JP2008093723A - Laser beam fine machining apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam fine machining apparatus of which the machining efficiency can be enhanced by simultaneously machining a plurality of workpieces, and which can perform highly accurate machining without being conscious of the rotation center of a turntable. <P>SOLUTION: The laser beam fine machining apparatus is equipped with: a workpiece fixture which is formed of a flat plate having the thickness substantially identical to the thickness of a workpiece, and has a plurality of fitting holes which are through in the thickness direction and regulate the position of the fitted workpiece; and the turntable which sucks the workpiece fixture and the workpiece fitted to the fitting hole and rotates them. Each of the plurality of fitting holes is formed away from the rotation center of the workpiece fixture, and the height of a machining surface of the workpiece and of a non-suction surface of the workpiece fixture is substantially same. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、加工用レーザ光を照射して加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置に関する。   The present invention relates to a laser micromachining apparatus that irradiates a machining laser beam to produce fine pits on a machining surface of a workpiece.

従来より、光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を平板状の加工対象物に照射し、該加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置が知られている。このレーザ微細加工装置において、ターンテーブル上に固定された加工対象物にレーザ光を照射し加工する装置として、例えば特許文献1に示されるようなものがある。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a laser micromachining apparatus that irradiates a machining target laser beam emitted from an optical machining head onto a plate-like workpiece and produces fine pits on the machining surface of the workpiece. In this laser microfabrication apparatus, there is an apparatus as shown in Patent Document 1, for example, as an apparatus for irradiating a laser beam onto a processing object fixed on a turntable.

この特許文献1に示されるレーザ描画装置は、ターンテーブルに一枚の加工対象物をターンテーブルの回転中心と加工対象物の中心が略一致するよう固定してターンテーブルを回転させ、回転する加工対象物の加工面に直接レーザ光を照射して加工を施すものである。
特開2001−133987号公報
In the laser drawing apparatus disclosed in Patent Document 1, a single workpiece is fixed to a turntable so that the rotation center of the turntable and the center of the workpiece are substantially coincident, and the turntable is rotated to rotate. Processing is performed by directly irradiating a processing surface of an object with laser light.
JP 2001-133987 A

しかしながら、従来のレーザ描画装置の構成によるレーザ微細加工装置では、ターンテーブルにセットして加工できる加工対象物の枚数が一枚であることから、加工対象物の交換が煩雑で加工タクトが長く、効率的な加工が困難である。   However, in the laser micromachining apparatus having the configuration of the conventional laser drawing apparatus, since the number of processing objects that can be set and processed on the turntable is one, the replacement of the processing object is complicated and the processing tact is long, Efficient processing is difficult.

また、加工用レーザ光が照射される位置の線速度が一定になるようターンテーブルを回転させて加工を行う場合、加工用レーザ光が照射される位置が回転中心付近になるとターンテーブルの回転が速くなるため、回転制御の精度は、回転中心から離間した位置に比べて劣る。また、回転速度には限界があるため中心部に近づくと線速度一定での制御ができなくなる場合もある。さらに、ターンテーブルの回転中心と加工対象物の中心とを精度よく一致させることは困難であり、ターンテーブルの回転中心に加工用レーザ光の半径方向移動線が含まれるよう調整することも困難である。このため、ターンテーブルの回転中心付近では加工対象物に高精度な加工を施すことは困難であった。   When processing is performed by rotating the turntable so that the linear velocity at the position irradiated with the processing laser beam is constant, the turntable rotates when the position irradiated with the processing laser beam is near the rotation center. Since the speed is increased, the accuracy of the rotation control is inferior to the position away from the rotation center. In addition, since the rotational speed is limited, there is a case where control at a constant linear velocity cannot be performed when approaching the center. Furthermore, it is difficult to accurately align the rotation center of the turntable with the center of the workpiece, and it is also difficult to adjust the turntable rotation center to include the radial movement line of the processing laser beam. is there. For this reason, it has been difficult to perform high-precision machining on the workpiece near the rotation center of the turntable.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の加工対象物を同時に加工できるようにすることで加工効率を向上させることが可能で、ターンテーブルの回転中心を意識することなく高精度な加工が可能なレーザ微細加工装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to improve the machining efficiency by allowing a plurality of workpieces to be machined simultaneously, without being aware of the rotation center of the turntable. An object of the present invention is to provide a laser micromachining apparatus capable of high-precision machining.

請求項1記載のレーザ微細加工装置は、加工対象物と厚みが略同一な平板状で、厚み方向に貫通すると共に挿嵌された加工対象物の位置を規制する装着孔が複数穿設された加工対象物固定治具と、加工対象物固定治具及び装着孔に装着された加工対象物を吸着して回転するターンテーブルとを備え、複数の装着孔のそれぞれが加工対象物固定治具の回転中心から離間して設けられ、加工対象物の加工面と加工対象物固定治具の非吸着面との高さが略同一であることを特徴とする。   The laser micromachining apparatus according to claim 1 is a flat plate having substantially the same thickness as the workpiece, and has a plurality of mounting holes that penetrate the thickness direction and regulate the position of the inserted workpiece. A workpiece fixing jig, and a turntable that rotates by adsorbing the workpiece to be processed and the workpiece mounted in the mounting hole, each of the plurality of mounting holes being a workpiece fixing jig. It is provided apart from the center of rotation, and the height of the processing surface of the processing object and the non-adsorption surface of the processing object fixing jig is substantially the same.

