JP7386672B2 - レーザー加工装置及び位相パターンの調整方法 - Google Patents

レーザー加工装置及び位相パターンの調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザー加工装置及び位相パターンの調整方法に関する。
半導体ウエーハのような板状物をチップサイズに分割するために、板状物の分割予定ラインにレーザービームを照射して分割起点となる改質層を形成するレーザー加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述のようなレーザー加工を行うレーザー加工装置の光学系には、種々の光学部品が用いられているため、レーザー発振器から集光レンズに至るまでの光路で様々な光学的なひずみが生じてしまい、加工装置間で加工結果に差が発生する場合があった。
そこで、チャックテーブルで凹面鏡を保持し、凹面鏡から反射された光を撮像することにより加工点でのスポット形状を把握する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２に示された技術は、スポット形状を把握できても、レーザー発振器や複数の光学素子のどこで光学的な歪みが生じているかがわからないため、歪みの箇所を特定する作業が必要となり時間がかかるという問題があった。
また、波面センサと空間光変調器を用いて波面歪みを補償する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許第３４０８８０５号公報 特開２０１６－４１４３７号公報 特開２０１４－２３６７９５号公報
しかしながら、特許文献３に示された技術は、集光レンズを通さずに測定しているため、実際の加工点とは異なる可能性があり、装置間の被加工物に照射するレーザービームの機差を完全には補償できない可能性がある。
本願発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工装置間の被加工物に照射するレーザービームの機差を抑制し、所望の加工結果を得ることが可能なレーザー加工装置及び位相パターンの調整方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、制御部と、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、を有し、該制御部は、該波面測定ユニットで測定された波面データに基づいて、該レーザー発振器と該集光レンズの間に配設された空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更させるとともに、該制御部は、該波面測定ユニットで測定された該レーザービームの位相の空間分布である波面データをゼルニケ多項式近似してゼルニケ係数を算出する算出部と、所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターン作成部と、該位相パターンに入力するゼルニケ係数と、該ゼルニケ係数が入力された位相パターンが該空間光変調器の表示部に表示されたときに該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数と、の相関関係を予め記憶しておく記憶部と、を更に含み、該位相パターン作成部は、該記憶部に記憶された相関関係のテーブルに基づいて、該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数が所望の値となるように、該表示部に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数を逆算することを特徴とする。
本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、制御部と、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、を有し、該制御部は、該波面測定ユニットで測定された波面データに基づいて、該レーザー発振器と該集光レンズの間に配設された空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更させるとともに、該制御部は、該波面測定ユニットで測定された該レーザービームの位相の空間分布である波面データをゼルニケ多項式近似してゼルニケ係数を算出する算出部と、所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターン作成部と、該波面測定ユニットにより取得された該波面データの複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更する変更部と、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定する判定部と、を更に含み、前記判定部が該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたと判定するまで、該レーザー発振器がレーザービームを発振し続けるとともに、該変更部が任意の一つのゼルニケ係数を変更することと、該位相パターン作成部が変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示することとを交互に繰り返すとともに、該判定部は、該算出部が算出した波面データの各ゼルニケ係数の値と理想の波面データの各ゼルニケ係数の値との差を算出し、差の総和が予め設定された所定値以下であるか否かで、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定することを特徴とする。
本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、制御部と、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、を有し、該制御部は、該波面測定ユニットで測定された波面データに基づいて、該レーザー発振器と該集光レンズの間に配設された空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更させるとともに、該制御部は、該波面測定ユニットで測定された該レーザービームの位相の空間分布である波面データをゼルニケ多項式近似してゼルニケ係数を算出する算出部と、所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターン作成部と、該波面測定ユニットにより取得された該波面データの複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更する変更部と、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定する判定部と、を更に含み、前記判定部が該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたと判定するまで、該レーザー発振器がレーザービームを発振し続けるとともに、該変更部が任意の一つのゼルニケ係数を変更することと、該位相パターン作成部が変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示することとを交互に繰り返すとともに、該判定部は、該算出部が算出した波面データの各ゼルニケ係数の値と理想の波面データの各ゼルニケ係数の値との差を算出し、選択したゼルニケ係数において理想の係数の値と実際の係数の値の差が所定の値以下であるか否か、及び差の総和が所定値以下であるか否かで、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定することを特徴とする。
前記レーザー加工装置において、該凹面鏡は、該チャックテーブルの周縁部に配設されても良い。
本発明の位相パターンの調整方法は、チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットを備え、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設され、該レーザー発振器から発振されたレーザービームの光学的特性を調整する表示部を備える空間光変調器と、を有したレーザー加工装置の該表示部に表示する位相パターンの調整方法であって、所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示するゼルニケ係数入力ステップと、該レーザー発振器からレーザービームを発振して、該波面測定ユニットにより波面データを取得するレーザービーム照射ステップと、該波面測定ユニットにより取得された該波面データの複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更し、変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示するゼルニケ係数調整ステップと、を備え、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付くまで、該ゼルニケ係数調整ステップを繰り返すとともに、該位相パターンに入力するゼルニケ係数と、該ゼルニケ係数が入力された位相パターンが該空間光変調器の表示部に表示されたときに該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数と、の相関関係のテーブルに基づいて、該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数が所望の値となるように、該表示部に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数を逆算するゼルニケ係数逆算ステップを備えることを特徴とする。
