JP2022138500A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調パターンの位相変調量の鈍りの影響、及び、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分の偏在を抑制可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置１は、支持部２と光源３と空間光変調器５と集光部６とを備える。制御部１０は、画像信号を空間光変調器５に入力することにより、画像信号に応じた変調パターンを空間光変調器５に表示させる。制御部１０は、Ｘ方向に沿ってレーザ光Ｌの集光点Ｃを相対移動させつつウェハ２０にレーザ光Ｌを照射する加工処理を実行する。加工処理では、制御部１０は、第１方向における変調パターンの一端に対応する画像信号の領域から、第１方向における変調パターンの他端に対応する画像信号の領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値が変化する第１信号を含む前記画像信号を空間光変調器５に入力する。【選択図】図１３

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

特許文献１には、レーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置は、光源から出射されたレーザ光を変調するための空間光変調器を備えている。空間光変調器では、液晶層に付与する電圧に基づいて変調パターンを液晶層に表示させることにより、レーザ光を変調している。

特開２０１５－２２３６２０号公報

特許文献１では、空間光変調器は、半導体基板上に、駆動回路層、画素電極層、反射膜、配向膜、液晶層、配向膜、透明導電膜及び透明基板がこの順序で積層されることで構成されている。このような空間光変調器では、変調パターンを示す信号が駆動回路層に入力されると、当該信号に応じた電圧が各画素電極に印加され、各画素電極と透明導電膜との間に電界が形成される。当該電界が形成されると、液晶層において、各画素電極に対応する領域（以下、「画素」という場合がある）ごとに液晶分子の配列方向が変化し、各画素電極に対応する領域ごとに屈折率が変化する。この状態が、液晶層に変調パターンが表示された状態である。

液晶層に変調パターンが表示された状態で、レーザ光が、外部から透明基板及び透明導電膜を介して液晶層に入射し、反射膜で反射されて、液晶層から透明導電膜及び透明基板を介して外部に出射させられると、液晶層に表示された変調パターンに応じて、レーザ光が変調される。このように、空間光変調器によれば、液晶層に表示する変調パターンを適宜設定することで、レーザ光の変調が可能である。

なお、空間光変調器に変調パターンを表示させるための信号としては、画像信号を用いることができる。この場合、液晶層に対して、空間光変調器に入力される画像信号の階調値に応じた電圧が印加され、その電圧の値に応じた屈折率変化が生じることにより、変調パターンが表示される。そして、空間光変調器に入射したレーザ光に対しては、この変調パターンに応じた位相変調がなされる。したがって、この場合、画像信号と変調パターン、及び、画像信号の階調値と変調パターンによりレーザ光に付与される位相変調量は、互いに対応している。また、以下では、変調パターンによりレーザ光に付与される位相変調量を、単に、変調パターンの位相変調量といったように省略して称する場合がある。

ところで、変調パターンの実際の位相変調量は、理想的な状態に対して鈍りが生じる場合がある。本発明者は、この位相変調量の鈍りが、次のような問題を生じさせる場合があるとの知見を得た。

すなわち、上限２πの位相変調能力を有する空間光変調器に対して、２πよりも大きな位相変調量となる領域を含む変調パターンを表示しようとする場合、当該２πを超えた領域を折り返すことで当該変調パターンを再現することとなる。この場合、位相変調量の鈍りに起因して、変調パターンのうちの折り返しが生じた領域（反転領域）と折り返しが生じていない領域（正転領域）とで、レーザ光の変調状態が異なる場合がある。このため、変調パターンにおいて反転領域と正転領域との割合に偏りが生じていると、変調パターンが変化した際に当該割合の変化が大きくなり、結果的に、レーザ光の変調状態の変化も大きくなる。なお、レーザ光の変調状態とは、一例として、変調パターンが回折格子状のパターンである場合には、レーザ光の回折効率である。

他方、本発明者によれば、位相変調量の折り返し部分が変調パターンの一部に偏って存在することに起因して、以下の問題が生じる場合があるとの知見を得ている。すなわち、位相変調量の折り返し部分が変調パターンの一部に偏って存在すると、レーザ光のうちの当該折り返しが偏在する部分を介して変調された部分と、当該折り返しが偏在する部分を介さずに変調された部分とで、レーザ光の集光状態にばらつきが生じる場合がある。したがって、変調パターンの位相変調量の鈍りの影響、及び、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分の偏在を抑制することが求められる。

そこで、本発明は、変調パターンの位相変調量の鈍りの影響、及び、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分の偏在を抑制可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することで対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、対象物を支持するための支持部と、レーザ光を出射するための光源と、光源から出射されたレーザ光を変調パターンに応じて変調して出射するための空間光変調器と、空間光変調器から出射されたレーザ光を対象物に向けて集光するための集光レンズを含む集光部と、画像信号を空間光変調器に入力することにより、画像信号に応じた変調パターンを空間光変調器に表示させる制御部と、を備え、制御部は、支持部及び集光部の少なくとも一方の移動を制御することにより、レーザ光入射面に沿うＸ方向に沿ってレーザ光の集光点を対象物に対して相対移動させつつ、対象物にレーザ光を照射する加工処理を実行し、画像信号を構成する領域のそれぞれには、変調パターンにおける位相変調量に対応した階調値が設定されており、加工処理では、制御部は、第１方向における変調パターンの一端に対応する領域から、第１方向における変調パターンの他端に対応する領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値が変化する第１信号を含む画像信号を空間光変調器に入力することにより、第１信号に応じた第１パターンを含む変調パターンを空間光変調器に表示させる。

このレーザ加工装置では、制御部が、空間光変調器に画像信号を入力することにより、空間光変調器に変調パターンを表示させ、当該変調パターンに応じてレーザ光の変調を行いつつ加工処理を実行する。画像信号では、画像信号を構成する各領域に対して、変調パターンの各位置の位相変調量に対応した階調値が設定されている。すなわち、空間光変調器では、変調パターンの各位置の位相変調量が画像信号の各領域の諧調値に応じた量とされることにより、全体として所望のパターンが表示される。そして、その画像信号は、変調パターンの一端に対応する領域から、変調パターンの他端に対応する領域に向けて、一定の傾きで階調値が変化する第１信号を含む。この結果、空間光変調器に表示される変調パターンが、この第１信号に応じて位相変調量が一方向に一定の傾きで変化する第１パターンを含むこととなる。本発明者によれば、変調パターンがこのような第１パターンを含む場合、変調パターンの位相変調量の鈍りの影響、及び、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分の偏在が抑制される。

本発明に係るレーザ加工装置では、加工処理において、制御部は、レーザ光を複数の加工光に分岐するための第２パターンを含む変調パターンを空間光変調器に表示するように、第２パターンに対応する第２信号を含む画像信号を空間光変調器に入力するしてもよい。この場合、変調パターンにおいて第２パターンが重畳されることとなる。このような場合には、複数の加工光の間のばらつきが抑制される。

本発明に係るレーザ加工装置では、第１方向は、レーザ光の分岐方向に交差する方向に対応する方向であってもよい。この場合、より効果的に加工光の間のばらつきを抑制可能である。

