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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024121528
(43)【公開日】2024-09-06
(54)【発明の名称】亀裂検出装置及びその診断方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240830BHJP
H01L 21/301 20060101ALI20240830BHJP
G01B 11/22 20060101ALI20240830BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 C
H01L21/78 B
G01B11/22 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023028675
(22)【出願日】2023-02-27
(71)【出願人】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】100170069
【弁理士】
【氏名又は名称】大原 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128635
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲政
(72)【発明者】
【氏名】永井 龍太郎
【テーマコード（参考）】
2F065
5F063
【Ｆターム（参考）】
2F065AA07
2F065CC19
2F065FF04
2F065FF10
2F065JJ19
2F065JJ26
2F065LL04
2F065LL28
2F065QQ23
5F063AA48
5F063DD27
5F063DE14
5F063DE23
5F063DE32
(57)【要約】
【課題】 経時変化又は経年劣化等に起因する不具合の発生を容易に検出することが可能な亀裂検出装置及びその診断方法を提供する。
【解決手段】 亀裂検出装置（１）の診断方法は、主光軸（ＡＸ）に対して平行かつ主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って光源部（１０）から出射した検出光（Ｌ１）を、集光レンズ（２０）により被加工物に集光させ、検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスク（６２）を通して、集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置されたカメラ（７０）により、被加工物で反射された検出光の反射光（Ｌ２）を検出し、光源部を制御して検出光を移動させた場合に、カメラにより検出した反射光の受光強度に基づいて、亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】 亀裂検出装置（１）の診断方法は、主光軸（ＡＸ）に対して平行かつ主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って光源部（１０）から出射した検出光（Ｌ１）を、集光レンズ（２０）により被加工物に集光させ、検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスク（６２）を通して、集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置されたカメラ（７０）により、被加工物で反射された検出光の反射光（Ｌ２）を検出し、光源部を制御して検出光を移動させた場合に、カメラにより検出した反射光の受光強度に基づいて、亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行う。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物の内部に集光されて前記被加工物の裏面で反射された反射光を光検出器により検出して、前記被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置であって、
主光軸に対して平行かつ前記主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する光源部と、
前記主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、前記検出光を集光させる集光レンズと、
前記集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置され、前記被加工物の表面で反射された前記検出光の反射光を検出するカメラと、
前記カメラの上流に配置され、前記検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスクと、
前記光源部を制御して前記検出光を移動させた場合に、前記光検出マスクを通して前記カメラにより検出された反射光の受光強度に基づいて、前記亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行う制御部と、
を備える亀裂検出装置。
主光軸に対して平行かつ前記主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する光源部と、
前記主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、前記検出光を集光させる集光レンズと、
前記集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置され、前記被加工物の表面で反射された前記検出光の反射光を検出するカメラと、
前記カメラの上流に配置され、前記検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスクと、
前記光源部を制御して前記検出光を移動させた場合に、前記光検出マスクを通して前記カメラにより検出された反射光の受光強度に基づいて、前記亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行う制御部と、
を備える亀裂検出装置。
【請求項2】
前記光源部は、
前記検出光を出射する光源と、
前記主光軸から偏心した位置に形成された貫通孔を有し、前記主光軸とは別の回転軸周りに回転可能に取り付けられた光源マスクと、
前記光源マスクを回転させるモータとを備え、
前記制御部は、前記モータを制御して前記検出光を移動させる、請求項１に記載の亀裂検出装置。
前記検出光を出射する光源と、
前記主光軸から偏心した位置に形成された貫通孔を有し、前記主光軸とは別の回転軸周りに回転可能に取り付けられた光源マスクと、
前記光源マスクを回転させるモータとを備え、
前記制御部は、前記モータを制御して前記検出光を移動させる、請求項１に記載の亀裂検出装置。
【請求項3】
前記カメラは、亀裂検出時に前記光検出器が配置される位置に前記光検出器に替えて配置される、請求項１に記載の亀裂検出装置。
【請求項4】
前記亀裂検出装置の診断時に、前記集光レンズの集光点を前記被加工物の表面に合わせるフォーカス調整機構を備える、請求項１に記載の亀裂検出装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記集光レンズのレンズ瞳の中心から軸ズレの前後の前記光検出マスクの中心を見込む角度に基づいて、前記軸ズレ量の診断を行う、請求項１から４のいずれか１項に記載の亀裂検出装置。
【請求項6】
前記制御部は、前記検出光を移動させた場合に前記カメラにより検出された反射光の透過比率と、前記軸ズレ量の関係に基づいて、前記軸ズレ量の診断を行う、請求項１から４のいずれか１項に記載の亀裂検出装置。
【請求項7】
被加工物の内部に集光されて前記被加工物の裏面で反射された反射光を光検出器により検出して、前記被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置の診断方法であって、
主光軸に対して平行かつ前記主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って光源部から出射した検出光を、集光レンズにより前記被加工物に集光させるステップと、
前記検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスクを通して、前記集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置されたカメラにより、前記被加工物で反射された前記検出光の反射光を検出するステップと、
