CN110337708A - 激光加工装置及激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

激光加工装置具备：测定用光源；聚光用透镜；根据在激光入射面被反射的测定用光的反射光，检测激光入射面的位移的位移检测部；及将测定用光及测定用光的反射光的至少任一者的成像状态进行移动的成像状态调整部。位移检测部具有：将测定用光的反射光分支成多个分支反射光的分支部；对多个分支反射光各个附加互相不同的大小的像散量的多个像散附加部；检测附加有像散的多个分支反射光各自的光束形状的多个光束形状检测部；及从多个分支反射光的光路之中，选择对应于由成像状态调整部进行调整的成像状态的一个，根据所选择的分支反射光的光路中的光束形状检测部的检测结果，取得关于位移的信号的信号取得部。

Description

激光加工装置及激光加工方法
技术领域
本发明的一个方面涉及激光加工装置及激光加工方法。
背景技术
一直以来，已知有一种通过将加工用激光聚光于加工对象物，而在加工对象物形成改质区域的激光加工装置(参照例如专利文献1)。这样的激光加工装置具备：将测定用光出射的测定用光源；将加工用激光及测定用光聚光于加工对象物的聚光用透镜；及根据在加工对象物的激光入射面被反射的测定用光的反射光，检测激光入射面的位移(以下也仅称为“位移”)的位移检测部。位移检测部在测定用光的反射光附加像散(astigmatism)，检测附加有像散的反射光的光束形状，根据该检测结果，取得关于位移的信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-186825号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在如上所述的激光加工装置中，存在相对于所取得的位移的信号的变动(信号的倾斜)过于平缓的情况。此时，例如若激光入射面为研磨面，则因该研磨痕(也被称为锯痕(saw mark))，测定用光散射，由于产生即使为相同位移，信号也不同的现象，因此所检测的位移的误差变得明显。其结果，有难以精度良好地检测激光入射面的位移的担忧。
本发明的一个方面的目的在于，提供可精度良好地检测激光入射面的位移的激光加工装置及激光加工方法。
解决课题的技术手段
本发明的一个方面所涉及的激光加工装置是通过将加工用激光聚光于加工对象物，而在加工对象物形成改质区域的激光加工装置，具备：测定用光源，其出射测定用光；聚光用透镜，其将加工用激光及测定用光聚光于加工对象物；位移检测部，其根据在加工对象物的激光入射面被反射的测定用光的反射光，检测激光入射面的位移；及成像状态调整部，其将测定用光及测定用光的反射光的至少任一者的成像状态进行移动，位移检测部具有：分支部，其将测定用光的反射光分支成多个分支反射光；多个像散附加部，其设置于多个分支反射光的光路的各个，对多个分支反射光各个附加互相不同的大小的像散量；多个光束形状检测部，其设置于多个分支反射光的光路的各个，检测附加有像散的多个分支反射光各自的光束形状；及信号取得部，其从多个分支反射光的光路之中，选择对应于由成像状态调整部进行调整的成像状态的一个，根据所选择的分支反射光的光路中的光束形状检测部的检测结果，取得关于位移的信号。
本发明人等不断精心研究，发现了所取得的信号的倾斜与测定用光及测定用光的反射光的至少任一者的成像状态存在相关。此外，作为信号的倾斜过于平缓的主要原因，发现了起因于该成像状态与附加到反射光的像散量的失配。因此，在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，将测定用光的反射光分支成多个分支反射光，检测在各分支反射光的光路附加有彼此不同的大小的像散量的分支反射光的光束形状。接着，从多个分支反射光的光路之中，选择对应于由成像状态调整部进行移动的成像状态的一个，取得基于所选择的该光路的分支反射光的光束形状的信号。由此，可将附加于所取得的信号所涉及的分支反射光的像散量设为对应于成像状态的像散量。可抑制所取得的信号的倾斜变得过于平缓。因此，可精度良好地检测激光入射面的位移。
在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，也可以是成像状态调整部通过移动成像状态来调整偏移量，信号取得部从多个分支反射光的光路之中，选择对应于由成像状态调整部进行调整的偏移量的一个。在此，偏移量是表示当相对于加工对象物的激光入射面的位移的信号成为基准值(典型地，零)时的加工对象物的激光入射面的相对位移的尺度。例如偏移量为0μm，是当与测定用光相同波长的平行光入射至聚光用透镜时，成为在加工对象物的激光入射面缩至最小的配置，相对于此时的位移信号的信号成为基准值的几何学上的配置状态。此外，例如偏移量为-180μm，是从偏移量为0μm时的上述配置，加工对象物的激光入射面朝聚光用透镜接近180μm时，信号成为基准值的几何学上的配置状态。偏移量的值小(负宽度大)时，称为偏移或偏移量深，偏移量的值大(负宽度小)时，称为偏移或偏移量浅。
发现了所取得的信号的倾斜，具体而言，与偏移量存在相关，起因于偏移量与像散量的失配(mismatch)而变得过于平缓这样的见解。因此，在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，从多个分支反射光的光路之中选择对应于偏移的一个。由此，可将附加到所取得的信号所涉及的分支反射光的像散量设为对应于偏移量的像散量。可抑制所取得的信号的倾斜变得过于平缓。
在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，也可以是分支部将测定用光的反射光至少分支成第1分支反射光及第2分支反射光，像散附加部具有：第1像散附加部，其设置于第1分支反射光的光路，将第1像散量附加到第1分支反射光；及第2像散附加部，其设置于第2分支反射光的光路，将大于第1像散量的第2像散量附加到第2分支反射光，信号取得部在由成像状态调整部进行调整的偏移量位于第1范围的情况下，选择第1分支反射光的光路，在由成像状态调整部进行调整的偏移量位于比第1范围深的第2范围的情况下，选择第2分支反射光的光路。
发现了所取得的信号的倾斜，更具体而言，在附加有相同像散量时，偏移越深，越变得过于平缓这样的见解。因此，在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，在偏移量位于第1范围的情况下，选择第1分支反射光的光路，在由成像状态调整部进行调整的偏移量位于比第1范围深的第2范围的情况下，选择第2分支反射光的光路。由此，可将附加到所取得的信号所涉及的分支反射光的像散量在偏移深的情况下加大(在浅的情况下减小)。可抑制所取得的信号的倾斜变得过于平缓。
本发明的一个方面所涉及的激光加工装置也可以具备：偏移量设定部，其设定由成像状态调整部进行调整的偏移量；及成像状态控制部，其以成为由偏移量设定部所设定的偏移量的方式，控制成像状态调整部。根据该结构，可以成为所设定的偏移量的方式，自动调整成像状态。
本发明的一个方面所涉及的激光加工装置也可以具备：驱动机构，其沿着聚光用透镜的光轴方向，使加工对象物及聚光用透镜的至少任一者进行动作；及驱动机构控制部，其以由信号取得部所取得的信号维持目标值的方式使驱动机构进行动作。根据该结构，可以追随激光入射面的方式，使聚光用透镜沿着该光轴方向相对移动。
