光学系及びレーザ加工装置
【課題】各加工ラインに沿って均一な加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができるレーザ加工用の光学系及びそれを備えたレーザ加工装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光学系は、レーザ光源１１から発せられた前記レーザビームを、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズム１３２と、一対のプリズム１３２によって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させるプリズム回転機構１３３ａ，１３３ｂと、前記一対のプリズム１３２によって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿って前記一対のプリズム１３２を平行移動させるプリズム移動機構１４と、前記楕円レーザビームを被加工物に向けて集光する集光レンズ１６と、を含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明の光学系は、レーザ光源１１から発せられた前記レーザビームを、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズム１３２と、一対のプリズム１３２によって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させるプリズム回転機構１３３ａ，１３３ｂと、前記一対のプリズム１３２によって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿って前記一対のプリズム１３２を平行移動させるプリズム移動機構１４と、前記楕円レーザビームを被加工物に向けて集光する集光レンズ１６と、を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハなどの被加工物（ワーク）をレーザ加工する際に用いられる光学系及びそれを備えたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェーハなどの被加工物（ワーク）を分割する方法として、ワークの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインを設けて複数の領域を区画し、このストリートに沿ってレーザビーム光線を照射することによりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
レーザ加工は、切削加工に比べて加工速度を速くすることができると共に、サファイヤのように硬度の高い素材からなるワークであっても比較的容易に加工することができる。レーザ加工において、各加工ラインに沿って均一なレーザ加工溝を所望の深さに形成することは非常に難しい。すなわち、ワークに形成するレーザ加工溝の深さを深くするためにレーザビームの出力を一定以上に高めても、レーザビーム光線のエネルギーが十分吸収されず、所望の深さのレーザ加工溝を形成することができない。あまりレーザビームの出力を高くし過ぎると、加工品質が劣化する恐れもある。
【０００４】
これらの問題を解決するために、本出願人は、シリンドリカルレンズを用いてレーザビームのスポット径を楕円形状に形成するレーザ加工装置を提案している（特許文献２）。集光されるレーザビームのスポット形状を楕円形に整形し、楕円形に整形したスポットの長軸を該加工送り方向に位置付けることで、単位時間当たりのエネルギーを長軸方向へ分散させることができ、加工ラインに沿って加工を効率良く行うことができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ加工装置においてシリンドリカルレンズによってビームを楕円形状に形成すると、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで対物レンズに入射する角度が異なり、結果として、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で異なる位置で焦点を結んでしまう。このため、上述したレーザ加工装置については、加工品質においてさらなる改善が求められている。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、短軸方向と長軸方向で同一焦点となる楕円形状のスポットを形成でき、加工ラインに沿って均一な加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができるレーザ加工用の光学系及びそれを備えたレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学系は、レーザビームを発するレーザ光源と、前記レーザ光源から発せられた前記レーザビームの光路上に配設され、前記レーザビームを、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズムと、前記一対のプリズムに入射する該レーザビームの光軸方向に垂直に交わる方向を回転軸として前記一対のプリズムをそれぞれ互いに逆回転させ、前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させるプリズム回転機構と、前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿って前記一対のプリズムを平行移動させるプリズム移動機構と、前記楕円レーザビームを被加工物に向けて集光する集光レンズと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、レーザ光源から入射側のプリズムへ入射したレーザビームが平行光束を保持したまま屈折して楕円形状に整形される。入射側のプリズムを透過した楕円レーザビームは出射光の向きが変化するが、入射側のプリズムから出射した楕円レーザビームが出射側のプリズムに入射し、平行光束を保持したまま屈折して出射され、最終的に楕円レーザビームの光軸が集光レンズの光軸方向と一致する方向（固定）に向けられる。入射側のプリズムへのレーザビームの入射角及び出射側のプリズムへの楕円レーザビームの入射角はプリズム回転機構によって調整される。一対のプリズムに対するレーザビームの入射角を変化させる結果、出射側のプリズムから出射する楕円レーザビームの光軸位置が楕円形状スポットの長軸方向へ移動して集光レンズの光軸とずれるが、プリズム移動機構によってこの光軸ずれを吸収する方向へ一対のプリズムを移動させることができ、後段に配置される光学部品を移動させる必要がなくなる。出射側のプリズムから出射する楕円レーザビームは平行光束の状態で集光レンズに入射するので、集光レンズへの入射角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。また、一対のプリズムは、非球面光学素子であるので、シリンドリカルレンズに比べて光軸合わせが容易であり、簡単な制御で精度良く光軸合わせを行うことができる。
