JP5293782B2 - 合焦位置調整方法、合焦位置調整装置、およびレーザー加工装置 - Google Patents

合焦位置調整方法、合焦位置調整装置、およびレーザー加工装置 Download PDF

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Description

本発明は、レーザー加工装置などの加工装置における加工位置の特定技術に関する。
例えばＬＥＤ用のサファイア基板など、半導体層（機能層）や電極パターンなどが表面上に形成された母基板を分割して個片化（チップ化）するためのスクライブ工程を、レーザー光照射により行う場合、母基板のアライメントやレーザー照射による加工が正確に行われるようにするために、母基板のスクライブ対象位置（以下、ストリートとも称する）の表面高さを調整する必要がある。仮に、ストリートの高さ位置が想定された位置からずれていた場合、照射するレーザー光の焦点位置が想定位置からずれてしまうために、レーザー光の照射エネルギーが有効に利用されず、所望のスクライビングが行えないという不具合が生じてしまうことになる。このような表面高さの特定および調整に利用可能な種々の技術がすでに公知である（例えば、特許文献１ないし特許文献３参照）。
また、ストリートの基板面内におけるアライメントを好適に行える技術も既に公知である（例えば、特許文献４参照）。
特開平７−８７３７８号公報 特開平１１−１８３７８４号公報 特許第３７４９１４２号公報 特開２００９−０２２９９４号公報
特許文献１ないし特許文献３に開示された技術はいずれも、光軸に対して傾斜した姿勢で配置された（あるいはステップ状に設けられた）パターンを対象物に投影した状態で、当該パターンを含む対象物の像において当該パターンのコントラストが最大となる位置をその像における合焦位置（合焦点位置）として特定し、その結果に基づいて、対象物表面の高さ位置を調整するものである。
概略的には、まず、対象物の表面が、これを観察する光学系の対物レンズの合焦位置にあり、かつ、観察像においてパターンの投影像のコントラストが最大となる位置（最大コントラスト位置）が画像中央に位置している場合、対象物の表面が基準位置（基準高さ）にあるとされる。すると、観察像において投影像の最大コントラスト位置が中央から外れている場合、対象物表面の高さ位置が基準位置からずれていることになる。このとき、観察像において最大コントラスト位置が画像中央位置に一致するように対象物の高さ位置を違えると、対象物表面の高さ位置が基準位置に一致した状態が実現される。これはすなわち、パターンの投影像のコントラストの分布状態を利用して、対象物の表面が合焦位置に合致するように、つまりは、対象物表面と光を照射する対物レンズとの距離が一定に保たれるように、対象物表面の高さ位置を調整していることになる。
レーザー光を照射して対象物表面を加工する場合であれば、母基板表面の高さ位置を上述のように調整して、常に、光学系によって定まる一定距離だけ対物レンズから離れた高さ位置に保つようにするとともに、レーザー光の出射源を対物レンズ位置に対して一定の位置に設定することで、レーザー光の照射条件を常に一定に保ったレーザー加工が可能となる。
なお、パターンの投影像において最大コントラスト位置が特定された状態においては、対象物の高さを調整する代わりに、最大コントラスト位置と画像中央位置との距離に応じて対物レンズの高さ位置を調整するようにしてもよい。このようにした場合も、対象物の表面と対物レンズとの距離は一定値に調整されることになるので、相対的に見れば、対象物表面の高さ位置が調整されたことになる。
なお、本明細書においては、説明の簡単のため、以降、対物レンズの高さ位置を調整する場合も含め、単に、対象物の高さ位置を調整する、あるいは、対象物の高さ位置を特定する、などという場合がある。
一方で、近年のＬＥＤは、生産量ＵＰのために小チップサイズ化が進んでいる。また、輝度ＵＰのために、レーザー加工プロセスにおいて生じる加工変質領域を最小限にすることが求められている。つまりは、より高い加工精度でより微細なチップを切り出すことが求められている。
ところが、ＬＥＤ用の母基板においては、ストリートは基板表面に格子状に設定されるものの、その幅はせいぜい数十μｍ程度である。また、ストリート以外の箇所には半導体層などが形成されるため、ストリートとそれ以外の箇所との間には、３〜５μｍ以上の高さの差があることが少なくない。つまりは、ＬＥＤ用の母基板の表面には、少なくとも格子状のストリートを含む部分が狭小な凹部（最下部）となった凹凸構造が形成されている。これをチップ化するには、該ストリートの高さ位置を正確に特定したうえで、レーザー光を照射することが求められる。
上述した特許文献１ないし特許文献３に開示された手法はいずれも、表面が一様に平坦なものを対象とするに過ぎず、ＬＥＤ用の母基板のチップ化に際してそれらの手法を単に適用したとしても、狭小な凹部として設けられるストリートの高さ位置を調整することは困難である。
しかも、ＬＥＤ用の母基板として好適に用いられるサファイア基板の場合、基板面内の高さ分布がＳｉ基板ほどは均一でなく、また、半導体層の形成過程で反りが生じている。すなわち、サファイア基板が用いられている場合、この点からも、特許文献１ないし特許文献３に開示された手法を適用したストリートの高さ位置の調整は難しい。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、表面に凹凸構造が存在する基板において、凹部に設けられたストリートにおける合焦状態を適切に調整することができる方法、これを実現する装置、およびこれを備えたレーザー加工装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、観察対象物において格子状に存在する合焦対象領域が合焦状態になるように観察光学系に備わる合焦手段の合焦位置を調整する方法であって、前記観察対象物を所定の保持手段に保持させる保持工程と、複数の単位遮光領域を第１の方向に等間隔に配列してなる第１遮光パターンと、前記第１の方向に直交する第２の方向に設けられた第２遮光パターンとを有する十字状の遮光パターンを、前記合焦対象領域の一の格子点を中心とする十字状領域を投影範囲として投影するパターン投影工程と、前記遮光パターンが投影された状態で、前記一の格子点を画像中央に合致させて前記投影範囲を含む領域を前記観察光学系に備わる撮像手段にて撮像する撮像工程と、前記撮像画像に基づいて前記第１遮光パターンのコントラストが最大となる最大コントラスト位置を特定する最大コントラスト位置特定工程と、前記合焦手段の合焦位置を調整する合焦位置調整工程と、を備え、前記パターン投影工程においては、前記遮光パターンを前記観察光学系の光軸に対して傾斜させて配置し、前記第１遮光パターンの複数の単位遮光領域のそれぞれの結像位置が異なる高さ位置となり、前記第２遮光パターンが一の高さ位置で結像するように、前記遮光パターンを前記十字状領域に投影し、前記合焦位置調整工程が、前記最大コントラスト位置特定工程において前記最大コントラスト位置が特定できる場合に、前記最大コントラスト位置と前記一の格子点の位置との距離に基づいて前記合焦手段の合焦位置を調整することにより前記合焦対象領域を合焦状態とする、第１合焦位置調整工程と、前記最大コントラスト位置特定工程において前記最大コントラスト位置を特定できない場合に、前記撮像手段に前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えた複数の撮像画像を撮像させ、得られた前記複数の撮像画像に基づいて前記合焦手段の配置距離に対する前記第２遮光パターンのコントラスト変化を特定し、前記コントラスト変化の極大位置を前記合焦対象領域が合焦状態となる前記合焦手段の配置位置と決定して前記合焦手段の合焦位置を前記極大位置に一致させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする、第２合焦位置調整工程と、を選択的に行うことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の合焦位置調整方法であって、前記最大コントラスト位置特定工程において前記最大コントラスト位置を特定できないものの、前記一の格子点の位置からみて前記最大コントラスト位置の存在する方向であるコントラスト増大方向が特定出来る場合には、前記コントラスト増大方向に相当する向きにおいて所定距離だけ前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えたうえで、前記撮像工程と、前記最大コントラスト位置特定工程と、前記合焦位置調整工程とを繰り返し、前記最大コントラスト増大方向が特定できない場合には、前記第２合焦位置調整工程を行う、ことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の合焦位置調整方法であって、前記最大コントラスト位置特定工程においては、前記第１遮光パターンが投影された撮像画像における前記複数の単位遮光領域の配列方向に沿った画素列ごとの明度プロファイルを積算した積算明度プロファイルに基づいて、前記最大コントラスト位置を特定する、ことを特徴とする。
請求項４の発明は、観察対象物を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記観察対象物に対する配置位置を違えることによって合焦位置を可変可能な合焦手段と、前記合焦手段を通じて前記観察対象物を撮像可能な撮像手段と、を備える観察光学系と、を有する観察装置に備わり、前記観察対象物において格子状に存在する合焦対象領域が合焦状態になるように前記合焦手段の合焦位置を調整する合焦位置調整装置であって、複数の単位遮光領域を第１の方向に等間隔に配列してなる第１遮光パターンと、前記第１の方向に直交する第２の方向に設けられた第２遮光パターンとを有する十字状の遮光パターンを、前記合焦対象領域の一の格子点を中心とする十字状領域を投影範囲として投影するパターン投影手段と、前記遮光パターンを前記十字状領域に投影させ、かつ、前記一の格子点を画像中央に合致させた状態で、前記撮像手段によって撮像された、前記投影範囲を含む領域の撮像画像に基づいて、前記第１遮光パターンのコントラストが最大となる最大コントラスト位置を特定する最大コントラスト位置特定手段と、前記最大コントラスト位置特定手段における特定結果に基づいて前記合焦手段に合焦位置を調整させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする合焦位置調整処理手段と、を備え、前記パターン投影手段は、前記遮光パターンを前記観察光学系の光軸に対して傾斜させて配置し、前記第１遮光パターンの複数の単位遮光領域のそれぞれの結像位置が異なる高さ位置となり、前記第２遮光パターンが一の高さ位置で結像するように、前記遮光パターンを前記十字状領域に投影し、前記合焦位置調整処理手段は、前記最大コントラスト位置特定手段によって前記最大コントラスト位置が特定できる場合には、前記最大コントラスト位置と前記一の格子点の位置との距離に基づいて前記合焦手段の合焦位置を調整させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする第１調整処理を行い、前記最大コントラスト位置特定手段によって前記最大コントラスト位置を特定できない場合には、前記撮像手段に前