JP2023090489A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な加工を実現することが可能なレーザー加工装置を提供すること。
【解決手段】レーザー加工装置１は、被加工物２００を保持する保持テーブル１０と、保持テーブル１０に保持された被加工物２００に対してレーザービーム２１を照射するレーザービーム照射ユニット２０と、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備え、レーザービーム照射ユニット２０は、レーザービーム２１－１を出射する発振器２２と、発振器２２から出射したレーザービーム２１－１の特性を変換する特性変換光学素子２３と、レーザービーム２１，２１－１を被加工物２００に導く光学素子であるミラー２５及び集光レンズ２４と、を備え、特性変換光学素子２３の保水状態を検出する検出ユニット２７と、特性変換光学素子２３を乾燥させる乾燥ユニット２６と、を更に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。

半導体ウエーハや光デバイスウエーハのような被加工物に対して、レーザービームを照射して加工を行う技術が普及している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

被加工物の加工には、基本波長である１０６４ｎｍ（ＩＲ：赤外線）をはじめとして、その第二高調波である５３２ｎｍ（Ｇｒｅｅｎ）や第三高調波である３５５ｎｍ（ＵＶ：紫外線）、第四高調波である２６６ｎｍ（ＤＵＶ：遠紫外線）など様々な波長のレーザービームが用いられており、用途に合わせて選択されている。

なかでも、短波長のＵＶやＤＵＶのレーザービームは、照射位置でのレーザ集光径を小さくすることができるため、精度の高い加工が期待でき、加えて、種々の材料に対する高い吸収率と高い光エネルギーを有することから、従来では加工困難であった材料にも適用が期待できるため、注目されている。

このような加工を実現するためのレーザー加工装置には、様々な光学素子が導入されている。レーザーを発振して出力するためのレーザー結晶、レーザービームの波長を変換するための波長変換光学素子、偏光方向を変換するための波長板、ビームの偏向方向を変換するためのミラー、平行なビームを集光する、すなわちビームの集光角を変換するためのレンズなどが、これに当たる。

例えば、レーザー結晶としては、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＮＤ：ＹＶＯ４、チタンサファイア等が用いられることが多い。また、ＤＵＶを出力するための波長変換光学素子としては、近年ＣＬＢＯ（セシウムリチウムボレート：ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶が用いられることが多い（例えば、特許文献３参照）。さらに、波長板、ミラー、レンズなどは、その反射特性や透過特性を向上させるために、誘電体多層膜でコーティングされた透明材料が用いられることが多い。

特開２０１４－１４３２８５号公報 特開２００４－０７２０５２号公報 特開２０００－２９２８１９号公報

ところが、これらの光学素子は、空気中の水分により劣化することが知られている。たとえばミラーや波長板は、誘電体多層膜に水分が吸着すると、その分光特性が変化し、反射率や透過率が変化し、被加工物に照射されるレーザービームの光量が低減し、加工品質が低下してしまう。また、波長変換光学素子であるＣＬＢＯ結晶は、潮解性を示す。その結果、ＣＬＢＯ結晶は、空気中の水分を保水して劣化し、結晶を通過した後のレーザービームのプロファイルに悪影響を及ぼし、加工品質を低下させてしまう。

従って、上述した光学素子は、頻繁に交換やメンテナンスが必要となり、加工装置のダウンタイムが長くなることで生産性の低下をまねくという課題がある。

本願発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高精度な加工を実現することが可能な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保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物に対して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、各構成要素を制御する制御ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを出射する発振器と、該発振器から出射したレーザービームの特性を変換する特性変換光学素子と、レーザービームを該被加工物に導く光学素子と、を備え、該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの保水状態を検出する検出ユニットと、該発振器の光学素子と特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかを乾燥させる乾燥ユニットと、を更に有することを特徴とする。

前記レーザー加工装置において、該制御ユニットは、該検出ユニットが検出した該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの保水状態が所定値を超えたとき、該乾燥ユニットによる該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの乾燥を実施させても良い。

前記レーザー加工装置において、該レーザービーム照射ユニットは、該レーザービームの光路中に配設される第一の特性変換光学素子と、該第一の特性変換光学素子と交換可能に設けられる第二の特性変換光学素子と、を含む少なくとも２つの特性変換光学素子を有し、該制御ユニットは、該第一の特性変換光学素子の乾燥が必要と判断すると、該第一の特性変換光学素子をレーザービームの光路外へと移動させるとともに該第二の特性変換光学素子をレーザービームの光路中へと移動させ、該第一の特性変換光学素子を該乾燥ユニットによって乾燥させながら、該第二の特性変換光学素子を用いて該レーザービームの特性を変換して被加工物に加工を施しても良い。

前記レーザー加工装置において、該検出ユニットは、赤外領域の光を出射する光源と、該光源から出射され、該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかを透過した光を検出する検出部と、を含み、該制御ユニットは、該光源から出射された光の透過率に基づいて該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの保水状態を判断しても良い。

