JP2018171633A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らすことができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。【解決手段】レーザ光Ｌを液体ジェットＪで誘導しながらワークＷに照射する加工ヘッド４０と、ワークＷのレーザ光照射面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察装置２６と、レーザ光分布観察装置２６が観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド４０によりワークＷに加工を施した場合の予想加工形状を算出する制御部３０（予想加工形状算出手段）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特に、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する技術に関する。

近年、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスの高集積化、小型化に伴い、シリコン等の半導体基板の表面に、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体からなるデバイス層が形成されたウェーハが実用化されている。

しかし、このようなデバイス層のあるウェーハのダイシングは、膜剥がれやバリ等が発生しやすく、ダイシング工程における大きな問題となっている。特に、デバイス層にＬｏｗ−ｋ膜が含まれる場合、Ｌｏｗ−ｋ膜は非常に脆いことから、ダイシングブレードによる切断が行われると、Ｌｏｗ−ｋ膜に剥離が生じやすい問題がある。すなわち、ダイシングブレードによって切断すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が破壊され、この破壊された領域がデバイス形成領域（チップ形成領域）に広がると、チップは不良品となり、製造される半導体装置の歩留りを低下させてしまう要因となる。

上記問題を解消するために、ダイシングブレードによる切断に先立って、ストリートと称される分割予定ラインに沿ってレーザ加工溝を形成してデバイス層を分断した後に、ダイシングブレードによって切断を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ダイシング装置のほかにレーザ加工装置（レーザスクライバ）が必要である。また、レーザ照射工程では、ダイシングブレードの幅より広いレーザ加工溝を形成するために、レーザ光の照射を１つのストリートに沿って往復移動して行わなければならない。このため、生産性が悪く、コストアップを招く問題がある。

一方、特許文献２は、加圧液体を液体ジェットにて噴射し、それを光導波路としてレーザ光を被加工物へ照射するレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では、被加工物に向けて液体ジェットが噴射されるので加工時の熱ダメージやコンタミネーションによる影響を防ぎつつ、レーザ光が液体ジェットにより拡散することなく被加工物に向けて誘導されるので高精度な加工を行うことが可能となる。また、ダイシングブレードによるダイシングやレーザダイシング等のダイシング工程が不要となる。

特開２００６−１４０３１１号公報 特開２０１６−１９３４５３号公報

ところで、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する場合、加工条件（例えば、液体ジェット長さなど）がわずかに異なる場合でも加工形状が変化してしまう問題がある。

かかる問題に対し、特許文献２に開示されたレーザ加工装置は、液体ジェットにより誘導されるレーザ光の分布を観察するレーザ光分布観察装置を備えている。このレーザ光分布観察装置では、遮蔽板と光検出器とが結像レンズに対して互いに共役な位置関係に配置されるので、液体ジェットと遮蔽板との接面におけるレーザ光の分布を光検出器の受光面に忠実に再現することができる。これにより、液体ジェットに誘導されるレーザ光の分布を観察することが可能となる。

しかしながら、特許文献２に開示されたレーザ加工装置では、任意の加工形状（目標加工形状）を得るためには、液体ジェット内のレーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要があり、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間がかかるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らすことができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１態様に係るレーザ加工装置は、レーザ発振器と、レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、被加工物のレーザ光照射面における液体ジェット内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察手段と、レーザ光分布観察手段が観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッドにより被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段と、を備える。

本発明の第２態様に係るレーザ加工装置は、第１態様において、レーザ発振器から加工ヘッドに向かう途中でレーザ光を高速偏向する高速偏向手段と、移動手段により加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させつつ加工ヘッドから被加工物にレーザ光を照射する際に、高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、レーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段と、を備え、予想加工形状算出手段は、レーザ光分布観察手段が観察したレーザ光の複数の分布に基づき、高速偏向制御手段によりレーザ光分布を複数の分布に切り替えながら加工ヘッドにより被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する。

本発明の第３態様に係るレーザ加工装置は、第２態様において、レーザ発振器から出力されたレーザ光を加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段を備え、高速偏向手段は、低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う。

本発明の第４態様に係るレーザ加工装置は、第２態様又は第３態様において、高速偏向手段は音響光学偏向素子である。

本発明の第５態様に係るレーザ加工装置は、第２態様から第４態様のいずれか１つの態様において、高速偏向制御手段は、レーザ光分布におけるレーザ光のピーク位置が加工ヘッドと被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、高速偏向手段の偏向条件を変化させる。

本発明の第６態様に係るレーザ加工装置は、第１態様から第５態様のいずれか１つの態様において、予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、レーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段を備える。

本発明の第７態様に係るレーザ加工装置は、第６態様において、加工ヘッドによって形成された加工形状を測定する加工形状測定手段を備え、レーザ光分布調整手段は、加工形状測定手段が測定した加工形状と被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、レーザ光分布を調整する。

本発明の第８態様に係るレーザ加工方法は、液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、液体ジェットと被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、被加工物のレーザ光照射面における液体ジェット内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察工程と、レーザ光分布観察工程で観察したレーザ光分布に基づいて、レーザ光により被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出工程と、を備える。

本発明によれば、液体ジェットで誘導されたレーザ光により被加工物を加工する際、液体ジェット内のレーザ光分布から予想加工形状を容易に把握することができるので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らすことができる。その結果、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。

第１の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図 液体ジェット内のレーザ光経路を示した簡略図 図２のａに示した位置でレーザ光の分布を観察した結果を示した図 図２のｂに示した位置でレーザ光の分布を観察した結果を示した図 図３と同じ条件でワークに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図 図４と同じ条件でワークに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図 液体ジェット内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図 液体ジェット内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を２つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を２つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図 高速偏向手段によって液体ジェット内のレーザ光分布を２つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図 第１の実施形態に係るレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法の一例を示すフローチャート 参照テーブルの一例を示した図 予想加工形状の算出方法の第１例を示した図 予想加工形状の算出方法の第１例を示した図 予想加工形状の算出方法の第２例を示した図 予想加工形状の算出方法の第２例を示した図 予想加工形状の算出方法の第２例を示した図 予想加工形状の算出方法の第３例を示した図 予想加工形状の算出方法の第３例を示した図 予想加工形状の算出方法の第３例を示した図 照射フルーエンスと加工レートとの対応関係の一例を示した両対数グラフ １つの加工パスにおいて液体ジェット内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合についてのレーザ加工方法を説明するための概念図 第２の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図 空間光位相変調器による位相調整の効果を説明するための図 第３の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す概略図 第３の実施形態の効果を説明するための図 第３の実施形態の効果を説明するための図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るレーザ加工装置１０の構成を示す概略図である。

図１に示すように、レーザ加工装置１０は、レーザ電源１２と、レーザ発振器１４と、ワークテーブル１６と、ワークテーブル移動部１８と、液体供給手段２０と、ヘッドユニット２２と、レーザ光分布観察装置２６と、制御部３０とを備えている。

レーザ電源１２は、信号ケーブルを介してレーザ発振器１４に接続され、レーザ発振器１４に電力を供給する。

レーザ発振器１４は、レーザ電源１２から供給される電力を用いてレーザ光Ｌを出力する。レーザ光Ｌとしては、水に吸収されにくい波長域のレーザ光が用いられる。

ワークテーブル１６は、ワークＷ（被加工物）を吸着して保持する保持面１６ａを有する。この保持面１６ａには、ワークＷを吸着保持するための吸着穴が複数設けられ、吸着穴は不図示の真空吸着源に接続されている。

