(57)【要約】【課題】白色光を複数の波長に分光して被検査物の高さ位置を検出する場合において、波長に起因して計測精度が不均一になることを抑制することができる計測装置を提供する。【解決手段】計測装置は、白色光を照射する白色光源と、白色光を複数の波長に分光して複数の集光点を光軸に並べて被検査物に導く収差補正がなされた無収差集光器と、被検査物から反射する光の波長によって高さ位置を検出する検出手段と、を含む。白色光源と無収差集光器との間には、無収差集光器によって集光される複数の波長毎の開口数が同じになるように色収差光学系が配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を照射する白色光源と、白色光を複数の波長に分光して複数の集光点を光軸に並べて被検査物に導く収差補正がなされた無収差集光器と、被検査物から反射する光の波長によって高さ位置を検出する検出手段と、を含む計測装置であって、
該白色光源と該無収差集光器との間には、該無収差集光器によって集光される複数の波長毎の開口数が同じになるように色収差光学系が配置される計測装置。
【請求項２】
該色収差光学系は、該白色光源から該無収差集光器に向かって順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
前記第１レンズ群の第１焦点近傍に配置される第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
再び結像する第２焦点の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群とで構成され、
前記第２レンズ群へ入射する光線の条件は、
入射した各波長の光線の屈折後の光軸との最大角度Δθ［ｄｅｇ．］とすると、
０．９３  ≦  Δθ  ≦１１．７、
である請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
該色収差光学系は、該白色光源から該無収差集光器に向かって順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
前記第１レンズ群の第１焦点近傍に配置される第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
再び結像する第２焦点の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群とで構成され、
前記第１焦点近傍に配置する第２レンズ群へ入射する光線の条件は、
最大、最小光線高さをＨ、ｈとし、出射する最大、最小光線高さをＨ´、ｈ´とすると、
１．３  ≦  ｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜  ≦  ８５、
である請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
色収差光学系は、白色光が該色収差光学系を経た光の各波長の焦点の差をΔＺとし、波長幅をΔλとすると、
ΔＺ／Δλ  ＜１．６×１０３、
かつ、前記無収差集光器により像面で結像する各波長の最大開口数をＮＡ（ｍａｘ）、最小開口数をＮＡ（ｍｉｎ）としたとき、中心波長の開口数ＮＡとの関係が、
ＮＡ  ＜  ０．５４、
０．９  ＜  ＮＡ（ｍｉｎ）／ＮＡ（ｍａｘ）、
である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記白色光源がスーパーコンティニューム光源である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
白色光源と収差補正がなされた無収差集光器との間に配置される色収差光学系であって、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
前記第１レンズ群の第１焦点近傍に配置される第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
再び結像する第２焦点の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群と、を有し、
前記第２レンズ群へ入射する光線が、
（ｉ）入射した各波長の光線の屈折後の光軸との最大角度Δθ［ｄｅｇ．］が、
０．９３  ≦Δθ  ≦１１．７、
を満たすか、または、
（ｉｉ）入射した波長の最大及び最小光線高さをＨ、ｈ、出射する最大、最小光線高さをＨ´、ｈ´としたとき、
１．３  ≦  ｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜  ≦  ８５、
を満たす、色収差光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置及び色収差光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの製造工程においては、ウエーハの表面が格子状の分割予定ラインによって複数の領域に区画され、その区画された領域のそれぞれにＩＣ（Integrated  Circuit）のようなデバイスが形成される。ウエーハにデバイスが形成された後、ウエーハが分割予定ラインに沿って分割されることによりデバイスチップが製造され、携帯電話又はパーソナルコンピュータのような電子機器に利用される。ウエーハを分割する方法として、ダイシング装置の切削ブレードでウエーハを切削する方法、及びレーザー加工装置でウエーハにレーザービームを照射する方法が知られている。
【０００３】
ダイシング装置を用いてウエーハを分割する場合、切削ブレードでウエーハに切削溝を形成した後、三次元計測装置で切削後のウエーハの状態を検証し、切削ブレードの品質及び駆動系の精度等を確認することが行われている。
【０００４】
同様に、レーザー加工装置を用いてウエーハを分割する場合、レーザービームをウエーハに照射してアブレーション加工によりウエーハに加工溝を形成した後、三次元計測装置でアブレーション加工後のウエーハの状態を検証し、レーザービームの特性及び駆動系の精度等を確認することが行われている。
【０００５】
更に、ダイシング装置又はレーザー加工装置を用いてウエーハを分割する場合、高さ計測装置を使ってウエーハの高さ位置を検出し、ウエーハの高さ位置の検出結果に基づいて、切削ブレードの切り込み深さを制御したり、レーザービームの集光点の位置を制御したりすることが行われている。
【０００６】
三次元計測装置又は高さ計測装置の光学系として、特許文献１に記載されているような共焦点光学系が用いられる場合が多い。特許文献１には、被検査物の高さ位置を計測する計測装置として、白色光を照射する白色光源と、白色光を集光して被検査物に照射する色収差レンズと、被検査物に照射された白色光の反射光を集光する第１の集光レンズと、ピンホールを備えたマスクと、ピンホールを通過した反射光を集光する第２の集光レンズ及び第３の集光レンズと、第３の集光レンズによって集光された反射光の波長を検出する波長検出手段とを備える計測装置が記載されている。色収差レンズを通過した光の集光点の位置は、光の波長ごとに異なる。被検査物に照射された白色光のうち被検査物の高さ位置と集光点の位置とが一致する波長の光がピンホールを介して波長検出手段に検出されることによって、被検査物の高さ位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
