JP2017159369A - 加工装置のオフセット量調整方法 - 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のオフセット量調整方法を提供する。【解決手段】加工対象物のオフセット量に対応する位置に対物レンズを介して加工用レーザー光を集光して加工を行う、加工装置のオフセット量調整方法において、加工対象物に対する対物レンズの相対位置を調整するオフセット量調整工程を備え、オフセット量調整工程では、対物レンズを介して加工対象物に照射した複数のレーザー光の反射光の受光強度を用いて加工用レーザー光の集光位置におけるオフセット量を選択する、加工装置のオフセット量調整方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置のオフセット量調整方法に関する。

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２００９−７３３６６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のオフセット量調整方法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、前記対物レンズを介して前記加工対象物による光源の反射光を受光する複数の共焦点光学系と、前記複数の共焦点光学系における前記反射光の受光結果に基づいて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複数選択可能であり、且つ選択された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調整手段と、を備える。

この加工装置によれば、選択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、所謂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、加工用レーザー光の集光位置におけるオフセット量が複数選択可能とされるため、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汎用性に優れた加工装置を提供できる。

また、上記加工装置においては、前記共焦点光学系を３つ以上備えるようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記複数の共焦点光学系の各々は、互いに異なる波長のレーザー光を射出する前記光源をそれぞれ有するようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記複数の共焦点光学系の少なくとも２つは、共通のレーザー光源から射出された光を分割した分割光を前記光源の光として利用するようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記分割光を生成する光分割手段は、偏光成分に基づいて前記レーザー光源の光を分割することで生成されるようにしてもよい。

また、上記加工装置においては、前記光分割手段は、λ／２板と、偏光ビームスプリッターと、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。 共焦点光学系２１〜２４の各光検出部２１ｆ〜２４ｆにおける受光信号の受光強度（規格値）と対物レンズ３のオフセット量との関係を示すグラフ。 制御部５０により作成される差分信号の一例を示す図。 分断装置を用いて加工対象物Ａ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。

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Ａ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Ａ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Ａ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Ａ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。

制御部５０は、載置面１ａ上の加工対象物Ａ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Ａと対物レンズ３との相対位置を微調整可能とされている。

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Ａ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Ａ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Ａに対し、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２ａから構成される。レーザ光源２ａ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Ａ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Ａ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の集光位置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Ａ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ようにしている。

加工用レーザー光Ｌは、加工対象物Ａを透過すると共に加工対象物Ａ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Ａ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Ａ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。

上記オートフォーカス光学系２０は、第１共焦点光学系２１、第２共焦点光学系２２、第３共焦点光学系２３、及び第４共焦点光学系２４と、ダイクロイックミラー２５とを含む。
第１〜第４共焦点光学系２１，２２，２３，２４（以下、共焦点光学系２１〜２４と称す場合もある）は、この順に対物レンズ３（加工対象物Ａ）からの光路長が長くなるように設定されている。共焦点光学系２１〜２４は、それぞれ載置面１ａ上の加工対象物Ａに対して検出光を照射し、該加工対象物Ａの表面での反射光を検出する。
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、上記共焦点光学系２１〜２４における検出光を反射させるものの、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。

第１共焦点光学系２１は、コリメートレンズ２１ａと、凸レンズ２１ｂと、偏光ビームスプリッター２１ｃと、凸レンズ２１ｄと、ピンホール板２１ｅと、光検出部２１ｆと、λ／４板２１ｇと、ダイクロイックミラー２１ｈと、光源２１ｉとを有する。光源２１ｉは、例えばレーザーダイオードから構成され、他の共焦点光学系２２、２３、２４とは異なる波長（色）の検出光を射出する。光検出部２１ｆは、例えばフォトダイオードから構成される。

第２共焦点光学系２２は、コリメートレンズ２２ａと、凸レンズ２２ｂと、偏光ビームスプリッター２２ｃと、凸レンズ２２ｄと、ピンホール板２２ｅと、光検出部２２ｆと、λ／４板２２ｇと、ダイクロイックミラー２２ｈと、光源２２ｉとを有する。光源２２ｉは、例えばレーザーダイオードから構成され、他の共焦点光学系２１、２３、２４とは異なる波長（色）の検出光を射出する。光検出部２２ｆは、例えばフォトダイオードから構成される。

第３共焦点光学系２３は、コリメートレンズ２３ａと、凸レンズ２３ｂと、偏光ビームスプリッター２３ｃと、凸レンズ２３ｄと、ピンホール板２３ｅと、光検出部２３ｆと、λ／４板２３ｇと、ダイクロイックミラー２３ｈと、光源２３ｉとを有する。光源２３ｉは、例えばレーザーダイオードから構成され、他の共焦点光学系２１、２２、２４とは異なる波長（色）の検出光を射出する。光検出部２３ｆは、例えばフォトダイオードから構成される。

