(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】P2024140871
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】オートフォーカス装置及び光学装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/046 20140101AFI20241003BHJP
【ＦＩ】
B23K26/046
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023052228
(22)【出願日】2023-03-28
(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】百村 和司
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168AE01
4E168CA06
4E168CA15
4E168CB07
4E168CB13
4E168CB22
(57)【要約】
【課題】 測定対象物のレーザ光照射面の位置の検出に適したＡＦ特性を得ることが可能なオートフォーカス装置及び光学装置を提供する。
【解決手段】 オートフォーカス装置（５０、１００）は、測定対象物に対して第１レーザ光を集光する集光レンズよりも上流側に配置されており、集光レンズにより集光される第２レーザ光を第１の方向に沿って遮光するナイフエッジと、第１の方向に垂直な第２の方向に沿う第２レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、測定対象物のレーザ光照射面に対して第２レーザ光の集光位置を移動させるためのＡＦ光学系と、第２レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも第２の方向に沿って配置された２つの受光素子を含むディテクタと、２つの受光素子による受光量に基づいて、第２レーザ光が測定対象物のレーザ光照射面に集光するようにＡＦ光学系を制御するＡＦ制御部とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 オートフォーカス装置（５０、１００）は、測定対象物に対して第１レーザ光を集光する集光レンズよりも上流側に配置されており、集光レンズにより集光される第２レーザ光を第１の方向に沿って遮光するナイフエッジと、第１の方向に垂直な第２の方向に沿う第２レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、測定対象物のレーザ光照射面に対して第２レーザ光の集光位置を移動させるためのＡＦ光学系と、第２レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも第２の方向に沿って配置された２つの受光素子を含むディテクタと、２つの受光素子による受光量に基づいて、第２レーザ光が測定対象物のレーザ光照射面に集光するようにＡＦ光学系を制御するＡＦ制御部とを備える。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象物に対して第１レーザ光を集光する集光レンズよりも上流側に配置されており、前記集光レンズにより集光される第２レーザ光を第１の方向に沿って遮光する第１のナイフエッジと、
前記集光レンズよりも上流側に配置されており、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿う前記第２レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、
前記測定対象物のレーザ光照射面に対して前記第２レーザ光の集光位置を移動させるためのＡＦ光学系と、
前記第２レーザ光の集光位置と光学的に共役な位置に配置されており、前記集光レンズにより集光されて前記測定対象物により反射された前記第２レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも前記第２の方向に沿って配置された２つの受光素子を含むディテクタと、
前記２つの受光素子による受光量に基づいて、前記第２レーザ光が前記測定対象物のレーザ光照射面に集光するように前記ＡＦ光学系を制御するＡＦ制御部と、
を備えるオートフォーカス装置。
前記集光レンズよりも上流側に配置されており、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿う前記第２レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、
前記測定対象物のレーザ光照射面に対して前記第２レーザ光の集光位置を移動させるためのＡＦ光学系と、
前記第２レーザ光の集光位置と光学的に共役な位置に配置されており、前記集光レンズにより集光されて前記測定対象物により反射された前記第２レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも前記第２の方向に沿って配置された２つの受光素子を含むディテクタと、
前記２つの受光素子による受光量に基づいて、前記第２レーザ光が前記測定対象物のレーザ光照射面に集光するように前記ＡＦ光学系を制御するＡＦ制御部と、
を備えるオートフォーカス装置。
【請求項2】
前記第２の方向に沿って遮光する第２のナイフエッジを備え、
前記ディテクタは、前記第２の方向に加えて前記第１の方向に沿って配置された４つの受光素子を含んでおり、
前記ＡＦ制御部は、前記第１の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第１のＡＦ特性と、前記第２の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第２のＡＦ特性に基づいて、前記第２レーザ光が前記測定対象物のレーザ光照射面に集光するように前記ＡＦ光学系を制御する、
請求項１に記載のオートフォーカス装置。
前記ディテクタは、前記第２の方向に加えて前記第１の方向に沿って配置された４つの受光素子を含んでおり、
前記ＡＦ制御部は、前記第１の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第１のＡＦ特性と、前記第２の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第２のＡＦ特性に基づいて、前記第２レーザ光が前記測定対象物のレーザ光照射面に集光するように前記ＡＦ光学系を制御する、
請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項3】
前記開口制御部は、前記第２レーザ光の前記第２の方向に沿う幅を制限する、請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項4】
前記開口制御部は、第２レーザ光が通過する開口が形成された平面状の部材を含んでおり、前記第２レーザ光に対して、前記平面状の部材を傾けることにより、前記第２の方向に沿う前記第２レーザ光の開口高さを制限する、請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項5】