前記光源部を制御して前記検出光を移動させた場合に、前記カメラにより検出した反射光の受光強度に基づいて、前記亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行うステップと、
を備える亀裂検出装置の診断方法。
主光軸に対して平行かつ前記主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って光源部から出射した検出光を、集光レンズにより前記被加工物に集光させるステップと、
前記検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスクを通して、前記集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置されたカメラにより、前記被加工物で反射された前記検出光の反射光を検出するステップと、
前記光源部を制御して前記検出光を移動させた場合に、前記カメラにより検出した反射光の受光強度に基づいて、前記亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行うステップと、
を備える亀裂検出装置の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は亀裂検出装置及びその診断方法に係り、被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置及びその診断方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、被加工物（例えば、シリコンウエハ又はガラスウエハ等の基板）の内部に集光点を合わせてレーザ光を切断予定ラインに沿って照射し、切断予定ラインに沿って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が知られている。レーザ加工装置により被加工物にレーザ加工領域を形成すると、そのレーザ加工領域を起点として被加工物の厚さ方向に亀裂（クラック）が伸展する。被加工物の割断プロセス（例えば、エキスパンド又はブレーキング等）では、この亀裂を利用して切断予定ラインで被加工物を割断して個々のチップに分断する。
【0003】
特許文献１には、被加工物の内部に形成された亀裂を非破壊で検査する亀裂検出装置が記載されている。特許文献１では、被加工物の内部の亀裂を偏射照明して、亀裂が形成された領域において、亀裂に当たらずに被加工物の裏面で反射した光を検出し、亀裂により入射光が散乱されることに起因する検出光量の低下を利用して亀裂の検査を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－１３３９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の亀裂検出装置は、被加工物の内部にレーザ光を集光するための集光光学系（集光レンズ）等の亀裂検出機構を含んでいる。亀裂検出装置の亀裂検出機構には、経時変化又は経年劣化等により軸ズレが発生する場合がある。亀裂検出装置において軸ズレ等の不具合が発生すると、亀裂に関する測定値に誤差が生じてしまう。このため、亀裂検出装置に含まれるハードウェアの状態を診断し、軸ズレ等の不具合の発生を発見することが望まれる。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、経時変化又は経年劣化等に起因する不具合の発生を容易に検出することが可能な亀裂検出装置及びその診断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】
【0007】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る亀裂検出装置は、被加工物の内部に集光されて被加工物の裏面で反射された反射光を光検出器により検出して、被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置であって、主光軸に対して平行かつ主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って検出光を出射する光源部と、主光軸と同軸のレンズ光軸を有し、検出光を集光させる集光レンズと、集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置され、被加工物の表面で反射された検出光の反射光を検出するカメラと、カメラの上流に配置され、検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスクと、光源部を制御して検出光を移動させた場合に、光検出マスクを通してカメラにより検出された反射光の受光強度に基づいて、亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行う制御部とを備える。
【0008】
本発明の第２の態様に係る亀裂検出装置は、第１の態様において、光源部は、検出光を出射する光源と、主光軸から偏心した位置に形成された貫通孔を有し、主光軸とは別の回転軸周りに回転可能に取り付けられた光源マスクと、光源マスクを回転させるモータとを備え、制御部は、モータを制御して検出光を移動させる。
【0009】
本発明の第３の態様に係る亀裂検出装置は、第１又は第２の態様において、カメラは、亀裂検出時に光検出器が配置される位置に光検出器に替えて配置される。
【0010】
本発明の第４の態様に係る亀裂検出装置は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、亀裂検出装置の診断時に、集光レンズの集光点を被加工物の表面に合わせるフォーカス調整機構を備える。
【0011】
本発明の第５の態様に係る亀裂検出装置は、第１から第４の態様のいずれかにおいて、カメラの上流に配置された光検出マスクを備え、制御部は、集光レンズのレンズ瞳の中心から軸ズレの前後の光検出マスクの中心を見込む角度に基づいて、軸ズレ量の診断を行う。
【0012】
本発明の第６の態様に係る亀裂検出装置は、第１から第４の態様のいずれかにおいて、制御部は、検出光を移動させた場合にカメラにより検出された反射光の透過比率と、軸ズレ量の関係に基づいて、軸ズレ量の診断を行う。
【0013】
本発明の第７の態様に係る亀裂検出装置の診断方法は、被加工物の内部に集光されて被加工物の裏面で反射された反射光を光検出器により検出して、被加工物の内部に形成された亀裂を検出する亀裂検出装置の診断方法であって、主光軸に対して平行かつ主光軸に対して偏心した光源光軸に沿って光源部から出射した検出光を、集光レンズにより被加工物に集光させるステップと、検出光の光束よりも径が大きい貫通孔を有する光検出マスクを通して、集光レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置されたカメラにより、被加工物で反射された検出光の反射光を検出するステップと、光源部を制御して検出光を移動させた場合に、カメラにより検出した反射光の受光強度に基づいて、亀裂検出装置の軸ズレ量の診断を行うステップとを備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、被加工物に集光する検出光を移動させたときの（振ったときの）反射光を利用することにより軸ズレ量の診断を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。
【図2】光源マスクを示す平面図である。
【図3】光源マスクの動作を説明するための図である。
【図4】亀裂検出装置における光学系（照明光学系及び検出光学系）を説明するための図である。
【図5】亀裂検出装置の診断機能を説明するための図である。
【図6】亀裂検出装置の診断機能を説明するための図である。
【図7】光検出マスクがＸ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【図8】Ｘ軸ズレ量の算出手順を説明するための図である。
【図9】光源部を拡大して示す図である。
【図10】モータパルス数とＸ軸ズレ量との関係を示すグラフである。
【図11】光検出マスクがＹ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【図12】Ｙ軸ズレ量の算出手順を説明するための図である。
【図13】モータパルス数とＹ軸ズレ量との関係を示すグラフである。
【図14】光検出マスクがＸ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【図15】透過比率とＸ軸ズレ量の関係を示すグラフである。
【図16】光検出マスクがＹ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【図17】透過比率とＹ軸ズレ量の関係を示すグラフである。