第４共焦点光学系２４は、コリメートレンズ２４ａと、凸レンズ２４ｂと、偏光ビームスプリッター２４ｃと、凸レンズ２４ｄと、ピンホール板２４ｅと、光検出部２４ｆと、λ／４板２４ｇと、ダイクロイックミラー２４ｈと、光源２４ｉとを有する。光源２４ｉは、例えばレーザーダイオードから構成され、他の共焦点光学系２１、２２、２３とは異なる波長（色）の検出光を射出する。光検出部２４ｆは、例えばフォトダイオードから構成される。

第１共焦点光学系２１においては、光源２１ｉから射出された検出光がコリメートレンズ２１ａにより平行光に変換された後、凸レンズ２１ｂ、偏光ビームスプリッター２１ｃ、及びλ／４板２１ｇを透過し、ダイクロイックミラー２１ｈを通過する。なお、ダイクロイックミラー２１ｈは、第１共焦点光学系２１の検出光のみを透過させ、他の共焦点光学系２２〜２４の検出光を反射する光学特性を有する。

ダイクロイックミラー２１ｈを通過した検出光は、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は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された検出光（以下、反射検出光と称す場合もある）は、ダイクロイックミラー２５で反射され、ダイクロイックミラー２１ｈを透過し、λ／４板２１ｇに入射する。ここで、λ／４板２１ｇを往復することで反射検出光の偏光方向は、９０°回転する。そのため、反射検出光は、偏光ビームスプリッター２１ｃにおいて反射し、ピンホール板２１ｅを通って光検出部２１ｆに入射する。光検出部２１ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

同様に第２共焦点光学系２２においては、光源２２ｉから射出された検出光がコリメートレンズ２２ａにより平行光に変換された後、凸レンズ２２ｂ、偏光ビームスプリッター２２ｃ、及びλ／４板２２ｇを透過し、ダイクロイックミラー２２ｈで反射される。なお、ダイクロイックミラー２２ｈは、第２共焦点光学系２２の検出光のみを反射させ、他の共焦点光学系２３、２４の検出光を透過する光学特性を有する。

ダイクロイックミラー２２ｈで反射された検出光は、第１共焦点光学系２１のダイクロイックミラー２１ｈに入射する。ここで、ダイクロイックミラー２１ｈは、上述のように第１共焦点光学系２１の検出光のみを透過させる光学特性を有するので、第２共焦点光学系２２の検出光はダイクロイックミラー２１ｈで反射されてダイクロイックミラー２５に入射して反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された検出光は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された反射検出光は、ダイクロイックミラー２５で反射され、第１共焦点光学系２１のダイクロイックミラー２１ｈ、２２ｈと順に反射されてλ／４板２２ｇに入射する。ここで、λ／４板２２ｇを往復することで反射検出光の偏光方向は、９０°回転する。そのため、反射検出光は、偏光ビームスプリッター２２ｃにおいて反射し、ピンホール板２２ｅを通って光検出部２２ｆに入射する。光検出部２２ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

同様に第３共焦点光学系２３においては、光源２３ｉから射出された検出光がコリメートレンズ２３ａにより平行光に変換された後、凸レンズ２３ｂ、偏光ビームスプリッター２３ｃ、及びλ／４板２３ｇを透過し、ダイクロイックミラー２３ｈで反射される。なお、ダイクロイックミラー２３ｈは、第３共焦点光学系２３の検出光のみを反射させ、第４共焦点光学系２４の検出光を透過する光学特性を有する。

ダイクロイックミラー２３ｈで反射された検出光は、第２共焦点光学系２２のダイクロイックミラー２２ｈに入射する。ここで、ダイクロイックミラー２２ｈは、上述のように第２共焦点光学系２２の検出光のみを反射させる光学特性を有するので、第３共焦点光学系２３の検出光はダイクロイックミラー２２ｈを透過して第１共焦点光学系２１のダイクロイックミラー２１ｈに入射する。ダイクロイックミラー２１ｈは、上述のように第１共焦点光学系２１の検出光のみを透過させる光学特性を有するので、第３共焦点光学系２３の検出光はダイクロイックミラー２１ｈで反射されてダイクロイックミラー２５に入射して反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された検出光は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された反射検出光は、ダイクロイックミラー２５、２１ｈに順に反射された後、ダイクロイックミラー２２ｈを透過した後、ダイクロイックミラー２３ｈで反射されてλ／４板２３ｇに入射する。ここで、λ／４板２３ｇを往復することで反射検出光の偏光方向は、９０°回転する。そのため、反射検出光は、偏光ビームスプリッター２３ｃにおいて反射し、ピンホール板２３ｅを通って光検出部２３ｆに入射する。光検出部２３ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