前記レーザー加工装置において、該特性変換光学素子は、該発振器から出射した該レーザービームの特性である波長を変換する波長変換光学素子でも良い。

前記レーザー加工装置において、該波長変換光学素子は、ＣＬＢＯ結晶でも良い。

本発明は、高精度な加工を実現することが可能にな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構成を模式的に示す図である。 図３は、実施形態２に係るレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を模式的に示す図である。 図４は、図１に示されたレーザー加工装置の波長変換光学素子の乾燥前後の透過率スペクトルを示す図である。

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、置換又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。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構成を模式的に示す図である。

実施形態１に係るレーザー加工装置１は、被加工物２００にレーザー加工を施す加工装置である。実施形態１に係るレーザー加工装置１の加工対象の被加工物２００は、基板と、基板の表面上に積層されたレーザービーム吸収層と、レーザービーム吸収層上に積層されたデバイス層とを備えた円板状の半導体ウエーハ等のウエーハである。実施形態１において、基板は、サファイア等の透明材料により構成され、円板状に形成されている。レーザービーム吸収層は、樹脂により構成され、実施形態１では、ポリイミドにより構成されている。

デバイス層は、交差する複数の分割予定ラインで区画された領域にデバイスが形成されている。デバイスは、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、パワーデバイス、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）又は各種のメモリ（半導体記憶装置）である。

前述した被加工物２００は、デバイス毎に分割されたデバイス層に接着剤層を介してガラスからなる移設用基板２０１が貼着され、レーザービーム吸収層に集光点が設定されかつ基板に対して透過性を有する波長のレーザービーム２１が基板を通して全面に照射されることにより、レーザービーム吸収層が破壊されてデバイスが基板から剥離される、所謂レーザーリフトオフ加工が施される。

また、実施形態１において、被加工物２００は、デバイス層に接着剤層により移設用基板２０１が貼着され、移設用基板２０１側が被加工物２００よりも大径な円板状のテープ２０２が貼着されるとともに、テープ２０２の外周縁に内径が被加工物２００の外径よりも大きな環状のフレーム２０３が貼着されて、環状のフレーム２０３の内側の開口内に支持される。

図１に示されたレーザー加工装置１は、被加工物２００の基板の裏面側から被加工物２００を構成する基板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の集光点をレーザービーム吸収層に設定されて、レーザービーム２１が全面に照射されて、被加工物２００にデバイスを基板から剥離するレーザーリフトオフ加工を施す加工装置である。レーザー加工装置１は、図１に示すように、被加工物２００を保持する保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット４０と、制御ユニット１００とを有する。

保持テーブル１０は、被加工物２００を水平方向と平行な保持面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。保持テーブル１０は、真空吸引源により吸引されることで、保持面１１上に載置された被加工物２００を吸引保持する。保持テーブル１０の周囲には、被加工物２００を開口内に支持するフレーム２０３を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。

また、保持テーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３３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。保持テーブル１０は、回転移動ユニット３３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（加工進行方向に相当）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。保持テーブル１０は、移動ユニット３０によりレーザービーム照射ユニット２０の下方の加工領域と、レーザービーム照射ユニット２０の下方から離れて被加工物２００が搬入、搬出される搬入出領域とに亘って移動される。

レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル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を集光して照射するレーザービーム照射手段である。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に配置されたＺ軸移動ユニット３４によりＺ軸方向に移動される。

レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物２００の基板に対して透過性を有する波長のレーザービーム２１を照射して被加工物２００をレーザー加工するものである。レーザービーム照射ユニット２０は、図２に示すように、パルス状のレーザービーム２１－１を出射する発振器２２と、発振器２２から出射したレーザービーム２１－１の波長（特性に相当）を変換する波長変換光学素子２３（特性変換光学素子に相当）と、波長変換光学素子２３により波長変換されたレーザービーム２１を集光して被加工物２００に照射する集光レンズ２４とを備える。また、実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、発振器２２から出射したレーザービーム２１－１を波長変換光学素子２３に向けて反射するミラー２５を備える。

発振器２２は、レーザービーム２１－１を発振するレーザー媒質を構成する光学素子である結晶２２１を備える。結晶２２１は、例えば、ＹＡＧ（Yittrium Aluminum Garnet：Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）結晶、オルトバナジン酸イットリウム（ＹＶＯ_４）結晶、又はチタンサファイア（Ｔｉ：Ａｌ_２Ｏ_３）結晶等により構成される。実施形態１では、発振器２２は、波長１０６４ｎｍのＩＲ光を発振する。そのＩＲ光はＢＢＯ（β－ＢａＢ_２Ｏ_４）結晶２２２を介して波長が５３２ｎｍのＧｒｅｅｎ光に変換され、これがレーザービーム２１－１として出射される。なお、本発明では、ＢＢＯ結晶２２２は、発振器２２と同じ筐体に存在しても良い。

