JP2023008089A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図ると共に１／４波長板の汚染を抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。【解決手段】一実施形態のレーザ加工装置１Ａは、レーザ光源２と、ステージ３と、ｆθレンズ４と、誘電体ミラーを動作させてｆθレンズ４に対するレーザ光Ｌ１の入射角を調整することにより、加工対象物１００の加工面１００ａにおいてレーザ光Ｌ１を走査するガルバノスキャナ５と、レーザ光Ｌ１の光路上においてレーザ光源２とガルバノスキャナ５との間に配置される偏光ビームスプリッタ６と、光路上において偏光ビームスプリッタ６とガルバノスキャナ５との間に配置される１／４波長板７と、レーザ光Ｌ１が照射された加工面１００ａからのレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２であって、ｆθレンズ４、ガルバノスキャナ５、１／４波長板７、及び偏光ビームスプリッタ６をこの順に経由する戻り光Ｌ２を検出する光検出部８Ａと、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

特許文献１には、ガルバノスキャナを用いて加工対象物の表面に対するレーザ光の走査を行うレーザ加工装置において、加工対象物からの反射光を光検出部で好適に検出するために、ｆθレンズと加工対象物との間に１／４波長板を配置する構成が開示されている。

特開２００７－２９９６４号公報

上記特許文献１に開示された構成では、１／４波長板がレーザ光走査部よりも後段（すなわち、レーザ光走査部よりも加工対象物側）に位置するため、加工対象物の加工面（すなわち、走査対象となる領域）の全体をカバーする大きさの１／４波長板を用いる必要がある。このため、加工面のサイズに応じて１／４波長板のサイズも大きくする必要がある。その結果、装置全体のサイズが大型化してしまうおそれがある。また、レーザ加工時において、加工対象物から生じた飛沫等によって１／４波長板が汚染されるおそれもある。

上記に鑑みて、本開示の一側面は、装置の小型化を図ると共に１／４波長板の汚染を抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、加工対象物を支持する支持部ステージと、加工対象物の加工面にレーザ光を集光するｆθレンズと、誘電体ミラーを動作させてｆθレンズに対するレーザ光の入射角を調整することにより、加工面においてレーザ光を走査する光走査部と、レーザ光の光路上においてレーザ光源と光走査部との間に配置される偏光ビームスプリッタと、光路上において偏光ビームスプリッタと光走査部との間に配置される１／４波長板と、レーザ光が照射された加工対象物の加工面からのレーザ光の戻り光であって、ｆθレンズ、光走査部、１／４波長板、及び偏光ビームスプリッタをこの順に経由する戻り光を検出する光検出部と、を備える。

上記レーザ加工装置では、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を用いることにより、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を用いない場合と比較して、加工対象物の加工面からの戻り光の検出効率を向上させることができる。さらに、１／４波長板を偏光ビームスプリッタと光走査部との間に配置することにより、１／４波長板をｆθレンズと加工対象物との間に配置する場合と比較して、１／４波長板のサイズを小型化することができる。その結果、レーザ加工装置全体の小型化を図ることができる。また、１／４波長板を加工対象物に対向する位置に配置しないことにより、レーザ加工時に加工対象物から生じた飛沫等によって１／４波長板が汚染されることを抑制することもできる。

上記レーザ加工装置は、光検出部によって検出された戻り光に基づいて、加工対象物の加工状態をモニタする制御部を更に備えてもよい。上記構成によれば、レーザ加工時に検出される戻り光に基づいて、加工対象物の加工状態を容易にモニタすることができる。

光検出部は、戻り光の信号強度を検出してもよく、制御部は、光検出部により検出された信号強度に基づいて、加工対象物の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、戻り光の信号強度に基づいて、加工状態の異常を適切に検知し、適切に対処することが可能となる。

制御部は、レーザ光の走査位置に基づいて信号強度を補正してもよく、補正後の信号強度に基づいて加工対象物の加工状態の異常を検知してもよい。レーザ光源から出力されるレーザ光は、偏光ビームスプリッタを経由することで直線偏光となり、更に１／４波長板を透過することにより円偏光に変換される。ここで、誘電体ミラーを含む光走査部を用いた場合、レーザ光が誘電体ミラーで反射する際に、レーザ光の直交する偏光間の位相差が変化する。これに起因して、走査範囲の中心付近の戻り光は円偏光の状態が維持されるのに対して、走査範囲の中心から外れた周縁部の戻り光は楕円偏光となる。その結果、走査範囲の中心部の戻り光について検出される信号強度と走査範囲の周縁部の戻り光について検出される信号強度との間に差が生じる。具体的には、レーザ光の照射位置（走査位置）が走査範囲の中心から離れるほど、検出される戻り光の信号強度が小さくなる傾向がある。上記構成によれば、このような傾向に基づいて信号強度を補正することで、走査範囲の各位置で検出される戻り光の信号強度の大きさを揃えることができる。これにより、各走査位置について、一律の基準によってレーザ加工が正常に行われているか否かを判定することが可能となる。

制御部は、走査位置に対するレーザ光の照射が実行される毎に、走査位置において検出された信号強度に基づいて、走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定してもよく、走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたことに応じて、加工対象物の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、加工状態の異常を適切且つ即時に検知することができる。

制御部は、レーザ光源から出力されるレーザ光の照射エネルギと信号強度と加工面に形成される加工痕の直径との関係と、加工痕の直径の目標値と、に基づいて、信号強度が適正値であるか否かを判定してもよく、信号強度が適正値でないと判定されたことに応じて、加工対象物の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、レーザ光の照射エネルギと戻り光の信号強度と加工痕の直径との関係に基づいて、加工状態の異常を適切に検知することができる。

制御部は、予め定められた走査範囲全体の各走査位置で検出された信号強度を積算してもよく、積算結果に基づいて加工対象物の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、走査範囲全体で検出された信号強度の積算結果を用いることで、走査位置の違いによる信号強度の差を吸収し、走査範囲単位で異常検知を行うことができる。また、各走査位置で検出された戻り光の信号強度の補正が不要となるため、その分の計算量を低減することができる。

光検出部は、戻り光の二次元像を検出してもよく、制御部は、光検出部により検出された二次元像に基づいて、ｆθレンズと加工面との距離を調整してもよい。上記構成によれば、加工対象物からの戻り光の二次元像（すなわち、ビームプロファイル）に基づいて、加工位置（照射位置）におけるビームプロファイルが適切な形状となるように、ｆθレンズと加工面との距離を調整することができる。これにより、加工品質を向上させることができる。

制御部は、二次元像と加工面に形成される加工痕の形状との関係と、加工痕の目標形状と、に基づいて、目標形状に対応する二次元像が光検出部により検出されるように、ｆθレンズと加工面との距離を調整してもよい。上記構成によれば、予め把握された二次元像と加工痕の形状との関係に基づいて、ｆθレンズと加工面との距離を適切に調整することができる。

本開示の他の側面に係るレーザ加工方法は、支持部に支持された加工対象物の加工面にｆθレンズによってレーザ光を集光させることにより、加工対象物の加工を行うレーザ加工方法であって、レーザ光源から出力されるレーザ光を、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板をこの順に経由させて光走査部に導き、光走査部において、誘電体ミラーを動作させてｆθレンズに対するレーザ光の入射角を変化させることにより、加工面においてレーザ光を走査するステップと、レーザ光が照射された加工対象物の加工面からのレーザ光の戻り光であって、ｆθレンズ、光走査部、１／４波長板、及び偏光ビームスプリッタをこの順に経由する戻り光を光検出部によって検出するステップと、を含む。上記レーザ加工方法によれば、上述したレーザ加工装置と同様の効果が奏される。

上記レーザ加工方法は、前記光検出部によって検出された前記戻り光に基づいて、前記加工対象物の加工状態をモニタするステップを更に含んでもよい。上記構成によれば、レーザ加工時に検出される戻り光に基づいて、加工対象物の加工状態を容易にモニタすることができる。