本発明に係るレーザ加工装置では、加工処理において、制御部は、集光レンズの径方向における位置に応じてレーザ光の集光位置を変化させるための第３パターンを含む変調パターンを空間光変調器に表示するように、第３パターンに対応する第３信号を含む画像信号を空間光変調器に入力してもよい。この場合、第３パターンにおいて、集光レンズの径方向の特定の位置に対応するように位相変調量の折り返し部分が偏在することを抑制し、レーザ光の集光状態のバラつきを抑制することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工装置では、制御部は、第１信号において、第１方向に交差する第２方向における変調パターンの一端に対応する領域から、第２方向における変調パターンの他端に対応する領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値を変化させてもよい。この場合、画像信号の階調値が、互いに交差する２方向について一定の傾きで変化することとなる。したがって、当該２方向に対応する空間光変調器の面内について、位相変調量の鈍りの影響、及び、位相変調量の折り返し部分の偏在を抑制可能である。

本発明に係るレーザ加工装置では、制御部は、第１信号において、少なくとも一方向に複数の周期を有するように階調値を変化させてもよい。この場合、位相変調量の鈍りの影響、及び、位相変調量の折り返し部分の偏在をより確実に抑制可能である。

本発明によれば、変調パターンの位相変調量の鈍りの影響、及び、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分の偏在を抑制可能なレーザ加工装置を提供できる。

図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。 図２は、図１に示された空間光変調器の一部分の断面図である。 図３は、一実施形態の対象物であるウェハの平面図である。 図４は、図３に示されるウェハの一部分の断面図である。 図５は、３点分岐の場合のレーザ加工装置の動作の一例を説明するためのウェハの断面図である。 図６は、変調パターンの一例を示す模式図である。 図７は、変調パターンの一例を示す模式図である。 図８は、回折格子パターンを含む変調パターンの一例を示す模式図である。 図９は、回折格子パターンの一例を示す図である。 図１０は、回折格子パターンに歪補正パターンを重畳した状態を示す図である。 図１１は、回折格子パターンの一例を示す図である。 図１２は、平均化パターンの一例を示す図である。 図１３は、回折格子パターンに対して平均化パターンを重畳して構成される変調パターンの一例を示す図である。 図１４は、歪補正パターンに平均化パターンを重畳して構成された変調パターンの一例を示す図である。 図１５は、集光レンズとレーザ光との関係を示す模式図である。 図１６は、整形パターンの一例を示す図である。 図１７は、図１６に示された整形パターンを利用した場合の加工結果を示す断面写真である。 図１８は、図１６に示された整形パターンに図１２に示された平均化パターンを重畳して構成される変調パターンを示す図である。 図１９は、図１６に示された整形パターン及び図１８に示された変調パターンを利用した場合の加工結果を示す断面写真である。 図２０は、平均化パターンの変形例を示す図である。 図２１は、整形パターンの変形例を説明するための図である。 図２２は、変形例を説明するための図である。 図２３は、変形例を説明するための図である。

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［レーザ加工装置の構成］

図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図１に示されるように、レーザ加工装置１は、支持部２と、光源３と、光軸調整部４と、空間光変調器５と、集光部６と、光軸モニタ部７と、可視撮像部８と、赤外撮像部９と、制御部１０と、を備えている。レーザ加工装置１は、対象物１１にレーザ光Ｌを照射することで対象物１１に改質領域１２を形成する装置である。以下の説明では、互いに直交する３方向を、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向という。本実施形態では、Ｘ方向は第１水平方向であり、Ｙ方向は第１水平方向に垂直な第２水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

支持部２は、例えば対象物１１に貼り付けられたフィルム（図示省略）を吸着することで、対象物１１の表面１１ａがＺ方向と直交するように対象物１１を支持する。支持部２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿って移動可能であり、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

光源３は、例えばパルス発振方式によって、レーザ光Ｌを出射する。レーザ光Ｌは、対象物１１に対して透過性を有している。

光軸調整部４は、光源３から出射されたレーザ光Ｌの光軸を調整する。本実施形態では、光軸調整部４は、光源３から出射されたレーザ光Ｌの進行方向をＺ方向に沿うように変更しつつ、レーザ光Ｌの光軸を調整する。光軸調整部４は、例えば、位置及び角度の調整が可能な複数の反射ミラーによって構成されている。

空間光変調器５は、筐体Ｈ内に配置されている。空間光変調器５は、光源３から出射されたレーザ光Ｌを変調する。本実施形態では、光軸調整部４からＺ方向に沿って下側に進行したレーザ光Ｌが筐体Ｈ内に入射し、筐体Ｈ内に入射したレーザ光ＬがミラーＭ１によってＹ方向に対して角度を成すように水平に反射され、ミラーＭ１によって反射されたレーザ光Ｌが空間光変調器５に入射する。空間光変調器５は、そのように入射したレーザ光ＬをＹ方向に沿って水平に反射しつつ変調する。

集光部６は、筐体Ｈの底壁に取り付けられている。集光部６は、空間光変調器５によって変調されたレーザ光Ｌを、支持部２によって支持された対象物１１に、Ｚ方向に沿って表面１１ａ側から集光する。本実施形態では、空間光変調器５によってＹ方向に沿って水平に反射されたレーザ光ＬがダイクロイックミラーＭ２によってＺ方向に沿って下側に反射され、ダイクロイックミラーＭ２によって反射されたレーザ光Ｌが集光部６に入射する。集光部６は、そのように入射したレーザ光Ｌを対象物１１に集光する。本実施形態では、集光部６は、集光レンズユニット６１が駆動機構６２を介して筐体Ｈの底壁に取り付けられることで構成されている。駆動機構６２は、例えば圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニット６１をＺ方向に沿って移動させる。

なお、筐体Ｈ内において、空間光変調器５と集光部６との間には、結像光学系（図示省略）が配置されている。結像光学系は、空間光変調器５の反射面と集光部６（後述する集光レンズ６１ａ）の入射瞳面とが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、空間光変調器５の反射面でのレーザ光Ｌの像（空間光変調器５によって変調されたレーザ光Ｌの像）が集光部６の入射瞳面に転像（結像）される。

筐体Ｈの底壁には、Ｘ方向において集光レンズユニット６１の両側に位置するように１対の測距センサＳ１，Ｓ２が取り付けられている。各測距センサＳ１，Ｓ２は、対象物１１の表面１１ａに対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、表面１１ａで反射された測距用の光を検出することで、表面１１ａの変位データを取得する。

光軸モニタ部７は、筐体Ｈ内に配置されている。光軸モニタ部７は、ダイクロイックミラーＭ２を透過したレーザ光Ｌの一部（例えば、ダイクロイックミラーＭ２に入射したレーザ光Ｌのうちの０．５～５％）を検出する。光軸モニタ部７による検出結果は、例えば、集光レンズユニット６１に入射するレーザ光Ｌの光軸と集光レンズユニット６１の光軸との関係を示す。

可視撮像部８は、筐体Ｈ内に配置されている。可視撮像部８は、可視光Ｖを出射し、可視光Ｖによる対象物１１の像を画像として取得する。本実施形態では、可視撮像部８から出射された可視光ＶがダイクロイックミラーＭ２及び集光部６を介して対象物１１の表面１１ａに照射され、表面１１ａで反射された可視光Ｖが集光部６及びダイクロイックミラーＭ２を介して可視撮像部８で検出される。

赤外撮像部９は、筐体Ｈの側壁に取り付けられている。赤外撮像部９は、赤外光を出射し、赤外光による対象物１１の像を画像として取得する。本実施形態では、筐体Ｈ及び赤外撮像部９は、Ｚ方向に沿って一体的に移動可能である。

