特許 6898557 レーザー加工装置及び亀裂検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6898557

(24)【登録日】2021年6月15日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】レーザー加工装置及び亀裂検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/02 20060101AFI20210628BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20210628BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20210628BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20210628BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/02 Z

   B23K26/00 P

   B23K26/53

   B23K26/03

【請求項の数】5

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2017-149323(P2017-149323)

(22)【出願日】2017年8月1日

(65)【公開番号】特開2019-27974(P2019-27974A)

(43)【公開日】2019年2月21日

【審査請求日】2020年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】百村 和司

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１５６６９０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１３２７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１８７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０５２１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０２０９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２３９５５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 服部智哉、他２名，”赤外フェムト秒レーザーによるシリコンの内部加工の試み―空間光位相変調による収差補正―”，２０１７年度精密工学会春季大会 学術講演会講演論文集，日本，公益社団法人 精密工学会，２０１７年 ３月 １日，ｐ．４２１−４２２

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／０２

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射されたレーザー光を被加工物に集光させる集光レンズと、
前記レーザー光の前記被加工物からの反射光を検出する光検出器と、
前記集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器であって、２次元的に配列された複数の画素を有する光変調面を有し、前記光変調面に入射した光を所定の変調パターンに従って画素毎に変調する空間光変調器と、
前記レーザー光源と前記空間光変調器との間における前記レーザー光の光路中に設けられ、前記空間光変調器に導かれる前記レーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整部と、
前記空間光変調器を制御する空間変調制御部であって、前記光変調面を第１変調領域及び第２変調領域に区画し、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第１変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第２変調領域に入射した前記反射光を前記光検出器に導くように、前記第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御部と、
前記光検出器の検出結果に基づいて、前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出部と、
を備えるレーザー加工装置。

【請求項2】

前記集光レンズと前記空間光変調器との間に設けられ、４ｆ光学系を構成する第１レンズ及び第２レンズを備え、
前記第１レンズと前記第２レンズとの間には視野絞りが設けられる、
請求項１に記載のレーザー加工装置。

【請求項3】

前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち前記第２変調領域に入射した前記レーザー光の変調光を捕捉する光トラップを備える、
請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。

【請求項4】

前記レーザー光の前記被加工物からの反射光を検出する他の光検出器を備え、
前記空間変調制御部は、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第１変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第２変調領域に入射した前記反射光を前記光検出器に導くように、前記第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する第１変調モードと、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第２変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の他方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第２変調領域に対応する第３変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第１変調領域に入射した前記反射光を前記他の検出器に導くように、前記第１変調領域に対応する第４変調パターンを設定する第２変調モードとを切り替え可能であり、
前記亀裂検出部は、前記第１変調モードのときに前記亀裂検出部で検出された第１亀裂深さと、前記第２変調モードのときに前記亀裂検出部で検出された第２亀裂深さとの平均値を、前記被加工物の亀裂の亀裂深さとして検出する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。

【請求項5】

レーザー光源からレーザー光を出射する出射工程と、
前記レーザー光を集光レンズで被加工物に集光させる集光工程と、
前記レーザー光の前記被加工物からの反射光を光検出器で検出する検出工程と、
前記集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器を用いて、前記空間光変調器の光変調面を少なくとも第１変調領域及び第２変調領域に区画し、前記光変調面に入射した前記レーザー光のうち第１変調領域に入射した前記レーザー光を前記集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに前記集光レンズで集光される前記レーザー光の集光点が前記被加工物の厚さ方向に走査されるように、前記第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ前記光変調面に入射した前記反射光のうち前記第２変調領域に入射した前記反射光を前記光検出器に導くように、前記第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御工程と、
前記光検出器の検出結果に基づいて、前記被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程と、
前記光検出器に導かれるレーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整工程と、
を備える亀裂検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、シリコンウェーハやガラスウェーハ等の基板（以下、「被加工物」という。）の内部に集光点を合わせてレーザー光を切断予定ラインに沿って照射し、加工ラインに沿って被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー加工装置（レーザーダイシング装置ともいう。）が知られている。改質領域が形成された被加工物は、その後、エキスパンドやブレーキングといった割断プロセスによって切断予定ラインで割断されて個々のチップに分断される。このようなレーザー加工装置によれば、被加工物の内部に改質領域が形成され、その改質領域を起点として切断予定ラインに沿って被加工物が分断されるので、ブレードを用いて被加工物を切削して分断するブレードダイシング装置と比べ、発塵量が低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性が低くなる等の利点がある。

【0003】

ところで、レーザー加工装置により被加工物に改質領域を形成すると、その改質領域から被加工物の厚さ方向に亀裂（クラック）が伸展する。その亀裂が被加工物の表面（レーザー光入射面）もしくはその反対側の裏面まで到達していれば、割断プロセスにおいてチップへの分断を適正に行うことができる。その理由としては、被加工物の内部に形成された亀裂は被加工物を分断する際の起点となるため、その亀裂の伸展度合が被加工物の分断率を左右することによる。また、厚い被加工物の場合には、亀裂が被加工物の表面または裏面に到達しないことがあるため、被加工物の表面または裏面に亀裂が到達したか否かでは必ずしも改質領域が適正に形成されたか否かを適切に判断できない場合がある。

【0004】

したがって、レーザー加工装置により改質領域を形成した後、割断プロセス前において、被加工物を分断する際の起点となる改質領域が適正に形成されたか否か、すなわち、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出することによって、割断プロセスにおけるチップへの分断の良否を正確に予測することが可能となる。そして、被加工物の内部に改質領域が適正に形成されていない箇所があれば、その部分だけ、再度、レーザー加工装置により再加工することや、割断プロセスにおける割断方法を変えるなどの対応が可能となる。これによって、その後の割断プロセスにおけるチップの損失を無くすことができる。また、不良箇所の発生状況などを参考にしてレーザー加工装置における加工条件を修正することもでき、その後に加工する被加工物での改質領域の不良箇所の発生を低減させることができる。不良箇所の改質領域を再加工する場合には、不良箇所が低減することによって、再加工に要する時間の損失も低減することができる。

【0005】

一方、被加工物の内部に発生した亀裂の評価は、従来、試料を切断研磨するか、限られた条件下での観察が行われていた。そのため、レーザー加工装置を用いた加工プロセスへの適用は困難であった。

【0006】

これに対し、被加工物の内部に形成された亀裂を非破壊で検査する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【0007】

