CN112437709A - 激光加工装置 - Google Patents

激光加工装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112437709A
CN112437709A CN201980045071.4A CN201980045071A CN112437709A CN 112437709 A CN112437709 A CN 112437709A CN 201980045071 A CN201980045071 A CN 201980045071A CN 112437709 A CN112437709 A CN 112437709A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
light
laser light
processing apparatus
camera
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980045071.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112437709B (zh
Inventor
奥间惇治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Publication of CN112437709A publication Critical patent/CN112437709A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112437709B publication Critical patent/CN112437709B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0736—Shaping the laser spot into an oval shape, e.g. elliptic shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/0222—Scoring using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/07—Cutting armoured, multi-layered, coated or laminated, glass products
    • C03B33/076—Laminated glass comprising interlayers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/56—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Dicing (AREA)

Abstract

一种激光加工装置，是用于通过将第一波长的激光从加工对象物的第一表面侧照射于上述加工对象物，从而进行上述加工对象物的激光加工的激光加工装置，具备：激光光源，其输出上述激光；聚光单元，其朝向上述第一表面聚光上述激光并形成聚光点；相机，其对来自上述第一表面的上述激光的反射光进行摄像；空间光调制器，其用于根据调制图案调制上述激光；以及控制部，其通过上述激光光源的控制而将上述激光照射于上述第一表面，并且通过上述相机的控制而对上述反射光进行摄像，从而执行取得相对于上述第一波长的上述第一表面的反射率的取得处理，上述控制部在执行上述取得处理之前，执行将用于降低上述第一表面上的上述激光的功率密度的上述调制图案提示于上述空间光调制器的调制处理。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明的一个方面涉及一种激光加工装置。
背景技术
在专利文献1中记载了激光加工方法。该激光加工方法具备：反射率检测步骤，其检测被加工物的被照射面上的激光光束的反射率；防反射膜形成步骤，其基于检测的反射率，在被加工物的被照射面形成防反射膜而使该被照射面为规定的反射率以下；以及激光加工步骤，其在实施了该防反射膜形成步骤之后，将激光光束照射于被加工物的被照射面并在被加工物的内部形成改质层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5902529号
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，当为了反射率检测而对被加工物照射激光光束时，可能会对被加工物产生损伤。相对于此，在上述的激光加工方法中，虽然不清楚具体由哪种结构来实现，但是反射率检测用的激光光束的输出比形成改质层时的输出小。这样，在上述技术领域中，期望抑制对加工对象物的损伤并且取得反射率。
本发明的一个方面的目的在于，提供一种能够抑制对加工对象物的损伤并且能够取得反射率的激光加工装置。
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，是用于通过将第一波长的激光从加工对象物的第一表面侧照射于加工对象物，从而进行加工对象物的激光加工的激光加工装置，激光加工装置具备：激光光源，其输出激光；聚光单元，其朝向第一表面聚光激光并形成聚光点；相机，其对来自第一表面的激光的反射光进行摄像；空间光调制器，其用于根据调制图案调制激光；以及控制部，其通过激光光源的控制而将激光照射于第一表面，并且通过相机的控制而对反射光进行摄像，从而执行取得相对于第一波长的第一表面的反射率的取得处理，控制部在执行取得处理之前，执行将用于降低第一表面上的激光的功率密度的调制图案提示于空间光调制器的调制处理。
在该激光加工装置中，控制部执行通过激光光源的控制而对加工对象物的第一表面照射激光，并且通过相机的控制而对激光的反射光进行摄像，从而取得相对于激光的第一表面的第一反射率的取得处理。此时，控制部执行将用于使第一表面上的激光的功率密度降低的调制图案提示于空间光调制器的调制处理。这样，在该激光加工装置中，当反射率取得时，使用空间光调制器来降低激光的功率密度。由此，能够抑制对加工对象物的损伤并且取得反射率。
在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，也可以是作为调制处理，控制部将作为用于将聚光点从第一表面偏移的调制图案的偏移图案提示于空间光调制器。此时，也可以是本发明的一个方面所涉及的激光加工装置还具备：支撑台，其支撑加工对象物；移动机构，其用于使支撑台移动；以及聚光透镜，其用于将反射光朝向相机聚光，控制部以在将聚光点从第一表面偏移时来自第一表面的反射光聚光于相机的方式，通过移动机构使支撑台移动。在这种情况下，可以降低第一表面上的激光的功率密度并且抑制相机上的反射光的功率密度的降低。
在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，也可以是作为调制处理，控制部将作为用于使激光的第一表面上的光点形状变化的调制图案的光点变形图案提示于反射型空间光调制器。在这种情况下，可以抑制第一表面上的激光的光点的状态、与相机上的反射光的光点的状态的背离，并且可以降低第一表面上的激光的功率密度。
在本发明的一个方面所涉及的激光加工装置中，也可以是作为取得处理，控制部执行：第一处理，其通过相机的控制而对来自第一表面的反射光进行摄像，从而取得作为来自第一表面的反射光的光量的第一光量；第二处理，其通过激光光源的控制，对具有相对于第一波长的反射率为已知的参照表面的参照物从参照表面侧照射激光，并且通过相机的控制，对来自参照表面的反射光进行摄像，从而取得作为来自参照表面的反射光的光量的参照光量；以及第三处理，其基于相对于第一波长的参照表面的反射率、第一光量、以及参照光量，计算相对于第一波长的第一表面的反射率，作为调制处理，控制部以第一处理中的第一表面上的激光的光点形状与第二处理中的参照表面上的激光的光点形状不同的方式，将调制图案提示于空间光调制器。这样，在取得参照表面上的反射光的光量的情况(第二处理)与取得加工对象物的第一表面上的反射光的光量的情况(第一处理)之间，通过使激光的光点形状不同，可以实现根据各个表面的反射率的适当的光点形状。其结果，可以扩大能够测量的反射率的动态范围。
发明的效果
根据本发明的一个方面，可以提供一种能够抑制对加工对象物的损伤并且能够取得反射率的激光加工装置。
附图说明
图1是改质区域的形成中使用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的对象的加工对象物的俯视图。
图3是沿图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是沿图4的加工对象物的V-V线的截面图。
