JP2021090990A - レーザービームのスポット形状の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザービームのスポット形状の補正に必要な工数を抑制でき、被加工物に照射するレーザービームの加工装置間の機差を低減することが可能なこと。【解決手段】レーザービームのスポット形状の補正方法は、レーザービームを凹面鏡に照射するレーザービーム照射ステップＳＴ４と、反射光をビームプロファイラによって撮像する撮像ステップＳＴ５と、撮像ステップＳＴ５で撮像されたＸＹ平面像からＸＺ平面像またはＹＺ平面像を形成する画像形成ステップＳＴ６と、画像形成ステップＳＴ６で形成された画像と、理想のレーザービームのＸＺ平面像またはＹＺ平面像とを比較する比較ステップＳＴ７と、を有し、画像形成ステップＳＴ６で形成されたＸＺ平面像またはＹＺ平面像と、理想のレーザービームのＸＺ平面像またはＹＺ平面像とが一致するように、空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更する。【選択図】図１１

Description

本発明は、レーザービームのスポット形状の補正方法に関する。

半導体ウエーハのような板状物をチップサイズに分割する技術として、被加工物の内部にレーザービームの焦点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、分割起点となる改質層を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述のようなレーザー加工を行うレーザー加工装置の光学系には、種々の光学部品が使用されており、光学系の光路上で様々な光学的な歪みが生じてしまうことがある。この光学的な歪みに起因して加工装置間で加工結果が異なってしまう、いわゆる装置間機差が生じてしまう場合があった。

この問題を解決するために、チャックテーブルで凹面鏡を保持し、凹面鏡から反射された光を撮像することにより加工点でのスポット形状を把握する技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。

特許第３４０８８０５号公報 特開２０１６−４１４３７号公報

しかしながら、特許文献２に示された技術は、スポット形状を把握できても、光学系を構成する複数の光学素子のどこで光学的な歪みが生じているかわからないため、歪みの箇所を特定する作業が必要となり、スポット形状の補正に時間がかかるという課題があった。

本願発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザービームのスポット形状の補正に必要な工数を抑制でき、被加工物に照射するレーザービームの加工装置間の機差を低減することが可能なレーザービームのスポット形状の補正方法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、本発明のレーザービームのスポット形状の補正方法は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、制御部と、を備え、該レーザービーム照射手段は、レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設された空間光変調器と、を有するレーザー加工装置において、該集光レンズによって集光されたレーザービームのスポット形状を補正するレーザービームのスポット形状補正方法であって、反射面が球面となっている凹面鏡を該レーザービーム照射手段の該集光レンズと対面する位置に位置付ける凹面鏡配置ステップと、該凹面鏡配置ステップの後、該集光レンズの集光点を該凹面鏡の焦点位置に位置付ける焦点位置付けステップと、該レーザー発振器を作動し該集光レンズによって集光されたレーザービームを該凹面鏡に照射するレーザービーム照射ステップと、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を撮像手段によって撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで撮像されたレーザービームの形状および強度分布を示すＸＹ平面像から、ＸＺ平面像またはＹＺ平面像を形成する画像形成ステップと、該画像形成ステップで形成された画像と、理想の形状および強度分布を有するレーザービームのＸＺ平面像またはＹＺ平面像と、を比較する比較ステップと、を有し、該画像形成ステップで形成されたＸＺ平面像またはＹＺ平面像と、該理想の形状および強度分布を有するレーザービームのＸＺ平面像またはＹＺ平面像とが一致するように、該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更することを特徴とする。

前記レーザービームのスポット形状の補正方法において、該撮像ステップで撮像されたレーザービームの画像がどの収差成分を含んでいるかを判断する判断ステップを更に有し、該判断ステップで判断された収差成分を打ち消すような位相パターンを該空間光変調器の表示部に表示させても良い。

前記レーザービームのスポット形状の補正方法において、該撮像ステップで撮像されたレーザービームがどの収差成分を含んでいるかを判断する判断ステップと、該理想の形状および強度分布を有するレーザービームがどの収差成分を含んでいるかを記憶しておく記憶ステップと、を更に含み、該撮像ステップで撮像されたレーザービームの収差成分が該理想のレーザービームの収差成分と一致するように、該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更しても良い。

前記レーザービームのスポット形状の補正方法において、該比較ステップでは、比較した画像の相違が所定の割合以下であれば合格とし、所定の割合より大きければ再度スポット形状の補正を行っても良い。

本願発明は、レーザービームのスポット形状の補正に必要な工数を抑制でき、被加工物に照射するレーザービームの加工装置間の機差を低減することが可能となるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施す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説明する図である。 図３は、図１に示されたレーザー加工装置のビームプロファイラが反射光を撮像し取得したレーザービームの反射光の形状及び強度分布を示すＸＹ平面像の模式図である。 図４は、図３中のＡ−Ａ´線に沿うＸＺ平面像を示す図である。 図５は、図３中のＢ−Ｂ´線に沿うＸＺ平面像を示す図である。 図６は、図３中のＣ−Ｃ´線に沿うＸＺ平面像を示す図である。 図７は、図３中のＡ１−Ａ１´線に沿うＹＺ平面像を示す図である。 図８は、図３中のＢ１−Ｂ１´線に沿うＹＺ平面像を示す図である。 図９は、図３中のＣ１−Ｃ１´線に沿うＹＺ平面像を示す図である。 図１０は、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法の理想の形状及び強度分布を有するレーザービームの理想のＸＹ平面像を示す図である。 図１１は、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を説明するフローチャートである。 図１２は、図１１に示されたレーザービームのスポット形状の補正方法の撮像ステップにおいて反射光を撮像して取得したＸＹ平面像の一例を示す図である。 図１３は、図１１に示されたレーザービームのスポット形状の補正方法の比較ステップにおいて、表示ユニットに表示されたＸＺ平面像の一例を示す図である。 図１４は、図１１に示されたレーザービームのスポット形状の補正方法の比較ステップにおいて、表示ユニットに表示されたＹＺ平面像の一例を示す図である。 図１５は、実施形態２に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図１６は、図１５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説明する図である。 図１７は、非点収差０°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図１８は、非点収差９０°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図１９は、非点収差＋４５°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２０は、非点収差−４５°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２１は、コマ収差＋Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２２は、コマ収差−Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２３は、コマ収差＋Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２４は、コマ収差−Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２５は、球面収差＋に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２６は、球面収差−に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２７は、トレフォイル収差＋Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２８は、トレフォイル収差−Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図２９は、トレフォイル収差＋Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図３０は、トレフォイル収差−Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。 図３１は、実施形態１及び実施形態２の変形例に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。

