JP4803566B1

JP4803566B1 - レーザ加工装置

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Publication number: JP4803566B1
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Inventors: 望月　　学; 満板持; 浩義廣田
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Abstract

レーザ加工装置（１）は、加工対象物に加工を行うための第１レーザ光（Ｌ１）を照射する第１照射手段（３１）と、第２レーザ光Ｌ２を照射する第２照射手段（２１）と、加工対象物の表面（Ｓ１）又は裏面（Ｓ２）に第１レーザ光の集光部である第１集光部（Ｆ１）を形成することで加工を行う第１集光手段（３３）と、加工対象物の所定の位置に第２レーザ光の集光部である第２集光部（Ｆ２）を形成する第２集光手段（２４）と、加工対象物において反射される第２レーザ光の反射光（Ｌ３）を受光する受光手段（２６）と、受光手段に受光される第２レーザ光の反射光に基づいて、第２集光部の位置を決定するフォーカスサーボ手段（２７）、（２４ａ）と、第２集光部の位置に基づいて決定される位置に第１集光部を形成するように第１集光手段の動作を制御する制御手段（３３ａ）とを備え、第１集光手段の開口数が第２集光手段の開口数よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、材料表面にレーザ光の集光部を形成することで、集光部近傍の材料の構造に変化を生じさせ、加工を行うレーザ加工装置の技術分野に関する。

この種の装置では、レーザ光源から出射されるレーザ光をステージ上に載置される材料表面に集光させ、集光部近傍の微小体積に熱処理による化学的または物理的な変化を生じさせることで加工を行う。所望の位置に所望の加工を実施するためには、レーザ光の集光部と材料表面との位置関係を一定に保つことが重要とされる。しかしながら、材料表面は、必ずしも平坦ではなく、レーザ光の集光部と材料表面との位置関係は、加工時に適宜変化するため、該位置関係の変化に追従する集光制御が要求される。

例えば、後述する先行技術文献には、レーザ光源から出射されるレーザ光を２つに分光し、一方を加工用のレーザ光、他方を測距用のレーザ光とする構成について説明されている。該構成においては、測距用のレーザ光の反射光から生成される電気信号に基づく演算により、加工用のレーザ光の集光位置の制御を行っている。このため、レーザ光の集光部と材料表面との位置関係の変化に対して、加工用のレーザ光の集光部を追従して移動させることが出来るとされている。

特開平６−１９０５７８号公報

先行技術文献に説明される構成によれば、演算時の遅延により、集光位置制御の遅延や、材料表面の構造に対する適切な追従が行えないなどの技術的問題が考えられる。これは、高精度且つ高速度の加工が要求されるレーザ加工装置の運用においては、好ましくない。また、単一のレーザ光源からのレーザ光を加工用のレーザ光と測距用のレーザ光とに分光しているため、何らかの要因で材料の加工条件が変更される場合、測距用のレーザ光に対しても影響が生じ、演算に影響する虞がある。

本発明は、例えば上述の問題点に鑑み為されたものであり、加工用のレーザ光の集光位置を材料表面の構造に対して適切に追従し、高精度且つ高速度な加工を実現可能とするレーザ加工装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物にレーザ光を集光させることで、加工を行うレーザ加工装置であって、前記加工対象物に加工を行うための第１レーザ光を照射する第１照射手段と、前記加工対象物に第２レーザ光を照射する第２照射手段と、前記加工対象物の表面又は裏面に前記第１レーザ光の集光部である第１集光部を形成することで加工を行う第１集光手段と、前記加工対象物の所定の位置に前記第２レーザ光の集光部である第２集光部を形成する第２集光手段と、前記加工対象物において反射される前記第２レーザ光の反射光を受光する受光手段と、前記受光手段に受光される前記第２レーザ光の反射光に基づいて、前記第２集光部の位置を決定するフォーカスサーボ手段と、前記第２集光部の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光部を形成するように前記第１集光手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記第１集光手段の開口数が前記第２集光手段の開口数よりも大きい。

実施例のレーザ加工装置の基本的な構成を示すブロック図である。フォーカスエラー信号の非点隔差を示すＳ字波形を示すグラフである。非点隔差と集光レンズの開口数の関係を示すグラフの例である。加工対象物の上面及び下面からの反射光における非点隔差を示すグラフである。加工用集光レンズの動作による加工用レーザ光の集光部の移動の態様を示す図である。実施例のレーザ加工装置を用いたレーザ加工の態様を示す図である。レーザ加工装置の変形例の基本的な構成を示すブロック図である。レーザ加工装置の変形例の基本的な構成を示すブロック図である。

本発明のレーザ加工装置の実施形態は、加工対象物にレーザ光を集光させることで、加工を行うレーザ加工装置であって、前記加工対象物に加工を行うための第１レーザ光を照射する第１照射手段と、前記加工対象物に第２レーザ光を照射する第２照射手段と、前記加工対象物の表面又は裏面に前記第１レーザ光の集光部である第１集光部を形成することで加工を行う第１集光手段と、前記加工対象物の所定の位置に前記第２レーザ光の集光部である第２集光部を形成する第２集光手段と、前記加工対象物において反射される前記第２レーザ光の反射光を受光する受光手段と、前記受光手段に受光される前記第２レーザ光の反射光に基づいて、前記第２集光部の位置を決定するフォーカスサーボ手段と、前記第２集光部の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光部を形成するように前記第１集光手段の動作を制御する制御手段とを備え、前記第１集光手段の開口数が前記第２集光手段の開口数よりも大きい。

本発明のレーザ加工装置の実施形態によれば、例えば表面に膜構造を有するガラス基板や、不透明な材料などの加工対象物に対して、加工用の第１レーザ光及び、該第１レーザ光のフォーカス調整のためのフォーカスサーボ手段を動作させるフォーカス制御用の第２レーザ光とが出射される。

第１照射手段は、加工対象物に対し、加工用の第１レーザ光を照射するレーザ光源である。第１集光手段は、例えば該第１レーザ光の光軸方向に移動可能な集光レンズを備え、第１レーザ光を加工対象物の表面又は裏面の所定の位置に集光させ、第１集光部を形成する。ここに、加工対象物の表面とは、第１レーザ光による加工の対象となる加工対象物の面の内、第１レーザ光の光源となる第１出射手段に相対的に近い面を示す趣旨である。他方で、加工対象物の裏面とは、第１レーザ光による加工の対象となる加工対象物の面の内、加工対象物を介して表面と反対側に存在する面を示す趣旨である。第１レーザ光は、該裏面を加工する際には、表面から加工対象物内部に入射し、加工対象物内部を透過して該裏面に第１集光部を形成する。