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えた複数の撮像画像を撮像させ、得られた前記複数の撮像画像に基づいて前記合焦手段の配置距離に対する前記第２遮光パターンのコントラスト変化を特定し、前記コントラスト変化の極大位置を前記合焦対象領域が合焦状態となる前記合焦手段の配置位置と決定して前記合焦手段の合焦位置を前記極大位置に一致させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする第２調整処理を行う、ことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の合焦位置調整装置であって、前記最大コントラスト位置特定手段によって前記最大コントラスト位置を特定できないものの、前記一の格子点の位置からみて前記最大コントラスト位置の存在する方向であるコントラスト増大方向が特定出来る場合には、前記コントラスト増大方向に相当する向きにおいて所定距離だけ前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えさせたうえで、前記撮像手段による前記投影範囲を含む領域の撮像と、前記最大コントラスト位置特定手段による前記最大コントラスト位置の特定と、前記合焦位置調整処理手段による処理とを繰り返し、前記最大コントラスト増大方向が特定できない場合には、前記合焦位置調整処理手段による前記第２調整処理を行う、ことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項４または請求項５に記載の合焦位置調整装置であって、前記最大コントラスト位置特定手段においては、前記第１遮光パターンが投影された撮像画像における前記複数の単位遮光領域の配列方向に沿った画素列ごとの明度プロファイルを積算した積算明度プロファイルに基づいて、前記最大コントラスト位置を特定する、ことを特徴とする。
請求項７の発明は、被加工物に対してレーザー光を照射して加工を行うレーザー加工装置であって、レーザー光を照射する光源と、請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の合焦位置調整装置と、を備え、前記保持手段が前記レーザー光の照射領域と前記観察光学系による観察領域との間および前記レーザー光の前記照射領域内において移動可能に設けられており、前記合焦位置調整装置において特定された格子点の合焦位置に基づいて前記レーザー光の焦点位置を設定したうえで、前記合焦対象領域にレーザー光を照射することにより、前記合焦対象領域を加工対象領域とするレーザー加工を行う、ことを特徴とする。
請求項８の発明は、前記観察対象物が、それぞれが同一形状を有する複数の単位要素からなる繰り返しパターンが表面に形成されてなる被加工物であり、前記合焦対象領域の姿勢に基づいて、所定の基準方向に対する前記繰り返しパターンの第１の傾き角度を特定し、前記保持手段に前記第１の傾き角度が打ち消されるように前記被加工物を回転させる粗調整処理手段と、前記基準方向に平行な直線上において最も離間して存在する２つの格子点を結ぶ直線が、前記基準方向に対してなす角度を前記繰り返しパターンの第３の傾き角度として特定し、前記保持手段に前記第３の傾き角度が打ち消されるように前記被加工物を回転させる微調整処理手段と、前記被加工物の外形形状と前記合焦対象領域の配置ピッチとに基づいて、前記被加工物における前記レーザー光による加工位置を特定する加工位置特定手段と、をさらに備える。
請求項９の発明は、請求項７または請求項８に記載のレーザー加工装置であって、前記加工対象領域におけるストリート高さの変位分布を測定する変位測定手段、をさらに備え、前記合焦位置調整装置において特定された格子点の合焦位置と前記変位測定手段によって得られた変位分布とに基づいて前記レーザー光の焦点位置を設定する、ことを特徴とする。
請求項１ないし請求項６の発明によれば、ストリートが凹部として設けられている基板であっても、ストリートを合焦対象領域とすることで、ストリートの高さの理想位置からのずれ量を特定し、かつ、ストリートの格子点位置を正確に合焦状態とすることができる。
請求項７ないし請求項９の発明によれば、ストリートを正確に合焦状態とすることで、焦点位置をストリートの高さ位置に応じて適切に設定した状態でレーザー光をストリートに照射することができるので、レーザー光によるストリートの加工精度が向上する。
特に、請求項８の発明によれば、まず被加工物の姿勢を厳密に調整し、その後の回転が不要な状態とした上で、加工位置（加工ストローク）の特定を行うので、高い加工位置精度のもとでレーザー加工を行うことができる。
特に、請求項９の発明によれば、被加工物におけるストリートの高さ分布を迅速に把握することができるので、レーザー光の焦点位置プロファイルを迅速に得ることができる。
第１の実施の形態に係る合焦位置調整装置１の構成を模式的に示す図である。 パターンマスク８２を模式的に示す図である。 撮像素子８７による撮像画像例である。 図３において撮像対象となっている基板Ｓの、ストリートＳＴの格子点Ｃ付近の様子を模式的に示す斜視図である。 合焦位置調整装置１における合焦状態の調整の概略的な手順を示す図である。 第１画像処理の詳細な処理の流れを示す図である。 第１処理対象領域ＲＯＩ１を例示する図である。 明度プロファイルの取得について説明するための図である。 第１処理対象領域ＲＯＩ１についての部分撮像画像と明度プロファイルとの対応関係を示す図である。 積算明度プロファイルＦ（ｘ）を例示する図である。 図１０に示す積算明度プロファイルＦ（ｘ）についてＦＦＴ処理を行った結果を示す図である。 積算明度プロファイルＦ（ｘ）に対し、図１１のピークＰＫ１にて表される周期成分を用いたバンドパスフィルタを適用することで得られた周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）を示す図である。 図１２に示した周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）に基づいて求められた、微分二乗プロファイルｇ（ｘ）および導関数プロファイルＧ（ｘ）を示す図である。 最大コントラスト位置が特定できない場合の撮像画像を例示する図である。 第２画像処理の詳細な処理の流れを示す図である。 第２処理対象領域ＲＯＩ２を例示する図である。 ＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）を例示する図である。 図１７に示したＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）のＡ部近傍の拡大図である。 第２の実施の形態に係るレーザー加工装置１００の構成を模式的に示す図である。 撮像視野Ｆ１〜Ｆ３の関係を例示する図である。 基板Ｓに対してレーザー加工を行う場合の処理の流れを示す図である。 粗調整処理の詳細な流れを示す図である。 微調整処理の詳細な流れを示す図である。 加工位置特定処理の詳細な流れを示す図である。 撮像画像ＩＭ９を例示する図である。 ストリート高さの計測箇所について説明するための図である。
＜第１の実施の形態＞
＜合焦位置調整装置＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る合焦位置調整装置１の構成を模式的に示す図である。合焦位置調整装置１は、それぞれが同一形状を有する単位要素の繰り返しパターンが表面に２次元的に形成されており、少なくとも格子状のストリートＳＴを含む部分が凹部（最下部）となった凹凸構造を表面に有する基板Ｓについて、当該ストリートＳＴの交点位置（格子点位置）を合焦状態とする装置である。
基板Ｓとしては、例えば、表面のストリートＳＴ以外の箇所において半導体層（機能層）や電極パターンなどからなる凸部ＳＣが形成された、ＬＥＤ用の母基板などが当てはまる。ただし、合焦位置調整装置１は、表面が一様な基板の当該表面における高さ位置の調整にも利用可能なものである。
合焦位置調整装置１は、水平面内においてＸＹ２軸方向に移動自在なＸＹステージ２と、ＸＹステージ２の上に設けられ、水平面内の任意の位置において回転自在なθステージ３と、θステージ３の上に設けられ、基板Ｓを固定する（保持する）吸着チャック４とから構成されるステージ５を備える。なお、本実施の形態においては、原則として、ＸＹステージ２の一方の動作方向をＸ軸方向（図１において図面視右方向を正方向とする）とし、これに直交する方向をＹ軸方向（図１において図面視上方向を正方向とする）とし、鉛直方向をＺ軸方向とする右手形のＸＹＺ座標系を考え、このＸＹＺ座標系に基づく説明を行うものとする。このＸＹＺ座標系を機械座標系と称することがある。また、ＸＹ平面内でのＸ軸方向を基準とする角度を考えるときは全て、反時計回りが正の向きであるとして説明を行うものとする。
吸着チャック４への基板Ｓの固定は、周囲をリング７で保持した粘着性の固定シート６の上に基板Ｓを貼り付け、リング７の端縁で位置決めしつつ固定シート６を吸着チャック４によって吸引固定することによって行われる。好ましくは、基板Ｓは、リング７の中心Ｏ（図２０参照）と基板Ｓの中心とが概ね一致するように固定される。
レーザー加工装置１００においては、基板Ｓを吸着チャック４にて吸着固定した状態で、ＸＹステージ２を動作させることで、水平面内における基板Ｓの並行移動が実現され、θステージ３を動作させることで、水平面内における基板Ｓの回転移動が実現される。すなわち、ＸＹステージ２の移動とθステージ３の移動とを適宜に組み合わせることで、基板Ｓを水平面内にて任意の位置および姿勢にて保持することができる。
また、合焦位置調整装置１は、遮光パターンＰＴ（図２参照）を基板Ｓに投影しこれを撮像するための光学系（観察光学系）８を備えている。光学系８は、基板Ｓに対する照射光Ｌ１を発光する光源部８１と、遮光パターンＰＴが設けられ、光軸ＡＸ１に対し傾斜させて配置されたパターンマスク８２と、第１結像レンズ８３と、ビームスプリッタ８４と、対物レンズ８５と、第２結像レンズ８６と、例えばＣＣＤカメラなどからなる撮像素子８７とを主として備えている。なお、光学系８においては、パターンマスク８２と基板Ｓの表面とが、概ね、光学的に共役な配置関係となるように、各部の配置が定められてなる。また、対物レンズ８５には、その鉛直方向における配置位置を調節することによってステージ５に配置された基板Ｓの合焦位置（合焦高さ）を調整可能なＺ軸調節機構８５ｍを備えている。すなわち、本実施の形態に係る合焦位置調整装置１においては、Ｚ軸調節機構８５ｍを含む対物レンズ８５が直接の合焦手段となる。
加えて、合焦位置調整装置１は、上述の各部の動作の制御を担うほか、後述する基板Ｓの合焦位置調整に係る処理を担う制御部１０と、合焦位置調整装置１の動作を制御するプログラム２０ｐや、撮像素子８７によって得られる撮像画像データや合焦状態におけるストリートＳＴの高さや対物レンズ８５の配置位置等を含む合焦データその他の種々のデータなどを記憶する記憶部２０と、撮像画像や合焦位置調整処理における処理過程において生成される種々のプロファイルなどを表示可能なモニタ３０とをさらに備える。
制御部１０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものであり、記憶部２０に記憶されているプログラム２０ｐが該コンピュータに読み込まれ実行されることにより、種々の構成要素が制御部１０の機能的構成要素として実現される。
