レーザー加工装置及びレーザー加工方法
【課題】ワークの厚さにかかわらず、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができ、予めワークの表面変位の測定を行うことなく、レーザービーム照射領域の表面変位が一定でないワークに対しても、精度良く加工を施すことができるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供する。
【解決手段】表面変位検出手段で検出されたワーク１０の表面変位に基づき、集光点位置調整手段により加工手段に設けられた集光レンズ３３の位置を調整しつつ、保持手段に保持されたワーク１０に対して、加工手段から加工用レーザービームを照射するレーザ加工装置において、表面変位検出手段に設けられる検出用光源４１をレーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能なものとし、波長選択部４５において、その複数波長から検出用光として使用する一の波長を選択し、この選択された波長の検出用光を集光レンズ３３で集光してワーク１０に照射する。
【解決手段】表面変位検出手段で検出されたワーク１０の表面変位に基づき、集光点位置調整手段により加工手段に設けられた集光レンズ３３の位置を調整しつつ、保持手段に保持されたワーク１０に対して、加工手段から加工用レーザービームを照射するレーザ加工装置において、表面変位検出手段に設けられる検出用光源４１をレーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能なものとし、波長選択部４５において、その複数波長から検出用光として使用する一の波長を選択し、この選択された波長の検出用光を集光レンズ３３で集光してワーク１０に照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームを使用して半導体ウエーハなどのワークを加工するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。より詳しくは、レーザービームの集光点位置を補正するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、略円板形状の半導体ウエーハの表面に、ＩＣ（integrated circuit：集積回路）又はＬＳＩ（large-scale integration：大規模集積回路）などの回路をマトリクス状に形成し、その後、この複数の回路が形成されたウエーハを、所定のストリート（分割予定ライン）に沿って格子状に切断することにより、各回路を分離してチップ化している。
【０００３】
また、電気機器などに広く利用されている発光ダイオード及びレーザダイオードなどの光デバイスの製造工程においても、サファイヤなどからなる基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体などが積層された光デバイスウエーハを、分割予定ラインに沿って切断することにより個々のデバイスに分割し、チップ化している。
【０００４】
このような各種ウエーハの切断（ダイシング）には、ダイサーと称される切断装置が使用されている。また、近年、レーザービームを利用して、半導体ウエーハなどのワークを切断する方法も開発されている（例えば、特許文献１，２参照。）。例えば、特許文献１に記載の加工方法では、酸化物単結晶からなるワークにレーザービームを照射して、光化学的な反応によって酸化物単結晶の分子を解離及び蒸発させることで、ワークの所定位置に溝を形成し、この溝に沿ってワークを劈開している。
【０００５】
また、特許文献２に記載の切断方法では、ワークに対して透過性を有するパルスレーザービームを、ワーク内部に集光点を合わせて照射し、分割予定ラインに沿って変質領域を形成している。この変質領域は、他の部分よりも強度が低いため、分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、変質層が起点となってワークが分割される。
【０００６】
一方、加工対象のワークによっては、ダイシング工程に至るまでの過程で、反りやうねりが生じたり、表面が平坦ではなく凹凸が形成されていたりすることがある。このようなワークを加工する場合、加工面の表面変位が一定でないため、レーザービームの集光点位置が深さ方向でばらつき、加工精度が低下してしまう。前述したワーク内部に変質層を形成するレーザー加工においては、特に、加工対象のワークの反り、うねり及び凹凸の影響が大きい。
【０００７】
そこで、従来、予めワークにおけるレーザービーム照射領域の表面変位を測定し、その結果に基づいて、集光点の深さ方向位置を調整しながら、レーザービームを照射するレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献３，４参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２３７０号公報（特許第３４０８８０５号）
【特許文献３】特開２００７−１５２３５５号公報
【特許文献４】特開２００８−１６５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した特許文献３，４に記載された従来のレーザー加工装置には、加工位置、即ち、加工用レーザービームの集光点位置が、ワーク表面から離れていると、加工中に表面変位の測定を行い、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することはできず、加工効率が低下するという問題点がある。これは、特許文献３，４に記載のレーザー加工装置のように、検出用レーザービームの集光点と加工用レーザービームの集光点を同じ位置に設定すると、加工用レーザービームをワーク内部の深い位置に集光させて加工を行う際、ワーク表面における検出用レーザービームのスポット径が大きくなってしまうからである。
【００１０】
これらの従来のレーザー加工装置では、検出用レーザービームのワーク表面における反射光の光量からワークの表面変位を検出しているが、このように検出用レーザービームのスポット径が大きくなると、その反射光の単位面積あたりの光量が低下し、ワークの表面変位を正確に測定することができなくなる。特に、厚いワークをその裏面近傍から複数回に分けてレーザービームを照射するような加工を行う場合には、加工用レーザービームの集光点位置とワーク表面との距離が長くなるため、表面変位の測定自体ができなくなることがある。このため、特許文献３，４に記載のレーザー加工装置では、予め検出用レーザービームを照射してワークの表面変位の測定を行った後、加工用レーザービームの集光点位置を調整して加工を行っている。
【００１１】
そこで、本発明は、ワークの厚さにかかわらず、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができ、予めワークの表面変位の測定を行うことなく、レーザービーム照射領域の表面変位が一定でないワークに対しても、精度良く加工を施すことができるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るレーザー加工装置は、レーザービームによりワークを加工するレーザー加工装置であって、前記ワークを保持する保持手段と、少なくとも、前記レーザービームを発振する発振器と、前記レーザービームを前記ワークに向けて集光する集光レンズとを備え、前記ワークに向けて前記レーザービームを照射する加工手段と、前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出手段と、前記表面変位検出手段における検出結果に基づいて前記集光レンズの位置を調整する集光点位置調整手段と、を有し、前記表面変位検出手段は、前記レーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能な検出用光源と、該複数波長から検出用光として使用する一の波長を選択する波長選択部と、前記波長選択部で選択され前記検出用光源から出射された検出用光を前記集光レンズに導く検出用光照射部と、前記検出用光の照射により生じた前記ワークからの反射光を検出する検出部と、を備えるものである。
