JP2022184406A - レーザー加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被加工物に積層された機能層の剥離を抑制しつつ、効率的に被加工物を分割することができるレーザー加工装置を提供すること。【解決手段】レーザー加工装置は、レーザービーム照射ユニット２０が、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を第１の光路３０と第２の光路４０とに分岐する第１の分岐ユニット２３と、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１を集光する第１の集光器３２と、第２の光路４０に導かれたレーザービーム２１を集光する第２の集光器４２と、第１の分岐ユニット２３と第１の集光器３２との間の第１の光路３０に配設され、レーザービーム２１を少なくとも２本のレーザービーム２１へと分岐する第２の分岐ユニット３１と、第１の分岐ユニット２３と第２の集光器４２との間の第２の光路４０に配設され、レーザービーム２１を走査して第２の集光器４２へと導くレーザービーム走査ユニット４１と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。
半導体ウェーハを分割してチップ化する方法として、ウェーハに設定された分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射してウェーハをアブレーションさせることで分割する方法が知られている。特に、レーザー発振器と集光器との間にレーザービームを走査する走査光学系を配置し、レーザービームを走査しながらウェーハに照射する方法は、十分な幅の分割溝を効率的に形成することができるため、生産性の向上が期待されている（特許文献１参照）。
特開２０１６－０６８１４９号公報
しかしながら、表面にＬｏｗ－ｋ膜等の機能層が積層されたウェーハ等に対して上述の方法で加工する場合、積層された機能層が剥離してデバイスに達しチップを損傷する可能性がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被加工物に積層された機能層の剥離を抑制しつつ、効率的に被加工物を分割することができるレーザー加工装置を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持ユニットと、該保持ユニットに保持された被加工物に対してパルス状のレーザービームを集光照射して加工を施すレーザービーム照射ユニットと、該保持ユニットと該レーザービームの集光点とを相対的に移動させる移動ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、レーザー発振器と、該レーザー発振器から出射されたレーザービームを第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の分岐ユニットと、該第１の光路に導かれたレーザービームを集光する第１の集光器と、該第２の光路に導かれたレーザービームを集光する第２の集光器と、該第１の分岐ユニットと該第１の集光器との間の該第１の光路に配設され、該第１の光路に導かれたレーザービームを少なくとも２本のレーザービームへと分岐する第２の分岐ユニットと、該第１の分岐ユニットと該第２の集光器との間の該第２の光路に配設され、該第２の光路に導かれたレーザービームを走査して該第２の集光器へと導くレーザービーム走査ユニットと、を含むことを特徴とする。
また、本発明のレーザー加工装置において、該第１の集光器によって集光されたレーザービームは、該第２の集光器によって集光されたレーザービームに対して該移動ユニットの加工送り方向に離隔してもよい。
また、本発明のレーザー加工装置において、該第２の分岐ユニットは、該被加工物に設定された分割予定ラインの幅方向にレーザービームを分岐し、該分割予定ラインに沿って少なくとも２条のレーザー加工溝を形成してもよい。
また、本発明のレーザー加工装置において、該レーザービーム走査ユニットは、該レーザービームを該移動ユニットの加工送り方向に走査して該第２の集光器へと導くポリゴンスキャナと、該レーザー発振器と該ポリゴンスキャナとの間の該第１の光路に配設され、該レーザービームを該被加工物に設定された分割予定ラインの幅方向に走査する音響光学素子と、を含んでもよい。
また、本発明のレーザー加工装置において、該移動ユニットは、該第１の集光器を該第２の集光器に対して該被加工物の上面と平行な方向に相対的に移動させる集光器移動ユニットを含んでもよい。
また、本発明のレーザー加工装置は、該レーザー発振器と該第１の分岐ユニットとの間の光路に配設され、該レーザー発振器から出射されたレーザービームを更に第３の光路に分岐する第３の分岐ユニットと、該第３の光路に導かれたレーザービームを集光する第３の集光器と、該第３の分岐ユニットと該第３の集光器との間の該第３の光路に配設され、該第３の光路に導かれたレーザービームを少なくとも２本のレーザービームへと分岐する第４の分岐ユニットと、を更に含み、該第１の集光器によって集光されたレーザービームおよび該第３の集光器によって集光されたレーザービームは、該第２の集光器によって集光されたレーザービームに対して該移動ユニットの加工送り方向に互いに反対側に離隔してもよい。
また、本発明のレーザー加工装置は、該第１の分岐ユニットと該第２の分岐ユニットとの間の該第１の光路に配設され、該第１の光路に導かれたレーザービームを更に第３の光路に分岐する第３の分岐ユニットと、該第３の光路に導かれたレーザービームを集光する第３の集光器と、該第３の分岐ユニットと該第３の集光器との間の該第３の光路に配設され、該第３の光路に導かれたレーザービームを少なくとも２本のレーザービームへと分岐する第４の分岐ユニットと、を更に含み、該第１の集光器によって集光されたレーザービームおよび該第３の集光器によって集光されたレーザービームは、該第２の集光器によって集光されたレーザービームに対して該移動ユニットの加工送り方向に互いに反対側に離隔してもよい。
本発明は、被加工物に積層された機能層の剥離を抑制しつつ、効率的に被加工物を分割することができる。
