JP2023528466A - 透明材料内部のレーザ欠陥を検査する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

透明被加工物の検査方法は、第１の面と第２の面とを有する透明被加工物に形成された、欠陥方向に延びる複数の欠陥に、照明光源からの光を向けるステップと、撮像軸が欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で延びる撮像システムを用いて、複数の欠陥による散乱光からの散乱画像信号を検出するステップであって、複数の欠陥のうち少なくとも部分集合の全体像を撮像システムの被写界深度内に収める、散乱画像信号を検出するステップと、散乱画像信号に基づいて、複数の欠陥のうちの少なくとも１つの３次元画像を生成するステップと、を含む。

Description

優先権

本出願は、２０２０年６月３日を出願日とする米国仮特許出願６３／０３３９２１号の米国特許法第１１９条（ｅ）に基づく優先権の利益を主張するものであり、そのすべての内容は参照することにより本明細書の一部をなすものとする。

本明細書は、概して、透明被加工物の内部に形成されたレーザ欠陥の特性を評価するための方法及び装置に関する。

電気部品（例えば、プリント回路基板、集積回路など）の間に配置されるインターポーザとして、シリコンなどの基板が使用されている。このようなインターポーザでは、基板貫通ビアをメタライズ加工することによってインターポーザを貫通する経路とし、これにより、電気信号がインターポーザの互いに反対側の面の間を行き来できるようにしている。また、ガラスは、寸法安定性や、熱膨張係数（coefficient of thermal expansion：「ＣＴＥ」）の調整可能性、高周波での電気損失が小さい非常に優れた電気性能、高い熱安定性を備え、かつ、大きな板厚やパネルサイズで成形することができるため、電気信号の伝送の点で非常に有利な基板材料である。ただ現在は、ガラス貫通ビア（through-glass via：「ＴＧＶ」）の形成やメタライズ加工が、ガラスインターポーザ市場の成長に立ちはだかる壁となっている。信頼性の高いインターポーザを製造するためには、ガラス貫通ビアの断面形状やジオメトリを適切に管理する必要があるためである。

ガラス貫通ビアは、透明被加工物に対してレーザでまず欠陥を形成した後、化学エッチング液を透明被加工物に塗布して欠陥の位置にビアを形成する、レーザ損傷形成・エッチングプロセス（laser-damage-and-etch process）によって生成することができる。レーザ損傷形成・エッチングプロセスで生成されるビアの外形や断面形状は、レーザで形成する欠陥の断面損傷形状により概ね制御することができる。そのため、形成した欠陥の検査は、プロセス監視や品質管理上、非常に重要な工程である。

既存の欠陥の特性評価方法では、側視型光学顕微鏡による撮像を行うため、欠陥付近で基板をダイシングし、ダイシング端の研磨を行っていた。また、さらに高い解像度が必要な場合には、走査型電子顕微鏡による撮像を行うため、欠陥から１０μｍ以内の位置まで試料の端をさらに研磨し、集束イオンビーム照射によるアブレーションによって損傷路を露出させる必要があった。しかしながら、これらのプロセスは、破壊を伴うものであり、時間とコストがかかる上、基板における損傷路総数のごく一部のサンプリングを行うものに過ぎなかった。また、かかる従来技術で得た画像から、欠陥の特性（例えば、損傷パターン）を定量的に評価することは困難であった。

したがって、より効率的かつ低コストに欠陥を検査する新規なシステム及び方法が必要とされている。

本開示の第１の態様によれば、透明被加工物の検査方法は、第１の面と第２の面とを有する透明被加工物に形成された、欠陥方向に延びる複数の欠陥に、照明光源からの光を向けるステップと、撮像軸が欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で延びる撮像システムを用いて、複数の欠陥による散乱光からの散乱画像信号を検出するステップであって、複数の欠陥のうち少なくとも部分集合の全体像を撮像システムの被写界深度内に収める、散乱画像信号を検出するステップと、散乱画像信号に基づいて、複数の欠陥のうちの少なくとも１つの３次元画像を生成するステップと、を含む。

本開示の第２の態様は、複数の欠陥が、透明被加工物の屈折率が変化した領域を含んでおり、複数の欠陥それぞれの、欠陥の長さの欠陥の幅に対する比であるアスペクト比が、２０：１以上である、第１の態様に記載の方法を含む。

本開示の第３の態様は、複数の欠陥それぞれが、５０：１以上のアスペクト比を有している、第２の態様に記載の方法を含む。

本開示の第４の態様は、複数の欠陥それぞれが、１００：１以上のアスペクト比を有している、第２の態様に記載の方法を含む。

本開示の第５の態様は、複数の欠陥が、準非回折レーザビームの照射により透明被加工物の屈折率が変化した領域を含んでいる、第１～第４の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第６の態様は、撮像システムは、撮像軸上に配置された第１のカメラと第１の撮像レンズとを備えており、第１のカメラは、エリアスキャンカメラ又はラインスキャンカメラで構成され、非ゼロ撮像角度は、欠陥方向に対して３０度～６０度の角度である、第１～第５の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第７の態様は、第１の撮像レンズは、透明被加工物の厚さに応じた倍率及び開口数を有している、第６の態様に記載の方法を含む。

本開示の第８の態様は、透明被加工物の厚さが３００μｍ～７００μｍであり、倍率が３未満であり、開口数が０．２未満である、第７の態様に記載の方法を含む。

本開示の第９の態様は、第１のカメラが、ラインスキャンカメラで構成され、３次元画像を生成するステップが、透明被加工物を撮像システムに対して相対移動させることにより、複数の欠陥のさらなる部分を第１のカメラの視野内に収めるステップを含んでいる、第６の態様に記載の方法を含む。

本開示の第１０の態様は、撮像システムが、撮像システムの第２の撮像軸上に配置された第２のカメラと第２の撮像レンズとを備えている、第６～第９の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第１１の態様は、第１のカメラ及び第１の撮像レンズが、複数の欠陥のうち、第１の面から延びる第１の部分を撮像するように構成され、第２のカメラ及び第２の撮像レンズが、複数の欠陥のうち、第２の面から延びる第２の部分を撮像するように構成され、これにより、第１のカメラと第２のカメラの共同で、複数の欠陥のうち部分集合の全体像を撮像する、第１０の態様に記載の方法を含む。

本開示の第１２の態様は、欠陥方向が、透明被加工物の第１の面及び第２の面に対して垂直である、第１～第１１の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第１３の態様は、散乱画像信号が暗視野散乱画像信号である、第１～第１２の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第１４の態様は、３次元画像を生成するステップが、暗視野散乱画像信号のうちの、複数の欠陥のうちの或る欠陥に対応する部分についての強度プロファイルを生成するステップを含む、第１３の態様に記載の方法を含む。

本開示の第１５の態様は、強度プロファイルに基づいて、当該或る欠陥の定量的特性を特定するステップをさらに含む、第１４の態様に記載の方法を含む。

本開示の第１６の態様は、欠陥が、透明被加工物における深さの関数として変化する損傷パターンを有している、第１～第１５の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第１７の態様は、損傷パターンが、第１の面から延在する第１の部分と、第２の面から延在する第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に延在する第３の部分と、を含んでおり、透明被加工物の改質レベルは、第３の部分に比べて、第１の部分及び第２の部分の方が高く、欠陥の定量的特性が、第１の部分の長さの第２の部分の長さに対する比を含む、第１６の態様に記載の方法を含む。

本開示の第１８の態様は、強度プロファイルに基づいて当該或る欠陥の定量的特性を特定するステップが、コンピューティングシステムを用いて、強度プロファイルを、参照欠陥について測定された既存の強度プロファイルと比較するステップを含む、第１５の態様に記載の方法を含む。

本開示の第１９の態様は、複数の欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、透明被加工物のエッジを通過するように照明光源からの光を向けるステップを含む、第１～第１８の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第２０の態様は、複数の欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、照明光源からの光を照明角度で透明被加工物の第１の面に向けるステップを含み、照明角度は、撮像軸の撮像角度とは異なる角度である、第１～第１９の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第２１の態様によれば、透明被加工物に欠陥を形成するレーザ加工システムの特性を評価する方法は、第１の面と第２の面とを有する透明被加工物に欠陥形成光学系を用いて欠陥形成レーザビームを向けることにより欠陥方向に延びる欠陥を形成するように構成されたレーザ加工システムを用いて、透明被加工物に欠陥を形成するステップと、欠陥の形成後に、欠陥に照明光源からの光を向けるステップと、撮像軸が欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で配置される撮像システムを用いて、欠陥からの散乱光の暗視野散乱画像信号を検出するステップと、暗視野散乱画像信号を用いて、欠陥の強度プロファイルを生成するステップと、強度プロファイルに基づいてレーザ加工システムの特性を特定するステップと、を含む。

本開示の第２２の態様は、欠陥形成光学系は、透明被加工物に少なくとも一部が重なるレーザビーム焦線を成すように欠陥形成レーザビームを向けるように構成される、第２１の態様に記載の方法を含む。

本開示の第２３の態様は、レーザ加工システムの特性を特定するステップが、強度プロファイルに基づいて欠陥形成光学系の集束位置を特定するステップを含む、第２１又は第２２の態様に記載の方法を含む。

本開示の第２４の態様は、強度プロファイルに基づいて欠陥形成光学系の集束位置を特定するステップが、強度プロファイルのピーク分布に基づいて欠陥の高損傷部分の長さ比を推定するステップを含む、第２３の態様に記載の方法を含む。

本開示の第２５の態様は、推定した長さ比に基づいて透明被加工物に対する欠陥形成光学系の集束位置を調整するステップと、高損傷部分の長さ比が所望の比となるように調整した集束位置を用いて、改質欠陥を形成するステップと、をさらに含む、第２４の態様に記載の方法を含む。

本開示の第２６の態様は、照明光源と撮像システムとが、レーザ加工システムに組み込まれている、第２１～第２５の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第２７の態様は、欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、透明被加工物のエッジを通過するように照明光源からの光を向けるステップを含む、第２１～第２６の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第２８の態様は、欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、照明光源からの光を照明角度で透明被加工物の第１の面に向けるステップを含み、照明角度は、非ゼロ撮像角度とは異なる角度である、第２１～第２７の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第２９の態様は、撮像システムは、撮像軸上に配置されたカメラと撮像レンズとを備えており、カメラは、エリアスキャンカメラ又はラインスキャンカメラで構成され、非ゼロ撮像角度は、３０度～６０度の角度である、第２１～第２８の態様のいずれかに記載の方法を含む。

本開示の第３０の態様によれば、レーザ加工システムの特性評価方法は、第１の面と第２の面とを有する透明被加工物にレーザ加工システムを用いて形成された、欠陥方向に延びる複数の欠陥に、照明光源からの光を向けるステップと、撮像軸が欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で配置される撮像システムを用いて、複数の欠陥による散乱光からの暗視野散乱画像信号を検出するステップと、暗視野散乱画像信号を用いて、複数の欠陥の強度プロファイルを生成するステップと、透明被加工物に化学エッチングを行って、複数の欠陥に対応する位置に複数のビアを形成するステップと、複数のビアのうちの或るビアの画像を生成するステップと、或るビアの画像と、当該或るビアの形成元となった欠陥に対応する強度プロファイルとを比較するステップと、を含む。

本開示の第３１の態様は、レーザ加工システムを用いて、透明被加工物に複数の欠陥を形成するステップをさらに含み、レーザ加工システムは、透明被加工物に、欠陥形成光学系を用いて欠陥形成レーザビームを向けることにより欠陥を形成するように構成されている、第３０の態様に記載の方法を含む。

本開示の第３２の態様は、生成した強度プロファイル、画像、及び画像と強度プロファイルとの比較のうちの少なくとも１つに基づいて、欠陥形成レーザビームの集束位置を特定するステップをさらに含む、第３１の態様に記載の方法を含む。

本開示の第３３の態様は、強度プロファイルに基づいて欠陥形成レーザビームのエネルギーの経時変化を特定するステップをさらに含む、第３１又は第３２の態様に記載の方法を含む。

以下の詳細な説明において、本明細書に記載のプロセス及びシステムのさらなる特徴及び利点を記載する。下記のさらなる特徴及び利点は、当業者であれば、ある程度はその説明からただちに理解するであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって理解することであろう。

上述の概略的な説明及び以下の詳細な説明はいずれも、種々の実施形態を説明するものであり、特許請求する主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図するものであることを理解されたい。添付の図面は、種々の実施形態のさらなる理解のために添付するものであり、本明細書に組み込まれ、その一部をなすものとする。図面は、本明細書に記載の種々の実施形態を例示的に示すものであり、以下の詳細な説明と合わせて、特許請求する主題の原理及び作用を説明するためのものである。

図面に記載の実施形態は、説明的かつ例示的なものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図したものではない。以下の図面と併せて読むことにより、後述の例示的な実施形態の詳細な説明を理解することができるであろう。なお、図面において、同様の構造については同様の参照番号で示す。

本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、複数のビアを内部に形成した透明被加工物を示す斜視図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、複数のビアを内部に形成した透明被加工物を示す部分平面図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物に形成したビアを示す断面図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物に、深さの関数として不均一な断面損傷形状を有する欠陥を形成した状態を示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、レーザビーム焦線によって透明被加工物に欠陥を形成する様子を示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、パルスレーザビームを透明被加工物に向けるための欠陥形成光学系を示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、例示的なパルスバースト内のレーザパルスの相対強度を、対時間で示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、パルスレーザビームの集束位置を透明被加工物に対して第１の位置とした場合に、レーザ損傷形成・エッチングプロセスによって透明被加工物に形成されるビアを示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、パルスレーザビームの集束位置を透明被加工物に対して第２の位置とした場合に、レーザ損傷形成・エッチングプロセスによって透明被加工物に形成されるビアを示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、パルスレーザビームの集束位置を透明被加工物に対して第３の位置とした場合に、レーザ損傷形成・エッチングプロセスによって透明被加工物に形成されるビアを示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物に形成されたレーザ欠陥を検査するための検査システムを示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物における第１の断面損傷形状を有する複数のレーザ欠陥を示す、検査システムにより得たグレースケール画像を示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物における第２の断面損傷形状を有する複数のレーザ欠陥を示す、検査システムにより得たグレースケール画像を示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物における断面損傷形状を有する欠陥を示す、検査システムにより得たグレースケール画像を示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、検査システムにより得た図８Ａに示す欠陥画像の強度プロファイル示すグラフ 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、図８Ａに示すレーザ欠陥の平均強度プロファイルを示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、ビアの断面形状が異なる３つの透明被加工物の画像を示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、図９Ａに示すビアの各区間の長さの測定値をレーザ集束位置の関数として示すグラフ 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、図９Ａに示すビアの形成元となった欠陥の散乱画像信号から検査システムが取得する欠陥の各区間の長さを、レーザ集束位置の関数として示すグラフ 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、図９Ｂに示す各区間の長さの測定値と図９Ｃに示す各区間の長さの測定値との間の相関を示すグラフ 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物の欠陥を撮像するための検査システムを示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物に形成された複数の欠陥の全体像の３次元画像を生成する方法を示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、欠陥検査システムを用いてレーザ加工システムの特性評価及び／又は調整を行う方法を示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、透明被加工物の欠陥を撮像するための検査システムを示す模式図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、図１３Ａに示す検査システムにより測定した欠陥の画像及び強度プロファイルを示す図 本明細書に記載の１つ以上の実施形態に係る、図１３Ａに示す検査システムにより測定した欠陥の画像及び強度プロファイルを示す図

次に、レーザ加工により透明被加工物に形成した欠陥の検査を行う工程の実施形態について詳細に説明する。透明被加工物への欠陥の形成は、透明被加工物を貫通して延在するガラス貫通ビア（「ＴＧＶ」）又は透明被加工物の一部のみを貫通して延在するブラインドビアを形成するためのレーザ損傷形成・エッチングプロセスの一部として行われ得るものである。透明被加工物のエッチング速度は、損傷パターンの影響を受け得るものであるため、ガラス貫通ビアが所望の形状に形成されるか否かは、欠陥の損傷パターンに依存している。したがって、本明細書に記載の方法は、照明光源からの光で欠陥を照明するステップを含む。また、本方法は、欠陥からの散乱光の画像信号を撮像システムで検出するステップをさらに含む。撮像システムは、欠陥の延在方向に対して角度をつけて配置された撮像軸を有することができる。複数の欠陥の全体像を撮像システムの被写界深度内に収めることにより、撮像システムで同時に複数の欠陥を撮像できるようにすることができる。