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、置換また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に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を図面に基づいて説明する。まず、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置１の構成を説明する。図１は、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。実施形態１に係る図１に示すレーザー加工装置１は、被加工物２００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射し、被加工物２００をレーザー加工する装置である。

（被加工物）
図１に示されたレーザー加工装置１の加工対象である被加工物２００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などの基板２０１を有する円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物２００は、図１に示すように、基板２０１の表面２０２に格子状に設定された分割予定ライン２０３と、分割予定ライン２０３によって区画された領域に形成されたデバイス２０４と、を有している。デバイス２０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。

実施形態１において、被加工物２００は、被加工物２００の外径よりも大径な円板状でかつ外縁部に環状フレーム２０６が貼着された粘着テープ２０７が表面２０２の裏側の裏面２０５に貼着されて、環状フレーム２０６の開口内に支持される。実施形態１において、被加工物２００は、分割予定ライン２０３に沿って個々のデバイス２０４に分割される。

（レーザー加工装置）
レーザー加工装置１は、図１に示すように、被加工物２００を保持面１１で保持する保持手段であるチャックテーブル１０と、レーザービーム照射手段である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、制御部１００とを有する。

チャックテーブル１０は、被加工物２００を保持面１１で保持する。チャックテーブル１０は、被加工物２００を保持する平坦な保持面１１が上面に形成されかつ多数のポーラス孔を備えたポーラスセラミック等から構成された円盤形状の吸着部１２と、吸着部１２を上面の中央の凹みに嵌め込んで固定する枠体１３とを備えた円盤形状である。枠体１３の上面は、保持面１１と同一平面上に位置し、実施形態１では、チャックテーブル１０の周縁部である。チャックテーブル１０は、吸着部１２が、図示しない真空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。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物２００を吸引保持する。実施形態１では、保持面１１は、水平方向と平行な平面である。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物２００を開口内に支持する環状フレーム２０６を挟持するクランプ部１４が複数配置されている。

また、チャックテーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３４によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。なお、Ｚ軸方向は、保持面１１に対して直交し、鉛直方向と平行な方向である。チャックテーブル１０は、回転移動ユニット３４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。

レーザービーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００に対して、被加工物２００が透過性を有する波長のパルス状のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００の内部に破断起点となる改質層を形成するレーザービーム照射手段である。改質層とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、およびこれらの領域が混在した領域等である。実施形態では、改質層は、基板２０１の他の部分よりも機械的な強度が低い。

なお、実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、被加工物２００に対して、被加工物２００が透過性を有する波長のレーザービーム２１を照射するが、本発明では、被加工物２００が吸収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をアブレーション加工するものでも良い。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に設けられた移動ユニット３０のＺ軸移動ユニット３３によりＺ軸方向に移動される昇降部材４に支持されている。なお、レーザービーム照射ユニット２０の構成等は、後ほど説明する。

移動ユニット３０は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に相対的に移動させるものである。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、保持面１１と平行な方向である。移動ユニット３０は、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送り手段であるＸ軸移動ユニット３１と、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる割り出し送り手段であるＹ軸移動ユニット３２と、レーザービーム照射ユニット２０に含まれる集光レンズ２３をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動ユニット３３と、チャックテーブル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３４とを備える。

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１５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、移動プレート１５上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル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３４を支持した第２移動プレート１６をＸ軸方向に移動自在に支持している。Ｚ軸移動ユニット３３は、立設壁３に設置され、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持している。

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３３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１５，１６をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持するとともに、昇降部材４を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。

また、レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するため図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、チャックテーブル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に含まれる集光レンズ２３のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出ユニットとを備える。各位置検出ユニットは、検出結果を制御部１００に出力する。

撮像ユニット４０は、チャックテーブル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、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００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の筐体の先端に取り付けられて、レーザービーム照射ユニット２０の図２に示す集光レンズ２３とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。撮像ユニット４０は、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得て、得た画像を制御部１００に出力する。

制御部１００は、レーザー加工装置１の上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物２００に対する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、制御部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。制御部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、制御部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ユニット１１０と、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる入力ユニット１１１とを備える。表示ユニット１１０及び入力ユニット１１１は、制御部１００に接続している。入力ユニット１１１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うち少なくとも一つにより構成される。

次に、レーザービーム照射ユニット２０を説明する。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説明する図である。図３は、図１に示されたレーザー加工装置のビームプロファイラが反射光を撮像し取得したレーザービームの反射光の形状及び強度分布を示すＸＹ平面像の模式図である。レーザービーム照射ユニット２０は、図２に示すように、被加工物２００を加工するためのパルス状のレーザービーム２１を発振するレーザー発振器２２と、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１をチャックテーブル１０の保持面１１に保持した被加工物２００に集光する集光レンズ２３と、空間光変調器２４と、凹面鏡２５と、分岐手段であるビームスプリッタ２６と、減衰手段２７と、撮像手段であるビームプロファイラ２８と、複数の光学部品２９とを有する。

集光レンズ２３は、チャックテーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置され、レーザー発振器２２から発振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２１１に集光させる。

空間光変調器２４は、レーザー発振器２２と集光レンズ２３との間のレーザービーム２１の光路上に配設され、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１の光学的特性を調整し、光学的特性を調整したレーザービーム２１を出射する所謂ＬＣＯＳ−ＳＬＭ（Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator）である。実施形態１では、空間光変調器２４は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を反射する変調器である。実施形態１において、空間光変調器２４が調整するレーザービーム２１の光学的特性は、例えば、レーザービーム２１の位相、偏波面、振幅、強度、伝搬方向のうちの少なくとも一つである。

