JP7828776B2

JP7828776B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP7828776B2
Application number: JP2022019449A
Authority: JP
Inventors: 智之本郷; 夏樹馬場
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Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2026-03-12
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Also published as: CN116571900A; KR20230120996A; TW202332529A; JP2023117002A

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。

半導体ウエーハのような被加工物を分割するために、被加工物上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アブレーション加工を施すレーザー加工装置が用いられる。このようなレーザー加工装置においては、加工時に発生するプラズマとそれに伴う空気の膨張に起因して加工音が発生することが知られており、この加工音を利用してアブレーションが起こり始めるしきい値やレーザービームの位置、出力等を検出する技術が種々提案されている（特許文献１参照）。

特開平０８－０９０２６１号公報

しかしながら、加工時にはバキュームポンプや軸動作等により発生する環境音も同時に発生しているため、加工音から加工状態を正確に判定するのは困難であった。

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、環境音の影響を受けずに加工音から正確に加工状態を判定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、分割予定ラインが形成された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、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービームの照射により該チャックテーブルに保持された被加工物がアブレーションされた際に発生する音を集音する集音手段を有し、該制御ユニットは、該集音手段により集音された音のうち該レーザービームの繰り返し周波数に対応する周波数の音を加工音として抽出する解析ユニットと、該解析ユニットにより解析された加工音の音圧に基づいて被加工物の加工状態を判定する判定ユニットと、を備え、該制御ユニットは、該被加工物に照射されたレーザービームの照射条件と、該照射条件において該被加工物に加工が施された際に発生する加工音の音圧と、の相関関係を予め記憶しておく記憶部を更に備え、該レーザービームの照射条件は、該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射して該被加工物を該アブレーション加工する回数である加工回数を含み、該記憶部は、該加工回数毎の該加工音の音圧を予め記憶しておき、該制御ユニットは、該被加工物に照射されたレーザービームの照射条件と、該照射条件において該被加工物に加工が施された際に発生する加工音の音圧と、の相関関係を予め記憶しておく記憶部を更に備え、該判定ユニットは、該記憶部に記憶された音圧と、実際に該照射条件で加工を施した際に取得された音圧と、の間に所定値以上の差がある場合、該被加工物を適切に加工できていないと判定することを特徴とする。該解析ユニットは、該加工回数毎の該加工音の音圧を抽出し、該判定ユニットは、該解析ユニットにより抽出された該加工回数毎の該加工音の音圧に基づいて、該加工音の音圧が該加工回数に応じて単調に減少している場合、該被加工物の加工状態が正常であると判定し、該加工音の音圧が該加工回数に応じて単調に減少していない場合、該被加工物の加工状態が正常でないと判定してもよい。

また、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、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービームの照射により該チャックテーブルに保持された被加工物がアブレーションされた際に発生する音を集音する集音手段を有し、該制御ユニットは、該集音手段により集音された音のうち該レーザービームの繰り返し周波数に対応する周波数の音を加工音として抽出する解析ユニットと、該解析ユニットにより解析された加工音の音圧に基づいて被加工物の加工状態を判定する判定ユニットと、を備え、該判定ユニットは、実際にレーザービームを照射して該被加工物に加工を施す際に、取得する加工音の音圧が直前に取得した加工音の音圧よりも所定の閾値以上上昇した場合、該被加工物を適切に加工できていないと判定することを特徴とする。

該解析ユニットは、該レーザービームの繰り返し周波数と同等の周波数の音、該レーザービームの繰り返し周波数の倍音の周波数の音、または、該レーザービームの繰り返し周波数と同等の周波数の音と該レーザービームの繰り返し周波数の倍音の周波数の音との和を、該加工音として抽出してもよい。

該判定ユニットは、該加工音の音圧が所定の値より小さくなったときに該被加工物が完全に切断されたと判定してもよい。

該制御ユニットは、該判定ユニットにより該被加工物を適切に加工できていないと判定した場合、加工を停止して異常を報知する報知ユニットを更に備えてもよい。

本発明は、環境音の影響を受けずに加工音から正確に加工状態を判定できる。

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のレーザー加工装置の要部を示す断面図である。図３は、図１のレーザー加工装置の加工音を含まない音の一例を示すグラフである。図４は、図１のレーザー加工装置の加工音を含む音の一例を示すグラフである。図５は、図１のレーザー加工装置の加工音を含む音の別の一例を示すグラフである。図６は、図１のレーザー加工装置の加工音を含む音の別の一例を示すグラフである。図７は、図１のレーザー加工装置の加工音の音圧のデフォーカスによる変化を説明するグラフである。図８は、図１のレーザー加工装置の加工回数毎の加工音の音圧の測定結果の一例を示すグラフである。図９は、図１のレーザー加工装置の記憶部が記憶する相関関係データを示す表である。図１０は、図１のレーザー加工装置の動作処理の手順を示すフローチャートである。図１１は、変形例に係るレーザー加工装置の動作処理の手順を示すフローチャートである。

