WO2023189591A1 - レーザ光の光軸調整方法及び装置 - Google Patents

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WO2023189591A1
WO2023189591A1 PCT/JP2023/010046 JP2023010046W WO2023189591A1 WO 2023189591 A1 WO2023189591 A1 WO 2023189591A1 JP 2023010046 W JP2023010046 W JP 2023010046W WO 2023189591 A1 WO2023189591 A1 WO 2023189591A1
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WO
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laser beam
optical axis
laser
expander
adjusting
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PCT/JP2023/010046
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力 相川
喬 森本
博和 林
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株式会社東京精密
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/035—Aligning the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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    • B23K26/042—Automatically aligning the laser beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for adjusting the optical axis of a laser beam, and particularly to a technique for adjusting the optical axis of a laser beam in a laser processing device.
  • a laser processing device also called a laser dicing device that irradiates a workpiece such as a semiconductor wafer with a laser beam to form a processing groove or forms a laser processing area that becomes a starting point for cutting inside the workpiece.
  • a semiconductor wafer subjected to laser processing is cut into individual chips by a cutting process such as expanding or breaking at a planned dividing line.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for detecting such changes in the state of laser light.
  • Patent Document 1 discloses a method of adjusting the optical axis of a laser beam by detecting the position of the laser beam at a processing point after passing through a condensing lens.
  • Patent Document 2 discloses that in a laser gain medium that emits fluorescence by absorbing a part of excitation light, the position of the reflection spot of the laser beam is detected and the angle or position of the optical element is controlled to reduce the light of the laser beam.
  • a system for adjusting an axis is disclosed.
  • Patent Documents 1 and 2 detect the beam position at the processing point where the laser beam is irradiated, so changes in the state of the laser beam can be accurately grasped as described below. That was difficult.
  • the laser beam transmitted through the optical element OE for example, a condenser lens, etc.
  • the optical axes passing through these countless one detection points OP have different incident positions and angles of incidence on the optical element OE. Further, these optical axes are inclined with respect to a line parallel to the optical axis of the optical element OE (solid line in FIG. 17; a perpendicular line when the optical element OE is rectangular).
  • Patent Documents 1 and 2 Therefore, simply by detecting the beam position at the processing point as in Patent Documents 1 and 2, it is not possible to accurately detect the incident position and incident angle of the laser beam on the optical element. Further, with the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is not possible to accurately detect that the reflection angle of a mirror as an optical element deviates from a designed value.
  • Patent Document 1 is aimed at suppressing the number of man-hours required for adjusting the optical axis of a laser beam.
  • Patent Document 2 is intended to omit a reference laser light source for adjusting the laser optical axis.
  • neither of the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 considers maintaining the beam profile by monitoring the optical axis deviation of the laser beam, and it is difficult to maintain the quality of laser processing. It is difficult.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method and apparatus for adjusting the optical axis of a laser beam that can accurately grasp changes in the state of the laser beam and maintain the quality of laser processing.
  • the purpose is to
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam includes detection of at least two points on the optical path of the laser beam output from the laser light source toward the workpiece. Detecting the position of the laser beam by a position detection sensor placed at the location; and at least one of the positions and angles of the optical element at at least two locations on the optical path of the laser beam based on the position of the laser beam. and adjusting the optical axis of the laser beam.
  • the detection location is provided at a processing point other than the processing point where the laser beam is irradiated on the workpiece.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a third aspect of the present invention is a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to the first or second aspect.
  • the difference from a preset reference value is equal to or greater than a threshold value, the optical axis of the laser beam is adjusted.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a fourth aspect of the present invention is a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to any one of the first to third aspects, in which the optical axis is adjusted by a beam expander that is arranged so as to be able to appear and retract on the optical path of the laser beam. Contains steps to take.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a fifth aspect of the present invention in the fourth aspect, adjusts the position of the laser beam when the magnification of the beam expander is set to 1. Adjust according to the position of the laser beam when it is evacuated from the optical path.
  • a laser beam optical axis adjustment device includes position detection sensors arranged at at least two detection points on the optical path of the laser beam output from the laser light source toward the workpiece. and adjusting the optical axis of the laser beam by adjusting at least one of the positions and angles of at least two optical elements on the optical path of the laser beam, based on the position of the laser beam detected by the position detection sensor. and an adjustment mechanism.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a seventh aspect of the present invention includes a pair of position detection sensors arranged at positions where the beam passes through a pair of half mirrors fixed respectively on the upstream side and the downstream side of a beam expander. a step of detecting the position of the laser beam output from the laser light source toward the workpiece; and a step of detecting the position of the laser beam, which is located on the optical path of the laser beam closer to the laser light source than the half mirror, based on the position of the laser beam. adjusting at least one of the position and angle of the movable mirror to adjust the optical axis of the laser beam.
  • the pair of position detection sensors are provided at a processing point other than the processing point where the laser beam is irradiated on the workpiece.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a ninth aspect of the present invention includes, in the seventh or eighth aspect, a difference between a position of the laser beam detected by a pair of position detection sensors and a preset reference value; is greater than or equal to the threshold, the optical axis of the laser beam is adjusted.
  • a laser beam optical axis adjustment method in the ninth aspect, adjusts at least one of the position and angle of one movable mirror of a pair of movable mirrors, Setting the position of the laser beam detected by one of the pair of position detection sensors as a reference value is repeated for each movable mirror, and the position of the laser beam detected by each position detection sensor is set as the reference position. Converge.
  • a laser beam optical axis adjustment device includes a pair of position detection sensors each disposed at a position transmitted through a pair of half mirrors fixed respectively on the upstream side and the downstream side of a beam expander. and adjusting at least one of the position and angle of a pair of movable mirrors arranged on the optical path of the laser beam closer to the laser light source than the half mirror on the optical path of the laser beam, based on the position of the laser beam detected by the position detection sensor. and an adjustment mechanism that adjusts the optical axis of the laser beam.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a twelfth aspect of the present invention is a laser beam output from a laser light source toward a workpiece by position detection sensors disposed on the upstream and downstream sides of a beam expander.
  • the method includes a step of adjusting the optical axis of the laser beam by moving a beam expander based on the position of the laser beam detected by the detection sensor.
  • the position of the laser beam is adjusted with the magnification of the beam expander set to 1.
  • the beam expander is adjusted to match the position of the laser beam when it is retracted from the optical path of the laser beam.
  • the laser beam is The position of the light is adjusted to match the position of the laser beam when the beam expander is retracted from the optical path of the laser beam.
  • a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to a fifteenth aspect of the present invention is a method for adjusting the optical axis of a laser beam according to any one of the twelfth to thirteenth aspects, when the magnification of the beam expander is changed, the laser beam detected by the position detection sensor is The method includes a step of determining whether the beam expander is good or bad based on a change in the position of the beam expander.
  • the laser beam detected by the position detection sensor is adjusted according to a change in the magnification of the beam expander. It is determined that the quality of the beam expander is good if the amount of movement of the position is less than a reference value or if the position of the laser beam changes linearly.
  • a laser beam optical axis adjustment device includes a beam expander disposed so as to be retractable on an optical path of a laser beam output from a laser light source toward a workpiece, and a beam expander. Position detection sensors placed on the upstream and downstream sides of the beam and an adjustment mechanism that adjusts the optical axis of the laser beam by moving the beam expander based on the position of the laser beam detected by the position detection sensor in the retracted state.
  • a method for determining the quality of a beam expander according to an 18th aspect of the present invention is a method for determining whether a beam expander is good or not.
  • the laser beam detected by the position detection sensor is It is determined that the quality of the beam expander is good if the amount of movement of the position is less than a reference value or if the position of the laser beam changes linearly.
  • the optical axis of the laser beam L1 can be limited to one. This makes it possible to accurately grasp changes in the state of laser light and maintain the quality of laser processing.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a method and apparatus for adjusting the optical axis of a laser beam according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of an illumination optical system.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining conditions for determining whether or not to perform an operation for correcting the optical axis of a laser beam.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the correction direction of the optical axis of the laser beam.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of optical axis adjustment.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of optical axis adjustment in the rolling direction.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a method and apparatus for adjusting the optical axis of a laser beam according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the influence on the beam profile at the processing point when the incident position on the optical element is shifted.
  • FIG. 9 is a flowchart (Example 1) showing the optical axis correction method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart (Example 2) showing the optical axis correction method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an optical axis adjustment method according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an optical axis adjustment method according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing the detection results of laser light before and after adjusting the position of the beam expander.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a first example of a method for determining the quality of a beam expander.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a second example of a method for determining the quality of a beam expander.
  • FIG. 16 is a block diagram showing an example of an illumination optical system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example in which the position of the laser beam is detected at one detection point.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a method and apparatus for adjusting the optical axis of a laser beam according to a first embodiment of the present invention.
  • the system detects laser light (laser beam) output from a laser light source of a laser processing device at at least two detection points other than the processing point, and a unit for determining whether or not the position of the optical axis of the optical axis is normal.
  • the position of the optical axis of the laser beam can be detected at two detection points OP1 and OP2 provided on the downstream side and upstream side of the optical element OE, respectively.
  • the system according to the present embodiment includes an adjustment mechanism that adjusts the position or angle of the optical element holder that holds the optical element OE in accordance with the determination result regarding the position of the optical axis of the laser beam.
  • Optical element holders that can be adjusted by such an adjustment mechanism can be provided at at least two locations on the optical path of the laser beam, for example.
  • the optical axis of the laser beam can be limited to one by detecting the laser beam at two or more detection locations.
  • the incident position and incident angle of the laser beam with respect to the optical element OE can be appropriately adjusted, and for example, the reflection angle of the mirror can be appropriately adjusted.
  • the detection locations (OP1 and OP2) are two or more locations other than the processing point, but the present invention is not limited thereto.
  • the two or more detection points (OP1 and OP2) may include a processing point that is a laser beam irradiation position on the workpiece.
  • Laser processing equipment The method and apparatus for adjusting the optical axis of a laser beam according to this embodiment will be specifically described below.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser processing device 10 includes a stage 12 that moves a workpiece W (for example, a semiconductor wafer), a laser irradiation device 20 that irradiates the workpiece W with laser light, and a laser processing device 10 that and a control section 50 that controls each section.
  • a workpiece W for example, a semiconductor wafer
  • a laser irradiation device 20 that irradiates the workpiece W with laser light
  • a laser processing device 10 that and a control section 50 that controls each section.
  • stage 12 is parallel to the XY directions and perpendicular to the Z direction.
  • the stage 12 is configured to be movable in the XYZ ⁇ directions, and holds the workpiece W by suction.
  • the workpiece W is placed on the stage 12 with a backgrind tape (hereinafter referred to as BG tape) having an adhesive material attached to the surface on which devices are formed, and the backside facing upward in the figure.
  • BG tape backgrind tape
  • the surface of the workpiece W on the condensing lens 24 side will be referred to as the laser beam irradiation surface.
