レーザー加工装置
【課題】パルスレーザー光線を光軸方向に変位した２つの集光点に集光させることができる比較的安価なレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、合流手段によって合流した第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズとを具備している。
【解決手段】パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、合流手段によって合流した第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズとを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に改質層を形成するレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂インクジェットヘッドを構成するインクを吐出するための複数のノズルが形成されたノズル基板に連結されるシリコンリザーバ基板には、ノズルに連通する複数の貫通孔が形成される。シリコンリザーバ基板に複数の貫通孔を形成するには、シリコンリザーバ基板の表面に貫通孔が形成される領域に開口部が形成されたエッチングマスクを被覆し、シリコンリザーバ基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をエッチングマスクの開口部を通して照射することによりシリコンリザーバ基板の内部に改質層を形成し、その後エッチングマスクの開口部を通してエッチング液を供給することにより、エッチング液を改質層に沿ってシリコンリザーバ基板に浸透させて内径が５〜１５μmの適正な貫通孔を形成する。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
しかるに、パルスレーザー光線の１ショットで形成される改質層の深さは２０〜３０μm程度であり、シリコンリザーバ基板の厚みが例えば２００μmの場合には、シリコンリザーバ基板の表面から裏面に至る改質層を形成するためにパルスレーザー光線を１０ショット以上照射しなければならず、生産性が悪いという問題がある。
【０００４】
一方、パルスレーザー光線を光軸方向に少なくとも２個の集光点に集光せしめるように構成したレーザー加工装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）このレーザー加工装置によれば、被加工物即ちウエーハの厚さ方向に変位せしめられている少なくとも２個の集光点の部位に改質層を同時に形成することができる。しかしながら、このレーザー加工装置は、パルスレーザー光線がウエーハの厚さ方向において同一光軸上に集光点を変位して照射されるため、集光点が浅いレーザー光線が集光点が深いパルスレーザー光線の照射を阻害し、所望の改質層を形成することができないという問題がある。
【０００５】
上記問題を解消するために、パルスレーザー光線を同一光軸上に変位した２つの集光点に集光させても、集光点が浅い一方のレーザー光線によって集光点が深い他方のパルスレーザー光線が阻害されることのないレーザー加工装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示されたレーザー加工装置は、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を交互に第１の経路と第２の経路に分配し、第１の経路を通り集光レンズによって集光される一方のパルスレーザー光線と第２の経路を通り集光レンズによって集光される他方のパルスレーザー光線を、光軸方向に変位せしめられた異なる集光点に時間差を設けて交互に照射せしめるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２１５２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８４３８号公報
【特許文献３】特開２００６−１０８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献３に開示されたレーザー加工装置においては、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける偏光変換手段と、該偏光変換手段によって分けられた垂直偏光レーザー光線と水平偏光レーザー光線を第１の経路と第２の経路に分けるビームスプリッターとからなる経路分配手段を具備する。この経路分配手段を構成する偏光変換手段は、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける変調器と、パルスレーザー光線発振手段に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに変調器に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータとからなっており、経路分配手段全体が高価となる。なお、第１の経路を通って集光されるパルスレーザー光線と第２の経路を通って集光されるパルスレーザー光線に時間差を設けるためには、両経路に光路長差を設けることが考えられるが、所定の時間差を設けるためには光路長差を非常に長くする必要があるため、装置全体が大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、パルスレーザー光線を光軸方向に変位した２つの集光点に集光させることができる比較的安価なレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段と、該光学伝送手段によって伝送されたパルスレーザー光線を集光せしめる集光器を備えており、
該光学伝送手段は、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と該第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに該第１のパルスレーザー光線または該第２のパルスレーザー光線の一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、該第１の偏頗保持ファイバーおよび該第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、該合流手段によって合流した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズと、を具備し、
該偏光依存レンズを通過した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を該集光器によって集光することにより、光軸方向に２個の集光点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【００１０】
上記合流手段は、上記第１の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線を平行光に修正する第１のコリメーションレンズと、上記第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第２のパルスレーザー光線を平行光に修正する第２のコリメーションレンズと、第１のコリメーションレンズによって平行光に修正された第１のパルスレーザー光線を通過して第２のパルスレーザー光線を反射することにより第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導くビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって同じ光軸に導かれた第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線をそれぞれ偏光面を維持して伝送する第３の偏頗保持ファイバーと、該第３の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線を平行光に修正して上記偏光依存レンズに導く第３のコリメーションレンズと、を含んでいる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー加工装置おいては、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を集光器に伝送する光学伝送手段は、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに第１のパルスレーザー光線または第２のパルスレーザー光線の一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、合流手段によって合流した第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズとを具備し、偏光依存レンズを通過した第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を該集光器によって集光することにより、光軸方向に２個の集光点を形成するので、２つの改質層を同時に形成することができるため、生産性が２倍に向上する。
また、本発明によるレーザー加工装置おいては、第２の偏頗保持ファイバーまたは第１の偏頗保持ファイバーの一方を他方より長くするだけで遅延手段を構成することができるので、装置全体を大型化することなく安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成ブロック図。
【図３】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。
【図４】被加工物としてのシリコンリザーバ基板の平面図。
【図５】図４に示すシリコンリザーバ基板の一部を拡大して示す平面図。
【図６】図４に示すシリコンリザーバ基板を環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図および要部を拡大して示す断面図。
【図７】図４に示すシリコンリザーバ基板が図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標との関係を示す説明図。
【図８】図１に示すレーザー加工装置によって図４に示すシリコンリザーバ基板に実施する改質層形成工程の説明図。
【図９】図８に示す改質層形成工程が実施されたシリコンリザーバ基板の要部を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１５】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面（保持面）に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１６】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＹ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロット３７１と、該雄ネジロット３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロット３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
