JP2020171934A

JP2020171934A - レーザービーム調整機構

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Publication number: JP2020171934A
Application number: JP2019074060A
Authority: JP
Inventors: 翼小幡; Tsubasa Obata
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
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Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2020-10-22
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Abstract

【課題】レーザービームを容易に調整する。【解決手段】レーザービームを平行光とするために、ナイフエッジ処理（Ｓ２）が実施され、第１の距離と距離との差である距離差が計算される（Ｓ３）。さらに、この距離差が予め設定された許容値以内となるように、ビームエキスパンダの第２の凹レンズが光軸方向に移動される（Ｓ４，Ｓ６）。さらに、第１の距離もしくは第２の距離を用いて、レーザービームのビーム径が算出され、このビーム径が予め設定された所定の範囲となるように、ビームエキスパンダの凸レンズが光軸方向に移動される（Ｓ７）。このように、作業者による作業をほとんど介在させることなく、レーザービームを、高い平行度および適切なビーム径を有するように、容易に調整することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザービーム調整機構に関する。

レーザービームを照射することによって被加工物を加工するレーザー加工装置には、レーザー発振器から発振されるレーザービームのビーム径がレーザー発振器毎に異なる、という機差がある。そのため、レーザービームのビーム径を予め設定したサイズに調整するとともに、レーザービームを平行光に調整するため、ビームエキスパンダが用いられている。

ビームエキスパンダによって、所定サイズのビーム径を有する平行光に調整されたレーザービームを、集光器によって集光し、被加工物に照射することによって、加工結果を均一化することができる。ビームエキスパンダは、特許文献１〜３に開示のように、凹レンズと凸レンズとを含む少なくとも３つのレンズの組み合わせを備えている。

特開平０８−０１５６２５号公報特開２００８−０９８６２１号公報特開２０１２−０９１１９１号公報

たとえば、ビームエキスパンダでは、レーザー発振器から、第１の凹レンズ、凸レンズ、および第２の凹レンズが、この順で並んでいる。各レンズの焦点は、同一軸上に配置される。ビームエキスパンダによるレーザービームの調整は、作業者が、凸レンズおよび第２の凹レンズを、光軸方向に移動させることによって行われる。

また、レーザービームのビーム径は、特許文献１に記載のように、感光体にレーザービームを照射し、感光体における反応面積から測定される。

よって、ビームエキスパンダによるレーザービームの調整は、以下のように実施される。まず、作業者が、レンズを移動することによってレーザービームを平行光とするための調整（平行光調整）を実施する。その後、作業者は、ビーム径を測定し、レンズを移動することによって、レーザービームのビーム径を所定のサイズとするための調整（ビーム径調整）を実施する。このビーム径調整を実施した際に、平行度がくずれるため、再び平行光調整とビーム径調整とを行う。このように、作業者は、レーザービームにおける所望の平行度およびビーム径を得るために、平行光調整とビーム径調整とを繰り返す。このため、ビームエキスパンダによるレーザービームの調整には、手間および時間がかかる。

本発明の目的は、レーザービームを容易に調整することにある。

本発明のレーザービーム調整機構（本調整機構）は、レーザー発振器から発振されたレーザービームを平行光に調整するレーザービーム調整機構であって、該レーザービームの光軸に配置された、複数のレンズからなるビーム調整手段と、該レーザービームの光軸における該ビーム調整手段の下流に配置され、該光軸に直交する方向に移動されて該レーザービームを遮る第１の遮蔽板と、該レーザービームの光軸における該第１の遮蔽板の下流に配置され、該光軸に直交する方向に移動されて該レーザービームを遮る第２の遮蔽板と、該レーザービームの光軸における該第２の遮蔽板の下流に配置され、該レーザービームのエネルギー量を測定するパワーメータと、制御手段と、を備え、該制御手段は、該レーザービームが該第１の遮蔽板に遮られることによって、該レーザービームのエネルギー量が、予め設定された第１の割合になるような該第１の遮蔽板の位置と、該エネルギー量が予め設定された第２の割合になるような該第１の遮蔽板の位置との間の距離である第１の距離を記憶する第１の記憶部と、該レーザービームが該第２の遮蔽板に遮られることによって、該レーザービームのエネルギー量が該第１の割合になるような該第２の遮蔽板の位置と、該エネルギー量が該第２の割合になるような該第２の遮蔽板の位置との間の距離である第２の距離を記憶する第２の記憶部と、該第１の距離と該第２の距離との差である距離差を算出し、該距離差が予め設定された許容値以内である場合に該レーザービームが平行光であると判断する一方、該距離差が該許容値よりも大きい場合に該レーザービームが平行光でないと判断する判断部と、該判断部が平行光であると判断できるように、該ビーム調整手段の該レンズを、該レーザービームの光軸方向に移動させるレンズ調整部と、を備えている。

