JP5222088B2 - Optical system, laser processing apparatus, and scanning apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光を所定箇所に導く光学系に係り、特に、発光部から受光部までの間の光路中に移動する可動光学部品があっても光路長を一定に調整する技術に関する。また、本発明はそのような光学系を含むレーザ加工装置やスキャン装置に関する。 The present invention relates to an optical system that guides light to a predetermined location, and more particularly to a technique for adjusting the optical path length to be constant even when there is a movable optical component that moves in an optical path between a light emitting unit and a light receiving unit. The present invention also relates to a laser processing apparatus and a scanning apparatus including such an optical system.
半導体デバイスの製造工程においては、略円板状の半導体ウェーハの表面に、格子状に配列された分割予定ラインによって多数の矩形状のチップ領域を区画し、これらチップ領域にICやLSI等の電子回路を形成した後、ウェーハに対して裏面研削等の必要な処理を行ってから、ウェーハを分割予定ラインに沿って切断して分割する、すなわちダイシングして、各チップ領域を半導体チップとして得ている。このようにして得られた半導体チップは、樹脂封止によりパッケージングされて、携帯電話やPC(パーソナル・コンピュータ)等の各種電気・電子機器に広く用いられている。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a large number of rectangular chip areas are defined on the surface of a substantially disk-shaped semiconductor wafer by dividing lines arranged in a lattice pattern, and electronic devices such as ICs and LSIs are formed in these chip areas. After forming the circuit, perform necessary processing such as backside grinding on the wafer, then cut the wafer along the planned dividing line and divide it, that is, dicing to obtain each chip area as a semiconductor chip Yes. The semiconductor chip thus obtained is packaged by resin sealing and widely used in various electric / electronic devices such as mobile phones and PCs (personal computers).
ウェーハを半導体チップにダイシングする手段としては、高速回転させた薄い円板状の切削ブレードをウェーハに切り込ませるブレードダイシングが一般的であった。一方、近年では、透過性のレーザ光線を分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハを溶融しながら溝加工や切断加工を施してダイシングするレーザダイシングも試みられている。(特許文献1参照)。 As means for dicing a wafer into semiconductor chips, blade dicing is generally used in which a thin disc-shaped cutting blade rotated at a high speed is cut into the wafer. On the other hand, in recent years, laser dicing has also been attempted in which dicing is performed by irradiating a transmissive laser beam along a planned division line and performing groove processing or cutting processing while melting the wafer. (See Patent Document 1).
レーザダイシングを行うレーザ加工装置としては、X・Y方向への移動と回転が可能とされた水平なチャックテーブル上にワーク(例えば上記のウェーハ等)Wを保持し、チャックテーブル上に固定させたレーザ光線の照射部から、レーザ発振器で発振させたレーザ光線をウェーハに照射するといった構成が多く採用されている。分割予定ラインに沿ってレーザ光線を走査するには、チャックテーブル側をX方向やY方向に移動させて行われるが、走査スピードを速めるなどの処理能力の向上や、各移動機構の移動幅の縮小による装置サイズの小型化を図る上で、レーザ光線の照射部側もX方向、あるいはY方向に移動する構成が検討された。 As a laser processing apparatus that performs laser dicing, a workpiece (for example, the above-described wafer) W is held on a horizontal chuck table that can be moved and rotated in the X and Y directions, and is fixed on the chuck table. A configuration is often employed in which a laser beam oscillated by a laser oscillator is irradiated onto a wafer from a laser beam irradiation unit. Scanning the laser beam along the planned dividing line is performed by moving the chuck table side in the X direction or the Y direction. However, it is possible to improve the processing capability such as increasing the scanning speed and the movement width of each moving mechanism. In order to reduce the size of the apparatus by the reduction, a configuration in which the laser beam irradiation unit side also moves in the X direction or the Y direction has been studied.
図11(a)は、レーザ光線の照射部側を移動させる構成例を模式的に示しており、この場合、レーザヘッド61内で発振され水平に照射されたレーザ光線Lはミラー62により反射角45°の角度で下向きに反射され、対物レンズ63を透過する。対物レンズ63を透過するレーザ光線LはワークWに向かって集光され、ワークWに焦点を形成する。同図に示すように、レーザヘッド61と、ミラー62および対物レンズ63からなる光学系とを、X方向に一体的に移動させてワークWに対し対物レンズ63を走査させれば、レーザ光線Lのウエスト位置(レーザ光線の径が最小となる位置)L1は変わらず、したがって対物レンズ63に到達したレーザ光線Lの径は変わらないためワークWに形成されるレーザ光線Lのスポット径は一定となり、適切なレーザ加工がなされる。しかしながらこの構成では、重量や容積が大きなレーザヘッド1を移動させることは実用上困難であるといった問題がある。
FIG. 11A schematically shows a configuration example in which the irradiation part side of the laser beam is moved. In this case, the laser beam L oscillated in the
そこで、図11(b)に示すように、光学系のみをX方向に移動可能として対物レンズ63をワークWに走査させる方式であれば実現性が高くなる。ところがこの方式では、レーザヘッド61から対物レンズ63間のレーザ光線Lの光路長が光学系の移動に伴い変動し、これによってウエスト位置L1が変動するため対物レンズ63に到達したレーザー光線Lの径は変化し、ワークWに対するスポット径が一定とならず、安定したレーザ加工ができなくなるといった不都合が生じる。
Therefore, as shown in FIG. 11B, if the method is such that only the optical system can be moved in the X direction and the
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、上記対物レンズのような移動する光学部品(可動光学部品)が光路中に存在する光学系において、可動光学部品が移動しても全体の光路長が変動せず常に一定に保たれ、かつ、構成が簡素で実用的な光学系を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in an optical system in which a moving optical component (movable optical component) such as the objective lens is present in the optical path, the entire optical component is moved even if the movable optical component moves. An object of the present invention is to provide a practical optical system in which the optical path length does not fluctuate and is always kept constant, and the configuration is simple.
