグループ分けを行い、領域A、領域B、領域Cのそれぞれのグループ単位でバランスパラメータを生成している。 In the fourth process, the control unit 9 estimates (derives) the actual output value of each laser beam based on, for example, the brightness of each point corresponding to each branched laser beam in the imaging data acquired by the detection unit 17. The control unit 9 generates balance parameters related to the generation of a second branching pattern that brings the actual output value closer to the desired output ratio as correction parameters for correcting the calculation formula. If multiple types of first branching patterns have been generated, the control unit 9 generates common correction parameters for at least two first branching patterns included in the multiple types of first branching patterns. The control unit 9 may generate common correction parameters for all first branching patterns, or may group multiple types of first branching patterns according to the degree of similarity of the branching parameters and generate common balance parameters for each group. Examples of branching parameters include the number of branches, the output ratio (output target value), the amount of vertical branching, and the amount of individual aberration correction. In the example shown in FIG. 16 , the control unit 9 groups the first branching patterns according to the degree of similarity of the output ratio, which is the branching parameter, and generates balance parameters for each group of regions A, B, and C.
第5処理では、制御部9は、バランスパラメータで計算式を補正し補正後の計算式に基づき第2分岐パターンを生成する処理と、加工プロセス時に第2分岐パターンを反射型空間光変調器34に設定し表示する処理と、を実行する。制御部9は、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、当該分岐パラメータに対応するグループのバランスパラメータによって、計算式を補正してもよい。図17及び図18は、分岐パラメータに応じたバランスパラメータの運用を説明する図である。制御部9は、例えば、GUI111の設定画面(図7及び図8参照)において受付けられた情報に基づき、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報として分岐数を示す情報を取得し、図17に示されるように、分岐数に応じたバランスパラメータを特定して、特定したバランスパラメータにより計算式を補正してもよい。図17には、分岐数が2である場合には2点分岐用バランスパラメータを計算式に反映させ、分岐数が3である場合には3点分岐用バランスパラメータを計算式に反映させ、分岐数が4である場合には4点分岐用バランスパラメータを計算式に反映させることが示されている。 In the fifth process, the control unit 9 executes the following processes: correcting the calculation formula with the balance parameter and generating a second branch pattern based on the corrected calculation formula; and setting and displaying the second branch pattern on the reflective spatial light modulator 34 during the machining process. The control unit 9 may acquire information indicating the branch parameters in the machining process and correct the calculation formula using the balance parameters of the group corresponding to the branch parameters. FIGS. 17 and 18 are diagrams illustrating the operation of balance parameters according to branch parameters. For example, the control unit 9 may acquire information indicating the number of branches as information indicating the branch parameters in the machining process based on information received on the setting screen of the GUI 111 (see FIGS. 7 and 8). As shown in FIG. 17, the control unit 9 may then specify a balance parameter according to the number of branches and correct the calculation formula using the specified balance parameter. FIG. 17 illustrates that when the number of branches is two, the two-point branch balance parameter is reflected in the calculation formula; when the number of branches is three, the three-point branch balance parameter is reflected in the calculation formula; and when the number of branches is four, the four-point branch balance parameter is reflected in the calculation formula.
制御部9は、例えば、GUI111の設定画面(図7及び図8参照)において受付けられた情報に基づき、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報として出力比を示す情報を取得し、出力比に応じたバランスパラメータを特定して、特定したバランスパラメータにより計算式を補正してもよい。例えば、図16に示されるような、出力比に応じた3つの領域(領域A、領域B、領域C)毎のバランスパラメータが生成されているとする。この場合、図18に示されるように、制御部9は、例えば、領域Aに含まれる出力比とする場合には、領域Aのバランスパラメータ(図18に示されるバランスパラメータリストA)を計算式に反映させ、領域Bに含まれる出力比とする場合には、領域Bのバランスパラメータ(図18に示されるバランスパラメータリストB)を計算式に反映させる。 The control unit 9 may, for example, acquire information indicating the output ratio as information indicating the branching parameters in the machining process based on information received on the setting screen of the GUI 111 (see FIGS. 7 and 8), identify balance parameters corresponding to the output ratio, and correct the calculation formula using the identified balance parameters. For example, assume that balance parameters have been generated for three regions (regions A, B, and C) corresponding to the output ratios, as shown in FIG. 16. In this case, as shown in FIG. 18, for example, when an output ratio included in region A is selected, the control unit 9 reflects the balance parameters for region A (balance parameter list A shown in FIG. 18) in the calculation formula, and when an output ratio included in region B is selected, the control unit 9 reflects the balance parameters for region B (balance parameter list B shown in FIG. 18) in the calculation formula.
次に、バランスパラメータを適用した分岐パターンの生成処理について、図19及び図20を参照して説明する。図19及び図20は、バランスパラメータを適用した分岐パターンの生成処理を説明するフローチャートである。図19では、1つのバランスパラメータを運用する例が示されており、図20では、複数のバランスパラメータを切り替えて運用する例が示されている。 Next, the process of generating a branch pattern to which balance parameters are applied will be described with reference to Figures 19 and 20. Figures 19 and 20 are flowcharts explaining the process of generating a branch pattern to which balance parameters are applied. Figure 19 shows an example of using one balance parameter, while Figure 20 shows an example of using multiple balance parameters by switching between them.