【図18】本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置の診断方法を示すフローチャートである。
【図19】実際のスキャン波形（測定波形）と軸ズレ量の計算結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面に従って本発明に係る亀裂検出装置及びその診断方法の実施の形態について説明する。
【0017】
［亀裂検出装置］
図１は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。以下の説明では、Ｚ方向が主光軸ＡＸな方向とする３次元直交座標系を用いる。なお、θ方向はＺ軸を回転軸とする回転方向である。
図１は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置を示す図である。以下の説明では、Ｚ方向が主光軸ＡＸな方向とする３次元直交座標系を用いる。なお、θ方向はＺ軸を回転軸とする回転方向である。
【0018】
図１に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１は、被加工物Ｗに対して検出光Ｌ１を照射し、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を検出することで、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さの検出を行う装置である。
【0019】
なお、亀裂検出装置１は、被加工物Ｗの内部に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。）と組み合わされたものであるが、図１では、簡単のため、亀裂検出装置に係る構成要素のみを図示している。
【0020】
図１に示すように、亀裂検出装置１は、光源部１０、集光レンズ２０、照明光学系３０、光検出器６０及び制御部１００を含んでいる。なお、被加工物Ｗは、図示しないステージに載置される。
【0021】
光源部１０は、２本の第１光源光軸Ｑ１及び第２光源光軸Ｑ２のいずれかに沿って、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さを検出するための検出光Ｌ１を選択的に出射可能となっており、擬似的に２個の光源を構成する。ここで、第１光源光軸Ｑ１及び第２光源光軸Ｑ２は、集光レンズ２０のレンズ光軸と同軸である主光軸ＡＸに対して平行であって、主光軸ＡＸに対して偏心する光軸である。
【0022】
光源部１０は、光源１２及び光源マスク１４を含んでいる。制御部１００は、光源１２の出射制御と、モータＭ１による光源光軸（第１光源光軸Ｑ１及び第２光源光軸Ｑ２）の切替制御（図３参照）とを行う。
【0023】
光源１２は、例えば、ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）光源であり、被加工物Ｗがシリコンウエハの場合、検出光Ｌ１としては、例えば、波長１，０００ｎｍ以上の赤外光が用いられる。
【0024】
【0025】
図２に示すように、光源マスク１４は、アーム部１４Ａと、アーム部１４Ａの一端に取り付けられたマスク部１４Ｂとを含んでいる。アーム部１４Ａの他端の回転中心Ｃ１４にはモータＭ１の回転軸が取り付けられており、マスク部１４Ｂは回転中心Ｃ１４の周りに回転可能となっている。
【0026】
マスク部１４Ｂは、光源１２からの検出光Ｌ１を遮蔽可能な板状の部材を含んでおり、主光軸ＡＸに対して略垂直に配置される。マスク部１４Ｂには、略同一のサイズ及び形状を有する２個の貫通孔Ｈ１及びＨ２が形成されている。
【0027】
【0028】
図３に示すように、第１光源光軸Ｑ１に沿って検出光Ｌ１を出射する場合、モータＭ１によりマスク部１４Ｂを図中左回り（反時計回り）に回転させ、貫通孔Ｈ１を第１光源光軸Ｑ１の位置に移動させる（Ｑ１出力時）。一方、第２光源光軸Ｑ２に沿って検出光Ｌ１を出射する場合、モータＭ１によりマスク部１４Ｂを図中右回り（時計回り）に回転させ、貫通孔Ｈ２が第２光源光軸Ｑ２の位置に移動させる（Ｑ２出力時）。ここで、光源１２から出射される検出光Ｌ１の光束のサイズ及び形状並びにマスク部１４Ｂのサイズ及び形状は、Ｑ１出力時には貫通孔Ｈ１を照明し、かつマスク部１４Ｂの周囲と貫通孔Ｈ２から検出光Ｌ１が漏れないように、Ｑ２出力時には貫通孔Ｈ２を照明し、かつマスク部１４Ｂの周囲と貫通孔Ｈ１から検出光Ｌ１が漏れないように調整されている。
【0029】
図３に示すように、Ｑ１出力時には貫通孔Ｈ１と回転中心Ｃ１４とが図３の左右方向（Ｙ方向）に沿って並び、Ｑ２出力時には貫通孔Ｈ２と回転中心Ｃ１４とがＹ方向に沿って並ぶようになっている。これにより、主光軸ＡＸに対してそれぞれ±Ｙ方向に偏心した第１光源光軸Ｑ１及び第２光源光軸Ｑ２のいずれかに沿う検出光Ｌ１を選択的に出射可能となっている。
【0030】
ここで、モータＭ１を回転させると貫通孔Ｈ１及びＨ２の位置が弧を描くように変化するが、モータＭ１の回転軸と貫通孔Ｈ１及びＨ２の位置とは十分離れているため、光源光軸の切り替え程度の回転では、図３の左右方向に沿う貫通孔Ｈ１及びＨ２の位置の変化は無視することができ、片軸（図３の上下方向）しか変化しない。
【0031】
なお、亀裂検出装置１の診断機能では、光源マスク１４の位置を意図的に送ることで診断を行う。亀裂検出装置１の診断機能については後述する。
【0032】
本実施形態では、２つの穴が形成された光源マスク１４と、光源マスク１４に併せて光束が調整された光源１２とを設けることで擬似的に光源を２個にしたが、これに限定されない。例えば、独立した２個の光源それぞれに自動ステージを取り付け、光源を切り替えるようにしてもよい。この場合、亀裂検出装置１の診断の際には、光源の位置を意図的に送ればよい。また、この場合、光源から出射される光束の太さを、絞り等を用いて後述の光検出マスク６２の貫通孔よりも細くすればよい。
【0033】
図２に示す例では、光源１２からの１本の光束を２本に分割するだけなので、２個の光源からの２本のビームが平行になるようにアライメントを行う必要がない。
【0034】
図１に示すように、照明光学系３０は、一対のリレーレンズ３２及び３４並びに視野絞り３６を含んでいる。一対のリレーレンズ３２及び３４はテレセントリックなアフォーカル光学系を構成し、検出光Ｌ１を集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａに投影する。視野絞り３６は、集光レンズ２０の集光点と光学的に共役な位置となるように配置されており、光源部１０から被加工物Ｗに向けて照射される検出光Ｌ１の範囲を制限する。視野絞り３６により、検出光Ｌ１を成形して被加工物Ｗの内部における集光レンズ２０の像面（集光面）の１点に向かって集光する光スポットを形成することができ、不要な反射光や散乱光を低減することができる。なお、光源部１０から出射された検出光Ｌ１がコリメート光（平行光）である場合には視野絞り３６を省略してもよい。
【0035】
ハーフミラー４０は、照明光学系３０とダイクロイックミラー４２との間に配置されており、入射光の一部を透過し一部を反射する。すなわち、ハーフミラー４０は、光源部１０から照明光学系３０を経由して入射する検出光Ｌ１の一部を透過し、ダイクロイックミラー４２を経由して集光レンズ２０に導く一方、被加工物Ｗからの検出光Ｌ１の反射光Ｌ２の一部を反射して検出光学系５０に導く。
【0036】
ダイクロイックミラー４２は、主光軸ＡＸを直角に折り曲げる。すなわち、ダイクロイックミラー４２は、光源部１０からの検出光Ｌ１を直角に反射して集光レンズ２０に導き、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を直角に反射してハーフミラー４０に導く。
【0037】
また、ダイクロイックミラー４２は、レーザダイシング装置の加工光学系と、亀裂検出のための検出光学系５０が集光レンズ２０を共用する場合に、加工光と検出光Ｌ１とを分離する。なお、加工光を考慮しなくてもよい場合（集光レンズ２０を共用しない場合）には、ダイクロイックミラー４２の代わりに、全反射ミラーを配置してもよい。
【0038】
集光レンズ２０は、被加工物Ｗに対向する位置に配置されており、光源部１０から照明光学系３０、ハーフミラー４０及びダイクロイックミラー４２を介して入射した検出光Ｌ１を被加工物Ｗの内部に集光する。集光レンズ２０により被加工物Ｗの内部に検出光Ｌ１が集光された後、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２は、集光レンズ２０及びダイクロイックミラー４２を経由してハーフミラー４０で反射され、検出光学系５０に導かれる。
【0039】
