JP2020006392A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単な構成によって、オートフォーカス加工が可能な範囲を拡大できるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌを集光して第１集光点Ｐ１を形成すると共にＡＦ用レーザ光ＬＢ１を集光して第２集光点Ｐ２を形成する集光光学系２０４と、レーザ光Ｌのレーザ光源２０２と集光光学系２０４との間において、変調パターンに応じてレーザ光Ｌを変調するための反射型空間光変調器２０３と、反射型空間光変調器２０３に提示する変調パターンを制御する制御部２５０と、を備える。制御部２５０は、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との間の距離Ｌ１２、及び、表面３からのレーザ加工の加工深さＤ１さに応じて、第１集光点Ｐ１の位置を変更するための集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。【選択図】図１５

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

特許文献１には、レーザダイシング装置が記載されている。このレーザダイシング装置は、ウェハを移動させるステージと、ウェハにレーザ光を照射するレーザヘッドと、各部の制御を行う制御部と、を備えている。レーザヘッドは、ウェハの内部に改質領域を形成するための加工用レーザ光を出射するレーザ光源と、加工用レーザ光の光路上に順に配置されたダイクロイックミラー及び集光レンズと、ＡＦ装置と、を有している。ＡＦ装置は、ウェハの表面の基準位置からのＺ方向（ウェーハ厚み方向）の変位を検出するためのＡＦ用レーザ光を出射し、ウェハの表面で反射したＡＦ用レーザ光の反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、ウェハの表面の基準位置からのＺ方向の変位を検出する。

特許第５７４３１２３号

ところで、光入射面の変位を適切に測定可能な範囲は、オートフォーカス用の測定光の光軸に沿った所定範囲に限定される。このため、加工用のレーザ光の集光点と測定光の集光点との距離が一定である場合、オートフォーカスを行いながらのレーザ光による加工（オートフォーカス加工）ができる加工深さの範囲も限定される。

これに対して、上記のレーザダイシング装置は、さらに、加工用レーザ光の集光点に対してＡＦ用レーザ光の集光点を独立してウェハ厚み方向に変化させるためのフォーカスレンズ群を備えている。フォーカスレンズ群は、ＡＦ用レーザ光の光路上であって、加工用レーザ光の光路とは独立した位置に配置される。フォーカスレンズ群は、ウェハ側から順に配置された固定レンズ及び移動レンズを含む。そして、上記のレーザダイシング装置においては、アクチュエータを用いて移動レンズを機械的に移動させることにより、加工用レーザ光の集光点のＺ方向位置を固定した状態で、ＡＦ用レーザ光の集光点を移動可能としている。その結果、オートフォーカス加工が可能な範囲の拡大が図られている。

このように、上記技術分野にあっては、加工用のレーザ光の集光点と測定光の集光点とを独立して変更可能とし、オートフォーカス加工が可能な範囲を拡大することが望まれている。しかしながら、上記のレーザダイシング装置のように、高精度な光軸調整等が要求される複数のレンズを用い、且つ、レンズをアクチュエータにより機械的に移動させるといった複雑な構成は、上記の要望の実現に際して現実的でない。

そこで、本発明は、より簡単な構成によって、オートフォーカス加工が可能な範囲を拡大できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工装置は、加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工予定ラインに沿って加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、測定光を出力する測定光源と、レーザ光を加工対象物に向けて集光して第１集光点を形成すると共に、測定光を加工対象物に向けて集光して第２集光点を形成する集光ユニットと、加工対象物におけるレーザ光及び測定光の入射面での測定光の反射光に応じて入射面の変位を測定するための測定部と、入射面の変位の測定結果に応じて、入射面に交差する方向についての第１集光点の位置を調整する調整部と、レーザ光源と集光ユニットとの間において、変調パターンに応じてレーザ光を変調するための空間光変調器と、空間光変調器に提示する変調パターンを制御する制御部と、を備え、制御部は、第１集光点と第２集光点との間の距離、及び、入射面からのレーザ加工の加工深さに応じて、入射面に交差する方向についての第１集光点の位置を変更するための集光位置変更パターンを含む変調パターンを空間光変調器に提示させる。

このレーザ加工装置においては、集光ユニットが、レーザ光源から出力されたレーザ光と測定光源から出力された測定光とを加工対象物に向けて集光する。これにより、レーザ光の第１集光点が形成されると共に、測定光の第２集光点が形成される。また、測定部が、測定光の入射面での反射光に基づいて、入射面の変位を測定する。さらに、調整部が、その測定結果に応じて、入射面に交差する方向についての第１集光点の位置を調整する。すなわち、このレーザ加工装置においては、オートフォーカス加工を行うことができる。ここで、このレーザ加工装置においては、レーザ光源と集光ユニットとの間においてレーザ光を変調する空間光変調器が用いられる。空間光変調器は、制御部の制御のもとで、第１集光点と第２集光点との間の距離、及び、所望の加工深さに基づいて、入射面に交差する方向における第１集光点の位置を変更するための集光位置変更パターンを含む変調パターンを提示する。これにより、加工用のレーザ光の第１集光点を、測定光の第２集光点に対して独立して変更することができる。このように、このレーザ加工装置によれば、レンズ群の機械的な移動といった複雑な構成を要せず、簡単な構成により、オートフォーカス加工が可能な範囲を拡大できる。

