CN114799485A - 激光加工装置和激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供激光加工装置和激光加工方法。激光加工装置通过对对象物照射激光而在对象物的内部形成改质区域。激光加工装置包括：支撑部；激光光源；与显示于显示部的调制图案对应地调制激光的空间光调制器；将由空间光调制器调制后的激光聚光至对象物的聚光部；经由透镜接收由空间光调制器调制后的激光的摄像部；和执行对由空间光调制器调制后的激光的准直状态进行监视的监视模式的监视模式执行部，在监视模式中，使空间光调制器的显示部显示与准直状态对应地使摄像部的摄像结果规则地变化的监视用图案，并且输出关于由该空间光调制器调制后的激光的与摄像部的摄像结果相关的信息。

Description

激光加工装置和激光加工方法

技术领域

本发明涉及激光加工装置和激光加工方法。

背景技术

已知有通过对对象物照射激光而在对象物的内部形成改质区域的激光加工装置(例如，参照日本特开2011-051011号公报)。这样的激光加工装置包括支撑对象物的支撑部、出射激光的激光光源、对由激光光源出射的激光进行调制的空间光调制器和将由空间光调制器调制后的激光聚光于被支撑部支撑的对象物的聚光部。

发明内容

在上述那样的激光加工装置中，例如为了在对象物的内部高精度地形成改质区域，优化由空间光调制器调制后的激光的准直状态是重要的。关于这一点，在上述那样的激光加工装置中，例如如果不尝试使配置在激光的光路上的透镜等光学部件沿光路移动，则难以判断该准直状态是否最佳。

因此，本发明的目的在于，提供能够容易地判断激光的准直状态是否最优化的激光加工装置和激光加工方法。

本发明的一个方面的激光加工装置，是通过对对象物照射激光而在对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，包括：支撑对象物的支撑部；出射激光的激光光源；具有由激光光源出射的激光入射的显示部，与显示于显示部的调制图案对应地调制激光的空间光调制器；将由空间光调制器调制后的激光聚光至被支撑部支撑的对象物的聚光部；经由透镜接收由空间光调制器调制后的激光的摄像部；和执行对由空间光调制器调制后的激光的准直状态进行监视的监视模式的监视模式执行部，在监视模式中，使空间光调制器的显示部显示与准直状态对应地使摄像部的摄像结果规则地变化的调制图案即监视用图案，并且输出关于由该空间光调制器调制后的激光的与摄像部的摄像结果相关的信息。

在该激光加工装置中，当执行监视模式时，在空间光调制器的显示部显示监视用图案来调制激光，该激光经由透镜在摄像部被接收，输出关于摄像部的摄像结果的信息。摄像部的摄像结果根据监视用图案与激光的准直状态(以下，也简称为“准直状态”)对应地规则地变化，因此能够通过基于所输出的关于该摄像结果的信息，而不使配置在激光的光路上的透镜等移动地掌握准直状态是怎样的状态。即，能够容易地判断激光的准直状态是否最优化。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视用图案也可以是与准直状态对应地由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率变化的调制图案。在这种情况下，能够通过基于由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率，掌握准直状态是怎样的状态。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视用图案也可以是在准直状态由平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下，由摄像部摄像的激光的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下，由摄像部摄像的激光的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状的调制图案。在这种情况下，能够通过基于由摄像部摄像的激光的光束形状是椭圆形状还是正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状，掌握准直状态是怎样的状态。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视用图案也可以是对激光赋予像散的调制图案即像散图案。由此能够具体地实现：在准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下，由摄像部摄像的激光的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下，由摄像部摄像的激光的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视用图案也可以是以实现柱面透镜的作用的方式生成的调制图案即柱面透镜图案。由此能够具体地实现：在准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下，由摄像部摄像的激光的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下，由摄像部摄像的激光的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，也可以在监视模式中，作为与摄像部的摄像结果相关的信息的输出，输出与由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率相关的信息。在这种情况下，能够从所输出的关于椭圆率的信息掌握准直状态是怎样的状态。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，与椭圆率相关的信息也可以包含与激光的光轴正交的第1方向上的光束形状的宽度和与激光的光轴和第1方向正交的第2方向上的光束形状的宽度。在这种情况下，能够从第1方向和第2方向上的光束形状的宽度掌握准直状态是怎样的状态。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，也可以是监视用图案是以越是准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移，椭圆率越是远离1的方式变化的调制图案，在监视模式中，判定由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率是否在规定范围内，在判定为椭圆率在规定范围外的情况下，作为与摄像部的摄像结果相关的信息的输出，输出唤起注意的通知。由此，例如在发生了准直状态向发散侧或收敛侧偏移一定量以上那样的装置异常的情况下，能够提醒用户注意。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视用图案也可以是与准直状态对应地关于由摄像部摄像的激光的强度的规定方向上的线轮廓的峰数变化的调制图案。在这种情况下，能够通过基于关于由摄像部摄像的激光的强度的规定方向上的线轮廓的峰数(以下，还称为“线轮廓峰数”)，掌握准直状态是怎样的状态。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视用图案也可以是使激光分支为聚光点的位置在规定方向和激光的光轴方向上相互分离的至少2个分支激光的调制图案即散焦图案。由此，能够具体地实现线轮廓峰数与准直状态对应地变化。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，监视模式执行部也可以具有受理来自用户的输入的输入受理部，并在由用户经由输入受理部进行使监视模式开始的输入的情况下开始监视模式。由此，能够在用户期望的时机执行监视模式。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，也可以是监视模式执行部具有显示与摄像部的摄像结果相关的信息的信息显示部，在监视模式中，作为与摄像部的摄像结果相关的信息的输出，在信息显示部显示与由摄像部摄像的激光的光束形状相关的图像。由此，能够从在信息显示部显示的关于光束形状的图像来掌握准直状态是怎样的状态。