ワークテーブル移動部１８は、Ｘテーブル３２と、θ回転テーブル３４とを備えている。Ｘテーブル３２は、水平に設置されており、図示しないＸ駆動機構によってＸ方向に移動可能に構成される。θ回転テーブル３４は、Ｘテーブル３２上に配設され、図示しないθ駆動機構によってθ方向（Ｚ方向の軸を中心とした回転方向）に移動可能に構成される。そして、θ回転テーブル３４上にはワークテーブル１６が載置固定される。したがって、ワークテーブル１６は、Ｘ方向及びθ方向にそれぞれ移動可能に構成される。なお、ワークテーブル移動部１８は、移動手段の一例である。

液体供給手段２０は、液体供給路を介してヘッドユニット２２の加工ヘッド４０に接続され、加工ヘッド４０に加圧液体（例えば、加圧水）を供給する。

ヘッドユニット２２は、偏向部３６と、ビーム形状整形手段３８と、加工ヘッド４０とを備えている。このヘッドユニット２２は、図示しないＺ駆動機構によってＺ方向に移動可能に構成されるＺテーブルに配設される。Ｚテーブルは、図示しないＹ駆動機構によってＹ方向に移動可能に構成されるＹテーブルに配設される。したがって、ヘッドユニット２２は、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能に構成される。

偏向部３６は、レーザ光Ｌの光路上に設けられており、レーザ発振器１４から出力されたレーザ光Ｌを加工ヘッド４０に向けて反射する。この偏向部３６は、相互に直交する軸線回りに揺動可能な２つのガルバノミラー（不図示）を対向させて構成されており、２つのガルバノミラーを揺動させてレーザ光Ｌを偏向することで、加工ヘッド４０（液体ジェット噴射ノズル４８）から噴射される液体ジェットＪに対する入射角度及び入射位置を変化させることができるようになっている。偏向部３６は、低速偏向手段の一例である。

ビーム形状整形手段３８は、偏向部３６と加工ヘッド４０との間に配置され、レーザ発振器１４から偏向部３６を介して入力されたレーザ光Ｌを整形する。このビーム形状整形手段３８は、例えば、可変アパーチャー（矩形、円形）やアキシコンレンズ、ビームホモジナイザ、及びこれらをレーザ光Ｌと直交する方向へ微小移動する機構などで構成されており、加工ヘッド４０に入射する前のレーザ光Ｌを所定の形状、サイズ、強度分布に整形する。また、ＡＯＤ（音響光学偏向素子）、ＳＬＭ（空間変調素子）、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）、回折素子ならびに方解石などを用いて、レーザ光Ｌの分岐を含め、静的もしくは動的にレーザ光Ｌを整形することも可能である。

加工ヘッド４０は、液体供給手段２０から供給された加圧液体を液体ジェットＪにてワークＷに向けて噴射するとともに、液体ジェットＪの中にレーザ光Ｌを導光することにより、液体ジェットＪにより誘導されたレーザ光ＬをワークＷに照射する。加工ヘッド４０の具体的な構成は、以下のとおりである。

加工ヘッド４０は、集光レンズ４２と、ヘッド本体４４とを備えている。

集光レンズ４２は、ヘッド本体４４の前段（上方）に配置され、レーザ発振器１４から偏向部３６及びビーム形状整形手段３８を介して入射したレーザ光Ｌをヘッド本体４４の内部に向けて集光する。

ヘッド本体４４の内部には、液体チャンバ４６が区画形成されている。液体チャンバ４６は、液体供給手段２０から供給された高圧液体を収容する。また、ヘッド本体４４の下部には、液体ジェット噴射ノズル４８が設けられており、液体ジェット噴射ノズル４８は液体チャンバ４６に連通している。したがって、液体供給手段２０から加工ヘッド４０に対して高圧液体が供給されると、その加圧液体は液体チャンバ４６に収容され、さらに液体ジェット噴射ノズル４８からワークＷ（又は後述するレーザ光分布観察装置２６の遮蔽板５２）に向けて液体ジェットＪが噴射される。

ヘッド本体４４の上部には、窓部５０が設けられている。窓部５０は、レーザ光Ｌに対して光学的に透明な光透過性部材（例えば、石英ガラス）により構成されており、液体チャンバ４６を密閉しかつレーザ光Ｌを透過する。したがって、集光レンズ４２から出射したレーザ光Ｌは、窓部５０を透過してヘッド本体４４の内部（液体チャンバ４６）に入射し、液体ジェット噴射ノズル４８へ集光する。

なお、本実施形態では、一例として、ワークテーブル１６がＸ方向及びθ方向に移動可能に構成され、ヘッドユニット２２がＹ方向及びＺ方向に移動可能に構成される態様を示したが、ワークテーブル１６とヘッドユニット２２とがＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及びθ方向に相対的に移動可能に構成されていればよく、本実施形態とは異なる他の態様を適宜採用することができる。後述する他の実施形態においても同様である。

レーザ光分布観察装置２６は、ワークＷの表面（レーザ光照射面）における液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌの分布（レーザ光分布）を観察するものである。

レーザ光分布観察装置２６は、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を観察する際に、ワークテーブル１６に代えて、加工ヘッド４０に対向する位置に配置される。

レーザ光分布観察装置２６は、図示しない観察装置駆動機構を備えており、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に移動可能に構成される。これにより、レーザ光分布観察装置２６は、加工ヘッド４０に対向する観察位置と、その観察位置から離間した退避位置との間で移動することができる。

レーザ光分布観察装置２６は、遮蔽板５２と、液体除去手段５４と、結像レンズ５６と、光検出器５８とを備えている。

遮蔽板５２は、レーザ光分布観察装置２６の上面（加工ヘッド４０に対向する面）に設けられる。遮蔽板５２は、レーザ光Ｌに対して光学的に透明な光透過部材（例えば、石英ガラス）により構成されており、液体ジェットＪを遮蔽しかつレーザ光Ｌを透過する。したがって、加工ヘッド４０の液体ジェット噴射ノズル４８から噴射された液体ジェットＪの液体は遮蔽板５２により遮蔽される一方で、液体ジェットＪに誘導されるレーザ光Ｌは遮蔽板５２を透過し、レーザ光分布観察装置２６を構成する本体部６０の内部に入射する。

遮蔽板５２は、加工ヘッド４０に対してワークテーブル１６に保持されるワークＷと相対的に同一の高さに配置される。なお、加工ヘッド４０と遮蔽板５２との間の距離が加工ヘッド４０とワークＷとの間の距離と等しければよい。すなわち、加工ヘッド４０からワークＷに液体ジェットＪが噴射されるときの液体ジェットＪの長さと、加工ヘッド４０から遮蔽板５２に液体ジェットＪが噴射されるときの液体ジェットＪの長さとが互いに等しければよく、ワークＷと遮蔽板５２とが絶対座標的に同一高さであることは必ずしも必要ではない。例えば、ワークＷと遮蔽板５２とが絶対座標的に異なる高さである場合でも、加工ヘッド４０に対する相対的な高さが互いに同一であればよい。加工ヘッド４０と遮蔽板５２との間の距離は、ヘッドユニット２２（加工ヘッド４０）又はレーザ光分布観察装置２６のＺ方向の移動により、加工ヘッド４０とワークＷとの間の距離と等しくなるように調整される。

液体除去手段５４は、遮蔽板５２により遮蔽された液体ジェットＪの液体（残留液体）を除去する。液体除去手段５４としては、例えば、残留液体を吸収により除去する液体吸収手段、残留液体を吸引により除去する液体吸引手段、残留液体を送風により除去する液体送風手段、あるいはこれらを組み合わせたものを適宜採用することができる。なお、液体吸収手段としては、布などの繊維質の帯状部材を遮蔽板５２の表面に当接させることにより、毛細管現象を利用して残留液体を帯状部材に吸収させる構成を好ましく採用することができる。

