JP2017129650A

JP2017129650A - 走査用ミラー

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Publication number: JP2017129650A
Application number: JP2016007644A
Authority: JP
Inventors: 裕工藤; Yutaka Kudo
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-27
Also published as: US20170205622A1; CN106975838A; TW201727688A; KR20170087039A; DE102017200736A1; US10120186B2

Abstract

【課題】駆動時におけるミラー基材の撓みを抑え、集光特性の向上を図った走査用ミラーを提供すること。
【解決手段】本実施形態の走査用ミラー１４は、ミラー本体１６と、ミラー本体１６上に形成された反射膜１７と、を有する。ミラー本体１６は、ヤング率[ＧＰａ]と密度［ｇ／ｃｍ^３］で規定される比剛性の値が少なくとも１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上の非金属材料から形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査用ミラーに関する。

一般に、レーザー走査型の共焦点顕微鏡等では、走査用ミラーを有するガルバノスキャナやレゾナントスキャナ等のスキャナ装置を用いている。また、半導体デバイスの製造工程において、レーザー光線を照射してビアホールを形成することが行われており、高速に多数のビアホールを形成するために、走査用ミラーをスキャナ装置の軸周りに高速に駆動（励振）させ、レーザー光線の向きを高速に偏向しつつ穿孔を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の走査用ミラーは、従来、ミラー基材として石英ガラスを用いており、反射膜としてアルミ等の金属薄膜または誘電体多層膜がミラー基材上に形成されている。

特開２００８−０６８２７０号公報

ところで、スキャナ装置において、走査用ミラーを軸周りに高速（例えば、１０ｋＨｚ以上の高周波）に駆動させる技術が要望されている。走査用ミラーを高速に駆動させるためには、走査用ミラーの慣性モーメントを小さくする必要がある。しかしながら、慣性モーメントを小さくするために有効反射範囲の小さい走査用ミラーを用いると、実際に走査するレーザー光線を細いビーム径にする必要があり、該走査用ミラーに導光するためのミラーやレンズ等の光学素子に対して、熱レンズ効果やダメージの蓄積による短寿命化といった悪影響を与えるおそれがある。また、レーザー光線のビーム径が細くなるほど、開口数（ＮＡ）が低くなるため、エネルギー密度を高めること、及び、広い領域に照射すること、が困難になるという問題もある。

走査用ミラーの有効反射範囲を大きく、かつ、慣性モーメントを小さくするために、密度の軽い材料を用いて、ミラー基材を薄く作ることが模索されている。従来の石英ガラスは、十分な剛性を有する材料でないため、高速で駆動した際にミラー基材に撓みが生じ、集光特性が低下する問題が生じるおそれがある。この問題点は、走査用ミラーの有効反射範囲が大きくなるほど、また、走査用ミラーを高速に、かつ、広角に駆動するほどより顕著になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動時におけるミラー基材の撓みを抑え、集光特性の向上を図った走査用ミラーを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の走査用ミラーは、ミラー基材と、ミラー基材上に形成された反射膜と、を有し、ミラー基材は、ヤング率と密度で規定される比剛性の値が少なくとも１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上の非金属材料からなることを特徴とする。

この構成によれば、高速（例えば１０ｋＨｚ以上）で駆動した際のミラー基材の撓みを抑え、集光特性の向上を図ることができる。このため、高速での駆動に伴う走査用ミラーの小型化を抑制することができ、レーザー加工を行うために十分な太さのビーム径の加工レーザー光を用いることができる。その結果として、導光用光学素子の設計自由度の向上や低コスト化、加工点において高ＮＡ（開口数）化による高エネルギー密度化、微細加工や広範囲の加工が可能となる。

この構成において、ミラー基材を駆動する励振周波数［ｋＨｚ］をｆ、該ミラー基材の機械振れ角［ｒａｄ］をθとした場合、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域で駆動されることが好ましい。