本发明的一个方面的激光加工装置也可以包括配置在激光的光路上的激光光源与空间光调制器之间，调整准直状态的准直状态调整部，在监视模式中，通知用于根据摄像部的摄像结果以准直状态成为平行的状态的方式调整准直状态调整部的指南。由此，能够容易地将准直状态调整为平行的状态。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，摄像部也可以经由透镜接收从激光的光路上的空间光调制器与聚光部之间分支的激光的一部分。在这种情况下，能够将从空间光调制器与聚光部之间分支的激光的一部分在监视模式中加以利用。

在本发明的一个方面的激光加工装置中，摄像部也可以经由聚光部和透镜接收被对象物反射后的激光。在这种情况下，能够将被对象物反射的激光在监视模式中加以利用。

本发明的一侧面的激光加工装置，是通过对对象物照射激光而在对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，包括：支撑对象物的支撑部；出射激光的激光光源；具有由激光光源出射的激光入射的显示部，与显示于显示部的监视用图案对应地调制激光的空间光调制器；将由空间光调制器调制后的激光聚光至被支撑部支撑的对象物的聚光部；经由透镜接收由空间光调制器调制后的激光的摄像部；和显示与摄像部的摄像结果相关的信息的信息显示部，监视用图案是在激光的准直状态由平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下由摄像部摄像的激光的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下由摄像部摄像的激光的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状的调制图案，信息显示部显示与由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率相关的信息。

在该激光加工装置中，当执行监视模式时，在空间光调制器的显示部显示监视用图案来调制激光，该激光经由透镜在摄像部被接收，与由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率相关的信息显示于信息显示部。由摄像部摄像的激光的光束形状的椭圆率根据监视用图案与准直状态对应地规则地变化，因此能够通过基于所显示的关于该椭圆率的信息，而不使配置在激光的光路上的透镜等移动地掌握准直状态是怎样的状态。即，能够容易地判断激光的准直状态是否最优化。

本发明的一个方面的激光加工方法，是通过对对象物照射激光而在对象物的内部形成改质区域的激光加工方法，包括监视由空间光调制器调制后的激光的准直状态的监视步骤，监视步骤包括：第1步骤，在空间光调制器的显示部显示根据准直状态使经由透镜接收由空间光调制器调制后的激光的摄像部的摄像结果规则地变化的调制图案即监视用图案；第2步骤，从激光光源出射激光，使所出射的激光向空间光调制器的显示部入射，与显示于显示部的监视用图案对应地调制激光，并且经由透镜通过摄像部接收调制后的激光；和第3步骤，输出关于调制后的激光的与摄像部的摄像结果相关的信息。

在该激光加工方法中，在监视步骤中，在空间光调制器的显示部显示监视用图案来调制激光，该激光经由透镜在摄像部被接收，输出关于摄像部的摄像结果的信息。摄像部的摄像结果根据监视用图案与准直状态对应地规则地变化，因此能够通过基于所输出的关于该摄像结果的信息，而不使配置在激光的光路上的透镜等移动地掌握准直状态是怎样的状态。即，能够容易地判断激光的准直状态是否最优化。

附图说明

图1是表示实施方式的激光加工装置的结构图。

图2是表示图1的扩束器的结构图。

图3是表示像散图案的例子的图。

图4是表示图1的GUI的显示画面的例子的图。

图5是表示实施方式的激光加工方法的流程图。

图6是说明准直状态与摄像结果信息的关系的图。

图7是表示变形例的激光加工装置的结构图。

图8是表示变形例的激光加工方法的流程图。

图9是说明准直状态与摄像结果信息的关系的图。

图10是说明通过散焦图案分支的分支激光的聚光点的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对实施方式进行详细的说明。其中，在各图中对相同或相当部分标注相同符号，省略重复的说明。

如图1所示，激光加工装置1包括支撑部2、激光光源3、扩束器4、空间光调制器5、聚光部6、轮廓获取用相机7、光点(spot)观察用相机8、观察相机9和控制部10。激光加工装置1是通过对对象物11照射激光L而在对象物11形成改质区域12的装置。在以下的说明中，将相互正交的3个方向分别称为X方向、Y方向和Z方向。在本实施方式中，X方向是第1水平方向，Y方向是与第1水平方向垂直的第2水平方向，Z方向是铅垂方向。

对象物11是呈圆板状形成的晶片。对象物11通过在半导体基板上层叠功能元件层而构成。半导体基板例如是硅基板。功能元件层包括在半导体基板上呈矩阵状排列的多个功能元件。各功能元件例如是光电二极管等受光元件、激光二极管等发光元件、存储器等电路元件等。在对象物11设定有线15。线15是预定改质区域12的形成的线。例如线15也可以包含以从对象物11的厚度方向看时通过多个功能元件的各个之间的方式呈格子状延伸的格子线。各线15是通过激光加工装置1在对象物11设定的假想的线。另外，各线15也可以是在对象物11实际划出的线。

支撑部2例如通过吸附贴附于对象物11的薄膜(省略图示)而以作为对象物11的激光入射面的表面11a与Z方向正交的方式支撑对象物11。支撑部2能够沿着X方向和Y方向的各方向移动。支撑部2能够以沿着Z方向的转动轴为中心转动。激光光源3例如通过脉冲振荡方式出射激光L。激光L相对于对象物11具有透过性。由激光光源3出射的激光L向扩束器4入射。

