DE19983939B4

DE19983939B4 - Laserstrahlmaschine

Info

Publication number: DE19983939B4
Application number: DE19983939T
Authority: DE
Inventors: Tatsuki Okawa; Yasuhiko Iwai; Miki Kurosawa; Masanori Mizuno
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2019-03-06
Also published as: TW436358B; JP4218209B2; WO2000053365A1; US6635849B1; DE19983939T1

Abstract

Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst eine Laserstrahlmaschine: DOLLAR A einen Laseroszillator zum Erzeugen eines Laserstrahls; DOLLAR A ein Lichtpfadsystem einschließlich von Galvanospiegeln und einer fTHETA Linse, die einen Lichtpfad bilden, entlang dem der von dem Laseroszillator emittierte Laserstrahl zu einem Objekt geführt wird; und DOLLAR A ein optisches Beugungselement, das sich entlang dem Lichtpfad befindet, das von dem Laseroszillator zu den Galvanospiegeln führt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserstrahlmaschine, und betrifft insbesondere eine Laserstrahlmaschine, die z.B. für eine Hochgeschwindigkeitsmikrolochbearbeitung verwendet wird.

Aus der EP 0 884 128 A1 ist eine Laserstrahlmaschine mit einem Laseroszillator bekannt, die ein Lichtpfadsystem mit Galvanospiegeln und ein fθ-Linse aufweist, entlang welchem der durch den Laseroszillator emittierte Laserstrahl zu einem Objekt geführt wird.

Aus der DE 195 11 393 A1 ist eine Laserstrahlmaschine bekannt, die ein Lichtpfadsystem aufweist, das aus einem Fassettenspiegel und einer Sammellinse besteht. Zur Strahlformung ist ein optisches Beugungselement in dem Lichtpfad vorgesehen.

Eine weit verbreitete, herkömmliche Laserstrahlmaschine für die Mikrolochbearbeitung ist in 11 gezeigt. Die wie in 11 ausgebildete Maschine emittiert einen Pulslaserstrahl 2, um auf ein Objekt 1 aufzutreffen, das horizontal auf einem XY·Tisch 14 angeordnet ist, und umfasst: einen Laseroszillator 3 zum Erzeugen des Pulslaserstrahls 2; mehrere Umlenkspiegel 4 zum Reflektieren des Laserstrahls 2. und Führen des Strahls 2 entlang einem Lichtpfad; Galvanospiegel 5 (zwei Galvanospiegel 5a und 5b in 11) zum Reflektieren des Laserstrahls 2 unter einem beliebigen Winkel, wie durch eine Steuereinrichtung vorgeschrieben; einen Galvanoscanner 6 zum Antreiben der Galvanospiegel 5; eine fθ-Linse 7 zum Korrigieren des Winkels des Laserstrahls 2, der von den Galvanospiegeln 5 aufgenommen ist, derart, dass er parallel zur axialen Richtung des Lichtpfads ist, und zum Führen des Laserstrahls 2 derart, dass er senkrecht zu dem Objekt 1 ist; eine CCD-Kamera 8, die zum Anzeigen der erhaltenen Ergebnisse verwendet wird; einen Z-Achsentisch 9, auf dem der Galvanoscanner 6, die fθ-Linse 7 und die CCD-Kamera 8 angebracht sind und welcher in Z-Richtung bewegt wird, um den Abstand von dem Objekt 1 einzustellen; und die Steuereinrichtung 10 zum Steuern dieses Antriebssystems. Verglichen mit der Laserstrahlbearbeitung von Blechmaterial, die bei einer Rate von 500 Löchern pro Sekunde durchgeführt wird, sieht die Laserstrahlmaschine eine höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit vor, indem der Galvanoscanner 6 verwendet wird, der schnell den Laserstrahl 2 senkrecht zu dem Objekt 1, den Galvanospiegeln 5, der fθ-Linse 7 und dem Pulslaseroszillator 3 positioniert, der den Laserstrahl für eine extrem kurze Zeitperiode oszilliert.