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、置換又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のレーザー加工装置１の要部を示す断面図である。実施形態に係るレーザー加工装置１は、図１及び図２に示すように、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、撮像ユニット３０と、Ｘ軸方向移動ユニット４１と、Ｙ軸方向移動ユニット４２と、Ｚ軸方向移動ユニット４３と、集音手段５０と、表示ユニット６０と、入力ユニット７０と、集塵ノズル８０と、制御ユニット９０と、を備える。

実施形態において、レーザー加工装置１が加工する加工対象である被加工物１００は、例えば、シリコン、サファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムヒ素、ガラスなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハなどである。被加工物１００は、図１に示すように、平坦な表面１０１の格子状に形成される複数の分割予定ライン１０２によって区画された領域にチップサイズのデバイス１０３が形成されている。被加工物１００は、本実施形態では、表面１０１の裏側の裏面１０４に粘着テープ１０５が貼着され、粘着テープ１０５の外縁部に環状のフレーム１０６が装着されているが、本発明ではこれに限定されない。また、被加工物１００は、本発明では、樹脂により封止されたデバイスを複数有した矩形状のパッケージ基板、セラミックス板、又はガラス板等でも良い。

チャックテーブル１０は、凹部が形成された円盤状の枠体と、凹部内に嵌め込まれた円盤形状の吸着部と、を備える。チャックテーブル１０の吸着部は、多数のポーラス孔を備えたポーラスセラミック等から形成され、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の吸着部の上面は、図２に示すように、被加工物１００が載置されて、真空吸引源から導入される負圧により、載置された被加工物１００を吸引保持する保持面１１である。保持面１１は、本実施形態では、被加工物１００が表面１０１を上方に向けて載置され、載置された被加工物１００を裏面１０４側から粘着テープ１０５を介して吸引保持する。保持面１１とチャックテーブル１０の枠体の上面とは、同一平面上に配置されており、水平面であるＸＹ平面に平行に形成されている。

チャックテーブル１０は、Ｘ軸方向移動ユニット４１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動自在に設けられており、Ｙ軸方向移動ユニット４２により水平方向と平行でかつＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動自在に設けられている。チャックテーブル１０は、Ｘ軸方向移動ユニット４１及びＹ軸方向移動ユニット４２によりそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動することで、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００の表面１０１上におけるレーザービーム２１の照射位置をそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向（いずれもチャックテーブル１０の移動方向とは反対方向）に移動させる。チャックテーブル１０は、不図示の回転駆動源により鉛直方向に平行でかつＸＹ平面に直交するＺ軸回りに回転自在に設けられている。

レーザービーム照射ユニット２０は、本実施形態では、図２に示すように、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００の表面１０１側に向けて、被加工物１００に対して吸収性を有する波長の所定の繰り返し周波数のパルス状のレーザービーム２１を照射して、被加工物１００を表面１０１側からレーザービーム２１によりアブレーション（昇華もしくは蒸発）させるいわゆるアブレーション加工を実施する。レーザービーム照射ユニット２０は、例えば、レーザービーム２１を生成する不図示のレーザービーム発振器と、レーザービーム発振器で生成したレーザービーム２１を集光して被加工物１００の表面１０１側に向けて照射する集光器とを備えて構成される。

レーザービーム照射ユニット２０は、Ｚ軸方向移動ユニット４３によりＺ軸方向に移動自在に設けられている。レーザービーム照射ユニット２０は、Ｚ軸方向移動ユニット４３によりＺ軸方向に沿って移動することで、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に対して相対的にＺ軸方向に移動させる。

撮像ユニット３０は、チャックテーブル１０に保持されたアブレーション加工前の被加工物１００の分割予定ライン１０２やアブレーション加工後の被加工物１００に形成された加工溝等を撮像する撮像素子を備えている。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子である。撮像ユニット３０は、本実施形態では、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光器と一体的に移動するように、レーザービーム照射ユニット２０の集光器に隣接して固定されている。

撮像ユニット３０は、チャックテーブル１０に保持されたアブレーション加工前の被加工物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によるレーザービーム２１の照射位置との位置合わせを行なうアライメントを遂行するため等の画像を得、得た画像を制御ユニット９０に出力する。また、撮像ユニット３０は、チャックテーブル１０に保持されたアブレーション加工後の被加工物１００を撮像して、加工溝が分割予定ライン１０２の中に収まっているか、大きな欠けなどが発生していないかを自動的に確認する、いわゆるカーフチェックを遂行するため等の画像を得、得た画像を制御ユニット９０に出力する。

