JP2015024428A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系を変更することなく、任意のオフセットに応じた加工を行うことができる加工装置を提供する。【解決手段】対物レンズを介して加工対象物の所定位置に加工用レーザー光を集光して加工を行う加工手段と、非点収差を有した光学系であって、対物レンズを介して加工対象物で反射された検出光の反射光を受光する非点収差光学系と、加工用レーザー光の集光位置におけるオフセット量を調整可能であって、非点収差光学系に設けられるオフセット量調整手段と、オフセット量に対応する位置に加工用レーザー光を集光させるように加工対象物に対する対物レンズの相対位置を調整する相対位置調整手段と、を備える加工装置。【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置に関する。

近年、加工対象物の表面から内側に所定量だけオフセットした位置に加工用レーザー光を集光することで該加工対象物を切断する加工装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、上記加工装置では、オートフォーカスユニットを用いることで加工面が反っている場合や加工面に凹凸がある場合でも、該凹凸にレンズを追従させることで上記オフセット位置にレーザー光を集光させるようにしている。

特開２００９−１１３０６８号公報

しかしながら、上記従来技術においては、オフセット量に応じて光学系が設定されるため、１つのオフセット位置に対応した加工しかできないため、異なるオフセットで加工を行う場合には光学系を変更する必要があり、オフセット量を任意に設定することができないといった問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、光学系を変更することなく、任意のオフセットに応じた加工を行うことができる加工装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る加工装置は、対物レンズを介して加工対象物の所定位置に加工用レーザー光を集光して加工を行う加工手段と、非点収差を有した光学系であって、前記対物レンズを介して前記加工対象物で反射された検出光の反射光を受光する非点収差光学系と、前記加工用レーザー光の集光位置におけるオフセット量を調整可能であって、前記非点収差光学系に設けられるオフセット量調整手段と、前記オフセット量に対応する位置に前記加工用レーザー光を集光させるように前記加工対象物に対する前記対物レンズの相対位置を調整する相対位置調整手段と、を備える。

この加工装置によれば、調整されたオフセット量に対応する位置に加工用レーザー光を集光させるように加工対象物に対する前記対物レンズの相対位置を調整することができるオートフォーカス機能を備えた加工装置を提供できる。

また、上記加工装置においては、前記オフセット量調整手段は、前記非点収差光学系における前記検出光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置であってもよい。

また、上記加工装置においては、前記焦点距離調整装置は、前記対物レンズと前記検出光を検出する検出部との間において、前記検出光を透過させる凸レンズの位置を移動させる第１移動部を含むようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記焦点距離調整装置は、前記対物レンズと前記検出光を検出する検出部との間において、前記検出光の焦点を可変可能な焦点可変光学素子を含むようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記オフセット量調整手段は、前記非点収差光学系における前記検出光の光路長を調整する光路長調整装置であってもよい。

また、上記加工装置においては、前記光路長調整装置は、前記対物レンズと前記検出光を検出する検出部との間において、前記検出光が通過する光学部材を移動させる第２移動部を含むようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記光路長調整装置は、前記検出光を検出する検出部の位置を移動させる第３移動部を含むようにしてもよい。

本発明によれば、光学系を変更することなく、任意のオフセットに応じた加工を行うことができる。

第一実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図。 オートフォーカス光学系において非点収差を利用した合焦方法を説明するための図。 （ａ）乃至（ｃ）は、光検出部における反射検出光のビームの受光状態を説明するための図。 凸レンズの位置を変化させた場合における差分信号と対物レンズの位置との関係を示すグラフ。 分断装置を用いて加工対象物５を分断する工程を示す図。 第二実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は、焦点可変光学素子の構成例を示す図。 第三実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図。 第四実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例としての実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

（第一実施形態）
図１は第一実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、加工装置１００は、レーザー加工部（加工手段）１０と、該レーザー加工部１０から射出される加工用レーザー光を所定位置に集光させるオートフォーカス光学系（非点収差光学系）２０と、制御部５０とを備えている。

レーザー加工部１０は、加工対象物５を載置するステージ１と、加工用レーザー光源２と、ステージ１に載置される加工対象物５に対向配置される対物レンズ３と、を有する。
ステージ１は、加工対象物５を載置する載置面１ａが上面に設けられている。ステージ１は、制御部５０により、その移動が制御されている。本実施形態において、加工対象物５は、シリコンウエハーを用いた。なお、制御部５０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されている。

なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ステージ１における加工対象物５の載置面１ａと平行な面内における一方向をＸ軸方向、該面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。

制御部５０は、載置面１ａ上の加工対象物５と対物レンズ３とを近接或いは離間させる方向（例えば、鉛直方向）に沿ってステージ１を移動させる。また、制御部５０は、鉛直方向に直交する方向（例えば紙面貫通方向や、紙面左右方向）に沿ってもステージ１を移動させることができる。
これにより、ステージ１は、載置面１ａ上の加工対象物５と対物レンズ３との相対位置を微調整可能とされており、本発明の相対位置調整手段を構成する。

