JP7408332B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
レーザー加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に加工送りするＸ軸送り手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に加工送りするＹ軸送り手段と、制御手段と、を少なくとも備えていて、ウエーハを高精度に加工することができる。
また、レーザー加工装置を構成するレーザー光線照射手段は、被加工物に応じて吸収性を有する波長のレーザー光線を照射して被加工物の上面にアブレーション加工を施すタイプのもの(例えば特許文献１を参照）と、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を被加工物の内部に照射して改質層を形成するタイプのもの（例えば特許文献２を参照）とが存在する。
特に、被加工物の内部に改質層を形成するタイプのものにおいては、ウエーハの厚さばらつきやウネリによって所望の内部位置に改質層を形成できない場合があり、ウエーハの上面又は下面の高さを計測器によって計測して適正な内部位置にレーザー光線の集光点を位置付ける技術が提案されている（特許文献３を参照）。
特開２００４－１８８４７５号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２０１２－００２６０４号公報
上記した特許文献３に記載の技術では、所定の波長領域を有する光を被加工物に照射して反射した反射光に基づいて分光干渉波形を求め、被加工物であるウエーハの高さを検出している。しかし、該分光干渉波形を用いてウエーハの高さを計測する場合、ウエーハの上面の積層物によって生じる分光干渉波形が外乱となって、計測精度が低いという問題がある。また、分光干渉波形を用いた計測は、比較的広い測定領域に光を照射する必要があり、狭い領域において、ピンポイントで精度の高い測定を実施することが困難であるという問題もある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工物の高さを適正に計測し、所望の位置にレーザー加工を施すことができるレーザー加工装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に相対的に加工送りするＹ軸送り手段と、制御手段と、を少なくとも備えたレーザー加工装置であって、該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー光線を該保持手段に保持された被加工物にＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向の任意の位置に集光する集光器と、該レーザー発振器と該集光器とを結ぶ第一の光路に配設されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分岐された第二の光路に配設された広帯域光源と、該広帯域光源と該ビームスプリッターとの間に配設され該第二の光路から第三の光路に分岐する分光器と、該分光器によって分岐された該第三の光路に配設され該広帯域光源の光が該集光器によって集光され該保持手段に保持された被加工物で反射した戻り光の波長に対応した光の強さによって被加工物のＺ軸方向のＺ位置を検出するＺ位置検出手段と、該Ｚ位置に応じて該集光器をＺ軸方向に移動する集光器移動手段と、から少なくとも構成され、該第二の光路は光ファイバーで構成され、該広帯域光源からの光は該光ファイバーで導かれ、該光ファイバーの端面から照射された光はコリメートレンズを介して該光を透過する該ビームスプリッターに導かれ、該第二の光路には、該光ファイバーの端面と該コリメートレンズとの間隔を調整する間隔調整手段が配設され、該間隔調整手段により該集光器によって集光される該広帯域光源の光の集光位置が調整されるレーザー加工装置が提供される。
好ましくは、該レーザー発振器は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振し、該集光器は、被加工物の内部に集光点を位置付けて改質層を形成するようにすることができる。また、該制御手段は、該Ｚ位置検出手段によって検出された被加工物のＺ軸方向におけるＺ位置を、Ｘ軸及びＹ軸の座標と共にＺ軸の座標で記憶する座標記憶部を備え、該制御手段は、該座標記憶部に記憶された座標に基づいて、該集光器移動手段を制御して該保持手段に保持された被加工物に加工を施すようにしてもよい。さらに、該制御手段は、該Ｚ位置検出手段によって検出されたＺ軸方向のＺ位置に追随して該集光器移動手段を制御し、該保持手段に保持された被加工物に加工を施すようにすることもできる。
本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に相対的に加工送りするＹ軸送り手段と、制御手段と、を少なくとも備えたレーザー加工装置であって、該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー光線を該保持手段に保持された被加工物にＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向の任意の位置に集光する集光器と、該レーザー発振器と該集光器とを結ぶ第一の光路に配設されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分岐された第二の光路に配設された広帯域光源と、該広帯域光源と該ビームスプリッターとの間に配設され該第二の光路から第三の光路に分岐する分光器と、該分光器によって分岐された該第三の光路に配設され該広帯域光源の光が該集光器によって集光され該保持手段に保持された被加工物で反射した戻り光の波長に対応した光の強さによって被加工物のＺ軸方向のＺ位置を検出するＺ位置検出手段と、該Ｚ位置に応じて該集光器をＺ軸方向に移動する集光器移動手段と、から少なくとも構成され、該第二の光路は光ファイバーで構成され、該広帯域光源からの光は該光ファイバーで導かれ、該光ファイバーの端面から照射された光はコリメートレンズを介して該光を透過する該ビームスプリッターに導かれ、該第二の光路には、該光ファイバーの端面と該コリメートレンズとの間隔を調整する間隔調整手段が配設され、該間隔調整手段により該集光器によって集光される該広帯域光源の光の集光位置が調整されるので、広帯域光源が発する光に含まれる複数の波長に対応する複数の集光点が被加工物に照射され、被加工物に集光点が合った波長の光の強さによって高さを計測することから、ウエーハ上面の積層物があっても、適正に高さを計測でき、分光干渉波形のように外乱が生じることなく計測精度が向上する。また、焦点が合った位置の高さが計測されるため、ストリートの如く狭い領域でのピンポイントの計測が可能になる。