請求項2記載のレーザ微細加工装置は、加工対象物固定治具とターンテーブルとが一体に形成されていることを特徴とする。   The laser micromachining apparatus according to claim 2 is characterized in that the workpiece fixing jig and the turntable are integrally formed.

請求項3記載のレーザ微細加工装置は、加工対象物からの反射光に基づきフォーカスエラー信号を生成し、フォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物上に合うようにフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備え、フォーカスエラー信号にS字波形が生じるS字検出距離を、加工対象物の加工面と加工対象物固定治具の非吸着面との段差の3〜10倍相当としたことを特徴とする。   The laser micromachining apparatus according to claim 3 generates a focus error signal based on the reflected light from the workpiece, and focuses servo so that the machining laser beam is focused on the workpiece based on the focus error signal. And a focus servo means for performing an S-shaped detection distance in which an S-shaped waveform is generated in the focus error signal, corresponding to 3 to 10 times the step between the processing surface of the processing object and the non-adsorption surface of the processing object fixing jig. It is characterized by that.

請求項4記載のレーザ微細加工装置は、フォーカスサーボ手段が、フォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点位置を制御するための信号を生成するサーボ回路を備え、サーボ回路におけるカットオフ周波数を、加工対象物と加工対象物固定治具の装着孔との間の隙間により発生する信号成分の周波数の2.5分の1〜15分の1相当としたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a laser micromachining apparatus comprising: a servo circuit for generating a signal for controlling the focal position of the processing laser beam based on the focus error signal; and a cutoff frequency in the servo circuit. Further, it is characterized by being equivalent to 1 / 2.5 to 1/15 of the frequency of the signal component generated by the gap between the workpiece and the mounting hole of the workpiece fixing jig.

請求項5記載のレーザ微細加工装置は、加工対象物が、LEDウェハーであることを特徴とする。   The laser micromachining apparatus according to claim 5 is characterized in that the object to be machined is an LED wafer.

請求項1の発明によれば、加工対象物固定治具に加工対象物を装着するための複数の装着孔が設けられ、複数の加工対象物を同時に加工できることから、加工効率を向上させることが可能である。また、装着孔のそれぞれが加工対象物固定治具の回転中心から離間して設けられ、加工対象物が加工対象物固定治具の回転中心から離れた位置に固定されることから、回転中心において高精度な加工が困難であるという問題を考慮する必要がなく、回転中心を意識することなく高精度な加工が可能である。   According to the first aspect of the present invention, since a plurality of mounting holes for mounting a workpiece to be processed are provided in the workpiece fixing jig, and a plurality of workpieces can be processed simultaneously, the processing efficiency can be improved. Is possible. In addition, each of the mounting holes is provided apart from the rotation center of the workpiece fixing jig, and the workpiece is fixed at a position away from the rotation center of the workpiece fixing jig. It is not necessary to consider the problem that high-precision machining is difficult, and high-precision machining is possible without being aware of the center of rotation.

請求項2の発明によれば、加工対象物固定治具とターンテーブルとが一体に形成されていることから、ターンテーブルに加工対象物を固定するのみでよく、作業効率を向上させることができる。   According to the invention of claim 2, since the workpiece fixing jig and the turntable are integrally formed, it is only necessary to fix the workpiece to the turntable, and the working efficiency can be improved. .

請求項3の発明によれば、フォーカスサーボを行うために加工対象物からの反射光に基づいて生成されるフォーカスエラー信号においてS字波形が生じるS字検出距離を、加工対象物の加工面と加工対象物固定治具の非吸着面との段差の3〜10倍相当としたことから、段差がある場所においても、加工用レーザ光の焦点位置が加工対象物の加工面と加工対象物固定治具の非吸着面に合うようにフォーカスサーボを行うことが可能であり、加工が中断することがないため、効率のよい加工が可能となる。   According to the invention of claim 3, the S-shaped detection distance in which the S-shaped waveform is generated in the focus error signal generated based on the reflected light from the processing object for performing the focus servo is defined as the processing surface of the processing object. Since it is equivalent to 3 to 10 times the step with the non-adsorption surface of the workpiece fixing jig, the focal position of the laser beam for processing is fixed to the processing surface of the workpiece and the workpiece even when there is a step. Focus servo can be performed so as to match the non-adsorbing surface of the jig, and processing is not interrupted, so that efficient processing is possible.