  • the laser beam irradiation surface may be the surface (back surface) of the workpiece W opposite to the surface on the condensing lens 24 side.
  • the workpiece W may be placed on the stage 12 with a dicing sheet having an adhesive material attached to one surface thereof and integrated with the frame via the dicing sheet.
  • the laser irradiation device 20 is disposed at a position facing the workpiece W, and emits a processing laser beam L1 for forming a laser processing area on the workpiece W (for example, inside the workpiece W).
  • the workpiece W is irradiated.
  • the control unit 50 includes a CPU (Central Processing Unit), memory, storage device, input/output circuit unit, etc., and performs operations of each part of the laser processing apparatus 10 and storage of data necessary for processing.
  • CPU Central Processing Unit
  • memory volatile and non-volatile memory
  • storage device non-volatile memory
  • input/output circuit unit etc.
  • the laser processing apparatus 10 also includes a wafer transport means, an operation panel, a monitor, an indicator light, etc. (not shown).
  • the operation panel is equipped with switches and a display device for operating the operations of each part of the laser processing device 10.
  • the television monitor displays a wafer image captured by a CCD (Charge Coupled Device) camera (not shown), program contents, various messages, and the like.
  • the indicator light indicates the operating status of the laser processing device 10, such as during processing, completion of processing, or emergency stop.
  • the laser irradiation device 20 includes a laser light source 21, an illumination optical system 22, a dichroic mirror 23, a condenser lens 24, an actuator 25, and an AF device 30.
  • the laser light source 21 emits processing laser light (hereinafter also referred to as laser light) L1 for forming a laser processing region inside the workpiece W.
  • laser light processing laser light
  • the laser light source 21 emits a laser beam with a pulse width of 1 ⁇ s or less and a peak power density of 1 ⁇ 10 8 (W/cm 2 ) or more at the focal point.
  • an illumination optical system 22, a dichroic mirror 23, and a condenser lens 24 are arranged in order from the laser light source 21 side.
  • the dichroic mirror 23 transmits the processing laser beam L1 and reflects the AF laser beam L2 emitted from the AF device 30.
  • the second optical path of the AF laser beam L2 is bent by the dichroic mirror 23 so as to partially share the optical path with the first optical path of the processing laser beam L1, and the condenser lens 24 is disposed on the shared optical path. Ru.
  • the processing laser beam L1 emitted from the laser light source 21 passes through the illumination optical system 22 and the dichroic mirror 23, and then is condensed onto the workpiece W by the condenser lens 24.
  • the Z-direction position (wafer thickness direction position) of the condensing point of the processing laser beam L1 is adjusted by slightly moving the condensing lens 24 in the Z-direction using the actuator 25.
  • the AF device 30 receives the reflected light of the AF laser beam L2 irradiated onto the workpiece W, thereby obtaining information regarding the distance between the condenser lens 24 and the laser beam irradiation surface of the workpiece W (distance information). is output to the control section 50.
  • the drive of the actuator 25 is controlled by the control unit 50 so that the distance between the condenser lens 24 and the laser beam irradiated surface of the workpiece W is maintained in a predetermined relationship (the distance is constant).
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of an illumination optical system.
  • FIG. 3 shows the optical path of the laser beam L1 from the laser head LH of the laser light source 21 to the workpiece W. Note that in FIG. 3, the dichroic mirror 23 is omitted.
  • the laser head LH includes a condensing lens that condenses the laser beam L1 output from the laser oscillator of the laser light source 21, and outputs the condensed laser beam L1 to the workpiece W.
  • the laser beam L1 is sequentially reflected by the mirrors M1 to M3 and the half mirror M4, and is emitted toward the attenuator ATN.
  • the beam shutter BS controls emission of the laser beam L1 to the downstream side (mirror M4 side) according to the control of the control unit 50.
  • the mirrors M1 and M3 (an example of a pair of movable mirrors) are held by holders H1 and H3, respectively, and the holders H1 and H3 are attached to, for example, gimbal-type mounts.
  • Mirrors M1 and M3 are provided with adjustment mechanisms 52 (for example, , actuator, etc.).
  • the beam diameter is expanded by the beam expander BE, and the beam is shaped into collimated light (parallel light).
  • the laser beam L1 is directed to the workpiece W by the condenser lens 24 through optical elements such as the half mirror M5 and the mirror M6, the relay lens LZ1, the mirror M7, the relay lens LZ2, the mirror M8, and the half mirror M9. The light is focused.
  • Position Sensitive Detectors PSD1 and PSD2 are placed on the downstream side of half mirrors M4 and M5 (an example of a pair of half mirrors (fixed mirrors)
  • PSD1 and PSD2 are placed on the downstream side of half mirrors M4 and M5 (an example of a pair of half mirrors (fixed mirrors)
  • PSD1 and PSD2 are placed on the downstream side of half mirrors M4 and M5 (an example of a pair of half mirrors (fixed mirrors)
  • the position detection sensors PSD1 and PSD2 include, for example, a photodiode, and are sensors that detect the incident position of the laser beam L1 using the surface resistance of the photodiode. Position detection sensors PSD1 and PSD2 detect the incident positions of laser beams L1 that have passed through half mirrors M4 and M5, respectively. In the example shown in FIG. 3, the incident position of the laser beam L1 at each location is indicated by symbols A1 and A2.
  • the optical axis adjustment device for laser light includes position detection sensors PSD1 and PSD2, and an adjustment mechanism 52 for mirrors M1 and M3.
  • position detection sensors PSD1 and PSD2 for example, it is also possible to use a sensor that detects the incident position of the laser beam L1 using an image sensor.
  • a laser scanning microscope detects the irradiation position of the laser beam L1 on the laser beam irradiation surface of the workpiece W.
  • the laser microscope LSM is capable of monitoring the state of laser processing by constantly detecting the irradiation position of the laser beam L1 during laser processing, for example, via the half mirror M9.
  • the number and arrangement of the position detection sensors PSD1 and PSD2 are not limited to those shown in FIG. 3.
  • the number and arrangement of steering mirrors are not limited to those shown in FIG. 3, and mirrors other than mirrors M1 and M3 may be used as steering mirrors.
  • the optical axis is adjusted by adjusting at least two mirrors M1 and M3, but the position and angle of optical elements other than the mirrors (for example, lenses, prisms, etc.)
  • the optical axis may be adjusted by adjusting at least one of them.
  • two position detection sensors PSD1 and PSD2 are used to detect the irradiation positions A1 and A2 of the laser beam L1, and depending on whether the irradiation positions A1 and A2 deviate from the allowable range, the mirrors M1 and M3 are The optical axis is corrected by driving the holders H1 and H3, which hold the holders H1 and H3, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the conditions for determining whether or not to perform an operation for correcting the optical axis of the laser beam
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the direction in which the optical axis of the laser beam is corrected. .
  • the position detection sensors PSD1 and PSD2 are used to detect the irradiation position of the laser beam L1 at the time when the adjustment of the laser beam of the laser irradiation device 20 is completed, and the detected irradiation position of the laser beam L1 is set to the reference position. (standard value). Furthermore, a threshold value for determining optical axis deviation is set. In the example shown in FIG. 4, the reference value is (x0, y0) and the threshold value is rth.
  • the irradiation position of the laser beam L1 is detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2. Then, when the difference r between the irradiation position (current value) of the laser beam L1 and the reference value exceeds the threshold value rth, the steering mirrors M1 and M3 are driven to adjust the optical axis of the laser beam L1.
  • the difference r between the current value of the laser beam L1 and the reference value is expressed by Equation 1 below.
  • a circle Cth with a radius rth centered on the reference value (x0, y0) is shown. If the current values of the laser beam L1 detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2 are both within the circle Cth (current value 1 (x1, y1), r1 ⁇ rth), optical axis adjustment is not performed. .
  • optical axis adjustment is performed.
  • the adjustment direction (movement direction) of the optical axis is as follows (see FIG. 5). ⁇ If xoff ⁇ 0, the direction of movement of the optical axis is the positive (+) direction of x. ⁇ If xoff>0, the direction of movement of the optical axis is the negative ( ⁇ ) direction of x. ⁇ If yoff ⁇ 0, the direction of movement of the optical axis is the positive (+) direction of x. The direction of movement is the positive (+) direction of y. If yoff>0, the direction of movement of the optical axis is the negative (-) direction of y.
  • the irradiation position of the laser beam L1 may be re-detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2, and the result of the optical axis adjustment may be confirmed. Also, use a power meter (not shown) to check the laser output (for example, attenuation amount) on the upstream side of the condenser lens 24 or at the processing point of the workpiece W, and check the result of optical axis adjustment based on the result. You may also do so.
  • the laser output for example, attenuation amount
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of optical axis adjustment.
  • the detection results of the laser beam L1 by the sensor PSD1 are shown arranged in a cross shape.
  • the rolling direction is a direction around the axis of the traveling direction (optical axis direction) of the laser beam L1
  • the pitching direction is a direction around the axis perpendicular to the traveling direction.
  • the unit of the amount of movement of mirrors M1 and M3 (steering mirrors) is expressed in pulses. Note that the amount of movement of one pulse is approximately 1 ⁇ m.
  • the beams of light extending in a cross shape from the laser beam L1 are approximately equal in the vertical and horizontal directions. Note that the shape and number of beams extending from the laser beam L1 may vary depending on the configuration of the optical elements included in the illumination optical system 22.
  • control unit 50 when the control unit 50 detects a deviation from the reference position, it first drives the mirror M1 so that the detection result of the laser beam L1 by the position detection sensor PSD1 becomes the reference position. Next, the mirror M3 is driven so that the detection result of the laser beam L1 by the position detection sensor PSD2 becomes the reference position. Thereafter, by sequentially repeating the driving of the mirrors M1 and M3, the position of the laser beam L1 is converged to the reference position.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of optical axis adjustment in the rolling direction.
  • FIG. 7(a) shows the optical axis adjustment result when the mirror M1 is moved by +500 pulses in the rolling direction
  • FIG. 7(b) shows the optical axis adjustment result when the mirror M1 is moved by +300 pulses in the rolling direction.
  • the results of optical axis adjustment are shown.
  • Each graph shows a change over time in the amount of deviation ( ⁇ m) of the mirrors M1 and M3 from the reference position when the mirrors M1 and M3 are repeatedly driven.
  • FIG. 8 is a graph showing the influence on the beam profile at the processing point when the incident position on the optical element is shifted.
  • FIG. 8 shows beam profiles at processing points when the amount of deviation from the reference position is 0 to 500 ⁇ m.
  • the horizontal axis in FIG. 8 indicates pixels of the image sensor of the laser microscope LSM, and the vertical axis indicates the intensity of the laser beam L1.
  • the position of the laser beam L1 is detected at at least two locations on the optical path of the laser beam L1, and the amount of deviation from the reference position is reduced (eliminated) by driving the mirrors M1 and M3. , variations in the beam profile as shown in FIG. 8 can be suppressed.