【００１７】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロット３８１と、該雄ネジロット３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロット３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一方の側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロット４３１と、該雄ネジロット４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロット４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段６を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。
【００２０】
図示のレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロット（図示せず）と、該雄ネジロットを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロットを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段６を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段６を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段６を下方に移動するようになっている。
【００２１】
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６１を含んでいる。このレーザー光線照射手段６について、図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ケーシング６１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６２と、このパルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線をパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段６３と、該光学伝送手段６３によって伝送されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器６４を具備している。パルスレーザー光線発振手段６２は、被加工物であるウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを発振する。このパルスレーザー光線発振手段６２は、被加工物Wがシリコン基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板である場合、例えば波長が１０６４ｎｍであるパルスレーザー光線LBを発振するＹＶＯ４パルスレーザー発振器或いはＹＡＧパルスレーザー発振器６２１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６２２とから構成されている。
【００２２】
上記レーザー光線照射手段６を構成するにおける光学伝送手段６３は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線LBを第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線LB1と該第１のパルスレーザー光線LB1と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線LB2とに分光する第１のビームスプリッター６３１を具備している。この第１のビームスプリッター６３１は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線LBにおけるP波を通過し、S波を反射して分光せしめる。
【００２３】
図示の実施形態における光学伝送手段６３は、上記第１のビームスプリッター６３１を通過したP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1を伝送する第１の偏頗保持ファイバー６３２と、上記第１のビームスプリッター６３１によって反射して分光せしめられたS波からなる第２のパルスレーザー光線LB2を伝送する第２の偏頗保持ファイバー６３３と、第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３によって伝送された第１のパルスレーザー光線LB1と第２のパルスレーザー光線LB2とを合流させて同じ光軸に導く合流手段６３４と、該合流手段６３４によって合流した第１のパルスレーザー光線LB1と第２のパルスレーザー光線LB2のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の拡がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズ６３５とを具備している。
【００２４】
第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３は、それぞれパルスレーザー光線LBの第１の偏光面（P波）および第２の偏光面（S波）を維持するように構成されている。この第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３は、一方（図示の実施形態においては第２の偏頗保持ファイバー６３３）が第１の偏頗保持ファイバー６３２より２００m長く形成されている。従って、第２の偏頗保持ファイバー６３３を通って伝送される第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の偏頗保持ファイバー６３２を通って伝送される第１のパルスレーザー光線LB１より僅かに遅れる遅延手段として機能する。
【００２５】
上記合流手段６３４は、図示の実施形態においては上記第１の偏頗保持ファイバー６３２によって伝送された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）を平行光に修正する第１のコリメーションレンズ６３４aと、上記第２の偏頗保持ファイバー６３３によって伝送された第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を平行光に修正する第２のコリメーションレンズ６３４bと、第１のコリメーションレンズ６３４aによって平行光に修正された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）を通過して第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を反射することにより第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）とを合流させて同じ光軸に導く第２のビームスプリッター６３４cと、該第２のビームスプリッター６３４cによって同じ光軸に導びかれた第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を集光する集光レンズ６３４dと、該集光レンズ６３４dによって集光された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）をそれぞれ偏光面を維持して伝送する第３の偏頗保持ファイバー６３４eと、該第３の偏頗保持ファイバー６３４eによって伝送された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を平行光に修正する第３のコリメーションレンズ６３４fと、該第３のコリメーションレンズ６３４fによって平行光に修正された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を偏光依存レンズ６３５に向けて方向変換する方向変換ミラー６３４gとからなっている。
【００２６】
上記偏光依存レンズ６３５は、複屈折レンズまたはDOEからなり、上記合流手段６３４を構成する方向変換ミラー６３４gによって方向変換された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）のうち、遅延された第２のパルスレーザー光線LB2（S波）の広がり角を遅延されなかった第１のパルスレーザー光線LB１（P波）の拡がり角より小さくなるようにする。
【００２７】
上記集光器６４は、偏光依存レンズ６３５によって拡がり角が変更された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光対物レンズ６４１を備えている。このようにして集光対物レンズ６４１によって集光される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）は上記偏光依存レンズ６３５による拡がり角が大きいので、被加工物Wの内部における第１の集光点G1に集光される。一方、集光対物レンズ６４１によって集光される第２のパルスレーザー光線LB2（S波）は上記偏光依存レンズ６３５による拡がり角が第１のパルスレーザー光線LB１（P波）よりも小さいので、第１の集光点G1より浅い第２の集光点G2に集光される。このようにして集光される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）は、第２のパルスレーザー光線LB2（S波）が遅延手段として機能する第２の偏頗保持ファイバー６３３を通過するので、第１のパルスレーザー光線LB１（P波）より僅かに遅れて照射される。このように構成された集光器６４は、図１に示すようにケーシング６１の前端部に装着される。
【００２８】
図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における上記レーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線LBを光学伝送手段６３の第１のビームスプリッター６３１に導く方向と、レーザー光線吸収手段６５に導く方向に偏向する光偏向手段としての音響光学偏向手段６６を具備している。この音響光学偏向手段６６は、例えば後述する制御手段から例えば５Vの電圧が印加されるとパルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線LBの光軸を第１のビームスプリッター６３１に導き、後述する制御手段から例えば０Vの電圧が印加されるとレーザー光線吸収手段６５に導くようになっている。
【００２９】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング６１の前端部に配設され上記レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を撮像する撮像手段７を備えている。この撮像手段７は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００３０】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図３に示す制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、後述する制御マップや被加工物の設計値のデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４および撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、パルスレーザー光線発振手段６２、音響光学偏向手段６６等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３は、後述するウエーハの設計値のデータを記憶する第１の記憶領域８３aや後述する加工送り開始位置座標値等を記憶する第２の記憶領域８３bや他の記憶領域を備えている。