扩束器4调整激光L的直径且对激光L进行准直(平行化)。如图2所示，扩束器4具有沿着激光L的光轴配置的多个透镜41～43。扩束器4以多个透镜41～43的至少任一者能够沿着激光L的光轴移动的方式构成。在图示的例子中，透镜41能够沿着激光L的光轴移动。扩束器4通过使透镜41沿着光轴方向移动，调整激光L的准直状态。扩束器4构成准直状态调整部。通过扩束器4后的激光L经由镜M1、M2向空间光调制器5入射。激光L的准直状态包含激光L扩散的状态、激光收敛的状态和激光L不扩散和收敛的平行的状态。准直状态为平行的状态的激光L还称为准直光。

返回图1，空间光调制器5配置在激光加工头H内。空间光调制器5对从激光光源3出射的激光L进行调制。空间光调制器5是反射型液晶(LCOS：Liquid Crystalon Silicon)的空间光调制器(SLM：Spatial Light Modulator)。空间光调制器5具有作为激光L入射的液晶层的显示部51，与显示于显示部51的调制图案对应地调制激光L。空间光调制器5反射并调制激光L。

空间光调制器5能够按显示部51的每个像素使激光L的相位变化。即，能够对激光L赋予与显示于显示部51的调制图案对应的相位调制。换言之，使空间光调制器5的显示部51显示作为赋予调制的全息图案的调制图案。入射于调制图案而透过的激光L其波面被调整，在构成激光L的各光线中在与行进方向正交的方向的成分的相位产生偏移。因此，能够通过适当设定显示于空间光调制器5的调制图案，调制激光L(例如调制激光L的强度、振幅、相位、偏振光等)。

空间光调制器5通过控制部10控制显示部51的显示。如后面所述，空间光调制器5通过在监视模式(监视步骤)中使监视用图案作为调制图案显示于显示部51，与激光L的准直状态对应地使点观察用相机8的摄像结果规则地变化。

聚光部6使由空间光调制器5调制后的激光L聚光于被支撑部2支撑的对象物11。在本实施方式中，由空间光调制器5反射后的激光L通过分色镜M3沿Z方向向下方反射，向聚光部6入射。聚光部6将像这样入射的激光L聚光至对象物11。聚光部6通过在激光加工头H的底壁安装包含多个物镜的透镜单元而构成。

轮廓获取用相机7接收透过分色镜M3且在分色镜M4反射后的激光L。换言之，轮廓获取用相机7接收从激光L的光路上的空间光调制器5与聚光部6之间分支的激光的一部分。在轮廓获取用相机7中，在其摄像面转结(成像)聚光部6的入射瞳面上的激光L的像。聚光部6的入射瞳面上的激光L的像是由空间光调制器5调制后的激光L的像。因此，能够通过监视轮廓获取用相机7的摄像结果，掌握空间光调制器5的动作状态。

轮廓获取用相机7配置在激光加工头H内。轮廓获取用相机7与控制部10连接。轮廓获取用相机7将所摄像的图像向控制部10输出。作为轮廓获取用相机7，没有特别限定，例如能够使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体))图像传感器。

光点观察用相机8经由透镜81接收透过分色镜M4且在镜M5反射后的激光L。换言之，光点观察用相机8使从激光L的光路上的空间光调制器5与聚光部6之间分支的激光L的一部分通过透镜81聚光并接收。即，光点观察用相机8能够对由空间光调制器5调制后的激光L的聚光像进行摄像。聚光像是由透镜81聚光的激光L的像(光点像)。光点观察用相机8能够对由空间光调制器5调制后的激光L的聚光点进行摄像。

透镜81将所入射的激光L聚光于光点观察用相机8的摄像面上。激光L的光轴方向上透镜81与光点观察用相机8的摄像面之间的距离被预先调整为透镜81的焦点距离f。光点观察用相机8例如基于透镜81的设计值(f值)，固定在当作为准直光的激光L入射于透镜81时该激光L的聚光点最收缩的位置。

光点观察用相机8配置在激光加工头H内。光点观察用相机8与控制部10连接。光点观察用相机8将所摄像的图像向控制部10输出。作为光点观察用相机8，没有特别限定，例如能够使用CMOS图像传感器。

观察相机9对由从可见光源91出射的可见光V形成的对象物11的像进行摄像。具体而言，从可见光源91出射的可见光V在分色镜M6被反射，透过分色镜M3后，经由聚光部6向对象物11照射。该可见光V在作为对象物11的激光入射面的表面11a被反射，透过聚光部6和分色镜M3、M6，经由透镜92被观察相机9接收。在可见光V的光路上，设置有对可见光V赋予刻度线的标线(未图示)。

观察相机9配置在激光加工头H内。观察相机9与控制部10连接。观察相机9将所摄像的可视图像向控制部10输出。作为观察相机9，没有特别限定，例如能够使用CMOS图像传感器。

控制部10控制激光加工装置1的各部的动作。控制部10作为包含处理器、存储器、储存器和通信设备等的计算机装置构成。在控制部10中，处理器执行被读入存储器等的软件(程序)，控制存储器和储存器中的数据的读出和写入、以及通信设备的通信。在控制部10存储各种数据。控制部10具有GUI(Graphical User Interface(图形用户界面))20。

GUI20是界面部。GUI20例如包含触摸面板、键盘、鼠标、麦克风、扬声器、平板型终端和监视器等的至少任一者。GUI20例如能够通过触摸输入、键盘输入、鼠标操作和声音输入等的至少任一者，受理来自用户的各种数据的输入。GUI20能够在其显示画面上显示各种信息。GUI20在显示画面显示与光点观察用相机8的摄像结果相关的信息。GUI20构成输入受理部和信息显示部。

在本实施方式中，控制部10执行对由空间光调制器5调制后的激光L的准直状态(以下，也简称为“准直状态”)进行监视的监视模式。控制部10在由用户经由GUI20进行使监视模式开始的输入的情况下，开始监视模式。控制部10构成监视模式执行部。