  • FIG. 9 is a flowchart (Example 1) showing the optical axis correction method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows an example in which the optical axis adjustment is performed, for example, when starting up the system of the laser processing apparatus 10 or manually.
  • the laser processing apparatus 10 is started (step S10) and initialized (step S12), and then enters a laser idling state (step S14).
  • the laser idling state is a state in which the laser beam L1 is output toward the processing point of the workpiece W.
  • the irradiation position of the laser beam L1 is detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2 (step S16), and the orientations of the mirrors M1 and M3 (steering mirror) are corrected (step S18). Then, as shown in FIG. 4, the orientations of the mirrors M1 and M3 are corrected until the irradiation position (current value) of the laser beam L1 matches the reference value or the difference r from the reference value becomes equal to or less than the threshold value rth. repeat.
  • the threshold value at the time of optical axis adjustment at the time of starting up the system may be a smaller value than the threshold value rth at the time of determining the necessity of optical axis adjustment in FIG. 4.
  • step S20 After the position of the irradiation position (processing point) of the laser beam L1 is confirmed by the laser microscope LSM (step S22), laser processing is performed (step S24).
  • FIG. 10 is a flowchart (Example 2) showing the optical axis correction method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows an example in which the laser processing apparatus 10 performs optical axis adjustment during execution of laser processing.
  • a processing position confirmation operation is performed prior to the processing operation.
  • it is OK if the difference r between the irradiation position (current value) of the laser beam L1 and the reference value is less than or equal to the threshold rth, and if it exceeds the threshold rth. It becomes NG. If it is OK in step S30, the process moves to the machining operation without executing the optical axis adjustment. On the other hand, in the case of NG in step S30, optical axis adjustment is executed (steps S52 to S56).
  • the laser is in the idling state (step S52), the irradiation position of the laser beam L1 is detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2 (step S54), and the directions of the mirrors M1 and M3 (steering mirror) are adjusted. Correct it (step S56). Then, the correction of the orientations of the mirrors M1 and M3 is repeated until the irradiation position (current value) of the laser beam L1 reaches the reference value or the difference r from the reference value becomes equal to or less than the threshold value rth.
  • the threshold value when adjusting the optical axis in step S54 may be a smaller value than the threshold value rth when determining whether or not optical axis adjustment is necessary in step S30 and step S50, which will be described later.
  • step S52 to S56 when the correction of the orientations of the mirrors M1 and M3 is completed (steps S52 to S56), the processing operation begins. Note that before the processing operation, a power check and a check of the position of the irradiation position (processing point) of the laser beam L1 may be performed.
  • step S50 the irradiation position of the laser beam L1 by the position detection sensors PSD1 and PSD2 during execution of the immediately preceding machining operation is acquired (step S50), and it is determined whether or not optical axis adjustment is necessary, as in step S30. Then, in the case of OK in step S50, the process moves to the machining operation without executing the optical axis adjustment. On the other hand, in the case of NG in step S50, optical axis adjustment is executed (steps S52 to S56).
  • step S70 the kerf formed by laser machining is checked (step S70), and the irradiation position of the laser beam L1 by the laser microscope LSM is checked (step S72).
  • step S70 and step S72 are OK, the process moves to the next machining operation, and if both are NG, the position detection sensors PSD1 and PSD2 irradiate the laser beam L1 during the execution of the immediately previous machining operation.
  • the position is acquired (step S74), and similarly to step S50, it is determined whether or not optical axis adjustment is necessary. Note that only one of Step S70 and Step S72 may be performed.
  • step S74 optical axis adjustment is executed (steps S52 to S56).
  • step S74 the kerf check error and the error in the detection position of the laser microscope LSM require a response other than optical axis adjustment, so an error message is output without performing optical axis adjustment.
  • the machining operation is stopped (step S76).
  • the optical axis of the laser beam L1 can be limited to one.
  • the laser beam L1 can be made to enter the optical element perpendicularly, or the reflection angle on the mirror can be limited to 45 degrees.
  • fluctuations in the positional relationship between the optical element and the laser beam can be suppressed to 50 ⁇ m or less, and the quality of laser processing can be maintained automatically without the intervention of an engineer. becomes.
  • the pointing stability of the laser head LH deteriorates due to changes in the temperature of the external environment, and the irradiation position of the laser beam L1 shifts. Even if the irradiation position of the laser beam L1 incident on the beam expander BE changes, by performing the optical axis adjustment according to this embodiment, it is possible to eliminate the deviation of the irradiation position of the laser beam L1.
  • the optical axis was adjusted according to the position of the laser beam L1 detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2, but the deviation of the beam expander BE also affects the beam profile at the processing point. It can affect the quality of laser processing. Therefore, in addition to or in place of the above embodiments, it is also conceivable to adjust the optical axis of the beam expander BE.
  • the beam expander BE can appear and disappear on the optical path of the laser beam L1.
  • the movement of the beam expander BE to move in and out may be performed manually or automatically by an actuator that can be controlled by the control unit 50.
  • 11 and 12 are flowcharts showing the optical axis adjustment method according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • optical axis adjustment (pre-adjustment) before the start of laser processing will be described with reference to FIG. 11.
  • the position of the laser beam L1 is detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2 (step S100).
  • the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1, and the magnification of the beam expander BE is set to 1x. Then, the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 is made to match the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is retreated from the optical path of the laser beam L1. By doing so, the optical axis is adjusted (step S102).
  • step S102 the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 is changed from the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved from the optical path of the laser beam L1. It does not have to match the position exactly.
  • the difference between the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 and the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved from the optical path of the laser beam L1. may be less than or equal to a predetermined threshold.
  • the magnification of the beam expander BE is set to a magnification necessary for laser processing (step S110), and the position of the laser beam L1 is detected and recorded using the position detection sensors PSD1 and PSD2 (step S112).
  • step S114 the position of the laser beam L1 is detected using the position detection sensors PSD1 and PSD2 (step S114).
  • step S114 as in FIG. 4, it is determined as OK if the difference r between the irradiation position (current value) of the laser beam L1 and the reference value is less than or equal to the threshold rth, and determined as NG if it exceeds the threshold rth. If it is OK in step S114, the processing operation is continued without executing the optical axis adjustment. On the other hand, if the result in step S114 is NG, optical axis adjustment is performed (step S116).
  • step S116 similarly to step S102, the magnification of the beam expander BE is set to 1, and the position of the laser beam L1 with the beam expander BE moved onto the optical path of the laser beam L1 is Optical axis adjustment is performed by matching the position of the laser beam L1 with the panda BE retreated from the optical path of the laser beam L1.
  • step S116 when the optical axis adjustment (step S116) is completed, the magnification of the beam expander BE is set to the magnification necessary for laser processing (step S110), and the position of the laser beam L1 is determined using the position detection sensors PSD1 and PSD2. After detection and recording, laser processing continues. Then, when the laser processing is completed (step S118), the apparatus is stopped.
  • the kerf check error and the detection position of the laser microscope LSM may be checked after step S118.
  • FIG. 13 is a diagram showing the detection results of the laser beam L1 before and after adjusting the position of the beam expander. In FIG. 13, it is assumed that the lighter the color, the higher the intensity of the laser beam L1.
  • the beam profile of the laser beam L1 is biased, as shown in FIG. 13(b).
  • the beam profile becomes uniform in the rolling direction and the pitching direction, as shown in FIG. 13(a). It has a roughly circular shape with a distribution of .
  • the magnification of the beam expander BE is set to 1x during optical axis adjustment (steps S102 and S116), but the present invention is not limited to this.
  • the magnification of the beam expander BE may be set to a magnification other than 1. Further, both the optical axis adjustment performed by setting the magnification of the beam expander BE to 1x and the optical axis adjustment performed by setting the magnification of the beam expander BE to a magnification other than 1x may be performed.
  • the beam expander BE When the magnification of the beam expander BE is set to 1, the beam expander BE can be considered to be optically equivalent to a transparent flat plate. In this case, the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 is different from the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved from the optical path of the laser beam L1.
  • the difference (shift amount) can be evaluated as being caused by the inclination (tilt) of the beam expander BE with respect to the optical axis of the laser beam L1.
  • the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 is the same as the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved from the optical path of the laser beam L1. , and the amount of deviation is made approximately zero (see steps S102 and S116).
  • the tilt of the beam expander BE with respect to the optical axis of the laser beam L1 can be adjusted, and the optical axis of the beam expander BE can be made parallel to the optical axis of the laser beam L1.
  • the beam diameter of the laser beam L1 is expanded according to the set magnification.
  • the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 is different from the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved from the optical path of the laser beam L1.
  • the difference (shift amount) can be evaluated as being caused by parallel shift.
  • the parallel deviation is a deviation of the optical axis of the beam expander BE with respect to the optical axis of the laser beam L1, and appears as a deviation of the incident position on a plane perpendicular to the optical axis of the laser beam L1.
  • the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is moved onto the optical path of the laser beam L1 is the same as the position of the laser beam L1 when the beam expander BE is retracted from the optical path of the laser beam L1.
  • the amount of deviation is made approximately zero (see steps S102 and S116).
  • the tilt and parallel deviation of the beam expander BE can be adjusted.
  • the optical axis can be adjusted by rotating the beam expander BE with respect to the optical axis of the laser beam L1.
  • the adjustment axis of the beam expander BE is limited to the parallel direction. That is, the optical axis can be adjusted by moving the beam expander BE while maintaining its inclination with respect to the optical axis of the laser beam L1. That is, the adjustment axis for optical axis adjustment can be limited depending on whether the magnification of the beam expander BE is 1x or other than 1x.
  • the abnormality of the beam expander BE includes, for example, a case where the lenses included in the beam expander BE are not coaxial with each other, a case where the inclinations of the lenses are different, and the like.
  • the coordinates of the irradiation position of the laser beam L1 move differently (for example, nonlinearly) than when the beam expander BE is normal. .
  • the quality of the beam expander BE is determined using the above properties. Note that the quality of the beam expander BE can be determined regardless of whether or not the optical axis adjustment described above is performed.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a first example of a method for determining the quality of a beam expander.
  • FIG. 14 shows the quality determination method when the optical axis adjustment of the beam expander BE has already been performed.
  • the laser processing apparatus 10 when the laser processing apparatus 10 is started and initialized, it enters a laser idling state (step S200). Then, the magnification of the beam expander BE is changed, and the irradiation position of the laser beam L1 at each magnification is detected and recorded (step S202).
  • step S204 it is determined whether the amount of movement of the irradiation position of the laser beam L1 due to the change in the magnification of the beam expander BE is less than or equal to a reference value (step S204).
  • the reference value in step S204 is, for example, a positive value close to zero.
  • step S206 If the amount of movement of the irradiation position of the laser beam L1 due to the change in the magnification of the beam expander BE is less than or equal to the reference value (Yes in step S204), it is determined that the quality of the beam expander BE is good (step S206).
  • step S208 If the amount of movement of the irradiation position of the laser beam L1 due to the change in the magnification of the beam expander BE exceeds the reference value (No in step S204), it is determined that the quality of the beam expander BE is poor (step S208).
