JP7450447B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。

半導体ウエーハ等の被加工物を加工するために、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して加工溝を形成しチップ化する方法や、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを被加工物内部に集光照射して分割起点となる改質層を形成し分割する方法が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

上述したレーザー加工を行うレーザー加工装置は、レーザービームの出力が変化すると被加工物の分割不良等を招くおそれがある。このため、レーザービームの設定出力と実際の出力とが同じであることを確認する作業は非常に重要となる。そこで、パワーメータでレーザービームの出力を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、一般的にレーザービームの出力測定に用いられる特許文献３などに示されたパワーメータは、受光面が受光したレーザービームにより加熱され、受光面の熱を電気信号に変換して、出力測定を行っており、測定開始から測定結果であるレーザービームの出力が一定の値となるために４秒程度の時間がかかっている。また、前述したパワーメータは、レーザービームの出力を測定するためにはパワーメータ自身で光路を遮断するか、加工を中断してパワーメータにレーザービームを照射する必要がある。このために、特許文献３などに示されたパワーメータは、前述した測定を繰り返すことで、単位時間当たりのウエーハの加工数、即ち生産性が下がってしまうという課題があった。

そこで、ミラーの透過光を利用して加工を中断することなくレーザービームの出力を監視する方法が提案されている（特許文献４参照）。

特開２００３－３２０４６６号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２００９－２９１８１８号公報 特願２０１９－１５５０６７号

特許文献４に示された方法を用いれば、被加工物を加工しながら出力を測定することが可能となる。しかしながら、特許文献４に示された方法を用いた場合、実際に加工に使用するレーザービームが集光レンズを通過したものであり、出力を測定するレーザービームが集光レンズを透過する前のものであるため、集光レンズに汚れが付着するなどの不具合が生じた場合には、実際に被加工物に照射されるレーザービームの出力を正確に測定できないという課題が依然として存在する。

本願発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性を落とすことなく集光レンズ透過後のレーザービームの出力を正確に測定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パルス状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相対的に加工送りする加工送りユニットと、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相対的に割り出し送りする割り出し送りユニットと、該チャックテーブルに隣接して配設され、かつ該レーザービームの出力を測定する出力測定ユニットと、各構成要素を制御する制御ユニットと、を含み、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して該被加工物に照射する集光レンズと、を含み、該出力測定ユニットは、該集光レンズ通過後のレーザービームを測定可能な位置に配設され、該制御ユニットは、該レーザービームが出力測定ユニットに照射されてからの時間と、該時間の変化にともなう出力の変化と、をデータとして記憶する記憶部と、該記憶部で記憶したデータに基づいて、レーザービームの出力が変化しなくなる安定時の出力を、出力が安定するために必要な時間より短い時間のレーザービームの出力から予測する予測部と、該被加工物を加工する際に、該レーザービームが、該チャックテーブルに保持された被加工物と、該出力測定ユニットの受光部と、を通過するように、該加工送りユニットの移動距離を制御する移動制御部と、を有することを特徴とする。

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パルス状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相対的に加工送りする加工送りユニットと、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相対的に割り出し送りする割り出し送りユニットと、該チャックテーブルに隣接して配設され、かつ該レーザービームの出力を測定する出力測定ユニットと、各構成要素を制御する制御ユニットと、を含み、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して該被加工物に照射する集光レンズと、を含み、該出力測定ユニットは、該集光レンズ通過後のレーザービームを測定可能な位置に配設され、該レーザービームを直接受光する受光部を備えたパワーメータと、該レーザービームの散乱光を受光する受光部を備えたフォトダイオードと、を含み、該制御ユニットは、該パワーメータで測定した実際のレーザービームの平衡出力と、該フォトダイオードで測定した散乱光のレーザービームの出力と、の相関データを記憶する記憶部と、該記憶部に記憶された相関データに基づいて、該散乱光のレーザービームの出力から実際のレーザービームの平衡出力を算出する予測部と、該被加工物を加工する際に、該レーザービームが、該チャックテーブルに保持された被加工物と、該出力測定ユニットの受光部と、を通過するように、該加工送りユニットの移動距離を制御する移動制御部と、を有することを特徴とする。

