(57)【要約】【課題】改質領域の形成位置を正確に制御可能なレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法を提供する。【解決手段】  レーザ加工装置１００は、加工対象物１を支持する支持台１０７と、レーザ光Ｌを出力するレーザ光源１０１と、加工対象物１にレーザ光Ｌを集光するための集光レンズ１０５を含む集光ユニット１０８と、表面３に交差する方向に沿って集光ユニット１０８を駆動するためのアクチュエータ１１０と、切断予定ライン５に沿って表面３の変位を測定する変位センサ１１４と、集光ユニット１０８の温度を検出する温度センサと、表面３の変位と集光ユニット１０８の温度とに基づいて、アクチュエータ１１０による集光ユニット１０８の駆動量を算出すると共に、駆動量に応じてアクチュエータが集光ユニット１０８を駆動するようにアクチュエータ１１０を制御する集光位置制御部２００と、を備える。【選択図】図１
2017131949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
前記加工対象物を支持する支持台と、
前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記支持台に支持された前記加工対象物に前記レーザ光を集光するための集光レンズを含む集光ユニットと、
前記支持台及び前記集光ユニットの少なくとも一方を前記加工対象物における前記レーザ光の入射面に沿って移動させ、前記加工予定ラインに沿って前記レーザ光の集光点を相対移動させる移動部と、
前記入射面に交差する方向に沿って前記集光ユニットを駆動するためのアクチュエータと、
前記加工予定ラインに沿って前記入射面の変位を測定する変位センサと、
前記集光ユニットの温度を検出する温度センサと、
前記変位センサが測定した前記入射面の変位と、前記温度センサが検出した前記集光ユニットの温度と、に基づいて、前記アクチュエータによる前記集光ユニットの駆動量を算出すると共に、前記移動部が前記集光点を相対移動させているときに前記駆動量に応じて前記集光ユニットを駆動するように前記アクチュエータを制御する制御部と、
を備えるレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記集光ユニットの温度と前記集光レンズの焦点位置の変動量との関係を示す変動量データを保持するデータ保持部と、
前記変動量データを参照することにより前記温度センサが検出した前記集光ユニットの温度に応じた前記焦点位置の変動量を取得すると共に、前記変動量に基づいて前記変位センサが測定した前記入射面の変位を補正することにより前記駆動量を算出する補正部と、
前記駆動量に応じて前記集光ユニットを駆動するように前記アクチュエータを制御する駆動制御部と、
を有する、
請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記変位センサは、前記レーザ光の光路と異なる光路において前記入射面に測定光を入射させると共に前記測定光の反射光を検出することにより前記入射面の変位を測定する、
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記集光ユニットは、前記集光レンズを保持する筐体を含み、
前記温度センサは、前記筐体に取り付けられ、前記集光ユニットの温度として前記筐体の温度を検出する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記集光ユニットは、前記集光レンズを保持する筐体を含み、
前記アクチュエータは、前記筐体に接続されており、
前記温度センサは、前記アクチュエータに取り付けられ、前記集光ユニットの温度として前記アクチュエータの温度を検出する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
前記レーザ光を前記加工対象物に集光するための集光レンズを含む集光ユニットの温度を検出する温度検出ステップと、
前記加工対象物における前記レーザ光の入射面の変位を前記加工予定ラインに沿って測定する変位測定ステップと、
前記変位測定ステップにおいて測定された前記入射面の変位と、前記温度検出ステップにおいて検出された前記集光ユニットの温度と、に基づいて、前記入射面に交差する方向における前記集光ユニットの駆動量を算出する算出ステップと、
前記駆動量に応じて前記集光ユニットを駆動させながら、且つ、前記加工予定ラインに沿って前記レーザ光の集光点を相対移動させながら、前記加工対象物に前記レーザ光を照射することにより、前記レーザ加工を行う加工ステップと、
を備えるレーザ加工方法。
【請求項７】
加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
前記加工対象物を支持する支持台と、
前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記支持台に支持された前記加工対象物に前記レーザ光を集光するための集光レンズを含む集光ユニットと、
前記支持台及び前記集光ユニットの少なくとも一方を前記加工対象物における前記レーザ光の入射面に沿って移動させ、前記加工予定ラインに沿って前記レーザ光の集光点を相対移動させる移動部と、
前記入射面に交差する方向に沿って前記集光点の位置を調整する調整部と、
前記加工予定ラインに沿って前記入射面の変位を測定する変位センサと、
前記集光ユニットの温度を検出する温度センサと、
前記変位センサが測定した前記入射面の変位と、前記温度センサが検出した前記集光ユニットの温度と、に基づいて、前記調整部での調整量を算出すると共に、前記移動部が前記集光点を相対移動させているときに前記調整量に応じて前記集光点の位置を調整するように前記調整部を制御する制御部と、
を備えるレーザ加工装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記集光ユニットの温度と前記集光レンズの焦点位置の変動量との関係を示す変動量データを保持するデータ保持部と、
前記変動量データを参照することにより前記温度センサが検出した前記集光ユニットの温度に応じた前記焦点位置の変動量を取得すると共に、前記変動量に基づいて前記変位センサが測定した前記入射面の変位を補正することにより前記調整量を算出する補正部と、
前記調整量に応じて前記集光点の位置を調整するように前記調整部を制御する調整制御部と、
を有する、
請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
前記変位センサは、前記レーザ光の光路と異なる光路において前記入射面に測定光を入射させると共に前記測定光の反射光を検出することにより前記入射面の変位を測定する、
請求項７又は８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記集光ユニットは、前記集光レンズを保持する筐体を含み、
前記温度センサは、前記筐体に取り付けられ、前記集光ユニットの温度として前記筐体の温度を検出する、
請求項７〜９のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、前記加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、