なお、本実施形態では、ステージ１の位置を調整することで加工対象物５及び対物レンズ３の相対位置を調整する場合を例に挙げて説明するが、例えばピエゾ素子等を設けることで対物レンズ３を直接動かし、加工対象物５に対する対物レンズ３の相対位置を変化させるようにしてもよい。

加工用レーザー光源２は、加工対象物５に対し、Ｚ軸方向に沿って加工用レーザー光Ｌを射出するためのものであり、加工用レーザー光Ｌをパルス発振等するレーザ光源から構成される。レーザ光源は、加工用レーザー光Ｌとして赤外光をパルス発振する。
対物レンズ３は、加工用レーザー光Ｌを載置面１ａ上の加工対象物５の所定位置に集光する。

オートフォーカス光学系２０は、加工対象物５の表面形状に応じて変化する前記レーザー加工部１０（加工用レーザー光源２）から射出される加工用レーザー光Ｌを所定の位置に集光させるためのものである。本実施形態に係る加工装置１００は、上記オートフォーカス光学系２０を用いることで、加工用レーザー光Ｌを加工対象物５の表面或いは表面から内側に所定量だけオフセットした位置に集光させることが可能である。

加工用レーザー光Ｌは、加工対象物５を透過すると共に加工対象物５の内部の集光点近傍（オフセット量に対応した位置）にて特に吸収され、これにより、加工対象物５に改質領域を形成する。すなわち、本実施形態に係る加工装置１００は、内部吸収型レーザー加工を行うためのものである。
ここで、本実施形態に係る加工装置１００により形成される改質領域とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。具体的に改質領域とは、例えば、溶融処理領域、クラック領域（絶縁破壊領域）、及び屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域も含む。

溶融処理領域とは、一旦溶融後再固化した領域や、まさに溶融状態の領域や、溶融状態から再固化する状態の領域であり、相変化した領域や結晶構造が変化した領域ということもできる。また、溶融処理領域とは単結晶構造、非晶質構造、多結晶構造において、ある構造が別の構造に変化した領域ということもできる。
つまり、例えば、単結晶構造から非晶質構造に変化した領域、単結晶構造から多結晶構造に変化した領域、単結晶構造から非晶質構造及び多結晶構造を含む構造に変化した領域を意味する。加工対象物がシリコン単結晶構造の場合、溶融処理領域は例えば非晶質シリコン構造である。

クラック領域とは、加工対象物の内部に加工用レーザー光Ｌが吸収されることで生じた光学的損傷である。このような光学的損傷により加工対象物の内部に熱ひずみが誘起され、これにより加工対象物の内部に、１つ又は複数のクラックを含むクラック領域が形成される。クラック領域は絶縁破壊領域とも言える。なお、クラック領域は、例えば、加工対象物としてガラスやＬｉＴａＯ_３からなる圧電材料を用い、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１μｓ以下の条件で加工用レーザー光Ｌを照射した場合に生じる。

屈折率変化領域とは、パルス幅が極めて短い状態で加工対象物５の内部に加工用レーザー光Ｌが吸収されると、そのエネルギーが熱エネルギーに転化せず、加工対象物の内部にはイオン価数変化、結晶化又は分極配向等の永続的な構造変化が誘起されることで形成されたものである。なお、屈折率変化領域は、例えば、加工対象物としてガラスを用い、集光点における電界強度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上で且つパルス幅が１ｎｓ以下の条件で加工用レーザー光Ｌを照射した場合に生じる。

本実施形態において、上記オートフォーカス光学系２０は、非点収差を用いたオートフォーカス機能を有している。オートフォーカス光学系２０は、載置面１ａ上の加工対象物５に対して検出光を照射し、該加工対象物５の表面で反射された検出光（以下、反射検出光（反射光）と称す場合もある）を受光する。

オートフォーカス光学系２０は、光源２９と、コリメートレンズ２１と、偏光ビームスプリッター２２と、凸レンズ２３と、シリンドリカルレンズ２４と、光検出部（検出部）２８と、λ／４板２６と、焦点距離調整装置２７と、ダイクロイックミラー２５とを有する。ダイクロイックミラー２５は、加工用レーザー光源２と対物レンズ３との間における加工用レーザー光Ｌの光路上に配置されている。ダイクロイックミラー２５は、上記オートフォーカス光学系２０における検出光を反射させるが、上記加工用レーザー光Ｌを透過させる光学特性を有する。

