レーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法
【課題】固定治具に複数の加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射によりレーザ微細加工を行う場合、加工対象物と固定治具の境界に段差や隙間があってもフォーカスサーボが外れず、加工対象物の加工精度を維持することが可能なレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法を提供する。
【解決手段】光加工ヘッド２００が、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにする偏光状態変更手段と、加工対象物５又は固定治具１０からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも内側のレーザ光による加工対象物５又は固定治具１０からの反射光を受光する受光光学系とを有し、受光光学系による受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物５又は固定治具１０の表面に合うようフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備えたこと。
【解決手段】光加工ヘッド２００が、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにする偏光状態変更手段と、加工対象物５又は固定治具１０からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも内側のレーザ光による加工対象物５又は固定治具１０からの反射光を受光する受光光学系とを有し、受光光学系による受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物５又は固定治具１０の表面に合うようフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備えたこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用レーザ光を照射して加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を平板状の加工対象物に照射し、該加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置が知られている。このレーザ微細加工装置において、ターンテーブル上に固定された加工対象物にレーザ光を照射し加工する装置として、例えば特許文献１に示されるようなものがある。
【０００３】
この特許文献１に示されるレーザ描画装置は、ターンテーブルに１枚の加工対象物を固定して回転させ、回転する加工対象物の加工面に直接レーザ光を照射して加工を施すものである。しかしながら、従来のレーザ描画装置の構成によるレーザ微細加工装置では、ターンテーブルにセットして加工できる加工対象物の枚数が一枚であることから、加工対象物の交換が煩雑で加工タクトが長く、効率的な加工が困難である。
【０００４】
また、加工用レーザ光が照射される位置の線速度が一定になるようターンテーブルを回転させて加工を行う場合、加工用レーザ光が照射される位置が回転中心付近になるとターンテーブルの回転が速くなるため、回転制御の精度は、回転中心から離間した位置に比べて劣る。また、回転速度には限界があるため中心部に近づくと線速度一定での制御ができなくなる場合もある。さらに、ターンテーブルの回転中心と加工対象物の中心とを精度よく一致させることは困難であり、ターンテーブルの回転中心に加工用レーザ光の半径方向移動線が含まれるよう調整することも困難である。このため、ターンテーブルの回転中心付近では加工対象物に高精度な加工を施すことは困難であった。
【０００５】
そこで、ターンテーブルにセットする加工対象物の固定治具を、固定治具の中心から離間して複数の装着孔が設けられているようにし、この装着孔に加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射により一度にレーザ加工できる数を増やすとともに、回転中心において高精度な加工が困難であるという問題を考慮する必要がないようにすることが試みられている。
【特許文献１】特開２００１−１３３９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような固定治具による方法においては、加工対象物を固定治具の装着孔にセットした際、加工対象物と固定治具の境界に存在する段差や隙間によりフォーカスエラー信号が大きく乱れ、フォーカスサーボが外れる可能性がある。
【０００７】
光加工ヘッドの光学系を調整することによりフォーカスサーボが外れることを抑えることはある程度できるが、レーザ光焦点の加工対象物の加工面への追従性が悪くなるため、通常のフォーカスサーボの場合に比べて加工精度が落ちてしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、固定治具に固定治具の中心から離間して複数の加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射によりレーザ微細加工を行う場合において、加工対象物と固定治具の境界に段差や隙間があってもフォーカスサーボが外れないと共に、加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことが可能なレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載のレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドが、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにする偏光状態変更手段と、加工対象物又は固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも内側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光する受光光学系とを有し、受光光学系による受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物又は固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載のレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドが、偏光状態変更手段によりレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の内側と外側との境界近傍から内側のレーザ光を、加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させる減光手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載のレーザ微細加工装置は、受光光学系が、偏光状態により分離した反射光におけるそれぞれの反射光を受光する第１の受光器と第２の受光器とを有し、第１の受光器が、レーザ光断面の外側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、第２の受光器が、レーザ光断面の内側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、フォーカスサーボ手段が、加工用レーザ光が加工対象物に照射されているときに、第１の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボ手段と、加工用レーザ光が固定治具に照射させているときに、第２の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボ手段とを有し、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍を検出する境界検出手段と、境界検出手段による検出に基づいて、第１のフォーカスサーボ手段と、第２のフォーカスサーボ手段とを切り替えるフォーカスサーボ切替手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載のレーザ微細加工装置は、境界検出手段が、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載のレーザ微細加工装置は、回転手段による回転の角度に相当する量を検出する回転角度検出手段と、加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、境界検出手段が、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段と、信号強度変化検出手段による検出時の、回転角度検出手段により検出される又は回転角度検出手段に初期値として設定される回転角度に相当する量とレーザ光照射半径値検出手段により検出される加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値とに基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第１の回転角度基準境界検出手段とから構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載のレーザ微細加工装置は、回転手段による回転の基準位置を検出する回転基準位置検出手段と、回転手段による回転の角度に相当する量を回転基準位置検出手段により検出した回転の基準位置からの量として検出する回転角度検出手段と、加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、境界検出手段が、レーザ光照射半径値検出手段により検出される加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値に基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第２の回転角度基準境界検出手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにし、加工対象物又は固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも内側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光し、受光した反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物又は固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、レーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の内側と外側との境界近傍から内側のレーザ光を、加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、偏光状態により分離した反射光におけるそれぞれの反射光を受光すると共にそれぞれの反射光の受光光量に基づく信号を作成し、加工用レーザ光が加工対象物に照射されているときに、レーザ光断面の外側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボと、加工用レーザ光が固定治具に照射させているときに、レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボとを、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出に基づいて切り替えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することにより行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することと、回転手段による回転の角度に相当する量と加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値とを検出し続け、所定レベルのクロス時において検出した又は初期値として設定した、回転角度に相当する量と加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値とに基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出を、回転手段による回転の基準位置を検出し、回転手段による回転の角度に相当する量を検出した回転の基準位置からの量として検出し続けると共に、加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値を検出し続け、検出した半径値に基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１及び請求項７の発明によれば、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側で偏光状態を異ならせ、反射光を偏光状態により分離し、レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボを行うようにしたことから、フォーカスサーボの条件を加工対象物と固定治具の境界に存在する隙間によりフォーカスサーボが外れないように設定することにより、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００２２】
請求項２及び請求項８の発明によれば、レーザ光断面の内側のレーザ光の強度をレーザ加工が行われない強度まで減少させるようにしたことから、外側のレーザ光のみによりレーザ加工が行われるので、より微小なピットの作製を行うことができる。
【００２３】
請求項３及び請求項９の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出に基づいて、２つのフォーカスサーボ手段を切り替えるようにしたことから、加工対象物と固定治具の境界に存在する隙間によりフォーカスサーボが外れないように第２のフォーカスサーボ手段の条件を設定し、レーザ光焦点の加工対象物表面への追従性が良くなるように第１のフォーカスサーボ手段の条件を設定することにより、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００２４】
請求項４及び請求項１０の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度の変化を検出することで行うことにより、例えば加工対象物のエッジに加工対象物とは反射率の異なる部分を予め用意すれば、固定治具から加工対象物にレーザ光が移った直後に第１のフォーカスサーボへの切り替えを行い、加工対象物から固定治具にレーザ光が移る直前で第１のフォーカスサーボからの切り替えを行うことができるので、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００２５】
請求項５及び請求項１１の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度の変化を検出することと、その検出からの回転角度量がその時点でのレーザ照射半径値から定まる回転角度量に達することを検出することで行うことから、固定治具と加工対象物の反射率が大きく異なっていれば、加工対象物はそのままでも固定治具から加工対象物にレーザ光が移った直後に第１のフォーカスサーボへの切り替えが行われ、加工対象物から固定治具にレーザ光が移る直前で第１のフォーカスサーボからの切り替えを行うことができるので、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００２６】
請求項６及び請求項１２の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出を、回転基準位置を検出してからの回転角度量がその時点でのレーザ照射半径値から定まる回転角度量に達することを検出することで行うようにすることから、固定治具上での回転基準位置が変わらなければ、固定治具と加工対象物の反射率によらず、加工対象物はそのままでも加工対象物にレーザ光が移った直後に第１のフォーカスサーボへの切り替えが行われ、加工対象物から固定治具にレーザ光が移る直前で第１のフォーカスサーボからの切り替えを行うことができるので、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態におけるレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光をディスク状の加工対象物に照射し、加工対象物の加工面に微細なピットを作製するものである。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１の実施形態を示す構成図である。図２は、同レーザ微細加工装置の光加工ヘッドの構成の形態１とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。図３は、同レーザ微細加工装置の偏光子の形状を示す図である。図４は、同レーザ微細加工装置の内側レーザ光と外側レーザ光が対物レンズにより集光する様子を示した説明図である。図５は、同レーザ微細加工装置の加工対象物に高反射率の膜をつけて固定治具に装着する様子を示した図である。
【００２９】
図１〜図５において、ウェハー５は、ＬＥＤウェハー等のディスク状の加工対象物で、表面が微細ピットを作製する加工面である。ウェハー固定治具１０は、ディスク状で、ウェハー５を挿嵌可能な装着孔１０ａが複数穿設されている。この装着孔１０ａは、ウェハー固定治具１０の回転中心から離間して設けられている。ターンテーブル１２は、ウェハー５を回転させるテーブルであり、全面に図示しない吸引口を複数備え、ウェハー固定治具１０とウェハー５を吸着可能に構成されている。
【００３０】
また、図１に示すようにレーザ微細加工装置１は、光加工ヘッド２００、表示装置６０２や入力装置６０４を備えたコントローラ６００、ＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８、フォーカスサーボ回路Ａ１１０、ＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６、信号切替回路１０２、信号強度変化検出回路１０４、ドライブ回路１１８、発光信号供給回路２５２、レーザ駆動回路２５０、スピンドルモータ３００、スピンドルモータ制御回路３０２、フィードモータ４００、フィードモータ制御回路４０２等から構成されている。
【００３１】
フィードモータ制御回路４０２は、コントローラ６００から半径位置の入力があると、フィードモータ４００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から半径位置を計算し、設定された半径位置になるようフィードモータ４００を駆動する。これにより、コントローラ６００から適切な半径位置を入力させることで、ウェハー５に加工用レーザ光が照射され始める半径位置から加工用レーザ光の照射を開始することができる。また、フィードモータ制御回路４０２にはコントローラ６００から送り速度の入力がある。