具体的には、制御部１０は、ＸＹステージ２とθステージ３の駆動を制御する駆動制御部１１と、光学系８による撮像を制御する撮像制御部１２と、合焦位置調整処理を担う合焦処理部１３と、吸着チャック４による吸着動作を制御する吸着制御部１４とを、主として備える。
記憶部２０は、ＲＯＭやＲＡＭおよびハードディスクなどの記憶媒体によって実現される。なお、記憶部２０は、制御部１０を実現するコンピュータの構成要素によって実現される態様であってもよいし、ハードディスクの場合など、該コンピュータとは別体に設けられる態様であってもよい。
このような構成を有する合焦位置調整装置１においては、光源部８１から発せられてパターンマスク８２を通過した照射光Ｌ１が、第１結像レンズ８３を経てビームスプリッタ８４により反射され、さらに対物レンズ８５によって集光されてステージ５の上に固定された基板Ｓに照射される。基板Ｓからの反射光Ｌ２は、対物レンズ８５を経た後、ビームスプリッタ８４を透過し、第２結像レンズ８６を経て撮像素子８７で受光される。撮像素子８７においては、基板Ｓに遮光パターンＰＴが投影された像が撮像される。さらに、係る投影像を合焦処理部１３にて画像処理することで得られる遮光パターンＰＴの明度分布（コントラスト分布）に基づいて対物レンズ８５を移動させることにより、合焦位置の調整を好適に行えるようになっている。パターンマスク８２の構成およびこれを用いた合焦位置の調整についての詳細は後述する。
＜パターンマスク＞
図２は、パターンマスク８２を模式的に示す図である。パターンマスク８２は、例えばガラスなどからなる透明板の一主面であるパターン形成面８２ｓに、クロムマスクなどによって遮光パターンＰＴを形成したものである。遮光パターンＰＴは、中心が白抜き（非遮光部）となった矩形領域ＲＥ０を中心として、図面視上下方向においては複数の第１単位遮光領域ＲＥ１が等間隔に配列してなる第１遮光パターンＰＴ１が、図面視左右方向においては複数の第２単位遮光領域ＲＥ２が等間隔に配列してなる第２遮光パターンＰＴ２が、それぞれ設けられたものである。すなわち、遮光パターンＰＴは概略、十字状をなしているといえる。なお、図２における第１単位遮光領域ＲＥ１および第２単位遮光領域ＲＥ２の配置個数はあくまで例示であって、実際には、さらに多数の第１単位遮光領域ＲＥ１および第２単位遮光領域ＲＥ２が配置される。
図１に示すように、パターンマスク８２は、照射光Ｌ１の光軸ＡＸ１上において、パターン形成面８２ｓが該光軸ＡＸ１に垂直な軸に対して角度αだけ傾斜する姿勢で配置される。より詳細には、第１遮光パターンＰＴ１の配列方向ＡＲ１が光軸ＡＸ１に垂直な軸に対して角度αをなすように配置される。換言すれば、第１遮光パターンＰＴ１の配列方向ＡＲ１の延長線上にあるパターンマスク８２の一端部８２ａがより光源部８１から遠ざかり、該一端部８２ａと対向する他端部８２ｂがより光源部８１に近づくように配置される。ただし、角度αは、パターンマスク８２から光源部８１に向かう向きを基準とし、反時計回りの向きが正の値となるように定められる。具体的には、角度αは鋭角とされるが、６０°とするのが好適な一例である。
加えて、本実施の形態においては、基板Ｓの表面において格子状に設けられたストリートＳＴの格子点位置に矩形領域ＲＥ０が投影され、かつ第１遮光パターンＰＴ１と第２遮光パターンＰＴ２とがそれぞれ、該格子点位置において互いに直交するストリートＳＴに投影されるように、パターンマスク８２が配置される。それゆえ、ストリートＳＴが対物レンズ８５の合焦位置から著しくずれているような場合を除き、撮像素子８７においては、格子点位置を中心に十字状をなすストリートＳＴに、十字状の遮光パターンＰＴが投影された像が得られる。
パターンマスク８２の遮光パターンＰＴにおいて、第１遮光パターンＰＴ１の配列方向ＡＲ１における明暗部の繰り返しピッチ（第１単位遮光領域ＲＥ１の配列方向ＡＲ１におけるサイズと、隣り合う第１単位遮光領域ＲＥ１の間の間隔）Ｄ１は、光学系８における結像倍率をＭとし、要求される合焦位置精度をｄｚとしたとき、次の（１）式に基づいて定められる。
（０＜）Ｄ１≦ｄｚ／Ｍ2ｓｉｎα ・・・・・（１）
なお、撮像素子８７おいて得られる像においては、係るピッチＤ１のもと、コントラストの強い第１単位遮光領域ＲＥ１が４〜５個観察されるのが、好ましい。
一方、第１単位遮光領域ＲＥ１の配列方向ＡＲ１に垂直な方向のサイズＷ１は、遮光パターンＰＴが重ね合わされた像においてそれぞれのｃがストリートＳＴからはみ出ることのない範囲でなるべく大きな値として定められればよい。
なお、第２遮光パターンＰＴ２を構成する第２単位遮光領域ＲＥ２の配列方向ＡＲ２における明暗部のピッチＤ２については、ピッチＤ１と同程度であってもよいが、ピッチＤ１よりも大きい値として設定されていてもよい。また、第２単位遮光領域ＲＥ２の配列方向ＡＲ２に垂直な方向のサイズＷ２については、遮光パターンＰＴが重ね合わされた像においてそれぞれの第２単位遮光領域ＲＥ２がストリートＳＴからはみ出ることのない範囲で定められればよい。
例えば、ストリートＳＴの幅が３０μｍである場合、ピッチＤ１、Ｄ２は５μｍ、サイズＷ１は１０μｍ、サイズＷ２は５μｍに定められるのが好適な一例である。
なお、第１単位遮光領域ＲＥ１および第２単位遮光領域ＲＥ２が矩形であることは必須の態様ではないが、後述する画像処理における情報量の確保という意味においては、矩形領域として形成されるのが好ましい。この場合、第１単位遮光領域ＲＥ１については、配列方向ＡＲ１に直交する方向に長手方向を有するように形成されるのが好ましい。
＜パターン投影像と合焦位置との関係＞
合焦位置調整装置１における合焦位置の調整手法について説明するに先立って、本実施の形態に係る合焦位置調整装置１における、遮光パターンＰＴの投影像と合焦位置との関係について説明する。
上述のように、光学系８においては、パターンマスク８２が、第１遮光パターンＰＴ１の配列方向ＡＲ１が光軸ＡＸ１に垂直な軸に対して角度αをなすように配置されるので、個々の第１単位遮光領域ＲＥ１の高さ方向（Ｚ軸方向）における結像位置は異なる。そのため、基板Ｓをある高さ位置に配置し、かつ対物レンズ８５を該基板Ｓから所定距離だけ離間させた状態で遮光パターンＰＴの投影像を観察（撮像）した場合、結像位置が基板Ｓの高さ位置に近い第１単位遮光領域ＲＥ１ほど明瞭に観察され、結像位置が当該高さ位置から遠くなるほど、第１単位遮光領域ＲＥ１の像はぼやけていくことになる。すなわち、基板ＳのストリートＳＴにおける第１遮光パターンＰＴ１の投影像のコントラストには分布が生じる。また、ストリートＳＴの高さ位置が異なると、あるいは、ストリートＳＴと対物レンズ８５との距離が異なると、係るコントラストの分布は異なるものとなる。
図３は、撮像素子８７による撮像画像例である。図４は、図３の各撮像画像において撮像対象となっている基板Ｓの、ストリートＳＴの格子点Ｃ付近の様子を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、基板Ｓにおいては、２本のストリートＳＴが直交して格子点Ｃをなすとともに、ストリートＳＴの周囲に凸部ＳＣが形成されている。また、ストリートＳＴの幅は３０μｍである。また、第１遮光パターンＰＴ１におけるピッチＤ１および第２遮光パターンＰＴ２におけるピッチＤ２はいずれも５μｍに設定されている。第１単位遮光領域ＲＥ１の配列方向ＡＲ１に垂直な方向におけるサイズは１０μｍに設定されている。第２単位遮光領域ＲＥ２の配列方向ＡＲ２に垂直な方向におけるサイズは５μｍに設定されている。撮像素子８７の視野サイズは０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍとしている。
図３（ａ）は、ストリートＳＴの高さが対物レンズ８５の合焦位置に一致している（合焦高さとなっている）場合の撮像画像ＩＭ１である。これに対して、図３（ｂ）は、図３（ａ）の場合よりもストリートＳＴの位置が高い場合の撮像画像ＩＭ２である。
図３（ａ）の撮像画像ＩＭ１の場合、第１遮光パターンＰＴ１の像は、遮光パターンＰＴの中央に存在する矩形領域ＲＥ０の近傍が最もコントラストが高く明瞭であり、個々の第１単位遮光領域ＲＥ１とそれらの間との周期的な明暗が明確に確認される一方で、矩形領域ＲＥ０から離れて行くにつれてコントラストが低くぼやけた状態となっていっている。なお、第２遮光パターンＰＴ２については、全ての第２単位遮光領域ＲＥ２の像が高いコントラストで得られている。これは、第２遮光パターンＰＴ２の場合、パターンマスク８２の傾斜とは無関係に、全ての第２単位遮光領域ＲＥ２が矩形領域ＲＥ０と同じ結像位置にて結像するように設けられているからである。
一方、図３（ｂ）の撮像画像ＩＭ２の場合、第１遮光パターンＰＴ１の像のコントラストが最も高い位置が、画像内において中央よりもやや上にずれている。また、第２遮光パターンＰＴ２は全てがコントラストの弱いぼやけた状態となっている。これらは、ストリートＳＴの高さ位置が図３（ａ）の場合よりも高いために、第１遮光パターンＰＴ１の投影像にてコントラストが最大となる部分が、合焦位置から当該高さ位置までずれたことによるものである。
このことは、ストリートＳＴの高さが合焦位置よりも上方にずれている場合に第１遮光パターンＰＴ１の最大コントラスト位置が画像面内において上方にシフトすることを意味している。逆に、合焦位置が下方にずれている場合は、最大コントラスト位置が画像面内において下方にシフトする。
この関係を用いると、ステージ５に載置された基板ＳのストリートＳＴの高さ位置（より厳密には格子点Ｃの高さ位置）が基板Ｓ作製時の狙いの位置である理想位置にあるとき（規定通りの位置にあるとき）に第１遮光パターンＰＴ１の投影像の最大コントラスト位置が撮像画像の中央に合致するようにパターンマスク８２を配置しておけば、ストリートＳＴの高さが不明な基板Ｓをステージ５に配置し、該ストリートＳＴに対して遮光パターンＰＴを投影させた場合、ストリートＳＴの実際の高さ位置と理想位置との差に応じて、第１遮光パターンＰＴ１の投影像の最大コントラスト位置が撮像画像の中央からずれることになる。よって、最大コントラスト位置と画像中央とのずれ量（面内ずれ量）がわかれば、ストリートＳＴの高さ位置の誤差を特定することができる。さらには、実際のストリートＳＴの高さ位置が合焦位置となるように、対物レンズ８５の配置を調整することが可能となる。
＜合焦状態の調整手順＞
本実施の形態に係る合焦位置調整装置１においては、合焦処理部１３の作用により、上述したような、第１遮光パターンＰＴ１の投影像の最大コントラスト位置のずれを利用したストリートＳＴ（の格子点Ｃ）の高さ位置の特定、および、格子点Ｃの位置を合焦位置とする合焦状態の調整が可能である。図５は、合焦位置調整装置１における合焦状態の調整の概略的な手順を示す図である。
まず、吸着チャック４を用いてステージ５に基板Ｓを載置固定する（ステップＳ１）。そして、基板ＳのストリートＳＴ上に十字状をなしている遮光パターンＰＴを投影する（ステップＳ２）。当然ながら、基板Ｓの載置は、少なくとも撮像素子８７で撮像される範囲において遮光パターンＰＴがストリートＳＴ上にきちんと投影される程度の面内精度にて、なされる必要がある。なお、以降の処理に先立ち、基板Ｓの精密なアライメント（面内アライメント）が行われる態様であってもよい。あるいは、ストリート高さの調整と面内アライメントとを連続する一連の過程の中で行う態様であってもよい。後者については後述する。
