(57)【要約】【課題】収差の影響を抑えて、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成す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。【解決手段】被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を変調する空間光変調器２４と、空間光変調器２４によって変調されたレーザ光を被加工物の内部に集光する加工レンズ２６と、第１レンズ３６ａと第２レンズ３６ｂとを有し、空間光変調器２４と加工レンズ２６との間の光路上に配置される両側テレセントリックなリレー光学系３０と、を備え、空間光変調器２４と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係にあり、且つ、第２レンズとレンズ瞳との間の距離は、第２レンズの焦点距離よりも長い。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の加工又は測定に用いられる対物レンズと、前記対物レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置された光学素子との間で光を中継するアフォーカル光学系であって、
前記光学素子側に配置された第１レンズと、
前記対物レンズ側に配置された第２レンズであって、前記対物レンズの前記レンズ瞳との間の距離が前記第２レンズの焦点距離よりも長くなる位置に配置される第２レンズと、
を備えるアフォーカル光学系。
【請求項２】
前記第１レンズは、前記光学素子との間の距離が前記第１レンズの焦点距離よりも短くなる位置に配置される、請求項１記載のアフォーカル光学系。
【請求項３】
前記対物レンズと、前記光学素子と、請求項１又は２記載のアフォーカル光学系とを備えるレーザ加工装置であって、
前記光学素子は、前記被加工物の内部に集光点を合わせて照射され、前記被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するためのレーザ光を変調する空間光変調器であり、
前記アフォーカル光学系は、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物レンズに中継する、レーザ加工装置。
【請求項４】
前記対物レンズと、前記光学素子と、請求項１又は２記載のアフォーカル光学系とを備える亀裂検出装置であって、
前記光学素子は、前記被加工物の内部に形成されたレーザ加工領域から伸びる亀裂の検出のためのレーザ光を出力するレーザ光源であり、
前記アフォーカル光学系は、前記レーザ光源から出力された前記レーザ光を前記対物レンズに中継し、
前記対物レンズは、前記レーザ光を前記被加工物の内部に照射し、
前記被加工物の内部の亀裂又は裏面によって反射された前記レーザ光を検出する検出器をさらに備える、亀裂検出装置。
【請求項５】
前記対物レンズと、前記光学素子と、請求項１又は２記載のアフォーカル光学系とを備える亀裂検出装置であって、
前記光学素子は、前記被加工物の内部に形成されたレーザ加工領域から伸びる亀裂に照射されて、前記被加工物の内部の亀裂又は裏面によって反射されたレーザ光を検出する検出器であり、
前記対物レンズは、前記被加工物の内部又は裏面に反射された前記レーザ光を受光し、
前記アフォーカル光学系は、前記対物レンズに入射した前記レーザ光を前記検出器に中継する、亀裂検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、被加工物の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技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された技術では、被加工物の内部におけるレーザ光の集光点を合わせる位置で発生するレーザ光の収差が所定の収差以下となるように空間光変調器によってレーザ光を変調している。具体的に、この技術では、空間光変調器と集光光学系との間のレーザ光の光路上に、第１レンズと第２レンズとを有する調整光学系が設けられている。そして、空間光変調器と第１レンズとの距離が第１レンズの焦点距離ｆ１となり、集光光学系と第２レンズとの距離が第２レンズの焦点距離ｆ２となり、第１レンズと第２レンズとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズと第２レンズとが両側テレセントリック光学系となるように、第１レンズ及び第２レンズを配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４０２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された配置構成では、空間光変調器と集光光学系の主点とが光学的に共役関係にあるため、必ずしも集光光学系の焦点面（加工点）で所望の光分布を得ることができず、所定の精度で収差を補正することが困難である。その結果、収差の影響を十分に抑えることができず、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができない問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、収差の影響を抑えて、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができるアフォーカル光学系、及びアフォーカル光学系を備えるレーザ加工装置及び亀裂検出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】
【０００７】
上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。
【０００８】
本発明の第１態様に係るレーザ加工装置は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置であって、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被加工物の内部に集光する加工レンズと、第１レンズと第２レンズとを有し、空間光変調器と加工レンズとの間の光路上に配置される両側テレセントリックなリレー光学系と、を備え、空間光変調器と加工レンズのレンズ瞳とが光学的に共役関係にある。
【０００９】
本発明の第２態様に係るレーザ加工装置は、第１態様において、第２レンズとレンズ瞳との間の距離は、第２レンズの焦点距離よりも長い。
【００１０】
本発明の第３態様に係るレーザ加工装置は、第１態様又は第２態様において、空間光変調器の光変調面とレンズ瞳とが光学的に共役関係にある。
【００１１】
本発明の第４態様に係るレーザ加工装置は、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様において、被加工物の内部におけるレーザ光の集光点を合わせる位置で発生するレーザ光の収差が所定の収差以下となるように、空間光変調器を制御する空間光変調器制御部を備える。
【００１２】
本発明の第５態様に係るレーザ加工方法は、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工方法であって、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被加工物の内部に集光する加工レンズと、を用意し、空間光変調器と加工レンズとの間の光路上に、第１レンズと第２レンズとを有する両側テレセントリックなリレー光学系を配置し、空間光変調器と加工レンズのレンズ瞳とが光学的に共役関係になるように配置し、被加工物の内部におけるレーザ光の集光点を合わせる位置で発生するレーザ光の収差が所定の収差以下となるように、空間光変調器を制御する。
【００１３】
本発明の別の態様に係るアフォーカル光学系は、被加工物の加工又は測定に用いられる対物レンズと、対物レンズのレンズ瞳と共役な位置に配置された光学素子との間で光を中継するアフォーカル光学系であって、光学素子側に配置された第１レンズと、対物レンズ側に配置された第２レンズであって、対物レンズのレンズ瞳との間の距離が第２レンズの焦点距離よりも長くなる位置に配置される第２レンズとを備える。
【００１４】
上記アフォーカル光学系では、第１レンズは、光学素子との間の距離が第１レンズの焦点距離よりも短くなる位置に配置される。
【００１５】
本発明の別の態様に係るレーザ加工装置は、対物レンズと、光学素子と、上記アフォーカル光学系とを備え、光学素子は、被加工物の内部に集光点を合わせて照射され、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するためのレーザ光を変調する空間光変調器であり、アフォーカル光学系は、空間光変調器によって変調されたレーザ光を対物レンズに中継する。
【００１６】
本発明の別の態様に係る亀裂検出装置は、対物レンズと、光学素子と、上記アフォーカル光学系とを備え、光学素子は、被加工物の内部に形成されたレーザ加工領域から伸びる亀裂の検出のためのレーザ光を出力するレーザ光源であり、アフォーカル光学系は、レーザ光源から出力されたレーザ光を対物レンズに中継し、対物レンズは、レーザ光を被加工物の内部に照射し、被加工物の内部の亀裂又は裏面によって反射されたレーザ光を検出する検出器をさらに備える。
【００１７】
本発明の別の態様に係る亀裂検出装置は、対物レンズと、光学素子と、上記アフォーカル光学系とを備え、光学素子は、被加工物の内部に形成されたレーザ加工領域から伸びる亀裂に照射されて、被加工物の内部の亀裂又は裏面によって反射されたレーザ光を検出する検出器であり、対物レンズは、被加工物の内部又は裏面に反射されたレーザ光を受光し、アフォーカル光学系は、対物レンズに入射したレーザ光を検出器に中継する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、収差の影響を抑えて、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略を示した構成図である。
【図２】レーザ加工装置における制御装置の構成を示したブロック図である。
【図３】ウェーハ内部の集光点近傍に形成されるレーザ加工領域を説明する概念図である。
【図４】ウェーハ内部の集光点近傍に形成されるレーザ加工領域を説明する概念図である。
【図５】ウェーハ内部にレーザ加工領域を多層状に形成した状態を説明する概念図である。
【図６】レーザ加工装置における光学系配置構成の一例を示した構成図である。
【図７】レーザ加工装置における光学系配置構成の他の例を示した構成図である。
