JP2023085733A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レチクルを容易に設置可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１は、対象物２０を支持するステージ２と、レーザ光Ｌを出力する光源３１と、対象物２０にレーザ光Ｌを集光するレーザ光集光レンズ３３と、第１パターンＰＡを有する第１レチクルＲ２と、第１レチクルＲ２に照明光Ｌｉを照射する照明光源Ｒ１と、第１レチクルＲ２を通過した照明光Ｌｉで第１レチクルＲ２の投影像を対象物２０に結像することにより、第１パターンＰＡを対象物２０に投影する第１投影光学系と、対象物２０に投影された第１パターンＰＡの像を撮像して第１パターン画像Ｉｍ１を取得するカメラ３５と、を備える。第１パターンＰＡは、照明光Ｌｉの光軸の周りの第１レチクルＲ２の回転角度に対する依存性を有さない形状を有している。【選択図】図６

Description

本開示は、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。

特許第５７４３１２３号

ところで、対象物にレーザ光を照射してレーザ加工を行う場合、レーザ光の集光位置を対象物のレーザ光の入射面である一表面に合わせるハイトセットを行う場合がある。ハイトセットの一工程では、レチクルに照明光を照射することにより、レチクルのパターンを対象物の表面に投影し、そのパターンのピントの合う位置を対象物の一表面として検出することが考えられる。

ここで、一般に、レチクルのパターンとしては、照明光の光軸に交差する２方向に延びる十字形状を含むものが使用されている。この場合、照明光の光軸の周りのレチクルの設置角度にばらつきがあると、対象物の表面に投影されるパターンの姿勢もばらつくこととなる。このパターンの姿勢のばらつきは、パターンの像を含むパターン画像を撮像して表示することによってユーザにも視認される。また、このパターン画像は、対象物の表面等の検出の際の画像処理にも利用される。この結果、レチクルのパターンの姿勢のばらつきが直接的にレーザ加工に影響を及ぼさない場合であっても、ユーザに違和感を与えたり、画像処理によるレチクルのパターン検出に係る時間が長くなったりするおそれがある。このため、このようなパターンの姿勢のばらつきが生じないように、レチクルの設置に精密且つ複雑な調整が必要であった。

本開示は、レチクルを容易に設置可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本開示に係るレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、対象物を支持する支持部と、レーザ光を出力するレーザ光源と、支持部に支持された対象物にレーザ光を集光する第１集光レンズと、対象物に投影される第１パターンを有する第１レチクルと、第１レチクルに照明光を照射する照明光源と、第１レチクルを通過した照明光で第１レチクルの投影像を対象物に結像することにより、第１パターンを対象物に投影する第１投影光学系と、対象物に投影された第１パターンの像を撮像して第１パターン画像を取得する第１カメラと、第１パターン画像を表示する表示部と、を備え、第１パターンは、照明光の光軸の周りの第１レチクルの回転角度に対する依存性を有さない形状を有している。

このレーザ加工装置は、レーザ加工を行うためのレーザ光源とは別に、第１レチクルに照明光を照射する照明光源を備えている。したがって、ハイトセットに際して、第１レチクルに照明光を照射するとともに、投影光学系により、第１レチクルを通過した照明光で第１レチクルの投影像を対象物に結像することにより、対象物に第１パターンを投影することができる。よって、対象物に投影された第１パターンを撮像すれば、当該撮像により得られる第１パターン画像を用いて、対象物のレーザ光入射面を検出することが可能である。ここで、第１パターンは、照明光の光軸の周りの第１レチクルの回転角度に対する依存性を有していない。このため、第１レチクルの当該光軸周りの回転角度によらずに、対象物に投影される第１パターンの姿勢（第１パターン画像内の姿勢）が変化しない。このため、照明光の光軸の周りの第１レチクルの設置角度にばらつきがあっても、ユーザに違和感を与えたり、画像処理による第１レチクルのパターン検出に係る時間が長くなったりすることがない。よって、第１レチクルの設置に際して、照明光の光軸周りの回転角度の調整が不要となる。この結果、このレーザ加工装置では、第１レチクルの設置が容易化される。

本開示に係るレーザ加工装置では、第１投影光学系は、照明光による第１パターンの像を対象物に結像するための第１集光レンズを含み、第１カメラは、対象物から第１集光レンズを介して入射した照明光を検出することにより第１パターン画像を取得してもよい。この場合、第１レチクルの第１パターンを投影するための投影光学系において、レーザ光を対象物に集光するための第１集光レンズが供用されて部品点数が削減される。

本開示に係るレーザ加工装置では、第１レチクルは、照明光の光軸方向からみて、照明光を透過する透過部と、照明光の透過率が透過部よりも低くされることによって、対象物に陰影を形成する第１パターンと、を含み、第１パターンは、光軸をパターン中心とした少なくとも１つの円を含み、第１レチクルにおいては、光軸方向からみてパターン中心を含む円形のエリアが透過部とされると共に、パターン中心が第１カメラの画角中央となるようにされていてもよい。上記のように、投影光学系において第１集光レンズを共用すると、照明光と共にレーザ光の反射光が第１集光レンズを介して第１カメラに入射する。このため、第１カメラにより取得される第１パターン画像にレーザ光のスポットが生じる。このため、第１パターンのパターン中心を、陰影が形成されないように透過部とし、且つ、第１カメラの画角中央とすることにより、当該パターン中心とレーザ光のスポットの位置との比較により、レーザ光の光軸ずれを確認することが可能となる。

本開示に係るレーザ加工装置は、少なくとも、第１集光レンズ、第１レチクル、照明光源、第１投影光学系、及び第１カメラを含むレーザ加工ヘッドを、対象物のレーザ光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第１Ｚ軸移動部と、第１パターン画像の画像処理に基づいて、第１パターンの像がレーザ光入射面に合うように第１Ｚ軸移動部を制御する第１制御部と、を備えてもよい。この場合、第１パターン画像の画像処理に基づいて、レーザ加工ヘッドのＺ方向の位置調整が可能となる。特に、上述したように、このレーザ加工装置では、第１レチクルの光軸周りの回転角度によらずに、対象物に投影される第１パターンの姿勢（第１パターン画像内の姿勢）が変化しない。よって、第１パターンの姿勢のばらつきに起因した画像処理の長時間化が避けられる。

本開示に係るレーザ加工装置は、対象物の観察を行うための観察装置を備え、観察装置は、対象物に透過性を有する透過光を出力する透過光源と、透過光を対象物に集光するための第２集光レンズと、透過光源と第２集光レンズとの間の透過光の光路上に配置され、対象物に投影される第２パターンを有する第２レチクルと、第２集光レンズを含み、第２レチクルを通過した透過光で第２レチクルの投影像を対象物に結像することにより、第２パターンを対象物に投影する第２投影光学系と、対象物から第２集光レンズを介して入射する透過光を検出することにより、透過光による対象物の観察画像と、第２パターンの像を含む第２パターン画像とを取得する第２カメラと、を有し、第２パターンは、透過光の光軸の周りの第２レチクルの回転角度に対する依存性を有さない形状を有していてもよい。この場合、レーザ加工装置に対して、対象物の観察を行うための観察装置が備えられ、その観察装置についても、対象物の観察を行うための透過光の光路上に第２レチクルが設けられている。そして、対象物に投影される第２レチクルの第２パターンは、透過光の光軸の周りの第２レチクルの回転角度に対する依存性を有さない。このため、第２レチクルの当該光軸周りの回転角度によらずに、対象物に投影される第２パターンの姿勢（第２パターン画像内の姿勢）が変化しない。このため、透過光の光軸の周りの第２レチクルの設置角度にばらつきがあっても、ユーザに違和感を与えたり、画像処理による第２レチクルのパターン検出に係る時間が長くなったりすることがない。よって、第２レチクルの設置に際して、透過光の光軸周りの回転角度の調整が不要となる。このように、このレーザ加工装置では、観察装置の第２レチクルも容易に設置可能である。

本開示に係るレーザ加工装置では、観察装置は、少なくとも、透過光源、第２集光レンズ、第２レチクル、第２投影光学系、及び、第２カメラを含む観察ユニットを、対象物の透過光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第２Ｚ軸移動部と、第２パターン画像の画像処理に基づいて、第２パターンの像が透過光入射面、及び／又は、対象物の透過光入射面と反対側の面に合うように第２Ｚ軸移動部を制御する第２制御部と、を有してもよい。この場合、第２パターン画像の画像処理に基づいて、観察ユニットのＺ方向の位置調整が可能となる。特に、上述したように、このレーザ加工装置では、第２レチクルの光軸周りの回転角度によらずに、対象物に投影される第２パターンの姿勢（第２パターン画像内の姿勢）が変化しない。よって、第２パターンの姿勢のばらつきに起因した画像処理の長時間化が避けられる。

本開示によれば、レチクルを容易に設置可能なレーザ加工装置を提供できる。

図１は、本実行形態に係るレーザ加工装置を示す構成図である。 図２は、図１の対象物を示す平面図である。 図３は、図２の対象物の一部分を示す断面図である。 図４は、図１のレーザ加工ヘッドを示す構成図である。 図５は、図１の内部観察ユニットを示す構成図である。 図６は、図４，５に示されたレチクルを示す平面図である。 図７は、図６に示されたレチクルを撮像して得られるパターン画像を示す図である。 図８は、図６に示されたパターンの変形例を示す図である。 図９は、図１のレーザ加工装置の動作例を示すフローチャートである。 図１０は、図９に示された加工機側ハイトセットの一例を示すフローチャートである。 図１１は、図９に示された加工機側ハイトセットの別の一例を示すフローチャートである。 図１２は、図９に示された観察側ハイトセットの一例を示すフローチャートである。 図１３は、図９に示された観察側ハイトセットの別の一例を示すフローチャートである。 図１４は、従来のレチクルとの比較を示す平面図である。 図１５は、内部観察の変形例を説明するための平面図である。

以下、実施形態について、図面を参照して詳細を説明する。なお、各図の説明において、同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸によって規定される直交座標系を示す場合がある。一例として、Ｘ方向及びＹ方向は、互いに交差（直交）する第１水平方向及び第２水平方向であり、Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に交差（直交）する鉛直方向である。