結像レンズ５６は、本体部６０の内部において遮蔽板５２と光検出器５８との間に配置される。結像レンズ５６は、複数枚のレンズから構成されており、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を光検出器５８の受光面に投影する。すなわち、遮蔽板５２と光検出器５８とは結像レンズ５６に対して互いに共役な位置関係に配置されており、液体ジェットＪと遮蔽板５２との接面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布が結像レンズ５６により光検出器５８の受光面に忠実に再現される。

光検出器５８は、結像レンズ５６により結像された液体ジェットＪ内のレーザ光分布を示す投影像を受光する。光検出器５８は、２次元的に配置された複数の受光素子を有し、各受光素子は受光した光量に応じた出力信号（電気信号）をレーザ光分布データとして出力する。光検出器５８としては、例えば、ＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）やＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）などの固体撮像素子が好適に用いられる。

ここで、レーザ光分布観察装置２６によって、液体ジェットＪ内のレーザ光分布の観察が行われるときの動作について説明する。

まず、レーザ光分布観察装置２６は、図示しない観察装置駆動機構により観察位置（加工ヘッド４０に対向する位置）に移動する。なお、遮蔽板５２は、加工ヘッド４０に対してワークテーブル１６に保持されるワークＷと相対的に同一の高さに配置される。

次に、液体供給手段２０から加工ヘッド４０に加圧液体を供給する。加工ヘッド４０に供給された加圧液体は液体チャンバ４６に収容され、さらに液体ジェット噴射ノズル４８から遮蔽板５２に向けて液体ジェットＪが噴射される。

また、レーザ発振器１４から出力されたレーザ光Ｌは、後述する高速偏向手段６８を介して、偏向部３６により加工ヘッド４０に向けて偏向され、ビーム形状整形手段３８により所定の形状、サイズ、強度分布に整形され、集光レンズ４２に入射する。さらに、レーザ光Ｌは、集光レンズ４２により窓部５０を介して液体ジェット噴射ノズル４８へ集光される。これにより、レーザ光Ｌは、液体ジェットＪに導光され、液体ジェットＪにより誘導されて遮蔽板５２に向けて照射される。

一方、液体ジェット噴射ノズル４８から噴射された液体ジェットＪは遮蔽板５２で遮蔽されるとともに、液体ジェットＪにより誘導されたレーザ光Ｌは、遮蔽板５２を透過して、結像レンズ５６により光検出器５８の受光面に結像される。その際、遮蔽板５２と光検出器５８とは結像レンズ５６に対して互いに光学的に共役な位置関係に配置されるので、液体ジェットＪと遮蔽板５２との接面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布が結像レンズ５６により光検出器５８の受光面に忠実に再現される。

このようにして光検出器５８の受光面に液体ジェットＪ内のレーザ光分布を示す投影像が結像されると、光検出器５８の各受光素子はそれぞれ受光量に応じた出力信号をレーザ光分布データとして制御部３０に対して出力する。制御部３０では、入力されたレーザ光分布データに各種処理を施し、当該処理が施されたレーザ光分布データに基づく画像をモニタ６４に表示する。

このように本実施形態のレーザ光分布観察装置２６によれば、液体ジェットＪと遮蔽板５２との接面（すなわち、ワークＷの表面）における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を観察することが可能となる。

また、レーザ光分布観察装置２６によって液体ジェットＪ内のレーザ光分布の観察が行われる際、遮蔽板５２により遮蔽された液体ジェットＪの液体（残留液体）は、液体除去手段５４により除去されるので、遮蔽板５２上の残留液体によるレーザ光Ｌの散乱の影響を受けることなく、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を安定して精度よく観察することが可能となる。

本実施形態のレーザ加工装置１０は、上述した構成に加え、さらに、高速偏向手段６８と、加工形状測定手段７２とを備えている。

高速偏向手段６８は、レーザ発振器１４から加工ヘッド４０に向かう途中（すなわち、液体ジェットＪに入射する手前）でレーザ光Ｌを高速偏向するものである。すなわち、高速偏向手段６８は、レーザ発振器１４から出力されたレーザ光Ｌを所定の角度範囲内で偏向して、レーザ光Ｌの偏向角度及び出射方向を高速に切り替えるものである。高速偏向手段６８としては、例えば、ＡＯＤ（音響光学偏向素子）が好ましく用いられる。ＡＯＤは、印加する高周波信号（ＲＦ信号）の周波数を変えることによりレーザ光Ｌを高速偏向するものである。なお、高速偏向手段６８の偏向条件（偏向角度、偏向方向、及び偏向タイミング）は、制御部３０（高速偏向制御手段の一例）により制御される。

高速偏向手段６８の切替速度（周波数）は数ＭＨｚ程度まで出せるものが望ましい。また、高速偏向手段６８としては、回折光学素子など、レーザ光Ｌを分岐させる手段と併用してもよい。

加工形状測定手段７２は、加工ヘッド４０に隣接した位置に配置される。加工形状測定手段７２は、加工ヘッド４０によりワークＷの表面に形成された加工形状を３次元的に測定する手段である。加工形状測定手段７２としては、ワークＷの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものが好ましく、例えば、レーザ顕微鏡や白色干渉顕微鏡などを好ましく採用することができる。加工形状測定手段７２により測定された加工形状の３次元データ（加工形状データ）は制御部３０に出力される。

制御部３０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部、及び各種制御回路部等からなり、レーザ加工装置１０の各部の動作を制御する。すなわち、制御部３０は、レーザ発振器１４、ワークテーブル移動部１８、液体供給手段２０、ヘッドユニット２２、高速偏向手段６８、及び加工形状測定手段７２などの動作を制御する。

なお、詳細については後述するが、制御部３０は、高速偏向手段６８の偏向条件を制御する高速偏向制御手段として機能する。また、制御部３０は、レーザ光分布観察装置２６が観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド４０によりワークＷに加工した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段として機能する。また、制御部３０は、加工形状測定手段７２が測定したワークＷの加工形状とワークＷの目標加工形状との比較に基づいて、ワークＷの表面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段として機能する。

ここで、本実施形態のレーザ加工装置１０で行われるレーザ加工の動作原理について説明する。以下では、まず、液体ジェットＪ内のレーザ光分布について説明し、次いで、高速偏向手段６８によって液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合の作用効果について説明する。

図２は、液体ジェットＪの中心軸と同軸にレーザ光Ｌが入射する場合の液体ジェットＪ内のレーザ光経路を示した簡略図である。なお、液体ジェットＪは、いわばＳＩ型マルチモード光ファイバと同様の機能を有するため、実際には液体ジェットＪへの進入角度ごとに液体ジェットＪの中心軸方向（長手方向）の移動速度が変わり、それらが干渉し、さらに液体ジェットＪの円柱状の外周面（円柱表面）の微小凹凸により発生するスペックルノイズにより複雑化していると考えられるが、ここでは説明を簡単にするために簡略図を用いて説明する。

図２に示すように、集光レンズ４２により集光されたレーザ光Ｌが液体ジェットＪの中心軸と同軸に入射する場合、レーザ光Ｌは液体ジェットＪの中で全反射により拡縮を繰り返しながら中心軸方向に沿って誘導される。例えば、図２のａで示した位置ではレーザ光経路の腹部分（レーザ光Ｌが拡大した部分）にあたるため、その位置におけるレーザ光Ｌの断面形状（液体ジェットＪの中心軸に垂直な断面形状）は液体ジェット径全体に一様に広がっている。一方、図２のｂで示した位置ではレーザ光経路の節部分（レーザ光Ｌが縮小した部分）にあたるため、液体ジェットＪの中心の狭い範囲のみにレーザ光Ｌが集まった状態となる。