ここで、互いに離間するように配列された複数のデバイス部が表面上に形成されたもの（例えばウェハ）がレーザ加工の加工対象物とされる場合がある。その場合、加工予定ラインは、互いに隣り合うデバイス部の間に設定されると共に、デバイス部が形成された表面をレーザ光及び測定光の入射面とする場合がある。この場合、高精度なオートフォーカス加工を行うためには、測定光がデバイス部に干渉しないようにして入射面の変位を適切に測定可能としつつ、レーザ光の第１集光点を所望の加工深さとなるように調整する必要がある。

そこで、本発明に係るレーザ加工装置においては、加工対象物の入射面には、入射面に沿って互いに離間するように配列された複数のデバイス部が形成されており、加工予定ラインは、互いに隣り合うデバイス部の間を通るように設定され、制御部は、第１集光点を加工深さに配置すると共に互いに隣り合うデバイス部の間の入射面に測定光のスポットを配置した初期状態において測定光がデバイス部に干渉する場合に、集光位置変更パターンを含む変調パターンを空間光変調器に提示させてもよい。この場合、測定光がデバイス部に干渉しないようにしつつ、レーザ光の第１集光点の位置を所望の加工深さに調整し、高精度なオートフォーカス加工を行うことが可能となる。

このとき、本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、初期状態において測定光がデバイス部に干渉する場合に、測定光がデバイス部に干渉しないように第２集光点を移動させると共に、第２集光点の移動に伴って加工深さからシフトした第１集光点と加工深さとの差分を算出し、差分に応じた集光位置変更パターンを含む変調パターンを空間光変調器に提示させてもよい。

本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、入射面の荒れが一定以上である場合に、集光位置変更パターンを含む変調パターンを空間光変調器に提示させることにより、第１集光点を加工深さに維持しつつ入射面における測定光のスポットサイズを拡大するように距離を拡大又は縮小させてもよい。このように、入射面の荒れが一定以上である場合には、入射面に配置される測定光のスポットが小さいと、その荒れの影響により測定誤差が大きくなる傾向にある。これに対して、この場合には、入射面の荒れが一定以上である場合には、レーザ光の第１集光点を加工深さに維持しつつ測定光のスポットサイズを拡大させる。これにより、入射面の荒れが一定以上である場合であっても、高精度なオートフォーカス加工を行うことが可能となる。

本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、レーザ光の収差補正のための補正パターンと集光位置変更パターンとを重畳して構成される変調パターンを空間光変調器に提示させてもよい。このように、レーザ光の第１集光点の位置の変更に空間光変調器を用いれば、収差補正と同時に当該位置の変更を行うことが可能となり、より簡単な構成によりオートフォーカス加工が可能な範囲を拡大可能となる。

本発明によれば、より簡単な構成によって、オートフォーカス加工が可能な範囲を拡大できるレーザ加工装置を提供することができる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 本実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の分解斜視図である。 誤差信号の演算値の一例を示すグラフである。 加工用のレーザ光の集光点とＡＦ用レーザ光の集光点との関係を示す模式図である。 加工対象物の部分的な断面図である。 第１集光点の位置を変更する様子を示す模式図である。 ＡＦ加工の一連の工程を示すフローチャートである。 ＡＦ加工の一連の工程を示す模式的な断面図である。 ＡＦ加工の一連の工程を示す模式的な断面図である。 ＡＦ加工の一連の工程を示す模式的な断面図である。 ＡＦ加工の一連の工程を示す模式的な断面図である。 変形例に係る制御を説明するための模式的な断面図である。

以下、図面を参照してレーザ加工装置の一実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、以下では、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸により規定される直交座標系を図示して説明に用いる場合がある。

実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される対象物である加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるための移動機構であるステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。切断予定ライン５は、照射予定ラインに対応する。

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部、表面３又は裏面に形成されていればよい。改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。

ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。

改質領域７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。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ_３、及び、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ_３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。

実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。

引き続いて、本実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図７は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図７に示されるように、レーザ加工装置２００は、ステージ１１１上の加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１の切断予定ライン（加工予定ライン）５に沿って、切断の起点となる改質領域７を形成する（レーザ加工を行う）。このレーザ加工装置２００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器（空間光変調器）２０３、４ｆ光学系２４１、及び、集光光学系（集光ユニット）２０４を筐体２３１内に備えている。

レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌを出力する。レーザ光源２０２は、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向（Ｘ軸方向）にレーザ光Ｌを出射するように（いわゆる、横置きの状態で）、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。

反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）−ＳＬＭ（Spatial LightModulator）が用いられている。この反射型空間光変調器２０３は、水平方向に入射するレーザ光Ｌを、水平方向に対し斜めに反射しつつ変調する。

図８は、図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の分解斜視図である。図８に示されるように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８がこの順に積層されることで構成されている。透明基板２１８は、所定平面に沿った表面２１８ａを有している。透明基板２１８の表面２１８ａは、反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなる。透明基板２１８は、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されている。透明導電膜２１７は、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。

複数の画素電極２１４は、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上にマトリックス状に配列されている。複数の画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料で形成されている。複数の画素電極２１４の表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。

アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられている。アクティブ・マトリクス回路は、反射型空間光変調器２０３から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。例えばアクティブ・マトリクス回路は、表面２１８ａに沿う一方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１ドライバ回路と、当該一方向に直交し且つ表面２１８ａに沿う他方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２ドライバ回路と、を有している。このようなアクティブ・マトリクス回路は、制御部２５０（図７参照）によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるように構成されている。

配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミド等の高分子材料で形成されている。配向膜９９９ａ，９９９ｂにおける液晶層２１６との接触面には、ラビング処理等が施されている。

