(57)【要約】【課題】対物レンズ等の可動光学部品が光路中に存在する光学系において、可動光学部品が移動しても全体の光路長が変動せず常に一定に保たれ、かつ、構成が簡素で実用的な光学系を提供する。【解決手段】レーザヘッド１から発せられるレーザ光線ＬをＸ方向に移動する対物レンズ３３に導く光学系１３において、対物レンズ３３と一体的にＸ方向に移動する第１のミラー２１で固定状態の第２のミラーにレーザ光線Ｌを反射させ、第１のミラー２１と第２のミラー２２間でレーザ光線Ｌを往復させて、ミラー２１，２２間に、対物レンズ３３の移動量に応じて増減する光路長調整光路を設ける。光路長調整光路によって対物レンズ３３の移動量に応じた光路長の変動量を相殺し、対物レンズ３３の位置にかかわらず全体の光路長を常に一定とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部から発する光を、移動可能に設けられた可動光学部品を経て任意の受光部に導く光学系であって、
前記可動光学部品と一体的に移動するよう設けられ、前記発光部から発する光を光路長調整光路に反射するミラーを有し、該光路長調整光路は、前記可動光学部品の移動量に応じて該光路長調整光路の光路長が変動することにより前記発光部から前記受光部までの光路長を一定長さに調整する、該ミラーで反射した光が再び該ミラーで反射されるまでの光路であることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記ミラーは、前記光を反射角６０°の角度で反射する第１のミラーであり、
当該光学系は、前記光路長調整光路中に、該第１のミラーで反射した光を再び該第１のミラーが反射角６０°の角度で反射するように導く第２のミラーを備えており、
該第１のミラーが前記可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記ミラーは、前記光を反射角３０°の角度で反射する第１のミラーであり、
当該光学系は、前記光路長調整光路中に、該第１のミラーで反射した光を再び該第１のミラーが反射角３０°の角度で反射するように導く第２のミラーを備えており、
該第１のミラーが前記可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記第２のミラーは、前記第１のミラーで反射した光を反射角９０°の角度で反射することを特徴とする請求項２または３に記載の光学系。
【請求項５】
前記第２のミラーは、前記第１のミラーで反射した光を反射角４５°の角度で反射する一対のミラーであることを特徴とする請求項２または３に記載の光学系。
【請求項６】
前記発光部がレーザ光線を照射するレーザ光線照射部であり、前記可動光学部品が集光器である請求項１〜６のいずれかに記載の光学系と、
ワークを保持する保持面を有し、該保持面に保持される該ワークを前記受光部とする保持手段と、
前記レーザ光線を発振するレーザ光線発振手段と、
前記集光器および前記ミラーを、前記保持面と平行な方向に一体的に移動させる移動手段と、
を少なくとも備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
前記発光部が読み込み対象物であり、前記受光部が該読み込み対象物からの光を像として撮像する撮像手段である請求項１〜６のいずれかに記載の光学系を有することを特徴とするスキャン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を所定箇所に導く光学系に係り、特に、発光部から受光部までの間の光路中に移動する可動光学部品があっても光路長を一定に調整する技術に関する。また、本発明はそのような光学系を含むレーザ加工装置やスキャン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、略円板状の半導体ウェーハの表面に、格子状に配列された分割予定ラインによって多数の矩形状のチップ領域を区画し、これらチップ領域にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成した後、ウェーハに対して裏面研削等の必要な処理を行ってから、ウェーハを分割予定ラインに沿って切断して分割する、すなわちダイシングして、各チップ領域を半導体チップとして得ている。このようにして得られた半導体チップは、樹脂封止によりパッケージングされて、携帯電話やＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等の各種電気・電子機器に広く用いられている。
【０００３】
ウェーハを半導体チップにダイシングする手段としては、高速回転させた薄い円板状の切削ブレードをウェーハに切り込ませるブレードダイシングが一般的であった。一方、近年では、透過性のレーザ光線を分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハを溶融しながら溝加工や切断加工を施してダイシングするレーザダイシングも試みられている。（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザダイシングを行うレーザ加工装置としては、Ｘ・Ｙ方向への移動と回転が可能とされた水平なチャックテーブル上にワーク（例えば上記のウェーハ等）Ｗを保持し、チャックテーブル上に固定させたレーザ光線の照射部から、レーザ発振器で発振させたレーザ光線をウェーハに照射するといった構成が多く採用されている。分割予定ラインに沿ってレーザ光線を走査するには、チャックテーブル側をＸ方向やＹ方向に移動させて行われるが、走査スピードを速めるなどの処理能力の向上や、各移動機構の移動幅の縮小による装置サイズの小型化を図る上で、レーザ光線の照射部側もＸ方向、あるいはＹ方向に移動する構成が検討された。