本発明の光学系は、発光部から発する光を、移動可能に設けられた可動光学部品を経て任意の受光部に導く光学系であって、可動光学部品と一体的に移動するよう設けられ、発光部から発する光を光路長調整光路に反射するミラーを有し、該光路長調整光路は、可動光学部品の移動量に応じて該光路長調整光路の光路長が変動することにより発光部から受光部までの光路長を一定長さに調整する、該ミラーで反射した光が再び該ミラーで反射されるまでの光路であることを特徴としている。 The optical system of the present invention is an optical system that guides light emitted from a light emitting unit to an arbitrary light receiving unit through a movable optical component that is movably provided, and is provided so as to move integrally with the movable optical component. A mirror that reflects the light emitted from the light emitting unit to the optical path length adjusting optical path; the optical path length adjusting optical path is changed from the light emitting unit by changing the optical path length of the optical path length adjusting optical path according to the movement amount of the movable optical component; The optical path length to the light receiving unit is adjusted to a certain length, and the optical path is a path until the light reflected by the mirror is reflected again by the mirror.
本発明の光学系によれば、発光部から発した光はミラーにより光路長調整光路に導かれ、該光路長調整光路を経て受光部に到達する。したがって発光部から受光部の間の光路長は発光部から受光部の間の距離に光路長調整光路を足したものになる。そして、可動光学部品が移動した場合、ミラーが一体的に移動して光路長調整光路が可動光学部品の移動量を相殺する量だけ変動する。これにより、光路長調整光路を含む発光部から受光部までの光路長は一定に保たれる。本発明の光学系によれば、発光部と受光部との間に可動光学部品と一体的に移動するミラーを配設して適宜な光路長調整光路を設けることにより実現することができ、光路長が一定の光学系を簡素な構成で提供することができる。 According to the optical system of the present invention, the light emitted from the light emitting unit is guided to the optical path length adjusting optical path by the mirror, and reaches the light receiving unit through the optical path length adjusting optical path. Therefore, the optical path length between the light emitting part and the light receiving part is obtained by adding the optical path length adjusting optical path to the distance between the light emitting part and the light receiving part. When the movable optical component moves, the mirror moves integrally, and the optical path length adjustment optical path fluctuates by an amount that cancels the movement amount of the movable optical component. Thereby, the optical path length from the light emitting part including the optical path length adjusting optical path to the light receiving part is kept constant. According to the optical system of the present invention, the optical path can be realized by disposing a mirror that moves integrally with the movable optical component between the light emitting unit and the light receiving unit and providing an appropriate optical path length adjusting optical path. An optical system having a constant length can be provided with a simple configuration.
以下、本発明の光学系における具体的な特徴を挙げる。
上記ミラーは、上記光を反射角60°の角度で反射する第1のミラーであり、当該光学系は、光路長調整光路中に、該第1のミラーで反射した光を再び該第1のミラーが反射角60°の角度で反射するように導く第2のミラーを備えており、該第1のミラーが可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする。
Hereinafter, specific features of the optical system of the present invention will be listed.
The mirror is a first mirror that reflects the light at a reflection angle of 60 °, and the optical system again reflects the light reflected by the first mirror in the optical path length adjusting optical path. The mirror includes a second mirror that guides the mirror so as to reflect at an angle of reflection of 60 °, and the first mirror moves integrally with the movable optical component.
あるいは、上記ミラーは、上記光を反射角30°の角度で反射する第1のミラーであり、当該光学系は、光路長調整光路中に、該第1のミラーで反射した光を再び該第1のミラーが反射角30°の角度で反射するように導く第2のミラーを備えており、該第1のミラーが可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする。 Alternatively, the mirror is a first mirror that reflects the light at a reflection angle of 30 °, and the optical system re-directs the light reflected by the first mirror in the optical path length adjusting optical path. The first mirror includes a second mirror that guides the mirror so as to reflect at an angle of reflection of 30 °, and the first mirror moves integrally with the movable optical component.
また、上記ミラーが第1のミラーと第2のミラーを備える構成において、第2のミラーは第1のミラーで反射した光を反射角0°の角度で反射することを特徴とする。あるいは第2のミラーは、第1のミラーで反射した光を反射角45°の角度で反射する一対のミラーであることを特徴とする。 In the configuration in which the mirror includes a first mirror and a second mirror, the second mirror reflects light reflected by the first mirror at an angle of reflection of 0 ° . Alternatively, the second mirror is a pair of mirrors that reflects the light reflected by the first mirror at a reflection angle of 45 °.
次に、本発明のレーザ加工装置は、上記本発明の光学系における発光部がレーザ光線を照射するレーザ光線照射部であり、可動光学部品が集光器である光学系と、ワークを保持する保持面を有し、該保持面に保持される該ワークを受光部とする保持手段と、レーザ光線を発振するレーザ光線発振手段と、集光器およびミラーを、保持面と平行な方向に一体的に移動させる移動手段とを少なくとも備えることを特徴としている。 Next, in the laser processing apparatus of the present invention, the light emitting unit in the optical system of the present invention is a laser beam irradiating unit that irradiates a laser beam, and the movable optical component is an optical system that is a condenser, and holds the workpiece. A holding means having a holding surface and having the workpiece held by the holding surface as a light receiving unit, a laser beam oscillation means for oscillating a laser beam, a condenser and a mirror are integrated in a direction parallel to the holding surface. It is characterized by comprising at least a moving means for moving it.
本発明のレーザ加工装置によれば、集光器を走査してワークにレーザ光線を照射しレーザ加工を施す。集光器を走査しても光学系の光路長が一定であるため、レーザ光線のウエスト位置に変動が生じず、このため、加工点でのレーザ光線のスポット径が一定となって安定したレーザ加工を遂行することができる。 According to the laser processing apparatus of the present invention, the work is scanned by irradiating the work with a laser beam and performing laser processing. Since the optical path length of the optical system is constant even when the condenser is scanned, there is no fluctuation in the waist position of the laser beam. For this reason, the laser beam spot diameter at the processing point is constant and the laser is stable. Processing can be performed.