また、非金属材料は、ダイヤモンドまたは炭化シリコンであることが好ましい。

また、ミラー基材は、共振スキャナまたはガルバノスキャナとして用いられることが好ましい。

また、本発明のスキャナ装置は、レーザー光線を反射する走査用ミラーと、走査用ミラーを軸周りに駆動する駆動部とを備え、走査用ミラーは、ミラー基材と、ミラー基材上に形成された反射膜と、を有し、ミラー基材は、ヤング率と密度で規定される比剛性の値が少なくとも１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上の非金属材料からなることを特徴とする。

この構成において、走査用ミラーを駆動する励振周波数［ｋＨｚ］をｆ、該走査用ミラーの機械振れ角［ｒａｄ］をθとした場合、駆動部は、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域で走査用ミラーを駆動することが好ましい。

本発明の走査用ミラーは、ミラー基材と、ミラー基材上に形成された反射膜とを有し、ミラー基材は、ヤング率と密度で規定される比剛性の値が少なくとも１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上の非金属材料からなるため、高速（例えば１０ｋＨｚ以上）で駆動した際のミラー基材の撓みを抑え、集光特性の向上を図ることができる。このため、高速での駆動に伴う走査用ミラーの小型化を抑制することができ、レーザー加工を行うために十分な太さのビーム径の加工レーザー光を用いることができる。その結果として、導光用光学素子の設計自由度の向上や低コスト化、加工点において高ＮＡ（開口数）化による高エネルギー密度化、微細加工や広範囲の加工が可能となる。

図１は、本実施形態に係る走査用ミラーを備えたレゾナントスキャナの構成例を示す斜視図である。図２は、レゾナントスキャナの駆動部の構成例を示す概略図である。図３は、レゾナントスキャナを駆動させた際の走査用ミラーの機械振れ角を示す図である。図４は、従来の走査用ミラーが駆動の際に撓む様子を示す斜視図である。図５は、試験体のヤング率、密度、及び比剛性を示す図表である。図６は、実験結果（シミュレーション結果）をまとめた図表である。図７は、レゾナントスキャナを適用したレーザー光線照射装置の構成例を示す図である。図８は、レーザー光線照射装置により出射したレーザー光線が被加工物を穿孔する状態を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、本実施形態に係る走査用ミラーを備えたレゾナントスキャナの構成例を示す斜視図である。図２は、レゾナントスキャナの駆動部の構成例を示す概略図である。図３は、レゾナントスキャナを駆動させた際の走査用ミラーの機械振れ角を示す図である。レゾナントスキャナ（スキャナ装置）１は、図１に示すように、ベース部１１と、このベース部１１に固定されるシャフト１２と、このシャフト１２の先端部に台座１３を介して支持される走査用ミラー１４と、を備える。レゾナントスキャナ１は、一般的に共振スキャナと呼ばれ、走査用ミラー１４をシャフト１２の軸周りに共振運動させることにより走査を行う。

ベース部１１は、シャフト１２及び走査用ミラー１４を保持するものであり、所定の設置箇所に固定可能に構成されている。シャフト１２は、ベース部１１に立てた状態で固着されている。シャフト１２は、該シャフト１２の軸心Ｑに直交する方向に延びる腕部１５を備える。この腕部１５は、軸心Ｑを挟んで一直線上に位置する先端部１５ａ，１５ｂを備え、各先端部１５ａ，１５ｂは、それぞれ軸心Ｑから等距離の位置に設けられている。

走査用ミラー１４は、円板状（板状）に形成されたミラー本体（ミラー基材）１６と、このミラー本体１６の一方の面に形成された反射膜１７とを備える。反射膜１７は、アルミニウムなどの金属薄膜や誘電体多層膜で形成される。ミラー本体１６は、直径（軸心Ｑに直交する幅方向の最大長さ）Ｄが５〜１５ｍｍ（本実施形態では１０ｍｍ）、厚みｔが０．５ｍ〜２．０ｍ（本実施形態では１．０ｍｍ）の円板状に形成されている。また、ミラー本体１６の材質については後述する。走査用ミラー１４は、例えば、シャフト１２の先端部に固定される一対の台座１３で挟まれることにより、または接着により支持される。