本実施形態のレーザー加工装置の全体斜視図である。 図１に示すレーザー加工装置に備えられた光学系を示すブロック図である。 図１に示す集光器に配設された集光レンズによって波長毎の異なる位置に集光点が形成される態様を示す側面図である。 図２に示す間隔調整手段の原理を説明するための概念図である。 図２に示すＺ位置検出手段によって検出される波形の遷移例を示す概念図である。 （ａ）制御手段に記憶されたＺ座標テーブル、（ｂ）制御手段のＺ座標記憶部に記憶された表である。 （ａ）Ｚ位置を検出しながらレーザー加工を実施する際の態様を示す側面図、（ｂ）（ａ）に示すレーザー加工を実施する際にＺ位置検出手段によって検出される波形の遷移例を示す概念図である。
以下、本発明に基づいて構成されるレーザー加工装置に係る実施形態について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１には、本実施形態のレーザー加工装置２の全体斜視図が示されている。レーザー加工装置２は、基台２Ａ上に配置され、被加工物である板状物に対してレーザー光線を照射する加工手段としてのレーザー光線照射手段４と、該板状の被加工物を保持する保持手段２２と、保持手段２２に保持された被加工物を撮像する撮像手段６と、レーザー光線照射手段４及び保持手段２２とを相対的に加工送りし、撮像手段６及び保持手段２２とを相対的に移動させる送り手段２３と、基台２Ａ上の送り手段２３の側方に立設される垂直壁部２６１及び垂直壁部２６１の上端部から水平方向に延びる水平壁部２６２からなる枠体２６とを備えている。
枠体２６の水平壁部２６２の内部には、レーザー光線照射手段４を含む光学系(追って詳述する）が収容される。水平壁部２６２の先端部下面側には、レーザー光線照射手段４の一部を構成する集光器４２が配設されると共に、集光器４２に対して図中矢印Ｘで示すＸ軸方向で隣接する位置に撮像手段６が配設される。水平壁部２６２の上方には、レーザー加工装置２の加工条件を表示したり、オペレータが加工条件を入力したりするタッチパネル機能を備えた表示手段８が配置される。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向により規定される面は実質的に水平である。
保持手段２２は、図１に示すように、Ｘ軸方向において移動自在に基台２Ａに搭載された矩形状のＸ軸方向可動板３０と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板３０に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板３１と、Ｙ軸方向可動板３１の上面に固定された円筒状の支柱３２と、支柱３２の上端に固定された矩形状のカバー板３３とを含む。カバー板３３にはカバー板３３上に形成された長穴を通って上方に延びるチャックテーブル３４が配設されている。チャックテーブル３４は、円形状の板状物を保持し、支柱３２内に収容された図示しない回転駆動手段により回転可能に構成される。チャックテーブル３４の上面には、通気性を有する多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック３５が配置されている。吸着チャック３５は、支柱３２を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されており、吸着チャック３５の周囲には、間隔をおいてクランプ３６が４つ配置されている。クランプ３６は、環状のフレームを介して保持された板状物をチャックテーブル３４に固定する際に、該フレームを掴む。
送り手段２３は、Ｘ軸送り手段５０と、Ｙ軸送り手段５２と、を含む。Ｘ軸送り手段５０は、モータ５０ａの回転運動を、ボールねじ５０ｂを介して直線運動に変換してＸ軸方向可動板３０に伝達し、基台２Ａ上の案内レール２７、２７に沿ってＸ軸方向可動板３０をＸ軸方向において進退させる。Ｙ軸送り手段５２は、モータ５２ａの回転運動を、ボールねじ５２ｂを介して直線運動に変換し、Ｙ軸方向可動板３１に伝達し、Ｘ軸方向可動板３０上の案内レール３７、３７に沿ってＹ軸方向可動板３１をＹ軸方向において進退させる。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置２は、チャックテーブル３４のＸ軸方向の送り量（Ｘ座標位置）を検出するためのＸ軸方向送り量検出手段２８を備えている。該Ｘ軸方向送り量検出手段２８は、案内レール２７に沿って配設されたリニアスケール２８ａと、Ｘ軸方向可動板３０の下面側に配設されＸ軸方向可動板３０とともにリニアスケール２８ａに沿って移動する読み取りヘッド（図示は省略する）とからなっている。このＸ軸方向送り量検出手段２８の該読み取りヘッドは、図示の実施形態においては1μｍ毎に１パルスのパルス信号を制御手段１００に送る。