図１に示されるように、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、ステージ（支持部）２と、レーザ加工ヘッド３と、アライメント用カメラ５，６と、内部観察ユニット４と、第１鉛直移動機構７Ａと、第２鉛直移動機構７Ｂと、第１水平移動機構８Ａと、第２水平移動機構８Ｂと、制御部９と、ＧＵＩ（Graphical User Interface）１０と、を備える。レーザ加工装置１は、対象物２０にレーザ光Ｌを照射することにより、対象物２０に改質領域１２（図４参照）を形成する装置である。また、レーザ加工装置１は、対象物２０の観察を行うための観察装置としても機能する。本実施形態では、レーザ加工装置１が、観察装置をさらに備えている。

図２及び図３に示されるように、対象物２０は、例えばウェハである。対象物２０は、半導体基板２１と、機能素子層２２と、を備えている。半導体基板２１は、表面２１ａ及び裏面２１ｂを有する。半導体基板２１は、例えば、シリコン基板である。機能素子層２２は、半導体基板２１の表面２１ａに形成されている。機能素子層２２は、表面２１ａに沿って２次元に配列された複数の機能素子２２ａを含む。機能素子２２ａは、例えば、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、メモリ等の回路素子等である。機能素子２２ａは、複数の層がスタックされて３次元的に構成される場合もある。なお、対象物２０は機能素子層２２を有していても有していなくてもよく、ベアウェハであってもよい。半導体基板２１には、結晶方位を示すノッチ２１ｃが設けられているが、ノッチ２１ｃの替わりにオリエンテーションフラットが設けられていてもよい。

対象物２０は、複数のライン１５のそれぞれに沿って機能素子２２ａごとに切断される。複数のライン１５は、対象物２０の厚さ方向から見た場合に複数の機能素子２２ａのそれぞれの間を通っている。より具体的には、ライン１５は、対象物２０の厚さ方向から見た場合にストリート領域２３の中心（幅方向における中心）を通っている。ストリート領域２３は、機能素子層２２において、隣り合う機能素子２２ａの間を通るように延在している。本実行形態では、複数の機能素子２２ａは、表面２１ａに沿ってマトリックス状に配列されており、複数のライン１５は、格子状に設定されている。なお、ライン１５は、仮想的なラインであるが、実際に引かれたラインであってもよい。

図１に示されるように、ステージ２上には、対象物２０が載置される。ステージ２は、例えば対象物２０を吸着することにより、対象物２０を支持する。ステージ２は、第１水平移動機構８ＡによりＸ方向に沿って移動可能である。ステージ２は、第２水平移動機構８ＢによりＹ方向に沿って移動可能である。ステージ２は、Ｚ方向に沿う回転軸を中心に回転可能に構成されている。ステージ２は、モータ等の公知の回転駆動装置（不図示）を有し、その駆動力により回転軸を中心回転駆動される。ステージ２の回転（回転駆動装置の動作）は、制御部９により制御される。

図１及び図４に示されるように、レーザ加工ヘッド３は、ステージ２に支持された対象物２０に対して透過性を有するレーザ光Ｌを照射する。レーザ加工ヘッド３は、対象物２０の内部にレーザ光Ｌを集光する。ステージ２に支持された対象物２０の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光位置（集光領域の少なくとも一部）に対応する部分においてレーザ光Ｌが特に吸収され、対象物２０の内部に改質領域１２が形成される。

改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。改質領域１２は、改質領域１２からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に亀裂が延び易いという特性を有している。このような改質領域１２の特性は、対象物２０の切断に利用される。

レーザ加工ヘッド３は、レーザ光集光レンズ（第１集光レンズ）３３及びカメラ（第１カメラ）３５を筐体Ｈ３内に有する。レーザ加工ヘッド３の筐体Ｈ３内には、外部の光源３１からレーザ光Ｌが入射される。光源（レーザ光源）３１は、例えばパルス発振方式によって、レーザ光Ｌを出力する。レーザ光集光レンズ３３は、レーザ光Ｌをステージ２に支持された対象物２０に集光する。また、レーザ光集光レンズ３３は、後述する照明光Ｌｉによる第１パターンＰＡを対象物２０に結像する。レーザ加工ヘッド３では、光源３１から入射されたレーザ光Ｌは、筐体Ｈ３内においてダイクロイックミラー３２を介してレーザ光集光レンズ３３に入射し、レーザ光集光レンズ３３により対象物２０に集光される。レーザ光集光レンズ３３は、複数の対物レンズを含むレンズユニットであってもよい。筐体Ｈ３は、その側面に設けられた取付部３９を含み、この取付部３９を介して後述の第１鉛直移動機構７Ａに接続されて支持されている。

レーザ加工ヘッド３は、ＡＦユニット３６を筐体Ｈ３内に有する。ＡＦユニット３６は、レーザ光集光レンズ３３と対象物２０の裏面（レーザ光入射面）２１ｂとの距離を微調整するためのユニットである。ＡＦユニット３６は、レーザ光Ｌと同軸にて対象物２０に照射されたＡＦ用レーザ光Ｌｍの反射光を検出することで、対象物２０の裏面２１ｂの高さ（Ｚ方向の位置）データを取得する。制御部９は、ＡＦユニット３６によって取得された高さデータに基づいて、例えば、レーザ光集光レンズ３３と対象物２０の裏面２１ｂとの距離が一定となるように、レーザ光集光レンズ３３のアクチュエータ３３ａを制御することができる。

レーザ加工ヘッド３は、照明光源Ｒ１を筐体Ｈ３内に有する。照明光源Ｒ１は、可視光である照明光Ｌｉを出力する。照明光源Ｒ１から出力された照明光Ｌｉは、ミラーＲ４ａ及びダイクロイックミラーＲ４ｂを介して、ＡＦ用レーザ光Ｌｍと同軸にてハーフミラー３７により反射されてレーザ光集光レンズ３３に入射する。これにより、照明光ＬｉはＡＦ用レーザ光Ｌｍ及びレーザ光Ｌと同軸にて対象物２０に照射される。対象物２０に照射された照明光Ｌｉの反射光は、レーザ光集光レンズ３３、ハーフミラー３７、及びレンズ３８を介してカメラ３５に入射する。これにより、カメラ３５は、照明光Ｌｉによる対象物２０の像を撮像することができる。

レーザ加工ヘッド３は、照明光Ｌｉの光路上に順に配置された第１レチクルＲ２及びレンズＲ３を筐体Ｈ３内に有している。第１レチクルＲ２には、照明光Ｌｉが照射される。換言すれば、照明光源Ｒ１は、第１レチクルＲ２に照明光Ｌｉを照射する。第１レチクルＲ２は、照明光Ｌｉの陰影を形成するパターン（詳細は図６を用いて後述する）を有している。第１レチクルＲ２、対象物２０、レンズＲ３、及びレーザ光集光レンズ３３は、４ｆ光学系を構成しており、第１レチクルＲ２を通過した照明光Ｌｉで第１レチクルＲ２の投影像を対象物２０に結像することにより、第１レチクルＲ２のパターンを対象物２０に投影する（第１投影光学系を構成している）。

これにより、カメラ３５では、対象物２０に投影されたレチクルのパターンの像を撮像して第１パターン画像を取得することができる。すなわち、カメラ３５は、レーザ光集光レンズ３３を介して入射した照明光Ｌｉを検出することにより、第１パターン画像を取得する。カメラ３５により取得された第１パターン画像は、ＧＵＩ１０に表示することができる。すなわち、ＧＵＩ１０は、第１パターン画像を表示する表示部でもある。なお、カメラ３５としては、特に限定されず、要求される性能を満たしていれば、公知の種々のカメラを用いることができる。

アライメント用カメラ５，６は、対象物２０におけるレーザ光Ｌの集光位置の位置合わせ（以下、単に「アライメント」ともいう）に用いられる情報を取得する。アライメント用カメラ５，６は、光を対象物２０に照射し、対象物２０から戻る当該光を検出することで、アライメントに用いられる情報として画像を取得する。アライメント用カメラ５，６は、ステージ２に支持された対象物２０を、対象物２０を透過する光により撮像する。

例えばアライメント用カメラ５は、レーザ光入射面である裏面２１ｂ側から光を対象物２０に照射すると共に、表面２１ａ（機能素子層２２）から戻る光を検出することにより、機能素子層２２を撮像する。また例えば、アライメント用カメラ５は、同様に、裏面２１ｂ側から光を対象物２０に照射すると共に、半導体基板２１における改質領域１２の形成位置から戻る光を検出することにより、改質領域１２を含む領域の画像を取得する。これらの画像は、アライメントに用いられる。アライメント用カメラ６は、そのレンズがより低倍率である点を除いて、アライメント用カメラ５と同様の構成を備える。アライメント用カメラ６は、アライメント用カメラ５と同様にアライメントに用いられる。

アライメント用カメラ５，６は、レーザ加工ヘッド３に設けられ、レーザ加工ヘッド３と一体で移動する。図示する例では、アライメント用カメラ５，６は、レーザ加工ヘッド３の取付部３９に固定されている。アライメント用カメラ５，６は、制御部９に接続されている。アライメント用カメラ５，６は、撮像した画像を制御部９に出力する。アライメント用カメラ５，６としては、特に限定されず、要求される性能を満たしていれば、公知の種々のカメラを用いることができる。

図１及び図５に示されるように、内部観察ユニット４は、対象物２０に透過性を有する透過光により対象物２０の内部を観察するためのものである。内部観察ユニット４は、対象物２０に透過光を照射し、対象物２０から戻る当該透過光、反射光、及び散乱光を検出することで、対象物２０の内部を観察する。例えば内部観察ユニット４は、対象物２０に形成された改質領域１２及び改質領域１２から延びた亀裂１４の先端を撮像する。

図５に示されるように、内部観察ユニット４は、透過光源４１と、ハーフミラー４２と、透過光集光レンズ（第２集光レンズ）４３と、カメラ（第２カメラ）４４と、を筐体Ｈ４内に有する。透過光源４１は、対象物２０（半導体基板２１）に透過性を有する透過光Ｉ１を出力する。透過光源４１は、例えば、ハロゲンランプ及びフィルタやＬＥＤ等によって構成されており、近赤外領域の透過光Ｉ１を出力する。透過光源４１から出力された透過光Ｉ１は、ハーフミラー４２によって反射されて透過光集光レンズ４３を通過し、半導体基板２１の裏面２１ｂ側から対象物２０に照射される。透過光集光レンズ４３は、透過光Ｉ１を半導体基板２１に集光させるレンズである。透過光集光レンズ４３は、半導体基板２１で反射された透過光Ｉ１を通過させる。

