CN108698163B - 激光照射装置及激光照射方法 - Google Patents

Abstract

激光照射装置具备：激光光源，使激光产生；空间光调制器，具有显示相位图案的显示部，并将由激光光源所产生的激光对应于显示部所显示的相位图案来进行调制；光束直径转换机构，配置在位于激光光源与空间光调制器之间的激光的光路上，放大或缩小激光的光束直径；透镜插拔机构，具有改变激光的光束直径的透镜，并能够将透镜插入激光光源与空间光调制器之间的激光的光路上，并且能够将透镜从该光路上拔除；以及控制部，至少对显示于显示部的相位图案进行控制；控制部使修正由透镜插拔机构进行透镜的插入或拔除所产生的波前像差的相位图案显示于显示部。

Description

激光照射装置及激光照射方法

技术领域

本发明的一个方面涉及激光照射装置及激光照射方法。

背景技术

以往，作为将激光照射于对象物的激光照射装置，例如记载了专利文献1所记载的装置。在这样的激光照射装置中，由激光光源所产生的激光通过扩束器(光束直径转换机构)使光束直径被放大后，通过空间光调制器进行调制而照射于对象物。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-51011号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述激光照射装置中，要求例如根据对象物的规格或照射条件来改变由光束直径转换机构放大或缩小的光束直径。另外，在上述激光照射装置中，在要求光学系统的简单化之后，期望可以简易地实现该要求。

因此，本发明的一个方面，其目的在于，提供一种激光照射装置及激光照射方法，其可以简易地改变由光束直径转换机构放大或缩小的光束直径。

解决问题的技术手段

本发明的一个方面所涉及的激光照射装置，是将激光照射于对象物的激光照射装置，具备：激光光源，使激光产生；空间光调制器，具有显示相位图案的显示部，并将由激光光源所产生的激光对应于显示部所显示的相位图案来进行调制；光束直径转换机构，配置在激光光源与空间光调制器之间的激光的光路上，放大或缩小激光的光束直径；透镜插拔机构，具有改变激光的光束直径的透镜，并能够将透镜插入激光光源与空间光调制器之间的激光的光路上，并且能够将透镜从该光路上拔除；以及控制部，至少对显示于显示部的相位图案进行控制；控制部使相位图案显示于显示部，该相位图案修正由透镜插拔机构进行透镜的插入或拔除所产生的波前像差。

在该激光照射装置中，使透镜能够插入激光的光路上以及能够从该光路上使透镜拔除。由此，例如不需要使光学系统的多个部位沿着激光的光路进行连动的那样的复杂机构，就能够使激光的光束直径可变。于是，伴随着光束直径的可变所产生的波前像差通过在空间光调制器的显示部所显示的相位图案而被修正。由此，可以降低使该波前像差不产生的那样的机构的必要性或制约。因此，能够简易地改变由光束直径转换机构放大或缩小的光束直径。

在本发明的一个方面所涉及的激光照射装置中，控制部也可以在通过透镜插拔机构使透镜被插入激光的光路上的状态下，使修正由透镜的插入所产生的波前像差的相位图案显示于显示部。根据该结构，通过透镜插拔机构使透镜被插入到激光的光路时，通过相位图案来修正由透镜的插入所产生的波前像差。

在本发明的一个方面所涉及的激光照射装置中，控制部也可以在通过透镜插拔机构使透镜从激光的光路上被拔除的状态下，使修正由透镜的拔除所产生的波前像差的相位图案显示于显示部。根据该结构，通过透镜插拔机构使透镜从激光的光路被拔除时，通过相位图案来修正由透镜的拔除所产生的波前像差。

在本发明的一个方面所涉及的激光照射装置中，透镜插拔机构也可以以在透镜从激光的光路上离开的第1状态与透镜位于该光路上的第2状态之间，切换透镜的位置的方式，使透镜在与该光路交叉的方向上能够滑动。在此情况下，通过透镜插拔机构来使透镜滑动，由此可以实现透镜相对于激光的光路的插拔。

在本发明的一个方面所涉及的激光照射装置中，透镜插拔机构也可以以在透镜从激光的光路上离开的第1状态与透镜位于该光路上的第2状态之间，切换透镜的位置的方式，使保持透镜的透镜保持器能够在沿着该光路的轴周围进行旋转。在此情况下，通过透镜插拔机构来使透镜保持器旋转，由此可以实现透镜相对于激光的光路的插拔。

本发明的一个方面所涉及的激光照射装置也可以通过使聚光点对准对象物的内部来照射激光，而在对象物的内部形成改质区域。在此情况下，能够实施对象物的内部的激光加工。

本发明的一个方面所涉及的激光照射方法，是使用激光照射装置将激光照射于对象物的激光照射方法，激光照射装置具备：激光光源，使激光产生；空间光调制器，具有显示相位图案的显示部，并使由激光光源所产生的激光对应于显示部所显示的相位图案而进行调制；以及光束直径转换机构，配置在激光光源与空间光调制器之间的激光的光路上，放大或缩小激光的光束直径；激光照射方法包含：将改变激光的光束直径的透镜插入激光光源与空间光调制器之间的激光的光路上、或从该光路上予以拔除的插拔步骤；使修正由透镜的插入或拔除所产生的波前像差的相位图案显示于显示部的显示步骤；以及在通过显示步骤使相位图案显示于显示部的状态下，从激光光源使激光产生并对对象物进行照射的照射步骤。

在该激光照射方法中，在激光的光路上插入透镜或从该光路上将透镜拔除，由此，例如不需要使光学系统的多个部位沿着激光的光路进行连动的那样的复杂机构，就能够使激光的光束直径可变。于是，伴随着光束直径的可变所产生的波前像差通过在空间光调制器的显示部所显示的相位图案而被修正。由此，可以降低使该波前像差不产生的那样的机构的必要性或制约。因此，能够简易地改变由光束直径转换机构放大或缩小的光束直径。

发明的效果

根据本发明的一个方面，能够提供一种激光照射装置及激光照射方法，其可以简易地改变由光束直径转换机构放大或缩小的光束直径。

附图说明

图1是用于改质区域的形成的激光加工装置的概略结构图。

图2是成为改质区域的形成的对象的加工对象物的平面图。

图3是沿着图2的加工对象物的III-III线的截面图。

图4是激光加工后的加工对象物的平面图。

图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的截面图。

图6是沿着图4的加工对象物的VI-VI线的截面图。

图7是实施方式所涉及的激光加工装置的立体图。

图8是在图7的激光加工装置的支承台所安装的加工对象物的立体图。

图9沿着图7的ZX平面的激光输出部的截面图。

图10是图7的激光加工装置中的激光输出部及激光聚光部的一部分的立体图。

图11是沿着图7的YZ平面的激光聚光部的截面图。

图12是沿着图11的XII-XII线的激光聚光部的截面图。

图13是沿着图12的XIII-XIII线的激光聚光部的截面图。

图14是图7的激光加工装置中的反射型空间光调制器的部分截面图。

图15是显示图11的激光聚光部中的反射型空间光调制器、4f透镜单元、以及聚光透镜单元的光学的配置关系的图。

图16是显示实施方式所涉及的激光加工装置的主要部分的概略结构图。

图17是显示插拔用透镜位于激光的光路上的第2状态的透镜插拔机构的结构的立体图。

图18是显示插拔用透镜从激光的光路上离开的第1状态的透镜插拔机构的结构的立体图。

图19是显示用于说明光束直径放大后的激光的波前像差的模拟结果的图。

图20是显示变形例所涉及的透镜插拔机构的结构的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式详细地进行说明。另外，在各图中，对相同或相当部分赋予相同符号，并省略重复的说明。