同様に第４共焦点光学系２４においては、光源２４ｉから射出された検出光がコリメートレンズ２４ａにより平行光に変換された後、凸レンズ２４ｂ、偏光ビームスプリッター２４ｃ、及びλ／４板２４ｇを透過し、ダイクロイックミラー２４ｈで反射される。

ダイクロイックミラー２４ｈで反射された検出光は、第３共焦点光学系２３のダイクロイックミラー２３ｈに入射する。ここで、ダイクロイックミラー２３ｈは、上述のように第３共焦点光学系２３の検出光のみを反射させる光学特性を有するので、第４共焦点光学系２４の検出光はダイクロイックミラー２３ｈを透過して第２共焦点光学系２２のダイクロイックミラー２２ｈに入射する。ダイクロイックミラー２２ｈは、上述のように第２共焦点光学系２１の検出光のみを反射させる光学特性を有するので、第４共焦点光学系２４の検出光はダイクロイックミラー２２ｈを透過して第１共焦点光学系２１のダイクロイックミラー２１ｈに入射する。ダイクロイックミラー２１ｈは、上述のように第１共焦点光学系２１の検出光のみを透過させる光学特性を有するので、第４共焦点光学系２４の検出光はダイクロイックミラー２１ｈで反射されてダイクロイックミラー２５に入射して反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された検出光は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された反射検出光は、ダイクロイックミラー２５、２１ｈに順に反射された後、ダイクロイックミラー２２ｈ、２３ｈを透過した後、ダイクロイックミラー２４ｈで反射されてλ／４板２４ｇに入射する。ここで、λ／４板２４ｇを往復することで反射検出光の偏光方向は、９０°回転する。そのため、反射検出光は、偏光ビームスプリッター２４ｃにおいて反射し、ピンホール板２４ｅを通って光検出部２４ｆに入射する。光検出部２４ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

このように本実施形態においては、各共焦点光学系２１〜２４の各々が、互いに波長の異なるレーザー光（検出光）を射出する光源２１ｉ〜２４ｉを備えることで、波長の違いを利用して各共焦点光学系２１〜２４の検出光をダイクロイックミラー２１ｈ〜２４ｈで分離し、各検出光を確実に受光することが可能となっている。

ここで、上記共焦点光学系２１〜２４の各光検出部２１ｆ〜２４ｆの受光信号と対物レンズ３のオフセット量との関係について説明する。図２は共焦点光学系２１〜２４の各光検出部２１ｆ〜２４ｆにおける受光信号の受光強度（規格値）と対物レンズ３のオフセット量との関係を示すグラフである。以下、対物レンズ３の焦点位置における加工対象物Ａの表面からのオフセット量について、対物レンズ３のオフセット量と称す場合もある。

なお、縦軸は受光強度（規格値）を示し、横軸は対物レンズ３の焦点位置における加工対象物Ａの表面からのオフセット量（単位：μｍ）を示すものである。ここで、対物レンズ３の焦点位置における加工対象物Ａの表面からのオフセット量とは、対物レンズ３を透過した加工用レーザー光Ｌが焦点を結ぶ位置（表面からの深さ）である。例えば、オフセット量が０（ゼロ）とは、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Ａの表面に集光されることを意味し、オフセット量が＋（プラス）とは、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Ａの内側に集光されることを意味し、オフセット量が−（マイナス）とは、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Ａの外側で集光することを意味する。

図２に示されるように、第１共焦点光学系２１は、加工対象物Ａに対する対物レンズ３のオフセット量が−２５μｍの場合に、光検出部２１ｆによる受光強度（受光信号）が最大となるように各光学部材（ピンホール板２１ｅ、凸レンズ２１ｂ、２１ｄ等）が配置されている。従って、光検出部２１ｆにおける受光信号が最大となった場合、対物レンズ３を介した加工用レーザー光Ｌは加工対象物Ａの表面から２５μｍ離間した位置に集光されている。

また、図２に示されるように、第２共焦点光学系２２は、加工対象物Ａに対する対物レンズ３のオフセット量が＋２５μｍの場合に、光検出部２２ｆによる受光強度（受光信号）が最大となるように各光学部材（ピンホール板２２ｅ、凸レンズ２２ｂ、２２ｄ等）が配置されている。従って、光検出部２２ｆにおける受光信号が最大となった場合、対物レンズ３を介した加工用レーザー光Ｌは加工対象物Ａの表面から内側に２５μｍだけ入り込んだ位置（オフセットした位置）に集光されている。

