JP2013119117A

JP2013119117A - レーザー加工装置

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Publication number: JP2013119117A
Application number: JP2011269753A
Authority: JP
Inventors: Yoji Morikazu; 洋司森數
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: JP6039898B2

Abstract

【課題】レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の平行度を容易に調整することができる平行度調整機能を備えたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】パルスレーザー光線発振器と集光器の間に配設されたビーム径調整手段と、通過したレーザー光線を集光器に向けて光路を変換する光路変換ミラーと、レーザー光線を集光器に導く作用位置と、検出光路に導く非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段と、検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を求めるビーム径検出機構と、ビーム径検出機構の光路長を変更する光路長変更手段と、制御手段とを具備し、制御手段は光路長変更手段を作動してビーム径検出機構を光路長が異なる２個所に位置付け、該２個所においてビーム径検出機構を作動してそれぞれ検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を検出し、検出された２個のビーム径が所定の関係になるようにビーム径調整手段を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を特に平行光にするための平行度調整機能を備えた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、半導体ウエーハをストリート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。また、サファイア基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝または内部に変質層を形成し、このレーザー加工溝または変質層に沿って破断する方法が実用化されている。このようにウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施す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を具備している。この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発振器と、該レーザー発振器が発振した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器とから構成されている。（例えば、特許文献１参照。）

上述したレーザー加工を実施するため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を具備している。この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されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えている。このようなレーザー光線照射手段においては、集光レンズに入射されるレーザー光線は所定のビーム径を有する平行ビームであることが望ましいが、レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は発散角を有しているため、レーザー光線発振器と集光レンズとの間にレーザー光線発振器から発振されるレーザー光線を平行にするためのビーム調整手段が配設される。

特開２００６−５１５１７号公報

而して、上記ビーム調整手段による調整は、オペレータが光学系を露出させ、集光器に至る光路にレーザー光線のビーム径を検出する検出器を２箇所に位置付けて検出し、検出した２個のビーム径が同じ径になるようにビーム調整手段を調整するので、作業性が悪いという問題がある。なお、集光レンズに導かれるレーザー光線は、必ずしも平行光だけではなく、例えば０．１度程度の角度をもって縮径するように調整して用いる場合がある。このような調整もオペレータは、光学系を露出させ、集光器に至る光路にレーザー光線のビーム径を検出する検出器を２箇所に位置付けて検出し、検出した２個のビーム径が所定の関係になるようにビーム調整手段を調整する。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の平行度等を容易に調整することができる平行度調整機能を備えた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パルス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し、該レーザー光線照射手段がレーザー光線発振器と該レーザー光線発振器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ているレーザー加工装置において、
該レーザー光線発振器と該集光器との間に配設され該レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線のビーム径を調整するビーム径調整手段と、
該ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を該集光器に向けて光路を変換する光路変換ミラーと、
該光路変換ミラーを、該ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を該集光器に導く作用位置と、該ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を直進させ検出光路に導く非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段と、
該検出光路に導かれたレーザー光線の一部を遮光する遮光部材と、該遮光部材を該検出光路に導かれたレーザー光線の光軸に垂直な方向に移動せしめる移動手段と、該遮光部材の移動量を検出する移動量検出手段と、該遮光部材によって遮光されたレーザー光線の光量を検出する光量検出手段とを備え、該遮光部材による遮光量と該遮光部材の移動量に基づいて該検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を求めるビーム径検出機構と、
該ビーム径検出機構を該検出光路に沿って移動することにより光路長を変更する光路長変更手段と、
該ビーム径調整手段と該ビーム径検出機構および該光路長変更手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該光路長変更手段を作動して該ビーム径検出機構を光路長が異なる２個所に位置付け、該２個所において該ビーム径検出機構を作動してそれぞれ該検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を検出し、検出された該２個のビーム径が所定の関係になるように該ビーム径調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記２個のビーム径の所定の関係は、同一に設定されている。

本発明によるレーザー加工装置は、パルスレーザー光線発振器と集光器の間に配設されたビーム径調整手段と、ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を集光器に向けて光路を変換する光路変換ミラーと、光路変換ミラーをビーム径調整手段を通過したレーザー光線を集光器に導く作用位置と、ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を直進させ検出光路に導く非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段と、検出光路に導かれたレーザー光線の一部を遮光する遮光部材による遮光量と遮光部材の移動量に基づいて検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を求めるビーム径検出機構と、ビーム径検出機構を検出光路に沿って移動することにより光路長を変更する光路長変更手段と、制御手段とを具備し、制御手段は光路長変更手段を作動してビーム径検出機構を光路長が異なる２個所に位置付け、該２個所においてビーム径検出機構を作動してそれぞれ検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を検出し、検出された２個のビーム径が所定の関係になるようにビーム径調整手段を制御するので、オペレータによるパルスレーザー光線発振手段から発振されるパルスレーザー光線を平行光等に修正する作業が不要となり、作業性が向上する。