実施形態１において、空間光変調器２４は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１が照射され、レーザービーム２１を反射する際に光学的特性を調整する表示部２４１を備え、表示部２４１で光学的特性を調整させたレーザービーム２１をビームスプリッタ２６等を介して集光レンズ２３に向けて出射する。また、実施形態１において、空間光変調器２４の表示部２４１は、レーザービーム２１の光学的特性を調整させるための位相パターンを表示し、レーザービーム２１を反射してレーザービーム２１の光学的特性を調整する。位相パターンは、制御部１００により制御される。空間光変調器２４は、表示部２４１に表示する位相パターンが制御部１００により制御されることで、出射するレーザービーム２１の光学的特性を調整する。

凹面鏡２５は、集光レンズ２３とＺ軸方向に対向可能な位置に配置され、集光レンズ２３とＺ軸方向に対向すると、集光レンズ２３の集光点２１１に焦点２５１を有するように位置づけられることが可能な反射面２５２を備える。反射面２５２は、球面となっているとともに、Ｚ軸方向に対向する集光レンズ２３から出射されたレーザービーム２１を集光レンズ２３に向けて反射する。実施形態１では、凹面鏡２５は、チャックテーブル１０の枠体１３内に配設され、反射面２５２が集光レンズ２３とＺ軸方向に対向可能な位置に配置されている。実施形態１では、集光レンズ２３の集光点２１１が焦点２５１に位置するように、Ｚ軸移動ユニット３３により集光レンズ２３のＺ軸方向の位置が調整されることで、反射面２５２の焦点２５１が集光レンズ２３の集光点２１１に位置づけられる。

ビームスプリッタ２６は、レーザー発振器２２から発振されかつ空間光変調器２４により光学的特性が調整されたレーザービーム２１を集光レンズ２３へと通過させる。ビームスプリッタ２６は、集光レンズ２３によって集光され、凹面鏡２５の反射面２５２で反射して、集光レンズ２３を透過したレーザービーム２１の反射光２１２を減衰手段２７に向けて反射して、反射光２１２をレーザービーム２１から分岐する。

減衰手段２７は、ビームスプリッタ２６により反射された反射光２１２の強度を減衰するためのものである。実施形態１では、減衰手段２７は、反射光２１２の強度を減衰させて、ビームプロファイラ２８に向けて反射する。減衰手段２７は、例えば、ウエッジ基板により構成される。

ビームプロファイラ２８は、凹面鏡２５の反射面２５２で反射し、ビームスプリッタ２６によってレーザービーム２１から分岐されて減衰手段２７により強度が減衰された反射光２１２を撮像して、レーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有する（示す）レーザービーム２１のＸＹ平面像４００（図３に示す）を取得するものである。ビームプロファイラ２８は、取得したＸＹ平面像４００を制御部１００に出力する。なお、ビームプロファイラ２８が取得したＸＹ平面像４００は、反射光２１２のＸ軸方向及びＹ軸方向の各位置の強度を示している。

光学部品２９は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を被加工物２００を加工する加工点又は凹面鏡２５へと伝搬するとともに、凹面鏡２５の反射面２５２により反射されたレーザービーム２１の反射光２１２をビームプロファイラ２８へと伝搬するものである。実施形態１では、光学部品２９は、レーザー発振器２２と空間光変調器２４との間のレーザービーム２１の光路上に設けられたビームエキスパンダ２９−１、反射ミラー２９−２及び波長板２９−３を備える。実施形態１では、ビームエキスパンダ２９−１、反射ミラー２９−２及び波長板２９−３は、レーザー発振器２２から空間光変調器２４に向かって順に配置されている。また、光学部品２９は、空間光変調器２４とビームスプリッタ２６との間のレーザービーム２１の光路上に設けられたリレー光学系２９−４と、ビームスプリッタ２６と集光レンズ２３との間のレーザービーム２１の光路上に設けられた反射ミラー２９−５とを備えている。

また、実施形態１に係るレーザー加工装置１の制御部１００は、図１に示すように、画像形成部１０１と、位相パターン作成部１０２と、記憶部１０３とを備える。次に、制御部１００の各構成要素を説明する。図４は、図３中のＡ−Ａ´線に沿うＸＺ平面像を示す図である。図５は、図３中のＢ−Ｂ´線に沿うＸＺ平面像を示す図である。図６は、図３中のＣ−Ｃ´線に沿うＸＺ平面像を示す図である。図７は、図３中のＡ１−Ａ１´線に沿うＹＺ平面像を示す図である。図８は、図３中のＢ１−Ｂ１´線に沿うＹＺ平面像を示す図である。図９は、図３中のＣ１−Ｃ１´線に沿うＹＺ平面像を示す図である。

画像形成部１０１は、ビームプロファイラ２８が反射光２１２を撮像して、取得したレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有するレーザービーム２１のＸＹ平面像４００を表示ユニット１１０に出力して表示ユニット１１０に表示させる。

また、画像形成部１０１は、反射光２１２のＸＹ平面像４００から図４、図５及び図６に例を示すＸＺ平面像５００を形成して、形成したＸＺ平面像５００を表示ユニット１１０に出力して、表示ユニット１１０に表示する。なお、ＸＺ平面像５００は、レーザービーム２１の反射光２１２のＸ軸方向とＺ軸方向との双方と平行な断面における像である。画像形成部１０１は、反射光２１２のＸＹ平面像４００から図７、図８及び図９に例を示すＹＺ平面像６００を形成して、形成したＸＺ平面像５００を表示ユニット１１０に出力して、表示ユニット１１０に表示する。ＹＺ平面像６００は、レーザービーム２１の反射光２１２のＹ軸方向とＺ軸方向との双方と平行な断面における像である。なお、本発明では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、図３にあるＸ、Ｙの方向に限定されない。

図４、図５及び図６に例を示すＸＺ平面像５００、及び、図７、図８及び図９に例を示すＹＺ平面像６００は、一例を示すものであって、画像形成部１０１は、表示ユニット１１０にＸＹ平面像４００を表示した状態で入力ユニット１１１からのオペレータの操作通りの断面のＸＺ平面像５００及びＹＺ平面像６００を形成し、形成したＸＺ平面像５００及びＹＺ平面像６００を表示ユニット１１０に表示する。なお、図４、図５及び図６の横軸は、Ｘ軸方向の位置を示し、図７、図８及び図９の横軸は、Ｙ軸方向の位置を示し、図４から図９の縦軸は、レーザービーム２１の反射光２１２の強度を示している。