【００１３】
本発明においては、表面変位検出手段の検出用光源を複数波長の光を発振可能なものとし、波長選択部において、この複数波長の中から検出用光として使用する一の波長を選択しているため、ワークの厚さや加工条件などにかかわらず、検出用光の集光点位置をワーク表面又はその近傍に設定することができる。これにより、加工中でも表面変位の測定が可能となるため、リアルタイムでレーザービームの集光点位置を補正することができる。
【００１４】
このレーザー加工装置における前記波長選択部は、前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記ワークの表面又はその近傍で集光される波長の光を選択することもできる。
【００１５】
また、このレーザー加工装置には、前記表面変位検出手段での検出結果に基づいて、前記集光点位置調整手段を動作させる制御手段が設けられていてもよい。
【００１６】
更に、前記表面変位検出手段には、前記反射光を前記検出部に導く光学部材が設けられていてもよく、その場合、少なくとも、前記集光レンズと前記ワークとの間は、前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路を同軸状に配置することができる。
【００１７】
一方、本発明に係るレーザー加工方法は、レーザービームを使用してワークを加工するレーザー加工方法であって、前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出工程と、前記表面変位の検出結果に基づいて、前記レーザービームの集光点位置を調整しつつ、前記ワークにレーザービームを照射する工程と、を有し、前記表面変位検出工程において、前記ワークに対して、前記レーザービームと異なる波長でかつ前記ワークの表面又はその近傍で集光する波長の検出用光を、選択的に照射する。
【００１８】
本発明においては、加工用のレーザービームとは異なる複数波長の中から、ワークの表面又はその近傍で集光する一の波長の光を検出用光として選択し、照射しているため、どのような厚さのワークでも、加工中に表面変位検出を実行することができ、リアルタイムでレーザービームの集光点位置を補正することができる。
【００１９】
このレーザー加工方法では、前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記検出用光を選択することができる。
【００２０】
また、前記検出用光を照射することにより前記ワークで生じた反射光の光量の変化から、前記ワークの表面変位を算出してもよい。
【００２１】
更に、前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路の一部を同軸状に配置することもできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、検出用光源から発振可能な複数波長のうち一の波長の光を、検出用光として選択的に照射しているため、ワークの厚さにかかわらず、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができ、レーザービーム照射領域の表面変位が一定でないワークに対しても、精度良く加工を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。図１は本実施形態のレーザー加工装置の構成を示す斜視図であり、図２は図１に示すレーザー加工装置１の光学系の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１は、少なくとも、ワーク１０を保持する保持手段２と、ワーク１０の所定位置にレーザービームを照射する加工手段と、ワーク１０の表面変位を検出する表面変位検出手段と、この表面変位検出手段による検出結果に基づいて加工手段から照射されるレーザービームの集光点位置を調整する集光点位置調整手段を備えている。そして、これら加工手段、表面変位検出手段及び集光点位置調整手段は、例えば保持手段２の上方に配置されたレーザービーム照射ユニット３内に設けられている。
【００２５】
本実施形態のレーザー加工装置１が加工対象とするワーク１０としては、例えば、半導体ウエーハ、ＤＡＦ（Die Attach Film）などの粘着テープ、ガラス、シリコン及びサファイヤなどの無機材料、金属材料又はプラスチックなどからなる各種基板、半導体製品のパッケージ、並びにミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料などが挙げられる。このワーク１０は、裏面に貼付された粘着テープ１２を介してリングフレーム１１の開口部に支持され、その状態で加工が施される。
【００２６】
一方、本実施形態のレーザー加工装置１における保持手段２は、ワーク１０を保持する保持面２１を備えていればよく、例えば、負圧を利用してワークを吸着保持するチャックテーブルなどが挙げられる。また、この保持手段２には、必要に応じて、リングフレーム１１を脱着自在に固定する複数のクランプ２２を設けることもできる。
【００２７】
上述した保持手段２は、送り手段によってｘ方向、及びこのｘ方向に直交するｙ方向に移動可能となっている。具体的には、台座５１上に相互に平行に配置された１対の案内レール５２ａ，５２ｂ間にボールねじ５３ａが配置され、このボールねじ５３ａの一方の端部にはモータ５３ｂが取り付けられており、他方の端部は軸受けブロック５３ｃに回転可能に支持されている。
【００２８】
また、案内レール５２ａ，５２ｂ及びボールねじ５３ａの上には、滑動ブロック５４が載置されており、この滑動ブロック５４上に、１対の案内レール５５ａ，５５ｂ及びボールねじ５６ａが相互に平行に配置されている。このボールねじ５６ａも、一方の端部にモータ５６ｂが取り付けられ、他方の端部は軸受けブロック５６ｃに回転可能に支持されている。更に、案内レール５５ａ，５５ｂ及びボールねじ５６ａの上には、滑動ブロック５７が載置されており、この滑動ブロック５７上に保持手段２が設置されている。
【００２９】
そして、これらの部材により構成される送り手段においては、モータ５３ｂによりボールねじ５３ａを駆動させると、滑動ブロック５４が案内レール５２ａ，５２ｂによって案内されて移動し、これにより保持手段２がｘ方向に移動する。一方、モータ５６ｂによりボールねじ５６ａを駆動させると、滑動ブロック５７が案内レール５５ａ，５５ｂによって案内されて移動し、これにより保持手段２がｙ方向に移動する。
【００３０】
一方、加工手段は、ワーク１０にレーザービームを照射可能な位置に配置されていればよく、例えば、図１に示すように、保持手段２の上方のレーザービーム照射ユニット内に設けられる。また、その構成としては、少なくとも、図２に示すように、加工用のレーザービームを発振する発振器３１と、レーザービームの進行方向を変えるための全反射ミラー３２と、レーザービームを集光するための色収差が補正されていない集光レンズ３３を備えていればよい。この場合、発振器３１から発振されたレーザービームは、例えば全反射ミラー３２により集光レンズ２２に向けて反射され、集光レンズ２２により集光されてワーク１０に照射される。
【００３１】
また、この加工手段に設けられる発振器３１は、ワーク１０の種類及び加工形態などに応じて適宜選択することができ、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯレーザー発振器などを使用することができる。更に、全反射ミラー３２は複数個設けられていてもよく、集光レンズ３３はケース３４に収容されていてもよい。
【００３２】
