JP2008254035A - レーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被加工物を保持するためのチャックテーブルと、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を具備するレーザー加工装置であって、レーザー光線照射手段はパルスレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、レーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線の光軸を偏向する光軸変更手段と、光軸変更手段によって光軸が偏向されたパルスレーザー光線を集光するとともに集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円形集光スポット形成手段を備えた集光器とを具備している。
【選択図】図3
Description
該レーザー光線照射手段は、パルス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から発振されたパルスレーザー光線の光軸を偏向する光軸変更手段と、
該光軸変更手段によって光軸が偏向されたパルスレーザー光線を集光するとともに集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円形集光スポット形成手段を備えた集光器と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
また、上記楕円形集光スポット形成手段は、凹レンズからなる第1のシリンドリカルレンズと、該第1のシリンドリカルレンズのレーザー光線照射方向下流側に配設された凸レンズからなる第2のシリンドリカルレンズと、該第1のシリンドリカルレンズと該第2のシリンドリカルレンズとの間隔を調整する間隔調整機構とによって構成されている。
また、上記光軸変更手段は、上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と、該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と、該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備えた音響光学偏向手段からなっており、上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を上記集光器によって集光される楕円形の集光スポットの短軸方向に偏向する。
更に、上記光軸変更手段は、上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備え上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を上記集光器によって集光される楕円形の集光スポットの長軸方向に偏向する第1の音響光学偏向手段と、上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備え上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を上記集光器によって集光される楕円形の集光スポットの短軸方向に偏向する第2の音響光学偏向手段とからなっている。
音響光学偏向手段6を構成する第1の音響光学偏向手段61の第1の偏向角度調整手段61に例えば5Vの電圧が印加され、第1の音響光学素子611に5Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段522から発振されたパルスレーザー光線は、その光軸が図3において1点鎖線で示すように偏向され、加工ヘッド7の後述する方向変換ミラー71および集光器72を介して集光点Paに集光される。また、第1の偏向角度調整手段614に例えば10Vの電圧が印加され、第1の音響光学素子611に10Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段522から発振されたパルスレーザー光線は、その光軸が図3において実線で示すように偏向され、加工ヘッド7の後述する方向変換ミラー71および集光器72を介して上記集光点Paから加工送り方向(X軸方向)に図3において左方に所定量変位した集光点Pbに集光される。また、第1の偏向角度調整手段614に例えば15Vの電圧が印加され、第1の音響光学素子611に15Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段522から発振されたパルスレーザー光線は、その光軸が図3において2点鎖線で示すように偏向され、加工ヘッド7の後述する方向変換ミラー71および集光器72を介して上記集光点Pbから加工送り方向(X軸方向)に図3において左方に所定量変位した集光点Pcに集光される。一方、第1の音響光学偏向手段61の第1の偏向角度調整手段614に例えば0Vの電圧が印加され、第1の音響光学素子611に0Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段522から発振されたパルスレーザー光線は、図3において破線で示すようにレーザー光線吸収手段63に導かれる。このように、第1の音響光学素子611によって偏向されたレーザー光線は、第1の偏向角度調整手段614に印加される電圧に対応して加工送り方向(X軸方向)に偏向せしめられる。
楕円形の集光スポットを形成する集光器72は、図示の実施形態においては第1のシリンドリカルレンズ81aを備えた第1のシリンドリカルレンズユニット8aと、該第1のシリンドリカルレンズ81aと集光方向が直交する方向に位置付けられた第2のシリンドリカルレンズ81bを備えた第2のシリンドリカルレンズユニット8bと、第1のシリンドリカルレンズユニット8aと第2のシリンドリカルレンズユニット8bとの間隔を調整するための後述する間隔調整機構とからなる楕円形集光スポット形成手段を具備している。上記方向変換ミラー71と第1のシリンドリカルレンズユニット8aと第2のシリンドリカルレンズユニット8b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70内に配設されている。