位相パターン作成部１０２は、入力ユニット１１１から入力された所定の値の複数のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、空間光変調器２４の表示部２４１に作成した位相パターンを表示するものである。なお、各ゼルニケ係数は、レーザービーム照射ユニット２０の光学系によりビームスポットに生じる各収差と対応するものである。レーザービーム照射ユニット２０の光学系の収差として、例えば、「非点収差０°」、「非点収差９０°」、「非点収差＋４５°」、「非点収差−４５°」、「コマ収差＋Ｘ」、「コマ収差−Ｘ」、「コマ収差＋Ｙ」、「コマ収差−Ｙ」、「球面収差＋」、「球面収差−」、「トレフォイル収差＋Ｘ」、「トレフォイル収差−Ｘ」、「トレフォイル収差＋Ｙ」、「トレフォイル収差−Ｙ」が存在する。

位相パターン作成部１０２は、入力ユニット１１１から入力された各ゼルニケ係数の所定の値を受け付け、全てのゼルニケ係数の値を受け付けると、受け付けた値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成する。位相パターン作成部１０２は、作成した位相パターンを表示部２４１に表示する。また、位相パターン作成部１０２は、オペレータが入力ユニット１１１を操作して、任意の一つのゼルニケ係数の値を変更し、変更したゼルニケ係数の値を受け付けると、変更された値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示する。

記憶部１０３は、入力ユニット１１１等から入力された加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有する理想のＸＹ平面像４０１（図１０に示す）を記憶するものである。図１０は、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法の理想の形状及び強度分布を有するレーザービームの理想のＸＹ平面像を示す図である。

なお、理想のＸＹ平面像４０１は、加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の反射光２１２をビームプロファイラ２８が撮像して取得されるＸＹ平面像である。なお、理想のＸＹ平面像４０１が生成されるレーザービーム２１の反射光２１２の各ゼルニケ係数の値は、各ゼルニケ係数の理想の値である。また、本発明では、理想のＸＹ平面像４０１は、全てのゼルニケ係数が所定値以下である。

なお、画像形成部１０１及び位相パターン作成部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で実現される。記憶部１０３の機能は、記憶装置により実現される。

前述したレーザー加工装置１は、オペレータが加工内容情報を制御部１００に登録し、粘着テープ２０７を介してチャックテーブル１０の保持面１１に被加工物２００を載置し、制御部１００が入力ユニット１１１からオペレータの加工動作開始指示を受け付けると、登録された加工内容情報に基づいて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、被加工物２００を粘着テープ２０７を介して、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持し、クランプ部１４で環状フレーム２０６をクランプする。次に、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を撮像ユニット４０の下方に向かって移動して、撮像ユニット４０が被加工物２００を撮影する。レーザー加工装置１は、撮像ユニット４０が撮像して得た画像に基づいて、アライメントを遂行する。

レーザー加工装置１は、加工内容情報に基づいて、移動ユニット３０により、レーザービーム照射ユニット２０と被加工物２００とを分割予定ライン２０３に沿って相対的に移動させて、レーザービーム照射ユニット２０からパルス状のレーザービーム２１を分割予定ライン２０３に照射する。実施形態１では、レーザー加工装置１は、レーザービーム２１を照射して、分割予定ライン２０３に沿って基板２０１の内部に改質層を形成する。レーザー加工装置１は、全ての分割予定ライン２０３に沿って基板２０１の内部に改質層を形成すると、レーザービーム２１の照射を停止して、加工動作を終了する。

レーザー加工装置１は、加工動作の開始前に、以下のレーザービームのスポット形状の補正方法を実施する。次に、レーザービームのスポット形状の補正方法を説明する。図１１は、実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を説明するフローチャートである。図１２は、図１１に示されたレーザービームのスポット形状の補正方法の撮像ステップにおいて反射光を撮像して取得したＸＹ平面像の一例を示す図である。図１３は、図１１に示されたレーザービームのスポット形状の補正方法の比較ステップにおいて、表示ユニットに表示されたＸＺ平面像の一例を示す図である。図１４は、図１１に示されたレーザービームのスポット形状の補正方法の比較ステップにおいて、表示ユニットに表示されたＹＺ平面像の一例を示す図である。

実施形態１に係るレーザービームのスポット形状の補正方法（以下、補正方法と記す）は、集光レンズ２３によって集光されたレーザービームのスポット形状を補正することで、レーザービームの反射光の形状及び強度分布を示すＸＹ平面像４００（図１２に示す）を理想のＸＹ平面像４０１（図１０に示す）に近付けるものである。実施形態１に係る補正方法は、ビームプロファイラ２８が撮像して取得されるレーザービーム２１の反射光２１２のＸＹ平面像４００を理想のＸＹ平面像４０１に近付けるために、空間光変調器２４の表示部２４１に表示させる位相パターンを、加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１を照射することを可能とする位相パターンに調整する方法である。

補正方法は、図１１に示すように、記憶ステップＳＴ１と、凹面鏡配置ステップＳＴ２と、焦点位置付けステップＳＴ３と、レーザービーム照射ステップＳＴ４と、撮像ステップＳＴ５と、画像形成ステップＳＴ６と、比較ステップＳＴ７と、判断ステップＳＴ９と、を備える。

記憶ステップＳＴ１は、加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有する理想のＸＹ平面像４０１を記憶部１０３に記憶するステップである。実施形態１において、記憶ステップＳＴ１では、制御部１００がオペレータの入力ユニット１１１の操作を受け付けて、理想のＸＹ平面像４０１を記憶部１０３に記憶する。

凹面鏡配置ステップＳＴ２は、反射面２５２が球面となっている凹面鏡２５をレーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２３とＺ軸方向に対面する位置に位置付けるステップである。実施形態１において、凹面鏡配置ステップＳＴ２では、制御部１００が、Ｘ軸移動ユニット３１及びＹ軸移動ユニット３２を制御して、レーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２３と凹面鏡２５の反射面２５２とをＺ軸方向に沿って対向させる。

