特許 7598303 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(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】2024-12-03

(45)【発行日】2024-12-11

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20241204BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20241204BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20241204BHJP

   H01L 21/301 20060101ALN20241204BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

B23K26/00 M

B23K26/00 N

B23K26/064 A

H01L21/78 B

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021127557

(22)【出願日】2021-08-03

(65)【公開番号】P2022036013

(43)【公開日】2022-03-04

【審査請求日】2024-06-06

(31)【優先権主張番号】P 2020140151

(32)【優先日】2020-08-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100183438

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 泰史

(72)【発明者】

【氏名】坂本 剛志

(72)【発明者】

【氏名】是松 克洋

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０６９５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３８０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００６３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０４９３９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物にレーザ光を照射することにより前記対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
前記空間光変調器によって変調された前記レーザ光を前記対象物に集光する集光部と、
前記対象物における前記レーザ光の反射光を検出する検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを前記空間光変調器に設定し表示させる第１処理と、
前記空間光変調器に前記第１分岐パターンが表示された状態において前記レーザ光が出射されるように前記光源を制御する第２処理と、
前記第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の前記反射光が検出されるように前記検出部を制御する第３処理と、
前記検出部による検出結果に基づき前記分岐後の各レーザ光の反射光の輝度を導出する第４処理と、
導出した前記輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が前記出力目標値となるように前記第１分岐パターンを補正した第２分岐パターンを生成する第５処理と、を実行するように構成されている、レーザ加工装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第２分岐パターンを前記空間光変調器に設定し表示させる第６処理と、
前記空間光変調器に前記第２分岐パターンが表示された状態において前記レーザ光が出射されて前記対象物が加工されるように前記光源を制御する第７処理と、を更に実行するように構成されている、請求項１記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第２処理において、前記対象物に改質領域が形成されない出力で前記レーザ光が照射されるように前記光源を制御する、請求項１又は２記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

ユーザからの入力を受け付ける入力部を更に備え、
前記制御部は、前記第１処理において、前記入力部によって受け付けられた情報に基づき前記出力目標値を決定し、決定した前記出力目標値に応じた前記第１分岐パターンを前記空間光変調器に設定する、請求項１～３のいずれか一項記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記集光部によって集光される前記レーザ光の集光点は、前記対象物における前記レーザ光の入射面である表面に設定されており、
前記検出部は、前記表面における前記反射光を検出する、請求項１～４のいずれか一項記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記集光部によって集光される前記レーザ光の集光点は、前記対象物における前記レーザ光の入射面の反対側の面である裏面に設定されており、
前記検出部は、前記裏面における前記反射光を検出する、請求項１～４のいずれか一項記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記第１処理において、前記分岐後の各レーザ光の出力目標値を共通の値とし、該共通の値に応じた前記第１分岐パターンを前記空間光変調器に設定し表示させる、請求項１～６のいずれか一項記載のレーザ加工装置。

【請求項8】

対象物にレーザ光を照射することにより前記対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１工程と、
前記第１分岐パターンが表示された前記空間光変調器にレーザ光を出射し、前記第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光を対象物に照射する第２工程と、
分岐後の各レーザ光の、前記対象物からの反射光を検出する第３工程と、
前記反射光の検出結果に基づき、前記分岐後の各レーザ光の前記反射光の輝度を導出する第４工程と、
導出した前記輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が前記出力目標値となるように前記第１分岐パターンを補正した第２分岐パターンを生成する第５工程と、を含む、レーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ光源と、空間光変調器と、空間光変調器とは異なる集光補正手段とを備えるレーザ加工装置が記載されている。このようなレーザ加工装置は、レーザ光の照射によって対象物（ウエハ）の内部に改質領域を形成することにより、対象物の分割及び剥離等を行う。特許文献１に記載された技術では、レーザ光の照射によって対象物の内部に改質領域を形成すると共に、集光点からの反射光の一部を撮像し、撮像結果に基づいて集光点の位置ズレ量を検出し、位置ズレが小さくなるように空間光変調器における変調パターンを調整している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６２０９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなレーザ加工装置では、同時に複数の改質領域が形成されるように、空間光変調器に分岐パターンが設定され、該分岐パターンに応じてレーザ光が分岐される場合がある。分岐パターンは、例えば分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定される。ここで、分岐加工を行う場合においては、例えばレンズにおける各分岐光の通過領域が互いに異なる等の光学特性の個体差の影響により、分岐後の各レーザ光の出力を上述した出力目標値に一致させることが難しい。分岐後の各レーザ光の出力が想定していた値とならないことによって、改質領域から延びる亀裂量が所望の亀裂量とならず、対象物の未分割・未剥離が生じる（加工品質が悪化する）おそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させることができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調されたレーザ光を対象物に集光する集光部と、対象物におけるレーザ光の反射光を検出する検出部と、制御部と、を備え、制御部は、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１処理と、空間光変調器に第１分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部を制御する第３処理と、検出部による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の反射光の輝度を導出する第４処理と、導出した輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が出力目標値となるように第１分岐パターンを補正した第２分岐パターンを生成する第５処理と、を実行するように構成されている。

【0007】

本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、第１分岐パターンに応じて分岐された各レーザ光の対象物における反射光が検出され、検出結果に基づいて分岐後の各レーザ光の反射光の輝度が導出される。ここで、分岐後の各レーザ光の反射光の輝度は、分岐後の各レーザ光の出力（ビーム強度）に比例している。このため、輝度が導出されることにより、分岐後の各レーザ光の出力を高精度に推定することが可能となる。そして、輝度から分岐後の各レーザ光の出力を高精度に推定した上で、分岐後の各レーザ光の出力が出力目標値となるように新たな分岐パターン（第１分岐パターンを補正した第２分岐パターン）が生成されることにより、分岐後の各レーザ光（分岐光）の出力を所望の値（出力目標値）に調整する分岐パターンを生成することができる。以上のように、本発明の一態様に係るレーザ加工装置によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。また、このような分岐パターンの補正処理を一度行えば、その後のレーザ加工時には補正済みの分岐パターン（第２分岐パターン）を利用して加工を行うため、分岐パターン生成の時間を削減することができる。

【0008】

制御部は、第２分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第６処理と、空間光変調器に第２分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されて対象物が加工されるように光源を制御する第７処理と、を更に実行するように構成されていてもよい。このように、輝度に基づいて適正化された分岐パターン（第２分岐パターン）が空間光変調器に設定されて、実際にレーザ加工が行われることにより、分岐光の出力を所望の値に調整した状態で、対象物の高品質な加工を実現することができる。

【0009】

制御部は、第２処理において、対象物に改質領域が形成されない出力でレーザ光が照射されるように光源を制御してもよい。これにより、分岐光の出力を調整している段階において対象物に改質領域が形成されてしまうことを防止することができる。このことで、対象物の高品質な加工を実現することができる。

