JP2020145336A - ノズルの位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工によって生じる加工屑の被加工物への付着の抑制を可能とするノズルの位置合わせ方法を提供する。【解決手段】レーザー加工装置に備えられ、開口部からレーザービームを照射するとともに気体を噴射するノズルの位置合わせ方法であって、貫通孔を備え上面側がノズルの開口部と対向するよう配置された位置調整部材と、位置調整部材の下面側に貫通孔の下端側を覆うように設けられた被覆部材と、被覆部材に覆われた空間の貫通孔と重畳する位置に設けられた受光素子と、被覆部材に覆われた空間に設けられた圧力センサと、を備えたノズル位置調整ユニットを、ノズルの下方に配置するステップと、受光素子の受光量に基づいて、レーザービームの中心軸の位置を貫通孔の中心位置に合わせるステップと、被覆部材に覆われた空間の圧力に基づいて、ノズルの開口部の中心位置を貫通孔の中心位置に合わせるステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー加工装置に備えられ、レーザービームを照射するとともに気体を噴射するノズルの位置合わせ方法に関する。

デバイスチップの製造工程においては、分割予定ライン（ストリート）によって区画された複数の領域にそれぞれＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等でなるデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが製造される。

ウェーハの分割には、例えば、ウェーハを保持するチャックテーブルと、ウェーハを切削する円環状の切削ブレードが装着される切削ユニットとを備える切削装置が用いられる。切削ブレードを回転させ、チャックテーブルによって保持されたウェーハに切り込ませることにより、ウェーハを切断して複数のデバイスチップに分割できる。

また、近年では、レーザー加工によってウェーハを分割する手法も提案されている。例えば特許文献１には、ウェーハの分割予定ラインに沿ってパルス発振のレーザービームを照射して溝を形成した後、ウェーハに外力を付与することにより、ウェーハを溝に沿って分割する手法が開示されている。

ウェーハにレーザー加工を施すと、ウェーハのレーザービームが照射された領域（加工領域）で加工屑（デブリ）が発生する。例えば、レーザービームの照射によってウェーハが加熱されて溶融すると、加工領域で溶融物が発生し、この溶融物が飛散してウェーハに付着することがある。このような加工屑がウェーハに付着して残留すると、ウェーハの分割によって得られるデバイスチップの品質が低下する恐れがある。

そこで、ウェーハを加工する際、ウェーハに向かってレーザービームを照射するとともに、加工領域に向かって気体を吹き付ける手法が提案されている。例えば特許文献２には、ノズルから気体（アシストガス）を噴射し、レーザー加工によって発生した溶融物（ドロス）を吹き飛ばして除去するレーザー加工装置が開示されている。この気体の噴射により、溶融物のウェーハへの付着が抑制される。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開平１１−２５４１６９号公報

上記のように、ノズルから気体を噴射させながらウェーハをレーザービームによって加工する場合、ノズルは、気体が加工領域に正確に吹き付けられるように、所定の位置に固定される。具体的には、ウェーハに照射されるレーザービームの中心軸と、気体を噴射するノズルの開口部の中心とが重畳するように、ノズルが装着される。

しかしながら、レーザービームの中心軸の位置は、レーザービームの照射条件や外部環境の変化等によって僅かに変動することがある。この場合、レーザービームの中心軸の位置とノズルの開口部の中心の位置とがずれ、気体がウェーハの加工領域からずれた位置に吹き付けられる。これにより、加工屑が飛散しにくくなったり、加工屑が加工領域の片側に偏って飛散したりする等の不都合が生じ、加工屑のウェーハへの付着が抑制されにくくなる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、レーザー加工によって生じる加工屑の被加工物への付着の抑制を可能とするノズルの位置合わせ方法の提供を目的とする。

本発明の一態様によれば、被加工物にレーザービームを照射して該被加工物を加工するレーザー加工装置に備えられ、開口部から該レーザービームを照射するとともに気体を噴射するノズルの位置合わせ方法であって、貫通孔を備え上面側が該ノズルの開口部と対向するよう配置された位置調整部材と、該位置調整部材の下面側に該貫通孔の下端側を覆うように設けられた被覆部材と、該被覆部材に覆われた空間の該貫通孔と重畳する位置に設けられた受光素子と、該被覆部材に覆われた空間に設けられた圧力センサと、を備えたノズル位置調整ユニットを、該ノズルの下方に配置する配置ステップと、該配置ステップの後、該貫通孔を通過する経路に沿って該レーザービームを該ノズルの開口部から該位置調整部材に照射しつつ、該受光素子の受光量を測定する受光量測定ステップと、該受光素子の受光量に基づいて、該レーザービームの中心軸の位置を該貫通孔の中心位置に合わせるレーザービーム位置合わせステップと、該レーザービーム位置合わせステップの後、該貫通孔を通過する経路に沿って該気体を該ノズルの開口部から該位置調整部材に噴射しつつ、該被覆部材に覆われた空間の圧力を該圧力センサで測定する圧力測定ステップと、該被覆部材に覆われた空間の圧力に基づいて、該ノズルの開口部の中心位置を該貫通孔の中心位置に合わせるノズル位置合わせステップと、を含むノズルの位置合わせ方法が提供される。