前記第２レーザ光の開口高さは、前記第１の方向に沿う前記第２レーザ光の開口の幅の０．２倍～０．７倍である、請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項6】
請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置と、
前記測定対象物に対して前記第１レーザ光を集光する集光レンズと、
前記オートフォーカス装置により前記第２レーザ光が集光された前記測定対象物のレーザ光照射面の位置に基づいて前記集光レンズによる前記第１レーザ光の集光位置を制御する制御部と、
を備える光学装置。
前記測定対象物に対して前記第１レーザ光を集光する集光レンズと、
前記オートフォーカス装置により前記第２レーザ光が集光された前記測定対象物のレーザ光照射面の位置に基づいて前記集光レンズによる前記第１レーザ光の集光位置を制御する制御部と、
を備える光学装置。
【請求項7】
前記光学装置は、前記測定対象物の内部に前記第１レーザ光を集光させてレーザ加工領域を形成するためのレーザ加工装置、又は前記レーザ加工領域を検出するための亀裂検出装置である、請求項６に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はオートフォーカス装置及び光学装置に係り、特に測定対象物の内部に光を集光させる光学装置（例えば、レーザ加工装置又は亀裂検出装置等）に適用可能なオートフォーカス装置及び光学装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体ウェーハ等の測定対象物（以下、ウェーハという。）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、加工ラインに沿ってウェーハ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（レーザーダイシング装置ともいう。）が知られている。レーザ加工領域が形成されたウェーハは、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。
【0003】
レーザ加工装置では、ウェーハの内部に形成するレーザ加工領域をウェーハのレーザ光照射面から一定の深さに形成するため、ウェーハのレーザ光照射面の高さ位置（厚み方向位置）を検出してレーザ光の集光点のウェーハのレーザ光照射面からの深さを高精度に制御する必要がある。
【0004】
特許文献１では、集光レンズにより加工用レーザ光と測距用（ＡＦ（Automatic Focus）用）レーザ光とをウェーハに向けて同時に集光させ、ウェーハのレーザ光照射面で反射されたＡＦ用レーザ光の反射光を検出することにより、ウェーハのレーザ光照射面の位置を演算する。そして、加工用レーザ光の集光点の位置がウェーハのレーザ光照射面から一定の深さとなるように集光レンズの位置を調整するようになっている。
【0005】
上記のようなレーザ加工装置では、開口数が高い集光レンズが用いられるため、ウェーハのレーザ光照射面の変位を検出可能な測定範囲（フォーカス引き込み範囲）が極めて狭くなる。レーザ加工領域のウェーハのレーザ光照射面からの深さを変更するために、加工用レーザ光の集光点の位置を変更すると、それに伴いＡＦ用レーザ光の集光点の位置も変更される。ＡＦ用レーザ光の集光点の位置が変更されて、集光点とウェーハのレーザ光照射面との間隔がフォーカス引き込み範囲よりも大きくなると、ウェーハのレーザ光照射面の変位を検出することができなくなってしまう。
【0006】
ウェーハのレーザ光照射面の位置を安定的に検出可能とするためには、フォーカス引き込み範囲を拡大する必要がある。この点について、特許文献２には、集光レンズによるＡＦ用レーザ光の集光像の直径（スポット径）を大きくすることにより、フォーカス引き込み範囲を拡大可能であることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２００７－１６７９１８号公報
【特許文献2】特開２０１５－１８６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献２によれば、スポット径を大きくする、例えば、光源に大きさを持たせることにより、フォーカス引き込み範囲を拡大することができる。
【0009】
しかしながら、レーザ加工装置では、入手性等の実装上の都合により、ＡＦ用の光源として、発光部が一定の大きさを有する光源（例えば、面光源）ではなく、発光部が小さく点光源とみなせるレーザ光源が用いられる。このようなレーザ光源をＡＦ用の光源として用いた場合、フォーカス引き込み範囲が極めて狭くなる。
【0010】
一方、なんらかの方法でフォーカス引き込み範囲を拡大した場合、ウェーハのレーザ光照射面の位置は安定的に検出可能となるが、ＡＦ特性を示すカーブの傾きが緩やかになってしまい、フォーカス感度が低下する場合がある。フォーカス感度が低下すると、ウェーハのレーザ光照射面の位置の検出精度が低下する場合がある。
【0011】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハのレーザ光照射面の位置の検出に適したＡＦ特性を得ることが可能なオートフォーカス装置及び光学装置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】
【0012】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るオートフォーカス装置は、測定対象物に対して第１レーザ光を集光する集光レンズよりも上流側に配置されており、集光レンズにより集光される第２レーザ光を第１の方向に沿って遮光する第１のナイフエッジと、集光レンズよりも上流側に配置されており、第１の方向に垂直な第２の方向に沿う第２レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、測定対象物のレーザ光照射面に対して第２レーザ光の集光位置を移動させるためのＡＦ光学系と、第２レーザ光の集光位置と光学的に共役な位置に配置されており、集光レンズにより集光されて測定対象物により反射された第２レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも第２の方向に沿って配置された２つの受光素子を含むディテクタと、２つの受光素子による受光量に基づいて、第２レーザ光が測定対象物のレーザ光照射面に集光するようにＡＦ光学系を制御するＡＦ制御部とを備える。
【0013】
本発明の第２の態様に係るオートフォーカス装置は、第１の態様において、第２の方向に沿って遮光する第２のナイフエッジを備え、ディテクタは、第２の方向に加えて第１の方向に沿って配置された４つの受光素子を含んでおり、ＡＦ制御部は、第１の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第１のＡＦ特性と、第２の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第２のＡＦ特性に基づいて、第２レーザ光が測定対象物のレーザ光照射面に集光するようにＡＦ制御部を制御する。
【0014】
