JP4736633B2 - Laser irradiation device - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ照射装置に関し、特にレーザ内部スクライブ法に好適なレーザ照射装置に関する。   The present invention relates to a laser irradiation apparatus, and more particularly to a laser irradiation apparatus suitable for a laser internal scribing method.

基板またはウエハなどの加工対象物をあるラインに沿って切断する技術として、加工対象物の内部に多光子吸収による改質領域の列を形成する技術が知られている。ここで、加工対象物の内部における多光子吸収は、レーザ光の照射によって生じさせる。この技術によれば、わずかな力を加えるだけで、改質領域を起点にして加工対象物を切断することができる。そしてこの技術は、切断屑が生じないので、微細な加工に適している。   As a technique for cutting a workpiece such as a substrate or a wafer along a certain line, a technique for forming an array of modified regions by multiphoton absorption inside the workpiece is known. Here, multiphoton absorption inside the workpiece is caused by irradiation with laser light. According to this technique, the object to be processed can be cut from the modified region as a starting point by applying a slight force. This technique is suitable for fine processing because no cutting waste is generated.

さて、1本の切断予定ラインに対して、加工対象物の内部に複数本の改質領域の列を形成することが知られている(特許文献1)。この技術によれば、加工対象物の厚さが改質領域に対して大きい場合にも、切断予定ラインに沿って、加工対象物を容易に切断できる。具体的には、特許文献1によれば、1本のレーザ光を2本のレーザ光に分岐して、一方のレーザ光の広がり角を他方から異ならせる。そして、2本のレーザ光を互いに重畳して同じ集光レンズを介して加工対象物に照射する。そうすると、同じ集光レンズを介しても、2本のレーザ光は互いに異なる深さの位置にそれぞれ集光するので、それら異なる深さの位置に改質領域が生じる。   Now, it is known that a plurality of modified region rows are formed inside a workpiece with respect to one cutting scheduled line (Patent Document 1). According to this technique, even when the thickness of the workpiece is larger than the modified region, the workpiece can be easily cut along the scheduled cutting line. Specifically, according to Patent Document 1, one laser beam is branched into two laser beams, and the spread angle of one laser beam is varied from the other. Then, two laser beams are superimposed on each other and irradiated onto the object to be processed through the same condenser lens. Then, since the two laser beams are condensed at different depth positions even through the same condenser lens, a modified region is generated at the different depth positions.

特開2004―337902号公報JP 2004-337902 A

ただし、特許文献1が開示する装置によれば、一旦光学系がセットされてしまうと、2本のレーザ光のそれぞれのレーザパワーつまり光強度を、変更または調整することが困難である。   However, according to the apparatus disclosed in Patent Document 1, once the optical system is set, it is difficult to change or adjust the laser power, that is, the light intensity of each of the two laser beams.

本発明は上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、それぞれの光強度が調整可能な複数のレーザビームを加工対象物に照射する装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and one of its purposes is to provide an apparatus for irradiating a workpiece with a plurality of laser beams each having an adjustable light intensity.

本発明のレーザ照射装置は、所定波長の光に対して透過性を有する加工対象物を載置するステージと、前記所定波長の成分を有する第1のレーザビームを射出するレーザ光源と、前記第1のレーザ光を、いずれも第1の方向に伝播する第2のレーザビームと第3のレーザビームとに分割する分割器と、前記第2のレーザビームおよび前記第3のレーザビームによって、前記加工対象物内の互いに異なる深さの2つの箇所で多光子吸収が生じるように、前記第2のレーザビームおよび前記第3のレーザビームを前記2つの箇所にそれぞれ集光させる2つの光学素子と、前記第2のレーザビームおよび前記第3のレーザビームに対して前記加工対象物が、前記第1の方向に垂直な第2の方向に沿って相対移動するように、前記2つの光学素子および前記ステージの少なくとも一方を他方に対して相対移動させる走査機構と、を備えている。そして、前記分割器は前記複数のレーザビームのそれぞれの光強度を変える。   The laser irradiation apparatus of the present invention includes a stage on which a workpiece to be transmissive to light having a predetermined wavelength is placed, a laser light source that emits a first laser beam having the predetermined wavelength component, and the first A splitter for splitting one laser beam into a second laser beam and a third laser beam, both of which propagate in the first direction, and the second laser beam and the third laser beam, Two optical elements for condensing the second laser beam and the third laser beam at the two locations, respectively, so that multiphoton absorption occurs at two locations at different depths in the workpiece; The two optical elements are arranged such that the workpiece moves relative to the second laser beam and the third laser beam along a second direction perpendicular to the first direction. Yo And a, a scanning mechanism for relatively moving with respect to the other at least one of the stage. The splitter changes the light intensity of each of the plurality of laser beams.

ある態様では、前記レーザ光源が射出する第1のレーザビームは直線偏光である。そして、前記分割器が、(a)前記第1のレーザビームを、互いに垂直な2つの偏光成分である前記第2のレーザビームと第4のレーザビームとに分割する第1の偏光ビームスプリッタと、(b)前記第1の偏光ビームスプリッタと前記レーザ光源との間の前記第1のレーザビームの光路に位置する第1の半波長板と、(c)前記第1の半波長板の光学軸と前記第1のレーザビームの偏光方向とがなす角が変わるように、前記第1の半波長板を回転させる第1の回転器と、(d)前記第4のレーザビームを、互いに垂直な2つの偏光成分である前記第3のレーザビームと第5のレーザビームとに分割する第2の偏光ビームスプリッタと、(e)前記第2の偏光ビームスプリッタと前記第1の偏光ビームスプリッタとの間の前記第4のレーザビームの光路に位置する第2の半波長板と、(f)前記第1の半波長板の光学軸と前記第4のレーザビームの偏光方向とがなす角が変わるように、前記第2の半波長板を回転させる第2の回転器と、を有している。   In one embodiment, the first laser beam emitted from the laser light source is linearly polarized light. And (a) a first polarization beam splitter that divides the first laser beam into the second laser beam and the fourth laser beam that are two polarization components perpendicular to each other; (B) a first half-wave plate located in the optical path of the first laser beam between the first polarization beam splitter and the laser light source; and (c) optics of the first half-wave plate. A first rotator for rotating the first half-wave plate so that an angle formed by an axis and a polarization direction of the first laser beam is changed; and (d) the fourth laser beam is perpendicular to each other. A second polarizing beam splitter that splits the third and fifth laser beams, which are two polarization components, and (e) the second polarizing beam splitter and the first polarizing beam splitter, The fourth laser beam during A second half-wave plate located in the optical path of the optical system; and (f) the second half-wave plate so that an angle formed by the optical axis of the first half-wave plate and the polarization direction of the fourth laser beam is changed. And a second rotator for rotating the half-wave plate.