図３は図２のａに示した位置、図４は図２のｂに示した位置にそれぞれ相当する位置でレーザ光Ｌの分布を実際に観察した結果を示した図である。また、図５は図３と同じ条件で、図６は図４と同じ条件でそれぞれワークＷに直線状の加工溝を形成したときの加工溝の深さプロファイルを示した図である。

これらの図から分かるように、液体ジェットＪ内のレーザ光分布は、液体ジェットＪの中心軸方向の位置、すなわち、液体ジェットＪの長さによって変化し、さらに液体ジェットＪ内のレーザ光分布の変化に応じて加工形状も変化する。

したがって、ワークＷの表面（レーザ光照射面）における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を変化させる制御を行うことによって、液体ジェットＪ内のレーザ光分布の変化に応じた加工形状を得ることができる。

次に、高速偏向手段６８によって液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合の作用効果について説明する。

図７は、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図である。また、図８〜図１０は、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合を模式的に示した説明図である。なお、これらの図の左側には、液体ジェットＪをワークＷに対して加工送り方向（切断予定ラインに沿った方向）Ｍに相対的に移動させてワークＷに直線状の加工溝Ｋを形成したときに、液体ジェットＪにより誘導されたレーザ光Ｌのピーク位置Ｑ（ワークＷの表面においてレーザ光Ｌの光強度が最も高くなる位置）の軌跡を示している。また、これらの図の右側には、ワークＷに形成された加工溝Ｋの深さプロファイルを示している。

なお、各図では、説明を簡単にするため、液体ジェットＪ内におけるレーザ光Ｌのピーク位置Ｑはいずれも強度が一様であるものとしている。また、液体ジェットＪ内におけるレーザ光Ｌのピーク位置Ｑ同士を十分離して描写しているが、加工送り方向Ｍに対して一様な加工溝を形成したい場合には、空間的に９０％以上重なる条件でレーザ加工が行われることが好ましい。

図７に示すように、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行った場合には、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑは加工送り方向Ｍに沿って一列に配列された状態となる。そのため、加工溝Ｋは、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑに対応する位置の加工深さが他の位置の加工深さに比べて深くなる。このような場合、加工溝Ｋの加工深さをその幅方向の全体にわたって均一なものとするためには、１つの加工パスにおいて複数回の加工を重ねる必要があり、全体のスループットを低下させる要因となる。

これに対し、図８に示すように、高速偏向手段６８によって液体ジェットＪ内のレーザ分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行った場合には、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑを加工送り方向Ｍに直交する方向（加工溝の幅方向）に変化させることが可能となる。

図８に示した例では、液体ジェットＪをワークＷに対して加工送り方向Ｍに相対的に移動させながらレーザ加工が行われる際、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑを加工送り方向Ｍに直交する方向の互いに異なる位置に所定の間隔（ピッチ）Ｐで順次変化させながらレーザ加工を行っている。この場合、加工溝Ｋの加工深さをその幅方向の全体的にわたって均一にすることができる。したがって、図７に示した例と比較して、１つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、所望の加工形状を得ることができ、全体のスループットを向上させることが可能となる。

なお、図８に示した例では、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが加工送り方向Ｍに直交する方向（加工溝Ｋの幅方向）の一方側（図８の上側）から他方側（図８の下側）に向かって一定の間隔Ｐで順次変化し、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが加工送り方向Ｍに直交する方向の他方側の端部（図８の下端部）に到達した場合には、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑは加工送り方向Ｍに直交する方向の一方側の端部に切り替えられ、その後は同様の順序で液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが順次変化する。

これに対し、図９に示した例では、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが加工送り方向Ｍに直交する方向の一方側（図９の上側）から他方側（図９の下側）に向かって一定の間隔Ｐで順次変化し、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが加工送り方向Ｍに直交する方向の他方側の端部に到達した場合には、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑは加工送り方向Ｍに直交する方向の他方側から一方側に向かって一定の間隔Ｐで順次変化し、その後は同様の順序で液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが順次変化する。図９に示した例によれば、加工送り方向Ｍに直交する方向に隣接するレーザ光Ｌのピーク位置Ｑ同士の間隔Ｐが常に一定となるので、図８に示した例に比べて、レーザ光Ｌのピーク位置Ｑの切替痕が現われにくくなり、レーザ加工における加工品質を更に向上させることが可能となる。

図１０に示した例は、図８に示した例に比べて、加工送り方向Ｍに直交する方向の両端部におけるレーザ光Ｌのピーク位置Ｑの回数を多く配分した場合である。この場合、加工溝Ｋの幅方向の両端部における加工深さを中央部と比べて深く加工することができる。また、図示は省略するが、加工送り方向Ｍに直交する方向の中央部におけるレーザ光Ｌのピーク位置Ｑの回数を多く配分した場合には、加工溝Ｋの幅方向の中央部における加工深さを両端部と比べて深く加工することができる。

このように本実施形態のレーザ加工装置１０では、高速偏向手段６８によってレーザ光Ｌを高速偏向することにより、ワークＷの表面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことができる。これにより、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を能動的に制御することができ、１つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、任意の加工形状（目標加工形状）を得ることができる。

なお、このとき、高速偏向制御手段として機能する制御部３０は、液体ジェットＪ内のレーザ分布におけるレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが加工送り方向に直交する方向に走査されるように、高速偏向手段６８の偏向条件（偏向角度、偏向方向、及び偏向タイミング）を変化させる制御を行う。

図１１〜図１３は、高速偏向手段６８によって液体ジェットＪ内のレーザ光分布を２つの分布に切り替えながらレーザ加工を行ったときの加工結果を説明するための図である。なお、ここでは、シングルモードのレーザ光Ｌを用いたときの結果を示している。

図１１は、高速偏向手段６８による切替対象とした２つのレーザ光分布をレーザ光分布観察装置２６によって観察した結果を示した図である。また、図１２は、図１１に示した２つのレーザ光分布をそれぞれ加工送り方向に直交する方向（図１１の左右方向）へ射影した射影データを示したものである。なお、各図における（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ対応したものである。

図１３は、図１１及び図１２に示した２つのレーザ光分布を同じ割合（本例では１：１の使用比率）で交互に切り替えながら直線状の加工溝を形成したときに得られた加工溝の深さプロファイルを示したものである。ここでは、高速偏向手段６８によって２つのレーザ光分布を１５ｋＨｚで切り替えながら、ワークＷの加工送り方向（Ｘ方向）の移動速度（加工送り速度）を３０ｍｍ／ｓで搬送しながらレーザ加工を行ったときの結果を示している。これは、加工距離（加工送り方向のワークＷの移動距離）が２μｍ進む毎に液体ジェットＪ内のレーザ光分布を切り替えていることに相当するものであり、図１３に示すように、加工溝の加工深さは加工幅の幅方向に全体にわたって平均化された形状となる。

なお、液体ジェットＪ内のレーザ光分布の切替速度が遅い場合、加工送り方向に対して、液体ジェットＪ内のレーザ光分布の切り替えに伴う液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑが変化するときの切替痕が現われ、加工溝に凹凸のある形状が形成されてしまう。例えば、２つのレーザ光分布を交互に切り替えるとき、加工送り速度を５０ｍｍ／ｓとし、２つのレーザ光分布の切替速度を５００Ｈｚとする条件でレーザ加工が行われた場合には、１つのレーザ光分布あたりの加工距離は１００μｍとなるため（すなわち、加工距離が１００μｍ進む毎にレーザ光分布が切り替えられるため）、加工送り方向（加工溝の長手方向）に１００μｍ毎の凹凸が形成される。