【００１０】
本発明の光学系においては、前記一対のプリズムと前記集光レンズとの間に配設される回折光学素子を含み、前記回折光学素子は、前記回折光学素子に入射された前記楕円レーザビームの楕円状断面の長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに前記楕円レーザビームを分光することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、高いエネルギーを持つレーザであっても、エネルギーを複数に分割することができ、エネルギーを効率良く加工に用いることができる。
【００１２】
本発明のレーザ加工装置は、上記光学系と、被加工物を保持する保持テーブルと、を備え、前記光学系で生成された楕円レーザビームを前記被加工物に照射して加工することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで対物レンズに入射する角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。その結果、レーザ加工における加工品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、短軸方向と長軸方向で同一焦点となる楕円形状のスポットを形成でき、各加工ラインに沿って加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学系を示す全体構成図である。
【図２】図１の光学系におけるレーザ断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学系を示す全体構成図である。図１に示す光学系は、レーザビームを発するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から発せられた平行光束のレーザビームを断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズム１３２を含むビーム変換ユニット１３と、一対のプリズム１３２を平行移動させるプリズム移動機構１４と、ビーム変換ユニット１３から出射した楕円レーザビームを分光して複数の楕円レーザビームを形成する回折光学素子１５と、複数の楕円レーザビームを集光して複数の楕円スポットを保持テーブル１７上に載置された被加工物（ワーク）１８に形成する集光レンズ１６と、から主に構成されている。一対のプリズム１３２のそれぞれのプリズム１３２ａ，１３２ｂには、それぞれを互いに逆回転させるプリズム回転機構１３３ａ，１３３ｂが備えられている。また、この光学系は、レーザ光源１１の発振器の制御、プリズム移動機構の制御、及びプリズム回転機構１３３ａ，１３３ｂの制御を行う制御回路１９を有する。
【００１７】
レーザ光源１１は、レーザ波長が１００ｎｍ〜１５００ｎｍの短パルスレーザを発振する発振器を有している。発振器が発振する短パルスレーザは、断面形状が円形で平行光束であるレーザビームとして出射される。レーザ光源１１から出射するレーザビームの光路上には、ミラー１２が配設されており、ミラー１２によりレーザビームを後述するビーム変換ユニット１３の移動方向と同一方向に反射させてビーム変換ユニット１３内に入射させている。また、レーザ光源１１の発振器は、制御回路１９に電気的に接続されており、制御回路１９により短パルスレーザの発振が制御されている。
【００１８】
ビーム変換ユニット１３内には、ミラー１２から光路変更されたレーザビームが入射し、該レーザビームを垂直下方へ反射させて、一対のプリズム１３２（プリズム１３２ａ）の上側プリズム１３２ａへ入射させるミラー１３１が配設されている。したがって、ビーム変換ユニット１３の外側に配設されたミラー１２で、レーザ光源１１から出射するレーザビームを受けて、ビーム変換ユニット１３の移動方向と同一方向に反射させてビーム変換ユニット１３内に固定されたミラー１３１へ入射しているので、ビーム変換ユニット１３が移動してもレーザ光源１１から発振されたレーザビームをビーム変換ユニット１３へ導くことが出来る。
【００１９】
ビーム変換ユニット１３において、レーザビームの光路上の後段には、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに該レーザビームを変換する一対のプリズム１３２が配設されている。一対のプリズム１３２は、上側プリズム１３２ａと、下側プリズム１３２ｂとから構成されている。レーザビームが一対のプリズム１３２を透過することにより、断面形状が円形であるレーザビームは、光軸と直交する１軸方向に拡張した楕円形状のビーム形状に変換される。したがって、楕円形状のビーム（楕円レーザビーム）の断面視において、その長軸方向がレーザビームの光軸と直交している。
【００２０】
上側プリズム１３２ａは、上側プリズム回転機構１３３ａにより回転可能に取り付けられている。また、下側プリズム１３２ｂは、下側プリズム回転機構１３３ｂにより回動可能に取り付けられている。この上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂは、制御回路１９に電気的に接続されており、制御回路１９により、上側プリズム回転機構１３３ａの回転及び下側プリズム回転機構１３３ｂの回転がそれぞれ制御される。
【００２１】
上側プリズム１３２ａに対して断面形状が円形で平行光束の円形レーザビームが入射面に対して所定の入射角で入射すると、平行光束を維持したまま屈折して光軸と直交する一方向に拡大した断面楕円形状に変換される。上側プリズム１３２ａを透過して平行光束の状態で一方向のビーム径が拡大された楕円レーザビームは、入射角に応じて上側プリズム１３２ａからの出射光の向きが変化する。ビーム変換ユニット１３から出射する楕円レーザビームの光軸を、常に集光レンズ１６等の後段に配置された固定光学部品の光軸と一致させるために、下側プリズム１３２ｂを設けている。下側プリズム１３２ｂは、楕円レーザビームを屈折させて、楕円レーザビームの光軸が集光レンズ１６の光軸と平行を維持させる働きをする。このため、下側プリズム１３２ｂは、上側プリズム１３２ａの回転方向とは逆方向に回転させることで、下側プリズム１３２ｂでの屈折方向を調整している。これにより、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで集光レンズに入射する角度を同じとすることができ、結果として、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようになる。このように、上側プリズム１３２ａ及び下側プリズム１３２ｂは、協働して楕円レーザビームの長軸方向の寸法調整と出射光の向きの調整とを行うので、制御回路１９により連動して回転するように制御される。
【００２２】