なお、好ましくは、該ノズル位置調整ユニットは、該被加工物を保持するチャックテーブルに備えられている。また、好ましくは、該ノズル位置調整ユニットは、該被加工物を保持するチャックテーブル上、又は、該チャックテーブルに隣接する位置に設けられているである。

本発明の一態様に係るノズルの位置合わせ方法では、まず、レーザービームの中心軸の位置を位置調整部材に形成された貫通孔の中心位置に合わせ、その後、ノズルの開口部の中心位置を位置調整部材に形成された貫通孔の中心位置に合わせる。これにより、レーザービームの中心軸とノズルの開口部の中心との位置合わせがなされ、被加工物のレーザービームが照射された領域（加工領域）に気体が適切に噴射される。その結果、加工領域で発生した加工屑が適切に除去され、加工屑の被加工物への付着が抑制される。

レーザー加工装置を示す斜視図である。 レーザー照射ユニット及びノズルを示す断面図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、受光量測定ステップにおけるレーザー照射ユニット、ノズル及びノズル位置調整ユニットを示す斜視図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、受光量測定ステップにおけるレーザー照射ユニット、ノズル及びノズル位置調整ユニットを示す断面図である。 位置調整部材の位置と受光素子の受光量との関係を示すグラフである。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、圧力測定ステップにおけるノズル及びノズル位置調整ユニットを示す断面図である。 ノズルの位置と被覆部材に覆われた空間の圧力との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。まず、本実施形態で用いることが可能なレーザー加工装置の構成例について説明する。

図１は、レーザー加工装置２を示す斜視図である。レーザー加工装置２は、レーザー加工装置２を構成する各構成要素を支持する基台４を備える。基台４の表面（上面）４ａは、Ｘ軸方向（第１水平方向）及びＹ軸方向（第２水平方向）と概ね平行に形成されている。また、基台４の後方には、直方体状の支持構造６がＺ軸方向（鉛直方向、上下方向）に沿って配置されている。

基台４の表面４ａ上には、移動機構（移動ユニット）８が設けられている。移動機構８は、Ｙ軸方向と概ね平行に配置された一対のＹ軸ガイドレール１０を備える。一対のＹ軸ガイドレール１０には、Ｙ軸移動テーブル１２がスライド可能に取り付けられている。

Ｙ軸移動テーブル１２の裏面（下面）側には、ナット部（不図示）が設けられている。このナット部には、一対のＹ軸ガイドレール１０と概ね平行に配置されたＹ軸ボールねじ１４が螺合されている。また、Ｙ軸ボールねじ１４の一端部には、Ｙ軸パルスモータ１６が連結されている。Ｙ軸パルスモータ１６でＹ軸ボールねじ１４を回転させると、Ｙ軸移動テーブル１２が一対のＹ軸ガイドレール１０に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル１２の表面（上面）側には、Ｘ軸方向と概ね平行に配置された一対のＸ軸ガイドレール１８が設けられている。一対のＸ軸ガイドレール１８には、Ｘ軸移動テーブル２０がスライド可能に取り付けられている。

Ｘ軸移動テーブル２０の裏面（下面）側には、ナット部（不図示）が設けられている。このナット部には、一対のＸ軸ガイドレール１８と概ね平行に配置されたＸ軸ボールねじ２２が螺合されている。また、Ｘ軸ボールねじ２２の一端部には、Ｘ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｘ軸パルスモータ２４でＸ軸ボールねじ２２を回転させると、Ｘ軸移動テーブル２０が一対のＸ軸ガイドレール１８に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル２０の表面（上面）側には、円柱状のテーブルベース２６が設けられている。このテーブルベース２６の上部には、レーザー加工装置２によって加工される被加工物を保持するチャックテーブル（保持テーブル）２８が配置されている。

移動機構８は、チャックテーブル２８を水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って移動させる。具体的には、移動機構８でＸ軸移動テーブル２０をＸ軸方向に移動させると、テーブルベース２６及びチャックテーブル２８がＸ軸方向に移動する。また、移動機構８でＹ軸移動テーブル１２をＹ軸方向に移動させると、テーブルベース２６及びチャックテーブル２８がＹ軸方向に移動する。

なお、移動機構８には、Ｙ軸移動テーブル１２のＹ軸方向における位置を検出するＹ軸検出ユニット（不図示）と、Ｘ軸移動テーブル２０のＸ軸方向における位置を検出するＸ軸検出ユニット（不図示）とが設けられている。Ｙ軸検出ユニット及びＸ軸検出ユニットによる検出の結果に基づいて、チャックテーブル２８の水平方向における位置が特定される。

