(57)【要約】【課題】簡単な構成で、且つ装置内においてレーザ光学系の調整を行うことができる。【解決手段】ワークＷをアライメントするために、ワークＷを画像認識する画像認識手段と、位相格子６６を含むレーザ光学系５３を有すると共に、ワークＷに対し、位相格子６６により分光したレーザ光を照射して列状に複数のレーザ処理を行い、複数の処理結果からなるレーザ処理列を形成するレーザ処理手段と、を備えたレーザ処理装置３におけるレーザ光学系５３の調整方法において、画像認識手段により、レーザ処理列を撮像してレーザ処理列の位置ズレを画像認識する画像認識工程と、画像認識工程の認識結果に基づいて、レーザ光学系５３を調整する光学系調整工程と、を備えた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをアライメントするために、前記ワークを画像認識する画像認識手段と、
位相格子を含むレーザ光学系を有すると共に、前記ワークに対し、前記位相格子により分光したレーザ光を照射して列状に複数のレーザ処理を行い、複数の処理結果からなるレーザ処理列を形成するレーザ処理手段と、を備えたレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法において、
前記画像認識手段により、前記レーザ処理列を撮像して前記レーザ処理列の位置ズレを画像認識する画像認識工程と、
前記画像認識工程の認識結果に基づいて、前記レーザ光学系を調整する光学系調整工程と、を備えたことを特徴とするレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法。
【請求項２】
前記画像認識工程において、前記レーザ処理列の角度ズレを画像認識した場合、
前記光学系調整工程では、前記位相格子を、レーザ光の光軸を中心にして角度調整することで、前記レーザ処理列の前記角度ズレを補正することを特徴とする請求項１に記載のレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法。
【請求項３】
前記レーザ光学系は、前記位相格子に至るレーザ光路上のレーザ光を平行光に偏光するコリメータレンズを有し、
前記画像認識工程において、前記レーザ処理列における前記各処理結果の間隔誤差を画像認識した場合、
前記光学系調整工程では、前記コリメータレンズを、前記レーザ光路上で位置調整することで、前記間隔誤差を補正することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法。
【請求項４】
前記レーザ処理は、貫通孔加工処理であり、
前記画像認識手段は、前記ワークを挟むように加工方向に対向配置した撮像カメラと照明と、を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法。
【請求項５】
ワークをアライメントするために、前記ワークを画像認識する画像認識手段と、
前記ワークに対し、位相格子により分光したレーザ光を照射して列状に複数のレーザ処理を行い、複数の処理結果からなるレーザ処理列を形成するレーザ処理手段と、
前記レーザ処理手段の前記位相格子を含むレーザ光学系を調整する光学系調整手段と、
前記画像認識手段、前記レーザ処理手段および前記光学系調整手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記画像認識手段により前記レーザ処理列を撮像して前記レーザ処理列の位置ズレを画像認識させると共に、認識結果に基づいて、前記光学系調整手段を調整駆動することを特徴とするレーザ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに対し、位相格子により分光したレーザ光を照射して列状に複数のレーザ処理を行い、複数の処理結果からなるレーザ処理列を形成するレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法およびレーザ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法ではないが、レーザ処理装置として、レーザ発生装置およびレーザ光学系（回折格子（位相格子）およびレンズ）を有するレーザ処理手段と、レーザ処理手段の処理対象となるワークを載置し、ワークをＸＹ方向に移動する精密位置決めテーブルと、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。このレーザ処理装置は、精密位置決めテーブルによりワークを所定の位置に移動し、レーザ処理手段により、ワーク（ウェーハ）に列状等間隔に複数の穴（列穴）をあけるものである。
