(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024119655
(43)【公開日】2024-09-03
(54)【発明の名称】レーザー加工装置およびレーザー加工方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/066 20140101AFI20240827BHJP
B23K 26/16 20060101ALI20240827BHJP
B23K 26/382 20140101ALI20240827BHJP
B23K 26/53 20140101ALN20240827BHJP
【ＦＩ】
B23K26/066
B23K26/16
B23K26/382
B23K26/53
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023026710
(22)【出願日】2023-02-22
(71)【出願人】
【識別番号】000134051
【氏名又は名称】株式会社ディスコ
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】土屋 利夫
(72)【発明者】
【氏名】大町 修
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168AD12
4E168CB07
4E168DA23
4E168EA19
4E168FC01
4E168HA01
4E168JA02
4E168JA03
4E168JA04
4E168JA12
4E168JA13
(57)【要約】
【課題】レーザー加工装置においてスペイシャルフィルタのピンホールを製造する際に発生する加工屑が周辺の光学素子へ付着することを抑制すること。
【解決手段】レーザー加工装置は、レーザー発振器２２と、集光器２３と、これらの間に配設されたレンズ３１と、レンズ３１の集光点位置２６に配設されたフィルタ材料３３と、光路外の非作用位置と光路内でフィルタ材料３３を覆う作用位置４２との間で進退可能であって、作用位置４２においてレーザービーム２１を透過させるウインドウを有する箱状部材４０と、を備え、箱状部材４０を作用位置４２に位置付けて内部を吸引した状態で、レーザービーム２１をフィルタ材料３３に照射させてピンホールを形成することでレンズ３１とフィルタ材料３３とを含むスペイシャルフィルタ３０を製造させ、箱状部材４０を非作用位置に位置付けた状態で、レーザービーム２１を被加工物１００に照射させて加工を施させる。
【選択図】図３
【解決手段】レーザー加工装置は、レーザー発振器２２と、集光器２３と、これらの間に配設されたレンズ３１と、レンズ３１の集光点位置２６に配設されたフィルタ材料３３と、光路外の非作用位置と光路内でフィルタ材料３３を覆う作用位置４２との間で進退可能であって、作用位置４２においてレーザービーム２１を透過させるウインドウを有する箱状部材４０と、を備え、箱状部材４０を作用位置４２に位置付けて内部を吸引した状態で、レーザービーム２１をフィルタ材料３３に照射させてピンホールを形成することでレンズ３１とフィルタ材料３３とを含むスペイシャルフィルタ３０を製造させ、箱状部材４０を非作用位置に位置付けた状態で、レーザービーム２１を被加工物１００に照射させて加工を施させる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物にレーザービームを照射することで加工を施すレーザー加工装置であって、
被加工物を保持する保持テーブルと、
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、
該レーザービームの集光点と該保持テーブルに保持された被加工物とを相対的に移動させる移動ユニットと、
各構成要素を制御する制御ユニットと、
を備え、
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出射されたレーザービームを集光して被加工物に照射する集光器と、
該レーザー発振器と該集光器との間に配設されたレンズと、
該レンズの集光点位置に配設されたフィルタ材料と、
吸引源に連通する吸引口を有する箱状部材と、
を有し、
該箱状部材は、
該レーザービームの光路外の位置である非作用位置と、該レーザービームの光路内で該フィルタ材料を覆う位置である作用位置と、の間で進退可能であって、該作用位置において該レーザービームを透過させるウインドウを更に有し、
該制御ユニットは、
該箱状部材を該作用位置に位置付けるとともに該箱状部材の内部を吸引した状態で、該ウインドウを介して該レーザービームを該フィルタ材料に照射させて該フィルタ材料にピンホールを形成することで該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造させ、
該箱状部材を該非作用位置に位置付けた状態で、該レーザービームを該保持テーブルに保持された被加工物に照射させて該被加工物に加工を施させる
ことを特徴とするレーザー加工装置。
被加工物を保持する保持テーブルと、
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、
該レーザービームの集光点と該保持テーブルに保持された被加工物とを相対的に移動させる移動ユニットと、
各構成要素を制御する制御ユニットと、
を備え、
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出射されたレーザービームを集光して被加工物に照射する集光器と、
該レーザー発振器と該集光器との間に配設されたレンズと、
該レンズの集光点位置に配設されたフィルタ材料と、
吸引源に連通する吸引口を有する箱状部材と、
を有し、
該箱状部材は、
該レーザービームの光路外の位置である非作用位置と、該レーザービームの光路内で該フィルタ材料を覆う位置である作用位置と、の間で進退可能であって、該作用位置において該レーザービームを透過させるウインドウを更に有し、
該制御ユニットは、
該箱状部材を該作用位置に位置付けるとともに該箱状部材の内部を吸引した状態で、該ウインドウを介して該レーザービームを該フィルタ材料に照射させて該フィルタ材料にピンホールを形成することで該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造させ、
該箱状部材を該非作用位置に位置付けた状態で、該レーザービームを該保持テーブルに保持された被加工物に照射させて該被加工物に加工を施させる
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項2】
被加工物にレーザービームを照射することで加工を施すレーザー加工装置であって、
被加工物を保持する保持テーブルと、