図１は、第１施形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示すレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの概略構成を説明する説明図である。 図３は、図１に示すレーザービーム照射ユニットの加工点ノズルの構成例を模式的に示す斜視図である。 図４は、図１に示すレーザー加工装置によって形成されるレーザー加工溝の一例を模式的に示す平面図である。 図５は、第２実施形態に係るレーザービーム照射ユニットの概略構成を説明する説明図である。 図６は、図５に示すレーザービーム照射ユニットの別の状態を説明する説明図である。 図７は、第３実施形態に係るレーザービーム照射ユニットの概略構成を説明する説明図である。 図８は、図７に示すレーザービーム照射ユニットの別の状態を説明する説明図である。
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。更に、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、置換または変更を行うことができる。
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態に係るレーザー加工装置１の構成について図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザー加工装置１の構成例を示す斜視図である。以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。第１実施形態のレーザー加工装置１は、加工送り方向がＸ軸方向であり、割り出し送り方向がＹ軸方向である。
図１に示すように、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット７０と、表示ユニット８０と、制御ユニット９０と、を備える。実施形態に係るレーザー加工装置１は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００に対して、レーザービーム照射ユニット２０によってパルス状のレーザービーム２１を照射することにより、被加工物１００を加工する装置である。レーザー加工装置１による被加工物１００の加工は、例えば、被加工物１００の表面に溝を形成する溝加工、または分割予定ラインに沿って被加工物１００を切断する切断加工等である。
被加工物１００は、第１実施形態において、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、またはリチウムタンタレート（ＬｉＴａ３）等を基板１０１とする円板状の半導体デバイスウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。なお、被加工物１００は実施形態に限定されず、本発明では円板状でなくともよい。
被加工物１００は、基板１０１の表面１０２に格子状に設定された分割予定ライン１０３と、分割予定ライン１０３によって区画された領域に形成されたデバイス１０４と、を有している。デバイス１０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、またはＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。被加工物１００は、例えば、環状のフレーム１１０が貼着されかつ被加工物１００の外径よりも大径な貼着テープ１１１が被加工物１００の裏面１０５に貼着されて、フレーム１１０の開口内に支持される。
保持テーブル１０は、被加工物１００を保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面１１は、第１実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。保持テーブル１０の周囲には、被加工物１００を支持するフレーム１１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。
保持テーブル１０は、回転ユニット１３によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。回転ユニット１３は、Ｘ軸方向移動プレート１４に支持される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４を介して、移動ユニット７０のＸ軸方向移動ユニット７１によりＸ軸方向に移動される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４、Ｘ軸方向移動ユニット７１およびＹ軸方向移動プレート１５を介して、移動ユニット７０のＹ軸方向移動ユニット７２によりＹ軸方向に移動される。
レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００に対して、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するパルス状のレーザービーム２１を照射するユニットである。第１実施形態において、レーザービーム照射ユニット２０の一部は、装置本体２から立設した立設壁３に基端部が取り付けられた支持柱４の先端に支持されている。レーザービーム照射ユニット２０の詳細な構成については、後述にて説明する。
移動ユニット７０は、保持テーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点とを相対的に移動させるユニットである。移動ユニット７０は、Ｘ軸方向移動ユニット７１と、Ｙ軸方向移動ユニット７２と、不図示のＺ軸方向移動ユニットと、集光器移動ユニット７３（図２参照）と、を含む。なお、集光器移動ユニット７３については、後述にて説明する。
Ｘ軸方向移動ユニット７１は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点とを加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｘ軸方向移動ユニット７１は、第１実施形態において、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向移動ユニット７１は、第１実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｘ軸方向移動ユニット７１は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。