図19に示されるように、最初に、GUI111の設定画面において受付けられた情報(設計値)に基づき、第1分岐パターンが導出され、該第1分岐パターンが反射型空間光変調器34に設定・表示される(ステップS1:第1工程)。 As shown in FIG. 19, first, a first branch pattern is derived based on the information (design values) received on the setting screen of the GUI 111, and the first branch pattern is set and displayed on the reflective spatial light modulator 34 (step S1: first process).
つづいて、第1分岐パターンが表示された反射型空間光変調器34にレーザ光L1が出射され、第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光が対象物100に照射されてレーザ照射が開始される(ステップS2:第2工程)。 Next, laser light L1 is emitted to the reflective spatial light modulator 34 on which the first branching pattern is displayed, and the laser light branched into multiple beams by the first branching pattern is irradiated onto the target object 100, thereby starting laser irradiation (step S2: second process).
つづいて、対象物100からの分岐光の反射光が検出部17によって検出(撮像)される(ステップS3:第3工程)。 Next, the reflected light of the branched light from the object 100 is detected (imaged) by the detection unit 17 (step S3: third process).
つづいて、撮像データ(反射光の検出結果)に基づいて、分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出され、出力実測値と所望の出力比(出力目標値,設計値)との誤差から、バランスパラメータが生成される(ステップS4:第4工程)。 Next, the actual output value of each branched laser beam is calculated based on the imaging data (detection results of reflected light), and a balance parameter is generated from the error between the actual output value and the desired output ratio (output target value, design value) (Step S4: Fourth Process).
最後に、バランスパラメータによって計算式が補正され、補正された計算式に基づいて第2分岐パターンが生成され、生成された第2分岐パターンが、加工プロセス用に反射型空間光変調器34に設定・表示される(ステップS5:第5工程)。 Finally, the calculation formula is corrected using the balance parameters, a second branch pattern is generated based on the corrected calculation formula, and the generated second branch pattern is set and displayed on the reflective spatial light modulator 34 for the processing process (step S5: fifth process).
次に、図20を参照して、複数のバランスパラメータを切り替えて運用する例について説明する。図20に示されるように、ステップS11~S14の処理は、図19のステップS1~ステップS4の処理と同様である。ただし、ステップS14においては、複数種類の第1分岐パターンについて分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けが行われ、各グループ単位でそれぞれ、バランスパラメータが生成されている。 Next, with reference to Figure 20, an example of switching between multiple balance parameters will be described. As shown in Figure 20, steps S11 to S14 are similar to steps S1 to S4 in Figure 19. However, in step S14, multiple types of first branching patterns are grouped according to the degree of similarity of the branching parameters, and a balance parameter is generated for each group.
そして、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報(加工条件)が取得され、加工条件(例えば出力比)に基づき、バランスパラメータが切り替えられる(ステップS15)。すなわち、複数のバランスパラメータの中から加工条件に合ったバランスパラメータが選択される。 Then, information indicating the branching parameters in the machining process (machining conditions) is acquired, and the balance parameters are switched based on the machining conditions (e.g., output ratio) (step S15). In other words, balance parameters that match the machining conditions are selected from multiple balance parameters.
最後に、選択されたバランスパラメータによって計算式が補正され、補正された計算式に基づいて第2分岐パターンが生成され、生成された第2分岐パターンが、加工プロセス用に反射型空間光変調器34に設定・表示される。 Finally, the calculation formula is corrected using the selected balance parameters, a second branch pattern is generated based on the corrected calculation formula, and the generated second branch pattern is set and displayed on the reflective spatial light modulator 34 for the processing process.
次に、本実施形態に係るレーザ加工装置1の作用効果について説明する。 Next, we will explain the effects of the laser processing device 1 according to this embodiment.
本実施形態に係るレーザ加工装置1は、対象物100にレーザ光を照射することにより対象物100に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射する光源ユニット8と、光源ユニット8から出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器34と、対象物100におけるレーザ光の反射光を検出する検出部17と、制御部9と、を備え、制御部9は、所定の計算式に基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した第1分岐パターンを反射型空間光変調器34に設定し表示させる第1処理と、反射型空間光変調器34に第1分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源ユニット8を制御する第2処理と、第1分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部17を制御する第3処理と、検出部17による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算式を補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成する第4処理と、バランスパラメータによって計算式を補正し、補正された計算式に基づいて、第2分岐パターンを生成し、生成した第2分岐パターンを、加工プロセス用に反射型空間光変調器34に設定し表示させる第5処理と、を実行するように構成されている。 The laser processing device 1 according to this embodiment is a laser processing device that forms a modified region in an object 100 by irradiating the object 100 with laser light, and is equipped with a light source unit 8 that emits laser light, a reflective spatial light modulator 34 that modulates the laser light emitted from the light source unit 8, a detection unit 17 that detects the reflected light of the laser light from the object 100, and a control unit 9. The control unit 9 performs a first process of generating a branching pattern that branches the laser light into multiple beams based on a predetermined formula, a first branching pattern that corresponds to the output target value of each branched laser beam, setting the generated first branching pattern on the reflective spatial light modulator 34 and displaying it, and a second process of displaying the first branching pattern on the reflective spatial light modulator 34 when the first branching pattern is displayed on the reflective spatial light modulator 34. a second process of controlling the light source unit 8 so that laser light is emitted; a third process of controlling the detection unit 17 so that reflected light of each laser light after branching by the first branching pattern is detected; a fourth process of deriving an actual output value of each branched laser light based on the detection results by the detection unit 17 and generating a balance parameter related to generating a second branching pattern, which is a branching pattern that is a correction parameter for correcting the calculation formula and brings the actual output value closer to the output target value; and a fifth process of correcting the calculation formula using the balance parameter, generating a second branching pattern based on the corrected calculation formula, and setting and displaying the generated second branching pattern on the reflective spatial light modulator 34 for the processing process.