【0010】

上記レーザ加工装置は、ユーザからの入力を受け付ける入力部を更に備え、制御部は、第１処理において、入力部によって受け付けられた情報に基づき出力目標値を決定し、決定した出力目標値に応じた第１分岐パターンを空間光変調器に設定してもよい。これにより、ユーザが設定する条件に応じた分岐パターンを設定することができる。すなわち、ユーザ所望のレーザ加工を実現することができる。

【0011】

集光部によって集光されるレーザ光の集光点は、対象物におけるレーザ光の入射面である表面に設定されており、検出部は、表面における反射光を検出してもよい。表面で反射した反射光は、比較的輝度が高い。このような輝度が高い反射光が検出されることにより、輝度に基づくレーザ光の出力推定をより高精度に行うことができる。

【0012】

集光部によって集光されるレーザ光の集光点は、対象物におけるレーザ光の入射面の反対側の面である裏面に設定されており、検出部は、裏面における反射光を検出してもよい。実際に剥離加工等のレーザ加工が行われる場合においては、空間光変調器には、分岐パターン以外の集光補正パターン等が合成された変調パターンが設定される。このような、実際のレーザ加工時の空間光変調器における変調パターンを考慮した分岐光の輝度（各分岐光の出力）を測定するという点においては、裏面における反射光の輝度が測定されることが好ましい。そのため、裏面における反射光が検出されることにより、実際のレーザ加工時を考慮して、各分岐光出力を所望の値に調整することができる。

【0013】

制御部は、第１処理において、分岐後の各レーザ光の出力目標値を共通の値とし、該共通の値に応じた第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させてもよい。分岐加工においては、分岐後の各レーザ光の出力を均一化したい場合がある。このような場合において、上述したように分岐後の各レーザ光の出力目標値が共通の値とされると共に、第５処理において分岐後の各レーザ光の出力が当該共通の値となるように（すなわち各レーザ光の出力が均一化されるように）第２分岐パターンが生成されることにより、分岐後の各レーザ光の出力のばらつきを抑え、分岐光の各レーザ光の出力を均一化して、加工品質を向上させることができる。

【0014】

本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１工程と、第１分岐パターンが表示された空間光変調器にレーザ光を出射し、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光を対象物に照射する第２工程と、分岐後の各レーザ光の、対象物からの反射光を検出する第３工程と、反射光の検出結果に基づき、分岐後の各レーザ光の反射光の輝度を導出する第４工程と、導出した輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が上記出力目標値となるように第１分岐パターンを補正した第２分岐パターンを生成する第５工程と、を含む。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。

【図2】図１に示されるレーザ加工装置の一部分の正面図である。

【図3】図１に示されるレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドの正面図である。

【図4】図３に示されるレーザ加工ヘッドの側面図である。

【図5】図３に示されるレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。

【図6】複数の改質スポットを説明するための平面図である。

【図7】ＧＵＩの設定画面の一例を示す図である。

【図8】ＧＵＩの設定画面の管理者モードの例を示す図である。

【図9】比較例に係るレーザ加工を説明する図である。

【図10】各分岐光の打痕状態を示す表である。

【図11】実施形態に係るレーザ加工を説明する図である。

【図12】実施形態に係るレーザ加工を説明する図である。

【図13】導出された輝度に基づく分岐パターンの補正及び補正後の結果の一例を示す表である。

【図14】表面を集光点とした輝度測定を説明する図である。

【図15】裏面を集光点とした輝度測定を説明する図である。

【図16】実際の剥離加工におけるレーザ加工状態を示す模式図である。

【図17】Ｚ方向に均一な分岐の輝度測定ハイトの決定について説明する図である。

【図18】Ｚ方向に不均一な分岐の輝度測定ハイトの決定について説明する図である。

【図19】分岐パターンの補正（補正パターンの生成）処理を示すフローチャートである。

【図20】改質領域及び改質領域から延びる亀裂の形成状態を示す図である。

【図21】ＡＳパターンの合成を説明する図である。

【図22】スリットパターンの合成を説明する図である。

【図23】横分岐パターンの合成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

まず、レーザ加工装置の基本的な構成について説明する。

【0019】

［レーザ加工装置の基本構成］
図１に示されるように、レーザ加工装置１は、複数の移動機構５，６と、支持部７と、一対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと、光源ユニット８と、制御部９と、を備えている。なお、以下ではレーザ加工ヘッドが一対である例を説明するが、レーザ加工ヘッドは１つのみであってもよい。以下、第１方向をＸ方向、第１方向に垂直な第２方向をＹ方向、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向をＺ方向という。本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

【0020】

移動機構５は、固定部５１と、移動部５３と、取付部５５と、を有している。固定部５１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。移動部５３は、固定部５１に設けられたレールに取り付けられており、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部５５は、移動部５３に設けられたレールに取り付けられており、Ｘ方向に沿って移動することができる。

【0021】

移動機構６は、固定部６１と、一対の移動部６３，６４と、一対の取付部６５，６６と、を有している。固定部６１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。一対の移動部６３，６４のそれぞれは、固定部６１に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部６５は、移動部６３に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。取付部６６は、移動部６４に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。つまり、装置フレーム１ａに対しては、一対の取付部６５，６６のそれぞれが、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って移動することができる。

【0022】

支持部７は、移動機構５の取付部５５に設けられた回転軸に取り付けられており、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。つまり、支持部７は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動することができ、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。支持部７は、対象物１００を支持する。対象物１００は、例えば、ウエハである。

【0023】

図１及び図２に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、移動機構６の取付部６５に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ａは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、移動機構６の取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。

【0024】

光源ユニット８は、一対の光源８１，８２を有している。光源８１は、レーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１は、光源８１の出射部８１ａから出射され、光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ａに導光される。光源８２は、レーザ光Ｌ２を出力する。レーザ光Ｌ２は、光源８２の出射部８２ａから出射され、別の光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ｂに導光される。

【0025】

制御部９は、レーザ加工装置１の各部（支持部７、複数の移動機構５，６、一対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂ、及び光源ユニット８等）を制御する。制御部９は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部９では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部９は、各種機能を実現する。

【0026】

以上のように構成されたレーザ加工装置１による加工の一例について説明する。当該加工の一例は、ウエハである対象物１００を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインに沿って対象物１００の内部に改質領域を形成する例である。なお、レーザ加工装置１は、対象物１００の一部分を剥離する剥離加工を行うものであってもよい。

【0027】

まず、対象物１００を支持している支持部７がＺ方向において一対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと対向するように、移動機構５が、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って支持部７を移動させる。続いて、対象物１００において一方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

【0028】

続いて、一方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点（集光領域の一部）が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、一方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。

【0029】

続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、一方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ一方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。

【0030】

続いて、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

【0031】

続いて、他方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、他方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。

【0032】

続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、他方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ他方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。

【0033】

なお、上述した加工の一例では、光源８１は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ１を出力し、光源８２は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ２を出力する。そのようなレーザ光が対象物１００の内部に集光されると、レーザ光の集光点に対応する部分においてレーザ光が特に吸収され、対象物１００の内部に改質領域が形成される。改質領域は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。

