(57)【要約】【課題】  レーザ光の集光点のずれを極力少なくしつつ効率よくレーザ加工を行うことができるレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】  このレーザ加工方法は、加工対象物の表面の変位を測定するための測距用レーザ光をレンズで集光して加工対象物に向けて照射し、当該照射に応じて主面で反射される反射光を検出しながら、切断予定ラインに沿った表面の変位を取得する変位取得ステップ（Ｓ０７〜Ｓ１１）を備え、この変位取得ステップで取得した変位に基づいて加工用対物レンズと表面との間隔を調整しながら、加工用対物レンズと加工対象物とを主面に沿って相対的に移動させて、切断予定ラインに沿って改質領域を形成する。【選択図】  図７
2005193285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のレーザ光をレンズで集光して加工対象物の内部に集光点を合わせて照射し、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物の主面の変位を測定するための第二のレーザ光を前記レンズで集光して前記加工対象物に向けて照射し、当該照射に応じて前記主面で反射される反射光を検出しながら、前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得する変位取得ステップと、
前記第一のレーザ光を照射し、当該取得した変位に基づいて前記レンズと前記主面との間隔を調整しながら、前記レンズと前記加工対象物とを前記主面に沿って相対的に移動させて、前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する加工ステップと、
を備えるレーザ加工方法。
【請求項２】
前記変位取得ステップでは、前記レンズと前記加工対象物とを第一の速度で前記主面に沿って相対的に移動させながら、第一の時間間隔で前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得し、
前記加工ステップでは、前記レンズと前記加工対象物とを前記第一の速度よりも速い第二の速度で前記主面に沿って相対的に移動させながら、前記第一の時間間隔よりも短い第二の時間間隔で前記レンズと前記主面との間隔を調整しながら前記改質領域を形成する、請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記変位取得ステップは、
前記第二のレーザ光の集光点が前記加工対象物に対する所定の位置に合うように設定された測定初期位置に前記レンズを保持する測定準備ステップと、
当該レンズを測定初期位置に保持した状態で前記第二のレーザ光の照射を開始し、前記レンズと前記加工対象物とを前記主面に沿って相対的に移動させ、前記主面で反射される前記第二のレーザ光の反射光に応じて、前記レンズを前記測定初期位置に保持した状態を解除する第一測定ステップと、
当該解除後に、前記主面で反射される前記第二のレーザ光の反射光を検出しながら前記レンズと前記主面との距離を調整して前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得する第二測定ステップと、
を有する、請求項１又は２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記加工ステップは、
前記変位取得ステップにおいて取得された前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位に基づいて前記主面に対して前記レンズを保持する加工初期位置を設定し、当該設定した加工初期位置に前記レンズを保持する加工準備ステップと、
当該レンズを加工初期位置に保持した状態で前記第一のレーザ光の照射を開始し、前記レンズと前記加工対象物とを相対的に移動させて前記切断予定ラインの一端部において前記改質領域を形成する第一加工ステップと、
前記切断予定ラインの一端部において改質領域が形成された後に前記レンズを前記加工初期位置に保持した状態を解除し、当該解除後に前記変位取得ステップにおいて取得された前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位に基づいて前記レンズと前記主面との間隔を調整しながら、前記レンズと前記加工対象物とを相対的に移動させて前記改質領域を形成する第二加工ステップと、
を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記変位取得ステップにおいては、前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得する際に併せて前記第一のレーザ光を照射し、前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記変位取得ステップにおいて形成される改質領域は、前記加工ステップにおいて形成される改質領域と前記主面との間に形成される、請求項５に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記切断予定ラインは第一の切断予定ライン及び第二の切断予定ラインを含み、
前記変位取得ステップにおいては、前記レンズを前記加工対象物に対して前記第一の切断予定ラインに沿った第一の方向に相対的に移動させて前記第一の切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得した後、前記レンズを前記加工対象物に対して前記第一の方向とは逆の第二の方向に相対的に移動させて前記第二の切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得し、
前記加工ステップにおいては、前記第一の方向に向かって前記第一の切断予定ラインに沿った改質領域を形成した後、前記第二の方向に向かって前記第二の切断予定ラインに沿った改質領域を形成する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
第一のレーザ光を加工対象物の内部に集光点を合わせて照射し、前記加工対象物の切断予定ラインに沿って前記加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記第１のレーザ光及び前記加工対象物の主面の変位を測定するための第二のレーザ光を前記加工対象物に向けて集光するレンズと、
前記第二のレーザ光の照射に応じて前記主面で反射される反射光を検出して前記主面の変位を取得する変位取得手段と、
前記加工対象物と前記レンズとを前記加工対象物の主面に沿って移動させる移動手段と、
前記レンズを前記主面に対して進退自在に保持する保持手段と、
前記移動手段及び前記保持手段それぞれの挙動を制御する制御手段と、
を備え、
前記第二のレーザ光を照射しながら、前記制御手段は前記加工対象物と前記レンズとを前記主面に沿って相対的に移動させるように前記移動手段を制御し、前記変位取得手段は前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得し、
前記第一のレーザ光を照射し、前記制御手段は前記変位取得手段が取得した変位に基づいて前記レンズと前記主面との間隔を調整しながら保持するように前記保持手段を制御し、前記レンズと前記加工対象物とを前記主面に沿って相対的に移動させるように前記移動手段を制御して前記改質領域を形成する、
レーザ加工装置。
【請求項９】
前記第二のレーザ光を照射しながら前記制御手段は前記加工対象物と前記レンズとを第一の速度で前記主面に沿って相対的に移動させるように前記移動手段を制御し、前記変位取得手段は第一の時間間隔で前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得し、
前記第一のレーザ光を照射し、前記制御手段は前記レンズと前記加工対象物とを前記第一の速度よりも速い第二の速度で前記主面に沿って相対的に移動させるように前記移動手段を制御し、前記第一の時間間隔よりも短い第二の時間間隔で前記レンズと前記主面との間隔を調整するように前記保持手段を制御する、請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記制御手段は前記第二のレーザ光の集光点が前記加工対象物に対する所定の位置に合うように設定された測定初期位置に前記レンズを保持するように前記保持手段を制御し、
当該レンズを測定初期位置に保持した状態で前記第二のレーザ光の照射を開始し、前記制御手段は前記レンズと前記加工対象物とを前記主面に沿って相対的に移動させるように前記移動手段を制御し、前記主面で反射される前記第二のレーザ光の反射光に応じて、前記レンズを前記測定初期位置に保持した状態を解除するように前記保持手段を制御し、
