JP2007275962A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光線の集光スポットの形状が楕円形であっても曲線の加工ラインに沿って集光スポットの長軸を追随させることができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光線照射手段５を構成する集光器７は集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段とを具備しており、制御手段２０は被加工物３６１に形成された加工ラインのX,Y座標値を記憶する記憶手段を備え、加工送り量検出手段３７４と割り出し送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射位置の現在位置のX,Y座標値を求め、検出された現在位置のX,Y座標値と記憶手段に記憶された加工ラインのX,Y座標値に基づいて集光スポットの長軸が加工ラインに沿って追随するように集光スポット回動手段を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置、更に詳しくはレーザー光線の集光スポット形状が楕円形であっても曲線に沿って加工することができるレーザー加工装置に関する。

近年、半導体ウエーハやガラス板等の被加工物を所定の加工ラインに沿って分割する装置として、レーザー加工装置が用いられている。このレーザー加工装置は、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レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向と直交する割り出し送り方向に相対移動せしめる割り出し送り手段とによって構成されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−２１９４０号公報

上述したレーザー加工装置は、レーザー光線照射手段から照射されるレーザー光線の集光スポット形状が円形の場合には、上記加工送り手段および割り出し送り手段を制御することにより、直線以外にも曲線を含む複雑な加工ラインに沿ってレーザー加工を施すことができる。

一方、加工特性を良好にするためにレーザー光線の集光スポット形状を楕円形に形成してレーザー加工を施すレーザー加工方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
特開２００６−５１５１７号公報

而して、レーザー光線の集光スポットの形状を楕円形に形成してレーザー加工を施すためには、レーザー光線は集光スポットの長軸を加工ラインに沿って照射する必要がある。しかるに、加工ラインが曲線で形成されている場合には、上記加工送り手段および割り出し送り手段を制御しても楕円形の集光スポットの長軸を加工ラインに沿って追随させることは困難である。

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、レーザー光線の集光スポットの形状が楕円形であっても曲線の加工ラインに沿って集光スポットの長軸を追随させることができるレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、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を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段と、該加工送り手段による加工送り量を検出する加工送り量検出手段と、該割り出し送り手段による割り出し送り量を検出する割り出し送り量検出手段と、該加工送り量検出手段と割り出し送り量検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段と該加工送り手段および該割り出し送り手段を制御する制御手段と、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、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、該集光器は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段とを具備しており、
該制御手段は、被加工物に形成された加工ラインのX,Y座標値を記憶する記憶手段を備え、加工送り量検出手段と割り出し送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射位置の現在位置のX,Y座標値を求め、該検出された現在位置のX,Y座標値と該記憶手段に記憶された加工ラインのX,Y座標値に基づいて集光スポットの長軸が加工ラインに沿って追随するように該集光スポット回動手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

レーザー光線照射位置の現在位置のX,Y座標値を(x1,y1)とし、次に加工すべき位置の座標値を(x2,y2)とすると、該制御手段は現在位置から次に加工すべき位置までのX軸方向に対する傾き（θ）をθ＝(y1−y2)／(x1−x2)で求め、集光スポットの長軸がX軸方向に対する傾き（θ）と一致するように該集光スポット手段を制御する。

本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射位置の現在位置のX,Y座標値と記憶手段に記憶されている被加工物に形成された加工ラインのX,Y座標値に基づいて集光スポットの長軸が加工ラインに沿って追随するように集光スポット回動手段を制御するので、加工ラインが曲線であっても被加工物には加工ラインに沿って集光スポットの短軸に対応した幅を有するレーザー加工を施すことができる。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

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に上記矢印Ｘで示す方向（X軸方向）と直角な矢印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、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向（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。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向（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た第一の滑動ブロック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（Y軸方向）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上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。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。

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、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（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に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（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に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（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ド３７１と、該雄ネジロッド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。雄ネジロッド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、雄ネジロッド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ド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この加工送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。

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（Y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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための割り出し送り手段３８を具備している。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ド３８１と、該雄ネジロッド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。雄ネジロッド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、雄ネジロッド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ド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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し送り量を検出するため割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この割り出し送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。