被検査物と対向する対物光学系が色収差レンズである場合、光の集光点の位置及び対物光学系の開口角θは、光の波長λに応じて変化する。例えば、波長λが短い光についての開口角θは大きく、波長λが短い光の集光点は対物光学系に近い位置に形成される。一方、波長λが長い光についての開口角θは小さく、波長λが長い光の集光点は対物光学系から遠い位置に形成される。開口角θが大きくなると開口数ＮＡは大きくなる（ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ）。また、対物光学系の焦点深度ｄは波長λに比例し開口数ＮＡの二乗に反比例する（ｄ＝λ／ＮＡ２）。そのため、光の波長λによって開口角θが変化すると、光の波長λごとに焦点深度ｄが異なることとなる。光の波長λごとに焦点深度ｄが異なると、光の波長λに応じて被検査物の高さ位置の計測精度が変化し、均一な計測精度で被検査物の高さ位置を計測することが困難となる。
【０００９】
本発明は、白色光を複数の波長に分光して被検査物の高さ位置を検出する場合において、光の波長λに起因して計測精度が不均一になることを抑制することができる計測装置及び色収差光学系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】
【００１０】
本発明は、白色光を照射する白色光源と、白色光を複数の波長に分光して複数の集光点を光軸に並べて被検査物に導く収差補正がなされた無収差集光器と、被検査物から反射する光の波長によって高さ位置を検出する検出手段と、を含む計測装置であって、該白色光源と該無収差集光器との間には、該無収差集光器によって集光される複数の波長毎の開口数が同じになるように色収差光学系が配置される計測装置を提供する。
【００１１】
本発明に係る計測装置において、該色収差光学系は、該白色光源から該無収差集光器に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、前記第１レンズ群の第１焦点近傍に配置される第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、再び結像する第２焦点の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群とで構成され、前記第２レンズ群へ入射する光線の条件は、入射した各波長の光線の屈折後の光軸との最大角度Δθ［ｄｅｇ．］とすると、
０．９３  ≦  Δθ  ≦１１．７、
であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る計測装置において、該色収差光学系は、該白色光源から該無収差集光器に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、前記第１レンズ群の第１焦点近傍に配置される第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、再び結像する第２焦点の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群とで構成され、前記第１焦点近傍に配置する第２レンズ群へ入射する光線の条件は、最大、最小光線高さをＨ、ｈとし、出射する最大、最小光線高さをＨ´、ｈ´とすると、
１．３  ≦  ｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜  ≦  ８５、
であることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る計測装置において、色収差光学系は、白色光が該色収差光学系を経た光の各波長の焦点の差をΔＺとし、波長幅をΔλとすると、
ΔＺ／Δλ  ＜１．６×１０３、
かつ、前記無収差集光器により像面で結像する各波長の最大開口数をＮＡ（ｍａｘ）、最小開口数をＮＡ（ｍｉｎ）としたとき、中心波長の開口数ＮＡとの関係が、
ＮＡ  ＜  ０．５４、
０．９  ＜  ＮＡ（ｍｉｎ）／ＮＡ（ｍａｘ）、
であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る計測装置において、前記白色光源がスーパーコンティニューム光源であることが好ましい。
【００１５】
本発明は、白色光源と収差補正がなされた無収差集光器との間に配置される色収差光学系であって、正の屈折力を有する第１レンズ群と、前記第１レンズ群の第１焦点近傍に配置される第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、再び結像する第２焦点の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群と、を有し、前記第２レンズ群へ入射する光線が、
（ｉ）入射した各波長の光線の屈折後の光軸との最大角度Δθ［ｄｅｇ．］が、
０．９３  ≦Δθ  ≦１１．７、
を満たすか、または、
（ｉｉ）入射した波長の最大及び最小光線高さをＨ、ｈ、出射する最大、最小光線高さをＨ´、ｈ´としたとき、
１．３  ≦  ｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜  ≦  ８５、
を満たす、色収差光学系を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、白色光を複数の波長に分光して被検査物の高さ位置を検出する場合において、光の波長λに起因して計測精度が不均一になることを抑制することができる計測装置及び色収差光学系が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る三次元計測装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る検出手段の一例を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る三次元計測装置による三次元計測処理を説明するための模式図である。
【図４】図４は、第１実施例に係る色収差光学系の一例を模式的に示す図である。
【図５】図５は、第１実施例に係る第２レンズ群の一例を示す拡大図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る無収差集光器の一例を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る無収差集光器の球面収差図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る無収差集光器の像面側の光線を模式的に示す図である。
【図９】図９は、第１実施例に係る色収差光学系及び無収差集光器を含む光学系の縦収差図である。
【図１０】図１０は、第２実施例に係る色収差光学系の一例を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施例に係る色収差光学系及び無収差集光器を含む光学系の縦収差図である。
【図１２】図１２は、第３実施例に係る色収差光学系の一例を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、第３実施例に係る色収差光学系及び無収差集光器を含む光学系の縦収差図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係るレーザー加工装置の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【００１９】