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を簡略に示すブロック図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるビーム径検出手段を構成する光量検出手段が出力する電圧信号と遮光部材の移動量との関係を示す説明図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック図。

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装置１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、該レーザー光線照射ユニット支持機構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上に矢印Ｙで示す割り出し送り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の上面（保持面）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。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、矢印Ｙで示す割り出し送り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上に矢印Ｙで示す割り出し送り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、一方の側面に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ト４３１と、該雄ネジロット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。雄ネジロット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、雄ネジロット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ト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６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集光点位置調整手段５３を具備している。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ト（図示せず）と、該雄ネジロット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ト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およびレーザー光線照射手段６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６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６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６は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング６１を含んでいる。また、レーザー光線照射手段６は、図２に示すようにケーシング６１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６２と、該レーザー光線発振手段６２によって発振されたレーザー光線を集光する対物集光レンズ６３１を備えケーシング６１に配設された集光器６３とを具備している。パルスレーザー光線発振手段６２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６２１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６２２とから構成されている。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段６２は、図示の実施形態においては直径が３mmのパルスレーザー光線を発振する。上記集光器６３は、レーザー光線発振手段６２によって発振されたレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線発振手段６２と集光器６３との間に配設されパルスレーザー光線発振手段６２から発振されるレーザー光線のビーム径を調整するビーム径調整手段６４と、該ビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を集光器６３に向けて光路を変換する光路変換ミラー６５と、該光路変換ミラー６５を図２において実線で示す作用位置と２点鎖線で示す非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段６６を具備している。

ビーム径調整手段６４は、図示の実施形態においては焦点距離が(f1＝−５０mm)の凹レンズからなる第１のレンズ６４１と、該第１のレンズ６４１と間隔（L＝１００mm)を置いて配設される焦点距離が(f2＝＋１００mm)の凸レンズからなる第２のレンズ６４２を具備している。この第１のレンズ６４１は光軸方向（図２において左右方向）に延びる支持基台６４３上に配設され、第２のレンズ６４２は支持基台６４３上に光軸方向（図２において左右方向）に移動可能に配設された移動基台６４４に装着されている。図示の実施形態におけるビーム径調整手段６４は、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を光軸方向（図２において左右方向）に移動せしめる移動手段６４５を具備している。移動手段６４５は、光軸方向（図２において左右方向）に支持基台６４３に沿って配設された雄ネジロッド６４５aと、該雄ネジロッド６４５aを回転駆動するためのパルスモータ６４５b等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド６４５aは、その一端が上記支持基台６４３に固定された軸受ブロック６４５c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６４５bの出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド６４５aは、移動基台６４４に取付けられた雌ネジブロック６４５d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６４５bによって雄ネジロッド６４５aを正転および逆転駆動することにより、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４は支持基台６４３に沿って移動せしめられる。なお、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４の移動量は、パルスモータ６４５bに印加する駆動パルスが１パルス当たり例えば１μmに設定されている。このように構成された移動手段６４５のパルスモータ６４５bは、後述する制御手段によって制御される。

上記光路変換ミラー６５は、上記パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を図２において下方に方向変換して集光器６３に導く。光路変換ミラー６５を図２において実線で示す作用位置と２点鎖線で示す非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段６６は、光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１と、該ミラー支持部材６６１を図２において上下方向に移動せしめる移動手段６６２とからなっている。移動手段６６２は、上下方向に延びる支持基台６６２aと、該支持基台６６２aに沿って上下方向に配設された雄ネジロッド６６２bと、該雄ネジロッド６６２bを回転駆動するためのパルスモータ６６２c等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド６６２bは、その一端が上記支持基台６６２aに固定された軸受ブロック６６２d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６６２cの出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド６６２bは、ミラー支持部材６６１に取付けられた雌ネジブロック６６２e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６６２cによって雄ネジロッド６６２bを正転および逆転駆動することにより、光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１は支持基台６６２aに沿って上下方向に移動せしめられる。このように構成された移動手段６６２によって光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１を図２において実線で示す作用位置に位置付けると、上記パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を集光器６３に導く。また、移動手段６６２によって光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１を図２において２点鎖線で示す非作用位置に位置付けると、上記パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を直進させ検出光路６７に導く。