图6是沿图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是安装在图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和激光聚光部的一部分的立体图。
图11是沿图7的XY平面的激光聚光部的截面图。
图12是沿图11的XII-XII线的激光聚光部的截面图。
图13是沿图12的XIII-XIII线的激光聚光部的截面图。
图14是表示图11的激光聚光部中的反射型空间光调制器、4f透镜单元和聚光透镜单元的光学的配置关系的图。
图15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16是图7所示的激光加工装置的部分示意图。
图17是表示激光和反射光的光点的图。
图18是图7所示的激光加工装置的部分示意图，并且是表示由控制部进行的焦点偏移的样子的图。
图19是表示调制图案与激光和反射光的光点的图。
图20是图7所示的激光加工装置的部分示意图，并且是表示由控制部进行的焦点偏移的样子的图。
图21是表示激光和反射光的光点的图。
图22是表示调制图案和激光的光点的图。
图23是表示激光的光点的图。
图24是用于说明效果的曲线图。
图25是表示各模式下的加工的样子的示意性截面图。
图26是表示激光加工方法的第一工序的流程图。
图27是表示激光加工方法的第二工序的流程图。
图28是表示激光加工方法的第三工序和第四工序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明激光加工方法和激光加工装置的一个实施方式。另外，在附图的说明中，对相同的要素彼此或相当的要素彼此赋予相互相同的符号，有时省略重复的说明。
在实施方式所涉及的激光加工装置中，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：用于支撑被由聚光用透镜105聚光了的激光L照射的对象物、即加工对象物1的支撑台107、用于使支撑台107移动的移动机构、即平台111、为了调整激光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撑台107上的加工对象物1的内部。与此一同，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、第一移动机构(移动机构)220、支撑台230、以及第二移动机构(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、以及控制部500。
第一移动机构220被安装于装置框架210。第一移动机构220具有：第一轨道单元221、第二轨道单元222、以及可动基座223。第一轨道单元221被安装于装置框架210。在第一轨道单元221，设置有沿着Y轴方向延伸的一对轨道221a、221b。第二轨道单元222以可沿着Y轴方向进行移动的方式被安装于第一轨道单元221的一对轨道221a、221b。在第二轨道单元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二轨道单元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。
支撑台230被安装于可动基座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被支撑于支撑台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)。支撑台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，由此支撑加工对象物1。在支撑台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，支撑台230通过在第一移动机构220中第二轨道单元222进行动作，而沿着Y轴方向进行移动。此外，支撑台230通过在第一移动机构220中可动基座223进行动作，而沿着X轴方向进行移动。再有，支撑台230通过在第一移动机构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，支撑台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经由第二移动机构240被安装于装置框架210。激光聚光部400通过第二移动机构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通过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支撑于支撑台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，通过第二移动机构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，则通过第一移动机构220使支撑台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，通过第二移动机构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，通过第一移动机构220使支撑台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，通过第一移动机构220使支撑台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350、以及镜单元360。
安装基座301支撑多个镜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及镜单元360。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及镜单元360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及镜单元360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)的衰减器550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轴方向调整位置的方式被安装于安装基座301。镜(第一镜)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撑基座361。
镜(第二镜)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撑基座361。通过镜363反射的激光L通过形成于支撑基座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的支撑基座361的位置调整、相对于支撑基座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。
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，安装有第二移动机构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以当通过第二移动机构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(聚光单元、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，即使通过第二移动机构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理解。
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相对于支撑台230所支撑的加工对象物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通过相对于支撑台230所支撑的加工对象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、像散方式等的传感器。
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。然后，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及相机473。透镜472将所入射的激光L聚光于相机473的摄像面上。在激光加工装置200中，通过监视相机464及相机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的支撑基座361的位置调整、相对于支撑基座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，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，而照射于支撑台230所支撑的加工对象物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及观察相机488。透镜487将所入射的可见光V聚光于观察相机488的摄像面上。在激光加工装置200中，通过观察观察相机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。