Ｘ軸方向移動ユニット４１及びＹ軸方向移動ユニット４２は、それぞれ、チャックテーブル１０をレーザービーム照射ユニット２０により形成される集光点に対して相対的に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸方向移動ユニット４３は、レーザービーム照射ユニット２０により形成される集光点をチャックテーブル１０に対して相対的に、Ｚ軸方向に沿って移動させる。Ｘ軸方向移動ユニット４１、Ｙ軸方向移動ユニット４２及びＺ軸方向移動ユニット４３は、それぞれ、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の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、チャックテーブル１０またはレーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光器をＸ軸方向、Ｙ軸方向またはＺ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て構成されている。

Ｘ軸方向移動ユニット４１、Ｙ軸方向移動ユニット４２及びＺ軸方向移動ユニット４３は、パルスモータの回転位置を読み取るエンコーダを含み、エンコーダが読み取ったパルスモータの回転位置に基づいて、チャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０により形成される集光点とのＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の相対的な位置を検出し、検出した相対的な位置を制御ユニット９０に出力する。なお、Ｘ軸方向移動ユニット４１、Ｙ軸方向移動ユニット４２及びＺ軸方向移動ユニット４３は、エンコーダによりチャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０により形成される集光点との相対的な位置を検出する構成に限定されず、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行なリニアスケールと、Ｘ軸方向移動ユニット４１、Ｙ軸方向移動ユニット４２及びＺ軸方向移動ユニット４３によりそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動自在に設けられリニアスケールの目盛を読み取る読み取りヘッドと、により構成してもよい。

レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０で被加工物１００を表面１０１側を上方に向けて保持し、アライメントを遂行し、Ｙ軸方向移動ユニット４２によりレーザービーム２１の照射ラインを被加工物１００の分割予定ライン１０２に合わせ、Ｚ軸方向移動ユニット４３によりレーザービーム２１の集光点を所定の高さ（例えば、被加工物１００の表面１０１上）に合わせた後、被加工物１００の表面１０１側に向けてレーザービーム２１を照射しながら、Ｘ軸方向移動ユニット４１によりレーザービーム照射ユニット２０により形成される集光点をチャックテーブル１０上の被加工物１００に対して分割予定ライン１０２に沿って相対的に移動させることにより、被加工物１００を分割予定ライン１０２に沿ってアブレーション加工して加工溝を形成する。レーザー加工装置１は、さらに、加工溝を形成した分割予定ライン１０２に沿って、同様にレーザービーム２１を照射してアブレーション加工して、分割予定ライン１０２に沿って形成された加工溝を深くする。レーザー加工装置１は、このように、分割予定ライン１０２に沿って複数回レーザービーム２１を照射してアブレーション加工することにより、加工溝の底面を裏面１０４に到達させて、分割予定ライン１０２に沿って被加工物１００を分割する。

集音手段５０は、図２に示すように、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００の表面１０１上におけるレーザービーム照射ユニット２０によるレーザービーム２１の照射位置に向けて、後述する集塵ノズル８０によって集音が遮られない位置に設けられている。集音手段５０は、本実施形態では、撮像ユニット３０と同様に、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光器と一体的に移動するように、レーザービーム照射ユニット２０の集光器に隣接して固定されている。集音手段５０は、レーザービーム照射ユニット２０によるレーザービーム２１の照射によりチャックテーブル１０に保持された被加工物１００がアブレーション加工された際に発生する加工音５５（図４、図５及び図６参照）を含む音５４を集音し、集音した加工音５５を含む音５４を制御ユニット９０に出力する。集音手段５０は、本実施形態では、例えば、測定可能周波数が５０Ｈｚ以上１６ｋＨｚ以下の単一指向性のマイクである。

加工音５５は、被加工物１００をアブレーション加工する際に発生するプラズマによって空気が膨張することによって生じる音である。図３は、図１のレーザー加工装置１の加工音５５を含まない音５４の一例を示すグラフである。図４は、図１のレーザー加工装置１の加工音５５を含む音５４の一例を示すグラフである。集音手段５０によって集音される加工音５５を含む音５４について、図３及び図４を用いて説明する。

図３のグラフは、レーザービーム照射ユニット２０によりレーザービーム２１を照射せずに、Ｘ軸方向移動ユニット４１及びＹ軸方向移動ユニット４２によりチャックテーブル１０に保持された被加工物１００をレーザービーム照射ユニット２０に対して相対的にそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動させる軸動作を実行した際に発生したレーザー加工装置１の加工音５５を含まない音５４、すなわち環境音のスペクトルを示している。図４のグラフは、軸動作を実行してチャックテーブル１０に保持された被加工物１００をレーザービーム照射ユニット２０に対して相対的に移動させながら、レーザービーム照射ユニット２０により、繰り返し周波数が１０ｋＨｚのパルス状のレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工した際に発生したレーザー加工装置１の加工音５５を含む音５４のスペクトルを示している。なお、図３及び図４の縦軸のスペクトルの強度の単位は、任意単位（arbitrary unit、a.u.）であり、以降の図のスペクトルの強度のグラフについても同様である。図３のグラフと図４のグラフとを対比すると、繰り返し周波数が１０ｋＨｚのパルス状のレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工することに起因する加工音５５として、例えば、図４に示す音５４のうちレーザービーム２１の繰り返し周波数の１０ｋＨｚと同等の１０ｋＨｚの周波数の音を顕著に含むことがわかる。