【図８】本実施形態のレーザ加工装置の収差調整方法を示したフローチャートである
【図９】本実施形態のレーザ加工装置の収差調整方法を説明するための図である。
【図１０】本実施形態のレーザ加工装置の収差調整方法を説明するための図である。
【図１１】本実施形態のレーザ加工装置の収差調整方法を説明するための図である。
【図１２】収差変化検出装置を備えたレーザ加工装置の一例を示した概略図である。
【図１３】収差変化検出装置を備えたレーザ加工装置の他の例を示した概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置を示した図である。
【図１５】亀裂検出装置の照明光学系を含む要部構成の光学的な配置を示した図である。
【図１６】亀裂検出装置の検出光学系を含む要部構成の光学的な配置を示した図である。
【図１７】被加工物に対して検出光の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図である。
【図１８】被加工物からの反射光がレンズ瞳に到達する経路を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳説する。
【００２１】
（レーザ加工装置の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の概略を示した構成図である。図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１０は、ステージ１２と、加工装置本体（光学系ユニット）２０と、加工レンズ２６と、制御装置５０とを備えている。なお、本実施形態では、加工装置本体２０と制御装置５０とが別々に構成される場合を例示したが、この構成に限らず、加工装置本体２０は制御装置５０の一部又は全部を含んでいてもよい。
【００２２】
ステージ１２は、被加工物を吸着保持するものである。ステージ１２は、ステージ駆動機構２８（図２参照）によりＸ方向及びθ方向に移動可能に構成される。ステージ駆動機構２８としては、例えば、ボールねじ機構、リニアモータ機構等の種々の機構にて構成することができる。ステージ駆動機構２８の動作は、制御装置５０（移動制御部５４）により制御される。なお、図１においては、ＸＹＺの３方向は互いに直交し、このうちＸ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。また、θ方向は、鉛直方向軸（Ｚ軸）を回転軸とする回転方向である。
【００２３】
本実施形態では、被加工物として、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」という。）Ｗが適用される。ウェーハＷは、格子状に配列された切断予定ラインによって複数の領域に区画され、この区画された各領域に半導体チップを構成する各種デバイスが形成されている。なお、本実施形態においては、被加工物としてウェーハＷを適用した場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ガラス基板、圧電セラミック基板、ガラス基板なども適用することができる。
【００２４】
ウェーハＷは、デバイスが形成された表面（デバイス面）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、裏面が上向きとなるようにステージ１２に載置される。ウェーハＷの厚さは、特に制限はないが、典型的には７００μｍ以上、より典型的には７００〜８００μｍである。
【００２５】
なお、ウェーハＷは、一方の面に粘着材を有するダイシングテープが貼付され、このダイシングテープ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。
【００２６】
加工装置本体２０は、筐体２１と、レーザ光源２２と、空間光変調器２４と、リレー光学系３０と、ビームエキスパンダ３２と、λ／２波長板３４とを備えている。
【００２７】
筐体２１の内部には、レーザ光源２２、空間光変調器２４、リレー光学系３０、ビームエキスパンダ３２、及びλ／２波長板３４が配置される。なお、レーザ光源２２は、筐体２１の外部（例えば、筐体２１の天面や側面など）に配置されていてもよい。また、筐体２１の底面には、加工レンズ２６が着脱自在に取り付けられる。
【００２８】
加工装置本体２０は、本体駆動機構２９（図２参照）によりＹ方向及びＺ方向に移動可能に構成される。本体駆動機構２９としては、例えば、ボールねじ機構、リニアモータ機構等の種々の機構にて構成することができる。本体駆動機構２９の動作は、制御装置５０（移動制御部５４）により制御される。これにより、ウェーハＷにおける加工位置（レーザ加工領域を形成する位置）に応じて、加工装置本体２０をＹ方向に移動させることができると共に、加工装置本体２０をＺ方向に移動させることができる。そのため、加工レンズ２６により集光されるレーザ光Ｌの集光点の位置を変化させて、レーザ加工領域をウェーハＷの所望の位置に形成することができる。
【００２９】
レーザ光源（ＩＲ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のレーザ光Ｌを出射する。レーザ光源２２によるレーザ光Ｌの出射動作は、制御装置５０（レーザ制御部５６）により制御される。レーザ光Ｌの条件としては、例えば、光源が半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、波長が波長：１．１μｍ、レーザ光スポット断面積が３．１４×１０−８ｃｍ２、発振形態がＱスイッチパルス、繰り返し周波数が８０〜２００ｋＨｚ、パルス幅が１８０〜３７０ｎｓ、出力が８Ｗである。
【００３０】
空間光変調器２４は、２次元的に配列された複数の画素（微小変調素子）からなる光変調面を備えており、光変調面に入射した光の位相を画素毎に変調する位相変調型の空間光変調器である。空間光変調器２４は、加工レンズ２６のレンズ瞳（射出瞳）２６ａと光学的に共役な位置に配置されている（図６及び図７参照）。空間光変調器２４は、後述する空間光変調器制御部５８により設定された所定の変調パターンに基づき、光変調面に入射した光の位相を画素毎に変調して、変調後の光を所定の方向に向けて出射する。なお、空間光変調器２４としては、例えば、反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられる。空間光変調器２４の動作、及び空間光変調器２４で呈示される変調パターンは、制御装置５０（空間光変調器制御部５８）によって制御される。変調パターンは、空間光変調器２４の光変調面を構成する複数の画素のそれぞれに対応する制御値（位相変化量）が２次元的に分布するパターン（２次元情報）であってもよいし、変調領域内（光変調面）の変調をある関数で表したときの係数情報のようなものであってもよい。なお、空間光変調器２４の具体的な構成については既に公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３１】
加工レンズ２６は、レーザ光ＬをウェーハＷの内部に集光させる対物レンズ（集光光学系）である。この加工レンズ２６の開口数（ＮＡ）は、例えば０．６５である。
【００３２】
リレー光学系３０は、空間光変調器２４と加工レンズ２６との間のレーザ光Ｌの光路に設けられている。リレー光学系３０は、少なくとも２つのレンズ３０ａ、３０ｂ（以下、「第１レンズ３０ａ」、「第２レンズ３０ｂ」という。）を有している。リレー光学系３０は、アフォーカル光学系（両側テレセントリックな光学系）を構成しており、空間光変調器２４で変調されたレーザ光Ｌを加工レンズ２６に投影する。このリレー光学系３０は、両側テレセントリックな縮小光学系であり、その投影倍率（以下、単に「倍率」ともいう。）は１より小さく（例えば０．６６）となっている。
【００３３】
ビームエキスパンダ３２は、レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌを空間光変調器２４のために適切なビーム径に拡大する。λ／２波長板３４は、空間光変調器２４へのレーザ光入射偏光面を調整する。
【００３４】
また、図示を省略したが、加工装置本体２０には、ウェーハＷとのアライメントを行うためのアライメント光学系、及びウェーハＷと加工レンズ２６との間の距離（ワーキングディスタンス）を一定に保つためのオートフォーカスユニット等が備えられている。
【００３５】
制御装置５０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものである。
【００３６】
制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置５０では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図２に示した制御装置５０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。
【００３７】
図２は、制御装置５０の構成を示したブロック図である。図２に示すように、制御装置５０は、主制御部５２、移動制御部５４、レーザ制御部５６、空間光変調器制御部５８、及びメモリ部６０として機能する。
【００３８】
主制御部５２は、制御装置５０を構成する各部（移動制御部５４、レーザ制御部５６、空間光変調器制御部５８、及びメモリ部６０を含む）を統括的に制御する。
【００３９】
移動制御部５４は、ステージ１２と加工装置本体２０との相対移動を制御するものである。移動制御部５４は、ステージ１２のＸ方向及びθ方向の移動を制御する制御信号をステージ駆動機構２８に出力すると共に、加工装置本体２０のＹ方向及びＺ方向の移動を制御する制御信号を本体駆動機構２９に出力する。
【００４０】
レーザ制御部５６は、レーザ光Ｌの出射を制御するものである。レーザ制御部５６は、レーザ光Ｌの波長、パルス幅、強度、出射タイミング、及び繰り返し周波数などを制御する制御信号をレーザ光源２２に出力する。
【００４１】
空間光変調器制御部５８は、空間光変調器２４の動作を制御する制御信号を空間光変調器２４に出力する。すなわち、空間光変調器制御部５８は、所定の変調パターンを空間光変調器２４に呈示させる制御を行う。具体的には、空間光変調器制御部５８は、ウェーハＷの内部におけるレーザ光Ｌの集光点を合わせる位置で発生するレーザ光Ｌの収差が所定の収差以下となるように、レーザ光Ｌを変調するための変調パターンを空間光変調器２４に設定する。
【００４２】
メモリ部６０は、制御装置５０に備えられた外部メモリ（例えばハードディスクやフレキシブルディスク等）又は内部メモリ（例えば半導体メモリからなるＲＡＭやＲＯＭ等）により構成される。メモリ部６０は、上述した制御プログラム等の各種プログラムの他に、収差補正情報Ｓを記憶する。収差補正情報Ｓは、空間光変調器制御部５８が空間光変調器２４に呈示させる変調パターンを決定するための元となる情報である。収差補正情報Ｓは、後述する第１収差補正情報Ｓ１、第２収差補正情報Ｓ２、及び第３収差補正情報Ｓ３を含む。