遮光パターンＰＴが投影されると、撮像素子８７による撮像を行う（ステップＳ３）。このとき対物レンズ８５は、ストリートＳＴの格子点Ｃについて理想位置が合焦位置となるように配置されるのが好ましいが、当該位置からずれて配置されている態様であってもよい。例えば、同一の構成を有する複数枚の基板Ｓについて連続してストリートＳＴの合焦位置の調整を行う場合であれば、前回の調整の際に最終的に配置された位置にそのまま配置されている態様であってもよい。また、撮像素子８７の撮像視野は、一辺が０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の矩形形状として設定するのが好ましい。
係る撮像によって得られる撮像画像データは、記憶部２０に記憶される。撮像画像データは、画素位置を示す座標値と当該画素位置における明度を示す階調値とのデータセットであるビットマップ形式のデータである。なお、合焦位置調整に用いられる撮像画像データを特に、合焦位置調整用データＤＰと称する。
合焦位置調整用データＤＰが得られると、撮像画像のうち第１遮光パターンＰＴ１が投影された部分のみを処理対象とする画像処理（第１画像処理）を行う（ステップＳ４）。図６は、第１画像処理の詳細な処理の流れを示す図である。
まず、得られた撮像画像において、第１遮光パターンＰＴ１の投影範囲のみを第１処理対象領域ＲＯＩ１として設定し（ステップＳ４１）、合焦位置調整用データＤＰから、第１処理対象領域ＲＯＩ１に属するデータセットのみを抽出する。図７は、ある撮像画像ＩＭ３における第１処理対象領域ＲＯＩ１を例示する図である。第１処理対象領域ＲＯＩ１は、第１遮光パターンＰＴ１の投影部分を全て含む配列方向ＡＲ１に沿った幅Ｗ１の帯状の領域である。
次に、第１処理対象領域ＲＯＩ１において配列方向ＡＲ１に沿う個々の画素列に着目し、抽出したデータセットに基づいて、それぞれの画素列についての画素位置と明度との関係を明度プロファイルして取得する（ステップＳ４２）。図８は、係る明度プロファイルの取得について説明するための図である。図８においては、Ｎ個の画素列（画素列１〜画素列Ｎ）が配列方向ＡＲ１に沿って存在しているとし、画素列ｉの明度プロファイル（画素位置ｘiにおける明度値）をｆ（ｘi）と表す。
図９は、第１処理対象領域ＲＯＩ１についての部分撮像画像と明度プロファイルとの対応関係を示す図である。図９（ａ）が第１処理対象領域ＲＯＩ１についての部分撮像画像ＩＭ４であり、図９（ｂ）が明度プロファイルｆ（ｘi）を表している。なお、図９（ａ）においては図面視上下方向に画像が伸長されている。図９（ｂ）においては、複数の明度プロファイルｆ（ｘi）を重ね合わせて図示している。いずれも横軸は画素位置ｘを表している。また、図９（ｂ）の縦軸は明度である。
図９（ａ）に示す部分撮像画像ＩＭ４においては、周期的かつ明瞭な明暗（コントラスト）のある部分（画素位置番号３００〜４００の部分）が存在する。係る部分に最大コントラスト位置が含まれていることになる。また、図９（ｂ）においては、係る周期的な明暗に対応した周期的なピーク群が確認される。なお、明度だけをみれば、係るピーク群と同等の値を示す部分も存在するが、これらはあくまでノイズであり、最大コントラスト位置の特定にあたっては不要である。
次に、個々の明度プロファイルｆ（ｘi）を、配列方向ＡＲ１に垂直な方向について積算する（ステップＳ４３）。Ｎ個の画素列についての積算明度プロファイル（画素位置ｘにおける積算明度値）Ｆ（ｘ）は、次の（２）式にて表される。
図１０は、積算明度プロファイルＦ（ｘ）を例示する図である。係る積算明度プロファイルＦ（ｘ）を求めるのは、個々の画素列の明度プロファイルｆ（ｘi）に含まれる、基板Ｓの汚れ等に起因したノイズ成分を相殺して、解析に用いるプロファイルのＳ／Ｎ比を高めるためである。なお、積算明度プロファイルに代えて、画素位置における平均明度値を表す平均明度プロファイルを用いる態様であってもよい。
積算明度プロファイルＦ（ｘ）が得られると、次に周波数解析するためにこれを高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）する（ステップＳ４４）。そして、係る周波数解析結果に基づき周期判別を行う（ステップＳ４５）。具体的には、ＦＦＴ処理結果から周期的なピーク群の周期成分を特定し、続いて、積算明度プロファイルＦ（ｘ）に対し該周期成分を通すバンドパスフィルタを適用する。
図１１は、図１０に示す積算明度プロファイルＦ（ｘ）についてＦＦＴ処理を行った結果を示す図である。図１１のピークＰＫ１が、図１０の積算明度プロファイルＦ（ｘ）に表れたピーク群の周期成分、すなわち、図９（ａ）にみられた周期的な明暗部分の周期成分に対応する。図１２は、積算明度プロファイルＦ（ｘ）に対し、図１１のピークＰＫ１にて表される周期成分を用いたバンドパスフィルタを適用することで得られた周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）を示す図である。
周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）が得られると、これを微分し、さらに２乗して、微分二乗プロファイルｇ（ｘ）＝｛Ｆ1'（ｘ）｝2を得る（ステップＳ４６）。そして、ｇ（ｘ）についてガウスの導関数を求め、これによって得られる導関数プロファイルＧ（ｘ）＝｛ｇ（ｘ＋１）−ｇ（ｘ−１）｝2のピークを与える画素位置を、最大コントラスト位置を表す画素位置として特定する（ステップＳ４７）。
図１３は、図１２に示した周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）に基づいて求められた、微分二乗プロファイルｇ（ｘ）および導関数プロファイルＧ（ｘ）を示す図である。図１３に示す導関数プロファイルＧ（ｘ）において極大ピークＰＫ２を与える画素位置を、ｘ＝ｘpであるとすると、該画素位置ｘ＝ｘpが、ステップＳ３にて得られた撮像画像におけるストリートＳＴ上での最大コントラスト位置として特定されることになる。
図５に戻り、このようにして最大コントラスト位置が特定されると（ステップＳ５でＹＥＳ）、図９に示した第１処理対象領域ＲＯＩ１の配列方向ＡＲ１における中央画素位置ｘ＝ｘ0と、最大コントラスト位置ｘ＝ｘpとの差分値Δｘ＝ｘp−ｘ0の値に基づいて、ストリートＳＴの格子点Ｃの理想位置からのずれ量であるストリート高さずれ量ΔＺ１を算出する（ステップＳ６）。ストリート高さずれ量ΔＺ１は、次の（３）式で求められる。
ΔＺ１＝Δｘ・Ｍ・tanα ・・・・・（３）
なお、ΔＺ１が負のときは、格子点Ｃの位置が理想位置よりも低く、ΔＺ１が正のときは、格子点Ｃの位置が理想位置よりも高くなっている。
ストリート高さずれ量ΔＺ１が求まれば、実際の対物レンズ８５の高さ位置Ｚ’と、格子点Ｃの理想位置が合焦位置となるときの対物レンズ８５の高さ位置Ｚ０とから、格子点Ｃを合焦位置とするための対物レンズ８５の移動量ΔＺが、次の式から求められる。
ΔＺ＝（Ｚ０＋ΔＺ１）−Ｚ’ ・・・・・（４）
（４）式に従い合焦位置を調整することで、格子点Ｃが合焦状態とされる（ステップＳ７）。なお、合焦位置等の情報は、合焦データＤＦとして記憶部２０に記憶される。
以上が、合焦位置の調整の原則的な手順となる。
ただし、ステップＳ３における撮像を行う際の、対物レンズ８５の配置位置とストリートＳＴの高さ位置との関係によっては、得られた撮像画像に基づいてステップＳ４における（より詳細にはステップＳ４１〜Ｓ４７における）第１画像処理を行ったとしても、最大コントラスト位置ｘ＝ｘpが特定できないことがある（ステップＳ５でＮＯ）。
図１４は、このような場合の撮像画像を例示する図である。図１４（ａ）では第１遮光パターンＰＴ１の明暗部が画像上端部に差し掛かっている撮像画像ＩＭ５を示しており、図１４（ｂ）では第１遮光パターンＰＴ１の明暗部が画像下端部に差し掛かっている撮像画像ＩＭ６を示している。また、図１４（ｃ）では第１遮光パターンＰＴ１自体が明瞭に確認されない撮像画像ＩＭ７を示している。これらの撮像画像の場合、仮に導関数プロファイルＧ（ｘ）が得られたとしても、極点を有していないか、あるいは、導関数プロファイルＧ（ｘ）の導出自体が全く行えないこととなる。これは例えば、積算明度プロファイルＦ（ｘ）をＦＦＴ処理した結果においてピークＰＫ１が検出されないことや、周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）や導関数プロファイルＧ（ｘ）が画素位置端部において単調増加又は単調減少することなどから判定される態様であってもよいし、撮像画像自体に基づいて判定される場合であってもよい。
このような場合、撮像処理が１回目であり（ステップＳ８でＹＥＳ）、かつ、コントラスト増大方向が判定可能であれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、対物レンズ８５の位置（Ｚ軸高さ）を該コントラスト増大方向へシフトさせて（ステップＳ１０）、再度、撮像と第１画像処理とを繰り返すようにする（ステップＳ３〜Ｓ４）。なお、このときの対物レンズ８５の位置のシフト量は、撮像画像における第１遮光パターンＰＴ１の配列方向ＡＲ１の範囲をΔＸｍとするときに、（ΔＸｍ・Ｍ・ｔａｎα）／２とするのが好ましい。
ここで、コントラスト増大方向とは、撮像画像において、画像中央から第１遮光パターンＰＴ１の明暗部が存在する位置へと向かう向きを指し示している。例えば、図１４（ａ）および（ｂ）に示した撮像画像ＩＭ５、ＩＭ６の場合であれば、それぞれ、図面視上方向、図面視下方向がコントラスト増大方向と特定される。あるいは、撮像画像ではなく、積算明度プロファイルＦ（ｘ）や、導出が可能な場合であれば、周期判別済みプロファイルＦ1（ｘ）における振幅変化や導関数プロファイルＧ（ｘ）における増加もしくは減少の様子からコントラスト増大方向を判定することも可能である。
一方、図１４（ｃ）に示した撮像画像ＩＭ７の場合、第１遮光パターンＰＴ１の明暗部を特定することができず、コントラスト増大方向を判定することができない（ステップＳ９でＮＯ）。これは、ストリートＳＴの格子点Ｃの位置における合焦状態を実現するために、対物レンズ８５の位置をＺ軸上下方向のいずれに移動させればよいかが、撮像画像から判別できないことを意味している。
このような場合は、第２遮光パターンＰＴ２を利用した画像処理（第２画像処理）を行う（ステップＳ１０）。また、２回目の撮像処理の後においても、最大コントラスト位置が特定できない場合（ステップＳ５でＮＯかつステップＳ８でＮＯ）も同様とする。
図１５は、第２画像処理の詳細な処理の流れを示す図である。まず、対物レンズ８５の位置（Ｚ軸高さ）を順次に違えつつ、複数箇所において撮像を行う（ステップＳ１１１）。なお、Ｚ軸高さは等ピッチで違える態様でよいが、画像変化の様子に応じてＺ軸高さのピッチを可変とする態様であってもよい。
次に、得られたそれぞれの撮像画像において、第２遮光パターンＰＴ２の投影範囲のみを第２処理対象領域ＲＯＩ２として設定し（ステップＳ１１２）、それぞれの合焦位置調整用データＤＰから、第２処理対象領域ＲＯＩ２に属するデータセットのみを抽出する。図１６は、ある撮像画像ＩＭ８における第２処理対象領域ＲＯＩ２を例示する図である。そして、それぞれの撮像画像について、抽出したデータセットに基づき、ＡＦ評価値を算出する（ステップＳ１１３）。ここで、ＡＦ評価値とは、それぞれの撮像画像の第２処理対象領域ＲＯＩ２についてのコントラスト差を表す値である。ＡＦ評価値の算出には、公知の手法を適用可能である。最も単純には、第２処理対象領域ＲＯＩ２における明度の最大値と最小値との差分値をＡＦ評価値とすることができる。あるいは、明度値の度数分布などに基づく統計的処理を行って、ＡＦ評価値を求める態様であってもよい。