【００３２】
コントローラ６００は、フィードモータ４００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から半径位置を常に計算し、入力装置６０４から予め入力されている微細ピットの半径方向間隔と線速度から、ターンテーブル１２の１回転で丁度微細ピットの半径方向間隔分、加工用レーザ光が照射される半径位置を移動する送り速度を計算してフィードモータ制御回路４０２に指示する。フィードモータ制御回路４０２は、フィードモータ４００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から送り速度を算出し、送り速度が指示された速度に合うようフィードモータ４００を駆動する。
【００３３】
スピンドルモータ制御回路３０２は、スピンドルモータ３００をコントローラ６００から指示された回転速度になるよう駆動する。
【００３４】
コントローラ６００は、計算された半径位置と入力されている線速度から、加工用レーザ光が照射される位置の線速度が入力されている線速度になるための回転速度を計算し、スピンドルモータ制御回路３０２に指示する。スピンドルモータ制御回路３０２は、スピンドルモータ３００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から回転速度を計算し、回転速度が指示された速度になるようスピンドルモータ３００を駆動する。
【００３５】
レーザ駆動回路２５０及び発光信号供給回路２５２は、後述する光加工ヘッド２００のレーザ光源２０に、設定された間隔の微細ピットを作製するためのレーザ光照射を行わせる。
【００３６】
コントローラ６００は、入力装置６０４から入力されている微細ピットの円周方向間隔と線速度から、発光信号のタイミングを計算し、発光信号供給回路２５２に指示する。発光信号供給回路２５２は、指示された発光タイミングでパルス信号である発光信号を生成し、レーザ駆動回路２５０に出力する。レーザ駆動回路２５０は入力した発光信号により加工用レーザ駆動信号（ハイレベルとローレベルとからなるパルス信号）を生成し、後述する光加工ヘッド２００のレーザ光源２０に出力する。これにより、加工用レーザ光が照射されたウェハー５には、微細ピットが設定された間隔で作製されることになる。
【００３７】
光加工ヘッド２００は、内部に設けられたレーザ光源２０から微細ピットを作製するための加工用レーザ光を出射するものである。偏光状態を示す図２は、レーザ光源２０から出射されたレーザ光の偏光方向をＹ軸、偏光方向に垂直な方向をＸ軸として示してある。レーザ光源２０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２により平行光になり（図２（Ａ））、透過軸が出射されたレーザ光の偏光方向と平行になっている偏光ビームスプリッタ２４を殆んど透過し（図２（Ｂ））、「進相軸」（Ｆａｓｔ）及び「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がＸ軸及びＹ軸から４５度の位置にある１／４波長板２６を透過する（図２（Ｃ））。これによりレーザ光は、直線偏光から円偏光になり、減光フィルタ２８でレーザ光断面の内側部分（以下、内側レーザ光という）のみが減光されて、偏光子３０に入射する。内側レーザ光を減光するのは、外側レーザ光のみをレーザ加工可能にし、より微小なピットの作製を行うことができるようにするためである。
【００３８】
偏光子３０は、図３に示すような形状であり、所定半径より内側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向（即ち、１／４波長板２６の「進相軸」（Ｆａｓｔ）または「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）の方向）に透過軸がある偏光子になっている。このため、内側レーザ光のみが円偏光から偏光方向がＸ、Ｙ軸から４５度の方向にある直線偏光になる（図２（Ｄ））。このとき透過する光は、円偏光が全方向に偏光方向がある光と考えればよいので半分程度の光である。すなわち、内側レーザ光は直線偏光になるとともに光量が半分程度に減光される。そして、偏光子３０は、所定半径より外側は入射した光をそのまま透過する材質で形成されているため、レーザ光断面の外側部分（以下、外側レーザ光という）は円偏光のままである（図２（Ｄ））。
【００３９】
ウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射したレーザ光は、偏光子３０を透過したときも内側レーザ光は偏光方向がＸ、Ｙ軸から４５度の方向にある直線偏光であり、外側レーザ光は円偏光である。そして、減光フィルタ２８で再度内側レーザ光のみが減光され（図２（Ｅ））、１／４波長板２６を透過する（図２（Ｆ））。これにより、外側レーザ光は円偏光からＸ軸方向に偏光方向がある直線偏光になり、内側レーザ光は１／４波長板２６の「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）に対して偏光方向が平行であるので、Ｘ、Ｙ軸から４５度の方向に偏光方向がある直線偏光のままである。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ２４がＹ軸方向に透過軸があるので、偏光方向がこの透過軸に垂直である外側レーザ光は、偏光ビームスプリッタ２４で反射する。内側レーザ光は、偏光方向がこの透過軸に対して４５度の位置にあるので半分が反射し、半分が透過する（図２（Ｇ））。そして、反射した光の偏光方向は外側レーザ光と同じＸ軸方向になり、透過した光の偏光方向はＹ軸方向になる。但し、偏光ビームスプリッタは偏光方向が透過軸と平行な光もわずかに（例えば５％程度）反射するため、偏光ビームスプリッタ２４で反射した光には偏光方向がＹ軸方向の内側レーザ光も含まれる。偏光ビームスプリッタ２４で反射した光の強度は、
偏光方向がＸ軸方向：外側レーザ光×ｒ＋内側レーザ光×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２
偏光方向がＹ軸方向：内側レーザ光×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２×０．０５
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。この光が集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介して偏光ビームスプリッタ３８に入射する。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ３８は、透過軸がＹ軸方向にあり、偏光方向がＹ軸方向の光は透過してフォトディテクタ４０に集光し（図２（Ｈ））、偏光方向がＸ軸方向の光は偏光ビームスプリッタ３８で反射してフォトディテクタ４２に集光する（図２（Ｉ））。フォトディテクタ４０及びフォトディテクタ４２に集光する光は、集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介しているため、フォトディテクタ４０及びフォトディテクタ４２が出力する受光信号から非点収差法によるフォーカスサーボが可能である。偏光方向がＸ軸方向での内側レーザ光は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／４を乗算した強度になるので、外側レーザ光に対して強度はかなり弱い。従って、フォトディテクタ４２の受光信号によるフォーカスサーボは外側レーザ光によるフォーカスサーボになる。
【００４２】
また、偏光方向がＹ軸方向の光は内側レーザ光のみであるので、フォトディテクタ４０の受光信号によるフォーカスサーボは、内側レーザ光のみによるフォーカスサーボになる。偏光方向がＹ軸方向での内側レーザ光は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／４×０．０５を乗算した強度であるので、かなり強度は小さいが、ウェハー５やウェハー固定治具１０の反射率が高ければフォーカスサーボを行うことができる。尚、集光レンズ３４及びシリンドリカルレンズ３６をナイフに変更し、ナイフエッジ法によるフォーカスサーボを行うことも可能である。また、減光フィルタ２８を液晶素子にしてレーザ強度を調整できるようにしてもよいし、微小なピットの作製が不要であれば、減光フィルタ２８を除いてもよい。
【００４３】
内側レーザ光と外側レーザ光とが対物レンズである集光レンズ３２により集光する様子を示したものが図４である。外側レーザ光は、ＮＡ（Numerial Aperture）が大きいため焦点深度が小さく、レーザスポットも小さい。これに対し内側レーザ光は、ＮＡが小さいため焦点深度が大きく、レーザスポットも大きい。従って、内側レーザ光を減光してレーザ加工が行われないレーザ強度にすれば、ウェハー５に微細なピットを作製することができ、内側レーザ光による反射光に基づいて（すなわちフォトディテクタ４０の受光信号に基づいて）フォーカスサーボを行えば、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間にある段差でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００４４】
そして、フォーカスサーボ回路Ａ１１０に設定されるカットオフ周波数を、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間にある隙間でフォーカスサーボが外れない値に設定すれば、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００４５】
但し、焦点深度が大きい場合のフォーカスサーボは焦点深度が小さい場合のフォーカスサーボに比べて追従性が悪くなるためウェハー５のレーザ加工精度が悪くなる。このため、ウェハー５にレーザ光が照射されているときは、外側レーザ光による反射光に基づいて（すなわちフォトディテクタ４２の受光信号に基づいて）通常の光ディスク装置でのカットオフ周波数で設定されているフォーカスサーボ回路Ｂ１１６を用いてフォーカスサーボを行うようにする。即ち、ウェハー５にレーザ光が照射されているときはフォトディテクタ４２、ＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６を用いてフォーカスサーボを行い、ウェハー固定治具１０にレーザ光が照射されているときは、フォトディテクタ４０、ＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８、フォーカスサーボ回路Ａ１１０を用いてフォーカスサーボを行うようにする。このようにフォーカスサーボを切り替えれば、ウェハー固定治具１０の反射率が高ければ、ウェハー５の反射率が低くても内側レーザ光による（すなわちフォトディテクタ４０の受光信号に基づく）フォーカスサーボは可能である。
【００４６】
信号強度変化検出回路１０４は、光加工ヘッド２００のフォトディテクタ４０が出力する信号を加算し増幅してローパスフィルタを通した後、所定レベルより大きいまたは小さいで２値化信号にする。そして、２値化信号がＬＯＷからＨＩＧＨになったときは、検出信号Ａを出力し、検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷになったときは検出信号Ｂを出力する。尚、光加工ヘッド２００のフォトディテクタ４０の系を受光光学系Ａとし、フォトディテクタ４２の系を受光光学系Ｂとする。
【００４７】
ＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８、フォーカスサーボ回路Ａ１１０は、レーザ光がウェハー固定治具１０を照射しているときにフォーカスサーボに使用される回路である。フォーカスサーボ回路Ａ１１０のカットオフ周波数は通常のフォーカスサーボの場合より小さく設定されており（ウェハー５とウェハー固定治具１０の隙間により発生する信号成分の周波数の２．５分の１〜１５分の１相当）、ウェハー５とウェハー固定治具１０の境界をレーザ光が移動してもフォーカスサーボが外れないようになっている。
【００４８】
ＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６は、レーザ光がウェハー５を照射しているときにフォーカスサーボに使用される回路である。フォーカスサーボ回路Ｂ１１６は、通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同様の条件で設定されている。
【００４９】
信号切替回路１０２は、信号強度変化検出回路１０４から検出信号Ｂが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６から入力した信号をドライブ回路１１８に出力し、信号強度変化検出回路１０４から検出信号Ａが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号をドライブ回路１１８に出力する。尚、装置稼働時においてはコントローラ６００からの指示により、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号をドライブ回路１１８に出力する。
【００５０】
このように構成されたレーザ微細加工装置１において、作業者は図５に示すようにウェハー５のエッジ数ｍｍに反射率の高い膜５ａをつけ、ウェハー固定治具１０の装着孔１０ａに装着した後、入力装置６０４から加工を指示する。尚、この場合、ウェハー固定治具１０の表面の反射率は高く、ウェハー５は低いとする。
【００５１】
レーザ微細加工装置１は、所定の半径位置からレーザ加工を開始する。ここで、信号切替回路１０２は、コントローラ６００の指示によりフォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号を出力するようにされる。そして、図示されていない回路がフォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８が出力する信号に発生したＳ字信号が０クロスしたタイミングを検出すると、コントローラ６００からフォーカスサーボ回路Ａ１１０に作動指示が出ることでフォーカスサーボの引き込みが行われる。
【００５２】
以後、信号強度変化検出回路１０４は、レーザ光が高反射率の箇所から低反射率の箇所へ移ったときに検出信号Ｂを出力し、低反射率の箇所から高反射率の箇所へ移ったときに検出信号Ａを出力し、それにより信号切替回路１０２が出力する信号を変更するので、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときは、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６でフォーカスサーボが行われ、ウェハー固定治具１０上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０でフォーカスサーボが行われる。
【００５３】
そして、ウェハー５のエッジ数ｍｍに反射率の高い膜５ａをつけてあるので、フォーカスサーボの切り替えは、この膜５ａとウェハー５の間の境界で行われるため、ウェハー５とウェハー固定治具１０の間の境界をレーザ光が通過するときは、必ず受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボが行われ、このフォーカスサーボは、焦点深度が大きいためＳ字検出距離が長く、カットオフ周波数が小さく設定され、フォーカスサーボが外れにくいフォーカスサーボであるのでウェハー５とウェハー固定治具１０との境界にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。そして、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときに、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６により行われるフォーカスサーボは、焦点深度が小さいためＳ字検出距離が短くカットオフ周波数が通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同程度に設定され、追従性がよいフォーカスサーボであるので、ウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００５４】
尚、もしウェハー固定治具１０の表面の反射率が高く、ウェハー５も高い場合は、ウェハー５のエッジ数ｍｍには反射率の低い膜５ａをつけ、信号強度変化検出回路１０４の設定をＨＩＧＨ→ＬＯＷ→ＨＩＧＨが所定時間内に発生したときは検出信号Ｂを出力し、検出信号Ｂを出力した後にＨＩＧＨからＬＯＷになったときは検出信号Ｂを出力するようにすればよい。これにより、反射率の低い膜５ａからウェハー５にレーザ光が移動したときに、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６によるフォーカスサーボに切り替わり、ウェハー５から反射率の低い膜５ａにレーザ光が移動したときに、受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボに切り替わるので、上記と同様のフォーカスサーボを行うことができる。
【００５５】
以上のように、本実施例のレーザ微細加工装置１によれば、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側で偏光状態を異ならせ、反射光を偏光状態により分離し、レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボを行うようにしたことから、フォーカスサーボの条件をウェハー５とウェハー固定治具１０との境界に存在する隙間によりフォーカスサーボが外れないように設定することにより、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００５６】
また、レーザ光断面の内側のレーザ光の強度をレーザ加工が行われない強度まで減少させるようにしたことから、外側のレーザ光のみによりレーザ加工が行われるので、より微小なピットの作製を行うことができる。また、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界近傍を検出して２つのフォーカスサーボ手段を切り替えるようにしたことから、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界に存在する段差や隙間でフォーカスサーボが外れないと共にウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【実施例２】
【００５７】
本実施例では、実施例１に示すフォーカスサーボの切り替えの他の方法を説明する。図６は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第２の実施形態を示す構成図である。図７は、本発明の第２の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。図８は、本発明の第２の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【００５８】