第２照射手段は、加工対象物に対し、第１レーザ光とは異なる第２レーザ光を照射するレーザ光源である。尚、第２レーザ光の波長は、第１レーザ光の波長と異なっていることが好ましいが、同一であってもよい。第２集光手段は、例えば該第２レーザ光の光軸方向に移動可能な集光レンズを備え、第２レーザ光を加工対象物に集光させ、第２集光部を形成する。尚、第２集光手段は、第２レーザ光を加工対象物の表面に集光させてもよいし、加工対象物の内部に集光させてもよいし、それ以外の位置に集光させてもよい。

第１照射手段と第２照射手段とは、好適には第１レーザ光と第２レーザ光との光軸が平行、且つ光軸と直交する面内において所定の間隔離隔して配置される。ここに、所定の間隔とは、第１照射手段より照射される第１レーザ光の光束と、第２照射手段により照射される第２レーザ光の光束とが互いに重ならない間隔であり、各レーザ光の光束角度などに応じて設定される。尚、このように配置される第１照射手段と第２照射手段とによれば、第１レーザ光と第２レーザ光とは、各レーザ光の光軸方向に直交する面内で所定の間隔離隔した位置に夫々集光される。

尚、第２レーザ光のうち、加工対象物において反射する戻り光は、第２レーザ光が通過した光路を通過した後に、受光手段に入射する。受光手段は、例えば非点収差法を用いて、第２レーザ光が加工対象物における所望の位置にフォーカスしているか否かを、又フォーカスしていない場合はフォーカスずれ量を示す電気信号をフォーカスサーボ手段に入力する。また、受光手段は、第２レーザ光の戻り光に基づいて、ナイフエッジ法など、その他何らかの手法によりフォーカスずれ量の検出を行ってもよい。

フォーカスサーボ手段は、第２レーザ光を加工対象物にフォーカスさせるためのサーボ機構である。フォーカスサーボ手段は、受光手段から入力される電気信号より把握される第２レーザ光のフォーカスずれ量を補正するよう、例えば第２集光手段を移動させる。従って、例えば、加工対象物の表面に凹凸や反りなどがあり、第２照射手段からの光路長が変化する場合であっても、高精度且つ高速でフォーカスの再調整が可能となる。

制御手段は、フォーカスサーボ手段による第２レーザ光のフォーカス位置の移動に応じて、第１レーザ光のフォーカス位置を光軸方向に移動する。言い換えれば、制御手段は、フォーカスサーボ手段による第２レーザ光のフォーカス位置の移動に同期して、第１レーザ光のフォーカス位置を移動させる。例えば、制御手段は、フォーカスサーボ手段が受けるものと同様の第２レーザ光のフォーカスずれを示す電気信号、又は該フォーカスずれ量に基づくフォーカス位置の移動量などを示す電気信号の入力を受け、該入力に応じて第１集光手段を第１レーザ光の光軸方向に移動させる。このため、第１レーザ光についても、加工対象物の表面の凹凸や反りに合わせて、高精度且つ高速でフォーカスの再調整が可能となる。結果、高精度な加工対象物のレーザ加工が可能となる。

尚、レーザ加工装置の実施形態では、第１集光手段の開口数は、第２集光手段の開口数と比較して大きく設定される。これは、具体的には、第２レーザ光を集光させる集光レンズと比較してより大きな開口数を有する集光レンズにより、第１レーザ光が集光されることを示す趣旨である。このような構成は、装置の振動などの外乱によるフォーカスサーボへの影響を低減させるなど、フォーカスサーボ手段の動作の安定化に繋がる。

本発明のレーザ加工装置の実施形態の一の態様では、前記第２集光手段の開口数は、前記加工対象物の表面及び裏面の間の厚さ、並びに屈折率に基づいて決定される値以上である。

上述のように、レーザ加工装置の実施形態においては、第２レーザ光の加工対象物からの反射光に基づくフォーカスサーボ制御により、加工用の第１レーザ光を加工対象物の表面又は裏面に高精度にフォーカスさせる。このとき、加工対象物がレーザ光に対してある程度の透過性を有する透明材料である場合、第２レーザ光のフォーカスずれを検出するための受光手段に対しては、加工対象物の表面からの反射光と、加工対象物を透過した裏面からの反射光とが入射する。一般的なフォーカスずれの検出手法である非点収差法においては、かかる反射光に対して非点収差を発生させている。このとき、加工対象物の表面及び裏面からの反射光における非点収差に基づく非点隔差が相互に干渉し合う場合がある。

かかる非点隔差は、第２レーザ光のフォーカスずれを示す尺度として、例えば、受光手段に入射する第２レーザ光の反射光の位相差として現れる。加工対象物の表面及び裏面からの反射光における非点隔差が相互に干渉する場合、受光手段において受光される第２レーザ光の反射光からは、適切な第２レーザ光のフォーカスずれを検出出来ず、フォーカスサーボ手段の誤動作に繋がる。従って、好適なフォーカスサーボ手段によるフォーカス制御のためには、第２レーザ光の反射光における非点隔差は小さく設定されることが好ましい。尚、加工対象物の表面及び裏面からの非点隔差が相互に干渉する場合とは、例えば、加工対象物の表面及び裏面の夫々からの反射光における非点隔差が加工対象物の表面及び裏面の間隔（つまり、加工対象物の表面及び裏面間の第２レーザ光の光路長）に対して、所定の基準を超えて相対的に大きくなる場合である。

他方で、非点隔差は、受光手段における第２レーザ光のフォーカスずれの検出可能範囲に係るため、極端に小さく設定することで、フォーカスサーボ手段の動作範囲を狭めてしまうことに繋がる。このこともまた、フォーカスサーボ手段による正確なフォーカス制御を妨げる可能性がある。

非点隔差は、第２集光手段の例である集光レンズの開口数に応じて変化することが本願発明者等により知られており、開口数の所定の領域においては、開口数の逆数と非点隔差との関係は２次関数により関連付けられる。従って、フォーカスサーボ手段を適切に動作させるために、加工対象物の表面及び裏面間の第２レーザ光の光路長に対して、第２集光手段の開口数が適切な範囲内に設定されることが好ましい。尚、加工対象物の表面及び裏面間の光路長は、加工対象物の表面及び裏面間の厚さと屈折率とにより決定される。

