JP5902490B2 - レーザー光線のスポット形状検出方法およびスポット形状検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー加工機のレーザー光線発振手段から発振され集光器によって集光されるレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法およびスポット形状検出装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように形成された半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイア基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述したウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、上述したウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを破断して分割するものである。（例えば、特許文献２参照）。

しかるに、レーザー光線を集光する集光器は多数の凸レンズと凹レンズを組み合わせた組み合わせレンズによって構成されているため、またレーザー発振器から集光器に至るまでの光学系に歪みがあり、集光スポット形状が必ずしも円形等の意図した形状に集光されるとは限らない。レーザー光線の集光スポット形状および集光スポットの大きさが加工品質に影響を及ぼすことが判っており、このため、ウエーハ等の被加工物に照射されるレーザー光線のスポット形状および集光スポットの大きさを検出している。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報

而して、ウエーハ等の被加工物に照射されるレーザー光線のスポット形状および集光点位置の検出は、例えば曇りガラスにレーザー光線のスポットを位置付け、CCDカメラによって裏側からスポットを撮像する方法が実施されているが、曇りガラスの散乱光によって正確なスポット形状および集光点位置を検出することができないという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザー光線のスポット形状および集光点位置（焦点距離）を正確に検出することができるレーザー光線のスポット形状検出方法を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法であって、
集光スポットの大きさより小さい大きさの微細プリズムが表面に形成された透明基板を集光器によって集光されるレーザー光線の光軸(Z軸)上にZ軸方向と直交するX軸方向およびZ軸方向とX軸方向とに直交するY軸方向に移動可能に位置付ける透明基板位置付け工程と、
該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域に該透明基板を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、
該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該透明基板を該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を光強度検出手段によって検出する光強度検出工程と、
該光強度検出工程において検出された微細プリズムのx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、を含み、
該集光器をＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程と、該スポット形状画像形成工程によって作成されたスポット形状画像を表示手段に表示する表示工程を含んでいる、
ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出方法が提供される。

また、本発明によれば、レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出装置であって、
集光器によって集光されたレーザー光線の光軸(Z軸)上に配設され集光スポットの大きさより小さい大きさの微細プリズムが表面に形成された透明基板と、該透明基板をZ軸方向と直交するX軸方向に移動するX軸方向移動手段と、該透明基板をZ軸方向とX軸方向とに直交するY軸方向に移動するY軸方向移動手段と、該集光器をZ軸方向に移動するZ軸方向移動手段と、該透明基板に形成された微細プリズムのX軸方向位置を検出するX軸方向位置検出手段と、該透明基板に形成された微細プリズムのY軸方向位置を検出するY軸方向位置検出手段と、該集光器のZ軸方向位置を検出するZ軸方向位置検出手段と、該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を検出する光強度検出手段と、該光強度検出手段と該X軸方向位置検出手段と該Y軸方向位置検出手段および該Z軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線のスポット形状を求める制御手段と、該制御手段によって求められたレーザー光線のスポット形状を表示する表示手段と、を具備し、
該制御手段は、該レーザー光線発振手段を作動して該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域に該透明基板を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該X軸方向移動手段および該Y軸方向移動手段を作動して該透明基板を該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を光強度検出手段によって検出する光強度検出工程と、該光強度検出工程において検出された微細プリズムのx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、該集光器をＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程と、該スポット形状画像形成工程によって作成されたスポット形状画像を該表示手段に表示する表示工程と、を実行する、
ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出装置が提供される。

上記透明基板は石英基板からなり、微細プリズムは石英基板に形成されている。
また、上記光強度検出手段は、透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光軸上に位置付けられた結像レンズ１と、該結像レンズによって結像された光を捉えるホトデテクターとからなっている。