カメラ４４は、透過光集光レンズ４３及びハーフミラー４２を透過した透過光Ｉ１を検出する。カメラ４４は、例えば、ＩｎＧａＡｓカメラによって構成されており、近赤外領域の透過光Ｉ１に感度を有する。筐体Ｈ４は、その側面に設けられた取付部４９を含み、この取付部４９を介して後述の第２鉛直移動機構７Ｂに接続されて支持されている。内部観察ユニット４は、制御部９に接続されている。内部観察ユニット４は、撮像した画像（内部画像）を制御部９に出力する。当該画像は、ＧＵＩ１０に表示することができる。内部観察ユニット４としては、特に限定されず、要求される性能を満たしていれば、公知の種々のカメラを用いることができる。

内部観察ユニット４は、透過光源４１と透過光集光レンズ４３との間の透過光ｌ１の光路上に順に配置された第２レチクルＱ２及びレンズＱ３を筐体Ｈ４内に有している。第２レチクルＱ２には、透過光ｌ１が照射される。換言すれば、透過光源４１は、第２レチクルＱ２に透過光ｌ１を照射する。第２レチクルＱ２は、透過光ｌ１の陰影を形成するパターン（詳細は図６を用いて後述する）を有している。第２レチクルＱ２、対象物２０、レンズＱ３、及び透過光集光レンズ４３は、４ｆ光学系を構成しており、第２レチクルＱ２を通過した透過光ｌ１で第２レチクルＱ２の投影像を対象物２０に結像することにより、第２レチクルＱ２のパターンを対象物２０に投影する（第２投影光学系を構成している）。

より具体的には、レンズＱ３は、第２レチクルＱ２の像を転送し、透過光集光レンズ４３を介して、対象物２０に結像させる。カメラ４４は、対象物２０から透過光集光レンズ４３を介して入射する透過光ｌ１を検出することにより、上記の透過光ｌ１による対象物２０の観察画像と、第２レチクルＱ２のパターンの像を含む第２パターン画像とを取得することができる。

図１に示されるように、第１鉛直移動機構７Ａは、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド３をアライメント用カメラ５，６と共に移動させる機構である。すなわち、第１鉛直移動機構７Ａは、少なくとも、レーザ光集光レンズ３３、第１レチクルＲ２、照明光源Ｒ１、第１投影光学系（レンズＲ３及びレーザ光集光レンズ３３）、及び、カメラ３５を含むレーザ加工ヘッド３を、対象物２０のレーザ光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第１Ｚ軸移動部である。

第１鉛直移動機構７Ａは、柱状のベース７５に設けられた第１鉛直軸７１を有する。第１鉛直軸７１は、ベース７５におけるＸ方向の一方側に設けられている。ベース７５は、例えば設置面等に固定されている。第１鉛直軸７１は、Ｚ方向に沿って延在する。第１鉛直軸７１には、レーザ加工ヘッド３の取付部３９がＺ方向に沿って移動可能に取り付けられている。このような第１鉛直移動機構７Ａは、不図示の駆動源の駆動力により、レーザ加工ヘッド３を第１鉛直軸７１に沿ってＺ方向に移動させる。第１鉛直移動機構７Ａとしては、特に限定されず、レーザ加工ヘッド３をＺ方向に移動できれば種々の機構を用いることができる。

第２鉛直移動機構７Ｂは、Ｚ方向に沿って内部観察ユニット４を移動させる機構である。すなわち、第２鉛直移動機構７Ｂは、少なくとも、透過光源４１、透過光集光レンズ４３、第２レチクルＱ２、第２投影光学系（レンズＱ３及び透過光集光レンズ４３）、及び、カメラ４４を含む内部観察ユニット（観察ユニット）４を、対象物２０の透過光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第２Ｚ軸移動部である。

第２鉛直移動機構７Ｂは、ベース７５に設けられた第２鉛直軸７２を有する。第２鉛直軸７２は、ベース７５におけるＸ方向の他方側に設けられている。つまり、第１鉛直軸７１と第２鉛直軸７２とは、ベース７５にともに設けられており、且つ、ベース７５を介して対向するように配置されている。第２鉛直軸７２は、Ｚ方向に沿って延在する。第２鉛直軸７２には、内部観察ユニット４の取付部４９がＺ方向に沿って移動可能に取り付けられている。このような第２鉛直移動機構７Ｂは、不図示の駆動源の駆動力により、内部観察ユニット４を第２鉛直軸７２に沿ってＺ方向に移動させる。第２鉛直移動機構７Ｂとしては、特に限定されず、内部観察ユニット４をＺ方向に移動できれば種々の機構を用いることができる。

第１水平移動機構８Ａは、Ｘ方向に沿ってステージ２を移動させる機構である。第１水平移動機構８Ａは、例えば設置面等に固定された第１水平軸８１を有する。第１水平軸８１は、Ｘ方向に沿って延在する。第１水平軸８１には、第２水平移動機構８Ｂを介してステージ２がＸ方向に沿って移動可能に取り付けられている。このような第１水平移動機構８Ａは、不図示の駆動源の駆動力により、ステージ２及び第２水平移動機構８Ｂを第１水平軸８１に沿ってＸ方向に移動させる。第１水平移動機構８Ａとしては、特に限定されず、ステージ２をＸ方向に移動できれば種々の機構を用いることができる。

第２水平移動機構８Ｂは、Ｙ方向に沿ってステージ２を移動させる機構である。第２水平移動機構８Ｂは、例えば第１水平移動機構８Ａ上に設けられた第２水平軸８２を有する。第２水平軸８２は、Ｙ方向に沿って延在する。第２水平軸８２には、ステージ２がＹ方向に沿って移動可能に取り付けられている。第２水平軸８２は、ステージ２と共に第１水平軸８１に沿って移動可能である。このような第２水平移動機構８Ｂは、不図示の駆動源の駆動力により、ステージ２を第２水平軸８２に沿ってＹ方向に移動させる。第２水平移動機構８Ｂとしては、特に限定されず、ステージ２をＹ方向に移動できれば種々の機構を用いることができる。

制御部９は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部９では、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）を実行し、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信を制御する。制御部９は、レーザ加工装置１の各種の動作を制御する。制御部９は、ステージ２の回転駆動装置、レーザ加工ヘッド３、アライメント用カメラ５，６、内部観察ユニット４、第１鉛直移動機構７Ａ、第２鉛直移動機構７Ｂ、第１水平移動機構８Ａ、第２水平移動機構８Ｂ、及びＧＵＩ１０の動作を制御する。すなわち、制御部９は、第１Ｚ軸移動部である第１鉛直移動機構７Ａを制御する第１制御部であり、第２Ｚ軸移動部である第２鉛直移動機構７Ｂを制御する第２制御部でもある。

制御部９は、アライメント用カメラ５，６で取得した情報に基づいてアライメントを実行させると共に、アライメントのときのステージ２の位置情報に関するアライメント情報を取得する処理を実行する。ステージ２の位置情報は、例えばＸ方向、Ｙ方向及びθ方向（ステージ２の回転軸周りの回転方向）におけるステージ２の位置に関する情報である。

制御部９は、内部観察ユニット４により対象物２０の内部を観察する場合に、アライメント情報とＸＹθ補正情報（位置補正情報）とに基づいてステージ２を移動させ、透過光Ｉ１の集光位置を対象物２０におけるアライメント位置（アライメント時のレーザ光Ｌの集光位置）に合わせる処理を実行する。ＸＹθ補正情報は、レーザ加工ヘッド３に対する内部観察ユニット４の位置関係に関する情報である。例えばＸＹθ補正情報は、レーザ加工ヘッド３のレーザ光集光レンズ３３の光軸が対象物２０の中心に位置するときのステージ２のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置に対する、内部観察ユニット４の透過光集光レンズ４３の光軸が対象物２０の当該中心に位置するときのステージ２のＸ方向、Ｙ方向及びθ方向の位置の差異に対応する。

ＧＵＩ１０は、各種の情報を表示する。ＧＵＩ１０は、レーザ加工ヘッド３における第１パターン画像、内部観察ユニット４における第２パターン画像、内部観察ユニット４の観察撮像、及び、アライメント用カメラ５，６の撮像結果等を表示することができる。ＧＵＩ１０は、例えばタッチパネルディスプレイを含む。ＧＵＩ１０には、ユーザのタッチ等の操作により、ユーザからの入力を受け付け、加工条件等に関する各種の設定が入力される。

レーザ加工装置１では、一例として、半導体基板２１の裏面２１ｂ側から対象物２０にレーザ光Ｌを照射すると共に、ステージ２をライン１５に沿って移動させ、対象物２０に対してレーザ光Ｌの集光位置（集光点）をライン１５に沿って相対的に移動させることにより、複数の改質スポットがライン１５に沿って並ぶように形成される。１つの改質スポットは、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物２０に対する集光位置の相対的な移動速度及びレーザ光Ｌの繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。

一例としては、図４に示されるように、ライン１５に沿って半導体基板２１の内部に２列の改質領域１２ａ，１２ｂを形成することができる。２列の改質領域１２ａ，１２ｂは、対象物２０の厚さ方向（Ｚ方向）において隣り合っている。２列の改質領域１２ａ，１２ｂは、半導体基板２１に対して２つの集光位置Ｃがライン１５に沿って相対的に移動させられることにより形成される。

レーザ加工装置１では、上述したように、レーザ加工ヘッド３の筐体Ｈ３が第１鉛直移動機構７ＡでＺ方向に移動可能に支持されており、これにより、レーザ加工ヘッド３及びレーザ加工ヘッド３に設けられたアライメント用カメラ５，６は、Ｚ方向に移動可能で、且つ、Ｘ方向及びＹ方向には移動不能に構成される。レーザ加工装置１では、上述したように、内部観察ユニット４の筐体Ｈ４が第２鉛直移動機構７ＢでＺ方向に移動可能に支持されており、これにより、内部観察ユニット４は、Ｚ方向に移動可能で、且つ、Ｘ方向及びＹ方向には移動不能に構成される。