特許文献１に開示された技術では、亀裂の一方から光を入射させ、亀裂を含む領域を透過した光を検出し、亀裂の散乱による検出光量の低下を利用して亀裂の検査を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−２２２５１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、受光器の信号レベルが亀裂の深さを直接示すものではなく、閾値として扱われる。そのため、予め実験を行い、閾値を設定する必要があった。また、亀裂長さ（亀裂深さ）を測定するためには、実験により亀裂長さに応じて予め閾値を複数設定しておく必要があった。また、透過光（亀裂を含む領域を透過した光）の減少のみを利用して亀裂先頭位置を確認するため、亀裂の亀裂深さの検出精度を向上させるには限界がある。

【0010】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができるレーザー加工装置及び亀裂検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明の第１態様に係るレーザー加工装置は、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を被加工物に集光させる集光レンズと、レーザー光の被加工物からの反射光を検出する光検出器と、集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器であって、２次元的に配列された複数の画素を有する光変調面を有し、光変調面に入射した光を所定の変調パターンに従って画素毎に変調する空間光変調器と、レーザー光源と空間光変調器との間におけるレーザー光の光路中に設けられ、空間光変調器に導かれるレーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整部と、空間光変調器を制御する空間変調制御部であって、光変調面を第１変調領域及び第２変調領域に区画し、光変調面に入射したレーザー光のうち第１変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第２変調領域に入射した反射光を光検出器に導くように、第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御部と、光検出器の検出結果に基づいて、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出部と、を備える。

【0012】

本発明の第２態様に係るレーザー加工装置は、第１態様において、集光レンズと空間光変調器との間に設けられ、４ｆ光学系を構成する第１レンズ及び第２レンズを備え、第１レンズと第２レンズとの間には視野絞りが設けられる。

【0013】

本発明の第３態様に係るレーザー加工装置は、第１態様又は第２態様において、光変調面に入射したレーザー光のうち第２変調領域に入射したレーザー光の変調光を捕捉する光トラップを備える。

【0014】

本発明の第４態様に係るレーザー加工装置は、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様において、レーザー光の被加工物からの反射光を検出する他の光検出器を備え、空間変調制御部は、光変調面に入射したレーザー光のうち第１変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第２変調領域に入射した反射光を光検出器に導くように、第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する第１変調モードと、光変調面に入射したレーザー光のうち第２変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の他方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第２変調領域に対応する第３変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第１変調領域に入射した反射光を他の検出器に導くように、第１変調領域に対応する第４変調パターンを設定する第２変調モードとを切り替え可能であり、亀裂検出部は、第１変調モードのときに亀裂検出部で検出された第１亀裂深さと、第２変調モードのときに亀裂検出部で検出された第２亀裂深さとの平均値を、被加工物の亀裂の亀裂深さとして検出する。

【0015】

本発明の第５態様に係る亀裂検出方法は、レーザー光源からレーザー光を出射する出射工程と、レーザー光を集光レンズで被加工物に集光させる集光工程と、レーザー光の被加工物からの反射光を光検出器で検出する検出工程と、集光レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された空間光変調器を用いて、空間光変調器の光変調面を少なくとも第１変調領域及び第２変調領域に区画し、光変調面に入射したレーザー光のうち第１変調領域に入射したレーザー光を集光レンズの瞳の一方の半分領域に導くとともに集光レンズで集光されるレーザー光の集光点が被加工物の厚さ方向に走査されるように、第１変調領域に対応する第１変調パターンを設定し、かつ光変調面に入射した反射光のうち第２変調領域に入射した反射光を光検出器に導くように、第２変調領域に対応する第２変調パターンを設定する空間変調制御工程と、光検出器の検出結果に基づいて、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを検出する亀裂検出工程と、光検出器に導かれるレーザー光の光量を選択的に減衰させる光量調整工程と、を備える。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、被加工物の内部に形成された亀裂の亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図

【図2】空間光変調器の光変調面の一例を示した概略図

【図3】空間変調制御部により設定される空間光変調器の変調パターンの一例を示した図

【図4】空間変調制御部により設定される空間光変調器の変調パターンの他の例を示した図

【図5】被加工物に対してレーザー光の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図

【図6】被加工物に対してレーザー光の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図

【図7】被加工物からの反射光が集光レンズ瞳に到達する経路を説明するための図

【図8】第１の実施形態に係るレーザー加工装置を用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャート

【図9】亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図

【図10】亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図

【図11】亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図

【図12】第２の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図

【図13】第１変調モードにおいて空間光変調器に設定される変調パターンの一例を示した図

【図14】第２変調モードにおいて空間光変調器に設定される変調パターンの一例を示した図

【図15】第２の実施形態における亀裂検出処理の原理を説明するための図

【図16】第２の実施形態に係るレーザー加工装置を用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について説明する。

【0019】

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

【0020】

図１は、第１の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。本実施形態に係るレーザー加工装置１０は、コントローラ１２と、ステージ１４と、加工用レーザー光源１６（以下、単に「レーザー光源１６」という。）と、光量調整部１８と、波面変調部２０と、第１レンズ２２及び第２レンズ２４からなるリレー光学系２６と、視野絞り２８と、加工用集光レンズ３０（以下、単に「集光レンズ３０」という。）と、結像レンズ３２と、光検出器３４と、光トラップ３６とを備えている。

【0021】

本実施形態に係るレーザー加工装置１０は、レーザー光源１６から出射された加工用のレーザー光Ｌ１を各種の光学系を介して集光レンズ３０に導き、そのレーザー光Ｌ１を集光レンズ３０にて被加工物Ｗの内部に集光させて照射するようになっている。そして、レーザー光Ｌ１を被加工物Ｗに照射しつつ、ステージ１４を移動させる。これにより、被加工物Ｗの内部には、被加工物Ｗの切断予定ラインに沿って改質領域が形成される。すなわち、レーザー加工装置１０は、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１を相対的に走査することによって、被加工物Ｗの内部に切断の起点となる改質領域を形成する装置である。

【0022】

また、本実施形態に係るレーザー加工装置１０は、レーザー光源１６から出射された加工用のレーザー光Ｌ１の光量（光強度）を減衰させて、光量が減衰した光（レーザー光Ｌ１）を用いて、被加工物Ｗの内部の改質領域から被加工物Ｗの厚さ方向に進展した亀裂Ｋの亀裂深さの測定を行う機能を備えたものである。