本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法およびスポット形状検出装置においては、集光スポットの大きさより小さい大きさの微細プリズムが表面に形成された透明基板を集光器によって集光されるレーザー光線の光軸(Z軸)上にZ軸方向と直交するX軸方向およびZ軸方向とX軸方向とに直交するY軸方向に移動可能に位置付ける透明基板位置付け工程と、該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域に該透明基板を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域にレーザー光線を照射した状態で透明基板を集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を光強度検出手段によって検出する光強度検出工程と、光強度検出工程において検出された微細プリズムのx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程とを含み、集光器をＺ軸方向における複数の検出位置において光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施し、光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程と、該スポット形状画像形成工程によって作成されたスポット形状画像を表示手段に表示する表示工程を含んでいるので、光強度マップに基づいてスポットの境界部である輪郭（スポット形状）を求めることができる。そして、レーザー光線の光軸(Z軸)方向における複数の検出位置において検出されたスポットの大きさ（面積）が最小となるスポットが集光スポットとなり、集光スポットの大きさ（面積）を求めることができるとともに、集光器の焦点距離を正確に求めることができる。

本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法が実施されるレーザー加工機の斜視図。 図1に示すレーザー加工機に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。 本発明によるレーザー光線のスポット形状検出装置を構成するスポット形状検出機構の斜視図。 図３に示すスポット形状検出機構の構成部材を分解して示す斜視図。 図３に示すスポット形状検出機構を構成する透明基板に設けられた微細プリズムと光強度検出手段との関係を示す説明図。 図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のブロック構成図。 本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における透明基板位置付け工程の説明図。 本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における光強度検出工程の説明図。 本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における光強度マップ作成工程で作成される光強度マップの一例を示す図。 本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法におけるスポット形状画像形成工程の説明図。

以下、本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法およびスポット形状検出装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法を実施するためのレーザー加工機の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工機は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示すＸ軸方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示すY軸方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４にＸ軸方向およびY軸方向に対して垂直な矢印Ｚで示すZ軸方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被計測物を図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＸ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるためのX軸方向移動手段としての加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記チャックテーブル３６の移動位置を検出するためのＸ軸方向位置検出手段３７４を備えている。Ｘ軸方向位置検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。このＸ軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のＸ軸方向移動位置を検出する。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるためのX軸方向移動手段としての第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向移動位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向位置検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。このY軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り位置を検出する。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上にY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にY軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。

図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにレーザー光線発振手段５２２と出力調整手段５２３とが配設されている。このレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３は、後述する制御手段によって制御される。また、レーザー光線照射手段５２は、上記レーザー光線発振手段５２２から発振され出力調整手段５２３によって出力が調整されたレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する集光器５２４を具備している。この集光器５２４は、多数の凸レンズと凹レンズを組み合わせた組み合わせレンズによって構成されており、上記ケーシング５２１の先端部に装着されている。

図１に戻って説明を続けると、レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、上記集光器５２４から照射されるレーザー光線によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段５５が配設されている。この撮像手段５５は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像データを図示しない制御手段に送る。

図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動させるためのZ軸方向移動手段５３を具備している。Z軸方向移動手段５３は、上記加工送り手段３７や第１の割り出し送り手段３８および第２の割り出し送り手段４３と同様に一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１とレーザー光線照射手段５２を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、レーザー光線照射手段５２のZ軸方向位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段５４を具備している。Z軸方向位置検出手段５４は、上記案内レール４２３、４２３と平行に配設されたリニアスケール５４aと、上記ユニットホルダ５１に取り付けられユニットホルダ５１とともにリニアスケール５４aに沿って移動する読み取りヘッド５７bとからなっている。このZ軸方向位置検出手段５４の読み取りヘッド５４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。また、レーザー光線照射ユニット５は、レーザー光線照射手段５２のケーシング５２１の前端部に配設され後述する被加工物の加工領域を撮像する撮像手段５５を備えている。この撮像手段５５は、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図３には、上記レーザー光線照射手段５２のレーザー光線発振手段５２２によって発振され集光器５２４によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するためのスポット形状検出装置を構成するスポット形状検出機構６の斜視図が示されている。スポット形状検出機構６は、基台６１と、該基台６１上に配設された支持手段６２と、該支持手段６２上に支持される第１の支持枠体６３と、該第１の支持枠体６３にＸ軸方向に移動可能に支持される第２の支持枠体６４と、該第２の支持枠体６４にY軸方向に移動可能に支持される透明基板６５と、光強度検出手段６６を具備している。