本发明的一个方面所涉及的激光加工装置也可以具备：光轴调整机构，其将测定用光的光轴对准加工用激光的光轴。根据该结构，可精度良好地将测定用光的光轴对准加工用激光的光轴。
在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，也可以是测定用光源可出射具有彼此不同的波长的多个光的任一者，出射多个波长的光之中具有相对于加工对象物的反射率最高的波长的光，来作为测定用光。此时，可易于检测将测定用光在激光入射面反射的反射光。
本发明的一个方面所涉及的激光加工方法是通过将加工用激光聚光于加工对象物，而在加工对象物形成改质区域的激光加工方法，具备：激光加工步骤，其一边将加工用激光由聚光用透镜聚光于加工对象物，一边将测定用光由聚光用透镜聚光于加工对象物，将在加工对象物的激光入射面被反射的该测定用光的反射光至少分支成第1分支反射光及第2分支反射光，检测在第1分支反射光的光路附加有第1像散量的第1分支反射光的光束形状，并且检测在第2分支反射光的光路附加有大于第1像散量的第2像散量的第2分支反射光的光束形状，根据该光束形状的检测结果，取得关于激光入射面的位移的信号，以所取得的信号维持目标值的方式，沿着聚光用透镜的光轴方向，使加工对象物及聚光用透镜的至少任一者进行动作，激光加工步骤包含：第1步骤，其设定偏移量；第2步骤，其在由第1步骤所设定的偏移量为第1范围的情况下，选择第1分支反射光的光路，在由第1步骤所设定的偏移量为比第1范围深的第2范围的情况下，选择第2分支反射光的光路；第3步骤，其以成为在第1步骤所设定的偏移量的方式，将测定用光及测定用光的反射光的至少任一者的成像状态进行移动；第4步骤，其以成为在第1步骤所设定的偏移量的方式，使加工对象物及聚光用透镜的至少任一者进行动作；第5步骤，其在第3步骤及第4步骤之后，取得目标值；及第6步骤，其在第5步骤之后，一边将加工用激光由聚光用透镜聚光于加工对象物，一边在第2步骤中所选择的分支反射光的光路检测光束形状，根据该光束形状的检测结果，取得信号，以所取得的信号维持目标值的方式，沿着聚光用透镜的光轴方向，使加工对象物及聚光用透镜的至少任一者进行动作。
在该激光加工方法中，也能够将附加到所取得的信号所涉及的分支反射光的像散量在偏移深的情况下加大(在浅的情况下减小)。根据上述见解，可抑制所取得的信号的倾斜变得过于平缓。因此，可精度良好地检测激光入射面的位移。
发明的效果
根据本发明的一个方面，可提供可精度良好地检测激光入射面的位移的激光加工装置及激光加工方法。
附图说明
图1是改质区域的形成所使用的激光加工装置的概略构成图。
图2是成为改质区域的形成的对象的加工对象物的平面图。
图3是沿着图2的加工对象物的III-III线的截面图。
图4是激光加工后的加工对象物的平面图。
图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的截面图。
图6是沿着图4的加工对象物的VI-VI线的截面图。
图7是一个实施方式所涉及的激光加工装置的概略构成图。
图8是图7的激光加工装置的反射型空间光调制器的部分截面图。
图9是包含图7的激光加工装置的AF单元的自动聚焦控制系统的概略构成图。
图10(a)是说明反射光的光束形状为纵长椭圆的情况的图。图10(b)是说明反射光的光束形状为正圆的情况的图。(c)是说明反射光的光束形状为横长椭圆的情况的图。
图11是显示误差信号的一个例子的图表。
图12是显示在图7的激光加工装置所实施的激光加工方法的流程图的一个例子。
图13是显示仅根据在第1光束形状检测部所检测到的光束形状而生成的误差信号的图表。
图14是显示在图7的激光加工装置中所生成的误差信号的图表。
图15是显示仅根据在第2光束形状检测部所检测到的光束形状而生成的误差信号的图表。
图16是变形例所涉及的AF单元的概略构成图。
图17(a)是用于说明通过图16的AF单元所得的效果的图表，且是第1光束形状检测部为固定时的误差信号。图17(b)是用于说明通过图16的AF单元所得的效果的图表，且是第1光束形状检测部为可动时的误差信号。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式进行详细的说明。另外，在各图中，对相同或相当部分赋予相同符号，省略重复的说明。
在实施方式所涉及的激光加工装置以及激光加工方法中，通过将激光聚光于加工对象物，沿着切断预定线在加工对象物形成改质区域。于是，首先，对改质区域的形成，参照图1～图6进行说明。
如图1所示，激光加工装置100具备使加工用激光、即激光L进行脉冲振荡的加工用激光光源、即激光光源101、对激光L进行导光的光学系统103、用于聚光激光L的聚光用透镜105。激光加工装置100具备用于支撑被照射通过聚光用透镜105被聚光的激光L的加工对象物1的支撑台107、用于使支撑台107移动的平台111、为了调节激光L的输出(脉冲能量、光强度)或脉冲宽度、脉冲波形等而控制激光光源101的激光光源控制部102、控制平台111的移动的平台控制部115。
在激光加工装置100中，从激光光源101被出射的激光L由光学系统103引导，通过聚光用透镜105在载置于支撑台107上的加工对象物1的内部聚光。与此同时使平台111移动，且使加工对象物1相对于激光L沿着切断预定线5相对移动。由此，在加工对象物1形成沿着切断预定线5的改质区域。另外，在此，为了使激光L相对移动，使平台111移动，但是也可以使聚光用透镜105移动，或也可以使该双方移动。
作为加工对象物1，使用包含由半导体材料所形成的半导体基板或由压电材料所形成的压电基板等的板状的构件(例如，基板、晶圆等)。如图2所示，在加工对象物1，设定有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是直线状延伸的假想线。在加工对象物1的内部形成改质区域的情况下，如图3所示，在将聚光点(聚光位置)P对准加工对象物1的内部的状态下，使激光L沿着切断预定线5(即，图2的箭号A方向)相对移动。由此，如图4、图5及图6所示，沿着切断预定线5在加工对象物1形成改质区域7，沿着切断预定线5所形成的改质区域7成为切断起点区域8。
聚光点P是激光L聚光的部位。切断预定线5并不限定于直线状，可以为曲线状，也可以为组合它们的3维状，也可以为坐标指定的线。切断预定线5并不限定于假想线，也可以为实际绘制在加工对象物1的表面3的线。改质区域7也有连续形成的情况，也有断续形成的情况。改质区域7可以为列状，也可以为点状，只要改质区域7至少形成在加工对象物1的内部即可。另外，有以改质区域7为起点形成龟裂的情况，龟裂及改质区域7即使露出于加工对象物1的外表面(表面3、背面或外周面)也可。形成改质区域7的时候的激光入射面并非限定于加工对象物1的表面3，即使为加工对象物1的背面也可。
即，在加工对象物1的内部形成改质区域7的情况下，激光L透过加工对象物1并且在位于加工对象物1的内部的聚光点P附近被特别吸收。由此，在加工对象物1形成改质区域7。在此情况下，由于在加工对象物1的表面3激光L的能量密度低，因而加工对象物1的表面3不会熔融。另一方面，在加工对象物1的表面3或背面形成改质区域7的情况下，激光L在位于表面3或背面的聚光点P附近被特别吸收，从表面3或背面熔融且被除去，形成孔或槽等的除去部。