本願発明は、加工装置間の被加工物に照射するレーザービームの機差を抑制し、所望の加工結果を得ることが可能になるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を説明する図である。 図３は、図１に示されたレーザー加工装置の算出部が算出した波面測定ユニットで測定されたレーザービームの反射光のゼルニケ係数の一例を示す図である。 図４は、図１に示されたレーザー加工装置の記憶部が記憶した相関関係の一例を示す図である。 図５は、図１に示されたレーザー加工装置が実施する位相パターンの調整方法を説明するフローチャートである。 図６は、図１に示されたレーザー加工装置の波面測定ユニットが所定の値のゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部に表示した時のレーザービームの反射光のビームプロファイルの一例を示す図である。 図７は、図６に示されたレーザービームの反射光の波面データである各ゼルニケ係数の値の一例を示す図である。 図８は、図１に示されたレーザー加工装置の位相パターン作成部により図７に示された値から変更されたレーザービームの反射光の波面データである各ゼルニケ係数の値の一例を示す図である。 図９は、図８に示された値のゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部に表示した時のレーザービームの反射光のビームプロファイルの一例を示す図である。 図１０は、実施形態２に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図１１は、実施形態２に係る位相パターンの調整方法を説明するフローチャートである。 図１２は、実施形態１の変形例に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。まず、レーザー加工装置１の構成を説明する。図１は、実施形態１に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。実施形態１に係る図１に示すレーザー加工装置１は、被加工物２００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射し、被加工物２００をレーザー加工する装置である。
（被加工物）
図１に示されたレーザー加工装置１の加工対象である被加工物２００は、シリコン、サファイア、ガリウムヒ素などの基板２０１を有する円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハである。被加工物２００は、図１に示すように、基板２０１の表面２０２に格子状に設定された分割予定ライン２０３と、分割予定ライン２０３によって区画された領域に形成されたデバイス２０４と、を有している。デバイス２０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。
実施形態１において、被加工物２００は、被加工物２００の外径よりも大径な円板状でかつ外縁部に環状フレーム２０６が貼着された粘着テープ２０７が表面２０２の裏側の裏面２０５に貼着されて、環状フレーム２０６の開口内に支持される。実施形態１において、被加工物２００は、分割予定ライン２０３に沿って個々のデバイス２０４に分割される。
（レーザー加工装置）
レーザー加工装置１は、図１に示すように、被加工物２００を保持面１１で保持するチャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット４０と、制御部１００とを有する。
チャックテーブル１０は、被加工物２００を保持面１１で保持する。チャックテーブル１０は、被加工物２００を保持する平坦な保持面１１が上面に形成されかつ多数のポーラス孔を備えたポーラスセラミック等から構成された円盤形状の吸着部１２と、吸着部１２を上面の中央の凹みに嵌め込んで固定する枠体１３とを備えた円盤形状である。枠体１３の上面は、保持面１１と同一平面上に位置し、実施形態１では、チャックテーブル１０の周縁部である。チャックテーブル１０は、吸着部１２が、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続されている。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物２００を吸引保持する。実施形態１では、保持面１１は、水平方向と平行な平面である。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物２００を開口内に支持する環状フレーム２０６を挟持するクランプ部１４が複数配置されている。
また、チャックテーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３４によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。なお、Ｚ軸方向は、保持面１１に対して直交し、鉛直方向と平行な方向である。チャックテーブル１０は、回転移動ユニット３４とともに、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動されかつＹ軸移動ユニット３２により水平方向と平行でかつＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動される。
レーザービーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００に対して、被加工物２００が透過性を有する波長のパルス状のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００の内部に破断起点となる改質層を形成するものである。改質層とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、およびこれらの領域が混在した領域等である。実施形態では、改質層は、基板２０１の他の部分よりも機械的な強度が低い。
なお、実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０は、被加工物２００に対して、被加工物２００が透過性を有する波長のレーザービーム２１を照射するが、本発明では、被加工物２００が吸収性を有する波長のレーザービーム２１を照射して、被加工物２００をアブレーション加工するものでも良い。実施形態１では、レーザービーム照射ユニット２０の一部は、図１に示すように、装置本体２から立設した立設壁３に設けられた移動ユニット３０のＺ軸移動ユニット３３によりＺ軸方向に移動される昇降部材４に支持されている。なお、レーザービーム照射ユニット２０の構成等は、後ほど説明する。
移動ユニット３０は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に相対的に移動させるものである。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、保持面１１と平行な方向である。移動ユニット３０は、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送り手段であるＸ軸移動ユニット３１と、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる割り出し送り手段であるＹ軸移動ユニット３２と、レーザービーム照射ユニット２０をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動ユニット３３と、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４とを備える。
実施形態１では、Ｙ軸移動ユニット３２は、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸移動ユニット３２は、Ｘ軸移動ユニット３１を支持した移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持している。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート１５上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４を支持した第２移動プレート１６をＸ軸方向に移動自在に支持している。Ｚ軸移動ユニット３３は、立設壁３に設置され、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持している。
Ｘ軸移動ユニット３１、Ｙ軸移動ユニット３２及びＺ軸移動ユニット３３は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、移動プレート１５，１６をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持するとともに、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。
また、レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するため図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、チャックテーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するための図示しないＹ軸方向位置検出ユニットと、レーザービーム照射ユニット２０のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出ユニットとを備える。各位置検出ユニットは、検出結果を制御部１００に出力する。
撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００を撮像するものである。撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物２００を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子を備える。実施形態１では、撮像ユニット４０は、レーザービーム照射ユニット２０の筐体の先端に取り付けられて、レーザービーム照射ユニット２０の図２に示す集光レンズ２３とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。撮像ユニット４０は、被加工物２００を撮像して、被加工物２００とレーザービーム照射ユニット２０との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を得て、得た画像を制御部１００に出力する。
制御部１００は、レーザー加工装置１の上述した構成要素をそれぞれ制御して、被加工物２００に対する加工動作をレーザー加工装置１に実施させるものである。なお、制御部１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御部１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザー加工装置１を制御するための制御信号を入出力インターフェース装置を介してレーザー加工装置１の上述した構成要素に出力して、制御部１００の機能を実現する。
また、レーザー加工装置１は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される表示ユニット１１０と、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない入力ユニットとを備える。表示ユニット１１０及び入力ユニットは、制御部１００に接続している。入力ユニットは、表示ユニット１１０に設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置とのうち少なくとも一つにより構成される。
次に、レーザービーム照射ユニット２０を説明する。図２は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を説明する図である。レーザービーム照射ユニット２０は、図２に示すように、被加工物２００を加工するためのレーザービーム２１を発振するレーザー発振器２２と、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１をチャックテーブル１０の保持面１１に保持した被加工物２００に集光する集光レンズ２３と、空間光変調器２４と、凹面鏡２５と、分岐手段であるビームスプリッタ２６と、減衰手段２７と、波面測定ユニット２８と、複数の光学部品２９とを備える。
集光レンズ２３は、チャックテーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置され、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を透過して、レーザービーム２１を集光点２１１に集光させる。
空間光変調器２４は、レーザー発振器２２と集光レンズ２３との間のレーザービーム２１の光路上に配設され、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１の光学的特性を調整し、光学的特性を調整したレーザービーム２１を出射する所謂ＬＣＯＳ－ＳＬＭ（Liquid Crystal on Silicon-Spatial Light Modulator）である。実施形態１では、空間光変調器２４は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を反射する変調器である。実施形態１において、空間光変調器２４が調整するレーザービーム２１の光学的特性は、例えば、レーザービーム２１の位相、偏波面、振幅、強度、伝搬方向のうちの少なくとも一つである。
実施形態１において、空間光変調器２４は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１が照射され、レーザービーム２１を反射する際に光学的特性を調整する表示部２４１を備え、表示部２４１で光学的特性を調整させたレーザービーム２１をビームスプリッタ２６等を介して集光レンズ２３に向けて出射する。また、実施形態１において、空間光変調器２４の表示部２４１は、レーザービーム２１の光学的特性を調整させるための位相パターンを表示し、レーザービーム２１を反射してレーザービーム２１の光学的特性を調整する。位相パターンは、制御部１００により制御される。空間光変調器２４は、表示部２４１に表示する位相パターンが制御部１００により制御されることで、出射するレーザービーム２１の光学的特性を調整する。
凹面鏡２５は、集光レンズ２３とＺ軸方向に対向可能な位置に配置され、集光レンズ２３とＺ軸方向に対向すると、集光レンズ２３の集光点２１１に焦点２５１を有するように位置づけられることが可能な反射面２５２を備える。実施形態１では、凹面鏡２５は、チャックテーブル１０の枠体１３内に配設され、反射面２５２が集光レンズ２３とＺ軸方向に対向可能な位置に配置されている。実施形態１では、集光レンズ２３の集光点２１１が焦点２５１に位置するように、Ｚ軸移動ユニット３３により集光レンズ２３のＺ軸方向の位置が調整されることで、反射面２５２の焦点２５１が集光レンズ２３の集光点２１１に位置づけられる。反射面２５２は、球面となっているとともに、Ｚ軸方向に対向する集光レンズ２３から出射されたレーザービーム２１を集光レンズ２３に向けて反射する。
ビームスプリッタ２６は、レーザー発振器２２から発振されかつ空間光変調器２４により光学的特性が調整されたレーザービーム２１を集光レンズ２３へと通過させる。ビームスプリッタ２６は、集光レンズ２３によって集光され、凹面鏡２５の反射面２５２で反射して、集光レンズ２３を透過したレーザービーム２１の反射光２１２を減衰手段２７に向けて反射して、反射光２１２をレーザービーム２１から分岐する。
減衰手段２７は、ビームスプリッタ２６により反射された反射光２１２の強度を減衰するためのものである。実施形態１では、減衰手段２７は、反射光２１２の強度を減衰させて、波面測定ユニット２８に向けて反射する。減衰手段２７は、例えば、ウエッジ基板により構成される。
波面測定ユニット２８は、凹面鏡２５の反射面２５２で反射し、ビームスプリッタ２６によってレーザービーム２１から分岐されて減衰手段２７により強度が減衰された反射光２１２を受光して、レーザービーム２１の位相の空間分布である波面の情報５００（図２に示し、以下、波面データと記す）を測定し、取得するものである。波面測定ユニット２８は、波面データ５００として、レーザービーム２１の反射光２１２の波面形状、強度分布、特に、レーザービーム２１の反射光２１２の波面の収差を測定する所謂波面センサである。波面測定ユニット２８は、測定して得たレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００を制御部１００に出力する。
光学部品２９は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を被加工物２００を加工する加工点又は凹面鏡２５へと伝搬するとともに、凹面鏡２５の反射面２５２により反射されたレーザービーム２１の反射光２１２を波面測定ユニット２８へと伝搬するものである。実施形態１では、光学部品２９は、レーザー発振器２２と空間光変調器２４との間のレーザービーム２１の光路上に設けられたビームエキスパンダ２９－１、反射ミラー２９－２及び波長板２９－３を備える。実施形態１では、ビームエキスパンダ２９－１、反射ミラー２９－２及び波長板２９－３は、レーザー発振器２２から空間光変調器２４に向かって順に配置されている。また、光学部品２９は、空間光変調器２４とビームスプリッタ２６との間のレーザービーム２１の光路上に設けられたリレー光学系２９－４と、ビームスプリッタ２６と集光レンズ２３との間のレーザービーム２１の光路上に設けられた反射ミラー２９－５とを備えている。
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１の制御部１００は、図１に示すように、算出部１０１と、位相パターン作成部１０２と、記憶部１０３とを備える。次に、制御部１００の各構成要素を説明する。図３は、図１に示されたレーザー加工装置の算出部が算出した波面測定ユニットで測定されたレーザービームの反射光のゼルニケ係数の一例を示す図である。図４は、図１に示されたレーザー加工装置の記憶部が記憶した相関関係の一例を示す図である。
算出部１０１は、波面測定ユニット２８で測定されたレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００をゼルニケ多項式近似して、各ゼルニケ係数を算出するものである。なお、ゼルニケ多項式とは、単位円上で定義された直交多項式である。ゼルニケ係数とは、レーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００を近似したゼルニケ多項式により計算された値で、レーザービーム照射ユニット２０の光学系の各収差と１対１で対応するものである。算出部１０１は、波面測定ユニット２８で測定されたレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００をゼルニケ多項式で近似し、近似したゼルニケ多項式により図３に示す各ゼルニケ係数を算出して、各ゼルニケ係数を数値化する。なお、図３の横軸は、各ゼルニケ係数を示し、縦軸は、各ゼルニケ係数の値を示している。図３において、ゼルニケ係数「Astig 0_deg」及び「Astig 45_deg」は、非点収差に対応し、ゼルニケ係数「coma X」及び「coma Y」は、コマ収差に対応し、ゼルニケ係数「spherical aberr」は、球面収差に対応する。