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸と直交するＹ軸と平行な方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれと直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面は、水平面と平行である。ＸＹ平面と直交するＺ軸方向は、高さ方向である。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る三次元計測装置１００の一例を模式的に示す図である。三次元計測装置１００は、被検査物であるウエーハＷを保持して移動可能なチャックテーブル５０と、白色光を照射する白色光源１と、白色光を複数の光の波長λに分光して複数の集光点を光軸ＡＸ７に並べてウエーハＷに導く収差補正がなされた無収差集光器７と、ウエーハＷから反射する光の波長λによってウエーハＷの高さ位置を検出する検出手段１０と、無収差集光器７によって集光される複数の波長λ毎の開口数ＮＡが同じになるように白色光源１と無収差集光器７との間に配置された色収差光学系４とを備える。
【００２１】
また、三次元計測装置１００は、白色光源１から射出された白色光をコリメートして色収差光学系４に供給するコリメート光学系３と、ウエーハＷで反射した光を検出手段１０に導く分岐光学系２とを備える。
【００２２】
三次元計測装置１００は、ウエーハＷの表面における複数の計測点の高さ位置を検出することによって、ウエーハＷの表面の三次元形状を計測する。ウエーハＷの高さ位置は、Ｚ軸方向におけるウエーハＷの位置である。
【００２３】
チャックテーブル５０は、真空チャック機構を含み、ウエーハＷを着脱可能に保持する。チャックテーブル５０は、リニアモータのようなアクチュエータを含むテーブル駆動装置により、ウエーハＷを保持した状態で、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。
【００２４】
白色光源１は、白色光を射出する。本実施形態において、白色光源１は、スーパーコンティニューム光源である。白色光源１は、白色光として、スーパーコンティニューム（Supercontinuum：ＳＣ）光を射出する。スーパーコンティニューム光とは、パルスレーザーからのパルスを非線形媒質に入射し、その非線形媒質で発生する非線形効果によりスペクトルを超広帯域に広げた光をいう。すなわち、スーパーコンティニューム光は、連続して射出される広帯域のレーザービームである。白色光源１としてスーパーコンティニューム光源が用いられることにより、高強度の白色光がウエーハＷに照射される。
【００２５】
白色光とは、０．３８［μｍ］以上０．７８［μｍ］以下の可視域の波長λの光が均等に混ざった光をいう。本実施形態において、白色光は、０．４５［μｍ］以上０．６５［μｍ］以下の波長λの光が均等に混ざった光であることが好ましい。
【００２６】
コリメート光学系３は、白色光源１と色収差光学系４との間に配置される。コリメート光学系３の光軸ＡＸ３は、Ｚ軸と平行である。コリメート光学系３は、白色光源１からの白色光をコリメートして色収差光学系４に供給する。
【００２７】
なお、白色光源１とコリメート光学系３との間の光路は、光ファイバの光路でもよい。
【００２８】
色収差光学系４は、コリメート光学系３と無収差集光器７との間に配置される。色収差光学系４の光軸ＡＸ４は、Ｚ軸と平行である。色収差光学系４は、軸上色収差を発生する。色収差光学系４は、通過した光のＺ軸方向の集光点の位置を光の波長λごとに異ならせる光学特性を有する。色収差光学系４を通過した光のＺ軸方向の集光点の位置は、光の波長λごとに異なる。本実施形態において、色収差光学系４は、コリメート光学系３からの光が供給される第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１からの光が供給される第２レンズ群Ｇ２と、第２レンズ群Ｇ２からの光が供給される第３レンズ群Ｇ３と、第３レンズ群Ｇ３からの光が供給される第４レンズ群Ｇ４とを有する。色収差光学系４から射出された光は、無収差集光器７に供給される。
【００２９】
無収差集光器７は、ウエーハＷと対向するように配置される。無収差集光器７は、対物光学系である。無収差集光器７は、収差が低減されるように収差補正がなされた無収差集光光学系を含む。無収差集光器７の光軸ＡＸ７は、Ｚ軸と平行である。
【００３０】
コリメート光学系３の光軸ＡＸ３と、色収差光学系４の光軸ＡＸ４と、集光光学系５の光軸ＡＸ５と、無収差集光器７の光軸ＡＸ７とは、同軸である。以下の説明においては、光軸ＡＸ３、光軸ＡＸ４、光軸ＡＸ５、及び光軸ＡＸ７を適宜、光軸ＡＸ、と総称する。また、光軸ＡＸ（Ｚ軸）と平行な方向を適宜、光軸方向、と称する。
【００３１】
無収差集光器７は、少なくとも軸上色収差及び球面収差が十分に低減されるように、すなわち、軸上色収差及び球面収差については無収差になるように設計された光学系である。本実施形態において、無収差集光器７は、軸上色収差及び球面収差のみならず、倍率色収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、及び歪曲収差も十分に低減されるように設計されている。
【００３２】
無収差集光器７は、無収差集光器７を単体で扱った場合、無収差集光器７の物体面側の点光源から無収差集光器７に入射した白色光が、少なくとも軸上色収差及び球面収差を発生させることなく、無収差集光器７の像面側において、異なる光の波長λであっても、同一の集光点を形成できる光学系である。
【００３３】
上述のように、色収差光学系４は、軸上色収差を発生する。無収差集光器７は、色収差光学系４からの白色光を複数の波長λに分光して、異なる波長λの光のそれぞれで形成される複数の集光点が無収差集光器７の光軸ＡＸ上に並ぶように、それら複数の波長λの光ごとに集光点を形成する。すなわち、本実施形態においては、単体では軸上色収差を発生させない無収差集光器７の物体面側（白色光源１側）に色収差光学系４が配置され、色収差光学系４によって軸上色収差が発生した白色光を無収差集光器７に入射させることにより、無収差集光器７の像面側において、異なる波長λの光ごとに形成される光軸方向の集光点の位置を異ならせる。本実施形態において、色収差光学系４は、無収差集光器７によって集光される複数の波長λごとの開口数ＮＡが実質的に同じになるように、色収差光学系４の光学特性が調整されている。
【００３４】
ウエーハＷには、光軸方向において異なる高さ位置で集光された複数の波長λの光のそれぞれが照射される。
【００３５】
ウエーハＷに照射された光は、ウエーハＷで反射する。ウエーハＷで反射した光は、無収差集光器７を通過した後、分岐光学系２に入射する。分岐光学系２に入射したウエーハＷからの光は、検出手段１０に供給される。検出手段１０は、分岐光学系２を介して、ウエーハＷからの光を受光する。
【００３６】
検出手段１０は、白色光源１から射出され、色収差光学系４及び無収差集光器７を介してウエーハＷに照射され、そのウエーハＷで反射した光を、無収差集光器７及び分岐光学系２を介して受光する。検出手段１０は、受光した光の波長λを検出し、その検出した波長λに基づいて、ウエーハＷの表面の高さ位置を検出する。