改质区域7是指成为密度、折射率、机械强度或其他物理特性与周围不同的状态的区域。作为改质区域7，例如有熔融处理区域(是指一旦熔融后再固化的区域、熔融状态中的区域及从熔融再固化的状态中的区域中的至少任一个)、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也有它们混合存在的区域。再有，作为改质区域7，有在加工对象物1的材料中改质区域7的密度与非改质区域的密度比较而变化的区域、或形成有晶格缺陷的区域。在加工对象物1的材料为单晶硅的情况下，改质区域7也可以称为高错位密度区域。
熔融处理区域、折射率变化区域、改质区域7的密度与非改质区域的密度比较而变化的区域、及形成有晶格缺陷的区域，进一步有在这些区域的内部或改质区域7和非改质区域的界面内含龟裂(破裂、微裂纹)的情况。内含的龟裂有遍及改质区域7的全面的情况或仅在一部分或在多个部分形成的情况。加工对象物1包含由具有结晶构造的结晶材料所构成的基板。例如，加工对象物1包含由氮化镓(GaN)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、LiTaO3及蓝宝石(Al2O3)中的至少任一者所形成的基板。换言之，加工对象物1包含例如氮化镓基板、硅基板、SiC基板、LiTaO3基板、或蓝宝石基板。结晶材料即使为各向异性结晶及各向同性结晶中的任一者也可。再者，加工对象物1即使包含由具有非结晶构造(非晶质构造)的非结晶材料所构成的基板也可，例如即使包含玻璃基板也可。
在实施方式中，通过沿着切断预定线5形成多个改质光点(spot)(加工痕)，可以形成改质区域7。在此情况下，通过多个改质光点聚集而成为改质区域7。关于改质光点，考虑所要求的切断精度、所要求的切断面的平坦性、加工对象物1的厚度、种类、结晶方位等，可以适当控制其大小或产生的龟裂的长度。再者，在实施方式中，可以沿着切断预定线5，形成改质光点以作为改质区域7。
接着，说明实施方式所涉及的激光加工装置及激光加工方法。以下，例示将加工对象物1的背面21设为激光入射面的情况。将加工对象物1的厚度方向作为Z方向来说明。
如图7所示，激光加工装置300在框体231内具备：激光光源202、反射型空间光调制器203、4f光学系统241、及聚光光学系统204。激光加工装置300通过对加工对象物1聚光激光L，而沿着切断预定线5，在加工对象物1形成改质区域7。
激光光源202出射激光L。激光光源202将具有1μs以下的脉冲宽度的激光即脉冲激光作为激光L出射。激光光源202包含超短脉冲激光光源作为激光振荡器。作为激光振荡器，可由例如固体激光器、光纤激光器或外部调制元件等所构成。激光光源202包含调整激光L的输出的输出调整部。作为输出调整部，可由λ/2波长板单元及偏光板单元等所构成。此外，激光光源202包含调整激光L的直径而平行化的扩束器。
由激光光源202所出射的激光L的波长包含在500～550nm、1000～1150nm或1300～1400nm的任意的波段。在此的激光L的波长为1064nm。这样的激光光源202以朝水平方向出射激光L的方式，通过螺丝等被固定在框体231的顶板236。
反射型空间光调制器203将从激光光源202被出射的激光L进行调制。反射型空间光调制器203是例如反射型液晶(LCOS：Liquid Crystal on Silicon(硅基液晶))的空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)。反射型空间光调制器203将从水平方向入射的激光L进行调制，并且相对于水平方向向斜上方反射。
如图8所示，反射型空间光调制器203通过硅基板213、驱动电路层914、多个像素电极214、电介质多层膜镜等反射膜215、取向膜999a、液晶层216、取向膜999b、透明导电膜217、及玻璃基板等透明基板218按该顺序层叠而构成。透明基板218具有沿着规定平面的表面218a。透明基板218的表面218a构成反射型空间光调制器203的表面。透明基板218由例如玻璃等光透过性材料所构成。透明基板218将从反射型空间光调制器203的表面218a入射的规定波长的激光L向反射型空间光调制器203的内部透过。透明导电膜217形成在透明基板218的背面上。透明导电膜217由透过激光L的导电性材料(例如ITO)所构成。
多个像素电极214沿着透明导电膜217以矩阵状排列在硅基板213上。多个像素电极214由例如铝等金属材料所形成。多个像素电极214的表面214a平坦而且平滑地予以加工。多个像素电极214通过设置于驱动电路层914的主动矩阵电路予以驱动。
主动矩阵电路设置于多个像素电极214与硅基板213之间。主动矩阵电路按照欲从反射型空间光调制器203输出的光像，控制对各像素电极214的施加电压。例如主动矩阵电路具有：控制在沿着表面218a的一个方向上排列的各像素列的施加电压的第1驱动器电路；及控制在与该一个方向正交而且沿着表面218a的另一个方向上排列的各像素列的施加电压的第2驱动器电路。这样的主动矩阵电路构成为通过控制部250(参照图7)，规定电压被施加至由双方的驱动器电路所指定的像素的像素电极214。
取向膜999a、999b配置在液晶层216的两端面，使液晶分子群沿一定方向排列。取向膜999a、999b由例如聚酰亚胺等高分子材料所形成。对取向膜999a、999b中的与液晶层216的接触面施以摩擦(rubbing)处理等。
液晶层216配置在多个像素电极214与透明导电膜217之间。液晶层216对应于通过各像素电极214与透明导电膜217形成的电场来调制激光L。即，若通过驱动电路层914的主动矩阵电路，电压被施加于各像素电极214，则在透明导电膜217与各像素电极214之间形成有电场，液晶分子216a的排列方向对应于形成在液晶层216的电场的大小而改变。于是，若激光L透过透明基板218及透明导电膜217而入射至液晶层216，则该激光L在通过液晶层216的期间通过液晶分子216a予以调制，在反射膜215反射之后，再次通过液晶层216予以调制而出射。
此时，通过控制部250(参照图7)，控制被施加至各像素电极214的电压，对应于该电压，在液晶层216中被夹在透明导电膜217与各像素电极214的部分的折射率发生变化(对应于各像素的位置的液晶层216的折射率发生变化)。通过该折射率的变化，可对应于所施加的电压，使激光L的相位按液晶层216的每个像素改变。即，可按每个像素，通过液晶层216赋予对应于全息图案的相位调制。入射至调制图案且透过的激光L其波面被调整，在构成激光L的各光线中与行进方向正交的方向的成分的相位产生偏移。因此，通过适当设定反射型空间光调制器203所显示的调制图案，激光L可进行调制(例如激光L的强度、振幅、相位、偏光等进行调制)。
返回至图7，4f光学系统241是调整通过反射型空间光调制器203被调制的激光L的波面形状的调整光学系统。4f光学系统241具有第1透镜241a及第2透镜241b。第1透镜241a及第2透镜241b以反射型空间光调制器203与第1透镜241a之间的光路的距离成为第1透镜241a的第1焦点距离f1，聚光光学系统204与第2透镜241b之间的光路的距离成为第2透镜241b的第2焦点距离f2，第1透镜241a与第2透镜241b之间的光路的距离成为第1焦点距离f1与第2焦点距离f2的和(即f1+f2)，第1透镜241a及第2透镜241b成为两侧远心光学系统的方式，被配置在反射型空间光调制器203与聚光光学系统204之间的光路上。根据4f光学系统241，可抑制由反射型空间光调制器203予以调制的激光L因空间传播而波面形状改变且像差增大。
