JP7353171B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。
半導体ウェーハ等の被加工物を加工するために、被加工物にレーザービームを照射して分割溝を形成するレーザー加工装置が知られている。このようなレーザー加工装置では、マスクやリレーレンズ、シリンドリカルレンズペア等の様々な部品が光学系に組み込まれている（特許文献１参照）。
特開２０１０－１５８７１０号公報
ところで、上記部品の調整は、非常に難易度が高く、時間がかかるという課題がある。特に、シリンドリカルレンズペアは母線の調整が困難であり、加工装置間の機差を生む原因となっていたため、シリンドリカルレンズを２枚でなく１枚に減らすことによる調整の容易化が検討された。しかしながら、調整時にシリンドリカルレンズの移動距離が大きくなることにより機械的な精度を維持するのが困難であるという問題や、装置サイズが肥大化するという問題があった。
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、装置サイズを肥大化させずに、容易に調整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吸収性を有する波長のレーザービームを照射する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加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるＸ軸方向移動ユニットと、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加工送り方向と直交する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Ｙ軸方向移動ユニットと、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発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設され、該レーザー発振器から発振されたレーザービームのＹ軸方向のエネルギー分布のガウシアンの裾野部分を垂直な分布に形成するエネルギー分布修正ユニットと、該エネルギー分布修正ユニットによってエネルギー分布が修正されたレーザービームのビーム形状を被加工物の上面に結像させる２枚以上のレンズで構成されたイメージングレンズ群と、該エネルギー分布修正ユニットによってエネルギー分布が修正されたレーザービームのＸ軸方向のエネルギー密度を調整する１枚のシリンドリカルレンズと、を含み、該イメージングレンズ群と該シリンドリカルレンズとの距離を相対的に移動させて該レーザービームの被加工物上面におけるスポット形状を調整することを特徴とする。
該イメージングレンズ群は、リレーレンズと、エキスパンダと、を含んでもよい。
本願発明は、装置サイズを肥大化させずに、容易に調整することができる。
図１は、実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に示されたレーザー加工装置の加工対象の被加工物の斜視図である。 図３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模式図である。 図４は、実施形態に係るエネルギー分布修正ユニットの一例を示す斜視図である。 図５は、集光スポットにおけるビーム形状の一例を示す模式図である。 図６は、実施形態に係るエネルギー分布修正ユニットの別の一例を示す斜視図である。 図７は、レーザービームのＹ軸方向のエネルギー分布の一例を示すグラフである。 図８は、比較例のレーザービーム照射ユニットの構成を模式的に示す模式図である。 図９は、第１変形例に係るイメージングレンズ群の構成を示す模式図である。 図１０は、第２変形例に係るイメージングレンズ群の構成を示す模式図である。
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〕
本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１を図面に基づいて説明する。図１は、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。図２は、図１に示されたレーザー加工装置１の加工対象の被加工物１００の斜視図である。
図１に示すように、レーザー加工装置１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、Ｘ軸方向移動ユニット５０と、Ｙ軸方向移動ユニット６０と、Ｚ軸方向移動ユニット７０と、撮像ユニット８０と、表示ユニット８５と、制御ユニット９０と、を備える。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。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。
実施形態に係るレーザー加工装置１は、加工対象である被加工物１００に対してレーザービーム２１を照射することにより、被加工物１００にレーザー加工溝１０６（図５参照）を形成する装置である。実施形態では、被加工物１００に溝加工する構成について説明するが、被加工物１００を穿孔加工することも可能である。被加工物１００は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を基板１０１とする円板状の半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。