記憶部１０３は、図４に示す相関関係３００を予め記憶しておくものである。図４に示す相関関係３００は、空間光変調器２４の表示部２４１に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数の値と、ゼルニケ係数が入力された位相パターンが空間光変調器２４の表示部２４１に表示された時に波面測定ユニット２８で測定されるレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００から算出部１０１が算出したゼルニケ係数の値とを対応付けたものである。図４の横軸は、空間光変調器２４の表示部２４１に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数の値を示している。図４の縦軸は、ゼルニケ係数が入力された位相パターンが空間光変調器２４の表示部２４１に表示された時に波面測定ユニット２８で測定されるレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００から算出部１０１が算出したゼルニケ係数の値を示している。
記憶部１０３は、図４に示す相関関係３００を各ゼルニケ係数即ち各収差毎に記憶している。即ち、記憶部１０３は、図４に一例を示す相関関係３００をゼルニケ多項式で算出されるゼルニケ係数即ち光学系の収差と同数記憶している。なお、図４に示す相関関係３００は、非点収差０°に対応するものである。相関関係３００は、空間光変調器２４の表示部２４１に各ゼルニケ係数として所定の値が入力された位相パターンを表示して、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を発振して、波面測定ユニット２８で測定されたレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００から算出部１０１が各ゼルニケ係数の値を算出することで、図４中に横軸で示す表示部２４１に表示する位相パターンの各ゼルニケ係数の値と、図４中に縦軸で示す波面測定ユニット２８が取得した波面データ５００から算出部１０１が算出した各ゼルニケ係数の値とを対応付けて、予め求められ、記憶部１０３に記憶される。なお、実施形態１では、記憶部１０３は、相関関係３００を各ゼルニケ係数即ち各収差毎に記憶しているが、本発明では、相関関係３００を用いて全ての収差を調整しなくてもよい場合、例えば非点収差０°のみ補正したい場合には、非点収差０°に対応する相関関係３００のみを記憶しておけばよい。即ち、本発明では、記憶部１０３は、相関関係３００を用いて調整する収差に対応したもののみ記憶すればよく、相関関係３００を必ずしも収差と同数記憶していなくてもよい。
位相パターン作成部１０２は、入力ユニットから入力された所定の値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、空間光変調器２４の表示部２４１に作成した位相パターンを表示するものである。位相パターン作成部１０２は、入力ユニットから入力された各ゼルニケ係数の所定の値を受け付け、全てのゼルニケ係数の値を受け付けると、受け付けた値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成する。位相パターン作成部１０２は、作成した位相パターンを表示部２４１に表示する。
また、位相パターン作成部１０２は、オペレータが入力ユニットを操作して、任意の一つのゼルニケ係数の値を変更し、変更したゼルニケ係数の値を受け付けると、変更された値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示する。また、位相パターン作成部１０２は、記憶部１０３に記憶された図４に例示された相関関係３００のテーブルに基づいて、波面測定ユニット２８で測定されるレーザービーム２１の反射光２１２の各ゼルニケ係数が所望の値となるように、表示部２４１に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数を逆算するものでもある。また、位相パターン作成部１０２は、逆算したゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示する位相パターンを作成した位相パターンに変更するものである。
なお、記憶部１０３の機能は、記憶装置により実現される。算出部１０１及び位相パターン作成部１０２の機能は、演算処理装置が、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施することで実現される。
前述したレーザー加工装置１は、オペレータが加工内容情報を制御部１００に登録し、粘着テープ２０７を介してチャックテーブル１０の保持面１１に被加工物２００を載置し、制御部１００が入力ユニットからオペレータの加工動作開始指示を受け付けると、登録された加工内容情報に基づいて加工動作を開始する。
加工動作では、レーザー加工装置１は、被加工物２００を粘着テープ２０７を介して、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持し、クランプ部１４で環状フレーム２０６をクランプする。次に、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を撮像ユニット４０の下方に向かって移動して、撮像ユニット４０が被加工物２００を撮影する。レーザー加工装置１は、撮像ユニット４０が撮像して得た画像に基づいて、アライメントを遂行する。
レーザー加工装置１は、加工内容情報に基づいて、移動ユニット３０により、レーザービーム照射ユニット２０と被加工物２００とを分割予定ライン２０３に沿って相対的に移動させて、レーザービーム照射ユニット２０からパルス状のレーザービーム２１を分割予定ライン２０３に照射する。実施形態１では、レーザー加工装置１は、レーザービーム２１を照射して、分割予定ライン２０３に沿って基板２０１の内部に改質層を形成する。レーザー加工装置１は、全ての分割予定ライン２０３に沿って基板２０１の内部に改質層を形成すると、レーザービーム２１の照射を停止して、加工動作を終了する。
レーザー加工装置１は、加工動作の開始前に、以下の位相パターンの調整方法を実施する。次に、位相パターンの調整方法を説明する。図５は、図１に示されたレーザー加工装置が実施する位相パターンの調整方法を説明するフローチャートである。図６は、図１に示されたレーザー加工装置の波面測定ユニットが所定の値のゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部に表示した時のレーザービームの反射光のビームプロファイルの一例を示す図である。図７は、図６に示されたレーザービームの反射光の波面データである各ゼルニケ係数の値の一例を示す図である。図８は、図１に示されたレーザー加工装置の位相パターン作成部により図７に示された値から変更されたレーザービームの波面データである各ゼルニケ係数の値の一例を示す図である。図９は、図８に示された値のゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部に表示した時のレーザービームの反射光のビームプロファイルの一例を示す図である。
位相パターンの調整方法は、波面測定ユニット２８が測定するレーザービーム２１の波面データ５００を理想の波面データ５０２（図８に例示する）に近付けることで、空間光変調器２４の表示部２４１に表示させる位相パターンを、加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１を照射することを可能とする理想の位相パターンに調整する方法である。なお、理想の波面データ５０２とは、加工動作中に加工点において理想の加工結果が得られるレーザービーム２１を波面測定ユニット２８が受光して取得される波面データである。なお、理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値は、各ゼルニケ係数の所望の値である。位相パターンの調整方法は、図５に示すように、準備ステップＳＴ１と、ゼルニケ係数入力ステップＳＴ２と、レーザービーム照射ステップＳＴ３と、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４と、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６とを備える。
準備ステップＳＴ１は、理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値を記憶部１０３に記憶するとともに、レーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２３と凹面鏡２５の反射面２５２とを対向させるステップである。実施形態１において、準備ステップＳＴ１では、制御部１００が、Ｘ軸移動ユニット３１及びＹ軸移動ユニット３２を制御して、レーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２３と凹面鏡２５の反射面２５２とをＺ軸方向に沿って対向させるとともに、Ｚ軸移動ユニット３３を制御して、集光レンズ２３の集光点２１１を反射面２５２の焦点２５１に位置付ける。
また、準備ステップＳＴ１では、制御部１００が、オペレータの入力ユニットの操作を受け付けて、理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値を記憶部１０３に記憶する。