当該解除後に、前記制御手段は前記主面で反射される前記第二のレーザ光の反射光を検出しながら前記レンズと前記主面との距離を調整するように前記保持手段を制御し、前記変位取得手段は前記切段予定ラインに沿った前記主面の変位を取得する、請求項８又は９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記制御手段は前記変位取得手段が取得した前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位に基づいて前記主面に対して前記レンズを保持する加工初期位置を設定し、当該設定した加工初期位置に前記レンズを保持するように前記保持手段を制御し、
当該レンズを加工初期位置に保持した状態で前記第一のレーザ光の照射を開始し、前記制御手段は前記レンズと前記加工対象物とを相対的に移動させるように前記移動手段を制御して前記切断予定ラインの一端部において前記改質領域を形成し、
当該一端部における改質領域の形成後に、前記制御手段は、前記レンズを前記加工初期位置に保持した状態を解除し、前記変位取得手段が取得した前記主面の変位に基づいて前記レンズと前記加工対象物との間隔を調整するように前記保持手段を制御し、前記レンズと前記加工対象物とを相対的に移動させるように前記移動手段を制御して前記改質領域を形成する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記変位取得手段が前記切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得する際に併せて前記第一のレーザ光を照射し、前記切断予定ラインに沿って前記改質領域を形成する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記移動手段は前記加工対象物を前記レンズに向かう方向に移動させることが可能であり、
前記制御手段は、前記変位取得手段が前記変位を取得する際に前記切断予定ラインに沿って形成される改質領域がその後に前記切断予定ラインに沿って形成される改質領域と前記主面との間に形成されるように前記移動手段を制御する、請求項１２に記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記切断予定ラインは第一の切断予定ライン及び第二の切断予定ラインを含み、
前記制御手段は前記第一の切断予定ラインに沿った第一の方向に前記レンズが前記加工対象物に対して相対的に移動するように前記移動手段を制御し、前記変位取得手段は前記第一の切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得し、その後前記制御手段は前記第一の方向とは逆の第二の方向に前記レンズが前記加工対象物に対して相対的に移動するように前記移動手段を制御し、前記変位取得手段は前記第二の切断予定ラインに沿った前記主面の変位を取得し、
前記制御手段は、前記第一の方向に向かって前記第一の切断予定ラインに沿った改質領域を形成した後、前記第二の方向に向かって前記第二の切断予定ラインに沿った改質領域を形成するように前記移動手段を制御する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射することで加工対象物を加工するためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工技術には、加工対象物を加工するためのレーザ光を集光する集光レンズに対し、加工対象物の主面高さを測定する測定手段（接触式変位計や超音波距離計等）を所定の間隔をもって並設させたものがある（例えば、下記特許文献１の図６〜図１０参照。）。このようなレーザ加工技術では、加工対象物の主面に沿ってレーザ光でスキャンする際に、測定手段により加工対象物の主面高さを測定し、その測定点が集光レンズの直下に到達したときに、その主面高さの測定値に基づいて集光レンズと加工対象物の主面との距離が一定となるように集光レンズをその光軸方向に駆動する。
【０００３】
また、主面が凸凹している加工対象物を加工する技術としては、加工準備として、加工を施す部分全ての平面度を平面度測定手段（投光器と反射光受光器とを有する平面度測定器）によって測定した後、その平面度測定手段をブレードに取り替えて、測定した平面度に基づいて加工対象物を加工するものがある（例えば、下記特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２１９５９１号公報
【特許文献２】特開平１１−３４５７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のレーザ加工技術においては、次のような解決すべき課題がある。すなわち、加工対象物の外側の位置からレーザ光の照射を開始してレーザ光と加工対象物とをその主面に沿って移動させて加工を行う場合に、測定手段は加工対象物の外側から測定を開始し、加工対象物の内側へと測定を行っていくことになる。そして、この測定によって得られた主面高さの測定値に基づいて集光レンズを駆動すると、加工対象物の端部においてレーザ光の集光点がずれる場合がある。
【０００５】
また、上記特許文献２に記載の技術を用いた場合には、加工対象物の主面の平面度を正確に把握できるのものの、測定時と加工時とでそれぞれに用いる手段を交換するので、交換の手間がかかると共に交換に伴うずれが生じる恐れがある。
【０００６】
そこで本発明では、レーザ光の集光点のずれを極力少なくしつつ効率よくレーザ加工を行うことができるレーザ加工方法及びレーザ加工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】
本発明のレーザ加工方法は、第一のレーザ光をレンズで集光して加工対象物の内部に集光点を合わせて照射し、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、（１）加工対象物の主面の変位を測定するための第二のレーザ光をレンズで集光して加工対象物に向けて照射し、当該照射に応じて主面で反射される反射光を検出しながら、切断予定ラインに沿った主面の変位を取得する変位取得ステップと、（２）第一のレーザ光を照射し、当該取得した変位に基づいてレンズと主面との間隔を調整しながら、レンズと加工対象物とを主面に沿って相対的に移動させて、切断予定ラインに沿って改質領域を形成する加工ステップと、を備える。
【０００８】
本発明のレーザ加工方法によれば、切断予定ラインに沿って主面の変位を取得し、その取得した変位に基づいてレンズと主面との間隔を調整しながら改質領域を形成するので、加工対象物内部の所定の位置に改質領域を形成することができる。また、加工用の第一のレーザ光を集光するレンズで測定用の第二のレーザ光を集光するので、より的確に主面の変位を取得できる。
【０００９】
また本発明のレーザ加工方法では、変位取得ステップでは、レンズと加工対象物とを第一の速度で主面に沿って相対的に移動させながら、第一の時間間隔で切断予定ラインに沿った主面の変位を取得し、加工ステップでは、レンズと加工対象物とを第一の速度よりも速い第二の速度で主面に沿って相対的に移動させながら、第一の時間間隔よりも短い第二の時間間隔でレンズと主面との間隔を調整しながら改質領域を形成することも好ましい。改質領域を形成する際の第二の速度よりも遅い第一の速度で主面の変位を取得するので、例えば主面に大きな段差がある場合であっても的確に主面の変位を取得できる。また、主面の変位を取得する際の第一の速度よりも速い第二の速度で改質領域を形成するので加工効率が向上する。また例えば、主面の変位を取得する切断予定ライン方向の距離間隔と、改質領域を形成する際のレンズと主面との間隔を調整する際の切断予定ライン方向の距離間隔とが等しくなるように第一の速度、第二の速度、第一の時間間隔、及び第二の時間間隔をそれぞれ設定すれば、取得した主面の変位により忠実に沿ってレンズと主面との間隔を調整できる。
【００１０】
また本発明のレーザ加工方法では、変位取得ステップが、第二のレーザ光の集光点が加工対象物に対する所定の位置に合うように設定された測定初期位置にレンズを保持する測定準備ステップと、当該レンズを初期位置に保持した状態で第二のレーザ光の照射を開始し、レンズと加工対象物とを主面に沿って相対的に移動させ、主面で反射される第二のレーザ光の反射光に応じて、レンズを測定初期位置に保持した状態を解除する第一測定ステップと、当該解除後に、主面で反射される第二のレーザ光の反射光を検出しながらレンズと主面との距離を調整して切断予定ラインに沿った主面の変位を取得する第二測定ステップと、を有することも好ましい。測定初期位置にレンズを保持した状態で切断予定ラインの一端部に第二のレーザ光を照射した後、すなわちレンズと加工対象物とが相対的に移動してレンズが加工対象物に差し掛かった後に、レンズを保持した状態を解除して主面の変位を取得するので、加工対象物の端部の形状変動による影響を極力排除して変位を取得できる。また、反射光の光量は反射する面との距離に応じて変化するので、例えば、反射光の光量が所定の変化をする部分を加工対象物の主面の外縁に相当するものと想定してレンズを保持した状態を解除できる。