前記レーザ光を前記加工対象物に集光するための集光レンズを含む集光ユニットの温度を検出する温度検出ステップと、
前記加工対象物における前記レーザ光の入射面の変位を前記加工予定ラインに沿って測定する変位測定ステップと、
前記変位測定ステップにおいて測定された前記入射面の変位と、前記温度検出ステップにおいて検出された前記集光ユニットの温度と、に基づいて、前記入射面に交差する方向における前記レーザ光の集光点の位置の調整量を算出する算出ステップと、
前記調整量に応じて前記集光点の位置を調整しながら、且つ、前記加工予定ラインに沿って前記集光点を相対移動させながら、前記加工対象物に前記レーザ光を照射することにより、前記レーザ加工を行う加工ステップと、
を備えるレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体チップ製造方法が記載されている。この方法では、ｎ型窒化ガリウム系半導体層（ｎ型層）とｐ型窒化ガリウム系半導体層（ｐ型層）とをサファイア基板上に積層して形成された半導体ウエハを複数の半導体チップに分割する。この方法では、まず、所望のチップ形状により素子分離溝を形成する。素子分離溝は、ｐ型層をエッチングすることにより形成される。続いて、サファイア基板の内部に改質領域を形成する。改質領域は、サファイア基板の内部に集光点を合せてレーザ光を照射することにより形成される。改質領域は、半導体ウエハの分断に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８１９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の方法においては、窒化ガリウム系化合物半導体の性質により破断面が斜めに形成される傾向を考慮して、改質領域を素子分離溝の中央線に対してずらして形成する。これにより、素子分離溝に破断面が現れるようにしている。このように、上記技術分野においては、レーザ光の入射面に沿った方向について、改質領域の形成位置を制御することが行われている。
【０００５】
ところで、加工対象物の厚さ方向（すなわち、レーザ光の入射面に交差する方向）についても、改質領域の形成位置を正確に制御することが望ましい。このため、レーザ光の入射面に交差する方向について、入射面の変位に応じてレーザ光の集光位置を正確に制御することが要求される。このことは、改質領域の形成以外のレーザ加工（例えばアブレーション等の表面加工）の場合でも同様に要求される。
【０００６】
入射面の変位に応じてレーザ光の集光位置を制御するためには、例えば、変位センサによってレーザ光の入射面の変位を測定し、その変位に基づいてレーザ光の集光位置を調整しながら、レーザ光の照射を行うことが考えられる。レーザ光の集光位置を調整するためには、レーザ光を集光するための集光レンズを含む集光ユニットを、例えばアクチュエータ等によって入射面の変位に応じて駆動させればよい。
【０００７】
しかしながら、集光ユニットの温度がレーザ光のエネルギーによって変動する場合がある。集光ユニットの温度が変動すると、集光レンズの焦点位置も変動する。このため、変位センサにより測定された入射面の変位に基づいて集光ユニットを駆動しても、レーザ光の集光位置が所望の位置からずれるおそれがある。この場合には、レーザ加工の精度が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザ加工の精度の低下を抑制可能なレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法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】
【０００９】
本発明に係るレーザ加工装置は、加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、加工対象物を支持する支持台と、レーザ光を出力するレーザ光源と、支持台に支持された加工対象物にレーザ光を集光するための集光レンズを含む集光ユニットと、支持台及び集光ユニットの少なくとも一方を加工対象物におけるレーザ光の入射面に沿って移動させ、加工予定ラインに沿ってレーザ光の集光点を相対移動させる移動部と、入射面に交差する方向に沿って集光ユニットを駆動するためのアクチュエータと、加工予定ラインに沿って入射面の変位を測定する変位センサと、集光ユニットの温度を検出する温度センサと、変位センサが測定した入射面の変位と、温度センサが検出した集光ユニットの温度と、に基づいて、アクチュエータによる集光ユニットの駆動量を算出すると共に、移動部が集光点を相対移動させているときに駆動量に応じて集光ユニットを駆動するようにアクチュエータを制御する制御部と、を備える。
【００１０】
本発明に係るレーザ加工方法は、加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、レーザ光を加工対象物に集光するための集光レンズを含む集光ユニットの温度を検出する温度検出ステップと、加工対象物におけるレーザ光の入射面の変位を加工予定ラインに沿って測定する変位測定ステップと、変位測定ステップにおいて測定された入射面の変位と、温度検出ステップにおいて検出された集光ユニットの温度と、に基づいて、入射面に交差する方向における集光ユニットの駆動量を算出する算出ステップと、駆動量に応じて集光ユニットを駆動させながら、且つ、加工予定ラインに沿ってレーザ光の集光点を相対移動させながら、加工対象物にレーザ光を照射することにより、レーザ加工を行う加工ステップと、を備える。
【００１１】
このレーザ加工装置及びレーザ加工方法においては、レーザ光の入射面に交差する方向に沿って集光ユニットを駆動することにより、入射面に対するレーザ光の集光点の位置を調整することができる。特に、このレーザ加工装置及びレーザ加工方法にあっては、入射面の変位を測定すると共に集光ユニットの温度を測定する。そして、入射面の変位と集光ユニットの温度との両方に基づいて、集光ユニットの駆動量を算出する。そのうえで、レーザ光の集光点が相対移動されているときに（すなわち、レーザ光が照射されるときに）、当該駆動量に応じて集光ユニットを駆動する。このため、このレーザ加工装置及びレーザ加工方法にあっては、入射面に対するレーザ光の集光点の位置を、集光ユニットの温度を考慮して調整することが可能となる。つまり、レーザ光の集光点の位置を、集光ユニットの温度に依らずに正確に制御可能である。これにより、レーザ加工の精度の低下が抑制される。なお、レーザ光の入射面とは、加工対象物におけるレーザ光が入射する表面を意味する。
【００１２】
本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、集光ユニットの温度と集光レンズの焦点位置の変動量との関係を示す変動量データを保持するデータ保持部と、変動量データを参照することにより温度センサが検出した集光ユニットの温度に応じた焦点位置の変動量を取得すると共に、変動量に基づいて変位センサが測定した入射面の変位を補正することにより駆動量を算出する補正部と、駆動量に応じて集光ユニットを駆動するようにアクチュエータを制御する駆動制御部と、を有してもよい。この場合、駆動量の算出が容易になる。
【００１３】