本実施形態のレーザー加工装置１における集光点位置調整手段は、後述する表面変位検出手段の検出結果に基づいて、レーザービームの集光点位置を、ワーク１０に対して垂直方向に調整可能な構成であればよく、例えば、図２に示すように、ケース３４にアクチュエータ３５を取付けることで実現することができる。このようなアクチュエータ３５としては、例えば、印加する電圧値に対応して軸方向に延びる圧電素子により構成されたピエゾモータを使用することができる。
【００３３】
更に、集光点位置調整手段として、上述したアクチュエータ３５に加えて、レーザービーム照射ユニット３を、ワーク１０に対して垂直方向に移動させるための案内レール及び駆動モータなどを設けてもよい。このように、レーザービーム照射ユニット３全体を移動可能とすることにより、レーザービーム照射ユニット３の位置を調整した後、アクチュエータ３５で微調整することが可能となるため、レーザービームの集光点位置を高精度で調整することができる。
【００３４】
本実施形態のレーザー加工装置１における表面変位検出手段は、検出用光源４１からワーク１０の表面で反射する波長の光（検出用光）を発振し、検出部４４でワーク１０からの反射光の光量の変化などを測定することで、ワーク１０の表面変位を求めるものである。この表面変位検出手段に設けられる検出用光源４１としては、発振器３１から発振される加工用レーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能なものであればよく、例えば光パラメトリック発振器などが挙げられる。
【００３５】
また、光源から出射した光を、回折格子やプリズムで分光し、特定波長の光を取り出す構成としてもよい。この場合、光源からの光が回折格子やプリズムに入射する角度を調整することで、検出用光としてワーク１０に照射される光の波長を、任意に変更することができる。更に、相互に異なる波長の光を発振する光源を複数設け、それらを適宜切り替えながら使用してもよい。
【００３６】
また、検出用光源４１には、複数波長の検出用光から一の波長を選択するための波長選択部４５が接続されている。この波長選択部４５において、一の波長の検出用光を選択する方法としては、例えば、予め、各波長の光が集光レンズからどれだけ離れた位置に集光されるかを後述する制御手段のリードオンメモリ（ＲＯＭ）に記憶しておき、加工対象のワーク１０の厚さ及び加工用レーザービームの集光点の設定位置などの情報に基づき、適正な波長を選択する方法がある。
【００３７】
このように、検出用光源４１から出射される光の波長を変えると、集光レンズ３３での屈折率が変わるため、検出用光が集光する位置が変わる。そこで、ワーク１０の厚さや加工条件などに応じて、検出用光の波長を任意に選択可能とすることで、どのような厚さのワーク１０であっても、検出用光の集光点位置を、ワーク表面又はその近傍に設定することができる。これにより、レーザー加工中においてもワークの表面変位を検出することが可能となるため、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができる。
【００３８】
更に、表面変位検出手段には、ワーク１０からの反射光を検出する検出部４４と、検出用光源４１から発振された光を集光レンズ３３に導くと共に、ワーク１０からの反射光を検出部４４に導くための部分透過ミラー４２及びビームスプリッター４３が設けられている。具体的には、発振器３１と全反射ミラー３２との間に、部分透過ミラー４２が配置されており、検出用光源４１と部分透過ミラー４２との間に、ビームスプリッター４３配置されている。
【００３９】
また、部分透過ミラー４２は、加工用レーザービームは透過するが、検出用光及び反射光は反射するようになっていればよく、例えばダイクロイックミラーなどを使用することができる。一方、ビームスプリッター４３は、検出用光源４１から出射された検出用光は透過して部分透過ミラー４２に導き、部分透過ミラー４２で反射された反射光は反射して検出部４４に導くようになっていればよく、例えばハーフミラーなどを使用することができる。
【００４０】
この表面変位検出手段では、検出用光源４１から発振され、ビームスプリッター４３を透過した一部の検出用光は、部分透過ミラー４２及び全反射ミラー３２で反射された後、集光レンズ３３で集光されて、ワーク１０に照射される。そして、ワーク１０の表面で反射した光（反射光）は、集光レンズ３３を介して全反射ミラー３２に入射し、この全反射ミラー３２及び部分透過ミラー４２で反射された後、その一部がビームスプリッター４３で反射されて、検出部４４に入射する。このように、本実施形態のレーザー加工装置１においては、部分透過ミラー４２とワーク１０との間では、加工用レーザービームの光路と、検出用光の光路と、反射光の光路とが同軸上に配置されている。これにより、構成を簡素化し、光学系をコンパクトにすることができる。
【００４１】
一方、検出部４４は、例えば、ワーク１０からの反射光を任意の比率で反射と透過とに分けるハーフミラーなどのビームスプリッター４４１と、ビームスプリッター４４１で分割された光をそれぞれ検出する受光素子４４２ａ，４４２ｂと、ビームスプリッター４４１で反射された光を受光素子４４２ａに向けて集光する集光レンズ４４３と、ビームスプリッター４４１を透過した光を一次元に集光するシリンドリカルレンズ４４４と、シリンドリカルレンズ４４４で集光された光を単位長さに規制する一次元マスク４４５を備える構成とすることができる。
【００４２】
この場合、受光素子４４２ａに受光される反射光は、集光レンズ４４３によって略１００％集光されるため、その受光量は一定となる。一方、受光素子４４２ｂで受光される反射光は、シリンドリカルレンズ４４４によって一次元に集光された後、一次元マスク４４５によって所定の単位長さに規制されて受光される。このため、受光素子４４２ｂの受光量は、集光レンズ３３からワーク１０までの距離、即ち、ワーク１０の表面変位に応じて変化する。
【００４３】
そこで、本実施形態のレーザー加工装置１においては、各受光素子４４２ａ，４４２ｂでの受光量に対応した電圧信号を後述する制御手段に出力し、制御手段によりそれらの値に基づいて集光点位置調整手段を動作させ、加工用レーザービームの集光点位置を調整する。なお、検出部４４は、ワーク１０の表面変位が検出可能であればよく、図２に示す構成に限定されるものではない。
【００４４】
本実施形態のレーザー加工装置１における制御手段は、例えばコンピュータにより構成されおり、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラムなどを格納するリードオンメモリ（ＲＯＭ）と、演算結果などを格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、検出部４４からの出力信号が入力される入力エンターフェース、及びアクチュエータ３５に動作信号を出力する出力インターフェースを備えている。そして、この制御手段では、検出部４４から出力された電圧信号に基づいて、アクチュエータ３５などを動作させて、集光レンズ３３の位置を調整する。
【００４５】
更に、本実施形態のレーザー加工装置１においては、保持手段２の上方に、アライメント作業用の撮像手段４が設けられていてもよい。その場合、この撮像手段４により、ワーク１０におけるレーザー加工すべき加工領域を検出する。
【００４６】
次に、本実施形態のレーザー加工装置１の動作、即ち、レーザー加工装置１を使用してワーク１０を加工する方法について説明する。本実施形態のレーザー加工方法においては、先ず、図１に示すように、加工対象のワーク１０を、粘着テープ１２を介してリングフレーム１１の開口部に支持させる。このとき、ワーク１０の裏面に粘着テープ１２を貼付する。そして、ワーク１０を保持手段２に載置し、リングフレーム１１をクランプ２２で固定すると共に、保持面２１ａによりワーク１０を吸着保持する。
【００４７】