【0034】

パルス発振方式によって出力されたレーザ光が対象物１００に照射され、対象物１００に設定されたラインに沿ってレーザ光の集光点が相対的に移動させられると、複数の改質スポットがラインに沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポットは、１パルスのレーザ光の照射によって形成される。１列の改質領域は、１列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物１００に対するレーザ光の集光点の相対的な移動速度及びレーザ光の繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。設定されるラインの形状は、格子状に限定されず、環状、直線状、曲線状及びこれらの少なくとも何れかを組合せた形状であってもよい。

【0035】

［レーザ加工ヘッドの構成］
図３及び図４に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、筐体１１と、入射部１２と、調整部１３と、集光部１４と、を備えている。

【0036】

筐体１１は、第１壁部２１及び第２壁部２２、第３壁部２３及び第４壁部２４、並びに、第５壁部２５及び第６壁部２６を有している。第１壁部２１及び第２壁部２２は、Ｘ方向において互いに対向している。第３壁部２３及び第４壁部２４は、Ｙ方向において互いに対向している。第５壁部２５及び第６壁部２６は、Ｚ方向において互いに対向している。

【0037】

レーザ加工ヘッド１０Ａでは、第１壁部２１は、移動機構６の固定部６１とは反対側に位置しており、第２壁部２２は、固定部６１側に位置している。第３壁部２３は、移動機構６の取付部６５側に位置しており、第４壁部２４は、取付部６５とは反対側であってレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置している（図２参照）。第５壁部２５は、支持部７とは反対側に位置しており、第６壁部２６は、支持部７側に位置している。

【0038】

筐体１１は、第３壁部２３が移動機構６の取付部６５側に配置された状態で筐体１１が取付部６５に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６５は、ベースプレート６５ａと、取付プレート６５ｂと、を有している。ベースプレート６５ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている（図２参照）。取付プレート６５ｂは、ベースプレート６５ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ｂ側の端部に立設されている（図２参照）。筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６５ｂに接触した状態で、台座２７を介してボルト２８が取付プレート６５ｂに螺合されることで、取付部６５に取り付けられている。台座２７は、第１壁部２１及び第２壁部２２のそれぞれに設けられている。筐体１１は、取付部６５に対して着脱可能である。

【0039】

入射部１２は、第５壁部２５に取り付けられている。入射部１２は、筐体１１内にレーザ光Ｌ１を入射させる。入射部１２は、Ｘ方向においては第２壁部２２側（一方の壁部側）に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。

【0040】

入射部１２は、光ファイバ２の接続端部２ａが接続可能となるように構成されている。光ファイバ２の接続端部２ａには、ファイバの出射端から出射されたレーザ光Ｌ１をコリメートするコリメータレンズが設けられており、戻り光を抑制するアイソレータが設けられていない。当該アイソレータは、接続端部２ａよりも光源８１側であるファイバの途中に設けられている。これにより、接続端部２ａの小型化、延いては、入射部１２の小型化が図られている。なお、光ファイバ２の接続端部２ａにアイソレータが設けられていてもよい。

【0041】

調整部１３は、筐体１１内に配置されている。調整部１３は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１を調整する。調整部１３が有する各構成は、筐体１１内に設けられた光学ベース２９に取り付けられている。光学ベース２９は、筐体１１内の領域を第３壁部２３側の領域と第４壁部２４側の領域とに仕切るように、筐体１１に取り付けられている。光学ベース２９は、筐体１１と一体となっている。調整部１３が有する各構成は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。調整部１３が有する各構成の詳細については後述する。

【0042】

集光部１４は、第６壁部２６に配置されている。具体的には、集光部１４は、第６壁部２６に形成された孔２６ａに挿通された状態で（図５参照）、第６壁部２６に配置されている。集光部１４は、調整部１３によって調整されたレーザ光Ｌ１を集光しつつ筐体１１外に出射させる。集光部１４は、Ｘ方向においては第２壁部２２側（一方の壁部側）に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。

【0043】

図５に示されるように、調整部１３は、アッテネータ３１と、ビームエキスパンダ３２と、ミラー３３と、を有している。入射部１２、並びに、調整部１３のアッテネータ３１、ビームエキスパンダ３２及びミラー３３は、Ｚ方向に沿って延在する直線（第１直線）Ａ１上に配置されている。アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２は、直線Ａ１上において、入射部１２とミラー３３との間に配置されている。アッテネータ３１は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の出力を調整する。ビームエキスパンダ３２は、アッテネータ３１で出力が調整されたレーザ光Ｌ１の径を拡大する。ミラー３３は、ビームエキスパンダ３２で径が拡大されたレーザ光Ｌ１を反射する。

【0044】

調整部１３は、反射型空間光変調器３４と、結像光学系３５と、を更に有している。調整部１３の反射型空間光変調器３４及び結像光学系３５、並びに、集光部１４は、Ｚ方向に沿って延在する直線（第２直線）Ａ２上に配置されている。反射型空間光変調器３４は、例えば、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。反射型空間光変調器３４は、ミラー３３で反射されたレーザ光Ｌ１を変調する。反射型空間光変調器３４は、表示された変調パターンに応じて、レーザ光Ｌ１を変調する。反射型空間光変調器３４には、少なくともレーザ光Ｌ１を複数に分岐するための分岐パターンが設定・表示される。これにより、反射型空間光変調器３４に入射したレーザ光Ｌ１は、反射型空間光変調器３４において複数のレーザ光に分岐される（図６参照。詳細は後述）。結像光学系３５は、反射型空間光変調器３４の反射面３４ａと集光部１４の入射瞳面１４ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。結像光学系３５は、３つ以上のレンズによって構成されている。

【0045】

直線Ａ１及び直線Ａ２は、Ｙ方向に垂直な平面上に位置している。直線Ａ１は、直線Ａ２に対して第２壁部２２側（一方の壁部側）に位置している。レーザ加工ヘッド１０Ａでは、レーザ光Ｌ１は、入射部１２から筐体１１内に入射して直線Ａ１上を進行し、ミラー３３及び反射型空間光変調器３４で順次に反射された後、直線Ａ２上を進行して集光部１４から筐体１１外に出射する。なお、アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２の配列の順序は、逆であってもよい。また、アッテネータ３１は、ミラー３３と反射型空間光変調器３４との間に配置されていてもよい。また、調整部１３は、他の光学部品（例えば、ビームエキスパンダ３２の前に配置されるステアリングミラー等）を有していてもよい。

【0046】

レーザ加工ヘッド１０Ａは、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、検出部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を更に備えている。

【0047】

ダイクロイックミラー１５は、直線Ａ２上において、結像光学系３５と集光部１４との間に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー１５は、筐体１１内において、調整部１３と集光部１４との間に配置されている。ダイクロイックミラー１５は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。ダイクロイックミラー１５は、レーザ光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックミラー１５は、非点収差を抑制する観点では、例えば、キューブ型、又は、ねじれの関係を有するように配置された２枚のプレート型が好ましい。

【0048】

測定部１６は、筐体１１内において、調整部１３に対して第１壁部２１側（一方の壁部側とは反対側）に配置されている。測定部１６は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。測定部１６は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）と集光部１４との距離を測定するための測定光Ｌ１０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０を検出する。つまり、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して測定部１６で検出される。