另外，此处，照射至加工对象物1的激光L通过加工对象物1的激光入射面被反射，经由聚光透镜单元430依次透过分色镜403、分束镜486、半透半反镜485，沿着Z轴方向依次入射到透镜487和观察相机488。透镜487将所入射的激光L聚光于观察相机488的摄像面上。因此，在激光加工装置200中，如后面所述，通过观察(例如图像处理)观察相机488所产生的摄像结果，而可取得加工对象物1的激光入射面上的激光L的反射光量。
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，聚光于支撑台230所支撑的加工对象物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的输出的衰减器550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。
[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14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的第一焦点距离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的第二焦点距离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一焦点距离f1与第二焦点距离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，更优选为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的第一焦点距离f1及透镜423的第二焦点距离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，更优选为1.05≤M≤1.7。
[反射型空间光调制器]
如图15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(调制层)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具有表面218a，表面218a如上所述也可理解为实质上构成反射型空间光调制器410的反射面410a，但更具体来说，是入射激光L的入射面。即，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。表面214a将从透明基板218的表面218a入射的激光L向表面218a反射。即，反射型空间光调制器410包含激光L入射的表面218a和将从表面218a入射的激光L向表面218a反射的表面214a。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一驱动电路与第二驱动电路，该第一驱动电路控制排列于X轴方向的各像素列的施加电压，该第二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500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，其波阵面被调整，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)。
进一步换言之，对应于施加于各像素电极214的电压，沿着像素电极214的排列方向，在液晶层216产生折射率分布，将可对激光L赋予相位调制的相位图案显示于液晶层216。即，反射型空间光调制器410配置于表面218a和表面214a之间，且包含显示相位图案并调制激光L的液晶层(调制层)216。
[激光加工装置的一个实施方式]
上述激光加工装置200即使是在相对于激光L的波长(以下称为“第一波长”)，加工对象物1的激光入射面的反射率未知的情况下，也能够进行适当的加工。对于该目的的激光加工装置200的结构，使用示意图进行说明。图16是图7所示的激光加工装置的部分的示意图。如图7、9、12、16所示，激光加工装置200具备上述的支撑台230、第二移动机构(移动机构)240、激光振荡器(激光光源)310、透镜(聚光透镜)487、观察相机(相机)488、反射型空间光调制器(空间光调制器)410、以及控制部500。
支撑台230支撑加工对象物1、以及下述的参照晶圆(参照物)1R。激光振荡器310输出激光L。聚光透镜单元430朝向支撑于支撑台230的加工对象物1的背面(第一表面)1b、或者支撑于支撑台230的参照晶圆1R的参照表面1Rb，聚光激光L并形成聚光点P。反射型空间光调制器410在激光振荡器310与聚光透镜单元430之间配置于激光L的光路上，根据调制图案来调制激光L。
透镜487将激光L的来自背面1b的反射光LL、以及激光L的来自参照表面1Rb的反射光LR朝向观察相机488聚光。观察相机488对激光L的来自背面1b的反射光LL、以及激光L的来自参照表面1Rb的反射光LR进行摄像。第二移动机构240使支撑台230沿Z轴方向(与背面1b以及参照表面1Rb交叉的方向)移动。控制部500进行激光加工装置200的各部的控制、以及运算处理等。控制部500例如进行第二移动机构240、激光振荡器310、反射型空间光调制器410、以及观察相机488的控制。
在激光加工装置200中，从激光振荡器310输出的激光L通过反射型空间光调制器410调制、反射之后，通过分色镜403朝向聚光透镜单元430反射。入射于聚光透镜单元430的激光L通过聚光透镜单元430朝向支撑台230上的加工对象物1的背面1b、或者参照晶圆1R的参照表面1Rb聚光，照射于背面1b或参照表面1Rb。来自背面1b或参照表面1Rb的反射光LL、LR经由聚光透镜单元430以及分色镜403入射于透镜487。入射于透镜487的反射光LL、LR通过透镜487聚光并入射于观察相机488，供于观察相机488中的摄像。
此外，聚光透镜单元430以及透镜487以背面1b和参照表面1Rb、与观察相机488的摄像面成为共轭面的方式调整。因此，在背面1b和参照表面1Rb配置于聚光透镜单元430的焦点位置Pf的情况下，如图17所示，激光L的背面1b和参照表面1Rb上的光点S1与反射光LL、LR的观察相机488上的光点Sc成为彼此相同形状。
控制部500在如上述那样的激光加工装置200中，通过激光振荡器310的控制将激光L照射于背面1b，并且通过观察相机488的控制而对反射光LL进行摄像，从而执行取得相对于第一波长的背面1b的反射率的取得处理。特别地，控制部500在执行取得处理之前，执行将用于降低背面1b上的激光L的功率密度的调制图案提示于反射型空间光调制器410的调制处理。
关于这一点更具体地说明。控制部500在取得处理中，执行第一处理，其通过对来自背面1b的反射光LL进行摄像，从而取得作为来自背面1b的反射光LL的光量的第一光量。另外，控制部500在取得处理中，执行第二处理，其通过激光振荡器310的控制，对具有相对于第一波长的反射率为已知的参照表面1Rb的参照晶圆1R从参照表面1Rb侧照射激光L，并且通过观察相机488的控制，对来自参照表面1Rb的反射光LR进行摄像，从而取得作为反射光LR的光量的参照光量。这些第一处理和第二处理的顺序可以相反。然后，控制部500执行第三处理，其基于相对于第一波长的参照表面1Rb的反射率、第一光量、以及参照光量，计算相对于第一波长的背面1b的反射率。
这样，当控制部500通过取得处理取得加工对象物1的背面1b的反射率时，激光L照射于背面1b。此时，如果背面1b上的激光L的功率密度超过加工对象物1的加工阈值，则在背面1b可能会产生破损。因此，控制部500以在背面1b不产生破损的方式，执行将用于降低背面1b上的激光L的功率密度的调制图案提示于反射型空间光调制器410的调制处理。接下来，对调制处理的具体例进行说明。
作为调制处理的一个例子，控制部500可以执行将激光L的聚光点P从背面1b偏移的焦点偏移。在焦点偏移中，控制部500将作为用于将激光L的聚光点P从背面1b偏移的调制图案的偏移图案SP(参照图19的(a))提示于反射型空间光调制器410。