Ｙ軸方向移動ユニット７２は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点とを割り出し送り方向であるＹ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｙ軸方向移動ユニット７２は、第１実施形態において、保持テーブル１０をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向移動ユニット７２は、第１実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸方向移動ユニット７２は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。
Ｘ軸方向移動ユニット７１およびＹ軸方向移動ユニット７２はそれぞれ、例えば、周知のボールねじと、周知のパルスモータと、周知のガイドレールと、を含む。ボールねじは、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータは、ボールねじを軸心回りに回転させる。Ｘ軸方向移動ユニット７１のガイドレールは、Ｙ軸方向移動プレート１５に固定して設けられ、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。Ｙ軸方向移動ユニット７２のガイドレールは、装置本体２に固定して設けられ、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。
Ｚ軸方向移動ユニットは、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点とを焦点調整方向であるＺ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｚ軸方向移動ユニットは、少なくとも、レーザービーム照射ユニット２０の集光器（第１実施形態では、後述の第１の集光器３２および第２の集光器４２）をＺ軸方向に移動させる。Ｚ軸方向移動ユニットは、例えば、少なくとも集光器をＺ軸方向に移動させるための周知の１軸アクチュエータおよびパルスモータ等と、を含む。
表示ユニット８０は、液晶表示装置等により構成される表示部である。表示ユニット８０は、例えば、加工条件の設定画面、不図示の撮像ユニットが撮像した被加工物１００の状態、加工動作の状態等を、表示面８１に表示させる。なお、撮像ユニットは、例えば、ミクロ、マクロ、３Ｄ顕微鏡を含み、レーザービーム照射ユニット２０のレーザービーム２１の照射部に隣接して設けられる。
表示ユニット８０の表示面８１がタッチパネルを含む場合、表示ユニット８０は、入力部を含んでもよい。入力部は、オペレータが加工内容情報を登録する等の各種操作を受付可能である。入力部は、キーボード等の外部入力装置であってもよい。表示ユニット８０は、表示面８１に表示される情報や画像が入力部等からの操作により切り換えられる。表示ユニット８０は、報知装置を含んでもよい。報知装置は、音および光の少なくとも一方を発してレーザー加工装置１のオペレータに予め定められた報知情報を報知する。報知装置は、スピーカーまたは発光装置等の外部報知装置であってもよい。
制御ユニット９０は、レーザー加工装置１の上述した各構成要素をそれぞれ制御して、被加工物１００に対する加工動作をレーザー加工装置１に実行させる。制御ユニット９０は、演算手段としての演算処理装置と、記憶手段としての記憶装置と、通信手段としての入出力インターフェース装置と、を含むコンピュータである。演算処理装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する。演算処理装置は、記憶装置に格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行う。演算処理装置は、演算結果に従って、入出力インターフェース装置を介して各種制御信号を上述した各構成要素に出力し、レーザー加工装置１の制御を行う。
次に、レーザービーム照射ユニット２０の構成について詳細に説明する。図２は、図１に示すレーザー加工装置１のレーザービーム照射ユニット２０の概略構成を説明する説明図である。図３は、図１に示すレーザービーム照射ユニット２０の加工点ノズル６０の構成例を模式的に示す斜視図である。図４は、図１に示すレーザー加工装置１によって形成されるレーザー加工溝１０６、１０７の一例を模式的に示す平面図である。
図２に示すように、第１実施形態のレーザービーム照射ユニット２０では、レーザービーム２１を第１の光路３０および第２の光路４０に分岐して、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に対して、加工送り方向（Ｘ軸方向）に離隔した領域にそれぞれ照射する。レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２２と、第１の分岐ユニット２３と、第２の分岐ユニット３１と、第１の集光器３２と、出力調整機構３３と、λ／４波長板３４と、レーザービーム走査ユニット４１と、第２の集光器４２と、ミラー２８、３８－１、３８－２、３８－３、３８－４、４８－１、４８－２と、ビームダンパ３９、４９と、を含む。
なお、図２において、保持テーブル１０の下方に図示した右方向に向く矢印は、保持テーブル１０の移動方向を示している。また、図３において、左下方向に向く矢印は、レーザービーム照射ユニット２０によって照射されるレーザービーム２１および加工点ノズル６０の進行方向を示している。また、図３において、白抜き矢印は、エアーの流れ方向を示している。また、図４において、左方向に向く矢印は、レーザービーム照射ユニット２０によって照射されるレーザービーム２１の進行方向を示している。