【０００６】
図１１（ａ）は、レーザ光線の照射部側を移動させる構成例を模式的に示しており、この場合、レーザヘッド６１内で発振され水平に照射されたレーザ光線Ｌはミラー６２により反射角４５°の角度で下向きに反射され、対物レンズ６３を透過する。対物レンズ６３を透過するレーザ光線ＬはワークＷに向かって集光され、ワークＷに焦点を形成する。同図に示すように、レーザヘッド６１と、ミラー６２および対物レンズ６３からなる光学系とを、Ｘ方向に一体的に移動させてワークＷに対し対物レンズ６３を走査させれば、レーザ光線Ｌのウエスト位置（レーザ光線の径が最小となる位置）Ｌ１は変わらず、したがって対物レンズ６３に到達したレーザ光線Ｌの径は変わらないためワークＷに形成されるレーザ光線Ｌのスポット径は一定となり、適切なレーザ加工がなされる。しかしながらこの構成では、重量や容積が大きなレーザヘッド１を移動させることは実用上困難であるといった問題がある。
【０００７】
そこで、図１１（ｂ）に示すように、光学系のみをＸ方向に移動可能として対物レンズ６３をワークＷに走査させる方式であれば実現性が高くなる。ところがこの方式では、レーザヘッド６１から対物レンズ６３間のレーザ光線Ｌの光路長が光学系の移動に伴い変動し、これによってウエスト位置Ｌ１が変動するため対物レンズ６３に到達したレーザー光線Ｌの径は変化し、ワークＷに対するスポット径が一定とならず、安定したレーザ加工ができなくなるといった不都合が生じる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、上記対物レンズのような移動する光学部品（可動光学部品）が光路中に存在する光学系において、可動光学部品が移動しても全体の光路長が変動せず常に一定に保たれ、かつ、構成が簡素で実用的な光学系を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光学系は、発光部から発する光を、移動可能に設けられた可動光学部品を経て任意の受光部に導く光学系であって、可動光学部品と一体的に移動するよう設けられ、発光部から発する光を光路長調整光路に反射するミラーを有し、該光路長調整光路は、可動光学部品の移動量に応じて該光路長調整光路の光路長が変動することにより発光部から受光部までの光路長を一定長さに調整する、該ミラーで反射した光が再び該ミラーで反射されるまでの光路であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の光学系によれば、発光部から発した光はミラーにより光路長調整光路に導かれ、該光路長調整光路を経て受光部に到達する。したがって発光部から受光部の間の光路長は発光部から受光部の間の距離に光路長調整光路を足したものになる。そして、可動光学部品が移動した場合、ミラーが一体的に移動して光路長調整光路が可動光学部品の移動量を相殺する量だけ変動する。これにより、光路長調整光路を含む発光部から受光部までの光路長は一定に保たれる。本発明の光学系によれば、発光部と受光部との間に可動光学部品と一体的に移動するミラーを配設して適宜な光路長調整光路を設けることにより実現することができ、光路長が一定の光学系を簡素な構成で提供することができる。
【００１１】
以下、本発明の光学系における具体的な特徴を挙げる。
上記ミラーは、上記光を反射角６０°の角度で反射する第１のミラーであり、当該光学系は、光路長調整光路中に、該第１のミラーで反射した光を再び該第１のミラーが反射角６０°の角度で反射するように導く第２のミラーを備えており、該第１のミラーが可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする。
【００１２】
あるいは、上記ミラーは、上記光を反射角３０°の角度で反射する第１のミラーであり、当該光学系は、光路長調整光路中に、該第１のミラーで反射した光を再び該第１のミラーが反射角３０°の角度で反射するように導く第２のミラーを備えており、該第１のミラーが可動光学部品と一体的に移動することを特徴とする。
【００１３】
また、上記ミラーが第１のミラーと第２のミラーを備える構成において、第２のミラーは第１のミラーで反射した光を反射角９０°の角度で反射することを特徴とする。あるいは第２のミラーは、第１のミラーで反射した光を反射角４５°の角度で反射する一対のミラーであることを特徴とする。
【００１４】
次に、本発明のレーザ加工装置は、上記本発明の光学系における発光部がレーザ光線を照射するレーザ光線照射部であり、可動光学部品が集光器である光学系と、ワークを保持する保持面を有し、該保持面に保持される該ワークを受光部とする保持手段と、レーザ光線を発振するレーザ光線発振手段と、集光器およびミラーを、保持面と平行な方向に一体的に移動させる移動手段とを少なくとも備えることを特徴としている。
【００１５】
本発明のレーザ加工装置によれば、集光器を走査してワークにレーザ光線を照射しレーザ加工を施す。集光器を走査しても光学系の光路長が一定であるため、レーザ光線のウエスト位置に変動が生じず、このため、加工点でのレーザ光線のスポット径が一定となって安定したレーザ加工を遂行することができる。
