(57)【要約】【課題】集光部をその光軸に垂直な方向に沿って好適に移動させることができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１は、対象物を支持し、Ｘ方向に沿って移動する支持部と、Ｙ方向に沿って移動する移動部６３と、移動部６３に取り付けられ、Ｚ方向に沿って移動する取付部６５と、取付部６５に取り付けられ、対象物にレーザ光Ｌ１を照射するレーザ加工ヘッド１０Ａと、レーザ光Ｌ１を出力する光源ユニット８と、移動部６３に取り付けられ、レーザ光Ｌ１を反射するミラー３と、を備える。レーザ加工ヘッド１０Ａは、入射部１２及び集光部１４を有する。光源ユニット８は、出射部８１ａを有する。ミラー３は、Ｙ方向において出射部８１ａと対向し且つＺ方向において入射部１２と対向するように、移動部６３に取り付けられている。【選択図】図２
2020069487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を支持し、第１方向に沿って移動する支持部と、
前記第１方向に垂直な第２方向に沿って移動する第１移動部と、
前記第１移動部に取り付けられ、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向に沿って移動する第１取付部と、
前記第１取付部に取り付けられ、前記対象物に第１レーザ光を照射する第１レーザ加工ヘッドと、
前記第１レーザ光を出力する光源ユニットと、
前記第１移動部に取り付けられ、前記第１レーザ光を反射する第１ミラーと、を備え、
前記第１レーザ加工ヘッドは、前記第１レーザ光を入射させる第１入射部、及び前記第１レーザ光を集光しつつ出射させる第１集光部を有し、
前記光源ユニットは、前記第１レーザ光を出射させる第１出射部を有し、
前記第１ミラーは、前記第２方向において前記第１出射部と対向し且つ前記第３方向において前記第１入射部と対向するように、前記第１移動部に取り付けられている、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記第１ミラーは、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、前記第１移動部に取り付けられている、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記支持部は、前記第３方向に平行な軸線を中心線として回転する、請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第２方向に沿って移動する第２移動部と、
前記第２移動部に取り付けられ、前記第３方向に沿って移動する第２取付部と、
前記第２取付部に取り付けられ、前記対象物に第２レーザ光を照射する第２レーザ加工ヘッドと、を更に備え、
前記光源ユニットは、前記第２レーザ光を出力し、
前記第２レーザ加工ヘッドは、前記第２レーザ光を入射させる第２入射部、及び前記第２レーザ光を集光しつつ出射させる第２集光部を有し、
前記光源ユニットは、前記第２レーザ光を出射させる第２出射部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第２移動部に取り付けられ、前記第２レーザ光を反射する第２ミラーを更に備え、
前記第２ミラーは、前記第２方向において前記第２出射部と対向し且つ前記第３方向において前記第２入射部と対向するように、前記第２移動部に取り付けられている、請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記第２ミラーは、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、前記第２移動部に取り付けられている、請求項５に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記第２出射部から前記第２入射部に前記第２レーザ光を導光する光ファイバを更に備える、請求項４に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ワークを保持する保持機構と、保持機構に保持されたワークにレーザ光を照射するレーザ照射機構と、を備えるレーザ加工装置が記載されている。特許文献１に記載のレーザ加工装置では、集光レンズを有するレーザ照射機構が基台に対して固定されており、集光レンズの光軸に垂直な方向に沿ったワークの移動が保持機構によって実施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４５６５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなレーザ加工装置においては、様々な加工への応用を考慮すると、集光レンズの光軸に垂直な方向に沿って集光レンズが移動する構成が適切な場合がある。しかし、特許文献１に記載のレーザ加工装置では、レーザ発振器から集光レンズに至るレーザ光の光路上の各構成が筐体内に配置されることでレーザ照射機構が構成されているため、集光レンズの光軸に垂直な方向に沿って集光レンズを移動させることが困難である。
【０００５】
本発明は、集光部をその光軸に垂直な方向に沿って好適に移動させることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ加工装置は、対象物を支持し、第１方向に沿って移動する支持部と、第１方向に垂直な第２方向に沿って移動する第１移動部と、第１移動部に取り付けられ、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向に沿って移動する第１取付部と、第１取付部に取り付けられ、対象物に第１レーザ光を照射する第１レーザ加工ヘッドと、第１レーザ光を出力する光源ユニットと、第１移動部に取り付けられ、第１レーザ光を反射する第１ミラーと、を備え、第１レーザ加工ヘッドは、第１レーザ光を入射させる第１入射部、及び第１レーザ光を集光しつつ出射させる第１集光部を有し、光源ユニットは、第１レーザ光を出射させる第１出射部を有し、第１ミラーは、第２方向において第１出射部と対向し且つ第３方向において第１入射部と対向するように、第１移動部に取り付けられている。
【０００７】