本発明の第３の態様に係るオートフォーカス装置は、第２の態様において、開口制御部は、第２レーザ光の第２の方向に沿う幅を制限する。
【0015】
本発明の第４の態様に係るオートフォーカス装置は、第１又は第２の態様において、開口制御部は、第２レーザ光が通過する開口が形成された平面状の部材を含んでおり、第２レーザ光に対して、平面状の部材を傾けることにより、第２の方向に沿う第２レーザ光の開口高さを制限する。
【0016】
本発明の第５の態様に係るオートフォーカス装置は、第１から第４の態様のいずれかにおいて、第２レーザ光の開口高さは、第１の方向に沿う第２レーザ光の開口の幅の０．２倍～０．７倍である。
【0017】
本発明の第６の態様に係る光学装置は、第１から第５の態様のいずれかのオートフォーカス装置と、測定対象物に対して第１レーザ光を集光する集光レンズと、オートフォーカス装置により第２レーザ光が集光された測定対象物のレーザ光照射面の位置に基づいて集光レンズによる第１レーザ光の集光位置を制御する制御部とを備える。
【0018】
本発明の第７の態様に係る光学装置は、第６の態様において、測定対象物の内部に第１レーザ光を集光させてレーザ加工領域を形成するためのレーザ加工装置、又はレーザ加工領域を検出するための亀裂検出装置である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、第２レーザ光の開口高さを調整することにより、ウェーハのレーザ光照射面の位置の検出に適したＡＦ特性を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一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】ＡＦ装置を示す図である。
【図3】ＡＦ用レーザ光の開口数を調整する方法を示す斜視図である。
【図4】ＡＦ用レーザ光の開口の調整例を示す平面図である。
【図5】ＡＦ用レーザ光の開口の調整例を示す平面図である。
【図6】実施例１に係るＡＦ用レーザ光の開口の調整例を示す平面図である。
【図7】実施例１に係るＡＦ特性の例を示すグラフである。
【図8】実施例２に係るＡＦ特性の例を示すグラフである。
【図9】実施例３に係るＡＦ用レーザ光の開口の調整例を示す平面図である。
【図10】４分割された受光面を備えるディテクタの例を示す平面図である。
【図11】実施例３に係るＡＦ特性の例を示すグラフである。
【図12】実施例３に係るＡＦ動作の流れを示すフローチャートである。
【図13】実施例４に係るＡＦ装置を示す図である。
【図14】実施例４に係るＡＦ用レーザ光の開口の調整例を示す平面図である。
【図15】実施例４に係るＡＦ特性の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、添付図面に従って本発明に係るオートフォーカス装置及び光学装置の実施の形態について説明する。
【0022】
以下の実施形態では、本発明に係るオートフォーカス装置が適用される光学装置の例として、ウェーハＷの内部にレーザ加工領域を形成するためのレーザ加工装置について説明するが、光学装置の種類はこれに限定されない。本発明に係るＡＦ装置は、例えば、ウェーハＷに対してレーザアブレーション加工を行うレーザ加工装置、又はウェーハＷの内部に形成された亀裂を検出するための亀裂検出装置等に適用可能である。すなわち、本発明に係るＡＦ装置は、ＡＦ用レーザ光による検出結果に応じて、加工又は検出用のレーザ光の集光点の位置を調整する任意の光学装置に適用可能である。
【0023】
［レーザ加工装置］
図１は、本発明の一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１は、本発明の一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。
【0024】
図１に示すように、レーザ加工装置１０は、ウェーハＷを移動させるステージ１２と、ウェーハ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１００とを備える。なお、レーザ加工装置１０は、ウェーハ搬送手段を含んでいてもよい。
【0025】
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。
【0026】
ステージ１２は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、ウェーハＷを吸着保持する。なお、本実施形態では、レーザ照射装置２０に対してステージ１２（ウェーハＷ）を移動可能としたが、本発明はこれに限定されない。レーザ照射装置２０とステージ１２（ウェーハＷ）のいずれか又は両方を移動可能としてもよい。すなわち、レーザ照射装置２０に対してステージ１２（ウェーハＷ）を相対移動可能な構成であればよい。
【0027】
ウェーハ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、ウェーハＷの集光レンズ２８側の面をレーザ光照射面という。
【0028】
なお、レーザ光照射面は、ウェーハＷの表面（デバイスが形成された側の面）でもよい。ウェーハ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。
【0029】
レーザ照射装置２０は、ウェーハＷに対向する位置に配置されており、ウェーハＷ（例えば、ウェーハ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をウェーハＷに対して照射する。加工用レーザ光Ｌ１は、第１レーザ光の一例である。
【0030】
制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、ストレージデバイス（例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等）及び入出力部を含んでいる。制御部１００は、レーザ加工装置１０の各部の動作の制御及びレーザ加工に必要なデータの記憶等を行う。
【0031】
入出力部は、例えば、操作盤、モニタ及び表示灯を含んでいる。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。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Ｗの画像、又はレーザ加工装置１０の制御のためのＧＵＩ（Graphical User Interface）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。
【0032】
次に、レーザ照射装置２０の構成について説明する。図１に示すように、レーザ照射装置２０は、レーザ光源（第１レーザ光源）２２と、照明光学系２４と、ダイクロイックミラー２６と、対物レンズ（集光レンズ）２８と、アクチュエータ３０と、ＡＦ装置５０とを備える。
【0033】
レーザ光源２２は、ウェーハ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Ｌ１を出射する。例えば、レーザ光源２２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。
【0034】