次に、加工手段により、所定波長の加工用レーザービームを、分割予定ラインに沿ってワーク１０に照射する。例えば、ワーク１０がシリコン基板を使用した半導体ウエーハであり、その内部に変質層を形成する加工の場合は、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザービームを照射する。また、その際、表面変位検出手段により、加工用レーザービームを照射する部分、即ち、分割予定ラインの表面変位を測定し、その結果に基づいて制御手段により集光点位置調整手段を操作して、ワーク１０の厚さ方向におけるレーザービームの集光点位置を補正する。
【００４８】
具体的には、図２に示すように、発振器３１から所定波長の加工用レーザービームを発振すると、そのレーザービームは、部分透過ミラー４２を透過し、全反射ミラー３２で反射された後、集光レンズ３３で集光されて、ワーク１０に照射される。一方、検出用光源４１からは、波長選択部４５において選択された加工用レーザービームとは波長が異なる一の光が出射する。この検出用光の一部は、ビームスプリッター４３を透過し、部分透過ミラー４２及び全反射ミラー３２で反射した後、集光レンズ３３で集光されてワーク１０に照射される。
【００４９】
このとき、集光レンズ３３の位置は、この加工用レーザービームの集光点位置に応じて決定される。そこで、検出用光には、集光レンズ３３がその位置にあるときにワーク１０の表面又はその近傍で集光する波長の光を選択する。
【００５０】
この検出用光の波長の選択は、前述したように制御手段のＲＯＭに記憶された情報に基づいて行うことができるが、それ以外にも、例えば、集光レンズ３３を、加工用レーザービームの集光点位置に応じて決定された所定位置に配置し、加工を行う前に、先ず検出用光のみを照射して、適正な波長を選択することも可能である。具体的には、加工を開始する前に、低波長から高波長まで波長を変化させながら検出用光をワーク１０に照射し、受光素子４４２ａから出力された電圧値Ｖ１と、受光素子４４２ｂから出力された電圧値Ｖ２を測定する。そしてそれらの比（Ｖ１／Ｖ２）が、ワーク近傍で集光されたときの値となる波長を、検出用光として適正な波長であるとして選択する。これにより、各波長の光が集光する位置を、予め制御手段のＲＯＭに記憶しておく必要がなくなる。
【００５１】
そして、検出用光を照射したことにより生じるワーク１０の表面での反射光は、集光レンズ３３を透過し、全反射ミラー３２及び部分反射ミラー４２で反射された後、その一部がビームスプリッター４３で反射されて検出部４４に入射する。この反射光は、検出部４４のビームスプリッター４４１において、反射と透過とに分光され、反射された光は集光レンズ４４３で集光されて受光素子４４２ａに入射する。一方、ビームスプリッター４４１を透過した光は、シリンドリカルレンズ４４４において一次元に集光された後、一次元マスク４４５で単位長さに規制された後、受光素子４４２ｂに入射する。
【００５２】
受光素子４４２ａ，４４２ｂは、その受光量に応じた電圧信号を制御手段に出力する。そして、制御手段において、例えば、受光素子４４２ａから出力された電圧値Ｖ１と、受光素子４４２ｂから出力された電圧値Ｖ２との比（Ｖ２／Ｖ１）から、ワーク１０の表面変位量を求め、集光点位置調整手段であるアクチュエータ３５に印加する電圧値を調節する。これにより、アクチュエータ３５が伸縮するため、集光レンズ３３がワーク１０に対して垂直な方向に所定量だけ移動し、加工用レーザービームの集光点位置が調整される。
【００５３】
このように、本実施形態のレーザー加工装置１では、表面変位検出手段によりワークの表面変位を測定し、その結果に基づいて加工用レーザービームの集光点位置を調整しているため、ワーク１０に反りやうねりがある場合でも、加工位置を一定にすることができる。その結果、どのようなワークに対しても精度よく加工を施すことができる。
【００５４】
また、表面変位検出手段の検出用光源４１を複数波長の光を発振可能なものとし、波長選択部４５において、加工用レーザービームの集光点位置（集光レンズ３３の位置）やワーク１０の厚さなどに応じて、複数波長の中から検出用光として使用する一の波長を選択しているため、ワーク１０の厚さ及び加工条件にかかわらず、検出用光の集光点位置をワーク表面又はその近傍に設定することが可能となる。その結果、ワーク１０の厚さが厚く、更に、加工用レーザービームの集光点位置がワークの裏面近傍に設定されているような場合でも、レーザー加工中にワーク１０の表面変位検出を実施することができるため、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態のレーザー加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すレーザー加工装置１の光学系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ レーザー加工装置
２ 保持手段
３ レーザービーム照射ユニット
４ 撮像手段
１０ ワーク
１１ リングフレーム
１２ 粘着テープ
２１ 保持面
２２ クランプ
３１ 発振器
３２ 全反射ミラー
３３ 集光レンズ
３４ ケース
４１ 検出用光源
４２ 部分透過ミラー
４３、４４１ ビームスプリッター
４４ 検出部
４５ 波長選択部
５１ 台座
５２ａ、５２ｂ、５５ａ、５５ｂ 案内レール
５３ａ、５６ａ ボールねじ
５３ｂ、５６ｂ モータ
５３ｃ、５６ｃ 軸受けブロック
５４、５７ 滑動ブロック
４４２ａ、４４２ｂ 受光素子
４４３ 集光レンズ
４４４ シリンドリカルレンズ
４４５ 一次元マスク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームを使用して半導体ウエーハなどのワークを加工するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。より詳しくは、レーザービームの集光点位置を補正するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、略円板形状の半導体ウエーハの表面に、ＩＣ（integrated circuit：集積回路）又はＬＳＩ（large-scale integration：大規模集積回路）などの回路をマトリクス状に形成し、その後、この複数の回路が形成されたウエーハを、所定のストリート（分割予定ライン）に沿って格子状に切断することにより、各回路を分離してチップ化している。
【０００３】
また、電気機器などに広く利用されている発光ダイオード及びレーザダイオードなどの光デバイスの製造工程においても、サファイヤなどからなる基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体などが積層された光デバイスウエーハを、分割予定ラインに沿って切断することにより個々のデバイスに分割し、チップ化している。
【０００４】
このような各種ウエーハの切断（ダイシング）には、ダイサーと称される切断装置が使用されている。また、近年、レーザービームを利用して、半導体ウエーハなどのワークを切断する方法も開発されている（例えば、特許文献１，２参照。）。例えば、特許文献１に記載の加工方法では、酸化物単結晶からなるワークにレーザービームを照射して、光化学的な反応によって酸化物単結晶の分子を解離及び蒸発させることで、ワークの所定位置に溝を形成し、この溝に沿ってワークを劈開している。
【０００５】
また、特許文献２に記載の切断方法では、ワークに対して透過性を有するパルスレーザービームを、ワーク内部に集光点を合わせて照射し、分割予定ラインに沿って変質領域を形成している。この変質領域は、他の部分よりも強度が低いため、分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、変質層が起点となってワークが分割される。
【０００６】
一方、加工対象のワークによっては、ダイシング工程に至るまでの過程で、反りやうねりが生じたり、表面が平坦ではなく凹凸が形成されていたりすることがある。このようなワークを加工する場合、加工面の表面変位が一定でないため、レーザービームの集光点位置が深さ方向でばらつき、加工精度が低下してしまう。前述したワーク内部に変質層を形成するレーザー加工においては、特に、加工対象のワークの反り、うねり及び凹凸の影響が大きい。