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（Y軸方向）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上に矢印Ｙで示す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、一側面に矢印Ｚで示す方向（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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（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ド４３１と、該雄ねじロッド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。雄ネジロッド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、雄ネジロッド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ド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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態の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５２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、矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に支持される。

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を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段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ド（図示せず）と、該雄ネジロッド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ド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およびレーザビーム照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（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５２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５２を下方に移動するようになっている。

図示のレーザー光線照射手段５２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５２１を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２および伝送光学系５２３と、ケーシング５２１の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド６を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。

上記加工ヘッド６は、図３に示すように方向変換ミラー６１と、集光器７とからなっている。方向変換ミラー６１は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振され伝送光学系５２３を介して照射されたパルスレーザー光線を集光器７に向けて方向変換する。集光器７は、図示の第１の実施形態においては上記チャックテーブル３６に保持された被加工物と対向する集光レンズ８と、該集光レンズ８よりレーザー光線照射方向上流側、即ち集光レンズ８と方向変換ミラー６１との間に配設されたシリンドリカルレンズユニット９と、集光レンズ８とシリンドリカルレンズユニット９との間隔を調整するための後述する間隔調整機構とを具備している。上記方向変換ミラー６１とシリンドリカルレンズユニット９とおよび後述する間隔調整機構は、図４に示すように上記ケーシング５２１の先端に装着された加工ヘッドハウジング６０内に配設されている。また、上記集光レンズ８は、加工ヘッドハウジング６０の下端に装着されるレンズハウジング８０内に配設されている。この集光レンズ８は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。なお、上記集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および間隔調整機構１０は、後述するように集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段として機能する。

上記シリンドリカルレンズユニット９について、図５乃至図７を参照して説明する。図５にはシリンドリカルレンズユニット９の斜視図が示されており、図６には図５に示すシリンドリカルレンズユニット９の分解斜視図が示されている。
図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニット９は、シリンドリカルレンズ９１と、該シリンドリカルレンズを保持するレンズ保持部材９２と、該レンズ保持部材９２を保持する枠体９３とを具備している。

シリンドリカルレンズ９１は、図７に示すように断面が半円形状に形成された凸レンズからなっている。このシリンドリカルレンズ９１は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。シリンドリカルレンズ９１を保持するレンズ保持部材９２は、図示の実施形態においては合成樹脂によって円形に形成されている。このレンズ保持部材９２は、レンズ保持部９２１と、該レンズ保持部９２１の下面中心部から突出して形成された回動軸部９２２とからなっている。レンズ保持部９２１にはレンズ嵌合穴９２１aが設けられており、このレンズ嵌合穴９２１aにシリンドリカルレンズ９１が嵌合して保持される。回動軸部９２２には、レンズ保持部９２１に設けられたレンズ嵌合穴９２１aと連通するレーザー光線挿通穴９２２aが軸方向に貫通して形成されている。

上記レンズ保持部材９２を保持する枠体９３は、図６に示すように矩形状に形成されており、その上面には上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１が配置される凹部９３１が形成されている。また、凹部９３１の底壁９３１aには、上記レンズ保持部材９２の回動軸部９２２を回動可能に嵌合する軸穴９３１bが設けられている。このように構成された枠体９３の凹部９３１に上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１を配置し、軸穴９３１bに回動軸部９２２を嵌合することにより、レンズ保持部９２１はシリンドリカルレンズ９１を通るレーザー光線の光軸を中心として回動可能に装着される。

図示に実施形態におけるシリンドリカルレンズユニット９は、上記レンズ保持部材９２を回動軸部９２２を中心として回動せしめるレンズ回動手段９４を具備している。レンズ回動手段９４は、図示の実施形態においてはパルスモータ９４１と無端ベルト９４２とからなっている。パルスモータ９４１は上記枠体９３の下面に装着され、その駆動軸９４１aが凹部９３１内に突出して配設される。駆動軸９４１aにはプーリー９４３が装着され、このプーリー９４３と上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１の外周に無端ベルト９４２が掛け回される。従って、パルスモータ９４１を正転または逆転駆動することにより、プーリー９４３および無端ベルト９４２を介してレンズ保持部材９２が回動軸部９２２を中心として一方向または他方向に回動せしめられる。このレンズ回動手段９４は、後述するように集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および間隔調整機構１０とからなる楕円スポット形成手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段として機能する。