【００１６】
なお、本発明のレーザ加工装置での加工対象物であるワークは、特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ等の半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイアあるいはシリコン系の基板、各種電子部品、液晶表示装置を制御駆動するＬＣＤドライバ等の各種ドライバ、さらには、ミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料等が挙げられる。
【００１７】
次に、本発明のスキャン装置は、上記本発明の光学系を有するものであって、発光部が読み込み対象物であり、受光部が該読み込み対象物からの光を像として撮像する撮像手段であることを特徴としている。
【００１８】
本発明のスキャン装置によれば、発光部である読み込み対象物から発した光が本発明の光学系を経て撮像手段に入射し、該撮像手段が読み込み対象物の像を撮像する。読み込み対象物は可動光学部品で走査されるが、該可動光学部品が読み込み対象物を走査しても光学系の光路長が常に一定であることから、撮像手段による撮像は常にピントが一定したものとなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光学系によれば、可動光学部品が光路中に存在する光学系において、該可動光学部品が移動しても光路長が変動せず常に一定に保たれ、かつ、構成が簡素で実用的な光学系の提供を達成することができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（１）第１実施形態
（１−１）レーザ加工装置の概要
図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置の一部を模式的に示しており、図中符号１はレーザヘッド、５はチャックテーブル、Ｗは半導体ウェーハ等のワークである。
【００２１】
レーザヘッド１は、図示せぬフレーム等に固定されている。レーザヘッド１内にはレーザ光線を発振するレーザ発振器２が収容されており、レーザ発振器２で発振されたレーザ光線Ｌが、レーザヘッド１から水平方向（図１でＸ１方向）に照射されるようになっている。チャックテーブル５は一般周知の真空チャック式であり、水平な上面がワークＷの保持面５ａとされている。ワークＷはチャックテーブル５の保持面５ａに載置され、チャックテーブル５が真空運転されることにより保持面５ａに吸着、保持される。
【００２２】
レーザヘッド１から照射されたレーザ光線Ｌは、第１実施形態に係る光学系１１に導かれてチャックテーブル５に保持されたワークＷに照射される。チャックテーブル５は、Ｘ・Ｙ方向に移動可能に設けられ、かつ、回転可能とされている。チャックテーブル５に保持されたワークＷはチャックテーブル５が回転することにより自転し、また、チャックテーブル５とともにＸ・Ｙ方向に移動する。
【００２３】
ワークＷへのレーザ加工の態様は、例えば多数の半導体チップに分割するダイシングであって、ワークＷの厚さを貫通する切断加工や、厚さの途中まで溝を形成する溝加工等が挙げられる。レーザ加工に要するレーザ光線の条件は、ワークＷおよびワークＷに対するレーザ加工の態様に応じて決定されるが、例えば、以下の様な条件で行われる。
・光源                ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルススレーザー
・波長                ：３５５ｎｍのパルスレーザー
・繰り返し周波数      ：１００ｋＨｚ
・平均出力            ：２Ｗ
・集光スポット径      ：φ１０μｍ
・加工送り速度        ：６００ｍｍ／秒
【００２４】
（１−２）光学系の構成
以下、第１実施形態に係る光学系１１を説明する。
光学系１１は、レーザヘッド１からＸ１方向に照射されたレーザ光線Ｌを反射角６０°の角度で上方に反射する第１のミラー２１と、第１のミラー２１で反射されたレーザ光線Ｌを反射角９０°の角度で反射する第２のミラー２２を備えている。第１のミラー２１では、レーザ光線Ｌは１２０°の角度（ここで言う角度は、第１のミラー２１への入射角と反射角の成す角度のことであり、以降、同様の意味とする）で第２のミラー２２に向けて反射される。第２のミラー２２では、レーザ光線Ｌは１８０°の角度で反射され、光路を重複して第１のミラー２１に戻る。すなわち、第１のミラー２１と第２のミラー２２との間をレーザ光線Ｌは光路を重複して往復する。そして、第１のミラー２１によりレーザ光線Ｌは再び１２０°の角度でＸ２方向に反射される。
【００２５】
レーザヘッド１と第１のミラー２１との間のレーザ光線Ｌの光路には、偏光ビームスプリッタ３１が配設されており、さらにこの偏光ビームスプリッタ３１の第１のミラー２１側には、１／４λ波長板３２が配設されている。１／４λ波長板３２はレーザ光線の偏光状態を変換するものであって、例えば、レーザヘッド１から直線偏光としてＸ１方向に照射されたレーザ光線Ｌを円偏光に変換し、円偏光となったレーザ光線Ｌが第１のミラー２１と第２のミラー２２で反射されて戻ったもののうち旋回方向が反転した成分を、レーザヘッドで照射されたときの直線偏光から偏光方向を９０°回転させた状態の直線偏光に変換する。偏光ビームスプリッタ３１は、レーザヘッド１から照射されてくるレーザ光線Ｌをそのまま透過させるが、第１のミラー２１側から１／４λ波長板３２を透過して入射するレーザ光線Ｌを、反射角４５°の角度で下方（Ｚ方向）に反射させる。すなわち、第１のミラー２１から１／４λ波長板３２を透過して偏光ビームスプリッタ３１に到達したレーザ光線Ｌは、９０°の角度で下方に向けて反射される。