【0023】

なお、本実施形態においては、図１に示すように、レーザー加工装置１０を構成する各部の光学的な配置を説明するために、被加工物Ｗを垂直（縦向き）に配置した構成を便宜的に示したが、言うまでもなく、被加工物Ｗの向きは限定されるものではない。例えば、被加工物Ｗは、水平向き（横向き）に配置してもよいし、斜め向きに配置するようにしてもよい。また、レーザー加工装置１０を構成する各部の配置は、被加工物Ｗの向きに応じて適宜変更可能である。図１においては、被加工物Ｗの厚さ方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交しかつ被加工物Ｗの加工送り方向をＸ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。

【0024】

また、本実施形態においては、亀裂Ｋの亀裂深さとは、被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）あるいは裏面を基準位置としたとき、その基準位置から被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）における亀裂Ｋの下端位置（図１において亀裂Ｋの右端位置）もしくは亀裂Ｋの上端位置（図１において亀裂Ｋの左端位置）までの距離を示すものとする。後述する第２の実施形態においても同様である。

【0025】

ステージ１４は、被加工物Ｗを吸着保持し、不図示のステージ駆動機構により、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向に移動可能であるとともに、θ方向（Ｚ方向を中心とする回転方向）に回転可能に構成される。被加工物Ｗは、その表面（レーザー光照射面）がデバイス面とは反対側の面となるようにステージ１４上に載置される。なお、被加工物Ｗのデバイス面が被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）となるようにステージ１４上に被加工物Ｗが載置されてもよい。

【0026】

コントローラ１２は、レーザー加工装置１０の動作（加工動作、アライメント動作、亀裂検出動作等）を制御する。

【0027】

コントローラ１２は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものである。

【0028】

コントローラ１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。コントローラ１２では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図１においてコントローラ１２内に示した各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。なお、コントローラ１２内の各部の機能については後述する。

【0029】

レーザー光源１６は、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成するための加工用のレーザー光Ｌ１を出射するものである。本実施形態においては、レーザー光源１６としては、パルス光を出射するパルス光源が好ましく用いられる。また、被加工物Ｗがシリコンウェーハである場合には、レーザー光Ｌ１として、波長１１００ｎｍ以長の赤外光が好ましく用いられる。レーザー光源１６から出射されたレーザー光Ｌ１は、直接に、あるいは所定の光学系を介して、波面変調部２０に入射される。

【0030】

なお、レーザー光源１６は、パルス光源に限定されず、連続光を出射する連続光源であってもよい。また、レーザー光源１６は、パルス光と連続光とを切り換えて出射することができるように構成されたものであってもよい。この場合、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には加工用のレーザー光としてパルス光を出射し、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合には亀裂検出用のレーザー光として連続光を出射するようにしてもよい。

【0031】

光量調整部１８は、レーザー光源１６と波面変調部２０との間におけるレーザー光Ｌ１の光路中に配置されている。光量調整部１８は、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合に被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１が所望の光量（光強度）となるように設けられたものである。

【0032】

光量調整部１８は、減光フィルタ３８と、フィルタ移動機構４０とを備えている。減光フィルタ３８は、透過する光の光量を減衰させる光学フィルタであり、レーザー光Ｌ１の光路上に挿脱自在に設けられている。減光フィルタ３８は、フィルタ移動機構４０により、レーザー光Ｌ１の光路に対して垂直方向に移動可能であり、レーザー光Ｌ１の光路に挿入された「挿入位置」と、レーザー光Ｌ１の光路から退避した「退避位置」との間で移動される。フィルタ移動機構４０は、後述の光量制御部５６により制御され、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には、減光フィルタ３８を退避位置に配置する。一方、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合には、減光フィルタ３８を挿入位置に配置する。

【0033】

なお、本実施形態では、１つの減光フィルタ３８をレーザー光Ｌ１の光路上に挿脱する構成を示したが、これに限らず、透過率が互いに異なる複数の減光フィルタ（すなわち、光量の減光割合がそれぞれ異なる複数の減光フィルタ）を選択的に光路に配置可能な構成を採用することも可能である。また、減光フィルタの切換え方式として、例えば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。

【0034】

また、透過率が互いに異なる複数の減光フィルタを選択的に光路に配置可能な構成においては、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には、複数の減光フィルタのうち、透過率が高い高透過率フィルタをレーザー光Ｌ１の光路上に配置し、被加工物Ｗの内部の亀裂を検出する場合には、複数の減光フィルタのうち、高透過率フィルタの透過率よりも低い低透過率フィルタをレーザー光Ｌ１の光路上に配置してもよい。

【0035】

また、減光手段としては、減光フィルタ３８を用いた構成に限られず、例えば、ポラライザー、波長板、偏光プリズムなどの組み合わせたものを用いた構成を採用することも可能である。

【0036】

波面変調部２０は、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１及びその反射光Ｌ２の光路中に配置される。波面変調部２０は、入射した光の波面を変調する空間光変調器２１を備えている。

【0037】

空間光変調器２１には、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を使用した空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を使用した空間光変調器（ＭＥＭＳ−ＳＬＭ）を用いることができる。本実施形態においては、一例として、反射型のＬＣＯＳ−ＳＬＭを空間光変調器２１として用いている。

【0038】

空間光変調器２１は、２次元的に配列された複数の画素（微小変調素子)からなる光変調面２１ａを備えており、光変調面２１ａに入射した光の位相を画素毎に変調する位相変調型の空間光変調器である。また、空間光変調器２１は、集光レンズ３０の瞳位置Ｅと光学的に共役な位置に配置されている。この空間光変調器２１は、空間変調制御部５８により設定された所定の変調パターンに基づき、光変調面２１ａに入射した光の位相を画素毎に変調して、変調後の変調光を所定の方向に向けて出射するようになっている。

【0039】

本実施形態においては、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成する場合には、空間光変調器２１には前述した変調パターン（すなわち、被加工物Ｗの亀裂検出を行うための変調パターン）は設定されないようになっている。この場合、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１は変調されず、そのまま集光レンズ３０に向けて出射される。なお、空間変調器２１には、亀裂検出以外の目的（例えば収差補正）で変調パターンが設定される場合がある。

【0040】

一方、被加工物Ｗの亀裂検出を行う場合には、詳細は後述するが、空間光変調器２１には光変調面２１ａの変調領域毎に互いに異なる変調パターンが設定される。これにより、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１の一部の光は変調されて集光レンズ３０に向けて出射されるとともに、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２の一部の光は変調されて光検出器３４に向けて出射される。なお、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１の他の光は光トラップ３６に向けて出射され、光トラップ３６で捕捉されるようになっている。