波長変換光学素子２３は、変換位置に位置付けられて、発振器２２から出射されたレーザービーム２１－１の波長をより短波長のレーザービーム２１に変換して、集光レンズ２４に向けて変換後のレーザービーム２１を出射する。なお、変換位置とは、波長変換光学素子２３が、発振器２２から出射されたレーザービーム２１－１の光路上に位置し、レーザービーム２１－１の波長をより短波長のレーザービーム２１に変換する位置をいう。

実施形態１では、波長変換光学素子２３は、ＣＬＢＯ（セシウムリチウムボレート：ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）結晶により構成され、内部が密閉された箱状のセル２３１内に収容されている。波長変換光学素子２３を構成するＣＬＢＯ結晶は、潮解性を有している。実施形態１では、波長変換光学素子２３は、波長が５３２ｎｍの第二高調波（Ｇｒｅｅｎ）のレーザービーム２１－１を、２６６ｎｍの第四高調波（ＤＵＶ：遠紫外線）のレーザービーム２１に変換する。なお、セル２３１は、レーザービーム２１－１，２１を透過する窓等を備えている。

集光レンズ２４は、保持テーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置されている。集光レンズ２４は、保持テーブル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を集光して照射する集光光学素子である。集光レンズ２４は、発振器２２から出射されかつミラー２５により反射されるとともに波長変換光学素子２３により波長変換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（図２等に示す）に集光する。なお、実施形態１では、集光レンズ２４は、レーザービーム２１の集光点を保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物２００のレーザービーム吸収層に集光する。

なお、ミラー２５と集光レンズ２４は、レーザービーム２１－１，２１を被加工物２００に導く光学素子である。実施形態では、レーザービーム照射ユニット２０は、波長変換光学素子２３により波長変換されたレーザービーム２１－１，２１を被加工物２００に導く光学素子として、ミラー２５と集光レンズ２４とを備えているが、本発明では、例えば、ミラー２５及び集光レンズ２４に限らず、レーザービーム２１－１，２１を走査する走査光学系等を構成する種々の光学素子を備えても良い。

また、レーザービーム照射ユニット２０は、図２に示すように、乾燥ユニット２６と、検出ユニット２７と、光学素子移動ユニット２８とを備える。乾燥ユニット２６は、セル２３１内の波長変換光学素子２３を乾燥させるものである。実施形態１では、乾燥ユニット２６は、波長変換光学素子２３を１５０℃まで加熱しながら、セル２３１内に乾燥空気供給源からの乾燥空気を流し続けるものである。実施形態１では、乾燥ユニット２６は、セル２３１内の波長変換光学素子２３を１５０℃まで加熱する加熱手段と、セル２３１内に乾燥空気供給源からの乾燥空気を流し続ける機構とを備える。加熱手段が波長変換光学素子２３を１５０℃まで加熱し、セル２３１内に乾燥空気供給源からの乾燥空気を流し続けて、セル２３１内の波長変換光学素子２３を乾燥させる。なお、本発明では、乾燥ユニット２６は、セル２３１内を例えば、１５０℃まで加熱する加熱手段と、セル２３１内を脱気するポンプ等を備えても良い。この場合、乾燥ユニット２６は、加熱手段が波長変換光学素子２３をセル２３１内で１５０℃まで加熱し、セル２３１内をポンプで脱気して、セル２３１内の波長変換光学素子２３を乾燥させる。

検出ユニット２７は、波長変換光学素子２３の保水状態を検出するものである。保水状態とは、波長変換光学素子２３が空気中の水（水蒸気）を取り込んでいる度合いをいう。実施形態１では、検出ユニット２７は、光源２７１と、バンドパスフィルタ２７２と、検出部２７３とを含む。

光源２７１は、変換位置即ちレーザービーム２１－１の光路から離間した検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３に検出用光２７４を出射するものである。光源２７１は、中心波長が２８００ｎｍ即ち波数が３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４（赤外領域の光）を検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３に照射する。なお、光源２７１が、中心波長が２８００ｎｍ即ち波数が３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４を検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３に照射するのは、水分子が、中心波長が２８００ｎｍ即ち波数が３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４を吸収しやすく、波長変換光学素子２３の保水状態を検出し易いからである。光源２７１は、例えば、ＴＨＯＲＬＡＢＳ社製のＬＥＤ２８００Ｗを用いることができる。

このために、光源２７１が波長変換光学素子２３に照射した検出用光２７４は、波長変換光学素子２３の保水状態が高くなる（波長変換光学素子２３が取り込んだ水の量が多くなる）のにしたがって、波長変換光学素子２３を透過する光量即ち透過率が減少する。光源２７１が波長変換光学素子２３に照射した検出用光２７４は、波長変換光学素子２３の保水状態が低くなる（波長変換光学素子２３が取り込んだ水の量が少なくなる）のにしたがって、波長変換光学素子２３を透過する光量即ち透過率が増加する。なお、本発明では、検出ユニット２７の光源２７１が出射する検出用光２７４は、水分子による赤外吸収があればよく、実施形態１のものに限定されない。

