TW202129728A - 光學元件單元 - Google Patents
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Abstract
[課題]本發明提供一種光學元件單元，其即使在使用既有的固定具之情形，亦可高精確度地構建光學系統。[解決手段]一種光學元件單元，其包含：反射式的光學元件；及支撐體，其在將光學元件配置於光學系統的預定位置時被固定具所固定且支撐光學元件。藉由以固定具來固定支撐體，相較於以固定具直接固定光學元件之情形，可緩和光學元件所產生的應變。
Description
本發明係關於一種光學元件單元，其包含以反射鏡為代表之反射式的光學元件。
在將以半導體晶圓為代表之板狀的被加工物分割成多個晶片時，有時會使用包含雷射振盪器與反射鏡或透鏡等光學元件的雷射加工裝置（例如，參照專利文獻1）。利用各種光學元件將雷射振盪器所產生之雷射光束照射至成為晶片交界之被加工物的切割道（分割預定線），藉此可於切割道將此被加工物分割成多個晶片。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-275912號公報
[發明所欲解決的課題]
此外，在構建上述雷射加工裝置之光學系統時，例如，大多係使用可固定光學元件之固定具（保持座）來將光學元件配置於光學系統的預定位置。然而，若以固定具固定光學元件，則有時會因從固定具施加於光學元件的應力而導致光學元件產生應變，而脫離雷射光束之波面形狀的容許範圍。
在此情形中，例如，像散會變大，導致由雷射加工裝置所進行之加工的精確度會降低。此外，此問題在以固定具固定以反射鏡為代表之反射式的光學元件時變得尤其嚴重。其原因在於，反射式的光學元件比穿透式的光學元件更容易受到應變的影響。
又，此方法中，難以使從固定具施加於光學元件的應力在多個雷射加工裝置之間相等，而容易發生雷射加工裝置之間的加工精確度差異。為了解決此類問題，例如，考量根據以固定具固定光學元件時螺絲的鎖緊扭力等，而管理施加於光學元件的應力。然而，由於固定具存在個體差異，因此即使是以相同的鎖緊扭力等固定光學元件，光學元件的應變也未必會相等。
亦考量在以固定具固定光學元件後測量其應變。然而，此方法需要大量時間測量應變，另一方面，無法從根本上抑制因應變而發生的問題。若採用大型光學元件則可使應變的影響相對變小，但此情形中，雷射加工裝置容易大型化。再者，在改良既有的雷射加工裝置的光學系統時採用大型光學元件並非易事。
本發明係鑑於所述問題點而完成，其目的在於提供一種光學元件單元，其即使在使用既有的固定具之情形，亦可高精確度地構建光學系統。
[解決課題的技術手段]
根據本發明之一態樣，提供一種光學元件單元，其包含：反射式的光學元件；及支撐體，其在將該光學元件配置於光學系統的預定位置時被固定具所固定且支撐該光學元件，藉由以該固定具來固定該支撐體，相較於以該固定具直接固定該光學元件之情形，可緩和該光學元件所產生的應變。
在本發明之一態樣中，該支撐體較佳為具備：第一面；第二面，其為該第一面的相反側；及容納部，其在該第一面及該第二面之一者或兩者開口，且容納並支撐該光學元件的局部或全部。
又，在本發明之一態樣中，該光學元件較佳為透過接著劑而被該支撐體支撐。
又，在本發明之一態樣中，該光學元件較佳為透過彈性構件而被該支撐體支撐。
又，在本發明之一態樣中，該支撐體較佳為由選自鋁、不鏽鋼、恆範鋼、鐵鎳鉻合金、陶瓷及氟系樹脂的一種或多種材料所構成。
[發明功效]
本發明之一態樣的光學元件單元包含在將反射式的光學元件配置於光學系統的預定位置時被固定具所固定的支撐體，並藉由此支撐體來支撐光學元件。亦即，並非以固定具直接固定光學元件，因此亦不會由於此固定具所作用的應力等而在光學元件產生大的應變。因此，藉由使用本發明之一態樣的光學元件單元，即使使用既有的固定具亦可高精確度地構建光學系統。