【００１１】
また本発明のレーザ加工方法では、加工ステップが、変位取得ステップにおいて取得された切断予定ラインに沿った主面の変位に基づいて主面に対してレンズを保持する加工初期位置を設定し、当該設定した加工初期位置にレンズを保持する加工準備ステップと、当該レンズを加工初期位置に保持した状態で第一のレーザ光の照射を開始し、レンズと加工対象物とを相対的に移動させて切断予定ラインの一端部において改質領域を形成する第一加工ステップと、切断予定ラインの一端部において改質領域が形成された後にレンズを加工初期位置に保持した状態を解除し、当該解除後に変位取得ステップにおいて取得された切断予定ラインに沿った主面の変位に基づいてレンズと主面との間隔を調整しながら、レンズと加工対象物とを相対的に移動させて改質領域を形成する第二加工ステップと、を有することも好ましい。加工初期位置にレンズを保持した状態で切断予定ラインの一端部において改質領域を形成し、その後レンズを保持した状態を解除して主面の変異に追従させながら改質領域を形成するので、加工対象物の端部の形状変動による影響を極力排除して改質領域を形成できる。
【００１２】
また本発明のレーザ加工方法では、変位取得ステップにおいては、切断予定ラインに沿った主面の変位を取得する際に併せて第一のレーザ光を照射し、切断予定ラインに沿って改質領域を形成することも好ましい。主面の変位の取得に合わせて改質領域も形成するので、一度のスキャンで測定と加工とを行うことができる。
【００１３】
また本発明のレーザ加工方法では、変位取得ステップにおいて形成される改質領域は、加工ステップにおいて形成される改質領域と主面との間に形成されることも好ましい。変位取得ステップにおいて形成される改質領域に対して加工ステップにおいて形成される改質領域がレーザ光の照射側からみて遠方に位置することになるので、レーザ光の出射方向において改質領域を広範に形成できる。
【００１４】
また本発明のレーザ加工方法では、切断予定ラインは第一の切断予定ライン及び第二の切断予定ラインを含み、変位取得ステップにおいては、レンズを加工対象物に対して第一の切断予定ラインに沿った第一の方向に相対的に移動させて第一の切断予定ラインに沿った主面の変位を取得した後、レンズを加工対象物に対して第一の方向とは逆の第二の方向に相対的に移動させて第二の切断予定ラインに沿った主面の変位を取得し、加工ステップにおいては、第一の方向に向かって第一の切断予定ラインに沿った改質領域を形成した後、第二の方向に向かって第二の切断予定ラインに沿った改質領域を形成することも好ましい。レンズが第一の方向に向かって移動しながら第一の切断予定ラインに沿った変位を取得し、それとは逆の第二の方向に向かって移動しながら第二の切断予定ラインに沿った変位を取得するので、加工対象物に対してレンズが往復動作をすることで変位を取得できる。また、加工対象物に対してレンズが往復動作をすることで第一の切断予定ライン及び第二の切断予定ラインそれぞれに沿った改質領域を形成するので、より効率的な改質領域の形成が可能となる。
【００１５】
本発明のレーザ加工装置は、第一のレーザ光を加工対象物の内部に集光点を合わせて照射し、加工対象物の切断予定ラインに沿って加工対象物の内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、第１のレーザ光及び加工対象物の主面の変位を測定するための第二のレーザ光を加工対象物に向けて集光するレンズと、第二のレーザ光の照射に応じて主面で反射される反射光を検出して主面の変位を取得する変位取得手段と、加工対象物とレンズとを加工対象物の主面に沿って移動させる移動手段と、レンズを主面に対して進退自在に保持する保持手段と、移動手段及び保持手段それぞれの挙動を制御する制御手段と、を備え、第二のレーザ光を照射しながら、制御手段は加工対象物とレンズとを主面に沿って相対的に移動させるように移動手段を制御し、変位取得手段は切断予定ラインに沿った主面の変位を取得し、第一のレーザ光を照射し、制御手段は変位取得手段が取得した変位に基づいてレンズと主面との間隔を調整しながら保持するように保持手段を制御し、レンズと加工対象物とを主面に沿って相対的に移動させるように移動手段を制御して前記改質領域を形成する。
【００１６】
本発明のレーザ加工装置によれば、切断予定ラインに沿って主面の変位を取得し、その取得した変位に基づいてレンズと主面との間隔を調整しながら改質領域を形成するので、加工対象物内部の所定の位置に改質領域を形成することができる。また、加工用の第一のレーザ光を集光するレンズで測定用の第二のレーザ光を集光するので、より的確に主面の変位を取得できる。
【００１７】
また本発明のレーザ加工装置では、第二のレーザ光を照射しながら制御手段は加工対象物とレンズとを第一の速度で主面に沿って相対的に移動させるように移動手段を制御し、変位取得手段は第一の時間間隔で切断予定ラインに沿った主面の変位を取得し、第一のレーザ光を照射し、制御手段はレンズと加工対象物とを第一の速度よりも速い第二の速度で主面に沿って相対的に移動させるように移動手段を制御し、第一の時間間隔よりも短い第二の時間間隔でレンズと主面との間隔を調整するように保持手段を制御することも好ましい。改質領域を形成する際の第二の速度よりも遅い第一の速度で主面の変位を取得するように制御するので、例えば主面に大きな段差がある場合であっても的確に主面の変位を取得できる。また、主面の変位を取得する際の第一の速度よりも速い第二の速度で改質領域を形成するように制御するので加工効率が向上する。また例えば、主面の変位を取得する切断予定ライン方向の距離間隔と、改質領域を形成する際のレンズと主面との間隔を調整する際の切断予定ライン方向の距離間隔とが等しくなるように第一の速度、第二の速度、第一の時間間隔、及び第二の時間間隔をそれぞれ設定すれば、取得した主面の変位により忠実に沿ってレンズと主面との間隔を調整できる。
【００１８】
また本発明のレーザ加工装置では、制御手段は第二のレーザ光の集光点が加工対象物に対する所定の位置に合うように設定された測定初期位置にレンズを保持するように保持手段を制御し、当該レンズを測定初期位置に保持した状態で第二のレーザ光の照射を開始し、制御手段はレンズと加工対象物とを主面に沿って相対的に移動させるように移動手段を制御し、主面で反射される第二のレーザ光の反射光に応じて、レンズを測定初期位置に保持した状態を解除するように保持手段を制御し、当該解除後に、制御手段は主面で反射される第二のレーザ光の反射光を検出しながらレンズと主面との距離を調整するように保持手段を制御し、変位取得手段は切段予定ラインに沿った主面の変位を取得することも好ましい。測定初期位置にレンズを保持した状態で切断予定ラインの一端部に第二のレーザ光を照射した後、すなわちレンズと加工対象物とが相対的に移動してレンズが加工対象物に差し掛かった後に、レンズを保持した状態を解除して主面の変位を取得するので、加工対象物の端部の形状変動による影響を極力排除して変位を取得できる。また、反射光の光量は反射する面との距離に応じて変化するので、例えば、反射光の光量が所定の変化をする部分を加工対象物の主面の外縁に相当するものと想定してレンズを保持した状態を解除できる。
【００１９】
また本発明のレーザ加工装置では、制御手段は変位取得手段が取得した切断予定ラインに沿った主面の変位に基づいて主面に対してレンズを保持する加工初期位置を設定し、当該設定した加工初期位置にレンズを保持するように保持手段を制御し、当該レンズを加工初期位置に保持した状態で第一のレーザ光の照射を開始し、制御手段はレンズと加工対象物とを相対的に移動させるように移動手段を制御して切断予定ラインの一端部において改質領域を形成し、当該一端部における改質領域の形成後に、制御手段は、レンズを加工初期位置に保持した状態を解除し、変位取得手段が取得した主面の変位に基づいてレンズと加工対象物との間隔を調整するように保持手段を制御し、レンズと加工対象物とを相対的に移動させるように移動手段を制御して改質領域を形成することも好ましい。加工初期位置にレンズを保持した状態で切断予定ラインの一端部において改質領域を形成し、その後レンズを保持した状態を解除して主面の変異に追従させながら改質領域を形成するので、加工対象物の端部の形状変動による影響を極力排除して改質領域を形成できる。
【００２０】
また本発明のレーザ加工装置では、変位取得手段が切断予定ラインに沿った主面の変位を取得する際に併せて第一のレーザ光を照射し、切断予定ラインに沿って改質領域を形成することも好ましい。主面の変位の取得に合わせて改質領域も形成するので、一度のスキャンで測定と加工とを行うことができる。
【００２１】