本発明に係るレーザ加工装置においては、変位センサは、レーザ光の光路と異なる光路において入射面に測定光を入射させると共に測定光の反射光を検出することにより入射面の変位を測定してもよい。このように、レーザ光の光路と変位センサの測定光の光路とが異なる場合には、測定光の照射状態が、集光ユニットの温度変化による集光レンズの焦点位置の変動から独立する。このため、上記のように、集光ユニットの温度を考慮してレーザ光の集光点の位置を調整することが特に重要となる。
【００１４】
本発明に係るレーザ加工装置においては、集光ユニットは、集光レンズを保持する筐体を含み、温度センサは、筐体に取り付けられ、集光ユニットの温度として筐体の温度を検出してもよい。集光レンズの焦点位置の変動は、集光レンズを保持する筐体の温度変化に大きく依存する。このため、筐体の温度を検出して駆動量の算出に利用することにより、レーザ光の集光点の位置をより正確に制御可能となる。
【００１５】
本発明に係るレーザ加工装置においては、集光ユニットは、集光レンズを保持する筐体を含み、アクチュエータは、筐体に接続されており、温度センサは、アクチュエータに取り付けられ、集光ユニットの温度としてアクチュエータの温度を検出してもよい。この場合、上記の場合と同様に、筐体に接続されたアクチュエータの温度を検出して駆動量の算出に利用することによって、レーザ光の集光点の位置をより正確に制御可能である。特に、この場合には、集光ユニットの取り扱い（例えば取り外し）の際に、温度センサの配線の取り回しの手間がない。
【００１６】
本発明に係るレーザ加工装置は、加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、加工対象物を支持する支持台と、レーザ光を出力するレーザ光源と、支持台に支持された加工対象物にレーザ光を集光するための集光レンズを含む集光ユニットと、支持台及び集光ユニットの少なくとも一方を加工対象物におけるレーザ光の入射面に沿って移動させ、加工予定ラインに沿ってレーザ光の集光点を相対移動させる移動部と、入射面に交差する方向に沿って集光点の位置を調整する調整部と、加工予定ラインに沿って入射面の変位を測定する変位センサと、集光ユニットの温度を検出する温度センサと、変位センサが測定した入射面の変位と、温度センサが検出した集光ユニットの温度と、に基づいて、調整部での調整量を算出すると共に、移動部が集光点を相対移動させているときに調整量に応じて集光点の位置を調整するように調整部を制御する制御部と、を備える。
【００１７】
本発明に係るレーザ加工方法は、加工予定ラインに沿って加工対象物にレーザ光を照射することにより、加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工方法であって、レーザ光を加工対象物に集光するための集光レンズを含む集光ユニットの温度を検出する温度検出ステップと、加工対象物におけるレーザ光の入射面の変位を加工予定ラインに沿って測定する変位測定ステップと、変位測定ステップにおいて測定された入射面の変位と、温度検出ステップにおいて検出された集光ユニットの温度と、に基づいて、入射面に交差する方向におけるレーザ光の集光点の位置の調整量を算出する算出ステップと、調整量に応じて集光点の位置を調整しながら、且つ、加工予定ラインに沿って集光点を相対移動させながら、加工対象物にレーザ光を照射することにより、レーザ加工を行う加工ステップと、を備える。
【００１８】
このレーザ加工装置及びレーザ加工方法においては、レーザ光の入射面に交差する方向に沿って、入射面に対するレーザ光の集光点の位置を調整することができる。特に、このレーザ加工装置及びレーザ加工方法にあっては、入射面の変位を測定すると共に集光ユニットの温度を測定する。そして、入射面の変位と集光ユニットの温度との両方に基づいて、集光点の調整量を算出する。そのうえで、レーザ光の集光点が相対移動されているときに（すなわち、レーザ光が照射されるときに）、当該調整量に応じて集光点を調整する。このため、このレーザ加工装置及びレーザ加工方法にあっては、入射面に対するレーザ光の集光点の位置を、集光ユニットの温度を考慮して調整することが可能となる。つまり、レーザ光の集光点の位置を、集光ユニットの温度に依らずに正確に制御可能である。これにより、レーザ加工の精度の低下が抑制される。
【００１９】
本発明に係るレーザ加工装置においては、制御部は、集光ユニットの温度と集光レンズの焦点位置の変動量との関係を示す変動量データを保持するデータ保持部と、変動量データを参照することにより温度センサが検出した集光ユニットの温度に応じた焦点位置の変動量を取得すると共に、変動量に基づいて変位センサが測定した入射面の変位を補正することにより調整量を算出する補正部と、調整量に応じて集光点を調整するように調整部を制御する調整制御部と、を有してもよい。この場合、調整量の算出が容易になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レーザ加工の精度の低下を抑制可能なレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】レーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。
【図３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】変位センサの概略構成図である。
【図８】変動量データの一例を示すグラフである。
【図９】集光位置制御部の動作を示す図である。
【図１０】レーザ加工方法の主要な工程を説明するための図である。
【図１１】レーザ加工方法の主要な工程を説明するための図である。
【図１２】レーザ加工方法の主要な工程を説明するための図である。
【図１３】表面の変位の補正を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
本実施形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、レーザ加工の一例として、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ライン（加工予定ライン）に沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００２４】
図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ（移動部）１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部（移動部）１１５と、を備えている。
【００２５】
レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
【００２６】
加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。すなわち、ステージ１１１は、ステージ制御部１１５の制御のもとで、支持台１０７を加工対象物１におけるレーザ光Ｌの入射面である表面３に沿って移動させ、切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。
【００２７】
集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面２１、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。
【００２８】
ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。
【００２９】
改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
【００３０】
溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
【００３１】
切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
【００３２】
引き続いて、本実施形態に係るレーザ加工装置、及びレーザ加工方法について説明する。図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、集光ユニット１０８と、アクチュエータ１１０と、を備えている。集光ユニット１０８は、上記の集光レンズ１０５と、筐体１０６と、を含む。集光レンズ１０５は、上述したように、支持台１０７に支持された加工対象物１にレーザ光Ｌを集光する。筐体１０６は、集光レンズ１０５を保持している。レーザ光源１０１から出力されたレーザ光Ｌは、集光ユニット１０８を介して加工対象物１の表面３側から加工対象物１に照射される。したがって、ここでは、加工対象物１の表面３がレーザ光Ｌの入射面である。
【００３３】
アクチュエータ１１０は、筐体１０６に接続されている。特に、アクチュエータ１１０は、例えば金属製の連結部材（不図示）を介して筐体１０６に連結されることにより、筐体１０６に熱的に接続されている。アクチュエータ１１０は、加工対象物１の表面３に交差する方向（すなわち、加工対象物１の厚さ方向）に沿って、集光ユニット１０８を駆動する。すなわち、アクチュエータ１１０は、集光ユニット１０８を表面３に近づけるように集光ユニット１０８を駆動したり、集光ユニット１０８を表面３から遠ざけるように集光ユニット１０８を駆動したりする。これにより、表面３に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置（集光位置）が調節される。なお、アクチュエータ１１０の駆動方式（駆動源）は、一例として、ピエゾ素子、ステッピングモータ、超音波モータ、ボイスコイルモータ、リニアモータ、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、ダイレクトドライブモータ等である。
【００３４】
レーザ加工装置１００は、温度センサ１１２と変位センサ１１４とを備えている。温度センサ１１２は、筐体１０６に取り付けられており、集光ユニット１０８の温度を検出する。特に、温度センサ１１２は、筐体１０６の外側面に設けられており、集光ユニット１０８の温度として筐体１０６の温度を検出する。なお、後述するように、温度センサ１１２は、筐体１０６に代えて、筐体１０６に熱的に接続されたアクチュエータ１１０に取り付けられてもよい。
【００３５】
変位センサ１１４は、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の表面３の変位を測定する。変位センサ１１４は、集光ユニット１０８と一体的に、切断予定ライン５に沿って加工対象物１に対して相対移動可能なように保持されている。変位センサ１１４の一例について詳細について説明する。図７は、変位センサの一例を示す模式図である。図７に示されるように、変位センサ１１４は、一例として三角測距方式を用いるレーザ式変位センサである。
【００３６】
変位センサ１１４は、測定用光源１１６と、投光レンズ１１８と、受光レンズ１２０と、受光素子１２２と、駆動回路１２４と、信号増幅回路１２６と、を有している。測定用光源１１６は、例えば半導体レーザである。測定用光源１１６は、駆動回路１２４により駆動され、測定用レーザ光（測定光）Ｌｍを出力する。投光レンズ１１８は、測定用光源１１６から出力された測定用レーザ光Ｌｍを、加工対象物１の表面３に集光する。受光レンズ１２０は、表面３で反射された測定用レーザ光Ｌｍを受光素子１２２に集光する。受光素子１２２は、例えば光位置検出素子（ＰＳＤ：Position  Sensitive  Detector）である。受光素子１２２は、受光レンズ１２０を介して測定用レーザ光Ｌｍを受光し、電気信号を生成する。信号増幅回路１２６は、受光素子１２２からの電気信号を増幅して外部に出力する。
【００３７】
変位センサ１１４においては、測定用光源１１６から出力された測定用レーザ光Ｌｍは、加工対象物１の表面３で反射され、受光レンズを介して受光素子１２２上にスポットを形成する。加工対象物１の表面３が変位すると、測定用レーザ光Ｌｍの反射位置が変動し、結果的に受光素子１２２上におけるスポットの位置が変動する。受光素子１２２は、その測定用レーザ光Ｌｍのスポットの位置に応じた電気信号を生成する。これにより、変位センサ１１４は、表面３の変位を測定する。すなわち、変位センサ１１４においては、切断予定ライン５に沿って測定用レーザ光Ｌｍを表面３に照射（走査）することにより、切断予定ライン５に沿った表面３の変位が測定される。
【００３８】
なお、変位センサ１１４は、温度センサ１２８をさらに備えている。温度センサ１２８は、変位センサ１１４の温度を検出する。一例として、温度センサ１２８は、変位センサ１１４の各部を収容する筐体の温度を検出する。変位センサ１１４の温度は、例えば駆動回路１２４や信号増幅回路１２６等の電子回路の発熱により変化する。このため、変位センサ１１４の温度は、電子回路の発熱量に応じて、時間の経過により略一定になる。
【００３９】
また、変位センサ１１４は、集光ユニット１０８と別体に構成されている。したがって、変位センサ１１４は、加工用のレーザ光Ｌの光路と異なる光路において、加工対象物１の表面３に測定用レーザ光Ｌｍを入射させる。このため、変位センサ１１４の温度がレーザ光Ｌの影響を受けて変動することはない。
【００４０】
図１を参照し、レーザ加工装置１００の説明を続ける。レーザ加工装置１００は、集光位置制御部（制御部）２００を有している。集光位置制御部２００は、変位センサ１１４が測定した加工対象物１の表面３の変位に応じた駆動量により、アクチュエータ１１０による集光ユニット１０８の駆動を制御する。より具体的には、集光位置制御部２００は、変位センサ１１４が測定した加工対象物１の表面３の変位と、温度センサ１１２が検出した集光ユニット１０８の温度と、に基づいて、アクチュエータ１１０の駆動量を算出する。そして、集光位置制御部２００は、算出した駆動量に応じてアクチュエータ１１０による集光ユニット１０８の駆動を制御する。
【００４１】
そのために、集光位置制御部２００は、変位センサ制御部２０２と、補正部２０４と、駆動制御部２０６と、データ保持部２０８と、を有している。変位センサ制御部２０２は、変位センサ１１４を制御する。変位センサ制御部２０２は、信号増幅回路１２６を介して、受光素子１２２からの電気信号を入力する。これにより、変位センサ制御部２０２は、変位センサ１１４による表面３の変位の測定結果を取得する。さらに、変位センサ制御部２０２は、温度センサ１２８から、変位センサ１１４の温度の検出結果を取得する。
【００４２】