他の態様では、前記レーザ光源は所定周期でパルス状の前記第1のレーザビームを射出するパルスレーザである。そして、前記走査機構は前記2つの光学素子および前記ステージの一方を他方に対して、前記第2の方向に所定速度で相対移動させるように設定されている。ここで、前記2つの箇所の間の前記第2の方向に沿った距離が、前記所定周期と前記所定速度との積のN倍(Nは0以上の整数)と、前記積の1/2倍と、の和にほぼ一致するように、前記分割器と、前記2つの光学素子と、が設置されている。   In another aspect, the laser light source is a pulse laser that emits the pulsed first laser beam at a predetermined period. The scanning mechanism is set to move one of the two optical elements and the stage relative to the other in the second direction at a predetermined speed. Here, the distance along the second direction between the two locations is N times the product of the predetermined period and the predetermined speed (N is an integer of 0 or more), and 1/2 of the product. The divider and the two optical elements are installed so as to substantially match the sum of the two.

上記特徴によれば、それぞれの光強度が調整可能な複数のレーザビームを加工対象物に照射するレーザ照射装置が得られる。   According to the above feature, a laser irradiation apparatus that irradiates a workpiece with a plurality of laser beams each having an adjustable light intensity can be obtained.

(1.レーザ照射装置)
図1に示すレーザ照射装置100は、レーザビーム1を射出するレーザ光源10と、レーザビーム1を複数のレーザビーム2,3,4に分割する分割器12と、分割器12からの3つのレーザビーム2,3,4のそれぞれを集光する光学素子L1,L2,L3と、加工対象物Wを載置するステージ14と、ステージ14を光学素子L1,L2,L3に対してX軸方向およびY軸方向に相対移動させる走査機構16と、を備えている。なお、X軸方向およびY軸方向は、互いに垂直な方向である。
(1. Laser irradiation device)
A laser irradiation apparatus 100 shown in FIG. 1 includes a laser light source 10 that emits a laser beam 1, a splitter 12 that splits the laser beam 1 into a plurality of laser beams 2, 3, and 4, and three lasers from the splitter 12. Optical elements L1, L2, and L3 for condensing each of the beams 2, 3, and 4, a stage 14 on which the workpiece W is placed, and the stage 14 with respect to the optical elements L1, L2, and L3 in the X-axis direction and And a scanning mechanism 16 that relatively moves in the Y-axis direction. Note that the X-axis direction and the Y-axis direction are directions perpendicular to each other.

レーザ光源10は、固体光源のフェムト秒パルスレーザを有している。本実施形態では、固体光源としてチタンサファイアが採用されている。ここで、フェムト秒パルスレーザとは、フェムト秒のオーダーのパルス幅を有するパルスレーザ光を射出するレーザである。また、レーザ光源10が射出するレーザビーム1は、波長分散特性を有している。具体的には、レーザビーム1の中心波長は800nmであり、その半値幅はおよそ10nmである。また、得られるレーザビーム1のパルス幅はおよそ300fs(フェムト秒)であり、パルス周波数は1kHzであり、そして、出力はおよそ700mWである。さらに、レーザビーム1は直線偏光である。   The laser light source 10 includes a solid-state light source femtosecond pulse laser. In this embodiment, titanium sapphire is adopted as the solid light source. Here, the femtosecond pulse laser is a laser that emits pulsed laser light having a pulse width on the order of femtoseconds. Further, the laser beam 1 emitted from the laser light source 10 has wavelength dispersion characteristics. Specifically, the center wavelength of the laser beam 1 is 800 nm, and its half width is about 10 nm. The obtained laser beam 1 has a pulse width of about 300 fs (femtoseconds), a pulse frequency of 1 kHz, and an output of about 700 mW. Furthermore, the laser beam 1 is linearly polarized light.

後述するように、本実施形態の加工対象物Wは、石英ガラスからなる基板であり、このため、レーザビーム1の波長に対して透過性を有している。そして、レーザ光源10の上記構成は、このような加工対象物Wの内部で多光子吸収を生じさせるのに十分である。なお、加工対象物Wの厚さは、本実施形態では、ほぼ1.2mmである。   As will be described later, the workpiece W of the present embodiment is a substrate made of quartz glass, and therefore has transparency to the wavelength of the laser beam 1. The above configuration of the laser light source 10 is sufficient to cause multiphoton absorption inside the workpiece W. Note that the thickness of the workpiece W is approximately 1.2 mm in this embodiment.

分割器12は、レーザビーム1を3つのレーザビーム2,3,4に分割する。ここで、3つのレーザビーム2,3,4は、いずれも同一の仮想面上を、Z軸方向に平行に伝播するように、分割器12が構成されている。本実施形態では、この仮想面は、Y軸方向にも平行である。また、Z軸方向は、X軸方向にもY軸方向にも垂直な方向である。なお、分割器12の構成についてのより詳細な説明は、後に述べる。   The splitter 12 splits the laser beam 1 into three laser beams 2, 3, and 4. Here, the splitter 12 is configured so that the three laser beams 2, 3, and 4 all propagate on the same virtual plane in parallel with the Z-axis direction. In the present embodiment, this virtual plane is also parallel to the Y-axis direction. The Z-axis direction is a direction perpendicular to both the X-axis direction and the Y-axis direction. A more detailed description of the configuration of the divider 12 will be given later.

光学素子L1,L2,L3は、いずれも同じ集光レンズである。具体的には、これらはいずれも、倍率が100倍であり、開口数(NA)が0.8であり、そして、WD(Working Distance)が3mmである対物レンズである。ただし、光学素子L1,L2,L3は、レーザ処理装置100において、加工対象物Wからそれぞれ異なる距離の位置に設置されている。このため、光学素子L1,L2,L3は、加工対象物W内の異なる深さの箇所にレーザビーム2,3,4のそれぞれを集光する。なお、レーザビーム2,3,4が集光する箇所(集光領域)に、後述する多光子吸収による改質領域が生じることになる。   The optical elements L1, L2, and L3 are all the same condenser lens. Specifically, these are all objective lenses having a magnification of 100, a numerical aperture (NA) of 0.8, and a WD (Working Distance) of 3 mm. However, the optical elements L1, L2, and L3 are installed at different distances from the workpiece W in the laser processing apparatus 100, respectively. For this reason, the optical elements L1, L2, and L3 condense the laser beams 2, 3, and 4 at locations of different depths in the workpiece W, respectively. Note that a modified region due to multiphoton absorption, which will be described later, is generated at a portion (condensing region) where the laser beams 2, 3, and 4 are condensed.

ここで、多光子吸収による改質領域の形成について説明する。加工対象物Wが所定波長の光に対して透過性を有する材料からなっていても、材料の吸収のバンドギャップEgよりも光子のエネルギーhνが非常に大きいと吸収が生じる。この吸収を多光子吸収と言う。しかも、レーザ光のパルス幅を極めて短くして、多光子吸収を加工対象物Wの内部に起こさせると、多光子吸収のエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、イオン価数変化、結晶化または分極配向等の永続的な構造変化が誘起されて屈折率変化領域が形成される。本実施形態では、この屈折率変化領域を改質領域と呼ぶ。   Here, formation of the modified region by multiphoton absorption will be described. Even if the workpiece W is made of a material that is transparent to light of a predetermined wavelength, absorption occurs when the photon energy hν is much larger than the absorption band gap Eg of the material. This absorption is called multiphoton absorption. In addition, when the pulse width of the laser beam is made extremely short and multiphoton absorption is caused to occur inside the workpiece W, the energy of the multiphoton absorption is not converted into thermal energy, but the ionic valence change, crystallization or A permanent structural change such as polarization orientation is induced to form a refractive index change region. In the present embodiment, this refractive index change region is called a modified region.