加工対象物の表面及び裏面からの非点隔差が相互に干渉せず、フォーカスサーボ手段を適切に動作させるためには、加工対象物の表面及び裏面からの非点隔差が所定の間隔を有して離隔していることが好ましい。例えば、加工対象物の表面及び裏面の相互の間隔は、非点隔差に対して少なくとも１倍以上あることが好ましい。該条件下では、非点隔差の大きさは、加工対象物の厚さを屈折率で割った商の半分以下であるとの条件が導かれる。このように条件づけられる非点隔差に対して、二次関数的な関連を有する第２集光手段の開口数の許容条件が決定される。

上述した構成によれば、第２レーザ光に対する透過性を有する加工対象物に対しても、好適にフォーカスサーボ手段を動作させることが可能となり、適切なフォーカス制御が実施可能となる。

上述したように、加工対象物の厚さに応じて第２集光手段の適切な開口数が変化する。硬質ガラスやシリコン基板などを加工対象物とする一般的なレーザ加工においては、加工対象物の厚さとして０．５ミリメートル程度の厚さが採用される場合が多い。このような場合においては、例えば、前記第２集光手段の開口数は、０．１以上であるように設定してもよい。

このような設定を用いることで、一般的なレーザ加工の加工対象物となる０．５ミリメートル厚の硬質ガラスやシリコン基板に対して好適な加工を行うことが可能となる。

本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様では、前記第１集光手段は、前記加工対象物の表面又は裏面における前記第２集光部の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光部を形成する。

この態様によれば、第１集光手段は、第１レーザ光の第１集光部を加工対象物の表面及び裏面の間で移動可能な構成となる。例えば、第１集光手段は、第１レーザ光を集光する集光レンズと、該集光レンズを第１レーザ光の光軸方向に移動させるアクチュエータを備える。該構成において、アクチュエータは、集光レンズを、加工対象物の厚さに応じて決定される所定の移動量分第１レーザ光の光軸方向に移動させることで、第１集光部の移動を行う。より具体的には、該所定の移動量は、加工対象物の厚さと屈折率とにより決定される、第１レーザ光の光軸方向における表面及び裏面間の光学距離に相当する。

このように構成することで、種々の加工対象物に対して、好適に加工用の第１レーザ光を加工の対象となる表面又は裏面に集光させることが可能となる。

本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様では、前記第１及び第２照射手段がレーザ光を照射する際に、前記第１及び第２照射手段がレーザ光を照射する際に、前記第１レーザ光と前記加工対象物とを相対的に移動させる移動手段を更に備える。

移動手段は、例えば、加工対象物が固定されるステージを第１レーザ光の光軸方向に直行する面内において移動又は回転可能なアクチュエータなどである。移動手段は、第１レーザ光及び第２レーザ光の照射中に、ステージを移動させることで、加工対象物を第１レーザ光に対して相対的に移動させる。このとき、断続的または連続的に照射される第１レーザ光により、加工対象物の表面又は裏面に、加工対象物の移動に沿って断続的または連続的に改質領域が形成される。このため、加工対象物の表面又は裏面の所望の位置に加工を施すことが可能となる。

また、移動手段は、他の態様として、第１レーザ光を照射する第１照射手段を移動させるアクチュエータ等であってもよい。該アクチュエータは、第１レーザ光及び第２レーザ光の照射中に、例えば第１照射手段の例であるレーザ光源を第１レーザ光の光軸方向に直行する面内において移動又は回転させることにより、加工対象物と第１レーザ光とを相対的に移動する。このような構成を採用しても、上述した効果と同等の効果を享受することが可能となる。

移動手段の更なる態様として、第１レーザ光を加工対象物に集光する第１集光手段を移動するアクチュエータを採用してもよい。かかるアクチュエータによれば、第１集光手段を移動させることで、第１レーザ光の光路を変更し、加工対象物に対して相対的に移動することが可能となり、上述したものと同様の効果が享受出来る。

尚、第１照射手段、第１集光手段又は加工対象物が固定されるステージ等を移動させるアクチュエータを複数組み合わせた移動手段を用いてもよい。また、上述した構成に限られず、その他機械的、光学的等の何らかの手段で第１レーザ光と加工対象物との相対的な移動を実現可能な構成についても同様に採用してよい。

本発明のレーザ加工装置の実施形態の他の態様は、前記第２集光手段は、前記加工対象物における、前記第２レーザ光の光軸方向における前記加工対象物の表面から所定距離離隔した所定の位置に前記第２集光部を形成する。

この態様によれば、透明材料であるなど、第２レーザ光に対して透過性を有する加工対象物に対して、第２レーザ光は、表面でなく所定距離深さ方向に離隔した位置に集光される。このとき、加工対象物の表面に形成される第２集光点における第２レーザ光のビームスポットのサイズは、加工対象物の表面に第２レーザ光を集光する場合と比較して大きくなる。このように加工対象物の表面におけるビームスポットのサイズが相対的に大きい場合、加工対象物の表面の傷や構造物などの微小な凹凸に起因する第２レーザ光のフォーカスずれの影響が相対的に低下する。このため、かかる微小な凹凸によるフォーカスサーボ手段の動作への影響を抑制することが出来る。

尚、この態様において形成される第２集光部の位置の範囲とは、上述したフォーカス制御が適切に実施可能であって、加工対象物表面の凹凸によるフォーカス制御への影響を可能な限り排除可能である範囲を示す趣旨である。また、フォーカス制御においては、このような範囲内から適切に決定された所定の位置に第２集光部が位置するよう、サーボによる位置調整が実施される。

以上、説明したように、本発明のレーザ加工装置の実施形態は、第１照射手段と、第２照射手段と、第１集光手段と、第２集光手段と、受光手段と、フォーカスサーボ手段と、制御手段とを備える。

このため、加工対象物の表面に形成される凹凸構造などの影響を抑制し、好適に加工用の第１レーザ光を加工対象物の表面又は裏面にフォーカスさせることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

（１）レーザ加工装置の構成
レーザ加工装置１は、例えば膜構造を有するガラス基板や、不透明な材料などの加工対象物５０に対して、加工用のレーザ光Ｌ１及び、該レーザ光Ｌ１のフォーカス調整のためのフォーカスサーボを動作させるフォーカス制御用のレーザ光Ｌ２とを出射する。図１を参照して、本発明のレーザ加工装置の具体例である、レーザ加工装置１の基本的な構成について説明する。図１はレーザ加工装置１の全体的な構成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、制御部１１と、ステージ１２と、主にフォーカスサーボ制御用のレーザ光Ｌ２の出射に係るフォーカス制御用光学系２と、主に加工用のレーザ光Ｌ１の出射に係る加工用光学系３との２つの光学系を備える。

