JP2021089383A - レーザービーム調整機構およびレーザー加工装置 - Google Patents

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、ビーム径取得処理（Ｓ２）が実施され、第１ビーム径と第２ビーム径との差である径差が計算される（Ｓ３）。さらに、この径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、レーザービームのビーム径（第１ビーム径あるいは第２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、ビームエキスパンダの凸レンズを光軸方向に移動させる（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４

Description

本発明は、レーザービーム調整機構およびレーザー加工装置に関する。

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直径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は、レーザービームを平行光に調整するとともに、レーザービームのビーム径を、所定のサイズに調整するものである。ビームエキスパンダを用いることによって、レーザー発振器から発振されたレーザービームのビーム径を、装置間において略均一とすることができる。このため、レーザー加工装置毎の機差を小さくすることができる。

ビームエキスパンダでは、特許文献１に開示のように、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ている。

特開平０８−０１５６２５号公報

レーザー加工装置におけるレーザービームのビーム径は、特許文献１に開示のように、感光体（パワーメータ）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。

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、加工前に実施される。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。次に、作業者が、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。そのため、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。

また、平行光調整および感光体を用いたビーム径調整が加工前に実施されるため、加工中に、レーザービームが平行光でなくなったり、ビーム径が変わったりした場合、作業者は、そのことに気づきにくい。

したがって、本発明の目的は、レーザービームを容易に調整すること、および、レーザー加工中にレーザービームのビーム径が変化した場合に、そのことを作業者に気づかせることにある。

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、複数のレンズを有するビーム調整手段と、該ビーム調整手段を通過した該レーザービームを反射して該光軸の方向を変更する第１ミラーと、該第１ミラーで方向を変更された該レーザービームを反射して該光軸の方向を変える第２ミラーと、該第１ミラーを通過した第１通過光を撮像する第１カメラと、該第２ミラーを通過した第２通過光を撮像する第２カメラと、制御手段と、を備え、該制御手段は、該第１カメラによって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、該第１通過光のビーム径を算出する第１算出部と、該第２カメラによって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、該第２通過光のビーム径を算出する第２算出部と、該第１算出部により算出されたビーム径と、該第２算出部により算出されたビーム径とが一致するように、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、を備える。

また、本調整機構では、該レンズ調整部は、該第１算出部または該第２算出部により算出された該ビーム径が予め設定された所定範囲内になるように、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。

また、本発明のレーザー加工装置（本レーザー加工装置）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をレーザービームの照射によって加工するレーザー加工手段と、該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的にＸ軸方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的に該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にインデックス送りするインデックス送り手段と、作業者への通知を実施する通知手段と、を備えるレーザー加工装置であって、該レーザー加工手段は、レーザービームを発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間に配設される請求項２記載のレーザービーム調整機構と、を備え、該通知手段は、レーザー加工中に該第１算出部または該第２算出部によって算出されたビーム径が予め設定された所定範囲を外れた場合、その旨を作業者に通知する。

本調整機構では、レーザービームを平行光とするために、第１通過光のビーム径と第２通過光のビーム径とが一致するように、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、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。

このように、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、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、レーザービームの調整に関し、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。
これにより、レーザー発振器の機差（たとえば、ビーム径の差）の影響を抑制することができる。したがって、複数のレーザー加工装置において、略同一な加工結果を得ることができる。

また、本レーザー加工装置では、レーザー加工中に、レーザービームのビーム径が、予め設定された所定範囲を外れた場合に、通知手段が、その旨を作業者に通知する。したがって、レーザー加工中にビーム径が変わった場合でも、作業者が、そのことに容易に気づくことができる。これにより、被加工物の加工不良を抑制することができる。

レーザー加工装置の構成を示す斜視図である。 レーザー加工手段の構成を示す説明図である。 レーザー加工手段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。 第１カメラ（第２カメラ）によって撮像された撮像画の例を示す説明図である。 図５に示した撮像画に関し、ビーム領域の中心を通過する直線上に並んでいるピクセルと、その明度との関係の例を示すグラフである。

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、作業者への通知を実施する通知手段５０、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、チャックテーブル４３を移動させるチャックテーブル移動機構１４が設けられている。チャックテーブル移動機構１４は、チャックテーブル４３を、Ｘ軸方向に加工送りするとともに、Ｙ軸方向にインデックス送りする。チャックテーブル移動機構１４は、チャックテーブル４３を備えたチャックテーブル部４０、チャックテーブル４３をレーザー加工手段１２に対して相対的にインデックス送り方向に移動するインデックス送り手段２０、および、チャックテーブル４３をレーザー加工手段１２に対して相対的に加工送り方向に移動する加工送り手段３０を備えている。

