JP2011078984A

JP2011078984A - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP2011078984A
Application number: JP2009230522A
Authority: JP
Inventors: Keiji Nomaru; 圭司能丸
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-21

Abstract

【課題】レーザー光線の集光点を大きい円軌跡に沿って移動することができるとともに、被加工物の厚み方向に所定の範囲わたって連続して加工す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５２は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器５２２と、レーザー光線発振器から発振する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に照射する集光レンズ６２と、レーザー光線発振器から発振するパルスレーザー光線を集光レンズに向けて方向変換せしめる方向変換ミラー６１と、方向変換ミラーの反射面の垂線に対して傾斜する回転軸で方向変換ミラーを回転せしめるミラー回転手段６３と、集光レンズによるレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段６５と、レーザー光線発振器と該ミラー回転手段および該集光点位置調整手段を制御する制御手段１０とを具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、円形軌跡に沿って環状のレーザー加工を施すことができるレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハ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によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。

装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップの電極を接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハにおける電極が形成された箇所に貫通孔（ビアホール）を形成し、この貫通孔（ビアホール）に電極と接続するアルミニウム等の導電性材料を埋め込む構成である。

上述した半導体ウエーハに設けられる貫通孔（ビアホール）は、ドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられる貫通孔（ビアホール）は直径が１００〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性が悪いという問題がある。

上記問題を解消するために、半導体ウエーハ等の被加工物に効率よく適正な大きさの細孔を形成することができるレーザー加工装置が下記特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたレーザー加工装置は、レーザー光線の光軸を音響光学素子を用いて２次元的に変更することによりレーザー光線の集光点の軌跡を円形に形成する。

特開２００７−１６０３７４号公報

而して、特許文献１に開示されたようにレーザー光線の光軸を音響光学素子を用いて２次元的に変更することによりレーザー光線の集光点の軌跡を円形に形成する方法においては、小さい径の円軌跡を形成することはできるが、大きい径の円軌跡を形成することは困難であるとともに、被加工物の厚み方向に所定の範囲わたって連続して加工することができない。

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点を大きい円軌跡に沿って移動することができるとともに、被加工物の厚み方向に所定の範囲わたって連続して加工す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、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器と、該レーザー光線発振器から発振するレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光レンズと、該レーザー光線発振器から発振するパルスレーザー光線を該集光レンズに向けて方向変換せしめる方向変換ミラーと、該方向変換ミラーの反射面の垂線に対して傾斜する回転軸で該方向変換ミラーを回転せしめるミラー回転手段と、該集光レンズによるレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段と、該レーザー光線発振器と該ミラー回転手段および該集光点位置調整手段を制御する制御手段と、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。

上記ミラー回転手段は、方向変換ミラーの反射面の角度を変更する角度変更手段を備えていることが望ましい。
上記レーザー光線発振器は被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、上記制御手段は集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を被加工物の内部から表面に向けて移動するように集光点位置調整手段を制御する。
また、上記レーザー光線発振器は被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、上記制御手段は集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を被加工物の表面から内部に向けて移動するように集光点位置調整手段を制御する。

本発明によるレーザー加工装置においては、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は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器から発振するレーザー光線を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光レンズと、レーザー光線発振器から発振するパルスレーザー光線を集光レンズに向けて方向変換せしめる方向変換ミラーと、該方向変換ミラーの反射面の垂線に対して傾斜する回転軸で該方向変換ミラーを回転せしめるミラー回転手段とを具備しているので、集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を大きい径を有する円軌跡を持って移動することができ、被加工物に対して径の大きい環状の加工を施すことができる。また、本発明によるレーザー加工装置においては、集光レンズによるレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段を具備しているので、集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を螺旋状に移動する軌跡を描いて照射することが可能で、被加工物の厚み方向に所定の範囲わたって連続して加工することができる。