(2.分割器)
図2(a)、(b)および(c)と、図3(a)および(b)と、を参照しながら、分割器12の構成と機能とをより詳細に説明する。図2(a)に示すように、分割器12は、3つの半波長板K1,K2,K3と、それぞれが3つの半波長板K1,K2,K3のそれぞれを回転させる3つの回転器R1,R2,R3と、3つの偏光ビームスプリッタBS1,BS2,BS3と、ビームダンパ18と、を有している。
(2. Divider)
The configuration and function of the divider 12 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 (a), (b) and (c), and FIGS. 3 (a) and 3 (b). As shown in FIG. 2A, the divider 12 includes three half-wave plates K1, K2, and K3, and three rotators R1 and R3 that respectively rotate the three half-wave plates K1, K2, and K3. R2 and R3, three polarization beam splitters BS1, BS2 and BS3, and a beam damper 18 are provided.

半波長板K1は、半波長板K1に入射した直線偏光の偏光方向を所定角度だけ回転する機能を有する。この機能は、以下のように説明される。   The half-wave plate K1 has a function of rotating the polarization direction of linearly polarized light incident on the half-wave plate K1 by a predetermined angle. This function is described as follows.

図3(a)および(b)に示すように、半波長板K1は、複屈折性を有した光学素子である。複屈折性は、半波長板K1内の互いに垂直な遅相軸OPSおよび進相軸OPFによって表される。このような半波長板K1へ、遅相軸OPSおよび進相軸OPFの双方に垂直な方向(厚さ方向)から直線偏光が入射すると、直線偏光は、遅相軸OPSの方向に震動しながら半波長板K1を伝播する偏光成分Oと、進相軸OPFの方向に震動しながら半波長板K1を伝播する偏光成分Eと、に分解される。そして、偏光成分Oの速度は偏光成分Eの速度よりも遅いため、直線偏光が半波長板K1を射出する際には、これら2つの偏光成分O,Eの間に位相差が生じる。そして、その位相差の大きさは、半波長板K1の厚さに依存する。そこで、この位相差が半波長の奇数倍になるように、半波長板K1の厚さが設定されている。なお、進相軸OPFは光学軸とも呼ばれる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the half-wave plate K1 is an optical element having birefringence. Birefringence is represented by a slow axis OPS and a fast axis OPF that are perpendicular to each other in the half-wave plate K1. When linearly polarized light is incident on the half-wave plate K1 from a direction (thickness direction) perpendicular to both the slow axis OPS and the fast axis OPF, the linearly polarized light vibrates in the direction of the slow axis OPS. It is decomposed into a polarization component O propagating through the half-wave plate K1 and a polarization component E propagating through the half-wave plate K1 while oscillating in the direction of the fast axis OPF. Since the speed of the polarization component O is slower than the speed of the polarization component E, when linearly polarized light exits the half-wave plate K1, there is a phase difference between the two polarization components O and E. The magnitude of the phase difference depends on the thickness of the half-wave plate K1. Therefore, the thickness of the half-wave plate K1 is set so that this phase difference is an odd multiple of the half-wavelength. The fast axis OPF is also called an optical axis.

入射した直線偏光が半波長板K1を射出する際には、入射した直線偏光は、上記の2つの偏光成分O,Eが合成された直線偏光として射出される。上述のように、2つの偏光成分O,Eの位相差が半波長の奇数倍なので、入射時の偏光方向と進相軸OPFとがなす角度がθであれば、半波長板K1を射出する際にその偏光方向は、入射時の偏光方向から2θ(θの2倍)だけ回転する。例えば、進相軸OPFに対して45°の偏光方向を有した直線偏光が入射すれば、90°だけ回転した直線偏光が半波長板K1から射出される。なお、半波長板K2,K3のそれぞれも、半波長板K1と同じである。   When the incident linearly polarized light exits the half-wave plate K1, the incident linearly polarized light is emitted as a linearly polarized light in which the two polarization components O and E are combined. As described above, since the phase difference between the two polarization components O and E is an odd multiple of the half wavelength, if the angle between the polarization direction at the time of incidence and the fast axis OPF is θ, the half wavelength plate K1 is emitted. In this case, the polarization direction is rotated by 2θ (twice θ) from the polarization direction at the time of incidence. For example, if linearly polarized light having a polarization direction of 45 ° with respect to the fast axis OPF is incident, the linearly polarized light rotated by 90 ° is emitted from the half-wave plate K1. Each of the half-wave plates K2 and K3 is the same as the half-wave plate K1.

再び図2(a)を参照すると、回転器R1は、半波長板K1に入射する直線偏光の偏光方向と、進相軸OPFと、の間の角度θが変わるように、直線偏光の光路に垂直な面内で半波長板K1を回転する。上述のように、この角度θに依存して、半波長板K1によって偏光方向が回転させられる角度が決まる。つまり、回転器R1は、半波長板K1によって偏光方向が回転させられる角度を可変にする。なお、回転器R2,R3の構成と機能も、回転器R1の構成と機能と同じである。   Referring again to FIG. 2 (a), the rotator R1 is in the linearly polarized light path so that the angle θ between the polarization direction of the linearly polarized light incident on the half-wave plate K1 and the fast axis OPF changes. The half-wave plate K1 is rotated in a vertical plane. As described above, the angle by which the polarization direction is rotated by the half-wave plate K1 is determined depending on the angle θ. That is, the rotator R1 makes the angle at which the polarization direction is rotated by the half-wave plate K1 variable. The configuration and function of the rotators R2 and R3 are the same as the configuration and function of the rotator R1.

偏光ビームスプリッタBS1は、2つの三角柱プリズムと偏光反射膜とを有している。ここで、これら2つの三角柱プリズムは偏光反射膜を介して接合されている。このような偏光ビームスプリッタBS1へ直線偏光が入射すると、図3(a)に示すように、直線偏光のうちs偏光成分は、直線偏光の入射方向に対して90°の方向へ反射される。一方、直線偏光のうちp偏光成分は透過される。このように、偏光ビームスプリッタBS1は、直線偏光をs偏光とp偏光とに分離する機能を有する。なお、偏光ビームスプリッタBS2,BS3の構成と機能も、偏光ビームスプリッタBS1の構成と機能と同じである。   The polarization beam splitter BS1 has two triangular prisms and a polarization reflection film. Here, these two triangular prisms are joined via a polarizing reflection film. When linearly polarized light enters such a polarizing beam splitter BS1, as shown in FIG. 3A, the s-polarized component of the linearly polarized light is reflected in a direction of 90 ° with respect to the incident direction of the linearly polarized light. On the other hand, the p-polarized component of the linearly polarized light is transmitted. Thus, the polarization beam splitter BS1 has a function of separating linearly polarized light into s-polarized light and p-polarized light. The configuration and function of the polarization beam splitters BS2 and BS3 are the same as the configuration and function of the polarization beam splitter BS1.