加工用レーザ光Ｌ１の第１光路上には、レーザ光源２２側から順に、照明光学系２４、ダイクロイックミラー２６及び集光レンズ２８が配置される。ダイクロイックミラー２６は、加工用レーザ光Ｌ１を透過し、ＡＦ装置５０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２６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２８が配置される。
【0035】
レーザ光源２２から出射された加工用レーザ光Ｌ１は、照明光学系２４及びダイクロイックミラー２６を通過した後、集光レンズ２８によりウェーハ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３０によって集光レンズ２８をＺ方向に微小移動させることにより調節される。
【0036】
ＡＦ装置５０は、ウェーハ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２８とウェーハ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１００に出力する。
【0037】
アクチュエータ３０は、集光レンズ２８とウェーハ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１００によって駆動が制御される。
【0038】
［ＡＦ装置］
図２は、ＡＦ装置を示す図である。
図２は、ＡＦ装置を示す図である。
【0039】
図２に示すように、ＡＦ装置５０は、ＡＦ用光源（第２レーザ光源）５２、ＡＦ開口部５４、ナイフエッジ５６、ハーフミラー５８、ＡＦ光学系６０、ＡＦ結像光学系（結像レンズ）６２、ディテクタ６４及びＡＦ信号処理部６６を含んでいる。
【0040】
ＡＦ用光源５２は、例えば、ＬＤ（Laser Diode）光源又はＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源を含んでおり、加工用レーザ光Ｌ１とは異なる波長であってウェーハＷのレーザ光照射面（被測定面）で反射可能な波長を有するＡＦ用レーザ光Ｌ２を出射する。ＡＦ用レーザ光Ｌ２は、第２レーザ光の一例である。
【0041】
ＡＦ用光源５２としては、発光部のサイズが小さく、点光源に近似可能なものを用いることができる。ＡＦ用レーザ光Ｌ２は、回折の影響によりＡＦ用光源５２の発光部のサイズよりも拡がる。図２では、図示の便宜上、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の拡がりを誇張して示している。
【0042】
ＡＦ開口部５４は、例えば、ＡＦ用レーザ光Ｌ２が通過する貫通孔（ＡＦ開口）５４Ｈが形成された平面状又は板状の部材である。ＡＦ開口部５４は、ＡＦ用光源５２から出射されたＡＦ用レーザ光Ｌ２の一部を遮光してビーム形状を整形する。
【0043】
ナイフエッジ５６は、直線上の辺（以下、先端部という。）を有し、この先端部を境界としてＡＦ用レーザ光Ｌ２の一部を遮光する部材である。ナイフエッジ５６は、その先端部がビーム径と比較して十分に長く薄い形状を有し、ＡＦ用レーザ光Ｌ２（平行光）に対して略垂直に配置される。ナイフエッジ５６の先端部は、例えば、集光レンズ２８の光軸ＡＸと略一致するように配置される。以下の説明では、ナイフエッジ５６の先端部が伸びる方向を水平方向（Ｈ方向）とする。
【0044】
なお、図２に示す例では、ＡＦ用光源５２側（上流側）からＡＦ開口部５４とナイフエッジ５６の順に配置されているが、配置の順番は逆であってもよい。
【0045】
ＡＦ用光源５２から出射されたＡＦ用レーザ光Ｌ２（平行光）は、ＡＦ開口部５４によりビーム形状が整形（制限）され、ナイフエッジ５６によってその一部が遮光される。そして、ＡＦ開口部５４及びナイフエッジ５６によって遮光されることなく進行した光は、ＡＦ光学系６０を通過してダイクロイックミラー２６により反射されて集光レンズ２８に導光され、ウェーハＷに導かれる。
【0046】
図２に示すように、ＡＦ装置５０のＡＦ光学系６０は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の第２光路上であって、加工用レーザ光Ｌ１の第１光路との共有光路と重ならない独立した位置に配置される。本実施形態では、ＡＦ光学系６０は、ダイクロイックミラー２６とハーフミラー５８との間に配置される。
【0047】
図２に示すように、ＡＦ光学系６０は、第１レンズ群６０Ａと第２レンズ群６０Ｂとを備える。ここで、第１レンズ群６０Ａ及び第２レンズ群６０Ｂ並びにアクチュエータ６８は、本発明のフォーカス機構として機能する。
【0048】
第１レンズ群（移動群）６０Ａは、１又は複数のレンズを含んでおり、アクチュエータ６８により第２の光路方向に移動可能に配置されている。
【0049】
第２レンズ群（固定群）６０Ｂは、１又は複数のレンズを含んでおり、第２レンズ群６０Ｂの後側焦点位置と集光レンズ２８のレンズ瞳位置２８Ａとが光学的に共役となる位置に固定されている。
【0050】
アクチュエータ６８により、第１レンズ群６０Ａが第２光路に沿って移動すると、加工用レーザ光Ｌ１の集光点のＺ方向位置が固定された状態で、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点のＺ方向位置が変化する。すなわち、第１レンズ群６０Ａの移動に伴い、加工用レーザ光Ｌ１の集光位置とＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光位置との相対間隔が集光レンズ２８の光軸方向に変化する。これにより、加工用レーザ光Ｌ１をウェーハＷのレーザ光照射面以外の位置に集光させている間（例えば、レーザ加工の実施中）であっても、ＡＦ用レーザ光Ｌ２をウェーハＷのレーザ光照射面に集光することが可能になる。
【0051】
ウェーハＷのレーザ光照射面で反射されたＡＦ用レーザ光Ｌ２の反射光Ｌ３は、集光レンズ２８に戻って共有光路に沿って進行し、ダイクロイックミラー２６により反射される。このダイクロイックミラー２６により反射された反射光Ｌ３は、ＡＦ光学系６０を通過してハーフミラー５８によって反射される。そして、反射光Ｌ３は、結像レンズ６２により集光されて、ディテクタ６４の受光面に集光像を形成する。
【0052】
ディテクタ６４は、ナイフエッジ５６の先端部に平行な水平方向（Ｈ方向）と、Ｈ方向に垂直な垂直方向（Ｖ方向）に沿って４分割された受光素子（光電変換素子）を有する４分割フォトダイオードを含んでいる（図１０参照）。なお、ＨＶ方向は、それぞれ第１及び第２の方向の一例である。
【0053】
ディテクタ６４は、集光レンズ２８によりＡＦ用レーザ光Ｌ２が集光される集光点と光学的に共役な位置に配置されており、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の反射光の集光像を分割して受光し、各受光素子の受光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部６６に出力する。
【0054】
なお、ディテクタ６４としては、Ｖ方向に２分割された受光素子を有する２分割フォトダイオードを含むものを用いてもよい（例えば、実施例１、２及び４の場合）。
【0055】
