CN110785256A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

激光加工装置具备：支撑部；激光光源；反射型空间光调制器；聚光光学系统；成像光学系统；镜；不经由聚光光学系统且与激光不同轴地对加工对象物照射第1测距用激光，并对其反射光进行受光，由此取得激光入射面的位移数据的第1传感器；及经由聚光光学系统且与激光同轴地对加工对象物照射第2测距用激光，并对其反射光进行受光，由此取得激光入射面的位移数据的第2传感器。从镜到达聚光光学系统的激光的光路设定成沿着第1方向。从反射型空间光调制器经由成像光学系统而到达镜的激光的光路设定成沿着与第1方向垂直的第2方向。第1传感器在与第1方向及第2方向垂直的第3方向上配置于聚光光学系统的一方侧。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明的一个方面涉及激光加工装置。
背景技术
在专利文献1中记载有一种激光加工装置，其具备：保持工件的保持机构；及对保持于保持机构的工件照射激光的激光照射机构。在该激光加工装置中，配置于从激光振荡器到达聚光透镜的激光的光路上的各结构配置于1个框体内。框体固定于立设在激光加工装置的基台的壁部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5456510号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
上述那样的激光加工装置有时具备传感器，该传感器通过对加工对象物照射测距用激光，并对该测距用激光的反射光进行受光，从而取得加工对象物的激光入射面的位移数据。在这样的情况下，期望根据各种要求而能够精度良好地获得位移数据。另外，即使在这样的情况下，抑制装置的大型化也是重要的。
本发明的一个方面的目的在于，提供既可抑制装置的大型化且可根据各种要求而精度良好地获得加工对象物的激光入射面的位移数据的激光加工装置。
解决问题的技术手段
本发明的一个方面所涉及的激光加工装置，其特征在于，具备：支撑加工对象物的支撑部；出射激光的激光光源；将激光调制并反射的反射型空间光调制器；对加工对象物聚光激光的聚光光学系统；构成反射型空间光调制器的反射面与聚光光学系统的入射瞳面处于成像关系的两侧远心光学系统的成像光学系统；将通过了成像光学系统的激光朝向聚光光学系统反射的镜；不经由聚光光学系统且与激光不同轴地对加工对象物照射第1测距用激光，并对该第1测距用激光的反射光进行受光，由此取得加工对象物的激光入射面的位移数据的第1传感器；及经由聚光光学系统且与激光同轴地对加工对象物照射第2测距用激光，并对该第2测距用激光的反射光进行受光，由此取得激光入射面的位移数据的第2传感器，从镜到达聚光光学系统的激光的光路设定成沿着第1方向，从反射型空间光调制器经由成像光学系统而到达镜的激光的光路设定成沿着与第1方向垂直的第2方向，第1传感器在与第1方向及第2方向垂直的第3方向上配置于聚光光学系统的一方侧。
该激光加工装置将不经由聚光光学系统且与激光不同轴地照射第1测距用激光的第1传感器和经由聚光光学系统且与激光同轴地照射第2测距用激光的第2传感器的双方作为取得加工对象物的激光入射面(以下单单称为“激光入射面”)的位移数据的传感器而具备。由于这些第1传感器及第2传感器分别具有不同的优点，因而可通过适宜利用以取得各自的优点，可根据各种的要求而精度良好地取得位移数据。另外，第1传感器相对于配置有从反射型空间光调制器到达聚光光学系统的激光的光路的平面，配置于一方侧。即，相对于配置于从反射型空间光调制器到达聚光光学系统的激光的光路的各结构，可效率良好地配置第1传感器。因此，根据本发明的一个方面所涉及的激光加工装置，既可抑制装置的大型化且可根据各种要求而精度良好地获得加工对象物的激光入射面的位移数据。
也可以是本发明的一个方面所涉及的激光加工装置具备至少支撑反射型空间光调制器、聚光光学系统、成像光学系统、镜及第1传感器的框体；及使框体沿着第1方向移动的移动机构，聚光光学系统及第1传感器安装于第2方向上的框体的一方的端部侧，移动机构安装于第3方向上的框体的一方的侧面。根据该结构，既可抑制装置的大型化且可使反射型空间光调制器、聚光光学系统、成像光学系统、镜及第1传感器作为一体而移动。
也可以是本发明的一个方面所涉及的激光加工装置具备多个第1传感器，多个第1传感器中的一个在第3方向上配置于聚光光学系统的一方侧，多个第1传感器中的另一个在第3方向上配置于聚光光学系统的另一方侧。根据该结构，相对于配置于从反射型空间光调制器到达聚光光学系统的激光的光路上的各结构，可效率良好地配置多个第1传感器。
本发明的一个方面所涉及的激光加工装置具备：出射激光的激光光源；调制激光的空间光调制器；对加工对象物聚光激光的聚光光学系统；不经由聚光光学系统且与激光不同轴地将第1测距用激光照射于加工对象物，并对该第1测距用激光的反射光进行受光，由此取得加工对象物的激光入射面的位移数据的第1传感器；及经由聚光光学系统且与激光同轴地将第2测距用激光照射于加工对象物，并对该第2测距用激光的反射光进行受光，由此取得激光入射面的位移数据的第2传感器。
根据该激光加工装置，由于第1传感器及第2传感器分别具有不同的优点，因而可通过适宜利用以取得各自的优点，可根据各种的要求而精度良好地取得位移数据。
也可以是本发明的一个方面所涉及的激光加工装置具备使聚光光学系统沿着光轴移动的驱动机构、及控制驱动机构的驱动的控制部，控制部基于由第1传感器取得的位移数据及由第2传感器取得的位移数据中的至少任一者，驱动驱动机构，以使得聚光光学系统追随激光入射面。根据该结构，例如，可利用由第1传感器取得的位移数据及由第2传感器取得的位移数据中的至少任一者而使聚光光学系统移动，以使激光入射面与激光的聚光点的距离维持成一定。
发明的效果
根据本发明的一个方面，能够提供既可抑制装置的大型化且可根据各种要求而精度良好地获得加工对象物的激光入射面的位移数据的激光加工装置。
附图说明
图1是用于形成改质区域的激光加工装置的概略结构图。
图2是作为改质区域的形成对象的加工对象物的俯视图。
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俯视图。
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是安装于图7的激光加工装置的支撑台的加工对象物的立体图。
图9是沿着图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XY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的激光聚光部的截面图。
图14是显示图9的激光输出部中的λ/2波长板单元及偏光板单元的光学配置置关系的图。
图15(a)是显示图9的激光输出部的λ/2波长板单元中的偏光方向的图。图15(b)是显示图9的激光输出部的偏光板单元中的偏光方向的图。
图16是显示图11的激光聚光部中的反射型空间光调制器、4f透镜单元及聚光透镜单元的光学配置置关系的图。
图17是显示利用图16的4f透镜单元的移动的共轭点的移动的图。
图18是说明图7的激光加工装置中的同轴测距传感器及不同轴测距传感器的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，对实施方式进行详细的说明。另外，在各图中，对相同或相当部分赋予相同符号，省略重复的说明。
在实施方式所涉及的激光加工装置(下述)中，通过将激光聚光于加工对象物，沿着切断预定线在加工对象物形成改质区域。于是，首先，对改质区域的形成，参照图1～图6进行说明。
如图1所示，激光加工装置100具备使激光L进行脉冲振荡的激光光源101、以将激光L的光轴(光路)的方向改变90°的方式配置的分色镜103、用于聚光激光L的聚光用透镜105。另外，激光加工装置100具备用于支撑被照射通过聚光用透镜105聚光的激光L的加工对象物1的支撑台107、用于使支撑台107移动的平台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。
在激光加工装置100中，从激光光源101出射的激光L由分色镜103而使其光轴的方向改变90°，通过聚光用透镜105在载置于支撑台107上的加工对象物1的内部聚光。与此同时使平台111移动，且使加工对象物1相对于激光L沿着切断预定线5相对移动。由此，在加工对象物1形成沿着切断预定线5的改质区域。另外，在此，为了使激光L相对移动，使平台111移动，但是也可以使聚光用透镜105移动，或也可以使该双方移动。
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，设定有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是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，在将聚光点(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，图2的箭头A方向)相对移动。由此，如图4、图5及图6所示，沿着切断预定线5在加工对象物1形成改质区域7，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。