光源２９は、例えばレーザーダイオードから構成され、所定の波長（色）の検出光Ｌ１を射出する。光検出部２８は４分割フォトダイオードから構成される。焦点距離調整装置２７は、凸レンズ２７ａと、該凸レンズ２７ａの位置を移動させる移動機構（第１移動部）２７ｂと、を含む。移動機構２７ｂは、例えば、ピエゾ素子等のアクチュエータから構成される。移動機構２７ｂは、制御部５０により、その駆動が制御される。

オートフォーカス光学系２０においては、光源２９から射出された検出光Ｌ１がコリメートレンズ２１により平行光に変換された後、偏光ビームスプリッター２２、及びλ／４板２６を透過し、ダイクロイックミラー２５で反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された検出光Ｌ１は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物５の表面に照射される。

加工対象物５の表面で反射された反射検出光Ｌ１は、ダイクロイックミラー２５で反射され、凸レンズ２７ａを透過してλ／４板２６に入射する。ここで、反射検出光Ｌ１は、加工対象物５に向かう往路と該加工対象物５で反射された復路とでλ／４板２６を２回通過しているため、その偏光方向が９０°回転する。そのため、反射検出光Ｌ１は、偏光ビームスプリッター２２において反射され、凸レンズ２３により集光されてシリンドリカルレンズ２４に入射する。

オートフォーカス光学系２０は、シリンドリカルレンズ２４を有するため、反射検出光Ｌ１に非点収差を生じさせる。

図２は、オートフォーカス光学系２０が有する非点収差の説明図である。図２に示されるように、シリンドリカルレンズ２４は、円柱を軸方向に沿って半分にした略半円柱状を呈する。シリンドリカルレンズ２４は、例えば、Ｘ方向のみにレンズ効果を有し、Ｙ方向においてはレンズ効果を有しない。すなわち、反射検出光Ｌ１は、シリンドリカルレンズ２４を通過する際、Ｘ軸方向の焦点位置とＹ軸方向の焦点位置がずれて非点収差が発生した状態で光検出部２８に入射する（図３参照）。

シリンドリカルレンズ２４を透過した反射検出光Ｌ１は、ビームの形状が光軸上の位置によって縦長楕円、円形、横長楕円の順に変化する。そのため、４分割フォトダイオードからなる光検出部２８でビームを受光すると、ビームの形状に応じて各分割領域に入射する光量のバランスが変化する。

図３は、光検出部２８における反射検出光Ｌ１のビームの受光状態を説明するための図であり、図３（ａ）はビームが縦長楕円形の場合を示し、図３（ｂ）はビームが円形の場合を示し、図３（ｃ）はビームが横長楕円形の場合を示すものである。

図３（ａ）に示されるように、ビームが縦長楕円形の場合、光検出部２８における分割領域Ａ及びＣの入射光量が大きくなる。また、図３（ｂ）に示されるように、ビームが円形の場合、光検出部２８における分割領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの入射光量が等しくなる。また、図３（ｃ）に示されるように、ビームが横長楕円形の場合、光検出部２８における分割領域Ｂ及びＤの入射光量が大きくなる。

光検出部２８は、分割領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで検出した入射光量を制御部５０に送信する。制御部５０は、分割領域Ａ及び分割領域Ｃの入射光量の和と、分割領域Ｂ及び分割領域Ｄの入射光量の和とについて差分を取る演算処理を行う。

図３（ａ）に示したビームが縦長楕円形の場合、上記の差分値は正（０よりも大きい）となる。図３（ｂ）に示したビームが円形の場合、差分値は０（ゼロ）となる。図３（ｃ）に示したビームが横長楕円形の場合、差分値は負（０よりも小さい）となる。

本実施形態において、オートフォーカス光学系２０では、ビーム形状が図３（ｂ）に示した円形となる場合を基準として加工対象物５の表面に対する対物レンズ３の位置を規定する。すなわち、オートフォーカス光学系２０では、上記差分値が０となるように加工対象物５に対する対物レンズ３の位置を規定する。具体的に、制御部５０は、上記差分値が０となるように加工対象物５及び対物レンズ３の相対位置を調整する。

これにより、対物レンズ３は、加工対象物５の表面を所定距離だけ離間した状態で追従する。また、加工用レーザー光Ｌは、対物レンズ３を介して加工対象物５に照射される。本実施形態において、対物レンズ３による加工用レーザー光Ｌの焦点位置は、対物レンズ３による検出光Ｌ１の焦点位置と異なる。

そのため、対物レンズ３を介した加工用レーザー光Ｌは、例えば、加工対象物５の内側に所定量だけオフセットされた位置に照射される。すなわち、制御部５０は、上記差分値が０となるように対物レンズ３の位置を制御することで加工用レーザー光Ｌのオフセット量を制御している。

このような構成に基づき、加工装置１００は、加工対象物５の表面形状に倣うように対物レンズ３を移動させることで加工用レーザー光Ｌにおける加工対象物５の表面からのオフセット量を一定に保持した状態で加工を行うことができる。