ＡＦ信号処理部６６は、ディテクタ６４の各受光素子から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザ光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（ウェーハＷのレーザ光照射面とＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点とのデフォーカス距離）を示すフォーカス誤差信号（ＡＦ信号）を生成して制御部１００に出力する。ＡＦ信号処理部６６は、ディテクタ６４の各受光素子から出力された出力信号に基づいて、ナイフエッジ法によりＡＦ信号を生成する。なお、ＡＦ信号の算出及びＡＦ信号に基づく制御については、例えば、特開２０１５－１８６８２５号公報（特許５７４３１２３号）に記載の方法を適用可能である。これにより、ウェーハＷのレーザ光照射面の基準位置に対するＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点のＺ方向の変位（デフォーカス量）に対するＡＦ信号の変化を示すＡＦ特性を得ることができる。
【0056】
上記のようにして得られたＡＦ特性は、例えば、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）として制御部１００のストレージに保存される。
【0057】
制御部１００は、ディテクタ６４の各受光素子から得られるＡＦ信号に基づいて、アクチュエータ６８を制御して第１レンズ群６０Ａの位置を制御して、ＡＦ用レーザ光Ｌ２をウェーハＷのレーザ光照射面に集光させる。
【0058】
制御部１００は、ＡＦ信号処理部６６から出力されるＡＦ信号に基づいて、アクチュエータ３０を制御し、加工用レーザ光Ｌ１の集光点の位置を調整する。具体的には、制御部１００は、ＡＦ信号処理部６６から出力されるＡＦ信号に基づいて、ＡＦ用レーザ光Ｌ２により検出したウェーハＷのレーザ光照射面からの加工用レーザ光Ｌ１の集光点の位置（深さ）を制御する。ＡＦ信号処理部６６及び制御部１００はＡＦ制御部の一例である。ＡＦ装置５０と制御部１００はオートフォーカス装置の一例である。
【0059】
［ＡＦ特性の調整の概要］
上記のように、ＡＦ用光源５２が点光源と見做せるほど小さい場合であっても、回折の影響を考慮すると、ＡＦ用レーザ光Ｌ２は一定の拡がりを有する。このため、ＡＦ用光源５２から出射された後にコリメータレンズにより平行光となったＡＦ用レーザ光Ｌ２のビーム径ｒＢにもこの拡がりが反映される。本実施形態では、集光レンズ２８からウェーハＷに照射されるＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）を調整することによりＡＦ特性の調整を行う。具体的には、集光レンズ２８からウェーハＷに照射されるＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口数を調整することにより、ＡＦ特性を示すカーブの傾きを緩やかにしてフォーカス引き込み範囲を拡大することができる。
上記のように、ＡＦ用光源５２が点光源と見做せるほど小さい場合であっても、回折の影響を考慮すると、ＡＦ用レーザ光Ｌ２は一定の拡がりを有する。このため、ＡＦ用光源５２から出射された後にコリメータレンズにより平行光となったＡＦ用レーザ光Ｌ２のビーム径ｒＢにもこの拡がりが反映される。本実施形態では、集光レンズ２８からウェーハＷに照射されるＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）を調整することによりＡＦ特性の調整を行う。具体的には、集光レンズ２８からウェーハＷに照射されるＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口数を調整することにより、ＡＦ特性を示すカーブの傾きを緩やかにしてフォーカス引き込み範囲を拡大することができる。
【0060】
図３は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口数を調整する方法を示す斜視図であり、図４は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口の調整例を示す平面図である。図３及び図４では、ナイフエッジ５６の先端部に平行な方向を水平方向（Ｈ方向）とし、Ｈ方向に垂直な方向を垂直方向（Ｖ方向）とする。
【0061】
図３に示す例では、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の進行方向に対するＡＦ開口部５４の傾きを調整することにより、ＡＦ開口５４Ｈのナイフエッジ５６の先端部（Ｈ方向）に対して垂直なＶ方向の高さを変化させることができる。これにより、図４に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２のＶ方向の高さを調整することができ、ＡＦ特性の傾きを制御してフォーカス引き込み範囲を拡大することができる（実施例１及び２参照）。ここで、ＡＦ開口部５４は、開口制御部の一例である。
【0062】
なお、本実施形態では、ＡＦ開口部５４の傾きを調整することにより、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口（スポット形状）のＶ方向の高さを調整するようにしたが、Ｖ方向の高さの調整はこの方法に限定されない。例えば、ＡＦ開口部５４にスライド板を設けることにより、ＡＦ開口５４Ｈの形状を可変可能な構成としてもよい。また、１又は複数のナイフエッジ５６とＡＦ開口部５４の組み合わせにより、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を調整可能としてもよい。
【0063】
上記のように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の進行方向に対してＡＦ開口５４Ｈを傾けた場合、図４に示すように、ＡＦ開口５４Ｈの大きさは、Ｈ方向とＶ方向で異なる。ここで、ナイフエッジ５６の先端部をＨ方向に沿うように置いた場合とＶ方向に置いた場合では得られるＡＦ特性が異なる。したがって、ナイフエッジ５６を２つ設けることで、２つの異なるＡＦ信号を同時に得ることができると考えられる。
【0064】
図５は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口の調整例を示す平面図である。なお、図５の符号ＢＲｅｆは、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の進行方向に対してＡＦ開口部５４を傾けずに垂直に立てて配置した場合のＡＦ開口５４Ｈを示している。
【0065】
ＡＦ開口部５４をＶ軸に対して傾けると、図５の（ａ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口のＶ方向のサイズが小さくなる。ナイフエッジ５６の先端部がＨ軸に平行になるように設置すると、図５の（ｂ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＨ軸に平行なエッジが形成される。一方、ナイフエッジ５６の先端部がＶ軸に平行になるように設置すると、図５の（ｃ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＶ軸に平行なエッジが形成される。ここで、図５（ｂ）のＨ軸に平行なエッジを有するＡＦ用レーザ光Ｌ２の方が、図５（ｃ）のＶ軸に平行なエッジを有するＡＦ用レーザ光Ｌ２よりもＡＦ特性の傾きが緩やかになる傾向がある。