【００２６】
また、光学系１１は、偏光ビームスプリッタ３１によって下方に反射されたレーザ光線Ｌを反射角４５°の角度でＸ１方向に反射する第３のミラー２３と、第３のミラー２３で反射されたレーザ光線Ｌを反射角４５°の角度で下方に反射する第４のミラー２４と、第４のミラー２４で反射されたレーザ光線Ｌを集光してチャックテーブル５に保持されたワークＷにレーザ光線Ｌの焦点を形成する対物レンズ３３を備えている。偏光ビームスプリッタ３１から下方に進行するレーザ光線Ｌは、第３のミラー２３によりＸ２方向に向けて９０°の角度で反射され、次いで、第４のミラー２４により下方に向けて９０°の角度で反射される。対物レンズ３３とワークＷ間の距離は、対物レンズ３３の焦点距離に設定される。
【００２７】
上記の第１のミラー２１、第４のミラー２４および対物レンズ３３は、図示せぬモータ等の移動手段によって一体的にＸ方向（Ｘ１・Ｘ２方向）に往復移動可能に構成されている。すなわち第１のミラー２１、第４のミラー２４および対物レンズ３３は図示せぬ連結手段によって一体的に連結されており、Ｘ方向に同じ距離だけ同期して移動するようになされている。以下、これら移動する構成要素である第１のミラー２１、第４のミラー２４および対物レンズ３３を移動要素１１Ａと総称する場合がある。一方、上記の偏光ビームスプリッタ３１、１／４λ波長板３２、第２のミラー２２および第３のミラー２３は固定状態とされている。
【００２８】
上記移動要素１１ＡがＸ方向に移動すると、レーザヘッド１から第１のミラー２１までの光路長が移動量だけ変動する。すなわち、第１のミラー２１がＸ１方向に移動すると該光路長は移動量だけ長くなり、第１のミラー２１がＸ２方向に移動すると該光路長は移動量だけ短くなる。また、移動要素１１ＡがＸ方向に移動すると、第１のミラー２１と第２のミラー２２間の光路長が、第１のミラー２１の移動量に応じて比例的に変動する。この場合は、第１のミラー２１がＸ１方向に移動すると該光路長は短くなり、第１のミラー２１がＸ２方向に移動すると該光路長は長くなる。
【００２９】
また、移動要素１１ＡがＸ方向に移動すると、第３のミラー２３から第４のミラー２４までの光路長が移動量だけ変動する。すなわち、第４のミラー２４がＸ１方向に移動すると該光路長は移動量だけ短くなり、第４のミラー２４がＸ２方向に移動すると該光路長は移動量だけ長くなる。
【００３０】
（１−３）光学系の作用
上記光学系１１によると、レーザヘッド１からＸ１方向に照射されたレーザ光線Ｌは、偏光ビームスプリッタ３１を透過した後、１／４λ波長板３２を透過することによって例えば直線偏光から円偏光に変換され、第１のミラー２１に到達する。第１のミラー２１に到達したレーザ光線Ｌは第２のミラー２２に向けて１２０°の角度で反射され、第２のミラー２２で１８０°の角度で反射して再び第１のミラー２１に戻ってくる。第１のミラー２１に戻ったレーザ光線ＬはＸ２方向に向けて１２０°の角度で反射されて１／４λ波長板３２に到達し、１／４λ波長板３２によって偏光成分が例えば円偏光から直線偏光に変換される。
【００３１】
１／４λ波長板３２をＸ２方向に透過したレーザ光線Ｌは偏光ビームスプリッタ３１により下方に向けて９０°の角度で反射される。そして、第３のミラー２３、第４のミラー２４の順で反射された後、対物レンズ３３で集光し、チャックテーブル５に保持されているワークＷに焦点が形成される。ワークＷがＸ・Ｙ方向に移動させられ、また、移動要素１１Ａの対物レンズ３３がＸ方向に移動してワークＷを走査することにより、ワークＷに対して所定のレーザ加工（切断加工や溝加工）がなされる。
【００３２】
さて、上記第１実施形態の光学系１１によると、対物レンズ３３をＸ方向に移動させてレーザ加工を行う場合であっても、レーザヘッド１から対物レンズ３３までの光路長が一定に保たれるようになっている。以下、その原理を説明する。
【００３３】
図１に示すように、対物レンズ３３を透過するレーザ光線Ｌの焦点位置がＸ方向で０である状態から、移動要素１１ＡがＸ１方向に１単位移動したとし、その移動量を「＋１」とする。すると、レーザヘッド１から対物レンズ３３までの総光路長をみた場合、Ｘ方向に延びる光路に関して光路長の増減が生じる。この場合では、まず第４のミラー２４が第３のミラー２３に近付いて、これらミラー２３，２４間の光路長が１単位短くなり、したがって移動前の総光路長に対して「−１」となる。
【００３４】
図２は、第１のミラー２１と第２のミラー２２におけるレーザ光線Ｌを反射する反射点と、第１のミラー２１の移動量との関係を幾何学的に示している。この図で、Ｍ１０：移動前における第１のミラー２１の反射点、Ｍ２０：移動前における第２のミラー２２の反射点、Ｍ１１：移動後における第１のミラー２１の反射点、Ｍ２１：移動後における第２のミラー２２の反射点であり、移動量はＭ１０からＭ１１の間の距離ａ（これは「＋１」）である。
【００３５】