また本発明のレーザ加工装置では、移動手段は加工対象物をレンズに向かう方向に移動させることが可能であり、制御手段は、変位取得手段が変位を取得する際に切断予定ラインに沿って形成される改質領域がその後に切断予定ラインに沿って形成される改質領域と主面との間に形成されるように移動手段を制御することも好ましい。変位取得ステップにおいて形成される改質領域に対して加工ステップにおいて形成される改質領域がレーザ光の照射側からみて遠方に位置することになるので、レーザ光の出射方向において改質領域を広範に形成できる。
【００２２】
また本発明のレーザ加工装置では、切断予定ラインは第一の切断予定ライン及び第二の切断予定ラインを含み、制御手段は第一の切断予定ラインに沿った第一の方向にレンズが加工対象物に対して相対的に移動するように移動手段を制御し、変位取得手段は第一の切断予定ラインに沿った主面の変位を取得し、その後制御手段は第一の方向とは逆の第二の方向にレンズが加工対象物に対して相対的に移動するように移動手段を制御し、変位取得手段は第二の切断予定ラインに沿った主面の変位を取得し、制御手段は、第一の方向に向かって第一の切断予定ラインに沿った改質領域を形成した後、第二の方向に向かって第二の切断予定ラインに沿った改質領域を形成するように移動手段を制御することも好ましい。レンズが第一の方向に向かって移動しながら第一の切断予定ラインに沿った変位を取得し、それとは逆の第二の方向に向かって移動しながら第二の切断予定ラインに沿った変位を取得するので、加工対象物に対してレンズが往復動作をすることで変位を取得できる。また、加工対象物に対してレンズが往復動作をすることで第一の切断予定ライン及び第二の切断予定ラインそれぞれに沿った改質領域を形成するので、より効率的な改質領域の形成が可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のレーザ加工方法及びレーザ加工装置によれば、レーザ光の集光点のずれを極力少なくしつつ効率よくレーザ加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の知見は、例示のみのために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２５】
本実施形態のレーザ加工装置について図１を参照しながら説明する。図１に示すように、レーザ加工装置１は、ステージ２（移動手段）上に載置された平板状の加工対象物Ｓの内部に集光点Ｐを合わせて加工用レーザ光Ｌ１（第１のレーザ光）を照射し、加工対象物Ｓの内部に多光子吸収による改質領域Ｒを形成する装置である。ステージ２は、上下方向及び左右方向への移動並びに回転移動が可能なものであり、このステージ２の上方には、主にレーザヘッドユニット３、光学系本体部４及び対物レンズユニット５からなるレーザ出射装置６が配置されている。また、レーザ加工装置１は制御装置７（制御手段）を備えており、制御装置７はステージ２及びレーザ出射装置６に対してそれぞれの挙動（ステージ２の移動、レーザ出射装置６のレーザ光の出射等）を制御するための制御信号を出力する。
【００２６】
レーザヘッドユニット３は、光学系本体部４の上端部に着脱自在に取り付けられている。このレーザヘッドユニット３はＬ字状の冷却ジャケット１１を有しており、この冷却ジャケット１１の縦壁１１ａ内には、冷却水が流通する冷却管１２が蛇行した状態で埋設されている。この縦壁１１ａの前面には、加工用レーザ光Ｌ１を下方に向けて出射するレーザヘッド１３と、このレーザヘッド１３から出射された加工用レーザ光Ｌ１の光路の開放及び閉鎖を選択的に行うシャッタユニット１４とが取り付けられている。これにより、レーザヘッド１３及びシャッタユニット１４が過熱するのを防止することができる。なお、レーザヘッド１３は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザを用いたものであり、加工用レーザ光Ｌ１としてパルス幅１μｓ以下のパルスレーザ光を出射する。
【００２７】
更に、レーザヘッドユニット３において、冷却ジャケット１１の底壁１１ｂの下面には、冷却ジャケット１１の傾き等を調整するための調整部１５が取り付けられている。この調整部１５は、レーザヘッド１３から出射された加工用レーザ光Ｌ１の光軸αを、上下方向に延在するように光学系本体４及び対物レンズユニット５に設定された軸線βに一致させるためのものである。つまり、レーザヘッドユニット３は調整部１５を介して光学系本体部４に取り付けられる。その後、調整部１５により冷却ジャケット１１の傾き等が調整されると、冷却ジャケット１１の動きに追従してレーザヘッド１３の傾き等も調整される。これにより、加工用レーザ光Ｌ１は、その光軸αが軸線βと一致した状態で光学系本体４内に進行することになる。なお、冷却ジャケット１１の底壁１１ｂ、調整部１５及び光学系本体部４の筐体２１には、加工用レーザ光Ｌ１が通過する貫通孔が形成されている。
【００２８】
また、光学系本体部４の筐体２１内の軸線β上には、レーザヘッド１３から出射された加工用レーザ光Ｌ１のビームサイズを拡大するビームエキスパンダ２２と、加工用レーザ光Ｌ１の出力を調整する光アッテネータ２３と、光アッテネータ２３により調整された加工用レーザ光Ｌ１の出力を観察する出力観察光学系２４と、加工用レーザ光Ｌ１の偏光を調整する偏光調整光学系２５とが上から下にこの順序で配置されている。なお、光アッテネータ２３には、除去されたレーザ光を吸収するビームダンパ２６が取り付けられており、このビームダンパ２６は、ヒートパイプ２７を介して冷却ジャケット１１に接続されている。これにより、レーザ光を吸収したビームダンパ２６が過熱するのを防止することができる。
【００２９】
更に、ステージ２上に載置された加工対象物Ｓを観察すべく、光学系本体部４の筐体２１には、観察用可視光を導光するライトガイド２８が取り付けられ、筐体２１内にはＣＣＤカメラ２９が配置されている。観察用可視光はライトガイド２８により筐体２１内に導かれ、視野絞り３１、レチクル３２、ダイクロイックミラー３３等を順次通過した後、軸線β上に配置されたダイクロイックミラー３４により反射される。反射された観察用可視光は、軸線β上を下方に向かって進行して加工対象物Ｓに照射される。なお、加工用レーザ光Ｌ１はダイクロイックミラー３４を透過する。
【００３０】
そして、加工対象物Ｓの表面Ｓ１で反射された観察用可視光の反射光は、軸線βを上方に向かって進行し、ダイクロイックミラー３４により反射される。このダイクロイックミラー３４により反射された反射光は、ダイクロイックミラー３３により更に反射されて結像レンズ３５等を通過し、ＣＣＤカメラ２９に入射する。このＣＣＤカメラ２９により撮像された加工対象物Ｓの画像はモニタ（図示せず）に映し出される。
【００３１】
また、対物レンズユニット５は、光学系本体部４の下端部に着脱自在に取り付けられている。対物レンズユニット５は、複数の位置決めピンによって光学系本体部４の下端部に対して位置決めされるため、光学系本体４に設定された軸線βと対物レンズユニット５に設定された軸線βとを容易に一致させることができる。この対物レンズユニット５の筐体４１の下端には、ピエゾ素子を用いたアクチュエータ４３（保持手段）を介在させて、軸線βに光軸が一致した状態で加工用対物レンズ４２が装着されている。なお、光学系本体部４の筐体２１及び対物レンズユニット５の筐体４１には、加工用レーザ光Ｌ１が通過する貫通孔が形成されている。また、加工用対物レンズ４２によって集光された加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐにおけるピークパワー密度は１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上となる。
【００３２】
更に、対物レンズユニット５の筐体４１内には、加工対象物Ｓの表面Ｓ１から所定の深さに加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐを位置させるべく、測距用レーザ光Ｌ２（第２のレーザ光）を出射するレーザダイオード４４と受光部４５とが配置されている。測距用レーザ光Ｌ２はレーザダイオード４４から出射され、ミラー４６、ハーフミラー４７により順次反射された後、軸線β上に配置されたダイクロイックミラー４８により反射される。反射された測距用レーザ光Ｌ２は、軸線β上を下方に向かって進行し、加工用対物レンズ４２を通過して加工対象物Ｓの表面Ｓ１に照射される。なお、加工用レーザ光Ｌ１はダイクロイックミラー４８を透過する。
【００３３】
そして、加工対象物Ｓの表面Ｓ１で反射された測距用レーザ光Ｌ２の反射光は、加工用対物レンズ４２に再入射して軸線β上を上方に向かって進行し、ダイクロイックミラー４８により反射される。このダイクロイックミラー４８により反射された測距用レーザ光Ｌ２の反射光は、ハーフミラー４７を通過して受光部４５内に入射し、フォトダイオードを４等分してなる４分割位置検出素子上に集光される。この４分割位置検出素子上に集光された測距用レーザ光Ｌ２の反射光の集光像パターンに基づいて、加工用対物レンズ４２による測距用レーザ光Ｌ２の集光点が加工対象物Ｓの表面Ｓ１に対してどの位置にあるかを検出することができる。４分割位置検出素子上に集光された測距用レーザ光Ｌ２の反射光の集光像パターンに関する情報は、制御装置７に出力される。制御装置７はこの情報に基づいて、アクチュエータ４３に加工用対物レンズ４２を保持する位置を指示する制御信号を出力する。
