JP6689649B2 - Laser light irradiation apparatus and profile acquisition method - Google Patents

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本発明は、レーザ光照射装置、及び、プロファイル取得方法に関する。   The present invention relates to a laser light irradiation device and a profile acquisition method.

特許文献1には、レーザ光を加工対象物に照射することにより加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。このようなレーザ光加工において、レーザ光源から出力レーザ光は、空間光変調器により変調された後に、対物レンズによって加工対象物に集光される。   Patent Document 1 describes a laser processing apparatus that performs laser processing on a processing target object by irradiating the processing target object with laser light. In such laser light processing, the laser light output from the laser light source is modulated by the spatial light modulator and then focused on the object to be processed by the objective lens.

特開2011−51011号公報JP, 2011-51011, A

上述したレーザ加工装置等のレーザ光照射装置にあっては、レーザ光のプロファイルを測定する要求がある。しかしながら、レーザ光の波長によっては、プロファイル測定用のカメラが高価であったり輸出管理対象であったりする等の問題がある。この問題が生じない場合であっても、上記の構成以外に、プロファイル測定用の特別な測定器が必要になる場合がある。   In the laser beam irradiation device such as the laser processing device described above, there is a demand for measuring the profile of the laser beam. However, depending on the wavelength of the laser light, there are problems that the camera for profile measurement is expensive and is subject to export control. Even if this problem does not occur, a special measuring instrument for profile measurement may be required in addition to the above configuration.

そこで、本発明は、空間光変調器を用いてレーザ光のプロファイルを取得可能なレーザ光照射装置、及び、プロファイル測定方法を提供することを目的とする。   Therefore, it is an object of the present invention to provide a laser light irradiation device capable of acquiring a laser light profile using a spatial light modulator, and a profile measurement method.

本発明に係るレーザ光照射装置は、レーザ光を出力するレーザ出力部と、位相パターンを表示する変調層を含み、レーザ出力部から出力されたレーザ光を位相パターンに応じて変調しつつ反射して出射する空間光変調器と、空間光変調器から出射されたレーザ光を集光する集光レンズと、レーザ光の光路における集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、レーザ光の光路におけるスリット部材の後段において測定されたレーザ光の強度を取得する取得部と、位相パターンを保持する保持部と、位相パターンを変調層に表示させる表示処理を行う表示制御部と、を備え、保持部は、位相パターンとして、変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有する複数の回折格子パターンを保持しており、表示制御部は、表示処理として、エッジがシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示させ、スリット部材は、回折格子パターンに応じて回折されたレーザ光の±1次以上の回折光を遮断し、取得部は、回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光のそれぞれの強度データを取得する。   The laser light irradiation device according to the present invention includes a laser output unit that outputs laser light and a modulation layer that displays a phase pattern, and reflects the laser light output from the laser output unit while modulating the laser light according to the phase pattern. A spatial light modulator that emits the laser light, a condenser lens that condenses the laser light emitted from the spatial light modulator, and a slit member that is arranged at the focal position on the rear side of the condenser lens in the optical path of the laser light, An acquisition unit that acquires the intensity of the laser light measured in the latter stage of the slit member in the optical path of the laser light, a holding unit that holds the phase pattern, and a display control unit that performs a display process for displaying the phase pattern on the modulation layer, And the holding unit holds a plurality of diffraction grating patterns having pattern edges at different positions of the modulation layer as a phase pattern, and the display control unit displays the display process. Then, the diffraction grating patterns are sequentially displayed on the modulation layer so that the edges are shifted, and the slit member blocks and acquires the ± 1st-order or more diffracted light of the laser light diffracted according to the diffraction grating pattern. The section acquires intensity data of each laser beam modulated by each of the diffraction grating patterns.

本発明に係るプロファイル取得方法は、位相パターンを表示する変調層を含み、レーザ光を位相パターンに応じて変調しつつ反射して出射する空間光変調器と、空間光変調器から出射されたレーザ光を集光する集光レンズと、レーザ光の光路における集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、を備えるレーザ光照射装置においてレーザ光のプロファイルを所得するためのプロファイル取得方法であって、位相パターンとしての複数の回折格子パターンを変調層に順次表示させる表示ステップと、表示ステップにおいて変調層に表示される回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光のそれぞれの強度データを取得する強度取得ステップと、強度データに基づいて、レーザ光のプロファイルを取得するプロファイル取得ステップと、を備え、スリット部材は、回折格子パターンに応じて回折されたレーザ光の±1次以上の回折光を遮断し、回折格子パターンのそれぞれは、変調層の互いに異なる位置にエッジを有し、表示ステップにおいては、エッジがシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示し、強度取得ステップにおいては、レーザ光の光路におけるスリット部材の後段において測定されたレーザ光の強度を取得する。   The profile acquisition method according to the present invention includes a spatial light modulator that includes a modulation layer that displays a phase pattern, and that reflects and emits laser light while modulating the laser light according to the phase pattern, and a laser emitted from the spatial light modulator. Obtaining a profile for obtaining a profile of laser light in a laser light irradiation device that includes a condenser lens that condenses light and a slit member that is arranged at a focal point on the rear side of the condenser lens in the optical path of the laser light. In the method, a display step of sequentially displaying a plurality of diffraction grating patterns as a phase pattern on the modulation layer, and intensity data of each laser beam modulated by each of the diffraction grating patterns displayed on the modulation layer in the display step. Profile to acquire the profile of the laser light based on the intensity acquisition step and intensity data The slit member blocks the diffracted light of ± 1st order or more of the laser light diffracted according to the diffraction grating pattern, and each of the diffraction grating patterns has an edge at a different position of the modulation layer. In the display step, the diffraction grating pattern is sequentially displayed on the modulation layer so that the edges are shifted, and in the intensity acquisition step, the intensity of the laser beam measured in the latter stage of the slit member in the optical path of the laser beam. To get.

このレーザ光照射装置及びプロファイル取得方法においては、レーザ光は、空間光変調器の変調層に表示された位相パターンに応じて変調された後に、集光レンズにより集光される。位相パターンとしては、変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有する複数の回折格子パターンが使用される。変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有するということは、回折格子パターンのそれぞれにおいて回折格子として機能する領域の大きさが異なることを意味する。ここで、ある回折格子パターンを変調層に表示した状態においては、レーザ光に対して、回折格子により回折されて出射される回折光と、回折されずに反射される非回折光と、が生じることになる。レーザ光のうちの非回折光は、集光レンズによって集光され、集光レンズの後段のスリット部材を通過する。一方、レーザ光のうちの±1以上の回折光は、スリット部材により遮断される。   In the laser light irradiation device and the profile acquisition method, the laser light is modulated by the condensing lens after being modulated according to the phase pattern displayed on the modulation layer of the spatial light modulator. As the phase pattern, a plurality of diffraction grating patterns having pattern edges at different positions of the modulation layer are used. Having the pattern edges at different positions in the modulation layer means that the size of the region functioning as the diffraction grating is different in each of the diffraction grating patterns. Here, when a certain diffraction grating pattern is displayed on the modulation layer, diffracted light that is diffracted by the diffraction grating and emitted, and non-diffracted light that is reflected without being diffracted are generated with respect to the laser light. It will be. The non-diffracted light of the laser light is condensed by the condenser lens and passes through the slit member at the rear stage of the condenser lens. On the other hand, ± 1 or more diffracted light of the laser light is blocked by the slit member.

つまり、変調層にある回折格子パターンが表示されているときには、レーザ光のうちの非回折光と0次光のみの強度データが取得される。そして、回折格子パターンのエッジの位置に応じて、すなわち、回折格子として機能する領域の大きさに応じて、当該強度データの値が変化する。より具体的には、回折格子として機能する領域が小さいほど、スリット部材によって遮断される回折光の割合が少なくなるので、強度データの値は大きくなる。   That is, when the diffraction grating pattern on the modulation layer is displayed, intensity data of only the non-diffracted light and the 0th-order light of the laser light are acquired. Then, the value of the intensity data changes according to the position of the edge of the diffraction grating pattern, that is, according to the size of the region functioning as the diffraction grating. More specifically, the smaller the area that functions as a diffraction grating, the smaller the proportion of diffracted light that is blocked by the slit member, and the larger the value of intensity data.

したがって、回折格子パターンのエッジがシフトしていくように、回折格子パターンを変調層に順次表示させ、且つ、回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光のそれぞれの強度データを取得していけば、回折格子パターンのエッジの位置に対応付けられたレーザ光の強度分布が得られることになる。よって、このレーザ光照射装置及びプロファイル取得方法によれば、当該強度分布に基づいて、空間光変調器を用いたレーザ光のプロファイルの取得が可能である。   Therefore, if the diffraction grating patterns are sequentially displayed on the modulation layer so that the edges of the diffraction grating patterns are shifted, and the intensity data of each laser beam modulated by each of the diffraction grating patterns is acquired. , The intensity distribution of the laser beam associated with the position of the edge of the diffraction grating pattern can be obtained. Therefore, according to the laser light irradiation device and the profile acquisition method, it is possible to acquire the profile of the laser light using the spatial light modulator based on the intensity distribution.

本発明に係るレーザ光照射装置においては、変調層は、第1方向及び第1方向に交差する第2方向に沿って配列され、位相パターンを表示する複数の画素領域を含み、保持部は、第1方向に延びるエッジを有する回折格子パターンと、第2方向に延びるエッジを有する回折格子パターンと、を保持し、表示制御部は、表示処理として、第1方向に延びるエッジが第2方向にシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示させる第1表示処理と、第2方向に延びるエッジが第1方向にシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示させる第2表示処理と、を行ってもよい。この場合、2つの方向に沿ってエッジの位置に対応付けられたレーザ光の強度分布が得られる。したがって、より正確なレーザ光のプロファイルを取得可能である。   In the laser light irradiation apparatus according to the present invention, the modulation layer is arranged along the first direction and the second direction intersecting the first direction, and includes a plurality of pixel regions that display a phase pattern, and the holding unit includes: The display control unit holds a diffraction grating pattern having an edge extending in the first direction and a diffraction grating pattern having an edge extending in the second direction, and the display control unit performs the display processing in which the edge extending in the first direction is in the second direction. A first display process of sequentially displaying the diffraction grating pattern on the modulation layer so as to shift, and a first display process of sequentially displaying the diffraction grating pattern on the modulation layer so that an edge extending in the second direction shifts in the first direction. 2 Display processing may be performed. In this case, the intensity distribution of the laser light associated with the position of the edge is obtained along the two directions. Therefore, it is possible to obtain a more accurate laser light profile.

本発明に係るレーザ光照射装置においては、取得部が取得した強度データから、レーザ光の0次回折光に応じた強度成分を除去する演算を行う演算部を備えてもよい。この場合、より正確なレーザ光のプロファイルを取得可能である。   The laser light irradiation device according to the present invention may include a calculation unit that performs a calculation for removing the intensity component corresponding to the 0th-order diffracted light of the laser light from the intensity data acquired by the acquisition unit. In this case, a more accurate laser light profile can be acquired.

本発明に係るレーザ光照射装置においては、回折格子パターンは、エッジに対向する別のエッジと、エッジと別のエッジとの間に形成されたスリットと、を含んでもよい。この場合、スリットの位置に対応付けられたレーザ光の強度分布が得られる。   In the laser light irradiation apparatus according to the present invention, the diffraction grating pattern may include another edge facing the edge and a slit formed between the edge and the other edge. In this case, the intensity distribution of the laser beam associated with the position of the slit can be obtained.

本発明によれば、空間光変調器を用いてレーザ光のプロファイルを取得可能なレーザ光照射装置、及び、プロファイル測定方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a laser light irradiation device and a profile measuring method capable of acquiring a laser light profile using a spatial light modulator.