また、本調整機構では、該制御手段は、該第１の距離もしくは該第２の距離を用いてレーザービームのビーム径を算出するビーム径算出部をさらに含み、該レンズ調整部は、該ビーム径算出部によって算出された該ビーム径が予め設定された所定の範囲内の値になるように、該ビーム調整手段の該レンズを該レーザービームの光軸方向に移動させてもよい。

本調整機構では、レーザービームを平行光とするために、判断部が、第１の距離と第２の距離との差である距離差を算出し、この距離差が予め設定された許容値以内となるように、レンズ調整部が、ビーム調整手段のレンズを移動させる。したがって、本調整機構では、作業者による作業をほとんど介在させることなく、レーザービームを平行光とすることが可能となる。このため、作業者の負担を軽減することができ、レーザービームを容易に平行光とすることが可能となる。

さらに、本調整機構では、ビーム径算出部によって算出されるレーザービームのビーム径が予め設定された所定の範囲内の値となるように、レンズ調整部が、ビーム調整手段のレンズを移動させてもよい。この場合、本調整機構では、作業者による作業をほとんど介在させることなく、レーザービームのビーム径をも、適切な値に容易に設定することができる。

レーザー加工装置の構成を示す斜視図である。レーザー加工ユニットの構成を示す説明図である。レーザービームの調整動作を示すフローチャートである。図４（ａ）は、第１の遮蔽板あるいは第２の遮蔽板によってレーザービームの一部を遮る様子を示す説明図であり、図４（ｂ）は、その際のレーザービームのエネルギー分布を示すグラフである。図５（ａ）は、第１の遮蔽板あるいは第２の遮蔽板によってレーザービームの一部を遮る様子を示す説明図であり、図５（ｂ）は、その際のレーザービームのエネルギー分布を示すグラフである。レーザービームのエネルギー分布を示すグラフである。レーザー加工ユニットの他の構成を示す説明図である。

図１に示すレーザー加工装置１０は、ウェーハ１をレーザー加工するものである。レーザー加工装置１０は、直方体状の基台１１、基台１１の一端に立設された立壁部１３、および、レーザー加工装置１０の各部材を制御する制御手段５１を備えている。

基台１１の上面には、保持テーブル４３を移動させる保持テーブル移動機構１４が設けられている。保持テーブル移動機構１４は、保持テーブル４３を、Ｘ軸方向に加工送りするとともに、Ｙ軸方向に割り出し送りする。保持テーブル移動機構１４は、保持テーブル４３を備えた保持テーブル部４０、保持テーブル４３を割り出し送り方向に移動する割り出し送り部２０、および、保持テーブル４３を加工送り方向に移動する加工送り部３０を備えている。

割り出し送り部２０は、Ｙ軸方向に延びる一対のガイドレール２３、ガイドレール２３に載置されたＹ軸テーブル２４、ガイドレール２３と平行に延びるボールネジ２５、および、ボールネジ２５を回転させる駆動モータ２６を含んでいる。
一対のガイドレール２３は、Ｙ軸方向に平行に、基台１１の上面に配置されている。Ｙ軸テーブル２４は、一対のガイドレール２３上に、これらのガイドレール２３に沿ってスライド可能に設置されている。Ｙ軸テーブル２４上には、加工送り部３０および保持テーブル部４０が載置されている。

ボールネジ２５は、Ｙ軸テーブル２４の下面側に設けられたナット部（図示せず）に螺合されている。駆動モータ２６は、ボールネジ２５の一端部に連結されており、ボールネジ２５を回転駆動する。ボールネジ２５が回転駆動されることで、Ｙ軸テーブル２４、加工送り部３０および保持テーブル部４０が、ガイドレール２３に沿って、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動する。