本実施形態において、加工装置１００は、オートフォーカス光学系２０に設けられたオフセット量調整手段を利用することによってオフセット量を調整することが可能である。具体的に加工装置１００は、オフセット量調整手段として上記焦点距離調整装置２７を有している。

以下、オフセット量を調整する方法について説明する。
焦点距離調整装置２７は、移動機構２７ｂが凸レンズ２７ａを移動させることでオートフォーカス光学系２０における検出光Ｌ１の焦点距離を変化させて後述のようにオフセット量の調整を可能としている。

図４は、凸レンズ２７ａの位置を変化させた場合における差分値と対物レンズ位置（加工対象物５と対物レンズ３との距離）との関係を示すグラフである。図４は、凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３（基準位置）、レンズ位置Ｒ１（基準位置から−１．０ｍｍ移動）、レンズ位置Ｒ２（基準位置から−０．５ｍｍ移動）、レンズ位置Ｒ４（基準位置から＋０．５ｍｍ移動）、及びレンズ位置Ｒ５（基準位置から＋１．０ｍｍ移動）のいずれかに移動する場合を示す。
なお、図４において、縦軸は制御部５０が算出した差分値を示し、横軸は対物レンズ位置（単位：μｍ）を示す。ここで、加工用レーザー光Ｌのオフセット量は、加工対象物５の表面を追従する対物レンズ３の位置（表面と対物レンズ３との距離）に依存するため、横軸に示される対物レンズ位置はオフセット量とみなされる。

凸レンズ２７ａの位置が移動すると光検出部２８に入射する検出光Ｌ１の焦点位置にもずれが生じる。これにより、図２、３に示したように光検出部２８により検出されるビームの形状も変化する。したがって、制御部５０が算出する差分値のプロットは、図４に示されるように凸レンズ２７ａの位置に応じて変化する。

そのため、凸レンズ２７ａがレンズ位置Ｒ３のときに差分値が０（ゼロ）となる対物レンズ位置も凸レンズ２７ａの位置に応じて変化する。例えば、凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３からレンズ位置Ｒ１に移動した場合、上記差分値が０となる対物レンズ位置は＋１０μｍとなる。また、凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３からレンズ位置Ｒ５の近くに移動した場合、上記差分値が０となる対物レンズ位置は−１０μｍとなる。

このように、制御部５０は、凸レンズ２７ａの位置が変化することで、上記差分値が０となる対物レンズ位置自体も変化する。よって、制御部５０は、凸レンズ２７ａの位置を変化させることで、オフセット量を規定する対物レンズ位置を変化させることが可能である。

制御部５０は、予め凸レンズ２７ａの位置と、差分値が０となる対物レンズ位置との関係をデータとして記憶している。これにより、制御部５０は、凸レンズ２７ａの位置調整に応じて対物レンズ位置の調整が可能である。

このような構成に基づき、加工装置１００は、凸レンズ２７ａの位置を調整することでオフセット量を調整し、調整したオフセット量に加工用レーザー光Ｌを集光（フォーカス）させることが可能である。

ここで、加工用レーザー光Ｌは、凸レンズ２７ａがレンズ位置Ｒ３にある場合、対物レンズ３を介して加工対象物５の内側に所定量（例えば、５０μｍ）だけオフセットした状態で集光されるものとする。以下、このオフセット量を基準オフセット量と称す場合もある。

この場合において、例えば、オフセット量を４０μｍに調整する場合、制御部５０は、移動機構２７ｂにより凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３からレンズ位置Ｒ５に移動する。凸レンズ２７ａがレンズ位置Ｒ５に移動すると、図４に示したように、制御部５０は差分値を０とするように対物レンズ位置を−１０μｍに設定する。これにより、対物レンズ３は、基準オフセット量（５０μｍ）の場合よりも、加工対象物５から１０μｍ遠ざかるように移動する。
なお、制御部５０は、光検出部２８から送信される差分値を０（ゼロ）とするようにステージ１の位置を調整しつつ、対物レンズ３を加工対象物５の表面に追従させる。よって、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物５の表面から内側に４０μｍオフセットした位置に加工用レーザー光Ｌを集光させることができる。すなわち、制御部５０は、本発明の特許請求の範囲に記載されている相対位置調整手段に相当する。

また、例えば、オフセット量を４０〜５０μｍの範囲で調整する場合、制御部５０は、移動機構２７ｂにより凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３からレンズ位置Ｒ５の間で調整すればよい。これにより、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物５の表面から内側に４０〜５０μｍオフセットした位置に加工用レーザー光Ｌを集光させることができる。