図６に示すレーザ微細加工装置２は、実施例１のレーザ微細加工装置１に加え、カウント回路１２０、エッジ検出回路１２２等を備えている。尚、レーザ微細加工装置１と同一の回路等は説明を省略し、作動等の異なる回路は異なる部分を説明する。
【００５９】
信号強度変化検出回路１０４は、２値化信号がＨＩＧＨからＬＯＷになったときのみ検出信号を出力する。また、遅延回路を内蔵し、信号切替回路１０２には２値化信号がＨＩＧＨからＬＯＷになった後、所定時間（実施例１で高反射率の膜５ａの幅分レーザ光照射位置が移動する時間）経過した後、検出信号を出力する。
【００６０】
信号切替回路１０２は、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力したときは、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６から入力した信号を出力し、エッジ検出回路１２２から検出信号が入力したときは、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号を出力する。
【００６１】
カウント回路１２０は、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力するとスピンドルモータ３００のエンコーダが出力するパルス信号をカウントし、カウント値に相当する信号をエッジ検出回路１２２に出力する。そして、エッジ検出回路１２２から信号が入力するとカウントを停止しカウント値をリセットする。
【００６２】
エッジ検出回路１２２は、コントローラ６００からの指示により、図７のプログラムがスタートし、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力すると（図７のＳ１０２−ＹＥＳ）、コントローラ６００が出力する半径値を取り込んで（図７のＳ１０４）、ウェハー５のエッジ手前までのカウント値Ａを計算し（図７のＳ１０６）、カウント回路１２０から入力するカウント値がこのカウント値Ａになったとき（図７のＳ１０８−ＹＥＳ）、信号を出力する（図７のＳ１１０）。尚、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力されない場合（図７のＳ１０２−ＮＯ）、コントローラ６００からの終了指示を確認し（図７のＳ１１２）、終了指示がある場合には（図７のＳ１１２−ＹＥＳ）、プログラムを終了する（図７のＳ１１４）。
【００６３】
レーザ光が、照射位置がウェハー５上になる前のウェハー５とウェハー固定治具１０の境界位置を通過してから、照射位置がウェハー固定治具１０上になる前のウェハー５とウェハー固定治具１０の境界位置を通過するまでの回転角度は、図８に示すようにレーザ光照射位置の半径値で決まるので、境界の手前にあるＡ点までのカウント値Ａも半径値で決まる。エッジ検出回路１２２には半径値とカウント値Ａの関数がテーブル形式または数式で記憶されており、半径値が入力するとカウント値Ａが計算されるようになっている。
【００６４】
このように構成されたレーザ微細加工装置２において、作業者はウェハー５をそのままウェハー固定治具１０の装着孔１０ａに装着した後、入力装置６０４から加工を指示する。尚、この場合もウェハー固定治具１０の表面の反射率は高く、ウェハー５は低いとする。
【００６５】
レーザ微細加工装置２は、レーザ微細加工装置１と同様にフォーカスサーボ引き込みを行う。その後、信号強度変化検出回路１０４はレーザ光がウェハー固定治具１０からウェハー５へ移ったときに、ウェハー５のエッジから数ｍｍ分、レーザ光照射位置が移動した後、検出信号が出力する。エッジ検出回路１２２は、レーザ光照射位置がウェハー５からウェハー固定治具１０に移る直前で信号を出力し、それにより信号切替回路１０２が出力する信号を切り替えるので、実施例１と同様、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６でフォーカスサーボが行われ、ウェハー固定治具１０上にレーザ光が照射されているときは、受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０でフォーカスサーボが行われる。
【００６６】
また、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間の境界をレーザ光が通過するときは、必ず受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボ（即ち焦点深度が大きいためＳ字検出距離が長く、カットオフ周波数が小さく設定され、フォーカスサーボが外れにくいフォーカスサーボ）が行われるので、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができ、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６によるフォーカスサーボは、焦点深度が小さいためＳ字検出距離が短く、カットオフ周波数が通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同程度に設定され、追従性がよいフォーカスサーボであるので、ウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００６７】
尚、上記実施形態においてはカウント回路１２０を信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力するとスピンドルモータ３００のエンコーダが出力するパルス信号のカウントを０を初期値として開始し、エッジ検出回路１２２はコントローラ６００から入力した半径値からウェハー５のエッジ手前までのカウント値を計算するようにしたが、これに代えて、カウント回路１２０は常時エンコーダが出力するパルス信号のカウントを行い、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力するとカウント値をエッジ検出回路１２２に出力するようにし、エッジ検出回路１２２はカウント回路１２０から入力したカウント値と、コントローラ６００から入力した半径値とからウェハー５のエッジ手前までのカウント値を計算するようにしてもよい。これによっても同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６８】
本実施例では、実施例１及び実施例２に示すフォーカスサーボの切り替えの他の方法を説明する。図９は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第３の実施形態を示す構成図である。図１０は、本発明の第３の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。図１１は、本発明の第３の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【００６９】
図９に示すレーザ微細加工装置３は、実施例２のレーザ微細加工装置２から信号強度変化検出回路１０４を取り除いたような構成である。尚、レーザ微細加工装置１及びレーザ微細加工装置２と同一の回路等は説明を省略し、作動等の異なる回路は異なる部分を説明する。
【００７０】
信号切替回路１０２は、エッジ検出回路１２２から信号Ｂが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６から入力した信号を出力し、エッジ検出回路１２２から信号Ａが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号を出力する。
【００７１】
カウント回路１２０は、スピンドルモータ３００のエンコーダからインデックス信号が入力すると同エンコーダが出力するパルス信号のカウントを開始し、カウント値に相当する信号をエッジ検出回路１２２に出力する。そして、エンコーダからインデックス信号が入力するごとにカウント値をリセットし、カウントを継続する。
【００７２】
エッジ検出回路１２２は、コントローラ６００からの指示により、図１０のプログラムがスタートし、スピンドルモータ３００のエンコーダからインデックス信号が入力すると（図１０のＳ２０４−ＹＥＳ）、コントローラ６００が出力する半径値を取り込んで（図１０のＳ２０６）、ウェハー５のエッジ手前の点のカウント値Ａ（０）〜Ａ（７）を計算し（図１０のＳ２０８）、カウント回路１２０から入力するカウント値がこのＡになったとき（図１０のＳ２１０−ＹＥＳ）、Ａ（ｎ）のｎが偶数のときは信号Ｂを（図１０のＳ２１２−ＹＥＳ、Ｓ２１４）、ｎが奇数のときは信号Ａを（図１０のＳ２１２−ＮＯ、Ｓ２１６）出力する。尚、カウント回路１２０から入力するカウント値がＡに満たない場合に（図１０のＳ２１０−ＮＯ）、コントローラ６００からの終了指示を確認し（図１０のＳ２２４）、終了指示がある場合には（図１０のＳ２２４−ＹＥＳ）、プログラムを終了する（図１０のＳ２２６）。
【００７３】
尚、この場合、ウェハー固定治具１０に装着するウェハー５は４つで、エンコーダからインデックス信号が出力される点は、レーザ光照射位置がウェハー固定治具１０上にある点であり、この点はウェハー固定治具１０がターンテーブル１２に固定されているか、ウェハー固定治具１０に工夫がされて同じ状態でセットできるため、一定であるとする。
【００７４】
エンコーダからインデックス信号が入力する点が一定であれば、レーザ光がウェハー５とウェハー固定治具１０の境界位置を通過する箇所のインデックス信号が出力する点からの回転角度は、図１１に示すようにレーザ光照射位置の半径値で決まるので、ウェハー５の境界の近傍点Ａまでのカウント値Ａ（０）〜（７）も半径値で決まる。エッジ検出回路１２２には半径値とカウント値Ａ（０）〜（７）の関数がテーブル形式または数式でそれぞれ記憶されており、半径値が入力するとカウント値Ａ（０）〜（７）が計算されるようになっている。
【００７５】
このように構成されたレーザ微細加工装置３において、作業者はウェハー５をそのままウェハー固定治具１０の装着孔１０ａに装着した後、入力装置６０４から加工を指示する。尚、この場合はウェハー固定治具１０の表面の反射率やウェハー５の反射率は任意でよい。
【００７６】
レーザ微細加工装置３は、レーザ微細加工装置１と同様にまずフォーカスサーボ引き込みが行われる。その後、エッジ検出回路１２２は、レーザ光がウェハー５とウェハー固定治具１０の境界を通過し、ウェハー５のエッジから数ｍｍの箇所に来たときに信号Ｂを出力し、レーザ光がウェハー５とウェハー固定治具１０との境界を通過する手前のウェハー５のエッジから数ｍｍの箇所に来たときに信号Ａを出力し、それにより信号切替回路１０２が出力する信号を切り替えるので、実施例１と同様、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６でフォーカスサーボが行われ、ウェハー固定治具１０上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０でフォーカスサーボが行われる。また、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間の境界をレーザ光が通過するときは、必ず受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボ（即ち焦点深度が大きいためＳ字検出距離が長く、カットオフ周波数が小さく設定され、フォーカスサーボが外れにくいフォーカスサーボ）が行われるので、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができ、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６によるフォーカスサーボは、焦点深度が小さいためＳ字検出距離が短く、カットオフ周波数が通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同程度に設定され、追従性がよいフォーカスサーボであるので、ウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【実施例４】
【００７７】
本実施例では、実施例１〜実施例３に示す光加工ヘッドの変形例を説明する。光加工ヘッド２００は、内側レーザ光と外側レーザ光との偏光状態を異ならせ、反射したレーザ光を偏光状態により分離することができれば、様々な構成のものを用いることができる。図１２は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態２とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。具体的に図１２は、直線偏光を偏光子３０に入射させ、内側レーザ光と外側レーザ光とで偏光状態を異ならせる方法である。
【００７８】
光加工ヘッド２００で、レーザ光源２０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２により平行光になり（図１２（Ａ））、ビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１２（Ｂ））、減光フィルタ２８で内側レーザ光のみが減光されて、偏光子３０に入射する。偏光子３０は、実施例１のものと同じであるが、偏光子３０の透適軸はレーザ光源２０が出射するレーザ光の偏光方向から４５度の角度にある。このため、内側レーザ光は約半分が透過し、透過したレーザ光の偏光方向は偏光子３０の透過軸と平行になる。これに対し、外側レーザ光の偏光方向はレーザ光源２０が出射するレーザ光の偏光方向のまま透過する（図１２（Ｃ））。
【００７９】
ウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射したレーザ光は、再度偏光子３０と減光フィルタ２８を透過するが偏光状態は同じままである（図１２（Ｄ））。そして、ビームスプリッタ２５で半分が反射し、集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介して偏光ビームスプリッタ３８に入射する（図１２（Ｅ））。偏光ビームスプリッタ３８は、Ｙ軸方向に透過軸があるため、偏光方向がＹ軸方向の光は透過してフォトディテクタ４０に集光し（図１２（Ｆ））、偏光方向がＸ軸方向の光は反射してフォトディテクタ４２に集光する（図１２（Ｇ））。偏光ビームスプリッタ３８で透過または反射する光の強度は、
偏光方向がＸ軸方向（反射）：内側レーザ光×１／２×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２×１／２
偏光方向がＹ軸方向（透過）：外側レーザ光×１／２×ｒ×１／２＋内側レーザ光×１／２×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２×１／２
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。
【００８０】
偏光方向がＹ軸方向での内側レーザ光は内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／１６を乗算した強度になり、１／４を乗算した強度になる外側レーザ光に対して強度はかなり弱い。従って、フォトディテクタ４０の受光信号によるフォーカスサーボは外側レーザ光によるフォーカスサーボになる。偏光方向がＸ軸方向での内側レーザ光は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／１６を乗算した強度であるので、実施例１で示されている光加工ヘッドの構成の形態１の場合よりやや大きい強度になり、フォトディテクタ４２の受光信号を使用すれば内側レーザ光によるフォーカスサーボは可能である。
【００８１】
この変形例においては、ビームスプリッタ２５でレーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することになるが、実施例１と同様に内側レーザ光によるフォーカスサーボと外側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。尚、この変形例においては、減光フィルタ２８をなくし、偏光子３０の透過軸の向きをＸ軸方向に近づけて、減光を行ってもよい。また、偏光子３０を回転可能にして内側レーザ光の光量を制御してもよい。これによれば、内側レーザ光による反射光が減光フィルタによって減光されず、偏光ビームスプリッタ３８で反射する内側レーザ光の透過する内側レーザ光に対する割合が大きくなるの
で、フォトディテクタ４２に集光する内側レーザ光による反射光の強度が大きくなり、内側レーザ光によるフォーカスサーボが行いやすくなる。
【実施例５】
【００８２】
本実施例では、実施例１〜実施例３に示す光加工ヘッドのさらに別の変形例を説明する。図１３は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態３とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。具体的に図１３は、直線偏光を１／４波長板３１に入射させ、内側レーザ光と外側レーザ光とで偏光状態を異ならせる方法である。
【００８３】
光加工ヘッド２００で、レーザ光源２０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２により平行光になり（図１３（Ａ））、ビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１３（Ｂ））、減光フィルタ２８で内側レーザ光のみが減光されて、１／４波長板３１に入射する。１／４波長板３１も図３に示すような形状であり、所定半径より内側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向に「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がある偏光子になっている。このため、透過したレーザ光は、内側レーザ光のみが円偏光になり、外側レーザ光はレーザ光源２０が出射するレーザ光と偏光方向が同じ（すなわちＹ軸方向の）直線偏光のままである（図１２（Ｃ））。
【００８４】
そして、レーザ光はウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した後、再び１／４波長板３１を透過することにより内側レーザ光はＸ軸方向の直線偏光となり、外側レーザ光はＹ軸方向の直線偏光のままである（図１３（Ｄ））。そして、ビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１３（Ｅ））、集光レンズ３４及びシリンドリカルレンズ３６を介して偏光ビームスプリッタ３８に入射する。偏光ビームスプリッタ３８はＹ軸方向に透過軸があるので、外側レーザ光は偏光ビームスプリッタ３８を透過してフォトディテクタ４０に受光し（図１３（Ｆ））、内側レーザ光は偏光ビームスプリッタ３８で反射してフォトディテクタ４２に受光する（図１３（Ｇ））。偏光ビームスプリッタ３８で透過または反射する光の強度は、
偏光方向がＸ軸方向（反射）：内側レーザ光×１／２×ｔ×ｒ×ｔ×１／２
