CN206588483U - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可以精确地控制改质区域的形成位置的激光加工装置。激光加工装置(100)具备：支撑加工对象物(1)的支撑台(107)；输出激光L的激光光源(101)；包含用于使激光L在上加工对象物(1)聚光的聚光透镜(105)的聚光单元(108)；用于沿着与表面(3)交叉的方向驱动聚光单元(108)的致动器(110)；沿着预定切断线(5)测定表面(3)的位移的位移传感器(114)；检测聚光单元(108)的温度的温度传感器；基于表面(3)的位移和聚光单元(108)的温度，算出致动器(110)产生的聚光单元(108)的驱动量，并且以致动器根据驱动量驱动聚光单元(108)的方式控制致动器(110)的聚光位置控制部(200)。

Description

激光加工装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工装置。

背景技术

专利文献1中记载有一种半导体芯片制造方法。该方法中，将在蓝宝石基板上叠层n型氮化镓系半导体层(n型层)和p型氮化镓系半导体层(p型层)而形成的半导体晶片分割成多个半导体芯片。该方法中，首先，根据期望的芯片形状形成元件分离槽。元件分离槽通过蚀刻p型层而形成。接着，在蓝宝石基板的内部形成改质区域。改质区域通过在蓝宝石基板的内部对准聚光点并照射激光而形成。改质区域用于半导体晶片的切断。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-181909号公报

实用新型所要解决的课题

上述方法中，考虑到由于氮化镓系化合物半导体的性质不同而倾斜地形成破断面的倾向，使改质区域相对于元件分离槽的中央线偏离地形成。由此，在元件分离槽中呈现破断面。这样，上述技术领域中，对于沿着激光的入射面的方向进行控制改质区域的形成位置。

但是，对于加工对象物的厚度方向(即，与激光的入射面交叉的方向)，也期望精确地控制改质区域的形成位置。因此，对于与激光的入射面交叉的方向，要求根据入射面的位移精确地控制激光的聚光位置。这即使在形成改质区域以外的激光加工(例如烧蚀等表面加工)的情况下也同样地要求。

为了根据入射面的位移控制激光的聚光位置，例如考虑一边利用位移传感器测定激光的入射面的位移，且基于该位移调整激光的聚光位置，一边进行激光的照射。为了调整激光的聚光位置，只要利用例如致动器等根据入射面的位移驱动包含用于将激光进行聚光的聚光透镜的聚光单元即可。

但是，有时聚光单元的温度根据激光的能量而变动。聚光单元的温度变动时，聚光透镜的焦点位置也变动。因此，即使基于由位移传感器测定的入射面的位移驱动聚光单元，激光的聚光位置也可能偏离期望的位置。在该情况下，激光加工的精度降低。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于，提供一种可以抑制激光加工精度的降低的激光加工装置。

用于解决课题的方案

本实用新型提供一种激光加工装置，通过沿着加工预定线对加工对象物照射激光，而进行加工对象物的激光加工，其中，具备：支撑台，其支撑加工对象物；激光光源，其输出激光；聚光单元，其包含用于使激光聚光于支撑于支撑台的加工对象物上的聚光透镜；移动部，其使支撑台及聚光单元的至少一方沿着加工对象物的激光的入射面移动，并使激光的聚光点沿着加工预定线相对移动；致动器，其用于沿着与入射面交叉的方向驱动聚光单元；位移传感器，其沿着加工预定线测定入射面的位移；温度传感器，其检测聚光单元的温度；控制部，其基于位移传感器测定的入射面的位移和温度传感器检测的聚光单元的温度，算出致动器产生的聚光单元的驱动量，并且移动部使聚光点相对移动时，以对应于驱动量驱动聚光单元的方式，控制致动器。

该激光加工装置中，通过沿着与激光的入射面交叉的方向驱动聚光单元，可以调整激光相对于入射面的聚光点的位置。特别是该激光加工装置中，测定入射面的位移并测定聚光单元的温度。而且，基于入射面的位移和聚光单元的温度双方，算出聚光单元的驱动量。而且，使激光的聚光点相对移动时(即，照射激光时)，根据该驱动量驱动聚光单元。因此，该激光加工装置中，可以考虑聚光单元的温度调整激光相对于入射面的聚光点的位置。即，可以不依赖于聚光单元的温度而精确地控制激光的聚光点的位置。由此，抑制激光加工精度的降低。此外，激光的入射面是指加工对象物中的激光入射的表面。

本实用新型的激光加工装置中，控制部也可以具有：数据保存部，其保存表示聚光单元的温度和聚光透镜的焦点位置的变动量的关系的变动量数据；修正部，其通过参照变动量数据，取得与温度传感器检测的聚光单元的温度相应的焦点位置的变动量，并且基于变动量修正位移传感器测定的入射面的位移，由此，算出驱动量；驱动控制部，其以对应于驱动量驱动聚光单元的方式控制致动器。在该情况下，驱动量的算出变得容易。

本实用新型的激光加工装置中，位移传感器也可以通过在与激光光路不同的光路上向入射面入射测定光并且检测测定光的反射光，来测定入射面的位移。这样，在激光光路和位移传感器的测定光的光路不同的情况下，测定光的照射状态与聚光单元的温度变化引起的聚光透镜的焦点位置的变动独立。因此，如上述，考虑聚光单元的温度而调整激光的聚光点的位置特别重要。

本实用新型的激光加工装置中，聚光单元也可以包含保持聚光透镜的筐体，温度传感器安装于筐体，作为聚光单元的温度而检测筐体的温度。聚光透镜的焦点位置的变动大幅依赖于保持聚光透镜的筐体的温度变化。因此，通过检测筐体的温度并用于驱动量的算出，可以更精确地控制激光的聚光点的位置。