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。It is a schematic block diagram of a laser processing apparatus 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。It is a top view of the processing object used as the object of formation of a modification area. 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 sectional view taken along the line III-III of the processing object in FIG. 2. 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 sectional view taken along the line VV of the object to be processed in FIG. 4. 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 taken along line VI-VI of the processing object of FIG. 4. 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 the laser processing apparatus which concerns on 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 an object to be processed attached to a support base of the laser processing apparatus 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 cross-sectional view of the laser output section taken along the ZX plane of 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 condensing unit in the laser processing device of FIG. 7. 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 condensing unit taken along the XY plane of 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。It is sectional drawing of the laser condensing part along the XII-XII line of FIG. 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 condensing unit taken along line XIII-XIII in FIG. 12. 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。It is a figure which shows the optical arrangement relationship of the reflection type spatial light modulator in a laser condensing part of FIG. 11, a 4f lens unit, and a condensing lens unit. 図7のレーザ加工装置における反射型空間光変調器の部分断面図である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a reflective spatial light modulator in the laser processing device of FIG. 7. 一実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an important section of a laser processing device concerning one embodiment. 図16に示された保持部が保持する複数の位相パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the some phase pattern which the holding part shown by FIG. 16 hold | maintains. 図16に示された保持部が保持する複数の位相パターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the some phase pattern which the holding part shown by FIG. 16 hold | maintains. 図16に示されたレーザ加工装置における回折の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of diffraction in the laser processing apparatus shown in FIG. 図16に示された表示制御部の表示処理の一例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing an example of a display process of the display control section shown in FIG. 16. 取得された強度データの微分値を示すグラフである。It is a graph which shows the differential value of the acquired intensity data. ビーム径を求めるための解析を説明するためのグラフである。6 is a graph for explaining an analysis for obtaining a beam diameter. 強度中心を求めるための解析を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the analysis for calculating | requiring a strength center. 強度分布のオフセット成分を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining the offset component of the intensity distribution. 0次光の発生する原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle which 0th-order light generate | occur | produces. 0次光に応じた強度成分の除去する演算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method which removes the intensity component according to 0th-order light. 0次光に応じた強度成分の除去する演算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method which removes the intensity component according to 0th-order light. 0次光に応じた強度成分の除去する演算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method which removes the intensity component according to 0th-order light. 第1の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a profile acquisition method when the first calculation method is used. 第2の演算方法又は第3の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the profile acquisition method at the time of using a 2nd calculating method or a 3rd calculating method. 変形例に係る位相パターンを示す図である。It is a figure which shows the phase pattern which concerns on a modification.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、互いに同一の要素、又は、互いに相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing, the same elements or the elements corresponding to each other are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

実施形態に係るレーザ加工装置では、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 the laser processing apparatus according to the embodiment, the modified region is formed on the object to be processed along the planned cutting line by focusing the laser light on the object to be processed. 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が照射される対象物である加工対象物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移動機構であるステージ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 pulse-oscillates a laser light L, and a dichroic mirror 103 that is arranged so as to change the direction of an optical axis (optical path) of the laser light L by 90 °. , A condenser lens 105 for condensing the laser light L. Further, the laser processing apparatus 100 moves the support base 107 for supporting the processing target 1 which is the target to which the laser light L focused by the focusing lens 105 is irradiated, and the support base 107. 111 which is a moving mechanism of the laser, a laser light source control unit 102 which controls the laser light source 101 to adjust the output, pulse width, pulse waveform, etc. of the laser light L, and a stage control unit 115 which controls the movement of the stage 111. And are equipped with.

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 laser light L emitted from the laser light source 101 has its optical axis direction changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and enters the processing target 1 placed on the support 107. It is condensed by the condenser 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 planned cutting line 5. As a result, the modified region along the planned cutting line 5 is formed in the object 1 to be processed. Although the stage 111 is moved here to move the laser beam L relatively, the condenser 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。切断予定ライン5は、照射予定ラインに対応する。   A plate-shaped member (for example, a substrate, a wafer, etc.) including a semiconductor substrate formed of a semiconductor material, a piezoelectric substrate formed of a piezoelectric material, or the like is used as the processing target 1. As shown in FIG. 2, the processing target object 1 is set with a planned cutting line 5 for cutting the processing target object 1. The planned cutting line 5 is an imaginary line extending linearly. When the modified region is formed inside the object to be processed 1, the laser light L is cut in a state where the converging point (condensing position) P is aligned inside the object to be processed 1 as shown in FIG. It is moved relatively along the scheduled line 5 (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2). As a result, as shown in FIGS. 4, 5, and 6, the modified region 7 is formed on the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified region is formed along the planned cutting line 5. 7 is the cutting start area 8. The planned cutting line 5 corresponds to the planned irradiation line.

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、表面3又は裏面に形成されていればよい。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 converging point P is a portion where the laser light L is condensed. The planned cutting line 5 is not limited to a straight line, but may be a curved line, a three-dimensional line in which these lines are combined, or a line whose coordinates are designated. The planned cutting line 5 is not limited to an imaginary line, and may be a line actually drawn on the surface 3 of the processing object 1. The modified region 7 may be formed continuously or intermittently. The modified regions 7 may be arranged in rows or dots, and in short, the modified regions 7 may be formed at least inside the object 1, the front surface 3 or the back surface. 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 (front surface 3, back surface, or outer peripheral surface) of the processing target 1. The laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the front surface 3 of the processing object 1, and may be the back surface of the processing object 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又は裏面に改質領域7を形成する場合には、レーザ光Lは、表面3又は裏面に位置する集光点P近傍にて特に吸収され、表面3又は裏面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)。   By the way, when the modified region 7 is formed inside the object to be processed 1, the laser beam L is transmitted through the object to be processed 1 and near the condensing point P located inside the object to be processed 1. Especially absorbed. As a result, the modified region 7 is formed in the processing target 1 (that is, internal absorption laser processing). In this case, since the laser beam L is hardly absorbed on the surface 3 of the processing object 1, the surface 3 of the processing object 1 is not melted. On the other hand, when the modified region 7 is formed on the front surface 3 or the back surface of the processing object 1, the laser light L is particularly absorbed in the vicinity of the condensing point P located on the front surface 3 or the back surface, and the front surface 3 or the back surface is formed. Then, it is melted and removed to form a removed portion such as a hole or groove (surface absorption 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 in which the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from those of the surroundings. The modified region 7 is, for example, a melt-processed region (meaning at least one of a region once melted and then re-solidified, a region in a molten state, and a region in a state of being re-solidified from molten), a crack region. , A dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is a region in which these are mixed. Further, as the modified region 7, there is a region in which the density of the modified region 7 is changed in comparison with the density of the non-modified region in the material of the processing object 1 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 melt-processed region, the refractive index changing region, the region in which the density of the modified region 7 is changed as compared with the density of the non-modified region, and the region in which the lattice defect is formed are further included in the region and the modified region. A crack (crack, microcrack) may be included in the interface between the region 7 and the non-modified region. The contained cracks may extend over the entire surface of the modified region 7, or may be formed only in a part or in a plurality of parts. The processing target 1 includes a substrate made of a crystalline material having a crystalline structure. For example, the processing target 1 includes a substrate formed of at least one of gallium nitride (GaN), silicon (Si), silicon carbide (SiC), LiTaO3, and sapphire (Al2O3). In other words, the processing target 1 includes, for example, a gallium nitride substrate, a silicon substrate, a SiC substrate, a LiTaO3 substrate, or a sapphire substrate. The crystal material may be either an anisotropic crystal or an isotropic crystal. Moreover, 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 (working marks) along the planned cutting line 5. In this case, the modified region 7 is formed by gathering a plurality of modified spots. The modified spot is a modified portion formed by one pulse shot of pulsed laser light (that is, laser irradiation of one pulse: laser shot). Examples of the modified spot include a crack spot, a melt-processed spot, a refractive index change spot, or a mixture of at least one of these spots. Regarding the modified spot, considering the required cutting accuracy, the required flatness of the cut surface, the thickness, type, crystal orientation, etc. of the workpiece 1, the size and the length of the crack to be generated are appropriately selected. Can be controlled. Further, in the embodiment, the modified spot can be formed as the modified region 7 along the planned cutting line 5.
[Laser processing apparatus according to the 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, the laser processing apparatus according to the embodiment will be described. In the following description, the directions orthogonal to each other in the horizontal plane are the X-axis direction and the Y-axis direction, and the vertical direction is the Z-axis direction.
[Overall configuration of laser processing equipment]

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(移動機構)220と、支持台230と、第2移動機構240と、を備えている。さらに、レーザ加工装置200は、レーザ出力部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 a device frame 210, a first moving mechanism (moving mechanism) 220, a support stand 230, and a second moving mechanism 240. Further, the laser processing device 200 includes a laser output unit 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 the 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 about an axis parallel to the Z-axis direction.

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 processing target 1. The workpiece 1 has, for example, a plurality of functional elements (light receiving elements such as photodiodes, light emitting elements such as laser diodes, or circuit elements formed as a circuit) on the front surface side of a substrate made of a semiconductor material such as silicon. It is formed in a matrix. When the object 1 to be processed is supported by the support table 230, as shown in FIG. 8, for example, the surface 1 a (a plurality of functional elements) of the object 1 to be processed is formed on the film 12 stretched on the annular frame 11. Side surface) is attached. The support table 230 holds the frame 11 by a clamp and adsorbs the film 12 by a vacuum chuck table to support the processing target 1. On the support table 230, a plurality of lines to be cut 5a parallel to each other and a plurality of lines 5b to be cut parallel to each other are set in the object 1 in a lattice shape so as to pass between the adjacent functional elements. It

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 base 230 is moved along the Y-axis direction by the operation of the second rail unit 222 in the first moving mechanism 220. Further, 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, the support base 230 is rotated about an axis parallel to the Z-axis direction as a center line by the movable base 223 operating in the first moving mechanism 220. In this way, the support base 230 is attached to the device frame 210 so as to be movable along the X-axis direction and the Y-axis direction and rotatable about an axis parallel to the Z-axis direction as a center line.

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 condensing unit 400 is attached to the device frame 210 via the second moving mechanism 240. The laser focusing section 400 is moved along the Z-axis direction by the operation of the second moving mechanism 240. In this way, the laser condensing unit 400 is attached to the device frame 210 so as to be movable with respect to the laser output unit 300 along the Z-axis direction.

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 object 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せられる。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 target 1 is supported by the support table 230 so that the back surface 1b (see FIG. 8) of the processing target 1 becomes the laser light incident surface, and each planned cutting line 5a of the processing target 1 is in the X-axis direction. Aligned with the direction parallel to. Then, the laser focusing unit is moved by the second moving mechanism 240 so that the focusing point of the laser light L is located inside the processing target 1 at a position separated from the laser light incident surface of the processing target 1 by a predetermined distance. 400 is moved. Subsequently, while the distance between the laser light incident surface of the processing object 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 planned cutting line 5a. To be made. As a result, a modified region is formed inside the workpiece 1 along each planned 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せられる。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 of the planned cutting lines 5a is completed, the support 230 is rotated by the first moving mechanism 220, and each of the planned cutting lines 5b of the workpiece 1 is in a direction parallel to the X-axis direction. Is adapted to. Then, the laser focusing unit is moved by the second moving mechanism 240 so that the focusing point of the laser light L is located inside the processing target 1 at a position separated from the laser light incident surface of the processing target 1 by a predetermined distance. 400 is moved. Subsequently, while the distance between the laser light incident surface of the object to be processed 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 planned cutting line 5b. To be made. As a result, a modified region is formed inside the workpiece 1 along each planned 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 light L along each planned cutting line 5a and the relative movement of the focal point of the laser light L along each planned cutting line 5b are performed by the first moving mechanism. This is performed by moving the support base 230 along the X-axis direction by the 220. Further, the relative movement of the focal point of the laser light L between the planned cutting lines 5 a and the relative movement of the focal point of the laser light L between the planned cutting lines 5 b are performed 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330と、偏光板ユニット340と、ビームエキスパンダ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 has 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 330, a polarizing plate unit 340, a beam expander 350, and a mirror unit 360. ing.

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, the laser oscillator 310, the shutter 320, the λ / 2 wavelength plate unit 330, the polarizing plate unit 340, the beam expander 350, and the mirror unit 360 are attached to the main surface 301 a of the attachment base 301. The mounting base 301 is a plate-shaped member and is attachable to and detachable from the device 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 attachable to and 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 removable 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 pulse-oscillates the linearly polarized laser light L along the X-axis direction. The wavelength of the laser light L emitted from the laser oscillator 310 is included in any wavelength band 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 light L in each wavelength band of 1000 to 1150 nm and 1300 to 1400 nm is 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, the output of the laser light L is switched ON / OFF as follows. When the laser oscillator 310 is composed of a solid-state laser, by switching ON / OFF of a Q switch (AOM (acousto-optic modulator), EOM (electro-optic modulator), etc.) provided in the resonator, ON / OFF of the output of the laser light L can be switched at high speed. When the laser oscillator 310 is composed of a fiber laser, the ON / OFF of the output of the laser light L is high-speed by switching the ON / OFF of the output of the semiconductor laser that constitutes the seed laser and the amplifier (excitation) laser. Can be switched to. When the laser oscillator 310 uses an external modulation element, the external modulation element (AOM, EOM, etc.) provided outside the resonator can be switched ON / OFF, so that the output of the laser light L can be turned ON / OFF 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 in the laser oscillator 310 as described above, but the shutter 320 is provided. By doing so, for example, the laser light L is prevented from being unexpectedly emitted from the laser output unit 300. 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。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. In addition, 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. The laser light L that has sequentially passed 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 collimates 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。   The mirror unit 360 has a support base 361 and a plurality of mirrors 362 and 363. The support base 361 supports the plurality of mirrors 362 and 363. The support base 361 is attached to the attachment base 301 so that its position can be adjusted along the X-axis direction and the Y-axis direction. The mirror (first mirror) 362 reflects the laser light L that has passed through the beam expander 350 in the Y-axis direction. The mirror 362 is attached to the support base 361 so that the reflection surface of the mirror 362 can be adjusted about the axis parallel to the Z axis.

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。   The mirror (second mirror) 363 reflects the laser light L reflected by the mirror 362 in the Z-axis direction. The mirror 363 is attached to the support base 361 such that the reflection surface of the mirror 363 can be angle-adjusted around an axis parallel to the X-axis and the position can be adjusted along the Y-axis direction. The laser light L reflected by the mirror 363 passes through the 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 emitting direction of the laser light L from the laser output unit 300 matches the moving direction of the laser condensing unit 400. As described above, each of the mirrors 362 and 363 has a mechanism for adjusting the angle of the reflecting surface.