ゼルニケ係数入力ステップＳＴ２は、所定の値のゼルニケ係数を入力し、入力された所定の値のゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部２４１に表示するステップである。ゼルニケ係数入力ステップＳＴ２では、制御部１００が、オペレータの入力ユニットの操作を受け付けて、所定の値の各ゼルニケ係数を記憶する。なお、実施形態１において、所定の値は、任意の値である。ゼルニケ係数入力ステップＳＴ２では、位相パターン作成部１０２が全てのゼルニケ係数の値を受け付けると、受け付けた値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成する。ゼルニケ係数入力ステップＳＴ２では、位相パターン作成部１０２は、作成した位相パターンを表示部２４１に表示する。
レーザービーム照射ステップＳＴ３は、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を発振して、ゼルニケ係数入力ステップＳＴ２で入力された所定の値のゼルニケ係数を有する位相パターンにより光学的特性が調整されたレーザービーム２１を凹面鏡２５の反射面２５２に照射し、波面測定ユニット２８により波面データ５００を取得するステップである。レーザービーム照射ステップＳＴ３では、位相パターン作成部１０２がゼルニケ係数入力ステップＳＴ２で作成した位相パターンを表示部２４１に表示した状態で、レーザー発振器２２からレーザービーム２１を発振して、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を空間光変調器２４、ビームスプリッタ２６及び集光レンズ２３等を介して凹面鏡２５の反射面２５２に照射する。反射面２５２に照射されるレーザービーム２１の光学的特性は、位相パターン作成部１０２が作成して表示部２４１に表示した位相パターンにより調整されている。
レーザービーム照射ステップＳＴ３では、反射面２５２で反射されたレーザービーム２１の反射光２１２は、ビームスプリッタ２６により減衰手段２７に向けて反射されて波面測定ユニット２８に受光される。レーザービーム照射ステップＳＴ３では、波面測定ユニット２８が受光したレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００を取得し、取得した波面データ５００を制御部１００に出力する。レーザービーム照射ステップＳＴ３では、制御部１００の算出部１０１が、波面測定ユニット２８が取得した波面データ５００をゼルニケ多項式近似して、各ゼルニケ係数の値を算出して、数値化し、図３に示す波面データ５００を表示ユニット１１０に表示する。なお、レーザー発振器２２は、位相パターンの調整方法を終了するまで、以降、所定の繰り返し周波数でレーザービーム２１を発振する。
ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４は、波面測定ユニット２８により取得された波面データ５００の複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数の値を変更し、変更した値のゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部２４１に表示するステップである。ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４では、オペレータが表示ユニット１１０に表示された波面データ５００を確認して、入力ユニットを操作して波面データ５００の複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数の値を変更し、変更した値を入力する。ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４では、制御部１００の位相パターン作成部１０２が、変更されたゼルニケ係数の値を受け付けると、変更した値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示する。
ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４では、波面測定ユニット２８が変更した値のゼルニケ係数を有する位相パターンにより光学的特性が調整されたレーザービーム２１の反射光２１２を受光し、受光したレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００を取得する。ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４では、算出部１０１が波面データ５００の各ゼルニケ係数の値を算出して、制御部１００が表示ユニット１１０に取得した波面データ５００の各ゼルニケ係数の値を表示する。なお、波面測定ユニット２８が取得した波面データ５００を算出部１０１がゼルニケ多項式近似して算出された各ゼルニケ係数では、値を変更したゼルニケ係数以外のゼルニケ係数も値が変化することとなる。
オペレータが、表示ユニット１１０に表示された波面データ５００の各ゼルニケ係数の値が所望の値に近付いているか否かを判定する（ステップＳＴ５）。オペレータが、表示ユニット１１０に表示された波面データ５００の各ゼルニケ係数の値が所望の値に近付いていないと判定すると、波面データ５００の各ゼルニケ係数の値の調整が概ね終了していないと判定（ステップＳＴ５：Ｎｏ）して、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４に戻る。なお、各ゼルニケ係数の値が所望の値に近付くと、図７に示すように、波面測定ユニット２８が取得した波面データ５０１が理想の波面データ５０２に近付いたものになる。
オペレータが、表示ユニット１１０に表示された波面データ５０１の各ゼルニケ係数の値が所望の値に近付いたと判定すると、波面データ５０１の各ゼルニケ係数の値の調整が概ね終了したと判定（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）して、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６に進む。
このように、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４では、まず、任意の一つのゼルニケ係数の値が所望の値になるように調整されると、波面測定ユニット２８が取得した波面データ５００を算出部１０１がゼルニケ多項式近似して算出された各ゼルニケ係数では、変更したゼルニケ係数以外のゼルニケ係数も変動が生じることとなる。そこで、実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を繰り返すことで、波面測定ユニット２８により取得されたレーザービーム２１の各ゼルニケ係数の値が記憶部１０３に記憶された理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値に近付くまで、任意のゼルニケ係数を一つずつ調整することと、波面測定ユニット２８がレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００を取得することを繰り返す。こうして、実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、波面測定ユニット２８により取得された波面データ５００が理想の波面データ５０２に近付くまでゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を繰り返すこととなる。なお、図６に示すビームプロファイル４０１は、波面測定ユニット２８が図７に示す波面データ５０１を取得した際に副次的に取得したものである。
ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６は、制御部１００が、相関関係３００のテーブルに基づいて、波面測定ユニット２８で測定される反射光２１２の各ゼルニケ係数の値が、理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値即ち所望の値となるように、位相パターンに入力する各ゼルニケ係数の値を逆算するステップである。具体的には、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、オペレータが入力ユニットを操作して値を調整するゼルニケ係数を選択し、選択されたゼルニケ係数を制御部１００が受け付けると、位相パターン作成部１０２が、図７に示されたゼルニケ係数の値が概ね調整された波面データ５０１の選択された収差に対応するゼルニケ係数の値の所望の値との差を算出し、所望の値との差を図４に一例を示す相関関係３００の縦軸に入力する。
ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、位相パターン作成部１０２は、所望の値との差と対応する横軸の値を算出し、この横軸の値を理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値であると算出する。ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、位相パターン作成部１０２は、位相パターンに入力する選択されたゼルニケ係数の値を、算出した図４の横軸の値に変更して、位相パターンの調整方法を終了する。
例えば、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、位相パターン作成部１０２は、非点収差０°が選択された際に、図８に示すように、非点収差０°に対応するゼルニケ係数の所望の値が「０」である時には、図７に示された非点収差０°に対応するゼルニケ係数の値が「－０．０３７」であるので、非点収差０°に対応するゼルニケ係数の所望の値との差を「＋０．０３７」と算出する。