また、レゾナントスキャナ１は、シャフト１２を介して、走査用ミラー１４を軸心Ｑ周りに共振運動させる駆動部３０を備えている。駆動部３０は、図２に示すように、上記した腕部１５にそれぞれ空間を空けて巻き付けられるコイル３１ａ，３１ｂと、これらコイル３１ａ，３１ｂに交流電力を印加する電源部３２と、腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂにそれぞれ配置される磁石３２ａ，３２ｂとを備えて構成される。コイル３１ａ，３１ｂは、軸心Ｑを挟んで延びる腕部１５にそれぞれ１本の電線を巻き付けて構成される。

電源部３２は、コイル３１ａ，３１ｂに所定周波数（励振周波数）の交流電力を印加する。コイル３１ａ，３１ｂには、上記した所定周波数で電流の流れ方向が切り換えられることにより、この電流の向きに応じた磁場が生じる。このため、コイル３１ａ，３１ｂの巻かれた腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂは、それぞれ所定周波数に応じて磁極がＳ極からＮ極へと交互に切り換えられる。磁石３２ａ，３２ｂは、複数（本実施形態では３つ）の磁石を組み合わせて構成される。磁石３２ａは、腕部１５の先端部１５ａを挟んでＮ極３２ａＮとＳ極３２ａＳとが対向するように配置される。また、磁石３２ｂは、腕部１５の先端部１５ｂを挟んでＮ極３２ｂＮとＳ極３２ｂＳとが対向するように配置される。これらＮ極３２ａＮ，３２ｂＮは、それぞれ腕部１５により区切られた空間の同じ側に位置し、Ｓ極３２ａＳ，３２ｂＳは、それぞれＮ極３２ａＮ，３２ｂＮとは反対側に位置している。

本構成では、コイル３１ａ，３１ｂに所定周波数（励振周波数）の交流電力を印加すると、腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂに生じた磁極と磁石３２ａ，３２ｂの磁力とにより、シャフト１２は軸心Ｑを中心に周方向（矢印Ｋ方向）に共振（励振）する。このため、シャフト１２に固定されている走査用ミラー１４は、図３に示すように、走査用ミラー１４の幅方向に延びる基準線Ｓが右回り方向限度線ＳＲと左回り方向限度線ＳＬとの間で、軸心Ｑを中心に共振（励振）する。ここで、走査用ミラー１４が共振する右回り方向限度線ＳＲと左回り方向限度線ＳＬとの間の角度を機械振れ角θという。また、本実施形態では、駆動部３０は、腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂにそれぞれ磁石３２ａ，３２ｂを配置した構成としたが、磁石３２ａ，３２ｂに替えて鉄芯を配置する構成としてもよい。

ところで、上記した構成のレゾナントスキャナ１では、走査用ミラー１４は印加される励振周波数に応じて共振（励振）する。この構成で、高周波（例えば、１０ｋＨｚ以上）の励振周波数を印加することで、走査用ミラー１４を高速で駆動させる場合、走査用ミラー１４には共振に伴う慣性モーメントが作用するため、この慣性モーメントを小さく抑える必要がある。しかしながら、慣性モーメントを小さくするために、走査用ミラー１４（ミラー本体１６）の直径Ｄ（幅方向の最大長さ）を小さくすると、その分、有効反射範囲が小さくなるため、実際に走査するレーザー光線を細いビーム径にする必要がある。この場合、走査用ミラー１４にレーザー光線を導光するためのミラーやレンズ等の光学素子に対して、熱レンズ効果やダメージの蓄積による短寿命化といった悪影響を与えるおそれがある。また、レーザー光線のビーム径が細くなるほど、開口数（ＮＡ）が低くなるため、エネルギー密度を高めること、及び、広い領域に照射することが困難になるという問題もある。

このため、走査用ミラー１４（ミラー本体１６）の有効反射範囲の小型化を抑制しつつ、慣性モーメントの増大を防止する構成が模索されている。従来の走査用ミラーは、ミラー本体が主として石英ガラスで形成されていたが、石英ガラスは、十分な剛性を有する材料でない。このため、従来の走査用ミラー１４Ａを高速で駆動した場合、図４に示すように、ミラー本体１６Ａに撓みが生じ、集光特性が低下する問題が生じるおそれがある。この問題点は、ミラー本体１６（１６Ａ）の直径Ｄが大きくなるほど、また、走査用ミラー１４（１４Ａ）を高速に、かつ、機械振れ角θ（図３参照）を広角に駆動するほどより顕著になる。