また、テーブルベース２６は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されている。この回転駆動源でテーブルベース２６を回転させると、チャックテーブル２８がＺ軸方向に概ね平行な回転軸の周りを回転する。

チャックテーブル２８の上面は、被加工物を保持する保持面２８ａを構成する。この保持面２８ａは、チャックテーブル２８の内部に形成された吸引路（不図示）を介して吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル２８の保持面２８ａ上に被加工物を配置した状態で、保持面２８ａに吸引源の負圧を作用させることにより、被加工物がチャックテーブル２８によって吸引保持される。

なお、チャックテーブル２８によって保持される被加工物の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。被加工物の例としては、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等でなる複数のデバイスが形成された円盤状のシリコンウェーハ等が挙げられる。また、被加工物は、シリコン以外の半導体（ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、ＧａＮ等）、サファイア、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる円盤状又は平面視で矩形状のウェーハ等であってもよい。

基台４の後方に配置された支持構造６は、前方に向かって突出する支持アーム６ａを備える。この支持アーム６ａの先端部には、チャックテーブル２８によって保持された被加工物を加工するためのレーザービームを照射するレーザー照射ユニット３０が配置されている。なお、レーザー照射ユニット３０に隣接する位置には、チャックテーブル２８によって保持された被加工物を撮像する撮像ユニット（カメラ）が設置されていてもよい。

例えばレーザー照射ユニット３０は、希土類元素（Ｙｂ、Ｅｒ、Ｎｄ等）が添加された光ファイバーをレーザー媒質として用いたレーザー発振器（不図示）と、レーザー発振器からパルス発振されたレーザービームを集光する集光器（不図示）とを備える。集光器は、レーザー発振器から発振されたレーザービームを、チャックテーブル２８によって保持された被加工物の所定の位置に集光させる。

なお、レーザー発振器から発振されるレーザービームの波長に制限はなく、レーザー加工の目的に応じて適宜設定される。例えば、被加工物にアブレーション加工を施す場合には、レーザービームの少なくとも一部が被加工物に吸収されるように、レーザービームの波長が設定される。これにより、被加工物に対して吸収性を有するレーザービームが被加工物に照射される。

また、レーザー照射ユニット３０の構成は、上記のようなファイバーレーザーに限定されない。例えばレーザー照射ユニット３０には、レーザービームをパルス発振するＮｄ：ＹＡＧ等のレーザー媒質を備えたレーザー発振器が設けられていてもよい。

レーザー照射ユニット３０の下端側には、ノズル３２が装着されている。レーザー照射ユニット３０が備えるレーザー発振器から発振されたレーザービームは、集光器及びノズル３２を介して、チャックテーブル２８によって保持された被加工物に照射される。

また、ノズル３２は、気体供給管３４を介して気体供給源（不図示）と接続されている。気体供給源は、エアー、酸素ガス（Ｏ_２）、窒素ガス（Ｎ_２）等の気体を、気体供給管３４を介してノズル３２に所定の流量で供給する。気体供給源からノズル３２に供給された気体は、ノズル３２からチャックテーブル２８によって保持された被加工物に向かって、所定の圧力で噴射される。

また、レーザー加工装置２は、レーザー加工装置２を構成する各構成要素の動作を制御する制御部３６を備える。移動機構８、テーブルベース２６に接続された回転駆動源、レーザー照射ユニット３０等はそれぞれ、制御部３６に接続されている。また、制御部３６は、各構成要素を制御するための情報や、各構成要素から入力される情報を記憶する記憶部（メモリ）３８を備える。

レーザー照射ユニット３０からノズル３２を介してレーザービームを照射しながらチャックテーブル２８を移動させることにより、被加工物が加工される。このときのチャックテーブル２８の移動方向は、加工の目的に応じて適宜設定される。例えば、被加工物をＸ軸方向又はＹ軸方向に沿って移動させることにより、被加工物がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿って線状に加工される。また、チャックテーブル２８を回転させることにより、被加工物がチャックテーブル２８の回転方向に沿って環状に加工される。

被加工物をレーザービームで加工すると、被加工物のレーザービームが照射された領域（加工領域）で加工屑（デブリ）が発生する。例えば、レーザービームの照射によって被加工物が加熱されて溶融すると、加工領域で溶融物が発生し、この溶融物が飛散して被加工物に付着することがある。このような加工屑が被加工物に付着して残留すると、被加工物の加工によって得られる部品（例えばデバイスチップ）等の品質が低下する恐れがある。

ここで、レーザー加工装置２では、被加工物にレーザー加工が施される際、ノズル３２から被加工物に向かって気体が噴射される。これにより、加工領域で発生した加工屑が吹き飛ばされ、加工屑の被加工物への付着が抑制される。

図２は、レーザー照射ユニット３０及びノズル３２を示す断面図である。レーザー照射ユニット３０は、光ファイバー５０と接続された中空の円筒状の筐体５２を備える。筐体５２の内部には、光ファイバー５０から発振されたレーザービーム４０を集光させるためのコリメートレンズ５６及び集光レンズ５８を備えた、集光器５４が設けられている。