加工送り部３０は、Ｘ軸方向に延びる一対のガイドレール３１、ガイドレール３１上に載置されたＸ軸テーブル３２、ガイドレール３１と平行に延びるボールネジ３３、および、ボールネジ３３を回転させる駆動モータ３５を備えている。一対のガイドレール３１は、Ｘ軸方向に平行に、Ｙ軸テーブル２４の上面に配置されている。Ｘ軸テーブル３２は、一対のガイドレール３１上に、これらのガイドレール３１に沿ってスライド可能に設置されている。Ｘ軸テーブル３２上には、保持テーブル部４０およびパワーメータ８０が載置されている。

ボールネジ３３は、Ｘ軸テーブル３２の下面側に設けられたナット部（図示せず）に螺合されている。駆動モータ３５は、ボールネジ３３の一端部に連結されており、ボールネジ３３を回転駆動する。ボールネジ３３が回転駆動されることで、Ｘ軸テーブル３２および保持テーブル部４０が、ガイドレール３１に沿って、加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動する。

保持テーブル部４０は、ウェーハ１を保持するために用いられる。図１に示すように、ウェーハ１は、リングフレームＦ、粘着テープＳおよびウェーハ１を含むワークセットＷとして、保持テーブル部４０に保持される。

保持テーブル部４０は、ウェーハ１を保持する保持テーブル４３、保持テーブル４３の周囲に設けられたクランプ部４５、および、保持テーブル４３を支持するθテーブル４７を有している。θテーブル４７は、Ｘ軸テーブル３２の上面に、ＸＹ平面内で回転可能に設けられている。保持テーブル４３は、ウェーハ１を吸着保持するための部材である。保持テーブル４３は、円板状に形成されており、θテーブル４７上に設けられている。

保持テーブル４３の上面には、ポーラスセラミックス材を含む保持面が形成されている。この保持面は、吸引源（図示せず）に連通されている。保持テーブル４３の周囲には、支持アームを含む４つのクランプ部４５が設けられている。４つのクランプ部４５は、エアアクチュエータ（図示せず）により駆動されることで、保持テーブル４３に保持されているウェーハ１の周囲のリングフレームＦを、四方から挟持固定する。

レーザー加工装置１０の立壁部１３は、保持テーブル移動機構１４の後方に立設されている。立壁部１３の前面に、ウェーハ１をレーザー加工するためのレーザー加工ユニット１２が設けられている。

レーザー加工ユニット１２は、ウェーハ１にレーザービームを照射する加工ヘッド１８、および、加工ヘッド１８を支持するアーム部１７を有している。

アーム部１７は、立壁部１３から、保持テーブル移動機構１４の方向に突出している。加工ヘッド１８は、保持テーブル移動機構１４における保持テーブル部４０の保持テーブル４３あるいはパワーメータ８０に対向するように、アーム部１７の先端に支持されている。

アーム部１７および加工ヘッド１８内には、レーザー加工ユニット１２の光学系が設けられている。
図２に示すように、レーザー加工ユニット１２は、アーム部１７内に、レーザービームＢを発振するレーザー発振器６１、レーザービームＢを調整するビームエキスパンダ６２、ならびに、第１の遮蔽板６３および第２の遮蔽板６４を備えている。

また、レーザー加工ユニット１２は、加工ヘッド１８内に、レーザービームＢを反射する反射ミラー６５、および、レーザービームＢを集光して出力する集光レンズ（集光器）６６を有している。

レーザー発振器６１は、たとえば固体レーザー光源である。レーザー発振器６１は、アーム部１７内において−Ｙ方向にレーザービームＢを発振する。

ビームエキスパンダ６２は、複数のレンズを有するビーム調整手段の一例に相当する。ビームエキスパンダ６２は、レーザー発振器６１から発振されたレーザービームＢを調整するために用いられる。

ビームエキスパンダ６２によって調整されたレーザービームＢは、加工ヘッド１８内の反射ミラー６５によって−Ｚ方向に反射され、集光レンズ６６に導かれる。集光レンズ６６は、レーザービームＢを集光して、加工ヘッド１８の外部に向けて、−Ｚ方向に照射する。