制御部１０は、レーザ加工装置１の各部の動作を制御する。制御部１０は、処理部１０１と、記憶部１０２と、入力受付部１０３と、を有している。処理部１０１は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。処理部１０１では、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）を実行し、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信を制御する。記憶部１０２は、例えばハードディスク等であり、各種データを記憶する。入力受付部１０３は、オペレータから各種データの入力を受け付けるインターフェース部である。本実施形態では、入力受付部１０３は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を構成している。

以上のように構成されたレーザ加工装置１では、対象物１１の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが吸収され、対象物１１の内部に改質領域１２が形成される。改質領域１２は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域１２としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。改質領域１２は、改質領域１２からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に亀裂が延び易いという特性を有している。このような改質領域１２の特性は、対象物１１の切断に利用される。

一例として、対象物１１を切断するためのライン１５に沿って、対象物１１の内部に改質領域１２を形成する場合におけるレーザ加工装置１の動作について説明する。

まず、レーザ加工装置１は、対象物１１に設定されたライン１５がＸ方向に平行となるように、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部２を回転させる。続いて、レーザ加工装置１は、赤外撮像部９によって取得された画像（例えば、対象物１１が有する機能素子層の像）に基づいて、Ｚ方向から見た場合にレーザ光Ｌの集光点Ｃがライン１５上に位置するように、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿って支持部２を移動させる。以下、このような「ライン１５上の加工開始位置に対する集光部６の位置合せ」を「アライメント」という。

続いて、レーザ加工装置１は、可視撮像部８によって取得された画像（例えば、対象物１１の表面１１ａの像）に基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｃが表面１１ａ上に位置するように、Ｚ方向に沿って筐体Ｈ（すなわち、集光部６）を移動させる。以下、このような「表面１１ａに対する集光部６の位置合せ」を「ハイトセット」という。続いて、レーザ加工装置１は、その位置を基準として、レーザ光Ｌの集光点Ｃが表面１１ａから所定深さに位置するように、Ｚ方向に沿って筐体Ｈ（すなわち、集光部６）を移動させる。

続いて、レーザ加工装置１は、光源３からレーザ光Ｌを出射させると共に、レーザ光Ｌの集光点Ｃがライン１５に沿って相対的に移動するように、Ｘ方向に沿って支持部２を移動させる。以下、「対象物１１に対するレーザ光Ｌの相対的移動方向」を「レーザ光Ｌの相対的移動方向Ａ」という。このとき、レーザ加工装置１は、１対の測距センサＳ１，Ｓ２のうちレーザ光Ｌの相対的移動方向Ａにおける前側に位置する測距センサによって取得された表面１１ａの変位データに基づいて、レーザ光Ｌの集光点Ｃが表面１１ａから所定深さに位置するように、集光部６の駆動機構６２を動作させる。

以上により、ライン１５に沿って且つ対象物１１の表面１１ａから一定深さに、１列の改質領域１２が形成される。パルス発振方式によって光源３からレーザ光Ｌが出射されると、複数の改質スポット１２ｓがＸ方向に沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポット１２ｓは、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポット１２ｓの集合である。隣り合う改質スポット１２ｓは、レーザ光Ｌのパルスピッチ（対象物１１に対する集光点Ｃの相対的な移動速度をレーザ光Ｌの繰り返し周波数で除した値）によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。
［空間光変調器の構成］

本実施形態の空間光変調器５は、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。図２は、図１に示された空間光変調器の一部分の断面図である。図２に示されるように、空間光変調器５は、半導体基板５１上に、駆動回路層５２、画素電極層５３、反射膜５４、配向膜５５、液晶層５６、配向膜５７、透明導電膜５８及び透明基板５９がこの順序で積層されることで、構成されている。

半導体基板５１は、例えば、シリコン基板である。駆動回路層５２は、半導体基板５１上において、アクティブ・マトリクス回路を構成している。画素電極層５３は、半導体基板５１の表面に沿ってマトリックス状に配列された複数の画素電極５３ａを含んでいる。各画素電極５３ａは、例えば、アルミニウム等の金属材料によって形成されている。各画素電極５３ａには、駆動回路層５２によって電圧が印加される。

反射膜５４は、例えば、誘電体多層膜である。配向膜５５は、液晶層５６における反射膜５４側の表面に設けられており、配向膜５７は、液晶層５６における反射膜５４とは反対側の表面に設けられている。各配向膜５５，５７は、例えば、ポリイミド等の高分子材料によって形成されており、各配向膜５５，５７における液晶層５６との接触面には、例えば、ラビング処理が施されている。配向膜５５，５７は、液晶層５６に含まれる液晶分子５６ａを一定方向に配列させる。

透明導電膜５８は、透明基板５９における配向膜５７側の表面に設けられており、液晶層５６等を挟んで画素電極層５３と向かい合っている。透明基板５９は、例えば、ガラス基板である。透明導電膜５８は、例えば、ＩＴＯ等の光透過性且つ導電性材料によって形成されている。透明基板５９及び透明導電膜５８は、レーザ光Ｌを透過させる。

以上のように構成された空間光変調器５では、変調パターンを示す画像信号が制御部１０から駆動回路層５２に入力されると、当該画像信号に応じた電圧が各画素電極５３ａに印加され、各画素電極５３ａと透明導電膜５８との間に電界が形成される。当該電界が形成されると、液晶層５６において、各画素電極５３ａに対応する領域（画素５６ｐ）ごとに液晶分子２１６ａの配列方向が変化し、各画素電極５３ａに対応する領域ごとに屈折率が変化する。この状態が、液晶層５６に変調パターンが表示された状態である。

液晶層５６に変調パターンが表示された状態で、レーザ光Ｌが、外部から透明基板５９及び透明導電膜５８を介して液晶層５６に入射し、反射膜５４で反射されて、液晶層５６から透明導電膜５８及び透明基板５９を介して外部に出射させられると、液晶層５６に表示された変調パターンに応じて、レーザ光Ｌが変調される。このように、空間光変調器５によれば、液晶層５６に表示する変調パターンを適宜設定することで、レーザ光Ｌの変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等の変調）が可能である。
［対象物の構成］

図３は、一実施形態の対象物であるウェハの平面図である。図４は、図３に示されるウェハの一部分の断面図である。本実施形態の対象物１１は、図３及び図４に示されるように、ウェハ２０である。ウェハ２０は、第１表面２０ａ及び第１表面２０ａとは反対側の第２表面（レーザ光入射面）２０ｂを有している。ウェハ２０は、半導体基板２１上に機能素子層２２が積層されることで、構成されている。

半導体基板２１は、例えば、シリコン基板である。半導体基板２１は、第１表面２１ａ及び第１表面２１ａとは反対側の第２表面２１ｂを有している。第２表面２１ｂは、ウェハ２０の第２表面２０ｂである。半導体基板２１には、結晶方位を示すノッチ２１ｃが設けられている。なお、半導体基板２１には、ノッチ２１ｃの替わりにオリエンテーションフラットが設けられていてもよい。

機能素子層２２は、半導体基板２１の第１表面２１ａに設けられている。機能素子層２２は、半導体基板２１の第１表面２１ａに沿ってマトリックス状に配列された複数の機能素子２２ａを含んでいる。各機能素子２２ａは、例えば、フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、メモリ等の回路素子等である。各機能素子２２ａは、複数の層がスタックされて３次元的に構成される場合もある。