本实用新型的激光加工装置中，聚光单元也可以包含保持聚光透镜的筐体，致动器与筐体连接，温度传感器安装于致动器，并作为聚光单元的温度而检测致动器的温度。在该情况下，与上述的情况一样，通过检测与筐体连接的致动器的温度并用于驱动量的算出，可以更精确地控制激光的聚光点的位置。特别是在该情况下，在处理聚光单元(例如卸下)时，处理温度传感器的配线的麻烦消失。

本实用新型提供一种激光加工装置，通过沿着加工预定线对加工对象物照射激光，而进行加工对象物的激光加工，其中，具备：支撑台，其支撑加工对象物；激光光源，其输出激光；聚光单元，其包含用于使激光聚光于支撑于支撑台的加工对象物上的聚光透镜；移动部，其使支撑台及聚光单元的至少一方沿着加工对象物的激光的入射面移动，并使激光的聚光点沿着加工预定线相对移动；调整部，其沿着与入射面交叉的方向调整聚光点的位置；位移传感器，其沿着加工预定线测定入射面的位移；温度传感器，其检测聚光单元的温度；控制部，其基于位移传感器测定的入射面的位移和温度传感器检测的聚光单元的温度，算出调整部中的调整量，并且移动部使聚光点相对移动时，以根据调整量调整聚光点的位置的方式，控制调整部。

该激光加工装置中，可以沿着与激光的入射面交叉的方向，调整激光相对于入射面的聚光点的位置。特别是该激光加工装置中，测定入射面的位移，并且测定聚光单元的温度。而且，基于入射面的位移和聚光单元的温度双方，算出聚光点的调整量。而且，激光的聚光点相对移动时(即，照射激光时)，根据该调整量调整聚光点。因此，该激光加工装置中，可以考虑聚光单元的温度而调整激光相对于入射面的聚光点的位置。即，可以不依赖于聚光单元的温度而精确地控制激光的聚光点的位置。由此，抑制激光加工精度的降低。

本实用新型的激光加工装置中，控制部也可以具有：数据保存部，其保存表示聚光单元的温度和聚光透镜的焦点位置的变动量的关系的变动量数据；修正部，其通过参照变动量数据，取得与温度传感器检测的聚光单元的温度相应的焦点位置的变动量，并且基于变动量修正位移传感器测定的入射面的位移，由此，算出调整量；调整控制部，其以根据调整量调整聚光点的方式控制调整部。在该情况下，调整量的算出变得容易。

实用新型效果

根据本实用新型，可以提供能够抑制激光加工的精度降低的激光加工装置。

附图说明

图1是激光加工装置的概略结构图；

图2是成为改质区域的形成的对象的加工对象物的平面图；

图3是沿着图2的加工对象物的III-III线的剖面图；

图4是激光加工后的加工对象物的平面图；

图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的剖面图；

图6是沿着图4的加工对象物的VI-VI线的剖面图；

图7是位移传感器的概略结构图；

图8是表示变动量数据的一例的图表；

图9是表示聚光位置控制部的动作的图；

图10、11是用于说明激光加工方法的主要工序的图；

图12是用于说明激光加工方法的主要工序的图；

图13、14、15是用于说明激光加工方法的主要工序的图；

图16、17是用于说明表面的位移的修正的图。

符号说明

1…加工对象物、3…表面(入射面)、5…预定切断线(加工预定线)、7…改质区域、100…激光加工装置、101…激光光源、105…聚光透镜、106…筐体、107…支撑台、108…聚光单元、111…载物台(移动部)、112…温度传感器、114…位移传感器、115…载物台控制部(移动部)、200…聚光位置控制部(控制部)、204…修正部、206…驱动控制部、208…数据保存部、L…激光、Lm…测定用激光(测定光)、P…聚光点。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本实用新型的一个实施方式。此外，在各图中对相同或相当部分标注相同的符号，并省略重复的说明。

本实施方式的激光加工装置及激光加工方法中，作为激光加工的一例，通过使激光相对于加工对象物进行聚光，沿着预定切断线(加工预定线)在加工对象物上形成改质区域。因此，首先，参照图1～图6说明改质区域的形成。

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90°改变激光L的光轴(光路)的方向的方式配置的二向色镜103、用于使激光L进行聚光的聚光用透镜105。激光加工装置100还具备：用于支撑由聚光用透镜105聚光的激光L照射的加工对象物1的支撑台107、用于使支撑台107移动的载物台(移动部)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、控制载物台111的移动的载物台控制部(移动部)115。

激光加工装置100中，从激光光源101射出的激光L利用二向色镜103将其光轴的方向进行90°改变，并利用聚光用透镜105聚光于载置在支撑台107上的加工对象物1的内部。与此同时，使载物台111移动，使加工对象物1相对于激光L沿着预定切断线5进行相对移动。由此，将沿着预定切断线5的改质区域形成于加工对象物1。此外，在此，为了使激光L进行相对性地移动，而移动了载物台111，但也可以使聚光用透镜105移动，或也可以使它们双方移动。