検出光学系５０は、１対のリレーレンズ５２及び５４を含んでおり、ハーフミラー４０により反射された反射光Ｌ２を光検出器６０に導く。
【0040】
一対のリレーレンズ５２及び５４は、テレセントリックなアフォーカル光学系を構成し、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａを光検出器６０に投影する。
【0041】
検出光学系５０と光検出器６０との間には、光検出マスク６２が配置されている。光検出マスク６２は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２のうちの不要な反射光成分を除去する機能を有する。光検出マスク６２は、反射光Ｌ２を遮蔽可能な板状（例えば、円板状）の部材を含んでおり、主光軸ＡＸに対して略垂直に配置される。光検出マスク６２には、光源マスク１４の貫通孔Ｈ１及びＨ２よりも径が大きい貫通孔が形成されている。
【0042】
光検出器６０は、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａ（図４参照）と共役な位置に配置されており、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの有無に応じて変化する反射光Ｌ２を検出する。光検出器６０は、２つに分割された受光面６０ａ、６０ｂ（図４参照）を有する２分割フォトディテクタからなり、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２を各受光面６０ａ、６０ｂで受光し、各受光面６０ａ、６０ｂで受光した光量に応じた検出信号をそれぞれ制御部１００に出力する。なお、光検出器６０としては、複数に分割された受光面を有する分割型光検出器であればよく、例えば、２分割フォトディテクタに代えて、４分割フォトディテクタを用いてもよいし、２個のフォトディテクタを用いてもよい。また、光検出器６０の代わりに、赤外線カメラで撮像し、画像処理を行ってもよい。
【0043】
フォーカス調整機構２２は、集光レンズ２０の集光点を主光軸ＡＸに沿う方向（被加工物Ｗの厚さ方向、Ｚ方向）に調整するものである。このフォーカス調整機構２２は、集光レンズ２０の集光点を主光軸ＡＸに沿った方向に移動させる。フォーカス調整機構２２は、制御部１００に接続されており、制御部１００により集光レンズ２０の集光点の制御が行われる。なお、フォーカス調整機構２２は、レンズ駆動部（例えば、ピエゾアクチュエータ）により集光レンズ２０を主光軸ＡＸに沿った方向に移動させることで集光レンズ２０と被加工物Ｗとの間の距離を変化させることによって集光レンズ２０の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に変化させるようにしてもよい。
【0044】
なお、集光レンズ２０がレーザダイシング装置の加工ヘッド（不図示）とともにＺ方向に移動可能な構成の場合には、フォーカス調整機構２２は、加工ヘッドの駆動機構を含んでいてもよい。この場合、加工ヘッドの駆動機構による集光点の位置調整（粗調整）と、ピエゾアクチュエータによる集光点の位置調整（微調整）とを組み合わせて行うことが可能になる。
【0045】
なお、本明細書において、集光レンズ２０の集光点とは、集光レンズ２０により集光された検出光Ｌ１の集光点の位置をいう。また、集光レンズ２０の集光点の深さ位置（Ｚ方向位置）は、被加工物Ｗの裏面からの距離で示すものとする。
【0046】
アライメント機構２４は、集光レンズ２０と被加工物ＷとのＸＹ方向における相対的な位置合わせ（アライメント）を行うものである。アライメント機構２４は、例えば、モータ及びボールねじ等を含む機構、又はガイド軸とスライダーとの間に気体軸受を設けるエアガイド機構等の往復直線運動のための機構を含んでいる。また、アライメント機構２４は、集光レンズ２０をレンズ光軸に垂直な水平方向に微小移動させるレンズ駆動部を含んでいる。レンズ駆動部は、制御部１００に接続されており、制御部１００によりレンズ駆動部を制御することで、集光レンズ２０と被加工物Ｗとの水平方向における相対的な位置合わせが行われる。なお、アライメント機構２４に代えて、被加工物Ｗを載置するステージ（不図示）を集光レンズ２０に対して相対的に移動させるようにしてもよい。
【0047】
制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、ストレージ及び入出力回路部を含んでおり、亀裂検出装置１の各部の動作を制御する。具体的には、制御部１００は、フォーカス調整機構２２により集光レンズ２０の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に変化させながら、光検出器６０から出力された検出信号を順次取得し、この検出信号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）を検出する処理（亀裂検出処理）を行う。
【0048】
（光学系）
図４は、亀裂検出装置における光学系（照明光学系及び検出光学系）を説明するための図である。以下の説明では、検出光Ｌ１及び反射光Ｌ２の進行方向（主光軸ＡＸに沿う方向）をＺ方向とする。
図４は、亀裂検出装置における光学系（照明光学系及び検出光学系）を説明するための図である。以下の説明では、検出光Ｌ１及び反射光Ｌ２の進行方向（主光軸ＡＸに沿う方向）をＺ方向とする。
【0049】
【0050】
図４に示すように、検出光Ｌ１は、照明光学系３０のリレーレンズ３２及び３４を経由して、集光レンズ２０により被加工物Ｗの内部の焦点位置ＦＳに集光される。焦点位置ＦＳに集光された検出光Ｌ１のうち、亀裂Ｋに当たらずに被加工物Ｗの裏面で反射した光の非反射光成分（反射光Ｌ２ａ）は、被加工物Ｗの裏面で反射された後、集光レンズ２０を再び透過して、収束光束として検出光学系５０に導かれる。反射光Ｌ２ａは、検出光学系５０のリレーレンズ５２及び５４を順次通過して光検出器６０の受光面６０ｂに導かれる。
【0051】
一方、焦点位置ＦＳに集光された検出光Ｌ１のうち、亀裂Ｋに当たった光は、亀裂Ｋにより全反射される。亀裂Ｋにより全反射された光の反射光成分（反射光Ｌ２ｂ）は、被加工物Ｗの裏面で反射された後、集光レンズ２０を再び透過して、収束光束として検出光学系５０に導かれる。反射光Ｌ２ｂは、リレーレンズ５２及び５４を順次通過して光検出器６０の受光面６０ａに導かれる。
【0052】
本実施形態では、光検出器６０により検出した被加工物Ｗからの反射光Ｌ２ａ及びＬ２ｂに基づいて亀裂検出を行う。
【0053】
集光レンズ２０の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、検出光Ｌ１は、亀裂Ｋに当たらずに被加工物Ｗの裏面で反射された後、反射光Ｌ１ａとして光検出器６０の受光面６０ａにより検出される。この場合、受光面６０ａから検出される検出信号の信号レベルは最大になり、受光面６０ｂから検出される検出信号の信号レベルはゼロになる。
【0054】
一方、集光レンズ２０の集光点に亀裂Ｋが存在する場合には、検出光Ｌ１は、亀裂Ｋで全反射された後、被加工物Ｗの裏面で反射され、反射光Ｌ１ｂとして光検出器６０の受光面６０ｂにより検出される。この場合、受光面６０ａから検出される検出信号の信号レベルはゼロになり、受光面６０ｂから検出される検出信号の信号レベルは最大になる。
【0055】
また、集光レンズ２０の集光点と亀裂Ｋの亀裂下端位置又は亀裂上端位置とが一致する場合には、検出光Ｌ１は、亀裂Ｋに当たらずに被加工物Ｗの裏面で反射される非反射光成分と、亀裂Ｋで全反射された後、被加工物Ｗの裏面で反射される反射光成分とに分割される。そして、検出光Ｌ１の非反射光成分及び反射光成分は、反射光Ｌ１ａ及びＬ１ｂと同様の経路に沿って受光面６０ａ及び６０ｂにそれぞれ入射する。
【0056】
制御部１００は、フォーカス調整機構２２を制御して集光レンズ２０の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に変化させながら、受光面６０ａ及び６０ｂから出力される検出信号を順次取得する。これにより、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。具体的には、制御部１００は、受光面６０ａ及び６０ｂから出力される検出信号の信号レベルが略等しくなる位置を亀裂下端位置又は亀裂上端位置として検出する。また、制御部１００は、受光面６０ａから検出される検出信号の信号レベルがゼロになる区間を亀裂Ｋの位置として検出する。
【0057】
亀裂検出を行う際には、第１光源光軸Ｑ１及び第２光源光軸Ｑ２に沿う検出光Ｌ１のいずれか一方を用いて亀裂Ｋの位置を検出してもよいし、両方の検出結果（例えば、平均値）に基づいて亀裂Ｋの位置を検出してもよい。
【0058】
［亀裂検出装置の診断機能］