聚光光学系统204将通过激光光源202被出射且通过反射型空间光调制器203被调制的激光L、与通过下述的AF单元212被出射的测定用光LB1聚光于加工对象物1。聚光光学系统204经由包含压电元件等而构成的驱动单元232而被设置在框体231的底板233。聚光光学系统204为聚光用透镜，包含多个透镜而构成。
在如以上所述构成的激光加工装置300中，从激光光源202被出射的激光L在框体231内沿水平方向行进之后，通过镜205a向下方被反射，通过衰减器207调整光强度。之后，激光L通过镜205b而沿水平方向被反射，通过光束均匀器260，激光L的强度分布被均匀化而入射至反射型空间光调制器203。
入射至反射型空间光调制器203的激光L通过透过液晶层216所显示的调制图案，对应于该调制图案予以调制。之后，激光L通过镜206a向上方被反射，通过λ/2波长板228，变更偏光方向，且通过镜206b沿水平方向被反射而入射至4f光学系统241。
入射至4f光学系统241的激光L以为平行光且入射至聚光光学系统204的方式调整波面形状。具体而言，激光L透过第1透镜241a且被收敛，通过镜219朝下方被反射，经聚光点O而发散，并且透过第2透镜241b，以成为平行光的方式被再次收敛。接着，激光L依次透过分色镜210、238而入射至聚光光学系统204，通过聚光光学系统204被聚光于被载置在平台111上的加工对象物1内。
此外，激光加工装置300在框体231内具备：用于观察加工对象物1的激光入射面的表面观察单元211；及用于将聚光光学系统204与加工对象物1的距离进行微调整的AF(AutoFocus(自动对焦))单元212。
表面观察单元211具有：出射可见光VL1的观察用光源211a；及对在加工对象物1的激光入射面被反射的可见光VL1的反射光VL2进行受光并进行检测的检测器211b。在表面观察单元211中，从观察用光源211a被出射的可见光VL1在镜208、半反半透镜209及分色镜210、238被反射·透过，由聚光光学系统204朝向加工对象物1被聚光。在加工对象物1的激光入射面被反射的反射光VL2由聚光光学系统204被聚光且在分色镜238、210被透过·反射之后，透过半反半透镜209而在检测器211b被受光。
AF单元212出射测定用光LB1，且对在激光入射面被反射的测定用光LB1的反射光LB2进行受光并进行检测，由此取得沿着切断预定线5的激光入射面的位移数据即误差信号(关于位移的信号)。AF单元212在形成改质区域7时，将所取得的误差信号输出至控制部250。控制部250基于该误差信号，使驱动单元232驱动，以沿着激光入射面的起伏的方式使聚光光学系统204沿该光轴方向往返移动。关于AF单元212的结构及动作，细节下述。
激光加工装置300具备控制该激光加工装置300的各部的动作的控制部250。控制部250通过CPU(Central Processing Unit(中央处理单元))、ROM(Read Only Memory(只读存储器))及RAM(Random Access Memory(随机存取存储器))等所构成。
控制部250控制激光光源202的动作，从激光光源202使激光L出射。控制部250控制激光光源202的动作，调节从激光光源202被出射的激光L的输出或脉冲宽度等。控制部250在形成改质区域7时，以激光L的聚光点P位于离加工对象物1的表面3或背面21规定距离的位置，而且激光L的聚光点P沿着切断预定线5相对移动的方式，控制框体231、平台111的位置、及驱动单元232的驱动的至少1个。控制部250具有上述激光光源控制部102及上述平台控制部115的功能。
控制部250在形成改质区域7时，对反射型空间光调制器203中的各像素电极214施加规定电压，使规定的调制图案显示在液晶层216。由此，控制部250使激光L由反射型空间光调制器203调制成所期望。液晶层216所显示的调制图案根据例如欲形成改质区域7的位置、所照射的激光L的波长、加工对象物1的材料、及聚光光学系统204或加工对象物1的折射率等而被预先导出，且存储在控制部250。调制图案包含：用于修正在激光加工装置300所产生的个别差异(例如在液晶层216所产生的形变)的个别差异修正图案、用于修正球面像差的球面像差修正图案等。
接着，具体说明AF单元212的结构。
如图9所示，AF单元212具备：测定用光源30、位移检测部50、成像状态调整部70。测定用光源30出射测定用光LB1。测定用光源30可出射具有彼此不同的波长的多个光的任一者。测定用光源30具有：多个SLD(Super Luminescent Diode(超辐射二极管))光源31、32。在测定用光源30中，通过控制部250，从多个SLD光源31、32之中，选择出射相对于加工对象物1的反射率高的波长的光的一方。测定用光源30从被选择的SLD光源31、32的一方，出射相对于加工对象物1的反射率高的波长的光作为测定用光LB1。SLD光源31出射例如650nm的波长的光。SLD光源32出射例如830nm的波长的光。
作为测定用光源30，并非限定于SLD光源31、32，例如可具有LED(Light EmittingDiode(发光二极管))光源，也可具有LD(Laser Diode(激光二极管))光源。测定用光LB1的波长若在作为激光入射面的背面21具有大于零的反射率即可。测定用光源30也可无法出射多个波长的光，例如也可仅具有SLD光源31、32的任1个，仅可出射1波长的光。
测定用光源30经由在多个波长的激光的合成中使用的WDM(Wavelength DivisionMultiplexing(波分复用器))33与单模的光纤34而将所出射的测定用光LB1传送至调整光学系统60。其中，在测定用光源30仅出射1波长的测定用光LB1时，不需要WDM33。也可取代光纤34，而使用空间光传送器件。调整光学系统60具有多种透镜，以测定用光LB1成为适当光束径的方式进行调整。
位移检测部50根据在加工对象物1的激光入射面即背面21被反射的测定用光LB1的反射光LB2，检测背面21的位移。位移检测部50具有：第1分支部51、第2分支部(分支部)52、第1及第2像散附加部(像散附加部)53、54、第1及第2光束形状检测部(光束形状检测部)55、56、以及误差信号生成部57。
第1分支部51是将测定用光LB1与反射光LB2分支的分束器。第1分支部51将测定用光LB1及反射光LB2的光路分为测定用光LB1的光路与反射光LB2的光路。第1分支部51使测定用光LB1透过，另一方面，将反射光LB2反射。第1分支部51在测定用光LB1及反射光LB2的光路中被设置于成像状态调整部70与调整光学系统60之间。
第2分支部52是将在第1分支部51分支的反射光LB2分支成第1分支反射光LS1与第2分支反射光LS2的分束器。第2分支部52将反射光LB2的光路OP分为第1分支反射光LS1的光路即第1分支光路OP1、与第2分支反射光LS2的光路即第2分支光路OP2。第2分支部52使第2分支反射光LS2透过，另一方面，将第1分支反射光LS1反射。第2分支部52在反射光LB2的光路OP被设置于第1分支部51的下游。
第1像散附加部53在第1分支光路OP1被设置于第2分支部52的下游。第1像散附加部53将小于第2像散附加部54所附加的像散量的第1像散量附加到第1分支反射光LS1。像散量是表示像散的大小的尺度，在此，如下所述进行定义。与测定用光LB1相同波长的平行光束入射至像散附加部时，存在有投影在与由像散附加部所出射的光束的光轴垂直的面的光束宽度的短轴成为最小的点，在与光轴垂直的面上，将其短轴的方向设为像散附加部的特性轴。当将像散附加部的相对于特性轴方向的焦点距离设为fL1，且相对于与特性轴垂直的方向的焦点距离设为fL2时，将fL2/fL1设为像散量。第1像散附加部53通过凸透镜53a与柱面透镜53b的组合而构成。例如凸透镜53a的焦点距离为40mm，柱面透镜53b的焦点距离为100mm。