如图18所示，此处，偏移图案SP是通过将由反射型空间光调制器410调制、反射的激光L收敛，从而经由分色镜403而发散并且入射于聚光透镜单元430那样的透镜图案。由此，聚光点P从聚光透镜单元430的焦点位置Pf沿Z轴方向向与聚光透镜单元430相反侧以偏移量Zf偏移。其结果，如图19的(b)所示，在背面1b上，激光L的光点S1扩大(散焦)，功率密度降低。此处，偏移图案SP是在X轴方向(XZ面内)和Y轴方向(YZ面内)的双方导入相同的偏移量Zf的图案。
在此，控制部500在将偏移图案SP提示于反射型空间光调制器410并将聚光点P从背面1b偏移时，以来自背面1b的反射光LL聚光于观察相机488的方式，通过第二移动机构240使支撑台230移动。更具体地，控制部500如图18所示，通过第二移动机构240使支撑台230沿Z轴方向向与聚光透镜单元430相反侧，相对于聚光点P的移动量Zf，移动Zf/2。由此，如图19的(c)所示，反射光LL聚光于观察相机488上，观察相机488上的光点Sc的形状与焦点偏移处理之前同样地维持。其结果，在背面1b上降低激光的功率密度，并且在观察相机488上抑制反射光的功率密度的降低以确保足够的亮度。
此外，控制部500可以通过提示于反射型空间光调制器410的偏移图案的控制，在X轴方向(XZ面内)和Y轴方向(YZ面内)的各个导入互相不同的偏移量。更具体地，控制部500可以通过偏移图案的控制，例如，在YZ面内，如图18所示导入偏移量Zf，并且在XZ面内，如图20所示导入偏移量Zf的一半的偏移量Zf/2。
由此，如图21所示，背面1b上的激光L的光点S1形成为沿Y轴方向长条状的椭圆形形状，观察相机488上的反射光LL的光点Sc形成为沿X轴方向长条状的椭圆形形状。其结果，能够在背面1b上降低激光L的功率密度，并且能够对应于背面1b上的激光的入射区域受到限制的情况。此外，所谓入射区域受到限制的情况，例如是在背面1b上形成有多个器件，能够入射激光L的区域限制为互相邻接的器件之间的长条状的区域的情况等。
随后，对控制部500所执行的调制处理的其它的例子进行说明。作为调制处理的其它的例子，控制部500可以进行将作为用于使激光L的背面1b上的光点形状变化的调制图案的光点变形图案SD(参照图22的(a))提示于反射型空间光调制器410的光点变形。在图22的(a)的例子中，光点变形图案SD是具有螺旋状的相位分布的图案，并且生成拉盖尔-高斯光束。
在该情况下，激光L的背面1b上的光点S1与图22的(b)所示的通常聚光的情况(高斯光束的情况)相比，如图23的(a)～(c)所示被扩大并且中心的功率密度降低。此外，图23的(a)～(c)所示的光点S1，形成该光点S1的光点变形图案SD的相位分布的螺旋数不同。图23的(a)是螺旋数为1的情况，(b)是螺旋数为2的情况(图22的(a)的情况)，(c)是螺旋数为5的情况。
此外，在图21中光点S1也变形，但是，在该情况下，伴随着聚光点P的偏移(焦点偏移)。此处的光点变形图案SD不伴随焦点偏移。因此，可以在观察相机488上维持反射光LL聚光的状态，而不使支撑台230移动。因此，可以抑制背面1b上的激光L的光点S1的状态、与观察相机488上的反射光LL的光点Sc的状态的背离，并且可以降低背面1b上的激光L的功率密度。然而，控制部500例如可以通过将重叠了偏移图案SP和光点变形图案SD的图案提示于反射型空间光调制器410，从而同时进行焦点偏移和光点变形。
通过进行这样的光点变形，也可以获得其它的效果。图24是用于说明效果的曲线图。图24的(a)表示高斯光束G、由相位分布的螺旋数为2的光点变形图案SD产生的拉盖尔-高斯光束LG2、以及由相位分布的螺旋数为4的光点变形图案SD产生的拉盖尔-高斯光束LG4的散焦值与功率密度的峰值的关系。图24的(b)是表示高斯光束G、拉盖尔-高斯光束LG2以及拉盖尔-高斯光束LG4的散焦值与亮度值总和的关系的图。散焦值是来自聚光透镜的焦点位置的各光束的聚光点的偏移量。另外，亮度值总和是指求出设定于观察相机488的相机中央的亮度范围的圆(孔径)内的亮度值的总和。
如图24的(a)所示，拉盖尔-高斯光束LG2、LG4与高斯光束G相比，峰值的变化相对于散焦值的变化缓和。因此，如图24的(b)所示，拉盖尔-高斯光束LG2、LG4与高斯光束G相比，亮度值总和相对于散焦值的变化稳定。因此，通过使用光点变形图案SD并将激光L作为拉盖尔-高斯光束LG2、LG4，可以防止测量精度的恶化。另外，通过使用光点变形图案SD并将激光L作为拉盖尔-高斯光束LG2、LG4，难以发生相对于散焦值的变化观察相机488中的亮度值不足，难以发生观察相机488的动态范围的不足。
此外，在以上的例子中，光点变形图案SD是用于生成拉盖尔-高斯光束的图案，但是光点变形图案SD不限于此，例如，可以是用于生成高帽光束的图案，也可以是其它的图案。
[激光加工方法的一个实施方式]
随后，通过说明使用了以上的激光加工装置200的激光加工方法，来对激光加工装置200的动作的详细进行说明。首先，对本实施方式所涉及的激光加工方法的概要进行说明。在该激光加工方法中，首先，通过对具有相对于第一波长的反射率为已知的参照表面1Rb的参照晶圆1R从参照表面1Rb侧照射第一波长的激光L，取得参照光量作为激光L的参照表面1Rb上的反射光量(第一工序)。
随后，通过将相同的激光L从作为加工对象物1的激光入射面的背面1b侧照射于加工对象物1，取得第一光量作为激光L的背面1b上的反射光量(第二工序)。此外，第一工序和第二工序的顺序可以相反。随后，在第一工序和所述第二工序之后，基于参照晶圆1R的已知的反射率、参照光量、以及第一光量，计算相对于第一波长的背面1b的反射率(第三工序)。
于是，在第三工序之后，根据在第三工序中计算出的背面1b的反射率，调整加工用的激光L的照射条件，并且进行通过在调整了的照射条件下将加工用的激光L从背面1b侧照射于加工对象物1，从而在加工对象物1的至少内部形成改质区域7的激光加工(第四工序)。
此外，如图25所示，另外，如上所述，在该激光加工方法中，将加工对象物1的背面1b作为激光入射面。另外，作为一个例子，在第四工序中，在加工对象物1的厚度方向(从表面1a朝向背面1b的方向(Z轴方向))上不同的两个位置分别形成改质区域7a、7b。
在图25的(a)的情况下，通过控制提示于反射型空间光调制器410的图像图案(调制图案)，将激光L分支成激光L1、L2，并且将激光L1、L2的各个聚光于加工对象物1的厚度方向的互相不同的位置。即，使激光L1的聚光点P1与激光L2的聚光点P2在Z轴方向上产生于不同的位置。由此，能够通过一次扫描形成两列的改质区域7a、7b。以下，有时将该情况称为双焦点加工模式。此外，在此，聚光点P1和聚光点P2设为关于扫描方向(X轴方向)也互相不同的位置。将Z轴方向上的聚光点P1与聚光点P2之间的距离设为距离Dv，将X轴方向上的聚光点P1与聚光点P2之间的距离设为Dh。
另一方面，在图25的(b)的情况下，通过提示于反射型空间光调制器410的调制图案的控制，改变Z轴方向的位置并进行两次扫描，而不将激光L分支成多个，从而在Z轴方向上互相不同的位置形成两列的改质区域7a、7b。即，通过激光L的一个聚光点P的相对移动，形成多列的改质区域7a、7b。以下，有时将该情况称为单焦点加工模式。如后面所述，能够根据激光L的输出值的上限或加工对象物1的激光入射面(此处为背面1b)的反射率等来选择这两种情况(模式)。
接下来，对各工序的细节进行说明。此外，在以下的各工序中，各部的控制、包含图像处理的各种处理、以及包含数值计算的各运算处理等可以由控制部500进行。图26是表示本实施方式所涉及的激光加工方法的第一工序的流程图。如图26所示，在第一工序中，首先，将参照晶圆1R设置于激光加工装置200(工序S101)。更具体地，在该工序S101中，将参照晶圆1R与图8的加工对象物1相同地使用环状的框架11以及膜12等并通过支撑台230支撑。参照晶圆1R具有相对于第一波长的反射率为已知的参照表面1Rb。第一波长是适合于加工对象物1的加工的波长。另外，参照晶圆1R例如是Si晶圆。
随后，开启观察照明(工序S102)。更具体地，在该工序S102中，通过从可见光源481出射可见光V，由可见光V照明参照表面1Rb。此时，如上所述，通过标线483对可见光V赋予刻度线。
随后，检测标线483(工序S103)。更具体地，例如，从通过观察相机488取得的可见光V的反射光的图像检测根据标线483的刻度线。随后，基于其检测结果，通过调整激光聚光部400的Z轴方向的位置，修正聚光透镜单元430的Z轴方向上的焦点位置(工序S104)。随后，以使激光L的聚光点P关于Z轴方向与参照表面1Rb一致的方式，以工序S104中的焦点位置修正的量，将激光聚光部400沿Z轴方向移动(工序S105)。随后，关断观察照明(工序S106)。更具体地，在该工序S106中，停止来自可见光源481的可见光V的出射。