【００３１】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４にはレーザー加工される被加工物としてのシリコンリザーバ基板１０の平面図が示されている。図４に示すシリコンリザーバ基板１０は、表面１０ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にリザーバデバイス１０２がそれぞれ形成されている。この各リザーバデバイス１０２は、全て同一の構成をしている。リザーバデバイス１０２の表面にはそれぞれ図５に示すように複数の貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）が設定されている。この貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）は、例えば直径が１５μmに設定されている。各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のX方向（図５おいて左右方向）の間隔Ａ、および各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３における分割予定ライン１０１を挟んでX方向（図５において左右方向）に隣接するリザーバデバイス１０２の貫通孔形成領域１０３eと貫通孔形成領域１０３aとの間隔Bは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。また、各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のY方向（図５において上下方向）の間隔C、および各リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３における分割予定ライン１０１を挟んでY方向（図５において上下方向）に隣接するリザーバデバイス１０２の貫通孔形成領域１０３fと貫通孔形成領域１０３aおよび貫通孔形成領域１０３jと貫通孔形成領域１０３eとの間隔Dは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。このように構成されたシリコンリザーバ基板１０について、図４に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたリザーバデバイス１０２の個数と上記間隔A,B,C,DおよびX,Y座標値は、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第1記憶領域８３aに格納されている。
【００３２】
上述したレーザー加工装置を用い、シリコンリザーバ基板１０に設定された各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）の内部に改質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
シリコンリザーバ基板１０は、図６の(a)に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープＴに裏面１０bを貼着する。従って、シリコンリザーバ基板１０は、表面１０aが上側となる。なお、シリコンリザーバ基板１０の表面１０aの表面には、図６の(ｂ)に示すように上記貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）と対応する開口部１１１が形成されたエッチングマスク１１０が被覆されている。このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持されたシリコンリザーバ基板１０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープＴ側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによりシリコンリザーバ基板１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。従って、シリコンリザーバ基板１０は、表面１０aを上側にして保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。
【００３３】
上述したようにシリコンリザーバ基板１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段７の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上のシリコンリザーバ基板１０は、図７に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０に形成されている格子状のストリート１０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段７によってチャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。
【００３４】
次に、チャックテーブル３６を移動して、シリコンリザーバ基板１０に形成されたリザーバデバイス１０２における最上位の行E1の図７において最左端のリザーバデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にリザーバデバイス１０２に設定された複数の貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）における図７において左上の貫通孔形成領域１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７が貫通孔形成領域１０３aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段８３bに格納する（加工送り開始位置検出工程）。このとき、撮像手段７とレーザー光線照射手段６の集光器６４はX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段７と集光器６４との間隔を加えた値が格納される。
【００３５】
このようにして図７において最上位の行E1のリザーバデバイス１０２における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６をリザーバデバイス１０２の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図７において最上位から２番目の行E2における最左端のリザーバデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）における図７において左上の貫通孔形成領域１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７が貫通孔形成領域１０３aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段８３bに格納する。このとき、撮像手段７とレーザー光線照射手段６の集光器６４は上述したようにX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段７と集光器６４との間隔を加えた値が格納される。以後、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図７において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたリザーバデバイス１０２の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これを上記制御手段８の第２の記憶手段８３bに格納する。
【００３６】
次に、シリコンリザーバ基板１０の各リザーバデバイス１０２に設定された各貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）の内部に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。改質層形成工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第２に記憶領域８３bに格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）をレーザー光線照射手段６の集光器６４の直下に位置付ける。このように第１の加工送り開始位置座標値（a１）が集光器６４の直下に位置付けられた状態が図８の(a)に示す状態である。図８の(a)に示す状態で制御手段８は、集光点位置調整手段５３を作動して、集光器６４から照射される上記第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）における第１のパルスレーザー光線LB１（P波）の第１の集光点G1がリザーバデバイス１０２の下面から例えば１０〜１５μm上側の位置になるように制御する。次に、制御手段８は、レーザー光線照射手段６を作動するとともにチャックテーブル３６を図８の(a)において矢印Ｘ１で示す方向に所定の移動速度で加工送りするように上記加工送り手段３７を制御する。そして、次に示す加工条件に従って改質層形成工程を実施する。
【００３７】
改質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：５００ｋＨｚ
平均出力 ：０．３W
パルス幅 ：１０p秒
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／秒
【００３８】
上記改質層形成工程において、改質層形成工程開始時にはレーザー光線照射手段６の音響光学偏向手段６６には、５Vの電圧が印加されている。従って、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBは第１のビームスプリッター６３１に導かれるようになっている。そして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）（貫通孔形成領域１０３a）においてパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBを第１のビームスプリッター６３１に１ショット送ったならば、制御手段８は音響光学偏向手段６６に０Vを印加する。この結果、音響光学偏向手段６６はパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBをレーザー光線吸収手段６５に導く。そして、制御手段８はX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号に基づいて貫通孔形成領域１０３bが集光器６４の直下に達したならば、音響光学偏向手段６６に５Vを印加し、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBを第１のビームスプリッター６３１に１ショット送り、再度音響光学偏向手段６６に０Vを印加する。このように、貫通孔形成領域１０３が集光器６４の直下に達したときにパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBを第１のビームスプリッター６３１に１ショット送り、図８の（ｂ）で示すようにシリコンリザーバ基板１０のE1行の最右端のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３における図５において最右端の貫通孔形成領域１０３eが集光器６４に達したら、制御手段８は音響光学偏向手段６６に０Vを印加するとともに上記加工送り手段３７の作動を停止してチャックテーブル３６の移動を停止する。