  • FIG. 15 is a flowchart showing a second example of a method for determining the quality of a beam expander.
  • FIG. 15 shows the quality determination method when the optical axis adjustment of the beam expander BE has not been performed.
  • the laser processing apparatus 10 when the laser processing apparatus 10 is started and initialized, it enters a laser idling state (step S220). Then, the magnification of the beam expander BE is changed, and the irradiation position of the laser beam L1 at each magnification is detected and recorded (step S222).
  • step S224 it is determined whether the irradiation position of the laser beam L1 moves linearly as the magnification of the beam expander BE changes.
  • step S224 it is evaluated whether the irradiation position of the laser beam L1 moves linearly, for example, depending on whether the correlation coefficient when the irradiation position of the laser beam L1 is plotted for each magnification is close to 1 or not. can do.
  • step S224 If it is determined that the irradiation position of the laser beam L1 moves linearly with the change in the magnification of the beam expander BE (Yes in step S224), it is determined that the quality of the beam expander BE is good (step S226).
  • step S224 If it is determined that the irradiation position of the laser beam L1 is not linearly moved due to the change in the magnification of the beam expander BE (No in step S224), it is determined that the quality of the beam expander BE is poor (step S226).
  • the quality of the beam expander BE can be determined, for example, before and after the optical axis adjustment.
  • the quality of the beam expander BE can be determined before the optical axis adjustment, and the beam expander BE can be adjusted or replaced. This makes it possible to improve the accuracy of optical axis adjustment using the beam expander BE.
  • timing of performing the quality determination of the beam expander BE is not particularly limited.
  • the quality determination of the beam expander BE can also be performed, for example, when starting up the system or while performing laser processing.
  • FIG. 16 is a block diagram showing an example of an illumination optical system according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows an example in which a laser beam shaping optical element SE is arranged between a beam expander BE and a half mirror M5.
  • the laser beam shaping optical element SE is an optical element for adjusting the state of the laser beam L1 from the beam expander BE. Specifically, the laser beam shaping optical element SE shapes the laser beam L1 from the beam expander BE in accordance with the content of laser processing in the laser processing apparatus 10.
  • the content of the laser processing includes, for example, grooving, scribing, cutting, or drilling by laser ablation, or the formation of a laser processing area that becomes a starting point for cutting (crack) of the workpiece W.
  • the laser beam shaping optical element SE includes, for example, a refractive optical element (ROE), a cylindrical lens, or a mask.
  • the ROE is a refractive optical element for shaping the beam shape of the laser beam L1 into a desired shape (for example, a circle, a ring shape, a line shape, a rectangle, a polygon, etc.).
  • the cylindrical lens is a lens that includes a cylindrical portion, and can shape the laser beam L1 into a linear beam shape, or expand or contract the laser beam L1 in only one direction on a plane perpendicular to its optical axis.
  • the mask is an optical element for shaping the beam shape of the laser light L1 by blocking a portion of the laser light L1.
  • the accuracy of the irradiation position when the laser beam L1 from the beam expander BE is irradiated onto the laser beam shaping optical element SE is improved. can be increased. Thereby, the shaping result of the laser beam L1 irradiated to the laser beam shaping optical element SE can be stabilized.
  • the laser beam shaping optical element SE is arranged between the beam expander BE and the half mirror M5, but the present invention is not limited thereto.
  • the laser beam shaping optical element SE may be placed between the half mirror M5 and the mirror M6, or may be placed at another location (downstream of the beam expander BE).
  • SYMBOLS 10 Laser processing device, 12... Stage, 20... Laser irradiation device, 21... Laser light source, 22... Illumination optical system, 23... Dichroic mirror, 24... Condenser lens, 25... Actuator, 30... AF device, 50... Control Section, 52...Adjustment mechanism, H1, H3...Holder, M1-M3, M6-M8...Mirror, M4-M5, M9...Half mirror, PSD1-PSD2...Position detection sensor, LH...Laser head, ATN...Attenuator, BE ...Beam expander, LZ1, LZ2...Relay lens, LSM...Laser microscope, SE...Optical element for laser beam shaping

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Abstract

レーザ光の状態の変化を正確に把握してレーザ加工の品質を維持することが可能なレーザ光の光軸調整方法及び装置を提供する。レーザ光の光軸調整方法は、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の光路上の少なくとも２か所の検出箇所に配置された位置検出センサにより、レーザ光の位置を検出し、検出したレーザ光の位置に基づいて、レーザ光の光路上の少なくとも２か所の光学素子の位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整してレーザ光の光軸調整を行う。

Description

レーザ光の光軸調整方法及び装置
　本発明はレーザ光の光軸調整方法及び装置に係り、特にレーザ加工装置においてレーザ光の光軸を調整する技術に関する。
　半導体ウェーハ等の被加工物に対してレーザ光を照射して加工溝を形成し、又は被加工物の内部に切断の起点となるレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置（レーザダイシング装置ともいう。）が知られている。レーザ加工が施された半導体ウェーハは、エキスパンド又はブレーキングといった割断プロセスによって分割予定ラインで割断されて個々のチップに分断される。
　レーザ加工装置においてレーザ光が調整完了時の状態から変化した場合、加工点におけるビームプロファイルが変化し、ビームプロファイルの変化の影響により被加工物の加工結果が変化する場合がある。特許文献１及び２には、このようなレーザ光の状態の変化を検出するための技術が開示されている。
　特許文献１には、集光レンズを通した後の加工点でレーザビームの位置を検出してレーザビームの光軸を調整する方法が開示されている。
　特許文献２には、励起光の一部を吸収することで蛍光を発するレーザ利得媒質において、レーザ光の反射スポットの位置を検出し、光学要素の角度又は位置を制御することによりレーザ光の光軸を調整するシステムが開示されている。
特開２０２０－１８９３２３号公報 特開２０１７－０２２３５１号公報
　特許文献１及び２に開示されている技術では、レーザ光が照射される加工点におけるビーム位置の検出を行うようになっているので、下記の通り、レーザ光の状態の変化を正確に把握することは困難であった。
　図１７に示すように、光学素子ＯＥ（例えば、集光レンズ等）を透過したレーザ光を１点の検出箇所ＯＰで検出する場合、検出箇所ＯＰを通る光軸は無数に存在する。これら無数の１点の検出箇所ＯＰを通る光軸は、光学素子ＯＥにおける入射位置及び入射角度が相互に異なっている。また、これらの光軸は、光学素子ＯＥの光軸に平行な線（図１７の実線。光学素子ＯＥが矩形の場合には垂線）に対して傾いている。
　したがって、特許文献１及び２のように加工点におけるビーム位置の検出を行うだけでは、光学素子に対するレーザ光の入射位置及び入射角度を正確に検出することはできない。また、特許文献１及び２に開示されている技術では、光学素子としてのミラーの反射角度が設計値からずれていることの検出を正確に行うことができない。