なお、本発明のレーザ加工装置での加工対象物であるワークは、特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるDAF(Die Attach Film)等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイアあるいはシリコン系の基板、各種電子部品、液晶表示装置を制御駆動するLCDドライバ等の各種ドライバ、さらには、ミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料等が挙げられる。 The workpiece that is the object to be processed in the laser processing apparatus of the present invention is not particularly limited. For example, a semiconductor wafer such as a silicon wafer, a DAF (Die Attach Film) provided on the back surface of the wafer for chip mounting, or the like. Adhesives or semiconductor product packages, ceramic, glass, sapphire or silicon substrates, various electronic components, various drivers such as LCD drivers for controlling and driving liquid crystal display devices, and micron-order accuracy is required. Various processing materials are mentioned.
次に、本発明のスキャン装置は、上記本発明の光学系を有するものであって、発光部が読み込み対象物であり、受光部が該読み込み対象物からの光を像として撮像する撮像手段であることを特徴としている。 Next, a scanning apparatus according to the present invention includes the optical system according to the present invention, wherein the light emitting unit is an object to be read, and the light receiving unit is an imaging unit that captures light from the object to be read as an image. It is characterized by being.
本発明のスキャン装置によれば、発光部である読み込み対象物から発した光が本発明の光学系を経て撮像手段に入射し、該撮像手段が読み込み対象物の像を撮像する。読み込み対象物は可動光学部品で走査されるが、該可動光学部品が読み込み対象物を走査しても光学系の光路長が常に一定であることから、撮像手段による撮像は常にピントが一定したものとなる。 According to the scanning device of the present invention, the light emitted from the reading object that is the light emitting unit enters the imaging unit through the optical system of the present invention, and the imaging unit captures an image of the reading object. The object to be read is scanned with a movable optical component, but the optical path length of the optical system is always constant even when the movable optical component scans the object to be read. It becomes.
本発明の光学系によれば、可動光学部品が光路中に存在する光学系において、該可動光学部品が移動しても光路長が変動せず常に一定に保たれ、かつ、構成が簡素で実用的な光学系の提供を達成することができるといった効果を奏する。 According to the optical system of the present invention, in an optical system in which a movable optical component is present in the optical path, even if the movable optical component moves, the optical path length does not fluctuate and is always kept constant, and the configuration is simple and practical. The effect that the provision of a typical optical system can be achieved is achieved.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(1)第1実施形態
(1−1)レーザ加工装置の概要
図1は、第1実施形態に係るレーザ加工装置の一部を模式的に示しており、図中符号1はレーザヘッド、5はチャックテーブル、Wは半導体ウェーハ等のワークである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) First Embodiment (1-1) Overview of Laser Processing Apparatus FIG. 1 schematically shows a part of a laser processing apparatus according to the first embodiment. In FIG. Is a chuck table, and W is a workpiece such as a semiconductor wafer.
レーザヘッド1は、図示せぬフレーム等に固定されている。レーザヘッド1内にはレーザ光線を発振するレーザ発振器2が収容されており、レーザ発振器2で発振されたレーザ光線Lが、レーザヘッド1から水平方向(図1でX1方向)に照射されるようになっている。チャックテーブル5は一般周知の真空チャック式であり、水平な上面がワークWの保持面5aとされている。ワークWはチャックテーブル5の保持面5aに載置され、チャックテーブル5が真空運転されることにより保持面5aに吸着、保持される。
The
レーザヘッド1から照射されたレーザ光線Lは、第1実施形態に係る光学系11に導かれてチャックテーブル5に保持されたワークWに照射される。チャックテーブル5は、X・Y方向に移動可能に設けられ、かつ、回転可能とされている。チャックテーブル5に保持されたワークWはチャックテーブル5が回転することにより自転し、また、チャックテーブル5とともにX・Y方向に移動する。
The laser beam L irradiated from the
ワークWへのレーザ加工の態様は、例えば多数の半導体チップに分割するダイシングであって、ワークWの厚さを貫通する切断加工や、厚さの途中まで溝を形成する溝加工等が挙げられる。レーザ加工に要するレーザ光線の条件は、ワークWおよびワークWに対するレーザ加工の態様に応じて決定されるが、例えば、以下の様な条件で行われる。
・光源 :LD励起QスイッチNd:YVO4パルススレーザー
・波長 :355nmのパルスレーザー
・繰り返し周波数 :100kHz
・平均出力 :2W
・集光スポット径 :φ10μm
・加工送り速度 :600mm/秒
Examples of the laser processing on the workpiece W include dicing that divides into a large number of semiconductor chips, such as cutting processing that penetrates the thickness of the workpiece W, groove processing that forms a groove halfway through the thickness, and the like. . The conditions of the laser beam required for laser processing are determined according to the workpiece W and the mode of laser processing for the workpiece W. For example, the conditions are as follows.