さらに、レーザー加工装置２は、Ｙ軸方向可動板３１のＹ軸方向におけるＹ軸方向送り量（Ｙ座標位置）を検出するためのＹ軸方向送り量検出手段３８を備えている。Ｙ軸方向送り量検出手段３８は、Ｘ軸方向可動板３０上に配設されＹ軸方向の延びる案内レール３７に沿って配設されたリニアスケール３８ａと、Ｙ軸方向可動板３１の下面側に配設されＹ軸方向可動板３１とともにリニアスケール３８ａに沿って移動する読み取りヘッド（図示は省略する）とからなっている。Ｙ軸方向送り量検出手段３８の読み取りヘッドは、上記したＸ軸送り量検出手段２８と同様に、１μｍ毎に１パルスのパルス信号を制御手段１００に送る。そして制御手段１００は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３４のＹ座標位置を検出する。上記したＸ軸方向送り量検出手段２８、及びＹ軸方向送り量検出手段に３８よって、保持手段２２のチャックテーブル３４のＸ座標、Ｙ座標位置を正確に検出しながら、撮像手段６、及びレーザー光線照射手段４に対してチャックテーブル３４を移動して所望の位置に位置付けることができる。
撮像手段６は、保持手段２２を構成するチャックテーブル３４に保持される板状物を撮像し、レーザー光線照射手段４の集光器４２と、該板状物の加工領域との位置合わせを行うためのアライメントに利用される。
レーザー加工装置２は、制御手段１００を備えている。制御手段１００は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている（詳細についての図示は省略）。なお、図１では、制御手段１００を、説明の都合上レーザー加工装置２の外部に示しているが、実際は、レーザー加工装置２の内部に収容されている。
レーザー加工装置２によってレーザー加工が施される被加工物は、例えば、図１に示すような半導体のウエーハ１０である。ウエーハ１０は、複数のデバイス１４が分割予定ライン１２によって区画され表面に形成されたものであり、粘着テープＴを介して、環状のフレームＦに保持されている。図２を参照しながら、レーザー光線照射手段４を含む光学系について、以下に説明する。なお、説明の都合上、図２に示す各構成の寸法比は適宜調整してあり、実際の寸法比とは異なっている。
図２に示すように、レーザー光線照射手段４は、レーザー光線を発振するレーザー発振器４４と、レーザー発振器４４が発振したレーザー光線ＬＢを保持手段２２のチャックテーブル３４に保持されたウエーハ１０に集光する集光器４２と、レーザー発振器４４と集光器４２とを結ぶ第一の光路Ｓ１に配設されたビームスプリッター７０と、ビームスプリッター７０によって分岐された第二の光路Ｓ２に配設された広帯域光源６１と、広帯域光源６１とビームスプリッター７０との間に配設され第二の光路Ｓ２から第三の光路Ｓ３に分岐する分光器６２と、分光器６２によって分岐された第三の光路Ｓ３に配設され広帯域光源６１の光Ｌ０が集光器４２によって集光され保持手段２２に保持されたウエーハ１０で反射した戻り光Ｌ１の波長に対応した光の強さによってウエーハ１０の表面位置であるＺ軸方向のＺ位置を検出するＺ位置検出手段６４と、Ｚ位置検出手段６４によって検出されたＺ位置（Ｚ座標）に応じて集光器４２を、図中にＲ１又はＲ２で示すＺ軸方向に移動する集光器移動手段４３とを備えている。集光器移動手段４３は、例えば、ピエゾ素子、又はボイスコイルモータ等によって構成され、制御手段１００によって発せられる指示信号に基づいて精密に制御される。
レーザー発振器４４は、ウエーハ１０に対して透過性を有する、例えば波長が１３４０ｎｍのレーザー光線ＬＢを発振する。第一の光路Ｓ１に配設されたビームスプリッター７０は、例えばダイクロイックミラーから構成される。ビームスプリッター７０は、レーザー発振器４４から発せられるレーザー光線ＬＢの波長を含む１３００ｎｍ～１４００ｎｍの波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過するように設定されている。ビームスプリッター７０で反射されたレーザー光線ＬＢは、集光器４２に導かれ、集光レンズ４２ａによってウエーハ１０の所定の内部位置に集光点を位置付けて改質層を形成する。
上記した第二の光路Ｓ２は、その大部分が光ファイバーＦＢによって構成されている。第二の光路Ｓ２の一端側には、広帯域光源６１が配設されており、広帯域光源６１によって発生される広帯域の光Ｌ０は、例えば、１５０ｎｍ～８５０ｎｍの範囲の波長の光をバランスよく含む白色光とすることができる。広帯域光源６１を構成する光源は、例えば、ハロゲン光源、ＳＬＤ光源、ＬＥＤ光源、スーパーコンティニウム光源等を採用することができる。広帯域光源６１から発せられる光Ｌ０を構成する光の波長の範囲は、上記した範囲に限定されず、もっと狭い範囲、或いは広い範囲とすることができ、波長の範囲については、特に限定されるものではない。
広帯域光源６１によって発生させられた光Ｌ０は、光ファイバーＦＢ上の分光器６２を直進し、光ファイバーＦＢの端面６３から照射された光Ｌ０は、第二の光路Ｓ２上に配設されたコリメートレンズ６５に導かれる。第二の光路Ｓ２上には、光ファイバーＦＢの端面６３の近傍を支持し、該端面６３とコリメートレンズ６５との間隔を調整する間隔調整手段８０が配設されている。間隔調整手段８０は、光ファイバーＦＢの端面６３の近傍を支持する光ファイバーホルダ８２と、パルスモータ８４と、パルスモータ８４の回転を光ファイバーホルダ８２に伝達して直線運動に変換するボールねじ８６とを備えており、パルスモータ８４を正転、又は逆転させることにより、光ファイバーＦＢの端面６３の位置を矢印Ｒ３、Ｒ４で示す方向に進退させることができる。
上記した光ファイバーＦＢの端面６３から照射されコリメートレンズ６５に導かれた光Ｌ０は、ビームスプリッター７０を透過して、第一の光路Ｓ１に導かれ、集光器４２に配設された集光レンズ４２ａに導入される。本実施形態では、集光レンズ４２ａは、色収差集光レンズであり、集光レンズ４２ａを通過した光Ｌ０は、チャックテーブル３４上に保持されたウエーハ１０の表面を含む光軸上の所定の範囲(約３０μｍ）に亘り、波長毎の異なる位置に集光点を形成する。より具体的には、図３に示すように、光Ｌ０に含まれる５００ｎｍ波長の光の集光点Ｐ０をウエーハ１０の表面１０ａ上に設定した場合、５００ｎｍ波長の光の集光点Ｐ０が形成された位置よりも上方側に５００ｎｍよりも短い波長の光の集光点が形成され、例えば、２００ｎｍ波長の光の集光点Ｐ１は、集光点Ｐ０の位置に対して１５μｍ上方に形成される。また、集光点Ｐ０が形成された位置よりも下方側には、５００ｎｍよりも長い波長の光の集光点が形成され、例えば８００ｎｍ波長の光の集光点Ｐ２は、集光点Ｐ０の位置に対して１５μｍ下方に形成される。すなわち、広帯域光源３１によって発生させられた光Ｌ０の集光点は、ウエーハ１０の上面の位置を基準とすると、集光レンズ４２ａの作用により、概ね－１５μｍ～＋１５μｍの範囲に形成されることとなる。