また、例えば、オフセット量を６０μｍに設定する場合、制御部５０は、移動機構２７ｂにより凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３からレンズ位置Ｒ１に移動する。凸レンズ２７ａがレンズ位置Ｒ１に移動すると、図４に示したように、制御部５０は差分値を０とするように対物レンズ位置を＋１０μｍに設定する。これにより、対物レンズ３は、基準オフセット量（５０μｍ）の場合よりも、加工対象物５側に１０μｍ近づくように移動する。
なお、制御部５０は、光検出部２８から送信される差分値を０（ゼロ）とするようにステージ１の位置を調整しつつ、対物レンズ３を加工対象物５の表面に追従させる。よって、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物５の表面から内側に６０μｍオフセットした位置に加工用レーザー光Ｌを集光させることができる。

また、例えば、オフセット量を５０〜６０μｍの範囲で調整する場合、制御部５０は、移動機構２７ｂにより凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ１〜Ｒ３の間で移動すればよい。これにより、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物５の表面から内側に５０〜６０μｍオフセットした位置に加工用レーザー光Ｌを集光させることができる。

次に、加工装置１００を用いて加工対象物５を切断する場合について説明する。
はじめに、ステージ１に加工対象物５としての例えば厚さ３００μｍの半導体ウエハが載置される。この加工対象物５は、平面視した状態で略円形を有している。

続いて、加工装置１００は、ユーザーにより調整されたオフセット量に対応させるように加工対象物５に対する対物レンズ３の位置を調整する。具体的に加工装置１００は、対物レンズ３を介した加工用レーザー光Ｌが加工対象物５の切断予定ラインの開始位置に重なるようにステージ１を駆動し、載置面１ａ上の加工対象物５と対物レンズ３との位置合わせを行う。

例えば、基準オフセット（５０μｍ）から−１０μｍ調整してオフセット量を４０μｍとする場合、制御部５０は、焦点距離調整装置２７の移動機構２７ｂを駆動して、図４に示したように凸レンズ２７ａをレンズ位置Ｒ３からレンズ位置Ｒ５に移動させる。オートフォーカス光学系２０の光検出部２８は、加工対象物５による反射検出光Ｌ１を受光する。光検出部２８は、検出結果を制御部５０に送信する。

制御部５０は、光検出部２８の検出信号を取得し、これら検出信号の差分データ（図４参照）を演算処理によって算出する。そして、差分値が０（ゼロ）となるように、ステージ１の位置を調整することで加工対象物５に対する対物レンズ３の相対位置を調整する。
以上により、切断予定ラインの開始位置において、対物レンズ３と加工対象物５との位置合わせが終了する。

上述では説明の便宜上、差分値が０（ゼロ）となる点で位置調整することとしたが、差分値がゼロでない値（たとえば＋０．１）を追従するようにしても、制御可能であり、微小なオフセット量調整が容易に可能となる。

続いて、制御部５０は、加工用レーザー光源２を駆動させる。加工用レーザー光源２は、加工用レーザー光Ｌを対物レンズ３に向けて照射する。加工用レーザー光Ｌは、ダイクロイックミラー２５を透過して対物レンズ３に入射し、該対物レンズ３により加工対象物５の所定位置に集光される。具体的に、加工用レーザー光Ｌは、調整されたオフセット量に対応し、加工対象物５の表面から内側に６０μｍだけ入り込んだ位置に集光される。加工用レーザー光Ｌは、加工対象物５の集光位置に上述したような改質領域を形成する。

制御部５０は、加工用レーザー光Ｌを加工対象物５に照射した状態のまま、ステージ１を移動させることで加工用レーザー光Ｌを加工対象物５に対して相対移動させることができる。これにより、加工対象物５には、ステージ１の移動方向に沿って設定された切断予定ラインに沿って改質領域が形成されることとなる。

制御部５０は、加工用レーザー光Ｌが切断予定ラインの全域を通過するまでステージ１を移動させる。以上により、加工装置１００は、加工用レーザー光Ｌによるレーザー加工を終了させる。

続いて、加工対象物５の分断工程について説明する。
図５は分断装置を用いて加工対象物５を分断する工程を示す図である。
図５（ａ）に示されるように、分断装置３０は、押圧部３１と、保持部３２とを有する。押圧部３１は、加工対象物５よりも大きな略円形状を有し、テープ３３に貼りつけられた加工対象物５を支持する。なお、テープ３３は加工対象物５と同心状の円形を有している。保持部３２は、押圧部３１の周囲を囲むように配置されており、円形状のテープ３３を周方向の全域に亘って保持する。

図５（ｂ）に示されるように、分断装置３０は、押圧部３１を上方に移動させるとともに、保持部３２がテープ３３を径方向の外側に向かって引っ張る。これにより、テープ３３に貼りつけられた加工対象物５には中心部から放射状に等方的に引張力が付与されることとなる。加工対象物５は、上記加工装置１００による加工用レーザー光Ｌが照射されることで切断予定ライン５Ａに対応する内面に改質領域が形成されている。加工対象物５は、引張力が付与されることで改質領域が破断され、図５（ｃ）に示されるように、複数のチップ部材５ａに個片化される。
以上により、加工対象物５を分断（個片化）する工程が終了する。