液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されている。液晶層２１６は、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、駆動回路層９１４のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と各画素電極２１４との間に電界が形成され、液晶層２１６に形成された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。そして、レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは、液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されて出射する。

このとき、制御部２５０（図７参照）によって各画素電極２１４に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と各画素電極２１４とに挟まれた部分の屈折率が変化する（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層２１６によって付与することができる。変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、レーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、制御部２５０の制御のもとで、反射型空間光変調器２０３に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。

図７に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものである。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。レンズ２４１ａ，２４１ｂにあっては、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。

この４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で位相変調され、所定ビーム径且つ集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となる波面のレーザ光Ｌを集光光学系２０４で集光させることができる。焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２の比は、ｎ：１（ｎは実数）であり、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌのビーム径，波面は、反射型空間光変調器２０３で反射されるビーム径及び波面のそれぞれ１／ｎ倍，ｎ倍になる。また、４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で変調（補正）されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。ここでの４ｆ光学系２４１においては、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるようにレーザ光Ｌが調整される。

集光光学系２０４は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット（調整部）２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。

また、レーザ加工装置２００は、表面観察ユニット２１１及びＡＦ（オートフォーカス：Auto Focus）ユニット２１２を筐体２３１内に備えている。表面観察ユニット２１１は、加工対象物１の表面３を観察するためのものである。この表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１の表面３で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂと、レーザ光Ｌを透過し且つ可視光ＶＬ１及び反射光ＶＬ２を反射するダイクロイックミラー２１０と、を少なくとも有している。ダイクロイックミラー２１０は、レーザ光Ｌの光路において４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間に配置されると共に、可視光ＶＬ１及び反射光ＶＬ２の向きを９０°変えるように配置されている。

この表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１は、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０で順次反射され、集光光学系２０４で集光される。また、加工対象物１の表面２で反射された反射光ＶＬ２は、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２１０で反射され、ダイクロイックミラー２０９を透過する。

ＡＦユニット２１２は、例えば加工対象物１の表面３に厚さ方向（Ｚ軸方向）の変位（うねり）が存在するような場合にも、表面３から所定距離の位置にレーザ光Ｌの集光点（第１集光点）Ｐを精度良く合わせるためのものである。このＡＦユニット２１２は、具体的には、ＡＦ用レーザ光（測定光）ＬＢ１を加工対象物１に出射し、加工対象物１の表面３で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿った表面３の変位データを取得する（変位を測定する）。駆動ユニット２３２は、測定された変位に応じて駆動することで、加工対象物１の表面３のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させ、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整する。

このＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出力するＡＦ用光源（測定光源）２１２ａと、レーザ光Ｌを透過し且つＡＦ用レーザ光ＬＢ１及び反射光ＬＢ２を反射するＡＦ用ダイクロイックミラー２３８と、反射光ＬＢ２に基づいて表面３の変位を検出（測定）する変位検出部（測定部）２１２ｂと、を少なくとも有している。ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８は、レーザ光Ｌの光路において４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間においてダイクロイックミラー２１０の下流側に配置されると共に、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１及び反射光ＬＢ２の向きを９０°変えるように配置されている。このＡＦ用ダイクロイックミラー２３８は、レーザ光Ｌの光路において最も下流側に配置された透過光学素子とされている。つまり、ＡＦユニット２１２は、反射光ＬＢ２が他のダイクロイックミラー等の他の透過光学素子を透過しないように構成されている。

ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８にてＡＦ用レーザ光ＬＢ１が入射する方向及び向きは、上記のダイクロイックミラー２１０で可視光ＶＬ１が入射する方向及び向きと等しくなっている。つまり、ダイクロイックミラー２１０，２３８は、そのミラー面がレーザ光Ｌの光軸に対して同じ方向に同角度で傾斜するように設けられている。これにより、表面観察ユニット２１１及びＡＦユニット２１２は、筐体２３１内において同じ側（図示右側）に配置されることになる。

レーザ光Ｌの光路と、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の光路とは、ダイクロイックミラー２３８と集光光学系２０４との間で共通である。これにより、集光光学系２０４は、レーザ光Ｌを加工対象物１に向けて集光して集光点（後述する第１集光点Ｐ１）を形成すると共に、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を加工対象物１に向けて集光して集光点（後述する第２集光点Ｐ２）を形成する。また、これにより、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２と集光光学系２０４との間において、レーザ光Ｌの光路上に配置される。なお、ここでいう加工対象物１に向けて集光するとは、加工対象物１の表面及び加工対象物１の内部に集光する場合に限らず、集光光学系２０４と加工対象物１との間に集光する場合も含む。

レーザ加工装置２００は、レーザ加工装置２００の全体を制御するためのものとして、レーザ光源２０２と反射型空間光変調器２０３とステージ１１１とＡＦユニット２１２と駆動ユニット２３２とに接続され、これらを制御する制御部２５０を備えている。制御部２５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されるコンピュータを主体として構成されている。そして、制御部２５０は、そのコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することにより、種々の制御を実行する。制御部２５０の制御の一例について説明する。

制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の表面３から所定距離に位置し且つレーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように筐体２３１及びステージ１１１の少なくとも一方を制御する。