図２を参照して説明を続けると、レーザー光線照射手段６は、上記検出光路６７に配設され該検出光路６７に導かれたレーザー光線のビーム径を検出するビーム径検出機構６８と、該ビーム径検出機構６８を該検出光路に沿って移動することにより光路長を変更する光路長変更手段７０を具備している。ビーム径検出機構６８は、検出光路６７に導かれたレーザー光線の一部を遮光する遮光手段６８０と、該遮光手段６８０によって遮光されたレーザー光線の光量を検出する光量検出手段６９とからなっている。遮光手段６８０は、光量検出手段６９を収容したケース６９０の上面に配設されている。この遮光手段６８０は、検出光路６７に導かれたレーザー光線の一部を遮光する遮光部材としてのナイフエッジ６８１と、該ナイフエッジ６８１を支持するナイフエッジ支持部材６８２と、該ナイフエッジ支持部材６８２を検出光路６７に導かれたレーザー光線の光軸に垂直な方向（図２において上下方向）に移動可能に支持する支持基台６８３と、ナイフエッジ支持部材６８２を支持基台６８３に沿って図２において上下方向に移動せしめる移動手段６８４とからなっている。移動手段６８４は、支持基台６８３に沿って上下方向に配設された雄ネジロッド６８４aと、該雄ネジロッド６８４aを回転駆動するためのパルスモータ６８４b等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド６８４aは、その一端が上記支持基台６８３に固定された軸受ブロック６８４c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６８４bの出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド６８４aは、ナイフエッジ支持部材６８２に取付けられた雌ネジブロック６８４d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６８４bによって雄ネジロッド６８４aを正転および逆転駆動することにより、ナイフエッジ６８１が支持されているナイフエッジ支持部材６８２は支持基台６８３に沿って移動せしめられる。このように構成された移動手段６８４のパルスモータ６８４bは、後述する制御手段によって制御される。なお、上記ナイフエッジ６８１が装着されたナイフエッジ支持部材６８２の移動量は、パルスモータ６８４bに印加する駆動パルスが１パルス当たり例えば１μmに設定されている。従って、パルスモータ６８４bの駆動パルスをカウントすることにより遮光手段としてのナイフエッジ６８１の移動量を検出することができるので、パルスモータ６８４bの駆動パルスをカウントする後述する制御手段のカウンターはナイフエッジ６８１の移動量を検出する移動量検出手段として機能する。このように構成された移動手段６８４のパルスモータ６８４bは、後述する制御手段によって制御される。なお、ナイフエッジ６８１の移動量を検出する移動量検出手段としては、移動手段６８４を構成する雄ネジロッド６８４aに沿ってリニアスケールを配設し、ナイフエッジ支持部材６８２にリニアスケールを読み取る読み取りヘッドを取り付けた構成にしてもよい。

上記光量検出手段６９は、ケース６９０内に受光面を検出光路６７に向けて配設されたホトデテクターからなり、受光した光の強度に対応した電圧信号を後述する制御手段に送出する。

図示の実施形態におけるビーム径検出機構６８は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
検出光路６７に導かれたレーザー光線は光量検出手段６９によって受光され、光量検出手段６９は受光した光の光量に対応した電圧信号を出力し後述する制御手段に送る。図３は、光量検出手段６９が出力する電圧信号とナイフエッジ６８１の移動量との関係を示す説明図である。図３において横軸はナイフエッジ６８１の移動量（μm）を示し、縦軸は光量検出手段６９が出力する電圧値(V)を示している。図３に示すように、ナイフエッジ６８１がレーザー光線の一部を遮光していない状態ではレーザー光線の全て（１００％）が検出光路６７に受光され、検出光路６７は電圧値(V1) を出力する。また、ナイフエッジ６８１を作動して検出光路６７に導かれたレーザー光線の一部を遮光していくと、検出光路６７が出力する電圧値(V)が漸次減少していく。そして、ナイフエッジ６８１を作動して検出光路６７に導かれたレーザー光線の一部を遮光し、光量検出手段６９によって検出される光量が上記電圧値(V1)の８０％（０．８V1）となる位置に位置付ける。次に、ナイフエッジ６８１を作動して検出光路６７に導かれたレーザー光線を更に遮光し、光量検出手段６９によって検出される光量が上記電圧信号(V1)の２０％（０．２V1）となる位置に位置付ける。このときのナイフエッジ６８１の移動量（L）がレーザー光線のビーム径となる。従って、図示の形態においては、光量検出手段６９によって検出される光量が上記電圧値(V1)の８０％（０．８V1）となる位置から上記電圧信号(V1)の２０％（０．２V1）となる位置までのナイフエッジ６８１の移動量（L）、即ちパルスモータ６８４bの駆動パルスをカウントすることにより、ビーム径（μm）を求めることができる（ビーム径検出工程）。