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部件(例如，基板、晶片等)。如图2所示，在加工对象物1上设定有用于切断加工对象物1的预定切断线5。预定切断线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沿着预定切断线5(即，沿着图2的箭头A方向)相对性地移动。即，载物台111在载物台控制部115的控制的基础下，使支撑台107沿着加工对象物1中的激光L的入射面即表面3移动，并使激光L的聚光点P沿着预定切断线5相对移动。由此，如图4、图5及图6所示，沿着预定切断线5在加工对象物1上形成改质区域7，沿着预定切断线5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进行聚光的部位。预定切断线5不限于直线状，也可以是曲线状，也可以是组合两者的三维状，也可以是坐标指定的形状。预定切断线5不限于假想线，也可以是在加工对象物1的表面3上实际画的线。改质区域7有时连续地形成，也有时间断地形成。改质区域7可以是列状，也可以是点状，总之，改质区域7只要至少形成于加工对象物1的内部即可。另外，有时以改质区域7为起点形成龟裂，龟裂及改质区域7也可以在加工对象物1的外表面(表面3，背面21或外周面)露出。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。

另外，在加工对象物1的内部形成改质区域7的情况下，激光L透射加工对象物1，并且特别是在位于加工对象物1内部的聚光点P附近吸收。由此，在加工对象物1上形成改质区域7(即，内部吸收型激光加工)。在该情况下，在加工对象物1的表面3上，激光L几乎不被吸收，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上形成改质区域7的情况下，激光L特别是在位于表面3的聚光点P附近被吸收，从表面3起熔融且除去，而形成孔或槽等除去部(表面吸收型激光加工)。

改质区域7是指密度、折射率、机械强度及其它物理性的特性成为与周围不同的状态的区域。作为改质区域7，例如具有：熔融处理区域(是指暂时熔融后再固化的区域、熔融状态中的区域及从熔融进行再固化的状态中的区域中的至少任一区域)、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，还具有将这些区域混合的区域。作为改质区域7，还具有加工对象物1的材料中，改质区域7的密度与非改质区域的密度相比进行了改变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也可以称为高位错密度区域。

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相比进行了改变的区域及形成有晶格缺陷的区域有时在这些区域的内部或改质区域7和非改质区域的界面上还内包龟裂(破裂，微裂纹)。内包的龟裂有时形成至改质区域7的整个面或有时仅形成一部分或形成多个部分。加工对象物1包含由具有结晶结构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)的至少任一项形成的基板。换而言之，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。结晶材料也可以是各向异性结晶及各向同性结晶的任一种。另外，加工对象物1也可以包含由具有非结晶结构(非晶结构)的非结晶材料构成的基板，也可以包含例如玻璃基板。

通过沿着预定切断线5形成多个改质点(加工痕迹)，可以形成改质区域7。在该情况下，通过集中多个改质点而成为改质区域7。改质点是由脉冲激光的1脉冲的发射(即1脉冲的激光照射：激光发射)形成的改质部分。作为改质点，可以举出裂纹点、熔融处理点或折射率变化点、或混在它们中的至少1个的改质点等。对于改质点，考虑要求的切断精度、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，可以将其大小或产生的龟裂长度适宜控制。另外，实施方式中，沿着预定切断线5，可以以改质点为改质区域7进行形成。

接着，说明本实施方式的激光加工装置及激光加工方法。如图1所示，激光加工装置100具备聚光单元108和致动器110。聚光单元108包含上述的聚光透镜105和筐体106。如上述，聚光透镜105使激光L在支撑于支撑台107上的加工对象物1上进行聚光。筐体106保持聚光透镜105。从激光光源101输出的激光L经由聚光单元108从加工对象物1的表面3侧对加工对象物1进行照射。因此，在此，加工对象物1的表面3为激光L的入射面。

致动器110与筐体106连接。特别是致动器110经由例如金属制的连结部件(未图示)与筐体106连结，由此，与筐体106热性地连接。致动器110沿着与加工对象物1的表面3交叉的方向(即，加工对象物1的厚度方向)，驱动聚光单元108。即，致动器110以将聚光单元108接近表面3的方式驱动聚光单元108，或以聚光单元108远离表面3的方式驱动聚光单元108。由此，调节激光L的聚光点P相对于表面3的位置(聚光位置)。此外，致动器110的驱动方式(驱动源)作为一例，为压电元件、步进电动机、超声波电动机、音圈电动机、线性电动机、AC伺服电动机、DC伺服电动机、直接驱动电动机等。

激光加工装置100具备温度传感器112和位移传感器114。温度传感器112安装于筐体106，检测聚光单元108的温度。特别是温度传感器112设于筐体106的外侧面，作为聚光单元108的温度，检测筐体106的温度。此外，如后述，温度传感器112也可以安装于与筐体106热性地连接的致动器110，而代替安装于筐体106。

位移传感器114沿着预定切断线5，测定加工对象物1的表面3的位移。位移传感器114以与聚光单元108一体性地沿着预定切断线5且相对于加工对象物1可相对移动的方式保持。详细说明位移传感器114的一例。图7是表示位移传感器的一例的示意图。如图7所示，位移传感器114是作为一例使用三角测距方式的激光式位移传感器。

位移传感器114具有：测定用光源116、投光透镜118、受光透镜120、受光元件122、驱动电路124、信号放大电路126。测定用光源116为例如半导体激光。测定用光源116由驱动电路124驱动，输出测定用激光(测定光)Lm。投光透镜118将从测定用光源116输出的测定用激光Lm在加工对象物1的表面3上进行聚光。受光透镜120使由表面3反射的测定用激光Lm在受光元件122上进行聚光。受光元件122是例如光位置检测元件(PSD：Position SensitiveDetector)。受光元件122经由受光透镜120接收测定用激光Lm，且生成电信号。信号放大电路126将来自受光元件122的电信号放大并向外部输出。