このレーザ加工装置では、第１取付部を介して第１レーザ加工ヘッドが取り付けられた第１移動部を第２方向に沿って移動させることで、第１レーザ加工ヘッドの第１集光部をその光軸に垂直な方向に沿って移動させることができる。更に、第１移動部を第２方向に沿って移動させても、第２方向において第１ミラーが光源ユニットの第１出射部と対向する状態が維持される。また、第１取付部を第３方向に沿って移動させても、第３方向において第１ミラーが第１レーザ加工ヘッドの第１入射部と対向する状態が維持される。したがって、第１レーザ加工ヘッドの位置によらず、光源ユニットの第１出射部から出射された第１レーザ光を、第１レーザ加工ヘッドの第１入射部に確実に入射させることができる。しかも、光ファイバによる導光が困難な高出力長短パルスレーザ等の光源を利用することもできる。以上により、このレーザ加工装置によれば、集光部をその光軸に垂直な方向に沿って好適に移動させることができる。
【０００８】
本発明のレーザ加工装置では、第１ミラーは、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、第１移動部に取り付けられていてもよい。これによれば、光源ユニットの第１出射部から出射された第１レーザ光を、第１レーザ加工ヘッドの第１入射部に、より確実に入射させることができる。
【０００９】
本発明のレーザ加工装置では、支持部は、第３方向に平行な軸線を中心線として回転してもよい。これによれば、対象物を効率良く加工することができる。
【００１０】
本発明のレーザ加工装置は、第２方向に沿って移動する第２移動部と、第２移動部に取り付けられ、第３方向に沿って移動する第２取付部と、第２取付部に取り付けられ、対象物に第２レーザ光を照射する第２レーザ加工ヘッドと、を更に備え、光源ユニットは、第２レーザ光を出力し、第２レーザ加工ヘッドは、第２レーザ光を入射させる第２入射部、及び第２レーザ光を集光しつつ出射させる第２集光部を有し、光源ユニットは、第２レーザ光を出射させる第２出射部を有してもよい。これによれば、第２取付部を介して第２レーザ加工ヘッドが取り付けられた第２移動部を第２方向に沿って移動させることで、第２レーザ加工ヘッドの第２集光部をその光軸に垂直な方向に沿って移動させることができる。このように、複数のレーザ加工ヘッドが設けられることで、対象物を効率良く加工することができる。
【００１１】
本発明のレーザ加工装置は、第２移動部に取り付けられ、第２レーザ光を反射する第２ミラーを更に備え、第２ミラーは、第２方向において第２出射部と対向し且つ第３方向において第２入射部と対向するように、第２移動部に取り付けられていてもよい。これによれば、第２移動部を第２方向に沿って移動させても、第２方向において第２ミラーが光源ユニットの第２出射部と対向する状態が維持される。また、第２取付部を第３方向に沿って移動させても、第３方向において第２ミラーが第２レーザ加工ヘッドの第２入射部と対向する状態が維持される。したがって、第２レーザ加工ヘッドの位置によらず、光源ユニットの第２出射部から出射された第２レーザ光を、第２レーザ加工ヘッドの第２入射部に確実に入射させることができる。しかも、光ファイバによる導光が困難な高出力長短パルスレーザ等の光源を利用することもできる。
【００１２】
本発明のレーザ加工装置では、第２ミラーは、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、第２移動部に取り付けられていてもよい。これによれば、光源ユニットの第２出射部から出射された第２レーザ光を、第２レーザ加工ヘッドの第２入射部に、より確実に入射させることができる。
【００１３】
本発明のレーザ加工装置は、第２出射部から第２入射部に第２レーザ光を導光する光ファイバを更に備えてもよい。これによれば、第２レーザ光の波長が、光ファイバによる導光が可能な波長である場合に、光源ユニットの第２出射部から出射された第２レーザ光を、第２レーザ加工ヘッドの第２入射部に、より確実に入射させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、集光部をその光軸に垂直な方向に沿って好適に移動させることができるレーザ加工装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。
【図２】図１に示されるレーザ加工装置の一部分の正面図である。
【図３】図１に示されるレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドの正面図である。
【図４】図３に示されるレーザ加工ヘッドの側面図である。
【図５】図３に示されるレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。
【図６】変形例のレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。
【図７】変形例のレーザ加工装置の一部分の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［レーザ加工装置の構成］
【００１７】
図１に示されるように、レーザ加工装置１は、複数の移動機構５，６と、支持部７と、１対のレーザ加工ヘッド（第１レーザ加工ヘッド、第２レーザ加工ヘッド）１０Ａ，１０Ｂと、光源ユニット８と、制御部９と、を備えている。以下、第１方向をＸ方向、第１方向に垂直な第２方向をＹ方向、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向をＺ方向という。本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。
【００１８】
移動機構５は、固定部５１と、移動部５３と、取付部５５と、を有している。固定部５１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。移動部５３は、固定部５１に設けられたレールに取り付けられており、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部５５は、移動部５３に設けられたレールに取り付けられており、Ｘ方向に沿って移動することができる。
【００１９】