随后，设定衰减器550(工序S107)。在此，当参照表面1Rb上的激光L的反射光入射于观察相机488时，以使观察相机488的亮度不饱和，且不对参照晶圆1R的参照表面1Rb赋予损伤的方式，通过衰减器550调整激光L的输出。如上所述，在该第一工序中，在将激光L照射于参照晶圆1R之前，通过衰减器550调整测定用的激光L的输出。随后，将加工模式设为单焦点加工模式(工序S108)。在此，使输入于反射型空间光调制器410的图像图案为单焦点用的图案(不产生激光L的分支的图案)。
随后，开启激光输出部300，开始对参照晶圆1R的参照表面1Rb照射激光L(工序S109)。在该状态下，进行孔径、激光振荡模式、以及曝光时间等的条件设定(工序S110)。在孔径的设定中，在观察相机488的相机中央设定求出亮度范围的圆(孔径)。在激光振荡模式的设定中，将激光振荡器310的振荡模式从脉冲变更成CW(连续波)。然而，在脉冲振荡的激光光束的输出值不超过参照晶圆1R的加工阈值的情况下，振荡模式可以是脉冲。另外，在将振荡模式设为CW的情况下，可以使用疑似CW。
如上所述，此处，通过工序S107中的衰减器550中的输出的调整、以及工序S110中的振荡模式的变更等，从与加工用的激光L共同的光源生成测定用的激光L，并且通过与加工用的激光L相同的光轴将测定用的激光L照射于参照晶圆1R。
随后，关断激光输出部300，停止相对于参照表面1Rb的激光L的照射(工序S111)。由此，激光L的反射光成为不入射于观察相机488的状态。随后，如上所述，基于激光L的反射光未输入于观察相机488时的观察相机488的图像，取得背景(工序S112)。
然后，再次开启激光输出部300，开始相对于参照表面1Rb的激光L的照射(工序S113)。由此，激光L的参照表面1Rb上的反射光入射于观察相机488。在该状态下，将激光L的参照表面1Rb上的反射光通过观察相机488进行摄像，取得第一图像(工序S114)。然后，通过第一图像的图像处理，取得激光L的参照表面1Rb上的反射光的亮度值(工序S115)。此时，也可以通过在工序S112中取得的背景进行背景修正。
在此，通过取得第一图像中的孔径(一部分区域)内的亮度值的总和，并且根据曝光时间标准化，从而取得参照光量作为激光L的参照表面1Rb上的反射光量。即，此处，通过参照光量Iref＝(孔径内的亮度值的总和)/(曝光时间)的计算，取得参照光量Iref。作为一个例子，孔径内的亮度值的总和为6.93×103，曝光时间为0.5[ms]的情况下，参照光量Iref为1.39×104[1/ms]。
图27是表示本实施方式所涉及的激光加工方法的第二工序的流程图。如图18所示，在第二工序中，首先，将样品晶圆(加工对象物1)设置于激光加工装置200(工序S201)。更具体地，在该工序S201中，如图8所示，使用环状的框架11以及膜12等并通过支撑台230支撑加工对象物1。加工对象物1例如是在包含切割线的晶圆表面形成有薄膜的Si等的半导体晶圆或玻璃晶圆。
随后，开启观察照明(工序S202)。更具体地，在该工序S202中，与上述的工序S102同样地，通过从可见光源481出射可见光V，由可见光V照明背面1b。随后，与上述的工序S103同样地，检测标线483(工序S203)。随后，基于其检测结果，通过调整激光聚光部400的Z轴方向的位置，修正聚光透镜单元430的Z轴方向上的焦点位置(工序S204)。随后，以使激光L的聚光点P关于Z轴方向与背面1b一致的方式，以工序S204中的焦点位置修正的量，将激光聚光部400沿Z轴方向移动(工序S205)。随后，与工序S106同样地，关断观察照明(工序S206)。
随后，设定衰减器550(工序S207)。在此，在与第一工序所涉及的上述工序S107相同的设定值下，通过衰减器550调整激光L的输出。这样，在该第二工序中，也在将激光L照射于加工对象物1之前，通过衰减器550调整激光L的输出。随后，与上述的工序S108同样地，将加工模式设为单焦点加工模式(工序S208)。
随后，以提示用于使背面1b上的激光L的功率密度降低的调制图案的方式进行反射型空间光调制器410的设定(工序S209)。在该工序S209中，控制部500通过执行上述的调制处理，降低背面1b上的激光L的功率密度。
随后，与上述的工序S109同样地，开启激光输出部300，相对于加工对象物1的背面1b开始激光L的照射(工序S210)。在该状态下，进行孔径、激光振荡模式、以及曝光时间等的条件设定(工序S211)。这些条件设定可以与上述的工序S110同样地进行。如上所述，此处也通过工序S207中的衰减器550的输出的调整、工序S209中的反射型空间光调制器410的设定、以及工序S211中的振荡模式的变更等，从与加工用的激光L共同的光源生成测定用的激光L，并且通过与加工用的激光L相同的光轴将测定用的激光L照射于加工对象物1。
随后，关断激光输出部300，停止相对于背面1b的测定用的激光L的照射(工序S212)。由此，测定用的激光L的反射光成为不入射于观察相机488的状态。随后，如上所述，基于测定用的激光L的反射光未输入于观察相机488时的观察相机488的图像，取得背景(工序S213)。
然后，再次开启激光输出部300，开始相对于背面1b的激光L的照射(工序S214)。由此，激光L的背面1b上的反射光入射于观察相机488。在该状态下，将激光L的背面1b上的反射光通过观察相机488进行摄像，取得第二图像(工序S215)。然后，通过第二图像的图像处理，取得激光L的背面1b上的反射光的亮度值(工序S216)。此时，也可以通过使用在工序S213中取得的背景进行背景修正。
在此，与上述的工序S115同样地，通过取得第二图像中的孔径(对应于第一图像的一部分区域的第二图像的区域)内的亮度值的总和，并且根据曝光时间标准化，从而取得第一光量作为测定用的激光L的背面1b上的反射光量。即，此处，通过第一光量Is＝(孔径内的亮度值的总和)/(曝光时间)的计算，取得第一光量Is。作为一个例子，孔径内的亮度值的总和为9.06×103，曝光时间为5[ms]的情况下，第一光量Is为1.81×103[1/ms]。
图28是表示本实施方式所涉及的激光加工方法的第三工序和第四工序的流程图。如图28所示，在第三工序中，首先，计算作为加工对象物1的激光入射面的背面1b的反射率(工序S301)。更具体地，在此，在第一工序和第二工序之后，基于参照晶圆1R的反射率Rref、参照光量Iref、以及第一光量Is，计算相对于第一波长的背面1b的反射率Rs。即，进行背面1b的反射率Rs＝参照表面1Rb的反射率Rref×(第一光量Is/参照光量Iref)的计算。作为一个例子，在反射率Ref为31.4％，第一光量Is为1.81×103[1/ms]，参照光量Iref为1.39×104[1/ms]的情况下，相对地求得反射率Rs为约4.1％。该相对值与从背面1b的第一波长下的折射率1.5计算出的值4.0％实际上相等。
随后，在第四工序中，如上所述，根据在第三工序中计算出的背面1b的反射率Rs，调整加工用的激光L的照射条件，并且在调整后的照射条件下将加工用的激光L从背面1b侧照射于加工对象物1，从而在加工对象物1的至少内部形成改质区域7。
因此，此处，首先，计算激光L的输出作为激光L的照射条件(工序S302)。更具体地，在双焦点加工模式中，使用在加工参照晶圆1R的情况下的衰减器550的后段的激光L的输出Lref2、和上述反射率Rs和反射率Rref，将在加工加工对象物1的情况下的衰减器550的后段的激光L的输出Ls2以输出Ls2＝Lref2×(1-Rref)/(1-Rs)求出(参照图25的(a))。
随后，进行计算出的输出Ls2是否在衰减器550的设定范围内的判断(工序S303)。工序S303的判断的结果是，当输出Ls2在衰减器550的设定范围内(工序S303：是)，则以输出Ls2能够输出衰减器550的设定值的方式设定(工序S304)。即，通过衰减器550调整加工用的激光L的照射条件。
随后，通过反射型空间光调制器410的设定，使为了双焦点加工模式而将激光L分支成激光L1、L2的图案显示于反射型空间光调制器410(工序S305)。随后，与第一工序中的工序S102和第二工序中的工序S202同样地，开启观察照明(工序S306)。随后，以使激光L1的聚光点P1和激光L2的聚光点P2分别成为期望的加工深度的方式，使激光聚光部400沿Z轴方向移动(工序S307)。然后，开启激光输出部300，进行通过在调整后的照射条件下将激光L1、L2从背面1b侧照射于加工对象物1，从而在加工对象物1的至少内部形成改质区域7a、7b的激光加工(S308)，结束处理。
另一方面，工序S303的判定的结果是，当输出Ls2在衰减器550的设定范围外的情况下(工序S303：否)，即，在双焦点加工模式下，求得的输出Ls2即使将衰减器550设为最大也不能设定的情况下，将加工模式设为单焦点加工模式(参照图25的(b))，实施接下来的工序。
即，首先，与第一工序中的工序S102和第二工序中的工序S202同样地，开启观察照明(工序S309)。随后，以使加工用的激光L的聚光点P能够位于第一列的改质区域7a的加工深度(参照图25的(b))的方式，使激光聚光部400沿Z轴方向移动(工序S310)。随后，以在第一列的改质区域7a的加工深度形成有一个聚光点P的方式，将调制图案输入于反射型空间光调制器410(工序S311)。