図２に示すように、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。実施形態において、被加工物１００は、分割予定ライン１０３に沿ってレーザー加工溝１０６（図５参照）が形成される。実施形態において、被加工物１００は、環状フレーム１１０が貼着されかつ被加工物１００の外径よりも大径なテープ１１１が表面１０２の裏側の裏面１０５に貼着されて、環状フレーム１１０の開口内に支持される。
図１に示すように、チャックテーブル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盤形状である。保持面１１は、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。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１００を吸引保持する。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物１００を支持する環状フレーム１１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。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。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およびチャックテーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４を介して、Ｘ軸方向移動ユニット５０によりＸ軸方向に移動される。回転ユニット１３およびチャックテーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４、Ｘ軸方向移動ユニット５０およびＹ軸方向移動プレート１５を介して、Ｙ軸方向移動ユニット６０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、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に対して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。レーザービーム照射ユニット２０のうち、少なくとも集光レンズ２６は、レーザー加工装置１の装置本体２から立設した柱３に設置されるＺ軸方向移動ユニット７０に支持される。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。
Ｘ軸方向移動ユニット５０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５０は、実施形態において、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向移動ユニット５０は、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５０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。Ｘ軸方向移動ユニット５０は、周知のボールねじ５１と、周知のパルスモータ５２と、周知のガイドレール５３と、を含む。ボールねじ５１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ５２は、ボールねじ５１を軸心回りに回転させる。ガイドレール５３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。ガイドレール５３は、Ｙ軸方向移動プレート１５に固定して設けられる。
Ｙ軸方向移動ユニット６０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６０は、実施形態において、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向移動ユニット６０は、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６０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。Ｙ軸方向移動ユニット６０は、周知のボールねじ６１と、周知のパルスモータ６２と、周知のガイドレール６３と、を含む。ボールねじ６１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ６２は、ボールねじ６１を軸心回りに回転させる。ガイドレール６３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。ガイドレール６３は、装置本体２に固定して設けられる。
Ｚ軸方向移動ユニット７０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とを集光点位置調整方向である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７０は、実施形態において、レーザービーム照射ユニット２０をＺ軸方向に移動させる。Ｚ軸方向移動ユニット７０は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２から立設した柱３に設置されている。Ｚ軸方向移動ユニット７０は、レーザービーム照射ユニット２０のうち少なくとも集光レンズ２６（図３参照）をＺ軸方向に移動自在に支持する。Ｚ軸方向移動ユニット７０は、周知のボールねじ７１と、周知のパルスモータ７２と、周知のガイドレール７３と、を含む。ボールねじ７１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ７２は、ボールねじ７１を軸心回りに回転させる。ガイドレール７３は、レーザービーム照射ユニット２０をＺ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール７３は、柱３に固定して設けられる。
