(57)【要約】【課題】出射されるレーザ光の出力パワー、出射方向、及び波面分布の夫々の変化状態を検出可能とするとともに、当該検出結果を用いて、上記被加工対象物の加工品質の推定を可能とする。【解決手段】出射されたレーザ光の一部を分岐して、一方のレーザ光の光軸が位置されるべき軸を遮光の中心軸として、上記中心軸に直交する遮光平面において、上記一方のレーザ光のさらに一部を遮光して回折光を発生させて、上記回折光を上記中心軸に直交する平面において受光し、上記回折光の強度、上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出しながら、他方のレーザ光を上記被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の上記加工を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射されるレーザ光（６ａ）の光軸が位置されるべき軸を遮光の中心軸（１２）として、上記中心軸に直交する遮光平面（１１）において、上記レーザ光の一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光（１５）を、上記遮光の中心軸に直交する平面（３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ）において受光し、
上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置（Ｐ０）に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することを特徴とするレーザ検出方法。
【請求項２】
上記受光の平面における上記強度分布の対称性に加えて、さらに、上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出する請求項１に記載のレーザ検出方法。
【請求項３】
上記遮光平面（１１）は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記遮光は、上記レーザ光の一部を上記略円形状に遮光することにより行なわれる請求項１又は２に記載のレーザ検出方法。
【請求項４】
出射されるレーザ光（６）の一部を分岐し、
上記分岐されたレーザ光（６ａ）に対して、上記一部の遮光を行なって、上記検出を行なう請求項１から３のいずれか１つに記載のレーザ検出方法。
【請求項５】
出射されるレーザ光（６ａ）の光軸が位置されるべき軸を位相シフトの中心軸（１２）として、上記中心軸に直交する位相シフト平面（１６）において、上記レーザ光の一部の光の位相のシフトを行なって、上記位相のシフトにより発生する回折光（１５）を、上記位相シフトの中心軸に直交する平面（３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ）において受光し、
上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置（Ｐ０）に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することを特徴とするレーザ検出方法。
【請求項６】
上記受光の平面における上記強度分布の対称性に加えて、さらに、上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出する請求項５に記載のレーザ検出方法。
【請求項７】
上記位相シフト平面（１６）は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記位相のシフトは、上記位相シフト平面を透過された上記レーザ光の一部の光（１７）の位相を、他の上記レーザ光の光（１４）の位相よりずらすことにより行なわれる請求項５又は６に記載のレーザ検出方法。
【請求項８】
出射されるレーザ光（６）の一部を分岐し、
上記分岐されたレーザ光（６ａ）に対して、上記一部の光の位相のシフトを行って、上記検出を行なう請求項５から７のいずれか１つに記載のレーザ検出方法。
【請求項９】
上記光の位相のシフトは、上記レーザ光におけるビームウェスト位置において行なわれる請求項５から８のいずれか１つに記載のレーザ検出方法。
【請求項１０】
出射されたレーザ光（６）を被加工対象物（４）に照射して、上記被加工対象物の加工を行なうレーザ加工方法において、
上記出射されたレーザ光の一部を分岐して、
上記分岐された一方のレーザ光（６ａ）の光軸が位置されるべき軸を遮光の中心軸（１２）として、上記中心軸に直交する遮光平面（１１）において、上記一方のレーザ光のさらに一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光（１５）を、上記遮光の中心軸に直交する平面（３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ）において受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度、上記強度の最大位置（Ｐ０）と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出しながら、
上記分岐された他方のレーザ光（６ｂ）を上記被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の上記加工を行なうことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１１】
上記遮光平面（１１）は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記遮光は、上記一方のレーザ光の一部を上記略円形状に遮光することにより行なわれる請求項１０に記載のレーザ加工方法。
【請求項１２】
出射されたレーザ光（６）を被加工対象物（４）に照射して、上記被加工対象物の加工を行なうレーザ加工方法において、
上記出射されたレーザ光の一部を分岐して、
上記分岐された一方のレーザ光（６ａ）の光軸が位置されるべき軸を位相シフトの中心軸（１２）として、上記中心軸に直交する位相シフト平面（１６）において、上記一方のレーザ光のさらに一部の光の位相のシフトを行なって、上記位相のシフトにより発生する回折光（１５）を、上記位相シフトの中心軸に直交する平面（３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ）において受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度、上記強度の最大位置（Ｐ０）と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出しながら、
上記分岐された他方のレーザ光（６ｂ）を上記被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の上記加工を行なうことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１３】
上記位相シフト平面（１６）は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記位相のシフトは、上記位相シフト平面を透過した上記一方のレーザ光の一部の光（１７）の位相を、他の上記レーザ光の光（１４）の位相よりずらすことにより行なわれる請求項１２に記載のレーザ加工方法。
【請求項１４】
上記光の位相のシフトは、上記一方のレーザ光におけるビームウェスト位置において行なわれる請求項１２又は１３に記載のレーザ加工方法。
【請求項１５】
上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々の変化状態を、上記被加工対象物の上記加工と同時に検出することにより、上記他方のレーザ光による上記被加工対象物の上記加工の品質の良否を判定する請求項１２から１４のいずれか１つに記載のレーザ加工方法。
【請求項１６】
レーザ発振器（１）と、レーザ光伝送部（２）と、レーザ光集光部（３又は５）とを備え、上記レーザ発振器より発振されたレーザ光（６）を上記レーザ光伝送部により伝送して、上記レーザ光集光部を通して被加工対象物（４）に照射することにより、上記被加工対象物の加工を行なうレーザ加工装置（２０又は５０）において、
上記レーザ光集光部の上記レーザ発振器側に配置され、上記発振されたレーザ光の一部を分岐するレーザ光分岐部（７）と、
上記レーザ光分岐部により分岐された上記一部のレーザ光（６ａ）よりの回折光（１５）をその中心軸（１２）沿いに発生させる回折型光学素子（８又は１８）と、
上記発生された回折光を上記回折型光学素子の上記中心軸に直交する平面において受光可能であって、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置（Ｐ０）に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出可能な光電変換素子（３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ）とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１７】
上記光電変換素子は、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出可能である請求項１６に記載のレーザ加工装置。
【請求項１８】
上記光電変換素子による上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々の変化状態の検出結果に基づいて、上記レーザ光の照射による上記被加工対象物の加工の品質の良否判定を行なう加工品質判定部（４０）を、さらに備える請求項１７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１９】
上記レーザ光集光部は、マスク像投影型のレーザ光集光部（５）である請求項１６から１８のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項２０】
上記回折型光学素子（８）は、上記中心軸上にその中心が配置されるとともに上記中心軸と直交して配置されて、上記分岐されたレーザ光の一部を遮光可能であって、かつ、上記分岐されたレーザ光のビーム径よりも小さな径を有する略円盤状の遮光部（１２）を備え、
上記遮光部は、上記中心軸に直交する平面沿いにおいて、略円形状に上記分岐されたレーザ光の一部を遮光することにより、上記回折光を発生させる請求項１６から１９のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項２１】
上記回折型光学素子（１８）は、上記中心軸上にその中心が配置されるとともに上記中心軸と直交して配置されて、上記分岐されたレーザ光を透過可能であって、かつ、上記分岐されたレーザ光のビーム径よりも小さな径を有する略円盤状の透光部（１６）を備え、
上記透光部は、上記中心軸に直交する平面沿いにおいて、略円盤状に上記分岐されたレーザ光の一部を透過させて、上記透光部を透過されていない上記レーザ光の光（１４）の位相に対して、上記透過された上記レーザ光の光（１７）の位相のシフトを行なうことにより、上記回折光を発生させる請求項１６から１９のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項２２】