Nunmehr erfolgt eine Erklärung für die unter Verwendung dieser Maschine ausgeführte Mikrolochbearbeitung. Der Pulslaserstrahl 2, der von dem Laseroszillator 3 mit einer Frequenz und einem Ausgangsleistung, die durch die Steuereinrichtung 10 festgesetzt sind, ausgegeben wird, wird durch mehrere Umlenkspiegel 4 zu den Galvanospiegeln 5a und 5b geführt, die an dem Galvanoscanner 6 angebracht sind. Anschließend wird der Laserstrahl 2 von den Galvanospiegeln 5a und 5b reflektiert, die in beliebigen Winkeln durch den Galvanoscanner 6 gesichert sind, und wird zur fθ-Linse 7 weitergeleitet. Der Laserstrahl 2, der auf die fθ-Linse 7 einfällt, ist auf das Objekt 1 fokussiert. Da der Laserstrahl 2 verschiedene Einfallswinkel kurz vor dem Einfall auf die fθ Linse 7 traversiert, wird an der fθ-Linse 7 die Winkelrichtung des Laserstrahls Z derart korrigiert, dass sie senkrecht zu dem Objekt 1 ist.

Die Steuereinrichtung 10, um das Bearbeiten einer im voraus eingegebenen Form zu steuern, stellt den Zeitpunkt ein, an welchem der Laserstrahl 2 durch den Laseroszillator 3 und die Winkel der Galvanospiegel 5a und 5b ausgegeben wird. Während der Bearbeitung wird normalerweise ein Loch jedesmal erzeugt, wenn der Laserpuls das Objekt 1 bestrahlt; falls die Stärke des Laserstrahls 2 für das Material ungeeignet ist, aus dem das Objekt 1 besteht, wird zum Öffnen eines tiefen Lochs jedoch ein Verfahren eingesetzt, in dem einige Pulse für jeden bestrahlten Punkt emittiert werden. Ferner, da die verwendeten Galvanospiegel 5a und 5b lediglich einen beschränkten Scanbereich für den Laserstrahl 2 vorsehen, wenn die Bearbeitung eines Abschnitts einer vorbestimmten Form abgeschlossen ist, wird das Objekt 1 zu einem nachfolgenden Scanbereich bewegt, indem der XY-Tisch 14 verschoben und der Galvanoscanner 6 wiederum angetrieben wird, um die Bearbeitung der Form weiter zu führen. Diese Prozedur wird verwendet, um den Laserstrahl 2 zu beliebigen Stellen zu führen, um eine Mikrolochbearbeitung auszuführen.

Um die oben beschriebene Bearbeitung zu verbessern, können drei Verfahren verwendet werden, um eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung auszuführen: Ein für eine individuelle Maschine verwendetes Verfahren, um die Einheitsstundenproduktivität zu verbessern, indem die Galvanoscannerantriebsgeschwindigkeit erhöht wird; ein Verfahren, das für die Erzeugung eines leistungsstarken Laserstrahls bei einer hohen Oszillationsfrequenz durch den Pulslaseroszillator verwendet wird; und ein Verfahren, das verwendet wird, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der der XY-Tisch bewegt wird.

Als Folge des in letzter Zeit dramatisch angestiegenen Wachstums des Markts der Mikrolochbearbeitung sind die erforderlichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten auf das Mehrfache des Zehnfachen innerhalb kurzer Zeit angestiegen. Deshalb wird vorhergesehen, dass ein Galvanoscanner, der bei einer hohen Geschwindigkeit angetrieben werden kann, und ein Laseroszillator, der einen leistungsstarken Pulslaserstrahls erzeugen kann, in Kürze entwickelt werden, und dass eine dringende Notwendigkeit für die unverzügliche Entwicklung einer Technik zum drastischen Verbessern der Bearbeitungsgeschwindigkeit und zu deren Anwendung für die Herstellung von Produkten besteht. Während die gegenwärtige Situation berücksichtigt wird, in der die Fähigkeiten des XY-Tischs nahezu ihre Grenzen erreicht haben, ist es jedoch sehr schwierig, ein Verfahren zum Erhöhen der Positioniergeschwindigkeit einer Laserstrahlmaschine vorzuschlagen, welche die Bearbeitungszeit auf 1/5, 1/10 oder weniger dessen, was momentan erhältlich ist, reduzieren kann, wie es von dem Markt verlangt wird.