【0049】

より具体的には、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられたビームスプリッタ２０及びダイクロイックミラー１５で順次に反射され、集光部１４から筐体１１外に出射する。対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５及びビームスプリッタ２０で順次に反射され、測定部１６に入射し、測定部１６で検出される。

【0050】

検出部１７は、筐体１１内において、調整部１３に対して第１壁部２１側（一方の壁部側とは反対側）に配置されている。検出部１７は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。検出部１７は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）を観察するための観察光Ｌ２０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０を検出する。つまり、検出部１７から出力された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して検出部１７で検出される。検出部１７は、例えば、反射された観察光Ｌ２０を検出（撮像）するカメラである。

【0051】

より具体的には、検出部１７から出力された観察光Ｌ２０は、ビームスプリッタ２０を透過してダイクロイックミラー１５で反射され、集光部１４から筐体１１外に出射する。対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５で反射され、ビームスプリッタ２０を透過して検出部１７に入射し、検出部１７で検出される。なお、レーザ光Ｌ１、測定光Ｌ１０及び観察光Ｌ２０のそれぞれの波長は、互いに異なっている（少なくともそれぞれの中心波長が互いにずれている）。

【0052】

また、検出部１７は、対象物１００の表面で反射されたレーザ光Ｌ１の一部を検出する（詳細は後述）。対象物１００の表面で反射されたレーザ光Ｌ１の一部とは、対象物１００の表面で反射されたレーザ光Ｌ１のうち、ダイクロイックミラー１５において検出部１７方向に少量だけ反射されたレーザ光Ｌ１である。

【0053】

駆動部１８は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。駆動部１８は、例えば圧電素子の駆動力によって、第６壁部２６に配置された集光部１４をＺ方向に沿って移動させる。

【0054】

回路部１９は、筐体１１内において、光学ベース２９に対して第３壁部２３側に配置されている。つまり、回路部１９は、筐体１１内において、調整部１３、測定部１６及び検出部１７に対して第３壁部２３側に配置されている。回路部１９は、例えば、複数の回路基板である。回路部１９は、測定部１６から出力された信号、及び反射型空間光変調器３４に入力する信号を処理する。回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて駆動部１８を制御する。一例として、回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて、対象物１００の表面と集光部１４との距離が一定に維持されるように（すなわち、対象物１００の表面とレーザ光Ｌ１の集光点との距離が一定に維持されるように）、駆動部１８を制御する。なお、筐体１１には、回路部１９を制御部９（図１参照）等に電気的に接続するための配線が接続されるコネクタ（図示省略）が設けられている。

【0055】

レーザ加工ヘッド１０Ｂは、レーザ加工ヘッド１０Ａと同様に、筐体１１と、入射部１２と、調整部１３と、集光部１４と、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、検出部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を備えている。ただし、レーザ加工ヘッド１０Ｂの各構成は、図２に示されるように、一対の取付部６５，６６間の中点を通り且つＹ方向に垂直な仮想平面に関して、レーザ加工ヘッド１０Ａの各構成と面対称の関係を有するように、配置されている。

【0056】

例えば、レーザ加工ヘッド１０Ａの筐体（第１筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６５に取り付けられている。これに対し、レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体（第２筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ａ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６６に取り付けられている。

【0057】

レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付部６６側に配置された状態で筐体１１が取付部６６に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６６は、ベースプレート６６ａと、取付プレート６６ｂと、を有している。ベースプレート６６ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている。取付プレート６６ｂは、ベースプレート６６ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ａ側の端部に立設されている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６６ｂに接触した状態で、取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、取付部６６に対して着脱可能である。

【0058】

［分岐パターン補正処理］
以下では、対象物１００の切断及び剥離等を目的としてレーザ光を分岐して対象物１００に照射する場合において、分岐された各レーザ光の出力が出力目標値となるように、反射型空間光変調器３４に設定・表示される分岐パターンを補正する処理について説明する。なお、以下では、主に、分岐された各レーザ光の出力目標値が共通の値とされ、分岐された各レーザ光の出力が当該共通の値になるように（すなわち、各レーザ光の出力が均一化されるように）分岐パターンを補正する処理を説明する。当該補正処理は、対象物の切断等を目的として対象物１００に改質領域が形成される前に実施される。

【0059】

最初に、図６～図８を参照して、レーザ光Ｌ１の分岐について説明する。上述したように、レーザ光Ｌ１は、反射型空間光変調器３４に設定・表示される分岐パターンに応じて分岐される。

【0060】

図６は、レーザ光Ｌ１を４つに分岐する場合の複数の改質スポットＳＡを説明する図である。図６に示される例では、加工進行方向Ｃ１と直交する直交方向に対して傾斜する傾斜方向Ｃ２に沿って一列に並ぶ複数（４つ）の改質スポットＳＡが対象物１００に形成されるように、レーザ光Ｌ１が分岐されている。レーザ光Ｌ１の分岐は、反射型空間光変調器３４（図５参照）に設定・表示される分岐パターン（変調パターン）により実現される。

【0061】

図示される例では、レーザ光Ｌ１が４分岐され、４つの改質スポットＳＡが形成される。分岐された４つの改質スポットＳＡのうち隣接する一対の改質スポットＳＡについて、加工進行方向Ｃ１における間隔が分岐ピッチＢＰｘであり、加工進行方向Ｃ１の直交方向における間隔が分岐ピッチＢＰｙである。連続する２パルスのレーザ光Ｌ１の照射で形成される一対の改質スポットＳＡについて、加工進行方向Ｃ１における間隔がパルスピッチＰＰである。加工進行方向Ｃ１と傾斜方向Ｃ２と間の角度が分岐角度αである。

【0062】

図７は、図６に示されるようなレーザ光Ｌ１の分岐を実現するためのＧＵＩ１１１の設定画面である。ＧＵＩ１１１は、ユーザからの入力を受け付ける入力部として機能する。図７に示されるＧＵＩ１１１の設定画面は、加工条件を選択する加工条件選択ボタン２１１と、レーザ光Ｌ１の分岐数を入力又は選択する分岐数欄２１２と、１本の加工用ラインに沿ったレーザ加工の後に次の加工用ラインまでの移動する距離であるインデックスを入力するインデックス欄２１３と、分岐数及びインデックスの入力又は表示を行うイメージ図２１４と、Ｚ方向における改質スポットＳＡの位置を入力する加工Ｚハイト欄２１５と、加工速度を入力する加工速度欄２１６と、加工条件の切替方法を選択する条件切替方法ボタン２１７と、を含む。

【0063】

加工条件選択ボタン２１１では、具体的な加工条件を複数の選択肢の中から選択できる。インデックス欄２１３によれば、分岐数が１の場合には、その入力値分だけ自動でインデックス方向にレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。分岐数を１よりも大きくした場合には、以下の計算式に基づくインデックスだけ、インデックス方向にレーザ加工ヘッド１０Ａを自動で移動させる。
インデックス＝(分岐数)×インデックス入力値