【特許文献１】特開２００５−１４４４８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１には記載されていないが、レーザ処理手段側の不良（レーザ処理手段の処理位置のズレ）に伴い、レーザ処理手段のレーザ光学系を調整する必要がある。このレーザ光学系の調整方法として、装置外の顕微鏡等により使用者が処理後のワークを視認し、それに基づいてレーザ光学系を調整する方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、このようなレーザ光学系の調整方法では、装置外にて視認を行うため、作業効率を低下させてしまうという問題があった。また、この問題を解決すべく、装置内にレーザ光学系調整用の画像認識手段を新たに設けることが考えられるが、この場合、装置構成が複雑になってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、簡単な構成で、且つ装置内においてレーザ光学系の調整を行うことができるレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法およびレーザ処理装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法は、ワークをアライメントするために、ワークを画像認識する画像認識手段と、位相格子を含むレーザ光学系を有すると共に、ワークに対し、位相格子により分光したレーザ光を照射して列状に複数のレーザ処理を行い、複数の処理結果からなるレーザ処理列を形成するレーザ処理手段と、を備えたレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法において、画像認識手段により、レーザ処理列を撮像してレーザ処理列の位置ズレを画像認識する画像認識工程と、画像認識工程の認識結果に基づいて、レーザ光学系を調整する光学系調整工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明のレーザ処理装置は、ワークをアライメントするために、ワークを画像認識する画像認識手段と、ワークに対し、位相格子により分光したレーザ光を照射して列状に複数のレーザ処理を行い、複数の処理結果からなるレーザ処理列を形成するレーザ処理手段と、レーザ処理手段の位相格子を含むレーザ光学系を調整する光学系調整手段と、画像認識手段、レーザ処理手段および光学系調整手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、画像認識手段によりレーザ処理列を撮像してレーザ処理列の位置ズレを画像認識させると共に、認識結果に基づいて、光学系調整手段を調整駆動することを特徴とする。
【０００８】
これらの構成によれば、アライメントするための画像認識手段を使用して、レーザ処理列における位置ズレを画像認識し、その認識結果に基づいて、レーザ処理装置のレーザ光学系を調整することにより、レーザ処理列の位置ズレを補正する。すなわち、アライメントするための画像認識手段を利用してレーザ光学系を調整することができる。そのため、装置内の機構で（オンマシンで）レーザ光学系の調整を行うことができると共に、装置を簡単な構成にすることができる。
【０００９】
上記のレーザ処理装置におけるレーザ光学系の調整方法において、画像認識工程にて、レーザ処理列の角度ズレを画像認識した場合、光学系調整工程では、位相格子を、レーザ光の光軸を中心にして角度調整することで、レーザ処理列の角度ズレを補正することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、レーザ処理列の角度ズレを画像認識した場合、位相格子を角度調整することで、位相格子により分光したレーザ光の列方向を調整する。これにより、レーザ処理装置におけるレーザ処理列の角度調整を行うことができ、レーザ処理列の角度ズレを容易に補正することができる。