本実施形態に係る亀裂検出装置１は、光源１２から光検出器６０までの光路（図４参照）上の光学系（亀裂検出機構）を診断対象とする診断機能（自己診断機能）を有する。
本実施形態に係る亀裂検出装置１は、光源１２から光検出器６０までの光路（図４参照）上の光学系（亀裂検出機構）を診断対象とする診断機能（自己診断機能）を有する。
【0059】
光源マスク１４を取り付けたモータＭ１を回転させるとビーム（検出光Ｌ１）の位置が変化し、検出光Ｌ１の位置が変化すると光検出マスク６２へのビーム（反射光Ｌ２）の抜け方が変化する。本実施形態では、モータＭ１により光源マスク１４を回転させたときの反射光Ｌ２の抜け方の変化に基づいて、亀裂検出装置１の亀裂検出機構の診断を行う。
【0060】
上記の亀裂検出機構の診断結果は、光源１２から光検出器６０までの光路上の全光学系の軸ズレを内包している。亀裂検出機構の診断において使用するパラメータ（定量的な指標）は、「光検出マスク６２への検出光Ｌ２の抜け方が亀裂検出装置１の出荷時よりどれだけ軸ズレしているか」である。ここで、軸ズレとは、Ｘ方向の軸ズレ（Ｘ軸ズレ）とＹ方向の軸ズレ（Ｙ軸ズレ）の２種である。モータＭ１により光源マスク１４を回転させた際に、反射光Ｌ２の移動方向（貫通孔Ｈ１及びＨ２の移動方向に対応）と平行な成分がＸ軸であり、Ｘ軸に対して垂直な成分がＹ軸である。
【0061】
また、亀裂検出装置１の診断時には、集光レンズ２０の集光位置を被加工物Ｗの表面Ｗａに合わせる。図４を参照して説明した通り、亀裂検出時には、被加工物Ｗの内部に検出光Ｌ１を透過させ、被加工物Ｗの裏面で反射された反射光（裏面反射光）を用いる。亀裂検出装置１の診断時にも裏面反射光を用いることが考えられる。しかしながら、裏面反射光を診断に使用すると、例えば、デバイスウエハ等の裏面にパターンが形成された被加工物Ｗの場合、反射率が部分的に異なるので反射光強度が乱れてしまい、診断結果に悪影響を及ぼす場合がある。また、亀裂Ｋが入ったウエハも同様に検出光Ｌ１が亀裂Ｋに当たって散乱すると結果に誤差が生じる場合がある。したがって、亀裂検出装置１の診断時には、一様な反射率が見込める表面反射光のみを利用することが好ましい。
【0062】
Ｘ軸ズレ及びＹ軸ズレの診断方法はそれぞれ２種類ある。第１の診断方法は、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０の位置から反射光Ｌ２の変化前後の位置を見込む角度に基づいて、Ｘ軸ズレ及びＹ軸ズレのズレ量を算出するものである。第２の診断方法は、反射光Ｌ２の透過比率（＝面積比率）に基づいて、Ｘ軸ズレ及びＹ軸ズレのズレ量を算出するものである。
【0063】
［第１の診断方法：レンズ瞳の中心からの角度に基づく診断］
図５及び図６は、亀裂検出装置の診断機能を説明するための図である。図５は、診断対象の光路を簡略化して示す模式図であり、図６は、カメラ７０により撮像した撮像画像の例を示している。
図５及び図６は、亀裂検出装置の診断機能を説明するための図である。図５は、診断対象の光路を簡略化して示す模式図であり、図６は、カメラ７０により撮像した撮像画像の例を示している。
【0064】
図４に示すように、光源１２から集光レンズ２０に至るまでの光学系はアフォーカル系を構成しており、検出光Ｌ１は、光源１２側と集光レンズ２０の手前側で平行光となる。集光レンズ２０から光検出器６０（カメラ７０）に至るまでの光学系も同様にアフォーカル系を構成しており、反射光Ｌ２は、被加工物Ｗから戻って集光レンズ２０から出射した位置と、光検出器６０に向かう位置で平行光となる。したがって、図５に示すように、光学系を簡略化することができる。
【0065】
図５に示すように、光源１２から出射された検出光Ｌ１は、破線の円で示す光源マスク１４の貫通孔（Ｈ１又はＨ２）及び集光レンズ２０を順次通過して、被加工物Ｗの表面Ｗａに到達する。図５の実線の円は、レンズ瞳２０ａを示している。被加工物Ｗの表面Ｗａに集光されて反射された反射光Ｌ２は、集光レンズ２０を通過した後、点線の円で示す光検出マスク６２の貫通孔を通過する。
【0066】
亀裂検出装置１の診断時には、光検出器６０に代えてカメラ７０を配置して、反射光Ｌ２を検出する。
【0067】
カメラ７０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を含んでいる。カメラ７０の撮像素子の受光面は、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａと光学的に共役な位置に配置される。
【0068】
図６に示す例では、図５と同様に、カメラ７０により撮像した画像のうち、光源マスク１４の貫通孔（Ｈ１又はＨ２）を通過して反射光Ｌ２の入射した白色の領域を破線の円で示し、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａに対応する灰色の領域を実線の円で示す。また、光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域を点線の円で示す。
【0069】
図６に示すように、光検出マスク６２の貫通孔は、光源マスク１４の貫通孔Ｈ１及びＨ２よりも径が大きく、亀裂検出装置１の出荷時には、光検出マスク６２の点線の円で示す領域の内側中央に反射光Ｌ２の破線の円が収まるようになっている。
【0070】
また、モータＭ１により光源マスク１４を回転させた場合の反射光Ｌ２の移動方向を破線の矢印で示す。上記の通り、モータＭ１の回転軸の位置と光源マスク１４の貫通孔Ｈ１及びＨ２の位置とは十分離れているため、モータＭ１により光源マスク１４を回転させた際の反射光Ｌ２の移動方向（軌跡）は、破線の双頭矢印で示すように、Ｘ方向に沿う直線に近似することができる。
【0071】
（Ｘ軸ズレの診断）
図７は、光検出マスク６２がＸ方向に軸ズレした状態を示す図である。
図７は、光検出マスク６２がＸ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【0072】
図７の左図は、Ｘ軸ズレ前後の撮像画像を示している。同図では、出荷時とＸ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域をそれぞれ点線と実線の円で示す。なお、各円に対応する点線と実線の双頭矢印は、反射光Ｌ２が光検出マスク６２を通過する範囲（光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域）を示している。
【0073】
同図に示すように、反射光Ｌ２は、出荷時の点線の円の内側中央に収まるようになっている。これに対して、＋Ｘ側にＸ軸ズレすると、反射光Ｌ２は、Ｘ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する実線の円に対して－Ｘ側にずれる。
【0074】
図７の右図は撮像画像における受光強度を示すグラフである。同図に示すように、Ｘ軸ズレが発生すると、モータＭ１をパルス信号で制御して光源マスク１４を回転させた際に、検出光Ｌ１の抜け方が変化して、受光強度を示すグラフが左右にシフトする。このシフト前後のグラフのピーク位置（＝モータパルスを振った際の透過可能範囲の中間点）を比較することでＸ軸ズレ量を算出する。ここで、中間点は、例えば、カメラ７０により撮像した撮像画像において、反射光Ｌ２の透過可能範囲として検出される略円形状の領域の中心又は重心である（図８、図１２、図１４及び図１６参照）。
【0075】
図８は、Ｘ軸ズレ量の算出手順を説明するための図である。図８において、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０と出荷時の透過可能範囲（破線の円）の中間点ＣＸ０をまでの距離をｄとし、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０、出荷時の透過可能範囲（破線の円）の中間点ＣＸ０及びＸ軸ズレ後の透過可能範囲（実線の円）の中間点ＣＸ１のなす角（中心Ｃ２０の位置からＣＸ０及びＣＸ１を見込む角、∠ＣＸ０Ｃ２０ＣＸ１）の角度をθとする。図８において、検出光Ｌ１の移動量に対してｄが十分大きいので、三角形ＣＸ０Ｃ２０ＣＸ１は直角三角形とみなす（近似する）ことができる。したがって、Ｘ軸ズレ量ΔＸは、下記の式（１）で表される。
【0076】
ΔＸ＝ｄｔａｎ（θ－θ０） （１）
なお、θ０は、装置出荷時の角度、すなわち、装置出荷時の線分ＣＸ０Ｃ２０のＹ軸に対する傾きである。
なお、θ０は、装置出荷時の角度、すなわち、装置出荷時の線分ＣＸ０Ｃ２０のＹ軸に対する傾きである。
【0077】
ここで、検出光Ｌ１を動作制御に実際に用いられるパラメータは、モータＭ１に加えられるパルス信号のモータパルス数である。このモータパルス数をθに変換する方法を２通り説明する。
【0078】
（１）第１の変換方法