なお、上記説明では、オフセット量の調整幅として、基準オフセット量に対して±１０μｍで調整する場合を例に挙げたが、これに限定されず、凸レンズ２７ａの移動幅、凸レンズ２７ａの光学特性を変化させることで調整するオフセット量を大きくしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、加工用レーザー光Ｌを所定のオフセット位置に集光させるように調整することが可能なオフセット量調整型のオートフォーカス機能を備えた加工装置１００を提供することができる。また、光学系を変更することなく、加工用レーザー光Ｌのオフセット量が調整可能なため、任意のオフセットに応じた加工を行うことができる汎用性に優れた加工装置１００を提供できる。

（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係る加工装置の構成について説明する。
本実施形態と上記実施形態との違いは、焦点距離調整装置の構造であり、それ以外の構成は共通である。したがって、以下の説明では、上記実施形態と同一の部材及び共通の構成については同じ符号を付し、その構成の説明については省略若しくは簡略化するものとする。

図６は第二実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図である。
図６に示されるように、本実施形態に係る加工装置２００は、レーザー加工部１０と、該レーザー加工部１０から射出される加工用レーザー光を所定位置に集光させるオートフォーカス光学系１２０と、制御部５０とを備えている。

本実施形態に係るオートフォーカス光学系１２０は、焦点距離調整装置が検出光Ｌ１の集光度を変化させることで焦点を可変可能な焦点可変光学素子１２７から構成されている。図７（ａ）乃至（ｃ）は、焦点可変光学素子の構成例を示すものである。

図７（ａ）は、焦点可変光学素子１２７が液体レンズ１２８から構成される場合を示すものである。液体レンズ１２８は、不図示の容器内に封入された水溶液１２８ａ及び油１２８ｂと、一対の電極１２８ｃ、１２８ｄと、を有する。液体レンズ１２８は、電極１２８ｃ、１２８ｄ間に所定の電圧を印加することで水溶液１２８ａと油１２８ｂの境界面の形状を変化させる。これにより、屈折率の異なる２つの液体の接する曲面のカーブの度合いが変化し、レンズ効果を生じさせることができる。
このような構成に基づき、液体レンズ１２８は、検出光Ｌ１の焦点距離を調整することができる。

図７（ｂ）は、焦点可変光学素子１２７が液晶レンズ１２９から構成される場合を示すものである。液晶レンズ１２９は、一対の基板１２９ａ、１２９ｂと、基板１２９ａの内面側に形成された第１透明電極１２９ｃと、基板１２９ｂの内面側に形成された円形の穴を有する第２透明電極１２９ｄと、これら第１透明電極１２９ｃ、第２透明電極１２９ｄ間に配置される液晶分子１２９ｅと、を有する。

液晶レンズ１２９は、第１透明電極１２９ｃ、第２透明電極１２９ｄ間に電圧を印加して、第２透明電極１２９ｄの開口が形成された部分と開口が形成されない部分とで液晶分子の配向状態を異ならせる。第２透明電極１２９ｄは、開口が形成されていない部分において第１透明電極１２９ｃとの間で比較的強い電界が生じて液晶分子の配向状態が大きく変化する。一方、第２透明電極１２９ｄは、開口が形成された部分において、第２透明電極１２９ｄの開口端の近傍の液晶分子の配向状態のみが僅かに変化する。

これにより、図７（ｂ）に示されるように、第２透明電極１２９ｄに形成された円形の穴を透過して外部に出射される検査光の光は、穴の中心部分では屈折率が変化せずに穴の端部近傍のみで屈折率が変化する。これにより、液晶レンズ１２９は、レンズ効果を生じさせることで検出光Ｌ１の焦点距離を調整することが可能となる。

図７（ｃ）は、焦点可変光学素子１２７が電気光学効果を利用した可変焦点レンズ１３０から構成される場合を示すものである。可変焦点レンズ１３０は、電気光学層１３０ａと、電気光学層１３０ａの一方面側に配置される正極１３０ｂと、電気光学層１３０ａの他方面側に配置される負極１３０ｃと、を備える。電気光学層１３０ａは、例えば、タン
タル酸ニオブ酸カリウムから構成され、ペロブスカイト型の結晶構造を持つ酸化物である。

焦点可変光学素子１２７は、正極１３０ｂ及び負極１３０ｃ間に電圧を印加すると、電極間外に電界が染み出す。これにより、図７（ｃ）に示されるように、正極１３０ｂ側から負極１３０ｃ側に出射された光は、電極間外に染み出した電界によって屈折率が変化する。よって、焦点可変光学素子１２７は、レンズ効果を生じさせることで検出光Ｌ１の焦点距離を調整することが可能となる。