聚光点P是激光L聚光的部位。切断预定线5并不限定于直线状，可以为曲线状，也可以为组合它们的3维状，也可以为坐标指定的线。切断预定线5并不限定于假想线，也可以为实际绘制在加工对象物1的表面3的线。改质区域7也有连续形成的情况，也有断续形成的情况。改质区域7可以为列状，也可以为点状，只要改质区域7至少形成在加工对象物1的内部即可。另外，有以改质区域7为起点形成龟裂的情况，龟裂及改质区域7也可以露出于加工对象物1的外表面(表面3、背面或外周面)。形成改质区域7的时候的激光入射面并非限定于加工对象物1的表面3，也可以为加工对象物1的背面。
即，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并且在位于加工对象物1的内部的聚光点P附近被特别吸收。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激光L几乎不被吸收，因而加工对象物1的表面3不会熔融。另一方面，在加工对象物1的表面3形成改质区域7的情况下，激光L在位于表面3的聚光点P附近被特别吸收，从表面3熔融且被除去，形成孔或槽等的除去部(表面吸收型激光加工)。
改质区域7是指成为密度、折射率、机械强度或其他物理特性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(是指一旦熔融后再固化的区域、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个)、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而变化的区域、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也可以称为高错位密度区域。
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而变化的区域、及形成有晶格缺陷的区域，进一步有在这些区域的内部或改质区域7和非改质区域的界面内含龟裂(破裂、微裂纹)的情况。内含的龟裂有遍及改质区域7的整个面的情况或仅在一部分或在多个部分形成的情况。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)中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、或蓝宝石基板。结晶材料也可以为各向异性结晶及各向同性结晶中的任一者。再者，加工对象物1可以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，例如也可以包含玻璃基板。
在实施方式中，通过沿着切断预定线5形成多个改质光点(spot)(加工痕)，可以形成改质区域7。在此情况下，通过多个改质光点聚集而成为改质区域7。所谓改质光点，是由脉冲激光的1脉冲的发射(shot)(即，1脉冲的激光照射：激光发射)形成的改质部分。作为改质光点，可以列举裂纹光点、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。关于改质光点，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，可以适当控制其大小或产生的龟裂的长度。再者，在实施方式中，可以沿着切断预定线5，形成改质光点以作为改质区域7。
[实施方式所涉及的激光加工装置]
其次，说明实施方式所涉及的激光加工装置。在以下的说明，将在水平面内相互地正交的方向设为X轴方向及Y轴方向，将铅垂方向设为Z轴方向。
[激光加工装置的全体结构]
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；支撑台(支撑部)230；及第2移动机构(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；及控制部500。
第1移动机构220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；及可动基座223。第1轨道单元221安装于装置框架210。在第1轨道单元221，设有沿着Y轴方向延伸的一对轨道221a、221b。第2轨道单元222安装于第1轨道单元221的一对轨道221a、221b，以使得可沿着Y轴方向移动。在第2轨道单元222，设有沿着X轴方向延伸的一对轨道222a、222b。可动基座223安装于第2轨道单元222的一对轨道222a、222b，以使得可沿着X轴方向移动。可动基座223以与Z轴方向平行的轴线为中心线而可旋转。
支撑台230安装于可动基座223。支撑台230支撑加工对象物1。加工对象物1是例如，在由硅等的半导体材料构成的基板的表面侧，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、或作为电路形成的电路元件等)形成为矩阵状而成的加工对象物。当加工对象物1被支撑台230支撑时，如图8所示，在张设于环状的框架11的薄膜12上，贴附有例如加工对象物1的表面1a(多个功能元件侧的面)。支撑台230通过由夹具保持框架11并且通过真空夹台吸附薄膜12来支撑加工对象物1。在支撑台230上，在加工对象物1，相互平行的多个切断预定线5a及相互平行的多个切断预定线5b以通过相邻的功能元件之间的方式设定成格子状。
如图7所示，支撑台230通过在第1移动机构220使第2轨道单元222动作，沿着Y轴方向进行移动。另外，支撑台230通过在第1移动机构220使可动基座223动作，沿着X轴方向进行移动。再有，支撑台230通过在第1移动机构220使可动基座223动作，以与Z轴方向平行的轴线为中心线进行旋转。这样，支撑台230以沿着X轴方向及Y轴方向可移动且以与Z轴方向平行的轴线为中心线可进行旋转的方式，安装于装置框架210。
激光输出部300安装于装置框架210。激光聚光部400经由第2移动机构240安装于装置框架210。激光聚光部400通过第2移动机构240动作，沿着Z轴方向进行移动。这样，激光聚光部400以相对于激光输出部300可沿着Z轴方向移动的方式，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(随机存取存储器))等构成。控制部500控制激光加工装置200的各部的动作。
作为一例，在激光加工装置200中，如下所述沿着切断预定线5a、5b(参照图8)在加工对象物1的内部形成改质区域。
首先，以加工对象物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支撑于支撑台230，使加工对象物1的各切断预定线5a和与X轴方向平行的方向对齐。接着，通过第2移动机构240移动激光聚光部400，使得在加工对象物1的内部，激光L的聚光点位于自加工对象物1的激光入射面分离规定距离的位置。然后，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且沿着各切断预定线5a使激光L的聚光点相对地移动。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。激光入射面不限于背面1b，也可以是表面1a。
若沿着各切断预定线5a的改质区域的形成结束的话，则通过第1移动机构220使支撑台230旋转，将加工对象物1的各切断预定线5b和与X轴方向平行的方向对齐。接着，通过第2移动机构240移动激光聚光部400，使得在加工对象物1的内部，激光L的聚光点位于自加工对象物1的激光入射面分离规定距离的位置。然后，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且沿着各切断预定线5b使激光L的聚光点相对地移动。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轴方向平行的方向设为加工方向(激光L的扫描方向)。再者，沿着各切断预定线5a的激光L的聚光点的相对移动、及沿着各切断预定线5b的激光L的聚光点的相对移动通过以第1移动机构220使支撑台230沿着X轴方向移动来实施。另外，各切断预定线5a间的激光L的聚光点的相对移动、及各切断预定线5b间的激光L的聚光点的相对移动通过以第1移动机构220使支撑台230沿着Y轴方向移动来实施。
如图9所示，激光输出部300具有安装基座301、罩302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；挡门(shutter)320；λ/2波长板单元(输出调整部、偏光方向调整部)330；偏光板单元(输出调整部、偏光方向调整部)340；扩束器(激光平行化部)350；及镜单元360。
安装基座301支撑多个镜303、304、激光振荡器310、挡门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器350及镜单元360。多个镜303、304、激光振荡器310、挡门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器350及镜单元360安装于安装基座301的主面301a。安装基座301为板状的构件，相对于装置框架210(参照图7)可进行装卸。激光输出部300经由安装基座301安装于装置框架210。即，激光输出部300相对于装置框架210可进行装卸。