-Light source: LD excitation Q switch Nd: YVO4 pulse laser-Wavelength: 355 nm pulse laser-Repetition frequency: 100 kHz
・ Average output: 2W
・ Condensing spot diameter: φ10μm
・ Processing feed rate: 600mm / sec
(1−2)光学系の構成
以下、第1実施形態に係る光学系11を説明する。
光学系11は、レーザヘッド1からX1方向に照射されたレーザ光線Lを反射角60°の角度で上方に反射する第1のミラー21と、第1のミラー21で反射されたレーザ光線Lを反射角0°の角度で反射する第2のミラー22を備えている。第1のミラー21では、レーザ光線Lは120°の角度(ここで言う角度は、第1のミラー21への入射角と反射角の成す角度のことであり、以降、同様の意味とする)で第2のミラー22に向けて反射される。第2のミラー22では、レーザ光線Lは0°の角度で反射され、光路を重複して第1のミラー21に戻る。すなわち、第1のミラー21と第2のミラー22との間をレーザ光線Lは光路を重複して往復する。そして、第1のミラー21によりレーザ光線Lは再び120°の角度でX2方向に反射される。
(1-2) Configuration of Optical System Hereinafter, the
The
レーザヘッド1と第1のミラー21との間のレーザ光線Lの光路には、偏光ビームスプリッタ31が配設されており、さらにこの偏光ビームスプリッタ31の第1のミラー21側には、1/4λ波長板32が配設されている。1/4λ波長板32はレーザ光線の偏光状態を変換するものであって、例えば、レーザヘッド1から直線偏光としてX1方向に照射されたレーザ光線Lを円偏光に変換し、円偏光となったレーザ光線Lが第1のミラー21と第2のミラー22で反射されて戻ったもののうち旋回方向が反転した成分を、レーザヘッドで照射されたときの直線偏光から偏光方向を90°回転させた状態の直線偏光に変換する。偏光ビームスプリッタ31は、レーザヘッド1から照射されてくるレーザ光線Lをそのまま透過させるが、第1のミラー21側から1/4λ波長板32を透過して入射するレーザ光線Lを、反射角45°の角度で下方(Z方向)に反射させる。すなわち、第1のミラー21から1/4λ波長板32を透過して偏光ビームスプリッタ31に到達したレーザ光線Lは、90°の角度で下方に向けて反射される。
A
また、光学系11は、偏光ビームスプリッタ31によって下方に反射されたレーザ光線Lを反射角45°の角度でX1方向に反射する第3のミラー23と、第3のミラー23で反射されたレーザ光線Lを反射角45°の角度で下方に反射する第4のミラー24と、第4のミラー24で反射されたレーザ光線Lを集光してチャックテーブル5に保持されたワークWにレーザ光線Lの焦点を形成する対物レンズ33を備えている。偏光ビームスプリッタ31から下方に進行するレーザ光線Lは、第3のミラー23によりX2方向に向けて90°の角度で反射され、次いで、第4のミラー24により下方に向けて90°の角度で反射される。対物レンズ33とワークW間の距離は、対物レンズ33の焦点距離に設定される。
The
上記の第1のミラー21、第4のミラー24および対物レンズ33は、図示せぬモータ等の移動手段によって一体的にX方向(X1・X2方向)に往復移動可能に構成されている。すなわち第1のミラー21、第4のミラー24および対物レンズ33は図示せぬ連結手段によって一体的に連結されており、X方向に同じ距離だけ同期して移動するようになされている。以下、これら移動する構成要素である第1のミラー21、第4のミラー24および対物レンズ33を移動要素11Aと総称する場合がある。一方、上記の偏光ビームスプリッタ31、1/4λ波長板32、第2のミラー22および第3のミラー23は固定状態とされている。
The
上記移動要素11AがX方向に移動すると、レーザヘッド1から第1のミラー21までの光路長が移動量だけ変動する。すなわち、第1のミラー21がX1方向に移動すると該光路長は移動量だけ長くなり、第1のミラー21がX2方向に移動すると該光路長は移動量だけ短くなる。また、移動要素11AがX方向に移動すると、第1のミラー21と第2のミラー22間の光路長が、第1のミラー21の移動量に応じて比例的に変動する。この場合は、第1のミラー21がX1方向に移動すると該光路長は短くなり、第1のミラー21がX2方向に移動すると該光路長は長くなる。
When the moving
また、移動要素11AがX方向に移動すると、第3のミラー23から第4のミラー24までの光路長が移動量だけ変動する。すなわち、第4のミラー24がX1方向に移動すると該光路長は移動量だけ短くなり、第4のミラー24がX2方向に移動すると該光路長は移動量だけ長くなる。
When the moving
(1−3)光学系の作用
上記光学系11によると、レーザヘッド1からX1方向に照射されたレーザ光線Lは、偏光ビームスプリッタ31を透過した後、1/4λ波長板32を透過することによって例えば直線偏光から円偏光に変換され、第1のミラー21に到達する。第1のミラー21に到達したレーザ光線Lは第2のミラー22に向けて120°の角度で反射され、第2のミラー22で0°の角度で反射して再び第1のミラー21に戻ってくる。第1のミラー21に戻ったレーザ光線LはX2方向に向けて120°の角度で反射されて1/4λ波長板32に到達し、1/4λ波長板32によって偏光成分が例えば円偏光から直線偏光に変換される。
(1-3) Action of Optical System According to the
1/4λ波長板32をX2方向に透過したレーザ光線Lは偏光ビームスプリッタ31により下方に向けて90°の角度で反射される。そして、第3のミラー23、第4のミラー24の順で反射された後、対物レンズ33で集光し、チャックテーブル5に保持されているワークWに焦点が形成される。ワークWがX・Y方向に移動させられ、また、移動要素11Aの対物レンズ33がX方向に移動してワークWを走査することにより、ワークWに対して所定のレーザ加工(切断加工や溝加工)がなされる。
The laser beam L transmitted through the
さて、上記第1実施形態の光学系11によると、対物レンズ33をX方向に移動させてレーザ加工を行う場合であっても、レーザヘッド1から対物レンズ33までの光路長が一定に保たれるようになっている。以下、その原理を説明する。
According to the
図1に示すように、対物レンズ33を透過するレーザ光線Lの焦点位置がX方向で0である状態から、移動要素11AがX1方向に1単位移動したとし、その移動量を「+1」とする。すると、レーザヘッド1から対物レンズ33までの総光路長をみた場合、X方向に延びる光路に関して光路長の増減が生じる。この場合では、まず第4のミラー24が第3のミラー23に近付いて、これらミラー23,24間の光路長が1単位短くなり、したがって移動前の総光路長に対して「−1」となる。
As shown in FIG. 1, it is assumed that the moving
図2は、第1のミラー21と第2のミラー22におけるレーザ光線Lを反射する反射点と、第1のミラー21の移動量との関係を幾何学的に示している。この図で、M10:移動前における第1のミラー21の反射点、M20:移動前における第2のミラー22の反射点、M11:移動後における第1のミラー21の反射点、M21:移動後における第2のミラー22の反射点であり、移動量はM10からM11の間の距離a(これは「+1」)である。
FIG. 2 geometrically shows the relationship between the reflection point of the
ここで、光路M10→M20に直交してM11を通る線Fを引くと、線Fと光路M10→M20の交点F1とM20間の光路長は、光路M11〜M21間の光路長に等しい。また、光路M10→M11と光路M10→M20が成す角が60°であり、線Fと光路M10→M20が成す角が90°であることから、三角関数の関係により、M10→F1の光路長は距離aの1/2となる。これにより、移動後の光路M10→M11→M21→M11→M10の光路長は、移動前の光路M10→M20→M10の光路長に「+1」したものとなる。