また、制御部２５０は、レーザ光Ｌの光学特性が所定の光学特性となるように反射型空間光変調器２０３を制御する。例えば、改質領域７を形成する際、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となるように、互いに対向する１対の電極部２１４，２１７毎に所定電圧を印加して反射型空間光変調器２０３を制御する。より具体的には、制御部２５０は、反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌのビームパターン（ビーム波面）を整形（変調）させるための収差補正パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に入力する。換言すれば、制御部２５０は、反射型空間光変調器２０３に提示する変調パターンを制御する。そして、入力した変調パターンに基づいて一対の電極２１４，２１７毎に対応する液晶層２１６の屈折率を変化させ、反射型空間光変調器２０３から出射（反射）されるレーザ光Ｌのビームパターン（ビーム波面）を整形（変調）させる。制御部２５０のその他の制御については後述する。

なお、上述したように、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２と集光光学系２０４との間において、レーザ光Ｌの光路上に配置される。換言すれば、反射型空間光変調器２０３は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の光路には介在しない。したがって、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光Ｌを変調するものの、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の変調は行わない。すなわち、反射型空間光変調器２０３は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１とは独立してレーザ光Ｌの変調を行う。また、制御部２５０は、図示するように筐体２３１外に配置されてもよいし、筐体２３１内に設置されてもよい。また、制御部２５０では、反射型空間光変調器２０３に提示させる変調パターンを逐次入力するようにしてもよいし、予め記憶された変調パターンを選択して入力するようにしてもよい。

ここで、レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌの光路において、レーザ光源２０２と反射型空間光変調器２０３との間に配置された一対の第１ミラー２０５ａ，２０５ｂと、反射型空間光変調器２０３と４ｆ光学系２４１との間に配置された一対の第２ミラー２０６ａ，２０６ｂと、を備えている。

第１ミラー２０５ａ，２０５ｂは、レーザ光源２０２で出射されたレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３に向けて反射する。これら第１ミラー２０５ａ，２０５ｂは、レーザ光Ｌの向きを９０°変えるようにそれぞれ配置されている。具体的には、上流側の第１ミラー２０５ａは、水平方向右側から入射するレーザ光Ｌを下方へと反射し、下流側の第１ミラー２０５ｂは、上方から入射するレーザ光Ｌを水平方向右側へと反射する。

第２ミラー２０６ａ，２０６ｂは、反射型空間光変調器２０３で反射されたレーザ光Ｌを、４ｆ光学系２４１に向けて反射する。具体的には、上流側の第２ミラー２０６ａは、水平方向に対し斜め下方から入射するレーザ光Ｌを上方へと反射し、下流側の第２ミラー２０６ｂは、下方から入射するレーザ光Ｌを水平方向左側へと反射する。

また、ミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂは、所定方向（ここでは、Ｙ軸方向）に延在する軸を有しており、この軸回りに回転可能に構成されている。これにより、ミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂは、その反射方向（反射角度）が調整可能に構成されている。従って、第１ミラー２０５ａ，２０５ｂにおいては、これらの反射方向が適宜調整され、反射型空間光変調器２０３に対して所定入射角度で確実にレーザ光Ｌが入射されるようレーザ光Ｌの位置及び入射角度が調整されている。また、第２ミラー２０６ａ，２０６ｂにおいては、これらの反射方向が適宜調整され、４ｆ光学系２４１に対して所定入射角度で確実にレーザ光Ｌが入射されるようレーザ光Ｌの位置及び入射角度が調整されている。

なお、これらのミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂでは、圧電素子等の電気的手段によって反射方向が調整されるように構成してもよいし、ねじ等の機械的手段によって反射方向が調整されるように構成してもよい。

また、レーザ光Ｌの光路において、下流側の第１ミラー２０５ｂと反射型空間光変調器２０３との間には、ビームエキスパンダ２２３が配置されている。ビームエキスパンダ２２３は、レーザ光Ｌのビーム径を拡大するためのものであり、凹レンズ２１３ａ及び平凸レンズ２１３ｂを有している。平凸レンズ２１３ｂは、レンズ２１３ａ，２１３ｂ間の距離を可変とすべく、着脱可能とされると共にレーザ光Ｌの光路上の複数位置に設置可能とされている。よって、平凸レンズ２１３ｂを所望な位置に設置することで、レーザ光Ｌのビーム径を所望に拡大することができる。

また、レーザ光Ｌの光路において第１ミラー２０５ａ，２０５ｂ間には、アッテネータ２０７が配置されている。アッテネータ２０７は、レーザ光Ｌの光強度の調整を行うためのものである。このアッテネータ２０７は、直線偏光を得るための偏光板２０７ａと、偏光方向を変更させるためのλ／２波長板２０７ｂと、を含んで構成されている。

また、レーザ光Ｌの光路において第２ミラー２０６ａ，２０６ｂ間には、偏光方向を変更させるためのλ／２波長板２２８が配置されている。このλ／２波長板２２８により、加工進行方向（切断予定ライン５に沿う方向）にレーザ光Ｌの偏光方向を対応させることが可能となる。

以上のように構成されたレーザ加工装置１００を用いて加工対象物１を切断する場合、まず、加工対象物１の裏面に、例えばエキスパンドテープを貼り付けて当該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。続いて、加工対象物１の表面３から加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射して、切断予定ライン５に沿って改質領域７を加工対象物１の内部に形成する。このとき、ＡＦユニット２１２により測定された表面３の変位に応じて駆動ユニット２３２が駆動されることにより、集光点Ｐの位置が調整される。そして、エキスパンドテープを拡張させる。これにより、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って精度よく切断され、複数の半導体チップが互いに離間することになる。

ここで、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌにあっては、筐体２３１内において水平方向に進行した後、第１ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。その後、第１ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームエキスパンダ２２３によってビーム径が拡大されて反射型空間光変調器２０３に入射する。