図６は、図４，５に示されたレチクルを示す図である。図６に示されるように、第１レチクルＲ２は、板状のベース部Ｂと、ベース部Ｂに形成された第１パターンＰＡと、を有している。ベース部Ｂは、少なくとも照明光Ｌｉに透過性を有する。第１パターンＰＡは、照明光Ｌｉの少なくとも一部を遮蔽する。すなわち、第１レチクルＲ２は、照明光Ｌｉの光軸方向からみて（図示の状態で）、照明光Ｌｉを透過する透過部Ｐｔと、照明光Ｌｉの透過率が透過部Ｐｔよりも低くされることによって、対象物２０に陰影を形成する第１パターンＰＡと、を含む。

これにより、第１レチクルＲ２に照明光Ｌｉを照射することによって、第１パターンＰＡにおいて照明光Ｌｉが遮蔽されると共に透過部Ｐｔにおいて照明光Ｌｉが透過され、第１パターンＰＡの形状の影が対象物２０に形成される。第１パターンＰＡの実際のサイズと対象物２０における第１パターンＰＡの影のサイズとの関係は、第１レチクルＲ２、対象物２０、レンズＲ３、及びレーザ光集光レンズ３３によって構成される４ｆ光学系（第１投影光学系）の倍率によって任意に設定され得る。

第１パターンＰＡは、照明光Ｌｉの光軸の周りの第１レチクルＲ２の回転角度に対する依存性を有さない形状を有している。つまり、第１パターンＰＡは、照明光Ｌｉの光軸の周りに第１レチクルＲ２を回転させても変化しない形状を有している。ここでは、第１パターンＰＡは、互いに同心であり、且つ、照明光Ｌｉの光軸をパターン中心Ｐｃとする２つの円Ｐ１，Ｐ２を含む。円Ｐ１と円Ｐ２との間には、透過部Ｐｔが介在されている。また、第１レチクルＲ２では、パターン中心Ｐｃを含む円形のエリア（円Ｐ２の内側のエリア）が、透過部Ｐｔとされている。

さらに、図７に示されるように、第１レチクルＲ２では、第１パターンＰＡのパターン中心Ｐｃがカメラ３５の画角中央Ｄｃとなるようにされている。なお、図７では、カメラ３５により撮像された第１パターン画像Ｉｍ１をＧＵＩ１０に表示した状態が示されている。ＧＵＩ１０に表示された画像上では、カメラ３５の電子ラインＤ１，Ｄ２が表示されている（表示させなくてもよい）。カメラ３５では、第１パターン画像Ｉｍ１において画角中央Ｄｃに位置する透過部Ｐｔに相当するエリアに、レーザ光Ｌのスポットの像が現れる。よって、第１パターン画像Ｉｍ１において、第１パターンＰＡ（円Ｐ２）の像とレーザ光Ｌのスポットの像との位置関係を把握することが可能となる。

内部観察ユニット４に用いられる第２レチクルＱ２についても、レーザ加工ヘッド３に用いられる第１レチクルＲ２と同様の構成を有している。すなわち、図６に示されるように、第２レチクルＱ２は、板状のベース部Ｂと、ベース部Ｂに形成された第２パターンＰＢと、を有している。ベース部Ｂは、少なくとも透過光ｌ１に透過性を有する。第２パターンＰＢは、透過光ｌ１の少なくとも一部を遮蔽する。すなわち、第２レチクルＱ２は、透過光ｌ１の光軸方向からみて（図示の状態で）、透過光ｌ１を透過する透過部Ｐｔと、透過光ｌ１の透過率が透過部Ｐｔよりも低くされることによって、対象物２０に陰影を形成する第２パターンＰＢと、を含む。

これにより、第２レチクルＱ２に透過光ｌ１を照射することによって、第２パターンＰＢにおいて透過光ｌ１が遮蔽されると共に、透過部Ｐｔにおいて透過光ｌ１が透過され、第２パターンＰＢの形状の影が対象物２０に形成される。第２パターンＰＢの実際のサイズと対象物２０における第２パターンＰＢの影のサイズとの関係は、第２レチクルＱ２、対象物２０、レンズＱ３、及び透過光集光レンズ４３によって構成される４ｆ光学系（第２投影光学系）の倍率によって任意に設定され得る。

第２パターンＰＢは、透過光ｌ１の光軸の周りの第２レチクルＱ２の回転角度に対する依存性を有さない形状を有している。つまり、第２パターンＰＢは、透過光ｌ１の光軸の周りに第２レチクルＱ２を回転させても変化しない形状を有している。ここでは、第２パターンＰＢは、互いに同心であり、且つ、透過光ｌ１の光軸をパターン中心Ｐｃとする２つの円Ｐ１，Ｐ２を含む。円Ｐ１と円Ｐ２との間には、透過部Ｐｔが介在されている。また、第２レチクルＱ２では、パターン中心Ｐｃを含む円形のエリア（円Ｐ２の内側のエリア）が、透過部Ｐｔとされている。

さらに、図７に示されるように、第２レチクルＱ２では、第２パターンＰＢのパターン中心Ｐｃがカメラ４４の画角中央Ｄｃとなるようにされている。なお、図７では、カメラ４４により撮像された第２パターン画像Ｉｍ２をＧＵＩ１０に表示した状態が示されている。ＧＵＩ１０に表示された画像上では、カメラ４４の電子ラインＤ１，Ｄ２が表示されている（表示させなくてもよい）。

なお、第１パターンＰＡ及び第２パターンＰＢは、互いに同心の２つの円Ｐ１，Ｐ２からなるものに限定されない。例えば、図８の（ａ）に示されるように、第１パターンＰＡ及び第２パターンＰＢは、単一の円Ｐ１から構成されていてもよいし、図８の（ｂ）に示されるように、互いに同心の３つの円Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から構成されていてもよい。すなわち、第１パターンＰＡ及び第２パターンＰＢにおける円の数は任意である。さらに、図８の（ｃ）に示されるように、円Ｐ１が互いに離間した複数の領域から構成されていてもよい。このように、第１パターンＰＡ及び第２パターンＰＢは、連続的な形状に限定されず、断続的な形状であってもよい。なお、上記の例は、第１パターンＰＡと第２パターンＰＢとが同一である例であったが、第１パターンＰＡと第２パターンＰＢとが同一である必要はなく、互いに異なっていてもよい。

続いて、レーザ加工装置１の動作の一例について、図９のフローチャートを参照して説明する。レーザ加工装置１では、まず、少なくともレーザ加工ヘッド３側の装置の起動後に、当該装置のウォームアップ及びキャリブレーションを行った後に、例えば不図示のロボットハンド等の搬送装置を用いて、ステージ２上に対象物２０が載置し、対象物２０のステージ２上に吸着させる（工程Ｓ１）。

続いて、レーザ加工装置１では、制御部９がアライメントを行う（ステップＳ２）。ステップＳ２では、制御部９が、アライメント用カメラ５又はアライメント用カメラ６で取得された画像（例えば、対象物２０が有する機能素子層２２の像）を取得した際のＸＹ位置情報に基づいて第１水平移動機構８Ａ及び第２水平移動機構８Ｂの動作を制御し、レーザ光Ｌの集光位置がアライメント位置に合うようにＸ方向及びＹ方向に沿ってステージ２を移動させる。例えばアライメント位置は、Ｚ方向から見てライン１５上の加工開始位置（所定位置）である。また、ステップＳ２では、制御部９は、アライメント時のステージ２の位置情報を、アライメント情報として取得する。

続いて、制御部９が、レーザ加工ヘッド３側においてハイトセットを行う（ステップＳ３）。ステップＳ３では、制御部９が、カメラ３５によって取得された照明光Ｌｉによる対象物２０のレーザ光入射面（裏面２１ｂ）の像に基づいて第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御し、レーザ光Ｌの集光位置が裏面２１ｂ上に位置するように、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド３（すなわち、レーザ光集光レンズ３３）を移動させる。制御部９は、このときの裏面２１ｂのＺ方向の位置を示す加工機側ハイトセット情報を取得する。続いて、制御部９により第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御し、ハイトセット時の位置を基準としてレーザ光Ｌの集光位置が裏面２１ｂから所定深さに位置するように、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド３を移動させる。このハイトセットに関するステップＳ３については、後に詳述する。

続いて、制御部９が、レーザ加工ヘッド３からのレーザ光ＬのＯＮ／ＯＦＦ、並びに、第１水平移動機構８Ａ、第２水平移動機構８Ｂ及びステージ２の回転駆動装置の動作を適宜制御し、レーザ光Ｌの集光位置が複数のライン１５に沿って相対的に移動するようにステージ２を移動させる。これにより、複数のライン１５に沿って対象物２０の内部に改質領域１２を形成する（ステップＳ４）。この後に、制御部９は、全てのライン１５に対して上記加工を行ったか否かの判定を行い、全てのライン１５に対して上記加工を行っている場合、内部観察に移行する。

すなわち、レーザ加工装置１では、続いて、対象物２０の内部観察を行う。そのために、レーザ加工装置１では、内部観察ユニット４側の装置の起動後に、当該装置のウォームアップを行った後に、制御部９が、ステージ２の回転駆動装置、第１水平移動機構８Ａ及び第２水平移動機構８Ｂの動作を制御し、内部観察ユニット４による内部観察の開始位置に対象物２０が位置するように、ステージ２を移動させる（ステップＳ５）。ステップＳ５では、上記ステップＳ２で取得したアライメント情報、及び、予め設定されたＸＹθ補正情報に基づいて、対象物２０のアライメント位置（ここでは、ライン１５上の加工開始位置）に透過光集光レンズ４３の光軸が合うように、Ｘ方向、Ｙ方向及びθ方向における対象物２０の位置を制御する。