第2像散附加部54在第2分支光路OP2中经由镜58而设置于第2分支部52的下游。第2像散附加部54在第2分支反射光LS2附加与第1像散量不同的像散量。第2像散附加部54在第2分支反射光LS2附加大于第1像散量的第2像散量。第2像散附加部54通过凸透镜54a与柱面透镜54b的组合而构成。例如凸透镜53a的焦点距离为75mm，柱面透镜53b的焦点距离为75mm。
第1光束形状检测部55设置于第1分支光路OP1。第1光束形状检测部55经由过滤器59a来接收附加有第1像散量的第1分支反射光LS1，且检测该第1分支反射光LS1的光束形状。第2光束形状检测部56设置于第2分支光路OP2。第2光束形状检测部56经由过滤器59b来接收附加有第2像散量的第2分支反射光LS2，且检测该第2分支反射光LS2的光束形状。
过滤器59a将第1分支反射光LS1中的激光L的波长的光衰减。过滤器59a防止激光L的波长的光入射至第1光束形状检测部55。过滤器59b将第2分支反射光LS2中的激光L的波长的光进行衰减。过滤器59b防止激光L的波长的光入射至第2光束形状检测部56。
作为第1光束形状检测部55及第2光束形状检测部56，可使用4象限检测器。第1光束形状检测部55及第2光束形状检测部56将其检测结果输出至误差信号生成部57。具体而言，第1光束形状检测部55及第2光束形状检测部56的各个将形成于其受光面的光束形状进行分割并受光，将对应于该各光量的输出值(电压值)输出至误差信号生成部57。其中，作为第1光束形状检测部55，若可检测光束形状，则未特别限定，也可为例如2维PD(Photo Diode(光电二极管))阵列。
误差信号生成部57接受来自第1光束形状检测部55及第2光束形状检测部56的输出，生成误差信号。具体而言，误差信号生成部57根据设置于通过控制部250所选择的第1及第2分支光路OP1、OP2的一方的第1及第2光束形状检测部55、56的任一者的检测结果，生成误差信号。误差信号生成部57在通过控制部250选择第1分支光路OP1时，使用第1光束形状检测部55的检测结果并生成误差信号。误差信号生成部57在通过控制部250选择第2分支光路OP2时，使用第2光束形状检测部56的检测结果并生成误差信号。误差信号生成部57将所生成的误差信号输出至控制部250。
在此，以下具体说明误差信号及其取得原理。
AF单元212将加工对象物1的激光入射面即背面21的位移(相对位移)，使用Through the Lens方式，即，使用通过将激光L聚光的聚光光学系统204的测定用光LB1来进行测量。此外，AF单元212利用像散来测量背面21的位移。AF单元212利用光学系统的距离根据聚光光学系统204与背面21的相对位移的变化而变化，且通过光学系统时的测定用光LB1的反射光LB2的像点的位置移动的情况。
在AF单元212中，反射光LB2的光束形状根据加工对象物1中的自下述的基准位置起的背面21的位移，在4象限检测器等的光束形状检测部55、56上变化。具体而言，在背面21被反射的反射光LB2具有对应于该背面21的位移而不同的光束扩散角，成为对应于该光束扩散角而在光束形状检测部55、56上不同的光束形状。例如如图10所示，反射光LB2的光束形状H在纵长椭圆(参照图10(a))、正圆(参照图10(b))和横长椭圆(参照图10(c))之间变化。在AF单元212中，将这样变化的光束形状在光束形状检测部55、56中分割成受光面SA、SB、SC、SD来进行检测。接着，在AF单元212中，根据光束形状的检测结果，通过下式(1)的运算来生成误差信号。
误差信号＝[(IA+IC)-(IB+ID)]/[(IA+IB+IC+ID)]…(1)
其中，
IA：基于受光面SA中的光量而输出的信号值、
IB：基于受光面SB中的光量而输出的信号值、
IC：基于受光面SC中的光量而输出的信号值、
ID：基于受光面SD中的光量而输出的信号值。
图11是显示误差信号的一个例子的图表。在图11所示的图表中，横轴表示激光入射面的自误差信号成为零的位置起的位移，纵轴表示误差信号的大小。位移越小(图中越往左侧)，激光入射面位于越接近聚光光学系统204的方向。位移越大(图中越往右侧)，激光入射面位于越远离聚光光学系统204的方向。
如图11所示，误差信号在图表上变化成S字曲线状。误差信号成为零时的位移是当光束形状在光束形状检测部55、56上成为正圆时的位移。在误差信号中可利用的范围是成为零周边的单调递减的范围(以下将该范围称为“测长范围”)。本实施方式的测长范围由于因加工对象物1的翘曲所致的在激光加工开始位置上的背面21的位移的不均，考虑实用性，至少为±10μm。本实施方式的测长范围为±20μm以上。
返回至图9，成像状态调整部70移动测定用光LB1及反射光LB2的成像状态。成像状态调整部70在测定用光LB1及反射光LB2的光路中被设置于第1分支部51与分色镜238之间。成像状态调整部70具有凹透镜71及凸透镜72。成像状态调整部70根据来自控制部250的指令，使凹透镜71及凸透镜72间的距离改变，而将该成像状态移动。由此，成像状态调整部70调整偏移量。成像状态的移动包含：将该光路上的所有成像位置关系的集合映像为其他成像位置关系的集合(即，成像位置的移动)。
基准位置，是在下述的设定出基准位置时(步骤S5)所设定的激光入射面的深度位置。具体而言，基准位置是由表面观察单元211对背面21进行摄像，所投影的光栅(reticle)的对比度成为最大的状态时的该背面21的位置。
成像状态调整部70在加工对象物1为最大具有775μm的厚度的硅基板时，通过将测定用光LB1及反射光LB2的成像状态移动，而在0μm～-180μm的范围使偏移量可变。
在加工对象物1为厚度775μm的硅基板且在加工对象物1内的离背面21浅的位置形成改质区域7时，成像状态调整部70的收敛功率变弱，偏移量被设为0μm或接近0μm的值，聚光光学系统204与背面21之间的距离被设为远距离。相对于此，在加工对象物1为厚度775μm的硅基板且在加工对象物1内的离背面21深的位置形成改质区域7时，成像状态调整部70的收敛功率变强，偏移量被设为-180μm或接近-180μm的值，聚光光学系统204与表面3之间的距离被设为近距离。
控制部250根据来自上位控制器等上位系统的指令，设定偏移量。控制部250以成为所设定的偏移量的方式控制成像状态调整部70。具体而言，在控制部250预先存储有关于按每个偏移量所设定的凹透镜71的位置的数据表格。控制部250参照数据表格来求出成为所设定的偏移量的凹透镜71的位置，将使该凹透镜71移动至所求出的凹透镜71的位置的指令输出至成像状态调整部70。
控制部250在第1分支光路OP1及第2分支光路OP2之中，选择对应于由成像状态调整部70所移动的成像状态的一方。具体而言，控制部250从第1分支光路OP1及第2分支光路OP2之中，选择对应于由成像状态调整部70所调整的偏移量的一方。更具体而言，控制部250在所设定的偏移量位于第1范围时，选择第1分支反射光LS1的光路即第1分支光路OP1。在所设定的偏移量位于第2范围时，选择第2分支反射光LS2的光路即第2分支光路OP2。第2范围是比第1范围深的范围。第1范围是0μm以下且大于-40μm的范围。第2范围是-40μm以下且-180μm以上的范围。控制部250将第1分支光路OP1及第2分支光路OP2的选择结果所涉及的指示输出至误差信号生成部57。控制部250以在误差信号生成部57所生成的误差信号维持目标值(在此为零)的方式，使驱动单元232进行动作。