制御部１１は、演算装置であり、レーザ加工装置１の各部に対して制御信号を供給することで動作を制御する。制御部１１は、動作プログラムを格納するメモリの記憶手段を更に備え、各部からの電気信号に応じて演算を行い、演算結果に基づく制御信号を各部に供給する。

ステージ１２は、加工対象物５０を固定して載置する部材である。ステージ１２は、ステージアクチュエータ１２ａにより支持される。ステージアクチュエータ１２ａは、制御部１１より供給される制御信号に応じて電流の供給を行う駆動アンプを備え、該駆動アンプからの電流の供給に応じて、ステージ１２を移動するアクチュエータ等を備える。ステージアクチュエータ１２は、典型的には、加工用のレーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２の夫々の光軸に直交する面内（つまり、図１におけるＸＹ面内）でステージ１２を移動又は回転する。このようなステージ１２の移動又は回転により、ステージ１２上に載置される加工対象物５０が、レーザ光Ｌ１の集光部Ｆ１に対して相対的に移動する。レーザ加工装置１では、レーザ光Ｌ１を加工対象物５０の表面に集光させた状態でステージ１２を移動することにより、加工用レーザ光Ｌ１を例えば直線状に走査させ、加工対象物５０の表面の所望の領域に改質領域を形成する。

フォーカス制御用光学系２の各部の構成について説明する。フォーカス制御用光学系２は、フォーカス用光源２１と、ビームスプリッタ２２と、１／４波長板２３と、フォーカス用集光レンズ２４と、シリンドリカルレンズ２５と、４分割ＰＤ（Photo Detector：受光素子）２６と、演算部２７とを備える。

フォーカス用光源２１は、本発明の第２出射手段の一例であって、例えば、レーザ光を発生させるためのレーザダイオードと、発生したレーザ光に対して高周波重畳パルスを印加するための印加手段とを備え、フォーカス制御用のレーザ光Ｌ２を出射する。レーザ光Ｌ２は、本発明の第２レーザ光の一例であって、例えば、高周波重畳が施された波長６８０ｎｍ程度のレーザ光などである。フォーカス用光源２１から出射されたレーザ光Ｌ２は、ビームスプリッタ２２、１／４波長板２３を透過して、フォーカス用集光レンズ２４へと入射する。

ビームスプリッタ２２は、レーザ光Ｌ２の光路上に配置され、入射したレーザ光Ｌ２をフォーカス用集光レンズ２４方向に出射させるとともに、フォーカス用集光レンズ２４を介して入射するレーザ光Ｌ２の戻り光Ｌ３を反射してシリンドリカルレンズ２５方向に出射させる。

１／４波長板２３は、ビームスプリッタ２２を通過したレーザ光Ｌ２の光路上に配置される、レーザ光Ｌ２の波長に応じた屈折率を有する水晶板などである。１／４波長板２３は、通過するレーザ光Ｌ２に位相差を生じさせ、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換する。

フォーカス用集光レンズ２４は、ステージ１２上に載置される加工対象物５０の上面表面Ｓ１（図１におけるＺ軸上方の表面、以降、単に「上面Ｓ１」と称して説明する。また、Ｚ軸下方の表面については、単に「下面Ｓ２」と称して説明する）にレーザ光Ｌ２を集光させ、集光部Ｆ２を形成するレンズである。フォーカス用集光レンズ２４は、フォーカス用レンズブロック２４ａにより支持される。フォーカス用集光レンズ２４の開口数は、後述するように加工対象物５０のＺ方向厚さに基づいて決定される。また、フォーカス用集光レンズ２４の開口数は、加工対象物５０の下面Ｓ２からのレーザ光Ｌ２の反射光による影響を加味して決定されることが好ましい。例えば、フォーカス用集光レンズ２４の開口数は、０．１より大きく設定される。

フォーカス用レンズブロック２４ａは、フォーカス用集光レンズ２４を支持する支持部材と、支持部材と共にフォーカス用集光レンズ２４をレーザ光Ｌ２の光軸方向（つまり、図１のＺ方向）に移動させる移動部材とを備える。移動部材は、例えば演算部２７から供給されるフォーカスずれ及びフォーカスエラー信号ＦＥ電圧に応じた推力でフォーカス用集光レンズ２４を移動可能なボイスコイルなどのアクチュエータである。フォーカス用レンズブロック２４ａは、フォーカス用集光レンズ２４をＺ方向に移動させることで、レーザ光Ｌ２のフォーカス位置をＺ方向に移動する。

また、フォーカス用集光レンズ２４及びフォーカス用レンズブロック２４ａには、フォーカス用集光レンズ２４の位置（典型的には、レーザ光Ｌ２の光軸方向における位置）を検出するためのリニアスケール２４ｂが付属する。リニアスケール２４ｂは、光学的、磁気的、若しくはその他何らかの手段により、フォーカス用レンズブロック２４ａにより移動されるフォーカス用集光レンズ２４の位置を検出可能な装置である。リニアスケール２４ｂは、検出したフォーカス用集光レンズ２４の位置データを演算部２７に出力する。

加工対象物５０の上面Ｓ１では、集光部Ｆ２を形成するレーザ光Ｌ２の一部が反射する。また、加工対象物５０の下面Ｓ２では、加工対象物５０を透過するレーザ光Ｌ２の一部が反射する。これらの反射光は、戻り光Ｌ３としてＺ軸上方に出射される。戻り光Ｌ３は、フォーカス用集光レンズ２４、１／４反射板２３を介してビームスプリッタ２２に入射し、ビームスプリッタ２２において反射され、シリンドリカルレンズ２５を介して４分割ＰＤ２６に入射する。

シリンドリカルレンズ２５は、本実施例における受光手段の構成要素の一例である、半円筒形状のレンズである。シリンドリカルレンズ２５は、通過する戻り光Ｌ３のスポット形状を変更することで、非点収差を付加する。具体的には、シリンドリカルレンズ２５を通過する戻り光Ｌ３は、戻り光Ｌ３の光軸方向（例えば、図１のＹ方向）に対して、直交する第１方向（例えば、図１のＸ方向）と、光軸方向及び該第１方向と直交する第２方向（例えば、図１のＺ方向）とでは異なる集光特性を有するようになる。