集光レンズ６６によって集光されたレーザービームＢは、図１に示したウェーハ１を加工する際には、保持テーブル４３上のウェーハ１に照射される。
一方、レーザービームＢの調整時には、図２に示すように、レーザービームＢは、パワーメータ８０に照射される。

以下に、レーザー加工装置１０のレーザービーム調整機構について説明する。レーザービーム調整機構は、レーザー発振器６１から発振されたレーザービームＢを平行光に調整するとともに、レーザービームＢのビーム径を調整するものである。

レーザー加工装置１０のレーザービーム調整機構は、上述したアーム部１７および加工ヘッド１８に内蔵されたレーザー加工ユニット１２の光学系に加えて、図２に示す制御手段５１およびパワーメータ８０を含む。

図２に示すように、ビームエキスパンダ６２は、レーザービームＢの光軸Ｂ１上に、第１の凹レンズ７１、凸レンズ７２および第２の凹レンズ７３を備えている。第１の凹レンズ７１、凸レンズ７２および第２の凹レンズ７３の焦点は、レーザービームＢの光軸Ｂ１上に配置されている。

第１の凹レンズ７１は、ビームエキスパンダ６２において固定されている。
一方、凸レンズ７２および第２の凹レンズ７３は、レーザービームＢの光軸Ｂ１の延びる方向（光軸方向）に移動可能に構成されている。
このために、ビームエキスパンダ６２は、凸レンズ移動手段７４および第２の凹レンズ移動手段７５を備えている。
凸レンズ移動手段７４は、レーザービームＢの光軸Ｂ１の延びる方向に、凸レンズ７２を移動させる。第２の凹レンズ移動手段７５は、光軸Ｂ１の延びる方向に、第２の凹レンズ７３を移動させる。

なお、第２の凹レンズ７３を移動させると、第１の凹レンズ７１と第２の凹レンズ７３との間隔Ｌ２が変わる。これにより、ビームエキスパンダ６２から出力されるレーザービームＢの平行度を調整することができる。
なお、平行度調整後の凸レンズ７２と第２の凹レンズ７３との間隔をＬ３とする。

レーザービームＢの平行度とは、レーザービームＢのビーム径（幅）が光軸Ｂ１に沿って一定であることの度合いである。平行度が高いことは、レーザービームＢが平行光であること、すなわち、レーザービームＢのビーム径が、光軸Ｂ１に沿って略一定であることを意味する。一方、平行度が低いことは、レーザービームＢのビーム径が、光軸Ｂ１に沿って広がっている（あるいは狭まっている）ことを意味する。

また、凸レンズ７２を移動させると、第１の凹レンズ７１と凸レンズ７２との間隔Ｌ１が変わる。これにより、レーザービームＢのビーム径の大きさを調整することができる。
なお、凸レンズ７２を移動させる際には、平行度調整後の間隔Ｌ３を維持するとよい。
なお、図２に示した光軸Ｂ１上の位置ＳＰ０は、互いに一致している凸レンズ７２の焦点位置および第２の凹レンズ７３の焦点位置を示している。

第１の遮蔽板６３および第２の遮蔽板６４は、ビームエキスパンダ６２と反射ミラー６５との間の、光軸Ｂ１の近傍に配置されている。
第１の遮蔽板６３は、レーザービームＢの光軸Ｂ１におけるビームエキスパンダ６２の下流に配置され、第１移動機構６３１により、光軸Ｂ１における位置ＳＰ１において、光軸Ｂ１に直交する方向（Ｚ軸方向）に沿って移動される。第１の遮蔽板６３は、Ｚ軸方向に移動されることにより、レーザービームＢの一部を遮るように構成されている。

第２の遮蔽板６４は、レーザービームＢの光軸Ｂ１における第１の遮蔽板６３の下流に配置され、第２移動機構６４１により、光軸Ｂ１における位置ＳＰ２において、光軸Ｂ１に直交する方向であるＺ軸方向に沿って移動される。第２の遮蔽板６４は、第１の遮蔽板６３と同様に、Ｚ軸方向に移動されることにより、レーザービームＢの一部を遮るように構成されている。

パワーメータ８０は、レーザービームＢの光軸Ｂ１における、第２の遮蔽板６４、反射ミラー６５および集光レンズ６６の下流に配置されている。パワーメータ８０は、集光レンズ６６によって集光されたレーザービームＢの照射を受ける。これにより、パワーメータ８０は、照射されるレーザービームＢのエネルギー量（照度）を測定する。