再び図2(a)を参照して、ビームダンパ18は、レーザ光源10(図1)が射出するレーザビームを吸収する素材で構成されている。   Referring to FIG. 2A again, the beam damper 18 is made of a material that absorbs the laser beam emitted from the laser light source 10 (FIG. 1).

以上のような構成を備えた分割器12は、以下のように機能する。   The divider 12 having the above configuration functions as follows.

半波長板K1は、レーザ光源10と偏光ビームスプリッタBS1との間の光路上に位置している。このため、図2(a)に示すように、レーザ光源10を射出したレーザビーム1は、半波長板K1に入射する。本実施形態では、半波長板K1に入射する前のレーザビーム1は、偏光ビームスプリッタBS1,BS2,BS3に対するp偏光からなる。   The half-wave plate K1 is located on the optical path between the laser light source 10 and the polarization beam splitter BS1. Therefore, as shown in FIG. 2A, the laser beam 1 emitted from the laser light source 10 is incident on the half-wave plate K1. In the present embodiment, the laser beam 1 before entering the half-wave plate K1 is composed of p-polarized light with respect to the polarization beam splitters BS1, BS2, BS3.

半波長板K1は、半波長板K1の進相軸OPFがレーザビーム1の偏光方向に対して角度θ1(図3)をなすように、回転器R1によってセットされている。このため、半波長板K1は、角度θ1に応じた角度だけ、レーザビーム1の偏光方向を回転する。   The half-wave plate K1 is set by the rotator R1 so that the fast axis OPF of the half-wave plate K1 forms an angle θ1 (FIG. 3) with respect to the polarization direction of the laser beam 1. For this reason, the half-wave plate K1 rotates the polarization direction of the laser beam 1 by an angle corresponding to the angle θ1.

図2(a)に示すように、半波長板K1を射出したレーザビーム1は、偏光ビームスプリッタBS1に入射する。偏光ビームスプリッタBS1は、レーザビーム1のうち、s偏光成分を、レーザビーム1の入射方向に対して90°の方向に反射する。一方、偏光ビームスプリッタBS1は、レーザビーム1のうち、p偏光成分を透過する。ここで、偏光ビームスプリッタBS1に反射されたs偏光成分が上述のレーザビーム2である。また、偏光ビームスプリッタBS1を透過したp偏光成分を、便宜上、レーザビーム5と表記する。   As shown in FIG. 2A, the laser beam 1 emitted from the half-wave plate K1 enters the polarization beam splitter BS1. The polarization beam splitter BS1 reflects the s-polarized component of the laser beam 1 in a direction of 90 ° with respect to the incident direction of the laser beam 1. On the other hand, the polarization beam splitter BS1 transmits the p-polarized component of the laser beam 1. Here, the s-polarized component reflected by the polarization beam splitter BS1 is the above-described laser beam 2. Further, the p-polarized component transmitted through the polarizing beam splitter BS1 is denoted as a laser beam 5 for convenience.

レーザビーム2は光学素子L1に入射する。そして、レーザビーム2は、光学素子L1によって加工対象物W内の所定の深さに位置する集光領域B1に集光される。一方、偏光ビームスプリッタBS1を射出したレーザビーム5は、半波長板K2に入射する。   The laser beam 2 is incident on the optical element L1. Then, the laser beam 2 is condensed on the condensing region B1 located at a predetermined depth in the workpiece W by the optical element L1. On the other hand, the laser beam 5 emitted from the polarization beam splitter BS1 is incident on the half-wave plate K2.

半波長板K2は、半波長板K2の進相軸OPFがレーザビーム5の偏光方向に対して角度θ2(図3)をなすように、回転器R2によってセットされている。このため、半波長板K2は、角度θ2に応じた角度だけ、レーザビーム5の偏光方向を回転する。   The half-wave plate K2 is set by the rotator R2 so that the fast axis OPF of the half-wave plate K2 forms an angle θ2 (FIG. 3) with respect to the polarization direction of the laser beam 5. For this reason, the half-wave plate K2 rotates the polarization direction of the laser beam 5 by an angle corresponding to the angle θ2.

図2(a)に示すように、半波長板K2を射出したレーザビーム5は、偏光ビームスプリッタBS2に入射する。偏光ビームスプリッタBS2は、レーザビーム5のうち、s偏光成分を、レーザビーム5の入射方向に対して90°の方向に反射する。一方、偏光ビームスプリッタBS2は、レーザビーム5のうち、p偏光成分を透過する。ここで、偏光ビームスプリッタBS2に反射されたs偏光成分が上述のレーザビーム3である。また、偏光ビームスプリッタBS2を透過したp偏光成分を、便宜上、レーザビーム6と表記する。   As shown in FIG. 2A, the laser beam 5 emitted from the half-wave plate K2 enters the polarization beam splitter BS2. The polarization beam splitter BS <b> 2 reflects the s-polarized component of the laser beam 5 in a direction of 90 ° with respect to the incident direction of the laser beam 5. On the other hand, the polarization beam splitter BS2 transmits the p-polarized component of the laser beam 5. Here, the s-polarized component reflected by the polarization beam splitter BS2 is the laser beam 3 described above. Further, the p-polarized light component transmitted through the polarization beam splitter BS2 is expressed as a laser beam 6 for convenience.

レーザビーム3は光学素子L2に入射する。そして、レーザビーム3は、光学素子L2によって加工対象物W内に集光される。ただし、図2(a)に示すように、光学素子L2と加工対象物Wの表面との間の距離が、光学素子L1と加工対象物Wの表面との間の距離よりも短いので、光学素子L2による集光領域B2は、光学素子L1による集光領域B1よりも深くに位置する。一方、偏光ビームスプリッタBS2を射出したレーザビーム6は、半波長板K3に入射する。   The laser beam 3 is incident on the optical element L2. Then, the laser beam 3 is focused in the workpiece W by the optical element L2. However, since the distance between the optical element L2 and the surface of the workpiece W is shorter than the distance between the optical element L1 and the surface of the workpiece W as shown in FIG. The condensing region B2 by the element L2 is located deeper than the condensing region B1 by the optical element L1. On the other hand, the laser beam 6 emitted from the polarization beam splitter BS2 enters the half-wave plate K3.

半波長板K3は、半波長板K3の進相軸OPFがレーザビーム6の偏光方向に対して角度θ3(図3)をなすように、回転器R3によってセットされている。このため、半波長板K3は、角度θ3に応じた角度だけ、レーザビーム6の偏光方向を回転する。   The half-wave plate K3 is set by the rotator R3 so that the fast axis OPF of the half-wave plate K3 forms an angle θ3 (FIG. 3) with respect to the polarization direction of the laser beam 6. For this reason, the half-wave plate K3 rotates the polarization direction of the laser beam 6 by an angle corresponding to the angle θ3.