【００１１】
この場合、レーザ光学系は、位相格子に至るレーザ光路上のレーザ光を平行光に偏光するコリメータレンズを有し、画像認識工程において、レーザ処理列における各処理結果の間隔誤差を画像認識した場合、光学系調整工程では、コリメータレンズを、レーザ光路上で位置調整することで、間隔誤差を補正することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、コリメータレンズをレーザ光路上で位置調整することにより、位相格子に至るレーザ光の幅を調整することができる。これにより、位相格子により分光したレーザ光の照射範囲を変えることができ、レーザ処理列における各処理結果の間隔を調整することができる。このように、レーザ処理手段における各処理結果の間隔誤差を容易に補正することができる。
【００１３】
この場合、レーザ処理は、貫通孔加工処理であり、画像認識手段は、ワークを挟むように加工方向に対向配置した撮像カメラと照明と、を有していることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、貫通孔が形成された場合には、照明から照射された光が貫通孔を通り、撮像カメラに撮像される。これにより、レーザ処理により形成された貫通孔の有無および位置を正確に認識（検出）することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明のレーザ処理装置を適用したレーザ処理ブースについて説明する。このレーザ処理装置は、例えば、半導体技術を応用してインクジェットヘッドの個別流路を形成するものであり、半導体ウェーハであるワークの所望の位置に、列状に複数の貫通孔（個別流路）を形成するものである。また、レーザ処理装置は、レーザ処理を行うレーザ処理機構（レーザ光学系）を調整可能に構成されている。
【００１６】
図１に示すように、レーザ処理ブース１は、内部雰囲気の温度および湿度を管理するクリーンブース２と、クリーンブース２に収容したレーザ処理装置３と、レーザ処理装置３を制御する制御装置４と、を備えている。ここで、レーザ処理ブース１の詳細について説明する前に、処理対象となるワークＷについて説明する。
【００１７】
ワークＷは、シリコンウェーハであり、周縁部の一端には、外周円から欠けたオリフラ（Orientation Flat）部Ｗａが形成されており、ワークＷのセットに際し、周方向で位置決め可能に構成されている。また、図示省略するが、ワークＷの表面には、ワークＷを仮位置合せするための仮アライメントマークと、ワークＷを本位置合せするための本アライメントマークが形成されている。
【００１８】
レーザ処理装置３は、処理前のワークＷを収容する給材カセット１５ａおよび処理後のワークＷを収容する除材カセット１５ｂを導入するためのカセットテーブル１１と、ワークＷの搬送を行うロボット１２と、ロボット１２に把持されたワークＷの把持位置を調整する把持アライメントユニット１３と、把持位置が調整されたワークＷを受け取り、ワークＷにレーザ処理（貫通孔処理）を行うレーザ処理ユニット１４と、を備えている。
【００１９】
給材カセット１５ａは、複数枚の処理前ワークＷを棚板状に水平に収容可能に構成されており、一番下のワークＷから１枚ずつロボット１２により取り出される。同様に除材カセット１５ｂは、複数枚の処理後ワークＷを棚板状に水平に収容可能に構成されており、ロボット１２により、処理後ワークＷを一番上から１枚ずつ収納可能に構成されている。給材カセット１５ａおよび除材カセット１５ｂは、数枚（数十枚）単位でワークＷをレーザ処理装置３内に供給し、いわゆるバッチ処理でレーザ処理を行う。
【００２０】
ロボット１２は、ワークＷを把持して搬送するものであり、給材カセット１５ａからワークＷを取り出し、把持アライメントユニット１３を経由して、レーザ処理ユニット１４にワークＷを給材する。また、レーザ処理ユニット１４から、レーザ処理後のワークＷを除材し、除材カセット１５ｂに収納する。
【００２１】