これに対して、加工送り速度を５０ｍｍ／ｓとし、２つのレーザ光分布の切替速度を５０ｋＨｚとする条件でレーザ加工が行われた場合には、連続加工距離が１μｍとなり、加工溝の凹凸は判別できなくなる。

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置１０を用いたレーザ加工方法について図１４を参照して説明する。図１４は、本実施形態に係るレーザ加工装置１０を用いたレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。なお、特に断らない限り、各処理は制御部３０の制御により実行される。

（ステップＳ１０：目標加工形状設定工程）
まず、レーザ加工装置１０に予め登録された複数の加工形状の中から１つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部３０は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。なお、ユーザによる選択に代えて、レーザ加工装置１０が予め定められたデフォルト形状を目標加工形状として自動的に設定してもよい。なお、レーザ加工装置１０には、図１５に一例を示すように、複数の加工形状（Ｋ１〜Ｋ３）と、各加工形状にそれぞれ対応する複数のレーザ光分布（ＰＴ１〜ＰＴ９）と、各レーザ光分布の使用比率と、各レーザ光分布にそれぞれ対応する、高速偏向手段６８の偏向パターン（Ｃ１〜Ｃ９）との対応関係を示す参照テーブル（ルックアップテーブル）がメモリ（不図示）に記憶されている。また、同一の加工形状に対応する複数のレーザ光分布（例えば、レーザ光分布ＰＴ１、ＰＴ２）は、高速偏向手段６８の偏向パターン（偏向角度及び偏向方向）を変化させることによって実現可能なものとする。

（ステップＳ１２：レーザ光分布設定工程）
次に、制御部３０は、目標加工形状設定工程（ステップＳ１０）で設定された目標加工形状に対応したレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件（例えば、偏向部３６のミラー角度など）を設定する。なお、レーザ加工装置１０は、各加工形状に対応した装置各部の加工条件を内部値としてメモリ（不図示）に予め記憶しているものとする。

（ステップＳ１４：レーザ光分布取得工程）
次に、レーザ光分布観察装置２６によって液体ジェットＪ内のレーザ光分布を観察する。この際、レーザ光分布観察装置２６がレーザ光分布の観察位置（加工ヘッド４０に対向する位置）にない場合には、図示しない観察装置駆動機構により観察位置に移動する。また、レーザ光分布を観察する際、加工ヘッド４０からレーザ光分布観察装置２６に向かって照射されるレーザ光Ｌの強度が、レーザ光分布観察装置２６の観察可能範囲を超えている場合、ビーム形状整形手段３８によりレーザ光Ｌの強度を低くするように調整する。レーザ光分布観察装置２６によって観察された液体ジェットＪ内のレーザ光分布を示すレーザ光分布データは、制御部３０に対して出力される。なお、レーザ光分布観察装置２６による液体ジェットＪ内のレーザ光分布の観察は、目標加工形状に対応する全てのレーザ光分布についてそれぞれ行われる。

（ステップＳ１６：予想加工形状算出工程）
次に、制御部３０は、予想加工形状算出手段として機能し、レーザ光分布取得工程（ステップＳ１４）で観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド４０によりワークＷに加工を施した場合の予想加工形状を算出する。具体的には、レーザ光分布観察装置２６によって観察された各レーザ光分布を示すレーザ光分布データを、それぞれ、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データへと変換する。そして、各レーザ光分布の射影データのそれぞれに対し、各レーザ光分布の使用比率（図１５参照）を掛けたデータを足し合わせることで、予想加工形状を算出する。なお、制御部３０により算出された予想加工形状はモニタ６４に表示される。これにより、ユーザは、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。

ここで、予想加工形状の算出方法について、図１６〜図２３を参照して説明する。

図１６及び図１７は、予想加工形状の算出方法の第１例を示した図である。

図１６の（ａ）及び（ｂ）に示した２つのレーザ光分布１００Ａ、１００Ｂは、加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データをグラフとして示したものであり、横軸はレーザ光Ｌの分布横幅（加工送り方向に直交する方向）であり、縦軸はレーザ光Ｌの分布強度（レーザ光強度）である。

図１６の（ａ）に示したレーザ光分布１００Ａは分布横幅の一方側（図の左側）にレーザ光Ｌのピーク位置が偏っているのに対し、図１６の（ｂ）に示したレーザ光分布１００Ｂは分布横幅の他方側（図の右側）にレーザ光Ｌのピーク位置が偏っている。また、２つのレーザ光分布１００Ａ、１００Ｂのピーク強度は同じとなっている。

このようなレーザ光分布１００Ａ、１００Ｂを用いて、１つの加工パス内において１：１の使用比率でレーザ光分布１００Ａ、１００Ｂを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状２００Ａの算出結果を図１７に示す。図１７に示した予想加工形状２００Ａは、図１６の（ａ）及び（ｂ）に示した２つのレーザ光分布１００Ａ、１００Ｂのそれぞれに対し、１：１の使用比率を掛けたデータを足し合わせることで得ることができる。

図１８〜図２０は、予想加工形状の算出方法の第２例を示した図である。

図１８の（ａ）及び（ｂ）に示した２つのレーザ光分布１００Ｃ、１００Ｄは、図１６の（ａ）及び（ｂ）に示した２つのレーザ光分布１００Ａ、１００Ｂと同様な偏り形状となっているが、ピーク強度の比が１：２となっている点が異なっている。

このようなレーザ光分布１００Ｃ、１００Ｄを用いて、１つの加工パス内において１：１の使用比率でレーザ光分布１００Ｃ、１００Ｄを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状２００Ｂの算出結果を図１９に示す。この場合、２つのレーザ光分布１００Ｃ、１００Ｄのピーク強度が異なっているため、使用比率を１：１とした場合には、図１９に示すように、予想加工形状２００Ｂは、加工溝の底面が幅方向（図の左右方向）に均一とはならない。

また、１つの加工パス内において２：１の使用比率でレーザ光分布１００Ｃ、１００Ｄを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状２００Ｃの算出結果を図２０に示す。２つのレーザ光分布１００Ｃ、１００Ｄのピーク強度が異なる場合、ピーク強度が低い方のレーザ光分布１００Ｃの使用比率を増やすことにより、図２０に示した予想加工形状２００Ｃは、図１９に示した予想加工形状２００Ｂに比べて、加工溝の底面を幅方向にわたって均一なものとすることができる。

図２１〜図２３は、予想加工形状の算出方法の第３例を示した図である。

図２１の（ａ）〜（ｃ）に示した３つのレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇは、分布横幅の一方側（図の左側）、中央、他方側（図の右側）にそれぞれレーザ光Ｌのピーク位置が偏っている。また、３つのレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇのピーク強度は同じとなっている。

このようなレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇを用いて、１つの加工パス内において１：１：１の使用比率でレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状２００Ｄの算出結果を図２２に示す。図２２に示した予想加工形状２００Ｄは、上述したように、３つのレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇのそれぞれに対し、１：１：１の使用比率を掛けたデータを足し合わせることで得ることができる。

また、１つの加工パス内においてレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇの使用比率を２：１：２として、レーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇを切り替えながらレーザ加工を行った場合の予想加工形状２００Ｅの算出結果を図２３に示す。３つのレーザ光分布１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇのピーク強度が異なる場合、積算割合が高くなる中央のレーザ光分布１００Ｆの使用比率を少なくすることで、図２３に示した予想加工形状２００Ｅは、図２２に示した予想加工形状２００Ｄに比べて、加工溝の底面を幅方向にわたって均一なものとすることができる。