【００４３】
図３及び図４は、ウェーハ内部の集光点近傍に形成されるレーザ加工領域を説明する概念図である。図３は、ウェーハＷの内部に入射されたレーザ光Ｌが集光点にレーザ加工領域Ｐを形成した状態を示している。図４は、パルス状のレーザ光Ｌの下でウェーハＷが水平方向に移動され、不連続なレーザ加工領域Ｐ、Ｐ、・・・が並んで形成された状態を表している。この状態でウェーハＷはレーザ加工領域Ｐを起点として自然に割断するか、或いは僅かな外力を加えることによってレーザ加工領域Ｐを起点として割断される。この場合、ウェーハＷは表面や裏面にはチッピングが発生せずに容易にチップに分割される。
【００４４】
図５は、ウェーハ内部にレーザ加工領域を多層状に形成した状態を説明する概念図である。ウェーハＷの厚さが厚い場合で、レーザ加工領域Ｐの層が１層では割断できないときには、図５に示すように、レーザ光Ｌの集光点をウェーハＷの厚さ方向に変化させて、レーザ光ＬをウェーハＷに対して複数回走査することにより、レーザ加工領域Ｐを多層状に形成することができる。このようにして多層状に形成されたレーザ加工領域Ｐをきっかけとして、ウェーハＷは、自然に割断するか、或いは僅かな外力を加えることにより割断される。
【００４５】
なお、図３から図５ではパルス状のレーザ光Ｌで不連続なレーザ加工領域Ｐ、Ｐ、…を形成した状態を示したが、レーザ光Ｌの連続波の下で連続的なレーザ加工領域Ｐを形成してもよい。
【００４６】
（レーザ加工装置の動作）
次に、本実施形態のレーザ加工装置１０の動作(レーザ加工方法)について説明する。
【００４７】
まず、加工対象となるウェーハＷのデバイス面とは反対側の裏面を上側に向けた状態で（すなわち、ウェーハＷのデバイス面をステージ１２側に向けた状態で）ウェーハＷがステージ１２に載置された後、図示しないアライメント光学系を用いてウェーハＷのアライメントが行われる。その後、加工レンズ２６により集光されるレーザ光Ｌの集光点がウェーハＷのレーザ光入射面から所定の深さ位置（加工深さ）となるように、ウェーハＷに対する加工装置本体２０の高さ位置（Ｚ方向位置）の調整が行われる。これにより、加工レンズ２６とウェーハＷとの間の距離（ワーキングディスタンス）が、加工深さに対応した適切な距離に設定される。
【００４８】
次に、ウェーハＷに対してレーザ光Ｌを照射しつつ切断予定ラインに沿って相対移動させる。なお、レーザ光Ｌの相対移動は、ウェーハＷを吸着保持したステージ１２をＸ方向に加工送りすることにより行われる。
【００４９】
このとき、レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３６によって反射され、ビームエキスパンダ３２に入射する。ビームエキスパンダ３２に入射したレーザ光Ｌは、ビームエキスパンダ３２によってビーム径が拡大されてビームエキスパンダ３２から出射される。ビームエキスパンダ３２から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３８によって反射され、λ／２波長板３４に入射する。λ／２波長板３４に入射したレーザ光Ｌは、λ／２波長板３４によって偏光方向が変更されてλ／２波長板３４から出射される。λ／２波長板３４から出射されたレーザ光Ｌは空間光変調器２４に入射する。
【００５０】
空間光変調器２４に入射したレーザ光Ｌは、空間光変調器２４に呈示された所定の変調パターンに従って変調されて空間光変調器２４から出射される。その際、空間光変調器制御部５８は、ウェーハＷの内部におけるレーザ光Ｌの集光点を合わせる位置で発生するレーザ光Ｌの収差が所定の収差以下となるように、レーザ光Ｌを変調するための変調パターンを空間光変調器２４に設定する。空間光変調器２４は、空間光変調器制御部５８によって設定された変調パターンを呈示する。これにより、ウェーハＷの内部におけるレーザ光Ｌの集光点を合わせる位置で発生するレーザ光Ｌの収差が所定の収差以下となる。
【００５１】
空間光変調器２４から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー４０、４２によって順次反射された後、第１レンズ３０ａを通過し、更にミラー４４、４６によって順次反射され、第２レンズ３０ｂを通過し、加工レンズ２６に入射する。これにより、空間光変調器２４から出射されたレーザ光Ｌは、第１レンズ３０ａ及び第２レンズ３０ｂを有するリレー光学系３０によって加工レンズ２６に投影される。そして、加工レンズ２６に入射したレーザ光Ｌは、ステージ１２上に載置されたウェーハＷの内部に加工レンズ２６によって集光される。これにより、ウェーハＷの内部には、レーザ光Ｌの集光点位置の近傍にレーザ加工領域が形成される。したがって、切断予定ラインに沿った１回のスキャンが行われると、ウェーハＷの内部に１層のレーザ加工領域を形成することができる。
【００５２】
このように、切断予定ラインに沿った１回のスキャンで、ウェーハＷの内部に１層のレーザ加工領域が形成されると、加工装置本体２０がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次の切断予定ラインも同様にして、レーザ加工領域が形成される。
【００５３】
全てのＸ方向と平行な切断予定ラインに沿ってレーザ加工領域が形成されると、ステージ１２が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全てレーザ加工領域が形成される。これにより、全ての切断予定ラインに沿ってレーザ加工領域が形成される。
【００５４】
以上のようにして切断予定ラインに沿ってレーザ加工領域が形成された後、図示しない研削装置を用いて、ウェーハＷの裏面を研削してウェーハＷを薄化する裏面研削工程が行われる。
【００５５】
裏面研削工程の後、ウェーハＷの裏面にエキスパンドテープ（ダイシングテープ）が貼付され、ウェーハＷの表面に貼付されているＢＧテープが剥離された後、ウェーハＷの裏面に貼付されたエキスパンドテープに張力を加えて引き伸ばすエキスパンド工程が行われる。これにより、ウェーハＷの内部に形成されたレーザ改質領域を起点として、ウェーハＷが切断予定ラインに沿って切断され、複数のチップに分割される。
【００５６】
（レーザ加工装置の光学系配置構成）
次に、レーザ加工装置１０における光学系配置構成について詳しく説明する。図６は、レーザ加工装置１０における光学系配置構成の一例を示した構成図である。なお、図６においては、空間光変調器２４、加工レンズ２６、及びリレー光学系３０の光学的な配置関係を分かりやすくするために、説明とは関係ない部分については図示を省略している。また、図６において、ｆ１は第１レンズ３０ａの焦点距離、ｆ２は第２レンズ３０ｂの焦点距離、ｆｏｂｊは加工レンズ２６の焦点距離である。後述する図７も同様である。
【００５７】
図６に示すように、本実施形態では、空間光変調器２４と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係にある。
【００５８】
具体的には、空間光変調器２４と加工レンズ２６との間にはリレー光学系３０が配置される。リレー光学系３０は、両側テレセントリックな縮小光学系を構成する第１レンズ３０ａ及び第２レンズ３０ｂを有している。すなわち、第１レンズ３０ａと第２レンズ３０ｂとの距離は第１レンズ３０ａの焦点距離ｆ１と第２レンズ３０ｂの焦点距離ｆ２との和（ｆ１＋ｆ２）である。また、空間光変調器２４と第１レンズ３０ａとの距離は第１レンズ３０ａの焦点距離ｆ１であり、加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａと第２レンズ３０ｂとの距離は第２レンズ３０ｂの焦点距離ｆ２である。
【００５９】
図６に示した光学系配置構成によれば、空間光変調器２４と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係となるように各構成要素（光学系）が配置されているため、空間光変調器２４で形成した波面形状が加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａに投影されることになり、加工レンズ２６の焦点面（加工点）で所望の光分布を得ることができる。これにより、収差の影響を抑えて、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができる。
【００６０】
また、図６に示した光学系配置構成によれば、空間光変調器２４と加工レンズ２６の主点とが光学的に共役関係となるように配置する場合に比べて、各光学系を組み立てる際のアライメント（位置合わせ）をしやすく、且つウェーハＷの内部におけるレーザ光Ｌの集光点を合わせる位置で発生するレーザ光Ｌの収差を抑えるための空間光変調器２４の制御が容易になる。
【００６１】
なお、本実施形態において、より厳密には、空間光変調器２４の光変調面（反射面）と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係にあるのが望ましいが、空間光変調器２４で形成した波面形状を加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａに投影する際に、その波面形状の変化の影響が小さければ、空間光変調器２４の光変調面からずれた位置（例えば、空間光変調器２４の表面又は表面近傍など）と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係になるようにしてもよい。この場合、光学系の調整が容易となる。
【００６２】
また、本実施形態では、好ましい態様の一例として、加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａと第２レンズ３０ｂとの距離が第２レンズ３０ｂの焦点距離ｆ２となる構成を示したが、空間光変調器２４と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係にあれば、図６に示した光学系配置構成に限定されない。
【００６３】
図７は、レーザ加工装置１０における光学系配置構成の他の例を示した構成図である。図７に示すように、光学系配置構成の他の例では、加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａと第２レンズ３０ｂとの距離が第２レンズ３０ｂの焦点距離ｆ２よりも長くなっている。この場合、空間光変調器２４と第１レンズ３０ａとの距離は第１レンズ３０ａの焦点距離ｆ１よりも短くなる。