より詳細には、本明細書に記載の方法は、欠陥からの散乱光の暗視野散乱画像信号を捕捉するステップを含む。暗視野散乱画像信号に基づいて各欠陥の強度プロファイルを生成することができ、強度プロファイルから欠陥の様々な特性を特定することができる。かかる特性は、例えば、化学エッチングにより損傷路から形成することのできるガラス貫通ビアと直接的関係を有し得るものである。このことから、本明細書に記載の方法は、エッチング液を塗布する前に、非侵襲的に欠陥の特性を評価する手法を提供するものである。有益なことに、本撮像システムは、欠陥形成に使用される既存のレーザ加工システムに組み込むことができる。さらに、本明細書に記載の方法は非破壊であるため、レーザ加工システムのフィードバック制御に利用することができ、これにより、所望の特性を有する損傷路の製造を可能にする。

本明細書において、「暗視野散乱画像信号（dark field scatteringimage signal）」という用語は、撮像対象物（例えば、透明被加工物に形成された複数の欠陥）の照明に用いた光から非散乱部分を除いた光である、撮像対象物のうちの対象部分からの散乱光の画像信号を指す。一方、「散乱画像信号（scattering image signal）」という用語は、撮像対象物の照明に用いた光のうち、かかる非散乱部分を含む可能性のある光を指す。

本明細書において、「レーザ加工（laser processing）」は、レーザビームを透明被加工物などの基板上及び／又は内部に向ける工程を含むものである。いくつかの実施形態では、レーザ加工は、レーザビームを（例えば、輪郭線などの経路に沿って）透明被加工物に対して相対的に並進移動させる工程をさらに含んでいる。レーザ加工の例としては、レーザビームを使用して、透明被加工物の内部に延びる欠陥の列で構成される輪郭を形成する加工や、パルスレーザビームを使用した加工が挙げられる。

本明細書において、「上流（upstream）」及び「下流（downstream）」は、ビーム経路に沿ったビーム源を基準とする、２つの位置又は構成要素の相対的な位置を指す。例えば、第１の構成要素の方が第２の構成要素よりも、レーザビームの通過経路に沿った位置がビーム源に近い場合、第１の構成要素は第２の構成要素より上流側にあるとされる。

本明細書において、「パルスレーザビーム焦線（pulsed laser beamfocal line）」とは、パルスレーザビームの光線が相互作用（例えば、交差）をして、ビーム伝播方向に細長く延びる集束領域を形成するパターンを指す。従来のレーザ加工では、パルスレーザビームを焦点（focal point）にしっかりと合焦させていた。焦点は、パルスレーザビームの強度が最大となる点であり、透明被加工物などの基板における焦点面に合わせられる。これに対し、パルスレーザビームの細長い集束領域の場合、パルスレーザビームの最大強度の領域は、点よりも広く、ビーム伝播方向に沿った線状に延在している。パルスレーザビーム焦線は、パルスレーザビームの収束光線が交わる（例えば、交差する）ことにより、ビーム伝播方向に沿って連続した焦点が形成されることにより生成される。本明細書に記載のパルスレーザビーム焦線は、準非回折ビーム（詳細な数学的な定義は後述）を用いて形成される。

本明細書において、「輪郭線（contour line）」は、レーザビームと基板（例えば、透明被加工物）とを相対的に移動させることにより得られる、レーザビームと基板の入射面との複数の交点の集合に相当する。輪郭線は、直線形状、角度のついた形状、多角形形状、曲線形状とすることができる。輪郭線は、閉輪郭線（すなわち、基板表面に閉領域を画定する輪郭線）又は開輪郭線（すなわち、基板表面に閉領域を画定しない輪郭線）のいずれであってもよい。輪郭線は、基板を２つ以上の部分に分離する際に、その線に沿った分離を支援する境界線となる。

本明細書において、「輪郭（contour）」とは、レーザビームと基板（透明被加工物）とを輪郭線に沿って相対的に移動させることにより、透明被加工物に形成される一組の欠陥を指す。欠陥は、輪郭線に沿って間隔をあけて配置されており、その全体が基板に内包されているか、又は１つ以上の表面から基板の内部に延在している。また、欠陥は、基板の厚さを完全に貫通して延在する場合もある。

本明細書において、「欠陥（defect）」は、透明被加工物のうち、レーザビームによって改質された領域を指す。欠陥は、周辺にある非改質の透明被加工物領域と比べて屈折率が変化した透明被加工物領域を含んでいる。通常の欠陥としては、パルスレーザビーム焦線によって透明被加工物に生じた構造変化領域、例えば、空隙、亀裂、擦傷、割れ目、凹み、穴、緻密化などの変形部が挙げられる。なお、本明細書の種々の実施形態においては、欠陥を、欠陥線（defect line）や損傷路（damage track）と称する場合もある。欠陥（損傷路）は、レーザビームと透明被加工物との相互作用によって形成される。詳細は後述するが、欠陥（損傷路）は、パルスレーザビーム焦線と透明被加工物との相互作用によって生成することができる。種々の実施形態において、パルスレーザビーム焦線は、パルスレーザにより生成される。輪郭線上の特定位置における１つの欠陥の形成は、当該特定位置での１回のレーザパルス、当該特定位置での複数のサブパルスからなる１回のパルスバースト、又は当該特定位置での複数回のレーザパルスにより生成されるパルスレーザビーム焦線によって行われる。そして、輪郭線に沿ってレーザビームと透明被加工物とを相対的に移動させることにより、複数の欠陥が生成され、これらが輪郭を形成する。

本明細書において、「透明被加工物（transparent workpiece）」という表現は、ガラスやガラスセラミックなどの透明な材料で形成された被加工物を意味する。また、本明細書において、「透明（transparent）」という用語は、材料が、材料深さ１ｍｍ当たり２０％未満の線形光吸収率を有することを意味し、例えば、設定パルスレーザ波長に対して材料深さ１ｍｍ当たり１０％未満、又は設定パルスレーザ波長に対して材料深さ１ｍｍ当たり１％未満の線形光吸収率を有することを意味する。特に断りのない限り、材料は、材料深さ１ｍｍあたり約２０％未満の線形光吸収率を有している。透明被加工物は、約５０マイクロメートル（μｍ）～約１０ｍｍ（例えば、約１００μｍ～約５ｍｍ、又は約０．５ｍｍ～約３ｍｍ）の深さ（例えば、厚さ）を有することができる。透明被加工物として、ガラス組成物で形成されるガラス被加工物が挙げられ、そのようなガラス組成物としては、例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩、アルカリ土類アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ土類アルミノホウケイ酸塩ガラス、溶融シリカ、又は結晶物質（例えば、サファイア、シリコン、ガリウムヒ素、又はそれらの組み合わせ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、透明被加工物へのレーザ加工前又は後に、熱焼戻しにより透明被加工物を強化することができる。いくつかの実施形態では、ガラスは、イオン交換性ガラスとすることができ、これにより、透明被加工物へのレーザ加工前又は後に、ガラス組成物にガラス強化のためのイオン交換を行うことができる。例えば、透明被加工物は、イオン交換済ガラスやイオン交換性ガラス、例えば、コーニング社（Corning Incorporated，ニューヨーク州コーニング）より入手可能なＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス（例えば、コード２３１８、コード２３１９、及びコード２３２０）で構成することができる。さらに、これらのイオン交換済ガラスは、約６ｐｐｍ／℃～約１０ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することができる。透明被加工物の他の例として、コーニング社（ニューヨーク州コーニング）より入手可能なＥａｇｌｅＸＧ（登録商標）及びＣＯＲＮＩＮＧ ＬＯＴＵＳ（商標）も挙げられる。さらに、透明被加工物は、レーザの波長に対して透明な他の成分、例えば、ガラスセラミックス、又はサファイアやセレン化亜鉛などの結晶を含むこともできる。さらに、本明細書に記載の複数の実施形態では、透明被加工物に被覆層を設け、被覆基板を形成している。

イオン交換プロセスは、透明被加工物の表層部のイオンを、価数又は酸化状態の等しい、より大きなイオンと置換するものであり、例えば、透明被加工物をイオン交換浴に部分的又は完全に浸すことにより行われる。小さいイオンを大きいイオンに置換することにより、透明被加工物の１つ以上の表面から透明被加工物内の或る深さ（この深さを、層深さ（depth of layer）と呼ぶ）まで圧縮応力層を延在させる。圧縮応力と引張応力（中心張力（central tension）と呼ぶ）の層は釣り合って、ガラス板の正味の応力はゼロとなる。ガラス板の表面に圧縮応力を形成することにより、ガラスの強度が高まって機械的損傷に強くなり、その結果、層深さの貫通には至らない割れがガラス板に生じても、ガラス板が壊滅的に破壊してしまうことが抑制される。いくつかの実施形態では、透明被加工物の表層部の比較的小さいイオンであるナトリウムイオンを、これより大きいカリウムイオンと置換する。いくつかの実施形態では、表層部のイオンとこれより大きなイオンは、Ｌｉ^＋（ガラス中に存在する場合）や、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｒｂ^＋、Ｃｓ^＋などの一価のアルカリ金属カチオンである。あるいは、表層部中の一価のカチオンを、Ａｇ^＋、Ｔｌ^＋、Ｃｕ^＋などの、アルカリ金属カチオンとは異なる一価のカチオンに置換することもできる。

本明細書において、「準非回折ビーム（quasi-non-diffractingbeam）」という用語は、後述の数学的な説明に示すような小さなビーム発散角を有するレーザビームを指すものである。特に、本明細書に記載の複数の実施形態においては、欠陥の輪郭形成のために使用するレーザビームを指す。図示の通り、レーザビームのビーム伝播方向をＺ、ビーム伝播方向に垂直な方向をＸ、Ｙとすると、レーザビームは強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有している。なお、Ｘ方向及びＹ方向を断面方向、Ｘ－Ｙ平面を断面平面と呼ぶ場合もある。また、本明細書では、座標及び方向Ｘ、Ｙ、ＺをそれぞれＸ、Ｙ、Ｚで示す場合がある。レーザビームの断面平面における強度分布を、断面強度分布と呼ぶ場合がある。

準非回折レーザビームの成形は、回折レーザビーム（ガウシアンビームなど）を、位相変調光学素子の中まで、上に、及び／又は貫通させるように当てて、ビーム位相を変化させて、ビーム発散角を小さくし、後述の数学的定義に示すようにレイリー長を長くすることによって行う。位相変調光学素子としては、適応型位相変調光学素子（例えば、空間光変調器、適応型位相板、可変形状ミラーなど）や、静的位相変調光学素子（例えば、静的位相板、アキシコンなどの非球面光学素子など）などが挙げられる。準非回折ビームの例としては、ガウスベッセルビーム、エアリービーム（Airy beam）、ウェーバービーム（Weber beam）、ベッセルビームが挙げられる。

図１Ａは、複数のビア１１０を内部に配置した例示的な透明被加工物１００を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す例示的な透明被加工物１００を模式的に示す部分平面図である。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、ウェハとして構成された透明被加工物１００を示しているが、当該物品が任意の形状をとり得ることを理解されたい。形状としては、例えば、パネルが挙げられるが、これに限定されるものではない。透明被加工物１００は、略平坦とすることができ、第１の面１０２と、第１の面１０２の反対側に位置し、第１の面１０２に対して平坦である第２の面１０４と、を有することができる。なお、図示の実施形態では、第１の面１０２の面法線１０６は、ビア１１０に平行に延びているが、他の実施形態では、ビア１１０が面法線１０６に対して角度をつけて延在している場合があることを理解されたい。

いくつかの実施形態では、透明被加工物１００は、電子デバイスのインターポーザとして実装して、透明被加工物１００に電気信号を通過させることができる。限定されるものではないが、例えば、電気信号は、透明被加工物１００の第１の面１０２に結合された１つ以上の電子コンポーネントと、透明被加工物１００の第２の面１０４に結合された１つ以上の電子コンポーネントとの間で送られる。かかる実施形態では、透明被加工物１００のビア１１０は、導電性材料で充填され、電気信号を通過させることが可能な導電性ビアとされる。ビア１１０は、例えば、ガラス貫通ビア又はブラインドビアとすることができる。本明細書において、ガラス貫通ビアは、透明被加工物１００の厚さＴを貫通して第１の面１０２から第２の面１０４まで延在するものである。また、本明細書において、ブラインドビアは、第１の面１０２又は第２の面１０４の一方から、完全に貫通して第１の面１０２又は第２の面１０４の他方まで達するように延在するのではなく、透明被加工物１００の厚さＴの一部のみを貫通して延在するものである。透明被加工物１００の第１の面１０２又は第２の面１０４内には、他の機構を形成することもできる。そのような機構としては、１つ以上の電気配線パターンを形成するためのメタライズチャネルが挙げられるが、これに限定されるものではない。その他の機構をさらに設けることもできる。

透明被加工物１００は、任意の大きさや形状を有しており、例えば、最終用途に応じた大きさや形状とすることができる。例えば、透明被加工物１００の厚さＴは、約２５マイクロメートル～約３０００マイクロメートルの範囲内とすることができ、例えば、約２５マイクロメートル、約５０マイクロメートル、約７５マイクロメートル、約１００マイクロメートル、約２００マイクロメートル、約３００マイクロメートル、約４００マイクロメートル、約５００マイクロメートル、約６００マイクロメートル、約７００マイクロメートル、約８００マイクロメートル、約９００マイクロメートル、約１０００マイクロメートル、約２０００マイクロメートル、約３０００マイクロメートル、又はこれらの値のうちのいずれか２つの値の間の任意の値若しくは範囲（両端点を含む）とすることができるが、これらに限定されるものではない。

透明被加工物１００のビア１１０は、例えば、約５マイクロメートル～約２５０マイクロメートルの開口径Ｄを有してもよく、例えば、約１０マイクロメートル以下、約１５マイクロメートル以下、約２０マイクロメートル以下、約２５マイクロメートル以下、約３０マイクロメートル以下、３５マイクロメートル以下、約４０マイクロメートル以下、約５０マイクロメートル以下、約６０マイクロメートル以下、約７０マイクロメートル以下、約８０マイクロメートル以下、約９０マイクロメートル以下、約１００マイクロメートル以下、約１１０マイクロメートル以下、約１２０マイクロメートル以下、約１３０マイクロメートル以下、約１４０マイクロメートル以下、約１５０マイクロメートル以下、約１６０マイクロメートル以下、約１７０マイクロメートル以下、約１８０マイクロメートル以下、約１９０マイクロメートル以下、約２００マイクロメートル以下、約２１０マイクロメートル以下、約２２０マイクロメートル以下、約２３０マイクロメートル以下、約２４０マイクロメートル以下、約２５０マイクロメートル以下、又はこれらの値のうちのいずれか２つの値の間の任意の値若しくは範囲（両端点を含む）の開口径Ｄを有することができる。本明細書において、開口径Ｄは、透明被加工物１００の第１の面１０２又は第２の面１０４におけるビア１１０の開口部の直径を指す。ビア１１０の開口部は、概ね、第１の面１０２又は第２の面１０４とビア１１０の傾斜壁面との間の変わり目を示す位置にある。ビア１１０の開口径Ｄは、光学顕微鏡で撮像したビア１１０の入口の縁に対して最小二乗法によるフィッティングを行うことにより最適化した円の直径を求めることにより求めることができる。

同様に、透明被加工物１００のビア１１０は、約５マイクロメートル～約１５０マイクロメートルの開口半径Ｒを有することができる。本明細書において、開口半径は、透明被加工物１００の第１の面１０２又は第２の面１０４におけるビア１１０の開口部の中心点Ｃからの半径を指す。

隣接するビア１１０間の中心間間隔であるビア１１０のピッチＺは、所望の用途に応じた任意の寸法とすることができ、例えば、約１０マイクロメートル～約２０００マイクロメートルの寸法とすることができ、約１０マイクロメートル、約５０マイクロメートル、約１００マイクロメートル、約２５０マイクロメートル、約１０００マイクロメートル、約２０００マイクロメートル、又はこれらの値のうちのいずれか２つの値の間の任意の値若しくは範囲（両端点を含む）の寸法とすることができるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、ピッチＺは、同じ透明被加工物１００上のビア１１０間で異なっていてもよい（すなわち、第１のビアと第２のビアとの間のピッチＺが、第１のビアと第３のビアとの間のピッチＺと異なっていてもよい）。いくつかの実施形態では、ピッチＺは、約１０マイクロメートル～約１００マイクロメートル、約２５マイクロメートル～約５００マイクロメートル、約１０マイクロメートル～約１０００マイクロメートル、又は約２５０マイクロメートル～約２０００マイクロメートルなどの範囲にわたることができる。

上述したように、ビア１１０（いくつかの実施形態では、これに加えて他の機構）は、任意の公知技術により導電性材料で充填することができる。そのような公知技術としては、スパッタリング、無電解めっき及び／又は電解めっき、化学気相成長などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。導電性材料は、例えば、銅、銀、アルミニウム、チタン、金、白金、ニッケル、タングステン、マグネシウム、又は他の任意の適切な材料とすることができる。ビア１１０が充填されると、透明被加工物１００の第１の面１０２と第２の面１０４とに配置された各電気部品の電気配線を、ビア１１０によって電気的に接続することができる。