撮像ユニット８０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００を撮像する。撮像ユニット８０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラまたは赤外線カメラを含む。撮像ユニット８０は、例えば、レーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２６（図３参照）に隣接するように固定されている。撮像ユニット８０は、被加工物１００を撮像して、被加工物１００とレーザービーム照射ユニット２０との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を得て、得た画像を制御ユニット９０に出力する。
表示ユニット８５は、加工動作の状態または画像等を表示する表示面８６を含む。表示ユニット８５は、液晶表示装置等により構成される表示部である。表示面８６がタッチパネルを含む場合、表示ユニット８５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８５は、表示面８６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８５は、報知部を含んでもよい。報知部は、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。報知部は、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。表示ユニット８５は、制御ユニット９０に接続している。
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、レーザービーム照射ユニット２０、Ｘ軸方向移動ユニット５０、Ｙ軸方向移動ユニット６０、Ｚ軸方向移動ユニット７０、撮像ユニット８０および表示ユニット８５を制御する。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。
制御ユニット９０は、例えば、撮像ユニット８０に被加工物１００を撮像させる。制御ユニット９０は、例えば、撮像ユニット８０によって撮像した画像の画像処理を行う。制御ユニット９０は、例えば、画像処理によって被加工物１００の加工ラインを検出する。制御ユニット９０は、例えば、レーザービーム２１の集光スポット２７が加工ラインに沿って移動するようにＸ軸方向移動ユニット５０を駆動させると共に、レーザービーム照射ユニット２０にレーザービーム２１を照射させる。
次に、レーザービーム照射ユニット２０について、詳細に説明する。図３は、図１に示されたレーザー加工装置１のレーザービーム照射ユニット２０の構成を模式的に示す模式図である。図３に示すように、レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２２と、エネルギー分布修正ユニット３０、４０と、イメージングレンズ群２３と、シリンドリカルレンズ２４と、ミラー２５と、集光レンズ２６と、を含む。
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を発振する。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に対して吸収性を有する波長である。レーザービーム２１のビーム径は、例えば、１ｍｍである。
エネルギー分布修正ユニット３０、４０は、レーザー発振器２２と集光レンズ２６との間に配設される。実施形態において、エネルギー分布修正ユニット３０、４０は、レーザー発振器２２とイメージングレンズ群２３との間に配設される。エネルギー分布修正ユニット３０、４０は、レーザービーム２１の光軸上の所定の位置に配設され、レーザービーム２１の一部を遮光することによって、ビーム形状を所定の形状に成形するマスクを含む。
図４は、実施形態に係るエネルギー分布修正ユニット３０の一例を示す斜視図である。図５は、集光スポット２７におけるビーム形状の一例を示す模式図である。図４に示すように、エネルギー分布修正ユニット３０は、マスク基材３１と、透過部３２と、遮光部３３と、を含む。マスク基材３１は、レーザービーム２１を遮光可能な板形状である。マスク基材３１は、レーザービーム２１の光軸上の所定の位置に配設される。透過部３２は、マスク基材３１に形成される孔である。透過部３２は、レーザービーム２１が透過する部分である。透過部３２は、実施形態において、スリット幅０．５ｍｍのスリット形状である。遮光部３３は、透過部３２を囲繞して、レーザービーム２１の一部を遮る部分である。マスク基材３１に照射されるレーザービーム２１は、一部が遮光部３３によって遮光され、残りが透過部３２を通過する。これにより、エネルギー分布修正ユニット３０は、図５に示すレーザービーム２１の集光スポット２７におけるＹ軸方向のビーム形状を成形する。レーザー加工溝１０６の加工幅は、集光スポット２７におけるＹ軸方向の集光スポット幅Ｗに基づいて決定される。