本構成では、走査用ミラー１４は、直径Ｄ１０ｍｍ、厚みｔ１．０ｍｍの円板状のミラー本体１６と、このミラー本体１６の一面にアルミニウム薄膜により形成された反射膜１７とを備えて構成される。反射膜１７の厚みはミラー本体１６の厚みに比べて無視できる程度に小さい。走査用ミラー１４は、励振周波数ｆ［ｋＨｚ］及び走査用ミラー１４の機械振れ角θ［ｒａｄ］が、ｆ^２・θ≧８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］を満たす領域で駆動（励振）される。このｆ^２・θの値は、加速度の係数に相当し、走査用ミラー１４を高速に、かつ、機械振れ角θを広角に駆動させる際の指標となる。また、この８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］は、励振周波数ｆを１０［ｋＨｚ］、機械振れ角θを０．５度、すなわちπ／３６０［ｒａｄ］で励振した際の値であり、従来の構成の走査用ミラーでは撓みが生じる領域である。本構成では、ｆ^２・θ≧８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域で駆動しても走査用ミラー１４の撓みを抑えることを目的としている。

発明者は、ミラー本体１６の材質に着目して鋭意研究を行った結果、ヤング率[ＧＰａ]と密度［ｇ／ｃｍ^３］で規定される比剛性［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］の値が重要であることが判明した。本実施形態では、試験体として、ダイヤモンド（試験体１）、ダイヤ焼結体（試験体２）、炭化シリコン（ＳｉＣ；試験体３）、サファイア（試験体４）、石英ガラス（試験体５）の非金属材料を選び、これらの非金属材料を用いてミラー本体１６を形成する。

図５は、各試験体のヤング率、密度、及び比剛性を示す図表である。この図５では、所定温度条件下（例えば、２５℃近傍）での値を示している。ダイヤモンドは、炭素の同素体の１つであり、単結晶でも多結晶でもよい。ダイヤ焼結体は、ダイヤモンド粒子を焼結して密着させたものである。炭化シリコンは、炭素とケイ素との化合物であり、半導体基板の材料に広く用いられている。サファイアは、酸化アルミニウムの結晶である。石英ガラスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）から作成されるガラスである。図５に示すように、試験体１〜５は、比剛性の値が順次小さくなっている。試験体１〜３は、比剛性の値が１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上となり、試験体４、５は比剛性の値が１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］未満となる。なお、図５において、試験体４のサファイアは、製法や組成等により、比剛性の値が１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上となるものが存在し、１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］未満のものも存在する。

次に、実施例及び従来例について説明する。上記した各試験体１〜５の材料により、直径Ｄ１０ｍｍ、厚みｔ１．０ｍｍの円板状のミラー本体１６を形成し、このミラー本体１６を所定条件下で励振した際の撓み量をシミュレーション実験により算出する。ここで、撓み量は、ミラー本体１６の中心直径５ｍｍの領域における最大撓み量であり、SOLID WORKS（登録商標）を用いてシミュレーション実験を行った。

（実施例１）
実施例１では、ミラー本体１６の材料として、比剛性が２８３．６［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］のダイヤモンドを用いた。このミラー本体１６を、励振周波数７［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振し、このミラー本体１６に波長λが６３２［ｎｍ］のＨｅ−Ｎｅレーザー光線を照射した際の撓み量を求めた。この場合のｆ^２・θの値は、４２７［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。また、撓み量に基づく判定は、撓み量が所定の基準値（Ｈｅ−Ｎｅレーザー光線の波長λ）未満であれば、レーザー光線の走査を阻害しないため可（○）とし、基準値（波長λ）以上の場合には不可（×）とした。この基準値は、一般に光学素子の面精度の測定がＨｅ−Ｎｅレーザーの干渉により行われていることに基づき規定されている。

（実施例２）
実施例２では、ミラー本体１６の材料として、比剛性が１８９．３［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］の焼結ダイヤを用いた。この他の条件は、実施例１と同様である。