随后，确定形成第一列的改质区域7a时的衰减器550的设定值(工序S312)。更具体地，以激光L的衰减器550的后段的输出Ls1使用相对于参照晶圆1R的第一列的改质区域7a的加工深度下的激光L的输出Lreflower、从衰减器550到聚光透镜单元430的能量损失Loss1、和上述的反射率Rs和反射率Rref而成为输出Ls1＝((Lreflower)/(1-Loss1)×((1-Rref)/(1-Rs))(参照图16的(b))的方式，确定衰减器550的设定值。即，在此，使用衰减器550，根据背面1b的反射率Rs，调整输出作为激光L的照射条件。
然后，进行在调整后的照射条件下(输出)将激光L从背面1b侧照射于加工对象物1，从而在加工对象物1的至少内部形成改质区域7a的激光加工(工序S313)。
随后，以使加工用的激光L的聚光点P能够位于第二列的改质区域7b的加工深度(参照图25的(b))的方式，使激光聚光部400沿Z轴方向移动(工序S314)。随后，以在第二列的改质区域7b的加工深度形成有一个聚光点P的方式，将调制图案输入于反射型空间光调制器410(工序S315)。
随后，确定形成第二列的改质区域7b时的衰减器550的设定值(工序S316)。更具体地，以激光L的衰减器550的后段的输出Ls1使用相对于参照晶圆1R的第二列的改质区域7b的加工深度下的激光L的输出Lrefupper、从衰减器550到聚光透镜单元430的能量损失Loss1、和上述的反射率Rs和反射率Rref而成为输出Ls1＝((Lrefupper)/(1-Loss1)×((1-Rref)/(1-Rs))(参照图16的(b))的方式，确定衰减器550的设定值。即，在此，使用衰减器550，根据背面1b的反射率Rs，调整输出作为激光L的照射条件。
然后，进行在调整后的照射条件下(输出)将激光L从背面1b侧照射于加工对象物1，从而在加工对象物1的至少内部形成改质区域7b的激光加工(S313)，结束处理。
[激光加工装置的作用/效果]
在激光加工装置200中，控制部500通过激光振荡器310的控制而将激光L照射于加工对象物1的背面1b，并且通过观察相机488的控制而对激光L的反射光LL进行摄像，从而执行取得相对于激光L的背面1b的反射率的取得处理。此时，控制部500执行将用于降低背面1b上的激光L的功率密度的调制图案提示于反射型空间光调制器410的调制处理。这样，在激光加工装置200中，在取得反射率时，使用反射型空间光调制器410使激光L的功率密度降低。由此，能够抑制对加工对象物1的损伤并且取得反射率。
另外，在激光加工装置200中，作为调制处理，控制部500可以将作为用于使聚光点P从背面1b偏移的调制图案的偏移图案SP提示于反射型空间光调制器410。此时，控制部500在将聚光点P从背面1b偏移时，以来自背面1b的反射光LL聚光于观察相机488的方式，通过第二移动机构240使支撑台230移动。在该情况下，可以降低背面1b上的激光L的功率密度，并且可以抑制观察相机488上的反射光LL的功率密度的降低。
另外，在激光加工装置200中，作为调制处理，控制部500可以将作为用于使激光L的背面1b上的光点形状变化的调制图案的光点变形图案SD提示于反射型空间光调制器410。在该情况下，可以抑制背面1b上的激光L的光点S1的状态、与观察相机488上的反射光LL的光点Sc的状态的背离，并且可以降低背面1b上的激光L的功率密度。
以上的实施方式是说明本发明的一个方面所涉及的激光加工装置的一个实施方式的方式。因此，本发明的一个方面所涉及的激光加工装置不限于上述的激光加工装置200，可以任意地变更。
例如，控制部500可以在取得参照表面1Rb上的反射光LR的光量的情况(第二处理)与取得加工对象物1的背面1b上的反射光LL的光量的情况(第一处理)之间，以使激光L的光点形状不同的方式，将调制图案提示于反射型空间光调制器410。由此，可以实现对应于各个表面的反射率的适当的光点形状。其结果，可以扩大能够测量的反射率的动态范围。
更具体地，首先，相机(例如观察相机488)的适当的曝光时间，作为一个例子，限制为0.1ms～10ms。这是因为，如果曝光时间过短，则会担心电子快门速度的精度的问题，如果曝光时间过长，则噪声可能成为问题。在通常聚光的情况下(在高斯光束的情况下)，能够测量的反射率的动态范围与相机的动态范围成比例，为10ms/0.1ms＝1×102。另一方面，如果对参照晶圆1R使用通常聚光，对反射率相对高的加工对象物1使用功率密度的峰值成为1/10的拉盖尔-高斯光束LG2，则能够测量的反射率的动态范围为10ms/(0.1ms/10)＝1×103而扩大。
此外，也考虑以下的方法作为相机的动态范围对策。即，在上述实施方式中，控制部500使用参照光量Iref和第一光量Is，进行反射率Rref×(第一光量Is/参照光量Iref)的计算，计算出反射率Rs。此外，参照光量Iref是(孔径内的亮度值的总和SVr)/(曝光时间Tr)，第一光量Is是(孔径内的亮度值的总和SVs)/(曝光时间Ts)。
相对于此，将取得参照光量Iref时的激光L的功率设为测量功率Pr，将取得第一光量Is时的激光L的功率设为测量功率Ps时，可以通过反射率Rref×(测量功率Pr/测量功率Ps)×(第一光量Is/参照光量Iref)的计算，计算出反射率Rs。由此，能够扩大由相机的动态范围限制的能够测量的反射率的动态范围。
此外，在以上的实施方式中，例示了作为Si晶圆的参照晶圆1R来作为参照物，但是，参照物不限于Si，也不限于为晶圆状。另外，利用了观察相机488作为相机，但也可以使用其它的相机。再有，例示了双焦点加工模式，但不限于双焦点，能够应用于任意的多焦点加工模式。
产业上的利用可能性
提供了一种能够抑制对加工对象物的损伤并且能够取得反射率的激光加工装置。
符号的说明
1……加工对象物；1b……背面(第一表面)；1R……参照晶圆(参照物)；1Rb……参照表面；100、200……激光加工装置；230……支撑台；240……第二移动机构(移动机构)；310……激光振荡器(激光光源)；410……反射型空间光调制器(空间光调制器)；430……聚光透镜单元；488……观察相机(相机)；500……控制部；L……激光；P……聚光点。

Claims (5)

1.一种激光加工装置，其特征在于，
是用于通过将第一波长的激光从加工对象物的第一表面侧照射于所述加工对象物，从而进行所述加工对象物的激光加工的激光加工装置，
所述激光加工装置具备：
激光光源，其输出所述激光；
聚光单元，其朝向所述第一表面聚光所述激光并形成聚光点；
相机，其对来自所述第一表面的所述激光的反射光进行摄像；
空间光调制器，其用于根据调制图案调制所述激光；以及
控制部，其通过所述激光光源的控制而将所述激光照射于所述第一表面，并且通过所述相机的控制而对所述反射光进行摄像，从而执行取得相对于所述第一波长的所述第一表面的反射率的取得处理，
所述控制部在执行所述取得处理之前，执行将用于降低所述第一表面上的所述激光的功率密度的所述调制图案提示于所述空间光调制器的调制处理。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
作为所述调制处理，所述控制部将作为用于将所述聚光点从所述第一表面偏移的所述调制图案的偏移图案提示于所述空间光调制器。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
还具备：
支撑台，其支撑所述加工对象物；
移动机构，其用于使所述支撑台移动；以及
聚光透镜，其用于将所述反射光朝向所述相机聚光，
所述控制部以在将所述聚光点从所述第一表面偏移时来自所述第一表面的反射光聚光于所述相机的方式，通过所述移动机构使所述支撑台移动。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
作为所述调制处理，所述控制部将作为用于使所述激光的所述第一表面上的光点形状变化的所述调制图案的光点变形图案提示于所述反射型空间光调制器。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
作为取得处理，所述控制部执行：
第一处理，其通过所述相机的控制而对来自所述第一表面的反射光进行摄像，从而取得作为来自所述第一表面的反射光的光量的第一光量；
第二处理，其通过所述激光光源的控制，对具有相对于所述第一波长的反射率为已知的参照表面的参照物从所述参照表面侧照射所述激光，并且通过所述相机的控制，对来自所述参照表面的反射光进行摄像，从而取得作为来自所述参照表面的反射光的光量的参照光量；以及
第三处理，其基于相对于所述第一波长的所述参照表面的反射率、所述第一光量、以及所述参照光量，计算相对于所述第一波长的所述第一表面的反射率，