図５及び図６は、それぞれ、図１のレーザー加工装置１の加工音５５を含む音５４の別の一例を示すグラフである。図５及び図６のグラフは、軸動作をしながら、それぞれ、繰り返し周波数が５ｋＨｚ，１５ｋＨｚのパルス状のレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工した際に発生したレーザー加工装置１の加工音５５を含む音５４のスペクトルを示している。図３のグラフと図５，図６のグラフとを対比すると、繰り返し周波数が５ｋＨｚ，１５ｋＨｚのパルス状のレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工することに起因する加工音５５として、それぞれ、例えば、図５，図６に示す音５４のうちレーザービーム２１の繰り返し周波数の５ｋＨｚ，１５ｋＨｚと同等の５ｋＨｚ，１５ｋＨｚの周波数の音を顕著に含むことがわかる。

また、図３のグラフと図５のグラフとを対比してさらにわかるように、繰り返し周波数が５ｋＨｚのパルス状のレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工することに起因する加工音５５として、レーザービーム２１の繰り返し周波数の５ｋＨｚと同等の５ｋＨｚの周波数の音の他にも、レーザービーム２１の繰り返し周波数の５ｋＨｚの倍音の１０ｋＨｚ，１５ｋＨｚ，２０ｋＨｚ，・・・の周波数の音も顕著に含むことがわかる。ここで、レーザービーム２１の繰り返し周波数の倍音の周波数とは、レーザービーム２１の繰り返し周波数の２以上の整数倍の周波数のことをいう。

このように、加工音５５としては、例えば、音５４のうちレーザービーム２１の繰り返し周波数に対応する周波数の音を顕著に含み、この音を抽出して好適に使用できる。ここで、レーザービーム２１の繰り返し周波数に対応する周波数とは、レーザービーム２１の繰り返し周波数と同等またはレーザービーム２１の繰り返し周波数の倍音の周波数のことをいう。このため、レーザービーム２１の繰り返し周波数が高いと、加工音５５が高くなり、レーザービーム２１の繰り返し周波数が低いと、加工音５５が低くなる。

表示ユニット６０は、レーザー加工装置１の不図示のカバーに、表示面側を外側に向けて設けられており、レーザー加工装置１のレーザービーム２１の照射条件等の設定の画面やアライメントやカーフチェックの結果を示す画面、後述する解析ユニット９１による解析結果を示す画面、判定ユニット９２による判定結果を示す画面等をオペレータに視認可能に表示する。表示ユニット６０は、液晶表示装置等により構成される。表示ユニット６０は、オペレータがレーザー加工装置１の各種動作やレーザー加工装置１のレーザービーム２１の照射条件、画像の表示等に関する指令情報等を入力する際に使用する入力ユニット７０が設けられている。表示ユニット６０に設けられた入力ユニット７０は、表示ユニット６０に設けられたタッチパネルと、キーボード等とのうち少なくとも一つにより構成される。

集塵ノズル８０は、一端がレーザービーム照射ユニット２０の集光器の下端に、レーザービーム２１の照射位置を覆うように、水平方向に沿って配設され、他端が不図示の吸引源と接続されている。集塵ノズル８０は、一端側に、レーザービーム２１を通過させ、かつ、レーザービーム２１の照射位置において被加工物１００をアブレーション加工することによって生じるデブリと呼ばれる微細な粉塵の加工屑が通過する開口が形成されている。集塵ノズル８０は、吸引源から導入される負圧によって、一端側に形成された開口から、レーザービーム２１の照射位置で発生したデブリを吸引して、除去する。

制御ユニット９０は、レーザー加工装置１の各構成要素の動作を制御して、レーザービーム２１の照射による被加工物１００のアブレーション加工をレーザー加工装置１に実施させる。制御ユニット９０は、図１に示すように、解析ユニット９１と、判定ユニット９２と、報知ユニット９３と、記憶部９５と、を備える。解析ユニット９１は、集音手段５０により集音された音５４のうち、レーザービーム２１の繰り返し周波数に対応する周波数の音を加工音５５として抽出する。解析ユニット９１は、例えば、集音手段５０により集音された音５４に対して、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform、ＦＦＴ）を行って音５４の周波数成分を分解し、レーザービーム２１の繰り返し周波数に対応する周波数を中心とした一定の範囲の周波数の音のスペクトルを加工音５５のスペクトルとして抽出する。解析ユニット９１は、レーザービーム２１の繰り返し周波数と同等の周波数の音を加工音５５として抽出してもよいし、レーザービーム２１の繰り返し周波数の倍音の周波数の音を加工音５５として抽出してもよいし、これらの周波数の音の和を加工音５５として抽出してもよい。