補正部２０４は、温度センサ１１２から、集光ユニット１０８の温度の検出結果を取得する。また、補正部２０４は、変位センサ制御部２０２から、表面３の変位の測定結果及び変位センサ１１４の温度の検出結果を取得する。そして、補正部２０４は、変位センサ１１４が測定した表面３の変位と、温度センサ１１２が検出した集光ユニット１０８の温度と、に基づいて、アクチュエータ１１０による集光ユニット１０８の駆動量を算出する。この点について、より具体的に説明する。なお、補正部２０４は、変位センサ１１４の温度をさらに考慮して、集光ユニット１０８の駆動量を算出してもよい。
【００４３】
補正部２０４は、アクチュエータ１１０における集光ユニット１０８の駆動量を算出するに際して、データ保持部２０８に保持されたデータを参照する。データ保持部２０８は、集光ユニット１０８の温度と、集光レンズ１０５の焦点位置の変動量との関係を示す変動量データを保持している。図８は、変動量データの一例を示すグラフである。図８のグラフの横軸は集光ユニット１０８の温度を示し、縦軸は集光レンズ１０５の焦点位置の変動量を示している。集光レンズ１０５の焦点位置の変動量は、ここでは、集光ユニット１０８の温度が２６．３℃（基準温度）のときを基準として相対的に示されている。
【００４４】
図８のグラフに示されるように、集光レンズ１０５の焦点位置は、集光ユニット１０８の温度変化に伴って変動する。特に、集光レンズ１０５の焦点位置の変動量は、集光ユニット１０８の温度の上昇に伴って増加する。これは、集光ユニット１０８の温度の上昇により、集光レンズ１０５を保持している筐体１０６が膨張することが一因と考えられる。集光ユニット１０８の温度は、加工対象物１に対してレーザ光Ｌを照射しているときに、レーザ光Ｌのエネルギーの一部が集光ユニット１０８内において熱に変換されることにより上昇する。図８のグラフを参照すると、集光レンズ１０５の焦点位置の変動量は、集光ユニット１０８の温度の上昇に対して、ほぼ直線ｙに沿うように増加している。直線ｙは、一例として、ｙ＝０．９６ｘ−２５．４４により示される直線である（ｘは温度）。
【００４５】
補正部２０４は、この変動量データを参照することにより、温度センサ１１２が検出した集光ユニット１０８の温度に応じた焦点位置の変動量を取得する。上記の一例では、ｘ（温度）が３０℃である場合には、ｙ（変動量）を３．３６μｍとして取得することができる。そして、補正部２０４は、取得した変動量に基づいて、変位センサ１１４が測定した表面３の変位を補正することにより、駆動量を算出する。上記の一例では、変位センサ１１４が測定した表面３の変位に対して、３．３６μｍの変動量を減算することにより、駆動量が算出される。表面３から変動量を減算するのは、上述したように、筐体１０６の膨張により集光レンズ１０５の位置が表面３に近づけられ、レーザ光Ｌの集光点Ｐが表面３からより深い位置になることを補償するためである。
【００４６】
駆動制御部２０６は、以上のように算出された駆動量を補正部２０４から取得する。そして、図９に示されるように、駆動制御部２０６は、ステージ制御部１１５の制御のもとでステージ１１１が支持台１０７を移動させて集光点Ｐを表面３に沿った方向（図中の矢印Ａ方向）に相対移動させているときに、取得した駆動量に応じてアクチュエータ１１０が集光ユニット１０８（集光レンズ１０５）を表面３に交差する方向（図中の矢印Ｂ方向）に駆動するように、アクチュエータ１１０を制御する。これにより、表面３からの集光点Ｐの深さＤ（表面３に対する集光点Ｐの位置）が、表面３の変位に依らずに一定とされる。すなわち、ここでは、表面３から加工対象物１の内部の一定の位置に、切断予定ライン５に沿って改質領域７が形成される。
【００４７】
以上の集光位置制御部２００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含むコンピュータを主体として構成される。上記の各部は、そのコンピュータにおいて所定のプログラムを実行することによって実現される。また、集光位置制御部２００は、レーザ光源制御部１０２及びステージ制御部１１５の少なくとも一方と同一のコンピュータとして構成されていてもよい。さらに、集光位置制御部２００は、少なくともレーザ光源制御部１０２及びステージ制御部１１５と信号の授受が可能であり、上記の動作をレーザ光Ｌの出力及び支持台１０７の移動と同期して行うことができる。
【００４８】
引き続いて、本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。本実施形態に係るレーザ加工方法は、上記のレーザ加工装置１００において実施される。このレーザ加工方法は、主に、基準合せステップと、温度検出ステップと、変動量取得ステップと、変位測定ステップと、算出ステップと、加工ステップと、を含む。ここでは、一例として、変位測定ステップ及び算出ステップは、基準合せステップ、温度検出ステップ、及び変動量取得ステップの後に、加工ステップと共に、一連の動作として連続して、或いは、部分的に互いに重複して実施される。以下に、各ステップの詳細を説明する。
【００４９】
基準合せステップにおいては、集光位置制御部２００が、表面３に交差する方向について、集光レンズ１０５の基準位置と変位センサの基準位置とを決定する。また、集光位置制御部２００は、このときの温度Ｔ０を記憶しておく。基準合せステップについて詳細に説明する。図１０及び図１１は、レーザ加工方法の主要な工程を示す図であって、特に基準合せステップを示す。図１０の（ａ）に示されるように、基準合せステップにおいては、まず、集光レンズ１０５の基準位置を設定する。一例として、ここでは、レーザ光Ｌの集光点Ｐを加工対象物１の表面３に合せ、このときの集光レンズ１０５のＺ方向（表面３に交差する方向）の位置（例えば表面３と集光レンズ１０５との距離Ｐ１）を集光レンズ１０５のゼロ点とする。なお、このときのレーザ光としては、加工用のレーザ光Ｌの強度を加工閾値よりも小さく調整したものを用いてもよいし、観察用の別のレーザ光を用いてもよい。
【００５０】
続いて、基準合せステップにおいては、図１０の（ｂ）に示されるように、加工対象物１を集光レンズ１０５に向けてＺ方向（図中の矢印Ｂ方向）に相対移動させることにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐを深さＤの位置になるようにする。ここでは、支持台１０７が上昇することにより、加工対象物１が集光レンズ１０５に対して相対移動される。これにより、集光レンズ１０５と加工対象物１の表面３との距離が、距離Ｐ１−深さＤとなる。なお、深さＤは、改質領域７を形成する加工位置の１つである。
【００５１】
続いて、基準合せステップにおいては、図１１に示されるように、変位センサ１１４の基準位置を設定する。一例として、ここでは、集光レンズ１０５と表面３との距離を距離Ｐ１−深さＤに維持したまま、加工対象物１をＹ方向（図中の矢印Ｂ方向）に相対移動させる。このときの相対移動の距離は、集光ユニット１０８と変位センサ１１４との間の距離Ｐ２である。また、ここでは、支持台１０７が変位センサ１１４側に移動することにより、加工対象物１が変位センサ１１４に対して相対移動される。そして、変位センサ１１４が測定用レーザ光Ｌｍを表面３に向けて照射することにより、Ｚ方向について、表面３に対する変位センサ１１４の位置を取得し、変位センサ１１４のゼロ点とする。したがって、集光レンズ１０５と変位センサ１１４とは、深さＤの分だけずれた位置にゼロ点を持つ。このとき、基準温度である温度Ｔ０を測定する。
【００５２】