在实施方式所涉及的激光加工装置(激光照射装置)中，通过将激光聚光于加工对象物而沿着切断预定线在加工对象物形成改质区域。因此，首先，对改质区域的形成，参照图1～图6来进行说明。

如图1所示，激光加工装置100具备：使激光L脉冲振荡的激光光源101、配置成使激光L的光轴(光路)的方向改变90°的分色镜(dichroic mirror)103、用于使激光L聚光的聚光用透镜105。另外，激光加工装置100具备：用于支承被由聚光用透镜105聚光了的激光L照射的对象物、即加工对象物1的支承台107、用于使支承台107移动的移动机构、即平台111、为了调节激光L的输出或脉冲宽度、脉冲波形等而控制激光光源101的激光光源控制部102、控制平台111的移动的平台控制部115。

在该激光加工装置100中，从激光光源101出射的激光L通过分色镜103而使其光轴的方向改变90°，并通过聚光用透镜105而被聚光于被载置在支承台107上的加工对象物1的内部。与此同时，使平台111移动，从而使加工对象物1相对于激光L沿着切断预定线5相对移动。由此，沿着切断预定线5的改质区域被形成于加工对象物1。还有，在此，为了使激光L相对地移动而使平台111移动，但也可以使聚光用透镜105移动，或者也可以使它们的双方移动。

作为加工对象物1，可使用包含由半导体材料形成的半导体基板或由压电材料形成的压电基板等的板状的构件(例如，基板、晶圆等)。如图2所示，在加工对象物1，设定有用于将加工对象物1切断的切断预定线5。切断预定线5是呈直线状延伸的假想线。在加工对象物1的内部形成改质区域的情况下，如图3所示，在使聚光点(聚光位置)P对准加工对象物1的内部的状态下，使激光L沿着切断预定线5(即，沿图2的箭头A方向)相对地进行移动。由此，如图4、图5及图6所示，将改质区域7沿着切断预定线5形成于加工对象物1，使沿着切断预定线5所形成的改质区域7成为切断起点区域8。切断预定线5对应于照射预定线。

所谓聚光点P，是指激光L聚光的地方。切断预定线5不限于直线状，可以是曲线状，也可以是组合它们的三维状，也可以是被坐标指定的线。切断预定线5不限于假想线，可以是在加工对象物1的表面3上实际引出的线。改质区域7有时被连续地形成，有时被间断地形成。另外，改质区域7可以是列状也可以是点状，只要改质区域7至少被形成于加工对象物1的内部、表面3或背面即可。存在以改质区域7为起点而形成有龟裂的情况，龟裂以及改质区域7也可以露出于加工对象物1的外表面(表面3、背面、或者是外周面)。形成改质区域7时的激光入射面不限定于加工对象物1的表面3，也可以是加工对象物1的背面。

再有，在加工对象物1的内部形成改质区域7的情况下，激光L透过加工对象物1并且特别在位于加工对象物1的内部的聚光点P附近被吸收。由此，在加工对象物1形成改质区域7(即，内部吸收型激光加工)。在此情况下，由于在加工对象物1的表面3几乎不吸收激光L，因此加工对象物1的表面3不会熔融。另一方面，在加工对象物1的表面3或背面形成改质区域7的情况下，激光L特别在位于表面3或背面的聚光点P附近被吸收，从表面3或背面进行熔融、去除而形成孔或槽等的去除部(表面吸收型激光加工)。

改质区域7是指密度、折射率、机械强度或其他的物理特性成为与周围不同的状态的区域。作为改质区域7，例如，有熔融处理区域(是指暂时熔融后再固化而成的区域、熔融状态中的区域及从熔融再固化的状态中的区域中的至少任一者)、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也有它们混合存在的区域。再有，作为改质区域7，有在加工对象物1的材料中改质区域7的密度与非改质区域的密度比较产生了变化的区域、或形成有晶格缺陷的区域。在加工对象物1的材料为单晶硅的情况下，改质区域7也可称为高转位密度区域。

熔融处理区域、折射率变化区域、改质区域7的密度与非改质区域的密度比较产生了变化的区域、以及形成有晶格缺陷的区域有时进一步在这些区域的内部或改质区域7与非改质区域的界面内含龟裂(破裂、微裂纹)。所内含的龟裂有遍及改质区域7的全面的情况或仅形成于一部分或多个部分的情况。加工对象物1包含由具有结晶构造的结晶材料构成的基板。例如，加工对象物1包含由氮化镓(GaN)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、LiTaO₃、及蓝宝石(Al₂O₃)的至少任一者形成的基板。换言之，加工对象物1包含例如氮化镓基板、硅基板、SiC基板、LiTaO₃基板、或者蓝宝石基板。结晶材料也可为各向异性结晶及各向同性结晶的任一者。此外，加工对象物1可包含由具有非结晶构造(非晶质构造)的非结晶材料构成的基板，例如，也可包含玻璃基板。

在实施方式中，可通过沿着切断预定线5来形成多个改质光点(spot)(加工痕)，而形成改质区域7。在此情况下，通过使多个改质光点聚集而成为改质区域7。改质光点是指通过脉冲激光的1脉冲的射击(shot)(即，1脉冲的激光照射：激光射击)形成的改质部分。作为改质光点，可列举裂纹光点、熔融处理光点或折射率变化光点、或者它们的至少1个混合存在的光点等。针对改质光点，可考虑所要求的切断精度、所要求的切断面的平坦性、加工对象物1的厚度、种类、结晶方位等，而适当控制其大小或产生的龟裂的长度。此外，在实施方式中，可沿着切断预定线5来形成改质光点作为改质区域7。

[实施方式所涉及的激光加工装置]

接着，针对实施方式所涉及的激光加工装置进行说明。在以下说明中，将水平面内彼此正交的方向设为X轴方向及Y轴方向，将铅垂方向设为Z轴方向。

[激光加工装置的整体结构]

如图7所示，激光加工装置200具备：装置框架210、第1移动机构220、支承台230、以及第2移动机构240。再有，激光加工装置200具备：激光输出部300、激光聚光部400、以及控制部500。

第1移动机构220被安装于装置框架210。第1移动机构220具有：第1轨道单元221、第2轨道单元222、以及可动基座223。第1轨道单元221被安装于装置框架210。在第1轨道单元221，设置有沿着Y轴方向延伸的一对轨道221a、221b。第2轨道单元222以可沿着Y轴方向进行移动的方式被安装于第1轨道单元221的一对轨道221a、221b。在第2轨道单元222，设置有沿着X轴方向延伸的一对轨道222a、222b。可动基座223以可沿着X轴方向进行移动的方式被安装于第2轨道单元222的一对轨道222a、222b。可动基座223可以与Z轴方向平行的轴线为中心线进行旋转。

支承台230被安装于可动基座223。支承台230支承加工对象物1。加工对象物1例如在由硅等的半导体材料所构成的基板的表面侧，以矩阵状形成有多个功能元件(光电二极管等的受光元件、激光二极管等的发光元件、或者作为电路形成的电路元件等)。当加工对象物1被支承于支承台230时，如图8所示，在贴在环状的框架11的薄膜12上贴附例如加工对象物1的表面1a(多个功能元件侧的面)。支承台230通过夹具来保持框架11，并且通过真空吸盘来吸附薄膜12，由此支承加工对象物1。在支承台230上，彼此平行的多条切断预定线5a、及彼此平行的多条切断预定线5b以通过相邻的功能元件之间的方式呈格子状设定于加工对象物1。