ここで、光路Ｍ１０→Ｍ２０に直交してＭ１１を通る線Ｆを引くと、線Ｆと光路Ｍ１０→Ｍ２０の交点Ｆ１とＭ２０間の光路長は、光路Ｍ１１〜Ｍ２１間の光路長に等しい。また、光路Ｍ１０→Ｍ１１と光路Ｍ１０→Ｍ２０が成す角が６０°であり、線Ｆと光路Ｍ１０→Ｍ２０が成す角が９０°であることから、三角関数の関係により、Ｍ１０→Ｆ１の光路長は距離ａの１／２となる。これにより、移動後の光路Ｍ１０→Ｍ１１→Ｍ２１→Ｍ１１→Ｍ１０の光路長は、移動前の光路Ｍ１０→Ｍ２０→Ｍ１０の光路長に「＋１」したものとなる。
【００３６】
これより、上記のように第３のミラー２３から第４のミラー２４までの光路長が「−１」変動したので、光路長の増減は０に相殺される。その結果、レーザヘッド１から対物レンズ３３までの総光路長は変わらず一定に保たれる。
【００３７】
本実施形態の場合、第１のミラー２１が移動する前における状態では、第１のミラー２１の反射点Ｍ１０から第２のミラー２２の反射点Ｍ２０間の往復光路が光路長調整光路とされ、第１のミラー２１が移動した後における状態では、第１のミラー２１の反射点Ｍ１１から第２のミラー２２の反射点Ｍ２１間の往復光路が光路長調整光路とされる。
【００３８】
以上の第１のミラー２１と第２のミラー２２間の光路長の相殺原理は、移動要素１１Ａの移動量や移動方向にかかわらず適用されるものである。移動要素１１Ａの移動方向がＸ１方向とは逆のＸ２方向であった場合には、移動量の＋と−が逆になるだけであり、第３のミラー２３から第４のミラー２４までのＸ方向の光路長の変動量は、上記光路長調整光路の変動量によって必ず０に相殺される。
【００３９】
上記光学系１１を備えることにより、図１に示すレーザ加工装置にあっては、対物レンズ３３をＸ方向に走査しても光学系１１の光路長が常に一定に保たれるため、レーザ光線Ｌのウエスト位置に変動が生じない。その結果、ワークＷにおけるレーザ加工点でのレーザ光線Ｌのスポット径が一定となり、結果として安定したレーザ加工を遂行することができる。
【００４０】
（２）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図３は第２実施形態に係るレーザ加工装置の一部を模式的に示している。同図で上記第１実施形態と同一構成要素には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４１】
（２−１）光学系
図３に示すように、第２実施形態の光学系１２においては、上記偏光ビームスプリッタ３１および１／４λ波長板３２を構成要素から外している。また、第３のミラー２３および第４のミラー２４も省略している。そして、偏光ビームスプリッタ３１の代わりとしてミラー２９を備え、また、第２のミラー２２の代わりとして、Ｙ方向に所定距離離間して対向配置された一対の第２のミラー２２Ａ・２２Ｂを備えている。このように、第２のミラーは複数のミラーから構成されてもよい。第２実施形態でＸ方向に移動する移動要素１２Ａは、第１のミラー２１、対物レンズ３３およびミラー２９である。
【００４２】
第２実施形態では、レーザヘッド１からレーザ光線ＬがＸ２方向に発せられ、そのレーザ光線Ｌは直接第１のミラー２１に到達し、１２０°の角度で反射して一方の第２のミラー２２Ａに到達する。一方の第２のミラー２２Ａに到達したレーザ光線は９０°の角度で反射してＹ方向に進行し、他方の第２のミラー２２Ｂに到達する。この後、第２のミラー２２Ｂによってレーザ光線は下方に向けて９０°の角度で反射され、第１のミラー２１に導かれる。この後、レーザ光線Ｌは第１のミラー２１により再び１２０°の角度で反射し、Ｘ１方向に進行する。
【００４３】
第１のミラー２１における第２のミラー２２Ａへのレーザ光線Ｌの反射点と、ミラー２９における第２のミラー２２Ｂからのレーザ光線Ｌの入射点は、第２のミラー２２Ａ，２２Ｂ間の光路長の距離だけＹ方向にずれている。第１のミラー２１によりＸ１方向に反射されたレーザ光線Ｌは、次いでミラー２９により下方に向けて９０°の角度で反射され、対物レンズ３３によって集光されワークＷに照射される。
【００４４】
ここで、第１のミラー２１をＹ方向に分割した２つのミラーで構成して、第１のミラー２１における第２のミラー２２Ａへのレーザ光線Ｌの反射点と、ミラー２９における第２のミラー２２Ｂからのレーザ光線Ｌの入射点とを、分割した第１のミラーにそれぞれ設けてもよい。このように第１のミラーは複数のミラーから構成されてもよい。
【００４５】
第２実施形態においては、ミラー２９がＸ方向に移動することにより、Ｘ方向の光路長が移動量だけ変動する。この変動量は、上記第１実施形態での第４のミラー２４の移動量に匹敵する。すなわち、例えばＸ２方向に１単位移動すると「−１」となる。そしてこの第２実施形態でも上記第１実施形態と同様に、対物レンズ３３がＸ方向に移動した場合においては第１のミラー２１間の光路長調整光路によって移動量と同じ量の光路長の増減が生じる。このため、レーザヘッド１から対物レンズ３３までの光路長が一定に保たれる。
【００４６】
また、第２実施形態では一対の第２のミラー２２Ａ，２２Ｂを用いて光路をＹ方向にずらし、第１のミラー２１からミラー２９に至る光路が重複しないように構成されている。このため、第１実施形態のように光路を分離させるための偏光ビームスプリッタ３１や１／４λ波長板３２を必要とせず、構成をより簡素なものとすることができる。
【００４７】
（２−２）レーザ加工装置の具体例