筐体５２の側面には、筐体５２の外周面から内周面まで貫通する複数の貫通孔が形成されている。具体的には、筐体５２は、筐体５２の中心軸を挟むようにＸ軸方向に沿って互いに対向する位置に形成された一対の第１貫通孔５２ａ，５２ｂと、筐体５２の中心軸を挟むようにＹ軸方向に沿って互いに対向する位置に形成された一対の第２貫通孔（不図示）とを備える。

筐体５２の下端側には、ノズル３２が固定されている。ノズル３２は、上端側から下端側に向かって径が小さくなる中空の円錐台状に形成されている。ノズル３２の上端側は、筐体５２の内部の下端側に挿入されており、筐体５２に形成された複数の貫通孔（第１貫通孔５２ａ，５２ｂ及び第２貫通孔）に隣接して配置される。また、ノズル３２の下端部には円形の開口部３２ａが形成されている。なお、開口部３２ａの大きさに制限はなく、例えば直径０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。

ノズル３２には、ノズル３２の水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）における位置を制御するノズル移動機構（ノズル移動ユニット）６０が接続されている。このノズル移動機構６０により、ノズル３２のレーザー照射ユニット３０に対する水平方向の位置が制御される。

例えばノズル移動機構６０は、ノズル３２の水平方向における位置を調節するための複数の調節ねじを備える。複数の調節ねじはそれぞれ、筐体５２に形成された貫通孔に、筐体５２の外側から内側に向かって挿入される。具体的には、一対の第１貫通孔５２ａ，５２ｂにはそれぞれ一対の第１調節ねじ６０ａ，６０ｂが挿入され、一対の第２貫通孔（不図示）にはそれぞれ一対の第２調節ねじ（不図示）が挿入される。

また、ノズル３２の上端側の側面には、調節ねじの先端と接触する複数の平面状の接触部が形成されている。具体的には、ノズル３２は、一対の第１調節ねじ６０ａ，６０ｂの先端と接触する一対の第１接触部３２ｂ，３２ｃと、一対の第２調節ねじ（不図示）の先端と接触する一対の第２接触部（不図示）とを備える。

一対の第１調節ねじ６０ａ，６０ｂの筐体５２へのねじ込み量を制御することにより、ノズル３２のレーザー照射ユニット３０に対するＸ軸方向における位置が制御される。また、一対の第２調節ねじ（不図示）の筐体５２へのねじ込み量を制御することにより、ノズル３２のレーザー照射ユニット３０に対するＹ軸方向における位置が制御される。なお、第１調節ねじ６０ａ，６０ｂ及び第２調節ねじによるノズル３２の位置の調整の詳細については後述する。

ノズル３２の側面には、ノズル３２の外部と内部とを連通させる気体供給孔３２ｄが形成されている。この気体供給孔３２ｄには、気体供給管３４（図１参照）が接続される。気体供給源（不図示）から気体供給管３４及び気体供給孔３２ｄを介して、ノズル３２の内部に気体４２が所定の流量で供給される。

レーザー照射ユニット３０で発振されたレーザービーム４０は、ノズル３２を介して下方に照射される。また、気体供給孔３２ｄに供給された気体４２は、ノズル３２を介して下方に所定の圧力で噴射される。すなわち、ノズル３２は、開口部３２ａからレーザービーム４０を照射するとともに気体４２を噴射する。

被加工物を加工する際は、まず、被加工物を保持したチャックテーブル２８（図１参照）をノズル３２の下方に移動させる。そして、ノズル３２の開口部３２ａから被加工物に向かってレーザービーム４０を照射して被加工物を加工するとともに、ノズル３２の開口部３２ａから気体４２を噴射して加工領域で発生した加工屑を吹き飛ばす。これにより、加工屑の被加工物への付着が抑制される。

上記のように、ノズル３２から気体４２を噴射させながら被加工物をレーザービーム４０によって加工する場合、ノズル３２は、気体４２が加工領域に正確に吹き付けられるように、所定の位置に固定される。具体的には、被加工物に照射されるレーザービーム４０の中心軸と、気体４２を噴射するノズル３２の開口部３２ａの中心とが重畳するように、ノズル３２が装着される。なお、レーザービーム４０の中心軸は、レーザービーム４０を発振するレーザー照射ユニット３０の光軸に相当する。

しかしながら、レーザービーム４０の中心軸の位置は、レーザービーム４０の照射条件や外部環境の変化によって僅かに変動することがある。この場合、レーザービーム４０の中心軸の位置とノズル３２の開口部３２ａの中心の位置とがずれ、気体４２が被加工物の加工領域からずれた位置に吹き付けられる。これにより、加工屑が飛散しにくくなったり、加工屑が加工領域の片側に偏って飛散したりする等の不都合が生じ、加工屑の被加工物への付着が抑制されにくくなる。