偏光方向がＹ軸方向（透過）：外側レーザ光×１／２×ｒ×１／２
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。
【００８５】
この変形例においては、偏光ビームスプリッタ３８で内側レーザ光と外側レーザ光を殆んど分離することが可能であり、フォトディテクタ４２で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／４を乗算した強度であるので、実施例１や実施例４で示されている光加工ヘッドの構成の形態１，２より大きい強度になり、ウェハー固定治具１０の反射率が小さくてもフォトディテクタ４２の受光信号で内側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。この変形例においてもビームスプリッタ２５でレーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することになるが、内側レーザ光によるフォーカスサーボと外側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。
【００８６】
尚、この変形例において、ビームスプリッタ２５を偏光ビームスプリッタにし、１／４波長板３１を所定半径より外側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向に「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がある偏光子にすれば、フォトディテクタ４２で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×０．０５を乗算した強度になり、強度は小さくなるが、レーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することをなくすことができる。
【実施例６】
【００８７】
本実施例では、実施例１〜実施例３に示す光加工ヘッドのさらに別の変形例を説明する。図１４は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態４とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。具体的に図１４は、図１３と同様、直線偏光を１／４波長板３１に入射させ、内側レーザ光と外側レーザ光とで偏光状態を異ならせる方法であり、図１３におけるビームスプリッタと偏光ビームスプリッタの位置を変えた構成である。
【００８８】
光加工ヘッド２００で、レーザ光源２０から出射されたレーザ光はコリメートレンズ２２により平行光になりビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１４（Ａ））、透過軸が出射されたレーザ光と平行になっている偏光ビームスプリッタ２７をほとんど透過し（図１４（Ｂ））、減光フィルタ２８で内側レーザ光のみが減光されて、１／４波長板３１に入射する。１／４波長板３１を透過したレーザ光は、内側レーザ光のみが円偏光になり、外側レーザ光はＹ軸方向の直線偏光のままであり（図１４（Ｃ））、ウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した後、再び１／４波長板３１を透過することにより内側レーザはＸ軸方向の直線偏光となり、外側レーザ光はＹ軸方向の直線偏光のままである（図１４（Ｄ））。
【００８９】
偏光ビームスプリッタ２７はＹ軸方向に透過軸があるので、外側レーザ光はＰＢＳ２６を透過し、内側レーザ光は偏光ビームスプリッタ２７で反射する。反射した内側レーザ光は（図１４（Ｅ））、集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介してフォトディテクタ４０に集光する。透過した外側レーザ光はビームスプリッタ２５で半分が反射し、集光レンズ３５、シリンドリカルレンズ３７を介してフォトディテクタ４２に集光する。偏光ビームスプリッタ２７で反射する光の強度及びビームスプリッタ２５で反射する光の強度は、
偏光ビームスプリッタ２７で反射する光：内側レーザ光×１／２×ｔ×ｒ×ｔ
ビームスプリッタ２５で反射する光：外側レーザ光×１／２×ｒ×１／２
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。
【００９０】
この変形例においては、偏光ビームスプリッタ２７で内側レーザ光と外側レーザ光を殆んど分離することが可能であり、フォトディテクタ４０で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／２を乗算した強度であるので、実施例１、実施例４、実施例６で示されている光加工ヘッドの構成の形態１〜３よりさらに大きい強度になり、ウェハー固定治具１０の反射率が小さくてもフォトディテクタ４２の受光信号で内側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。この変形例においても、ビームスプリッタ２５でレーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することになるが、内側レーザ光によるフォーカスサーボと外側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。
【００９１】
尚、この変形例においても、ビームスプリッタ２５を偏光ビームスプリッタにし、１／４波長板３１を所定半径より外側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向に「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がある偏光子にすれば、フォトディテクタ４２で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×０．０５を乗算した強度になり、強度は小さくなるが、レーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することをなくすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明によれば、固定治具に固定治具の中心から離間して複数の加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射によりレーザ微細加工を行う場合において、加工対象物と固定治具の境界に段差や隙間があってもフォーカスサーボが外れないと共に、加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことが可能なレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】同レーザ微細加工装置の光加工ヘッドの構成の形態１とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【図３】同レーザ微細加工装置の偏光子の形状を示す図である。
【図４】同レーザ微細加工装置の内側レーザ光と外側レーザ光が対物レンズにより集光する様子を示した説明図である。
【図５】同レーザ微細加工装置の加工対象物に高反射率の膜をつけて固定治具に装着する様子を示した図である。
【図６】本発明に係るレーザ微細加工装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【図９】本発明に係るレーザ微細加工装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【図１２】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態２とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【図１３】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態３とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【図１４】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態４とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１〜３・・・レーザ微細加工装置
５・・・・・ウェハー
５ａ・・・・膜
１０・・・・ウェハー固定治具
１０ａ・・・装着孔
１２・・・・ターンテーブル
２０・・・・レーザ光源
２２・・・・コリメートレンズ
２４・・・・偏光ビームスプリッタ
２５・・・・ビームスプリッタ
２６・・・・１／４波長板
２７・・・・偏光ビームスプリッタ
２８・・・・減光フィルタ
３０・・・・偏光子
３１・・・・１／４波長板
３２・・・・集光レンズ
３４・・・・集光レンズ
３５・・・・集光レンズ
３６・・・・シリンドリカルレンズ
３７・・・・シリンドリカルレンズ
３８・・・・偏光ビームスプリッタ
４０・・・・フォトディテクタ
４２・・・・フォトディテクタ
１０２・・・信号切替回路
１０４・・・信号強度変化検出回路
１０６・・・ＨＦ信号増幅回路Ａ
１０８・・・フォーカスエラー信号生成回路Ａ
１１０・・・フォーカスサーボ回路Ａ
１１２・・・ＨＦ信号増幅回路Ｂ
１１４・・・フォーカスエラー信号生成回路Ｂ
１１６・・・フォーカスサーボ回路Ｂ
１１８・・・ドライブ回路
１２０・・・カウント回路
１２２・・・エッジ検出回路
２００・・・光加工ヘッド
２５０・・・レーザ駆動回路
２５２・・・発光信号供給回路
３００・・・スピンドルモータ
３０２・・・スピンドルモータ制御回路
４００・・・フィードモータ
４０２・・・フィードモータ制御回路
６００・・・コントローラ
６０２・・・表示装置
６０４・・・入力装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工用レーザ光を照射して加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を平板状の加工対象物に照射し、該加工対象物の加工面に微細なピットを作製するレーザ微細加工装置が知られている。このレーザ微細加工装置において、ターンテーブル上に固定された加工対象物にレーザ光を照射し加工する装置として、例えば特許文献１に示されるようなものがある。
【０００３】
この特許文献１に示されるレーザ描画装置は、ターンテーブルに１枚の加工対象物を固定して回転させ、回転する加工対象物の加工面に直接レーザ光を照射して加工を施すものである。しかしながら、従来のレーザ描画装置の構成によるレーザ微細加工装置では、ターンテーブルにセットして加工できる加工対象物の枚数が一枚であることから、加工対象物の交換が煩雑で加工タクトが長く、効率的な加工が困難である。
【０００４】
また、加工用レーザ光が照射される位置の線速度が一定になるようターンテーブルを回転させて加工を行う場合、加工用レーザ光が照射される位置が回転中心付近になるとターンテーブルの回転が速くなるため、回転制御の精度は、回転中心から離間した位置に比べて劣る。また、回転速度には限界があるため中心部に近づくと線速度一定での制御ができなくなる場合もある。さらに、ターンテーブルの回転中心と加工対象物の中心とを精度よく一致させることは困難であり、ターンテーブルの回転中心に加工用レーザ光の半径方向移動線が含まれるよう調整することも困難である。このため、ターンテーブルの回転中心付近では加工対象物に高精度な加工を施すことは困難であった。
【０００５】
そこで、ターンテーブルにセットする加工対象物の固定治具を、固定治具の中心から離間して複数の装着孔が設けられているようにし、この装着孔に加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射により一度にレーザ加工できる数を増やすとともに、回転中心において高精度な加工が困難であるという問題を考慮する必要がないようにすることが試みられている。
【特許文献１】特開２００１−１３３９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような固定治具による方法においては、加工対象物を固定治具の装着孔にセットした際、加工対象物と固定治具の境界に存在する段差や隙間によりフォーカスエラー信号が大きく乱れ、フォーカスサーボが外れる可能性がある。
【０００７】
光加工ヘッドの光学系を調整することによりフォーカスサーボが外れることを抑えることはある程度できるが、レーザ光焦点の加工対象物の加工面への追従性が悪くなるため、通常のフォーカスサーボの場合に比べて加工精度が落ちてしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、固定治具に固定治具の中心から離間して複数の加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射によりレーザ微細加工を行う場合において、加工対象物と固定治具の境界に段差や隙間があってもフォーカスサーボが外れないと共に、加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことが可能なレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載のレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドが、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにする偏光状態変更手段と、加工対象物又は固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも内側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光する受光光学系とを有し、受光光学系による受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物又は固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載のレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドが、偏光状態変更手段によりレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の内側と外側との境界近傍から内側のレーザ光を、加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させる減光手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載のレーザ微細加工装置は、受光光学系が、偏光状態により分離した反射光におけるそれぞれの反射光を受光する第１の受光器と第２の受光器とを有し、第１の受光器が、レーザ光断面の外側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、第２の受光器が、レーザ光断面の内側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、フォーカスサーボ手段が、加工用レーザ光が加工対象物に照射されているときに、第１の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボ手段と、加工用レーザ光が固定治具に照射させているときに、第２の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボ手段とを有し、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍を検出する境界検出手段と、境界検出手段による検出に基づいて、第１のフォーカスサーボ手段と、第２のフォーカスサーボ手段とを切り替えるフォーカスサーボ切替手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載のレーザ微細加工装置は、境界検出手段が、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載のレーザ微細加工装置は、回転手段による回転の角度に相当する量を検出する回転角度検出手段と、加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、境界検出手段が、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段と、信号強度変化検出手段による検出時の、回転角度検出手段により検出される又は回転角度検出手段に初期値として設定される回転角度に相当する量とレーザ光照射半径値検出手段により検出される加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値とに基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第１の回転角度基準境界検出手段とから構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載のレーザ微細加工装置は、回転手段による回転の基準位置を検出する回転基準位置検出手段と、回転手段による回転の角度に相当する量を回転基準位置検出手段により検出した回転の基準位置からの量として検出する回転角度検出手段と、加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、境界検出手段が、レーザ光照射半径値検出手段により検出される加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値に基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第２の回転角度基準境界検出手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにし、加工対象物又は固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも内側のレーザ光による加工対象物又は固定治具からの反射光を受光し、受光した反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物又は固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、レーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の内側と外側との境界近傍から内側のレーザ光を、加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、偏光状態により分離した反射光におけるそれぞれの反射光を受光すると共にそれぞれの反射光の受光光量に基づく信号を作成し、加工用レーザ光が加工対象物に照射されているときに、レーザ光断面の外側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボと、加工用レーザ光が固定治具に照射させているときに、レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて加工用レーザ光の焦点が固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボとを、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出に基づいて切り替えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することにより行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することと、回転手段による回転の角度に相当する量と加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値とを検出し続け、所定レベルのクロス時において検出した又は初期値として設定した、回転角度に相当する量と加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値とに基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項１２記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法は、加工対象物と固定治具の境界又は境界近傍の検出を、回転手段による回転の基準位置を検出し、回転手段による回転の角度に相当する量を検出した回転の基準位置からの量として検出し続けると共に、加工用レーザ光の照射位置の固定治具における半径値を検出し続け、検出した半径値に基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１及び請求項７の発明によれば、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側で偏光状態を異ならせ、反射光を偏光状態により分離し、レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボを行うようにしたことから、フォーカスサーボの条件を加工対象物と固定治具の境界に存在する隙間によりフォーカスサーボが外れないように設定することにより、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００２２】