焦点位置付けステップＳＴ３は、凹面鏡配置ステップＳＴ２の後、集光レンズ２３の集光点２１１を凹面鏡２５の焦点２５１の位置に位置付けるステップである。実施形態１において、焦点位置付けステップＳＴ３では、制御部１００が、Ｚ軸移動ユニット３３を制御して、集光レンズ２３の集光点２１１を反射面２５２の焦点２５１に位置付ける。

レーザービーム照射ステップＳＴ４は、レーザー発振器２２を作動し、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を発振して、集光レンズ２３によって集光されたレーザービーム２１を凹面鏡２５の反射面２５２に照射するステップである。レーザービーム照射ステップＳＴ４では、制御部１００が、オペレータの入力ユニット１１１の操作を受け付けて、所定の値の各ゼルニケ係数を記憶する。なお、実施形態１において、所定の値は、任意の値である。レーザービーム照射ステップＳＴ４では、位相パターン作成部１０２が全てのゼルニケ係数の値を受け付けると、受け付けた値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成する。レーザービーム照射ステップＳＴ４では、位相パターン作成部１０２は、作成した位相パターンを表示部２４１に表示する。

実施形態１において、レーザービーム照射ステップＳＴ４では、位相パターン作成部１０２が作成した位相パターンを表示部２４１に表示した後、制御部１００が、レーザー発振器２２を作動してレーザービーム２１を発振する。レーザービーム照射ステップＳＴ４では、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を空間光変調器２４、ビームスプリッタ２６及び集光レンズ２３等を介して凹面鏡２５の反射面２５２に照射する。反射面２５２に照射されるレーザービーム２１の光学的特性は、位相パターン作成部１０２が作成して表示部２４１に表示した位相パターンに応じた特性になっている。

撮像ステップＳＴ５は、凹面鏡２５の反射面２５２で反射したレーザービーム２１の反射光２１２をビームプロファイラ２８で撮像するステップである。実施形態１において、撮像ステップＳＴ５では、反射面２５２で反射されたレーザービーム２１の反射光２１２が、ビームスプリッタ２６により減衰手段２７に向けて反射されて、ビームプロファイラ２８により撮像される。実施形態１において、撮像ステップＳＴ５では、ビームプロファイラ２８が、レーザービーム２１の反射光２１２を撮像して、レーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有するレーザービーム２１の反射光２１２のＸＹ平面像４００（図１２に示す）を取得し、取得したＸＹ平面像４００を制御部１００に出力する。

画像形成ステップＳＴ６は、撮像ステップＳＴ５で撮像されて取得されたレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を示すレーザービーム２１の反射光２１２のＸＹ平面像４００からＸＺ平面像５００（図１３に示す）またはＹＺ平面像６００（図１４に示す）を形成するステップである。

実施形態１において、画像形成ステップＳＴ６では、制御部１００の画像形成部１０１は、撮像ステップＳＴ５で撮像されて取得されたレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有するレーザービーム２１の反射光２１２のＸＹ平面像４００を表示ユニット１１０に出力し、ＸＹ平面像４００を表示ユニット１１０に表示する。実施形態１では、画像形成ステップＳＴ６では、画像形成部１０１が、表示ユニット１１０にＸＹ平面像４００を表示した状態で入力ユニット１１１からのオペレータの操作を受け付け、ＸＹ平面像４００のオペレータの操作通りの断面のＸＺ平面像５００及びＹＺ平面像６００を形成する。

比較ステップＳＴ７は、画像形成ステップＳＴ６で形成された画像であるＸＺ平面像５００（図１３中に一例を実線で示す）又はＹＺ平面像６００（図１４中に一例を実線で示す）と、理想のＸＹ平面像４０１のＸＺ平面像５０１（図１３中に一例を一点鎖線で示す）又はＹＺ平面像６０１（図１４中に一例を一点鎖線で示す）とを比較するステップである。なお、図１３の横軸は、Ｘ軸方向の位置を示し、図１４の横軸は、Ｙ軸方向の位置を示し、図１３及び図１４の縦軸は、レーザービーム２１の反射光２１２の強度を示している。また、ＸＺ平面像５０１は、理想の形状および強度分布を有するレーザービーム２１の反射光２１２のＸＺ平面像であり、ＹＺ平面像６０１は、理想の形状および強度分布を有するレーザービーム２１の反射光２１２のＹＺ平面像である。

実施形態１において、比較ステップＳＴ７では、画像形成部１０１が、理想のＸＹ平面像４０１からオペレータの操作通りの断面のＸＺ平面像５０１及びＹＺ平面像６０１を形成する。制御部１００は、図１３に示すように、画像形成ステップＳＴ６において形成されたＸＺ平面像５００を理想のＸＹ平面像４０１から形成したＸＺ平面像５０１と重ねて表示ユニット１１０に表示する。また、図１４に示すように、画像形成ステップＳＴ６において形成されたＹＺ平面像６００を理想のＸＹ平面像４０１から形成したＹＺ平面像６０１と重ねて表示ユニット１１０に表示する。

なお、ＸＺ平面像５００，５０１を重ねて表示ユニット１１０に表示しかつＹＺ平面像６００，６０１を重ねて表示ユニット１１０に表示するが、本発明では、ＸＺ平面像５００，５０１を重ねて表示ユニット１１０に表示することと、ＹＺ平面像６００，６０１を重ねて表示ユニット１１０に表示することとのうち少なくとも一方を実施すれば良い。

その後、オペレータが、比較ステップＳＴ７において表示ユニット１１０に重ねて表示され比較された画像であるＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の少なくとも一方の相違が所定の割合以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ８）。オペレータがＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の少なくとも一方の相違が所定の割合よりも大きいと判定する（ステップＳＴ８：Ｎｏ）と、判断ステップＳＴ９に進む。