【００６４】
具体的には、図７に示すように、加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａと第２レンズ３０ｂとの距離をｇ２とし、その距離ｇ２と第２レンズ３０ｂの焦点距離ｆ２との差分の絶対値（｜ｇ２−ｆ２｜）をΔｘ２とし、空間光変調器２４と第１レンズ３０ａとの距離をｇ１とし、その距離ｇ１と第１レンズ３０ａの焦点距離ｆ１との差分の絶対値（｜ｇ１−ｆ１｜）をΔｘ１とした場合、以下の式を満たしている。
【００６５】
Δｘ２＝（ｆ２／ｆ１）２×Δｘ１      ・・・（１）
また、リレー光学系３０（両側テレセントリックな縮小光学系）の倍率（ｆ２／ｆ１）をｍとした場合、式（１）を以下の式（２）のように表現することができる。
【００６６】
Δｘ２＝ｍ２×Δｘ１      ・・・（２）
図７に示した光学系配置構成によれば、空間光変調器２４と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係となるように各構成要素（光学系）が配置されているので、図６に示した光学系配置構成と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、図７に示した光学系配置構成によれば、第２レンズ３０ｂと加工レンズ２６との距離が機械的な制約等により短くできない場合でも、第２レンズ３０ｂとして焦点距離の小さいレンズを用いることができ、装置の小型化に寄与する。すなわち、この光学系配置構成では、レーザ加工装置１０における光学系をコンパクトにするための手段として第２レンズ３０ｂと加工レンズ２６との距離よりもあえて短い焦点距離のレンズ（第２レンズ３０ｂ）を用いてリレー光学系３０の全長を短くしており、それによって光学系のコンパクト化が可能となっている。
【００６８】
（レーザ加工装置の収差調整方法）
次に、本実施形態のレーザ加工装置１０における収差調整方法について説明する。
【００６９】
レーザ加工装置１０の個体差により、レーザ加工装置１０に発生する収差の影響は個々の装置により異なる。そのため、レーザ加工装置１０の製造段階において、レーザ加工装置１０で発生する収差の調整作業を行う必要がある。
【００７０】
ここで、例えば、加工装置本体と加工レンズとを含むレーザ加工装置全体で発生する収差（波面）の測定が一括して行われ、その収差が打ち消されるように収差の調整が行われている場合には、加工レンズが別のものに交換されるとレーザ加工装置全体としてどのような収差になるか予想ができず、レーザ加工装置で発生する収差を補償できなくなる。この場合、レーザ加工装置で発生する収差を抑えることはできなくなり、レーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができない問題を招く要因となる。
【００７１】
本実施形態では、このような問題を解決するために、レーザ加工装置１０の製造段階において、以下のようにして収差の調整作業が行われる。
【００７２】
図８は、本実施形態のレーザ加工装置１０の収差調整方法を示したフローチャートである。図９から図１１は、本実施形態のレーザ加工装置１０の収差調整方法を説明するための図である。以下、図８に示したフローチャートに従って、本実施形態のレーザ加工装置１０の収差調整方法について説明する。なお、本実施形態のレーザ加工装置１０では、倍率が異なる複数の加工レンズ２６を交換して使用することが可能となっている。
【００７３】
〔第１収差補正情報取得工程〕
まず、加工装置本体２０が有する収差を補正するための第１収差補正情報Ｓ１を取得して記憶する（ステップＳ１０からステップＳ１６）。
【００７４】
具体的には、図９に示すように、加工レンズ２６を取り除いたレーザ加工装置１０において、加工レンズ２６のレンズ瞳近傍（厳密である必要はない）に相当する位置に波面センサ７０を配置する。そして、加工装置本体２０から出力されるレーザ光Ｌの波面を波面センサ７０によって測定する（ステップＳ１０）。波面センサ７０で測定された波面は空間光変調器制御部５８に出力される。
【００７５】
空間光変調器制御部５８は、波面センサ７０で測定された波面に基づいて空間光変調器２４の変調パターンを調整する（ステップＳ１２）。具体的には、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７０で測定された波面が平面波に近づくように、空間光変調器２４に設定する変調パターンを変更する。
【００７６】
次に、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７０で測定された波面が収差のない平面波であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。波面センサ７０で測定された波面が平面波でないと判定された場合にはステップＳ１０に戻る。そして、波面センサ７０で測定された波面が平面波であると判定されるまでステップＳ１０からステップＳ１４までの処理を繰り返す。
【００７７】
一方、波面センサ７０で測定された波面が平面波であると判定された場合には、空間光変調器制御部５８は、平面波であると判定されたときに空間光変調器２４に設定されている変調パターンを、第１収差補正情報Ｓ１としてメモリ部６０に記憶する（ステップＳ１６）。
【００７８】
〔第２収差補正情報取得工程〕
次に、加工レンズ２６が有する収差を補正するための第２収差補正情報Ｓ２を取得して記憶する（ステップＳ１８からステップＳ２８）。
【００７９】
具体的には、図１０に示すように、レーザ加工装置１０に加工レンズ２６を取り付けると共に、加工レンズ２６に対向する位置に平面ミラー７２を配置する。平面ミラー７２を配置する位置は、加工レンズ２６が有する収差を補正するための基準（収差補正基準）となる位置であり、好ましくは、加工レンズ２６の焦点位置に平面ミラー７２を配置する。
【００８０】
更に、ビームスプリッタ（例えばハーフミラー）７４と波面センサ７６とを図１０のように配置する。すなわち、ビームスプリッタ７４をレーザ光Ｌの光路上であって、加工レンズ２６の後側（レーザ光Ｌが入射する側）に配置する。そして、レーザ光源２２からのレーザ光Ｌを加工レンズ２６を介して平面ミラー７２に照射し、平面ミラー７２からの反射光を加工レンズ２６を介して波面センサ７６に入射し、波面センサ７６に入射した反射光の波面を波面センサ７６で測定する（ステップＳ１８）。波面センサ７６で測定された波面は空間光変調器制御部５８に出力される。
【００８１】
なお、平面ミラー７２に向かうレーザ光Ｌの光束が加工レンズ２６を通る光路と、平面ミラー７２で反射したレーザ光Ｌの光束が加工レンズ２６を通る光路とが、加工レンズ２６の光軸を中心とした対称な位置を通るので、波面センサ７６は、非対称収差を測定することができないが、加工レンズ２６の対称収差を測定することができる。
【００８２】
空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面に基づいて空間光変調器２４の変調パターンを調整する（ステップＳ２０）。具体的には、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面が平面波に近づくように、空間光変調器２４に設定する変調パターンを変更する。
【００８３】
次に、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面が収差のない平面波であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。波面センサ７６で測定された波面が平面波でないと判定された場合にはステップＳ１８に戻る。そして、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面が平面波であると判定されるまでステップＳ１８からステップＳ２２までの処理を繰り返す。
【００８４】
一方、波面センサ７６で測定された波面が平面波であると判定された場合には、空間光変調器制御部５８は、平面波であると判定されたときに空間光変調器２４に設定されている変調パターンを、合計収差補正情報Ｔ１としてメモリ部６０に記憶する。
【００８５】
ここで、加工装置本体２０が有する収差をＲ１とし、加工レンズ２６が有する収差をＲ２とし、波面センサ７６によって測定される波面に含まれる収差（合計収差）をＲＡとした場合、以下の式（３）が成り立つ。
【００８６】
ＲＡ＝Ｒ１＋２×Ｒ２      ・・・（３）
式（３）を変形すると、以下の式（４）が得られる。
【００８７】
Ｒ２＝（ＲＡ−Ｒ１）／２      ・・・（４）
レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｌが加工装置本体２０の構成要素（空間光変調器２４及びリレー光学系３０を含む）を経て加工レンズ２６を介して平面ミラー７２に照射され、平面ミラー７２からの反射光が加工レンズ２６を介して波面センサ７６に導かれ、その波面が波面センサ７６で測定されるためである。すなわち、波面センサ７６によって測定される波面に含まれる収差ＲＡは、加工装置本体２０が有する収差Ｒ１と、加工レンズ２６が有する収差Ｒ２の２倍との合計（和）として表現できる。
【００８８】
以上から理解されるように、第２収差補正情報Ｓ２は、合計収差補正情報Ｔ１と第１収差補正情報Ｓ１との差分を差分収差補正情報とした場合、差分収差補正情報における各画素毎の制御値（位相変化量）をそれぞれ半分としたものに相当する。すなわち、第２収差補正情報Ｓ２は、次の式（５）により簡略的に示すことができる。
【００８９】
Ｓ２＝（Ｔ１−Ｓ１）／２      ・・・（５）
このようにして空間光変調器制御部５８は、メモリ部６０に記憶した第１収差補正情報Ｓ１及び合計収差補正情報Ｔ１に基づき、第２収差補正情報Ｓ２を求める。そして、空間光変調器制御部５８は、加工レンズ２６と関連付けて第２収差補正情報Ｓ２をメモリ部６０に記憶する（ステップＳ２４）。
【００９０】
次に、全ての加工レンズ２６に対応する第２収差補正情報Ｓ２を取得したか否か判断が行われる（ステップＳ２６）。全ての加工レンズ２６に対応する第２収差補正情報Ｓ２を取得していない場合には、他の加工レンズ２６に交換して（ステップＳ２８）、全ての加工レンズ２６に対応する第２収差補正情報Ｓ２を取得したと判断されるまで、ステップＳ１８からステップＳ２８までの処理を繰り返す。これにより、レーザ加工装置１０で使用可能な加工レンズ２６毎に第２収差補正情報Ｓ２が取得され、メモリ部６０には各加工レンズ２６と関連付けて第２収差補正情報Ｓ２が記憶される。
【００９１】