把持アライメントユニット１３は、ＬＥＤアライナー２２と、オリフラアライナー２１と、を備えている。ＬＥＤアライナー２２は、光学センサ２３によりワークＷの外形を検出し、ロボット１２の動作によりＸ方向の位置補正を行う。一方、オリフラアライナー２１は、ＸＹθ方向で移動自在に構成されると共にワークＷを載置するテーブル２４と、載置したワークＷの外形を全周にわたって検出する検出センサ２５と、を有し、ワークＷを一旦載置してロボット１２の把持を解除し、位置補正した後、ロボット１２による把持をし直すことにより、ロボット１２によるワークＷの把持位置を調整する（ＸＹθ調整）。これらにより、ロボット１２によるワークＷのＸ方向、Ｙ方向およびθ方向の把持位置が調整される。
【００２２】
図２に示すように、レーザ処理ユニット１４は、ワークＷを載置し、ワークＷをＸＹθ方向で移動させる精密移動テーブル３１と、ロボット１２により精密移動テーブル３１に給材されたワークＷを仮位置合せするためにワークＷの仮アライメントマークを撮像する仮アライメントカメラ３２と、仮位置合せされたワークＷを本位置合せした後に、ワークＷをレーザ処理するレーザ処理機構３３と、を備えている。なお、詳細は後述するが、レーザ処理機構３３には、本位置合せを行うための本アライメントカメラ５２が内蔵されている。
【００２３】
精密移動テーブル３１は、ワークＷを載置（セット）するセットテーブル４１と、セットテーブル４１をθ回転自在に支持すると共に、セットテーブル４１を介してワークＷをθ回転するθテーブル４２と、θテーブル４２をＹ軸方向に移動自在に支持すると共に、θテーブル４２およびセットテーブル４１を介してワークＷをＹ軸方向に移動するＹ軸テーブル４３と、Ｙ軸テーブル４３をＸ軸方向で移動自在に支持すると共に、Ｙ軸テーブル４３、θテーブル４２およびセットテーブル４１を介して、ワークＷをＸ軸方向に移動するＸ軸テーブル４４と、を備えている。精密移動テーブル３１は、ロボット１２が臨む給材エリア７１、除材エリア７２およびレーザ処理機構３３の処理エリア７３との間で、ワークＷを移動させると共に、レーザ処理におけるワークＷの位置合せ（仮位置合せおよび本位置合せ）を行う。
【００２４】
また、セットテーブル４１表面には、セットされたワークＷ上のレーザ処理部分を包含するように方形の窪入部４５が形成されている。窪入部４５には、上方に照明光を照射する照明４６が形成されており、セットされたワークＷに貫通孔が形成されると、対向する本アライメントカメラ５２により。照明光が撮像される。
【００２５】
仮アライメントカメラ３２は、ロボット１２からの給材エリア７１に上方から臨むように、且つ給材されたワークＷの仮アライメントマークが撮像可能な位置に配設されている。仮アライメントカメラ３２により撮像された仮アライメントマークの位置に基づいて、精密移動テーブル３１を駆動し、ワークＷを処理エリア７３に移動しつつ、ワークＷの仮位置合せを行う。すなわち、仮位置合せは、仮アライメントカメラ３２および精密移動テーブル３１により行われる。
【００２６】
図３に示すように、レーザ処理機構３３は、レーザ光を発振するレーザ発振装置５１と、ワークＷを撮像する本アライメントカメラ（撮像カメラ）５２と、レーザ発振装置５１および本アライメントカメラ５２とワークＷとの間に配設されたレーザ光学系５３と、レーザ光学系５３の調整を行う光学系調整機構（光学系調整手段）５４を備えている。なお、請求項にいうレーザ処理手段は、レーザ発振装置５１およびレーザ光学系５３により構成されている。
【００２７】
レーザ光学系５３は、レーザ発振装置５１の下流側に位置し、レーザ光を直角に折曲させる第１全反射ミラー６１と、第１全反射ミラー６１の下流側に位置し、第１全反射ミラー６１からのレーザ光をさらに直角に折曲させる第２全反射ミラー６２と、第２全反射ミラー６２の下流側に位置し、第２全反射ミラー６２からのレーザ光を平行光に偏光するコリメータレンズ６３を有するコリメータ６４と、コリメータ６４の下流側に位置し、コリメータレンズ６３からのレーザ光を直角に折曲させると共に、後述する位相格子６６からの光を本アライメントカメラ５２に透過するハーフミラー６５と、ハーフミラー６５の下流側に位置し、ハーフミラー６５からのレーザ光を分光する位相格子６６と、位相格子６６から分光したレーザ光を、ワークＷの加工位置を焦点として集光する集光レンズ６７と、を備えている。