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、
該レーザービームの集光点と該保持テーブルに保持された被加工物とを相対的に移動させる移動ユニットと、
各構成要素を制御する制御ユニットと、
を備え、
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出射されたレーザービームを集光して被加工物に照射する集光器と、
該レーザー発振器と該集光器との間に配設されたレンズと、
該レンズの集光点位置に配設されたフィルタ材料と、
吸引源に連通する吸引口を有し、該レーザービームの光路内で該フィルタ材料を覆う位置に配設される箱状部材と、
を有し、
該箱状部材は、
該レーザービームを通過させる開口と、
該開口を開放する位置である非作用位置と、該開口を閉塞する位置である作用位置と、の間で進退可能であって、該作用位置において該レーザービームを透過させるウインドウと、
を更に有し、
該制御ユニットは、
該ウインドウを該作用位置に位置付けるとともに該箱状部材の内部を吸引した状態で、該ウインドウを介して該レーザービームを該フィルタ材料に照射させて該フィルタ材料にピンホールを形成することで該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造させ、
該ウインドウを該非作用位置に位置付けた状態で、該レーザービームを該保持テーブルに保持された被加工物に照射させて該被加工物に加工を施させる
ことを特徴とするレーザー加工装置。
被加工物を保持する保持テーブルと、
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、
該レーザービームの集光点と該保持テーブルに保持された被加工物とを相対的に移動させる移動ユニットと、
各構成要素を制御する制御ユニットと、
を備え、
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出射されたレーザービームを集光して被加工物に照射する集光器と、
該レーザー発振器と該集光器との間に配設されたレンズと、
該レンズの集光点位置に配設されたフィルタ材料と、
吸引源に連通する吸引口を有し、該レーザービームの光路内で該フィルタ材料を覆う位置に配設される箱状部材と、
を有し、
該箱状部材は、
該レーザービームを通過させる開口と、
該開口を開放する位置である非作用位置と、該開口を閉塞する位置である作用位置と、の間で進退可能であって、該作用位置において該レーザービームを透過させるウインドウと、
を更に有し、
該制御ユニットは、
該ウインドウを該作用位置に位置付けるとともに該箱状部材の内部を吸引した状態で、該ウインドウを介して該レーザービームを該フィルタ材料に照射させて該フィルタ材料にピンホールを形成することで該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造させ、
該ウインドウを該非作用位置に位置付けた状態で、該レーザービームを該保持テーブルに保持された被加工物に照射させて該被加工物に加工を施させる
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項3】
該フィルタ材料は、該レーザービームの光軸方向と直交する方向に移動可能である
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
ことを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
【請求項4】
レーザー発振器から出射したレーザービームを集光器により集光して被加工物に照射することで加工を施すレーザー加工方法であって、
該レーザー発振器と該集光器との間にレンズを配設し、該レンズの集光点位置にフィルタ材料を配設した状態で、該レーザー発振器からレーザービームを出射して該フィルタ材料にピンホールを形成することにより、該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造するスペイシャルフィルタ製造ステップと、
該レーザービームを該スペイシャルフィルタの該ピンホールを介して被加工物に照射することで該被加工物に加工を施すレーザー加工ステップと、
を備え、
該スペイシャルフィルタ製造ステップでは、
該レーザービームを透過するウインドウが形成された箱状部材を、該フィルタ材料を覆う位置に配設し、該箱状部材の内部を吸引しつつ該フィルタ材料に該ウインドウを介してレーザービームを照射する
ことを特徴とする、レーザー加工方法。
該レーザー発振器と該集光器との間にレンズを配設し、該レンズの集光点位置にフィルタ材料を配設した状態で、該レーザー発振器からレーザービームを出射して該フィルタ材料にピンホールを形成することにより、該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造するスペイシャルフィルタ製造ステップと、
該レーザービームを該スペイシャルフィルタの該ピンホールを介して被加工物に照射することで該被加工物に加工を施すレーザー加工ステップと、
を備え、
該スペイシャルフィルタ製造ステップでは、
該レーザービームを透過するウインドウが形成された箱状部材を、該フィルタ材料を覆う位置に配設し、該箱状部材の内部を吸引しつつ該フィルタ材料に該ウインドウを介してレーザービームを照射する
ことを特徴とする、レーザー加工方法。
【請求項5】
該スペイシャルフィルタ製造ステップでは、
該フィルタ材料を該レーザービームの光軸方向と直交する方向に移動させることで、該フィルタ材料に複数のピンホールを形成する
ことを特徴とする、請求項４に記載のレーザー加工方法。
該フィルタ材料を該レーザービームの光軸方向と直交する方向に移動させることで、該フィルタ材料に複数のピンホールを形成する
ことを特徴とする、請求項４に記載のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザー加工装置およびレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割して個片化するために、被加工物に設定された分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して加工を施すレーザー加工装置が知られている。レーザー加工装置では、レーザー発振器から出射されたレーザービームが、光軸上に配置された複数の光学素子によって加工点まで導かれる。
【0003】
高品質なレーザービームで加工を施すためのレーザー加工装置では、レーザー発振器と集光器との間の光軸上に、レーザービームに含まれる光学的ノイズを除去するスペイシャルフィルタ（空間フィルタ）が配置される。スペイシャルフィルタは、レンズとレンズの集光点位置に配置されるピンホールとで構成され、パーティクルの付着やレンズの傷等によって発生する干渉縞を取り除き、ノイズのない高品質なレーザービームを成形する。