【００３４】
制御装置７は物理的には、ステージ２及びレーザ出射装置６と信号の授受を行うためのインタフェイスと、ＣＰＵ（中央演算装置）と、メモリやＨＤＤといった記憶装置と、を備え、記憶装置に格納されているプログラムに基づいてＣＰＵが所定の情報処理を行い、その情報処理の結果を制御信号としてインタフェイスを介してステージ２及びレーザ出射装置６に出力する。
【００３５】
制御装置７の機能的な構成を図２に示す。図２に示すように、制御装置７は機能的には、レーザ出射制御部７０１と、ステージ移動制御部７０２と、アクチュエータ制御部７０３と、集光点演算部７０４と、端部判断部７０５と、変位取得再生部７０６（変位取得手段）と、変位格納部７０７と、を備える。レーザ出射制御部７０１は、加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２の出射を制御する信号をレーザヘッドユニット３のレーザヘッド１３及び対物レンズユニット５のレーザダイオード４４にそれぞれ出力する部分である。ステージ移動制御部７０２は、ステージ２の移動を制御する制御信号をステージ２に出力する部分である。アクチュエータ制御部７０３はアクチュエータ４３の駆動を制御する制御信号を対物レンズユニット５のアクチュエータ４３に出力する部分である。変位取得再生部７０６は、アクチュエータ制御部７０３がアクチュエータ４３に出力する制御信号からアクチュエータ４３の伸縮量を読み取って、その伸縮量を変位格納部７０７に格納する部分である。また、変位取得再生部７０６は、変位格納部７０７に格納されている伸縮量を読み取ってアクチュエータ制御部７０３に出力する部分でもある。アクチュエータ制御部７０３はこの出力される伸縮量でアクチュエータ４３が駆動するように制御信号を出力する。この伸縮量は加工対象物Ｓの主面Ｓ１の変位に応じて変化するので、主面Ｓ１の変位を表す量として捉えることもできる。集光点演算部７０４は対物レンズユニット５の受光部４５から出力される非点収差信号に基づいて、加工対象物Ｓと測距用レーザ光Ｌ２の集光点との距離を算出する部分である。端部判断部７０５は受光部４５が受光する光量に基づいて、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に対応する位置にあるかどうかを判断する部分である。尚、各機能的構成要素の動作については後述する。
【００３６】
以上のように構成されたレーザ加工装置１によるレーザ加工方法の概要について説明する。まず、ステージ２上に加工対象物Ｓを載置し、ステージ２を移動させて加工対象物Ｓの内部に加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐを合わせる。このステージ２の初期位置は、加工対象物Ｓの厚さや屈折率、加工用対物レンズ４２の開口数等に基づいて決定される。
【００３７】
続いて、レーザヘッド１３から加工用レーザ光Ｌ１を出射すると共に、レーザダイオード４４から測距用レーザ光Ｌ２を出射し、加工用対物レンズ４２により集光された加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２が加工対象物Ｓの所望のライン（切断予定ライン）上をスキャンするようにステージ２を移動させる。このとき、受光部４５により測距用レーザ光Ｌ２の反射光が検出され、加工用レーザ光Ｌ１の集光点Ｐの位置が加工対象物Ｓの表面Ｓ１から常に一定の深さとなるようにアクチュエータ４３が制御装置７によってフィードバック制御されて、加工用対物レンズ４２の位置が軸線β方向に微調整される。
【００３８】
従って、例えば加工対象物Ｓの表面Ｓ１に面振れがあっても、表面Ｓ１から一定の深さの位置に多光子吸収による改質領域Ｒを形成することができる。このように平板状の加工対象物Ｓの内部にライン状の改質領域Ｒを形成すると、そのライン状の改質領域Ｒが起点となって割れが発生し、ライン状の改質領域Ｒに沿って容易且つ高精度に加工対象物Ｓを切断することができる。
【００３９】
本実施形態のレーザ加工装置１を用いるレーザ加工方法についてより具体的に説明する。このレーザ加工方法の説明では、レーザ加工装置１の動作も併せて説明する。本実施形態のレーザ加工方法は、ウエハ状の加工対象物Ｓの表面Ｓ１（主面）の変位を取得する変位取得工程と、加工用レーザ光Ｌ１を照射して改質領域を形成する加工工程とに分けることができるので、変位取得工程及び加工工程についてそれぞれ説明する。
【００４０】
まず、この説明に用いるウエハ状の加工対象物Ｓについて図３を参照しながら説明する。加工対象物Ｓには２ｎ本の切断予定ラインＣ１〜Ｃ２ｎが設定されている。この切断予定ラインＣ１〜Ｃ２ｎは、二本を一組としてレーザ加工が施される。例えば、切断予定ラインＣ１〜Ｃ２であれば、切断予定ラインＣ１の延長上の点Ｘ１から点Ｘ２に向かって切断予定ラインＣ１の変位を取得し、続いて切断予定ラインＣ２の延長上の点Ｘ３から点Ｘ４に向かって切断予定ラインＣ２の変位を取得する。このように変位を取得すれば、点Ｘ１から点Ｘ２方向に向かって加工用対物レンズ４２（図１参照）が移動するようにステージ２（図１参照）を移動させ、その後逆の点Ｘ３から点Ｘ４方向に向かって加工用対物レンズ４２が移動するようにステージ２を移動させるので、ステージ２の移動が効率的に行える。切断予定ラインＣ１〜Ｃ２について変位を取得すると、その取得した変位に基づいてアクチュエータ４３の移動量を再生しながら切断予定ラインＣ１の延長上の点Ｘ１から点Ｘ２に向かって切断予定ラインＣ１に沿って改質領域を形成し、続いて切断予定ラインＣ２の延長上の点Ｘ３から点Ｘ４に向かって切断予定ラインＣ２に沿って改質領域を形成する。
【００４１】
（変位取得工程）  引き続いて、ウエハ状の加工対象物Ｓの切断予定ラインＣ１〜Ｃｎに沿った表面Ｓ１の変位を取得する変位取得行程について説明する。
【００４２】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照しながら説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、図３のII−II断面を示す図である。尚、理解を容易にするために図４（Ａ）〜図４（Ｃ）においては断面を示すハッチングを省略する。図４（Ａ）に示すように、加工対象物Ｓはダイシングフィルム２ａを介してステージ２に吸着されて固定されている。ダイシングフィルム２ａはダイシングリング（図示しない）で固定されている。
【００４３】
図４（Ａ）に示すように、加工対象物２の切断予定ラインＣ１上の一点Ｑ１に対応する位置に加工用対物レンズ４２が配置されるようにステージ２が移動する。加工用対物レンズ４２を保持しているアクチュエータ４３は最も縮んだ状態から２５μｍ伸びた状態になる。この伸び量２５μｍは、アクチュエータ４３の最大伸び量５０μｍの半分の量として設定されている。この状態で観察用可視光の反射光のピントが合うようにステージ２を上下させる。このピントが合った状態で測距用レーザ光Ｌ２を照射し、その反射光に基づいて非点収差信号を得て、この非点収差信号の値を基準値とする。
【００４４】
続いて、図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）の状態におけるアクチュエータ４３の伸び量を保持したまま、加工用対物レンズ４２切断予定ラインＣ１の延長上の点Ｘ１に対応する位置に配置されるようにステージ２が移動する。図４（Ｂ）に示す鉛直方向における加工対象物Ｓに対する加工用対物レンズ４２の位置が初期位置（測定初期位置）となる。その後、図４（Ｂ）中の矢印Ｆの方向に加工用対物レンズ４２が移動するようにステージ２が移動する（測定準備ステップ）。
【００４５】
測距用レーザ光Ｌ２はダイシングフィルム２ａにおいては反射率が低く反射される全光量は少ないが、加工対象物Ｓにおいては反射される全光量が増大する。すなわち、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する測距用レーザ光Ｌ２の反射光の全光量が多くなるので、反射光の全光量が予め定められた閾値を超えた場合に加工対象物Ｓの切断予定ラインＣ１と加工用対物レンズ４２が交差する位置にあるものと判断できる。従って、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置にあるものとして、その時点でのアクチュエータ４３の伸び量の保持を解除して非点収差信号が基準値となるようにアクチュエータ４３の伸び量制御を開始する（第一測定ステップ）。
【００４６】