位相パターン作成部１０２は、図４に示された相関関係３００縦軸のゼルニケ係数の値に「＋０．０３７」を入力し、縦軸の「＋０．０３７」に対応した横軸のゼルニケ係数の値「０．６５」を算出する。こうして、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、位相パターン作成部１０２は、理想の波面データ５０２の非点収差０°に対応するゼルニケ係数の値即ち所望の値を算出する。ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、位相パターン作成部１０２は、位相パターンに入力する非点収差０°に対応するゼルニケ係数の値を、図４に示された相関関係３００を用いて算出した値「０．６５」に変更する。
前述したように、位相パターン作成部１０２が記憶部１０３に記憶された相関関係３００に基づいて、波面測定ユニット２８により取得されるレーザービーム２１の各ゼルニケ係数の値が理想の波面データ５０２のゼルニケ係数の値になると、位相パターンの調整方法を終了する。なお、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６により位相パターンが調整されたレーザービーム２１の反射光２１２を受光した波面測定ユニット２８は、図８に示す理想の波面データ５０２を取得するとともに、副次的に、図９に示すビームプロファイル４０２を取得し、制御部１００に出力する。レーザー加工装置１は、位相パターン作成部１０２が変更した値の各ゼルニケ係数を有する位相パターンを表示部２４１に表示して、前述した加工動作を実施する。
なお、実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を繰り返す際に、全てのゼルニケ係数を順に一つずつ値を調整しても良く、必ずしも全てのゼルニケ係数を順に一つずつ値を調整しなくても良い。また、実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を繰り返す際に、各ゼルニケ係数を一度のみ値を調整しても良く、各ゼルニケ係数を複数回、値を調整しても良い。
また、実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６において値が逆算されるゼルニケ係数が、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を繰り返す回数よりも少ないのが望ましく、例えば、１つ又は２つであるのが望ましい。
以上説明したように、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、レーザービーム２１の反射光２１２を分岐するビームスプリッタ２６と、ビームスプリッタ２６により分岐されたレーザービーム２１の反射光２１２を受光する波面測定ユニット２８と、算出部１０１とを備えているので、加工点におけるレーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２、即ち、レーザー加工装置１の全ての光学系を通ったレーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２のゼルニケ係数を算出することができ、レーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２を数値として扱えることができる。その結果、レーザー加工装置１は、レーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２の定量的な測定が可能となる。
また、実施形態１に係るレーザー加工装置１は、記憶部１０３に記憶された相関関係３００に基づいて、波面測定ユニット２８により取得されるレーザービーム２１の各ゼルニケ係数の値が、理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値となるように、表示部２４１に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数の値を逆算する位相パターン作成部１０２を備えている。このために、レーザー加工装置１は、反射光２１２の波面データ５００に基づいて空間光変調器２４の表示部２４１に表示する位相パターンを変更することができ、理想の波面データ５０２のレーザービーム２１を加工点に形成することが可能となり、レーザー加工装置１間の被加工物２００に照射するレーザービーム２１の機差を抑制できるという効果を奏する。
よって、レーザー加工装置１は、レーザー加工装置１間の被加工物２００に照射するレーザービーム２１の機差を抑制し、所望の加工結果を得ることが可能となるという効果を奏する。
また、レーザー加工装置１は、波面測定ユニット２８が集光レンズ２３を通るとともに、被加工物２００を透過して裏面２０５等で反射することなく凹面鏡２５の反射面２５２で反射した反射光２１２を受光する。その結果、レーザー加工装置１は、レーザービーム照射ユニット２０の全ての光学系を通りかつレーザービーム照射ユニット２０の光学系以外の物品を通っていない（通ることが規制された）レーザービーム２１の波面データ５００を取得する。その結果、レーザー加工装置１は、レーザービーム照射ユニット２０のレーザービーム２１の波面データ５００の定量的な測定を正確に行うことが可能となる。
実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、波面測定ユニット２８で取得される波面データ５００が理想の波面データ５０２に近付くまで、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を繰り返すので、レーザー加工装置１間の被加工物２００に照射するレーザービーム２１の機差を抑制することができるという効果を奏する。
また、実施形態１に係る位相パターンの調整方法は、相関関係３００のテーブルに基づいて、波面測定ユニット２８で取得されるレーザービーム２１のゼルニケ係数が所望の値となるように、表示部２４１に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数を逆算するゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６を備えるので、理想の波面データ５０２のレーザービーム２１を加工点に形成することが可能となるという効果を奏する。
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２に係るレーザー加工装置及び位相パターンの調整方法を図面に基づいて説明する。図１０は、実施形態２に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。図１１は、実施形態２に係る位相パターンの調整方法を説明するフローチャートである。なお、図１０及び図１１は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
実施形態２に係るレーザー加工装置１－２は、図１０に示すように、制御部１００が変更部１０４と、判定部１０５とを備え、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を変更部１０４即ち制御部１００が実行し、ステップＳＴ５を判定部１０５即ち制御部１００が実行すること以外、実施形態１と同じである。
変更部１０４は、波面測定ユニット２８により取得された波面データ５００の複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更するものである。判定部１０５は、波面測定ユニット２８で測定される波面データ５００が理想の波面データ５０２に近付いたか否かを判定するものである。変更部１０４及び判定部１０５の機能は、演算処理装置が、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施することで実現される。
なお、実施形態２に係るレーザー加工装置１－２の制御部１００の位相パターン作成部１０２は、実施形態１と同様に、所定の値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、空間光変調器２４の表示部２４１に作成した位相パターンを表示するものである。位相パターン作成部１０２は、入力ユニットから入力された各ゼルニケ係数の所定の値を受け付け、全てのゼルニケ係数の値を受け付けると、受け付けた値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成する。位相パターン作成部１０２は、作成した位相パターンを表示部２４１に表示する。また、実施形態２に係る位相パターン作成部１０２は、変更部１０４が任意の一つのゼルニケ係数の値を変更すると、変更された値のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示する。
実施形態２に係る位相パターンの調整方法のゼルニケ係数調整ステップＳＴ４は、図１１に示すように、ゼルニケ係数選択ステップＳＴ４１と、ゼルニケ係数変更ステップＳＴ４２とを備える。ゼルニケ係数選択ステップＳＴ４１は、変更部１０４が波面測定ユニット２８により取得された波面データ５００の複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を選択するステップである。