図９は、光源部を拡大して示す図である。図９に示すように、検出光Ｌ１が図中上方向へ移動したとする。モータＭ１の回転軸中心（光源マスク１４の回転中心Ｃ１４）から移動前の検出光Ｌ１の位置までの距離をＤ、１パルス当たりの回転角度をｍ（ｄｅｇ（「度」又は「°」）／１パルス）、現在のモータパルス数をｐ、ビーム中心位置（主光軸ＡＸ及びレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０に対応）から移動前の検出光Ｌ１の位置までの距離をｄ、ビーム中心位置、移動前の検出光Ｌ１の位置及び移動後の検出光Ｌ１の位置のなす角度をθとする。
図９は、光源部を拡大して示す図である。図９に示すように、検出光Ｌ１が図中上方向へ移動したとする。モータＭ１の回転軸中心（光源マスク１４の回転中心Ｃ１４）から移動前の検出光Ｌ１の位置までの距離をＤ、１パルス当たりの回転角度をｍ（ｄｅｇ（「度」又は「°」）／１パルス）、現在のモータパルス数をｐ、ビーム中心位置（主光軸ＡＸ及びレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０に対応）から移動前の検出光Ｌ１の位置までの距離をｄ、ビーム中心位置、移動前の検出光Ｌ１の位置及び移動後の検出光Ｌ１の位置のなす角度をθとする。
【0079】
図９において、光源マスク１４の貫通孔（Ｑ１またはＱ２）の移動軌跡Ｔ１に沿う検出光Ｌ１の移動量に対してＤが十分大きいので、三角形ＣＸ０Ｃ１４ＣＸ１は直角三角形とみなす（近似する）ことができる。したがって、モータＭ１側から見た検出光Ｌ１の移動量はＤｔａｎ（ｍｐ）となる。また、ビーム中心位置側から見た検出光Ｌ１の移動量はｄｔａｎ（θ）となる。
【0080】
図９からＤｔａｎ（ｍｐ）＝ｄｔａｎ（θ）となるので、θとｐの関係式を求めると、下記の式（２）が得られる。
【0081】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛Ｄｔａｎ（ｍｐ）／ｄ｝ （２）
図４に示すように、光源１２と光検出器６０（カメラ７０）はアフォーカル系なので、式（２）で求めたθは、光検出器６０（カメラ７０）及びレンズ瞳２０ａの周りでも同じ角度になる。これにより、モータパルス数ｐからθへの変換が可能になる。
図４に示すように、光源１２と光検出器６０（カメラ７０）はアフォーカル系なので、式（２）で求めたθは、光検出器６０（カメラ７０）及びレンズ瞳２０ａの周りでも同じ角度になる。これにより、モータパルス数ｐからθへの変換が可能になる。
【0082】
（２）第２の変換方法
図５に示すように、光検出器６０の位置にカメラ７０を設置する。そして、モータＭ１を回転させたときのレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０からの角度を画像処理して事前に取得しておく。いわば光検出器６０の周りでの回転角度を亀裂検出装置１ごとに取得しておき、モータパルス数にこの回転角度を乗じてθ変換する。
図５に示すように、光検出器６０の位置にカメラ７０を設置する。そして、モータＭ１を回転させたときのレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０からの角度を画像処理して事前に取得しておく。いわば光検出器６０の周りでの回転角度を亀裂検出装置１ごとに取得しておき、モータパルス数にこの回転角度を乗じてθ変換する。
【0083】
図１０は、モータパルス数とＸ軸ズレ量との関係を示すグラフであり、式（１）をグラフ化したものである。ただし、グラフの横軸はθ変換していないモータパルス数であり、亀裂検出装置１の出荷時（＝基準時）のモータパルス数（基準パルス）を１００、回転角度を０．７２ｄｅｇ、ｄ＝５００μｍとする。図１０を見て分かるように、モータパルス数１００を中心に右側では軸ズレ量の符号が＋、左側では軸ズレ量の符号が－になるのでＸ軸ズレ量の診断では符号を伴った値を取得することができる。
【0084】
（Ｙ軸ズレの診断）
図１１は、光検出マスク６２がＹ方向に軸ズレした状態を示す図である。
図１１は、光検出マスク６２がＹ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【0085】
図１１の左図は、Ｙ軸ズレ前後の撮像画像を示している。同図では、出荷時とＹ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域をそれぞれ点線と実線の円で示す。なお、各円に対応する点線と実線の双頭矢印は、反射光Ｌ２が光検出マスク６２を通過する範囲（光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域）を示している。
【0086】
同図に示すように、反射光Ｌ２は、出荷時の点線の円の内側中央に収まるようになっている。これに対して、＋Ｙ側にＹ軸ズレすると、反射光Ｌ２は、Ｙ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する実線の円に対して－Ｙ側にずれる。
【0087】
図１１の右図は撮像画像における受光強度を示すグラフである。同図に示すように、Ｙ軸ズレが発生すると、モータＭ１をパルス信号で制御して光源マスク１４を回転させた際に、検出光Ｌ１の抜け方が変化して、受光強度を示すグラフの幅が狭くなる。このＹ軸ズレ前後のグラフの幅（＝モータパルスを振った際の透過可能範囲）を比較することでＹ軸ズレ量を算出する。
【0088】
なお、モータパルスを振った際の透過可能範囲を比較すると記述したが、実際は透過可能範囲の半分（片側）だけデータを取得すればＹ軸ズレの計算は可能であるため、反射光Ｌ２が光検出マスク６２を抜けるギリギリのポイント、換言すれば、反射光Ｌ２の外縁部と光検出マスク６２の縁が重なるポイントである「透過可能限界」を利用してＹ軸ズレ量の計算を行う。
【0089】
図１２は、Ｙ軸ズレ量の算出手順を説明するための図である。図１２において、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０と出荷時の透過可能範囲（破線の円）の中間点ＣＹ０をまでの距離をｄとし、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０、出荷時の透過可能範囲（破線の円）の中間点ＣＹ０及び出荷時の透過可能限界の点Ｔｌｉｍ０のなす角（中心Ｃ２０の位置からＣＹ０及びＴｌｉｍ０を見込む角、∠ＣＹ０Ｃ２０Ｔｌｉｍ０）の角度をθｌｉｍ０とする。また、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０、Ｙ軸ズレ後の透過可能範囲（破線の円）の中間点ＣＹ１及び出荷時の透過可能限界の点Ｔｌｉｍ１のなす角（中心Ｃ２０の位置からＣＹ１及びＴｌｉｍ１を見込む角、∠ＣＹ１Ｃ２０Ｔｌｉｍ１）の角度をθｌｉｍ１とする。
【0090】
図１２に示す例でも、モータＭ１の回転軸の位置と光源マスク１４の貫通孔Ｈ１及びＨ２の位置とは十分離れているため、モータＭ１により光源マスク１４を回転させた際の反射光Ｌ２の移動方向（軌跡）は、Ｘ方向に沿う直線に近似することができる。このとき、Ｙ軸ズレ量ΔＹは、下記の式（３）により表される。
【0091】
【数1】
【0092】
ここで、θｌｉｍ０≧θｌｉｍ１の関係が常に成り立つので、ΔＹは正の値しか取らない。すなわち、Ｙ軸ズレはＸ軸ズレとは異なり、どの方向にずれたか分からない特徴を持つ。これは図１１の右図のグラフを見ても明らかであり、Ｙ軸ズレが発生した場合、出荷時よりもグラフの幅が狭くなるだけでどちらにずれたかは分からない。
【0093】
図１３は、モータパルス数とＹ軸ズレ量との関係を示すグラフであり、式（３）をグラフ化したものである。ただし、グラフの横軸はθ変換していないモータパルス数であり、亀裂検出装置１の出荷時（＝基準時）のモータパルス数（基準パルス）を１００、回転角度を０．７２ｄｅｇ、ｄ＝５００μｍとする。上記の通り、θｌｉｍ０≧θｌｉｍ１なので、絶対値でモータパルス数１００を超える部分はズレ量を計算できない。また、グラフは１パルスずつのプロットだが、グラフを見て分かるように１００パルスから９９パルスに変わっただけでＹ軸ズレ量が約４００μｍも生じている。つまり、Ｙ軸ズレ量の診断は小さなズレ量を検知できない。仮に回転角度やｄを変更して小さなズレ量を検知しようとしても、今度は検知できる範囲が極端に狭くなってしまう（例えば、回転角度を０．０７２ｄｅｇにすると最小で１０μｍ検知できるようになるが、測定可能範囲が６０μｍ程度まで狭まってしまう）。Ｙ軸ズレ量の診断は、上記のような特性を有しており、Ｘ軸ズレ量の診断と比較すると、診断可能な領域が限定的となる。
【0094】
［第２の診断方法：透過比率に基づく診断］
透過比率に基づく診断では、反射光Ｌ２を「計算位置」に移動させる。計算位置とは反射光Ｌ２の中心が光検出マスク６２の貫通孔の縁と重なる位置であり、この位置での透過比率（＝面積比率）を調べることで軸ズレ量の計算を行う。