検出するステップにおいて、戻り光の信号強度を検出してもよく、モニタするステップにおいて、検出された信号強度に基づいて、加工対象物の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、戻り光の信号強度に基づいて、加工状態の異常を適切に検知し、適切に対処することが可能となる。

モニタするステップは、レーザ光の走査位置に基づいて信号強度を補正する処理と、補正後の信号強度に基づいて、加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含んでもよい。上記構成によれば、走査範囲の各位置で検出される戻り光の信号強度の大きさを揃えて、各走査位置について、一律の基準によってレーザ加工が正常に行われているか否かを判定することが可能となる。

モニタするステップは、走査位置に対するレーザ光の照射が実行される毎に、走査位置において検出された信号強度に基づいて、走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定する処理と、走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたことに応じて、加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含んでもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、加工状態の異常を適切且つ即時に検知することができる。

モニタするステップは、レーザ光源から出力されるレーザ光の照射エネルギと信号強度と加工面に形成される加工痕の直径との関係と、加工痕の直径の目標値と、に基づいて、信号強度が適正値であるか否かを判定する処理と、信号強度が適正値でないと判定されたことに応じて、加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含んでもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、レーザ光の照射エネルギと戻り光の信号強度と加工痕の直径との関係に基づいて、加工状態の異常を適切に検知することができる。

モニタするステップは、予め定められた走査範囲全体の各走査位置で検出された信号強度を積算する処理と、積算結果に基づいて加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含んでもよい。上記構成によれば、走査範囲全体で検出された信号強度の積算結果を用いることで、走査位置の違いによる信号強度の差を吸収し、走査範囲単位で異常検知を行うことができる。また、各走査位置で検出された戻り光の信号強度の補正が不要となるため、その分の計算量を低減することができる。

検出するステップにおいて、戻り光の二次元像を検出してもよく、モニタするステップにおいて、検出された二次元像に基づいて、ｆθレンズと加工面との距離を調整してもよい。上記構成によれば、加工対象物からの戻り光の二次元像（すなわち、ビームプロファイル）に基づいて、加工位置（照射位置）におけるビームプロファイルが適切な形状となるように、ｆθレンズと加工面との距離を調整することができる。これにより、加工品質を向上させることができる。

モニタするステップにおいて、二次元像と加工面に形成される加工痕の形状との関係と、加工痕の目標形状と、に基づいて、目標形状に対応する二次元像が光検出部により検出されるように、ｆθレンズと加工面との距離を調整してもよい。上記構成によれば、予め把握された二次元像と加工痕の形状との関係に基づいて、ｆθレンズと加工面との距離を適切に調整することができる。

本開示の一側面によれば、装置の小型化を図ると共に１／４波長板の汚染を抑制することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することができる。

図１は、第１実施形態のレーザ加工装置の構成図である。 図２は、加工対象物、光検出部により検出された戻り光の信号強度、及び加工面に形成された加工痕の一例を示す図である。 図３は、戻り光の信号強度の補正処理の一例を示す図である。 図４は、レーザ光の照射エネルギと戻り光の信号強度と加工痕の直径との関係の一例を示す図である。 図５は、第１実施形態のレーザ加工装置の第１の動作例を示す図である。 図６は、第１実施形態のレーザ加工装置の第２の動作例を示す図である。 図７は、第２実施形態のレーザ加工装置の構成図である。 図８は、第２実施形態のレーザ加工装置により検出された戻り光の二次元像と加工痕との関係の一例を示す図である。 図９は、第２実施形態のレーザ加工装置の動作の一例を示す図である。 図１０は、第２実施形態のレーザ加工装置により測定された照射エネルギと加工痕直径との関係の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示される第１実施形態のレーザ加工装置１Ａは、レーザ光Ｌ１を加工対象物１００の加工面１００ａに照射することにより、当該加工対象物１００を加工する装置である。レーザ加工装置１Ａは、レーザ光源２と、ステージ３（支持部）と、ｆθレンズ４と、ガルバノスキャナ５（光走査部）と、偏光ビームスプリッタ６と、１／４波長板７と、光検出部８Ａと、制御部９と、を備える。

レーザ光源２は、加工対象物１００に照射すべきレーザ光Ｌ１を出力する装置である。レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１は、連続光であってもよいし、パルス光であってもよい。本実施形態では、レーザ光Ｌ１は、パルス光である。また、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１の波長は、加工対象物１００の材料（例えば、金属、樹脂等）に応じて適切に選択される。レーザ光Ｌ１の波長は、例えば１０３０ｎｍである。

ステージ３は、加工対象物１００を支持する装置である。例えば、加工対象物１００は、ステージ３の載置面（上面）に載置される。ステージ３は、例えば、ステージ３の載置面に平行で互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向、並びにステージ３の載置面に直交するＺ軸方向に移動可能なＸＹＺステージである。

ｆθレンズ４は、ステージ３上に載置された加工対象物１００の加工面１００ａにレーザ光Ｌ１を集光させるレンズである。ｆθレンズ４は、複数枚のレンズによって構成されている。加工対象物１００に対する対物レンズとしてｆθレンズ４を用いることにより、加工面１００ａに対する等速度スキャンを実行することができる。

ガルバノスキャナ５は、ガルバノミラー５ａ（誘電体ミラー）によって構成される。ガルバノスキャナ５は、ガルバノミラー５ａを動作させてｆθレンズ４に対するレーザ光Ｌ１の入射角を調整することにより、加工面１００ａにおいてレーザ光Ｌ１を走査する。ガルバノスキャナ５は、加工面１００ａ上を一次元的に走査するように構成されてもよいし、加工面１００ａ上を二次元的に走査するように構成されてもよい。後者の場合、ガルバノスキャナ５は、例えば、加工面１００ａ上においてＸ軸方向にレーザ光Ｌ１を走査するための第１のガルバノミラーと、加工面１００ａ上においてＹ軸方向にレーザ光Ｌ１を走査するための第２のガルバノミラーと、を含んで構成される。

偏光ビームスプリッタ６は、レーザ光Ｌ１の光路上においてレーザ光源２とガルバノスキャナ５との間に配置される。具体的には、偏光ビームスプリッタ６は、レーザ光源２と１／４波長板７との間に配置される。偏光ビームスプリッタ６は、偏光ビームスプリッタ６に対するレーザ光Ｌ１の入射角が４５度となるように、レーザ光Ｌ１の光路に対して４５度傾斜して配置されている。偏光ビームスプリッタ６は、レーザ光Ｌ１のうち第１偏光成分（例えばｐ偏光成分）を透過させ、レーザ光Ｌ１のうち第１偏光成分に直交する第２偏光成分（例えばｓ偏光成分）を反射する性質を有する。このため、偏光ビームスプリッタ６を通過したレーザ光Ｌ１は、第１偏光成分のみを含む直線偏光Ｌ１１となる。

１／４波長板７は、レーザ光Ｌ１の光路上において偏光ビームスプリッタ６とガルバノスキャナ５との間に配置される。１／４波長板７は、直線偏光と円偏光とを相互に変換する。すなわち、１／４波長板７を透過した直線偏光は円偏光に変換され、１／４波長板７を透過した円偏光は直線偏光に変換される。このため、偏光ビームスプリッタ６を通過したレーザ光Ｌ１（直線偏光Ｌ１１）は、１／４波長板７を透過すると、円偏光Ｌ１２となる。

光検出部８Ａは、レーザ光Ｌ１が照射された加工対象物１００の加工面１００ａからのレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２を検出する。本実施形態では、光検出部８Ａは、戻り光Ｌ２の信号強度を検出する。光検出部８Ａは、例えば、フォトダイオードである。戻り光Ｌ２は、加工面１００ａで反射された後、ｆθレンズ４、ガルバノスキャナ５、１／４波長板７、及び偏光ビームスプリッタ６をこの順に経由して、光検出部８Ａに到達する。