【００３７】
ある特定波長（例えば波長λが０．４５［μｍ］）の光の光軸方向の集光点の位置とウエーハＷの表面の位置とが一致し、他の波長（例えば波長λが０．５０［μｍ］以上０．６５［μｍ］以下）の光の光軸方向の集光点の位置とウエーハＷの表面の位置とが一致しない場合、ウエーハＷで反射する光のうち、特定波長の光は、高強度で検出手段１０に到達する。一方、他の波長の光は、検出手段１０に低強度で到達する又は検出手段１０に到達しないこととなる。すなわち、ウエーハＷの表面の位置において集光点を形成した特定波長の光が、専ら検出手段１０まで到達し、検出手段１０に受光される。そのため、検出手段１０は、受光した光の波長λに基づいて、ウエーハＷの表面の高さ位置を検出することができる。
【００３８】
図２は、本実施形態に係る検出手段１０の一例を模式的に示す図である。本実施形態において、検出手段１０は、分岐光学系２からの光が供給される座標調整器１１と、座標調整器１１からの光が供給される回折格子１２と、回折格子１２で回折された光を受光するラインセンサ１３と、演算処理装置１４と、記憶装置１５とを有する。回折格子１２は、供給された光の波長λごとに異なる回折角度で光を射出する。例えば、第１波長λａの光が供給された場合、回折格子１２は第１回折角度αで光を射出し、第１波長λａとは異なる第２波長λｂの光が供給された場合、回折格子１２は第１回折角度αとは異なる第２回折角度βで光を射出する。回折格子１２から射出した光はラインセンサ１３に入射する。光の波長λに応じて、ラインセンサ１３に入射する光の入射位置が変化する。ラインセンサ１３の受光データは、演算処理装置１４に出力される。演算処理装置１４は、ラインセンサ１３における光の入射位置に基づいて、ラインセンサ１３で受光された光の波長λを検出する。記憶装置１５には、ラインセンサ１３に入射する光の波長λと、光軸方向の集光点の位置との関係を示すマップデータが記憶されている。演算処理装置１４は、ラインセンサ１３で受光された光の波長λと、記憶装置１５に記憶されているマップデータとに基づいて、波長λの光の光軸方向における集光点の位置を算出する。光軸方向における集光点の位置が算出されることにより、ウエーハＷの表面における計測点の高さ位置が検出される。
【００３９】
図３は、本実施形態に係る三次元計測装置１００による三次元計測処理を説明するための模式図である。無収差集光器７から射出された光は、チャックテーブル５０に保持されているウエーハＷの表面に照射される。座標調整器１１は、ウエーハＷの表面で反射した光のうち、ウエーハＷの表面の特定の座標で反射した光がラインセンサ１３に入射するように、回折格子１２に供給する光を調整する。図３に示す例では、座標調整器１１は、ウエーハＷの表面のうち特定のＸ座標で反射した光がラインセンサ１３に入射するように、回折格子１２に供給する光を調整する。例えば、ウエーハＷの表面のうち６つの座標Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６のそれぞれで反射した光が回折格子１２を介してラインセンサ１３に供給される。演算処理装置１４は、６つのＸ座標についてのウエーハＷの表面の高さ位置を合成して、ウエーハＷの表面の三次元形状を導出する。
【００４０】
［第１実施例］
次に、本実施形態に係る色収差光学系４について説明する。図４は、［第１実施例］に係る色収差光学系４の一例を模式的に示す図である。図４は、色収差光学系４の模式図と、その色収差光学系４を通過する光の波長λが０．６５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．５０［μｍ］、及び０．４５［μｍ］のそれぞれにおける光路図とを示す。
【００４１】
図４に示すように、色収差光学系４は、白色光源１から無収差集光器７に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１の第１焦点Ｆ１又は第１焦点Ｆ１の近傍に配置される第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、再び結像する第２焦点Ｆ２の後方に、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とで構成される。
【００４２】
第１レンズ群Ｇ１は、レンズＬ１１と、レンズＬ１２とを有する。
【００４３】
色収差光学系４の物体面側（白色光源１側）を向くレンズＬ１１の第１面は、凸面であり、色収差光学系４の像面側（無収差集光器７側）を向くレンズＬ１１の第２面は、凹面である。
【００４４】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ１２の面は、レンズＬ１１の第２面と密接し、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ１２の第３面は、凸面である。
【００４５】
第２レンズ群Ｇ２は、レンズＬ２１と、レンズＬ２２とを有する。
【００４６】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ２１の第４面は、凹面であり、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ２１の第５面は、凹面である。
【００４７】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ２２の面は、レンズＬ２１の第５面と密接し、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ２２の第６面は、凸面である。
【００４８】
第３レンズ群Ｇ３は、レンズＬ３１と、レンズＬ３２と、レンズＬ３３とを有する。
【００４９】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ３１の第７面は、凸面であり、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ３１の第８面は、凸面である。
【００５０】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ３２の面は、レンズＬ３１の第８面と密接し、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ３２の第９面は、凸面である。
【００５１】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ３３の第１０面は、凸面であり、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ３３の第１１面は、凸面である。
【００５２】
第４レンズ群Ｇ４は、レンズＬ４１を有する。
【００５３】
色収差光学系４の物体面側を向くレンズＬ４１の第１２面は、凸面であり、色収差光学系４の像面側を向くレンズＬ４１の第１３面は、凸面である。
【００５４】
白色光源１からの白色光は、レンズＬ１１の第１面に入射した後、第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群Ｇ４を順次通過し、レンズＬ４１の第１３面から射出される。
【００５５】