作为所述调制处理，所述控制部以所述第一处理中的所述第一表面上的所述激光的光点形状与所述第二处理中的所述参照表面上的所述激光的光点形状不同的方式，将所述调制图案提示于所述空间光调制器。
CN201980045071.4A 2018-07-05 2019-07-01 激光加工装置 Active CN112437709B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018128476A JP7105639B2 (ja) 2018-07-05 2018-07-05 レーザ加工装置
JP2018-128476 2018-07-05
PCT/JP2019/026166 WO2020009072A1 (ja) 2018-07-05 2019-07-01 レーザ加工装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112437709A true CN112437709A (zh) 2021-03-02
CN112437709B CN112437709B (zh) 2022-10-18

Family

ID=69060366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980045071.4A Active CN112437709B (zh) 2018-07-05 2019-07-01 激光加工装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11872655B2 (zh)
EP (1) EP3819065B1 (zh)
JP (1) JP7105639B2 (zh)
KR (1) KR20210027349A (zh)
CN (1) CN112437709B (zh)
WO (1) WO2020009072A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114012249A (zh) * 2021-10-19 2022-02-08 江苏大学 一种纵向多焦点激光隐形切割脆性材料的装置及加工方法
WO2024037180A1 (zh) * 2022-08-18 2024-02-22 西北大学 一种基于矢量图结构和光场调制的激光刻印系统与方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7460377B2 (ja) * 2020-01-28 2024-04-02 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
US12064830B2 (en) * 2020-03-12 2024-08-20 Rohr, Inc. Substrate perforation system and method using beamlets
JP7467208B2 (ja) * 2020-04-06 2024-04-15 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
JP7488684B2 (ja) * 2020-04-08 2024-05-22 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP6934083B1 (ja) * 2020-04-08 2021-09-08 浜松ホトニクス株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
CN115026412A (zh) * 2021-02-25 2022-09-09 深圳市大族半导体装备科技有限公司 一种用于脆性产品的激光加工装置及方法
JPWO2023074588A1 (zh) * 2021-10-29 2023-05-04
CN114406450B (zh) * 2022-01-25 2023-11-07 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种激光加工中高均匀紧聚焦长光针的调控装置与方法
JP2024113353A (ja) * 2023-02-09 2024-08-22 トヨタ自動車株式会社 溶接方法、溶接システム、及び補正方法

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11271823A (ja) * 1998-03-19 1999-10-08 Mitsubishi Electric Corp 波長変換器
CN101233449A (zh) * 2005-07-28 2008-07-30 松下电器产业株式会社 波长转换元件、激光光源装置、2维图像显示装置及激光加工装置
CN101288024A (zh) * 2005-10-12 2008-10-15 松下电器产业株式会社 波长变换模块、激光源装置、二维图像显示装置、背光光源、液晶显示装置以及激光加工装置
JP2009082966A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Olympus Corp 調整装置、レーザ加工装置、調整方法、および調整プログラム
CN101522362A (zh) * 2006-10-04 2009-09-02 浜松光子学株式会社 激光加工方法
CN101673666A (zh) * 2008-09-12 2010-03-17 奥林巴斯株式会社 激光修复装置及激光修复方法
TW201105444A (en) * 2009-08-03 2011-02-16 Hamamatsu Photonics Kk Laser machining method
CN102699526A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 苏州德龙激光有限公司 利用激光切割加工对象物的方法和装置
CN102741011A (zh) * 2010-01-27 2012-10-17 浜松光子学株式会社 激光加工系统
CN103706950A (zh) * 2007-08-03 2014-04-09 浜松光子学株式会社 激光加工方法、激光加工装置及其制造方法
CN104852269A (zh) * 2015-05-26 2015-08-19 山西大学 一种精确调制脉冲激光相位的装置及方法
CN105392591A (zh) * 2013-05-24 2016-03-09 法国圣戈班玻璃厂 用于获得提供有涂层的基材的方法
TH150887A (th) * 2012-05-31 2016-03-24 นายดำเนิน การเด่น เครื่องการประมวลผลสารสนเทศซึ่งเสนอโอกาสการขจัดสถานะชะงักค้าง วิธีการควบคุมเครื่องนี้ และตัวกลางจัดเก็บ
JP2016123980A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 パナソニック デバイスＳｕｎｘ株式会社 レーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラム
JP2017159333A (ja) * 2016-03-10 2017-09-14 浜松ホトニクス株式会社 レーザ光照射装置及びレーザ光照射方法
CN107283049A (zh) * 2016-04-08 2017-10-24 发那科株式会社 激光加工装置和激光加工方法
TW201738026A (zh) * 2016-01-28 2017-11-01 Hamamatsu Photonics Kk 雷射光照射裝置
CN207071747U (zh) * 2016-04-01 2018-03-06 浜松光子学株式会社 激光加工装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS592529B2 (ja) 1979-07-02 1984-01-19 日本建鐵株式会社 「ろ」過機および「ろ」過方法
US5932119A (en) * 1996-01-05 1999-08-03 Lazare Kaplan International, Inc. Laser marking system
FR2745214B1 (fr) * 1996-02-23 1998-03-27 Thomson Csf Systeme optique pour le traitement des materiaux
JP3878758B2 (ja) 1998-12-04 2007-02-07 浜松ホトニクス株式会社 空間光変調装置