【０００７】
そこで、従来、予めワークにおけるレーザービーム照射領域の表面変位を測定し、その結果に基づいて、集光点の深さ方向位置を調整しながら、レーザービームを照射するレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献３，４参照。）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２３７０号公報（特許第３４０８８０５号）
【特許文献３】特開２００７−１５２３５５号公報
【特許文献４】特開２００８−１６５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した特許文献３，４に記載された従来のレーザー加工装置には、加工位置、即ち、加工用レーザービームの集光点位置が、ワーク表面から離れていると、加工中に表面変位の測定を行い、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することはできず、加工効率が低下するという問題点がある。これは、特許文献３，４に記載のレーザー加工装置のように、検出用レーザービームの集光点と加工用レーザービームの集光点を同じ位置に設定すると、加工用レーザービームをワーク内部の深い位置に集光させて加工を行う際、ワーク表面における検出用レーザービームのスポット径が大きくなってしまうからである。
【００１０】
これらの従来のレーザー加工装置では、検出用レーザービームのワーク表面における反射光の光量からワークの表面変位を検出しているが、このように検出用レーザービームのスポット径が大きくなると、その反射光の単位面積あたりの光量が低下し、ワークの表面変位を正確に測定することができなくなる。特に、厚いワークをその裏面近傍から複数回に分けてレーザービームを照射するような加工を行う場合には、加工用レーザービームの集光点位置とワーク表面との距離が長くなるため、表面変位の測定自体ができなくなることがある。このため、特許文献３，４に記載のレーザー加工装置では、予め検出用レーザービームを照射してワークの表面変位の測定を行った後、加工用レーザービームの集光点位置を調整して加工を行っている。
【００１１】
そこで、本発明は、ワークの厚さにかかわらず、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができ、予めワークの表面変位の測定を行うことなく、レーザービーム照射領域の表面変位が一定でないワークに対しても、精度良く加工を施すことができるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るレーザー加工装置は、レーザービームによりワークを加工するレーザー加工装置であって、前記ワークを保持する保持手段と、少なくとも、前記レーザービームを発振する発振器と、前記レーザービームを前記ワークに向けて集光する集光レンズとを備え、前記ワークに向けて前記レーザービームを照射する加工手段と、前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出手段と、前記表面変位検出手段における検出結果に基づいて前記集光レンズの位置を調整する集光点位置調整手段と、を有し、前記表面変位検出手段は、前記レーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能な検出用光源と、該複数波長から検出用光として使用する一の波長を選択する波長選択部と、前記波長選択部で選択され前記検出用光源から出射された検出用光を前記集光レンズに導く検出用光照射部と、前記検出用光の照射により生じた前記ワークからの反射光を検出する検出部と、を備えるものである。
【００１３】
本発明においては、表面変位検出手段の検出用光源を複数波長の光を発振可能なものとし、波長選択部において、この複数波長の中から検出用光として使用する一の波長を選択しているため、ワークの厚さや加工条件などにかかわらず、検出用光の集光点位置をワーク表面又はその近傍に設定することができる。これにより、加工中でも表面変位の測定が可能となるため、リアルタイムでレーザービームの集光点位置を補正することができる。
【００１４】
このレーザー加工装置における前記波長選択部は、前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記ワークの表面又はその近傍で集光される波長の光を選択することもできる。
【００１５】
また、このレーザー加工装置には、前記表面変位検出手段での検出結果に基づいて、前記集光点位置調整手段を動作させる制御手段が設けられていてもよい。
【００１６】
更に、前記表面変位検出手段には、前記反射光を前記検出部に導く光学部材が設けられていてもよく、その場合、少なくとも、前記集光レンズと前記ワークとの間は、前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路を同軸状に配置することができる。
【００１７】
一方、本発明に係るレーザー加工方法は、レーザービームを使用してワークを加工するレーザー加工方法であって、前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出工程と、前記表面変位の検出結果に基づいて、前記レーザービームの集光点位置を調整しつつ、前記ワークにレーザービームを照射する工程と、を有し、前記表面変位検出工程において、前記ワークに対して、前記レーザービームと異なる波長でかつ前記ワークの表面又はその近傍で集光する波長の検出用光を、選択的に照射する。
【００１８】
本発明においては、加工用のレーザービームとは異なる複数波長の中から、ワークの表面又はその近傍で集光する一の波長の光を検出用光として選択し、照射しているため、どのような厚さのワークでも、加工中に表面変位検出を実行することができ、リアルタイムでレーザービームの集光点位置を補正することができる。
【００１９】
このレーザー加工方法では、前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記検出用光を選択することができる。
【００２０】
また、前記検出用光を照射することにより前記ワークで生じた反射光の光量の変化から、前記ワークの表面変位を算出してもよい。
【００２１】
更に、前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路の一部を同軸状に配置することもできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、検出用光源から発振可能な複数波長のうち一の波長の光を、検出用光として選択的に照射しているため、ワークの厚さにかかわらず、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができ、レーザービーム照射領域の表面変位が一定でないワークに対しても、精度良く加工を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。図１は本実施形態のレーザー加工装置の構成を示す斜視図であり、図２は図１に示すレーザー加工装置１の光学系の構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１は、少なくとも、ワーク１０を保持する保持手段２と、ワーク１０の所定位置にレーザービームを照射する加工手段と、ワーク１０の表面変位を検出する表面変位検出手段と、この表面変位検出手段による検出結果に基づいて加工手段から照射されるレーザービームの集光点位置を調整する集光点位置調整手段を備えている。そして、これら加工手段、表面変位検出手段及び集光点位置調整手段は、例えば保持手段２の上方に配置されたレーザービーム照射ユニット３内に設けられている。
【００２５】