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。   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 reflecting surfaces of the mirrors 362 and 363 are performed, so that the laser output section 300 The position and angle of the optical axis of the emitted laser light L are aligned with 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 condensing unit 400 has a housing 401. The housing 401 has a rectangular parallelepiped shape whose longitudinal direction is the Y-axis direction. The 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 section 401a causes the laser light L emitted from the laser output section 300 to enter the housing 401. The mirror unit 360 and the light incident part 401a are separated from each other by a distance that does not contact each other when the laser condensing part 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(対物レンズ)430と、駆動機構440と、一対の測距センサ450と、を有している。   As shown in FIGS. 11 and 12, the laser condensing unit 400 has a mirror 402 and a dichroic mirror 403. Further, the laser condensing unit 400 has a reflective spatial light modulator 410, a 4f lens unit 420, a condensing lens unit (objective lens) 430, a driving mechanism 440, and a pair of distance measuring sensors 450. is doing.

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 section 401a in a direction parallel to the XY plane. The laser light L collimated by the beam expander 350 of the laser output unit 300 is incident on the mirror 402 along the Z-axis direction. That is, the laser light L is incident on the mirror 402 as parallel light along the Z-axis direction. Therefore, even if the second moving mechanism 240 moves the laser condensing unit 400 along the Z-axis direction, the state of the laser light L incident on the mirror 402 along the Z-axis direction is maintained constant. The laser light L reflected by the mirror 402 enters the reflective 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 portion 401c of the housing 401 in the Y-axis direction with the reflective surface 410a facing the housing 401. The reflection-type spatial light modulator 410 is, for example, a reflection-type liquid crystal (LCOS: Liquid Crystal on Silicon) spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator). Reflect in the direction. The laser light L modulated and reflected by the reflective 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 form. 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 along the XY plane at an acute angle. This is because the incident angle and the reflection angle of the laser light L are suppressed to suppress the decrease of the diffraction efficiency, and the performance of the reflective spatial light modulator 410 is sufficiently exhibited. In the reflective spatial light modulator 410, for example, since the thickness of the light modulation layer using liquid crystal is as thin as several μm to several tens of μm, the reflection surface 410a is the light input / output surface of the light modulation layer. Can be regarded as substantially the same as.

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422と、集光レンズユニット430側のレンズ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(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。   The 4f lens unit 420 has a holder 421, a lens 422 on the reflective spatial light modulator 410 side, a lens 423 on the condenser lens unit 430 side, 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 and 423 and the slit member 424 in the direction along the optical axis of the laser light L. The pair of lenses 422 and 423 form a two-sided telecentric optical system in which the reflecting surface 410a of the reflective spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface (pupil surface) 430a of the condenser lens unit 430 are in an image forming relationship. .

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。   As a result, the image of the laser light L on the reflection surface 410 a of the reflection-type spatial light modulator 410 (the image of the laser light L modulated by the reflection-type spatial light modulator 410) becomes the entrance pupil surface of the condenser lens unit 430. An image is formed (imaged) on 430a. The slit member 424 is formed with a slit 424a. The slit 424a is located between the lens 422 and the lens 423 and near the focal plane of the lens 422. An unnecessary portion of the laser light L modulated and reflected by the reflective spatial light modulator 410 is blocked by the slit member 424. The laser light L that has passed through the 4f lens unit 420 is incident on 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 part of the laser light L (for example, 0.5 to 5%) in the Y-axis direction. Permeate along. Most of the laser light L is reflected at a right angle along the ZX plane by the dichroic mirror 403. 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 to an end portion 401d (an end portion on the opposite side of the end portion 401c) of the housing 401 in the Y-axis direction via a drive mechanism 440. 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 light L on the processing object 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 measuring sensors 450 are attached to the end portion 401d 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 measuring sensor 450 emits light for distance measurement (for example, laser light) to the laser light incident surface of the processing object 1 (see FIG. 7) supported by the support table 230, and the laser light incident By detecting the light for distance measurement reflected by the surface, displacement data of the laser light incident surface of the processing object 1 is acquired. As the distance measuring sensor 450, a sensor such as 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 device 200, as described above, the direction parallel to the X-axis direction is the processing direction (scanning direction of the laser light L). Therefore, when the focusing point of the laser light L is relatively moved along each of the planned cutting lines 5a and 5b, the focusing lens unit 430 of the pair of distance measuring sensors 450 relatively precedes. The distance measuring 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 driving mechanism 440 collects data 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 object 1 and the condensing point of the laser light L is maintained 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、プロファイル取得用カメラ(強度分布取得部)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及びプロファイル取得用カメラ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とプロファイル取得用カメラ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、プロファイル取得用カメラ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、プロファイル取得用カメラ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 condensing unit 400 includes a beam splitter 461, a pair of lenses 462 and 463, and a profile acquisition camera (intensity distribution acquisition unit) 464. The beam splitter 461 splits the laser light L transmitted through the dichroic mirror 403 into a reflection component and a transmission component. The laser light L reflected by the beam splitter 461 sequentially enters the pair of lenses 462 and 463 and the profile acquisition camera 464 along the Z-axis direction. The pair of lenses 462 and 463 form a double-sided telecentric optical system in which the entrance pupil plane 430a of the condenser lens unit 430 and the imaging surface of the profile acquisition camera 464 are in an image-forming relationship. As a result, the image of the laser light L on the entrance pupil plane 430a of the condenser lens unit 430 is transferred (imaged) to the imaging surface of the profile acquisition 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 the image of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 410. Therefore, in the laser processing apparatus 200, the operating state of the reflective spatial light modulator 410 can be grasped by monitoring the image pickup result by the profile acquisition 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 light L transmitted through the beam splitter 461 into a reflection component and a transmission 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, the position of the mirror 363 with respect to the support base 361, and each mirror. By adjusting the angles of the reflecting surfaces of 362 and 363 (see FIGS. 9 and 10), the optical axis of the laser light L entering the condenser lens unit 430 is displaced (the intensity of the laser light with respect to the condenser lens unit 430). It is possible to correct the positional deviation of the distribution and the angular deviation of the optical axis of the laser light L with respect to the condenser lens unit 430.

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、プロファイル取得用カメラ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 portion 401d of the housing 401 along the Y-axis direction. The pair of lenses 462 and 463 are arranged inside a cylindrical body 405 that is erected on the cylindrical body 404 along the Z-axis direction, and the profile acquisition camera 464 is arranged at the end of the cylindrical body 405. There is. The lens 472 is arranged inside a cylindrical body 406 that is erected on the cylindrical body 404 along the Z-axis direction, and the camera 473 is arranged at the end of the cylindrical body 406. The tubular body 405 and the tubular body 406 are arranged in parallel in the Y-axis direction. The laser light L that has passed 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 purpose. .

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. , And an observation camera 488. The visible light source 481 emits 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 workpiece 1 supported by the support 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 object 1 to be processed is reflected by the laser light incident surface of the object 1 to be processed, enters the dichroic mirror 403 via the condenser lens unit 430, and dichroic mirror 403 along the Z-axis direction. Through. The beam splitter 486 splits the visible light V transmitted through the dichroic mirror 403 into a reflection component and a transmission component. The visible light V transmitted through the beam splitter 486 is transmitted through the half mirror 485 and is sequentially incident on the lens 487 and the observation camera 488 along the Z-axis direction. The lens 487 collects 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 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 the end portion 401d of the housing 401. The plurality of lenses 482 and the reticle 483 are arranged inside a cylindrical body 408 that is erected on the holder 407 along the Z-axis direction, and the visible light source 481 is arranged at the end of the cylindrical body 408. The lens 487 is arranged inside a cylindrical body 409 standing on the holder 407 along the Z-axis direction, and the observation camera 488 is arranged at the end of the cylindrical body 409. The cylindrical body 408 and the cylindrical body 409 are arranged side by side in the X-axis direction. The visible light V transmitted through the half mirror 485 along the X-axis direction and the visible light V reflected by the beam splitter 486 in the X-axis direction are respectively absorbed by a damper or the like provided on the wall portion of the holder 407. Alternatively, it may be used for an appropriate purpose.

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 device 200, the laser output unit 300 is supposed to be replaced. This is because the wavelength of the laser beam L suitable for processing differs depending on the specifications of the processing target 1, the 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 is performed. A laser output unit 300 in which the wavelength of the laser light L is included in the 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。   On the other hand, in the laser processing device 200, replacement of the laser condensing unit 400 is not expected. This is because the laser condensing unit 400 is compatible with multiple wavelengths (corresponding to a plurality of wavelength bands that are not continuous with each other). Specifically, the mirror 402, the reflective spatial light modulator 410, the pair of lenses 422 and 423 of the 4f lens unit 420, the dichroic mirror 403, the lens 432 of the condensing lens unit 430, and the like are compatible with multiple wavelengths. .

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]
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 component of the laser condensing unit 400 so that desired optical performance is satisfied, such as coating each component of the laser condensing unit 400 with a predetermined dielectric multilayer film. It 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 dependence. Therefore, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are provided in the laser output section 300 as different configurations for each wavelength band.
[Optical path and polarization direction of laser light in laser processing equipment]

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)。   In the laser processing device 200, the polarization direction of the laser light L focused on the processing target 1 supported by the support 230 is a direction parallel to the X-axis direction, as shown in FIG. It coincides with the processing direction (scanning direction of the laser beam L). Here, in the reflective spatial light modulator 410, the laser light L is reflected as P-polarized light. This is a plane parallel to the plane including the optical axis of the laser light L entering and exiting the reflective spatial light modulator 410 when liquid crystal is used for the optical modulation layer of the reflective spatial light modulator 410. This is because when the liquid crystal is oriented so that the liquid crystal molecules are tilted therein, the laser light L is subjected to phase modulation while the rotation of the plane of polarization is suppressed (for example, Japanese Patent No. 3878758). reference).

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。   On the other hand, the dichroic mirror 403 reflects the laser light L as S-polarized light. This is because, when the laser light L is reflected as S-polarized light rather than the laser light L is reflected as P-polarized light, the number of coatings of the dielectric multilayer film for making the dichroic mirror 403 correspond to multiple wavelengths decreases. This is because the dichroic mirror 403 can be easily designed.

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 condensing unit 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 so as to be along the XY plane, and from the dichroic mirror 403. The optical path to the condenser lens unit 430 is set so as to be 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. 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 the 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 follow the Y-axis direction. There is.

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 the 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 It forms an acute angle α. On the other hand, as described above, in the laser output section 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.

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。
[4fレンズユニット]
Therefore, in the laser output unit 300, the λ / 2 wavelength plate unit 330 and the polarizing plate unit 340 are not only used as the output adjustment unit for adjusting the output of the laser light L, but also the polarization direction adjustment for adjusting the polarization direction of the laser light L. It must also function as a department.
[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14に示されるように、反射型空間光変調器410側のレンズ422の中心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の中心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の中心とレンズ423の中心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 has the two-sided telecentric optics in which the reflecting surface 410a of the reflective spatial light modulator 410 and the entrance pupil surface 430a of the condenser lens unit 430 are in an image forming relationship. It constitutes the system. Specifically, as shown in FIG. 14, the distance of the optical path between the center of 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 distance of the lens 422. 1 focal length f1, the distance of the optical path between the center of the lens 423 on the condenser lens unit 430 side and the entrance pupil plane 430a of the condenser lens unit 430 becomes the second focal length f2 of the lens 423, and the center of the lens 422 The distance of the optical path between the lens and the center of the lens 423 is the sum of the first focal length f1 and the second focal length f2 (that is, f1 + f2). Among the optical paths from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430, the optical path between the pair of lenses 422 and 423 is a straight line.

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 device 200, the magnification M of the both-side telecentric optical system is 0.5 <M <1 (reduction system) from the viewpoint of increasing the effective diameter of the laser light L on the reflecting surface 410a of the reflective spatial light modulator 410. ) Is met. The larger the effective diameter of the laser light L on the reflection surface 410a of the reflective spatial light modulator 410, the more the laser light L is modulated with a finer phase pattern. From the viewpoint of suppressing the lengthening 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 0.6 ≦ M ≦ 0.95. Here, (magnification M of the two-sided telecentric optical system) = (image size on the entrance pupil plane 430a of the condensing lens unit 430) / (size of the object on the reflection surface 410a of the reflection-type spatial light modulator 410) ). In the case of the laser processing device 200, the magnification M of the both-side 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。
[反射型空間光変調器]
From the viewpoint of reducing the effective diameter of the laser light L on the reflecting surface 410a of the reflective spatial light modulator 410, even if the magnification M of the both-side telecentric optical system satisfies 1 <M <2 (enlargement system). Good. The smaller the effective diameter of the laser light 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), which is the reflection type in the plane parallel to the XY plane. 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 becomes small. From the viewpoint of suppressing the lengthening of the optical path of the laser light L from the reflective spatial light modulator 410 to the condenser lens unit 430, 1.05 ≦ M ≦ 1.7 is more preferable.
[Reflective spatial light modulator]

図15に示されるように、反射型空間光変調器410は、シリコン基板213、駆動回路層914、複数の画素電極214、誘電体多層膜ミラー等の反射膜215、配向膜999a、液晶層(変調層)216、配向膜999b、透明導電膜217、及びガラス基板等の透明基板218がこの順に積層されることで構成されている。   As shown in FIG. 15, the reflective spatial light modulator 410 includes a silicon substrate 213, a drive circuit layer 914, a plurality of pixel electrodes 214, a reflective film 215 such as a dielectric multilayer film mirror, an alignment film 999a, a liquid crystal layer ( A modulation layer) 216, an alignment film 999b, a transparent conductive film 217, and a transparent substrate 218 such as a glass substrate are laminated in this order.