參照附圖說明本發明之實施方式。圖1係本實施方式之光學元件單元1的立體圖。如圖1所示，光學元件單元1包含：反射式的光學元件3，其被構成為圓盤狀；及支撐體5，其支撐光學元件3的外周部。光學元件3具代表性的是反射鏡等，具有光線入射的表面3a。此光學元件3例如配置於構成雷射加工裝置（未圖示）等的光學系統之預定位置。
圖2係光學元件單元1所包含之支撐體5的立體圖，圖3係從與圖2相反的方向觀看支撐體5的立體圖。支撐體5例如係使用鋁且被形成為圓筒狀，且具有：第一面5a，其相當於底面；及第二面5b，其相當於第一面5a的相反側的底面。第一面5a的外緣與第二面5b的外緣例如為相同直徑的圓形。
此外，構成支撐體5的材料並無特別限制。例如，支撐體5有時係使用不鏽鋼等其他金屬、在常溫附近的熱膨脹率小的恆範鋼、熱膨脹率接近硼矽酸玻璃的鐵鎳鉻合金等合金、以氧化鋁或石英為代表的陶瓷、或氟系樹脂所形成。支撐體5亦可使用選自該等金屬、陶瓷及氟系樹脂的多種材料所形成。
又，支撐體5期望係使用具有與構成光學元件3之材料的熱膨脹係數接近的熱膨脹係數之材料所形成。此情形中，光學元件3與支撐體5之由溫度變化所造成的變形程度變得接近，變得即使溫度變化亦不易自支撐體5施力於光學元件3，因此容易抑制光學元件3的應變。例如，在光學元件3使用硼矽酸玻璃之情形中，可使用熱膨脹率接近此硼矽酸玻璃的鐵鎳鉻合金來形成支撐體5。
支撐體5的內部形成有容納部5c，容納部5c的尺寸及形狀可容納光學元件3。容納部5c在第一面5a之中央部與第二面5b之中央部兩者開口，並通往支撐體5的外部。亦即，第一面5a與第二面5b被形成為在中央部具有開口部的圓環狀。光學元件3係通過第一面5a或第二面5b的開口部而插入容納部5c。
在將光學元件3插入容納部5c時，例如，於光學元件3的外周面或容納部5c的內壁面塗布接著劑，光學元件3係藉由此接著劑而被固定於支撐體5。亦即，光學元件3係透過接著劑而被支撐體5支撐。此外，在光學元件單元1被使用於雷射加工裝置等高輸出雷射光束用的光學系統之情形中，期望使用不易因光或熱等而變質的接著劑將光學元件3固定於支撐體5。
例如，若使用容易因光或熱等而變質的接著劑（具代表性的是如因光或熱等而產生氣體等般的接著劑）而將光學元件3固定於支撐體5，則會有光學元件3受到接著劑變質的影響而大幅應變的情況。相對於此，若使用不易因光或熱等而變質的接著劑，則可使光學元件3因接著劑的變質而產生的應變充分變小。
此外，光學元件3亦可透過板彈簧等會產生恢復力的彈性構件而被支撐體5支撐。此情況下，藉由適當地調整彈性構件的恢復力，亦可使光學元件3所產生的應變充分變小。又，亦能使用以鎵為代表的非揮發性液體將光學元件3固定於支撐體5。
圖4係固定光學元件單元1時所使用之固定具（保持座）11的立體圖，圖5係從與圖4不同的方向觀看固定具11的立體圖。固定具11例如具備固定於雷射加工裝置之框架等的工件台13（圖5）。工件台13包含第一部分13a與第二部分13b，第一部分13a在第一方向較長，第二部分13b在相對於第一方向呈垂直的第二方向較長，且工件台13被構成為第一部分13a與第二部分13b各自的一端側（基端側）互相連接的大致L狀。
於第一部分13a與第二部分13b的連接部形成有在與第一方向及第二方向垂直的第三方向貫通的支點用貫通孔（未圖示）。在此支點用貫通孔上安裝有支點機構15。支點機構15的前端部15a突出至比在第三方向位於一側的工件台13之第一面13c更外側。
在第一部分13a的另一端部（前端部）形成有在第三方向貫通工件台13的第一微動用貫通孔（未圖示）。在此第一微動用貫通孔上安裝有第一微動機構17。第一微動機構17包含內螺紋體17a，內螺紋體17a被固定於工件台13之第一面13c側且在內周面具有螺紋。