また、図２に示されるように、第３共焦点光学系２３は、加工対象物Ａに対する対物レンズ３のオフセット量が＋７５μｍの場合に、光検出部２３ｆによる受光強度（受光信号）が最大となるように各光学部材（ピンホール板２３ｅ、凸レンズ２３ｂ、２３ｄ等）が配置されている。従って、光検出部２３ｆにおける受光信号が最大となった場合、対物レンズ３を介した加工用レーザー光Ｌは加工対象物Ａの表面から内側に７５μｍだけ入り込んだ位置（オフセットした位置）に集光されている。

また、図２に示されるように、第４共焦点光学系２４は、加工対象物Ａに対する対物レンズ３のオフセット量が＋１２５μｍの場合に、光検出部２４ｆによる受光強度（受光信号）が最大となるように各光学部材（ピンホール板２４ｅ、凸レンズ２４ｂ、２４ｄ等）が配置されている。従って、光検出部２４ｆにおける受光信号が最大となった場合、対物レンズ３を介した加工用レーザー光Ｌは加工対象物Ａの表面から内側に１２５μｍだけ入り込んだ位置（オフセットした位置）に集光されている。

各光検出部２１ｆ〜２４ｆは、それぞれ制御部５０に電気的に接続されている。制御部５０は、各光検出部２１ｆ〜２４ｆから送信された検出信号（図２参照）について差分を取る演算処理を行い、差分信号を作成する。

図３は、制御部５０により作成される差分信号の一例を示す図である。なお、図３において、縦軸は受光強度の差分を示し、横軸は図２と同様に対物レンズ３の焦点位置における加工対象物Ａの表面からのオフセット量（単位：μｍ）を示している。図３における第１の差分Ｓ１は、図２における第１共焦点光学系２１及び第２共焦点光学系２２における受光信号の受光強度の差分を示すものである。図３における第２の差分Ｓ２は、図２における第２共焦点光学系２２及び第３共焦点光学系２３における受光信号の受光強度の差分を示すものである。図３における第３の差分Ｓ３は、図２における第３共焦点光学系２３及び第４共焦点光学系２４における受光信号の受光強度の差分を示すものである。

制御部５０は、図３に示した第１の差分Ｓ１、第２の差分Ｓ２、及び第３の差分Ｓ３に基づいて、対物レンズ３のオフセット量を制御する。
第１の差分Ｓ１は、図３に示されるように、受光強度の差分値が０（ゼロ）の場合、対物レンズ３のオフセット量が０（ゼロ）μｍとなる。第２の差分Ｓ２は、図３に示されるように、受光強度の差分値が０（ゼロ）の場合、対物レンズ３のオフセット量が５０μｍとなる。第３の差分Ｓ３は、図３に示されるように、受光強度の差分値が０（ゼロ）の場合、対物レンズ３のオフセット量が１００μｍとなる。

このような構成に基づき、加工装置１００は、複数（３つ）のオフセット量（本実施形態では、０μｍ、５０μｍ、１００μｍ）を選択可能とされている。具体的に、制御部５０は、選択され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）させるように加工対象物Ａ及び対物レンズ３の相対位置を調整する。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調整手段に相当するものである。

例えば、加工装置１００は、オフセット量として０（ゼロ）μｍが選択された場合、制御部５０が第１の差分Ｓ１の値を０（ゼロ）とするように、ステージ１の位置を調整することで加工対象物Ａに対する対物レンズ３の相対位置を調整する。これにより、加工装置１００は、対物レンズ３のオフセット量を０（ゼロ）に設定した状態でレーザー加工を行うことができる。よって、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物Ａの表面に加工用レーザー光Ｌを集光させることができる。

また、加工装置１００は、オフセット量として５０μｍが選択された場合、制御部５０が第２の差分Ｓ２の値を０（ゼロ）とするように、ステージ１の位置を調整することで加工対象物Ａに対する対物レンズ３の相対位置を調整する。これにより、制御部５０は、対物レンズ３のオフセット量を５０μｍに設定した状態でレーザー加工を行うことができる。よって、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物Ａの表面から内側に５０μｍだけ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、加工装置１００は、オフセット量として１００μｍが選択された場合、制御部５０が第３の差分Ｓ３の値を０（ゼロ）とするように、ステージ１の位置を調整することで加工対象物Ａに対する対物レンズ３の相対位置を調整する。これにより、制御部５０は、対物レンズ３のオフセット量を１００μｍに設定した状態でレーザー加工を行うことができる。よって、加工装置１００は、対物レンズ３を介して加工対象物Ａの表面から内側に１００μｍだけ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。