在监视模式中，在空间光调制器5的显示部51显示监视用图案。监视用图案是根据准直状态使光点观察用相机8的摄像结果规则地变化的调制图案。监视用图案具有由光点观察用相机8摄像的图像上的强度分布根据准直状态变化，能够实现反映了准直状态的数值化的相位分布。

监视用图案是根据准直状态，由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状(聚光像的形状)的椭圆率变化的调制图案。监视用图案是在准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为正圆形状的调制图案。椭圆形状不仅包含完全的椭圆的形状，而且包含扁平圆形状、跑道形状、长圆形状，总之，包含具有长边方向(长轴方向)的长条的形状。正圆形状不仅包含完全的正圆的形状，还包含大致正圆的形状。

此处，作为监视用图案，使显示部51显示图3所示的像散图案HS。像散图案HS是对激光L赋予像散的调制图案。像散图案HS是以越是准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移，由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状的椭圆率越是远离1的方式变化的调制图案。另外，监视用图案例如也可以基于激光L的波长等预先导出而存储在控制部10。监视用图案也可以包含用于对激光加工装置1中产生的个体差异进行校正的个体差异校正图案等校正图案。

在监视模式中，输出关于由空间光调制器5调制后的激光L的与光点观察用相机8的摄像结果相关的摄像结果信息。在监视模式中，作为摄像结果信息的输出，在GUI20显示与由光点观察用相机8摄像的激光L的聚光点处的光束形状的椭圆率相关的信息。与椭圆率相关的信息包含椭圆率、第一轴方向的光点宽度和第二轴方向的光点宽度。

第一轴方向的光点宽度是关于由光点观察用相机8摄像的激光L的聚光点处的光束形状的、与激光L的光轴正交的第一轴方向(第1方向)的宽度。第二轴方向的光点宽度是关于由光点观察用相机8摄像的激光L的聚光点处的光束形状的、与激光L的光轴和第一轴方向正交的第二轴方向(第2方向)的宽度。由光点观察用相机8摄像的激光L的聚光点处的光束形状的椭圆率(以下，也简称为“椭圆率”)是第一轴方向的光点宽度除以第二轴方向的光点宽度而得到的值。与椭圆率相关的信息没有特别限定，只要是关于椭圆率，也可以包含其它信息。

在监视模式中，作为摄像结果信息的输出，在GUI20显示与由光点观察用相机8摄像的激光L的聚光点处的光束形状相关的图像(以下，也称为“聚光像图像”)。聚光像图像包含激光L的聚光像的形状。聚光像图像也可以包含激光L的聚光像处的强度分布。

在监视模式中，判定椭圆率是否在规定范围内。规定范围预先确定并存储在控制部10。例如，规定范围为1.0±0.3的范围。在监视模式中，作为摄像结果信息的输出，在GUI20显示椭圆率是否在规定范围内的判定结果。在监视模式中，判定为椭圆率在规定范围外的情况下，从GUI20输出警报，并且在GUI20显示警告以通知提醒注意。

通知并无限定。

在监视模式中，在GUI20显示用于根据光点观察用相机8的摄像结果，以准直状态成为平行的状态(最优的状态)的方式调整扩束器4的调整指南并进行通知。通知的调整指南例如包含扩束器4的透镜41的移动方向(激光L的光路上的上流侧方向或下流侧方向)及其移动量。与透镜41的移动方向和移动量相关的信息也可以与激光L的聚光点处的光束形状的椭圆率相关联地预先存储在控制部10。

图4是表示GUI20的显示画面的例子的图。如图4所示，在GUI20的显示画面，显示使监视模式开始的执行按钮R1。通过触摸执行按钮R1来开始监视模式的执行。在GUI20的显示画面，作为摄像结果信息显示包含聚光像16的聚光像图像R2、第一轴方向的光点宽度R3、第二轴方向的光点宽度R4、椭圆率R5和椭圆率是否在规定范围内的判定结果R6。此外，在GUI20的显示画面显示使准直状态成为平行的状态的调整指南R7。另外，聚光像图像R2的左右方向对应于第一轴方向，聚光像图像R2的上下方向对应于第二轴方向。在椭圆率在规定范围外的情况下，在判定结果R6显示警告。

上述那样的激光加工装置1实施通过对对象物11照射激光L而在对象物11的内部形成改质区域12的激光加工方法。作为一例，说明沿着用于切断对象物11的线15在对象物11的内部形成改质区域12的情况下的激光加工装置1的动作。

首先，激光加工装置1以在对象物11设定的线15成为与X方向平行的方式使支撑部2转动。激光加工装置1基于由观察相机9摄像的可视图像(例如，对象物11的激光入射面的像)，以激光L的聚光点位于激光入射面上的方式，沿Z方向使激光加工头H(即，聚光部6)移动(高度设置)。激光加工装置1以其位置为基准，以激光L的聚光点位于自激光入射面起规定深度的方式，沿Z方向使激光加工头H移动。

接着，激光加工装置1以从激光光源3出射激光L并且激光L的聚光点沿着线15相对地移动的方式，沿X方向使支撑部2移动。由此，沿着线15且自对象物11的激光入射面起一定深度地形成改质区域12。当通过脉冲振荡方式从激光光源3出射激光L时，以沿X方向排列的方式形成多个改质光点12s。1个改质光点12s通过1个脉冲的激光L的照射而形成。改质区域12是多个改质光点12s的集合。相邻的改质光点12s根据激光L的脉冲间距(相对于对象物11的聚光点的相对的移动速度除以激光L的重复频率而得到的值)，存在彼此相连的情况，以及彼此分开的情况。