レーザー発振器２２は、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するレーザービーム２１を出射する。レーザービーム照射ユニット２０が照射するレーザービーム２１は、被加工物１００に対して透過性を有する波長のレーザービームでもよいし、被加工物１００に対して吸収性を有する波長のレーザービームでもよい。
第１の分岐ユニット２３は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を第１の光路３０と第２の光路４０とに分岐する。第１の分岐ユニット２３は、入射したレーザービーム２１をＳ偏光とＰ偏光との直交成分に分離させる偏光ビームスプリッタ（Polarizing Beam Splitter：ＰＢＳ）である。第１の分岐ユニット２３は、第１実施形態において、所定の透過率および反射率を有し、透過させたレーザービーム２１を第１の光路３０に導くとともに、反射させたレーザービーム２１を第２の光路４０に導くビームスプリッタであってもよい。
第２の分岐ユニット３１は、第１の分岐ユニット２３と第１の集光器３２との間の第１の光路３０に配設される。第２の分岐ユニット３１は、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１を少なくとも２本のレーザービームへと分岐する。第２の分岐ユニット３１は、被加工物１００に設定された分割予定ライン１０３（図１参照）の幅方向（Ｙ軸方向）にレーザービーム２１を分岐し、分割予定ライン１０３に沿って少なくとも２条のレーザー加工溝１０６（図４参照）を形成する。
第２の分岐ユニット３１は、第１実施形態において、入射したレーザービーム２１を２つの直交する直線偏光のレーザービーム２１に分離させるウォラストンプリズムである。ウォラストンプリズムから出射する２つのレーザービーム２１は、入射方向に対して傾斜して出射する。また、ウォラストンプリズムは、回転することによって、出射する２つのレーザービーム２１の間隔を変更することができる。
第１の集光器３２は、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１を集光する。第１の集光器３２は、第２の分岐ユニット３１によって少なくとも２本へ分岐したレーザービームを、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００にそれぞれ集光照射する。第１の集光器３２は、不図示のＺ軸方向移動ユニットによって、Ｚ軸方向に移動して、焦点の高さ位置を調整される。
また、第１の集光器３２は、第１実施形態において、集光器移動ユニット７３により、第２の集光器４２に対して、被加工物１００の上面と平行な方向（水平方向）に移動される。集光器移動ユニット７３は、例えば、例えば、第１の集光器３２を保持するホルダと、ホルダを水平方向に移動させるための２軸アクチュエータおよび超音波モータと、を含む。
出力調整機構３３は、第１の分岐ユニット２３と第２の分岐ユニット３１との間の第１の光路３０に配設される。出力調整機構３３は、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１の出力を調整する。出力調整機構３３は、例えば、例えば、λ／２波長板、ビームスプリッタ、およびビームダンパ等を備えるアッテネータを含む。λ／２波長板は、回動角度に応じて入射したレーザービーム２１の直線偏光方向を変化させる。ビームスプリッタは、λ／２波長板を通過したレーザービーム２１のうち、所定の直線偏光方向を有するレーザービーム２１をビームダンパに向けて反射し、所定の直線偏光方向以外の直線偏光方向を有するレーザービーム２１を透過する。
λ／４波長板３４は、第２の分岐ユニット３１と第１の集光器３２との間の第１の光路３０に配設される。λ／４波長板３４は、入射したレーザービーム２１のそれぞれ直交する２つの偏光成分に対して位相差をλ／４（９０°）与えて直線偏向を円偏光に変換する。
レーザービーム走査ユニット４１は、第１の分岐ユニット２３と第２の集光器４２との間の第２の光路４０に配設される。レーザービーム走査ユニット４１は、レーザービーム２１を走査して第２の集光器４２へと導くユニットである。レーザービーム走査ユニット４１は、第１実施形態において、音響光学素子（Acousto-Optic Deflector：ＡＯＤ）４３と、ポリゴンスキャナ４４と、を含む。
音響光学素子４３は、レーザー発振器２２とポリゴンスキャナ４４との間の第２の光路４０に配設される。音響光学素子４３は、レーザービーム２１を被加工物１００に設定された分割予定ライン１０３（図１参照）の幅方向（Ｙ軸方向）に走査する。音響光学素子４３は、所定の高周波が印加されることにより、入射したレーザービーム２１の光軸を所定の方向（第１実施形態では、Ｙ軸方向）に偏向し、走査する。音響光学素子４３は、印加される高周波の周波数に対応して、レーザービーム２１の光軸を偏向する角度を調整する。これにより、レーザービーム２１は、Ｙ軸方向に走査される。
ポリゴンスキャナ４４は、レーザービーム２１を移動ユニット７０の加工送り方向（Ｘ軸方向）に走査して第２の集光器４２へと導く。ポリゴンスキャナ４４は、走査ミラー４４－１と、走査モータ４４－２と、を含む。
走査ミラー４４－１は、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に平行な軸心回りに回転可能または揺動可能に設けられる。走査ミラー４４－１は、軸心回りに回転する多角柱体（第１実施形態では、八角柱体）の側面にそれぞれ設けられる。走査ミラー４４－１の軸心は、図示せぬミラーホルダに保持されている。第２の集光器４２の前側焦点は、レーザービーム２１が入射する走査ミラー４４－１上に位置付けられる。走査モータ４４－２は、走査ミラー４４－１を軸心回りに回転または揺動させるための回転駆動力を出力する。
ポリゴンスキャナ４４は、音響光学素子４３によってＹ軸方向に走査されたレーザービーム２１を、走査ミラー４４－１で第２の集光器４２に向かってＸＺ平面と平行な方向に反射させるとともに、走査ミラー４４－１をＹ軸方向に平行な軸心回りに回転させることによって、レーザービーム２１をＸ軸方向に走査させる。