４分割ＰＤ２６は、本実施例における受光手段の構成要素の一例であって、レーザ光Ｌ２が加工対象物５０の上面Ｓ１にフォーカスする場合の戻り光Ｌ３のフォーカス位置に配置される。４分割ＰＤ２６は、戻り光Ｌ３を受光し、光量に応じた電圧を出力する４つの受光素子と、各受光素子より供給される電圧を測定し、演算する演算部を備える。

戻り光Ｌ３は、シリンドリカルレンズ２５による集光特性の変化により、フォーカス位置においては４分割ＰＤ２６において円形のビームスポットを形成し、フォーカス位置がずれている場合には、第１方向又は第２方向のいずれかを長軸とする楕円形のビームスポットを形成する。

４分割ＰＤ２６は、例えば、４つの受光素子を時計回りにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする場合、受光素子Ａ及びＣより出力される電圧の和と、受光素子Ｂ及びＤより出力される電圧の和との差分に応じた電圧を有するフォーカスエラー信号ＦＥを生成し、演算部２７へ入力する。

レーザ光Ｌ２が加工対象物５０の上面Ｓ１において適切にフォーカスしている場合（つまり、集光部Ｆ２がレーザ光Ｌ２の焦点である場合）、シリンドリカルレンズ２５を介して４分割ＰＤ２６に入射する戻り光のスポット形状は円形となる。この場合、受光素子Ａ及びＣより出力される電圧の和と、受光素子Ｂ及びＤより出力される電圧の和とは等しく、フォーカスエラー信号ＦＥの電圧は「０」となる。

他方で、Ｚ軸のいずれかの方向にフォーカスがずれている場合、４分割ＰＤ２６に入射する戻り光のスポット形状は楕円形となる。この場合、フォーカスがずれている方向に応じて、受光素子Ａ及びＣより出力される電圧の和と、受光素子Ｂ及びＤより出力される電圧の和とのいずれかが他方より大きくなり、フォーカスエラー信号ＦＥの電圧は「０＞」又は「０＜」となる。

４分割ＰＤ２６は、ＰＤアクチュエータ２６ａに接続され、ＰＤアクチュエータ２６ａの動作により戻り光Ｌ３の光軸方向の所定範囲内で移動可能である。ＰＤアクチュエータ２６ａは、例えば制御部１１より供給されるＺ軸目標値を示す制御信号に応じた駆動電流を供給する駆動アンプを有し、該駆動電流に応じて、４分割ＰＤ２６を移動させる。演算部２７は、４分割ＰＤ２６より供給されるフォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、集光部Ｆ２のフォーカスがずれているか否か、また、ずれている場合にはそのずれ量を検出する。演算部２７は、検出されるフォーカスずれ量を含む制御信号をフォーカス用レンズブロック２４ａ及び加工用レンズブロック３３ａに供給する。

レーザ加工装置１の加工用光学系３の構成について説明する。加工用光学系３は、加工用のレーザ光Ｌ１を出射する加工用光源３１と、ダイバージングレンズ３２と、加工用集光レンズ３３とを備える。

加工用光源３１は、本発明の第１出射手段の一例であって、夫々不図示のレーザ発生部、結集素子、位相変調器及び共振器などを備え、レーザ光Ｌ１をダイバージングレンズ３２方向へ出射する。レーザ光Ｌ１は、本発明の第１レーザ光の一例であって、例えば紫外線レーザなどである。

ダイバージングレンズ３２は、入射したレーザ光Ｌ１の光束角度を調整し、加工用集光レンズ３３方向へ出射させるレンズである。ダイバージングレンズ３２は、Ｄレンズブロック３２ａにより支持される。Ｄレンズブロック３２ａは、ダイバージングレンズ３２を支持する支持部材と、制御部１１から供給される制御信号に応じて、支持部材と共にダイバージングレンズ３２をレーザ光Ｌ１の光軸方向（つまり、図１のＺ方向）に移動させる移動部材とを備える。移動部材は、例えば制御信号に応じて駆動するボイスコイルなどのアクチュエータである。Ｄレンズブロック３２ａは、ダイバージングレンズ３２をＺ方向に移動させることで、レーザ光Ｌ１の光束角度を任意の角度に変更することで、加工用集光レンズ３３により集光されるレーザ光Ｌ１のフォーカス位置をＺ方向に移動する。Ｄレンズブロック３２ａは、制御部１１からの制御信号に応じて、加工用集光レンズ３３に入射するレーザ光Ｌ１が平行光となるように、ダイバージングレンズ３２の位置を設定する。

加工用集光レンズ３３は、ステージ１２上に載置される加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２にレーザ光Ｌ１を集光させ、集光部Ｆ１を形成するレンズである。加工用集光レンズ３３は、加工用レンズブロック３３ａにより支持される。また、加工用集光レンズ３３の開口数は、少なくともフォーカス用集光レンズ２４の開口数より大きく設定される。

加工用レンズブロック３３ａは、加工用集光レンズ３３を支持する支持部材と、支持部材と共に加工用集光レンズ３３をレーザ光Ｌ１の光軸方向（つまり、図１のＺ方向）に移動させる移動部材とを備える。移動部材は、例えば演算部２７から供給されるフォーカスずれ及びフォーカスエラー信号ＦＥ電圧に応じた推力で加工用集光レンズ３３を移動可能なボイスコイルなどのアクチュエータである。加工用レンズブロック３３ａは、加工用集光レンズ３３をＺ方向に移動させることで、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置をＺ方向に移動する。具体的には、加工用レンズブロック３３ａは、フォーカス用レンズブロック２４ａが受けるものと同様の制御信号を受け、加工用集光レンズ３３をフォーカス用レンズブロック２４ａによるフォーカス用集光レンズ２４の移動量と同量Ｚ方向に移動させることで、好適には、加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２にレーザ光Ｌ１をフォーカスさせる。

また、加工用集光レンズ３３及び加工用レンズブロック３３ａには、加工用集光レンズ３３の位置（典型的には、レーザ光Ｌ２の光軸方向における位置）を検出するためのリニアスケール３３ｂが付属する。リニアスケール３３ｂは、光学的、磁気的、若しくはその他何らかの手段により、加工用レンズブロック３３ａにより移動される加工用集光レンズ３３の位置を検出可能な装置である。リニアスケール３３ｂは、検出した加工用集光レンズ３３の位置データを演算部２７に出力する。

加工用光学系３は、集光部Ｆ２に対してＸＹ平面内において所定の間隔離隔した位置に集光部Ｆ１が形成されるよう、フォーカス用光学系２に対する位置関係が設定されている。

尚、レーザ光Ｌ１の光路中には、他に、加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２に好適に改質領域を形成するためにレーザ出力、光軸及びレーザ形状などを調整するための各種構成が配置されていても良い。