上記光路長変更手段７０は、上記光量検出手段６９および遮光手段６８０が配設されたケース６９０を支持する移動基台７１と、該移動基台７１を検出光路６７に沿って移動可能に支持する支持基台７２と、移動基台７１を支持基台７２に沿って移動せしめる移動手段７３とを具備している、移動手段７３は、支持基台７２に沿って配設された雄ネジロッド７３１と、該雄ネジロッド７３１を回転駆動するためのパルスモータ７３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド７３１は、その一端が上記支持基台７２に固定された軸受ブロック７３３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７３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド７３１は、移動基台７１に取付けられた雌ネジブロック７３４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７３２によって雄ネジロッド７３１を正転および逆転駆動することにより、光量検出手段６９および遮光手段６８０が配設されたケース６９０を支持する移動基台７１は支持基台７２に沿って移動せしめられる。このように構成された移動手段７３のパルスモータ７３２は、後述する制御手段によって制御される。

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６を構成するケーシング６１には、レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント手段６０が配設されている。このアライメント手段６０は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図４に示す制御手段８を具備している。図４に示す制御手段８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）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、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）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記アライメント手段６０、光量検出手段６９等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記加工送り手段３７を構成するパルスモータ３７２、第１の割り出し送り手段３８を構成するパルスモータ３８２、第２の割り出し送り手段４３を構成するパルスモータ４３２、集光点位置調整手段５３を構成するパルスモータ５３２、レーザー光線照射手段６のパルスレーザー光線発振手段６２、ビーム径調整手段６４の移動手段６４５を構成するパルスモータ６４５b、ミラー位置付け手段６６の移動手段６６２を構成するパルスモータ６６２c、遮光手段６８０の移動手段６８４を構成するパルスモータ６８４b、光路長変更手段７０の移動手段７３を構成するパルスモータ７３２等に制御信号を出力する。

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。
パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線（直径が３mm）は、平行光であれば、ビーム径調整手段６４の第１のレンズ６４１および第２のレンズ６４２が上述したように配設されている場合には、直径が６mmの平行光となる。しかるに、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線は、略平行光であるものの僅かに拡径または縮径する傾向がある。従って、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線が平行光でない場合には、平行光に修正する必要がある。以下、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線が平行光であるか否かを検出するとともに、平行光でない場合には平行光に修正する方法について、主に図２を参照して説明する。

先ず、制御手段８は、ミラー位置付け手段６６の移動手段６６２を構成するパルスモータ６６２cを作動して、光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１を図２において２点鎖線で示す非作用位置に位置付ける。また、制御手段８は、光路長変更手段７０の移動手段７３を構成するパルスモータ７３２を作動して、ビーム径検出機構６８を構成する光量検出手段６９を図２において矢印Aで示す第１の検出位置に位置付ける。このように光路変換ミラー６５を非作用位置に位置付けるとともに光量検出手段６９を第１の検出位置Aに位置付けたならば、制御手段８はパルスレーザー光線発振手段６２を作動してパルスレーザー光線を発振せしめる。この結果、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されたパルスレーザー光線は、ビーム径調整手段６４を通過して検出光路６７に導かれ、光量検出手段６９に達する。そして、上記ビーム径検出工程を実施することにより制御手段８は、光量検出手段６９によって検出される光量が上記電圧値(V1)の８０％（０．８V1）となる位置から上記電圧信号(V1)の２０％（０．２V1）となる位置までのナイフエッジ６８１の移動量（L）を求め、この移動量（L）を第１の検出位置Aにおけるレーザー光線のビーム径φAとしてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に一時格納する（第１のビーム径検出工程）。