続いて、制御部９が、ステップＳ３で取得した加工機側ハイトセット情報に基づいて、内部観察ユニット４側においてハイトセットを行う（ステップＳ６）。ステップＳ６では、制御部９が、カメラ４４によって取得された透過光ｌ１による対象物２０の透過光入射面（裏面２１ｂ）の像と加工機側ハイトセット情報とに基づいて、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御し、透過光ｌ１の集光位置が裏面２１ｂ上に位置するように、Ｚ方向に沿って内部観察ユニット４を移動させる。制御部９は、このときの裏面２１ｂのＺ方向の位置を示す第１観察側ハイトセット情報を取得する。

また、ステップＳ６では、制御部９が、カメラ４４によって取得された透過光ｌ１による対象物２０の透過光入射面（裏面２１ｂ）の反対面（表面２１ａ）の像に基づいて、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御し、透過光ｌ１の集光位置が表面２１ａ上に位置するように、Ｚ方向に沿って内部観察ユニット４を移動させる。制御部９は、このときの表面２１ａのＺ方向の位置を示す第２観察側ハイトセット情報を取得する。これらのハイトセットに関するステップＳ６については、後に詳述する。

続いて、制御部９が、内部観察ユニット４により対象物２０の内部観察を行い、複数の内部画像を取得する（ステップＳ７）。ステップＳ７では、例えば各ライン１５の少なくとも一箇所において、制御部９の制御のもと、内部観察ユニット４により次の内部観察処理を実行する。すなわち、第２鉛直移動機構７ＢによりＺ方向に沿って内部観察ユニット４を移動させ、対象物２０の内部の複数の位置に透過光Ｉ１の集光位置を合わせて対象物２０を撮像し、複数の内部画像を取得する。複数の内部画像のそれぞれに対して内部観察ユニット４の移動量に関する情報を関連付け、これを撮像データとして取得する。このような撮像データの取得を、同じライン１５上又は別のライン１５上の他の箇所に透過光集光レンズ４３の光軸を合わせて繰り返す。

続いて、制御部９が、取得した撮像データに基づいて加工状態を判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、一例として、画像認識によって複数の撮像データにおける内部画像のうち亀裂１４の像が相対的に鮮明な何れかを自動的に判定する（ＡＩ判定を行う）。制御部９は、判定した当該内部画像を撮像したときの移動量に基づいて亀裂位置を算出する。亀裂位置は、例えば、予め設定された所定の補正係数を移動量に乗じることにより算出できる。また、制御部９は、取得された亀裂位置等に基づいて、改質領域１２の位置等を推定する。続いて、制御部９は、上記ステップＳ８で判定した判定結果を任意の記憶装置に保存する。制御部９により、上記ステップＳ８で判定した判定結果をＧＵＩ１０に表示させる（ステップＳ９）。以上により、処理を終了する。

引き続いて、上記のステップＳ３での加工機側ハイトセットについて説明する。レーザ加工装置１では、ステップＳ３において、制御部９が、カメラ３５が撮像した第１パターン画像Ｉｍ１の画像処理に基づいて、第１パターンＰＡの像が対象物２０のレーザ光入射面（裏面２１ｂ）に合うように第１鉛直移動機構７Ａを制御する。以下では、まず、制御部９が、画像処理としてテンプレートマッチングを行う例について説明する。

図１０に示されるように、この例では、まず、制御部９が、レーザ光集光レンズ３３のアクチュエータ３３ａを中心固定に設定する（ステップＳ３１）。ここで、アクチュエータ３３ａは、レーザ光集光レンズ３３に設けられており、Ｚ方向に沿ってレーザ光集光レンズ３３を駆動するためのものである。アクチュエータ３３ａは、基準電圧が付与されたときの伸び量を中心として、付与される駆動電圧の大きさに応じて伸縮することにより、Ｚ方向に沿ってレーザ光集光レンズ３３を駆動する。ステップＳ３１では、制御部９は、アクチュエータ３３ａに付与する駆動電圧を調整することにより、アクチュエータ３３ａの伸び量を中心値に固定する。

続いて、制御部９が、第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御し、ウェハ厚さ（例えば半導体基板２１の厚さ）や、対象物２０を保持する保持テープ等の入力内容に応じて、設定されたＺ軸位置になるように、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド３（すなわち、レーザ光集光レンズ３３）を移動させる（ステップＳ３２）。

続いて、制御部９が、ＡＦユニット３６を用いて大まかに高さ合わせを行う（ステップＳ３３）。より具体的には、ステップＳ３３では、制御部９が、ＡＦユニット３６がＡＦ用レーザ光Ｌｍの反射光を検出することで取得した対象物２０の裏面２１ｂの高さデータ（Ｚ方向の位置データ）に基づいて、レーザ光Ｌの集光位置が裏面２１ｂに位置するように、第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御してレーザ加工ヘッド３をＺ方向に移動させる。

続いて、制御部９が、ステップＳ３３の結果、レーザ光Ｌの集光位置を裏面２１ｂに略一致させることができたか否かの判定を行う（ステップＳ３４）。ステップＳ３４の判定の結果、レーザ光Ｌの集光位置が裏面２１ｂに略一致させることができなかった場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、ステップＳ３２に移行して、レーザ加工ヘッド３をＺ方向に移動させて位置を調整する。

ステップＳ３４の判定の結果、レーザ光Ｌの集光位置を裏面２１ｂに略一致させることができた場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、制御部９は、テンプレートマッチングを行う（ステップＳ３５）。ステップＳ３５では、制御部９が、照明光源Ｒ１から照明光Ｌｉを出力させて、対象物２０に第１レチクルＲ２の第１パターンＰＡを投影すると共に、カメラ３５により当該第１パターンＰＡの像を含む第１パターン画像Ｉｍ１を撮像する。続いて、制御部９が、第１パターンＰＡの像をテンプレート画像として、テンプレート画像をずらしながら第１パターン画像Ｉｍ１内を全面スキャンする。そして、第１パターン画像Ｉｍ１におけるテンプレート画像との類似度が最も高い画角を、この第１パターン画像Ｉｍ１の検出位置（画素値Ｔ（ｉ，ｊ））とする。

ここで、レチクルのパターンが、例えば四角形や十字型のように、レチクルが照明光Ｌｉの光軸周りに回転したときに姿勢変化が生じる形状である場合、照明光Ｌｉの光軸周りのレチクルの設置角度にずれが生じると、テンプレート画像も変化する（傾いた姿勢となる）。このため、一度のパターン画像内のスキャンでは、パターン画像内にテンプレート画像が検出されない場合がある（例えば類似度が閾値を超えない場合がある）。このような場合には、テンプレート画像の姿勢を少しずつ回転させながら、テンプレート画像が検出されるまでパターン画像内のスキャンを繰り返し実施する必要がある。

これに対して、本実施形態に係る第１パターンＰＡは、第１レチクルＲ２が照明光Ｌｉの光軸周りに回転しても姿勢変化が生じない。すなわち、照明光Ｌｉの光軸周りの第１レチクルＲ２の設置角度にずれが生じても、テンプレート画像が不変である。したがって、第１パターン画像Ｉｍ１のスキャンによるテンプレート画像の検出に係る時間は、照明光Ｌｉの光軸周りの第１レチクルＲ２の設置角度のずれの有無及びずれ量によらずに一定である。したがって、本実施形態では、テンプレート画像の姿勢を少しずつ回転させながらスキャンを繰り返し実施する工程は介在しない。

続いて、ステップＳ３５では、Ｚ方向の位置を変えながらこの処理を複数回行うことにより、Ｚ方向のそれぞれの第１パターン画像Ｉｍ１の検出位置でのテンプレート画像との類似度を比較する。そして、制御部９は、類似度が最も高い第１パターン画像Ｉｍ１が得られたＺ方向の位置が裏面２１ｂにレーザ光Ｌの集光位置が合う位置（第１パターンＰＡのピントが合う位置）であるとして、当該位置にレーザ加工ヘッド３を移動させる。制御部９は、このときのＺ方向の位置を、加工機側ハイトセット情報として取得する。以上により、加工機側ハイトセットが完了する。このとき、制御部９は、第１パターン画像Ｉｍ１をＧＵＩに表示させることにより、ハイトセットが正常に完了している旨をユーザに報知することが可能である。

その後、制御部９は、第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御することにより、対象物２０の実際に加工を行うＺ方向の位置（加工深さ）にレーザ光Ｌの集光位置が合うように、レーザ加工ヘッド３をＺ方向に沿って移動させる（ステップＳ３６）。さらに、制御部９は、所望の加工深さにレーザ光Ｌの集光位置を合わせたときのＡＦユニット３６での裏面２１ｂの検出値を取得して（ステップＳ３７）、処理を終了する。

引き続いて、上記のステップＳ３での加工機側ハイトセットの別の一例として、制御部９が、画像処理としてエッジ検出を利用する例について説明する。図１１に示されるように、この例では、まず、制御部９が、検出枠の指定を受ける（ステップＳ４１）。図１４に示されるように、対象物２０の裏面２１ｂには、機能素子２２ａが形成された領域とストリート領域２３とが含まれる。機能素子２２ａが形成された領域とストリート領域２３とでは、高さが異なる（段差がある）ため、ストリート領域２３に第１パターンＰＡのピントを合わせると、機能素子２２ａが形成された領域では第１パターンＰＡがぼける。したがって、検出枠Ｇｄは、ストリート領域２３に設定されることが望ましい。ここでは、制御部９は、ＧＵＩ１０によりユーザからの入力を受け付けることにより、検出枠Ｇｄの指定を受けることができる。或いは、制御部９は、ユーザの入力を受けることなく、適当な検出枠Ｇｄを自動的に設定してもよい。

続いて、制御部９が、ステップＳ３１と同様に、レーザ光集光レンズ３３のアクチュエータ３３ａを中心固定に設定する（ステップＳ４２）。続いて、制御部９が、ステップＳ３２と同様に、第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御し、ウェハ厚さ（例えば半導体基板２１の厚さ）や、対象物２０を保持する保持テープ等の入力内容に応じて、設定されたＺ軸位置になるように、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド３（すなわち、レーザ光集光レンズ３３）を移動させる（ステップＳ４３）。

続いて、制御部９が、ステップＳ３３と同様に、ＡＦユニット３６を用いて大まかに高さ合わせを行う（ステップＳ４４）。続いて、制御部９が、ステップＳ４４の結果、レーザ光Ｌの集光位置を裏面２１ｂに略一致させることができたか否かの判定を行う（ステップＳ４５）。ステップＳ４５の判定の結果、レーザ光Ｌの集光位置が裏面２１ｂに略一致させることができなかった場合（ステップＳ４５：ＮＯ）、ステップＳ４３に移行して、レーザ加工ヘッド３をＺ方向に移動させて位置を調整する。

