JP7274989B2 - 光軸調整ジグおよびレーザー加工装置の光軸確認方法 - Google Patents

光軸調整ジグおよびレーザー加工装置の光軸確認方法 Download PDF

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Description

本発明は、光軸調整ジグおよびレーザー加工装置の光軸確認方法に関する。
レーザービームを用いて被加工物に加工を施すレーザー加工装置では、発振器から発振されたレーザービームを複数の光学素子を用いて加工点まで伝播し、集光レンズで集光して被加工物を加工する構成となっている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２０１０－０９９６６７号公報 特開２０１１－２５２７９号公報
ここで、特許文献１及び特許文献２等に示されたレーザー加工装置は、レーザービームが被加工物に対して傾いて入射すると、被加工物が斜めに加工されてしまったり、形成された溝の両側で加工結果に差異が生じたりするなど、加工不良が生じる可能性がある。このため、特許文献１及び特許文献２等に示されたレーザー加工装置は、被加工物に対してレーザービームが垂直に照射されるようにレーザービームの光軸調整を行う必要がある。
現状、この種の確認方法として、レーザービームを反射させるミラーを用いて戻り光を確認する方法が一般的である。しかしながら、この方法は、目分量で判断しているため基準が曖昧であるという問題があった。
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、レーザービームの光軸が被加工物に対して垂直であるか否かを定量的に判断することができる光軸調整ジグおよびレーザー加工装置の光軸確認方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光軸調整ジグは、上面および下面に反射膜が形成された平行平板と、該平行平板より下方に配設され、レーザービームを撮像可能な撮像ユニットと、を含み、該平行平板は該レーザービームの波長に対して透過性を有する素材からなり、該平行平板を介してレーザービームを該撮像ユニットに入射し、該撮像ユニットで撮像した該レーザービームの該平行平板内での内部反射の像に基づいて該レーザービームの光軸の傾きを検出することが可能なことを特徴とする。
前記光軸調整ジグは、該撮像ユニットに撮像された画像を表示する表示ユニットを更に有しても良い。
本発明のレーザー加工装置の光軸確認方法は、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に対してレーザービームを照射して加工を施すレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとをＸ軸方向および該Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に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の光軸を確認する光軸確認方法であって、該レーザービームの波長に対して透過性を有する素材からなり、上面および下面に反射膜が形成された平行平板と、該平行平板より下方に配設され、レーザービームを撮像可能な撮像ユニットと、を有する光軸調整ジグを準備する準備ステップと、該レーザービームが該平行平板を介して該撮像ユニットに入射するように該光軸調整ジグを位置付ける光軸調整ジグ位置づけステップと、該光軸調整ジグ位置づけステップの後、該レーザービームを発振して該撮像ユニットに入射させ、該レーザービームを撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで撮像した該レーザービームの該平行平板内での内部反射の像に基づいて該レーザービームの光軸の傾きを検出する傾き検出ステップと、を有することを特徴とする。
前記レーザー加工装置の光軸確認方法において、該レーザー加工装置は、該撮像ユニットに撮像された画像を表示する表示ユニットを更に含んでも良い。
本願発明は、レーザービームの光軸が被加工物に対して垂直であるか否かを定量的に判断することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が行われ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に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を模式的に示す図である。 図３は、図２に示されたレーザービーム照射ユニットのミラーホルダーの構成例を示す斜視図である。 図４は、実施形態１に係る光軸調整ジグのビーム検出ユニットの構成を示す断面図である。 図５は、実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法の流れを示すフローチャートである。 図６は、図５に示されたレーザー加工装置の光軸確認方法の撮像ステップを一部断面で模式的に示す図である。 図７は、図６に示された撮像ステップにおいて、レーザービームの光軸がＺ軸方向と平行な場合を模式的に示す図である。 図８は、図６に示された撮像ステップにおいて、レーザービームの光軸がＺ軸方向に対して傾いている場合を模式的に示す図である。 図９は、図５に示されたレーザー加工装置の光軸確認方法の表示ステップにおいて表示ユニットが図７に示されたレーザービームを表示している状態を模式的に示す図である。 図１０は、図５に示されたレーザー加工装置の光軸確認方法の表示ステップにおいて表示ユニットが図８に示されたレーザービームを表示している状態を模式的に示す図である。 図１１は、実施形態１の変形例１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が行われるレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図１２は、実施形態１の変形例２に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が行われるレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。