判断ステップＳＴ９は、撮像ステップＳＴ５で撮像されて取得されたレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有するＸＹ平面像４００がどの収差成分を含んでいるかを判断するステップである。実施形態１において、判断ステップＳＴ９では、オペレータの入力ユニット１１１の操作を受け付けて、制御部１００は、ＸＹ平面像４００を少なくとも表示ユニット１１０に表示する。なお、表示ユニット１１０にＸＹ平面像４００に加え、理想のＸＹ平面像４０１を表示しても良く、また、ＸＺ平面像５００，５０１、ＹＺ平面像６００，６０１を表示しても良い。

判断ステップＳＴ９では、オペレータが、ＸＹ平面像４００，４０１同士の相違点、ＸＺ平面像５００，５０１同士の相違点とＹＺ平面像６００，６０１同士の相違点との少なくとも一方に基づいて、ＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定する。こうして、判断ステップＳＴ９では、ＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定することで、ＸＹ平面像４００がどの収差成分を含んでいるかを判断する。

その後、オペレータは、判断ステップＳＴ９において判定した収差に対応したゼルニケ係数の値を入力ユニット１１１を操作して所定値変更し、理想の値に近付ける。制御部１００の位相パターン作成部１０２が、変更されたゼルニケ係数の値を受け付けると、変更した値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示（ステップＳＴ１０）して、レーザービーム照射ステップＳＴ４に戻る。こうして、判断ステップＳＴ９で判断された収差を打ち消すような位相パターンを空間光変調器２４の表示部２４１に表示させることで、撮像ステップＳＴ５で撮像されたレーザービーム２１の収差成分を理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の収差成分と近付ける。

オペレータがＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の双方の相違が所定の割合以下であると判定する（ステップＳＴ８：Ｙｅｓ）と、補正方法を終了する。こうして、ステップＳＴ８では、比較ステップＳＴ７の結果、ＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の双方の相違が所定の割合以下であれば表示部２４１に表示する位相パターン即ち被加工物２００に照射されるレーザービーム２１を合格とし、ＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の少なくとも一方の相違が所定の割合よりも大きければ判断ステップＳＴ９、ステップＳＴ１０を介してレーザービーム照射ステップＳＴ４に戻って再度位相パターンの補正即ちレーザービーム２１のスポット形状であるＸＹ平面像４００の補正を行う。

また、実施形態１に係る補正方法は、ステップＳＴ１０において、一つのゼルニケ係数の値が所定値変更され、理想の値に近付けられて調整されると、撮像ステップＳＴ５においてビームプロファイラ２８が取得したＸＹ平面像４００に含まれる収差は、値を変更したゼルニケ係数以外のゼルニケ係数に対応した収差も変動が生じることとなる。そこで、実施形態１に係る補正方法は、ステップＳＴ８においてＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の双方の相違が所定の割合以下と判定されるまで、レーザービーム照射ステップＳＴ４、撮像ステップＳＴ５、比較ステップＳＴ７、ステップＳＴ８、判断ステップＳＴ９及びステップＳＴ１０を繰り返して、ゼルニケ係数の値を一つずつ変更する。

このために、実施形態１に係る補正方法は、ステップＳＴ８においてＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の双方の相違が所定の割合以下と判定されるまで、レーザービーム照射ステップＳＴ４、撮像ステップＳＴ５、比較ステップＳＴ７、ステップＳＴ８、判断ステップＳＴ９及びステップＳＴ１０を繰り返すことで、画像形成ステップＳＴ６で形成されたＸＺ平面像５００又はＹＺ平面像６００と、理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布の理想のＸＹ平面像４０１から形成されたＸＺ平面像５０１又はＹＺ平面像６０１とが一致するように、空間光変調器２４の表示部２４１に表示させる位相パターンを変更することとなる。

以上説明したように、実施形態１に係る補正方法は、比較ステップＳＴ７では、ＸＺ平面像５００，５０１を重ねて表示ユニット１１０に表示することと、ＹＺ平面像６００，６０１を重ねて表示ユニット１１０に表示することとのうち少なくとも一方を実施するので、ステップＳＴ８では、ＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の少なくとも一方の相違が所定の割合以下であるか否かを容易に判定することができる。

また、実施形態１に係る補正方法は、ステップＳＴ８においてＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の少なくとも一方の相違が所定の割合よりも大きいと判定すると、判断ステップＳＴ９においてＸＹ平面像４００を少なくとも表示ユニット１１０に表示して、オペレータがＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定する。このために、実施形態１に係る補正方法は、レーザービーム２１の収差を加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の収差に補正するのにかかる工数を抑制できる。その結果、実施形態１に係る補正方法は、レーザービーム２１のスポット形状の補正に必要な工数を抑制できる。

また、実施形態１に係る補正方法は、ステップＳＴ８では、ＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の少なくとも一方を表示ユニット１１０に表示して、これらの少なくとも一方の相違が所定の割合以下であるか否かを容易に判定でき、判断ステップＳＴ９においてＸＹ平面像４００を少なくとも表示ユニット１１０に表示して、オペレータがＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定する。また、実施形態１に係る補正方法は、ステップＳＴ８においてＸＺ平面像５００，５０１とＹＺ平面像６００，６０１の双方の相違が所定の割合以下と判定されるまで、レーザービーム照射ステップＳＴ４、撮像ステップＳＴ５、比較ステップＳＴ７、ステップＳＴ８、判断ステップＳＴ９及びステップＳＴ１０を繰り返す。このために、実施形態１に係る補正方法は、レーザービーム２１の収差を加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の収差に近付けることができる。その結果、実施形態１に係る補正方法は、レーザービーム２１のスポット形状の加工装置間の機差を抑制することができる。

従って、実施形態１に係る補正方法は、レーザービーム２１のスポット形状の補正に必要な工数を抑制でき、被加工物２００に照射するレーザービーム２１の加工装置間の機差を低減することが可能となるという効果を奏する。

〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を図面に基づいて説明する。図１５は、実施形態２に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。図１６は、図１５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説明する図である。なお、図１５及び図１６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に係るレーザービームのスポット形状の補正方法（以下、補正方法と記す）を実施するレーザー加工装置１−２は、画像形成部１０１−２と記憶部１０３−２の機能が追加され、制御部１００が判定部１０４を備えていること以外、実施形態１と同じである。