本願発明は、生産性を落とすことなく集光レンズ透過後のレーザービームの出力を正確に測定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概略の構成を説明する説明図である。 図３は、図２に示されたレーザービーム照射ユニットが出力した電気信号が示すレーザービームの出力の一例を示す図である。 図４は、図１に示されたレーザー加工装置の被加工物上のレーザービーム照射ユニットのレーザービームの照射位置を模式的に示す平面図である。 図５は、図４に示されたレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームと被加工物とを模式的に示す側面図である。 図６は、実施形態２に係るレーザー加工装置の出力測定ユニットを示す斜視図である。 図７は、実施形態２に係るレーザー加工装置の制御ユニットの記憶部が記憶したデータを示す図である。

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に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。まず、実施形態１に係るレーザー加工装置１の構成を説明する。図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。実施形態１に係る図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２０８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２０７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、撮像ユニット４０と、出力測定ユニット５０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２０７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、移動ユニット３０の回転移動ユニット３４により保持面１１に対して直交しかつ鉛直方向と平行なＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。チャックテーブル１０は、回転移動ユニット３４とともに、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動されかつＹ軸移動ユニット３２により水平方向と平行でかつＸ軸方向と直交する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２００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。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、被加工物２００に対して透過性を有する波長のパルス状のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００の内部に破断起点となる改質層を形成するレーザービーム照射手段である。改質層とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、およびこれらの領域が混在した領域等である。実施形態では、改質層は、基板２０１の他の部分よりも機械的な強度が低い。

なお、実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、被加工物２００に対して、透過性を有する波長のレーザービーム２１を照射するが、本発明では、吸収性を有する波長のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００をアブレーション加工するものでも良い。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０の一部は、図１に示すように、装置本体２から立設した立設壁３に設けられた移動ユニット３０のＺ軸移動ユニット３３によりＺ軸方向に移動される昇降部材４に支持されている。

次に、レーザービーム照射ユニット２０の構成を説明する。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概略の構成を説明する説明図である。図３は、図２に示されたレーザービーム照射ユニットが出力した電気信号が示すレーザービームの出力の一例を示す図である。

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を加工するためのパルス状のレーザービーム２１を発振するレーザー発振器２２と、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を集光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２００に照射する集光レンズ２３と、レーザー発振器２２と集光レンズ２３との間のレーザービーム２１の光路上に設けられかつレーザー発振器２２が発振したレーザービーム２１を減衰するアッテネータ（減衰器ともいう）２４と、アッテネータ２４が減衰したレーザービーム２１を集光レンズ２３に向けて反射するミラー２５と、を含む。

集光レンズ２３は、チャックテーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置され、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を透過して、レーザービーム２１を集光点２１１に集光させる。

アッテネータ２４は、図２に示すように、中空モータ２６と、λ／２波長板２７と、ビームスプリッタ２８と、ビームダンパ２９とを備える。中空モータ２６は、円環状に形成され、内側にレーザー発振器２２が発振したレーザービーム２１を通す。λ／２波長板２７は、中空モータ２６によりレーザー発振器２２が発振したレーザービーム２１の光軸を中心に回転される。λ／２波長板２７は、位相差をλ／２（１８０°）与えて、レーザービーム２１を出射させる。

ビームスプリッタ２８は、λ／２波長板２７を通過したレーザービーム２１のうちＳ偏光のレーザービーム２１をビームダンパ２９に向けて反射し、Ｐ偏光のレーザービーム２１をミラー２５に向けて透過する。ビームダンパ２９は、ビームスプリッタ２８が反射したＳ偏光のレーザービーム２１を終端する。

移動ユニット３０は、レーザービーム照射ユニット２０とチャックテーブル１０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びＺ軸方向と平行な軸心回りに相対的に移動させるものである。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ユニットである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ユニットであるＹ軸移動ユニット３２と、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光レンズ２３をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動ユニット３３と、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移動ユニット３４とを備える。

Ｙ軸移動ユニット３２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とを相対的に割り出し送りするユニットである。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１５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、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とを相対的に加工送りするユニットである。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート１５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移動ユニット３４を支持した第２移動プレート１６をＸ軸方向に移動自在に支持している。Ｚ軸移動ユニット３３は、立設壁３に設置され、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持している。