Würde ferner ein Verfahren vorgeschlagen, in dem mehrere Maschinenköpfe für einen Oszillator vorgesehen sind und ein Laserstrahl, der durch den Oszillator emittiert wird, abgezweigt würde an mehreren Schritten, indem lichtdurchlässige Spiegel verwendet werden, müsste ein umfangreiches Lichtpfadsystem entworfen werden, und würden Lichtpfadeinstellungen erschwert werden.

Ein optisches Beugungselement (anschließend als ein DOE bezeichnet, falls benötigt) ist ein optisches Element, das einen Strahl, der von einem auf einer Oberfläche vorgesehenen lichtbrechenden Gitter aufgenommen wird, in eine bestimmte Anzahl von Strahlen oder Mustern unterteilen kann. Während im allgemeinen lediglich ein Abschnitt durch Oszillation eines Laserstrahls bearbeitet werden kann, muss ein DOE, welches entworfen ist, um einen Laserstrahl zu unterteilen, um z.B. drei Strahlen zu erhalten, in die oben beschriebene Laserstrahlmaschine eingeführt werden, um eine Mikrolochbearbeitung für drei Abschnitte auszuführen, die zur gleichen Zeit unter Verwendung der einen Oszillation bearbeitet werden könnten. Ein DOE wird ebenfalls als ein holografisches, optisches Element (HOE) bezeichnet.

Ein DOE, das einen Laserstrahl unterteilt, um eine erwünschte Anzahl von Strahlen und Mustern zu erhalten, kann entworfen werden und verwendet werden, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit verhältnismäßig leicht zu erhöhen. Auf diese Weise kann das obige Problem, das durch die Notwendigkeit verursacht ist, die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen, gelöst werden.

Wenn ein DOE in ein Lichtpfadsystem eingeführt ist, können, abhängig von der Einfuhrstelle, die Designspezifikationen jedoch nicht gezeigt werden. In solch einem Fall muss z.B. eine Maske eingesetzt werden für ein optisches Bildübertragungssystem, um die Leistung eines Laserstrahls wirkungsvoll einzusetzen. Wenn das DOE vor der Maske eingeführt ist, beeinflusst jedoch die Maske nachteilig das Spektralmuster. Und wenn z.B. das DOE unmittelbar hinter dem Galvanospiegel und unmittelbar vor der fθ-Linse eingeführt ist, wird der Laserstrahl schräg in das DOE eintreten, und das Spektralmuster wird durch eine Änderung des Brechungsindexes beeinflusst.

So sind ein kompliziertes DOE-Design und ein kompliziertes Galvanoscannersteuerungsmittel erforderlich, wenn der Einfallswinkel und die Einfallsfläche berücksichtigt werden. Wäre ein DOE z.B. unmittelbar hinter einer fθ-Linse eingeführt, müsste das DOE groß genug sein, um den Scanbereich, der von einem Galvanospiegel vorgesehen ist, passend abzudecken, und die Herstellungskosten wären enorm. Zusätzlich wären Mittel zum Schützen der Oberfläche einer DOE-Oberfläche gegen Staub und Spritzer, die während der Bearbeitung erzeugt werden, erforderlich, was zu einer weiteren Erhöhung der Herstellungskosten führen würde.