上記透光部は、上記分岐されたレーザ光におけるビームウェスト位置に配置されている請求項２１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光による被加対象物の精密加工を行うレーザ加工におけるレーザ検出に関するものであり，特に、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力パワーや出射方向等のレーザの出射精度を検出しながら、上記被対象物の加工を行なう際に用いられるレーザ検出方法、レーザ加工方法、及びレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のレーザ光検出方法等は、様々なものが知られている。例えば、従来のレーザ光の検出を用いたレーザ加工装置の概念図を図７に示す（例えば、特許文献１参照）。図７に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１０６と、レーザ発振器１０６より出射されたレーザ光をスポット状に集光する集光系１０４と、上記集光系１０４にて集光されたレーザ光を、スポット状にて非加工物１０２に照射可能に反射するビーム走査ミラー１０５と、被加工物１０２を加工可能に保持する試料設置台１０３とを備えている。また、図７に示すように、試料設置台１０３は、図示上下方向に配置された回転中心回りに自転可能となっている。また、試料設置台１０３の上面には、さらに、多数のＣＣＤ素子１０１が、被加工物１０２の被加工面とその設置高さ位置を同じとされて配置されており、試料設置台１０３の上記自転により、夫々のＣＣＤ素子１０１と被加工物１０２とのいずれか一方がレーザ光に照射されるように、互いの配置の切替えが可能となっている。また、ビーム走査ミラー１０５は、その反射角度が可変可能となっており、当該角度を可変させることにより、被加工物１０２の上記被加工面上においてレーザ光を走査させながら照射して、必要なパターンを形成することが可能となっている。また、試料設置台１０３の図示左側端部には、試料設置台１０３における上記被加工面の高さ方向及び水平方向の位置合わせを設定可能な面設定ガイド１０７が備えられており、集光されたレーザ光を上記スポット状にて確実に上記被加工面に照射させることが可能となっている。
【０００３】
このような構成のレーザ加工装置１００において、被加工物１０２の加工を行なう手順について説明する。
【０００４】
まず、レーザ加工装置１００において、試料設置台１０３をその回転中心回りに自転させて、レーザ光の照射位置に夫々のＣＣＤ素子１０１を配置させる。その後、レーザ発振器１０６よりレーザ光が出射させて集光系１０４により集光されたレーザ光が、ビーム走査ミラー１０５により反射されて、スポット状にて一部のＣＣＤ素子１０１に照射される。これにより、照射されたレーザ光のスポット位置が測定される。
【０００５】
ここで、照射されるレーザ光は、そのビームエネルギーが強いため、図示されていないニュートラルフィルタが夫々のＣＣＤ素子１０１の上面に設置されており、エネルギーを低減して照射されるようになっている。
【０００６】
また、夫々のＣＣＤ素子１０１としては、１０μｍピッチで配列された２次元アレイＣＣＤ素子が用いられているため、測定位置の分解能は略その値、すなわち、１０μｍ程度となっている。また、夫々のＣＣＤ素子１０１は、レーザ光、すなわち、紫外光を観測することを目的としているため、カラー用素子ではなく、白黒用素子が用いられており、測定されるレーザ光のエネルギー強度を白黒の明るさで表示するとともに、図示していない表示部では、切り替えにより、疑似カラー表示もできるように構成されている。すなわち、測定されるレーザ光のエネルギー強度分布を色で区別して表示することが可能となっている。
【０００７】
さらに、上記一部のＣＣＤ素子１０１にレーザ光が照射されて、そのスポット位置及び強度分布が測定された状態において、ビーム走査ミラー１０５の角度を可変させることにより、夫々のＣＣＤ素子１０１にレーザ光を走査させることにより、上記走査時における強度分布の状況をも測定することができる。
【０００８】
このようにして、レーザ光のスポット位置、強度、及び走査時の強度分布等の状況の測定を行ない、加工工程に移ってよいと判断されれば、試料設置台１０３をその回転中心回りに自転させて、被加工物１０２をレーザ光の照射位置に配置させる。このとき、予め、面設定ガイド１０７で、高さ方向及び水平方向の位置を調整しておくことにより、夫々のＣＣＤ素子１０１の上面が位置された位置に、被加工物１０２の上記被加工面を精度よく位置させることができる。その後、被加工物１０２にレーザ光を照射して、被加工物１０２の加工が行なわれる。
【０００９】
次に、従来のレーザ加工において用いられる回折光を用いたレーザ光の検出方法について、その概略構成を示す説明図を図６に示す（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
図６に示すように、このレーザ光の検出方法においては、レーザ光１１１の光軸１１２上に配置された矩形スリット１１３が用いられ、レーザ光１１１が矩形スリット１１３を通過することにより発生する回折光１１４を４分割ディテクタ１１５で受光することにより、レーザ光の光軸の偏差を検出を行なうというものである。
【００１１】
また、図６に示すように、矩形スリット１１３の開口の大きさは、レーザ光１１１のビーム径の半分程度の大きさに形成されている。また、４分割ディテクタ１１５の上記受光側表面には、図示左右及び上下に受光素子が取り付けられており、夫々の受光素子において回折光１１４が受光されることにより検出される検出信号の差信号を使用して、図示左右方向及び上下方向のレーザ光の光軸の偏差の検出を行なうことが可能となっている。
【００１２】
また、図６においては、左右方向の信号処理系しか示していないが上下方向についても同様の信号処理系が備えられており、上記差信号の処理を行うことが可能となっている。レーザ光１１１は光軸１１２に対して軸対称なので、光軸１１２が矩形スリット１１３の中心に一致した場合のみ、上記上下方向及び上記左右方向の夫々の差信号はゼロとなる。一方、上記光軸１１２が矩形スリット１１３の中心に対して、上記いずれかの方向に偏りのある場合には、その偏りのある側に発生する回折光１１４の強度が強くなり、回折光１１４の強度バランスがくずれて差信号が発生することとなる。なお、４分割ディテクタ１１５の中心に照射される０次光は遮光板を置きカットされるため、４分割ディテクタ１１５に受光されることはない。
【００１３】
このようなレーザ光の検出方法において、例えば、レーザ光の波長を０．５３μｍ、矩形スリット１１３の開口部（略正方形状である）の一辺を０．５ｍｍとすると、回折光１１４の発生する方向は光軸１１２に対して、１次回折光の場合約０．０９°、２次回折光の場合約０．１５°傾いた方向である。矩形スリット１１３から３０ｃｍ離れた場所に４分割ディテクタ１１５を配置すると、左右及び上下の夫々の方向における１次回折光間の４分割ディテクタ１１５の受光面での距離は約０．９４ｍｍとなるが、これは左右又は上下のいずれかの方向に十分に分離して検出することができる距離である。このようにして、回折光１１４を用いてレーザ光１１１の光軸調整を行っている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−２２８６７０号公報
【特許文献２】
特開平５−１３８３８３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ加工に対する加工品質要求は年々厳しいものになってきており、熱加工としての波長的限界水準の加工孔径や、被加工物上の加工位置精度が、被加工物を載置して被加工物とレーザ光の相対位置を変化させるステージ（例えば、試料設置台１０３の）位置精度に限りなく近いものとなってきている。
【００１６】
そのため、従来検出してきたレーザ光の出力パワー変動のみの検出では、上記水準の加工孔径や加工位置精度を満たせなくなってきたという問題がある。具体的には、レーザ光の出射方向の数ミリラジアン程度の変化も、出射されたレーザ光を集光系１０４等に伝送するレーザ光伝送部のレーザ光変換機能等の増大により、この程度の変化でも被加工物上の加工位置精度を満たせない場合があるという問題がある。また、レーザ発振器１０６から出射されるレーザ光の波面分布変動や、上記レーザ光伝送部での透過・反射光学素子による波面分布変化によって、特にマスク像投影型のレーザ光集光系においては、熱加工としての波長的限界水準の加工孔径を安定して得ることができないという問題がある。
【００１７】
また、レーザ加工においては、複数の被加工物に対して順次加工を施して行くこととなるが、個々の被加工物の加工の良否判定については、レーザ加工の際に、個別に行なわれるのではなく、最終工程を経た後の完成品の検査において行なわれいるため、当該加工の際に、レーザ光の照射精度の変動が発生していた場合には、レーザ加工における工程に無駄が大きく生じることとなるという問題がある。また、個々の被加工物においても、被加工物のどの位置で上記変動により加工品質が低下したか、また、夫々の被加工物のうちのどの被加工物において、上記変動が発生して加工品質低下が発生したのかを、定量的に推定することができず、レーザ加工における作業効率を向上させることができないという問題がある。
【００１８】
従って、本発明の目的は、レーザ光による被加対象物の加工を行うレーザ加工におけるレーザ検出において、出射されるレーザ光の出力パワー、出射方向、及び波面分布の夫々の変化状態を検出することができるとともに、当該検出結果を用いて、上記被加工対象物の加工品質を推定することを可能とするレーザ検出方法、レーザ加工方法、及びレーザ加工装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００２０】
本発明の第１の発明によれば、出射されるレーザ光の光軸が位置されるべき軸を遮光の中心軸として、上記中心軸に直交する遮光平面において、上記レーザ光の一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光を、上記遮光の中心軸に直交する平面において受光し、
上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することを特徴とするレーザ検出方法を提供する。
【００２１】
また、上記第１の発明のレーザ検出方法において、上記受光の平面における上記強度分布の対称性に加えて、さらに、上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出することができる。
【００２２】
本発明の第２の発明によれば、出射されるレーザ光の光軸が位置されるべき軸を位相シフトの中心軸として、上記中心軸に直交する位相シフト平面において、上記レーザ光の一部の光の位相のシフトを行なって、上記位相のシフトにより発生する回折光を、上記位相シフトの中心軸に直交する平面において受光し、
上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することを特徴とするレーザ検出方法を提供する。
【００２３】
また、上記第２の発明のレーザ検出方法において、上記受光の平面における上記強度分布の対称性に加えて、さらに、上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施の形態を説明するにあたって、まず、本明細書で用いられている用語の定義を説明する。
【００２５】
用語「位相のシフト」あるいは「位相シフト」とは、光に対して部分的に光学長の異なりを生じさせることにより、上記光の当該部分の位相と他の部分の位相との間に位相の位置ずれを生じさせることをいう。
【００２６】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかるレーザ加工装置の一例であるレーザ加工装置２０の概略構成を模式的に示す模式説明図を図１に示す。なお、レーザ加工装置２０においては、本発明にかかるレーザ検出方法及びレーザ加工方法を行なうことが可能となっている。
【００２８】
図１に示すように、レーザ加工装置２０は、レーザ発振器１と、レーザ発振器１より出射（あるいは発振）されたレーザ光６を伝播させるレーザ光伝送部２と、レーザ光伝送部２より伝播されるレーザ光６を、被加工対象物４の加工表面にスポット状に照射可能に集光するレーザ光集光部３とを備えている。また、レーザ加工装置２０は、被加工対象物４の加工のために照射されるレーザ光の出射状態の検出を行なうレーザ光検出部２０ａを備えている。レーザ光検出部２０ａは、レーザ光集光部３のレーザ発振器１側、具体的には、レーザ光集光部３とレーザ光伝送部２との間に配置され、上記出射されたレーザ光６の一部を上記検出用として分岐するレーザ光分岐部７と、上記分岐された一部のレーザ光よりの回折光を発生させる回折型光学素子８と、上記回折光を受光することにより、上記レーザ光の出射状態を検出することができる光電変換素子部９とを備えている。
【００２９】