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加工ヘッドによって照射されるパルスレーザー光線の照射軌跡を示す説明図。図２に示すレーザー光線照射手段を構成する加工ヘッドによって照射されるパルスレーザー光線が螺旋状の照射軌跡を描く状態を示す説明図。被加工物としての石英板の斜視図。図５に示す石英板を環状のフレームに装着した状態を示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す石英板を加工する第１の実施形態における第１の変質層形成工程を示す説明図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す石英板を加工する第１の実施形態における第２の変質層形成工程を示す説明図。図５に示す石英板が図７および図８に示す第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程が実施されることによって形成された石英リングの斜視図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す石英板を加工する第２の実施形態における第１のレーザー加工溝形成工程を示す説明図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す石英板を加工する第２の実施形態における第２のレーザー加工溝形成工程を示す説明図。図５に示す石英板が図７および図８に示す第１のレーザー加工溝形成工程および第２のレーザー加工溝形成工程が実施されることによって形成された石英リングの斜視図。

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。

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機は、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。

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。

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。

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、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Y軸方向に移動せしめられる。

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ド４３１と、該雄ネジロッド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、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Z軸方向に移動させるための第１の集光点位置調整手段５３を具備している。第１の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装置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、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２が配設されている。また、ケーシング５２１の先端にパルスレーザー光線発振手段５５２から発振されたパルスレーザー光線をチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する加工ヘッド６が装着されている。

上記パルスレーザー光線発振手段５２２は、パルスレーザー光線発振器５２２aと、該パルスレーザー光線発振器５２２aから発振されるパルスレーザー光線の周波数を設定する繰り返し周波数設定手段５２２bとから構成されている。

上記加工ヘッド６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LBを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー６１と、該方向変換ミラー６１によって方向変換されたレーザー光線を集光する集光レンズ６２と、方向変換ミラー６１を回転せしめるミラー回転手段６３を具備している。方向変換ミラー６１は、円形に形成されている。ミラー回転手段６３は、方向変換ミラー６１の反射面６１１の裏面に装着された回転軸６３１と、該回転軸６３１を回転駆動する電動モータ６３２とからなっている。このように構成されたミラー回転手段６３の電動モータ６３２は、制御手段１０によって回転速度が制御されるようになっている。なお、回転軸６３１は、図示の実施形態においては方向変換ミラー６１の裏面に装着された取り付け部材６３４に支持ピン６３５によって取り付けられている。

また、図示の実施形態におけるミラー回転手段６３は、方向変換ミラー６１の反射面６１１の角度を変更する角度変更手段６４を備えている。この角度変更手段６４は、図示の実施形態においては取り付け部材６３４の背面と回転軸６３１に段差をもって形成された支持部６３１aとの間に配設され印加する電圧値に対応して軸方向に伸びるピエゾ素子６４１と、取り付け部材６３４の背面と回転軸６３１に形成された支持部６３１aとの間に配設されたコイルばね６４２とからなっている。このピエゾ素子６４１とコイルばね６４２は、上記支持ピン６３５の両側に位置するように配設されている。従って、ピエゾ素子６４１に電圧を印可するとピエゾ素子６４１が軸方向に伸びるため、方向変換ミラー６１は支持ピン６３５を中心として回動し、反射面６１１の角度が変更される。このように構成された角度変更手段６４のピエゾ素子６４１は、制御手段１０によって印可する電圧が制御されるようになっている。