ステップＳ４５の判定の結果、レーザ光Ｌの集光位置を裏面２１ｂに略一致させることができた場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、制御部９は、エッジ検出を行う（ステップＳ４６）。ステップＳ４６では、制御部９が、照明光源Ｒ１から照明光Ｌｉを出力させて、対象物２０に第１レチクルＲ２の第１パターンＰＡを投影すると共に、カメラ３５により当該第１パターンＰＡの像を含む第１パターン画像Ｉｍ１を取得する。続いて、制御部９が、第１パターン画像Ｉｍ１の検出枠Ｇｄに相当するエリアおいて、第１パターンＰＡのエッジを検出する。エッジの検出には、例えば、２次微分を利用したエッジ検出として、ラプラシアンフィルタを用いることができる。そして、制御部９が、検出されたエッジの鋭さをスコア化する。

制御部９は、以上の処理をＺ方向の複数の位置で取得された第１パターン画像Ｉｍ１に対して行うと共に、第１パターン画像Ｉｍ１間のスコアを比較する。これにより、制御部９は、Ｚ方向の複数の位置から、裏面２１ｂにレーザ光Ｌの集光位置が合う位置（第１パターンＰＡのピントが合う位置）を検出し、当該位置にレーザ加工ヘッド３を移動させる。なお、ここでは、ステップＳ４６において第１パターンＰＡのエッジが検出されることを前提とした説明を行ったが、検出枠Ｇｄの指定によっては、好適にエッジが検出されない場合がある。

そこで、続くステップでは、制御部９が、ステップＳ４６において第１パターンＰＡのエッジが検出されたか否かの判定を行う（ステップＳ４７）。ステップＳ４７の判定の結果、第１パターンＰＡのエッジが検出されなかった場合（ステップＳ４７：ＮＯ）、制御部９が、異なる検出枠Ｇｄの再指定を受け、或いは自動で異なる検出枠Ｇｄを再指定し（ステップＳ５０）、再度、ステップＳ４６でのエッジ検出を実行する。なお、検出枠Ｇｄの再設定を行う回数が一定数を超過した場合には、制御部９は、ＧＵＩ１０にエラー表示等を行って、エッジ検出が困難である旨をユーザへ報知してもよい。

一方、ステップＳ４７の判定の結果、第１パターンＰＡのエッジが検出された場合（ステップＳ４７：ＹＥＳ）、制御部９は、ステップＳ３６と同様に、第１鉛直移動機構７Ａの動作を制御することにより、対象物２０の実際に加工を行うＺ方向の位置（加工深さ）にレーザ光Ｌの集光位置が合うように、レーザ加工ヘッド３をＺ方向に沿って移動させる（ステップＳ４８）。さらに、制御部９は、ステップＳ３７と同様に、所望の深さにレーザ光Ｌの集光位置を合わせたときのＡＦユニット３６での裏面２１ｂの検出値を取得して（ステップＳ４９）、処理を終了する。

以上のように、レーザ加工装置１では、制御部９による画像処理によって、加工機側ハイトセットが行われる。

引き続いて、上記のステップＳ６での観察側ハイトセットについて説明する。レーザ加工装置１では、ステップＳ６において、制御部９が、カメラ４４が撮像した第２パターン画像Ｉｍ２の画像処理に基づいて、第２パターンＰＢの像が対象物２０のレーザ光入射面（裏面２１ｂ）、及び／又は、レーザ光入射面の反対面（表面２１ａ）に合うように、第２鉛直移動機構７Ｂを制御する。以下では、まず、制御部９が、画像処理としてテンプレートマッチングを行う例について説明する。

図１２に示されるように、この例では、まず、制御部９が、表面Ｚ軸情報を取得する（ステップＳ６１）。表面Ｚ軸情報とは、加工機側ハイトセットのステップＳ３５において取得された加工機側ハイトセット情報であり、対象物２０におけるレーザ光入射面である裏面２１ｂにレーザ光Ｌの集光位置が合うＺ方向の位置（第１鉛直移動機構７Ａの移動量）を示す情報である。

続いて、制御部９が、表面Ｚ軸情報に基づいて、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御し、透過光ｌ１の集光位置が対象物２０の透過光入射面である裏面２１ｂに位置するように、Ｚ方向に沿って内部観察ユニット４を移動させる（ステップＳ６２）。

続いて、制御部９が、テンプレートマッチングを行う（ステップＳ６３）。ステップＳ６３では、制御部９が、透過光源４１から透過光ｌ１を出力させて、対象物２０に第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢを投影すると共に、カメラ４４により当該第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２を取得する。続いて、制御部９が、第２パターンＰＰＢの像をテンプレート画像として、テンプレートマッチングを行う。テンプレートマッチングについては、ステップＳ３５と同様である。これにより、制御部９が、類似度が最も高い第２パターン画像Ｉｍ２が得られたＺ方向の位置が、裏面２１ｂに透過光ｌ１の集光位置が合う位置（第２パターンＰＢのピントが合う位置）であるとして、当該位置に内部観察ユニット４を移動させる。制御部９は、このときの裏面２１ｂのＺ方向の位置を示す情報を第１観察側ハイトセット情報として取得する。

続いて、制御部９が、対象物２０における半導体基板２１（ウェハ）の厚さを取得する（ステップＳ６４）。ここでは、制御部９は、ＧＵＩ１０を介したユーザの入力により半導体基板２１の厚さを取得することができる。

続いて、制御部９が、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御することにより、ステップＳ６４で取得した半導体基板２１の厚さに応じた移動量だけ、内部観察ユニット４をＺ方向に移動させる（ステップＳ６５）。これにより、透過光ｌ１の集光位置が、対象物２０の透過光入射面である裏面２１ｂの反対面（表面２１ａ）に概ね合うようにされる。

続いて、制御部９が、テンプレートマッチングを行う（ステップＳ６６）。ステップＳ６６では、制御部９が、透過光源４１から透過光ｌ１を出力させて、対象物２０に第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢを投影すると共に、カメラ４４により当該第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２を取得する。続いて、制御部９が、第２パターンＰＢの像をテンプレート画像として、テンプレートマッチングを行う。テンプレートマッチングについては、ステップＳ３５と同様である。これにより、制御部９が、類似度が最も高い第２パターン画像Ｉｍ２が得られたＺ方向の位置が、表面２１ａに透過光ｌ１の集光位置が合う位置（第２パターンＰＢのピントが合う位置）であるとする。制御部９は、このときの表面２１ａのＺ方向の位置を示す情報を第２観察側ハイトセット情報として取得する。

そして、制御部９が、裏面２１ｂのＺ方向の位置を示す第１観察側ハイトセット情報と、表面２１ａのＺ方向の位置を示す第２観察側ハイトセット情報と、に基づいて、透過光ｌ１の集光位置がＺ方向の所望の観察位置となるように、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御して内部観察ユニット４をＺ方向に沿って移動させ（ステップＳ６７）、処理を終了する。

上述したように、本実施形態に係る第２パターンＰＢは、第２レチクルＱ２が透過光ｌ１の光軸周りに回転しても姿勢変化が生じない。すなわち、透過光ｌ１の光軸周りの第２レチクルＱ２の設置角度にずれが生じても、テンプレート画像が不変である。したがって、第２パターン画像Ｉｍ２のスキャンによるテンプレート画像の検出に係る時間は、透過光ｌ１の光軸周りの第２レチクルＱ２の設置角度のずれの有無及びずれ量によらずに一定である。ここでは、裏面２１ｂと表面２１ａとのそれぞれに対して合計２回のテンプレートマッチングを行うため、テンプレート画像の検出に係る時間が一定とされる効果がより大きくなる。

引き続いて、上記のステップＳ６での観察側ハイトセットの別の一例として、制御部９が、画像処理としてエッジ検出を利用する例について説明する。図１３に示されるように、この例では、まず、制御部９が、ステップＳ４１と同様に、検出枠の指定を受ける（ステップＳ７１）。

続いて、制御部９が、ステップＳ６１と同様に、表面Ｚ軸情報を取得する（ステップＳ７２）。続いて、制御部９が、ステップＳ６２と同様に、表面Ｚ軸情報に基づいて、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御し、透過光ｌ１の集光位置が対象物２０の透過光入射面である裏面２１ｂに位置するように、Ｚ方向に沿って内部観察ユニット４を移動させる（ステップＳ７３）。

続いて、制御部９が、エッジ検出を行う（ステップＳ７４）。ステップＳ７４では、制御部９が、透過光源４１から透過光ｌ１を出力させて、対象物２０に第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢを投影すると共に、カメラ４４により当該第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２を取得する。続いて、制御部９が、第２パターン画像Ｉｍ２の検出枠Ｇｄにおいて、第２パターンＰＢのエッジを検出する。エッジの検出には、例えば、２次微分を利用したエッジ検出として、ラプラシアンフィルタを用いることができる。そして、制御部９が、検出されたエッジの鋭さをスコア化する。

制御部９は、以上の処理をＺ方向の複数の位置で取得された第２パターン画像Ｉｍ２に対して行うと共に、第２パターン画像Ｉｍ２間のスコアを比較する。これにより、制御部９は、Ｚ方向の複数の位置から、裏面２１ｂに透過光ｌ１の集光位置が合う位置（第２パターンＰＢのピントが合う位置）を検出し、当該位置に内部観察ユニット４を移動させる。制御部９は、このときの裏面２１ｂのＺ方向の位置を示す情報を第１観察側ハイトセット情報として取得する。なお、ここでは、ステップＳ７４において第２パターンＰＢのエッジが検出されることを前提とした説明を行ったが、検出枠Ｇｄの指定によっては、好適にエッジが検出されない場合がある。