ビア１１０のジオメトリは、最終的なビア１１０の充填品質に影響を与え得るものである。ビア１１０の内部形状（すなわち、断面形状（profile））は、メタライズプロセスの成功に大きな役割を果たし得るものである。例えば、ビアの形状があまりにも「砂時計（hourglass）」型になり過ぎると、メタライズ不良により、メタライズ後の電気的性能が不十分となる恐れがある。真空蒸着成膜などのメタライズプロセスにおいて、見通し線（line-of-sight）問題が生じることは珍しいことではない。つまり、表面の一部の箇所が「影（shadow）」となって成膜プロセスから他の部分を遮断することにより、質感が粗い箇所の最奥部や砂時計形状のビアの下部領域に被膜が届かなくなる恐れがあった。また、砂時計形状は、メタライズ後の信頼性に問題を抱える恐れもあり、例えば、メタライズ後の部品が熱サイクルなどの環境ストレスを受けると、亀裂などの破損が発生する場合があった。さらに、物品の上面や下面に沿ってビア１１０の入口や出口付近に凹凸がある場合も、再配線層加工プロセスを行う際にめっきや被膜、接合に問題が生じる原因となる恐れがあった。したがって、技術的に有効な製品を製造するためには、穴の形態（morphology）を厳密に制御する必要がある。

ここまで、透明被加工物１００の厚さ方向において断面ジオメトリが変化するビア１１０について具体的に説明してきたが、ビア１１０は、他の様々な断面ジオメトリを有することができ、よって、本明細書に記載の実施形態が、ビア１１０のいずれの断面ジオメトリにも特に限定されるものではないことを理解されたい。さらに、ビア１１０は、透明被加工物１００の平面（plane）において円形断面を有するものとして図示しているが、ビア１１０は、他の平面断面ジオメトリを有することもできることを理解されたい。例えば、ビア１１０は、透明被加工物１００の平面において様々な他の断面ジオメトリを有することができ、楕円形断面、正方形断面、長方形断面、三角形断面などとすることができるが、これらに限定されるものではない。さらに、１つのインターポーザパネルに種々の断面ジオメトリを有するビア１１０を形成できることも理解されたい。

ビア１１０は、レーザ損傷形成・エッチングプロセスにより形成することができる。このプロセスでは、まず、レーザでガラス基板に欠陥を形成し、その欠陥に沿って透明被加工物１００の改質を行えるようにする。次に、透明被加工物１００にエッチング液を塗布する。エッチング液によって、透明被加工物１００の板厚が薄くなる。このとき、欠陥では、透明被加工物１００のエッチング速度が速くなるため、欠陥が選択的にエッチングされて、透明被加工物１００を貫通するビア１１０が開口する。よって、透明被加工物１００が損傷路に沿った特定の地点で受ける損傷量により、透明被加工物１００に形成されるビア１１０の最終的な断面形状が決まると考えられる。

ここで図２Ａを参照すると、（例えば、ビア１１０を導電性材料で充填する前の）１つのビア１１０の断面形状が示されている。図示のビア１１０は砂時計形状の断面形状を有しており、第１の面１０２から延在する長さＬ_１を有する第１の部分１１２と、第２の面１０４から延在する長さＬ_４を有する第２の部分１１４とを含んでいる。第３の部分１１６は、第１の部分１１２からビア１１０のくびれｗまで延在し、長さＬ_２を有している。第４の部分１１８は、第２の部分１１４からビア１１０のくびれｗまで延在し、長さＬ_３を有している。通常、ビア１１０は、第１の部分１１２と第２の部分１１４において、断面積が最大となる。

本明細書に記載のレーザ損傷形成・エッチングプロセスにより、図２Ａに示す断面形状などのビア断面形状を形成するために、透明被加工物１００内の深さの関数として不均一な損傷分布を有する欠陥を透明被加工物１００内に形成することができる。図２Ｂは、透明被加工物１００のこのような不均一な欠陥１２０を示す模式図である。欠陥１２０は、それぞれの改質レベルが異なり、よってエッチング特性も異なる４つの区間である、第１の改質区間１２０Ａと、第２の改質区間１２０Ｂと、第３の改質区間１２０Ｃと、第４の改質区間１２０Ｄとを含んでいる。なお、これら異なる区間の間で、改質レベルが個別に分かれている必要はなく、欠陥１２０に沿って徐々に改質レベルが変化してもよいことを理解されたい。したがって、改質レベルは、欠陥１２０の個々の区間内で変化することができる。さらに、欠陥１２０は、かかる区間を、本明細書に記載の各実施形態に相応しい任意の数で有することができることも理解されたい。

いくつかの実施形態では、欠陥１２０は、透明被加工物の第１の面１０２と第２の面１０４に近接した位置で改質レベルが最大となるように構成されている。かかる実施形態では、第１の改質区間１２０Ａ及び第４の改質区間１２０Ｄが、高改質区間となる。一方、第２の改質区間１２０Ｂ及び第３の改質区間１２０Ｃは、第１の区間１２０Ａ及び第４の区間１２０Ｄよりも改質レベルが低い低改質区間となる。なお、図では、第２の区間１２０Ｂ及び第３の区間１２０Ｃを別個の区間として図示しているが、いくつかの実施形態では、第２の区間１２０Ｂと第３の区間１２０Ｃとで、第１の改質区間１２０Ａ及び第４の改質区間１２０Ｄよりも改質レベルが低い、１つの低改質区間となる。このような不均一な断面損傷形状を有する欠陥１２０は、欠陥形成レーザビームを透明被加工物１００に供給することにより生成することができる。図２Ｂに示すレーザ欠陥１２０などのレーザ欠陥１２０は、透明被加工物１００にパルスレーザビームを照射することにより形成することができる。

図３Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、欠陥１２０の形成は、透明被加工物１００のバルク部を貫通するように位置合わせされるパルスレーザビーム焦線３１３に集束するパルスレーザビーム３１２によって行う。パルスレーザビーム焦線３１３により、透明被加工物１００内に多光子吸収（multi-photon absorption：ＭＰＡ）が誘起される。この多光子吸収の誘起により、透明被加工物内にパルスレーザビーム焦線３１３に沿って材料改質が生じて、欠陥１２０が形成される。パルスレーザビーム焦線３１３は、光学素子３０６により生成する。なお、図３Ａでは、一例として、光学素子３０６を非球面光学素子（例えば、アキシコン）として示しているが、これに限定されるものではない。ガラス基板を穿孔するためのレーザビーム焦線の生成・使用方法のさらなる説明に関しては、米国特許第９５１７９６３号明細書に記載されており、そのすべての内容は参照することにより本明細書の一部をなすものとする。

光学素子３０６は、レーザビームを、焦点深度を拡張するように、つまり準非回折ビームとなるように成形して、ベッセル状ビーム又はガウスベッセルビームを生成する。準非回折ビームは、一般に用いられるガウシアンビームよりもはるかに長い範囲にわたって高い集束性を保つ性質があるため、この光は、１回のバーストパルスで、又は間隔を空けずにバーストレーザパルスを連射することで、ガラス基板の全厚ｔに損傷を与えることができる。

このような準非回折ビームによって形成される欠陥は、通常、小径であり、例えば、直径５μｍ未満、さらには直径２．５μｍ未満、またさらには直径１μｍ程度である。欠陥の径は、光学顕微鏡で見た場合に周囲のガラスに比べて明暗が異なって見える程度にガラスの屈折率が変化した領域の大きさと定義される。この欠陥は、線状に延在する特徴部であり、ガラス板の一面から他面まで完全に貫通して延在することができ、例えば、１００～１０００μｍの厚さのガラスを貫通して延在することができる。複数の実施形態において、欠陥のアスペクト比（例えば、長さ／径）は、２０：１以上である。なお、欠陥のアスペクト比は１０００：１の高さに達する場合があることを理解されたい。例えば、厚さ３００μｍの基板が１～２．５μｍ径の欠陥を含む場合があり、その場合、アスペクト比は１２０：１以上３００：１以下となる。

準非回折ビームにより生成されるパルスレーザビーム焦線３１３の長さは、準非回折ビームのレイリー長（Rayleigh range）により決まる。特に、準非回折ビームが画成するパルスレーザビーム焦線３１３は、準非回折ビームがビームウエスト（beam waist）から準非回折ビームのレイリー長に等しい距離を伝播した位置により定義される第１の端点と第２の端点とを有している。レーザビーム焦線の長さは、準非回折ビームのレイリー長の２倍に相当する。準非回折ビームの形成とその長さの決定に関する詳細な説明（この説明を一般化して、この種のビームの断面形状が非対称性（例えば、非軸対称性）を有することにまで言及）は、米国特許出願公開第２０１８／００９３９００号明細書に示されており、そのすべての内容は参照することにより本明細書の一部をなすものとする。

レイリー長は、レーザビームの分散が（ＩＳＯ１１１４６－１：２００５（Ｅ）３．１２に規定されるビームウエスト位置での分散の）２倍になる（ビームウエスト位置を基準とした）距離に相当し、レーザビームの断面積の広がり角を示す指標となる。レイリー長は、ビーム断面プロファイルにおいて観測されるピーク光強度が、ビームウエスト位置（光強度が最大となる位置）で観測されるビーム断面プロファイルのピーク光強度の１／２まで減衰するビーム軸上の距離として観測することもできる。レイリー長が長いレーザビームは発散が小さく、レイリー長の短いレーザビームに比べてビーム伝播方向に離れるに従って起こるビームの拡大が緩やかである。

ビームの断面は、形と寸法により特性が評価される。ビーム断面の寸法は、ビームのスポットサイズによって特徴付けられる。ガウシアンビームの場合、通常、スポットサイズは、ビーム強度が最大値の１／ｅ^２まで低下する径方向の範囲として定義される。ガウシアンビームの強度は、強度分布の中心（ｘ＝０且つｙ＝０（直交座標系）又はｒ＝０（円柱座標系））で最大となるが、スポットサイズを求めるために用いられる径方向の範囲は、この中心を基準に測定される。

ガウシアン強度プロファイルを有するビームは、欠陥の輪郭形成のためのレーザ加工にはあまり好まれない場合がある。それは、ビームを集束させて、ガラスなどの材料を改質できるレーザパルスエネルギーが得られるまでスポットサイズを小さく（例えば、約１～５μｍ又は約１～１０μｍなどの数マイクロメートル範囲のスポットサイズに）すると、ビームが強く回折し、短い距離を伝播する間に大きく発散してしまう（レイリー長が短くなる）ためである。発散を小さく（レイリー長を長く）するためには、パルスレーザビームの強度分布を制御（最適化）することにより、回折を低減することが望ましい。パルスレーザビームは、非回折ビーム又は弱回折ビームとすることができる。弱回折レーザビームには、準非回折レーザビームが含まれる。代表的な弱回折レーザビームとしては、ベッセルビーム、ガウスベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、マシュービーム（Mathieu beam）が挙げられる。

一般に、非回折ビームや準非回折ビームは、半径に対して非単調に低下する強度プロファイルなどの複雑な強度プロファイルを有している。ガウシアンビームからの類推により、非軸対称ビームを含む任意のビームの有効スポットサイズＷ_o,effは、強度が最大となる径方向位置（ｒ＝０）から当該最大強度の１／ｅ^２まで強度が低下する位置までの最短の径方向距離（どの径方向かは問わず）として定義することができる。さらに、軸対称ビームの場合、Ｗ_o,effは、強度が最大となる径方向位置（ｒ＝０）から当該最大強度の１／ｅ^２まで強度が低下する位置までの径方向距離である。そして、損傷領域形成用の非回折ビーム又は準非回折ビームとして用いる軸対称ビームのレイリー長Ｚ_Ｒの基準は、有効スポットサイズＷ_o,effを基に以下の式（１）により定めることができる：

式中、Ｆ_Ｄは、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０～２０００の範囲、５０～１５００の範囲、１００～１０００の範囲の値を有する無次元発散係数である。非回折ビーム又は準非回折ビームの場合、有効スポットサイズが２倍になる距離（レイリー長）、すなわち式（１）におけるＺ_Ｒは、標準的なガウシアンビームプロファイルを使用した場合に予想される距離のＦ_Ｄ倍となる。無次元発散係数Ｆ_Ｄは、あるレーザビームが準非回折ビームであるか否かを判定する指標となる。本明細書において、Ｆ_Ｄの値がＦ_Ｄ≧１０であるときに、パルスレーザビーム３１２の特性が式（１）を満たす場合に、パルスレーザビーム３１２を準非回折ビームと見なす。なお、Ｆ_Ｄの値が大きくなるほど、パルスレーザビーム３１２は完全な非回折状態に近づく。

本明細書において用いるレイリー長や、ビーム発散角、強度分布、軸対称ビーム、非軸対称ビーム、スポットサイズについては、国際規格ＩＳＯ１１１４６－１：２００５（Ｅ）「レーザ及びレーザ関連機器－レーザビーム幅、ビーム発散角及びビーム伝播比の試験方法－第１部：無収差及び単純非点収差ビーム（Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beamwidths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 1: Stigmatic andsimple astigmatic beams）」、ＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）「レーザ及びレーザ関連機器－レーザビーム幅、ビーム発散角及びビーム伝播比の試験方法－第２部：一般非点収差ビーム（Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beamwidths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 2: Generalastigmatic beams）」、ＩＳＯ１１１４６－３：２００４（Ｅ）「レーザ及びレーザ関連機器－レーザビーム幅、発散角及びビーム伝播比の試験方法－第３部：レーザビームの特性・ジオメトリによる分類、伝播、試験方法の詳細（Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beamwidths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 3: Intrinsic andgeometrical laser beam classification, propagation and details of test methods）」でもさらなる情報を確認することができ、そのすべての開示内容は参照することにより本明細書の一部をなすものとする。

ここで図３Ｂを参照すると、準非回折ビームであるパルスレーザビーム３１２を生成し、非球面光学素子３０６（例えば、アキシコン）を用いて、透明被加工物１００にパルスレーザビーム焦線３１３を形成するための欠陥形成光学系２００が模式的に示されている。欠陥形成光学系２００は、パルスレーザビーム３１２を出力するパルスレーザビーム源３００と、第１のレンズ１３１及び第２のレンズ１３２を備えるレンズアセンブリ１３０と、を備えている。透明被加工物１００は、パルスレーザビーム源３００が出力したパルスレーザビーム３１２が、（例えば、非球面光学素子３０６を通過し、さらに第１のレンズ１３１と第２のレンズ１３２とを通過した後に）透明被加工物１００を照射するように配置することができる。

非球面光学素子３０６は、パルスレーザビーム源３００と透明被加工物１００との間のビーム経路１１１内に配置される。動作時には、パルスレーザビーム３１２（例えば、入射してくるガウシアンビーム）を、非球面光学素子３０６を通して伝播させることにより、パルスレーザビーム３１２を変調（例えば、位相変化）させて、パルスレーザビーム３１２のうち非球面光学素子３０６を越えて伝播する部分を上述したような準非回折ビームとすることができる。なお、非球面光学素子３０６は、非球面形状を有する任意の光学素子を備えることができる。いくつかの実施形態では、非球面光学素子３０６は、円錐形の波面形成光学素子を備えることができ、例えば、アキシコンレンズ（例えば、負屈折アキシコンレンズ（例えば、負アキシコン）、正屈折アキシコンレンズ、反射アキシコンレンズ、回折アキシコンレンズ、位相アキシコン）、回折光学素子、パルスレーザビーム３１２の波面に３乗位相項を付与（例えば、エアリービームを生成）するような曲率を有する光学素子、などを備えることができる。

なお、欠陥形成光学系２００は、非球面光学素子３０６を用いてパルスレーザビーム３１２を準非回折ビームに変調するものとして主に説明するが、準非回折ビームの生成は、空間光変調器、適応型位相板、静的位相板、可変形状ミラー、光回折格子などの他の位相変調光学素子によっても行うことができることを理解されたい。非球面光学素子３０６を含むこれらの位相変調光学素子はいずれも、パルスレーザビーム３１２の位相を変調することにより、ビーム発散角を小さくしてレイリー長を大きくし、上記において数学的に定義したような準非回折ビームを生成するものである。