制御手段５１は、レーザー加工装置１０の各部材を制御して、ウェーハ１に対する加工を実施する。また、制御手段５１は、図２に示したレーザー加工ユニット１２の光学系およびパワーメータ８０を制御して、レーザービームＢの調整を実施する。

図３に、制御手段５１によるレーザービームＢの調整動作を示すフローチャートを示す。この図に示すように、制御手段５１は、まず、レーザービーム調整機構の凸レンズ７２および第２の凹レンズ７３の位置を、所定の初期位置に設定する（イニシャライズ：Ｓ１）。

また、このとき、制御手段５１は、第１移動機構６３１および第２移動機構６４１を制御して、第１の遮蔽板６３および第２の遮蔽板６４を、レーザービームＢを遮らないような位置に配置する。
さらに、制御手段５１は、保持テーブル移動機構１４を制御して、加工ヘッド１８における集光レンズ６６の真下に、パワーメータ８０を配置する。

その後、制御手段５１は、レーザー発振器６１を制御して、レーザービームＢを発振させる。発振されたレーザービームＢは、ビームエキスパンダ６２、反射ミラー６５および集光レンズ６６を介して、パワーメータ８０に照射される。

次に、制御手段５１は、ナイフエッジ処理を実施する（Ｓ２）。
すなわち、制御手段５１は、まず、図２に示した第１移動機構６３１を制御して、位置ＳＰ１において第１の遮蔽板６３をＺ軸方向に移動させて、図４（ａ）に示すように、レーザービームＢの一部を遮る。

この際、制御手段５１は、第１の遮蔽板６３によってレーザービームＢの一部が遮られることによって、パワーメータ８０に照射されるレーザービームＢのエネルギー量が、予め設定された第１の割合（本実施形態では９０％）になるような、第１の遮蔽板６３の位置（Ｚ軸方向における位置）を求める。以下では、この位置を、第１の遮蔽板６３の９０％位置と称する。

図４（ｂ）に示すように、レーザービームＢのエネルギー分布は、ガウシアン分布によって近似することができる。図４（ｂ）では、レーザービームＢのエネルギー（Ｉ）のＺ軸方向における分布を示している。

制御手段５１は、図４（ａ）に示すようにレーザービームＢの端部を第１の遮蔽板６３によって遮ることにより、図４（ｂ）のエネルギー分布において斜線で示す部分（全エネルギーの１０％に相当）をカットする。

次に、制御手段５１は、第１移動機構６３１を用いて第１の遮蔽板６３をさらに移動させて、パワーメータ８０に照射されるレーザービームＢのエネルギー量が、予め設定された第２の割合（本実施形態では１０％）になるような、第１の遮蔽板６３の位置を求める。以下では、この位置を、第１の遮蔽板６３の１０％位置と称する。

すなわち、制御手段５１は、図５（ａ）に示すようにレーザービームＢの大部分を第１の遮蔽板６３によって遮ることにより、図５（ｂ）のエネルギー分布において斜線で示す部分（全エネルギーの９０％に相当）をカットする。
そして、制御手段５１は、第１の遮蔽板６３の１０％位置と９０％位置との間の距離である第１の距離を求める。制御手段５１は、求めた第１の距離を、図２に示す第１の記憶部５３に記憶する。

次に、制御手段５１は、第２の遮蔽板６４に関しても、第１の遮蔽板６３と同様の処理を実施する。すなわち、まず、制御手段５１は、第１の遮蔽板６３を、レーザービームＢを遮らないような位置に戻す。そして、制御手段５１は、図２に示した第２移動機構６４１を制御して、位置ＳＰ２において第２の遮蔽板６４をＺ軸方向に移動させて、図４（ａ）に示すように、レーザービームＢの一部を遮る。

この際、制御手段５１は、第２の遮蔽板６４によってレーザービームＢの一部が遮られることによって、パワーメータ８０に照射されるレーザービームＢのエネルギー量が、上記した第１の割合（９０％）になるような、第２の遮蔽板６４の位置（Ｚ軸方向における位置）を求める。以下では、この位置を、第２の遮蔽板６４の９０％位置と称する。