　また、特許文献１に開示されている技術は、レーザビームの光軸調整にかかる工数を抑制することを目的としたものである。また、特許文献２に開示されている技術は、レーザ光軸を調整するための参照用レーザの光源を省略することを目的としたものである。すなわち、特許文献１及び２に開示されている技術のいずれも、レーザ光の光軸ズレを監視してビームプロファイルを維持することについては何ら考慮されておらず、レーザ加工の品質を維持することは困難である。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、レーザ光の状態の変化を正確に把握してレーザ加工の品質を維持することが可能なレーザ光の光軸調整方法及び装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の光路上の少なくとも２か所の検出箇所に配置された位置検出センサにより、レーザ光の位置を検出するステップと、レーザ光の位置に基づいて、レーザ光の光路上の少なくとも２か所の光学素子の位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整してレーザ光の光軸調整を行うステップとを含む。
　本発明の第２の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１の態様において、検出箇所は、被加工物においてレーザ光が照射される加工点以外に設けられる。
　本発明の第３の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１又は第２の態様において、少なくとも２か所の検出箇所に配置された位置検出センサにより検出されたレーザ光の位置と予め設定された基準値との差が閾値以上の場合に、レーザ光の光軸調整を行う。
　本発明の第４の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、レーザ光の光路上に出没可能に配置されたビームエキスパンダにより光軸調整を行うステップを含む。
　本発明の第５の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第４の態様において、ビームエキスパンダの倍率を１倍に設定した状態におけるレーザ光の位置を、ビームエキスパンダをレーザ光の光路上から退避させた状態におけるレーザ光の位置に合わせて調整する。
　本発明の第６の態様に係るレーザ光の光軸調整装置は、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の光路上の少なくとも２か所の検出箇所に配置された位置検出センサと、位置検出センサにより検出したレーザ光の位置に基づいて、レーザ光の光路上の少なくとも２か所の光学素子の位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整してレーザ光の光軸調整を行う調整機構とを備える。
　本発明の第７の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ固定された一対のハーフミラーを透過した位置にそれぞれ配置された一対の位置検出センサにより、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の位置を検出するステップと、レーザ光の位置に基づいて、レーザ光の光路上のハーフミラーよりもレーザ光源側に配置された一対の可動ミラーの位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整してレーザ光の光軸調整を行うステップとを含む。
　本発明の第８の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第７の態様において、一対の位置検出センサは、被加工物においてレーザ光が照射される加工点以外に設けられる。
　本発明の第９の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第７又は第８の態様において、一対の位置検出センサにより検出されたレーザ光の位置と予め設定された基準値との差が閾値以上の場合に、レーザ光の光軸調整を行う。
　本発明の第１０の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第９の態様において、一対の可動ミラーのうちの１枚の可動ミラーの位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整して、一対の位置検出センサのうちの１つの位置検出センサにより検出したレーザ光の位置を基準値とすることを可動ミラーごとに繰り返して、各位置検出センサにより検出したレーザ光の位置をそれぞれ基準位置に収束させる。
　本発明の第１１の態様に係るレーザ光の光軸調整装置は、ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ固定された一対のハーフミラーを透過した位置にそれぞれ配置された一対の位置検出センサと、位置検出センサにより検出したレーザ光の位置に基づいて、レーザ光の光路上のハーフミラーよりもレーザ光源側に配置された一対の可動ミラーの位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整してレーザ光の光軸調整を行う調整機構とを備える。
　本発明の第１２の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ配置された位置検出センサにより、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の位置を検出するステップと、レーザ光の光路上にビームエキスパンダを配置した状態において位置検出センサにより検出したレーザ光の位置と、レーザ光の光路からビームエキスパンダを退避させた状態において位置検出センサにより検出したレーザ光の位置に基づいて、ビームエキスパンダを移動させてレーザ光の光軸調整を行うステップとを含む。
　本発明の第１３の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１２の態様において、光軸調整を行うステップでは、ビームエキスパンダの倍率を１倍に設定した状態におけるレーザ光の位置を、ビームエキスパンダをレーザ光の光路上から退避させた状態におけるレーザ光の位置に合わせて調整する。
　本発明の第１４の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１２又は第１３の態様において、光軸調整を行うステップでは、ビームエキスパンダの倍率を１倍以外に設定した状態におけるレーザ光の位置を、ビームエキスパンダをレーザ光の光路上から退避させた状態におけるレーザ光の位置に合わせて調整する。
　本発明の第１５の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１２から第１３の態様のいずれかにおいて、ビームエキスパンダの倍率を変化させた場合に、位置検出センサにより検出したレーザ光の位置の変化に基づいて、ビームエキスパンダの良否判定を行うステップを備える。
　本発明の第１６の態様に係るレーザ光の光軸調整方法は、第１５の態様において、良否判定を行うステップでは、ビームエキスパンダの倍率の変化に応じて、位置検出センサにより検出したレーザ光の位置の移動量が基準値以下か、又はレーザ光の位置が線形に変化した場合に、ビームエキスパンダの品質が良であると判定する。
　本発明の第１７の態様に係るレーザ光の光軸調整装置は、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の光路上に出没可能に配置されたビームエキスパンダと、ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ配置された位置検出センサと、レーザ光の光路上にビームエキスパンダを配置した状態において位置検出センサにより検出したレーザ光の位置と、レーザ光の光路からビームエキスパンダを退避させた状態において位置検出センサにより検出したレーザ光の位置に基づいて、ビームエキスパンダを移動させてレーザ光の光軸調整を行う調整機構とを備える。
　本発明の第１８の態様に係るビームエキスパンダの良否判定方法は、ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ配置された位置検出センサにより、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の位置を検出するステップと、レーザ光の光路上にビームエキスパンダを配置した状態において、ビームエキスパンダの倍率を変化させた場合に、位置検出センサにより検出したレーザ光の位置の変化に基づいて、ビームエキスパンダの良否判定を行うステップとを含む。
　本発明の第１９の態様に係るビームエキスパンダの良否判定方法は、第１８の態様において、良否判定を行うステップでは、ビームエキスパンダの倍率の変化に応じて、位置検出センサにより検出したレーザ光の位置の移動量が基準値以下か、又はレーザ光の位置が線形に変化した場合に、ビームエキスパンダの品質が良であると判定する。
　本発明によれば、２か所以上の検出箇所でレーザ光Ｌ１の光軸位置を検出することで、レーザ光Ｌ１の光軸を１つに限定することができる。これにより、レーザ光の状態の変化を正確に把握してレーザ加工の品質を維持することが可能となる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ光の光軸調整方法及び装置を説明するための図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。 図３は、照明光学系の例を示すブロック図である。 図４は、レーザ光の光軸の補正動作を実施するか否かの判断条件を説明するための図である。 図５は、レーザ光の光軸の補正方向を説明するための図である。 図６は、光軸調整の結果を示す図である。 図７は、ローリング方向の光軸調整の結果を示すグラフである。 図８は、光学素子への入射位置がずれたときの加工点におけるビームプロファイルへの影響を示すグラフである。 図９は、本発明の第１の実施形態に係る光軸補正方法を示すフローチャート（例１）である。 図１０は、本発明の第１の実施形態に係る光軸補正方法を示すフローチャート（例２）である。 図１１は、第２の実施形態に係る光軸調整方法を示すフローチャートである。 図１２は、第２の実施形態に係る光軸調整方法を示すフローチャートである。 図１３は、ビームエキスパンダの位置の調整前後におけるレーザ光の検出結果を示す図である。 図１４は、ビームエキスパンダの良否判定方法の第１の例を示すフローチャートである。 図１５は、ビームエキスパンダの良否判定方法の第２の例を示すフローチャートである。 図１６は、本発明の第４の実施形態に係る照明光学系の例を示すブロック図である。 図１７は、レーザ光の位置を１点の検出箇所で検出する例を示す図である。
　以下、添付図面に従って本発明に係るレーザ光の光軸調整方法及び装置の実施の形態について説明する。
　［第１の実施形態］
　（レーザ光の光軸調整方法及び装置の概要）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ光の光軸調整方法及び装置を説明するための図である。
　図１に示すように、本実施形態に係るシステムは、レーザ加工装置のレーザ光源から出力されたレーザ光（レーザビーム）を、加工点以外の少なくとも２か所の検出箇所で検出し、レーザ光の光軸の位置が正常であるか否かを判断するユニットを備える。図１に示す例では、光学素子ＯＥの下流側と上流側にそれぞれ設けられた２か所の検出箇所ＯＰ１及びＯＰ２においてレーザ光の光軸の位置を検出可能となっている。
　さらに、本実施形態に係るシステムは、レーザ光の光軸の位置に関する判断結果に応じて、光学素子ＯＥを保持する光学素子ホルダーの位置又は角度を調整する調整機構を備える。このような調整機構により調整可能な光学素子ホルダーは、例えば、レーザ光の光路上に少なくとも２か所に設けることができる。
　本実施形態に係るシステムによれば、２か所以上の検出箇所でレーザ光の検出を行うことにより、レーザ光の光軸を１本に限定することができる。これにより、レーザ光の光学素子ＯＥに対する入射位置及び入射角度を適切に調整することができ、例えば、ミラーの反射角度を適切に調整することができる。
　なお、図１に示す例では、検出箇所（ＯＰ１及びＯＰ２）は、加工点以外の２か所以上としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、２か所以上の検出箇所（ＯＰ１及びＯＰ２）の中に、被加工物上のレーザ光の照射位置である加工点が含まれていてもよい。
　（レーザ加工装置）
　以下、本実施形態に係るレーザ光の光軸調整方法及び装置について具体的に説明する。
　まず、レーザ加工装置の例について図２を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置を示すブロック図である。
　図２に示すように、レーザ加工装置１０は、被加工物Ｗ（例えば、半導体ウェーハ）を移動させるステージ１２と、被加工物Ｗにレーザ光を照射するレーザ照射装置２０と、レーザ加工装置１０の各部を制御する制御部５０とを備える。
　以下では、ステージ１２がＸＹ方向に平行でＺ方向に垂直な３次元直交座標系を用いて説明する。
　ステージ１２は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、被加工物Ｗを吸着保持する。被加工物Ｗは、デバイスが形成された表面に粘着材を有するバックグラインドテープ（以下、ＢＧテープ）が貼付され、裏面が図中上向きになるようにステージ１２に載置される。以下、被加工物Ｗの集光レンズ２４側の面をレーザ光照射面という。
　なお、レーザ光照射面は、被加工物Ｗの集光レンズ２４側の面とは反対側の面（裏面）でもよい。被加工物Ｗは、一方の面に粘着材を有するダイシングシートを貼付し、このダイシングシートを介してフレームと一体化された状態でステージ１２に載置されるようにしてもよい。