第２の集光器４２は、第２の光路４０に導かれたレーザービーム２１を集光する。第２の集光器４２は、ｆθレンズを含む。ｆθレンズは、複数枚のレンズを組み合わせた組みレンズである。第２の集光器４２は、音響光学素子４３によってＹ軸方向に走査され、ポリゴンスキャナ４４によってＸ軸方向に走査されたレーザービーム２１を、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に集光照射する。第２の集光器４２は、不図示のＺ軸方向移動ユニットによって、Ｚ軸方向に移動して、焦点の高さ位置を調整される。
第２の集光器４２は、第１の集光器３２に対して移動ユニット７０の加工送り方向（Ｘ軸方向）の後方に離隔した位置に配設される。すなわち、第１の集光器３２によって集光されたレーザービーム２１は、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１に対して移動ユニット７０の加工送り方向（Ｘ軸方向）より前方に離隔する。
図３に示すように、第１の集光器３２によって集光されたレーザービーム２１の照射領域２１－１は、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１の照射領域２１－２に対して、加工送り方向（Ｘ軸方向）の前方に離隔する。すなわち、被加工物１００の分割予定ライン１０３において、レーザービーム２１の進行方向における同一の位置では、第１の集光器３２によって集光されたレーザービーム２１が、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１より先に照射される。
図４に示すように、第１の集光器３２によって集光されたレーザービーム２１は、分割予定ライン１０３に沿う２条のレーザー加工溝１０６を形成する、所謂、パイカット加工を行う。パイカット加工では、被加工物１００の機能層を分断する。また、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１は、第１の集光器３２によって集光されたレーザービーム２１によって形成された２条のレーザー加工溝１０６の間の領域を覆う幅広のレーザー加工溝１０７を形成する、所謂、中抜き加工を実施する。図２に示す集光器移動ユニット７３は、第１の集光器３２と第２の集光器４２の水平方向の相対距離を調整することによって、図４に示すレーザー加工溝１０６、１０７の位置合わせを行うことができる。
ミラー２８、３８－１、３８－２、３８－３、３８－４、４８－１、４８－２は、レーザービーム２１の光路上に配設される。ミラー２８、３８－１、３８－２、３８－３、３８－４、４８－１、４８－２は、レーザービーム２１を反射して、レーザービーム照射ユニット２０の各々の光学部品へ導く。
ミラー２８は、レーザー発振器２２と第１の分岐ユニット２３との間の光路上に配設される。ミラー３８－１は、第１の分岐ユニット２３と出力調整機構３３との間の第１の光路３０に配設される。ミラー３８－２およびミラー３８－３は、出力調整機構３３と第２の分岐ユニット３１との間の第１の光路３０に配設される。ミラー３８－４は、λ／４波長板３４と第１の集光器３２との間の第１の光路３０に配設される。ミラー４８－１およびミラー４８－２は、音響光学素子４３とポリゴンスキャナ４４との間の第２の光路４０に配設される。
ミラー３８－２は、第１実施形態において、ガルバノスキャナに含まれるガルバノミラーである。すなわち、ミラー３８－２は、レーザービーム２１の入射角に対して回転することによって、レーザービーム２１の走査角度を変更することができ、レーザービーム２１を第１の光路３０から遮蔽するシャッタとしての機能を有する。シャッタとして機能するミラー３８－２は、レーザービーム２１を、ビームダンパ３９に向けて反射する。ビームダンパ３９は、ミラー３８－２から入射したレーザービーム２１を終端する。
ミラー４８－１は、第１実施形態において、ガルバノスキャナに含まれるガルバノミラーである。すなわち、ミラー４８－１は、レーザービーム２１の入射角に対して回転することによって、レーザービーム２１の走査角度を変更することができ、レーザービーム２１を第２の光路４０から遮蔽するシャッタとしての機能を有する。シャッタとして機能するミラー４８－１は、レーザービーム２１を、ビームダンパ４９に向けて反射する。ビームダンパ３９は、ミラー４８－１から入射したレーザービーム２１を終端する。
なお、第１の光路３０および第２の光路４０に設けるシャッタは、ガルバノスキャナを用いる第１実施形態に限定されず、例えば、シリンダー等のメカニカルなシャッタでもよい。
また、レーザー加工装置１は、図３に示す加工点ノズル６０を更に備える。加工点ノズル６０は、支持柱４の先端に取り付けられる加工ヘッドの下方に設けられる。加工点ノズル６０は、レーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の通過を許容する。実施形態の加工点ノズル６０は、第２の集光器４２に集光されたレーザービーム２１の通過を許容する。加工点ノズル６０は、上壁６１と、側壁６２、６３と、エアー流入口６４と、エアー吸引口６５と、第１の開口６６と、第２の開口６７と、を含む。
上壁６１は、第２の集光器４２の下方に位置する。側壁６２、６３は、上壁６１の両側縁から垂下して設けられる。側壁６２の上縁は、上壁６１のＸ軸方向の第２の集光器４２に対する第１の集光器３２が設けられる側の側縁に接続する。側壁６３は、Ｘ軸方向に側壁６２と対向して設けられる。側壁６３の上縁は、上壁６１のＸ軸方向の第１の集光器３２に対する第２の集光器４２が設けられる側の側縁に接続する。すなわち、加工点ノズル６０は、上壁６１および側壁６２、６３によって、Ｙ軸方向視で逆Ｕ字形状に構成される。
エアー流入口６４は、上壁６１および側壁６２、６３によって囲まれ、Ｙ軸方向の一方の端部に設けられる開口である。エアー吸引口６５は、上壁６１および側壁６２、６３によって囲まれ、Ｙ軸方向の他方の端部に設けられる開口であって、エアー流入口６４と対向する。エアー吸引口６５は、図示せぬ吸引源に接続される。吸引源により吸引されることによって、エアー流入口６４から加工点ノズル６０内部を通りエアー吸引口６５からへ抜けるエアーの流れが形成される。これにより、第２の集光器４２に集光されたレーザービーム２１による加工の際に生じるデブリが吸引される。