レーザ加工装置１においては、フォーカス用集光レンズ２４と、加工用集光レンズ３３との位置関係は、一定に保たれる。例えば、演算部２７は、リニアスケール３３ｂから入力される加工用集光レンズ３３の位置の変化をフォーカス用レンズブロック２４ａに通知し、フォーカス用集光レンズ２４を加工用集光レンズ３３に同期させて移動するよう指示する。また、演算部２７は、リニアスケール２４ｂから入力されるフォーカス用集光レンズ２４の位置の変化を加工用レンズブロック３３ａに通知し、加工用集光レンズ３３をフォーカス用集光レンズ２４に同期させて移動するよう指示する。

レーザ加工装置１においては、４分割ＰＤ２６に入射する戻り光Ｌ３には、シリンドリカルレンズ２５による非点収差が付与されている。演算部２７は、該非点収差に基づく非点隔差に応じて、フォーカスエラー信号発生範囲を所望の値に設定することが出来る。非点隔差は、シリンドリカルレンズ２５において非点収差が生じた戻り光Ｌ３の光軸に対して直交し、且つ相互に直交する２方向（例えば、４分割ＰＤ２６に入射する楕円形のビームスポットの長軸及び短軸方向）夫々のビームウエスト位置の光軸方向における差である。

図２は、戻り光Ｌ３に応じた時系列的なフォーカスエラー信号ＦＥの電圧についてのＳ字波形を示すグラフである。フォーカスエラー信号発生範囲は、例えば、４分割ＰＤ２６において検出可能なフォーカスずれの範囲であり、横軸上のＳ字波形の端部間の距離で表される。また、非点隔差は、Ｓ字波形における横軸上のフォーカスエラー信号ＦＥ電圧のピーク間距離で表される。

シリンドリカルレンズ２５が発生させる非点収差（ひいては、非点隔差）の量を大きくすることや、フォーカス用集光レンズ２４の開口数を小さくすることにより非点隔差を広げることで、フォーカスエラー信号発生範囲が広くなる。このときの非点隔差とフォーカス用集光レンズ２４の開口数ＮＡの逆数とは、例えば、０．０５＜＝ＮＡ＜＝０．３５となる領域では、図３に示されるように、２次関数で関連付けられる。

４分割ＰＤ２６には、戻り光Ｌ３として、レーザ光Ｌ２のうち、加工対象物５０の上面Ｓ１において反射される反射光成分と、下面Ｓ２において反射される反射光成分とが入射する。演算部２７は、好適には、４分割ＰＤ２６に入射する戻り光Ｌ３のうち、加工対象物５０の上面Ｓ１からの反射光成分に基づくフォーカスエラー信号ＦＥより、フォーカスずれ量を演算する。従って、戻り光Ｌ３のうち、加工対象物５０の上面Ｓ１において反射される反射光成分と、下面Ｓ２において反射される反射光成分とが適切に区別可能であることが好ましい。

例えば、図２に示されるフォーカスエラー信号ＦＥについて、４分割ＰＤ２６に入射する加工対象物５０の上面Ｓ１において反射される反射光成分と、下面Ｓ２において反射される反射光成分との関係は、図４のグラフに示される態様となる。図４に示されるように、戻り光Ｌ３のうち、加工対象物５０の上面Ｓ１において反射される反射光成分と、下面Ｓ２において反射される反射光成分との夫々にシリンドリカルレンズ２５を通過する影響により、同様の非点隔差が付加される。

図４に示されるように、加工対象物５０の上面Ｓ１からの反射光成分に基づくＳ字波形と、下面Ｓ２からの反射光成分に基づくＳ字波形とは、互いに加工対象物５０の上面Ｓ１及び下面Ｓ２間の光路長（つまり、加工対象物５０のＺ方向厚さＴと屈折率Ｎとにより決定される上面Ｓ１と下面Ｓ２との間隔）離隔している。

このとき、上面Ｓ１からの反射光成分の非点隔差と、下面Ｓ２からの反射光成分の非点隔差とが重なり合う場合、加工対象物５０の上面Ｓ１におけるレーザ光Ｌ２のフォーカスずれに応じた適切なフォーカスエラー信号ＦＥが出力されず、正確なフォーカス動作が行えない可能性がある。このため、上面Ｓ１からの反射光成分の非点隔差と下面Ｓ２からの反射光成分の非点隔差とは、所定のマージンを挟んで離隔していることが好ましい。本願発明者等による実験結果によれば、該マージンが少なくとも非点隔差の１倍以上であることが安定したフォーカス制御には好ましいとされる。尚、フォーカス用集光レンズ２４の開口数が低い領域においては、上面Ｓ１において反射される反射光成分と、下面Ｓ２において反射される反射光成分との夫々の非点隔差広さが略同一となる。

上述の実験結果に鑑み、安定したフォーカス制御を実現するために、本実施例においては、好適には、非点隔差は、加工対象物５０の上面Ｓ１及び下面Ｓ２間の光路長の半分以下に設定される。言い換えれば、非点隔差は、加工対象物５０の厚さＴと屈折率Ｎとにより決定される上面Ｓ１と下面Ｓ２との間隔Ｔ／Ｎの半分以下に設定される。

上述したように、非点隔差は、フォーカス用集光レンズ２４の開口数ＮＡの逆数と２次関数的な関係を有する。従って、フォーカス用集光レンズ２４の開口数ＮＡは、加工対象物５０のＺ方向厚さＴ及び屈折率Ｎに応じて決定されることが好ましい。例えば、厚さＴ＝０．５ミリメートル、屈折率Ｎ＝１．５のガラスを加工対象物５０とする場合、非点隔差は０．１８ミリメートルとなり、フォーカス用集光レンズ２４の開口数ＮＡ＞＝０．１となるよう設定することで、安定したフォーカス制御が実現出来る。

加工用光学系３の加工用レンズブロック３３ａは、フォーカス制御用光学系２におけるフォーカス用集光レンズ２４のフォーカス動作に同期して加工用集光レンズ３３を動作させることで、レーザ光Ｌ１を加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２にフォーカスさせる。これにより、フォーカス制御用光学系２において実施される安定したフォーカス制御と同等の安定したフォーカス制御をレーザ光Ｌ１に対しても適用可能となり、高精度に集光部Ｆ１を加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２にフォーカスさせることが出来る。尚、フォーカス制御用光学系２においては、レーザ光Ｌ２の集光部Ｆ２のフォーカスずれに応じてフォーカス用集光レンズ２４を動作させる推力（ひいては、加速度）を制御するサーボ制御が実施される。このため、加工対象物５０の上面Ｓ１における凹凸構造などによってレーザ光Ｌ２のフォーカス位置が変化する場合であっても、該変化に対して比較的高速に応答することが出来る。従って、加工対象物５０のレーザ加工のための加工速度を低下させることなく、迅速かつ正確な加工が可能となる。