インデックス送り手段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、加工送り手段３０およびチャックテーブル部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、加工送り手段３０およびチャックテーブル部４０が、ガイドレール２３に沿って、インデックス送り方向（Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向）に移動する。

加工送り手段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、チャックテーブル部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およびチャックテーブル部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。

チャックテーブル部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、被加工物の一例であるウェーハ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、チャックテーブル部４０に保持される。

チャックテーブル部４０は、ウェーハ１を保持するチャックテーブル４３、チャックテーブル４３の周囲に設けられたクランプ部４５、および、チャックテーブル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。チャックテーブル４３は、ウェーハ１を吸着保持するための部材である。チャックテーブル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。

チャックテーブル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。チャックテーブル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、チャックテーブル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、チャックテーブル移動機構１４の後方に立設されている。立壁部１３の前面に、チャックテーブル４３に保持されたウェーハ１をレーザービームの照射によって加工するためのレーザー加工手段１２が設けられている。

レーザー加工手段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、チャックテーブル移動機構１４の方向に突出している。加工ヘッド１８は、チャックテーブル移動機構１４におけるチャックテーブル部４０のチャックテーブル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、レーザー加工手段１２の光学系が設けられている。
図２に示すように、レーザー加工手段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、および、レーザービームＢの平行度およびビーム径を測定するためのビーム測定機構６３を備えている。

また、レーザー加工手段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器（集光レンズ）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、ビーム測定機構６３を通過して、加工ヘッド１８内の反射ミラー６５に入射される。レーザービームＢは、反射ミラー６５によって−Ｚ方向に反射され、集光器６６に導かれる。集光器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。

集光器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、チャックテーブル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。

通知手段５０は、たとえば、スピーカーを含むタッチパネルであり、レーザー加工装置１０に関する加工条件等の各種情報が、画像および音声によって表示される。また、通知手段５０は、加工条件等の各種情報を設定するためにも用いられる。このように、通知手段５０は、情報を入力するための入力手段として機能するとともに、入力された情報を表示するための表示手段としても機能する。

次に、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手段１２の光学系を含み、レーザー発振器６１と集光器６６との間に配設される。さらに、レーザービーム調整機構は、図２に示す制御手段５１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。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。

ビームエキスパンダ６２の後段に位置するビーム測定機構６３は、レーザービームＢを反射する第１ミラー９１および第２ミラー９２、第１ミラー９１の裏側に備えられた第１カメラ９３、ならびに、第２ミラー９２の裏側に備えられた第２カメラ９４を含んでいる。

第１ミラー９１は、ビームエキスパンダ６２を通過したレーザービームＢを反射して、レーザービームＢの光軸Ｂ１の方向を変更する。第２ミラー９２は、第１ミラー９１によって光軸方向を変更されたレーザービームＢをさらに反射して、その光軸Ｂ１の方向をさらに変える。第２ミラー９２によって反射されたレーザービームＢは、反射ミラー６５に入射される。

これら第１ミラー９１および第２ミラー９２は、照射されたレーザービームＢのほぼ全てを反射する一方、僅かな割合（０．０５〜０．１％）で、レーザービームＢを通過させる。

そして、第１ミラー９１の裏側に備えられた第１カメラ９３は、この第１ミラー９１を通過した光である第１通過光Ｐ１を撮像する。また、第２ミラー９２の裏側に備えられた第２カメラ９４は、この第２ミラー９２を通過した光である第２通過光Ｐ２を撮像する。

なお、図３に示すように、アーム部１７内では、第１ミラー９１および第２ミラー９２によって、ＸＹ面内でレーザービームＢが反射されるように、レーザー発振器６１、ビームエキスパンダ６２、ならびに、ビーム測定機構６３の第１ミラー９１，第２ミラー９２，第１カメラ９３および第２カメラ９４が、配置されている。
また、加工ヘッド１８内では、反射ミラー６５および集光器６６が、Ｚ軸方向に沿って並ぶように配置されている。

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ミラー９２、反射ミラー６５および集光器６６の下流に配置されている。パワーメータ８０は、集光器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手段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。

また、図２に示すように、制御手段５１は、構成要素として、レンズ調整部５２、第１算出部５３および第２算出部５４を備えている。
以下に、制御手段５１の制御によるレーザービームＢの調整動作を、制御手段５１の構成要素の機能とともに説明する。