接着，参照图4的GUI20的显示画面和图5的流程图，说明实施方式的激光加工方法。

例如在激光加工装置1中，在监视由空间光调制器5调制后的激光L的准直状态是否最优化的情况下，触摸GUI20的显示画面上的执行按钮R1，执行下一监视模式(监视步骤)。

即，作为监视用图案，使像散图案HS(参照图3)显示于空间光调制器5的显示部51(步骤S1)。然后，照射激光L(步骤S2)。在上述步骤S2中，从激光光源3出射激光L，使激光L向空间光调制器5的显示部51入射，根据显示于显示部51的像散图案HS调制激光L。利用聚光部6将调制后的激光L聚光于对象物11。

接着，经由透镜81通过光点观察用相机8接收调制后的激光L，并摄像激光L的聚光点(步骤S3)。接着，通过控制部10，基于由光点观察用相机8摄像的摄像结果，获取激光L的聚光点处的光束形状的第一轴方向的光点宽度和第二轴方向的光点宽度，获取该光束形状的椭圆率(步骤S4)。上述步骤S4中的椭圆率的获取，例如能够使用公知的图像解析方法从由光点观察用相机8摄像的聚光像图像R2实施。

接着，通过控制部10，判定所获取的椭圆率是否在规定范围内(步骤S5)。在上述步骤S5中为是的情况下，作为准直状态为平行的状态且被最优化，通过控制部10，判定准直状态为合格，并且在GUI20的显示画面显示光点观察用相机8的摄像结果(步骤S6)。在上述步骤S6中，在GUI20显示聚光像图像R2、第一轴方向的光点宽度R3、第二轴方向的光点宽度R4、椭圆率R5和合格的判定结果R6。另外，在上述步骤S6中，在GUI20不显示调整指南R7。上述步骤S6之后，结束监视模式。

另一方面，在步骤S5中为否的情况下，作为椭圆率在规定范围外并且准直状态为从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的状态且未被最优化，通过控制部10，判定准直状态为不合格，并且在GUI20的显示画面显示光点观察用相机8的摄像结果和警告(步骤S7)。在上述步骤S7中，在GUI20显示聚光像图像R2、第一轴方向的光点宽度R3、第二轴方向的光点宽度R4、椭圆率R5和包含警告的不合格的判定结果R6。此外，在上述步骤S7中，在GUI20显示用于令准直状态成为平行的状态的调整指南R7。上述步骤S7之后，结束监视模式。

在上述步骤S7之后，用户例如按照GUI20的调整指南R7使扩束器4的透镜41移动，来实施准直状态的再调整(步骤S8)。然后，再次触摸GUI20的显示画面上的执行按钮R1，再次执行上述的监视模式。另外，上述步骤S1构成第1步骤。上述步骤S2、S3构成第2步骤。上述步骤S4～S7构成第3步骤。

以上，在激光加工装置1中，当执行监视模式时，在空间光调制器5的显示部51显示监视用图案并调制激光L，由光点观察用相机8经由透镜81接收该激光L，并且输出光点观察用相机8的摄像结果信息。光点观察用相机8的摄像结果根据监视用图案与准直状态对应地规则地变化，因此能够通过基于该摄像结果信息，而不使配置在激光L的光路上的透镜41等移动地掌握准直状态是怎样的状态。即，能够容易地判断激光L的准直状态是否最优化。此外，能够通过绝对数值管理进行监视。每次进行准直状态的判断时，原理上，并不依赖于聚光像图像R2的亮度值。

在激光加工装置1中，监视用图案是由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状的椭圆率根据准直状态而变化的调制图案。在这种情况下，能够通过基于由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状的椭圆率，掌握准直状态是怎样的状态。

在激光加工装置1中，监视用图案是在准直状态由平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为正圆形状的调制图案。在这种情况下，能够通过基于由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状是椭圆形状还是正圆形状，掌握准直状态是怎样的状态。

在激光加工装置1中，监视用图案是对激光L赋予像散的调制图案即像散图案。由此能够具体地实现：在准直状态从平行的状态偏移至发散侧或收敛侧的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为正圆形状。

在激光加工装置1中，在监视模式中，作为与光点观察用相机8的摄像结果相关的信息的输出，输出与椭圆率相关的信息。在这种情况下，能够从所输出的关于椭圆率的信息掌握准直状态是怎样的状态。

在激光加工装置1中，关于椭圆率的信息包含第一轴方向的光点宽度和第二轴方向的光点宽度。在这种情况下，能够由第一轴方向和第二轴方向上的光点宽度，掌握准直状态是怎样的状态。

在激光加工装置1中，监视用图案是以越是准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移，椭圆率越是远离1的方式变化的调制图案。在监视模式中，判定椭圆率是否在规定范围内，在判定为椭圆率在规定范围外的情况下，作为与光点观察用相机8的摄像结果相关的信息的输出，输出唤起注意的通知。由此，例如在发生了准直状态向发散侧或收敛侧偏移一定量以上那样的装置异常的情况下，能够提醒用户注意。另外，当椭圆率1为目标值时，存在容易规格化的优点。

在激光加工装置1中，能够通过GUI20受理来自用户的输入，在由用户经由GUI20进行使监视模式开始的输入的情况下开始监视模式。由此，能够在用户期望的时机执行监视模式。

在激光加工装置1中，能够在GUI20显示与光点观察用相机8的摄像结果相关的信息。在监视模式中，作为与光点观察用相机8的摄像结果相关的信息的输出，在GUI20显示与由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状相关的图像即聚光像图像R2。由此，能够从在GUI20显示的激光像图像R2来掌握准直状态是怎样的状态。