Ｘ軸移動ユニット３１、Ｙ軸移動ユニット３２及びＺ軸移動ユニット３３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、移動プレート１５，１６をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持するとともに、昇降部材４を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、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光レンズ２３のＺ軸方向の位置を検出するＺ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。

撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００を撮像するものである。撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００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を備える。実施形態１では、撮像ユニット４０は、レーザービーム照射ユニット２０の筐体の先端に取り付けられて、レーザービーム照射ユニット２０の図２に示す集光レンズ２３とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。撮像ユニット４０は、被加工物２００を撮像して、被加工物２００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１００に出力する。

出力測定ユニット５０は、レーザービーム２１の出力を測定するユニットである。出力測定ユニット５０は、レーザー発振器２２から出射されかつアッテネータ２４、ミラー２５及び集光レンズ２３等により伝搬されたレーザービーム２１を受光する受光部５１を備える。受光部５１は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００の内部に設定される集光点２１１からＺ軸方向に所定距離の位置に配置されている。実施形態１では、受光部５１は、集光点２１１よりも所定距離下方に配置されている。

出力測定ユニット５０は、レーザービーム２１により受光部５１が加熱され、受光部５１の熱を電気信号に変換するパワーメータである。出力測定ユニット５０は、変換した電気信号を制御ユニット１００に向けて出力する。実施形態１では、出力測定ユニット５０が出力する電気信号は、受光部５１が受光するレーザービーム２１の出力に応じた電気信号である。こうして、出力測定ユニット５０は、前述した電気信号を制御ユニット１００に出力することで、レーザービーム２１の出力を測定する。

また、実施形態１では、出力測定ユニット５０は、第２移動プレート１６に受光部５１を上方に向けて設置されている。実施形態１では、出力測定ユニット５０は、第２移動プレート１６に受光部５１を上方に向けて設置されていることで、集光レンズ２３通過後のレーザービーム２１を測定可能な位置に配設されている。また、実施形態１では、出力測定ユニット５０は、受光部５１が保持面１１に保持される被加工物２００の少なくとも一つの分割予定ライン２０３とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。こうして、本発明では、受光部５１が保持面１１に保持される被加工物２００の少なくとも一つの分割予定ライン２０３とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されていることは、出力測定ユニット５０が、チャックテーブル１０に隣接して配設されていることを示す。

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、制御ユニット１００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１１０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が接続されている。入力ユニットは、表示ユニット１１０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。

制御ユニット１００は、出力測定ユニット５０からの電気信号をレーザービーム２１の出力に変換する。制御ユニット１００が変換するレーザービーム２１の出力は、図３中に点線で示すように、出力測定ユニット５０が受光部５１がレーザービーム２１により加熱されかつ熱をレーザービーム２１の出力に応じた電気信号に変換する所謂パワーメータであるために、平衡出力５２（出力が変化しなくなる安定時の出力であり、これ以上上がらない出力）に達するまでに、受光部５１がレーザービーム２１の受光を開始してから所定時間５３（出力が安定するために必要な時間に相当）かかってしまう。この平衡出力５２は、出力測定ユニット５０が測定したいレーザービーム照射ユニット２０のレーザービーム２１の出力である。なお、図３中の横軸は、受光部５１がレーザービーム２１の受光を開始してからの経過時間であり、図３中の縦軸は、制御ユニット１００が変換するレーザービーム２１の出力である。

また、制御ユニット１００は、図１に示すように、記憶部１０１と、予測部１０２とを有する。記憶部１０１は、レーザービーム２１を出力測定ユニット５０の受光部５１が受光してからの経過時間と、経過時間の変化にともなう出力測定ユニット５０からの電気信号の変換後のレーザービーム２１の出力の変化と、をデータ１０４として記憶している。即ち、記憶部１０１は、所謂予測体温計が平衡温度に達する前に体温を予測するデータと同様のデータ１０４を記憶している。例えば、データ１０４は、予測時間５４（図３に示す）の時の出力測定ユニット５０からの電気信号を変換したレーザービーム２１の平衡前出力５５から平衡出力５２を予測するための数式である。なお、予測時間５４は、所定時間５３よりも短く、平衡前出力５５は、平衡出力５２よりも低い。