従って、加工用対物レンズ４２が図４（Ｂ）中の矢印Ｆ方向に移動すると図４（Ｃ）に示す状態になる。図４（Ｃ）に示すように、区間Ｇ１（一端部）においては加工用対物レンズ４２を保持している状態から加工用対象物Ｓの表面Ｓ１の変位に追従させるまでの移行区間となるので、この部分においてはアクチュエータ４３の移動量が表面Ｓ１の変位とは対応していない。その後、アクチュエータ４３の伸び量の保持を解除して非点収差信号が基準値となるようにアクチュエータ４３の伸び量制御を行う区間Ｇ２においては、アクチュエータ４３の移動量が表面Ｓ１の変位と対応している。従って、アクチュエータ４３の伸び量変化の軌跡Ｇは表面Ｓ１の変位と対応することになる。その後、図４（Ｃ）に示すように加工用対物レンズ４２は切断予定ラインＣ１の他端に差し掛かると、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する測距用レーザ光Ｌ２の反射光の全光量が少なくなる。従って、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも小さくなった場合に、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置にあるものとして、その時点でのアクチュエータの伸び量を保持すると共に、軌跡Ｇの記録を終了する。この軌跡Ｇの情報は変位格納部７０７に格納される（第二測定ステップ）。
【００４７】
尚、上述の説明で、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置に到達したことを検出するために、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも大きくなったことに基づいたが、これに限られず他の基準を適用することもできる。その一例を図５（Ａ）〜図５（Ｂ）を参照しながら説明する。図５（Ａ）は、縦軸に受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量をとり、横軸に時間をとって受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量の変化を記録した図である。この場合には上述の通り、予め定められた閾値Ｔ1を上回った時点で加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置に到達したと判断している。
【００４８】
図５（Ａ）のグラフから、所定の間隔ごと（例えば、各サンプリングポイントごと）に、後の全光量の値から前の全光量の値を差し引いた差分の変化量を算出し、縦軸に変化量をとって横軸に時間をとった図を図５（Ｂ）に示す。この場合に、正のピークが現れている部分は、全光量の変化が最も大きな点、すなわち加工対象物Ｓのエッジ中央付近に相当する部分であると考えられる。そこで、図５（Ａ）に示す全光量が閾値Ｔ１となった後であって、図５（Ｂ）に示す差分のピークの変化が収まった後にアクチュエータ４３の追従及びその伸縮量の記録を開始することもできる。
【００４９】
また、上述の説明で、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の他端に相当する位置にあることを検出するために、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも小さくなったことに基づいたが、これに限られず他の基準を適用することもできる。その一例を図６（Ａ）〜図６（Ｂ）を参照しながら説明する。図６（Ａ）は、縦軸に受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量をとり、横軸に時間をとって受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量の変化を記録した図である。この場合には上述の通り、予め定められた閾値Ｔ2を下回った時点で加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置にあると判断している。
【００５０】
図６（Ａ）のグラフから、所定の間隔ごと（例えば、各サンプリングポイントそれぞれ）に、後の全光量の値から前の全光量の値を差し引いた差分の変化量を算出し、縦軸に変化量をとって横軸に時間をとった図を図６（Ｂ）に示す。この場合に、負のピークが現れている部分は、全光量の変化が最も大きな点、すなわち加工対象物Ｓのエッジ（外縁）中央付近に相当する部分であると考えられる。そこで、この部分に相当するアクチュエータ４３の伸縮量で固定し、その伸縮量の記録を停止することもできる。
【００５１】
この変位取得行程におけるレーザ加工装置１の動作について図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。制御装置７のステージ制御部７０２がステージ２に対して加工用対物レンズ４２がＣ１上の一点Ｑ１に移動するように制御信号を出力する（ステップＳ０１）。この制御信号の出力に応じてステージ２が移動する。更に制御装置７のアクチュエータ制御部７０３がアクチュエータ４３に対して２０μｍ伸びるように制御信号を出力する。この制御信号の出力に応じてアクチュエータ４３は２０μｍ伸びる。この状態で可視観察光によってピントが合うようにステージ２を上下させ、その可視観察光のピントが合う位置を設定する（ステップＳ０２）。
【００５２】
制御装置７のレーザ出射制御部７０１はレーザダイオード４４に対して測距用レーザ光Ｌ２を出射するように制御信号を出力する（ステップＳ０３）。この制御信号の出力に応じてレーザダイオード４４は測距用レーザ光Ｌ２を出射し、加工対象物Ｓの表面Ｓ１で反射された反射光は受光部４５の４分割位置検出素子が受光する。この受光に応じて出力される信号は集光点演算部７０４及び端部判断部７０５に出力される。
【００５３】
集光点演算部７０４はこの状態における非点収差信号値を基準値として保持する（ステップＳ０４）。続いて、ステージ移動制御部７０２からステージ２に対して、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの切断予定ラインＣ１の延長上のＸ１に対応する位置まで移動するように制御信号を出力する（ステップＳ０５）。この制御信号の出力に応じてステージ２は移動し、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの切断予定ラインＣ１の延長上のＸ１に対応する位置まで移動する。
【００５４】
続いて、ステージ移動制御部７０２からステージ２に対して、加工用対物レンズ４２が図４（Ｂ）中の矢印Ｆの方向に移動するように制御信号を出力する。この制御信号の出力に応じてステージ２は移動し、加工用対物レンズ４２が矢印Ｆ方向に移動を開始する。
【００５５】
制御装置７の端部判断部７０５は、受光部４５から出力される信号に基づいて、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に差し掛かったかどうかを判断する（ステップＳ０６）。端部判断部７０５は、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に差し掛かったと判断すると、アクチュエータ制御部７０３に対してアクチュエータ４３の伸縮を開始して、非点収差信号が保持している基準値に等しくなるように、制御信号を出力するように指示する指示信号を出力する。アクチュエータ制御部７０３はアクチュエータ４３に伸縮を開始して、非点収差信号が保持している基準値に等しくなるための、制御信号を出力する（ステップＳ０７）。この制御信号の出力に応じてアクチュエータ４３は加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位に応じて伸縮して、非点収差信号が保持した値になるように（加工用対物レンズ４２と加工対象物Ｓの表面Ｓ１の距離が一定になるように）加工用対物レンズ４２を保持する。従って、アクチュエータ４３の伸縮量の軌跡Ｇは加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位に応じて形成される（図４（Ｃ）参照）。制御装置７の変位取得再生部７０６はこのアクチュエータ４３の伸縮量の記録を開始する（ステップＳ０８）。
【００５６】
