JP6661393B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。   The present invention relates to a laser processing device.

特許文献１には、ワークを保持する保持機構と、保持機構に保持されたワークにレーザ光を照射するレーザ照射機構と、を備えるレーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置のレーザ照射機構においては、レーザ発振器から集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置された各構成が１つの筐体内に配置されており、その筐体が、レーザ加工装置の基台に立設された壁部に固定されている。   Patent Literature 1 describes a laser processing apparatus that includes a holding mechanism that holds a work, and a laser irradiation mechanism that irradiates the work held by the holding mechanism with laser light. In the laser irradiation mechanism of this laser processing apparatus, the components arranged on the optical path of the laser light from the laser oscillator to the condenser lens are arranged in one housing, and the housing is provided in the laser processing apparatus. It is fixed to the wall standing on the base.

特許第５４５６５１０号公報Japanese Patent No. 5456510

上述したようなレーザ加工装置には、レーザ光を変調しつつ反射する反射型空間光変調器が設けられる場合がある。そのような場合には、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光の像（反射型空間光変調器において変調されたレーザ光の像）を集光光学系の入射瞳面に精度良く転像（結像）することが極めて重要である。   The above-described laser processing apparatus may be provided with a reflective spatial light modulator that reflects a laser beam while modulating the laser beam. In such a case, the image of the laser beam (the image of the laser beam modulated by the reflection type spatial light modulator) on the reflection surface of the reflection type spatial light modulator is accurately placed on the entrance pupil plane of the condensing optical system. It is extremely important to transfer images.

本発明は、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光の像を集光光学系の入射瞳面に精度良く転像することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser processing apparatus capable of accurately transferring an image of a laser beam on a reflection surface of a reflection type spatial light modulator to an entrance pupil plane of a condensing optical system.

本発明のレーザ加工装置は、加工対象物を支持する支持部と、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を変調しつつ反射する反射型空間光変調器と、加工対象物に対してレーザ光を集光する集光光学系と、反射型空間光変調器の反射面と集光光学系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する結像光学系と、結像光学系を通過したレーザ光を集光光学系に向けて反射するミラーと、を備え、反射型空間光変調器は、レーザ光を所定の平面に沿って鋭角に反射し、反射型空間光変調器から結像光学系を介してミラーに至るレーザ光の光路は、平面に沿うように設定されており、ミラーから集光光学系に至るレーザ光の光路は、平面と交差する方向に沿うように設定されている。   A laser processing apparatus according to the present invention includes a support portion that supports a processing target, a laser light source that emits laser light, a reflection-type spatial light modulator that reflects while modulating the laser light, and a laser for the processing target. A focusing optical system that collects light; an imaging optical system that forms a double-sided telecentric optical system in which a reflection surface of a reflective spatial light modulator and an entrance pupil surface of the focusing optical system are in an imaging relationship; A mirror that reflects the laser light that has passed through the image optical system toward the condensing optical system, wherein the reflective spatial light modulator reflects the laser light at an acute angle along a predetermined plane, and The optical path of the laser light from the modulator to the mirror via the imaging optical system is set to be along a plane, and the optical path of the laser light from the mirror to the condensing optical system is along a direction intersecting the plane. It is set as follows.

このレーザ加工装置では、反射型空間光変調器から結像光学系を介してミラーに至るレーザ光の光路が、所定の平面（反射型空間光変調器に対して入出射するレーザ光の光路を含む平面）に沿うように設定されており、ミラーから集光光学系に至るレーザ光の光路が、当該平面と交差する方向に沿うように設定されている。これにより、例えば、反射型空間光変調器にレーザ光をＰ偏光として反射させ且つミラーにレーザ光をＳ偏光として反射させることができる。これは、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光の像を集光光学系の入射瞳面に精度良く転像する上で重要である。更に、反射型空間光変調器がレーザ光を鋭角に反射する。反射型空間光変調器に対するレーザ光の入射角及び反射角を抑えることは、回折効率の低下を抑制して反射型空間光変調器の性能を十分に発揮させる上で重要である。以上により、このレーザ加工装置によれば、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光の像を集光光学系の入射瞳面に精度良く転像することができる。   In this laser processing apparatus, the optical path of the laser light from the reflection type spatial light modulator to the mirror via the imaging optical system is adjusted to a predetermined plane (the optical path of the laser light entering and exiting the reflection type spatial light modulator). (A plane including the plane), and the optical path of the laser beam from the mirror to the focusing optical system is set to be along a direction intersecting the plane. Thereby, for example, the laser light can be reflected as P-polarized light by the reflection type spatial light modulator, and the laser light can be reflected as S-polarized light by the mirror. This is important for accurately transferring the image of the laser beam on the reflection surface of the reflection type spatial light modulator to the entrance pupil plane of the light collecting optical system. Further, the reflective spatial light modulator reflects the laser light at an acute angle. It is important to suppress the incident angle and the reflection angle of the laser beam with respect to the reflection type spatial light modulator in order to suppress the reduction in the diffraction efficiency and sufficiently exhibit the performance of the reflection type spatial light modulator. As described above, according to this laser processing apparatus, the image of the laser beam on the reflection surface of the reflection type spatial light modulator can be accurately transferred to the entrance pupil plane of the condensing optical system.

本発明のレーザ加工装置では、ミラーから集光光学系に至るレーザ光の光路は、平面と直交する方向に沿うように設定されており、ミラーは、レーザ光を直角に反射してもよい。これにより、反射型空間光変調器から集光光学系に至るレーザ光の光路を直角に取り回すことができる。   In the laser processing apparatus of the present invention, the optical path of the laser light from the mirror to the focusing optical system is set to be along a direction orthogonal to the plane, and the mirror may reflect the laser light at a right angle. Thereby, the optical path of the laser light from the reflection type spatial light modulator to the focusing optical system can be routed at a right angle.

本発明のレーザ加工装置では、ミラーは、ダイクロイックミラーであってもよい。これにより、ダイクロイックミラーを透過したレーザ光の一部を様々な用途に利用することができる。   In the laser processing apparatus of the present invention, the mirror may be a dichroic mirror. Thereby, a part of the laser beam transmitted through the dichroic mirror can be used for various purposes.

本発明のレーザ加工装置では、反射型空間光変調器は、レーザ光をＰ偏光として反射し、ミラーは、レーザ光をＳ偏光として反射してもよい。これにより、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光の像を集光光学系の入射瞳面に精度良く転像することができる。   In the laser processing apparatus of the present invention, the reflective spatial light modulator may reflect the laser light as P-polarized light, and the mirror may reflect the laser light as S-polarized light. Thereby, the image of the laser beam on the reflection surface of the reflection type spatial light modulator can be accurately transferred to the entrance pupil plane of the condenser optical system.

本発明のレーザ加工装置は、レーザ光源から反射型空間光変調器に至るレーザ光の光路上に配置され、レーザ光の偏光方向を調整する偏光方向調整部を更に備えてもよい。これにより、反射型空間光変調器がレーザ光を鋭角に反射することに備えてレーザ光の偏光方向を調整することができるので、レーザ光源から反射型空間光変調器に至るレーザ光の光路を直角に取り回すことができる。   The laser processing apparatus of the present invention may further include a polarization direction adjusting unit that is disposed on the optical path of the laser light from the laser light source to the reflection type spatial light modulator and adjusts the polarization direction of the laser light. This makes it possible to adjust the polarization direction of the laser light in preparation for the reflection type spatial light modulator reflecting the laser light at an acute angle, so that the optical path of the laser light from the laser light source to the reflection type spatial light modulator can be adjusted. Can be routed at right angles.

本発明によれば、反射型空間光変調器の反射面でのレーザ光の像を集光光学系の入射瞳面に精度良く転像することができるレーザ加工装置を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the laser processing apparatus which can transfer the image of the laser beam on the reflection surface of the reflection type spatial light modulator to the entrance pupil plane of the condensing optical system with high accuracy. .

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a laser processing device used for forming a modified region. 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a processing target on which a modified region is formed. 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the object to be processed in FIG. 2 along the line III-III. レーザ加工後の加工対象物の平面図である。It is a top view of the processing object after laser processing. 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the processing target of FIG. 4 taken along line VV. 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of the processing target of FIG. 4 taken along the line VI-VI. 実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。It is a perspective view of a laser processing device concerning an embodiment. 図７のレーザ加工装置の支持台に取り付けられる加工対象物の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a processing target attached to a support base of the laser processing device of FIG. 7. 図７のＺＸ平面に沿ってのレーザ出力部の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of the laser output unit along the ZX plane in FIG. 7. 図７のレーザ加工装置におけるレーザ出力部及びレーザ集光部の一部の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a part of a laser output unit and a laser focusing unit in the laser processing apparatus of FIG. 図７のＸＹ平面に沿ってのレーザ集光部の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the laser focusing unit along the XY plane in FIG. 7. 図１１のXII−XII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the laser condensing section along the line XII-XII in FIG. 11. 図１２のXIII−XIII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of the laser focusing unit along the line XIII-XIII in FIG. 12. 図９のレーザ出力部におけるλ／２波長板ユニット及び偏光板ユニットの光学的配置関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an optical arrangement relationship between a λ / 2 wavelength plate unit and a polarizing plate unit in the laser output unit in FIG. 9. （ａ）は図９のレーザ出力部のλ／２波長板ユニットにおける偏光方向を示す図であり、（ｂ）は図９のレーザ出力部の偏光板ユニットにおける偏光方向を示す図である。10A is a diagram illustrating a polarization direction in the λ / 2 wavelength plate unit of the laser output unit in FIG. 9, and FIG. 10B is a diagram illustrating a polarization direction in the polarizer unit in the laser output unit in FIG. 9. 図１１のレーザ集光部における反射型空間光変調器、４ｆレンズユニット及び集光レンズユニットの光学的配置関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an optical arrangement relationship among a reflective spatial light modulator, a 4f lens unit, and a condenser lens unit in the laser condenser section of FIG. 図１６の４ｆレンズユニットの移動による共役点の移動を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating movement of a conjugate point due to movement of the 4f lens unit in FIG. 16. 一体化されたλ／２波長板ユニット及び偏光板ユニットの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of an integrated λ / 2 wavelength plate unit and a polarizing plate unit. 図１８のＺＸ平面に沿ってのλ／２波長板ユニット及び偏光板ユニットの断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view of the λ / 2 wavelength plate unit and the polarizing plate unit along the ZX plane in FIG. 18.

以下、本発明の実施形態について、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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference characters, and redundant description will be omitted.

実施形態に係るレーザ加工装置（後述）では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。   In a laser processing apparatus (to be described later) according to the embodiment, a modified region is formed in a processing object along a cutting line by condensing a laser beam on the processing object. Therefore, first, formation of the modified region will be described with reference to FIGS.

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。   As shown in FIG. 1, a laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that oscillates a laser beam L in a pulse form, and a dichroic mirror 103 arranged to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser beam L by 90 °. And a condensing lens 105 for condensing the laser beam L. Further, the laser processing apparatus 100 includes a support 107 for supporting the processing target 1 on which the laser light L condensed by the condenser lens 105 is irradiated, and a stage 111 for moving the support 107. A laser light source control unit 102 for controlling the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, pulse waveform, and the like of the laser light L, and a stage control unit 115 for controlling the movement of the stage 111.

レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。   In the laser processing apparatus 100, the direction of the optical axis of the laser light L emitted from the laser light source 101 is changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and the laser light L enters the processing target 1 placed on the support 107. The light is focused by the focusing lens 105. At the same time, the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser light L along the line 5 to be cut. As a result, a modified region along the line 5 to be cut is formed on the workpiece 1. Here, the stage 111 is moved to relatively move the laser light L, but the focusing lens 105 may be moved, or both of them may be moved.

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。   As the processing target 1, a plate-shaped member (for example, a substrate, a wafer, or the like) including a semiconductor substrate formed of a semiconductor material, a piezoelectric substrate formed of a piezoelectric material, and the like is used. As shown in FIG. 2, a planned cutting line 5 for cutting the processing target 1 is set in the processing target 1. The planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly. In the case where the modified region is formed inside the processing object 1, the laser beam L is cut in a state where the converging point (condensing position) P is adjusted inside the processing object 1 as shown in FIG. It is relatively moved along the scheduled line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2). Thereby, as shown in FIGS. 4, 5, and 6, the modified region 7 is formed on the processing target 1 along the line 5 to be cut, and the modified region 7 is formed along the line 5 to be cut. 7 is a cutting starting area 8.

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。   The focal point P is a point where the laser light L is focused. The line 5 to be cut is not limited to a straight line, but may be a curved line, a three-dimensional shape in which these lines are combined, or a coordinate-designated line. The planned cutting line 5 is not limited to the virtual line, and may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1. The modified region 7 may be formed continuously or intermittently. The modified regions 7 may be in a row or a dot. In short, the modified regions 7 may be formed at least inside the object 1. Further, a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and the modified region 7 may be exposed on the outer surface (the front surface 3, the back surface, or the outer peripheral surface) of the workpiece 1. . The laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the processing target 1, but may be the back surface of the processing target 1.

ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。   Incidentally, when the modified region 7 is formed inside the processing target 1, the laser beam L transmits through the processing target 1 and near the converging point P located inside the processing target 1. Especially absorbed. Thereby, the modified region 7 is formed in the processing target 1 (that is, internal absorption laser processing). In this case, since the laser light L is hardly absorbed by the surface 3 of the processing target 1, the surface 3 of the processing target 1 is not melted. On the other hand, when the modified region 7 is formed on the surface 3 of the processing target 1, the laser light L is particularly absorbed in the vicinity of the converging point P located on the surface 3, and is melted and removed from the surface 3. Then, a removed portion such as a hole or a groove is formed (surface absorption type laser processing).

改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。   The modified region 7 is a region where the density, the refractive index, the mechanical strength, and other physical characteristics are different from those of the surroundings. As the modified region 7, for example, a melt-processed region (meaning at least one of a region once solidified and re-solidified, a region in a molten state, and a region in a state of re-solidification from melting), a crack region , A dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is also a region in which these are mixed. Further, the modified region 7 includes a region in which the density of the modified region 7 in the material of the workpiece 1 is changed as compared with the density of the non-modified region, and a region in which lattice defects are formed. When the material of the processing target 1 is single crystal silicon, the modified region 7 can be said to be a high dislocation density region.

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。 The region where the density of the melt-processed region, the refractive index change region, the density of the modified region 7 has changed compared to the density of the non-modified region, and the region where the lattice defect has been formed are further included in those regions and In some cases, cracks (cracks, microcracks) are included at the interface between the region 7 and the non-modified region. The included crack may be formed over the entire surface of the modified region 7, or may be formed only on a part or a plurality of parts. The processing target 1 includes a substrate made of a crystalline material having a crystal structure. For example, the processing target 1 includes a substrate formed of at least one of gallium nitride (GaN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), LiTaO 3 , and sapphire (Al 2 O 3 ). In other words, the processing target 1 includes, for example, a gallium nitride substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a LiTaO 3 substrate, or a sapphire substrate. The crystal material may be any of anisotropic crystal and isotropic crystal. Further, the processing target 1 may include a substrate made of an amorphous material having an amorphous structure (amorphous structure), and may include, for example, a glass substrate.

実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［実施形態に係るレーザ加工装置］ In the embodiment, the modified region 7 can be formed by forming a plurality of modified spots (processing marks) along the line 5 to be cut. In this case, a plurality of modified spots are collected to form the modified area 7. The modified spot is a modified portion formed by one-pulse shot of pulsed laser light (that is, one-pulse laser irradiation: laser shot). Examples of the modified spot include a crack spot, a melting spot, a refractive index change spot, and a spot in which at least one of these spots is mixed. Regarding the modified spot, the size and the length of the crack to be generated are appropriately determined in consideration of the required cutting accuracy, the required flatness of the cut surface, the thickness, type, crystal orientation, and the like of the workpiece 1. Can be controlled. Further, in the embodiment, the modified spot can be formed as the modified region 7 along the line 5 to be cut.
[Laser Processing Apparatus According to Embodiment]

次に、実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、水平面内において互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。
［レーザ加工装置の全体構成］ Next, a laser processing apparatus according to the embodiment will be described. In the following description, directions orthogonal to each other in a horizontal plane are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, and a vertical direction is defined as a Z-axis direction.
[Overall configuration of laser processing device]

図７に示されるように、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、第１移動機構２２０と、支持台（支持部）２３０と、第２移動機構２４０と、を備えている。更に、レーザ加工装置２００は、レーザ出力部（レーザ出力装置）３００と、レーザ集光部４００と、制御部５００と、を備えている。   As shown in FIG. 7, the laser processing apparatus 200 includes an apparatus frame 210, a first moving mechanism 220, a support (support) 230, and a second moving mechanism 240. Further, the laser processing device 200 includes a laser output unit (laser output device) 300, a laser focusing unit 400, and a control unit 500.