それぞれの撮像画像について、ＡＦ評価値が求まると、それぞれの画像を撮像した対物レンズ８５のＺ軸高さｚと当該撮像画像のＡＦ評価値との関係をＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）として取得し、そのピークを与える座標位置を、ストリートＳＴの格子点Ｃが合焦状態となるときの対物レンズ８５の高さ位置（合焦高さ位置）として特定する（ステップＳ１１４）。
図１７は、ＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）を例示する図である。図１８は、図１７に示したＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）のＡ部近傍の拡大図である。図１７に示すようなＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）が得られると、図１８に示すように、ＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）においてＡＦ評価値が最大となるｚ軸高さの近傍の数個（例えば５個）のデータ点を用いて、曲線近似により、ＡＦ評価値プロファイルＨ（ｚ）の近似曲線ｈ（ｚ）を求める。そして、近似曲線ｈ（ｚ）において極大ピークＰＫ３を与えるＺ軸高さをｚ＝ｚpとするとき、該Ｚ軸高さｚ＝ｚpを、格子点Ｃについての合焦高さ位置として特定する。
この結果に基づき、対物レンズ８５のＺ軸高さがｚ＝ｚpに調整されることで、ストリートＳＴの格子点Ｃが合焦状態に調整されたことになる（ステップＳ７）。なお、この場合、格子点Ｃの理想位置が合焦位置となるときの対物レンズ８５の高さ位置が上述のようにＺ０であるとすると、ｚp−Ｚ０がストリート高さずれ量となる。
以上、説明したように、本実施の形態に係る合焦位置調整装置１によれば、基板に設けられた、格子点位置を中心に十字状をなすストリートに対して、十字状の遮光パターンを、ストリートに合致するように、かつ、一方向について傾斜させて投影し、そのときの投影像における最大コントラスト位置とストリートの格子点位置とのずれ量に基づいて、ストリートの高さの理想位置からのずれ量を特定し、かつ、格子点位置を正確に合焦状態とすることができる。これにより、ストリートが凹部として設けられている基板であっても、ストリートの高さの理想位置からのずれ量を特定し、かつ、ストリートの格子点位置を正確に合焦状態とすることができる。
また、対物レンズ位置が合焦位置から大きくずれているような場合には、対物レンズ位置を違えて撮像した複数の投影像から、十字状の遮光パターンの傾斜していない側の像のコントラスト変化に基づいて、ストリートの格子点位置を合焦状態とすることができる。
これらにより、基板表面においてストリートが凹部として存在する場合であっても、その高さ位置を正確に合焦状態とすることができる。
＜第２の実施の形態＞
＜レーザー加工装置＞
本実施の形態においては、第１の実施の形態において説明した合焦位置調整装置１が組み込まれたレーザー加工装置１００について説明する。図１９は、本実施の形態に係るレーザー加工装置１００の構成を模式的に示す図である。
レーザー加工装置１００は、基板ＳのストリートＳＴに対してレーザー光ＬＢを照射することによって、ストリートＳＴのスクライブ加工を行う装置である。
レーザー加工装置１００は、第１の実施の形態において合焦位置調整装置１に備わっていたステージ５について、そのＸＹステージ２をＸ軸方向に動作させることによって、矢印ＡＲ１１にて示すように、第１撮像位置Ｐ１と、第２撮像位置Ｐ２と、第３撮像位置Ｐ３と、変位計測位置Ｐ４と、加工位置Ｐ５との間で自在に移動させることができるようになっている。第１撮像位置Ｐ１には第１撮像手段１０１が、第２撮像位置Ｐ２には第２撮像手段１０２が、第３撮像位置Ｐ３には第３撮像手段１０３が、変位計測位置Ｐ４には変位センサ１０４がそれぞれ備わっている。
なお、本実施の形態においても、ＸＹステージ２の一方の動作方向をＸ軸方向（図１９において図面視右方向を正方向とする）とし、これに直交する方向をＹ軸方向（図１９において図面視上方向を正方向とする）とし、鉛直方向をＺ軸方向とする右手形のＸＹＺ座標系を設定する。図１９においては、第１ないし第３撮像位置Ｐ１〜Ｐ３、変位計測位置Ｐ４、および加工位置Ｐ５が一方向に（Ｘ軸方向に）配列させられてなるが、これは、図示の都合上のものであって、レーザー加工装置１００におけるこれらの配置関係はこれに限られるものではない。
第２撮像手段１０２は、合焦位置調整装置１の光学系８に相当する。すなわち、ステージ５が第２撮像位置Ｐ２に位置しているときに、第２撮像手段１０２とステージ５とが、第１の実施の形態に係る合焦位置調整装置１を構成する。
なお、ステージ５の水平面内の並進動作はＸＹステージ２のみで行われるので、レーザー加工装置１００においては、所定位置に一の原点を定めた上で上述の機械座標系を用いることでステージ５の位置を一義的に特定することが可能である。しかし、後述する種々の処理においては、ステージ５が第１ないし第３撮像位置Ｐ１〜Ｐ３、変位計測位置Ｐ４、および加工位置Ｐ５のいずれにあるときも、ステージ５の同一位置が同一座標で表される方が便利である。従って、レーザー加工装置１００においては、係る関係がそれぞれの位置で成り立つように、第１ないし第３撮像位置Ｐ１〜Ｐ３、変位計測位置Ｐ４、および加工位置Ｐ５のそれぞれに対応する原点位置が定められて、機械座標系からの座標変換がなされるものとする。これは、例えば、ステージ５にリング７が保持されるときのリング中心を、第１ないし第３撮像位置Ｐ１〜Ｐ３、変位計測位置Ｐ４、および加工位置Ｐ５における原点位置とすることで実現される。このように定めることで、ステージ５が第１撮像位置Ｐ１にあるときに（ａ，ｂ、０）なる座標で表される位置は、ステージ５が第２撮像位置Ｐ２、第３撮像位置Ｐ３、変位、加工位置Ｐ５のいずれにあるときでも、（ａ，ｂ、０）なる座標で表される位置として認識されることになる。ただし、いずれの座標系をとるときでも座標軸の方向は変わらないため、本実施の形態においては、説明の簡単のため、それぞれの座標系を区別することなくＸ軸、Ｙ軸などと呼ぶものとする。
さらに、レーザー加工装置１００は、露光手段１０５を備える。露光手段１０５は、レーザー光源１０５ａと対物レンズ１０５ｂとを備え、ステージ２が加工位置Ｐ５にあるときに、レーザー光源１０５ａからレーザー光ＬＢを出射し、これを対物レンズ１０５ｂで集光することによって、ステージ２上の基板Ｓの所定位置にレーザー光を照射することができるようになっている。レーザー加工装置１００においては、ステージ５を移動させつつ露光手段１０５からレーザー光ＬＢを基板Ｓに照射することによって、基板Ｓへのレーザー加工が行えるようになっている。なお、露光手段１０５は、公知のレーザー加工装置に備わる露光手段によって構成可能である。例えば、ＹＡＧレーザーなどをレーザー光ＬＢとして用いることが出来る。
加えて、レーザー加工装置１００は、上述の各部の動作の制御を担うほか、後述する基板Ｓの傾き調整（アライメント）や加工位置の特定に係る処理を担う制御部１１０と、レーザー加工装置１００の動作を制御するプログラム１２０ｐや制御部１１０において行われる処理の際に必要となる種々のデータを記憶する記憶部１２０とをさらに備える。
制御部１１０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものであり、記憶部１２０に記憶されているプログラム１２０ｐが該コンピュータに読み込まれ実行されることにより、レーザー加工装置１００の種々の構成要素が制御部１１０の機能的構成要素として実現される。制御部１１０は、第１の実施の形態に係る合焦位置調整装置１の制御部１０を含んで構成される。
記憶部１２０は、ＲＯＭやＲＡＭおよびハードディスクなどの記憶媒体によって実現される。記憶部１２０は、合焦位置調整装置１の記憶部２０と兼用される態様であってよい。また、記憶部１２０は、制御部１１０を実現するコンピュータの構成要素によって実現される態様であってもよいし、ハードディスクの場合など、該コンピュータとは別体に設けられる態様であってもよい。また、プログラム１２０ｐは、合焦位置調整装置１のプログラム２０ｐを含んで構成される。
制御部１１０は、機能的構成要素として、ＸＹステージ２とθステージ３の駆動を制御する駆動制御部１１と、第１ないし第３撮像手段１０１〜１０３による撮像を制御する（光学系８による撮像を制御する撮像制御部１２を兼ねる）撮像制御部１１２と、合焦位置調整処理を担う合焦処理部１３と、吸着チャック４による吸着動作を制御する吸着制御部１４と、基板Ｓのアライメントに際して基板Ｓの傾きを大まかに調整する粗調整処理を担う粗調整処理部１１５と、同じくアライメントに際して基板Ｓの傾きを精密に調整する微調整処理を担う微調整処理部１１６と、被加工物における加工位置を特定する加工位置特定処理を担う加工位置特定処理部１１７と、露光手段１０５の露光処理を制御する露光制御部１１８とを、主として備える。
なお、粗調整処理部１１５によって行われる粗調整処理とは、基板Ｓについて規定されるある特定方向（例えば基板Ｓの表面に形成されているあるストリートＳＴの方向）をＸ軸方向と概ね一致させることによって、基板Ｓの傾きを解消する処理である。また、微調整処理部１１６によって行われる微調整処理とは、粗調整された基板Ｓについて、その傾きをより厳密に解消する処理である。
また、加工位置特定処理部１１７によって行われる加工位置特定処理は、粗調整処理および微調整処理を経ることで傾きが解消された基板Ｓを対象として、レーザー光の照射範囲を特定する処理である。具体的には、基板Ｓに設けられたストリートＳＴを加工するにあたって、個々のストリートＳＴの存在範囲を加工位置として特定する。
記憶部１２０には、合焦位置調整用データＤＰに加えて、微調整処理などに用いる基準画像データＤＲや、加工位置の特定に際し参照される相対位置情報ＤＩなどのデータが記憶される。
基準画像データＤＲは、基板Ｓが、横方向がＸ軸方向と一致し、縦方向がＹ軸方向と一致する姿勢を有する場合の、格子点Ｃを含む単位矩形領域（繰り返しの基準となる領域）についての画像データである。
相対位置情報ＤＩは、ストリートＳＴの格子点Ｃの１つである基準格子点Ｃ0（後述）と、パターンマッチングで特定される単位要素上の点との座標差や、ストリートＳＴのピッチｐなど、加工位置特定に際し必要な情報を記述したものである。
本実施の形態においては、粗調整処理と微調整処理と合焦位置調整処理とを行った上で、加工位置特定処理を行うようにすることで、高さを含めたストリートＳＴの存在位置、つまりは加工位置を正確に特定することができるようになっている。これにより、基板Ｓにおいて凹部に備わるストリートＳＴに対して、精度の高いレーザー加工が実現される。
＜撮像手段＞
次に、第１ないし第３撮像手段１０１〜１０３について、より詳細に説明する。第１ないし第３撮像手段は、いずれもＣＣＤカメラもしくはＣＭＯＳカメラなどによって実現される点では共通するが、それぞれ以下のような特徴を有している。
第１撮像手段１０１は、ステージ２が第１撮像位置Ｐ１にあるときに、ステージ２上の（実際には吸着チャック４上の、以下同様）基板Ｓを撮像対象とするように設けられてなる。第１撮像手段２０１は、粗調整処理に用いる画像を撮像するためのものである。