AF单元212还具有第1操纵镜81、及第2操纵镜82。第1及第2操纵镜81、82在测定用光LB1及反射光LB2的光路中，被配置在成像状态调整部70与分色镜238之间。第1及第2操纵镜81、82将测定用光LB1的光轴对准(准直)激光L的光轴。第1及第2操纵镜81、82构成光轴调整机构。
接着，说明在激光加工装置300中所实施的激光加工方法。
本实施方式的激光加工方法被用作将加工对象物1进行激光加工来制造多个芯片的芯片的制造方法。加工对象物1呈板状。加工对象物1是例如蓝宝石基板、SiC基板、玻璃基板(强化玻璃基板)、硅基板、半导体基板或透明绝缘基板等。在此的加工对象物1是硅基板。在加工对象物1中与激光入射面侧即背面21侧相反侧的表面3侧形成有功能元件层。功能元件层包含排列成矩阵状的多个功能元件(例如光电二极管等受光元件、激光二极管等发光元件、或形成为电路的电路元件等)。加工对象物1的背面21侧被研磨成加工对象物1薄化至所期望的厚度为止。在加工对象物1设定有多个以通过相邻的功能元件间的方式延伸的切断预定线5。多个切断预定线5以格子状延伸。
在本实施方式的激光加工方法中，首先，以背面21成为激光入射面的方式，在平台111的支撑台107上载置加工对象物1。从激光光源202使激光L出射，且使该激光L通过聚光光学系统204聚光于加工对象物1的内部。同时，通过控制部250，控制平台111的移动等，使该激光L朝向沿着切断预定线5的加工行进方向相对移动(扫描)，沿着切断预定线5在加工对象物1的内部形成改质区域7。之后，将被贴附在加工对象物1的表面3或背面21的扩展带扩张而将加工对象物1切断，且将加工对象物1切断成多个芯片。
在此，加工对象物1的背面21由于起因于在表面3形成有功能元件层的应力等的影响，具有翘曲或起伏。因此，为了使激光L聚光而将改质区域7稳定地形成为所意图的深度，需要进行将聚光光学系统204与背面21的相对位移保持为所意图的位移的控制。
因此，在本实施方式的激光加工方法中，一边将激光L聚光于加工对象物1，一边将测定用光LB1聚光于加工对象物1。将在背面21反射的测定用光LB1的反射光LB2分支成第1及第2分支反射光LS1、LS2，检测在第1分支光路OP1附加有第1像散量的第1分支反射光LS1的光束形状，并且检测在第2分支光路OP2附加有第2像散量的第2分支反射光LS2的光束形状。基于该光束形状的检测结果，取得误差信号，且以该误差信号维持目标值的方式，通过驱动单元232，使聚光光学系统204沿Z方向进行动作。具体而言，执行以下步骤。
即，如图12所示，根据来自上位系统的指令，通过控制部250，设定偏移量(步骤S1)。根据来自上位系统的指令，通过控制部250，从测定用光源30的SLD光源31、32之中，选择出射具有相对于加工对象物1的反射率高的波长的光的一方(步骤S2)。
通过控制部250，根据所设定的偏移量，选择生成误差信号的分支光路OP1、OP2(步骤S3)。在步骤S3中，在所设定的偏移量位于第1范围(-40μm＜偏移量≦0μm)的情况下，选择将第1像散量附加在第1分支反射光LS1的光路即第1分支光路OP1。在所设定的偏移量位于第2范围(-180μm≦偏移量≦-40μm)的情况下，选择将大于第1像散量的第2像散量附加在第2分支反射光LS2的光路即第2分支光路OP2。
通过控制部250，以成为所设定的偏移量的方式控制成像状态调整部70，移动测定用光LB1及反射光LB2的成像状态(步骤S4)。在步骤S4中，参照数据表格，导出与所设定的偏移量相对应的凹透镜71的位置，使凹透镜71移动至该位置。
执行使加工对象物1位于基准位置的设定出基准位置(步骤S5)。在步骤S5中，由表面观察单元211对作为激光入射面的背面21进行摄像，以背面21位于所投影的光栅的对比度成为最大的状态的深度位置的方式，通过控制部250使平台111沿Z方向移动。在将光栅进行投影的光的波长与测定用光LB1的波长相等的情况下，当偏移量为0μm时，该阶段的误差信号的大小成为零。另一方面，在将光栅进行投影的光的波长与测定用光LB1的波长不同的情况下，当偏移量为0μm时，该阶段的误差信号的大小成为对应于相对于聚光光学系统204的光栅投影光与测定用光LB1的色像差的大小的值。基准位置与偏移量如上所述建立关联。之后，通过控制部250，以成为所设定的偏移的方式，使平台111移动而使加工对象物1接近聚光光学系统204(步骤S6)。
取得误差信号的目标值，且存储在控制部250(步骤S7)。在步骤S7中，从测定用光源30的SLD光源31、32之中在上述步骤S2中所选择的一方出射测定用光LB1。测定用光LB1由调整光学系统60调整光束径，通过第1分支部51，且在成像状态调整部70调整成像状态之后，在第1及第2操纵镜81、82及分色镜238依次反射，通过聚光光学系统204被聚光于加工对象物1，且在背面21反射。
在背面21反射的反射光LB2通过聚光光学系统204，在分色镜238、第2及第1操纵镜82、81依次反射，在成像状态调整部70调整成像状态，在第1分支部51反射之后，在第2分支部52被分支为第1及第2分支反射光LS1、LS2。第1分支反射光LS1在第1分支光路OP1中，通过第1像散附加部53附加第1像散量之后，经由过滤器59a而在第1光束形状检测部55被受光。第2分支反射光LS2在第2分支光路OP2中，通过第2像散附加部54附加第2像散量之后，经由过滤器59b而在第2光束形状检测部56被受光。误差信号生成部57在上述步骤S3中通过控制部250选择第1分支光路OP1时，按照上式(1)，生成对应于在第1光束形状检测部55所检测到的光束形状的误差信号。另一方面，在上述步骤S3中通过控制部250选择第2分支光路OP2时，按照上式(1)，生成对应于在第2光束形状检测部56所检测到的光束形状的误差信号。将所生成的误差信号作为目标值而存储在控制部205。
接着，开始激光加工(步骤S8)。在步骤S8中，一边沿着切断预定线5扫描激光L，一边与上述步骤S7同样地取得误差信号，以所取得的误差信号维持目标值的方式，通过驱动单元232，使聚光光学系统204沿Z方向动作。由此，与激光L的扫描一起，执行聚光光学系统204与背面21的相对位移被保持为一定的反馈控制，聚光光学系统204追随背面21的位移。之后，判定沿着全部切断预定线5的激光加工是否已完成(步骤S9)。在步骤S9中为否的情况下，沿着激光加工未完成的该切断预定线5，反复实施上述步骤S1～S9，另一方面，在步骤S9中为是的情况下，激光加工结束。
图13是显示仅根据在第1光束形状检测部55所检测到的光束形状而生成的误差信号的图表。在图中显示将偏移量从0μm至-180μm，以每10μm至每20μm进行变更时的各误差信号。如图13所示，误差信号的倾斜与偏移量(即，由成像状态调整部70进行移动的成像状态)具有相关。此外，可知偏移在加工对象物1越成为较深位置，误差信号的倾斜变得越过于平缓。其中，误差信号的倾斜，是相对于所取得的位移的误差信号的变动。误差信号的倾斜，是关于位移的误差信号的变化的比例。误差信号的倾斜在误差信号成比例地单调递减时，对应于该比例常数。误差信号的倾斜对应于误差信号伴随位移的变化而变动时的变动量。