　レーザ照射装置２０は、被加工物Ｗに対向する位置に配置されており、被加工物Ｗ（例えば、被加工物Ｗの内部等）にレーザ加工領域を形成するための加工用レーザ光Ｌ１を被加工物Ｗに対して照射する。
　制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、ストレージデバイス、入出力回路部等からなり、レーザ加工装置１０の各部の動作や加工に必要なデータの記憶等を行う。
　レーザ加工装置１０はこの他に、図示しないウェーハ搬送手段、操作盤、モニタ及び表示灯等から構成されている。
　操作盤には、レーザ加工装置１０の各部の動作を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しないＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラで撮像したウェーハ画像の表示、又はプログラム内容や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザ加工装置１０の加工中、加工終了又は非常停止等の稼働状況を表示する。
　次に、レーザ照射装置２０の詳細構成について説明する。図２に示すように、レーザ照射装置２０は、レーザ光源２１と、照明光学系２２と、ダイクロイックミラー２３と、集光レンズ２４と、アクチュエータ２５と、ＡＦ装置３０とを備える。
　レーザ光源２１は、被加工物Ｗの内部にレーザ加工領域を形成するための加工用レーザ光（以下、レーザ光ともいう。）Ｌ１を出射する。例えば、レーザ光源２１は、パルス幅が１μｓ以下であって、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上となるレーザ光を出射する。
　加工用レーザ光Ｌ１の第１光路上には、レーザ光源２１側から順に、照明光学系２２、ダイクロイックミラー２３及び集光レンズ２４が配置される。ダイクロイックミラー２３は、加工用レーザ光Ｌ１を透過し、かつＡＦ装置３０から出射されるＡＦ用レーザ光Ｌ２を反射する。なお、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の第２光路は、ダイクロイックミラー２３により加工用レーザ光Ｌ１の第１光路と一部光路を共有するように屈曲され、その共有光路上に集光レンズ２４が配置される。
　レーザ光源２１から出射された加工用レーザ光Ｌ１は、照明光学系２２及びダイクロイックミラー２３を通過した後、集光レンズ２４により被加工物Ｗに集光される。加工用レーザ光Ｌ１の集光点のＺ方向位置（ウェーハ厚み方向位置）は、アクチュエータ２５によって集光レンズ２４をＺ方向に微小移動させることにより調節される。
　ＡＦ装置３０は、被加工物Ｗに照射されたＡＦ用レーザ光Ｌ２の反射光を受光することで、集光レンズ２４と被加工物Ｗのレーザ光照射面との距離に関する情報（距離情報）を制御部５０に出力する。
　アクチュエータ２５は、集光レンズ２４と被加工物Ｗのレーザ光照射面との距離を所定の関係に保つ（距離が一定となる）ように、制御部５０によって駆動が制御される。
　（照明光学系）
　次に、照明光学系２２の例について図３を参照して説明する。図３は、照明光学系の例を示すブロック図である。
　図３は、レーザ光源２１のレーザヘッドＬＨから被加工物Ｗまでのレーザ光Ｌ１の光路を示したものである。なお、図３では、ダイクロイックミラー２３は省略している。
　レーザヘッドＬＨは、レーザ光源２１のレーザ発振器から出力されたレーザ光Ｌ１を集光する集光レンズを含んでおり、集光したレーザ光Ｌ１を被加工物Ｗに対して出力する。レーザ光Ｌ１は、ミラーＭ１からＭ３及びハーフミラーＭ４で順次反射されて、アッテネータＡＴＮに向けて出射される。
　ビームシャッタＢＳは、制御部５０の制御に応じて、レーザ光Ｌ１の下流側（ミラーＭ４側）への出射を制御する。
　ミラーＭ１及びＭ３（一対の可動ミラーの一例）は、それぞれホルダーＨ１及びＨ３に保持されており、ホルダーＨ１及びＨ３は、例えば、ジンバル式のマウントに取り付けられている。ミラーＭ１及びＭ３は、制御部５０の制御に応じて、ホルダーＨ１及びＨ３をそれぞれの回転軸周りに回転させることにより、レーザ光Ｌ１の入射位置及び入射角度を調整するための調整機構５２（例えば、アクチュエータ等）を含むステアリングミラーである。
　レーザ光Ｌ１は、アッテネータＡＴＮにより適切なレベル（振幅）に減衰された後、ビームエキスパンダＢＥによりビーム径が拡大され、かつ、コリメート光（平行光）に成形される。その後、レーザ光Ｌ１は、順次ハーフミラーＭ５及びミラーＭ６、リレーレンズＬＺ１、ミラーＭ７、リレーレンズＬＺ２、ミラーＭ８及びハーフミラーＭ９等の光学素子を介して、集光レンズ２４により被加工物Ｗに集光される。
　図３に示すように、ハーフミラーＭ４及びＭ５（一対のハーフミラー（固定ミラー）の一例）の下流側には、それぞれ位置検出センサ（Position Sensitive Detector）ＰＳＤ１及びＰＳＤ２（一対の位置検出センサの一例）が配置されている。
　位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２は、例えば、フォトダイオードを含んでおり、このフォトダイオードの表面抵抗を利用してレーザ光Ｌ１の入射位置を検出するセンサである。位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２は、それぞれハーフミラーＭ４及びＭ５を透過したレーザ光Ｌ１の入射位置を検出する。図３に示す例では、レーザ光Ｌ１の場所ごとの入射位置を符号Ａ１及びＡ２により示している。
　本発明に係るレーザ光の光軸調整装置は、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２と、ミラーＭ１及びＭ３の調整機構５２とを含んでいる。
　なお、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２としては、例えば、撮像素子を用いてレーザ光Ｌ１の入射位置を検出するセンサを用いることも可能である。
　レーザ顕微鏡（Laser Scanning Microscope）ＬＳＭは、被加工物Ｗのレーザ光照射面におけるレーザ光Ｌ１の照射位置を検出する。レーザ顕微鏡ＬＳＭは、例えば、ハーフミラーＭ９を介して、レーザ加工時に常時レーザ光Ｌ１の照射位置を検出することにより、レーザ加工の状態を監視することが可能となっている。
　なお、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２の個数及び配置は、図３に限定されるものではない。また、ステアリングミラーの個数及び配置についても、図３に限定されるものではなく、ミラーＭ１及びＭ３以外のミラーをステアリングミラーとすることも可能である。
　また、本実施形態では、少なくとも２か所のミラーＭ１及びＭ３を調整することにより光軸調整を行うようにしているが、ミラー以外の光学素子（例えば、レンズ、プリズム等）の位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整することにより光軸調整を行ってもよい。
　（光軸補正の例）
　以下、２個の位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の光軸補正を行う手順について説明する。
　本実施形態では、２個の位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いて、レーザ光Ｌ１の照射位置Ａ１及びＡ２を検出し、照射位置Ａ１及びＡ２が許容範囲を逸脱したか否かによってミラーＭ１及びＭ３をそれぞれ保持するホルダーＨ１及びＨ３を駆動して光軸の補正を行う。
　図４は、レーザ光の光軸の補正動作を実施するか否かの判断条件を説明するための図であり、図５は、レーザ光の光軸の補正方向を説明するための図である。
　本実施形態では、まず、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いて、レーザ照射装置２０のレーザ光の調整完了時点におけるレーザ光Ｌ１の照射位置を検出し、検出したレーザ光Ｌ１の照射位置を基準位置（基準値）とする。さらに、光軸ずれの判断のための閾値を設定する。図４に示す例では、基準値が（ｘ０，ｙ０）、閾値がｒｔｈである。
　レーザ照射装置２０の使用中（例えば、レーザ加工の前後、レーザ加工中）には、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いて、レーザ光Ｌ１の照射位置を検出する。そして、レーザ光Ｌ１の照射位置（現在値）と基準値との差ｒが閾値ｒｔｈを超えた場合に、ステアリングミラーＭ１及びＭ３を駆動して、レーザ光Ｌ１の光軸調整を行う。レーザ光Ｌ１の現在値と基準値との差ｒは、下記の数１により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図４に示す例では、基準値（ｘ０，ｙ０）を中心とする半径ｒｔｈの円Ｃｔｈが示されている。位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いて検出したレーザ光Ｌ１の現在値がいずれも円Ｃｔｈの中にある場合（現在値１（ｘ１，ｙ１）、ｒ１＜ｒｔｈの場合）、光軸調整は実行されない。
　一方、位置検出センサＰＳＤ１又はＰＳＤ２を用いて検出したレーザ光Ｌ１の現在値がレーザ光Ｌ１の現在値が円Ｃｔｈの外にある場合（現在値２（ｘ２，ｙ２）、ｒ２＞ｒｔｈの場合）、光軸調整が実行される。
　ここで、光軸調整量（ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ）は、現在値と基準値の差分により求めることができる。具体的には、（ｘｏｆｆ，ｙｏｆｆ）＝｛（ｘ－ｘ０），（ｙ－ｙ０）｝である。
　また、光軸の調整方向（移動方向）は、下記の通りである（図５参照）。
・ｘｏｆｆ＜０の場合、光軸の移動方向はｘの正（＋）方向
・ｘｏｆｆ＞０の場合、光軸の移動方向はｘの負（－）方向
・ｙｏｆｆ＜０の場合、光軸の移動方向はｙの正（＋）方向
・ｙｏｆｆ＞０の場合、光軸の移動方向はｙの負（－）方向
　光軸調整が終了すると、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いて、レーザ光Ｌ１の照射位置を再検出し、光軸調整の結果を確認するようにしてもよい。また、不図示のパワーメータにより、集光レンズ２４の上流側、又は被加工物Ｗの加工点におけるレーザ出力（例えば、減衰量）を確認し、その結果に基づいて光軸調整の結果を確認するようにしてもよい。
　図６は、光軸調整の結果を示す図である。図６には、基準位置（中央の画像、（ローリング方向，ピッチング方向）＝（０，０））を基準として、ミラーＭ１をローリング方向及びピッチング方向に１００パルスずつ移動させた場合の、位置検出センサＰＳＤ１によるレーザ光Ｌ１の検出結果が十字状に並べて示されている。ここで、ローリング方向とは、レーザ光Ｌ１の進行方向（光軸方向）の軸回り方向であり、ピッチング方向は、進行方向に対して垂直に交わる軸回り方向である。図６では、ミラーＭ１及びＭ３（ステアリングミラー）の移動量の単位をパルスで表している。なお、１パルスの移動量は略１μｍとする。
　図６の中央の画像（（ローリング方向，ピッチング方向）＝（０，０））は、ミラーＭ１及びＭ３がともに基準位置にある場合の、位置検出センサＰＳＤ１によるレーザ光Ｌ１の検出結果である。図６の中央の画像では、レーザ光Ｌ１から十字状に伸びる光芒が上下左右方向に略均等となっている。なお、レーザ光Ｌ１から伸びる光芒の形状及び本数は、照明光学系２２に含まれる光学素子の構成によって異なり得る。
　基準位置に対してローリング方向にミラーＭ１を移動させた場合、図６に一部拡大して示すように、正（＋）側に移動するほど、十字状の光芒が図中右側に偏り、負（－）側に移動するほど、十字状の光芒が図中左側に偏っている。
　本実施形態では、制御部５０は、基準位置からのずれを検出した場合、まず、ミラーＭ１を駆動して、位置検出センサＰＳＤ１によるレーザ光Ｌ１の検出結果が基準位置になるように駆動する。次に、ミラーＭ３を駆動して、位置検出センサＰＳＤ２によるレーザ光Ｌ１の検出結果が基準位置になるように駆動する。以降、ミラーＭ１及びＭ３の駆動を順次繰り返すことにより、レーザ光Ｌ１の位置を基準位置に収束させる。
　図７は、ローリング方向の光軸調整の結果を示すグラフである。図７の（ａ）は、ローリング方向にミラーＭ１を＋５００パルス移動させた場合の光軸調整結果を示しており、図７の（ｂ）は、ローリング方向にミラーＭ１を＋３００パルス移動させた場合の光軸調整結果を示している。各グラフは、ミラーＭ１及びＭ３の駆動を繰り返した場合のミラーＭ１及びＭ３の基準位置からのずれ量（μｍ）の経時変化を示している。
　図７に示すように、ミラーＭ１の移動量が＋５００パルス及び＋３００パルスのいずれの場合も、ミラーＭ１及びＭ３の駆動の繰り返しに伴い、基準位置からのずれ量が収束していることがわかる。したがって、基準位置からの移動量（すなわち、想定されるミラー（Ｍ１又はＭ３）の位置変動量（ずれ量）とマージンの和）が５００μｍ程度の場合に、光軸調整による補正動作が可能であることがわかる。なお、ピッチング方向及びヨーイング方向についても同様に補正することができる。
　図８は、光学素子への入射位置がずれたときの加工点におけるビームプロファイルへの影響を示すグラフである。図８では、基準位置からのずれ量が０～５００μｍの場合の加工点におけるビームプロファイルを示している。図８の横軸はレーザ顕微鏡ＬＳＭの撮像素子の画素（ピクセル）を示しており、縦軸はレーザ光Ｌ１の強度を示している。
　図８に示す例では、基準位置からのずれ量の変化に伴い、加工点におけるビームプロファイルのグラフの形状が変動していることがわかる。
　本実施形態によれば、レーザ光Ｌ１の光路上の少なくとも２か所においてレーザ光Ｌ１の位置を検出し、ミラーＭ１及びＭ３を駆動して基準位置からのずれ量を小さくする（なくす）ことにより、図８に示すようなビームプロファイルの変動を抑制することができる。
　（光軸補正方法（例１））
　次に、本実施形態に係る光軸補正方法について説明する。