図５は、本実施形態に係る第２レンズ群Ｇ２の一例を示す拡大図である。本実施形態において、第２レンズ群Ｇ２は、正の屈折力を有する。図５に示すように、第２レンズ群Ｇ２は、レンズＬ２１とレンズＬ２２とを有する。第１レンズ群Ｇ１からの白色光が入射するレンズＬ２１の第４面は、凹面である。レンズＬ２１を通過した白色光が射出されるレンズＬ２１の第５面は、凹面である。レンズＬ２１からの白色光が入射するレンズＬ２２の面は、凸面であり、第５面と密接する。レンズＬ２２を通過した白色光が射出されるレンズＬ２２の第６面は、凸面である。
【００５６】
第２レンズ群Ｇ２は、第１レンズ群Ｇ１の第１焦点Ｆ１又はその近傍に配置される。図５に示すように、本実施形態において、第２レンズ群Ｇ２は、第１焦点Ｆ１よりも白色光源１側に配置される。なお、第２レンズ群Ｇ２は、第１焦点Ｆ１よりも無収差集光器７側に配置されてもよい。また、第２レンズ群Ｇ２のレンズＬ２１及びレンズＬ２２の少なくとも一方が第１焦点Ｆ１に配置されてもよい。
【００５７】
本実施形態においては、第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２へ入射する光線の条件は、入射した各波長λの光線の屈折後の光軸ＡＸとの最大角度Δθ［ｄｅｇ．］とすると、
０．９３  ≦  Δθ  ≦１１．７      …（１）
の条件を満足する。
【００５８】
また、第１焦点Ｆ１近傍に配置する第１レンズ群Ｇ１から第２レンズ群Ｇ２へ入射する光線の条件は、最大、最小光線高さをＨ、ｈとし、出射する最大、最小光線高さをＨ´、ｈ´とすると、
１．３  ≦  ｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜  ≦  ８５      …（２）
の条件を満足する。
【００５９】
本実施形態において、最大光線高さＨは、レンズＬ２１の第４面に入射する光線のうち光軸ＡＸと直交する方向において光軸ＡＸからの距離が最も長い光線と光軸ＡＸとの距離である。最大光線高さＨを通過する光線は、第２レンズ群Ｇ２に入射する白色光のうち波長λが最も長い光である。本実施形態においては、波長λが０．６５［μｍ］の赤色光が最大光線高さＨを通過する。
【００６０】
本実施形態において、最小光線高さｈは、レンズＬ２１の第４面に入射する光線のうち光軸ＡＸと直交する方向において光軸ＡＸからの距離が最も短い光線と光軸ＡＸとの距離である。最小光線高さｈを通過する光線は、第２レンズ群Ｇ２に入射する白色光のうち波長λが最も短い光である。本実施形態においては、波長λが０．４５［μｍ］の青色光が最小光線高さｈを通過する。
【００６１】
本実施形態において、最大光線高さＨ´は、レンズＬ２２の第６面から射出される光線のうち光軸ＡＸと直交する方向において光軸ＡＸからの距離が最も長い光線と光軸ＡＸとの距離である。最大光線高さＨ´を通過する光線は、第２レンズ群Ｇ２から射出される白色光のうち波長λが最も長い光である。本実施形態においては、波長λが０．６５［μｍ］の赤色光が最大光線高さＨ´を通過する。
【００６２】
本実施形態において、最小光線高さｈ´は、レンズＬ２２の第６面から射出される光線のうち光軸ＡＸと直交する方向において光軸ＡＸからの距離が最も短い光線と光軸ＡＸとの距離である。最小光線高さｈ´を通過する光線は、第２レンズ群Ｇ２から射出される白色光のうち波長λが最も短い光である。本実施形態においては、波長λが０．４５［μｍ］の青色光が最小光線高さｈ´を通過する。
【００６３】
すなわち、本実施形態においては、図４及び図５に示すように、波長λが短いほど、光軸ＡＸと直交する方向における光の拡大が抑制され、波長λが長いほど、光軸ＡＸと直交する方向において光が拡大する。このように、本実施形態においては、色収差光学系４において、波長λが長い光の光路と、波長λが短い光の光路とは異なる。換言すれば、色収差光学系４において、光線は波長λごとに異なる経路を通過する。
【００６４】
図６は、本実施形態に係る無収差集光器７の一例を模式的に示す図である。図６に示すように、無収差集光器７は、レンズＬ７１からレンズＬ８６を有する。すなわち、無収差集光器７は、１６枚のレンズを有する。
【００６５】
無収差集光器７の物体面側（色収差光学系４側）を向くレンズＬ７１の第１４面は、凹面であり、無収差集光器７の像面側（ウエーハＷ側）を向くレンズＬ７１の第１５面は、凹面である。
【００６６】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７２の面は、第１５面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７２の第１６面は、凹面である。
【００６７】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７３の第１７面は、凹面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７３の第１８面は、凹面である。
【００６８】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７４の第１９面は、凹面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７４の第２０面は、凹面である。
【００６９】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７５の面は、第２０面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７５の第２１面は、凸面である。
【００７０】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７６の第２２面は、凹面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７６の第２３面は、凹面である。
【００７１】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７７の面は、第２３面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７７の第２４面は、凸面である。
【００７２】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７８の面は、第２４面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７８の第２５面は、凸面である。
【００７３】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ７９の第２６面は、凹面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ７９の第２７面は、凸面である。
【００７４】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８０の第２８面は、凹面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８０の第２９面は、凹面である。
【００７５】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８１の面は、第２９面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８１の第３０面は、凸面である。