以上のように構成されたシリンドリカルレンズユニット９は、図８に示す間隔調整機構１０にセットされる。以下、間隔調整機構１０について説明する。
図１０に示す間隔調整機構１０は、支持基板１１と、該支持基板１１の下端に設けられた集光レンズ支持板１２と、該支持基板１１の前面に沿って上下方向に移動可能に配設された支持テーブル１３とを具備している。

支持基板１１は、前面中央部に上下方向に形成された案内溝１１１を備えている。この支持基板１１の側面中間部には、調整板１１２が固定されている。集光レンズ支持板１２は、支持基板１１の前面に対して直角に突出して形成されている。この集光レンズ支持板１２には、中央部に穴１２１が形成されている。このように構成された集光レンズ支持板１２の下面における穴１２１と対応する位置に集光レンズ８が配設されたレンズハウジング８０が装着される。

上記支持テーブル１３は、支持部１４と、該支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５とからなっている。支持部１４は、後面に上記支持基板１１に形成された案内溝１１１に嵌合する被案内レール１４１が形成されている。この被案内レール１４１が案内溝１１１に嵌合することにより、支持テーブル１３は支持基板１１に案内溝１１１に沿って上下方向に移動可能に支持される。なお、支持部１４の上端には、上記第１の調整板１１２の上方に位置する第２の調整板１４２が固定されている。上記テーブル部１５は、支持部１４の前面に対して直角に突出して形成されている。このテーブル部１５には、中央部にレーザー光線が通過する穴１５１が形成されているとともに、上記レンズ回動手段９４のパルスモータ９４１が挿通する穴１５２が設けられている。また、テーブル部１５の両側端には支持基板１１の前面に対して直角に延びる位置決めレール１５３、１５４が形成されている。この位置決めレール１５３、１５４の間隔は、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成する枠体９３の幅方向寸法に対応した寸法に設定されている。

上記第２の調整板１４２には調整ネジ手段１６が配設されている。この調整ネジ手段１６は、第２の調整板１４２に装着された支持筒１６１と、該支持筒１６１に進退可能に配設された計測ロッド１６２と、該計測ロッド１６２を進退せしめる調整ダイアル１６３とからなっており、マイクロメーターと同様の機構に構成されている。このように構成された調整ネジ手段１６は、計測ロッド１６２の先端（下端）が上記第１の調整板１１２の上面に当接することにより支持テーブル１３を構成する支持部１４の上下方向位置を規制する。従って、調整ダイアル１６３を一方向または他方向に回動して計測ロッド１６２を進退させることにより支持部１４の上下方向位置即ち支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を変更することができる。このとき、支持筒１６１および調整ダイアル１６３に形成された目盛りに基いて計測ロッド１６２の進退量を調整することにより、支持テーブル１３のテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を適宜調整することができる。

以上のように構成された間隔調整機構１０の支持テーブル１３を構成するテーブル部１５には、図９に示すように上記シリンドリカルレンズユニット９がセットされる。即ち、シリンドリカルレンズユニット９の枠体９３を支持テーブル１３を構成するテーブル部１５における位置決めレール１５３、１５４の間に載置する。なお、支持テーブル１３のテーブル部１５上の所定位置に載置されたシリンドリカルレンズユニット９は、図示しない適宜の固定手段によって支持テーブル１３のテーブル部１５に固定される。このようにして支持テーブル１３のテーブル部１５上に配置されたシリンドリカルレンズユニット９のシリンドリカルレンズ９１は、集光方向が図９においてXで示す加工送り方向にセットされる。

図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、上記レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段１７が配設されている。この撮像手段１７は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を制御手段２０に送る。

制御手段２０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）２０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）２０２と、後述する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）２０３と、カウンター２０４と、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６とを備えている。制御手段２０の入力インターフェース２０５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４および撮像手段１７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段２０の出力インターフェース２０６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、レーザー光線照射手段５２、パルスモータ９４１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）２０３は、後述する被加工物に形成された加工ラインの設計値のデータを記憶する第１の記憶領域２０３aや、後述する検出値のデータを記憶する第２の記憶領域２０３bおよび他の記憶領域を備えている。