そこで、本実施形態では、レーザー照射ユニット３０に固定されたノズル３２の水平方向における位置を制御することにより、レーザービーム４０の中心軸とノズル３２の開口部３２ａの中心との位置合わせを行う。これにより、気体４２を加工領域に沿って正確に噴射することが可能となり、加工屑が適切に除去される。以下、本実施形態に係るノズルの位置合わせ方法の詳細を説明する。

ノズル３２の位置合わせには、図２に示すようなノズル位置調整ユニット７０が用いられる。ノズル位置調整ユニット７０は、例えば平面視で矩形状に形成された板状の位置調整部材７２を備える。位置調整部材７２は上面（表面）７２ａ及び下面（裏面）７２ｂを備え、位置調整部材７２の中央部には、位置調整部材７２を上面７２ａから下面７２ｂまで貫通する貫通孔７２ｃが形成されている。位置調整部材７２は、上面７２ａ側がノズル３２の開口部３２ａと対向するように配置される。

なお、位置調整部材７２の材質、形状等に制限はない。ただし、位置調整部材７２は、レーザービーム４０に対して透過性が低く、且つ、レーザービーム４０の照射によって容易に加工されにくい材質でなることが好ましい。例えば、位置調整部材７２は鉄やステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属を用いて形成される。また、貫通孔７２ｃは、例えば直径がノズル３２の開口部３２ａの直径よりも小さい円柱状に形成される。貫通孔７２ｃの直径は、例えば０．５ｍｍ未満に設定される。

位置調整部材７２の下面７２ｂ側には、貫通孔７２ｃの下端側を覆う被覆部材７４が設けられている。被覆部材７４は、例えば直方体状の箱型に形成されており、被覆部材７４の上面側は上方に向かって開口している。また、被覆部材７４の内側には、被覆部材７４によって覆われた直方体状の空間７６が形成されている。被覆部材７４は、その上面側が位置調整部材７２の下面７２ｂ側と接触し、且つ、貫通孔７２ｃの下端側が被覆部材７４によって覆われるように、位置調整部材７２に固定される。

被覆部材７４に覆われた空間７６のうち貫通孔７２ｃと重畳する位置には、受光素子７８が設けられている。受光素子７８は、ノズル３２の開口部３２ａから照射されたレーザービーム４０を検知し、受光量を電気信号に変換する。また、被覆部材７４に覆われた空間７６には、空間７６の圧力を測定するための圧力センサ８０が設けられている。例えば、圧力センサ８０は図２に示すように、貫通孔７２ｃと重畳しない位置に設けられる。

ノズル位置調整ユニット７０は、例えばチャックテーブル２８（図１参照）に備えられる。この場合、位置調整部材７２の上面７２ａは、チャックテーブル２８の保持面２８ａ（図１参照）を構成してもよい。ノズル位置調整ユニット７０の水平方向における位置は、移動機構８（図１参照）によって制御される。

なお、ノズル位置調整ユニット７０が設けられる位置に制限はない。例えばノズル位置調整ユニット７０は、チャックテーブル２８の保持面２８ａ上に配置されてもよいし、Ｘ軸移動テーブル２０（図１参照）上のチャックテーブル２８に隣接する領域に配置されていてもよい。

本実施形態に係るノズルの位置合わせ方法では、ノズル位置調整ユニット７０を用いて、レーザー照射ユニット３０とノズル３２との位置関係を調整する。具体的には、レーザー照射ユニット３０から照射されるレーザービーム４０の中心軸と、ノズル３２の開口部３２ａの中心との、水平方向における位置を一致させる。

ノズル３２の位置合わせを行う際は、まず、ノズル位置調整ユニット７０をノズル３２の下方に配置する（配置ステップ）。具体的には、移動機構８（図１参照）によってノズル位置調整ユニット７０の水平方向における位置を調整し、ノズル３２の開口部３２ａを位置調整部材７２と重畳させる（図３（Ａ）参照）。

次に、貫通孔７２ｃを通過する経路に沿ってレーザービーム４０をノズル３２から位置調整部材７２に照射しつつ、受光素子７８の受光量を測定する（受光量測定ステップ）。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、受光量測定ステップにおけるレーザー照射ユニット３０、ノズル３２及びノズル位置調整ユニット７０を示す斜視図である。

受光量測定ステップでは、例えば図３（Ａ）に示す直線状の第１経路８２ａ及び第２経路８２ｂに沿って、レーザービーム４０が位置調整部材７２に照射される。第１経路８２ａ及び第２経路８２ｂは、位置調整部材７２の上面７２ａに沿って、水平方向に対して概ね平行に設定されている。なお、第１経路８２ａは貫通孔７２ｃを通過するようにＸ軸方向に沿って設定されており、第２経路８２ｂは貫通孔７２ｃを通過するようにＹ軸方向に沿って設定されている。

