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公開番号2024140871
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023052228
出願日2023-03-28
発明の名称オートフォーカス装置及び光学装置
出願人株式会社東京精密
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B23K 26/046 20140101AFI20241003BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】測定対象物のレーザ光照射面の位置の検出に適したAF特性を得ることが可能なオートフォーカス装置及び光学装置を提供する。
【解決手段】オートフォーカス装置(50、100)は、測定対象物に対して第1レーザ光を集光する集光レンズよりも上流側に配置されており、集光レンズにより集光される第2レーザ光を第1の方向に沿って遮光するナイフエッジと、第1の方向に垂直な第2の方向に沿う第2レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、測定対象物のレーザ光照射面に対して第2レーザ光の集光位置を移動させるためのAF光学系と、第2レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも第2の方向に沿って配置された2つの受光素子を含むディテクタと、2つの受光素子による受光量に基づいて、第2レーザ光が測定対象物のレーザ光照射面に集光するようにAF光学系を制御するAF制御部とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
測定対象物に対して第１レーザ光を集光する集光レンズよりも上流側に配置されており、前記集光レンズにより集光される第２レーザ光を第１の方向に沿って遮光する第１のナイフエッジと、
前記集光レンズよりも上流側に配置されており、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿う前記第２レーザ光の開口高さを低く制限する開口制御部と、
前記測定対象物のレーザ光照射面に対して前記第２レーザ光の集光位置を移動させるためのＡＦ光学系と、
前記第２レーザ光の集光位置と光学的に共役な位置に配置されており、前記集光レンズにより集光されて前記測定対象物により反射された前記第２レーザ光の反射光を受光するディテクタであって、少なくとも前記第２の方向に沿って配置された２つの受光素子を含むディテクタと、
前記２つの受光素子による受光量に基づいて、前記第２レーザ光が前記測定対象物のレーザ光照射面に集光するように前記ＡＦ光学系を制御するＡＦ制御部と、
を備えるオートフォーカス装置。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記第２の方向に沿って遮光する第２のナイフエッジを備え、
前記ディテクタは、前記第２の方向に加えて前記第１の方向に沿って配置された４つの受光素子を含んでおり、
前記ＡＦ制御部は、前記第１の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第１のＡＦ特性と、前記第２の方向に沿う受光素子の組の受光量を合算して求めた第２のＡＦ特性に基づいて、前記第２レーザ光が前記測定対象物のレーザ光照射面に集光するように前記ＡＦ光学系を制御する、
請求項１に記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記開口制御部は、前記第２レーザ光の前記第２の方向に沿う幅を制限する、請求項２に記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記開口制御部は、第２レーザ光が通過する開口が形成された平面状の部材を含んでおり、前記第２レーザ光に対して、前記平面状の部材を傾けることにより、前記第２の方向に沿う前記第２レーザ光の開口高さを制限する、請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記第２レーザ光の開口高さは、前記第１の方向に沿う前記第２レーザ光の開口の幅の０．２倍～０．７倍である、請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置と、
前記測定対象物に対して前記第１レーザ光を集光する集光レンズと、
前記オートフォーカス装置により前記第２レーザ光が集光された前記測定対象物のレーザ光照射面の位置に基づいて前記集光レンズによる前記第１レーザ光の集光位置を制御する制御部と、
を備える光学装置。
【請求項７】
前記光学装置は、前記測定対象物の内部に前記第１レーザ光を集光させてレーザ加工領域を形成するためのレーザ加工装置、又は前記レーザ加工領域を検出するための亀裂検出装置である、請求項６に記載の光学装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はオートフォーカス装置及び光学装置に係り、特に測定対象物の内部に光を集光させる光学装置（例えば、レーザ加工装置又は亀裂検出装置等）に適用可能なオートフォーカス装置及び光学装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェーハ等の測定対象物（以下、ウェーハという。）の内部に集光点を合わせてレーザ光を切断予定ラインに沿って照射し、加工ラインに沿ってウェーハ内部に切断の起点となるレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置（レーザーダイシング装置ともいう。）が知られている。レーザ加工領域が形成されたウェーハは、エキスパンド又はブレーキングといった割断プロセスによって分割予定ラインで割断されて個々のチップに分断される。
【０００３】
レーザ加工装置では、ウェーハの内部に形成するレーザ加工領域をウェーハのレーザ光照射面から一定の深さに形成するため、ウェーハのレーザ光照射面の高さ位置（厚み方向位置）を検出してレーザ光の集光点のウェーハのレーザ光照射面からの深さを高精度に制御する必要がある。
【０００４】
特許文献１では、集光レンズにより加工用レーザ光と測距用（ＡＦ（Automatic Focus）用）レーザ光とをウェーハに向けて同時に集光させ、ウェーハのレーザ光照射面で反射されたＡＦ用レーザ光の反射光を検出することにより、ウェーハのレーザ光照射面の位置を演算する。そして、加工用レーザ光の集光点の位置がウェーハのレーザ光照射面から一定の深さとなるように集光レンズの位置を調整するようになっている。
【０００５】
上記のようなレーザ加工装置では、開口数が高い集光レンズが用いられるため、ウェーハのレーザ光照射面の変位を検出可能な測定範囲（フォーカス引き込み範囲）が極めて狭くなる。レーザ加工領域のウェーハのレーザ光照射面からの深さを変更するために、加工用レーザ光の集光点の位置を変更すると、それに伴いＡＦ用レーザ光の集光点の位置も変更される。ＡＦ用レーザ光の集光点の位置が変更されて、集光点とウェーハのレーザ光照射面との間隔がフォーカス引き込み範囲よりも大きくなると、ウェーハのレーザ光照射面の変位を検出することができなくなってしまう。
【０００６】
ウェーハのレーザ光照射面の位置を安定的に検出可能とするためには、フォーカス引き込み範囲を拡大する必要がある。この点について、特許文献２には、集光レンズによるＡＦ用レーザ光の集光像の直径（スポット径）を大きくすることにより、フォーカス引き込み範囲を拡大可能であることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００７－１６７９１８号公報
特開２０１５－１８６８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２によれば、スポット径を大きくする、例えば、光源に大きさを持たせることにより、フォーカス引き込み範囲を拡大することができる。
【０００９】
しかしながら、レーザ加工装置では、入手性等の実装上の都合により、ＡＦ用の光源として、発光部が一定の大きさを有する光源（例えば、面光源）ではなく、発光部が小さく点光源とみなせるレーザ光源が用いられる。このようなレーザ光源をＡＦ用の光源として用いた場合、フォーカス引き込み範囲が極めて狭くなる。
【００１０】
一方、なんらかの方法でフォーカス引き込み範囲を拡大した場合、ウェーハのレーザ光照射面の位置は安定的に検出可能となるが、ＡＦ特性を示すカーブの傾きが緩やかになってしまい、フォーカス感度が低下する場合がある。フォーカス感度が低下すると、ウェーハのレーザ光照射面の位置の検出精度が低下する場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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