反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、当該反射型空間光変調器２０３にて加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となるように変調（補正）され、水平方向に対し斜め上方に出射される。その後、第２ミラー２０６ａによって上方に反射された後、λ／２波長板２２８によって偏光方向が変更され、第２ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射する。

４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるように波面形状が調整される。具体的には、かかるレーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９によって下方へ反射される。そして、共焦点Ｏを経て発散すると共に、第１ミラー２０５ｂ及び反射型空間光変調器２０３間の光路を交差した後、第２レンズ２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。

その後、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１の内部に集光光学系２０４によって集光される。

引き続いて、レーザ加工装置２００におけるオートフォーカス加工（以下、「ＡＦ加工」という）について説明する。ＡＦユニット２１２においては、反射光ＬＢ２のビーム形状は、加工対象物１における後述の基準位置からの表面（レーザ光Ｌ及びＡＦ用レーザ光ＬＢ１の入射面）３の変位により、変位検出部２１２ｂの４象限検知器上で変化する。具体的には、表面３で反射された反射光ＬＢ２は、当該表面３の変位に応じて異なるビーム拡がり角を有し、そのビーム拡がり角に応じて異なるビーム形状となる。変位検出部２１２ｂは、このように変化するビーム形状を、４象限検知器の４つの受光面に分割して検出する。４つの受光面をそれぞれ受光面Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂ，Ｓ_Ｃ，Ｓ_Ｄとし、それぞれの受光面Ｓ_Ａ，Ｓ_Ｂ，Ｓ_Ｃ，Ｓ_Ｄにおける光量に応じた出力値をそれぞれ、出力値Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｄとしたとき、ＡＦユニット２１２では、［（Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｃ）−（Ｉ_Ｂ＋Ｉ_Ｄ）］／［（Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＋Ｉ_Ｃ＋Ｉ_Ｄ）］の演算により誤差信号を生成する。

図９は、誤差信号の演算値の一例を示すグラフである。図９に示されるグラフでは、横軸は入射面の誤差信号がゼロになる位置からの変位を示し、縦軸は誤差信号の大きさを示している。変位が小さくなるほど（図中左側に行くほど）、入射面が集光光学系２０４に近づく方向に位置することを意味する。変位が大きくなるほど（図中右側に行くほど）、レーザ光入射面が集光光学系２０４から遠ざかる方向に位置する。

図９に示されるように、誤差信号は、グラフ上でＳ字カーブ状に変化する。誤差信号がゼロになるときの変位は、ビーム形状が４象限検知器上で真円になるときの変位である。誤差信号において利用可能な範囲は、ゼロ周辺の単調減少となる範囲（以下、この範囲を「測定レンジ」と称する）である。すなわち、入射面の変位を適切に測定可能な範囲は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の光軸上に沿って所定範囲（測定レンジ）に限定される。なお、上記の基準位置とは、一例として、表面３を表面観察ユニット２１１で撮像し、投影されるレチクルのコントラストが最大になる状態のときの表面３の位置である。

図１０は、加工用のレーザ光の集光点とＡＦ用レーザ光の集光点との関係を示す模式図である。図１０に示されるように、レーザ加工装置２００においては、レーザ光ＬとＡＦ用レーザ光ＬＢ１とは、互いの光軸が一致した状態において加工対象物１に照射される。また、レーザ光Ｌの集光点Ｐである第１集光点Ｐ１と、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の集光点である第２集光点Ｐ２とは、互いに離間しており、その間の距離は、レーザ加工装置２００の構成により距離Ｌ１２として実質的に一定である（レーザ加工装置２００の個体差によるばらつきはある）。

したがって、図１０の（ａ）〜（ｄ）のように第１集光点Ｐ１を深い位置（入射面である表面３から遠い位置）から浅い位置（表面３に近い位置）に移動させていくと、第２集光点Ｐ２も同等の距離だけ移動する。これに伴って、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の表面３におけるスポットサイズも変更される。すなわち、図１０の（ａ）に示されるように、第２集光点Ｐ２が表面３に比較的近く、且つ、加工対象物１内に位置する状態から、図１０の（ｂ）に示されるように、第２集光点Ｐ２が表面３に一致する状態になるように第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２が移動すると、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の表面３におけるスポットサイズが縮小する。さらに、図１０の（ｂ）に示される状態から、図１０の（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、第２集光点Ｐ２が加工対象物１の外部において表面３から徐々に遠ざかるように第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２が移動すると、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の表面３におけるスポットサイズが拡大する。

このように、表面３の変位を適切に測定可能な範囲が測定レンジに限定される結果、レーザ光Ｌの第１集光点Ｐ１とＡＦ用レーザ光ＬＢ１の第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２が一定である場合、ＡＦ加工ができる加工深さの範囲も限定される。したがって、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２を変更可能とすることが有効である。

一方、レーザ加工装置２００の加工対象物１が、図１１に示されるような加工対象物である場合がある。図１１に示される加工対象物１の表面３上には、デバイス層１０が形成されている。デバイス層１０は、表面３上に互いに離間して２次元状に配列された複数のデバイス部１１を含む。デバイス部１１は、例えば、結晶成長により形成された半導体動作層、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、或いは回路として形成された回路素子等である。互いに隣り合うデバイス部１１の間には、表面３が露出した領域であるストリートＳＴが設けられている。ストリートＳＴは、例えば格子状に設けられている。切断予定ライン５は、ストリートＳＴに設定されている（すなわち、互いに隣り合うデバイス部１１の間を通るように設定されている）。