このように本実施形態に係る加工装置１００によれば、制御部５０がオートフォーカス光学系２０から送信される信号、具体的には複数の共焦点光学系２１〜２４（光検出部２１ｆ〜２４ｆ）における反射検出光の受光結果の差分データに基づいて加工用レーザー光Ｌの集光位置におけるオフセット量を複数選択することができる。
また、加工装置１００は、上記選択されたオフセット量に対応させるように加工対象物Ａに対する対物レンズ３の相対位置をオートフォーカスすることができる。

次に、加工装置１００を用いて加工対象物Ａ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Ａ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Ａ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、ユーザーにより選択されたオフセット量に対応させるように加工対象物Ａ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Ａ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Ａと対物レンズ３との位置合わせを行う。

例えば、ユーザーがオフセット量５０μｍを選択した場合、制御部５０は、オートフォーカス光学系２０のうち、第１共焦点光学系２１及び第２共焦点光学系２２を駆動させる。これにより、第１共焦点光学系２１及び第２共焦点光学系２２の各光検出部２１ｆ、２２ｆは、加工対象物Ａによる各反射検出光をピンホール板２１ｅ、２２ｅを介して受光する。光検出部２１ｆ、２２ｆは、受光結果を制御部５０にそれぞれ送信する。

制御部５０は、第１共焦点光学系２１及び第２共焦点光学系２２の各光検出部２１ｆ、２２ｆの検出信号（図２参照）を取得し、これら検出信号の差分データ（図３参照）を演算処理によって算出する。そして、図３に示した第２の差分Ｓ２の値が０（ゼロ）とするように、ステージ１の位置を調整することで加工対象物Ａ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Ａとの位置合わせが終了する。

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Ａ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、選択されたオフセット量に対応し、加工対象物Ａの表面から内側に５０μｍ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Ａ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Ａ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Ａ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Ａ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させるまでステージ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Ａの分断工程について説明する。
図４は分断装置を用いて加工対象物Ａを分断する工程を示す図である。
図４（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Ａ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Ａを支持する。なお、テープ３３は加工対象物Ａ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４（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Ａ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Ａ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Ａ１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Ａは、引張力が付与されることで改質領域が破断され、図４（ｃ）に示されるように、複数のチップ部材Ａ２に個片化される。
以上により、加工対象物Ａを分断（個片化）する工程が終了する。

なお、上記説明では、ユーザーがオフセット量５０μｍを選択した場合を例に挙げたが、オフセット量１００μｍを選択した場合であっても同様に加工装置１００による加工工程、及び分断装置３０による分断工程を行うことでより厚みがある加工対象物Ａを良好に分断して複数のチップ部材を個片化することができる。

また、ユーザーがオフセット量０μｍを選択した場合であるが、加工装置１００は加工対象物Ａの表面に沿って加工用レーザー光Ｌを照射することで、加工対象物Ａの表面に溝や模様を形成することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、選択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Ｌを集光させるように加工対象物Ａに対する対物レンズ３の相対位置を調整する、所謂オートフォーカス機能を備えた加工装置１００が提供される。また、加工用レーザー光Ｌの集光位置におけるオフセット量（対物レンズ３のオフセット量）が複数選択可能とされるため、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汎用性に優れた加工装置１００を提供できる。

また、加工装置１００は、４つの共焦点光学系２１〜２４の各光検出部２１ｆ〜２４ｆによる検出結果の差分を利用することでオフセット量を３つ選択することができる。なお、加工装置１００において、オフセット量を複数選択可能とするためには少なくとも共焦点光学系を３つ以上備えていればよい。

なお、上記実施形態の説明においては、制御部５０が、第１の差分Ｓ１、第２の差分Ｓ２、及び第３の差分Ｓ３の値がいずれも０（ゼロ）となるように対物レンズ３の位置を調整することで対物レンズ３のオフセット量を０、５０、１００μｍのいずれかに設定する場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、上記第１の差分Ｓ１、第２の差分Ｓ２、及び第３の差分Ｓ３の値が−０．４となるように対物レンズ３の位置を調整するようにすれば、対物レンズ３のオフセット量として１０、６０、１１０μｍを選択することができる。すなわち、第１の差分Ｓ１、第２の差分Ｓ２、及び第３の差分Ｓ３の各々について、異なる差分値を設定することで様々なオフセットが選択可能である。具体的に第１の差分Ｓ１においては、値が−１．０以上０以下となる範囲で設定する。