基台６１は、図示の実施形態においては上記チャックテーブル３６と略同じ大きさの円盤状に形成されている。上記支持手段６２は図示の実施形態においては図４に示すように４本の支持柱６２１からなっており、４本の支持柱６２１は四角形状に配置されている。上記第１の支持枠体６３は、図示の実施形態においては正方形の枠を形成する同一長さを有する４枚の側板６３１、６３２、６３３、６３４と、該側板の下面におけるX軸方向に平行な側板６３１、６３２の下面に装着され内方に突出する一対の第１の案内レール６３５、６３５からなっている。このように構成された第１の支持枠体６３は、図３に示すように４本の支持柱６２１からなる支持手段６２上に装着される。

上記第２の支持枠体６４は、図４に示すように長方形の枠を形成する同一長さを有する２枚の側板６４１、６４２および同一長さを有する２枚の側板６４３、６４４と、該側板の下面におけるY軸方向に平行な側板６４３、６４４の下面に装着され内方に突出する一対の第２の案内レール６４５、６４５からなっている。なお、２枚の側板６４３、６４４の長さは、上記第１の支持枠体６３の側板６３１と６３２の内面間に対応した寸法に形成されている。また、２枚の側板６４１、６４２の長さは、上記第１の支持枠体６３の側板６３３と６３４の長さより短い寸法に形成されている。このように構成された第２の支持枠体６４のY軸方向に平行な一方の側板６４３の外面には、Ｘ軸方向移動手段６７が装着されている。このＸ軸方向移動手段６７は、印可する電圧に応じて拡張幅が変化するピエゾ素子からなっており、図示の実施形態においては１Ｖの電圧を印可すると１μm拡張するようになっている。このように構成された第２の支持枠体６４とＸ軸方向移動手段６７は、図３に示すように第１の支持枠体６３内において第１の案内レール６３５、６３５上に載置される。そして、Ｘ軸方向移動手段６７の外面（側板６４３の外面に装着された面と反対側の面）が第１の支持枠体６３を構成する側板６３３の内面に装着される。従って、Ｘ軸方向移動手段６７に電圧を印可することにより、Ｘ軸方向移動手段６７は第１の案内レール６３５、６３５に沿ってＸ軸方向に印可電圧に対応して拡張する。

上記透明基板６５は、図示の実施形態においては正方形の石英基板からなっており、その一辺が上記第２の支持枠体６４のY軸方向に平行な側板６４３、６４４の内面間に対応した寸法に設定されている。透明基板６５の表面中央部には、上記集光器５２４から照射されるレーザー光線の集光スポットの大きさより小さい大きさの微細プリズム６５１が形成されている。この微細プリズム６５１は、長さAが２μm、幅Bが２μmに形成されているとともに、図５に示すように傾斜角度Cが３０度に設定されている。このように構成された透明基板６５における微細プリズム６５１の幅B方向に平行な側面には、Y軸方向移動手段６８が装着されている。このY軸方向移動手段６８は、上記Ｘ軸方向移動手段６７と同様に印可する電圧に応じて拡張幅が変化するピエゾ素子からなっており、図示の実施形態においては１Ｖの電圧を印可すると１μm拡張するようになっている。このように構成された透明基板６５とY軸方向移動手段６８は、図３および図４に示すように第２の支持枠体６４内において第２の案内レール６４５、６４５上に載置される。そして、Y軸方向移動手段６８の外面（透明基板６５の側面に装着された面と反対側の面）が第２の支持枠体６４を構成する側板６４２の内面に装着される。従って、Y軸方向移動手段６８に電圧を印可することにより、透明基板６５は第２の案内レール６４５、６４５に沿ってY軸方向に印可電圧に対応して拡張する。

上記光強度検出手段６６は、上記基台６１上において微細プリズム６５１によって屈折される光を捉えることができる位置に配設されている。この光強度検出手段６６は、図５に示すように微細プリズム６５１によって屈折される光の光軸上に位置付けられた結像レンズ６６１と、該結像レンズ６６１によって結像された光を捉えるホトデテクター６６２とからなっている。このように構成された光強度検出手段６６は、ホトデテクター６６２が捉えた光の光強度に対応する電圧信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工機は、図６に示す制御手段７を具備している。制御手段７はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）７１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）７２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３と、カウンター７４と、入力インターフェース７５および出力インターフェース７６とを備えている。制御手段７の入力インターフェース７５には、上記Ｘ軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４、Ｚ軸方向位置検出手段５４、撮像手段５５、光強度検出手段６６のホトデテクター６６２等からの検出信号が入力される。そして、制御手段７の出力インターフェース７６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線発振手段５２２、出力調整手段５２３、Ｘ軸方向移動手段６７、Y軸方向移動手段６８、表示手段７０等に制御信号を出力する。

図示の実施形態におけるレーザー加工機は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
上述したレーザー加工機におけるレーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるレーザー光線のスポット形状を検出するためには、図７に示すように上記微細プリズム６５１を有する透明基板６５を備えたスポット形状検出機構６の基台６１をチャックテーブル３６上に載置する。このとき、第１の支持枠体６３を構成する側板６３１、６３２がX軸方向に平行になるように位置付ける。そして、図示しない吸引手段を作動することによりスポット形状検出機構６をチャックテーブル３６上に吸引保持する。このようにして、スポット形状検出機構６が保持されたチャックテーブル３６は、Ｘ軸方向移動手段としての加工送り手段３７およびY軸方向移動手段としての第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６の中心位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下（集光器５２４によって集光されるレーザー光線の光軸(Z軸)上）に位置付ける（透明基板位置付け工程）。

チャックテーブル３６の中心位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付けたならば、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５２４からチャックテーブル３６に保持されたスポット形状検出機構６を構成する透明基板６５に形成された微細プリズム６５１が位置する領域にレーザー光線を照射する。このようにして照射されたレーザー光線は、透明基板６５を加工することができない出力（例えば０．０１W）に設定されている（レーザー光線照射工程）。

次に、Z軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に移動し、集光器５２４によって集光されるレーザー光線の集光点がチャックテーブル３６に保持されたスポット形状検出機構６を構成する透明基板６５の表面（上面）より設計値として所定量高い第１の検出位置（Z1）に位置付ける。そして、チャックテーブル３６に保持されたスポット形状検出機構６を構成する透明基板６５に形成された微細プリズム６５１が位置する領域を図８に示す光強度検出工程開始位置(x1,y1)に位置付ける。図８には、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から透明基板６５に照射されたレーザー光線のスポットSと、スポット形状検出機構６を構成する透明基板６５に形成された微細プリズム６５１が誇張した状態で示されている。即ち、制御手段７は、Ｘ軸方向移動手段としての加工送り手段３７およびY軸方向移動手段としての第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動するとともに、Ｘ軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向位置検出手段３８４からの検出信号に基づいてチャックテーブル３６に保持されたスポット形状検出機構６を構成する透明基板６５に形成された微細プリズム６５１を例えば(x1,y1)の座標値に位置付ける。そして、スポット形状検出機構６の第１の支持枠体６３に装着されたＸ軸方向移動手段６７に印可する電圧を１Vずつ上げていき、第１の支持枠体６３に載置された第２の支持枠体６４上に載置されている透明基板６５に形成された微細プリズム６５１を(xn,y1)の座標値まで移動する。この透明基板６５に形成された微細プリズム６５１の移動は、レーザー光線のスポットSが位置していない領域からスポットSが位置している領域を通過してスポットSが位置していない領域に至る。このようにして移動する透明基板６５に形成された微細プリズム６５１がレーザー光線のスポットS領域に位置していないときはレーザー光線が照射されないので光強度検出手段６６のホトデテクター６６２によって捉えられる光の強度は極めて小さく、微細プリズム６５１がレーザー光線のスポットS領域に位置するときはレーザー光線が照射されるのでホトデテクター６６２によって捉えられる光の強度は高い。そして、微細プリズム６５１がレーザー光線のスポットSの境界部に位置するときは部分的にレーザー光線が照射されるのでホトデテクター６６２によって捉えられる光の強度は比較的低い。このようにして透明基板６５に形成された微細プリズム６５１が移動する際に、光強度検出手段６６のホトデテクター６６２は透明基板６５に形成された微細プリズム６５１によって屈折された光を受光し、その光強度信号を制御手段７に送る。制御手段７は、ホトデテクター６６２からの光強度信号とＸ軸方向移動手段６７に印可した電圧値およびY軸方向移動手段６８に印可した電圧値に基づいて1μm毎の座標値に対応した光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。従って、Ｘ軸方向移動手段６７に印可する電圧値およびY軸方向移動手段６８に印可する電圧値を制御する制御手段は、透明基板６５に形成された微細プリズム６５１のX軸方向位置を検出するX軸方向位置検出手段およびY軸方向位置を検出するY軸方向位置検出手段として機能する。

上述したように、(x1,y1)座標値から(xn,y1)座標値まで走査したならば、Ｘ軸方向移動手段６７に印可した電圧を解除する。この結果、透明基板６５に形成された微細プリズム６５１は、(x1,y1)の座標値に戻る。次に、Y軸方向移動手段６８に１Vの電圧を印可する。この結果、透明基板６５は第２の案内レール６４５、６４５に沿ってY軸方向に１μm拡張し、透明基板６５に形成された微細プリズム６５１が(x1,y2)の座標値に位置付けられる。そして、スポット形状検出機構６の第１の支持枠体６３に装着されたＸ軸方向移動手段６７に印可する電圧を１Vずつ上げていき、第１の支持枠体６３に載置された第２の支持枠体６４上に載置されている透明基板６５に形成された微細プリズム６５１を(xn,y2)の座標値まで移動する。このようにして透明基板６５に形成された微細プリズム６５１が移動する際に、光強度検出手段６６のホトデテクター６６２は透明基板６５に形成された微細プリズム６５１によって屈折された光を受光し、その光強度信号を制御手段７に送る。制御手段７は、ホトデテクター６６２からの光強度信号とＸ軸方向移動手段６７に印可した電圧値およびY軸方向移動手段６８に印可した電圧値に基づいて1μm毎の座標値に対応した光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。次に制御手段７は、(x1,y3)座標値から(xn,y3)座標値まで走査し、以後順次(x1,yn)座標値から(xn,yn)座標値まで走査して、光強度検出手段６６によって検出された各(x,y)座標値における光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。

以上のようにして第１の検出位置（Z1）における(x1,y1)座標値から(xn,yn)座標値までの光強度検出工程を実施したならば、制御手段７は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納された各(x,y)座標値における透明基板６５に形成された微細プリズム６５１によって屈折された光の光強度に基づいて、例えば図９に示すように第１の検出位置（Z1）の各(x,y)座標値における光強度マップを作成し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する（光強度マップ作成工程）。

上述したように第１の検出位置（Z1）における光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施したならば、制御手段７はZ軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に1μm下降せしめ、集光器５２４を第２の検出位置（Z2）に位置付ける。そして、第２の検出位置（Z2）において、上記光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施する。以後、Z軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に1μmづつ下降し、第３の検出位置（Z3）、第４の検出位置（Z4）、第５の検出位置（Z5）〜第nの検出位置（Zn）においてそれぞれ上述した光強度検出工程および光強度マップ作成工程する。