第１移動機構２２０は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１移動機構２２０は、第１レールユニット２２１と、第２レールユニット２２２と、可動ベース２２３と、を有している。第１レールユニット２２１は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１レールユニット２２１には、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のレール２２１ａ，２２１ｂが設けられている。第２レールユニット２２２は、Ｙ軸方向に沿って移動可能となるように、第１レールユニット２２１の一対のレール２２１ａ，２２１ｂに取り付けられている。第２レールユニット２２２には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のレール２２２ａ，２２２ｂが設けられている。可動ベース２２３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能となるように、第２レールユニット２２２の一対のレール２２２ａ，２２２ｂに取り付けられている。可動ベース２２３は、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。   The first moving mechanism 220 is attached to the device frame 210. The first moving mechanism 220 has a first rail unit 221, a second rail unit 222, and a movable base 223. The first rail unit 221 is attached to the device frame 210. The first rail unit 221 is provided with a pair of rails 221a and 221b extending along the Y-axis direction. The second rail unit 222 is attached to the pair of rails 221a and 221b of the first rail unit 221 so as to be movable along the Y-axis direction. The second rail unit 222 is provided with a pair of rails 222a and 222b extending along the X-axis direction. The movable base 223 is attached to a pair of rails 222a and 222b of the second rail unit 222 so as to be movable along the X-axis direction. The movable base 223 is rotatable around an axis parallel to the Z-axis direction as a center line.

支持台２３０は、可動ベース２２３に取り付けられている。支持台２３０は、加工対象物１を支持する。加工対象物１は、例えば、シリコン等の半導体材料からなる基板の表面側に複数の機能素子（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、又は回路として形成された回路素子等）がマトリックス状に形成されたものである。加工対象物１が支持台２３０に支持される際には、図８に示されるように、環状のフレーム１１に張られたフィルム１２上に、例えば加工対象物１の表面１ａ（複数の機能素子側の面）が貼付される。支持台２３０は、クランプによってフレーム１１を保持すると共に真空チャックテーブルによってフィルム１２を吸着することで、加工対象物１を支持する。支持台２３０上において、加工対象物１には、互いに平行な複数の切断予定ライン５ａ、及び互いに平行な複数の切断予定ライン５ｂが、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。   The support base 230 is attached to the movable base 223. The support table 230 supports the workpiece 1. The processing object 1 includes, for example, a plurality of functional elements (a light receiving element such as a photodiode, a light emitting element such as a laser diode, or a circuit element formed as a circuit) on a surface side of a substrate made of a semiconductor material such as silicon. It is formed in a matrix. When the processing target 1 is supported by the support table 230, as shown in FIG. 8, a surface 1 a of the processing target 1 (for example, a plurality of functional elements) is placed on a film 12 stretched on an annular frame 11. Side). The support table 230 supports the workpiece 1 by holding the frame 11 by a clamp and adsorbing the film 12 by a vacuum chuck table. On the support base 230, a plurality of lines to be cut 5a and a plurality of lines to be cut 5b that are parallel to each other are set in a grid shape on the processing target 1 so as to pass between adjacent functional elements. You.

図７に示されるように、支持台２３０は、第１移動機構２２０において第２レールユニット２２２が動作することで、Ｙ軸方向に沿って移動させられる。また、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｘ軸方向に沿って移動させられる。更に、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転させられる。このように、支持台２３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能となり且つＺ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。   As shown in FIG. 7, the support 230 is moved along the Y-axis direction by the operation of the second rail unit 222 in the first moving mechanism 220. The support base 230 is moved along the X-axis direction by the operation of the movable base 223 in the first moving mechanism 220. Furthermore, when the movable base 223 operates in the first moving mechanism 220, the support base 230 is rotated around an axis parallel to the Z-axis direction as a center line. As described above, the support base 230 is attached to the apparatus frame 210 so as to be movable along the X-axis direction and the Y-axis direction and to be rotatable around an axis parallel to the Z-axis direction.

レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０が動作することで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。このように、レーザ集光部４００は、レーザ出力部３００に対してＺ軸方向に沿って移動可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。   The laser output unit 300 is attached to the device frame 210. The laser focusing section 400 is attached to the device frame 210 via the second moving mechanism 240. The laser focusing unit 400 is moved along the Z-axis direction by the operation of the second moving mechanism 240. As described above, the laser condensing unit 400 is attached to the apparatus frame 210 so as to be movable along the Z-axis direction with respect to the laser output unit 300.

制御部５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されている。制御部５００は、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。   The control unit 500 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control unit 500 controls the operation of each unit of the laser processing device 200.

一例として、レーザ加工装置２００では、次のように、各切断予定ライン５ａ，５ｂ（図８参照）に沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。   As an example, in the laser processing apparatus 200, a modified region is formed inside the processing target 1 along each of the planned cutting lines 5a and 5b (see FIG. 8) as follows.

まず、加工対象物１の裏面１ｂ（図８参照）がレーザ光入射面となるように、加工対象物１が支持台２３０に支持され、加工対象物１の各切断予定ライン５ａがＸ軸方向に平行な方向に合わされる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ａに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。   First, the processing object 1 is supported by the support table 230 so that the back surface 1b (see FIG. 8) of the processing object 1 becomes the laser beam incident surface. Are aligned in a direction parallel to Subsequently, the laser beam condensing unit is moved by the second moving mechanism 240 so that the condensing point of the laser beam L is located at a position inside the object 1 that is separated from the laser light incident surface of the object 1 by a predetermined distance. 400 is moved. Subsequently, while the distance between the laser light incident surface of the processing target 1 and the focal point of the laser light L is kept constant, the focal point of the laser light L relatively moves along each cut line 5a. Let me do. As a result, a modified region is formed inside the processing target object 1 along each cutting line 5a.

各切断予定ライン５ａに沿っての改質領域の形成が終了すると、第１移動機構２２０によって支持台２３０が回転させられ、加工対象物１の各切断予定ライン５ｂがＸ軸方向に平行な方向に合わされる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ｂに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。   When the formation of the modified region along each cut line 5a is completed, the support table 230 is rotated by the first moving mechanism 220 so that each cut line 5b of the workpiece 1 is parallel to the X-axis direction. Is matched to Subsequently, the laser beam condensing unit is moved by the second moving mechanism 240 so that the condensing point of the laser beam L is located at a position inside the object 1 that is separated from the laser light incident surface of the object 1 by a predetermined distance. 400 is moved. Subsequently, while the distance between the laser light incident surface of the processing target 1 and the focal point of the laser beam L is kept constant, the focal point of the laser beam L relatively moves along each cut line 5b. Let me do. As a result, a modified region is formed inside the processing target object 1 along each scheduled cutting line 5b.

このように、レーザ加工装置２００では、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。なお、各切断予定ライン５ａに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＸ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。また、各切断予定ライン５ａ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＹ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。   Thus, in the laser processing apparatus 200, the direction parallel to the X-axis direction is the processing direction (scanning direction of the laser light L). The relative movement of the focal point of the laser beam L along each cut line 5a and the relative movement of the laser beam L along each cut line 5b are determined by a first moving mechanism. The operation is performed by moving the support table 230 along the X-axis direction by the 220. Further, the relative movement of the focal point of the laser beam L between the respective lines to be cut 5a and the relative movement of the focal point of the laser beam L between the respective lines 5b to be cut are controlled by the first moving mechanism 220. This is performed by moving the support table 230 along the Y-axis direction.

図９に示されるように、レーザ出力部３００は、取付ベース３０１と、カバー３０２と、複数のミラー３０３，３０４と、を有している。更に、レーザ出力部３００は、レーザ発振器（レーザ光源）３１０と、シャッタ３２０と、λ／２波長板ユニット（出力調整部、偏光方向調整部）３３０と、偏光板ユニット（出力調整部、偏光方向調整部）３４０と、ビームエキスパンダ（レーザ光平行化部）３５０と、ミラーユニット３６０と、を有している。   As shown in FIG. 9, the laser output unit 300 includes a mounting base 301, a cover 302, and a plurality of mirrors 303 and 304. Further, the laser output unit 300 includes a laser oscillator (laser light source) 310, a shutter 320, a λ / 2 wavelength plate unit (output adjustment unit, polarization direction adjustment unit) 330, and a polarizing plate unit (output adjustment unit, polarization direction). An adjusting unit 340, a beam expander (laser beam collimating unit) 350, and a mirror unit 360 are provided.

取付ベース３０１は、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を支持している。複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０は、取付ベース３０１の主面３０１ａに取り付けられている。取付ベース３０１は、板状の部材であり、装置フレーム２１０（図７参照）に対して着脱可能である。レーザ出力部３００は、取付ベース３０１を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。つまり、レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に対して着脱可能である。   The mounting base 301 supports a plurality of mirrors 303 and 304, a laser oscillator 310, a shutter 320, a λ / 2 wavelength plate unit 330, a polarizing plate unit 340, a beam expander 350, and a mirror unit 360. The plurality of mirrors 303 and 304, laser oscillator 310, shutter 320, λ / 2 wavelength plate unit 330, polarizing plate unit 340, beam expander 350, and mirror unit 360 are mounted on main surface 301a of mounting base 301. The mounting base 301 is a plate-shaped member, and is detachable from the apparatus frame 210 (see FIG. 7). The laser output unit 300 is attached to the device frame 210 via the attachment base 301. That is, the laser output unit 300 is detachable from the device frame 210.

カバー３０２は、取付ベース３０１の主面３０１ａ上において、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を覆っている。カバー３０２は、取付ベース３０１に対して着脱可能である。   The cover 302 includes a plurality of mirrors 303 and 304, a laser oscillator 310, a shutter 320, a λ / 2 wavelength plate unit 330, a polarizing plate unit 340, a beam expander 350, and a mirror unit 360 on the main surface 301a of the mounting base 301. Covering. The cover 302 is detachable from the mounting base 301.

レーザ発振器３１０は、直線偏光のレーザ光ＬをＸ軸方向に沿ってパルス発振する。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの波長は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ又は１３００〜１４００ｎｍのいずれかの波長帯に含まれる。５００〜５５０ｎｍの波長帯のレーザ光Ｌは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの各波長帯のレーザ光Ｌは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向は、例えば、Ｙ軸方向に平行な方向である。レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３０３によって反射され、Ｙ軸方向に沿ってシャッタ３２０に入射する。   The laser oscillator 310 oscillates a linearly polarized laser beam L along the X-axis direction. The wavelength of the laser light L emitted from the laser oscillator 310 is included in any of the wavelength bands of 500 to 550 nm, 1000 to 1150 nm, or 1300 to 1400 nm. The laser light L in the wavelength band of 500 to 550 nm is suitable for internal absorption laser processing on a substrate made of, for example, sapphire. The laser beams L in the respective wavelength bands of 1000 to 1150 nm and 1300 to 1400 nm are suitable for internal absorption laser processing on a substrate made of, for example, silicon. The polarization direction of the laser light L emitted from the laser oscillator 310 is, for example, a direction parallel to the Y-axis direction. The laser light L emitted from the laser oscillator 310 is reflected by the mirror 303 and enters the shutter 320 along the Y-axis direction.

レーザ発振器３１０では、次のように、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。レーザ発振器３１０が固体レーザで構成されている場合、共振器内に設けられたＱスイッチ（ＡＯＭ（音響光学変調器）、ＥＯＭ（電気光学変調器）等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０がファイバレーザで構成されている場合、シードレーザ、アンプ（励起用）レーザを構成する半導体レーザの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０が外部変調素子を用いている場合、共振器外に設けられた外部変調素子（ＡＯＭ、ＥＯＭ等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。   In the laser oscillator 310, ON / OFF of the output of the laser light L is switched as follows. When the laser oscillator 310 is formed of a solid-state laser, a Q switch (AOM (acousto-optic modulator), EOM (electro-optic modulator), etc.) provided in the resonator is turned on / off, ON / OFF of the output of the laser light L is switched at high speed. When the laser oscillator 310 is constituted by a fiber laser, the output of the laser beam L is turned on / off at a high speed by switching on / off of the output of a semiconductor laser constituting a seed laser and an amplifier (excitation) laser. Can be switched to When the laser oscillator 310 uses an external modulation element, the ON / OFF of an external modulation element (AOM, EOM, etc.) provided outside the resonator is switched so that the ON / OFF of the output of the laser beam L is performed at high speed. Can be switched to

シャッタ３２０は、機械式の機構によってレーザ光Ｌの光路を開閉する。レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、上述したように、レーザ発振器３１０でのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって実施されるが、シャッタ３２０が設けられていることで、例えばレーザ出力部３００からレーザ光Ｌが不意に出射されることが防止される。シャッタ３２０を通過したレーザ光Ｌは、ミラー３０４によって反射され、Ｘ軸方向に沿ってλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０に順次入射する。   The shutter 320 opens and closes the optical path of the laser light L by a mechanical mechanism. The ON / OFF switching of the output of the laser light L from the laser output unit 300 is performed by the ON / OFF switching of the output of the laser light L by the laser oscillator 310 as described above. This prevents the laser light L from being accidentally emitted from the laser output unit 300, for example. The laser light L that has passed through the shutter 320 is reflected by the mirror 304 and sequentially enters the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 along the X-axis direction.

λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力（光強度）を調整する出力調整部として機能する。また、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部として機能する。これらの詳細については後述する。λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を順次通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってビームエキスパンダ３５０に入射する。   The λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 function as an output adjustment unit that adjusts the output (light intensity) of the laser light L. The λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 function as a polarization direction adjusting unit that adjusts the polarization direction of the laser light L. Details of these will be described later. The laser light L sequentially passing through the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 enters the beam expander 350 along the X-axis direction.

ビームエキスパンダ３５０は、レーザ光Ｌの径を調整しつつ、レーザ光Ｌを平行化する。ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってミラーユニット３６０に入射する。   The beam expander 350 parallelizes the laser light L while adjusting the diameter of the laser light L. The laser light L that has passed through the beam expander 350 enters the mirror unit 360 along the X-axis direction.

ミラーユニット３６０は、支持ベース３６１と、複数のミラー３６２，３６３と、を有している。支持ベース３６１は、複数のミラー３６２，３６３を支持している。支持ベース３６１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、取付ベース３０１に取り付けられている。ミラー（第１ミラー）３６２は、ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。ミラー３６２は、その反射面が例えばＺ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー（第２ミラー）３６３は、ミラー３６２によって反射されたレーザ光ＬをＺ軸方向に反射する。ミラー３６３は、その反射面が例えばＸ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となり且つＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー３６３によって反射されたレーザ光Ｌは、支持ベース３６１に形成された開口３６１ａを通過し、Ｚ軸方向に沿ってレーザ集光部４００（図７参照）に入射する。つまり、レーザ出力部３００によるレーザ光Ｌの出射方向は、レーザ集光部４００の移動方向に一致している。上述したように、各ミラー３６２，３６３は、反射面の角度を調整するための機構を有している。ミラーユニット３６０では、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整が実施されることで、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度がレーザ集光部４００に対して合わされる。つまり、複数のミラー３６２，３６３は、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するための構成である。   The mirror unit 360 has a support base 361 and a plurality of mirrors 362 and 363. The support base 361 supports the mirrors 362 and 363. The support base 361 is attached to the attachment base 301 so that the position can be adjusted along the X-axis direction and the Y-axis direction. The mirror (first mirror) 362 reflects the laser light L passing through the beam expander 350 in the Y-axis direction. The mirror 362 is attached to the support base 361 such that the reflection surface of the mirror 362 can be adjusted in angle around, for example, an axis parallel to the Z axis. The mirror (second mirror) 363 reflects the laser beam L reflected by the mirror 362 in the Z-axis direction. The mirror 363 is attached to the support base 361 so that its reflection surface can be adjusted in angle around, for example, an axis parallel to the X axis and can be adjusted in position along the Y axis direction. The laser light L reflected by the mirror 363 passes through an opening 361a formed in the support base 361, and is incident on the laser condensing unit 400 (see FIG. 7) along the Z-axis direction. That is, the emission direction of the laser light L by the laser output unit 300 matches the moving direction of the laser focusing unit 400. As described above, each of the mirrors 362 and 363 has a mechanism for adjusting the angle of the reflection surface. In the mirror unit 360, the position adjustment of the support base 361 with respect to the mounting base 301, the position adjustment of the mirror 363 with respect to the support base 361, and the angle adjustment of the reflection surfaces of the mirrors 362 and 363 are performed. The position and angle of the optical axis of the emitted laser light L are adjusted with respect to the laser condensing unit 400. That is, the plurality of mirrors 362 and 363 are configured to adjust the optical axis of the laser light L emitted from the laser output unit 300.