【0004】
ところで、スペイシャルフィルタは、ピンホールをレンズの集光点位置へ正確に位置決めするのが難しく、調整に時間がかかるという問題がある。これに対し、例えば、特許文献１には、同じレーザー加工装置を用いてピンホールの加工と被加工物の加工とを行う方法が開示されている。この方法によれば、スペイシャルフィルタの製作とレンズの集光点位置へのピンホールの位置決めとを高精度に行うことができるので、位置決め調整が非常に容易となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平１１－０７７３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１の発明では、ピンホールの加工を行う際に発生した加工屑がレンズ等の周辺の光学素子に付着してしまい、結果的に加工品質を低下させてしまう可能性があった。
【0007】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スペイシャルフィルタのピンホールを製造する際に発生する加工屑が周辺の光学素子へ付着することを抑制することができるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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、被加工物にレーザービームを照射することで加工を施すレーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持テーブルと、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、該レーザービームの集光点と該保持テーブルに保持された被加工物とを相対的に移動させる移動ユニットと、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備え、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出射されたレーザービームを集光して被加工物に照射する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間に配設されたレンズと、該レンズの集光点位置に配設されたフィルタ材料と、吸引源に連通する吸引口を有する箱状部材と、を有し、該箱状部材は、該レーザービームの光路外の位置である非作用位置と、該レーザービームの光路内で該フィルタ材料を覆う位置である作用位置と、の間で進退可能であって、該作用位置において該レーザービームを透過させるウインドウを更に有し、該制御ユニットは、該箱状部材を該作用位置に位置付けるとともに該箱状部材の内部を吸引した状態で、該ウインドウを介して該レーザービームを該フィルタ材料に照射させて該フィルタ材料にピンホールを形成することで該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造させ、該箱状部材を該非作用位置に位置付けた状態で、該レーザービームを該保持テーブルに保持された被加工物に照射させて該被加工物に加工を施させることを特徴とする。
【0009】
また、本発明のレーザー加工装置は、被加工物にレーザービームを照射することで加工を施すレーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持テーブルと、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、該レーザービームの集光点と該保持テーブルに保持された被加工物とを相対的に移動させる移動ユニットと、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備え、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出射されたレーザービームを集光して被加工物に照射する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間に配設されたレンズと、該レンズの集光点位置に配設されたフィルタ材料と、吸引源に連通する吸引口を有し、該レーザービームの光路内で該フィルタ材料を覆う位置に配設される箱状部材と、を有し、該箱状部材は、該レーザービームを通過させる開口と、該開口を開放する位置である非作用位置と、該開口を閉塞する位置である作用位置と、の間で進退可能であって、該作用位置において該レーザービームを透過させるウインドウと、を更に有し、該制御ユニットは、該ウインドウを該作用位置に位置付けるとともに該箱状部材の内部を吸引した状態で、該ウインドウを介して該レーザービームを該フィルタ材料に照射させて該フィルタ材料にピンホールを形成することで該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造させ、該ウインドウを該非作用位置に位置付けた状態で、該レーザービームを該保持テーブルに保持された被加工物に照射させて該被加工物に加工を施させることを特徴とする。
【0010】
また、本発明のレーザー加工装置において、該フィルタ材料は、該レーザービームの光軸方向と直交する方向に移動可能であってもよい。
【0011】
また、本発明のレーザー加工方法は、レーザー発振器から出射したレーザービームを集光器により集光して被加工物に照射することで加工を施すレーザー加工方法であって、該レーザー発振器と該集光器との間にレンズを配設し、該レンズの集光点位置にフィルタ材料を配設した状態で、該レーザー発振器からレーザービームを出射して該フィルタ材料にピンホールを形成することにより、該レンズと該フィルタ材料とを含むスペイシャルフィルタを製造するスペイシャルフィルタ製造ステップと、該レーザービームを該スペイシャルフィルタの該ピンホールを介して被加工物に照射することで該被加工物に加工を施すレーザー加工ステップと、を備え、該スペイシャルフィルタ製造ステップでは、該レーザービームを透過するウインドウが形成された箱状部材を、該フィルタ材料を覆う位置に配設し、該箱状部材の内部を吸引しつつ該フィルタ材料に該ウインドウを介してレーザービームを照射することを特徴とする。
【0012】
また、本発明のレーザー加工方法において、該スペイシャルフィルタ製造ステップでは、該フィルタ材料を該レーザービームの光軸方向と直交する方向に移動させることで、該フィルタ材料に複数のピンホールを形成してもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、スペイシャルフィルタのピンホールを製造する際に発生する加工屑が周辺の光学素子へ付着することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