次に、制御手段５１は、図５（ａ）に示すように、第２移動機構６４１を用いて第２の遮蔽板６４をさらに移動させる。そして、制御手段５１は、パワーメータ８０に照射されるレーザービームＢのエネルギー量が、上記した第２の割合（１０％）になるような、第２の遮蔽板６４の位置を求める。以下では、この位置を、第２の遮蔽板６４の１０％位置と称する。

そして、制御手段５１は、第２の遮蔽板６４の１０％位置と９０％位置との間の距離である第２の距離を求める。制御手段５１は、求めた第２の距離を、図２に示す第２の記憶部５４に記憶する。

その後、制御手段５１では、図２に示した判断部５２が、第１の距離と第２の距離との差である距離差を計算する（Ｓ３）。そして、判断部５２は、計算された距離差が予め設定された許容値以内にあるか否かを判断し、判断結果に基づいて、計算された距離差が許容値以内にいなかったら第２の凹レンズ７３の位置調整（コリメート）を実施する（Ｓ４）。

すなわち、距離差が予め設定された許容値以内にあることは、レーザービームＢの光軸Ｂ１方向に離れた位置にある第１の遮蔽板６３と第２の遮蔽板６４とを同様に移動させることで、レーザービームＢのエネルギーを略同様に減らせること、を意味する。
したがって、この場合、判断部５２は、レーザービームＢが高い平行度を有する平行光であると判断し、コリメートは不要であると判断する（Ｓ４でＹｅｓ）。

一方、距離差が許容値より大きいことは、第１の遮蔽板６３と第２の遮蔽板６４とを同様に移動させることでは、レーザービームＢのエネルギーを略同様に減らせないことを意味する。
したがって、この場合、判断部５２は、レーザービームＢが平行光でないと判断し、コリメートが必要であると判断する（Ｓ４でＮｏ）。この場合、判断部５２が平行光であると判断できるように、制御手段５１のレンズ調整部５５が、第２の凹レンズ移動手段７５を制御して、第２の凹レンズ７３を光軸Ｂ１の延びる方向に移動させる（Ｓ６）。

具体的には、判断部５２は、第２の距離が第１の距離よりも許容値を超えて大きい場合、レーザービームＢが広がっていると判断する。この場合、レンズ調整部５５は、図２に示す第２の凹レンズ７３を−Ｙ方向に移動させて、第１の凹レンズ７１と第２の凹レンズ７３との間隔Ｌ２を大きくする。これにより、レーザービームＢの広がりを抑えることができる。

一方、判断部５２は、第１の距離が第２の距離よりも許容値を超えて大きい場合、レーザービームＢが狭まっていると判断する。この場合、レンズ調整部５５は、第２の凹レンズ７３を＋Ｙ方向に移動させて、間隔Ｌ２を小さくする。これにより、レーザービームＢの狭まりを抑えることができる。
このようにして、第１の距離と第２の距離との距離差が予め設定された許容値以内となり、判断部５２が、レーザービームＢが平行光であると判断するまで、Ｓ２〜Ｓ４の処理が繰り返される。

レーザービームＢが平行光となった後、制御手段５１では、ビーム径算出部５６が、第１の距離もしくは第２の距離を用いて、位置ＳＰ１もしくは位置ＳＰ２におけるレーザービームＢのビーム径を算出する。そして、制御手段５１は、算出されたビーム径が、予め設定された所定の範囲、たとえば、１．６３ｍｍ±５０μｍの範囲に入っているか否かを判断する（Ｓ５）。

制御手段５１は、ビーム径が所定の範囲にあれば（Ｓ５でＹｅｓ）、処理を終了する。一方、ビーム径が所定の範囲にない場合（Ｓ５でＮｏ）、制御手段５１では、レンズ調整部５５が、ビーム径が所定の範囲内の値になるように、凸レンズ移動手段７４を制御して、凸レンズ７２をレーザービームＢの光軸Ｂ１の延びる方向に移動させる（Ｓ７）。

具体的には、ビーム径が所定の範囲よりも大きい場合、レンズ調整部５５は、凸レンズ移動手段７４を制御して、第１の凹レンズ７１と凸レンズ７２との間隔Ｌ１を小さくする。これにより、レーザービームＢのビーム径を小さくすることができる。