図１０に示されるように、レーザ集光部４００は、筐体４０１を有している。筐体４０１は、Ｙ軸方向を長手方向とする直方体状の形状を呈している。筐体４０１の一方の側面４０１ｅには、第２移動機構２４０が取り付けられている（図１１及び図１３参照）。筐体４０１には、ミラーユニット３６０の開口３６１ａとＺ軸方向において対向するように、円筒状の光入射部４０１ａが設けられている。光入射部４０１ａは、レーザ出力部３００から出射されたレーザ光Ｌを筐体４０１内に入射させる。ミラーユニット３６０と光入射部４０１ａとは、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられた際に互いに接触することがない距離だけ、互いに離間している。   As shown in FIG. 10, the laser focusing unit 400 has a housing 401. The housing 401 has a rectangular parallelepiped shape whose longitudinal direction is the Y-axis direction. A second moving mechanism 240 is attached to one side surface 401e of the housing 401 (see FIGS. 11 and 13). The housing 401 is provided with a cylindrical light incident portion 401a so as to face the opening 361a of the mirror unit 360 in the Z-axis direction. The light incident unit 401a causes the laser light L emitted from the laser output unit 300 to enter the inside of the housing 401. The mirror unit 360 and the light incident unit 401a are separated from each other by a distance that does not make contact with each other when the laser focusing unit 400 is moved along the Z-axis direction by the second moving mechanism 240.

図１１及び図１２に示されるように、レーザ集光部４００は、ミラー４０２と、ダイクロイックミラー４０３と、を有している。更に、レーザ集光部４００は、反射型空間光変調器４１０と、４ｆレンズユニット４２０と、集光レンズユニット（集光光学系）４３０と、駆動機構４４０と、一対の測距センサ（第１センサ及び第２センサ）４５０と、を有している。   As shown in FIGS. 11 and 12, the laser focusing unit 400 has a mirror 402 and a dichroic mirror 403. Further, the laser condensing unit 400 includes a reflective spatial light modulator 410, a 4f lens unit 420, a condensing lens unit (condensing optical system) 430, a driving mechanism 440, and a pair of distance measurement sensors (first (A sensor and a second sensor) 450.

ミラー４０２は、光入射部４０１ａとＺ軸方向において対向するように、筐体４０１の底面４０１ｂに取り付けられている。ミラー４０２は、光入射部４０１ａを介して筐体４０１内に入射したレーザ光ＬをＸＹ平面に平行な方向に反射する。ミラー４０２には、レーザ出力部３００のビームエキスパンダ３５０によって平行化されたレーザ光ＬがＺ軸方向に沿って入射する。つまり、ミラー４０２には、レーザ光Ｌが平行光としてＺ軸方向に沿って入射する。そのため、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられても、Ｚ軸方向に沿ってミラー４０２に入射するレーザ光Ｌの状態は一定に維持される。ミラー４０２によって反射されたレーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０に入射する。   The mirror 402 is attached to the bottom surface 401b of the housing 401 so as to face the light incident portion 401a in the Z-axis direction. The mirror 402 reflects the laser light L that has entered the housing 401 via the light incident part 401a in a direction parallel to the XY plane. The laser beam L collimated by the beam expander 350 of the laser output unit 300 enters the mirror 402 along the Z-axis direction. That is, the laser beam L is incident on the mirror 402 as parallel light along the Z-axis direction. Therefore, even if the laser condensing unit 400 is moved along the Z-axis direction by the second moving mechanism 240, the state of the laser light L incident on the mirror 402 along the Z-axis direction is kept constant. The laser light L reflected by the mirror 402 enters the reflection type spatial light modulator 410.

反射型空間光変調器４１０は、反射面４１０ａが筐体４０１内に臨んだ状態で、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられている。反射型空間光変調器４１０は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）であり、レーザ光Ｌを変調しつつ、レーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿って４ｆレンズユニット４２０に入射する。ここで、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度αは、鋭角（例えば、１０〜６０°）とされている。つまり、レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０においてＸＹ平面に沿って鋭角に反射される。これは、レーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えて回折効率の低下を抑制し、反射型空間光変調器４１０の性能を十分に発揮させるためである。なお、反射型空間光変調器４１０では、例えば、液晶が用いられた光変調層の厚さが数μｍ〜数十μｍ程度と極めて薄いため、反射面４１０ａは、光変調層の光入出射面と実質的に同じと捉えることができる。   The reflective spatial light modulator 410 is attached to the end 401c of the housing 401 in the Y-axis direction with the reflection surface 410a facing the inside of the housing 401. The reflection-type spatial light modulator 410 is, for example, a spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) of reflection-type liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon). Reflect in the direction. The laser beam L modulated and reflected by the reflection type spatial light modulator 410 enters the 4f lens unit 420 along the Y-axis direction. Here, in a plane parallel to the XY plane, the optical axis of the laser light L incident on the reflective spatial light modulator 410 and the optical axis of the laser light L emitted from the reflective spatial light modulator 410 are formed. The angle α is an acute angle (for example, 10 to 60 °). That is, the laser light L is reflected by the reflective spatial light modulator 410 at an acute angle along the XY plane. This is because the incident angle and the reflection angle of the laser beam L are suppressed to suppress a decrease in the diffraction efficiency, and the performance of the reflection type spatial light modulator 410 is sufficiently exhibited. In the reflection type spatial light modulator 410, for example, since the thickness of the light modulation layer using liquid crystal is as extremely thin as about several μm to several tens of μm, the reflection surface 410a is the light entrance / exit surface of the light modulation layer. Can be considered substantially the same.

４ｆレンズユニット４２０は、ホルダ４２１と、反射型空間光変調器４１０側のレンズ（第１レンズ系、結像光学系）４２２と、集光レンズユニット４３０側のレンズ（第２レンズ系、結像光学系）４２３と、スリット部材４２４と、を有している。ホルダ４２１は、一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４を保持している。ホルダ４２１は、レーザ光Ｌの光軸に沿った方向における一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４の互いの位置関係を一定に維持している。一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像（反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像）が、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに転像（結像）される。スリット部材４２４には、スリット４２４ａが形成されている。スリット４２４ａは、レンズ４２２とレンズ４２３との間であって、レンズ４２２の焦点面付近に位置している。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌのうち不要な部分は、スリット部材４２４によって遮断される。４ｆレンズユニット４２０を通過したレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３に入射する。   The 4f lens unit 420 includes a holder 421, a lens (first lens system, imaging optical system) 422 on the side of the reflective spatial light modulator 410, and a lens (second lens system, imaging) on the condenser lens unit 430 side. (Optical system) 423 and a slit member 424. The holder 421 holds a pair of lenses 422 and 423 and a slit member 424. The holder 421 maintains a constant positional relationship between the pair of lenses 422, 423 and the slit member 424 in a direction along the optical axis of the laser light L. The pair of lenses 422 and 423 constitute a double-sided telecentric optical system in which the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 have an image forming relationship. As a result, the image of the laser light L (the image of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 410) on the reflective surface 410 a of the reflective spatial light modulator 410 is changed to the entrance pupil surface of the condenser lens unit 430. The image is transferred (imaged) to 430a. A slit 424a is formed in the slit member 424. The slit 424a is located between the lenses 422 and 423 and near the focal plane of the lens 422. Unnecessary portions of the laser light L modulated and reflected by the reflective spatial light modulator 410 are blocked by the slit member 424. The laser light L passing through the 4f lens unit 420 enters the dichroic mirror 403 along the Y-axis direction.

ダイクロイックミラー４０３は、レーザ光Ｌの大部分（例えば、９５〜９９．５％）をＺ軸方向に反射し、レーザ光Ｌの一部（例えば、０．５〜５％）をＹ軸方向に沿って透過させる。レーザ光Ｌの大部分は、ダイクロイックミラー４０３においてＺＸ平面に沿って直角に反射される。ダイクロイックミラー４０３によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って集光レンズユニット４３０に入射する。   The dichroic mirror 403 reflects most of the laser light L (for example, 95 to 99.5%) in the Z-axis direction and reflects part of the laser light L (for example, 0.5 to 5%) in the Y-axis direction. Along. Most of the laser light L is reflected by the dichroic mirror 403 at right angles along the ZX plane. The laser light L reflected by the dichroic mirror 403 enters the condenser lens unit 430 along the Z-axis direction.

集光レンズユニット４３０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄ（端部４０１ｃの反対側の端部）に、駆動機構４４０を介して取り付けられている。集光レンズユニット４３０は、ホルダ４３１と、複数のレンズ４３２と、を有している。ホルダ４３１は、複数のレンズ４３２を保持している。複数のレンズ４３２は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に対してレーザ光Ｌを集光する。駆動機構４４０は、圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。   The condenser lens unit 430 is attached via a drive mechanism 440 to an end 401d of the housing 401 in the Y-axis direction (an end opposite to the end 401c). The condenser lens unit 430 has a holder 431 and a plurality of lenses 432. The holder 431 holds a plurality of lenses 432. The plurality of lenses 432 focus the laser beam L on the processing target 1 (see FIG. 7) supported by the support table 230. The driving mechanism 440 moves the condenser lens unit 430 along the Z-axis direction by the driving force of the piezoelectric element.

一対の測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の両側に位置するように、筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられている。各測距センサ４５０は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）のレーザ光入射面に対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。なお、測距センサ４５０には、三角測距方式、レーザ共焦点方式、白色共焦点方式、分光干渉方式、非点収差方式等のセンサを利用することができる。   The pair of distance measurement sensors 450 are attached to the end 401 d of the housing 401 so as to be located on both sides of the condenser lens unit 430 in the X-axis direction. Each distance measurement sensor 450 emits light for distance measurement (for example, laser light) to the laser light incidence surface of the processing target 1 (see FIG. 7) supported by the support table 230, and the laser light is incident. By detecting light for distance measurement reflected by the surface, displacement data of the laser light incident surface of the processing target 1 is acquired. As the distance measuring sensor 450, a sensor of a triangular distance measuring method, a laser confocal method, a white confocal method, a spectral interference method, an astigmatism method, or the like can be used.

レーザ加工装置２００では、上述したように、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。そのため、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる際に、一対の測距センサ４５０のうち集光レンズユニット４３０に対して相対的に先行する測距センサ４５０が、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、駆動機構４４０が、測距センサ４５０によって取得された変位データに基づいて集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。   In the laser processing apparatus 200, as described above, the direction parallel to the X-axis direction is the processing direction (scanning direction of the laser beam L). Therefore, when the focal point of the laser beam L is relatively moved along each of the planned cutting lines 5a and 5b, it relatively precedes the focusing lens unit 430 of the pair of distance measurement sensors 450. The distance measurement sensor 450 acquires displacement data of the laser light incident surface of the processing target 1 along each of the planned cutting lines 5a and 5b. Then, the drive mechanism 440 collects the laser light based on the displacement data acquired by the distance measuring sensor 450 so that the distance between the laser light incident surface of the processing target object 1 and the focal point of the laser light L is kept constant. The optical lens unit 430 is moved along the Z-axis direction.

レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４６１と、一対のレンズ４６２，４６３と、レーザ光Ｌの強度分布モニタ用のカメラ４６４と、を有している。ビームスプリッタ４６１は、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４６１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って一対のレンズ４６２，４６３及びカメラ４６４に順次入射する。一対のレンズ４６２，４６３は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとカメラ４６４の撮像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、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像が、カメラ４６４の撮像面に転像（結像）される。上述したように、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像は、反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像である。したがって、レーザ加工装置２００では、カメラ４６４による撮像結果を監視することで、反射型空間光変調器４１０の動作状態を把握することができる。   The laser focusing unit 400 includes a beam splitter 461, a pair of lenses 462, 463, and a camera 464 for monitoring the intensity distribution of the laser light L. The beam splitter 461 divides the laser light L transmitted through the dichroic mirror 403 into a reflected component and a transmitted component. The laser light L reflected by the beam splitter 461 sequentially enters the pair of lenses 462, 463 and the camera 464 along the Z-axis direction. The pair of lenses 462 and 463 constitute a double-sided telecentric optical system in which the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 and the imaging surface of the camera 464 are in an imaging relationship. Thus, the image of the laser beam L on the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 is transferred (imaged) on the imaging surface of the camera 464. As described above, the image of the laser light L on the entrance pupil plane 430a of the condenser lens unit 430 is an image of the laser light L modulated by the reflection type spatial light modulator 410. Therefore, in the laser processing apparatus 200, the operation state of the reflective spatial light modulator 410 can be grasped by monitoring the imaging result of the camera 464.

更に、レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４７１と、レンズ４７２と、レーザ光Ｌの光軸位置モニタ用のカメラ４７３と、を有している。ビームスプリッタ４７１は、ビームスプリッタ４６１を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４７１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４７２及びカメラ４７３に順次入射する。レンズ４７２は、入射したレーザ光Ｌをカメラ４７３の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、カメラ４６４及びカメラ４７３のそれぞれによる撮像結果を監視しつつ、ミラーユニット３６０において、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整を実施することで（図９及び図１０参照）、集光レンズユニット４３０に入射するレーザ光Ｌの光軸のずれ（集光レンズユニット４３０に対するレーザ光の強度分布の位置ずれ、及び集光レンズユニット４３０に対するレーザ光Ｌの光軸の角度ずれ）を補正することができる。   Further, the laser condensing unit 400 has a beam splitter 471, a lens 472, and a camera 473 for monitoring the optical axis position of the laser light L. The beam splitter 471 divides the laser beam L transmitted through the beam splitter 461 into a reflected component and a transmitted component. The laser light L reflected by the beam splitter 471 sequentially enters the lens 472 and the camera 473 along the Z-axis direction. The lens 472 focuses the incident laser light L on the imaging surface of the camera 473. In the laser processing apparatus 200, while monitoring the imaging results of the cameras 464 and 473, the mirror unit 360 adjusts the position of the support base 361 with respect to the mounting base 301, adjusts the position of the mirror 363 with respect to the support base 361, and adjusts each mirror. By adjusting the angles of the reflection surfaces 362 and 363 (see FIGS. 9 and 10), the optical axis of the laser light L incident on the condenser lens unit 430 is shifted (the intensity of the laser light with respect to the condenser lens unit 430). The position deviation of the distribution and the angle deviation of the optical axis of the laser light L with respect to the condenser lens unit 430 can be corrected.

複数のビームスプリッタ４６１，４７１は、筐体４０１の端部４０１ｄからＹ軸方向に沿って延在する筒体４０４内に配置されている。一対のレンズ４６２，４６３は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０５内に配置されており、カメラ４６４は、筒体４０５の端部に配置されている。レンズ４７２は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０６内に配置されており、カメラ４７３は、筒体４０６の端部に配置されている。筒体４０５と筒体４０６とは、Ｙ軸方向において互いに並設されている。なお、ビームスプリッタ４７１を透過したレーザ光Ｌは、筒体４０４の端部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。   The plurality of beam splitters 461 and 471 are arranged in a cylindrical body 404 extending from the end 401d of the housing 401 along the Y-axis direction. The pair of lenses 462 and 463 are arranged in a cylinder 405 erected on the cylinder 404 along the Z-axis direction, and the camera 464 is arranged at an end of the cylinder 405. The lens 472 is arranged in a cylinder 406 erected on the cylinder 404 along the Z-axis direction, and the camera 473 is arranged at an end of the cylinder 406. The cylinder 405 and the cylinder 406 are arranged side by side in the Y-axis direction. The laser beam L transmitted through the beam splitter 471 may be absorbed by a damper or the like provided at the end of the cylindrical body 404, or may be used for an appropriate application. .

図１２及び図１３に示されるように、レーザ集光部４００は、可視光源４８１と、複数のレンズ４８２と、レチクル４８３と、ミラー４８４と、ハーフミラー４８５と、ビームスプリッタ４８６と、レンズ４８７と、観察カメラ４８８と、を有している。可視光源４８１は、Ｚ軸方向に沿って可視光Ｖを出射する。複数のレンズ４８２は、可視光源４８１から出射された可視光Ｖを平行化する。レチクル４８３は、可視光Ｖに目盛り線を付与する。ミラー４８４は、複数のレンズ４８２によって平行化された可視光ＶをＸ軸方向に反射する。ハーフミラー４８５は、ミラー４８４によって反射された可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ハーフミラー４８５によって反射された可視光Ｖは、Ｚ軸方向に沿ってビームスプリッタ４８６及びダイクロイックミラー４０３を順次透過し、集光レンズユニット４３０を介して、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に照射される。   As shown in FIGS. 12 and 13, the laser condensing unit 400 includes a visible light source 481, a plurality of lenses 482, a reticle 483, a mirror 484, a half mirror 485, a beam splitter 486, and a lens 487. , An observation camera 488. The visible light source 481 emits the visible light V along the Z-axis direction. The plurality of lenses 482 collimate the visible light V emitted from the visible light source 481. The reticle 483 gives a scale line to the visible light V. The mirror 484 reflects the visible light V collimated by the plurality of lenses 482 in the X-axis direction. The half mirror 485 divides the visible light V reflected by the mirror 484 into a reflection component and a transmission component. The visible light V reflected by the half mirror 485 sequentially passes through the beam splitter 486 and the dichroic mirror 403 along the Z-axis direction, and passes through the condensing lens unit 430, and the processing target 1 supported on the support table 230. (See FIG. 7).