第１の開口６６は、上壁６１に設けられる。第１の開口６６は、第２の集光器４２の直下に設けられ、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１の通過を許容する。
第２の開口６７は、側壁６２に設けられる。図示せぬ吸引源により吸引される際には、更に第２の開口６７から加工点ノズル６０内部を通りエアー吸引口６５からへ抜けるエアーの流れが形成される。これにより、第１の集光器３２に集光されたレーザービーム２１による加工の際に生じるデブリが吸引される。なお、第２の開口６７から加工点ノズル６０内部に向かってエアーを噴出するエアーブローノズルを更に有してもよい。
以上説明したように、第１実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザービーム２１を第１の光路３０と第２の光路４０とに分岐して、第１の光路３０に導かれた少なくとも２条のレーザービーム２１で先に機能層を分離するレーザー加工溝１０６を形成する。そして、レーザー加工溝１０６を形成した後、第２の光路４０に導かれたレーザービーム２１でレーザー加工溝１０７を形成し、レーザー加工溝１０６に囲まれた領域をアブレーションさせる。これにより、被加工物１００に積層された機能層の剥離を抑制しつつ、効率的に被加工物１００を分割することができる。また、上記の加工を１台のレーザー加工装置１で実現できるため、被加工物１００を加工する設備に必要な占有面積を縮小できるという効果を奏する。
なお、本発明は、上記第１実施形態に限定されるものではない。すなわち、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、第２実施形態および第３実施形態に示すように、レーザービーム２１を３つに分岐してもよい。
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係るレーザービーム照射ユニット２０－１の構成について図面に基づいて説明する。図５は、第２実施形態に係るレーザービーム照射ユニット２０－１の概略構成を説明する説明図である。図６は、図５に示すレーザービーム照射ユニット２０－１の別の状態を説明する説明図である。以下の説明において、第１実施形態のレーザービーム照射ユニット２０と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
図５および図６に示すように、第２実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－１は、レーザービーム２１を第１の光路３０、第２の光路４０、および第３の光路５０に分岐して、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に対して、加工送り方向（Ｘ軸方向）に離隔した領域にそれぞれ照射する。
第２実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－１は、第１実施形態のレーザービーム照射ユニット２０と比較して、ミラー２８の代わりに、第３の分岐ユニット２５と、第４の分岐ユニット５１と、第３の集光器５２と、出力調整機構５３と、λ／４波長板５４と、ミラー５８－１、５８－２、５８－３と、ビームダンパ５９と、を含む点で異なる。また、移動ユニット７０（図１参照）は、更に、集光器移動ユニット７４を含む。
第３の分岐ユニット２５は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を第１の分岐ユニット２３へ向かう光路と第３の光路５０とに分岐する。第３の分岐ユニット２５は、入射したレーザービーム２１をＳ偏光とＰ偏光との直交成分に分離させる偏光ビームスプリッタである。第３の分岐ユニット２５は、第２実施形態において、例えば、所定の透過率および反射率を有し、透過させたレーザービーム２１を第１の分岐ユニット２３側に導くとともに、反射させたレーザービーム２１を第３の光路５０に導くビームスプリッタであってもよい。
第４の分岐ユニット５１は、第３の分岐ユニット２５と第３の集光器５２との間の第３の光路５０に配設される。第４の分岐ユニット５１は、第３の光路５０に導かれたレーザービーム２１を少なくとも２本のレーザービームへと分岐する。第４の分岐ユニット５１は、被加工物１００に設定された分割予定ライン１０３（図１参照）の幅方向（Ｙ軸方向）にレーザービーム２１を分岐し、分割予定ライン１０３に沿って少なくとも２条のレーザー加工溝１０６（図４参照）を形成する。
第３の集光器５２は、第３の光路５０に導かれたレーザービーム２１を集光する。第３の集光器５２は、第４の分岐ユニット５１によって少なくとも２本へ分岐したレーザービームを、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００にそれぞれ集光照射する。第３の集光器５２は、不図示のＺ軸方向移動ユニットによって、Ｚ軸方向に移動して、焦点の高さ位置を調整される。
第３の集光器５２は、第２の集光器４２に対して移動ユニット７０の加工送り方向（Ｘ軸方向）に離隔した位置であって、第２の集光器４２を挟んで、第１の集光器３２と反対側の対称的な位置に配設される。すなわち、第１の集光器３２によって集光されたレーザービーム２１は、図５に示す往路において、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１に対して移動ユニット７０の加工送り方向（Ｘ軸方向）より前方に離隔する。これに対し、第３の集光器５２によって集光されたレーザービーム２１は、図６に示す復路において、第２の集光器４２によって集光されたレーザービーム２１に対して移動ユニット７０の加工送り方向（Ｘ軸方向）より前方に離隔する。
また、第３の集光器５２は、第２実施形態において、集光器移動ユニット７４により、第２の集光器４２に対して、被加工物１００の上面と平行な方向（水平方向）に移動される。集光器移動ユニット７４は、例えば、例えば、第３の集光器５２を保持するホルダと、ホルダを水平方向に移動させるための２軸アクチュエータおよび超音波モータと、を含む。