続いて、温度検出ステップが実施される。温度検出ステップにおいては、温度センサ１１２が、集光ユニット１０８の温度Ｔ１を検出し、検出結果を補正部２０４に送信する。ここで検出される集光ユニット１０８の温度Ｔ１は、既に行われた改質領域７の形成時のレーザ光Ｌの照射により、温度Ｔ０よりも高い場合がある。或いは、ここで検出される集光ユニット１０８の温度Ｔ１は、レーザ光Ｌの照射以外の別の要因により、温度Ｔ０よりも高い場合もある。
【００５３】
続いて、変動量取得ステップが実施される。変動量取得ステップにおいては、補正部２０４が、データ保持部２０８に保持された変動量データを参照することにより、集光ユニット１０８の温度Ｔ１に応じた集光レンズ１０５の焦点位置の変動量を取得する。一例として、基準合せステップにおいて記憶した集光ユニット１０８の温度Ｔ０が基準温度であり、温度取得ステップにおいて検出された集光ユニット１０８の温度Ｔ１が３０℃である場合には、上記のとおり、変動量を３．３６μｍとして取得する。
【００５４】
続いて、レーザ光源制御部１０２、ステージ制御部１１５、及び、集光位置制御部２００の制御の元で、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、改質領域７を形成する加工ステップを実施する。より具体的には、加工ステップにおいては、まず、図１２の（ａ）に示されるように、ステージ制御部１１５が、支持台１０７を移動させることにより、変位センサ１１４及び集光ユニット１０８に向かう方向（図中の矢印Ａ方向）に加工対象物１を移動させる。このとき、加工対象物１は、表面３に交差する方向からみて、まず変位センサ１１４に到達し、その後に集光ユニット１０８に到達する。
【００５５】
加工対象物１が変位センサ１１４に到達した時点から、変位測定ステップが開始される。変位測定ステップにおいては、変位センサ制御部２０２の制御のもとで、変位センサ１１４が、加工対象物１の表面３の変位を切断予定ライン５に沿って測定する。より具体的には、図１２の（ｂ）に示されるように、変位測定ステップにおいては、加工対象物１の移動が継続されている状態において、変位センサ１１４が、測定用レーザ光Ｌｍを表面３に入射させると共に測定用レーザ光Ｌｍの反射光を検出する。これにより、切断予定ライン５に沿って、表面３の変位を順次測定する。変位センサ制御部２０２は、この測定結果を補正部２０４に送信する。
【００５６】
続いて、算出ステップが実施される。算出ステップにおいては、補正部２０４が、変位測定ステップにおいて測定された表面３の変位と、温度検出ステップにおいて検出された集光ユニット１０８の温度Ｔ１と、に基づいて、表面３に交差する方向における集光ユニット１０８の駆動量を算出する。より具体的には、算出ステップにおいては、補正部２０４が、変動量取得ステップにおいて取得した集光レンズ１０５の焦点位置の温度Ｔ１に応じた変動量に基づいて、表面３の変位を補正することにより駆動量を算出する。一例として、変位センサ１１４が測定した表面３の変位に対して、変動量取得ステップで取得された３．３６μｍの変動量を減算することにより、駆動量が算出される。
【００５７】
そして、図１２の（ｂ），（ｃ）に示されるように、継続中の加工ステップにおいて、上記のように算出した駆動量に応じて、駆動制御部２０６が集光ユニット１０８を駆動させながら、且つ、ステージ制御部１１５が切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させながら、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、改質領域７を形成する。これにより、表面３から加工対象物１の内部の一定の位置（深さＤ）に、切断予定ライン５に沿って改質領域７が形成される。なお、温度検出ステップ、変動量取得ステップ、及び算出ステップは、加工ステップが継続している間にわたって繰り返し実施されてもよい。この場合には、継続して出力されるレーザ光Ｌによって集光ユニット１０８の温度が刻々と変化していくなかで、その温度変化に適した駆動量を順次算出することができる。
【００５８】
以上説明したように、レーザ加工装置１００においては、アクチュエータ１１０が、表面３（加工対象物１におけるレーザ光Ｌの入射面）に交差する方向に沿って集光ユニット１０８を駆動することにより、表面３からのレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を調整することができる。特に、レーザ加工装置１００にあっては、変位センサ１１４が表面３の変位を測定すると共に、温度センサ１１２が集光ユニット１０８の温度を測定する。そして、集光位置制御部２００が、表面３の変位と集光ユニット１０８の温度とに基づいて、アクチュエータ１１０による集光ユニット１０８の駆動量を算出する。
【００５９】
そのうえで、集光位置制御部２００は、レーザ光Ｌの集光点Ｐが相対移動されているときに（すなわち、レーザ光Ｌが照射されているときに）、当該駆動量に応じて集光ユニット１０８を駆動するようにアクチュエータ１１０を制御する。このため、レーザ加工装置１００にあっては、表面３からのレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を、集光ユニット１０８の温度を考慮して調整することが可能となる。よって、レーザ加工装置１００によれば、集光ユニット１０８の温度に依らず、改質領域７の形成位置を正確に制御可能である。
【００６０】
この効果について、より具体的に説明する。レーザ加工装置１００においては、集光位置制御部２００の補正部２０４が、データ保持部２０８が保持する変動量データを参照することにより、温度センサ１１２が検出した集光ユニット１０８の温度に応じた焦点位置の変動量を取得する。また、補正部２０４が、取得した変動量に基づいて、変位センサ１１４が測定した表面３の変位を補正することにより、アクチュエータ１１０の駆動量を算出する。そして、集光位置制御部２００の駆動制御部２０６が、算出された駆動量に応じて集光ユニット１０８を駆動するようにアクチュエータ１１０を制御する。
【００６１】
図１３は、表面の変位の補正を説明するための図である。図１３に示されたグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は変位を示している。横軸の時間は、変位センサ１１４が表面３の変位を測定し始めてから経過した時間を示している。変位センサ１１４は、相対移動されている状態の加工対象物１に対して測定用レーザ光Ｌｍを走査することにより、表面３の変位を測定する。したがって、横軸の時間は、表面３上の位置と同等である。また、縦軸の変位は、表面３の基準位置（例えば平均位置）からの加工対象物１の厚さ方向の位置を示している。
【００６２】
図１３の（ａ）に示されるように、補正部２０４による補正が行われていない状態では、変位センサ１１４により測定された表面３の変位Ｅとアクチュエータ１１０の駆動量Ｆとが一致している。すなわち、表面３の変位Ｅをそのままアクチュエータ１１０の駆動量Ｆとしている。その結果、集光ユニット１０８の温度変化（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ０）に応じて集光レンズ１０５の焦点位置が変動している場合には、その変動量ｇ（ΔＴ）の分だけ、レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置（深さ）の変位Ｈが表面３の変位Ｅから乖離する。