在此，作为误差信号的倾斜变得过于平缓的主要原因，发现附加到测定用光LB1的反射光LB2的像散量与偏移量的失配。因此，在激光加工装置300中，按照偏移量选择第1及第2分支光路OP1、OP2的一方，根据在所选择的第1及第2分支光路OP1、OP2的一方所检测到的光束形状，生成误差信号。由此，可将在误差信号的生成中使用的附加到第1及第2分支反射光LS1、LS2的一方的像散量设为对应于偏移量的像散量。其结果，可抑制误差信号的倾斜变得过于平缓。因此，可精度良好地检测激光入射面即背面21的位移。
特别是研磨背面21直至加工对象物1薄化至所期望厚度为止，因此，成为在背面21形成有研磨痕的状态(形成有多个深度极浅的槽的状态)。此时，测定用光LB1在背面21散射，即使为相同位移，也有误差信号不均的担忧，因此，若误差信号的倾斜变得过于平缓，则在实用性可能产生问题。因此，如上所述在背面21形成有研磨痕的情况下，抑制误差信号的倾斜变得过于平缓这样的上述作用效果变得显著。
在激光加工装置300中，在偏移量位于第1范围的情况下，选择第1分支光路OP1，在偏移量位于比第1范围深的第2范围的情况下，选择第2分支光路OP2。此时，在偏移浅的情况下，可将附加有较小像散量的第1分支反射光LS1用于误差信号的生成，在偏移深的情况下，可将附加有较大像散量的第2分支反射光LS2用于误差信号的生成。可抑制误差信号的倾斜变得过于平缓，可精度良好地检测背面21的位移。
图14是显示在激光加工装置300中所生成的误差信号的图表。在图中显示将偏移量由0μm至-180μm以每10μm至每20μm变更时的各误差信号。在图中的各项目(系列)名称中，在为基于第1分支光路OP1的光束形状的误差信号的情况下，标注“OP1”，在为基于第2分支光路OP2的光束形状的误差信号的情况下，标注“OP2”。如图14所示，可知根据激光加工装置300，可抑制误差信号的倾斜变得过于平缓。例如在激光加工装置300中，误差信号具有因研磨痕所致的测定误差成为实用范围内的一定以上的倾斜。例如误差信号也可在误差信号成为零的位移中，具有0.025/μm以上的倾斜的绝对值。例如误差信号也可在误差信号成为零的位移中，具有0.0275/μm以上的倾斜的绝对值。
其中，在偏移量为-40μm的情况下，可知无论是基于第1分支光路OP1的光束形状的误差信号，还是基于第2分支光路OP2的光束形状的误差信号，其倾斜均成为一定以上。因此，在本实施方式中，将第1范围设为0μm以下且大于-40μm的范围，将第2范围设为-40μm以下且-180μm以上的范围，但是也可将第1范围设为0μm以下且-40μm以上的范围，将第2范围设为小于-40μm且-180μm以上的范围。
图15是显示仅根据在第2光束形状检测部56所检测到的光束形状而生成的误差信号的图表。在图中显示将偏移量由0μm至-180μm以每10μm至每20μm进行变更时的各误差信号。根据图15所示的结果，可知偏移在加工对象物1中越成为较浅位置，误差信号的倾斜越变得过于急剧，测长范围成为不充分。相对于此，在激光加工装置300中，可抑制误差信号的倾斜变得过于急剧，而且可充分确保测长范围(参照图14)。
在激光加工装置300中，通过控制部250设定偏移量，且以成为被设定的偏移量的方式控制成像状态调整部70。根据该结构，可以成为被设定的偏移量的方式，自动调整测定用光LB1及反射光LB2的成像状态。
激光加工装置300具备使聚光光学系统204沿Z方向进行动作的驱动单元232，以误差信号维持目标值的方式，通过控制部205，驱动单元232被动作。根据该结构，可以追随背面21的方式使聚光光学系统204沿Z方向移动。
激光加工装置300具备：使测定用光LB1的光轴对准激光L的光轴的第1及第2操纵镜81、82。根据该结构，可将测定用光LB1的光轴精度良好地对准激光L的光轴。
在激光加工装置300中，测定用光源30出射多个波长的光之中具有相对于加工对象物1的反射率高的波长的光，来作为测定用光LB1。由此，可使测定用光LB1容易在背面21反射。
即，也考虑通过缩短成像状态调整部70与聚光光学系统204之间的物理距离、或在其之间插入4f透镜系统而缩短光学距离，来抑制误差信号的倾斜的变化。但是，根据装置结构上的限制，难以缩短该物理距离，而且插入4f透镜造成装置大型化，因此有难以实现的可能性。特别是在配置第1及第2操纵镜81、82的情况下，难以缩短该物理距离。关于该点，在激光加工装置300中，受到装置结构上的限制少，此外，可抑制装置大型化。在激光加工装置300中，可配置第1及第2操纵镜81、82。
图16是显示变形例所涉及的AF单元212B的一部分的构成图。如图16所示，AF单元212B的第1及第2光束形状检测部55、56的各个也可对应于成像状态调整部70的凹透镜71的移动，沿着第1及第2分支光路OP1、OP2的各个移动。具体而言，也可通过控制部250，越是以偏移加深的方式移动凹透镜71，越是使第1及第2光束形状检测部55、56沿离第1及第2像散附加部53、54近的方向连动(换言之，也可随着偏移加深，将第1及第2光束形状检测部55、56接近第1及第2像散附加部53、54)。
图17是用于说明通过图16的AF单元212B所得的效果的图表。在图17中显示基于在第1光束形状检测部55所检测到的光束形状而生成的误差信号。图17(a)是第1光束形状检测部55为固定时的误差信号。图17(b)是在AF单元212B所生成的误差信号，即第1光束形状检测部55为可动时的误差信号。如图17(a)及图17(b)所示，在变形例所涉及的AF单元212B中，相对于任何偏移量，均可将误差信号的S字曲线设为在横轴以零为中心取得均整的形状。这有助于PID控制等的响应性改善。
在AF单元212B中，也可取代第1及第2光束形状检测部55、56的移动，或除此之外进一步，使第1及第2像散附加部53、54的凸透镜53a、54a及柱面透镜53b、54b的至少任一者同样地移动。此时也达成同样效果。
以上，说明了实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，也可在未变更各权利要求所记载的主旨的范围内进行变形或适用于其他方面。
在上述实施方式中，通过第2分支部52，将反射光LB2的光路OP分支成2光路(第1及第2分支光路OP1、OP2)，但是也可分支成3光路以上。若在3光路以上的光路的各个，设置附加互相不同的大小的像散量的多个像散附加部、及检测附加有像散的多个分支反射光各自的光束形状的多个光束形状检测部即可。此时，也可从多个光路之中，以偏移越深，越大的像散量被附加在分支反射光的方式选择光路，且基于所选择的光路的该分支反射光的光束形状的检测结果，生成误差信号。
在上述实施方式中，在测定用光LB1及反射光LB2的光路中，在第1分支部51与分色镜238之间配置成像状态调整部70，但是成像状态调整部70的配置并未被限定。也可取代上述实施方式的配置，或除此之外进一步，在测定用光LB1的光路中比第1分支部51更上游侧、及反射光LB2的光路OP中第1分支部51与第2分支部52之间的至少任一者，配置成像状态调整部70。
在上述实施方式中，通过凹透镜71及凸透镜72构成成像状态调整部70，但是成像状态调整部70并未特别限定，也可为例如可变焦点距离透镜。上述实施方式的光学系统具备使激光L透过且使测定用光LB1及反射光LB2反射的分色镜238，但是也可为具备使激光L反射而且使测定用光LB1及反射光LB2透过的分色镜的结构来取而代之。同样地，上述实施方式的光学系统也可为在第1分支部51中使测定用光LB1反射而且使反射光LB2透过的结构。同样地，上述实施方式的光学系统也可为在第2分支部52中使第1分支反射光LS1透过而且使第2分支反射光LS2反射的结构。