請求項２及び請求項８の発明によれば、レーザ光断面の内側のレーザ光の強度をレーザ加工が行われない強度まで減少させるようにしたことから、外側のレーザ光のみによりレーザ加工が行われるので、より微小なピットの作製を行うことができる。
【００２３】
請求項３及び請求項９の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出に基づいて、２つのフォーカスサーボ手段を切り替えるようにしたことから、加工対象物と固定治具の境界に存在する隙間によりフォーカスサーボが外れないように第２のフォーカスサーボ手段の条件を設定し、レーザ光焦点の加工対象物表面への追従性が良くなるように第１のフォーカスサーボ手段の条件を設定することにより、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００２４】
請求項４及び請求項１０の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度の変化を検出することで行うことにより、例えば加工対象物のエッジに加工対象物とは反射率の異なる部分を予め用意すれば、固定治具から加工対象物にレーザ光が移った直後に第１のフォーカスサーボへの切り替えを行い、加工対象物から固定治具にレーザ光が移る直前で第１のフォーカスサーボからの切り替えを行うことができるので、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００２５】
請求項５及び請求項１１の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出を、加工対象物からの反射光及び固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度の変化を検出することと、その検出からの回転角度量がその時点でのレーザ照射半径値から定まる回転角度量に達することを検出することで行うことから、固定治具と加工対象物の反射率が大きく異なっていれば、加工対象物はそのままでも固定治具から加工対象物にレーザ光が移った直後に第１のフォーカスサーボへの切り替えが行われ、加工対象物から固定治具にレーザ光が移る直前で第１のフォーカスサーボからの切り替えを行うことができるので、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００２６】
請求項６及び請求項１２の発明によれば、加工対象物と固定治具の境界または境界近傍の検出を、回転基準位置を検出してからの回転角度量がその時点でのレーザ照射半径値から定まる回転角度量に達することを検出することで行うようにすることから、固定治具上での回転基準位置が変わらなければ、固定治具と加工対象物の反射率によらず、加工対象物はそのままでも加工対象物にレーザ光が移った直後に第１のフォーカスサーボへの切り替えが行われ、加工対象物から固定治具にレーザ光が移る直前で第１のフォーカスサーボからの切り替えを行うことができるので、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないとともに加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。本発明の形態におけるレーザ微細加工装置は、光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光をディスク状の加工対象物に照射し、加工対象物の加工面に微細なピットを作製するものである。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１の実施形態を示す構成図である。図２は、同レーザ微細加工装置の光加工ヘッドの構成の形態１とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。図３は、同レーザ微細加工装置の偏光子の形状を示す図である。図４は、同レーザ微細加工装置の内側レーザ光と外側レーザ光が対物レンズにより集光する様子を示した説明図である。図５は、同レーザ微細加工装置の加工対象物に高反射率の膜をつけて固定治具に装着する様子を示した図である。
【００２９】
図１〜図５において、ウェハー５は、ＬＥＤウェハー等のディスク状の加工対象物で、表面が微細ピットを作製する加工面である。ウェハー固定治具１０は、ディスク状で、ウェハー５を挿嵌可能な装着孔１０ａが複数穿設されている。この装着孔１０ａは、ウェハー固定治具１０の回転中心から離間して設けられている。ターンテーブル１２は、ウェハー５を回転させるテーブルであり、全面に図示しない吸引口を複数備え、ウェハー固定治具１０とウェハー５を吸着可能に構成されている。
【００３０】
また、図１に示すようにレーザ微細加工装置１は、光加工ヘッド２００、表示装置６０２や入力装置６０４を備えたコントローラ６００、ＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８、フォーカスサーボ回路Ａ１１０、ＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６、信号切替回路１０２、信号強度変化検出回路１０４、ドライブ回路１１８、発光信号供給回路２５２、レーザ駆動回路２５０、スピンドルモータ３００、スピンドルモータ制御回路３０２、フィードモータ４００、フィードモータ制御回路４０２等から構成されている。
【００３１】
フィードモータ制御回路４０２は、コントローラ６００から半径位置の入力があると、フィードモータ４００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から半径位置を計算し、設定された半径位置になるようフィードモータ４００を駆動する。これにより、コントローラ６００から適切な半径位置を入力させることで、ウェハー５に加工用レーザ光が照射され始める半径位置から加工用レーザ光の照射を開始することができる。また、フィードモータ制御回路４０２にはコントローラ６００から送り速度の入力がある。
【００３２】
コントローラ６００は、フィードモータ４００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から半径位置を常に計算し、入力装置６０４から予め入力されている微細ピットの半径方向間隔と線速度から、ターンテーブル１２の１回転で丁度微細ピットの半径方向間隔分、加工用レーザ光が照射される半径位置を移動する送り速度を計算してフィードモータ制御回路４０２に指示する。フィードモータ制御回路４０２は、フィードモータ４００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から送り速度を算出し、送り速度が指示された速度に合うようフィードモータ４００を駆動する。
【００３３】
スピンドルモータ制御回路３０２は、スピンドルモータ３００をコントローラ６００から指示された回転速度になるよう駆動する。
【００３４】
コントローラ６００は、計算された半径位置と入力されている線速度から、加工用レーザ光が照射される位置の線速度が入力されている線速度になるための回転速度を計算し、スピンドルモータ制御回路３０２に指示する。スピンドルモータ制御回路３０２は、スピンドルモータ３００内にあるエンコーダが出力するパルス信号から回転速度を計算し、回転速度が指示された速度になるようスピンドルモータ３００を駆動する。
【００３５】
レーザ駆動回路２５０及び発光信号供給回路２５２は、後述する光加工ヘッド２００のレーザ光源２０に、設定された間隔の微細ピットを作製するためのレーザ光照射を行わせる。
【００３６】
コントローラ６００は、入力装置６０４から入力されている微細ピットの円周方向間隔と線速度から、発光信号のタイミングを計算し、発光信号供給回路２５２に指示する。発光信号供給回路２５２は、指示された発光タイミングでパルス信号である発光信号を生成し、レーザ駆動回路２５０に出力する。レーザ駆動回路２５０は入力した発光信号により加工用レーザ駆動信号（ハイレベルとローレベルとからなるパルス信号）を生成し、後述する光加工ヘッド２００のレーザ光源２０に出力する。これにより、加工用レーザ光が照射されたウェハー５には、微細ピットが設定された間隔で作製されることになる。
【００３７】
光加工ヘッド２００は、内部に設けられたレーザ光源２０から微細ピットを作製するための加工用レーザ光を出射するものである。偏光状態を示す図２は、レーザ光源２０から出射されたレーザ光の偏光方向をＹ軸、偏光方向に垂直な方向をＸ軸として示してある。レーザ光源２０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２により平行光になり（図２（Ａ））、透過軸が出射されたレーザ光の偏光方向と平行になっている偏光ビームスプリッタ２４を殆んど透過し（図２（Ｂ））、「進相軸」（Ｆａｓｔ）及び「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がＸ軸及びＹ軸から４５度の位置にある１／４波長板２６を透過する（図２（Ｃ））。これによりレーザ光は、直線偏光から円偏光になり、減光フィルタ２８でレーザ光断面の内側部分（以下、内側レーザ光という）のみが減光されて、偏光子３０に入射する。内側レーザ光を減光するのは、外側レーザ光のみをレーザ加工可能にし、より微小なピットの作製を行うことができるようにするためである。
【００３８】
偏光子３０は、図３に示すような形状であり、所定半径より内側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向（即ち、１／４波長板２６の「進相軸」（Ｆａｓｔ）または「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）の方向）に透過軸がある偏光子になっている。このため、内側レーザ光のみが円偏光から偏光方向がＸ、Ｙ軸から４５度の方向にある直線偏光になる（図２（Ｄ））。このとき透過する光は、円偏光が全方向に偏光方向がある光と考えればよいので半分程度の光である。すなわち、内側レーザ光は直線偏光になるとともに光量が半分程度に減光される。そして、偏光子３０は、所定半径より外側は入射した光をそのまま透過する材質で形成されているため、レーザ光断面の外側部分（以下、外側レーザ光という）は円偏光のままである（図２（Ｄ））。
【００３９】
ウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射したレーザ光は、偏光子３０を透過したときも内側レーザ光は偏光方向がＸ、Ｙ軸から４５度の方向にある直線偏光であり、外側レーザ光は円偏光である。そして、減光フィルタ２８で再度内側レーザ光のみが減光され（図２（Ｅ））、１／４波長板２６を透過する（図２（Ｆ））。これにより、外側レーザ光は円偏光からＸ軸方向に偏光方向がある直線偏光になり、内側レーザ光は１／４波長板２６の「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）に対して偏光方向が平行であるので、Ｘ、Ｙ軸から４５度の方向に偏光方向がある直線偏光のままである。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ２４がＹ軸方向に透過軸があるので、偏光方向がこの透過軸に垂直である外側レーザ光は、偏光ビームスプリッタ２４で反射する。内側レーザ光は、偏光方向がこの透過軸に対して４５度の位置にあるので半分が反射し、半分が透過する（図２（Ｇ））。そして、反射した光の偏光方向は外側レーザ光と同じＸ軸方向になり、透過した光の偏光方向はＹ軸方向になる。但し、偏光ビームスプリッタは偏光方向が透過軸と平行な光もわずかに（例えば５％程度）反射するため、偏光ビームスプリッタ２４で反射した光には偏光方向がＹ軸方向の内側レーザ光も含まれる。偏光ビームスプリッタ２４で反射した光の強度は、
偏光方向がＸ軸方向：外側レーザ光×ｒ＋内側レーザ光×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２
偏光方向がＹ軸方向：内側レーザ光×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２×０．０５
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。この光が集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介して偏光ビームスプリッタ３８に入射する。
【００４１】
偏光ビームスプリッタ３８は、透過軸がＹ軸方向にあり、偏光方向がＹ軸方向の光は透過してフォトディテクタ４０に集光し（図２（Ｈ））、偏光方向がＸ軸方向の光は偏光ビームスプリッタ３８で反射してフォトディテクタ４２に集光する（図２（Ｉ））。フォトディテクタ４０及びフォトディテクタ４２に集光する光は、集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介しているため、フォトディテクタ４０及びフォトディテクタ４２が出力する受光信号から非点収差法によるフォーカスサーボが可能である。偏光方向がＸ軸方向での内側レーザ光は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／４を乗算した強度になるので、外側レーザ光に対して強度はかなり弱い。従って、フォトディテクタ４２の受光信号によるフォーカスサーボは外側レーザ光によるフォーカスサーボになる。
【００４２】
また、偏光方向がＹ軸方向の光は内側レーザ光のみであるので、フォトディテクタ４０の受光信号によるフォーカスサーボは、内側レーザ光のみによるフォーカスサーボになる。偏光方向がＹ軸方向での内側レーザ光は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／４×０．０５を乗算した強度であるので、かなり強度は小さいが、ウェハー５やウェハー固定治具１０の反射率が高ければフォーカスサーボを行うことができる。尚、集光レンズ３４及びシリンドリカルレンズ３６をナイフに変更し、ナイフエッジ法によるフォーカスサーボを行うことも可能である。また、減光フィルタ２８を液晶素子にしてレーザ強度を調整できるようにしてもよいし、微小なピットの作製が不要であれば、減光フィルタ２８を除いてもよい。
【００４３】
内側レーザ光と外側レーザ光とが対物レンズである集光レンズ３２により集光する様子を示したものが図４である。外側レーザ光は、ＮＡ（Numerial Aperture）が大きいため焦点深度が小さく、レーザスポットも小さい。これに対し内側レーザ光は、ＮＡが小さいため焦点深度が大きく、レーザスポットも大きい。従って、内側レーザ光を減光してレーザ加工が行われないレーザ強度にすれば、ウェハー５に微細なピットを作製することができ、内側レーザ光による反射光に基づいて（すなわちフォトディテクタ４０の受光信号に基づいて）フォーカスサーボを行えば、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間にある段差でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００４４】
そして、フォーカスサーボ回路Ａ１１０に設定されるカットオフ周波数を、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間にある隙間でフォーカスサーボが外れない値に設定すれば、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００４５】
但し、焦点深度が大きい場合のフォーカスサーボは焦点深度が小さい場合のフォーカスサーボに比べて追従性が悪くなるためウェハー５のレーザ加工精度が悪くなる。このため、ウェハー５にレーザ光が照射されているときは、外側レーザ光による反射光に基づいて（すなわちフォトディテクタ４２の受光信号に基づいて）通常の光ディスク装置でのカットオフ周波数で設定されているフォーカスサーボ回路Ｂ１１６を用いてフォーカスサーボを行うようにする。即ち、ウェハー５にレーザ光が照射されているときはフォトディテクタ４２、ＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６を用いてフォーカスサーボを行い、ウェハー固定治具１０にレーザ光が照射されているときは、フォトディテクタ４０、ＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８、フォーカスサーボ回路Ａ１１０を用いてフォーカスサーボを行うようにする。このようにフォーカスサーボを切り替えれば、ウェハー固定治具１０の反射率が高ければ、ウェハー５の反射率が低くても内側レーザ光による（すなわちフォトディテクタ４０の受光信号に基づく）フォーカスサーボは可能である。
【００４６】