【００６３】
これに対して、図１３の（ｂ）に示されるように、補正部２０４によってアクチュエータ１１０の駆動量Ｆが変動量ｇ（△Ｔ）の分だけ補正されることにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置（深さ）の変位Ｈが、表面３の変位Ｅから乖離することが避けられる。このため、レーザ加工装置１００によれば、集光ユニット１０８の温度に依らず、表面３に対する改質領域７の形成位置を正確に制御可能である。レーザ加工装置１００において実施されるレーザ加工方法によっても、同様の理由から、改質領域７の形成位置を正確に制御可能である。なお、図中では省略しているが、実際には、アクチュエータ１１０の駆動量Ｆ（アクチュエータ１１０の駆動信号）と集光点Ｐの位置の変位Ｈとは、変位センサ１１４が測定する表面３の変位Ｅ（変位センサ１１４の測定信号）に対して遅延が生じる。遅延時間は、（集光ユニット１０８と変位センサ１１４との間の距離Ｐ２）／（加工対象物１の相対移動速度（加工速度））となる。
【００６４】
ここで、レーザ加工装置１００においては、変位センサ１１４は、レーザ光Ｌの光路と異なる光路において表面３に測定用レーザ光Ｌｍを入射させる。このように、レーザ光Ｌの光路と測定用レーザ光Ｌｍの光路とが異なる場合には、測定用レーザ光Ｌｍの表面３に対する照射状態（例えば集光位置）が、集光ユニット１０８の温度変化による集光レンズ１０５の焦点位置の変動から独立する。このため、上記のように、集光ユニット１０８の温度を考慮してレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を調整することが特に重要となる。これは、次のような理由による。
【００６５】
すなわち、仮に、測定用レーザ光Ｌｍが、レーザ光Ｌの光路に重複する光路で表面３に照射される場合には、測定用レーザ光Ｌｍの光路にも集光レンズ１０５が介在することになる。したがって、この場合には、集光ユニット１０８の温度変化に伴う集光レンズ１０５の焦点位置の変動が、測定用レーザ光Ｌｍにもレーザ光Ｌと同等に作用する。よって、この場合には、測定用レーザ光Ｌｍにより測定される表面３の変位に基づいてレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を調整する際に、集光ユニット１０８の温度を考慮する必要性が相対的に小さい。
【００６６】
これに対して、上記のように、レーザ光Ｌの光路と異なる光路において表面３に測定用レーザ光Ｌｍを入射させる場合には、測定用レーザ光Ｌｍの光路に集光レンズ１０５が介在しないことになる。このため、この場合には、集光ユニット１０８の温度変化に伴う集光レンズ１０５の焦点位置の変動が、レーザ光Ｌのみに作用して測定用レーザ光Ｌｍには作用しない。よって、この場合には、測定用レーザ光Ｌｍにより測定される表面３の変位に基づいてレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を調整する際に、集光ユニット１０８の温度を考慮することが重要となる。
【００６７】
また、レーザ加工装置１００においては、集光ユニット１０８は、集光レンズ１０５を保持する筐体１０６を含み、温度センサ１１２は、集光ユニット１０８の温度として筐体１０６の温度を検出する。上述したように、集光レンズ１０５の焦点位置の変動は、集光レンズ１０５を保持する筐体１０６の温度変化に大きく依存する。すなわち、集光レンズ１０５の焦点位置は、筐体１０６の温度変化による膨張又は収縮によって大きく変動する。このため、筐体１０６の温度を検出して駆動量の算出に利用することにより、より正確に改質領域７の形成位置を制御可能となる。
【００６８】
以上の実施形態は、本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法の一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、上述したものに限定されない。本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したものを任意に変形したものとすることができる。
【００６９】
例えば、上記実施形態においては、支持台１０７を移動させることにより、レーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させた。しかしながら、集光ユニット１０８（及びレーザ光源１０１）を移動させることによりレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させてもよいし、支持台１０７及び集光ユニット１０８の両方を移動させることによりレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させてもよい。
【００７０】
また、上述したように、温度センサ１１２は、アクチュエータ１１０に取り付けられていてもよい。このとき、温度センサ１１２は、集光ユニット１０８の温度としてアクチュエータ１１０の温度を検出することができる。これは、アクチュエータ１１０が筐体１０６に熱的に接続されているため、アクチュエータ１１０の温度が集光ユニット１０８の温度変化に対応して変化するためである。この場合には、上記の場合と同様に、筐体１０６に接続されたアクチュエータ１１０の温度を検出して駆動量の算出に利用することによって、レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置をより正確に制御可能である。特に、この場合には、集光ユニット１０８の取り扱い（例えば取り外し）の際に、温度センサ１１２の配線の取り回しの手間がない。なお、温度センサ１１２は、アクチュエータ１１０に限らず、集光ユニット１０８の温度変化に対応して温度が変化する任意の部分の温度を、集光ユニット１０８の温度として検出することができる。
【００７１】
また、上記実施形態においては、変位センサ１１４における変位の測定方式として、三角測距方式を例示した。しかしながら、変位センサ１１４における変位の測定方式は、レーザ共焦点方式又は分光干渉方式等の他の方式であってもよい。
【００７２】
レーザ共焦点方式の場合には、変位センサ１１４は、レーザフォーカス変位計とすることができる。レーザフォーカス変位計では、半導体レーザ等の測定用光源から出力された測定用レーザ光が、ハーフミラー及び対物レンズを通過して加工対象物上でスポットを形成する。加工対象物で反射された測定用レーザ光は、再びハーフミラーに到達してハーフミラーにより直角に反射される。ハーフミラーにより反射された測定用レーザ光は、ピンホールの位置で一点に集光され、ピンホールを通過して受光素子に到達する。
【００７３】
測定用光源から加工対象物までの距離が変動すると、加工対象物及びハーフミラーで反射された測定用レーザ光は、ピンホールの位置で集光されずにぼやけるため、ピンホールを通過し難く、受光素子において受光信号として感知され難くなる。レーザフォーカス変位計は、この原理に基づいて、加工対象物の表面の変位を測定する。すなわち、レーザフォーカス変位計は、対物レンズを音叉等によって機械的に動かすことにより、対物レンズがどの位置にあるときに測定用レーザ光がピンホールを通過するかを検出することによって、加工対象物までの距離を測定する。