制御回路１９は、上側プリズム１３２ａ及び下側プリズム１３２ｂが、入射するレーザビームの光軸方向に垂直に交わる方向（紙面向って手前側−奥側）を回転軸としてそれぞれ互いに逆回転するように（図１中の回転矢印方向）、上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂを制御する。上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂの回転量を制御することにより、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させることができる。
【００２３】
上述したビーム変換ユニット１３には、プリズム移動機構１４が取り付けられており、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿ってビーム変換ユニット１３を平行移動させる。ビーム変換ユニット１３が該長軸方向に沿って平行移動することにより、一対のプリズム１３２が平行移動することになる。上記した通り、一対のプリズム１３２を回転させると、一対のプリズム１３２を透過して下側プリズム１３２ｂから出射する楕円レーザビームの光軸が集光レンズ１６に対して楕円状断面の長軸方向にずれる。プリズム移動機構１４は、集光レンズ１６に対して楕円状断面の長軸方向にずれる光軸ずれを修正するものである。すなわち、プリズム移動機構１４は、一対のプリズム１３２を透過した楕円レーザビームの光軸が常に回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対して位置合わせされるようにビーム変換ユニット１３（一対のプリズム１３２）を平行移動するものである。これにより、一対のプリズム１３２を回転させて、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させても、常に楕円レーザビームの光軸が回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対して位置合わせされた状態で、楕円レーザビームをワーク１８に照射することができる。
【００２４】
プリズム移動機構１４は、制御回路１９に電気的に接続されており、制御回路１９により、ビーム変換ユニット１３の平行移動が制御される。具体的には、一対のプリズム１３２の回転位置に応じて、ビーム変換ユニット１３の出射光と集光レンズ１６の光軸との光軸ずれ量が決まる。したがって、制御回路１９は、一対のプリズム１３２の回転位置に対応してビーム変換ユニット１３の平行方向の位置を決定し、光軸ずれを無くす目標位置へビーム変換ユニット１３を平行移動させる。
【００２５】
ビーム変換ユニット１３を出射した楕円レーザビームの光路上、すなわち一対のプリズム１３２と集光レンズ１６との間には、回折光学素子１５が配設されている。回折光学素子１５は、回折光学素子１５に入射された楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに楕円レーザビームを分光する。高いエネルギーを持つレーザの場合については、そのままレーザ加工に用いると、その高いエネルギーすべてが加工に寄与せず、エネルギーが無駄になることがある。このように複数の楕円レーザビームに分光することにより、高いエネルギーを持つレーザであっても、エネルギーを複数に分割することができ、エネルギーを効率良く加工に用いることができる。
【００２６】
回折光学素子１５を透過した楕円レーザビームの光路の後段には、楕円レーザビームを被加工物１８に向けて集光する集光レンズ１６が配設されている。集光レンズ１６を透過した楕円レーザビームは、保持テーブル１７上に保持された被加工物１８上に集光される。このようにして、本光学系を備えたレーザ加工装置においては、生成された楕円レーザビームを被加工物１８に照射して被加工物１８を加工するようになっている。
【００２７】
次に、以上のように構成された光学系を用いてレーザビームを被加工物（ワーク）上に集光させた場合の作用について説明する。
【００２８】
レーザ光源１１で発生した平行光束で断面円形のレーザビームは、ミラー１２で光路が変更されてビーム変換ユニット１３内に入射される。ビーム変換ユニット１３内では、レーザビームがミラー１３によりその光路が変更されて、上側プリズム１３２ａに向けられる。このときのレーザビーム（図２に示すＸ部におけるレーザビーム）の断面形状は、図２に示すように、円形である（円形レーザビーム）。
【００２９】
この円形レーザビームは、一対のプリズム１３２に入射して光軸と直交する１軸方向に拡張した楕円形状のビーム形状に変換される。すなわち、円形レーザビームは、上側プリズム１３２ａの入射面に対して所定の入射角で入射し、平行光束を維持したまま屈折して光軸と直交する一方向に拡大した断面楕円形状に変換され、入射角に応じた出射角で出射面から出射する。上側プリズム１３２ａから出射した楕円レーザビームは、下側プリズム１３２ｂに入射して平行光束を維持したまま屈折して、集光レンズ１６の光軸と平行となる出射角で出射される。このようにして、円形レーザビームが一対のプリズム１３２を透過すると、その断面形状は、図２に示すように、楕円形に整形される（図２に示すＹ部における楕円レーザビーム）と共に、出射方向が上側プリズム１３２ａへの入射角によらず、常に集光レンズ１６の光軸と平行方向に出射される。
【００３０】
この場合においては、円形レーザビームは、一対のプリズム１３２を透過する際に、平行光束を維持したまま光軸と直交する一方向に拡大した断面楕円形状に変換されるので、楕円レーザビームの楕円状断面の短軸方向と長軸方向とで集光レンズ１６に入射する角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。その結果、レーザ加工における加工品質を向上させることができる。また、一対のプリズム１３２は、非球面光学素子であるので、シリンドリカルレンズに比べて光軸合わせが容易であり、簡単な制御で精度良く光軸合わせを行うことができる。
【００３１】
この構成において、制御回路１９は、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させる場合には、上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂを駆動して上側プリズム１３２ａ及び下側プリズム１３２ｂの回転位置を制御する。例えば、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の寸法を長くする場合には、プリズム１３２ａの入射面に対して垂直な線とプリズム１３２ａへ入射する円形レーザビームの成す角度が９０度に近づく程、長軸方向の寸法が長くなる。このように、一対のプリズム１３２を回転させると、回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対して光軸がずれるので、その光軸ずれをプリズム移動機構１４により修正する。すなわち、制御回路１９により、一対のプリズム１３２の回転位置に基づいてビーム変換ユニット１３の平行移動すべき目標位置を決定し、その目標位置までの平行移動量分だけビーム変換ユニット１３を平行移動させる。これにより、回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対する光軸ずれを修正することができる。