罩302在安装基座301的主面301a上，覆盖多个镜303、304、激光振荡器310、挡门320、λ/2波长板单元330、偏光板单元340、扩束器350及镜单元360。罩302相对于安装基座301可进行装卸。
激光振荡器310使直线偏光的激光L沿着X轴方向脉冲振荡。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的任意的波段。500～550nm的波段的激光L适用于对例如由蓝宝石所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适用于对例如由硅所构成的基板的内部吸收型激光加工。由激光振荡器310所出射的激光L的偏光方向为例如与Y轴方向平行的方向。自激光振荡器310所出射的激光L被镜303反射，沿着Y轴方向入射到挡门320。
在激光振荡器310中，如下所述切换激光L的输出的开启/关断(ON/OFF)。在激光振荡器310由固体激光器所构成的情况下，通过切换设在共振器内的Q开关(AOM(声光调制器)、EOM(电气光学调制器)等)的开启/关断，高速地切换激光L的输出的开启/关断。在激光振荡器310由光纤激光器所构成的情况下，通过切换晶种激光、构成放大器(激发用)激光的半导体激光器的输出的开启/关断，高速地切换激光L的输出的开启/关断。在激光振荡器310使用外部调制元件的情况下，通过切换设在共振器外的外部调制元件(AOM、EOM等)的开启/关断，高速地切换激光L的输出的开启/关断。
挡门320通过机械式的机构，将激光L的光路开闭。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，但通过设置挡门320，例如，可防止激光L从激光输出部300不经意出射。通过挡门320的激光L通过镜304反射，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作为调整激光L的输出(光强度)的输出调整部发挥功能。另外，λ/2波长板单元330及偏光板单元340作为调整激光L的偏光方向的偏光方向调整部发挥功能。关于这些构件的详细内容在后面叙述，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的直径并且将激光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具有支撑基座361及多个镜362、363。支撑基座361支撑多个镜362、363。支撑基座361以可沿着X轴方向及Y轴方向进行位置调整的方式安装于安装基座301。镜(第1镜)362将通过扩束器350的激光L朝Y轴方向反射。镜362以其反射面可在例如与Z轴平行的轴线周围进行角度调整的方式安装于支撑基座361。镜(第2镜)363将被镜362所反射的激光L朝Z轴方向反射。镜363以其反射面可在例如与X轴平行的轴线周围进行角度调整、且沿着Y轴方向可进行位置调整的方式安装于支撑基座361。被镜363所反射的激光L通过形成于支撑基座361的开口361a，沿着Z轴方向入射到激光聚光部400(参照图7)。即，利用激光输出部300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，通过实施支撑基座361相对于安装基座301的位置调整，镜363相对于支撑基座361的位置调整，及各镜362、363的反射面的角度调整，可将自激光输出部300所出射的激光L的光轴的位置及角度相对于激光聚光部400进行对齐。即，多个镜362、363是用于调整自激光输出部300出射的激光L的光轴的结构。
如图10所示，激光聚光部400具有框体401。框体401呈以Y轴方向为长度方向的长方体状的形状。在框体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)。在框体401，以与镜单元360的开口361a在Z轴方向上相对的方式，设有圆筒状的光入射部401a。光入射部401a使自激光输出部300所出射的激光L入射到框体401内。镜单元360与光入射部401a相互分离有当通过第2移动机构240使激光聚光部400沿着Z轴方向移动时相互不会接触的距离。
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(空间光调制器)410、4f透镜单元420、聚光透镜单元(聚光光学系统)430、驱动机构440及一对不同轴测距传感器(第1传感器)450。
镜402以与光入射部401a在Z轴方向上相对的方式，安装在框体401的底面401b。镜402将经由光入射部401a入射到框体401内的激光L朝向与XY平面平行的方向反射。在镜402，通过激光输出部300的扩束器350平行化的激光L沿着Z轴方向进行入射。即，在镜402，激光L作为平行光沿着Z轴方向进行入射。因此，即使通过第2移动机构240使激光聚光部400沿着Z轴方向移动，沿着Z轴方向入射到镜402的激光L的状态也维持为一定。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在反射面410a面临框体401内的状态下，安装于Y轴方向上的框体401的端部401c。反射型空间光调制器410是例如反射型液晶(LCOS：LiquidCrystal on Silicon)的空间光変调器(SLM：Spatial Light Modulator)，将激光L进行调制且将激光L朝向Y轴方向反射。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的光轴与自反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴所形成的角度α设为锐角(例如，10～60°)。即，激光L在反射型空间光调制器410沿着XY平面呈锐角反射。这是为了抑制激光L的入射角及反射角而抑制衍射效率的降低，使反射型空间光调制器410的性能充分地发挥。再者，在反射型空间光调制器410中，例如，由于使用了液晶的光调制层的厚度为极薄的数μm～数十μm左右，因而，反射面410a可视为与光调制层的光入射出射面实质上相同。
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(成像光学系统)422、聚光透镜单元430侧的透镜(成像光学系统)423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的相互的位置关系维持成一定。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被调制的激光L的像)转像(成像)于聚光透镜单元430的入射瞳面430a。在狭缝构件424形成有狭缝424a。狭缝424a位于透镜422与透镜423之间、即透镜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中的不要的部分被狭缝构件424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％)朝向Z轴方向反射，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平面呈直角反射。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安装于Y轴方向上的框体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和多个透镜432。保持器431保持多个透镜432。多个透镜432使激光L聚光于支撑于支撑台230的加工对象物1(参照图7)。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。
一对不同轴测距传感器450以在X轴方向上位于聚光透镜单元430的两侧的方式安装于框体401的端部401d。各不同轴测距传感器450对支撑于支撑台230的加工对象物1(参照图7)的激光入射面出射第1测距用激光，检测被该激光入射面所反射的测距用的光，由此取得加工对象物1的激光入射面的位移数据。再者，对于不同轴测距传感器450来说，能够使用三角测距方式、激光共焦点方式、白色共焦点方式、分光干涉方式、散光方式等的传感器。
激光聚光部400具有分束器461、一对透镜462、463及激光L的强度分布监视用照相机464。分束器461将透过了分色镜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的像转像(成像)于照相机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的像为在反射型空间光调制器410被调制的激光L的像。因此，在激光加工装置200中，通过监视由照相机464所获得的摄像结果，能够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及激光L的光轴位置监视用照相机473。分束器471将透过了分束器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，监视通过照相机464及照相机473各自所获得的摄像结果，且在镜单元360中实施支撑基座361相对于安装基座301的位置调整、镜363相对于支撑基座361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)，能够修正入射到聚光透镜单元430的激光L的光轴的偏移(相对于聚光透镜单元430的激光的强度分布的位置偏移及相对于聚光透镜单元430的激光L的光轴的角度偏移)。