【００２８】
すなわち、レーザ発振装置５１から発振されたレーザ光は、第１全反射ミラー６１、第２全反射ミラー６２、コリメータ６４およびハーフミラー６５を介し、位相格子６６に到達する。位相格子６６に到達したレーザ光は、位相格子６６により分光された後、集光レンズ６７により分光したレーザ光をワークＷの表面に加工光として集光する。その結果、列状の複数のレーザ処理（貫通孔処理）をワークＷに行い、ワークＷに列状の複数の貫通孔（以後、貫通孔列と表記）を形成する。一方、本アライメントカメラ５２は、集光レンズ６７、位相格子６６、ハーフミラー６５を介して、ワークＷを撮像する。
【００２９】
光学系調整機構５４は、コリメータ６４を、レーザ光路上で位置調整するコリメータ調整機構７５と、位相格子６６を、レーザ光の光軸を中心として角度調整する位相格子調整機構７６と、を備えている。詳細は後述するが、コリメータ調整機構７５により、レーザ処理により形成される貫通孔の間隔が調整され、位相格子調整機構７６により、レーザ処理により形成される貫通孔列の角度が調整される。
【００３０】
本アライメントカメラ５２は、本位置合せのために、ワークＷの本アライメントマークを撮像するものであると共に、レーザ処理機構３３（レーザ光学系５３）の調整を行うために、レーザ処理の処理結果（貫通孔）を撮像するものである。厳密には、セットテーブル４１に内蔵された照明４６からの照明光が、貫通孔を介して本アライメントカメラ５２に撮像されることにより、貫通孔の有無および位置を認識（検出）される。このように、本アライメントカメラ５２と照明４６とにより、請求項にいう画像認識手段が構成されている。また、画像認識手段を、レーザ加工処理により形成する貫通孔の貫通方向一方に配設した本アライメントカメラ５２と、貫通孔の貫通方向他方に、ワークＷを挟み込むよう本アライメントカメラ５２に対向した位置に配設した照明４６と、で構成することにより、貫通孔が形成された場合には、照明４６から照射された光が貫通孔を通り、本アライメントカメラ５２に撮像されるため、レーザ処理により形成された貫通孔の有無および位置を正確に認識（検出）することができる。
【００３１】
ここで図４を参照して、レーザ処理ユニット１４におけるワークＷのレーザ処理動作について説明する。給材エリア７１に移動したセットテーブル４１に、ロボット１２からワークＷが給材されると（Ｓ１）、仮アライメントカメラ３２によりワークＷ上の仮アライメントマークが撮像される（Ｓ２）。仮アライメントマークが撮像されたら、その撮像結果に基づいて、精密移動テーブル３１により、レーザ処理機構３３の処理エリア７３にワークＷを移動させると共に、仮位置合せを行う（Ｓ３）。これにより、ワークＷは、レーザ処理機構３３の本アライメントカメラ５２により、ワークＷの本アライメントマークが撮像可能な位置（視野に捉えられる位置）に、仮位置合せされる。
【００３２】
仮位置合せが終了すると、今度はワークＷの本位置合せを行う。レーザ処理機構３３の本アライメントカメラ５２により、ワークＷの本アライメントマークを撮像し（Ｓ４）、これに基づいて、精密移動テーブル３１を移動して本位置合せが行われる（Ｓ５）。本位置合せの後、レーザ処理機構３３のレーザ発振装置５１を駆動してワークＷに対しレーザ処理を行う（Ｓ６）。これにより、ワークＷ上に貫通孔列が形成される。その後、ワークＷを移動しつつ、レーザ処理を繰り返すことにより、貫通孔列を複数組形成して、所望のレーザ処理を行う。
【００３３】
レーザ処理が終了したら、レーザ処理機構３３（レーザ光学系５３）の調整を行う。まず、セットテーブル４１に内蔵した照明４６を駆動すると共に、精密移動テーブル３１によりワークＷを移動しつつ、本アライメントカメラ５２を駆動して、処理結果（貫通孔）の撮像を行う（Ｓ７）。なお、処理結果の撮像は、単一の貫通孔列の貫通孔のうち、２以上の貫通孔を撮像し、画像認識する。
【００３４】