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。さらに、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。
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る光軸調整ジグ及びレーザー加工装置の光軸確認方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が行われ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に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を模式的に示す図である。図３は、図２に示されたレーザービーム照射ユニットのミラーホルダーの構成例を示す斜視図である。図４は、実施形態１に係る光軸調整ジグのビーム検出ユニットの構成を示す断面図である。図５は、実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法の流れを示すフローチャートである。
実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法（以下、光軸確認方法と記す）は、図１に示すレーザー加工装置１で行われる。図１に示すレーザー加工装置１は、被加工物２００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射し、被加工物２００をレーザー加工する装置である。
（被加工物）
図１に示されたレーザー加工装置１の加工対象である被加工物２００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などの基板２０１を有する円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物２００は、図１に示すように、基板２０１の表面２０２に格子状に設定された分割予定ライン２０３と、分割予定ライン２０３によって区画された領域に形成されたデバイス２０４と、を有している。デバイス２０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。
実施形態１において、被加工物２００は、被加工物２００の外径よりも大径な円板状でかつ外縁部に環状フレーム２１０が貼着された粘着テープ２１１が表面２０２の裏側の裏面２０５に貼着されて、環状フレーム２１０の開口内に支持される。実施形態１において、被加工物２００は、分割予定ライン２０３に沿って個々のデバイス２０４に分割される。
（レーザー加工装置）
レーザー加工装置１は、図１に示すように、被加工物２００を保持面１１で保持するチャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、制御ユニット１００とを備える。
チャックテーブル１０は、被加工物２００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盤形状であり、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続されている。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物２００を吸引保持する。実施形態１では、保持面１１は、水平方向と平行な平面である。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物２００を開口内に支持する環状フレーム２１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。また、チャックテーブル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。なお、Ｚ軸方向は、保持面１１に対して直交し、鉛直方向と平行な方向である。回転ユニット１３及びチャックテーブル１０は、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１によりＸ軸方向に移動される。
レーザービーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００にレーザー加工を施すユニットである。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０の一部が、図１に示すように、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は、図２に示すように、被加工物２００を加工するためのレーザービーム２１を発振するレーザー発振器２２と、レーザー発振器２２が発振したレーザービーム２１をチャックテーブル１０の保持面１１に保持した被加工物２００に向けて反射する複数のミラー２３と、ミラー２３により反射されたレーザービーム２１を被加工物２００に集光させる集光レンズ２４と、レーザービーム２１の集光点２５（図２に示す）の位置をＺ軸方向に変位させる図示しない集光点位置調整手段とを含む。