Here, when a line F passing through
これより、上記のように第3のミラー23から第4のミラー24までの光路長が「−1」変動したので、光路長の増減は0に相殺される。その結果、レーザヘッド1から対物レンズ33までの総光路長は変わらず一定に保たれる。
Accordingly, since the optical path length from the
本実施形態の場合、第1のミラー21が移動する前における状態では、第1のミラー21の反射点M10から第2のミラー22の反射点M20間の往復光路が光路長調整光路とされ、第1のミラー21が移動した後における状態では、第1のミラー21の反射点M11から第2のミラー22の反射点M21間の往復光路が光路長調整光路とされる。
In this embodiment, in the state before the
以上の第1のミラー21と第2のミラー22間の光路長の相殺原理は、移動要素11Aの移動量や移動方向にかかわらず適用されるものである。移動要素11Aの移動方向がX1方向とは逆のX2方向であった場合には、移動量の+と−が逆になるだけであり、第3のミラー23から第4のミラー24までのX方向の光路長の変動量は、上記光路長調整光路の変動量によって必ず0に相殺される。
The principle of canceling the optical path length between the
上記光学系11を備えることにより、図1に示すレーザ加工装置にあっては、対物レンズ33をX方向に走査しても光学系11の光路長が常に一定に保たれるため、レーザ光線Lのウエスト位置に変動が生じない。その結果、ワークWにおけるレーザ加工点でのレーザ光線Lのスポット径が一定となり、結果として安定したレーザ加工を遂行することができる。
By providing the
(2)第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図3は第2実施形態に係るレーザ加工装置の一部を模式的に示している。同図で上記第1実施形態と同一構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
(2) Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 schematically shows a part of the laser processing apparatus according to the second embodiment. In the figure, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(2−1)光学系
図3に示すように、第2実施形態の光学系12においては、上記偏光ビームスプリッタ31および1/4λ波長板32を構成要素から外している。また、第3のミラー23および第4のミラー24も省略している。そして、偏光ビームスプリッタ31の代わりとしてミラー29を備え、また、第2のミラー22の代わりとして、Y方向に所定距離離間して対向配置された一対の第2のミラー22A・22Bを備えている。このように、第2のミラーは複数のミラーから構成されてもよい。第2実施形態でX方向に移動する移動要素12Aは、第1のミラー21、対物レンズ33およびミラー29である。
(2-1) Optical System As shown in FIG. 3, in the
第2実施形態では、レーザヘッド1からレーザ光線LがX2方向に発せられ、そのレーザ光線Lは直接第1のミラー21に到達し、120°の角度で反射して一方の第2のミラー22Aに到達する。一方の第2のミラー22Aに到達したレーザ光線は90°の角度で反射してY方向に進行し、他方の第2のミラー22Bに到達する。この後、第2のミラー22Bによってレーザ光線は下方に向けて90°の角度で反射され、第1のミラー21に導かれる。この後、レーザ光線Lは第1のミラー21により再び120°の角度で反射し、X1方向に進行する。
In the second embodiment, a laser beam L is emitted from the
第1のミラー21における第2のミラー22Aへのレーザ光線Lの反射点と、ミラー29における第2のミラー22Bからのレーザ光線Lの入射点は、第2のミラー22A,22B間の光路長の距離だけY方向にずれている。第1のミラー21によりX1方向に反射されたレーザ光線Lは、次いでミラー29により下方に向けて90°の角度で反射され、対物レンズ33によって集光されワークWに照射される。
The reflection point of the laser beam L to the
ここで、第1のミラー21をY方向に分割した2つのミラーで構成して、第1のミラー21における第2のミラー22Aへのレーザ光線Lの反射点と、ミラー29における第2のミラー22Bからのレーザ光線Lの入射点とを、分割した第1のミラーにそれぞれ設けてもよい。このように第1のミラーは複数のミラーから構成されてもよい。
Here, the
第2実施形態においては、ミラー29がX方向に移動することにより、X方向の光路長が移動量だけ変動する。この変動量は、上記第1実施形態での第4のミラー24の移動量に匹敵する。すなわち、例えばX2方向に1単位移動すると「−1」となる。そしてこの第2実施形態でも上記第1実施形態と同様に、対物レンズ33がX方向に移動した場合においては第1のミラー21間の光路長調整光路によって移動量と同じ量の光路長の増減が生じる。このため、レーザヘッド1から対物レンズ33までの光路長が一定に保たれる。
In the second embodiment, when the
また、第2実施形態では一対の第2のミラー22A,22Bを用いて光路をY方向にずらし、第1のミラー21からミラー29に至る光路が重複しないように構成されている。このため、第1実施形態のように光路を分離させるための偏光ビームスプリッタ31や1/4λ波長板32を必要とせず、構成をより簡素なものとすることができる。
In the second embodiment, a pair of
(2−2)レーザ加工装置の具体例
図4〜図7は、図3の模式図で示した光学系12を備えたレーザ加工装置の一具体例を示している。これら図で符号41は基台であり、この基台41には鉛直方向に立てられた支持ボード42が固定され、この支持ボード42の前面下部には水平方向(X方向)に延びるガイドレール43が固定されている。そしてこのガイドレール43には、スライダ44が摺動自在に取り付けられている。スライダ44はモータ等からなる図示せぬ移動手段によりガイドレール43に沿ってX方向に移動させられる。
(2-2) Specific Example of Laser Processing Apparatus FIGS. 4 to 7 show a specific example of a laser processing apparatus including the
図7に示すように、スライダ44には、ミラー29および第1のミラー21と、対物レンズ33が固定されている。ミラー29はスライダ44に固定されたブラケット45に固定されている。対物レンズ33は、ミラー29の下方に配設されてスライダ44に固定されたブラケット46に固定されている。図7においてブラケット46における対物レンズ33の左方には、X2方向に照射されてくるレーザ光線Lを反射角60°の角度で上方に反射する第1のミラー21が固定されている。
As shown in FIG. 7, the
対物レンズ33の下方には、真空チャック式のチャックテーブル5が配設されている。このチャックテーブル5は図示せぬ駆動手段によってX・Y方向に移動し、また、図示せぬ回転駆動手段により回転するようになされている。ワークWは、チャックテーブル5の水平な上面である保持面5aに載置され、チャックテーブル5が真空運転されることにより保持面5aに吸着、保持される。
A vacuum chuck type chuck table 5 is disposed below the
ガイドレール43の上方には、ガイドレール43に対して30°の角度で傾斜して延びる角材状のブラケット47が配設され、支持ボード42に固定されている。そしてこのブラケット47の下面には、一対の第2のミラー22A,22Bが固定されている。一方の第2のミラー22Aには、第1のミラー21で反射したレーザ光線Lが到達し、次いでレーザ光線Lは、第2のミラー22Aにより第2のミラー22Bに向けて90°の角度でY方向に反射する。そして、第2のミラー22Bに到達したレーザ光線Lは、第1のミラー21に向けて90°の角度で反射される。