如图7所示，支承台230通过在第1移动机构220中第2轨道单元222进行动作，而沿着Y轴方向进行移动。此外，支承台230通过在第1移动机构220中可动基座223进行动作，而沿着X轴方向进行移动。再有，支承台230通过在第1移动机构220中可动基座223进行动作，而以与Z轴方向平行的轴线为中心线进行旋转。这样，支承台230以可沿着X轴方向及Y轴方向进行移动且可以与Z轴方向平行的轴线为中心线进行旋转的方式，被安装于装置框架210。

激光输出部300被安装于装置框架210。激光聚光部400经由第2移动机构240被安装于装置框架210。激光聚光部400通过第2移动机构240进行动作，而沿着Z轴方向进行移动。这样，激光聚光部400以可相对于激光输出部300沿着Z轴方向进行移动的方式，被安装于装置框架210。

控制部500由CPU(Central Processing Unit(中央处理单元))、ROM(Read OnlyMemory(只读存储器))及RAM(Random Access Memory(随机存储器))等所构成。控制部500控制激光加工装置200的各部的动作。

作为一个例子，在激光加工装置200中，如下所述，沿着各切断预定线5a、5b(参照图8)而在加工对象物1的内部形成改质区域。

首先，以使加工对象物1的背面1b(参照图8)成为激光入射面的方式，将加工对象物1支承于支承台230，使加工对象物1的各切断预定线5a匹配于与X轴方向平行的方向。接着，以使激光L的聚光点位于在加工对象物1的内部从加工对象物1的激光入射面分离规定距离的位置的方式，通过第2移动机构240使激光聚光部400进行移动。接着，将加工对象物1的激光入射面与激光L的聚光点的距离维持为一定，并使激光L的聚光点沿着各切断预定线5a相对地移动。由此，沿着各切断预定线5a在加工对象物1的内部形成改质区域。

若沿着各切断预定线5a的改质区域的形成结束，则通过第1移动机构220使支承台230进行旋转，而使加工对象物1的各切断预定线5b匹配于与X轴方向平行的方向。接着，以使激光L的聚光点位于在加工对象物1的内部从加工对象物1的激光入射面分离规定距离的位置的方式，通过第2移动机构240来使激光聚光部400移动。接着，将加工对象物1的激光入射面与激光L的聚光点的距离维持为一定，并使激光L的聚光点沿着各切断预定线5b相对地移动。由此，沿着各切断预定线5b在加工对象物1的内部形成改质区域。

这样，在激光加工装置200中，与X轴方向平行的方向作为加工方向(激光L的扫描方向)。另外，沿着各切断预定线5a的激光L的聚光点的相对的移动、及沿着各切断预定线5b的激光L的聚光点的相对的移动，通过第1移动机构220使支承台230沿着X轴方向进行移动而实施。此外，各切断预定线5a间的激光L的聚光点的相对的移动、及各切断预定线5b间的激光L的聚光点的相对的移动，通过第1移动机构220使支承台230沿着Y轴方向移动而实施。

如图9所示，激光输出部300具有：安装基座301、罩302、以及多个镜303、304。再有，激光输出部300具有：激光振荡器(激光光源)310、快门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器(光束直径转换机构)350、镜单元360、以及透镜插拔机构380。

安装基座301支承多个镜303、304、激光振荡器310、快门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器350、镜单元360及透镜插拔机构380。多个镜303、304、激光振荡器310、快门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器350、镜单元360及透镜插拔机构380被安装于安装基座301的主面301a。安装基座301是板状的构件，可相对于装置框架210(参照图7)进行装卸。激光输出部300经由安装基座301被安装于装置框架210。即，激光输出部300可相对于装置框架210进行装卸。

罩302在安装基座301的主面301a上，将多个镜303、304、激光振荡器310、快门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器350、镜单元360及透镜插拔机构380覆盖。罩302可相对于安装基座301进行装卸。

激光振荡器310将直线偏光的激光L沿着X轴方向进行脉冲振荡。从激光振荡器310出射的激光L的波长包含于500～550nm、1000～1150nm或1300～1400nm的任一波段。500～550nm的波段的激光L适于对例如由蓝宝石构成的基板的内部吸收型激光加工。1000～1150nm及1300～1400nm的各波段的激光L适于对例如由硅构成的基板的内部吸收型激光加工。从激光振荡器310出射的激光L的偏光方向例如是与Y轴方向平行的方向。从激光振荡器310出射的激光L通过镜303被反射，沿着Y轴方向入射到快门320。

在激光振荡器310中，如以下所述，将激光L的输出的开启/关断进行切换。在激光振荡器310由固体激光器构成的情况下，通过将设置于共振器内的Q开关(AOM(声光调制器)、EOM(电光学调制器)等)的开启/关断进行切换，而将激光L的输出的开启/关断进行高速切换。在激光振荡器310由光纤激光器构成的情况下，通过将构成种子激光器、放大(激发用)激光器的半导体激光的输出的开启/关断进行切换，而将激光L的输出的开启/关断进行高速切换。在激光振荡器310使用外部调制元件的情况下，通过将设置于共振器外的外部调制元件(AOM、EOM等)的开启/关断进行切换，而将激光L的输出的开启/关断进行高速切换。

快门320通过机械式的机构来将激光L的光路进行开闭。来自激光输出部300的激光L的输出的开启/关断的切换如上所述，通过激光振荡器310中的激光L的输出的开启/关断的切换来实施，但通过设置有快门320，而可防止例如从激光输出部300激光L无预期地出射。通过快门320的激光L通过镜304被反射，并沿着X轴方向依次入射到λ/2波长板单元330及偏光板单元340。

λ/2波长板单元330及偏光板单元340发挥作为调整激光L的输出(光强度)的输出调整部的功能。此外，λ/2波长板单元330及偏光板单元340发挥作为调整激光L的偏光方向的偏光方向调整部的功能。依次通过λ/2波长板单元330及偏光板单元340的激光L沿着X轴方向入射到扩束器350。

扩束器350调整激光L的直径并使激光L平行化。通过扩束器350的激光L沿着X轴方向入射到镜单元360。

镜单元360具有：支承基座361、及多个镜362、363。支承基座361支承多个镜362、363。支承基座361以可沿着X轴方向及Y轴方向调整位置的方式被安装于安装基座301。镜(第1镜)362将通过扩束器350的激光L反射至Y轴方向。镜362以使其反射面成为在例如与Z轴平行的轴线周围能够进行角度调整的方式被安装于支承基座361。镜(第2镜)363将通过镜362反射的激光L反射至Z轴方向。镜363以使其反射面成为可在例如与X轴平行的轴线周围进行角度调整且可沿着Y轴方向进行位置调整的方式被安装于支承基座361。通过镜363反射的激光L通过形成于支承基座361的开口361a，并沿着Z轴方向入射到激光聚光部400(参照图7)。即，通过激光输出部300所致的激光L的出射方向与激光聚光部400的移动方向一致。如上所述，各镜362、363具有用于调整反射面的角度的机构。在镜单元360中，通过实施相对于安装基座301的支承基座361的位置调整、相对于支承基座361的镜363的位置调整、及各镜362、363的反射面的角度调整，而使从激光输出部300出射的激光L的光轴的位置及角度与激光聚光部400相配合。即，多个镜362、363是用于调整从激光输出部300出射的激光L的光轴的结构。

透镜插拔机构380能够将插拔用透镜(透镜)381插入偏光板单元340与扩束器350之间的激光L的光路(光轴)上、以及能够从该光路上拔除。对透镜插拔机构380的细节在后面叙述。

如图10所示，激光聚光部400具有壳体401。壳体401呈以Y轴方向为长度方向的长方体状的形状。在壳体401的一方的侧面401e，安装有第2移动机构240(参照图11及图13)。在壳体401，以与镜单元360的开口361a在Z轴方向上相对的方式，设置有圆筒状的光入射部401a。光入射部401a使从激光输出部300出射的激光L入射到壳体401内。镜单元360与光入射部401a以当通过第2移动机构240使激光聚光部400沿着Z轴方向移动时彼此不会接触的距离彼此分离。