このように、複数のレーザ光分布のピーク強度が異なる場合でも、それらの使用比率を調整することにより、任意の加工形状を得ることができる。

また、１つの加工パス内において３つ以上のレーザ光分布を切り替えながらレーザ加工を行うとき、それぞれを任意の比率で振り分けることで、より細かい加工形状の調整が可能となる。

なお、ここでは説明を簡単にするため、各レーザ光分布の足し合わせがそのまま加工形状に反映されるものとして説明したが、一般的に加工レート（Ｒ）は照射フルーエンス（Ｆ）に対して比例ではなく、次式で表されることが知られている。

Ｒ＝Ｃ_１×ｌｎ（Ｆ／Ｃ_２）
なお、ｌｎは自然対数を示し、Ｃ_１及びＣ_２は定数を示している。

図２４は、照射フルーエンスと加工レートとの対応関係の一例を示した両対数グラフであり、横軸は照射フルーエンスの対数を表し、縦軸は加工レートの対数を表している。ここで、特に注意すべき点としては、図２４から分かるように、ワーク材質にはそれぞれ照射フルーエンスに閾値が存在する点である。レーザ光分布（光強度分布）の一部がその閾値以下の照射フルーエンスである場合、その部分は加工への寄与が無くなり、単純な足し合わせによる予想加工形状の算出結果とは差異が発生することに注意が必要である。

（ステップＳ１８：判定工程）
次に、制御部３０は、予想加工形状算出工程（ステップＳ１６）で算出した予想加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合には次のステップＳ２０に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップＳ２６に進む。

（ステップＳ２０：テスト加工工程）
次に、テスト加工用ワークを用いて、判定工程（ステップＳ１８）において両者の形状の差異を示す誤差が許容誤差囲内であると判定されたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。

（ステップＳ２２：加工形状測定工程）
次に、加工形状測定手段７２によって、テスト加工用ワークに形成された加工溝の加工形状を測定する。この際、加工形状測定手段７２の測定位置（加工形状測定手段７２に対向する位置）にテスト加工用ワークがない場合には、テスト加工用ワークを保持するワークテーブル１６を測定位置に移動する。加工形状測定手段７２によって測定された加工形状を示す加工形状データ（３次元形状データ）は、制御部３０に対して出力される。

（ステップＳ２４：加工形状比較工程）
次に、制御部３０は、加工形状測定工程（ステップＳ２２）で得られた加工形状データと目標加工形状データとを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であると判定された場合にはステップＳ２８に進む。一方、誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合にはステップＳ２６に進む。

（ステップＳ２６：レーザ光分布調整工程）
判定工程（ステップＳ１８）において、予想加工形状算出工程（ステップＳ１６）で算出された予想加工形状と目標加工形状との差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合、又は、加工形状比較工程（ステップＳ２４）において、加工形状測定工程（ステップＳ２２）で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部３０は、レーザ光分布調整手段として機能し、その誤差が小さくなるように、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を調整する。その後、ステップＳ１２に戻り、調整後のレーザ光分布が実現されるように、装置各部の加工条件を設定（変更）して、同様の処理を繰り返し行う。なお、レーザ光分布調整工程では、目標加工形状に対応するレーザ光分布が複数存在する場合には、各レーザ光分布の使用比率を変更することも含むものとする。

（ステップＳ２８：本加工工程）
加工形状比較工程（ステップＳ２４）において、加工形状測定工程（ステップＳ２２）で得られた加工形状データと目標加工形状データとの差異を示す誤差が許容誤差範囲内であると判断された場合には、制御部３０は、それまでに調整された加工条件で本加工工程を実施する。なお、本加工工程が行われる場合には、レーザ光分布観察装置２６は退避位置に移動する。

本加工工程では、制御部３０は、ワークテーブル１６の保持面１６ａに吸着保持されたワークＷと加工ヘッド４０とを加工送り方向（Ｘ方向）に相対的に移動させながら（移動工程の一例）、加工ヘッド４０の液体ジェット噴射ノズル４８からワークＷに向かって液体ジェットＪが噴射されるとともに、液体ジェットＪにより誘導されたレーザ光ＬがワークＷに照射される（レーザ光照射工程の一例）。これにより、膜剥がれやバリ等が発生することなく、ワークＷには所定深さの加工溝が分割予定ラインに沿って形成される。

また、このとき、制御部３０は、高速偏向手段６８によってレーザ光Ｌを高速偏向することにより、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行う（高速偏向工程及び高速偏向制御工程の一例）。これにより、１つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることができる。

１ラインの加工溝の形成が終了すると、ヘッドユニット２２が取り付けられたＹテーブルがＹ方向にインデックス送りされ、次のラインも同様に加工溝が形成される。

全てのＸ方向と平行な切断予定ラインに沿って加工溝が形成されると、θ回転テーブル３４が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全て加工溝が形成される。

以上のとおり、本実施形態によれば、高速偏向手段６８によってレーザ光Ｌを高速偏向することにより、ワークＷの表面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことができる。これにより、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を能動的に制御することができ、１つの加工パスにおいて繰り返し加工を行うことなく、目標加工形状を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、加工形状測定手段７２によって測定された加工形状（加工ヘッド４０から照射されたレーザ光によって実際に加工された加工形状）が目標加工形状に近づくように、ワークＷの表面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を自動的に調整するフィードバック制御が行われる。したがって、目標加工形状を得るために、レーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要がないので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らし、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。

また、本実施形態では、レーザ光分布観察装置２６によって観察したレーザ光分布に基づいて、加工ヘッド４０によりワークＷに加工を施した場合の予想加工形状を算出することができるので、加工後の予想加工形状を容易に把握することができる。また、予想加工形状が目標加工形状に近づくように、ワークＷの表面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を調整するフィードバック制御が行われるので、目標加工形状を短時間で効率良く得ることが可能となる。

なお、本実施形態において、レーザ光Ｌとしてパルスレーザを使用する場合には、高速偏向手段６８の切替速度（周波数）に対してパルスレーザの繰り返し周波数が十分に速いことが好ましい。

また、本実施形態では、高速偏向手段６８がレーザ光Ｌを高速偏向する角度範囲が、液体ジェットＪ内に入射可能な角度範囲（液体ジェット入射角度範囲）内に設定されているが、これに限らず、液体ジェット入射角度範囲よりも広く設定されていてもよい。この場合、高速偏向手段６８によってレーザ光Ｌを高速偏向する際、液体ジェットＪ内にレーザ光Ｌを入射させるパターン（レーザ光分布）だけでなく、液体ジェットＪ内にレーザ光Ｌを入射させないパターン（レーザ光分布）も含めることが可能となる。これにより、ワークＷに照射されるレーザ光Ｌの実質的な強度を下げることが可能となるので、より広範囲かつ精細に加工形状を制御することができるとともに、加工形状はそのままに、構造物の有無に応じて加工レート自体を制御することが可能となる。

また、本実施形態では、１つの加工パスにおいて液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行う場合について説明したが、１つの加工パスにおいてレーザ光分布を切り替えずに、レーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合を含んでいてもよい。

図２５は、１つの加工パスにおいて液体ジェットＪ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合（すなわち、１種類のレーザ光分布を使用する場合）についてのレーザ加工方法を説明するための概念図である。以下、図２５を参照しながら説明する。

まず、図２５の（ａ）に示すように、レーザ加工装置１０に予め設定された複数の加工形状（加工溝）の中から１つの加工形状がユーザにより選択されると、制御部３０は、選択された加工形状を目標加工形状として設定する。ここでは、図中破線で囲んだ部分である矩形状の加工溝を示す加工形状が目標加工形状として選択され設定されるものとする。