以上の構成を備えるレーザ加工装置１Ａにおいては、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ６、１／４波長板７、ガルバノスキャナ５、及びｆθレンズ４をこの順に経由し、ステージ３上に載置された加工対象物１００の加工面１００ａに照射される。レーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ６を通過することにより、第１偏光成分のみを含む直線偏光Ｌ１１となる。その後、レーザ光Ｌ１（直線偏光Ｌ１１）は、１／４波長板７を通過することにより、第１偏光成分に応じた円偏光Ｌ１２となる。レーザ光Ｌ１は、円偏光Ｌ１２の状態で、ガルバノスキャナ５及びｆθレンズ４を経由して、ステージ３上の加工対象物１００の加工面１００ａに照射される。

加工面１００ａにおいてレーザ光Ｌ１の一部が反射することにより、戻り光Ｌ２が発生する。加工面１００ａで反射した直後の戻り光Ｌ２は、加工面１００ａに入射したレーザ光Ｌ１（円偏光Ｌ１２）とは回転方向が逆の円偏光Ｌ２１となる。この戻り光Ｌ２（円偏光Ｌ２１）は、ｆθレンズ４及びガルバノスキャナ５を経由して、１／４波長板７を通過する。このとき、戻り光Ｌ２（円偏光Ｌ２１）は１／４波長板７によって直線偏光Ｌ２２に変換される。ここで、１／４波長板７に入射する戻り光Ｌ２（円偏光Ｌ２１）の回転方向は、１／４波長板７を通過した後のレーザ光Ｌ１（円偏光Ｌ１２）とは回転方向が逆である。このため、１／４波長板７を通過した戻り光Ｌ２（直線偏光Ｌ２２）は、１／４波長板７を通過する前のレーザ光Ｌ１（直線偏光Ｌ１１）とは偏光方向が９０度異なる第２偏光成分のみを含む直線偏光となる。このため、当該戻り光Ｌ２（直線偏光Ｌ２２）は、偏光ビームスプリッタ６を透過せず、偏光ビームスプリッタ６において反射される。光検出部８Ａは、このように反射した戻り光Ｌ２（直線偏光Ｌ２２）の光路上に配置される。このように、偏光ビームスプリッタ６及び１／４波長板７を用いることにより、加工対象物１００に対するレーザ光Ｌ１によるレーザ加工を行いながら、その戻り光Ｌ２を光検出部８Ａにおいて検出することができる。

制御部９は、光検出部８Ａによって検出された戻り光Ｌ２に基づいて、加工対象物１００の加工状態をモニタする。加工状態は、例えば、レーザ光Ｌ１の照射位置（走査位置）において形成される加工痕の状態（例えば、形状、直径、深さ等）等である。また、本実施形態では、制御部９は、光検出部８Ａにより検出された戻り光Ｌ２の信号強度に基づいて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する。

制御部９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶装置等を有するコンピュータ装置によって構成され得る。制御部９は、レーザ加工装置１Ａの各部（本実施形態では、レーザ光源２、ステージ３、ガルバノスキャナ５、及び光検出部８Ａ）と通信可能に接続されており、各部の動作を制御する。

図２は、加工対象物１００、光検出部８Ａにより検出された戻り光Ｌ２の信号強度、及び加工面１００ａに形成された加工痕の一例を示す図である。図２の上部に示されるように、本実施形態では一例として、加工対象物１００は、シリコン基板（シリコンウェハ）１０１と、シリコン基板１０１上に成膜された金属層１０２と、を有する。金属層１０２は、一例として、厚さ１００ｎｍの金（Ａｕ）によって形成されている。この例では、加工面１００ａは、金属層１０２のシリコン基板１０１側とは反対側の表面である。

図２の左下部は、加工対象物１００の加工面１００ａ上のある走査位置に対して１ショット分のパルス状のレーザ光Ｌ１を照射した場合に、光検出部８Ａにおいて検出された戻り光Ｌ２（検出光）の信号波形の一例と示している。図２に示されるように、レーザ光Ｌ１がパルス光である場合には、得られる戻り光Ｌ２の信号波形もパルス状となる。光検出部８Ａは、例えば、このようなパルス状の戻り光Ｌ２の検出ピーク値（ｍＶ）を、戻り光Ｌ２の信号強度として取得する。

図２の右下部は、加工対象物１００の加工面１００ａ上のある走査位置に対して１ショット分のパルス状のレーザ光Ｌ１を照射した後に加工面１００ａの当該走査位置に形成された加工痕の観察画像の一例を示している。このような観察画像は、顕微鏡等を用いて観察することにより得られる。

上述したように、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ６を経由することで直線偏光Ｌ１１となり、更に１／４波長板７を透過することにより円偏光Ｌ１２に変換される。ここで、本実施形態のようにガルバノミラー５ａ（誘電体ミラー）を含むガルバノスキャナ５を光走査部として用いた場合、レーザ光Ｌ１がガルバノミラー５ａで反射する際に、レーザ光Ｌ１の直交する偏光間の位相差が変化する。これに起因して、加工面１００ａの走査範囲（すなわち、ガルバノスキャナ５によって走査可能な範囲）の中心付近の戻り光Ｌ２は円偏光（真円）に近い状態が維持されるのに対して、走査範囲の中心から外れた周縁部の戻り光Ｌ２は楕円偏光となる。より具体的には、加工面１００ａ上においてガルバノスキャナ５により走査可能な範囲（例えば、一次元走査の場合には線分領域、二次元走査の場合には矩形領域）の中心部にレーザ光Ｌ１を照射したときに得られる戻り光Ｌ２が円偏光となるようにガルバノスキャナ５が調整された場合、戻り光Ｌ２の偏光状態は、レーザ光Ｌ１の走査位置が当該中心部から離れるほど扁平率の高い楕円形状となる。その結果、走査範囲の中心部からの戻り光Ｌ２の信号強度と走査範囲の周縁部からの戻り光Ｌ２の信号強度との間に差が生じる。具体的には、レーザ光Ｌ１の走査位置が走査範囲の中心部から離れるほど、光検出部８Ａにおいて検出される戻り光Ｌ２の信号強度が小さくなる傾向がある。なお、このような走査範囲と信号強度との関係（光学特性）は、使用されるガルバノスキャナ５によって一意に定まる。すなわち、走査範囲と信号強度との関係は、経時的に変化したり、加工対象物１００の違いによって変化したりすることがない。

そこで、制御部９は、レーザ光Ｌ１の走査位置に基づいて、光検出部８Ａにより得られた戻り光Ｌ２の信号強度を補正してもよい。図３を参照して、制御部９による補正処理の一例について説明する。ここでは、レーザ光Ｌ１を一次元的に走査する場合（すなわち、走査範囲が一次元の線分領域となる場合）を例に挙げて説明する。

図３の左部は、光検出部８Ａにより取得された各走査位置の戻り光Ｌ２の信号強度（ｍＶ）を示す信号強度データの一例を示している。図３の左部に示されるように、光検出部８Ａにより検出される戻り光Ｌ２の信号強度（検出ピーク値）は、走査範囲の中心部において最大となり、走査範囲の中心部から離れるほど小さくなる。すなわち、図３の左部に示されるように、横軸を走査位置とし、縦軸を信号強度とした場合、走査位置毎の戻り光Ｌ２の信号強度を表すグラフの輪郭は、山型形状となる。制御部９は、このような信号強度データに対してカーブフィッティングを行うことにより、フィッティング関数を導出する。

図３の中央部は、図３の左部の信号強度データから得られたフィッティング関数の一例を示している。続いて、制御部９は、フィッティング関数に基づいて、各走査位置の戻り光Ｌ２の信号強度を走査範囲の中心部の戻り光Ｌ２の信号強度と同等の値にするための補正係数（オフセット量）を算出する。例えば、走査範囲の中心部の戻り光Ｌ２の信号強度をＩｍａｘと表し、中心部以外の任意の走査位置ｐの戻り光Ｌ２の信号強度をＩｐと表し、当該走査位置ｐの補正係数をｒと表した場合、制御部９は、「Ｉｍａｘ≒Ｉｐ＋ｒ」となるような補正係数ｒを各走査位置ｐについて算出する。