レーザ発振器１より出射されるレーザ光６は、ガウス分布状のエネルギー分布を有しており、その光軸に対して略軸対称な分布を有している。また、このレーザ光６は、連続波あるいはパルス波となっている。レーザ光６としては、例えば、炭酸ガスレーザ、Ｎｄ，Ｙｂ，Ｅｒ等がドープされたＹＡＧレーザやその高調波レーザ、アルゴンレーザ、Ｔｉがドープされたサファイアレーザ、又は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等がある。
【００３０】
レーザ光伝送部２は、レーザ加工装置２０のレイアウトにより決定されるレーザ光６の伝播ルートに基づいて配置された１又は複数の折返しミラー（図示しない）やレーザ光６のビーム径を変換可能な少なくとも１枚以上のレンズ（図示しない）や、上記折返しミラーや上記レンズ等で発生する散乱光を遮光する開口等（図示しない）を備えて構成されている。
【００３１】
レーザ光集光部３は、図示しない少なくとも１枚以上のレンズを備えており、入光されるレーザ光を、所望のビーム径、ビームパターンに変換して、被加工対象物４に照射することが可能となっている。
【００３２】
レーザ光分岐部７は、例えば、ビームスプリッター、偏光ビームスプリッター、ウェッジ板、又は、ウィンドウ板を備えており（いずれも図示しない）であり、入射されるレーザ光６の一部として、例えば、レーザ加工に大きな影響を与えない程度のエネルギーとして約１０％以下のエネルギーを分岐することが可能となっている。なお、レーザ光分岐部７において、上記一部として分岐されたレーザ光をレーザ光６ａ（レーザ光６ａは分岐された一方のレーザ光の一例である）とし、そのままレーザ光集光部３に入射される残りのレーザ光をレーザ光６ｂ（レーザ光６ｂは分岐された他方のレーザ光の一例である）とする。なお、分岐されたレーザ光６ａは、レーザ光集光部３に入射されて被加工対象物４の加工用として用いられることなく、回折型光学素子８に入射されて、その出射状態の検出用として用いられることとなる。
【００３３】
レーザ加工装置２０において、被加工対象物４は、図示しないステージ等に解除可能に保持されている。なお、レーザ光検出部２０ａにおける回折型光学素子８と光電変換素子部９の詳細な構造についての説明については後述する。
【００３４】
次に、このような構成のレーザ加工装置２０におけるレーザ光６ｂの照射による被加工対象物４の加工動作について説明する。
【００３５】
まず、図１におけるレーザ加工装置２０において、上記図示しないステージに被加工対象物４を解除可能に保持させる。その後、レーザ発振器１を駆動させて、レーザ光６をレーザ光伝送部２に向けて発振して出射する。レーザ光伝送部２に入射されたレーザ光６は、上記１又は複数の折返しミラーによりその伝播ルートに従って伝送させるとともに、上記レンズにより所望のビーム径に変換された状態で、レーザ光分岐部７に向けて出射される。
【００３６】
レーザ光分岐部７に入射されたレーザ光６は、その一部がレーザ光６ａとして分岐されて、回折型光学素子８に向けて出射されるとともに、当該分岐された残りのレーザ光６ｂはそのままレーザ光集光部３に向けて出射される。レーザ光集光部３に入射されたレーザ光６ｂは、集光されてスポット状にて、上記ステージに保持されている被加工対象物４の加工表面に照射される。
【００３７】
被加工対象物４の加工表面に照射されたレーザ光６ｂは、被加工対象物４に吸収されることで被加工対象物４を局所的に加熱し、溶融、蒸発、又は昇華させることにより、被加工対象物４の加工が行なわれる。また、非常に短時間のパルス波（１０ピコ秒以下）を有するようなレーザ光６が用いられるような場合にあっては、被加工対象物４が、当該レーザ光６の波長に対して透明であるような場合であっても、当該レーザ光６が有する高い光電界により、絶縁破壊や被加工対象物４内のわずかな不純物での吸収を基に、上記被加工対象物４の加工を行うことが可能である。一方、回折型光学素子８に入射されたレーザ光６ａは、後述するように、光電変換素子部９にて、その出射状態が検出されることとなる。
【００３８】
次に、レーザ光検出部２０ａにおける回折型光学素子８及び光電変換素子部９の構成について詳細に説明する。
【００３９】
図３は、円盤形状を有する回折型光学素子８の概略構成を示す模式説明図であり、（Ａ）はレーザ光６ａの光軸と直交する方向から見た状態を示し、（Ｂ）は上記光軸沿いの方向から見た状態である。なお、図３（Ａ）においては、図示左側から右側に向けて、レーザ光６ａが伝播される。また、図３（Ｂ）は、断面図ではないが、説明の便宜上、遮光部１１にハッチングを施した図としている。
【００４０】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回折型光学素子８は、略円盤状の形状を有しており、上記分岐されたレーザ光６ａの光軸が位置されるべき軸上（すなわち、仮想直線上）に、その中心軸１２が位置されるように配置されている。また、回折型光学素子８は、レーザ光６ａの波長に対して透明である（すなわち、光学的透過性を有する）円盤状の光学素子基板１０と、レーザ光６ａの波長に対して不透明であり、レーザ光６ａを透過させることなく吸収又は反射する材料により光学素子基板１０の表面に形成され、かつ、光学素子基板１０の径よりも小さな径を有する円盤状の遮光部１１とを備えている。また、光学素子基板１０と遮光部１１との夫々の中心は、中心軸１２上に配置されている。なお、図３（Ａ）に示すように、遮光部１１は、光学素子基板１０の図示左側の表面、すなわち、レーザ光６ａの入射側表面に形成されているが、このような場合に代えて、図示右側の表面、すなわち、レーザ光６ａの出射側表面に形成されている場合であってもよく、さらに、光学素子基板１０の夫々の表面の間に形成されているような場合であってもよい。また、遮光部１１の円形状の表面が、遮光平面の一例となっており、中心軸１２が遮光の中心軸の一例となっている。さらに、遮光部１１の上記表面が中心軸１２と直交するように、遮光部１１は配置されている。
【００４１】
光学素子基板１０は、その円盤状の両面の互いの平行度が、レーザ光６の波長の１／２０程度の形成精度を有するように形成されている。また、遮光部１１は、例えば、フォトリソグラフ、マスク蒸着、又はスパッタ等の手段で、光学素子基板１０の表面に金属材料により形成された円形状の単層あるいは多層の構造を有している。また、遮光部１１の直径は、入射される上記分岐されたレーザ光６ａのビーム径よりも小さく形成、すなわち、レーザ光６ａの一部が遮光部１１において遮光されて、その周囲のレーザ光６ａが遮光されることなく通過されるように、上記直径が設定されることが望ましい。具体的には、入射される上記分岐されたレーザ光６ａのピーク強度に対する１／ｅ２のビーム径からその半値（５０％）程度の範囲のいずれかの寸法を採用することが好ましく、より好ましくは上記半値程度の寸法を採用することが望ましい。このような範囲とされることにより、発生される回折光のサイドピークの強度を十分に取ることができ、上記回折光の検出後の分解能及びＳ／Ｎ比を向上させることができるため、上記回折光の検出を良好なものとすることができるという利点がある。また、光学素子基板１０の直径は、上記分岐されたレーザ光６ａのピーク強度に対する１／ｅ２のビーム径の３倍以上程度の寸法とされることが望ましい。なお、遮光部１１はその形状が略真円形状であることが好ましいが、このような場合に代えて、円形状に近い多角形状であるような場合であってもよい。
【００４２】
また、光学素子基板１０の形成材料としては、例えば、透明材料である光学材料として、紫外光のレーザ光６に対しては、石英、又はＢＫ７等が用いられ、一方、赤外光のレーザ光６に対しては、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）、又はゲルマニウム等が用いられる。また、遮光部１１の形成材料としては、例えば、レーザ光６ａを透過させることなく遮断することができる上記金属材料として、アルミニウム、銅、又はクロム等が用いられる。また、光学素子基板１０の夫々の表面には、入射されるレーザ光６ａの反射を防止するために、反射防止膜が形成されていることが望ましく、さらに、夫々の表面における光の反射をより低減させるべく、夫々の表面の面粗さが円滑となるように、例えば、レーザ光６の波長の１／２０程度の面粗さとなるように、表面仕上げが施されていることがより好ましい。
【００４３】
このような構成の回折型光学素子８において、上記分岐されたレーザ光６ａは、例えば、図３（Ａ）に示すような連続された複数の波面１３を持って、その光軸（すなわち、回折型光学素子８の中心軸１２と一致するように配置されているはずの上記光軸）に沿って、遮光部１１が形成されている光学素子基板１０に入射する。遮光部１１上に照射されたレーザ光６ａは、当然のことながら透過することはできず遮断される。この遮断（あるいは遮光）により、遮光部１１の円形状の端部において回折光である境界回折波１５が発生する。また、遮光部１１以外の部分では、レーザ光６ａが遮断されることなく、光学素子基板１０を透過して、透過光１４が発生する。
【００４４】
幾何光学的には、図３（Ａ）に示す光学素子基板１０の右側における遮光部１１の影の内部では、レーザ光６ａに起因する光が存在しないはずであるが、境界回折波１５である遮光部１１の端部から発生する球面波が、この影の内部に回りこむ。また、上記影の内部における中心軸１２に直交する平面上での光強度は、遮光部１１の円形状の端部からの上記球面波の波動光学的な重ね合わせとなり、遮光部１１の上記端部での波面と相関のあるものとなる。
【００４５】
次に、光電変換素子部９の概略構成を示す模式説明図を図８に示す。図８に示すように、光電変換素子部９は、略円盤状の形状を有しており、その円盤状の中心が、回折型光学素子８の中心軸１２上に位置するように配置されている。また、光電変換素子部９は、光を受光可能な複数の光電変換素子と、夫々の上記光電変換素子がその表面に配置して保持する円盤状の素子プレート３０とを備えている。図８に示すように、上記夫々の光電変換素子として、素子プレート３０の中央部分には中央光電変換素子３１が、この中央光電変換素子３１を挟んでその図示上下の夫々の方向には、上下方向光電変換素子３３Ａ及び３３Ｂが、中央光電変換素子３１を挟んでその図示左右の夫々の方向には、左右方向光電変換素子３２Ａ及び３２Ｂが配置されている。また、素子プレート３０と夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂは、夫々の表面が中心軸１２と直交するように配置されている。なお、夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂが回折光を検出ずることにより、レーザ光６を検出することができるという機能を奏する限りにおいて、中心軸１２との上記直交関係に多少のズレが生じるような場合（すなわち、略直交するような場合）であってもよい。
【００４６】
夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂは、光が照射されて受光することにより、その受光された光の強度に応じた信号強度を有する電気信号を出力する機能を有している。このような光電変換素子としては、例えば、ＨｇＣｄＴｅ素子やＳｉ素子などが受光から電気信号の出力（以降、電気出力という）までの時間応答性の観点から好適であるが、このような時間応答性を考慮しない場合には、熱電対も使用可能である。
【００４７】
ここで、回折型光学素子８の中心軸１２に直交する平面における境界回折波１５の光強度分布と、素子プレート３０における夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂの配置との関係について説明する。まず、境界回折波１５の上記平面における光強度分布を、図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）においては、横軸が中心軸１２を基準位置とした対称方向の上記平面上の位置を示しており、縦軸は任意単位の光強度を示している。図５（Ａ）に示すように、境界回折波１５の光強度分布は、理想的には円筒関数的な分布となっており、具体的には、中心軸１２に該当する位置、すなわち、レーザ光６ａの光軸位置において、主ピークＰ０となっており、さらに、この主ピークＰ０の位置を挟むようにして夫々の対称な位置に、次数の異なる複数のサイドピーク、例えば、第１サイドピークＰ１、第２サイドピークＰ２等が存在している。