【0041】

リレー光学系２６は、空間光変調器２１と集光レンズ３０との間におけるレーザー光Ｌ１及びその反射光Ｌ２の光路上に配置される。リレー光学系２６は、第１レンズ２２及び第２レンズ２４を有しており、第１レンズ２２及び第２レンズ２４は４ｆ光学系を構成するように配置されている。リレー光学系２６は、空間光変調器２１から集光レンズ３０に向けて出射されたレーザー光Ｌ１を集光レンズ３０に導くとともに、集光レンズ３０で集光された被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を空間光変調器２１に導く。

【0042】

視野絞り２８は、リレー光学系２６（４ｆ光学系）を構成する第１レンズ２２と第２レンズ２４との間の中間結像位置ＩＭに配置される。中間結像位置ＩＭは、集光レンズ３０の集光点と光学的に共役な位置である。視野絞り２８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を制限する開口２８ａを有しており、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓをカットするものである。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出を行う際に、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓが亀裂検出の外乱光となることが防止される。

【0043】

視野絞り２８の開口２８ａの大きさ（開口径）を可変できるように構成されていてもよい。この構成によれば、視野絞り２８の開口２８ａを、被加工物Ｗと集光レンズ３０との間の距離（ワーキングディスタンス）などに応じた大きさとすることにより、亀裂検出の際に外乱光となる被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓを効果的にカットすることができる。

【0044】

集光レンズ３０は、ステージ１４に対向する位置に配置される。集光レンズ３０は、入射したレーザー光Ｌ１をステージ１４上の被加工物Ｗの内部に集光する。また、集光レンズ３０は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を集光する。集光レンズ３０で集光された反射光Ｌ２は、リレー光学系２６を介して空間光変調器２１に導かれる。

【0045】

光検出器３４は、集光レンズ３０の瞳位置Ｅと光学的に共役な位置となるように配置されている。光検出器３４は、フォトディテクタにより構成され、結像レンズ３２を介して入射した反射光Ｌ２を受光して、その反射光Ｌ２の光量（光強度）を示す光強度情報（電気信号）を後述の亀裂検出部６０に出力する。

【0046】

光トラップ３６は、空間光変調器２１に入射したレーザー光Ｌ１のうち、集光レンズ３０とは異なる方向に出射される光（すなわち、亀裂検出に寄与しない光）が迷光とならないように、その光を捕捉するものである。

【0047】

以上のように構成されたレーザー加工装置１０は、コントローラ１２によって以下のように制御される。

【0048】

コントローラ１２は、主制御部５０と、ステージ制御部５２と、レーザー制御部５４と、光量制御部５６と、空間変調制御部５８と、亀裂検出部６０として機能する。

【0049】

主制御部５０は、コントローラ１２を構成する各部を統括的に制御する。具体的には、ステージ制御部５２、レーザー制御部５４、光量制御部５６、空間変調制御部５８、及び亀裂検出部６０を制御する。また、主制御部５０は、亀裂検出部６０から亀裂検出の結果を受け取り、その結果を図示しない表示装置（モニタ）に表示する。

【0050】

ステージ制御部５２は、主制御部５０からの指示に従って、集光レンズ３０の光軸Ｐ（図７参照）が被加工物Ｗの加工位置（または亀裂Ｋが形成された位置）に位置するように、ステージ１４のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動、及びθ方向の回転を制御する。ステージ１４は、ステージ制御部５２の制御に従い、集光レンズ３０の光軸Ｐに対して被加工物Ｗを相対的に移動させる。

【0051】

レーザー制御部５４は、主制御部５０からの指示に従って、レーザー光源１６を制御する。具体的には、レーザー制御部５４は、レーザー光源１６から出射されるレーザー光Ｌ１の波長、パルス幅、強度、出射タイミング、繰り返し周波数などを制御する。

【0052】

光量制御部５６は、主制御部５０からの指示に従って、光量調整部１８を制御する。具体的には、光量制御部５６は、フィルタ移動機構４０を介して減光フィルタ３８をレーザー光Ｌ１上に挿脱する制御を行う。これにより、被加工物Ｗの加工が行われる場合には、減光フィルタ３８は退避位置に配置され、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、減光フィルタ３８は挿入位置に配置される。

【0053】

空間変調制御部５８は、主制御部５０からの指示に従って、波面変調部２０を制御する。具体的には、空間変調制御部５８は、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、空間光変調器２１に入射した光の位相を変調するための所定の変調パターンを設定する。これにより、空間光変調器２１は、空間変調制御部５８により設定された変調パターンに従って、光変調面２１ａに入射した光を画素毎に変調し、変調後の変調光を所定の方向に向けて出射する。なお、変調パターンは、空間光変調器２１の光変調面２１ａを構成する複数の画素のそれぞれに対応する制御値（位相変化量）が２次元的に分布するパターンである。

【0054】

図２は、空間光変調器２１の光変調面２１ａの一例を示した概略図である。図３は、空間変調制御部５８により設定される空間光変調器２１の変調パターンの一例を示した図である。図２に示すように、本実施形態においては、空間光変調器２１の光変調面２１ａは２つの変調領域ＲＡ、ＲＢに区画されており、各変調領域ＲＡ、ＲＢにはそれぞれ多数の画素６２が対応して設けられている（以下、「第１変調領域ＲＡ」、「第２変調領域ＲＢ」という。）。そして、図３に示すように、空間変調制御部５８は、第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対して、互いに異なる第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂをそれぞれ設定するようになっている。

【0055】

具体的には、空間変調制御部５８は、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光が空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域（後述する第１半分領域Ｇ１に相当、図７参照）を通る光線となるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを設定する。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、集光レンズ３０を通過したレーザー光Ｌ１の照射方向は集光レンズ３０の光軸Ｐに対して斜め方向となり、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１が斜め方向に照射される偏射照明が行われる。また、このような偏射照明を行いながら、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１（変調光）の集光点が被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に走査されるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを変化させる制御を行う。

【0056】

また、空間変調制御部５８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の他方の半分領域（後述する第２半分領域Ｇ２に相当、図７参照）を通過して光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光が空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が結像レンズ３２を介して光検出器３４に入射するように、第２変調領域ＲＢに対応する第２変調パターン６４Ｂを設定する。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合には、光検出器３４において被加工物Ｗからの反射光Ｌ２の検出が行われる。なお、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域を通過して光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は、光検出器３４には導かれず、光検出器３４では検出されないようになっている。