予測部１０２は、レーザービーム２１の出力が変化しなくなる平衡出力５２を、出力が安定するために必要な所定時間５３より短い予測時間５４のレーザービーム２１の照射である平衡前出力５５から予測するものである。具体的には、予測部１０２は、予測時間５４の時の出力測定ユニット５０からの電気信号を変換したレーザービーム２１の平衡前出力５５から記憶部１０１が記憶したデータ１０４を参照して、図３に実線で示すように、平衡出力５２を予測する。こうして、制御ユニット１００の予測部１０２は、平衡出力５２に達する前に、平衡出力５２を予測することとなる。

また、制御ユニット１００は、移動制御部１０３を更に備える。移動制御部１０３は、各分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射して、被加工物２００を加工する際に、レーザービーム２１が、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００と、出力測定ユニット５０の受光部５１と、を通過するようにＸ軸移動ユニット３１によるチャックテーブル１０のＸ方向の移動距離を制御するものである。具体的には、移動制御部１０３は、加工内容情報に基づいて、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００の分割予定ライン２０３のうち出力測定ユニット５０の受光部５１とＸ軸方向に並ぶ分割予定ライン２０３を算出する。

移動制御部１０３は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００の分割予定ライン２０３のうち出力測定ユニット５０の受光部５１とＸ軸方向に並ぶ分割予定ライン２０３が一つである場合には、この一つの分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する際に、被加工物２００の外縁から出力測定ユニット５０の受光部５１の上方に向かうように、移動ユニット３０を制御する。制御ユニット１００は、レーザービーム照射ユニット２０が被加工物２００の外縁から出力測定ユニット５０の受光部５１の上方に向かう際にレーザービーム２１の照射を一旦停止し、受光部５１上でレーザービーム２１の照射を再開する。

移動制御部１０３は、レーザービーム照射ユニット２０が受光部５１上に位置する状態で、次に加工する分割予定ライン２０３がレーザービーム照射ユニット２０の下方に位置するように、移動ユニット３０を制御して、レーザービーム照射ユニット２０とチャックテーブル１０とをＹ軸方向に相対的に移動させた後、レーザービーム照射ユニット２０が次に加工する分割予定ライン２０３の上方に向かうように、移動ユニット３０を制御する。制御ユニット１００は、レーザービーム照射ユニット２０が受光部５１の上方から退避すると、レーザービーム照射ユニット２０からのレーザービーム２１の照射を停止する。なお、本発明では、レーザービーム照射ユニット２０が受光部５１の上方から退避しても、出力が弱い場合にはレーザービーム２１を照射し続けてもいい。

また、移動制御部１０３は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００の分割予定ライン２０３のうち出力測定ユニット５０の受光部５１とＸ軸方向に並ぶ分割予定ライン２０３が複数ある場合には、受光部５１のＹ軸方向の中央と最も近い分割予定ライン２０３を算出し、この最も近い分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する際に、前述したように、各構成要素を制御する。こうして、実施形態では、移動制御部１０３は、被加工物２００の分割予定ライン２０３のうちいずれかの分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する際に、分割予定ライン２０３上を通過しても、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て、受光部５１にレーザービーム２１を照射する。また、実施形態１では、移動制御部１０３は、受光部５１にレーザービーム２１を照射した状態で、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。

なお、記憶部１０１の機能は、前述した記憶装置により実現される。予測部１０２及び移動制御部１０３の機能は、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に従って演算処理を実施することで実現される。

次に、前述したレーザー加工装置１の加工動作を説明する。図４は、図１に示されたレーザー加工装置の被加工物上のレーザービーム照射ユニットのレーザービームの照射位置を模式的に示す平面図である。図５は、図４に示されたレーザービーム照射ユニットが照射したレーザービームと被加工物とを模式的に示す側面図である。なお、図４は、分割予定ライン２０３を省略している。

前述したレーザー加工装置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２０８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２０８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。次に、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を撮像ユニット４０の下方に向かって移動して、撮像ユニット４０が被加工物２００を撮影する。レーザー加工装置１は、撮像ユニット４０が撮像して得た画像に基づいて、アライメントを遂行する。