【００４８】
従って、このような境界回折波１５の光強度分布の特徴を検出するためには、図８に示すように、素子プレート３０の中央に中央光電変換素子３１を配置し、第１サイドピークＰ１が検出されるべく同一円周上に、図示上下及び左右の夫々の方向に少なくとも４つの光電変換素子である夫々の左右方向光電変換素子３２Ａ及び３２Ｂと、上下方向光電変換素子３３Ａ及び３３Ｂとを配置させることが望ましい。このように配置させることで、上記境界回折波１５の光強度分布における主ピークＰ０の光強度を中央光電変換素子３１により検出することができ、また、第１サイドピークＰ１の光強度を４つの光電変換素子３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂにより検出することができるからである。また、第１サイドピークＰ１の上記同一円周上に、さらに多数の光電変換素子を配置させるような場合にあっては、上記光強度の検出精度をより向上させることができる。さらに、第１サイドピークＰ１だけではなく、第２サイドピークＰ２等を検出可能な位置に光電変換素子を配置させるような場合にあっては、さらに上記光強度の検出精度を向上させることができる。また、夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂは、光の受光を検出可能な電気出力を確保することができる最小受光面積を有するような光電変換素子を用いることが好ましい。なお、夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂの表面が、受光の平面の一例となっている。
【００４９】
なお、図３（Ａ）に示すように、境界回折波１５は遮光部１１の円形状の端部で発生するが，その端部の形状は、理想的には中心軸１２と略平行な面を形成するようにすることが望ましい。このような場合にあっては、当該端部より発生される境界回折波１５の伝播特性を理論的なものとすることができ、光電変換素子部９における夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂの夫々の配置を理論的に決定することができる。しかしながら、上述したように、遮光部１１は、光学素子基板１０の表面上にスパッタ等の手段で形成されているため、当該端部の形状を上記理想的なものとすることは困難であり、実際には、中心軸１２に対して僅かに傾斜された面（すなわち、テーパ状の面）を形成することとなる。このような場合にあっては、当該端部において境界回折波１５の発生は、上記傾斜された面上の複数点からのものとなるため、境界回折波１５の伝播特性は複雑なものとなってしまう。従って、夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂの最適な配置設置の決定にあたっては、実験的に求めることが好適である。
【００５０】
次に、このような構成の回折型光学素子８及び光電変換素子部９により発生されて検出されるレーザ光６ａの境界回折波１５の様々な光強度パターンについて、図５（Ｂ）から図５（Ｄ）に示す光強度の分布図を用いて説明する。
【００５１】
まず、被加工対象物４に対して良好な加工が行われている場合の境界回折波１５の光強度パターンが図５（Ａ）とすると、レーザ光６がレーザ光伝送部２を伝播後にそのエネルギーが低下した場合の境界回折波１５の光強度パターンは、その波形形状が保持されるものの、全体的な強度が低下されたものとなる。このような光強度パターンの例を図５（Ｂ）に示す。また、このようにレーザ光６の出力パワーの低下が発生したような場合にあっては、光電変換素子部９において、夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂの間の電気出力比は変化せず、全体的に電気出力量が低下することとなり、このような低下の発生を検出することにより、当該出力パワーの低下の発生を検出することができる。
【００５２】
また、レーザ光６がレーザ光伝送部２を伝播後にその出射方向が変化した場合の境界回折波１５の光強度パターンの例を図５（Ｃ）に示す。このような場合にあっては、回折型光学素子８に入射されるレーザ光６ａの光軸が、回折型光学素子８の中心軸１２に対して傾くこととなるため、遮光部１１に照射されるレーザ光６ａの夫々の波面１３も傾いたものとなる。従って、図５（Ｃ）に示すように、その光強度パターンは、中心軸１２に対するその最大強度の位置である主ピークＰ０の位置が変化し、第１サイドピークＰ１及び第２サイドピークＰ２等の夫々の光強度が、主ピークＰ０に対して非対称なものとなる。また、このようにレーザ光６の出射方向が変化したような場合にあっては、光電変換素子部９において、中央光電変換素子３１の電気出力が低下して、さらに、左右方向光電変換素子３２Ａ及び３２Ｂとの間、あるいは、上下方向光電変換素子３３Ａ及び３３Ｂとの間、あるいは、夫々の左右方向光電変換素子３２Ａ及び３２Ｂと夫々の上下方向光電変換素子３３Ａ及び３３Ｂとの間において、電気出力比の変化が発生することとなり、当該変化の発生を検出することができる。
【００５３】
さらに、レーザ光６がレーザ光伝送部２を伝播後にその波面１３の分布が変化した場合の境界回折波１５の光強度パターンの例を図５（Ｄ）に示す。このような場合にあっては、図５（Ｄ）に示すように、その光強度パターンは、主ピークＰ０、第１サイドピークＰ１及び第２サイドピークＰ２等の位置は、図５（Ａ）の場合と比べてほとんど変化しないものの、境界回折波１５の重ね合わせ状態が変化するため、夫々のピークにおける光強度が変化したものとなる。また、このようにレーザ光６の波面分布が変化したような場合にあっては、光電変換素子部９において、中央光電変換素子３１の電気出力が変化しない場合であっても、左右方向光電変換素子３２Ａ及び３２Ｂとの間、あるいは、上下方向光電変換素子３３Ａ及び３３Ｂとの間、あるいは、夫々の左右方向光電変換素子３２Ａ及び３２Ｂと夫々の上下方向光電変換素子３３Ａ及び３３Ｂとの間において、電気出力比の変化が発生することとなり、当該変化の発生を検出することができる。
【００５４】
このように回折型光学素子８で発生された境界回折波１５を、光電変換素子部９で受光して、その光強度パターンとして検出して、特にその時間的変化を図５（Ａ）に示す正常な状態の光強度パターンと比較することにより、レーザ光伝送部２を伝播後のレーザ光６のエネルギー（出力パワー）、出射方向，波面分布の夫々の変動の発生有無とその変化量を相対的に検出することが可能となる。具体的には、上記検出された光強度パターンと上記図５（Ａ）に示す正常な状態の光強度パターンとにおいて、境界回折波１５の光強度を比較することにより、レーザ光６のエネルギー（出力パワー）の変動及びその変化量を検出することができ、上記光強度における最大位置である主ピークＰ０の位置と中心軸１２との位置ずれを比較することにより、レーザ光６の出射方向の変動及びその変化量を検出することができ、さらに、主ピークＰ０の位置に対する強度分布の対称性として、夫々の第１サイドピークＰ１及び夫々の第２サイドピークＰ２の互いの光強度の対称性を比較することにより、レーザ光６の波面分布の変動及びその変化量を検出することができる。
【００５５】
また、レーザ加工装置２０においては、さらに、レーザ分岐部７と回折型光学素子８との間におけるレーザ光６ａの光軸上、あるいは、回折型光学素子８と光電変換素子部９との間におけるレーザ光６ａの光軸上に、レンズ等を挿入して、回折型光学素子８に入射するレーザ光６ａのビーム径や波面の制御を行うことや、光電変換素子部９に入射する回折波パターンのサイズを制御を行なうような場合であってもよい。このような制御を行うことにより、光電変換素子部９にて受光される境界回折波１５の受光状態を、その光強度パターンの検出にあたって、最適な状態とすることができる場合もあるからである。
【００５６】
ここで、レーザ加工装置２０において、レーザ発振器１より出射されるレーザ光６に対して、その出力パワー、出射方向、及び、波面分布の夫々の変化が発生する一般的な要因について説明する。
【００５７】
まず、レーザ光の出力パワーの変化は、例えば、レーザ発振のための反転分布を発生させるための励起に起因して発生する。すなわち、励起エネルギーの変動の発生が、略直接的にレーザ光の出力パワーの変化の発生に結び付くこととなる。
【００５８】
また、レーザ光は空間的分布を持つため、その励起も空間的分布を持つことになる。このため、例えば、励起エネルギーが空間的に均一でない場合においては、励起エネルギーによる被励起媒質である固体やガス媒質に瞬間的にかつ時間的に熱分布が生じることとなる。この熱分布は媒質の屈折率変化を誘起するため、このような場合にあっては、媒質がレンズ的な役割を果たすこととなって、レーザ光の出射方向の変化を引き起こすこととなる。
【００５９】
さらに、媒質の空間的な屈折率の変化は、この空間を通過するレーザ光に対して、不均一な光学長を与えることとなる。このような不均一な光学長の付与は、レーザ光の波面分布の変化を発生させることとなる。なお、このようなレーザ光の波面分布の変化や出射方向の変化は、上述のような要因に限定されることなく、その他の要因によっても発生し得る。
【００６０】
例えば、レーザ加工装置を構成する際に、レーザ発振器から被加工材料に至るまでには、種々の光学部品が用いられている。例えば、折り返しミラー、伝送レンズ、さらに集光（投影）レンズ等である。これらの光学部品は当前のことながら、何らかの治具に支持（あるいは保持）されているが、この支持に非対称性（すなわち、レーザ光の光軸に対する非対称性）やひずみがあるような場合にあっては、外部からの熱や振動によって、空間的に非対称的な変動をもたらすこととなる。このような空間的な非対称的変動は、伝播するレーザ光の出射方向や波面分布に変動をもたらす要因となる。
【００６１】
（回折型光学素子の変形例について）
次に、上述において説明した回折型光学素子８とは、異なる構成を有する回折型光学素子について説明する。このような回折型光学素子の一例として、円盤形状を有する回折型光学素子１８の概略構成を示す模式説明図を図４に示す。なお、図４において、（Ａ）はレーザ光６ａの光軸と直交する方向から見た状態を示し、（Ｂ）は上記光軸沿いの方向から見た状態を示す。なお、図４に示す回折型光学素子１８のうち、図３に示す回折型光学素子８と同じ構成部分については、同一の符号を用いて説明するものとする。なお、図４（Ａ）においては、図示左側から右側に向けて、レーザ光６ａが伝播される。また、図４（Ｂ）は断面図ではないが、説明の便宜上、透光部１６にハッチングを施した図としている。
【００６２】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回折型光学素子１８は、略円盤状の形状を有しており、上記分岐されたレーザ光６ａの光軸が位置されるべき軸上に、その中心軸１２が位置されるように配置されている。また、回折型光学素子１８は、レーザ光６ａの波長に対して透明である（すなわち、光学的透過性を有する）円盤状の光学素子基板１０と、レーザ光６ａの波長に対して透明であり（すなわち、光学的透過性を有し）、レーザ光６ａを遮光することなく、透過させる材料により光学素子基板１０の表面に形成され、かつ、光学素子基板１０の径よりも小さな径を有する円盤状の透光部１６とを備えている。
【００６３】
また、透光部１６は、例えば、切削加工、フォトリソグラフ、マスク蒸着、又はスパッタ等の手段で、光学素子基板１０の表面に、上記光透過性の材料により形成された円形状の単層あるいは多層の構造を有している。なお、この透光部１６の上記構造は、光学素子基板１０の形成材料と同一の材料あるいは異種材料により形成された単層構造、又は、上記同一の材料と上記異種材料との多層構造、又は、上記異種材料同士の多層構造のいずれであってもよい。また、透光部１６の上記光透過性の形成材料としては、例えば、光学材料として、紫外光のレーザ光６に対しては、石英、又はＢＫ７等が用いられ、一方、赤外光のレーザ光６に対しては、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）、又はゲルマニウム等が用いられる。なお、光学素子基板１０の夫々の表面と同様に、透光部１６の夫々の表面にも、入射されるレーザ光６ａの反射を防止するために、反射防止膜が形成されていることが望ましい。