なお、第２収差補正情報Ｓ２は、加工レンズ２６単体の収差を補正するための情報であり、加工装置本体２０の収差を補正するための情報は含まない。そのため、必ずしも加工装置本体２０に加工レンズ２６を装着した状態でレーザ加工装置１０全体での収差を測定する必要はなく、例えば、所定の測定装置を用いて加工レンズ２６単体の収差を測定し、その測定結果に基づいて第２収差補正情報Ｓ２を取得するようにしてもよい。
【００９２】
また、本実施形態の収差調整方法において測定できない非対称収差（例えばコマ収差など）については、加工レンズ２６単体での標準的な性能評価で判別すればよい。コマ収差の少ない加工レンズを選別するなどの手段をとることで実用上問題のない収差補正が可能となる。
【００９３】
〔第３収差補正情報取得工程〕
次に、加工深さに応じた収差を補正するための第３収差補正情報Ｓ３を取得して記憶する（ステップＳ３０からステップＳ４０）。
【００９４】
具体的には、図１１に示すように、被加工物小片７８を用意し、加工レンズ２６と平面ミラー７２との間に被加工物小片７８を配置する。ここで、被加工物小片７８は、加工深さに応じた厚さを有する。具体的には、被加工物小片７８の厚さは、加工レンズ２６を介してレーザ光Ｌが被加工物（ウェーハＷ）に入射した後、レーザ光Ｌが集光点を形成する加工深さに達するまでに付加される収差に対応する厚さとなっている。換言すれば、被加工物小片７８は、被加工物のレーザ光入射面（収差補正基準位置）から加工深さの光路長に対応する厚さを有する。そして、上述したステップＳ１８と同様にして、レーザ光源２２からのレーザ光Ｌを加工レンズ２６を介して平面ミラー７２に照射し、平面ミラー７２からの反射光を加工レンズ２６を介して波面センサ７６に入射し、波面センサ７６に入射した反射光の波面を波面センサ７６で測定する（ステップＳ３０）。波面センサ７６で測定された波面は空間光変調器制御部５８に出力される。
【００９５】
空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面に基づいて空間光変調器２４の変調パターンを調整する（ステップＳ３２）。具体的には、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面が平面波に近づくように、空間光変調器２４に設定する変調パターンを変更する。
【００９６】
次に、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面が収差のない平面波であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。波面センサ７６で測定された波面が平面波でないと判定された場合にはステップＳ３０に戻る。そして、空間光変調器制御部５８は、波面センサ７６で測定された波面が平面波であると判定されるまでステップＳ３０からステップＳ３４までの処理を繰り返す。
【００９７】
一方、波面センサ７６で測定された波面が平面波であると判定された場合には、空間光変調器制御部５８は、平面波であると判定されたときに空間光変調器２４に設定されている変調パターンを、合計収差補正情報Ｔ２としてメモリ部６０に記憶する。
【００９８】
ここで、被加工物小片７８は加工深さに対応した厚さを有しているので、空間光変調器制御部５８は、合計収差補正情報Ｔ２と合計収差補正情報Ｔ１との差分として第３収差補正情報Ｓ３を求めることができる。すなわち、第３収差補正情報Ｓ３は、次の式（６）により簡略的に示すことができる。
【００９９】
Ｓ３＝（Ｔ２−Ｔ１）／２      ・・・（６）
このようにして空間光変調器制御部５８は、メモリ部６０に記憶した合計収差補正情報Ｔ１及び合計収差補正情報Ｔ２に基づき、第３収差補正情報Ｓ３を求める。そして、空間光変調器制御部５８は、加工深さと関連付けて第３収差補正情報Ｓ３をメモリ部６０に記憶する（ステップＳ３６）。
【０１００】
次に、全ての加工深さに対応する第３収差補正情報Ｓ３を取得したか否か判断が行われる（ステップＳ３８）。全ての加工深さに対応する第３収差補正情報Ｓ３を取得していない場合には、加工深さを変更して（ステップＳ４０）、変更後の加工深さに対応した被加工物小片７８を加工レンズ２６と平面ミラー７２との間に配置する。そして、全ての加工深さについて第３収差補正情報Ｓ３を取得したと判断されるまで、ステップＳ３０からステップＳ４０までの処理を繰り返す。これにより、レーザ加工装置１０で設定可能な加工深さ毎に第３収差補正情報Ｓ３が取得され、メモリ部６０には各加工深さと関連付けて第３収差補正情報Ｓ３が記憶される。なお、第３収差補正情報Ｓ３は加工深さの変化に伴い変化するので、加工深さの関数として表現することもできる。
【０１０１】
そして、全ての加工深さについて第３収差補正情報Ｓ３を取得したと判断された場合には、図８に示したフローチャートは終了となる。
【０１０２】
以上のようにして収差調整作業が終了した後、レーザ加工装置１０の加工時においては、空間光変調器制御部５８は、メモリ部６０から、第１収差補正情報Ｓ１と、レーザ加工装置１０で使用される加工レンズ２６に対応した第２収差補正情報Ｓ２と、加工深さに対応した第３収差補正情報Ｓ３とを取得する。そして、空間光変調器制御部５８は、取得した各収差補正情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をもとに、これらの収差補正情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を合成した合成収差補正情報Ｕを含む変調パターンを生成し、生成した変調パターンを空間光変調器２４に呈示させる制御を行う。
【０１０３】
ここで、収差補正情報（第１収差補正情報Ｓ１、第２収差補正情報Ｓ２及び第３収差補正情報Ｓ３を含む）の保持方式（メモリ部６０に記憶させる形式）としては、空間光変調器２４の光変調面における各画素のそれぞれに対応する制御値（位相変化量）を示す２次元情報として保持することが挙げられる。
【０１０４】
また、他の保持方式として、例えば収差補正情報（波面データ）をゼルニケ多項式として取得し、ゼルニケ多項式の係数を保持するようにしてもよい。ゼルニケ多項式の係数（ゼルニケ係数）として収差補正情報をもつ場合、第１収差補正情報Ｓ１、第２収差補正情報Ｓ２、第３収差補正情報Ｓ３のそれぞれの係数を単純に足し合わせるだけで、これらの収差補正情報を合成した合成収差補正情報Ｕを簡単に得ることができる。
【０１０５】
例えば、３次の球面収差の係数について、第１収差補正情報Ｓ１の係数をＺ１とし、第２収差補正情報Ｓ２の係数をＺ２とし、第３収差補正情報Ｓ３の係数をＺ３とし、合成収差補正情報Ｕの係数をＺとした場合、以下の式（７）により合成収差補正情報Ｕの係数Ｚを求めることができる。
【０１０６】
Ｚ＝Ｚ１＋Ｚ２＋Ｚ３      ・・・（７）
なお、ゼルニケ多項式の係数に限らず、別の形の多項式展開の係数であってもかまわない。
【０１０７】
また、本実施形態において、空間光変調器２４に呈示させる変調パターンは、合成収差補正情報Ｕ以外の他の変調パターンを含んでいてもよい。なお、他の変調パターンとしては、例えば、加工レンズ２６により集光されるレーザ光Ｌが複数の位置に集光されるようにレーザ光を変調するためのパターンなどが挙げられる（例えば、特開２０１６−１１１３１５号公報を参照）。
【０１０８】
また、本実施形態において、被加工物の内部を収差補正基準位置としてもよい。加工深さは被加工物の内部であることが多く、被加工物のレーザ光入射面から所定の深さに集光するレーザ光Ｌの集光点の位置を収差補正基準位置とした方が都合のいい状況も考えられる。その場合は、上述した場合と同様の考え方を適用することができる。すなわち、収差補正基準位置とする基準加工深さに対応した第２収差補正情報Ｓ２を求め、基準加工深さからの距離（深さ）に対応した第３収差補正情報Ｓ３を求めればよい。
【０１０９】
また、本実施形態において、レーザ光源２２として高出力レーザ光源を用いる場合、レーザ加工装置１０の稼働中に熱による熱変形などの影響を受けないようにすることが望まれる。この影響が大きくなると、ウェーハＷの内部におけるレーザ光Ｌの集光点を合わせる位置で発生するレーザ光Ｌの収差に変化が生じる場合がある。
【０１１０】
そこで、本実施形態におけるレーザ加工装置１０は、熱変形などの影響を防ぐために、加工動作中にレーザ光Ｌの収差の変化をリアルタイムで測定する収差変化検出装置を備えていることが好ましい。以下、収差変化検出装置について説明する。
【０１１１】
（収差変化検出装置）
図１２は、収差変化検出装置を備えたレーザ加工装置の一例を示した概略図である。図１２において、図１と共通する要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【０１１２】
図１２に示したレーザ加工装置１０Ａでは、加工動作中にレーザ光Ｌの収差の変化（波面変化）をリアルタイムで測定するための収差変化検出装置８０を備えている。
【０１１３】
図１２に示すように、収差変化検出装置８０は、加工レンズ２６の後側（レーザ光Ｌが入射する側）のレーザ光Ｌの光路上に配置されたビームスプリッタ（例えばハーフミラー）８２と、ビームスプリッタ８２で分岐されたレーザ光Ｌの光路上に配置された波面センサ８４とを備えている。
【０１１４】
そして、レーザ光源２２から加工装置本体２０の構成要素（空間光変調器２４及びリレー光学系３０を含む）を経て加工レンズ２６に入射するレーザ光Ｌの一部をビームスプリッタ８２で分岐し、分岐したレーザ光Ｌの波面を波面センサ８４によって測定する。波面センサ８４で測定された波面は空間光変調器制御部５８に出力される。
【０１１５】
空間光変調器制御部５８は、波面センサ８４で測定された波面に基づいて空間光変調器２４の変調パターンを補正する。
【０１１６】
ここで、上記波面の測定が行われる際には、空間光変調器制御部５８は、メモリ部６０に記憶された第１収差補正情報Ｓ１に基づく変調パターンを空間光変調器２４に設定して、加工レンズ２６には平面波が入射するようにする。第１収差補正情報Ｓ１に基づく変調パターンで、加工レンズ２６には平面波が入射するように調整されているはずなので、この状態で収差があれば、熱変形などの影響を受けていると判断することができる。すなわち、波面センサ８４で測定された波面と平面波との乖離が、熱変形などの影響による収差変化に相当する。したがって、空間光変調器制御部５８は、この収差変化が打ち消されるように、メモリ部６０に記憶された第１収差補正情報Ｓ１を補正し、補正後の第１収差補正情報Ｓ１に基づいて空間光変調器２４を制御する。すなわち、空間光変調器制御部５８は、補正後の第１収差補正情報Ｓ１と、第２収差補正情報Ｓ２と、第３収差補正情報Ｓ３とから合成収差補正情報Ｕを求め、この合成収差補正情報Ｕを空間光変調器２４に呈示させる制御を行う。これにより、レーザ加工装置１０の加工動作中に、加工装置本体２０に起因する収差変化の影響を受けることなく、安定した加工が可能となる。