図６は、実施形態に係るエネルギー分布修正ユニット４０の別の一例を示す斜視図である。図６に示すように、エネルギー分布修正ユニット４０は、マスク基材４１と、複数の透過部４２と、遮光部４３と、を含む。マスク基材４１は、レーザービーム２１を遮光可能な板形状である。マスク基材４１は、図４に示す一例のマスク基材３１と同様に、レーザービーム２１の光軸上の所定の位置に配設される。透過部４２は、マスク基材４１に形成される孔である。透過部４２は、レーザービーム２１が透過する部分である。遮光部４３は、透過部４２を囲繞して、レーザービーム２１の一部を遮る部分である。マスク基材４１の透過部４２のいずれかの孔に照射されるレーザービーム２１は、一部が遮光部４３によって遮光され、残りが透過部４２を通過する。
透過部４２は、５つの透過部４２－１、４２－２、４２－３、４２－４、４２－５を含む。透過部４２－３は、円形状の孔である。透過部４２－１、４２－２、４２－４、４２－５は、スリット形状の孔である。透過部４２－３は、レーザービーム２１を遮光せずに通過させる。透過部４２－１、４２－２、４２－４、４２－５は、レーザービーム２１の一部を遮光する。透過部４２－１、４２－２、４２－４、４２－５は、互いに異なるスリット幅を有する。透過部４２－１のスリット幅は、透過部４２－２のスリット幅より小さい。透過部４２－２のスリット幅は、透過部４２－４のスリット幅より小さい。透過部４２－４のスリット幅は、透過部４２－５のスリット幅より小さい。つまり、透過部４２－１、４２－２、４２－４、４２－５のち、透過部４２－１のスリット幅が最も小さく、透過部４２－５のスリット幅が最も大きい。スリット幅が小さいほど、レーザービーム２１の通過率が小さくなる。透過部４２のスリット幅に対応して、図５に示すレーザービーム２１の集光スポット２７におけるＹ軸方向のビーム形状が変更される。つまり、透過部４２のスリット幅に対応して、レーザー加工溝１０６の加工幅が変更される。
エネルギー分布修正ユニット４０は、マスク移動ユニット４４によって、レーザービーム２１の光軸に対して直交する方向に移動可能に構成される。マスク移動ユニット４４は、例えば、マイクロメータおよび電気モータ等を含む。マスク移動ユニット４４は、図１に示す制御ユニット９０によって制御される。エネルギー分布修正ユニット４０は、例えば、入力部等から所定の操作を受け付けた場合、エネルギー分布修正ユニット４０の所定の透過部４２がレーザービーム２１の光軸上に位置するように、エネルギー分布修正ユニット４０を移動させる。マスク移動ユニット４４は、例えば、オペレータが入力部等を介して透過部４２－１を選択した場合、透過部４２－１がレーザービーム２１の光軸上に位置するように、エネルギー分布修正ユニット４０を移動させる。
図７は、レーザービーム２１のＹ軸方向のエネルギーＥ０、ＥＣ分布の一例を示すグラフである。図７に示すように、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１の光軸に直交するＹ軸方向のエネルギーＥ０分布は、ガウシアンとなる。エネルギー分布修正ユニット３０、４０を通過したレーザービーム２１のＹ軸方向のエネルギーＥＣは、エネルギーＥ０のガウシアンの裾野部分に相当する部分が、レーザービーム２１が遮光部３３、４３に遮られることによって、０となる。すなわち、エネルギー分布修正ユニット３０、４０は、レーザービーム２１のエネルギーの強い中心部分を透過部３２、４２によって透過し、エネルギーの弱い端の部分を遮光部３３、４３によって遮光する。これにより、エネルギー分布修正ユニット３０、４０は、レーザービーム２１のＹ軸方向のエネルギーＥＣ分布のガウシアンの裾野部分を略垂直な分布に形成する。
このように、本発明でいう、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１のＹ軸方向のエネルギー分布のガウシアンの裾野部分を垂直な分布に形成するとは、エネルギー分布修正ユニット３０、４０の透過部３２、４２がレーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１のＹ軸方向の中心部分を透過し、遮光部３３、４３がレーザービーム２１のＹ軸方向の端の部分を遮光して、レーザービーム２１のＹ軸方向のエネルギーＥＣ分布のガウシアンの裾野部分を略垂直な分布に形成することをいう。
なお、図７に示すグラフでは、エネルギーＥＣ分布のガウシアンの裾野部分を垂直に記載しているが、実際のレーザービーム２１の遮光によって形成されるガウシアンの裾野部分のグラフ形状は、光の回り込み等により、完全な垂直形状をなさず、急峻形状をなすことがある。すなわち、略垂直とは、完全な垂直形状でもよいし、急峻形状でもよい。ガウシアンの裾野部分は、遮光部３３、４３から光の回り込み等が起こると、完全な垂直形状をなさず、急峻形状をなす。
図３に示すように、イメージングレンズ群２３は、２枚以上のレンズで構成される。イメージングレンズ群２３では、イメージングに寄与する１つのレンズの単独の焦点距離内に、合成焦点距離の作用を有する他のレンズが配置されている。イメージングレンズ群２３は、２枚以上のレンズ間の相対的な位置が固定されるものであってもよい。イメージングレンズ群２３は、２枚以上のレンズ間の相対的な位置が固定された状態でレーザービーム照射ユニット２０の筺体に装着されてもよい。イメージングレンズ群２３は、実施形態では球面両凹レンズであるレンズ２３１と、両凸レンズであるレンズ２３２とによる２枚の組み合わせレンズである。レンズ２３２は、イメージングの距離を短くする役目を有すると共に、球面の１方向の成分がシリンドリカルレンズの役目を有している。