ところで、光源２７１の波長域は広く、水分子による赤外吸収が小さい波長域にまで及ぶことがある。例えば実施形態１では、水分子による赤外吸収が大きいのは、３５５０ｃｍ^－１～３６５０ｃｍ^－１に限られる。これに対し、光源２７１の波数域は３４００ｃｍ^－１～３８００ｃｍ^－１に及び、水分子によって十分に吸収されない波長の光が含まれている。その結果、波長変換光学素子２３の保水状態が微小な変化を示しても、赤外光の透過率が十分に変化しないことがある。この場合には、狭い波長域の光のみを透過するバンドパスフィルタを光路に挿入することで、保水状態の検出感度を向上することが出来る。

例えば、実施形態１では、バンドパスフィルタ２７２は、波長変換光学素子２３と検出部２７３との間に配置されている。バンドパスフィルタ２７２は、実施形態１では、波数が３５００ｃｍ^－１から３７００ｃｍ^－１の間の光を透過し、他の波数の光を透過しない。バンドパスフィルタ２７２は、波長変換光学素子２３が透過した検出用光２７４のうち波数が３５００ｃｍ^－１から３７００ｃｍ^－１の間の検出用光２７４を検出部２７３に向けて透過し、他の波数の検出用光２７４を透過しない。その結果、波長変換光学素子２３に照射される赤外光のうち、水分子によって吸収される赤外光の光量の割合が増加することとなり、保水状態の検出感度が向上する。なお、実施形態１では、検出ユニット２７は、保水状態の検出感度を向上するためにバンドパスフィルタ２７２を備えるが、検出感度の向上が求められない場合や、光源の波長域が十分狭い場合などは、バンドパスフィルタ２７２を備えなくても良い。

検出部２７３は、光源２７１から出射されかつ検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３とバンドパスフィルタ２７２とを順に透過した検出用光２７４を受光して、受光した検出用光２７４の光量を検出し、受光した検出用光２７４の光量を示す情報を制御ユニット１００に出力するものである。実施形態１では、検出部２７３は、波長が１μｍから１０．６μｍの赤外線を受光し、受光した赤外線の光量を示す情報を制御ユニット１００に出力するフォトダイオードである。検出部２７３は、例えば、ＴＨＯＲＬＡＢＳ社製のＶＭＬ８Ｔ４を用いることができる。

検出ユニット２７は、検出部２７３が光源２７１から照射されかつ検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３を透過した検出用光２７４を受光して、受光した光量を示す情報を制御ユニット１００に出力することで、波長変換光学素子２３の保水状態に応じて変化する状態量を検出して、検出した結果を制御ユニット１００に出力する。

光学素子移動ユニット２８は、波長変換光学素子２３を変換位置と検出位置とに亘って移動させるものである。変換位置は、レーザービーム２１－１の光路上に位置し、セル２３１内の波長変換光学素子２３にレーザービーム２１－１が照射されて、波長変換するとともに、波長変換したレーザービーム２１を集光レンズ２４に向けて出射する波長変換光学素子２３の位置である。また、変換位置は、波長変換光学素子２３に光源２７１からの検出用光２７４が照射されることがない波長変換光学素子２３の位置でもある。

検出位置は、レーザービーム２１－１の光路から離間し、セル２３１内の波長変換光学素子２３にレーザービーム２１－１が照射されることがない波長変換光学素子２３の位置である。また、検出位置は、波長変換光学素子２３に光源２７１からの検出用光２７４が照射されて、バンドパスフィルタ２７２及び検出部２７３に向けて検出用光２７４を透過する波長変換光学素子２３の位置でもある。

実施形態１では、光学素子移動ユニット２８は、波長変換光学素子２３を収容したセル２３１を移動して、波長変換光学素子２３を変換位置と検出位置とに亘って移動させる。

レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物２００に対して、被加工物２００の基板が透過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のレーザービーム吸収層を破壊して、デバイスを基板から剥離するレーザーリフトオフ加工を施す。

移動ユニット３０は、保持テーブル１０と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の集光点とを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、互いに直交し、かつ保持面１１（即ち水平方向）と平行な方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向即ち保持面１１に直交する方向である。移動ユニット３０は、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であるＸ軸移動ユニット３１と、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であるＹ軸移動ユニット３２と、保持テーブル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３３と、レーザービーム照射ユニット２０の一部をＺ軸方向に移動するＺ軸移動ユニット３４とを備えている。

Ｙ軸移動ユニット３２は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０のレーザービーム２１の集光点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４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、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０のレーザービーム２１の集光点とを相対的に加工送りする送り手段である。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート４上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、保持テーブル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３３を支持した第２移動プレート５をＸ軸方向に移動自在に支持している。第２移動プレート５は、回転移動ユニット３３、保持テーブル１０を支持している。回転移動ユニット３３は、保持テーブル１０を支持している。