加工対象物１に照射された可視光Ｖは、加工対象物１のレーザ光入射面によって反射され、集光レンズユニット４３０を介してダイクロイックミラー４０３に入射し、Ｚ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３を透過する。ビームスプリッタ４８６は、ダイクロイックミラー４０３を透過した可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４８６を透過した可視光Ｖは、ハーフミラー４８５を透過し、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４８７及び観察カメラ４８８に順次入射する。レンズ４８７は、入射した可視光Ｖを観察カメラ４８８の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、観察カメラ４８８による撮像結果を観察することで、加工対象物１の状態を把握することができる。   The visible light V applied to the processing target 1 is reflected by the laser light incident surface of the processing target 1, enters the dichroic mirror 403 via the condenser lens unit 430, and moves along the Z-axis direction. Through. The beam splitter 486 divides the visible light V transmitted through the dichroic mirror 403 into a reflected component and a transmitted component. The visible light V transmitted through the beam splitter 486 transmits through the half mirror 485 and sequentially enters the lens 487 and the observation camera 488 along the Z-axis direction. The lens 487 focuses the incident visible light V on the imaging surface of the observation camera 488. In the laser processing apparatus 200, the state of the processing target object 1 can be grasped by observing the imaging result obtained by the observation camera 488.

ミラー４８４、ハーフミラー４８５及びビームスプリッタ４８６は、筐体４０１の端部４０１ｄ上に取り付けられたホルダ４０７内に配置されている。複数のレンズ４８２及びレチクル４８３は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０８内に配置されており、可視光源４８１は、筒体４０８の端部に配置されている。レンズ４８７は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０９内に配置されており、観察カメラ４８８は、筒体４０９の端部に配置されている。筒体４０８と筒体４０９とは、Ｘ軸方向において互いに並設されている。なお、Ｘ軸方向に沿ってハーフミラー４８５を透過した可視光Ｖ、及びビームスプリッタ４８６によってＸ軸方向に反射された可視光Ｖは、それぞれ、ホルダ４０７の壁部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。   The mirror 484, the half mirror 485, and the beam splitter 486 are arranged in a holder 407 mounted on an end 401d of the housing 401. The plurality of lenses 482 and the reticle 483 are arranged in a cylinder 408 erected on the holder 407 along the Z-axis direction, and the visible light source 481 is arranged at an end of the cylinder 408. The lens 487 is arranged in a cylinder 409 erected on the holder 407 along the Z-axis direction, and the observation camera 488 is arranged at an end of the cylinder 409. The cylinder 408 and the cylinder 409 are arranged side by side in the X-axis direction. The visible light V transmitted through the half mirror 485 in the X-axis direction and the visible light V reflected in the X-axis direction by the beam splitter 486 are respectively absorbed by a damper provided on the wall of the holder 407. Or may be used for an appropriate application.

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００の交換が想定されている。これは、加工対象物１の仕様、加工条件等に応じて、加工に適したレーザ光Ｌの波長が異なるからである。そのため、出射するレーザ光Ｌの波長が互いに異なる複数のレーザ出力部３００が用意される。ここでは、出射するレーザ光Ｌの波長が５００〜５５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、出射するレーザ光Ｌの波長が１０００〜１１５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、及び出射するレーザ光Ｌの波長が１３００〜１４００ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００が用意される。   In the laser processing apparatus 200, replacement of the laser output unit 300 is assumed. This is because the wavelength of the laser beam L suitable for processing differs depending on the specifications of the processing target 1, processing conditions, and the like. Therefore, a plurality of laser output units 300 having different wavelengths of the emitted laser light L are prepared. Here, the laser output unit 300 in which the wavelength of the emitted laser light L is included in the wavelength band of 500 to 550 nm, the laser output unit 300 in which the wavelength of the emitted laser light L is included in the wavelength band of 1000 to 1150 nm, and the emission. A laser output unit 300 in which the wavelength of the laser light L is included in a wavelength band of 1300 to 1400 nm is prepared.

一方、レーザ加工装置２００では、レーザ集光部４００の交換が想定されていない。これは、レーザ集光部４００がマルチ波長に対応している（互いに連続しない複数の波長帯に対応している）からである。具体的には、ミラー４０２、反射型空間光変調器４１０、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３、ダイクロイックミラー４０３、及び集光レンズユニット４３０のレンズ４３２等がマルチ波長に対応している。ここでは、レーザ集光部４００は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの波長帯に対応している。これは、レーザ集光部４００の各構成に所定の誘電体多層膜をコーティングすること等、所望の光学性能が満足されるようにレーザ集光部４００の各構成が設計されることで実現される。なお、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０はλ／２波長板を有しており、偏光板ユニット３４０は偏光板を有している。λ／２波長板及び偏光板は、波長依存性が高い光学素子である。そのため、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、波長帯ごとに異なる構成としてレーザ出力部３００に設けられている。
［レーザ加工装置におけるレーザ光の光路及び偏光方向］ On the other hand, in the laser processing apparatus 200, replacement of the laser focusing unit 400 is not assumed. This is because the laser focusing unit 400 supports multiple wavelengths (corresponds to a plurality of wavelength bands that are not continuous with each other). Specifically, the mirror 402, the pair of lenses 422 and 423 of the reflection-type spatial light modulator 410 and the 4f lens unit 420, the dichroic mirror 403, the lens 432 of the condenser lens unit 430, and the like correspond to multiple wavelengths. . Here, the laser condensing unit 400 corresponds to the wavelength bands of 500 to 550 nm, 1000 to 1150 nm, and 1300 to 1400 nm. This is realized by designing each configuration of the laser focusing unit 400 so as to satisfy desired optical performance, such as coating each configuration of the laser focusing unit 400 with a predetermined dielectric multilayer film. You. In the laser output unit 300, the λ / 2 wavelength plate unit 330 has a λ / 2 wavelength plate, and the polarizing plate unit 340 has a polarizing plate. The λ / 2 wavelength plate and the polarizing plate are optical elements having high wavelength dependency. Therefore, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are provided in the laser output unit 300 as different configurations for each wavelength band.
[Optical path and polarization direction of laser light in laser processing apparatus]

レーザ加工装置２００では、支持台２３０に支持された加工対象物１に対して集光されるレーザ光Ｌの偏光方向は、図１１に示されるように、Ｘ軸方向に平行な方向であり、加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）に一致している。ここで、反射型空間光変調器４１０では、レーザ光ＬがＰ偏光として反射される。これは、反射型空間光変調器４１０の光変調層に液晶が用いられている場合において、反射型空間光変調器４１０に対して入出射するレーザ光Ｌの光軸を含む平面に平行な面内で液晶分子が傾斜するように、当該液晶が配向されているときには、偏波面の回転が抑制された状態でレーザ光Ｌに位相変調が施されるからである（例えば、特許第３８７８７５８号公報参照）。一方、ダイクロイックミラー４０３では、レーザ光ＬがＳ偏光として反射される。これは、レーザ光ＬをＰ偏光として反射させるよりも、レーザ光ＬをＳ偏光として反射させたほうが、ダイクロイックミラー４０３をマルチ波長に対応させるための誘電体多層膜のコーティング数が減少する等、ダイクロイックミラー４０３の設計が容易となるからである。   In the laser processing apparatus 200, the polarization direction of the laser light L focused on the processing target 1 supported on the support table 230 is a direction parallel to the X-axis direction, as shown in FIG. It coincides with the processing direction (scanning direction of laser beam L). Here, in the reflection type spatial light modulator 410, the laser light L is reflected as P-polarized light. This is because, when liquid crystal is used for the light modulation layer of the reflective spatial light modulator 410, the plane parallel to the plane including the optical axis of the laser light L that enters and exits the reflective spatial light modulator 410 This is because, when the liquid crystal is oriented such that the liquid crystal molecules are tilted within the laser light, the phase modulation is performed on the laser beam L in a state where the rotation of the polarization plane is suppressed (for example, Japanese Patent No. 3878758). reference). On the other hand, the laser beam L is reflected by the dichroic mirror 403 as S-polarized light. This is because reflecting the laser light L as S-polarized light rather than reflecting the laser light L as P-polarized light reduces the number of coatings of the dielectric multilayer film for making the dichroic mirror 403 correspond to multiple wavelengths. This is because the design of the dichroic mirror 403 becomes easy.

したがって、レーザ集光部４００では、ミラー４０２から反射型空間光変調器４１０及び４ｆレンズユニット４２０を介してダイクロイックミラー４０３に至る光路が、ＸＹ平面に沿うように設定されており、ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至る光路が、Ｚ軸方向に沿うように設定されている。   Therefore, in the laser focusing section 400, the optical path from the mirror 402 to the dichroic mirror 403 via the reflective spatial light modulator 410 and the 4f lens unit 420 is set along the XY plane. The optical path reaching the condenser lens unit 430 is set so as to extend along the Z-axis direction.

図９に示されるように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向（主面３０１ａに平行な平面）に沿うように設定されている。具体的には、レーザ発振器３１０からミラー３０３に至る光路、並びに、ミラー３０４からλ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０及びビームエキスパンダ３５０を介してミラーユニット３６０に至る光路が、Ｘ軸方向に沿うように設定されており、ミラー３０３からシャッタ３２０を介してミラー３０４に至る光路、及び、ミラーユニット３６０においてミラー３６２からミラー３６３に至る光路が、Ｙ軸方向に沿うように設定されている。   As shown in FIG. 9, in the laser output unit 300, the optical path of the laser light L is set so as to be along the X-axis direction or the Y-axis direction (a plane parallel to the main surface 301a). Specifically, the optical path from the laser oscillator 310 to the mirror 303 and the optical path from the mirror 304 to the mirror unit 360 via the λ / 2 wavelength plate unit 330, the polarizing plate unit 340, and the beam expander 350 are X-axis. The optical path from the mirror 303 to the mirror 304 via the shutter 320 and the optical path from the mirror 362 to the mirror 363 in the mirror unit 360 are set to be along the Y-axis direction. I have.

ここで、Ｚ軸方向に沿ってレーザ出力部３００からレーザ集光部４００に進行したレーザ光Ｌは、図１１に示されるように、ミラー４０２によってＸＹ平面に平行な方向に反射され、反射型空間光変調器４１０に入射する。このとき、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とは、鋭角である角度αをなしている。一方、上述したように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。   Here, the laser light L traveling from the laser output unit 300 to the laser condensing unit 400 along the Z-axis direction is reflected by a mirror 402 in a direction parallel to the XY plane as shown in FIG. The light enters the spatial light modulator 410. At this time, in a plane parallel to the XY plane, the optical axis of the laser light L incident on the reflective spatial light modulator 410 and the optical axis of the laser light L emitted from the reflective spatial light modulator 410 are: The angle α is an acute angle. On the other hand, as described above, in the laser output unit 300, the optical path of the laser light L is set to be along the X-axis direction or the Y-axis direction.

したがって、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能させる必要がある。
［λ／２波長板ユニット及び偏光板ユニット］ Therefore, in the laser output unit 300, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are used not only as output adjustment units for adjusting the output of the laser light L, but also for polarization direction adjustment for adjusting the polarization direction of the laser light L. It must function as a part.
[Λ / 2 wavelength plate unit and polarizing plate unit]

図１４に示されるように、λ／２波長板ユニット３３０は、ホルダ（第１ホルダ）３３１と、λ／２波長板３３２と、を有している。ホルダ３３１は、Ｘ軸方向に平行な軸線（第１軸線）ＸＬを中心線としてλ／２波長板３３２が回転可能となるように、λ／２波長板３３２を保持している。λ／２波長板３３２は、その光学軸（例えば、fast軸）に対して偏光方向が角度θだけ傾いてレーザ光Ｌが入射した場合に、軸線ＸＬを中心線として偏光方向を角度２θだけ回転させてレーザ光Ｌを出射する（図１５の（ａ）参照）。   As shown in FIG. 14, the λ / 2 wavelength plate unit 330 has a holder (first holder) 331 and a λ / 2 wavelength plate 332. The holder 331 holds the λ / 2 wavelength plate 332 such that the λ / 2 wavelength plate 332 can rotate around an axis (first axis) XL parallel to the X-axis direction. The λ / 2 wavelength plate 332 rotates the polarization direction by the angle 2θ about the axis XL when the laser beam L is incident on the optical axis (eg, fast axis) with the polarization direction inclined by the angle θ. Then, the laser beam L is emitted (see FIG. 15A).

偏光板ユニット３４０は、ホルダ（第２ホルダ）３４１と、偏光板（偏光部材）３４２と、光路補正板（光路補正部材）３４３と、を有している。ホルダ３４１は、軸線（第２軸線）ＸＬを中心線として偏光板３４２及び光路補正板３４３が一体で回転可能となるように、偏光板３４２及び光路補正板３４３を保持している。偏光板３４２の光入射面及び光出射面は、所定角度（例えば、ブリュスター角度）だけ傾いている。偏光板３４２は、レーザ光Ｌが入射した場合に、偏光板３４２の偏光軸に一致するレーザ光ＬのＰ偏光成分を透過させ、レーザ光ＬのＳ偏光成分を反射又は吸収する（図１５の（ｂ）参照）。光路補正板３４３の光入射面及び光出射面は、偏光板３４２の光入射面及び光出射面とは逆側に傾いている。光路補正板３４３は、偏光板３４２を透過することで軸線ＸＬ上から外れたレーザ光Ｌの光軸を軸線ＸＬ上に戻す。   The polarizing plate unit 340 includes a holder (second holder) 341, a polarizing plate (polarizing member) 342, and an optical path correcting plate (optical path correcting member) 343. The holder 341 holds the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343 such that the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343 can be integrally rotated about an axis (second axis) XL. The light entrance surface and the light exit surface of the polarizing plate 342 are inclined by a predetermined angle (for example, Brewster angle). When the laser beam L is incident, the polarizing plate 342 transmits the P-polarized component of the laser beam L coinciding with the polarization axis of the polarizing plate 342, and reflects or absorbs the S-polarized component of the laser beam L (see FIG. 15). (B)). The light entrance surface and the light exit surface of the optical path correction plate 343 are inclined to the opposite side to the light entrance surface and the light exit surface of the polarizing plate 342. The optical path correction plate 343 returns the optical axis of the laser beam L deviated from the axis XL to the axis XL by transmitting the light through the polarizing plate 342.

上述したように、レーザ集光部４００では、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とが、鋭角である角度αをなしている（図１１参照）。一方、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている（図９参照）。   As described above, in the laser condensing unit 400, the optical axis of the laser beam L incident on the reflective spatial light modulator 410 and the light emitted from the reflective spatial light modulator 410 in a plane parallel to the XY plane. The optical axis of the laser beam L forms an acute angle α (see FIG. 11). On the other hand, in the laser output unit 300, the optical path of the laser light L is set to be along the X-axis direction or the Y-axis direction (see FIG. 9).

そこで、偏光板ユニット３４０では、軸線ＸＬを中心線として偏光板３４２及び光路補正板３４３が一体で回転させられ、図１５の（ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に平行な方向に対して偏光板３４２の偏光軸が角度αだけ傾けられる。これにより、偏光板ユニット３４０から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向が、Ｙ軸方向に平行な方向に対して角度αだけ傾く。その結果、反射型空間光変調器４１０においてレーザ光ＬがＰ偏光として反射されると共に、ダイクロイックミラー４０３においてレーザ光ＬがＳ偏光として反射され、支持台２３０に支持された加工対象物１に対して集光されるレーザ光Ｌの偏光方向がＸ軸方向に平行な方向となる。   Therefore, in the polarizing plate unit 340, the polarizing plate 342 and the optical path correcting plate 343 are integrally rotated about the axis XL as a center line, and as shown in FIG. The polarizing axis of the polarizing plate 342 is tilted by the angle α. Thereby, the polarization direction of the laser light L emitted from the polarizing plate unit 340 is inclined by an angle α with respect to a direction parallel to the Y-axis direction. As a result, the laser beam L is reflected as P-polarized light by the reflection type spatial light modulator 410, and the laser beam L is reflected as S-polarized light by the dichroic mirror 403. The direction of polarization of the laser beam L condensed is parallel to the X-axis direction.