【0064】

イメージ図２１４は、インデックス入力値の表示部２１４ａと、各改質スポットＳＡの出力を入力する出力入力欄２１４ｂと、を含む。

【0065】

図８は、ＧＵＩ１１１の設定画面の管理者モードの例を示す図である。図８に示される設定画面は、レーザ光Ｌ１の分岐方向を選択する分岐方向選択ボタン２２１と、レーザ光Ｌ１の分岐数を入力又は選択する分岐数欄２２２と、分岐ピッチＢＰｘを入力する分岐ピッチ入力欄２２３と、分岐ピッチＢＰｘの列数を入力する分岐ピッチ列数入力欄２２４と、分岐ピッチＢＰｙを入力する分岐ピッチ入力欄２２５と、インデックスを入力するインデックス欄２２６と、分岐数に基づく光軸イメージ図２２７と、レーザ光Ｌ１のスキャン方向が一方向（往路）か他方向（復路）かを選択する往路復路選択ボタン２２８と、各種の数値のバランスを自動で調整するバランス調整開始ボタン２２９と、を含む。

【0066】

制御部９は、ＧＵＩ１１１においてユーザから受け付けられた情報に基づき分岐後の各レーザ光の出力目標値（ここでは分岐後の各レーザ光で共通の値）を決定し、決定した出力目標値に応じた、レーザ光Ｌ１を分岐するための第１分岐パターン（変調パターン）を導出する。この場合、制御部９は、予め用意されている複数の分岐パターンの中から１つの分岐パターンを選択し第１分岐パターンとしてもよいし、ユーザから受け付けられた情報に基づき新たに分岐パターンを生成し第１分岐パターンとしてもよい。制御部９は、導出した第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる。

【0067】

図９（ａ）に示されるようにＧＵＩ１１１にレーザ光Ｌ１を４分岐するための情報がユーザから入力されると、制御部９によって、各分岐加工点（分岐されたレーザ光の各集光点）におけるレーザ出力が互いに同程度となるように出力目標値が決定され（図９（ｂ）参照）、決定した出力目標値に応じて第１分岐パターン３４０が生成（自動生成）されて、該第１分岐パターン３４０が反射型空間光変調器３４に設定・表示される（図９（ｃ）参照）。なお、図９（ｂ）、図９（ｅ）、図１１（ｂ）、図１１（ｅ）、図１２（ｂ）、及び図１２（ｄ）のグラフでは、分岐されたレーザ光に係る各集光点についてのレーザ光の出力（又は反射光の輝度）が示されている。そして、図９（ｄ）に示されるように、第１分岐パターン３４０に応じてレーザ光Ｌ１が分岐されて対象物１００に照射され対象物１００の加工（自動加工）が実施される。ここで、第１分岐パターン３４０に応じてレーザ光Ｌ１を分岐した各レーザ光については、理論上は互いに同一の出力となるように設定されているものの、実際には、図９（ｅ）に示されるように出力（実投入出力）が互いに同程度とならないことが考えられる。

【0068】

図１０は、第１分岐パターンに応じてレーザ光Ｌ１を４分岐して対象物１００に照射した場合の打痕状態（詳細には、改質領域の発生有無）の一例を示す表である。図１０では、分岐された４つのレーザ光のそれぞれについて、理論上のパルスエネルギーの値と改質領域が発生したか否か（発生している場合には「〇」、発生していない場合には「×」）を示している。図１０に示されるように、各分岐光の出力が同程度になるように設定された第１分岐パターンによってレーザ光Ｌ１を分岐した場合であっても、集光点２及び集光点３の分岐光ではパルスエネルギーが５．７１μｊ以上である場合に改質領域が発生しているのに対して、集光点３の分岐光ではパルスエネルギーが５．９６μｊ以上である場合に改質領域が発生しており、また、集光点１の分岐光ではパルスエネルギーが６．４８μｊ以上である場合に改質領域が発生している。このように、各分岐光の出力が同程度になるようにレーザ光Ｌ１を分岐した場合であっても、実際には、分岐光のレーザ出力は互いに同程度とならない場合がある。このようなレーザ出力の違いは、レンズにおける各分岐光の通過領域が互いに異なること等の光学特性の個体差の影響により生じるものであり、このような個体差の影響を完全になくすことは困難である。また、実際にレーザ照射を行うことなく、このような個体差を把握することは困難である。

【0069】

そこで、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、対象物１００に改質領域を形成する加工処理を行う前段階において、第１分岐パターンによって分岐されたレーザ光を対象物１００に照射し、該レーザ光の反射光を検出（撮像）して輝度を導出し、該輝度に基づいて第１分岐パターンを補正する補正処理を行う。具体的には、レーザ加工装置１は、輝度に基づき各分岐光の出力を推定し、分岐光の出力が出力目標値となる（ここでは、各分岐光の出力が均一化される）ように、第１分岐パターンを補正し新たな分岐パターンである第２分岐パターンを生成する。

【0070】

当該補正処理は、検出（撮像）される分岐光の反射光の輝度が、分岐光の出力（ビーム強度）に比例するとの前提に基づくものである。上述した図１０の例において、パルスエネルギーが５．７１μｊ以上である場合に改質領域が発生した集光点２及び集光点３のパルスエネルギーを１００％（最大の強さ）とすると、相対的に、パルスエネルギーが５．９６μｊ以上である場合に改質領域が発生した集光点４のパルスエネルギーは９６％、パルスエネルギーが６．４８μｊ以上である場合に改質領域が発生した集光点１のパルスエネルギーは８８％とみなせる。この場合において、検出部１７によって検出（撮像）された分岐光の反射光の輝度は、図１３（ａ）に示されるように、最も大きかった集光点３の輝度を１００％とすると、集光点１が８９％、集光点２が９８％、集光点４が９６％となった。してみると、集光点１及び集光点３について、反射光の強度と出力とに少し差があるものの、概ね、反射光の輝度と出力とに比例関係があると言える。このため、輝度に基づいて各分岐光の出力を推定し、分岐光の出力が均一化されるように第１分岐パターンを補正するという処理により、レーザ加工時における分岐光の出力のばらつきを適切に低減することができる。

【0071】

図１１及び図１２は、上述した補正処理を行うレーザ加工装置１の処理を説明する図である。図１１（ａ）に示されるようにＧＵＩ１１１にレーザ光Ｌ１を４分岐するための情報がユーザから入力されると、制御部９によって、各分岐加工点（分岐されたレーザ光の各集光点）におけるレーザ出力が理論上互いに同程度となるように（図１１（ｂ）参照）、第１分岐パターン３４０が生成（自動生成）されて、該第１分岐パターン３４０が反射型空間光変調器３４に設定・表示される（図１１（ｃ）参照）。そして、第１分岐パターン３４０に応じてレーザ光Ｌ１が分岐され、各分岐光が対象物１００に照射されて、対象物１００における各分岐光の反射光が検出部１７によって検出（撮像）される（図１１（ｄ））参照。図１１（ｄ）に示されるように、制御部９によって、検出された反射光の輝度が導出され、各点の輝度（各分岐光の輝度）が比較される（図１１（ｅ）参照）。