激光加工装置1包括配置在激光L的光路上的激光光源3与空间光调制器5之间的扩束器4。在监视模式中，在GUI20显示用于根据光点观察用相机8的摄像结果以准直状态成为平行的状态的方式调整扩束器4的指南即调整指南R7并进行通知。由此，能够容易地将准直状态调整为平行的状态。

在激光加工装置1中，光点观察用相机8经由透镜81接收从激光L的光路上的空间光调制器5与聚光部6之间分支的激光L的一部分。在这种情况下，能够将从空间光调制器5与聚光部6之间分支的激光L的一部分在监视模式中加以利用。

在激光加工方法中，在监视步骤中，在空间光调制器5的显示部51显示监视用图案来调制激光L，该激光L经由透镜81在光点观察用相机8被接收，输出光点观察用相机8的摄像结果。光点观察用相机8的摄像结果根据监视用图案与准直状态对应地规则地变化，因此能够通过基于该摄像结果，而不使配置在激光L的光路上的透镜41等移动地掌握准直状态是怎样的状态。即，能够容易地判断激光L的准直状态是否最优化。

图6是说明准直状态与摄像结果信息的关系的图。图6的摄像结果信息是使用像散图案HS作为监视用图案的情况下的信息。图中的实例1是准直状态为发散和收敛的任意一个状态且通过透镜81聚光了的激光L的聚光点的位置相较于光点观察用相机8的摄像面向-侧(激光L的光路的上游侧)偏移的情况下的事例。图中的实例2是准直状态为平行的状态且通过透镜81聚光了的激光L的聚光点的位置对准光点观察用相机8的摄像面的情况下的事例。图中的实例3是准直状态为发散和收敛的任意另一个状态且通过透镜81聚光了的激光L的聚光点的位置相较于光点观察用相机8的摄像面向+侧(激光L的光路的下游侧)偏移的情况下的事例。

如图6所示，在实例1中，第一轴方向的光点宽度比第二轴方向的光点宽度小，椭圆率比1.0小一定量以上，聚光像图像R2的光束形状为在第二轴方向上长条的椭圆形状。在实例3中，第一轴方向的光点宽度比第二轴方向的光点宽度大，椭圆率比1.0大一定量以上，聚光像图像R2的光束形状为在第一轴方向上长条的椭圆形状。与此相对，在实例2中，第一轴方向的光点宽度与第二轴方向的光点宽度为相同程度，椭圆率接近1.0，聚光像图像R2的光束形状与实例1和实例2相比更接近正圆形状。因此可知，能够通过由光点观察用相机8对使用像散图案HS调制后的激光L的聚光像进行摄像，并基于其摄像结果信息，而容易地判断准直状态是怎样的状态、进而准直状态是否最优化。

[变形例]

以上，本发明的一个方式并不限定于上述的实施方式。

在上述实施方式中，也可以使用观察相机9作为经由透镜接收激光L的摄像部。在这种情况下，例如如图7所示，观察相机9经由透镜92接收在作为对象物11的激光入射面的表面11a反射且透过聚光部6、分色镜M3、M6后的激光L。即，观察相机9能够对由空间光调制器5调制后的激光L的聚光像进行摄像。透镜92将所入射的激光L聚光至观察相机9的摄像面上。激光L的光轴方向上透镜92与观察相机9的摄像面之间的距离被预先调整为透镜92的焦点距离f。

在这样的变形例中，监视由空间光调制器5调制后的激光L的准直状态是否最优化时，如图8所示，首先，将对象物11载置于支撑部2(步骤S11)。此处的对象物11能够使用作为样品的对象物11T(测试用的对象物11T)。接着，触摸GUI20的显示画面上的执行按钮R1，执行下一监视模式(监视步骤)。

即，通过控制部10，从可见光源91出射可见光V，与之对应地，使激光加工头H(即，聚光部6)沿着Z方向向由观察相机9摄像的可视图像上的标线的焦点对准的位置移动(步骤S12)。作为监视用图案，在空间光调制器5的显示部51显示像散图案HS(参照图3)(步骤S13)。

接着，对对象物11照射激光L(步骤S14)。在上述步骤S14中，从激光光源3出射激光L，使激光L向空间光调制器5的显示部51入射，与显示于显示部51的像散图案HS对应地调制激光L。由聚光部6将调制后的激光L聚光至对象物11。在上述步骤S14中，以对象物11未被加工的输出(即，未形成改质区域12(比加工阈值小)的输出)将激光L对对象物11照射。接着，由观察相机9经由聚光部6和透镜92接收在对象物11反射后的激光L的反射光，摄像激光L的聚光点(步骤S15)。

接着，通过控制部10，基于由观察相机9摄像的摄像结果，获取激光L的聚光点处的光束形状的第一轴方向的光点宽度和第二轴方向的光点宽度，获取该光束形状的椭圆率(步骤S16)。通过控制部10，判定所获取的椭圆率是否在规定范围内(步骤S17)。在上述步骤S17中为是的情况下，当作准直状态为平行的状态且被最优化，通过控制部10，判定准直状态为合格，并且在GUI20的显示画面显示观察相机9的摄像结果(步骤S18)。在上述步骤S18之后，结束监视模式。另一方面，在步骤S17中为否的情况下，当作椭圆率在规定范围外并且准直状态为从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的状态且未被最优化，通过控制部10，判定准直状态为不合格，并且在GUI20的显示画面显示观察相机9的摄像结果和警告(步骤S19)。在上述步骤S19之后，结束监视模式。

在上述步骤S19之后，用户例如按照GUI20的调整指南R7使扩束器4的透镜41移动，来实施准直状态的再调整(步骤S20)。然后，再次触摸GUI20的显示画面上的执行按钮R1，再次执行上述的监视模式。另外，上述步骤S13构成第1步骤。上述步骤S14、S15构成第2步骤。上述步骤S16～S19构成第3步骤。