【００３２】
楕円レーザビームは、回折光学素子１５に入射して、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに楕円レーザビームを分光する（図２に示すＺ部における複数の楕円レーザビーム）。このように複数の楕円レーザビームに分光することにより、高いエネルギーを持つレーザであっても、エネルギーを複数に分割することができ、エネルギーを効率良く加工に用いることができる。
【００３３】
この複数の楕円レーザビームは、集光レンズ１６を通過することにより、ワーク１８上で焦点を結び、ワーク１８がレーザ加工される。
【００３４】
次に、上述した光学系を用いたレーザ加工装置について説明する。
図３はマルチビーム光学系を用いたレーザ加工装置の構成例である。
半導体ウェーハＷは、略円板状に形成されており、表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩなどのデバイス４２が形成されている。また、半導体ウェーハＷは、貼着テープ４３を介して環状フレーム４１に支持される。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、ワークとしてシリコンウェーハなどの半導体ウェーハを例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではなく、半導体ウェーハＷに貼着されるＤＡＦ（Die Attach Film）などの粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）系の無機材料基板、各種電気部品やミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料をワークとしてもよい。
【００３６】
レーザ加工装置２０は、加工台２１にＹ軸方向に形成された一対にＹ軸ガイドレール２２ａ，２２ｂが配設されている。Ｙ軸テーブル２３はＹ軸ガイドレール２２ａ，２２ｂに沿ってＹ軸方向に移動自在に載置されている。Ｙ軸テーブル２３の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２４が螺合されている。そして、ボールネジ２４の端部には、駆動モータ２５が連結され、駆動モータ２５によりボールネジ２４が回転駆動される。
【００３７】
Ｙ軸テーブル２３上にはＹ軸方向と直交するＸ軸方向に形成された一対にＸ軸ガイドレール２６ａ，２６ｂが配設されている。Ｘ軸テーブル２７はＸ軸ガイドレール２６ａ，２６ｂに沿ってＸ軸方向で移動自在に載置されている。Ｘ軸テーブル２７の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２８が螺合されている。そして、ボールネジ２８の端部には、駆動モータ２９が連結され、駆動モータ２９によりボールネジ２８が回転駆動される。
【００３８】
Ｘ軸テーブル２７上にチャックテーブル３０が設置されている。チャックテーブル３０は、テーブル支持部３１と、テーブル支持部３１の上部に設けられた加工予定ラインであるストリートを持つ半導体ウェーハＷを吸着保持するウェーハ保持部３２と、環状フレーム４１を保持するフレーム保持部３３とを備える。テーブル支持部３１の内部には、ウェーハ保持部３２に半導体ウェーハＷを吸着保持させる吸引源が設けられている。
【００３９】
また、加工台２１には支柱部３４が立設されており、支柱部３４の上端部からチャックテーブル３０の上方に伸びたアーム３５にレーザ照射ユニット３６が支持されている。レーザ照射ユニット３６には、前述した光学系が収納されている。
【００４０】
以上のように構成されたレーザ加工装置２０において、半導体ウェーハＷがチャックテーブル３０に載置される。そして、半導体ウェーハＷは、図示しない吸引源によりウェーハ保持部３２に吸着される。
【００４１】
次に、レーザ光線照射ユニット３６が駆動し、Ｘ軸テーブル２７、Ｙ軸テーブル２３により位置調整されてレーザ加工が開始される。レーザ光線照射ユニット３６は、ストリートに向けてレーザビームを照射する。このとき、レーザ光線照射ユニット３６の上記光学系は、図２に示すように１ライン状に複数の楕円形状のスポットを形成し、加工進行方向と楕円状断面の長軸方向とを一致させている。また、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶ状態でワークへのレーザ加工が行われる。Ｘ軸テーブル２７、Ｙ軸テーブル２３により、半導体ウェーハＷのストリートに沿ってレーザ加工位置が移動し、分割された楕円形状のスポットでエネルギー分割されると共に、さらに各スポットが楕円状断面の長軸方向へエネルギー分散した状態で加工される。
【００４２】
このようなレーザ加工装置においては、上記光学系で、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで対物レンズに入射する角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。その結果、各加工ラインに沿って均一な加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができる。
【００４３】
また、本構成のレーザ加工装置は、上記したライン加工だけでなく、ビアホール加工の様な穴あけ加工、ウェーハの一部を陥没させる様な面加工にも適用できる。
【００４４】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、半導体ウェーハなどの被加工物を、楕円ビームを用いてレーザ加工するレーザ加工装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１１ レーザ光源
１２ ミラー
１３ ビーム変換ユニット
１４ プリズム移動機構
１５ 回折光学素子
１６ 集光レンズ
１７ 保持テーブル
１８ 被加工物（ワーク）
１９ 制御回路
２０ レーザ加工装置
３０ チャックテーブル
Ｗ 半導体ウェーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハなどの被加工物（ワーク）をレーザ加工する際に用いられる光学系及びそれを備えたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェーハなどの被加工物（ワーク）を分割する方法として、ワークの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインを設けて複数の領域を区画し、このストリートに沿ってレーザビーム光線を照射することによりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
レーザ加工は、切削加工に比べて加工速度を速くすることができると共に、サファイヤのように硬度の高い素材からなるワークであっても比較的容易に加工することができる。レーザ加工において、各加工ラインに沿って均一なレーザ加工溝を所望の深さに形成することは非常に難しい。すなわち、ワークに形成するレーザ加工溝の深さを深くするためにレーザビームの出力を一定以上に高めても、レーザビーム光線のエネルギーが十分吸収されず、所望の深さのレーザ加工溝を形成することができない。あまりレーザビームの出力を高くし過ぎると、加工品質が劣化する恐れもある。