本実施形態のレーザー加工装置１が加工対象とするワーク１０としては、例えば、半導体ウエーハ、ＤＡＦ（Die Attach Film）などの粘着テープ、ガラス、シリコン及びサファイヤなどの無機材料、金属材料又はプラスチックなどからなる各種基板、半導体製品のパッケージ、並びにミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料などが挙げられる。このワーク１０は、裏面に貼付された粘着テープ１２を介してリングフレーム１１の開口部に支持され、その状態で加工が施される。
【００２６】
一方、本実施形態のレーザー加工装置１における保持手段２は、ワーク１０を保持する保持面２１を備えていればよく、例えば、負圧を利用してワークを吸着保持するチャックテーブルなどが挙げられる。また、この保持手段２には、必要に応じて、リングフレーム１１を脱着自在に固定する複数のクランプ２２を設けることもできる。
【００２７】
上述した保持手段２は、送り手段によってｘ方向、及びこのｘ方向に直交するｙ方向に移動可能となっている。具体的には、台座５１上に相互に平行に配置された１対の案内レール５２ａ，５２ｂ間にボールねじ５３ａが配置され、このボールねじ５３ａの一方の端部にはモータ５３ｂが取り付けられており、他方の端部は軸受けブロック５３ｃに回転可能に支持されている。
【００２８】
また、案内レール５２ａ，５２ｂ及びボールねじ５３ａの上には、滑動ブロック５４が載置されており、この滑動ブロック５４上に、１対の案内レール５５ａ，５５ｂ及びボールねじ５６ａが相互に平行に配置されている。このボールねじ５６ａも、一方の端部にモータ５６ｂが取り付けられ、他方の端部は軸受けブロック５６ｃに回転可能に支持されている。更に、案内レール５５ａ，５５ｂ及びボールねじ５６ａの上には、滑動ブロック５７が載置されており、この滑動ブロック５７上に保持手段２が設置されている。
【００２９】
そして、これらの部材により構成される送り手段においては、モータ５３ｂによりボールねじ５３ａを駆動させると、滑動ブロック５４が案内レール５２ａ，５２ｂによって案内されて移動し、これにより保持手段２がｘ方向に移動する。一方、モータ５６ｂによりボールねじ５６ａを駆動させると、滑動ブロック５７が案内レール５５ａ，５５ｂによって案内されて移動し、これにより保持手段２がｙ方向に移動する。
【００３０】
一方、加工手段は、ワーク１０にレーザービームを照射可能な位置に配置されていればよく、例えば、図１に示すように、保持手段２の上方のレーザービーム照射ユニット内に設けられる。また、その構成としては、少なくとも、図２に示すように、加工用のレーザービームを発振する発振器３１と、レーザービームの進行方向を変えるための全反射ミラー３２と、レーザービームを集光するための色収差が補正されていない集光レンズ３３を備えていればよい。この場合、発振器３１から発振されたレーザービームは、例えば全反射ミラー３２により集光レンズ２２に向けて反射され、集光レンズ２２により集光されてワーク１０に照射される。
【００３１】
また、この加工手段に設けられる発振器３１は、ワーク１０の種類及び加工形態などに応じて適宜選択することができ、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯレーザー発振器などを使用することができる。更に、全反射ミラー３２は複数個設けられていてもよく、集光レンズ３３はケース３４に収容されていてもよい。
【００３２】
本実施形態のレーザー加工装置１における集光点位置調整手段は、後述する表面変位検出手段の検出結果に基づいて、レーザービームの集光点位置を、ワーク１０に対して垂直方向に調整可能な構成であればよく、例えば、図２に示すように、ケース３４にアクチュエータ３５を取付けることで実現することができる。このようなアクチュエータ３５としては、例えば、印加する電圧値に対応して軸方向に延びる圧電素子により構成されたピエゾモータを使用することができる。
【００３３】
更に、集光点位置調整手段として、上述したアクチュエータ３５に加えて、レーザービーム照射ユニット３を、ワーク１０に対して垂直方向に移動させるための案内レール及び駆動モータなどを設けてもよい。このように、レーザービーム照射ユニット３全体を移動可能とすることにより、レーザービーム照射ユニット３の位置を調整した後、アクチュエータ３５で微調整することが可能となるため、レーザービームの集光点位置を高精度で調整することができる。
【００３４】
本実施形態のレーザー加工装置１における表面変位検出手段は、検出用光源４１からワーク１０の表面で反射する波長の光（検出用光）を発振し、検出部４４でワーク１０からの反射光の光量の変化などを測定することで、ワーク１０の表面変位を求めるものである。この表面変位検出手段に設けられる検出用光源４１としては、発振器３１から発振される加工用レーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能なものであればよく、例えば光パラメトリック発振器などが挙げられる。
【００３５】
また、光源から出射した光を、回折格子やプリズムで分光し、特定波長の光を取り出す構成としてもよい。この場合、光源からの光が回折格子やプリズムに入射する角度を調整することで、検出用光としてワーク１０に照射される光の波長を、任意に変更することができる。更に、相互に異なる波長の光を発振する光源を複数設け、それらを適宜切り替えながら使用してもよい。
【００３６】
また、検出用光源４１には、複数波長の検出用光から一の波長を選択するための波長選択部４５が接続されている。この波長選択部４５において、一の波長の検出用光を選択する方法としては、例えば、予め、各波長の光が集光レンズからどれだけ離れた位置に集光されるかを後述する制御手段のリードオンメモリ（ＲＯＭ）に記憶しておき、加工対象のワーク１０の厚さ及び加工用レーザービームの集光点の設定位置などの情報に基づき、適正な波長を選択する方法がある。
【００３７】
このように、検出用光源４１から出射される光の波長を変えると、集光レンズ３３での屈折率が変わるため、検出用光が集光する位置が変わる。そこで、ワーク１０の厚さや加工条件などに応じて、検出用光の波長を任意に選択可能とすることで、どのような厚さのワーク１０であっても、検出用光の集光点位置を、ワーク表面又はその近傍に設定することができる。これにより、レーザー加工中においてもワークの表面変位を検出することが可能となるため、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することができる。
【００３８】
更に、表面変位検出手段には、ワーク１０からの反射光を検出する検出部４４と、検出用光源４１から発振された光を集光レンズ３３に導くと共に、ワーク１０からの反射光を検出部４４に導くための部分透過ミラー４２及びビームスプリッター４３が設けられている。具体的には、発振器３１と全反射ミラー３２との間に、部分透過ミラー４２が配置されており、検出用光源４１と部分透過ミラー４２との間に、ビームスプリッター４３配置されている。
【００３９】
また、部分透過ミラー４２は、加工用レーザービームは透過するが、検出用光及び反射光は反射するようになっていればよく、例えばダイクロイックミラーなどを使用することができる。一方、ビームスプリッター４３は、検出用光源４１から出射された検出用光は透過して部分透過ミラー４２に導き、部分透過ミラー４２で反射された反射光は反射して検出部４４に導くようになっていればよく、例えばハーフミラーなどを使用することができる。
【００４０】
この表面変位検出手段では、検出用光源４１から発振され、ビームスプリッター４３を透過した一部の検出用光は、部分透過ミラー４２及び全反射ミラー３２で反射された後、集光レンズ３３で集光されて、ワーク１０に照射される。そして、ワーク１０の表面で反射した光（反射光）は、集光レンズ３３を介して全反射ミラー３２に入射し、この全反射ミラー３２及び部分透過ミラー４２で反射された後、その一部がビームスプリッター４３で反射されて、検出部４４に入射する。このように、本実施形態のレーザー加工装置１においては、部分透過ミラー４２とワーク１０との間では、加工用レーザービームの光路と、検出用光の光路と、反射光の光路とが同軸上に配置されている。これにより、構成を簡素化し、光学系をコンパクトにすることができる。