また、図１５の（ｂ）に示されるように、偏光板ユニット３４０に入射するレーザ光Ｌの偏光方向が調整され、偏光板ユニット３４０から出射されるレーザ光Ｌの光強度が調整される。偏光板ユニット３４０に入射するレーザ光Ｌの偏光方向の調整は、λ／２波長板ユニット３３０において軸線ＸＬを中心線としてλ／２波長板３３２が回転させられ、図１５の（ａ）に示されるように、λ／２波長板３３２に入射するレーザ光Ｌの偏光方向（例えば、Ｙ軸方向に平行な方向）に対するλ／２波長板３３２の光学軸の角度が調整されることで、実施される。   Also, as shown in FIG. 15B, the polarization direction of the laser light L incident on the polarizing plate unit 340 is adjusted, and the light intensity of the laser light L emitted from the polarizing plate unit 340 is adjusted. Adjustment of the polarization direction of the laser light L incident on the polarizing plate unit 340 is performed by rotating the λ / 2 wavelength plate 332 about the axis XL in the λ / 2 wavelength plate unit 330, as shown in FIG. The angle of the optical axis of the λ / 2 wavelength plate 332 with respect to the polarization direction of the laser light L incident on the λ / 2 wavelength plate 332 (for example, a direction parallel to the Y-axis direction) is adjusted so that Is done.

以上のように、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部（上述した例では、出力減衰部）としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能している。
［４ｆレンズユニット］ As described above, in the laser output unit 300, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are used not only as output adjustment units (output attenuating units in the above-described example) that adjust the output of the laser light L. , Also functions as a polarization direction adjusting unit that adjusts the polarization direction of the laser light L.
[4f lens unit]

上述したように、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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。具体的には、図１６に示されるように、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２と反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａとの間の光路の距離がレンズ４２２の第１焦点距離ｆ１となり、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３と集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとの間の光路の距離がレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２となり、レンズ４２２とレンズ４２３との間の光路の距離が第１焦点距離ｆ１と第２焦点距離ｆ２との和（すなわち、ｆ１＋ｆ２）となっている。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至る光路のうち一対のレンズ４２２，４２３間の光路は、一直線である。   As described above, the pair of lenses 422 and 423 of the 4f lens unit 420 are bilateral telecentric optics in which the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 are in an imaging relationship. Make up the system. Specifically, as shown in FIG. 16, the distance of the optical path between the lens 422 on the reflective spatial light modulator 410 side and the reflective surface 410 a of the reflective spatial light modulator 410 is the first focal point of the lens 422. The distance f1, the distance of the optical path between the lens 423 on the condenser lens unit 430 side and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 becomes the second focal length f2 of the lens 423, and the distance between the lens 422 and the lens 423. Is the sum of the first focal length f1 and the second focal length f2 (that is, f1 + f2). The optical path between the pair of lenses 422 and 423 in the optical path from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 is straight.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を大きくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、０．５＜Ｍ＜１（縮小系）を満たしている。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が大きいほど、高精細な位相パターンでレーザ光Ｌが変調される。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、０．６≦Ｍ≦０．９５であることがより好ましい。ここで、（両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ）＝（集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでの像の大きさ）／（反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでの物体の大きさ）である。レーザ加工装置２００の場合、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ、レンズ４２２の第１焦点距離ｆ１及びレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２が、Ｍ＝ｆ２／ｆ１を満たしている。   In the laser processing apparatus 200, from the viewpoint of increasing the effective diameter of the laser beam L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410, the magnification M of the double-sided telecentric optical system is 0.5 <M <1 (reduction system). ). The larger the effective diameter of the laser light L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410, the more the laser light L is modulated with a finer phase pattern. From the viewpoint of suppressing the optical path of the laser beam L from the reflection type spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 from becoming long, it is more preferable that 0.6 ≦ M ≦ 0.95. Here, (magnification M of the two-sided telecentric optical system) = (image size on entrance pupil surface 430a of condenser lens unit 430) / (object size on reflection surface 410a of reflection type spatial light modulator 410) ). In the case of the laser processing apparatus 200, the magnification M of the two-sided telecentric optical system, the first focal length f1 of the lens 422, and the second focal length f2 of the lens 423 satisfy M = f2 / f1.

なお、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を小さくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、１＜Ｍ＜２（拡大系）を満たしていてもよい。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が小さいほど、ビームエキスパンダ３５０（図９参照）の倍率が小さくて済み、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度α（図１１参照）が小さくなる。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、１．０５≦Ｍ≦１．７であることがより好ましい。   From the viewpoint of reducing the effective diameter of the laser beam L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410, even if the magnification M of the double-sided telecentric optical system satisfies 1 <M <2 (enlargement system). Good. The smaller the effective diameter of the laser beam L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410, the smaller the magnification of the beam expander 350 (see FIG. 9). The angle α (see FIG. 11) formed by the optical axis of the laser light L incident on the spatial light modulator 410 and the optical axis of the laser light L emitted from the reflective spatial light modulator 410 is reduced. From the viewpoint of suppressing the length of the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430, it is more preferable that 1.05 ≦ M ≦ 1.7.

４ｆレンズユニット４２０では、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが１ではないため、図１７に示されるように、一対のレンズ４２２，４２３が光軸に沿って移動すると、集光レンズユニット４３０側の共役点が移動する。具体的には、倍率Ｍ＜１（縮小系）の場合、一対のレンズ４２２，４２３が光軸に沿って集光レンズユニット４３０側に移動すると、集光レンズユニット４３０側の共役点が反射型空間光変調器４１０の反対側に移動する。一方、倍率Ｍ＞１（拡大系）の場合、一対のレンズ４２２，４２３が光軸に沿って反射型空間光変調器４１０側に移動すると、集光レンズユニット４３０側の共役点が反射型空間光変調器４１０の反対側に移動する。これにより、例えば集光レンズユニット４３０の取付位置にずれが生じた場合に、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに集光レンズユニット４３０側の共役点が位置合わせされる。４ｆレンズユニット４２０では、図１１に示されるように、Ｙ軸方向に延在する複数の長穴４２１ａがホルダ４２１の底壁に形成されており、各長穴４２１ａを介したボルト止めによって、ホルダ４２１が筐体４０１の底面４０１ｂに固定されている。これにより、光軸に沿った方向における一対のレンズ４２２，４２３の位置調整は、筐体４０１の底面４０１ｂに対するホルダ４２１の固定位置がＹ軸方向に沿って調整されることで、実施される。
［作用及び効果］ In the 4f lens unit 420, since the magnification M of the two-sided telecentric optical system is not 1, when the pair of lenses 422 and 423 move along the optical axis as shown in FIG. The point moves. Specifically, when the magnification M <1 (reduction system), when the pair of lenses 422 and 423 move toward the condenser lens unit 430 along the optical axis, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side becomes a reflection type. It moves to the opposite side of the spatial light modulator 410. On the other hand, when the magnification M> 1 (magnifying system), when the pair of lenses 422 and 423 move to the reflective spatial light modulator 410 side along the optical axis, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side becomes the reflective spatial light modulator. It moves to the opposite side of the light modulator 410. Thus, for example, when a shift occurs in the mounting position of the condenser lens unit 430, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side is aligned with the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430. In the 4f lens unit 420, as shown in FIG. 11, a plurality of elongated holes 421a extending in the Y-axis direction are formed in the bottom wall of the holder 421, and the holder is bolted through each elongated hole 421a. 421 is fixed to the bottom surface 401 b of the housing 401. Thus, the position adjustment of the pair of lenses 422 and 423 in the direction along the optical axis is performed by adjusting the fixing position of the holder 421 with respect to the bottom surface 401b of the housing 401 along the Y-axis direction.
[Action and effect]

レーザ加工装置２００は、加工対象物１を支持する支持台２３０と、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０と、レーザ光Ｌを変調しつつ反射する反射型空間光変調器４１０と、加工対象物１に対してレーザ光Ｌを集光する集光レンズユニット４３０と、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する一対のレンズ４２２，４２３と、一対のレンズ４２２，４２３を通過したレーザ光Ｌを集光レンズユニット４３０に向けて反射するダイクロイックミラー４０３と、を備える。反射型空間光変調器４１０は、レーザ光Ｌを所定の平面（反射型空間光変調器４１０に対して入出射するレーザ光Ｌの光路を含む平面、ＸＹ平面に平行な平面）に沿って鋭角に反射する。反射型空間光変調器４１０から一対のレンズ４２２，４２３を介してダイクロイックミラー４０３に至るレーザ光Ｌの光路は、当該平面に沿うように設定されている。ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路は、当該平面と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿うように設定されている。   The laser processing apparatus 200 includes a support 230 that supports the processing target 1, a laser oscillator 310 that emits the laser light L, a reflective spatial light modulator 410 that modulates and reflects the laser light L, and a processing target. A condensing lens unit 430 for condensing the laser beam L with respect to 1 and a double-sided telecentric optics in which the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condensing lens unit 430 form an image. The system includes a pair of lenses 422 and 423 constituting a system, and a dichroic mirror 403 that reflects the laser beam L passing through the pair of lenses 422 and 423 toward the condenser lens unit 430. The reflective spatial light modulator 410 forms an acute angle of the laser light L along a predetermined plane (a plane including the optical path of the laser light L that enters and exits the reflective spatial light modulator 410, a plane parallel to the XY plane). To reflect. The optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the dichroic mirror 403 via the pair of lenses 422 and 423 is set to be along the plane. The optical path of the laser light L from the dichroic mirror 403 to the condenser lens unit 430 is set to be along the direction (Z-axis direction) intersecting the plane.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０から一対のレンズ４２２，４２３を介してダイクロイックミラー４０３に至るレーザ光Ｌの光路が、所定の平面に沿うように設定されており、ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が、当該平面と交差する方向に沿うように設定されている。これにより、例えば、反射型空間光変調器４１０にレーザ光ＬをＰ偏光として反射させ且つミラーにレーザ光ＬをＳ偏光として反射させることができる。これは、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像を集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに精度良く転像する上で重要である。更に、反射型空間光変調器４１０がレーザ光Ｌを鋭角に反射する。反射型空間光変調器４１０に対するレーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えることは、回折効率の低下を抑制して反射型空間光変調器４１０の性能を十分に発揮させる上で重要である。以上により、レーザ加工装置２００によれば、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像を集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに精度良く転像することができる。   In the laser processing apparatus 200, the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the dichroic mirror 403 via the pair of lenses 422 and 423 is set so as to be along a predetermined plane. The optical path of the laser light L from to the condenser lens unit 430 is set so as to be along the direction intersecting the plane. Thereby, for example, the laser beam L can be reflected as P-polarized light by the reflective spatial light modulator 410 and the laser beam L can be reflected as S-polarized light by the mirror. This is important in accurately transferring the image of the laser beam L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 to the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430. Further, the reflection type spatial light modulator 410 reflects the laser light L at an acute angle. It is important to suppress the incident angle and the reflection angle of the laser light L with respect to the reflection type spatial light modulator 410 in order to suppress the reduction in the diffraction efficiency and sufficiently exhibit the performance of the reflection type spatial light modulator 410. As described above, according to the laser processing apparatus 200, the image of the laser light L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 can be accurately transferred to the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430.

レーザ加工装置２００では、ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が、上述した平面（ＸＹ平面に平行な平面）と直交する方向に沿うように設定されており、ダイクロイックミラー４０３が、レーザ光Ｌを直角に反射する。これにより、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路を直角に取り回すことができる。   In the laser processing apparatus 200, the optical path of the laser light L from the dichroic mirror 403 to the condenser lens unit 430 is set to be along a direction orthogonal to the above-described plane (a plane parallel to the XY plane). 403 reflects the laser light L at right angles. Thereby, the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 can be routed at a right angle.

レーザ加工装置２００では、一対のレンズ４２２，４２３を通過したレーザ光Ｌを集光レンズユニット４３０に向けて反射するミラーが、ダイクロイックミラー４０３である。これにより、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌの一部を様々な用途に利用することができる。   In the laser processing apparatus 200, the dichroic mirror 403 is a mirror that reflects the laser light L that has passed through the pair of lenses 422 and 423 toward the condenser lens unit 430. Thus, a part of the laser beam L transmitted through the dichroic mirror 403 can be used for various purposes.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０が、レーザ光ＬをＰ偏光として反射し、ダイクロイックミラー４０３が、レーザ光ＬをＳ偏光として反射する。これにより、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像を集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに精度良く転像することができる。   In the laser processing apparatus 200, the reflective spatial light modulator 410 reflects the laser light L as P-polarized light, and the dichroic mirror 403 reflects the laser light L as S-polarized light. Thereby, the image of the laser beam L on the reflection surface 410 a of the reflection type spatial light modulator 410 can be transferred to the entrance pupil surface 430 a of the condenser lens unit 430 with high accuracy.

レーザ加工装置２００は、レーザ発振器３１０から反射型空間光変調器４１０に至るレーザ光Ｌの光路上に配置され、レーザ光Ｌの偏光方向を調整するλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を更に備える。これにより、反射型空間光変調器４１０がレーザ光Ｌを鋭角に反射することに備えてレーザ光Ｌの偏光方向を調整することができるので、レーザ発振器３１０から反射型空間光変調器４１０に至るレーザ光Ｌの光路を直角に取り回すことができる。   The laser processing apparatus 200 is disposed on the optical path of the laser light L from the laser oscillator 310 to the reflection type spatial light modulator 410, and adjusts the polarization direction of the laser light L by using a λ / 2 wavelength plate unit 330 and a polarizing plate unit 340. Is further provided. Thereby, the polarization direction of the laser beam L can be adjusted in preparation for the reflection type spatial light modulator 410 reflecting the laser beam L at an acute angle, so that the laser oscillator 310 reaches the reflection type spatial light modulator 410. The optical path of the laser light L can be routed at a right angle.

また、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、装置フレーム２１０に取り付けられ、加工対象物１を支持する支持台２３０と、装置フレーム２１０に取り付けられたレーザ出力部３００と、レーザ出力部３００に対して移動可能となるように装置フレーム２１０に取り付けられたレーザ集光部４００と、を備える。レーザ出力部３００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０を有する。レーザ集光部４００は、レーザ光Ｌを変調しつつ反射する反射型空間光変調器４１０と、加工対象物１に対してレーザ光Ｌを集光する集光レンズユニット４３０と、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する一対のレンズ４２２，４２３と、を有する。   In addition, the laser processing apparatus 200 includes an apparatus frame 210, a support table 230 attached to the apparatus frame 210 and supporting the workpiece 1, a laser output section 300 attached to the apparatus frame 210, and a laser output section 300. A laser focusing unit 400 attached to the apparatus frame 210 so as to be movable with respect to the laser beam. The laser output unit 300 has a laser oscillator 310 that emits the laser light L. The laser condensing unit 400 includes a reflection-type spatial light modulator 410 that modulates and reflects the laser light L, a condensing lens unit 430 that condenses the laser light L on the processing target 1, and a reflection-type spatial light. It has a pair of lenses 422 and 423 that constitute a double-sided telecentric optical system in which the reflection surface 410a of the modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 have an image forming relationship.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０、集光レンズユニット４３０及び一対のレンズ４２２，４２３を有するレーザ集光部４００が、レーザ発振器３１０を有するレーザ出力部３００に対して移動可能である。したがって、例えば、レーザ発振器３１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路上に配置された各構成の全体を移動させる場合に比べ、移動対象となるレーザ集光部４００を軽量化することができ、レーザ集光部４００を移動させるための第２移動機構２４０を小型化することができる。しかも、反射型空間光変調器４１０、集光レンズユニット４３０及び一対のレンズ４２２，４２３は一体として移動させられ、互いの位置関係が維持されるため、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像を集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに精度良く転像することができる。よって、レーザ加工装置２００によれば、装置の大型化を抑制しつつ、集光レンズユニット４３０側の構成を加工対象物１に対して移動させることができる。   In the laser processing apparatus 200, a laser condensing unit 400 having a reflective spatial light modulator 410, a condensing lens unit 430, and a pair of lenses 422 and 423 is movable with respect to a laser output unit 300 having a laser oscillator 310. is there. Therefore, for example, the weight of the laser condensing unit 400 to be moved can be reduced as compared with a case where the entire components arranged on the optical path of the laser light L from the laser oscillator 310 to the condenser lens unit 430 are moved. Therefore, the second moving mechanism 240 for moving the laser focusing unit 400 can be downsized. In addition, since the reflective spatial light modulator 410, the condenser lens unit 430, and the pair of lenses 422 and 423 are moved as a unit and the positional relationship between them is maintained, the reflective surface 410a of the reflective spatial light modulator 410 is maintained. The image of the laser beam L can be accurately transferred onto the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430. Therefore, according to the laser processing apparatus 200, the configuration on the side of the condenser lens unit 430 can be moved with respect to the processing target 1 while suppressing an increase in the size of the apparatus.