請求項4の発明によれば、加工用レーザ光の焦点位置を制御するための信号を生成するサーボ回路のカットオフ周波数を、加工対象物と加工対象物固定治具の装着孔との間の隙間により発生する信号成分の周波数の2.5分の1〜15分の1相当としたことから、隙間がある場所においてフォーカスエラー信号が乱れてもサーボ回路はその乱れを無視してサーボ信号を生成するので、加工用レーザ光の焦点位置がフォーカスサーボが外れるような変動をすることはなく、加工が中断することがないため効率のよい加工が可能となる。   According to the invention of claim 4, the cutoff frequency of the servo circuit that generates a signal for controlling the focal position of the processing laser beam is set between the processing object and the mounting hole of the processing object fixing jig. The servo circuit ignores the disturbance even if the focus error signal is disturbed in the place where there is a gap. Therefore, the focus position of the processing laser beam does not change so that the focus servo is not released, and the processing is not interrupted, so that efficient processing is possible.

請求項5の発明によれば、加工対象物がLEDウェハーであり、LEDウェハーの表面に微細な凹凸を高精度で作製することにより、光の取り出し効率の高いLEDを作り出すことが可能である。   According to the invention of claim 5, the object to be processed is an LED wafer, and it is possible to produce an LED with high light extraction efficiency by producing fine irregularities on the surface of the LED wafer with high accuracy.

以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態におけるレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光をディスク状の加工対象物に照射し、加工対象物の加工面に微細ピットを作製するものである。図1は本発明に係るレーザ微細加工装置の構成の一例を説明する説明図、図2は同レーザ微細加工装置のウェハー固定治具の説明図、図3は同レーザ微細加工装置のS字検出距離を示す説明図、図4は同レーザ微細加工装置の構成を示す構成図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The laser micromachining apparatus according to the embodiment of the present invention irradiates a processing laser beam emitted from an optical machining head onto a disk-shaped workpiece and produces fine pits on the machining surface of the workpiece. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of the configuration of a laser micromachining apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a wafer fixing jig of the laser micromachining apparatus, and FIG. 3 is an S-shaped detection of the laser micromachining apparatus. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the distance, and FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the laser micromachining apparatus.

図1において、ウェハー5は、LEDウェハー等のディスク状の加工対象物で、表面が微細ピットを作製する加工面5aである。本発明のレーザ微細加工装置1を構成するウェハー固定治具10は、ウェハー5と厚みが略同一なディスク状で、厚み方向に貫通すると共にウェハー5を挿嵌可能な装着孔10aが複数穿設されている。この装着孔10aは、ウェハー固定治具10の回転中心から離間して設けられている。ターンテーブル12は、ウェハー5を回転させるテーブルであり、全面に吸引口12aを複数備え、ウェハー固定治具10とウェハー5を吸着可能に構成されている。光加工ヘッド200は、内部に設けられたレーザ光源から微細ピットを作製するための加工用レーザ光を出射するものである。   In FIG. 1, a wafer 5 is a disk-shaped workpiece such as an LED wafer, and the surface is a processed surface 5a for producing fine pits. The wafer fixing jig 10 constituting the laser micromachining apparatus 1 of the present invention has a disk shape that is substantially the same thickness as the wafer 5 and has a plurality of mounting holes 10a that penetrate in the thickness direction and into which the wafer 5 can be inserted. Has been. The mounting hole 10 a is provided apart from the rotation center of the wafer fixing jig 10. The turntable 12 is a table that rotates the wafer 5. The turntable 12 includes a plurality of suction ports 12 a on the entire surface, and is configured to be able to suck the wafer fixing jig 10 and the wafer 5. The optical processing head 200 emits processing laser light for producing fine pits from a laser light source provided therein.

また、図4に示すようにレーザ微細加工装置1は、光加工ヘッド200の他、表示装置602や入力装置604を備えたコントローラ600、HF信号増幅回路102、フォーカスエラー信号生成回路104、フォーカスサーボ回路106、ドライブ回路108、発光信号生成回路204、加工用レーザ駆動回路202、スピンドルモータ300、スピンドルモータ制御回路302、フィードモータ400、フィールドモータ制御回路402等から構成されている。   As shown in FIG. 4, the laser micromachining apparatus 1 includes the optical machining head 200, a controller 600 including a display device 602 and an input device 604, an HF signal amplification circuit 102, a focus error signal generation circuit 104, and a focus servo. The circuit 106, the drive circuit 108, the light emission signal generation circuit 204, the processing laser drive circuit 202, the spindle motor 300, the spindle motor control circuit 302, the feed motor 400, the field motor control circuit 402, and the like.