【0072】

そして、制御部９によって、導出した輝度に基づき、分岐光の出力が均一化されるように第１分岐パターン３４０を補正した第２分岐パターン３４１が生成され、該第２分岐パターン３４１が反射型空間光変調器３４に設定・表示される（図１２（ａ）参照）。この場合、図１２（ｂ）に示されるように、第２分岐パターン３４１としては、比較的輝度が高いとされた分岐光よりも比較的輝度が低いとされた分岐光の出力が増大するように変調パターンが設定される。具体的には、例えば各分岐光の反射光の輝度について、図１３（ａ）に示されるように、最も大きかった集光点３の輝度を１００％として、集光点１の輝度が８９％、集光点２の輝度が９８％、集光点４の輝度が９６％であったとすると、図１３（ｂ）に示されるように、第２分岐パターンについては、輝度の大小及び差異が考慮されて、集光点１のパルスエネルギーを１００％（最大の強さ）として、集光点２のパルスエネルギーが９１％、集光点３のパルスエネルギーが８９％、集光点４のパルスエネルギーが９３％となるように調整される。この例では、補正前の輝度の％の値と第２分岐パターン（補正後）のパルスエネルギーの％の値とを掛け合わせた値が、全集光点について同程度となるように、第２分岐パターンが生成されている。

【0073】

このようにして設定された第２分岐パターン３４１を利用してレーザ光Ｌ１が分岐され、分岐光が対象物１００に照射されることにより、対象物１００が加工される（図１２（ｃ）参照）。この場合には、図１２（ｄ）に示されるように、加工時における各分岐光の出力（実投入出力）を互いに同程度として、対象物１００の加工が行われる。例えば、図１３（ａ）に示されるように輝度が測定されて図１３（ｂ）に示されるように分岐パターンの補正が行われた場合においては、図１３（ｃ）に示されるように、いずれの集光点もパルスエネルギーが５．７１μｊ以上である場合に改質領域が発生することとなっている。このように、第２分岐パターンによって各分岐光の出力が均一化されることにより、各分岐光についての改質領域の発生条件を同じにすることができている。このことで、改質領域から延びる亀裂量のばらつきを抑え、対象物の未分割・未剥離が生じることを抑制し、加工品質を向上させることができる。

【0074】

以下では、上述した分岐パターン補正処理を実現する制御部９の機能について説明する。

【0075】

制御部９は、レーザ光Ｌ１を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第１処理と、反射型空間光変調器３４に第１分岐パターンが表示された状態においてレーザ光Ｌ１が出射されるように光源ユニット８を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部１７を制御する第３処理と、検出部１７による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の反射光の輝度を導出する第４処理と、導出した輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が出力目標値となるように第１分岐パターンを補正した第２分岐パターンを生成する第５処理と、を実行するように構成されている。

【0076】

第１処理では、制御部９は、ＧＵＩ１１１の設定画面（図７及び図８参照）において受付けられた情報に基づき出力目標値を決定し、決定した出力目標値に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定する。制御部９は、分岐後の各レーザ光の出力目標値を共通の値とし、該共通の値に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる。この場合、当該第１分岐パターンは、理論上、分岐後の各レーザ光の出力が互いに同程度となる分岐パターンである。

【0077】

第２処理では、制御部９は、反射型空間光変調器３４に第１分岐パターンが表示された状態において、対象物１００に改質領域が形成されない出力（改質閾値以下）でレーザ光Ｌ１が照射されるように光源ユニット８を制御する。なお、分岐パターン補正処理後にレーザ加工を行う対象物１００とは別の対象物（補正処理用の対象物）に分岐後のレーザ光が照射されてもよい。

【0078】

ここで、第２処理において、制御部９は、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａが移動するように移動機構６を制御することによって、分岐後の各レーザ光の集光点を、対象物１００レーザ光の入射面である表面１００ａ（図１４参照）に設定してもよい。この場合、検出部１７は、表面１００ａにおける反射光を検出する。表面１００ａにおいて反射する反射光は、比較的輝度が高い。このような輝度が高い反射光が検出されることにより、輝度に基づくレーザ光の出力推定を精度良く行うことができる。

【0079】

或いは、制御部９は、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａが移動するように移動機構６を制御することによって、分岐後の各レーザ光の集光点を、対象物１００レーザ光の入射面である表面１００ａの反対側の面である裏面１００ｂ（図１５参照）に設定してもよい。この場合、検出部１７は、裏面１００ｂにおける反射光を検出する。図１６は、実際の剥離加工におけるレーザ加工状態を示す模式図である。図１６に示されるように、実際に剥離加工等のレーザ加工が行われる場合においては、反射型空間光変調器３４には、分岐パターンだけでなく、集光点の深さ（Ｚハイト）に応じた集光補正パターン等が合成された変調パターンが設定されることとなる。この点、図１５に示されるように、裏面１００ｂが集光点とされる場合には、反射型空間光変調器３４には分岐パターン及び対象物１００の厚みｔに応じた集光補正パターン等が合成された変調パターンが設定されて輝度が検出されることとなるので、実際の剥離加工等のレーザ加工時と同様に、集光補正パターンをも考慮した状態で分岐後の各レーザ光の反射光の輝度を検出することができる。このことにより、実際のレーザ加工時と類似した環境下で輝度（すなわちレーザ出力）を判断することができる。

【0080】

なお、制御部９は、移動機構６を制御することによってＺ方向にレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させながら、検出部１７によって検出（撮像）される反射光の強度に基づいて、輝度測定ハイトを決定してもよい。すなわち、図１７に示されるように、制御部９は、Ｚ方向において同一の高さに各分岐光が分岐されている場合には、全分岐光の強度（輝度）が大きくなるＺハイトを輝度測定ハイトに決定してもよい。また、図１８に示されるように、制御部９は、Ｚ方向において異なる高さに各分岐光が分岐されている場合には、それぞれの分岐光毎に、強度が大きくなるＺハイトを輝度測定ハイトに決定してもよい。なお、制御部９は、予め集光位置のズレ量を特定できている場合には、決定した輝度測定ハイトについて当該ズレ量を考慮して、最終的な輝度測定ハイトを決定してもよい。当該ズレ量は、例えば、ハイトセット時に用いるレチクルの対物レンズの色収差によるズレ等である。

【0081】

第３処理では、制御部９は、少なくとも、分岐後の各レーザ光が対象物１００に照射されている期間において、分岐後の各レーザ光の対象物１００における反射光の検出（撮像）が可能となるように、検出部１７を制御する。制御部９は、検出部１７によって撮像された画像を検出部１７から取得する。

【0082】

第４処理では、制御部９は、検出部１７によって取得された撮像データにおいて、他の領域よりも輝度が高い領域を分岐数分だけ特定する。ここでの領域とは、輝度が最も高い点を中心とした周囲の領域も含む領域である。そして、制御部９は、各分岐光に対応する領域について、周囲の輝度も考慮して輝度を導出する。