次に、処理結果の撮像結果に基づいて、レーザ光学系５３により形成される貫通孔列の角度の調整を行う（Ｓ８）。２以上の貫通孔の撮像結果により貫通孔列の角度を算出することができるため、目標となる貫通孔列の角度と、撮像した貫通孔列との角度のズレを算出する。角度ズレを検出した場合（角度のズレが許容範囲を超えていた場合（図５（ａ）参照））には、算出した角度のズレ量に基づいて、位相格子調整機構７６により位相格子６６を角度調整する。位相格子６６を角度調整することで、位相格子６６により分光したレーザ光の列方向を調整し、これにより、レーザ処理機構３３におけるレーザ処理列（貫通孔列）の角度調整を行うことができる（図５（ｂ）参照）。このように、位相格子６６を角度調整することで、レーザ処理列（貫通孔列）の角度ズレを容易に補正することができる。
【００３５】
その後、今度は、処理結果の撮像結果に基づいて、レーザ光学系５３におけるレーザ処理位置の間隔（すなわち、形成される貫通孔の間隔）の調整を行う（Ｓ９）。２以上の貫通孔の撮像結果から貫通孔列の間隔を算出することができるため、目標となる貫通孔列の間隔と、撮像した貫通孔列の間隔との誤差を算出する。間隔誤差を検出した場合（間隔の誤差が許容範囲を超えていた場合（図６（ａ）参照））には、算出した間隔の誤差に基づいて、コリメータ調整機構７５によりレーザ光のレーザ光軸上でコリメータ６４（コリメータレンズ６３）を位置調整する。コリメータ６４（コリメータレンズ６３）を位置調整することで、位相格子６６に至るレーザ光の幅を調整することができるため、位相格子６６により分光したレーザ光の照射範囲を変えることができる。これにより、レーザ処理列における各処理結果の間隔を調整することができる（図６（ｂ）参照）。このように、コリメータ６４（コリメータレンズ６３）を位置調整することにより、レーザ処理装置３における各処理結果（各貫通孔）の間隔誤差を容易に補正することができる。
【００３６】
このように、本アライメントカメラ５２を使用して、レーザ処理列（貫通孔列）おける位置ズレの画像認識し、その認識結果に基づいて、レーザ処理装置３のレーザ光学系５３を調整することにより、レーザ処理列（貫通孔列）の位置ズレを補正する。すなわち、本アライメントカメラ５２を利用してレーザ光学系５３を調整することができる。そのため、装置内の機構でレーザ光学系５３の調整を行うことができると共に、装置を簡単な構成にすることができる。
【００３７】
レーザ処理機構３３の調整が終了すると、精密移動テーブル３１によりワークＷを除材エリア７２に移動し、ロボット１２により除材される（Ｓ１０）。なお、上記動作では、レーザ処理機構３３の調整を行っているが、レーザ処理機構３３の調整は、レーザ処理動作の都度行うものでも良いし、複数枚単位ごとに行っても良い。また、位相格子６６およびコリメータ６４の調整は、オペレータが手動により行うものでも良いし、また、制御装置４により自動にて行うものでも良い。
【００３８】
以上のような構成によれば、本アライメントカメラ５２を使用して、レーザ処理列（貫通孔列）おける位置ズレの画像認識し、その認識結果に基づいて、レーザ処理機構３３のレーザ光学系５３を調整することにより、レーザ処理列（貫通孔列）の位置ズレを補正する。すなわち、本アライメントカメラ５２を利用してレーザ光学系５３を調整することができる。そのため、装置内の機構でレーザ光学系５３の調整を行うことができると共に、装置を簡単な構成にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係るレーザ処理ブースを示した平面図である。
【図２】レーザ処理ブースのレーザ処理ユニットを示した模式図である。
【図３】レーザ処理ユニットのレーザ処理機構を示した模式図である。
【図４】レーザ処理ユニットのレーザ処理動作について示したフローチャートである。
【図５】レーザ光学系により形成される貫通孔列の角度調整について示した図である。
【図６】レーザ光学系におけるレーザ処理位置の間隔調整について示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
３：レーザ処理装置、  ４：制御装置、  ４６：照明、  ５１：レーザ発振装置、  ５２：本アライメントカメラ、  ５３：レーザ光学系、  ５４：光学系調整機構、  ６３：コリメータレンズ、  ６６：位相格子、  Ｗ：ワーク
【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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