次に、本発明のレーザ微細加工装置1により微細ピットをウェハー5の加工面5aに作製する手順を、図1を基に説明する。まず、図1(a)に示すように、ターンテーブル12の上にウェハー固定治具10を載置して吸着する。次に、図1(b)に示すように、ターンテーブル12に載置されたウェハー固定治具10の装着孔10aに、ウェハー5を挿嵌して吸着する。このように、ウェハー固定治具10の装着孔10aにウェハー5を挿嵌することで、ウェハー5は、加工面5aがウェハー固定治具10の非吸着面と略同一面となった状態で、位置が規制されつつターンテーブル12に固定される。この状態で、ウェハー5及びウェハー固定治具10を回転させ、図1(c)に示すように、回転するウェハー5の表面の加工面5aに向かって加工用レーザ光を照射する。   Next, a procedure for producing fine pits on the processed surface 5a of the wafer 5 by the laser fine processing apparatus 1 of the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a wafer fixing jig 10 is placed on the turntable 12 and sucked. Next, as shown in FIG. 1B, the wafer 5 is inserted into and attached to the mounting hole 10 a of the wafer fixing jig 10 placed on the turntable 12. Thus, by inserting the wafer 5 into the mounting hole 10 a of the wafer fixing jig 10, the wafer 5 is in a state where the processed surface 5 a is substantially flush with the non-adsorption surface of the wafer fixing jig 10. The position is fixed to the turntable 12 while being regulated. In this state, the wafer 5 and the wafer fixing jig 10 are rotated, and the processing laser beam is irradiated toward the processing surface 5a on the surface of the rotating wafer 5, as shown in FIG.

次に、レーザ微細加工装置1の具体的な作動を図4を基に説明する。入力装置604からレーザ加工開始が入力されると、コントローラ600はフィードモータ制御回路402、スピンドルモータ制御回路402、スピンドルモータ制御回路302、発光信号生成回路204及び加工用レーザ駆動回路202に作動開始を指示する。加工用レーザ光が照射される初期半径位置は、入力装置604からコントローラ600を介して予めフィードモータ制御回路402に設定されており、コントローラ600から作動開始指示があると、フィードモータ制御回路402はフィードモータ400内にあるエンコーダが出力するパルス信号から半径位置を計算し、設定された初期半径位置になるようフィードモータ400を駆動する。これによりウエハー5よりやや内側の半径位置かやや外側の半径位置から加工用レーザ光が照射されるようになる。   Next, a specific operation of the laser micromachining apparatus 1 will be described with reference to FIG. When laser processing start is input from the input device 604, the controller 600 starts operation to the feed motor control circuit 402, spindle motor control circuit 402, spindle motor control circuit 302, light emission signal generation circuit 204, and processing laser drive circuit 202. Instruct. The initial radial position at which the processing laser light is irradiated is set in advance in the feed motor control circuit 402 from the input device 604 via the controller 600. When an operation start instruction is issued from the controller 600, the feed motor control circuit 402 The radial position is calculated from the pulse signal output from the encoder in the feed motor 400, and the feed motor 400 is driven so as to reach the set initial radial position. As a result, the processing laser light is irradiated from a slightly inner radial position or a slightly outer radial position from the wafer 5.

そして、コントローラ600は、フィードモータ400内にあるエンコーダが出力するパルス信号から半径位置を常に計算し、入力装置604から予め入力されている微細ピットの半径方向間隔と線速度から、ターンテーブル12の1回転で丁度微細ピットの半径方向間隔分、加工用レーザ光が照射される半径位置を移動する送り速度を計算してフィードモータ制御回路402に指示する。フィードモータ制御回路402は、フィードモータ400内にあるエンコーダが出力するパルス信号から送り速度を算出し、送り速度が指示された速度に合うようフィードモータ400を駆動する。またコントローラ600は、計算された半径位置と入力されている線速度から、加工用レーザ光が照射される位置の線速度が入力されている線速度になるための回転速度を計算し、スピンドルモータ制御回路302に指示する。スピンドルモータ制御回路302は、スピンドルモータ300内にあるエンコーダが出力するパルス信号から回転速度を計算し、回転速度が指示された速度になるようスピンドルモータ300を駆動する。   Then, the controller 600 always calculates the radial position from the pulse signal output from the encoder in the feed motor 400, and from the radial interval and linear velocity of the fine pits input in advance from the input device 604, The feed speed for moving the radial position irradiated with the processing laser beam is calculated just by the radial interval of the fine pits in one rotation, and the feed motor control circuit 402 is instructed. The feed motor control circuit 402 calculates the feed speed from the pulse signal output from the encoder in the feed motor 400, and drives the feed motor 400 so that the feed speed matches the instructed speed. Further, the controller 600 calculates a rotation speed for the linear velocity at the position irradiated with the processing laser light to be the input linear velocity from the calculated radial position and the input linear velocity, and the spindle motor The control circuit 302 is instructed. The spindle motor control circuit 302 calculates the rotational speed from the pulse signal output from the encoder in the spindle motor 300, and drives the spindle motor 300 so that the rotational speed becomes the designated speed.