位移传感器114中，从测定用光源116输出的测定用激光Lm由加工对象物1的表面3反射，经由受光透镜在受光元件122上形成点。当加工对象物1的表面3进行位移时，测定用激光Lm的反射位置变动，结果，受光元件122上的点的位置变动。受光元件122根据该测定用激光Lm的点的位置生成电信号。由此，位移传感器114测定表面3的位移。即，位移传感器114中，沿着预定切断线5对表面3照射(扫描)测定用激光Lm，由此，测定沿着预定切断线5的表面3的位移。

此外，位移传感器114还具备温度传感器128。温度传感器128检测位移传感器114的温度。作为一例，温度传感器128检测收容位移传感器114的各部的筐体的温度。位移传感器114的温度根据例如驱动电路124或信号放大电路126等电子电路的发热而改变。因此，位移传感器114的温度根据电子电路的发热量，随着时间的经过大致恒定。

另外，位移传感器114与聚光单元108分体地构成。因此，位移传感器114在与加工用的激光L的光路不同的光路中，使测定用激光Lm入射至加工对象物1的表面3。因此，位移传感器114的温度不会受到激光L的影响而变动。

参照图1，继续说明激光加工装置100。激光加工装置100具有聚光位置控制部(控制部)200。聚光位置控制部200根据与位移传感器114测定的加工对象物1的表面3的位移相应的驱动量，控制致动器110进行的聚光单元108的驱动。更具体而言，聚光位置控制部200基于位移传感器114测定的加工对象物1的表面3的位移、和温度传感器112检测的聚光单元108的温度，算出致动器110的驱动量。而且，聚光位置控制部200根据算出的驱动量，控制致动器110进行的聚光单元108的驱动。

因此，聚光位置控制部200具有位移传感器控制部202、修正部204、驱动控制部206、数据保存部208。位移传感器控制部202控制位移传感器114。位移传感器控制部202经由信号放大电路126，输入来自受光元件122的电信号。由此，位移传感器控制部202取得由位移传感器114进行的表面3的位移的测定结果。另外，位移传感器控制部202从温度传感器128取得位移传感器114的温度的检测结果。

修正部204从温度传感器112取得聚光单元108的温度的检测结果。另外，修正部204从位移传感器控制部202，取得表面3的位移的测定结果及位移传感器114的温度的检测结果。而且，修正部204基于位移传感器114测定的表面3的位移和温度传感器112检测的聚光单元108的温度，算出致动器110进行的聚光单元108的驱动量。更具体地说明这一点。此外，修正部204也可以还考虑位移传感器114的温度，而算出聚光单元108的驱动量。

修正部204算出致动器110中的聚光单元108的驱动量时，参照保存于数据保存部208的数据。数据保存部208保存有表示聚光单元108的温度和聚光透镜105的焦点位置的变动量的关系的变动量数据。图8是表示变动量数据的一例的图表。图8的图表的横轴表示聚光单元108的温度，纵轴表示聚光透镜105的焦点位置的变动量。在此，聚光透镜105的焦点位置的变动量以聚光单元108的温度为26.3℃(基准温度)时为基准相对性地表示。

如图8的图表所示，聚光透镜105的焦点位置随着聚光单元108的温度变化而变动。特别是聚光透镜105的焦点位置的变动量随着聚光单元108的温度的上升而增加。认为其原因之一在于，由于聚光单元108的温度上升，保持有聚光透镜105的筐体106膨胀。聚光单元108的温度对加工对象物1照射激光L时，激光L的能量的一部分在聚光单元108内进行热交换，由此进行上升。参照图8的图表时，聚光透镜105的焦点位置的变动量相对于聚光单元108的温度的上升，以大致沿着直线y的方式增加。作为一例，直线y是由y＝0.96x-25.44表示的直线(x为温度)。

修正部204通过参照该变动量数据，取得与温度传感器112检测的聚光单元108的温度相应的焦点位置的变动量。上述的一例中，在x(温度)为30℃的情况下，可以将y(变动量)作为3.36μm取得。而且，修正部204基于取得的变动量，修正位移传感器114测定的表面3的位移，由此，算出驱动量。上述的一例中，通过对位移传感器114测定的表面3的位移减去3.36μm的变动量，算出驱动量。从表面3减去变动量是由于，如上述那样补偿如下情况，即，由于筐体106的膨胀，聚光透镜105的位置接近表面3，而成为激光L的聚光点P距表面3更深的位置。

驱动控制部206从修正部204取得如以上算出的驱动量。而且，如图9所示，驱动控制部206以如下方式控制致动器110，即，在载物台控制部115的控制的基础下，载物台111使支撑台107移动而使聚光点P在沿着表面3的方向(图中的箭头A方向)上相对移动时，根据取得的驱动量，致动器110按照与表面3交叉的方向(图中的箭头B方向)驱动聚光单元108(聚光透镜105)。由此，聚光点P距表面3的深度D(聚光点P相对于表面3的位置)不依赖于表面3的位移而设为恒定。即，在此，在从表面3到加工对象物1的内部的恒定位置，沿着预定切断线5形成改质区域7。

以上的聚光位置控制部200以例如包含CPU、ROM及RAM等的计算机为主体构成。上述的各部通过在该计算机中执行规定的程序而实现。另外，聚光位置控制部200也可以作为与激光光源控制部102及载物台控制部115的至少一方相同的计算机而构成。另外，聚光位置控制部200可以至少与激光光源控制部102及载物台控制部115进行信号的授受，并使上述动作与激光L的输出及支撑台107的移动同步地进行。