図４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）。
さらに、制御手段５１は、チャックテーブル移動機構１４を制御して、加工ヘッド１８における集光器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および集光器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、ビーム径取得処理を実施する（Ｓ２）。
すなわち、制御手段５１は、第１カメラ９３を制御して、第１ミラー９１を通過した第１通過光Ｐ１を撮像させるとともに、第２カメラ９４を制御して、第２ミラー９２を通過した第２通過光Ｐ２を撮像させる。

そして、制御手段５１の第１算出部（第１ビーム径算出部）５３が、第１カメラ９３によって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、レーザービームＢ（第１通過光Ｐ１）のビーム径を算出する。
同様に、制御手段５１の第２算出部（第２ビーム径算出部）５４が、第２カメラ９４によって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、レーザービームＢ（第２通過光Ｐ２）のビーム径を算出する。

図５に、第１カメラ９３（第２カメラ９４）によって撮像された撮像画の例を示す。この図に示すように、撮像画は、たとえば５．５μｍ角の複数のピクセル（画素）を含む、多階調の画像である。撮像画では、第１通過光Ｐ１（第２通過光Ｐ２）における強度（明度）の高い中心部分に対応する中心ピクセルＯの付近が、白に近い色で示される。この中心ピクセルから離れるにつれて、撮像画のピクセルは、黒に近い色で示される。

第１算出部５３および第２算出部５４は、このような撮像画に基づいて、それぞれ、レーザービームＢの第１通過光Ｐ１および第２通過光Ｐ２のビーム径を算出する。

図６に、第１通過光Ｐ１および第２通過光Ｐ２に関する撮像画に関し、中心ピクセルＯを通過する直線上に並んでいるピクセルと、その明度との関係を示す明度曲線の例を示す。

図６に示す例では、第１通過光Ｐ１に対応する明度曲線Ｇ１を、破線によって示している。また、第２通過光Ｐ２に対応する明度曲線Ｇ２を、実線によって示している。これらの明度曲線Ｇ１およびＧ２では、図５に示した中心ピクセルＯの明度が最大値を有し、そこから離れるにつれて、ピクセルの明度が低下している。
また、明度曲線Ｇ１における明度の最大値（１００％；白色に対応）は、明度曲線Ｇ２における明度の最大値（約７０％；灰色に対応）よりも高くなっている。

そして、第１算出部５３は、図６に示すように、第１通過光Ｐ１のビーム径である第１ビーム径Ｒ１を、第１通過光Ｐ１に対応する明度曲線Ｇ１における、ピーク強度値の１／ｅ^２（１３．５％）倍の明度を有するピクセルの間隔Ｗ１として、算出する。

すなわち、第１算出部５３は、第１通過光Ｐ１に対応する明度曲線Ｇ１における、ピーク強度値の１／ｅ^２（１３．５％）倍の明度を有するピクセルである第１境界ピクセルＫ１（２箇所）を求める。そして、第１算出部５３は、第１境界ピクセルＫ１よりも内側のピクセルが、予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルであると判断する。そして、第１算出部５３は、第１通過光Ｐ１のビーム径である第１ビーム径Ｒ１を、２つの第１境界ピクセルＫ１間の距離Ｗ１として、算出する。

同様に、第２算出部５４は、図６に示すように、第２通過光Ｐ２のビーム径である第２ビーム径Ｒ２を、第２通過光Ｐ２に対応する明度曲線Ｇ２における、ピーク強度値の１／ｅ^２倍の明度を有するピクセルの間隔Ｗ２として、算出する。

すなわち、第２算出部５４は、第２通過光Ｐ２に対応する明度曲線Ｇ２における、ピーク強度値の１／ｅ^２（１３．５％）倍の明度を有するピクセルである第２境界ピクセルＫ２（２箇所）を求める。そして、第２算出部５４は、第２境界ピクセルＫ２よりも内側のピクセルが、予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルであると判断する。そして、第２算出部５４は、第２通過光Ｐ２のビーム径である第２ビーム径Ｒ２を、２つの第２境界ピクセルＫ２間の距離Ｗ２として、算出する。

次に、制御手段５１のレンズ調整部５２が、第１算出部５３により算出された第１通過光Ｐ１の第１ビーム径Ｒ１と、第２算出部５４により算出された第２通過光Ｐ２の第２ビーム径Ｒ２とが一致するように、ビームエキスパンダ６２の第２の凹レンズ７３を、レーザービームＢの光軸Ｂ１方向に移動させる。