またコントローラ600は、入力装置604から入力されている微細ピットの円周方向間隔と線速度から、発光信号のタイミングを計算し、発光信号生成回路204に指示する。発光信号生成回路204は、指示された発光タイミングでパルス信号である発光信号を生成し加工用レーザ駆動回路202に出力する。加工用レーザ駆動回路202は入力した発光信号により加工用レーザ駆動信号(ハイレベルとローレベルからなるパルス信号)を生成し、光加工ヘッド200のレーザ照射器に出力する。そして、光加工ヘッド200は、加工用レーザ光による反射光を分割されたフォトディレクタで受光し、受光光量に相当する信号をHF信号増幅回路102に出力する。HF信号増幅回路102、フォーカスエラー信号生成回路104、フォーカスサーボ回路106及びドライブ回路108は、光加工ヘッド200の対物レンズを駆動することによる加工用レーザ光の焦点位置の制御、すなわちフォーカスサーボを行う。これにより加工用レーザ光が照射された加工面5aには、微細ピットが設定された間隔で作製されることになる。   The controller 600 calculates the timing of the light emission signal from the circumferential interval and the linear velocity of the fine pits input from the input device 604 and instructs the light emission signal generation circuit 204. The light emission signal generation circuit 204 generates a light emission signal that is a pulse signal at the instructed light emission timing, and outputs the light emission signal to the processing laser drive circuit 202. The processing laser drive circuit 202 generates a processing laser drive signal (a pulse signal composed of a high level and a low level) from the input light emission signal, and outputs it to the laser irradiator of the optical processing head 200. The optical processing head 200 receives the reflected light from the processing laser light with the divided photo director, and outputs a signal corresponding to the received light amount to the HF signal amplification circuit 102. The HF signal amplification circuit 102, the focus error signal generation circuit 104, the focus servo circuit 106, and the drive circuit 108 perform control of the focal position of the processing laser beam by driving the objective lens of the optical processing head 200, that is, focus servo. . As a result, fine pits are formed at intervals on the processed surface 5a irradiated with the processing laser light.

このように、本実施の形態のレーザ微細加工装置1によれば、ウェハー固定治具10にウェハー5を装着するための複数の装着孔10aが設けられ、複数のウェハー5を同時に加工できることから、加工効率を向上させることが可能である。また、装着孔10aのそれぞれがウェハー固定治具10の回転中心から離間して設けられ、ウェハー5がウェハー固定治具10の回転中心から離れた位置に固定されることから、回転中心において高精度な加工が困難であるという問題を考慮する必要がなく回転中心を意識することなく高精度な加工が可能である。   Thus, according to the laser microfabrication apparatus 1 of the present embodiment, a plurality of mounting holes 10a for mounting the wafer 5 are provided in the wafer fixing jig 10, and a plurality of wafers 5 can be processed simultaneously. It is possible to improve processing efficiency. Further, since each of the mounting holes 10a is provided apart from the rotation center of the wafer fixing jig 10 and the wafer 5 is fixed at a position away from the rotation center of the wafer fixing jig 10, high accuracy is provided at the rotation center. Therefore, it is not necessary to consider the problem of difficult machining, and high-precision machining is possible without being aware of the center of rotation.

尚、加工面5aがウェハー固定治具10の非吸着面と略同一面と説明したが、実際には、図2に示すように、加工面5aとウェハー固定治具10の非吸着面との間には段差Δtが存在する。この段差Δtが加工用レーザ光の焦点位置の制御範囲以上に大きいと、段差がある場所においてフォーカスサーボが外れてしまう。また段差Δtが加工用レーザ光の焦点位置の制御範囲より小さくても、充分小さくない場合は段差がある場所においてフォーカスサーボが外れる可能性がある。そこで、本実施例のレーザ微細加工装置1では、光加工ヘッドの光学系を調整することによって可変可能な、加工用レーザ光の焦点位置の制御可能範囲すなわち加工用レーザ光の焦点位置を一方向に変化させたとき、図4におけるフォーカスエラー信号生成回路104が出力するフォーカスエラー信号に生じるS字波形の頂点から頂点までの距離であるS字検出距離Sp−pを(図3)、段差Δtの3倍〜10倍相当としている。この関係を示すのが数1(3.5倍とした場合の式)である。 Although the processing surface 5a has been described as substantially the same surface as the non-adsorption surface of the wafer fixing jig 10, actually, as shown in FIG. 2, the processing surface 5a and the non-adsorption surface of the wafer fixing jig 10 There is a step Δt between them. If this step Δt is larger than the control range of the focal position of the processing laser beam, the focus servo will be lost at the place where there is a step. Even if the step Δt is smaller than the control range of the focal position of the processing laser beam, if it is not sufficiently small, the focus servo may be lost at a place where there is a step. Therefore, in the laser micromachining apparatus 1 of the present embodiment, the controllable range of the focal position of the processing laser beam, which is variable by adjusting the optical system of the optical machining head, that is, the focal position of the machining laser beam is set in one direction. 4, the S-shaped detection distance Sp−p , which is the distance from the vertex to the vertex of the S-shaped waveform generated in the focus error signal output from the focus error signal generation circuit 104 in FIG. 3 times to 10 times Δt. This relationship is shown in Equation 1 (equation for 3.5 times).