（実施例３）
実施例３では、ミラー本体１６の材料として、比剛性が１１２．５［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］の炭化シリコンを用いた。この他の条件は、実施例１と同様である。

（実施例４）
実施例４では、ミラー本体１６の材料として、比剛性が８７．５［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］のサファイアを用いた。この他の条件は、実施例１と同様である。

（従来例１）
従来例１では、ミラー本体１６の材料として、比剛性が３２．７［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］の石英ガラスを用いた。この他の条件は、実施例１と同様である。

（実施例５）
実施例５では、ミラー本体１６を、励振周波数１０［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例１と同様である。

（実施例６）
実施例６では、ミラー本体１６を、励振周波数１０［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例２と同様である。

（実施例７）
実施例７では、ミラー本体１６を、励振周波数１０［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例３と同様である。

（実施例８）
実施例８では、ミラー本体１６を、励振周波数１０［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例４と同様である。

（従来例２）
従来例２では、ミラー本体１６を、励振周波数１０［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、従来例１と同様である。

（実施例９）
実施例９では、ミラー本体１６を、励振周波数１４［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、１７１０［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例１と同様である。

（実施例１０）
実施例１０では、ミラー本体１６を、励振周波数１４［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、１７１０［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例２と同様である。

（実施例１１）
実施例１１では、ミラー本体１６を、励振周波数１４［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、１７１０［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例３と同様である。

（実施例１２）
実施例１２では、ミラー本体１６を、励振周波数１４［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、１７１０［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、実施例４と同様である。

（従来例３）
従来例３では、ミラー本体１６を、励振周波数１４［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振した。この場合のｆ^２・θの値は、１７１０［ｋｒａｄ／ｓ^２］となる。この他の条件は、従来例１と同様である。

図６は、実験結果（シミュレーション結果）をまとめた図表である。この図６に示すように、比剛性が１００以上となる試験体１〜３を用いた実施例では、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］よりも小さい領域だけでなく、８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域において、撓み量を基準値（Ｈｅ−Ｎｅレーザー光線の波長λ）よりも小さく抑えることができ、良好な判定結果を得た。さらに、図６には記載していないが、ダイヤモンド及びダイヤモンド焼結体により形成されたミラー本体１６を、励振周波数１５［ｋＨｚ］及び機械振れ角π／３６０［ｒａｄ］で励振させた（ｆ^２・θの値は、１９６３［ｋｒａｄ／ｓ^２］）場合においても、撓み量を基準値よりも小さく抑えることができた。具体的には、ダイヤモンドの場合における撓み量は３００ｎｍ（１／２λ）、ダイヤモンド焼結体の場合における撓み量は５００ｎｍ（４／５λ）となり、いずれの場合も撓み量が基準値よりも小さく抑えられた。一方、比剛性が１００未満となる試験体４、５を用いた実施例及び従来例では、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域でミラー本体１６に撓みが生じ、良好な判定結果を得ることができなかった。特に、試験体４（サファイア）を用いた実施例では、ｆ^２・θの値が比較的小さな領域（ｆ^２・θ≦４２７［ｋｒａｄ／ｓ^２］）では、撓み量を基準値よりも小さく抑えることができるが、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域では、撓み量が基準値を超えてしまった。

この結果によれば、ミラー本体１６の撓み量は、ヤング率の大きさだけでなく、比剛性の大きさによって異なり、比剛性が１００以上であれば、撓み量が所定の基準値以下となることが判明した。すなわち、ダイヤモンド、ダイヤ焼結体、及び、炭化シリコンをミラー本体１６の材料に用いることで、駆動した際のミラー本体１６の撓みを抑え、集光特性の向上を図ることができる。このため、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上となる高速での駆動に伴う走査用ミラー１４の小型化を抑制することができ、レーザー加工を行うために十分な太さのビーム径のレーザー光線を用いることができる。