本実施形態に係るレーザ加工装置1では、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて生成された第1分岐パターンが反射型空間光変調器34に表示された状態においてレーザ光が出射され、対象物100からの反射光が検出され、検出結果に基づいて各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工装置1では、出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータが生成され、該バランスパラメータによって補正された計算式によって第2分岐パターンが生成され、該第2分岐パターンが加工プロセス用に反射型空間光変調器34に表示される。このような構成によれば、実際に検出された反射光に基づいて高精度に推定される出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成のためのバランスパラメータが生成される。そして、加工プロセス時においては、計算式が当該バランスパラメータによって補正されて、第1分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第2分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置1によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。 In the laser processing apparatus 1 according to this embodiment, a laser beam is emitted with a first branching pattern generated according to the output target value of each branched laser beam displayed on the reflective spatial light modulator 34. Reflected light from the target object 100 is detected, and the actual output value of each laser beam is derived based on the detection results. Then, in this laser processing apparatus 1, balance parameters are generated for generating a second branching pattern that brings the actual output value closer to the output target value. A calculation formula corrected using the balance parameters is used to generate the second branching pattern, and the second branching pattern is displayed on the reflective spatial light modulator 34 for the processing process. This configuration generates balance parameters for generating a second branching pattern that brings the actual output value, estimated with high accuracy based on the actually detected reflected light, closer to the output target value. During the processing process, the calculation formula is corrected using the balance parameters to generate a second branching pattern that brings the output of the branched beam closer to the output target value than the first branching parameter, thereby appropriately adjusting the output of the branched beam to the desired value. As described above, the laser processing apparatus 1 according to this embodiment can adjust the output of the branched beam to the desired value, improving processing quality.
制御部9は、第1処理において、分岐後の各レーザ光の出力目標値の組み合わせが互いに異なる複数種類の第1分岐パターンを生成し、第4処理において、複数種類の第1分岐パターンに含まれる少なくとも2つの第1分岐パターンに係る共通のバランスパラメータを生成してもよい。このように、出力目標値の条件が互いに異なる複数の第1分岐パターンについて共通のバランスパラメータが生成されることにより、同じバランスパラメータを用いてそれぞれ特有の第2分岐パターンを生成することが可能となり、第1分岐パターン毎にバランスパラメータを生成する場合と比較して、バランスパラメータの生成処理及び管理を容易化することができる。 In the first process, the control unit 9 may generate multiple types of first branching patterns having different combinations of output target values for each branched laser beam, and in the fourth process, generate a common balance parameter for at least two of the multiple types of first branching patterns. In this way, by generating a common balance parameter for multiple first branching patterns having different output target value conditions, it becomes possible to generate unique second branching patterns using the same balance parameter, which simplifies the generation and management of balance parameters compared to generating a balance parameter for each first branching pattern.
制御部9は、第4処理において、複数種類の第1分岐パターンについて、バランスパラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で、共通のバランスパラメータを生成してもよい。例えば、全ての第1分岐パターンについて共通の1つのバランスパラメータが生成される場合には、互いに分岐パラメータが大きく異なる第1分岐パターンが含まれる等の場合に、生成した共通のバランスパラメータによって計算式を補正することによっても、全ての第2分岐パターンの精度(分岐光の出力を出力目標値に近づける精度)を十分に向上させることができない。この点、分岐パラメータが近似するグループ単位で共通のバランスパラメータが生成される、すなわち、分岐パラメータが近似しないグループ間では別のバランスパラメータが生成されることにより、第2分岐パターンの精度(分岐光の出力を出力目標値に近づける精度)を担保することができる。 In the fourth process, the control unit 9 may group multiple types of first branching patterns according to the similarity of their balance parameters, and generate a common balance parameter for each group. For example, if a single balance parameter is generated for all first branching patterns, and the first branching patterns include first branching patterns with significantly different branching parameters, correcting the calculation formula using the generated common balance parameter may not sufficiently improve the accuracy of all second branching patterns (the accuracy of bringing the branched light output closer to the output target value). In this regard, by generating a common balance parameter for groups with similar branching parameters, i.e., by generating different balance parameters for groups with dissimilar branching parameters, the accuracy of the second branching patterns (the accuracy of bringing the branched light output closer to the output target value) can be ensured.
制御部9は、第4処理において、分岐パラメータである出力目標値の近似度に応じたグループ分けを行ってもよい。これにより、出力目標値が近似するグループ単位で共通のバランスパラメータが生成されることとなるので、第2分岐パターンの精度(分岐光の出力を出力目標値に近づける精度)を担保することができる。 In the fourth process, the control unit 9 may perform grouping according to the degree of approximation of the output target value, which is the branching parameter. This generates a common balance parameter for each group with similar output target values, thereby ensuring the accuracy of the second branching pattern (the accuracy of bringing the output of branched light closer to the output target value).