端部判断部７０５は、受光部４５から出力される信号に基づいて、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの他端に差し掛かったかどうかを判断する（ステップＳ０９）。端部判断部７０５は、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に差し掛かったと判断すると、アクチュエータ制御部７０３に対してアクチュエータ４３の伸縮を停止する制御信号を出力するように指示する指示信号を出力する。この指示信号の出力に応じて、アクチュエータ制御部７０３はアクチュエータ４３に対して伸縮を停止して保持状態とするための制御信号を出力する（ステップＳ１０）。この制御信号の出力に応じてアクチュエータ４３は伸縮を停止する。アクチュエータ制御部７０３がアクチュエータ４３に制御信号を出力したことに応じて、変位取得再生部７０６はアクチュエータ４３の伸縮量の記録を終了する（ステップＳ１１）。ステージ移動制御部７０２は、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の延長線上の点Ｘ２に差し掛かると、ステージ２に対して移動を停止するように制御信号を出力する（ステップＳ１２）。その後、変位格納部７０６に格納されているアクチュエータ４３の伸縮量の内、記録を終了した時点から所定時間前に記録されたものとして格納されているアクチュエータ４３の伸縮量の平均値を算出し、この平均値となるようにアクチュエータ４３の伸縮量を固定する（ステップＳ１３）。
【００５７】
（加工工程）  引き続いて、加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２を照射して改質領域を形成する加工工程について説明する。
【００５８】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）と同様に図３のII−II断面を示す図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を参照しながら説明する。尚、理解を容易にするために図６（Ａ）〜図６（Ｃ）においては断面を示すハッチングを省略する。図８（Ａ）は、切断予定ラインＣ１において加工用対物レンズ４２が改質領域の形成を開始した状態を示している。図８（Ａ）に至る前に、ステージ２が更に所定の距離（以下、加工高さ）上昇して、加工対象物Ｓの表面Ｓ１と加工用対物レンズ４２との距離が加工高さ分だけ近づくように設定される。ここで、可視域のピント位置とレーザ光の集光位置とが一致するものとすれば、加工用レーザ光Ｌ１は、加工対象物Ｓの内部であって、その表面Ｓ１から加工高さと加工対象物Ｓのレーザ波長における屈折率との積の値に相当する位置に集光されることになる。例えば、加工対象物Ｓがシリコンウェハであってその屈折率が３．６（波長１．０６μｍ）であり、加工高さが１０μｍであれば、３．６×１０＝３６μｍの位置に集光されることになる。
【００５９】
アクチュエータ４３は図４（Ｃ）で設定された伸び量で固定されており、加工用対物レンズ４２は初期位置（加工用初期位置）に配置されている。図４（Ｃ）から図８（Ａ）の状態に差し掛かる前に加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２が照射される。加工用対物レンズ４２が図中矢印Ｈの方向に移動するようにステージ２が移動する（加工準備ステップ）。
【００６０】
測距用レーザ光Ｌ２はダイシングフィルム２ａにおいては反射率が低く反射される全光量は少ないが、加工対象物Ｓにおいては反射される全光量が増大する。すなわち、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する測距用レーザ光Ｌ２の反射光の全光量が多くなるので、反射光の全光量が予め定められた閾値を超えた場合に加工対象物Ｓの切断予定ラインＣ１と加工用対物レンズ４２が交差する位置にあるものと判断できる。従って、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも大きくなった場合に、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置にあるものとして（図８（Ａ）に相当する状態になってものとして）、その時点でのアクチュエータ４３の伸び量の保持を解除してアクチュエータ４３の伸び量制御を開始する。この伸び量は、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照しながら説明したように取得されたアクチュエータ４３の伸び量の軌跡Ｇに基づいて制御される。より具体的には、変位取得再生部７０６が変位格納部７０７に格納されている軌跡Ｇの情報に従って再生情報を生成し、変位取得再生部７０６からアクチュエータ制御部７０３に出力される再生情報に従ってアクチュエータ制御部７０３が制御信号をアクチュエータ４３に出力する。従って、加工用対物レンズ４２が図６（Ａ）中の矢印Ｈ方向に移動すると図８（Ｂ）に示す状態になる。図８（Ｂ）に示すように、区間Ｊ（一端部）においては一定の加工高さで改質領域Ｒが形成されることになる。この区間Ｊにおいて一定の加工高さで改質領域Ｒが形成されると、その後、加工用対物レンズ４２は切断予定ラインＣ１に沿って移動し、加工用レーザ光Ｌ１によって改質領域Ｒを形成する（第一加工ステップ）。
【００６１】
図８（Ｂ）に示す状態から更に加工用対物レンズ４２が図８（Ａ）中矢印Ｈの方向に移動すると、図８（Ｃ）に示すように加工用対物レンズ４２は切断予定ラインＣ１の他端に差し掛かる。加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓから外れた位置に至ると、図８（Ａ）を参照しながら説明したのとは逆の状態となり、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する測距用レーザ光Ｌ２の反射光の全光量が少なくなる。従って、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも小さくなった場合に、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の一端に相当する位置にあるものとして（図８（Ｃ）に相当する状態になってものとして）、その時点でのアクチュエータの伸び量を保持する。アクチュエータ４３の伸び量を保持したまま加工用対物レンズ４２が図８（Ｃ）中のＸ２の位置に至るようにステージ２が移動し、次の切断予定ラインＣ２の加工に備える（第二加工ステップ）。
【００６２】
尚、上述の説明で、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインの一端に相当する位置に到達したことを検出するために、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも大きくなったことに基づいたが、変位取得工程において説明したのと同様に他の基準を適用することもできる。また、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインの他端に相当する位置にあることを検出するために、受光部４５（図１参照）の４分割位置検出素子が検出する全光量が予め定められた閾値よりも小さくなったことに基づいたが、変位取得工程において説明したのと同様に他の基準を適用することもできる。
【００６３】
この加工工程におけるレーザ加工装置１の動作について図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６４】
制御部７のステージ移動制御部７０２がステージ２に対して加工高さ分だけ上昇するように制御信号を出力する（ステップＳ２１）。この制御信号の出力に応じてステージ２が加工高さ分だけ上昇する。
【００６５】
制御部７のレーザ出射制御部７０１が、レーザヘッド１３に対して加工用レーザ光Ｌ１を出射するように、レーザダイオード４４に対しては測距用レーザ光Ｌ２を出射するように、それぞれ制御信号を出力する（ステップＳ２２）。この制御信号の出力に応じて加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２がそれぞれ出射される。
【００６６】
制御装置７のステージ制御部７０２がステージ２に対して加工用対物レンズ４２が図８（Ａ）の矢印Ｈ方向に移動するように制御信号を出力する（ステップＳ２３）。この制御信号の出力に応じてステージ２は移動を開始する。
【００６７】
制御装置７の端部判断部７０５は、受光部４５から出力される信号に基づいて、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に差し掛かったかどうかを判断する（ステップＳ２４）。端部判断部７０５は、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に差し掛かったと判断すると、アクチュエータ制御部７０３に対してアクチュエータ４３の伸縮を開始して、測距用レーザ光Ｌ２の集光点位置を保持するための制御信号を出力するように指示する指示信号を出力する。アクチュエータ制御部７０３はアクチュエータ４３に伸縮を開始して、非点収差信号が保持している基準値に等しくなるように、制御信号を出力する（ステップＳ２５）。この制御信号の出力に応じてアクチュエータ４３は予め記録された伸縮量（軌跡Ｇ）に従って加工用対物レンズ４２を保持する（ステップＳ２６）。従って、加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位に応じた位置に改質領域Ｒが形成される（図８（Ｂ）参照）。