（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、オートフォーカス光学系であり、それ以外のレーザー加工部１０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５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５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、第１共焦点光学系１２１、第２共焦点光学系１２２、第３共焦点光学系１２３、及び第４共焦点光学系１２４と、ダイクロイックミラー２５、２６と、ミラー２７とを含む。
第１〜第４共焦点光学系１２１，１２２，１２３，１２４（以下、共焦点光学系１２１〜１２４と称す場合もある）は、この順に対物レンズ３（加工対象物Ａ）からの光路長が長くなるように設定されている。
ダイクロイックミラー２６は、上記共焦点光学系１２１〜１２４とダイクロイックミラー２５との間における検出光の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー２６は、上記第１、第２共焦点光学系１２１、１２２における検出光を透過させるものの、上記第３、第４共焦点光学系１２３、１２４における検出光を反射させる光学特性を有する。
ミラー２７は、上記ダイクロイックミラー２６と上記第３、第４共焦点光学系１２３、１２４との間における検出光の光路上に配置されている。ミラー２７は、上記第３、第４共焦点光学系１２３、１２４における検出光を反射させる光学特性を有する。

第１共焦点光学系１２１は、光源部１３０と、凸レンズ１２１ｂと、ハーフミラー１２１ｃと、ピンホールレンズ１２１ｄと、ピンホール板１２１ｅと、光検出部１２１ｆと、偏光ビームスプリッター１３１とを含む。光源部１３０は、例えばレーザーダイオードから構成された光源１３０ａと、コリメートレンズ１３０ｂと、λ／２板１３０ｃと、偏光ビームスプリッター１３０ｄとを含む。

第２共焦点光学系１２２は、光源部１３０と、ミラー１３２と、凸レンズ１２２ｂと、ハーフミラー１２２ｃと、ピンホールレンズ１２２ｄと、ピンホール板１２２ｅと、光検出部１２２ｆと、ミラー１３３と、偏光ビームスプリッター１３１とを含む。すなわち、第２共焦点光学系１２２は、第１共焦点光学系１２１との間で、光源部１３０及び偏光ビームスプリッター１３１を共通化している。

第３共焦点光学系１２３は、光源部１３４と、凸レンズ１２３ｂと、ハーフミラー１２３ｃと、ピンホールレンズ１２３ｄと、ピンホール板１２３ｅと、光検出部１２３ｆと、偏光ビームスプリッター１３５とを含む。光源部１３４は、例えばレーザーダイオードから構成された光源１３４ａと、コリメートレンズ１３４ｂと、λ／２板１３４ｃと、偏光ビームスプリッター１３４ｄとを含む。なお、光源１３４ａは、第１、第２共焦点光学系１２１、１２２の光源部１３０の光源１３０ａと異なる波長（色）の光を射出する。

第４共焦点光学系１２４は、光源部１３４と、ミラー１３６と、凸レンズ１２４ｂと、ハーフミラー１２４ｃと、ピンホールレンズ１２４ｄと、ピンホール板１２４ｅと、光検出部１２４ｆと、ミラー１３７と、偏光ビームスプリッター１３５とを含む。すなわち、第４共焦点光学系１２４は、第３共焦点光学系１２３との間で、光源部１３４及び偏光ビームスプリッター１３５を共通化している。

光源部１３０の光源１３０ａから射出された検出光（レーザー光）がコリメートレンズ１３０ｂにより平行光に変換された後、λ／２板１３０ｃを透過する。検出光は、直線偏光のレーザー光であるため、λ／２板１３０ｃを適宜回転させることで偏光成分に基づいて分離された分割光となる。具体的に検出光は、λ／２板１３０ｃを透過することでＰ偏光Ｌ_ＰとＳ偏光Ｌ_Ｓとに分離される。ここで、Ｐ偏光Ｌ_Ｐとは、光の振動方向が入射面に平行な偏光成分を有する偏光である。Ｓ偏光Ｌ_Ｓとは、光の振動方向が入射面に垂直な偏光成分を有する偏光である。

Ｐ偏光Ｌ_Ｐ及びＳ偏光Ｌ_Ｓを含む検出光は、偏光ビームスプリッター１３０ｄに入射する。偏光ビームスプリッター１３０ｄは、Ｐ偏光Ｌ_Ｐを透過させ、Ｓ偏光Ｌ_Ｓを反射させる特性を有する。これにより、検出光は、偏光ビームスプリッター１３０ｄを介して入射した検出光をＰ偏光Ｌ_Ｐ及びＳ偏光Ｌ_Ｓに分割し、Ｐ偏光Ｌ_Ｐが第１共焦点光学系１２１の凸レンズ１２１ｂに入射し、Ｓ偏光Ｌ_Ｓが第２共焦点光学系１２２の凸レンズ１２２ｂに入射する。