【0057】

本実施形態においては、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡには、図３に示すように、光変調面２１ａの中心から離された位置であって第１変調領域ＲＡの一部に限定された領域に第１変調パターン６４Ａが設定されるようになっている。そのため、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射したレーザー光Ｌ１は空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の中心から集光レンズ３０の光軸Ｐに直交する方向にずれた位置、すなわち、集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域の一部に入射するようになっている。これにより、図４に示した第１変調パターン６４Ａに比べて、集光レンズ３０を介して被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１の照射方向が集光レンズ３０の光軸Ｐに対して角度がついた状態で行われるので、被加工物Ｗの亀裂検出の際に被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）の分解能を高めることが可能となる。

【0058】

なお、本実施形態においては、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａは、少なくとも第１変調領域ＲＡに入射したレーザー光Ｌ１の変調光が集光レンズ３０の瞳位置Ｅにおける瞳の一方の半分領域に入射するものであればよく、例えば、図４に示した第１変調パターン６４Ａであってもよい。

【0059】

亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力された反射光Ｌ２の光強度情報を順次取得し、取得した反射光Ｌ２の光強度情報に基づいて被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂上端位置又は亀裂下端位置）を検出する亀裂検出処理を行う。

【0060】

ここで、本実施形態における亀裂検出処理の原理について説明する。

【0061】

本実施形態では、上述したように、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂを設定することにより、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１が斜め方向に照射される偏射照明が行われ、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２が光検出器３４で検出されるようになっている。

【0062】

図５及び図６は、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図である。図５は集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在する場合、図６は集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合をそれぞれ示している。図７は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２が集光レンズ瞳３０ａに到達する経路を説明するための図である。なお、ここでは、レーザー光Ｌ１は、集光レンズ瞳３０ａの一方側（図７の右側）の第１半分領域Ｇ１を通過して、被加工物Ｗに対して偏射照明が行われる場合について説明する。

【0063】

図５に示すように、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在する場合には、レーザー光Ｌ１は亀裂Ｋで全反射して、その反射光Ｌ２は集光レンズ３０の光軸Ｐに対してレーザー光Ｌ１の光路と同じ側の経路をたどって、集光レンズ瞳３０ａのレーザー光Ｌ１と同じ側の領域に到達する成分となる。すなわち、図７に示すように、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１が集光レンズ３０を介して被加工物Ｗに照射されるときのレーザー光Ｌ１の経路をＲ１としたとき、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路Ｒ１とは集光レンズ３０の光軸Ｐに対して同じ側（図７の右側）の経路Ｒ２をたどって集光レンズ瞳３０ａの第１半分領域Ｇ１を通過する。この場合、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、空間光変調器２１の光変調面２１ａのうち、第１変調領域ＲＡに入射してしまい、第２変調領域ＲＢには入射しないので、光検出器３４では反射光Ｌ２は検出されない。

【0064】

一方、図６に示すように、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、レーザー光Ｌ１は被加工物Ｗの裏面で反射し、その反射光Ｌ２は集光レンズ３０の光軸Ｐに対してレーザー光Ｌ１と反対側の領域に到達する成分となる。すなわち、図７に示すように、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、レーザー光Ｌ１の経路Ｒ１とは集光レンズ３０の光軸Ｐに対して反対側（図７の左側）の経路Ｒ３をたどって集光レンズ瞳３０ａの第２半分領域Ｇ２を通過する。この場合、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、空間光変調器２１の光変調面２１ａのうち、第２変調領域ＲＢに入射するので、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出される。

【0065】

このように光検出器３４で検出される反射光Ｌ２の光強度情報は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点に亀裂Ｋが存在するか否かによって変化する。本実施形態では、このような性質を利用して、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。

【0066】

具体的には、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点が、被加工物Ｗの裏面から表面（または被加工物Ｗの表面から裏面）に向かって被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に所定の走査間隔で走査されるように、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを変化させる制御を行う。

【0067】

このとき、亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力される反射光Ｌ２の光強度情報を順次取得し、取得した反射光Ｌ２の光強度情報に基づいて、光検出器３４において反射光Ｌ２が検出される検出領域（光強度が０でない領域）と反射光Ｌ２が検出されない非検出領域（光強度が０である領域）との境界位置に対応するレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を求める。そして、その求めたレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）として検出する。

【0068】

例えば、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの裏面から表面に向かって変化させる場合を考える。図６に示すように、レーザー光Ｌ１の集光点が亀裂Ｋの下端位置よりも深い位置にある場合には、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出される検出領域となるので、この集光点の位置には亀裂Ｋが存在しないと判定することができる。そして、このような状態からレーザー光Ｌ１の集光点を徐々に被加工物Ｗの表面に移動させていくと、レーザー光Ｌ１の集光点が亀裂Ｋの下端位置に到達したところで、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出される検出領域から反射光Ｌ２が検出されない非検出領域へと変化する。したがって、反射光Ｌ２の検出領域から非検出領域に変化したときのレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を亀裂Ｋの下端位置とすることができる。

【0069】

また、さらにレーザー光Ｌ１の集光点を徐々に被加工物Ｗの表面に移動させていくと、レーザー光Ｌ１の集光点が亀裂Ｋの上端位置に到達したところで、光検出器３４では反射光Ｌ２が検出されない非検出領域から反射光Ｌ２が検出される検出領域へと変化する。したがって、反射光Ｌ２の非検出領域から検出領域に変化したときのレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を亀裂Ｋの上端位置とすることができる。

【0070】

なお、説明は省略するが、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの表面から裏面に向かって変化させる場合においても、反射光Ｌ２の検出領域と非検出領域の境界位置を求めることにより亀裂Ｋの上端位置及び下端位置をそれぞれ検出することができる。

【0071】

次に、本実施形態に係るレーザー加工装置１０を用いた亀裂検出方法について図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るレーザー加工装置１０を用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャートである。なお、図８に示すフローチャートが開始される前に、本実施形態に係るレーザー加工装置１０を用いて被加工物Ｗの内部に改質領域が形成されているものとする。また、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメントは既になされた状態であるものとする。