上記した間隔調整手段８０の原理について、図４を参照しながら説明する。なお、図４は、間隔調整手段８０の作用を説明するための概念図であり、ビームスプリッター７０や集光器４２、光ファイバーホルダ８２等の構成は省略されている。光ファイバーＦＢの端面６３から照射される光Ｌ０が、コリメートレンズ６５によって平行光とされる焦点位置を基準位置Ｂとする。光ファイバーＦＢの端面６３が、この基準位置Ｂにある場合は、コリメートレンズ６５、集光レンズ４２ａを経て、図中ＰＢで示す位置に集光点を形成する。
上記した基準位置Ｂに対して矢印Ｒ３で示す方向に光ファイバーＦＢの端面６３を移動させた場合、光Ｌ０は、端面６３から点線で示すように進行して、集光レンズ４２ａによって形成される集光点Ｐａの位置が、端面６３が基準位置Ｂにある場合に集光点を形成する集光点ＰＢに対して上方に移動する。逆に、光ファイバーＦＢの端面６３を、この基準位置Ｂに対して矢印Ｒ４で示す方向に移動させると、光Ｌ０は、端面６３から実線で示すように進行して、集光レンズ４２ａによって形成される集光点Ｐｂの位置が、上記した集光点ＰＢに対して下方に移動する。このような間隔調整手段８０の作用により調整される第一の光路Ｓ１を進行して照射されるレーザー光線ＬＢの集光点位置とは独立して光Ｌ０の集光点位置を任意の位置に調整することが可能になる。なお、上記したように集光レンズ４２ａは色収差集光レンズであることから、間隔調整手段８０によって光ファイバーＦＢの端面６３を上下方向に移動させることで、光Ｌ０に含まれる光の波長毎に集光点が形成される所定の範囲全体が上下方向に移動することになる。
図３に示すように、光Ｌ０の集光点が形成される所定の範囲をウエーハ１０の表面１０ａ近傍に位置付けると、集光点を形成した所定の波長の光がウエーハ１０の表面１０ａで反射して戻り光Ｌ１を生成する。戻り光Ｌ１は、広帯域の光ではなく、上記したように、ウエーハ１０の表面１０ａに位置付けられた集光点を形成した所定の波長を主として含む光である。
ウエーハ１０の表面１０ａで反射した戻り光Ｌ１は、図２によって理解されるように、広帯域光源６１から照射された光Ｌ０が辿った光路、すなわちビームスプリッター７０、コリメートレンズ６５、光ファイバーＦＢを遡って分光器６２に達し、図に示すように、分光器６２によって広帯域光源６１が配設された第二の光路Ｓ２とは別の第三の光路Ｓ３に分岐されて、Ｚ位置検出手段６４に導入される。分光器６２は、光ファイバーＦＢを通過する光を分岐させる構成であり、例えば、周知の光サーキュレータを採用することができる。
Ｚ位置検出手段６４は、例えば、導入された戻り光Ｌ１を波長毎に分離して分散させる回折格子６４ａと、回折格子６４ａによって分散された光Ｌ２を受光してその受光した位置に応じた波長毎の光強度を検出するラインセンサ６４ｂとから構成される。ラインセンサ６４ｂは、ＣＣＤ等の複数の受光素子が所定の方向に一列に並んで構成されたセンサであり、各受光素子にて光強度を検出する。ラインセンサ６４ｂによって検出された信号は、制御手段１００に送信され、このＺ位置検出手段６４によって検出された信号に基づいて、戻り光Ｌ１の波長及び光強度が検出される。
本実施形態の制御手段１００は、Ｚ位置検出手段６４によってＺ位置を検出する際に使用するＺ座標テーブル１１０と、検出されたウエーハ１０の表面１０ａのＺ軸方向におけるＺ位置（Ｚ座標）を、Ｘ軸送り量検出手段２８、Ｙ軸送り量検出手段３８によって検出されるＸ軸の座標、Ｙ軸の座標に関連付けて記憶する座標記憶部１２０とを備え、座標記憶部１２０に記憶されたＺ位置に追随して集光器４２の集光点位置を移動させるための集光器移動手段４３を制御し、保持手段２２に保持されたウエーハ１０にレーザー加工を施す機能を奏する。
本実施形態のレーザー加工装置２は、概ね上記したとおりの構成を備えており、以下に上記したレーザー加工装置２を使用して、被加工物であるウエーハ１０に対してレーザー加工を施す手順について説明する。
図１に示すレーザー加工装置２によってレーザー加工を実施するに際し、上記したように、粘着テープＴを介して環状のフレームＦに支持されたウエーハ１０を用意して、チャックテーブル３４上に載置し、図示しない吸引手段を作動して、吸引保持する。
次いで、送り手段２３を作動して、チャックテーブル３４を撮像手段６の直下に位置付けて、ウエーハ１０の表面を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実施することにより、ウエーハ１０上においてレーザー光線ＬＢを照射すべき分割予定ライン１２の位置を検出する（アライメント）。該アライメントを実施した後、チャックテーブル３４をさらに移動して、集光器４２の直下にウエーハ１０上のレーザー加工を開始する分割予定ライン１２の端部を位置付ける。
集光器４２の直下にウエーハ１０上の加工開始位置を位置付けたならば、制御手段１００からの制御信号に基づき、集光器移動手段４３を作動して、集光器４２の集光レンズ４２ａによって集光される光Ｌ０の集光点のうち、波長５００ｎｍの光によって形成される集光点Ｐ０が、設計情報に基づくウエーハ１０の表面１０ａの高さに形成されるようにする（図３を参照）。この際、間隔調整手段８０では、光ファイバーＦＢの端面６３から照射される光Ｌ０が、コリメートレンズ６５によって平行光とされる基準位置に位置付けられており、ウエーハ１０の設計上の厚みに応じた位置に正確に位置付けられる。なお、上記した加工開始位置のＸ座標、Ｙ座標は、Ｘ軸方向送り量検出手段２８、及びＹ軸方向送り量検出手段３８によって特定され、例えば（Ｘ１、Ｙ１）である。
ところで、ウエーハ１０の厚みには、その位置に応じて僅かなばらつきがあったり、ウネリがあったりして、上記したように、設計上のウエーハ１０の厚みに応じた位置に集光器４２によって集光される集光点Ｐ０を位置付けても、必ずしも実際のウエーハ１０の表面１０ａに、集光点Ｐ０が位置付けられるとは限らない。