図３の右部は、このようにして得られた各走査位置の補正係数の一例を示している。制御部９は、光検出部８Ａにより検出された戻り光Ｌ２の信号強度に走査位置に応じた補正係数を加算することにより、各走査位置について、走査範囲の中心部において得られる信号強度と同等の信号強度を得ることができる。その結果、走査位置によらずに、一律の基準で戻り光Ｌ２の信号強度に基づく処理（例えば、加工状態の異常の検知、レーザ光Ｌ１の照射エネルギの調整等）を行うことが可能となる。なお、レーザ光Ｌ１を二次元走査する場合についても、制御部９は、レーザ光Ｌ１を一次元走査する場合と同様の考え方に基づいて、走査位置毎の補正係数を算出することができる。また、補正係数は、上記例に限られない。例えば、「Ｉｍａｘ≒Ｉｐ×ｒ」となるような補正係数ｒが用いられてもよい。

図４は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギ、戻り光Ｌ２の信号強度、及び加工痕の直径の関係の一例を示す図である。図４において、横軸は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギ（μＪ）の最大値（レーザ光源２の最大出力）を１００％とした場合の照射エネルギ（％）を表している。縦軸は、戻り光Ｌ２の信号強度（ｍＶ）とレーザ光Ｌ１の照射エネルギ（μＪ）との比（すなわち、「光検出部８Ａにより検出された戻り光Ｌ２の検出ピーク値（ｍＶ）÷レーザ光Ｌ１の照射エネルギ（μＪ）」）と、加工面１００ａにおいて形成された加工痕（図２の右下部参照）の直径（μｍ）と、を表している。図４に示されるグラフＧ１は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギと戻り光Ｌの信号強度との関係を示している。グラフＧ２は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギと加工面１００ａにおいて形成される加工痕の直径との関係を示している。

グラフＧ１は、例えば以下のようにして得られる。上述したように、レーザ加工装置１Ａによれば、加工対象物１００に対するレーザ加工（レーザ光Ｌ１の照射）を行いながら、その戻り光Ｌ２の信号強度を光検出部８Ａにおいて検出することができる。制御部９は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギと光検出部８Ａにおいて検出された戻り光Ｌ２の信号強度とに基づく演算処理を行うことにより、グラフＧ１を得ることができる。ここで、上述したように、制御部９は、レーザ光Ｌ１の走査位置に基づいて戻り光Ｌ２の信号強度を補正することができる。より具体的には、制御部９は、光検出部８Ａにより検出された戻り光Ｌ２の信号強度に、走査位置に応じた補正係数を加算することにより、任意の走査位置において、走査範囲の中央部において得られる信号強度を基準とした信号強度を得ることができる。このため、例えば、同一の加工対象物１００の加工面１００ａ上において、走査位置毎にレーザ光Ｌ１の照射エネルギを変えながら戻り光Ｌ２の信号強度を検出し、検出された信号強度を走査位置に応じて補正し、補正後の信号強度を用いることにより、グラフＧ１を容易に生成することができる。

グラフＧ２は、例えば以下のようにして得られる。すなわち、加工対象物１００に対するレーザ加工後に各走査位置に形成された加工痕の観察画像を取得し、取得された観察画像を解析することにより、加工痕の直径を取得する。そして、取得された直径を各走査位置に照射されたレーザ光Ｌ１の照射エネルギに関連付けることにより、グラフＧ２を得ることができる。

図４に示されるように、この例では、グラフＧ１，Ｇ２、及びグラフＧ２を作成する際に取得された観察画像から、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに応じた加工状態について、３つの分類（領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）が把握された。

レーザ光Ｌ１の照射エネルギが最大出力の５％～１５％の領域Ｒ１は、加工対象物１００に照射されるレーザ光Ｌ１の照射エネルギのごく一部が加工面１００ａの加工を行うための加工エネルギに変換される領域である。領域Ｒ１では、比較的高い反射率（すなわち、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の信号強度の比）で戻り光Ｌ２が検出される。また、領域Ｒ１では、シリコン基板１０１上の金属層１０２の一部が加工され、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する加工痕の直径の変化率が比較的大きくなる。

レーザ光Ｌ１の照射エネルギが最大出力の１５％～９０％の領域Ｒ２は、加工対象物１００に照射されるレーザ光Ｌ１の照射エネルギの一部（領域Ｒ１よりも高い割合）が加工エネルギに変換される領域である。領域Ｒ２では、戻り光Ｌ２の反射率が領域Ｒ１よりも低下している。また、領域Ｒ２では、シリコン基板１０１上の金属層１０２の一部が除去され、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに応じて除去される領域の大きさ（加工痕の直径）が変化する。領域Ｒ２では、照射エネルギが大きくなるにつれて、照射エネルギに対する反射率はほぼ線形で減少し、加工痕の直径はほぼ線形で増加する。

レーザ光Ｌ１の照射エネルギが最大出力の９０％～１００％の領域Ｒ３は、加工痕の直径がレーザ加工装置１Ａの光学系により決定される最大径程度となり、反射率及び加工痕の直径のいずれも飽和状態となる領域である。

図４に示される例では、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の比（戻り光Ｌ２の反射率）と加工痕の直径との間に、相関関係があることが確認された。制御部９は、このような相関関係を利用することにより、加工対象物１００に対するレーザ加工（レーザ光Ｌ１の照射）を実行しつつ、光検出部８Ａにより検出される戻り光Ｌ２の信号強度（本実施形態では、走査位置に応じた補正係数を加算することで得られた補正値。以下同じ。）に基づいて、加工面１００ａに形成される加工痕の直径が予め定められた目標値（或いは目標範囲）と一致するか否かを判定することができる。

例えば、図４の例において、加工痕の直径の目標値が７５μｍに設定されたと仮定する。この場合、制御部９は、図４のグラフＧ２から、加工痕の直径を７５μｍにするためのレーザ光Ｌ１の照射エネルギを特定することができる。図４の例では、「５０％」が上記照射エネルギとして特定される。これにより、制御部９は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギが５０％となるように、レーザ光源２の出力を制御することができる。

さらに、制御部９は、図４のグラフＧ１から、レーザ光Ｌ１の照射エネルギを５０％に設定した場合におけるレーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の信号強度の比（すなわち、レーザ加工が正常に行われた場合に得られる正常値）を特定することができる。図４の例では、「２．８」が上記比として特定される。従って、制御部９は、加工面１００ａに対するレーザ光Ｌ１の照射によって得られる戻り光Ｌ２の信号強度をモニタし、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の信号強度の比が「２．８」に一致するか（或いは、「２．８」との差が所定の閾値以下であるか）否かに基づいて、レーザ加工中の戻り光Ｌ２の信号強度が適正値であるか否かを判定することができる。すなわち、制御部９は、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の信号強度の比が予め定められた正常値（この例では、「２．８」から所定の閾値以内の値）であるか否かに基づいて、加工対象物１００に対するレーザ加工が正常に行われているか否かを判定することができる。すなわち、制御部９は、戻り光Ｌ２の信号強度が適正値でない場合（すなわち、上記比が予め定められた正常値でない場合）に、加工対象物１００の加工状態（例えば、加工痕の直径の大きさ等）の異常を検知することができる。

（第１の動作例）
図５を参照して、レーザ加工装置１Ａの第１の動作例について説明する。ステップＳ１０１において、加工対象物１００がステージ３上に載置される。ステップＳ１０２において、制御部９によってステージ３が駆動されることにより、加工対象物１００の位置調整（アライメント）が行われる。ステップＳ１０３において、レーザ加工（走査）が開始される。より具体的には、レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌ１を、偏光ビームスプリッタ６及び１／４波長板７をこの順に経由させてガルバノスキャナ５に導き、ガルバノスキャナ５において、ガルバノミラー５ａを動作させてｆθレンズ４に対するレーザ光Ｌ１の入射角を変化させることにより、加工面１００ａにおいてレーザ光Ｌ１を走査する。