【０１１７】
なお、収差変化検出装置８０は、加工装置本体２０の一部として組み込まれていてもよいし、必要に応じて加工装置本体２０に着脱可能に構成されていてもよい。
【０１１８】
ここで、レーザ加工装置１０Ａにおいて発生する収差の変化には、加工装置本体２０に起因する収差変化だけでなく、加工レンズ２６に起因する収差変化も含まれる場合がある。
【０１１９】
加工レンズ２６に起因する収差変化については、次のようにして推測することができる。すなわち、加工装置本体２０が熱の影響を受けると同時に加工レンズ２６も同様に熱の影響を受けている。これら２つ（加工装置本体２０と加工レンズ２６）は完全に独立ではなく、加工装置本体２０の収差変化と加工レンズ２６の収差変化との間には一定の相関関係がある。そこで、この相関関係を実験的又は経験的に求めてメモリ部６０に記憶させておけば、空間光変調器制御部５８は、メモリ部６０に記憶された相関関係を参照することにより、収差変化検出装置８０（波面センサ８４）で検出した加工装置本体２０の収差変化をもとに加工レンズ２６の収差変化を推測することができる。
【０１２０】
そして、空間光変調器制御部５８は、この推測した加工レンズ２６の収差変化をもとに第２収差補正情報Ｓ２を補正する。更に空間光変調器制御部５８は、補正後の第１収差補正情報Ｓ１と、補正後の第２収差補正情報Ｓ２と、第３収差補正情報Ｓ３とから合成収差補正情報Ｕを求め、この合成収差補正情報Ｕを空間光変調器２４に呈示させる制御を行う。これにより、加工装置本体２０に起因する収差変化の影響だけでなく、加工レンズ２６に起因する収差変化の影響も受けることなく、より安定した加工が可能となる。
【０１２１】
図１３は、収差変化検出装置を備えたレーザ加工装置の他の例を示した構成図である。図１３に示したレーザ加工装置１０Ｂは、図１２に示した収差変化検出装置８０とは構成が異なる収差変化検出装置９０を備えている。この収差変化検出装置９０は、ビームスプリッタ（例えばハーフミラー）９２と、結像レンズ９４と、ピンホール形成部材９６と、検出器９８とを備えている。
【０１２２】
ビームスプリッタ９２は、加工レンズ２６の後側（レーザ光Ｌが入射する側）のレーザ光Ｌの光路上に配置され、加工レンズ２６に入射するレーザ光Ｌの一部を分岐する。結像レンズ９４は、ビームスプリッタ９２で分岐した光を結像する。
【０１２３】
ピンホール形成部材９６は、結像レンズ９４によって結像された光の一部が通過可能なピンホール（孔）９６ａを有している。
【０１２４】
検出器９８は、例えばフォトダイオードなどからなり、ピンホール９６ａを通過した光に対応した光量を検出する。そして、検出器９８は、検出した光の光量に応じた電気信号を空間光変調器制御部５８へ出力する。
【０１２５】
ここで、収差のない平面波が結像レンズ９４に入射する場合に検出器９８の出力が最大になる。空間光変調器制御部５８は、検出器９８の出力を取得し、検出器９８の出力を最大にするように空間光変調器２４を調整する。例えば、ゼルニケ多項式の形で空間光変調器２４の変調パターンを生成し、多項式の係数を変数として、検出器９８の出力が最大となるように最適化手法を用いる。最適化手法としては、例えばＤＬＳ法（damped least squares method）などを用いることができる。ＤＬＳ法については公知であるので、ここでは説明を省略する。
【０１２６】
図１３に示したレーザ加工装置１０Ｂにおいても、図１２に示したレーザ加工装置１０Ａと同様に、レーザ加工装置１０Ｂの加工動作中に、加工装置本体２０に起因する収差変化の影響を受けることなく、安定した加工が可能となる。また、収差変化検出装置９０で検出した加工装置本体２０の収差変化をもとに加工レンズ２６の収差変化を推測するようにしてもよい。この場合、加工装置本体２０に起因する収差変化の影響だけでなく、加工レンズ２６に起因する収差変化の影響も受けることなく、より安定した加工が可能となる。
【０１２７】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、空間光変調器２４と加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａとが光学的に共役関係にあるため、空間光変調器２４で形成した波面形状が加工レンズ２６のレンズ瞳２６ａに投影されることになり、加工レンズ２６の焦点面（加工点）で所望の光分布を得ることができる。これにより、収差の影響を抑えて、切断の起点となるレーザ加工領域を高精度かつ効率よく形成することができる。
【０１２８】
また、本実施形態によれば、レーザ加工装置１０の製造段階で行われる調整作業において、加工装置本体２０が有する収差を補正するための第１収差補正情報Ｓ１と、加工レンズ２６が有する収差を補正するための第２収差補正情報Ｓ２と、レーザ加工領域の加工深さに起因する収差を補正するための第３収差補正情報Ｓ３とをそれぞれ求め、これらの収差補正情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３はメモリ部６０に記憶される。なお、本実施形態における収差調整作業は、レーザ加工装置１０の製造段階に限らず、レーザ加工装置１０の製造後（出荷後）に実施するようにしてもよい。
【０１２９】
そして、レーザ加工装置１０の加工時においては、空間光変調器制御部５８は、メモリ部６０から第１収差補正情報Ｓ１、第２収差補正情報Ｓ２、及び第３収差補正情報Ｓ３を取得し、取得した各収差補正情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をもとに、これらを合成した合成収差補正情報Ｕを含む変調パターンを生成し、生成した変調パターンを空間光変調器２４に呈示させる制御を行う。このような制御を行うことにより、加工レンズ２６が交換された場合や加工深さを変化させた場合でも、それらの影響を受けることなく、ウェーハＷの内部におけるレーザ光Ｌの集光点を合わせる位置で発生するレーザ光Ｌの収差を抑制することができる。
【０１３０】
なお、本実施形態では、第１収差補正情報Ｓ１、第２収差補正情報Ｓ２、及び第３収差補正情報Ｓ３を取得し、これらの収差補正情報Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に基づいて空間光変調器２４を制御するように構成したが、本発明はこの構成に限定されず、少なくとも第１収差補正情報Ｓ１及び第２収差補正情報Ｓ２を取得し、これらの収差補正情報Ｓ１、Ｓ２に基づいて空間光変調器２４を制御するように構成されていればよい。この場合、加工レンズ２６の交換による影響を受けることなく、レーザＬの収差を抑制することが可能となる。
【０１３１】
また、本実施形態のレーザ加工装置１０は、加工動作中にレーザ光Ｌの収差の変化をリアルタイムで測定する収差変化検出装置８０、９０を備える態様が好ましい（図１２及び図１３参照）。これにより、レーザ加工装置１０の加工動作中に、加工装置本体２０に起因する収差変化の影響を受けることなく、安定した加工が可能となる。
【０１３２】
なお、本実施形態では、空間光変調器２４として、反射型の空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）を用いたが、これに限定されず、ＭＥＭＳ−ＳＬＭ又はＤＭＤ(デフォーマブルミラーデバイス)等であってもよい。また、空間光変調器２４は、反射型に限定されず、
透過型であってもよい。更に、空間光変調器２４としては、液晶セルタイプ又はＬＣＤタイプ等が挙げられる。
【０１３３】
また、本実施形態では、ステージ１２がＸ方向及びθ方向に移動可能に構成されると共に、加工装置本体２０がＹ方向及びＺ方向に移動可能に構成されるが、ステージ１２と加工装置本体２０とをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及びθ方向に相対的に移動することができるものであれば他の構成であってもよい。例えば、ステージ１２がＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向に移動可能に構成され、加工装置本体２０がＺ方向に移動可能に構成されていてもよい。
【０１３４】
（応用例）
上記の実施形態では、レーザ加工装置について説明したが、上記の実施形態に係る光学系配置は、レーザ加工領域から伸びる亀裂の検出に用いることも可能である。
【０１３５】
次に、上記の実施形態に係る光学系配置を亀裂検出装置に適用した例について、図１４〜図１８を参照して説明する。図１４は、本発明の一実施形態に係る亀裂検出装置を示した図である。
【０１３６】
図１４に示すように、本実施形態に係る亀裂検出装置１００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の亀裂深さの測定を行う装置である。なお、亀裂検出装置１００は、上記の実施形態に係るレーザ加工装置１０と組み合わせて構成することも可能である。また、本実施形態においては、亀裂Ｋの亀裂深さとは、被加工物Ｗの裏面から亀裂Ｋの下端位置もしくは上端位置までの距離を示すものとして説明するが、もちろん、これに限定されるものではなく、被加工物Ｗの表面（検出光照射面）からの距離としてもよい。
【０１３７】
図１４に示すように、亀裂検出装置１００は、光源部１０２と、照明光学系１０４と、ダイクロイックミラー１０６と、ハーフミラー１０８と、ダイクロイックミラー１１０と、対物レンズ１１２と、検出光学系１１４と、光検出器１１６と、アライメント機構１１８と、制御部１５０とを備えている。なお、被加工物Ｗは、図示しないステージに載置される。
【０１３８】
光源部１０２は、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を出射するものである。光源部１０２は、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと共役な位置となるように配置されている。ここで、被加工物Ｗがシリコンウェーハの場合、検出光Ｌ１には、波長１１００ｎｍ以長の赤外光を用いるのが望ましい。光源部１０２は、対物レンズ１１２のレンズ光軸と同軸である主光軸Ｐに対して平行であって主光軸Ｐから偏心した光源光軸ＱＡ及びＱＢをそれぞれ有する光源１０２Ａ及び１０２Ｂを備えている。すなわち、光源１０２は、主光軸Ｐから偏心した位置から主光軸Ｐに沿って検出光Ｌ１を出射する。なお、光源１０２は、制御部１５０と接続されており、制御部１５０により光源１０２の出射制御が行われる。
【０１３９】
なお、本実施形態では、２つの光源１０２Ａ及び１０２Ｂを用いて偏射照明を行うようにしたが、本発明はこれに限定されない、例えば、１つの光源と、その光源の開口の一部を遮光する手段を設けることにより、偏射照明を行うことも可能である。