図３Ｂをさらに参照すると、レンズアセンブリ１３０は、第２のレンズ１３２の上流側に配置される第１のレンズ１３１と第２のレンズ１３２とで構成されるレンズ組を２組備えている。第１のレンズ１３１は、第１のレンズ１３１と第２のレンズ１３２との間のコリメート空間１３４内でパルスレーザビーム３１２をコリメートすることができ、第２のレンズ１３２は、パルスレーザビーム３１２を集束させることができる。さらに、レンズアセンブリ１３０の最も下流側に配置される第２のレンズ１３２は、パルスレーザビーム３１２を透明被加工物１００に集束させることができる。いくつかの実施形態では、第１のレンズ１３１と第２のレンズ１３２は、いずれも平凸レンズで構成される。第１のレンズ１３１と第２のレンズ１３２がいずれも平凸レンズで構成される場合、第１のレンズ１３１と第２のレンズ１３２はいずれも、曲面側をコリメート空間１３４に向けることができる。他の実施形態では、第１のレンズ１３１を他のコリメートレンズで構成することができ、第２のレンズ１３２を、メニスカスレンズ、非球面レンズ、又は他の高次補正集束レンズで構成することができる。動作時には、レンズアセンブリ１３０により、パルスレーザビーム焦線１１３の位置をビーム経路１１１に沿って制御することができる。さらに、レンズアセンブリ１３０は、８Ｆレンズアセンブリ、第１のレンズ１３１及び第２のレンズ１３２とで構成されるレンズ組を１組備える４Ｆレンズアセンブリ、又はパルスレーザビーム３１２をパルスレーザビーム焦線１１３に集束させるための他の公知の又は今後開発されるレンズアセンブリ１３０で構成することができる。さらに、レンズアセンブリ１３０を備えない実施形態も可能であり、レンズアセンブリ１３０に代えて、非球面光学素子３０６で、パルスレーザビーム３１２をパルスレーザビーム焦線１１３に集束することもできることを理解されたい。

パルスレーザビーム源３００は、複数のパルスレーザビーム３１２を出力するように構成されている。いくつかの実施形態では、パルスレーザビーム源３００は、例えば、１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍ、又は２６６ｎｍ、又は２１５ｎｍの波長を有するパルスレーザビーム３１２を出力することができる。さらに、透明被加工物１００への欠陥１２０の形成に使用されるパルスレーザビーム３１２は、選択したパルスレーザ波長に対して透明な材料によく適したものとすることができる。欠陥１２０の形成に好適なレーザ波長は、透明被加工物１００による線吸収と線散乱による合計損失が十分に小さい波長である。複数の実施形態において、当該波長における透明被加工物１００による線吸収と線散乱による合計損失は、２０％／ｍｍ未満、又は１５％／ｍｍ未満、又は１０％／ｍｍ未満、又は５％／ｍｍ未満、又は１％／ｍｍ未満とすることができ、例えば、０．５％／ｍｍ～２０％／ｍｍ、１％／ｍｍ～１０％／ｍｍ、又は１％／ｍｍ～５％／ｍｍ、例えば、１％／ｍｍ、２．５％／ｍｍ、５％／ｍｍ、１０％／ｍｍ、１５％／ｍｍ、又はこれらの値のうちのいずれか２つの値を両端点とする任意の範囲、又はこれらの値のうちのいずれかの値を下限とする任意のオープンエンドな範囲とすることができる。本明細書において、「／ｍｍ」は、パルスレーザビーム３１２のビーム伝播方向（すなわち、Ｚ方向）における透明被加工物１００内の距離１ミリメートル当たりの寸法を指す。多くのガラス被加工物に使用される代表的な波長としては、Ｎｄ^３＋レーザ（例えば、１０６４ｎｍ付近の基本波長と５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、及び２６６ｎｍ付近の高次高調波長とを有するＮｄ^３＋：ＹＡＧ又はＮｄ^３＋：ＹＶＯ_４）の基本波長及び高調波長が挙げられる。その他、スペクトルのうち、対象の基板材料での線吸収と線散乱による合計損失の要件を満たす紫外部分や可視部分、赤外部分の波長も使用することができる。

パルスレーザビーム３１２を透明被加工物１００内に向ける（局在化させる）ことにより、透明被加工物１００内に光吸収（例えば、多光子吸収（ＭＰＡ））を誘起させ、輪郭線に沿った複数の離間位置において透明被加工物１００内に十分なエネルギーを蓄積させて化学結合を切断し、欠陥１２０を形成させることができる。そして、１つ以上の実施形態によれば、パルスレーザビーム３１２を、透明被加工物１００を通過するように並進移動させることができる。この並進移動は、透明被加工物１００の移動（例えば、透明被加工物１００に結合した並進移動ステージ１９０の移動）、パルスレーザビーム３１２の移動（例えば、パルスレーザビーム焦線３１３の移動）、又は透明被加工物１００とパルスレーザビーム焦線３１３の双方の移動により行うことができる。パルスレーザビーム焦線１１３と透明被加工物１００のうち少なくとも一方を相対的に並進移動させることにより、透明被加工物１００内に複数の欠陥１２０を形成することができる。

ここで図４を参照すると、パルスレーザビーム源３００が生成するパルスは、パルスバースト５０として生成される。パルスバースト５０は、１回のパルスバースト５０につき２個以上のサブパルス５１を含み、例えば、１回のパルスバースト５０につき２～３０個のサブパルス５１、又は１回のパルスバースト５０につき５～２０個のサブパルス５１を含む。さらに、透明被加工物１００の改質に必要なエネルギーはパルスエネルギーであり、パルスエネルギーはパルスバーストエネルギー（すなわち、１回のパルスバースト５０に複数のサブパルス５１からなる列が含まれる場合の各パルスバースト５０内に含まれるエネルギーのこと。つまり、パルスバーストエネルギーとは、パルスバースト内のすべてのサブパルスのエネルギーの総和である。）を用いて説明することができる。パルスエネルギー（例えば、パルスバーストエネルギー）２５μＪ～１０００μＪ又は２５μＪ～７５０μＪとすることができ、例えば、１００μＪ～６００μＪ、５０μＪ～５００μＪ、又は５０μＪ～２５０μＪ、例えば、２５μＪ、５０μＪ、７５μＪ、１００μＪ、２００μＪ、２５０μＪ、３００μＪ、４００μＪ、５００μＪ、６００μＪ、７５０μＪ、又はこれらの値のうちのいずれか２つの値を両端点とする任意の範囲、又はこれらの値のうちのいずれかの値を下限とする任意のオープンエンドな範囲とすることができる。

サブパルスの数が多すぎると、ビアが円柱状になることが確認されている。具体的には、８０μＪのエネルギーを与えるサブパルス数１５のバーストでは円柱状のビアが形成され、５０μＪのエネルギーを与えるサブパルス数５のバーストでは砂時計状のビアが形成された。前者は、サブパルス１個当たりのエネルギーは小さいが、非常に均一な損傷路を透明被加工物の厚さを貫通して形成する。一方、後者は、サブパルス１個当たりのエネルギーは大きいが、ガラス表面付近で観察される損傷が大きく、透明被加工物の中心部付近で観察される損傷が小さい、より不均一な損傷路を透明被加工物の厚さを貫通して形成する。

パルスレーザビーム焦線３１３は、通常、均一な強度を有している。しかし、本明細書に記載の複数の実施形態においては、エネルギー量やレーザビームのバースト数を制御することにより、所望の欠陥１２０に沿って改質レベルが不均一となるように改質を行う。換言すれば、透明被加工物１００内の深さの関数としての損傷パターンは一定ではない。透明被加工物１００の表面付近、特に各表面から１００μｍ以内の材料の改質量が、透明被加工物１００の中心部の損傷に比べて非常に大きくなることが観察されている。バックライトで顕微鏡観察を行うと、透明被加工物１００の表面付近の領域は、通常、非常に暗く見え、光の散乱ひいては材料の改質が強いことが分かるが、透明被加工物１００の中心部付近の領域は、明るい色の領域として見えるか又は暗い領域がバラバラに分かれた様子に見え、光の散乱ひいては材料の改質が弱いこと又は空間的に均一には材料が改質されていないことが分かる。さらに、透明被加工物１００の表面付近の領域には、実際に穴が開いている、つまり、基板から材料が除去（消耗）された領域が見られる場合が多く、これにより化学エッチング液を浸透しやすくする経路を確保することができる。

この表面付近の損傷を大きくする作用は、パルスレーザビーム焦線３１３のレーザエネルギーを、透明被加工物１００を改質するために必要なエネルギーの閾値のすぐ上まで低下させたときに特に顕著となり、例えば、閾値を６０％上回る値以内、閾値を６５％上回る値以内、閾値を５５％上回る値以内、閾値を５０％上回る値以内、閾値を４５％上回る値以内、閾値を４０％上回る値以内、閾値を３５％上回る値以内、閾値を３０％上回る値以内、閾値を２５％上回る値以内、閾値を２０％上回る値以内、閾値を１５％上回る値以内、又は閾値を１０％上回る値以内までエネルギーを低下させたときに特に顕著となる。本明細書において、「閾値（threshold）」という用語は、レーザビーム焦線で基板に表面損傷を与えるのに必要な最小のエネルギーを指す。そのような状況では、表面に近接した部分にはやはり暗い損傷領域が見られるが、透明被加工物の中心部には明らかな損傷や改質領域が全く認められない場合もあると考えられる。このように、非回折ビームを利用する場合に観察される深さの関数としての損傷差効果を利用すれば、他の方法では作成できない形状であるテーパ状のビアを透明被加工物に形成することができる。限定を意図するものではないが、パルスレーザビームの動作範囲は、例えば、サブパルス数５で、４０μＪ以上５５μＪ以下の範囲、又は４５μＪ以上５０μＪ以下の範囲とすることができる。

なお、準非回折ビーム（例えば、パルスレーザビーム焦線３１３）の光強度が透明被加工物１００の表面付近で強くなるようにする必要はない。しかし、ビーム伝播方向に特別仕様の光エネルギー分布を生成する光学素子（例えば、特別仕様のアキシコン３０６）を設計することは可能である。このような場合には、パルスレーザビーム焦線３１３の光強度を溶融基板表面付近で高める一方、低強度の領域を透明被加工物の中心部に形成することができる。レーザビーム焦線のエネルギー分布を特別仕様の分布とするための光学素子の例は、米国特許第１０５２２９６３号明細書に記載されており、そのすべての開示内容は本明細書の一部をなすものとする。

レーザビーム焦線の最大強度の位置を動かすことにより、ビアのくびれ（waist）ｗ（図２Ａ参照）の位置をずらすことができる。図５Ａは、パルスレーザビーム焦線３１３の強度３０５のプロットと、その結果として例示的な透明被加工物４００において得られるビア４１０とを示す図である。図５Ａに示すように、強度３０５が最大となる位置を透明被加工物１００の中心部に合わせることにより、エッチングプロセス後の透明被加工物４００には、中心部にくびれがあるビア４１０が形成される。

図５Ｂは、レーザビーム焦線の強度３０５が最大となる位置を透明被加工物１００の第１の面１０２までずらした様子をグラフで示している。また、図５Ｂはさらに、エッチングプロセス後の例示的な透明被加工物４００’が、第２の面４０４よりも第１の面４０２に近い位置にくびれのあるビア４１０’を有している様子も示している。図５Ｃは、レーザビーム焦線の強度３０５が最大となる位置を透明被加工物１００の第２の面１０４までずらした様子をグラフで示している。また、図５Ｃはさらに、エッチングプロセス後の例示的な透明被加工物４００’’が、第１の面４０２よりも第２の面４０４に近い位置にくびれのあるビア４１０’’を有している様子も示している。くびれｗをずらすことにより、透明被加工物１００の中心部を通る平面に関して非対称なビアとなる。

図５Ａ～図５Ｃより明らかなように、透明被加工物１００に形成される欠陥１２０の特性は、透明被加工物１００にエッチング液を塗布した後にビア１１０がとる形状と密接な関係を有している。パルスレーザビーム焦線３１３の光強度分布の位置と透明被加工物１００の位置との関係が、ビア１１０のジオメトリや幅断面形状に直接的な影響を与える。よって、所望のジオメトリを有するビア１１０を形成するためには、透明被加工物１００をパルスレーザビーム焦線３１３に対して正しい位置に確実に配置することが極めて重要となる。また、透明被加工物１００内の特定の位置に入射するエネルギー量がその位置における最終的なビアの形状をほぼ決定することになるため、パルスレーザビーム源３００のエネルギー出力などの、レーザ加工システムの他の特徴（aspect）を監視することも重要である。そして、かかるレーザ加工システムの特徴の監視を行えるようにするためには、透明被加工物１００に形成された欠陥を検査する手段が必要である。

ここで図６を参照すると、例示的な実施形態に係る、透明被加工物に形成されたレーザ欠陥を検査するための検査システム５００が示している。検査システム５００は、透明被加工物５０２に形成された欠陥を非侵襲的に撮像するように構成されている。例えば、検査システム５００は、従来の撮像方法のように透明被加工物５０２を切断、研磨することなく、透明被加工物５０２に形成された複数の欠陥５３０を撮像することができる。したがって、検査システム５００は、透明被加工物を加工することなく欠陥５３０を検査することができ、時間とコストを節約できるという点で、既存の方法に比べて有益である。後述するように、検査システム５００は、既存の方法よりも透明被加工物５０２に対する操作数を低減しながら、透明被加工物５０２に形成されたままのより多くの欠陥５３０を同時に撮像することができる。

透明被加工物５０２は、本明細書の図１Ａ及び図１Ｂに関して説明した透明被加工物１００と同様であるが、透明被加工物５０２は、複数のガラス貫通ビアなどを形成するために化学エッチング液を塗布する前の状態である点が異なっている。つまり、透明被加工物５０２は、レーザ加工を行った後、化学エッチングを行う前に、検査システム５００で撮像を受けるために検査システム５００に投入される。

透明被加工物５０２は、第１の面５３４と第２の面５３６とを有している。例えば、本明細書の図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に関して説明したレーザ加工技術によって、透明被加工物５０２には複数の欠陥５３０が形成されている。欠陥５３０は、化学エッチングによってどのような断面形状のビアを透明被加工物５０２に形成することが望まれているかに応じて様々に異なり得る。例えば、いくつかの実施形態では、複数の欠陥５３０は、図２Ｂに関して説明した欠陥１２０と同様の断面損傷形状を有することができる。他の実施形態では、複数の欠陥５３０が、実質的に均一な断面損傷形状を有することもできる。

複数の欠陥５３０は、欠陥方向５３２に延びることができる。図示の例では、欠陥方向５３２は、第１の面５３４の面法線５１４に平行である。なお、これに代えて、欠陥方向５３２が面法線５１４に平行ではなく、欠陥方向５３２が面法線５１４に対して欠陥角度をなして延びる様々な実施形態も考えられることを理解されたい。さらに、複数の欠陥５３０のすべてが同一の欠陥方向５３２に延在するわけではない実施形態も考えられる。例えば、一実施形態では、第１の部分集合の欠陥５３０が、第１の欠陥方向に延在する一方、第２の部分集合の欠陥５３０は、第１の欠陥方向とは異なる第２の欠陥方向に延在することができる。

検査システム５００は、照明光源５０４と撮像システム５０６とを備えている。照明光源５０４は、複数の欠陥５３０に照明光５０５を向けるように構成されている。照明光源５０４は、実施態様に応じて様々な形態をとることができる。例えば、いくつかの実施形態では、照明光源５０４は、選択したスペクトルで光を発するように構成された高輝度発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）又はレーザである。例えば、一実施形態では、照明光源５０４として、ＣＬ ６０００ＬＥＤなどの冷光源を使用する。複数の実施形態において、照明光源５０４は、一般に、所定のスペクトル範囲内の光を発するＬＥＤ（例えば、青色ＬＥＤ）などの非コヒーレント光源で構成することができる。いくつかの実施形態では、光の散乱を最小限に抑えるためには、開口数（numerical aperture：「ＮＡ」）の小さい照明光源を利用することが有効である。そのような散乱は、例えば、透明被加工物５０２の第１の面５３４及び第２の面５３６の微粒子汚染によって生じるものである。照明光源５０４のＮＡが小さい場合には、ＮＡが大きい照明光源を含む実施形態に比べて、撮像システム５０６の視野内の光強度のばらつきが低減するという利点がある。ただし、ＮＡが比較的大きい照明光源を利用できないわけではない。

照明光５０５は、欠陥方向５３２に対して照明角度５４０で透明被加工物５０２に供給される。照明角度５４０は、実施態様に応じて様々に異なり得るものである。例えば、エッジ照明を使用して、面法線５１４に沿った欠陥方向５３２を有する欠陥を照明するいくつかの実施形態では、照明角度５４０を約９０度とすることにより、照明光５０５が第１の面５３４の５度以内の角度で延びるようにすることができる。他の実施形態では、照明角度５４０は面法線５１４寄りの角度である。最適な照明角度５４０は、検査対象の欠陥５３０が有する具体的な断面形状や、透明被加工物５０２を構成する材料や欠陥方向５３２によっても異なり得る。例えば、透明被加工物５０２が高純度溶融シリカで構成される実施形態の場合、面法線５１４に沿った欠陥方向５３２を有する欠陥の画像を高コントラストで生成するためには、エッジ照明（この場合、照明光５０５が第１の面５３４にほぼ平行となる）が好まれる場合がある。また、透明被加工物５０２がアルカリ土類アルミノホウケイ酸塩ベースの材料（例えば、コーニング社の「ＥａｇｌｅＸＧ」ガラスなど）で構成される他の実施形態では、照明角度５４０が小さい方が、コントラストを良好にするのに効果的な場合がある。