移動機構６は、固定部６１と、１対の移動部（第１移動部、第２移動部）６３，６４と、１対の取付部（第１取付部、第２取付部）６５，６６と、を有している。固定部６１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。１対の移動部６３，６４のそれぞれは、固定部６１に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部６５は、移動部６３に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。取付部６６は、移動部６４に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。つまり、装置フレーム１ａに対しては、１対の取付部６５，６６のそれぞれが、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って移動することができる。
【００２０】
支持部７は、移動機構５の取付部５５に設けられた回転軸に取り付けられており、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。つまり、支持部７は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動することができ、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。支持部７は、対象物１００を支持する。対象物１００は、例えば、ウェハである。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、移動機構６の取付部６５に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ａは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光（第１レーザ光）Ｌ１を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、移動機構６の取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光（第２レーザ光）Ｌ２を照射する。
【００２２】
光源ユニット８は、１対の光源８１，８２を有している。光源８１は、移動機構６の固定部６１に取り付けられている。光源８１は、レーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１は、光源８１の出射部（第１出射部）８１ａから出射され、ミラー（第１ミラー）３によってレーザ加工ヘッド１０Ａに導光される。光源８２は、装置フレーム１ａに取り付けられている。光源８２は、レーザ光Ｌ２を出力する。レーザ光Ｌ２は、光源８２の出射部（第２出射部）８２ａから出射され、光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ｂに導光される。
【００２３】
光源８１及びミラー３の構成について、より具体的に説明する。光源８１は、Ｙ方向において移動部６３の側方（移動部６４とは反対側）に位置するように固定部６１に取り付けられている。光源８１の出射部８１ａは、移動部６３側に向いている。ミラー３は、Ｙ方向において光源８１の出射部８１ａと対向し且つＺ方向においてレーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２と対向するように、移動部６３に取り付けられている。ミラー３は、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、移動部６３に取り付けられている。光源８１の出射部８１ａから出射されたレーザ光Ｌ１は、ミラー３で反射され、レーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２に入射する。なお、光源８１は、装置フレーム１ａに取り付けられていてもよい。
【００２４】
上述した構成では、移動部６３がＹ方向に沿って移動しても、Ｙ方向においてミラー３が光源８１の出射部８１ａと対向する状態が維持される。また、取付部６５がＺ方向に沿って移動しても、Ｚ方向においてミラー３がレーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２と対向する状態が維持される。したがって、レーザ加工ヘッド１０Ａの位置によらず、光源８１の出射部８１ａから出射されたレーザ光Ｌ１が、レーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２に入射することになる。
【００２５】
制御部９は、レーザ加工装置１の各部（複数の移動機構５，６、１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂ、及び光源ユニット８等）を制御する。制御部９は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部９では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部９は、各種機能を実現する。
【００２６】
以上のように構成されたレーザ加工装置１による加工の一例について説明する。当該加工の一例は、ウェハである対象物１００を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインのそれぞれに沿って対象物１００の内部に改質領域を形成する例である。
【００２７】
まず、対象物１００を支持している支持部７がＺ方向において１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと対向するように、移動機構５が、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って支持部７を移動させる。続いて、対象物１００において一方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。
【００２８】
続いて、一方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、一方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。
【００２９】
続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、一方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ一方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。
【００３０】
続いて、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。