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２００に対して透過性を有する波長でも良く、被加工物２００に対して吸収性を有する波長でも良い。
ミラー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を被加工物２００を加工する加工点へと伝搬する光学素子であり、集光レンズ２４は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を被加工物２００を加工する加工点へと伝搬、集光する光学素子である。また、レーザービーム照射ユニット２０は、ミラー２３を保持する光学素子ホルダーである複数のミラーホルダー２６と、集光レンズ２４を保持する光学素子ホルダーであるレンズホルダー２７とを含む。ミラーホルダー２６と、レンズホルダー２７とは、図３に示すように、レーザービーム２１の光軸２８（図２に一点鎖線で示す）を調整する調整機構２６１を備えている。なお、本明細書では、ミラーホルダー２６とレンズホルダー２７とは実質的に同様の機能を有する調整機構２６１を備えているので、図３を参照してミラーホルダー２６を説明し、レンズホルダー２７の説明を省略する。実施形態１では、ミラーホルダー２６とレンズホルダー２７とは実質的に同様の機能を有する調整機構２６１を備えるが、本発明では、ミラーホルダー２６が傾き調整機能を有し、レンズホルダー２７が傾き調整機能を有すことなく、ＸＹ方向の移動機能のみ有しても良い。
実施形態１において、ミラーホルダー２６は、図３に示すように、ミラー２３を保持する第１プレート２６２と、レーザー加工装置１に固定される第２プレート２６３と、調整機構２６１とを備える。第１プレート２６２と第２プレート２６３とは、く字状に形成されている。第１プレート２６２は、中央部にミラー２３を保持している。
調整機構２６１は、第１プレート２６２と第２プレート２６３とを互いに連結しかつこれらプレート２６２，２６３同士が互いに近づく方向に付勢するばね２６４と、一対の調整ネジ２６５，２６６とを備えている。実施形態１において、ばね２６４は、第１プレート２６２と第２プレート２６３との中央部同士を連結している。調整ネジ２６５，２６６は、第２プレート２６３の両端部にねじ込まれて、第１プレート２６２の両端部に先端が当接している。一対の調整ネジ２６５，２６６は、軸心回りに回転されることで、プレート２６２，２６３の両端部間の間隔を調整して、ミラー２３の光軸の向き即ちレーザービーム２１の光軸２８の位置を調整する。
なお、実施形態１では、光学素子としてミラー２３及び集光レンズ２４を示したが、本発明では、光学素子は、ミラー２３及び集光レンズ２４に限定されない。また、実施形態では、光学素子ホルダーとしてミラーホルダー２６及びレンズホルダー２７を示したが、本発明では、光学素子ホルダーは、ミラーホルダー２６及びレンズホルダー２７に限定されない。また、本発明では、光学素子ホルダーとしてミラーホルダー２６及びレンズホルダー２７の構成は、実施形態１に記載されたものに限定されない。
なお、実施形態１に係るレーザービーム照射ユニット２０は、光軸２８に対して直交する断面形状が円形のレーザービーム２１を被加工物２００に照射するが、本発明では、レーザービーム２１の断面形状は、円形に限定されない。
移動ユニット３０は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とをＸ軸方向及びＸ軸方向と直交するＹ軸方向に相対的に移動させるものである。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、保持面１１と平行な方向である。移動ユニット３０は、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送り手段であるＸ軸移動ユニット３１と、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる割り出し送り手段であるＹ軸移動ユニット３２とを備える。
実施形態１では、Ｙ軸移動ユニット３２は、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軸移動ユニット３２は、Ｘ軸移動ユニット３１を支持した移動プレート１４をＹ軸方向に移動自在に支持している。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート１４上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転ユニット１３を支持した第２移動プレート１５をＸ軸方向に移動自在に支持している。
Ｘ軸移動ユニット３１及びＹ軸移動ユニット３２は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ及び移動プレート１４，１５をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。
また、レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するため図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、チャックテーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するための図示しないＹ軸方向位置検出ユニットとを備える。各位置検出ユニットは、検出結果を制御ユニット１００に出力する。