以上述べたように、本実施形態においても、オートフォーカス光学系１２０が焦点可変光学素子１２７を備えるので、検出光Ｌ１の焦点距離を変化させることで、第１実施形態と同様、加工用レーザー光Ｌの集光位置におけるオフセット量を調整することができる。

（第三実施形態）
続いて、第三実施形態に係る加工装置の構成について説明する。
上記実施形態ではオフセット量を調整する手段としてオートフォーカス光学系において検出光Ｌ１の焦点距離を調整する場合を例に挙げたが、本実施形態では検出光Ｌ１の光路長を調整する点が異なり、それ以外の構成は共通である。したがって、以下の説明では、上記実施形態と同一の部材及び共通の構成については同じ符号を付し、その構成の説明については省略若しくは簡略化するものとする。

図８は第三実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図である。
図８に示されるように、本実施形態に係る加工装置３００は、レーザー加工部１０と、該レーザー加工部１０から射出される加工用レーザー光を所定位置に集光させるオートフォーカス光学系２２０と、制御部５０とを備えている。

本実施形態に係るオートフォーカス光学系２２０は、光源２９と、コリメートレンズ２１と、偏光ビームスプリッター２２と、凸レンズ２３と、シリンドリカルレンズ２４と、光検出部２８と、λ／４板２６と、光路長調整装置２２７と、ダイクロイックミラー２５とを有する。光路長調整装置２２７は、ミラー２２８、２２９と、光学部材２３０と、該光学部材２３０の位置を移動させる移動機構（第２移動部）２３１と、を含む。移動機構２３１は、例えば、ピエゾ素子等のアクチュエータから構成される。移動機構２３１は、制御部５０により、その駆動が制御される。光学部材２３０は、一対のミラー２３０ａ、２３０ｂを含む。ミラー２３０ａ、２３０ｂは、フレーム部材２３０ｃによって一体に保持されている。フレーム部材２３０ｃは、移動機構２３１によりミラー２２８、２２９に対して図８中における上下方向に移動する。

オートフォーカス光学系２２０においては、光源２９から射出された検出光Ｌ１がコリメートレンズ２１により平行光に変換された後、偏光ビームスプリッター２２、及びλ／４板２６を透過し、ミラー２２８、２３０ａ、２３０ｂ、２２９の順に反射された後、ダイクロイックミラー２５によって対物レンズ３に向けて反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された検出光Ｌ１は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物５の表面に照射される。

加工対象物５の表面で反射された反射検出光Ｌ１は、ダイクロイックミラー２５で反射された後、ミラー２２９、２３０ｂ、２３０ａ、２２８の順に反射されてλ／４板２６に入射する。ここで、反射検出光Ｌ１は、λ／４板２６を往復することにより、その偏光方向が９０°回転する。そのため、反射検出光Ｌ１は、偏光ビームスプリッター２２において反射され、凸レンズ２３により集光されてシリンドリカルレンズ２４に入射する。

本実施形態においては、光路長調整装置２２７が移動機構２３１によってミラー２２８、２２９を上下方向に移動すると、ミラー２２８、２３０ａ間の距離及びミラー２２９、２３０ｂ間の距離が変化する。すなわち、光路長調整装置２２７は、オートフォーカス光学系２２０において検出光Ｌ１の光路長を変化させることができる。

光路長調整装置２２７は、検出光Ｌ１の光路長を変化させることで検出光Ｌ１の焦点距離を変化させる。このように、本実施形態のように光路長を変化させる手法であっても、結果的に、検出光Ｌ１における焦点距離を変化させることが可能である。そのため、第一、第二実施形態において検出光Ｌ１の焦点距離を変化させた場合と同様に、オフセット量の調整が可能である。なお、光路長調整装置２２７の光学部材２３０の位置を変化させた場合における差分値と対物レンズ位置との関係については図４を用いて説明した場合を同様のことが言えることから説明を省略する。

このように本実施形態に係る加工装置３００によれば、オートフォーカス光学系２２０が検出光Ｌ１の光路長を調整して該検出光Ｌ１の焦点距離を変化させるので、凸レンズ２７ａの位置を調整する場合と同様、加工用レーザー光Ｌの集光位置におけるオフセット量を調整することができる。

（第四実施形態）
続いて、第四実施形態に係る加工装置の構成について説明する。
本実施形態と上記第三実施形態との違いは、光路長調整装置の構成であり、それ以外の構成は共通である。したがって、以下の説明では、上記実施形態と同一の部材及び共通の構成については同じ符号を付し、その構成の説明については省略若しくは簡略化するものとする。