第２撮像手段１０２は、ステージ２が第２撮像位置Ｐ２にあるときに、ステージ２上の基板Ｓを撮像対象とするように設けられてなる。第２撮像手段１０２は、微調整処理に用いる画像を撮像するためのものである。なお、第２撮像手段１０２は、第１の実施の形態に係る合焦位置調整装置１の光学系８を構成する。すなわち、第２撮像手段１０２は、合焦位置調整処理に用いる画像の撮像も行う。
第３撮像手段１０３は、ステージ２が第３撮像位置Ｐ３にあるときに、ステージ２上の基板Ｓを撮像対象とするように設けられてなる。第３撮像手段１０３は、加工位置特定処理に用いる画像を撮像するためのものである。
＜アライメント処理と撮像視野の関係＞
上述したように、基板Ｓは、リング７の中心Ｏと基板Ｓの中心とが概ね一致するように貼り付けられるが、一般には、繰り返しパターンをなす単位要素の一配列方向（つまりはストリートＳＴの方向）とＸ軸方向とはある角度θ0をなしている。そこで、基板Ｓを加工対象とする場合、レーザー加工装置１００においてはまず、この角度θ0を打ち消すように、つまりは、ストリートＳＴの方向とＸ軸方向と合致するように、アライメント処理（粗調整処理および微調整処理）が行われる。このときには、第１の実施の形態で説明した合焦位置調整処理も併せて行われる。そのうえで、ストリートＳＴの位置と基板Ｓの外形とが正確に特定され、各ストリートＳＴの加工ストロークの始点位置と終点位置の決定、つまりは加工位置の決定がなされる。そして、決定された加工位置に対して、露光手段１０５によるレーザー光の照射、つまりはレーザー加工が行われる。
レーザー加工装置１００においては、アライメント処理、合焦位置調整処理、および加工位置特定処理に用いる第１ないし第３撮像手段１０１〜１０３の撮像視野Ｆ１〜Ｆ３が、少なくとも、次の（５）式の関係をみたすように定められてなる。
撮像視野Ｆ２＜撮像視野Ｆ１＜基板Ｓのサイズ＜撮像視野Ｆ３・・・（５）
図２０は、第１撮像手段１０１の撮像視野Ｆ１と、第２撮像手段１０２の撮像視野Ｆ２と、第３撮像手段１０３の撮像視野Ｆ３との関係を例示する図である。図２０に例示する各撮像手段の撮像視野のサイズは、（５）式を満たしている。なお、上述のように、それぞれの撮像手段は相異なる撮像位置で基板Ｓを撮像するように設けられてなるので、実際のレーザー加工装置１００において、それぞれの撮像手段についての撮像視野Ｆ１〜Ｆ３が図２０に示すような位置関係をとることはない。
第１撮像手段１０１の撮像視野Ｆ１と第２撮像手段１０２の撮像視野とを基板Ｓのサイズよりも小さく設定するのは、基板Ｓの全体からすると比較的微小な範囲である、上述の粗調整や微調整に必要な範囲を、十分な解像度で撮像するためである。また、第１撮像手段１０１の撮像視野Ｆ１よりも第２撮像手段１０２の撮像視野Ｆ２の方が小さいのは、微調整処理の方が、より微小な箇所の画像を用いてパターンマッチングを行うためである。これに対して、第３撮像手段１０３の撮像視野を基板Ｓのサイズよりも大きく設定するのは、基板Ｓの形状を特定するうえで好適な解像度で基板Ｓを撮像するためである。
さらに、第１および第２撮像手段１０１〜１０２の撮像視野Ｆ１〜Ｆ２は、上述の（５）式の要件に加えて、次の（６）式および（７）式の関係をみたすことが望ましい。
単位要素１個分のサイズ＜撮像視野Ｆ１≦単位要素複数個分のサイズ・・・（６）
単位要素１個分のサイズ＜撮像視野Ｆ２＜単位要素２個分のサイズ・・・（７）
上述したように、第１撮像手段１０１は、粗調整処理に用いる画像を撮像するためのものであるので、（６）式は、粗調整処理用の画像が、複数個の単位要素の像を含む画像であることを求める要件であるといえる。また、第２撮像手段１０２は、微調整処理に用いる画像を撮像するためのものであるので、（７）式は、微調整処理用の画像が、単位要素の像を１つのみ含む画像であることを求める要件であるといえる。
別の見方をすれば、（５）式〜（７）式の関係は、後述する手順による加工位置の特定が好適に行えるように、レーザー加工装置１００において加工対象とされる基板Ｓが少なくともみたすべき要件を定めるものである。すなわち、本実施の形態に係る加工位置特定方法の適用対象となりうる基板Ｓの要件を規定しているともいえる。
例えば、基板Ｓが２インチ径のウエハと同程度のサイズを有する場合であって、単位要素が０．３ｍｍ角程度の大きさを有する場合であれば、第１撮像手段１０１の撮像視野Ｆ１を一辺が数ｍｍ程度の矩形形状とし、第２撮像手段１０２の撮像視野Ｆ２（撮像素子８７の撮像視野）を一辺が０．４ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の矩形形状とし、第３撮像手段１０３の撮像視野Ｆ３を一辺が１２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の矩形形状とすれば、（５）式〜（７）式の関係をみたす。具体的には、撮像視野Ｆ１を４．８ｍｍ×３．６ｍｍとし、撮像視野Ｆ２を０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍとし、撮像視野Ｆ３を１２０ｍｍ×１２０ｍｍとするのが、（５）式〜（７）式の関係をみたす好適な一例である。
このように、本実施の形態においては、加工位置特定に至るまでに必要となる種々の撮像画像の取得に際して、それぞれの撮像目的に最も適した撮像視野を有する撮像手段を用いるようにされてなる。これにより、後述する種々の処理が良好に行われることになるので、結果として高い精度での加工位置の特定が実現される。
なお、第１ないし第３撮像手段１０１〜１０３を共通する撮像手段で実現することも原理的には可能である。しかしながら、通常は数十ｍｍ〜数百ｍｍ角程度の大きさを有する基板Ｓに対して、最大でも数ｍｍ程度の微細な間隔で加工を施すような場合、第３撮像手段１０３の撮像視野Ｆ３は基板Ｓ全体を捉えるために数十ｍｍ〜数百ｍｍ角程度の大きさが必要である一方、第１撮像手段１０１の撮像視野Ｆ１および第２撮像手段１０２の撮像視野Ｆ２はせいぜい数ｍｍ角程度であることが必要となる。それぞれの撮像手段に対して要求される解像度を一の撮像手段で全て好適に実現することは必ずしも容易ではなく、また、コスト面からも実際的ではない。
＜変位センサ＞
変位センサ１０４は、変位計測位置Ｐ４に設けられている。変位センサ１０４は、対象物表面の変位を非接触にて計測するものである。本実施の形態においては、合焦位置調整装置１にて格子点Ｃの高さが特定された基板Ｓについて、該格子点Ｃ以外の部分におけるストリート高さの分布傾向を把握する目的で、変位センサによる計測を行う。
変位センサ１０４としては、公知のものを適用可能である。レーザー式のものを用いるのが好適であるが、ＬＥＤ式、超音波式、あるいは渦電流式のものを用いる態様であってもよい。
＜レーザー加工に至るまでの処理手順＞
図２１は、基板ＳのストリートＳＴに対してレーザー光ＬＢによるスクライブ加工を行う場合の、アライメント処理からレーザー加工処理に至るまでの処理の流れを示す図である。
まず、基板Ｓをステージ５にセットする（ステップＳ２０１）。具体的には、周囲をリング７で保持した固定シート６の上に、パターン形成面が上面となるように基板Ｓを貼り付けたうえで、該固定シート６ごと吸着チャック４の上に載置し、吸着固定する。基板Ｓを貼り付ける際には、基板Ｓの中心位置がリング７の中心Ｏと概ね一致するように基板Ｓが保持されるのが望ましい。ただし、その際の位置決めは厳密である必要はなく、作業者が目視によって概ね一致していると確認できる程度の精度でよい。なお、レーザー加工装置１００が種々の加工手法を実現可能に構成されている場合、基板Ｓのステージ５へのセットに先立って、適用する加工プランを選択する態様であってもよい。なお、係る加工プランの選択を、基板Ｓのアライメント後に行う態様であってもよい。
基板Ｓがセットされると、ステージ５が第１撮像位置Ｐ１に配置され、粗調整処理部１１５の作用によって、粗調整処理が行われる（ステップＳ２０２）。図２２は、粗調整処理の詳細な流れを示す図である。粗調整処理は、ストリートＳＴの傾きを特定し、その傾きに基づいて基板Ｓの傾きの解消を図る処理である。
まず、粗調整処理部１１５からの実行指示に基づき、繰り返しパターンのうちリング７の中心Ｏを含む領域が第１撮像手段１０１によって撮像され、粗調整用撮像が取得される（ステップＳ２０２ａ）。
粗調整用撮像が得られると、粗調整処理部１１５は、粗調整用撮像におけるストリートＳＴの傾きから、粗調整角度θｃを決定する（ステップＳ２０２ｂ）。
粗調整角度θｃが得られると、粗調整処理部１１５からの実行指示に基づき、駆動制御部１１が、リング７の中心Ｏの位置を回転中心として、θステージ３を、ストリートＳＴの傾きが打ち消される方向に角度θｃだけ回転させる（ステップＳ２０２ｃ）。これにより、ストリートＳＴの傾きが概ね打ち消される。この回転を行うことで、基板Ｓの粗調整処理が完了したことになる。
粗調整処理が完了すると、ステージ５が第２撮像位置Ｐ２に配置され、合焦処理部１３の作用により、第１の実施の形態にて説明した合焦位置調整処理が、複数の格子点Ｃを対象に行われる（ステップＳ２０３）。ここで、処理対象となる格子点Ｃとしては、少なくとも、リング７の中心Ｏの近傍に位置する格子点Ｃ（これを基準格子点Ｃ0と称する）と、該基準格子点Ｃ0を通りＸ軸に平行なストリート上に位置する格子点Ｃであって、最左端および最右端にあるもの（それぞれ、左端格子点Ｃ1、右端格子点Ｃ2と称する）が選択される。それぞれの格子点Ｃについての合焦位置等の情報は、合焦データＤＦとして記憶部１２０（２０）に記憶される。基準格子点Ｃ0、左端格子点Ｃ1、および右端格子点Ｃ2について合焦位置調整処理によりストリート高さが特定されたことで、基板Ｓについては、基板中央近傍においてＸ軸方向に延在する１つのストリートＳＴについて、その中央部と端部との高さ位置が特定されたことになる。
なお、合焦位置調整処理を行う段階ではレーザー加工装置１００によって基板Ｓの全体形状およびサイズは特定されていないので、左端格子点Ｃ1と右端格子点Ｃ2の位置は不明である。そこで、左端格子点Ｃ1と右端格子点Ｃ2に対する合焦位置調整処理は、それぞれの位置の特定とセットで行われることになる。係る位置特定には、種々の手法が適用可能である。たとえば、所定の開始位置からＸ軸方向に沿って撮像位置を移動させつつ、格子点Ｃ近傍についての撮像を順次にあるいは漸次に繰り返し、格子点Ｃと解される像が得られなくなった直前の撮像画像が、Ｘ軸方向左端およびＸ軸方向右端の単位要素についてものであると判断する態様であっても良いし、公知の最適探索法の技術を用いて左端格子点Ｃ1と右端格子点Ｃ2とを特定する態様であってもよい。
合焦位置調整処理が終了すると、引き続いて微調整処理が行われる（ステップＳ２０４）。微調整処理は、左端格子点Ｃ1と右端格子点Ｃ2とを結ぶ直線の傾きを特定し、その傾きに基づいて基板Ｓの傾きの解消を図る処理である。図２３は、微調整処理の詳細な流れを示す図である。
微調整処理においては、まず、微調整処理部１１６からの実行指示に基づき、第２撮像手段１０２によって、左端格子点Ｃ1を含む領域と右端格子点Ｃ2を含む領域が撮像される（ステップＳ２０４ａ、Ｓ２０４ｂ）。なお、合焦位置調整後にこれらの画像があらかじめ取得されている態様であってもよい。
次に、微調整処理部１１６は、左端格子点Ｃ1の撮像画像と基準画像データＤＲとを用いたパターンマッチングにより、左端格子点Ｃ1における傾き調整基準位置を決定する（ステップＳ２０４ｃ）。さらに、微調整処理部１１６は、右端格子点Ｃ2の撮像画像と基準画像データＤＲとを用いたパターンマッチングにより、右端格子点Ｃ2における傾き調整基準位置を決定する（ステップＳ２０４ｄ）。