Above the
支持ボード42の裏側の基台41上にはレーザ光線をX1方向に照射するレーザヘッド1が配設されている。このレーザヘッド1から発せられたレーザ光線は、反射ミラー群(ミラー48a,48b,48c等)を経てX2方向に進み、直接第1のミラー21に到達するようになされている。次いでレーザ光線Lは第1のミラー21により120°の角度で上方の第2のミラー22Aに反射され、さらに第2のミラー22AによりY方向に90°の角度で反射され、もう一方の第2のミラー22Bに到達する。
On the
第2のミラー22A,22Bでは、レーザ光線Lが第2のミラー22Aから第2のミラー22Bに反射することによりレーザ光線Lの光路がY方向にずらされる。そして、第2のミラー22Bにより、第2のミラー22Aに反射されたレーザ光線Lは、第1のミラー21に向けて90°の角度で反射され、第1のミラー21により再び120°の角度でミラー29に反射される。この後、レーザ光線はミラー29により下方に向けて90°の角度で対物レンズ33に向けて反射され、対物レンズ33によってレーザ光線Lはチャックテーブル5に保持されているワークWに向けて集光され、ワークWに焦点が形成される。
In the
本レーザ加工装置によれば、ミラーの組み合わせのみでレーザ光線を導く簡素な光学系と1つの移動手段によって、レーザヘッド1から対物レンズ33までの光路長を固定した状態での対物レンズ33のX方向の移動が実現される。よって、走査スピードを速めるなどの処理能力の向上や、各移動機構の移動幅の縮小による装置サイズの小型化を図ることができる。
According to this laser processing apparatus, the X of the
さらに、複数の移動手段によってミラー29および第1のミラー21と対物レンズ33をそれぞれ移動させる場合には移動の誤差が生じるといった弊害が生じる場合がある。しかしながら本レーザ加工装置によれば、ミラー29および第1のミラー21と対物レンズ33を一体に固定した状態で1つの移動手段により一体的に移動させる構成であるから、移動の誤差が生じることはなく、レーザヘッド1から対物レンズ33までの光路長を一定に固定する作用を確実に得ることができる。
Further, when the
(3)第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態に係る光学系を説明する。
(3−1)光学系
図8に示すように、第3実施形態の光学系13は、上記第1実施形態の光学系11と同様に、レーザヘッド1から水平に発せられたレーザ光線Lを、第1のミラー21、第2のミラー22、第1のミラー21といった順で偏光ビームスプリッタ31まで反射させ、この後、偏光ビームスプリッタ31により下方に90°の角度で反射させて対物レンズ33に導く構成である。
(3) Third Embodiment Next, an optical system according to a third embodiment of the present invention will be described.
(3-1) Optical System As shown in FIG. 8, the
第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、まず、偏光ビームスプリッタ31と対物レンズ33間に配設される水平反射ミラーと下方反射ミラーの組み合わせが、上下方向に3段階(第1実施形態では水平反射の第3のミラー23と下方反射の第4のミラー24からなる1段階)設けられている。すなわち、偏光ビームスプリッタ31から下方に向けて反射されたレーザ光線Lは、第3のミラー23でX2方向に反射してから、第4のミラー24、第5のミラー25、第6のミラー26、第7のミラー27、第8のミラー28に反射することによりジグザグ状に下方に進行して、対物レンズ33に到達する。
The third embodiment is different from the first embodiment in that the combination of the horizontal reflecting mirror and the lower reflecting mirror disposed between the
第3実施形態においては、第3〜第8のミラー23〜28のうち、図8で左側に上下方向に並ぶ第4のミラー24、第5のミラー25および第8のミラー28が、第1のミラー21および対物レンズ33とともに、X方向に一体的に往復移動させられる移動要素13Aとされている。これに対して、第3〜第8のミラー23〜28のうち、図8で右側に上下方向に並ぶ第3のミラー23、第6のミラー26および第7のミラー27と、第2のミラー22は固定状態とされている。また、偏光ビームスプリッタ31および1/4λ波長板32も固定状態とされている。
In the third embodiment, among the third to
第1のミラー21は、レーザヘッド1からX1方向に照射されて偏光ビームスプリッタ31および1/4λ波長板32を透過してきたレーザ光線Lを、反射角30°の角度で上方に反射し、第2のミラー22に導く。すなわちレーザ光線Lは第1のミラー21により60°の角度で反射され、第2のミラー22に到達する。第2のミラー22では、レーザ光線Lは0°の角度で反射され、光路を重複して第1のミラー21に戻る。そして、第1のミラー21によりレーザ光線Lは再び60°の角度でX2方向に反射される。
The
レーザヘッド1と第1のミラー21との間の光路中に配設された偏光ビームスプリッタ31および1/4λ波長板32は、上記第1実施形態と同様のものである。すなわち、1/4λ波長板32はレーザ光線の偏光状態を変換するものであって、例えば、レーザヘッド1からX1方向に照射されるレーザ光線Lを受けると直線偏光を円偏光に変換し、円偏光したレーザ光線Lを第1のミラー21側から受けると、円偏光成分を直線偏光に変換する。偏光ビームスプリッタ31は、レーザヘッド1から照射されるレーザ光線Lをそのまま透過させるが、第1のミラー21側から1/4λ波長板32を透過して入射するレーザ光線を、下方の第3のミラー23に向けて90°の角度で反射させる。
A
(3−2)光学系の作用
上記光学系13では、レーザヘッド1からX1方向に照射されたレーザ光線Lは、第1実施形態と同様に、偏光ビームスプリッタ31および1/4λ波長板32を透過し、第1のミラー21から第2のミラー22の間を往復して第1のミラー21でX2方向に反射される。そして、1/4λ波長板32を透過し、偏光ビームスプリッタ31によって下方の第3のミラーに向けて反射される。この後、レーザ光線Lは第3のミラー23でX2方向に反射されてから、第4〜第8のミラー24〜28で反射され対物レンズ33に到達し、対物レンズ33によって下方に設定される対象物(例えば、上記ワークW)に集光され、焦点が形成される。
(3-2) Action of Optical System In the
さて、第3実施形態の光学系13の第3のミラー23〜第8のミラー28間の光路においては、X方向に延びる光路が、第3のミラー23〜第4のミラー24間、第5のミラー25〜第6のミラー26間、第7のミラー27〜第8のミラー28間の3箇所ある。したがって移動要素13AがX方向に1単位移動すると、第3のミラー23〜第8のミラー28間の光路においては合計で3単位移動することになる。
Now, in the optical path between the
図8に示すように、対物レンズ33を透過するレーザ光線Lの焦点位置がX方向で0である状態から、移動要素13AがX1方向に1単位移動した場合、その移動量を「+1」とする。すると、第3のミラー23〜第4のミラー24間、第5のミラー25〜第6のミラー26間、第7のミラー27〜第8のミラー28間の各光路長は、それぞれ1単位ずつ短くなる。すなわち合計で3単位短くなり、総光路長はこの部分で「−3」となる。
As shown in FIG. 8, when the moving
一方、第1のミラー21と第2のミラー22間の光路長は、移動要素13Aの第1のミラー21がX方向に移動すると、その移動量に応じて変動する。すなわち、第1のミラー21がX1方向に移動すると第1のミラー21と第2のミラー22間の光路長は長くなり、X2方向に移動すると逆に短くなる。