在外周面具有螺紋的外螺紋體17b係從工件台13之與第一面13c相反的第二面13d側通過第一微動用貫通孔而插入內螺紋體17a。外螺紋體17b的前端部17c突出至比工件台13之第一面13c更外側，若使外螺紋體17b相對於內螺紋體17a旋轉，則此前端部17c從第一面13c突出的突出量會變化。
同樣地，在第二部分13b的另一端部（前端部）形成有在第三方向貫通工件台13的第二微動用貫通孔（未圖示）。在此第二微動用貫通孔上安裝有第二微動機構19。第二微動機構19包含內螺紋體19a，內螺紋體19a被固定於工件台13之第一面13c側且在內周面具有螺紋。
在外周面具有螺紋的外螺紋體19b係從工件台13之第二面13d側通過第二微動用貫通孔而插入內螺紋體19a。外螺紋體19b的前端部19c突出至比工件台13之第一面13c更外側，若使外螺紋體19b相對於內螺紋體19a旋轉，則此前端部19c從第一面13c突出的突出量會變化。
在工件台13的第一面13c側配置有平板狀的安裝座21，安裝座21安裝有光學元件單元1。安裝座21具有第一面21a與第二面21b，第一面21a面向工件台13之第一面13c，第二面21b係與第一面21a相反，工件台13與安裝座21例如係以透過螺旋拉伸彈簧等多個彈性構件（未圖示）而第一面13c與第一面21a互相拉緊之方式連結。
因此，支點機構15的前端部15a、第一微動機構17的前端部17c及第二微動機構19的前端部19c係與安裝座21的第一面21a接觸。亦即，安裝座21係被支點機構15的前端部15a、第一微動機構17的前端部17c及第二微動機構19的前端部19c這三點所支撐。
若在將第二微動機構19的前端部19c的突出量保持固定的狀態下，使外螺紋體17b相對於內螺紋體17a旋轉，而使第一微動機構17的前端部17c的突出量變化，則安裝座21繞著將支點機構15的前端部15a與第二微動機構19的前端部19c連結之旋轉軸而旋轉。
同樣地，若在將第一微動機構17的前端部17c的突出量保持固定的狀態下，使外螺紋體19b相對於內螺紋體19a旋轉，而使第二微動機構19的前端部19c的突出量變化，則安裝座21繞著將支點機構15的前端部15a與第一微動機構17的前端部17c連結之旋轉軸而旋轉。
藉此，可使安裝座21相對於工件台13的角度變化，而調整安裝於安裝座21之光學元件單元1的朝向。此外，將連結工件台13與安裝座21之各彈性構件的一端部裝設於工件台13側的多個裝設部13e中之任一個，將各彈性構件的另一端部裝設於安裝座21側的多個裝設部21c中之任一個。
從第三方向觀看，在安裝座21之與工件台13不重疊的位置上，形成有容納部21d，容納部21d的尺寸及形狀可容納光學元件單元1。容納部21d在第一面21a與第二面21b開口，並通往安裝座21的外部。亦即，第一面21a與第二面21b具有開口部。
例如，第二面21b側之開口部的形狀及尺寸係與光學元件單元1（具代表性的是支撐體5的外周面5d）的形狀及尺寸對應，光學元件單元1係通過此第二面21b側之開口部而插入容納部21d。另一方面，第一面21a側之開口部的尺寸縮小至光學元件單元1通過此第一面21a側之開口部且不會從容納部21d脫落的程度。
圖6係顯示固定於固定具11之光學元件單元1的剖面圖。在容納部21d的內壁面之第二面21b側的區域中形成有螺紋。因此，例如，若在將光學元件單元1容納於容納部21d的狀態下，將在外周面形成有螺紋之螺紋環23緊固於容納部21d，則可將光學元件單元1固定於固定具11的安裝座21。
此外，在螺紋環23之中央部形成有貫通孔23a，貫通孔23a的形狀及尺寸係與光學元件3對應。因此，入射至光學元件3的光線不會被螺紋環23遮住。又，能以使螺紋環23不接觸光學元件3且使螺紋環23接觸支撐體5之方式，將光學元件單元1固定於固定具11的安裝座21。亦即，光學元件3不直接固定於固定具11。