次に、図２５の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、制御部３０は、目標加工形状に対応したレーザ光分布（目標レーザ光分布）が実現されるように、装置各部の加工条件を設定する。なお、図２５の（ｂ）は、目標レーザ光分布を加工送り方向に直交する方向へ射影した射影データを示したものである。また、図２５の（ｃ）は、目標レーザ光分布の平面図であり、横軸は加工送り方向に直交する方向の位置を表し、縦軸は加工送り方向の位置を表している。また、図２５の（ｂ）において、図中の濃度が高い部分（暗い部分）はレーザ光強度が高い部分に相当し、図中の濃度が低い部分（明るい部分）はレーザ光強度が低い部分に相当する。後述する図２５の（ｇ）においても同様である。

次に、レーザ光分布観察装置２６によって液体ジェットＪ内のレーザ光分布を観察する。図２５の（ｄ）は、レーザ光分布観察装置２６によって観察されたレーザ光分布の射影データ（実測値）を示したものである。なお、図中破線は、図２５の（ｂ）に示した目標レーザ光分布の射影データ（目標値）である。

次に、制御部３０は、レーザ光分布観察装置２６によって観察されたレーザ光分布と目標レーザ光分布とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であるか否かを判定する。誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、その誤差が小さくなるように（すなわち、レーザ光分布観察装置２６によって観察されたレーザ光分布が目標レーザ光分布に近づくように）、制御部３０は、レーザ光分布を調整した後、誤差が許容範囲内と判定されるまで同様の処理を繰り返し行う。

一方、図２５の（ｄ）に示すように、レーザ光分布観察装置２６によって観察されたレーザ光分布が目標レーザ光分布に近似しており、両者の比較による誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合、その判定が行われたときの加工条件にてテスト加工用ワークに対してテスト加工を行う。

次に、加工形状測定手段７２によって、テスト加工用ワークに形成された加工形状（加工溝）を測定する。図２５の（ｅ）は、加工形状測定手段７２により測定された加工形状の測定結果の一例を示している。なお、図中実線は、加工形状測定手段７２により測定された加工形状（実測値）を示し、図中破線は、目標加工形状（測定値）を示したものである。

次に、制御部３０は、加工形状測定手段７２により測定された加工形状と目標加工形状とを比較して誤差を算出し、その誤差が予め設定した許容誤差範囲内であるか否かを判定する。誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合には、その判定が行われたときの加工条件で本加工工程を実施する。

一方、図２５の（ｅ）に示すように、加工形状測定手段７２により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が近似しておらず、両者の比較による誤差が許容誤差範囲内でないと判定された場合には、制御部３０は、加工形状測定手段７２により測定された加工形状と目標加工形状とを比較した結果に基づいて、両者の比較による誤差が大きい位置ほど誤差が小さい位置に比べてレーザ光強度が相対的に大きくなるように、目標レーザ光分布を調整する。調整後の目標レーザ光分布の一例を図２５の（ｆ）及び（ｇ）に示す。図２５の（ｅ）に示した場合では、図中左側の位置に比べて図中右側の位置における誤差が相対的に大きいので、図２５の（ｆ）及び（ｇ）に示すように、図中右側の位置におけるレーザ光強度の方が相対的に大きくなるように目標レーザ光分布を調整している。

このようにして制御部３０は、目標レーザ光分布を調整した後、加工形状測定手段７２により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が許容範囲内と判定されるまで同様の処理を繰り返し行う。

すなわち、図２５の（ｈ）に示すように、レーザ光分布観察装置２６によって観察されたレーザ光分布（実測値）が修正後の目標レーザ光分布（目標値）に近づくまで調整が行われた後、さらにテスト加工が行われ、図２５の（ｉ）に示すように、加工形状測定手段７２により測定された加工形状（実測値）が目標加工形状（測定値）に近づくまで調整が行われる。そして、加工形状測定手段７２により測定された加工形状と目標加工形状との誤差が許容誤差範囲内であると判定された場合には、その判定が行われたときの加工条件で本加工工程を実施する。

以上のとおり、１つの加工パスにおいて液体ジェットＪ内のレーザ光分布を一定にした状態でレーザ加工を行う場合においても、加工形状測定手段７２によって測定された加工形状が目標加工形状に近づくように、ワークＷの表面における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を自動的に調整するフィードバック制御が行われる。したがって、目標加工形状を得るために、レーザ光分布の調整や加工形状の評価を手動で数サイクル繰り返す必要がないので、目標加工形状を得るまでの判断や手間、時間を減らし、レーザ加工に要する時間短縮により作業工数の削減及び生産効率の向上を図ることが可能となるとともに、目標加工形状を精度良く得ることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。

図２６は、第２の実施形態に係るレーザ加工装置１０Ａの構成を示す概略図である。図２６中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図２６に示すように、第２の実施形態に係るレーザ加工装置１０Ａは、レーザ発振器１４と高速偏向手段６８との間に反射ミラー３７及び空間光位相変調器７０を備えている点が、第１の実施形態と異なっている。

反射ミラー３７は、レーザ発振器１４から出力されたレーザ光Ｌを空間光位相変調器７０に向けて反射する。

空間光位相変調器７０は、レーザ発振器１４から反射ミラー３７を介して入射したレーザ光Ｌの位相を調整（変調）する手段であり、その動作は制御部３０によって制御される。空間光位相変調器７０としては、例えば、ＬＣＯＳ−ＳＬＭ（Liquid Crystal on Silicon - Spatial Light Modulator）などを好ましく採用することができる。空間光位相変調器７０によって位相が調整されたレーザ光Ｌは、高速偏向手段６８に入射する。なお、空間光位相変調器７０の構成及び動作については公知であるため、ここでは具体的な説明を省略する。

図２７は、空間光位相変調器７０による位相調整の効果を説明するための図である。図２７は、集光レンズ４２によって集光されるレーザ光Ｌが液体ジェットＪに入射する様子を示しており、（ａ）は空間光位相変調器７０を設けない場合（位相調整なし）、（ｂ）は空間光位相変調器７０を設けた場合（位相調整あり）を示したものである。

図２７の（ａ）に示すように、集光レンズ４２により液体ジェットＪに入射するようにレーザ光Ｌを集光する際、レーザ光Ｌに収差が発生する場合がある。これに対し、本実施形態では、図２７の（ｂ）に示すように、空間光位相変調器７０によってレーザ光Ｌの位相を調整することにより、液体ジェットＪへの入射時のレーザ光Ｌの収差を補正することが可能となる。これにより、加工位置（ワークＷの表面）における液体ジェットＪ内のレーザ光分布を精度よく調整することができる。

このように第２の実施形態に係るレーザ加工装置１０Ａによれば、空間光位相変調器７０によってレーザ光Ｌの位相を調整することにより、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を調整し、加工形状をより詳細に調整することができる。

また、空間光位相変調器７０によってレーザ光Ｌの位相を調整することによって、レーザ光Ｌを複数のレーザ光に分岐させることも可能である。これにより、レーザ光Ｌを複数のレーザ光に分岐させたパターン（レーザ光分布）も含めて切り替えることが可能となり、任意の加工形状を詳細かつ効率的に形成することが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、上述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。

図２８は、第３の実施形態に係るレーザ加工装置１０Ｂの構成を示す概略図である。図２８中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図２８に示すように、第３の実施形態に係るレーザ加工装置１０Ｂは、加工ヘッド４０に隣接した位置にワーク表面状態測定手段７４を備えている点が、第１の実施形態と異なっている。