ウェハ２０は、複数のライン１５のそれぞれに沿って機能素子２２ａごとに切断される。複数のライン１５は、ウェハ２０の厚さ方向から見た場合に複数の機能素子２２ａのそれぞれの間（より具体的には、隣り合う機能素子２２ａの間を通るように延在するストリート領域２３の中央）を通るように、ウェハ２０の第２表面２１ｂに沿って格子状に延在している。各ライン１５は、レーザ加工装置１によってウェハ２０に設定された仮想的なラインである。なお、各ライン１５は、ウェハ２０に実際に引かれたラインであってもよい。
［レーザ加工装置の動作の一例］

図５は、３点分岐の場合のレーザ加工装置の動作の一例を説明するためのウェハの断面図である。図５に示されるように、レーザ加工装置１では、ウェハ２０の第２表面２０ｂがＺ方向と直交するように、支持部２によってウェハ２０が支持される。そして、制御部１０によって空間光変調器５が制御され、空間光変調器５の液晶層５６に所定の変調パターン（例えば、回折パターンを含む変調パターン）が表示される。この状態で、光源３からレーザ光Ｌが出射され、集光部６によってレーザ光Ｌが第２表面２０ｂ側からウェハ２０に集光される。つまり、空間光変調器５によってレーザ光Ｌが変調され、変調されたレーザ光Ｌが集光部６によって第２表面２０ｂ側からウェハ２０に集光される。

これにより、レーザ光Ｌが０次光を含む複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐（回折）され、複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の複数の集光点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がＺ方向及びＸ方向のそれぞれの方向において互いに異なる箇所に位置させられる。本実施形態では、加工光Ｌ２が０次光である。加工光Ｌ１の集光点Ｃ１は、０次光である加工光Ｌ２の集光点Ｃ２よりもレーザ光Ｌの相対的移動方向Ａにおける前側に位置し、加工光Ｌ３の集光点Ｃ３は、０次光である加工光Ｌ２の集光点Ｃ２よりもレーザ光Ｌの相対的移動方向Ａにおける後側に位置する。一例として、加工光Ｌ１は＋１次光であり、加工光Ｌ３は－１次光である。

本実施形態では、複数の集光点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が、レーザ光Ｌの相対的移動方向Ａにおける前側ほどＺ方向におけるウェハ２０の第１表面２０ａ側に位置する位置関係を有するように、空間光変調器５によってレーザ光Ｌが変調される。つまり、集光点Ｃ２が集光点Ｃ３よりもＺ方向におけるウェハ２０の第１表面２０ａ側に位置し、且つ集光点Ｃ１が集光点Ｃ２よりもＺ方向におけるウェハ２０の第１表面２０ａ側に位置するように、空間光変調器５によってレーザ光Ｌが変調される。更に、本実施形態では、複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３においてレーザ光Ｌの相対的移動方向Ａにおける最も前側に分岐される加工光Ｌ１が最も大きい出力（エネルギー、強度）を有するように、空間光変調器５によってレーザ光Ｌが変調される。なお、複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の中に、加工光Ｌ１の出力と等しい出力を有する加工光が存在したとしても、それ以外の加工光の出力が加工光Ｌ１の出力未満である場合は、加工光Ｌ１が最も大きい出力を有する場合に含まれる。

レーザ光Ｌが０次光を含む複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐された状態で、Ｘ方向がライン１５の延在方向に一致し且つ複数の集光点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３がライン１５に沿って相対的に移動するように、制御部１０によって支持部２が制御される。これにより、１本のライン１５に沿って３列の改質領域１２が形成される。ウェハ２０の第２表面２０ｂから各改質領域１２までの距離は、互いに異なっており、各改質領域１２が形成される深さは、各集光点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が合わされる深さに対応している。以上が、レーザ加工装置１の動作の一例であり、制御部１０が実行する加工処理の一例である。なお、上記の例では、レーザ光Ｌを３つの加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐する例について説明したが、加工処理では、これに限定されず、レーザ光Ｌを２つまたは４つ以上の加工光に分岐したり、レーザ光Ｌを分岐させずに使用したりしてもよい。
［空間光変調器の課題、及び解決手法に係る知見］

引き続いて、上述したような空間光変調器５を用いた場合の第１の課題と、その第１の課題の解決手法に係る本発明者の知見について説明する。図６は、空間光変調器に表示された変調パターンの一例を示す図である。図６の（ａ）は理想的な変調パターンＰｉを示し、図６の（ｂ）は実際の変調パターンＰｒを示している。図６に示されるように、例えば画素ピッチＤで隣り合う画素５６ｐの間において、理想的な変調パターンＰｉの位相変調量に対して実際の変調パターンＰｒに鈍りが生じる場合がある。本発明者は、この位相変調量の鈍りが、次のような問題を生じさせる場合があるとの知見を得た。

すなわち、図７に示されるように、上限２πの位相変調能力を有する空間光変調器５に対して、２πよりも大きな位相変調量（例えば２π～６π）となる領域を含む変調パターンＰｌを表示しようとする場合（図７の（ａ）参照）、当該２πを超えた領域を折り返すことで変調パターンＰｌを再現することとなる（図７の（ｂ）参照）。この場合、位相変調量の鈍りに起因して、変調パターンＰｌのうちの折り返しが生じた領域（反転領域）と折り返しが生じていない領域（正転領域）とで、レーザ光Ｌの変調状態が異なる場合がある。この点について、より具体的に説明する。

まず、空間光変調器５に変調パターンを表示させるための信号としては、画像信号を用いることができる。この場合、液晶層５６に対して、空間光変調器５に入力される画像信号の階調値に応じた電圧が印加され、その電圧の値に応じた屈折率変化が生じることにより変調パターンが表示される。そして、空間光変調器５に入射したレーザ光に対しては、この変調パターンに応じた位相変調がなされる。したがって、この場合、画像信号と変調パターン、及び、画像信号の階調値と変調パターンによりレーザ光Ｌに付与される位相変調量は、互いに対応している。このため、以下では、階調値と位相変調量とを同様の意味で記載する場合がある。

ここでは、変調パターンが、レーザ光Ｌを３つの加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐するための回折格子パターンを含むものとする。図８は、回折格子パターンを含む変調パターンの一例を示す模式図である。図８の例では、いずれも、空間光変調器５が２πの位相変調能力を有する場合であり、階調値が０のときに位相変調量（位相差）が０［ｒａｄ］、階調値が２５６のときに位相変調量（位相差）が２π［ｒａｄ］となるようにされている。

図８の（ａ）に示される例では、階調値Ｔ１が８２である回折格子パターンＰｇのみが示されている。この場合、回折格子パターンＰｇでは、階調値Ｔ１が２５６を超えない、すなわち、位相変調量が２πを超えないため、反転領域は生じない。

また、図８の（ｂ）に示される例では、階調値Ｔ１が８２である回折格子パターンＰｇに対して、オフセット値Ｑ１が１００で一定であるオフセットパターンＰｂ１が重畳されて構成される変調パターンＰｃ１が示されている。この場合にも、変調パターンＰｃ１における合計の階調値Ｔ２（階調値Ｔ１＋オフセット値Ｑ１）が１８２であり、２５６を超えない、すなわち位相変調量が２πを超えないため、反転領域は生じない。なお、オフセットパターンとは、ある変調パターン（例えば回折格子パターン）に別の変調パターン（例えば空間光変調器５の歪補正パターンや収差補正パターン）が重畳される場合を模式的に示すためのものである。