【0083】

制御部９は、さらに、第２分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第６処理と、反射型空間光変調器３４に第２分岐パターンが表示された状態においてレーザ光Ｌ１が出射されて対象物１００が加工されるように光源ユニット８を制御する第７処理と、を更に実行するように構成されている。

【0084】

次に、分岐パターン補正処理について、図１９のフローチャートを参照して説明する。

【0085】

図１９に示されるように、分岐パターン補正処理では、まず、ＧＵＩ１１１の設定画面において受付けられた情報に基づき、第１分岐パターンが導出され、該第１分岐パターンが反射型空間光変調器３４に設定・表示される（ステップＳ１：第１工程）。

【0086】

つづいて、第１分岐パターンが表示された反射型空間光変調器３４にレーザ光Ｌ１が出射され、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光が対象物１００の表面１００ａ又は裏面１００ｂに照射される（ステップＳ２：第２工程）。

【0087】

つづいて、表面１００ａ又は裏面１００ｂからの分岐光の反射光が検出部１７によって検出（撮像）される（ステップＳ３：第３工程）。そして、撮像データ（反射光の検出結果）に基づいて、分岐後の各レーザ光の集光点における輝度が測定される（ステップＳ４：第４工程）。

【0088】

最後に、導出した輝度データに基づいて、分岐後の各レーザ光の出力が出力目標値となるように（出力目標値が共通の値である場合には出力が均一化されるように）、第１分岐パターンを補正した補正パターン（第２分岐パターン）が生成される（ステップＳ５：第５工程）。

【0089】

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置１の作用効果について説明する。

【0090】

本実施形態に係るレーザ加工装置１は、対象物１００にレーザ光を照射することにより対象物１００に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射する光源ユニット８と、光源ユニット８から出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器３４と、反射型空間光変調器３４によって変調されたレーザ光を対象物１００に集光する集光部１４と、対象物１００におけるレーザ光の反射光を検出する検出部１７と、制御部９と、を備え、制御部９は、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第１処理と、反射型空間光変調器３４に第１分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源ユニット８を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部１７を制御する第３処理と、検出部１７による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の反射光の輝度を導出する第４処理と、導出した輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が出力目標値となるように第１分岐パターンを補正した第２分岐パターンを生成する第５処理と、を実行するように構成されている。

【0091】

本実施形態に係るレーザ加工装置１では、第１分岐パターンに応じて分岐された各レーザ光の対象物１００における反射光が検出され、検出結果に基づいて分岐後の各レーザ光の反射光の輝度が導出される。ここで、分岐後の各レーザ光の反射光の輝度は、分岐後の各レーザ光の出力（ビーム強度）に比例している。このため、輝度が導出されることにより、分岐後の各レーザ光の出力を高精度に推定することが可能となる。そして、輝度から分岐後の各レーザ光の出力を高精度に推定した上で、分岐後の各レーザ光の出力が出力目標値となるように新たな分岐パターン（第１分岐パターンを補正した第２分岐パターン）が生成されることにより、分岐後の各レーザ光（分岐光）の出力を所望の値（出力目標値）に調整する分岐パターンを生成することができる。以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。

【0092】

制御部９は、第２分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第６処理と、反射型空間光変調器３４に第２分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されて対象物１００が加工されるように光源ユニット８を制御する第７処理と、を更に実行するように構成されていてもよい。このように、輝度に基づいて適正化された分岐パターン（第２分岐パターン）が反射型空間光変調器３４に設定されて、実際にレーザ加工が行われることにより、分岐光の出力を所望の値に調整した状態で、対象物１００の高品質な加工を実現することができる。

【0093】

制御部９は、第２処理において、対象物１００に改質領域が形成されない出力でレーザ光が照射されるように光源ユニット８を制御してもよい。これにより、分岐光の出力を調整している段階において対象物１００に改質領域が形成されてしまうことを防止することができる。このことで、対象物１００の高品質な加工を実現することができる。

【0094】

上記レーザ加工装置１は、ユーザからの入力を受け付けるＧＵＩ１１１を更に備え、制御部９は、第１処理において、ＧＵＩ１１１によって受け付けられた情報に基づき出力目標値を決定し、決定した出力目標値に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定してもよい。これにより、ユーザが設定する条件に応じた分岐パターンを設定することができる。すなわち、ユーザ所望のレーザ加工を実現することができる。

【0095】

集光部１４によって集光されるレーザ光の集光点は、対象物１００におけるレーザ光の入射面である表面１００ａに設定されており、検出部１７は、表面１００ａにおける反射光を検出してもよい。表面１００ａで反射した反射光は、比較的輝度が高い。このような輝度が高い反射光が検出されることにより、輝度に基づくレーザ光の出力推定をより高精度に行うことができる。

【0096】

集光部１４によって集光されるレーザ光の集光点は、対象物１００における表面１００ａの反対側の面である裏面１００ｂに設定されており、検出部１７は、裏面１００ｂにおける反射光を検出してもよい。実際に剥離加工等のレーザ加工が行われる場合においては、反射型空間光変調器３４には、分岐パターン以外の集光補正パターン等が合成された変調パターンが設定される。このような、実際のレーザ加工時の反射型空間光変調器３４における変調パターンを考慮した分岐光の輝度（各分岐光の出力）を測定するという点においては、裏面１００ｂにおける反射光の輝度が測定されることが好ましい。そのため、裏面１００ｂにおける反射光が検出されることにより、実際のレーザ加工時を考慮して、各分岐光の出力を所望の値に調整することができる。

【0097】

そして、本実施形態において主に説明したように、制御部９は、第１処理において、分岐後の各レーザ光の出力目標値を共通の値とし、該共通の値に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させてもよい。分岐加工においては、分岐後の各レーザ光の出力を均一化したい場合がある。このような場合において、上述したように分岐後の各レーザ光の出力目標値が共通の値とされると共に、第５処理において分岐後の各レーザ光の出力が当該共通の値となるように（すなわち各レーザ光の出力が均一化されるように）第２分岐パターンが生成されることにより、分岐後の各レーザ光の出力のばらつきを抑え、分岐光の各レーザ光の出力を均一化して、加工品質を向上させることができる。

【0098】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、主に、分岐された各レーザ光の出力目標値が共通の値とされ、分岐された各レーザ光の出力が当該共通の値になるように（すなわち、各レーザ光の出力が均一化されるように）第２分岐パターンを生成するとして説明したが、これに限定されず、分岐された各レーザ光の出力目標値が互いに異なる値であってもよい。この場合においても、輝度に基づき、分岐後の各レーザ光の出力が、それぞれの出力目標値となるように第２分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に調整し加工品質を向上させることができる。