【００３９】
上記改質層形成工程において、第１のビームスプリッター６３１に導かれたパルスレーザー光線LBは、上述したように第１のビームスプリッター６３１によってP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1と、S波からなる第２のパルスレーザー光線LB2に分光される。このようにして分光されたP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1は第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送され、S波からなる第２のパルスレーザー光線LB2は第１の偏頗保持ファイバー６３２より２００m長い第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送される。従って、第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送されるS波からなる第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送されるP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1より所定時間遅れて伝送される。この遅れ時間は、第２の偏頗保持ファイバー６３３による伝播時間を空気の１．５倍とすると、遅れ時間(t)は、(t)＝(２００m×１．５)／３００,０００km＝１μ秒 となる。即ち、第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送されるS波からなる第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送されるP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1より１μ秒遅れて伝送されることになる。このように本発明においては、第２の偏頗保持ファイバー６３３を第１の偏頗保持ファイバー６３２より長くするだけで遅延手段を構成することができるので、装置全体を大型化することなく安価に構成することができる。
【００４０】
上記第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３によって伝送された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）は、上述したように合流手段６３４を介して集光器６４によって集光され、第１のパルスレーザー光線LB１（P波）が図２に示すように第１の集光点G1に集光され、第２のパルスレーザー光線LB2（S波）が第１の集光点G1より浅い第２の集光点G2に集光される。このように集光される第１の集光点G1と第２の集光点G2は、上述したように第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送される第２のパルスレーザー光線LB2（S波）が第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）より１μ秒遅れて伝送されるとともに、シリコンリザーバ基板１０を保持しているチャックテーブル３６が３００ｍｍ／秒で移動しているので、X軸方向にズレが生ずる。このズレ量（ｍ）は、（ｍ）＝１μ秒×３００ｍｍ／秒＝０．３μm となる。従って、シリコンリザーバ基板１０には、図８の（c）に示すように第１の集光点G1に集光される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）によって第１の改質層１２１が形成されるとともに、第１の改質層１２１から０．３μmだけX軸方向にズレた上方位置に第２の集光点G2に集光される第２のパルスレーザー光線LB2（S波）によって第２の改質層１２２が形成される。なお、上記加工条件においては、第１の改質層１２１と第２の改質層１２２の厚みは、それぞれ１５μm程度であり合計が３０μm程度である。
【００４１】
次に、集光点位置調整手段５３を作動して集光器６４を例えば３０μm程度上側の位置に位置付ける（集光点位置調整工程）。そして、上述した改質層形成工程を実施する。この集光点位置調整工程と改質層形成工程とを複数回（例えば７回）実施することにより、例えば厚みが２００μmのシリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３e）には、図９に示すように下面（裏面１０ｂ）から上面（表面１０ａ）に至る第１の改質層１２１と第２の改質層１２２が交互に形成される。
【００４２】
上述したように、シリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３e）に改質層形成工程を実施したならば、シリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３f〜１０３j）に対して上述した改質層形成工程を実施する。このようにしてシリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）に改質層形成工程を実施したならば、以後、シリコンリザーバ基板１０のE2行からEn行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）に対しても上述した改質層形成工程を実施する。以上のように図示の実施形態においては、光軸方向に２つの改質層（第１の改質層１２１と第２の改質層１２２）を同時形成することができるので、生産性が２倍に向上する。
【００４３】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。上述した実施形態においては、被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６を所定の加工送り速度で加工送りしつつ改質層形成工程を実施した例を示したが、被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６を貫通孔形成領域１０３を集光器６４による照射位置で停止した状態で複数の改質層を形成してもよい。即ち、被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６を貫通孔形成領域１０３を集光器６４による照射位置で停止した状態でパルスレーザー光線を１ショット照射する工程と、集光点位置調整手段５３を作動して集光器６４から照射される上記第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）の第１の集光点G1および第２の集光点G2を調整する集光点位置調整工程を交互に実施し、例えばパルスレーザー光線を７ショット照射したならば次の貫通孔形成領域１０３を集光器６４による照射位置に位置付け、上記パルスレーザー光線を１ショット照射する工程と集光点位置調整工程とからなる改質層形成工程を間歇的に実施してもよい。このような改質層形成工程においては、パルスレーザー光線を照射する際には被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６が停止しているので、第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）によって形成される改質層は同一線上に形成される。
【００４４】
以上のようにして、リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３の内部に改質層が形成されたシリコンリザーバ基板１０は、貫通孔形成領域１０３をエッチングして貫通孔を形成するエッチング工程に搬送される。
【符号の説明】
【００４５】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６２：パルスレーザー光線発振手段
６３：光学伝送手段
６３１：第１のビームスプリッター
６３２：第１の偏頗保持ファイバー
６３３：第２の偏頗保持ファイバー
６３４：合流手段
６３４a：第１のコリメーションレンズ
６３４b：第２のコリメーションレンズ
６３４c：第２のビームスプリッター
６３４d：集光レンズ
６３４e：第３の偏頗保持ファイバー
６３４f：第３のコリメーションレンズ
６３４g：方向変換ミラー
６３５：偏光依存レンズ
６４：集光器
６５：レーザー光線吸収手段
６６：音響光学偏向手段
７：撮像手段
８：制御手段
１０：シリコンリザーバ基板
F：環状のフレーム
T：保護テープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に改質層を形成するレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂インクジェットヘッドを構成するインクを吐出するための複数のノズルが形成されたノズル基板に連結されるシリコンリザーバ基板には、ノズルに連通する複数の貫通孔が形成される。シリコンリザーバ基板に複数の貫通孔を形成するには、シリコンリザーバ基板の表面に貫通孔が形成される領域に開口部が形成されたエッチングマスクを被覆し、シリコンリザーバ基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をエッチングマスクの開口部を通して照射することによりシリコンリザーバ基板の内部に改質層を形成し、その後エッチングマスクの開口部を通してエッチング液を供給することにより、エッチング液を改質層に沿ってシリコンリザーバ基板に浸透させて内径が５〜１５μmの適正な貫通孔を形成する。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
しかるに、パルスレーザー光線の１ショットで形成される改質層の深さは２０〜３０μm程度であり、シリコンリザーバ基板の厚みが例えば２００μmの場合には、シリコンリザーバ基板の表面から裏面に至る改質層を形成するためにパルスレーザー光線を１０ショット以上照射しなければならず、生産性が悪いという問題がある。
【０００４】
一方、パルスレーザー光線を光軸方向に少なくとも２個の集光点に集光せしめるように構成したレーザー加工装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）このレーザー加工装置によれば、被加工物即ちウエーハの厚さ方向に変位せしめられている少なくとも２個の集光点の部位に改質層を同時に形成することができる。しかしながら、このレーザー加工装置は、パルスレーザー光線がウエーハの厚さ方向において同一光軸上に集光点を変位して照射されるため、集光点が浅いレーザー光線が集光点が深いパルスレーザー光線の照射を阻害し、所望の改質層を形成することができないという問題がある。
【０００５】
上記問題を解消するために、パルスレーザー光線を同一光軸上に変位した２つの集光点に集光させても、集光点が浅い一方のレーザー光線によって集光点が深い他方のパルスレーザー光線が阻害されることのないレーザー加工装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示されたレーザー加工装置は、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を交互に第１の経路と第２の経路に分配し、第１の経路を通り集光レンズによって集光される一方のパルスレーザー光線と第２の経路を通り集光レンズによって集光される他方のパルスレーザー光線を、光軸方向に変位せしめられた異なる集光点に時間差を設けて交互に照射せしめるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２２１５２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８４３８号公報