ステップＳ１０４において、光検出部８Ａは、レーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２を検出する。より具体的には、光検出部８Ａは、レーザ光Ｌ１が照射された加工対象物１００の加工面１００ａからのレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２であって、ｆθレンズ４、ガルバノスキャナ５、１／４波長板７、及び偏光ビームスプリッタ６をこの順に経由する戻り光Ｌ２を検出する。本実施形態では、光検出部８Ａは、走査位置毎に、戻り光Ｌ２の信号強度（検出ピーク値）を検出する。

ステップＳ１０５において、制御部９は、レーザ光Ｌ１の走査位置に基づいて、光検出部８Ａにより検出された信号強度を補正する。一例として、制御部９は、上述した方法によって算出された走査位置毎の補正係数を、光検出部８Ａにより検出された信号強度に加算することにより、補正後の信号強度を得る。

ステップＳ１０６において、制御部９は、補正後の信号強度に基づいて加工対象物１００の加工状態の異常を検知する。例えば、制御部９は、図４のグラフＧ１，Ｇ２（すなわち、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１の照射エネルギと戻り光Ｌ２の信号強度と加工面１００ａに形成される加工痕の直径との関係を示す情報）と、加工痕の直径の目標値（例えば、７５μｍ）と、に基づいて、レーザ加工中に取得された戻り光Ｌ２の信号強度が適正値（図４の例では、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の信号強度の比が「２．８」から所定の閾値以内となるような値）であるか否かを判定する。

戻り光Ｌ２の信号強度が適正値でないと判定された場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、制御部９は、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する（ステップＳ１０７）。そして、制御部９は、予め定められた異常時処理を実行する。例えば、制御部９は、異常が検知された走査位置に対する追加工（レーザ光Ｌ１の再度の照射）を行うように、レーザ光源２及びガルバノスキャナ５の動作を制御してもよい。また、制御部９は、レーザ光源２の動作を制御することにより、レーザ光Ｌ１の照射エネルギ（出力パワー）を調整してもよい。また、制御部９は、異常が検知された時点で、レーザ光源２及びガルバノスキャナ５の動作を停止し、レーザ加工を中断してもよい。また、制御部９は、制御部９が備えるディスプレイ等の表示部にエラー発生を示す表示情報を出力してもよいし、制御部９が備えるスピーカ等からエラー発生を示すアラート音声等を出力してもよい。

ステップＳ１０３～Ｓ１０６の処理は、走査位置毎に実行される。すなわち、予め定められた走査範囲内の全ての走査位置の走査が完了するまで、各走査位置に対して、ステップＳ１０３～Ｓ１０６の処理が実行される（ステップＳ１０８：ＮＯ）。各走査位置において戻り光Ｌ２の信号強度が適正値であると判定され（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、且つ、全ての走査位置の走査が完了すると（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、レーザ加工装置１Ａによる加工対象物１００に対するレーザ加工が正常に完了する。

以上説明した第１の動作例においては、制御部９は、走査位置に対するレーザ光Ｌ１の照射が実行される毎に、当該走査位置において検出された信号強度（本実施形態では、戻り光Ｌ２の補正後の信号強度）に基づいて、当該走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否か（すなわち、上記信号強度が適正値であるか否か）を判定する。そして、制御部９は、当該走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたこと（ステップＳ１０６：ＮＯ）に応じて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する。

（第２の動作例）
第２の動作例では、制御部９は、予め定められた走査範囲全体のレーザ加工（走査）が完了した後に、上記走査範囲全体の各走査位置について光検出部８Ａで検出された戻り光Ｌ２の信号強度を積算し、積算結果に基づいて加工対象物１００の加工状態の異常を検知する。これは、以下の考え方に基づいている。すなわち、走査範囲の中心部と周縁部とで得られる戻り光Ｌ２の信号強度に差が生じることは、上述した通りである。このような走査位置による信号強度の大きさの違いは、走査位置毎に加工状態をモニタする際に問題となる。このため、走査位置毎に加工状態をモニタする第１の動作例においては、制御部９は、走査位置毎に得られる戻り光Ｌ２の信号強度にばらつきが生じないように、走査位置に応じた補正係数を用いて信号強度の補正処理を行った。これに対して、走査範囲単位（例えば、加工対象物１００毎）でレーザ加工が正常に行われた否かをモニタすれば十分である場合には、このような補正処理を省略することができる。例えば、まず、ある加工対象物１００の走査範囲全体に対してレーザ加工を行い、走査範囲全体の各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度の積算値を取得する。そして、当該加工対象物１００のレーザ加工が正常に行われたことを目視等の所定の検査によって事後的に確認する。これにより、走査範囲全体（この例では、１つの加工対象物１００）に対してレーザ加工が正常に行われた場合に得られる積算値（すなわち、積算値の正常値）を把握することができる。従って、制御部９は、複数の同種の加工対象物１００に対して同様のレーザ加工を行う場合等において、１つの加工対象物１００の走査範囲全体のレーザ加工が完了する毎に、当該走査範囲全体の各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度の積算値を算出し、算出された積算値が予め把握された正常値から所定の閾値以内であるか否かを判定することにより、加工対象物１００のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定することができる。

図６を参照して、レーザ加工装置１Ａの第２の動作例について説明する。ステップＳ２０１～Ｓ２０４の処理は、ステップＳ１０１～Ｓ１０４と同様である。第２の動作例では、ステップＳ２０３及びＳ２０４の処理が、予め定められた走査範囲内の走査が完了するまで実行される（ステップＳ２０５：ＮＯ）。走査範囲内の走査（すなわち、走査範囲内の全ての走査位置に対するレーザ光Ｌ１の照射）が完了すると（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、制御部９は、走査範囲全体の各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度の積算値を取得する（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０７において、制御部９は、ステップＳ２０６で得られた積算値が適正値であるか否かを判定する。例えば、制御部９は、積算値が予め把握された正常値から所定の閾値以内であるか否かを判定する。積算値と正常値との差が閾値を超えている場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、制御部９は、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する（ステップＳ２０８）。そして、制御部９は、予め定められた異常時処理を実行する。例えば、制御部９は、制御部９が備えるディスプレイ等の表示部にエラー発生を示す表示情報を出力してもよいし、制御部９が備えるスピーカ等からエラー発生を示すアラート音声等を出力してもよい。一方、積算値が適正値である（すなわち、積算値と正常値との差が閾値以内である）と判定された場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、異常時処理は実行されず、レーザ加工装置１Ａによる加工対象物１００に対するレーザ加工が正常に完了する。

以上説明したレーザ加工装置１Ａでは、偏光ビームスプリッタ６及び１／４波長板７を用いることにより、偏光ビームスプリッタ６及び１／４波長板７を用いない場合と比較して、加工対象物１００の加工面１００ａからの戻り光Ｌ２の検出効率を向上させることができる。より具体的には、戻り光Ｌ２（直線偏光Ｌ２２）の全てを偏光ビームスプリッタ６で反射させて、光検出部８Ａへと導くことができる。さらに、１／４波長板７を偏光ビームスプリッタ６とガルバノスキャナ５との間に配置することにより、１／４波長板７をｆθレンズ４と加工対象物１００（ステージ３）との間に配置する場合と比較して、１／４波長板７のサイズを小型化することができる。言い換えれば、１／４波長板７のサイズを加工対象物１００（加工面１００ａ）の全体をカバーするように加工対象物１００のサイズに応じて大きくする必要がない。その結果、レーザ加工装置１Ａ全体の小型化を図ることができる。また、１／４波長板７を加工対象物１００に対向する位置に配置しないことにより、レーザ加工時に加工対象物１００から生じた飛沫等によって１／４波長板７が汚染されることを抑制することもできる。

上記実施形態のように、制御部９は、光検出部８Ａによって検出された戻り光Ｌ２（本実施形態では、戻り光Ｌ２の信号強度）に基づいて、加工対象物１００の加工状態をモニタしてもよい。上記構成によれば、レーザ加工時に検出される戻り光Ｌ２に基づいて、加工対象物１００の加工状態を容易にモニタすることができる。より具体的には、加工対象物１００に対するレーザ光Ｌ１の照射を行うと同時に、加工状態をモニタするための戻り光Ｌ２を光検出部８Ａで検出することができるため、加工プロセス中の加工状態のモニタを容易に行うことができる。