接着，说明本实施方式的激光加工方法。本实施方式的激光加工方法在上述的激光加工装置100中实施。该激光加工方法主要包含：基准对准步骤、温度检测步骤、变动量取得步骤、位移测定步骤、算出步骤、加工步骤。在此，作为一例，位移测定步骤及算出步骤在基准对准步骤、温度检测步骤、及变动量取得步骤后，与加工步骤一起，作为一连串的动作连续，或局部相互重复地实施。以下，说明各步骤的详细。

基准对准步骤中，聚光位置控制部200对于与表面3交叉的方向，决定聚光透镜105的基准位置和位移传感器的基准位置。另外，聚光位置控制部200储存此时的温度T0。详细地说明基准对准步骤。图10、图11及图12是表示激光加工方法的主要工序的图，特别是表示基准对准步骤。如图10所示，基准对准步骤中，首先，决定聚光透镜105的基准位置。作为一例，在此，使激光L的聚光点P对准加工对象物1的表面3，将此时的聚光透镜105的Z方向(与表面3交叉的方向)的位置(例如表面3和聚光透镜105的距离P1)设为聚光透镜105的零点。此外，作为此时的激光，也可以使用比加工阈值小地调整了加工用的激光L的强度的激光，也可以使用观察用的其它激光。

接着，基准对准步骤中，如图11所示，通过使加工对象物1朝向聚光透镜105并沿着Z方向(图中的箭头B方向)相对移动，使激光L的聚光点P成为深度D的位置。在此，通过支撑台107上升，使加工对象物1相对于聚光透镜105进行相对移动。由此，聚光透镜105和加工对象物1的表面3的距离成为距离P1-深度D。此外，深度D是形成改质区域7的加工位置之一。

接着，基准对准步骤中，如图12所示，设定位移传感器114的基准位置。作为一例，在此，在将聚光透镜105和表面3的距离维持成距离P1-深度D的状态下，使加工对象物1沿着Y方向(图中的箭头B方向)相对移动。此时的相对移动的距离是聚光单元108和位移传感器114之间的距离P2。另外，在此，支撑台107向位移传感器114侧进行移动，由此，使加工对象物1相对于位移传感器114进行相对移动。而且，位移传感器114向表面3照射测定用激光Lm，由此，关于Z方向取得位移传感器114相对于表面3的位置，并设为位移传感器114的零点。因此，聚光透镜105和位移传感器114在偏离深度D的位置保持零点。此时，测定作为基准温度的温度T0。

接着，实施温度检测步骤。温度检测步骤中，温度传感器112检测聚光单元108的温度T1，并将检测结果向修正部204发送。在此检测的聚光单元108的温度T1由于已经进行的改质区域7的形成时的激光L的照射，有时比温度T0高。或在此检测的聚光单元108的温度T1由于激光L的照射以外的其它原因，有时比温度T0高。

接着，实施变动量取得步骤。变动量取得步骤中，修正部204通过参照保存于数据保存部208的变动量数据，取得与聚光单元108的温度T1相应的聚光透镜105的焦点位置的变动量。作为一例，在基准对准步骤中储存的聚光单元108的温度T0为基准温度，且温度取得步骤中检测的聚光单元108的温度T1为30℃的情况下，如上述，将变动量作为3.36μm取得。

接着，在激光光源控制部102、载物台控制部115及聚光位置控制部200的控制的基础下，通过对加工对象物1照射激光L，实施形成改质区域7的加工步骤。更具体而言，加工步骤中，首先，如图13所示，载物台控制部115使支撑台107移动，由此，使加工对象物1沿着朝向位移传感器114及聚光单元108的方向(图中的箭头A方向)进行移动。此时，从与表面3交叉的方向观察，加工对象物1首先到达位移传感器114，然后到达聚光单元108。

从加工对象物1到达位移传感器114的时点，开始位移测定步骤。位移测定步骤中，在位移传感器控制部202的控制的基础下，位移传感器114沿切断预定线5测定加工对象物1的表面3的位移。更具体而言，如图14所示，位移测定步骤中，在加工对象物1继续移动的状态下，位移传感器114将测定用激光Lm向表面3入射，并且检测测定用激光Lm的反射光。由此，沿着预定切断线5，依次测定表面3的位移。位移传感器控制部202将其测定结果向修正部204发送。

接着，实施算出步骤。算出步骤中，修正部204基于位移测定步骤中测定的表面3的位移、和温度检测步骤中检测的聚光单元108的温度T1，算出与表面3交叉的方向上的聚光单元108的驱动量。更具体而言，算出步骤中，修正部204基于变动量取得步骤中取得的与聚光透镜105的焦点位置的温度T1相应的变动量，修正表面3的位移，由此，算出驱动量。作为一例，对于位移传感器114测定的表面3的位移，减去变动量取得步骤中取得的3.36μm的变动量，由此，算出驱动量。

而且，如图14、15所示，继续中的加工步骤中，根据上述那样算出的驱动量，驱动控制部206一边驱动聚光单元108，且载物台控制部115一边沿着预定切断线5使激光L的聚光点P相对移动，并对加工对象物1照射激光L，由此，形成改质区域7。由此，在加工对象物1的内部距表面3为恒定的位置(深度D)，沿着预定切断线5形成改质区域7。此外，温度检测步骤、变动量取得步骤、及算出步骤也可以在加工步骤继续的整个期间反复实施。在该情况下，根据继续输出的激光L，聚光单元108的温度每时每刻改变，可以依次算出适于该温度变化的驱动量。