【００４１】
一方、検出部４４は、例えば、ワーク１０からの反射光を任意の比率で反射と透過とに分けるハーフミラーなどのビームスプリッター４４１と、ビームスプリッター４４１で分割された光をそれぞれ検出する受光素子４４２ａ，４４２ｂと、ビームスプリッター４４１で反射された光を受光素子４４２ａに向けて集光する集光レンズ４４３と、ビームスプリッター４４１を透過した光を一次元に集光するシリンドリカルレンズ４４４と、シリンドリカルレンズ４４４で集光された光を単位長さに規制する一次元マスク４４５を備える構成とすることができる。
【００４２】
この場合、受光素子４４２ａに受光される反射光は、集光レンズ４４３によって略１００％集光されるため、その受光量は一定となる。一方、受光素子４４２ｂで受光される反射光は、シリンドリカルレンズ４４４によって一次元に集光された後、一次元マスク４４５によって所定の単位長さに規制されて受光される。このため、受光素子４４２ｂの受光量は、集光レンズ３３からワーク１０までの距離、即ち、ワーク１０の表面変位に応じて変化する。
【００４３】
そこで、本実施形態のレーザー加工装置１においては、各受光素子４４２ａ，４４２ｂでの受光量に対応した電圧信号を後述する制御手段に出力し、制御手段によりそれらの値に基づいて集光点位置調整手段を動作させ、加工用レーザービームの集光点位置を調整する。なお、検出部４４は、ワーク１０の表面変位が検出可能であればよく、図２に示す構成に限定されるものではない。
【００４４】
本実施形態のレーザー加工装置１における制御手段は、例えばコンピュータにより構成されおり、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラムなどを格納するリードオンメモリ（ＲＯＭ）と、演算結果などを格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、検出部４４からの出力信号が入力される入力エンターフェース、及びアクチュエータ３５に動作信号を出力する出力インターフェースを備えている。そして、この制御手段では、検出部４４から出力された電圧信号に基づいて、アクチュエータ３５などを動作させて、集光レンズ３３の位置を調整する。
【００４５】
更に、本実施形態のレーザー加工装置１においては、保持手段２の上方に、アライメント作業用の撮像手段４が設けられていてもよい。その場合、この撮像手段４により、ワーク１０におけるレーザー加工すべき加工領域を検出する。
【００４６】
次に、本実施形態のレーザー加工装置１の動作、即ち、レーザー加工装置１を使用してワーク１０を加工する方法について説明する。本実施形態のレーザー加工方法においては、先ず、図１に示すように、加工対象のワーク１０を、粘着テープ１２を介してリングフレーム１１の開口部に支持させる。このとき、ワーク１０の裏面に粘着テープ１２を貼付する。そして、ワーク１０を保持手段２に載置し、リングフレーム１１をクランプ２２で固定すると共に、保持面２１ａによりワーク１０を吸着保持する。
【００４７】
次に、加工手段により、所定波長の加工用レーザービームを、分割予定ラインに沿ってワーク１０に照射する。例えば、ワーク１０がシリコン基板を使用した半導体ウエーハであり、その内部に変質層を形成する加工の場合は、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザービームを照射する。また、その際、表面変位検出手段により、加工用レーザービームを照射する部分、即ち、分割予定ラインの表面変位を測定し、その結果に基づいて制御手段により集光点位置調整手段を操作して、ワーク１０の厚さ方向におけるレーザービームの集光点位置を補正する。
【００４８】
具体的には、図２に示すように、発振器３１から所定波長の加工用レーザービームを発振すると、そのレーザービームは、部分透過ミラー４２を透過し、全反射ミラー３２で反射された後、集光レンズ３３で集光されて、ワーク１０に照射される。一方、検出用光源４１からは、波長選択部４５において選択された加工用レーザービームとは波長が異なる一の光が出射する。この検出用光の一部は、ビームスプリッター４３を透過し、部分透過ミラー４２及び全反射ミラー３２で反射した後、集光レンズ３３で集光されてワーク１０に照射される。
【００４９】
このとき、集光レンズ３３の位置は、この加工用レーザービームの集光点位置に応じて決定される。そこで、検出用光には、集光レンズ３３がその位置にあるときにワーク１０の表面又はその近傍で集光する波長の光を選択する。
【００５０】
この検出用光の波長の選択は、前述したように制御手段のＲＯＭに記憶された情報に基づいて行うことができるが、それ以外にも、例えば、集光レンズ３３を、加工用レーザービームの集光点位置に応じて決定された所定位置に配置し、加工を行う前に、先ず検出用光のみを照射して、適正な波長を選択することも可能である。具体的には、加工を開始する前に、低波長から高波長まで波長を変化させながら検出用光をワーク１０に照射し、受光素子４４２ａから出力された電圧値Ｖ１と、受光素子４４２ｂから出力された電圧値Ｖ２を測定する。そしてそれらの比（Ｖ１／Ｖ２）が、ワーク近傍で集光されたときの値となる波長を、検出用光として適正な波長であるとして選択する。これにより、各波長の光が集光する位置を、予め制御手段のＲＯＭに記憶しておく必要がなくなる。
【００５１】
そして、検出用光を照射したことにより生じるワーク１０の表面での反射光は、集光レンズ３３を透過し、全反射ミラー３２及び部分反射ミラー４２で反射された後、その一部がビームスプリッター４３で反射されて検出部４４に入射する。この反射光は、検出部４４のビームスプリッター４４１において、反射と透過とに分光され、反射された光は集光レンズ４４３で集光されて受光素子４４２ａに入射する。一方、ビームスプリッター４４１を透過した光は、シリンドリカルレンズ４４４において一次元に集光された後、一次元マスク４４５で単位長さに規制された後、受光素子４４２ｂに入射する。
【００５２】
受光素子４４２ａ，４４２ｂは、その受光量に応じた電圧信号を制御手段に出力する。そして、制御手段において、例えば、受光素子４４２ａから出力された電圧値Ｖ１と、受光素子４４２ｂから出力された電圧値Ｖ２との比（Ｖ２／Ｖ１）から、ワーク１０の表面変位量を求め、集光点位置調整手段であるアクチュエータ３５に印加する電圧値を調節する。これにより、アクチュエータ３５が伸縮するため、集光レンズ３３がワーク１０に対して垂直な方向に所定量だけ移動し、加工用レーザービームの集光点位置が調整される。
【００５３】
このように、本実施形態のレーザー加工装置１では、表面変位検出手段によりワークの表面変位を測定し、その結果に基づいて加工用レーザービームの集光点位置を調整しているため、ワーク１０に反りやうねりがある場合でも、加工位置を一定にすることができる。その結果、どのようなワークに対しても精度よく加工を施すことができる。
【００５４】
また、表面変位検出手段の検出用光源４１を複数波長の光を発振可能なものとし、波長選択部４５において、加工用レーザービームの集光点位置（集光レンズ３３の位置）やワーク１０の厚さなどに応じて、複数波長の中から検出用光として使用する一の波長を選択しているため、ワーク１０の厚さ及び加工条件にかかわらず、検出用光の集光点位置をワーク表面又はその近傍に設定することが可能となる。その結果、ワーク１０の厚さが厚く、更に、加工用レーザービームの集光点位置がワークの裏面近傍に設定されているような場合でも、レーザー加工中にワーク１０の表面変位検出を実施することができるため、レーザービームの集光点位置をリアルタイムで補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態のレーザー加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すレーザー加工装置１の光学系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ レーザー加工装置