【0099】

また、例えば、輝度測定が行われる対象物１００については、ミラーウエハ（パターン無しのベアウエハ）であってもよいし、実際に剥離加工等が実施される実デバイス（パターン付きウエハ）であってもよい。実デバイスでは、レーザ入射面側にＳｉＮやＳｉＯ２等の積層膜が設けられる場合があるところ、当該積層膜における多重反射の影響によって、反射率がミラーウエハと比べて低くなることが考えられる。例えば、ミラーウエハでは１０９９ｎｍのレーザの反射率が３０％程度であるのに対して、ＳｉＮ膜１００ｎｍが設けられた実デバイスにおいては、同波長のレーザの反射率は８％程度にまで低下する。このため、このような実デバイスにおいては、輝度測定値が低下することが考えられる。この点、例えば各分岐光の出力のばらつきを特定する場合等においては、各点の輝度の相対比較ができればよいため、反射率の低下による輝度測定値の低下はあまり問題とならない。しかしながら、輝度測定が行えない程度にまで反射光量が低い場合には、測定時のレーザ出力を上げる補正を行う必要がある。この場合、輝度値をモニタリングしながらアッテネータを可変し測定に最適な輝度値になる出力を設定してもよいし、ミラーウエハの輝度値（反射率）や最適な輝度値を予め把握しておき、そこからのズレ分の出力を調整してもよい。

【0100】

なお、実デバイスを用いて上述した第７処理（レーザ光による対象物の加工）を実施する場合においては、上述した反射率を考慮して出力設定補正を行ってもよい。

【0101】

上述したように、レーザ加工装置１を用いたレーザ加工の一例として、ウエハである対象物１００を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインに沿って対象物１００の内部に改質領域を形成する加工が挙げられる。当該加工の加工条件の一例を以下に示す。なお、当該加工においては、対象物１００の内部に、厚さ方向に２列の改質領域を形成するとする。２列の改質領域は、別々にレーザ光が照射されることにより形成されてもよいし、２焦点分岐パターンを用いて加工点を２分岐させて１スキャンで形成されてもよい。

【0102】

加工対象材料：シリコンウエハ、ウエハ厚：３００μｍ、結晶方位：＜１００＞、抵抗値：１Ω・ｃｍ以上
レーザ加工装置１のレーザ波長：１０９９ｎｍ、パルス幅：７００ｎｓｅｃ、周波数：１２０ｋＨｚ、ステージ速度：８００ｍｍ／ｓｅｃ、パルスピッチ：６．６７μｍ
入射面から遠い側の改質領域であるＳＤ１の集光点の深さ（Ｚハイト）：Ｚ６４、出力：２．７８Ｗ、空間光変調器の表示パターン：球面収差補正パターンを使用
入射面から近い側の改質領域であるＳＤ２の集光点の深さ（Ｚハイト）：Ｚ２４、出力：１．８５Ｗ、空間光変調器の表示パターン：球面収差補正パターンを使用

【0103】

図２０（ａ）は、上述した加工条件で対象物１００を加工した場合の、改質領域１２ａ，１２ｂ及び改質領域１２ａ，１２ｂから延びる亀裂１４の形成状態を示す図である。図２０（ａ）に示される例では、改質領域１２ａ，１２ｂ及び改質領域１２ａ，１２ｂから延びる亀裂１４の形成状態が良好とは言えない。具体的には、図２０（ｂ）に示されるような改質領域１２ａ，１２ｂ及び改質領域１２ａ，１２ｂから延びる亀裂１４の形成状態と比較すると、図２０（ａ）に示される亀裂１４等の形成状態は良好とは言えない。図２０（ｂ）のように良好に亀裂１４等が形成されることにより、切断した際の凹凸（端面凹凸）が少なくなり直進性の高い切断が可能となる。また、端面凹凸が抑制されることによって、分割時の割れ残りを防ぐ効果、切断面から発生する改質層片（シリコンパーティクル）の発生率を下げる効果、及び抗折強度を高める効果等がある。以下では、図２０（ｂ）に示されるような亀裂１４等の形成状態を実現させるべく、上述した加工条件に加えて、空間光変調器に所定のパターンをさらに合成し、該所定のパターンを表示させた状態で加工を行う例について説明する。

【0104】

図２１は、上述した所定のパターンとして、非点収差を加えるパターンであるＡＳパターンを合成する例を説明する図である。図２１は、集光点におけるビームＬ１５０の形状を示している。図２１に示される例では、非点収差を加えるパターンであるＡＳパターンの合成によって、ビームＬ１５０の強度分布が楕円形状、詳細には、加工進行方向が長手方向となるような楕円形状とされている。ビーム形状の長軸÷短軸を楕円率とした場合に、当該楕円形状の楕円率は例えば１．５とされる。このように、ＡＳパターンの合成によってレーザ光のビームが加工進行方向に楕円形状とされることにより、より直進性の高い切断が可能となる。なお、直進性を高める効果は、例えば楕円率が１．０５以上とされることによって奏される。

【0105】

図２２は、上述した所定のパターンとして、スリットパターンを合成する例を説明する図である。ここでのスリットパターンとは、レーザ光のビームにおける加工進行方向に交差する方向の両端部をカットするパターンである。すなわち、例えば加工進行方向を左右方向とした場合、スリットパターンは、レーザ光のビームの上下方向の端部をカットする。図２２に示される例では、図中の左から右方向が加工進行方向である場合に、スリットパターン５００，６００によって、ビームＬ１８０の上下端がカットされている。ここでのカットする領域の大きさは、例えばビーム全体の１０％程度とされてもよい。このように、加工進行方向に交差する方向の両端部をカットするスリットパターンが合成されることにより、レーザ入射面のビーム形状が加工進行方向に長尺になるため、直進性の高い切断が可能となる。

【0106】

図２３は、上述した所定のパターンとして、横分岐パターンを合成する例を説明する図である。ここでの横分岐とは、レーザ光を対象物１００の厚さ方向（Ｚ方向）に交差する方向に分岐することを言い、より詳細には、加工進行方向に分岐することを言う。図２３に示される例では、パルスピッチを６．６７μｍとしつつ、加工進行方向に対してビームを分岐する横分岐パターンを合成しており、２つに分岐したビームの距離が３μｍになるような横分岐パターンを設定している。この場合、２つに分岐されたビームＬ２０１，Ｌ２０２の距離が３μｍであり、ビームＬ２０１，ビームＬ２０３の距離（パルスピッチ）が６．６７μｍであり、２つに分岐されたビームＬ２０３，Ｌ２０４の距離が３μｍである。このように、パルスピッチよりも少ない距離で横分岐するように加工を行うことにより、上述した直進性を高めることができる。

【0107】

上述したような各所定のパターンは、単独でそれぞれ用いても直進性を高めることができるが、それぞれを組み合わせて用いることによってより直進性を高めることができる場合がある。なお、上述した所定のパターンによる効果は、空間光変調器を用いずに実現されてもよい。すなわち、例えば、シリンドリカルレンズによってＡＳパターンと同様の効果が実現されてもよいし、メカニカルな刃によってビーム端部のカットが行われてスリットパターンと同様の効果が実現されてもよい。

【符号の説明】

【0108】

１…レーザ加工装置、８…光源ユニット、９…制御部、１４…集光部、１７…検出部、３４…反射型空間光変調器、１００…対象物、１００ａ…表面、１００ｂ…裏面、１１１…ＧＵＩ。

【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】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】