Figure 2008093723
Figure 2008093723

このようにS字検出距離Sp−pを定めることにより、加工面5aとウェハー固定治具10の非吸着面との間の段差がある場所においても、加工用レーザ光の焦点位置が加工面5aとウェハー固定治具10の非吸着面に合うようにフォーカスサーボを行うことが可能であり、加工が中断することがないため、効率のよい加工が可能となる。 By determining the S - shaped detection distance S p-p in this way, the focal position of the processing laser beam can be changed even in a place where there is a step between the processing surface 5a and the non-adsorption surface of the wafer fixing jig 10. Since the focus servo can be performed so as to match the non-adsorption surface of 5a and the wafer fixing jig 10, and the processing is not interrupted, efficient processing is possible.

また、ウェハー固定治具10の装着孔10aによりウェハー5の位置を規制できるようにするため、ウェハー5の外周と装着孔10aの径は略同径であるが、実際には、図2に示すように、ウェハー5の外周と装着孔10aとの間には隙間Δxが存在する。この隙間Δxがあるとフォーカスエラー信号が乱れ、図4におけるフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点位置を制御する信号を生成し出力するフォーカスサーボ回路106がこのフォーカスエラー信号の乱れに基づいた信号を出力してしまい、加工用レーザ光の焦点位置はフォーカスサーボが外れるような変動を起こす。そこで、本実施例のレーザ微細加工装置1では、フォーカスサーボ回路106に設定されるカットオフ周波数を、隙間Δxにより発生する信号成分の周波数の2.5分の1〜15分の1相当としている。この関係を示すのが数2(2.5分の1倍とした場合の式)である。尚、V[m/s]は、加工用レーザ光が照射されている位置におけるウェハー5及びウェハー固定治具10の線速度である。   Further, in order to be able to regulate the position of the wafer 5 by the mounting hole 10a of the wafer fixing jig 10, the outer periphery of the wafer 5 and the diameter of the mounting hole 10a are substantially the same diameter, but actually, as shown in FIG. As described above, there is a gap Δx between the outer periphery of the wafer 5 and the mounting hole 10a. When this gap Δx is present, the focus error signal is disturbed, and the focus servo circuit 106 that generates and outputs a signal for controlling the focal position of the processing laser beam based on the focus error signal in FIG. 4 is based on the disturbance of the focus error signal. Output a signal, and the focal position of the processing laser beam fluctuates so that the focus servo is out. Therefore, in the laser microfabrication apparatus 1 of the present embodiment, the cutoff frequency set in the focus servo circuit 106 is equivalent to 1 / 2.5 to 1/15 of the frequency of the signal component generated by the gap Δx. . This relationship is expressed by Equation 2 (an expression in the case of 1/2 times). V [m / s] is the linear velocity of the wafer 5 and the wafer fixing jig 10 at the position where the processing laser beam is irradiated.

Figure 2008093723
Figure 2008093723

このようにフォーカスサーボ回路106のカットオフ周波数を定めることにより、ウェハー5の外周と装着孔10aとの間の隙間がある場所においてフォーカスエラー信号が乱れても、フォーカスサーボ回路106はその乱れを無視してサーボ信号を生成するので加工用レーザ光の焦点位置はフォーカスサーボが外れるような変動をすることはなく、加工が中断することがないため、効率のよい加工が可能となる。   By determining the cutoff frequency of the focus servo circuit 106 in this way, even if the focus error signal is disturbed in a place where there is a gap between the outer periphery of the wafer 5 and the mounting hole 10a, the focus servo circuit 106 ignores the disturbance. Thus, since the servo signal is generated, the focal position of the laser beam for processing does not fluctuate so that the focus servo is removed, and the processing is not interrupted, so that efficient processing is possible.

以上のようにS字検出距離Sp−pやフォーカスサーボ回路106のカットオフ周波数を適切な値に定めることでフォーカスサーボが行われながら、加工用レーザ光によりウェハー5の加工面5aに微細ピットが作製されていく。具体的には、まず、コントローラ600の指示により、発光信号生成回路204で発光タイミング等が制御された発光信号が生成され、その発光信号が加工用レーザ駆動回路202により加工用レーザ光の駆動信号にされ、光加工ヘッド200からウェハー5の加工面5aに向かって加工用レーザ光が照射される。 As described above, fine pits are formed on the processing surface 5a of the wafer 5 by the processing laser light while the focus servo is performed by setting the S-shaped detection distance Spp and the cutoff frequency of the focus servo circuit 106 to appropriate values. Will be made. Specifically, first, a light emission signal whose light emission timing is controlled by the light emission signal generation circuit 204 is generated by an instruction from the controller 600, and the light emission signal is generated by the processing laser drive circuit 202 as a drive signal for processing laser light. The laser beam for processing is irradiated from the optical processing head 200 toward the processing surface 5a of the wafer 5.