制御部9は、第5処理において、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、該分岐パラメータに対応するグループのバランスパラメータによって、計算式を補正してもよい。これにより、加工プロセスにおける分岐パラメータに適したバランスパラメータによって補正された計算式により生成された第2分岐パターンを表示して加工プロセスを行うことができ、加工品質を向上させることができる。 In the fifth process, the control unit 9 may acquire information indicating branch parameters in the machining process and correct the calculation formula using the balance parameters of the group corresponding to the branch parameters. This allows the machining process to be performed while displaying the second branch pattern generated using the calculation formula corrected using the balance parameters appropriate for the branch parameters in the machining process, thereby improving machining quality.
制御部9は、第1処理において、対象物100の厚さ方向である鉛直方向における異なる位置にレーザ光を分岐する第1分岐パターンを生成してもよい。実際の加工時においては鉛直方向における異なる位置にレーザ光が分岐される(縦分岐される)場合があるところ、当該縦分岐に係る第1分岐パターンが生成されることにより、縦分岐された場合の分岐光の出力を適切に出力目標値に近づけることができる第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成することができる。 In the first process, the control unit 9 may generate a first branching pattern that branches the laser light to different positions in the vertical direction, which is the thickness direction of the object 100. During actual processing, the laser light may be branched to different positions in the vertical direction (vertical branching). By generating a first branching pattern related to this vertical branching, it is possible to generate balance parameters related to the generation of a second branching pattern that can appropriately bring the output of the branched light in the case of vertical branching closer to the output target value.
以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、バランスパラメータ(補正パラメータ)の生成に関して分岐後の各レーザ光の出力を計測する方法として、対象物からの反射光を検出部によって検出する方法を説明したがこれに限定されない。具体的には、バランスパラメータの生成に関する分岐後の各レーザ光の出力は、パワーメータによって計測されてもよい。以下、パワーメータを利用した態様について、図21及び図22を参照して説明する。 Although the above describes an embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, a method of measuring the output of each laser beam after branching for generating a balance parameter (correction parameter) has been described in which the reflected light from the target is detected by a detection unit, but the present invention is not limited to this. Specifically, the output of each laser beam after branching for generating a balance parameter may be measured by a power meter. Below, an embodiment using a power meter will be described with reference to Figures 21 and 22.
図21は、変形例に係るレーザ加工装置500の概略構成図である。図21に示されるように、レーザ加工装置500は、レーザ光源402、反射型空間光変調器403、4f光学系441、遮光板420及び集光光学系404を筐体431内に備えている。レーザ加工装置500は、対象物にレーザ光Lを集光することにより対象物に改質領域を形成する装置である。ここでは、例えば、レーザ加工装置500の製造時又は調整時においてバランスパラメータが生成される場面を想定しており、加工対象である対象物がステージ(不図示)にセットされていない。そして、レーザ強度を計測するためのパワーメータ700が集光光学系404の下方に設置(例えばステージ(不図示)上に載置)されており、パワーメータ700によるレーザ光の出力計測結果に基づいてバランスパラメータが生成される(詳細は後述)。 Figure 21 is a schematic diagram of a laser processing apparatus 500 according to a modified example. As shown in Figure 21, the laser processing apparatus 500 includes a laser light source 402, a reflective spatial light modulator 403, a 4f optical system 441, a light shielding plate 420, and a focusing optical system 404 housed within a housing 431. The laser processing apparatus 500 forms a modified region in an object by focusing laser light L on the object. Here, it is assumed that the balance parameters are generated during the manufacture or adjustment of the laser processing apparatus 500, and the object to be processed is not set on a stage (not shown). A power meter 700 for measuring the laser intensity is installed below the focusing optical system 404 (for example, mounted on the stage (not shown)), and the balance parameters are generated based on the results of measuring the laser light output by the power meter 700 (details will be described later).
レーザ光源402は、水平方向にレーザ光Lを出射するように、筐体431の天板436にねじ等で固定されている。反射型空間光変調器403は、レーザ光源402から出射されたレーザ光Lを変調するものであり、水平方向から入射するレーザ光Lを変調すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。 The laser light source 402 is fixed to the top plate 436 of the housing 431 with screws or the like so as to emit laser light L in the horizontal direction. The reflective spatial light modulator 403 modulates the laser light L emitted from the laser light source 402, modulating the laser light L incident from the horizontal direction and reflecting it diagonally upward relative to the horizontal direction.
4f光学系441は、反射型空間光変調器403によって変調されたレーザ光Lの波面形状を調整するものであり、第1レンズ441a及び第2レンズ441bを有している。第1レンズ441a及び第2レンズ441bは、反射型空間光変調器403と第1レンズ441aとの間の光路の距離が第1レンズ441aの第1焦点距離となり、集光光学系404と第2レンズ441bとの間の光路の距離が第2レンズ441bの第2焦点距離となり、第1レンズ441aと第2レンズ441bとの間の光路の距離が第1焦点距離と第2焦点距離との和となり、第1レンズ441a及び第2レンズ441bが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器403と集光光学系404との間の光路上に配置されている。この4f光学系441によれば、反射型空間光変調器403で変調されたレーザ光Lが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。 The 4f optical system 441 adjusts the wavefront shape of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 403 and includes a first lens 441a and a second lens 441b. The first lens 441a and the second lens 441b are arranged on the optical path between the reflective spatial light modulator 403 and the focusing optical system 404 such that the optical path distance between the reflective spatial light modulator 403 and the first lens 441a is the first focal length of the first lens 441a, the optical path distance between the focusing optical system 404 and the second lens 441b is the second focal length of the second lens 441b, and the optical path distance between the first lens 441a and the second lens 441b is the sum of the first focal length and the second focal length, forming a double-telecentric optical system. This 4f optical system 441 can prevent the wavefront shape of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 403 from changing and increasing aberration as it propagates through space.