制御ユニット１００は、レーザー加工装置１の上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物２００に対する加工動作をレーザー加工装置１に実施させるものである。なお、制御ユニット１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御ユニット１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザー加工装置１を制御するための制御信号を入出力インターフェース装置を介してレーザー加工装置１の上述した構成要素に出力して、制御ユニット１００の機能を実現する。
また、レーザー加工装置１は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される表示ユニット１０１と、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない入力ユニットとを備える。表示ユニット１０１、及び入力ユニットは、制御ユニット１００に接続している。入力ユニットは、表示ユニット１０１に設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置とのうち少なくとも一つにより構成される。表示ユニット１０１は、表示面１０２に表示される情報や画像が入力ユニット等からの操作により切り換えられる。
また、制御ユニット１００は、図１に示すように、ビーム検出ユニット４０と接続可能である。ビーム検出ユニット４０は、レーザー発振器２２から出射されかつミラー２３及び集光レンズ２４等により伝搬されたレーザービーム２１の保持面１１に対して直交する方向即ちＺ軸方向に対する傾きを検出することが可能なものである。ビーム検出ユニット４０は、図４に示すように、ビーム検出ユニット４０の外殻を構成する筐体４１と、筐体４１に支持されかつ上面４２１及び下面４２２に反射膜４２３が形成された一枚の平行平板４２と、筐体４１内に収容された撮像ユニット４３とを含む。
筐体４１は、箱状に形成され、実施形態１では、チャックテーブル１０の保持面１１上に載置される。平行平板４２は、上面４２１と下面４２２が互いに平行に形成され、筐体４１が保持面１１上に載置されると、上面４２１及び下面４２２が保持面１１と平行になる。平行平板４２は、筐体４１が保持面１１上に載置されると、上面４２１と下面４２２とが互いにＺ軸方向に間隔をあけて重なる。平行平板４２の反射膜４２３は、レーザービーム２１を反射する。
平行平板４２は、合成石英、ＢＫ７、又はボロシリケイトガラス（borosilicate glass）などの光学ガラス材料により基材が構成されている。即ち、平行平板４２の基材は、レーザービーム２１を透過する素材で構成されている。平行平板４２は、基材の上面４２１及び下面４２２に反射膜が形成されている。また、平行平板４２は、レーザービーム２１が赤外線レーザーである場合、基材がシリコンで構成されても良い。
実施形態１では、平行平板４２の厚みは、２０ｍｍ以上でかつ４０ｍｍ以下であるが、本発明では、これに限定されず、４０ｍｍを超えても良い。
平行平板４２の反射膜４２３のレーザービーム２１の反射率は、例えば、９８％以上でかつ９９％以下である。反射膜４２３は、誘電体多層膜、又は金属膜により構成される。即ち、平行平板４２は、反射膜４２３により殆どのレーザービーム２１を反射するが、数％のレーザービーム２１は反射膜４２３を透過する。
撮像ユニット４３は、平行平板４２の下方に配設される。撮像ユニット４３は、レーザー発振器２２から出射されかつミラー２３及び集光レンズ２４等により伝搬されて保持面１１に向かって出射されたレーザービーム２１を撮像可能なものである。撮像ユニット４３は、レーザービーム２１を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子４３１を備える。撮像素子４３１は、所定の視野範囲内を撮像し、視野範囲内のレーザービーム２１を撮像する。撮像ユニット４３は、撮像素子４３１が撮像した視野範囲の画像即ちレーザービーム２１を含む画像を得て、得た画像を制御ユニット１００及び表示ユニット１０１に出力する。表示ユニット１０１は、撮像ユニット４３から入力した画像、即ち撮像ユニット４３に撮像された画像を表示面１０２に表示する。
また、制御ユニット１００は、撮像ユニット４３から入力した画像に基づいて、レーザービーム２１の光軸２８のＺ軸方向に対する傾き及び傾いた方向を算出することが可能である。撮像ユニット４３が撮像したレーザービーム２１のＺ軸方向に対する傾きが大きくなるにしたがって、撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１のビーム形状が変化する。例えば、撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１の長手方向がレーザービーム２１のＺ軸方向に対して傾いた方向を示す。なお、撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１のビーム形状が、平行平板４２内での内部反射の像に相当する。実施形態１において、制御ユニット１００は、撮像ユニット４３が撮像したレーザービーム２１のＺ軸方向に対する傾きと撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１の面積との関係を予め記憶しているとともに、撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１の長手方向とレーザービーム２１のＺ軸方向に対して傾いた方向との関係とを予め記憶して、撮像ユニット４３が撮像した画像に基づいて、レーザービーム２１の光軸２８のＺ軸方向に対する傾き及び傾いた方向を算出する。