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を分割予定ライン２０３に照射する。実施形態１では、レーザー加工装置１は、図２に示すように、レーザービーム２１の集光点２１１を被加工物２００の基板２０１の内部に設定して、分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射して、分割予定ライン２０３に沿って基板２０１の内部に改質層を形成する。レーザー加工装置１は、全ての分割予定ライン２０３に沿って基板２０１の内部に改質層を形成すると、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。

なお、加工動作では、レーザー加工装置１は、集光点２１１のＺ軸方向の位置を維持したまま、レーザービーム照射ユニット２０を各分割予定ライン２０３の上方でチャックテーブル１０に対してＸ軸方向に沿って相対的に移動させ、各分割予定ライン２０３の端よりも所定距離外周側の位置でチャックテーブル１０に対してＹ軸方向に沿って相対的に移動させる。加工動作では、レーザー加工装置１は、レーザービーム照射ユニット２０が被加工物２００の上方をチャックテーブル１０に対して相対的に移動する図４中に実線３００で示す位置でレーザービーム２１を照射し、被加工物２００の外縁よりも所定距離外周の上方をチャックテーブル１０に対して相対的に移動する図４中に点線３０１で示す位置でレーザービーム２１の照射を停止する。

また、加工動作では、レーザー加工装置１は、移動制御部１０３が算出した出力測定ユニット５０の受光部５１とＸ軸方向に並ぶ分割予定ライン２０３又は受光部５１のＹ軸方向の中央と最も近い分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する際に、図４に実線３００及び図５に示すように、出力測定ユニット５０の受光部５１の上方までレーザービーム照射ユニット２０をＸ軸方向に沿って相対的に移動させるとともに、出力測定ユニット５０の受光部５１の上方のレーザービーム照射ユニット２０からレーザービーム２１を照射するとともに、出力測定ユニット５０の受光部５１の中心の上方の位置でレーザービーム照射ユニット２０をＹ軸方向に沿って相対的に移動させる。なお、本発明では、一旦受光部５１の上方でレーザービーム照射ユニット２０の受光部５１に対する相対的な移動を止めるのが望ましいが、レーザービーム照射ユニット２０を受光部５１の上方を相対的に通過させて測定してもいい。

レーザー加工装置１は、出力測定ユニット５０の受光部５１がレーザービーム２１を受光し、レーザービーム２１の出力に応じた電気信号を制御ユニット１００に出力する。なお、実施形態１では、出力測定ユニット５０の受光部５１は、集光点２１１よりも所定距離下方に配置されているので、集光点２１１を超えて発散しているレーザービーム２１を受光する。

レーザー加工装置１の制御ユニット１００の予測部１０２が、受光部５１が受光を開始してから予測時間５４の受光部５１からの電気信号をレーザービーム２１の平衡前出力５５に変換し、変換したレーザービーム２１の平衡前出力５５から記憶部１０１が記憶したデータ１０４を参照して、図３に実線で示すように、平衡出力５２を予測する。

以上説明したように、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、出力測定ユニット５０が集光レンズ２３通過後のレーザービーム２１を測定可能な位置に配設され、制御ユニット１００が、記憶部１０１で記憶したデータ１０４に基づいて、レーザービーム２１の平衡出力５２を、出力測定ユニット５０の受光部５１がレーザービーム２１の受光を開始してから出力が安定するために必要な所定時間５３より短い予測時間５４のレーザービーム２１の平衡前出力５５から予測する予測部１０２を備えるので、所定時間５３よりも短い予測時間５４で平衡出力５２を求めることができる。その結果、レーザー加工装置１は、生産性を落とすことなく集光レンズ２３透過後のレーザービーム２１の平衡出力５２を正確に測定することができるという効果を奏する。

また、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が被加工物２００を加工する際に、レーザービーム２１がチャックテーブル１０に保持された被加工物２００と出力測定ユニット５０の受光部５１との上方を通過するようにＸ軸移動ユニット３１の移動距離を制御する移動制御部１０３を更に備えるので、加工動作中に、出力測定ユニット５０の受光部５１に集光レンズ２３を透過したレーザービーム２１を照射することができる。

また、レーザー加工装置１は、移動制御部１０３がレーザービーム照射ユニット２０を出力測定ユニット５０の受光部５１の中心の上方において相対的にＹ軸方向に移動させるので、受光部５１の中心の上方で出力測定ユニット５０に対して相対的にレーザービーム照射ユニット２０が瞬間的に停止することとなり、加工動作を停止することなく、受光部５１にレーザービーム２１を予測時間５４照射することができる。