【００６４】
また、回折型光学素子８における遮光部１１の直径と同様に、透光部１６の直径は、入射される上記分岐されたレーザ光６ａのピーク強度に対する１／ｅ２のビーム径からその半値（５０％）程度の範囲のいずれかの寸法を採用することが好ましく、より好ましくは上記半値程度の寸法を採用することが望ましい。
【００６５】
また、図４（Ａ）に示すように、透光部１６は、光学素子基板１０の図示左側の表面、すなわち、レーザ光６ａの入射側表面に形成されているが、このような場合に代えて、図示右側の表面、すなわち、レーザ光６ａの出射側表面に形成されている場合であってもよい。
【００６６】
このような構成の回折型光学素子１８において、上記分岐されたレーザ光６ａは、例えば、図４（Ａ）に示すような連続された複数の波面１３を持って、その光軸に沿って、透光部１６が形成されている光学素子基板１０に入射する。光学素子基板１０の表面に照射されたレーザ光６ａは、透光部１６が形成されている部分も含めて透過することとなる。ところが、光学素子基板１０において、透光部１６及び光学素子基板１０を透過した透過光１７と、光学素子基板１０のみを透過した透過光１４との間では、夫々の位相関係が異なることとなる。これは、光学素子基板１０が形成されている分だけ、その光学長の異なりが発生するためである。これにより、透過光１４と透過光１７との間に位相ずれ、すなわち、いわゆる位相のシフトが発生する。この位相のシフトの発生により、透光部１６の端部において境界回折波１５が、遮光部１１の場合と同様に発生する。ただし、回折型光学素子１８においては、光学素子基板１０の表面に形成されている透光部１６においてもレーザ光６ａを透過させるため、上記発生された境界回折波１５は、その上記球面波の波動光学的な重ね合わせとなるだけでなく、透過光１４及び透過光１７ともさらに重ね合わさることとなる。
【００６７】
また、透光部１６を用いた場合の境界回折波１５の光強度パターンは、遮光部１１を用いた場合と略同一であり、その検出方法も同様である。なお、上記位相のシフトを有効に発生させるため、透光部１６の光学長Ｌは、レーザ光の波長をλとした場合に、Ｌ＝（ｎ＋１／２）λ；（ただし、ｎは整数）（すなわち、半波長（１８０度））として決定されることが望ましい。さらに，境界回折波１５と透過光１４及び１７との重ね合わせを考慮する場合には、光学素子基板１０に入射されるレーザ光６ａの波面１３は単純な方が好ましく、すなわち、回折型光学素子１８をレーザ光６ａのビームウエスト位置（波面曲率＝平面、無限大）に配置させることが望ましい。なお、透光部１６の円形状の表面が位相シフト平面の一例となっており、また、中心軸１２が位相シフトの中心軸の一例となっている。さらに、透光部１６の上記平面が中心軸１２と直交するように、透過光１６は配置されている。
【００６８】
このように、回折型光学素子８に代えて、回折型光学素子１８を用いるような場合にあっては、より精度の高い上記検出を行うことができる。具体的には、図３に示す回折型光学素子８においては、遮光部１１によりレーザ光６ａの一部を遮光することにより、境界回折波１５を発生させているが、この境界回折波１５の発生は遮光部１１の端部のみからであり、レーザ光６ａの波面全体を完全に反映したものではない。しかしながら、図４に示す回折型光学素子１８においては、発生された境界回折波１５に対して、さらに透過光１４及び１７を重ね合わせることができる。従って、境界回折波１５の光強度パターンには、透過光１４及び１７も反映されることとなるため、レーザ光６ａの波面１３全体が上記光強度パターンに影響を与え、さらに精度の高い検出が可能となる。
【００６９】
また、遮光部１１と同様に、透光部１６は、光学素子基板１０の表面上にスパッタ等の手段で形成されているため、当該端部の形状を上記理想的なもの（すなわち、当該端部により中心軸１２と略平行な面が形成されるような形状）とすることは困難であり、実際には、中心軸１２に対して僅かに傾斜された面（すなわち、テーパ状の面）を形成することとなる。このような場合にあっては、当該端部において境界回折波１５の発生は、上記傾斜された面上の複数点からのものとなるため、境界回折波１５の伝播特性は複雑なものとなってしまう。従って、夫々の光電変換素子３１、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂの最適な配置設置の決定にあたっては、実験的に求めることが好適である。
【００７０】
なお、このような光電変換素子の一例として多数のＣＣＤが光学素子基板１０の表面全体に配置されて、光学素子基板１０の表面全体において受光される境界回折波１５の光強度パターンが検出されるような場合であってもよい。
【００７１】
（光電変換素子部の出力処理について）
上述のような構成を有するレーザ加工装置２０においては、光電変換素子部９にて検出されたレーザ６の夫々の変化状態に基づいて、加工処理が施される被加工対象物４の加工品質の良否判定を行なうことができる加工品質判定部４０がさらに備えられている。この加工品質判定部４０についてその構成及び判定手順について、詳細に説明する。
【００７２】
まず、図９に、加工品質判定部４０の主要な構成例を示す制御ブロック図を示す。図９に示すように、加工品質判定部４０は、光電変換素子部９と接続されており、受光されるレーザ光６ａの光強度パターンに基づいて、光電変換素子部９より出力される電気出力を入力することが可能となっている。また、加工品質判定部４０は、レーザ光６が良好な状態で出射されている場合（すなわち、被加工対象物４の加工を良好に行い得る状態で出射されている場合）に示す上記光強度パターンに基づいて検出される電気出力を「基準データ」として予め入力しておくことができ、この「基準データ」と光電変換素子部９から実際に入力される上記電気信号とを比較することにより、実際に検出されたレーザ光６の出射状態を良否を判定することが可能となっている。
【００７３】
このような機能を成し得るために、図９に示すように、加工品質判定部４０は、様々な種類の被加工対象物４に応じた夫々の上記基準データをデータベースとして取り出し可能に保持するデータベース部４４と、上記入力される電気出力、及び、データベース部４４より加工が行なわれる被加工対象物４に応じて取り出された上記基準データを一時的に記憶して保持することが可能なメモリ部４３と、上記電気出力と上記基準データとのデータ比較等を行なうとともに、当該データ比較の結果に基づいてレーザ光６による被加工対象物４の加工品質の良否判定を行なう演算部４１と、上記データ比較結果、又は、上記加工品質の良否判定結果の出力を行なう出力部４２とを備えている。なお、出力部４２の機能としては、当該データ等を、外部に出力し得ればよく、その形態としては、例えば、モニタ、プリンタ、電気信号出力等、様々な形態のものを用い得る。
【００７４】
また、演算部４１は、上記電気出力と上記基準データとを、予めマッピングされたデータにマッチングさせることによって、上記データ比較、すなわち、レーザ光６の出力パワー、出射の方向、及び波面分布の変化量の算出を行ない、当該変化量が規定値を超えた場合に、上記加工品質の不良の判定を行なうことが可能となっている。
【００７５】
次に、このような構成の加工品質判定部４０において、上記加工品質の良否判定を行なう場合の手順について、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００７６】
図１０に示すように、まず、ステップＳ１において、レーザ加工装置２０に加工可能に保持された被加工対象物４の種類に応じた基準データが選択されて、演算部４１により、データベース部４４から当該基準データが取り出されて、メモリ部４３に入力されて取り出し可能に記憶される。
【００７７】
次に、レーザ加工装置２０において、レーザ発振器１よりレーザ光６が出射されて、被加工対象物４の加工が開始される。それとともに、レーザ光分岐部７において分岐されたレーザ光６ａから発せられた境界回折波１５が光電変換素子部９にて受光されて、その光強度パターンが電気出力に変換されて、ステップＳ２において、加工品質判定部４０におけるメモリ部４３に取り出し可能に記憶される。
【００７８】
その後、ステップＳ３において、メモリ部４３に記憶された上記基準データと上記電気出力とが、演算部４１により取り出されて、互いのデータ比較が行なわれ、出射されたレーザ光６の変化量が算出される。その後、ステップＳ４において、この算出された変化量に基づいて、レーザ光６による被加工対象物の加工品質の判定が演算部４１により行なわれる。例えば、上記基準データ等に基づいて予め設定されている規定量を基準として、上記算出された変化量が当該規定量を超えない場合には、上記加工品質は良好な状態の許容範囲内であるものとして良判定を行ない、一方、上記変化量が当該規定量を超えるような場合には、レーザ光６の出射状態に不良が発生したものとして、上記加工品質の不良判定を行なう。なお、この判定結果は、出力部４２により、加工品質判定部４０の外部に出力される。また、上記加工品質の不良判定とともに、当該不良の発生内容（具体的な不良状態）や発生時間、さらに発生ポイント等も併せて出力することもできる。
【００７９】
なお、本第１実施形態においては、遮光部１１や透光部１６を用いて、境界回折波１５を発生させて、当該境界回折波１５を検出することでもって、レーザ光６の出力パワー、出射方向、及び、波面分布の検出を行なっているが、このような上記検出の機能を奏する限りにおいて、遮光部１１の上記表面及び透光部１６の上記表面と、中心軸１２との間の「直交」関係に、多少のズレが生じるような場合（すなわち、略直交に配置されているような場合）であってもよい。
【００８０】
（第１実施形態による効果）
上記第１実施形態によれば、以下のような種々の効果を得ることができる。
【００８１】
まず、レーザ光分岐部７にて分岐されたレーザ光６ａより、回折型光学素子８にて境界回折波１５を発生させて、光電変換素子部９においてこの境界回折波１５の光強度パターンを受光することにより、レーザ光６ａの出力パワー、出射の方向だけでなく、その波面分布をも併せて同時的に検出することができる。また、このレーザ光６ａの検出結果に基づいて、分岐他方のレーザ光６ｂの出射状態を推定することができ、レーザ光６ｂの照射によりレーザ加工が施される被加工対象物４の加工品質を推定することができる。
【００８２】
これにより、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、出射されるレーザ光６の変化状態をより高い精度でもって検出することができるレーザ加工に対する加工品質を向上させることができる。例えば、熱加工としての波長的限界水準の加工孔径の加工をも安定して行なうことが可能となる。
【００８３】
また、回折型光学素子８において、レーザ光６ａに対して光学的透過性を有する円盤状の光学素子基板１０の表面にその中心を同じとする円盤状の遮光部１１が形成されていることにより、光学素子基板１０に照射されるレーザ光６ａのうち、遮光部１１に照射されたレーザ光６ａのみを遮断することでもって、遮光部１１の上記円形の端部より境界回折波１５を発生させることができる。このように、境界回折波１５を発生させて、同位相から境界回折波１５が重ね合わされた状態の光強度パターンを光電変換素子部９にて受光することにより、レーザ光６ａの上記検出を確実に行なうことができる。
【００８４】
また、回折型光学素子１８において、レーザ光６ａに対して光学的透過性を有する円盤状の光学素子基板１０の表面にその中心を同じとして、同じく光学的透過性を有する円盤状の透光部１６が形成されていることにより、光学素子基板１０に透過するレーザ光６ａのうち、透光部１６及び光学素子基板１０を透過する透過光１７と、光学素子基板１０のみをを透過する透過光１４との間に光の位相のシフトを発生されることでもって、透光部１６の上記円形の端部より境界回折波１５を発生させることができる。この境界回折波１５は、透過光１４及び１７ともさらに重ね合わせることができるため、境界回折波１５の光強度パターンに、透過光１４及び１７をも反映させることができ、レーザ光６ａの波面１３全体が上記光強度パターンに影響を与えて、より精度の高いレーザ光６の状態の検出を行なうことができる。