【特許文献３】特開２００６−１０８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献３に開示されたレーザー加工装置においては、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける偏光変換手段と、該偏光変換手段によって分けられた垂直偏光レーザー光線と水平偏光レーザー光線を第１の経路と第２の経路に分けるビームスプリッターとからなる経路分配手段を具備する。この経路分配手段を構成する偏光変換手段は、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を交互に垂直偏光と水平偏光に分ける変調器と、パルスレーザー光線発振手段に繰り返し周波数(f)を設定する同期信号を付与するとともに変調器に周波数(f)/2の同期信号を付与するパルスジェネレータとからなっており、経路分配手段全体が高価となる。なお、第１の経路を通って集光されるパルスレーザー光線と第２の経路を通って集光されるパルスレーザー光線に時間差を設けるためには、両経路に光路長差を設けることが考えられるが、所定の時間差を設けるためには光路長差を非常に長くする必要があるため、装置全体が大型化するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、パルスレーザー光線を光軸方向に変位した２つの集光点に集光させることができる比較的安価なレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段と、該光学伝送手段によって伝送されたパルスレーザー光線を集光せしめる集光器を備えており、
該光学伝送手段は、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と該第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに該第１のパルスレーザー光線または該第２のパルスレーザー光線の一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、該第１の偏頗保持ファイバーおよび該第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、該合流手段によって合流した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズと、を具備し、
該偏光依存レンズを通過した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を該集光器によって集光することにより、光軸方向に２個の集光点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【００１０】
上記合流手段は、上記第１の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線を平行光に修正する第１のコリメーションレンズと、上記第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第２のパルスレーザー光線を平行光に修正する第２のコリメーションレンズと、第１のコリメーションレンズによって平行光に修正された第１のパルスレーザー光線を通過して第２のパルスレーザー光線を反射することにより第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導くビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって同じ光軸に導かれた第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線をそれぞれ偏光面を維持して伝送する第３の偏頗保持ファイバーと、該第３の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線を平行光に修正して上記偏光依存レンズに導く第３のコリメーションレンズと、を含んでいる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー加工装置おいては、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を集光器に伝送する光学伝送手段は、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに第１のパルスレーザー光線または第２のパルスレーザー光線の一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、合流手段によって合流した第１のパルスレーザー光線と第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズとを具備し、偏光依存レンズを通過した第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を該集光器によって集光することにより、光軸方向に２個の集光点を形成するので、２つの改質層を同時に形成することができるため、生産性が２倍に向上する。
また、本発明によるレーザー加工装置おいては、第２の偏頗保持ファイバーまたは第１の偏頗保持ファイバーの一方を他方より長くするだけで遅延手段を構成することができるので、装置全体を大型化することなく安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成ブロック図。
【図３】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。
【図４】被加工物としてのシリコンリザーバ基板の平面図。
【図５】図４に示すシリコンリザーバ基板の一部を拡大して示す平面図。
【図６】図４に示すシリコンリザーバ基板を環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図および要部を拡大して示す断面図。
【図７】図４に示すシリコンリザーバ基板が図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標との関係を示す説明図。
【図８】図１に示すレーザー加工装置によって図４に示すシリコンリザーバ基板に実施する改質層形成工程の説明図。
【図９】図８に示す改質層形成工程が実施されたシリコンリザーバ基板の要部を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１５】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面（保持面）に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１６】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＹ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロット３７１と、該雄ネジロット３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロット３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
【００１７】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロット３８１と、該雄ネジロット３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロット３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一方の側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロット４３１と、該雄ネジロット４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロット４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロット４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロット４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段６を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。
【００２０】
図示のレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロット（図示せず）と、該雄ネジロットを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロットを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段６を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段６を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段６を下方に移動するようになっている。
【００２１】
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６１を含んでいる。このレーザー光線照射手段６について、図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ケーシング６１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６２と、このパルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線をパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段６３と、該光学伝送手段６３によって伝送されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器６４を具備している。パルスレーザー光線発振手段６２は、被加工物であるウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを発振する。このパルスレーザー光線発振手段６２は、被加工物Wがシリコン基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板である場合、例えば波長が１０６４ｎｍであるパルスレーザー光線LBを発振するＹＶＯ４パルスレーザー発振器或いはＹＡＧパルスレーザー発振器６２１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６２２とから構成されている。
【００２２】