図４〜図７は、図３の模式図で示した光学系１２を備えたレーザ加工装置の一具体例を示している。これら図で符号４１は基台であり、この基台４１には鉛直方向に立てられた支持ボード４２が固定され、この支持ボード４２の前面下部には水平方向（Ｘ方向）に延びるガイドレール４３が固定されている。そしてこのガイドレール４３には、スライダ４４が摺動自在に取り付けられている。スライダ４４はモータ等からなる図示せぬ移動手段によりガイドレール４３に沿ってＸ方向に移動させられる。
【００４８】
図７に示すように、スライダ４４には、ミラー２９および第１のミラー２１と、対物レンズ３３が固定されている。ミラー２９はスライダ４４に固定されたブラケット４５に固定されている。対物レンズ３３は、ミラー２９の下方に配設されてスライダ４４に固定されたブラケット４６に固定されている。図７においてブラケット４６における対物レンズ３３の左方には、Ｘ２方向に照射されてくるレーザ光線Ｌを反射角６０°の角度で上方に反射する第１のミラー２１が固定されている。
【００４９】
対物レンズ３３の下方には、真空チャック式のチャックテーブル５が配設されている。このチャックテーブル５は図示せぬ駆動手段によってＸ・Ｙ方向に移動し、また、図示せぬ回転駆動手段により回転するようになされている。ワークＷは、チャックテーブル５の水平な上面である保持面５ａに載置され、チャックテーブル５が真空運転されることにより保持面５ａに吸着、保持される。
【００５０】
ガイドレール４３の上方には、ガイドレール４３に対して３０°の角度で傾斜して延びる角材状のブラケット４７が配設され、支持ボード４２に固定されている。そしてこのブラケット４７の下面には、一対の第２のミラー２２Ａ，２２Ｂが固定されている。一方の第２のミラー２２Ａには、第１のミラー２１で反射したレーザ光線Ｌが到達し、次いでレーザ光線Ｌは、第２のミラー２２Ａにより第２のミラー２２Ｂに向けて９０°の角度でＹ方向に反射する。そして、第２のミラー２２Ｂに到達したレーザ光線Ｌは、第１のミラー２１に向けて９０°の角度で反射される。
【００５１】
支持ボード４２の裏側の基台４１上にはレーザ光線をＸ１方向に照射するレーザヘッド１が配設されている。このレーザヘッド１から発せられたレーザ光線は、反射ミラー群（ミラー４８ａ，４８ｂ，４８ｃ等）を経てＸ２方向に進み、直接第１のミラー２１に到達するようになされている。次いでレーザ光線Ｌは第１のミラー２１により１２０°の角度で上方の第２のミラー２２Ａに反射され、さらに第２のミラー２２ＡによりＹ方向に９０°の角度で反射され、もう一方の第２のミラー２２Ｂに到達する。
【００５２】
第２のミラー２２Ａ，２２Ｂでは、レーザ光線Ｌが第２のミラー２２Ａから第２のミラー２２Ｂに反射することによりレーザ光線Ｌの光路がＹ方向にずらされる。そして、第２のミラー２２Ｂにより、第２のミラー２２Ａに反射されたレーザ光線Ｌは、第１のミラー２１に向けて９０°の角度で反射され、第１のミラー２１により再び１２０°の角度でミラー２９に反射される。この後、レーザ光線はミラー２９により下方に向けて９０°の角度で対物レンズ３３に向けて反射され、対物レンズ３３によってレーザ光線Ｌはチャックテーブル５に保持されているワークＷに向けて集光され、ワークＷに焦点が形成される。
【００５３】
本レーザ加工装置によれば、ミラーの組み合わせのみでレーザ光線を導く簡素な光学系と１つの移動手段によって、レーザヘッド１から対物レンズ３３までの光路長を固定した状態での対物レンズ３３のＸ方向の移動が実現される。よって、走査スピードを速めるなどの処理能力の向上や、各移動機構の移動幅の縮小による装置サイズの小型化を図ることができる。
【００５４】
さらに、複数の移動手段によってミラー２９および第１のミラー２１と対物レンズ３３をそれぞれ移動させる場合には移動の誤差が生じるといった弊害が生じる場合がある。しかしながら本レーザ加工装置によれば、ミラー２９および第１のミラー２１と対物レンズ３３を一体に固定した状態で１つの移動手段により一体的に移動させる構成であるから、移動の誤差が生じることはなく、レーザヘッド１から対物レンズ３３までの光路長を一定に固定する作用を確実に得ることができる。
【００５５】
（３）第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態に係る光学系を説明する。
（３−１）光学系
図８に示すように、第３実施形態の光学系１３は、上記第１実施形態の光学系１１と同様に、レーザヘッド１から水平に発せられたレーザ光線Ｌを、第１のミラー２１、第２のミラー２２、第１のミラー２１といった順で偏光ビームスプリッタ３１まで反射させ、この後、偏光ビームスプリッタ３１により下方に９０°の角度で反射させて対物レンズ３３に導く構成である。
【００５６】
第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、まず、偏光ビームスプリッタ３１と対物レンズ３３間に配設される水平反射ミラーと下方反射ミラーの組み合わせが、上下方向に３段階（第１実施形態では水平反射の第３のミラー２３と下方反射の第４のミラー２４からなる１段階）設けられている。すなわち、偏光ビームスプリッタ３１から下方に向けて反射されたレーザ光線Ｌは、第３のミラー２３でＸ２方向に反射してから、第４のミラー２４、第５のミラー２５、第６のミラー２６、第７のミラー２７、第８のミラー２８に反射することによりジグザグ状に下方に進行して、対物レンズ３３に到達する。
【００５７】