【００８５】
また、回折型光学素子８において遮光部１１の直径を、あるいは、回折型光学素子１８において、透光部１６の直径を、夫々、上記分岐されたレーザ光６ａのピーク強度に対する１／ｅ２のビーム径からその半値程度の範囲のいずれかの寸法とするような場合にあっては、上記発生される境界回折波１５の検出を良好なものとすることができる。
【００８６】
また、上記境界回折波１５の検出にあたっては、光電変換素子部９において、素子プレート３０の中央、すなわち、境界回折波１５の光軸が位置されるべき位置に、中央光電変換素子３１を配置して、境界回折波１５の第１サイドピークＰ１が検出されるべく同一円周上に、少なくとも４つの光電変換素子３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂを、略均等な間隔でもって配置させることにより、境界回折波１５の光強度分布における主ピークＰ０の光強度を中央光電変換素子３１により検出することができ、また、第１サイドピークＰ１の光強度を、上記４つの光電変換素子３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、及び３３Ｂにより検出することができる。このような光電変換素子部９において、全体的な光強度に低下が検出されることにより、レーザ光の出力パワーの変動（低下）を検出することができ、主ピークＰ０の位置の変化が検出されることにより、レーザ光の出射の方向を検出することができ、第１サイドピークＰ１における光強度の変化が検出されることにより、レーザ光の波面分布の変化を検出することができる。
【００８７】
また、レーザ加工装置２０において、加工品質判定部４０が備えられていることにより、被加工対象物４に対してレーザ光６ｂを照射してレーザ加工を行ないながら、レーザ光分岐部７において分岐されたレーザ光６ａよりの境界回折波１５の光強度パターンを光電変換素子部９において受光しながら、その受光結果である電気出力を、加工品質判定部４０に入力させて、レーザ光６の出射における変化状態を検出（モニタリング）することができる。これにより、加工品質判定部において、予め入力された基準データを基として、レーザ光６による被加工対象物の加工品質の不良判定を行なうことができるとともに、当該不良の発生内容（具体的な不良状態）や発生時間、さらに発生ポイント等の特定も併せて行なうことができる。
【００８８】
具体的な例としては、例えば、従来のレーザ加工においては、１枚の基板（被加工対象物の一例である）上に数百〜数千個の孔をレーザ加工する際に用いられることがある。このようなレーザ加工においては、上記夫々の孔の真円度の均一性や孔位置の精度が要求され、例え１つの孔形状の不良や、位置の不良でも、その基板自体が不良となってしまう場合がある。これは、例えば、このような夫々の孔を用いて多層基板間の導通を取る際（すなわち、夫々の孔を導通孔として用いる際）に、夫々の孔内部に導電ペーストを注入するが、夫々の孔の真円度が不良だと導電ペーストが孔の下部まで達せず導通が取れなくなる場合があるという問題がある。また、位置精度に不良が生じると積層する基板間の夫々の孔位置が異なるため、やはり導通が取れない場合が生じ得るという問題がある。このような問題が発生するような場合であっても、従来のレーザ加工においては、個々の基板の不良判定は行われずに、最終工程を経た後の完成品の検査で不良判定を行なっているため、レーザ加工の段階で上記不良が発生しているような場合にあっては、その後の工程に無駄が生じることとなる。
【００８９】
しかしながら、上記第１実施形態のレーザ加工装置においては、個々の孔加工精度を、当該加工に用いるレーザ光の出力パワーの変動、及び出射方向の変動のみならず、レーザ光の波面分布もモニターすることができるため、基板毎の良否判定をインラインで行うことができ、従来のように無駄な工程を発生させることを回避することができる。なお、レーザ光の出力パワーの変動は、主に孔径の変化ならびに孔深さに影響を与え、また、出射方向の変化は主に孔加工位置と孔形状に影響を与え、波面分布変化は主に孔径と孔形状に影響を与えることとなるが、これらの変化や不良の発生を、その加工を行ないながら検出（あるいはモニター）することができ、より効率的でかつ精度の高いレーザ加工を提供することができる。
【００９０】
（第２実施形態）
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第２の実施形態にかかるレーザ加工装置の一例であるレーザ加工装置５０の概略構成を模式的に示す模式説明図を図２に示す。
【００９１】
図２に示すように、レーザ加工装置５０は、上記第１実施形態のレーザ加工装置２０の構成と比べて、レーザ光集光部３に代えて、マスク像投影型レーザ光集光部５を備えている点において異なっているのみであり、その他の構成は同様となっている。なお、図２のレーザ加工装置５０において、図１のレーザ加工装置２０と同じ構成の部分には、同じ符号を用いて示している。
【００９２】
次に、このような構成のレーザ加工装置５０の構成及び動作について、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９３】
上記第１実施形態のレーザ加工装置２０においては、レーザ発振器１から発振（出射）されたレーザ光６は、レーザ光伝播部２を伝播した後、少なくとも１枚以上のレンズを含むレーザ光集光部３によって、所望のビーム径、ビームパターンに変換されて被加工対象物４に照射される。
【００９４】
一方、本第２実施形態のレーザ加工装置５０においては、レーザ光集光部３に変わってマスク像投影型レーザ光集光部５が設置されているが、マスク像投影型レーザ光集光部５は、被加工対象物４上に加工したいパターンと相似な開口を有するマスク（図示しない）と、このマスク像を被加工対象物４上に投影する少なくとも１枚以上のレンズからなる投影レンズ（図示しない）とを備えている。
【００９５】
また、上記マスクと上記投影レンズ間には、少なくとも１つ以上のガルバノミラー（図示しない）を設置することも可能であり、上記ガルバノミラーを走査することで被加工対象物４上で加工パターンを走査することが可能となる。また、上記投影レンズは、拡大若しくは縮小投影を行なうことが可能となっており、一般的には縮小投影とすることで、上記マスク上のレーザ光６のエネルギー密度を被加工対象物４上で増大させることにより、被加工対象物４の加工閾値エネルギー密度を得、逆に、上記マスク上のエネルギー密度を低減させることにより、上記マスクのレーザ光６による損傷を回避している。
【００９６】
このようなマスク像投影法を用いた加工の際に、上記マスク像の回折像を投影レンズで再回折させることで被加工対象物４上にマスクパターンの加工パターンを投影させている。このため、上記マスクに入射するレーザ光６のエネルギー分布、入射方向、波面分布がより重要となるが、上記第１実施形態の場合と同様に、分岐されたレーザ光６ａにより発生する境界回折波１５を受光することにより、レーザ光の出力パワー、出射の方向、及び波面分布を検出することができるため、確実なレーザ加工を行なうことができる。
【００９７】
（第２実施形態による効果）
上記第２実施形態によれば、マスク像投影型レーザ集光部５を備えるレーザ加工装置５０においては、上記マスクに入射するレーザ光６のエネルギー分布、入射方向、波面分布がより重要となるが、上記第１実施形態の場合と同様に、分岐されたレーザ光６ａにより発生する境界回折波１５を受光することにより、レーザ光の出力パワー、出射の方向、及び波面分布を検出しながら上記レーザ加工を行なうことができるため、このようなレーザ光の検出をより有効なものとすることができる。
【００９８】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００９９】
（本発明の夫々の態様による効果）
本発明の第１態様によれば、出射されるレーザ光の光軸が位置されるべき軸を遮光の中心軸として、上記中心軸に直交する遮光平面において、上記レーザ光の一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光を、上記遮光の中心軸に直交する平面において受光し、
上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することを特徴とするレーザ検出方法を提供する。
【０１００】
上記第１態様によれば、出射されるレーザ光の一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光を上記遮光の中心軸に直交する平面にて受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することができる。これにより、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。
【０１０１】
本発明の第２態様によれば、上記受光の平面における上記強度分布の対称性に加えて、さらに、上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出する第１態様に記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１０２】
上記第２態様によれば、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び、その波面分布をも併せて同時的に検出することができる。これにより、従来から行なわれている上記レーザ光の出力パワーや上記出射の方向に加えて、上記波面分布をも検出することができ、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。また、このような検出が行なわれるレーザ光を用いたレーザ加工に対する加工品質を向上させることができ、より高精度なレーザ加工におけるレーザ光の検出を行うことができる。
【０１０３】
本発明の第３態様によれば、上記遮光平面は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記遮光は、上記レーザ光の一部を上記略円形状に遮光することにより行なわれる第１態様又は第２態様に記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１０４】
上記第３態様によれば、上記遮光平面を、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、上記遮光が、上記レーザ光の一部を上記遮光平面の形状である上記略円形状に遮光することにより、上記遮光平面の端部より上記回折光を発生させることができる。これにより、上記回折光の重ね合わせ状態を上記受光の平面にて受光し、上記検出を行うことができる。
【０１０５】
本発明の第４態様によれば、出射されるレーザ光の一部を分岐し、
上記分岐されたレーザ光に対して、上記一部の遮光を行なって、上記検出を行なう第１態様から第３態様のいずれか１つに記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１０６】
上記第４態様によれば、出射されるレーザ光の一部を分岐した後に、上記分岐されたレーザ光の一部を上記遮光して、上記検出を行うことにより、上記分岐された他方のレーザ光の出射状態を、上記検出結果より推定することができる。従って、例えば、上記他方のレーザ光を被加工対象物に照射してレーザ加工を行う場合等において、当該加工を行いながら、その加工品質を推定することができ、当該レーザ検出が用いられるレーザ加工において、より効率的かつ高精度な加工を行うことができる。
【０１０７】
本発明の第５態様によれば、出射されるレーザ光の光軸が位置されるべき軸を位相シフトの中心軸として、上記中心軸に直交する位相シフト平面において、上記レーザ光の一部の光の位相のシフトを行なって、上記位相のシフトにより発生する回折光を、上記位相シフトの中心軸に直交する平面において受光し、
上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することを特徴とするレーザ検出方法を提供する。
【０１０８】