【０００４】
これらの問題を解決するために、本出願人は、シリンドリカルレンズを用いてレーザビームのスポット径を楕円形状に形成するレーザ加工装置を提案している（特許文献２）。集光されるレーザビームのスポット形状を楕円形に整形し、楕円形に整形したスポットの長軸を該加工送り方向に位置付けることで、単位時間当たりのエネルギーを長軸方向へ分散させることができ、加工ラインに沿って加工を効率良く行うことができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、レーザ加工装置においてシリンドリカルレンズによってビームを楕円形状に形成すると、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで対物レンズに入射する角度が異なり、結果として、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で異なる位置で焦点を結んでしまう。このため、上述したレーザ加工装置については、加工品質においてさらなる改善が求められている。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、短軸方向と長軸方向で同一焦点となる楕円形状のスポットを形成でき、加工ラインに沿って均一な加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができるレーザ加工用の光学系及びそれを備えたレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光学系は、レーザビームを発するレーザ光源と、前記レーザ光源から発せられた前記レーザビームの光路上に配設され、前記レーザビームを、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズムと、前記一対のプリズムに入射する該レーザビームの光軸方向に垂直に交わる方向を回転軸として前記一対のプリズムをそれぞれ互いに逆回転させ、前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させるプリズム回転機構と、前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿って前記一対のプリズムを平行移動させるプリズム移動機構と、前記楕円レーザビームを被加工物に向けて集光する集光レンズと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、レーザ光源から入射側のプリズムへ入射したレーザビームが平行光束を保持したまま屈折して楕円形状に整形される。入射側のプリズムを透過した楕円レーザビームは出射光の向きが変化するが、入射側のプリズムから出射した楕円レーザビームが出射側のプリズムに入射し、平行光束を保持したまま屈折して出射され、最終的に楕円レーザビームの光軸が集光レンズの光軸方向と一致する方向（固定）に向けられる。入射側のプリズムへのレーザビームの入射角及び出射側のプリズムへの楕円レーザビームの入射角はプリズム回転機構によって調整される。一対のプリズムに対するレーザビームの入射角を変化させる結果、出射側のプリズムから出射する楕円レーザビームの光軸位置が楕円形状スポットの長軸方向へ移動して集光レンズの光軸とずれるが、プリズム移動機構によってこの光軸ずれを吸収する方向へ一対のプリズムを移動させることができ、後段に配置される光学部品を移動させる必要がなくなる。出射側のプリズムから出射する楕円レーザビームは平行光束の状態で集光レンズに入射するので、集光レンズへの入射角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。また、一対のプリズムは、非球面光学素子であるので、シリンドリカルレンズに比べて光軸合わせが容易であり、簡単な制御で精度良く光軸合わせを行うことができる。
【００１０】
本発明の光学系においては、前記一対のプリズムと前記集光レンズとの間に配設される回折光学素子を含み、前記回折光学素子は、前記回折光学素子に入射された前記楕円レーザビームの楕円状断面の長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに前記楕円レーザビームを分光することが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、高いエネルギーを持つレーザであっても、エネルギーを複数に分割することができ、エネルギーを効率良く加工に用いることができる。
【００１２】
本発明のレーザ加工装置は、上記光学系と、被加工物を保持する保持テーブルと、を備え、前記光学系で生成された楕円レーザビームを前記被加工物に照射して加工することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで対物レンズに入射する角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。その結果、レーザ加工における加工品質を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、短軸方向と長軸方向で同一焦点となる楕円形状のスポットを形成でき、各加工ラインに沿って加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学系を示す全体構成図である。
【図２】図１の光学系におけるレーザ断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学系を示す全体構成図である。図１に示す光学系は、レーザビームを発するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から発せられた平行光束のレーザビームを断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズム１３２を含むビーム変換ユニット１３と、一対のプリズム１３２を平行移動させるプリズム移動機構１４と、ビーム変換ユニット１３から出射した楕円レーザビームを分光して複数の楕円レーザビームを形成する回折光学素子１５と、複数の楕円レーザビームを集光して複数の楕円スポットを保持テーブル１７上に載置された被加工物（ワーク）１８に形成する集光レンズ１６と、から主に構成されている。一対のプリズム１３２のそれぞれのプリズム１３２ａ，１３２ｂには、それぞれを互いに逆回転させるプリズム回転機構１３３ａ，１３３ｂが備えられている。また、この光学系は、レーザ光源１１の発振器の制御、プリズム移動機構の制御、及びプリズム回転機構１３３ａ，１３３ｂの制御を行う制御回路１９を有する。
【００１７】