上記レーザー光線照射手段６を構成するにおける光学伝送手段６３は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線LBを第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線LB1と該第１のパルスレーザー光線LB1と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線LB2とに分光する第１のビームスプリッター６３１を具備している。この第１のビームスプリッター６３１は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振するパルスレーザー光線LBにおけるP波を通過し、S波を反射して分光せしめる。
【００２３】
図示の実施形態における光学伝送手段６３は、上記第１のビームスプリッター６３１を通過したP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1を伝送する第１の偏頗保持ファイバー６３２と、上記第１のビームスプリッター６３１によって反射して分光せしめられたS波からなる第２のパルスレーザー光線LB2を伝送する第２の偏頗保持ファイバー６３３と、第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３によって伝送された第１のパルスレーザー光線LB1と第２のパルスレーザー光線LB2とを合流させて同じ光軸に導く合流手段６３４と、該合流手段６３４によって合流した第１のパルスレーザー光線LB1と第２のパルスレーザー光線LB2のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の拡がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズ６３５とを具備している。
【００２４】
第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３は、それぞれパルスレーザー光線LBの第１の偏光面（P波）および第２の偏光面（S波）を維持するように構成されている。この第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３は、一方（図示の実施形態においては第２の偏頗保持ファイバー６３３）が第１の偏頗保持ファイバー６３２より２００m長く形成されている。従って、第２の偏頗保持ファイバー６３３を通って伝送される第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の偏頗保持ファイバー６３２を通って伝送される第１のパルスレーザー光線LB１より僅かに遅れる遅延手段として機能する。
【００２５】
上記合流手段６３４は、図示の実施形態においては上記第１の偏頗保持ファイバー６３２によって伝送された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）を平行光に修正する第１のコリメーションレンズ６３４aと、上記第２の偏頗保持ファイバー６３３によって伝送された第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を平行光に修正する第２のコリメーションレンズ６３４bと、第１のコリメーションレンズ６３４aによって平行光に修正された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）を通過して第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を反射することにより第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）とを合流させて同じ光軸に導く第２のビームスプリッター６３４cと、該第２のビームスプリッター６３４cによって同じ光軸に導びかれた第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を集光する集光レンズ６３４dと、該集光レンズ６３４dによって集光された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）をそれぞれ偏光面を維持して伝送する第３の偏頗保持ファイバー６３４eと、該第３の偏頗保持ファイバー６３４eによって伝送された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を平行光に修正する第３のコリメーションレンズ６３４fと、該第３のコリメーションレンズ６３４fによって平行光に修正された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を偏光依存レンズ６３５に向けて方向変換する方向変換ミラー６３４gとからなっている。
【００２６】
上記偏光依存レンズ６３５は、複屈折レンズまたはDOEからなり、上記合流手段６３４を構成する方向変換ミラー６３４gによって方向変換された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）のうち、遅延された第２のパルスレーザー光線LB2（S波）の広がり角を遅延されなかった第１のパルスレーザー光線LB１（P波）の拡がり角より小さくなるようにする。
【００２７】
上記集光器６４は、偏光依存レンズ６３５によって拡がり角が変更された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光対物レンズ６４１を備えている。このようにして集光対物レンズ６４１によって集光される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）は上記偏光依存レンズ６３５による拡がり角が大きいので、被加工物Wの内部における第１の集光点G1に集光される。一方、集光対物レンズ６４１によって集光される第２のパルスレーザー光線LB2（S波）は上記偏光依存レンズ６３５による拡がり角が第１のパルスレーザー光線LB１（P波）よりも小さいので、第１の集光点G1より浅い第２の集光点G2に集光される。このようにして集光される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）は、第２のパルスレーザー光線LB2（S波）が遅延手段として機能する第２の偏頗保持ファイバー６３３を通過するので、第１のパルスレーザー光線LB１（P波）より僅かに遅れて照射される。このように構成された集光器６４は、図１に示すようにケーシング６１の前端部に装着される。
【００２８】
図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における上記レーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線LBを光学伝送手段６３の第１のビームスプリッター６３１に導く方向と、レーザー光線吸収手段６５に導く方向に偏向する光偏向手段としての音響光学偏向手段６６を具備している。この音響光学偏向手段６６は、例えば後述する制御手段から例えば５Vの電圧が印加されるとパルスレーザー光線発振手段６２が発振したレーザー光線LBの光軸を第１のビームスプリッター６３１に導き、後述する制御手段から例えば０Vの電圧が印加されるとレーザー光線吸収手段６５に導くようになっている。
【００２９】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング６１の前端部に配設され上記レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を撮像する撮像手段７を備えている。この撮像手段７は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００３０】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図３に示す制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、後述する制御マップや被加工物の設計値のデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４および撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、パルスレーザー光線発振手段６２、音響光学偏向手段６６等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３は、後述するウエーハの設計値のデータを記憶する第１の記憶領域８３aや後述する加工送り開始位置座標値等を記憶する第２の記憶領域８３bや他の記憶領域を備えている。
【００３１】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４にはレーザー加工される被加工物としてのシリコンリザーバ基板１０の平面図が示されている。図４に示すシリコンリザーバ基板１０は、表面１０ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にリザーバデバイス１０２がそれぞれ形成されている。この各リザーバデバイス１０２は、全て同一の構成をしている。リザーバデバイス１０２の表面にはそれぞれ図５に示すように複数の貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）が設定されている。この貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）は、例えば直径が１５μmに設定されている。各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のX方向（図５おいて左右方向）の間隔Ａ、および各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３における分割予定ライン１０１を挟んでX方向（図５において左右方向）に隣接するリザーバデバイス１０２の貫通孔形成領域１０３eと貫通孔形成領域１０３aとの間隔Bは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。また、各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）のY方向（図５において上下方向）の間隔C、および各リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３における分割予定ライン１０１を挟んでY方向（図５において上下方向）に隣接するリザーバデバイス１０２の貫通孔形成領域１０３fと貫通孔形成領域１０３aおよび貫通孔形成領域１０３jと貫通孔形成領域１０３eとの間隔Dは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。このように構成されたシリコンリザーバ基板１０について、図４に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたリザーバデバイス１０２の個数と上記間隔A,B,C,DおよびX,Y座標値は、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第1記憶領域８３aに格納されている。
【００３２】
上述したレーザー加工装置を用い、シリコンリザーバ基板１０に設定された各リザーバデバイス１０２における貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）の内部に改質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