US6639177B2 (en) 2001-03-29 2003-10-28 Gsi Lumonics Corporation Method and system for processing one or more microstructures of a multi-material device
US7528342B2 (en) 2005-02-03 2009-05-05 Laserfacturing, Inc. Method and apparatus for via drilling and selective material removal using an ultrafast pulse laser
JP2007206550A (ja) * 2006-02-03 2007-08-16 Toshiba Corp 液晶パネルの欠陥画素修正装置
WO2008105312A1 (ja) * 2007-02-26 2008-09-04 Hamamatsu Photonics K.K. 光源装置、観察装置および加工装置
JP5276275B2 (ja) 2007-03-26 2013-08-28 キヤノントッキ株式会社 有機デバイス加工方法
JP5858651B2 (ja) 2011-06-08 2016-02-10 キヤノン株式会社 情報処理装置、その制御方法、および制御プログラム
JP5670862B2 (ja) * 2011-11-02 2015-02-18 トーカロ株式会社 溶射皮膜における緻密化層の形成方法
JP5902529B2 (ja) 2012-03-28 2016-04-13 株式会社ディスコ レーザ加工方法
JP6425368B2 (ja) * 2012-04-27 2018-11-21 株式会社ディスコ レーザー加工装置及びレーザー加工方法
KR20150114328A (ko) * 2014-04-01 2015-10-12 한국기계연구원 레이저 빔 변형기 및 이를 구비한 레이저 미세 가공장비
JP2017081804A (ja) * 2015-10-30 2017-05-18 日本電気硝子株式会社 管ガラスの切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法
JP6468295B2 (ja) 2016-01-27 2019-02-13 株式会社デンソー 部材の製造方法、及び、部材の製造装置
KR20180022141A (ko) * 2016-08-23 2018-03-06 (주)다스디자인 레이저빔의 형상조절이 가능한 레이저시스템
KR102697771B1 (ko) 2017-11-07 2024-08-23 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 레이저 가공 방법, 및 레이저 가공 장치
WO2019198513A1 (ja) 2018-04-09 2019-10-17 東京エレクトロン株式会社 レーザー加工装置、レーザー加工システム、およびレーザー加工方法

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11271823A (ja) * 1998-03-19 1999-10-08 Mitsubishi Electric Corp 波長変換器
CN101233449A (zh) * 2005-07-28 2008-07-30 松下电器产业株式会社 波长转换元件、激光光源装置、2维图像显示装置及激光加工装置
CN101288024A (zh) * 2005-10-12 2008-10-15 松下电器产业株式会社 波长变换模块、激光源装置、二维图像显示装置、背光光源、液晶显示装置以及激光加工装置
CN101522362A (zh) * 2006-10-04 2009-09-02 浜松光子学株式会社 激光加工方法
CN103706950A (zh) * 2007-08-03 2014-04-09 浜松光子学株式会社 激光加工方法、激光加工装置及其制造方法
JP2009082966A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Olympus Corp 調整装置、レーザ加工装置、調整方法、および調整プログラム
CN101673666A (zh) * 2008-09-12 2010-03-17 奥林巴斯株式会社 激光修复装置及激光修复方法
TW201105444A (en) * 2009-08-03 2011-02-16 Hamamatsu Photonics Kk Laser machining method
CN102741011A (zh) * 2010-01-27 2012-10-17 浜松光子学株式会社 激光加工系统
TH150887A (th) * 2012-05-31 2016-03-24 นายดำเนิน การเด่น เครื่องการประมวลผลสารสนเทศซึ่งเสนอโอกาสการขจัดสถานะชะงักค้าง วิธีการควบคุมเครื่องนี้ และตัวกลางจัดเก็บ
CN102699526A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 苏州德龙激光有限公司 利用激光切割加工对象物的方法和装置
CN105392591A (zh) * 2013-05-24 2016-03-09 法国圣戈班玻璃厂 用于获得提供有涂层的基材的方法
JP2016123980A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 パナソニック デバイスＳｕｎｘ株式会社 レーザ加工装置、レーザ加工装置の設定装置、および、レーザ加工装置の設定プログラム
CN104852269A (zh) * 2015-05-26 2015-08-19 山西大学 一种精确调制脉冲激光相位的装置及方法
TW201738026A (zh) * 2016-01-28 2017-11-01 Hamamatsu Photonics Kk 雷射光照射裝置
JP2017159333A (ja) * 2016-03-10 2017-09-14 浜松ホトニクス株式会社 レーザ光照射装置及びレーザ光照射方法
CN207071747U (zh) * 2016-04-01 2018-03-06 浜松光子学株式会社 激光加工装置
CN107283049A (zh) * 2016-04-08 2017-10-24 发那科株式会社 激光加工装置和激光加工方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114012249A (zh) * 2021-10-19 2022-02-08 江苏大学 一种纵向多焦点激光隐形切割脆性材料的装置及加工方法
WO2024037180A1 (zh) * 2022-08-18 2024-02-22 西北大学 一种基于矢量图结构和光场调制的激光刻印系统与方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3819065A1 (en) 2021-05-12
US20210268607A1 (en) 2021-09-02
US11872655B2 (en) 2024-01-16
WO2020009072A1 (ja) 2020-01-09
EP3819065B1 (en) 2024-08-28
KR20210027349A (ko) 2021-03-10
JP7105639B2 (ja) 2022-07-25
CN112437709B (zh) 2022-10-18
EP3819065A4 (en) 2022-05-11
JP2020006393A (ja) 2020-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112437709B (zh) 激光加工装置
KR102359284B1 (ko) 레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법
KR102410583B1 (ko) 레이저광 조사 장치 및 레이저광 조사 방법
CN108602156B (zh) 激光照射装置
KR102382862B1 (ko) 레이저광 조사 장치
KR102359881B1 (ko) 레이저 가공 장치
CN108698163B (zh) 激光照射装置及激光照射方法
KR102697771B1 (ko) 레이저 가공 방법, 및 레이저 가공 장치
CN109843497B (zh) 激光加工装置及动作确认方法
KR20230139769A (ko) 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant