JP6898557B2 - Laser processing equipment and crack detection method - Google Patents

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本発明は、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for detecting the crack depth of a crack formed inside a workpiece.

従来、シリコンウェーハやガラスウェーハ等の基板（以下、「被加工物」という。）の内部に集光点を合わせてレーザー光を切断予定ラインに沿って照射し、加工ラインに沿って被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー加工装置（レーザーダイシング装置ともいう。）が知られている。改質領域が形成された被加工物は、その後、エキスパンドやブレーキングといった割断プロセスによって切断予定ラインで割断されて個々のチップに分断される。このようなレーザー加工装置によれば、被加工物の内部に改質領域が形成され、その改質領域を起点として切断予定ラインに沿って被加工物が分断されるので、ブレードを用いて被加工物を切削して分断するブレードダイシング装置と比べ、発塵量が低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性が低くなる等の利点がある。 Conventionally, a condensing point is set inside a substrate such as a silicon wafer or a glass wafer (hereinafter referred to as "workpiece"), and laser light is irradiated along the planned cutting line, and the work piece is along the processing line. A laser processing device (also referred to as a laser dicing device) that forms a modified region that serves as a starting point for cutting is known. The workpiece on which the modified region is formed is then divided at the planned cutting line by a cutting process such as expanding or braking, and is divided into individual chips. According to such a laser machining apparatus, a modified region is formed inside the workpiece, and the workpiece is divided along the planned cutting line starting from the modified region. Compared with a blade dicing device that cuts and divides a work piece, it has advantages such as a low amount of dust generation and a low possibility of dicing scratches, chipping, cracks on the material surface, and the like.

ところで、レーザー加工装置により被加工物に改質領域を形成すると、その改質領域から被加工物の厚さ方向に亀裂（クラック）が伸展する。その亀裂が被加工物の表面（レーザー光入射面）もしくはその反対側の裏面まで到達していれば、割断プロセスにおいてチップへの分断を適正に行うことができる。その理由としては、被加工物の内部に形成された亀裂は被加工物を分断する際の起点となるため、その亀裂の伸展度合が被加工物の分断率を左右することによる。また、厚い被加工物の場合には、亀裂が被加工物の表面または裏面に到達しないことがあるため、被加工物の表面または裏面に亀裂が到達したか否かでは必ずしも改質領域が適正に形成されたか否かを適切に判断できない場合がある。 By the way, when a modified region is formed on a work piece by a laser machining apparatus, cracks extend from the modified region in the thickness direction of the work piece. If the crack reaches the front surface (laser light incident surface) of the workpiece or the back surface on the opposite side, the chip can be properly divided in the cutting process. The reason is that the cracks formed inside the work piece serve as the starting point when the work piece is divided, and the degree of extension of the cracks affects the division rate of the work piece. Further, in the case of a thick workpiece, the cracks may not reach the front surface or the back surface of the workpiece, so the modified region is not always appropriate depending on whether or not the cracks reach the front surface or the back surface of the workpiece. It may not be possible to properly judge whether or not it was formed in.

したがって、レーザー加工装置により改質領域を形成した後、割断プロセス前において、被加工物を分断する際の起点となる改質領域が適正に形成されたか否か、すなわち、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出することによって、割断プロセスにおけるチップへの分断の良否を正確に予測することが可能となる。そして、被加工物の内部に改質領域が適正に形成されていない箇所があれば、その部分だけ、再度、レーザー加工装置により再加工することや、割断プロセスにおける割断方法を変えるなどの対応が可能となる。これによって、その後の割断プロセスにおけるチップの損失を無くすことができる。また、不良箇所の発生状況などを参考にしてレーザー加工装置における加工条件を修正することもでき、その後に加工する被加工物での改質領域の不良箇所の発生を低減させることができる。不良箇所の改質領域を再加工する場合には、不良箇所が低減することによって、再加工に要する時間の損失も低減することができる。 Therefore, after the modified region is formed by the laser processing device and before the cutting process, whether or not the modified region, which is the starting point for dividing the workpiece, is properly formed, that is, inside the workpiece. By detecting the crack depth of the formed crack, it is possible to accurately predict the quality of the chip splitting in the splitting process. Then, if there is a part where the modified region is not properly formed inside the work piece, only that part can be reprocessed by the laser processing device or the cutting method in the cutting process can be changed. It will be possible. This makes it possible to eliminate chip loss in the subsequent breaking process. Further, it is possible to correct the processing conditions in the laser machining apparatus with reference to the occurrence status of defective portions, and it is possible to reduce the occurrence of defective portions in the modified region in the workpiece to be machined thereafter. When the modified region of the defective portion is reprocessed, the loss of time required for the reprocessing can be reduced by reducing the defective portion.

一方、被加工物の内部に発生した亀裂の評価は、従来、試料を切断研磨するか、限られた条件下での観察が行われていた。そのため、レーザー加工装置を用いた加工プロセスへの適用は困難であった。 On the other hand, in the evaluation of cracks generated inside the work piece, conventionally, the sample has been cut and polished or observed under limited conditions. Therefore, it has been difficult to apply it to a processing process using a laser processing apparatus.

これに対し、被加工物の内部に形成された亀裂を非破壊で検査する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。 On the other hand, a technique for non-destructively inspecting cracks formed inside a work piece has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に開示された技術では、亀裂の一方から光を入射させ、亀裂を含む領域を透過した光を検出し、亀裂の散乱による検出光量の低下を利用して亀裂の検査を行っている。 In the technique disclosed in Patent Document 1, light is incident from one of the cracks, the light transmitted through the region including the cracks is detected, and the cracks are inspected by utilizing the decrease in the amount of detected light due to the scattering of the cracks. ..

特開２００８−２２２５１７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-22251

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、受光器の信号レベルが亀裂の深さを直接示すものではなく、閾値として扱われる。そのため、予め実験を行い、閾値を設定する必要があった。また、亀裂長さ（亀裂深さ）を測定するためには、実験により亀裂長さに応じて予め閾値を複数設定しておく必要があった。また、透過光（亀裂を含む領域を透過した光）の減少のみを利用して亀裂先頭位置を確認するため、亀裂の亀裂深さの検出精度を向上させるには限界がある。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the signal level of the receiver does not directly indicate the depth of the crack, but is treated as a threshold value. Therefore, it was necessary to carry out an experiment in advance and set a threshold value. Further, in order to measure the crack length (crack depth), it is necessary to set a plurality of threshold values in advance according to the crack length by an experiment. Further, since the crack head position is confirmed only by reducing the transmitted light (light transmitted through the region including the crack), there is a limit to improving the detection accuracy of the crack depth of the crack.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができるレーザー加工装置及び亀裂検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a laser processing apparatus and a crack detection method capable of non-destructively and accurately detecting the crack depth of a crack formed inside a workpiece. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明の第１態様に係るレーザー加工装置は、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を被加工物に集光させる集光レンズと、レーザー光の被加工物からの反射光を検出する光検出器と、集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器であって、２次元的に配列された複数の画素を有する光変調面を有し、光変調面に入射した光を所定の変調パターンに従って画素毎に変調する空間光変調器と、レーザー光源と空間光変調器との間におけるレーザー光の光路中に設けられ、空間光変調器に導かれるレーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整部と、空間光変調器を制御する空間変調制御部であって、光変調面を第１変調領域及び第２変調領域に区画し、光変調面に入射したレーザー光のうち第１変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第２変調領域に入射した反射光を光検出器に導くように、第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御部と、光検出器の検出結果に基づいて、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出部と、を備える。 In order to achieve the above object, the laser processing apparatus according to the first aspect of the present invention includes a laser light source, a condensing lens that condenses the laser light emitted from the laser light source on the work piece, and a subject of the laser light. A light detector that detects reflected light from a work piece and a spatial light modulator that is arranged at a position that is optically conjugate to the pupil position of the condenser lens, and has a plurality of pixels arranged in two dimensions. A spatial light modulator having an optical modulation surface and modulating light incident on the optical modulation surface for each pixel according to a predetermined modulation pattern, and a spatial optical modulator provided in the optical path of the laser light between the laser light source and the spatial optical modulator. A light amount adjusting unit that selectively attenuates the amount of laser light guided to the spatial light modulator, and a spatial modulation control unit that controls the spatial optical modulator, wherein the optical modulation surface is the first modulation region and the second modulation region. Of the laser light incident on the light modulation surface, the laser light incident on the first modulation region is guided to one half region of the pupil of the condenser lens and is condensed by the condenser lens. The first modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so that the focusing point is scanned in the thickness direction of the workpiece, and the reflected light incident on the light modulation surface is incident on the second modulation region. It is formed inside the workpiece based on the detection result of the light detector and the spatial modulation control unit that sets the second modulation pattern corresponding to the second modulation region so as to guide the reflected light to the light detector. It is provided with a crack detection unit for detecting the crack depth of the crack.

本発明の第２態様に係るレーザー加工装置は、第１態様において、集光レンズと空間光変調器との間に設けられ、４ｆ光学系を構成する第１レンズ及び第２レンズを備え、第１レンズと第２レンズとの間には視野絞りが設けられる。 In the first aspect, the laser processing apparatus according to the second aspect of the present invention is provided between the condenser lens and the spatial light modulator, and includes a first lens and a second lens constituting a 4f optical system. A field diaphragm is provided between the first lens and the second lens.

本発明の第３態様に係るレーザー加工装置は、第１態様又は第２態様において、光変調面に入射したレーザー光のうち第２変調領域に入射したレーザー光の変調光を捕捉する光トラップを備える。 In the first or second aspect, the laser processing apparatus according to the third aspect of the present invention provides an optical trap that captures the modulated light of the laser light incident on the second modulation region among the laser light incident on the light modulation surface. Be prepared.

本発明の第４態様に係るレーザー加工装置は、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様において、レーザー光の被加工物からの反射光を検出する他の光検出器を備え、空間変調制御部は、光変調面に入射したレーザー光のうち第１変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第２変調領域に入射した反射光を光検出器に導くように、第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する第１変調モードと、光変調面に入射したレーザー光のうち第２変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の他方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第２変調領域に対応する第３変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第１変調領域に入射した反射光を他の検出器に導くように、第１変調領域に対応する第４変調パターンを設定する第２変調モードとを切り替え可能であり、亀裂検出部は、第１変調モードのときに亀裂検出部で検出された第１亀裂深さと、第２変調モードのときに亀裂検出部で検出された第２亀裂深さとの平均値を、被加工物の亀裂の亀裂深さとして検出する。 The laser processing apparatus according to the fourth aspect of the present invention includes another photodetector for detecting the reflected light from the workpiece of the laser light in any one of the first to third aspects, and is a space. The modulation control unit guides the laser light incident on the first modulation region of the laser light incident on the photomodulation surface to one half region of the pupil of the condenser lens and collects the laser light condensed by the condenser lens. The first modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so that the light spot is scanned in the thickness direction of the workpiece, and the reflected light incident on the light modulation surface is incident on the second modulation region. The first modulation mode in which the second modulation pattern corresponding to the second modulation region is set so as to guide the reflected light to the photodetector, and the laser light incident on the second modulation region of the laser light incident on the light modulation surface. Corresponds to the second modulation region so that the condensing point of the laser beam focused by the condensing lens is scanned in the thickness direction of the workpiece while leading to the other half region of the pupil of the condensing lens. A fourth modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so as to set the third modulation pattern and guide the reflected light incident on the first modulation region among the reflected light incident on the photomodulation surface to another detector. It is possible to switch between the second modulation mode to be set, and the crack detection unit detects the first crack depth detected by the crack detection unit in the first modulation mode and the crack detection unit in the second modulation mode. The average value with the second crack depth obtained is detected as the crack depth of the crack in the workpiece.

本発明の第５態様に係る亀裂検出方法は、レーザー光源からレーザー光を出射する出射工程と、レーザー光を集光レンズで被加工物に集光させる集光工程と、レーザー光の被加工物からの反射光を光検出器で検出する検出工程と、集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器を用いて、空間光変調器の光変調面を少なくとも第１変調領域及び第２変調領域に区画し、光変調面に入射したレーザー光のうち第１変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第２変調領域に入射した反射光を光検出器に導くように、第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御工程と、光検出器の検出結果に基づいて、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程と、光検出器に導かれるレーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整工程と、を備える。 The crack detection method according to the fifth aspect of the present invention includes an emission step of emitting laser light from a laser light source, a condensing step of condensing the laser light on a work piece with a light condensing lens, and a work piece of laser light. At least the light modulation surface of the spatial light modulator is set by using a detection process in which the reflected light from the light is detected by the optical detector and a spatial optical modulator arranged at a position optically conjugate with the pupil position of the condenser lens. It is divided into a first modulation region and a second modulation region, and of the laser light incident on the light modulation surface, the laser light incident on the first modulation region is guided to one half region of the pupil of the condenser lens, and the condenser lens is used. The first modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so that the focusing point of the focused laser light is scanned in the thickness direction of the work piece, and the reflected light incident on the light modulation surface is set. Based on the spatial modulation control step that sets the second modulation pattern corresponding to the second modulation region so as to guide the reflected light incident on the second modulation region to the light detector, and the detection result of the light detector. It includes a crack detection step of detecting the crack depth of a crack formed inside the work piece, and a light amount adjusting step of selectively attenuating the amount of laser light guided by the light detector.

本発明によれば、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。 According to the present invention, the crack depth of the crack formed inside the workpiece can be detected non-destructively and accurately.

第１の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図The block diagram which showed the outline of the laser processing apparatus which concerns on 1st Embodiment 空間光変調器の光変調面の一例を示した概略図Schematic diagram showing an example of the light modulation surface of a spatial light modulator 空間変調制御部により設定される空間光変調器の変調パターンの一例を示した図The figure which showed an example of the modulation pattern of the spatial light modulator set by the spatial modulation control unit. 空間変調制御部により設定される空間光変調器の変調パターンの他の例を示した図The figure which showed the other example of the modulation pattern of the spatial light modulator set by the spatial modulation control unit. 被加工物に対してレーザー光の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図Explanatory drawing showing the state when the uneven irradiation of the laser beam is performed on the work piece. 被加工物に対してレーザー光の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図Explanatory drawing showing the state when the uneven irradiation of the laser beam is performed on the work piece. 被加工物からの反射光が集光レンズ瞳に到達する経路を説明するための図A diagram for explaining the path of the reflected light from the workpiece to reach the pupil of the condenser lens. 第１の実施形態に係るレーザー加工装置を用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャートA flowchart illustrating an example of a crack detection method using the laser processing apparatus according to the first embodiment. 亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図Diagram for explaining the error factor of the crack detection process 亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図Diagram for explaining the error factor of the crack detection process 亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図Diagram for explaining the error factor of the crack detection process 第２の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図A block diagram showing the outline of the laser processing apparatus according to the second embodiment. 第１変調モードにおいて空間光変調器に設定される変調パターンの一例を示した図The figure which showed an example of the modulation pattern set in the spatial light modulator in the 1st modulation mode. 第２変調モードにおいて空間光変調器に設定される変調パターンの一例を示した図The figure which showed an example of the modulation pattern set in the spatial light modulator in the 2nd modulation mode. 第２の実施形態における亀裂検出処理の原理を説明するための図The figure for demonstrating the principle of the crack detection processing in 2nd Embodiment 第２の実施形態に係るレーザー加工装置を用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャートA flowchart illustrating an example of a crack detection method using a laser processing apparatus according to a second embodiment.

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。 (First Embodiment)
First, the first embodiment of the present invention will be described.

図１は、第１の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。本実施形態に係るレーザー加工装置１０は、コントローラ１２と、ステージ１４と、加工用レーザー光源１６（以下、単に「レーザー光源１６」という。）と、光量調整部１８と、波面変調部２０と、第１レンズ２２及び第２レンズ２４からなるリレー光学系２６と、視野絞り２８と、加工用集光レンズ３０（以下、単に「集光レンズ３０」という。）と、結像レンズ３２と、光検出器３４と、光トラップ３６とを備えている。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a laser processing apparatus according to the first embodiment. The laser processing apparatus 10 according to the present embodiment includes a controller 12, a stage 14, a processing laser light source 16 (hereinafter, simply referred to as “laser light source 16”), a light amount adjusting unit 18, a wave surface modulation unit 20, and the like. A relay optical system 26 including a first lens 22 and a second lens 24, a field aperture 28, a processing condensing lens 30 (hereinafter, simply referred to as “condensing lens 30”), an imaging lens 32, and light. It includes a detector 34 and an optical trap 36.

本実施形態に係るレーザー加工装置１０は、レーザー光源１６から出射された加工用のレーザー光Ｌ１を各種の光学系を介して集光レンズ３０に導き、そのレーザー光Ｌ１を集光レンズ３０にて被加工物Ｗの内部に集光させて照射するようになっている。そして、レーザー光Ｌ１を被加工物Ｗに照射しつつ、ステージ１４を移動させる。これにより、被加工物Ｗの内部には、被加工物Ｗの切断予定ラインに沿って改質領域が形成される。すなわち、レーザー加工装置１０は、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１を相対的に走査することによって、被加工物Ｗの内部に切断の起点となる改質領域を形成する装置である。 The laser processing apparatus 10 according to the present embodiment guides the processing laser light L1 emitted from the laser light source 16 to the condenser lens 30 via various optical systems, and the laser light L1 is transmitted by the condenser lens 30. The inside of the workpiece W is focused and irradiated. Then, the stage 14 is moved while irradiating the workpiece W with the laser beam L1. As a result, a modified region is formed inside the workpiece W along the planned cutting line of the workpiece W. That is, the laser processing apparatus 10 is an apparatus that forms a modified region as a starting point of cutting inside the workpiece W by scanning the laser beam L1 relative to the workpiece W.

また、本実施形態に係るレーザー加工装置１０は、レーザー光源１６から出射された加工用のレーザー光Ｌ１の光量（光強度）を減衰させて、光量が減衰した光（レーザー光Ｌ１）を用いて、被加工物Ｗの内部の改質領域から被加工物Ｗの厚さ方向に進展した亀裂Ｋの亀裂深さの測定を行う機能を備えたものである。 Further, the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment attenuates the amount of light (light intensity) of the processing laser light L1 emitted from the laser light source 16 and uses the light (laser light L1) in which the amount of light is attenuated. It is provided with a function of measuring the crack depth of the crack K extending in the thickness direction of the workpiece W from the modified region inside the workpiece W.

なお、本実施形態においては、図１に示すように、レーザー加工装置１０を構成する各部の光学的な配置を説明するために、被加工物Ｗを垂直（縦向き）に配置した構成を便宜的に示したが、言うまでもなく、被加工物Ｗの向きは限定されるものではない。例えば、被加工物Ｗは、水平向き（横向き）に配置してもよいし、斜め向きに配置するようにしてもよい。また、レーザー加工装置１０を構成する各部の配置は、被加工物Ｗの向きに応じて適宜変更可能である。図１においては、被加工物Ｗの厚さ方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交しかつ被加工物Ｗの加工送り方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, in order to explain the optical arrangement of each part constituting the laser processing apparatus 10, it is convenient to arrange the workpiece W vertically (vertically). Needless to say, the orientation of the workpiece W is not limited. For example, the workpiece W may be arranged horizontally (horizontally) or diagonally. Further, the arrangement of each part constituting the laser processing apparatus 10 can be appropriately changed according to the orientation of the workpiece W. In FIG. 1, the thickness direction of the workpiece W is the Z direction, the machining feed direction of the workpiece W is the X direction, and the directions orthogonal to the X and Z directions are the Y direction. To do.

また、本実施形態においては、亀裂Ｋの亀裂深さとは、被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）あるいは裏面を基準位置としたとき、その基準位置から被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）における亀裂Ｋの下端位置（図１において亀裂Ｋの右端位置）もしくは亀裂Ｋの上端位置（図１において亀裂Ｋの左端位置）までの距離を示すものとする。後述する第２の実施形態においても同様である。 Further, in the present embodiment, the crack depth of the crack K is the thickness direction of the workpiece W from the reference position when the front surface (laser light irradiation surface) or the back surface of the workpiece W is set as the reference position. It is assumed that the distance to the lower end position of the crack K (the right end position of the crack K in FIG. 1) or the upper end position of the crack K (the left end position of the crack K in FIG. 1) in the Z direction) is shown. The same applies to the second embodiment described later.

ステージ１４は、被加工物Ｗを吸着保持し、不図示のステージ駆動機構により、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向に移動可能であるとともに、θ方向（Ｚ方向を中心とする回転方向）に回転可能に構成される。被加工物Ｗは、その表面（レーザー光照射面）がデバイス面とは反対側の面となるようにステージ１４上に載置される。なお、被加工物Ｗのデバイス面が被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）となるようにステージ１４上に被加工物Ｗが載置されてもよい。 The stage 14 attracts and holds the workpiece W, can move in each of the X, Y, and Z directions by a stage drive mechanism (not shown), and rotates in the θ direction (rotation centered on the Z direction). It is configured to be rotatable in the direction). The workpiece W is placed on the stage 14 so that its surface (laser light irradiation surface) is the surface opposite to the device surface. The workpiece W may be placed on the stage 14 so that the device surface of the workpiece W is the surface of the workpiece W (laser light irradiation surface).

コントローラ１２は、レーザー加工装置１０の動作（加工動作、アライメント動作、亀裂検出動作等）を制御する。 The controller 12 controls the operation of the laser machining apparatus 10 (machining operation, alignment operation, crack detection operation, etc.).

コントローラ１２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る。 The controller 12 is realized by a general-purpose computer such as a personal computer or a microcomputer.

コントローラ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。コントローラ１２では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図１においてコントローラ１２内に示した各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。なお、コントローラ１２内の各部の機能については後述する。 The controller 12 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input / output interface, and the like. In the controller 12, various programs such as control programs stored in the ROM are expanded in the RAM, and the programs expanded in the RAM are executed by the CPU, so that the functions of the respective parts shown in the controller 12 in FIG. 1 can be obtained. It is realized and various arithmetic processing and control processing are executed via the input / output interface. The functions of each part in the controller 12 will be described later.

レーザー光源１６は、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成するための加工用のレーザー光Ｌ１を出射するものである。本実施形態においては、レーザー光源１６としては、パルス光を出射するパルス光源が好ましく用いられる。また、被加工物Ｗがシリコンウェーハである場合には、レーザー光Ｌ１として、波長１１００ｎｍ以長の赤外光が好ましく用いられる。レーザー光源１６から出射されたレーザー光Ｌ１は、直接に、あるいは所定の光学系を介して、波面変調部２０に入射される。 The laser light source 16 emits a laser beam L1 for processing for forming a modified region inside the workpiece W. In the present embodiment, as the laser light source 16, a pulse light source that emits pulsed light is preferably used. When the workpiece W is a silicon wafer, infrared light having a wavelength of 1100 nm or more is preferably used as the laser light L1. The laser light L1 emitted from the laser light source 16 is incident on the wavefront modulation unit 20 directly or via a predetermined optical system.

なお、レーザー光源１６は、パルス光源に限定されず、連続光を出射する連続光源であってもよい。また、レーザー光源１６は、パルス光と連続光とを切り換えて出射することができるように構成されたものであってもよい。この場合、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には加工用のレーザー光としてパルス光を出射し、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合には亀裂検出用のレーザー光として連続光を出射するようにしてもよい。 The laser light source 16 is not limited to the pulse light source, and may be a continuous light source that emits continuous light. Further, the laser light source 16 may be configured so that pulsed light and continuous light can be switched and emitted. In this case, when a modified region is formed inside the workpiece W, pulsed light is emitted as a laser beam for machining, and when crack detection of the workpiece W is performed, it is used as a laser beam for crack detection. Continuous light may be emitted.

光量調整部１８は、レーザー光源１６と波面変調部２０との間におけるレーザー光Ｌ１の光路中に配置されている。光量調整部１８は、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合に被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１が所望の光量（光強度）となるように設けられたものである。 The light amount adjusting unit 18 is arranged in the optical path of the laser light L1 between the laser light source 16 and the wavefront modulation unit 20. The light amount adjusting unit 18 is provided so that the laser light L1 emitted to the work piece W when detecting cracks in the work piece W has a desired light amount (light intensity).

光量調整部１８は、減光フィルタ３８と、フィルタ移動機構４０とを備えている。減光フィルタ３８は、透過する光の光量を減衰させる光学フィルタであり、レーザー光Ｌ１の光路上に挿脱自在に設けられている。減光フィルタ３８は、フィルタ移動機構４０により、レーザー光Ｌ１の光路に対して垂直方向に移動可能であり、レーザー光Ｌ１の光路に挿入された「挿入位置」と、レーザー光Ｌ１の光路から退避した「退避位置」との間で移動される。フィルタ移動機構４０は、後述の光量制御部５６により制御され、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には、減光フィルタ３８を退避位置に配置する。一方、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合には、減光フィルタ３８を挿入位置に配置する。 The light amount adjusting unit 18 includes a dimming filter 38 and a filter moving mechanism 40. The dimming filter 38 is an optical filter that attenuates the amount of transmitted light, and is provided on the optical path of the laser beam L1 so as to be freely insertable and detachable. The dimming filter 38 can be moved in the direction perpendicular to the optical path of the laser light L1 by the filter moving mechanism 40, and is retracted from the “insertion position” inserted in the optical path of the laser light L1 and the optical path of the laser light L1. It is moved to and from the "retracted position". The filter moving mechanism 40 is controlled by a light amount control unit 56 described later, and when a modified region is formed inside the workpiece W, the dimming filter 38 is arranged at a retracted position. On the other hand, when detecting a crack in the workpiece W, the dimming filter 38 is arranged at the insertion position.

なお、本実施形態では、１つの減光フィルタ３８をレーザー光Ｌ１の光路上に挿脱する構成を示したが、これに限らず、透過率が互いに異なる複数の減光フィルタ（すなわち、光量の減光割合がそれぞれ異なる複数の減光フィルタ）を選択的に光路に配置可能な構成を採用することも可能である。また、減光フィルタの切換え方式として、例えば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。 In the present embodiment, one dimming filter 38 is inserted and removed on the optical path of the laser light L1, but the present invention is not limited to this, and a plurality of dimming filters having different transmittances (that is, light amounts) are shown. It is also possible to adopt a configuration in which a plurality of dimming filters having different dimming ratios) can be selectively arranged in the optical path. Further, as a dimming filter switching method, for example, a well-known turret method or slide method can be used.

また、透過率が互いに異なる複数の減光フィルタを選択的に光路に配置可能な構成においては、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には、複数の減光フィルタのうち、透過率が高い高透過率フィルタをレーザー光Ｌ１の光路上に配置し、被加工物Ｗの内部の亀裂を検出する場合には、複数の減光フィルタのうち、高透過率フィルタの透過率よりも低い低透過率フィルタをレーザー光Ｌ１の光路上に配置してもよい。 Further, in a configuration in which a plurality of dimming filters having different transmittances can be selectively arranged in the optical path, when a modified region is formed inside the workpiece W, among the plurality of dimming filters, When a high transmittance filter with high transmittance is placed on the optical path of the laser light L1 and a crack inside the workpiece W is detected, the transmittance of the high transmittance filter is higher than that of the plurality of dimming filters. A low transmittance filter may be arranged on the optical path of the laser beam L1.

また、減光手段としては、減光フィルタ３８を用いた構成に限られず、例えば、ポラライザー、波長板、偏光プリズムなどの組み合わせたものを用いた構成を採用することも可能である。 Further, the dimming means is not limited to the configuration using the dimming filter 38, and for example, a configuration using a combination of a polarizer, a wave plate, a polarizing prism, and the like can be adopted.

波面変調部２０は、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１及びその反射光Ｌ２の光路中に配置される。波面変調部２０は、入射した光の波面を変調する空間光変調器２１を備えている。 The wavefront modulation unit 20 is arranged in the optical path of the laser light L1 from the laser light source 16 and the reflected light L2 thereof. The wavefront modulation unit 20 includes a spatial light modulator 21 that modulates the wavefront of incident light.

空間光変調器２１には、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を使用した空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を使用した空間光変調器（ＭＥＭＳ−ＳＬＭ）を用いることができる。本実施形態においては、一例として、反射型のＬＣＯＳ−ＳＬＭを空間光変調器２１として用いている。 The spatial light modulator 21 includes, for example, a spatial light modulator (LCOS-SLM) using LCOS (Liquid Crystal on Silicon) or a spatial light modulator (MEMS-SLM) using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Can be used. In this embodiment, as an example, a reflective LCOS-SLM is used as the spatial light modulator 21.

空間光変調器２１は、２次元的に配列された複数の画素（微小変調素子)からなる光変調面２１ａを備えており、光変調面２１ａに入射した光の位相を画素毎に変調する位相変調型の空間光変調器である。また、空間光変調器２１は、集光レンズ３０の瞳位置Ｅと光学的に共役な位置に配置されている。この空間光変調器２１は、空間変調制御部５８により設定された所定の変調パターンに基づき、光変調面２１ａに入射した光の位相を画素毎に変調して、変調後の変調光を所定の方向に向けて出射するようになっている。 The spatial light modulator 21 includes a light modulation surface 21a composed of a plurality of pixels (micromodulation elements) arranged in two dimensions, and a phase that modulates the phase of light incident on the light modulation surface 21a for each pixel. It is a modulation type spatial light modulator. Further, the spatial light modulator 21 is arranged at a position optically conjugate with the pupil position E of the condenser lens 30. The spatial light modulator 21 modulates the phase of the light incident on the optical modulation surface 21a for each pixel based on a predetermined modulation pattern set by the spatial modulation control unit 58, and determines the modulated light after modulation. It is designed to emit in the direction.

本実施形態においては、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には、空間光変調器２１には前述した変調パターン（すなわち、被加工物Ｗの亀裂検出を行うための変調パターン）は設定されないようになっている。この場合、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１は変調されず、そのまま集光レンズ３０に向けて出射される。なお、空間変調器２１には、亀裂検出以外の目的（例えば収差補正）で変調パターンが設定される場合がある。 In the present embodiment, when a modified region is formed inside the workpiece W, the spatial light modulator 21 has the above-mentioned modulation pattern (that is, a modulation pattern for detecting cracks in the workpiece W). ) Is not set. In this case, the laser light L1 incident on the spatial light modulator 21 is not modulated and is emitted as it is toward the condenser lens 30. The spatial modulator 21 may have a modulation pattern set for a purpose other than crack detection (for example, aberration correction).

一方、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合には、詳細は後述するが、空間光変調器２１には光変調面２１ａの変調領域毎に互いに異なる変調パターンが設定される。これにより、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１の一部の光は変調されて集光レンズ３０に向けて出射されるとともに、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２の一部の光は変調されて光検出器３４に向けて出射される。なお、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１の他の光は光トラップ３６に向けて出射され、光トラップ３６で捕捉されるようになっている。 On the other hand, when detecting cracks in the workpiece W, although the details will be described later, different modulation patterns are set in the spatial light modulator 21 for each modulation region of the light modulation surface 21a. As a result, a part of the light of the laser light L1 incident on the spatial light modulator 21 is modulated and emitted toward the condenser lens 30, and a part of the light of the reflected light L2 from the workpiece W is emitted. It is modulated and emitted toward the light detector 34. The other light of the laser light L1 incident on the spatial light modulator 21 is emitted toward the light trap 36 and captured by the light trap 36.

リレー光学系２６は、空間光変調器２１と集光レンズ３０との間におけるレーザー光Ｌ１及びその反射光Ｌ２の光路上に配置される。リレー光学系２６は、第１レンズ２２及び第２レンズ２４を有しており、第１レンズ２２及び第２レンズ２４は４ｆ光学系を構成するように配置されている。リレー光学系２６は、空間光変調器２１から集光レンズ３０に向けて出射されたレーザー光Ｌ１を集光レンズ３０に導くとともに、集光レンズ３０で集光された被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を空間光変調器２１に導く。 The relay optical system 26 is arranged on the optical path of the laser light L1 and the reflected light L2 between the spatial light modulator 21 and the condenser lens 30. The relay optical system 26 has a first lens 22 and a second lens 24, and the first lens 22 and the second lens 24 are arranged so as to form a 4f optical system. The relay optical system 26 guides the laser light L1 emitted from the spatial light modulator 21 toward the condenser lens 30 to the condenser lens 30, and reflects the laser light L1 condensed by the condenser lens 30 from the workpiece W. The light L2 is guided to the spatial light modulator 21.

視野絞り２８は、リレー光学系２６（４ｆ光学系）を構成する第１レンズ２２と第２レンズ２４との間の中間結像位置ＩＭに配置される。中間結像位置ＩＭは、集光レンズ３０の集光点と光学的に共役な位置である。視野絞り２８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を制限する開口２８ａを有しており、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓをカットするものである。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出を行う際に、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓが亀裂検出の外乱光となることが防止される。 The field diaphragm 28 is arranged at an intermediate imaging position IM between the first lens 22 and the second lens 24 constituting the relay optical system 26 (4f optical system). The intermediate imaging position IM is a position optically conjugate with the focusing point of the focusing lens 30. The field diaphragm 28 has an opening 28a that limits the reflected light L2 from the workpiece W, and cuts the reflected light L2s reflected on the surface of the workpiece W. As a result, when the crack of the workpiece W is detected, the reflected light L2s reflected on the surface of the workpiece W is prevented from becoming an ambient light for crack detection.

視野絞り２８の開口２８ａの大きさ（開口径）を可変できるように構成されていてもよい。この構成によれば、視野絞り２８の開口２８ａを、被加工物Ｗと集光レンズ３０との間の距離（ワーキングディスタンス）などに応じた大きさとすることにより、亀裂検出の際に外乱光となる被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓを効果的にカットすることができる。 The size (opening diameter) of the opening 28a of the field diaphragm 28 may be variable. According to this configuration, the opening 28a of the field diaphragm 28 is set to a size corresponding to the distance (working distance) between the workpiece W and the condenser lens 30, so that ambient light is generated when cracks are detected. The reflected light L2s reflected on the surface of the workpiece W can be effectively cut.

集光レンズ３０は、ステージ１４に対向する位置に配置される。集光レンズ３０は、入射したレーザー光Ｌ１をステージ１４上の被加工物Ｗの内部に集光する。また、集光レンズ３０は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を集光する。集光レンズ３０で集光された反射光Ｌ２は、リレー光学系２６を介して空間光変調器２１に導かれる。 The condenser lens 30 is arranged at a position facing the stage 14. The condenser lens 30 concentrates the incident laser light L1 inside the workpiece W on the stage 14. Further, the condenser lens 30 collects the reflected light L2 from the workpiece W. The reflected light L2 collected by the condenser lens 30 is guided to the spatial light modulator 21 via the relay optical system 26.

光検出器３４は、集光レンズ３０の瞳位置Ｅと光学的に共役な位置となるように配置されている。光検出器３４は、フォトディテクタにより構成され、結像レンズ３２を介して入射した反射光Ｌ２を受光して、その反射光Ｌ２の光量（光強度）を示す光強度情報（電気信号）を後述の亀裂検出部６０に出力する。 The photodetector 34 is arranged so as to be optically conjugate with the pupil position E of the condenser lens 30. The photodetector 34 is composed of a photodetector, receives the reflected light L2 incident through the imaging lens 32, and provides light intensity information (electric signal) indicating the light intensity (light intensity) of the reflected light L2, which will be described later. Output to the crack detection unit 60.

光トラップ３６は、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１のうち、集光レンズ３０とは異なる方向に出射される光（すなわち、亀裂検出に寄与しない光）が迷光とならないように、その光を捕捉するものである。 The light trap 36 is provided so that, of the laser light L1 incident on the spatial light modulator 21, light emitted in a direction different from that of the condenser lens 30 (that is, light that does not contribute to crack detection) does not become stray light. It captures light.

以上のように構成されたレーザー加工装置１０は、コントローラ１２によって以下のように制御される。 The laser processing apparatus 10 configured as described above is controlled by the controller 12 as follows.

コントローラ１２は、主制御部５０と、ステージ制御部５２と、レーザー制御部５４と、光量制御部５６と、空間変調制御部５８と、亀裂検出部６０として機能する。 The controller 12 functions as a main control unit 50, a stage control unit 52, a laser control unit 54, a light amount control unit 56, a space modulation control unit 58, and a crack detection unit 60.

主制御部５０は、コントローラ１２を構成する各部を統括的に制御する。具体的には、ステージ制御部５２、レーザー制御部５４、光量制御部５６、空間変調制御部５８、及び亀裂検出部６０を制御する。また、主制御部５０は、亀裂検出部６０から亀裂検出の結果を受け取り、その結果を図示しない表示装置（モニタ）に表示する。 The main control unit 50 comprehensively controls each unit constituting the controller 12. Specifically, it controls the stage control unit 52, the laser control unit 54, the light amount control unit 56, the spatial modulation control unit 58, and the crack detection unit 60. Further, the main control unit 50 receives the result of crack detection from the crack detection unit 60 and displays the result on a display device (monitor) (not shown).

ステージ制御部５２は、主制御部５０からの指示に従って、集光レンズ３０の光軸Ｐ（図７参照）が被加工物Ｗの加工位置（または亀裂Ｋが形成された位置）に位置するように、ステージ１４のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動、及びθ方向の回転を制御する。ステージ１４は、ステージ制御部５２の制御に従い、集光レンズ３０の光軸Ｐに対して被加工物Ｗを相対的に移動させる。 In the stage control unit 52, the optical axis P (see FIG. 7) of the condenser lens 30 is positioned at the processing position (or the position where the crack K is formed) of the workpiece W according to the instruction from the main control unit 50. In addition, the movement of the stage 14 in the X direction, the Y direction, the Z direction, and the rotation in the θ direction are controlled. The stage 14 moves the workpiece W relative to the optical axis P of the condenser lens 30 under the control of the stage control unit 52.

レーザー制御部５４は、主制御部５０からの指示に従って、レーザー光源１６を制御する。具体的には、レーザー制御部５４は、レーザー光源１６から出射されるレーザー光Ｌ１の波長、パルス幅、強度、出射タイミング、繰り返し周波数などを制御する。 The laser control unit 54 controls the laser light source 16 according to an instruction from the main control unit 50. Specifically, the laser control unit 54 controls the wavelength, pulse width, intensity, emission timing, repetition frequency, and the like of the laser light L1 emitted from the laser light source 16.

光量制御部５６は、主制御部５０からの指示に従って、光量調整部１８を制御する。具体的には、光量制御部５６は、フィルタ移動機構４０を介して減光フィルタ３８をレーザー光Ｌ１上に挿脱する制御を行う。これにより、被加工物Ｗの加工が行われる場合には、減光フィルタ３８は退避位置に配置され、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、減光フィルタ３８は挿入位置に配置される。 The light amount control unit 56 controls the light amount adjustment unit 18 according to an instruction from the main control unit 50. Specifically, the light amount control unit 56 controls the dimming filter 38 to be inserted into and removed from the laser beam L1 via the filter moving mechanism 40. As a result, the dimming filter 38 is arranged at the retracted position when the workpiece W is processed, and the dimming filter 38 is arranged at the insertion position when the crack of the workpiece W is detected. Will be done.

空間変調制御部５８は、主制御部５０からの指示に従って、波面変調部２０を制御する。具体的には、空間変調制御部５８は、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、空間光変調器２１に入射した光の位相を変調するための所定の変調パターンを設定する。これにより、空間光変調器２１は、空間変調制御部５８により設定された変調パターンに従って、光変調面２１ａに入射した光を画素毎に変調し、変調後の変調光を所定の方向に向けて出射する。なお、変調パターンは、空間光変調器２１の光変調面２１ａを構成する複数の画素のそれぞれに対応する制御値（位相変化量）が２次元的に分布するパターンである。 The spatial modulation control unit 58 controls the wave surface modulation unit 20 according to an instruction from the main control unit 50. Specifically, the spatial modulation control unit 58 sets a predetermined modulation pattern for modulating the phase of the light incident on the spatial light modulator 21 when the crack of the workpiece W is detected. As a result, the spatial light modulator 21 modulates the light incident on the optical modulation surface 21a pixel by pixel according to the modulation pattern set by the spatial modulation control unit 58, and directs the modulated light in a predetermined direction. Exit. The modulation pattern is a pattern in which control values (phase change amounts) corresponding to each of a plurality of pixels constituting the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 are two-dimensionally distributed.

図２は、空間光変調器２１の光変調面２１ａの一例を示した概略図である。図３は、空間変調制御部５８により設定される空間光変調器２１の変調パターンの一例を示した図である。図２に示すように、本実施形態においては、空間光変調器２１の光変調面２１ａは２つの変調領域ＲＡ、ＲＢに区画されており、各変調領域ＲＡ、ＲＢにはそれぞれ多数の画素６２が対応して設けられている（以下、「第１変調領域ＲＡ」、「第２変調領域ＲＢ」という。）。そして、図３に示すように、空間変調制御部５８は、第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対して、互いに異なる第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂをそれぞれ設定するようになっている。 FIG. 2 is a schematic view showing an example of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21. FIG. 3 is a diagram showing an example of the modulation pattern of the spatial light modulator 21 set by the spatial modulation control unit 58. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the optical modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 is divided into two modulation regions RA and RB, and a large number of pixels 62 in each modulation region RA and RB, respectively. (Hereinafter, referred to as "first modulation region RA" and "second modulation region RB"). Then, as shown in FIG. 3, the spatial modulation control unit 58 sets the first modulation pattern 64A and the second modulation pattern 64B, which are different from each other, for the first modulation region RA and the second modulation region RB, respectively. It has become.

具体的には、空間変調制御部５８は、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光が空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域（後述する第１半分領域Ｇ１に相当、図７参照）を通る光線となるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを設定する。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、集光レンズ３０を通過したレーザー光Ｌ１の照射方向は集光レンズ３０の光軸Ｐに対して斜め方向となり、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１が斜め方向に照射される偏射照明が行われる。また、このような偏射照明を行いながら、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１（変調光）の集光点が被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に走査されるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを変化させる制御を行う。 Specifically, in the spatial modulation control unit 58, among the laser light L1 from the laser light source 16, the light incident on the first modulation region RA of the optical modulation surface 21a is modulated by the spatial light modulator 21, and after modulation. Corresponds to the first modulation region RA so that the modulated light of the above is a light beam passing through one half region of the pupil at the pupil position E of the condenser lens 30 (corresponding to the first half region G1 described later, see FIG. 7). The first modulation pattern 64A is set. As a result, when crack detection of the workpiece W is performed, the irradiation direction of the laser beam L1 that has passed through the condenser lens 30 becomes an oblique direction with respect to the optical axis P of the condenser lens 30, and the workpiece W The laser beam L1 is obliquely irradiated with respect to the eccentric illumination. Further, while performing such uneven illumination, the spatial modulation control unit 58 has a condensing point of the laser light L1 (modulated light) condensed by the condensing lens 30 in the thickness direction (Z) of the workpiece W. Control is performed to change the first modulation pattern 64A corresponding to the first modulation region RA so that the light is scanned in the direction).

また、空間変調制御部５８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の他方の半分領域（後述する第２半分領域Ｇ２に相当、図７参照）を通過して光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光が空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が結像レンズ３２を介して光検出器３４に入射するように、第２変調領域ＲＢに対応する第２変調パターン６４Ｂを設定する。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、光検出器３４において被加工物Ｗからの反射光Ｌ２の検出が行われる。なお、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域を通過して光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は、光検出器３４には導かれず、光検出器３４では検出されないようになっている。 Further, the spatial modulation control unit 58 includes the other half region of the pupil at the pupil position E of the condenser lens 30 (corresponding to the second half region G2 described later, see FIG. 7) of the reflected light L2 from the workpiece W. ), The light incident on the second modulation region RB of the light modulation surface 21a is modulated by the spatial light modulator 21, and the modulated light after modulation is incident on the light detector 34 via the imaging lens 32. As described above, the second modulation pattern 64B corresponding to the second modulation region RB is set. As a result, when the crack of the workpiece W is detected, the photodetector 34 detects the reflected light L2 from the workpiece W. Of the reflected light L2 from the workpiece W, the light that has passed through one half region of the pupil at the pupil position E of the condenser lens 30 and is incident on the first modulation region RA of the photomodulation surface 21a is light. It is not guided by the detector 34 and is not detected by the photodetector 34.

本実施形態においては、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡには、図３に示すように、光変調面２１ａの中心から離された位置であって第１変調領域ＲＡの一部に限定された領域に第１変調パターン６４Ａが設定されるようになっている。そのため、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射したレーザー光Ｌ１は空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の中心から集光レンズ３０の光軸Ｐに直交する方向にずれた位置、すなわち、集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域の一部に入射するようになっている。これにより、図４に示した第１変調パターン６４Ａに比べて、集光レンズ３０を介して被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１の照射方向が集光レンズ３０の光軸Ｐに対して角度がついた状態で行われるので、被加工物Ｗの亀裂検出の際に被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）の分解能を高めることが可能となる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the first modulation region RA of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 is a position separated from the center of the light modulation surface 21a and is the first modulation region. The first modulation pattern 64A is set in a region limited to a part of RA. Therefore, the laser light L1 incident on the first modulation region RA of the light modulation surface 21a is modulated by the spatial light modulator 21, and the modulated light is focused from the center of the pupil at the pupil position E of the condenser lens 30. The light is incident on a position shifted in the direction orthogonal to the optical axis P of the lens 30, that is, a part of one half region of the pupil at the pupil position E of the condenser lens 30. As a result, as compared with the first modulation pattern 64A shown in FIG. 4, the irradiation direction of the laser beam L1 irradiated to the workpiece W via the condenser lens 30 is with respect to the optical axis P of the condenser lens 30. Since it is performed in an angled state, it is possible to improve the resolution in the thickness direction (Z direction) of the workpiece W when detecting cracks in the workpiece W.

なお、本実施形態においては、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａは、少なくとも第１変調領域ＲＡに入射したレーザー光Ｌ１の変調光が集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域に入射するものであればよく、例えば、図４に示した第１変調パターン６４Ａであってもよい。 In the present embodiment, in the first modulation pattern 64A corresponding to the first modulation region RA, at least the modulation light of the laser light L1 incident on the first modulation region RA is the pupil position E of the condenser lens 30. Anything that is incident on one half region may be used, and for example, the first modulation pattern 64A shown in FIG. 4 may be used.

亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力された反射光Ｌ２の光強度情報を順次取得し、取得した反射光Ｌ２の光強度情報に基づいて被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂上端位置又は亀裂下端位置）を検出する亀裂検出処理を行う。 The crack detection unit 60 sequentially acquires the light intensity information of the reflected light L2 output from the photodetector 34, and the crack K formed inside the workpiece W based on the acquired light intensity information of the reflected light L2. A crack detection process is performed to detect the crack depth (crack upper end position or crack lower end position).

ここで、本実施形態における亀裂検出処理の原理について説明する。 Here, the principle of the crack detection process in the present embodiment will be described.

本実施形態では、上述したように、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂを設定することにより、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１が斜め方向に照射される偏射照明が行われ、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２が光検出器３４で検出されるようになっている。 In the present embodiment, as described above, the first modulation pattern 64A and the second modulation pattern 64B are set in the first modulation region RA and the second modulation region RB of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21, respectively. The work piece W is irradiated with the laser light L1 in an oblique direction, and the reflected light L2 from the work piece W is detected by the light detector 34.

図５及び図６は、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図である。図５は集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在する場合、図６は集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合をそれぞれ示している。図７は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２が集光レンズ瞳３０ａに到達する経路を説明するための図である。なお、ここでは、レーザー光Ｌ１は、集光レンズ瞳３０ａの一方側（図７の右側）の第１半分領域Ｇ１を通過して、被加工物Ｗに対して偏射照明が行われる場合について説明する。 5 and 6 are explanatory views showing a state in which the laser beam L1 is illuminated unevenly on the workpiece W. FIG. 5 shows a crack K at the condensing point of the laser beam L1 condensed by the condensing lens 30, and FIG. 6 shows a crack K at the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30. The cases that do not exist are shown respectively. FIG. 7 is a diagram for explaining a path in which the reflected light L2 from the workpiece W reaches the condenser lens pupil 30a. Here, the case where the laser beam L1 passes through the first half region G1 on one side (right side of FIG. 7) of the condensing lens pupil 30a and the work piece W is illuminated unevenly. explain.

図５に示すように、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在する場合には、レーザー光Ｌ１は亀裂Ｋで全反射して、その反射光Ｌ２は集光レンズ３０の光軸Ｐに対してレーザー光Ｌ１の光路と同じ側の経路をたどって、集光レンズ瞳３０ａのレーザー光Ｌ１と同じ側の領域に到達する成分となる。すなわち、図７に示すように、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１が集光レンズ３０を介して被加工物Ｗに照射されるときのレーザー光Ｌ１の経路をＲ１としたとき、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路Ｒ１とは集光レンズ３０の光軸Ｐに対して同じ側（図７の右側）の経路Ｒ２をたどって集光レンズ瞳３０ａの第１半分領域Ｇ１を通過する。この場合、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、空間光変調器２１の光変調面２１ａのうち、第１変調領域ＲＡに入射してしまい、第２変調領域ＲＢには入射しないので、光検出器３４では反射光Ｌ２は検出されない。 As shown in FIG. 5, when a crack K is present at the condensing point of the laser light L1 focused by the condensing lens 30, the laser light L1 is totally reflected by the crack K, and the reflected light L2 is It is a component that follows the path on the same side as the optical path of the laser light L1 with respect to the optical axis P of the condenser lens 30 and reaches the region on the same side as the laser light L1 of the condenser lens pupil 30a. That is, as shown in FIG. 7, when the path of the laser beam L1 when the laser beam L1 from the laser light source 16 is irradiated to the workpiece W via the condenser lens 30 is R1, the workpiece W The reflected light L2 totally reflected by the crack K inside the lens follows the path R2 on the same side (right side in FIG. 7) as the path R1 of the laser beam L1 with respect to the optical axis P of the condenser lens 30. It passes through the first half region G1 of the pupil 30a. In this case, the reflected light L2 reflected by the back surface of the workpiece W is incident on the first modulation region RA of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 and is not incident on the second modulation region RB. Therefore, the reflected light L2 is not detected by the light detector 34.

一方、図６に示すように、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、レーザー光Ｌ１は被加工物Ｗの裏面で反射し、その反射光Ｌ２は集光レンズ３０の光軸Ｐに対してレーザー光Ｌ１と反対側の領域に到達する成分となる。すなわち、図７に示すように、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路Ｒ１とは集光レンズ３０の光軸Ｐに対して反対側（図７の左側）の経路Ｒ３をたどって集光レンズ瞳３０ａの第２半分領域Ｇ２を通過する。この場合、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、空間光変調器２１の光変調面２１ａのうち、第２変調領域ＲＢに入射するので、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出される。 On the other hand, as shown in FIG. 6, when the crack K does not exist at the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30, the laser light L1 is reflected by the back surface of the workpiece W and the crack K is present. The reflected light L2 is a component that reaches the region opposite to the laser light L1 with respect to the optical axis P of the condenser lens 30. That is, as shown in FIG. 7, the reflected light L2 reflected on the back surface of the workpiece W is opposite to the path R1 of the laser light L1 with respect to the optical axis P of the condenser lens 30 (left side in FIG. 7). It passes through the second half region G2 of the condenser lens pupil 30a by following the path R3 of. In this case, the reflected light L2 reflected on the back surface of the workpiece W is incident on the second modulation region RB of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21, so that the reflected light L2 is detected by the light detector 34. Will be done.

このように光検出器３４で検出される反射光Ｌ２の光強度情報は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在するか否かによって変化する。本実施形態では、このような性質を利用して、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。 The light intensity information of the reflected light L2 detected by the photodetector 34 changes depending on whether or not a crack K is present at the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30. In the present embodiment, it is possible to detect the crack depth (crack lower end position or crack upper end position) of the crack K formed inside the workpiece W by utilizing such a property.

具体的には、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点が、被加工物Ｗの裏面から表面（または被加工物Ｗの表面から裏面）に向かって被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に所定の走査間隔で走査されるように、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを変化させる制御を行う。 Specifically, in the spatial modulation control unit 58, the focusing point of the laser light L1 focused by the focusing lens 30 is from the back surface to the front surface of the workpiece W (or from the front surface to the back surface of the workpiece W). The first modulation pattern 64A corresponding to the first modulation region RA of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 is scanned at a predetermined scanning interval in the thickness direction (Z direction) of the workpiece W. Control to change.

このとき、亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力される反射光Ｌ２の光強度情報を順次取得し、取得した反射光Ｌ２の光強度情報に基づいて、光検出器３４において反射光Ｌ２が検出される検出領域（光強度が０でない領域）と反射光Ｌ２が検出されない非検出領域（光強度が０である領域）との境界位置に対応するレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を求める。そして、その求めたレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）として検出する。 At this time, the crack detection unit 60 sequentially acquires the light intensity information of the reflected light L2 output from the light detector 34, and based on the acquired light intensity information of the reflected light L2, the reflected light L2 in the light detector 34. Depth of the focusing point of the laser beam L1 corresponding to the boundary position between the detection region where the light intensity is detected (the region where the light intensity is not 0) and the non-detection region where the reflected light L2 is not detected (the region where the light intensity is 0). Find the position. Then, the depth position of the condensing point of the obtained laser beam L1 is detected as the crack depth (crack lower end position or crack upper end position) of the crack K.

例えば、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの裏面から表面に向かって変化させる場合を考える。図６に示すように、レーザー光Ｌ１の集光点が亀裂Ｋの下端位置よりも深い位置にある場合には、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出される検出領域となるので、この集光点の位置には亀裂Ｋが存在しないと判定することができる。そして、このような状態からレーザー光Ｌ１の集光点を徐々に被加工物Ｗの表面に移動させていくと、レーザー光Ｌ１の集光点が亀裂Ｋの下端位置に到達したところで、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出される検出領域から反射光Ｌ２が検出されない非検出領域へと変化する。したがって、反射光Ｌ２の検出領域から非検出領域に変化したときのレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を亀裂Ｋの下端位置とすることができる。 For example, consider a case where the condensing point of the laser beam L1 condensed by the condensing lens 30 is changed from the back surface to the front surface of the workpiece W. As shown in FIG. 6, when the condensing point of the laser light L1 is deeper than the lower end position of the crack K, the photodetector 34 is a detection region where the reflected light L2 is detected. It can be determined that the crack K does not exist at the position of the light spot. Then, when the focusing point of the laser beam L1 is gradually moved to the surface of the workpiece W from such a state, the light is detected when the focusing point of the laser beam L1 reaches the lower end position of the crack K. In the device 34, the detection region in which the reflected light L2 is detected changes to the non-detection region in which the reflected light L2 is not detected. Therefore, the depth position of the condensing point of the laser light L1 when the reflected light L2 changes from the detection region to the non-detection region can be set as the lower end position of the crack K.

また、さらにレーザー光Ｌ１の集光点を徐々に被加工物Ｗの表面に移動させていくと、レーザー光Ｌ１の集光点が亀裂Ｋの上端位置に到達したところで、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出されない非検出領域から反射光Ｌ２が検出される検出領域へと変化する。したがって、反射光Ｌ２の非検出領域から検出領域に変化したときのレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を亀裂Ｋの上端位置とすることができる。 Further, when the condensing point of the laser light L1 is gradually moved to the surface of the workpiece W, when the condensing point of the laser light L1 reaches the upper end position of the crack K, it is reflected by the photodetector 34. The non-detection region where the light L2 is not detected changes to the detection region where the reflected light L2 is detected. Therefore, the depth position of the condensing point of the laser light L1 when the reflected light L2 changes from the non-detection region to the detection region can be set as the upper end position of the crack K.

なお、説明は省略するが、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの表面から裏面に向かって変化させる場合においても、反射光Ｌ２の検出領域と非検出領域の境界位置を求めることにより亀裂Ｋの上端位置及び下端位置をそれぞれ検出することができる。 Although the description is omitted, even when the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30 is changed from the front surface to the back surface of the workpiece W, it is not the detection region of the reflected light L2. By finding the boundary position of the detection region, the upper end position and the lower end position of the crack K can be detected, respectively.

次に、本実施形態に係るレーザー加工装置１０を用いた亀裂検出方法について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るレーザー加工装置１０を用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートが開始される前に、本実施形態に係るレーザー加工装置１０を用いて被加工物Ｗの内部に改質領域が形成されているものとする。また、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメントは既になされた状態であるものとする。 Next, a crack detection method using the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a crack detection method using the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment. Before the flowchart shown in FIG. 8 is started, it is assumed that the modified region is formed inside the workpiece W by using the laser machining apparatus 10 according to the present embodiment. Further, it is assumed that the workpiece W has already been aligned with the optical axis P of the condenser lens 30.

また、本実施形態においては、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点は被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に予め設定された走査間隔Δｚで走査が行われ、その走査範囲における各走査位置をＺi（ｉ＝１、２、・・・ｎ）とする（但し、ｎは自然数とする）。また、レーザー光Ｌ１の集光点の走査範囲は検出対象となる亀裂Ｋの亀裂深さに応じて設定され、例えば、被加工物Ｗの厚さ方向の全範囲に設定されていてもよいし、その一部範囲に設定されていてもよい。例えば、亀裂Ｋの亀裂深さとして亀裂下端位置のみを検出する場合には、被加工物Ｗの深い位置（裏面に近い側）の一部範囲に走査範囲を限定することで検出効率を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, the condensing point of the laser beam L1 condensed by the condensing lens 30 is scanned at a scanning interval Δz set in advance in the thickness direction (Z direction) of the workpiece W. , Each scanning position in the scanning range is Z i (i = 1, 2, ... n) (where n is a natural number). Further, the scanning range of the condensing point of the laser beam L1 is set according to the crack depth of the crack K to be detected, and may be set to, for example, the entire range in the thickness direction of the workpiece W. , May be set in a part of the range. For example, when detecting only the lower end position of the crack as the crack depth of the crack K, the detection efficiency is improved by limiting the scanning range to a part of the deep position (the side closer to the back surface) of the workpiece W. be able to.

（ステップＳ１０）
まず、レーザー加工装置１０において亀裂検出処理の動作開始時に、主制御部５０は各部の初期設定を行う。具体的には、光量制御部５６は、フィルタ移動機構４０を制御して、減光フィルタ３８を挿入位置に配置する。 (Step S10)
First, at the start of the operation of the crack detection process in the laser processing apparatus 10, the main control unit 50 makes initial settings for each unit. Specifically, the light amount control unit 56 controls the filter moving mechanism 40 to arrange the dimming filter 38 at the insertion position.

（ステップＳ１２）
次に、主制御部５０は、変数ｉを１に設定する（ｉ＝１）。 (Step S12)
Next, the main control unit 50 sets the variable i to 1 (i = 1).

（ステップＳ１４）
次に、空間変調制御部５８は、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対して第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂ（図３参照）をそれぞれ設定する。このとき、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置が所望の走査位置となるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを変化させる制御を行う（空間変調制御工程）。例えば、１回目の走査が行われる場合（ｉ＝１の場合）には、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置が走査開始位置Ｚ１となり、２回目以降の走査が行われる場合（ｉ≧２の場合）には、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置がＺi＝Ｚi-1＋Δｚとなるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａをレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に応じて変化させる制御を行う。 (Step S14)
Next, the spatial modulation control unit 58 sets the first modulation pattern 64A and the second modulation pattern 64B with respect to the first modulation region RA and the second modulation region RB of the optical modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 (see FIG. 3). ) Are set respectively. At this time, the spatial modulation control unit 58 corresponds to the first modulation region RA so that the depth position of the condensing point of the laser beam L1 condensed by the condensing lens 30 becomes a desired scanning position. Control is performed to change the modulation pattern 64A (spatial modulation control step). For example, when the first scan is performed (when i = 1), the depth position of the condensing point of the laser beam L1 becomes the scan start position Z 1 , and the second and subsequent scans are performed (i). In the case of ≧ 2), the first modulation pattern 64A corresponding to the first modulation region RA is set to the laser light L1 so that the depth position of the focusing point of the laser light L1 is Z i = Z i-1 + Δz. Control is performed to change the light concentration point according to the depth position of the light collection point.

（ステップＳ１６）
次に、レーザー制御部５４は、レーザー光源１６を制御して、レーザー光源１６からレーザー光Ｌ１を出射する（出射工程）。レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１は、亀裂検出に適した光量（光強度）となるように減光フィルタ３８で減衰され、光量が減衰したレーザー光Ｌ１は空間光変調器２１の光変調面２１ａに入射する（光量調整工程）。 (Step S16)
Next, the laser control unit 54 controls the laser light source 16 to emit the laser light L1 from the laser light source 16 (emission step). The laser light L1 from the laser light source 16 is attenuated by the dimming filter 38 so as to have a light amount (light intensity) suitable for crack detection, and the laser light L1 whose light amount is attenuated is the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21. (Light amount adjustment step).

このとき、空間光変調器２１の光変調面２１ａに入射したレーザー光Ｌ１のうち、第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が集光レンズ瞳３０ａの第１半分領域Ｇ１に入射する。そして、集光レンズ３０に導かれたレーザー光Ｌ１は、集光レンズ３０で被加工物Ｗの内部に集光される（集光工程）。これにより、被加工物Ｗには集光レンズ３０の光軸Ｐに対して斜め方向に偏射照明が行われる。 At this time, of the laser light L1 incident on the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21, the light incident on the first modulation region RA is modulated, and the modulated light after modulation is the first of the condenser lens pupil 30a. It is incident on the half region G1. Then, the laser beam L1 guided to the condenser lens 30 is condensed inside the workpiece W by the condenser lens 30 (condensing step). As a result, the workpiece W is illuminated obliquely with respect to the optical axis P of the condenser lens 30.

被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、集光レンズ３０、リレー光学系２６を経由して空間光変調器２１に導かれる。このとき、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓは、視野絞り２８によってカットされる。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出を行う際に、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓが亀裂検出の外乱光となることが防止される。 Of the reflected light L2 from the workpiece W, the reflected light L2 reflected by the back surface of the workpiece W is guided to the spatial light modulator 21 via the condenser lens 30 and the relay optical system 26. At this time, the reflected light L2s reflected on the surface of the workpiece W is cut by the field diaphragm 28. As a result, when the crack of the workpiece W is detected, the reflected light L2s reflected on the surface of the workpiece W is prevented from becoming an ambient light for crack detection.

また、空間光変調器２１に入射した反射光Ｌ２のうち、集光レンズ瞳３０ａの第２半分領域Ｇ２を通過して第２変調領域ＲＢに入射した光は空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が光検出器３４に向けて出射される。そして、結像レンズ３２を介して光検出器３４に入射した反射光Ｌ２は、光検出器３４で検出されて、その光量を示す光強度情報が亀裂検出部６０に対して出力される（検出工程）。 Further, of the reflected light L2 incident on the spatial light modulator 21, the light that has passed through the second half region G2 of the condenser lens pupil 30a and is incident on the second modulation region RB is modulated by the spatial light modulator 21. , The modulated light after modulation is emitted toward the light detector 34. Then, the reflected light L2 incident on the photodetector 34 via the imaging lens 32 is detected by the photodetector 34, and the light intensity information indicating the amount of the light is output to the crack detection unit 60 (detection). Process).

（ステップＳ１８）
次に、亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力された光強度情報を取得する。 (Step S18)
Next, the crack detection unit 60 acquires the light intensity information output from the photodetector 34.

（ステップＳ２２）
次に、主制御部５０は、変数ｉ＝ｎであるか否かを判断する。ｉ＝ｎでない場合（すなわち、変数ｉがｎ未満である場合）にはステップＳ２２に進み、ｉ＝ｎである場合にはステップＳ２４に進む。 (Step S22)
Next, the main control unit 50 determines whether or not the variable i = n. If i = n (that is, if the variable i is less than n), the process proceeds to step S22, and if i = n, the process proceeds to step S24.

（ステップＳ２４）
ステップＳ２０においてｉ＝ｎでない場合には、主制御部５０は、ｉを１つインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４からステップＳ１８までの処理を繰り返し行う。 (Step S24)
If i = n in step S20, the main control unit 50 increments i by one (i = i + 1), returns to step S14, and repeats the processes from step S14 to step S18.

（ステップＳ２６）
ステップＳ２０においてｉ＝ｎである場合には、亀裂検出部６０は、ステップＳ１８において走査位置Ｚi毎に取得した光強度情報に基づき、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出する（亀裂検出工程）。具体的には、上述したとおり、光検出器３４において反射光Ｌ２が検出される検出領域（光強度が０でない領域）と反射光Ｌ２が検出されない非検出領域（光強度が０である領域）との境界位置に対応するレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を、亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）として検出する。 (Step S26)
When i = n in step S20, the crack detection unit 60 determines the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W based on the light intensity information acquired for each scanning position Z i in step S18. Detects (crack detection step). Specifically, as described above, the detection region where the reflected light L2 is detected by the photodetector 34 (the region where the light intensity is not 0) and the non-detection region where the reflected light L2 is not detected (the region where the light intensity is 0). The depth position of the condensing point of the laser beam L1 corresponding to the boundary position with and is detected as the crack depth (crack lower end position or crack upper end position) of the crack K.

また、各走査位置Ｚiに対応する光強度情報がいずれも０でない場合には、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の走査範囲には亀裂Ｋは存在しないと判定することが可能である。また、各走査位置Ｚiに対応する光強度情報がいずれも０である場合には、レーザー光Ｌ１の集光点の走査範囲の全てにわたって亀裂Ｋが存在すると判定することが可能である。 Further, when the light intensity information corresponding to each scanning position Z i is not 0, it is determined that the crack K does not exist in the scanning range of the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30. It is possible to do. Further, when the light intensity information corresponding to each scanning position Z i is 0, it is possible to determine that the crack K exists over the entire scanning range of the condensing point of the laser beam L1.

以上のようにして、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さが検出されると、その検出結果は図示しない表示装置に表示され、亀裂検出処理が終了となる。 When the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W is detected as described above, the detection result is displayed on a display device (not shown), and the crack detection process is completed.

このように本実施形態によれば、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向に変化させながら、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１を斜め方向に照射する偏射照明を行い、そのときに光検出器３４から出力される光強度情報を順次取得し、取得した光強度情報に基づいて被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することが可能となる。したがって、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。 As described above, according to the present embodiment, the laser beam L1 with respect to the workpiece W is changed while the focusing point of the laser light L1 focused by the condenser lens 30 is changed in the thickness direction of the workpiece W. The light intensity information output from the light detector 34 at that time is sequentially acquired, and the crack formed inside the workpiece W based on the acquired light intensity information. It is possible to detect the crack depth of K (the position of the lower end of the crack or the position of the upper end of the crack). Therefore, the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W can be detected non-destructively and accurately.

また、本実施形態では、加工用のレーザー光源１６から出射されるレーザー光Ｌ１の光路中に光量調整部１８及び波面変調部２０を備えたので、加工用の光源や光学系を共用することが可能となり、加工時のアライメントをそのまま亀裂検出処理に使用することができる。これによって、亀裂検出用の専用の光源や光学系を別途設けた場合に比べて、亀裂検出時のアライメントを簡略化もしくは不要とすることができ、また、装置を小型化にすることができる。 Further, in the present embodiment, since the light amount adjusting unit 18 and the wavefront modulation unit 20 are provided in the optical path of the laser light L1 emitted from the laser light source 16 for processing, the light source for processing and the optical system can be shared. This makes it possible, and the alignment at the time of processing can be used as it is for the crack detection process. As a result, the alignment at the time of crack detection can be simplified or unnecessary as compared with the case where a dedicated light source or optical system for crack detection is separately provided, and the device can be miniaturized.

また、本実施形態においては、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に応じて収差補正が行われるよう変調パターンで空間光変調器２１を制御する態様が好ましい。これにより、亀裂検出処理が行われる際にレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向に変化させても、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に影響されることなく、所望の集光特性が良好に保たれるので、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さの検出精度を向上させることが可能となる。 Further, in the present embodiment, the spatial modulation control unit 58 spatially photomodulates the aberration with a modulation pattern so that the aberration is corrected according to the depth position of the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30. The aspect of controlling the vessel 21 is preferable. As a result, even if the focusing point of the laser beam L1 is changed in the thickness direction of the workpiece W when the crack detection process is performed, the depth position of the focusing point of the laser beam L1 is not affected. Since the desired light-collecting characteristics are kept good, it is possible to improve the detection accuracy of the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W.

また、本実施形態において、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの裏面近傍に固定した状態で（すなわち、レーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向に変化させることなく）検出するようにしてもよい。この場合、被加工物Ｗの裏面まで亀裂Ｋが到達しているか否かを簡易に判定することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30 is fixed in the vicinity of the back surface of the workpiece W (that is, the condensing point of the laser light L1 is the workpiece. It may be detected (without changing in the thickness direction of W). In this case, it is possible to easily determine whether or not the crack K has reached the back surface of the workpiece W.

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, the parts common to the first embodiment will be omitted, and the characteristic parts of the present embodiment will be mainly described.

まず、第２の実施形態における課題について説明する。 First, the problems in the second embodiment will be described.

上述した第１の実施形態では、加工時のアライメントをそのまま亀裂検出処理に使用することができるため、亀裂検出時のアライメントを簡略化もしくは不要とすることができるものであるが、ステージ１４の位置再現性の影響などにより、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメント精度が低下する場合が考えられる。この場合、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点と亀裂Ｋとの間に水平方向（集光レンズ３０の光軸Ｐに直交する方向）の位置ずれが生じ、亀裂検出処理の検出結果に誤差が発生する要因となる。 In the first embodiment described above, since the alignment at the time of machining can be used as it is for the crack detection process, the alignment at the time of crack detection can be simplified or unnecessary, but the position of the stage 14 It is conceivable that the alignment accuracy of the workpiece W with respect to the optical axis P of the condenser lens 30 may decrease due to the influence of reproducibility or the like. In this case, a horizontal displacement (direction orthogonal to the optical axis P of the condensing lens 30) occurs between the condensing point of the laser light L1 condensed by the condensing lens 30 and the crack K, and the crack is detected. It causes an error in the detection result of the process.

図９〜図１１は、亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図である。図９は、集光レンズ３０の光軸Ｐと亀裂軸（亀裂Ｋの長手軸）Ｍとが一致している場合を示している。図１０は、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して一方側にずれた場合を示している。図１１は、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して他方側にずれた場合を示している。 9 to 11 are diagrams for explaining an error factor of the crack detection process. FIG. 9 shows a case where the optical axis P of the condenser lens 30 and the crack axis (longitudinal axis of the crack K) M coincide with each other. FIG. 10 shows a case where the optical axis P of the condenser lens 30 is deviated to one side with respect to the crack axis M. FIG. 11 shows a case where the optical axis P of the condenser lens 30 is displaced to the other side with respect to the crack axis M.

図９に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐと亀裂軸Ｍとが一致している場合には、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点は亀裂軸Ｍ又はその延長線に配置されるため、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に基づいて亀裂Ｋの亀裂深さを精度良く検出することができる。すなわち、この場合には、実際の亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）ｄとレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置とが等しくなっており、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置から亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）を正確に検出することが可能である。一方、図１０や図１１に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して水平方向にずれた場合には、レーザー光Ｌ１の集光点は亀裂軸Ｍ又はその延長線から水平方向に位置ずれした状態となる。このような状態において、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に基づいて亀裂Ｋの亀裂深さを検出しようとすると、検出された亀裂Ｋの深さに検出誤差Δｄが発生する。しかも、その検出誤差Δｄはレーザー光Ｌ１の集光点と亀裂軸Ｍとの水平方向の位置ずれ量に応じて比例する。例えば、図１０に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して一方側（図１０の右側）にずれた場合には、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも高い位置であるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置ｄ１が亀裂Ｋの亀裂深さとして検出される。また、図１１に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して他方側（図１１の左側）にずれた場合には、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも低い位置であるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置ｄ２が亀裂Ｋの亀裂深さとして検出される。 As shown in FIG. 9, when the optical axis P of the condensing lens 30 and the crack axis M coincide with each other, the condensing point of the laser beam L1 focused by the condensing lens 30 is the crack axis M or Since it is arranged on the extension line, the crack depth of the crack K can be detected accurately based on the depth position of the focusing point of the laser beam L1. That is, in this case, the actual crack depth (crack lower end position) d of the crack K and the depth position of the focusing point of the laser light L1 are equal to each other, and the depth of the focusing point of the laser light L1 is equal. It is possible to accurately detect the crack depth (crack lower end position) of the crack K from the position. On the other hand, as shown in FIGS. 10 and 11, when the optical axis P of the condensing lens 30 is displaced in the horizontal direction with respect to the crack axis M, the condensing point of the laser beam L1 is the crack axis M or an extension thereof. The position is shifted horizontally from the line. In such a state, if an attempt is made to detect the crack depth of the crack K based on the depth position of the condensing point of the laser beam L1, a detection error Δd occurs in the detected crack K depth. Moreover, the detection error Δd is proportional to the amount of horizontal misalignment between the condensing point of the laser beam L1 and the crack axis M. For example, as shown in FIG. 10, when the optical axis P of the condenser lens 30 is deviated to one side (right side in FIG. 10) with respect to the crack axis M, it is higher than the actual lower end position d of the crack K. The depth position d1 of the condensing point of the laser beam L1, which is the position, is detected as the crack depth of the crack K. Further, as shown in FIG. 11, when the optical axis P of the condenser lens 30 is displaced to the other side (left side in FIG. 11) with respect to the crack axis M, it is lower than the actual lower end position d of the crack K. The depth position d2 of the condensing point of the laser beam L1, which is the position, is detected as the crack depth of the crack K.

このように第１の実施形態における亀裂検出処理では、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメント精度が十分でないと、亀裂軸Ｍに対する集光レンズ３０の光軸Ｐの位置ずれ量に応じた検出誤差Δｄが生じる要因となる。 As described above, in the crack detection process in the first embodiment, if the alignment accuracy of the workpiece W with respect to the optical axis P of the condenser lens 30 is not sufficient, the position of the optical axis P of the condenser lens 30 with respect to the crack axis M is displaced. It causes a detection error Δd according to the amount.

第２の実施形態では、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメント精度が十分でない場合でも、上述したような検出誤差Δｄによる影響をなくして、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを精度良く検出できるようにしたものである。 In the second embodiment, even if the alignment accuracy of the workpiece W with respect to the optical axis P of the condenser lens 30 is not sufficient, it is formed inside the workpiece W by eliminating the influence of the detection error Δd as described above. The crack depth of the crack K formed can be detected with high accuracy.

図１２は、第２の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図１２中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 12 is a configuration diagram showing an outline of the laser processing apparatus according to the second embodiment. In FIG. 12, components common to or similar to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図１２に示すように、第２の実施形態に係るレーザー加工装置１０Ａは、第１の実施形態の構成に加え、さらに、結像レンズ４２と、光検出器４４と、光トラップ４６とを備えている。なお、光検出器４４は、本発明の「他の検出器」の一例である。 As shown in FIG. 12, the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment further includes an imaging lens 42, a photodetector 44, and an optical trap 46 in addition to the configuration of the first embodiment. ing. The photodetector 44 is an example of the "other detector" of the present invention.

第２の実施形態においては、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合、互いに異なる変調モードで少なくとも２回の測定が行われる。このとき、空間変調制御部５８は、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ設定される変調パターンを測定毎に切り替える。具体的には、１回目の測定では、第１変調モードとして、第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢには、図１３に示した第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂがそれぞれ設定される。また、２回目の測定では、第２変調モードとして、第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢには、図１４に示した第３変調パターン６４Ｃ及び第４変調パターン６４Ｄがそれぞれ設定される。 In the second embodiment, when the crack detection of the workpiece W is performed, the measurement is performed at least twice in different modulation modes. At this time, the spatial modulation control unit 58 switches the modulation patterns set in the first modulation region RA and the second modulation region RB of the optical modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 for each measurement. Specifically, in the first measurement, as the first modulation mode, the first modulation pattern 64A and the second modulation pattern 64B shown in FIG. 13 are set in the first modulation region RA and the second modulation region RB, respectively. Will be done. In the second measurement, as the second modulation mode, the third modulation pattern 64C and the fourth modulation pattern 64D shown in FIG. 14 are set in the first modulation region RA and the second modulation region RB, respectively.

このように第２の実施形態においては、測定回数に応じて変調モードを切り替えながら、被加工物Ｗの亀裂検出が行われるようになっている。なお、図１４に示した変調パターン（第３変調パターン６４Ｃ及び第４変調パターン６４Ｄ）は、第１変調領域ＲＡと第２変調領域ＲＢの境界線を中心として、図１３に示した変調パターン（第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂ）を反転させたものに相当する。 As described above, in the second embodiment, the crack detection of the workpiece W is performed while switching the modulation mode according to the number of measurements. The modulation patterns (third modulation pattern 64C and fourth modulation pattern 64D) shown in FIG. 14 are the modulation patterns (third modulation pattern 64C and fourth modulation pattern 64D) shown in FIG. 13 centered on the boundary line between the first modulation region RA and the second modulation region RB. It corresponds to the inverted version of the first modulation pattern 64A and the second modulation pattern 64B).

これにより、１回目の測定では、第１の実施形態と同様に、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０に向けて出射される。また、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光は変調されて、変調後の変調光が結像レンズ３２を介して光検出器３４で検出される。なお、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光は変調されて、変調後の変調光が迷光とならないように光トラップ３６で捕捉される。 As a result, in the first measurement, as in the first embodiment, of the laser light L1 from the laser light source 16, the light incident on the first modulation region RA of the light modulation surface 21a is modulated, and after modulation. The modulated light of the above is emitted toward the condenser lens 30. Further, of the reflected light L2 from the workpiece W, the light incident on the second modulation region RB of the light modulation surface 21a is modulated, and the modulated light after the modulation is passed through the imaging lens 32 to the photodetector 34. Is detected by. Of the laser light L1 from the laser light source 16, the light incident on the second modulation region RB of the light modulation surface 21a is modulated, and the modulated light after modulation is captured by the light trap 36 so as not to become stray light. ..

また、２回目の測定では、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光は変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０に向けて出射される。また、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が結像レンズ４２を介して光検出器４４で検出される。なお、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が迷光とならないように光トラップ４６で捕捉される。 In the second measurement, of the laser light L1 from the laser light source 16, the light incident on the second modulation region RB of the light modulation surface 21a is modulated, and the modulated light is directed to the condenser lens 30. Is emitted. Further, of the reflected light L2 from the workpiece W, the light incident on the first modulation region RA of the light modulation surface 21a is modulated, and the modulated light after the modulation is passed through the imaging lens 42 to the photodetector 44. Is detected by. Of the laser light L1 from the laser light source 16, the light incident on the first modulation region RA of the light modulation surface 21a is modulated, and the modulated light after modulation is captured by the light trap 46 so as not to become stray light. ..

次に、第２の実施形態における亀裂検出処理の原理について図１５を参照して説明する。 Next, the principle of the crack detection process in the second embodiment will be described with reference to FIG.

図１５は、第２の実施形態における亀裂検出処理の原理を説明するための図であり、亀裂軸Ｍに対して集光レンズ３０の光軸Ｐが水平方向に位置ずれしている場合を示している。 FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of the crack detection process in the second embodiment, and shows a case where the optical axis P of the condenser lens 30 is displaced in the horizontal direction with respect to the crack axis M. ing.

図１５に示すように、第２の実施形態においては、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ設定される変調パターンを交互に切り替えることにより、被加工物Ｗに対して互いに異なる斜め方向からレーザー光Ｌ１A、Ｌ１Aが照射される偏射照明が行われる。 As shown in FIG. 15, in the second embodiment, the modulation patterns set in the first modulation region RA and the second modulation region RB of the optical modulation surface 21a of the spatial light modulator 21 are alternately switched. , The uneven illumination is performed by irradiating the workpiece W with laser beams L1 A and L1 A from different oblique directions.

ここで、１回目の測定では、被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１A（図１５の右側から照射される光束）によって検出される亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）は、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも深い位置であるレーザー光Ｌ１Aの集光点の深さ位置ｄAとなる。一方、２回目の測定では、被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１B（図１５の左側から照射される光束）によって検出される亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）は、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも浅い位置であるレーザー光Ｌ１Bの集光点の深さ位置ｄBとなる。この場合、各レーザー光Ｌ１A、Ｌ１Bによりそれぞれ検出される亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）ｄA、ｄBよりもこれらの位置の平均値（中間値）を亀裂Ｋの下端位置とする方が実際の亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）の真値により近い値となる。第２の実施形態では、このような原理を利用して亀裂Ｋの亀裂深さを検出している。これにより、集光レンズ３０と被加工物Ｗとのアライメント精度が十分でない場合でも、亀裂軸Ｍに対する集光レンズ３０の光軸Ｐの位置ずれに伴う誤差を取り除くことができ、上述した第１の実施形態に比べて、亀裂検出処理を精度よくかつ安定して行うことができる。 Here, in the first measurement, the crack depth (crack lower end position) of the crack K detected by the laser beam L1 A (luminous flux emitted from the right side of FIG. 15) applied to the workpiece W is actually. It is the depth position d A of the condensing point of the laser beam L1 A , which is a position deeper than the lower end position d of the crack K of. On the other hand, in the second measurement, the crack depth (crack lower end position) of the crack K detected by the laser beam L1 B (luminous flux emitted from the left side of FIG. 15) applied to the workpiece W is the actual crack depth. the focal point of the laser beam L1 B is a position shallower than the lower end position d of the crack K a depth position d B. In this case, the lower end position of the laser beam L1 A, L1 crack depth of a crack K which are respectively detected by B (crack lower end position) d A, the average value of these positions than d B (intermediate value) crack K Is closer to the true value of the actual crack depth (crack lower end position) of the crack K. In the second embodiment, the crack depth of the crack K is detected by using such a principle. As a result, even when the alignment accuracy between the condenser lens 30 and the workpiece W is not sufficient, it is possible to eliminate an error due to the misalignment of the optical axis P of the condenser lens 30 with respect to the crack axis M. Compared with the embodiment of the above, the crack detection process can be performed accurately and stably.

次に、第２の実施形態に係るレーザー加工装置１０Ａを用いた亀裂検出方法について図１６を参照して説明する。図１６は、第２の実施形態に係るレーザー加工装置１０Ａを用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャートである。なお、図１６は、図８に示した処理内容にステップＳ１１、ステップＳ２６、ステップＳ２８、ステップＳ３０を追加したものであり、共通する処理は説明を簡略化または省略する。 Next, a crack detection method using the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of a crack detection method using the laser processing apparatus 10A according to the second embodiment. Note that FIG. 16 shows that step S11, step S26, step S28, and step S30 are added to the processing contents shown in FIG. 8, and the description of common processing is simplified or omitted.

（ステップＳ１０）
まず、レーザー加工装置１０において亀裂検出処理の動作開始時に、主制御部５０は各部の初期設定を行う。具体的には、光量制御部５６は、フィルタ移動機構４０を制御して、減光フィルタ３８を挿入位置に配置する。 (Step S10)
First, at the start of the operation of the crack detection process in the laser processing apparatus 10, the main control unit 50 makes initial settings for each unit. Specifically, the light amount control unit 56 controls the filter moving mechanism 40 to arrange the dimming filter 38 at the insertion position.

（ステップＳ１１）
次に、主制御部５０は、変数ｋを１に設定する（ｋ＝１）。 (Step S11)
Next, the main control unit 50 sets the variable k to 1 (k = 1).

（ステップＳ１２〜ステップＳ２４）
次に、主制御部５０は、変数ｉを１に設定した後（ステップＳ１２）、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置をＺiに設定し（ステップＳ１４）、被加工物Ｗに対して偏射照明を実行する（ステップＳ１６）。例えば、ｋ＝１である場合には、空間変調制御部５８は、第１変調モードとして、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対してそれぞれ第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂ（図１３参照）を設定する。また、ｋ＝２である場合には、空間変調制御部５８は、第２変調モードとして、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対してそれぞれ第３変調パターン６４Ｃ及び第４変調パターン６４Ｄ（図１４参照）を設定する。いずれの場合においても、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点が所望の走査位置となるように、第１変調領域ＲＡに設定される変調パターン（第１変調パターン６４Ａ又は第３変調パターン６４Ｃ）を変化させる制御を行う。 (Step S12 to Step S24)
Next, the main control unit 50 sets the variable i to 1 (step S12), and then sets the depth position of the focusing point of the laser beam L1 focused by the focusing lens 30 to Z i (step S12). S14), the uneven illumination is executed on the workpiece W (step S16). For example, when k = 1, the spatial modulation control unit 58 sets the first modulation mode with respect to the first modulation region RA and the second modulation region RB of the optical modulation surface 21a of the spatial light modulator 21, respectively. The first modulation pattern 64A and the second modulation pattern 64B (see FIG. 13) are set. When k = 2, the spatial modulation control unit 58 sets the second modulation mode with respect to the first modulation region RA and the second modulation region RB of the optical modulation surface 21a of the spatial light modulator 21, respectively. The third modulation pattern 64C and the fourth modulation pattern 64D (see FIG. 14) are set. In any case, the spatial modulation control unit 58 sets the modulation pattern in the first modulation region RA so that the focusing point of the laser beam L1 focused by the focusing lens 30 becomes a desired scanning position. Control is performed to change (first modulation pattern 64A or third modulation pattern 64C).

次に、亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力された光強度情報を取得する（ステップＳ１８）。その後、主制御部５０は、ｉ＝ｎであるか否かを判断し（ステップＳ２０）、ｉ＝ｎでない場合にはｉを１つインクリメントして、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２からステップＳ１８までの処理を繰り返し行う。 Next, the crack detection unit 60 acquires the light intensity information output from the photodetector 34 (step S18). After that, the main control unit 50 determines whether or not i = n (step S20), increments i by one if i = n, returns to step S12, and goes from step S12 to step S18. Repeat the process of.

ステップＳ２０においてｉ＝ｎである場合には、亀裂検出部６０は、ステップＳ１８において走査位置Ｚi毎に取得した光強度情報に基づき、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出するを検出する（ステップＳ２４）。 When i = n in step S20, the crack detection unit 60 crack depth of the crack K formed inside the workpiece W based on the light intensity information acquired for each scanning position Z i in step S18. Detecting the detection (step S24).

（ステップＳ２６）
次に、主制御部５０は、ｋ＝２であるか否かを判断する。ｋ＝２でない場合にはステップＳ２８に進み、ｋ＝２である場合にはステップＳ３０に進む。 (Step S26)
Next, the main control unit 50 determines whether or not k = 2. If k = 2, the process proceeds to step S28, and if k = 2, the process proceeds to step S30.

（ステップＳ２８）
ステップＳ２６においてｋ＝２でない場合には、主制御部５０は、ｋを１つインクリメントして（ｋ＝ｋ＋１）、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１２からステップＳ２４までの処理を繰り返し行う。 (Step S28)
If k = 2 in step S26, the main control unit 50 increments k by one (k = k + 1), returns to step S11, and repeats the processes from step S12 to step S24.

すなわち、第２の実施形態における亀裂検出方法では、１回目の測定（ｋ＝１の場合）では第１変調モードにより変調された変調後のレーザー光Ｌ１Aを用いて被加工物Ｗに対して偏射照明を行ったときの亀裂Ｋの亀裂深さｄAが検出され、２回目の測定（ｋ＝２の場合）では第２変調モードにより変調された変調後のレーザー光Ｌ１Bを用いて被加工物Ｗに対して偏射照明を行ったときの亀裂Ｋの亀裂深さｄBが検出される。 That is, in the crack detection method in the second embodiment, in the first measurement (when k = 1), the modulated laser beam L1 A modulated by the first modulation mode is used with respect to the workpiece W. The crack depth d A of the crack K when eccentric illumination is performed is detected, and in the second measurement (when k = 2), the modulated laser beam L1 B modulated by the second modulation mode is used. crack depth d B of the crack K when performing polarization morphism illumination is detected the workpiece W.

（ステップＳ３０）
次に、亀裂検出部６０は、１回目の測定で検出された亀裂Ｋの亀裂深さ（第１亀裂深さ）ｄＡと、２回目の測定で検出された亀裂Ｋの亀裂深さ（第２亀裂深さ）ｄBとの平均値ｄM（＝（ｄA＋ｄB）／２）を真の亀裂深さとして算出する。 (Step S30)
Then, a crack detection unit 60, a crack depth of detected cracks K in the first measurement crack depth (first crack depth) d A and, is detected by the second measurement Crack K (the 2 crack depth) average value of the d B d M a (= (d a + d B ) / 2) is calculated as the true crack depth.

以上のようにして、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さが検出されると、その検出結果は図示しない表示装置に表示され、亀裂検出処理が終了となる。 When the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W is detected as described above, the detection result is displayed on a display device (not shown), and the crack detection process is completed.

このように第２の実施形態によれば、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ設定される変調パターンを交互に切り替えることにより、被加工物Ｗに対して互いに異なる斜め方向からレーザー光Ｌ１A、Ｌ１Aが照射される偏射照明が行われるので、集光レンズ３０の光軸Ｐに対して一方側から斜めに照射されるレーザー光Ｌ１Ａに基づいて検出される亀裂Ｋの亀裂深さと、集光レンズ３０の光軸Ｐに対して他方側から斜めに照射されるレーザー光Ｌ１Ｂに基づいて検出される亀裂Ｋの亀裂深さとの平均値を亀裂Ｋの亀裂深さ（真の亀裂深さ）として求めることができる。これにより、集光レンズ３０の光軸に対する被加工物Ｗのアライメント精度が十分でない場合でも、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを精度よくかつ安定して検出することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, the processing is performed by alternately switching the modulation patterns set in the first modulation region RA and the second modulation region RB of the light modulation surface 21a of the spatial light modulator 21. Since the oblique illumination is performed in which the laser beams L1 A and L1 A are irradiated to the object W from different oblique directions, the laser beam is obliquely emitted from one side with respect to the optical axis P of the condenser lens 30. The crack depth of the crack K detected based on L1 A and the crack depth of the crack K detected based on the laser light L1 B radiated obliquely from the other side with respect to the optical axis P of the condenser lens 30. Can be obtained as the crack depth (true crack depth) of the crack K. As a result, even if the alignment accuracy of the workpiece W with respect to the optical axis of the condenser lens 30 is not sufficient, the crack depth of the crack K formed inside the workpiece W can be detected accurately and stably. Is possible.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples, and it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. ..

１０…レーザー加工装置、１０Ａ…レーザー加工装置、１２…コントローラ、１４…ステージ、１６…レーザー光源、１８…光量調整部、２０…波面変調部、２１…空間光変調器、２１ａ…光変調面、２２…第１レンズ、２４…第２レンズ、２６…リレー光学系、２８…視野絞り、３０…集光レンズ、３０ａ…集光レンズ瞳、３２…結像レンズ、３４…光検出器、３６…光トラップ、３８…減光フィルタ、４０…フィルタ移動機構、４２…結像レンズ、４４…光検出器、４６…光トラップ、５０…主制御部、５２…ステージ制御部、５４…レーザー制御部、５６…光量制御部、５８…空間変調制御部、６０…亀裂検出部、６２…画素、６４Ａ…第１変調パターン、６４Ｂ…第２変調パターン、６４Ｃ…第３変調パターン、６４Ｄ…第４変調パターン、Ｋ…亀裂、Ｌ１…レーザー光、Ｌ２…反射光、Ｍ…亀裂軸、Ｐ…光軸、Ｗ…被加工物、ＲＡ…第１変調領域、ＲＢ…第２変調領域 10 ... Laser processing device, 10A ... Laser processing device, 12 ... Controller, 14 ... Stage, 16 ... Laser light source, 18 ... Light amount adjustment unit, 20 ... Wave surface modulation unit, 21 ... Spatial light modulator, 21a ... Light modulation surface, 22 ... 1st lens, 24 ... 2nd lens, 26 ... Relay optical system, 28 ... Field aperture, 30 ... Condensing lens, 30a ... Condensing lens pupil, 32 ... Imaging lens, 34 ... Light detector, 36 ... Optical trap, 38 ... Dimming filter, 40 ... Filter movement mechanism, 42 ... Imaging lens, 44 ... Optical detector, 46 ... Optical trap, 50 ... Main control unit, 52 ... Stage control unit, 54 ... Laser control unit, 56 ... light amount control unit, 58 ... spatial modulation control unit, 60 ... crack detection unit, 62 ... pixel, 64A ... first modulation pattern, 64B ... second modulation pattern, 64C ... third modulation pattern, 64D ... fourth modulation pattern , K ... crack, L1 ... laser light, L2 ... reflected light, M ... crack axis, P ... optical axis, W ... work piece, RA ... first modulation region, RB ... second modulation region

Claims (5)

レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射されたレーザー光を被加工物に集光させる集光レンズと、
前記レーザー光の前記被加工物からの反射光を検出する光検出器と、
前記集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器であって、２次元的に配列された複数の画素を有する光変調面を有し、前記光変調面に入射した光を所定の変調パターンに従って画素毎に変調する空間光変調器と、
前記レーザー光源と前記空間光変調器との間における前記レーザー光の光路中に設けられ、前記空間光変調器に導かれる前記レーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整部と、
前記空間光変調器を制御する空間変調制御部であって、前記光変調面を第１変調領域及び第２変調領域に区画し、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第１変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第２変調領域に入射した前記反射光を前記光検出器に導くように、前記第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御部と、
前記光検出器の検出結果に基づいて、前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出部と、
を備えるレーザー加工装置。 With a laser light source
A condensing lens that condenses the laser light emitted from the laser light source on the work piece,
A photodetector that detects the reflected light of the laser beam from the workpiece, and
A spatial light modulator arranged at a position optically conjugate with the pupil position of the condenser lens, which has a light modulation surface having a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and is on the light modulation surface. Spatial light modulators that modulate the incident light pixel by pixel according to a predetermined modulation pattern,
A light amount adjusting unit provided in the optical path of the laser light between the laser light source and the spatial light modulator and selectively attenuates the light amount of the laser light guided to the spatial light modulator.
It is a spatial modulation control unit that controls the spatial optical modulator, divides the optical modulation surface into a first modulation region and a second modulation region, and is a first modulation region of the laser light incident on the optical modulation surface. The laser beam incident on the subject is guided to one half region of the pupil of the condenser lens, and the focusing point of the laser light focused by the condenser lens is scanned in the thickness direction of the workpiece. As described above, the first modulation pattern corresponding to the first modulation region is set, and the reflected light incident on the second modulation region of the reflected light incident on the light modulation surface is guided to the light detector. As described above, the spatial modulation control unit that sets the second modulation pattern corresponding to the second modulation region, and
A crack detection unit that detects the crack depth of a crack formed inside the workpiece based on the detection result of the photodetector, and a crack detection unit.
Laser processing equipment equipped with. 前記集光レンズと前記空間光変調器との間に設けられ、４ｆ光学系を構成する第１レンズ及び第２レンズを備え、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間には視野絞りが設けられる、
請求項１に記載のレーザー加工装置。 A first lens and a second lens provided between the condenser lens and the spatial light modulator and constituting the 4f optical system are provided.
A field diaphragm is provided between the first lens and the second lens.
The laser processing apparatus according to claim 1. 前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち前記第２変調領域に入射した前記レーザー光の変調光を捕捉する光トラップを備える、
請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。 A light trap for capturing the modulated light of the laser light incident on the second modulation region of the laser light incident on the light modulation surface is provided.
The laser processing apparatus according to claim 1 or 2. 前記レーザー光の前記被加工物からの反射光を検出する他の光検出器を備え、
前記空間変調制御部は、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第１変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第２変調領域に入射した前記反射光を前記光検出器に導くように、前記第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する第１変調モードと、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第２変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の他方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第２変調領域に対応する第３変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第１変調領域に入射した前記反射光を前記他の検出器に導くように、前記第１変調領域に対応する第４変調パターンを設定する第２変調モードとを切り替え可能であり、
前記亀裂検出部は、前記第１変調モードのときに前記亀裂検出部で検出された第１亀裂深さと、前記第２変調モードのときに前記亀裂検出部で検出された第２亀裂深さとの平均値を、前記被加工物の亀裂の亀裂深さとして検出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。 A photodetector for detecting the reflected light of the laser beam from the workpiece is provided.
The spatial modulation control unit guides the laser light incident on the first modulation region of the laser light incident on the photomodulation surface to one half region of the pupil of the condenser lens and collects the laser light with the condenser lens. The first modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so that the condensing point of the laser light to be emitted is scanned in the thickness direction of the workpiece, and the light is incident on the photomodulation surface. A first modulation mode in which a second modulation pattern corresponding to the second modulation region is set so as to guide the reflected light incident on the second modulation region of the reflected light to the photodetector, and the light modulation. Of the laser light incident on the surface, the laser light incident on the second modulation region is guided to the other half region of the pupil of the condensing lens, and the condensing point of the laser light condensing by the condensing lens. A third modulation pattern corresponding to the second modulation region is set so that is scanned in the thickness direction of the work piece, and the first modulation region of the reflected light incident on the photomodulation surface is set. It is possible to switch between the second modulation mode in which the fourth modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so as to guide the reflected light incident on the lens to the other detector.
The crack detection unit includes a first crack depth detected by the crack detection unit in the first modulation mode and a second crack depth detected by the crack detection unit in the second modulation mode. The average value is detected as the crack depth of the crack in the workpiece.
The laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 3. レーザー光源からレーザー光を出射する出射工程と、
前記レーザー光を集光レンズで被加工物に集光させる集光工程と、
前記レーザー光の前記被加工物からの反射光を光検出器で検出する検出工程と、
前記集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器を用いて、前記空間光変調器の光変調面を少なくとも第１変調領域及び第２変調領域に区画し、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第１変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第２変調領域に入射した前記反射光を前記光検出器に導くように、前記第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御工程と、
前記光検出器の検出結果に基づいて、前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程と、
前記光検出器に導かれるレーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整工程と、
を備える亀裂検出方法。 An emission process that emits laser light from a laser light source,
The condensing process of condensing the laser light on the work piece with a condensing lens,
A detection step of detecting the reflected light of the laser beam from the workpiece with a photodetector,
Using a spatial optical modulator arranged at a position optically conjugate with the pupil position of the condenser lens, the optical modulation surface of the spatial optical modulator is divided into at least a first modulation region and a second modulation region. Of the laser light incident on the light modulation surface, the laser light incident on the first modulation region is guided to one half region of the pupil of the condenser lens, and the laser light focused by the condenser lens. The first modulation pattern corresponding to the first modulation region is set so that the focusing point is scanned in the thickness direction of the work piece, and the first of the reflected light incident on the light modulation surface is described. 2 A spatial modulation control step of setting a second modulation pattern corresponding to the second modulation region so as to guide the reflected light incident on the modulation region to the light detector.
A crack detection step of detecting the crack depth of a crack formed inside the workpiece based on the detection result of the photodetector, and a crack detection step.
A light amount adjusting step that selectively attenuates the amount of laser light guided to the photodetector, and
A crack detection method comprising.
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