如图11及图12所示，激光聚光部400具有镜402及分色镜403。再有，激光聚光部400具有：反射型空间光调制器410、4f透镜单元420、聚光透镜单元(物镜)430、驱动机构440、以及一对测距传感器450。

镜402以与光入射部401a在Z轴方向相对的方式被安装于壳体401的底面401b。镜402将经由光入射部401a入射到壳体401内的激光L反射至与XY平面平行的方向。通过激光输出部300的扩束器350平行化后的激光L沿着Z轴方向入射到镜402。即，激光L作为平行光沿着Z轴方向入射到镜402。因此，即使通过第2移动机构240使激光聚光部400沿着Z轴方向进行移动，沿着Z轴方向入射到镜402的激光L的状态维持为一定。通过镜402反射的激光L入射到反射型空间光调制器410。

反射型空间光调制器410以反射面410a面对壳体401内的状态被安装于Y轴方向上的壳体401的端部401c。反射型空间光调制器410是例如反射型液晶(LCOS：Liquid Crystalon Silicon(硅基液晶))的空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)，将激光L进行调制并将激光L反射至Y轴方向。通过反射型空间光调制器410调制并且反射的激光L沿着Y轴方向入射到4f透镜单元420。在此，在与XY平面平行的平面内，入射到反射型空间光调制器410的激光L的光轴、与从反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴所成的角度α设为锐角(例如，10～60°)。即，激光L在反射型空间光调制器410中沿着XY平面以锐角进行反射。其原因在于，抑制激光L的入射角及反射角来抑制衍射效率的降低，使反射型空间光调制器410的性能充分发挥。另外，在反射型空间光调制器410中，例如，由于使用有液晶的光调制层的厚度为数μm～数十μm左右而极薄，因此反射面410a可与光调制层的光入射出射面实质上相同地捕捉。

4f透镜单元420具有：保持器421、反射型空间光调制器410侧的透镜422、聚光透镜单元430侧的透镜423、以及狭缝构件424。保持器421保持一对透镜422、423及狭缝构件424。保持器421将沿着激光L的光轴的方向上的一对透镜422、423及狭缝构件424的彼此的位置关系维持为一定。一对透镜422、423构成反射型空间光调制器410的反射面410a与聚光透镜单元430的入射瞳面(瞳面)430a处于成像关系的两侧远心光学系统。由此，在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的像(在反射型空间光调制器410中调制后的激光L的像)被传像(成像)至聚光透镜单元430的入射瞳面430a。在狭缝构件424形成有狭缝424a。狭缝424a在透镜422与透镜423之间位于透镜422的焦点面附近。通过反射型空间光调制器410调制并且反射的激光L中的不要的部分通过狭缝构件424而被遮断。通过4f透镜单元420的激光L沿着Y轴方向入射到分色镜403。

分色镜403将激光L的大部分(例如，95～99.5％)反射至Z轴方向，并使激光L的一部分(例如，0.5～5％)沿着Y轴方向透过。激光L的大部分在分色镜403沿着ZX平面以直角进行反射。通过分色镜403反射的激光L沿着Z轴方向入射到聚光透镜单元430。

聚光透镜单元430经由驱动机构440被安装于Y轴方向上的壳体401的端部401d(端部401c的相反侧的端部)。聚光透镜单元430具有保持器431及多个透镜432。保持器431保持多个透镜432。多个透镜432将激光L相对于支承台230所支承的加工对象物1(参照图7)聚光。驱动机构440通过压电元件的驱动力，使聚光透镜单元430沿着Z轴方向移动。

一对测距传感器450以在X轴方向位于聚光透镜单元430的两侧的方式，被安装于壳体401的端部401d。各测距传感器450通过相对于支承台230所支承的加工对象1(参照图7)的激光入射面出射测距用的光(例如，激光)，并检测通过该激光入射面反射的测距用的光，而取得加工对象物1的激光入射面的位移数据。另外，在测距传感器450，可利用三角测距方式、激光共焦点方式、白色共焦点方式、分光干涉方式、非点像差方式等的传感器。

在激光加工装置200中，如上所述，与X轴方向平行的方向设为加工方向(激光L的扫描方向)。因此，当激光L的聚光点沿着各切断预定线5a、5b相对地移动时，一对测距传感器450中，相对于聚光透镜单元430而相对地先行的测距传感器450取得沿着各切断预定线5a、5b的加工对象物1的激光入射面的位移数据。接着，以使加工对象物1的激光入射面与激光L的聚光点的距离维持为一定的方式，驱动机构440根据通过测距传感器450取得的位移数据使聚光透镜单元430沿着Z轴方向进行移动。

激光聚光部400具有：分束器461、一对透镜462、463、以及轮廓取得用照相机(强度分布取得部)464。分束器461将透过分色镜403的激光L分成反射成分与透过成分。通过分束器461反射的激光L沿着Z轴方向依次入射到一对透镜462、463及轮廓取得用照相机464。一对透镜462、463构成聚光透镜单元430的入射瞳面430a与轮廓取得用照相机464的摄像面处于成像关系的两侧远心光学系统。由此，在聚光透镜单元430的入射瞳面430a上的激光L的像被传像(成像)至轮廓取得用照相机464的摄像面。如上所述，在聚光透镜单元430的入射瞳面430a上的激光L的像是在反射型空间光调制器410中调制后的激光L的像。因而，在激光加工装置200中，通过监视轮廓取得用照相机464所产生的摄像结果，而可掌握反射型空间光调制器410的动作状态。

再有，激光聚光部400具有：分束器471、透镜472、以及激光L的光轴位置监视用的照相机473。分束器471将透过分束器461的激光L分成反射成分与透过成分。通过分束器471反射的激光L沿着Z轴方向依次入射到透镜472及照相机473。透镜472将所入射的激光L聚光于照相机473的摄像面上。在激光加工装置200中，通过监视照相机464及照相机473所分别产生的摄像结果，并在镜单元360中，实施相对于安装基座301的支承基座361的位置调整、相对于支承基座361的镜363的位置调整、及各镜362、363的反射面的角度调整(参照图9及图10)，而可将入射到聚光透镜单元430的激光L的光轴的偏离(相对于聚光透镜单元430的激光的强度分布的位置偏离、及相对于聚光透镜单元430的激光L的光轴的角度偏离)进行修正。

多个分束器461、471被配置于从壳体401的端部401d沿着Y轴方向延伸的筒体404内。一对透镜462、463被配置于沿着Z轴方向立设于筒体404上的筒体405内，轮廓取得用照相机464被配置于筒体405的端部。透镜472被配置于沿着Z轴方向立设于筒体404上的筒体406内，照相机473被配置于筒体406的端部。筒体405与筒体406在Y轴方向彼此并列设置。另外，透过分束器471的激光L可被设置于筒体404的端部的阻尼器等吸收，或者，也可被利用在适当的用途。

如图12及图13所示，激光聚光部400具有：可见光源481、多个透镜482、标线483、镜484、半透半反镜485、分束器486、透镜487、以及观察照相机488。可见光源481沿着Z轴方向将可见光V出射。多个透镜482使从可见光源481出射的可见光V平行化。标线483对可见光V赋予刻度线。镜484将通过多个透镜482平行化的可见光V反射至X轴方向。半透半反镜485将通过镜484反射的可见光V分成反射成分与透过成分。通过半透半反镜485反射的可见光V沿着Z轴方向依次透过分束器486及分色镜403，经由聚光透镜单元430，而照射于支承台230所支承的加工对象物1(参照图7)。