透明基板218は、表面218aを有している。表面218aは、上述したように、実質的に反射型空間光変調器410の反射面410aを構成しているとも捉えられるが、より具体的には、レーザ光Lが入射される入射面である。すなわち、透明基板218は、例えばガラス等の光透過性材料からなり、反射型空間光変調器410の表面218aから入射したレーザ光Lを、反射型空間光変調器410の内部へ透過する。透明導電膜217は、透明基板218の裏面上に形成されており、レーザ光Lを透過する導電性材料(例えばITO)からなる。   The transparent substrate 218 has a surface 218a. As described above, the surface 218a can be regarded as substantially forming the reflective surface 410a of the reflective spatial light modulator 410, but more specifically, the surface 218a is an incident surface on which the laser light L is incident. . That is, the transparent substrate 218 is made of a light transmissive material such as glass, and transmits the laser light L incident from the surface 218 a of the reflective spatial light modulator 410 to the inside of the reflective spatial light modulator 410. The transparent conductive film 217 is formed on the back surface of the transparent substrate 218, and is made of a conductive material (for example, ITO) that transmits the laser light L.

複数の画素電極214は、透明導電膜217に沿ってシリコン基板213上にマトリックス状に配列されている。各画素電極214は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面214aは、平坦且つ滑らかに加工されている。表面214aは、透明基板218の表面218aから入射したレーザ光Lを、表面218aに向けて反射する。すなわち、反射型空間光変調器410は、レーザ光Lが入射される表面218aと、表面218aから入射したレーザ光Lを表面218aに向けて反射する表面214aと、を含む。複数の画素電極214は、駆動回路層914に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。   The plurality of pixel electrodes 214 are arranged in a matrix on the silicon substrate 213 along the transparent conductive film 217. Each pixel electrode 214 is made of, for example, a metal material such as aluminum, and its surface 214a is processed to be flat and smooth. The surface 214a reflects the laser light L incident from the surface 218a of the transparent substrate 218 toward the surface 218a. That is, the reflective spatial light modulator 410 includes a surface 218a on which the laser light L is incident and a surface 214a that reflects the laser light L incident from the surface 218a toward the surface 218a. The plurality of pixel electrodes 214 are driven by the active matrix circuit provided in the driving circuit layer 914.

アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極214とシリコン基板213との間に設けられており、反射型空間光変調器410から出力しようとする光像に応じて各画素電極214への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないX軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第1ドライバ回路と、Y軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第2ドライバ回路とを有しており、制御部500によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極214に所定電圧が印加されるように構成されている。   The active matrix circuit is provided between the plurality of pixel electrodes 214 and the silicon substrate 213, and applies an applied voltage to each pixel electrode 214 according to an optical image to be output from the reflective spatial light modulator 410. Control. Such an active matrix circuit includes, for example, a first driver circuit that controls the applied voltage of each pixel column arranged in the X-axis direction (not shown) and a second driver circuit that controls the applied voltage of each pixel column arranged in the Y-axis direction. The control unit 500 is configured to apply a predetermined voltage to the pixel electrodes 214 of the pixels designated by both driver circuits.

配向膜999a,999bは、液晶層216の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜999a,999bは、例えばポリイミド等の高分子材料からなり、液晶層216との接触面にラビング処理等が施されている。   The alignment films 999a and 999b are arranged on both end surfaces of the liquid crystal layer 216, and align the liquid crystal molecule group in a fixed direction. The alignment films 999a and 999b are made of, for example, a polymer material such as polyimide, and the contact surface with the liquid crystal layer 216 is rubbed.

液晶層216は、複数の画素電極214と透明導電膜217との間に配置されており、各画素電極214と透明導電膜217とにより形成される電界に応じてレーザ光Lを変調する。すなわち、駆動回路層914のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極214に電圧が印加されると、透明導電膜217と各画素電極214との間に電界が形成され、液晶層216に形成された電界の大きさに応じて液晶分子216aの配列方向が変化する。そして、レーザ光Lが透明基板218及び透明導電膜217を透過して液晶層216に入射すると、このレーザ光Lは、液晶層216を通過する間に液晶分子216aによって変調され、反射膜215において反射した後、再び液晶層216により変調されて、出射する。   The liquid crystal layer 216 is disposed between the plurality of pixel electrodes 214 and the transparent conductive film 217, and modulates the laser light L according to the electric field formed by each pixel electrode 214 and the transparent conductive film 217. That is, when a voltage is applied to each pixel electrode 214 by the active matrix circuit of the driving circuit layer 914, an electric field is formed between the transparent conductive film 217 and each pixel electrode 214, and an electric field formed in the liquid crystal layer 216. The arrangement direction of the liquid crystal molecules 216a changes according to the size of the. Then, when the laser light L passes through the transparent substrate 218 and the transparent conductive film 217 and enters the liquid crystal layer 216, the laser light L is modulated by the liquid crystal molecules 216 a while passing through the liquid crystal layer 216, and is reflected by the reflective film 215. After being reflected, it is modulated again by the liquid crystal layer 216 and emitted.

このとき、制御部500により各画素電極214に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層216において透明導電膜217と各画素電極214とに挟まれた部分の屈折率が変化する(各画素に対応した位置の液晶層216の屈折率が変化する)。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Lの位相を液晶層216の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層216によって付与することができる。   At this time, the voltage applied to each pixel electrode 214 is controlled by the control unit 500, and the refractive index of the portion of the liquid crystal layer 216 sandwiched between the transparent conductive film 217 and each pixel electrode 214 changes according to the voltage. (The refractive index of the liquid crystal layer 216 at the position corresponding to each pixel changes). Due to this change in the refractive index, the phase of the laser light L can be changed for each pixel of the liquid crystal layer 216 according to the applied voltage. That is, the phase modulation according to the hologram pattern can be provided by the liquid crystal layer 216 for each pixel.

換言すると、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを、反射型空間光変調器410の液晶層216に表示させることができる。変調パターンに入射し透過するレーザ光Lは、その波面が調整され、そのレーザ光Lを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、反射型空間光変調器410に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Lが変調(例えば、レーザ光Lの強度、振幅、位相、偏光等が変調)可能となる。   In other words, a modulation pattern as a hologram pattern that imparts modulation can be displayed on the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 410. The wavefront of the laser light L that is incident on and transmitted through the modulation pattern is adjusted, and the phase of the component in a predetermined direction orthogonal to the traveling direction is shifted in each light beam that constitutes the laser light L. Therefore, the laser light L can be modulated (for example, the intensity, amplitude, phase, polarization, etc. of the laser light L can be modulated) by appropriately setting the modulation pattern to be displayed on the reflective spatial light modulator 410.

さらに換言すれば、各画素電極214に印可する電圧に応じて、画素電極214の配列方向に沿って液晶層216に屈折率分布が発生し、レーザ光Lに位相変調を付与し得る位相パターンが液晶層216に表示される。すなわち、反射型空間光変調器410は、表面218aと表面214aとの間に配置され、位相パターンを表示してレーザ光Lを変調する液晶層(変調層)216を含む。   In other words, in accordance with the voltage applied to each pixel electrode 214, a refractive index distribution is generated in the liquid crystal layer 216 along the arrangement direction of the pixel electrode 214, and a phase pattern capable of imparting phase modulation to the laser light L is generated. It is displayed on the liquid crystal layer 216. That is, the reflective spatial light modulator 410 includes a liquid crystal layer (modulation layer) 216 arranged between the surface 218a and the surface 214a and displaying a phase pattern to modulate the laser light L.

ここで、上述したように、画素電極214は、マトリクス状に配列されている。すなわち、画素電極214は、第1方向及び第1方向に交差(直交)する第2方向に沿って配列されている。液晶層216は、各画素電極214と透明導電膜217との間において、各画素電極214に対応する領域ごとに屈折率が変化される。したがって、液晶層216は、画素電極214の配列に対応するように、第1方向及び第2方向に沿って配列され、位相パターンを表示する複数の画素領域216pを含む。一例として、1つの画素領域216pは、1つの画素電極214と透明導電膜217とに挟まれた領域である。したがって、以下では、1つの画素電極214、及び対応する1つの画素領域216pを、単に「画素」という場合がある。   Here, as described above, the pixel electrodes 214 are arranged in a matrix. That is, the pixel electrodes 214 are arranged along the first direction and the second direction intersecting (orthogonal to) the first direction. In the liquid crystal layer 216, the refractive index is changed for each region corresponding to each pixel electrode 214 between each pixel electrode 214 and the transparent conductive film 217. Therefore, the liquid crystal layer 216 includes a plurality of pixel regions 216p arranged along the first direction and the second direction corresponding to the arrangement of the pixel electrodes 214 and displaying the phase pattern. As an example, one pixel region 216p is a region sandwiched between one pixel electrode 214 and the transparent conductive film 217. Therefore, in the following, one pixel electrode 214 and one corresponding pixel region 216p may be simply referred to as “pixel”.

次に、一実施形態に係るレーザ加工装置200の要部について詳細に説明する。   Next, a main part of the laser processing apparatus 200 according to the embodiment will be described in detail.

図16は、一実施形態に係るレーザ加工装置200の要部を示す概略構成図である。図16に示されるように、レーザ出力部300から出力されたレーザ光Lは、反射型空間光変調器410に入射する。反射型空間光変調器410は、入射されたレーザ光Lを、液晶層216に表示された位相パターンに応じて変調しつつ反射して出射する。反射型空間光変調器410から出射したレーザ光Lは、4fレンズユニット420のリレーレンズであるレンズ(集光レンズ)422で集光された後、4fレンズユニット420のリレーレンズであるレンズ423でコリメートされる。   FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a main part of the laser processing apparatus 200 according to the embodiment. As shown in FIG. 16, the laser light L output from the laser output unit 300 is incident on the reflective spatial light modulator 410. The reflective spatial light modulator 410 modulates the incident laser light L according to the phase pattern displayed on the liquid crystal layer 216 and reflects and emits the laser light L. The laser light L emitted from the reflective spatial light modulator 410 is condensed by a lens (condensing lens) 422 which is a relay lens of the 4f lens unit 420, and then is condensed by a lens 423 which is a relay lens of the 4f lens unit 420. Collimated.

ここでは、レンズ423の後段のダイクロイックミラー403、及び、集光レンズユニット430等が省略されており、レーザ光Lの光路におけるレンズ423の後段にはパワーメータ520が配置されている。したがって、レンズ423によりコリメートされたレーザ光Lは、パワーメータ520に入射する。一対のレンズ422,423は、反射面410aにおけるレーザ光Lの波面を、パワーメータ520のレーザ光Lの入射面にリレーする。これにより、反射面410aとパワーメータ520の入射面とは、互いに共役の関係となる。   Here, the dichroic mirror 403 in the rear stage of the lens 423, the condenser lens unit 430, and the like are omitted, and the power meter 520 is disposed in the rear stage of the lens 423 in the optical path of the laser light L. Therefore, the laser light L collimated by the lens 423 enters the power meter 520. The pair of lenses 422 and 423 relay the wavefront of the laser light L on the reflection surface 410a to the incident surface of the laser light L of the power meter 520. As a result, the reflecting surface 410a and the entrance surface of the power meter 520 have a conjugate relationship with each other.

レーザ光Lの光路におけるレンズ422の後側の焦点位置には、スリット部材424が配置されている。スリット部材424は、レーザ光Lにおける一定値以上の空間周波数成分(広角回折光)を遮光すると共に、レーザ光Lにおける一定値未満の空間周波数成分を通過させる。例えばスリット部材424では、一定値以上の空間周波数成分を遮光するように、開口の大きさが設定されている。例えば、反射型空間光変調器410(液晶層216)に位相パターンとして回折格子パターンが表示されているときには、スリット部材424は、当該回折格子パターンに応じて回折されたレーザ光Lの回折光の少なくとも一部(例えば±1次以上の回折光)を遮断する。   A slit member 424 is arranged at the focal position on the rear side of the lens 422 in the optical path of the laser light L. The slit member 424 blocks the spatial frequency component (wide-angle diffracted light) of the laser light L that is equal to or higher than a certain value, and allows the spatial frequency component of the laser light L that is less than the certain value to pass. For example, in the slit member 424, the size of the opening is set so as to shield the spatial frequency component of a certain value or more. For example, when the diffraction grating pattern is displayed as the phase pattern on the reflective spatial light modulator 410 (the liquid crystal layer 216), the slit member 424 causes the diffracted light of the laser light L diffracted according to the diffraction grating pattern. At least a part (eg, ± 1st order or higher diffracted light) is blocked.