また、解析ユニット９１は、抽出した加工音５５の音圧を算出する。解析ユニット９１は、本実施形態では例えば、抽出した加工音５５のスペクトルを積分処理することで加工音５５のスペクトルの積分強度を算出し、この算出した積分強度を加工音５５の音圧とする。

解析ユニット９１によって算出される加工音５５の音圧の性質について説明する。図７は、図１のレーザー加工装置１の加工音５５の音圧のデフォーカスによる変化を説明するグラフである。図７のグラフは、レーザービーム２１のその他の照射条件を変更せずに、レーザービーム２１のデフォーカスを－１００μｍから１００μｍまで２０μｍずつ変えたときの加工音５５の音圧を示している。ここで、レーザービーム２１のデフォーカスは、レーザービーム２１の集光点を被加工物１００の表面１０１上に位置付けたジャストフォーカス（Just Focus、ＪＦ）の状態から、被加工物１００に向かってもしくは被加工物１００から遠ざかって、被加工物１００の厚み方向に集光点を移動させたときの移動量を指す。なお、図７の縦軸の音圧の単位は、前述のスペクトルの強度の単位と同様に任意単位であり、以降の図の音圧のグラフについても同様である。図７のグラフを参照すると、加工音５５の音圧は、集光点の位置（高さ）によって異なり、ジャストフォーカスの状態で最も大きくなることがわかる。また、レーザー加工装置１は、この性質を利用して、レーザービーム２１のその他の照射条件を変更せずに、集光点の位置のみを変えて被加工物１００を加工した際に、加工音５５の音圧が一番大きくなる時の位置を、集光点として検知することができる。

図８は、図１のレーザー加工装置１の加工回数毎の加工音５５の音圧の測定結果の一例を示すグラフである。図８のグラフは、レーザービーム２１のその他の照射条件を変更せずに、同じ分割予定ライン１０２に沿って複数回レーザービーム２１を照射してアブレーション加工したときの加工音５５の音圧を示している。加工回数は、分割予定ライン１０２に沿ってレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工する回数である。

図８のグラフにおいて中抜きの丸で表されたデータ点２０１は、全ての加工回数においてレーザービーム２１による被加工物１００のアブレーション加工が正常に施されたときの加工音５５の音圧を示している。ここで、アブレーション加工が正常に施されるとは、当該アブレーション加工が施された後の加工溝に対して所定の条件でカーフチェックを実行した結果、異常が検出されないことをいう。図８のグラフのデータ点２０１を参照すると、加工音５５の音圧は、加工回数に応じて単調に減少していることがわかる。この現象は、加工回数が少ないうちは加工音５５を生じる要因であるプラズマが被加工物１００の表面１０１に近い位置で発生するため音が広がりやすく音圧が大きくなる一方で、加工回数を重ねるにしたがって、レーザービーム２１の照射対象である加工溝が深くなることに伴い、加工音５５を生じる要因であるプラズマが加工溝の内部で発生して音が広がりにくい状態となって音圧が小さくなることによる。

図８のグラフにおいて中塗りの丸で表されたデータ点２０２は、加工回数が５回目においてレーザービーム２１の照射位置が加工溝に対してずれたことに起因して被加工物１００のアブレーション加工が異常となってしまったときの加工音５５の音圧を示している。図８のグラフのデータ点２０２を参照すると、加工回数が５回目のときの加工音５５の音圧が、加工回数が４回目のときと比較して、大きく増加していることがわかる。この現象は、レーザービーム２１の照射位置が加工溝に対してずれた部分が、レーザービーム２１により加工溝の底面ではなくて被加工物１００の表面１０１近傍を加工することになり、加工音５５を生じる要因であるプラズマが被加工物１００の表面１０１に近い位置で発生するため音が広がりやすく音圧が大きくなることによる。

判定ユニット９２は、解析ユニット９１により解析された加工音５５の音圧に基づいて、被加工物１００の加工状態を判定する。判定ユニット９２は、例えば、解析ユニット９１により図８のグラフのデータ点２０１に示す加工音５５の音圧が得られた場合、被加工物１００の加工状態が、正常に加工できている状態であると判定する。判定ユニット９２は、また、解析ユニット９１により図８のグラフのデータ点２０２の加工回数が５回目の加工音５５の音圧が得られた場合、被加工物１００の加工状態が、被加工物１００を適切に加工できていない状態であると判定する。判定ユニット９２は、また、所定の値より小さい加工音５５の音圧が得られた場合、被加工物１００の加工状態が、加工溝の底面が裏面１０４に到達した状態、すなわち、被加工物１００が完全に切断された状態であると判定する。