一方、図８の（ｃ）に示される例では、階調値Ｔ１が８２である回折格子パターンＰｇに対して、オフセット値Ｑ２が２００で一定であるオフセットパターンＰｂ２が重畳されて構成される変調パターンＰｃ２が示されている。この場合には、変調パターンＰｃ２における合計の階調値（階調値Ｔ１＋オフセット値Ｑ２）が２８２となり、２５６を超える超過分Ｔ３（すなわち位相変調量が２πを超える部分）が生じる。この超過分Ｔ３は、「オフセット値Ｑ２＋階調値Ｔ１－２５６」として算出される。このため、この変調パターンＰｃ２では、位相変調量の折り返しが発生して反転領域が生じる。

反転領域における変調パターンＰｃ２の階調値Ｔ４は、オフセット値Ｑ２から超過分Ｔ３を減じることにより算出される。すなわち、変調パターンＰｃ２の階調値Ｔ４は、「オフセット値Ｑ２－（オフセット値Ｑ２＋階調値Ｔ１－２５６）」として算出される。これによれば、ここでの階調値Ｔ４は１７４である。なお、以下では、階調値Ｔ１を正転領域の階調値と称し、階調値Ｔ４を反転領域の階調値と称する場合がある。

レーザ光Ｌを３つの加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐する場合であって、位相変調量の鈍りがない場合、回折格子パターンＰｇの正転領域での階調値Ｔ１が８２であるとき（位相変調量が０．６４πであるとき）、±１次光である加工光Ｌ１，Ｌ３の回折効率と０次光である加工光Ｌ２の回折効率が一致し、加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力バランスがとれる。また、同様の場合には、反転領域での階調値Ｔ４が１７４であるとき（位相変調量が１．３６πであるとき）についても、加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の回折効率が一致して出力バランスがとれることになる。

一方、位相変調量の鈍りがある実際の場合には、正転領域での階調値Ｔ１が８９であるとき（位相変調量が０．７０πであるとき）、±１次光である加工光Ｌ１，Ｌ３の回折効率と０次光である加工光Ｌ２の回折効率が一致し、加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力バランスがとれる。正転領域での階調値Ｔ１が８９であるとき、この階調値Ｔ１に相当する反転領域の階調値Ｔ４は１６７である（上記の計算式参照）。そして、反転領域での階調値Ｔ４が１６７であるとき（位相変調量が１．３０πであるとき）については、３つの加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力バランスが大きく崩れ、０次光が相対的に弱くなる。つまり、位相変調量に鈍りがある場合、正転領域と反転領域との間で回折効率にばらつきが生じることとなる。

ここで、図９に示される回折格子パターンＰｇに対して、少なくとも部分的に上記のオフセットパターンＰｂ１，Ｐｂ２として作用する（回折格子パターンＰｇに対してオフセット値Ｑ１，Ｑ２を付加する）歪補正パターンＰｄを重畳して構成される変調パターンＰｃ３の場合（図１０参照）、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２とが混在することとなる。上記のように正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２とで回折効率にばらつきが生じるとしても、回折格子パターンＰｇを単体で使用したり、変調パターンの全体で階調値が一定であったりする場合等には、実測に基づいて階調値を求め直して補正を行うことができる。

しかし、図１０に示されるように、実際には複数の変調パターンを合成したり、様々な変調パターンを切り替えたりして使用するため、このような補正が困難である。なお、レーザ光Ｌを等比率で２つの加工光に分岐する場合、正転領域Ｒ１での階調値Ｔ１及び反転領域Ｒ２での階調値Ｔ４がいずれも１２８となり、問題が生じないが、レーザ光Ｌを異なる比率で２つの加工光に分岐する場合には同様の問題が生じる。

特に、図１１の（ａ）に示される回折格子パターンＰｇに対して、比較的に小さいオフセット値が付与された変調パターンＰｃ１では（図１１の（ｂ）参照）、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合が１：０である（全体が正転領域Ｒ１である）のに対して、比較的に大きいオフセット値が付与された変調パターンＰｃ２では（図１１の（ｃ）参照）、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合が０：１となり（全体が反転領域Ｒ２となり）、回折格子パターンＰｇに重畳するパターンや領域によって回折効率のバラつきが大きくなる。なお、図１１の各グラフの横軸は、変調パターンの位置として、液晶層５６の画素５６ｐの数（番号）を示している。すなわち、横軸の２５６とは、液晶層５６の一端から２５６番目の画素５６ｐに対応する変調パターンの位置を示す。

このような観点から、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合の偏りを抑制すれば、合成される変調パターンの種類に応じた回折効率のばらつきや、変調パターンの各領域に応じた回折効率のばらつきが抑制されて、位相変調量の鈍りの影響が緩和されると考えられる。そこで、ここでは、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合を平均化するための平均化パターンを利用する。

図１２は、平均化パターンの一例を示す図である。図１２に示されるように、平均化パターンＰｓは、当該平均化パターンＰｓの一端から他端に向けて、階調値が最小値（０）から最大値（２５６）にわたって（位相変調量が０から２πにわたって）一定の傾きで変化する変調パターンである。

図１３は、回折格子パターンに対して平均化パターンを重畳して構成される変調パターンの一例を示す図である。図１３の（ａ）は、回折格子パターンＰｇに対して平均化パターンＰｓを重畳して構成される変調パターンＰｃ４を示し、図１３の（ｂ）は、回折格子パターンＰｇに対してオフセットパターンＰｂ１と平均化パターンＰｓとを重畳して構成される変調パターンＰｃ５を示し、図１３の（ｃ）は、回折格子パターンＰｇに対してオフセットパターンＰｂ２と平均化パターンＰｓとを重畳して構成される変調パターンＰｃ６を示している。

変調パターンＰｃ４では、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合が０．６７対０．３３となり、変調パターンＰｃ５では、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合が０．６７対０．３３となり、変調パターンＰｃ６では、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合が０．７３対０．２７となり、いずれの場合であっても、平均化パターンＰｓを用いない場合と比較して正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合が平均化されている。この結果、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合の偏りが抑制され、合成される変調パターンの種類に応じた回折効率のばらつきや、変調パターンの各領域に応じた回折効率のばらつきが抑制されて、位相変調量の鈍りの影響が緩和されるのである。

ここで、平均化パターンＰｓにおける階調値の傾き（折り返し周期）を変更することにより、平均化の度合いを調整することが可能である。図１２の例は、平均化パターンＰｓの位置が０～５１２まで変化する間に階調値が０～２５６まで増加するような傾きが０．５、周期が１の例である。一方、周期が２である場合には、平均化パターンＰｓにおける階調値の傾きが２倍となり、平均化パターンＰｓの位置が０～２５６まで変化する間に階調値が０～２５６まで増加し、平均化パターンＰｓの位置が２５７から５１２まで変化する間に階調値が再び０～２５６まで増加することとなる。

図１４は、歪補正パターンに平均化パターンを重畳して構成された変調パターンの一例を示す図である。図１４の（ａ）は、平均化パターンＰｓを用いない場合、図１４の（ｂ）は、周期が１の平均化パターンＰｓを用いた場合、図１４の（ｃ）は、周期が２の平均化パターンＰｓを用いた場合、図１４の（ｄ）は、周期が４の平均化パターンＰｓを用いた場合、図１４の（ｅ）は、周期が８の平均化パターンＰｓを用いた場合を示している。図１４に示されるように、平均化パターンＰｓの周期が大きくなるほど（階調値の傾きが大きくなるほど）、位相変調量の折り返しが増加し、正転領域Ｒ１と反転領域Ｒ２との割合の偏りが分散されて平均化される。なお、平均化パターンＰｓは、一例として、レーザ光Ｌの集光点Ｃをシフトさせる機能を有するシフトパターンである。