一方、ビーム径が所定の範囲よりも小さい場合、レンズ調整部５５は、凸レンズ移動手段７４を制御して、第１の凹レンズ７１と凸レンズ７２との間隔Ｌ１を大きくする。これにより、レーザービームＢのビーム径を大きくすることができる。

その後、制御手段５１は、処理をＳ２に戻し、レーザービームＢが平行光となり、そのビーム径が所定の範囲の値となるまで、Ｓ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態にかかるレーザービーム調整機構では、レーザービームＢを平行光とするために、制御手段５１によってナイフエッジ処理（図３；Ｓ２）が実施され、判断部５２が、第１の遮蔽板６３に関する第１の距離と、第２の遮蔽板６４に関する第２の距離との差である距離差を計算する（Ｓ３）。さらに、この距離差が予め設定された許容値以内となるように、レンズ調整部５５が、第２の凹レンズ移動手段７５を制御して、第２の凹レンズ７３を光軸Ｂ１の延びる方向に移動させる（Ｓ４・Ｓ６）。そして、上記の距離差が予め設定された許容値以内となるまで、これらの処理が繰り返される。

したがって、本実施形態では、作業者による作業をほとんど介在させることなく、レーザービームＢを平行光とすることが可能となる。このため、作業者の負担を軽減することができ、レーザービームＢを容易に平行光とすることが可能となる。

さらに、本実施形態では、ビーム径算出部５６が、第１の距離もしくは第２の距離を用いて、レーザービームＢのビーム径を算出する。さらに、このビーム径が、予め設定された所定の範囲内の値となるように、レンズ調整部５５が、凸レンズ移動手段７４を制御して、凸レンズ７２を光軸Ｂ１の延びる方向に移動させる（Ｓ７）。そして、ビーム径が所定の範囲の値となるまで、Ｓ２〜Ｓ７の処理が繰り返される。
したがって、本実施形態では、作業者による作業をほとんど介在させることなく、レーザービームＢのビーム径をも、適切な値に容易に設定することができる。

このように、本実施形態では、作業者による作業をほとんど介在させることなく、レーザービームＢを、高い平行度および適切なビーム径を有するように調整することができる。したがって、本実施形態では、レーザービームＢの調整に関し、作業者の手間を大幅に軽減すること、および、ヒューマンエラーを良好に抑制することが可能となる。

ここで、ビーム径算出部５６による、第１の距離もしくは第２の距離に基づくレーザービームＢのビーム径の算出例について説明する。
レーザービームＢのエネルギー分布は、以下の（１）式によって示される、図６に示すようなガウシアンン分布となる。

ここで、Ｐは、レーザービームＢのパワーを示す。また、ｗは、レーザービームＢのビーム径の半径を示す。また、ｒは、レーザービームＢのビーム径の中心（光軸Ｂ１）からの距離を示す。

また、上述したナイフエッジ処理において、第１の遮蔽板６３あるいは第２の遮蔽板６４によってレーザービームＢの一部が遮られた場合、レーザービームＢの透過パワーは、以下の（２）式によって示される。

ここで、erfは誤差関数であり、以下の（３）式のように表される。

上記の（２）式をＤ＝２ｗについて解くと、以下の（４）式が得られる。

ここで、αは、レーザービームＢの透過割合であり、α＝Φ／Ｐである。αは、上記の例では、１０％（あるいは９０％）である。
Ｄ_measureは、測定された透過パワー（Φ＝αＰ）に対応する、第１の遮蔽板６３あるいは第２の遮蔽板６４の位置（たとえば、第１の遮蔽板６３の１０％位置）と、同じく測定された透過パワー（１−α）Ｐに対応する、第１の遮蔽板６３あるいは第２の遮蔽板６４の位置（たとえば、第１の遮蔽板６３の９０％位置）との差、すなわち、第１の距離あるいは第２の距離である。

たとえば、第１の割合が１０％であり第２の割合が９０％である場合、Ｄ_measure＝Ｄ_{９０−１０}とすると、算出されるレーザービームＢのビーム径（Ｄ）であるＤ_α＝Ｄ_１０％は、以下のようになる。
Ｄ_１０％＝１．５６１＊Ｄ_{９０−１０}