上記実施形態のように、光検出部８Ａは、戻り光Ｌ２の信号強度を検出してもよく、制御部９は、光検出部８Ａにより検出された信号強度に基づいて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、戻り光Ｌ２の信号強度に基づいて、加工状態の異常を適切に検知し、適切に対処することが可能となる。

上記実施形態（第１の動作例）のように、制御部９は、レーザ光Ｌ１の走査位置に基づいて戻り光Ｌ２の信号強度を補正してもよく、補正後の信号強度に基づいて加工対象物１００の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、レーザ光Ｌ１の照射位置（走査位置）が走査範囲の中心から離れるほど検出される戻り光Ｌ２の信号強度が小さくなる傾向に基づいて信号強度を補正することで、走査範囲の各位置で検出される戻り光Ｌ２の信号強度の大きさを揃えることができる。これにより、各走査位置について、一律の基準によってレーザ加工が正常に行われているか否か（すなわち、信号強度（補正値）が適正値であるか否か）を判定することが可能となる。

上記実施形態（第１の動作例）のように、制御部９は、走査位置に対するレーザ光Ｌ１の照射が実行される毎に、走査位置において検出された信号強度に基づいて、走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定してもよく、走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたことに応じて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、加工状態の異常を適切且つ即時に検知することができる。

上記実施形態（第１の動作例）のように、制御部９は、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１の照射エネルギと戻り光Ｌ２の信号強度と加工面１００ａに形成される加工痕の直径との関係と、加工痕の直径の目標値と、に基づいて、戻り光Ｌ２の信号強度（本実施形態では、補正後の値）が適正値であるか否かを判定してもよく、信号強度が適正値でないと判定されたことに応じて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、レーザ光Ｌ１の照射エネルギと戻り光Ｌ２の信号強度と加工痕の直径との関係に基づいて、加工状態の異常を適切に検知することができる。

上記実施形態（第２の動作例）のように、制御部９は、予め定められた走査範囲全体の各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度を積算してもよく、積算結果に基づいて加工対象物１００の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、走査範囲全体で検出された戻り光Ｌ２の信号強度の積算結果を用いることで、走査位置の違いによる信号強度の差を吸収し、走査範囲単位で異常検知を行うことができる。また、各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度の補正が不要となるため、その分の計算量（すなわち、制御部９の処理負荷）を低減することができる。

レーザ加工装置１Ａにより実行されるレーザ加工方法は、ステージ３に載置（支持）された加工対象物１００の加工面１００ａにｆθレンズ４によってレーザ光Ｌ１を集光させることにより、加工対象物１００の加工を行う方法である。このレーザ加工方法は、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１を、偏光ビームスプリッタ６及び１／４波長板７をこの順に経由させてガルバノスキャナ５に導き、ガルバノスキャナ５において、ガルバノミラー５ａを動作させてｆθレンズ４に対するレーザ光Ｌ１の入射角を変化させることにより、加工面１００ａにおいてレーザ光Ｌ１を走査するステップ（例えば、図５のステップＳ１０３、図６のステップＳ２０３等）と、レーザ光Ｌ１が照射された加工対象物１００の加工面１００ａからのレーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２であって、ｆθレンズ４、ガルバノスキャナ５、１／４波長板７、偏光ビームスプリッタ６をこの順に経由する戻り光Ｌ２を光検出部８Ａによって検出するステップ（例えば、図５のステップＳ１０４、図６のステップＳ２０４等）と、を含む。上記レーザ加工方法によれば、上述したレーザ加工装置１Ａと同様の効果が奏される。

上記レーザ加工方法は、光検出部８Ａによって検出された戻り光Ｌ２に基づいて、加工対象物１００の加工状態をモニタするステップ（例えば、図５のステップＳ１０５～Ｓ１０７、図６のステップＳ２０６～Ｓ２０８等）を更に含んでもよい。上記構成によれば、レーザ加工時に検出される戻り光Ｌ２に基づいて、加工対象物１００の加工状態を容易にモニタすることができる。

上記レーザ加工方法では、検出するステップにおいて、戻り光Ｌ２の信号強度を検出してもよく、モニタするステップにおいて、検出された信号強度に基づいて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知してもよい。上記構成によれば、戻り光Ｌ２の信号強度に基づいて、加工状態の異常を適切に検知し、適切に対処することが可能となる。

上記レーザ加工方法では、モニタするステップは、レーザ光Ｌ１の走査位置に基づいて信号強度を補正する処理（例えば、図５のステップＳ１０５）と、補正後の信号強度に基づいて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する処理（例えば、図５のステップＳ１０６，Ｓ１０７）と、を含んでもよい。上記構成によれば、走査範囲の各位置で検出される戻り光Ｌ２の信号強度の大きさを揃えて、各走査位置について、一律の基準によってレーザ加工が正常に行われているか否かを判定することが可能となる。

上記レーザ加工方法では、モニタするステップは、走査位置に対するレーザ光Ｌ１の照射が実行される毎に、走査位置において検出された信号強度に基づいて、走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定する処理（例えば、図５のステップＳ１０６）と、走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたことに応じて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する処理（例えば、図５のステップＳ１０７）と、を含んでもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、加工状態の異常を適切且つ即時に検知することができる。

上記レーザ加工方法では、モニタするステップは、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１の照射エネルギと戻り光Ｌ２の信号強度と加工面１００ａに形成される加工痕の直径との関係と、加工痕の直径の目標値と、に基づいて、信号強度が適正値であるか否かを判定する処理（例えば、図５のステップＳ１０６）と、信号強度が適正値でないと判定されたことに応じて、加工対象物１００の加工状態の異常を検知する処理（例えば、図５のステップＳ１０６，Ｓ１０７）と、を含んでもよい。上記構成によれば、加工プロセス中において、レーザ光Ｌ１の照射エネルギと戻り光Ｌ２の信号強度と加工痕の直径との関係に基づいて、加工状態の異常を適切に検知することができる。

上記レーザ加工方法では、モニタするステップは、予め定められた走査範囲全体の各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度を積算する処理（例えば、図６のステップＳ２０６）と、積算結果に基づいて加工対象物１００の加工状態の異常を検知する処理（例えば、図６のステップＳ２０７，Ｓ２０８）と、を含んでもよい。上記構成によれば、走査範囲全体で検出された信号強度の積算結果を用いることで、走査位置の違いによる信号強度の差を吸収し、走査範囲単位で異常検知を行うことができる。また、各走査位置で検出された戻り光Ｌ２の信号強度の補正が不要となるため、その分の計算量を低減することができる。

［第２実施形態］
図７に示される第２実施形態のレーザ加工装置１Ｂは、ビーム整形部１０を更に備える点で、レーザ加工装置１Ａと相違している。また、レーザ加工装置１Ｂは、光検出部８Ａの代わりに光検出部８Ｂを備える点でも、レーザ加工装置１Ａと相違している。

ビーム整形部１０は、レーザ光Ｌ１のビーム整形を行うビーム整形素子である。ビーム整形部１０は、例えば、ビームホモジナイザーである。このようなビーム整形部１０によるビーム整形を行う場合、加工レンズ（ｆθレンズ４）と加工対象物１００の加工面１００ａとの距離（すなわち、ｆθレンズ４とステージ３との距離）に応じて、加工面１００ａにおけるビームプロファイル（ビーム形状）が変化する。そこで、第２実施形態では、レーザ加工中にビームプロファイルの観察を行うために、光検出部８Ｂは、戻り光Ｌ２の二次元像を検出可能に構成されている。例えば、光検出部８Ｂは、カメラによって構成されている。