なお、図では、照明光源５０４により、照明光５０５を透明被加工物５０２に対して直接供給するように示しているが、種々の実施形態では、照明光源５０４と透明被加工物との間に照明光学素子（図示せず）を配置できることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、照明光学素子は、所望のＮＡや形状を有する照明光５０５を透明被加工物５０２に供給するように構成された照明レンズを備えている。例えば、エッジ照明を使用する実施形態では、照明光学素子は、実質的にライン状の照明光を生成するように構成することができる（例えば、照明光学素子は、ライン状照明光を生成するように配置された一対の円筒レンズを備えることができる）。他の実施形態では（例えば、エッジ照明の場合）、照明光学素子は、照明光源５０４と透明被加工物５０２との間に延在する光ファイバを備えている。また、照明光学素子は、照明光５０５の特徴を調整するように構成することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、照明光学素子は、半波長板などの偏光調整要素を備える。照明光５０５の偏光を調整することにより、欠陥５３０の様々な特徴に対する感度を高めることができる。いくつかの実施形態では、照明光学素子は、照明光の波長を調整するための要素（例えば、バンドパスカラーフィルタ）を備えることができる。このように照明光５０５の波長や偏光を調整することにより、欠陥裂片や、欠陥５３０周辺の領域における透明被加工物５０２の特性変化に対する感度を高めることができる。

これに代えて又は追加して、検査システム５００は、２つ以上の照明光源５０４を備えることもできる。いくつかの実施形態では、各照明光源５０４は、同様の照明光５０５を発するように構成することができ、照明光源５０４を追加することにより、照明光５０５の強度を上げて、感度と走査速度を高めることができる。また、いくつかの実施形態では、検査システム５００は、複数の照明光源５０４を含み、各照明光源５０４が、異なる照明光５０５を発するように構成される。例えば、照明光源５０４は異なる波長を有する光を発することにより、その光ごとに欠陥５３０の感知や第１の面５３４における欠陥５３０周辺の領域の感知ができるようにすることができる。他の例では、検査システム５００は、欠陥を撮像するために可視光を発するように構成された第１の照明光源５０４と、欠陥５３０の領域の周辺の蛍光変化を調べることができるようにＵＶ光を発するように構成された第２の照明光源５０４と、を備えることができる。

図６をさらに参照すると、検査システム５００は、複数の欠陥５３０からの照明光５０５の散乱光の散乱画像信号を検出するように構成された撮像システム５０６を備えている。撮像システム５０６は、撮像軸５０８を有しており、撮像軸５０８は、欠陥方向５３２に対して撮像角度５１８をなして延在している。図６に示すように、欠陥方向５３２は、透明被加工物５０２の面法線５１４の方向に延びている。欠陥方向５３２が面法線５１４に対して角度をつけて延びる実施態様では、撮像角度５１８は、面法線５１４ではなく欠陥方向５３２を基準に測定される。一般に、撮像角度５１８はゼロではない。いくつかの実施形態では、撮像角度５１８は、３０度～６０度又は４０度～５０度である。一般に、かかる撮像角度５１８の場合、透明被加工物５０２に形成された複数の欠陥５３０のうち少なくとも部分集合の欠陥全体像を、撮像システム５０６の視野内に収めることが容易となる。例えば、複数の欠陥５３０が、透明被加工物５０２の厚さを完全に（すなわち、第１の面５３４から第２の面５３６まで）貫通して延在する実施形態では、この撮像角度５１８により、少なくとも部分集合の欠陥５３０のすべての部分（例えば、すべての欠陥区間）からの照明光５０５の散乱光が、撮像システム５０６に到達し易くなる。つまり、撮像角度５１８は、撮像システム５０６の視野内に含まれる欠陥５３０のすべての断面損傷形状に関する情報が、散乱画像信号に含まれるように支援するものである。いくつかの実施形態では、撮像角度５１８は、透明被加工物５０２を構成する材料に基づいて（例えば、第１の面５３４における光の屈折に基づいて）選択される。

撮像システム５０６は、撮像軸５０８上に配置される撮像レンズ５１０と、カメラ５１２（又は撮像検出器）とを備えている。撮像レンズ５１０は、透明被加工物５０２からの散乱画像信号をカメラ５１２に向けるように構成された複数の光学部品を備えることができる。例えば、いくつかの実施形態では、撮像レンズ５１０は、少なくとも部分集合の欠陥５３０の全体像を、撮像システム５０６の視野内に同時に収めるようなＮＡや倍率が得られるように構成される。よって、撮像レンズ５１０のＮＡ及び倍率は、少なくとも部分集合の欠陥５３０の全体像を、確実に被写界深度内に同時に収められるように、透明被加工物５０２の厚さに基づいて選択することができる。例えば、特定の実施態様では、透明被加工物５０２は、２００μｍ～７００μｍの厚さを有している。この例の場合、撮像レンズ５１０が、０．２未満のＮＡと３未満（例えば、２．５）の倍率を有するときに、透明被加工物５０２を完全に貫通して撮像できることが分かっている。なお、撮像レンズ５１０は、複数の撮影距離に適応可能な幅広いＮＡ・倍率設定を有することもできることを理解されたい。例えば、一実施形態では、撮像レンズ５１０は、最高１２２ｍｍの視野と最高８倍の倍率を有する顕微鏡対物レンズ（例えば、Ｚｅｉｓｓ（登録商標）Ｓｔｅｍｉ ５０８）である。かかる実施形態では、このような撮像レンズをレーザ欠陥検査用に調整するための推奨撮影パラメータが、本明細書に記載の好適な範囲に含まれ得る。

いくつかの実施形態では、撮像システム５０６が検出する散乱画像信号は、暗視野散乱画像信号である。その場合、欠陥５３０による散乱光ではない照明光５０５は、撮像システム５０６の撮像の対象外とすることができる。いくつかの実施形態では、照明角度５４０と撮像角度５１８との差（すなわち、照明光５０５の非散乱成分が撮像システム５０６の視野外にあること）によって、かかる照明光５０５の非散乱成分の検出を行わない。いくつかの実施形態では、検査システム５００の構成要素（例えば、照明光学素子又は撮像レンズ５１０）が、かかる照明光５０５の非散乱成分を遮断するための光遮断要素（例えば、開口部）を備えることもできる。

いくつかの実施形態では、撮像システム５０６が検出する散乱画像信号が非常に弱い（例えば、０～２５５までの８ビットグレースケール強度測定値で約８という低い強度を有する）場合がある。これは特に、撮像システム５０６が暗視野散乱信号を検出するように構成されている実施形態においてよく見られる。したがって、カメラ５１２は、そのような低強度の信号を捕捉するように構成することができる。例えば、種々の実施形態において、カメラ５１２は、散乱画像信号が非常に弱い場合に対応できるよう、エリアスキャンカメラ又は時間遅延積分（time delayed integration：ＴＤＩ）ラインスキャンカメラを備えることができる。いくつかの実施形態では、カメラ５１２は、１００マイクロ秒～２秒の露光時間範囲と、１秒あたりの画像数が最大３３枚のフレームレートとを有する顕微鏡カメラ（例えば、「Ｚｅｉｓｓ」Ａｘｉｏｃａｍ １０５ Ｃｏｌｏｒ）を備える。いくつかの実施形態では、検査システム５００は、５０ミリ秒～５００ミリ秒（例えば、約２００ミリ秒）の露光時間で画像を撮影する。ＴＤＩラインスキャンカメラをカメラ５１２として使用する実施形態では、比較的高いフレームレート（例えば、１秒あたりの画像数が最大３３枚）でカメラ５１２を動作させることができる。

透明被加工物５０２は、保持具５１６により撮像位置に保持される。保持具５１６は、透明被加工物５０２における現在撮像中ではない部分を保持するためのスロットを備えることができる。いくつかの実施形態では、保持具５１６は、透明被加工物５０２において撮像システム５０６の視野に収まる部分を調整するように構成された電子位置決めデバイス（図示せず）を備えることができる。いくつかの実施形態では、保持具５１６は、並進移動可能な移動ステージ５２０に取り付けられており、これにより、撮像システム５０６に対して透明被加工物５０２を相対移動させて、撮像システム５０６が透明被加工物５０２の様々な部分を走査できるようにする。例えば、カメラ５１２がラインスキャンカメラである実施態様では、個々の欠陥５３０の様々な部分が撮像システム５０６の視野に収まるように移動ステージ５２０を移動することにより、複数の欠陥５３０の全体像をラインスキャンカメラで撮像することができる。種々の実施形態において、照明光源５０４、撮像システム５０６、又は照明光源５０４及び撮像システム５０６（又はその一部）を、移動ステージ上に配置することにより、検査システムを、撮像距離や、照明角度５４０、撮像角度５１８についての高度な調整が可能な構成とする。

図７Ａは、検査システム５００により得られる、透明被加工物７００の画像の一例を示す図である。この例では、撮像された透明被加工物７００は、実質的に均一な断面損傷形状を有する（すなわち、透明被加工物における損傷レベルに、透明被加工物内の深さの関数としての変化が実質ない）複数の欠陥７０２を有している。図示の画像は、約９０度の照明角度（エッジ照明）で暗視野散乱画像信号を検出することにより得た画像である。図示の通り、当該画像は複数の欠陥７０２の全体像を捉えており、各欠陥７０２の画像の間に差は見られない。撮像された各欠陥７０２の画像は、透明被加工物７００の厚さにおいて実質的に均一な様相を呈している。欠陥７０２の端部の明るい部分は、透明被加工物７００における各欠陥７０２周辺の表面領域に形成された凹みから強い散乱が生じたことによるものと思われる。

図７Ｂは、検査システム５００により得られる、他の透明被加工物７０４の画像の一例を示す図である。この例では、透明被加工物７０４は、図２Ｂに関して説明した欠陥１２０と同様の不均一な断面損傷形状を有する複数の欠陥７０６を有している。例えば、各欠陥７０６は、透明被加工物７０４の外表面から延在する高損傷区間と、透明被加工物７０４の内部においてこれらの比較的高い損傷区間の間に延在する比較的低い損傷区間と、を有することができる。図示の通り、当該画像は複数の欠陥７０６の全体像を捉えている。ここで重要な点は、検査システム５００が撮像した欠陥７０６の画像が、検査システム５００が撮像した欠陥７０２の画像とは異なっていることである。図示の通り、撮像された各欠陥７０６の画像は、透明被加工物７０４の両面に比較的近い位置に、暗い（例えば、低強度の）領域７０８を有している。

これらの暗い領域７０８は、欠陥７０６の高損傷区間にほぼ対応している。つまり、各欠陥７０６内の暗い領域７０８の長さを分析することにより、レーザ加工で生成した断面損傷形状を測定することができる。図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃに関して説明したように、例えば、欠陥７０６を形成するために使用される欠陥形成光学系の集束位置が、高損傷区間の相対長に影響を与え得る。よって、検査システム５００により得られる画像には、欠陥形成光学系の集束位置が映り込むことになる。このように、検査システム５００により、透明被加工物を切断することなく、レーザ欠陥の形成後ただちにレーザ欠陥の断面形状を検査する手段が提供される。

図８Ａは、検査システム５００により得られる、他の透明被加工物７０４の画像の一例を示す図である。この例では、透明被加工物８００は、図７Ｂに関して説明した透明被加工物７０４の欠陥７０６と同様の複数の欠陥８０２を有している。図示の通り、各欠陥８０２は、表面付近に高損傷部分を表す暗い領域８０４を有している。図８Ｂは、図８Ａに示す暗視野散乱画像信号を基に作成した強度プロファイルを示すグラフである。各強度プロファイルは、透明被加工物８００の厚さの範囲内での深さの関数としての暗視野散乱画像信号の強度を示している。各強度プロファイルは、ディップ８０６を有しており、これらが暗い領域８０４に対応している。各強度プロファイル測定値は、ピーク８０８、８１０、８１２、及び８１４も有しており、これらの位置は強度プロファイル測定値間で一致している。理論に束縛されることを望むものではないが、表面に最も近いピーク８０８及び８１４は、レーザ加工によって形成された表面の穴に由来するものと考えられる。一方、内側のピーク８１０及び８１２は、欠陥８０２の高損傷区間の境界部に由来する（例えば、図２Ｂに関して説明した欠陥１２０の区間１２０Ａと区間１２０Ｂとの境界部に当たる）ものと考えられる。なお、レーザの照射量が多くなるほど発生する光の散乱量も多くなるとは限らない。２つの領域間に光散乱強度の差がある場合に、それが意味しているのは、これら２つの領域ではレーザにより異なるレベルの材料改質が行なわれたということである。しかし、光散乱信号、ひいては改質領域のエッチング速度は、必ずしもレーザの照射に伴い単調に増加するわけではない。

図８Ｃは、図８Ｂに示す強度プロファイルの平均強度プロファイルを示している。ピーク８０８からピーク８１０までの第１の区間ＡＢは、透明被加工物８００の第１の面から延びる、欠陥８０２の第１の高損傷区間の長さを表している。第２の区間ＢＣは、透明被加工物８００内部の低損傷区間を表している。第３の区間ＣＤは、透明被加工物８００の第２の面から延びるもう１つの高損傷区間を表している。

いくつかの実施形態では、第１の区間ＡＢの長さと第３の区間ＣＤの長さの比が、レーザ加工システムの欠陥形成光学系の集束距離を正確に反映したものとなる。この点については、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、及び図９Ｄに関して説明する測定により検証を行った。図９Ａに示すように、本明細書に記載のレーザ損傷形成・エッチングプロセスにより、厚さが等しい３つの透明被加工物９００、９０５、及び９０９の加工を行った。まず、欠陥形成光学系（例えば、図３Ａに関して説明した欠陥形成光学系２００）を使用して、これら透明被加工物にレーザビーム焦線を生成した。欠陥形成光学系の集束位置は、透明被加工物９００、９０５、９０９の間で異なる相対位置とした。なお、本明細書で、レーザビーム焦線に関連して「集束位置（focal position）」という用語を使用する場合、この「集束位置」は、レーザビーム焦線内において光強度が最大となる位置を指しており、ガウシアンレーザビームの「焦点（focal point）」と混同してはならない。例えば、透明被加工物９００については、透明被加工物９００の中心よりも第１の面９０３に１００μｍ近い位置に集束位置を設定した。透明被加工物９０５については、透明被加工物９０５の中心に集束位置を設定した。透明被加工物９０９については、透明被加工物９０９の中心よりも第２の面９１２に１００μｍ近い位置に集束位置を設定した。透明被加工物９００、９０５、９０９にそれぞれ化学エッチング液を塗布した後、従来の顕微鏡法により、図９Ａに示す画像を得た。図示の通り、透明被加工物９００は、第１の面９０３に近い位置にくびれを有するビア９０１を有しており、透明被加工物９０５は、透明被加工物９０５の略中心部にくびれを有するビア９０６を有しており、透明被加工物９０９は、第２の面９１２に近い位置にくびれを有するビア９１０を有している。

図９Ｂは、図９Ａのビア断面形状画像をグラフ化した図である。なお、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄにおいて、「レーザ集束位置（laser focal position）」は、透明被加工物９００、９０５、９０９の厚さ方向においてレーザ強度が最大となる位置を、透明被加工物９００、９０５、９０９の中心を基準とする相対位置で示したものである。よって、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄにおいて、０μｍのレーザ集束位置は、レーザ強度が最大となる位置が透明被加工物の中心に一致していることを示している。また、レーザ集束位置の正負は、レーザ強度が最大となる位置が、透明被加工物の特定の一方の面に寄っていることを示している。そして、複数の実施形態において、エッジ検出アルゴリズムを利用して図９Ａに示す画像を処理することにより、ビア９０１、９０６、９１０の区間ＡＢ及び区間ＣＤの長さを求めた。なお、このグラフでは、透明被加工物の中心から５０μｍずれた位置に相対集束位置を置いたデータ点が追加され、図９Ａに比べてデータ点が２つ多くなっている。破線は、区間ＡＢの長さを、透明被加工物の中心を基準とする相対集束位置の関数で示す。点線は、区間ＣＤの長さを、透明被加工物の中心を基準とする相対集束位置の関数で示す。実線は、区間ＡＢの長さと区間ＣＤの長さの比を、集束位置の関数で示す。図示の通り、集束位置を透明被加工物の中心に設定した場合、区間ＡＢと区間ＣＤの長さの比はほぼ１となる。