実施形態２において、ゼルニケ係数選択ステップＳＴ４１では、算出部１０１が算出した波面測定ユニット２８により取得された波面データ５００の複数のゼルニケ係数のうち理想の波面データ５０２のゼルニケ係数の値との差が最も大きなゼルニケ係数を任意の一つのゼルニケ係数として選択する。なお、ゼルニケ係数選択ステップＳＴ４１では、差が最も大きなゼルニケ係数を任意の一つのゼルニケ係数として選択するに限らず、本発明は、加工に最も影響を与えるゼルニケ係数を任意の一つのゼルニケ係数として選択しても良い。
ゼルニケ係数変更ステップＳＴ４２は、変更部１０４が選択した任意の一つのゼルニケ係数の値を変更するステップである。実施形態２において、ゼルニケ係数変更ステップＳＴ４２では、変更部１０４が選択した任意の一つのゼルニケ係数を、理想の波面データ５０２のゼルニケ係数の値に変更する。すると、ゼルニケ係数変更ステップＳＴ４２では、制御部１００の位相パターン作成部１０２が、変更されたゼルニケ係数の値を有する位相パターンを作成し、表示部２４１に表示する。
ゼルニケ係数変更ステップＳＴ４２では、波面測定ユニット２８が変更した値のゼルニケ係数を有する位相パターンにより光学的特性が調整されたレーザービーム２１の反射光２１２を受光し、受光したレーザービーム２１の反射光２１２の波面データ５００を取得する。ゼルニケ係数変更ステップＳＴ４２では、算出部１０１が波面データ５００の各ゼルニケ係数の値を算出して、制御部１００が表示ユニット１１０に取得した波面データ５００の各ゼルニケ係数の値を表示する。
制御部１００の判定部１０５が、算出部１０１が算出した波面データ５００の各ゼルニケ係数の値が所望の値に近付いているか否かを判定して、波面測定ユニット２８で測定され算出部１０１が算出した波面データ５００が理想の波面データ５０２に近付いたか否かを判定する（ステップＳＴ５）。実施形態２において、判定部１０５は、算出部１０１が算出した波面データ５００の各ゼルニケ係数の値と理想の波面データ５０２の各ゼルニケ係数の値との差を算出し、差の総和を算出し、算出した差の総和が予め設定された所定値を超えていると判定すると、波面測定ユニット２８で測定された波面データ５００が理想の波面データ５０２に近付いていないと判定（ステップＳＴ５：Ｎｏ）して、ゼルニケ係数選択ステップＳＴ４１に戻る。こうして、実施形態２に係るレーザー加工装置１－２は、判定部１０５が波面測定ユニット２８で測定される波面データ５００，５０１が理想の波面データ５０２に近付いたと判定するまで、レーザー発振器２２がレーザービーム２１を発振し続けるとともに、変更部１０４が任意の一つのゼルニケ係数を変更することと、位相パターン作成部１０２が変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを空間光変調器２４の表示部２４１に表示することとを交互に繰り返す。
なお、ステップＳＴ５では、ゼルニケ係数の理想の波面データ５０２のゼルニケ係数との差の総和に基づいて判定するに限らず、本発明は、選択したゼルニケ係数において、理想の係数の値と実際の係数の値の差が所定の値以下で、かつ、差の総和が所定値以下であるか否かで判定しても良い。この場合、選択したゼルニケ係数において、理想の係数の値と実際の係数の値の差が所定の値以下でかつ差の総和が所定値以下であると波面測定ユニット２８で測定された波面データ５０１が理想の波面データ５０２に近付いたと判定し、理想の係数の値と実際の係数の値の差が所定の値を超え又は差の総和が所定値を超えていると波面測定ユニット２８で測定された波面データ５０１が理想の波面データ５０２に近付いていないと判定する。
実施形態２において、判定部１０５は、算出した差の総和が予め設定された所定値以下であると判定すると、波面測定ユニット２８で測定された波面データ５０１が理想の波面データ５０２に近付いたと判定（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）して、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６に進む。実施形態２において、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６では、制御部１００の位相パターン作成部１０２が、理想の波面データ５０２のゼルニケ係数との値の差が最も大きなゼルニケ係数を値を調整するゼルニケ係数として選択し、図４に一例を示す相関関係３００を用いて、実施形態１と同様に値を調整する。
実施形態２に係るレーザー加工装置１－２及び位相パターンの調整方法は、実施形態１と同様に、ビームスプリッタ２６と、波面測定ユニット２８と、算出部１０１とを備えているので、加工点におけるレーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２、即ち、レーザー加工装置１の全ての光学系を通ったレーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２のゼルニケ係数を算出することができ、レーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２の定量的な測定が可能となる。
また、実施形態２に係るレーザー加工装置１－２は、判定部１０５が波面測定ユニット２８で測定される波面データ５００，５０１が理想の波面データ５０２に近付いたと判定するまで、レーザー発振器２２がレーザービーム２１を発振し続けるとともに、変更部１０４が任意の一つのゼルニケ係数を変更することと、位相パターン作成部１０２が変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを空間光変調器２４の表示部２４１に表示することとを交互に繰り返すので、理想の波面データ５０２のレーザービーム２１を加工点に形成することが可能となり、レーザー加工装置１－２間の被加工物２００に照射するレーザービーム２１の機差を抑制できるという効果を奏する。
〔変形例〕
本発明の実施形態１及び実施形態２の変形例に係るレーザー加工装置を図面に基づいて説明する。図１２は、実施形態１及び実施形態２の変形例に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。なお、図１２は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
変形例に係るレーザー加工装置１－１は、図１２に示すように、第２移動プレート１６上の所定の位置に凹面鏡２５を配設しておき、準備ステップＳＴ１においてレーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２３を第２移動プレート１６上の凹面鏡２５の反射面２５２とＺ軸方向に対向すること以外、実施形態１と同じである。
変形例に係るレーザー加工装置１－１は、ビームスプリッタ２６と、波面測定ユニット２８と、算出部１０１と、位相パターン作成部１０２とを備えているので、レーザービーム２１の波面データ５００，５０１，５０２の定量的な測定が可能となるとともに、反射光２１２の波面データ５００，５０１，５０２に基づいて空間光変調器２４の表示部２４１に表示する位相パターンを変更することができ、理想の波面データ５０２のレーザービーム２１を加工点に形成することが可能となり、レーザー加工装置間の被加工物２００に照射するレーザービーム２１の機差を抑制できる。よって、レーザー加工装置１－１は、実施形態１と同様に、レーザー加工装置１間の被加工物２００に照射するレーザービーム２１の機差を抑制し、所望の加工結果を得ることが可能となるという効果を奏する。なお、本発明において、図１２に示す変形例に係るレーザー加工装置１－１は、実施形態２と同様に、制御部１００が変更部１０４と判定部１０５とを備えても良い。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本発明のレーザー加工装置１，１－１及び位相パターンの調整方法は、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６を値を逆算するゼルニケ係数を変更しながら複数回繰り返しても良く、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４を実施することなく、ゼルニケ係数逆算ステップＳＴ６を複数回繰り返しても良い。また、本発明では、実施形態１に係るレーザー加工装置１の位相パターンの調整方法は、ゼルニケ係数調整ステップＳＴ４及びステップＳＴ５を実施形態２と同様に行っても良い。
１，１－１，１－２ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル
２０ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２２ レーザー発振器
２３ 集光レンズ
２４ 空間光変調器
２５ 凹面鏡
２６ ビームスプリッタ（分岐手段）
２８ 波面測定ユニット
１００ 制御部
１０１ 算出部
１０２ 位相パターン作成部
１０３ 記憶部
１０４ 変更部
１０５ 判定部
２００ 被加工物
２１１ 集光点
２１２ 反射光
２４１ 表示部
２５１ 焦点
２５２ 反射面
３００ 相関関係
４０１，４０２ ビームプロファイル
５００，５０１ 波面データ（位相の空間分布である波面の情報）
５０２ 理想の波面データ
ＳＴ２ ゼルニケ係数入力ステップ
ＳＴ３ レーザービーム照射ステップ
ＳＴ４ ゼルニケ係数調整ステップ
ＳＴ６ ゼルニケ係数逆算ステップ

Claims (5)

  1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
    該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
    制御部と、
    を備えたレーザー加工装置であって、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザービームを発振するレーザー発振器と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、