この加工対象物１の表面３の変位を測定すると共に、その変位に基づいて第１集光点Ｐ１の位置を調整しながらの加工（ＡＦ加工）を行う場合には、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットをストリートＳＴ内において（互いに隣り合うデバイス部の間において）、表面３に配置する。このとき、表面３の変位の測定を高精度で行うためには、第２集光点Ｐ２から（又は第２集光点Ｐ２に向かって）所定の広がりを有するＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉しないようにすることが望ましい。一方で、適切な位置に改質領域７を形成するためには、第１集光点Ｐ１を所望の加工深さに配置する必要がある。したがって、このような観点からも、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２を変更可能とすることが有効である。

そこで、レーザ加工装置２００は、第１集光点Ｐ１の位置を第２集光点Ｐ２と独立して変更する機能を有している。すなわち、図１２に示されるように、レーザ加工装置２００は、表面３に交差する方向（ここではＺ軸方向）について、第２集光点Ｐ２の位置を一定に維持しつつ、第１集光点Ｐ１の位置が変更可能とする。そのために、制御部２５０は、Ｚ軸方向についての第１集光点Ｐ１の位置を変更するための集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。上述したように、反射型空間光変調器２０３は、レーザ光Ｌの光路のみに介在する。したがって、第１集光点Ｐ１の位置のみが変更され、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２が変更される。これにより、第２集光点Ｐ２を表面３の変位の測定に適した位置としつつ、第１集光点Ｐ１を所望の加工深さに配置することが可能となる。

より具体的には、制御部２５０は、ストリート幅Ｗ１１（互いに隣り合うデバイス部のエッジ間の間隔：図１１参照）、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との間の距離Ｌ１２、及び、入射面である表面３からの所望するレーザ加工の加工深さに応じて、第２集光点Ｐ２を表面３の変位の測定に適した位置としつつ、第１集光点Ｐ１を所望の加工深さに配置するように、第１集光点Ｐ１の位置（すなわち距離Ｌ１２）を変更するための集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。

さらに、詳細は後述するが、制御部２５０は、第１集光点Ｐ１を加工深さに配置すると共にストリートＳＴ内の表面３にＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットを配置した初期状態においてＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉する場合に、集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。このとき、制御部２５０は、初期状態においてＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉する場合に、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉しないように第２集光点Ｐ２を移動させると共に、第２集光点Ｐ２の移動に伴って加工深さからシフトした第１集光点Ｐ１と加工深さとの差分を算出し、差分に応じた集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。

なお、集光位置変更パターンを含まない変調パターンが提示された状態の反射型空間光変調器２０３により変調された（或いは変調されていない）状態の第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２を基準とすると、集光位置変更パターンによって、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２を拡大して、第１集光点Ｐ１の位置を加工対象物１の表面３からより深い位置に変更することもできるし、距離Ｌ１２を縮小して第１集光点Ｐ１の位置をより浅い位置に変更することもできる。また、制御部２５０は、集光位置変更パターンと、収差補正のための収差補正パターンといった他のパターンと、を重畳して構成される変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させることにより、複数の機能を同時に実現することも可能である。

引き続いて、レーザ加工装置２００におけるＡＦ加工の詳細について説明する。図１３は、ＡＦ加工の一連の工程を示すフローチャートである。図１３に示されるように、ここでは、まず、ＡＦ加工を開始するに際して、反射型空間光変調器２０３の状態を初期状態に設定する（工程Ｓ１１）。例えば、過去のＡＦ加工の際の収差補正パターン等を含む変調パターンが反射型空間光変調器２０３に提示されている状態であれば、その変調パターンの提示を停止し、反射型空間光変調器２０３に変調パターンが提示されていない状態とする。

続いて、制御部２５０が、ストリート幅Ｗ１１と加工深さを取得する（工程Ｓ１２）。図１４の（ａ）に示されるように、ここでは、加工対象物１の入射面である表面３に上記のデバイス層１０が形成されており、そのデバイス部１１の互いに対向するエッジ間の間隔としてストリート幅Ｗ１１を取得する。また、ここでは、加工対象物１に対して、その深さ方向（表面３に交差する方向であってＺ軸方向）の２つの異なる位置にそれぞれ改質領域７を形成する。このため、加工対象物１に対して、２つの加工予定位置Ｍ１，Ｍ２が設定されている。加工予定位置Ｍ１は、加工予定位置Ｍ２よりも表面３から遠い（深い）位置であって、加工予定位置Ｍ２よりも先に（最初に）加工が行われる位置である。ここでは、最も表面３から遠い加工予定位置Ｍ１の表面３からの距離である加工深さＤ１を取得する。

続いて、図１３に示されるように、制御部２５０が、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉するか否かを判定する（工程Ｓ１３）。ここでは、図１４の（ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌの第１集光点Ｐ１を加工深さＤ１に配置すると共に、ストリートＳＴ内の表面３にＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットを配置した初期状態において、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉するか否かを判定する。

続いて、図１３に示されるように、工程Ｓ１３の判定の結果、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉する場合（工程Ｓ１３：ＹＥＳ）、制御部２５０が、第２集光点Ｐ２の位置を調整する（工程Ｓ１４）。ここでは、図１５の（ａ）に示されるように、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離を距離Ｌ１２に維持したまま（すなわち、集光位置変更パターンを含む変調パターンを提示せずに）、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉しないように第２集光点Ｐ２を移動させる。例えば、図１４の（ｂ）及び図１５の（ａ）の例では、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１は、第２集光点Ｐ２が加工対象物１の外部において表面３から離間した状態において、第２集光点Ｐ２から拡がりながらデバイス部１１に干渉している。したがって、ここでは、第２集光点Ｐ２を表面３に近づけて表面３におけるＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットを縮小するように、第２集光点Ｐ２の位置を調整する。これに伴い、第１集光点Ｐ１も加工予定位置Ｍ１から表面３と反対側にシフトする。