上記第５態様によれば、出射されるレーザ光の一部の光の位相のシフトを行って、上記位相のシフトにより発生する回折光を上記位相シフトの中心軸に直交する平面にて受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することができる。これにより、上記第１態様による効果と同様に、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。また、このような上記位相のシフトにより発生された回折光は、上記遮光という手段を用いていないため、上記レーザ光の波面全体を上記回折光に影響させることができ、より精度の高い検出を行えるという利点がある。
【０１０９】
本発明の第６態様によれば、上記受光の平面における上記強度分布の対称性に加えて、さらに、上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出する第５態様に記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１１０】
上記第６態様によれば、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、さらに、その波面分布を併せて同時的に検出することができる。これにより、従来から行なわれている上記レーザ光の出力パワーや上記出射の方向に加えて、上記波面分布をも検出することができ、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。
【０１１１】
本発明の第７態様によれば、上記位相シフト平面は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記位相のシフトは、上記位相シフト平面を透過された上記レーザ光の一部の光の位相を、他の上記レーザ光の光の位相よりずらすことにより行なわれる第５態様又は第６態様に記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１１２】
上記第７態様によれば、上記位相シフト平面を、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、上記位相のシフトが、上記位相シフト平面を透過されたレーザ光の一部の光の位相を、他の上記レーザ光の光の位相よりずらすことにより、上記位相シフト平面の端部より上記回折光を発生させることができる。これにより、上記回折光の重ね合わせ状態を上記受光の平面にて受光し、上記検出を行うことができる。
【０１１３】
本発明の第８態様によれば、出射されるレーザ光の一部を分岐し、
上記分岐されたレーザ光に対して、上記一部の光の位相のシフトを行って、上記検出を行なう第５態様から第７態様のいずれか１つに記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１１４】
上記第８態様によれば、上記出射されるレーザ光の一部を分岐した後に、上記分岐されたレーザ光の一部の上記位相のシフトを行って、上記検出を行うことにより、上記分岐された他方のレーザ光の出射状態を、上記検出結果より推定することができる。従って、上記第４態様による効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
本発明の第９態様によれば、上記光の位相のシフトは、上記レーザ光におけるビームウェスト位置において行なわれる第５態様から第８態様のいずれか１つに記載のレーザ検出方法を提供する。
【０１１６】
上記第９態様によれば、上記光の位相のシフトを、上記レーザ光におけるビームウェスト位置にて行うことにより、上記位相のシフトが行なわれるレーザ光の波面を単純なものとすることができ、上記発生される回折光の検出をより明確かつ良好なものとすることができ、検出精度を向上させることができる。
【０１１７】
本発明の第１０態様によれば、出射されたレーザ光を被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の加工を行なうレーザ加工方法において、
上記出射されたレーザ光の一部を分岐して、
上記分岐された一方のレーザ光の光軸が位置されるべき軸を遮光の中心軸として、上記中心軸に直交する遮光平面において、上記一方のレーザ光のさらに一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光を、上記遮光の中心軸に直交する平面において受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度、上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出しながら、
上記分岐された他方のレーザ光を上記被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の上記加工を行なうことを特徴とするレーザ加工方法を提供する。
【０１１８】
上記第１０態様によれば、出射されるレーザ光の一部を分岐して、上記分岐された一方のレーザ光のさらに一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光を上記遮光の中心軸に直交する平面にて受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度、上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向だけでなく、その波面分布をも併せて同時的に検出することができる。
【０１１９】
さらに、上記分岐された他方のレーザ光により被加工対象物の加工を行いながら、その出射状態を、上記一方のレーザ光の検出結果より推定することができる。従って、上記他方のレーザ光を被加工対象物に照射して当該加工を行いながら、その加工品質を推定することができ、より効率的かつ高精度な加工を行うことができる。
【０１２０】
これにより、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができ、さらに、このような検出が行なわれるレーザ光を用いたレーザ加工に対する加工品質を向上させることができる。
【０１２１】
本発明の第１１態様によれば、上記遮光平面は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記遮光は、上記一方のレーザ光の一部を上記略円形状に遮光することにより行なわれる第１０態様に記載のレーザ加工方法を提供する。
【０１２２】
上記第１１態様によれば、上記遮光平面を、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、上記遮光が、上記一方のレーザ光の一部を上記遮光平面の形状である上記略円形状に遮光することにより、上記遮光平面の端部より上記回折光を発生させることができる。これにより、上記回折光の重ね合わせ状態を上記受光の平面にて受光し、上記検出を行うことができる。
【０１２３】
本発明の第１２態様によれば、出射されたレーザ光を被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の加工を行なうレーザ加工方法において、
上記出射されたレーザ光の一部を分岐して、
上記分岐された一方のレーザ光の光軸が位置されるべき軸を位相シフトの中心軸として、上記中心軸に直交する位相シフト平面において、上記一方のレーザ光のさらに一部の光の位相のシフトを行なって、上記位相のシフトにより発生する回折光を、上記位相シフトの中心軸に直交する平面において受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度、上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出しながら、
上記分岐された他方のレーザ光を上記被加工対象物に照射して、上記被加工対象物の上記加工を行なうことを特徴とするレーザ加工方法を提供する。
【０１２４】
上記第１２態様によれば、出射されるレーザ光の一部を分岐して、上記分岐された一方のレーザ光のさらに一部の光の位相のシフトを行って、上記位相のシフトにより発生する回折光を上記位相シフトの中心軸に直交する平面にて受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度、上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれ、及び上記最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記一方のレーザ光の出力パワー、上記出射の方向だけでなく、その波面分布をも併せて同時的に検出することができる。
【０１２５】
さらに、上記分岐された他方のレーザ光により被加工対象物の加工を行いながら、その出射状態を、上記一方のレーザ光の検出結果より推定することができる。従って、上記他方のレーザ光を被加工対象物に照射して当該加工を行いながら、その加工品質を推定することができ、より効率的かつ高精度な加工を行うことができる。
【０１２６】
これにより、上記第１０態様による効果と同様に、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。また、このような上記位相のシフトにより発生された回折光は、上記遮光という手段を用いていないため、上記レーザ光の波面全体を上記回折光に影響させることができ、より精度の高い検出を行えるという利点がある。
【０１２７】
本発明の第１３態様によれば、上記位相シフト平面は、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、
上記位相のシフトは、上記位相シフト平面を透過した上記一方のレーザ光の一部の光の位相を、他の上記レーザ光の光の位相よりずらすことにより行なわれる第１２態様に記載のレーザ加工方法を提供する。
【０１２８】
上記第１３態様によれば、上記位相シフト平面を、その中心が上記中心軸上に配置された略円形状の平面であって、上記位相のシフトが、上記位相シフト平面を透過された上記一方のレーザ光の一部の光の位相を、他の上記レーザ光の光の位相よりずらすことにより、上記位相シフト平面の端部より上記回折光を発生させることができる。これにより、上記回折光の重ね合わせ状態を上記受光の平面にて受光し、上記検出を行うことができる。
【０１２９】
本発明の第１４態様によれば、上記光の位相のシフトは、上記一方のレーザ光におけるビームウェスト位置において行なわれる第１２態様又は第１３態様に記載のレーザ加工方法を提供する。
【０１３０】
上記第１４態様によれば、上記光の位相のシフトを、上記一方のレーザ光におけるビームウェスト位置にて行うことにより、上記位相のシフトが行なわれるレーザ光の波面を単純なものとすることができ、上記発生される回折光の検出をより明確かつ良好なものとすることができ、検出精度を向上させることができる。
【０１３１】
本発明の第１５態様によれば、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々の変化状態を、上記被加工対象物の上記加工と同時に検出することにより、上記他方のレーザ光による上記被加工対象物の上記加工の品質の良否を判定する第１２態様から第１４態様のいずれか１つに記載のレーザ加工方法を提供する。
【０１３２】
上記第１５態様によれば、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々の変化状態を、上記被加工対象物の上記加工と同時に検出して、上記他方のレーザ光による上記被加工対象物の上記加工の品質の良否を判定することにより、個々の上記被加工対象物ごとの上記加工品質の良否判定をインラインで行うことができる。従って、従来のように無駄な工程を発生させることを回避することができ、より効率的でかつ精度の高いレーザ加工を提供することができる。
【０１３３】
本発明の第１６態様によれば、レーザ発振器と、レーザ光伝送部と、レーザ光集光部とを備え、上記レーザ発振器より発振されたレーザ光を上記レーザ光伝送部により伝送して、上記レーザ光集光部を通して被加工対象物に照射することにより、上記被加工対象物の加工を行なうレーザ加工装置において、
上記レーザ光集光部の上記レーザ発振器側に配置され、上記発振されたレーザ光の一部を分岐するレーザ光分岐部と、