遮光板420は、後述する第1加工光及び第2加工光を通過させる開口420aを有するアパーチャ部材である。遮光板420は、第1レンズ441aと第2レンズ441bとの間のフーリエ面(すなわち、共焦点Oを含む面)上に設けられている。後述するように、遮光板420によって遮光されるレーザ光Lの範囲が変更されながら、パワーメータ700によって分岐光の出力計測が実施される。なお、遮光板420がレーザ光Lをカットする位置は、必ずしも集光点が最も絞られている位置でなくてもよく、フーリエ面の近傍であればよい。 The light-shielding plate 420 is an aperture member having an opening 420a that allows the first processing light and second processing light described below to pass through. The light-shielding plate 420 is provided on the Fourier plane (i.e., the plane including the confocal point O) between the first lens 441a and the second lens 441b. As described below, the power meter 700 measures the output of the branched light while changing the range of the laser light L blocked by the light-shielding plate 420. Note that the position where the light-shielding plate 420 cuts off the laser light L does not necessarily have to be the position where the focal point is most focused, as long as it is near the Fourier plane.
集光光学系404は、レーザ光源402により出射されて反射型空間光変調器403により変調されたレーザ光Lをパワーメータ700に集光するものである。この集光光学系404は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット432を介して筐体431の底板433に設置されている。 The focusing optical system 404 focuses the laser light L emitted by the laser light source 402 and modulated by the reflective spatial light modulator 403 onto the power meter 700. This focusing optical system 404 includes multiple lenses and is installed on the bottom plate 433 of the housing 431 via a drive unit 432 that includes a piezoelectric element, etc.
以上のように構成されたレーザ加工装置500では、レーザ光源402から出射されたレーザ光Lは、筐体431内にて水平方向に進行した後、ミラー405aによって下方に反射され、アッテネータ407によって光強度が調整される。そして、ミラー405bによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ460によってレーザ光Lの強度分布が均一化されて反射型空間光変調器403に入射する。 In the laser processing apparatus 500 configured as described above, the laser light L emitted from the laser light source 402 travels horizontally within the housing 431, is reflected downward by the mirror 405a, and the light intensity is adjusted by the attenuator 407. It is then reflected horizontally by the mirror 405b, and the intensity distribution of the laser light L is homogenized by the beam homogenizer 460 before it enters the reflective spatial light modulator 403.
反射型空間光変調器403に入射したレーザ光Lは、液晶層に表示された変調パターンである分岐パターンを透過することにより、当該変調パターンに応じて変調(分岐)される。このような変調パターン(分岐パターン)は、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて制御部450が生成したものである。分岐後の各レーザ光は、その後、ミラー406aによって上方に反射され、λ/2波長板428によって偏光方向が変更され、ミラー406bによって水平方向に反射されて4f光学系441に入射する。 The laser light L incident on the reflective spatial light modulator 403 passes through a branching pattern, which is a modulation pattern displayed on the liquid crystal layer, and is modulated (branched) according to the modulation pattern. This modulation pattern (branching pattern) is generated by the control unit 450 according to the output target value of each branched laser light. Each branched laser light is then reflected upward by mirror 406a, has its polarization direction changed by the λ/2 wave plate 428, is reflected horizontally by mirror 406b, and enters the 4f optical system 441.
4f光学系441に入射したレーザ光Lは、平行光で集光光学系404に入射するよう波面形状が調整される。具体的には、分岐後の各レーザ光Lは、第1レンズ441aを透過し収束され、ミラー419によって下方へ反射され、共焦点Oを経て発散すると共に、第2レンズ441bを透過し、平行光となるように再び収束される。そして、レーザ光Lは、ダイクロイックミラー410,438を順次透過して集光光学系404に入射し、パワーメータ700に集光光学系404によって集光される。 The wavefront shape of the laser light L incident on the 4f optical system 441 is adjusted so that it enters the focusing optical system 404 as parallel light. Specifically, each branched laser light L passes through the first lens 441a and is converged, reflected downward by the mirror 419, diverges through the confocal point O, and passes through the second lens 441b, where it is converged again to form parallel light. The laser light L then passes through the dichroic mirrors 410 and 438 in sequence, enters the focusing optical system 404, and is focused by the focusing optical system 404 onto the power meter 700.
なお、レーザ加工装置500は、対象物に対するレーザ光入射面を観察するための表面観察ユニット411と、集光光学系404と対象物との距離を微調整するためのAF(AutoFocus)ユニット412と、を筐体431内に備えていてもよい。表面観察ユニット411は、観察用光源411aと、検出器411bと、を有している。 The laser processing apparatus 500 may also include, within the housing 431, a surface observation unit 411 for observing the laser light incident surface of the object, and an AF (AutoFocus) unit 412 for fine-tuning the distance between the focusing optical system 404 and the object. The surface observation unit 411 has an observation light source 411a and a detector 411b.
更に、レーザ加工装置500は、当該レーザ加工装置500を制御するためのものとして、CPU、ROM、RAM等からなる制御部450を備えている。この制御部450は、レーザ光源402を制御し、レーザ光源402から出射されるレーザ光Lの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部450は、筐体431、ステージ(不図示)の位置、及び駆動ユニット432の駆動を制御する。 The laser processing apparatus 500 further includes a control unit 450, which is composed of a CPU, ROM, RAM, etc., for controlling the laser processing apparatus 500. This control unit 450 controls the laser light source 402 and adjusts the output and pulse width of the laser light L emitted from the laser light source 402. The control unit 450 also controls the position of the housing 431 and stage (not shown), and the drive of the drive unit 432.