如以上说明，激光加工装置100中，致动器110通过沿着与表面3(加工对象物1中的激光L的入射面)交叉的方向驱动聚光单元108，可以调整激光L的聚光点P距表面3的位置。特别是激光加工装置100中，位移传感器114测定表面3的位移，并且温度传感器112测定聚光单元108的温度。而且，聚光位置控制部200基于表面3的位移和聚光单元108的温度，算出致动器110进行的聚光单元108的驱动量。

而且，聚光位置控制部200在使激光L的聚光点P相对移动时(即，照射激光L时)，以根据该驱动量驱动聚光单元108的方式控制致动器110。因此，激光加工装置100中，可以考虑聚光单元108的温度而调整激光L的聚光点P距表面3的位置。因此，根据激光加工装置100，可以不依赖于聚光单元108的温度而精确地控制改质区域7的形成位置。

更具体地说明其效果。激光加工装置100中，聚光位置控制部200的修正部204通过参照数据保存部208保存的变动量数据，取得温度传感器112检测的与聚光单元108的温度相应的焦点位置的变动量。另外，修正部204基于取得的变动量，修正位移传感器114测定的表面3的位移，由此，算出致动器110的驱动量。而且，聚光位置控制部200的驱动控制部206以根据算出的驱动量，驱动聚光单元108的方式控制致动器110。

图16、17是用于说明表面位移的修正的图。图16、17所示的图表中，横轴表示时间，纵轴表示位移。横轴的时间表示位移传感器114开始测定表面3的位移后经过的时间。位移传感器114通过对相对移动的状态的加工对象物1扫描测定用激光Lm，测定表面3的位移。因此，横轴的时间与表面3上的位置相等。另外，纵轴的位移表示距表面3的基准位置(例如平均位置)的加工对象物1的厚度方向的位置。

如图16所示，在未利用修正部204进行修正的状态下，由位移传感器114测定的表面3的位移E和致动器110的驱动量F一致。即，将表面3的位移E直接设为致动器110的驱动量F。其结果，在聚光透镜105的焦点位置根据聚光单元108的温度变化(ΔT＝T1-T0)变动的情况下，激光L的聚光点P的位置(深度)的位移H从表面3的位移E背离该变动量g(ΔT)的量。

与之相对，如图17所示，利用修正部204将致动器110的驱动量F修正变动量g(△T)的量，由此，避免激光L的聚光点P的位置(深度)的位移H从表面3的位移E背离。因此，根据激光加工装置100，可以不依赖于聚光单元108的温度而精确地控制改质区域7相对于表面3的形成位置。通过激光加工装置100中实施的激光加工方法，由于相同的原因，也可以精确地控制改质区域7的形成位置。此外，虽然图中省略，但实际上致动器110的驱动量F(致动器110的驱动信号)和聚光点P的位置的位移H相对于位移传感器114测定的表面3的位移E(位移传感器114的测定信号)产生延迟。延迟时间成为(聚光单元108和位移传感器114之间的距离P2)/(加工对象物1的相对移动速度(加工速度))。

在此，激光加工装置100中，位移传感器114在与激光L的光路不同的光路中使测定用激光Lm入射于表面3。这样，在激光L的光路和测定用激光Lm的光路不同的情况下，测定用激光Lm相对于表面3的照射状态(例如聚光位置)与聚光单元108的温度变化引起的聚光透镜105的焦点位置的变动独立。因此，如上述，考虑聚光单元108的温度而调整激光L的聚光点P的位置特别重要。这由以下的原因引起。

即，假设在将测定用激光Lm在与激光L的光路重复的光路上照射于表面3的情况下，聚光透镜105也介设于测定用激光Lm的光路中。因此，在该情况下，随着聚光单元108的温度变化的聚光透镜105的焦点位置的变动也与激光L同等地作用于测定用激光Lm。因此，在该情况下，基于通过测定用激光Lm测定的表面3的位移调整激光L的聚光点P的位置时，考虑聚光单元108的温度的必要性相对较小。

与之相对，如上述，在与激光L的光路不同的光路上使测定用激光Lm入射于表面3的情况下，聚光透镜105未介设于测定用激光Lm的光路上。因此，在该情况下，伴随聚光单元108的温度变化的聚光透镜105的焦点位置的变动仅作用于激光L，而不会作用于测定用激光Lm。因此，在该情况下，基于通过测定用激光Lm测定的表面3的位移调整激光L的聚光点P的位置时，考虑聚光单元108的温度非常重要。

另外，激光加工装置100中，聚光单元108包含保持聚光透镜105的筐体106，温度传感器112检测筐体106的温度并作为作为聚光单元108的温度。如上述，聚光透镜105的焦点位置的变动大幅依赖于保持聚光透镜105的筐体106的温度变化。即，聚光透镜105的焦点位置由于筐体106的温度变化产生的膨胀或收缩大幅变动。因此，通过检测筐体106的温度并用于驱动量的算出，可以更精确地控制改质区域7的形成位置。

以上的实施方式中，说明了本实用新型的激光加工装置及激光加工方法的一个实施方式。因此，本实用新型的激光加工装置及激光加工方法不限定于上述那样。本实用新型的激光加工装置及激光加工方法可以在不变更各权利要求的宗旨的范围内任意变形上述的装置及方法。

例如，上述实施方式中，通过使支撑台107移动，使激光L的聚光点P相对移动。但是，也可以通过使聚光单元108(及激光光源101)移动，而使激光L的聚光点P相对移动，也可以通过使支撑台107及聚光单元108双方移动，而使激光L的聚光点P相对移动。