出力調整機構５３は、第３の分岐ユニット２５と第４の分岐ユニット５１との間の第３の光路５０に配設される。出力調整機構５３は、第３の光路５０に導かれたレーザービーム２１の出力を調整する。出力調整機構５３は、例えば、例えば、λ／２波長板、ビームスプリッタ、およびビームダンパ等を備えるアッテネータを含む。λ／２波長板は、回動角度に応じて入射したレーザービーム２１の直線偏光方向を変化させる。ビームスプリッタは、λ／２波長板を通過したレーザービーム２１のうち、所定の直線偏光方向を有するレーザービーム２１をビームダンパに向けて反射し、所定の直線偏光方向以外の直線偏光方向を有するレーザービーム２１を透過する。
λ／４波長板５４は、第４の分岐ユニット５１と第３の集光器５２との間の第３の光路５０に配設される。λ／４波長板５４は、入射したレーザービーム２１のそれぞれ直交する２つの偏光成分に対して位相差をλ／４（９０°）与えて直線偏向を円偏光に変換する。
ミラー５８－１、５８－２、５８－３は、レーザービーム２１の第３の光路５０上に配設される。ミラー５８－１、５８－２、５８－３は、レーザービーム２１を反射して、レーザービーム照射ユニット２０の各々の光学部品へ導く。ミラー５８－１、５８－２、５８－３は、出力調整機構５３と第４の分岐ユニット５１との間の第３の光路５０に配設される。
ミラー５８－１は、第２実施形態において、ガルバノスキャナに含まれるガルバノミラーである。すなわち、ミラー５８－１は、レーザービーム２１の入射角に対して回転することによって、レーザービーム２１の走査角度を変更することができ、レーザービーム２１を第３の光路５０から遮蔽するシャッタとしての機能を有する。シャッタとして機能するミラー５８－１は、レーザービーム２１を、ビームダンパ５９に向けて反射する。ビームダンパ５９は、ミラー５８－１から入射したレーザービーム２１を終端する。
〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係るレーザービーム照射ユニット２０－２の構成について図面に基づいて説明する。図７は、第３実施形態に係るレーザービーム照射ユニット２０－２の概略構成を説明する説明図である。図８は、図７に示すレーザービーム照射ユニット２０－２の別の状態を説明する説明図である。以下の説明において、第１実施形態のレーザービーム照射ユニット２０または第２実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
図７および図８に示すように、第３実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－２は、第２実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－１と同様に、レーザービーム２１を第１の光路３０、第２の光路４０、および第３の光路５０に分岐して、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に対して、加工送り方向（Ｘ軸方向）に離隔した領域にそれぞれ照射する。但し、第２実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－１が第１の光路３０と第２の光路４０とに分岐する前段で第３の光路５０に分岐する構成であるのに対し、第３実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－２は、第１の光路３０と第２の光路４０とに分岐した後段で第１の光路３０から第３の光路５０に分岐する。
第３実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－２は、第２実施形態のレーザービーム照射ユニット２０－１と比較して、第３の分岐ユニット２５と、出力調整機構５３と、ミラー３８－１、３８－２、３８－３、５８－１、５８－２、５８－３と、ビームダンパ５９と、の代わりに、第３の分岐ユニット３５と、λ／２波長板３６、３７、５７と、ミラー４８－３、５８－４、５８－５と、を含む点で異なる。また、第４の分岐ユニット５１は、第３の分岐ユニット３５と、第３の集光器５２との間の第３の光路５０に配設される。
第３の分岐ユニット３５は、出力調整機構３３と第２の分岐ユニット３１との間の第１の光路３０に配設される。第３の分岐ユニット３５は、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１を、第２の分岐ユニット３１へ向かう第１の光路３０と、第３の光路５０とに分岐する。第３の分岐ユニット３５は、入射したレーザービーム２１をＳ偏光とＰ偏光との直交成分に分離させる偏光ビームスプリッタである。
λ／２波長板３６は、出力調整機構３３と第３の分岐ユニット３５との間の第１の光路３０に配設される。λ／２波長板３６は、回動角度に応じて入射したレーザービーム２１の直線偏光の偏光方向を変化させる。すなわち、λ／２波長板３６は、回動角度に応じて、第３の分岐ユニット３５からレーザービーム２１を出射させる方向を第１の光路３０および第３の光路５０のいずれかに変更する。
λ／２波長板３７は、第３の分岐ユニット３５と第２の分岐ユニット３１との間の第１の光路３０に配設される。λ／２波長板３７は、回動角度に応じて入射したレーザービーム２１の直線偏光の偏光方向を変化させる。λ／２波長板３７は、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１を非偏光状態に変換する。
λ／２波長板５７は、第３の分岐ユニット３５と第４の分岐ユニット５１との間の第３の光路５０に配設される。λ／２波長板５７は、回動角度に応じて入射したレーザービーム２１の直線偏光の偏光方向を変化させる。λ／２波長板５７は、第３の光路５０に導かれたレーザービーム２１を非偏光状態に変換する。
ミラー４８－３、５８－４、５８－５は、レーザービーム２１の光路上に配設される。ミラー４８－３、５８－４、５８－５は、レーザービーム２１を反射して、レーザービーム照射ユニット２０の各々の光学部品へ導く。
ミラー４８－３は、第１の分岐ユニット２３と音響光学素子４３との間の第２の光路４０に配設される。ミラー５８－４は、第３の分岐ユニット３５とλ／２波長板３７との間の第３の光路５０に配設される。ミラー５８－５は、λ／４波長板５４と第３の集光器５２との間の第３の光路５０に配設される。なお、図７および図８において、レーザービーム２１の光路が干渉する箇所は、不図示のミラーを適宜配設して、紙面の手前方向または奥方向に迂回させればよい。