【0066】
ここで、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口のＨ方向の幅に対してＶ方向の高さは、フォーカス引き込み範囲を確保しつつ、フォーカス感度が低下しすぎない程度、例えば、０．２倍～０．７倍（以下、０．２Ｘ～０．７Ｘと記載する。）とすることが好ましい。
【0067】
２つのナイフエッジ５６をそれぞれの先端部がＨ軸とＶ軸に平行になるように設置すると、図５の（ｄ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＨ軸とＶ軸に平行なエッジが形成される。ディテクタ６４として４分割フォトダイオードを用いて図５の（ｄ）に示すＡＦ用レーザ光Ｌ２を検出することにより、２つの異なるＡＦ特性を同時に取得することができる。ここで、Ｈ軸とＶ軸にそれぞれ平行になるように設置された２つのナイフエッジ５６は、それぞれ第１のナイフエッジ及び第２のナイフエッジの一例である。
【0068】
例えば、ＡＦ特性の傾きが緩やかな場合にはフォーカス引き込み範囲が広くなるのに対して、ＡＦ特性の傾きが急峻な場合にはフォーカス感度（合焦時の精度）が向上する。このような２種類のＡＦ特性を用いることにより、フォーカス引き込み範囲の拡大によるウェーハＷのレーザ光照射面の位置検出の安定化と、フォーカス感度の確保によるＡＦ精度の向上の両方を実現することができる（実施例３参照）。
【0069】
なお、図５の（ｂ）～（ｄ）に示す例では、ＡＦ開口部５４をＨ軸に平行に維持してＶ軸に対して傾けている。このため、ＡＦ開口５４ＨのＨ方向の幅は、ＡＦ開口部５４を傾けない場合（全開口の場合）と同じであり、ＡＦ特性も変化しない。これに対して、図５の（ｅ）に示すように、ＡＦ開口５４ＨをＨ方向に制限する絞り（例えば、ＡＦ開口５４Ｈに設けられた絞り又は３つ目のナイフエッジ５６等）を設けることにより、Ｈ方向とＶ方向の両方のＡＦ特性が制御可能となる。ここで、ＡＦ開口５４ＨをＨ方向に制限する絞りは、開口制御部の一例である。
【0070】
【0071】
ＡＦ開口５４Ｈの形状を矩形（例えば、菱形又は正方形）とした場合、Ｈ方向に平行にナイフエッジ５６を配置すると、図６の（ａ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口は三角形（二等先端部三角形）になる。この場合にも、ＡＦ開口部５４のＶ軸に対する傾きを調整することにより、集光レンズ２８のレンズ瞳に対するＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口のＶ方向の高さを変更することができる。これにより、ＡＦ特性を調整することができる。
【0072】
ＡＦ開口５４Ｈの形状を円形又は楕円形とした場合、Ｈ方向に平行にナイフエッジ５６を配置すると、図６の（ｂ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口は半楕円形になる。この場合、ＡＦ開口部５４のＶ軸に対する傾きを調整することにより、ＡＦ特性を調整することができる。
【0073】
ＡＦ開口５４Ｈの形状を略四芒星形状とした場合、Ｈ方向に平行にナイフエッジ５６を配置すると、図６の（ｃ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口はナイフエッジ５６の位置でＨ方向の幅が最大で、－Ｖ側ほど細い先尖りの塔形状（尖塔形状又は変形三角開口ともいう。）になる。この場合、ＡＦ開口部５４のＶ軸に対する傾きを調整することにより、ＡＦ特性を調整することができる。
【0074】
ＡＦ開口５４Ｈの形状を円形又は楕円形とした場合、Ｈ方向に平行にナイフエッジ５６を２つ配置すると、図６の（ｄ）に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口は半楕円の下端を直線状にしたストライプ形状になる。この場合、ナイフエッジ５６によりストライプ形状の高さを調整することにより、ＡＦ特性を調整することができる。
【0075】
なお、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口は半楕円の下端の直線部は、ナイフエッジ５６により形成してもよいし、ＡＦ開口５４Ｈの上端部を直線形状にすることにより形成してもよい。
【0076】
図７は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を調整して得られたＡＦ特性の例を示すグラフである。図７の横軸は、ウェーハＷのレーザ光照射面の基準位置に対するＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点のＺ方向の変位（デフォーカス量（μｍ））であり、縦軸はＡＦ信号である。
【0077】
なお、以下の実施形態に係るＡＦ特性はいずれも波動光学的な解析（シミュレーション）を行って求めたものである。
【0078】
図７のFullは比較例である。具体的には、比較例（Full）は、ＡＦ開口部５４を用いず、ナイフエッジ５６のみを配置した場合、すなわち、集光レンズ２８の開口すべてを用いた場合を示している。
【0079】
実施例１－１（Triangle0.5X）は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を三角開口（図６（ａ）参照）とした場合を示している。実施例１－１では、三角開口のＶ方向の高さを集光レンズ２８のＮＡの０．５Ｘとした。
【0080】
実施例１－２（Ellipse0.3X）は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を楕円開口（図６（ｂ）参照）とした場合を示している。実施例１－２では、楕円開口のＶ方向の高さを集光レンズ２８のＮＡの０．３Ｘとした。
【0081】
実施例１－３（Tower0.6X）は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を尖塔形状の変形三角開口（図６（ｃ）参照）とした場合を示している。実施例１－３では、変形三角開口のＶ方向の高さを集光レンズ２８のＮＡの０．６Ｘとした。
【0082】
実施例１－４（Stripe0.28X）は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口をストライプ形状（図６（ｄ）参照）とした場合を示している。実施例１－４では、ストライプ開口のＶ方向の高さを集光レンズ２８のＮＡの０．２８Ｘとした。
【0083】
図７に示すように、実施例１－１～実施例１－４のいずれの場合も、ＡＦ特性（ＡＦ ＬＵＴ）の傾きが比較例と比べて緩やかになっている。この結果から、ＡＦ開口部５４を用いてＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口（ＮＡ）を制限することにより、フォーカス引き込み範囲を拡大可能となることがわかる。