レーザ加工装置１の加工用光学系３では、加工用レンズブロック３３ａの動作などにより、レーザ光Ｌ１の集光部Ｆ１を加工対象物５０の上面Ｓ１及び下面Ｓ２の間で切り替え可能となる。
このとき、加工用レンズブロック３３ａは、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置が加工対象物５０の上面Ｓ１及び下面Ｓ２の間隔、つまり加工対象物５０のＺ方向厚さＴと屈折率Ｎとに応じた光路長分移動するよう、加工用集光レンズ３３をＺ方向に移動させる。かかる移動の態様について、図５の模式図に示す。

加工用レンズブロック３３ａは、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置を加工対象物５０の上面Ｓ１から下面Ｓ２に移動するに際して、加工用集光レンズ３３を加工対象物５０方向に上面Ｓ１及び下面Ｓ２の間隔Ｔ／Ｎ分移動する。かかる移動により、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置が加工対象物５０の上面Ｓ１から下面Ｓ２に移動する。

また、加工対象物５０の下面Ｓ２にフォーカス位置が移動される状態で、上述したフォーカス制御用光学系２によるフォーカス制御に追従して、加工用レンズブロック３３ａが加工用集光レンズ３３を移動させることで、好適にレーザ光Ｌ１の集光部Ｆ１を加工対象物５０の下面Ｓ２にフォーカスさせることが出来る。

本実施例のレーザ加工装置１では、レーザ光Ｌ１は、加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２における集光部Ｆ１近傍の１０立方マイクロメートル程度の微小体積に気化などによる改質を生じさせる。このため、加工用集光レンズ３３の開口数は、上述したようにフォーカス用集光レンズ２４の開口数より大きく、且つ改質を生じさせる体積に応じた集光部Ｆ１のサイズに応じて決定されることが好ましい。好適には、フォーカス位置において形成される集光部Ｆ１のサイズは、１平方マイクロメートル程度に調整される。

加工用集光レンズ３３によりレーザ光１が加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２における比較的微小な領域に集光部Ｆ１を形成するため、レーザ光Ｌ１の光軸方向に直行する面内（つまり、加工対象物５０の上面Ｓ１及び下面Ｓ２）において、微小な改質領域を形成することが出来る。このように微小な改質領域を多数形成することで、加工対象物５０の上面Ｓ１又は下面Ｓ２により高精度な加工を施すことが可能となる。

尚、レーザ加工装置１は、加工用フォーカスブロック３３ａ等の動作により、加工用集光レンズ３３が集光部Ｆ１を透明なガラス等の加工対象物５０内部に形成するよう制御することで、加工対象物５０の内部にも同様に微小な改質領域を形成することが出来る。特に、加工対象物５０の内部においては、レーザ光Ｌ１の光軸方向に直行する面内における加工精度の向上に加えて、レーザ光Ｌ１の光軸方向（言い換えれば、加工対象物５０内部における深さ方向）においても、より多くの改質領域を形成することが出来る。このように深さ方向について多数形成される改質領域を起点として、加工対象物５０の切断を行う場合、高精度な切断面を得ることが出来る。

また、フォーカスサーボクローズ後の残留エラーに起因する光軸方向への移動も例えば、１０ナノメートル程度の微小な領域に抑制することが出来る。一般的な、加工対象物５０へのレーザ加工において、形成される改質領域の位置には、１マイクロメートル程度の誤差範囲が許容されることから、例えば、フォーカス制御におけるサーボゲインを低く設定したとしても、充分な精度で改質領域の形成を行うことが出来る。

（２）レーザ加工装置の動作
続いて、図６を参照して、実施例のレーザ加工装置１の動作について説明する。

図６（ａ）に示されるように、レーザ加工装置１は、フォーカス用のレーザ光Ｌ２の集光部Ｆ２を加工対象物５０の上面Ｓ１にフォーカスさせることでフォーカス制御を行い、該フォーカス制御に同期して加工用のレーザ光Ｌ１の集光部Ｆ１を加工対象物５０の上面Ｓ１にフォーカスさせる。この状態で、ステージアクチュエータ１２ａがステージ１２を移動することで、加工用光学系１は、レーザ光Ｌ１により、加工対象物５０の上面Ｓ１に形成される膜構造の加工や、上面Ｓ１のトリミング加工などを行う。従って、レーザ加工装置１を用いた加工対象物５０のレーザ加工によれば、加工対象物５０の上面Ｓ１に形成される凹凸構造などに好適に追従して加工用のレーザ光Ｌ１の集光部Ｆ１を上面Ｓ１にフォーカスさせることが出来る。従って、加工対象物５０の上面Ｓ１における瑕疵等による凹凸構造の影響を受けることなく、加工対象物５０の上面Ｓ１、下面Ｓ２又は内部において高精度かつ高速度な加工を実現出来る。

また、加工用光学系１は、図６（ｂ）に示されるように、レーザ光Ｌ１の集光部Ｆ１を加工対象物５０の下面Ｓ２に移動することで、下面Ｓ２に形成される膜構造の加工や、下面Ｓ２のトリミング加工なども同様に行うことができる。

また、本実施例のレーザ加工装置１においては、フォーカス制御用光学系２は、レーザ光Ｌ２の集光部Ｆ２を、加工対象物５０表面でなく、図６（ｃ）に示されるように、加工対象物５０内部の所定の深さにフォーカスしてもよい。この場合、加工対象物５０の表面に形成されるレーザ光Ｌ２のビームスポットのサイズは、加工対象物５０表面に集光部Ｆ２がフォーカスする場合と比較して、大きくなる。このため、加工対象物５０表面に形成される傷や構造物などの比較的小さい凹凸に起因するフォーカス制御への影響を抑制することが出来る。

（３）第１変形例
図７を参照して、実施例に係るレーザ加工装置１の変形例であるレーザ加工装置１’について説明する。図７はレーザ加工装置１’の全体的な構成を示す模式図である。尚、図７及び以下に示すレーザ加工装置１’の構成について、図１に示されるレーザ加工装置１と同様の構成については、同一の番号を付して説明を省略している。