引き続いて、空間光変調器５を用いた場合の第２の課題と、その第２の課題の解決手法に係る本発明者の知見について説明する。図１５は、集光レンズとレーザ光との関係を示す模式図である。図１５に示されるように、集光部６の集光レンズユニット６１は、レーザ光Ｌをウェハ２０に向けて集光するための集光レンズ６１ａを含む。レーザ加工装置１では、空間光変調器５によってレーザ光Ｌを変調することにより、集光レンズ６１ａにおけるレーザ光Ｌの入射するＮＡ領域（集光レンズ６１ａの径方向Ｋｄの位置）に応じてレーザ光Ｌの集光位置を変更し、レーザ光Ｌの集光点Ｃを長尺状に整形することができる。

ここでは、図１６に示される整形パターンＰｆを用いてレーザ光Ｌを変調することにより、集光レンズ６１ａにおけるレーザ光Ｌの入射位置が径方向Ｋｄについて中心から離れるにつれて、レーザ光Ｌの集光位置がＺ方向のより深い位置（集光レンズ６１ａからより離れた位置）となるように、レーザ光Ｌの集光位置をＺ方向に変更することにより、Ｚ方向に長尺状となるようにレーザ光Ｌの集光点Ｃを整形している。この整形パターンＰｆでは、当該整形パターンＰｆにおけるレーザ光Ｌが入射する領域（集光レンズ６１ａの入射瞳面に対応する領域）に対して、位相変調量の折り返し部分Ｂが同心円状に形成されている。つまり、このような整形パターンＰｆでは、位相変調量の折り返し部分Ｂが整形パターンＰｆの一部に偏在している。

このため、レーザ光Ｌのうち、整形パターンＰｆにおける折り返し部分Ｂが偏在する部分を介して変調された部分と、当該折り返し部分Ｂが偏在する部分を介さずに変調された部分とで、レーザ光Ｌの集光状態にばらつきが生じる場合がある。この結果、整形パターンＰｆに別の変調パターンが重畳され、整形パターンＰｆの位相変調量にオフセットが付与されると、そのオフセット値の大きさに応じて加工結果が変化することがあるのである。

図１７の（ａ）は、オフセット値が６４である場合の加工結果を示す例であり、図１７の（ｂ）は、オフセット値が９６である場合の加工結果を示す例である。図１７に示されるように、オフセット値の大きさに応じて加工結果が変化している。これは、整形パターンＰｆにおける折り返し部分Ｂが偏在する部分で変調されたレーザ光Ｌが、意図しない集光状態となるためであると考えられる。

これに対して、図１８は、図１６に示された整形パターンに図１２に示された平均化パターンを重畳して構成される変調パターンを示す図である。図１８に示されるように、整形パターンＰｆに平均化パターンＰｓを重畳して構成される変調パターンＰｅでは、整形パターンＰｆと比較して、位相変調量の折り返し部分Ｂが変調パターンＰｅにおけるレーザ光Ｌが入射する領域の全体に分散され、折り返し部分Ｂが形成された位置が平均化されている。

図１９は、図１６に示された整形パターン及び図１８に示された変調パターンのそれぞれを利用した場合の加工結果を示す断面写真である。図１９の（ａ）は、整形パターンＰｆに６４のオフセット値を付与した場合の加工結果を示し、図１９の（ｂ）は、整形パターンＰｆに９６のオフセット値を付与した場合の加工結果を示す。また、図１９の（ｃ）は、変調パターンＰｅに６４のオフセット値を付与した場合の加工結果を示し、図１９の（ｄ）は、変調パターンＰｅに９６のオフセット値を付与した場合の加工結果を示す。

図１９の（ａ），（ｂ）に示されるように、整形パターンＰｆに平均化パターンＰｓが重畳されていない場合には、オフセット値が変化すると加工結果も変化する。これに対して、図１９の（ｃ），（ｄ）に示されるように、整形パターンＰｆに平均化パターンＰｓが重畳されている場合には、オフセット値の変化に対する加工結果の変化が小さい。このように、平均化パターンＰｓを利用することで、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分Ｂの偏在をも抑制可能であり、この結果、加工結果のばらつきが抑制されるのである。本実施形態に係るレーザ加工装置１では、以上の知見を利用して、以下のようなレーザ加工を行うことができる。
［本実施形態に係るレーザ加工の一例］

まず、本実施形態に係るレーザ加工装置１は、上述したように、対象物１１（ここではウェハ２０）を支持するための支持部２と、レーザ光Ｌを出射する光源３と、光源３から出射されたレーザ光Ｌを変調パターンに応じて変調して出射するための空間光変調器５と、空間光変調器５から出射されたレーザ光Ｌをウェハ２０に向けて集光するための集光レンズ６１ａを含む集光部６と、レーザ加工装置１の各部の制御を行う制御部１０と、を備えている。制御部１０は、画像信号を空間光変調器５に入力することにより、画像信号に応じた変調パターンを空間光変調器５に表示させる。

このようなレーザ加工装置１では、レーザ加工の際に、まず、ウェハ２０の第２表面２０ｂがＺ方向と直交するように、支持部２によってウェハ２０が支持される。続いて、制御部１０が、空間光変調器５に画像信号を入力することにより、空間光変調器５の液晶層５６に所定の変調パターンを表示させる。この状態で、制御部１０が、光源３を制御することにより、光源３からレーザ光Ｌを出射させ、集光レンズ６１ａによってレーザ光Ｌを第２表面２０ｂ側からウェハ２０に向けて集光させる。つまり、空間光変調器５によってレーザ光Ｌが変調され、変調されたレーザ光Ｌが集光レンズ６１ａによって第２表面２０ｂ側からウェハ２０に集光される。これにより、ウェハ２０の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｃが形成される。

これと共に、制御部１０が、レーザ光Ｌの集光点ＣがＸ方向に沿うライン１５に沿ってウェハ２０に対して相対移動するように、ここでは支持部２の移動を制御する。これにより、Ｘ方向に沿ってレーザ光Ｌの集光点Ｃをウェハ２０に対して相対移動させつつ、ウェハ２０にレーザ光Ｌが照射される（加工処理が実行される）。

レーザ光Ｌを分岐しての加工が望まれる場合には、制御部１０は、この加工処理において、レーザ光Ｌを複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐するための回折格子パターンＰｇ（第２パターン）を含む変調パターンを空間光変調器５に表示するように、回折格子パターンＰｇに対応する第２信号を含む画像信号を空間光変調器５に入力することができる。このときのレーザ光Ｌの分岐方向は、例えば加工進行方向であるＸ方向である。なお、ある変調パターンに対応する画像信号とは、空間光変調器５の液晶層５６のそれぞれの画素５６ｐに対応する当該画像信号のそれぞれの領域に、当該それぞれの画素５６ｐにおける位相変調量に対応した階調値が設定された画像信号である。

一方、レーザ光Ｌの集光点Ｃを長尺状としての加工が望まれる場合には、制御部１０は、加工処理において、集光レンズ６１ａの径方向Ｋｄにおける位置に応じてレーザ光Ｌの集光位置を変化させるための整形パターンＰｆ（第３パターン）を含む変調パターンを空間光変調器５に表示するように、整形パターンＰｆに対応する第３信号を含む画像信号を空間光変調器５に入力することができる。