照射于加工对象物1的可见光V通过加工对象物1的激光入射面反射，经由聚光透镜单元430而入射到分色镜403，沿着Z轴方向透过分色镜403。分束器486将透过分色镜403的可见光V分成反射成分与透过成分。透过分束器486的可见光V透过半透半反镜485，沿着Z轴方向依次入射到透镜487及观察照相机488。透镜487将所入射的可见光V聚光于观察照相机488的摄像面上。在激光加工装置200中，通过观察观察照相机488所产生的摄像结果，而可掌握加工对象物1的状态。

镜484、半透半反镜485及分束器486被配置于安装于壳体401的端部401d上的保持器407内。多个透镜482及标线483被配置于沿着Z轴方向立设于保持器407上的筒体408内，可见光源481被配置于筒体408的端部。透镜487被配置于沿着Z轴方向立设于保持器407上的筒体409内，观察照相机488被配置于筒体409的端部。筒体408与筒体409在X轴方向彼此并列设置。另外，沿着X轴方向透过半透半反镜485的可见光V、及通过分束器486被反射至X轴方向的可见光V可分别被设置于保持器407的壁部的阻尼器等吸收，或者，也可被利用在适当的用途。

在激光加工装置200中，设想激光输出部300的更换。其原因在于，对应于加工对象物1的规格、加工条件等，适于加工的激光L的波长不同。因而，准备所出射的激光L的波长彼此不同的多个激光输出部300。在此，准备所出射的激光L的波长包含于500～550nm的波段的激光输出部300、所出射的激光L的波长包含于1000～1150nm的波段的激光输出部300、及所出射的激光L的波长包含于1300～1400nm的波段的激光输出部300。

另一方面，在激光加工装置200中，未设想激光聚光部400的更换。其原因在于，激光聚光部400对应于多波长(对应于彼此不连续的多个波段)。具体而言，镜402、反射型空间光调制器410、4f透镜单元420的一对透镜422、423、分色镜403、及聚光透镜单元430的透镜432等对应于多波长。在此，激光聚光部400对应于500～550nm、1000～1150nm及1300～1400nm的波段。其通过将规定的电介质多层膜涂覆于激光聚光部400的各结构等并以满足所期望的光学性能的方式设计激光聚光部400的各结构而实现。另外，在激光输出部300中，λ/2波长板单元330具有λ/2波长板，偏光板单元340具有偏光板。λ/2波长板及偏光板是波长依赖性高的光学元件。因此，λ/2波长板单元330及偏光板单元340作为在每个波段不同的结构而被设置于激光输出部300。

[激光加工装置中的激光的光路及偏光方向]

在激光加工装置200中，聚光于支承台230所支承的加工对象物1的激光L的偏光方向如图11所示，是与X轴方向平行的方向，且与加工方向(激光L的扫描方向)一致。在此，在反射型空间光调制器410中，激光L作为P偏光进行反射。其原因在于，在反射型空间光调制器410的光调制层使用有液晶的情况下，以在与包含相对于反射型空间光调制器410进行入射出射的激光L的光轴的平面平行的面内使液晶分子倾斜的方式，当该液晶被取向时，以偏光面的旋转被抑制的状态对激光L施以相位调制(例如，参照日本专利第3878758号公报)。另一方面，在分色镜403中，激光L作为S偏光进行反射。其原因在于，相较于使激光L作为P偏光进行反射，使激光L作为S偏光进行反射减少用于使分色镜403对应于多波长的电介质多层膜的涂覆数等而使分色镜403的设计较容易。

因而，在激光聚光部400中，从镜402经由反射型空间光调制器410及4f透镜单元420到达分色镜403的光路被设定成沿着XY平面，从分色镜403到达聚光透镜单元430的光路被设定成沿着Z轴方向。

如图9所示，在激光输出部300中，激光L的光路被设定成沿着X轴方向或Y轴方向。具体而言，从激光振荡器310到达镜303的光路、以及从镜304经由λ/2波长板单元330、偏光板单元340及扩束器350到达镜单元360的光路被设定成沿着X轴方向，从镜303经由快门320到达镜304的光路、以及在镜单元360中从镜362到达镜363的光路被设定成沿着Y轴方向。

在此，沿着Z轴方向从激光输出部300行进至激光聚光部400的激光L如图11所示，通过镜402被反射至与XY平面平行的方向，而入射到反射型空间光调制器410。此时，在与XY平面平行的平面内，入射到反射型空间光调制器410的激光L的光轴、与从反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴形成作为锐角的角度α。另一方面，如上所述，在激光输出部300中，激光L的光路被设定成沿着X轴方向或Y轴方向。

因而，在激光输出部300中，将λ/2波长板单元330及偏光板单元340不仅发挥作为调整激光L的输出的输出调整部的功能，而且也需要发挥作为调整激光L的偏光方向的偏光方向调整部的功能。

〔反射型空间光调制器〕

如图14所示，反射型空间光调制器410通过硅基板213、驱动电路层914、多个像素电极214、电介质多层膜镜等的反射膜215、取向膜999a、液晶层(显示部)216、取向膜999b，透明导电膜217、以及玻璃基板等的透明基板218按该顺序层叠而构成。

透明基板218具有沿着XY平面的表面218a，该表面218a构成反射型空间光调制器410的反射面410a。透明基板218例如由玻璃等的光透过性材料所构成，将从反射型空间光调制器410的表面218a入射的规定波长的激光L朝向反射型空间光调制器410的内部透过。透明导电膜217形成在透明基板218的背面上，且由透过激光L的导电性材料(例如ITO)所构成。

多个像素电极214沿着透明导电膜217在硅基板213上排列成矩阵状。各像素电极214例如由铝等的金属材料所构成，它们的表面214a被平坦且光滑地加工。多个像素电极214由设置于驱动电路层914的主动矩阵电路所驱动。

主动矩阵电路设在多个像素电极214与硅基板213之间，对应于要从反射型空间光调制器410输出的光像，控制对各像素电极214的施加电压。这样的主动矩阵电路例如具有没有图示的第1驱动电路与第2驱动电路，该第1驱动电路控制排列于X轴方向的各像素列的施加电压，该第2驱动电路控制排列于Y轴方向的各像素列的施加电压，以通过控制部5000(参照图7)对由双方的驱动电路指定的像素的像素电极214施加规定电压的方式构成。

取向膜999a、999b被配置在液晶层216的两端面，并使液晶分子群排列于一定方向。取向膜999a、999b例如由聚酰亚胺等的高分子材料所构成，且在与液晶层216的接触面施有刷磨(rubbing)处理等。

液晶层216配置在多个像素电极214与透明导电膜217之间，并对应于通过各像素电极214与透明导电膜217所形成的电场来调制激光L。即，当通过驱动电路层914的主动矩阵电路对各像素电极214施加电压时，在透明导电膜217与各像素电极214之间形成电场，对应于在液晶层216所形成的电场的大小使液晶分子216a的排列方向变化。于是，当激光L透过透明基板218及透明导电膜217而入射到液晶层216时，该激光L在通过液晶层216的期间通过液晶分子216a调制，在反射膜215反射之后，再次通过液晶层216调制并出射。

此时，通过控制部500(参照图7)来控制对各像素电极214所施加的电压，对应于该电压，在液晶层216中由透明导电膜217与各像素电极214夹持的部分的折射率产生变化(与各像素对应的位置的液晶层216的折射率产生变化)。通过该折射率的变化，对应于所施加的电压，可以使激光L的相位在液晶层216的每个像素产生变化。即，可以通过液晶层216对每个像素赋予与全息图案对应的相位调制。换言之，可以使作为赋予调制的全息图案的调制图案显示于反射型空间光调制器410的液晶层216。入射到调制图案并透过的激光L，其波面被调整，在构成该激光L的各光线中在与行进方向正交的规定方向的成分的相位产生偏移。因此，通过适宜设定显示于反射型空间光调制器410的调制图案，能够调制激光L(例如，调制激光L的强度、振幅、相位、偏光等)。