ここで、本実施形態においては、広帯域光源６１を作動すると共に集光器移動手段４３作動して、白色光である光Ｌ０を照射する。上記したように、広帯域光源６１から照射された光Ｌ０は、第二の光路Ｓ２、ビームスプリッター７０、及び第一の光路Ｓ１を経て、集光レンズ４２ａに導かれ、ウエーハ１０の表面１０ａの近傍に集光点を形成する。この光Ｌ０は、集光レンズ４２ａが色収差集光レンズであることにより、チャックテーブル３４の表面１０ａを含む所定の範囲に亘って光Ｌ０を構成する各波長の長さに応じて光軸上の所定幅に亘って異なる位置に集光点を形成する。そこで、図３に示すように、ウエーハ１０の表面１０ａが存在する位置に正確に集光点Ｐ０を位置付けるために、Ｐ０で示す位置に集光点を形成した波長（５００ｎｍ）の光が最も強く反射するように集光器移動手段４３を調整する。
上記したＰ０で示す位置で反射した戻り光Ｌ１は、第一の光路Ｓ１、第二の光路Ｓ２を経て分光器６２に導かれ、第三の光路Ｓ３に分岐し、Ｚ位置検出手段６４に導かれた戻り光Ｌ１は、Ｚ位置検出手段６４の回折格子６４ａを経ることで、波長の長さに応じて分散された分散光Ｌ２となり、ラインセンサ６４ｂに照射される。ここで、上記した分散光Ｌ２を位置検出手段６４に導いた場合、分散光Ｌ２は広帯域の光ではなく、上記したＰ０で示す位置に集光点を形成した波長（５００ｎｍ）の光を強く反射したものであることから、ラインセンサ６４ｂに照射された分散光Ｌ２の光強度信号は、制御手段１００に送信されて、図５に（ａ）で示す波形（実線で示す）を形成する。
上記したように、分散光Ｌ２によって、波長５００ｎｍに対応する位置にピークが形成されたならば、制御手段１００に予め記憶した、図６（ａ）に示すＺ座標テーブル１１０を参照する。Ｚ座標テーブル１１０は、ラインセンサ６４ｂによって検出された波形のピークが発現した波長と、その波長に対応したＺ座標を記録したものである。上記したように（Ｘ１，Ｙ１）で反射した戻り光Ｌ１により形成された波形のピークが発現した波長が５００ｎｍである場合、Ｚ座標テーブル１１０を参照することでＺ座標（Ｚ１１）が「０．０μｍ」であることが検出される。このようにして、Ｚ１１の値が検出されたならば、制御手段１００に用意された図６（ｂ）に示す座標記憶部１２０の（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１１）に各値を記憶する。
次いで、Ｘ軸送り手段５０を作動して、チャックテーブル３４をＸ軸方向に所定の間隔だけ送り、次のＺ位置計測点（Ｘ２，Ｙ１）を集光器４２の直下に位置付ける。この際、（Ｘ２，Ｙ１）で反射した戻り光Ｌ１がＺ位置検出手段６４に導入されて、分散光Ｌ２がラインセンサ６４ｂに導入される。このときラインセンサ６４ｂによって形成される波形が、図５に（ｂ）で示すような波形(点線で示す）であった場合、ウエーハ１０の表面１０ａに波長７００ｎｍによって形成される集光点が位置付けられたことが検出され、図６（ａ）に示すＺ座標テーブル１１０を参照することで、（Ｘ２，Ｙ１）におけるＺ座標値（Ｚ２１）は、「－１０．０μｍ」であることが検出される。このようにして、Ｚ２１の値が検出されたならば、制御手段１００の座標記憶部１２０の（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ２１）に各値を記憶する。さらに、Ｘ軸送り手段５０を作動して、チャックテーブル３４をＸ軸方向に所定の間隔だけ送り、次のＺ位置計測点（Ｘ３，Ｙ１）を集光器４２ａに位置付ける。この際、（Ｘ３，Ｙ１）で反射した戻り光Ｌ１がＺ位置検出手段６４に導入されて、分散光Ｌ２がラインセンサ６４ｂに導入される。このときラインセンサ６４ｂによって形成される波形が、図５に（ｃ）で示すような波形(点線で示す）であった場合、ウエーハ１０の表面１０ａに波長３００ｎｍによって形成される集光点が位置付けられたことが検出され、図６（ａ）に示すＺ座標テーブル１１０を参照することで、（Ｘ３，Ｙ１）におけるＺ座標値（Ｚ３１）は、「＋１０．０μｍ」であることが検出される。このようにして、Ｚ３１の値が検出されたならば、制御手段１００の座標記憶部１２０の（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ３１）に各座標値を記憶する。
以上のようにして、チャックテーブル３４をＸ軸方向に所定の間隔だけ送りながら、Ｚ位置を検出し、Ｘ座標、Ｙ座標に関連付けて、Ｚ位置を座標記憶部１２０に記憶する。一の分割予定ライン１２の全域に沿ってＺ位置を検出して記憶したならば、Ｙ軸送り手段５２を作動して、集光器４２の直下に、隣接する分割予定ライン１２を位置付け、上記と同様にして、Ｘ座標、Ｙ座標に対応するＺ位置を検出し、図６（ｂ）に示すように、座標記憶部１２０に記憶する。このような計測を、ウエーハ１０の全域に亘って実施し、ウエーハ１０の表面１０ａの全域のＺ座標、すなわち厚みを検出することができる。なお、一般的にウエーハ１０の厚みのばらつきは急激に変動するものではないため、Ｚ位置を検出する所定の間隔は、例えば、隣接する分割予定ライン１２の幅とし、隣接する分割予定ライン１２の間におけるＺ位置については、補間演算等を実施して推定値を用いることができる。
上記した構成を備えていることにより、ウエーハ１０に厚みばらつき、ウネリがあったり、また、ウエーハ１０の表面１０ａに積層物があったりしても、適正にウエーハ１０の表面１０ａの高さを計測でき、分光干渉波形を用いた場合のように、外乱に影響されることなく、計測精度が向上する。さらに、集光点が形成された位置の戻り光Ｌ１によって高さ位置を計測するため、分割予定ライン１２の高さ位置を計測するときのように、狭い領域の高さを計測する場合であっても良好に計測が可能である。