実施形態２に係る補正方法を実施するレーザー加工装置１−２の制御部１００の記憶部１０３−２は、記憶ステップＳＴ１において、実施形態１の機能に加え、理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の反射光２１２の各ゼルニケ係数の理想の値を記憶する。また、実施形態２に係る補正方法を実施するレーザー加工装置１−２の制御部１００の位相パターン作成部１０２は、記憶ステップＳＴ１において、実施形態１の機能に加え、所定の収差成分を含有する位相パターンを作成し、図１７から図３０に示す収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４を生成して、記憶部１０３−２に記憶する。

これら収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４は、各収差に対応するゼルニケ係数が所定値以上であるレーザービーム２１をビームプロファイラ２８で撮像して生成される収差を含有した反射光２１２のＸＹ平面像である。

こうして、実施形態２に係る補正方法を実施するレーザー加工装置１−２の制御部１００の記憶部１０３−２は記憶ステップＳＴ１において、収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４を記憶することで、加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の反射光２１２の形状および空間的な強度分布を有する理想のＸＹ平面像４０１に対して、撮像ステップＳＴ５で取得されるＸＹ平面像４００がどの収差成分を含んでいるかを記憶しておく。

図１７は、非点収差０°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図１８は、非点収差９０°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

図１９は、非点収差＋４５°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図２０は、非点収差−４５°に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

図２１は、コマ収差＋Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図２２は、コマ収差−Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

図２３は、コマ収差＋Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図２４は、コマ収差−Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

図２５は、球面収差＋に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図２６は、球面収差−に対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

図２７は、トレフォイル収差＋Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図２８は、トレフォイル収差−Ｘに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

図２９は、トレフォイル収差＋Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。図３０は、トレフォイル収差−Ｙに対応するゼルニケ係数が所定値以上である反射光のＸＹ平面像を示す図である。

実施形態２に係る補正方法を実施するレーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、比較ステップＳＴ７では、画像形成ステップＳＴ６で形成された画像であるＸＺ平面像５００と理想のＸＹ平面像４０１のＸＺ平面像５０１との差の総和（一部を図１３中に平行斜線で示す）と、画像形成ステップＳＴ６で形成された画像であるＹＺ平面像６００と理想のＸＹ平面像４０１のＹＺ平面像６０１との差の総和（一部を図１４中に平行斜線で示す）とを算出する。次に、レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、比較ステップＳＴ７では、ＸＺ平面像５００と理想のＸＹ平面像４０１のＸＺ平面像５０１との差の総和と、ＹＺ平面像６００と理想のＸＹ平面像４０１のＹＺ平面像６０１との差の総和との和を算出する。こうして、実施形態２に係る補正方法は、比較ステップＳＴ７において、判定部１０４が前述した和を算出して、ＸＺ平面像５００及びＹＺ平面像６００と、ＸＺ平面像５０１及びＹＺ平面像６０１とを比較する。

レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、ステップＳＴ８では、比較ステップＳＴ７において算出した和が、予め定められた所定値以下であるか否かを判定して、ＸＺ平面像５００，５０１及びＹＺ平面像６００，６０１の相違が所定の割合以下であるか否かを判定する。レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、ステップＳＴ８では、比較ステップＳＴ７において算出した和が、予め定められた所定値よりも大きいと判定すると、ＸＺ平面像５００，５０１及びＹＺ平面像６００，６０１の相違が所定の割合よりも大きいと判定（ステップＳＴ８：Ｎｏ）して、判断ステップＳＴ９に進む。また、レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、ステップＳＴ８では、比較ステップＳＴ７において算出した和が、予め定められた所定値以下であると判定する（ステップＳＴ８：Ｙｅｓ）と補正方法を終了する。

レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、判断ステップＳＴ９において、記憶部１０３−２に記憶した収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４のうち最もＸＹ平面像４００に酷似しているものを算出する。判定部１０４は、例えば、収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４それぞれとＸＹ平面像４００とにパターンマッチング等の画像処理を実施して、最も一致するものをＸＹ平面像４００に酷似しているものとして算出する。判定部１０４は、ＸＹ平面像４００に酷似している収差含有ＸＹ平面像のゼルニケ係数をＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差と判定する。こうして、実施形態２では、判定部１０４は、収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４のうち最もＸＹ平面像４００に酷似しているものを算出することで、ＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定し、ＸＹ平面像４００がどの収差成分を含んでいるかを判断する。

レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、ステップＳＴ１０では、収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４のうち最もＸＹ平面像４００に酷似しているものが含んでいる収差成分に対応するゼルニケ係数の値を所定値変更し、理想の値に近付ける。なお、判定部１０４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で実現される。

実施形態２に係る補正方法は、比較ステップＳＴ７では、ＸＺ平面像５００とＸＺ平面像５０１との差の総和とＹＺ平面像６００とＹＺ平面像６０１との差の総和との和を算出し、ステップＳＴ８では、前述した和が予め定められた所定値以下であるか否かを判定するので、ＸＺ平面像５００，５０１及びＹＺ平面像６００，６０１の相違が所定の割合以下であるか否かを容易に判定することができる。

また、実施形態２に係る補正方法は、判断ステップＳＴ９において記憶部１０３−２に記憶した収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４のうち最もＸＹ平面像４００に酷似しているものを算出して、ＸＹ平面像４００の理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定する。その結果、実施形態２に係る補正方法は、実施形態１と同様に、レーザービーム２１のスポット形状の補正に必要な工数を抑制できる。

また、実施形態２に係る補正方法は、ステップＳＴ８では、前述した和が予め定められた所定値以下であるか否かを判定するので、ＸＺ平面像５００，５０１及びＹＺ平面像６００，６０１の相違が所定の割合以下であるか否かを容易に判定することができ、判断ステップＳＴ９において収差含有ＸＹ平面像７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８，７０９，７１０，７１１，７１２，７１３，７１４のうち最もＸＹ平面像４００に酷似しているものを算出して、理想のＸＹ平面像４０１との差が最も大きな収差を判定する。また、実施形態２に係る補正方法は、ステップＳＴ８においてＸＺ平面像５００，５０１及びＹＺ平面像６００，６０１の相違が所定の割合以下と判定されるまで、レーザービーム照射ステップＳＴ４、撮像ステップＳＴ５、比較ステップＳＴ７、ステップＳＴ８、判断ステップＳＴ９及びステップＳＴ１０を繰り返す。その結果、実施形態２に係る補正方法は、レーザービーム２１の収差を理想の加工結果が得られるレーザービーム２１の収差に近付けることができ、実施形態１と同様に、レーザービーム２１のスポット形状の加工装置間の機差を抑制することができる。