〔4f透镜单元〕

如上所述，4f透镜单元420的一对透镜422、423构成反射型空间光调制器410的反射面410a与聚光透镜单元430的入射瞳面430a处于成像关系的两侧远心光学系统。具体而言，如图15所示，使反射型空间光调制器410侧的透镜422的中心与反射型空间光调制器410的反射面410a之间的光路的距离成为透镜422的第1焦点距离f1，使聚光透镜单元430侧的透镜423的中心与聚光透镜单元430的入射瞳面430a之间的光路的距离成为透镜423的第2焦点距离f2，并使透镜422的中心与透镜423的中心之间的光路的距离成为第1焦点距离f1与第2焦点距离f2的和(即，f1+f2)。从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的光路中的一对透镜422、423间的光路为一直线。

在激光加工装置200中，对于将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的有效直径增大的观点而言，两侧远心光学系统的倍率M满足0.5<M<1(缩小系统)。在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的有效直径越大，越可由高精细的相位图案将激光L进行调制。对于抑制从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路变长等的观点而言，能够设为0.6≦M≦0.95。在此，(两侧远心光学系统的倍率M)＝(聚光透镜单元430的入射瞳面430a上的像的大小)/(反射型空间光调制器410的反射面410a上的物体的大小)。在激光加工装置200的情况下，两侧远心光学系统的倍率M、透镜422的第1焦点距离f1及透镜423的第2焦点距离f2满足M＝f2/f1。

另外，对于将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的有效直径缩小的观点而言，两侧远心光学系统的倍率M也可满足1<M<2(扩大系统)。在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的有效直径越小，扩束器350(参照图9)的倍率越是较小即可，在与XY平面平行的平面内，入射到反射型空间光调制器410的激光L的光轴、与从反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴所成的角度α(参照图11)变小。对于抑制从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路变长等的观点而言，能够设为1.05≦M≦1.7。

其次，对实施方式所涉及的激光加工装置200的主要部分详细地进行说明。

图16是显示实施方式所涉及的激光加工装置200的主要部分的概略结构图。图16(a)显示插拔用透镜381从激光L的光路上离开的第1状态(以下，也单单称为“第1状态”)。图16(b)显示插拔用透镜381位于激光L的光路上的第2状态(以下，也单单称为“第2状态”)。

如图16所示，扩束器350是将激光L的光束直径放大至一定倍率的固定倍率型的光学模块。扩束器350具有第1透镜350a及第2透镜350b。第1透镜350a及第2透镜350b在激光L的行进方向上按该顺序，沿着激光L的光路相互分离地配置。第1透镜350a及第2透镜350b以沿着激光L的光路没有移动的方式被固定，相互的间隔距离保持为一定。

第1透镜350a是使入射的激光L发散来放大激光L的光束直径的光学元件。作为第1透镜350a，例如使用平凹透镜。第2透镜350b是使通过第1透镜350a的激光L准直的光学元件。作为第2透镜350b，例如使用平凸透镜。

图17是显示插拔用透镜381位于激光L的光路上的第2状态的时候的透镜插拔机构380的结构的立体图。图18是显示插拔用透镜381从激光L的光路上离开的第1状态的时候的透镜插拔机构380的结构的立体图。如图16～图18所示，透镜插拔机构380具有：插拔用透镜381、透镜保持器382、以及直接动作平台383。透镜插拔机构380以使插拔用透镜381的位置在第1状态(参照图16(a)及图18)与第2状态(参照图16(b)及图17)之间进行切换的方式，使插拔用透镜381能够在激光L的光路的正交方向(交叉的方向)上滑动。

插拔用透镜381是使作为入射的平行光的激光L发散来放大激光L的光束直径的光学元件。作为插拔用透镜381，例如使用平凹透镜。插拔用透镜381为功率弱的透镜。例如插拔用透镜381是功率比扩束器350的第1透镜350a弱的透镜。

插拔用透镜381在位于激光L的光路上的第2状态下，沿着激光L的光路相对于扩束器350离开一定长度而配置。例如，第2状态的插拔用透镜381在沿着激光L的光路的方向上，定位成相对于扩束器350的距离比相对于偏光板单元340的距离长(偏光板单元340与扩束器350之间的靠近偏光板单元340的位置)。

透镜保持器382是保持插拔用透镜381的构件。具体来说，透镜保持器382具有沿着激光L的光路延伸的贯通孔382a。在该贯通孔382a内，配置并固定有插拔用透镜381。

直接动作平台383具备：作为可动部的滑块383a，其固定有透镜保持器382；以及作为固定部的基座383c，其包含导引滑块383a的导轨383b。直接动作平台383是由空气所驱动的空气驱动型的平台。具体来说，直接动作平台383利用自压缩机等的空气供给源385经由空气通气口383d所供给的空气，使滑块383a相对于基座383c沿着激光L的光路的正交方向进行滑动。由此，插拔用透镜381的位置从插拔用透镜381从激光L的光路上离开的第1状态向插拔用透镜381位于激光L的光路上的第2状态进行切换、或从第2状态向第1状态进行切换。

控制部500控制空气供给源385的动作而控制供给至透镜插拔机构380的空气。由此，控制部500将插拔用透镜381的位置在第1状态与第2状态之间进行切换。

另外，控制部500控制显示于反射型空间光调制器410的液晶层216的相位图案。相位图案为上述的调制图案，调制激光L。本实施方式的控制部500如图16(b)所示，在插拔用透镜381通过透镜插拔机构380而被插入激光L的光路上的状态(即，第2状态)下，使作为修正由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差的相位图案的波前像差修正图案(以下，也单单称为“波前像差修正图案”)显示于液晶层216。另一方面，控制部500如图16(a)所示，在插拔用透镜381通过透镜插拔机构380而从激光L的光路上被拔除的状态(即，第1状态)下，不使波前像差修正图案显示于液晶层216。

另外，在使波前像差修正图案显示的情况下，在其他的相位图案没有被显示于液晶层216时，该波前像差修正图案单独地按原样显示于液晶层216。另一方面，在使波前像差修正图案显示的情况下，在其他的相位图案一并显示于液晶层216时，使该波前像差修正图案与其他的相位图案合成而成的相位图案显示于液晶层216。由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差可以通过预先实施测量试验或模拟等而求得。关于相位图案的形成及合成，并没有特别地限定，可以使用各种周知的方法来实施。

其次，对由激光加工装置200所进行的激光加工方法(激光照射方法)进行说明。

例如对具有规定厚度以上的厚度的加工对象物1进行激光加工时，通过控制部500控制透镜插拔机构380的驱动，如图16(a)及图18所示，设为插拔用透镜381从激光L的光路上被拔除的状态(第1状态)。在该状态下，不使波前像差修正图案显示于液晶层216。然后，通过控制部500使激光L从激光振荡器310产生，将激光L照射于加工对象物1。与此配合，驱动第1移动机构220，使该激光L沿着切断预定线5相对地移动。由此，将改质区域7沿着切断预定线5形成于加工对象物1。

如图16(a)所示，在这样的插拔用透镜381的拔除时(第1状态)，例如将从激光振荡器310所产生的激光L的光束直径设为φ2mm时，该光束直径通过扩束器350而被放大为成为φ6mm。另外，对于光束直径由扩束器350放大后的激光L的波前W1，不产生波前像差或波前像差为一定以下。再者，对于从反射型空间光调制器410出射的激光L的波前W2，也成为没有产生波前像差的状态、或波前像差为一定以下。