【0072】

また、本実施形態においては、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点は被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に予め設定された走査間隔Δｚで走査が行われ、その走査範囲における各走査位置をＺ_i（ｉ＝１、２、・・・ｎ）とする（但し、ｎは自然数とする）。また、レーザー光Ｌ１の集光点の走査範囲は検出対象となる亀裂Ｋの亀裂深さに応じて設定され、例えば、被加工物Ｗの厚さ方向の全範囲に設定されていてもよいし、その一部範囲に設定されていてもよい。例えば、亀裂Ｋの亀裂深さとして亀裂下端位置のみを検出する場合には、被加工物Ｗの深い位置（裏面に近い側）の一部範囲に走査範囲を限定することで検出効率を向上させることができる。

【0073】

（ステップＳ１０）
まず、レーザー加工装置１０において亀裂検出処理の動作開始時に、主制御部５０は各部の初期設定を行う。具体的には、光量制御部５６は、フィルタ移動機構４０を制御して、減光フィルタ３８を挿入位置に配置する。

【0074】

（ステップＳ１２）
次に、主制御部５０は、変数ｉを１に設定する（ｉ＝１）。

【0075】

（ステップＳ１４）
次に、空間変調制御部５８は、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対して第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂ（図３参照）をそれぞれ設定する。このとき、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置が所望の走査位置となるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａを変化させる制御を行う（空間変調制御工程）。例えば、１回目の走査が行われる場合（ｉ＝１の場合）には、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置が走査開始位置Ｚ_１となり、２回目以降の走査が行われる場合（ｉ≧２の場合）には、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置がＺ_i＝Ｚ_i-1＋Δｚとなるように、第１変調領域ＲＡに対応する第１変調パターン６４Ａをレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に応じて変化させる制御を行う。

【0076】

（ステップＳ１６）
次に、レーザー制御部５４は、レーザー光源１６を制御して、レーザー光源１６からレーザー光Ｌ１を出射する（出射工程）。レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１は、亀裂検出に適した光量（光強度）となるように減光フィルタ３８で減衰され、光量が減衰したレーザー光Ｌ１は空間光変調器２１の光変調面２１ａに入射する（光量調整工程）。

【0077】

このとき、空間光変調器２１の光変調面２１ａに入射したレーザー光Ｌ１のうち、第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が集光レンズ瞳３０ａの第１半分領域Ｇ１に入射する。そして、集光レンズ３０に導かれたレーザー光Ｌ１は、集光レンズ３０で被加工物Ｗの内部に集光される（集光工程）。これにより、被加工物Ｗには集光レンズ３０の光軸Ｐに対して斜め方向に偏射照明が行われる。

【0078】

被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、集光レンズ３０、リレー光学系２６を経由して空間光変調器２１に導かれる。このとき、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓは、視野絞り２８によってカットされる。これにより、被加工物Ｗの亀裂検出を行う際に、被加工物Ｗの表面で反射した反射光Ｌ２ｓが亀裂検出の外乱光となることが防止される。

【0079】

また、空間光変調器２１に入射した反射光Ｌ２のうち、集光レンズ瞳３０ａの第２半分領域Ｇ２を通過して第２変調領域ＲＢに入射した光は空間光変調器２１で変調されて、変調後の変調光が光検出器３４に向けて出射される。そして、結像レンズ３２を介して光検出器３４に入射した反射光Ｌ２は、光検出器３４で検出されて、その光量を示す光強度情報が亀裂検出部６０に対して出力される（検出工程）。

【0080】

（ステップＳ１８）
次に、亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力された光強度情報を取得する。

【0081】

（ステップＳ２２）
次に、主制御部５０は、変数ｉ＝ｎであるか否かを判断する。ｉ＝ｎでない場合（すなわち、変数ｉがｎ未満である場合）にはステップＳ２２に進み、ｉ＝ｎである場合にはステップＳ２４に進む。

【0082】

（ステップＳ２４）
ステップＳ２０においてｉ＝ｎでない場合には、主制御部５０は、ｉを１つインクリメントして（ｉ＝ｉ＋１）、ステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４からステップＳ１８までの処理を繰り返し行う。

【0083】

（ステップＳ２６）
ステップＳ２０においてｉ＝ｎである場合には、亀裂検出部６０は、ステップＳ１８において走査位置Ｚ_i毎に取得した光強度情報に基づき、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出する（亀裂検出工程）。具体的には、上述したとおり、光検出器３４において反射光Ｌ２が検出される検出領域（光強度が０でない領域）と反射光Ｌ２が検出されない非検出領域（光強度が０である領域）との境界位置に対応するレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置を、亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）として検出する。

【0084】

また、各走査位置Ｚ_iに対応する光強度情報がいずれも０でない場合には、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の走査範囲には亀裂Ｋは存在しないと判定することが可能である。また、各走査位置Ｚ_iに対応する光強度情報がいずれも０である場合には、レーザー光Ｌ１の集光点の走査範囲の全てにわたって亀裂Ｋが存在すると判定することが可能である。

【0085】

以上のようにして、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さが検出されると、その検出結果は図示しない表示装置に表示され、亀裂検出処理が終了となる。

【0086】

このように本実施形態によれば、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向に変化させながら、被加工物Ｗに対してレーザー光Ｌ１を斜め方向に照射する偏射照明を行い、そのときに光検出器３４から出力される光強度情報を順次取得し、取得した光強度情報に基づいて被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することが可能となる。したがって、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを非破壊かつ精度よく検出することができる。

【0087】

また、本実施形態では、加工用のレーザー光源１６から出射されるレーザー光Ｌ１の光路中に光量調整部１８及び波面変調部２０を備えたので、加工用の光源や光学系を共用することが可能となり、加工時のアライメントをそのまま亀裂検出処理に使用することができる。これによって、亀裂検出用の専用の光源や光学系を別途設けた場合に比べて、亀裂検出時のアライメントを簡略化もしくは不要とすることができ、また、装置を小型化にすることができる。

【0088】

また、本実施形態においては、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に応じて収差補正が行われるよう変調パターンで空間光変調器２１を制御する態様が好ましい。これにより、亀裂検出処理が行われる際にレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向に変化させても、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に影響されることなく、所望の集光特性が良好に保たれるので、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さの検出精度を向上させることが可能となる。

【0089】

また、本実施形態において、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの裏面近傍に固定した状態で（すなわち、レーザー光Ｌ１の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向に変化させることなく）検出するようにしてもよい。この場合、被加工物Ｗの裏面まで亀裂Ｋが到達しているか否かを簡易に判定することが可能となる。