制御部500は、上記のレーザ光源制御部102と、表示制御部(取得部、演算部)501と、SLM駆動部502と、保持部503と、を有している。レーザ光源制御部102は、少なくともレーザ出力部300の動作を制御する。また、レーザ光源制御部102は、1つの切断予定ライン5に沿うレーザ加工毎において、加工条件(照射条件)に基づいて、レーザ発振器310で発生させるレーザ光Lの出力を決定して設定する。加工条件は、例えば、外部PC600や制御部500のタッチパネル等の入力部によりオペレータから入力される。加工条件としては、例えば、加工対象物1における改質領域7を形成する深さ位置、レーザ出力等である。   The control unit 500 includes the laser light source control unit 102, the display control unit (acquisition unit, calculation unit) 501, the SLM drive unit 502, and the holding unit 503. The laser light source control unit 102 controls at least the operation of the laser output unit 300. Further, the laser light source control unit 102 determines and sets the output of the laser light L generated by the laser oscillator 310 based on the processing conditions (irradiation conditions) for each laser processing along the one planned cutting line 5. The processing conditions are input by the operator through an input unit such as an external PC 600 or a touch panel of the control unit 500. The processing conditions are, for example, the depth position where the modified region 7 is formed in the processing object 1, the laser output, and the like.

表示制御部501は、反射型空間光変調器410の液晶層216に表示する位相パターンを制御する。すなわち、表示制御部501は、位相パターンを液晶層216に表示させる表示処理を行う。一例としては、表示制御部501は、保持部503に保持された位相パターンから所定の位相パターンを選択し、SLM駆動部502を介して当該所定の位相パターンを液晶層216に表示させる。保持部503は、複数の位相パターンを保持している。図17及び図18は、図16に示された保持部が保持する複数の位相パターンの一例を示す図である。   The display controller 501 controls the phase pattern displayed on the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 410. That is, the display control unit 501 performs a display process of displaying the phase pattern on the liquid crystal layer 216. As an example, the display control unit 501 selects a predetermined phase pattern from the phase patterns held by the holding unit 503, and causes the liquid crystal layer 216 to display the predetermined phase pattern via the SLM driving unit 502. The holding unit 503 holds a plurality of phase patterns. 17 and 18 are diagrams showing an example of a plurality of phase patterns held by the holding unit shown in FIG. 16.

図17,18に示されるように、保持部503は、位相パターンとして、液晶層216の互いに異なる位置にパターンのエッジE1,E2を有する複数の回折格子パターンP1,P2を保持している。回折格子パターンP1,P2は、回折格子領域RGとブラック領域RBとを含む。回折格子領域RGは、回折格子を構成する複数の溝状のパターンが形成された領域であり、回折格子として機能する領域である。したがって、回折格子領域RGに入射したレーザ光Lは、回折により複数の回折光に分岐されながら反射され、出射される。   As shown in FIGS. 17 and 18, the holding unit 503 holds a plurality of diffraction grating patterns P1 and P2 having pattern edges E1 and E2 at different positions of the liquid crystal layer 216 as phase patterns. The diffraction grating patterns P1 and P2 include a diffraction grating region RG and a black region RB. The diffraction grating region RG is a region in which a plurality of groove-shaped patterns forming the diffraction grating are formed, and functions as a diffraction grating. Therefore, the laser light L incident on the diffraction grating region RG is reflected and emitted while being branched into a plurality of diffracted lights by diffraction.

一方、ブラック領域RBは、一例として、液晶層216の画素領域216pに電圧を印可せず、屈折率分布が実質的に生じていない領域である。したがって、ブラック領域RBに入射したレーザ光Lは、位相変調されることなく画素電極214で反射され出射される。エッジE1,E2とは、これらの回折格子領域RGとブラック領域RBとの境界である。なお、保持部503は、液晶層216の全体が回折格子を構成する溝状のパターンとなる(すなわちエッジを有していない)基準パターンをさらに保持している。   On the other hand, the black region RB is, for example, a region in which a voltage is not applied to the pixel region 216p of the liquid crystal layer 216 and a refractive index distribution is not substantially generated. Therefore, the laser light L incident on the black region RB is reflected by the pixel electrode 214 and emitted without being phase-modulated. The edges E1 and E2 are boundaries between the diffraction grating region RG and the black region RB. The holding unit 503 further holds a reference pattern in which the entire liquid crystal layer 216 is a groove-shaped pattern that forms a diffraction grating (that is, has no edges).

図17に示されるように、保持部503は、第1方向D1に延びるエッジE1を有する複数の回折格子パターンP1を保持している。複数の回折格子パターンP1においては、そのエッジE1の第2方向D2における位置が互いに異なる(例えば10画素ずつ第2方向D2にシフトしている)。また、図18に示されるように、保持部503は、第2方向に延びるエッジE2を有する複数の回折格子パターンP2を保持している。複数の回折格子パターンP2においては、そのエッジE2の第1方向D1における位置が互いに異なる(例えば10画素ずつ第1方向D1にシフトしている)。なお、回折格子パターンP1と回折格子パターンP2との間では、回折格子領域RGを構成する溝状のパターンは、いずれも同一方向に沿って延びている(すなわち、回折による光の分岐方向が同一である)。   As shown in FIG. 17, the holding unit 503 holds a plurality of diffraction grating patterns P1 having edges E1 extending in the first direction D1. In the plurality of diffraction grating patterns P1, the positions of the edges E1 in the second direction D2 are different from each other (for example, 10 pixels are shifted in the second direction D2). Further, as shown in FIG. 18, the holding portion 503 holds a plurality of diffraction grating patterns P2 having an edge E2 extending in the second direction. In the plurality of diffraction grating patterns P2, the positions of the edge E2 in the first direction D1 are different from each other (for example, 10 pixels are shifted in the first direction D1). In addition, between the diffraction grating pattern P1 and the diffraction grating pattern P2, all the groove-shaped patterns forming the diffraction grating region RG extend in the same direction (that is, the branching direction of light by diffraction is the same). Is).

これらの回折格子パターンP1,P2が液晶層216に表示されている場合、レーザ光Lのうちの回折格子領域RGに入射する一部は、複数の回折光に分岐される。図19は、レーザ光が回折される様子を示す模式図である。図19に示されるように、回折格子Gとして機能する(すなわち回折格子パターンを表示した)反射型空間光変調器410に入射したレーザ光Lは、回折により複数の回折光に分岐される。ここでは、0次光L0、1次光L1、−1次光L2のみを図示し、より高次の回折光の図示は省略する。   When these diffraction grating patterns P1 and P2 are displayed on the liquid crystal layer 216, a part of the laser light L that is incident on the diffraction grating region RG is branched into a plurality of diffracted lights. FIG. 19 is a schematic diagram showing how laser light is diffracted. As shown in FIG. 19, the laser light L that has entered the reflective spatial light modulator 410 that functions as a diffraction grating G (that is, a diffraction grating pattern is displayed) is branched into a plurality of diffracted lights by diffraction. Here, only the 0th-order light L0, the 1st-order light L1, and the -1st-order light L2 are shown, and the higher-order diffracted light is omitted.

図19の(c)に示されるように、1次光L1及び−1次光L2は、0次光L0に対してθ(及び−θ)の回折角でもって回折される。回折角θは、回折格子Gの溝間隔d、屈折率n、及びレーザ光Lの波長λによって、d・sinθ=n・λと表される。一例として、図19の(b)に示されるように、0次光L0は、レンズ422により集光され、スリット部材424を通過してパワーメータ520に到達する。一方、1次光(及び−1次光、±2次以上の高次光)は、レンズ422により集光及び偏向された後に、スリット部材424により遮断され、パワーメータ520に到達しない。   As shown in (c) of FIG. 19, the first-order light L1 and the −1st-order light L2 are diffracted with respect to the 0th-order light L0 at a diffraction angle of θ (and −θ). The diffraction angle θ is expressed as d · sin θ = n · λ by the groove spacing d of the diffraction grating G, the refractive index n, and the wavelength λ of the laser light L. As an example, as shown in FIG. 19B, the 0th-order light L0 is condensed by the lens 422, passes through the slit member 424, and reaches the power meter 520. On the other hand, the first-order light (and the −first-order light, ± second-order or higher-order light) is condensed and deflected by the lens 422, blocked by the slit member 424, and does not reach the power meter 520.

すなわち、スリット部材424は、回折格子パターンP1,P2に応じて回折されたレーザ光Lの±1次以上の回折光を遮断する。したがって、回折格子パターンP1,P2が液晶層216に表示されている場合、回折格子領域RGに入射したレーザ光Lの0次光、及び、ブラック領域RBに入射したレーザ光L(すなわち非回折光)が、パワーメータ520に入射することになる。   That is, the slit member 424 blocks the diffracted light of ± 1st order or more of the laser light L diffracted according to the diffraction grating patterns P1 and P2. Therefore, when the diffraction grating patterns P1 and P2 are displayed on the liquid crystal layer 216, the 0th order light of the laser light L that has entered the diffraction grating region RG and the laser light L that has entered the black region RB (that is, non-diffracted light). ) Is incident on the power meter 520.

引き続いて、表示制御部501の表示処理について説明する。表示制御部501は、表示処理として、回折格子パターンP1,P2のエッジE1,E2がシフトしていくように、回折格子パターンP1,P2を液晶層216に順次表示させる。より具体的には、表示制御部501は、表示処理として、まず、図20に示されるように、第1方向D1に延びるエッジE1が第2方向D2にシフトしていくように、回折格子パターンP1を液晶層216に順次表示させる第1表示処理を行う。これにより、液晶層216に入射するレーザ光Lのうち、回折格子領域RGに入射して回折される一部と、ブラック領域RBに入射して回折されない残部と、の第2方向D2に沿った割合が、エッジE1のシフトと共に変化していく。   Subsequently, the display process of the display control unit 501 will be described. As the display processing, the display control unit 501 sequentially displays the diffraction grating patterns P1 and P2 on the liquid crystal layer 216 so that the edges E1 and E2 of the diffraction grating patterns P1 and P2 are shifted. More specifically, as the display process, the display control unit 501 firstly, as shown in FIG. 20, the diffraction grating pattern so that the edge E1 extending in the first direction D1 is shifted in the second direction D2. A first display process of sequentially displaying P1 on the liquid crystal layer 216 is performed. As a result, of the laser light L incident on the liquid crystal layer 216, a part of the laser light L incident on the diffraction grating region RG and diffracted, and a remaining portion of the laser light L incident on the black region RB and not diffracted along the second direction D2. The ratio changes as the edge E1 shifts.

その後、表示制御部501は、表示処理として、第2方向D2に延びるエッジE2が第1方向D1にシフトしていくように回折格子パターンを液晶層216に順次表示させる第2表示処理を行う。これにより、液晶層216に入射するレーザ光Lのうち、回折格子領域RGに入射して回折される一部と、ブラック領域RBに入射して回折されない残部と、の第1方向D1に沿った割合が、エッジE2のシフトと共に変化していく。   After that, the display control unit 501 performs, as a display process, a second display process in which the diffraction grating patterns are sequentially displayed on the liquid crystal layer 216 so that the edge E2 extending in the second direction D2 is shifted in the first direction D1. Thus, of the laser light L incident on the liquid crystal layer 216, a part of the laser light L incident on the diffraction grating region RG and diffracted and a remaining portion of the laser light L incident on the black region RB and not diffracted are along the first direction D1. The ratio changes as the edge E2 shifts.

このような表示処理を行う一方で、表示制御部501は、レーザ光Lの光路におけるスリット部材424の後段のパワーメータ520において測定されたレーザ光Lの強度を、レーザ光源制御部102を介して取得する(すなわち取得部である)。より具体的には、例えば、表示制御部501は、表示処理(第1表示処理及び第2表示処理)を行っている間に、回折格子パターンP1,P2のそれぞれにより変調されたレーザ光Lのそれぞれの強度データを取得する。これらの表示処理及び強度データの取得は、ナイフエッジ法によりレーザ光Lの強度分布を取得することに相当する。   While performing such display processing, the display control unit 501 outputs the intensity of the laser light L measured by the power meter 520 downstream of the slit member 424 in the optical path of the laser light L via the laser light source control unit 102. Acquire (that is, the acquisition unit). More specifically, for example, the display control unit 501 controls the laser light L modulated by each of the diffraction grating patterns P1 and P2 during the display process (the first display process and the second display process). Acquire intensity data for each. The display processing and the acquisition of the intensity data correspond to acquiring the intensity distribution of the laser light L by the knife edge method.

図21は、取得された強度データの微分値を示すグラフである。表示制御部501が表示処理を行っている間には、上記のように、回折格子領域RGに入射して回折された回折光と、ブラック領域RBに入射して回折されない非回折光と、の割合が、エッジE1,E2のシフトと共に変化している。したがって、エッジE1,E2の位置に応じて、すなわち、回折格子領域RGの大きさに応じて、当該強度データ(例えば図21のプロット)の値が変化する。   FIG. 21 is a graph showing the differential value of the acquired intensity data. While the display control unit 501 is performing the display process, as described above, the diffracted light that is incident on the diffraction grating region RG and diffracted and the non-diffracted light that is incident on the black region RB and is not diffracted. The ratio changes with the shift of the edges E1 and E2. Therefore, the value of the intensity data (for example, the plot in FIG. 21) changes according to the positions of the edges E1 and E2, that is, according to the size of the diffraction grating region RG.