レーザ光源１１は、レーザ波長が１００ｎｍ〜１５００ｎｍの短パルスレーザを発振する発振器を有している。発振器が発振する短パルスレーザは、断面形状が円形で平行光束であるレーザビームとして出射される。レーザ光源１１から出射するレーザビームの光路上には、ミラー１２が配設されており、ミラー１２によりレーザビームを後述するビーム変換ユニット１３の移動方向と同一方向に反射させてビーム変換ユニット１３内に入射させている。また、レーザ光源１１の発振器は、制御回路１９に電気的に接続されており、制御回路１９により短パルスレーザの発振が制御されている。
【００１８】
ビーム変換ユニット１３内には、ミラー１２から光路変更されたレーザビームが入射し、該レーザビームを垂直下方へ反射させて、一対のプリズム１３２（プリズム１３２ａ）の上側プリズム１３２ａへ入射させるミラー１３１が配設されている。したがって、ビーム変換ユニット１３の外側に配設されたミラー１２で、レーザ光源１１から出射するレーザビームを受けて、ビーム変換ユニット１３の移動方向と同一方向に反射させてビーム変換ユニット１３内に固定されたミラー１３１へ入射しているので、ビーム変換ユニット１３が移動してもレーザ光源１１から発振されたレーザビームをビーム変換ユニット１３へ導くことが出来る。
【００１９】
ビーム変換ユニット１３において、レーザビームの光路上の後段には、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに該レーザビームを変換する一対のプリズム１３２が配設されている。一対のプリズム１３２は、上側プリズム１３２ａと、下側プリズム１３２ｂとから構成されている。レーザビームが一対のプリズム１３２を透過することにより、断面形状が円形であるレーザビームは、光軸と直交する１軸方向に拡張した楕円形状のビーム形状に変換される。したがって、楕円形状のビーム（楕円レーザビーム）の断面視において、その長軸方向がレーザビームの光軸と直交している。
【００２０】
上側プリズム１３２ａは、上側プリズム回転機構１３３ａにより回転可能に取り付けられている。また、下側プリズム１３２ｂは、下側プリズム回転機構１３３ｂにより回動可能に取り付けられている。この上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂは、制御回路１９に電気的に接続されており、制御回路１９により、上側プリズム回転機構１３３ａの回転及び下側プリズム回転機構１３３ｂの回転がそれぞれ制御される。
【００２１】
上側プリズム１３２ａに対して断面形状が円形で平行光束の円形レーザビームが入射面に対して所定の入射角で入射すると、平行光束を維持したまま屈折して光軸と直交する一方向に拡大した断面楕円形状に変換される。上側プリズム１３２ａを透過して平行光束の状態で一方向のビーム径が拡大された楕円レーザビームは、入射角に応じて上側プリズム１３２ａからの出射光の向きが変化する。ビーム変換ユニット１３から出射する楕円レーザビームの光軸を、常に集光レンズ１６等の後段に配置された固定光学部品の光軸と一致させるために、下側プリズム１３２ｂを設けている。下側プリズム１３２ｂは、楕円レーザビームを屈折させて、楕円レーザビームの光軸が集光レンズ１６の光軸と平行を維持させる働きをする。このため、下側プリズム１３２ｂは、上側プリズム１３２ａの回転方向とは逆方向に回転させることで、下側プリズム１３２ｂでの屈折方向を調整している。これにより、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで集光レンズに入射する角度を同じとすることができ、結果として、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようになる。このように、上側プリズム１３２ａ及び下側プリズム１３２ｂは、協働して楕円レーザビームの長軸方向の寸法調整と出射光の向きの調整とを行うので、制御回路１９により連動して回転するように制御される。
【００２２】
制御回路１９は、上側プリズム１３２ａ及び下側プリズム１３２ｂが、入射するレーザビームの光軸方向に垂直に交わる方向（紙面向って手前側−奥側）を回転軸としてそれぞれ互いに逆回転するように（図１中の回転矢印方向）、上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂを制御する。上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂの回転量を制御することにより、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させることができる。
【００２３】
上述したビーム変換ユニット１３には、プリズム移動機構１４が取り付けられており、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿ってビーム変換ユニット１３を平行移動させる。ビーム変換ユニット１３が該長軸方向に沿って平行移動することにより、一対のプリズム１３２が平行移動することになる。上記した通り、一対のプリズム１３２を回転させると、一対のプリズム１３２を透過して下側プリズム１３２ｂから出射する楕円レーザビームの光軸が集光レンズ１６に対して楕円状断面の長軸方向にずれる。プリズム移動機構１４は、集光レンズ１６に対して楕円状断面の長軸方向にずれる光軸ずれを修正するものである。すなわち、プリズム移動機構１４は、一対のプリズム１３２を透過した楕円レーザビームの光軸が常に回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対して位置合わせされるようにビーム変換ユニット１３（一対のプリズム１３２）を平行移動するものである。これにより、一対のプリズム１３２を回転させて、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させても、常に楕円レーザビームの光軸が回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対して位置合わせされた状態で、楕円レーザビームをワーク１８に照射することができる。
【００２４】
プリズム移動機構１４は、制御回路１９に電気的に接続されており、制御回路１９により、ビーム変換ユニット１３の平行移動が制御される。具体的には、一対のプリズム１３２の回転位置に応じて、ビーム変換ユニット１３の出射光と集光レンズ１６の光軸との光軸ずれ量が決まる。したがって、制御回路１９は、一対のプリズム１３２の回転位置に対応してビーム変換ユニット１３の平行方向の位置を決定し、光軸ずれを無くす目標位置へビーム変換ユニット１３を平行移動させる。
【００２５】
ビーム変換ユニット１３を出射した楕円レーザビームの光路上、すなわち一対のプリズム１３２と集光レンズ１６との間には、回折光学素子１５が配設されている。回折光学素子１５は、回折光学素子１５に入射された楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに楕円レーザビームを分光する。高いエネルギーを持つレーザの場合については、そのままレーザ加工に用いると、その高いエネルギーすべてが加工に寄与せず、エネルギーが無駄になることがある。このように複数の楕円レーザビームに分光することにより、高いエネルギーを持つレーザであっても、エネルギーを複数に分割することができ、エネルギーを効率良く加工に用いることができる。