上記したように、ウエーハ１０の表面１０ａの全域におけるＺ位置を、Ｘ座標、Ｙ座標に関連付けて記憶したならば、レーザー加工照射手段４によってウエーハ１０に対してレーザー光線ＬＢを照射してレーザー加工を実施する。その際、集光器移動手段４３を予め座標記憶部１２０に記憶されたＺ位置に基づいて作動させ、集光器４２をＺ軸方向において進退させる。より具体的には、本実施形態のレーザー加工装置２は、Ｘ軸送り手段５０、及びＹ軸送り手段５２を作動させてチャックテーブル３４を移動し、ウエーハ１０の表面１０ａから所定の深さ(例えば５０μｍ）の位置に、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長（１３４０ｎｍ）のレーザー光線ＬＢの集光点を位置付けて、改質層を形成するものであって、Ｘ軸方向送り量検出手段２８、Ｙ軸方向送り量検出手段３８によって、レーザー光線ＬＢの照射位置のＸ座標、Ｙ座標を検出しながら、該改質層を形成する際に基準となるウエーハ１０の表面１０ａの高さを、座標記憶部１２０に記憶されているＸ座標、Ｙ座標に関連付けられたＺ位置とする。これにより、レーザー光線ＬＢの集光点を、ウエーハ１０の全域においてウエーハ１０の表面１０ａから所定の深さ（５０μｍ）位置に、正確に位置付けることが可能になる。
本発明は、上記した実施形態に限定されず、本発明によって、種々の変形例が提供される。上記した実施形態では、ウエーハ１０に対するレーザー加工を実施する前に、予めウエーハ１０の表面１０ａの各計測点におけるＺ位置（Ｚ座標）を検出し、該Ｚ位置を、Ｘ座標、Ｙ座標に関連付けて制御手段１００の座標記憶部１２０に記憶し、座標記憶部１２０に記憶されたＺ位置に基づいて、集光器移動手段４３を作動させながら、レーザー加工を実施する例について説明した。しかし、本発明に基づいて実施されるレーザー加工の手順はこれに限定されない。以下に、図７も併せて参照しながら、上記したレーザー加工装置２を使用したレーザー加工の他の実施形態について説明する。
図２に示すように、レーザー加工装置２を構成する光学系には、ビームスプリッター７０が配設されており、ビームスプリッター７０は、波長１３４０ｎｍのレーザー光線ＬＢを反射しつつ、それ以外（１３００ｎｍ～１４００ｎｍ以外）の波長で構成される光Ｌ０は透過する。ここで、ウエーハ１０の内部に改質層を形成するレーザー光線ＬＢをウエーハ１０に対して照射しても、ウエーハ１０の表面からはレーザー光線ＬＢの反射光以外の波長の光が発光することはないことから、レーザー光線ＬＢを照射してレーザー加工を実施しつつ、広帯域光源６１から広帯域の光Ｌ０を同時に照射しても、ウエーハ１０の高さを検出することが可能である。これを利用することにより、制御手段１００は、Ｚ位置検出手段６４によって検出されたＺ軸方向の位置に追随して集光器移動手段４２を制御し、保持手段２２のチャックテーブル３４に保持されたウエーハ１０に加工を施すことが可能である。以下にその手順をより具体的に説明する。
本実施形態によって、ウエーハ１０の内部に改質層を形成するレーザー加工を実施する場合、まず、集光器移動手段４３を作動して、図７（ａ）に示すように、レーザー光線ＬＢの集光点位置ＰＳをウエーハ１０の表面１０ａから所定の深さ位置、例えば、表面１０ａから５０μｍの深さ位置に位置付ける。さらに、間隔調整手段８０を作動させることにより、広帯域光源６１によって照射される光Ｌ０によって集光点が形成される光軸上の所定の範囲の中心位置Ｐ０を、レーザー光線ＬＢの集光点位置ＰＳから５０μｍ上方になるように調整する。光Ｌ０によって集光点が形成される範囲の中心は、波長が５００ｎｍの光によって形成される集光点である。なお、改質層を形成する位置が上記したようにウエーハ１０の表面１０ａから５０μｍの深さ位置でない場合は、その深さ位置に合わせて間隔調整手段８０を作動し、光Ｌ０によって集光点が形成される光軸上の所定の範囲の中心位置Ｐ０を調整する。
間隔調整手段８０を作動させて集光点Ｐ０の位置を調整したならば、Ｘ軸送り手段５０、Ｙ軸送り手段５２を作動して、チャックテーブル３４を移動して、ウエーハ１０を撮像手段６の直下に位置付けて、ウエーハ１０の表面を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実施することにより、ウエーハ１０上の被加工位置（分割予定ライン１２）とレーザー光線照射手段４の集光器４２から照射されるレーザー光線照射位置との位置合わせ(アライメント）を実施する。該アライメントを実施した後、チャックテーブル３４をさらに移動して、集光器４２の直下にウエーハ１０上のレーザー加工を開始する分割予定ラインの端部を位置付ける。
レーザー加工を開始する位置を集光器４２の直下に位置付けたならば、広帯域光源６１を作動して、白色光である光Ｌ０を照射する。広帯域光源６１から照射された光Ｌ０は、第二の光路Ｓ２、ビームスプリッター７０、及び第一の光路Ｓ１を経て、集光レンズ４２ａに導かれ、ウエーハ１０の表面１０ａの近傍に集光点を形成する。この光Ｌ０は、集光レンズ４２ａが色収差集光レンズであることにより、チャックテーブル３４の表面１０ａを含む所定の範囲に、光Ｌ０を構成する各波長の長さに応じて光軸上の所定幅に亘って異なる位置に集光点を形成する。
本実施形態のレーザー加工は、Ｘ軸送り手段５０、及びＹ軸送り手段５２を作動させてチャックテーブル３４を移動し、ウエーハ１０の表面１０ａから５０μｍの深さ位置に、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長（１３４０ｎｍ）のレーザー光線ＬＢの集光点を位置付けて、改質層を形成する。この際、Ｘ軸方向送り量検出手段２８、Ｙ軸方向送り量検出手段３８によって、レーザー光線ＬＢの照射位置のＸ座標、Ｙ座標を検出しながら、該改質層を形成する位置に集光点ＰＳを位置付ける。ここで、図７（ａ）に示すように、ウエーハ１０の表面１０ａが存在する位置に集光点Ｐ０が位置付けられた場合、Ｐ０で示す位置に集光点を形成した波長（５００ｎｍ）の光を最も強く反射して戻り光Ｌ１を形成する。この戻り光Ｌ１が第一の光路Ｓ１、ビームスプリッター７０、第二の光路Ｓ２を遡り、分光器６２によって分光されてＺ位置検出手段６４に導かれることにより、例えば、図７（ｂ）に示すように、戻り光Ｌ１によって、波長が５００ｎｍの位置にピーク値を形成する波形(図中（ア）を参照）が検出される。
波長が５００ｎｍによって集光点Ｐ０が形成される位置と、レーザー光線ＬＢの集光点ＰＳが形成される位置は、上記したように、間隔調整手段８０によって５０μｍになるように調整されていることから、集光点Ｐ０がウエーハ１０の表面１０ａに位置付けられている上記した状態においてレーザー光線ＬＢを照射すれば、所望の位置、すなわち、ウエーハ１０の表面１０ａから５０μｍの深さ位置に改質層を形成することが可能になる。