【0090】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。

【0091】

まず、第２の実施形態における課題について説明する。

【0092】

上述した第１の実施形態では、加工時のアライメントをそのまま亀裂検出処理に使用することができるため、亀裂検出時のアライメントを簡略化もしくは不要とすることができるものであるが、ステージ１４の位置再現性の影響などにより、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメント精度が低下する場合が考えられる。この場合、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点と亀裂Ｋとの間に水平方向（集光レンズ３０の光軸Ｐに直交する方向）の位置ずれが生じ、亀裂検出処理の検出結果に誤差が発生する要因となる。

【0093】

図９〜図１１は、亀裂検出処理の誤差要因を説明するための図である。図９は、集光レンズ３０の光軸Ｐと亀裂軸（亀裂Ｋの長手軸）Ｍとが一致している場合を示している。図１０は、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して一方側にずれた場合を示している。図１１は、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して他方側にずれた場合を示している。

【0094】

図９に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐと亀裂軸Ｍとが一致している場合には、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点は亀裂軸Ｍ又はその延長線に配置されるため、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に基づいて亀裂Ｋの亀裂深さを精度良く検出することができる。すなわち、この場合には、実際の亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）ｄとレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置とが等しくなっており、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置から亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）を正確に検出することが可能である。一方、図１０や図１１に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して水平方向にずれた場合には、レーザー光Ｌ１の集光点は亀裂軸Ｍ又はその延長線から水平方向に位置ずれした状態となる。このような状態において、レーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置に基づいて亀裂Ｋの亀裂深さを検出しようとすると、検出された亀裂Ｋの深さに検出誤差Δｄが発生する。しかも、その検出誤差Δｄはレーザー光Ｌ１の集光点と亀裂軸Ｍとの水平方向の位置ずれ量に応じて比例する。例えば、図１０に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して一方側（図１０の右側）にずれた場合には、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも高い位置であるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置ｄ１が亀裂Ｋの亀裂深さとして検出される。また、図１１に示すように、集光レンズ３０の光軸Ｐが亀裂軸Ｍに対して他方側（図１１の左側）にずれた場合には、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも低い位置であるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置ｄ２が亀裂Ｋの亀裂深さとして検出される。

【0095】

このように第１の実施形態における亀裂検出処理では、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメント精度が十分でないと、亀裂軸Ｍに対する集光レンズ３０の光軸Ｐの位置ずれ量に応じた検出誤差Δｄが生じる要因となる。

【0096】

第２の実施形態では、集光レンズ３０の光軸Ｐに対する被加工物Ｗのアライメント精度が十分でない場合でも、上述したような検出誤差Δｄによる影響をなくして、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを精度良く検出できるようにしたものである。

【0097】

図１２は、第２の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図１２中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0098】

図１２に示すように、第２の実施形態に係るレーザー加工装置１０Ａは、第１の実施形態の構成に加え、さらに、結像レンズ４２と、光検出器４４と、光トラップ４６とを備えている。なお、光検出器４４は、本発明の「他の検出器」の一例である。

【0099】

第２の実施形態においては、被加工物Ｗの亀裂検出が行われる場合、互いに異なる変調モードで少なくとも２回の測定が行われる。このとき、空間変調制御部５８は、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ設定される変調パターンを測定毎に切り替える。具体的には、１回目の測定では、第１変調モードとして、第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢには、図１３に示した第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂがそれぞれ設定される。また、２回目の測定では、第２変調モードとして、第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢには、図１４に示した第３変調パターン６４Ｃ及び第４変調パターン６４Ｄがそれぞれ設定される。

【0100】

このように第２の実施形態においては、測定回数に応じて変調モードを切り替えながら、被加工物Ｗの亀裂検出が行われるようになっている。なお、図１４に示した変調パターン（第３変調パターン６４Ｃ及び第４変調パターン６４Ｄ）は、第１変調領域ＲＡと第２変調領域ＲＢの境界線を中心として、図１３に示した変調パターン（第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂ）を反転させたものに相当する。

【0101】

これにより、１回目の測定では、第１の実施形態と同様に、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０に向けて出射される。また、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光は変調されて、変調後の変調光が結像レンズ３２を介して光検出器３４で検出される。なお、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光は変調されて、変調後の変調光が迷光とならないように光トラップ３６で捕捉される。

【0102】

また、２回目の測定では、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第２変調領域ＲＢに入射した光は変調されて、変調後の変調光が集光レンズ３０に向けて出射される。また、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が結像レンズ４２を介して光検出器４４で検出される。なお、レーザー光源１６からのレーザー光Ｌ１のうち、光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡに入射した光は変調されて、変調後の変調光が迷光とならないように光トラップ４６で捕捉される。

【0103】

次に、第２の実施形態における亀裂検出処理の原理について図１５を参照して説明する。

【0104】

図１５は、第２の実施形態における亀裂検出処理の原理を説明するための図であり、亀裂軸Ｍに対して集光レンズ３０の光軸Ｐが水平方向に位置ずれしている場合を示している。

【0105】

図１５に示すように、第２の実施形態においては、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ設定される変調パターンを交互に切り替えることにより、被加工物Ｗに対して互いに異なる斜め方向からレーザー光Ｌ１_A、Ｌ１_Aが照射される偏射照明が行われる。

【0106】

ここで、１回目の測定では、被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１_A（図１５の右側から照射される光束）によって検出される亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）は、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも深い位置であるレーザー光Ｌ１_Aの集光点の深さ位置ｄ_Aとなる。一方、２回目の測定では、被加工物Ｗに照射されるレーザー光Ｌ１_B（図１５の左側から照射される光束）によって検出される亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）は、実際の亀裂Ｋの下端位置ｄよりも浅い位置であるレーザー光Ｌ１_Bの集光点の深さ位置ｄ_Bとなる。この場合、各レーザー光Ｌ１_A、Ｌ１_Bによりそれぞれ検出される亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）ｄ_A、ｄ_Bよりもこれらの位置の平均値（中間値）を亀裂Ｋの下端位置とする方が実際の亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）の真値により近い値となる。第２の実施形態では、このような原理を利用して亀裂Ｋの亀裂深さを検出している。これにより、集光レンズ３０と被加工物Ｗとのアライメント精度が十分でない場合でも、亀裂軸Ｍに対する集光レンズ３０の光軸Ｐの位置ずれに伴う誤差を取り除くことができ、上述した第１の実施形態に比べて、亀裂検出処理を精度よくかつ安定して行うことができる。