上述した第１のビーム径検出工程を実施したならば、制御手段８は光路長変更手段７０の移動手段７３を構成するパルスモータ７３２を作動して、ビーム径検出機構６８を構成する光量検出手段６９を図２において矢印Bで示す第２の検出位置に位置付ける。このように光量検出手段６９を第２の検出位置Bに位置付けたならば、制御手段８は上記ビーム径検出工程を実施することにより光量検出手段６９によって検出される光量が上記電圧値(V1)の８０％（０．８V1）となる位置から上記電圧信号(V1)の２０％（０．２V1）となる位置までのナイフエッジ６８１の移動量（L）を求め、この移動量（L）を第２の検出位置Bにおけるレーザー光線のビーム径φBとしてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に一時格納する（第２のビーム径検出工程）。

上述したように第１の検出位置Aにおけるレーザー光線のビーム径φAと第２の検出位置Bにおけるレーザー光線のビーム径φBを求めたならば、制御手段８はビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係であるか否かをチェックする。ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係である場合には、制御手段８はパルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線は平行光或いは設定された所定の関係であると判断し、パルスレーザー光線発振手段６２の作動を停止するとともに、ミラー位置付け手段６６の移動手段６６２を構成するパルスモータ６６２cを作動して光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１を図２において実線で示す作用位置に位置付ける。

上記ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係でない場合には、制御手段８はビーム径φAがビーム径φBより大きいか否かをチェックする。ビーム径φAがビーム径φBより大きい場合には、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線は拡径されているので、制御手段８はビーム径調整手段６４に対して縮径工程を実施する。この縮径工程は、先ずビーム径調整手段６４の移動手段６４５を構成するパルスモータ６４５bを作動して、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を第１のレンズ６４１に接近する方向（図２において左方）に例えば１ｍｍ移動する。このように第２のレンズ６４２を第１のレンズ６４１に接近する方向に移動したならば、制御手段８は光路長変更手段７０の移動手段７３を構成するパルスモータ７３２を作動して、光量検出手段６９を第１の検出位置Aおよび第２の検出位置Bにそれぞれ位置付けて上記第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施する。そして、制御手段８は、今回の第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施することによって求められた上記ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係であるか否かをチェックし、ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係である場合にはパルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線は平行光或いは設定された所定の関係に修正されたと判断し、パルスレーザー光線発振手段６２の作動を停止するとともに、ミラー位置付け手段６６の移動手段６６２を構成するパルスモータ６６２cを作動して光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１を図２において実線で示す作用位置に位置付ける。

今回の第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施することによって求められた上記ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係でない場合には、制御手段８はビーム径調整手段６４の移動手段６４５を構成するパルスモータ６４５bを作動して、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を第１のレンズ６４１に接近する方向（図２において左方）に例えば１００μｍ移動する。そして、制御手段８は、上記第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施する。このようにして、上記縮径工程とビーム径検出工程とを交互に実施してビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係になるまで実施する。なお、上記縮径工程において第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を第１のレンズ６４１に接近する方向（図２において左方）に移動する距離は、３回目は例えば１０μｍ、４回目は例えば１μｍというように漸次短くしていく。

一方、ビーム径φBがビーム径φAより大きい場合には、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線は縮径されているので、制御手段８はビーム径調整手段６４に対して拡径工程を実施する。この拡径工程は、先ずビーム径調整手段６４の移動手段６４５を構成するパルスモータ６４５bを作動して、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を第１のレンズ６４１と離反する方向（図２において右方）に例えば１ｍｍ移動する。このように第２のレンズ６４２を第１のレンズ６４１と離反する方向に移動したならば、制御手段８は光路長変更手段７０の移動手段７３を構成するパルスモータ７３２を作動して、光量検出手段６９を第１の検出位置Aおよび第２の検出位置Bにそれぞれ位置付けて上記第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施する。そして、制御手段８は、今回の第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施することによって求められた上記ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係であるか否かをチェックし、ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係である場合にはパルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線は平行光或いは設定された所定の関係に修正されたと判断し、パルスレーザー光線発振手段６２の作動を停止するとともに、ミラー位置付け手段６６の移動手段６６２を構成するパルスモータ６６２cを作動して光路変換ミラー６５を支持するミラー支持部材６６１を図２において実線で示す作用位置に位置付ける。