なお、図示の実施形態における加工ヘッド６には、集光レンズ６２を集光点位置調整方向であるZ軸方向（図２において上下方向）に移動せしめる第２の集光点位置調整手段６５が配設されている。この第２の集光点位置調整手段６５は、加工ヘッド６のケース６０内に配設された集光レンズ６２を支持する環状の永久磁石６５１と、該環状の永久磁石６５１を包囲して配設されたコイル６５２と、環状の永久磁石６５１の両側に配設されたコイルばね６５３、６５４とからなるボイスコイルモータからなっている。このように構成されたボイスコイルモータからなる第２の集光点位置調整手段６５は、コイル６５２に電流を流さない状態では、集光レンズ６２を支持する環状の永久磁石６５１はコイルばね６５３と６５４とのばね力がバランスする位置（基準位置）に位置付けられている。そして、コイル６５２に電流を流すとフレミングの左手の法則に従って環状の永久磁石６５１に推力が発生する。即ち、コイル６５２に例えば一方向から電流を流すと環状の永久磁石６５１には例えば図２において上方に推力が発生し、コイル６５２に例えば他方向から電流を流すと環状の永久磁石６５１には例えば図２において下方に推力が発生する。従って、環状の永久磁石６５１に支持された集光レンズ６２は、コイル６５２に印加する電流の方向によって図２において上方または下方に移動せしめられる。このように構成された第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に流す電流は、制御手段１０によって制御されるようになっている。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５２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。
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LBは、方向変換ミラー６１の反射面６１１で反射して集光レンズ６２に向けて方向変換される。このとき、ミラー回転手段６３の電動モータ６３２が駆動され方向変換ミラー６１は反射面６１１の垂線６１１aが回転軸６３１に対して傾斜した状態で回転せしめられているので、方向変換ミラー６１の反射面６１１で反射したパルスレーザー光線LBは円軌跡を描いて集光レンズ６２に達する。このように円軌跡を描きながら集光レンズ６２に達したパルスレーザー光線LBは、集光レンズ６２によって集光されてチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。このようにチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射されるパルスレーザー光線LBは、図３に示すように各スポットSPが円軌跡に沿って照射される。従って、被加工物Wには円軌跡に沿った環状の加工を施すことができる。なお、円軌跡の大きさ（径）は、角度変更手段６４のピエゾ素子６４１に印可する電圧を制御して方向変換ミラー６１の傾斜角を変更することにより調整することができる。

また、上述したレーザー光線照射工程において、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に一方向から電流を流すことにより、環状の永久磁石６５１に支持された集光レンズ６２を上方に向けて移動することができる。従って、集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBは、図４の(a)に示すように螺旋状に上昇する軌跡を描いて照射される。一方、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に他方向から電流を流すことにより、環状の永久磁石６５１に支持された集光レンズ６２をした方に向けて移動することができる。従って、集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBは、図４の(b)に示すように螺旋状に下降する軌跡を描いて照射される。

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、レーザー光線照射手段５２のケーシング５２１の前端部に配設され上記レーザー光線照射装置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上記制御手段１０に送る。

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。
先ず、図５に示す厚みが０．５mmの石英板２０から外径が５ｍｍ、内径３mmの光通信用の石英リングを形成する第１の実施形態について説明する。なお、石英板２０の表面には石英リングを形成する中心位置にマーク２０１が設けられている。
このように形成された石英板２０は、図６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に表面を貼着する（石英板支持工程）。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石英板２０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石英板２０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（石英板保持工程）。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。

上述したように石英板２０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、撮像手段7によってチャックテーブル３６に保持された石英板２０に設けられているマーク２０１を撮像し、マーク２０１と加工ヘッド６をX軸線上で一致させるアライメント工程を行う。

上述したようにアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル３６を移動して、チャックテーブル３６に保持された石英板２０に設けられているマーク２０１が加工ヘッド６の真下になるように位置付ける。次に、角度変更手段６４を作動してパルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点Pが、図７の(a)に示すように石英板２０に設けられているマーク２０１を中心として半径１．５mmの円軌跡上に位置するように調整する。次に、第１の集光点位置調整手段５３を作動して、パルスレーザー光線LBの集光点P１が図７の(a)に示すように石英板２０の下面付近に位置するように調整する。このようにして、石英板２０に照射するパルスレーザー光線LBの集光点P１を調整したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２を作動して石英板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LB1を発振し、ミラー回転手段６３の電動モータ６３２を作動して方向変換ミラー６１を回転するとともに、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に一方向から電流を流す。この結果、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P１は、半径１．５mmの円軌跡に沿って螺旋状に上昇せしめられる。そして、パルスレーザー光線LBの集光点P１が石英板２０の上面付近に達したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２の作動を停止する。この結果石英板２０には、図７の(b)に示すようにマーク２０１を中心として半径１．５mmの環状の変質層２１１が形成される（第１の変質層形成工程）。