【００３１】
続いて、他方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、他方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。
【００３２】
続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、他方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ他方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。
【００３３】
なお、上述した加工の一例では、光源８１は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ１を出力し、光源８２は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ２を出力する。そのようなレーザ光が対象物１００の内部に集光されると、レーザ光の集光点に対応する部分においてレーザ光が特に吸収され、対象物１００の内部に改質領域が形成される。改質領域は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。
【００３４】
パルス発振方式によって出力されたレーザ光が対象物１００に照射され、対象物１００に設定されたラインに沿ってレーザ光の集光点が相対的に移動させられると、複数の改質スポットがラインに沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポットは、１パルスのレーザ光の照射によって形成される。１列の改質領域は、１列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物１００に対するレーザ光の集光点の相対的な移動速度及びレーザ光の繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。
［レーザ加工ヘッドの構成］
【００３５】
図３及び図４に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、筐体１１と、入射部（第１入射部）１２と、調整部１３と、集光部（第１集光部）１４と、を備えている。
【００３６】
筐体１１は、第１壁部２１及び第２壁部２２、第３壁部２３及び第４壁部２４、並びに、第５壁部２５及び第６壁部２６を有している。第１壁部２１及び第２壁部２２は、Ｘ方向において互いに対向している。第３壁部２３及び第４壁部２４は、Ｙ方向において互いに対向している。第５壁部２５及び第６壁部２６は、Ｚ方向において互いに対向している。
【００３７】
第３壁部２３と第４壁部２４との距離は、第１壁部２１と第２壁部２２との距離よりも小さい。第１壁部２１と第２壁部２２との距離は、第５壁部２５と第６壁部２６との距離よりも小さい。なお、第１壁部２１と第２壁部２２との距離は、第５壁部２５と第６壁部２６との距離と等しくてもよいし、或いは、第５壁部２５と第６壁部２６との距離よりも大きくてもよい。
【００３８】
レーザ加工ヘッド１０Ａでは、第１壁部２１は、移動機構６の固定部６１側に位置しており、第２壁部２２は、固定部６１とは反対側に位置している。第３壁部２３は、移動機構６の取付部６５側に位置しており、第４壁部２４は、取付部６５とは反対側であってレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置している（図２参照）。第５壁部２５は、支持部７とは反対側に位置しており、第６壁部２６は、支持部７側に位置している。
【００３９】
筐体１１は、第３壁部２３が移動機構６の取付部６５側に配置された状態で筐体１１が取付部６５に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６５は、ベースプレート６５ａと、取付プレート６５ｂと、を有している。ベースプレート６５ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている（図２参照）。取付プレート６５ｂは、ベースプレート６５ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ｂ側の端部に立設されている（図２参照）。筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６５ｂに接触した状態で、台座２７を介してボルト２８が取付プレート６５ｂに螺合されることで、取付部６５に取り付けられている。台座２７は、第１壁部２１及び第２壁部２２のそれぞれに設けられている。筐体１１は、取付部６５に対して着脱可能である。
【００４０】
入射部１２は、第５壁部２５に取り付けられている。入射部１２は、ミラー３で反射されたレーザ光Ｌ１を筐体１１内に入射させる。入射部１２は、Ｘ方向においては第２壁部２２側（一方の壁部側）に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。つまり、Ｘ方向における入射部１２と第２壁部２２との距離は、Ｘ方向における入射部１２と第１壁部２１との距離よりも小さく、Ｙ方向における入射部１２と第４壁部２４との距離は、Ｘ方向における入射部１２と第３壁部２３との距離よりも小さい。
【００４１】
調整部１３は、筐体１１内に配置されている。調整部１３は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１を調整する。調整部１３が有する各構成は、筐体１１内に設けられた光学ベース２９に取り付けられている。光学ベース２９は、筐体１１内の領域を第３壁部２３側の領域と第４壁部２４側の領域とに仕切るように、筐体１１に取り付けられている。光学ベース２９は、筐体１１と一体となっている。調整部１３が有する各構成は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。調整部１３が有する各構成の詳細については後述する。
【００４２】