Für einen Laserstrahl, der durch einen Galvanospiegel und eine fθ-Linse hindurchgeht, stimmt ein vorgeschriebener Wert nicht mit einer Bearbeitungsposition aufgrund der Unterschiede in dem Abstand zwischen dem Galvanospiegel und der fθ-Linse überein. Um diese Verschiebung zu korrigieren, muss so eine Positionskorrektur durch ein Programm vorgesehen werden. Ferner, da der Reflektionswinkel eines Galvanospiegels geringfügig durch die Umgebungstemperatur geändert wird, wird bevorzugt eine Maschine in einem klimatisierten Raum verwendet. Falls der Raum, wo die Laserstrahlmaschine verwendet wird, nicht klimatisiert ist, oder falls die Klimatisierung abends abgeschaltet wird, muss der Korrekturwert häufig geändert werden. Als ein Verfahren zum Ändern der Positionskorrektur und zum Ändern des Korrekturwerts ist ein automatisches Korrekturverfahren, welches eine CCD-Kamera verwendet, erhältlich. Entsprechend diesem Verfahren werden Koordinaten eines Lochs, das durch einen Laserstrahl entsprechend einem Muster, das im voraus in dem Korrekturprogramm geschrieben ist, gebildet wird, durch die CCD Kamera identifiziert, und wird die Positionsverschiebung zwischen dem vorgeschriebenen Wert und dem Koordinatenwert des Lochs, gemessen durch die CCD-Kamera, erfasst. Anschließend wird eine Korrektur für den Verschiebungsabstand unter Verwendung der Lochposition in dem Scanbereich berechnet, wodurch eine Korrektur für den gesamten Scanbereich vorgesehen wird. Da in einer Laserstrahlmaschine, die mit einem DOE ausgestattet ist, ein Laserstrahl abgezweigt wird, um ein Muster an dem Brennpunkt zu bilden, muss jedoch das Programm für jedes DOE Muster korrigiert werden, wenn eine CCD Kamera verwendet wird, um die Position eines Lochs zu identifizieren. Auf diese Weise ist ein großer Arbeitsaufwand erforderlich, um Programme für individuelle Maschinen zu korrigieren.

In einer Laserstrahlmaschine, in der ein DOE vorgesehen ist, wird der Laserstrahl entlang dem Lichtpfad, der durch das DOE gelangt, mit einer Intensität abgezweigt, die geringfügig variiert abhängig von der Herstellungsgenauigkeit des DOE. So wird es bevorzugt, dass solche Varianten so klein wie möglich sind; in Wirklichkeit jedoch ist es unmöglich, die Varianz zu beseitigen, die durch den Herstellungsprozess oder den Effekt, der durch Beugungslicht niedriger Ordnung erzeugt wird, verursacht wird. Wenn die Bearbeitung unter Verwendung eines DOE ausgeführt wird, variiert deshalb der erhaltene Lochdurchmesser im Verhältnis zur Veränderung der spektralen Stärke.

Wenn ein Laserstrahl mehrere Male an den gleichen Stellen emittiert wird oder kontinuierlich für eine ausgedehnte Zeitperiode emittiert wird, sind die Durchmesser der so erzeugten Löcher proportional zur Stärke der angewendeten Energie, so dass eine Vereinheitlichung der Durchmesser der bearbeitenden Löcher nicht möglich ist.

Wenn ein Laserstrahl durch ein DOE gelangt, wird zusätzlich zu einem erforderlichen Muster ferner Beugungslicht höherer Ordnung zum gleichen Zeitpunkt wie Rauschen abgezweigt. Das Rauschen kann bis zu einem gewissen Grad durch Einstellungen reduziert werden, die während des Herstellungsprozesses, der für das DOE verwendet wird, gemacht werden, oder durch Bearbeitungsbedingungen, die für jedes Objekt festgesetzt sind, aber es kann nicht vollständig eliminiert werden. Ferner, wenn ein Laserstrahl abgezweigt wird, um lediglich eine kleine Anzahl von Strahlen bereitzustellen, ist die spektrale Stärke des Rauschens geringer als die spektrale Stärke, die für ein notwendiges Muster erzeugt wird, und ist in der Regel kein Hindernis in dem Bearbeitungsprozess. Wenn die Anzahl der abgezweigten Strahlen zunimmt und der Designwert für die spektrale Stärke eines jeden Strahls reduziert ist, oder wenn die spektrale Stärke des Musters sich dem des Rauschens aufgrund des Herstellungsproblems des DOE nähert, ergibt sich jedoch ein weiteres Problem, dass ein unnötiges Loch an einer Stelle neben dem notwendigen Muster ausgebildet werden kann.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserstrahlmaschine vorzusehen, die Mikrolöcher bei hoher Geschwindigkeit und mit höherer Genauigkeit als eine herkömmliche Laserstrahlmaschine bearbeiten kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Laserstrahlmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zur Verfügung gestellt. Die Laserstrahlmaschine umfasst
ein Lichtpfadsystem, das Galvanospiegel und eine fθ Linse einschließt, die einen Lichtpfad bilden, entlang dessen der durch den Laseroszillator emittierte Laserstrahl zu einem Objekt geführt wird, sowie
ein optisches Beugungselement, das sich entlang dem Lichtpfad befindet, der von dem Laseroszillator zu den Galvanospiegeln führt.