また、同様の手順により、エッチングによりビアを形成する前に、欠陥における（例えば、図２Ｂに関して説明した区間１２０Ａ及び１２０Ｄのような）高損傷区間の長さを測定した。例えば、図８Ｂに関して説明したような強度プロファイルを生成し、強度プロファイルにおける隣接する極大値間の距離を測定することにより、高損傷区間の長さを求めた。図９Ｃは、その結果を示すグラフである。破線は、透明被加工物９００、９０５、９０９の第１の面９０３、９０８、９１１から延びる第１の高損傷区間（区間ＡＢに対応）の長さを示す。実線は、透明被加工物９００、９０５、９０９の第２の面９０４、９０７、９１２から延びる第２の高損傷区間（区間ＣＤに対応）の長さを示す。点線は、両区間の長さの比を示す。

図９Ｄに、図９Ｃに示す欠陥区間の長さの比の計算結果（レーザ損傷路のＡＢ／ＣＤ比）と図９Ｂに示すビア区間の長さの比の計算結果（エッチング形状のＡＢ／ＣＤ比）とを、並べて示す（なお、図９Ｄにおいては、図９Ｂに示す結果をエッチングによる厚さ減少についての補正を加えた上で示している）。図示の通り、損傷区間（エッチング前）のＡＢ／ＣＤ比の計算結果とこれに対応するビア区間（エッチング後）のＡＢ／ＣＤ比の計算結果との間には高い相関がある。このことは、検査システム５００により欠陥を撮像することにより、化学エッチングの結果得られるビアの最終形状の品質を、化学エッチングを行うわなくても予測できることを示している。一般に、図２Ｂに示すような欠陥の高損傷区間ＡＢ、ＣＤの長さとエッチングプロセスによって形成されるビアの直線領域（例えば、図２Ａに示す部分１１２と部分１１４）の長さＬ_１、Ｌ_４との間の相関、及び図２Ｂに示すような欠陥の低損傷区間ＢＣの長さとエッチングプロセスによって形成されるビアにおける（例えば、図２Ａに示す部分１１６と部分１１８の）長さＬ_２、Ｌ_３との相関は、以下のようになると考えられる：
ＡＢ（ｚ）＊Ｔ／［ＡＢ（ｚ）＋ＢＣ（ｚ）＋ＣＤ（ｚ）］＝ｋ_１＊Ｌ_１（ｚ）＋ｋ_２＊Ｅ／２ （１）
ＣＤ（ｚ）＊Ｔ／［ＡＢ（ｚ）＋ＢＣ（ｚ）＋ＣＤ（ｚ）］＝ｋ_３＊Ｌ_４（ｚ）＋ｋ_４＊Ｅ／２ （２）
ＢＣ（ｚ）＊Ｔ／［ＡＢ（ｚ）＋ＢＣ（ｚ）＋ＣＤ（ｚ）］＝ｋ_５＊Ｌ_２（ｚ）＋ｋ_６＊Ｌ_３（ｚ） （３）
式中、Ｔはエッチング前のガラス厚さ、Ｅはエッチング除去量、ｋ_１～ｋ_６は各エッチングプロセスに特異的な６つの定数であり、これらの定数は、特定のレーザ強度分布、特定の焦線特性、特定のエッチング条件、特定の被加工物の厚さや組成等に対して、実験を通して経験的に求めることができるものである。本明細書で説明するように、このような相関関係を利用することにより、レーザ加工システムの特性を評価する手段や、所望の断面形状を有するビアを作製するためにどのようなエッチングプロセスが必要であるかを予測する手段が得られる。

種々の実施形態において、検査システム５００が取得する散乱画像信号により、透明被加工物に形成した欠陥からさらに追加の情報を得ることもできる。例えば、いくつかの実施形態では、撮像システム５０６が測定する散乱撮像信号の強度は、レーザ加工システムのパルスレーザビーム源３００から出力するパルスレーザビーム３１２のエネルギーに依存している。一例として、８０μＪのパルスバーストエネルギーを出力するパルスレーザビーム３１２で形成した第１の組の欠陥と、１００μＪのパルスバーストエネルギーを出力するパルスレーザビーム３１２で形成した第２の組の欠陥という２組の欠陥を透明被加工物に形成した。その結果、第２の組の欠陥の方が常に、第１の組の欠陥よりも高い強度の散乱画像信号を生成することが確認された。このように、検査システム５００による欠陥検査を定期的に行うことにより、パルスレーザビーム源３００のエネルギー出力を監視することができる。また、検査システム５００で測定する散乱画像信号の強度プロファイルは、透明被加工物の組成によって変化することも確認されている。種々の実施形態において、散乱画像信号の測定値を、それぞれのガラス組成や、レーザ加工システムの設定（例えば、エネルギー出力、集束位置など）、エッチング後の最終ビア断面形状と一緒に収めたライブラリを構築し、所望の形状を有するビアを作製するようレーザ加工システムを設定する際の支援をすることもできる。

ここで図１０を参照すると、検査システム１０００が模式的に示されている。図では、検査システム１０００が透明被加工物１００２を撮像する様子を示している。透明被加工物１００２は、本明細書の図１Ａ及び図１Ｂに関して説明した透明被加工物１００と同様であるが、透明被加工物１００２は、複数のガラス貫通ビアなどを形成するために化学エッチング液を塗布する前の状態である点が異なっている。つまり、透明被加工物１００２は、レーザ加工を行った後、化学エッチングを行う前に、検査システム１０００で撮像を受けるために検査システム１０００に投入される。

透明被加工物１００２は、第１の面１０５２と第２の面１０５４とを有している。例えば、本明細書の図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に関して説明したレーザ加工技術によって、透明被加工物１００２には複数の欠陥１００４が形成されている。欠陥１００４は、化学エッチングによってどのような断面形状のビアを透明被加工物に形成することが望まれているかに応じて様々に異なり得る。例えば、いくつかの実施形態では、複数の欠陥１００４は、図２Ｂに関して説明した欠陥１２０と同様の断面損傷形状を有することができる。他の実施形態では、複数の欠陥１００４が、実質的に均一な断面損傷形状を有することもできる。

複数の欠陥１００４は、欠陥方向１０５６に延びることができる。図示の例では、欠陥方向１０５６は、第１の面１０５２の面法線１０５０に平行である。なお、これに代えて、欠陥方向１０５６が面法線１０５０に平行ではなく、欠陥方向１０５６が面法線１０５０に対して欠陥角度をなして延びる様々な実施形態も考えられることを理解されたい。さらに、複数の欠陥１００４のすべてが同一の欠陥方向１０５６に延在するわけではない実施形態も考えられる。

検査システム１０００は、照明光学素子１０３２を介して照明光を第１の照明角度１０３６で透明被加工物１００２に供給するように構成された第１の照明光源１００６を備えている。検査システム１０００は、照明光学素子１０３４を介して照明光を第２の照明角度１０３８で透明被加工物１００２に供給するように構成された第２の照明光源１００８を備えている。第１の照明光源１００６及び第２の照明光源１００８、並びにこれらに関連する照明光学素子１０３２及び１０３４は、本明細書において図６に関して説明した照明光源５０４と概ね同様である。

種々の実施形態において、照明光源１００６、１００８は、異なる（例えば、異なる偏光や、波長、照明角度を有する）照明光を生成することにより、異なる散乱画像信号を生成し、検査システム１０００は、これら異なる散乱画像信号の測定を行う。例えば、一実施形態では、第１の照明光源１００６及び第２の照明光源１００８は、波長が同一で偏光が異なる（例えば、偏光が互いに対して９０度回転している）光を透明被加工物１００２に供給する。他の実施形態では、第１の照明光源１００６及び第２の照明光源１００８は、偏光が同一で波長が異なる光を透明被加工物１００２に供給する。このように偏光や波長を変えることにより、欠陥の様々な特徴部に応じた撮像感度を得ることができる。例えば、一実施形態では、第１の照明光源１００６によって、欠陥１００４の断面損傷形状を測定するための可視照明光を透明被加工物１００２に供給し、第２の照明光源１００８によって、損傷路領域周辺の蛍光変化を評価して、透明被加工物１００２の組成変化を特定するためのＵＶ照明光を透明被加工物１００２に供給する。なお、本開示から逸脱することなく、任意の組み合わせや任意の数の照明光源を使用することができる。

検査システム１０００は、透明被加工物１００２から第１の散乱画像信号を受信するように構成された第１のカメラ１０１２と第１の撮像レンズ１０１４とを備える第１の撮像システム１０１５を備えている。第１の撮像システム１０１５は、欠陥１００４が延びる欠陥方向１０５６に対して第１の撮像角度１０２６に位置合わせされた第１の撮像軸１０３０を有している。検査システム１０００は、透明被加工物１００２から第２の散乱画像信号を受信するように構成された第２のカメラ１０１８と第２の撮像レンズ１０２０とを備える第２の撮像システム１０１６を備えている。第２の撮像システム１０１６は、透明被加工物１００２の面法線１０５０に対して第２の撮像角度１０２８に位置合わせされた第２の撮像軸１０４０を有している。第１の撮像システム１０１５及び第２の撮像システム１０１６は、図６に関して説明した撮像システム５０６と概ね同様である。

いくつかの実施形態では、撮像システム１０１５及び１０１６は、それぞれが各欠陥１００４の異なる部分を撮像するように構成されている。例えば、一実施形態では、第１の撮像システム１０１５は、透明被加工物１００２から第１の撮影距離に配置され、第１の撮像レンズ１０１４は、少なくとも部分集合の欠陥１００４のうち第１の面１０５２から延びる第１の部分からの散乱画像信号を受信するように構成される。第２の撮像システム１０１６は、透明被加工物１００２から第２の撮影距離に配置され、第２の撮像レンズ１０２０は、少なくとも部分集合の欠陥１００４のうち第２の面１０５４から延びる第２の部分からの散乱画像信号を受信するように構成される。かかる実施形態では、第１の撮像システム１０１５が撮像した欠陥の第１の部分と第２の撮像システム１０１６が撮像した欠陥の第２の部分とを合成することにより、部分集合の欠陥１００４の全体像を生成しており、よって、撮像システム１０１５と撮像システム１０１６の共同で欠陥１００４の全体像を撮像している。かかる実施態様では、撮像レンズ１０１４及び１０２０の被写界深度の制限が緩和され、より高い倍率を使用することが可能となるため、単独の撮像システムを備える実施態様に比べて有益である場合がある。また、より詳細な欠陥１００４の画像を取得することもできる。なお、本開示から逸脱することなく、検査システム１０００は、欠陥１００４の各部分の任意の配置に対処するように構成された任意の数の撮像システムを備えることができる。

図では、透明被加工物１００２を移動ステージ１０２２上に配置した状態を示している。移動ステージ１０２２は、検査システム１０００が欠陥１００４の走査を行うことができるよう、撮像システム１０１５及び１０１６に対して透明被加工物１００２を相対移動させるように構成されている。また、図示の検査システム１０００は、照明光源１００６及び１００８、撮像システム１０１５及び１０１６、並びに移動ステージ１０２２に通信可能に結合されたコンピューティングシステム１０２４も備えている。コンピューティングシステム１０２４は、主に、照明光源１００６及び１００８の出力の制御を行い、例えば、透明被加工物１００２を撮像することが望ましいタイミングで、照明光を出力するように制御することができる。また、コンピューティングシステム１０２４は、照明光源１００６及び１００８の出力（例えば、出力する波長又は偏光）を調整して、散乱撮像信号を調整することもできる。

また、コンピューティングシステム１０２４により、カメラ１０１２及び１０１８が生成した画像信号を処理することもできる。例えば、コンピューティングシステム１０２４は、画像処理アルゴリズムで画像信号を処理することにより、例えば、画像画素応答の正規化や、画像信号からのノイズの除去、（例えば、撮像レンズ１０１４及び１０２０の）光学収差の補正を行うことができる。また、コンピューティングシステム１０２４は、個々の欠陥１００４それぞれに対する強度プロファイルを生成し、強度プロファイルにおけるピーク間距離に基づいて、欠陥１００４における様々な損傷区間の長さを求めることもできる。また、コンピューティングシステム１０２４は、検査システム１０００が過去に取得した測定値のライブラリを備えることもでき、測定の実施に応じてかかるライブラリにアクセスし、それに基づいた判定を出力することもできる。例えば、カメラ１０１２及び１０１８で測定した散乱画像信号の強度レベルに基づいて、コンピューティングシステム１０２４は、過去の測定値に基づいて透明被加工物１００２の組成を特定したり、欠陥１００４の形成に用いたパルスレーザビームの出力強度を特定したりすることができる。また、透明被加工物１００２のエッチング後に得られるビアも撮像し、コンピューティングシステム１０２４に格納して、図９Ｄに関して説明したように欠陥１００４の画像と相関させることもできる。

図１１は、透明被加工物に形成された複数の欠陥を撮像する方法１１００を示す図である。方法１１００は、透明被加工物１００２に形成された複数の欠陥１００４を、図１０に関して説明した検査システム１０００により撮像することによって実施することができる。ステップ１１０２で、透明被加工物１００２の複数の欠陥１００４を照明する。なお、本明細書で説明したように、照明は、第１の照明光源１００６などの単独の照明光源によって行うことも、複数の照明光源によって（例えば、第１の照明光源１００６と第２の照明光源１００８とによって）行うこともできる。概して、第１の照明光源１００６は、照明光学素子１０３２を介して透明被加工物１００２に照明光を供給する。第１の照明光源１００６は、ＬＥＤなどの顕微鏡用冷光源やレーザなどの光源とすることができる。照明光学素子１０３２は、透明被加工物１００２の第１の面１０５２の面法線１０５０に対して照明角度１０３６で、透明被加工物１００２に照明光を供給するように構成されている。例えば、一実施形態では、照明光学素子１０３２は、エッジ照明を供給するように構成された光ファイバであり、照明光は、約９０度の照明角度１０３６で透明被加工物１００２のエッジ１０５８に入射する（例えば、欠陥方向が面法線１０５０に沿った方向である場合、照明光は第１の面１０５２に対してほぼ平行に（すなわち、５度以内の角度で）延びる）。他の実施形態では、照明光学素子１０３２は、もっと小さい照明角度１０３６で小さいＮＡの照明光を第１の面１０５２に供給するように構成されたレンズ（又はテレセントリックレンズ系などのレンズ系）である。本明細書で説明したように、複数の照明光源１００６及び１００８を使用する場合、かかる複数の照明光源１００６及び１００８は、波長及び／又は偏光が異なる照明光を生成することができ、これにより、欠陥の異なる特徴部に応じた感度を得ることができる。

ステップ１１０４で、複数の欠陥１００４の欠陥方向１０５６に対して第１の撮像角度１０２６で配置した第１の撮像システム１０１５で、欠陥からの散乱光による散乱画像信号を検出する。第１の撮像システム１０１５は、撮像軸１０３０上に配置される第１のカメラ１０１２と第１の撮像レンズ１０１４とを備えている。本明細書で説明するように、いくつかの実施形態では、第１の撮像角度１０２６は、（例えば、第１の面１０５２から第２の面１０５４まで延在する）複数の欠陥１００４のうち少なくとも部分集合の欠陥１００４の全体像が第１の撮像レンズ１０１４の被写界深度内に収まるように選択される。例えば、撮像した部分集合の欠陥１００４の全長に関する情報が第１のカメラ１０１２に向けられる散乱画像信号に含まれるように、透明被加工物１００２の厚さに基づいて、第１の撮像レンズ１０１４の倍率及び開口数を選択することができる。いくつかの実施形態では、複数の欠陥１００４の欠陥方向１０５６に対し第２の撮像角度１０２８で配置した第２の撮像システム１０１６によって、散乱画像信号の検出をさらに行う。第１の撮像システム１０１５と第２の撮像システム１０１６とは、それぞれが複数の欠陥１００４の異なる部分を撮像することにより、第１の撮像システム１０１５と第２の撮像システム１０１６の共同で、透明被加工物１００２に形成された複数の欠陥１００４のうち少なくとも部分集合の欠陥の全体像を撮像するように構成することができる。

ステップ１１０６で、散乱画像信号に基づいて複数の欠陥の全体像の３次元画像を生成する。第１のカメラ１０１２及び／又は第２のカメラ１０１８で生成した画像信号は、コンピューティングシステム１０２４に送って、処理やディスプレイへの描画を行うことができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１０２４は画像処理アルゴリズムを備えており、プロセッサ（又は他の実行ユニット）は、画像処理アルゴリズムを実行することにより、画像信号からのノイズ除去や撮像レンズ１０１４及び１０２０の収差補正を行う。コンピューティングシステム１０２４は、図７Ａや図７Ｂに示すような３次元画像を生成することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１０２４は、３次元画像の各部分を解析することにより、欠陥１００４の定量的特性を取得することができる。例えば、コンピューティングシステム１０２４は、１つの欠陥１００４に対応する画素領域の画像強度を解析して、当該欠陥１００４に対する強度プロファイルとして、例えば、図８Ｃに示すような強度プロファイルを生成することができる。そして、強度プロファイルにおける極大値間の距離を特定することにより、撮像した欠陥１００４の画像内の高損傷区間の長さを求めることができる。