【００７６】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８２の第３１面は、凸面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８２の第３２面は、凸面である。
【００７７】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８３の面は、第３２面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８３の第３３面は、凹面である。
【００７８】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８４の面は、第３３面と密接し、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８４の第３４面は、凸面である。
【００７９】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８５の第３５面は、凸面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８５の第３６面は、凹面である。
【００８０】
無収差集光器７の物体面側を向くレンズＬ８６の第３７面は、凸面であり、無収差集光器７の像面側を向くレンズＬ８６の第３８面は、凹面である。
【００８１】
図７は、本実施形態に係る無収差集光器７の球面収差図である。横軸は光軸ＡＸとの交点座標を示し、縦軸は像高を示す。図７は、無収差集光器７を単体として扱ったときの球面収差を示す。図７に示すように、無収差集光器７の球面収差は、Ｆ線（波長４８６．１［ｍｍ］）、ｄ線（波長５８７．６［ｍｍ］）、及びｃ線（波長６５６．３［ｍｍ］）のそれぞれにおいて十分に小さい。本実施形態においては、図７に示すような、十分に球面収差及び軸上色収差が抑制された光学系を無収差集光器７とする。
【００８２】
図８は、本実施形態に係る無収差集光器７の像面側の光線を模式的に示す図である。図８に示すように、無収差集光器７は、ウエーハＷと対向する。白色光源１から射出され、色収差光学系４を通過した白色光は、無収差集光器７において複数の波長λに分光され、複数の波長λの光ごとに集光点を形成する。複数の集光点は光軸ＡＸ上に並べて形成される。本実施形態においては、複数の波長λごとの開口数ＮＡ（開口角θ）が実質的に同じになる。
【００８３】
図８に示す例では、波長λが０．６５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．５０［μｍ］、及び０．４５［μｍ］の光のそれぞれによって形成される集光点を示す。異なる波長λの光のそれぞれについての開口数ＮＡ（開口角θ）は、実質的に等しい。
【００８４】
図８に示すように、複数の波長λの光のそれぞれについて開口数ＮＡ（開口角θ）は実質的に等しいものの、光軸方向における集光点の位置は異なる。本実施形態においては、波長λが短い光の集光点は無収差集光器７の射出面（第３８面）に近い位置に形成され、波長λが長い光の集光点は無収差集光器７の射出面（第３８面）から遠い位置に形成される。
【００８５】
白色光が色収差光学系４を経た光の各波長λの焦点（集光点）の差をΔＺとし、波長幅をΔλとすると、
ΔＺ／Δλ  ＜１．６×１０３      …（３）
かつ、無収差集光器７により像面で結像する各波長λの最大開口数をＮＡ（ｍａｘ）、最小開口数をＮＡ（ｍｉｎ）としたとき、中心波長の開口数ＮＡとの関係が、
ＮＡ  ＜  ０．５４      …（４）
０．９  ＜  ＮＡ（ｍｉｎ）／ＮＡ（ｍａｘ）      …（５）
の条件を満足するように、色収差光学系４の光学特性が調整されている。
【００８６】
差ΔＺとは、各波長λの光軸方向における集光点の位置の差の最大値をいう。波長幅Δλとは、白色光のうち最大の波長λ（ｍａｘ）と最小の波長λ（ｍｉｎ）との差である。図８に示すように、本実施形態において、最大の波長λ（ｍａｘ）は０．６５［μｍ］であり、最小の波長λ（ｍｉｎ）は０．４５［μｍ］であり、波長幅Δλは、０．２０［μｍ］である。差ΔＺは、最大の波長λ（ｍａｘ）の光の集光点の位置と、最小の波長λ（ｍｉｎ）の光の集光点の位置との光軸方向の距離である。
【００８７】
図９は、図４を参照して説明した［第１実施例］の色収差光学系４及び無収差集光器７を含む光学系の縦収差図を示す。［第１実施例］は、上述の（２）式の条件である［｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜］が最小値である１．３になるように設計された色収差光学系４を示す。
【００８８】
表１に、［第１実施例］に係る色収差光学系４及び無収差集光器７の諸元データを示す。表２に、［第１実施例］に係る各波長λについての開口数ＮＡを示す。表１の最も左側の第１列は、第１面からの各レンズ面の番号を示し、第２列は、各レンズ面の曲率半径を示し、第３列は、各レンズ面から次のレンズ面までの面間隔を示し、第４列は、各レンズ面の屈折率及びアッベ数を示す。また、［第１実施例］においては、第１面に入射する白色光のビーム径（入射ビーム径）は、８．３［ｍｍ］である。また、色収差光学系４及び無収差集光器７の各レンズは、石英ガラスである。
【００８９】
【表１】
2018004381.tif 000003
【００９０】
【表２】
2018004381.tif 000004
【００９１】
表２に示すように、波長λが０．４５［μｍ］、０．５０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．６５［μｍ］のそれぞれについて、開口数ＮＡは、０．５５７、０．５７１、０．５３４、０．５３３、０．５５１であり、波長λによらずに、開口数ＮＡを実質的に同じにすることができる。
【００９２】
［第２実施例］
図１０は、［第２実施例］に係る色収差光学系４の一例を模式的に示す図である。図４と同様、図１０は、色収差光学系４を通過する光の波長λが０．６５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．５０［μｍ］、及び０．４５［μｍ］のそれぞれにおける光路図を示す。
【００９３】
図１１は、図１０を参照して説明した色収差光学系４及び無収差集光器７を含む光学系の縦収差図を示す。［第２実施例］は、上述の（２）式の条件である［｜Ｈ＋Ｈ´｜／｜ｈ＋ｈ´｜］が最大値である８５となり、上述の（１）式の条件であるΔθが最小値である０．９３となるように設計された色収差光学系４を示す。
【００９４】
表３に、［第２実施例］に係る色収差光学系４及び無収差集光器７の諸元データを示す。表４に、［第２実施例］に係る各波長λについての開口数ＮＡを示す。表３の最も左側の第１列は、第１面からの各レンズ面の番号を示し、第２列は、各レンズ面の曲率半径を示し、第３列は、各レンズ面から次のレンズ面までの面間隔を示し、第４列は、各レンズ面の屈折率及びアッベ数を示す。また、［第２実施例］においては、第１面に入射する白色光のビーム径（入射ビーム径）は、７．７［ｍｍ］である。また、色収差光学系４及び無収差集光器７の各レンズは、石英ガラスである。
【００９５】
【表３】
2018004381.tif 000005
【００９６】
【表４】
2018004381.tif 000006
【００９７】