今回の第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施することによって求められた上記ビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係でない場合には、制御手段８はビーム径調整手段６４の移動手段６４５を構成するパルスモータ６４５bを作動して、第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を第１のレンズ６４１と離反する方向（図２において右方）に例えば１００μｍ移動する。そして、制御手段８は、上記第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程を実施する。このようにして、上記拡径工程と第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程とを交互に実施してビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係になるまで実施する。なお、上記拡径工程において第２のレンズ６４２が装着された移動基台６４４を第１のレンズ６４１と離反する方向（図２において右方）に移動する距離は、３回目は例えば１０μｍ、４回目は例えば１μｍというように漸次短くしていく。

上述したように第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程において第１の検出位置Aと第２の検出位置Bにおいて求められたパルスレーザー光線のビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係でない場合には、上記縮径工程または拡径工程と第１のビーム径検出工程および第２のビーム径検出工程とを交互に実施してビーム径φAとビーム径φBが同一或いは設定された所定の関係になるまで実施することにより、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線を平行光或いは設定された所定の関係に修正することができる。このようにして、パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されるパルスレーザー光線を平行光或いは設定された所定の関係に修正したならば、光路変換ミラー６５を図２において実線で示す作用位置に位置付けることにより、平行光或いは設定された所定の関係に修正されたパルスレーザー光線を集光器６３によって集光してレーザー加工を実施することができる。

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は、パルスレーザー光線発振手段６２と集光器６３の間に配設されたビーム径調整手段６４と、ビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を集光器６３に向けて光路を変換する光路変換ミラー６５と、光路変換ミラー６５をビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を集光器６３に導く作用位置と、ビーム径調整手段６４を通過したレーザー光線を直進させ検出光路６７に導く非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段６６と、検出光路６７に導かれたレーザー光線の一部を遮光する遮光部材としてのナイフエッジ６８１による遮光量とナイフエッジ６８１の移動量に基づいて検出光路６７に導かれたレーザー光線のビーム径を求めるビーム径検出機構６８と、ビーム径検出機構６８を検出光路６７に沿って移動することにより光路長を変更する光路長変更手段７０と、制御手段８とを具備し、制御手段８は光路長変更手段７０を作動してビーム径検出機構６８の光量検出手段６９を光路長が異なる２個所に位置付け、該２個所においてビーム径検出機構６８を作動してそれぞれ検出光路６７に導かれたレーザー光線のビーム径を検出し、検出された２個のビーム径が同一或いは設定された所定の関係になるようにビーム径調整手段６４を制御するので、オペレータによるパルスレーザー光線発振手段６２から発振されるパルスレーザー光線を平行光或いは設定された所定の関係に修正する作業が不要となり、作業性が向上する。

１：レーザー加工装置
３：チャックテーブル機構
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
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
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６２：パルスレーザー光線発振手段
６３：集光器
６４：ビーム径調整手段
６４１：第１のレンズ
６４２：第２のレンズ
６５：光路変換ミラー
６６：ミラー位置付け手段
６７：検出光路
６８：ビーム径検出機構
６８０：遮光手段
６９：光量検出手段
７０：光路長変更手段
８：制御手段

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パルス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し、該レーザー光線照射手段がレーザー光線発振器と該レーザー光線発振器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ているレーザー加工装置において、
該レーザー光線発振器と該集光器との間に配設され該レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線のビーム径を調整するビーム径調整手段と、
該ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を該集光器に向けて光路を変換する光路変換ミラーと、
該光路変換ミラーを、該ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を該集光器に導く作用位置と、該ビーム径調整手段を通過したレーザー光線を直進させ検出光路に導く非作用位置に位置付けるミラー位置付け手段と、
該検出光路に導かれたレーザー光線の一部を遮光する遮光部材と、該遮光部材を該検出光路に導かれたレーザー光線の光軸に垂直な方向に移動せしめる移動手段と、該遮光部材の移動量を検出する移動量検出手段と、該遮光部材によって遮光されたレーザー光線の光量を検出する光量検出手段とを備え、該遮光部材による遮光量と該遮光部材の移動量に基づいて該検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を求めるビーム径検出機構と、
該ビーム径検出機構を該検出光路に沿って移動することにより光路長を変更する光路長変更手段と、
該ビーム径調整手段と該ビーム径検出機構および該光路長変更手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該光路長変更手段を作動して該ビーム径検出機構を光路長が異なる２個所に位置付け、該２個所において該ビーム径検出機構を作動してそれぞれ該検出光路に導かれたレーザー光線のビーム径を検出し、検出された該２個のビーム径が所定の関係になるように該ビーム径調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
該２個のビーム径の所定の関係は、同一に設定されている、請求項１記載のレーザー加工装置。