多个分束器461、471配置于从框体401的端部401d沿着Y轴方向延伸的筒体404内。一对透镜462、463配置于沿着Z轴方向立设在筒体404上的筒体405内，照相机464配置于筒体405的端部。透镜472配置于沿着Z轴方向立设在筒体404上的筒体406内，照相机473配置于筒体406的端部。筒体405与筒体406在Y轴方向上相互并设。再者，透过了分束器471的激光L可被设在筒体404的端部的阻尼器等吸收，或也可利用在适宜的用途。
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、刻线(reticle)483、镜484、半透半反镜485、分束器486、透镜487、观察照相机488、及同轴测距传感器(第2传感器)460。可见光源481沿着Z轴方向出射可见光V。多个透镜482将自可见光源481出射的可见光V平行化。刻线483对可见光V赋予刻度线。镜484将通过多个透镜482予以平行化的可见光V朝X轴方向反射。半透半反镜485将被镜484所反射的可见光V分成反射成分与透过成分。被半透半反镜485所反射的可见光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，照射至支撑于支撑台230的加工对象物1(参照图7)。
照射至加工对象物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将透过了分色镜403的可见光V分成反射成分与透过成分。另外，分束器486将下述的第2测距用激光L2及其反射光L2R进行反射。透过了分束器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，通过观察由观察照相机488所获得的摄像结果，能够掌握加工对象物1的状态。
镜484、半透半反镜485及分束器486配置于安装在框体401的端部401d上的保持器407内。多个透镜482及刻线483配置于沿着Z轴方向立设在保持器407上的筒体408内，可见光源481配置于筒体408的端部。透镜487配置于沿着Z轴方向立设在保持器407上的筒体409内，观察照相机488配置于筒体409的端部。筒体408与筒体409在X轴方向上相互并设。再者，沿着X轴方向透过了半透半反镜485的可见光V及通过分束器486朝X轴方向反射的可见光V，可分别被设在保持器407的壁部的阻尼器等吸收，或也可利用在适宜的用途。
同轴测距传感器460安装于保持器407的侧面。同轴测距传感器460对支撑于支撑台230的加工对象物1(参照图7)的激光入射面出射第2测距用激光L2，检测被该激光入射面所反射的第2测距用激光L2的反射光L2R，由此取得加工对象物1的激光入射面的位移数据。从同轴测距传感器460所出射的第2测距用激光L2被分束器486反射，透过分色镜403而导光至聚光透镜单元430，在聚光透镜单元430的焦点附近，由激光入射面加以反射。该反射光L2R以与第2测距用激光L2相反的路径，返回至同轴测距传感器460。同轴测距传感器460利用反射光L2R的状态根据激光入射面相对于聚光透镜单元430的位置而改变，取得加工对象物1的位移数据。例如，作为同轴测距传感器460，可利用散光方式等的传感器。
在激光加工装置200中，设想激光输出部300的更换。这是因为根据加工对象物1的规格、加工条件等，适合于加工的激光L的波长不同。因此，准备出射的激光L的波长相互不同的多个激光输出部300。在此，准备出射的激光L的波长包含于500～550nm的波段的激光输出部300、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。这是因为激光聚光部400与多波长对应(与相互不连续的多个波段对应)。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等与多波长相对应。在此，激光聚光部400与500～550nm、1000～1150nm及1300～1400nm的波段相对应。这通过在激光聚光部400的各结构涂布规定的电介质多层膜等设计激光聚光部400的各结构以满足所期望的光学性能来实现。再者，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波长板及偏光板为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作为按每个波段不同的结构，设在激光输出部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，对支撑于支撑台230的加工对象物1聚光的激光L的偏光方向如图11所示，为与X轴方向平行的方向，与加工方向(激光L的扫瞄方向)一致。在此，在反射型空间光调制器410中，激光L作为P偏光被反射。这是因为在将液晶使用于反射型空间光调制器410的光调制层的情况下，当将该液晶进行取向，使得液晶分子在与包含对反射型空间光调制器410入射出射的激光L的光轴的平面平行的面内倾斜时，在抑制了偏振面的旋转的状态下，对激光L实施相位调制(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偏光被反射。这是因为比起将激光L作为P偏光反射，将激光L作为S偏光反射能够使得用于使分色镜403与多波长对应的电介质多层膜的镀层数减少等，使分色镜403的设计变得容易。
因此，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而到达分色镜403的光路设定成沿着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的光路设定成沿着X轴方向或Y轴方向(与主面301a平行的平面)。具体而言，从激光振荡器310到达镜303的光路及从镜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的光路设定成沿着X轴方向，从镜303经由挡门320到达镜304的光路及在镜单元360上从镜362到达镜363的光路设定成沿着Y轴方向。
在此，沿着Z轴方向从激光输出部300朝激光聚光部400行进的激光L如图11所示，通过镜402朝与XY平面平行的方向反射，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的光轴与自反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴形成锐角的角度α。另一方面，如上所述，在激光输出部300中，激光L的光路设定成沿着X轴方向或Y轴方向。
因此，在激光输出部300中，使λ/2波长板单元330及偏光板单元340不仅作为调整激光L的输出的输出调整部发挥功能，也需要作为调整激光L的偏光方向的偏光方向调整部发挥功能。
[λ/2波长板单元及偏光板单元]
如图14所示，λ/2波长板单元330具有保持器(第1保持器)331、和λ/2波长板332。保持器331保持λ/2波长板332，使得λ/2波长板332能以与X轴方向平行的轴线(第1轴线)XL为中心线进行旋转。λ/2波长板332在偏光方向相对于其光学轴(例如，快(fast)轴)倾斜角度θ而激光L入射的情况下，以轴线XL为中心线，使偏光方向旋转角度2θ而使激光L出射(参照图15(a))。
偏光板单元340具有保持器(第2保持器)341、偏光板(偏光构件)342、及光路修正板(光路修正构件)343。保持器341保持偏光板342及光路修正板343，使得偏光板342及光路修正板343能以轴线(第2轴线)XL为中心线而一体地进行旋转。偏光板342的光入射面及光出射面倾斜规定角度(例如，布鲁斯特角)。偏光板342在激光L入射的情况下，使与偏光板342的偏光轴一致的激光L的P偏光成分透过，将激光L的S偏光成分予以反射或吸收(参照图15(b))。光路修正板343的光入射面及光出射面朝与偏光板342的光入射面及光出射面相反侧倾斜。光路修正板343使通过透过偏光板342而从轴线XL上偏离的激光L的光轴回到轴线XL上。
如上所述，在激光聚光部400中，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的光轴与自反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴形成锐角的角度α(参照图11)。另一方面，在激光输出部300中，激光L的光路设定成沿着X轴方向或Y轴方向(参照图9)。
因此，在偏光板单元340中，使偏光板342及光路修正板343以轴线XL为中心线而一体地旋转，如图15(b)所示，偏光板342的偏光轴相对于与Y轴方向平行的方向倾斜有角度α。由此，从偏光板单元340所出射的激光L的偏光方向相对于与Y轴方向平行的方向倾斜角度α。其结果，在反射型空间光调制器410中，激光L作为P偏光而被反射，并且在分色镜403中，激光L作为S偏光而被反射，对支撑于支撑台230的加工对象物1聚光的激光L的偏光方向成为与X轴方向平行的方向。