表４に示すように、波長λが０．４５［μｍ］、０．５０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．６５［μｍ］のそれぞれについて、開口数ＮＡは、０．５２７、０．５６、０．５４、０．５２８、０．５３２であり、［第２実施例］においても、波長λによらずに、開口数ＮＡを実質的に同じにすることができる。
【００９８】
［第３実施例］
図１２は、［第３実施例］に係る色収差光学系４の一例を模式的に示す図である。図４及び図１０と同様、図１２は、色収差光学系４を通過する光の波長λが０．６５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．５０［μｍ］、及び０．４５［μｍ］のそれぞれにおける光路図を示す。
【００９９】
図１３は、図１２を参照して説明した色収差光学系４及び無収差集光器７を含む光学系の縦収差図を示す。［第３実施例］は、上述の（１）式の条件であるΔθが最大値である１１．７となるように設計された色収差光学系４を示す。
【０１００】
表５に、［第３実施例］に係る色収差光学系４及び無収差集光器７の諸元データを示す。表６に、［第３実施例］に係る各波長λについての開口数ＮＡを示す。表５の最も左側の第１列は、第１面からの各レンズ面の番号を示し、第２列は、各レンズ面の曲率半径を示し、第３列は、各レンズ面から次のレンズ面までの面間隔を示し、第４列は、各レンズ面の屈折率及びアッベ数を示す。また、［第３実施例］においては、第１面に入射する白色光のビーム径（入射ビーム径）は、９［ｍｍ］である。また、色収差光学系４及び無収差集光器７の各レンズは、石英ガラスである。
【０１０１】
【表５】
2018004381.tif 000007
【０１０２】
【表６】
2018004381.tif 000008
【０１０３】
表６に示すように、波長λが０．４５［μｍ］、０．５０［μｍ］、０．５５［μｍ］、０．６０［μｍ］、０．６５［μｍ］のそれぞれについて、開口数ＮＡは、０．５３５、０．５６２、０．５３８、０．５２５、０．５３１であり、［第３実施例］においても、波長λによらずに、開口数ＮＡを実質的に同じにすることができる。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態によれば、ウエーハＷと対向する対物光学系として軸上色収差及び球面収差が十分に抑制された無収差集光器７が配置され、無収差集光器７の入射面側（白色光源１側）に軸上色収差を発生させる色収差光学系４が配置される。これにより、異なる複数の波長λごとに光軸方向の異なる位置のそれぞれに集光点が形成される。第１レンズ群Ｇ１、第２レンズ群Ｇ２、第３レンズ群Ｇ３、及び第４レンズ群Ｇ４からなる色収差光学系４の光学特性が調整されることによって、複数の波長λごとの開口数ＮＡを実質的に等しくすることができる。これにより、波長λが異なっても、対物光学系である無収差集光器７の焦点深度ｄを実質的に同じにすることができる。したがって、検出手段１０に受光される光の波長λに基づいてウエーハＷの高さ位置を検出するとき、どの波長λの光を使っても、均一な計測精度を得ることができる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、第１レンズ群Ｇ１が正の屈折力を有し、第２レンズ群Ｇ２が第１レンズ群Ｇ１の第１焦点Ｆ１又は第１焦点Ｆ２の近傍に配置され、第３レンズ群Ｇ３が正の屈折力を有し、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４が第３レンズ群Ｇ３の第２焦点Ｆ２の後方に配置される。第１レンズ群Ｇ１からの光が第２レンズ群Ｇ２の入射面であるレンズＬ２１の入射面（第４面）に入射するとき、そのレンズＬ２１の入射面で屈折した光線と、光軸ＡＸと平行な軸とがなす最大角度Δθ［ｄｅｇ．］が、上述の（１）式の条件を満足するように、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の入射面が設計されている。これにより、各波長λの光は、適正な拡がり角度で拡がって、第３レンズ群Ｇ３に到達することができる。例えば、最大角度Δθが０．９３［ｄｅｇ．］よりも小さい場合、光は第２レンズ群Ｇ２で十分に拡がらず、その結果、無収差集光器７の像面側において、波長λごとの集光点の位置の差ΔＺが十分に得られなくなる。一方、最大角度Δθが１１．７［ｄｅｇ．］よりも大きい場合、光は第２レンズ群Ｇ２で拡がり過ぎて、波長λごとの集光点の位置の差ΔＺが過大になってしまう。また、最大角度Δθが０．９３［ｄｅｇ．］よりも小さい場合及び１１．７［ｄｅｇ．］よりも大きい場合、波長λごとの開口数ＮＡを同じにすることが困難となる。（１）式の条件が満足されることにより、光の集光点を適正な位置に形成して、波長λごとの開口数ＮＡを同じにすることができる。
【０１０６】
また、本実施形態によれば、第１レンズ群Ｇ１からの光が第２レンズ群Ｇ２の入射面であるレンズＬ２１の入射面（第４面）に入射するとき、長い波長λの光（赤色光）によって規定される最大光線高さＨ，Ｈ´と、短い波長λの光（青色光）によって規定される最小光線高さをｈ，ｈ´とが、上述の（２）式の条件を満足するように、第１レンズ群Ｇ１及び第２レンズ群Ｇ２の入射面が設計されている。これにより、図５を参照して説明したように、長い波長λの光（赤色光）は、焦点を結ぶことなく拡がるように第２レンズ群Ｇ２から射出され、第３レンズ群Ｇ３に供給される。また、短い波長λの光（青色光）は、集光するように第２レンズ群Ｇ２を通過し、第２レンズ群Ｇ２から射出された後、第３レンズ群Ｇ３に供給される。これにより、第３レンズ群Ｇ３においては、光の波長λごとに、光線高さに大きな差異が生じる。そして、（２）式の条件を満足することにより、波長λごとの開口数ＮＡを同じにすることができる。
【０１０７】
また、本実施形態においては、上述の（３）式の条件が満足される。これにより、白色光に含まれる波長領域に応じて適正な集光点の差ΔＺを得ることができ、ウエーハＷの表面の高さ位置の計測精度の低下を抑制することができる。また、（４）式及び（５）式の条件が満足されるように、複数の波長λごとの開口数ＮＡが均一化されることにより、波長λに起因する計測精度の不均一さを抑制することができる。
【０１０８】
なお、上述の実施形態においては、色収差光学系４及び無収差集光器７が三次元計測装置１００に適用されることとした。色収差光学系４及び無収差集光器７はレーザー加工装置に適用されてもよい。以下、色収差光学系４及び無収差集光器７がレーザー加工装置に適用される例について説明する。
【０１０９】
図１４は、本実施形態に係るレーザー加工装置２００の一例を模式的に示す図である。レーザー加工装置２００は、被検査物であるウエーハＷを保持して移動可能なチャックテーブル５０と、チャックテーブル５０に保持されているウエーハＷの高さ位置を計測する計測装置１００Ｂと、チャックテーブル５０に保持されているウエーハＷをレーザー加工するレーザー加工ユニット３００とを備える。ウエーハＷの高さ位置は、Ｚ軸方向におけるウエーハＷの位置である。
【０１１０】
計測装置１００Ｂは、白色光を照射する白色光源１と、白色光を複数の光の波長λに分光して複数の集光点を光軸ＡＸ７に並べてウエーハＷに導く収差補正がなされた無収差集光器７と、ウエーハＷから反射する光の波長λによってウエーハＷの高さ位置を検出する検出手段１０と、無収差集光器７によって集光される複数の波長λ毎の開口数ＮＡが同じになるように白色光源１と無収差集光器７との間に配置された色収差光学系４とを備える。