制御部１０は、上記のいずれの場合であっても、加工処理において、第１方向における変調パターンの一端に対応する領域から、第１方向における変調パターンの他端に対応する領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値が変化する第１信号を含む画像信号を空間光変調器に入力することにより、第１信号に応じた平均化パターンＰｓ（第１パターン）を含む変調パターンを空間光変調器５に表示させる。したがって、このとき、空間光変調器５に表示される変調パターンは、少なくとも、回折格子パターンＰｇ及び／又は整形パターンＰｆと平均化パターンＰｓとが重畳されて構成される変調パターンとなる。同様に、このとき、空間光変調器５に入力される画像信号では、少なくとも第２信号及び／又は第３信号の階調値と第１信号との階調値が重畳された階調値が設定される。

特に、制御部１０は、加工処理において、レーザ光Ｌを複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に分岐した場合には、平均化パターンＰｓの階調値の変化方向である第１方向を、レーザ光Ｌの分岐方向に交差する方向に対応する方向とすることができる（分岐方向に平行な方向に対応する方向であってもよい）。すなわち、レーザ光Ｌの分岐方向がＸ方向である場合、第１方向は、Ｘ方向に交差するＹ方向に対応する方向とすることができる（Ｘ方向に対応する方向であってもよい）。

また、制御部１０は、第１信号において、第１方向に交差する第２方向における平均化パターンＰｓの一端に対応する領域から、第２方向における平均化パターンＰｓの他端に対応する領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値を変化させてもよい。上記のとおり第１方向がＹ方向に対応する方向である場合、第２方向は、一例としてＸ方向に対応する方向である。この場合、少なくとも２方向について、一定の傾きで位相変調量が変化する平均化パターンＰｓを空間光変調器５に表示させることができる。なお、第１方向における階調値の傾きと、第２方向における階調値の傾きとは、同一であってもよいし異なっていてもよい。例えば、空間光変調器５の液晶層５６の画素５６ｐの数が２方向で異なっている場合には、それぞれの方向の一端から他端に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで（同一の周期で）位相変調量を変化させる場合には、画像信号において、第１方向における階調値の傾きと第２方向における階調値の傾きとが異なることとなる。

さらに、制御部１０は、加工処理において、空間光変調器５の歪補正パターンや収差補正パターンといった別の変調パターンが重畳されるように画像信号を生成・入力することができる。この場合、空間光変調器５では、これらの別の変調パターンに応じたオフセットが、回折格子パターンＰｇや整形パターンＰｆに対して付与されると共に、さらに、平均化パターンＰｓが重畳されることとなる。

なお、加工処理において、空間光変調器５に表示させる変調パターンに、シフトパターンである平均化パターンＰｓを重畳すると、結果的に、ウェハ２０内においてレーザ光Ｌの集光点Ｃがライン１５からシフトされる場合がある。したがって、この場合には、制御部１０は、レーザ光Ｌの集光点Ｃがライン１５上に位置するように光軸調整部４を制御することができる。このとき、制御部１０は、可視撮像部８によって取得された画像（例えば、ウェハ２０の第２表面２０ｂの像）を参照することができる。

以上説明したように、レーザ加工装置１では、制御部１０が、空間光変調器５に画像信号を入力することにより、空間光変調器５に変調パターンを表示させ、当該変調パターンに応じてレーザ光Ｌの変調を行いつつ加工処理を実行する。画像信号では、画像信号を構成する各領域に対して、変調パターンの各位置の位相変調量に対応した階調値が設定されている。すなわち、空間光変調器５では、変調パターンの各位置の位相変調量が画像信号の各領域の諧調値に応じた量とされることにより、全体として所望の変調パターンが表示される。そして、その画像信号は、変調パターンの一端に対応する領域から、変調パターンの他端に対応する領域に向けて、一定の傾きで階調値が変化する第１信号を含む。この結果、空間光変調器５に表示される変調パターンが、この第１信号に応じて位相変調量が一方向に一定の傾きで変化する平均化パターンＰｓ（第１パターン）を含むこととなる。上述したように、変調パターンがこのような平均化パターンＰｓを含む場合、変調パターンの位相変調量の鈍りの影響、及び、変調パターンにおける位相変調量の折り返し部分Ｂの偏在が抑制される。

また、レーザ加工装置１では、加工処理において、制御部１０は、レーザ光Ｌを複数の加工光に分岐するための回折格子パターンＰｇ（第２パターン）を含む変調パターンを空間光変調器５に表示するように、回折格子パターンＰｇに対応する第２信号を含む画像信号を空間光変調器５に入力するしてもよい。この場合、変調パターンにおいて回折格子パターンＰｇが重畳されることとなる。このような場合には、複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の間のばらつきが抑制される。

また、レーザ加工装置１では、第１方向は、レーザ光Ｌの分岐方向に交差する方向に対応する方向であってもよい。この場合、より効果的に加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の間のばらつきを抑制可能である。

また、レーザ加工装置１では、加工処理において、制御部１０は、集光レンズ６１ａの径方向Ｋｄにおける位置に応じてレーザ光Ｌの集光位置を変化させるための整形パターンＰｆ（第３パターン）を含む変調パターンを空間光変調器５に表示するように、整形パターンＰｆに対応する第３信号を含む画像信号を空間光変調器５に入力してもよい。この場合、整形パターンＰｆにおいて、集光レンズ６１ａの径方向Ｋｄの特定の位置に対応するように位相変調量の折り返し部分Ｂが偏在することを抑制し、レーザ光Ｌの集光状態のバラつきを抑制することが可能となる。

また、レーザ加工装置１では、制御部１０は、第１信号において、第１方向に交差する第２方向における変調パターンの一端に対応する領域から、第２方向における変調パターンの他端に対応する領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値を変化させてもよい。この場合、画像信号の階調値が、互いに交差する２方向について一定の傾きで変化することとなる。したがって、当該２方向に対応する空間光変調器５の面内について、位相変調量の鈍りの影響、及び、位相変調量の折り返し部分の偏在を抑制可能である。

さらに、レーザ加工装置１では、制御部１０は、第１信号において、少なくとも一方向に複数の周期を有するように階調値を変化させてもよい。この場合、位相変調量の鈍りの影響、及び、位相変調量の折り返し部分の偏在をより確実に抑制可能である。

以上の実施形態は、本発明の一態様を説明するものである。したがって、本発明は、上述した態様に限定されることなく変形され得る。

例えば、上記実施形態では、図１２において、階調値の傾きが０．５であり周期が１である例を挙げた。しかし、平均化パターンＰｓはこれに限定されない。図２０は、平均化パターンの変形例を示す図である。図２０の（ａ）の変形例に係る平均化パターンＰｓは、平均化パターンＰｓの位置が０～１０２４まで変化する間に階調値が０～２５６まで増加するような傾きが０．２５であり、周期が１の例である。図２０の（ｂ）の変形例に係る平均化パターンＰｓは、平均化パターンＰｓの位置が０～２５６まで変化する間に階調値が０～２５６まで増加し、平均化パターンＰｓの位置が２５７～５１２まで変化する間に階調値が再び０～２５６まで増加するような傾きが１、周期が２の例である。この例では、１か所の折り返し部が生じている。同様に、図２０の（ｃ）では、傾きが２、周期が４の例が示されている。このように、平均化パターンＰｓの傾き及び周期は任意に設定され得る。また、周期を有する方向も１方向に限らずに２方向であってもよい。