【0084】
したがって、ＡＦ開口部５４のＡＦ開口５４Ｈの形状、ＡＦ用レーザ光Ｌ２に対する傾き角及びナイフエッジ５６の配置の少なくとも１つを調整することにより、ＡＦ特性の傾きを調整することができ、ウェーハＷのレーザ光照射面の位置を安定的に検出することが可能になる。
【0085】
［実施例２］
実施例２では、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を変形三角開口（図６（ｃ）参照）とした場合に、変形三角開口のＶ方向の高さを変化させた例について説明する。
実施例２では、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を変形三角開口（図６（ｃ）参照）とした場合に、変形三角開口のＶ方向の高さを変化させた例について説明する。
【0086】
【0087】
図８のRefは比較例であり、ＡＦ開口部５４を用いず、ナイフエッジ５６のみを配置した場合を示している。
【0088】
図８の1.0X、0.8X、0.6X及び0.4Xは、変形三角開口のＶ方向の高さをそれぞれ集光レンズ２８のＮＡの１．０倍、０．８倍、０．６倍及び０．４倍とした場合を示している。すなわち、図３に示すように、ＡＦ開口部５４の傾きによりＶ方向の高さを調整する場合には、実施例1.0X、0.8X、0.6X及び0.4Xの順に、ＡＦ開口部５４のＶ軸に対する傾き角が大きくなる。
【0089】
図８に示すように、実施例1.0X、0.8X、0.6X及び0.4Xのいずれの場合も、ＡＦ特性（ＡＦ ＬＵＴ）の傾きが比較例と比べて緩やかになっている。また、変形三角開口のＶ方向の高さが小さくなるのに伴って、ＡＦ特性の傾きがより緩やかになっている。したがって、ＡＦ開口部５４の傾きによりＶ方向の高さを低くして、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を小さくするほど、ＡＦ特性の傾きをより緩やかにすることができる。
【0090】
さらに、実施例1.0Xの場合も、ＡＦ特性の傾きが比較例と比べて緩やかになっている。したがって、ＡＦ開口部５４をＶ軸に対して傾けなくても、ＡＦ特性の傾きを緩やかにする効果を得ることができる。
【0091】
なお、実施例２では、変形三角開口の例を示したが、変形三角開口以外の開口形状の場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【0092】
［実施例３］
実施例３では、ナイフエッジ５６を複数用いることで、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＨ方向とＶ方向の両方のエッジを設けた例について説明する。
実施例３では、ナイフエッジ５６を複数用いることで、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＨ方向とＶ方向の両方のエッジを設けた例について説明する。
【0093】
【0094】
ＡＦ開口５４Ｈが楕円形状（図５（ａ）参照）の場合において、２つのナイフエッジ５６をそれぞれの先端部がＨ軸とＶ軸に平行になるように設置すると、図９に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＨ軸とＶ軸に平行なエッジが形成される。
【0095】
図１０は、４分割された受光面を備えるディテクタ６４の例を示す平面図である。図１０では、ディテクタ６４の受光面は略円形であり、Ｈ方向とＶ方向に沿って４つの受光素子（又は受光領域）に分割されている。ディテクタ６４の受光素子は、第１象限から順にＡ、Ｂ、Ｃ及びＤとする。
【0096】
ディテクタ６４として４分割ディテクタを用いて、図９に示すＡＦ用レーザ光Ｌ２を検出することにより、２つの異なるＡＦ特性を同時に取得することができる。
【0097】
図９に示す例では、２つのナイフエッジ５６により、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口のＨ方向とＶ方向の寸法が、ＡＦ開口５４Ｈの略２分の１になっている。また、図９に示す例では、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口のＨ方向の寸法の方がＶ方向よりも大きくなっている。したがって、４分割ディテクタ６４の受光素子をＶ方向の組み合わせ、すなわち、（Ａ＋Ｂ）と（Ｃ＋Ｄ）の組み合わせで使用した場合は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口が相対的に小さい状態となる。一方、４分割ディテクタ６４の受光素子をＨ方向の組み合わせ、すなわち、（Ａ＋Ｄ）と（Ｂ＋Ｃ）の組み合わせで使用した場合は、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口が相対的に大きい状態となる。
【0098】
４分割ディテクタ６４の受光素子Ａ～ＤからのＡＦ信号をそれぞれＶ方向及びＨ方向の組み合わせで使用した場合のＡＦ信号ＡＦＶ及びＡＦＨを下記の式（１）及び式（２）により計算する。
【0099】
【数1】
【0100】
なお、ＡＦＶ信号及びＡＦＨ信号の算出方法は、上記の式（１）及び式（２）に限定されるものではない。ＡＦＶ信号及びＡＦＨ信号は、例えば、それぞれＶ方向及びＨ方向の受光素子の受光量の組み合わせの２乗の差分等、Ｖ方向及びＨ方向の受光素子の受光量の組み合わせが反映されるパラメータであれば特に限定されない。ここで、ＡＦＶ信号及びＡＦＨ信号は、それぞれＨ方向及びＶ方向の受光素子の組の受光量を合算（例えば、加算）して求めた第１のＡＦ特性及び第２のＡＦ特性の一例である。
【0101】
図１１は、実施例３に係るＡＦ特性（ＡＦＶ及びＡＦＨ）の例を示すグラフである。図１１の横軸はデフォーカス量（μｍ）であり、縦軸はＡＦ信号である。図１１は、図９に示した４分の１の楕円開口において短軸を長軸の０．３Ｘとして求めたものである。
【0102】
図１１に示す例では、Ｖ方向の組み合わせにより求めたＡＦ特性ＡＦＶの方がＨ方向の組み合わせにより求めたＡＦ特性ＡＦＨよりも傾きが緩やかになっている。
【0103】
ＡＦＶのような緩やかなＡＦ特性の場合、フォーカス引き込み範囲での傾き変化が小さく、広いデフォーカス範囲においてＡＦ動作を確実に行うことができる。一方、合焦位置付近ではデフォーカス変化に対するＡＦ信号変化が小さいという性質を有する。
【0104】
一方、ＡＦＨでは傾き変化が小さくデフォーカス範囲は狭いが、合焦位置付近でのＡＦ信号変化が大きく、フォーカス感度（合焦精度）を高めやすいという性質を有する。
【0105】
この２つのＡＦ特性を組み合わせ、合焦位置付近ではＡＦＨを用いることで、合焦位置付近におけるフォーカス精度を高めることができる。
【0106】
なお、図１１に示す例では、ＡＦＶとＡＦＨでゼロクロスする位置が異なっている。これについては適切なパラメータを用いてアルゴリズム的な補正を行うことが可能である。
【0107】
また、実施例３では、楕円開口の例を示したが、楕円開口以外の開口形状の場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【0108】