次に、制御手段７は、上記各検出位置（Z1〜Zｎ）における光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成する（スポット形状画像形成工程）。このスポット形状画像形成工程においては、上述したようにスポットSの境界部においては部分的にレーザー光線が照射されるのでホトデテクター６６２によって捉えられる光の強度は比較的低いので、この比較的低い光強度の(x,y)座標値に基づいてスポットSの輪郭を求めることができる。図１０には、スポット形状画像形成工程によって求められた各検出位置（Z1〜Z5）におけるスポットSの輪郭が示されており、この画像が表示手段７０に表示される（表示工程）。従って、表示手段７０に表示されたスポットSの輪郭に基づいてスポット形状を確認することができる。なお、図１０においては、第３の検出位置（Z3）においてスポットSの大きさ（面積）が最小となっている。従って、第３の検出位置（Z3）におけるスポットSが集光スポットとなり、集光スポットの大きさ（面積）を求めることができるとともに、集光器５２４の焦点距離を正確に求めることができる。なお、図１０に示す実施形態においては、第１の検出位置（Z1）および第２の検出位置（Z2）の画像は集光器５２４が焦点距離より高い位置に位置付けられた状態を示し、第４の検出位置（Z4）および第５の検出位置（Z5）の画像は集光器５２４が焦点距離より低い位置に位置付けられた状態を示している。なお、上述したスポット形状画像形成工程において作成されたスポット形状が設定された形状と異なる場合には、加工品質に影響を及ぼすので、集光器を交換したり組レンズ等の光学系の修正を行う。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば図示の実施形態においては、微細プリズム６５１が表面に形成された透明基板６５をＸ軸方向およびＸ軸方向に移動する移動手段としてピエゾ素子からなるＸ軸方向移動手段６７およびＹ軸方向移動手段６８を用いた例を示したが、微細プリズム６５１が表面に形成された透明基板６５をＸ軸方向およびＸ軸方向に移動する移動手段としてはチャックテーブル３６をＸ軸方向およびＸ軸方向に移動するＸ軸方向移動手段としての加工送り手段３７およびＹ軸方向移動手段としての第１の割り出し送り手段３８を用いることができる。この場合、透明基板６５に形成された微細プリズム６５１のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置の検出は、チャックテーブル３６のＸ軸方向位置およびＹ軸方向位置を検出するＸ軸方向位置検出手段３７４およびＹ軸方向位置検出手段３８４を用いることができる。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：Ｘ軸方向位置検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
３８４：Y軸方向位置検出手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２４：集光器
５３：Z軸方向移動手段
５４：Z軸方向位置検出手段
６：スポット形状検出機構
６１：基台
６３：第１の支持枠体
６４：第２の支持枠体
６５：透明基板
６５１：微細プリズム
６６：光強度検出手段
６７：Ｘ軸方向移動手段
６８：Y軸方向移動手段
７：制御手段
７０：表示手段

Claims (4)

1. レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法であって、
   集光スポットの大きさより小さい大きさの微細プリズムが表面に形成された透明基板を集光器によって集光されるレーザー光線の光軸（Ｚ軸）上にＺ軸方向と直交するＸ軸方向およびＺ軸方向とＸ軸方向とに直交するＹ軸方向に移動可能に位置付ける透明基板位置付け工程と、
   該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域に該透明基板を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、
   該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該透明基板を該集光器に対して相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させつつ該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を光強度検出手段によって検出する光強度検出工程と、
   該光強度検出工程において検出された微細プリズムのｘ，ｙ座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、を含み、
   該集光器をＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程と、該スポット形状画像形成工程によって作成されたスポット形状画像を表示手段に表示する表示工程を含んでいる、
   ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出方法。
2. レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出装置であって、
   集光器によって集光されたレーザー光線の光軸(Z軸)上に配設され集光スポットの大きさより小さい大きさの微細プリズムが表面に形成された透明基板と、該透明基板をZ軸方向と直交するX軸方向に移動するX軸方向移動手段と、該透明基板をZ軸方向とX軸方向とに直交するY軸方向に移動するY軸方向移動手段と、該集光器をZ軸方向に移動するZ軸方向移動手段と、該透明基板に形成された微細プリズムのX軸方向位置を検出するX軸方向位置検出手段と、該透明基板に形成された微細プリズムのY軸方向位置を検出するY軸方向位置検出手段と、該集光器のZ軸方向位置を検出するZ軸方向位置検出手段と、該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を検出する光強度検出手段と、該光強度検出手段と該X軸方向位置検出手段と該Y軸方向位置検出手段および該Z軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線のスポット形状を求める制御手段と、該制御手段によって求められたレーザー光線のスポット形状を表示する表示手段と、を具備し、
   該制御手段は、該レーザー光線発振手段を作動して該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域に該透明基板を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、該透明基板に形成された微細プリズムが位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該X軸方向移動手段および該Y軸方向移動手段を作動して該透明基板を該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光強度を光強度検出手段によって検出する光強度検出工程と、該光強度検出工程において検出された微細プリズムのx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、該集光器をＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程と、該スポット形状画像形成工程によって作成されたスポット形状画像を該表示手段に表示する表示工程と、を実行する、
   ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出装置。
3. 該透明基板は石英基板からなり、該微細プリズムは石英基板に形成されている、請求項２記載のレーザー光線のスポット形状検出装置。
4. 該光強度検出手段は、該透明基板に形成された微細プリズムによって屈折された光の光軸上に位置付けられた結像レンズ１と、該結像レンズによって結像された光を捉えるホトデテクターとからなっている、請求項２又は３記載のレーザー光線のスポット形状検出装置。

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