図2(a)に示すように、半波長板K3を射出したレーザビーム6は、偏光ビームスプリッタBS3に入射する。偏光ビームスプリッタBS3は、レーザビーム6のうち、s偏光成分を、レーザビーム6の入射方向に対して90°の方向に反射する。一方、偏光ビームスプリッタBS3は、レーザビーム6のうち、p偏光成分を透過する。ここで、偏光ビームスプリッタBS3に反射されたs偏光成分が上述のレーザビーム4である。また、偏光ビームスプリッタBS3を透過したp偏光成分を、便宜上、レーザビーム7と表記する。   As shown in FIG. 2A, the laser beam 6 emitted from the half-wave plate K3 enters the polarization beam splitter BS3. The polarization beam splitter BS3 reflects the s-polarized component of the laser beam 6 in a direction of 90 ° with respect to the incident direction of the laser beam 6. On the other hand, the polarization beam splitter BS3 transmits the p-polarized component of the laser beam 6. Here, the s-polarized component reflected by the polarization beam splitter BS3 is the laser beam 4 described above. Further, the p-polarized component transmitted through the polarization beam splitter BS3 is denoted as a laser beam 7 for convenience.

レーザビーム4は光学素子L3に入射する。そして、レーザビーム4は、光学素子L3によって加工対象物W内に集光される。ただし、図2(a)に示すように、光学素子L3と加工対象物Wの表面との間の距離が、光学素子L2と加工対象物Wの表面との間の距離よりも短いので、光学素子L3による集光領域B3は、光学素子L2による集光領域B2よりも深くに位置する。一方、偏光ビームスプリッタBS3を射出したレーザビーム7は、ビームダンパ18に入射し、ビームダンパ18に吸収される。   The laser beam 4 is incident on the optical element L3. Then, the laser beam 4 is focused in the workpiece W by the optical element L3. However, since the distance between the optical element L3 and the surface of the workpiece W is shorter than the distance between the optical element L2 and the surface of the workpiece W as shown in FIG. The condensing region B3 by the element L3 is located deeper than the condensing region B2 by the optical element L2. On the other hand, the laser beam 7 emitted from the polarization beam splitter BS 3 enters the beam damper 18 and is absorbed by the beam damper 18.

ここで、再び図3(a)および(b)を参照しながら半波長板K1に着目して、上述の角度θ1が0(ゼロ)°の場合を考える。この場合、進相軸OPFと、p偏光であるレーザビーム1の偏光方向と、が一致することになる。そしてこの場合には、レーザビーム1が半波長板K1を射出しても、レーザビーム1の偏光方向は変化せず、レーザビーム1はp偏光のままである。つまり、偏光ビームスプリッタBS1に入射するレーザビーム1の100%がp偏光である。そして、偏光ビームスプリッタBS1に反射されるべきs偏光成分が0%なので、加工対象物Wにレーザビーム2は実質的に入射しない。   Here, paying attention to the half-wave plate K1 again with reference to FIGS. 3A and 3B, the case where the angle θ1 is 0 (zero) ° will be considered. In this case, the fast axis OPF coincides with the polarization direction of the laser beam 1 which is p-polarized light. In this case, even if the laser beam 1 exits the half-wave plate K1, the polarization direction of the laser beam 1 does not change, and the laser beam 1 remains p-polarized. That is, 100% of the laser beam 1 incident on the polarization beam splitter BS1 is p-polarized light. Since the s-polarized component to be reflected by the polarization beam splitter BS1 is 0%, the laser beam 2 does not substantially enter the workpiece W.

一方、上述の角度θ1が22.5°の場合、レーザビーム1が半波長板K1を通過すると、レーザビーム1の偏光方向は45°だけ回転する。そしてこの場合には、偏光ビームスプリッタBS1に入射するレーザビーム1のうち、p偏光成分の光強度とs偏光成分の光強度との比は、1:1になる。上述のように、s偏光成分は偏光ビームスプリッタBS1に反射されてレーザビーム2として加工対象物Wに入射する。したがって、加工対象物Wに入射するレーザビーム2の光強度は、レーザビーム1の光強度の50%となる。   On the other hand, when the angle θ1 is 22.5 °, when the laser beam 1 passes through the half-wave plate K1, the polarization direction of the laser beam 1 is rotated by 45 °. In this case, the ratio between the light intensity of the p-polarized component and the light intensity of the s-polarized component in the laser beam 1 incident on the polarizing beam splitter BS1 is 1: 1. As described above, the s-polarized component is reflected by the polarization beam splitter BS1 and enters the workpiece W as the laser beam 2. Therefore, the light intensity of the laser beam 2 incident on the workpiece W is 50% of the light intensity of the laser beam 1.

さらに、上述の角度θ1が45°の場合、レーザビーム1が半波長板K1を通過すると、レーザビーム1の偏光方向は90°だけ回転する。つまり、半波長板K1を通過したレーザビーム1は、s偏光になる。つまり、偏光ビームスプリッタBS1に入射するレーザビーム1の100%がs偏光になる。このことから、加工対象物Wに入射するレーザビーム2の光強度は、レーザビーム1の光強度の実質的に100%である。   Furthermore, when the above-described angle θ1 is 45 °, when the laser beam 1 passes through the half-wave plate K1, the polarization direction of the laser beam 1 is rotated by 90 °. That is, the laser beam 1 that has passed through the half-wave plate K1 becomes s-polarized light. That is, 100% of the laser beam 1 incident on the polarization beam splitter BS1 becomes s-polarized light. From this, the light intensity of the laser beam 2 incident on the workpiece W is substantially 100% of the light intensity of the laser beam 1.

このように、回転器R1は、レーザ光源10からのレーザビーム1の偏光方向に対して、少なくとも0°から45°の範囲で、半波長板K1を回転させる。そうすると、半波長板K1が回転した角度に応じて、レーザビーム1の偏光方向が回転する角度が変わる。この結果、偏光ビームスプリッタBS1に入射するp偏光の成分の光強度とs偏光の成分の光強度との比が変わる。ここで、s偏光は、偏光ビームスプリッタBS1によって反射されるとレーザビーム2として加工対象物Wに入射するので、このような構成によって、加工対象物Wに入射するレーザビーム2の光強度を変えることができる。   Thus, the rotator R1 rotates the half-wave plate K1 in the range of at least 0 ° to 45 ° with respect to the polarization direction of the laser beam 1 from the laser light source 10. If it does so, the angle which the polarization direction of the laser beam 1 rotates changes according to the angle which the half-wave plate K1 rotated. As a result, the ratio of the light intensity of the p-polarized component incident on the polarization beam splitter BS1 to the light intensity of the s-polarized component changes. Here, the s-polarized light is incident on the workpiece W as the laser beam 2 when reflected by the polarization beam splitter BS1, and thus the light intensity of the laser beam 2 incident on the workpiece W is changed by such a configuration. be able to.