まず、ノズル３２の開口部３２ａと第１経路８２ａの一端側とが重畳するように、位置調整部材７２の位置を移動機構８（図１参照）によって調節する。そして、ノズル３２の開口部３２ａから位置調整部材７２にレーザービーム４０を照射しながら、位置調整部材７２をＸ軸方向に沿って移動させる。これにより、レーザー照射ユニット３０及びノズル３２と、位置調整部材７２とが相対的に移動し、レーザービーム４０が第１経路８２ａに沿って線状に照射される。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、受光量測定ステップにおけるレーザー照射ユニット３０、ノズル３２及びノズル位置調整ユニット７０を示す断面図である。レーザービーム４０は、位置調整部材７２の貫通孔７２ｃを通過する経路に沿って照射される。

ノズル３２の開口部３２ａが貫通孔７２ｃの上方に配置されると、レーザービーム４０は貫通孔７２ｃを介して受光素子７８に到達する。ここで、レーザービーム４０の中心軸が貫通孔７２ｃの直上に近づくほど、レーザービーム４０が受光素子７８に照射されやすくなり、受光素子７８の受光量が大きくなる。また、レーザービーム４０の中心軸と貫通孔７２ｃの中心との水平方向における位置が一致したとき（レーザービーム４０の中心軸と貫通孔７２ｃの中心とが重畳したとき）に、受光素子７８の受光量が最大になる。

受光量測定ステップでは、位置調整部材７２の位置ごとに受光素子７８の受光量が測定される。上記のようにレーザービーム４０が第１経路８２ａに沿って照射される場合は、位置調整部材７２のＸ軸方向における位置ごとに、受光素子７８の受光量が測定される。なお、位置調整部材７２のＸ軸方向における位置は、例えば、移動機構８（図１参照）が備えるＸ軸検出ユニット（不図示）を用いて検出される。そして、測定された受光素子７８の受光量は、位置調整部材７２の位置と対応付けられた状態で、制御部３６（図１参照）が備える記憶部３８に記憶される。

図５は、位置調整部材７２の位置と受光素子７８の受光量との関係を示すグラフである。受光素子７８の受光量が最大値（ピーク値）をとるときの位置調整部材７２のＸ軸方向における位置が、レーザービーム４０の中心軸が貫通孔７２ｃの中心に最も近づいたときの位置調整部材７２のＸ軸方向における位置ｘ_１に相当する。

次に、ノズル３２の開口部３２ａと第２経路８２ｂ（図３（Ａ）参照）の一端側とが重畳するように、位置調整部材７２の位置を移動機構８（図１参照）によって調節する。そして、ノズル３２の開口部３２ａから位置調整部材７２にレーザービーム４０を照射しながら、位置調整部材７２をＹ軸方向に沿って移動させる。これにより、レーザー照射ユニット３０及びノズル３２と、位置調整部材７２とが相対的に移動し、レーザービーム４０が第２経路８２ｂに沿って線状に照射される。

レーザービーム４０が第２経路８２ｂに沿って照射される際には、位置調整部材７２のＹ軸方向位置ごとに、受光素子７８の受光量が測定される。なお、位置調整部材７２のＹ軸方向における位置は、例えば、移動機構８（図１参照）が備えるＹ軸検出ユニット（不図示）を用いて検出される。

測定された受光素子７８の受光量は、位置調整部材７２の位置と対応付けられた状態で、制御部３６（図１参照）が備える記憶部３８に記憶される。そして、受光素子７８の受光量が最大値（ピーク値）をとるときの位置調整部材７２のＹ軸方向における位置が、レーザービーム４０の中心軸が貫通孔７２ｃの中心に最も近づいたときの位置調整部材７２のＹ軸方向における位置ｙ_１に相当する。

次に、受光量測定ステップで測定された受光量に基づいて、レーザービーム４０の中心軸の位置を貫通孔７２ｃの中心位置に合わせる（レーザービーム位置合わせステップ）。レーザービーム位置合わせステップでは、受光量測定ステップで特定された位置ｘ_１及び位置ｙ_１に基づいて、レーザービーム４０の中心軸と貫通孔７２ｃの中心とが重畳するように、位置調整部材７２の位置を調節する。具体的には、位置調整部材７２のＸ軸方向における位置を位置ｘ_１に合わせ、位置調整部材７２のＹ軸方向における位置を位置ｙ_１に合わせる。

位置ｘ_１、位置ｙ_１はそれぞれ、レーザービーム４０の中心軸と貫通孔７２ｃの中心とが重畳する際の位置調整部材７２のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置に対応する。そのため、位置調整部材７２の座標を位置ｘ_１及び位置ｙ_１に合わせると、レーザービーム４０の中心軸と貫通孔７２ｃの中心との水平方向における位置が一致した状態となる。

次に、貫通孔７２ｃを通過する経路に沿って気体４２をノズル３２から位置調整部材７２に噴射しつつ、被覆部材７４に覆われた空間７６の圧力を圧力センサ８０で測定する（圧力測定ステップ）。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、圧力測定ステップにおけるノズル３２及びノズル位置調整ユニット７０を示す断面図である。圧力測定ステップは、位置調整部材７２がレーザービーム位置合わせステップで設定された位置に固定された状態で実施される。