従って、実施形態２に係る補正方法は、実施形態１と同様に、レーザービーム２１のスポット形状の補正に必要な工数を抑制でき、被加工物２００に照射するレーザービーム２１の加工装置間の機差を低減することが可能となるという効果を奏する。

また、実施形態２において、本発明では、レーザー加工装置１−２の制御部１００の判定部１０４は、判断ステップＳＴ９において、機械学習（ＡＩ：Artificial intelligence）を用いてＸＹ平面像４００がどの収差成分を含んでいるかを判断しても良い。

〔変形例〕
本発明の実施形態１及び実施形態２の変形例に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。図３１は、実施形態１及び実施形態２の変形例に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。なお、図３１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。

変形例に係るレーザー加工装置１−１は、図３１に示すように、第２移動プレート１６上の所定の位置に凹面鏡２５を配設しておき、凹面鏡配置ステップＳＴ２においてレーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２３を第２移動プレート１６上の凹面鏡２５の反射面２５２とＺ軸方向に対向すること以外、実施形態１と同じである。

変形例に係るレーザービームのスポット形状の補正方法は、実施形態１と同様に、レーザービーム２１のスポット形状の補正に必要な工数を抑制でき、被加工物２００に照射するレーザービーム２１の加工装置間の機差を低減することが可能となるという効果を奏する。なお、本発明では、変形例に係るレーザービームのスポット形状の補正方法を実施するレーザー加工装置１−１は、画像形成部１０１及び記憶部１０３が実施形態２と同様の機能を有し、制御部１００が実施形態２と同様に判定部１０４を備えても良い。

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。また、本発明では、レーザービーム２１の反射光２１２の理想のＸＹ平面像４０１が、ある収差を所定値以上含む場合には、理想のＸＹ平面像４０１が有する収差に対応するゼルニケ係数との差が所定値である収差を含有したＸＹ平面像を記憶しておき、ＸＹ平面像４００と収差含有ＸＹ平面像を比較する方法を用いてもよい。

１，１−１，１−２ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル（保持手段）
２０ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２２ レーザー発振器
２３ 集光レンズ
２４ 空間光変調器
２５ 凹面鏡
２８ ビームプロファイラ（撮像手段）
１００ 制御部
２００ 被加工物
２１１ 集光点
２１２ 反射光
２４１ 表示部
２５１ 焦点
２５２ 反射面
４００ ＸＹ平面像
５００ ＸＺ平面像
５０１ ＸＺ平面像（理想の形状および強度分布を有するレーザービームのＸＺ平面像）
６００ ＹＺ平面像
６０１ ＹＺ平面像（理想の形状および強度分布を有するレーザービームのＹＺ平面像）
ＳＴ１ 記憶ステップ
ＳＴ２ 凹面鏡配置ステップ
ＳＴ３ 焦点位置付けステップ
ＳＴ４ レーザービーム照射ステップ
ＳＴ５ 撮像ステップ
ＳＴ６ 画像形成ステップ
ＳＴ７ 比較ステップ
ＳＴ９ 判断ステップ

Claims (4)

1. 被加工物を保持する保持手段と、
   該保持手段に保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、
   制御部と、を備え、
   該レーザービーム照射手段は、
   レーザー発振器と、
   該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
   該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設された空間光変調器と、
   を有するレーザー加工装置において、
   該集光レンズによって集光されたレーザービームのスポット形状を補正するレーザービームのスポット形状補正方法であって、
   反射面が球面となっている凹面鏡を該レーザービーム照射手段の該集光レンズと対面する位置に位置付ける凹面鏡配置ステップと、
   該凹面鏡配置ステップの後、該集光レンズの集光点を該凹面鏡の焦点位置に位置付ける焦点位置付けステップと、
   該レーザー発振器を作動し該集光レンズによって集光されたレーザービームを該凹面鏡に照射するレーザービーム照射ステップと、
   該凹面鏡の反射面で反射した反射光を撮像手段によって撮像する撮像ステップと、
   該撮像ステップで撮像されたレーザービームの形状および強度分布を示すＸＹ平面像から、ＸＺ平面像またはＹＺ平面像を形成する画像形成ステップと、
   該画像形成ステップで形成された画像と、理想の形状および強度分布を有するレーザービームのＸＺ平面像またはＹＺ平面像と、を比較する比較ステップと、を有し、
   該画像形成ステップで形成されたＸＺ平面像またはＹＺ平面像と、該理想の形状および強度分布を有するレーザービームのＸＺ平面像またはＹＺ平面像とが一致するように、該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更することを特徴とする、レーザービームのスポット形状の補正方法。
2. 該撮像ステップで撮像されたレーザービームの画像がどの収差成分を含んでいるかを判断する判断ステップを更に有し、
   該判断ステップで判断された収差成分を打ち消すような位相パターンを該空間光変調器の表示部に表示させることを特徴とする、
   請求項１に記載のレーザービームのスポット形状の補正方法。
3. 該撮像ステップで撮像されたレーザービームがどの収差成分を含んでいるかを判断する判断ステップと、
   該理想の形状および強度分布を有するレーザービームがどの収差成分を含んでいるかを記憶しておく記憶ステップと、
   を更に含み、
   該撮像ステップで撮像されたレーザービームの収差成分が該理想のレーザービームの収差成分と一致するように、該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更することを特徴とする、請求項１に記載のレーザービームのスポット形状の補正方法。
4. 該比較ステップでは、
   比較した画像の相違が所定の割合以下であれば合格とし、
   所定の割合より大きければ再度スポット形状の補正を行うことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のうちいずれか一項に記載のレーザービームのスポット形状の補正方法。

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