また、第１の割合が２０％であり第２の割合が８０％である場合、Ｄ_measure＝Ｄ_{８０−２０}とすると、算出されるレーザービームＢのビーム径（Ｄ）であるＤ_α＝Ｄ_２０％は、以下のようになる。
Ｄ_２０％＝２．３８１＊Ｄ_{８０−２０}

なお、本実施形態では、図２に示すように、レーザー加工ユニット１２における第２の遮蔽板６４が、レーザービームＢの光軸Ｂ１における反射ミラー６５の上流側であって、アーム部１７内に設けられている。これに代えて、第２の遮蔽板６４は、図７に示すように、光軸Ｂ１における反射ミラー６５の下流側（反射ミラー６５と集光レンズ６６との間）であって、加工ヘッド１８の内部に配置されてもいてもよい。

また、本実施形態にかかるレーザー加工ユニット１２は、ウェーハ１をアブレーション加工するための加工ユニットであってもよいし、ウェーハ１の内部に改質層を形成するステルスダイシング加工ための加工ユニットであってもよい。

１：ウェーハ、Ｆ：リングフレーム、Ｓ：粘着テープ、Ｗ：ワークセット、
１０：レーザー加工装置、２０：割り出し送り部、３０：加工送り部、
４０：保持テーブル部、４３：保持テーブル、
１２：レーザー加工ユニット、１７：アーム部、１８：加工ヘッド、
６１：レーザー発振器、６２：ビームエキスパンダ、８０：パワーメータ、
６３：第１の遮蔽板、６４：第２の遮蔽板、６５：反射ミラー、６６：集光レンズ、
６３１：第１移動機構、６４１：第２移動機構、
７１：第１の凹レンズ、７２：凸レンズ、７３：第２の凹レンズ、
７４：凸レンズ移動手段、７５：第２の凹レンズ移動手段、
５１：制御手段、５２：判断部、５３：第１の記憶部、５４：第２の記憶部、
５５：レンズ調整部、５６：ビーム径算出部、
Ｂ：レーザービーム、Ｂ１：光軸

Claims

レーザー発振器から発振されたレーザービームを平行光に調整するレーザービーム調整機構であって、
該レーザービームの光軸に配置された、複数のレンズからなるビーム調整手段と、
該レーザービームの光軸における該ビーム調整手段の下流に配置され、該光軸に直交する方向に移動されて該レーザービームを遮る第１の遮蔽板と、
該レーザービームの光軸における該第１の遮蔽板の下流に配置され、該光軸に直交する方向に移動されて該レーザービームを遮る第２の遮蔽板と、
該レーザービームの光軸における該第２の遮蔽板の下流に配置され、該レーザービームのエネルギー量を測定するパワーメータと、
制御手段と、を備え、
該制御手段は、
該レーザービームが該第１の遮蔽板に遮られることによって、該レーザービームのエネルギー量が、予め設定された第１の割合になるような該第１の遮蔽板の位置と、該エネルギー量が予め設定された第２の割合になるような該第１の遮蔽板の位置との間の距離である第１の距離を記憶する第１の記憶部と、
該レーザービームが該第２の遮蔽板に遮られることによって、該レーザービームのエネルギー量が該第１の割合になるような該第２の遮蔽板の位置と、該エネルギー量が該第２の割合になるような該第２の遮蔽板の位置との間の距離である第２の距離を記憶する第２の記憶部と、
該第１の距離と該第２の距離との差である距離差を算出し、該距離差が予め設定された許容値以内である場合に該レーザービームが平行光であると判断する一方、該距離差が該許容値よりも大きい場合に該レーザービームが平行光でないと判断する判断部と、
該判断部が平行光であると判断できるように、該ビーム調整手段の該レンズを、該レーザービームの光軸方向に移動させるレンズ調整部と、を備えている、
レーザービーム調整機構。
該制御手段は、
該第１の距離もしくは該第２の距離を用いてレーザービームのビーム径を算出するビーム径算出部をさらに含み、
該レンズ調整部は、該ビーム径算出部によって算出された該ビーム径が予め設定された所定の範囲内の値になるように、該ビーム調整手段の該レンズを該レーザービームの光軸方向に移動させる、
請求項１記載のレーザービーム調整機構。