Daher kann eine Laserstrahlmaschine mit einer einfachen Konfiguration zur Verfügung gestellt werden, die gleichzeitig und genau mehrere Löcher mit hoher Geschwindigkeit unter Verwendung des optischen Beugungselements bearbeiten kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

So kann die Positionierung der Galvanospiegel auf einfache Weise korrigiert werden, während das optische Beugungselement von dem Lichtpfad entfernt wird, und mehrere Arten von optischen Beugungselementen können auf geeignete Weise verwendet werden und können einfach mit mehreren Arten von Bearbeitungsmustern zurecht kommen.

So kann die Ausrichtung des optischen Beugungselements eingestellt werden, so dass der Laserstrahl senkrecht eintritt und ein geeigneter Beugungswinkel erhalten werden kann.

Bei der Laserstrahlmaschine, die das optische Beugungselement einschließt, können an den Brennpunkten die Durchmesser der Laserstrahlen, die durch Abzweigung erhalten sind, gleichmäßig durch den Durchmesser einer Maske eingestellt werden, die vorgesehen ist als ein Element des optischen Bildübertragungssystems. So können Bearbeitungsergebnisse in Übereinstimmung mit dem Material des Objekts und dem Durchmesser eines Lochs auf einfache Weise erhalten werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer Laserstrahlmaschine entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein vergrößertes Diagramm, das einen wesentlichen Abschnitt einschließlich eines DOE und einer fθ-Linse der Laserstrahlmaschine in 1 zeigt;
3 ist ein Diagramm zum Erklären des gemeinsamen Bearbeitungsverfahrens;
4 ist ein Diagramm, das ein Bearbeitungsverfahren entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein schematisches Diagramm zum Erklären der Stelle, an der das DOE positioniert ist, entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein schematisches Diagramm zum Erklären eines Vergleichsbeispiels für die Positionierung des DOE;
7 ist ein schematisches Diagramm zum Erklären eines weiteren Vergleichsbeispiels für die Positionierung des DOE;
8 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer DOE Abnahme/Haltevorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung einer DOE-Haltungseinstellvorrichtung entsprechend einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Lichtpfads entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration einer herkömmlichen, weit verbreiteten Laserstrahlmaschine für die Mikrolochbearbeitung zeigt.
Ausführungsform 1
In 1 ist eine Laserstrahlmaschine entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In 1 wird ein Laserstrahl 2 durch einen Laseroszillator 3 erzeugt und durch einen an dem Oszillator 3 angebrachten Shutter 13 emittiert. Der Laserstrahl 2 wird zu einem DOE 11 geführt, das durch eine Haltevorrichtung 12 gehalten wird, die zwischen mehreren Umlenkspiegeln 4 befestigt ist, die entlang einem Lichtpfad angeordnet sind. Der Laserstrahl 2 wird aufgezweigt, um ein vorbestimmtes Muster durch ein Beugungsgitter, das in dem DOE 11 enthalten ist, zu beschreiben. Der aufgezweigte Laserstrahl 2 wird durch die Umlenkspiegel 4 zu den Galvanospiegeln 5a und 5b geführt, die durch einen Galvanoscanner 6 gehalten werden. Die Laserstrahlen 2 werden von den Galvanospiegeln 5a und 5b reflektiert, die unter beliebigen Winkeln durch den Galvanoscanner 6 gescannt werden, und treten in eine fθ-Linse 7 mit beliebigen Einfallswinkeln ein. Der in die fθ-Linse 7 eintretende Laserstrahl 2 wird korrigiert und derart ausgegeben, dass er senkrecht in ein Objekt 1 eintritt, während er entsprechend der Brennweite fokussiert wird, die für die fθ-Linse 7 festgesetzt ist. Mit dieser Anordnung kann an den Brennpunkten ein willkürliches Muster auf dem Objekt 1 gebildet werden.