報知ユニット９３は、判定ユニット９２により被加工物１００を適切に加工できていないと判定した場合、レーザービーム照射ユニット２０によるレーザービーム２１の照射を停止し、アブレーション加工を停止して、適切に加工できていない旨すなわち異常を報知する。報知ユニット９３は、例えば、表示ユニット６０に、被加工物１００を適切に加工できていないと判定した結果を示す画面を表示することで、異常を報知する。報知ユニット９３は、また、制御ユニット９０に接続された不図示の発光ダイオードなどにより構成される発光ユニットを点灯、点滅及び消灯することにより被加工物１００を適切に加工できていないと判定した旨の異常を報知してもよいし、制御ユニット９０に接続された不図示のスピーカなどにより被加工物１００を適切に加工できていないと判定した旨の異常を音声で報知してもよい。

図９は、図１のレーザー加工装置１の記憶部９５が記憶する相関関係データ２００を示す表である。記憶部９５は、レーザー加工装置１が被加工物１００にレーザービーム２１を照射してアブレーション加工を実施する前に、例えば図９に示すような相関関係データ２００を予め記憶しておく。相関関係データ２００は、図９に示すように、被加工物１００に照射されたレーザービーム２１の照射条件と、照射条件において正常に被加工物１００にレーザービーム２１によるアブレーション加工が施された際に発生する加工音５５の音圧と、を互いに紐付けた相関関係のデータである。ここで、レーザービーム２１の照射条件は、本実施形態では、図９に示すように、例えば、照射パワー（Ｗ）、繰り返し周波数（ｋＨｚ）、移動速度（ｍｍ／ｓ）、デフォーカス（μｍ）、及び加工回数（回）である。照射パワーは、レーザービーム２１の光強度である。移動速度は、レーザービーム２１を照射中における、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に対するレーザービーム照射ユニット２０により形成される集光点の相対的な移動速度である。記憶部９５は、様々な照射条件毎に、相関関係データ２００を記憶しておくことが好ましい。

制御ユニット９０は、実施形態１では、コンピュータシステムを含む。制御ユニット９０が含むコンピュータシステムは、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。制御ユニット９０の演算処理装置は、制御ユニット９０の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、制御ユニット９０の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の各構成要素に出力する。

解析ユニット９１、判定ユニット９２及び報知ユニット９３の機能は、本実施形態では、制御ユニット９０の演算処理装置が記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現される。記憶部９５の機能は、本実施形態では、制御ユニット９０の記憶装置により実現される。

次に、本明細書は、実施形態に係るレーザー加工装置１の動作処理を図面に基づいて説明する。図１０は、図１のレーザー加工装置１の動作処理の手順を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、１本の分割予定ライン１０２を加工する動作処理の手順を示したものである。レーザー加工装置１の制御ユニット９０は、チャックテーブル１０で被加工物１００を保持する等した後、レーザービーム照射ユニット２０により被加工物１００に対して分割予定ライン１０２に沿ってレーザービーム２１を照射して被加工物１００をアブレーション加工しつつ、集音手段５０により加工音５５を含む音５４を集音し、解析ユニット９１により集音手段５０で集音した音５４から加工音５５を抽出し、加工音５５の音圧を算出する（図１０のステップ１００１）。

制御ユニット９０は、ステップ１００１の実施後、直前のステップ１００１で実際に取得した加工音５５の音圧と、記憶部９５に予め記憶しておいた相関関係データ２００のうち、直前のステップ１００１のレーザービーム２１の照射条件と紐付けられた加工音５５の音圧とを比較する（図１０のステップ１００２）。

制御ユニット９０は、これらの比較する２つの加工音５５の音圧の間に、記憶部９５に予め記憶しておいた所定値以上の差がある場合（図１０のステップ１００２でＹｅｓ）、判定ユニット９２により、直前のステップ１００１での被加工物１００の加工状態が、被加工物１００を適切に加工できていない状態であると判定し（図１０のステップ１００３）、報知ユニット９３により、レーザービーム照射ユニット２０によるレーザービーム２１の照射を停止し、アブレーション加工を停止して、異常を報知する（図１０のステップ１００４）。ここで、記憶部９５に予め記憶しておいた所定値は、本実施形態では例えば、解析ユニット９１による加工音５５の音圧の誤差よりも十分大きく、アブレーション加工の主要な異常に起因する加工音５５の音圧の変化量よりも十分小さい値に適宜定められる。

例えば、記憶部９５に図８のグラフの加工回数が５回目のデータ点２０１の加工音５５の音圧が予め記憶されており、直前のステップ１００１で図８のグラフの加工回数が５回目のデータ点２０２の加工音５５の音圧が取得されたような場合、これらの２つの加工音５５の音圧の間に所定値以上の差があるので、判定ユニット９２により、直前のステップ１００１での被加工物１００の加工状態が、被加工物１００を適切に加工できていない状態であると判定する。