圧力測定ステップでは、まず、気体４２を位置調整部材７２に向かって噴射しながら、ノズル３２をＸ軸方向に沿って移動させる。気体４２を噴射する際は、気体供給源（不図示）から気体供給管３４（図１参照）及び気体供給孔３２ｄを介して、ノズル３２の内部に気体４２を所定の流量で供給する。これにより、ノズル３２の開口部３２ａから位置調整部材７２に向かって気体４２が所定の圧力で噴射される。

ノズル３２のＸ軸方向における位置は、第１調節ねじ６０ａ，６０ｂによって制御される。例えば、第１調節ねじ６０ａをねじ込んで筐体５２の内側方向に移動させるとともに、第１調節ねじ６０ｂを緩めて筐体５２の外側方向に移動させる。これにより、第１調節ねじ６０ａの先端によってノズル３２の第１接触部３２ｂが押圧されるとともに、第１調節ねじ６０ｂによる第１接触部３２ｃの押圧が解除される。その結果、ノズル３２が筐体５２に対してＸ軸方向（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では右方向）に移動する。

また、第１調節ねじ６０ａを緩めつつ第１調節ねじ６０ｂをねじ込むと、ノズル３２が筐体５２に対してＸ軸方向（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では左方向）に移動する。なお、第１調節ねじ６０ａ，６０ｂの回転は手動で行ってもよいし、制御部３６（図１参照）によって自動で行ってもよい。

ノズル３２の開口部３２ａから気体４２を噴射しながらノズル３２をＸ軸方向に移動させると、Ｘ軸方向に平行で貫通孔７２ｃを通過する経路に沿って、気体４２が位置調整部材７２に噴射される。ここで、ノズル３２の開口部３２ａの中心が貫通孔７２ｃの直上に近づくほど、空間７６に気体４２が流入しやすくなり、空間７６の圧力が大きくなる。そして、ノズル３２の開口部３２ａの中心と貫通孔７２ｃの中心との水平方向における位置が一致したとき（ノズル３２の開口部３２ａの中心と貫通孔７２ｃの中心とが重畳したとき）に、空間７６の圧力が最大になる。

圧力測定ステップでは、ノズル３２の位置ごとに空間７６の圧力が圧力センサ８０によって測定される。上記のように気体４２がＸ軸方向に沿って照射される場合は、ノズル３２のＸ軸方向における位置ごとに、空間７６の圧力が測定される。なお、ノズル３２のＸ軸方向における位置は、例えば、ノズル３２と接続されたＸ軸検出ユニット（不図示）を用いて検出される。そして、圧力センサ８０によって測定された空間７６の圧力は、ノズル３２の位置と対応付けられた状態で、制御部３６（図１参照）が備える記憶部３８に記憶される。

図７は、ノズル３２の位置と被覆部材７４に覆われた空間７６の圧力との関係を示すグラフである。空間７６の圧力が最大値（ピーク値）をとるときのノズル３２のＸ軸方向における位置が、ノズル３２の開口部３２ａの中心が貫通孔７２ｃの中心に最も近づいたときのノズル３２のＸ軸方向における位置ｘ_２に相当する。

次に、ノズル３２の開口部３２ａから気体４２を噴射しながらノズル３２をＹ軸方向に移動させる。これにより、Ｙ軸方向に平行で貫通孔７２ｃを通過する経路に沿って、気体４２が位置調整部材７２に噴射される。なお、ノズル３２のＹ軸方向における位置は、筐体５２の第２貫通孔（不図示）に挿入された第２調節ねじ（不図示）によって調整される。第２調節ねじによるノズル３２の位置の調整の手順は、第１調節ねじ６０ａ，６０ｂによるノズル３２の位置の調整の手順と同様である。

気体４２がＹ軸方向に沿って噴射される際には、ノズル３２の位置ごとに、空間７６の圧力が測定される。なお、位置調整部材７２のＹ軸方向における位置は、例えば、ノズル３２と接続されたＹ軸検出ユニット（不図示）を用いて検出される。

圧力センサ８０によって測定された圧力は、ノズル３２の位置と対応付けられた状態で、制御部３６（図１参照）が備える記憶部３８に記憶される。そして、空間７６の圧力が最大値（ピーク値）をとるときのノズル３２のＹ軸方向における位置が、ノズル３２の開口部３２ａの中心が貫通孔７２ｃの中心に最も近づいたときのノズル３２のＹ軸方向における位置ｙ_２に相当する。