2 ist ein vergrößertes Diagramm, das den wesentlichen Abschnitt eines Lichtpfadsystems, das in dieser Ausführungsform verwendet wird, zeigt. In 2 ist ein DOE 11 näher an dem Oszillator 3 als der Galvanospiegel 5a eingeführt. Die Laserstrahlen 2, die durch das DOE 11 aufgezweigt sind, werden kondensiert und treffen das Objekt 1 über die Galvanospiegel 5a und 5b und die fθ-Linse 7.
Zu diesem Zeitpunkt würde normalerweise die Bearbeitung als nächstes, wie in 3 gezeigt, durchgeführt werden, nachdem die Bearbeitung an einem Punkt abgeschlossen ist, indem das Objekt 1 um einen Abstand, der gleich einem Muster 24 ist, bewegt wird. Während des in dieser Ausführungsform durchgeführten Prozesses, wie in 4 gezeigt, wird das Objekt 1 jedoch bewegt, indem es um einen Abstand verschoben wird, der gleich einem Loch ist, und die Bearbeitung wird durchgeführt, während ein Teil des Musters 24 den Abschnitt überlappt, der zuvor bearbeitet wurde. Anschließend wird das Objekt um einen Abstand bewegt, der gleich dem Muster 24 ist, und die teilweise überlappte Bearbeitung wird wiederholt.
Mit diesem Bearbeitungsverfahren, das einen einzigen Strahl zur Bestrahlung verwendet, würden die Durchmesser der erhaltenen Löcher aufgrund der nicht gleichmäßigen spektralen Stärken variieren. Da die Muster aber teilweise überlappen, indem das Objekt um einen Abstand bewegt wird, der gleich einem Loch ist, und das Objekt wiederholt durch Strahlen bestrahlt wird, kann jedoch die Gleichmäßigkeit der Durchmesser der Löcher verbessert sein.
Die 5, 6 und 7 sind schematische Diagramme zum Beschreiben der Stellen, an denen das DOE 11 entlang dem Lichtpfad positioniert ist. Während es verschiedene Stellen gibt, an denen das DOE in dem Lichtpfad eingeführt werden könnte, ist es bevorzugt, wie in 5 gezeigt, dass sich das DOE 11 vor dem Galvanospiegel 5a befindet. Wenn z.B. das DOE 11 zwischen den Galvanospiegel 5b und die fθ-Linse 7 eingeführt ist, wie in 6 gezeigt, tritt der vor dem Galvanospiegel 5b reflektierte Laserstrahl in das DOE 11 unter einem speziellen Winkel ein. Da das DOE 11 derart gestaltet ist, um den Laserstrahl senkrecht aufzunehmen, falls der Laserstrahl schräg eintritt, wird der Brechungsindex verändert, so dass eine vorbestimmte spektrale Form und Stärke nicht erhalten werden kann. Deshalb sind höhere Berechnungen erforderlich, um das DOE zu entwerfen, während der Einfallswinkel berücksichtigt wird, und momentan sind diese Berechnungen extrem schwierig.
Ferner muss, wenn z.B. das DOE 11 entlang dem Lichtpfad der fθ-Linse 7 folgend eingeführt ist, wie in 7 gezeigt, das DOE 11 groß genug sein, um den Laserstrahl quer über die gesamte von dem Galvanospiegel 5b gescannte Fläche unterzubringen. Ferner neigt, da die Laserstrahlen, die durch das DOE 11 gelangen, durch die fθ Linse 7 fokussiert sind, das DOE 11 dazu, thermisch beeinflusst zu sein, so dass eine Funktion, wie sie z.B. von einer Kühlvorrichtung bereitgestellt wird, zum Reduzieren des thermischen Einflusses benötigt wird.
Ausführungsform 2
In 8 ist eine Abnahme/Haltevorrichtung gezeigt, mit der auf einfache Weise ein DOE in das Lichtpfadsystem entsprechend der ersten Ausführungsform eingeführt oder ausgetauscht werden kann. Die Abnahme/Haltevorrichtung in 8 weist einen Mechanismus zum automatischen Austauschen der DOEs 11 auf, die in einer Stapeleinheit 15, die einen Austauscharm 16 verwendet, gespeichert sind. Wenn ein DOE nicht für die Einstellung des Lichtpfads für die Ausrichtung der Galvanospiegel verwendet wird, kann das DOE von dem Lichtpfad entfernt werden. Ein Abnahmemechanismus kann eingesetzt werden, mit dem ein Bediener manuell die DOEs wie benötigt austauschen kann.
Da die Formen des DOEs nicht variieren, werden einige Arten von DOEs einschließlich eines mit einem Beugungsgitter zum Aufzweigen eines Laserstrahls, um ein spezifisches Muster zu beschreiben, vorbereitet, und werden, wie benötigt, ausgetauscht, so dass die Bearbeitung eines willkürlichen Musters auf geeignetere Weise vollbracht werden kann.
