特許 7398038 ビームエキスパンダの良否判定方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-06

(45)【発行日】2023-12-14

(54)【発明の名称】ビームエキスパンダの良否判定方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/035 20140101AFI20231207BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20231207BHJP

   G02B 7/00 20210101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

B23K26/035

B23K26/00 Q

G02B7/00 A

G02B7/00 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2023032097

(22)【出願日】2023-03-02

(62)【分割の表示】P 2022191843の分割

【原出願日】2022-11-30

(65)【公開番号】P2023145360

(43)【公開日】2023-10-11

【審査請求日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】P 2022052255

(32)【優先日】2022-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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

(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】相川 力

(72)【発明者】

【氏名】森本 喬

(72)【発明者】

【氏名】林 博和

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１２８１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２８５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－３７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２１９１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０２６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－３１２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１０５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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と、
を含むビームエキスパンダの良否判定方法。

【請求項2】

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１に記載のビームエキスパンダの良否判定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２０－１８９３２３号公報

【文献】特開２０１７－０２２３５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

本発明の第１２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、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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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、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、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、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。

【発明の効果】

【0029】

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。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】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】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】図３は、照明光学系の例を示すブロック図である。

【図4】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】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】図６は、光軸調整の結果を示す図である。

【図7】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。

【0032】

［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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

（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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上となるレーザ光を出射する。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

（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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

（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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

【数1】

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

（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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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）。

【0092】

（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。

【0093】

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）。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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）。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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）。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

［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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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）。

【0107】

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）。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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）。

【0111】

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）。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

［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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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。

【0123】

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。

【0124】

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。

【0125】

［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。

【0126】

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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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。

【0130】

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）。

【0131】

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。

【0132】

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）。

【0133】

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Ｓ２０６）。

【0134】

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。

【0135】

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）。

【0136】

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。

【0137】

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）。

【0138】

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）。

【0139】

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。

【0140】

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。

【0141】

［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。

【0142】

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。

【0143】

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。

【0144】

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。

【0145】

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。

【符号の説明】

【0146】

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

【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】