另外，如图15(b)所示，入射到偏光板单元340的激光L的偏光方向被调整，自偏光板单元340出射的激光L的光强度被调整。入射到偏光板单元340的激光L的偏光方向的调整通过在λ/2波长板单元330中以轴线XL为中心线使λ/2波长板332旋转，并如图15(a)所示，相对于入射到λ/2波长板332的激光L的偏光方向(例如，与Y轴方向平行的方向)的λ/2波长板332的光学轴的角度被调整来实施。
如以上所述，在激光输出部300中，使λ/2波长板单元330及偏光板单元340不仅作为调整激光L的输出的输出调整部(在上述的例子中为输出衰减部)发挥功能，也作为调整激光L的偏光方向的偏光方向调整部发挥功能。
[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16所示，反射型空间光调制器410侧的透镜422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，聚光透镜单元430侧的透镜423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，透镜422与透镜423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，从增大在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的有效直径的观点来看，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，则越以高精细的相位图案，将激光L进行调制。在抑制自反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路变长这样的观点中，也可为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上的像的尺寸)/(在反射型空间光调制器410的反射面410a上的物体的尺寸)。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。
再者，从缩小在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的有效直径的观点来看，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，则扩束器350(参照图9)的倍率越小即可，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的光轴与自反射型空间光调制器410出射的激光L的光轴所形成的角度α(参照图11)变得越小。在抑制自反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路变长这样的观点中，也可为1.05≦M≦1.7。
在4f透镜单元420中，由于两侧远心光学系统的倍率M并非为1，因而，如图17所示，若一对透镜422、423沿着光轴移动的话，则聚光透镜单元430侧的共轭点移动。具体而言，倍率M<1(缩小系统)的情况下，一对透镜422、423沿着光轴朝聚光透镜单元430侧移动的话，则聚光透镜单元430侧的共轭点朝反射型空间光调制器410的相反侧移动。另一方面，在倍率M>1(放大系统)的情况下，一对透镜422、423沿着光轴朝反射型空间光调制器410侧移动的话，则聚光透镜单元430侧的共轭点朝反射型空间光调制器410的相反侧移动。由此，例如，在聚光透镜单元430的安装位置产生偏移的情况下，聚光透镜单元430侧的共轭点被定位于聚光透镜单元430的入射瞳面430a。在4f透镜单元420中，如图11所示，朝Y轴方向延伸的多个长孔421a形成于保持器421的底壁，通过经由各长孔421a的螺栓固定，将保持器421固定于框体401的底面401b。由此，沿着光轴的方向上的一对透镜422、423的位置调整通过沿着Y轴方向调整保持器421相对于框体401的底面401a的固定位置来实施。
[不同轴测距传感器及同轴测距传感器]
如图18所示，不同轴测距传感器450不经由聚光透镜单元430且与激光L不同轴地将第1测距用激光L1照射于加工对象物1，并对该第1测距用激光L1的反射光L1R进行受光，由此取得激光入射面的位移数据。不同轴测距传感器450设有一对(多个)。一对不同轴测距传感器450在X方向上分别配置于聚光透镜单元430的一方侧及另一方侧。同轴测距传感器460经由聚光透镜单元430且与激光L同轴地将第2测距用激光L2照射于加工对象物，并对该第2测距用激光L2的反射光L2R进行受光，由此取得激光入射面的位移数据。将所取得的位移数据发送至控制部500。
位移数据是关于位移的信号，例如是误差信号。作为一例，误差信号基于将变化的光束形状予以分割而进行检测的检测结果，通过下述式子的运算而生成。
误差信号＝[(IA+IC)-(IB+ID)]/[(IA+IB+IC+ID)]
其中，
IA：基于被分成4份的受光面中的第1受光面的光量而输出的信号值、
IB：基于被分成4份的受光面中的第2受光面的光量而输出的信号值、
IC：基于被分成4份的受光面中的第3受光面的光量而输出的信号值、
ID：基于被分成4份的受光面中的第4受光面的光量而输出的信号值。
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，当沿着切断预定线5使激光L的聚光点相对地移动时，通过一对不同轴测距传感器450中相对于聚光透镜单元430相对地先行的不同轴测距传感器450，能够取得沿着切断预定线5的加工对象物1的激光入射面的位移数据。
不同轴测距传感器450具有下述的优点。设计上的限制(波长、偏光等)少。如上所述，由于能够取得相对于聚光透镜单元430相对地先行的激光入射面的位移数据，因而，可预先掌握激光入射面的形状(加工对象物1的形状)。测距点与控制点不同，能够在聚光透镜单元430之前先取得位移数据。即使存在有加工对象物1的边缘或加工对象物1上的急速的位移，在追随动作上产生阻碍(在控制上花费时间或产生振动等)也较少。
另一方面，同轴测距传感器46具有下述的优点。能够消除干扰(振动及热膨胀等)的影响。能够消除位置偏移的影响。由于测距点与控制点相同，因而，即使在支撑台230产生振动或应变等的情况下，通过考虑了该情况的反馈控制，能够将聚光透镜单元430与激光入射面之间的距离保持为一定，能够抑制在控制结果产生的错误。
控制部500一边沿着切断预定线5使激光L扫描一边基于由不同轴测距传感器450取得的位移数据、及由同轴测距传感器460取得的位移数据的至少任一者，驱动驱动机构440，以使聚光透镜单元430追随激光入射面。由此，基于该位移数据，使聚光透镜单元430沿着Z轴方向移动，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成一定。
例如，控制部500一边沿着切断预定线5扫描激光L，一边从同轴测距传感器460取得作为位移数据的误差信号，执行反馈控制，以使所取得的误差信号维持目标值，并通过驱动机构440，使聚光透镜单元430以追随激光入射面的方式朝Z方向动作。
或者，例如控制部500一边沿着切断预定线5扫描激光L，一边从先行的不同轴测距传感器450取得作为位移数据的误差信号，执行先读取控制(前馈控制)，以使所取得的误差信号维持目标值，并通过驱动机构440，使聚光透镜单元430以追随激光入射面的方式朝Z方向动作。
或者，例如，控制部500一边沿着切断预定线5扫描激光L，一边执行反馈控制，以使得基于来自同轴测距传感器460的误差信号和来自不同轴测距传感器450的误差信号的双方的信号维持目标值，并通过驱动机构440，使聚光透镜单元430以追随激光入射面的方式朝Z方向动作。
另外，或者，也可以是控制部500基于由不同轴测距传感器450所取得的位移数据及由同轴测距传感器460所取得的位移数据的至少任一者，执行下述的控制。例如，使用由先行的不同轴测距传感器450所取得的位移数据，一边追随激光入射面，一边使用由同轴测距传感器460所取得的位移数据，确认在聚光透镜单元430的位置上的该追随。另外，也可使用由先行的不同轴测距传感器450所取得的位移数据，一边追随激光入射面，一边使用由同轴测距传感器460所取得的位移数据，检测出第1轨道单元221、第2轨道单元222及可动基座223(参照图7)的至少任一个的隆起。另外，也可通过先行的不同轴测距传感器450取得加工对象物1的边缘的高度位置，并基于所取得的该高度位置，修正当聚光透镜单元430的光轴进入到边缘时(同轴测距传感器460的光轴进入到边缘时)的高度位置。另外，也可使用由先行的不同轴测距传感器450所取得的位移数据，一边追随激光入射面，一边使用由同轴测距传感器460所取得的位移数据，将该追随的误差进行反馈修正(前馈控制+反馈控制)。另外，也可以为了在对特殊晶圆的加工中扩大选择项，从不同轴测距传感器450及同轴测距传感器460之中，基于加工对象物1的种类等，选择最适当的任一种。
[作用及效果]