なお、ビーム検出ユニット４０と、表示ユニット１０１と、制御ユニット１００は、光軸調整ジグ５０を構成する。
前述したレーザー加工装置１は、被加工物２００を加工する加工動作の前に各ホルダー２６，２７の調整機構２６１が調整されて、レーザービーム２１の光軸２８が予め調整される。レーザー加工装置１は、オペレータが加工内容情報を制御ユニット１００に登録し、粘着テープ２１１を介してチャックテーブル１０の保持面１１に被加工物２００を載置し、制御ユニット１００が入力ユニットからオペレータの加工動作開始指示を受け付けると、登録された加工内容情報に基づいて加工動作を開始する。
加工動作では、レーザー加工装置１は、被加工物２００を粘着テープ２１１を介して、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持し、クランプ部１２で環状フレーム２１０をクランプする。レーザー加工装置１は、加工内容情報に基づいて、移動ユニット３０により、レーザービーム照射ユニット２０と被加工物２００とを分割予定ライン２０３に沿って相対的に移動させて、レーザービーム照射ユニット２０からパルス状のレーザービーム２１を照射して被加工物２００を分割予定ライン２０３に沿ってレーザー加工する。レーザー加工装置１は、全ての分割予定ライン２０３に沿ってレーザー加工すると、レーザービーム２１の照射を停止して、加工動作を終了する。
レーザー加工装置１は、立ち上げた時、エラーが生じた時、又は所望の加工結果が得られない時等において、レーザービーム２１の光軸２８が確認され、調整される。
（レーザー加工装置の光軸確認方法）
実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法は、前述したレーザー加工装置１のレーザービーム２１の光軸２８を確認する方法であって、図５に示すように、準備ステップＳＴ１と、光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２と、撮像ステップＳＴ３と、表示ステップＳＴ４と、傾き検出ステップＳＴ５とを備える。
（準備ステップ）
準備ステップＳＴ１は、前述した光軸調整ジグ５０を準備するステップである。実施形態１において、準備ステップＳＴ１では、ビーム検出ユニット４０を準備し、ビーム検出ユニット４０を表示ユニット１０１及び制御ユニット１００に接続して、光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２に進む。
（光軸調整ジグ位置づけステップ）
光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２は、レーザービーム２１が平行平板４２を介して撮像ユニット４３に入射するように光軸調整ジグ５０を位置付けるステップである。実施形態１において、光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２では、ビーム検出ユニット４０を保持面１１上の予め定められた所定の位置に設置する。実施形態１において、所定の位置は、保持面１１の中央であるが、本発明では、保持面１１の中央に限定されない。ビーム検出ユニット４０が保持面１１に設置されると、撮像ステップＳＴ３に進む。
（撮像ステップ）
図６は、図５に示されたレーザー加工装置の光軸確認方法の撮像ステップを一部断面で模式的に示す図である。図７は、図６に示された撮像ステップにおいて、レーザービームの光軸がＺ軸方向と平行な場合を模式的に示す図である。図８は、図６に示された撮像ステップにおいて、レーザービームの光軸がＺ軸方向に対して傾いている場合を模式的に示す図である。
撮像ステップＳＴ３は、光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２の後、レーザービーム２１を発振して撮像ユニット４３に入射させ、レーザービーム２１を撮像するステップである。実施形態１において、撮像ステップＳＴ３では、入力ユニットに対するオペレータの操作を受け付けて、レーザー加工装置１が移動ユニット３０によりチャックテーブル１０のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整して、レーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２４にチャックテーブル１０の保持面１１上のビーム検出ユニット４０をＺ軸方向に対向させる。
撮像ステップＳＴ３では、図６に示すように、レーザー加工装置１がレーザー発振器２２からレーザービーム２１を発振し、平行平板４２を通してビーム検出ユニット４０の撮像ユニット４３がレーザービーム２１を撮像する。撮像ステップＳＴ３では、レーザービーム２１の光軸２８がＺ軸方向と平行であると、図７に示すように、平行平板４２に入射するレーザービーム２１の光軸２８と、平行平板４２の上面４２１に形成された反射膜４２３を透過し、下面４２２に形成された反射膜４２３で反射されたレーザービーム２１の光軸２８と、上面４２１および下面４２２に形成された反射膜４２３の両方を透過したレーザービーム２１の光軸２８と、が同一線上に位置する。
また、撮像ステップＳＴ３では、レーザービーム２１の光軸２８がＺ軸方向に対して傾いていると、図８に示すように、平行平板４２の上面４２１および下面４２２に形成された反射膜４２３によりレーザービーム２１が平行平板４２内で多重反射するため、反射する度にレーザービーム２１の位置ズレが生じる。撮像ユニット４３は、上面４２１および下面４２２に形成された反射膜４２３を透過してきたレーザービーム２１を撮像することとなる。