【０１１１】
また、計測装置１００Ｂは、白色光源１から射出された白色光が供給されるビームスプリッタ２Ｂと、ビームスプリッタ２Ｂを介して白色光源１から供給された白色光をコリメートして色収差光学系４に供給するコリメート光学系３と、色収差光学系４と無収差集光器７との間に配置され色収差光学系４からの白色光を集光する集光光学系５と、集光光学系５と無収差集光器７との間に配置されるダイクロイックミラー６とを備える。
【０１１２】
上述の実施形態と同様、白色光源１は、白色光として、スーパーコンティニューム（Supercontinuum：ＳＣ）光を射出する。
【０１１３】
ビームスプリッタ２Ｂは、白色光源１とコリメート光学系３との間に配置される。ビームスプリッタ２Ｂは、白色光源１からの白色光を透過してコリメート光学系３に供給する。また、ビームスプリッタ２Ｂは、コリメート光学系３からの光を反射して検出手段１０に供給する。
【０１１４】
なお、白色光源１とビームスプリッタ２Ｂとの間の光路、及びビームスプリッタ２Ｂとコリメート光学系３との間の光路は、光ファイバの光路でもよい。
【０１１５】
コリメート光学系３は、ビームスプリッタ２Ｂと色収差光学系４との間に配置される。コリメート光学系３の光軸ＡＸ３は、Ｚ軸と平行である。コリメート光学系３は、ビームスプリッタ２Ｂを透過した白色光源１からの白色光をコリメートして色収差光学系４に供給する。
【０１１６】
色収差光学系４は、コリメート光学系３と集光光学系５との間に配置される。色収差光学系４の光軸ＡＸ４は、Ｚ軸と平行である。色収差光学系４は、軸上色収差を発生する。色収差光学系４は、通過した光のＺ軸方向の集光点の位置を光の波長λごとに異ならせる光学特性を有する。色収差光学系４を通過した光のＺ軸方向の集光点の位置は、光の波長λごとに異なる。
【０１１７】
集光光学系５は、色収差光学系４と無収差集光器７との間に配置される。集光光学系５の光軸ＡＸ５は、Ｚ軸と平行である。集光光学系５は、色収差光学系４からの白色光を集光して無収差集光器７に供給する。
【０１１８】
ダイクロイックミラー６は、集光光学系５と無収差集光器７との間に配置される。ダイクロイックミラー６は、集光光学系５からの白色光を透過して無収差集光器７に供給する。また、ダイクロイックミラー６は、無収差集光器７からの光を透過して集光光学系５に供給する。
【０１１９】
無収差集光器７は、ウエーハＷと対向するように配置される。無収差集光器７は、対物光学系である。無収差集光器７は、収差が低減されるように収差補正がなされた無収差集光光学系を含む。無収差集光器７の光軸ＡＸ７は、Ｚ軸と平行である。
【０１２０】
ウエーハＷには、光軸方向において異なる高さ位置で集光された複数の波長λの光のそれぞれが照射される。
【０１２１】
ウエーハＷに照射された光は、ウエーハＷで反射する。ウエーハＷで反射した光は、無収差集光器７、ダイクロイックミラー６、集光光学系５、色収差光学系４、及びコリメート光学系３を通過した後、ビームスプリッタ２Ｂに入射する。ビームスプリッタ２Ｂに入射したウエーハＷからの光は、ビームスプリッタ２Ｂで反射され、検出手段１０に供給される。検出手段１０は、ビームスプリッタ２Ｂを介して、ウエーハＷからの光を受光する。
【０１２２】
検出手段１０は、白色光源１から射出され、色収差光学系４及び無収差集光器７を介してウエーハＷに照射され、そのウエーハＷで反射した光を、無収差集光器７、ダイクロイックミラー６、集光光学系５、色収差光学系４、コリメート光学系３、及びビームスプリッタ２Ｂを介して受光する。検出手段１０は、受光した光の波長λを検出し、その検出した波長λに基づいて、ウエーハＷの表面の高さ位置を検出する。
【０１２３】
レーザー加工ユニット３００は、レーザービームを射出するレーザー光源３１０を有する。レーザー加工ユニット３００は、ウエーハＷの表面に格子状に設定された分割予定ラインにレーザービームを照射して、ウエーハＷをレーザー加工する。
【０１２４】
レーザー光源３１０は、ウエーハＷをレーザー加工するためのレーザービームを射出する。レーザー光源３１０から射出されたレーザービームは、集光光学系５と無収差集光器７との間に配置されているダイクロイックミラー６に供給される。ダイクロイックミラー６は、レーザー光源３１０からのレーザービームを反射して、無収差集光器７に供給する。レーザービームは、無収差集光器７を介して、ウエーハＷに照射される。
【０１２５】
無収差集光器７をＺ軸方向に移動する駆動装置８が設けられる。駆動装置８は、例えばボイスコイルモータを含み、無収差集光器７を光軸方向に移動する。駆動装置８は、無収差集光器７を光軸方向に移動して、レーザー光源３１０から射出されたレーザービームの光軸方向における集光点の位置を調整する。駆動装置８は、レーザー光源３１０から射出されたレーザービームの集光点がウエーハＷの内部に形成されるように、無収差集光器７を光軸方向に移動する。
【０１２６】
本実施形態において、レーザー光源３１０は、ウエーハＷに対して透過性を有する波長のレーザービームをウエーハＷに照射して、ウエーハＷの内部に改質層を形成する。駆動装置８によりレーザービームの集光点がウエーハＷの内部に形成された状態で、ウエーハＷを保持するチャックテーブル５０がＸＹ平面内で移動する。これにより、改質層が分割予定ラインに沿ってウエーハＷの内部に形成される。
【０１２７】
ウエーハＷの内部に形成された改質層の強度は低下する。分割予定ラインに沿って改質層が形成されたウエーハＷに外力が加えられることにより、改質層が破断起点となって、ウエーハＷが分割予定ラインに沿って分割され、複数のデバイスチップが形成される。すなわち、本実施形態においては、レーザー加工ユニット３００は、ウエーハＷをステルスダイシング加工する。
【０１２８】
本実施形態においては、レーザー加工ユニット３００によるステルスダイシング加工と並行して、計測装置２００による計測が実施される。すなわち、計測装置２００でウエーハＷの高さ位置が計測され、その計測結果に基づいて、レーザー加工ユニット３００のレーザービームの集光点がウエーハＷの内部に形成されるように、駆動装置８が制御され、レーザービームの集光点の位置が調整される。換言すれば、レーザー加工装置２００は、計測装置２００の計測結果に基づいて、レーザー加工ユニット３００のレーザービームの集光点がウエーハＷの内部に形成されるように、駆動装置８をフィードバック制御しながら、レーザー光源３１０からレーザービームを射出して、ステルスダイシング加工を実施する。
【符号の説明】
【０１２９】
１  白色光源
２  分岐光学系
３  コリメート光学系
４  色収差光学系
７  無収差集光器
１０  検出手段
１１  座標調整器
１２  回折格子
１３  ラインセンサ
１４  演算処理装置
１５  記憶装置
５０  チャックテーブル
１００  三次元計測装置
１００Ｂ  計測装置
２００  レーザー加工装置
３００  レーザー加工ユニット
３１０  レーザー光源
ＡＸ  光軸
Ｗ  ウエーハ（被検査物）
【図１】
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【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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