在这样的变形例中，也能够获得能够容易地判断激光L的准直状态是否最优化等的上述作用效果。此外，在这样的变形例中，能够将被对象物11反射后的激光L用于监视模式。另外，摄像部并不限定于光点观察用相机8和观察相机9，也可以使用其它摄像部。

在上述实施方式中，监视用图案为在准直状态为平行的状态的情况下由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为正圆形状的调制图案，但并不限定于此。监视用图案只要是在准直状态为平行的状态的情况下，由光点观察用相机8摄像的激光L的光束形状成为与准直状态向发散侧或收敛侧偏移了的情况下的椭圆形状相比更接近正圆的形状的调制图案即可。

在上述实施方式中，使用图3的像散图案HS作为监视用图案，但监视用图案并不限定于此。例如监视用图案也可以为图3的像散图案HS以外的像散图案。此外，例如监视用图案也可以为以实现柱面透镜的作用的方式生成的调制图案即柱面透镜图案。在这种情况下，也能够具体地实现：在准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下激光L的光束形状成为椭圆形状，且在准直状态为平行的状态的情况下激光L的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状。

此外，例如监视用图案也可以是与准直状态对应地关于由摄像部摄像的激光L的强度的规定方向上的线轮廓的峰数变化的调制图案。在这种情况下，能够通过基于关于由摄像部摄像的激光L的强度的规定方向上的线轮廓的峰数(以下，也称为“线轮廓峰数”)，掌握准直状态是怎样的状态。作为这样的监视用图案的例子，能够列举散焦图案。散焦图案是使激光L向聚光点的位置在规定方向和激光L的光轴方向上相互分离的至少2个分支激光分支的调制图案。通过散焦图案，能够具体地实现线轮廓峰数与准直状态对应地变化。

图9是说明准直状态与摄像结果信息的关系的图。图10是说明通过散焦图案分支的分支激光L1、L2的聚光点的示意图。图9的摄像结果信息是使用上述的散焦图案作为监视用图案的情况下的信息。图9中的实例1～3是与图6中的实例1～3相同的事例。在各实例1～3中，线轮廓表示聚光像图像R2的左右方向的线17上的激光L的强度。在线轮廓中，纵轴是激光L的强度，横轴是线17上的位置。

如图9所示，在实例1的线轮廓中，存在1个大的峰。这是因为，在实例1中，在图10的位置C1处的图像作为聚光像图像R2被摄像，因此由于分支激光L1的聚光而强度变高，另一方面，对分支激光L2的强度的影响少，作为结果，主要出现分支激光L1的峰。此外，如图9所示，在实例3的线轮廓，存在1个大的峰。这是因为，在实例3中，图10的位置C2处的图像作为聚光像图像R2被摄像，因此由于分支激光L2的聚光而强度变高，另一方面，对分支激光L1的强度的影响少，作为结果，主要出现分支激光L2的峰。

与此相对，如图9所示，在实例2的线轮廓中，存在2个(激光L的分支数)峰，各峰的大小也接近。这是因为，在实例3中，图10的位置C3处的图像作为聚光像图像R2被摄像，因此由于分支激光L1、L2各自的聚光而强度变高，作为结果，出现分支激光L1、L2各自的峰。因此可知，通过对使用上述的散焦图案调制后的激光L的聚光像进行摄像，并基于其摄像结果信息(特别是线轮廓峰数)，能够容易地判断准直状态为怎样的状态、进而准直状态是否最优化。

在上述实施方式中，在由用户经由GUI20进行使监视模式开始的输入的情况下开始监视模式，但监视模式的开始的时机并不限定于此。监视模式例如也可以在定期地、每一定经过时间、每一定运行时间、预先设定的时刻、装置启动时、以及装置结束时的至少任一时机开始。

在上述实施方式中，作为准直状态调整部设置有扩束器4，但准直状态调整部并不限定于扩束器4，也可以为其它调整机构。扩束器4具有的透镜的个数既可以为2个，也可以为4个以上。

在上述实施方式中，作为输入受理部和信息显示部设置有GUI20，但并不限定于此。输入受理部和显示部也可以为不同的结构。作为输入受理部和显示部，能够使用各种公知装置。上述实施方式也可以具备多个激光加工头H。在上述实施方式中，空间光调制器5并不限定于反射型的空间光调制器，也可以采用透过型的空间光调制器。

在上述实施方式中，对象物11的种类、对象物11的形状、对象物11的尺寸、对象物11具有的结晶方位的数量和方向、以及对象物11的主面的面方位没有特别限定。在上述实施方式中，对象物11既可以包含具有晶体结构的晶体材料而形成，也可以取代或者在此基础上，包含具有非晶体结构(非晶结构)的非晶体材料而形成。晶体材料也可以为各向异性晶体和各向同性晶体的任一种。例如对象物11也可以包含由氮化镓(GaN)、硅(Si)、碳化硅(SiC)、LiTaO₃、金刚石、GaOx、蓝宝石(Al₂O₃)、砷化镓、磷化铟、玻璃和无碱玻璃的至少任一种形成的基板。

在上述实施方式中，改质区域12例如也可以是在对象物11的内部形成的结晶区域、再结晶区域或收气(gettering)区域。结晶区域是维持对象物11的加工前的结构的区域。再结晶区域是一旦蒸发、等离子体化或者熔化后，再凝固时作为单晶或多晶凝固的区域。收气区域是发挥收集并捕获重金属等杂质的收气效果的区域，既可以连续地形成，也可以间断地形成。上述实施方式也可以应用于修整(trimming)、切片(slicing)和烧蚀(ablation)等加工中。