如上所述，激光加工装置200，作为取得激光入射面的位移数据的传感器，而具备不经由聚光透镜单元430且与激光L不同轴地照射第1测距用激光L1的不同轴测距传感器450、和经由聚光透镜单元430且与激光L同轴地照射第2测距用激光L2的同轴测距传感器460的双方。由于不同轴测距传感器450及同轴测距传感器460分别具有不同的优点，因而，可通过适宜利用以取得各自的优点，可根据各种的要求而精度良好地取得位移数据。能够实现更稳定的高精度的追随动作。再有，一方的不同轴测距传感器450相对于配置有从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路的平面(与YZ平面平行的平面)，配置于一方侧。即，相对于配置于从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路上的各结构，可效率良好地配置一方的不同轴测距传感器450。
因此，根据本发明的激光加工装置200，既可抑制装置的大型化且可根据各种要求而精度良好地获得加工对象物1的激光入射面的位移数据。在激光加工装置200中，能够同时搭载不同轴测距传感器450及同轴测距传感器460，通过同时利用不同轴测距传感器450及同轴测距传感器460，能够实现以单体无法达到的新功能。也可进行将两者的优点组合的控制。
激光加工装置200还具备：框体401，其至少支撑反射型空间光调制器410、聚光透镜单元430、一对透镜422、423、分色镜403及一方的不同轴测距传感器450；及第2移动机构240，其沿着第1方向(Z轴方向)使框体401移动。聚光透镜单元430及一方的不同轴测距传感器450安装于第2方向(Y轴方向)上的框体401的端部401d。第2移动机构240安装于第3方向(X轴方向)上的框体401的一方的侧面401e。由此，既可抑制装置的大型化且可使反射型空间光调制器410、聚光透镜单元430、一对透镜422、423、分色镜403及一方的不同轴测距传感器450作为一体而移动。
激光加工装置200具备多个不同轴测距传感器450，一方的不同轴测距传感器450在X方向上配置于聚光透镜单元430的一方侧，另一方的不同轴测距传感器450在X方向上配置于聚光透镜单元430的另一方侧。根据该结构，相对于配置于从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路的各结构，可效率良好地配置多个不同轴测距传感器450。
激光加工装置200具备：使聚光透镜单元430沿着光轴移动的驱动机构440；及控制驱动机构440的驱动的控制部500。控制部500基于由不同轴测距传感器450所取得的位移数据及由同轴测距传感器460所取得的位移数据中的至少任一者，驱动驱动机构440，以使聚光透镜单元430追随激光入射面。根据该结构，例如，可利用由不同轴测距传感器450及同轴测距传感器460中的至少任一个的位移数据，使聚光透镜单元430移动，以使激光入射面与激光L的聚光点的距离维持成一定。
再者，激光加工装置200可进一步达到以下的作用效果。
在激光加工装置200中，使通过了一对透镜422、423的激光L朝向聚光透镜单元430反射的镜为分色镜403。由此，可将透过分色镜403的激光L的一部分利用于各种用途。
在激光加工装置200中，分色镜403将激光L作为S偏光加以反射。由此，通过沿着第3方向(X轴方向)对加工对象物1扫描激光L，能够使激光L的扫描方向与激光L的偏光方向相互地一致。例如，在沿着切断预定线将改质区域形成于加工对象物1的内部的情况下，通过使激光L的扫描方向与激光L的偏光方向相互地一致，能够效率良好地形成改质区域。
在激光加工装置200中，聚光透镜单元430经由驱动机构440安装于第2方向(Y轴方向)上的框体401的端部401d。由此，例如，可使聚光透镜单元430移动，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成一定。
在激光加工装置200中，反射型空间光调制器410安装于第2方向(Y轴方向)上的框体401的端部401c。由此，相对于框体401可效率良好地配置各结构。
激光加工装置200具备：装置框架210；安装于装置框架210，支撑加工对象物1的支撑台230；安装于装置框架210的激光输出部300；及以相对于激光输出部300可移动的方式，安装于装置框架210的激光聚光部400。激光输出部300具有出射激光L的激光振荡器310。激光聚光部400具有：将激光L调制且反射的反射型空间光调制器410；对加工对象物1聚光激光L的聚光透镜单元430；及构成使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的一对透镜422、423。
在激光加工装置200中，具有反射型空间光调制器410、聚光透镜单元430及一对透径422、423的激光聚光部400可相对于具有激光振荡器310的激光输出部300移动。因此，例如，比起使配置于从激光振荡器310到达聚光透镜单元430的激光L的光路上的各结构全体移动的情况，可使成为移动对象的激光聚光部400轻量化，也可将用于使激光聚光部400移动的第2移动机构240小型化。再有，由于反射型空间光调制器410、聚光透镜单元430及一对透镜422、423一体地移动，维持相互的位置关系，因而，可将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的像精度良好地转像至聚光透镜单元430的入射瞳面430a。因此，根据激光加工装置200，既可抑制装置大型化且可使聚光透镜单元430侧的结构相对于加工对象物1移动。
在激光加工装置200中，来自激光输出部300的激光L的出射方向(Z轴方向)与激光聚光部400的移动方向(Z轴方向)一致。由此，即使激光聚光部400相对于激光输出部300移动，也可抑制入射到激光聚光部400的激光L的位置产生变化。
在激光加工装置200中，激光输出部300还具有将激光L平行化的扩束器350。由此，即使激光聚光部400相对于激光输出部300移动，也可抑制入射到激光聚光部400的激光L的直径产生变化。再者，即使通过扩束器350，未将激光L设为完全的平行光，例如，激光L存在有稍许的扩散角，在反射型空间光调制器410中，也能够将激光L平行化。
在激光加工装置200中，激光聚光部400还具有在内部设定有从反射型空间光调制器410经由一对透镜422、423而到达聚光透镜单元430的激光L的光路的框体401，在框体401，设有使从激光输出部300出射的激光L入射到框体401内的光入射部401a。由此，既可将从反射型空间光调制器410经由一对透镜422、423而到达聚光透镜单元430的激光L的光路的状态维持成一定，且可使激光聚光部400相对于激光输出部300移动。
在激光加工装置200中，激光聚光部400还具有：镜402，其以在激光聚光部400的移动方向(Z轴方向)上与光入射部401a相对的方式配置于框体401内，镜402将从光入射部401a入射到框体401内的激光L朝向反射型空间光调制器410反射。由此，能够将从激光输出部300入射到激光聚光部400的激光L以所期望的角度入射到反射型空间光调制器410。
在激光加工装置200中，支撑台230以可沿着与激光聚光部400的移动方向(Z轴方向)垂直的平面(XY平面)移动的方式，安装于装置框架210。由此，除了相对于加工对象物1，可使激光L的聚光点位于所期望的位置，还可在与垂直于激光聚光部400的移动方向的平面平行的方向上，相对于加工对象物1扫描激光L。
在激光加工装置200中，支撑台230经由第1移动机构220安装于装置框架210，激光聚光部400经由第2移动机构240安装于装置框架210。由此，可可靠地实施支撑台230及激光聚光部400各自的移动。
另外，激光加工装置200具备：装置框架210；安装于装置框架210，支撑加工对象物1的支撑台230；相对于装置框架210可进行装卸的激光输出部300；及安装于装置框架210的激光聚光部400。激光输出部300具有出射激光L的激光振荡器310；和调整激光L的输出的λ/2波长板单元330及偏光板单元340。激光聚光部400具有：将激光L调制且反射的反射型空间光调制器410；对加工对象物1聚光激光L的聚光透镜单元430；及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的一对透镜422、423。
在激光加工装置200中，与具有反射型空间光调制器410、聚光透镜单元430及一对透径422、423的激光聚光部400分开地，具有激光振荡器310以及λ/2波长板单元330和偏光板单元340的激光输出部300可相对于装置框架210进行装卸。因此，在根据加工对象物1的规格、加工条件等，适合于加工的激光L的波长不同的情况下，能够将出射具有所期望的波长的激光L的激光振荡器310、及具有波长依赖性的λ/2波长板单元330以及偏光板单元340总括更换。因此，根据激光加工装置200，能够采用激光L的波长相互地不同的多个激光振荡器310。
在激光加工装置200中，激光输出部300还具有：安装基座301，其支撑激光振荡器310以及λ/2波长板单元330和偏光板单元340，并且相对于装置框架210可进行装卸，激光输出部300经由该安装基座301而安装于装置框架210。由此，相对于装置框架210，容易将激光输出部300进行装卸。
在激光加工装置200中，激光输出部300还具有用于调整从激光输出部300出射的激光L的光轴的镜362、363。由此，例如，当将激光输出部300安装于装置框架210时，能够调整入射到激光聚光部400的激光L的光轴的位置及角度。
在激光加工装置200中，λ/2波长板单元330及偏光板单元340调整激光L的的偏光方向。由此，例如，当将激光输出部300安装于装置框架210时，能够调整入射到激光聚光部400的激光L的偏光方向，进而可调整从激光聚光部400出射的激光L的偏光方向。