信号強度変化検出回路１０４は、光加工ヘッド２００のフォトディテクタ４０が出力する信号を加算し増幅してローパスフィルタを通した後、所定レベルより大きいまたは小さいで２値化信号にする。そして、２値化信号がＬＯＷからＨＩＧＨになったときは、検出信号Ａを出力し、検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷになったときは検出信号Ｂを出力する。尚、光加工ヘッド２００のフォトディテクタ４０の系を受光光学系Ａとし、フォトディテクタ４２の系を受光光学系Ｂとする。
【００４７】
ＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８、フォーカスサーボ回路Ａ１１０は、レーザ光がウェハー固定治具１０を照射しているときにフォーカスサーボに使用される回路である。フォーカスサーボ回路Ａ１１０のカットオフ周波数は通常のフォーカスサーボの場合より小さく設定されており（ウェハー５とウェハー固定治具１０の隙間により発生する信号成分の周波数の２．５分の１〜１５分の１相当）、ウェハー５とウェハー固定治具１０の境界をレーザ光が移動してもフォーカスサーボが外れないようになっている。
【００４８】
ＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６は、レーザ光がウェハー５を照射しているときにフォーカスサーボに使用される回路である。フォーカスサーボ回路Ｂ１１６は、通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同様の条件で設定されている。
【００４９】
信号切替回路１０２は、信号強度変化検出回路１０４から検出信号Ｂが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６から入力した信号をドライブ回路１１８に出力し、信号強度変化検出回路１０４から検出信号Ａが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号をドライブ回路１１８に出力する。尚、装置稼働時においてはコントローラ６００からの指示により、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号をドライブ回路１１８に出力する。
【００５０】
このように構成されたレーザ微細加工装置１において、作業者は図５に示すようにウェハー５のエッジ数ｍｍに反射率の高い膜５ａをつけ、ウェハー固定治具１０の装着孔１０ａに装着した後、入力装置６０４から加工を指示する。尚、この場合、ウェハー固定治具１０の表面の反射率は高く、ウェハー５は低いとする。
【００５１】
レーザ微細加工装置１は、所定の半径位置からレーザ加工を開始する。ここで、信号切替回路１０２は、コントローラ６００の指示によりフォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号を出力するようにされる。そして、図示されていない回路がフォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８が出力する信号に発生したＳ字信号が０クロスしたタイミングを検出すると、コントローラ６００からフォーカスサーボ回路Ａ１１０に作動指示が出ることでフォーカスサーボの引き込みが行われる。
【００５２】
以後、信号強度変化検出回路１０４は、レーザ光が高反射率の箇所から低反射率の箇所へ移ったときに検出信号Ｂを出力し、低反射率の箇所から高反射率の箇所へ移ったときに検出信号Ａを出力し、それにより信号切替回路１０２が出力する信号を変更するので、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときは、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６でフォーカスサーボが行われ、ウェハー固定治具１０上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０でフォーカスサーボが行われる。
【００５３】
そして、ウェハー５のエッジ数ｍｍに反射率の高い膜５ａをつけてあるので、フォーカスサーボの切り替えは、この膜５ａとウェハー５の間の境界で行われるため、ウェハー５とウェハー固定治具１０の間の境界をレーザ光が通過するときは、必ず受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボが行われ、このフォーカスサーボは、焦点深度が大きいためＳ字検出距離が長く、カットオフ周波数が小さく設定され、フォーカスサーボが外れにくいフォーカスサーボであるのでウェハー５とウェハー固定治具１０との境界にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。そして、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときに、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６により行われるフォーカスサーボは、焦点深度が小さいためＳ字検出距離が短くカットオフ周波数が通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同程度に設定され、追従性がよいフォーカスサーボであるので、ウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００５４】
尚、もしウェハー固定治具１０の表面の反射率が高く、ウェハー５も高い場合は、ウェハー５のエッジ数ｍｍには反射率の低い膜５ａをつけ、信号強度変化検出回路１０４の設定をＨＩＧＨ→ＬＯＷ→ＨＩＧＨが所定時間内に発生したときは検出信号Ｂを出力し、検出信号Ｂを出力した後にＨＩＧＨからＬＯＷになったときは検出信号Ｂを出力するようにすればよい。これにより、反射率の低い膜５ａからウェハー５にレーザ光が移動したときに、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６によるフォーカスサーボに切り替わり、ウェハー５から反射率の低い膜５ａにレーザ光が移動したときに、受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボに切り替わるので、上記と同様のフォーカスサーボを行うことができる。
【００５５】
以上のように、本実施例のレーザ微細加工装置１によれば、加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側で偏光状態を異ならせ、反射光を偏光状態により分離し、レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいてフォーカスサーボを行うようにしたことから、フォーカスサーボの条件をウェハー５とウェハー固定治具１０との境界に存在する隙間によりフォーカスサーボが外れないように設定することにより、段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができる。
【００５６】
また、レーザ光断面の内側のレーザ光の強度をレーザ加工が行われない強度まで減少させるようにしたことから、外側のレーザ光のみによりレーザ加工が行われるので、より微小なピットの作製を行うことができる。また、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界近傍を検出して２つのフォーカスサーボ手段を切り替えるようにしたことから、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界に存在する段差や隙間でフォーカスサーボが外れないと共にウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【実施例２】
【００５７】
本実施例では、実施例１に示すフォーカスサーボの切り替えの他の方法を説明する。図６は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第２の実施形態を示す構成図である。図７は、本発明の第２の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。図８は、本発明の第２の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【００５８】
図６に示すレーザ微細加工装置２は、実施例１のレーザ微細加工装置１に加え、カウント回路１２０、エッジ検出回路１２２等を備えている。尚、レーザ微細加工装置１と同一の回路等は説明を省略し、作動等の異なる回路は異なる部分を説明する。
【００５９】
信号強度変化検出回路１０４は、２値化信号がＨＩＧＨからＬＯＷになったときのみ検出信号を出力する。また、遅延回路を内蔵し、信号切替回路１０２には２値化信号がＨＩＧＨからＬＯＷになった後、所定時間（実施例１で高反射率の膜５ａの幅分レーザ光照射位置が移動する時間）経過した後、検出信号を出力する。
【００６０】
信号切替回路１０２は、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力したときは、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６から入力した信号を出力し、エッジ検出回路１２２から検出信号が入力したときは、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号を出力する。
【００６１】
カウント回路１２０は、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力するとスピンドルモータ３００のエンコーダが出力するパルス信号をカウントし、カウント値に相当する信号をエッジ検出回路１２２に出力する。そして、エッジ検出回路１２２から信号が入力するとカウントを停止しカウント値をリセットする。
【００６２】
エッジ検出回路１２２は、コントローラ６００からの指示により、図７のプログラムがスタートし、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力すると（図７のＳ１０２−ＹＥＳ）、コントローラ６００が出力する半径値を取り込んで（図７のＳ１０４）、ウェハー５のエッジ手前までのカウント値Ａを計算し（図７のＳ１０６）、カウント回路１２０から入力するカウント値がこのカウント値Ａになったとき（図７のＳ１０８−ＹＥＳ）、信号を出力する（図７のＳ１１０）。尚、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力されない場合（図７のＳ１０２−ＮＯ）、コントローラ６００からの終了指示を確認し（図７のＳ１１２）、終了指示がある場合には（図７のＳ１１２−ＹＥＳ）、プログラムを終了する（図７のＳ１１４）。
【００６３】
レーザ光が、照射位置がウェハー５上になる前のウェハー５とウェハー固定治具１０の境界位置を通過してから、照射位置がウェハー固定治具１０上になる前のウェハー５とウェハー固定治具１０の境界位置を通過するまでの回転角度は、図８に示すようにレーザ光照射位置の半径値で決まるので、境界の手前にあるＡ点までのカウント値Ａも半径値で決まる。エッジ検出回路１２２には半径値とカウント値Ａの関数がテーブル形式または数式で記憶されており、半径値が入力するとカウント値Ａが計算されるようになっている。
【００６４】
このように構成されたレーザ微細加工装置２において、作業者はウェハー５をそのままウェハー固定治具１０の装着孔１０ａに装着した後、入力装置６０４から加工を指示する。尚、この場合もウェハー固定治具１０の表面の反射率は高く、ウェハー５は低いとする。
【００６５】
レーザ微細加工装置２は、レーザ微細加工装置１と同様にフォーカスサーボ引き込みを行う。その後、信号強度変化検出回路１０４はレーザ光がウェハー固定治具１０からウェハー５へ移ったときに、ウェハー５のエッジから数ｍｍ分、レーザ光照射位置が移動した後、検出信号が出力する。エッジ検出回路１２２は、レーザ光照射位置がウェハー５からウェハー固定治具１０に移る直前で信号を出力し、それにより信号切替回路１０２が出力する信号を切り替えるので、実施例１と同様、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６でフォーカスサーボが行われ、ウェハー固定治具１０上にレーザ光が照射されているときは、受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０でフォーカスサーボが行われる。
【００６６】
また、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間の境界をレーザ光が通過するときは、必ず受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボ（即ち焦点深度が大きいためＳ字検出距離が長く、カットオフ周波数が小さく設定され、フォーカスサーボが外れにくいフォーカスサーボ）が行われるので、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができ、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６によるフォーカスサーボは、焦点深度が小さいためＳ字検出距離が短く、カットオフ周波数が通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同程度に設定され、追従性がよいフォーカスサーボであるので、ウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【００６７】
尚、上記実施形態においてはカウント回路１２０を信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力するとスピンドルモータ３００のエンコーダが出力するパルス信号のカウントを０を初期値として開始し、エッジ検出回路１２２はコントローラ６００から入力した半径値からウェハー５のエッジ手前までのカウント値を計算するようにしたが、これに代えて、カウント回路１２０は常時エンコーダが出力するパルス信号のカウントを行い、信号強度変化検出回路１０４から検出信号が入力するとカウント値をエッジ検出回路１２２に出力するようにし、エッジ検出回路１２２はカウント回路１２０から入力したカウント値と、コントローラ６００から入力した半径値とからウェハー５のエッジ手前までのカウント値を計算するようにしてもよい。これによっても同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６８】
本実施例では、実施例１及び実施例２に示すフォーカスサーボの切り替えの他の方法を説明する。図９は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第３の実施形態を示す構成図である。図１０は、本発明の第３の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。図１１は、本発明の第３の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【００６９】
図９に示すレーザ微細加工装置３は、実施例２のレーザ微細加工装置２から信号強度変化検出回路１０４を取り除いたような構成である。尚、レーザ微細加工装置１及びレーザ微細加工装置２と同一の回路等は説明を省略し、作動等の異なる回路は異なる部分を説明する。
【００７０】
信号切替回路１０２は、エッジ検出回路１２２から信号Ｂが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ｂ１１６から入力した信号を出力し、エッジ検出回路１２２から信号Ａが入力したときは、フォーカスサーボ回路Ａ１１０から入力した信号を出力する。
【００７１】
カウント回路１２０は、スピンドルモータ３００のエンコーダからインデックス信号が入力すると同エンコーダが出力するパルス信号のカウントを開始し、カウント値に相当する信号をエッジ検出回路１２２に出力する。そして、エンコーダからインデックス信号が入力するごとにカウント値をリセットし、カウントを継続する。
【００７２】
エッジ検出回路１２２は、コントローラ６００からの指示により、図１０のプログラムがスタートし、スピンドルモータ３００のエンコーダからインデックス信号が入力すると（図１０のＳ２０４−ＹＥＳ）、コントローラ６００が出力する半径値を取り込んで（図１０のＳ２０６）、ウェハー５のエッジ手前の点のカウント値Ａ（０）〜Ａ（７）を計算し（図１０のＳ２０８）、カウント回路１２０から入力するカウント値がこのＡになったとき（図１０のＳ２１０−ＹＥＳ）、Ａ（ｎ）のｎが偶数のときは信号Ｂを（図１０のＳ２１２−ＹＥＳ、Ｓ２１４）、ｎが奇数のときは信号Ａを（図１０のＳ２１２−ＮＯ、Ｓ２１６）出力する。尚、カウント回路１２０から入力するカウント値がＡに満たない場合に（図１０のＳ２１０−ＮＯ）、コントローラ６００からの終了指示を確認し（図１０のＳ２２４）、終了指示がある場合には（図１０のＳ２２４−ＹＥＳ）、プログラムを終了する（図１０のＳ２２６）。
【００７３】
尚、この場合、ウェハー固定治具１０に装着するウェハー５は４つで、エンコーダからインデックス信号が出力される点は、レーザ光照射位置がウェハー固定治具１０上にある点であり、この点はウェハー固定治具１０がターンテーブル１２に固定されているか、ウェハー固定治具１０に工夫がされて同じ状態でセットできるため、一定であるとする。
【００７４】
エンコーダからインデックス信号が入力する点が一定であれば、レーザ光がウェハー５とウェハー固定治具１０の境界位置を通過する箇所のインデックス信号が出力する点からの回転角度は、図１１に示すようにレーザ光照射位置の半径値で決まるので、ウェハー５の境界の近傍点Ａまでのカウント値Ａ（０）〜（７）も半径値で決まる。エッジ検出回路１２２には半径値とカウント値Ａ（０）〜（７）の関数がテーブル形式または数式でそれぞれ記憶されており、半径値が入力するとカウント値Ａ（０）〜（７）が計算されるようになっている。
【００７５】
このように構成されたレーザ微細加工装置３において、作業者はウェハー５をそのままウェハー固定治具１０の装着孔１０ａに装着した後、入力装置６０４から加工を指示する。尚、この場合はウェハー固定治具１０の表面の反射率やウェハー５の反射率は任意でよい。
【００７６】
レーザ微細加工装置３は、レーザ微細加工装置１と同様にまずフォーカスサーボ引き込みが行われる。その後、エッジ検出回路１２２は、レーザ光がウェハー５とウェハー固定治具１０の境界を通過し、ウェハー５のエッジから数ｍｍの箇所に来たときに信号Ｂを出力し、レーザ光がウェハー５とウェハー固定治具１０との境界を通過する手前のウェハー５のエッジから数ｍｍの箇所に来たときに信号Ａを出力し、それにより信号切替回路１０２が出力する信号を切り替えるので、実施例１と同様、ウェハー５上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６でフォーカスサーボが行われ、ウェハー固定治具１０上にレーザ光が照射されているときは受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０でフォーカスサーボが行われる。また、ウェハー５とウェハー固定治具１０との間の境界をレーザ光が通過するときは、必ず受光光学系ＡとＨＦ信号増幅回路Ａ１０６、フォーカスエラー信号生成回路Ａ１０８及びフォーカスサーボ回路Ａ１１０によるフォーカスサーボ（即ち焦点深度が大きいためＳ字検出距離が長く、カットオフ周波数が小さく設定され、フォーカスサーボが外れにくいフォーカスサーボ）が行われるので、ウェハー５とウェハー固定治具１０との境界にある段差や隙間でフォーカスサーボが外れないようにすることができ、受光光学系ＢとＨＦ信号増幅回路Ｂ１１２、フォーカスエラー信号生成回路Ｂ１１４及びフォーカスサーボ回路Ｂ１１６によるフォーカスサーボは、焦点深度が小さいためＳ字検出距離が短く、カットオフ周波数が通常の光ディスク装置におけるフォーカスサーボと同程度に設定され、追従性がよいフォーカスサーボであるので、ウェハー５の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことができる。