図5および図6に示す第1のシリンドリカルレンズユニット8aは、第1のシリンドリカルレンズ81aと、該第1のシリンドリカルレンズ81aを保持するレンズ保持部材82と、該レンズ保持部材82を保持する第1の枠体83と、該第1の枠体83を保持する第2の枠体84とからなっている。
図8および図9に示す第2のシリンドリカルレンズユニット8bも上記第1のシリンドリカルレンズユニット8aと同様に、第2のシリンドリカルレンズ81bと、該第2のシリンドリカルレンズ81bを保持するレンズ保持部材82と、該レンズ保持部材82を保持する第1の枠体83と、該第1の枠体83を保持する第2の枠体84とからなっている。第2のシリンドリカルレンズ81bは、図示の実施形態においては凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって構成され、その焦点距離(f2)が50mmに設定されている。なお、第2のシリンドリカルレンズユニット8bを構成するレンズ保持部材82、第1の枠体83、第2の枠体84は、上記第1のシリンドリカルレンズユニット8aを構成するレンズ保持部材82、第1の枠体83、第2の枠体84と実質的に同一の構成であるため、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
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第1の支持テーブル12と、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第2の支持テーブル13とを具備している。
図12の(a)は上記パルスレーザー光線発振手段522から発振され音響光学偏向手段6および方向変換ミラー71を介して集光器7に入光されるレーザー光線Lを、第1のシリンドリカルレンズ81aと第2のシリンドリカルレンズ81bによってY軸方向に集光する状態を示す説明図であり、図12の(b)は上記レーザー光線Lを第1のシリンドリカルレンズ81aと第2のシリンドリカルレンズ81bによってX軸方向に集光する状態を示す説明図である。
即ち、第1のシリンドリカルレンズ81aの焦点距離を(f1)、第2のシリンドリカルレンズ81bの焦点距離を(f2)、第1のシリンドリカルレンズ81aから第2のシリンドリカルレンズ81bまでの距離を(d1)、第2のシリンドリカルレンズ81bから被加工物までの距離を(d2)、上記レーザー光線Lの径を(φ)とすると、集光スポットSの長軸D1は、D1=〔φ{f1−(d1+d2)}〕÷f1 となる。従って、第1のシリンドリカルレンズ81aから第2のシリンドリカルレンズ81bまでの距離を(d1)および/または第2のシリンドリカルレンズ81bから被加工物までの距離を(d2)を変えることにより、集光スポットSの長軸D1の長さを変更することができる。一方、第1のシリンドリカルレンズ81aと第2のシリンドリカルレンズ81bを通って照射されるレーザー光線の楕円形の集光スポットSの短軸D2は、D2=φ(f2−d2)÷f2 となる。
図13には、シリコンによって形成された基板31の表面31aに格子状に配列された複数のストリート32によって複数の領域が区画され、この区画された領域にプリンターヘッド33が形成されたウエーハ30が示されている。このプリンターヘッド33には、図14の(a)および(b)に示すように幅A、長さB、深さCを有するインク溜り溝331が形成される。このように基板31の表面31aに形成された各プリンターヘッド33の位置および各プリンターヘッド33に形成すべきインク溜り溝331の位置並びに各寸法等の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。
先ず、図1に示すレーザー加工装置のチャックテーブル36上に被加工物としてのウエーハ30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、ウエーハ30はチャックテーブル36上に吸引保持される。なお、ウエーハ30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、撮像手段17および図示しない制御手段によってウエーハ30のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。
プリンターヘッド33に形成すべきインク溜り溝331の図16の(a)において下辺左端にパルスレーザー光線の集光スポットSを位置付けるように第1の音響光学偏向手段61の第1の偏向角度調整手段614および第2の音響光学偏向手段62の第2の偏向角度調整手段624に印加する電圧を調整する。そして、第2の音響光学偏向手段62の第2の偏向角度調整手段624に印加する電圧を固定した状態で、第1の音響光学偏向手段61の第1の偏向角度調整手段614に印加する電圧を順次変更して集光スポットSを形成すべきインク溜り溝331の図において右端に達する範囲でX軸方向(集光スポットSの長軸方向)に順次変位させる。そして、パルスレーザー光線の集光スポットSの変位作動を複数回繰り返し実施することにより、図16の(b)で示すように集光スポットSの短軸D1に相当する幅で長さB、深さCを有するレーザー加工溝331aが形成される。次に、図16の(b)で示すようにパルスレーザー光線の集光スポットSがレーザー加工溝331aの上側に位置するように第2の音響光学偏向手段62の第2の偏向角度調整手段624に印加する電圧を調整し、上述したように第1の音響光学偏向手段61の第1の偏向角度調整手段614に印加する電圧を順次変更して集光スポットSをインク溜り溝331の図において右端に達する範囲でX軸方向(集光スポットSの長軸方向)に順次変異せしめる。そして、パルスレーザー光線の集光スポットSの変位作動を複数回繰り返し実施する。このようにして、パルスレーザー光線の集光スポットSがプリンターヘッド33に形成すべきインク溜り溝331の図16の(a)および(b)において上辺に達するまで実施することにより、図16の(c)に示すように幅A、長さB、深さCを有するインク溜り溝331を形成することができる。