在激光加工装置200中，λ/2波长板单元330及偏光板单元340包含λ/2波长板332及偏光板342。由此，可将具有波长依赖性的λ/2波长板332及偏光板342与激光振荡器310一同总括更换。
在激光加工装置200中，激光输出部300还具有调整激光L的直径且将激光L平行化的扩束器350。由此，例如，在使激光聚光部400相对于激光输出部300移动的情况下，也可将入射到激光聚光部400的激光L的状态维持成一定。
在激光加工装置200中，反射型空间光调制器410、聚光透镜单元430及一对透镜422、423对应于500～550nm、1000～1150nm及1300～1400nm的波段。由此，可将出射各波段的激光L的激光输出部300安装于激光加工装置200。再者，500～550nm的波段的激光L适用于相对于例如由蓝宝石所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适用于相对于例如由硅所构成的基板的内部吸收型激光加工。
另外，激光加工装置200具有：支撑加工对象物1的支撑台230；将激光L出射的激光振荡器310；将激光L调制且反射的反射型空间光调制器410；对加工对象物1聚光激光L的聚光透镜单元430；及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的一对透镜422、423。从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路中，至少通过一对透镜422、423(即，从反射型空间光调制器410侧的透镜422到达聚光透镜单元430侧的透镜423)的激光L的光路为一直线。两侧远心光学系统的倍率M满足0.5<M<1或1<M<2。再者，在激光加工装置200中，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。
在激光加工装置200中，两侧远心光学系统的倍率M并非为1。由此，若一对透镜422、423沿着光轴移动的话，则聚光透镜单元430侧的共轭点也移动。具体而言，倍率M<1(缩小系统)的情况下，一对透镜422、423沿着光轴朝聚光透镜单元430侧移动的话，则聚光透镜单元430侧的共轭点朝反射型空间光调制器410的相反侧移动。另外，在倍率M>1(放大系统)的情况下，一对透镜422、423沿着反射型空间光调制器410侧移动的话，则聚光透镜单元430侧的共轭点朝反射型空间光调制器410的相反侧移动。因此，例如，在聚光透镜单元430的安装位置产生偏移的情况下，可使聚光透镜单元430侧的共轭点定位于聚光透镜单元430的入射瞳面430a。而且，由于至少从反射型空间光调制器410侧的透镜422到达聚光透镜单元430侧的透镜423的激光L的光路为一直线，因而，能够容易使一对透镜422、423沿着光轴移动。因此，根据激光加工装置200，能够将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的像容易且精度良好地成像于聚光透镜单元430的入射瞳面430a。
再者，通过设为0.5<M<1，能够增大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，能够以高精细的相位图案，将激光L进行调制。另一方面，通过设为1<M<2，能够缩小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，能够缩小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的光轴所形成的角度α。抑制激光L相对于反射型空间光调制器410的入射角及反射角，在抑制衍射效率的降低且使反射型空间光调制器410的性能充分地发挥上是重要的。
在激光加工装置200中，也可以是倍率M满足0.6≦M≦0.95。由此，既可维持设为上述的0.5<M<1的情况下所达到的效果，且可更可靠地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。
在激光加工装置200中，也可以是倍率M满足1.05≦M≦1.7。由此，既可维持设为上述的1<M<2的情况下所达到的效果，且可更可靠地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。
在激光加工装置200中，一对透镜422、423保持于保持器421，保持器421将沿着激光L的光轴的方向上的一对透镜422、423的相互的位置关系维持成一定，沿着激光L的光轴的方向(Y轴方向)上的一对透镜422、423的位置调整通过保持器421的位置调整来实施。由此，既可将一对透镜422、423的相互位置关系维持成一定且能够容易且可靠地实施一对透镜422、423的位置调整(进而共轭点的位置调整)。
另外，激光加工装置200具有：支撑加工对象物1的支撑台230；将激光L出射的激光振荡器310；将激光L调制且反射的反射型空间光调制器410；对加工对象物1聚光激光L的聚光透镜单元430；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的一对透镜422、423；及将通过了一对透镜422、423的激光L朝向聚光透镜单元430反射的分色镜403。反射型空间光调制器410将激光L沿着规定的平面(包含相对于反射型空间光调制器410入射出射的激光L的光路的平面、与XY平面平行的平面)呈锐角反射。从反射型空间光调制器410经由一对透镜422、423而到达分色镜403的激光L的光路设定成沿着该平面。从分色镜403到达聚光透镜单元430的激光L的光路设定成沿着与该平面交叉的方向(Z轴方向)。
在激光加工装置200中，从反射型空间光调制器410经由一对透镜422、423而到达分色镜403的激光L的光路设定成沿着规定的平面，从分色镜403到达聚光透镜单元430的激光L的光路设定成沿着与该平面交叉的方向。由此，例如，可在反射型空间光调制器410，使激光L作为P偏光进行反射，且可在镜，使激光L作为S偏光进行反射。这在将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的像精度良好地成像于聚光透镜单元430的入射瞳面430a上是重要的。再有，反射型空间光调制器410将激光L呈锐角进行反射。抑制激光L相对于反射型空间光调制器410的入射角及反射角，在抑制衍射效率降低且使反射型空间光调制器410的性能充分地发挥上是重要的。如以上所述，根据激光加工装置200，能够将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的像精度良好地成像于聚光透镜单元430的入射瞳面430a。
在激光加工装置200中，从分色镜403到达聚光透镜单元430的激光L的光路如上所述设定成沿着与上述平面(与XY平面平行的平面)正交的方向，分色镜403将激光L呈直角进行反射。由此，能够将从反射型空间光调制器410到达聚光透镜单元430的激光L的光路处理成直角。
在激光加工装置200中，使通过了一对透镜422、423的激光L朝向聚光透镜单元430反射的镜为分色镜403。由此，可将透过分色镜403的激光L的一部分利用于各种用途。
在激光加工装置200中，反射型空间光调制器410将激光L作为P偏光进行反射，分色镜403将激光L作为S偏光进行反射。由此，能够将在反射型空间光调制器410的反射面410a上的激光L的像精度良好地成像于聚光透镜单元430的入射瞳面430a。
激光加工装置200还具备：配置于从激光振荡器310到达反射型空间光调制器410的激光L的光路上，调整激光L的的偏光方向的λ/2波长板单元330及偏光板单元340。由此，为了使反射型空间光调制器410将激光L呈锐角进行反射而具备且能够调整激光L的偏光方向，因此，能够将从激光振荡器310到达反射型空间光调制器410的激光L的光路处理成直角。
另外，激光输出部300具备：出射激光L的激光振荡器310；调整自激光振荡器310所出射的激光L的输出的λ/2波长板单元330及偏光板单元340；将通过了λ/2波长板单元330及偏光板单元340的激光L出射至外部的镜单元360；及具有配置有激光振荡器310、λ/2波长板单元330及偏光板单元340和镜单元360的主面301a的安装基座301。从激光振荡器310经由λ/2波长板单元330及偏光板单元340而到达镜单元360的激光L的光路设定成沿着与主面301a平行的平面。镜单元360具有用于调整激光L的光轴的镜362、363，沿着与该平面交叉的方向(Z轴方向)将激光L出射至外部。
在激光输出部300中，激光振荡器310、λ/2波长板单元330、偏光板单元340以及镜单元360配置于安装基座301的主面301a。由此，相对于激光加工装置200的装置框架210装卸安装基座301，容易相对于激光加工装置200将激光输出部300进行装卸。另外，从激光振荡器310经由λ/2波长板单元330及偏光板单元340而到达镜单元360的激光L的光路设定成沿着与安装基座301的主面301a平行的平面，镜单元360沿着与该平面交叉的方向将激光L出射至外部。由此，例如，在激光L的出射方向为沿着铅垂方向的情况下，激光输出部300被薄型化，因此，相对于激光加工装置200，容易将激光输出部300进行装卸。再有，镜单元360具有用于调整激光L的光轴的镜362、363。由此，当将激光输出部300安装于激光加工装置200的装置框架210时，能够调整入射到激光聚光部400的激光L的光轴的位置及角度。如以上所述，激光输出部300相对于激光加工装置200容易进行装卸。