【0107】

次に、第２の実施形態に係るレーザー加工装置１０Ａを用いた亀裂検出方法について図１６を参照して説明する。図１６は、第２の実施形態に係るレーザー加工装置１０Ａを用いた亀裂検出方法の一例を説明したフローチャートである。なお、図１６は、図８に示した処理内容にステップＳ１１、ステップＳ２６、ステップＳ２８、ステップＳ３０を追加したものであり、共通する処理は説明を簡略化または省略する。

【0108】

（ステップＳ１０）
まず、レーザー加工装置１０において亀裂検出処理の動作開始時に、主制御部５０は各部の初期設定を行う。具体的には、光量制御部５６は、フィルタ移動機構４０を制御して、減光フィルタ３８を挿入位置に配置する。

【0109】

（ステップＳ１１）
次に、主制御部５０は、変数ｋを１に設定する（ｋ＝１）。

【0110】

（ステップＳ１２〜ステップＳ２４）
次に、主制御部５０は、変数ｉを１に設定した後（ステップＳ１２）、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点の深さ位置をＺ_iに設定し（ステップＳ１４）、被加工物Ｗに対して偏射照明を実行する（ステップＳ１６）。例えば、ｋ＝１である場合には、空間変調制御部５８は、第１変調モードとして、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対してそれぞれ第１変調パターン６４Ａ及び第２変調パターン６４Ｂ（図１３参照）を設定する。また、ｋ＝２である場合には、空間変調制御部５８は、第２変調モードとして、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢに対してそれぞれ第３変調パターン６４Ｃ及び第４変調パターン６４Ｄ（図１４参照）を設定する。いずれの場合においても、空間変調制御部５８は、集光レンズ３０で集光されるレーザー光Ｌ１の集光点が所望の走査位置となるように、第１変調領域ＲＡに設定される変調パターン（第１変調パターン６４Ａ又は第３変調パターン６４Ｃ）を変化させる制御を行う。

【0111】

次に、亀裂検出部６０は、光検出器３４から出力された光強度情報を取得する（ステップＳ１８）。その後、主制御部５０は、ｉ＝ｎであるか否かを判断し（ステップＳ２０）、ｉ＝ｎでない場合にはｉを１つインクリメントして、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２からステップＳ１８までの処理を繰り返し行う。

【0112】

ステップＳ２０においてｉ＝ｎである場合には、亀裂検出部６０は、ステップＳ１８において走査位置Ｚ_i毎に取得した光強度情報に基づき、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出するを検出する（ステップＳ２４）。

【0113】

（ステップＳ２６）
次に、主制御部５０は、ｋ＝２であるか否かを判断する。ｋ＝２でない場合にはステップＳ２８に進み、ｋ＝２である場合にはステップＳ３０に進む。

【0114】

（ステップＳ２８）
ステップＳ２６においてｋ＝２でない場合には、主制御部５０は、ｋを１つインクリメントして（ｋ＝ｋ＋１）、ステップＳ１１に戻り、ステップＳ１２からステップＳ２４までの処理を繰り返し行う。

【0115】

すなわち、第２の実施形態における亀裂検出方法では、１回目の測定（ｋ＝１の場合）では第１変調モードにより変調された変調後のレーザー光Ｌ１_Aを用いて被加工物Ｗに対して偏射照明を行ったときの亀裂Ｋの亀裂深さｄ_Aが検出され、２回目の測定（ｋ＝２の場合）では第２変調モードにより変調された変調後のレーザー光Ｌ１_Bを用いて被加工物Ｗに対して偏射照明を行ったときの亀裂Ｋの亀裂深さｄ_Bが検出される。

【0116】

（ステップＳ３０）
次に、亀裂検出部６０は、１回目の測定で検出された亀裂Ｋの亀裂深さ（第１亀裂深さ）ｄ_Ａと、２回目の測定で検出された亀裂Ｋの亀裂深さ（第２亀裂深さ）ｄ_Bとの平均値ｄ_M（＝（ｄ_A＋ｄ_B）／２）を真の亀裂深さとして算出する。

【0117】

以上のようにして、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さが検出されると、その検出結果は図示しない表示装置に表示され、亀裂検出処理が終了となる。

【0118】

このように第２の実施形態によれば、空間光変調器２１の光変調面２１ａの第１変調領域ＲＡ及び第２変調領域ＲＢにそれぞれ設定される変調パターンを交互に切り替えることにより、被加工物Ｗに対して互いに異なる斜め方向からレーザー光Ｌ１_A、Ｌ１_Aが照射される偏射照明が行われるので、集光レンズ３０の光軸Ｐに対して一方側から斜めに照射されるレーザー光Ｌ１_Ａに基づいて検出される亀裂Ｋの亀裂深さと、集光レンズ３０の光軸Ｐに対して他方側から斜めに照射されるレーザー光Ｌ１_Ｂに基づいて検出される亀裂Ｋの亀裂深さとの平均値を亀裂Ｋの亀裂深さ（真の亀裂深さ）として求めることができる。これにより、集光レンズ３０の光軸に対する被加工物Ｗのアライメント精度が十分でない場合でも、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを精度よくかつ安定して検出することが可能となる。

【0119】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

【符号の説明】

【0120】

１０…レーザー加工装置、１０Ａ…レーザー加工装置、１２…コントローラ、１４…ステージ、１６…レーザー光源、１８…光量調整部、２０…波面変調部、２１…空間光変調器、２１ａ…光変調面、２２…第１レンズ、２４…第２レンズ、２６…リレー光学系、２８…視野絞り、３０…集光レンズ、３０ａ…集光レンズ瞳、３２…結像レンズ、３４…光検出器、３６…光トラップ、３８…減光フィルタ、４０…フィルタ移動機構、４２…結像レンズ、４４…光検出器、４６…光トラップ、５０…主制御部、５２…ステージ制御部、５４…レーザー制御部、５６…光量制御部、５８…空間変調制御部、６０…亀裂検出部、６２…画素、６４Ａ…第１変調パターン、６４Ｂ…第２変調パターン、６４Ｃ…第３変調パターン、６４Ｄ…第４変調パターン、Ｋ…亀裂、Ｌ１…レーザー光、Ｌ２…反射光、Ｍ…亀裂軸、Ｐ…光軸、Ｗ…被加工物、ＲＡ…第１変調領域、ＲＢ…第２変調領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】