【００６８】
端部判断部７０５は、受光部４５から出力される信号に基づいて、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの他端に差し掛かったかどうかを判断する（ステップＳ２７）。端部判断部７０５は、加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓの端部に差し掛かったと判断すると、アクチュエータ制御部７０３に対してアクチュエータ４３の伸縮を停止する制御信号を出力するように指示する指示信号を出力する。この指示信号の出力に応じて、アクチュエータ制御部７０３はアクチュエータ４３に対して伸縮を停止して保持状態とするための制御信号を出力する（ステップＳ２８）。この制御信号の出力に応じてアクチュエータ４３は伸縮を停止する。ステージ移動制御部７０２は、加工用対物レンズ４２が切断予定ラインＣ１の延長線上の点Ｘ２に差し掛かると、ステージ２に対して移動を停止するように制御信号を出力する（ステップＳ２９）。その後、変位格納部７０６に格納されているアクチュエータ４３の伸縮量の内、記録を終了した時点から所定時間前に記録されたものとして格納されているアクチュエータ４３の伸縮量の平均値を算出し、この平均値となるようにアクチュエータ４３の伸縮量を固定する（ステップＳ３０）。
【００６９】
上述した準備工程及び加工工程は、加工対象物Ｓの全ての切断予定ラインＣ１〜Ｃｎそれぞれで行われ、切断予定ラインＣ１〜Ｃｎそれぞれに沿って改質領域Ｒが形成される。
【００７０】
尚、本実施形態では改質領域Ｒを一段生成する場合について説明したが、改質領域を複数段生成するようにしてもよい。この場合について図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を図４（Ａ）〜図４（Ｃ）と対比して参照しながら説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）では、加工用対物レンズ４２が集光する可視観察光のピント位置を基準として加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位を取得した。ここで、図４（Ａ）において、加工高さ分だけステージ２を上昇させ、その場合の非点収差信号を基準値とすれば、加工対象物Ｓの内部にレーザ光の集光点を位置させることができる。その状態で加工用レーザ光Ｌ１及び測距用レーザ光Ｌ２を照射しながらステージ２を移動させると、図１０（Ａ）に示す状態となる。すなわち、加工対象物Ｓの内部には加工用レーザ光Ｌ１によって改質領域Ｎ１が形成されると共に、アクチュエータ４３の伸縮量を記録すれば加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位に応じた軌跡Ｋを取得することができる。次に、ステージ２を更に上昇させて、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を参照しながら説明したのと同様に、軌跡Ｋとして記録したアクチュエータ４３の伸縮量を再生しながらレーザ加工を行えば、加工対象物Ｓの内部にはその表面Ｓ１の変位に応じた位置に改質領域Ｎ２が形成される。
【００７１】
このように加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位を記録しながらレーザ加工を行えば、より効率的に改質領域を形成することが可能となる。また、加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位を取得する際には測距用レーザ光Ｌ２の集光点が加工対象物Ｓの内部に形成される。従って、加工対象物Ｓの表面Ｓ１における測距用レーザ光Ｌ２のビーム径が大きくなるので、表面Ｓ１の状態（バックグラインド研磨などによる研磨痕の筋など）によって受ける影響をより小さくできる。
【００７２】
本実施形態では変位取得工程におけるステージ２の移動速度と加工工程におけるステージ２の移動速度とが等しくなるように設定しているが、これらの移動速度を異なるようにすることも好ましい。より具体的には、加工工程におけるステージ２の移動速度（第二の速度）よりも変位取得工程におけるステージ２の移動速度（第一の速度）を遅く設定する。この場合に、変位取得工程において主面Ｓ１の変位を取得するサンプリング周期（第一の時間間隔）が加工工程においてアクチュエータ４３を駆動するサンプリング周期（第二の時間間隔）よりも長くなるように設定する。例えば、変位取得工程におけるステージ２の移動速度を６０ｍ／ｓ、サンプリング周期を１ｍｓとし、加工工程におけるステージ２の移動速度を３００ｍ／ｓ、サンプリング周期を０．２ｍｓとする。移動速度とサンプリング周期の積が各動作のピッチ（切断予定ライン方向の距離間隔）となるので、変位取得工程において主面Ｓ１の変位を取得するピッチと、加工工程においてアクチュエータ４３を駆動するピッチとが同一となって、記録と再生のピッチが合致する。このように設定すると、変位取得工程におけるステージ２の移動速度が遅くなるので、加工対象物Ｓの主面Ｓ１に大きな凹凸があっても追従することができる。また、加工工程における加工速度は変わらないので、加工効率を低下させることがない。
【００７３】
本実施形態では、切断予定ラインに沿ってアクチュエータ４３の伸縮量を加工対象物Ｓの表面Ｓ１の変位に対応するものとして取得し、その取得した伸縮量に基づいてアクチュエータ４３を伸縮させながら加工用対物レンズ４２と表面Ｓ１との間隔を調整して改質領域を形成するので、加工対象物Ｓ内部の所定の位置に改質領域を安定して形成することができる。また、加工用レーザ光Ｌ１とを集光する加工用対物レンズ４２で測距用レーザ光Ｌ２を集光するので、例えばレンズの交換などによるずれが生じることを回避できるのでより的確に表面Ｓ１の変位を取得できる。
【００７４】
また、加工用対物レンズ４２と加工対象物Ｓとが相対的に移動して加工用対物レンズ４２が加工対象物Ｓに差し掛かった後に、加工用対物レンズ４２を初期位置に保持した状態を解除して表面Ｓ１の変位を取得するので、加工対象物Ｓの端部の形状変動による影響を極力排除して変位を取得できる。
【００７５】
また、加工用対物レンズ４２を初期位置に保持した状態で切断予定ラインの一端部において改質領域を形成し、その後加工用対物レンズ４２レンズを保持した状態を解除して予め取得した表面Ｓ１の変位に追従させながら改質領域を形成するので、加工対象物Ｓの端部の形状変動による影響を極力排除して改質領域を形成できる。
【００７６】
切断予定ラインに沿って改質領域を安定して形成することができるので、改質領域を形成した後にダイシングフィルム２ａの拡張等により加工対象物としてのウエハをチップ状に割断・分離する工程において、良好な切断品質で且つ大量のウエハを割断する場合でも常に安定してウエハの割断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態であるレーザ加工装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態のレーザ加工装置が備える制御装置の機能的な構成を示す図である。
【図３】本実施形態を説明するための加工対象物を示す図である。
【図４】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図である。
【図５】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図である。
【図６】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図である。
【図７】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図である。
【図８】本実施形態のレーザ加工方法を説明するための図である。
【図９】本実施形態のレーザ加工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方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…レーザ加工装置、２…ステージ、３…レーザヘッドユニット、４…光学系本体部、５…対物レンズユニット、６…レーザ出射装置、７…制御装置、Ｓ…加工対象物、Ｒ…改質領域、４２…加工用対物レンズ、４３…アクチュエータ、１３…レーザヘッド、４４…レーザダイオード、４５…受光部。
【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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