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３４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４，５及びレーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光レンズ２４をＸ軸方向、Ｙ軸方向又は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。回転移動ユニット３３は、保持テーブル１０を軸心回りに回転するモータ等を備える。

また、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するための図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、保持テーブル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のＺ軸方向の位置を検出するための図示しないＺ軸方向位置検出ユニットを備える。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、保持テーブル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、対物レンズがＺ軸方向に対向するものを撮像する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ている。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により取り付けられて、対物レンズが集光レンズ２４とＸ軸方向に沿って並ぶ位置に配置されている。

撮像ユニット４０は、撮像素子が撮像した画像を取得し、取得した画像を制御ユニット１００に出力する。また、撮像ユニット４０は、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物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取得する。

制御ユニット１００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２００に対するレーザー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、レーザー加工装置１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手段である表示ユニット１１０と、オペレータが加工条件などを入力する際に用いる入力手段である入力ユニット等を備えている。表示ユニット１１０及び入力ユニットは、制御ユニット１００に接続している。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少なくとも一方により構成される。

また、制御ユニット１００は、図１に示すように、記憶部１０１と、判定部１０２とを備える。記憶部１０１は、波長変換光学素子２３に検出用光２７４を照射することなく、光源２７１が出射しバンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３が受光した時の光量を記憶している。実施形態１では、記憶部１０１は、波長変換光学素子２３が変換位置に位置付けられた時の光源２７１が出射しバンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３が受光した時の光量を記憶している。

判定部１０２は、光源２７１から出射された検出用光２７４の透過率に基づいて波長変換光学素子２３の保水状態を判断するものである。判定部１０２は、記憶部１０１に記憶した光量と、光源２７１が出射し検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３及びバンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３が受光した時の光量とに基づいて波長変換光学素子２３の検出用光２７４の透過率を算出する。

なお、実施形態１では、判定部１０２は、記憶部１０１に記憶した波長変換光学素子２３に検出用光２７４を照射することなく、光源２７１が照射しバンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３が受光した時の光量を１００％とし、検出部２７３が検出用光２７４を受光しない時の光量を０％として、波長変換光学素子２３の検出用光２７４の透過率（保水状態に相当）を算出する。判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上であるか否かを判定することで、波長変換光学素子２３の保水状態を判断する。なお、実施形態１では、所定の値を例えば１３％に設定する。但し、バンドパスフィルタ２７２や光源２７１の波長域などを鑑み、これ以外の値に設定しても良い。

判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上であると判定すると、波長変換光学素子２３が被加工物２００の加工に適していると判定し、乾燥ユニット２６を動作しない。判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値未満である判定すると、波長変換光学素子２３の保水状態が一定の保水量である所定値を超えて、波長変換光学素子２３が被加工物２００の加工に適していないと判定し、乾燥ユニット２６を動作して、波長変換光学素子２３を乾燥させる。

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。また、判定部１０２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により実現される。

次に、前述した構成のレーザー加工装置１の加工動作を説明する。レーザー加工装置１は、制御ユニット１００がオペレータにより入力された加工条件を受け付けて登録し、被加工物２００のデバイス層に貼着された移設用基板２０１が搬入出領域に位置付けられた保持テーブル１０の保持面１１に載置される。レーザー加工装置１は、オペレータからの加工動作の開始指示を制御ユニット１００が受け付けると、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、制御ユニット１００が保持テーブル１０の保持面１１に被加工物２００を吸引保持するとともに、クランプ部１２にフレーム２０３を挟持させる。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が波長変換光学素子２３を変換位置に位置付ける。加工動作では、レーザー加工装置１は、制御ユニット１００が移動ユニット３０を制御して保持テーブル１０を加工領域に移動し、撮像ユニット４０で保持テーブル１０に吸引保持された被加工物２００を撮像して画像を取得し、アライメントを遂行する。

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の集光点をレーザービーム吸収層に設定し、保持テーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０の集光点とを相対的に移動させながら被加工物２００の基板の裏面側からパルス状のレーザービーム２１を照射する。

実施形態１において、加工動作では、レーザー加工装置１が、被加工物２００の全面に亘って、レーザービーム吸収層にレーザービーム２１を照射して、レーザービーム吸収層を被加工物２００の全面に亘って破壊する。

加工動作では、レーザー加工装置１は、レーザービーム吸収層を被加工物２００の全面に亘って破壊すると、レーザービーム２１の照射を停止し、保持テーブル１０を搬入出領域に移動する。加工動作では、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０を搬入出領域に位置づけ、保持テーブル１０の被加工物２００の吸引保持を停止し、クランプ部１２のフレーム２０３の挟持を解除して、加工動作を終了する。