また、光源部１３４の光源１３４ａから射出された検出光（レーザー光）がコリメートレンズ１３４ｂにより平行光に変換された後、λ／２板１３４ｃを透過する。検出光は、直線偏光のレーザー光であるため、λ／２板１３４ｃを適宜回転させることで偏光成分に基づいて分離された分割光となる。具体的に検出光は、λ／２板１３４ｃを透過することでＰ偏光Ｌ_ＰとＳ偏光Ｌ_Ｓとに分離される。

第１共焦点光学系１２１においては、Ｐ偏光Ｌ_Ｐが凸レンズ１２１ｂ、ハーフミラー１２１ｃを透過し、偏光ビームスプリッター１３１、ダイクロイックミラー２６を通過する。なお、偏光ビームスプリッター１３１は、第１共焦点光学系１２１の検出光（Ｐ偏光Ｌ_Ｐ）のみを透過させ、第２共焦点光学系１２２の検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）を反射する光学特性を有する。

ダイクロイックミラー２６を通過した検出光（Ｐ偏光Ｌ_Ｐ）は、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は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された検出光（以下、反射検出光と称す場合もある）は、ダイクロイックミラー２５で反射され、ダイクロイックミラー２６、偏光ビームスプリッター１３１を透過し、ハーフミラー１２１ｃで反射される。反射検出光（Ｐ偏光Ｌ_Ｐ）は、ピンホール板１２１ｅを通って光検出部１２１ｆに入射する。光検出部１２１ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

同様に第２共焦点光学系１２２においては、Ｓ偏光Ｌ_Ｓがミラー１３２で反射された後、凸レンズ１２２ｂ、ハーフミラー１２２ｃを透過し、ミラー１３３、及び偏光ビームスプリッター１３１でそれぞれ反射され、ダイクロイックミラー２６を透過する。

ダイクロイックミラー２６を透過した検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）は、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は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された検出光（反射検出光）は、ダイクロイックミラー２５で反射され、ダイクロイックミラー２６を透過し、偏光ビームスプリッター１３１を透過し、ハーフミラー１２２ｃで反射される。反射検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）は、ピンホール板１２２ｅを通って光検出部１２２ｆに入射する。光検出部１２２ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

同様に第３共焦点光学系１２３においては、Ｐ偏光Ｌ_Ｐが凸レンズ１２３ｂ、ハーフミラー１２３ｃを透過し、偏光ビームスプリッター１３５を通過する。なお、偏光ビームスプリッター１３５は、第３共焦点光学系１２３の検出光（Ｐ偏光Ｌ_Ｐ）のみを透過させ、第４共焦点光学系１２４の検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）を反射する光学特性を有する。

偏光ビームスプリッター１３５を通過した検出光（Ｐ偏光Ｌ_Ｐ）は、ミラー２７、ダイクロイックミラー２６、ダイクロイックミラー２５でそれぞれ反射される。ダイクロイックミラー２５で反射された検出光は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された検出光（反射検出光）は、ダイクロイックミラー２５で反射され、ダイクロイックミラー２６、ミラー２７で反射され、偏光ビームスプリッター１３５を透過し、ハーフミラー１２３ｃで反射される。反射検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）は、ピンホール板１２３ｅを通って光検出部１２３ｆに入射する。光検出部１２３ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

同様に第４共焦点光学系１２４においては、Ｓ偏光Ｌ_Ｓがミラー１３６で反射された後、凸レンズ１２４ｂ、ハーフミラー１２４ｃを透過し、ミラー１３７、偏光ビームスプリッター１３５、ミラー２７、及びダイクロイックミラー２６でそれぞれ反射される。

ダイクロイックミラー２６で反射された検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）は、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は、対物レンズ３を介して載置面１ａ上の加工対象物Ａの表面に照射される。

加工対象物Ａの表面で反射された検出光（反射検出光）は、ダイクロイックミラー２５、ダイクロイックミラー２６、ミラー２７、偏光ビームスプリッター１３５、ミラー１３７、ハーフミラー１２４ｃで反射される。反射検出光（Ｓ偏光Ｌ_Ｓ）は、ピンホール板１２４ｅを通って光検出部１２４ｆに入射する。光検出部１２４ｆは、受光量に応じた強度の受光信号を出力する。