図９は第四実施形態に係る加工装置の概略構成を示す図である。
図９に示されるように、本実施形態に係る加工装置４００は、レーザー加工部１０と、該レーザー加工部１０から射出される加工用レーザー光を所定位置に集光させるオートフォーカス光学系３２０と、制御部５０とを備えている。

本実施形態に係るオートフォーカス光学系３２０は、光路長調整装置として、光検出部２８の位置を移動させる移動機構（第３移動部）３２７を備えている。移動機構３２７は、例えば、ピエゾ素子等のアクチュエータから構成される。移動機構３２７は、制御部５０により、その駆動が制御される。本実施形態において、オートフォーカス光学系３２０は、λ／４板２６およびダイクロイックミラー２５間における光路上に凸レンズ２７ａが配置されている。本実施形態において、凸レンズ２７ａは位置が固定されており、検出光Ｌ１の焦点距離を変化させることはない。

本実施形態においては、移動機構３２７が光検出部２８を直接移動させることによって、オートフォーカス光学系２２０において光検出部２８に入射する反射検出光Ｌ１における光路長を調整する（変化させる）ことができる。このように検出光Ｌ１の光路長を調整すれば、上述のように検出光Ｌ１における焦点距離を変化させることが可能である。

以上述べたように本実施形態に係る加工装置４００によれば、光検出部２８自体を移動することで検出光Ｌ１の焦点距離を変化させることができるので、第一実施形態のように凸レンズ２７ａの位置を調整する場合と同様、加工用レーザー光Ｌのオフセット量を調整することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、上記第一実施形態では、凸レンズ２７ａの位置を移動することで検出光Ｌ１の焦点位置を移動させる場合を例に挙げたが、これに限定されず、シリンドリカルレンズ２４と偏光ビームスプリッター２２との間に配置された凸レンズ２３の位置を調整することで検出光Ｌ１の焦点位置を変化させても良い。

また、上記実施形態は、半導体ウエハからなる加工対象物５に溶融処理領域を含む改質領域を形成したが、ガラスや圧電材料等、他の材料からなる加工対象物の内部に、クラック領域や屈折率変化領域等、他の改質領域を形成してもよい。
また、上記実施形態では、オートフォーカス光学系２０，１２０の光軸を加工用レーザー光Ｌの光軸と同軸にして出射する場合を例に挙げたが、非同軸にして出射する構成を採用してもよい。

Ｌ…加工用レーザー光、Ｌ１…検出光、３…対物レンズ、５…加工対象物、１０…レーザー加工部（加工手段）、２０，１２０，２２０，３２０…オートフォーカス光学系（非点収差光学系）、２７…焦点距離調整装置（オフセット量調整手段）、２７ａ…凸レンズ、２７ｂ…移動機構（第１移動部）、２８…光検出部、１００，２００，３００，４００…加工装置、１２７…焦点可変光学素子、１２８…液体レンズ（焦点可変光学素子）、１２９…液晶レンズ（焦点可変光学素子）、１３０…可変焦点レンズ（焦点可変光学素子）、２２７…光路長調整装置、２３０…光学部材、２３１…移動機構（第２移動部）、３２７…移動機構（第３移動部）

Claims (7)

1. 対物レンズを介して加工対象物の所定位置に加工用レーザー光を集光して加工を行う加工手段と、
   非点収差を有した光学系であって、前記対物レンズを介して前記加工対象物で反射された検出光の反射光を受光する非点収差光学系と、
   前記加工用レーザー光の集光位置におけるオフセット量を調整可能であって、前記非点収差光学系に設けられるオフセット量調整手段と、
   前記オフセット量に対応する位置に前記加工用レーザー光を集光させるように前記加工対象物に対する前記対物レンズの相対位置を調整する相対位置調整手段と、
   を備える加工装置。
2. 前記オフセット量調整手段は、前記非点収差光学系における前記検出光の焦点距離を調整する焦点距離調整装置である
   請求項１に記載の加工装置。
3. 前記焦点距離調整装置は、前記対物レンズと前記検出光を検出する検出部との間において、前記検出光を透過させる凸レンズの位置を移動させる第１移動部を含む
   請求項２に記載の加工装置。
4. 前記焦点距離調整装置は、前記対物レンズと前記検出光を検出する検出部との間において、前記検出光の焦点を可変可能な焦点可変光学素子を含む
   請求項２に記載の加工装置。
5. 前記オフセット量調整手段は、前記非点収差光学系における前記検出光の光路長を調整する光路長調整装置である
   請求項１に記載の加工装置。
6. 前記光路長調整装置は、前記対物レンズと前記検出光を検出する検出部との間において、前記検出光が通過する光学部材を移動させる第２移動部を含む
   請求項５に記載の加工装置。
7. 前記光路長調整装置は、前記検出光を検出する検出部の位置を移動させる第３移動部を含む
   請求項５に記載の加工装置。

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