集光部１４は、第６壁部２６に配置されている。具体的には、集光部１４は、第６壁部２６に形成された孔２６ａに挿通された状態で、第６壁部２６に配置されている。集光部１４は、調整部１３によって調整されたレーザ光Ｌ１を集光しつつ筐体１１外に出射させる。集光部１４は、Ｘ方向においては第２壁部２２側（一方の壁部側）に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。つまり、Ｘ方向における集光部１４と第２壁部２２との距離は、Ｘ方向における集光部１４と第１壁部２１との距離よりも小さく、Ｙ方向における集光部１４と第４壁部２４との距離は、Ｘ方向における集光部１４と第３壁部２３との距離よりも小さい。
【００４３】
図５に示されるように、調整部１３は、アッテネータ３１と、ビームエキスパンダ３２と、ミラー３３と、を有している。入射部１２、並びに、調整部１３のアッテネータ３１、ビームエキスパンダ３２及びミラー３３は、Ｚ方向に沿って延在する直線（第１直線）Ａ１上に配置されている。アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２は、直線Ａ１上において、入射部１２とミラー３３との間に配置されている。アッテネータ３１は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の出力を調整する。ビームエキスパンダ３２は、アッテネータ３１で出力が調整されたレーザ光Ｌ１の径を拡大する。ミラー３３は、ビームエキスパンダ３２で径が拡大されたレーザ光Ｌ１を反射する。
【００４４】
調整部１３は、反射型空間光変調器３４と、結像光学系３５と、を更に有している。調整部１３の反射型空間光変調器３４及び結像光学系３５、並びに、集光部１４は、Ｚ方向に沿って延在する直線（第２直線）Ａ２上に配置されている。反射型空間光変調器３４は、ミラー３３で反射されたレーザ光Ｌ１を変調する。反射型空間光変調器３４は、例えば、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid  Crystal  on  Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial  Light  Modulator）である。結像光学系３５は、反射型空間光変調器３４の反射面３４ａと集光部１４の入射瞳面１４ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。結像光学系３５は、３つ以上のレンズによって構成されている。
【００４５】
直線Ａ１及び直線Ａ２は、Ｙ方向に垂直な平面上に位置している。直線Ａ１は、直線Ａ２に対して第２壁部２２側（一方の壁部側）に位置している。レーザ加工ヘッド１０Ａでは、レーザ光Ｌ１は、入射部１２から筐体１１内に入射して直線Ａ１上を進行し、ミラー３３及び反射型空間光変調器３４で順次に反射された後、直線Ａ２上を進行して集光部１４から筐体１１外に出射する。なお、アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２の配列の順序は、逆であってもよい。また、アッテネータ３１は、ミラー３３と反射型空間光変調器３４との間に配置されていてもよい。また、調整部１３は、他の光学部品（例えば、ビームエキスパンダ３２の前に配置されるステアリングミラー等）を有していてもよい。
【００４６】
レーザ加工ヘッド１０Ａは、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、観察部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を更に備えている。
【００４７】
ダイクロイックミラー１５は、直線Ａ２上において、結像光学系３５と集光部１４との間に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー１５は、筐体１１内において、調整部１３と集光部１４との間に配置されている。ダイクロイックミラー１５は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。ダイクロイックミラー１５は、レーザ光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックミラー１５は、非点収差を抑制する観点では、例えば、キューブ型、又は、ねじれの関係を有するように配置された２枚のプレート型が好ましい。
【００４８】
測定部１６は、筐体１１内において、調整部１３に対して第１壁部２１側（一方の壁部側とは反対側）に配置されている。測定部１６は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。測定部１６は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）と集光部１４との距離を測定するための測定光Ｌ１０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０を検出する。つまり、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して測定部１６で検出される。
【００４９】
より具体的には、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられたビームスプリッタ２０、及びダイクロイックミラー１５で順次に反射され、集光部１４から筐体１１外に出射する。対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５及びビームスプリッタ２０で順次に反射され、測定部１６に入射し、測定部１６で検出される。
【００５０】
観察部１７は、筐体１１内において、調整部１３に対して第１壁部２１側（一方の壁部側とは反対側）に配置されている。観察部１７は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。観察部１７は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）を観察するための観察光Ｌ２０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０を検出する。つまり、観察部１７から出力された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して観察部１７で検出される。
【００５１】