また、レーザー加工装置１は、定期的に制御ユニット１００が波長変換光学素子２３を検出位置に位置付けて、光源２７１から検出用光２７４を波長変換光学素子２３に照射し、波長変換光学素子２３、バンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３で受光する。レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０２が、記憶部１０１に記憶した光量と、光源２７１が出射し検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３及びバンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３が受光した時の光量とに基づいて波長変換光学素子２３の検出用光２７４の透過率を算出する。

制御ユニット１００の判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上であるか否かを判定し、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上であると判定すると、波長変換光学素子２３が被加工物２００の加工に適していると判定し、乾燥ユニット２６を動作することなく、波長変換光学素子２３を変換位置に位置付けて、加工動作を実施する。制御ユニット１００の判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値未満である即ち保水状態が所定量を超えたと判定すると、波長変換光学素子２３が被加工物２００の加工に適していないと判定し、波長変換光学素子２３を検出位置に位置づけたまま、乾燥ユニット２６を動作して、波長変換光学素子２３を乾燥させる。

制御ユニット１００の判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値未満であると判定し、乾燥ユニット２６を動作させると、所定期間（例えば、２週間）ごとに、乾燥ユニット２６を停止し、光源２７１から検出用光２７４を照射して、波長変換光学素子２３の検出用光２７４の透過率を判定部１０２で算出し、判定部１０２で算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上であるか否かを判定する。こうして、実施形態１では、制御ユニット１００の判定部１０２は、検出ユニット２７が検出した波長変換光学素子２３の保水状態が所定値を超えたとき、乾燥ユニット２６による波長変換光学素子２３の乾燥を実施させる。また、レーザー加工装置１は、波長変換光学素子２３の検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上になるまで、乾燥ユニット２６を動作して、加工動作を中断する。

なお、実施形態１では、波長変換光学素子２３の検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値以上になるまで、乾燥ユニット２６を動作して、加工動作を中断するが、本発明では、検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値未満である判定すると、波長変換光学素子２３を変換位置に位置づけたまま、乾燥ユニット２６を動作して、波長変換光学素子２３を乾燥させながらレーザービーム２１を被加工物２００に照射して、被加工物２００を加工しても良い。なお、本発明では、所定期間は、自由に設定することができる。例えば、本発明では、保水状態がある程度改善したことが確認できたら、透過率が予め定められた所定の値以上になるまでどれくらいの期間が必要かを算出して、所定期間を自由に設定することができる。所定期間は、オペレータが設定してもよく、制御ユニット１００等が自動で算出して設定してもよい。

以上、説明した実施形態１に係るレーザー加工装置１は、波長変換光学素子２３の保水状態を検出する検出ユニット２７を備えているので、検出ユニット２７が検出した保水状態が一定の保水量を超えたら波長変換光学素子２３を乾燥させる乾燥ユニット２６を備えているため、潮解性による加工品質への悪影響を未然に防ぐことができる。その結果、レーザー加工装置１は、高精度な加工を実現することが可能になるという効果を奏する。

また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、検出ユニット２７の検出部２７３の前にバンドパスフィルタ２７２を配置しているので、検出部２７３の検出感度を向上することができる。

〔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３は、実施形態２に係るレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を模式的に示す図である。なお、図３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のレーザービーム照射ユニット２０－２は、図３に示すように、波長変換光学素子２３としての第一の波長変換光学素子２３－１及び第二の波長変換光学素子２３－２と、乾燥ユニット２６としての第一の乾燥ユニット２６－１及び第二の乾燥ユニット２６－２とを備える。波長変換光学素子２３－１，２３－２は、実施形態１の波長変換光学素子２３と同じ構成であり、それぞれセル２３１に収容されている。なお、セル２３１も、実施形態１の波長変換光学素子２３を収容したセル２３１と同じ構成であり、実施形態１と同様に、波長変換光学素子２３－１，２３－２を収容した状態で光学素子移動ユニット２８により変換位置と検出位置とに亘って移動される。

こうして、実施形態２では、レーザービーム照射ユニット２０－２は、レーザービーム２１－１の光路中に配設される第一の波長変換光学素子２３－１と、第一の波長変換光学素子２３－１と交換可能にレーザービーム２１－１の光路中に設けられる第二の波長変換光学素子２３－２とを含む少なくとも２つの波長変換光学素子２３－１，２３－２を有している。

乾燥ユニット２６－１，２６－２は、実施形態１の乾燥ユニット２６と同じ構成であり、波長変換光学素子２３－１，２３－２と１対１で対応しているとともに、対応した波長変換光学素子２３－１，２３－２を乾燥する。なお、本発明では、１つの乾燥ユニットが波長変換光学素子２３－１，２３－２の双方に接続していてもよい。