イメージングレンズ群２３は、エネルギー分布修正ユニット３０、４０によってエネルギー分布が修正されたレーザービーム２１のビーム形状を、被加工物１００の上面に結像させる。イメージングレンズ群２３は、レーザービーム２１の光軸に沿って、シリンドリカルレンズ２４に対して相対的に移動可能である。イメージングレンズ群２３は、実施形態のように１つの筐体内に収納されていてもよいし、別個の筐体に収納されて筐体同士が一体的に移動するように構成されていてもよい。また、イメージングレンズ群２３は、構成する２枚以上のレンズ２３１、２３２が近接されて配置されて、２枚以上のレンズが所謂合成焦点距離の作用を奏するものである。
シリンドリカルレンズ２４は、エネルギー分布修正ユニット３０、４０によってエネルギー分布が修正されたレーザービーム２１のＸ軸方向のエネルギー密度を調整する。これにより、図５に示すレーザービーム２１の集光スポット２７におけるＸ軸方向の集光スポット長さＬ０が、集光スポット長さＬに変更される。シリンドリカルレンズ２４は、レーザービーム照射ユニット２０の光軸上に１枚のみ設けられる。シリンドリカルレンズ２４は、実施形態では平凹レンズであるが、本発明では平凸レンズでもよい。
シリンドリカルレンズ２４は、レーザービーム２１の光軸に沿って、イメージングレンズ群２３に対して相対的に移動可能である。シリンドリカルレンズ２４は、レーザービーム２１の光軸に沿ってイメージングレンズ群２３に対して相対的に移動されることで、レーザービーム２１のＸ軸方向のエネルギー密度を調整する。このように、実施形態に係るレーザー加工装置１のレーザービーム照射ユニット２０は、１枚のみのシリンドリカルレンズ２４をレーザービーム２１の光軸に沿って移動させることで、レーザービーム２１のＸ軸方向のエネルギー密度を調整する。なお、実施形態ではシリンドリカルレンズ２４をイメージングレンズ群２３より後方に配置しているが、本発明ではイメージングレンズ群２３とシリンドリカルレンズ２４との位置関係を入れ替えて配置してもよい。
ミラー２５は、レーザービーム２１を反射して、チャックテーブル１０の保持面１１に保持した被加工物１００に向けて反射する。実施形態において、ミラー２５は、シリンドリカルレンズ２４を通過したレーザービーム２１を反射する。
集光レンズ２６は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を、被加工物１００に集光して被加工物１００に照射させる。実施形態において、集光レンズ２６は、ミラー２５により反射されたレーザービーム２１を集光する。集光レンズ２６の焦点距離は、実施形態において、１００ｍｍである。
以上説明したように、実施形態に係るレーザー加工装置１は、リレーレンズとして複数のレンズ２３１、２３２で構成されたイメージングレンズ群２３を用いることによって、このイメージングレンズ群２３を構成するレンズ２３１、２３２の主面を光軸に沿ってエネルギー分布修正ユニット３０、４０寄りに動かすことができる。従来の工学系では、イメージングに寄与するレンズの焦点距離内に、焦点距離の変更に寄与する、すなわち合成焦点距離の作用を有するレンズが配置されていないのに対し、イメージングレンズ群２３では、イメージングに寄与するレンズの焦点距離内に合成焦点距離の作用を有する他のレンズが配置されている。これにより、エネルギー分布修正ユニット３０、４０とイメージングレンズ群２３との距離を短くすることができるので、装置の小型化に貢献できる。
さらに、このイメージングレンズ群２３に、シリンドリカルレンズの曲率を持っている面の要素を組み込むことによって、従来ペアで用いていたシリンドリカルレンズを１枚に減らすことができるため、母線の調整をする必要がなくなり、調整を容易にすることが可能となる。また、合成焦点距離の機能が発揮されて、リレーレンズの焦点距離を短くすることができるので、シリンドリカルレンズ２４の移動距離を小さくすることができるため、従来の装置の加工点の精度を保ったまま調整時間を短縮することができる。
なお、本発明の発明者は、実施形態の効果を確認した。確認にあたって、図８に示す比較例のレーザービーム照射ユニット２０－２と比較した。図８は、比較例のレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニット２０－２の構成を模式的に示す模式図である。図８は、実施形態のレーザービーム照射ユニット２０と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
比較例のレーザービーム照射ユニット２０－２は、実施形態のレーザービーム照射ユニット２０と比較して、イメージングレンズ群２３およびシリンドリカルレンズ２４の代わりに、リレーレンズ２８およびシリンドリカルレンズペア２９を備える。リレーレンズ２８は、エネルギー分布修正ユニット３０、４０によってエネルギー分布が修正されたレーザービーム２１を、シリンドリカルレンズペア２９に転送する。リレーレンズ２８は、球面両凸レンズである。シリンドリカルレンズペア２９は、２枚のシリンドリカルレンズで構成される。シリンドリカルレンズペア２９は、平凹レンズであるシリンドリカルレンズ２９１と、平凹レンズであるシリンドリカルレンズ２９２とによる２枚の組み合わせレンズである。シリンドリカルレンズペア２９を構成する２枚のシリンドリカルレンズ２９１、２９２は、互いに相対的な位置を移動可能である。なお、実施形態に係るイメージングレンズ群２３の両凸レンズであるレンズ２３２および比較例のリレーレンズ２８は、共にｆ＝－６００である。