より具体的には、観察部１７から出力された観察光Ｌ２０は、ビームスプリッタ２０を透過してダイクロイックミラー１５で反射され、集光部１４から筐体１１外に出射する。対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５で反射され、ビームスプリッタ２０を透過して観察部１７に入射し、観察部１７で検出される。なお、レーザ光Ｌ１、測定光Ｌ１０及び観察光Ｌ２０のそれぞれの波長は、互いに異なっている（少なくともそれぞれの中心波長が互いにずれている）。
【００５２】
駆動部１８は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。駆動部１８は、例えば圧電素子の駆動力によって、第６壁部２６に配置された集光部１４をＺ方向に沿って移動させる。
【００５３】
回路部１９は、筐体１１内において、光学ベース２９に対して第３壁部２３側に配置されている。つまり、回路部１９は、筐体１１内において、調整部１３、測定部１６及び観察部１７に対して第３壁部２３側に配置されている。回路部１９は、例えば、複数の回路基板である。回路部１９は、測定部１６から出力された信号、及び反射型空間光変調器３４に入力する信号を処理する。回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて駆動部１８を制御する。一例として、回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて、対象物１００の表面と集光部１４との距離が一定に維持されるように（すなわち、対象物１００の表面とレーザ光Ｌ１の集光点との距離が一定に維持されるように）、駆動部１８を制御する。なお、筐体１１には、回路部１９を制御部９（図１参照）等に電気的に接続するための配線が接続されるコネクタ（図示省略）が設けられている。
【００５４】
レーザ加工ヘッド１０Ｂは、レーザ加工ヘッド１０Ａと同様に、筐体１１と、入射部（第２入射部）１２と、調整部１３と、集光部（第２集光部）１４と、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、観察部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を備えている。ただし、レーザ加工ヘッド１０Ｂの各構成は、図２に示されるように、１対の取付部６５，６６間の中点を通り且つＹ方向に垂直な仮想平面に関して、レーザ加工ヘッド１０Ａの各構成と面対称の関係を有するように、配置されている。
【００５５】
例えば、レーザ加工ヘッド１０Ａの筐体（第１筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６５に取り付けられている。これに対し、レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体（第２筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ａ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６６に取り付けられている。
【００５６】
レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付部６６側に配置された状態で筐体１１が取付部６６に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６６は、ベースプレート６６ａと、取付プレート６６ｂと、を有している。ベースプレート６６ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている。取付プレート６６ｂは、ベースプレート６６ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ａ側の端部に立設されている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６６ｂに接触した状態で、取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、取付部６６に対して着脱可能である。
【００５７】
なお、レーザ加工ヘッド１０Ｂでは、入射部１２が、光ファイバ２の接続端部２ａが接続可能となるように構成されている。光ファイバ２の接続端部２ａには、ファイバの出射端から出射されたレーザ光Ｌ２をコリメートするコリメータレンズが設けられており、戻り光を抑制するアイソレータが設けられていない。当該アイソレータは、接続端部２ａよりも光源８２側であるファイバの途中に設けられている。これにより、接続端部２ａの小型化、延いては、入射部１２の小型化が図られている。なお、光ファイバ２の接続端部２ａにアイソレータが設けられていてもよい。
［作用及び効果］
【００５８】
レーザ加工装置１では、取付部６５を介してレーザ加工ヘッド１０Ａが取り付けられた移動部６３をＹ方向に沿って移動させることで、レーザ加工ヘッド１０Ａの集光部１４をその光軸に垂直な方向に沿って移動させることができる。更に、移動部６３をＹ方向に沿って移動させても、Ｙ方向においてミラー３が光源８１の出射部８１ａと対向する状態が維持される。また、取付部６５をＺ方向に沿って移動させても、Ｚ方向においてミラー３がレーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２と対向する状態が維持される。したがって、レーザ加工ヘッド１０Ａの位置によらず、光源８１の出射部８１ａから出射されたレーザ光Ｌ１を、レーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２に確実に入射させることができる。しかも、光ファイバによる導光が困難な高出力長短パルスレーザ等の光源を利用することもできる。以上により、レーザ加工装置１によれば、集光部１４をその光軸に垂直な方向に沿って好適に移動させることができる。
【００５９】
また、レーザ加工装置１では、ミラー３が、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、移動部６３に取り付けられている。これにより、光源８１の出射部８１ａから出射されたレーザ光Ｌ１を、レーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２に、より確実に入射させることができる。
【００６０】
また、レーザ加工装置１では、支持部７が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転する。これにより、対象物１００を効率良く加工することができる。