レーザー加工装置１は、加工動作では、制御ユニット１００が波長変換光学素子２３－１，２３－２の一方を変換位置に位置付け、他方を検出位置に位置づけて加工動作を実施する。レーザー加工装置１は、定期的に制御ユニット１００が波長変換光学素子２３－１，２３－２のいずれか一方を検出位置に位置付けて、光源２７１から検出用光２７４を波長変換光学素子２３に照射し、波長変換光学素子２３、バンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３で受光する。

レーザー加工装置１は、制御ユニット１００の判定部１０２が、記憶部１０１に記憶した光量と、光源２７１が出射し検出位置に位置付けられた波長変換光学素子２３－１，２３－２の一方とバンドパスフィルタ２７２を透過した検出用光２７４を検出部２７３が受光した時の光量とに基づいて波長変換光学素子２３－１，２３－２の一方の検出用光２７４の透過率を算出する。

制御ユニット１００の判定部１０２は、算出した検出用光２７４の透過率が予め定められた所定の値未満であると判定された波長変換光学素子２３－１，２３－２の一方を検出位置に位置づけたまま、乾燥ユニット２６を動作して、波長変換光学素子２３－１，２３－２の一方を乾燥させるとともに、他方を変換位置に位置づけて、加工動作を実施する。

こうして、実施形態２では、制御ユニット１００の判定部１０２は、第一の波長変換光学素子２３－１の乾燥が必要と判断すると、第一の波長変換光学素子２３－１を第一の乾燥ユニット２６－１によって乾燥させながら、第二の波長変換光学素子２３－２を用いてレーザービーム２１－１を波長変換して被加工物２００に加工を施す。

実施形態２に係るレーザー加工装置１は、実施形態１と同様に、波長変換光学素子２３の保水状態を検出する検出ユニット２７を備えているので、検出ユニット２７が検出した保水状態が一定の保水量を超えたら波長変換光学素子２３－１，２３－２を乾燥させる乾燥ユニット２６－１，２６－２を備えているため、潮解性による加工品質への悪影響を未然に防ぐことができる。その結果、レーザー加工装置１は、高精度な加工を実現することが可能になるという効果を奏する。

また、実施形態２に係るレーザー加工装置１は、波長変換光学素子２３－１，２３－２の一方の乾燥中には、他方を変換位置に位置づけて加工動作を実施するので、ダウンタイムをなくすことが可能となり、生産性の向上に貢献する。

次に、本発明の発明者らは、実施形態１のレーザー加工装置１の効果を確認した。結果を図４及び以下の表１に示す。なお、図４は、図１に示されたレーザー加工装置の波長変換光学素子の乾燥前後の透過率スペクトルを示す図である。

確認では、波長変換光学素子２３の乾燥前後の透過率スペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計で計測した。その後、中心波数が３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４を使用して検出されるであろう、波長変換光学素子２３の乾燥前後の透過率について、バンドパスフィルタ２７２が有る場合と、無い場合とでシミュレーションした。

図４の横軸は、光の波数を示し、図４の縦軸は、波長変換光学素子２３の透過率を示している。図４は、波長変換光学素子２３の乾燥前の透過率を破線で示し、乾燥後の透過率を実線で示している。また、粗いドットで塗りつぶした領域は光源の波長域を、細かいドットで塗りつぶした領域はバンドパスフィルタ２７２が透過する波長域を示している。

また、表１は、中心波数が３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４を使用して検出されるであろう、波長変換光学素子２３の乾燥前後の透過率について、バンドパスフィルタ２７２が有る場合と、無い場合とで示している。

図４によれば、乾燥前の波数が３４００ｃｍ^－１及び３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４の透過率がほぼゼロであるのに対し、乾燥後の波数が３４００ｃｍ^－１の検出用光２７４の透過率が約６％であり、波数が３６００ｃｍ^－１の検出用光２７４の透過率が約１２％であった。

これらのスペクトルから、表１の「バンドパスフィルタ有」の欄に示すように、実施形態１において検出される透過率は、乾燥前で５％、乾燥後で１５％とシミュレーションされた。すなわち、透過率は乾燥によって３倍に増大する試算となった。これらの結果から、検出ユニット２７が、波長変換光学素子２３の保水状態を検出できることが明らかとなった。

一方、表１に示すように、バンドパスフィルタ２７２がない場合では、乾燥前後の検出用光２７４の透過率はそれぞれ９％と１２％とシミュレーションされた。すなわち、乾燥による透過率の増大は１．３倍に留まる試算である。この結果から、検出ユニット２７が、バンドパスフィルタ２７２を備えることで、検出部２７３の感度を向上できることが明らかとなった。

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。なお、実施形態１では、波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２の保水状態を検出し、一定の保水量を超えたら乾燥ユニット２６，２６－１，２６－２が乾燥させているが、本発明では、発振器２２の結晶、各種の光学素子の保水状態を検出し、一定の保水量を超えたら乾燥ユニット２６，２６－１，２６－２が乾燥させても良い。即ち、本発明では、検出ユニット２７が、発振器２２の結晶２２１と波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２と光学素子とのいずれかの保水状態を検出し、乾燥ユニット２６，２６－１，２６－２が、発振器２２の結晶２２１と波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２と光学素子とのいずれかを乾燥させれば良い。