【実施例４】
【００７７】
本実施例では、実施例１〜実施例３に示す光加工ヘッドの変形例を説明する。光加工ヘッド２００は、内側レーザ光と外側レーザ光との偏光状態を異ならせ、反射したレーザ光を偏光状態により分離することができれば、様々な構成のものを用いることができる。図１２は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態２とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。具体的に図１２は、直線偏光を偏光子３０に入射させ、内側レーザ光と外側レーザ光とで偏光状態を異ならせる方法である。
【００７８】
光加工ヘッド２００で、レーザ光源２０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２により平行光になり（図１２（Ａ））、ビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１２（Ｂ））、減光フィルタ２８で内側レーザ光のみが減光されて、偏光子３０に入射する。偏光子３０は、実施例１のものと同じであるが、偏光子３０の透適軸はレーザ光源２０が出射するレーザ光の偏光方向から４５度の角度にある。このため、内側レーザ光は約半分が透過し、透過したレーザ光の偏光方向は偏光子３０の透過軸と平行になる。これに対し、外側レーザ光の偏光方向はレーザ光源２０が出射するレーザ光の偏光方向のまま透過する（図１２（Ｃ））。
【００７９】
ウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射したレーザ光は、再度偏光子３０と減光フィルタ２８を透過するが偏光状態は同じままである（図１２（Ｄ））。そして、ビームスプリッタ２５で半分が反射し、集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介して偏光ビームスプリッタ３８に入射する（図１２（Ｅ））。偏光ビームスプリッタ３８は、Ｙ軸方向に透過軸があるため、偏光方向がＹ軸方向の光は透過してフォトディテクタ４０に集光し（図１２（Ｆ））、偏光方向がＸ軸方向の光は反射してフォトディテクタ４２に集光する（図１２（Ｇ））。偏光ビームスプリッタ３８で透過または反射する光の強度は、
偏光方向がＸ軸方向（反射）：内側レーザ光×１／２×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２×１／２
偏光方向がＹ軸方向（透過）：外側レーザ光×１／２×ｒ×１／２＋内側レーザ光×１／２×ｔ×１／２×ｒ×ｔ×１／２×１／２
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。
【００８０】
偏光方向がＹ軸方向での内側レーザ光は内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／１６を乗算した強度になり、１／４を乗算した強度になる外側レーザ光に対して強度はかなり弱い。従って、フォトディテクタ４０の受光信号によるフォーカスサーボは外側レーザ光によるフォーカスサーボになる。偏光方向がＸ軸方向での内側レーザ光は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／１６を乗算した強度であるので、実施例１で示されている光加工ヘッドの構成の形態１の場合よりやや大きい強度になり、フォトディテクタ４２の受光信号を使用すれば内側レーザ光によるフォーカスサーボは可能である。
【００８１】
この変形例においては、ビームスプリッタ２５でレーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することになるが、実施例１と同様に内側レーザ光によるフォーカスサーボと外側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。尚、この変形例においては、減光フィルタ２８をなくし、偏光子３０の透過軸の向きをＸ軸方向に近づけて、減光を行ってもよい。また、偏光子３０を回転可能にして内側レーザ光の光量を制御してもよい。これによれば、内側レーザ光による反射光が減光フィルタによって減光されず、偏光ビームスプリッタ３８で反射する内側レーザ光の透過する内側レーザ光に対する割合が大きくなるの
で、フォトディテクタ４２に集光する内側レーザ光による反射光の強度が大きくなり、内側レーザ光によるフォーカスサーボが行いやすくなる。
【実施例５】
【００８２】
本実施例では、実施例１〜実施例３に示す光加工ヘッドのさらに別の変形例を説明する。図１３は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態３とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。具体的に図１３は、直線偏光を１／４波長板３１に入射させ、内側レーザ光と外側レーザ光とで偏光状態を異ならせる方法である。
【００８３】
光加工ヘッド２００で、レーザ光源２０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２２により平行光になり（図１３（Ａ））、ビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１３（Ｂ））、減光フィルタ２８で内側レーザ光のみが減光されて、１／４波長板３１に入射する。１／４波長板３１も図３に示すような形状であり、所定半径より内側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向に「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がある偏光子になっている。このため、透過したレーザ光は、内側レーザ光のみが円偏光になり、外側レーザ光はレーザ光源２０が出射するレーザ光と偏光方向が同じ（すなわちＹ軸方向の）直線偏光のままである（図１２（Ｃ））。
【００８４】
そして、レーザ光はウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した後、再び１／４波長板３１を透過することにより内側レーザ光はＸ軸方向の直線偏光となり、外側レーザ光はＹ軸方向の直線偏光のままである（図１３（Ｄ））。そして、ビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１３（Ｅ））、集光レンズ３４及びシリンドリカルレンズ３６を介して偏光ビームスプリッタ３８に入射する。偏光ビームスプリッタ３８はＹ軸方向に透過軸があるので、外側レーザ光は偏光ビームスプリッタ３８を透過してフォトディテクタ４０に受光し（図１３（Ｆ））、内側レーザ光は偏光ビームスプリッタ３８で反射してフォトディテクタ４２に受光する（図１３（Ｇ））。偏光ビームスプリッタ３８で透過または反射する光の強度は、
偏光方向がＸ軸方向（反射）：内側レーザ光×１／２×ｔ×ｒ×ｔ×１／２
偏光方向がＹ軸方向（透過）：外側レーザ光×１／２×ｒ×１／２
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。
【００８５】
この変形例においては、偏光ビームスプリッタ３８で内側レーザ光と外側レーザ光を殆んど分離することが可能であり、フォトディテクタ４２で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／４を乗算した強度であるので、実施例１や実施例４で示されている光加工ヘッドの構成の形態１，２より大きい強度になり、ウェハー固定治具１０の反射率が小さくてもフォトディテクタ４２の受光信号で内側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。この変形例においてもビームスプリッタ２５でレーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することになるが、内側レーザ光によるフォーカスサーボと外側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。
【００８６】
尚、この変形例において、ビームスプリッタ２５を偏光ビームスプリッタにし、１／４波長板３１を所定半径より外側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向に「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がある偏光子にすれば、フォトディテクタ４２で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×０．０５を乗算した強度になり、強度は小さくなるが、レーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することをなくすことができる。
【実施例６】
【００８７】
本実施例では、実施例１〜実施例３に示す光加工ヘッドのさらに別の変形例を説明する。図１４は、本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態４とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。具体的に図１４は、図１３と同様、直線偏光を１／４波長板３１に入射させ、内側レーザ光と外側レーザ光とで偏光状態を異ならせる方法であり、図１３におけるビームスプリッタと偏光ビームスプリッタの位置を変えた構成である。
【００８８】
光加工ヘッド２００で、レーザ光源２０から出射されたレーザ光はコリメートレンズ２２により平行光になりビームスプリッタ２５で半分が透過し（図１４（Ａ））、透過軸が出射されたレーザ光と平行になっている偏光ビームスプリッタ２７をほとんど透過し（図１４（Ｂ））、減光フィルタ２８で内側レーザ光のみが減光されて、１／４波長板３１に入射する。１／４波長板３１を透過したレーザ光は、内側レーザ光のみが円偏光になり、外側レーザ光はＹ軸方向の直線偏光のままであり（図１４（Ｃ））、ウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した後、再び１／４波長板３１を透過することにより内側レーザはＸ軸方向の直線偏光となり、外側レーザ光はＹ軸方向の直線偏光のままである（図１４（Ｄ））。
【００８９】
偏光ビームスプリッタ２７はＹ軸方向に透過軸があるので、外側レーザ光はＰＢＳ２６を透過し、内側レーザ光は偏光ビームスプリッタ２７で反射する。反射した内側レーザ光は（図１４（Ｅ））、集光レンズ３４、シリンドリカルレンズ３６を介してフォトディテクタ４０に集光する。透過した外側レーザ光はビームスプリッタ２５で半分が反射し、集光レンズ３５、シリンドリカルレンズ３７を介してフォトディテクタ４２に集光する。偏光ビームスプリッタ２７で反射する光の強度及びビームスプリッタ２５で反射する光の強度は、
偏光ビームスプリッタ２７で反射する光：内側レーザ光×１／２×ｔ×ｒ×ｔ
ビームスプリッタ２５で反射する光：外側レーザ光×１／２×ｒ×１／２
（ｒはウェハー５又はウェハー固定治具１０の反射率、ｔは減光フィルタの透過率）
となる。
【００９０】
この変形例においては、偏光ビームスプリッタ２７で内側レーザ光と外側レーザ光を殆んど分離することが可能であり、フォトディテクタ４０で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×１／２を乗算した強度であるので、実施例１、実施例４、実施例６で示されている光加工ヘッドの構成の形態１〜３よりさらに大きい強度になり、ウェハー固定治具１０の反射率が小さくてもフォトディテクタ４２の受光信号で内側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。この変形例においても、ビームスプリッタ２５でレーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することになるが、内側レーザ光によるフォーカスサーボと外側レーザ光によるフォーカスサーボが可能である。
【００９１】
尚、この変形例においても、ビームスプリッタ２５を偏光ビームスプリッタにし、１／４波長板３１を所定半径より外側のみがＸ、Ｙ軸から４５度の方向に「進相軸」（Ｆａｓｔ）又は「遅相軸」（Ｓｌｏｗ）がある偏光子にすれば、フォトディテクタ４２で受光する内側レーザ光の強度は、内側レーザ光がそのままウェハー５又はウェハー固定治具１０で反射した光の強度にｔ２×０．０５を乗算した強度になり、強度は小さくなるが、レーザ加工に使用する外側レーザ光の半分を損失することをなくすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明によれば、固定治具に固定治具の中心から離間して複数の加工対象物を装着して加工用レーザ光の照射によりレーザ微細加工を行う場合において、加工対象物と固定治具の境界に段差や隙間があってもフォーカスサーボが外れないと共に、加工対象物の加工精度を維持しつつフォーカスサーボを行うことが可能なレーザ微細加工装置及びレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】同レーザ微細加工装置の光加工ヘッドの構成の形態１とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【図３】同レーザ微細加工装置の偏光子の形状を示す図である。
【図４】同レーザ微細加工装置の内側レーザ光と外側レーザ光が対物レンズにより集光する様子を示した説明図である。
【図５】同レーザ微細加工装置の加工対象物に高反射率の膜をつけて固定治具に装着する様子を示した図である。
【図６】本発明に係るレーザ微細加工装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【図９】本発明に係るレーザ微細加工装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態におけるエッジ検出回路が実行するプログラムのフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施形態においてフォーカスサーボの切り替え点をスピンドルモータのエンコーダが出力するパルス信号のパルス数のカウントから検出する様子を示した説明図である。
【図１２】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態２とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【図１３】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態３とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【図１４】本発明に係るレーザ微細加工装置の第１〜第３の実施形態に係る光加工ヘッドの構成の形態４とレーザ光の光路中の各部分における偏光状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１〜３・・・レーザ微細加工装置
５・・・・・ウェハー
５ａ・・・・膜
１０・・・・ウェハー固定治具
１０ａ・・・装着孔
１２・・・・ターンテーブル
２０・・・・レーザ光源
２２・・・・コリメートレンズ
２４・・・・偏光ビームスプリッタ
２５・・・・ビームスプリッタ
２６・・・・１／４波長板
２７・・・・偏光ビームスプリッタ
２８・・・・減光フィルタ
３０・・・・偏光子
３１・・・・１／４波長板
３２・・・・集光レンズ
３４・・・・集光レンズ
３５・・・・集光レンズ
３６・・・・シリンドリカルレンズ
３７・・・・シリンドリカルレンズ
３８・・・・偏光ビームスプリッタ
４０・・・・フォトディテクタ
４２・・・・フォトディテクタ
１０２・・・信号切替回路
１０４・・・信号強度変化検出回路
１０６・・・ＨＦ信号増幅回路Ａ
１０８・・・フォーカスエラー信号生成回路Ａ
１１０・・・フォーカスサーボ回路Ａ
１１２・・・ＨＦ信号増幅回路Ｂ
１１４・・・フォーカスエラー信号生成回路Ｂ
１１６・・・フォーカスサーボ回路Ｂ
１１８・・・ドライブ回路
１２０・・・カウント回路
１２２・・・エッジ検出回路
２００・・・光加工ヘッド
２５０・・・レーザ駆動回路
２５２・・・発光信号供給回路
３００・・・スピンドルモータ
３０２・・・スピンドルモータ制御回路
４００・・・フィードモータ
４０２・・・フィードモータ制御回路
６００・・・コントローラ
６０２・・・表示装置
６０４・・・入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の加工対象物を平板状の固定治具に形成された深さが該加工対象物の厚さと略同一であると共に該固定治具の中心から離間して設けられた装着孔に装着し、該固定治具を回転手段により回転させながら光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を該加工対象物に照射すると共に、半径方向送り手段により該固定治具を該光加工ヘッドと相対的に半径方向に送り、該加工対象物の加工面に微細な加工を施すレーザ微細加工装置において、
該光加工ヘッドが、該加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにする偏光状態変更手段と、該加工対象物又は該固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも該内側のレーザ光による該加工対象物又は該固定治具からの反射光を受光する受光光学系とを有し、
該受光光学系による受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物又は該固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備えたことを特徴とするレーザ微細加工装置。
【請求項２】
前記光加工ヘッドが、前記偏光状態変更手段により前記レーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の該内側と該外側との境界近傍から内側のレーザ光を、前記加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させる減光手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ微細加工装置。