図８の（Ａ）及び（Ｂ）の各々は、加工面１００ａに対してレーザ光Ｌ１が照射された際に光検出部８Ｂによって検出（撮像）された戻り光Ｌ２の二次元像（上側）及び加工面１００ａに実際に形成された加工痕の観察画像（下側）の例を示している。図８の（Ａ）は、ｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離が適切であり、予め定められた目標形状に近い適切な形状の加工痕が得られたときの二次元像（上側）及び観察画像（下側）を示している。図８の（Ｂ）は、ｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離が適切でなく、目標形状と異なる不適切な形状の加工痕が得られたときの二次元像（上側）及び観察画像（下側）を示している。

図８に示される結果から、加工面１００ａに対してレーザ光Ｌ１が照射された際に光検出部８Ｂにより撮像される戻り光Ｌ２の二次元像と加工面１００ａに形成される加工痕の形状との間には相関があることが確認された。すなわち、戻り光Ｌ２の二次元像から、加工面１００ａに形成される加工痕の大体の形状を推定することが可能であることが確認された。従って、図８の（Ａ）に示されるように目標形状に近い適切な形状の加工痕に対応する二次元像が得られるようにｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離を調整することにより、レーザ加工を適切に行うことが可能となる。そこで、制御部９は、例えば、光検出部８Ｂにより撮像される二次元像と加工面１００ａに形成される加工痕の形状との関係と、加工痕の目標形状と、に基づいて、当該目標形状に対応する二次元像が光検出部８Ｂにより検出されるように、ｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離を調整する。ここで、二次元像と加工痕の形状との関係は、図８に示されるように、いくつかの加工痕の観察画像とそのときの二次元像とを関連付けた情報である。

図９を参照して、レーザ加工装置１Ｂの動作例について説明する。ステップＳ３０１及びＳ３０２は、ステップＳ１０１及びＳ１０２と同様である。

ステップＳ３０３において、レーザ加工装置１Ｂは、加工面１００ａ上の所定の位置にレーザ光Ｌ１を照射する。

ステップＳ３０４において、光検出部８Ｂは、レーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２の二次元像（図８の（Ａ）又は（Ｂ）の上側参照）を検出する。

ステップＳ３０５において、制御部９は、光検出部８Ｂにより検出された二次元像に基づいて、ｆθレンズ４とステージ３との距離（すなわち、ｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離）を調整する。例えば、制御部９は、光検出部８Ｂにより検出される二次元像と加工面１００ａに形成される加工痕の形状との関係と、加工痕の目標形状と、に基づいて、当該目標形状に対応する二次元像が光検出部８Ｂにより検出されるように、ｆθレンズ４とステージ３との距離を調整する。例えば、制御部９は、ステージ３を駆動し、ステージ３のＺ軸方向における位置（高さ位置）を調整することにより、ｆθレンズ４とステージ３との距離を調整する。

例えば、レーザ加工装置１Ｂは、最初にｆθレンズ４とステージ３との距離を調整するために用意された調整用サンプル（加工対象物１００）を用いて、図９に示される処理を実行することにより、加工対象物１００に適したｆθレンズ４とステージ３との適正距離を把握することができる。その後、調整用サンプルと同種の加工対象物１００に対するレーザ加工を行う際に、レーザ加工装置１Ｂ（制御部９）は、ｆθレンズ４とステージ３との距離を上記適正距離に設定してから、加工面１００ａに対するレーザ加工を開始することにより、加工面１００ａのレーザ加工精度を向上させることができる。

また、レーザ加工装置１Ｂによれば、図１０に示されるようなレーザ光Ｌ１の照射エネルギ（％）と加工痕の直径（μｍ）との関係を容易に把握することもできる。例えば、ビーム整形部１０により、レーザ光Ｌ１のビームプロファイルがガウス分布に従うようにビーム整形される場合について考える。このような場合、光検出部８Ｂにより円状の二次元像が得られる。また、光検出部８Ｂにより得られる二次元像と実際に加工面１００ａに形成される加工痕の形状との間には、上述したように相関がある。従って、予め、二次元像と加工痕の形状（直径）との相関関係を把握しておくことにより、二次元像から加工痕の直径を算出（推定）することが可能となる。例えば、制御部９は、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ１の照射エネルギと、当該レーザ光Ｌ１の戻り光Ｌ２の二次元像及び上記相関関係から算出される加工痕の直径と、を相互に関連付ける処理を、走査位置及びレーザ光Ｌ１の照射エネルギを変えながら実行することにより、図１０に示されるような情報を容易に取得することができる。

レーザ加工装置１Ｂでは、光検出部８Ｂは、戻り光Ｌ２の二次元像を検出し、制御部９は、光検出部８Ｂにより検出された二次元像に基づいて、ｆθレンズ４とステージ３との距離（すなわち、ｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離）を調整する。すなわち、レーザ加工装置１Ｂにより実行されるレーザ加工方法では、検出するステップ（例えば、図９のステップＳ３０４）において、戻り光Ｌ２の二次元像を検出し、モニタするステップ（例えば、図９のステップＳ３０５）において、検出された二次元像に基づいて、ｆθレンズ４とステージ３との距離を調整する。上記構成によれば、加工対象物１００からの戻り光Ｌ２の二次元像（すなわち、ビームプロファイル）に基づいて、加工面１００ａ上の加工位置（照射位置）におけるビームプロファイルが適切な形状となるように、ｆθレンズ４とステージ３との距離を調整することができる。これにより、加工品質を向上させることができる。

上記実施形態において、制御部９は、二次元像と加工面１００ａに形成される加工痕の形状（例えば、直径等）との関係と、加工痕の目標形状と、に基づいて、目標形状に対応する二次元像が光検出部８Ｂにより検出されるように、ｆθレンズ４とステージ３との距離（すなわち、ｆθレンズ４と加工面１００ａとの距離）を調整してもよい。すなわち、レーザ加工装置１Ｂにより実行されるレーザ加工方法では、モニタするステップ（例えば、図９のステップＳ３０５）において、二次元像と加工面１００ａに形成される加工痕の直径との関係と、加工痕の目標形状と、に基づいて、目標形状に対応する二次元像が光検出部８Ｂにより検出されるように、ｆθレンズ４とステージ３との距離を調整してもよい。上記構成によれば、予め把握された二次元像と加工痕の形状との関係に基づいて、ｆθレンズ４とステージ３との距離を適切に調整することができる。

［変形例］
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限られない。各構成の材料及び形状には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を採用することができる。

例えば、上記実施形態では、レーザ光Ｌ１が偏光ビームスプリッタ６を透過し、戻り光Ｌ２が偏光ビームスプリッタ６で反射するように構成されたが、レーザ光Ｌ１が偏光ビームスプリッタ６で反射され、戻り光Ｌ２が偏光ビームスプリッタ６を透過するように構成されてもよい。より具体的には、上記実施形態では、レーザ光Ｌ１のうち偏光ビームスプリッタ６を透過した第１偏光成分（直線偏光Ｌ１１）が加工対象物１００へと導光されたが、偏光ビームスプリッタ６で反射されるレーザ光Ｌ１の第２偏光成分のみを有する直線偏光（図１において図示上側へと進む成分）が、１／４波長板７、ガルバノスキャナ５、及びｆθレンズ４を介して、加工対象物１００へと導光されてもよい。この場合、上記レーザ光Ｌ１の第２偏光成分のみを有する直線偏光とは逆の経路を辿って偏光ビームスプリッタ６に戻ってくる戻り光Ｌ２は、第１偏光成分のみを有する直線偏光であるため、偏光ビームスプリッタ６を透過して光検出部８Ａに到達するように構成される。

また、上記第１実施形態の第１の動作例では、レーザ光Ｌ１の照射エネルギに対する戻り光Ｌ２の信号強度の比が正常値であるか否かに基づいて、レーザ加工が正常に行われたか否かが判定されたが、より単純に、戻り光Ｌ２の信号強度が予め定められた正常値であるか否かに基づいて、レーザ加工が正常に行われたか否かが判定されてもよい。