即ち、本発明では、制御ユニット１００の判定部１０２は、検出ユニット２７が検出した発振器２２の結晶２２１と波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２と光学素子とのいずれかの保水状態が所定値を超えたとき、乾燥ユニット２６，２６－１，２６－２による発振器２２の結晶２２１と波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２と光学素子とのいずれかの乾燥を実施させればよい。また、本発明では、検出ユニット２７の検出部２７３が発振器２２の結晶２２１と波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２と光学素子とのいずれかを透過した検出用光２７４を検出し、制御ユニット１００の判定部１０２は、光源２７１から出射された検出用光２７４の透過率に基づいて発振器２２の結晶２２１と波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２と光学素子とのいずれかの保水状態を判断すれば良い。

また、上記実施形態では、レーザー加工装置１は、被加工物２００にレーザーリフトオフ加工を施すが、本発明では、被加工物２００を分割予定ラインに沿ってフルカットするレーザー加工や被加工物２００に分割予定ラインに沿って加工溝を形成するレーザー加工を施しても良い。

また、本発明では、光学素子は、レンズ、ミラー、波長板等の保水すると特性が変化する誘電体多層膜等のコーティングが施された光学素子でも良い。また、本発明では、光学素子は、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＮＤ：ＹＶＯ４、チタンサファイア等のレーザ結晶でも良い。また、本発明では、光学素子はＢＢＯ結晶２２２であっても良い。なお、本発明では、光学素子は、レーザー加工装置１の光学系にも、発振器２２の内部にも含まれるものである。

また、上記実施形態では、特性変換光学素子が、発振器２２から出射したレーザービーム２１－１の特性である波長を変換する波長変換光学素子２３，２３－１，２３－２である例を記載している。しかしながら、本発明では、特性変換光学素子は、レーザービーム２１－１等の波長以外の特性を変換する光学素子でも良い。即ち、本発明は、波長変換光学素子２３，２３－１，２３－１を備えていない加工装置にも適用しても良い。

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
２１－１ レーザービーム
２２ 発振器
２３ 波長変換光学素子（特性変換光学素子）
２３－１ 第一の波長変換光学素子（波長変換光学素子、特性変換光学素子）
２３－２ 第二の波長変換光学素子（波長変換光学素子、特性変換光学素子）
２４ 集光レンズ（光学素子）
２５ ミラー（光学素子）
２６ 乾燥ユニット
２７ 検出ユニット
１００ 制御ユニット
２００ 被加工物
２２１ 結晶（光学素子）
２７１ 光源
２７３ 検出部
２７４ 検出用光（赤外領域の光）

Claims (6)

1. 被加工物を保持する保持テーブルと、
   該保持テーブルに保持された被加工物に対して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、
   各構成要素を制御する制御ユニットと、
   を備えたレーザー加工装置であって、
   該レーザービーム照射ユニットは、
   レーザービームを出射する発振器と、
   該発振器から出射したレーザービームの特性を変換する特性変換光学素子と、
   レーザービームを該被加工物に導く光学素子と、
   を備え、
   該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの保水状態を検出する検出ユニットと、
   該発振器の光学素子と特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかを乾燥させる乾燥ユニットと、を更に有することを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該制御ユニットは、
   該検出ユニットが検出した該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの保水状態が所定値を超えたとき、
   該乾燥ユニットによる該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの乾燥を実施させることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 該レーザービーム照射ユニットは、
   該レーザービームの光路中に配設される第一の特性変換光学素子と、
   該第一の特性変換光学素子と交換可能に設けられる第二の特性変換光学素子と、を含む少なくとも２つの特性変換光学素子を有し、
   該制御ユニットは、
   該第一の特性変換光学素子の乾燥が必要と判断すると、
   該第一の特性変換光学素子をレーザービームの光路外へと移動させるとともに該第二の特性変換光学素子をレーザービームの光路中へと移動させ、
   該第一の特性変換光学素子を該乾燥ユニットによって乾燥させながら、該第二の特性変換光学素子を用いて該レーザービームの特性を変換して被加工物に加工を施すことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のレーザー加工装置。
4. 該検出ユニットは、
   赤外領域の光を出射する光源と、
   該光源から出射され、該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかを透過した光を検出する検出部と、を含み、
   該制御ユニットは、
   該光源から出射された光の透過率に基づいて該発振器の光学素子と該特性変換光学素子と該光学素子とのいずれかの保水状態を判断することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
5. 該特性変換光学素子は、該発振器から出射した該レーザービームの特性である波長を変換する波長変換光学素子であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
6. 該波長変換光学素子は、ＣＬＢＯ結晶であることを特徴とする、請求項５に記載のレーザー加工装置。

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