続いて、図１３及び図１５の（ａ）に示されるように、制御部２５０が、加工予定位置Ｍ１からシフトした第１集光点Ｐ１と加工予定位置Ｍ１の加工深さＤ１との差分（シフト量）ΔＬを算出する（工程Ｓ１５）。

続いて、制御部２５０が、工程Ｓ１５において算出した差分ΔＬに応じた集光位置変更パターンと、加工深さＤ１に応じた収差補正のための収差補正パターンと、を重畳して構成される変調パターンを、反射型空間光変調器２０３に提示させる（工程Ｓ１６）。ここでは、第１集光点Ｐ１を差分ΔＬだけ表面３側に移動させるように、集光位置変更パターンを設定する。第２集光点Ｐ２の位置は一定に維持される。これにより、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との距離Ｌ１２が変更されて距離Ｌ１２ａとされる。ここでは、距離Ｌ１２ａは、差分ΔＬの分だけ距離Ｌ１２よりも小さくなる。これにより、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉しないように、且つ、第１集光点Ｐ１が加工予定位置Ｍ１に一致するようにされる。

続いて、図１３及び図１６に示されるように、制御部２５０は、レーザ光Ｌによる加工を実施する（工程Ｓ１７）。ここでは、切断予定ライン５に沿って、第１集光点Ｐ１及び第２集光点Ｐ２を加工対象物１に対して相対移動させることにより、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１による表面３の変位の測定、測定された変位に応じた第１集光点Ｐ１の位置調整、及び、レーザ光Ｌの照射による改質領域７の形成が行われる。ここでは、レーザ光Ｌは、加工予定位置Ｍ１においてＹ軸方向に沿ってスキャンされる。これにより、加工予定位置Ｍ１において、Ｙ軸方向に沿って延びる１列の改質領域７が形成される。なお、このとき、切断予定ライン５に沿った表面３の変位が取得され、保持される。

続いて、制御部２５０が、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１をオフとする（工程Ｓ１８）。これは、後の加工予定位置Ｍ２でのＡＦ加工の際に、工程Ｓ１７において取得されて保持された表面３の変位情報を再生することによりＡＦ加工が可能であるためである。続いて、制御部２５０が、レーザ光Ｌの第１集光点Ｐ１を、加工深さＤ２の加工予定位置Ｍ２に位置させた状態において、加工深さＤ２に応じた収差補正のための収差補正パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる（工程Ｓ１９）。そして、図１３及び図１７に示されるように、加工予定位置Ｍ１での加工と同様にして、加工予定位置Ｍ２でのＡＦ加工を実施する（工程Ｓ２０）。これにより、加工対象物１に対して、複数列の改質領域７が形成される。

一方、図１３に示されるように、工程Ｓ１３の判定の結果、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉しない場合（工程Ｓ１３：ＮＯ）、制御部２５０が、加工深さＤ１に応じた収差補正のための収差補正パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる（工程Ｓ２１）。その後は、工程Ｓ１７に移行する。

以上説明したように、レーザ加工装置２００においては、集光光学系２０４が、レーザ光源２０２から出力されたレーザ光Ｌと、ＡＦ用光源２１２ａから出力されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１とを加工対象物１に向けて集光する。これにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐとしての第１集光点Ｐ１が形成されると共に、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の第２集光点Ｐ２が形成される。また、変位検出部２１２ｂが、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の表面３での反射光ＬＢ２に基づいて、表面３の変位を測定する。さらに、駆動ユニット２３２が、その測定結果に応じて、表面３に交差（直交）する方向（例えばＺ軸方向）についての第１集光点Ｐ１の位置を調整する。すなわち、レーザ加工装置２００においては、ＡＦ加工を行うことができる。

ここで、レーザ加工装置２００においては、レーザ光源２０２と集光光学系２０４との間においてレーザ光Ｌを変調する反射型空間光変調器２０３が用いられる。反射型空間光変調器２０３は、制御部２５０の制御のもとで、第１集光点Ｐ１と第２集光点Ｐ２との間の距離、及び、所望の加工深さに基づいて、表面３に交差する方向における第１集光点Ｐ１の位置を変更するための集光位置変更パターンを含む変調パターンを提示する。これにより、加工用のレーザ光Ｌの第１集光点Ｐ１を、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１の第２集光点Ｐ２に対して独立して変更することができる。このように、レーザ加工装置２００によれば、レンズ群の機械的な移動といった複雑な構成を要せず、簡単な構成により、ＡＦ加工が可能な範囲を拡大できる。

また、ここでは、加工対象物１の表面３には、表面３に沿って互いに離間するように配列された複数のデバイス部１１が形成されており、切断予定ライン５は、互いに隣り合うデバイス部１１の間（ストリートＳＴ）を通るように設定される。そして、レーザ加工装置２００においては、制御部２５０が、第１集光点Ｐ１を加工深さＤ１に配置すると共にストリートＳＴの表面３にＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットを配置した初期状態においてＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉する場合に、集光位置変更パターンを含む変調パターンを空間光変調器に提示させる。このため、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１のがデバイス部１１に干渉しないようにしつつ、レーザ光Ｌの第１集光点Ｐ１の位置を所望の加工深さＤ１に調整し、高精度なＡＦ加工を行うことが可能となる。