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。更に、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。
【0016】
〔実施形態〕
＜レーザー加工装置１の構成＞
まず、本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１の構成について図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザー加工装置１の構成例を示す斜視図である。図２および図３は、図１に示すレーザービーム照射ユニット２０の概略構成を示す模式図である。図４は、図２および図３におけるレンズ３１の集光点位置２６を示す拡大模式図である。
＜レーザー加工装置１の構成＞
まず、本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１の構成について図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザー加工装置１の構成例を示す斜視図である。図２および図３は、図１に示すレーザービーム照射ユニット２０の概略構成を示す模式図である。図４は、図２および図３におけるレンズ３１の集光点位置２６を示す拡大模式図である。
【0017】
レーザー加工装置１は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット６０と、撮像ユニット７０と、入力ユニット８０と、制御ユニット９０と、を備える。以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。実施形態のレーザー加工装置１は、加工送り方向がＸ軸方向であり、割り出し送り方向がＹ軸方向であり、集光点位置調整方向がＺ軸方向である。
【0018】
実施形態に係るレーザー加工装置１は、加工対象である被加工物１００に対して、レーザービーム２１を照射することにより、被加工物１００を加工する装置である。レーザー加工装置１による被加工物１００の加工は、例えば、ステルスダイシングによって被加工物１００の内部に改質層を形成する改質層形成加工、被加工物１００の表面１０２に溝を形成する溝加工、または分割予定ライン１０３に沿って被加工物１００を切断する切断加工等である。
【0019】
被加工物１００は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、またはリチウムタンタレート（ＬｉＴａ３）等を基板１０１とする円板状の半導体デバイスウエーハ、光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物１００は、基板１０１の表面１０２に格子状に設定された分割予定ライン１０３と、分割予定ライン１０３によって区画された領域に形成されたデバイス１０４と、を有している。デバイス１０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、またはＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。
【0020】
被加工物１００は、例えば、環状のフレーム１１０が貼着されかつ被加工物１００の外径よりも大径なテープ１１１が被加工物１００の裏面１０５に貼着されて、フレーム１１０の開口内に支持された状態で搬送および加工される。被加工物１００は、分割予定ライン１０３に沿って個々のデバイス１０４に分割されて、チップに個片化される。なお、被加工物１００は、実施形態では円板状であるが、本発明では円板状でなくともよい。また、チップは、実施形態では正方形状であるが、本発明では長方形状であってもよい。
【0021】
保持テーブル１０は、被加工物１００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板形状である。保持面１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。保持テーブル１０の周囲には、被加工物１００を支持する環状のフレーム１１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。
【0022】
保持テーブル１０は、回転ユニット１３によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。回転ユニット１３は、Ｘ軸方向移動プレート１４に支持される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４を介して、後述の加工送りユニット６１によりＸ軸方向に移動される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４、加工送りユニット６１およびＹ軸方向移動プレート１５を介して、後述の割り出し送りユニット６２によりＹ軸方向に移動される。
【0023】
レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に対してレーザービーム２１を照射するユニットである。レーザービーム照射ユニット２０のうち、少なくとも集光器２３（図２および図３参照）は、レーザー加工装置１の装置本体２から立設した柱３に設置される後述の集光点位置調整ユニット６３に支持される。図２および図３に示すように、レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２２と、集光器２３と、ミラー２４と、スペイシャルフィルタ３０と、箱状部材４０と、を含む。
【0024】
レーザー発振器２２は、被加工物１００および後述のフィルタ材料３３を加工するための所定の波長を有するレーザービーム２１を出射する。レーザービーム照射ユニット２０が照射するレーザービーム２１は、被加工物１００に対して透過性または吸収性を有する波長のレーザービームであり、フィルタ材料３３に対して吸収性を有する波長のレーザービームである。レーザービーム２１は、例えば、ＣＯ２レーザーである。
【0025】
集光器２３は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に集光して、被加工物１００に照射させる集光レンズである。集光器２３は、スペイシャルフィルタ３０によって光学的ノイズを除去されたレーザービーム２１を、被加工物１００に集光する。集光器２３によって集光されたレーザービーム２１の集光点２５は、被加工物１００の所定の加工位置に位置付けられる。
【0026】