こうして、撮像ステップＳＴ３において、平行平板４２を介して撮像ユニット４３にレーザービーム２１が入射される。実施形態１において、撮像ステップＳＴ３では、撮像ユニット４３がレーザービーム２１を撮像すると、撮像して得た画像を表示ユニット１０１及び制御ユニット１００に出力して、表示ステップＳＴ４に進む。
（表示ステップ）
図９は、図５に示されたレーザー加工装置の光軸確認方法の表示ステップにおいて表示ユニットが図７に示されたレーザービームを表示している状態を模式的に示す図である。図１０は、図５に示されたレーザー加工装置の光軸確認方法の表示ステップにおいて表示ユニットが図８に示されたレーザービームを表示している状態を模式的に示す図である。
表示ステップＳＴ４は、撮像ユニット４３が撮像して得た画像を図９及び図１０に示すように、表示ユニット１０１が表示面１０２に表示するステップである。表示ステップＳＴ４では、図９及び図１０に示すように、表示ユニット１０１が撮像ユニット４３が撮像して得た画像を表示面１０２に表示して傾き検出ステップＳＴ５に進む。
（傾き検出ステップ）
傾き検出ステップＳＴ５は、撮像ステップＳＴ３で撮像して得た画像中のレーザービーム２１のビーム形状に基づいて、撮像ユニット４３が撮像したレーザービーム２１の光軸２８の傾きを検出するステップである。
ここで、レーザービーム２１の光軸２８がＺ軸方向と平行な状態、即ち、図７に示すように、レーザービーム２１が平行平板４２に対して垂直に入射する時には、撮像ユニット４３で撮像され、表示ユニット１０１に表示されるレーザービーム２１の面積が、図９に示すように、極小値となる。実施形態１では、レーザービーム２１の光軸２８に直交する断面形状が円形であるので、レーザービーム２１が平行平板４２に対して垂直に入射する時には、撮像ユニット４３で撮像され、表示ユニット１０１に表示されるレーザービーム２１は、図９に示すように、円形になる。
しかしながら、レーザービーム２１の光軸２８がＺ軸方向に対して傾いている状態、即ち、図８に示すように、レーザービーム２１が平行平板４２に対して斜めに入射する時には、実施形態１では、レーザービーム２１の光軸２８に直交する断面形状が円形であっても、表示ユニット１０１に表示されるレーザービーム２１は、図１０に示すように、楕円形になり、図９よりも面積が広がる。なお、本発明では、レーザービーム２１の光軸２８に直交する断面形状が楕円形である場合にも、レーザービーム２１が斜めに入射していると、表示ユニット１０１が表示したレーザービーム２１の面積が広がることとなる。実施形態１では、撮像ユニット４３が撮像したレーザービーム２１の面積が最小値であるときレーザービーム２１の光軸２８がＺ軸と平行である。
傾き検出ステップＳＴ５では、制御ユニット１００は、撮像ユニット４３が撮像した画像からレーザービーム２１を抽出する。傾き検出ステップＳＴ５では、制御ユニット１００は、撮像ユニット４３が撮像した画像から抽出したレーザービーム２１の面積を算出し、予め記憶した撮像ユニット４３が撮像したレーザービーム２１のＺ軸方向に対する傾きと撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１の面積との関係を参照して、レーザービーム２１のＺ軸方向に対する傾きを検出し、表示ユニット１０１に表示する。
また、傾き検出ステップＳＴ５では、制御ユニット１００は、撮像ユニット４３が撮像した画像におけるレーザービーム２１の長手方向の長さやズレの方向などから、光軸２８の傾いた方向を算出し、表示ユニット１０１に表示することも出来る。
こうして、傾き検出ステップＳＴ５では、光軸調整ジグ５０は、撮像ユニット４３が撮像した画像中のレーザービーム２１のビーム形状に基づいて、レーザービーム２１の光軸２８のＺ軸方向に対する傾きを検出することが可能である。
レーザー加工装置のオペレータは、表示ユニット１０１が表示したレーザービーム２１を撮像して得た画像を参照しながら傾き検出ステップＳＴ５において検出されたレーザービーム２１の光軸２８のＺ軸方向に対する傾き及びＺ軸方向に対して傾いた方向に基づいて、レーザービーム２１の光軸２８がＺ軸方向と平行になるように、レーザービーム照射ユニット２０の光学素子である複数のミラー２３及び集光レンズ２４を保持する各ホルダー２６，２７の調整機構２６１を調整し、実施形態１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が終了する。
以上説明したように、実施形態１に係る光軸調整ジグ５０及びレーザー加工装置の光軸確認方法は、光軸調整ジグ５０が撮像ユニット４３の上方に平行平板４２を設けて、光軸２８の傾きに応じて撮像ユニット４３で撮像するレーザービーム２１のビーム形状が変化する構成となっている。実施形態１に係る光軸調整ジグ５０及びレーザー加工装置の光軸確認方法は、撮像ユニット４３で撮像したレーザービーム２１のビーム形状に基づいてレーザービーム２１の光軸２８のＺ軸方向に対する傾きを検出する。その結果、光軸調整ジグ５０及びレーザー加工装置の光軸確認方法は、レーザービーム２１の光軸２８が被加工物２００に対して垂直であるか否かを定量的に判断することができるという効果を奏する。
〔変形例〕
本発明の実施形態１の変形例に係るレーザー加工装置の光軸確認方法を図面に基づいて説明する。図１１は、実施形態１の変形例１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が行われるレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。図１２は、実施形態１の変形例２に係るレーザー加工装置の光軸確認方法が行われるレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。なお、図１１及び図１２は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