また、制御部450は、反射型空間光変調器403における各画素電極に所定電圧を印加し、液晶層に所定の変調パターン(分岐パターン)を表示させ、これにより、レーザ光Lを反射型空間光変調器403で所望に変調(分岐)させる。ここで、液晶層に表示される変調パターンは、予め生成され制御部450に記憶されている。この変調パターンは、レーザ加工装置500に生じる個体差(例えば、反射型空間光変調器403の液晶層に生じる歪)を補正するための個体差補正パターン、球面収差を補正するための球面収差補正パターン等を含んでいる。 The control unit 450 also applies a predetermined voltage to each pixel electrode in the reflective spatial light modulator 403, causing the liquid crystal layer to display a predetermined modulation pattern (branching pattern), thereby modulating (branching) the laser light L as desired in the reflective spatial light modulator 403. Here, the modulation pattern displayed on the liquid crystal layer is generated in advance and stored in the control unit 450. This modulation pattern includes an individual difference correction pattern for correcting individual differences that occur in the laser processing device 500 (for example, distortion that occurs in the liquid crystal layer of the reflective spatial light modulator 403), a spherical aberration correction pattern for correcting spherical aberration, etc.
以上のように構成されたレーザ加工装置500において実施されるレーザ加工方法は、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した第1分岐パターンを反射型空間光変調器403に設定し表示させる第1工程と、第1分岐パターンが表示された反射型空間光変調器403にレーザ光を出射し、第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光をパワーメータ700により計測することにより、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出する第2工程と、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成し出力する第3工程と、を含む。第2工程では、分岐後の各レーザ光の一部を遮光板420で遮光しながらパワーメータ700による出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、遮光板420によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながらパワーメータ700による出力計測を行う。 The laser processing method performed in the laser processing apparatus 500 configured as described above includes a first step of generating a branching pattern that branches laser light into multiple beams based on a predetermined calculation algorithm, a first branching pattern that corresponds to the output target value of each branched laser light, and setting and displaying the generated first branching pattern on the reflective spatial light modulator 403; a second step of emitting laser light to the reflective spatial light modulator 403 on which the first branching pattern is displayed, and measuring the laser light branched into multiple beams by the first branching pattern with a power meter 700 to derive the actual measured output value of each branched laser light; and a third step of generating and outputting a balance parameter related to the generation of the second branching pattern, which is a correction parameter that corrects the calculation algorithm and is a branching pattern that brings the actual measured output value closer to the output target value. In the second step, a light-shielding output measurement process is performed in which a portion of each branched laser beam is shielded by the light shielding plate 420 while the power meter 700 measures the output. In this light-shielding output measurement process, the range of laser beams shielded by the light shielding plate 420 is changed while the power meter 700 measures the output.
図22は、パワーメータ700を利用した分岐後の各レーザ光の出力導出を説明する図である。図22(a)は、反射型空間光変調器403からパワーメータ700に至る分岐光を示している。図22(b)は、フーリエ面(すなわち、共焦点Oを含む面)に設けられる遮光板420の位置を示している。 Figure 22 is a diagram explaining the output derivation of each laser beam after splitting using the power meter 700. Figure 22(a) shows the split light from the reflective spatial light modulator 403 to the power meter 700. Figure 22(b) shows the position of the light shielding plate 420 provided in the Fourier plane (i.e., the plane including the confocal point O).
図22(a)に示されるように、反射型空間光変調器403の液晶層に表示された第1分岐パターンを透過したレーザ光は、第1分岐パターンによって複数(ここでは3つ)に分岐される。分岐後の各レーザ光は、第1レンズ441aを経てフーリエ面(共焦点Oを含む面)に到達する。フーリエ面には遮光板420が設けられている。そして、共焦点Oを経て発散したレーザ光は、第2レンズ441bを透過し、集光光学系404によってパワーメータ700に集光され、パワーメータ700によって出力計測(遮光時出力計測処理)が行われる。 As shown in Figure 22(a), laser light that passes through the first branching pattern displayed on the liquid crystal layer of the reflective spatial light modulator 403 is branched into multiple beams (three in this case) by the first branching pattern. After branching, each laser beam passes through the first lens 441a and reaches the Fourier plane (the plane including the confocal point O). A light-shielding plate 420 is provided at the Fourier plane. The laser light that diverges through the confocal point O then passes through the second lens 441b and is focused by the focusing optical system 404 onto the power meter 700, which then measures the output (output measurement process when the light is blocked).