在將光學元件3配置於構成雷射加工裝置等的光學系統之預定位置時，將固定具11固定於雷射加工裝置之框架等的任意位置。具體而言，通過設置於固定具11之工件台13的貫通孔13f（圖5），將螺栓等緊固在雷射加工裝置之框架等。藉此，可將固定於安裝座21之光學元件單元1中的光學元件3配置於光學系統的預定位置。
接著，針對為了確認本實施方式之光學元件單元1的性能而進行的實驗及其結果進行說明。本實驗中，在使用上述固定具11來固定光學元件單元1之情形中，測量因光學元件3而產生之像散的大小。具體而言，根據澤尼克（Zernike）多項式中的像散項的係數，將因光學元件3而產生之像散的程度進行定量化。
針對多個光學元件單元1（樣本）進行上述測量，確認各自是否達成基準值（是否成為基準值以下）。作為比較例，針對以固定具11直接固定光學元件之情形進行同樣的測量。在表1中揭示實驗結果。
[表1]
| 達成基準值的樣本數 | 未達成基準值的樣本數 | |
| 本實施方式 | 10 | 0 |
| 比較例 | 6 | 4 |
如由表1可知，本實施方式之光學元件單元1的全部樣本皆可達成基準值（達成率：100%），相對於此，在以固定具11直接固定光學元件之情形中，40%的樣本無法達成基準值（達成率：60%）。本實施方式之光學元件單元1可稱對於抑制像散極為有效。
如上所述，本實施方式之光學元件單元1包含支撐體5，並藉由此支撐體5來支撐光學元件3，支撐體5係在將反射式的光學元件3配置於光學系統的預定位置時被固定具11所固定。亦即，光學元件3並非直接被固定具11所固定，因此亦不會由於此固定具11所作用的應力等而在光學元件3產生大的應變。因此，藉由使用本實施方式之光學元件單元1，即使使用既有的固定具11亦可高精確度地構建光學系統。
此外，本發明並不受限於上述實施方式的記載，能進行各種變更並實施。例如，上述實施方式中雖使支撐體5的厚度（第一面5a與第二面5b的距離）與光學元件3的厚度為相同程度，但例如亦可使支撐體5的厚度小於光學元件3的厚度。同樣地，亦可使支撐體5的厚度大於光學元件3的厚度。亦即，容納部5c可被構成為僅可容納光學元件3的局部，亦可被構成為可容納光學元件3的全部。
又，上述實施方式中雖針對包含圓筒狀的支撐體5之光學元件單元1進行說明，其中，圓筒狀的支撐體5在第一面5a之中央部與第二面5b之中央部具備相同尺寸及形狀的開口部，但本發明之光學元件單元所具備之支撐體的結構並無限制。支撐體只要至少可支撐光學元件3之局部即可，例如，有時被構成為可在分開的兩處支撐光學元件3。又，支撐體亦可具有U狀的外形。同樣地，支撐體所具備之開口部的形狀、尺寸及配置等亦無限制。
圖7係第一變化例之支撐體35的立體圖，圖8係從與圖7相反的方向觀看第一變化例之支撐體35的立體圖。如圖7及圖8所示，支撐體35係使用與上述實施方式之支撐體5同樣的材料而形成為圓筒狀，且具有：第一面35a，其相當於底面；及第二面35b，其相當於第一面35a的相反側的底面。第一面35a的外緣與第二面35b的外緣例如為相同直徑的圓形。
在支撐體35的內部形成有容納部35c，容納部35c的尺寸及形狀可容納上述實施方式之光學元件3。容納部35c在第一面35a之中央部與第二面35b之中央部兩者開口，並通往支撐體35的外部。亦即，第一面35a與第二面35b被形成為在中央部具有開口部的圓環狀。
但是，第二面35b的開口部的尺寸小於第一面35a的開口部的尺寸，光學元件3無法通過第二面35b的開口部。因此，光學元件3係通過第一面35a的開口部而插入容納部35c。此外，外周面35d的尺寸及形狀可與上述支撐體5之外周面5d的尺寸及形狀相同。
圖9係第二變化例之支撐體45的立體圖，圖10係從與圖9相反的方向觀看第二變化例之支撐體45的立體圖。如圖9及圖10所示，支撐體45係使用與上述實施方式之支撐體5同樣的材料而形成為有底的圓筒狀，且具有：第一面45a，其相當於底面；及第二面45b，其相當於第一面45a的相反側的底面。第一面45a的外緣與第二面45b的外緣例如為相同直徑的圓形。