そこで、続くステップでは、制御部９が、ステップＳ７４において第２パターンＰＢのエッジが検出されたか否かの判定を行う（ステップＳ７５）。ステップＳ７５の判定の結果、第２パターンＰＢのエッジが検出されなかった場合（ステップＳ７５：ＮＯ）、制御部９が、異なる検出枠Ｇｄの再指定を受け、或いは自動で異なる検出枠Ｇｄを再指定し（ステップＳＳ８１）、再度、ステップＳ７４でのエッジ検出を実行する。なお、検出枠Ｇｄの再設定を行う回数が一定数を超過した場合には、制御部９は、ＧＵＩ１０にエラー表示等を行って。エッジ検出が困難である旨をユーザへ報知してもよい。

一方、ステップＳ７５の判定の結果、第２パターンＰＢのエッジが検出された場合（ステップＳ７５：ＹＥＳ）、制御部９は、ステップＳ６４と同様に、対象物２０における半導体基板２１（ウェハ）の厚さを取得する（ステップＳ７６）。

続いて、制御部９が、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御することにより、ステップＳ７６で取得した半導体基板２１の厚さに応じた移動量だけ、内部観察ユニット４をＺ方向に移動させる（ステップＳ７７）。これにより、透過光ｌ１の集光位置が、対象物２０の透過光入射面である裏面２１ｂの反対面（表面２１ａ）に概ね合うようにされる。

続いて、制御部９が、エッジ検出を行う（ステップＳ７８）。エッジ検出については、ステップＳ７４と同様である。これにより、制御部９が、類似度が最も高い第２パターン画像Ｉｍ２が得られたＺ方向の位置が、表面２１ａに透過光ｌ１の集光位置が合う位置（第２パターンＰＢのピントが合う位置）であるとする。制御部９は、このときの表面２１ａのＺ方向の位置を示す情報を第２観察側ハイトセット情報として取得する。

続くステップでは、制御部９が、ステップＳ７５と同様に、ステップＳ７８において第２パターンＰＢのエッジが検出されたか否かの判定を行う（ステップＳ７９）。ステップＳ７９の判定の結果、第２パターンＰＢのエッジが検出されなかった場合（ステップＳ７９：ＮＯ）、制御部９が、異なる検出枠Ｇｄの再指定を受け、或いは自動で異なる検出枠Ｇｄを再指定し（ステップＳＳ８２）、再度、ステップＳ７８でのエッジ検出を実行する。なお、検出枠Ｇｄの再設定を行う回数が一定数を超過した場合には、制御部９は、ＧＵＩ１０にエラー表示等を行って。エッジ検出が困難である旨をユーザへ報知してもよい。

そして、制御部９が、裏面２１ｂのＺ方向の位置を示す第１観察側ハイトセット情報と、表面２１ａのＺ方向の位置を示す第２観察側ハイトセット情報と、に基づいて、透過光ｌ１の集光位置がＺ方向の所望の観察位置となるように、第２鉛直移動機構７Ｂの動作を制御して内部観察ユニット４をＺ方向に沿って移動させ（ステップＳ８０）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ加工を行うための光源３１とは別に、第１レチクルＲ２に照明光Ｌｉを照射する照明光源Ｒ１を備えている。したがって、ハイトセットに際して、第１レチクルＲ２に照明光Ｌｉを照射するとともに、第１レチクルＲ２を通過した照明光Ｌｉで第１レチクルＲ２の投影像を対象物２０に結像することにより、対象物２０に第１パターンＰＡを投影することができる。よって、対象物２０に投影された第１パターンＰＡを撮像すれば、当該撮像により得られる第１パターン画像Ｉｍ１を用いて、対象物２０のレーザ光入射面を検出することが可能である。

ここで、第１パターンＰＡは、照明光Ｌｉの光軸の周りの第１レチクルＲ２の回転角度に対する依存性を有していない。このため、第１レチクルＲ２の当該光軸周りの回転角度によらずに、対象物２０に投影される第１パターンＰＡの姿勢（第１パターン画像Ｉｍ１内の姿勢）が変化しない。このため、照明光Ｌｉの光軸の周りの第１レチクルＲ２の設置角度にばらつきがあっても、ユーザに違和感を与えたり、画像処理による第１パターンＰＡの検出に係る時間が長くなったりすることがない。よって、第１レチクルＲ２の設置に際して、照明光Ｌｉの光軸周りの回転角度の調整が不要となる。この結果、レーザ加工装置１では、第１レチクルＲ２の設置が容易化される。

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、第１パターンＰＡを投影するための投影光学系は、照明光Ｌｉによる第１パターンＰＡの像を対象物２０に結像するためのレーザ光集光レンズ３３と、を含む。そして、カメラ３５は、対象物２０からレーザ光集光レンズ３３を介して入射した照明光Ｌｉを検出することにより、第１パターン画像Ｉｍ１を取得する。このため、第１パターンＰＡを投影するための投影光学系において、レーザ光Ｌを対象物２０に集光するためのレーザ光集光レンズ３３が供用されて部品点数が削減される。

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、第１レチクルＲ２は、照明光Ｌｉの光軸方向からみて、照明光Ｌｉを透過する透過部Ｐｔと、照明光Ｌｉの透過率が透過部Ｐｔよりも低くされることによって、対象物２０に陰影を形成する第１パターンＰＡと、を含む。第１パターンＰＡは、照明光Ｌｉの光軸をパターン中心Ｐｃとした少なくとも１つの円Ｐ１，Ｐ２を含む。そして、第１レチクルＲ２においては、光軸方向からみてパターン中心Ｐｃを含む円形のエリアが透過部Ｐｔとされると共に、パターン中心Ｐｃがカメラ３５の画角中央Ｄｃとなるようにされている。

上記のように、投影光学系においてレーザ光集光レンズ３３を共用すると、照明光Ｌｉと共にレーザ光Ｌの反射光がレーザ光集光レンズ３３を介してカメラ３５に入射する。このため、カメラ３５により取得される第１パターン画像Ｉｍ１にレーザ光Ｌのスポットが生じる。このため、第１パターンＰＡのパターン中心Ｐｃを、陰影が形成されないように透過部Ｐｔとし、且つ、カメラ３５の画角中央Ｄｃとすることにより、当該パターン中心Ｐｃとレーザ光Ｌのスポットの位置との比較により、レーザ光Ｌの光軸ずれを確認することが可能となる。

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、レーザ加工ヘッド３を対象物２０のレーザ光入射面（裏面２１ｂ）に交差するＺ方向に沿って移動させる第１鉛直移動機構７Ａと、第１パターン画像Ｉｍ１の画像処理に基づいて、第１パターンＰＡの像が裏面２１ｂに合うように第１鉛直移動機構７を制御する制御部９と、を備えている。このため、第１パターン画像Ｉｍ１の画像処理に基づいて、レーザ加工ヘッド３のＺ方向の位置調整が可能となる。特に、上述したように、レーザ加工装置１では、第１レチクルＲ２の光軸周りの回転角度によらずに、対象物２０に投影される第１パターンＰＡの姿勢（第１パターン画像Ｉｍ１内の姿勢）が変化しない。よって、第１パターンＰＡの姿勢のばらつきに起因した画像処理の長時間化が避けられる。

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、対象物２０の観察を行うための観察装置を備えている。観察装置は、対象物２０に透過性を有する透過光ｌ１を出力する透過光源４１と、透過光ｌ１を対象物２０に集光するための透過光集光レンズ４３と、透過光源４１と透過光集光レンズ４３との間の透過光ｌ１の光路上に配置され、対象物２０に投影される第２パターンＰＢを有する第２レチクルＱ２と、透過光集光レンズ４３を含み、第２レチクルＱ２を通過した透過光ｌ１で第２レチクルＱ２の投影像を対象物２０に結像することにより、第２パターンＰＢを対象物２０に投影するレンズＱ３及び透過光集光レンズ４３（第２投影光学系）と、対象物２０から透過光集光レンズ４３を介して入射する透過光ｌ１を検出することにより、透過光ｌ１による対象物２０の観察画像と、第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２とを取得する４４カメラと、を有する。透過光集光レンズ４３は、透過光ｌ１による第２パターンＰＢの像を対象物２０に結像する。第２パターンＰＢは、透過光ｌ１の光軸の周りの第２レチクルＱ２の回転角度に対する依存性を有さない形状を有している。

このように、レーザ加工装置１に対して、対象物の観察を行うための観察装置が備えられ、その観察装置についても、対象物２０の観察を行うための透過光ｌ１の光路上に第２レチクルＱ２が設けられている。そして、対象物２０に投影される第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢは、透過光ｌ１の光軸の周りの第２レチクルＱ２の回転角度に対する依存性を有さない。

このため、第２レチクルＱ２の当該光軸周りの回転角度によらずに、対象物２０に投影される第２パターンＰＢの姿勢（第２パターン画像Ｉｍ２内の姿勢）が変化しない。このため、透過光ｌ１の光軸の周りの第２レチクルＱ２の設置角度にばらつきがあっても、ユーザに違和感を与えたり、画像処理による第２パターンＰＢの検出に係る時間が長くなったりすることがない。よって、第２レチクルＱ２の設置に際して、透過光ｌ１の光軸周りの回転角度の調整が不要となる。このように、レーザ加工装置１では、観察装置の第２レチクルＱ２も容易に設置可能である。

また、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、観察装置は、少なくとも、透過光源４１、透過光集光レンズ４３、第２レチクルＱ２、第２投影光学系、及び、カメラ４４を含む内部観察ユニット４を、対象物２０の透過光入射面（裏面２１ｂ）に交差するＺ方向に沿って移動させる第２鉛直移動機構７Ｂと、第２パターン画像Ｉｍ２の画像処理に基づいて、第２パターンＰＢの像が裏面２１ｂ、及び／又は、対象物２０の透過光入射面と反対側の表面２１ａに合うように、第２鉛直移動機構７Ｂを制御する制御部９と、を有している。このため、第２パターン画像Ｉｍ２の画像処理に基づいて、内部観察ユニット４のＺ方向の位置調整が可能となる。特に、上述したように、レーザ加工装置１では、第２レチクルＱ２の光軸周りの回転角度によらずに、対象物２０に投影される第２パターンＰＢの姿勢（第２パターン画像内の姿勢）が変化しない。よって、第２パターンＰＢの姿勢のばらつきに起因した画像処理の長時間化が避けられる。