【００６１】
また、レーザ加工装置１では、光源ユニット８が、レーザ光Ｌ２を出射させる出射部８２ａを有しており、レーザ加工ヘッド１０Ｂが、レーザ光Ｌ２を入射させる入射部１２、及びレーザ光Ｌ２を集光しつつ出射させる集光部１４を有している。これにより、取付部６６を介してレーザ加工ヘッド１０Ｂが取り付けられた移動部６４をＹ方向に沿って移動させることで、レーザ加工ヘッド１０Ｂの集光部１４をその光軸に垂直な方向に沿って移動させることができる。このように、複数のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂが設けられることで、対象物１００を効率良く加工することができる。
【００６２】
また、レーザ加工装置１では、光ファイバ２によってレーザ光Ｌ２がレーザ加工ヘッド１０Ｂに導光される。これにより、レーザ光Ｌ２の波長が、光ファイバ２による導光が可能な波長である場合に、光源ユニット８の出射部８２ａから出射されたレーザ光Ｌ２を、レーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２に、より確実に入射させることができる。
［変形例］
【００６３】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図６に示されるように、入射部１２、調整部１３及び集光部１４は、Ｚ方向に沿って延在する直線Ａ上に配置されていてもよい。これによれば、調整部１３をコンパクトに構成することができる。その場合、調整部１３は、反射型空間光変調器３４及び結像光学系３５を有していなくてもよい。また、調整部１３は、アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２を有していてもよい。これによれば、アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２を有する調整部１３をコンパクトに構成することができる。なお、アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２の配列の順序は、逆であってもよい。
【００６４】
また、筐体１１は、第１壁部２１、第２壁部２２、第３壁部２３及び第５壁部２５の少なくとも１つがレーザ加工装置１の取付部６５（又は取付部６６）側に配置された状態で筐体１１が取付部６５（又は取付部６６）に取り付けられるように、構成されていればよい。また、集光部１４は、少なくともＹ方向において第４壁部２４側に片寄っていればよい。これらによれば、Ｙ方向に沿って筐体１１を移動させる場合に、例えば、第４壁部２４側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部１４を近付けることができる。また、Ｚ方向に沿って筐体１１を移動させる場合に、例えば、対象物１００に集光部１４を近付けることができる。
【００６５】
また、集光部１４は、Ｘ方向において第１壁部２１側に片寄っていてもよい。これによれば、集光部１４の光軸に垂直な方向に沿って筐体１１を移動させる場合に、例えば、第１壁部２１側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部１４を近付けることができる。その場合、入射部１２は、Ｘ方向において第１壁部２１側に片寄っていてもよい。これによれば、筐体１１内の領域のうち調整部１３に対して第２壁部２２側の領域に他の構成（例えば、測定部１６及び観察部１７）を配置する等、当該領域を有効に利用することができる。
【００６６】
また、光源８１の出射部８１ａからレーザ加工ヘッド１０Ａの入射部１２へのレーザ光Ｌ１の導光だけでなく、光源８２の出射部８２ａからレーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２へのレーザ光Ｌ２の導光も、ミラーによって実施されてもよい。図７は、レーザ光Ｌ１だけでなくレーザ光Ｌ２もミラーによって導光されるレーザ加工装置１の一部分の正面図である。以下、図７に示される構成について、具体的に説明する。
【００６７】
光源８２は、Ｙ方向において移動部６４の側方（移動部６３とは反対側）に位置するように固定部６１に取り付けられている。光源８２の出射部８２ａは、移動部６４側に向いている。ミラー（第２ミラー）４は、Ｙ方向において光源８２の出射部８２ａと対向し且つＺ方向においてレーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２と対向するように、移動部６４に取り付けられている。ミラー４は、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、移動部６４に取り付けられている。光源８２の出射部８２ａから出射されたレーザ光Ｌ２は、ミラー４で反射され、レーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２に入射する。なお、光源８２は、装置フレーム１ａに取り付けられていてもよい。
【００６８】
上述した構成では、移動部６４がＹ方向に沿って移動しても、Ｙ方向においてミラー４が光源８２の出射部８２ａと対向する状態が維持される。また、取付部６６がＺ方向に沿って移動しても、Ｚ方向においてミラー４がレーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２と対向する状態が維持される。したがって、レーザ加工ヘッド１０Ｂの位置によらず、光源８２の出射部８２ａから出射されたレーザ光Ｌ２が、レーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２に入射することになる。したがって、レーザ加工ヘッド１０Ｂの位置によらず、光源８２の出射部８２ａから出射されたレーザ光Ｌ２を、レーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２に確実に入射させることができる。しかも、光ファイバによる導光が困難な高出力長短パルスレーザ等の光源を利用することもできる。
【００６９】
また、図７に示される構成では、ミラー４は、角度調整及び位置調整の少なくとも１つが可能となるように、移動部６４に取り付けられていてもよい。これによれば、光源８２の出射部８２ａから出射されたレーザ光Ｌ２を、レーザ加工ヘッド１０Ｂの入射部１２に、より確実に入射させることができる。
【００７０】