本構成では、比剛性の値は、１００以上３５０以下が好ましい。比剛性の値が３５０を超える材料ではミラー本体への加工が難しくなるためである。

次に、上記したレゾナントスキャナの適用例を説明する。図７は、レゾナントスキャナを適用したレーザー光線照射装置の構成例を示す図である。図８は、レーザー光線照射装置により出射したレーザー光線が被加工物を穿孔する状態を示す断面図である。レーザー光線照射装置２０は、例えば、被加工物としてのウエーハＷを穿孔するレーザー加工装置（不図示）に設けられる。ウエーハＷは、例えば、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。

レーザー光線照射装置２０は、図７に示すように、レーザー発振器２２（レーザー光線発振手段）と、集光レンズ２３と、第１の光軸偏心手段６０と、第２の光軸偏心手段７０と、ミラー２４と、制御部１００とを備える。レーザー発振器２２は、ウエーハＷが吸収性を有する波長（例えば、３５５ｎｍ）のレーザー光線Ｌを発振する。集光レンズ２３は、チャックテーブル１０の保持面１０ａに対向して設けられている。集光レンズ２３は、レーザー発振器２２から発振されたレーザー光線Ｌを集光してチャックテーブル１０に保持されたウエーハＷに集光するものである。なお、本構成では、レーザー光線Ｌとして、ナノ秒レーザー光線またはピコ秒レーザー光線を用いることができるが、加工跡をより綺麗にするためにピコ秒レーザー光線を用いることが好ましい。

第１の光軸偏心手段６０は、図７に示すように、レーザー発振器２２のレーザー光線Ｌの進行方向下流に配設され、集光レンズ２３の中心軸Ｐ（図７に示す）に対してレーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸをＹ軸方向（第１軸方向に相当）に往復振動させる一対の第１軸レゾナントスキャナ６１（上記したレゾナントスキャナ１に相当）を有する。一対の第１軸レゾナントスキャナ６１は、Ｙ軸方向に間隔をあけて配置されている。第１軸レゾナントスキャナ６１は、Ｘ軸方向と平行な軸心Ｑｘ周りに回転自在に設けられた平板状のミラー６２（上記した走査用ミラー１４に相当）と、ミラー６２を共振運動により軸心Ｑｘ周りに回転させる走査部６３（上記した走査用ミラー１４に相当）とを備える。

一方の第１軸レゾナントスキャナ６１ａ（以下、符号６１ａで示す）のミラー６２には、レーザー発振器２２が発振したレーザー光線Ｌが、レーザー発振器２２と第１の光軸偏心手段６０との間に配設されたミラー２４を介して入射する。一方の第１軸レゾナントスキャナ６１ａのミラー６２は、レーザー光線Ｌを他方の第１軸レゾナントスキャナ６１ｂ（以下、符号６１ｂで示す）に向けて反射する。他方の第１軸レゾナントスキャナ６１ｂのミラー６２は、レーザー光線Ｌを第２の光軸偏心手段７０に向けて反射する。

第２の光軸偏心手段７０は、図７に示すように、第１の光軸偏心手段６０と集光レンズ２３との間に配設され、集光レンズ２３の中心軸Ｐに対してレーザー光線Ｌの光軸ＬＡＸをＸ軸方向（第２軸方向に相当）に往復振動させる一対の第２軸レゾナントスキャナ７１（上記したレゾナントスキャナ１に相当）を有する。一対の第２軸レゾナントスキャナ７１は、Ｘ軸方向に間隔をあけて配置されている。第２軸レゾナントスキャナ７１は、Ｙ軸方向と平行な軸心Ｑｙ周りに回転自在に設けられた平板状のミラー７２（上記した走査用ミラー１４に相当）と、ミラー７２を共振運動により軸心Ｑｙ周りに回転させる走査部７３（上記した走査用ミラー１４に相当）とを備える。

一方の第２軸レゾナントスキャナ７１（以下、符号７１ａで示す）のミラー７２には、他方の第１軸レゾナントスキャナ６１ｂのミラー６２が反射したレーザー光線Ｌが入射する。一方の第２軸レゾナントスキャナ７１ａのミラー７２は、レーザー光線Ｌを他方の第２軸レゾナントスキャナ７１（以下、符号７１ｂで示す）に向けて反射する。他方の第２軸レゾナントスキャナ７１ｂのミラー７２は、レーザー光線Ｌを集光レンズ２３に向けて反射する。