したがって、表示処理の間に、エッジE1,E2がシフトして回折格子領域RGが小さくなっていくにしたがって、スリット部材424によって遮断される回折光の割合が少なくなっていくので、強度データの値が大きくなる。実際には、ナイフエッジ法の場合には、エッジE1,E2がレーザ光Lの強度中心を過ぎると、回折格子領域RGの縮小に伴う強度の増大の割合が徐々に減少し、回折格子領域RGの大きさが0になる(全体がブラック領域RBになる)ときの強度の値に漸近する(図22の(a)参照)。したがって、そのようにして得られた強度分布の微分により、図21に示されるような正規分布状の強度分布が得られる。   Therefore, during the display process, as the edges E1 and E2 shift and the diffraction grating region RG becomes smaller, the ratio of the diffracted light blocked by the slit member 424 becomes smaller, so that the value of the intensity data is reduced. Grows larger. Actually, in the knife edge method, when the edges E1 and E2 pass the intensity center of the laser beam L, the rate of increase in intensity due to the reduction of the diffraction grating region RG gradually decreases, and the diffraction grating region RG is reduced. 22 is asymptotic to the intensity value when the magnitude becomes 0 (entirely becomes the black region RB) (see (a) in FIG. 22). Therefore, by differentiating the intensity distribution thus obtained, a normally distributed intensity distribution as shown in FIG. 21 is obtained.

これらの強度分布は、エッジE1,E2の位置(画素番号)に対応付けられている。したがって、これらの強度分布の解析に基づいて、レーザ光Lのプロファイルの取得が可能である。この解析について説明する。ここでは、例えば表示制御部501が解析を行う。具体的には、まず、表示制御部501は、レーザ光Lのビーム径を求めるための解析を行う。すなわち、図21の微分後の測定結果を示すプロット群に対して、下記式(1)の正規分布関数f(x)をフィッティングする。これにより、反射面410aにおけるレーザ光Lのビーム径を、4・σとして求めることができる。或いは、図22の(b)に示されるように、反射面410aにおけるレーザ光Lのビーム径を、ピークから13.5%となる1/eの幅S3として求めることができる。
These intensity distributions are associated with the positions (pixel numbers) of the edges E1 and E2. Therefore, the profile of the laser light L can be acquired based on the analysis of these intensity distributions. This analysis will be described. Here, for example, the display control unit 501 performs analysis. Specifically, first, the display control unit 501 analyzes for obtaining the beam diameter of the laser light L. That is, the normal distribution function f (x) of the following equation (1) is fitted to the plot group showing the measurement result after differentiation in FIG. Accordingly, the beam diameter of the laser light L on the reflecting surface 410a can be obtained as 4 · σ. Alternatively, as shown in FIG. 22B, the beam diameter of the laser light L on the reflecting surface 410a can be obtained as a width S3 of 1 / e 2 which is 13.5% from the peak.

一方、図22の(a)に示されるように、ナイフエッジ法により取得される強度分布(微分前の強度分布)から、次ようにしてビーム径を求めることができる。すなわち、反射面410aにおけるレーザ光Lのビーム径を、強度が10%となる画素と90%となる画素との距離S1を測定し、1.561×距離S1により求めることができる。或いは、反射面410aにおけるレーザ光Lのビーム径を、強度が16%となる画素と84%となる画素との距離S2を測定し、2×距離S2により求めることができる。レーザ光Lが理想的なガウシアンビームである場合には、上記の正規分布関数f(x)を用いたビーム径と、ナイフエッジ法により所得される強度分布から求めたビーム径とは、互いに一致する。   On the other hand, as shown in (a) of FIG. 22, the beam diameter can be obtained as follows from the intensity distribution (intensity distribution before differentiation) acquired by the knife edge method. That is, the beam diameter of the laser beam L on the reflecting surface 410a can be obtained by measuring the distance S1 between the pixel having the intensity of 10% and the pixel having the intensity of 90%, and calculating the distance of 1.561 × the distance S1. Alternatively, the beam diameter of the laser light L on the reflecting surface 410a can be obtained by 2 × distance S2 by measuring the distance S2 between the pixel having the intensity of 16% and the pixel having the intensity of 84%. When the laser light L is an ideal Gaussian beam, the beam diameter using the above normal distribution function f (x) and the beam diameter obtained from the intensity distribution obtained by the knife edge method match each other. To do.

続いて、表示制御部501は、強度分布の解析により、レーザ光Lの強度中心を求めるための解析を行う。すなわち、図23の(a)に示されるように、反射面410aにおけるレーザ光Lの強度中心は、ナイフエッジ法により取得される強度分布において、強度が50%になった画素の位置となる。これは、レーザ光Lの重心位置でもある。一方、図23の(b)に示されるように、反射面410aにおけるレーザ光Lの強度中心は、正規分布関数f(x)から、強度が最大となる画素の位置として求められる。これらの強度中心は、レーザ光Lが理想的なガウシアンビームである場合には互いに一致する。   Subsequently, the display control unit 501 performs an analysis for obtaining the intensity center of the laser light L by analyzing the intensity distribution. That is, as shown in (a) of FIG. 23, the intensity center of the laser light L on the reflecting surface 410a is the position of the pixel where the intensity reaches 50% in the intensity distribution acquired by the knife edge method. This is also the center of gravity of the laser light L. On the other hand, as shown in FIG. 23B, the intensity center of the laser light L on the reflecting surface 410a is obtained from the normal distribution function f (x) as the position of the pixel having the maximum intensity. These intensity centers coincide with each other when the laser light L is an ideal Gaussian beam.

ここで、図24に示されるように、上記の方法で取得された強度分布は、実際にはオフセット成分Lfを含む。すなわち、レーザ光Lの回折格子領域RGに入射した部分の強度は、理想的には0になることが望ましいが、反射型空間光変調器410の原理上、若干の漏れ光が発生する。そして、そのオフセット成分Lfの大部分は、0次光L0の強度成分に由来する。このため、表示制御部501は、実際に得られた強度分布に対して、0次光L0に応じた強度成分を除去する演算を行う(すなわち演算部である)。   Here, as shown in FIG. 24, the intensity distribution acquired by the above method actually includes the offset component Lf. That is, the intensity of the portion of the laser light L incident on the diffraction grating region RG is ideally 0, but due to the principle of the reflective spatial light modulator 410, some leakage light is generated. Most of the offset component Lf is derived from the intensity component of the 0th-order light L0. Therefore, the display control unit 501 performs an operation (that is, an operation unit) for removing the intensity component corresponding to the 0th-order light L0 from the intensity distribution actually obtained.

そもそも、0次光L0は次のような理由から発生する。すなわち、まず、理論上の回折格子の最大効率は、変調量がπ(=λ/2:128階調)のときである。そして、図25の(a),(c)に示されるように、液晶層216に対して、高さ(変調量)がπである矩形の位相パターンを表示することが理想的である。しかしながら、図25の(b),(d)に示されるように、実際に液晶層216に表示される位相パターンは、隣接する画素間での屈折率分布の影響が存在するため、変調量の立ち上がり及び立ち下りが鈍化する。   In the first place, the 0th-order light L0 is generated for the following reason. That is, first, the theoretical maximum efficiency of the diffraction grating is when the modulation amount is π (= λ / 2: 128 gradations). Then, as shown in FIGS. 25A and 25C, it is ideal to display a rectangular phase pattern having a height (modulation amount) of π on the liquid crystal layer 216. However, as shown in (b) and (d) of FIG. 25, the phase pattern actually displayed on the liquid crystal layer 216 is affected by the refractive index distribution between adjacent pixels, and therefore the modulation amount Rise and fall slow down.

特に、図25の(d)のように、溝間隔dが比較的小さい場合には、この影響が無視できず、回折効率が落ちて0次光が発生する(0次光の強度が大きくなる)。これに対して、図25の(e)に示されるように、変調量πの係数aを調整することにより、回折効率の低下を抑制可能である。したがって、このように変調量πの係数aを調整して回折効率を最大化することにより、0次光L0に応じた強度成分を除去することが可能である(第1の演算方法)。なお、上記の128階調とは、液晶層216に位相パターンを表示するための画像信号における輝度の階調値である。   In particular, as shown in (d) of FIG. 25, when the groove spacing d is relatively small, this effect cannot be ignored, and the diffraction efficiency is reduced to generate 0th-order light (intensity of 0th-order light increases. ). On the other hand, as shown in (e) of FIG. 25, it is possible to suppress the decrease in diffraction efficiency by adjusting the coefficient a of the modulation amount π. Therefore, by adjusting the coefficient a of the modulation amount π in this way to maximize the diffraction efficiency, it is possible to remove the intensity component corresponding to the 0th-order light L0 (first calculation method). It should be noted that the above 128 gradations are gradation values of luminance in the image signal for displaying the phase pattern on the liquid crystal layer 216.

0次光L0に応じた強度成分の除去の別の演算方法について説明を続ける。図26の(a)に示されるように、液晶層216にある回折格子パターンP1が表示され、レーザ光Lの全体が回折格子領域RGに入射する場合(第1の場合)には、測定されるレーザ光Lの強度は、ほとんどが漏れ光(0次光)である。このときの強度を、I0とする(図27の(a)参照)。この第1の場合では、強度I0の減算により、0次光L0に応じた強度成分の除去が可能である。   The description of another calculation method for removing the intensity component according to the 0th-order light L0 will be continued. As shown in (a) of FIG. 26, when the diffraction grating pattern P1 in the liquid crystal layer 216 is displayed and the entire laser light L is incident on the diffraction grating region RG (first case), it is measured. Most of the intensity of the laser light L that is emitted is leakage light (zero-order light). The strength at this time is set to I0 (see (a) of FIG. 27). In the first case, the intensity component corresponding to the 0th-order light L0 can be removed by subtracting the intensity I0.

一方、図26の(b)に示されるように、液晶層216に対してある回折格子パターンP1が表示され、レーザ光Lのある程度の部分が回折格子領域RGに入射している場合(第2の場合)、0次光L0に応じた強度成分を除去するためには、回折格子領域RGに入射する比率Rに応じて強度の減算が必要となる。さらに、図26の(c)に示されるように、液晶層216に対してある回折格子パターンP1が表示されているが、レーザ光Lの全体が回折格子領域RGに入射していない場合(第3の場合)がある。この第3の場合の強度をImとする(図27の(a)参照)。この第3の場合には、測定される強度が回折格子の影響を受けないので、強度の減算が不要である。   On the other hand, as shown in FIG. 26B, when a certain diffraction grating pattern P1 is displayed on the liquid crystal layer 216 and some portion of the laser light L is incident on the diffraction grating region RG (second). In this case), in order to remove the intensity component according to the 0th-order light L0, it is necessary to subtract the intensity according to the ratio R incident on the diffraction grating region RG. Further, as shown in (c) of FIG. 26, when a certain diffraction grating pattern P1 is displayed on the liquid crystal layer 216, but the entire laser light L is not incident on the diffraction grating region RG (first 3). The intensity in the third case is Im (see FIG. 27A). In the third case, since the measured intensity is not affected by the diffraction grating, it is not necessary to subtract the intensity.

以上のような状況に沿って、各画素における減算量を算出する。まず、上記のように、レーザ光Lの全体が回折格子領域RGに入射する第1の場合の強度をI0とする。続いて、レーザ光Lの全体が回折格子領域RGに入射しない第3の場合の強度をImとする。続いて、レーザ光Lの一部が回折格子領域RGに入射する第2の場合、エッジE1が位置するある画素番号(x[pixel])における補正前(減算前)の強度をy(x)とする。また、同位置における補正後(減算後)の強度をY(x)とする。そして、第2の場合には、下記式(2)に示されるように、比率Rを使用してY(x)を求める。
The subtraction amount in each pixel is calculated in accordance with the above situation. First, as described above, the intensity in the first case where the entire laser light L is incident on the diffraction grating region RG is set to I0. Subsequently, the intensity in the third case in which the entire laser light L does not enter the diffraction grating region RG is Im. Then, in the second case where a part of the laser light L is incident on the diffraction grating region RG, the intensity before correction (before subtraction) at a certain pixel number (x [pixel]) where the edge E1 is located is y (x). And The corrected intensity (after subtraction) at the same position is Y (x). Then, in the second case, the ratio R is used to obtain Y (x) as shown in the following equation (2).

なお、比率Rについては、R=Y(x)/Imとして、最終的なデータから比率を求める必要がある。この比率Rの式と、上記式(2)とを計算することにより、最終的に得られる式は下記式(3)となる。以上のように、第2の場合には下記式(3)により補正後の強度Y(x)を求め、且つ、第1の場合に強度I0を減算する共に第3の場合に減算を不要とすることにより、図27の(b)に示されるように、0次光L0に応じた強度成分の除去が行われた強度分布を取得することができる(第2の演算方法)。
Regarding the ratio R, it is necessary to obtain the ratio from the final data with R = Y (x) / Im. By calculating the formula of this ratio R and the above formula (2), the formula finally obtained is the following formula (3). As described above, in the second case, the corrected intensity Y (x) is obtained by the following formula (3), and the intensity I0 is subtracted in the first case, and the subtraction is unnecessary in the third case. By doing so, as shown in (b) of FIG. 27, it is possible to acquire the intensity distribution in which the intensity component is removed according to the 0th-order light L0 (second calculation method).