ミラー２４は、レーザービーム２１を反射して、保持テーブル１０の保持面１１に保持した被加工物１００に向けて反射する。実施形態において、ミラー２４は、スペイシャルフィルタ３０を通過したレーザービーム２１を集光器２３へ向けて反射する。なお、レーザービーム照射ユニット２０の光学系の各配置は、図２および図３に示す例に限定されず、例えば、複数のミラー２４を配置してレーザービーム２１を導いてもよい。
【0027】
スペイシャルフィルタ３０は、レーザー発振器２２と集光器２３との間に配設され、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１の光学的ノイズを除去する。スペイシャルフィルタ３０は、レンズ３１、３２と、フィルタ材料３３と、を含む。なお、実施形態では、スペイシャルフィルタ３０にレンズ３２を含めて扱っているが、一般的にスペイシャルフィルタ３０は、レンズ３１とフィルタ材料３３との組み合わせを示し、本発明では必ずしもレンズ３２を含む必要はない。フィルタ材料３３は、レーザービーム２１の光軸方向、および光軸に直交する面内方向に移動可能な支持テーブル３４に固定される。
【0028】
レーザービーム２１は、スペイシャルフィルタ３０において、レンズ３１に入射し、フィルタ材料３３を通過して、レンズ３２から出射する。レンズ３１は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を、フィルタ材料３３に向かって集束させるレンズである。レンズ３１によって集束されたレーザービーム２１は、集光点位置２６に集光し、拡散する。レンズ３２は、レンズ３１の集光点位置２６より後段に配設され、入射したレーザービーム２１を平行光で出射させるコリメータレンズである。レンズ３１およびレンズ３２は、凸レンズを組み合わせたケプラー式のビームエキスパンダーを構成する。
【0029】
フィルタ材料３３は、レンズ３１の集光点位置２６に配設される。より詳しくは、フィルタ材料３３は、後述の箱状部材４０が非作用位置４１（図２に示す位置）にある状態においてレンズ３１によって集束されたレーザービーム２１の集光点位置２６－１に配設される。フィルタ材料３３には、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のレーザー穴あけ加工可能でかつ熱により変形しにくい素材が用いられる。
【0030】
レンズ３１によって集束されたレーザービーム２１は、フィルタ材料３３の集光点位置２６－１に形成されたピンホール３５（図６参照）を通過することで、光学的ノイズが除去される。ピンホール３５は、レーザービーム２１の光軸方向に貫通する貫通孔であり、後述の箱状部材４０が作用位置４２（図３に示す位置）にある状態において、後述のスペイシャルフィルタ製造ステップ２０１（図５参照）で形成される。
【0031】
支持テーブル３４は、フィルタ材料３３を支持する。支持テーブル３４は、図２および図３に示す例において、上面でフィルタ材料３３の下縁部を支持する。支持テーブル３４は、例えば、不図示の移動機構を備え、フィルタ材料３３をレーザービーム２１の光軸方向に直交する方向に移動可能に支持する。これにより、フィルタ材料３３は、レーザービーム２１の光軸方向に直交する方向に移動可能である。
【0032】
箱状部材４０は、レーザービーム２１の光路外の位置である非作用位置４１（図２に示す位置）と、レーザービーム２１の光路内でフィルタ材料３３を覆う位置である作用位置４２（図３に示す位置）と、の間で進退可能である。箱状部材４０は、不図示の移動機構によって、非作用位置４１と作用位置４２との間で移動する。箱状部材４０は、開口４３と、ウインドウ４４、４５と、吸引口４６と、を有する。
【0033】
開口４３は、箱状部材４０の一側面（図２および図３に示す例では、下面）に形成され、フィルタ材料３３を内部に収容する際に、フィルタ材料３３が通る穴である。箱状部材４０は、例えば、レーザービーム２１の光軸方向に垂直な面方向に移動することで、フィルタ材料３３を内部に収容する。箱状部材４０が作用位置４２（図３に示す位置）にあってフィルタ材料３３を内部に収容している状態において、開口４３は、フィルタ材料３３を支持する支持テーブル３４によって閉塞される。
【0034】
ウインドウ４４、４５は、箱状部材４０が作用位置４２（図３に示す位置）にあってフィルタ材料３３を内部に収容している状態において、レーザービーム２１の光路上に形成され、レーザービーム２１を透過させる。ウインドウ４４、４５は、例えば、ＢＫ７（ホウケイ酸塩クラウンガラス）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、ＳｉＯ２（合成石英ガラス）によって構成される。ウインドウ４４、４５の屈折率は、材質によって異なる。したがって、ウインドウ４４、４５は、レーザービーム２１の集光点位置２６が所定距離ずれるように厚みが選定されることが好ましい。例えば、ウインドウ４４が厚み１ｍｍの合成石英ガラスであり、レンズ３１の焦点距離がｆ＝５０であり、レーザービーム２１の波長が５３２ｎｍである場合、集光点位置２６は、約０．３ｍｍ程度ずれる。
【0035】
図４に示すように、レンズ３１によって集束されウインドウ４４に入射したレーザービーム２１－２は、ウインドウ４４における入射時および出射時に屈折することにより、集光点位置２６が変化する。すなわち、ウインドウ４４を透過したレーザービーム２１－２の集光点位置２６－２は、ウインドウ４４に干渉されないレーザービーム２１－１の集光点位置２６－１より、後方（レンズ３１から離隔した位置）に変化する。したがって、フィルタ材料３３は、箱状部材４０が作用位置４２（図３に示す位置）にあって箱状部材４０によって覆われている状態において、レーザービーム２１がデフォーカスされた状態で照射される。
【0036】
吸引口４６は、箱状部材４０の一側面（図２および図３に示す例では、上面）に形成され、吸引源４７に連通する。箱状部材４０が作用位置４２（図３に示す位置）にある状態では、開口４３がフィルタ材料３３に閉塞されることにより、箱状部材４０の内部が密閉される。この状態において、吸引源４７に負圧を作用することにより、箱状部材４０は、吸引口４６を介して内部が吸引され、レーザービーム２１がフィルタ材料３３に照射されることにより発生する加工屑が、吸引口４６から排出される。
【0037】
図１に示す移動ユニット６０は、レーザービーム２１の集光点２５（図２および図３参照）と、保持テーブル１０に保持された被加工物１００とを相対的に移動させるユニットである。移動ユニット６０は、加工送りユニット６１と、割り出し送りユニット６２と、集光点位置調整ユニット６３と、を含む。
【0038】