第３実施形態においては、第３〜第８のミラー２３〜２８のうち、図８で左側に上下方向に並ぶ第４のミラー２４、第５のミラー２５および第８のミラー２８が、第１のミラー２１および対物レンズ３３とともに、Ｘ方向に一体的に往復移動させられる移動要素１３Ａとされている。これに対して、第３〜第８のミラー２３〜２８のうち、図８で右側に上下方向に並ぶ第３のミラー２３、第６のミラー２６および第７のミラー２７と、第２のミラー２２は固定状態とされている。また、偏光ビームスプリッタ３１および１／４λ波長板３２も固定状態とされている。
【００５８】
第１のミラー２１は、レーザヘッド１からＸ１方向に照射されて偏光ビームスプリッタ３１および１／４λ波長板３２を透過してきたレーザ光線Ｌを、反射角３０°の角度で上方に反射し、第２のミラー２２に導く。すなわちレーザ光線Ｌは第１のミラー２１により６０°の角度で反射され、第２のミラー２２に到達する。第２のミラー２２では、レーザ光線Ｌは１８０°の角度で反射され、光路を重複して第１のミラー２１に戻る。そして、第１のミラー２１によりレーザ光線Ｌは再び６０°の角度でＸ２方向に反射される。
【００５９】
レーザヘッド１と第１のミラー２１との間の光路中に配設された偏光ビームスプリッタ３１および１／４λ波長板３２は、上記第１実施形態と同様のものである。すなわち、１／４λ波長板３２はレーザ光線の偏光状態を変換するものであって、例えば、レーザヘッド１からＸ１方向に照射されるレーザ光線Ｌを受けると直線偏光を円偏光に変換し、円偏光したレーザ光線Ｌを第１のミラー２１側から受けると、円偏光成分を直線偏光に変換する。偏光ビームスプリッタ３１は、レーザヘッド１から照射されるレーザ光線Ｌをそのまま透過させるが、第１のミラー２１側から１／４λ波長板３２を透過して入射するレーザ光線を、下方の第３のミラー２３に向けて９０°の角度で反射させる。
【００６０】
（３−２）光学系の作用
上記光学系１３では、レーザヘッド１からＸ１方向に照射されたレーザ光線Ｌは、第１実施形態と同様に、偏光ビームスプリッタ３１および１／４λ波長板３２を透過し、第１のミラー２１から第２のミラー２２の間を往復して第１のミラー２１でＸ２方向に反射される。そして、１／４λ波長板３２を透過し、偏光ビームスプリッタ３１によって下方の第３のミラーに向けて反射される。この後、レーザ光線Ｌは第３のミラー２３でＸ２方向に反射されてから、第４〜第８のミラー２４〜２８で反射され対物レンズ３３に到達し、対物レンズ３３によって下方に設定される対象物（例えば、上記ワークＷ）に集光され、焦点が形成される。
【００６１】
さて、第３実施形態の光学系１３の第３のミラー２３〜第８のミラー２８間の光路においては、Ｘ方向に延びる光路が、第３のミラー２３〜第４のミラー２４間、第５のミラー２５〜第６のミラー２６間、第７のミラー２７〜第８のミラー２８間の３箇所ある。したがって移動要素１３ＡがＸ方向に１単位移動すると、第３のミラー２３〜第８のミラー２８間の光路においては合計で３単位移動することになる。
【００６２】
図８に示すように、対物レンズ３３を透過するレーザ光線Ｌの焦点位置がＸ方向で０である状態から、移動要素１３ＡがＸ１方向に１単位移動した場合、その移動量を「＋１」とする。すると、第３のミラー２３〜第４のミラー２４間、第５のミラー２５〜第６のミラー２６間、第７のミラー２７〜第８のミラー２８間の各光路長は、それぞれ１単位ずつ短くなる。すなわち合計で３単位短くなり、総光路長はこの部分で「−３」となる。
【００６３】
一方、第１のミラー２１と第２のミラー２２間の光路長は、移動要素１３Ａの第１のミラー２１がＸ方向に移動すると、その移動量に応じて変動する。すなわち、第１のミラー２１がＸ１方向に移動すると第１のミラー２１と第２のミラー２２間の光路長は長くなり、Ｘ２方向に移動すると逆に短くなる。
【００６４】
図９は、第１のミラー２１と第２のミラー２２におけるレーザ光線Ｌを反射する反射点と、第１のミラー２１の移動量との関係を幾何学的に示している。この図で、Ｍ１０：移動前における第１のミラー２１の反射点、Ｍ２０：移動前における第２のミラー２２の反射点、Ｍ１１：移動後における第１のミラー２１の反射点、Ｍ２１：移動後における第２のミラー２２の反射点であり、移動量はＭ１０からＭ１１の間の距離ａ（これは「＋１」）である。
【００６５】
ここで、光路Ｍ１１→Ｍ２１に直交してＭ１０を通る線Ｆを引くと、線Ｆと光路Ｍ１１→Ｍ２１との交点Ｆ１とＭ２１間の光路長は、光路Ｍ１０〜Ｍ２０間の光路長に等しい。また、光路Ｍ１０→Ｍ１１と光路Ｍ１１→Ｍ２１が成す角が６０°であり、線Ｆと光路Ｍ１１→Ｍ２１が成す角が９０°であることから、三角関数の関係により、Ｍ１１→Ｆ１の光路長は距離ａの１／２となる。これにより、移動後のＭ１０→Ｍ１１→Ｍ２１→Ｍ１１→Ｍ１０の光路長は、移動前のＭ１０→Ｍ２０→Ｍ１０の光路長に「＋３」したものとなる。
【００６６】
このように、第１のミラー２１の移動前の反射点Ｍ１０を基点とした場合の、移動前後における第２のミラー２２の反射点間までの光路長の差は「＋３」となって、光路長は３単位増加したことになる。ところが、上記のように第３のミラー２３〜第８のミラー２８間における光路長は「−３」変動したので、光路長の増減は０に相殺される。したがってレーザヘッド１から対物レンズ３３までの総光路長は変わらず一定に保たれる。
【００６７】
第３実施形態では、第１のミラー２１が移動する前における状態では、第１のミラー２１の反射点Ｍ１０から第２のミラー２２の反射点Ｍ２０間の往復光路が光路長調整光路とされ、第１のミラー２１が移動した後における状態では、第１のミラー２１の反射点Ｍ１１から第２のミラー２２の反射点Ｍ２１間の往復光路が光路長調整光路とされる。