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出射方向（Ｚ軸方向）が、レーザ集光部４００の移動方向（Ｚ軸方向）に一致している。これにより、レーザ出力部３００に対してレーザ集光部４００が移動しても、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの位置が変化するのを抑制することができる。   In the laser processing apparatus 200, the emission direction (Z-axis direction) of the laser light L from the laser output unit 300 matches the moving direction (Z-axis direction) of the laser focusing unit 400. Thereby, even if the laser focusing unit 400 moves with respect to the laser output unit 300, it is possible to suppress a change in the position of the laser light L incident on the laser focusing unit 400.

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００が、レーザ光Ｌを平行化するビームエキスパンダ３５０を更に有する。これにより、レーザ出力部３００に対してレーザ集光部４００が移動しても、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの径が変化するのを抑制することができる。なお、ビームエキスパンダ３５０によってレーザ光Ｌが完全な平行光とされず、例えばレーザ光Ｌの広がり角が多少あったとしても、反射型空間光変調器４１０においてレーザ光Ｌを平行化することができる。   In the laser processing device 200, the laser output unit 300 further includes a beam expander 350 for collimating the laser light L. Accordingly, even if the laser focusing unit 400 moves with respect to the laser output unit 300, it is possible to suppress a change in the diameter of the laser light L incident on the laser focusing unit 400. Note that the laser beam L is not completely collimated by the beam expander 350. For example, even if the divergence angle of the laser beam L is slightly large, the laser beam L can be collimated by the reflective spatial light modulator 410. it can.

レーザ加工装置２００では、レーザ集光部４００が、反射型空間光変調器４１０から一対のレンズ４２２，４２３を介して集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が内部に設定された筐体４０１を更に有し、筐体４０１に、レーザ出力部３００から出射されたレーザ光Ｌを筐体４０１内に入射させる光入射部４０１ａが設けられている。これにより、反射型空間光変調器４１０から一対のレンズ４２２，４２３を介して集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路の状態を一定に維持しつつ、レーザ出力部３００に対してレーザ集光部４００を移動させることができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser condensing unit 400 has a housing in which an optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condensing lens unit 430 via the pair of lenses 422 and 423 is set. Further, the housing 401 is provided with a light incident portion 401 a that causes the laser light L emitted from the laser output portion 300 to enter the housing 401. Thus, while maintaining the state of the optical path of the laser beam L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 via the pair of lenses 422 and 423, the laser beam is collected by the laser output unit 300. The light unit 400 can be moved.

レーザ加工装置２００では、レーザ集光部４００が、レーザ集光部４００の移動方向（Ｚ軸方向）において光入射部４０１ａと対向するように筐体４０１内に配置されたミラー４０２を更に有し、ミラー４０２が、光入射部４０１ａから筐体４０１内に入射したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器４１０に向けて反射する。これにより、レーザ出力部３００からレーザ集光部４００に入射したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器４１０に所望の角度で入射させることができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser focusing unit 400 further includes a mirror 402 disposed in the housing 401 so as to face the light incident unit 401a in the moving direction (Z-axis direction) of the laser focusing unit 400. The mirror 402 reflects the laser light L incident on the inside of the housing 401 from the light incident part 401a toward the reflective spatial light modulator 410. Thereby, the laser beam L incident on the laser condensing unit 400 from the laser output unit 300 can be incident on the reflective spatial light modulator 410 at a desired angle.

レーザ加工装置２００では、支持台２３０が、レーザ集光部４００の移動方向（Ｚ軸方向）に垂直な平面（ＸＹ平面）に沿って移動可能となるように装置フレーム２１０に取り付けられている。これにより、加工対象物１に対して所望の位置にレーザ光Ｌの集光点を位置させることに加え、レーザ集光部４００の移動方向に垂直な平面に平行な方向において、加工対象物１に対してレーザ光Ｌをスキャンすることができる。   In the laser processing apparatus 200, the support table 230 is attached to the apparatus frame 210 so as to be movable along a plane (XY plane) perpendicular to the moving direction (Z-axis direction) of the laser focusing unit 400. Thereby, in addition to positioning the focal point of the laser beam L at a desired position with respect to the processing target 1, the processing target 1 is positioned in a direction parallel to a plane perpendicular to the moving direction of the laser focusing unit 400. Can be scanned with the laser light L.

レーザ加工装置２００では、支持台２３０が、第１移動機構２２０を介して装置フレーム２１０に取り付けられており、レーザ集光部４００が、第２移動機構２４０を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。これにより、支持台２３０及びレーザ集光部４００のそれぞれの移動を確実に実施することができる。   In the laser processing apparatus 200, the support table 230 is attached to the apparatus frame 210 via the first moving mechanism 220, and the laser focusing unit 400 is attached to the apparatus frame 210 via the second moving mechanism 240. I have. Thereby, each movement of the support base 230 and the laser condensing unit 400 can be reliably performed.

また、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、装置フレーム２１０に取り付けられ、加工対象物１を支持する支持台２３０と、装置フレーム２１０に対して着脱可能であるレーザ出力部３００と、装置フレーム２１０に取り付けられたレーザ集光部４００と、を備える。レーザ出力部３００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０と、レーザ光Ｌの出力を調整するλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０と、を有する。レーザ集光部４００は、レーザ光Ｌを変調しつつ反射する反射型空間光変調器４１０と、加工対象物１に対してレーザ光Ｌを集光する集光レンズユニット４３０と、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する一対のレンズ４２２，４２３と、を有する。   Further, the laser processing apparatus 200 includes an apparatus frame 210, a support 230 attached to the apparatus frame 210 and supporting the workpiece 1, a laser output unit 300 detachable from the apparatus frame 210, And a laser condensing unit 400 attached to the reference numeral 210. The laser output unit 300 includes a laser oscillator 310 that emits laser light L, and a λ / 2 wavelength plate unit 330 and a polarizing plate unit 340 that adjust the output of the laser light L. The laser condensing unit 400 includes a reflection-type spatial light modulator 410 that modulates and reflects the laser light L, a condensing lens unit 430 that condenses the laser light L on the processing target 1, and a reflection-type spatial light. It has a pair of lenses 422 and 423 that constitute a double-sided telecentric optical system in which the reflection surface 410a of the modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 have an image forming relationship.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０、集光レンズユニット４３０及び一対のレンズ４２２，４２３を有するレーザ集光部４００とは別体で、レーザ発振器３１０並びにλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を有するレーザ出力部３００が装置フレーム２１０に対して着脱可能である。したがって、加工対象物１の仕様、加工条件等に応じて、加工に適したレーザ光Ｌの波長が異なる場合には、所望の波長を有するレーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０、並びに波長依存性を有するλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を纏めて交換することができる。よって、レーザ加工装置２００によれば、レーザ光Ｌの波長が互いに異なる複数のレーザ発振器３１０を用いることができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser oscillator 310 and the λ / 2 wave plate unit 330 are separate from the reflection type spatial light modulator 410, the condenser lens unit 430, and the laser condenser unit 400 having the pair of lenses 422 and 423. The laser output unit 300 having the polarizing plate unit 340 is detachable from the apparatus frame 210. Therefore, when the wavelength of the laser light L suitable for processing is different depending on the specifications of the processing target 1 and the processing conditions, the laser oscillator 310 that emits the laser light L having a desired wavelength, and the wavelength dependency The λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 having the above can be collectively replaced. Therefore, according to the laser processing apparatus 200, a plurality of laser oscillators 310 having different wavelengths of the laser light L can be used.

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００が、レーザ発振器３１０並びにλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を支持し且つ装置フレーム２１０に対して着脱可能である取付ベース３０１を更に有し、レーザ出力部３００が、取付ベース３０１を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。これにより、装置フレーム２１０に対してレーザ出力部３００を容易に着脱することができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser output unit 300 further includes a mounting base 301 which supports the laser oscillator 310 and the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 and is detachable from the apparatus frame 210. The laser output unit 300 is attached to the device frame 210 via the attachment base 301. Thus, the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the device frame 210.

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００が、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラー３６２，３６３を更に有する。これにより、例えば装置フレーム２１０にレーザ出力部３００を取り付けた際に、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度を調整することができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser output unit 300 further includes mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser light L emitted from the laser output unit 300. Thus, for example, when the laser output unit 300 is attached to the apparatus frame 210, the position and angle of the optical axis of the laser light L incident on the laser focusing unit 400 can be adjusted.

レーザ加工装置２００では、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０が、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する。これにより、例えば装置フレーム２１０にレーザ出力部３００を取り付けた際に、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの偏光方向、延いてはレーザ集光部４００から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向を調整することができる。   In the laser processing apparatus 200, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 adjust the polarization direction of the laser light L. Thus, for example, when the laser output unit 300 is attached to the apparatus frame 210, the polarization direction of the laser light L incident on the laser condensing unit 400, and consequently, the polarization of the laser light L emitted from the laser condensing unit 400 The direction can be adjusted.

レーザ加工装置２００では、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０が、λ／２波長板３３２及び偏光板３４２を含んでいる。これにより、波長依存性を有するλ／２波長板３３２及び偏光板３４２を、レーザ発振器３１０と纏めて交換することができる。   In the laser processing apparatus 200, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 include the λ / 2 wavelength plate 332 and the polarizing plate 342. Thus, the λ / 2 wavelength plate 332 and the polarizing plate 342 having wavelength dependency can be collectively replaced with the laser oscillator 310.

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００が、レーザ光Ｌの径を調整しつつレーザ光Ｌを平行化するビームエキスパンダ３５０を更に有する。これにより、例えばレーザ出力部３００に対してレーザ集光部４００が移動する場合にも、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの状態を一定に維持することができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser output unit 300 further includes a beam expander 350 that adjusts the diameter of the laser light L and parallelizes the laser light L. Thus, for example, even when the laser condensing unit 400 moves with respect to the laser output unit 300, the state of the laser light L incident on the laser condensing unit 400 can be kept constant.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０、集光レンズユニット４３０及び一対のレンズ４２２，４２３が、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの波長帯に対応している。これにより、各波長帯のレーザ光Ｌを出射するレーザ出力部３００をレーザ加工装置２００に取り付けることができる。なお、５００〜５５０ｎｍの波長帯のレーザ光Ｌは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの各波長帯のレーザ光Ｌは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。   In the laser processing apparatus 200, the reflective spatial light modulator 410, the condenser lens unit 430, and the pair of lenses 422, 423 correspond to the wavelength bands of 500 to 550 nm, 1000 to 1150 nm, and 1300 to 1400 nm. Thus, the laser output unit 300 that emits the laser light L of each wavelength band can be attached to the laser processing device 200. The laser beam L in the wavelength band of 500 to 550 nm is suitable for internal absorption type laser processing on a substrate made of, for example, sapphire. The laser beams L in the respective wavelength bands of 1000 to 1150 nm and 1300 to 1400 nm are suitable for internal absorption laser processing on a substrate made of, for example, silicon.

また、レーザ加工装置２００は、加工対象物１を支持する支持台２３０と、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０と、レーザ光Ｌを変調しつつ反射する反射型空間光変調器４１０と、加工対象物１に対してレーザ光Ｌを集光する集光レンズユニット４３０と、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する一対のレンズ４２２，４２３と、を備える。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路のうち、少なくとも一対のレンズ４２２，４２３を通過する（すなわち、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２から集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３に至る）レーザ光Ｌの光路は、一直線である。両側テレセントリック光学系の倍率Ｍは、０．５＜Ｍ＜１又は１＜Ｍ＜２を満たす。なお、レーザ加工装置２００では、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ、レンズ４２２の第１焦点距離ｆ１及びレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２が、Ｍ＝ｆ２／ｆ１を満たす。   Further, the laser processing apparatus 200 includes a support table 230 that supports the processing target 1, a laser oscillator 310 that emits the laser light L, a reflective spatial light modulator 410 that modulates and reflects the laser light L, A condensing lens unit 430 for condensing the laser beam L on the object 1, and both sides where the reflecting surface 410a of the reflective spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condensing lens unit 430 are in an imaging relationship. A pair of lenses 422 and 423 that constitute a telecentric optical system. In the optical path of the laser beam L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430, the laser light L passes through at least a pair of lenses 422 and 423 (that is, it is focused from the lens 422 on the reflective spatial light modulator 410 side). The optical path of the laser light L (which reaches the lens 423 on the lens unit 430 side) is straight. The magnification M of the double-sided telecentric optical system satisfies 0.5 <M <1 or 1 <M <2. In the laser processing apparatus 200, the magnification M of the two-sided telecentric optical system, the first focal length f1 of the lens 422, and the second focal length f2 of the lens 423 satisfy M = f2 / f1.

レーザ加工装置２００では、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが１ではない。これにより、一対のレンズ４２２，４２３が光軸に沿って移動すると、集光レンズユニット４３０側の共役点が移動する。具体的には、倍率Ｍ＜１（縮小系）の場合、一対のレンズ４２２，４２３が光軸に沿って集光レンズユニット４３０側に移動すると、集光レンズユニット４３０側の共役点が反射型空間光変調器４１０の反対側に移動する。一方、倍率Ｍ＞１（拡大系）の場合、一対のレンズ４２２，４２３が光軸に沿って反射型空間光変調器４１０側に移動すると、集光レンズユニット４３０側の共役点が反射型空間光変調器４１０の反対側に移動する。したがって、例えば集光レンズユニット４３０の取付位置にずれが生じた場合に、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに集光レンズユニット４３０側の共役点を位置合わせすることができる。しかも、少なくとも反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２から集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３に至るレーザ光Ｌの光路が一直線であるため、一対のレンズ４２２，レンズ４２３を光軸に沿って容易に移動させることができる。よって、レーザ加工装置２００によれば、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像を集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに容易に且つ精度良く転像することができる。   In the laser processing apparatus 200, the magnification M of the two-sided telecentric optical system is not 1. Thus, when the pair of lenses 422 and 423 move along the optical axis, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side moves. Specifically, when the magnification M <1 (reduction system), when the pair of lenses 422 and 423 move toward the condenser lens unit 430 along the optical axis, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side becomes a reflection type. It moves to the opposite side of the spatial light modulator 410. On the other hand, when the magnification M> 1 (magnifying system), when the pair of lenses 422 and 423 move to the reflective spatial light modulator 410 side along the optical axis, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side becomes the reflective spatial light modulator. It moves to the opposite side of the light modulator 410. Therefore, for example, when the mounting position of the condenser lens unit 430 shifts, the conjugate point on the condenser lens unit 430 side can be aligned with the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430. Moreover, since at least the optical path of the laser beam L from the lens 422 on the reflection type spatial light modulator 410 side to the lens 423 on the condenser lens unit 430 side is straight, the pair of lenses 422 and lens 423 are moved along the optical axis. It can be easily moved. Therefore, according to the laser processing apparatus 200, the image of the laser beam L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 can be easily and accurately transferred to the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430. it can.

なお、０．５＜Ｍ＜１とすることで、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を大きくすることができ、高精細な位相パターンでレーザ光Ｌを変調することができる。一方、１＜Ｍ＜２とすることで、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を小さくすることができ、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度αを小さくすることができる。反射型空間光変調器４１０に対するレーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えることは、回折効率の低下を抑制して反射型空間光変調器４１０の性能を十分に発揮させる上で重要である。   By setting 0.5 <M <1, the effective diameter of the laser light L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 can be increased, and the laser light L can be formed with a high-definition phase pattern. Can be modulated. On the other hand, by setting 1 <M <2, the effective diameter of the laser beam L on the reflection surface 410a of the reflection type spatial light modulator 410 can be reduced, and the laser beam incident on the reflection type spatial light modulator 410 The angle α between the optical axis of L and the optical axis of the laser light L emitted from the reflective spatial light modulator 410 can be reduced. It is important to suppress the incident angle and the reflection angle of the laser light L with respect to the reflection type spatial light modulator 410 in order to suppress the reduction in the diffraction efficiency and sufficiently exhibit the performance of the reflection type spatial light modulator 410.

レーザ加工装置２００では、倍率Ｍが、０．６≦Ｍ≦０．９５を満たしてもよい。これにより、上述した０．５＜Ｍ＜１とした場合に奏される効果を維持しつつ、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのをより確実に抑制することができる。   In the laser processing apparatus 200, the magnification M may satisfy 0.6 ≦ M ≦ 0.95. Thus, while maintaining the above-described effect obtained when 0.5 <M <1, the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 becomes longer. It can be suppressed more reliably.