另外，如上述，温度传感器112也可以安装于致动器110。此时，温度传感器112可以检测致动器110的温度作为聚光单元108的温度。这是由于，将致动器110与筐体106热性地连接，因此，致动器110的温度根据聚光单元108的温度变化而变化。在该情况下，与上述的情况一样，通过检测与筐体106连接的致动器110的温度并用于驱动量的算出，可以更精确地控制激光L的聚光点P的位置。特别是在该情况下，在进行聚光单元108的处理(例如卸下)时，处理温度传感器112的配线的麻烦消失。此外，温度传感器112不限于致动器110，可以将温度根据聚光单元108的温度变化而变化的任意部分的温度作为聚光单元108的温度进行检测。

另外，上述实施方式中，作为位移传感器114中的位移的测定方式，示例了三角测距方式。但是，位移传感器114中的位移的测定方式也可以是激光共焦点方式或分光干涉方式等其它方式。

在激光共焦点方式的的情况下，位移传感器114可以设为激光聚焦位移计。若是激光聚焦位移计，则从半导体激光等的测定用光源输出的测定用激光通过半反射镜及对物透镜并在加工对象物上形成点。由加工对象物反射的测定用激光再次到达半反射镜并由半反射镜以直角反射。由半反射镜反射的测定用激光在针孔的位置聚光成一点，通过针孔并到达受光元件。

从测定用光源到加工对象物的距离变动时，由加工对象物及半反射镜反射的测定用激光不会在针孔的位置聚光而变得模糊，因此，难以通过针孔，在受光元件中难以作为受光信号被感知。激光聚焦位移计基于该原理，测定加工对象物的表面的位移。即，激光聚焦位移计将对物透镜由于音叉等而机械性地移动，由此，对物透镜处于某位置时，通过检测测定用激光是否通过针孔，测定直到加工对象物的距离。

这样，在使用激光聚焦位移计作为位移传感器114的情况下，与基于测定用激光的反射光的光量及角度测定位移的情况相比，可以排除加工对象物的颜色、倾斜度、粗糙度及渗透光对加工对象物的影响，并测定加工对象部的表面的位移。

另外，在分光干涉方式的的情况下，位移传感器114可以设为分光干涉激光位移计。分光干涉激光位移计中，例如从SLD等测定用光源输出的宽波长域的测定光在传感器头内部的参照面上局部反射且剩余部透射。透射了参照面的测定光由加工对象物正反射且返回传感器头内部。由参照面反射的测定光和由加工对象物反射的测定光相互干扰。测定光的各波长的干扰强度根据从参照面到加工对象物的距离制定，该距离在各波长的整数倍时最大。因此，通过将干扰光利用分光器按照波长进行分光，可得到波长的强度分布。而且，通过对波长的强度分布进行波形解析，算出直到加工对象物的距离。

另外，上述实施方式中，激光加工装置100进行改质区域7的形成之类的加工对象物1的内部加工。但是，激光加工装置100也可以用于烧蚀那样的加工对象物1的表面加工。即，激光加工装置100不管是加工对象物1的内部及表面，均可以用于任意的激光加工。因此，与上述那样的改质区域7的形成相关的效果如以下普遍化。

即，激光加工装置100及该激光加工方法中，沿着与激光L的入射面(例如加工对象物1的表面3)交叉的方向驱动聚光单元108，由此，可以调整激光L的聚光点P相对于入射面的位置。特别是激光加工装置100及该激光加工方法中，沿着加工预定线测定入射面的位移，并且测定聚光单元108的温度。而且，基于入射面的位移和聚光单元108的温度双方，算出聚光单元108的驱动量。而且，激光L的聚光点P相对移动时(即，照射激光L时)，根据该驱动量驱动聚光单元108。因此，激光加工装置100及该激光加工方法中，可以考虑聚光单元108的温度而调整激光L的聚光点P相对于入射面的位置。即，可以不依赖于聚光单元108的温度而精确地控制激光L的聚光点P的位置。由此，可抑制激光加工的精度的降低。

另外，激光加工装置100及该激光加工方法中，调整与表面3交叉的方向上的激光L的聚光点P的位置时，不限于由致动器110驱动聚光单元108的方式。即，激光加工装置100可以代替具备致动器110，而具备沿着与表面(入射面)3交叉的方向调整聚光点P的位置的调整部(未图示)。在该情况下，聚光位置控制部(控制部)200基于位移传感器114测定的表面3的位移和温度传感器112检测的聚光单元108的温度，算出该调整部中的调整量，并且载物台控制部(移动部)115使聚光点P相对移动时，以根据该调整量调整聚光点P的位置的方式，控制该调整部。

更具体而言，聚光位置控制部200具有：保存表示聚光单元108的温度和聚光透镜105的焦点位置的变动量的关系的变动量数据的数据保存部208；通过参照变动量数据，取得与温度传感器112检测的聚光单元108的温度相应的焦点位置的变动量，并且基于变动量修正位移传感器114测定的表面3的位移，由此，算出其调整量的修正部204；以根据该调整量驱动聚光单元108的方式控制调整部的调整控制部(未图示)。

另外，在算出步骤中，修正部204基于位移测定步骤中测定的表面3的位移和温度检测步骤中检测的聚光单元108的温度T1，算出与表面3交叉的方向上的激光L的聚光点P的位置的调整量。更具体而言，在算出步骤中，修正部204基于变动量取得步骤中取得的与聚光透镜105的焦点位置的温度T1相应的变动量，修正表面3的位移的方式，算出调整量。而且，在加工步骤中，根据上述那样算出的调整量调整聚光点P的位置，且载物台控制部115一边沿着预定切断线5使激光L的聚光点P相对移动，一边对加工对象物1照射激光L，由此，形成改质区域7(进行激光加工)。