一方、さらに別の演算方法によっても、0次光L0に応じた強度成分の除去を行うことが可能である。すなわち、まず、図28の(a)に示されるような、ナイフエッジ法により取得され、0次光L0に応じた強度成分(オフセット成分Lf)を含む強度分布を、図28の(b)に示されるように微分し、正規分布状の強度分布を取得する。この段階で、微分による傾き成分の抽出のため、傾きが実質的に0であるオフセット成分Lfが除去される。   On the other hand, it is also possible to remove the intensity component according to the 0th-order light L0 by another calculation method. That is, first, the intensity distribution including the intensity component (offset component Lf) obtained by the knife edge method as shown in (a) of FIG. 28 and corresponding to the 0th-order light L0 is shown in (b) of FIG. Differentiate as shown to obtain a normal distribution intensity distribution. At this stage, since the gradient component is extracted by differentiation, the offset component Lf whose gradient is substantially 0 is removed.

そして、微分により得られた強度分布を改めて積分することにより、図28の(c)に示されるように、オフセット成分Lf(0次光L0に応じた強度成分)が除去された状態の強度分布が得られる(第3の演算方法)。なお、図28の(c)のプロットは、測定されたオリジナルの強度データを示しており、曲線は積分により得られた強度分布を示している。以上のように、複数の演算方法によって、0次光L0に応じた強度成分の除去が可能である。それらのうちのいずれの演算方法を採用するかによって、0次光L0に応じた強度成分の除去のタイミングが異なる。したがって、後述するように、プロファイル取得方法のフローが異なることになる。   Then, by integrating again the intensity distribution obtained by the differentiation, as shown in (c) of FIG. 28, the intensity distribution in a state in which the offset component Lf (the intensity component corresponding to the 0th-order light L0) is removed. Is obtained (third calculation method). The plot in (c) of FIG. 28 shows the measured original intensity data, and the curve shows the intensity distribution obtained by integration. As described above, the intensity components corresponding to the 0th-order light L0 can be removed by a plurality of calculation methods. The timing of removing the intensity component according to the 0th-order light L0 differs depending on which of these calculation methods is used. Therefore, as will be described later, the flow of the profile acquisition method is different.

引き続いて、一実施形態に係るプロファイル取得方法について説明する。図29は、第1の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。図29に示されるように、この方法では、まず、レーザ光Lの強度の測定準備を行う(ステップS1)。このステップS1では、例えば、スリット部材424(及びレンズ423)の後段にパワーメータ520を配置したり、各所のケーブルの接続を行ったり、制御部500のプログラムを立ち上げたりする。   Subsequently, a profile acquisition method according to one embodiment will be described. FIG. 29 is a flowchart showing a profile acquisition method when the first calculation method is used. As shown in FIG. 29, in this method, first, the measurement of the intensity of the laser light L is prepared (step S1). In this step S1, for example, the power meter 520 is arranged at the subsequent stage of the slit member 424 (and the lens 423), cables at various places are connected, and the program of the control unit 500 is started.

続いて、回折効率の最大となる位相変調量を確認する(ステップS2)。より具体的には、この工程S2においては、第1の演算方法によって、0次光に応じた強度成分の除去のための演算を行う。すなわち、この工程S2においては、まず、液晶層216に対して、液晶層216の全体が回折格子を構成する溝状のパターンとなる基準パターンを表示させる。   Then, the phase modulation amount that maximizes the diffraction efficiency is confirmed (step S2). More specifically, in this step S2, the calculation for removing the intensity component according to the 0th order light is performed by the first calculation method. That is, in this step S2, first, the liquid crystal layer 216 is caused to display a reference pattern which is a groove-shaped pattern in which the entire liquid crystal layer 216 constitutes a diffraction grating.

その後、上記係数aを調整しながらパワーメータ520でレーザ光Lの強度を測定し、強度が最小となる係数aを特定する。これにより、回折効率が最大となる位相変調量が、π×aとして確認される(特定される)。また、その位相変調量を与える画像信号の輝度の階調値が特定される。この結果、0次光に応じた強度成分の影響を実質的に除去しつつ、この後のステップを行うことができる。   After that, while adjusting the coefficient a, the power meter 520 measures the intensity of the laser light L to identify the coefficient a that minimizes the intensity. Thereby, the phase modulation amount that maximizes the diffraction efficiency is confirmed (specified) as π × a. Further, the gradation value of the luminance of the image signal that gives the phase modulation amount is specified. As a result, the subsequent steps can be performed while substantially eliminating the influence of the intensity component corresponding to the 0th-order light.

引き続いて、液晶層216に対して回折格子パターンを表示する(ステップS3、表示ステップ)。ここでは、まず、回折格子パターンとして基準パターンを表示する(すなわち、全面を回折格子とする)。続いて、ステップS3で表示した回折格子パターンに応じて変調されたレーザ光Lの強度を取得する(ステップS4、強度取得ステップ)。その後、回折格子パターンのエッジが液晶層216の端の画素に到達したか否かの判定を行う(ステップS5)。   Subsequently, the diffraction grating pattern is displayed on the liquid crystal layer 216 (step S3, display step). Here, first, a reference pattern is displayed as a diffraction grating pattern (that is, the entire surface is a diffraction grating). Then, the intensity of the laser beam L modulated according to the diffraction grating pattern displayed in step S3 is acquired (step S4, intensity acquisition step). Then, it is determined whether or not the edge of the diffraction grating pattern has reached the pixel at the end of the liquid crystal layer 216 (step S5).

ステップS5の判定の結果、エッジが液晶層216の端の画素に到達したと判定されるまで、ステップS3〜S5を繰り返し行う。その際、ステップS3においては、回折格子パターンのエッジがシフトしていくように、回折格子パターンを液晶層216に順次表示していく。そして、ステップS4においては、液晶層216に表示された回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光Lのそれぞれの強度データを取得していく。これにより、エッジの位置に対応付けられた強度データが順次取得されていく。   As a result of the determination in step S5, steps S3 to S5 are repeated until it is determined that the edge reaches the pixel at the end of the liquid crystal layer 216. At that time, in step S3, the diffraction grating patterns are sequentially displayed on the liquid crystal layer 216 so that the edges of the diffraction grating patterns are shifted. Then, in step S4, each intensity data of the laser light L modulated by each of the diffraction grating patterns displayed on the liquid crystal layer 216 is acquired. As a result, the intensity data associated with the edge position is sequentially acquired.

そして、ステップS5の判定の結果、エッジが液晶層216の端の画素に到達したと判定された場合には、得られた強度データに基づいて上記のような解析を行うことにより、反射面410aにおけるレーザ光Lのビーム径や強度中心といったプロファイルを取得する(ステップS6、プロファイル取得ステップ)。そして、処理を終了する。なお、ステップS3を繰り返し行う際には、例えば、まず、第1方向D1に延びるエッジE1が第2方向D2に沿ってシフトしていく回折格子パターンP1を液晶層216に順次表示させた後に、第2方向D2に延びるエッジE2が第1方向D1に沿ってシフトしていくように回折格子パターンP2を液晶層216に順次表示させることができる。   Then, as a result of the determination in step S5, when it is determined that the edge has reached the pixel at the end of the liquid crystal layer 216, the above-described analysis is performed on the basis of the obtained intensity data to thereby obtain the reflection surface 410a. A profile such as the beam diameter and the intensity center of the laser light L at is acquired (step S6, profile acquisition step). Then, the process ends. When step S3 is repeated, for example, first, the diffraction grating pattern P1 in which the edge E1 extending in the first direction D1 shifts along the second direction D2 is sequentially displayed on the liquid crystal layer 216, and then, The diffraction grating pattern P2 can be sequentially displayed on the liquid crystal layer 216 so that the edge E2 extending in the second direction D2 shifts along the first direction D1.

図30は、第2の演算方法又は第3の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。図30に示されるように、この方法では、まず、上記のステップS1を行う。続いて、上記のようにステップS3〜S5を繰り返し行う。そして、ステップS5の判定の結果、エッジが液晶層216の端の画素に到達したと判定された場合には、得られた強度データから0次光応じた強度成分の除去する演算を行う。この際に、上記の第2の演算方法、又は、第3の演算方法を用いる。その後、得られた強度データに基づいて上記のような解析を行うことにより、反射面410aにおけるレーザ光Lのビーム径や強度中心といったプロファイルを取得する(ステップS6)。そして、処理を終了する。   FIG. 30 is a flowchart showing a profile acquisition method when the second calculation method or the third calculation method is used. As shown in FIG. 30, in this method, first, the above step S1 is performed. Then, steps S3 to S5 are repeated as described above. Then, as a result of the determination in step S5, when it is determined that the edge has reached the pixel at the end of the liquid crystal layer 216, an operation of removing the intensity component corresponding to the 0th-order light from the obtained intensity data is performed. At this time, the above-mentioned second calculation method or third calculation method is used. Then, the profile such as the beam diameter and the intensity center of the laser light L on the reflecting surface 410a is acquired by performing the above-described analysis based on the obtained intensity data (step S6). Then, the process ends.

以上説明したように、レーザ加工装置200及びそのプロファイル取得方法においては、レーザ光Lは、反射型空間光変調器410の液晶層216に表示された位相パターンに応じて変調された後に、レンズ422により集光される。位相パターンとしては、液晶層216の互いに異なる位置にパターンのエッジE1,E2を有する複数の回折格子パターンP1,P2が使用される。液晶層216の互いに異なる位置にパターンのエッジE1,E2を有するということは、回折格子パターンP1,P2のそれぞれにおいて回折格子領域RGの大きさが異なることを意味する。   As described above, in the laser processing apparatus 200 and the profile acquisition method thereof, the laser light L is modulated according to the phase pattern displayed on the liquid crystal layer 216 of the reflective spatial light modulator 410, and then the lens 422. Is collected by. As the phase pattern, a plurality of diffraction grating patterns P1 and P2 having pattern edges E1 and E2 at different positions in the liquid crystal layer 216 are used. Having the pattern edges E1 and E2 at different positions of the liquid crystal layer 216 means that the size of the diffraction grating region RG is different in each of the diffraction grating patterns P1 and P2.

ここで、ある回折格子パターンP1,P2を液晶層216に表示した状態においては、レーザ光Lに対して、回折格子により回折されて出射される回折光と、回折されずに反射される非回折光と、が生じることになる。レーザ光Lのうちの非回折光は、レンズ422によって集光され、レンズ422の後段のスリット部材424を通過する。一方、レーザ光Lのうちの±1以上の回折光は、スリット部材424により遮断される。   Here, in the state where certain diffraction grating patterns P1 and P2 are displayed on the liquid crystal layer 216, the laser light L is diffracted by the diffraction grating and emitted, and non-diffracted that is reflected without being diffracted. And light will be generated. The non-diffracted light of the laser light L is condensed by the lens 422 and passes through the slit member 424 in the subsequent stage of the lens 422. On the other hand, ± 1 or more diffracted light of the laser light L is blocked by the slit member 424.

つまり、液晶層216にある回折格子パターンP1,P2が表示されているときには、レーザ光Lのうちの非回折光と0次光のみの強度データが取得される。そして、回折格子パターンP1,P2のエッジE1,E2の位置に応じて、すなわち、回折格子領域RGの大きさに応じて、当該強度データの値が変化する。より具体的には、回折格子領域RGが小さいほど、スリット部材424によって遮断される回折光の割合が少なくなるので、強度データの値は大きくなる。   That is, when the diffraction grating patterns P1 and P2 in the liquid crystal layer 216 are displayed, intensity data of only the non-diffracted light and the 0th-order light of the laser light L are acquired. Then, the value of the intensity data changes according to the positions of the edges E1 and E2 of the diffraction grating patterns P1 and P2, that is, according to the size of the diffraction grating region RG. More specifically, the smaller the diffraction grating region RG, the smaller the proportion of the diffracted light blocked by the slit member 424, and the larger the value of the intensity data.

したがって、回折格子パターンP1,P2のエッジE1,E2がシフトしていくように、回折格子パターンP1,P2を液晶層216に順次表示させ、且つ、回折格子パターンP1,P2のそれぞれにより変調されたレーザ光Lのそれぞれの強度データを取得していけば、回折格子パターンP1,P2のエッジE1,E2の位置に対応付けられたレーザ光Lの強度分布が得られることになる。よって、当該強度分布に基づいて、反射型空間光変調器410を用いたレーザ光Lのプロファイルの取得が可能である。また、反射型空間光変調器410の反射面410a(又は液晶層216)でのレーザ光Lのプロファイルが取得可能であるので、光軸ずれが発生した際に、反射型空間光変調器410の前段に起因するか後段に起因するかの識別が可能である。   Therefore, the diffraction grating patterns P1 and P2 are sequentially displayed on the liquid crystal layer 216 so that the edges E1 and E2 of the diffraction grating patterns P1 and P2 are shifted, and are modulated by the diffraction grating patterns P1 and P2, respectively. If each intensity data of the laser light L is acquired, the intensity distribution of the laser light L associated with the positions of the edges E1 and E2 of the diffraction grating patterns P1 and P2 can be obtained. Therefore, it is possible to acquire the profile of the laser light L using the reflective spatial light modulator 410 based on the intensity distribution. Further, since the profile of the laser light L on the reflection surface 410a (or the liquid crystal layer 216) of the reflective spatial light modulator 410 can be acquired, when the optical axis shift occurs, the reflective spatial light modulator 410 of the reflective spatial light modulator 410 can be obtained. It is possible to discriminate between the former stage and the latter stage.