２つの傾き調整基準位置が特定されると、微調整処理部１１６は、両位置を通る直線の傾きから、微調整角度θｆを決定する（ステップＳ２０４ｅ）。具体的には、２つの傾き調整基準位置のＸ軸方向の座標差をＸｆ、Ｙ軸方向の座標差をＹｆとするとき、微調整角度θｆは、次の（８）式によって求められる。
θｆ＝ｔａｎ-1（Ｙｆ／Ｘｆ）・・・（８）
微調整角度θｆが得られると、微調整処理部１１６からの実行指示に基づき、駆動制御部１１が、リング７の中心Ｏを回転中心として、θステージ３を、ストリートＳＴの傾きが打ち消される方向に微調整角度θｆだけ回転させる（ステップＳ２０４ｆ）。この回転を行うことで、基板Ｓの微調整処理が完了したことになる。
微調整処理においては、離間した２点を結ぶ直線の傾きを求めて調整を行うので、粗調整処理以上に厳密な調整が実現される。すなわち、微調整処理を行うことで、ストリートＳＴの方向がＸ軸方向にほぼ完全に合致した状態が実現される。すなわち、基板Ｓが水平面内において正確にアライメントされた状態が実現される。
微調整処理が完了すると、引き続いて加工位置を特定する処理が行われる（ステップＳ２０５）。加工位置特定処理は、あるピッチで配置されてなる複数のストリートのそれぞれについての、始点位置および終点位置を特定する処理である。これはつまり、レーザー光を実際に照射する範囲を特定する処理である。図２４は、加工位置特定処理の詳細な流れを示す図である。
加工位置特定処理においては、まず、加工位置特定処理部１１７からの実行指示に基づき、基準格子点Ｃ0を含む領域が第２撮像手段１０２によって撮像され、続いて、加工位置特定処理部１１７の作用により、得られた撮像画像と基準画像データＤＲとを用いたパターンマッチングを行うことにより、基準格子点Ｃ0のＹ座標が特定される（ステップＳ２０５ａ）。
基準格子点Ｃ0のＹ座標が特定されると、加工位置特定処理部１１７の作用により、そのＹ座標値と、記憶部１２０に相対位置情報ＤＩとして記憶されているストリートＳＴのピッチｐとに基づき、ストリートＳＴの存在する可能性のあるＹ座標（ストリート位置候補）を特定される（ステップＳ２０５ｂ）。
ストリート位置候補が特定されると、加工位置特定処理部１１７からの実行指示に基づき、第３撮像手段１０３によって基板Ｓの全体が撮像される（ステップＳ２０５ｃ）。図２５は、係る撮像によって得られる撮像画像ＩＭ９を例示する図である。
撮像画像ＩＭ９が得られると、加工位置特定処理部１１７の作用により、当該撮像画像に基づいて、基板Ｓの外形形状が特定される（ステップＳ２０５ｄ）。係る外形形状は、基板Ｓの外形つまりはエッジ部分に対応する位置の座標値の集合として規定される。外形形状の特定は、エッジ抽出等、公知の画像処理技術を用いて実現可能である。本実施の形態においては、この時点で初めて、基板Ｓの全体形状が特定されることになる。
基板Ｓの外形形状が特定されると、加工位置特定処理部１１７は、この外形形状と、ストリート位置候補とから、基板ＳにおけるストリートＳＴの実際の存在範囲を加工位置（加工ストローク）として特定する（ステップＳ２０５ｅ）。
より具体的には、Ｘ軸方向について、基板Ｓのエッジ部分とストリート位置候補に相当する直線との２つの交点に挟まれた範囲が、加工位置として特定されることになる。図２５に模式的に示す場合であれば、ストリート位置候補を表す直線Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３についてそれぞれ、Ｔ１Ｔ２間、Ｔ３Ｔ４間、Ｔ５Ｔ６間が加工位置（加工ストローク）として特定されることになる。これにより、この時点でＸ軸に平行なストリートの存在範囲、つまりはレーザー光によるＸ軸方向についての加工位置が特定されたことになる。加工位置の情報は記憶部１２０に記憶される。
係る加工位置決定処理においては、基板Ｓの外形位置が特定されていさえすればよく、基板Ｓがどのような形状をしているのかは無関係である。従って、オリフラ部分を除きほぼ円形をなしている基板Ｓのみならず、図２５に例示するような不定形の基板Ｓについても、好適に加工位置を決定することができる。
加工位置が決定されると、続いて、基板が固定されたステージ５が変位計測位置Ｐ４に配置され、変位センサ１０４によるストリート高さの計測（変位情報の取得）が行われる（ステップＳ２０６）。図２６は、ストリート高さの計測箇所について説明するための図である。
変位センサ１０４によるストリート高さの計測は、基準格子点Ｃ0を通るストリートＳＴを基準とし、該ストリートＳＴを含めてＹ軸方向に所定ピッチΔＹずつ離間したストリートＳＴを対象に行う。この場合、必ずしも全てのストリートを対象に行う必要はない。すなわち、ピッチΔＹはストリートＳＴのピッチｐの複数倍であってよい。
変位センサ１０４によるストリート高さの計測は、例えば、図２６に走査線ＬＮにて示すように、計測用プローブ（例えばレーザー光）を対象となるストリートＳＴの位置のみで往復走査させるのが好適な一例である。得られた計測値は記憶部１２０に記憶される。
係る態様にて得られたストリートＳＴの変位情報と、先の合焦位置調整処理によって特定されていた格子点Ｃの合焦位置情報とから、基板Ｓ全体におけるストリート高さの分布を迅速に把握することが出来る。係る分布に基づいて、後段のレーザー加工に際してのレーザー光ＬＢの焦点位置あるいは焦点位置プロファイルが決定される。
なお、上述したように、合焦位置調整装置１の機能によってストリートＳＴの高さを特定することは可能であるが、これによって得られるのはあくまで局所的な高さ位置情報であるため、基板Ｓ全体の高さ分布を把握するには、多数の格子点Ｃにて合焦位置調整を行う必要がある。係る対応はスループットの観点で効率的ではないことから、本実施の形態では変位センサ１０４が用いられる。これにより焦点位置プロファイルを迅速に得ることができる。ただし、ストリートＳＴの平坦性が保証されている場合には、変位センサ１０４による計測を行わず、合焦位置調整装置１によって得られた格子点Ｃの合焦位置のみに基づいてレーザー光ＬＢの焦点位置が定められる態様であってもよい。
変位センサ１０４によるストリート高さの計測が終了すると、ステージ５が加工位置Ｐ５に配置され、レーザー光ＬＢによるＸ軸方向についての加工が行われる（ステップＳ２０７）。すなわち、ＸＹステージ２をＸ軸方向に移動させつつ、ストリート高さ分布に基づいて焦点位置（あるいは焦点位置プロファイル）が定められたレーザー光ＬＢを、特定された加工位置（加工ストローク）に対して順次に照射することによって、Ｘ軸方向に延在するストリートＳＴに対するレーザー加工が順次に施されることになる。レーザー光ＬＢの照射条件（波長、パルス幅、ピークパワー、ＸＹステージ２の走査速度など）は、加工対象に応じて適宜に設定されればよい。
本実施の形態の場合、レーザー光ＬＢの照射は、ストリートＳＴがレーザー光ＬＢの照射位置にあるときのみ行われるので、ストリートＳＴを外れて、あるいはさらに基板Ｓをはずれてレーザー光ＬＢが照射されることはない。図２５に示す場合であれば、Ｔ１Ｔ２間、Ｔ３Ｔ４間、Ｔ５Ｔ６間のみにレーザー光が照射されることになる。
このようにして、Ｘ軸方向についてのレーザー加工が施されると、続いて、加工されずに残っているＹ軸方向のストリートＳＴに対するレーザー加工処理が行われる。Ｙ軸方向のストリートＳＴの加工は、θステージ３を動作させることによって基板Ｓを水平面内で９０°回転させた後、当該回転によってＸ軸方向に配置された未加工のストリートＳＴを対象として、図２１に示す手順を繰り返すことによって行う。
＜加工位置特定の手順と加工精度との関係＞
以上のような手順で加工位置の特定と加工とを行う場合、粗調整処理と微調整処理とによってあらかじめストリートＳＴの向きをＸ軸方向に厳密に合致させた後（被加工物の姿勢を厳密に調整した後）のステージ５の移動は、撮像位置の移動やレーザー照射位置の移動のためのＸＹステージ２の移動のみであり、当該ストリートＳＴについての加工が終了するまで、θステージ３を動作させることによって基板Ｓを回転させることがない。仮に、加工位置を特定した後に基板Ｓを回転させた場合には、平行シフト誤差や座標変換誤差に起因して、計算上の加工位置と実際のストリートの位置のずれが生じうるが、本実施形態に係る手順においては加工位置と特定された箇所から実際のストリートがずれることはない。
また、基板Ｓの外形位置の特定のための基板Ｓの全体形状の撮像は、ストリートＳＴの向きをＸ軸方向に厳密に合致させた後の基板Ｓを対象に、つまりは、その後の回転が不要な基板Ｓを対象に行われるので、外形位置の特定や加工位置の特定に際して撮像画像を座標変換等する必要がない。すなわち、基板Ｓの外形位置が座標変換に伴う誤差を含むことがない。
以上の点から、本実施の形態においては、加工位置を高い精度で決定することができる。また、回転中心のズレの補正の実施あるいは回転中心のズレが生じない装置構成のいずれも必要でないので、加工装置の製造コストを抑制しつつ、高い精度での加工位置の決定が実現される。
さらにいえば、ストリートをＸ軸方向に合致させるための粗調整処理と微調整処理は、局所的な撮像画像の取得のみによって実現されることから、基板Ｓの形状に依存することなく行われる。また、ストリート位置候補として特定される直線群は、実際の基板Ｓの形状に無関係に決定される。基板の全体形状についての情報を与える撮像画像は、加工位置を特定する処理に用いられるのみであり、しかも係る処理は、加工位置候補とされたそれぞれの直線について基板Ｓの外形位置との交点を特定するという、外形位置の座標さえ特定されれば基板Ｓの全体形状自体には直接には関係しない処理であって、基板Ｓが不定形であるような場合でも良好に実施することができる処理である。よって、基板Ｓが不定形であるような場合であっても、高い精度で加工位置を特定することができる。
また、上述の手順においては特に、Ｘ軸方向に平行なストリートのみを加工位置として特定しているので、レーザー光ＬＢの照射に際してはＸＹステージ２のみを動作させて基板Ｓを水平移動させればよく、θステージ３を動作させることによる基板Ｓの回転移動は不要である。よって、特定された加工位置に忠実に、レーザー光を照射することができる。
また、アライメント処理からレーザー加工に至る一連の工程の中で合焦位置調整処理を行うようにしているので、レーザー加工に際しては、照射するレーザー光を想定通りの焦点位置に照射することが出来る。これにより、レーザー光の照射エネルギーが有効に利用されるので、所望のスクライビングを確実に行うことができる。
以上、説明したように、本実施の形態によれば、それぞれが同一形状を有する単位要素の繰り返しパターンが表面に２次元的に形成されてなる基板において凹部に位置するストリートをレーザー加工する場合に、ストリートを正確に合焦状態したうえでレーザー加工を行うようにすることで、焦点位置をストリートの高さ位置に応じて適切に設定した状態でレーザー光をストリートに照射することができるので、エネルギー利用効率の高い加工を行うことができ、レーザー光によるストリートの加工精度が向上する。
さらには、まず基板の姿勢を厳密に調整し、その後の回転が不要な状態とした上で、加工位置（加工ストローク）の特定を行うので、高い加工位置精度のもとでレーザー加工を行うことができる。