【００６８】
以上の光路長の相殺原理は、移動要素１３Ａの移動量や移動方向にかかわらず適用されるものである。移動要素１３Ａの移動方向がＸ１方向とは逆のＸ２方向であった場合には、移動量の＋と−が逆になるだけであり、第３のミラー２３〜第８のミラー２８までのＸ方向の光路長の変動量は、上記光路長調整光路の変動量によって必ず０に相殺される。
【００６９】
（４）第４実施形態
次に、図１０を参照して、図１に示した上記第１実施形態の光学系１１を流用した第４実施形態に係るスキャン装置を説明する。
【００７０】
図１０は該スキャン装置の模式図であり、該スキャン装置に適用された第４実施形態の光学系１４で第１実施形態と共通する構成要素は、第１のミラー２１〜第４のミラー２４、偏光ビームスプリッタ３１および１／４λ波長板３２である。そして、第１のミラー２１と第４のミラー２４が、この場合のＸ方向に移動する移動要素１４Ａである。第４のミラー２４の下方には、読み込み対象物Ｐが水平に配設され、この読み込み対象物Ｐは蛍光灯等の照明手段５１で照明される。そして、照明手段５１で読み込み対象物Ｐを照らした光Ｌは、第４のミラー２４、第３のミラー２３、偏光ビームスプリッタ３１を経ることによりＸ１方向に進み、１／４λ波長板３２を経て第１のミラー２１に到達する。
【００７１】
第１のミラー２１に到達した光Ｌは、第１のミラー２１により１２０°の角度で第２のミラー２２に向けて反射され、第２のミラー２２では１８０°反射されて第１のミラー２１に戻り、第１のミラー２１により再びＸ２方向に反射される。この後、光は１／４λ波長板３２、偏光ビームスプリッタ３１を透過し、対物レンズ３５に到達する。そして対物レンズ３５を透過することにより光はＣＣＤ素子を備える撮像手段５２に集光され、読み込み対象物Ｐの像が結像する。
【００７２】
このスキャン装置によると、第４のミラー２４をＸ方向に移動させることにより、読み込み対象物Ｐの像がスキャンされて撮像手段５２で撮像され、その像が撮像データとして読み込まれる。スキャン中においては、第４のミラー２４から第３のミラー２３間の光路長が変動するが、その変動量は、第１実施形態で説明したように第１のミラー２１から第２のミラー２２間で生じる上記光路長調整光路により相殺される。したがって読み込み対象物Ｐから対物レンズ３５に至る光路長は常に一定に保たれ、撮像手段５２による撮像は常にピントが一定したものとなる。
【００７３】
以上、本発明の具体的構成を第１〜第４実施形態で説明したが、本発明は、光路長調整光路に光を導くミラー（上記実施形態では２つのミラー：第１のミラーおよび第２のミラー）の構成や数、あるいは光路の構成などは上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、可動光学部品と一体的に移動するミラーにより光を光路長調整光路に導き、Ｘ・Ｙ・Ｚ方向を問わず可動光学部品の移動量に応じた光路長の調整を光路長調整光路で行って総光路長を一定長さに調整可能な構成のものであれば、それらの構成を全て含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学系が適用されたレーザ加工装置の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る光学系に設定される光路長調整光路を示す図であって、第１のミラーと第２のミラーにおけるレーザ光線を反射する反射点と第１のミラーの移動量との関係を幾何学的に示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る光学系が適用されたレーザ加工装置の模式図である。
【図４】第２実施形態に係る光学系を備えたレーザ加工装置の具体例を示す正面図である。
【図５】同レーザ加工装置の一部斜視図である。
【図６】同レーザ加工装置の一部斜視図である。
【図７】同レーザ加工装置の一部斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る光学系の模式図である。
【図９】第３実施形態に係る光学系に設定される光路長調整光路を示す図であって、第１のミラーと第２のミラーにおけるレーザ光線を反射する反射点と第１のミラーの移動量との関係を幾何学的に示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る光学系が適用されたスキャン装置の模式図である。
【図１１】従来の光学系を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…レーザヘッド（発光部、レーザ光線照射部）
２…レーザ発振器（レーザ光線発振手段）
５…チャックテーブル（保持手段）
５ａ…保持面
１１〜１４…光学系
１１Ａ〜１４Ａ…移動要素
２１…第１のミラー
２２…第２のミラー
２４…第４のミラー（可動光学部品：第４実施形態）
３３…対物レンズ（可動光学部品、集光器：第１〜第３実施形態）
５２…撮像手段（発光部）
Ｌ…レーザ光線
Ｍ１０→Ｍ２０→Ｍ１０…光路長調整光路
Ｍ１０→Ｍ１１→Ｍ２１→Ｍ１１→Ｍ１０…光路長調整光路
Ｐ…読み込み対象物（発光部）
Ｗ…ワーク（受光部）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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