図17および図18に示す実施形態は、レーザー光線照射手段52を構成する集光器72の楕円形集光スポット形成手段が凸レンズからなるシリンドリカルレンズのみによって構成したもので、その他の構成は上述した実施形態と実質的に同一でよいため、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する
図17および図18に示す実施形態においては、図18の(a)に示すように、上記レーザー光線Lは凸レンズからなるシリンドリカルレンズ810によってY軸方向に集光される。一方、凸レンズからなるシリンドリカルレンズ810はX軸方向には集光しない。従って、集光点Pにおいてはレーザー光線の集光スポットSの形状は、図18の(c)に示すように長軸D1と短軸D2の楕円形となる。この集光スポットSの長軸D1の長さは、レーザー光線Lの直径と等しい。
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
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
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:音響光学偏向手段(光軸変更手段)
61:第1の音響光学偏向手段
62:第2の音響光学偏向手段
7:加工ヘッド
71:方向変換ミラー
72:集光器
8a:第1のシリンドリカルレンズユニット
8b:第2のシリンドリカルレンズユニッ
81a:第1のシリンドリカルレンズ
81b:第2のシリンドリカルレンズ
82:レンズ保持部材
83:第1の枠体
84:第2の枠体
10:間隔調整機構
11:支持基板
12:第1の支持テーブル
13:第2の支持テーブル
16:移動手段
17:撮像手段
20:制御手段
30:ウエーハ(被加工物)
Claims (6)
- 被加工物を保持するための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、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から発振されたパルスレーザー光線の光軸を偏向する光軸変更手段と、
該光軸変更手段によって光軸が偏向されたパルスレーザー光線を集光するとともに集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円形集光スポット形成手段を備えた集光器と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 該楕円形集光スポット形成手段は、凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって構成されている、請求項1記載のレーザー加工装置。
- 該楕円形集光スポット形成手段は、凹レンズからなる第1のシリンドリカルレンズと、該第1のシリンドリカルレンズのレーザー光線照射方向下流側に配設された凸レンズからなる第2のシリンドリカルレンズと、該第1のシリンドリカルレンズと該第2のシリンドリカルレンズとの間隔を調整する間隔調整機構とによって構成されている、請求項1記載のレーザー加工装置。
- 該光軸変更手段は、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と、該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と、該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備えた音響光学偏向手段からなっており、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を該集光器によって集光される楕円形の集光スポットの長軸方向に偏向する、請求項1から3のいずれかに記載のレーザー加工装置。
- 該光軸変更手段は、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と、該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と、該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備えた音響光学偏向手段からなっており、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を該集光器によって集光される楕円形の集光スポットの短軸方向に変更する、請求項1から3のいずれかに記載のレーザー加工装置。
- 該光軸変更手段は、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備え該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を該集光器によって集光される楕円形の集光スポットの長軸方向に偏向する第1の音響光学偏向手段と、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備え該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を該集光器によって集光される楕円形の集光スポットの短軸方向に偏向する第2の音響光学偏向手段とからなっている、請求項1から3のいずれかに記載のレーザー加工装置。
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