ワーク表面状態測定手段７４は、ワークＷの表面の状態を測定する手段である。ワーク表面状態測定手段７４としては、ワークＷの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものが好ましく、例えば、分光干渉レーザ変位計やナイフエッジ法を用いたセンサ、カメラなどを採用することができる。なお、ワーク表面状態測定手段７４としては、ワークＷの表面の状態（例えば、ワークＷの表面の高さや反射強度など）を測定することができるものであればよい。また、ワーク表面状態測定手段７４は、ワークＷの表面に接触しないで測定を行う非接触型のものに限らず、ワークＷの表面に接触してワークＷの表面の状態を測定するものであってもよい。

かかる構成によれば、ワーク表面状態測定手段７４によってワークＷの表面の状態を測定することにより、ワークＷの表面における切断予定ライン上の構造物（例えば、メタルパッド）の位置を検知することができる。このようにして検知された切断予定ライン上の構造物の位置はメモリ部（不図示）に記憶される。これにより、レーザ加工が行われる際、切断予定ライン上の構造物の有無に応じて加工条件を変化させることが可能となる。すなわち、構造物がある部分では構造物がない部分に比べてレーザ光Ｌの強度が高くなるように、液体ジェットＪ内のレーザ光分布を複数の分布に切り替えながらレーザ加工を行うことによって、切断予定ライン上に構造物が存在する場合（すなわち、同一の切断予定ラインで加工レートが一様でない場合）でも、加工深さを一様（幅方向にわたって均一な深さ）にすることが可能となる。すなわち、ワーク表面状態測定手段７４により測定した構造物の位置に応じて、ワークＷに照射される実質的なレーザ光Ｌの強度を変化させることで、加工溝などの加工形状全体の加工レートを均一に保つことが可能となる。

図２９及び図３０は、第３の実施形態の効果を説明するための図であり、ワークＷに切断予定ラインに沿って加工溝Ｋを形成する際、切断予定ライン上の構造物の有無によって互いに異なる材質（硬度）が存在する場合における照射光量（レーザ光強度）、加工レート、及び加工深さの関係の一例を示したものである。なお、ここでは、ワーク材質Ｇ１はワーク材質Ｇ２よりも硬度が高いものとする。また、図８に示したように、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑを加工送り方向Ｍに直交する方向に順次変化させながらレーザ加工を行った場合を示している。なお、ここでの硬度とは、使用する加工条件（レーザ光Ｌの波長など）に対する加工されにくさをいう。

図２９は、切断予定ライン上の構造物の有無にかかわらず加工条件を一定とした場合を示している。図２９の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ワークＷの表面に照射されるレーザ光Ｌの照射光量を加工送り方向Ｍに沿って一定とした場合、図２９の（ｃ）に示すように、ワーク材質Ｇ１とワーク材質Ｇ２との違いによって加工レートが変化する。そのため、図２９の（ｄ）に示すように、加工溝Ｋにおける加工深さは、ワーク材質Ｇ１とワーク材質Ｇ２とで互いに異なる深さとなり、全体で不均一な加工深さとなる。

図３０は、切断予定ライン上の構造物の有無に応じて加工条件を変化させた場合を示している。図３０の（ａ）及び（ｂ）に示すように、液体ジェットＪ内のレーザ光Ｌのピーク位置Ｑの加工送り方向の間隔をワーク材質Ｇ１に比べてワーク材質Ｇ２の方を大きくした場合、ワークＷの表面に照射されるレーザ光Ｌの照射光量はワーク材質Ｇ１よりもワーク材質Ｇ２の方が小さくなる。この場合、図３０の（ｃ）に示すように、加工レートはワーク材質Ｇ１よりもワーク材質Ｇ２の方が大きくなる。そのため、図３０の（ｄ）に示すように、加工溝Ｋにおける加工深さは、ワーク材質Ｇ１とワーク材質Ｇ２とで同じ深さとなり、全体で均一な加工深さとなる。なお、ワークＷの表面に照射されるレーザ光Ｌの照射光量は、ワーク表面状態測定手段７４によって測定されたワークＷの表面の状態に応じて調整されることが好ましい。

このように第３の実施形態に係るレーザ加工装置１０Ｂによれば、ワーク表面状態測定手段７４により測定した構造物の位置に応じて、ワークＷに照射される実質的なレーザ光Ｌの強度を変化させることで、所望の加工形状を得ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…レーザ加工装置、１２…レーザ電源、１４…レーザ発振器、１６…ワークテーブル、１６ａ…保持面、１８…ワークテーブル移動部、２０…液体供給手段、２２…ヘッドユニット、２６…レーザ光分布観察装置、３０…制御部、３２…Ｘテーブル、３４…θ回転テーブル、３６…偏向部、３７…反射ミラー、３８…ビーム形状整形手段、４０…加工ヘッド、４２…集光レンズ、４４…ヘッド本体、４６…液体チャンバ、４８…液体ジェット噴射ノズル、５０…窓部、５２…遮蔽板、５４…液体除去手段、５６…結像レンズ、５８…光検出器、６０…本体部、６４…モニタ、６８…高速偏向手段、７０…空間光位相変調器、７２…加工形状測定手段、７４…ワーク表面状態測定手段、Ｌ…レーザ光、Ｊ…液体ジェット

Claims (8)

1. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザ光を液体ジェットで誘導しながら被加工物に照射する加工ヘッドと、
   前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、
   前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察手段と、
   前記レーザ光分布観察手段が観察した前記レーザ光分布に基づいて、前記加工ヘッドにより前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出手段と、
   を備えるレーザ加工装置。
2. 前記レーザ発振器から前記加工ヘッドに向かう途中で前記レーザ光を高速偏向する高速偏向手段と、
   前記移動手段により前記加工ヘッドと前記被加工物とを相対的に移動させつつ前記加工ヘッドから前記被加工物に前記レーザ光を照射する際に、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させることにより、前記レーザ光分布を複数の分布に切り替える高速偏向制御手段と、を備え、
   前記予想加工形状算出手段は、前記レーザ光分布観察手段が観察した前記レーザ光の前記複数の分布に基づき、前記高速偏向制御手段により前記レーザ光分布を前記複数の分布に切り替えながら前記加工ヘッドにより前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記加工ヘッドに向けて偏向する低速偏向手段を備え、
   前記高速偏向手段は、前記低速偏向手段よりも高速偏向かつ狭い範囲の偏向を行う、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記高速偏向手段は音響光学偏向素子である、
   請求項２又は３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記高速偏向制御手段は、前記レーザ光分布における前記レーザ光のピーク位置が前記加工ヘッドと前記被加工物との相対的な移動方向に直交する方向に走査されるように、前記高速偏向手段の偏向条件を変化させる、
   請求項２から４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記予想加工形状算出手段が算出した予想加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記レーザ光分布を調整するレーザ光分布調整手段を備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記加工ヘッドによって形成された加工形状を測定する加工形状測定手段を備え、
   前記レーザ光分布調整手段は、前記加工形状測定手段が測定した前記加工形状と前記被加工物の目標加工形状との比較に基づいて、前記レーザ光分布を調整する、
   請求項６に記載のレーザ加工装置。
8. 液体ジェットで誘導されたレーザ光を被加工物に照射するレーザ光照射工程と、
   前記液体ジェットと前記被加工物とを相対的に移動させる移動工程と、
   前記被加工物のレーザ光照射面における前記液体ジェット内のレーザ光分布を観察するレーザ光分布観察工程と、
   前記レーザ光分布観察工程で観察した前記レーザ光分布に基づいて、前記レーザ光により前記被加工物に加工を施した場合の予想加工形状を算出する予想加工形状算出工程と、
   を備えるレーザ加工方法。