光加工ヘッド200は、ウェハー5からの反射光を分割されたフォトディテクタで受光し、受光光量に相当する信号をHF信号増幅回路102へ出力する。HF信号増幅回路102は、入力した信号を増幅してフォーカスエラー信号生成回路104へ出力する。フォーカスエラー信号生成回路104は、フォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路106へ出力し、フォーカスサーボ回路106が加工用レーザ光の焦点位置を制御する信号を生成しドライブ回路108へ出力する。ドライブ回路108は、入力した信号に基づいて光加工ヘッド200にある対物レンズを対物レンズの光軸と平行な方向に駆動させ、加工用レーザ光の焦点位置が加工面5aに合うよう制御する。   The optical processing head 200 receives the reflected light from the wafer 5 by the divided photodetector and outputs a signal corresponding to the received light amount to the HF signal amplification circuit 102. The HF signal amplification circuit 102 amplifies the input signal and outputs it to the focus error signal generation circuit 104. The focus error signal generation circuit 104 generates a focus error signal and outputs the focus error signal to the focus servo circuit 106. The focus servo circuit 106 generates a signal for controlling the focal position of the processing laser beam and outputs the signal to the drive circuit 108. Based on the input signal, the drive circuit 108 drives the objective lens in the optical machining head 200 in a direction parallel to the optical axis of the objective lens, and controls so that the focal position of the machining laser beam matches the machining surface 5a.

尚、本実施の形態では、ウェハー固定治具10とターンテーブル12とをそれぞれ別体で形成した場合を説明したが、これらを一体に形成して用いることも可能である。一体にすることで、ウェハー固定治具10の固定が不要になり、ターンテーブル12にウェハー5を固定するのみでよく、作業効率を向上させることができる。   In the present embodiment, the case where the wafer fixing jig 10 and the turntable 12 are formed as separate bodies has been described. However, it is also possible to form them integrally and use them. By integrating them, it is not necessary to fix the wafer fixing jig 10, and it is only necessary to fix the wafer 5 to the turntable 12, and work efficiency can be improved.

また、本実施の形態ではウェハー5をLEDウェハーとして説明したが、本発明のレーザ微細加工装置1は、高精度に微細なピットを加工面5aに作製することが可能であることから、特にLEDウェハーの加工に適している。具体的には、本発明のレーザ微細加工装置によりLEDウェハーの表面に微細な凹凸を高精度で作製することにより、光の取り出し効率の高いLEDを作り出すことが可能である。尚、ウェハー5をLEDウェハーとして説明したがこれに限定されるものではなく、加工用レーザ光を照射することにより微細ピットを作製可能な物であればどのようなものでもよい。   In the present embodiment, the wafer 5 has been described as an LED wafer. However, the laser micromachining apparatus 1 of the present invention can produce fine pits on the machining surface 5a with high accuracy, and thus the LED 5 is particularly LED. Suitable for wafer processing. Specifically, it is possible to produce an LED with high light extraction efficiency by producing fine irregularities on the surface of the LED wafer with high accuracy by the laser microfabrication apparatus of the present invention. In addition, although the wafer 5 was demonstrated as an LED wafer, it is not limited to this, What kind of thing may be sufficient as long as it can produce a fine pit by irradiating the laser beam for a process.

さらに、本実施の形態では、光加工ヘッド200が出射するレーザ光を加工用レーザ光のみにし、加工用レーザ光のウェハー5の加工面5aやウェハー固定治具10の非吸着面での反射光に基づいてフォーカスエラー信号を生成し、このフォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボを行うようにしたが、フォーカスエラー信号を生成するための反射光は加工用レーザ光の反射光でなくてもよい。すなわち、光加工用ヘッド200から加工用レーザ光とサーボ用レーザ光の2つのレーザ光を照射し、サーボ用レーザ光の反射光のみを検出して、この反射光に基づいてフォーカスエラー信号を生成するようにしてもよい。   Further, in the present embodiment, the laser beam emitted from the optical processing head 200 is only the processing laser beam, and the reflected light of the processing laser beam on the processing surface 5a of the wafer 5 or the non-adsorption surface of the wafer fixing jig 10 is used. The focus error signal is generated based on the focus error signal and the focus servo is performed based on the focus error signal. However, the reflected light for generating the focus error signal may not be the reflected light of the processing laser light. That is, two laser beams of a processing laser beam and a servo laser beam are emitted from the optical processing head 200, and only the reflected light of the servo laser beam is detected, and a focus error signal is generated based on the reflected light. You may make it do.

以上のように、本発明によれば、複数の加工対象物を同時に加工できるようにすることで加工効率を向上させることが可能で、ターンテーブルの回転中心を意識することなく高精度な加工が可能なレーザ微細加工装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to improve the machining efficiency by allowing a plurality of workpieces to be machined simultaneously, and high-precision machining can be performed without being aware of the rotation center of the turntable. A possible laser micromachining apparatus can be provided.