分割予定ライン１２に沿って、レーザー加工を進めていくと、ウエーハ１０には、厚みばらつき、ウネリ等があることから、表面１０ａの高さが変化する場合がある。表面１０ａの高さが、例えば、低い方に変化した場合、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピークは、図７（ｂ）に点線（イ）で示すように、波長の長い側へと移動していく。仮に、該波形のピーク位置が、波長６００ｎｍの位置まで変化してしまうと、図６（ａ）のＺ座標テーブル１１０を参照することで理解されるように、ウエーハ１０の表面１０ａの高さが、－５．０μｍ（下方側に５．０μｍ）ずれたことになり、そのままレーザー加工を継続すると、改質層を形成するレーザー光線ＬＢの集光点ＰＳは、ウエーハ１０の表面１０ａからみて、４５μｍの位置に形成されることとなり、所望の位置に改質層が形成されないこととなる。ここで、制御手段１００は、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピーク位置が波長６００ｎｍの位置に変化したことを検出したならば、集光器移動手段４３を作動して、集光器４２の位置を、５μｍ下降させる。そうすることで、集光器４２によって光Ｌ０、レーザー光線ＬＢが集光される位置が全体的に５μｍ下降し、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピーク位置が、図７（ｂ）に矢印で示すように、（イ）で示す位置から、（ア）で示す位置に戻される。すなわち、Ｚ位置検出手段６４によって検出されたウエーハ１０の表面１０ａのＺ位置に追随して、レーザー光線ＬＢの集光点ＰＳが制御されて、改質層が形成される位置が、ウエーハ１０の表面１０ａから５０μｍの深さ位置に継続して形成される。
また、上記したレーザー加工を実施している際に、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピークが、図７（ｂ）に点線（ウ）で示すように、波長の短い側へと移動し、該波形のピーク位置が、波長４００ｎｍの位置まで変化してしまうと、図６（ａ）のＺ座標テーブル１１０を参照することで理解されるように、ウエーハ１０の表面１０ａの高さが、＋５．０μｍずれたことになる。よって、そのままレーザー加工を継続すると、改質層を形成するレーザー光線ＬＢの集光点ＰＳは、ウエーハ１０の表面１０ａからみて、５５μｍの深さ位置に形成されることになる。ここで、制御手段１００は、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピーク位置が波長４００ｎｍの位置に変化したことを検出したならば、集光器移動手段４３を作動して、集光器４２の位置を、５μｍ上昇させる。そうすることで、集光器４２によって光Ｌ０、レーザー光線ＬＢが集光される位置が全体的に５μｍ上昇し、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピーク位置が、図７（ｂ）で（ウ）で示す位置から、（ア）で示す位置に戻される。すなわち、Ｚ位置検出手段６４によって検出されたウエーハ１０の表面１０ａのＺ軸方向の位置に追随して、レーザー光線ＬＢの集光点ＰＳが制御されて、改質層が形成される位置が、ウエーハ１０の表面１０ａから５０μｍの深さ位置に継続して形成される。
以上のように、ウエーハ１０の表面１０ａのＺ位置を検出し、集光器移動手段４３を作動して、Ｚ位置検出手段６４によって検出される波形のピークが常に実線（ア）で示す位置にくるように制御することで、改質層を形成する集光点ＰＳの位置を正確に表面１０ａから５０μｍの深さ位置に位置付けることができ、所望の位置に改質層を形成することができる。
なお、上記した実施形態では、本発明をウエーハ１０の内部に改質層を形成するレーザー加工装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、ウエーハ１０の表面１０ａにウエーハ１０に対して吸収性を有する波長のレーザー光線の集光点を位置付けて、ウエーハ１０に対してアブレーション加工を実施するレーザー加工装置にも適用することができる。その場合は、本発明を適用して、予めウエーハ１０の表面１０ａのＺ位置を検出して制御手段１００のＺ座標記憶部１２０に記憶しておき、Ｚ座標記憶部１２０に記憶されたＺ位置に基づいて、レーザー加工を施すことが好ましい。
２：レーザー加工装置
２Ａ：基台
４：レーザー光線照射手段
６：撮像手段
８：表示手段
１０：ウエーハ
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
２２：保持手段
２３：送り手段
２６：枠体
２８：Ｘ軸方向送り量検出手段
３４：チャックテーブル
３８：Ｙ軸方向送り量検出手段
４２：集光器
４２ａ：集光レンズ（色収差集光レンズ）
４３：集光器移動手段
４４：レーザー発振器
５０：Ｘ軸送り手段
５２：Ｙ軸送り手段
６１：広帯域光源
６２：分光器
６３：端面
６４：Ｚ軸位置検出手段
７０：ビームスプリッター(ダイクロイックミラー）
８０：間隔調整手段
８２：光ファイバーホルダ
８４：パルスモータ
１００：制御手段
１１０：Ｚ座標テーブル
１２０：座標記憶部
Ｓ１：第一の光路
Ｓ２：第二の光路
Ｓ３：第三の光路

Claims (4)

  1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向に相対的に加工送りするＸ軸送り手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に相対的に加工送りするＹ軸送り手段と、制御手段と、を少なくとも備えたレーザー加工装置であって、