そして、レーザビーム3の光強度も、レーザビーム2の光強度の場合と同様に、回転器R2と、半波長板K2と、偏光ビームスプリッタBS2とによって、可変である。さらに、レーザビーム4の光強度も、レーザビーム2の光強度の場合と同様に、回転器R3と、半波長板K3と、偏光ビームスプリッタBS3とによって、可変である。   The light intensity of the laser beam 3 is also variable by the rotator R2, the half-wave plate K2, and the polarization beam splitter BS2, as in the case of the light intensity of the laser beam 2. Further, the light intensity of the laser beam 4 is variable by the rotator R3, the half-wave plate K3, and the polarization beam splitter BS3, as in the case of the light intensity of the laser beam 2.

(3.光学素子)
さて、3つの光学素子L1,L2,L3は、同一の集光レンズである。このため、本実施形態の光学素子L1,L2,L3のそれぞれの焦点距離はいずれも同じである。ただし、図2(a)および(b)に示すように、これら3つの光学素子L1,L2,L3は、ステージ14上の加工対象物Wの表面から、Z軸方向に異なる位置に位置している。そして、このことで、光学素子L1,L2,L3は、加工対象物W内のそれぞれ異なる深さの集光領域B1,B2,B3に、レーザビーム2,3,4のそれぞれを集光させる。さらに、本実施形態では、集光領域B1,B2,B3をZ軸方向からXY平面に写像すると、XY平面に写像された集光領域B1,B2,B3の像はY軸方向に沿って一列に並ぶように見える。
(3. Optical element)
Now, the three optical elements L1, L2, and L3 are the same condenser lens. For this reason, the focal lengths of the optical elements L1, L2, and L3 of the present embodiment are all the same. However, as shown in FIGS. 2A and 2B, these three optical elements L1, L2, and L3 are located at different positions in the Z-axis direction from the surface of the workpiece W on the stage 14. Yes. Thus, the optical elements L1, L2, and L3 condense the laser beams 2, 3, and 4 in the condensing regions B1, B2, and B3 having different depths in the workpiece W, respectively. Further, in the present embodiment, when the condensing regions B1, B2, and B3 are mapped from the Z-axis direction to the XY plane, the images of the condensing regions B1, B2, and B3 mapped to the XY plane are aligned along the Y-axis direction. Looks like they line up.

また、レーザビーム2,3,4のそれぞれは、いずれも同一の仮想面上を伝播する。しかも、この仮想面上で、レーザビーム2,3,4のそれぞれはZ軸方向に平行に進む。なお、この仮想面は、Y軸方向およびZ軸方向の双方に平行な平面である。   In addition, each of the laser beams 2, 3, and 4 propagates on the same virtual plane. In addition, each of the laser beams 2, 3, and 4 travels in parallel with the Z-axis direction on this virtual plane. This imaginary plane is a plane parallel to both the Y-axis direction and the Z-axis direction.

このような構成によって、レーザビーム2,3,4のそれぞれによって、複数の改質領域が生じる。ここで、レーザビーム2,3,4のそれぞれは、パルスレーザ光なので、例えばレーザビーム2による複数の改質領域A1は、レーザ光源10のパルス周期とステージ14の相対移動速度とで決まるピッチで、Y軸方向に沿って並ぶ。同様に、レーザビーム3,4による複数の改質領域A2,A3も、上記ピッチでY軸方向にそれぞれ並ぶ。   With such a configuration, a plurality of modified regions are generated by each of the laser beams 2, 3, and 4. Here, since each of the laser beams 2, 3, and 4 is a pulsed laser beam, for example, the plurality of modified regions A <b> 1 by the laser beam 2 have a pitch determined by the pulse period of the laser light source 10 and the relative moving speed of the stage 14. , Aligned along the Y-axis direction. Similarly, a plurality of modified regions A2 and A3 by the laser beams 3 and 4 are also arranged in the Y-axis direction at the above pitch.

そして、複数の改質領域A1の列と、複数の改質領域A2の列と、複数の改質領域A3の列とは、加工対象物Wの厚さ方向に並ぶ。なお、Y軸方向および加工対象物Wの厚さ方向の双方に平行な面が予定切断面であり、上記の仮想面でもある。また、本実施形態では、加工対象物Wの厚さ方向はZ軸方向に一致している。   The row of the plurality of modified regions A1, the row of the plurality of modified regions A2, and the row of the plurality of modified regions A3 are arranged in the thickness direction of the workpiece W. Note that a plane parallel to both the Y-axis direction and the thickness direction of the workpiece W is a planned cut surface, and is also the above-described virtual plane. In the present embodiment, the thickness direction of the workpiece W coincides with the Z-axis direction.

さて、加工対象物Wの屈折率は1より大きい。このため、光学素子L1によって集光されたレーザビーム2が加工対象物Wに入射すると、レーザビーム2の短波長成分の屈折角と長波長成分の屈折角との違いに起因して色収差が生じる。そしてこのため、レーザビーム2の集光領域B1の形状は、実際には点状ではなく、レーザビーム2の入射方向に延びた形状になる。   Now, the refractive index of the workpiece W is larger than 1. For this reason, when the laser beam 2 collected by the optical element L1 is incident on the workpiece W, chromatic aberration occurs due to the difference between the refraction angle of the short wavelength component and the refraction angle of the long wavelength component of the laser beam 2. . For this reason, the shape of the condensing region B1 of the laser beam 2 is not actually a point shape but a shape extending in the incident direction of the laser beam 2.

一方、レーザビーム3の集光領域B2は、レーザビーム2の集光領域B1よりも深くに位置するので、集光領域B2に達するまでにレーザビーム3が伝播する距離は、集光領域B1に達するまでにレーザビーム2が伝播する距離よりも長い、したがって、レーザビーム3が受ける色収差の影響は、レーザビーム2が受ける色収差の影響よりも、大きい。このため、集光領域B2の長さは、集光領域B1よりも長い。そしてこの結果、集光領域B2のピークパワー密度が、集光領域B1のピークパワー密度よりも小さくなる。このことから、集光領域B1で改質が生じても、集光領域B2では改質が生じない、ということが起こり得る。なお、レーザビーム4の集光領域B3のピークパワー密度は、同様な理由から、レーザビーム3の集光領域B2のピークパワー密度よりも小さい。   On the other hand, since the condensing region B2 of the laser beam 3 is located deeper than the condensing region B1 of the laser beam 2, the distance that the laser beam 3 propagates before reaching the condensing region B2 is the condensing region B1. It is longer than the distance that the laser beam 2 propagates to reach, and therefore the influence of the chromatic aberration that the laser beam 3 receives is larger than the influence of the chromatic aberration that the laser beam 2 receives. For this reason, the length of the condensing region B2 is longer than the condensing region B1. As a result, the peak power density of the condensing region B2 becomes smaller than the peak power density of the condensing region B1. From this, even if the modification occurs in the light collection region B1, it may occur that the modification does not occur in the light collection region B2. Note that the peak power density of the condensing region B3 of the laser beam 4 is smaller than the peak power density of the condensing region B2 of the laser beam 3 for the same reason.