在上述的实施方式和变形例中的各结构中，并不限定于上述的材料和形状，能够应用各种各样的材料和形状。此外，上述的实施方式或变形例中的各结构能够任意地应用于其它实施方式或变形例中的各结构中。

根据本发明，能够提供能够容易地判断激光的准直状态是否最优化的激光加工装置和激光加工方法。

Claims (17)

1.一种激光加工装置，其特征在于：

是通过对对象物照射激光而在所述对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，

包括：

支撑部，其支撑所述对象物；

激光光源，其出射所述激光；

空间光调制器，其具有由所述激光光源出射的所述激光入射的显示部，与显示于所述显示部的调制图案对应地调制所述激光；

聚光部，其将由所述空间光调制器调制后的所述激光聚光至被所述支撑部支撑的所述对象物；

摄像部，其经由透镜接收由所述空间光调制器调制后的所述激光；和

监视模式执行部，其执行对由所述空间光调制器调制后的所述激光的准直状态进行监视的监视模式，

在所述监视模式中，

使所述空间光调制器的所述显示部显示作为与所述准直状态对应地使所述摄像部的摄像结果规则地变化的调制图案的监视用图案，并且输出关于由该空间光调制器调制后的所述激光的与所述摄像部的摄像结果相关的信息。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是与所述准直状态对应地由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状的椭圆率变化的调制图案。

3.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是在所述准直状态由平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下，由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状成为椭圆形状，且在所述准直状态为平行的状态的情况下，由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状的调制图案。

4.如权利要求2或3所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是作为对所述激光赋予像散的调制图案的像散图案。

5.如权利要求2或3所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是作为以实现柱面透镜的作用的方式生成的调制图案的柱面透镜图案。

6.如权利要求2～5中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

在所述监视模式中，作为与所述摄像部的摄像结果相关的信息的输出，输出与由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状的椭圆率相关的信息。

7.如权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于：

与所述椭圆率相关的信息包含与所述激光的光轴正交的第1方向上的所述光束形状的宽度和与所述激光的光轴和所述第1方向正交的第2方向上的所述光束形状的宽度。

8.如权利要求2～7中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是以越是所述准直状态从平行的状态向发散侧或收敛侧偏移，所述椭圆率越是远离1的方式变化的调制图案，

在所述监视模式中，

判定由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状的椭圆率是否在规定范围内，

在判定为所述椭圆率在所述规定范围外的情况下，作为与所述摄像部的摄像结果相关的信息的输出，输出唤起注意的通知。

9.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是与所述准直状态对应地关于由所述摄像部摄像的所述激光的强度的规定方向上的线轮廓的峰数变化的调制图案。

10.如权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视用图案是作为使所述激光分支为聚光点的位置在所述规定方向和所述激光的光轴方向上相互分离的至少2个分支激光的调制图案的散焦图案。

11.如权利要求1～10中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视模式执行部具有受理来自用户的输入的输入受理部，在由用户经由所述输入受理部进行使所述监视模式开始的输入的情况下，开始所述监视模式。

12.如权利要求1～11中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

所述监视模式执行部具有显示与所述摄像部的摄像结果相关的信息的信息显示部，

在所述监视模式中，作为与所述摄像部的摄像结果相关的信息的输出，将与由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状相关的图像显示于所述所述信息显示部。

13.如权利要求1～12中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

包括配置在所述激光的光路上的所述激光光源与所述空间光调制器之间，调整所述准直状态的准直状态调整部，

在所述监视模式中，通知用于根据所述摄像部的摄像结果，以所述准直状态成为平行的状态的方式调整所述准直状态调整部的指南。

14.如权利要求1～13中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

所述摄像部经由所述透镜接收从所述激光的光路上的所述空间光调制器与所述聚光部之间分支的所述激光的一部分。

15.如权利要求1～13中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于：

所述摄像部经由所述聚光部和所述透镜接收被所述对象物反射后的所述激光。

16.一种激光加工装置，其特征在于：

是通过对对象物照射激光而在所述对象物的内部形成改质区域的激光加工装置，

包括：

支撑部，其支撑所述对象物；

激光光源，其出射所述激光；

空间光调制器，其具有由所述激光光源出射的所述激光入射的显示部，与显示于所述显示部的监视用图案对应地调制所述激光；

聚光部，其将由所述空间光调制器调制后的所述激光聚光至被所述支撑部支撑的所述对象物；

摄像部，其经由透镜接收由所述空间光调制器调制后的所述激光；和

信息显示部，其显示与所述摄像部的摄像结果相关的信息，

所述监视用图案是在所述激光的准直状态由平行的状态向发散侧或收敛侧偏移的情况下，由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状成为椭圆形状，且在所述准直状态为平行的状态的情况下，由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状成为正圆形状或与该椭圆形状相比更接近正圆的形状的调制图案，

所述信息显示部显示与由所述摄像部摄像的所述激光的光束形状的椭圆率相关的信息。

17.一种激光加工方法，其特征在于：

是通过对对象物照射激光而在所述对象物的内部形成改质区域的激光加工方法，

包括监视由空间光调制器调制后的所述激光的准直状态的监视步骤，

所述监视步骤包括：

第1步骤，其将作为根据所述准直状态，使经由透镜接收由所述空间光调制器调制后的所述激光的摄像部的摄像结果规则地变化的调制图案的监视用图案显示于所述空间光调制器的显示部；

第2步骤，其从激光光源出射所述激光，使出射的所述激光向所述空间光调制器的所述显示部入射，与显示于所述显示部的所述监视用图案对应地调制所述激光，并且经由透镜通过所述摄像部接收调制后的所述激光；和

第3步骤，其输出关于调制后的所述激光的与所述摄像部的摄像结果相关的信息。

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