次に、角度変更手段６４を作動してパルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P２が、図８の(a)に示すように石英板２０に設けられているマーク２０１を中心として半径２．５mmの円軌跡上に位置するように調整する。そして、パルスレーザー光線LBの集光点P２が図８の(a)に示すように石英板２０の下面付近に位置するように調整する。この調整は、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に電流を流すことを停止することにより実施できる。即ち、集光レンズ６２を支持する環状の永久磁石６５１の両側に配設されたコイルばね６５３、６５４の作用により、図２に示す基準位置に位置付けられることにより達成される。このようにして、石英板２０に照射するパルスレーザー光線LBの集光点P２を調整したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２を作動して石英板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを発振し、ミラー回転手段６３の電動モータ６３２を作動して方向変換ミラー６１を回転するとともに、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に一方向から電流を流す。この結果、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P２は、半径２．５mmの円軌跡に沿って螺旋状に上昇せしめられる。そして、パルスレーザー光線LBの集光点P２が石英板２０の上面付近に達したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２の作動を停止する。この結果石英板２０には、図８の(b)に示すようにマーク２０１を中心として半径２．５mmの環状の変質層２１２が形成される（第２の変質層形成工程）。

上記第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程における加工条件は、次のように設定されている。
光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：１００kHz
パルス幅：４０ns
集光スポット径：φ１μm

以上のようにして、上記第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程が実施された石英基板２０は、変質層２１１および変質層２１２が形成された領域の強度が低下しているので、外力を作用せしめることにより変質層２１１および変質層２１２に沿って破断され、図９に示すように外径が５ｍｍ、内径３mmの石英リング２１と円柱部２２に分離することができる。

次に、上記石英板２０から外径が５ｍｍ、内径３mmの光通信用の石英リングを形成する第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態においても、上記石英板支持工程、石英板保持工程、アライメント工程を同様に実施する。

上述したようにアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル３６を移動して、チャックテーブル３６に保持された石英板２０に設けられているマーク２０１が加工ヘッド６の真下になるように位置付ける。次に、角度変更手段６４を作動してパルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P３が、図１０の(a)に示すように石英板２０に設けられているマーク２０１を中心として半径１．５mmの円軌跡上に位置するように調整する。そして、第１の集光点位置調整手段５３を作動して、パルスレーザー光線LBの集光点P３が図１０の(a)に示すように石英板２０の上面付近に位置するように調整する。このようにして、石英板２０に照射するパルスレーザー光線LBの集光点P３を調整したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２を作動して石英板に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線LBを発振し、ミラー回転手段６３の電動モータ６３２を作動して方向変換ミラー６１を回転するとともに、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に他方向から電流を流す。この結果、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P３は、半径１．５mmの円軌跡に沿って螺旋状に下降せしめられる。そして、パルスレーザー光線LBの集光点P３が石英板２０の下面付近に達したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２の作動を停止する。この結果石英板２０には、図１０の(b)に示すようにマーク２０１を中心として半径１．５mmの環状のレーザー加工溝２２１が形成される（第１のレーザー加工溝形成工程）。

次に、角度変更手段６４を作動してパルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P４が、図１１の(a)に示すように石英板２０に設けられているマーク２０１を中心として半径２．５mmの円軌跡上に位置するように調整する。そして、パルスレーザー光線LBの集光点P４が図１１の(a)に示すように石英板２０の上面付近に位置するように調整する。この調整は、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に電流を流すことを停止することにより実施できる。即ち、集光レンズ６２を支持する環状の永久磁石６５１の両側に配設されたコイルばね６５３、６５４の作用により、図２に示す基準位置に位置付けられることにより達成される。このようにして、石英板２０に照射するパルスレーザー光線LBの集光点P４を調整したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２を作動して石英板に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線LBを発振し、ミラー回転手段６３の電動モータ６３２を作動して方向変換ミラー６１を回転するとともに、第２の集光点位置調整手段６５のコイル６５２に他方向から電流を流す。この結果、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され方向変換ミラー６１の反射面６１１を介して集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点P４は、半径２．５mmの円軌跡に沿って螺旋状に下降せしめられる。そして、パルスレーザー光線LBの集光点P４が石英板２０の下面付近に達したならば、パルスレーザー光線発振手段５２２の作動を停止する。この結果石英板２０には、図１１の(b)に示すようにマーク２０１を中心として半径２．５mmの環状のレーザー加工溝２２２が形成される（第２のレーザー加工溝形成工程）。