制御ユニット９０は、これらの比較する２つの加工音５５の音圧との間に、記憶部９５に予め記憶しておいた所定値以上の差がない場合（図１０のステップ１００２でＮｏ）、判定ユニット９２により、直前のステップ１００１での被加工物１００の加工状態が、正常に加工できている状態であると判定し、さらに、直前のステップ１００１で実際に取得した加工音５５の音圧が記憶部９５に予め記憶しておいた所定の値より小さいか否かを判定する（図１０のステップ１００５）。ここで、記憶部９５に予め記憶しておいた所定の値は、本実施形態では例えば、実質的に加工音５５が消滅したとみなすことができる十分に小さい値に適宜定められる。

制御ユニット９０は、直前のステップ１００１で実際に取得した加工音５５の音圧が記憶部９５に予め記憶しておいた所定の値より小さい場合（図１０のステップ１００５でＹｅｓ）、判定ユニット９２により、被加工物１００が完全に切断された状態であると判定し（図１０のステップ１００６）、この分割予定ライン１０２の加工を終了する（図１０のステップ１００７）。

制御ユニット９０は、直前のステップ１００１で実際に取得した加工音５５の音圧が記憶部９５に予め記憶しておいた所定の値以上の場合（図１０のステップ１００５でＮｏ）、判定ユニット９２により、被加工物１００が完全に切断されていない状態であると判定し、動作処理を再びステップ１００１に戻す。

制御ユニット９０は、このように、判定ユニット９２により、ステップ１００２で被加工物１００の加工状態が、被加工物１００を適切に加工できていない状態であると判定するか、もしくは、ステップ１００５で被加工物１００が完全に切断された状態であると判定するまで、ステップ１００１の処理を繰り返して、同じ分割予定ライン１０２に沿ってアブレーション加工を繰り返す。

また、ステップ１００５で使用する、記憶部９５に予め記憶しておいた所定の値は、実質的に加工音５５がしなくなるとみなすことができる小さい値に代えて、記憶部９５に予め記憶しておいた相関関係データ２００のうち、被加工物１００を完全に切断する最後の加工回数のときのレーザービーム２１の照射条件と紐付けられた加工音５５の音圧に定めてもよい。このようにすることで、加工音５５の消失を検知するためにステップ１００１の実施回数が１回余分に多くなってしまう可能性を抑制することができる。

以上のような構成を有する実施形態に係るレーザー加工装置１は、解析ユニット９１が、被加工物１００がアブレーション加工された際に集音手段５０により集音された音５４のうち、レーザービーム２１の繰り返し周波数に対応する周波数の音を加工音５５として抽出し、判定ユニット９２が、解析ユニット９１により抽出した加工音５５の音圧に基づいて被加工物１００の加工状態を判定するので、音５４のうち加工音５５以外の環境音の影響を受けずに、加工音５５から正確に加工状態を判定できるという作用効果を奏する。

さらに、実施形態に係るレーザー加工装置１は、判定ユニット９２が、記憶部９５に予め記憶しておいた、所定のレーザービーム２１の照射条件において被加工物１００にアブレーション加工が施された際に発生する加工音５５の音圧と、実際に当該照射条件でアブレーション加工を施した際に取得された加工音５５の音圧との間に所定値以上の差がある場合、被加工物１００を適切に加工できていないと判定するので、環境音の影響を受けずに、加工音５５の音圧に基づいて正確に加工状態を判定できる。また、実施形態に係るレーザー加工装置１は、判定ユニット９２が、被加工物１００を適切に加工できていないと判定した場合、報知ユニット９３が、アブレーション加工を停止して、異常を報知するので、レーザー加工装置１のオペレータが被加工物１００を適切に加工できるように速やかに補正を行うことを適切に促して、被加工物１００の加工全体を通じた補正の回数を少なくして加工効率を上昇できる。

また、実施形態に係るレーザー加工装置１は、判定ユニット９２が、加工音５５の音圧が所定の値より小さくなった時に被加工物１００が完全に切断されたと判定するので、環境音の影響を受けずに、加工音５５の音圧に基づいて正確に加工状態を判定できる。実施形態に係るレーザー加工装置１は、これにより、環境音の影響を受けずに、加工音５５の音圧に基づいて正確なタイミングでアブレーション加工を終了できる。

〔変形例〕
実施形態の変形例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１１は、変形例に係るレーザー加工装置１の動作処理の手順を示すフローチャートである。図１１は、実施形態と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

変形例に係るレーザー加工装置１は、実施形態において、動作処理を変更したものであり、その他の構成については実施形態と同様である。変形例に係るレーザー加工装置１の動作処理は、図１１に示すように、実施形態において、ステップ１００２をステップ１００９に変更したものである。