図７に示されるように、レーザ加工装置１’では、フォーカス用レンズブロック２４ａの代わりに、レンズブロック２４ｃが配置される。レンズブロック２４ｃは、フォーカス用集光レンズ２４と加工用集光レンズ３３とを支持し、且つフォーカス用集光レンズ２４と加工用集光レンズ３３とを同期して移動可能な移動部材を備える（破線部参照）。

移動部材は、演算部２７から供給されるフォーカスずれ及びフォーカスエラー信号ＦＥ電圧に応じた推力でフォーカス用集光レンズ２４及び加工用集光レンズ３３を移動可能なボイスコイルなどのアクチュエータである。レンズブロック２４ｃは、移動部材の動作により、フォーカス用集光レンズ２４をレーザ光Ｌ２の光軸方向（つまり、Ｚ方向）に移動させると同時に、同量分、加工用集光レンズ３３をレーザ光Ｌ１の光軸方向（つまり、Ｚ方向）に移動させる。

レンズブロック２４ｃは、加工用レンズブロック３３ａごと加工用集光レンズ３３を支持し、移動する。言い換えれば、加工用集光レンズ３３は加工用レンズブロック３３ａにより移動可能な態様で支持され、更にレンズブロック２４ｃにより、加工用レンズブロック３３ａごと移動可能な態様で支持される。

加工用レンズブロック３３ａは、演算部２７から供給される制御信号に応じて、加工用集光レンズ３３をＺ方向に加工対象物５０の上面Ｓ１及び下面Ｓ２の間隔分（例えば、Ｔ／Ｎ分）移動することで、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置を加工対象物５０の上面Ｓ１から下面Ｓ２に移動する。加工用レンズブロック３３ａは、付属のリニアスケール３３ｂにより検出される加工用集光レンズ３３の一データに基づいて、かかる加工用集光レンズ３３の移動を行う。

以上説明したレーザ加工装置１’によれば、レーザ加工装置１と同様に、フォーカス制御に基づくフォーカス用集光レンズ２４の移動に同期して、加工用集光レンズ３３を移動させることが出来る。このため、加工対象物５０の上面Ｓ１における瑕疵等の凹凸の影響を受けず、加工対象物５０の上面Ｓ１、下面Ｓ１又は内部における所望の位置に加工用のレーザ光Ｌ１をフォーカスさせることが出来る。

（４）第２変形例
図８を参照して、実施例に係るレーザ加工装置１の第２の変形例であるレーザ加工装置１’’について説明する。図８はレーザ加工装置１’’の全体的な構成を示す模式図である。尚、図８及び以下に示すレーザ加工装置１’’の構成について、図１に示されるレーザ加工装置１と同様の構成については、同一の番号を付して説明を省略している。

図８に示されるように、レーザ加工装置１’では、フォーカス用レンズブロック２４ａ及び加工用レンズブロック３３ａの代わりに、レンズブロック２４ｄが配置される。レンズブロック２４ｄは、フォーカス用集光レンズ２４と加工用集光レンズ３３とを支持し、且つフォーカス用集光レンズ２４と加工用集光レンズ３３とを同期して移動可能な移動部材を備える（破線部参照）。

尚、第２変形例のレーザ加工装置１’’においては、図示されない機構又はレーザ加工装置１’’のオペレータによる手動などにより、加工用集光レンズ３３をフォーカス用集光レンズ２４とは独立してＺ方向に移動することで、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置を加工対象物５０の上面Ｓ１、下面Ｓ１又は内部における所望の位置に移動可能となる。例えば、オペレータは、加工対象物５０のＺ方向の厚さＴ及び屈折率Ｎに応じて決定される移動量（Ｔ／Ｎ）分、加工用集光レンズ３３をＺ方向に移動させることで、レーザ光Ｌ１のフォーカス位置を加工対象物５０の上面Ｓ１から下面Ｓ２に移動する。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうレーザ加工装置などもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…レーザ加工装置、
１１…制御部、
１２…ステージ、
１２ａ…ステージアクチュエータ
２…フォーカス制御用光学系、
２１…フォーカス用光源
２２…ビームスプリッタ
２３…１／４波長板、
２４…フォーカス用集光レンズ、
２４ａ…フォーカス用レンズブロック
２５…シリンドリカルレンズ、
２６…４分割受光素子（ＰＤ：Photo Detector）、
２６ａ…ＰＤアクチュエータ、
３…加工用光学系、
３１…加工用光源、
３２…ダイバージングレンズ、
３３…加工用集光レンズ
３３ａ…加工用レンズブロック
Ｌ１…加工用のレーザ光、
Ｌ２…フォーカス制御用のレーザ光
Ｆ１…加工用のレーザ光の集光部、
Ｆ２…フォーカス制御用のレーザ光の集光部、
Ｓ１…加工対象物の上面表面、
Ｓ２…加工対象物の下面表面。

Claims

加工対象物にレーザ光を集光させることで、加工を行うレーザ加工装置であって、
前記加工対象物に加工を行うための第１レーザ光を照射する第１照射手段と、
前記加工対象物に第２レーザ光を照射する第２照射手段と、
前記加工対象物の表面又は裏面に前記第１レーザ光の集光部である第１集光部を形成することで加工を行う第１集光手段と、
前記加工対象物の所定の位置に前記第２レーザ光の集光部である第２集光部を形成する第２集光手段と、
前記加工対象物において反射される前記第２レーザ光の反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段に受光される前記第２レーザ光の反射光に基づいて、前記第２集光部の位置を決定するフォーカスサーボ手段と、
前記第２集光部の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光部を形成するように前記第１集光手段の動作を制御する制御手段と
を備え、
前記第１集光手段の開口数が前記第２集光手段の開口数よりも大きいことを特徴とするレーザ加工装置。
前記第２集光手段の開口数は、前記加工対象物の表面及び裏面の間の厚さ、並びに屈折率に基づいて決定される値以上であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記第２集光手段の開口数は、０．１以上であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
前記第１集光手段は、前記加工対象物の表面又は裏面における前記第２集光部の位置に基づいて決定される位置に前記第１集光部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
前記第１及び第２照射手段がレーザ光を照射する際に、前記第１レーザ光と前記加工対象物とを相対的に移動させる移動手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
前記第２集光手段は、前記加工対象物における、前記第２レーザ光の光軸方向における前記加工対象物の表面から所定距離離隔した所定の位置に前記第２集光部を形成することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。