ここで、遮光時出力計測処理においては、フーリエ面に設けられる遮光板420の位置が連続的に変化させられる。例えば、図22(b)に示されるように、遮光時出力計測処理の最初のステップ(STEP1)では、分岐後の各レーザ光(-1次、0次、1次)のいずれについても遮光しない位置に遮光板420が配置される。この場合、パワーメータ700においては、全てのレーザ光(-1次、0次、1次)の出力をふくんだ出力データP1が計測される。次のステップ(STEP2)では、分岐後の各レーザ光(-1次、0次、1次)のうち1次のレーザ光のみが遮光される位置に遮光板420が配置される。この場合、パワーメータ700においては、2つのレーザ光(-1次、0次)の出力を含んだ出力データP2が計測される。最後のステップ(STEP3)では、分岐後の各レーザ光(-1次、0次、1次)のうち0次及び1次のレーザ光が遮光される位置に遮光板420が配置される。この場合、パワーメータ700においては、1つのレーザ光(-1次)の出力を含んだ出力データP3が計測される。 In the light-shielded output measurement process, the position of the light-shielded plate 420 provided on the Fourier plane is continuously changed. For example, as shown in FIG. 22(b), in the first step (STEP 1) of the light-shielded output measurement process, the light-shielded plate 420 is positioned so that it does not block any of the split laser beams (-1st order, 0th order, 1st order). In this case, the power meter 700 measures output data P1, which includes the output of all laser beams (-1st order, 0th order, 1st order). In the next step (STEP 2), the light-shielded plate 420 is positioned so that it blocks only the 1st order laser beam of the split laser beams (-1st order, 0th order, 1st order). In this case, the power meter 700 measures output data P2, which includes the output of two laser beams (-1st order, 0th order). In the final step (STEP 3), a light blocking plate 420 is placed at a position where the 0th and 1st order laser beams of the split laser beams (-1st order, 0th order, 1st order) are blocked. In this case, the power meter 700 measures output data P3, which includes the output of one laser beam (-1st order).
このように、レーザ光の一部を遮光板420で遮光しながらパワーメータ700による計測を行うことにより、全てのレーザ光(-1次、0次、1次)のうち-1次のレーザ光の出力比率がP3/P1であり、0次のレーザ光の出力比率が(P2-P3)/P1であり、+1次のレーザ光の出力比率が(P1-P2)/P1であることから、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出することができる。なお、遮光板420の配置変更は、手動で行われてもよいし、制御部450の制御によって自動で行われてもよい。 In this way, by performing measurements with the power meter 700 while blocking part of the laser light with the light blocking plate 420, it is possible to derive the actual measured output value of each laser light after branching, since the output ratio of the -1st order laser light among all laser lights (-1st order, 0th order, 1st order) is P3/P1, the output ratio of the 0th order laser light is (P2-P3)/P1, and the output ratio of the +1st order laser light is (P1-P2)/P1. Note that the position of the light blocking plate 420 may be changed manually or automatically under the control of the control unit 450.
このようなレーザ加工方法によれば、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定された第1分岐パターンが反射型空間光変調器403に設定された状態においてレーザ光が出射され、第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光がパワーメータ700により計測され、計測結果に基づいて分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工方法では、出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成に係るバランスパラメータが生成されて出力される。このような構成によれば、パワーメータ700により実際に計測された出力実測値を出力目標値に近づける第2分岐パターンの生成のためのバランスパラメータが生成される。このように、実際に計測した出力を目標値に近づけるようにバランスパラメータが生成されることにより、加工プロセス時において計算アルゴリズムが当該バランスパラメータによって補正されて、第1分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第2分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本レーザ加工方法によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。 According to this laser processing method, a laser beam is emitted with a first branching pattern set in the reflective spatial light modulator 403 according to the output target value of each branched laser beam. The laser beam branched by the first branching pattern is measured by the power meter 700, and the actual output value of each branched laser beam is derived based on the measurement results. This laser processing method then generates and outputs balance parameters related to the generation of a second branching pattern that brings the actual output value closer to the output target value. This configuration generates balance parameters for generating a second branching pattern that brings the actual output value measured by the power meter 700 closer to the output target value. By generating balance parameters that bring the actually measured output closer to the target value, the calculation algorithm is corrected during the processing process using the balance parameters, and a second branching pattern is generated that brings the output of the branched beam closer to the output target value than the first branching parameter. This allows the output of the branched beam to be appropriately adjusted to the desired value. As described above, this laser processing method allows the output of the branched beam to be adjusted to the desired value, improving processing quality.
また、第2工程では、分岐後の各レーザ光の一部を遮光板420で遮光しながらパワーメータ700による出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、遮光板420によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながらパワーメータ700による出力計測を行う。このように、遮光板420によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながら、それぞれパワーメータ700によって出力計測が行われることにより、分岐後の各レーザ光の出力を適切に導出することができる。 In addition, in the second step, a light-shielding output measurement process is performed in which the power meter 700 measures the output while a portion of each branched laser beam is shielded by the light shielding plate 420. In this light-shielding output measurement process, the power meter 700 measures the output while changing the range of laser beams shielded by the light shielding plate 420. In this way, by measuring the output with the power meter 700 while changing the range of laser beams shielded by the light shielding plate 420, the output of each branched laser beam can be appropriately derived.
1…レーザ加工装置、8…光源ユニット、9,450…制御部、17…検出部、34,403…反射型空間光変調器、100…対象物、420…遮光板、700…パワーメータ。 1...laser processing device, 8...light source unit, 9,450...control unit, 17...detection unit, 34,403...reflective spatial light modulator, 100...object, 420...light shielding plate, 700...power meter.