加工送りユニット６１は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０の集光点２５（図２および図３参照）とを加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるユニットである。加工送りユニット６１は、実施形態において、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させる。加工送りユニット６１は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。加工送りユニット６１は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。
【0039】
割り出し送りユニット６２は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０の集光点２５（図２および図３参照）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ユニットである。割り出し送りユニット６２は、実施形態において、保持テーブル１０をＹ軸方向に移動させる。割り出し送りユニット６２は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。割り出し送りユニット６２は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。
【0040】
集光点位置調整ユニット６３は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０の集光点２５（図２および図３参照）とを集光点位置調整方向であるＺ軸方向に相対的に移動させるユニットである。集光点位置調整ユニット６３は、実施形態において、レーザービーム照射ユニット２０の少なくとも集光器２３をＺ軸方向に移動させる。集光点位置調整ユニット６３は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２から立設した柱３に設置されている。集光点位置調整ユニット６３は、レーザービーム照射ユニット２０の少なくとも集光器２３をＺ軸方向に移動自在に支持する。
【0041】
加工送りユニット６１、割り出し送りユニット６２、および集光点位置調整ユニット６３はそれぞれ、実施形態において、周知のボールねじと、周知のパルスモータと、周知のガイドレールと、を含む。ボールねじは、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータは、ボールねじを軸心回りに回転させる。加工送りユニット６１のガイドレールは、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。加工送りユニット６１のガイドレールは、Ｙ軸方向移動プレート１５に固定して設けられる。割り出し送りユニット６２のガイドレールは、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。割り出し送りユニット６２のガイドレールは、装置本体２に固定して設けられる。集光点位置調整ユニット６３のガイドレールは、レーザービーム照射ユニット２０の少なくとも集光器２３をＺ軸方向に移動自在に支持する。集光点位置調整ユニット６３のガイドレールは、柱３に固定して設けられる。
【0042】
撮像ユニット７０は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００を撮像する。撮像ユニット７０は、ＣＣＤカメラまたは赤外線カメラを含む。撮像ユニット７０は、例えば、レーザービーム照射ユニット２０の集光器２３（図２および図３参照）に隣接するように固定されている。撮像ユニット７０は、被加工物１００を撮像して、被加工物１００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、得た画像を出力する。
【0043】
入力ユニット８０は、実施形態において、液晶表示装置等により構成される表示装置に含まれるタッチパネルである。入力ユニット８０は、オペレータが加工内容情報を登録する等の各種操作を受付可能である。入力ユニット８０は、キーボード等の外部入力装置であってもよい。
【0044】
制御ユニット９０は、レーザー加工装置１の上述した各構成要素をそれぞれ制御して、被加工物１００に対する加工動作等をレーザー加工装置１に実行させる。制御ユニット９０は、演算手段としての演算処理装置と、記憶手段としての記憶装置と、通信手段としての入出力インターフェース装置と、を含むコンピュータである。演算処理装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む。記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する。演算処理装置は、記憶装置に格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行う。演算処理装置は、演算結果にしたがって、入出力インターフェース装置を介して各種制御信号を上述した各構成要素に出力し、レーザー加工装置１の制御を行う。
【0045】
制御ユニット９０は、不図示の移動機構を駆動し、箱状部材４０を非作用位置４１と作用位置４２との間で移動させる。制御ユニット９０は、箱状部材４０を作用位置４２に位置付けるとともに、吸引源４７によって負圧を作用させて箱状部材４０の内部を吸引した状態で、レーザービーム２１を照射させる。レーザービーム２１は、デフォーカス状態でフィルタ材料３３に照射され、フィルタ材料３３にピンホール３５を形成する。これにより、レンズ３１（、３２）とフィルタ材料３３とを含むスペイシャルフィルタ３０が製造される。また、制御ユニット９０は、箱状部材４０を非作用位置４１に位置付けた状態で、レーザービーム２１を保持テーブル１０に保持された被加工物１００に照射させて被加工物１００に加工を施させる。
【0046】
＜レーザー加工方法＞
次に、まず、本発明の実施形態に係るレーザー加工方法の流れについて図面に基づいて説明する。図５は、実施形態に係るレーザー加工方法の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、実施形態のレーザー加工方法は、スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１と、レーザー加工ステップ２０２と、を備える。
次に、まず、本発明の実施形態に係るレーザー加工方法の流れについて図面に基づいて説明する。図５は、実施形態に係るレーザー加工方法の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、実施形態のレーザー加工方法は、スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１と、レーザー加工ステップ２０２と、を備える。