また、レーザ加工装置200においては、液晶層216は、第1方向D1及び第1方向D1に交差する第2方向D2に沿って配列され、位相パターンを表示する複数の画素領域216pを含む。保持部503は、第1方向D1に延びるエッジE1を有する回折格子パターンP1と、第2方向D2に延びるエッジE2を有する回折格子パターンP2と、を保持している。そして、表示制御部501は、表示処理として、第1方向D1に延びるエッジE1が第2方向D2にシフトしていくように回折格子パターンP1を液晶層216に順次表示させる第1表示処理と、第2方向D2に延びるエッジE2が第1方向D1にシフトしていくように回折格子パターンP2を液晶層216に順次表示させる第2表示処理と、を行う。このため、2つの方向に沿ってエッジE1,E2の位置に対応付けられたレーザ光Lの強度分布が得られる。したがって、より正確なレーザ光Lのプロファイルを取得可能である。   Further, in the laser processing apparatus 200, the liquid crystal layer 216 includes a plurality of pixel regions 216p arranged along the first direction D1 and the second direction D2 intersecting the first direction D1 and displaying the phase pattern. The holding unit 503 holds a diffraction grating pattern P1 having an edge E1 extending in the first direction D1 and a diffraction grating pattern P2 having an edge E2 extending in the second direction D2. Then, the display control unit 501 performs, as display processing, a first display processing for sequentially displaying the diffraction grating pattern P1 on the liquid crystal layer 216 so that the edge E1 extending in the first direction D1 is shifted in the second direction D2. A second display process of sequentially displaying the diffraction grating pattern P2 on the liquid crystal layer 216 is performed so that the edge E2 extending in the second direction D2 is shifted in the first direction D1. Therefore, the intensity distribution of the laser light L associated with the positions of the edges E1 and E2 along the two directions can be obtained. Therefore, it is possible to obtain a more accurate profile of the laser light L.

また、レーザ加工装置200においては、表示制御部501が、取得した強度データから、レーザ光Lの0次回折光に応じた強度成分を除去する演算を行う。このため、より正確なレーザ光Lのプロファイルを取得可能である。   Further, in the laser processing device 200, the display control unit 501 performs an operation of removing the intensity component corresponding to the 0th order diffracted light of the laser light L from the acquired intensity data. Therefore, a more accurate profile of the laser light L can be acquired.

以上は、本発明の一実施形態である。本発明は、上記実施形態に限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。   The above is one embodiment of the present invention. The present invention is not limited to the above embodiments, and may be modified or applied to other things without changing the scope of the claims.

例えば、上記実施形態は、加工対象物1の内部に改質領域7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。上記実施形態は、加工対象物1の内部にレーザ光Lを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置に限定されず、加工対象物1の表面1a,3又は裏面1bにレーザ光Lを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置であってもよい。本発明が適用される装置はレーザ加工装置に限定されず、レーザ光Lを対象物に照射するものであれば、様々なレーザ光照射装置に適用できる。上記実施形態では、切断予定ライン5を照射予定ラインとしたが、照射予定ラインは切断予定ライン5に限定されず、照射されるレーザ光Lを沿わせるラインであればよい。   For example, the above-described embodiment is not limited to the one in which the modified region 7 is formed inside the object to be processed 1, and may be another laser processing such as ablation. The above-described embodiment is not limited to the laser processing apparatus used for laser processing that focuses the laser light L inside the processing object 1, and collects the laser light L on the front surface 1 a, 3 or the back surface 1 b of the processing object 1. It may be a laser processing device used for laser processing that causes light to be emitted. The device to which the present invention is applied is not limited to the laser processing device, and can be applied to various laser light irradiation devices as long as the object is irradiated with the laser light L. In the above-described embodiment, the planned cutting line 5 is the planned irradiation line, but the planned irradiation line is not limited to the planned cutting line 5 and may be any line along which the laser light L to be irradiated is guided.

ここで、保持部503が保持する位相パターンは、上記の回折格子パターンP1,P2に限定されない。例えば、保持部503は、図31に示されるように、液晶層216の互いに異なる位置にパターンのエッジE1を有する複数の回折格子パターンP3を保持することができる。回折格子パターンP3は、エッジE1に加えて、エッジE1に対向する別のエッジE3と、エッジE1とエッジE3との間に形成されたスリットRSと、を有する。スリットRSは、エッジE1,E3の延びる方向に沿って延びる長尺状のブラック領域RBである。したがって、エッジE3は、回折格子領域RGとブラック領域RBとの境界である。   Here, the phase pattern held by the holding unit 503 is not limited to the diffraction grating patterns P1 and P2 described above. For example, the holding unit 503 can hold a plurality of diffraction grating patterns P3 having pattern edges E1 at different positions in the liquid crystal layer 216, as shown in FIG. The diffraction grating pattern P3 has, in addition to the edge E1, another edge E3 facing the edge E1 and a slit RS formed between the edge E1 and the edge E3. The slit RS is a long black region RB extending along the extending direction of the edges E1 and E3. Therefore, the edge E3 is a boundary between the diffraction grating region RG and the black region RB.

スリットRSの幅は、複数の回折格子パターンP3にわたって実質的に一定である。したがって、複数の回折格子パターンP3にわたってエッジE1の位置が異なることは、エッジE3及びスリットRSの位置が異なることを意味する。表示制御部501は、表示処理として、エッジE1(すなわちエッジE3及びスリットRS)がシフトしていくように回折格子パターンP3を液晶層216に順次表示させる。これにより、スリットRSの位置に対応付けられたレーザ光Lの強度分布を取得可能である。これは、上記のようなナイフエッジ法とは異なり、所謂スリット法式で強度を測定することに相当する。この場合においても、同様にレーザ光Lのプロファイルを取得可能である。   The width of the slit RS is substantially constant over the plurality of diffraction grating patterns P3. Therefore, the difference in the position of the edge E1 across the plurality of diffraction grating patterns P3 means that the positions of the edge E3 and the slit RS are different. As a display process, the display control unit 501 sequentially displays the diffraction grating pattern P3 on the liquid crystal layer 216 so that the edge E1 (that is, the edge E3 and the slit RS) is shifted. This makes it possible to acquire the intensity distribution of the laser light L associated with the position of the slit RS. This is different from the knife edge method as described above, and corresponds to measuring the strength by the so-called slit method. In this case as well, the profile of the laser light L can be similarly obtained.

100,200…レーザ加工装置(レーザ光照射装置)、216…液晶層(変調層)、410…反射型空間光変調器(空間光変調器)、422…レンズ(集光レンズ)、424…スリット部材、501…表示制御部(取得部、演算部)、503…保持部、E1,E2,E3…エッジ、P1,P2,P3…回折格子パターン、RS…スリット、L…レーザ光。   100, 200 ... Laser processing device (laser light irradiation device), 216 ... Liquid crystal layer (modulation layer), 410 ... Reflective spatial light modulator (spatial light modulator), 422 ... Lens (condensing lens), 424 ... Slit Members, 501 ... Display control unit (acquisition unit, calculation unit), 503 ... Holding unit, E1, E2, E3 ... Edge, P1, P2, P3 ... Diffraction grating pattern, RS ... Slit, L ... Laser light.

Claims (5)

レーザ光を出力するレーザ出力部と、
位相パターンを表示する変調層を含み、前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を前記位相パターンに応じて変調しつつ反射して出射する空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を集光する集光レンズと、
前記レーザ光の光路における前記集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、
前記レーザ光の光路における前記スリット部材の後段において測定された前記レーザ光の強度を取得する取得部と、
前記位相パターンを保持する保持部と、
前記位相パターンを前記変調層に表示させる表示処理を行う表示制御部と、
を備え、
前記保持部は、前記位相パターンとして、前記変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有する複数の回折格子パターンを保持しており、
前記表示制御部は、前記表示処理として、前記エッジがシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示させ、
前記スリット部材は、前記回折格子パターンに応じて回折された前記レーザ光の±1次以上の回折光を遮断し、
前記取得部は、前記回折格子パターンのそれぞれにより変調された前記レーザ光のそれぞれの強度データを取得する、
レーザ光照射装置。
A laser output section for outputting a laser beam,
A spatial light modulator that includes a modulation layer that displays a phase pattern, emits the laser light output from the laser output unit while reflecting the laser light while modulating the laser light according to the phase pattern,
A condenser lens that condenses the laser light emitted from the spatial light modulator,
A slit member arranged at the focal position on the rear side of the condenser lens in the optical path of the laser beam,
An acquisition unit that acquires the intensity of the laser light measured in the latter stage of the slit member in the optical path of the laser light,
A holding unit that holds the phase pattern,
A display control unit that performs a display process for displaying the phase pattern on the modulation layer,
Equipped with
The holding unit holds, as the phase pattern, a plurality of diffraction grating patterns having pattern edges at different positions of the modulation layer,
The display control unit, as the display process, sequentially displays the diffraction grating pattern on the modulation layer so that the edges are shifted,
The slit member blocks ± 1st-order or more diffracted light of the laser light diffracted according to the diffraction grating pattern,
The acquisition unit acquires each intensity data of the laser light modulated by each of the diffraction grating patterns,
Laser light irradiation device.
前記変調層は、第1方向及び前記第1方向に交差する第2方向に沿って配列され、前記位相パターンを表示する複数の画素領域を含み、
前記保持部は、前記第1方向に延びる前記エッジを有する前記回折格子パターンと、前記第2方向に延びる前記エッジを有する前記回折格子パターンと、を保持し、
前記表示制御部は、前記表示処理として、前記第1方向に延びる前記エッジが前記第2方向にシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示させる第1表示処理と、前記第2方向に延びる前記エッジが前記第1方向にシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示させる第2表示処理と、を行う、
請求項1に記載のレーザ光照射装置。
The modulation layer includes a plurality of pixel regions arranged along a first direction and a second direction intersecting the first direction and displaying the phase pattern.
The holding unit holds the diffraction grating pattern having the edge extending in the first direction and the diffraction grating pattern having the edge extending in the second direction,
The display control unit performs, as the display process, a first display process of sequentially displaying the diffraction grating pattern on the modulation layer so that the edge extending in the first direction shifts in the second direction, and A second display process of sequentially displaying the diffraction grating pattern on the modulation layer so that the edge extending in the second direction shifts in the first direction.
The laser light irradiation device according to claim 1.
前記取得部が取得した強度データから、前記レーザ光の0次回折光に応じた強度成分を除去する演算を行う演算部を備える、
請求項1又は2に記載のレーザ光照射装置。
A calculation unit that performs a calculation to remove the intensity component corresponding to the 0th-order diffracted light of the laser light from the intensity data acquired by the acquisition unit;
The laser beam irradiation device according to claim 1 or 2.
前記回折格子パターンは、前記エッジに対向する別のエッジと、前記エッジと前記別のエッジとの間に形成されたスリットと、を含む、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザ光照射装置。
The diffraction grating pattern includes another edge facing the edge, and a slit formed between the edge and the other edge,
The laser beam irradiation device according to claim 1.
位相パターンを表示する変調層を含み、レーザ光を前記位相パターンに応じて変調しつつ反射して出射する空間光変調器と、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を集光する集光レンズと、前記レーザ光の光路における集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、を備えるレーザ光照射装置において前記レーザ光のプロファイルを所得するためのプロファイル取得方法であって、
前記位相パターンとしての複数の回折格子パターンを前記変調層に順次表示させる表示ステップと、
前記表示ステップにおいて前記変調層に表示される前記回折格子パターンのそれぞれにより変調された前記レーザ光のそれぞれの強度データを取得する強度取得ステップと、
前記強度データに基づいて、前記レーザ光のプロファイルを取得するプロファイル取得ステップと、
を備え、
前記スリット部材は、前記回折格子パターンに応じて回折された前記レーザ光の±1次以上の回折光を遮断し、
前記回折格子パターンのそれぞれは、前記変調層の互いに異なる位置にエッジを有し、
前記表示ステップにおいては、前記エッジがシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示し、
前記強度取得ステップにおいては、前記レーザ光の光路における前記スリット部材の後段において測定された前記レーザ光の強度を取得する、
プロファイル取得方法。
A spatial light modulator that includes a modulation layer that displays a phase pattern and that reflects and emits laser light while modulating the laser light according to the phase pattern, and a collector that collects the laser light emitted from the spatial light modulator. A profile acquisition method for obtaining a profile of the laser light in a laser light irradiation device, comprising: a light lens; and a slit member arranged at a focal position on the rear side of a condenser lens in an optical path of the laser light. ,
A display step of sequentially displaying a plurality of diffraction grating patterns as the phase pattern on the modulation layer,
An intensity acquisition step of acquiring each intensity data of the laser light modulated by each of the diffraction grating patterns displayed on the modulation layer in the display step;
A profile acquisition step of acquiring a profile of the laser light based on the intensity data;
Equipped with
The slit member blocks ± 1st-order or more diffracted light of the laser light diffracted according to the diffraction grating pattern,
Each of the diffraction grating patterns has edges at different positions of the modulation layer,
In the displaying step, the diffraction grating pattern is sequentially displayed on the modulation layer so that the edges are shifted,
In the intensity acquisition step, the intensity of the laser light measured in the latter stage of the slit member in the optical path of the laser light is obtained,
Profile acquisition method.
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