シリコンリザーバ基板１０は、図６の(a)に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープＴに裏面１０bを貼着する。従って、シリコンリザーバ基板１０は、表面１０aが上側となる。なお、シリコンリザーバ基板１０の表面１０aの表面には、図６の(ｂ)に示すように上記貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）と対応する開口部１１１が形成されたエッチングマスク１１０が被覆されている。このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持されたシリコンリザーバ基板１０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープＴ側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することによりシリコンリザーバ基板１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。従って、シリコンリザーバ基板１０は、表面１０aを上側にして保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。
【００３３】
上述したようにシリコンリザーバ基板１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段７の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上のシリコンリザーバ基板１０は、図７に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０に形成されている格子状のストリート１０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段７によってチャックテーブル３６に保持されたシリコンリザーバ基板１０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。
【００３４】
次に、チャックテーブル３６を移動して、シリコンリザーバ基板１０に形成されたリザーバデバイス１０２における最上位の行E1の図７において最左端のリザーバデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にリザーバデバイス１０２に設定された複数の貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）における図７において左上の貫通孔形成領域１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７が貫通孔形成領域１０３aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段８３bに格納する（加工送り開始位置検出工程）。このとき、撮像手段７とレーザー光線照射手段６の集光器６４はX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段７と集光器６４との間隔を加えた値が格納される。
【００３５】
このようにして図７において最上位の行E1のリザーバデバイス１０２における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６をリザーバデバイス１０２の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図７において最上位から２番目の行E2における最左端のリザーバデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）における図７において左上の貫通孔形成領域１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７が貫通孔形成領域１０３aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段８３bに格納する。このとき、撮像手段７とレーザー光線照射手段６の集光器６４は上述したようにX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段７と集光器６４との間隔を加えた値が格納される。以後、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図７において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたリザーバデバイス１０２の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これを上記制御手段８の第２の記憶手段８３bに格納する。
【００３６】
次に、シリコンリザーバ基板１０の各リザーバデバイス１０２に設定された各貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）の内部に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。改質層形成工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第２に記憶領域８３bに格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）をレーザー光線照射手段６の集光器６４の直下に位置付ける。このように第１の加工送り開始位置座標値（a１）が集光器６４の直下に位置付けられた状態が図８の(a)に示す状態である。図８の(a)に示す状態で制御手段８は、集光点位置調整手段５３を作動して、集光器６４から照射される上記第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）における第１のパルスレーザー光線LB１（P波）の第１の集光点G1がリザーバデバイス１０２の下面から例えば１０〜１５μm上側の位置になるように制御する。次に、制御手段８は、レーザー光線照射手段６を作動するとともにチャックテーブル３６を図８の(a)において矢印Ｘ１で示す方向に所定の移動速度で加工送りするように上記加工送り手段３７を制御する。そして、次に示す加工条件に従って改質層形成工程を実施する。
【００３７】
改質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：５００ｋＨｚ
平均出力 ：０．３W
パルス幅 ：１０p秒
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：３００ｍｍ／秒
【００３８】
上記改質層形成工程において、改質層形成工程開始時にはレーザー光線照射手段６の音響光学偏向手段６６には、５Vの電圧が印加されている。従って、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBは第１のビームスプリッター６３１に導かれるようになっている。そして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）（貫通孔形成領域１０３a）においてパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBを第１のビームスプリッター６３１に１ショット送ったならば、制御手段８は音響光学偏向手段６６に０Vを印加する。この結果、音響光学偏向手段６６はパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBをレーザー光線吸収手段６５に導く。そして、制御手段８はX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号に基づいて貫通孔形成領域１０３bが集光器６４の直下に達したならば、音響光学偏向手段６６に５Vを印加し、パルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBを第１のビームスプリッター６３１に１ショット送り、再度音響光学偏向手段６６に０Vを印加する。このように、貫通孔形成領域１０３が集光器６４の直下に達したときにパルスレーザー光線発振手段６２が発振したパルスレーザー光線LBを第１のビームスプリッター６３１に１ショット送り、図８の（ｂ）で示すようにシリコンリザーバ基板１０のE1行の最右端のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３における図５において最右端の貫通孔形成領域１０３eが集光器６４に達したら、制御手段８は音響光学偏向手段６６に０Vを印加するとともに上記加工送り手段３７の作動を停止してチャックテーブル３６の移動を停止する。
【００３９】
上記改質層形成工程において、第１のビームスプリッター６３１に導かれたパルスレーザー光線LBは、上述したように第１のビームスプリッター６３１によってP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1と、S波からなる第２のパルスレーザー光線LB2に分光される。このようにして分光されたP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1は第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送され、S波からなる第２のパルスレーザー光線LB2は第１の偏頗保持ファイバー６３２より２００m長い第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送される。従って、第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送されるS波からなる第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送されるP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1より所定時間遅れて伝送される。この遅れ時間は、第２の偏頗保持ファイバー６３３による伝播時間を空気の１．５倍とすると、遅れ時間(t)は、(t)＝(２００m×１．５)／３００,０００km＝１μ秒 となる。即ち、第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送されるS波からなる第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送されるP波からなる第１のパルスレーザー光線LB1より１μ秒遅れて伝送されることになる。このように本発明においては、第２の偏頗保持ファイバー６３３を第１の偏頗保持ファイバー６３２より長くするだけで遅延手段を構成することができるので、装置全体を大型化することなく安価に構成することができる。
【００４０】