図１２は、透明被加工物に形成された複数の欠陥を撮像する方法１２００を示す図である。方法１２００は、（少なくともその一部を）図１０に関して説明した検査システム１０００を用いて実施することができる。ステップ１２０２で、透明被加工物１００２に複数の欠陥１００４を形成する。いくつかの実施形態では、複数の欠陥は、本明細書において図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に関して説明した欠陥形成光学系２００を備えるレーザ加工システムを使用して形成することができる。例えば、非球面光学素子３０６（又は他の位相変調光学素子）及びレンズアセンブリ１３０を通過するように、パルスレーザビーム源３００からのパルスレーザビーム３１２を向けて、透明被加工物１００２内にパルスレーザビーム焦線３１３を生成することができる。いくつかの実施形態では、パルスレーザビーム焦線３１３は不均一な強度分布を有することができ、これにより、不均一な損傷分布を有する欠陥１００４を生成する。いくつかの実施形態では、透明被加工物１００２に対して相対的な、欠陥形成光学系２００の集束位置によって、不均一な損傷分布の種々の特徴部の位置を決めることができる。そして、これに加えて又は代えて、パルスレーザビーム源３００から発振するパルスレーザビーム３１２の強度によって、各欠陥１００４内部の透明被加工物１００２の全体的な改質レベルに影響を与えることができる。

ステップ１２０４で、透明被加工物１００２の複数の欠陥１００４を、照明光源からの光で照明する。なお、本明細書で説明したように、照明は、第１の照明光源１００６などの単独の照明光源によって行うことも、複数の照明光源によって（例えば、第１の照明光源１００６と第２の照明光源１００８とによって）行うこともできる。概して、第１の照明光源１００６は、照明光学素子１０３２を介して透明被加工物１００２に照明を行う。第１の照明光源１００６は、ＬＥＤなどの顕微鏡用冷光源やレーザなどの光源とすることができる。照明光学素子１０３２は、透明被加工物１００２の第１の面１０５２の面法線１０５０に対して照明角度１０３６で、透明被加工物１００２に照明光を供給するように構成されている。例えば、一実施形態では、照明光学素子１０３２は、エッジ照明を供給するように構成された光ファイバであり、照明光は、約９０度の照明角度１０３６で透明被加工物１００２のエッジ１０５８に入射する（例えば、欠陥方向が面法線１０５０に沿った方向である場合、照明光は第１の面１０５２に対してほぼ平行に（すなわち、５度以内の角度で）延びる）。他の実施形態では、照明光学素子１０３２は、もっと小さい照明角度１０３６で小さいＮＡの照明光を第１の面１０５２に供給するように構成されたレンズ（又はレンズ系）である。本明細書で説明したように、複数の照明光源１００６及び１００８を使用する場合、かかる複数の照明光源１００６及び１００８は、波長及び／又は偏光が異なる照明光を生成することができ、これにより、欠陥の異なる特徴部に応じた感度を得ることができる。

ステップ１２０６で、複数の欠陥１００４の欠陥方向１０５６に対して第１の撮像角度１０２６で配置した第１の撮像システム１０１５で、複数の欠陥１００４からの散乱光から暗視野散乱画像信号を測定する。第１の撮像システム１０１５は、撮像軸１０３０上に配置される第１のカメラ１０１２と第１の撮像レンズ１０１４とを備えている。本明細書で説明するように、いくつかの実施形態では、第１の撮像角度１０２６は、（例えば、第１の面１０５２から第２の面１０５４まで延在する）複数の欠陥１００４のうち少なくとも部分集合の欠陥１００４の全体像が第１の撮像レンズ１０１４の被写界深度内に収まるように選択される。例えば、撮像した部分集合の欠陥１００４の全長に関する情報が第１のカメラ１０１２に向けられる暗視野散乱画像信号に含まれるように、透明被加工物１００２の厚さに基づいて、第１の撮像レンズ１０１４の倍率及び開口数を選択することができる。いくつかの実施形態では、複数の欠陥１００４の欠陥方向１０５６に対し第２の撮像角度１０２８で配置した第２の撮像システム１０１６によって、散乱画像信号の検出をさらに行う。第１の撮像システム１０１５と第２の撮像システム１０１６とは、それぞれが複数の欠陥１００４の異なる部分を撮像することにより、第１の撮像システム１０１５と第２の撮像システム１０１６の共同で、透明被加工物１００２に形成された複数の欠陥１００４のうち少なくとも部分集合の欠陥の全体像を撮像するように構成することができる。

ステップ１２０８で、暗視野散乱画像信号に基づいて欠陥の強度プロファイルを生成する。カメラ１０１２及び１０１８で生成した画像信号をコンピューティングシステム１０２４に供給し、コンピューティングシステム１０２４により、画像信号のうち個々の欠陥１００４それぞれに関する部分を解析して、強度プロファイルとして、例えば図８Ｃに示すような強度プロファイルを生成することができる。いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１０２４は、複数の欠陥１００４それぞれに関して強度プロファイルを生成することにより得られる複数の強度プロファイルの平均を求めることもできる。

ステップ１２１０で、透明被加工物１００２をエッチングし、欠陥１００４に対応する位置にビアをエッチング形成する。なお、エッチングプロセスの詳細は、例えば、米国特許第９５１７９６３号明細書及び米国特許出願番号第１５／９７８４３０号明細書に記載されており、これらのすべての内容は参照することにより本明細書の一部をなすものとする。いくつかの実施形態では、ステップ１２１０において、エッチング液中の酸濃度を調整することにより、エッチング反応時間を制御することができる。いくつかの実施形態では、エッチング液は、脱イオン水と、第１酸と、第２酸とを含む水溶液とすることができる。第１酸は、フッ酸とすることができ、第２酸は、硝酸、塩酸、又は硫酸とすることができる。いくつかの実施形態では、エッチング液は第１酸のみを含むことができる。いくつかの実施形態では、エッチング液は、フッ酸以外の第１酸を含み、及び／又は、硝酸、塩酸、硫酸以外の第２酸を含むことができる。例示的なエッチング液としては、１０体積％のフッ酸／１５体積％の硝酸のエッチング液や、５体積％のフッ酸／７．５体積％の硝酸のエッチング液を挙げることができる。

いくつかの実施形態では、ビアホールの特性を調整するために変更可能な他のエッチング条件として、エッチング槽内の基板の向きや、機械式攪拌、エッチング液への界面活性剤の添加が挙げられる。いくつかの実施形態では、エッチング液を超音波撹拌するとともに、エッチング液を保持するエッチング槽における基板の向きを、損傷路の上下開口部が実質的に均一に超音波に曝露されるように設定することにより、損傷路に対して均一なエッチングが行えるようにする。例えば、超音波振動子をエッチング槽の底部に配置する場合には、損傷路を有する基板の表面がエッチング槽の底に対して平行ではなく垂直となるように、エッチング槽内の基板の向きを設定することができる。

いくつかの実施形態では、エッチング槽においてｘ、ｙ、及びｚ方向への機械式攪拌を行うことにより、損傷路に対するエッチングの均一性を向上することができる。いくつかの実施形態では、ｘ、ｙ、及びｚ方向への機械式攪拌を連続的に行うことができる。

いくつかの実施形態では、界面活性剤をエッチング液に添加することにより、損傷路の濡れ性を向上させることができる。濡れ性が向上することで拡散時間が短くなり、ビアホールのくびれ径の、ビアホールの上下開口部径に対する比を大きくすることが可能となる。いくつかの実施形態では、界面活性剤は、エッチング液に溶解するとともにエッチング液中の（１以上の）酸に反応しない任意の適切な界面活性剤とすることができる。いくつかの実施形態では、界面活性剤は、Ｃａｐｓｔｏｎｅ（登録商標）ＦＳ－５０又は「Ｃａｐｓｔｏｎｅ」ＦＳ－５４などのフッ素系界面活性剤とすることができる。いくつかの実施形態では、界面活性剤の濃度（界面活性剤（ｍｌ）／エッチング液（Ｌ））は、約１、約１．１、約１．２、約１．３、約１．４、約１．５、約１．６、約１．７、約１．８、約１．９、約２、又は約２超とすることができる。

温度の調整（例えば、１０℃又は５０℃）や酸濃度の調整により、エッチング速度を変化させることもできる。ＨＣｌに代えて硝酸（ＨＮＯ_３）などの他の鉱酸を用いることもできる。また、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの水酸化物系エッチング液を使用することも可能である。

一例では、高純度溶融シリカ透明被加工物１００２を、体積％で２０％のＨＦと１２％のＨＣＬとを含む静止浴において４７℃にて、バルクエッチング速度が０．００４６μｍ／秒～０．００５μｍ／秒となるようにエッチングを行った。そして、ステップ１２１２で、ステップ１２１０でエッチング形成したビアを撮像する。この撮像画像は、例えば、エッチング形成した複数のビアの付近で透明被加工物１００２を切断し、光学顕微鏡を用いて切断面の画像を撮影することにより取得することができる。また、エッチング形成したビアの画像を、コンピューティングシステム１０２４に送って処理することもできる。例えば、コンピューティングシステム１０２４は、エッジ検出アルゴリズムを利用して、エッチング形成したビアにおける種々の区間の長さを求めることができる。

ステップ１２１４で、ステップ１２１２で取得したエッチング形成したビアの画像を、ステップ１２０８で取得した欠陥の強度プロファイルと比較する。例えば、いくつかの実施形態では、コンピューティングシステム１０２４が強度プロファイルを使用して特定した欠陥１００４の高損傷部分の長さを、エッチング形成したビアの各部の長さと比較する。そして、こうして得られる複数組の測定値をコンピューティングシステム１０２４に格納して、データセットライブラリを構築することもできる。データセットには、レーザ加工システムのパラメータ（例えば、欠陥形成光学系２００の各種コンポーネントの位置、欠陥形成光学系２００の相対的な集束位置、パルスレーザビーム源３００の出力強度など）や、欠陥特性（例えば、強度プロファイルから得られる本明細書に記載の区間ＡＢ及びＣＤの長さ）、エッチング形成したビアの特性（例えば、くびれ位置、区間ＡＢ及びＣＤの長さなど）をグループ化したものを含むことができる。このようなライブラリを構築することにより、レーザ加工システムやエッチングプロセスの特性評価や微調整を行い、所望の形状のビアを安定的に製造することが可能となる。

ステップ１２１６では、強度プロファイル、ビアの画像、及びビアの画像と強度プロファイルとの比較のうちの少なくとも１つに基づいて、レーザ加工システムの調整を行う。例えば、一実施形態では、欠陥１００４の断面形状が非対称であるかを判定することができる。例えば、区間ＡＢの長さと区間ＣＤの長さが同一ではなく、両区間の長さの比が１とは大きく、１０％以上異なる（すなわち、両区間の長さの比が０．９～１．１の範囲から外れる）場合がある。その場合、ステップ１２０８で生成した強度プロファイルに基づいて、コンピューティングシステム１０２４（又は、レーザ加工システムのユーザ）からレーザ加工システムに対して入力を行うことにより、対称的な断面形状を有する欠陥を生成するように、欠陥形成光学系２００の相対集束位置を（例えば、レンズアセンブリ１３０の構成要素の１つを動かすことによって）調整することができる。他の例では、強度プロファイルが特定の閾値を上回る又は下回る値を有していることに基づいて、コンピューティングシステム１０２４がパルスレーザビーム源３００のエネルギーの急上昇又は低下を特定し、パルスレーザビーム源３００の出力が所望の強度範囲の光を出力するものとなるまで欠陥の生成を一時的に停止することができる。他の例では、撮像したビア画像と強度プロファイルの比較を利用して、エッチングプロセスを調整することができる（例えば、欠陥１００４が所望の断面損傷形状を有していると判定されたにも関わらず、エッチングにより形成したビアが所望の形状を有していない場合など）。

複数の実施形態において、ステップ１２０８、１２１０、１２１２、及び１２１４に関連するデータを使用して、本明細書に記載のレーザ損傷形成・エッチングプロセスの特性を評価することができる。例えば、レーザ加工パラメータ（例えば、ステップ１２０８で生成した強度プロファイルを利用して測定したレーザビームのエネルギー及び集束位置）や、使用したエッチングプロセス（例えば、ステップ１２１０において透明被加工物のエッチングで使用したエッチング液及びエッチング時間）、ステップ１２１２において撮像した最終ビア形状（例えば、図２Ａに関して説明した部分１１２、１１４、１１６、及び１１８などの、ビアにおける種々の部分の長さや角度）に関する情報を含む様々なデータセット又はライブラリを構築（例えば、コンピューティングシステム内に格納）することができる。複数の実施形態において、コンピューティングシステムは、（例えば、機械学習アルゴリズムを使用して）これらのデータセットを解析することにより、レーザ損傷形成・エッチングプロセスに関する様々な知見を獲得することができる。例えば、履歴データを使用して、コンピューティングシステムは、透明被加工物に特定の断面損傷形状を有するレーザ欠陥が存在していることを所与として、特定の形状を有するビアを生成するために必要なエッチングプロセスのパラメータを予測することができる予測アルゴリズムを生成することができる。他の例では、コンピューティングシステムは、使用するエッチングプロセスを所与として、特定のビアを生成するために必要な欠陥の断面損傷形状を推定する予測アルゴリズムを生成することができる。したがって、検査システム１０００は、レーザ加工装置の設定に再帰的に関連付けることのできる定量化可能な欠陥特性を提供することにより、レーザ損傷形成・エッチングプロセス全体の特性評価の自動化を支援するものである。

ここで、図１３Ａを参照すると、透明被加工物１３０２に形成された複数の欠陥１３０４を撮像するように構成された検査システム１３００を示している。検査システム１３００は、照明光を発する照明光源１３１２を備えている。照明光源１３１２は、透明被加工物１３０２のエッジを通過するように照明光を向けるように配置される。偏光光学素子１３１４（例えば、直線偏光子）は、照明光源１３１２と透明被加工物１３０２との間に配置され、例えば、（例えば、透明被加工物１３０２の面法線１３０６の方向の垂直偏光と、水平偏光との間で）透明被加工物１３０２に入射する照明光の偏光の調整を行う。面法線１３０６に対して約４５度の撮像角度で配置された撮像軸１３１０を有する撮像システム１３０８は、複数の欠陥１３０４からの照明光の散乱光を用いて画像を生成するように構成される。

図１３Ｂは、照明光源１３１２からの照明光が垂直偏光を有していた場合の、１つの欠陥１３０４の画像と、その画像から生成した強度プロファイルとを示す図である。図１３Ｃは、照明光源１３１２からの照明光が水平偏光を有していた場合の、１つの欠陥１３０４の画像と、その画像から生成した強度プロファイルとを示す図である。図示の通り、照明光の偏光によって異なった優先的結合が生じている。図１３Ｂでは、外側のピーク－透明被加工物１３０２の表面の凹みに対応－が、強度プロファイルの中央領域と同程度の強度を有している。そして、図１３Ｃでは、外側のピークが強度プロファイルの中央領域に比べて高い強度を有している。したがって、この例では、中心領域との結合が照明光の偏光によって変化していることが見てとれる。水平偏光画像の方が、欠陥における比較的高い損傷領域の境界部がより際立ったピークとなるため区別しやすく、よって、検査システム１３００がより正確に欠陥１３０４の種々の区間の長さの測定を行うことを支援するものである。

以上の説明から、照明角度で複数の欠陥に入射する照明光からの散乱画像信号を検出することにより、複数の欠陥が内部に形成された透明被加工物を非侵襲的に検査できるということを、当然理解できるであろう。本明細書に記載の方法は、複数の欠陥のうち少なくとも部分集合が延びる方向である欠陥方向に対して角度をつけて配置した撮像軸を有する撮像システムを使用するステップを含む。撮像システムは、撮像軸上に配置される撮像レンズであって、複数の欠陥のうちの部分集合を含む視野を有する撮像レンズを備える。撮像レンズの倍率及び開口数は、部分集合に含まれる複数の欠陥の全体像が撮像システムの被写界深度内に含まれるように選択される。また、本明細書に記載の方法は、撮像レンズを介して撮像検出器に向けられる散乱画像信号に基づいて画像信号を生成するステップを含む。有益なことに、画像信号によって、欠陥における種々の領域（例えば、高損傷区間、低損傷区間など）の長さなどの、部分集合内の複数の欠陥の定量的特性が明らかとなる。そして、かかる定量的特性を用いて、欠陥の形成に使用するレーザ加工システムの特性評価や改善を行うことができ、これにより、所望の形状を有するビアを安定して形成することが可能となる。

