[发明专利]激光加工装置及激光加工方法

说明书

本发明提供一种激光加工装置及激光加工方法，其中激光加工方法使用包括产生连续波激光光的连续波激光振荡器(12)、及将所述连续波激光光集中于一点并照在加工对象物上的聚光透镜(18)的激光加工装置(10)，激光加工装置(10)包括：连续波激光振荡器(12)，产生连续波激光光；聚光透镜(18)，将连续波激光光集中于一点并照在加工对象物上；以及延迟时间设定部件，根据加工数据计算由连续波激光光的照射所进行的每次加工的工作量并且进行累积，当其累积工作量超过规定的阈值时在加工与加工之间设定规定的延迟时间。本发明简易地抑制经由聚光透镜对加工对象物照射连续波激光时的热透镜效应。

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置及激光加工方法，所述激光加工装置具备产生连续波激光光的连续波激光振荡器、及将连续波激光光集中于一点并照在加工对象物上的聚光透镜，且根据加工数据对加工对象物照射多次连续波激光光，由此进行多次加工。

背景技术

激光有断续地射出功率高的激光光的脉冲激光、及连续地射出激光光的连续波激光。脉冲激光所擅长的加工种类根据脉冲宽度的长短或重复频率的高低而不同。例如钇铝石榴石(Yttrium Aluminium Garnet，YAG)的脉冲激光的脉冲宽度为0.2ms～10ms而比较大，可将热充分地传递至加工对象物并使加工对象物确实地熔化，因此适合于焊接或切断、开孔等巨大的材料加工，但重复频率为30Hz以下而低，若高速地进行扫描，则加工痕迹(点)分离而无法作为文字进行识别，因此不适合于标记(印字)或图案化等表面加工。另一方面，例如Q开关激光的脉冲宽度为纳秒级而比较小，因此在热传递至加工对象物之前激光照射已结束，无法使加工对象物充分地熔化而不适合于焊接等材料加工，但可仅削去加工对象物的表层，因此适合于标记等高速地进行表面加工。因此，当利用脉冲激光进行材料加工与表面加工这样的种类不同的加工时，存在如下的问题：必须对应于加工种类使用振荡特性不同的激光加工装置，成本变高。

对此，发明者发现了通过控制连续波激光的输出与扫描速度，可利用一台激光振荡器实现材料加工与表面加工。但是，连续波激光存在如下的情况：由激光光朝聚光透镜的连续射入所引起的热积累变得过大而产生热透镜效应(thermal lens effect)，使加工品质下降。所谓热透镜效应，是指透镜本身吸收激光光且温度上升，焦点位置因折射率的变化或由热膨胀所引起的应变而变动的现象。若焦点位置变动，则加工点处的光点直径变大，因此功率密度(激光输出/光点的剖面面积)的值变小，作为结果，成为焊接不良或标记时的文字的缺损的原因。

作为所述热透镜效应的对策，可列举使用难以吸收激光光的合成石英玻璃制的聚光透镜。但是，合成石英玻璃制的聚光透镜的价格非常高。另外，合成石英玻璃的折射率的温度系数(dn/dT)约为7.5×10^-6，与一般的光学玻璃(BK7)的折射率的温度系数相比也约大5倍，因此存在如下的缺点：透镜因激光加工时所产生的溅射或烟雾等而污损，若一旦产生激光光的吸收，则热透镜效应增大。

作为其他热透镜对策，在专利文献1中提出有如下的技术，即在投影曝光装置中，当制造半导体元件时利用投影光学系统将中间掩模面上的电子电路图案投影至晶片面上时，调整构成所述投影光学系统的透镜吸收曝光的光、温度上升且光学特性变化时的所述光学特性的变化，具体而言，利用包含压电元件的压力传感器测定透镜的由热膨胀所引起的形状变化，并根据其测定结果修正透镜的焦点位置的变动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利特开平5-144701号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在专利文献1的投影曝光装置中，从照明系统发出，并透过中间掩模的光射入至透镜的比较广的范围内，因此透镜的温度一样地上升，伴随于其的热膨胀也一样。因此，可认为直接测定透镜的由热膨胀所引起的形状变化，并根据其测定结果调整投影光学系统的光学特性的方法在投影曝光装置中有用。