また、実施例１－３においても、図５の（ｅ）に示すように、ＡＦ開口５４ＨをＨ方向に制限する絞りを設けることにより、Ｈ方向とＶ方向の両方のＡＦ特性を制御可能である。
【0109】
図１２は、実施例３に係るＡＦ動作の流れを示すフローチャートである。図１２に示す例では、まず、フォーカス引き込み範囲が広いＡＦ信号ＡＦＶを用いた粗調整（ステップＳ１０～Ｓ１４）を行った後に、フォーカス感度が高いＡＦ信号ＡＦＨを用いた微調整（ステップＳ１６～Ｓ２０）を行う。
【0110】
ＡＦ動作が開始されると、制御部１００は、ＡＦ信号処理部６６から４分割ディテクタ６４の受光素子Ａ～ＤからのＡＦ信号を読み取って、式（１）によりＡＦＶ信号を求め（ステップＳ１０）、基準値１と比較する（ステップＳ１２）。ここで、基準値１は、ＡＦＶ信号を用いた粗調整からＡＦＨ信号を用いた微調整に切り替えるか否かを判定するための閾値である。
【0111】
ステップＳ１２において、ＡＦＶが基準値１以上の場合には、制御部１００は、アクチュエータ６８を制御して、ＡＦ光学系６０の第１レンズ群６０Ａを動かして、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点を移動させるフォーカス調整を行う（ステップＳ１４）。具体的には、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点をウェーハＷのレーザ光照射面に近づけて、ＡＦＶ信号の絶対値が小さくなるようにフォーカス調整を行う。
【0112】
ステップＳ１０～Ｓ１４を繰り返してＡＦＶ信号が基準値１未満になると（ステップＳ１２のＹｅｓ）、ＡＦＨ信号を用いた微調整に移行する。
【0113】
制御部１００は、ＡＦ信号処理部６６から４分割ディテクタ６４の受光素子Ａ～ＤからのＡＦ信号を読み取って、式（２）によりＡＦＨ信号を求め（ステップＳ１６）、基準値２と比較する（ステップＳ１８）。ここで、基準値２は、合焦判断のための閾値である。
【0114】
なお、基準値１と基準値２の決め方には任意性があり、レーザ加工装置１０の実装時の状況により異なる。基準値１と基準値２は、レーザ加工装置１０及びＡＦ装置５０の構成及び実装時の状況等に応じて実験的に決定可能である。また、基準値２は最終的な合焦判断のための閾値であるため、基準値１よりも小さいとも考えられるが、ＡＦＶ信号とＡＦＨ信号の乖離の程度によっては基準値２の絶対値の方が基準値１よりも大きい場合があり得る。
【0115】
ステップＳ１８において、ＡＦＨが基準値２以上の場合には、制御部１００は、アクチュエータ６８を制御して、ＡＦ光学系６０の第１レンズ群６０Ａを動かして、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点を移動させるフォーカス調整を行う（ステップＳ２０）。具体的には、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の集光点をウェーハＷのレーザ光照射面に近づけて、ＡＦＨ信号の絶対値が小さくなるようにフォーカス調整を行う。
【0116】
ステップＳ１６～Ｓ２０を繰り返してＡＦＨ信号が基準値２未満になると（ステップＳ１８のＹｅｓ）、合焦したと判定して処理を終了する（ステップＳ２２）。
【0117】
実施例３によれば、傾きの緩やかなＡＦＶ信号と急峻なＡＦＨ信号の緩急２種類のＡＦ信号を用いることにより、ウェーハのレーザ光照射面の位置の検出を安定的かつ精度良く行うことが可能になる。
【0118】
［実施例４］
上記の各実施例では、ＡＦ開口部５４によりＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を制御したが、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口の制御手段はこれに限定されない。
上記の各実施例では、ＡＦ開口部５４によりＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を制御したが、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口の制御手段はこれに限定されない。
【0119】
図１３は、実施例４に係るＡＦ装置を示す図であり、図１４は、実施例４に係るＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口の調整例を示す平面図である。なお、図１４における実線の円は、集光レンズ２８のレンズ瞳を示しており、図１４における点線の半円は、ビームエキスパンダＢＥを設けない場合のＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を示している。
【0120】
実施例４では、図１３に示すように、ＡＦ開口部５４の代わりにビームエキスパンダＢＥを設けて、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を制御する。
【0121】
ビームエキスパンダＢＥは、ＡＦ用レーザ光Ｌ２（平行光）のビーム径を拡大するための光学機器である。ビームエキスパンダＢＥは、ビーム径を拡大する場合にＡＦ用光源５２側に配置される対物レンズと、ＡＦ用光源５２に対して対物レンズと反対側に配置される像側レンズとを備えている。このビームエキスパンダＢＥの向きを逆にすることにより、図１４に実線の半円で示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２（平行光）のビーム径を縮小することができる。
【0122】
【0123】
図１５の１．０Ｘは、ビームエキスパンダＢＥを設けなかった場合のＡＦ特性を示しており、０．２Ｘ、０．３Ｘ及び０．４Ｘは、ビームエキスパンダＢＥを用いてＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口をそれぞれ１．０Ｘと比較して０．２Ｘ、０．３Ｘ及び０．４Ｘに制限した場合のＡＦ特性である。
【0124】
図１５に示すように、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を小さくするほど、ＡＦ特性の傾きは緩やかになる。したがって、ＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口を小さくすることにより、フォーカス引き込み範囲を拡大することができる。
【0125】
なお、実施例４においても、ナイフエッジ５６を複数用いてＡＦ用レーザ光Ｌ２の開口にＨ軸とＶ軸に平行なエッジを形成することにより、４分割ディテクタ６４を用いて緩急２種類のＡＦＶ信号及びＡＦＨ信号を得ることが可能である。
【符号の説明】
【0126】
１０…レーザ加工装置、１２…ステージ、２０…レーザ照射装置、２２…レーザ光源、２６…ダイクロイックミラー、２８…対物レンズ（集光レンズ）、３０…アクチュエータ、５０…ＡＦ装置、５２…ＡＦ用光源、５４…ＡＦ開口部、５６…ナイフエッジ、５８…ハーフミラー、６０…ＡＦ光学系、６２…ＡＦ結像光学系、６４…ディテクタ、６６…ＡＦ信号処理部、６８…アクチュエータ、１００…制御部、ＢＥ…ビームエキスパンダ
【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】