【００２６】
回折光学素子１５を透過した楕円レーザビームの光路の後段には、楕円レーザビームを被加工物１８に向けて集光する集光レンズ１６が配設されている。集光レンズ１６を透過した楕円レーザビームは、保持テーブル１７上に保持された被加工物１８上に集光される。このようにして、本光学系を備えたレーザ加工装置においては、生成された楕円レーザビームを被加工物１８に照射して被加工物１８を加工するようになっている。
【００２７】
次に、以上のように構成された光学系を用いてレーザビームを被加工物（ワーク）上に集光させた場合の作用について説明する。
【００２８】
レーザ光源１１で発生した平行光束で断面円形のレーザビームは、ミラー１２で光路が変更されてビーム変換ユニット１３内に入射される。ビーム変換ユニット１３内では、レーザビームがミラー１３によりその光路が変更されて、上側プリズム１３２ａに向けられる。このときのレーザビーム（図２に示すＸ部におけるレーザビーム）の断面形状は、図２に示すように、円形である（円形レーザビーム）。
【００２９】
この円形レーザビームは、一対のプリズム１３２に入射して光軸と直交する１軸方向に拡張した楕円形状のビーム形状に変換される。すなわち、円形レーザビームは、上側プリズム１３２ａの入射面に対して所定の入射角で入射し、平行光束を維持したまま屈折して光軸と直交する一方向に拡大した断面楕円形状に変換され、入射角に応じた出射角で出射面から出射する。上側プリズム１３２ａから出射した楕円レーザビームは、下側プリズム１３２ｂに入射して平行光束を維持したまま屈折して、集光レンズ１６の光軸と平行となる出射角で出射される。このようにして、円形レーザビームが一対のプリズム１３２を透過すると、その断面形状は、図２に示すように、楕円形に整形される（図２に示すＹ部における楕円レーザビーム）と共に、出射方向が上側プリズム１３２ａへの入射角によらず、常に集光レンズ１６の光軸と平行方向に出射される。
【００３０】
この場合においては、円形レーザビームは、一対のプリズム１３２を透過する際に、平行光束を維持したまま光軸と直交する一方向に拡大した断面楕円形状に変換されるので、楕円レーザビームの楕円状断面の短軸方向と長軸方向とで集光レンズ１６に入射する角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。その結果、レーザ加工における加工品質を向上させることができる。また、一対のプリズム１３２は、非球面光学素子であるので、シリンドリカルレンズに比べて光軸合わせが容易であり、簡単な制御で精度良く光軸合わせを行うことができる。
【００３１】
この構成において、制御回路１９は、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させる場合には、上側プリズム回転機構１３３ａ及び下側プリズム回転機構１３３ｂを駆動して上側プリズム１３２ａ及び下側プリズム１３２ｂの回転位置を制御する。例えば、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の寸法を長くする場合には、プリズム１３２ａの入射面に対して垂直な線とプリズム１３２ａへ入射する円形レーザビームの成す角度が９０度に近づく程、長軸方向の寸法が長くなる。このように、一対のプリズム１３２を回転させると、回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対して光軸がずれるので、その光軸ずれをプリズム移動機構１４により修正する。すなわち、制御回路１９により、一対のプリズム１３２の回転位置に基づいてビーム変換ユニット１３の平行移動すべき目標位置を決定し、その目標位置までの平行移動量分だけビーム変換ユニット１３を平行移動させる。これにより、回折光学素子１５及び集光レンズ１６に対する光軸ずれを修正することができる。
【００３２】
楕円レーザビームは、回折光学素子１５に入射して、楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに楕円レーザビームを分光する（図２に示すＺ部における複数の楕円レーザビーム）。このように複数の楕円レーザビームに分光することにより、高いエネルギーを持つレーザであっても、エネルギーを複数に分割することができ、エネルギーを効率良く加工に用いることができる。
【００３３】
この複数の楕円レーザビームは、集光レンズ１６を通過することにより、ワーク１８上で焦点を結び、ワーク１８がレーザ加工される。
【００３４】
次に、上述した光学系を用いたレーザ加工装置について説明する。
図３はマルチビーム光学系を用いたレーザ加工装置の構成例である。
半導体ウェーハＷは、略円板状に形成されており、表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩなどのデバイス４２が形成されている。また、半導体ウェーハＷは、貼着テープ４３を介して環状フレーム４１に支持される。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、ワークとしてシリコンウェーハなどの半導体ウェーハを例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではなく、半導体ウェーハＷに貼着されるＤＡＦ（Die Attach Film）などの粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）系の無機材料基板、各種電気部品やミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料をワークとしてもよい。
【００３６】
レーザ加工装置２０は、加工台２１にＹ軸方向に形成された一対にＹ軸ガイドレール２２ａ，２２ｂが配設されている。Ｙ軸テーブル２３はＹ軸ガイドレール２２ａ，２２ｂに沿ってＹ軸方向に移動自在に載置されている。Ｙ軸テーブル２３の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２４が螺合されている。そして、ボールネジ２４の端部には、駆動モータ２５が連結され、駆動モータ２５によりボールネジ２４が回転駆動される。
【００３７】
Ｙ軸テーブル２３上にはＹ軸方向と直交するＸ軸方向に形成された一対にＸ軸ガイドレール２６ａ，２６ｂが配設されている。Ｘ軸テーブル２７はＸ軸ガイドレール２６ａ，２６ｂに沿ってＸ軸方向で移動自在に載置されている。Ｘ軸テーブル２７の背面側には、図示しないナット部が形成され、ナット部にボールネジ２８が螺合されている。そして、ボールネジ２８の端部には、駆動モータ２９が連結され、駆動モータ２９によりボールネジ２８が回転駆動される。
【００３８】
Ｘ軸テーブル２７上にチャックテーブル３０が設置されている。チャックテーブル３０は、テーブル支持部３１と、テーブル支持部３１の上部に設けられた加工予定ラインであるストリートを持つ半導体ウェーハＷを吸着保持するウェーハ保持部３２と、環状フレーム４１を保持するフレーム保持部３３とを備える。テーブル支持部３１の内部には、ウェーハ保持部３２に半導体ウェーハＷを吸着保持させる吸引源が設けられている。