另一方面，例如对具有比规定厚度薄的厚度的加工对象物1进行激光加工的情况下，通过控制部500控制透镜插拔机构380的驱动，如图16(b)及第17图所示，设为插拔用透镜381插入激光L的光路上的状态(第2状态)。在此状态下，通过控制部500使波前像差修正图案显示于液晶层216。然后，通过控制部500使激光L从激光振荡器310产生，将激光L照射于加工对象物1。与此配合，驱动第1移动机构220，使该激光L沿着切断预定线5相对地移动。由此，将改质区域7沿着切断预定线5形成于加工对象物1。

如图16(b)所示，在这样的插拔用透镜381的插入时(第2状态)，例如将从激光振荡器310所产生的激光L的光束直径设为φ2mm时，该光束直径通过插拔用透镜381而被放大并且通过扩束器350而被放大，其结果，通过扩束器350的激光L的光束直径成为φ12mm。另外，对于光束直径由扩束器350放大后的激光L的波前W3，起因于激光L的光束直径通过插拔用透镜381被放大而产生波前像差。另一方面，对于从反射型空间光调制器410出射的激光L的波前W4，该波前像差通过反射型空间光调制器410而被修正(去除(cancel))，其结果，成为没有产生波前像差的状态、或波前像差为一定以下。

然而，有根据用途而欲使激光L的光束直径为可变的情况，在此情况下，通常需要使光学系统的一部分或多个部位沿着激光L的光路移动或连动。因此，应该考虑由于光学配置改变所造成的激光L的波前像差，除了构成透镜的片数变多之外，也需要精密地控制透镜位置的机构，从而产生设计变得困难这样的制约。

关于该点，根据激光加工装置200，插拔用透镜381能够插入激光L的光路上、以及插拔用透镜381能够从该光路上拔除。由此，例如不需要使光学系统的多个部位沿着激光L的光路进行连动的复杂机构，就能够使激光L的光束直径可变。于是，伴随着光束直径的可变所产生的波前像差通过在反射型空间光调制器410的液晶层216所显示的相位图案(将波前像差去除的相位分布)而被良好地修正。由此，可以降低使该波前像差不产生的机构的必要性或制约。因此，能够简易地改变由扩束器350放大或缩小的光束直径。

其结果，在激光加工装置200中，能够将光学系统的结构简单化，并能够大幅缓和设计制约。能够增大激光L的光束直径的可变范围。由于使用反射型空间光调制器410修正伴随着该光束直径的可变所产生的波前像差，因此可以应对该光束直径的可变时产生聚焦以外的像差的情况。

在激光加工装置200中，透镜插拔机构380以在插拔用透镜381从激光L的光路上离开的第1状态与插拔用透镜381位于激光L的光路上的第2状态之间，切换插拔用透镜381的位置的方式，使插拔用透镜381能够在与该光路正交的方向上滑动。在此情况下，通过利用透镜插拔机构380使插拔用透镜381滑动，而可以实现插拔用透镜381相对于激光L的光路的插拔。

在激光加工装置200中，控制部500在通过透镜插拔机构380使插拔用透镜381插入激光L的光路上的状态(第2状态)下，使修正由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差的波前像差修正图案显示于液晶层216，由此，由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差通过波前像差修正图案而被修正。

激光加工装置200通过使聚光点P对准加工对象物1的内部来照射激光L，而在加工对象物1的内部形成改质区域7。由此，能够实施加工对象物1的内部的激光加工。

图19是显示用于说明光束直径由扩束器350放大后的激光L的波前像差的模拟结果的图。图19(a)显示在激光加工装置200中，插拔用透镜381从激光L的光路上被拔除的状态(第1状态)的结果。图19(b)、19(c)显示在激光加工装置200中，插拔用透镜381被插入激光L的光路上的状态(第2状态)的结果。另外，图19(b)显示在反射型空间光调制器410没有修正由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差时的结果；图19(c)显示在反射型空间光调制器410修正了由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差时的结果。在各图中，横轴表示反射型空间光调制器410的刚出射后的激光L的波前中以中心为基准时的标准化坐标，纵轴表示激光L的波前的相位差。

如图19(a)所示，在插拔用透镜381的拔除时(第1状态)，激光L的相位差大致为0，实质上没有产生激光L的波前像差。另一方面，如图19(b)所示，在插拔用透镜381的插入时(第2状态)，在反射型空间光调制器410没有修正激光L的波前像差的情况下，激光L的相位差以2次曲线状(以离0越远越向负侧变大的方式)变化，产生激光L的波前像差。关于该点，在本实施方式的激光加工装置200中，如图19(c)所示，在插拔用透镜381的插入时，通过在反射型空间光调制器410修正激光L的波前像差，而可以使激光L的相位差为0，能够抑制激光L的波前像差。

在使用激光加工装置200将激光L照射于加工对象物1的激光照射方法中，如上所述，将改变激光L的光束直径的插拔用透镜381插入激光振荡器310与反射型空间光调制器410之间的激光L的光路上、或从该光路上拔除(插拔步骤)。使修正由插拔用透镜381的插入或拔除所产生的波前像差的相位图案显示于液晶层216(显示步骤)。在使该相位图案显示于液晶层216的状态下，从激光振荡器310使激光L产生并照射于加工对象物1(照射步骤)。

在该激光照射方法中，插拔用透镜381插入激光L的光路上、或从该光路上拔除，由此，例如不需要使光学系统的多个部位沿着激光L的光路进行连动的复杂机构，就可以使激光L的光束直径可变。于是，伴随着光束直径的可变所产生的波前像差通过显示于反射型空间光调制器410的液晶层216的相位图案而被修正。由此，可以降低使该波前像差不产生的机构的必要性或制约。因此，能够简易地改变由扩束器350放大或缩小的光束直径。

以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不变更各权利要求所记载的主旨的范围内，也可予以变形、或适用于其他方面。

上述实施方式并没有限定于在加工对象物1的内部形成改质区域7，也可实施消融(ablation)等的其他的激光加工。上述实施方式并不限定于使激光L聚光于加工对象物1的内部的激光加工所使用的激光加工装置，也可以是使激光L聚光于加工对象物1的表面1a、3或背面1b的激光加工所使用的激光加工装置。本发明所适用的装置并不限定于激光加工装置，只要是将激光L照射于对象物的装置，也可以适用于各种激光照射装置。在上述实施方式中，以切断预定线5作为照射预定线，但照射预定线并不限定于切断预定线5，只要是沿着所照射的激光L的线即可。

在上述实施方式中，透镜422、423、463的中继倍率也可以是任意倍率。上述实施方式具备反射型空间光调制器410，但空间光调制器并不限定于反射型，也可以具备透过型的空间光调制器。在上述实施方式中，测距传感器450也可以在X轴方向上仅配置于聚光透镜单元430的单侧。

图20是显示变形例所涉及的透镜插拔机构的结构的立体图。上述实施方式具备以使插拔用透镜381的位置在第1状态与第2状态之间进行切换的方式使插拔用透镜381能够滑动的透镜插拔机构380，但并没有限定于此。上述实施方式只要是能够将插拔用透镜381插入激光L的光路以及能够从该光路拔除的机构，也可以具备各种透镜插拔机构，例如也可以具备图20所示的透镜插拔机构490。