Ferner sind die folgenden Gegenstände erforderlich, um die Galvanospiegel automatisch zu korrigieren: Die CCD Kamera sollte auf einfache Weise die Bearbeitungsergebnisse erkennen; die Notwendigkeit einer Korrektur für ein Programm für jedes DOE Muster sollte beseitigt werden; und eine komplizierte Vorrichtung und Steuerung sollte vermieden werden, wenn ein Laserstrahl emittiert wird, während er um die Lichtachse gedreht wird aufgrund der Haltung eines angebrachten DOEs, und die Bearbeitungsergebnisse werden relativ zur Koordinatenachse des XY Tischs geneigt, so dass für die Erkennung durch die CCD Kamera und der Programmkorrektur eine Rotationsachsenkorrektur erforderlich ist, zusätzlich zu den X-Koordinaten- und Y-Koordinatenkorrekturen. Deshalb ist es bevorzugt, dass lediglich ein Loch in dem Sichtfenster einer CCD Kamera vorgesehen ist, so dass ein nicht aufgezweigter Laserstrahl notwendig ist, und dass vorzugsweise das DOE von dem Lichtpfad entfernt wird, wenn die Korrektur durchgeführt wird.
Ausführungsform 3
In 9 ist eine Ausrichtungseinstellvorrichtung gezeigt, die auf einfache Weise die Ausrichtung eines DOE in dem Lichtpfadsystem der ersten Ausführungsform einstellen kann. Die Genauigkeit des Spektralmusters an dem Brennpunkt wird bedeutend von der Genauigkeit beeinflusst, mit der das DOE hergestellt wurde. Ferner weist, da der Abstand zwischen dem DOE und dem Brennpunkt ebenfalls die Genauigkeit des Spektralmusters beeinflusst, um eine Einstellung zum Ausgleich eines Fehlers der Brennweite, die für die Linse festgesetzt ist, vorzunehmen, eine Haltevorrichtung 17 für die Haltungseinstellung einen Mechanismus zum Ausführen einer vertikalen Einstellung ein, um einen Fehler entlang der Lichtachse 18 zu korrigieren. Zusätzlich wird, während ein unterer Strahl, der das Objekt treffen wird, über die Galvanospiegel emittiert wird, das Spektralmuster relativ zu den XY Koordinaten des Bearbeitungstischs geneigt, abhängig von den Winkeln, unter denen die Galvanospiegel angebracht sind. Deshalb schließt die Haltevorrichtung 17 zur Ausrichtungseinstellung einen Mechanismus zum Rotieren des DOE 11 um die Lichtachse 18 ein. Zusätzlich, um den optimalen Beugungswinkel zu erhalten, ist es bevorzugt, dass der Laserstrahl senkrecht in das DOE 11 eintritt. Auf diese Weise enthält die Haltevorrichtung 17 zur Ausrichtungseinstellung ebenfalls einen Mechanismus zum Einstellen des DOE 11, so dass es senkrecht zur Lichtachse 18 ist.
Ausführungsform 4
In 10 ist ein Lichtpfadsystem gezeigt, in dem ein optisches Bildübertragungssystem 25, das mit einem Maskeneinstellmechanismus ausgestattet ist, vor dem DOE 11 entlang dem Lichtpfad in der ersten Ausführungsform positioniert ist. In dem optischen Bildübertragungssystem 25 wird ein Strahldurchmesser 21 an dem Brennpunkt unter Verwendung des Verhältnisses eines Abstands 22 zwischen der Maske 19 und der fθ-Linse 7 zu einer Brennweite 23, die für die fθ-Linse 7 festgesetzt ist, gesteuert, indem ein Durchmesser 20 einer Maske 19 eingestellt wird. Anschließend kann der durch die Maske 19 bestimmte Strahldurchmesser auf das Objekt 1 übertragen werden. Diese Ausführungsform ist ein Beispiel eines Lichtpfadsystems, das eine Funktion zum Einstellen der Durchmesser der Brennpunkte der Laserstrahlen, die durch das DOE 11 vorgesehen sind, auf eine beliebige Größe einschließt.
In der obigen Erklärung wurde diese Erfindung verwendet für die Mikrolochbearbeitung; jedoch kann diese Erfindung ebenfalls für andere Laserbearbeitungszwecke angewendet werden.
Wie oben beschrieben ist die Laserstrahlmaschine gemäß dieser Erfindung für industrielle Verwendung geeignet, wie z.B. für die Mikrolochbearbeitung, deren Voraussetzung eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit ist.