２ 保持手段
３ レーザービーム照射ユニット
４ 撮像手段
１０ ワーク
１１ リングフレーム
１２ 粘着テープ
２１ 保持面
２２ クランプ
３１ 発振器
３２ 全反射ミラー
３３ 集光レンズ
３４ ケース
４１ 検出用光源
４２ 部分透過ミラー
４３、４４１ ビームスプリッター
４４ 検出部
４５ 波長選択部
５１ 台座
５２ａ、５２ｂ、５５ａ、５５ｂ 案内レール
５３ａ、５６ａ ボールねじ
５３ｂ、５６ｂ モータ
５３ｃ、５６ｃ 軸受けブロック
５４、５７ 滑動ブロック
４４２ａ、４４２ｂ 受光素子
４４３ 集光レンズ
４４４ シリンドリカルレンズ
４４５ 一次元マスク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームによりワークを加工するレーザー加工装置であって、
前記ワークを保持する保持手段と、
少なくとも、前記レーザービームを発振する発振器と、前記レーザービームを前記ワークに向けて集光する集光レンズとを備え、前記ワークに向けて前記レーザービームを照射する加工手段と、
前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出手段と、
前記表面変位検出手段における検出結果に基づいて前記集光レンズの位置を調整する集光点位置調整手段と、を有し、
前記表面変位検出手段は、
前記レーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能な検出用光源と、
該複数波長から検出用光として使用する一の波長を選択する波長選択部と、
前記波長選択部で選択され前記検出用光源から出射された検出用光を前記集光レンズに導く検出用光照射部と、
前記検出用光の照射により生じた前記ワークからの反射光を検出する検出部と、
を備えるレーザー加工装置。
【請求項２】
前記波長選択部は、前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記ワークの表面又はその近傍で集光される波長の光を選択することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
更に、前記表面変位検出手段での検出結果に基づいて、前記集光点位置調整手段を動作させる制御手段を有する請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記表面変位検出手段には、前記反射光を前記検出部に導く光学部材が設けられており、少なくとも、前記集光レンズと前記ワークとの間は、前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路が同軸状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
レーザービームを使用してワークを加工するレーザー加工方法であって、
前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出工程と、
前記表面変位の検出結果に基づいて、前記レーザービームの集光点位置を調整しつつ、前記ワークにレーザービームを照射する工程と、を有し、
前記表面変位検出工程において、前記ワークに対して、前記レーザービームと異なる波長でかつ前記ワークの表面又はその近傍で集光する波長の検出用光を、選択的に照射するレーザー加工方法。
【請求項６】
前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記検出用光を選択することを特徴とする請求項５に記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
前記検出用光を照射することにより前記ワークで生じた反射光の光量の変化から、前記ワークの表面変位を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路の一部を同軸状に配置することを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工方法。
【請求項１】
レーザービームによりワークを加工するレーザー加工装置であって、
前記ワークを保持する保持手段と、
少なくとも、前記レーザービームを発振する発振器と、前記レーザービームを前記ワークに向けて集光する集光レンズとを備え、前記ワークに向けて前記レーザービームを照射する加工手段と、
前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出手段と、
前記表面変位検出手段における検出結果に基づいて前記集光レンズの位置を調整する集光点位置調整手段と、を有し、
前記表面変位検出手段は、
前記レーザービームとは異なる複数波長の光を発振可能な検出用光源と、
該複数波長から検出用光として使用する一の波長を選択する波長選択部と、
前記波長選択部で選択され前記検出用光源から出射された検出用光を前記集光レンズに導く検出用光照射部と、
前記検出用光の照射により生じた前記ワークからの反射光を検出する検出部と、
を備えるレーザー加工装置。
【請求項２】
前記波長選択部は、前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記ワークの表面又はその近傍で集光される波長の光を選択することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
更に、前記表面変位検出手段での検出結果に基づいて、前記集光点位置調整手段を動作させる制御手段を有する請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記表面変位検出手段には、前記反射光を前記検出部に導く光学部材が設けられており、少なくとも、前記集光レンズと前記ワークとの間は、前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路が同軸状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
レーザービームを使用してワークを加工するレーザー加工方法であって、
前記ワークの表面変位を検出する表面変位検出工程と、
前記表面変位の検出結果に基づいて、前記レーザービームの集光点位置を調整しつつ、前記ワークにレーザービームを照射する工程と、を有し、
前記表面変位検出工程において、前記ワークに対して、前記レーザービームと異なる波長でかつ前記ワークの表面又はその近傍で集光する波長の検出用光を、選択的に照射するレーザー加工方法。
【請求項６】
前記ワークの厚さ及び／又は前記レーザービームの集光点位置に基づいて、前記検出用光を選択することを特徴とする請求項５に記載のレーザー加工方法。
【請求項７】
前記検出用光を照射することにより前記ワークで生じた反射光の光量の変化から、前記ワークの表面変位を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザー加工方法。
【請求項８】
前記レーザービーム、前記検出用光、及び前記反射光の光路の一部を同軸状に配置することを特徴とする請求項７に記載のレーザー加工方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−４６７０３（Ｐ２０１０−４６７０３Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１４８５６（Ｐ２００８−２１４８５６）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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