また、姿勢が厳密に調整された後の基板の局所位置の撮像画像に基づいてストリート位置候補を複数の直線群として決定した後に、基板Ｓ全体を撮像してその撮像画像から基板の外形位置を特定し、ストリート位置候補であるそれぞれの直線と外形位置との交点を求めることによって加工位置を特定するので、基板の全体形状自体に関係なく、加工位置を特定することができる。すなわち、不定形の基板であっても、好適に加工位置を特定することができる。
１ 合焦位置調整装置
３ θステージ
４ 吸着チャック
５ ステージ
６ 固定シート
７ リング
８ 光学系
１０、１１０ 制御部
２０、１２０ 記憶部
８１ 光源部
８２ パターンマスク
８２ａ 一端部
８２ｂ 他端部
８２ｓ パターン形成面
８３ 第１結像レンズ
８４ ビームスプリッタ
８５ 対物レンズ
８５ｍ Ｚ軸調節機構
８６ 第２結像レンズ
８７ 撮像素子
１００ レーザー加工装置
１０１ 第１撮像手段
１０２ 第２撮像手段
１０３ 第３撮像手段
１０４ 変位センサ
１０５ 露光手段
１０５ａ レーザー光源
１０５ｂ 対物レンズ
ＡＸ１ 光軸
Ｃ 格子点
Ｃ０ 基準格子点
Ｃ１ 左端格子点
Ｃ２ 右端格子点
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 反射光
ＬＢ レーザー光
Ｐ１ 第１撮像位置
Ｐ２ 第２撮像位置
Ｐ３ 第３撮像位置
Ｐ４ 変位計測位置
Ｐ５ 加工位置
ＰＴ 遮光パターン
ＰＴ１ 第１遮光パターン
ＰＴ２ 第２遮光パターン
Ｓ 基板
ＳＴ ストリート

Claims (9)

  1. 観察対象物において格子状に存在する合焦対象領域が合焦状態になるように観察光学系に備わる合焦手段の合焦位置を調整する方法であって、
    前記観察対象物を所定の保持手段に保持させる保持工程と、
    複数の単位遮光領域を第１の方向に等間隔に配列してなる第１遮光パターンと、前記第１の方向に直交する第２の方向に設けられた第２遮光パターンとを有する十字状の遮光パターンを、前記合焦対象領域の一の格子点を中心とする十字状領域を投影範囲として投影するパターン投影工程と、
    前記遮光パターンが投影された状態で、前記一の格子点を画像中央に合致させて前記投影範囲を含む領域を前記観察光学系に備わる撮像手段にて撮像する撮像工程と、
    前記撮像画像に基づいて前記第１遮光パターンのコントラストが最大となる最大コントラスト位置を特定する最大コントラスト位置特定工程と、
    前記合焦手段の合焦位置を調整する合焦位置調整工程と、
    を備え、
    前記パターン投影工程においては、前記遮光パターンを前記観察光学系の光軸に対して傾斜させて配置し、前記第１遮光パターンの複数の単位遮光領域のそれぞれの結像位置が異なる高さ位置となり、前記第２遮光パターンが一の高さ位置で結像するように、前記遮光パターンを前記十字状領域に投影し、
    前記合焦位置調整工程が、
    前記最大コントラスト位置特定工程において前記最大コントラスト位置が特定できる場合に、前記最大コントラスト位置と前記一の格子点の位置との距離に基づいて前記合焦手段の合焦位置を調整することにより前記合焦対象領域を合焦状態とする、第１合焦位置調整工程と、
    前記最大コントラスト位置特定工程において前記最大コントラスト位置を特定できない場合に、前記撮像手段に前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えた複数の撮像画像を撮像させ、得られた前記複数の撮像画像に基づいて前記合焦手段の配置距離に対する前記第２遮光パターンのコントラスト変化を特定し、前記コントラスト変化の極大位置を前記合焦対象領域が合焦状態となる前記合焦手段の配置位置と決定して前記合焦手段の合焦位置を前記極大位置に一致させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする、第２合焦位置調整工程と、
    を選択的に行うことを特徴とする合焦位置調整方法。
  2. 請求項１に記載の合焦位置調整方法であって、
    前記最大コントラスト位置特定工程において前記最大コントラスト位置を特定できないものの、前記一の格子点の位置からみて前記最大コントラスト位置の存在する方向であるコントラスト増大方向が特定出来る場合には、前記コントラスト増大方向に相当する向きにおいて所定距離だけ前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えたうえで、前記撮像工程と、前記最大コントラスト位置特定工程と、前記合焦位置調整工程とを繰り返し、
    前記最大コントラスト増大方向が特定できない場合には、前記第２合焦位置調整工程を行う、
    ことを特徴とする合焦位置調整方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載の合焦位置調整方法であって、
    前記最大コントラスト位置特定工程においては、
    前記第１遮光パターンが投影された撮像画像における前記複数の単位遮光領域の配列方向に沿った画素列ごとの明度プロファイルを積算した積算明度プロファイルに基づいて、前記最大コントラスト位置を特定する、
    ことを特徴とする合焦位置調整方法。
  4. 観察対象物を保持する保持手段と、
    前記保持手段に保持された前記観察対象物に対する配置位置を違えることによって合焦位置を可変可能な合焦手段と、
    前記合焦手段を通じて前記観察対象物を撮像可能な撮像手段と、
    を備える観察光学系と、
    を有する観察装置に備わり、前記観察対象物において格子状に存在する合焦対象領域が合焦状態になるように前記合焦手段の合焦位置を調整する合焦位置調整装置であって、
    複数の単位遮光領域を第１の方向に等間隔に配列してなる第１遮光パターンと、前記第１の方向に直交する第２の方向に設けられた第２遮光パターンとを有する十字状の遮光パターンを、前記合焦対象領域の一の格子点を中心とする十字状領域を投影範囲として投影するパターン投影手段と、
    前記遮光パターンを前記十字状領域に投影させ、かつ、前記一の格子点を画像中央に合致させた状態で、前記撮像手段によって撮像された、前記投影範囲を含む領域の撮像画像に基づいて、前記第１遮光パターンのコントラストが最大となる最大コントラスト位置を特定する最大コントラスト位置特定手段と、
    前記最大コントラスト位置特定手段における特定結果に基づいて前記合焦手段に合焦位置を調整させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする合焦位置調整処理手段と、
    を備え、
    前記パターン投影手段は、前記遮光パターンを前記観察光学系の光軸に対して傾斜させて配置し、前記第１遮光パターンの複数の単位遮光領域のそれぞれの結像位置が異なる高さ位置となり、前記第２遮光パターンが一の高さ位置で結像するように、前記遮光パターンを前記十字状領域に投影し、
    前記合焦位置調整処理手段は、
    前記最大コントラスト位置特定手段によって前記最大コントラスト位置が特定できる場合には、前記最大コントラスト位置と前記一の格子点の位置との距離に基づいて前記合焦手段の合焦位置を調整させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする第１調整処理を行い、
    前記最大コントラスト位置特定手段によって前記最大コントラスト位置を特定できない場合には、前記撮像手段に前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えた複数の撮像画像を撮像させ、得られた前記複数の撮像画像に基づいて前記合焦手段の配置距離に対する前記第２遮光パターンのコントラスト変化を特定し、前記コントラスト変化の極大位置を前記合焦対象領域が合焦状態となる前記合焦手段の配置位置と決定して前記合焦手段の合焦位置を前記極大位置に一致させることにより前記合焦対象領域を合焦状態とする第２調整処理を行う、
    ことを特徴とする合焦位置調整装置。
  5. 請求項４に記載の合焦位置調整装置であって、
    前記最大コントラスト位置特定手段によって前記最大コントラスト位置を特定できないものの、前記一の格子点の位置からみて前記最大コントラスト位置の存在する方向であるコントラスト増大方向が特定出来る場合には、前記コントラスト増大方向に相当する向きにおいて所定距離だけ前記観察対象物に対する前記合焦手段の配置距離を違えさせたうえで、前記撮像手段による前記投影範囲を含む領域の撮像と、前記最大コントラスト位置特定手段による前記最大コントラスト位置の特定と、前記合焦位置調整処理手段による処理とを繰り返し、
    前記最大コントラスト増大方向が特定できない場合には、前記合焦位置調整処理手段による前記第２調整処理を行う、
    ことを特徴とする合焦位置調整装置。
  6. 請求項４または請求項５に記載の合焦位置調整装置であって、
    前記最大コントラスト位置特定手段においては、
    前記第１遮光パターンが投影された撮像画像における前記複数の単位遮光領域の配列方向に沿った画素列ごとの明度プロファイルを積算した積算明度プロファイルに基づいて、前記最大コントラスト位置を特定する、
    ことを特徴とする合焦位置調整装置。
  7. 被加工物に対してレーザー光を照射して加工を行うレーザー加工装置であって、
    レーザー光を照射する光源と、
    請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の合焦位置調整装置と、
    を備え、
    前記保持手段が前記レーザー光の照射領域と前記観察光学系による観察領域との間および前記レーザー光の前記照射領域内において移動可能に設けられており、
    前記合焦位置調整装置において特定された格子点の合焦位置に基づいて前記レーザー光の焦点位置を設定したうえで、前記合焦対象領域にレーザー光を照射することにより、前記合焦対象領域を加工対象領域とするレーザー加工を行う、
    ことを特徴とするレーザー加工装置。
  8. 請求項７に記載のレーザー加工装置であって、
    前記観察対象物が、それぞれが同一形状を有する複数の単位要素からなる繰り返しパターンが表面に形成されてなる被加工物であり、
    前記加工対象領域の姿勢に基づいて、所定の基準方向に対する前記繰り返しパターンの第１の傾き角度を特定し、前記保持手段に前記第１の傾き角度が打ち消されるように前記被加工物を回転させる粗調整処理手段と、
    前記基準方向に平行な直線上において最も離間して存在する２つの格子点を結ぶ直線が、前記基準方向に対してなす角度を前記繰り返しパターンの第３の傾き角度として特定し、前記保持手段に前記第３の傾き角度が打ち消されるように前記被加工物を回転させる微調整処理手段と、
    前記被加工物の外形形状と前記加工対象領域の配置ピッチとに基づいて、前記被加工物における前記レーザー光による加工位置を特定する加工位置特定手段と、
    をさらに備えることを特徴とするレーザー加工装置。
  9. 請求項７または請求項８に記載のレーザー加工装置であって、
    前記加工対象領域におけるストリート高さの変位分布を測定する変位測定手段、
    をさらに備え、
    前記合焦位置調整装置において特定された格子点の合焦位置と前記変位測定手段によって得られた変位分布とに基づいて前記レーザー光の焦点位置を設定する、
    ことを特徴とするレーザー加工装置。
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