在支撐體45的內部形成有容納部45c，容納部45c的尺寸及形狀可容納上述光學元件3。容納部45c在第一面45a之中央部開口，並通往支撐體45的外部。亦即，第一面45a被形成為中央部具有開口部的圓環狀，第二面45b被形成為中央部不具有開口部的圓形。光學元件3係通過第一面45a的開口部而插入容納部35c。外周面45d的尺寸及形狀可與上述支撐體5之外周面5d的尺寸及形狀相同。
又，上述實施方式中雖以光學元件3之表面3a（光線入射之面）的局部與支撐體5之第一面5a或第二面5b成為大致互相平行的方式將光學元件3固定於支撐體5，但光學元件3也可以其表面3a相對於第一面5a或第二面5b呈傾斜的方式被固定於支撐體5。
又，上述實施方式中雖使用螺紋環23將光學元件單元1固定於固定具11的安裝座21，但例如亦可藉由固定螺釘等將光學元件單元1固定於固定具11的安裝座21。
此外，上述實施方式及變化例之結構、方法等，只要在不脫離本發明目的之範圍，則可進行變更並實施。
1:光學元件單元
3:光學元件
3a:表面
5:支撐體
5a:第一面
5b:第二面
5c:容納部
5d:外周面
11:固定具
13:工件台
13a:第一部分
13b:第二部分
13c:第一面
13d:第二面
13e:裝設部
13f:貫通孔
15:支點機構
15a:前端部
17:第一微動機構
17a:內螺紋體
17b:外螺紋體
17c:前端部
19:第二微動機構
19a:內螺紋體
19b:外螺紋體
19c:前端部
21:安裝座
21a:第一面
21b:第二面
21c:裝設部
21d:容納部
23:螺紋環
23a:貫通孔
35:支撐體
35a:第一面
35b:第二面
35c:容納部
35d:外周面
45:支撐體
45a:第一面
45b:第二面
45c:容納部
45d:外周面
圖1係光學元件單元的立體圖。
圖2係光學元件單元所包含之支撐體的立體圖。
圖3係從與圖2相反的方向觀看光學元件單元所包含之支撐體的立體圖。
圖4係固定光學元件單元時使用之固定具的立體圖。
圖5係從與圖4不同的方向觀看固定光學元件單元時所使用之固定具的立體圖。
圖6係顯示固定於固定具之光學元件單元的剖面圖。
圖7係第一變化例之支撐體的立體圖。
圖8從與圖7相反的方向觀看第一變化例之支撐體的立體圖。
圖9係第二變化例之支撐體的立體圖。
圖10係從與圖9相反的方向觀看第二變化例之支撐體的立體圖。
1:光學元件單元
3:光學元件
3a:表面
5:支撐體
Claims (7)
- 一種光學元件單元，其包含： 反射式的光學元件；及 支撐體，其在將該光學元件配置於光學系統的預定位置時被固定具所固定且支撐該光學元件， 藉由以該固定具來固定該支撐體，相較於以該固定具直接固定該光學元件之情形，可緩和該光學元件所產生的應變。
- 如請求項1之光學元件單元，其中，該支撐體具備： 第一面； 第二面，其為該第一面的相反側；及 容納部，其在該第一面及該第二面之一者或兩者開口，且容納並支撐該光學元件的局部或全部。
- 如請求項1之光學元件單元，其中，該光學元件係透過接著劑而被該支撐體支撐。
- 如請求項2之光學元件單元，其中，該光學元件係透過接著劑而被該支撐體支撐。
- 如請求項1之光學元件單元，其中，該光學元件係透過彈性構件而被該支撐體支撐。
- 如請求項2之光學元件單元，其中，該光學元件係透過彈性構件而被該支撐體支撐。
- 如請求項1至6中任一項之光學元件單元，其中，該支撐體係由選自鋁、不鏽鋼、恆範鋼、鐵鎳鉻合金、陶瓷及氟系樹脂的一種或多種材料所構成。
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