【請求項３】
前記受光光学系が、偏光状態により分離した反射光におけるそれぞれの反射光を受光する第１の受光器と第２の受光器とを有し、該第１の受光器が、前記レーザ光断面の外側のレーザ光による前記加工対象物又は前記固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、該第２の受光器が、前記レーザ光断面の内側のレーザ光による該加工対象物又は該固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、
前記フォーカスサーボ手段が、前記加工用レーザ光が該加工対象物に照射されているときに、該第１の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボ手段と、該加工用レーザ光が該固定治具に照射させているときに、該第２の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボ手段とを有し、
該加工対象物と該固定治具の境界又は境界近傍を検出する境界検出手段と、
該境界検出手段による検出に基づいて、該第１のフォーカスサーボ手段と、該第２のフォーカスサーボ手段とを切り替えるフォーカスサーボ切替手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ微細加工装置。
【請求項４】
前記境界検出手段が、前記加工対象物からの反射光及び前記固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段であることを特徴とする請求項３記載のレーザ微細加工装置。
【請求項５】
前記回転手段による回転の角度に相当する量を検出する回転角度検出手段と、
前記加工用レーザ光の照射位置の前記固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、
前記境界検出手段が、前記加工対象物からの反射光及び該固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段と、該信号強度変化検出手段による検出時の、該回転角度検出手段により検出される又は該回転角度検出手段に初期値として設定される回転角度に相当する量と該レーザ光照射半径値検出手段により検出される該加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値とに基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、該回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第１の回転角度基準境界検出手段とから構成されることを特徴とする請求項３記載のレーザ微細加工装置。
【請求項６】
前記回転手段による回転の基準位置を検出する回転基準位置検出手段と、
該回転手段による回転の角度に相当する量を該回転基準位置検出手段により検出した回転の基準位置からの量として検出する回転角度検出手段と、
前記加工用レーザ光の照射位置の前記固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、
前記境界検出手段が、該レーザ光照射半径値検出手段により検出される該加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値に基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、該回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第２の回転角度基準境界検出手段であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ微細加工装置。
【請求項７】
平板状の加工対象物を平板状の固定治具に形成された深さが該加工対象物の厚さと略同一であると共に該固定治具の中心から離間して設けられた装着孔に装着し、該固定治具を回転手段により回転させながら光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を該加工対象物に照射すると共に、半径方向送り手段により該固定治具を該光加工ヘッドと相対的に半径方向に送り、該加工対象物の加工面に微細な加工を施すレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法において、
該加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにし、
該加工対象物又は該固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも該内側のレーザ光による該加工対象物又は該固定治具からの反射光を受光し、
該受光した反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物又は該固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うことを特徴とするレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項８】
前記レーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の該内側と該外側との境界近傍から内側のレーザ光を、前記加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させることを特徴とする請求項７記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項９】
偏光状態により分離した前記反射光におけるそれぞれの反射光を受光すると共にそれぞれの反射光の受光光量に基づく信号を作成し、前記加工用レーザ光が該加工対象物に照射されているときに、前記レーザ光断面の外側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボと、該加工用レーザ光が該固定治具に照射させているときに、該レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボとを、該加工対象物と該固定治具の境界又は境界近傍の検出に基づいて切り替えることを特徴とする請求項７又は請求項８記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１０】
前記加工対象物と前記固定治具の境界又は境界近傍の検出を、
該加工対象物からの反射光及び該固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することにより行うことを特徴とする請求項９記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１１】
前記加工対象物と前記固定治具の境界又は境界近傍の検出を、
前記加工対象物からの反射光及び該固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することと、
前記回転手段による回転の角度に相当する量と前記加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値とを検出し続け、
該所定レベルのクロス時において検出した又は初期値として設定した、該回転角度に相当する量と該加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値とに基づいて、該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする請求項９記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１２】
前記加工対象物と前記固定治具の境界又は境界近傍の検出を、
前記回転手段による回転の基準位置を検出し、該回転手段による回転の角度に相当する量を検出した回転の基準位置からの量として検出し続けると共に、
前記加工用レーザ光の照射位置の前記固定治具における半径値を検出し続け、
検出した該半径値に基づいて、該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする請求項９に記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１】
平板状の加工対象物を平板状の固定治具に形成された深さが該加工対象物の厚さと略同一であると共に該固定治具の中心から離間して設けられた装着孔に装着し、該固定治具を回転手段により回転させながら光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を該加工対象物に照射すると共に、半径方向送り手段により該固定治具を該光加工ヘッドと相対的に半径方向に送り、該加工対象物の加工面に微細な加工を施すレーザ微細加工装置において、
該光加工ヘッドが、該加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにする偏光状態変更手段と、該加工対象物又は該固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも該内側のレーザ光による該加工対象物又は該固定治具からの反射光を受光する受光光学系とを有し、
該受光光学系による受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物又は該固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ手段を備えたことを特徴とするレーザ微細加工装置。
【請求項２】
前記光加工ヘッドが、前記偏光状態変更手段により前記レーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の該内側と該外側との境界近傍から内側のレーザ光を、前記加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させる減光手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ微細加工装置。
【請求項３】
前記受光光学系が、偏光状態により分離した反射光におけるそれぞれの反射光を受光する第１の受光器と第２の受光器とを有し、該第１の受光器が、前記レーザ光断面の外側のレーザ光による前記加工対象物又は前記固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、該第２の受光器が、前記レーザ光断面の内側のレーザ光による該加工対象物又は該固定治具からの反射光を受光して受光光量に基づく信号を出力し、
前記フォーカスサーボ手段が、前記加工用レーザ光が該加工対象物に照射されているときに、該第１の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボ手段と、該加工用レーザ光が該固定治具に照射させているときに、該第２の受光器が出力する受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボ手段とを有し、
該加工対象物と該固定治具の境界又は境界近傍を検出する境界検出手段と、
該境界検出手段による検出に基づいて、該第１のフォーカスサーボ手段と、該第２のフォーカスサーボ手段とを切り替えるフォーカスサーボ切替手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ微細加工装置。
【請求項４】
前記境界検出手段が、前記加工対象物からの反射光及び前記固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段であることを特徴とする請求項３記載のレーザ微細加工装置。
【請求項５】
前記回転手段による回転の角度に相当する量を検出する回転角度検出手段と、
前記加工用レーザ光の照射位置の前記固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、
前記境界検出手段が、前記加工対象物からの反射光及び該固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出する信号強度変化検出手段と、該信号強度変化検出手段による検出時の、該回転角度検出手段により検出される又は該回転角度検出手段に初期値として設定される回転角度に相当する量と該レーザ光照射半径値検出手段により検出される該加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値とに基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、該回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第１の回転角度基準境界検出手段とから構成されることを特徴とする請求項３記載のレーザ微細加工装置。
【請求項６】
前記回転手段による回転の基準位置を検出する回転基準位置検出手段と、
該回転手段による回転の角度に相当する量を該回転基準位置検出手段により検出した回転の基準位置からの量として検出する回転角度検出手段と、
前記加工用レーザ光の照射位置の前記固定治具における半径値を検出するレーザ光照射半径値検出手段とを備え、
前記境界検出手段が、該レーザ光照射半径値検出手段により検出される該加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値に基づいて、境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、該回転角度検出手段が検出する回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出する第２の回転角度基準境界検出手段であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ微細加工装置。
【請求項７】
平板状の加工対象物を平板状の固定治具に形成された深さが該加工対象物の厚さと略同一であると共に該固定治具の中心から離間して設けられた装着孔に装着し、該固定治具を回転手段により回転させながら光加工ヘッドから出射される加工用レーザ光を該加工対象物に照射すると共に、半径方向送り手段により該固定治具を該光加工ヘッドと相対的に半径方向に送り、該加工対象物の加工面に微細な加工を施すレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法において、
該加工用レーザ光をレーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにし、
該加工対象物又は該固定治具からの反射光を偏光状態により分離し、少なくとも該内側のレーザ光による該加工対象物又は該固定治具からの反射光を受光し、
該受光した反射光の受光光量に基づく信号から作成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物又は該固定治具の表面に合うようフォーカスサーボを行うことを特徴とするレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項８】
前記レーザ光断面の内側と外側とで偏光状態が異なるようにされたレーザ光の該内側と該外側との境界近傍から内側のレーザ光を、前記加工対象物がレーザ加工されない強度まで減光させることを特徴とする請求項７記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項９】
偏光状態により分離した前記反射光におけるそれぞれの反射光を受光すると共にそれぞれの反射光の受光光量に基づく信号を作成し、前記加工用レーザ光が該加工対象物に照射されているときに、前記レーザ光断面の外側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該加工対象物表面に合うようにフォーカスサーボを行う第１のフォーカスサーボと、該加工用レーザ光が該固定治具に照射させているときに、該レーザ光断面の内側のレーザ光による反射光の受光光量に基づく信号から生成したフォーカスエラー信号に基づいて該加工用レーザ光の焦点が該固定治具表面に合うようフォーカスサーボを行う第２のフォーカスサーボとを、該加工対象物と該固定治具の境界又は境界近傍の検出に基づいて切り替えることを特徴とする請求項７又は請求項８記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１０】
前記加工対象物と前記固定治具の境界又は境界近傍の検出を、
該加工対象物からの反射光及び該固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することにより行うことを特徴とする請求項９記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１１】
前記加工対象物と前記固定治具の境界又は境界近傍の検出を、
前記加工対象物からの反射光及び該固定治具からの反射光に基づいて作成された信号の強度が所定レベルをクロスして変化するときを検出することと、
前記回転手段による回転の角度に相当する量と前記加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値とを検出し続け、
該所定レベルのクロス時において検出した又は初期値として設定した、該回転角度に相当する量と該加工用レーザ光の照射位置の該固定治具における半径値とに基づいて、該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする請求項９記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【請求項１２】
前記加工対象物と前記固定治具の境界又は境界近傍の検出を、
前記回転手段による回転の基準位置を検出し、該回転手段による回転の角度に相当する量を検出した回転の基準位置からの量として検出し続けると共に、
前記加工用レーザ光の照射位置の前記固定治具における半径値を検出し続け、
検出した該半径値に基づいて、該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量を計算し、検出し続ける回転角度に相当する量が該境界又は境界近傍における回転角度に相当する量になったときを検出することにより行うことを特徴とする請求項９に記載のレーザ微細加工装置のフォーカスサーボ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２９００９０（Ｐ２００８−２９００９０Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３６０９９（Ｐ２００７−１３６０９９）
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２３日（２００７．５．２３）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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