此外，使用致动器110以外调整聚光点P的位置时，本发明人得到下面那样的见解。即，调整聚光点P的位置时，在直接驱动聚光透镜105的情况下，在该行程和速度之间具有折衷的关系。当要使聚光点P的位置更高速地改变时，考虑在聚光透镜105的前段加入改变入射光的发散角的光学系统的方法。另外，例如考虑在通过对光学结晶许可电压而使用进行改变透镜的功率那样的动作的元件的情况下，驱动多个透镜的一部分的方法。通过改变它们与聚光透镜105的合成焦点距离，可以改变聚光点P的位置。

此外，即使在聚光透镜105的前段介设空间光调制器的情况下，例如也通过在扩束器和空间光调制器之间重新设置聚光点变更用的4f光学系统，来改变该透镜间隔，而以改变空间光调制器中的发散角的方式构成，由此，认为可改变聚光点P的位置。在该情况下，只要使重新设置的4f光学系统的透镜中的1个移动即可，因此，也认为可以进行高速动作。另外，在不使用空间光调制器的情况下，只要将相同的结构配置于任意位置即可。

Claims (11)

1.一种激光加工装置，其特征在于，

是通过沿着加工预定线对加工对象物照射激光而进行加工对象物的激光加工的激光加工装置，

具备：

支撑台，支撑所述加工对象物；

激光光源，输出所述激光；

聚光单元，包含用于使所述激光聚光于支撑于所述支撑台的所述加工对象物的聚光透镜；

移动部，使所述支撑台及所述聚光单元的至少一者沿着所述加工对象物的所述激光的入射面移动，并使所述激光的聚光点沿着所述加工预定线相对移动；

致动器，用于沿着与所述入射面交叉的方向驱动所述聚光单元；

位移传感器，沿着所述加工预定线测定所述入射面的位移；

温度传感器，检测所述聚光单元的温度；以及

控制部，基于所述位移传感器测定的所述入射面的位移和所述温度传感器检测的所述聚光单元的温度，算出所述致动器产生的所述聚光单元的驱动量，并且所述移动部使所述聚光点相对移动时，以对应于所述驱动量驱动所述聚光单元的方式，控制所述致动器。

2.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制部具有：

数据保存部，保存表示所述聚光单元的温度和所述聚光透镜的焦点位置的变动量的关系的变动量数据；

修正部，通过参照所述变动量数据，取得与所述温度传感器检测的所述聚光单元的温度相应的所述焦点位置的变动量，并且基于所述变动量修正所述位移传感器测定的所述入射面的位移，由此，算出所述驱动量；以及

驱动控制部，以对应于所述驱动量驱动所述聚光单元的方式控制所述致动器。

3.如权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述位移传感器通过在与所述激光光路不同的光路上向所述入射面入射测定光并且检测所述测定光的反射光，来测定所述入射面的位移。

4.如权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述位移传感器通过在与所述激光光路不同的光路上向所述入射面入射测定光并且检测所述测定光的反射光，来测定所述入射面的位移。

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，

所述聚光单元包含保持所述聚光透镜的筐体，

所述温度传感器安装于所述筐体，作为所述聚光单元的温度而检测所述筐体的温度。

6.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，

所述聚光单元包含保持所述聚光透镜的筐体，

所述致动器与所述筐体连接，

所述温度传感器安装于所述致动器，并作为所述聚光单元的温度而检测所述致动器的温度。

7.一种激光加工装置，其特征在于，

是通过沿着加工预定线对加工对象物照射激光而进行加工对象物的激光加工的激光加工装置，

具备：

支撑台，支撑所述加工对象物；

激光光源，输出所述激光；

聚光单元，包含用于使所述激光聚光于支撑于所述支撑台的所述加工对象物上的聚光透镜；

移动部，使所述支撑台及所述聚光单元的至少一者沿着所述加工对象物的所述激光的入射面移动，并使所述激光的聚光点沿着所述加工预定线相对移动；

调整部，沿着与所述入射面交叉的方向调整所述聚光点的位置；

位移传感器，沿着所述加工预定线测定所述入射面的位移；

温度传感器，检测所述聚光单元的温度；以及

控制部，基于所述位移传感器测定的所述入射面的位移和所述温度传感器检测的所述聚光单元的温度，算出所述调整部中的调整量，并且所述移动部使所述聚光点相对移动时，以对应于所述调整量调整所述聚光点的位置的方式，控制所述调整部。

8.如权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制部具有：

数据保存部，保存表示所述聚光单元的温度和所述聚光透镜的焦点位置的变动量的关系的变动量数据；

修正部，通过参照所述变动量数据，取得与所述温度传感器检测的所述聚光单元的温度相应的所述焦点位置的变动量，并且基于所述变动量修正所述位移传感器测定的所述入射面的位移，由此，算出所述调整量；

调整控制部，以对应于所述调整量调整所述聚光点的位置的方式控制所述调整部。

9.如权利要求7或8所述的激光加工装置，其特征在于，

所述位移传感器通过在与所述激光光路不同的光路上向所述入射面入射测定光并且检测所述测定光的反射光，来测定所述入射面的位移。

10.如权利要求7或8所述的激光加工装置，其特征在于，

所述聚光单元包含保持所述聚光透镜的筐体，

所述温度传感器安装于所述筐体，作为所述聚光单元的温度而检测所述筐体的温度。

11.如权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，

所述聚光单元包含保持所述聚光透镜的筐体，

所述温度传感器安装于所述筐体，作为所述聚光单元的温度而检测所述筐体的温度。