透過比率に基づく診断では、反射光Ｌ２を「計算位置」に移動させる。計算位置とは反射光Ｌ２の中心が光検出マスク６２の貫通孔の縁と重なる位置であり、この位置での透過比率（＝面積比率）を調べることで軸ズレ量の計算を行う。
【0095】
（Ｘ軸ズレの診断）
図１４は、光検出マスク６２がＸ方向に軸ズレした状態を示す図である。
図１４は、光検出マスク６２がＸ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【0096】
図１４では、出荷時とＸ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域をそれぞれ点線と実線の円で示し、これらの円の半径をＲとし、点線と実線の円の中間点をそれぞれ点ＣＸ０及び点ＣＸ１とする。反射光Ｌ２の中心が出荷時の光検出マスク６２の貫通孔の縁と重なる位置である計算位置における反射光Ｌ２の領域を破線の円で示し、この円の半径（レンズ瞳２０ａ上における反射光Ｌ２の半径）をｒとし、反射光Ｌ２の中間点を点Ａとする。点Ｂ及び点Ｃは、計算位置における反射光Ｌ２の外周（破線の円）とＸ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域（実線の円）の交点であり、∠ＢＡＣと∠ＢＣＸ１Ｃの角度をそれぞれαとβとする。
【0097】
図１４の網掛け領域ＯＡは、実線の円と破線の円とが重なる領域であり、出荷時の光検出マスク６２に対して計算位置にある反射光Ｌ２のうち、Ｘ軸ズレ後の光検出マスク６２を透過する領域を示している。この網掛け領域ＯＡの面積を求めて反射光Ｌ２の全体の面積と比較することにより、透過比率を算出する。
【0098】
網掛け領域ＯＡの面積をＳｐａｒｔとすると、Ｓｐａｒｔ＝｛（扇形ＢＡＣ）－（三角形ＢＡＣ）｝＋｛（扇形ＢＣＸ１Ｃ）－（三角形ＢＣＸ１Ｃ）｝となるので、下記の式（４）が得られる。
【0099】
【数2】
【0100】
余弦定理から、下記の式（５）及び式（６）が得られる。
【0101】
【数3】
【0102】
式（５）及び式（６）を式（４）に代入して下記の通り変形すると、下記の式（７）が得られる。
【0103】
【数4】
【0104】
【数5】
【0105】
【数6】
【0106】
【0107】
Ｘ軸ズレが発生していない場合、計算位置にある反射光Ｌ２の透過比率は約０．４５である。そして、モータＭ１により光源マスク１４を回転することで、反射光Ｌ２が計算位置から半径ｒ分（５００μｍ）移動すると、反射光Ｌ２は光検出マスク６２により完全に遮られるため透過比率は０になる。つまり、Ｘ軸ズレ量の算出可能範囲は反射光Ｌ２の半径ｒ（レンズ瞳２０ａ上における半径）に依存している。反射光Ｌ２の半径ｒを大きくすればするほど、Ｘ軸ズレ量の算出可能範囲も広がるが、反射光Ｌ２の半径ｒは亀裂測定の最適条件として、亀裂検出装置１の出荷時に決められているので変更は困難である。すなわち、Ｘ軸ズレ量の診断における算出可能範囲は、反射光Ｌ２の半径ｒによって決まることになる。
【0108】
なお、光検出マスク６２の貫通孔の半径を増減させた場合、Ｘ軸ズレが発生していない場合（図１５においてＸ軸ズレ量がゼロの場合）の透過比率は変化するが、Ｘ軸ズレ量の算出可能範囲は変化しない。
【0109】
また、Ｘ軸ズレ量が反対側（＝マイナス側）に動くと透過比率は０．４５を超える。これはＸ軸ズレ量の診断のみに現れる傾向である。
【0110】
（Ｙ軸ズレの診断）
図１６は、光検出マスク６２がＹ方向に軸ズレした状態を示す図である。
図１６は、光検出マスク６２がＹ方向に軸ズレした状態を示す図である。
【0111】
図１６では、出荷時とＹ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域をそれぞれ点線と実線の円で示し、これらの円の半径をＲとし、点線と実線の円の中間点をそれぞれ点ＣＹ０及び点ＣＹ１とする。反射光Ｌ２の中心が出荷時の光検出マスク６２の貫通孔の縁と重なる位置である計算位置における反射光Ｌ２の領域を破線の円で示し、この円の半径（レンズ瞳２０ａ上における反射光Ｌ２の半径）をｒとし、反射光Ｌ２の中間点を点Ａとする。点Ｂ及び点Ｃは、計算位置における反射光Ｌ２の外周（破線の円）とＸ軸ズレ後の光検出マスク６２の貫通孔に対応する領域（実線の円）の交点であり、∠ＢＡＣと∠ＢＣＹ１Ｃの角度をそれぞれαとβとする。
【0112】
図１６の網掛け領域ＯＡは、実線の円と破線の円とが重なる領域であり、出荷時の光検出マスク６２に対して計算位置にある反射光Ｌ２のうち、Ｙ軸ズレ後の光検出マスク６２を透過する領域を示している。この網掛け領域ＯＡの面積を求めて反射光Ｌ２の全体の面積と比較することにより、透過比率を算出する。
【0113】
網掛け領域ＯＡの面積をＳｐａｒｔとすると、Ｓｐａｒｔ＝｛（扇形ＢＡＣ）－（三角形ＢＡＣ）｝＋｛（扇形ＢＣＸ１Ｃ）－（三角形ＢＣＸ１Ｃ）｝となり、上記の式（４）と同様となる。
【0114】
また、余弦定理から下記の式が得られる。
【0115】
【数7】
【0116】
【数8】
【0117】
【0118】
Ｙ軸ズレが発生していない場合、計算位置にある検出光の透過比率は、Ｘ軸ズレの図１５の例と同様に、約０．４５となる。さらに、反射光Ｌ２の半径ｒを大きくした場合に、算出可能範囲が広がる点で、Ｘ軸ズレの場合と同じ傾向を示す。
【0119】
一方、Ｘ軸ズレの場合と異なる点は、Ｙ軸ズレは算出可能範囲が同条件でも２倍ほど広く、また、光検出マスク６２の貫通孔の半径Ｒを増減させることでも算出可能範囲が変化する点である。
【0120】
上記の通り、Ｙ軸ズレの算出可能範囲を拡張したい場合には、光検出マスク６２の貫通孔の半径Ｒを大きくするのが好ましい。しかしながら、光検出マスク６２は亀裂測定において余分な成分（外乱）を除去する役割も持っている。「外乱除去」と「Ｙ軸ズレ算出可能範囲」はトレードオフの関係にあり、適切なポイントを調査してから光検出マスク６２の貫通孔の半径Ｒを設定する必要がある。なお、リレーレンズ５２と５４との間に、「外乱除去」のための視野絞りを配置して、光検出マスク６２の貫通孔の半径Ｒの自由度を高めることも可能である。
【0121】
（第１及び第２の診断方法の比較）
上記の通り、第１の診断方法は、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０からの見込み角度θに基づく診断方法であり、第２の診断方法は、カメラ７０で検出した反射光Ｌ２の透過比率γに基づく診断方法である。上記の各診断方法の説明では、検出側の光検出マスク６２の位置ズレのシミュレーションを行ったが、検出光Ｌ１側（例えば、光源マスク１４又は集光レンズ２０等の上流側の光学素子）がずれた場合でも、Ｘ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量を同様に計算することができる。
上記の通り、第１の診断方法は、集光レンズ２０のレンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０からの見込み角度θに基づく診断方法であり、第２の診断方法は、カメラ７０で検出した反射光Ｌ２の透過比率γに基づく診断方法である。上記の各診断方法の説明では、検出側の光検出マスク６２の位置ズレのシミュレーションを行ったが、検出光Ｌ１側（例えば、光源マスク１４又は集光レンズ２０等の上流側の光学素子）がずれた場合でも、Ｘ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量を同様に計算することができる。
【0122】
次に、上記の２種類の診断方法についてどちらを実際の運用に採用することが好ましいかについて検討する。
【0123】
まず、Ｘ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量を高い分解能で測定するためには、透過比率γに基づく第２の診断方法の方が適している。レンズ瞳２０ａの中心Ｃ２０からの見込み角度θに基づく第１の診断方法の場合、モータＭ１の１パルス当たりの回転角度ｍ（ｄｅｇ／パルス）が分解能に直接影響するため相対的に分解能は劣る。
【0124】
一方、第１の診断方法では、Ｘ軸とＹ軸で診断パラメータがそれぞれ異なるので、１回の測定でＸ軸とＹ軸の両方のズレ量を分離して計算することができる。すなわち、Ｘ軸ズレ量の診断で用いられるパラメータは、図７右図のグラフのシフト量であり、Ｙ軸ズレ量の診断で用いられるパラメータは、図１１右図のグラフの幅の変化であるため、分離して計算することができる。
【0125】
これに対して、透過比率γに基づく第２の診断方法における診断パラメータはＸ軸Ｙ軸ともに透過比率γのみである。このため、Ｘ軸とＹ軸の両方の軸についてズレが発生した場合、どちらの軸がずれたのかを分離するのことが困難である。