レーザー光線照射装置２０は、第１軸レゾナントスキャナ６１ａ，６１ｂと第２軸レゾナントスキャナ７１ａ，７１ｂとを所定の位相差（９０°）に固定して励振させることにより、図８に示すように、ウエーハＷの表面ＷＳにおけるボンディングパッドＰＤが形成された位置の裏面ＷＲからボンディングパッドＰＤに達するビアホールＶＨを形成する。レーザー光線照射装置２０は、第１軸レゾナントスキャナ６１ａ，６１ｂのミラー６２と、第２軸レゾナントスキャナ７１ａ，７１ｂのミラー７２とが走査部６３，７３により軸心Ｑｘ，Ｑｙ周りに駆動されることで、レーザー光線Ｌを偏心させることができ、ウエーハＷの表面ＷＳの所望の箇所にビアホールＶＨを形成することができる。

以上、説明したように、本実施形態の走査用ミラー１４は、ミラー本体１６と、ミラー本体１６上に形成された反射膜１７と、を有し、ミラー本体１６は、ヤング率と密度で規定される比剛性の値が少なくとも１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上の非金属材料から形成されているため、走査用ミラー１４を、例えば１０ｋＨｚ以上の高周波で駆動した際のミラー本体１６の撓みを抑え、集光特性の向上を図ることができる。

したがって、高速での駆動に伴う走査用ミラー１４の小型化を抑制することができ、レーザー加工を行うために十分な太さのビーム径のレーザー光線を用いることができる。その結果として、集光レンズ２３やミラー２４などの導光用光学素子の設計自由度の向上や低コスト化を図ることができる。また、レーザー光線のビーム径を十分な太さにできるため、加工点において高ＮＡ（開口数）化による高エネルギー密度化、微細加工や広範囲の加工が可能となる。

また、本実施形態の走査用ミラー１４は、励振周波数［ｋＨｚ］をｆ、ミラー本体１６の機械振れ角［ｒａｄ］をθとした場合、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域で駆動されるため、従来の構成よりもより高速な領域においても、ミラー本体１６の撓みを抑え、集光特性の向上を図ることができる。

また、非金属材料は、ダイヤモンドまたは炭化シリコンであるため、ミラー本体１６の形成を容易に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記した実施形態では、走査用ミラー１４をレゾナントスキャナ１に設けた構成について説明したが、走査用ミラー１４を高周波で励振されるものであればガルバノスキャナに設けることもできる。

また、上記した実施形態では、レゾナントスキャナ１を適用したレーザー光線照射装置２０では、ビアホールＶＨを形成したが、ビアホールＶＨに限らず、溝などを形成するなどの他の形状に被加工物を加工してもよい。

１レゾナントスキャナ（スキャナ装置）
１１ベース部
１２シャフト
１３台座
１４走査用ミラー
１５腕部
１５ａ，１５ｂ先端部
１６ミラー本体（ミラー基材）
１７反射膜
２０レーザー光線照射装置
３０駆動部
３１ａ，３１ｂコイル
３２電源部
３２ａ，３２ｂ磁石
Ｄ直径（幅方向の長さ）
Ｌレーザー光線
Ｑ軸心
ｆ励振周波数
θ 機械振れ角

Claims

ミラー基材と、
前記ミラー基材上に形成された反射膜と、を有し、
前記ミラー基材は、ヤング率と密度で規定される比剛性の値が少なくとも１００［ＧＰａ・ｃｍ^３／ｇ］以上の非金属材料からなる走査用ミラー。
前記ミラー基材を駆動する励振周波数［ｋＨｚ］をｆ、該ミラー基材の機械振れ角［ｒａｄ］をθとした場合、ｆ^２・θの値が８７３［ｋｒａｄ／ｓ^２］以上の領域で駆動される請求項１に記載の走査用ミラー。
前記非金属材料は、ダイヤモンドまたは炭化シリコンである請求項１または２に記載の走査用ミラー。
前記ミラー基材は、共振スキャナまたはガルバノスキャナとして用いられる請求項１から３のいずれか一項に記載の走査用ミラー。