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。
上述したレーザー光線照射手段５２によって照射されるレーザー光線の集光スポット形状について、図１０および図１１を参照して説明する。
先ず、図１０の（a）および１０の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)と同一の４０mmに設定した場合について説明する。この場合、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１０の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。

一方、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってX方向が集光される。即ち、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)が４０mmに設定されているので、図１０の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってレーザー光線L がX方向に集光される集光点P2は集光レンズ８の中心位置となる。このようにして集光レンズ８の中心位置で集光されたレーザー光線Lは、集光レンズ８の下面に向けて広がり、集光レンズ８の下面から上記集光点P1で再度集光される。集光された状態で集光レンズ８を通過する。このように、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)と同一にすると、シリンドリカルレンズ９１に入射された断面が円形のレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によって矢印X方向が集光され、集光レンズ８によって矢印Y方向が集光されるので、集光点P1において図１０の（c）に拡大して示すように断面が円形の集光スポットS1が形成される。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が円形の集光スポットS1によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。

次に、図１１の（a）および１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)の半分の２０mmに設定した場合について説明する。この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１１の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。

一方、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が４０mmに設定されているので、図１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に集光されるレーザー光線Lは集光される途中で集光レンズ８に入光し、集光レンズ８によって更に集光され集光点P3で集光された後被加工物に達するまで矢印Xで示す方向に広げられる。この結果、集光点P1の位置においては、図１１の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。

次に、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成するシリンドリカルレンズ９１が凹レンズによって形成されている場合について、図１２を参照して説明する。なお、凹レンズからなるシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が−４０mmに設定し、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)を２０mmに設定した場合について説明する。
この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１２の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。

一方、凹レンズからなるシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が−４０mmに設定されているので、図１２の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に拡散されるレーザー光線Lは集光レンズ８によって集光されるが、シリンドリカルレンズ９１によってX方向に拡散されているので集光レンズ８による集光途中で集光レンズ８の焦点距離(f1)である上記集光点(P1)に達する。この結果、集光レンズ８の焦点距離(f1)である集光点(P1)の位置においては、図１２の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。

以上のように、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を調整する間隔調整機構１０は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段として機能する。そして、上記レンズ保持部材９２を回動軸部９２２を中心として回動せしめるレンズ回動手段９４は、後述するように楕円スポット形成手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段として機能する。

次に、図１１および図１２に示すように断面が楕円形の集光スポットS2を用いて、被加工物にレーザー加工溝を形成する加工方法について説明する。
図１３には、被加工物Wが環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着された状態が示されている。被加工物Wの表面には、曲線からなる加工ラインPLが形成されている。被加工物Wの表面に形成された加工ラインPLは、a1〜anに区分されており、a1〜anのXY座標値のデータ（設計値）が上記制御手段２０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３の第１に記憶領域２０３aに格納されている。

図１３に示すように、環状のフレームFに保護テープTを介して支持された被加工物W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被加工物W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。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。このように被加工物W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１７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１７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の被加工物Wは、図１４に示す座標位置に位置付けられた状態となる。

次に、撮像手段１７および制御手段２０によって加工開始位置として例えばa1位置を検出する。そして、チャックテーブル３６を移動してa1位置をレーザー光線照射手段５２の集光器７の直下（加工位置）に位置付ける。次に、制御手段２０は、現在位置a1から次に加工すべき位置a2までの傾き（α）を求める。即ち、a1位置の座標値を(x1,y1)とし、a2位置の座標値を(x2,y2)とすると、現在位置a1から次に加工すべき位置a2までのX軸方向に対する傾き（θ）は、θ＝(y1−y2)／(x1−x2)で求めることができる。このようにして、現在位置a1から次に加工すべき位置a2までのX軸方向に対する傾き（θ）を求めたならば、制御手段２０は上記楕円形の集光スポットS2の長軸D1がX軸方向に対する傾き（θ）と一致するように上記レンズ回動手段９４のパルスモータ９４１を制御する。そして、制御手段２０は、レーザビーム照射手段５２を制御して集光器７から被加工物Wに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するとともに、加工送り手段３７および割り出し送り手段３８を制御して次に加工すべき位置a2に向けて移動するようチャックテーブル３６を作動する。このチャックテーブル３６の作動においては、制御手段２０はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３の第１に記憶領域２０３aに格納されている被加工物Wの表面に形成された加工ラインPLのa1〜anのXY座標値のデータと加工送り量検出手段３７４および割り出し送り量検出手段３８４からの検出信号に基づいて加工送り手段３７のパルスモータ３７２および割り出し送り手段３８のパルスモータ３８２を制御する。