変形例１に係るレーザー加工装置の光軸確認方法は、図１１に示すように、レーザー加工装置１－１の第２移動プレート１５上の所定の位置にビーム検出ユニット４０を配設しておき、準備ステップＳＴ１及び光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２を実施しないとともに、撮像ステップＳＴ３においてレーザービーム照射ユニット２０を第２移動プレート１５上のビーム検出ユニット４０にＺ軸方向に対向すること以外、実施形態１と同じである。
変形例２に係るレーザー加工装置の光軸確認方法は、図１２に示すように、レーザー加工装置１－２のチャックテーブル１０の保持面１１内にビーム検出ユニット４０を配設しておき、準備ステップＳＴ１及び光軸調整ジグ位置づけステップＳＴ２を実施しないとともに、撮像ステップＳＴ３においてレーザービーム照射ユニット２０を保持面１１内のビーム検出ユニット４０にＺ軸方向に対向すること以外、実施形態１と同じである。なお、変形例２では、平行平板４２を保持面１１と同一平面上又は保持面１１よりも下方に配置するのが望ましい。
変形例１及び変形例２に係る光軸調整ジグ５０及びレーザー加工装置の光軸確認方法は、撮像ユニット４３で撮像したレーザービーム２１のビーム形状に基づいてレーザービーム２１の光軸２８のＺ軸方向に対する傾きを検出するので、実施形態１と同様に、レーザービーム２１の光軸２８が被加工物２００に対して垂直であるか否かを定量的に判断することができるという効果を奏する。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、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。実施形態１等では、撮像ユニット４３が撮像したレーザービーム２１の画像を表示ユニット１０１に表示したが、本発明では、撮像ユニットが撮像して得たレーザービーム２１の画像のうちビーム強度が所定の値を超える部分のみを表示ユニット１０１に表示しても良い。また、本発明は、傾き検出ステップＳＴ５を実施せずに、表示ステップＳＴ４において表示ユニット１０１に表示されたレーザービーム２１の画像を観察しながらオペレータが各ホルダー２６，２７の調整機構２６１を調整して、レーザービーム２１の光軸２８をＺ軸方向と平行にしても良い。
１，１－１，１－２ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル
２０ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２８ 光軸
３０ 移動ユニット
４２ 平行平板
４３ 撮像ユニット
５０ 光軸調整ジグ
１０１ 表示ユニット
２００ 被加工物
４２１ 上面
４２２ 下面
４２３ 反射膜
ＳＴ１ 準備ステップ
ＳＴ２ 光軸調整ジグ位置づけステップ
ＳＴ３ 撮像ステップ
ＳＴ５ 傾き検出ステップ

Claims (4)

  1. 光軸調整ジグであって、
    上面および下面に反射膜が形成された平行平板と、
    該平行平板より下方に配設され、レーザービームを撮像可能な撮像ユニットと、を含み、
    該平行平板は該レーザービームの波長に対して透過性を有する素材からなり、
    該平行平板を介してレーザービームを該撮像ユニットに入射し、
    該撮像ユニットで撮像した該レーザービームの該平行平板内での内部反射の像に基づいて該レーザービームの光軸の傾きを検出することが可能な光軸調整ジグ。
  2. 該撮像ユニットに撮像された画像を表示する表示ユニットを更に有することを特徴とする、請求項１に記載の光軸調整ジグ。
  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に対してレーザービームを照射して加工を施すレーザービーム照射ユニットと、
    該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとをＸ軸方向および該Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に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の光軸を確認する光軸確認方法であって、
    該レーザービームの波長に対して透過性を有する素材からなり、上面および下面に反射膜が形成された平行平板と、該平行平板より下方に配設され、レーザービームを撮像可能な撮像ユニットと、を有する光軸調整ジグを準備する準備ステップと、
    該レーザービームが該平行平板を介して該撮像ユニットに入射するように該光軸調整ジグを位置付ける光軸調整ジグ位置づけステップと、
    該光軸調整ジグ位置づけステップの後、該レーザービームを発振して該撮像ユニットに入射させ、該レーザービームを撮像する撮像ステップと、
    該撮像ステップで撮像した該レーザービームの該平行平板内での内部反射の像に基づいて該レーザービームの光軸の傾きを検出する傾き検出ステップと、
    を有することを特徴とする、レーザー加工装置の光軸確認方法。
  4. 該レーザー加工装置は、該撮像ユニットに撮像された画像を表示する表示ユニットを更に含むことを特徴とする、請求項３に記載のレーザー加工装置の光軸確認方法。
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