また、レーザー加工装置１は、出力測定ユニット５０の受光部５１とＸ軸方向に並ぶ分割予定ライン２０３又は受光部５１のＹ軸方向の中央と最も近い分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する際に、レーザービーム照射ユニット２０を出力測定ユニット５０に対して相対的に受光部５１の上方まで移動させて、受光部５１にレーザービーム２１を照射する。その結果、レーザー加工装置１は、レーザービーム２１の出力の測定に係る所要時間を抑制することができ、生産性を向上させることができる。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。図６は、実施形態２に係るレーザー加工装置の出力測定ユニットを示す斜視図である。図７は、実施形態２に係るレーザー加工装置の制御ユニットの記憶部が記憶したデータを示す図である。なお、図６及び図７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。

実施形態２に係るレーザー加工装置１は、出力測定ユニット５０が筐体６０内に収容されて第２移動プレート１６上に配設され、筐体６０内に配設されたフォトダイオード７０を備え、記憶部１０１が記憶したデータ１０４－２（図７に示す）が異なること以外、実施形態１と同じである。

筐体６０は、図６に示すように、受光部５１とＺ軸方向に重なる位置に配設されかつレーザービーム２１を通す開口６１が設けられた箱状に形成されている。フォトダイオード７０は、筐体６０内に収容されて、受光部５１で散乱したレーザービーム２１の散乱光２１２を受光する受光部７１を備える。フォトダイオード７０は、レーザービーム２１の散乱光２１２を光量に応じた電気信号に変換し、変換した電気信号を制御ユニット１００に出力する。フォトダイオード７０は、受光部７１が受光したレーザービーム２１の散乱光２１２を光量に応じた電気信号に変換し、変換した電気信号を制御ユニット１００に出力するので、レーザービーム２１により受光部５１が加熱され、受光部５１の熱を電気信号に変換するパワーメータである出力測定ユニット５０よりも測定にかかる所要時間が短い（応答速度が速い）。なお、本発明では、フォトダイオード７０が配設される位置は、図６に示された位置に限定されずに、例えば、クランプ部１２であっても良い。

制御ユニット１００は、フォトダイオード７０からの電気信号を散乱光２１２のレーザービーム２１の出力に変換する。制御ユニット１００の記憶部１０１が記憶したデータ１０４－２は、図７に示すように、受光部５１にレーザービーム２１を受光したパワーメータである出力測定ユニット５０で測定した実際のレーザービーム２１の平衡出力５２と、フォトダイオード７０で測定した散乱光２１２のレーザービーム２１の出力との相関データである。

なお、図７の横軸は、フォトダイオード７０からの電気信号を変換して得られる散乱光２１２のレーザービーム２１の出力を示し、図７の縦軸は、受光部５１にレーザービーム２１を受光したパワーメータである出力測定ユニット５０からの電気信号を変換して得られるレーザービーム２１の平衡出力５２を示している。このために、図７に示すデータ１０４－２は、フォトダイオード７０の受光部７１が受光した散乱光２１２のレーザービーム２１の出力と、出力測定ユニット５０の受光部５１が受光したレーザービーム２１の平衡出力５２との関係である。

実施形態２に係る制御ユニット１００の予測部１０２は、記憶部１０１に記憶されたデータ１０４－２に基づいて、散乱光２１２のレーザービーム２１の出力から実際のレーザービーム２１の平衡出力５２を算出するものである。具体的には、予測部１０２は、データ１０４－２のフォトダイオード７０からの電気信号を変換して得られる散乱光２１２のレーザービーム２１の出力に対応した平衡出力５２を算出し、算出した平衡出力５２を実際のレーザービーム２１の平衡出力５２として算出する。