たとえば、制御手段５１は、第１ビーム径Ｒ１と第２ビーム径Ｒ２との差である径差を計算する（図４のＳ３）。そして、制御手段５１は、計算された径差が予め設定された許容値以内にあるか否かを判断する。すなわち、制御手段５１は、判断結果に基づいて、計算された径差が許容値以内になかった場合に、ビームエキスパンダ６２における第２の凹レンズ７３（図２参照）の位置調整（コリメート）を実施する（Ｓ４）。

すなわち、径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ミラー９１と第２ミラー９２とにおいて、レーザービームＢのビーム径が略同様であること、を意味する。

したがって、この場合、制御手段５１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、径差が許容値より大きいことは、第１ミラー９１と第２ミラー９２とにおいて、レーザービームＢのビーム径が略同様ではないことを意味する。

したがって、この場合、制御手段５１は、レーザービームＢが平行光ではないと判断し、コリメートが必要であると判断する（Ｓ４でＮｏ）。この場合、制御手段５１のレンズ調整部５２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、制御手段５１は、第２ビーム径Ｒ２が第１ビーム径Ｒ１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５２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、制御手段５１は、第１ビーム径Ｒ１が第２ビーム径Ｒ２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５２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ビーム径Ｒ１と第２ビーム径Ｒ２との径差が予め設定された許容値以内となり、制御手段５１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は、ビーム径（第１ビーム径Ｒ１あるいは第２ビーム径Ｒ２）が、予め設定された所定範囲、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、ビーム径が所定範囲にない場合（Ｓ５でＮｏ）、制御手段５１のレンズ調整部５２が、ビーム径が所定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、ビーム径が所定範囲よりも大きい場合、レンズ調整部５２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、ビーム径が所定範囲よりも小さい場合、レンズ調整部５２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範囲の値となるまで、Ｓ２〜Ｓ７の処理を繰り返す。
そして、制御手段５１は、レーザービームＢが平行光となり、そのビーム径が所定範囲の値となったときに、レーザービームＢの調整動作を終了する。そして、制御手段５１は、通知手段５０を用いて、作業者にその旨を通知する。

作業者によってレーザー加工が開始された後、制御手段５１は、適宜、図４のＳ３に示した処理を実施して、第１ビーム径Ｒ１と第２ビーム径Ｒ２との径差、および／または、第１ビーム径Ｒ１または第２ビーム径Ｒ２（ビーム径）を取得する。

そして、制御手段５１は、レーザー加工中に、第１ビーム径Ｒ１と第２ビーム径Ｒ２との径差が予め設定された許容値から外れた場合、および、ビーム径が予め設定された所定範囲を外れた場合に、通知手段５０を制御して、その旨を作業者に通知する。

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によってビーム径取得処理（図４；Ｓ２）が実施され、制御手段５１が、第１通過光Ｐ１の第１ビーム径Ｒ１と、第２通過光Ｐ２の第２ビーム径Ｒ２との差である径差を計算する（Ｓ３）。さらに、この径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５２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、上記の径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、レーザービームＢのビーム径（第１ビーム径Ｒ１あるいは第２ビーム径Ｒ２）が、予め設定された所定範囲内の値となるように、レンズ調整部５２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。

これにより、レーザー発振器６１の機差（たとえば、ビーム径の差）の影響を抑制することができる。したがって、複数のレーザー加工装置１０において、略同一な加工結果を得ることができる。

また、本実施形態では、制御手段５１が、レーザー加工中に、第１ビーム径Ｒ１と第２ビーム径Ｒ２との径差、および、ビーム径（第１ビーム径Ｒ１あるいは第２ビーム径Ｒ２）を、適宜、取得する。そして、径差が予め設定された許容値から外れた場合、および、ビーム径が予め設定された所定範囲を外れた場合に、通知手段５０が、その旨を作業者に通知する。

したがって、本実施形態では、レーザー加工中に、レーザービームＢが平行光でなくなってたり、ビーム径が変わったりした場合でも、作業者が、そのことに容易に気づくことができる。これにより、ウェーハ１の加工不良を抑制することができる。

なお、本実施形態では、図２に示すように、第２カメラ９４は、第２ミラー９２の裏側に配置されて、この第２ミラー９２を通過した光である第２通過光Ｐ２を撮像している。これに代えて、第２カメラ９４は、加工ヘッド１８内における反射ミラー６５の裏側に配置されて、反射ミラー６５を通過した通過光を撮像するように構成されていてもよい。