レーザ加工装置２００では、倍率Ｍが、１．０５≦Ｍ≦１．７を満たしてもよい。これにより、上述した１＜Ｍ＜２とした場合に奏される効果を維持しつつ、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのをより確実に抑制することができる。   In the laser processing apparatus 200, the magnification M may satisfy 1.05 ≦ M ≦ 1.7. Thereby, while maintaining the effect achieved when 1 <M <2 described above, the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 is more reliably increased. Can be suppressed.

レーザ加工装置２００では、一対のレンズ４２２，４２３が、ホルダ４２１に保持されており、ホルダ４２１が、レーザ光Ｌの光軸に沿った方向における一対のレンズ４２２，４２３の互いの位置関係を一定に維持しており、レーザ光Ｌの光軸に沿った方向（Ｙ軸方向）における一対のレンズ４２２，４２３の位置調整が、ホルダ４２１の位置調整によって実施される。これにより、一対のレンズ４２２，４２３の互いの位置関係を一定に維持しつつ、一対のレンズ４２２，４２３の位置調整（延いては共役点の位置調整）を容易に且つ確実に実施することができる。   In the laser processing apparatus 200, a pair of lenses 422 and 423 are held by a holder 421, and the holder 421 keeps the positional relationship between the pair of lenses 422 and 423 in a direction along the optical axis of the laser light L constant. The position adjustment of the pair of lenses 422 and 423 in the direction along the optical axis of the laser beam L (Y-axis direction) is performed by the position adjustment of the holder 421. Accordingly, it is possible to easily and reliably perform the position adjustment of the pair of lenses 422 and 423 (and the position adjustment of the conjugate point) while maintaining the mutual positional relationship between the pair of lenses 422 and 423 constant. it can.

また、レーザ加工装置２００は、加工対象物１を支持する支持台２３０と、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０と、レーザ光Ｌを変調しつつ反射する反射型空間光変調器４１０と、加工対象物１に対してレーザ光Ｌを集光する集光レンズユニット４３０と、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する一対のレンズ４２２，４２３と、一対のレンズ４２２，４２３を通過したレーザ光Ｌを集光レンズユニット４３０に向けて反射するダイクロイックミラー４０３と、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する一方の測距センサ４５０と、を備える。ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿うように設定されている。反射型空間光変調器４１０から一対のレンズ４２２，４２３を介してダイクロイックミラー４０３に至るレーザ光Ｌの光路は、第１方向に垂直な第２方向（Ｙ軸方向）に沿うように設定されている。一方の測距センサ４５０は、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向（Ｘ軸方向）において集光レンズユニット４３０の一方の側に配置されている。   Further, the laser processing apparatus 200 includes a support table 230 that supports the processing target 1, a laser oscillator 310 that emits the laser light L, a reflective spatial light modulator 410 that modulates and reflects the laser light L, A condensing lens unit 430 for condensing the laser beam L on the object 1, and both sides where the reflecting surface 410a of the reflective spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condensing lens unit 430 are in an imaging relationship. A pair of lenses 422, 423 constituting a telecentric optical system, a dichroic mirror 403 that reflects the laser beam L passing through the pair of lenses 422, 423 toward the condenser lens unit 430, and a laser beam incident on the workpiece 1 And one distance measuring sensor 450 for acquiring displacement data of the surface. The optical path of the laser light L from the dichroic mirror 403 to the condenser lens unit 430 is set to be along the first direction (Z-axis direction). The optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the dichroic mirror 403 via the pair of lenses 422 and 423 is set to be along a second direction (Y-axis direction) perpendicular to the first direction. I have. One distance measuring sensor 450 is disposed on one side of the condenser lens unit 430 in a third direction (X-axis direction) perpendicular to the first direction and the second direction.

レーザ加工装置２００では、集光レンズユニット４３０に対して一方の測距センサ４５０が相対的に先行するように、加工対象物１に対してレーザ光Ｌをスキャンすることで、加工対象物１の任意の箇所でのレーザ光入射面の変位データを、当該箇所にレーザ光Ｌが照射される前に取得することができる。これにより、例えば、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、加工対象物１に対してレーザ光Ｌをスキャンすることができる。更に、一方の測距センサ４５０が、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が配置される平面（ＹＺ平面に平行な平面）に対して一方の側に配置されている。つまり、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路上に配置された各構成に対して、一方の測距センサ４５０が効率良く配置されている。よって、レーザ加工装置２００によれば、装置の大型化を抑制しつつ、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得することができる。   In the laser processing apparatus 200, the laser light L is scanned on the processing target 1 so that one of the distance measurement sensors 450 is relatively ahead of the condenser lens unit 430. Displacement data of the laser light incident surface at an arbitrary location can be acquired before the laser light L is applied to the location. Thereby, for example, the laser light L can be scanned on the processing target 1 so that the distance between the laser light incident surface of the processing target 1 and the focal point of the laser light L is kept constant. . Further, one of the distance measurement sensors 450 is positioned on one side with respect to a plane (a plane parallel to the YZ plane) in which the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 is arranged. Are located. That is, one of the distance measuring sensors 450 is efficiently disposed for each configuration disposed on the optical path of the laser light L from the reflection type spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430. Therefore, according to the laser processing apparatus 200, it is possible to acquire displacement data of the laser light incident surface of the processing target 1 while suppressing an increase in the size of the apparatus.

レーザ加工装置２００では、一対のレンズ４２２，４２３を通過したレーザ光Ｌを集光レンズユニット４３０に向けて反射するミラーが、ダイクロイックミラー４０３である。これにより、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌの一部を様々な用途に利用することができる。   In the laser processing apparatus 200, the dichroic mirror 403 is a mirror that reflects the laser light L that has passed through the pair of lenses 422 and 423 toward the condenser lens unit 430. Thus, a part of the laser beam L transmitted through the dichroic mirror 403 can be used for various purposes.

レーザ加工装置２００では、ダイクロイックミラー４０３が、レーザ光ＬをＳ偏光として反射する。これにより、第３方向（Ｘ軸方向）に沿って加工対象物１に対してレーザ光Ｌをスキャンすることで、レーザ光Ｌのスキャン方向とレーザ光Ｌの偏光方向とを互いに一致させることができる。例えば、切断予定ラインに沿って加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合には、レーザ光Ｌのスキャン方向とレーザ光Ｌの偏光方向とを互いに一致させることで、改質領域を効率良く形成することができる。   In the laser processing device 200, the dichroic mirror 403 reflects the laser light L as S-polarized light. Accordingly, by scanning the processing target 1 with the laser light L along the third direction (X-axis direction), the scanning direction of the laser light L and the polarization direction of the laser light L can be made to coincide with each other. it can. For example, when the modified region is formed inside the object 1 along the line to be cut, the modified region is formed by matching the scanning direction of the laser light L with the polarization direction of the laser light L. It can be formed efficiently.

レーザ加工装置２００は、少なくとも反射型空間光変調器４１０、集光レンズユニット４３０、一対のレンズ４２２，４２３、ダイクロイックミラー４０３及び一方の測距センサ４５０を支持する筐体４０１と、第１方向（Ｚ軸方向）に沿って筐体４０１を移動させる第２移動機構２４０と、を更に備える。集光レンズユニット４３０及び一方の測距センサ４５０は、第２方向（Ｙ軸方向）における筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられている。第２移動機構２４０は、第３方向（Ｘ軸方向）における筐体４０１の一方の側面４０１ｅに取り付けられている。これにより、装置の大型化を抑制しつつ、反射型空間光変調器４１０、集光レンズユニット４３０、一対のレンズ４２２，４２３、ダイクロイックミラー４０３及び一方の測距センサ４５０を一体として移動させることができる。   The laser processing apparatus 200 includes a housing 401 that supports at least the reflective spatial light modulator 410, the condenser lens unit 430, the pair of lenses 422 and 423, the dichroic mirror 403, and one of the distance measurement sensors 450, and a first direction ( A second movement mechanism 240 that moves the housing 401 along the Z-axis direction). The condenser lens unit 430 and one of the distance measurement sensors 450 are attached to an end 401d of the housing 401 in the second direction (Y-axis direction). The second moving mechanism 240 is attached to one side surface 401e of the housing 401 in the third direction (X-axis direction). This makes it possible to integrally move the reflective spatial light modulator 410, the condenser lens unit 430, the pair of lenses 422 and 423, the dichroic mirror 403, and one of the distance measurement sensors 450 while suppressing an increase in the size of the device. it can.

レーザ加工装置２００は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿って集光レンズユニット４３０を移動させる駆動機構４４０を更に備える。集光レンズユニット４３０は、駆動機構４４０を介して、第２方向（Ｙ軸方向）における筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられている。これにより、例えば、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、集光レンズユニット４３０を移動させることができる。   The laser processing apparatus 200 further includes a drive mechanism 440 that moves the condenser lens unit 430 along the first direction (Z-axis direction). The condenser lens unit 430 is attached to an end 401d of the housing 401 in the second direction (Y-axis direction) via a driving mechanism 440. Thereby, for example, the condenser lens unit 430 can be moved so that the distance between the laser light incident surface of the processing target 1 and the focal point of the laser light L is kept constant.

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０が、第２方向（Ｙ軸方向）における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられている。これにより、筐体４０１に対して各構成を効率良く配置することができる。   In the laser processing apparatus 200, the reflective spatial light modulator 410 is attached to the end 401c of the housing 401 in the second direction (Y-axis direction). Thus, each component can be efficiently arranged with respect to the housing 401.

レーザ加工装置２００は、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する他方の測距センサ４５０を更に備える。他方の測距センサ４５０は、第３方向（Ｘ軸方向）において集光レンズユニット４３０の他方の側に配置されている。これにより、集光レンズユニット４３０に対して一方の測距センサ４５０が相対的に先行するように、加工対象物１に対してレーザ光Ｌをスキャンする際には、一方の測距センサ４５０を用いてレーザ光入射面の変位データを取得することができる。一方、集光レンズユニット４３０に対して他方の測距センサ４５０が相対的に先行するように、加工対象物１に対してレーザ光Ｌをスキャンする際には、他方の測距センサ４５０を用いてレーザ光入射面の変位データを取得することができる。更に、一方の測距センサ４５０が、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が配置される平面（ＹＺ平面に平行な平面）に対して一方の側に配置されており、他方の測距センサ４５０が、当該平面に対して他方の側に配置されている。これにより、反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路上に配置された各構成に対して、一対の測距センサ４５０を効率良く配置することができる。   The laser processing apparatus 200 further includes another distance measuring sensor 450 that acquires displacement data of the laser light incident surface of the processing target 1. The other distance measuring sensor 450 is arranged on the other side of the condenser lens unit 430 in the third direction (X-axis direction). Accordingly, when the laser beam L is scanned on the processing target 1 such that the one distance measurement sensor 450 relatively precedes the condensing lens unit 430, the one distance measurement sensor 450 is used. The displacement data of the laser light incident surface can be obtained by using this. On the other hand, when scanning the processing target 1 with the laser beam L such that the other distance measuring sensor 450 is relatively ahead of the condenser lens unit 430, the other distance measuring sensor 450 is used. Thus, displacement data of the laser beam incident surface can be obtained. Further, one of the distance measurement sensors 450 is positioned on one side with respect to a plane (a plane parallel to the YZ plane) in which the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430 is arranged. The other distance measuring sensor 450 is disposed on the other side with respect to the plane. Accordingly, a pair of distance measurement sensors 450 can be efficiently arranged for each configuration arranged on the optical path of the laser light L from the reflection type spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430.

また、レーザ出力部３００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発振器３１０と、レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌの出力を調整するλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０と、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を通過したレーザ光Ｌを外部に出射するミラーユニット３６０と、レーザ発振器３１０、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０並びにミラーユニット３６０が配置された主面３０１ａを有する取付ベース３０１と、を備える。レーザ発振器３１０からλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を介してミラーユニット３６０に至るレーザ光Ｌの光路は、主面３０１ａに平行な平面に沿うように設定されている。ミラーユニット３６０は、レーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラー３６２，３６３を有し、当該平面と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿ってレーザ光Ｌを外部に出射する。   In addition, the laser output unit 300 includes a laser oscillator 310 that emits laser light L, a λ / 2 wavelength plate unit 330 and a polarizing plate unit 340 that adjust the output of the laser light L emitted from the laser oscillator 310, A mirror unit 360 that emits the laser light L that has passed through the two-wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 to the outside, and the laser oscillator 310, the λ / 2-wavelength plate unit 330, the polarizing plate unit 340, and the mirror unit 360 are arranged. And a mounting base 301 having a main surface 301a. The optical path of the laser light L from the laser oscillator 310 to the mirror unit 360 via the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 is set along a plane parallel to the main surface 301a. The mirror unit 360 has mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser light L, and emits the laser light L to the outside along a direction (Z-axis direction) intersecting the plane.

レーザ出力部３００では、レーザ発振器３１０、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０並びにミラーユニット３６０が取付ベース３０１の主面３０１ａに配置されている。これにより、レーザ加工装置２００の装置フレーム２１０に対して取付ベース３０１を着脱することで、レーザ加工装置２００に対してレーザ出力部３００を容易に着脱することができる。また、レーザ発振器３１０からλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を介してミラーユニット３６０に至るレーザ光Ｌの光路が、取付ベース３０１の主面３０１ａに平行な平面に沿うように設定されており、ミラーユニット３６０が、当該平面と交差する方向に沿ってレーザ光Ｌを外部に出射する。これにより、例えばレーザ光Ｌの出射方向が鉛直方向に沿っている場合、レーザ出力部３００が低背化されるので、レーザ加工装置２００に対してレーザ出力部３００を容易に着脱することができる。更に、ミラーユニット３６０が、レーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラー３６２，３６３を有している。これにより、レーザ加工装置２００の装置フレーム２１０にレーザ出力部３００を取り付けた際に、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度を調整することができる。以上により、レーザ出力部３００は、レーザ加工装置２００に対して容易に着脱することができる。   In the laser output unit 300, a laser oscillator 310, a λ / 2 wavelength plate unit 330, a polarizing plate unit 340, and a mirror unit 360 are arranged on the main surface 301a of the mounting base 301. Thus, by attaching and detaching the mounting base 301 to and from the apparatus frame 210 of the laser processing apparatus 200, the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the laser processing apparatus 200. The optical path of the laser light L from the laser oscillator 310 to the mirror unit 360 via the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 is set along a plane parallel to the main surface 301a of the mounting base 301. The mirror unit 360 emits the laser light L to the outside along a direction intersecting the plane. Accordingly, for example, when the emission direction of the laser light L is along the vertical direction, the height of the laser output unit 300 is reduced, so that the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the laser processing apparatus 200. . Further, the mirror unit 360 has mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser light L. Thereby, when the laser output unit 300 is attached to the apparatus frame 210 of the laser processing apparatus 200, the position and angle of the optical axis of the laser light L incident on the laser focusing unit 400 can be adjusted. As described above, the laser output unit 300 can be easily attached to and detached from the laser processing apparatus 200.

レーザ出力部３００では、ミラーユニット３６０が、主面３０１ａに平行な平面と直交する方向に沿ってレーザ光Ｌを外部に出射する。これにより、ミラーユニット３６０におけるレーザ光Ｌの光軸の調整を容易化することができる。   In the laser output unit 300, the mirror unit 360 emits the laser light L to the outside along a direction orthogonal to a plane parallel to the main surface 301a. Thereby, adjustment of the optical axis of the laser beam L in the mirror unit 360 can be facilitated.

レーザ出力部３００では、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０が、レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌの偏光方向を調整する。これにより、レーザ加工装置２００の装置フレーム２１０にレーザ出力部３００を取り付けた際に、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの偏光方向、延いてはレーザ集光部４００から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向を調整することができる。   In the laser output unit 300, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 adjust the polarization direction of the laser light L emitted from the laser oscillator 310. Accordingly, when the laser output unit 300 is attached to the device frame 210 of the laser processing device 200, the polarization direction of the laser light L incident on the laser condensing unit 400, and hence the laser emitted from the laser condensing unit 400 The polarization direction of the light L can be adjusted.