【００３９】
また、加工台２１には支柱部３４が立設されており、支柱部３４の上端部からチャックテーブル３０の上方に伸びたアーム３５にレーザ照射ユニット３６が支持されている。レーザ照射ユニット３６には、前述した光学系が収納されている。
【００４０】
以上のように構成されたレーザ加工装置２０において、半導体ウェーハＷがチャックテーブル３０に載置される。そして、半導体ウェーハＷは、図示しない吸引源によりウェーハ保持部３２に吸着される。
【００４１】
次に、レーザ光線照射ユニット３６が駆動し、Ｘ軸テーブル２７、Ｙ軸テーブル２３により位置調整されてレーザ加工が開始される。レーザ光線照射ユニット３６は、ストリートに向けてレーザビームを照射する。このとき、レーザ光線照射ユニット３６の上記光学系は、図２に示すように１ライン状に複数の楕円形状のスポットを形成し、加工進行方向と楕円状断面の長軸方向とを一致させている。また、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶ状態でワークへのレーザ加工が行われる。Ｘ軸テーブル２７、Ｙ軸テーブル２３により、半導体ウェーハＷのストリートに沿ってレーザ加工位置が移動し、分割された楕円形状のスポットでエネルギー分割されると共に、さらに各スポットが楕円状断面の長軸方向へエネルギー分散した状態で加工される。
【００４２】
このようなレーザ加工装置においては、上記光学系で、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向とで対物レンズに入射する角度を同じとすることができ、楕円形状のスポットの短軸方向と長軸方向で同じ位置で焦点を結ぶようにすることができる。その結果、各加工ラインに沿って均一な加工を効率良く行うことができ、しかも加工品質を向上させることができる。
【００４３】
また、本構成のレーザ加工装置は、上記したライン加工だけでなく、ビアホール加工の様な穴あけ加工、ウェーハの一部を陥没させる様な面加工にも適用できる。
【００４４】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、半導体ウェーハなどの被加工物を、楕円ビームを用いてレーザ加工するレーザ加工装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１１ レーザ光源
１２ ミラー
１３ ビーム変換ユニット
１４ プリズム移動機構
１５ 回折光学素子
１６ 集光レンズ
１７ 保持テーブル
１８ 被加工物（ワーク）
１９ 制御回路
２０ レーザ加工装置
３０ チャックテーブル
Ｗ 半導体ウェーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを発するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられた前記レーザビームの光路上に配設され、前記レーザビームを、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズムと、
前記一対のプリズムに入射する該レーザビームの光軸方向に垂直に交わる方向を回転軸として前記一対のプリズムをそれぞれ互いに逆回転させ、前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させるプリズム回転機構と、
前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿って前記一対のプリズムを平行移動させるプリズム移動機構と、
前記楕円レーザビームを被加工物に向けて集光する集光レンズと、
を含むことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記一対のプリズムと前記集光レンズとの間に配設される回折光学素子を含み、
前記回折光学素子は、
前記回折光学素子に入射された前記楕円レーザビームの楕円状断面の長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに前記楕円レーザビームを分光することを特徴とする請求項１記載の光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の光学系と、被加工物を保持する保持テーブルと、を備え、
前記光学系で変換された楕円レーザビームを前記被加工物に照射して加工することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１】
レーザビームを発するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられた前記レーザビームの光路上に配設され、前記レーザビームを、断面形状が楕円形状である楕円レーザビームに変換する一対のプリズムと、
前記一対のプリズムに入射する該レーザビームの光軸方向に垂直に交わる方向を回転軸として前記一対のプリズムをそれぞれ互いに逆回転させ、前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向の長さを変化させるプリズム回転機構と、
前記一対のプリズムによって変換される前記楕円レーザビームの楕円状断面における長軸方向に沿って前記一対のプリズムを平行移動させるプリズム移動機構と、
前記楕円レーザビームを被加工物に向けて集光する集光レンズと、
を含むことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記一対のプリズムと前記集光レンズとの間に配設される回折光学素子を含み、
前記回折光学素子は、
前記回折光学素子に入射された前記楕円レーザビームの楕円状断面の長軸方向に対してそれぞれ所定の角度を持った複数の楕円レーザビームに前記楕円レーザビームを分光することを特徴とする請求項１記載の光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の光学系と、被加工物を保持する保持テーブルと、を備え、
前記光学系で変換された楕円レーザビームを前記被加工物に照射して加工することを特徴とするレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２５２７９（Ｐ２０１１−２５２７９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３２４２（Ｐ２００９−１７３２４２）
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【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２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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