また、上記実施形態では、図１６において、レーザ光Ｌの集光点ＣをＺ方向に長尺状に整形するための整形パターンＰｆを例示した。しかし、整形パターンＰｆはこれに限定されず、図２１の各図に示されるように集光点Ｃを整形するように任意に変形可能である。

ここで、上述したようにレーザ光Ｌを複数の加工光に分岐して加工を行う場合、各加工光の間の出力バランスのばらつきに対する上述した対策（第１の対策）が有効である。一方で、このように分岐加工を行う場合、分岐されて生成された各加工光のうちの０次光（例えば加工光Ｌ２）に対して、レーザ光Ｌのうちの空間光変調器５によって変調されなかった非変調光が集光状態に及ぼす影響の対策（第２の対策）が有効となる。

平均化パターンＰｓは、レーザ光Ｌの集光点Ｃをシフトさせる機能を有する。加工処理において、ウェハ２０のストリート領域２３がＸ方向に沿うようにウェハ２０が配置され、そのストリート領域２３内においてレーザ光Ｌの集光点ＣをＸ方向に相対移動させる場合、上記の第１の対策及び第２の対策の両方について、平均化パターンＰｓをＹ方向に集光点Ｃをシフトさせるようなものとすることで、対応可能である。

ただし、第１の対策の対応としては、平均化パターンＰｓは、集光点ＣをＹ方向に２μｍ程度といった比較的に小さいシフト量でシフトさせるものでよいのに対して、第２の対策の対応としては、平均化パターンＰｓを、集光点ＣをＹ方向に５μｍ程度以上の比較的に大きなシフト量でシフトさせることがより有効となる。そして、第２の対策は、０次光と非変調光との干渉を抑制する観点から、０次光を使用する場合にのみ必要となる。

したがって、分岐加工を行わない第１の場合、分岐加工を行うが０次光を使用しない第２の場合、０次光を使用しつつ分岐加工を行う第３の場合で、Ｙ方向のシフト量の要求がことなる場合がある。より具体的には、第１の場合には、少なくとも第１の対策及び第２の対策の対応のために集光点ＣをＹ方向にシフトさせる必要はなく、第２の場合には、第２の対策が不要であるため、第１の対策のためにＹ方向のシフト量を２μｍ程度に抑えることができ、第３の場合には、さらに第２の対策を考慮してＹ方向のシフト量を５μｍ程度以上とすることが望ましい。したがって、レーザ加工装置１は、そのような第１～第３の場合に対応可能なように構成されている。

すなわち、レーザ加工装置１では、Ｙ方向のシフト量が５μｍである平均化パターンＰｓを使用した状態をデフォルトとして光軸調整しておくことで、レーザ光Ｌの全ての集光点が５μｍだけＹ方向にシフトされた状態を基準位置とする。これにより、第１～第３の場合の全てにおいて、第１及び第２の対策のうちの必要なものに対応可能となる。

ただし、このような場合には、次のような新たな課題が生じ得る。すなわち、ストリート領域２３のＹ方向についての幅が狭い場合、図２２に示されるように、レーザ光Ｌの複数の加工光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の集光点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３をＹ方向に６μｍ程度のシフト量Ｄｓでシフトさせると、非変調光の集光点Ｃ０が当該ストリート領域２３に臨む機能素子２２ａ（アクティブエリア）上に位置させられてしまい、抜け光が問題となるおそれがあるのである。

このような新たな課題に対する対策として、レーザ加工装置１では、まず、Ｙ方向のシフト量が２μｍである平均化パターンＰｓを使用した状態をデフォルトとして光軸調整しておくことで、第１の対策に対応可能としておくことができる。これにより、分岐加工を行わない第１の場合と０次光を使用しない第２の場合に好適に対応可能である。一方、レーザ加工装置１では、０次光を使用する分岐加工を行う第３の場合では、２μｍ程度のＹ方向のシフト量を発生させるデフォルトの平均化パターンＰｓに対して、さらに、５μｍ程度のＸ方向のシフト量を発生させるように階調値を設定することで、図２３に示されるようにＸ方向とＹ方向との両方に集光点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３をシフトさせることができる。この場合、Ｙ方向のシフト量を抑えつつ、Ｘ方向とＹ方向との合計のシフト量Ｄｓを十分に大きくして第２の課題に対応可能となる。

なお、レーザ加工装置では、集光点Ｃの移動方向（加工進行方向）がＸ正方向である場合とＸ負方向である場合とで、例えば平均化パターンＰｓの階調値の傾きの符号を反転させることにより、集光点ＣのＸ方向についてのシフト方向を切り替えることができる。一例として、加工進行方向がＸ正方向である場合には、集光点Ｃのシフト方向もＸ正方向とし、加工進行方向がＸ負方向である場合には、集光点Ｃのシフト方向もＸ負方向とすることができる。

さらに、上記実施形態では、平均化パターンＰｓが、レーザ光Ｌの集光点ＣをＸ方向やＹ方向に沿ってシフトさせる機能を有するものとして説明したが、平均化パターンＰｓは、レーザ光Ｌの集光点ＣをＺ方向に沿ってシフトさせる機能を有していてもよい。

１…レーザ加工装置、２…支持部、５…空間光変調器、６…集光部、１０…制御部、６１ａ…集光レンズ。

Claims (6)

1. 対象物にレーザ光を照射することで前記対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工装置であって、
   前記対象物を支持するための支持部と、
   前記レーザ光を出射するための光源と、
   前記光源から出射された前記レーザ光を変調パターンに応じて変調して出射するための空間光変調器と、
   前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を前記対象物に向けて集光するための集光レンズを含む集光部と、
   画像信号を前記空間光変調器に入力することにより、前記画像信号に応じた前記変調パターンを前記空間光変調器に表示させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記支持部及び前記集光部の少なくとも一方の移動を制御することにより、前記対象物のレーザ光入射面に沿うＸ方向に沿って前記レーザ光の集光点を前記対象物に対して相対移動させつつ、前記対象物に前記レーザ光を照射する加工処理を実行し、
   前記画像信号を構成する領域のそれぞれには、前記変調パターンにおける位相変調量に対応した階調値が設定されており、
   前記加工処理では、前記制御部は、第１方向における前記変調パターンの一端に対応する前記領域から、前記第１方向における前記変調パターンの他端に対応する前記領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値が変化する第１信号を含む前記画像信号を前記空間光変調器に入力することにより、前記第１信号に応じた第１パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に表示させる、
   レーザ加工装置。
2. 前記加工処理では、前記制御部は、前記レーザ光を複数の加工光に分岐するための第２パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に表示するように、前記第２パターンに対応する第２信号を含む前記画像信号を前記空間光変調器に入力する、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記第１方向は、前記レーザ光の分岐方向に交差する方向に対応する方向である、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記加工処理では、前記制御部は、前記集光レンズの径方向における位置に応じて前記レーザ光の集光位置を変化させるための第３パターンを含む前記変調パターンを前記空間光変調器に表示するように、前記第３パターンに対応する第３信号を含む前記画像信号を前記空間光変調器に入力する、
   請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記制御部は、前記第１信号において、前記第１方向に交差する第２方向における前記変調パターンの一端に対応する前記領域から、前記第２方向における前記変調パターンの他端に対応する前記領域に向けて、最小値から最大値にわたって一定の傾きで階調値を変化させる、
   請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記制御部は、前記第１信号において、少なくとも一方向に複数の周期を有するように階調値を変化させる、
   請求項１～５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

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