上述したようにしてa1位置からa2位置までレーザー光線を照射したら、制御手段２０はa2位置からa3位置までのX軸方向に対する傾き（α）を上述したように求め、上記楕円形の集光スポットS2の長軸D1がX軸方向に対する傾き（α）と一致するように上記レンズ回動手段９４のパルスモータ９４１を制御するとともに、加工送り手段３７および割り出し送り手段３８を制御して次に加工すべき位置a3に向けて移動するようチャックテーブル３６を作動する。以後、制御手段２０はan位置を通ってa1位置まで上述した作動を実行する。この結果、被加工物Wには加工ラインPLに沿って集光スポットS2の短軸D2に対応した幅を有するレーザー加工溝が形成される。

なお、上記レーザー加工における加工条件は、例えば下記のように設定されている。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：４W
集光スポット ：楕円形 長軸(D1)２００μｍ、短軸(D2)１０μｍ

以上のように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、加工ラインPLに沿って楕円形の集光スポットS2の長軸D1が一致するようにシリンドリカルレンズ９１を保持するレンズ保持部材９２を回動しつつ加工するので、加工ラインPLが曲線であっても被加工物Wには加工ラインPLに沿って集光スポットS2の短軸D2に対応した幅を有するレーザー加工を施すことができる。

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２に示すレーザー光線照射手段を構成する第１の実施形態における集光器を備えた加工ヘッドの説明図。 図３に示す加工ヘッドの斜視図。 図３に示す加工ヘッドの集光器を構成するシリンドリカルレンズユニットの斜視図。 図５に示すシリンドリカルレンズユニットの構成部材を分解して示す斜視図。 図５に示すシリンドリカルレンズユニットを構成するシリンドリカルレンズを保持したレンズ保持部材の断面図。 図１に示すレーザー加工装置に装備され集光レンズとシリンドリカルレンズユニットとの間隔を調整する間隔調整機構の斜視図。 図８に示す間隔調整機構にシリンドリカルレンズユニットをセットした状態を示す斜視図。 集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。 集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。 集光レンズと凹レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によってレーザー加工される被加工物が環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着された状態を示す斜視図。 図１３に示す被加工物が図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。

符号の説明

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
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
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
４３３：割り出し送り量検出手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
６：加工ヘッド
６１：方向変換ミラー
７：集光器
８：集光レンズ
９：シリンドリカルレンズユニット
９１：シリンドリカルレンズ
９２：レンズ保持部材
９３：枠体
９４：レンズ回動手段
１０：間隔調整機構
１１：支持基板
１２：集光レンズ支持板
１３：支持テーブル
１６：調整ネジ手段

Claims (2)

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を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段と、該加工送り手段による加工送り量を検出する加工送り量検出手段と、該割り出し送り手段による割り出し送り量を検出する割り出し送り量検出手段と、該加工送り量検出手段と割り出し送り量検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段と該加工送り手段および該割り出し送り手段を制御する制御手段と、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、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、該集光器は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段とを具備しており、
   該制御手段は、被加工物に形成された加工ラインのX,Y座標値を記憶する記憶手段を備え、加工送り量検出手段と割り出し送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射位置の現在位置のX,Y座標値を求め、該検出された現在位置のX,Y座標値と該記憶手段に記憶された加工ラインのX,Y座標値に基づいて集光スポットの長軸が加工ラインに沿って追随するように該集光スポット回動手段を制御する、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. レーザー光線照射位置の現在位置のX,Y座標値を(x1,y1)とし、次に加工すべき位置の座標値を(x2,y2)とすると、該制御手段は現在位置から次に加工すべき位置までのX軸方向に対する傾き（θ）をθ＝(y1−y2)／(x1−x2)で求め、集光スポットの長軸がX軸方向に対する傾き（θ）と一致するように該集光スポット回動手段を制御する、請求項１記載のレーザー加工装置。

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