【００７４】
このように、変位センサ１１４としてレーザフォーカス変位計を用いる場合には、測定用レーザ光の反射光の光量や角度に基づいて変位を測定する場合と比較して、加工対象物の色、傾き、粗さ、及び、加工対象物へのもぐりこみ光の影響を排除し、加工対象部の表面の変位を測定することができる。
【００７５】
さらに、分光干渉方式の場合には、変位センサ１１４は、分光干渉レーザ変位計とすることができる。分光干渉レーザ変位計では、例えばＳＬＤ等の測定用光源から出力された広波長域の測定光が、センサヘッド内部の参照面において一部反射され残部が透過する。参照面を透過した測定光は、加工対象物で正反射されてセンサヘッド内部に戻る。参照面で反射された測定光と、加工対象物で反射された測定光とは、互いに干渉する。測定光の各波長の干渉強度は、参照面から加工対象物までの距離によって定まり、当該距離が各波長の整数倍のときに極大となる。したがって、干渉光を分光器で波長ごとに分光することにより、波長の強度分布が得られる。そして、波長の強度分布を波形解析することにより、加工対象物までの距離が算出される。
【００７６】
また、上記実施形態においては、レーザ加工装置１００が、改質領域７の形成といった加工対象物１の内部加工を行うものとした。しかしながら、レーザ加工装置１００は、アブレーションのような加工対象物１の表面加工にも利用することができる。つまり、レーザ加工装置１００は、加工対象物１の内部及び表面に関わらず、任意のレーザ加工に用いることができる。したがって、上述したような改質領域７の形成に関する効果は、以下のように一般化される。
【００７７】
すなわち、レーザ加工装置１００及びそのレーザ加工方法においては、レーザ光Ｌの入射面（例えば加工対象物１の表面３）に交差する方向に沿って集光ユニット１０８を駆動することにより、入射面に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を調整することができる。特に、レーザ加工装置１００及びそのレーザ加工方法にあっては、加工予定ラインに沿って入射面の変位を測定すると共に集光ユニット１０８の温度を測定する。そして、入射面の変位と集光ユニット１０８の温度との両方に基づいて、集光ユニット１０８の駆動量を算出する。そのうえで、レーザ光Ｌの集光点Ｐが相対移動されているときに（すなわち、レーザ光Ｌが照射されるときに）、当該駆動量に応じて集光ユニット１０８を駆動する。このため、レーザ加工装置１００及びそのレーザ加工方法にあっては、入射面に対するレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を、集光ユニット１０８の温度を考慮して調整することが可能となる。つまり、レーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を、集光ユニット１０８の温度に依らずに正確に制御可能である。これにより、レーザ加工の精度の低下が抑制される。
【００７８】
また、レーザ加工装置１００及びそのレーザ加工方法においては、表面３に交差する方向におけるレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置を調整するに際して、アクチュエータ１１０により集光ユニット１０８を駆動する態様に限定されない。すなわち、レーザ加工装置１００は、アクチュエータ１１０に代えて、表面（入射面）３に交差する方向に沿って集光点Ｐの位置を調整する調整部（不図示）を備えることができる。この場合、集光位置制御部（制御部）２００は、変位センサ１１４が測定した表面３の変位と、温度センサ１１２が検出した集光ユニット１０８の温度と、に基づいて、当該調整部での調整量を算出すると共に、ステージ制御部（移動部）１１５が集光点Ｐを相対移動させているときに該調整量に応じて集光点Ｐの位置を調整するように、当該調整部を制御する。
【００７９】
より具体的には、集光位置制御部２００は、集光ユニット１０８の温度と集光レンズ１０５の焦点位置の変動量との関係を示す変動量データを保持するデータ保持部２０８と、変動量データを参照することにより温度センサ１１２が検出した集光ユニット１０８の温度に応じた焦点位置の変動量を取得すると共に、変動量に基づいて変位センサ１１４が測定した表面３の変位を補正することにより該調整量を算出する補正部２０４と、該調整量に応じて集光ユニット１０８を駆動するように調整部を制御する調整制御部（不図示）と、を有する。
【００８０】
また、算出ステップにおいては、補正部２０４が、変位測定ステップにおいて測定された表面３の変位と、温度検出ステップにおいて検出された集光ユニット１０８の温度Ｔ１と、に基づいて、表面３に交差する方向におけるレーザ光Ｌの集光点Ｐの位置の調整量を算出する。より具体的には、算出ステップにおいては、補正部２０４が、変動量取得ステップにおいて取得した集光レンズ１０５の焦点位置の温度Ｔ１に応じた変動量に基づいて、表面３の変位を補正することにより調整量を算出する。そして、加工ステップにおいて、上記のように算出した調整量に応じて集光点Ｐの位置を調整しながら、且つ、ステージ制御部１１５が切断予定ライン５に沿ってレーザ光Ｌの集光点Ｐを相対移動させながら、加工対象物１にレーザ光Ｌを照射することにより、改質領域７を形成する（レーザ加工を行う）。
【００８１】
なお、アクチュエータ１１０以外を用いて集光点Ｐの位置を調整するに際して、本発明者は、次のような知見を得ている。すなわち、集光点Ｐの位置を調整するに際して、集光レンズ１０５を直接駆動する場合、そのストロークと速度との間にトレードオフの関係がある。より高速に集光点Ｐの位置を変化させようとすると、集光レンズ１０５の前段に、入射光の発散角を変化させる光学系を入れる方法が考えられる。また、例えば、光学結晶に電圧を印可することによりレンズのパワーを変えるような動作をする素子を使う場合には、複数のレンズの一部を駆動する方法が考えられる。これらと集光レンズ１０５の合成焦点距離を変化させることにより、集光点Ｐの位置を可変とすることができる。
【００８２】
なお、集光レンズ１０５の前段に空間光変調器が介在する場合にも、例えばビームエキスパンダと空間光変調器との間に、新たに集光点変更用の４ｆ光学系を設け、そのレンズ間隔を変えることにより空間光変調器にあたる発散角を変えるように構成することによって、集光点Ｐの位置を変化させ得ると考えられる。この場合には、新規に設けた４ｆ光学系のレンズのうちの１つを動かせばよいので、高速動作が可能になるとも考えられる。さらに、空間光変調器を用いない場合には、同様の構成を任意の位置に配置すればよい。
【符号の説明】
【００８３】
１…加工対象物、３…表面（入射面）、５…切断予定ライン（加工予定ライン）、７…改質領域、１００…レーザ加工装置、１０１…レーザ光源、１０５…集光レンズ、１０６…筐体、１０７…支持台、１０８…集光ユニット、１１１…ステージ（移動部）、１１２…温度センサ、１１４…変位センサ、１１５…ステージ制御部（移動部）、２００…集光位置制御部（制御部）、２０４…補正部、２０６…駆動制御部、２０８…データ保持部、Ｌ…レーザ光、Ｌｍ…測定用レーザ光（測定光）、Ｐ…集光点。
【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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