On the other hand, when the
図9は、第1のミラー21と第2のミラー22におけるレーザ光線Lを反射する反射点と、第1のミラー21の移動量との関係を幾何学的に示している。この図で、M10:移動前における第1のミラー21の反射点、M20:移動前における第2のミラー22の反射点、M11:移動後における第1のミラー21の反射点、M21:移動後における第2のミラー22の反射点であり、移動量はM10からM11の間の距離a(これは「+1」)である。
FIG. 9 geometrically shows the relationship between the reflection point that reflects the laser beam L in the
ここで、光路M11→M21に直交してM10を通る線Fを引くと、線Fと光路M11→M21との交点F1とM21間の光路長は、光路M10〜M20間の光路長に等しい。また、光路M10→M11と光路M11→M21が成す角が60°であり、線Fと光路M11→M21が成す角が90°であることから、三角関数の関係により、M11→F1の光路長は距離aの1/2となる。これにより、移動後のM10→M11→M21→M11→M10の光路長は、移動前のM10→M20→M10の光路長に「+3」したものとなる。
Here, when a line F passing through
このように、第1のミラー21の移動前の反射点M10を基点とした場合の、移動前後における第2のミラー22の反射点間までの光路長の差は「+3」となって、光路長は3単位増加したことになる。ところが、上記のように第3のミラー23〜第8のミラー28間における光路長は「−3」変動したので、光路長の増減は0に相殺される。したがってレーザヘッド1から対物レンズ33までの総光路長は変わらず一定に保たれる。
Thus, the difference in the optical path length between the reflection points of the
第3実施形態では、第1のミラー21が移動する前における状態では、第1のミラー21の反射点M10から第2のミラー22の反射点M20間の往復光路が光路長調整光路とされ、第1のミラー21が移動した後における状態では、第1のミラー21の反射点M11から第2のミラー22の反射点M21間の往復光路が光路長調整光路とされる。
In the third embodiment, in the state before the
以上の光路長の相殺原理は、移動要素13Aの移動量や移動方向にかかわらず適用されるものである。移動要素13Aの移動方向がX1方向とは逆のX2方向であった場合には、移動量の+と−が逆になるだけであり、第3のミラー23〜第8のミラー28までのX方向の光路長の変動量は、上記光路長調整光路の変動量によって必ず0に相殺される。
The above optical path length canceling principle is applied regardless of the moving amount and moving direction of the moving
(4)第4実施形態
次に、図10を参照して、図1に示した上記第1実施形態の光学系11を流用した第4実施形態に係るスキャン装置を説明する。
(4) Fourth Embodiment Next, a scanning apparatus according to a fourth embodiment using the
図10は該スキャン装置の模式図であり、該スキャン装置に適用された第4実施形態の光学系14で第1実施形態と共通する構成要素は、第1のミラー21〜第4のミラー24、偏光ビームスプリッタ31および1/4λ波長板32である。そして、第1のミラー21と第4のミラー24が、この場合のX方向に移動する移動要素14Aである。第4のミラー24の下方には、読み込み対象物Pが水平に配設され、この読み込み対象物Pは蛍光灯等の照明手段51で照明される。そして、照明手段51で読み込み対象物Pを照らした光Lは、第4のミラー24、第3のミラー23、偏光ビームスプリッタ31を経ることによりX1方向に進み、1/4λ波長板32を経て第1のミラー21に到達する。
FIG. 10 is a schematic diagram of the scanning apparatus. The components common to the first embodiment in the optical system 14 of the fourth embodiment applied to the scanning apparatus are the
第1のミラー21に到達した光Lは、第1のミラー21により120°の角度で第2のミラー22に向けて反射され、第2のミラー22では0°の角度で反射されて第1のミラー21に戻り、第1のミラー21により再びX2方向に反射される。この後、光は1/4λ波長板32、偏光ビームスプリッタ31を透過し、対物レンズ35に到達する。そして対物レンズ35を透過することにより光はCCD素子を備える撮像手段52に集光され、読み込み対象物Pの像が結像する。
The light L that has reached the
このスキャン装置によると、第4のミラー24をX方向に移動させることにより、読み込み対象物Pの像がスキャンされて撮像手段52で撮像され、その像が撮像データとして読み込まれる。スキャン中においては、第4のミラー24から第3のミラー23間の光路長が変動するが、その変動量は、第1実施形態で説明したように第1のミラー21から第2のミラー22間で生じる上記光路長調整光路により相殺される。したがって読み込み対象物Pから対物レンズ35に至る光路長は常に一定に保たれ、撮像手段52による撮像は常にピントが一定したものとなる。
According to this scanning device, by moving the
以上、本発明の具体的構成を第1〜第4実施形態で説明したが、本発明は、光路長調整光路に光を導くミラー(上記実施形態では2つのミラー:第1のミラーおよび第2のミラー)の構成や数、あるいは光路の構成などは上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、可動光学部品と一体的に移動するミラーにより光を光路長調整光路に導き、X・Y・Z方向を問わず可動光学部品の移動量に応じた光路長の調整を光路長調整光路で行って総光路長を一定長さに調整可能な構成のものであれば、それらの構成を全て含むものである。 As described above, the specific configuration of the present invention has been described in the first to fourth embodiments. However, the present invention is a mirror that guides light to the optical path length adjusting optical path (in the above embodiment, two mirrors: the first mirror and the second mirror). The configuration and number of mirrors) and the configuration of the optical path are not limited to the above embodiment. The present invention guides light to an optical path length adjustment optical path by a mirror that moves integrally with the movable optical component, and adjusts the optical path length according to the movement amount of the movable optical component regardless of the X, Y, and Z directions. Any configuration that can be adjusted in the optical path and the total optical path length can be adjusted to a certain length includes all the configurations.