本実施形態では、上述の構成を有する分割器12の機能のおかげで、レーザビーム2,3,4のそれぞれの光強度を、個別に調整できる。そこで、集光領域B1,B2,B3のそれぞれのピークパワー密度がいずれも所定値以上のほぼ同じ値になるように、分割器12がレーザビーム2,3,4の光強度(レーザパワー)をこの順番で大きくする。   In this embodiment, thanks to the function of the splitter 12 having the above-described configuration, the light intensity of each of the laser beams 2, 3, and 4 can be individually adjusted. Therefore, the splitter 12 sets the light intensity (laser power) of the laser beams 2, 3, and 4 so that the peak power densities of the condensing regions B 1, B 2, and B 3 are almost the same value that is equal to or greater than a predetermined value. Increase in this order.

(4.レーザビームの間隔)
改質領域A1,A2,A3のそれぞれのピッチPtは、レーザ光源10のパルス周期とステージ14のY軸方向に沿った相対移動速度との積に等しい。上述のように、パルス周波数(パルス周期の逆数)は1kHzであり、Y軸方向に沿った相対移動速度が20mm/secなので、改質領域A1,A2,A3のそれぞれのピッチPtの値を「p」とすると、pは20μmである。ここで、図2(b)に示すように、改質領域A1,A2,A3が、互いに半ピッチずれて並ぶことが好ましい。そうすれば、予定切断面に沿って加工対象物Wを分割しやすいからである。このような改質領域A1,A2,A3を実現するには、分割器12および光学素子L1,L2,L3を調整して、集光領域B1,B2,B3のY軸方向に沿った間隔が、N×p+(1/2)×pになるようにすればよい。つまり、集光領域B1,B2,B3のY軸方向に沿った間隔が、ピッチPtのN倍と、ピッチPtの1/2倍と、の和にほぼ一致するようにすればよい。ここで、Nは0以上の整数である。
(4. Laser beam interval)
The respective pitches Pt of the reforming regions A1, A2, A3 are equal to the product of the pulse period of the laser light source 10 and the relative movement speed of the stage 14 along the Y-axis direction. As described above, the pulse frequency (reciprocal of the pulse period) is 1 kHz, and the relative movement speed along the Y-axis direction is 20 mm / sec. Therefore, the values of the pitches Pt of the reformed regions A1, A2, and A3 are expressed as “ Assuming “p”, p is 20 μm. Here, as shown in FIG. 2 (b), it is preferable that the modified regions A1, A2, and A3 are arranged with a half-pitch shift. This is because it is easy to divide the workpiece W along the planned cut surface. In order to realize such modified regions A1, A2, and A3, the divider 12 and the optical elements L1, L2, and L3 are adjusted so that the intervals along the Y-axis direction of the light collecting regions B1, B2, and B3 are increased. N × p + (½) × p. That is, the interval along the Y-axis direction of the light condensing regions B1, B2, and B3 may be made to substantially coincide with the sum of N times the pitch Pt and 1/2 times the pitch Pt. Here, N is an integer of 0 or more.

以上のように、本実施形態では、レーザビーム1が3つのレーザビーム2,3,4に分割される。しかしながら、分割されるレーザビームの数は3つに限定されず、少なくとも2つのレーザビームに分割されればよい。   As described above, in the present embodiment, the laser beam 1 is divided into the three laser beams 2, 3, and 4. However, the number of laser beams to be divided is not limited to three, and may be divided into at least two laser beams.

レーザ光源10におけるレーザが、非偏光レーザの場合には、レーザ光源10が、非偏光をp偏光に変換する公知の偏光変換素子を有していればよい。そうすれば、上述の構成を実質的に変えることなく、分割器12を用いることができる。   When the laser in the laser light source 10 is a non-polarized laser, the laser light source 10 only needs to have a known polarization conversion element that converts non-polarized light into p-polarized light. Then, the divider 12 can be used without substantially changing the above-described configuration.

また、上述のように本実施形態では、光学素子L1,L2,L3は、いずれも同じ集光レンズである。しかしながら、このような構成に代えて、光学素子L1,L2,L3が、異なる焦点距離を有した集光レンズであってもよい。   Further, as described above, in the present embodiment, the optical elements L1, L2, and L3 are all the same condenser lens. However, instead of such a configuration, the optical elements L1, L2, and L3 may be condensing lenses having different focal lengths.

要するに、1つのレーザビーム1から分割されたレーザビーム2,3,4が、異なる深さの集光領域B1,B2,B3に集光できればよい。そうすれば、経済的にレーザ光源が1つしか利用できなくても、加工対象物Wを少なくとも1回相対移動すれば、相対移動の方向に延びる改質領域A1,A2,A3の列を、厚さ方向に重ねることができる。このため、切断すべき加工対象物Wの厚さが改質領域A1,A2,A3のそれぞれのサイズに比べて十分に大きくても、実際的な加工時間内に切断のための前処理(レーザ照射)を完了できる。   In short, it is only necessary that the laser beams 2, 3, and 4 divided from one laser beam 1 can be condensed on the condensing regions B1, B2, and B3 having different depths. Then, even if only one laser light source can be used economically, if the workpiece W is relatively moved at least once, a row of the modified regions A1, A2, A3 extending in the direction of relative movement is obtained. Can be stacked in the thickness direction. For this reason, even if the thickness of the workpiece W to be cut is sufficiently larger than the respective sizes of the modified regions A1, A2, and A3, the pretreatment (laser) for cutting within the actual machining time is required. Irradiation) can be completed.

しかも、本実施形態では、レーザビーム2,3,4が、分割されたままで加工対象物Wにそれぞれ入射する。このため、集光領域B1,B2,B3が位置する深さが、互いに独立な光学素子L1,L2,L3によって、設定され得る。このことから、集光領域B1,B2,B3間のZ軸方向(厚さ方向)に沿った距離を設定する場合の自由度が高い。なお、集光領域B1,B2,B3間の厚さ方向に沿った距離は、加工対象物Wを構成する材料に応じて、最適な値に決めればよい。ここで、本実施形態の加工対象物Wは石英ガラスから構成されているが、加工対象物Wは半導体から構成されてもよい。さらに、加工対象物Wは、MEMS基板であってもよい。要するに、加工対象物W内で多光子吸収による改質領域A1,A2,A3が形成できる限り、本実施形態の材料または本実施形態のレーザ光源10の仕様に、本発明は限定されない。   Moreover, in the present embodiment, the laser beams 2, 3, and 4 are incident on the workpiece W while being divided. For this reason, the depth at which the condensing regions B1, B2, and B3 are located can be set by the optical elements L1, L2, and L3 that are independent of each other. From this, the freedom degree in the case of setting the distance along the Z-axis direction (thickness direction) between condensing area | region B1, B2, B3 is high. In addition, what is necessary is just to determine the distance along the thickness direction between condensing area | region B1, B2, B3 according to the material which comprises the workpiece W to an optimal value. Here, the workpiece W of the present embodiment is made of quartz glass, but the workpiece W may be made of a semiconductor. Furthermore, the workpiece W may be a MEMS substrate. In short, the present invention is not limited to the material of the present embodiment or the specification of the laser light source 10 of the present embodiment as long as the modified regions A1, A2, A3 by multiphoton absorption can be formed in the workpiece W.