Claims (7)
前記レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
前記対象物における前記レーザ光の反射光を検出する検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
所定の計算アルゴリズムに基づいて、前記レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した前記第1分岐パターンを前記空間光変調器に設定し表示させる第1処理と、
前記空間光変調器に前記第1分岐パターンが表示された状態において前記レーザ光が出射されるように前記光源を制御する第2処理と、
前記第1分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の前記反射光が検出されるように前記検出部を制御する第3処理と、
前記検出部による検出結果に基づき前記分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、前記計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって前記出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第4処理と、
前記補正パラメータによって前記計算アルゴリズムを補正し、補正された前記計算アルゴリズムに基づいて、前記第2分岐パターンを生成し、生成した前記第2分岐パターンを、加工プロセス用に前記空間光変調器に設定し表示させる第5処理と、を実行するように構成されている、レーザ加工装置。 A laser processing device that forms a modified region in an object by irradiating the object with laser light,
a light source that emits the laser light;
a spatial light modulator that modulates the laser light emitted from the light source;
a detection unit that detects reflected light of the laser light from the object;
a control unit,
The control unit
a first process of generating a branching pattern for branching the laser beam into a plurality of beams, the first branching pattern corresponding to an output target value of each of the branched laser beams, based on a predetermined calculation algorithm, and setting the generated first branching pattern on the spatial light modulator to display it;
a second process of controlling the light source so that the laser light is emitted in a state in which the first branch pattern is displayed on the spatial light modulator;
a third process of controlling the detection unit so that the reflected light of each laser beam after branching according to the first branching pattern is detected;
a fourth process of deriving an actual output measurement value of each of the branched laser beams based on the detection result by the detection unit, and generating a correction parameter for correcting the calculation algorithm, the correction parameter being related to generation of a second branch pattern that is a branch pattern that brings the actual output value closer to the output target value;
a fifth process of correcting the calculation algorithm using the correction parameters, generating the second branch pattern based on the corrected calculation algorithm, and setting and displaying the generated second branch pattern on the spatial light modulator for a processing process.
前記第1処理において、前記分岐後の各レーザ光の出力目標値の組み合わせが互いに異なる複数種類の前記第1分岐パターンを生成し、
前記第4処理において、前記複数種類の第1分岐パターンに含まれる少なくとも2つの前記第1分岐パターンに係る共通の前記補正パラメータを生成する、請求項1記載のレーザ加工装置。 The control unit
In the first processing, a plurality of types of the first branching patterns are generated, each of which has a different combination of output target values of each of the branched laser beams;
The laser processing device according to claim 1 , wherein the fourth process generates the correction parameter common to at least two of the first branch patterns included in the plurality of types of first branch patterns.
前記第4処理において、前記複数種類の第1分岐パターンについて、分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で、共通の前記補正パラメータを生成する、請求項2記載のレーザ加工装置。 The control unit
3. The laser processing device according to claim 2, wherein in the fourth process, the plurality of types of first branch patterns are grouped according to similarity of branch parameters, and the common correction parameters are generated for each group.
前記第4処理において、前記分岐パラメータである前記出力目標値の近似度に応じた前記グループ分けを行う、請求項3記載のレーザ加工装置。 The control unit
4. The laser processing device according to claim 3, wherein in the fourth process, the grouping is performed according to the degree of approximation of the output target value, which is the branching parameter.
前記第5処理において、前記加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、該分岐パラメータに対応するグループの前記補正パラメータによって、前記計算アルゴリズムを補正する、請求項3又は4記載のレーザ加工装置。 The control unit
5. The laser processing device according to claim 3, wherein in the fifth process, information indicating a branching parameter in the processing process is acquired, and the calculation algorithm is corrected using the correction parameter of the group corresponding to the branching parameter.
前記第1処理において、前記対象物の厚さ方向である鉛直方向における異なる位置に前記レーザ光を分岐する前記第1分岐パターンを生成する、請求項1~5のいずれか一項記載のレーザ加工装置。 The control unit
6. The laser processing device according to claim 1, wherein in the first process, the first branching pattern is generated to branch the laser light to different positions in a vertical direction, which is a thickness direction of the object.
所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第1分岐パターンを生成し、生成した前記第1分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第1工程と、
前記第1分岐パターンが表示された前記空間光変調器にレーザ光を出射し、前記第1分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光を前記対象物に照射する第2工程と、
分岐後の各レーザ光の、前記対象物からの反射光を検出する第3工程と、
前記反射光の検出結果に基づき、前記分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、前記計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって前記出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第2分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第4工程と、
前記補正パラメータによって前記計算アルゴリズムを補正し、補正された前記計算アルゴリズムに基づいて、前記第2分岐パターンを生成し、生成した前記第2分岐パターンを、加工プロセス用に前記空間光変調器に設定し表示させる第5工程と、を含む、レーザ加工方法。
A laser processing method for forming a modified region in an object by irradiating the object with laser light, comprising:
a first step of generating a branching pattern for branching a laser beam into a plurality of beams based on a predetermined calculation algorithm, the first branching pattern corresponding to an output target value of each of the branched laser beams, and setting the generated first branching pattern on a spatial light modulator to display it;
a second step of emitting laser light to the spatial light modulator on which the first branching pattern is displayed, and irradiating the target with the laser light branched into a plurality of beams by the first branching pattern;
a third step of detecting reflected light from the target of each of the split laser beams;
a fourth step of deriving an actual output measurement value of each of the split laser beams based on the detection result of the reflected light, and generating a correction parameter for correcting the calculation algorithm, the correction parameter being related to generation of a second branching pattern that is a branching pattern that brings the actual output value closer to the output target value;
a fifth step of correcting the calculation algorithm using the correction parameters, generating the second branch pattern based on the corrected calculation algorithm, and setting and displaying the generated second branch pattern on the spatial light modulator for a processing process .
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