　図９は、本発明の第１の実施形態に係る光軸補正方法を示すフローチャート（例１）である。図９は、例えば、レーザ加工装置１０のシステムの立ち上げ時又は手動で光軸調整を行う例を示している。
　まず、レーザ加工装置１０が起動されて（ステップＳ１０）、初期化されると（ステップＳ１２）、レーザアイドリング状態となる（ステップＳ１４）。ここで、レーザアイドリング状態とは、被加工物Ｗの加工点に向けてレーザ光Ｌ１を出力している状態である。
　次に、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の照射位置を検出し（ステップＳ１６）、ミラーＭ１及びＭ３（ステアリングミラー）の向きを補正する（ステップＳ１８）。そして、図４に示すように、レーザ光Ｌ１の照射位置（現在値）が基準値と一致するか、又は基準値との差ｒが閾値ｒｔｈ以下になるまで、ミラーＭ１及びＭ３の向きの補正を繰り返す。
　なお、システムの立ち上げ時の光軸調整時（ステップＳ１６）における閾値は、図４の光軸調整の要否判断時の閾値ｒｔｈよりも小さい値としてもよい。
　次に、ミラーＭ１及びＭ３の向きの補正が終了すると（ステップＳ１４からＳ１８）、パワーメータにより、集光レンズ２４の上流側、又は被加工物Ｗの加工点におけるレーザ出力の確認（ステップＳ２０）と、レーザ顕微鏡ＬＳＭによるレーザ光Ｌ１の照射位置（加工点）の位置の確認（ステップＳ２２）が行われた後に、レーザ加工が行われる（ステップＳ２４）。
　（光軸補正方法（例２））
　図１０は、本発明の第１の実施形態に係る光軸補正方法を示すフローチャート（例２）である。図１０は、レーザ加工装置１０によりレーザ加工の実行中に光軸調整を行う例を示している。
　まず、レーザ加工を行う場合、加工動作に先立って、加工位置確認動作を行う。加工位置確認を行う場合（ステップＳ３０）、図４に示すように、レーザ光Ｌ１の照射位置（現在値）と基準値との差ｒが閾値ｒｔｈ以下の場合にＯＫ、閾値ｒｔｈを超える場合にＮＧとなる。そして、ステップＳ３０でＯＫの場合、光軸調整を実行せずに加工動作に移行する。一方、ステップＳ３０でＮＧの場合、光軸調整を実行する（ステップＳ５２からＳ５６）。
　光軸調整では、まず、レーザアイドリング状態として（ステップＳ５２）、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の照射位置を検出し（ステップＳ５４）、ミラーＭ１及びＭ３（ステアリングミラー）の向きを補正する（ステップＳ５６）。そして、レーザ光Ｌ１の照射位置（現在値）が基準値になるか、又は基準値との差ｒが閾値ｒｔｈ以下になるまで、ミラーＭ１及びＭ３の向きの補正を繰り返す。なお、ステップＳ５４における光軸調整時の閾値は、ステップＳ３０及び後述のステップＳ５０における光軸調整の要否判断時の閾値ｒｔｈよりも小さい値としてもよい。
　次に、ミラーＭ１及びＭ３の向きの補正が終了すると（ステップＳ５２からＳ５６）、加工動作に移行する。なお、加工動作の前に、パワーチェック及びレーザ光Ｌ１の照射位置（加工点）の位置のチェックを行ってもよい。
　次に、加工動作の開始前における光軸調整について説明する。この場合、直前の加工動作実行中における、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２によるレーザ光Ｌ１の照射位置を取得し（ステップＳ５０）、ステップＳ３０と同様に、光軸調整の要否判断を行う。そして、ステップＳ５０でＯＫの場合には、光軸調整を実行せずに加工動作に移行する。一方、ステップＳ５０でＮＧの場合、光軸調整を実行する（ステップＳ５２からＳ５６）。
　次に、加工動作の終了後、例えば、所定本数の分割予定ラインの加工動作が終わって、次の分割予定ラインの加工動作が開始する前の動作について説明する。加工動作の終了後には、まず、レーザ加工により形成されたカーフのチェック（ステップＳ７０）と、レーザ顕微鏡ＬＳＭによるレーザ光Ｌ１の照射位置のチェック（ステップＳ７２）が行われる。
　ステップＳ７０及びステップＳ７２がいずれもＯＫの場合には、次の加工動作に移行し、いずれもＮＧの場合には、直前の加工動作実行中における、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２によるレーザ光Ｌ１の照射位置を取得し（ステップＳ７４）、ステップＳ５０と同様に、光軸調整の要否判断を行う。なお、ステップＳ７０及びステップＳ７２は、いずれか一方のみ行うようにしてもよい。
　次に、ステップＳ７４でＮＧの場合、光軸調整を実行する（ステップＳ５２からＳ５６）。一方、ステップＳ７４でＯＫの場合には、カーフチェックエラー及びレーザ顕微鏡ＬＳＭの検出位置のエラーについて、光軸調整以外の対応を要するため、光軸調整を実行せずに、エラーメッセージを出力して加工動作を停止させる（ステップＳ７６）。
　本実施形態によれば、２か所以上の検出箇所でレーザ光Ｌ１の光軸位置を検出することで、レーザ光Ｌ１の光軸を１つに限定することができる。これにより、例えば、レーザ光Ｌ１が光学素子に垂直に入射するようにしたり、又はミラーにおける反射角度を４５°に限定したりすることができる。また、本実施形態によれば、例えば、光学素子とレーザビームの位置関係の変動を５０μｍ以下に抑制することができ、レーザ加工の品質の維持をエンジニアが介在することなく自動で行うことが可能となる。
　また、外部環境の温度等の変化によりレーザヘッドＬＨのポインティングスタビリティが悪化して、レーザ光Ｌ１の照射位置がずれることも考えられる。ビームエキスパンダＢＥに入射するレーザ光Ｌ１の照射位置が変化した場合であっても、本実施形態に係る光軸調整を行うことにより、レーザ光Ｌ１の照射位置のずれをなくすことができる。
　［第２の実施形態］
　上記の実施形態では、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いて検出したレーザ光Ｌ１の位置に応じて光軸調整を行ったが、ビームエキスパンダＢＥのずれも加工点におけるビームプロファイルに影響を与え、レーザ加工の品質に影響を与え得る。このため、上記の実施形態に加えて又は上記の実施形態に代えて、ビームエキスパンダＢＥについても光軸調整を行うことも考えられる。
　本実施形態では、ビームエキスパンダＢＥが、レーザ光Ｌ１の光路上に出没可能となっている。ビームエキスパンダＢＥの出没動作は、手動で行うようにしてもよいし、制御部５０により制御可能なアクチュエータにより自動で行うようにしてもよい。
　図１１及び図１２は、第２の実施形態に係る光軸調整方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
　まず、レーザ加工の開始前における光軸調整（事前調整）について、図１１を参照して説明する。
　事前調整を行う場合、まず、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態で、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の位置を検出する（ステップＳ１００）。
　次に、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させ、ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍に設定する。そして、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置を、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と一致させることにより光軸調整を行う（ステップＳ１０２）。
　なお、ステップＳ１０２では、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置を、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と完全に一致させなくてもよい。例えば、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置との差が所定の閾値以下となるようにしてもよい。
　次に、レーザ加工の開始後（実行中）における光軸調整について、図１２を参照して説明する。
　まず、ビームエキスパンダＢＥの倍率をレーザ加工に必要な倍率に設定し（ステップＳ１１０）、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の位置を検出して記録しておく（ステップＳ１１２）。
　次に、レーザ加工中には、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の位置の検出を実行する（ステップＳ１１４）。ステップＳ１１４では、図４と同様に、レーザ光Ｌ１の照射位置（現在値）と基準値との差ｒが閾値ｒｔｈ以下の場合にＯＫ、閾値ｒｔｈを超える場合にＮＧとする。そして、ステップＳ１１４でＯＫの場合、光軸調整を実行せずに加工動作を続行する。一方、ステップＳ１１４でＮＧの場合、光軸調整を実行する（ステップＳ１１６）。
　ステップＳ１１６では、ステップＳ１０２と同様に、ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍に設定して、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置を、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と一致させることにより光軸調整を行う。
　次に、光軸調整（ステップＳ１１６）が終了すると、ビームエキスパンダＢＥの倍率をレーザ加工に必要な倍率に設定し（ステップＳ１１０）、位置検出センサＰＳＤ１及びＰＳＤ２を用いてレーザ光Ｌ１の位置を検出して記録した後、レーザ加工を続行する。そして、レーザ加工が終了すると（ステップＳ１１８）、装置を停止させる。
　なお、本実施形態においても、図１０の例と同様に、ステップＳ１１８の後に、カーフチェックエラー及びレーザ顕微鏡ＬＳＭの検出位置のチェックを行うようにしてもよい。
　図１３は、ビームエキスパンダの位置の調整前後におけるレーザ光Ｌ１の検出結果を示す図である。図１３では、色が薄いほど、レーザ光Ｌ１の強度が高いものとする。
　ビームエキスパンダＢＥが２００μｍずれた場合、図１３（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルが偏っている。これに対して、ビームエキスパンダＢＥの位置を調整方向に移動させてレーザ光Ｌ１が基準位置に調整されると、図１３（ａ）に示すように、ビームプロファイルがローリング方向及びピッチング方向に均等に分布する略円形状となる。
　本実施形態によれば、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルの品質維持をすることができるので、レーザ加工の品質の維持をエンジニアが介在することなく自動で行うことが可能となる。
　［変形例］
　本実施形態では、光軸調整の際にビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍に設定したが（ステップＳ１０２及びＳ１１６）、本発明はこれに限定されない。光軸調整の際にビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍以外の倍率に設定してもよい。また、ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍に設定して行う光軸調整と、ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍以外の倍率に設定して行う光軸調整とを両方行ってもよい。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍に設定した場合、ビームエキスパンダＢＥは、透明な平板と光学的に等価なものと考えることができる。この場合、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置との差（ずれ量）は、レーザ光Ｌ１の光軸に対するビームエキスパンダＢＥの傾き（チルト）に起因するものとして評価することができる。
　第２の実施形態では、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置を、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と一致させて、このずれ量を略ゼロにする（ステップＳ１０２及びＳ１１６参照）。これにより、レーザ光Ｌ１の光軸に対するビームエキスパンダＢＥのチルトを調整することができ、レーザ光Ｌ１の光軸に対してビームエキスパンダＢＥの光軸を平行にすることができる。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍以外の倍率に設定した場合、レーザ光Ｌ１のビーム径は設定倍率に応じて拡大される。この場合、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置との差（ずれ量）は、平行ずれに起因するものとして評価することができる。ここで、平行ずれは、レーザ光Ｌ１の光軸に対するビームエキスパンダＢＥの光軸のずれであり、レーザ光Ｌ１の光軸に垂直な平面上における入射位置のずれとしてあらわれる。
　この場合も、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路上に移動させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置を、ビームエキスパンダＢＥをレーザ光Ｌ１の光路から退避させた状態におけるレーザ光Ｌ１の位置と一致させて、このずれ量を略ゼロにする（ステップＳ１０２及びＳ１１６参照）。これにより、レーザ光Ｌ１の光軸に対するビームエキスパンダＢＥの平行ずれを調整することができる。
　上記のように、ビームエキスパンダＢＥの挿入時の倍率を変更することにより、ビームエキスパンダＢＥのチルト及び平行ずれの調整を行うことができる。