Claims

Laserstrahlmaschine mit: einem Laseroszillator (3) zum Erzeugen eines Laserstrahls (12); einem Lichtpfadsystem, das Galvanospiegel (5a, 5b) und eine fθ-Linse (7) einschließt, die einen Lichtpfad bilden, entlang dem der durch den Laseroszillator (3) emittierte Laserstrahl (2) zu einem Objekt (1) geführt wird; und einem optischen Beugungselement (11), das in dem Lichtpfad angeordnet ist, der von dem Laseroszillator (3) zu den Galvanospiegeln (5a, 5b) führt, wobei Laserstrahlen, die durch Aufzweigen des Laserstrahls (2) an dem optischen Beugungselement (11) erhalten werden, über die Galvanospiegel (5a, 5b) zu dem Objekt kondensiert sind.
Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1, welche eine Vorrichtung (15, 16) zum Abnehmen des optischen Beugungselements (11) von einer vorbestimmten Position entlang dem Lichtpfad und zum Austausch des optischen Beugungselements (11) durch ein anderen optisches Beugungselement aufweist.
Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1, welche eine Einstellvorrichtung (17) zum Einstellen der Ausrichtung des optischen Beugungselements (11) aufweist, das in dem Lichtpfad angeordnet ist.
Laserstrahlmaschine nach Anspruch 1, bei welcher die Durchmesser (21) der Laserstrahlen, die durch Aufzweigen des Laserstrahls (2) unter Verwendung des optischen Beugungselements (11) erhalten und durch die fθ-Linse (7) fokussiert werden, an den Brennpunkten gesteuert werden, indem ein optisches Bildübertragungssystem (25) eingestellt wird, das zwischen dem Laseroszillator (3) und dem optischen Beugungselement (11) in dem Lichtpfad angeordnet ist.
Laserstrahlmaschine nach Anspruch 4, bei welcher das optische Bildübertragungssystem (25) eine Maske (19) aufweist, deren Durchmesser (20) einstellbar ist.