1…レーザヘッド(発光部、レーザ光線照射部)
2…レーザ発振器(レーザ光線発振手段)
5…チャックテーブル(保持手段)
5a…保持面
11〜14…光学系
11A〜14A…移動要素
21…第1のミラー
22…第2のミラー
24…第4のミラー(可動光学部品:第4実施形態)
33…対物レンズ(可動光学部品、集光器:第1〜第3実施形態)
52…撮像手段(発光部)
L…レーザ光線
M10→M20→M10…光路長調整光路
M10→M11→M21→M11→M10…光路長調整光路
P…読み込み対象物(発光部)
W…ワーク(受光部)
1 ... Laser head (light emitting part, laser beam irradiation part)
2 ... Laser oscillator (laser beam oscillation means)
5 ... Chuck table (holding means)
5a ... Holding surface 11-14 ...
33 ... Objective lens (movable optical component, condenser: first to third embodiments)
52 ... Imaging means (light emitting part)
L:
W: Workpiece (light receiving part)
Claims (7)
前記可動光学部品と一体的に移動するよう設けられ、前記発光部から発する光を光路長調整光路に反射するミラーを有し、該光路長調整光路は、前記可動光学部品の移動量に応じて該光路長調整光路の光路長が変動することにより前記発光部から前記受光部までの光路長を一定長さに調整する、該ミラーで反射した光が再び該ミラーで反射されるまでの光路であることを特徴とする光学系。 An optical system that guides light emitted from the light emitting unit to an arbitrary light receiving unit via a movable optical component provided movably,
The optical path length adjustment optical path is provided to move integrally with the movable optical component and reflects light emitted from the light emitting unit to an optical path length adjustment optical path, and the optical path length adjustment optical path is in accordance with a movement amount of the movable optical component. By adjusting the optical path length of the optical path length adjusting optical path, the optical path length from the light emitting unit to the light receiving unit is adjusted to a certain length. The optical path until the light reflected by the mirror is reflected by the mirror again. An optical system characterized by that.
当該光学系は、前記光路長調整光路中に、該第1のミラーで反射した光を再び該第1のミラーが反射角60°の角度で反射するように導く第2のミラーを備えており、
該第1のミラーが前記可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする請求項1に記載の光学系。 The mirror is a first mirror that reflects the light at a reflection angle of 60 °;
The optical system includes, in the optical path length adjusting optical path, a second mirror that guides the light reflected by the first mirror so that the first mirror reflects again at an angle of reflection of 60 °. ,
The optical system according to claim 1, wherein the first mirror moves integrally with the movable optical component.
当該光学系は、前記光路長調整光路中に、該第1のミラーで反射した光を再び該第1のミラーが反射角30°の角度で反射するように導く第2のミラーを備えており、
該第1のミラーが前記可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする請求項1に記載の光学系。 The mirror is a first mirror that reflects the light at a reflection angle of 30 °;
The optical system includes, in the optical path length adjusting optical path, a second mirror that guides the light reflected by the first mirror so that the first mirror reflects again at an angle of 30 °. ,
The optical system according to claim 1, wherein the first mirror moves integrally with the movable optical component.
ワークを保持する保持面を有し、該保持面に保持される該ワークを前記受光部とする保持手段と、
前記レーザ光線を発振するレーザ光線発振手段と、
前記集光器および前記ミラーを、前記保持面と平行な方向に一体的に移動させる移動手段と、
を少なくとも備えることを特徴とするレーザ加工装置。 The optical system according to any one of claims 1 to 5 , wherein the light emitting unit is a laser beam irradiation unit that irradiates a laser beam, and the movable optical component is a condenser.
Holding means having a holding surface for holding a workpiece, and using the workpiece held on the holding surface as the light receiving unit;
Laser beam oscillation means for oscillating the laser beam;
Moving means for integrally moving the condenser and the mirror in a direction parallel to the holding surface;
A laser processing apparatus comprising at least:
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