上記レーザ光分岐部により分岐された上記一部のレーザ光よりの回折光をその中心軸沿いに発生させる回折型光学素子と、
上記発生された回折光を上記回折型光学素子の上記中心軸に直交する平面において受光可能であって、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出可能な光電変換素子とを備えることを特徴とするレーザ加工装置を提供する。
【０１３４】
上記第１６態様によれば、レーザ発振器より出射されるレーザ光の一部をレーザ光分岐部にて分岐し、回折型光学素子により上記分岐された一方のレーザ光のさらに一部よりの回折光を発生させて、光電変換素子において、上記回折光を受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することができる。これにより、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。
【０１３５】
さらに、上記レーザ光分岐部にて分岐された他方のレーザ光により被加工対象物の加工を行いながら、その出射状態を、上記光電変換素子による上記一方のレーザ光の検出結果より推定することができる。従って、上記他方のレーザ光を被加工対象物に照射して当該加工を行いながら、その加工品質を推定することができ、より効率的かつ高精度な加工を行うことができるレーザ加工装置を提供することができる。
【０１３６】
本発明の第１７態様によれば、上記光電変換素子は、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の上記最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々を同時に検出可能である第１６態様に記載のレーザ加工装置を提供する。
【０１３７】
上記第１７態様によれば、上記光電変換素子が、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、さらに、その波面分布を同時的に検出することができる。これにより、従来から行なわれている上記レーザ光の出力パワーや上記出射の方向の検出に加えて、上記波面分布をも検出することができ、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。
【０１３８】
本発明の第１８態様によれば、上記光電変換素子による上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々の変化状態の検出結果に基づいて、上記レーザ光の照射による上記被加工対象物の加工の品質の良否判定を行なう加工品質判定部を、さらに備える第１７態様に記載のレーザ加工装置を提供する。
【０１３９】
上記第１８態様によれば、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び波面分布の夫々の変化状態を、上記被加工対象物の上記加工と同時に検出して、上記他方のレーザ光による上記被加工対象物の上記加工の品質の良否の判定を、加工品質判定部にて行うことにより、個々の上記被加工対象物ごとの上記加工品質の良否判定をインラインで、すなわち、当該加工と並行して当該検出を同時的に行うことができる。従って、従来のように無駄な工程を発生させることを回避することができ、より効率的でかつ精度の高いレーザ加工を行うことができるレーザ加工装置を提供することができる。
【０１４０】
本発明の第１９態様によれば、上記レーザ光集光部は、マスク像投影型のレーザ光集光部である第１６態様から第１８態様のいずれか１つに記載のレーザ加工装置を提供する。
【０１４１】
上記第１９態様によれば、上記レーザ光集光部がマスク像投影型のレーザ光集光部である場合にあっては、その特性上、上記レーザ光集光部に入射するレーザ光のエネルギー分布、入射方向、さらに波面分布がより重要となるため、上記レーザ光の検出を行いながら、上記加工を行うことがより有効なものとすることができる。
【０１４２】
本発明の第２０態様によれば、上記回折型光学素子は、上記中心軸上にその中心が配置されるとともに上記中心軸と直交して配置されて、上記分岐されたレーザ光の一部を遮光可能であって、かつ、上記分岐されたレーザ光のビーム径よりも小さな径を有する略円盤状の遮光部を備え、
上記遮光部は、上記中心軸に直交する平面沿いにおいて、略円形状に上記分岐されたレーザ光の一部を遮光することにより、上記回折光を発生させる第１６態様から第１９態様のいずれか１つに記載のレーザ加工装置を提供する。
【０１４３】
上記第２０態様によれば、上記回折型光学素子において、その中心軸上に配置された中心を有し、上記レーザ光の一部を遮光可能な遮光部が備えられていることにより、上記レーザ光のうちの上記遮光部に照射されたレーザ光のみを遮断することでもって、上記遮光部の上記円形状の端部より上記回折光を発生させることができる。このように、上記回折光を発生させて、同位相から上記回折光が重ね合わされた状態の光を上記光電変換素子にて受光することにより、上記レーザ光の上記検出を確実に行なうことができる。
【０１４４】
本発明の第２１態様によれば、上記回折型光学素子は、上記中心軸上にその中心が配置されるとともに上記中心軸と直交して配置されて、上記分岐されたレーザ光を透過可能であって、かつ、上記分岐されたレーザ光のビーム径よりも小さな径を有する略円盤状の透光部を備え、
上記透光部は、上記中心軸に直交する平面沿いにおいて、略円盤状に上記分岐されたレーザ光の一部を透過させて、上記透光部を透過されていない上記レーザ光の光の位相に対して、上記透過された上記レーザ光の光の位相のシフトを行なうことにより、上記回折光を発生させる第１６態様から第１９態様のいずれか１つに記載のレーザ加工装置を提供する。
【０１４５】
上記第２１態様によれば、上記回折型光学素子において、その中心軸上に配置された中心を有し、上記レーザ光の一部を透過可能な透光部が備えられていることにより、上記レーザ光のうちの上記透光部を透過しないレーザ光に対して、上記透光部を透過されたレーザ光の位相のシフトを行うことでもって、上記透光部の上記円形状の端部より上記回折光を発生させることができる。このように、上記回折光を発生させて、上記回折光を上記光電変換素子にて受光することにより、上記レーザ光の上記検出を確実に行なうことができる。
【０１４６】
また、このような上記位相のシフトにより発生された上記回折光は、上記遮光という手段を用いていないため、上記レーザ光の波面全体を上記回折光に影響させることができ、より精度の高い検出を行えるという利点がある。
【０１４７】
本発明の第２２態様によれば、上記透光部は、上記分岐されたレーザ光におけるビームウェスト位置に配置されている第２１態様に記載のレーザ加工装置を提供する。
【０１４８】
上記第２２態様によれば、上記透光部を上記レーザ光におけるビームウェスト位置に配置させて上記位相のシフトを行うことにより、上記位相のシフトが行なわれるレーザ光の波面を単純なものとすることができ、上記発生される回折光の検出をより明確かつ良好なものとすることができ、検出精度を向上させることができる。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明の上記第１の発明によれば、出射されるレーザ光の一部を遮光して、上記遮光により発生する回折光を上記遮光の中心軸に直交する平面にて受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性を検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することができる。これにより、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。
【０１５０】
また、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、及び、その波面分布をも併せて同時的に検出することができる。これにより、従来から行なわれている上記レーザ光の出力パワーや上記出射の方向に加えて、上記波面分布をも検出することができ、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。また、このような検出が行なわれるレーザ光を用いたレーザ加工に対する加工品質を向上させることができ、より高精度なレーザ加工におけるレーザ光の検出を行うことができる。
【０１５１】
本発明の上記第２の発明によれば、出射されるレーザ光の一部の光の位相のシフトを行って、上記位相のシフトにより発生する回折光を上記位相シフトの中心軸に直交する平面にて受光し、上記受光の平面における上記回折光の強度の最大位置に対する強度分布の対称性の夫々を同時に検出することにより、上記レーザ光の波面分布を検出することができる。これにより、上記第１の発明による効果と同様に、例えば、従来においては検出することが困難であったレーザ光における１μｍレベルのひずみをも検出することが可能となり、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。また、このような上記位相のシフトにより発生された回折光は、上記遮光という手段を用いていないため、上記レーザ光の波面全体を上記回折光に影響させることができ、より精度の高い検出を行えるという利点がある。
【０１５２】
また、上記回折光の強度分布の対称性の検出に加えて、さらに、上記受光の平面における上記回折光の強度、及び上記強度の最大位置と上記中心軸との位置ずれの夫々をも同時に検出することにより、上記レーザ光の出力パワー、上記出射の方向、さらに、その波面分布を併せて同時的に検出することができる。これにより、従来から行なわれている上記レーザ光の出力パワーや上記出射の方向に加えて、上記波面分布をも検出することができ、上記出射されるレーザ光の変化状態をより高い精度でもって検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にのレーザ加工装置の概略構成を示す模式説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態にのレーザ加工装置の概略構成を示す模式説明図である。
【図３】上記第１実施形態のレーザ加工装置における回折型光学素子の構成を示す模式図であり、（Ａ）はレーザ光の光軸に直交する方向から見た模式図であり、（Ｂ）は上記光軸沿いの方向から見た模式図である。
【図４】上記第１実施形態のレーザ加工装置における変形例にかかる回折型光学素子の構成を示す模式図であり、（Ａ）はレーザ光の光軸に直交する方向から見た模式図であり、（Ｂ）は上記光軸沿いの方向から見た模式図である。
【図５】光電変換素子部にて受光される境界回折波の光強度パターンを示す図であり、（Ａ）は正常状態であり、（Ｂ）は出力パワーが低下した状態であり、（Ｃ）は出射方向が変化した状態であり、（Ｄ）は波面分布が変化した状態である。
【図６】従来の回折光を用いたレーザ光の検出方法を示す模式説明図である。
【図７】従来のレーザ光の検出方法を示す模式説明図である。
【図８】上記第１実施形態のレーザ加工装置における光電変換素子部の構成を示す模式説明図である。
【図９】上記第１実施形態のレーザ加工装置における加工品質判定部の構成を示すブロック図である。
【図１０】上記加工品質判定部における加工品質の判定手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…レーザ発振器、２…レーザ光伝送部、３…レーザ光集光部、４…被加工対象物、５…マスク像投影型レーザ光集光部、６、６ａ及び６ｂ…レーザ光、７…レーザ光分岐部、８…回折型光学素子、９…光電変換素子部、１０…光学素子基板、１１…遮光部、１２…中心軸、１３…波面、１４及び１７…透過光、１５…境界回折波、１６…透光部、２０及び５０…レーザ加工装置、３０…素子プレート、３１…中央光電変換素子、３２Ａ及びＢ…左右方向光電変換素子、３３Ａ及びＢ…上下方向光電変換素子、４０…加工品質判定部、４１…演算部、４２…出力部、４３…メモリ部、４４…データベース部、Ｐ０…主ピーク、Ｐ１…第１サイドピーク。
【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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