【0126】
第２の診断方法において、どちらの軸がずれたのかを分離するためには、両軸ともズレ量０のときには透過比率γが図１５及び図１７で約０．４５付近となるが、Ｘ軸のみ透過比率γが０．４５を超えることができる点に着目し、Ｘ軸は透過比率γが０．４５を超えるか超えないかでずれた方向を判断することが考えられる。例えば、先にＸ軸ズレ量の診断を行い、Ｘ軸ズレ量の診断結果をＹ軸診断にフィードバックしてＹ軸診断結果の補正をすることなどが考えられる。
【0127】
上記のように、第１及び第２の診断方法でそれぞれ利点と欠点があるが、Ｘ軸とＹ軸のズレ量の診断の観点からは、第１の診断方法ではＸ軸診断の方が広範囲に分解能良く測定が可能で、第２の診断方法ではＹ軸診断の方が広範囲に測定が可能となっている。つまり、Ｘ軸診断を第１の診断方法により行い、第１の診断方法によるＸ軸診断の結果をフィードバックしながら、第２の診断方法によりＹ軸診断を行うのが最善の運用と考えられる。
【0128】
また、第１の診断方法による診断の後に、第２の診断方法による診断を行って結果の二重チェックを行う方法も実用的と考えられる。
【0129】
［診断フロー］
図１８は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置１の診断方法を示すフローチャートである。
図１８は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置１の診断方法を示すフローチャートである。
【0130】
まず、制御部１００によりアライメント機構２４を制御して、被加工物Ｗと集光レンズ２０のＸＹ方向のアライメントを行う。そして、制御部１００によりフォーカス調整機構２２を制御して、被加工物Ｗの表面Ｗａに集光レンズ２０の集光点を合わせる（ステップＳ１０）。
【0131】
次に、カメラ７０におけるサチュレーションの発生を防止するために、光源１２の出力を調整する（ステップＳ１２）。上記の通り、亀裂検出装置１の診断の際には、亀裂検出に用いる裏面反射光よりも出力が高い表面反射光を用いるため、ステップＳ１２では、光源１２の出力を亀裂検出時よりも下げる。
【0132】
次に、出荷時のモータパルス数を基準として、出荷時の基準位置（図７及び図１１の点線の円）に光源マスク１４を移動させる。そして、制御部１００からモータＭ１にパルス信号を入力して、出荷時の基準位置を基準として光源マスク１４を回転させてマスク部１４Ｂの貫通孔の位置を振ってスキャンを行う（ステップＳ１４）。光軸ズレが発生している場合、出荷時のモータパルス数を基準として光源マスク１４を移動させると、光源マスク１４は、基準位置（図７及び図１１の出荷時（点線の円）の位置）ではなく、Ｘ軸ズレ後又はＹ軸ズレ後の実線の円の位置に移動する。
【0133】
次に、ステップＳ１４でスキャンにより取得したスキャン波形を取得し（ステップＳ１６）、このスキャン波形に基づいてＸ軸ズレ量とＹ軸ズレ量を算出する（ステップＳ１８）。第１の診断方法により軸ズレ量を算出する場合には、ステップＳ１６において、図７及び図１１の右図に示したスキャン波形（横軸がパルス数で縦軸がカメラ７０による受光強度）のグラフを作成し、Ｘ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量を算出する。ここで、スキャン波形のグラフを作成せずに数値演算によりＸ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量を算出するようにしてもよい。
【0134】
【0135】
次に、制御部１００は、ステップＳ１８で算出したＸ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量を、あらかじめ設定した閾値と比較して、各ズレ量の評価を行う（ステップＳ２０）。ここで、診断のための閾値は、亀裂検出装置１ごとに個別に設定される。具体的には、亀裂検出装置１の光学系をずらして亀裂測定への影響を事前に確認し、その許容度合からＸ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量の閾値を設定する。
【0136】
ステップＳ２０において、Ｘ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量が両方とも閾値未満の場合には（ステップＳ２０のＯＫ）、診断を終了する。ここで、診断の終了時には、診断結果に異常がない旨を表示部に出力してもよい。一方、Ｘ軸ズレ量及びＹ軸ズレ量のうちの少なくとも一方が閾値以上の場合には（ステップＳ２０のＮＧ）、エラーメッセージを表示部に出力して、ユーザに異常を報知する。
【0137】
本実施形態によれば、被加工物Ｗに集光する検出光Ｌ１を移動させたときの反射光Ｌ２を利用することにより軸ズレ量の診断を容易に行うことができる。亀裂検出装置１はレーザ加工装置に搭載されることがあるが、亀裂検出装置１の状態を検査する際には、亀裂検出装置１の検査対象のハードウェアをレーザ加工装置から取り外し、検査のための専用ベンチに移す必要がある。このような検査対象のハードウェアの取り外し、専用ベンチへの移動及び取り付け並びに亀裂検出装置への再セッティングには膨大な工数がかかる。これに対して、本実施形態によれば、亀裂検出装置１の運用中に容易に診断を行うことができる。
【0138】
亀裂検出装置１において、経時変化又は経年劣化等に起因する誤差が生じると、被加工物の加工が不十分であるにも関わらず、加工が十分である（例えば、亀裂が十分に伸展している）と判定されてしまう可能性がある。この場合、後続のプロセスにおいて、例えば、チッピング、破損又は発塵等の割断の不具合が発生する場合がある。これに対して、本実施形態によれば、亀裂検出装置１の運用中に定期的に、装置自身が自己診断を行う運用が可能となる。このような定期的な自己診断を行うことにより、亀裂検出装置１の亀裂検出機構の寿命、すなわち、亀裂検出装置１による測定結果の正確性が損なわれるまでの期間を予測することが可能になり、割断の不具合の発生を未然に防ぐことが可能になる。
【0139】
また、従来は、亀裂検出装置１の内部のハードウェアの不具合（軸ズレ量等）を表す定量的な指標がなく、軸ズレの定量的な評価が困難であった。これに対して、本実施形態によれば、第１の診断方法における式（１）から式（３）と、第２の診断方法における式（８）及び式（９）を、亀裂検出装置１の内部のハードウェアの不具合（軸ズレ量等）を表す定量的な指標として用いることができる。
【0140】
【0141】
図１９の左側のＸ軸ズレ量のグラフでは、実線のグラフが軸ズレなしの基準状態の波形である。この基準状態からマイクロメータを用いて光検出マスク６２をそれぞれＸ方向に±１００μｍだけ意図的に軸ズレさせた結果が点線及び破線の波形である。
【0142】
図１９の右側のＹ軸ズレ量のグラフでは、実線のグラフが軸ズレなしの基準状態の波形であり、この基準状態からマイクロメータを用いて光検出マスク６２をそれぞれＹ方向に＋３００μｍだけ意図的に軸ズレさせた結果が点線の波形である。
【0143】
図１９の下の欄には、マイクロメータを用いて意図的に軸ズレさせた軸ズレ量と、第１及び第２の診断方法により計算した軸ズレ量が記載されている。なお、第２の診断方法により計算した軸ズレ量は、グラフのピーク（約８）を基準として、あるモータパルス数に対する出力の低下量に基づいて算出した値である。
【0144】
図１９に示すように、Ｘ軸ズレ量が±１００μｍであるのに対して、第１の診断方法による計算結果は＋１２１μｍ及び－１４１μｍであり、第２の診断方法による計算結果は＋７８μｍ及び－９８μｍである。
【0145】
また、Ｙ軸ズレ量が３００μｍであるのに対して、第１の診断方法による計算結果は２９５μｍであり、第２の診断方法による計算結果は３１５μｍである。
【0146】
上記の各診断方法に基づく計算結果と、マイクロメータを用いて意図的に軸ズレさせた軸ズレ量との関係から、本実施形態に係る診断方法の有効性を確認することができる。
【0147】
なお、上記の実施形態に係る診断方法は、亀裂検出装置１以外の装置、例えば、アフォーカル光学系を含むレーザ加工装置等の装置にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【0148】
１…亀裂検出装置、１０…光源部、１２…光源、１４…光源マスク、２０…集光レンズ、２２…フォーカス調整機構、２４…アライメント機構、３０…照明光学系、３２、３４…リレーレンズ、３６…視野絞り、４０…ハーフミラー、４２…ダイクロイックミラー、５０…検出光学系、５２、５４…リレーレンズ、６０…光検出器、６２…光検出マスク、１００…制御部
【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】
【図17】
【図18】
【図19】