以上説明したように、第２実施形態および第３実施形態に係るレーザービーム照射ユニット２０－１、２０－２を備えるレーザー加工装置は、加工送り方向において、第２の集光器４２を挟む位置に第１の集光器３２および第３の集光器５２を配置し、第１の光路３０に導かれたレーザービーム２１および第３の光路５０に導かれたレーザービーム２１を選択的に照射することができる。これにより、加工送り方向の往路および復路のいずれにおいても、第２の光路４０に導かれたレーザービーム２１でレーザー加工溝１０７を形成し、レーザー加工溝１０６に囲まれた領域をアブレーションさせる前に、第１の光路３０または第３の光路５０に導かれた少なくとも２条のレーザービーム２１で先に機能層を分離するレーザー加工溝１０６を形成することができる。
１ レーザー加工装置
１０ 保持テーブル
２０、２０－１、２０－２ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２２ レーザー発振器
２３ 第１の分岐ユニット
２５ 第３の分岐ユニット
３０ 第１の光路
３１ 第２の分岐ユニット
３２ 第１の集光器
４０ 第２の光路
４１ レーザービーム走査ユニット
４２ 第２の集光器
４３ 音響光学素子
４４ ポリゴンスキャナ
５０ 第３の光路
５１ 第４の分岐ユニット
５２ 第３の集光器
７０ 移動ユニット
７３、７４ 集光器移動ユニット
１００ 被加工物
１０６、１０７ レーザー加工溝

Claims (7)

  1. 被加工物を保持する保持ユニットと、
    該保持ユニットに保持された被加工物に対してパルス状のレーザービームを集光照射して加工を施すレーザービーム照射ユニットと、
    該保持ユニットと該レーザービームの集光点とを相対的に移動させる移動ユニットと、
    を備えたレーザー加工装置であって、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザー発振器と、
    該レーザー発振器から出射されたレーザービームを第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の分岐ユニットと、
    該第１の光路に導かれたレーザービームを集光する第１の集光器と、
    該第２の光路に導かれたレーザービームを集光する第２の集光器と、
    該第１の分岐ユニットと該第１の集光器との間の該第１の光路に配設され、該第１の光路に導かれたレーザービームを少なくとも２本のレーザービームへと分岐する第２の分岐ユニットと、
    該第１の分岐ユニットと該第２の集光器との間の該第２の光路に配設され、該第２の光路に導かれたレーザービームを走査して該第２の集光器へと導くレーザービーム走査ユニットと、
    を含むことを特徴とする、レーザー加工装置。
  2. 該第１の集光器によって集光されたレーザービームは、該第２の集光器によって集光されたレーザービームに対して該移動ユニットの加工送り方向に離隔することを特徴とする、
    請求項１に記載のレーザー加工装置。
  3. 該第２の分岐ユニットは、該被加工物に設定された分割予定ラインの幅方向にレーザービームを分岐し、該分割予定ラインに沿って少なくとも２条のレーザー加工溝を形成することを特徴とする、
    請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
  4. 該レーザービーム走査ユニットは、
    該レーザービームを該移動ユニットの加工送り方向に走査して該第２の集光器へと導くポリゴンスキャナと、
    該レーザー発振器と該ポリゴンスキャナとの間の該第１の光路に配設され、該レーザービームを該被加工物に設定された分割予定ラインの幅方向に走査する音響光学素子と、
    を含むことを特徴とする、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
  5. 該移動ユニットは、該第１の集光器を該第２の集光器に対して該被加工物の上面と平行な方向に相対的に移動させる集光器移動ユニットを含むことを特徴とする、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
  6. 該レーザー発振器と該第１の分岐ユニットとの間の光路に配設され、該レーザー発振器から出射されたレーザービームを更に第３の光路に分岐する第３の分岐ユニットと、
    該第３の光路に導かれたレーザービームを集光する第３の集光器と、
    該第３の分岐ユニットと該第３の集光器との間の該第３の光路に配設され、該第３の光路に導かれたレーザービームを少なくとも２本のレーザービームへと分岐する第４の分岐ユニットと、
    を更に含み、
    該第１の集光器によって集光されたレーザービームおよび該第３の集光器によって集光されたレーザービームは、該第２の集光器によって集光されたレーザービームに対して該移動ユニットの加工送り方向に互いに反対側に離隔することを特徴とする、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
  7. 該第１の分岐ユニットと該第２の分岐ユニットとの間の該第１の光路に配設され、該第１の光路に導かれたレーザービームを更に第３の光路に分岐する第３の分岐ユニットと、
    該第３の光路に導かれたレーザービームを集光する第３の集光器と、
    該第３の分岐ユニットと該第３の集光器との間の該第３の光路に配設され、該第３の光路に導かれたレーザービームを少なくとも２本のレーザービームへと分岐する第４の分岐ユニットと、
    を更に含み、
    該第１の集光器によって集光されたレーザービームおよび該第３の集光器によって集光されたレーザービームは、該第２の集光器によって集光されたレーザービームに対して該移動ユニットの加工送り方向に互いに反対側に離隔することを特徴とする、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
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