上記第１の偏頗保持ファイバー６３２および第２の偏頗保持ファイバー６３３によって伝送された第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）は、上述したように合流手段６３４を介して集光器６４によって集光され、第１のパルスレーザー光線LB１（P波）が図２に示すように第１の集光点G1に集光され、第２のパルスレーザー光線LB2（S波）が第１の集光点G1より浅い第２の集光点G2に集光される。このように集光される第１の集光点G1と第２の集光点G2は、上述したように第２の偏頗保持ファイバー６３３を介して伝送される第２のパルスレーザー光線LB2（S波）が第１の偏頗保持ファイバー６３２を介して伝送される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）より１μ秒遅れて伝送されるとともに、シリコンリザーバ基板１０を保持しているチャックテーブル３６が３００ｍｍ／秒で移動しているので、X軸方向にズレが生ずる。このズレ量（ｍ）は、（ｍ）＝１μ秒×３００ｍｍ／秒＝０．３μm となる。従って、シリコンリザーバ基板１０には、図８の（c）に示すように第１の集光点G1に集光される第１のパルスレーザー光線LB１（P波）によって第１の改質層１２１が形成されるとともに、第１の改質層１２１から０．３μmだけX軸方向にズレた上方位置に第２の集光点G2に集光される第２のパルスレーザー光線LB2（S波）によって第２の改質層１２２が形成される。なお、上記加工条件においては、第１の改質層１２１と第２の改質層１２２の厚みは、それぞれ１５μm程度であり合計が３０μm程度である。
【００４１】
次に、集光点位置調整手段５３を作動して集光器６４を例えば３０μm程度上側の位置に位置付ける（集光点位置調整工程）。そして、上述した改質層形成工程を実施する。この集光点位置調整工程と改質層形成工程とを複数回（例えば７回）実施することにより、例えば厚みが２００μmのシリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３e）には、図９に示すように下面（裏面１０ｂ）から上面（表面１０ａ）に至る第１の改質層１２１と第２の改質層１２２が交互に形成される。
【００４２】
上述したように、シリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３e）に改質層形成工程を実施したならば、シリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３f〜１０３j）に対して上述した改質層形成工程を実施する。このようにしてシリコンリザーバ基板１０のE1行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）に改質層形成工程を実施したならば、以後、シリコンリザーバ基板１０のE2行からEn行のリザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３（１０３a〜１０３j）に対しても上述した改質層形成工程を実施する。以上のように図示の実施形態においては、光軸方向に２つの改質層（第１の改質層１２１と第２の改質層１２２）を同時形成することができるので、生産性が２倍に向上する。
【００４３】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。上述した実施形態においては、被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６を所定の加工送り速度で加工送りしつつ改質層形成工程を実施した例を示したが、被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６を貫通孔形成領域１０３を集光器６４による照射位置で停止した状態で複数の改質層を形成してもよい。即ち、被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６を貫通孔形成領域１０３を集光器６４による照射位置で停止した状態でパルスレーザー光線を１ショット照射する工程と、集光点位置調整手段５３を作動して集光器６４から照射される上記第１のパルスレーザー光線LB１（P波）および第２のパルスレーザー光線LB2（S波）の第１の集光点G1および第２の集光点G2を調整する集光点位置調整工程を交互に実施し、例えばパルスレーザー光線を７ショット照射したならば次の貫通孔形成領域１０３を集光器６４による照射位置に位置付け、上記パルスレーザー光線を１ショット照射する工程と集光点位置調整工程とからなる改質層形成工程を間歇的に実施してもよい。このような改質層形成工程においては、パルスレーザー光線を照射する際には被加工物であるシリコンリザーバ基板１０を保持したチャックテーブル３６が停止しているので、第１のパルスレーザー光線LB１（P波）と第２のパルスレーザー光線LB2（S波）によって形成される改質層は同一線上に形成される。
【００４４】
以上のようにして、リザーバデバイス１０２に設定された貫通孔形成領域１０３の内部に改質層が形成されたシリコンリザーバ基板１０は、貫通孔形成領域１０３をエッチングして貫通孔を形成するエッチング工程に搬送される。
【符号の説明】
【００４５】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６２：パルスレーザー光線発振手段
６３：光学伝送手段
６３１：第１のビームスプリッター
６３２：第１の偏頗保持ファイバー
６３３：第２の偏頗保持ファイバー
６３４：合流手段
６３４a：第１のコリメーションレンズ
６３４b：第２のコリメーションレンズ
６３４c：第２のビームスプリッター
６３４d：集光レンズ
６３４e：第３の偏頗保持ファイバー
６３４f：第３のコリメーションレンズ
６３４g：方向変換ミラー
６３５：偏光依存レンズ
６４：集光器
６５：レーザー光線吸収手段
６６：音響光学偏向手段
７：撮像手段
８：制御手段
１０：シリコンリザーバ基板
F：環状のフレーム
T：保護テープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段と、該光学伝送手段によって伝送されたパルスレーザー光線を集光せしめる集光器を備えており、
該光学伝送手段は、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と該第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに該第１のパルスレーザー光線または該第２のパルスレーザー光線の一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、該第１の偏頗保持ファイバーおよび該第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、該合流手段によって合流した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズと、を具備し、
該偏光依存レンズを通過した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を該集光器によって集光することにより、光軸方向に２個の集光点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該合流手段は、該第１の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線を平行光に修正する第１のコリメーションレンズと、該第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第２のパルスレーザー光線を平行光に修正する第２のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に修正された該第１のパルスレーザー光線を通過して該第２のパルスレーザー光線を反射することにより該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導くビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって同じ光軸に導かれた該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線をそれぞれ偏光面を維持して伝送する第３の偏頗保持ファイバーと、該第３の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を平行光に修正して該偏光依存レンズに導く第３のコリメーションレンズと、を含んでいる、請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項１】
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段と、該光学伝送手段によって伝送されたパルスレーザー光線を集光せしめる集光器を備えており、
該光学伝送手段は、該パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のパルスレーザー光線と該第１のパルスレーザー光線と直交する第２の偏光面を有する第２のパルスレーザー光線とに分光して偏光面を維持するとともに該第１のパルスレーザー光線または該第２のパルスレーザー光線の一方の光路長を延ばして遅延させる第１の偏頗保持ファイバーおよび第２の偏頗保持ファイバーと、該第１の偏頗保持ファイバーおよび該第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導く合流手段と、該合流手段によって合流した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線のうち遅延された一方のパルスレーザー光線の広がり角を他方のパルスレーザー光線よりも小さくする偏光依存レンズと、を具備し、
該偏光依存レンズを通過した該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を該集光器によって集光することにより、光軸方向に２個の集光点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該合流手段は、該第１の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線を平行光に修正する第１のコリメーションレンズと、該第２の偏頗保持ファイバーによって伝送された第２のパルスレーザー光線を平行光に修正する第２のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に修正された該第１のパルスレーザー光線を通過して該第２のパルスレーザー光線を反射することにより該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線とを合流させて同じ光軸に導くビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって同じ光軸に導かれた該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線をそれぞれ偏光面を維持して伝送する第３の偏頗保持ファイバーと、該第３の偏頗保持ファイバーによって伝送された該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線を平行光に修正して該偏光依存レンズに導く第３のコリメーションレンズと、を含んでいる、請求項１記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３５０４８（Ｐ２０１３−３５０４８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４６６８（Ｐ２０１１−１７４６６８）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【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２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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