上記第１のレーザー加工溝形成工程および第２のレーザー加工溝形成工程における加工条件は、次のように設定されている。
光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長：３５５ｎｍ
繰り返し周波数：５０kHz
パルス幅：４０ns
集光スポット径：φ５μm

以上のようにして、上記第１のレーザー加工溝形成工程および第２のレーザー加工溝形成工程が実施された石英基板２０は、図１２に示すように外径が５ｍｍ、内径３mmの石英リング２１の石英リング２１と円柱部２２に分離することができる。

なお、上記第１のレーザー加工溝形成工程および第２のレーザー加工溝形成工程において、石英基板２０の上面から所定位置まで加工することにより、所定深さの環状のレーザー加工溝を形成することができる。

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のレーザー光線照射手段５２を構成する加工ヘッド６は、レーザー光線発振器６２２から発振するパルスレーザー光線を集光レンズ６２に向けて方向変換せしめる方向変換ミラー６１と、方向変換ミラー６１の反射面６１１の垂線に対して傾斜する回転軸６３１で方向変換ミラー６１を回転せしめるミラー回転手段６３を具備しているので、集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点を大きい径を有する円軌跡を持って移動することができる。従って、被加工物に対して径の大きい環状の加工を施すことができる。また、図示の実施形態における加工ヘッド６は、方向変換ミラー６１の反射面６１１の角度を変更する角度変更手段６４を備えているので、方向変換ミラー６１の傾斜角を変更することにより集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点が移動する円軌跡の大きさ（径）を調整することができ、被加工物に対して径の異なる環状の加工を施すことができる。更に、図示の実施形態における加工ヘッド６は、集光レンズ６２を集光点位置調整方向であるZ軸方向に移動せしめる第２の集光点位置調整手段６５を備えているので、集光レンズ６２によって集光されるパルスレーザー光線を集光点が螺旋状の軌跡をもって移動しつつ照射することができ、被加工物の厚み方向に所定の範囲わたって連続して加工することができる。

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：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５３：第１の集光点位置調整手段
６：加工ヘッド
６１：方向変換ミラー
６２：集光レンズ
６３：ミラー回転手段
６４：角度変更手段
６５：第２の集光点位置調整手段
７：撮像手段
１０：制御手段
２０：石英板（被加工物）
F：環状のフレーム
T：保護テープ

Claims

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、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器と、該レーザー光線発振器から発振するレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光レンズと、該レーザー光線発振器から発振するパルスレーザー光線を該集光レンズに向けて方向変換せしめる方向変換ミラーと、該方向変換ミラーの反射面の垂線に対して傾斜する回転軸で該方向変換ミラーを回転せしめるミラー回転手段と、該集光レンズによるレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段と、該レーザー光線発振器と該ミラー回転手段および該集光点位置調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
該ミラー回転手段は、方向変換ミラーの反射面の角度を変更する角度変更手段を備えている、請求項１記載のレーザー加工装置。
該レーザー光線発振器は被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、該制御手段は該集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を被加工物の内部から表面に向けて移動するように該集光点位置調整手段を制御する、請求項1又は２記載のレーザー加工装置。
該レーザー光線発振器は被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、該制御手段は該集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を被加工物の表面から内部に向けて移動するように該集光点位置調整手段を制御する、請求項1又は２記載のレーザー加工装置。