変形例に係るレーザー加工装置１の制御ユニット９０は、図１１に示すステップ１００９では、ステップ１００１の実施後、直前のステップ１００１で実際に取得した加工音５５の音圧と、直前のステップ１００１より１回前のステップ１００１で実際に取得した加工音５５の音圧とを比較し、直前の加工音５５の音圧がその１回前の加工音５５の音圧よりも所定の閾値以上上昇したか否かを判定する。ここで、記憶部９５に予め記憶しておいた所定の閾値は、本実施形態では例えば、解析ユニット９１による加工音５５の音圧の誤差程度の値に適宜定められる。

制御ユニット９０は、直前の加工音５５の音圧がその１回前の加工音５５の音圧よりも、記憶部９５に予め記憶しておいた所定の閾値以上上昇した場合（図１１のステップ１００９でＹｅｓ）、動作処理をステップ１００３に進める。一方で、制御ユニット９０は、直前の加工音５５の音圧がその１回前の加工音５５の音圧よりも所定の閾値以上上昇していない場合（図１１のステップ１００９でＮｏ）、動作処理をステップ１００５に進める。

以上のような構成を有する変形例に係るレーザー加工装置１は、判定ユニット９２が、実際にレーザービーム２１を照射して被加工物１００に加工を施す際に、取得する加工音５５の音圧が当該加工音５５の直前に取得した加工音５５の音圧よりも所定の閾値以上上昇した場合、被加工物１００を適切に加工できていないと判定するので、実施形態と同様に、環境音の影響を受けずに、加工音５５の音圧に基づいて正確に加工状態を判定できる。

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。

１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
５０集音手段
５４音
５５加工音
９０制御ユニット
９１解析ユニット
９２判定ユニット
９３報知ユニット
９５記憶部
１００被加工物
２００相関関係データ

Claims

分割予定ラインが形成された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、
各構成要素を制御する制御ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、
該レーザービームの照射により該チャックテーブルに保持された被加工物がアブレーションされた際に発生する音を集音する集音手段を有し、
該制御ユニットは、
該集音手段により集音された音のうち該レーザービームの繰り返し周波数に対応する周波数の音を加工音として抽出する解析ユニットと、
該解析ユニットにより解析された加工音の音圧に基づいて被加工物の加工状態を判定する判定ユニットと、
を備え、
該制御ユニットは、該被加工物に照射されたレーザービームの照射条件と、該照射条件において該被加工物に加工が施された際に発生する加工音の音圧と、の相関関係を予め記憶しておく記憶部を更に備え、
該レーザービームの照射条件は、該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射して該被加工物を該アブレーション加工する回数である加工回数を含み、
該記憶部は、該加工回数毎の該加工音の音圧を予め記憶しておき、
該判定ユニットは、該記憶部に記憶された音圧と、実際に該照射条件で加工を施した際に取得された音圧と、の間に所定値以上の差がある場合、該被加工物を適切に加工できていないと判定することを特徴とする、レーザー加工装置。
該解析ユニットは、該加工回数毎の該加工音の音圧を抽出し、
該判定ユニットは、該解析ユニットにより抽出された該加工回数毎の該加工音の音圧に基づいて、該加工音の音圧が該加工回数に応じて単調に減少している場合、該被加工物の加工状態が正常であると判定し、該加工音の音圧が該加工回数に応じて単調に減少していない場合、該被加工物の加工状態が正常でないと判定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。
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、
各構成要素を制御する制御ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、
該レーザービームの照射により該チャックテーブルに保持された被加工物がアブレーションされた際に発生する音を集音する集音手段を有し、
該制御ユニットは、
該集音手段により集音された音のうち該レーザービームの繰り返し周波数に対応する周波数の音を加工音として抽出する解析ユニットと、
該解析ユニットにより解析された加工音の音圧に基づいて被加工物の加工状態を判定する判定ユニットと、
を備え、
該判定ユニットは、実際にレーザービームを照射して該被加工物に加工を施す際に、取得する加工音の音圧が直前に取得した加工音の音圧よりも所定の閾値以上上昇した場合、該被加工物を適切に加工できていないと判定することを特徴とする、レーザー加工装置。
該解析ユニットは、該レーザービームの繰り返し周波数と同等の周波数の音、該レーザービームの繰り返し周波数の倍音の周波数の音、または、該レーザービームの繰り返し周波数と同等の周波数の音と該レーザービームの繰り返し周波数の倍音の周波数の音との和を、該加工音として抽出することを特徴とする、請求項１、請求項２または請求項３に記載のレーザー加工装置。
該判定ユニットは、該加工音の音圧が所定の値より小さくなったときに該被加工物が完全に切断されたと判定することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
該制御ユニットは、該判定ユニットにより該被加工物を適切に加工できていないと判定した場合、加工を停止して異常を報知する報知ユニットを更に備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。