また、図２に示した第１カメラ９３および第２カメラ９４に加えて、反射ミラー６５の裏側に、反射ミラー６５を通過した通過光を撮像する第３カメラが配置されていてもよい。この場合、制御手段５１は、第３カメラによって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、レーザービームＢのビーム径を算出する第３算出部を備えていてもよい。そして、レンズ調整部５２は、第１算出部５３により算出されたビーム径と、第２算出部５４により算出されたビーム径と、第３算出部により算出されたビーム径とが一致するように、ビームエキスパンダ６２における第２の凹レンズ７３を、レーザービームＢの光軸Ｂ１の方向に移動させてもよい。

また、本実施形態では、第１カメラ９３および第２カメラ９４による撮像画が、多階調の画像である。これに代えて、撮像画は、２値化された画像であってもよい。
また、予め第１ミラー９１、第２ミラー９２、を同じ位置に配置させカメラで通過光を撮像して、第１ミラー９１と第２ミラーとの通過光の比率を求めて記憶しておき、所定の場所でレーザービームを反射させた際の通過光を撮像した第１カメラ９３の撮像画と第２カメラ９４の撮像画との比率が、記憶した比率であれば、レーザービームは平行光であると判断させるように構成しても良い。

また、図６に示した例では、第１ミラー９１を通過した第１通過光Ｐ１に対応する明度曲線Ｇ１における明度の最大値が、第２ミラー９２を通過した第２通過光Ｐ２に対応する明度曲線Ｇ２における明度の最大値よりも高くなっている。これに関し、第２通過光Ｐ２の明度が、第１通過光Ｐ１の明度よりも高くなる場合もある。
なお、ミラーの通過光の明度は、ミラーの種類によって異なる値となる。

また、本実施形態にかかるレーザー加工手段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：インデックス送り手段、３０：加工送り手段、
４０：チャックテーブル部、４３：チャックテーブル、
１２：レーザー加工手段、１７：アーム部、１８：加工ヘッド、
６１：レーザー発振器、８０：パワーメータ、６５：反射ミラー、６６：集光器、
６２：ビームエキスパンダ、
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、
６３：ビーム測定機構、
９１：第１ミラー、９２：第２ミラー、９３：第１カメラ、９４：第２カメラ、
５０：通知手段、
５１：制御手段、５２：レンズ調整部、５３：第１算出部、５４：第２算出部、
Ｂ：レーザービーム、Ｂ１：光軸、
Ｐ１：第１通過光、Ｐ２：第２通過光、Ｒ１：第１ビーム径、Ｒ２：第２ビーム径

Claims (3)

1. 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、複数のレンズを有するビーム調整手段と、
   該ビーム調整手段を通過した該レーザービームを反射して該光軸の方向を変更する第１ミラーと、
   該第１ミラーで方向を変更された該レーザービームを反射して該光軸の方向を変える第２ミラーと、
   該第１ミラーを通過した第１通過光を撮像する第１カメラと、
   該第２ミラーを通過した第２通過光を撮像する第２カメラと、
   制御手段と、を備え、
   該制御手段は、
   該第１カメラによって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、該第１通過光のビーム径を算出する第１算出部と、
   該第２カメラによって撮像された撮像画における予め設定された明度よりも明るい領域のピクセルから、該第２通過光のビーム径を算出する第２算出部と、
   該第１算出部により算出されたビーム径と、該第２算出部により算出されたビーム径とが一致するように、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、を備える、
   レーザービーム調整機構。
2. 該レンズ調整部は、
   該第１算出部または該第２算出部により算出された該ビーム径が予め設定された所定範囲内になるように、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。
3. 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をレーザービームの照射によって加工するレーザー加工手段と、
   該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的にＸ軸方向に加工送りする加工送り手段と、
   該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的に該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にインデックス送りするインデックス送り手段と、
   作業者への通知を実施する通知手段と、を備えるレーザー加工装置であって、
   該レーザー加工手段は、
   レーザービームを発振するレーザー発振器と、
   該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光器と、
   該レーザー発振器と該集光器との間に配設される請求項２記載のレーザービーム調整機構と、を備え、
   該通知手段は、レーザー加工中に該第１算出部または該第２算出部によって算出されたビーム径が予め設定された所定範囲を外れた場合、その旨を作業者に通知する、
   レーザー加工装置。

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