在上述实施方式中，也可在上述步骤S6与上述步骤S7之间，取得第1及第2光束形状检测部55、56的偏置偏移值(未检测光束形状的状态的第1及第2光束形状检测部55、56的输出值)并进行调整。在上述实施方式中，将偏移量作为误差信号为零的光学配置，但是并不限于误差信号为零的情况，也可将偏移量设定为误差信号成为基准值的光学配置。
在上述实施方式中，基于来自上位系统的指令来设定偏移量，但是也可通过作业人员的操作来设定偏移量，也可对应于所形成的改质区域7的位置来预先设定偏移量。在上述实施方式中，以成为被设定的偏移量的方式，通过控制部250控制成像状态调整部70，但是也可通过作业人员的操作来控制成像状态调整部70。
上述实施方式具备反射型空间光调制器203来作为空间光调制器，但是空间光调制器并非限定于反射型，也可具备透过型的空间光调制器。在上述实施方式中，将加工对象物1的背面21设为激光入射面，但是，也可将加工对象物1的表面3设为激光入射面。在上述中，控制部250及误差信号生成部57构成信号取得部。控制部250构成偏移量设定部、成像状态控制部及驱动机构控制部。
符号的说明
1…加工对象物、3…表面、7…改质区域、21…背面、30…测定用光源、50…位移检测部、52…第2分支部(分支部)、53…第1像散附加部(像散附加部)、54…第2像散附加部(像散附加部)、55…第1光束形状检测部(光束形状检测部)、56…第2光束形状检测部(光束形状检测部)、57…误差信号生成部(信号取得部)、70…成像状态调整部、81…第1操纵镜(光轴调整机构)、82…第2操纵镜(光轴调整机构)、100、300…激光加工装置、204…聚光光学系统(聚光用透镜)、232…驱动单元(驱动机构)、250…控制部(信号取得部，偏移量设定部，成像状态控制部，驱动机构控制部)、L…激光(加工用激光)、LB1…测定用光、LB2…反射光、LS1…第1分支反射光(分支反射光)、LS2…第2分支反射光(分支反射光)、OP1…第1分支光路(第1分支反射光的光路)、OP2…第2分支光路(第2分支反射光的光路)。

Claims (8)

1.一种激光加工装置，其特征在于，
是通过将加工用激光聚光于加工对象物，而在所述加工对象物形成改质区域的激光加工装置，
具备：
测定用光源，其出射测定用光；
聚光用透镜，其将所述加工用激光及所述测定用光聚光于所述加工对象物；
位移检测部，其根据在所述加工对象物的激光入射面被反射的所述测定用光的反射光，检测所述激光入射面的位移；及
成像状态调整部，其将所述测定用光及所述测定用光的反射光的至少任一者的成像状态进行移动，
所述位移检测部具有：
分支部，其将所述测定用光的反射光分支成多个分支反射光；
多个像散附加部，其设置于多个所述分支反射光的光路的各个，对多个所述分支反射光的各个附加互相不同的大小的像散量；
多个光束形状检测部，其设置于多个所述分支反射光的光路的各个，检测附加有像散的多个所述分支反射光各自的光束形状；及
信号取得部，其从多个所述分支反射光的光路之中，选择对应于由所述成像状态调整部进行调整的所述成像状态的一个，根据所选择的所述分支反射光的光路中的所述光束形状检测部的检测结果，取得关于所述位移的信号。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
所述成像状态调整部通过移动所述成像状态来调整偏移量，
所述信号取得部从多个所述分支反射光的光路之中，选择对应于由所述成像状态调整部进行调整的所述偏移量的一个。
3.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述分支部将所述测定用光的反射光至少分支成第1分支反射光及第2分支反射光，
所述像散附加部具有：
第1像散附加部，其设置于所述第1分支反射光的光路，将第1像散量附加在所述第1分支反射光；及
第2像散附加部，其设置于所述第2分支反射光的光路，将大于所述第1像散量的第2像散量附加在所述第2分支反射光，
所述信号取得部，
在由所述成像状态调整部进行调整的所述偏移量位于第1范围的情况下，选择所述第1分支反射光的光路，
在由所述成像状态调整部进行调整的所述偏移量位于比所述第1范围深的第2范围的情况下，选择所述第2分支反射光的光路。
4.如权利要求2或第3所述的激光加工装置，其特征在于，
具备：
偏移量设定部，其设定由所述成像状态调整部进行调整的所述偏移量；及
成像状态控制部，其以成为在所述偏移量设定部所设定的所述偏移量的方式，控制所述成像状态调整部。
5.如权利要求1～4中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
具备：
驱动机构，其沿着所述聚光用透镜的光轴方向，使所述加工对象物及所述聚光用透镜的至少任一者进行动作；及
驱动机构控制部，其以在所述信号取得部所取得的所述信号维持目标值的方式使所述驱动机构进行动作。
6.如权利要求1～5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
具备：光轴调整机构，其将所述测定用光的光轴对准所述加工用激光的光轴。
7.如权利要求1～5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述测定用光源能够出射具有彼此不同的波长的多个光的任一者，出射多个波长的光之中具有相对于所述加工对象物的反射率最高的波长的光来作为所述测定用光。
8.一种激光加工方法，其特征在于，
是通过将加工用激光聚光于加工对象物，而在所述加工对象物形成改质区域的激光加工方法，
具备：激光加工步骤，其一边将所述加工用激光由聚光用透镜聚光于所述加工对象物，一边将测定用光由所述聚光用透镜聚光于所述加工对象物，将在所述加工对象物的激光入射面被反射的该测定用光的反射光至少分支成第1分支反射光及第2分支反射光，检测在所述第1分支反射光的光路附加有第1像散量的所述第1分支反射光的光束形状，并且检测在所述第2分支反射光的光路附加有大于所述第1像散量的第2像散量的所述第2分支反射光的光束形状，根据该光束形状的检测结果，取得关于所述激光入射面的位移的信号，以所取得的所述信号维持目标值的方式，沿着所述聚光用透镜的光轴方向，使所述加工对象物及所述聚光用透镜的至少任一者进行动作，
所述激光加工步骤包含：
第1步骤，其设定偏移量；
第2步骤，其在由所述第1步骤所设定的所述偏移量为第1范围的情况下，选择所述第1分支反射光的光路，在由所述第1步骤所设定的所述偏移量为比所述第1范围深的第2范围的情况下，选择所述第2分支反射光的光路；
第3步骤，其以成为在所述第1步骤所设定的所述偏移量的方式，将所述测定用光及所述测定用光的反射光的至少任一者的成像状态进行移动；
第4步骤，其以成为在所述第1步骤所设定的所述偏移量的方式，使所述加工对象物及所述聚光用透镜的至少任一者进行动作；
第5步骤，其在所述第3步骤及所述第4步骤之后，取得所述目标值；及
第6步骤，其在所述第5步骤之后，一边将所述加工用激光由所述聚光用透镜聚光于所述加工对象物，一边在由所述第2步骤所选择的所述分支反射光的光路检测所述光束形状，根据该光束形状的检测结果，取得所述信号，以所取得的所述信号维持所述目标值的方式，沿着所述聚光用透镜的光轴方向，使所述加工对象物及所述聚光用透镜的至少任一者进行动作。
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