このように本実施形態においては、オートフォーカス光学系１２０を構成する第１、第２共焦点光学系１２１、１２２及び第３、第４共焦点光学系１２３、１２４の各々が、互いに光源部１３０、１３４を共通化している。これにより、加工装置２００の部品点数を少なくし、コスト低減を実現している。

また、加工装置２００は、各光源部１３０、１３４は、光源１３０ａ、１３４ａから射出した検出光を偏光成分に基づいてＰ偏光Ｌ_Ｐ及びＳ偏光Ｌ_Ｓに分離することで各検出光を確実に受光することが可能となっている。

本実施形態においても、各光検出部１２１ｆ〜１２４ｆは、それぞれ制御部５０に電気的に接続されている。制御部５０は、上記実施形態と同様、各光検出部１２１ｆ〜１２４ｆから送信された検出信号（図２参照）について差分を取る演算処理を行い、差分信号を作成する。

そのため、本実施形態に係る加工装置２００においても、複数（３つ）のオフセット量（本実施形態では、０μｍ、５０μｍ、１００μｍ）が選択可能となっている。制御部５０は、選択され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）させるように加工対象物Ａ及び対物レンズ３の相対位置を調整する。

以上のように、本実施形態においても、制御部５０がオートフォーカス光学系１２０から送信される信号、具体的には複数の共焦点光学系１２１〜１２４（光検出部１２１ｆ〜１２４ｆ）における反射検出光の受光結果の差分データに基づいて加工用レーザー光Ｌの集光位置におけるオフセット量を複数選択することができる。
また、加工装置２００は、上記選択されたオフセット量に対応させるように加工対象物Ａに対する対物レンズ３の相対位置をオートフォーカスすることができる。

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、上記実施形態は、半導体ウエハからなる加工対象物Ａ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がそれぞれ共焦点光学系を４つ備えることで３つのオフセット量を選択可能な構成としたが、共焦点光学系を５つ以上備えることでオフセット量を４つ以上選択な構成を採用してもよい。
また、オートフォーカス光学系２０，１２０の構成を組み合わせるようにしても良い。すなわち、複数の共焦点光学系のいずれかの光源を共通化し、偏光成分で分離することで検出光を検出し、他の光源について波長で分離することで検出光を検出するようにしてもよい。
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さいようしてもよい。

Ａ…加工対象物、Ｌ…加工用レーザー光、３…対物レンズ、１０…レーザー加工部（加工手段）、２１，１２１…第１共焦点光学系、２２，１２１…第２共焦点光学系、２３，１２３…第３共焦点光学系、２４，１２４…第４共焦点光学系、Ｌ_Ｐ…Ｐ偏光（偏光成分）、Ｌ_Ｓ…Ｓ偏光（偏光成分）、１００，２００…加工装置、１３０ａ，１３４ａ…光源（共通のレーザー光源）、１３０ｃ，１３４ｃ…λ／２板、１３０ｄ，１３４ｄ…偏光ビームスプリッター

Claims (6)

1. 加工対象物のオフセット量に対応する位置に対物レンズを介して加工用レーザー光を集光して加工を行う、加工装置のオフセット量調整方法において、
   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オフセット量調整工程を備え、
   前記オフセット量調整工程では、前記対物レンズを介して前記加工対象物に照射した複数のレーザー光の反射光の受光強度を用いて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選択する、
   加工装置のオフセット量調整方法。
2. 前記オフセット量調整工程において、複数のレーザー光の前記加工対象物からの反射光の受光強度が前記対物レンズのオフセット量に対して其々異なるように構成されたオフセット集光手段を用いる
   請求項１に記載の加工装置のオフセット量調整方法。
3. 前記オフセット量調整工程において、複数のレーザー光の前記加工対象物からの反射光の受光強度の差分が前記対物レンズのオフセット量に対して其々異なるように構成されたオフセット集光手段を用いる
   請求項１に記載の加工装置のオフセット量調整方法。
4. 前記オフセット量調整工程において、前記複数のレーザー光は、互いに異なる３つ以上の波長のレーザー光を含む
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の加工装置のオフセット量調整方法。
5. 前記オフセット量調整工程において、前記複数のレーザー光の少なくとも２つは、共通のレーザー光源から射出された光を分割した分割光である
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の加工装置のオフセット量調整方法。
6. 前記オフセット量調整工程において、前記対物レンズを介して前記加工対象物に照射した複数のレーザー光の反射光を受光する複数の共焦点光学系を用い、
   前記複数の共焦点光学系は、ダイクロイックミラーによって選択された前記反射光を受光する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の加工装置のオフセット量調整方法。

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