图20所示的透镜插拔机构490具备：保持插拔用透镜381的透镜保持器491、以及使透镜保持器491在沿着激光L的光路的轴周围旋转的保持器驱动部492。透镜保持器491呈以沿着激光L的光路的方向作为厚度方向的圆板形状。在透镜保持器491中经由中心而对称的一对位置上，形成有贯通孔493。在贯通孔493之中的一方的贯通孔493a，配置并保持有插拔用透镜381。贯通孔493之中的另一方的贯通孔493b内成为没有配置插拔用透镜381的空洞部分。

保持器驱动部492以电力作为动力旋转驱动透镜保持器491。具体来说，保持器驱动部492在周向上可旋转地支承透镜保持器491。该保持器驱动部492通过控制部500控制，以成为使激光L的光路通过作为空洞部分的贯通孔493b的状态(即，插拔用透镜381从激光L的光路上离开的第1状态)的方式，旋转驱动透镜保持器491。另外，保持器驱动部492通过控制部500控制，以成为使激光L的光路通过保持有插拔用透镜381的贯通孔493a的状态(即，插拔用透镜381位于激光L的光路上的第2状态)的方式，旋转驱动透镜保持器491。

这样的透镜插拔机构490以使插拔用透镜381的位置在第1状态与第2状态之间进行切换的方式，使透镜保持器491能够在沿着激光L的该光路的轴周围进行旋转。由此，通过透镜插拔机构490使透镜保持器491旋转，而可以实现插拔用透镜381相对于激光L的光路的插拔。

上述实施方式的透镜插拔机构380利用空气来切换插拔用透镜381的位置，但也可以利用电力等的其他动力来进行切换，也可以通过手动来切换。上述实施方式的透镜插拔机构490利用电力来切换插拔用透镜381的位置，但也可以利用空气等的其他动力来进行切换，也可以通过手动来切换。再者，不管透镜插拔机构380、480如何，也可以例如由人将插拔用透镜381相对于激光L的光路上进行插拔。

在上述实施方式中，能够将插拔用透镜381插入激光L的光路上的偏光板单元340与扩束器350之间，但也可以能够插入扩束器350与反射型空间光调制器410之间，也可以能够插入扩束器350中的第1及第2透镜350a、350b之间。只要是插拔用透镜381能够插入激光振荡器310与反射型空间光调制器410之间的激光L的光路上即可。

上述实施方式的扩束器350放大激光L的光束直径，但也可以进行缩小。只要是上述实施方式具备将激光L的光束直径放大或缩小的光束直径转换机构即可。上述实施方式的插拔用透镜381放大激光L的光束直径，但也可以进行缩小。由反射型空间光调制器410修正后的激光L并不需要为平面波，也可以是任意波前形状。在上述实施方式中，插拔用透镜381并不限定于球面透镜，也可以是各种透镜。例如插拔用透镜381也可以是柱形，也可以是非球面透镜。

在上述实施方式中，在插拔用透镜381从激光L的光路上拔除的状态(第1状态)下，以不产生激光L的波前像差的方式构成光学系统，在插拔用透镜381插入激光L的光路上的状态(第2状态)下，通过使相位图案显示于液晶层216，利用相位图案来修正由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差。但是，与此相反，也可以在第2状态下以不产生激光L的波前像差的方式构成光学系统，在第1状态下通过使相位图案显示于液晶层216，利用相位图案来修正由插拔用透镜381的拔除所产生的波前像差。另外，也可以在第1状态下通过使相位图案显示于液晶层216，通过波前像差修正图案来修正由插拔用透镜381的拔除所产生的波前像差，并且在第2状态下也通过使相位图案显示于液晶层216，通过相位图案来修正由插拔用透镜381的插入所产生的波前像差。由插拔用透镜381的拔除所产生的波前像差可以通过预先实施测量试验或模拟等而求得。

符号的说明

1…加工对象物(对象物)、5、5a、5b…切断预定线(照射预定线)、7…改质区域、100、200…激光加工装置(激光照射装置)、216…液晶层(显示部)、310…激光振荡器(激光光源)、350…扩束器(光束直径转换机构)、380、490…透镜插拔机构、381…插拔用透镜(透镜)、410…反射型空间光调制器(空间光调制器)、491…透镜保持器、500…控制部、L…激光。

Claims (10)

1.一种激光照射装置，其特征在于，

是将激光照射于对象物的激光照射装置，

具备：

激光光源，使所述激光产生；

空间光调制器，具有显示相位图案的显示部，并将由所述激光光源所产生的所述激光对应于所述显示部所显示的所述相位图案来进行调制；

光束直径转换机构，配置在所述激光光源与所述空间光调制器之间的所述激光的光路上，放大或缩小所述激光的光束直径；

透镜插拔机构，具有改变所述激光的光束直径的透镜，并能够将所述透镜插入所述激光光源与所述空间光调制器之间的所述激光的光路上，并且能够将所述透镜从该光路上拔除；以及

控制部，至少对显示于所述显示部的所述相位图案进行控制，

所述控制部使修正由所述透镜插拔机构进行所述透镜的插入或拔除所产生的波前像差的所述相位图案显示于所述显示部。

2.如权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，

所述控制部在通过所述透镜插拔机构使所述透镜被插入所述激光的光路上的状态下，使修正由所述透镜的插入所产生的波前像差的所述相位图案显示于所述显示部。

3.如权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，

所述控制部在通过所述透镜插拔机构使所述透镜从所述激光的光路上被拔除的状态下，使修正由所述透镜的拔除所产生的波前像差的所述相位图案显示于所述显示部。

4.如权利要求2所述的激光照射装置，其特征在于，

所述控制部在通过所述透镜插拔机构使所述透镜从所述激光的光路上被拔除的状态下，使修正由所述透镜的拔除所产生的波前像差的所述相位图案显示于所述显示部。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的激光照射装置，其特征在于，

所述透镜插拔机构以在所述透镜从所述激光的光路上离开的第1状态与所述透镜位于该光路上的第2状态之间，切换所述透镜的位置的方式，使所述透镜在与该光路交叉的方向上能够滑动。

6.如权利要求1～4中的任一项所述的激光照射装置，其特征在于，

所述透镜插拔机构以在所述透镜从所述激光的光路上离开的第1状态与所述透镜位于该光路上的第2状态之间，切换所述透镜的位置的方式，使保持所述透镜的透镜保持器能够在沿着该光路的轴周围进行旋转。

7.如权利要求1～4中的任一项所述的激光照射装置，其特征在于，

通过将聚光点对准所述对象物的内部来照射所述激光，从而在所述对象物的内部形成改质区域。

8.如权利要求5所述的激光照射装置，其特征在于，

通过将聚光点对准所述对象物的内部来照射所述激光，从而在所述对象物的内部形成改质区域。

9.如权利要求6所述的激光照射装置，其特征在于，

通过将聚光点对准所述对象物的内部来照射所述激光，从而在所述对象物的内部形成改质区域。

10.一种激光照射方法，其特征在于，

是使用激光照射装置将激光照射于对象物的激光照射方法，

所述激光照射装置具备：

激光光源，使所述激光产生；

空间光调制器，具有显示相位图案的显示部，并使由所述激光光源所产生的所述激光对应于所述显示部所显示的所述相位图案来进行调制；以及

光束直径转换机构，配置在所述激光光源与所述空间光调制器之间的所述激光的光路上，放大或缩小所述激光的光束直径，

所述激光照射方法包含：

插拔步骤，将改变所述激光的光束直径的透镜插入所述激光光源与所述空间光调制器之间的所述激光的光路上、或从该光路上拔除；

显示步骤，使修正由所述透镜的插入或拔除所产生的波前像差的所述相位图案显示于所述显示部；以及

照射步骤，在通过所述显示步骤使所述相位图案显示于所述显示部的状态下，从所述激光光源使所述激光产生并对所述对象物进行照射。

Images