次に、圧力測定ステップで測定された圧力に基づいて、ノズル３２の開口部３２ａの中心位置を貫通孔７２ｃの中心位置に合わせる（ノズル位置合わせステップ）。ノズル位置合わせステップでは、圧力測定ステップで特定された位置ｘ_２及び位置ｙ_２に基づいて、ノズル３２の開口部３２ａの中心と貫通孔７２ｃの中心とが重畳するように、ノズル３２の位置を調節する。具体的には、ノズル３２のＸ軸方向における位置を位置ｘ_２に合わせ、ノズル３２のＹ軸方向における位置を位置ｙ_２に合わせる。

位置ｘ_２、位置ｙ_２はそれぞれ、ノズル３２の開口部３２ａの中心と貫通孔７２ｃの中心とが重畳する際のノズル３２のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置に対応する。そのため、ノズル３２の座標を位置ｘ_２及び位置ｙ_２に合わせると、ノズル３２の開口部３２ａの中心と貫通孔７２ｃの中心との水平方向における位置が一致した状態となる。

以上のように、本実施形態に係るノズルの位置合わせ方法では、レーザービーム位置合わせステップにおいてレーザービーム４０の中心軸と貫通孔７２ｃの中心との位置合わせを行い、ノズル位置合わせステップにおいてノズル３２の開口部３２ａの中心と貫通孔７２ｃの中心との位置合わせを行う。これにより、レーザービーム４０の中心軸とノズル３２の開口部３２ａの中心との水平方向における位置を一致させることができる。

このように、レーザービーム４０の中心軸とノズル３２の開口部３２ａとの位置合わせが適切に行われた状態で被加工物を加工すると、被加工物のレーザービーム４０が照射された領域（加工領域）に気体４２が適切に噴射される。その結果、加工領域で発生した加工屑が適切に除去され、加工屑の被加工物への付着を抑制することができる。

なお、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ レーザー加工装置
４ 基台
４ａ 表面（上面）
６ 支持構造
６ａ 支持アーム
８ 移動機構（移動ユニット）
１０ Ｙ軸ガイドレール
１２ Ｙ軸移動テーブル
１４ Ｙ軸ボールねじ
１６ Ｙ軸パルスモータ
１８ Ｘ軸ガイドレール
２０ Ｘ軸移動テーブル
２２ Ｘ軸ボールねじ
２４ Ｘ軸パルスモータ
２６ テーブルベース
２８ チャックテーブル（保持テーブル）
２８ａ 保持面
３０ レーザー照射ユニット
３２ ノズル
３２ａ 開口部
３２ｂ，３２ｃ 第１接触部
３２ｄ 気体供給孔
３４ 気体供給管
３６ 制御部
３８ 記憶部（メモリ）
４０ レーザービーム
４２ 気体
５０ 光ファイバー
５２ 筐体
５２ａ，５２ｂ 第１貫通孔
５４ 集光器
５６ コリメートレンズ
５８ 集光レンズ
６０ ノズル移動機構（ノズル移動ユニット）
６０ａ，６０ｂ 第１調節ねじ
７０ ノズル位置調整ユニット
７２ 位置調整部材
７２ａ 上面（表面）
７２ｂ 下面（裏面）
７２ｃ 貫通孔
７４ 被覆部材
７６ 空間
７８ 受光素子
８０ 圧力センサ
８２ａ 第１経路
８２ｂ 第２経路

Claims (3)

1. 被加工物にレーザービームを照射して該被加工物を加工するレーザー加工装置に備えられ、開口部から該レーザービームを照射するとともに気体を噴射するノズルの位置合わせ方法であって、
   貫通孔を備え上面側が該ノズルの開口部と対向するよう配置された位置調整部材と、該位置調整部材の下面側に該貫通孔の下端側を覆うように設けられた被覆部材と、該被覆部材に覆われた空間の該貫通孔と重畳する位置に設けられた受光素子と、該被覆部材に覆われた空間に設けられた圧力センサと、を備えたノズル位置調整ユニットを、該ノズルの下方に配置する配置ステップと、
   該配置ステップの後、該貫通孔を通過する経路に沿って該レーザービームを該ノズルの開口部から該位置調整部材に照射しつつ、該受光素子の受光量を測定する受光量測定ステップと、
   該受光素子の受光量に基づいて、該レーザービームの中心軸の位置を該貫通孔の中心位置に合わせるレーザービーム位置合わせステップと、
   該レーザービーム位置合わせステップの後、該貫通孔を通過する経路に沿って該気体を該ノズルの開口部から該位置調整部材に噴射しつつ、該被覆部材に覆われた空間の圧力を該圧力センサで測定する圧力測定ステップと、
   該被覆部材に覆われた空間の圧力に基づいて、該ノズルの開口部の中心位置を該貫通孔の中心位置に合わせるノズル位置合わせステップと、を含むことを特徴とするノズルの位置合わせ方法。
2. 該ノズル位置調整ユニットは、該被加工物を保持するチャックテーブルに備えられていることを特徴とする請求項１に記載のノズルの位置合わせ方法。
3. 該ノズル位置調整ユニットは、該被加工物を保持するチャックテーブル上、又は、該チャックテーブルに隣接する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のノズルの位置合わせ方法。

Images