比較例のレーザービーム照射ユニット２０－２は、エネルギー分布修正ユニット３０、４０とリレーレンズ２８との距離Ｄ２が、６００ｍｍであった。これに対し、実施形態のレーザービーム照射ユニット２０は、エネルギー分布修正ユニット３０、４０とイメージングレンズ群２３との距離Ｄ１が、１７３ｍｍであった。従って、リレーレンズとして複数のレンズ２３１、２３２で構成されたイメージングレンズ群２３を用いることによって、エネルギー分布修正ユニット３０、４０とイメージングレンズ群２３との距離を短くすることができることが明らかとなった。
また、比較例のレーザービーム照射ユニット２０－２は、シリンドリカルレンズペア２９の各シリンドリカルレンズ２９１、２９２の光軸方向に調整するための最大移動距離Ｄ４が、７２ｍｍであった。これに対し、実施形態のレーザービーム照射ユニット２０は、シリンドリカルレンズ２４の光軸方向に調整するための最大移動距離Ｄ３が、４１ｍｍであった。したがって、レーザー加工装置１は、リレーレンズとして複数のレンズ２３１、２３２で構成されたイメージングレンズ群２３を用いることによって、エネルギー分布修正ユニット３０、４０とイメージングレンズ群２３との距離を短くすることができ、シリンドリカルレンズ２４の移動距離を小さくすることができることが明らかとなった。
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。
例えば、本発明のイメージングレンズ群は、実施形態の組み合わせに限定されない。図９は、第１変形例に係るイメージングレンズ群２３－１の構成を示す模式図である。イメージングレンズ群２３－１は、球面両凹レンズであるレンズ２３３と、平凹レンズであるレンズ２３４と、平凸レンズであるレンズ２３５と、が順に光軸上に並ぶ３枚の組み合わせレンズである。レンズ２３３、２３４、２３５は、第１変形例において、１つの筐体内に収納されている。レンズ２３４、２３５は、レンズ２３３の単独の焦点距離内に配置される。レンズ２３４、２３５は、合成焦点距離の作用を有し、焦点距離の変更に寄与する。
また、本発明のイメージングレンズ群は、組み合わせレンズに限定されない。図１０は、第２変形例に係るイメージングレンズ群２３－２の構成を示す模式図である。イメージングレンズ群２３－２は、リレーレンズ２３６と、エキスパンダ２３７とから構成される。リレーレンズ２３６は、第２変形例において両凸レンズである。エキスパンダ２３７は、互いにレンズ間距離を調整可能である、平凹レンズであるレンズ２３８と、平凸レンズであるレンズ２３９と、を含む。エキスパンダ２３７は、リレーレンズ２３６の単独の焦点距離内に配置される。エキスパンダ２３７は、合成焦点距離の作用を有し、焦点距離の変更に寄与する。
１ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル
２０、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 イメージングレンズ群
２４ シリンドリカルレンズ
２５ ミラー
２６ 集光レンズ
２７ 集光スポット
２８ リレーレンズ
２９ シリンドリカルレンズペア
３０、４０ エネルギー分布修正ユニット
５０ Ｘ軸方向移動ユニット
６０ Ｙ軸方向移動ユニット
７０ Ｚ軸方向移動ユニット
８０ 撮像ユニット
８５ 表示ユニット
９０ 制御ユニット
１００ 被加工物

Claims (2)

  1. 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吸収性を有する波長のレーザービームを照射する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加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるＸ軸方向移動ユニットと、
    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加工送り方向と直交する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Ｙ軸方向移動ユニットと、
    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発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設され、該レーザー発振器から発振されたレーザービームのＹ軸方向のエネルギー分布のガウシアンの裾野部分を垂直な分布に形成するエネルギー分布修正ユニットと、
    該エネルギー分布修正ユニットによってエネルギー分布が修正されたレーザービームのビーム形状を被加工物の上面に結像させる２枚以上のレンズで構成されたイメージングレンズ群と、
    該エネルギー分布修正ユニットによってエネルギー分布が修正されたレーザービームのＸ軸方向のエネルギー密度を調整する１枚のシリンドリカルレンズと、
    を含み、
    該イメージングレンズ群と該シリンドリカルレンズとの距離を相対的に移動させて該レーザービームの被加工物上面におけるスポット形状を調整することを特徴とする、
    レーザー加工装置。
  2. 該イメージングレンズ群は、リレーレンズと、エキスパンダと、を含むことを特徴とする、
    請求項１に記載のレーザー加工装置。
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