    該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー光線を該保持手段に保持された被加工物にＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向の任意の位置に集光する集光器と、該レーザー発振器と該集光器とを結ぶ第一の光路に配設されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分岐された第二の光路に配設された広帯域光源と、該広帯域光源と該ビームスプリッターとの間に配設され該第二の光路から第三の光路に分岐する分光器と、該分光器によって分岐された該第三の光路に配設され該広帯域光源の光が該集光器によって集光され該保持手段に保持された被加工物で反射した戻り光の波長に対応した光の強さによって被加工物のＺ軸方向のＺ位置を検出するＺ位置検出手段と、該Ｚ位置に応じて該集光器をＺ軸方向に移動する集光器移動手段と、から少なくとも構成され、
    該第二の光路は光ファイバーで構成され、該広帯域光源からの光は該光ファイバーで導かれ、該光ファイバーの端面から照射された光はコリメートレンズを介して該光を透過する該ビームスプリッターに導かれ、該第二の光路には、該光ファイバーの端面と該コリメートレンズとの間隔を調整する間隔調整手段が配設され、該間隔調整手段により該集光器によって集光される該広帯域光源の光の集光位置が調整されるレーザー加工装置。
  2. 該レーザー発振器は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振し、該集光器は、被加工物の内部に集光点を位置付けて改質層を形成する請求項１に記載のレーザー加工装置。
  3. 該制御手段は、該Ｚ位置検出手段によって検出された被加工物のＺ軸方向におけるＺ位置を、Ｘ軸及びＹ軸の座標と共にＺ軸の座標で記憶する座標記憶部を備え、
    該制御手段は、該座標記憶部に記憶された座標に基づいて、該集光器移動手段を制御して該保持手段に保持された被加工物に加工を施す請求項１、又は２に記載のレーザー加工装置。
  4. 該制御手段は、該Ｚ位置検出手段によって検出されたＺ軸方向のＺ位置に追随して該集光器移動手段を制御し、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す請求項１、又は２に記載のレーザー加工装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018098398A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Glowforge Inc. Preset optical components in a computer numerically controlled machine
JP2021010936A (ja) * 2019-07-09 2021-02-04 株式会社ディスコ レーザ加工装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007181840A (ja) 2005-12-29 2007-07-19 Daihen Corp レーザ照射アーク溶接ヘッド
US20180339363A1 (en) 2015-09-03 2018-11-29 Eo Technics Co., Ltd. Laser processing device and laser processing method
JP2019045418A (ja) 2017-09-06 2019-03-22 株式会社ディスコ 高さ検出装置、及びレーザー加工装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3408805B2 (ja) 2000-09-13 2003-05-19 浜松ホトニクス株式会社 切断起点領域形成方法及び加工対象物切断方法
JP2004188475A (ja) 2002-12-13 2004-07-08 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工方法
JP2011122894A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Disco Abrasive Syst Ltd チャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機
JP5513272B2 (ja) 2010-06-15 2014-06-04 株式会社ディスコ チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置およびレーザー加工機
JP5797963B2 (ja) * 2011-07-25 2015-10-21 株式会社ディスコ レーザー光線のスポット形状検出方法
US10180544B2 (en) * 2016-11-17 2019-01-15 Corning Optical Communications LLC Micro-optical systems and assemblies using glass tubes and methods of forming same
EP3858534A4 (en) * 2018-09-28 2022-05-04 Makino Milling Machine Co., Ltd. LASER PROCESSING DEVICE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007181840A (ja) 2005-12-29 2007-07-19 Daihen Corp レーザ照射アーク溶接ヘッド
US20180339363A1 (en) 2015-09-03 2018-11-29 Eo Technics Co., Ltd. Laser processing device and laser processing method
JP2019045418A (ja) 2017-09-06 2019-03-22 株式会社ディスコ 高さ検出装置、及びレーザー加工装置

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