【０１４０】
照明光学系１０４は、一対のリレーレンズ１３０及び１３２を含んでいる。一対のリレーレンズ１３０及び１３２は非テレセントリックなアフォーカル光学系を構成する。
【０１４１】
ダイクロイックミラー１０６は、主光軸Ｐを９０度折り曲げる。すなわち、ダイクロイックミラー１０６は、光源１０２からの検出光Ｌ１を直角に反射してハーフミラー１０８及びダイクロイックミラー１１０を経由して対物レンズ１１２に導く。なお、ダイクロイックミラー１０６の代わりに、全反射ミラーを配置してもよい。
【０１４２】
ハーフミラー１０８は、照明光学系１０４とダイクロイックミラー１１０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１０８は、光源１０２から照明光学系１０４を経由して入射する検出光Ｌ１の一部を反射し、ダイクロイックミラー１１０を経由して検出光Ｌ１を集光レンズ１０２に導く。一方、ハーフミラー１０８は、被加工物Ｗからの検出光Ｌ１の反射光Ｌ２の一部を透過し、透過した反射光Ｌ２を検出光学系１１４に導く。
【０１４３】
ダイクロイックミラー１１０は、ハーフミラー１０８を経由して入射する検出光Ｌ１を直角に反射して対物レンズ１１２に導く。一方、ダイクロイックミラー１１０は、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１０８に導く。なお、ダイクロイックミラー１１０の代わりに、全反射ミラーを配置してもよい。
【０１４４】
対物レンズ１１２は、被加工物Ｗに対向する位置に配置されており、光源１０２から照明光学系１０４、ダイクロイックミラー１０６、ハーフミラー１０８及びダイクロイックミラー１１０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。なお、対物レンズ１１２のレンズ光軸は主光軸Ｐと同軸となっている。対物レンズ１１２により被加工物Ｗの内部に検出光Ｌ１が集光されると、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２は、対物レンズ１１２及びダイクロイックミラー１１０を経由してハーフミラー１０８を透過し、検出光学系１１４に導かれる。
【０１４５】
検出光学系１１４は、ハーフミラー１０８で反射した反射光Ｌ２を光検出器１１６に導くためのものであり、１対のリレーレンズ１３４及び１３６を含んでいる。一対のリレーレンズ１３４及び１３６は両側テレセントリックなアフォーカル光学系を構成する。
【０１４６】
光検出器１１６は、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１１６は、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと共役な位置となるように配置されている。光検出器１１６は、２つフォトディテクタ１１６Ａ及び１１６Ｂを含んでいる。フォトディテクタ１１６Ａ及び１１６Ｂは、それぞれが受光した光量に応じた検出信号をそれぞれ制御部１５０に出力する。なお、光検出器１１６としては、２つのフォトディテクタではなく、複数に分割された受光面を有する分割型光検出器（例えば、２分割フォトディテクタ、４分割フォトディテクタ等）を用いてもよい。また、光検出器１１６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。
【０１４７】
制御部１５０は、不図示のフォーカス調整機構によりフォーカスレンズ群を移動させることにより、対物レンズ１１２の集光点を被加工物Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に調整することが可能となっている。なお、本明細書において、対物レンズ１１２の集光点とは、対物レンズ１１２により集光された検出光Ｌ１の集光点の位置をいう。また、対物レンズ１１２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。
【０１４８】
アライメント機構１１８は、アライメント手段の一例であり、対物レンズ１１２と被加工物Ｗとの水平方向（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１１８は、対物レンズ１１２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（不図示）を有している。レンズ駆動部は制御部１５０に接続されており、制御部１５０によりレンズ駆動部を制御することで、対物レンズ１１２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１１８に代えて、被加工物Ｗを載置するステージ（不図示）を対物レンズ１１２に対して相対的に移動させるようにしてもよい。
【０１４９】
制御部１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力回路部等からなり、亀裂検出装置１００の各部の動作を制御する。具体的には、制御部１５０は、フォーカス調整機構２８により対物レンズ１１２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１１６から出力された検出信号を順次取得し、取得した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。制御部１５０は、亀裂検出手段の一例である。
【０１５０】
ここで、本実施形態における亀裂検出処理の原理について説明する。なお、ここでは、亀裂Ｋの亀裂深さとして亀裂下端位置を検出する場合を一例に説明する。
【０１５１】
図１５及び図１６は、それぞれ亀裂検出装置１００の照明光学系１０４及び検出光学系１１４を含む要部構成の光学的な配置を示した図である。なお、図１５及び図１６では、図面を簡略化するため、ダイクロイックミラー１０６、１１０及びハーフミラー１０８の図示を省略している。
【０１５２】
図１５に示すように、光源１０２からの検出光Ｌ１は、主光軸Ｐに対して偏心した位置から主光軸Ｐに沿って出射される。そのため、検出光Ｌ１は、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａの一方側の領域（すなわち、主光軸Ｐと同軸であるレンズ光軸からずれた位置）に入射する。したがって、対物レンズ１１２を通過した検出光Ｌ１の照射方向は対物レンズ１１２の像面（集光面）に対して斜め方向となる。すなわち、被加工物Ｗに対して検出光Ｌ１が斜め方向に照射される偏射照明が行われる。なお、対物レンズ１１２の像面は被加工物Ｗの表面（検出光照射面）に対して平行となるように配置される。
【０１５３】
図１６に示すように、検出光Ｌ１は、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋ又は裏面で反射される。そして、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２は、対物レンズ１１２及び検出光学系１１４を経由して光検出器に到達する。
【０１５４】
図１５に示すように、照明光学系１０４は、第１リレーレンズ１３０及び第２リレーレンズ１３２を含んでおり、アフォーカル光学系を構成する。図１５におけるＦ１１Ａ及びＦ１１Ｂは第１リレーレンズ１３０の焦点位置であり、Ｆ１２Ａ及びＦ１２Ｂは第２リレーレンズ１３２の焦点位置である。ここで、リレーレンズ１３０及び１３２は、それぞれ本発明の第１レンズ及び第２レンズに相当する。
【０１５５】
図１５に示すように、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと第２リレーレンズ１３２との間の距離ｇ１２が第２リレーレンズ１３２の焦点距離ｆ１２よりも長くなっている。そして、光源部１０２（光源１０２Ａ及び１０２Ｂ）のレーザ出射開口１０２ａ及び１０２ｂは、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと共役関係となる位置に配置される。この場合、光源部１０２（光源１０２Ａ及び１０２Ｂ）のレーザ出射開口１０２ａ及び１０２ｂと第１リレーレンズ１３０との間の距離ｇ１１は第１リレーレンズ１３０の焦点距離ｆ１１よりも短くなる。
【０１５６】
距離ｇ１２と第２リレーレンズ１３２の焦点距離ｆ１２との差分をΔｘ１２（＝｜ｇ１２−ｆ１２｜）、距離ｇ１１と第１リレーレンズ１３０の焦点距離ｆ１１との差分をΔｘ１１（＝｜ｇ１１−ｆ１１｜）とすると、Δｘ１１とΔｘ１２の関係は下記の式（８）により示される。
【０１５７】
Δｘ１１＝（ｆ１１／ｆ１２）２×Δｘ１２  ・・・（８）
照明光学系１０４の倍率をｍ１（＝ｆ１２／ｆ１１）とすると、式（８）は式（９）のように表現することができる。
【０１５８】
Δｘ１２＝ｍ１２×Δｘ１１  ・・・（９）
図１５に示した光学系配置構成では、レーザ出射開口１０２ａ及び１０２ｂと対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａとが光学的に共役関係となるように各構成要素（光学系）が配置されている。したがって、レーザ出射開口１０２ａ又は１０２ｂから出力される平面波は、レンズ瞳１１２Ａにおいても平面波として到達するため、照明光学系１０４は４Ｆ光学系の性質を有する。
【０１５９】
図１５に示した光学系配置構成によれば、第２リレーレンズ１３２として、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと第２リレーレンズ１３２との間の距離ｇ１２よりも焦点距離が短いレンズを用いることができ、装置の小型化に寄与する。
【０１６０】
なお、図１４及び図１５に示した光学系配置構成では、リレーレンズ１３０及び１３２は必須ではない。例えば、図１４において、光源部１０２とハーフミラー１０８との間の距離を短く設定できる場合には、（レーザーの広がらない範囲であれば）光源１０２Ａ及び１０２Ｂを光軸に対して偏心した位置に配置して、リレーレンズ１３０及び１３２を省略することも可能である。
【０１６１】
図１６に示すように、検出光学系１１４は、第１リレーレンズ１３６及び第２リレーレンズ１３４を含んでおり、アフォーカル光学系を構成する。図１６におけるＦ２１Ａ及びＦ２１Ｂは第１リレーレンズ１３６の焦点位置であり、Ｆ２２Ａ及びＦ２２Ｂは第２リレーレンズ１３４の焦点位置である。ここで、第１リレーレンズ１３６及び第２リレーレンズ１３４は、それぞれ本発明の第１レンズ及び第２レンズに相当する。
【０１６２】