また、光源ユニット８は、１つの光源を有するものであってもよい。その場合、光源ユニット８は、１つの光源から出力されたレーザ光の一部を出射部８１ａから出射させ且つ当該レーザ光の残部を出射部８２ａから出射させるように、構成されていればよい。
【００７１】
また、レーザ加工装置１は、移動部、移動部に取り付けられた取付部、取付部に取り付けられたレーザ加工ヘッド、及び移動部に取り付けられたミラーを含む組み合わせを、１組備えていてもよいし、３組以上備えていてもよい。
【００７２】
また、本発明のレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置は、対象物１００の内部に改質領域を形成するためのものに限定されず、他のレーザ加工を実施するためのものであってもよい。
【００７３】
最後に、レーザ加工装置１の動作の例について説明する。レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。対象物１００には、Ｘ方向に延びると共にＹ方向に配列された複数のラインが設定されているものとする。そのような状態において、制御部９が、一のラインに対してレーザ光Ｌ１をＸ方向にスキャンする第１スキャン処理と、別のラインに対してレーザ光Ｌ２をＸ方向にスキャンする第２スキャン処理とを、少なくとも一部の時間において重複するように実行する。特に、制御部９は、対象物１００のＹ方向の一方の端部に位置するラインからＹ方向の内側のラインに向けて順に第１スキャン処理を実行しつつ、対象物１００のＹ方向の他方の端部に位置するラインからＹ方向の内側のラインに向けて順に第２スキャン処理を実行することができる。これにより、スループットの向上が図られる。
【００７４】
レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。レーザ加工装置１においては、制御部９が、レーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂが一のライン上に配列された第１状態において、レーザ光Ｌ１の集光点をＺ方向における第１位置に位置させつつレーザ光Ｌ１を当該一のラインに対してＸ方向にスキャンする第１スキャン処理と、第１状態において、レーザ光Ｌ２の集光点をＺ方向における第２位置（第１位置よりも入射面側の位置）に位置させつつレーザ光Ｌ２を当該一のラインに対してＸ方向にスキャンする第２スキャン処理と、を実行する。このとき、制御部９は、レーザ光Ｌ２の集光点をレーザ光Ｌ１の集光点よりも所定距離以上Ｘ方向と反対方向に離間した位置としながら、第１スキャン処理及び第２スキャン処理を実行する。所定距離は、例えば３００μｍである。これにより、スループットを向上しつつ、改質領域から亀裂を十分に進展させることができる。
【００７５】
レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。制御部９が、一のラインに対してレーザ光Ｌ１をＸ方向にスキャンする第１スキャン処理と、別のラインに対してレーザ光Ｌ２をＸ方向にスキャンする第２スキャン処理とを、少なくとも一部の時間において重複するように実行すると共に、第２スキャン処理のみを実行しているときに、加工が完了したラインを含む対象物１００の領域を、レーザ加工ヘッド１０Ａと共に可動とされた撮像ユニットにより撮像する撮像処理を実行する。撮像処理においては、対象物１００を透過する光（例えば近赤外領域の光）が用いられる。これにより、第１スキャン処理が行われない時間を利用して、非破壊にてレーザ加工の成否を確認できる。
【００７６】
レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。レーザ加工装置１は、対象物１００において一部分を剥離する剥離加工を実施する。例えば剥離加工では、支持部７を回転しながら、レーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂからレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ照射すると共に、当該レーザ光Ｌ１，Ｌ２の集光点それぞれの水平方向における移動を制御することにより、対象物１００の内部において仮想面に沿って改質領域を形成する。その結果、仮想面に渡る当該改質領域を境界として、対象物１００の一部を剥離可能となる。
【００７７】
レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。レーザ加工装置１は、対象物１００において不要部分を除去するトリミング加工を実施する。例えばトリミング加工では、支持部７を回転しながら、対象物１００における有効領域の周縁に沿った位置に集光点を位置させた状態で、支持部７の回転情報に基づきレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射の開始及び停止を制御することにより、対象物１００における有効領域の周縁に沿って改質領域を形成する。その結果、例えば冶具又はエアーにより、当該改質領域を境界として不要部分を除去可能となる。
【００７８】
レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。表面側に機能素子層を有する対象物１００に対して、対象物１００の裏面から、ラインに沿ってレーザ光Ｌ１を機能素子層に照射し、ラインに沿って弱化領域を機能素子層に形成する。対象物１００の裏面から、ラインに沿って、レーザ光Ｌ１に対して後行するように、レーザ光Ｌ１のパルス幅よりも短いパルス幅のレーザ光Ｌ２を対象物１００の内部に照射する。レーザ光Ｌ２の照射により、当該弱化領域を利用して、対象物１００の表面に達する亀裂がラインに沿って確実に形成される。
【符号の説明】
【００７９】
１…レーザ加工装置、２…光ファイバ、３…ミラー（第１ミラー）、４…ミラー（第２ミラー）、７…支持部、８…光源ユニット、１０Ａ，１０Ｂ…レーザ加工ヘッド（第１レーザ加工ヘッド、第２レーザ加工ヘッド）、１２…入射部（第１入射部、第２入射部）、１４…集光部（第１集光部、第２集光部）、６３，６４…移動部（第１移動部、第２移動部）、６５，６６…取付部（第１取付部、第２取付部）、８１ａ，８２ａ…出射部（第１出射部、第２出射部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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