　なお、ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍に設定した場合には、レーザ光Ｌ１の光軸に対してビームエキスパンダＢＥを回転させることで、光軸調整を行うことができる。一方、ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍以外の倍率に設定した場合には、ビームエキスパンダＢＥの調整軸は平行方向に限定される。すなわち、レーザ光Ｌ１の光軸に対してビームエキスパンダＢＥの傾きを保ったまま移動させることで、光軸調整を行うことができる。すなわち、ビームエキスパンダＢＥの倍率が１倍であるか、１倍以外であるかに応じて、光軸調整のための調整軸を限定することができる。
　［第３の実施形態］
　上記の各実施形態では、ビームエキスパンダＢＥが正常である場合について説明したが、ビームエキスパンダＢＥに異常がある場合も考えられる。ここで、ビームエキスパンダＢＥの異常は、例えば、ビームエキスパンダＢＥに含まれるレンズが互いに同軸になっていない場合、各レンズの傾きが異なっている場合等を含む。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率を１倍、１．２倍、１．４倍、１．６倍、…、４倍、…と順次変更して、倍率ごとにレーザ光Ｌ１の照射位置の座標をプロットした場合について考える。ビームエキスパンダＢＥが正常であり、かつ、光軸調整が適切に行われている場合、レーザ光Ｌ１の照射位置の座標は動かない。一方、ビームエキスパンダＢＥは正常であるが、チルト又は平行ずれ（入射位置ズレ）もしくはチルト及び平行ずれの両方がある場合は（光軸調整がされていない場合等）、レーザ光Ｌ１の照射位置の座標は線形に座標が移動する。
　これに対して、ビームエキスパンダＢＥが異常である場合には、レーザ光Ｌ１の照射位置の座標は、ビームエキスパンダＢＥが正常である場合とは異なる動き（例えば、非線形の動き等）をする。
　本実施形態では、上記の性質を利用してビームエキスパンダＢＥの品質の良否判定を行う。なお、ビームエキスパンダＢＥの品質の良否判定は、上記の光軸調整の実施又は未実施に関わらず行うことが可能である。
　図１４は、ビームエキスパンダの良否判定方法の第１の例を示すフローチャートである。図１４は、ビームエキスパンダＢＥの光軸調整が実施済みの場合の良否判定方法を示している。
　まず、レーザ加工装置１０が起動されて、初期化されると、レーザアイドリング状態となる（ステップＳ２００）。そして、ビームエキスパンダＢＥの倍率を変更して、各倍率におけるレーザ光Ｌ１の照射位置を検出して記録する（ステップＳ２０２）。
　次に、ビームエキスパンダＢＥの倍率の変更に伴うレーザ光Ｌ１の照射位置の移動量が基準値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、ステップＳ２０４における基準値は、例えば、ゼロに近い正の値である。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率の変更に伴うレーザ光Ｌ１の照射位置の移動量が基準値以下の場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、ビームエキスパンダＢＥの品質が良と判定する（ステップＳ２０６）。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率の変更に伴うレーザ光Ｌ１の照射位置の移動量が基準値を越える場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、ビームエキスパンダＢＥの品質が不良と判定する（ステップＳ２０８）。
　図１５は、ビームエキスパンダの良否判定方法の第２の例を示すフローチャートである。図１５は、ビームエキスパンダＢＥの光軸調整が未実施の場合の良否判定方法を示している。
　まず、レーザ加工装置１０が起動されて、初期化されると、レーザアイドリング状態となる（ステップＳ２２０）。そして、ビームエキスパンダＢＥの倍率を変更して、各倍率におけるレーザ光Ｌ１の照射位置を検出して記録する（ステップＳ２２２）。
　次に、ビームエキスパンダＢＥの倍率の変更に伴うレーザ光Ｌ１の照射位置が線形に移動するか否かを判定する（ステップＳ２２４）。ステップＳ２２４では、例えば、倍率ごとのレーザ光Ｌ１の照射位置をプロットしたときの相関係数が１に近いか否か等に応じて、レーザ光Ｌ１の照射位置が線形に移動するかどうかを評価することができる。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率の変更に伴うレーザ光Ｌ１の照射位置が線形に移動すると判定した場合（ステップＳ２２４のＹｅｓ）、ビームエキスパンダＢＥの品質が良と判定する（ステップＳ２２６）。
　ビームエキスパンダＢＥの倍率の変更に伴うレーザ光Ｌ１の照射位置が線形に移動していないと判定した場合（ステップＳ２２４のＮｏ）、ビームエキスパンダＢＥの品質が不良と判定する（ステップＳ２２６）。
　本実施形態では、ビームエキスパンダＢＥの品質の良否判定を、例えば、光軸調整の前後に行うことができる。例えば、ビームエキスパンダＢＥの品質の良否判定を光軸調整の前に行い、ビームエキスパンダＢＥの調整又は交換を行うことができる。これにより、ビームエキスパンダＢＥを用いた光軸調整の精度を上げることができる。
　なお、ビームエキスパンダＢＥの良否判定の実施タイミングは、特に限定されない。ビームエキスパンダＢＥの良否判定は、例えば、システムの立ち上げ時、レーザ加工の実行中等に行うことも可能である。
　［第４の実施形態］
　図１６は、本発明の第４の実施形態に係る照明光学系の例を示すブロック図である。図１６は、ビームエキスパンダＢＥとハーフミラーＭ５との間にレーザ光整形用光学素子ＳＥを配置した例を示している。
　レーザ光整形用光学素子ＳＥは、ビームエキスパンダＢＥからのレーザ光Ｌ１の状態を調整するための光学素子である。具体的には、レーザ光整形用光学素子ＳＥは、レーザ加工装置１０におけるレーザ加工の内容に応じて、ビームエキスパンダＢＥからのレーザ光Ｌ１の整形を行う。ここで、レーザ加工の内容は、例えば、レーザアブレーションによるグルービング、スクライビング、切断又は穴あけ加工、又は被加工物Ｗの切断（亀裂）の起点となるレーザ加工領域の形成等を含んでいる。
　レーザ光整形用光学素子ＳＥは、例えば、屈折型光学素子（Refractive Optical Element：ＲＯＥ）、シリンドリカルレンズ又はマスクを含んでいる。ＲＯＥは、レーザ光Ｌ１のビーム形状を所望の形状（例えば、円形、リング形状、ライン形状、矩形、多角形等）に整形するための屈折型の光学素子である。シリンドリカルレンズは、円筒形状の部分を含むレンズであり、レーザ光Ｌ１をライン上のビーム形状に整形したり、レーザ光Ｌ１をその光軸に垂直な平面上の一方向のみに拡大又は縮小したりするための光学素子である。マスクは、レーザ光Ｌ１の一部を遮光することにより、レーザ光Ｌ１のビーム形状を整形するための光学素子である。
　本実施形態では、上記の各実施形態に係る光軸調整方法を適用することにより、ビームエキスパンダＢＥからのレーザ光Ｌ１がレーザ光整形用光学素子ＳＥに照射されるときの照射位置の精度を高めることができる。これにより、レーザ光整形用光学素子ＳＥに照射されたレーザ光Ｌ１の整形結果を安定させることができる。
　なお、図１６に示す例では、ビームエキスパンダＢＥとハーフミラーＭ５との間にレーザ光整形用光学素子ＳＥを配置したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ハーフミラーＭ５とミラーＭ６の間にレーザ光整形用光学素子ＳＥを配置してもよいし、それ以外の箇所（ビームエキスパンダＢＥよりも下流の位置）に配置してもよい。
　１０…レーザ加工装置、１２…ステージ、２０…レーザ照射装置、２１…レーザ光源、２２…照明光学系、２３…ダイクロイックミラー、２４…集光レンズ、２５…アクチュエータ、３０…ＡＦ装置、５０…制御部、５２…調整機構、Ｈ１、Ｈ３…ホルダー、Ｍ１～Ｍ３、Ｍ６～Ｍ８…ミラー、Ｍ４～Ｍ５、Ｍ９…ハーフミラー、ＰＳＤ１～ＰＳＤ２…位置検出センサ、ＬＨ…レーザヘッド、ＡＴＮ…アッテネータ、ＢＥ…ビームエキスパンダ、ＬＺ１、ＬＺ２…リレーレンズ、ＬＳＭ…レーザ顕微鏡、ＳＥ…レーザ光整形用光学素子

Claims (11)

  1. 　ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ固定された一対のハーフミラーを透過した位置にそれぞれ配置された一対の位置検出センサにより、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の位置を検出するステップと、
    　前記レーザ光の位置に基づいて、前記レーザ光の光路上の前記ハーフミラーよりもレーザ光源側に配置された一対の可動ミラーの位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整して前記レーザ光の光軸調整を行うステップと、
    　を含むレーザ光の光軸調整方法。
  2. 　前記一対の位置検出センサは、前記被加工物において前記レーザ光が照射される加工点以外に設けられる、請求項１に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  3. 　前記一対の位置検出センサにより検出された前記レーザ光の位置と予め設定された基準値との差が閾値以上の場合に、前記レーザ光の光軸調整を行う、請求項１又は２に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  4. 　前記一対の可動ミラーのうちの１枚の可動ミラーの位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整して、前記一対の位置検出センサのうちの１つの位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置を基準値とすることを前記可動ミラーごとに繰り返して、各位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置をそれぞれ基準位置に収束させる、請求項３に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  5. 　ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ固定された一対のハーフミラーを透過した位置にそれぞれ配置された一対の位置検出センサと、
    　前記位置検出センサにより検出したレーザ光の位置に基づいて、前記レーザ光の光路上の前記ハーフミラーよりもレーザ光源側に配置された一対の可動ミラーの位置及び角度のうちの少なくとも一方を調整して前記レーザ光の光軸調整を行う調整機構と、
    　を備えるレーザ光の光軸調整装置。
  6. 　ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ配置された位置検出センサにより、レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の位置を検出するステップと、
    　前記レーザ光の光路上に前記ビームエキスパンダを配置した状態において前記位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置と、前記レーザ光の光路から前記ビームエキスパンダを退避させた状態において前記位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置に基づいて、前記ビームエキスパンダを移動させて前記レーザ光の光軸調整を行うステップと、
    　を含むレーザ光の光軸調整方法。
  7. 　前記光軸調整を行うステップでは、前記ビームエキスパンダの倍率を１倍に設定した状態における前記レーザ光の位置を、前記ビームエキスパンダを前記レーザ光の光路上から退避させた状態における前記レーザ光の位置に合わせて調整する、請求項６に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  8. 　前記光軸調整を行うステップでは、前記ビームエキスパンダの倍率を１倍以外に設定した状態における前記レーザ光の位置を、前記ビームエキスパンダを前記レーザ光の光路上から退避させた状態における前記レーザ光の位置に合わせて調整する、請求項６又は７に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  9. 　前記ビームエキスパンダの倍率を変化させた場合に、前記位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置の変化に基づいて、前記ビームエキスパンダの良否判定を行うステップを備える、請求項６から８のいずれか１項に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  10. 　前記良否判定を行うステップでは、前記ビームエキスパンダの倍率の変化に応じて、前記位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置の移動量が基準値以下か、又は前記レーザ光の位置が線形に変化した場合に、前記ビームエキスパンダの品質が良であると判定する、請求項９に記載のレーザ光の光軸調整方法。
  11. 　レーザ光源から被加工物に向けて出力されたレーザ光の光路上に出没可能に配置されたビームエキスパンダと、
    　前記ビームエキスパンダの上流側と下流側にそれぞれ配置された位置検出センサと、
    　前記レーザ光の光路上に前記ビームエキスパンダを配置した状態において前記位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置と、前記レーザ光の光路から前記ビームエキスパンダを退避させた状態において前記位置検出センサにより検出した前記レーザ光の位置に基づいて、前記ビームエキスパンダを移動させて前記レーザ光の光軸調整を行う調整機構と、
    　を備えるレーザ光の光軸調整装置。
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