図１６に示すように、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと第２リレーレンズ１３４との間の距離ｇ２２が第２リレーレンズ１３４の焦点距離ｆ２２よりも長くなっている。そして、光検出器（フォトディテクタ１１６Ａ及び１１６Ｂ）の受光面１１６ａ及び１１６ｂは、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと共役関係となる位置に配置される。この場合、光検出器（フォトディテクタ１１６Ａ及び１１６Ｂ）の受光面１１６ａ及び１１６ｂと第１リレーレンズ１３６との間の距離ｇ２１は第１リレーレンズ１３０の焦点距離ｆ２１よりも短くなる。
【０１６３】
距離ｇ２２と第２リレーレンズ１３４の焦点距離ｆ２２との差分をΔｘ２２（＝｜ｇ２２−ｆ２２｜）、距離ｇ２２と第１リレーレンズ１３６の焦点距離ｆ２１との差分をΔｘ２１（＝｜ｇ２１−ｆ２１｜）とすると、Δｘ２１とΔｘ２２の関係は下記の式（１０）により示される。
【０１６４】
Δｘ２１＝（ｆ２１／ｆ２２）２×Δｘ２２  ・・・（１０）
検出光学系１１４の倍率をｍ２（＝ｆ２１／ｆ２２）とすると、式（１０）は式（１１）のように表現することができる。
【０１６５】
Δｘ２１＝ｍ２２×Δｘ２２  ・・・（１１）
図１６に示した光学系配置構成では、受光面１１６ａ及び１１６ｂと対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａとが光学的に共役関係となるように各構成要素（光学系）が配置されている。したがって、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａにおける平面波は、受光面１１６ａ及び１１６ｂに平面波として到達するため、検出光学系１１４は４Ｆ光学系の性質を有する。
【０１６６】
検出光学系１１４の全長Ｌ（対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａとフォトディテクタ１１６Ａ及び１１６Ｂの受光面１１６ａ及び１１６ｂとの間の距離）は、下記の式（１２）により表される。
【０１６７】
Ｌ＝２ｆ２２（１−ｍ２）−Δｘ２１（１−ｍ２２）  ・・・（１２）
例えば、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと第２リレーレンズ１３４との間の距離ｇ２２＝１００ｍｍ、第２リレーレンズ１３４の焦点距離ｆ２２＝６０ｍｍ、倍率ｍ２＝−１とすると、Ｌ＝２４０ｍｍとなる。なお、倍率ｍ２については、検出光学系１１４の前後で倒立像となるため負の値をとる。
【０１６８】
比較例として、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａの位置を第２リレーレンズ１３４の対物レンズ１１２側の焦点位置Ｆ２２Ａと一致させた場合には、光検出器は、第１リレーレンズ１３６の光検出器側の焦点位置Ｆ２１Ｂに配置されることになる。一例として、距離ｇ２２＝ｆ２２＝ｆ２１＝１００ｍｍとすると、比較例における検出光学系の全長は４００ｍｍとなる。
【０１６９】
したがって、図１６に示した光学系配置構成によれば、第２リレーレンズ１３２として、対物レンズ１１２のレンズ瞳１１２Ａと第２リレーレンズ１３２との間の距離ｇ２２よりも焦点距離が短いレンズを用いることができ、装置の小型化に寄与する。
【０１７０】
なお、ダイクロイックミラー１０６及びハーフミラー１０８の配置を変更することにより、第２リレーレンズ１３４を照明光学系１０４と共用にして第２リレーレンズ１３２を省略したり、又は検出光学系１１４と照明光学系１０４とを共用にすることも可能である。
【０１７１】
図１７Ａ〜図１７Ｃは、被加工物Ｗに対して検出光Ｌ１の偏射照明が行われたときの様子を示した説明図である。図１７Ａは対物レンズ１１２の集光点に亀裂Ｋが存在する場合、図１７Ｂは対物レンズ１１２の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合、図１７Ｃは対物レンズ１１２の集光点と亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置）とが一致する場合をそれぞれ示している。図１８は、被加工物Ｗからの反射光Ｌ２がレンズ瞳１１２Ａに到達する経路を説明するための図である。なお、ここでは、検出光Ｌ１は、レンズ瞳１１２Ａの一方側（図４の右側）の第１領域Ｇ１を通過して、被加工物Ｗに対して偏射照明が行われる場合について説明する。
【０１７２】
図１７Ａに示すように、対物レンズ１１２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で全反射して、その反射光Ｌ２は主光軸Ｐに対して検出光Ｌ１の光路と同じ側の経路をたどって、レンズ瞳１１２Ａの検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する成分となる。すなわち、図１８に示すように、光源１０２からの検出光Ｌ１が対物レンズ１１２を介して被加工物Ｗに照射されるときの検出光Ｌ１の経路をＲ１としたとき、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光Ｌ２は、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸Ｐに対して同じ側（図１８の右側）の経路Ｒ２をたどってレンズ瞳１１２Ａの第１領域Ｇ１を通過する。この場合、図４Ａに示すように、光検出器１１６の受光面１１６ａ、１１６ｂのうち一方の受光面１１６ａ側に反射光Ｌ２が受光し、受光面１１６ａから出力される検出信号のレベルが高くなる。
【０１７３】
図１７Ｂに示すように、対物レンズ１１２の集光点に亀裂Ｋが存在しない場合には、検出光Ｌ１は被加工物Ｗの裏面で反射し、その反射光Ｌ２はレンズ瞳１１２Ａの検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する成分となる。すなわち、図１８に示すように、被加工物Ｗの裏面で反射した反射光Ｌ２は、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸Ｐに対して反対側（図１８の左側）の経路Ｒ３をたどってレンズ瞳１１２Ａの第２領域Ｇ２を通過する。この場合、図４Ｂに示すように、光検出器１１６の受光面１１６ａ、１１６ｂのうち他方の受光面１１６ｂ側に反射光が受光し、受光面１１６ｂから出力される検出信号のレベルが高くなる。
【０１７４】
図１７Ｃに示すように、対物レンズ１１２の集光点と亀裂Ｋの下端位置とが一致する場合には、検出光Ｌ１は、亀裂Ｋで全反射してレンズ瞳１１２Ａの検出光Ｌ１と同じ側の領域に到達する反射光成分Ｌ２ａと、亀裂Ｋで全反射されずに被加工物Ｗの裏面で反射してレンズ瞳１１２Ａの検出光Ｌ１と反対側の領域に到達する非反射光成分Ｌ２ｂとに分割される。すなわち、図１８に示すように、反射光Ｌ２のうち、被加工物Ｗの内部の亀裂Ｋで全反射した反射光成分Ｌ２ａは、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸Ｐに対して同じ側（図１８の右側）の経路Ｒ２をたどってレンズ瞳１１２Ａの第１領域Ｇ１を通過するとともに、亀裂Ｋで全反射されずに被加工物Ｗの裏面で反射した非反射光成分Ｌ２ｂは、検出光Ｌ１の経路Ｒ１とは主光軸Ｐに対して反対側（図１８の左側）の経路Ｒ３をたどってレンズ瞳１１２Ａの第２領域Ｇ２を通過する。この場合、図４Ｃに示すように、光検出器１１６の受光面１１６ａ、１１６ｂに反射光Ｌ２の各成分Ｌ２ａ、Ｌ２ｂがそれぞれ受光し、受光面１１６ａ、１１６ｂから出力される検出信号のレベルが略等しくなる。
【０１７５】
このように光検出器１１６の受光面１１６ａ、１１６ｂで受光される光量は、対物レンズ１１２の集光点に亀裂Ｋが存在するか否かによって変化する。本実施形態では、このような性質を利用して、被加工物Ｗの内部に形成された亀裂Ｋの亀裂深さ（亀裂下端位置又は亀裂上端位置）を検出することができる。
【０１７６】
具体的には、光検出器１１６の受光面１１６ａ、１１６ｂから出力される検出信号の出力をそれぞれＤ１、Ｄ２としたとき、対物レンズ１１２の集光点と亀裂Ｋの亀裂深さとの関係を示す評価値Ｓは、次式で表すことができる。
【０１７７】
Ｓ＝（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２）      ・・・（１３）
式（１）において、Ｓ＝０の条件を満たすとき、すなわち、光検出器１１６の受光面１１６ａ、１１６ｂで受光される光量が一致するとき、対物レンズ１１２の集光点と亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）とが一致した状態を示す。
【０１７８】
したがって、制御部１５０は、フォーカス調整機構２８を制御して対物レンズ１１２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１１６の各受光面１１６ａ、１１６ｂから出力される検出信号を順次取得し、取得した検出信号に基づいて式（１）で示される評価値Ｓを算出し、この評価値Ｓを評価することによって亀裂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。
【０１７９】
なお、亀裂Ｋで反射されない方の検出光のみ、又は亀裂Ｋで反射される方の検出光のみを用いて亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）を検出することも可能である。その場合、例えば、亀裂Ｋがない場合の検出光に比べ、検出光量が１／２となった位置を亀裂下端位置（又は亀裂上端位置）とする。
【０１８０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１８１】
１０…レーザ加工装置、１２…ステージ、２０…加工装置本体、２１…筐体、２２…レーザ光源、２４…空間光変調器、２６…加工レンズ、３０…リレー光学系、３０ａ…第１レンズ、３０ｂ…第２レンズ、３２…ビームエキスパンダ、３４…λ／２波長板、５０…制御装置、５２…主制御部、５４…移動制御部、５６…レーザ制御部、５８…空間光変調器制御部、６０…メモリ部、７０…波面センサ、７２…反射ミラー、７４…ビームスプリッタ、７６…波面センサ、７８…被加工物小片、８０…収差変化検出装置、８２…ビームスプリッタ、８４…波面センサ、９０…収差変化検出装置、９２…ビームスプリッタ、９４…結像レンズ、９６…ピンホール形成部材、９８…検出器、Ｓ１…第１収差補正情報、Ｓ２…第２収差補正情報、Ｓ３…第３収差補正情報、Ｕ…合成収差補正情報
【図１】
2020163466.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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