本明細書において、「約（about）」という用語は、量、サイズ、配合、パラメータなどの量や特性が、必ずしも厳密なものではなく、厳密にその値である必要もなく、むしろ、公差や、換算係数、端数処理、測定誤差などの当業者に公知の他の因子を必要に応じて織り込んだ、その量や特性の近似値及び／又はそれに前後する値とすることができることを意味している。よって、「約」という用語を、ある値またはある範囲の一端点を記述する際に用いている場合には、その特定の値または特定の端点を含むものとする。なお、本明細書において、ある数値又はある範囲の一端点が「約」で導かれているか否かにかかわらず、「約」による修飾を受けた実施形態と「約」による修飾を受けない実施形態という２つの実施形態が記載されている。また、各範囲の両端点が持つ意味は、互いに相関しているとともに互いに独立でもあることも理解されるであろう。

本明細書において、方向性のある用語（例えば、上へ（up）、下へ（down）、右（right）、左（left）、前（front）、後（back）、上（top）、下（bottom）など）は、図面を参照したものに過ぎず、絶対的な向きを意味することを意図するものではない。

別段の明示的な記載がない限り、本明細書に記載のいかなる方法も、各ステップ（工程）を特定の順序で実施することを要請していると解釈されることを意図するものではなく、また、いかなる装置に関しても、特定の向きを要請すると意図するものではない。したがって、方法クレームにおいてそのステップの順序を実際に記載している場合、及び、装置クレームにおいて個々の構成要素の並び順や向きを実際に記載している場合を除き、又は、その他、各ステップが特定の順序に限定される旨の記載が請求の範囲若しくは発明の詳細な説明において明確になされている場合、及び、装置の構成要素の特定の並び順や特定の向きを記載している場合を除き、順序（並び順）や向きが推測されることは、いかなる点においても意図していない。これは、各ステップの並び、操作の流れ、構成要素の並び順、又は構成要素の向きについての論法の問題、文法的な構成又は句読点から導き出される通俗的な意味、本明細書に記載の実施形態の数又は種類など、解釈の根拠となり得るあらゆる非明示的事項に対して該当する。

本明細書において、「a」、「an」、及び「the（その／前記）」で示す単数形は、文脈上明らかに複数形を含まないことが明らかである場合を除き、対応する複数形に対する言及も包含するものとする。したがって、例えば、ある構成要素を冠詞「a」で導く表現は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、その構成要素を２つ以上有する態様も包含する。

当業者であれば、特許請求の範囲に記載の主題の趣旨及び範囲から逸脱しない範囲で、本明細書に記載の実施形態に種々の変形及び変更を加えることができることは明らかであろう。したがって、本明細書に記載の種々の実施形態の変形及び変更が添付の特許請求の範囲及びその均等物を逸脱しない場合に、そのような変形及び変更も本明細書の範囲に含まれることが意図されている。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
第１の面と第２の面とを有する透明被加工物に形成された、欠陥方向に延びる複数の欠陥に、照明光源からの光を向けるステップと、
撮像軸が前記欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で延びる撮像システムを用いて、前記複数の欠陥による散乱光からの散乱画像信号を検出するステップであって、前記複数の欠陥のうち少なくとも部分集合の全体像を前記撮像システムの被写界深度内に収める、散乱画像信号を検出するステップと、
前記散乱画像信号に基づいて、前記複数の欠陥のうちの少なくとも１つの３次元画像を生成するステップと、
を含む透明被加工物の検査方法。

実施形態２
前記複数の欠陥は、前記透明被加工物の屈折率が変化した領域を含んでおり、
前記複数の欠陥それぞれの、欠陥の長さの欠陥の幅に対する比であるアスペクト比が、２０：１以上である、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
前記複数の欠陥それぞれが、５０：１以上のアスペクト比を有している、実施形態２に記載の方法。

実施形態４
前記複数の欠陥それぞれが、１００：１以上のアスペクト比を有している、実施形態２に記載の方法。

実施形態５
前記複数の欠陥が、準非回折レーザビームの照射により前記透明被加工物の屈折率が変化した領域を含んでいる、実施形態１～４のいずれかに記載の方法。

実施形態６
前記撮像システムは、前記撮像軸上に配置された第１のカメラと第１の撮像レンズとを備えており、
前記第１のカメラは、エリアスキャンカメラ又はラインスキャンカメラで構成され、
前記非ゼロ撮像角度は、前記欠陥方向に対して３０度～６０度の角度である、実施形態１～５のいずれかに記載の方法。

実施形態７
前記第１の撮像レンズは、前記透明被加工物の厚さに応じた倍率及び開口数を有している、実施形態６に記載の方法。

実施形態８
前記透明被加工物の前記厚さが３００μｍ～７００μｍであり、前記倍率が３未満であり、前記開口数が０．２未満である、実施形態７に記載の方法。

実施形態９
前記第１のカメラが、ラインスキャンカメラで構成され、
前記３次元画像を生成するステップが、前記透明被加工物を前記撮像システムに対して相対移動させることにより、前記複数の欠陥のさらなる部分を前記第１のカメラの視野内に収めるステップを含んでいる、実施形態６に記載の方法。

実施形態１０
前記撮像システムが、前記撮像システムの第２の撮像軸上に配置された第２のカメラと第２の撮像レンズとを備えている、実施形態６～９のいずれかに記載の方法。

実施形態１１
前記第１のカメラ及び前記第１の撮像レンズが、前記複数の欠陥のうち、前記第１の面から延びる第１の部分を撮像するように構成され、前記第２のカメラ及び前記第２の撮像レンズが、前記複数の欠陥のうち、前記第２の面から延びる第２の部分を撮像するように構成され、これにより、前記第１のカメラと前記第２のカメラの共同で、前記複数の欠陥のうち前記部分集合の全体像を撮像する、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１２
前記欠陥方向が、前記透明被加工物の前記第１の面及び前記第２の面に対して垂直である、実施形態１～１１のいずれかに記載の方法。

実施形態１３
前記散乱画像信号が暗視野散乱画像信号である、実施形態１～１２のいずれかに記載の方法。

実施形態１４
前記３次元画像を生成するステップが、前記暗視野散乱画像信号のうちの、前記複数の欠陥のうちの或る欠陥に対応する部分についての強度プロファイルを生成するステップを含む、実施形態１３に記載の方法。

実施形態１５
前記強度プロファイルに基づいて前記或る欠陥の定量的特性を特定するステップをさらに含む、実施形態１４に記載の方法。

実施形態１６
前記欠陥が、前記透明被加工物における深さの関数として変化する損傷パターンを有している、実施形態１～１５のいずれかに記載の方法。

実施形態１７
前記損傷パターンが、前記第１の面から延在する第１の部分と、前記第２の面から延在する第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との間に延在する第３の部分と、を含んでおり、
前記透明被加工物の改質レベルは、前記第３の部分に比べて、前記第１の部分及び前記第２の部分の方が高く、
前記欠陥の前記定量的特性が、前記第１の部分の長さの前記第２の部分の長さに対する比を含む、実施形態１６に記載の方法。

実施形態１８
前記強度プロファイルに基づいて前記或る欠陥の定量的特性を特定するステップが、コンピューティングシステムを用いて、前記強度プロファイルを、参照欠陥について測定された既存の強度プロファイルと比較するステップを含む、実施形態１５に記載の方法。

実施形態１９
前記複数の欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、前記透明被加工物のエッジを通過するように前記照明光源からの前記光を向けるステップを含む、実施形態１～１８のいずれかに記載の方法。

実施形態２０
前記複数の欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、前記照明光源からの前記光を照明角度で前記透明被加工物の前記第１の面に向けるステップを含み、
前記照明角度は、前記撮像軸の前記撮像角度とは異なる角度である、実施形態１～１９のいずれかに記載の方法。

実施形態２１
第１の面と第２の面とを有する透明被加工物に欠陥形成光学系を用いて欠陥形成レーザビームを向けることにより欠陥方向に延びる欠陥を形成するように構成されたレーザ加工システムを用いて、前記透明被加工物に前記欠陥を形成するステップと、
前記欠陥の形成後に、前記欠陥に照明光源からの光を向けるステップと、
撮像軸が前記欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で配置される撮像システムを用いて、前記欠陥からの散乱光の暗視野散乱画像信号を検出するステップと、
前記暗視野散乱画像信号を用いて、前記欠陥の強度プロファイルを生成するステップと、
前記強度プロファイルに基づいて前記レーザ加工システムの特性を特定するステップと、
を含む、透明被加工物に欠陥を形成するレーザ加工システムの特性を評価する方法。

実施形態２２
前記欠陥形成光学系は、前記透明被加工物に少なくとも一部が重なるレーザビーム焦線を成すように前記欠陥形成レーザビームを向けるように構成される、実施形態２１に記載の方法。

実施形態２３
前記レーザ加工システムの特性を特定するステップが、前記強度プロファイルに基づいて前記欠陥形成光学系の集束位置を特定するステップを含む、実施形態２１又は２２に記載の方法。

実施形態２４
前記強度プロファイルに基づいて前記欠陥形成光学系の集束位置を特定するステップが、前記強度プロファイルのピーク分布に基づいて前記欠陥の高損傷部分の長さ比を推定するステップを含む、実施形態２３に記載の方法。

実施形態２５
推定した前記長さ比に基づいて前記透明被加工物に対する前記欠陥形成光学系の集束位置を調整するステップと、
前記高損傷部分の前記長さ比が所望の比となるように調整した前記集束位置を用いて、改質欠陥を形成するステップと、をさらに含む、実施形態２４に記載の方法。

実施形態２６
前記照明光源と前記撮像システムとが、前記レーザ加工システムに組み込まれている、実施形態２１～２５のいずれかに記載の方法。

実施形態２７
前記欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、前記透明被加工物のエッジを通過するように前記照明光源からの前記光を向けるステップを含む、実施形態２１～２６のいずれかに記載の方法。

実施形態２８
前記欠陥に照明光源からの光を向けるステップが、前記照明光源からの前記光を照明角度で前記透明被加工物の前記第１の面に向けるステップを含み、
前記照明角度は、前記非ゼロ撮像角度とは異なる角度である、実施形態２１～２７のいずれかに記載の方法。

実施形態２９
前記撮像システムは、前記撮像軸上に配置されたカメラと撮像レンズとを備えており、
前記カメラは、エリアスキャンカメラ又はラインスキャンカメラで構成され、
前記非ゼロ撮像角度は、３０度～６０度の角度である、実施形態２１～２８のいずれかに記載の方法。

実施形態３０
第１の面と第２の面とを有する透明被加工物にレーザ加工システムを用いて形成された、欠陥方向に延びる複数の欠陥に、照明光源からの光を向けるステップと、
撮像軸が前記欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で配置される撮像システムを用いて、前記複数の欠陥による散乱光からの暗視野散乱画像信号を検出するステップと、
前記暗視野散乱画像信号を用いて、前記複数の欠陥の強度プロファイルを生成するステップと、
前記透明被加工物に化学エッチングを行って、前記複数の欠陥に対応する位置に複数のビアを形成するステップと、
前記複数のビアのうちの或るビアの画像を生成するステップと、
前記或るビアの前記画像と、該或るビアの形成元となった欠陥に対応する強度プロファイルとを比較するステップと、
を含む、レーザ加工システムの特性評価方法。

実施形態３１
前記レーザ加工システムを用いて、前記透明被加工物に前記複数の欠陥を形成するステップをさらに含み、
前記レーザ加工システムは、前記透明被加工物に、欠陥形成光学系を用いて欠陥形成レーザビームを向けることにより前記欠陥を形成するように構成されている、実施形態３０に記載の方法。

実施形態３２
生成した前記強度プロファイル、前記画像、及び前記画像と前記強度プロファイルとの比較のうちの少なくとも１つに基づいて、前記欠陥形成レーザビームの集束位置を特定するステップをさらに含む、実施形態３１に記載の方法。

実施形態３３
前記強度プロファイルに基づいて前記欠陥形成レーザビームのエネルギーの経時変化を特定するステップをさらに含む、実施形態３１又は３２に記載の方法。

５０ パルスバースト
５１ サブパルス
１００、４００、４００’、４００’’、５０２、７００、７０４、８００、９００、９０５、９０９、１００２、１３０２ 透明被加工物
１０２、４０２、５３４、９０３、９０８、９１１、１０５２ 第１の面
１０４、４０４、５３６、９０４、９０７、９１２、１０５４ 第２の面
１０６、５１４、１０５０、１３０６ 面法線
１１０、４１０、４１０’、４１０’’、９０１、９０６、９１０ ビア
１１１ ビーム経路
１１２ 第１の部分
１１４ 第２の部分
１１６ 第３の部分
１１８ 第４の部分
１１３、３１３ パルスレーザビーム焦線
１２０、５３０、７０２、７０６、８０２、１００４、１３０４ 欠陥
１２０Ａ 第１の改質区間
１２０Ｂ 第２の改質区間
１２０Ｃ 第３の改質区間
１２０Ｄ 第４の改質区間
１３０ レンズアセンブリ
１３１ 第１のレンズ
１３２ 第２のレンズ
１３４ コリメート空間
１９０ 並進移動ステージ
２００ 欠陥形成光学系
３００ パルスレーザビーム源
３０６ 非球面光学素子
３１２ パルスレーザビーム
５００、１０００、１３００ 検査システム
５０４、１３１２ 照明光源
５０５ 照明光
５０６、１３０８ 撮像システム
５０８、１３１０ 撮像軸
５１０ 撮像レンズ
５１２ カメラ
５１６ 保持具
５１８ 撮像角度
５２０、１０２２ 移動ステージ
５３２、１０５６ 欠陥方向
５４０ 照明角度
１００６ 第１の照明光源
１００８ 第２の照明光源
１０１２ 第１のカメラ
１０１４ 第１の撮像レンズ
１０１５ 第１の撮像システム
１０１６ 第２の撮像システム
１０１８ 第２のカメラ
１０２０ 第２の撮像レンズ
１０２４ コンピューティングシステム
１０２６ 第１の撮像角度
１０２８ 第２の撮像角度
１０３０ 第１の撮像軸
１０３２、１０３４ 照明光学素子
１０３６ 第１の照明角度
１０３８ 第２の照明角度
１０４０ 第２の撮像軸
１０５８ エッジ
１３１４ 偏光光学素子

Claims (10)

1. 第１の面と第２の面とを有する透明被加工物に形成された、欠陥方向に延びる複数の欠陥に、照明光源からの光を向けるステップと、
   撮像軸が前記欠陥方向に対して非ゼロの撮像角度で延びる撮像システムを用いて、前記複数の欠陥による散乱光からの散乱画像信号を検出するステップであって、前記複数の欠陥のうち少なくとも部分集合の全体像を前記撮像システムの被写界深度内に収める、散乱画像信号を検出するステップと、
   前記散乱画像信号に基づいて、前記複数の欠陥の３次元画像を生成するステップと、
   を含む透明被加工物の検査方法。
2. 前記複数の欠陥は、前記透明被加工物の屈折率が変化した領域を含んでおり、
   前記複数の欠陥それぞれの、欠陥の長さの欠陥の幅に対する比であるアスペクト比が、２０：１以上である、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の欠陥が、準非回折レーザビームの照射により前記透明被加工物の屈折率が変化した領域を含んでいる、請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記撮像システムは、前記撮像軸上に配置された第１のカメラと第１の撮像レンズとを備えており、
   前記第１のカメラは、エリアスキャンカメラ又はラインスキャンカメラで構成され、
   前記非ゼロ撮像角度は、前記欠陥方向に対して３０度～６０度の角度である、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記撮像システムが、前記撮像システムの第２の撮像軸上に配置された第２のカメラと第２の撮像レンズとを備えている、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１のカメラ及び前記第１の撮像レンズが、前記複数の欠陥のうち、前記第１の面から延びる第１の部分を撮像するように構成され、前記第２のカメラ及び前記第２の撮像レンズが、前記複数の欠陥のうち、前記第２の面から延びる第２の部分を撮像するように構成され、これにより、前記第１のカメラと前記第２のカメラの共同で、前記複数の欠陥のうち前記部分集合の全体像を撮像する、請求項５に記載の方法。
7. 前記欠陥方向が、前記透明被加工物の前記第１の面及び前記第２の面に対して垂直である、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記散乱画像信号が暗視野散乱画像信号であり、
   前記３次元画像を生成するステップが、前記暗視野散乱画像信号のうちの、前記複数の欠陥のうちの或る欠陥に対応する部分についての強度プロファイルを生成するステップを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記強度プロファイルに基づいて前記或る欠陥の定量的特性を特定するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記損傷パターンが、前記第１の面から延在する第１の部分と、前記第２の面から延在する第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分との間に延在する第３の部分と、を含んでおり、
    前記透明被加工物の改質レベルは、前記第３の部分に比べて、前記第１の部分及び前記第２の部分の方が高く、
    前記欠陥の前記定量的特性が、前記第１の部分の長さの前記第２の部分の長さに対する比を含む、請求項９に記載の方法。

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