【0047】
図６は、図５に示すスペイシャルフィルタ製造ステップ２０１の一状態を示す模式図である。図７は、図６における要部を模式的に示す斜視図である。なお、図６に示す図では、支持テーブル３４と、ウインドウ４４、４５を除く箱状部材４０と、の描写を省略している。また、図７に示す図では、支持テーブル３４の描写を省略している。
【0048】
また、以降の図において、レーザービーム２１の光軸方向をｚ軸方向とし、光軸方向に直交する面の一方向をｘ軸方向とし、光軸方向に直交する面のｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とする。ｚ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向は、レーザービーム照射ユニット２０において各光学系に導かれるレーザービーム２１が、保持テーブル１０（図１参照）に保持された被加工物１００に照射される際の、レーザー加工装置１のＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に相当する。
【0049】
スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１は、フィルタ材料３３にピンホール３５を形成することにより、レンズ３１とフィルタ材料３３とを含むスペイシャルフィルタ３０を製造するステップである。スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１では、まず、図２に示すように、箱状部材４０を非作用位置４１に位置づけた状態で、レーザー発振器２２と集光器２３との間にレンズ３１を配設し、レンズ３１の集光点位置２６－１にフィルタ材料３３を配設する。
【0050】
スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１では、次に、図３に示すように、制御ユニット９０（図１参照）が、不図示の移動機構を駆動して箱状部材４０を移動させ、箱状部材４０がフィルタ材料３３を覆う作用位置４２に配設する。次に、吸引源４７により負圧を作用させて箱状部材４０の内部を吸引しつつ、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を出射する。
【0051】
レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１は、レンズ３１により集束され、ウインドウ４４を透過した後、フィルタ材料３３に照射される。ウインドウ４４を透過したレーザービーム２１（図４に示すレーザービーム２１－２）は、ウインドウ４４における入射時および出射時の屈折により集光点位置２６が変化することで、デフォーカス状態でフィルタ材料３３に照射される。
【0052】
レーザービーム２１の照射によりフィルタ材料３３の集光点位置２６－１（図２等参照）に穴あけ加工が施され、レーザービーム２１の集光径より大きな穴であるピンホール３５が形成される。これにより、レンズ３１（、３２）とピンホール３５が形成されたフィルタ材料３３とを含むスペイシャルフィルタ３０が形成される。なお、図３では、図２との比較のためにレーザービーム２１が被加工物１００に照射される状態を描写しているが、スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１を実施している間は、例えば、保持テーブル１０に隣接する位置に設けられるパワーメータでレーザービーム２１を受光させるように構成することが好ましい。
【0053】
レーザー加工ステップ２０２は、レーザービーム２１をスペイシャルフィルタ３０のピンホール３５を介して被加工物１００に照射することで被加工物１００に加工を施すステップである。スペイシャルフィルタ３０を製造し、レーザービーム２１の照射を停止させた後、レーザー加工ステップ２０２では、制御ユニット９０（図１参照）が、不図示の移動機構を駆動して箱状部材４０を、レーザービーム２１の光路外の非作用位置４１（図２に示す位置）に移動させる。これにより、レンズ３１により集束されるレーザービーム２１の集光点位置２６は、フィルタ材料３３が配設される位置に戻る、すなわち、ピンホール３５の中心である集光点位置２６－１に戻る。レーザー加工ステップ２０２は、次に、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を出射する。
【0054】
レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１は、レンズ３１により集束され、ウインドウ４４を介さず、フィルタ材料３３に形成されたピンホール３５を通過する。ピンホール３５を通過することで光学的ノイズが除去されたレーザービーム２１は、図２に示すように、レンズ３２を透過することで平行光となり、ミラー２４に反射され、集光器２３に集光されて、被加工物１００に照射される。
【0055】
ここで、前述した特許文献１では、フィルタ材料に予め複数のピンホールが形成され、１個のピンホールが劣化した場合に別のピンホールを使用することができるスペイシャルフィルタについて開示している。本実施形態においても、フィルタ材料３３に形成されたピンホール３５が劣化した場合、別のピンホール３５を形成して使用する方法について説明する。
【0056】
図８は、図５に示すレーザー加工ステップ２０２におけるフィルタ材料３３の一状態を模式的に示す斜視図である。図８では、既に複数のピンホール３５が形成され、そのうちの１つであるピンホール３５－１にレーザービーム２１が照射される状態を示している。図８に示すレーザー加工ステップ２０２において、ピンホール３５－１が劣化した場合、レーザービーム２１の照射を停止させ、再度、スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１に移行する。
【0057】
図９は、図８の後のスペイシャルフィルタ製造ステップ２０１におけるフィルタ材料３３の一状態を模式的に示す斜視図である。スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１では、箱状部材４０を、フィルタ材料３３を覆う作用位置４２に移動させる（図３参照）。次に、不図示の移動機構を駆動して、フィルタ材料３３をレーザービーム２１の光軸方向に直交する方向（図９に示す例では、ｘ軸方向の負方向）に所定距離移動させる。これにより、レーザービーム２１の集光点位置２６－２が、フィルタ材料３３の新たにピンホール３５－２を形成する位置に位置づけられる。
【0058】
スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１では、次に、吸引源４７により負圧を作用させて箱状部材４０の内部を吸引しつつ、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を出射する（図３等参照）。図９に示すように、レーザービーム２１は、デフォーカス状態でフィルタ材料３３におけるレーザービーム２１の集光点位置２６－２に照射される。これにより、集光点位置２６－２に、ピンホール３５－２（図１０参照）が形成される。
【0059】
このように、スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１では、フィルタ材料３３をレーザービーム２１の光軸方向と直交する方向に移動させることで、フィルタ材料３３に複数のピンホール３５を形成することができる。新たなピンホール３５－２を形成すると、レーザービーム２１の照射を停止させ、再度、レーザー加工ステップ２０２に移行する。
【0060】
図１０は、図９の後のレーザー加工ステップ２０２におけるフィルタ材料３３の一状態を模式的に示す斜視図である。レーザー加工ステップ２０２では、箱状部材４０を、非作用位置４１に移動させる（図２参照）。これにより、レーザービーム２１の集光点位置２６－１が、フィルタ材料３３の新たに形成されたピンホール３５－２に位置づけられる。
【0061】
レーザー加工ステップ２０２では、次に、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を出射する。図１０に示すように、レーザービーム２１は、フィルタ材料３３のピンホール３５－２の中心である集光点位置２６－１に向かって集束し、ピンホール３５－２を通過する。これにより、新たに形成したピンホール３５－２によって、レーザービーム２１の光学的ノイズが除去される。
【0062】
以上説明したように、実施形態に係るレーザー加工装置１は、フィルタ材料３３にレーザービーム２１を照射してピンホール３５を製造する際に、レーザービーム２１が透過するウインドウ４４、４５を有する箱状部材４０を、フィルタ材料３３を覆う位置に配設し、この箱状部材４０の内部を吸引しながら加工を行う。このため、周辺の光学素子に加工屑を付着させることなく、スペイシャルフィルタ３０のピンホール３５を製造することができる。したがって、高精度な位置合わせを実現するとともに、加工品質を低下させる危険性を抑制できるという効果を奏する。
【0063】
また、ウインドウ４４により集光点位置２６を変化させることによって、デフォーカス状態でピンホール３５を形成する。すなわち、ピンホール３５の形成から被加工物１００の加工まで、フィルタ材料３３の位置を光軸方向に移動させることはないため、より高精度な加工が実現できる。
【0064】
〔変形例〕
変形例は、実施形態と比較して、ウインドウ４４、４５のみをレーザービーム２１の光路上に進退可能である点で異なる。すなわち、箱状部材４０は、必ずしもレーザービーム２１の光路上に進退しなくてもよく、少なくともレーザービーム２１の集光点位置２６をずらすためのウインドウ４４が進退可能であればよい。
変形例は、実施形態と比較して、ウインドウ４４、４５のみをレーザービーム２１の光路上に進退可能である点で異なる。すなわち、箱状部材４０は、必ずしもレーザービーム２１の光路上に進退しなくてもよく、少なくともレーザービーム２１の集光点位置２６をずらすためのウインドウ４４が進退可能であればよい。
【0065】
この場合、例えば、箱状部材４０は、常時図３に示すレーザービーム２１の光路内でフィルタ材料３３を覆う位置に配設される。箱状部材４０は、実施形態でウインドウ４４、４５が形成されている位置に、ウインドウ４４、４５の代わりに開口を有する。ウインドウ４４、４５は、開口を開放する位置と閉塞する位置との間で進退可能に設けられる。
【0066】
すなわち、ウインドウ４４、４５が開口を開放する位置が非作用位置であり、閉塞する位置が作用位置である。変形例のレーザー加工方法では、ウインドウ４４、４５を作用位置に位置付けた状態でスペイシャルフィルタ製造ステップ２０１を実施し、非作用位置に位置付けた状態でレーザー加工ステップ２０２を実施すればよい。
【0067】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、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。
【0068】
例えば、スペイシャルフィルタ製造ステップ２０１では、フィルタ材料３３を光軸方向と直交するｘ－ｙ面内でスパイラル状に移動させることで、形成するピンホール３５の大きさを調整してもよい。また、レンズ３１の位置を光軸方向にずらすことにより、レーザービーム２１の集光点位置２６を変化させてもよい。
【0069】
また、箱状部材４０には、フィルタ材料３３に照射される前のレーザービーム２１が透過するウインドウ４４が少なくともあればよく、ウインドウ４５がなくてもよい。また、レーザービーム照射ユニット２０は、レンズ３１の前段に、ピンホール３５より大径の別のピンホールを備えていてもよい。レーザービーム２１がレンズ３１に入射する前にピンホールを通過することで、より綺麗なレーザービーム２１を形成できる。
【0070】
また、レーザービーム２１が保持テーブル１０上の被加工物１００に照射される加工点にビームプロファイラを設置し、このプロファイラでレーザービーム２１の状態を判定することによって、新たなピンホール３５の製造が必要か否かを自動判定してもよい。このような自動判定は、例えば、予め基準となるレーザービーム２１の撮像画像を保存し、パターンマッチング等によりレーザービーム２１の状態変化を検知すればよい。
【符号の説明】
【0071】
１ レーザー加工装置
１０ 保持テーブル
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 集光器
２４ ミラー
２５ 集光点
２６ 集光点位置
３０ スペイシャルフィルタ
３１、３２ レンズ
３３ フィルタ材料
３４ 支持テーブル
３５ ピンホール
４０ 箱状部材
４１ 非作用位置
４２ 作用位置
４３ 開口
４４、４５ ウインドウ
４６ 吸引口
４７ 吸引源
６０ 移動ユニット
９０ 制御ユニット
１００ 被加工物
１０ 保持テーブル
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 集光器
２４ ミラー
２５ 集光点
２６ 集光点位置
３０ スペイシャルフィルタ
３１、３２ レンズ
３３ フィルタ材料
３４ 支持テーブル
３５ ピンホール
４０ 箱状部材
４１ 非作用位置
４２ 作用位置
４３ 開口
４４、４５ ウインドウ
４６ 吸引口
４７ 吸引源
６０ 移動ユニット
９０ 制御ユニット
１００ 被加工物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】