    該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、を有し、
    該制御部は、該波面測定ユニットで測定された波面データに基づいて、該レーザー発振器と該集光レンズの間に配設された空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更させるとともに、
    該制御部は、
    該波面測定ユニットで測定された該レーザービームの位相の空間分布である波面データをゼルニケ多項式近似してゼルニケ係数を算出する算出部と、
    所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターン作成部と、
    該位相パターンに入力するゼルニケ係数と、該ゼルニケ係数が入力された位相パターンが該空間光変調器の表示部に表示されたときに該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数と、の相関関係を予め記憶しておく記憶部と、を更に含み、
    該位相パターン作成部は、該記憶部に記憶された相関関係のテーブルに基づいて、該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数が所望の値となるように、該表示部に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数を逆算することを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
    該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
    制御部と、
    を備えたレーザー加工装置であって、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザービームを発振するレーザー発振器と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、
    該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、を有し、
    該制御部は、該波面測定ユニットで測定された波面データに基づいて、該レーザー発振器と該集光レンズの間に配設された空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更させるとともに、
    該制御部は、
    該波面測定ユニットで測定された該レーザービームの位相の空間分布である波面データをゼルニケ多項式近似してゼルニケ係数を算出する算出部と、
    所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターン作成部と、
    該波面測定ユニットにより取得された該波面データの複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更する変更部と、
    該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定する判定部と、を更に含み、
    前記判定部が該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたと判定するまで、該レーザー発振器がレーザービームを発振し続けるとともに、該変更部が任意の一つのゼルニケ係数を変更することと、該位相パターン作成部が変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示することとを交互に繰り返すとともに、
    該判定部は、該算出部が算出した波面データの各ゼルニケ係数の値と理想の波面データの各ゼルニケ係数の値との差を算出し、差の総和が予め設定された所定値以下であるか否かで、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定するレーザー加工装置。
  3. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
    該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
    制御部と、
    を備えたレーザー加工装置であって、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザービームを発振するレーザー発振器と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、
    該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、を有し、
    該制御部は、該波面測定ユニットで測定された波面データに基づいて、該レーザー発振器と該集光レンズの間に配設された空間光変調器の表示部に表示させる位相パターンを変更させるとともに、
    該制御部は、
    該波面測定ユニットで測定された該レーザービームの位相の空間分布である波面データをゼルニケ多項式近似してゼルニケ係数を算出する算出部と、
    所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを作成し該空間光変調器の表示部に表示させる位相パターン作成部と、
    該波面測定ユニットにより取得された該波面データの複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更する変更部と、
    該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定する判定部と、を更に含み、
    前記判定部が該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたと判定するまで、該レーザー発振器がレーザービームを発振し続けるとともに、該変更部が任意の一つのゼルニケ係数を変更することと、該位相パターン作成部が変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示することとを交互に繰り返すとともに、
    該判定部は、該算出部が算出した波面データの各ゼルニケ係数の値と理想の波面データの各ゼルニケ係数の値との差を算出し、選択したゼルニケ係数において理想の係数の値と実際の係数の値の差が所定の値以下であるか否か、及び差の総和が所定値以下であるか否かで、該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付いたか否かを判定するレーザー加工装置。
  4. 該凹面鏡は、
    該チャックテーブルの周縁部に配設されていることを特徴とする、請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
  5. チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットを備え、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザービームを発振するレーザー発振器と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該集光レンズの集光点に焦点を有するように位置付けられ、該レーザービームを反射する反射面が球面となっている凹面鏡と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを該集光レンズへと通過させるとともに、該集光レンズによって集光され、該凹面鏡の反射面で反射した反射光を分岐する分岐手段と、
    該凹面鏡の反射面で反射し、該分岐手段によって分岐された該反射光を受光して、該レーザービームの位相の空間分布である波面の情報（波面データ）を取得する波面測定ユニットと、
    該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設され、該レーザー発振器から発振されたレーザービームの光学的特性を調整する表示部を備える空間光変調器と、を有したレーザー加工装置の該表示部に表示する位相パターンの調整方法であって、
    所定のゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示するゼルニケ係数入力ステップと、
    該レーザー発振器からレーザービームを発振して、該波面測定ユニットにより波面データを取得するレーザービーム照射ステップと、
    該波面測定ユニットにより取得された該波面データの複数のゼルニケ係数のうち任意の一つのゼルニケ係数を変更し、変更したゼルニケ係数を有する位相パターンを該空間光変調器の該表示部に表示するゼルニケ係数調整ステップと、を備え、
    該波面測定ユニットで測定される波面データが理想の波面データに近付くまで、該ゼルニケ係数調整ステップを繰り返すとともに、
    該位相パターンに入力するゼルニケ係数と、該ゼルニケ係数が入力された位相パターンが該空間光変調器の表示部に表示されたときに該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数と、の相関関係のテーブルに基づいて、該波面測定ユニットで測定されるレーザービームのゼルニケ係数が所望の値となるように、該表示部に表示させる位相パターンに入力するゼルニケ係数を逆算するゼルニケ係数逆算ステップを備えることを特徴とする位相パターンの調整方法。
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