本発明に係るレーザ微細加工装置の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the laser fine processing apparatus which concerns on this invention. 同レーザ微細加工装置のウェハー固定治具の説明図である。It is explanatory drawing of the wafer fixing jig of the laser fine processing apparatus. 同レーザ微細加工装置のS字検出距離を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows S character detection distance of the laser fine processing apparatus. 同レーザ微細加工装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser fine processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・・レーザ微細加工装置
5・・・・・ウェハー
10・・・・ウェハー固定治具
12・・・・ターンテーブル
12a・・・吸引口
102・・・HF信号増幅回路
104・・・フォーカスエラー信号生成回路
106・・・フォーカスサーボ回路
108・・・ドライブ回路
200・・・光加工ヘッド
202・・・加工用レーザ駆動回路
204・・・発光信号生成回路
300・・・スピンドルモータ
302・・・スピンドルモータ制御回路
400・・・フィードモータ
402・・・フィードモータ制御回路
600・・・コントローラ
602・・・表示装置
604・・・入力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser fine processing apparatus 5 ... Wafer 10 ... Wafer fixing jig 12 ... Turntable 12a ... Suction port 102 ... HF signal amplification circuit 104 ... Focus error signal generation circuit 106 ... focus servo circuit 108 ... drive circuit 200 ... optical processing head 202 ... processing laser drive circuit 204 ... light emission signal generation circuit 300 ... spindle motor 302 ... Spindle motor control circuit 400 ... Feed motor 402 ... Feed motor control circuit 600 ... Controller 602 ... Display device 604 ... Input device

Claims (5)

光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を平板状の加工対象物に照射し、該加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置において、
該加工対象物と厚みが略同一な平板状で、厚み方向に貫通すると共に挿嵌された該加工対象物の位置を規制する装着孔が複数穿設された加工対象物固定治具と、
該加工対象物固定治具及び該装着孔に装着された該加工対象物を吸着して回転するターンテーブルとを備え、
該複数の装着孔のそれぞれが該加工対象物固定治具の回転中心から離間して設けられ、
該加工対象物の加工面と該加工対象物固定治具の非吸着面との高さが略同一であることを特徴とするレーザ微細加工装置。
In a laser micromachining apparatus that irradiates a machining target laser beam emitted from an optical machining head onto a plate-like workpiece and produces fine pits on the machining surface of the workpiece,
A processing object fixing jig having a plate shape substantially the same thickness as the processing object, penetrating in the thickness direction and having a plurality of mounting holes for restricting the position of the inserted processing object;
The workpiece fixing jig and a turntable that rotates by sucking the workpiece mounted in the mounting hole,
Each of the plurality of mounting holes is provided apart from the rotation center of the workpiece fixing jig,
A laser micro-machining apparatus, wherein the processing surface of the processing object and the non-adsorption surface of the processing object fixing jig have substantially the same height.
前記加工対象物固定治具と前記ターンテーブルとが一体に形成されていることを特徴とする請求項1記載のレーザ微細加工装置。   2. The laser micromachining apparatus according to claim 1, wherein the workpiece fixing jig and the turntable are integrally formed. 前記加工対象物からの反射光に基づきフォーカスエラー信号を生成し、該フォーカスエラー信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点が該加工対象物上に合うようにフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備え、
該フォーカスエラー信号にS字波形が生じるS字検出距離を、該加工対象物の加工面と前記加工対象物固定治具の非吸着面との段差の3〜10倍相当としたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のレーザ微細加工装置。
A focus servo unit configured to generate a focus error signal based on reflected light from the processing object and perform focus servo so that the processing laser beam is focused on the processing object based on the focus error signal; ,
An S-shaped detection distance at which an S-shaped waveform is generated in the focus error signal is equivalent to 3 to 10 times the step between the processing surface of the processing object and the non-adsorption surface of the processing object fixing jig. The laser micromachining apparatus according to claim 1 or 2.
前記フォーカスサーボ手段が、前記フォーカスエラー信号に基づいて前記加工用レーザ光の焦点位置を制御するための信号を生成するサーボ回路を備え、
該サーボ回路におけるカットオフ周波数を、前記加工対象物と前記加工対象物固定治具の装着孔との間の隙間により発生する信号成分の周波数の2.5分の1〜15分の1相当としたことを特徴とする請求項3記載のレーザ微細加工装置。
The focus servo means includes a servo circuit that generates a signal for controlling the focal position of the processing laser beam based on the focus error signal;
The cutoff frequency in the servo circuit is equivalent to 1 / 2.5 to 1/15 of the frequency of the signal component generated by the gap between the workpiece and the mounting hole of the workpiece fixture. 4. The laser micromachining apparatus according to claim 3, wherein
前記加工対象物が、LEDウェハーであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のレーザ微細加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the processing object is an LED wafer.
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