本実施形態のレーザ照射装置の模式図。The schematic diagram of the laser irradiation apparatus of this embodiment. (a)、(b)および(c)は、加工対象物と、レーザ照射装置における分割器および光学素子と、を示す模式図である。(A), (b) and (c) is a schematic diagram which shows a process target object and the splitter and optical element in a laser irradiation apparatus. (a)は、半波長板と偏光ビームスプリッタとを通過するレーザビームの偏光方向を示す模式図であり、(b)は、半波長板の光学軸(進相軸)の方向と、半波長板に入射する直線偏光の偏光方向と、がなす角を示す模式図。(A) is a schematic diagram which shows the polarization direction of the laser beam which passes a half-wave plate and a polarizing beam splitter, (b) is the direction of the optical axis (fast axis) of a half-wave plate, and a half wavelength. The schematic diagram which shows the angle which the polarization direction of the linearly polarized light which injects into a board makes | forms.

符号の説明Explanation of symbols

A1,A2,A3…改質領域、B1,B2,B3…集光領域、BS1,BS2,BS3…偏光ビームスプリッタ、K1,K2,K3…半波長板、1〜7…レーザビーム、R1,R2,R3…回転器、W…加工対象物、10…レーザ光源、12…分割器、14…ステージ、16…走査機構、18…ビームダンパ、100…レーザ照射装置。
A1, A2, A3 ... modified region, B1, B2, B3 ... condensing region, BS1, BS2, BS3 ... polarizing beam splitter, K1, K2, K3 ... half-wave plate, 1-7 ... laser beam, R1, R2 , R3 ... rotator, W ... workpiece, 10 ... laser light source, 12 ... splitter, 14 ... stage, 16 ... scanning mechanism, 18 ... beam damper, 100 ... laser irradiation device.

Claims (1)

所定波長の光に対して透過性を有する加工対象物を載置するステージと、
前記所定波長の成分を有し、直線偏光である第1のレーザビームを射出するレーザ光源と、
前記第1のレーザ光を、前記ステージにおける前記加工対象物を載置する面に垂直な第1の方向に伝播する第2のレーザビームと第3のレーザビームとに分割する分割器と、
前記第2のレーザビームによって、前記加工対象物内の第1の集光位置に多光子吸収が生じるように、前記第2のレーザビームを集光させる第1の光学素子と、
前記第3のレーザビームによって、前記加工対象物内の前記第1の集光位置よりも前記加工対象物の表面から深い位置である第2の集光位置で多光子吸収が生じるように、前記第3のレーザビームを集光させる第2の光学素子と、
前記第1の方向に垂直な面と、前記第2のレーザビームと前記第3のレーザビームのそれぞれの光軸を含む面、が交る直線である第2の方向に沿って相対移動するように、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子に対して前記ステージを相対移動させる走査機構と、
を備え、
前記レーザ光源は、所定周期でパルス状の前記第1のレーザビームを射出するパルスレーザであり、
前記分割器は、
(a)前記第1のレーザビームを、互いに垂直な2つの偏光成分である前記第2のレーザビームと第4のレーザビームとに分割する第1の偏光ビームスプリッタと、
(b)前記第1の偏光ビームスプリッタと前記レーザ光源との間の前記第1のレーザビームの光路に位置する第1の半波長板と、
(c)前記第1の半波長板の光学軸と前記第1のレーザビームの偏光方向とがなす角が
変わるように、前記第1の半波長板を回転させる第1の回転器と、
(d)前記第4のレーザビームを、互いに垂直な2つの偏光成分である前記第3のレーザビームと第5のレーザビームとに分割する第2の偏光ビームスプリッタと、
(e)前記第2の偏光ビームスプリッタと前記第1の偏光ビームスプリッタとの間の前記第4のレーザビームの光路に位置する第2の半波長板と、
(f)前記第1の半波長板の光学軸と前記第4のレーザビームの偏光方向とがなす角が変わるように、前記第2の半波長板を回転させる第2の回転器と、
を有し、
前記走査機構は、前記第2の方向に所定速度で相対移動させるように設定されており、
前記第2の方向に沿った前記第1の光学素子と前記第2の光学素子の距離が、前記所定周期と前記所定速度との積のN倍(Nは0以上の整数)と、前記積の1/2倍と、の和に一致するように、前記第1の光学素子と前記第2の光学素子が設置され、
前記第3のレーザビームのパワーは、前記第2のレーザビームのパワーより大きく、かつ、前記第2の集光位置でのパワー密度は、前記第3の集光位置でのパワー密度と等しい、
ことを特徴とするレーザ照射装置。
A stage on which a processing object having transparency to light of a predetermined wavelength is placed;
A laser light source having a component of the predetermined wavelength and emitting a first laser beam which is linearly polarized light ;
A splitter that divides the first laser light into a second laser beam and a third laser beam that propagate in a first direction perpendicular to a surface on which the workpiece is placed on the stage ;
A first optical element that focuses the second laser beam such that multiphoton absorption occurs at the first focusing position in the workpiece by the second laser beam;
The third laser beam causes multiphoton absorption to occur at a second light collection position that is deeper from the surface of the processing object than the first light collection position in the processing object. A second optical element for condensing the third laser beam;
Relative movement is performed along a second direction which is a straight line intersecting a plane perpendicular to the first direction and a plane including the optical axes of the second laser beam and the third laser beam. And a scanning mechanism for moving the stage relative to the first optical element and the second optical element,
With
The laser light source is a pulse laser that emits the pulsed first laser beam at a predetermined period,
The divider is
(A) a first polarization beam splitter that divides the first laser beam into the second laser beam and the fourth laser beam, which are two polarization components perpendicular to each other;
(B) a first half-wave plate located in the optical path of the first laser beam between the first polarizing beam splitter and the laser light source;
(C) The angle formed by the optical axis of the first half-wave plate and the polarization direction of the first laser beam is
A first rotator for rotating the first half-wave plate,
(D) a second polarization beam splitter that divides the fourth laser beam into the third laser beam and the fifth laser beam, which are two polarization components perpendicular to each other;
(E) a second half-wave plate located in the optical path of the fourth laser beam between the second polarizing beam splitter and the first polarizing beam splitter;
(F) a second rotator for rotating the second half-wave plate so that an angle formed by an optical axis of the first half-wave plate and a polarization direction of the fourth laser beam is changed;
Have
The scanning mechanism is set to move relative to the second direction at a predetermined speed;
The distance between the first optical element and the second optical element along the second direction is N times the product of the predetermined period and the predetermined speed (N is an integer of 0 or more), and the product. The first optical element and the second optical element are installed so as to coincide with the sum of 1/2 of
The power of the third laser beam is greater than the power of the second laser beam, and the power density at the second focusing position is equal to the power density at the third focusing position;
The laser irradiation apparatus characterized by the above-mentioned .
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