また、上記第１実施形態の第１の動作例において、戻り光Ｌ２の信号強度の補正処理は省略されてもよい。例えば、走査位置毎に戻り光Ｌ２の信号強度の正常値が予め取得されている場合には、補正前の戻り光Ｌ２の信号強度と走査位置毎に用意された正常値とを比較することで、戻り光Ｌ２の信号強度が適正値であるか否か（すなわち、レーザ加工が正常に行われたか否か）を判定することができる。ただし、補正処理を行うことにより、このような比較の対象となる正常値を走査位置毎に用意する必要をなくすことができる。

また、上記実施形態では、加工対象物１００の外表面（一例として、金属層１０２のシリコン基板１０１側とは反対側の表面）が加工面１００ａとされたが、レーザ加工の対象となる加工面は、加工対象物の外表面に限られない。例えば、上記実施形態において、シリコン基板１０１と金属層１０２との界面（すなわち、加工対象物の内部に位置する面）が加工面とされてもよい。この場合、例えば、図２において、シリコン基板１０１が上側（ｆθレンズ４側）となり金属層１０２が下側（ステージ３側）となるように、加工対象物１００が配置されてもよい。そして、シリコン基板１０１内を透過する波長のレーザ光Ｌ１をシリコン基板１０１側から照射し、金属層１０２のシリコン基板１０１側の表面（すなわち、シリコン基板１０１と金属層１０２との界面）にレーザ光Ｌ１を集光させることにより、当該界面（加工面）に対するレーザ加工を行ってもよい。この場合、当該界面で発生した戻り光Ｌ２は、シリコン基板１０１内を透過してｆθレンズ４へと向かう。

また、加工対象物１００を支持する支持部は、ステージ３に限られない。例えば、ステージ３の代わりに、加工対象物１００の側面を保持（挟持）するように構成されたアーム部材等が、支持部として用いられてもよい。

また、上述した一の実施形態又は変形例における一部の構成は、他の実施形態又は変形例における構成に任意に適用することができる。

１Ａ，１Ｂ…レーザ加工装置、２…レーザ光源、３…ステージ、４…ｆθレンズ、５…ガルバノスキャナ（光走査部）、５ａ…ガルバノミラー（誘電体ミラー）、６…偏光ビームスプリッタ、７…１／４波長板、８Ａ，８Ｂ…光検出部、９…制御部、１００…加工対象物、１００ａ…加工面、Ｌ１…レーザ光、Ｌ２…戻り光。

Claims (18)

1. レーザ光を出力するレーザ光源と、
   加工対象物を支持する支持部と、
   前記加工対象物の加工面に前記レーザ光を集光するｆθレンズと、
   誘電体ミラーを動作させて前記ｆθレンズに対する前記レーザ光の入射角を調整することにより、前記加工面において前記レーザ光を走査する光走査部と、
   前記レーザ光の光路上において前記レーザ光源と前記光走査部との間に配置される偏光ビームスプリッタと、
   前記光路上において前記偏光ビームスプリッタと前記光走査部との間に配置される１／４波長板と、
   前記レーザ光が照射された前記加工対象物の前記加工面からの前記レーザ光の戻り光であって、前記ｆθレンズ、前記光走査部、前記１／４波長板、及び前記偏光ビームスプリッタをこの順に経由する前記戻り光を検出する光検出部と、
   を備えるレーザ加工装置。
2. 前記光検出部によって検出された前記戻り光に基づいて、前記加工対象物の加工状態をモニタする制御部を更に備える、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記光検出部は、前記戻り光の信号強度を検出し、
   前記制御部は、前記光検出部により検出された前記信号強度に基づいて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御部は、前記レーザ光の走査位置に基づいて前記信号強度を補正し、補正後の前記信号強度に基づいて前記加工対象物の加工状態の異常を検知する、
   請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記制御部は、走査位置に対する前記レーザ光の照射が実行される毎に、前記走査位置において検出された前記信号強度に基づいて、前記走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定し、前記走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたことに応じて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する、
   請求項３又は４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記制御部は、前記レーザ光源から出力される前記レーザ光の照射エネルギと前記信号強度と前記加工面に形成される加工痕の直径との関係と、前記加工痕の直径の目標値と、に基づいて、前記信号強度が適正値であるか否かを判定し、前記信号強度が適正値でないと判定されたことに応じて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する、
   請求項３～５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記制御部は、予め定められた走査範囲全体の各走査位置で検出された前記信号強度を積算し、積算結果に基づいて前記加工対象物の加工状態の異常を検知する、
   請求項３に記載のレーザ加工装置。
8. 前記光検出部は、前記戻り光の二次元像を検出し、
   前記制御部は、前記光検出部により検出された前記二次元像に基づいて、前記ｆθレンズと前記加工面との距離を調整する、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
9. 前記制御部は、前記二次元像と前記加工面に形成される加工痕の形状との関係と、前記加工痕の目標形状と、に基づいて、前記目標形状に対応する前記二次元像が前記光検出部により検出されるように、前記ｆθレンズと前記加工面との距離を調整する、
   請求項８に記載のレーザ加工装置。
10. 支持部に支持された加工対象物の加工面にｆθレンズによってレーザ光を集光させることにより、前記加工対象物の加工を行うレーザ加工方法であって、
    レーザ光源から出力される前記レーザ光を、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板をこの順に経由させて光走査部に導き、前記光走査部において、誘電体ミラーを動作させて前記ｆθレンズに対する前記レーザ光の入射角を変化させることにより、前記加工面において前記レーザ光を走査するステップと、
    前記レーザ光が照射された前記加工対象物の前記加工面からの前記レーザ光の戻り光であって、前記ｆθレンズ、前記光走査部、前記１／４波長板、及び前記偏光ビームスプリッタをこの順に経由する前記戻り光を光検出部によって検出するステップと、
    を含むレーザ加工方法。
11. 前記光検出部によって検出された前記戻り光に基づいて、前記加工対象物の加工状態をモニタするステップを更に含む、
    請求項１０に記載のレーザ加工方法。
12. 前記検出するステップにおいて、前記戻り光の信号強度を検出し、
    前記モニタするステップにおいて、検出された前記信号強度に基づいて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する、
    請求項１１に記載のレーザ加工方法。
13. 前記モニタするステップは、
    前記レーザ光の走査位置に基づいて前記信号強度を補正する処理と、
    補正後の前記信号強度に基づいて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含む、
    請求項１２に記載のレーザ加工方法。
14. 前記モニタするステップは、
    走査位置に対する前記レーザ光の照射が実行される毎に、前記走査位置において検出された前記信号強度に基づいて、前記走査位置のレーザ加工が正常に行われたか否かを判定する処理と、
    前記走査位置のレーザ加工が正常に行われていないと判定されたことに応じて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含む、
    請求項１２又は１３に記載のレーザ加工方法。
15. 前記モニタするステップは、
    前記レーザ光源から出力される前記レーザ光の照射エネルギと前記信号強度と前記加工面に形成される加工痕の直径との関係と、前記加工痕の直径の目標値と、に基づいて、前記信号強度が適正値であるか否かを判定する処理と、
    前記信号強度が適正値でないと判定されたことに応じて、前記加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含む、
    請求項１２～１４のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
16. 前記モニタするステップは、
    予め定められた走査範囲全体の各走査位置で検出された前記信号強度を積算する処理と、
    積算結果に基づいて前記加工対象物の加工状態の異常を検知する処理と、を含む、
    請求項１２に記載のレーザ加工方法。
17. 前記検出するステップにおいて、前記戻り光の二次元像を検出し、
    前記モニタするステップにおいて、検出された前記二次元像に基づいて、前記ｆθレンズと前記加工面との距離を調整する、
    請求項１１に記載のレーザ加工方法。
18. 前記モニタするステップにおいて、前記二次元像と前記加工面に形成される加工痕の形状との関係と、前記加工痕の目標形状と、に基づいて、前記目標形状に対応する前記二次元像が前記光検出部により検出されるように、前記ｆθレンズと前記加工面との距離を調整する、
    請求項１７に記載のレーザ加工方法。

Images