このとき、レーザ加工装置２００においては、制御部が、初期状態においてＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉する場合に、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１がデバイス部１１に干渉しないように第２集光点Ｐ２を移動させると共に、第２集光点Ｐ２の移動に伴ってシフトした第１集光点Ｐ１と加工深さＤ１との差分ΔＬを算出し、差分ΔＬに応じた集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。

さらに、レーザ加工装置２００においては、制御部２５０は、レーザ光Ｌの収差補正のための収差補正パターンと集光位置変更パターンとを重畳して構成される変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させる。このように、レーザ光Ｌの第１集光点Ｐ１の位置の変更に反射型空間光変調器２０３を用いれば、収差補正と同時に当該位置の変更を行うことが可能となり、より簡単な構成によりＡＦ加工が可能な範囲を拡大可能となる。

以上の実施形態は、本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ加工装置は、上記のレーザ加工装置２００に限定されない。本発明に係るレーザ加工装置は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上記のレーザ加工装置２００を任意に変更したものとすることができる。

例えば、レーザ加工装置２００においては、制御部２５０は、上述したＡＦ加工における変調パターン及び反射型空間光変調器２０３の制御以外にも、次の制御を行うことができる。

図１８は、変形例に係る制御を説明するための模式的な断面図である。図１８に示されるように、加工対象物１におけるレーザ光Ｌ及びＡＦ用レーザ光ＬＢ１の入射面である表面３が荒れている場合がある。表面３の荒れが一定以上である場合には、表面３に配置されるＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットＳＰが小さいと、その荒れの影響により測定誤差が大きくなる傾向にある。なお、荒れのパターンの幾何学的サイズが測定用レーザ光のスポットサイズの概ね1/２倍以上であることを意味する。

そこで、レーザ加工装置２００においては、制御部２５０が、表面３の荒れが一定以上である場合に、集光位置変更パターンを含む変調パターンを反射型空間光変調器２０３に提示させることにより、第１集光点Ｐ１を加工深さＤ１に維持しつつ表面３におけるＡＦ用レーザ光ＬＢ１のスポットＳＰのサイズを拡大するように距離Ｌ１２を拡大又は縮小（ここでは距離Ｌ１２ｂに拡大）させる。これにより、表面３の荒れが一定以上である場合であっても、高精度なＡＦ加工を行うことが可能となる。

なお、上記の実施形態においては、加工対象物１の内部に、加工対象物１の切断に用いられる改質領域７を形成するレーザ加工を例示した。しかしながら、レーザ加工装置２００のレーザ加工はこれに限定されない。

１…加工対象物、３…表面（入射面）、５…切断予定ライン（加工予定ライン）、１１…デバイス部、２００…レーザ加工装置、２０２…レーザ光源、２０３…反射型空間光変調器（空間光変調器）、２０４…集光光学系（集光ユニット）、２１２ａ…ＡＦ用光源（測定光源）、２１２ｂ…変位検出部（測定部）、２５０…制御部、Ｌ…レーザ光、ＬＢ１…ＡＦ用レーザ光（測定光）、ＬＢ２…反射光。

Claims (5)

1. 加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工予定ラインに沿って前記加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
   測定光を出力する測定光源と、
   前記レーザ光を前記加工対象物に向けて集光して第１集光点を形成すると共に、前記測定光を前記加工対象物に向けて集光して第２集光点を形成する集光ユニットと、
   前記加工対象物における前記レーザ光及び前記測定光の入射面での前記測定光の反射光に応じて前記入射面の変位を測定するための測定部と、
   前記入射面の変位の測定結果に応じて、前記入射面に交差する方向についての前記第１集光点の位置を調整する調整部と、
   前記レーザ光源と前記集光ユニットとの間において、変調パターンに応じて前記レーザ光を変調するための空間光変調器と、
   前記空間光変調器に提示する前記変調パターンを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１集光点と前記第２集光点との間の距離、及び、前記入射面からの前記レーザ加工の加工深さに応じて、前記入射面に交差する方向についての前記第１集光点の位置を変更するための集光位置変更パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に提示させる、
   レーザ加工装置。
2. 前記加工対象物の前記入射面には、前記入射面に沿って互いに離間するように配列された複数のデバイス部が形成されており、
   前記加工予定ラインは、互いに隣り合う前記デバイス部の間を通るように設定され、
   前記制御部は、前記第１集光点を前記加工深さに配置すると共に互いに隣り合う前記デバイス部の間の前記入射面に前記測定光のスポットを配置した初期状態において前記測定光が前記デバイス部に干渉する場合に、前記集光位置変更パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に提示させる、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記制御部は、前記初期状態において前記測定光が前記デバイス部に干渉する場合に、前記測定光が前記デバイス部に干渉しないように前記第２集光点を移動させると共に、前記第２集光点の移動に伴ってシフトした前記第１集光点と前記加工深さとの差分を算出し、前記差分に応じた前記集光位置変更パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に提示させる、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御部は、前記入射面の荒れが一定以上である場合に、前記集光位置変更パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に提示させることにより、前記第１集光点を前記加工深さに維持しつつ前記入射面における前記測定光のスポットサイズを拡大するように前記距離を拡大又は縮小させる、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記制御部は、前記レーザ光の収差補正のための収差補正パターンと前記集光位置変更パターンとを重畳して構成される前記変調パターンを前記空間光変調器に提示させる、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。