実施形態２に係るレーザー加工装置１は、出力測定ユニット５０が集光レンズ２３通過後のレーザービーム２１を測定可能な位置に配設され、受光部５１で散乱したレーザービーム２１の散乱光２１２を受光するフォトダイオード７０を備え、制御ユニット１００が、記憶部１０１で記憶したデータ１０４－２に基づいてレーザービーム２１の平衡出力５２を、フォトダイオード７０が受光した散乱光２１２のレーザービーム２１の出力から予測する予測部１０２を備えるので、所定時間５３よりも短い時間で平衡出力５２を求めることができる。その結果、レーザー加工装置１は、生産性を落とすことなく集光レンズ２３透過後のレーザービーム２１の平衡出力５２を測定でき、平衡出力５２の測定の所要時間を抑制することができる。

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。例えば、本発明では、第２移動プレート１６上で出力測定ユニット５０をＹ軸方向に移動する移動ユニットを備えて、全ての分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する前後のいずれかのタイミングで出力測定ユニット５０の受光部５１にレーザービーム２１を照射可能としても良い。この場合、全ての分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する前後のいずれかのタイミングで出力測定ユニット５０の受光部５１にレーザービーム２１を照射してよく、全ての分割予定ライン２０３のうち少なくとも一つの分割予定ライン２０３にレーザービーム２１を照射する前後のいずれかのタイミングで出力測定ユニット５０の受光部５１にレーザービーム２１を照射しても良い。

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
２２ レーザー発振器
２３ 集光レンズ
３１ Ｘ軸移動ユニット（加工送りユニット）
３２ Ｙ軸移動ユニット（割り出し送りユニット）
５０ 出力測定ユニット
５１ 受光部
５２ 平衡出力（出力が変化しなくなる安定時の出力、実際のレーザービームの出力）
５３ 所定時間（出力が安定するために必要な時間に相当）
５４ 予測時間（短い時間）
５５ 平衡前出力（短い時間のレーザービームの出力）
７０ フォトダイオード
１００ 制御ユニット
１０１ 記憶部
１０２ 予測部
１０３ 移動制御部
１０４ データ
１０４－２ データ（相関データ）
２１１ 集光点
２１２ 散乱光
２００ 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パルス状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相対的に加工送りする加工送りユニットと、
   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相対的に割り出し送りする割り出し送りユニットと、
   該チャックテーブルに隣接して配設され、かつ該レーザービームの出力を測定する出力測定ユニットと、
   各構成要素を制御する制御ユニットと、
   を含み、
   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して該被加工物に照射する集光レンズと、を含み、
   該出力測定ユニットは、該集光レンズ通過後のレーザービームを測定可能な位置に配設され、
   該制御ユニットは、
   該レーザービームが出力測定ユニットに照射されてからの時間と、該時間の変化にともなう出力の変化と、をデータとして記憶する記憶部と、
   該記憶部で記憶したデータに基づいて、
   レーザービームの出力が変化しなくなる安定時の出力を、出力が安定するために必要な時間より短い時間のレーザービームの出力から予測する予測部と、
   該被加工物を加工する際に、該レーザービームが、該チャックテーブルに保持された被加工物と、該出力測定ユニットの受光部と、を通過するように、該加工送りユニットの移動距離を制御する移動制御部と、
   を有することを特徴とする、レーザー加工装置。
2. 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パルス状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相対的に加工送りする加工送りユニットと、
   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相対的に割り出し送りする割り出し送りユニットと、
   該チャックテーブルに隣接して配設され、かつ該レーザービームの出力を測定する出力測定ユニットと、
   各構成要素を制御する制御ユニットと、
   を含み、
   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して該被加工物に照射する集光レンズと、を含み、
   該出力測定ユニットは、
   該集光レンズ通過後のレーザービームを測定可能な位置に配設され、
   該レーザービームを直接受光する受光部を備えたパワーメータと、
   該レーザービームの散乱光を受光する受光部を備えたフォトダイオードと、を含み、
   該制御ユニットは、
   該パワーメータで測定した実際のレーザービームの平衡出力と、該フォトダイオードで測定した散乱光のレーザービームの出力と、の相関データを記憶する記憶部と、
   該記憶部に記憶された相関データに基づいて、該散乱光のレーザービームの出力から実際のレーザービームの平衡出力を算出する予測部と、
   該被加工物を加工する際に、該レーザービームが、該チャックテーブルに保持された被加工物と、該出力測定ユニットの受光部と、を通過するように、該加工送りユニットの移動距離を制御する移動制御部と、
   を有することを特徴とする、レーザー加工装置。

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