在激光输出部300中，镜单元360沿着与平行于主面301a的平面正交的方向，将激光L出射至外部。由此，可使镜单元360中的激光L的光轴的调整容易化。
在激光输出部300中，λ/2波长板单元330及偏光板单元340调整从激光振荡器310所出射的激光L的的偏光方向。由此，当将激光输出部300安装于激光加工装置200的装置框架210时，能够调整入射到激光聚光部400的激光L的偏光方向，进而可调整从激光聚光部400出射的激光L的偏光方向。
在激光输出部300中，λ/2波长板单元330及偏光板单元340具有：从激光振荡器310出射的激光L沿着轴线XL(与主面301a平行的轴线)入射的λ/2波长板332；保持λ/2波长板332，以使得以轴线XL为中心线，λ/2波长板332可进行旋转的保持器331；通过了λ/2波长板332的激光L沿着轴线XL入射的偏光板342；及保持偏光板342，以使得以轴线XL为中心线，偏光板342可进行旋转的保持器341。由此，能够以简单的结构调整自激光振荡器310所出射的激光L的输出及偏光方向。再有，通过激光输出部300具备这样的λ/2波长板单元330及偏光板单元340，能够采用对应于自激光振荡器310所出射的激光L的波长的λ/2波长板332及偏光板342。
激光输出部300还具备：光路修正板343，其保持于保持器341，以使得以轴线XL为中心线，可与偏光板342一体地进行旋转，将通过透过偏光板342而从轴线XL上偏移的激光L的光轴返回到轴线XL上。由此，能够修正因透过偏光板342所引起的激光L的光路偏移。
在激光输出部300中，λ/2波长板332进行旋转的轴线与偏光板342进行旋转的轴线为轴线XL，且相互地一致。即，λ/2波长板332及偏光板342以相同的轴线XL为中心线可进行旋转。由此，能够谋求激光输出部300的简单化及小型化。
在激光输出部300中，镜单元360具有支撑基座361和镜362、363，支撑基座361以可进行位置调整的方式安装于安装基座301，镜362以可进行角度调整的方式安装于支撑基座361，将通过了λ/2波长板单元330及偏光板单元340的激光L沿着与主面301a平行的方向反射，镜363以可进行角度调整的方式安装于支撑基座361，将被镜362所反射的激光L沿着与主面301a交叉的方向反射。由此，当将激光输出部300安装于激光加工装置200的装置框架210时，能够精度良好地调整入射到激光聚光部400的激光L的光轴的位置及角度。而且，通过将支撑基座361对安装基座301进行位置调整，能够将镜362、363一体且容易地进行位置调整。
激光输出部300还具有：扩束器350，其配置于从λ/2波长板单元330及偏光板单元340到达镜单元360的激光L的光路上，调整激光L的直径且将激光L平行化。由此，即使在使激光聚光部400相对于激光输出部300移动的情况下，也可将入射到激光聚光部400的激光L的状态维持成一定。
激光输出部300还具备：配置于从激光振荡器310到达λ/2波长板单元330及偏光板单元340的激光L的光路上，开闭激光L的光路的挡门320。由此，能够通过激光振荡器310中的激光L的输出的开启/关断的切换来实施来自激光输出部300的激光L的输出的开启/关断的切换。再有，通过挡门320，能够防止例如激光L不经意从激光输出部300出射。
[变形例]
以上，说明了实施方式，但本发明的一个方式不限于上述实施方式。
也可在偏光板单元340，设置偏光板342以外的偏光构件。作为一例，也可采用立方体状的偏光构件来取代偏光板342及光路修正板343。立方体状偏光构件是指呈长方体状的形状的构件，且是在该构件中相互相对的侧面被设为光入射面及光出射面并且在它们之间设有具备偏光板的功能的层的构件。
λ/2波长板332进行旋转的轴线与偏光板342进行旋转的轴线也可不相互一致。在上述实施方式中，具备反射型空间光调制器410，但空间光调制器不限于反射型，也可以是透过型空间光调制器。
激光输出部300具有用于调整自激光输出部300出射的激光L的光轴的镜362、363，但只要具有至少1个镜即可，该镜用于调整自激光输出部300出射的激光L的光轴。
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的成像光学系统不限于一对透镜422、423，也可以包含反射型空间光调制器410侧的第1透镜系统(例如，接合透镜、3个以上的透镜等)及聚光透镜单元430侧的第2透镜系统(例如接合透镜、3个以上的透镜等)。
在激光聚光部400中，使通过了一对透镜422、423的激光L朝向聚光透镜单元430反射的镜为分色镜403，但该镜也可以是全反射镜。
聚光透镜单元430及一对不同轴测距传感器450安装于Y轴方向上的框体401的端部401d，但也可相较于Y轴方向上的框体401的中心位置更靠近端部401d侧来安装。反射型空间光调制器410安装于Y轴方向上的框体401的端部401c，但只要是相较于Y轴方向上的框体401的中心位置更靠近端部401c侧来安装即可。另外，不同轴测距传感器450也可在X轴方向上仅配置于聚光透镜单元430的单侧。
激光聚光部400也可固定于装置框架210。在该情况下，支撑台230以不仅沿着X轴方向及Y轴方向可移动，且也可沿着Z轴方向移动的方式，安装于装置框架210。
本发明的一个方式所涉及的激光加工装置不限于将改质区域形成于加工对象物1的内部，也可实施烧蚀等的其他激光加工。
符号的说明
1…加工对象物、200…激光加工装置、230…支撑台(支撑部)、240…第2移动机构(移动机构)、310…激光振荡器(激光光源)、401…框体、401c…端部、401d…端部、401e…侧面、403…分色镜(镜)、410…反射型空间光调制器(空间光调制器)、410a…反射面、421…保持器、422…透镜(成像光学系统)、423…透镜(成像光学系统)、430…聚光透镜单元(聚光光学系统)、440…驱动机构、450…不同轴测距传感器(第1传感器)、460…同轴测距传感器(第2传感器)、500…控制部、L…激光、L1…第1测距用激光、L1R…反射光、L2…第2测距用激光、L2R…反射光。

Claims (5)

1.一种激光加工装置，其特征在于，
具备：
支撑部，其支撑加工对象物；
激光光源，其出射激光；
反射型空间光调制器，其将所述激光调制并反射；
聚光光学系统，其对所述加工对象物聚光所述激光；
成像光学系统，其构成所述反射型空间光调制器的反射面与所述聚光光学系统的入射瞳面处于成像关系的两侧远心光学系统；
镜，其将通过了所述成像光学系统的所述激光朝向所述聚光光学系统反射；
第1传感器，其不经由所述聚光光学系统且与所述激光不同轴地对所述加工对象物照射第1测距用激光，并对该第1测距用激光的反射光进行受光，由此取得所述加工对象物的激光入射面的位移数据；及
第2传感器，其经由所述聚光光学系统且所述与激光同轴地对所述加工对象物照射第2测距用激光，并对该第2测距用激光的反射光进行受光，由此取得所述激光入射面的位移数据，
从所述镜到达所述聚光光学系统的所述激光的光路设定成沿着第1方向，
从所述反射型空间光调制器经由所述成像光学系统而到达所述镜的所述激光的光路设定成沿着与所述第1方向垂直的第2方向，
所述第1传感器在与所述第1方向及所述第2方向垂直的第3方向上，配置于所述聚光光学系统的一方侧。
2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
具备：
框体，其至少支撑所述反射型空间光调制器、所述聚光光学系统、所述成像光学系统、所述镜及所述第1传感器；及
移动机构，其沿着所述第1方向使所述框体移动，
所述聚光光学系统及所述第1传感器安装于所述第2方向上的所述框体的一方的端部侧，
所述移动机构安装于所述第3方向上的所述框体的一方的侧面。
3.如权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
具备多个所述第1传感器，
多个所述第1传感器中的一个在所述第3方向上配置于所述聚光光学系统的一方侧，
多个所述第1传感器中的另一个在所述第3方向上配置于所述聚光光学系统的另一方侧。
4.一种激光加工装置，其特征在于，
具备：
激光光源，其出射激光；
空间光调制器，其调制所述激光；
聚光光学系统，其对加工对象物聚光所述激光；
第1传感器，其不经由所述聚光光学系统且与所述激光不同轴地对所述加工对象物照射第1测距用激光，并对该第1测距用激光的反射光进行受光，由此取得所述加工对象物的激光入射面的位移数据；及
第2传感器，其经由所述聚光光学系统且与所述激光同轴地对所述加工对象物照射第2测距用激光，并对该第2测距用激光的反射光进行受光，由此取得所述激光入射面的位移数据。
5.如权利要求1～4中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
具备：
驱动机构，其使所述聚光光学系统沿着光轴移动；及
控制部，其控制所述驱动机构的驱动，
所述控制部基于由所述第1传感器取得的位移数据及由所述第2传感器取得的位移数据的至少任一者，驱动所述驱动机构，以使得所述聚光光学系统追随所述激光入射面。
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