レーザ出力部３００では、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０が、レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌが軸線ＸＬ（主面３０１ａに平行な軸線）に沿って入射するλ／２波長板３３２と、軸線ＸＬを中心線としてλ／２波長板３３２が回転可能となるように、λ／２波長板３３２を保持するホルダ３３１と、λ／２波長板３３２を通過したレーザ光Ｌが軸線ＸＬに沿って入射する偏光板３４２と、軸線ＸＬを中心線として偏光板３４２が回転可能となるように、偏光板３４２を保持するホルダ３４１と、を有する。これにより、レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌの出力及び偏光方向を簡易な構成で調整することができる。更に、このようなλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０をレーザ出力部３００が備えることで、レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの波長に応じたλ／２波長板３３２及び偏光板３４２を用いることができる。   In the laser output unit 300, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 form a λ / 2 where the laser light L emitted from the laser oscillator 310 is incident along an axis XL (an axis parallel to the main surface 301 a). A wavelength plate 332, a holder 331 for holding the λ / 2 wavelength plate 332 so that the λ / 2 wavelength plate 332 can rotate about the axis XL, and a laser beam L passing through the λ / 2 wavelength plate 332. Has a polarizing plate 342 that is incident along the axis XL, and a holder 341 that holds the polarizing plate 342 so that the polarizing plate 342 can rotate about the axis XL. Thus, the output and the polarization direction of the laser light L emitted from the laser oscillator 310 can be adjusted with a simple configuration. Further, since the laser output unit 300 includes the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340, the λ / 2 wavelength plate 332 and the polarization corresponding to the wavelength of the laser light L emitted from the laser oscillator 310 are provided. Plate 342 can be used.

レーザ出力部３００は、軸線ＸＬを中心線として偏光板３４２と一体で回転可能となるようにホルダ３４１に保持され、偏光板３４２を透過することで軸線ＸＬ上から外れたレーザ光Ｌの光軸を軸線ＸＬ上に戻す光路補正板３４３を更に備えている。これにより、偏光板３４２を透過することによるレーザ光Ｌの光路のずれを補正することができる。   The laser output unit 300 is held by the holder 341 so as to be rotatable integrally with the polarizing plate 342 about the axis XL as a center line, and the optical axis of the laser beam L deviated from the axis XL by transmitting through the polarizing plate 342. Is further provided with an optical path correction plate 343 for returning the position on the axis XL. Accordingly, it is possible to correct the deviation of the optical path of the laser light L due to the transmission through the polarizing plate 342.

レーザ出力部３００では、λ／２波長板３３２が回転する軸線と、偏光板３４２が回転する軸線とが、軸線ＸＬであり、互いに一致している。つまり、λ／２波長板３３２及び偏光板３４２が同一の軸線ＸＬを中心線として回転可能である。これにより、レーザ出力部３００の簡易化及び小型化を図ることができる。   In the laser output unit 300, the axis around which the λ / 2 wavelength plate 332 rotates and the axis around which the polarizing plate 342 rotates are the axes XL, and are coincident with each other. That is, the λ / 2 wavelength plate 332 and the polarizing plate 342 are rotatable about the same axis XL. Thereby, simplification and downsizing of the laser output unit 300 can be achieved.

レーザ出力部３００では、ミラーユニット３６０が、支持ベース３６１と、ミラー３６２，３６３と、を有し、支持ベース３６１が、位置調整可能となるように、取付ベース３０１に取り付けられており、ミラー３６２が、角度調整可能となるように支持ベース３６１に取り付けられ、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を通過したレーザ光Ｌを主面３０１ａに平行な方向に沿って反射し、ミラー３６３が、角度調整可能となるように支持ベース３６１に取り付けられ、ミラー３６２によって反射されたレーザ光Ｌを主面３０１ａと交差する方向に沿って反射する。これにより、レーザ加工装置２００の装置フレーム２１０にレーザ出力部３００を取り付けた際に、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度をより精度良く調整することができる。しかも、支持ベース３６１を取付ベース３０１に対して位置調整することで、ミラー３６２，３６３を一体で容易に位置調整することができる。   In the laser output unit 300, the mirror unit 360 has a support base 361 and mirrors 362 and 363, and the support base 361 is attached to the attachment base 301 so that the position can be adjusted. Is attached to the support base 361 so that the angle can be adjusted, and reflects the laser beam L passing through the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 along a direction parallel to the main surface 301a, and a mirror 363 is provided. Is attached to the support base 361 so that the angle can be adjusted, and reflects the laser beam L reflected by the mirror 362 along a direction intersecting the main surface 301a. Thus, when the laser output unit 300 is mounted on the apparatus frame 210 of the laser processing apparatus 200, the position and angle of the optical axis of the laser beam L incident on the laser condensing unit 400 can be adjusted more accurately. In addition, by adjusting the position of the support base 361 with respect to the mounting base 301, the position of the mirrors 362 and 363 can be easily and integrally adjusted.

レーザ出力部３００は、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０からミラーユニット３６０に至るレーザ光Ｌの光路上に配置され、レーザ光Ｌの径を調整しつつレーザ光Ｌを平行化するビームエキスパンダ３５０を更に備える。これにより、レーザ出力部３００に対してレーザ集光部４００が移動する場合にも、レーザ集光部４００に入射するレーザ光Ｌの状態を一定に維持することができる。   The laser output unit 300 is disposed on the optical path of the laser light L from the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 to the mirror unit 360, and parallelizes the laser light L while adjusting the diameter of the laser light L. It further includes a beam expander 350. Accordingly, even when the laser condensing unit 400 moves with respect to the laser output unit 300, the state of the laser light L incident on the laser condensing unit 400 can be kept constant.

レーザ出力部３００は、レーザ発振器３１０からλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０に至るレーザ光Ｌの光路上に配置され、レーザ光Ｌの光路を開閉するシャッタ３２０を更に備える。これにより、レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを、レーザ発振器３１０でのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって実施することができる。加えて、シャッタ３２０によって、例えばレーザ出力部３００からレーザ光Ｌが不意に出射されることを防止することができる。
［変形例］ The laser output unit 300 is disposed on the optical path of the laser light L from the laser oscillator 310 to the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340, and further includes a shutter 320 that opens and closes the optical path of the laser light L. Accordingly, the ON / OFF switching of the output of the laser light L from the laser output unit 300 can be performed by the ON / OFF switching of the output of the laser light L in the laser oscillator 310. In addition, the shutter 320 can prevent the laser beam L from being unexpectedly emitted from the laser output unit 300, for example.
[Modification]

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。   The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments.

例えば、図１８及び図１９に示されるように、λ／２波長板ユニット３３０と偏光板ユニット３４０とが一体化されていてもよい。この場合、λ／２波長板３３２を保持するホルダ３３１は、軸線ＸＬを中心線として回転可能となるように、フレーム３７０の一方の端面に取り付けられている。偏光板３４２及び光路補正板３４３を保持するホルダ３４１は、軸線ＸＬを中心線として回転可能となるように、フレーム３７０の他方の端面に取り付けられている。フレーム３７０は、取付ベース３０１の主面３０１ａに取り付けられている。なお、ホルダ３４１には、偏光板３４２によって反射されたレーザ光ＬのＳ偏光成分を吸収するダンパ３４４が設けられている。   For example, as shown in FIGS. 18 and 19, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 may be integrated. In this case, the holder 331 holding the λ / 2 wavelength plate 332 is attached to one end surface of the frame 370 so as to be rotatable around the axis XL. The holder 341 holding the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343 is attached to the other end surface of the frame 370 so as to be rotatable around the axis XL. The frame 370 is attached to the main surface 301a of the attachment base 301. Note that the holder 341 is provided with a damper 344 that absorbs the S-polarized component of the laser beam L reflected by the polarizing plate 342.

また、偏光板ユニット３４０に、偏光板３４２以外の偏光部材が設けられてもよい。一例として、偏光板３４２及び光路補正板３４３に替えて、キューブ状の偏光部材が用いられてもよい。キューブ状の偏光部材とは、直方体状の形状を呈する部材であって、当該部材において互いに対向する側面が光入射面及び光出射面とされ且つその間に偏光板の機能を有する層が設けられた部材である。   Further, a polarizing member other than the polarizing plate 342 may be provided in the polarizing plate unit 340. As an example, a cube-shaped polarizing member may be used instead of the polarizing plate 342 and the optical path correction plate 343. The cube-shaped polarizing member is a member having a rectangular parallelepiped shape, in which side surfaces facing each other are a light incident surface and a light emitting surface, and a layer having a function of a polarizing plate is provided therebetween. It is a member.

また、λ／２波長板３３２が回転する軸線と、偏光板３４２が回転する軸線とは、互いに一致していなくてもよい。   In addition, the axis around which the λ / 2 wavelength plate 332 rotates and the axis around which the polarizing plate 342 rotates do not have to coincide with each other.

また、レーザ出力部３００は、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラー３６２，３６３を有していたが、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するためのミラーを少なくとも１つ有していればよい。   The laser output unit 300 has the mirrors 362 and 363 for adjusting the optical axis of the laser light L emitted from the laser output unit 300. What is necessary is just to have at least one mirror for adjusting the optical axis.

また、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する結像光学系は、一対のレンズ４２２，４２３に限定されず、反射型空間光変調器４１０側の第１レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）及び集光レンズユニット４３０側の第２レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）を含むもの等であってもよい。   An imaging optical system that forms a double-sided telecentric optical system in which the reflection surface 410a of the reflection-type spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 are in an image-forming relationship has a pair of lenses 422 and 423. The first lens system (for example, a cemented lens, three or more lenses, etc.) on the reflective spatial light modulator 410 side and the second lens system (for example, a cemented lens, One or more lenses).

また、レーザ集光部４００においては、一対のレンズ４２２，４２３を通過したレーザ光Ｌを集光レンズユニット４３０に向けて反射するミラーが、ダイクロイックミラー４０３であったが、当該ミラーは、全反射ミラーであってもよい。   In the laser condensing unit 400, the mirror that reflects the laser light L that has passed through the pair of lenses 422 and 423 toward the condensing lens unit 430 is the dichroic mirror 403. It may be a mirror.

また、集光レンズユニット４３０及び一対の測距センサ４５０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｄ側に片寄って取り付けられていればよい。反射型空間光変調器４１０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｃ側に片寄って取り付けられていればよい。また、測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の片側のみに配置されていてもよい。   Further, the condenser lens unit 430 and the pair of distance measurement sensors 450 are attached to the end 401d of the housing 401 in the Y-axis direction, but are closer to the end 401d than the center position of the housing 401 in the Y-axis direction. It only needs to be attached to one side. Although the reflective spatial light modulator 410 is attached to the end 401c of the housing 401 in the Y-axis direction, the reflective spatial light modulator 410 may be attached closer to the end 401c than the center position of the housing 401 in the Y-axis direction. I just need. Further, the distance measuring sensor 450 may be disposed on only one side of the condenser lens unit 430 in the X-axis direction.

また、レーザ集光部４００が装置フレーム２１０に固定されていてもよい。その場合、支持台２３０が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿ってだけでなくＺ軸方向に沿っても移動可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられていてもよい。   Further, the laser condensing unit 400 may be fixed to the device frame 210. In this case, the support table 230 may be attached to the apparatus frame 210 so as to be movable not only along the X-axis direction and the Y-axis direction but also along the Z-axis direction.

また、本発明のレーザ加工装置は、加工対象物１の内部に改質領域を形成するものに限定されず、アブレーション等、他のレーザ加工を実施するものであってもよい。   Further, the laser processing apparatus of the present invention is not limited to the one that forms the modified region inside the processing target object 1, and may perform another laser processing such as ablation.

１…加工対象物、２００…レーザ加工装置、２１０…装置フレーム、２２０…第１移動機構、２３０…支持台（支持部）、２４０…第２移動機構、３００…レーザ出力部（レーザ出力装置）、３０１…取付ベース、３１０…レーザ発振器（レーザ光源）、３２０…シャッタ、３３０…λ／２波長板ユニット（出力調整部、偏光方向調整部）、３３１…ホルダ（第１ホルダ）、３３２…λ／２波長板、３４０…偏光板ユニット（出力調整部、偏光方向調整部）、３４１…ホルダ（第２ホルダ）、３４２…偏光板（偏光部材）、３４３…光路補正板（光路補正部材）、３５０…ビームエキスパンダ（レーザ光平行化部）、３６０…ミラーユニット、３６２…ミラー（第１ミラー）、３６３…ミラー（第２ミラー）、４００…レーザ集光部、４０１…筐体、４０１ａ…光入射部、４０１ｃ…端部、４０１ｄ…端部、４０１ｅ…側面、４０２…ミラー、４０３…ダイクロイックミラー（ミラー）、４１０…反射型空間光変調器、４１０ａ…反射面、４２１…ホルダ、４２２…レンズ（第１レンズ系、結像光学系）、４２３…レンズ（第２レンズ系、結像光学系）、４３０…集光レンズユニット（集光光学系）、４４０…駆動機構、４５０…測距センサ（第１センサ、第２センサ）、ＸＬ…軸線、Ｌ…レーザ光。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing object, 200 ... Laser processing apparatus, 210 ... Device frame, 220 ... 1st movement mechanism, 230 ... Support stand (support part), 240 ... 2nd movement mechanism, 300 ... Laser output part (laser output apparatus) Reference numerals 301, mounting base, 310 laser oscillator (laser light source), 320 shutter, 330 λ / 2 wavelength plate unit (output adjustment unit, polarization direction adjustment unit), 331 holder (first holder), 332 λ / 2 wavelength plate, 340: polarizing plate unit (output adjusting unit, polarization direction adjusting unit), 341: holder (second holder), 342: polarizing plate (polarizing member), 343: optical path correcting plate (optical path correcting member), 350: beam expander (laser beam collimating unit), 360: mirror unit, 362: mirror (first mirror), 363: mirror (second mirror), 400: laser condensing unit, 401 ... Housing, 401a: light incident portion, 401c: end portion, 401d: end portion, 401e: side surface, 402: mirror, 403: dichroic mirror (mirror), 410: reflective spatial light modulator, 410a: reflective surface, 421 ... Holder 422 ... Lens (first lens system, imaging optical system) 423 ... Lens (second lens system, imaging optical system) 430 ... Condensing lens unit (condensing optical system) 440 ... Drive mechanism , 450: distance measuring sensor (first sensor, second sensor), XL: axis, L: laser light.

Claims (5)

加工対象物を支持する支持部と、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を変調しつつ反射する反射型空間光変調器と、
前記加工対象物に対して前記レーザ光を集光する集光光学系と、
前記反射型空間光変調器の反射面と前記集光光学系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する結像光学系と、
前記結像光学系を通過した前記レーザ光を前記集光光学系に向けて反射するミラーと、を備え、
前記反射型空間光変調器は、前記レーザ光を所定の平面に沿って鋭角に反射し、
前記反射型空間光変調器から前記結像光学系を介して前記ミラーに至る前記レーザ光の光路は、前記平面に沿うように設定されており、
前記ミラーから前記集光光学系に至る前記レーザ光の光路は、前記平面と交差する方向に沿うように設定されている、レーザ加工装置。 A support portion for supporting the workpiece,
A laser light source for emitting laser light,
A reflective spatial light modulator that reflects while modulating the laser light,
A focusing optical system that focuses the laser light on the processing object,
An imaging optical system that constitutes a double-sided telecentric optical system in which a reflection surface of the reflection-type spatial light modulator and an entrance pupil surface of the light-collecting optical system have an imaging relationship;
A mirror that reflects the laser light that has passed through the imaging optical system toward the condensing optical system,
The reflective spatial light modulator reflects the laser light at an acute angle along a predetermined plane,
The optical path of the laser light from the reflective spatial light modulator to the mirror via the imaging optical system is set to be along the plane,
A laser processing apparatus, wherein an optical path of the laser light from the mirror to the focusing optical system is set to be along a direction intersecting the plane. 前記ミラーから前記集光光学系に至る前記レーザ光の光路は、前記平面と直交する方向に沿うように設定されており、
前記ミラーは、前記レーザ光を直角に反射する、請求項１記載のレーザ加工装置。 The optical path of the laser light from the mirror to the focusing optical system is set to be along a direction orthogonal to the plane,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the mirror reflects the laser light at a right angle. 前記ミラーは、ダイクロイックミラーである、請求項１又は２記載のレーザ加工装置。   The laser processing device according to claim 1, wherein the mirror is a dichroic mirror. 前記反射型空間光変調器は、前記レーザ光をＰ偏光として反射し、
前記ミラーは、前記レーザ光をＳ偏光として反射する、請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ加工装置。 The reflective spatial light modulator reflects the laser light as P-polarized light,
The laser processing device according to claim 1, wherein the mirror reflects the laser light as S-polarized light. 前記レーザ光源から前記反射型空間光変調器に至る前記レーザ光の光路上に配置され、前記レーザ光の偏光方向を調整する偏光方向調整部を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ加工装置。   The polarization direction adjusting unit disposed on an optical path of the laser light from the laser light source to the reflection-type spatial light modulator, and configured to adjust a polarization direction of the laser light, further comprising: The laser processing apparatus according to the above.
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