ここで、内部観察の際のハイトセットに対して、制御部９がエッジ処理を行う場合、さらなる効果が奏される。図１４に示されるように、内部観察の際には、対象物２０のストリート領域２３に、改質領域１２及び改質領域１２から延びる亀裂１４が既に形成されている。透過光ｌ１を用いた内部観察では、ストリート領域２３に亀裂１４（及び改質領域１２のだ痕）の像が第２パターン画像Ｉｍ２内に検出される。

したがって、従来のレチクルのように、パターンＰＤの形状が、互いに交差する２方向に延びる十字状の形状であると、パターンＰＤのうちの一方向（加工進行方向）に沿う部分が亀裂１４に重複してしまう。よって、従来のレチクルでは、パターンＰＤのうちの別の方向（加工進行方向に交差する方向）に延びる一部分のみが、エッジ検出に利用されることなる。これに対して、本実施形態に係る第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢでは、ストリート領域２３に位置する円弧状の部分の大部分を、エッジ検出に利用可能である。このため、検出面積が向上され、エッジ検出の精度が向上される。

以上の実施形態は、本開示の一側面について説明したものである。したがって、本開示は、上記一側面に限定されることなく、変形され得る。

例えば、図１５に示されるように、内部観察の際には、第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢを、ストリート領域２３であって、内部観察の対象となる判定箇所Ｅｄと異なる位置に配置することができる。これにより、透過光ｌ１による対象物２０の観察画像を撮像する際に、判定箇所Ｅｄに第２パターンＰＢが投影されることが抑制され、観察精度の低下が抑制される。

また、上記実施形態では、レーザ加工装置１が、内部観察ユニット４を含む観察装置を備える態様について説明した。すなわち、上記実施形態に係るレーザ加工装置１では、ステージ２、レーザ加工ヘッド３、第１鉛直移動機構７Ａ、第１水平移動機構８Ａ、第２水平移動機構８Ｂ、及び、制御部９によって加工機が構成されると共に、ステージ２、内部観察ユニット４、第２鉛直移動機構７Ｂ、第１水平移動機構８Ａ、第２水平移動機構８Ｂ、及び、制御部９によって観察装置が構成されていた。つまり、上記実施形態では、レーザ加工装置１が、加工機と観察装置とで互いに部分的に要素を共通化して構成とされていた。しかし、加工機と観察装置とが別途に構成されてもよい。

この場合、観察装置が加工機から独立した別の装置とされる。この場合の観察装置は、（ａ）対象物２０を透過する透過光ｌ１によって対象物２０を観察するための装置であって、（ｂ）対象物２０に透過性を有する透過光ｌ１を出力する透過光源４１と、（ｃ）透過光ｌ１を対象物２０に集光するための透過光集光レンズ４３と、（ｄ）透過光源４１と透過光集光レンズ４３との間の透過光ｌ１の光路上に配置され、対象物２０に投影される第２パターンＰＢを有する第２レチクルＱ２と、（ｅ）透過光集光レンズ４３を含み、第２レチクルＱ２を通過した透過光ｌ１で第２レチクルＱ２の投影像を対象物２０に結像することにより、第２パターンＰＢを対象物２０に投影する第２投影光学系と、（ｆ）対象物２０から透過光集光レンズ４３を介して入射する透過光ｌ１を検出することにより、透過光ｌ１による対象物２０の観察画像と、第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２とを取得するカメラ４４と、を備える。このとき、（ｇ）第２パターンＰＢは、透過光ｌ１の光軸の周りの第２レチクルＱ２の回転角度に対する依存性を有さない形状を有している。

また、観察装置は、（ｈ）少なくとも、透過光源４１、透過光集光レンズ４３、第２レチクルＱ２、第２投影光学系、及び、カメラ４４を含む内部観察ユニット４を、対象物２０の透過光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第２鉛直移動機構７Ｂと、（ｉ）第２パターン画像Ｉｍ２の画像処理に基づいて、第２パターンＰＢの像が透過光入射面、及び／又は、対象物２０の透過光入射面と反対側の面に合うように、第２鉛直移動機構７Ｂを制御する制御部９と、を備える。

また、観察装置では、（ｊ）制御部９は、透過光源４１から透過光ｌ１を出力させて、対象物２０に第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢを投影すると共に、カメラ４４により当該第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２を取得する。また、（ｋ）制御部９は、第２パターン画像Ｉｍ２の画像処理として、第２パターンＰＢの像をテンプレート画像として用いたテンプレートマッチングを行う。これにより、（ｌ）制御部９は、第２パターンＰＢの像が透過光入射面、及び／又は、対象物２０の透過光入射面と反対側の面に合うように、第２Ｚ軸移動部を制御する。

或いは、観察装置では、（ｊ）制御部９は、透過光源４１から透過光ｌ１を出力させて、対象物２０に第２レチクルＱ２の第２パターンＰＢを投影すると共に、カメラ４４により当該第２パターンＰＢの像を含む第２パターン画像Ｉｍ２を取得する。また、（ｋ）制御部９は、第２パターン画像Ｉｍ２の画像処理として、第２パターン画像Ｉｍ２の検出枠Ｇｄにおいて第２パターンＰＢのエッジ検出を行う。これにより、（ｌ）制御部９は、Ｚ方向の複数の位置での第２パターン画像Ｉｍ２間において、検出されたエッジの鋭さを示すスコアを比較することにより、透過光入射面及び／又は反対面に透過光ｌ１の集光位置が合う位置（第２パターンＰＢのピントが合う位置）を検出する。そして、（ｍ）制御部９は、透過光ｌ１の集光位置が、当該検出された位置に合うように、第２鉛直移動機構７Ｂを制御して内部観察ユニット４を移動させる。なお、観察装置では、（ｎ）検出枠Ｇｄ及び第２パターンＰＢは、ストリート領域２３に配置され得る。

１…レーザ加工装置、２…ステージ（支持部）、３…レーザ加工ヘッド、４…内部観察ユニット（観察ユニット）、７Ａ…第１鉛直移動機構（第１Ｚ軸移動部）、７Ｂ…第２鉛直移動機構（第２Ｚ軸移動部）、９…制御部、１２…改質領域、２０…対象物、２１ａ…表面、２１ｂ…裏面（レーザ光入射面、透過光入射面）、３３…レーザ光集光レンズ（第１集光レンズ）、３５…カメラ（第１カメラ）、４１…透過光源、４３…透過光集光レンズ（第２集光レンズ）、Ｌ…レーザ光、Ｌｉ…照明光、ｌ１…透過光、Ｒ１…照明光源、Ｒ２…第１レチクル、ＰＡ…第１パターン、Ｑ２…第２レチクル、ＰＢ…第２パターン、Ｐｔ…透過部、Ｐ１，Ｐ２…円、Ｐｃ…パターン中心、Ｄｃ…画角中央。

Claims (6)

1. 対象物にレーザ光を照射することにより前記対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、
   前記対象物を支持する支持部と、
   前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
   前記支持部に支持された前記対象物に前記レーザ光を集光する第１集光レンズと、
   前記対象物に投影される第１パターンを有する第１レチクルと、
   前記第１レチクルに照明光を照射する照明光源と、
   前記第１レチクルを通過した前記照明光で前記第１レチクルの投影像を前記対象物に結像することにより、前記第１パターンを前記対象物に投影する第１投影光学系と、
   前記対象物に投影された前記第１パターンの像を撮像して第１パターン画像を取得する第１カメラと、
   前記第１パターン画像を表示する表示部と、
   を備え、
   前記第１パターンは、前記照明光の光軸の周りの前記第１レチクルの回転角度に対する依存性を有さない形状を有している、
   レーザ加工装置。
2. 前記第１投影光学系は、前記照明光による前記第１パターンの像を前記対象物に結像するための前記第１集光レンズを含み、
   前記第１カメラは、前記対象物から前記第１集光レンズを介して入射した前記照明光を検出することにより前記第１パターン画像を取得する、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記第１レチクルは、前記照明光の光軸方向からみて、前記照明光を透過する透過部と、前記照明光の透過率が前記透過部よりも低くされることによって、前記対象物に陰影を形成する前記第１パターンと、を含み、
   前記第１パターンは、前記光軸をパターン中心とした少なくとも１つの円を含み、
   前記第１レチクルにおいては、前記光軸方向からみて前記パターン中心を含む円形のエリアが前記透過部とされると共に、前記パターン中心が前記第１カメラの画角中央となるようにされている、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 少なくとも、前記第１集光レンズ、前記第１レチクル、前記照明光源、前記第１投影光学系、及び前記第１カメラを含むレーザ加工ヘッドを、前記対象物のレーザ光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第１Ｚ軸移動部と、
   前記第１パターン画像の画像処理に基づいて、前記第１パターンの像が前記レーザ光入射面に合うように前記第１Ｚ軸移動部を制御する第１制御部と、
   を備える、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記対象物の観察を行うための観察装置を備え、
   前記観察装置は、
   前記対象物に透過性を有する透過光を出力する透過光源と、
   前記透過光を前記対象物に集光するための第２集光レンズと、
   前記透過光源と前記第２集光レンズとの間の前記透過光の光路上に配置され、前記対象物に投影される第２パターンを有する第２レチクルと、
   前記第２集光レンズを含み、前記第２レチクルを通過した前記透過光で前記第２レチクルの投影像を前記対象物に結像することにより、前記第２パターンを前記対象物に投影する第２投影光学系と、
   前記対象物から前記第２集光レンズを介して入射する前記透過光を検出することにより、前記透過光による前記対象物の観察画像と、前記第２パターンの像を含む第２パターン画像とを取得する第２カメラと、
   を有し、
   前記第２パターンは、前記透過光の光軸の周りの前記第２レチクルの回転角度に対する依存性を有さない形状を有している、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記観察装置は、
   少なくとも、前記透過光源、前記第２集光レンズ、前記第２レチクル、前記第２投影光学系、及び、前記第２カメラを含む観察ユニットを、前記対象物の透過光入射面に交差するＺ方向に沿って移動させる第２Ｚ軸移動部と、
   前記第２パターン画像の画像処理に基づいて、前記第２パターンの像が前記透過光入射面、及び／又は、前記対象物の前記透過光入射面と反対側の面に合うように前記第２Ｚ軸移動部を制御する第２制御部と、
   を有する請求項５に記載のレーザ加工装置。

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