KR20180104643A - 레이저 가공 장치 및 레이저 출력 장치 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 출력 장치 Download PDF

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KR20180104643A
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미츠히로 나가오
야스노리 이가사키
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

레이저 가공 장치(200)는 장치 프레임(210)과, 장치 프레임에 장착되어, 가공 대상물(1)을 지지하는 지지부(230)와, 장치 프레임에 장착된 레이저 출력부(300)와, 레이저 출력부에 대해서 이동 가능하게 되도록 장치 프레임에 장착된 레이저 집광부(400)를 구비한다. 레이저 출력부는 레이저광을 출사하는 레이저 광원을 가지며, 레이저 집광부는 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와, 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 가진다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 출력 장치
본 개시는 레이저 가공 장치 및 레이저 출력 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 워크를 유지하는 유지 기구와, 유지 기구에 유지된 워크에 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구를 구비하는 레이저 가공 장치가 기재되어 있다. 이 레이저 가공 장치의 레이저 조사 기구에 있어서는, 레이저 발진기로부터 집광렌즈에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치된 각 구성이 1개의 하우징 내에 배치되어 있고, 그 하우징이, 레이저 가공 장치의 베이스에 입설(立設)된 벽부에 고정되어 있다.
일본 특허 제5456510호 공보
상술한 바와 같은 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저광을 집광하는 집광 광학계측의 구성을 가공 대상물에 대해서 이동시키는 경우가 있다. 그 한편으로, 그와 같은 경우에도, 장치의 대형화를 억제하는 것은 매우 중요하다.
본 개시의 제1 형태는, 장치의 대형화를 억제하면서, 집광 광학계측의 구성을 가공 대상물에 대해서 이동시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 바와 같은 레이저 가공 장치에 있어서는, 가공 대상물의 사양, 가공 조건 등에 따라서, 가공에 적합한 레이저광의 파장이 다른 경우가 있다.
본 개시의 제2 형태는, 레이저광의 파장이 서로 다른 복수의 레이저 광원을 이용할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 바와 같은 레이저 가공 장치에는, 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기가 마련되는 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상(반사형 공간 광 변조기에 있어서 변조된 레이저광의 상)을 집광 광학계의 입사 동공면(瞳面)에 정밀도 좋게 전상(轉像)(결상)하는 것이 매우 중요하다.
본 개시의 제3 형태는, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 용이하고 또한 정밀도 좋게 전상할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 바와 같은 레이저 가공 장치에는, 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기가 마련되는 경우가 있다. 그와 같은 경우에는, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상(반사형 공간 광 변조기에 있어서 변조된 레이저광의 상)을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상(결상)하는 것이 매우 중요하다.
본 개시의 제4 형태는, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 바와 같은 레이저 가공 장치에 있어서는, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와는 다른 축에 마련된 센서를 이용하여, 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 경우가 있다. 그 한편으로, 그와 같은 경우에도, 장치의 대형화를 억제하는 것은 매우 중요하다.
본 개시의 제5 형태는, 장치의 대형화를 억제하면서, 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상술한 바와 같은 레이저 가공 장치에 있어서는, 가공 대상물의 사양, 가공 조건 등에 따라서, 가공에 적합한 레이저광의 파장이 다른 경우가 있다. 그와 같은 경우에, 레이저 광원을 포함하는 부분을 레이저 가공 장치에 대해서 용이하게 착탈할 수 있으면, 매우 유효하다.
본 개시의 일 형태는, 레이저 가공 장치에 대해서 용이하게 착탈할 수 있는 레이저 출력 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 장치 프레임과, 장치 프레임에 장착되어, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 장치 프레임에 장착된 레이저 출력부와, 레이저 출력부에 대해서 이동 가능하게 되도록 장치 프레임에 장착된 레이저 집광부를 구비하고, 레이저 출력부는 레이저광을 출사하는 레이저 광원을 가지며, 레이저 집광부는 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와, 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 가진다.
이 레이저 가공 장치에서는, 반사형 공간 광 변조기, 집광 광학계 및 결상 광학계를 가지는 레이저 집광부가, 레이저 광원을 가지는 레이저 출력부에 대해서 이동 가능하다. 따라서, 예를 들면, 레이저 광원으로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치된 각 구성의 전체를 이동시키는 경우에 비해, 이동 대상이 되는 레이저 집광부를 경량화할 수 있고, 레이저 집광부를 이동시키기 위한 기구를 소형화할 수 있다. 게다가, 반사형 공간 광 변조기, 집광 광학계 및 결상 광학계는 일체로 하여 이동되어, 서로의 위치 관계가 유지되기 때문에, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상(반사형 공간 광 변조기에 있어서 변조된 레이저광의 상)을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상(결상)할 수 있다. 따라서, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 집광 광학계측의 구성을 가공 대상물에 대해서 이동시킬 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 출력부로부터의 레이저광의 출사 방향은, 레이저 집광부의 이동 방향에 일치하고 있어도 된다. 이것에 의해, 레이저 출력부에 대해서 레이저 집광부가 이동해도, 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 위치가 변화하는 것을 억제할 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 출력부는 레이저광을 평행화시키는 레이저광 평행화부를 더 가져도 된다. 이것에 의해, 레이저 출력부에 대해서 레이저 집광부가 이동해도, 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 지름이 변화하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레이저광 평행화부에 의해서 레이저광이 완전한 평행광으로 되지 않고, 예를 들면 레이저광의 확산각이 다소 있었다고 해도, 반사형 공간 광 변조기에 있어서 레이저광을 평행화시킬 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 집광부는 반사형 공간 광 변조기로부터 결상 광학계를 통해서 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가 내부에 설정된 하우징을 더 가지며, 하우징에는, 레이저 출력부로부터 출사된 레이저광을 하우징 내로 입사시키는 광 입사부가 마련되어 있어도 된다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기로부터 결상 광학계를 통해서 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로의 상태를 일정하게 유지하면서, 레이저 출력부에 대해서 레이저 집광부를 이동시킬 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 집광부는 레이저 집광부의 이동 방향에 있어서 광 입사부와 대향하도록 하우징 내에 배치된 미러를 더 가지며, 미러는 광 입사부로부터 하우징 내로 입사된 레이저광을 반사형 공간 광 변조기를 향해서 반사해도 된다. 이것에 의해, 레이저 출력부로부터 레이저 집광부로 입사된 레이저광을 반사형 공간 광 변조기에 원하는 각도로 입사시킬 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 지지부는 레이저 집광부의 이동 방향에 수직한 평면을 따라서 이동 가능하게 되도록 장치 프레임에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 가공 대상물에 대해서 원하는 위치로 레이저광의 집광점을 위치시키는 것에 더하여, 레이저 집광부의 이동 방향에 수직한 평면에 평행한 방향에 있어서, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 스캔할 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 지지부는 제1 이동 기구를 통해서 장치 프레임에 장착되어 있고, 레이저 집광부는 제2 이동 기구를 통해서 장치 프레임에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 지지부 및 레이저 집광부의 각각의 이동을 확실하게 실시할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 장치 프레임과, 장치 프레임에 장착되어, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 장치 프레임에 대해서 착탈 가능한 레이저 출력부와, 장치 프레임에 장착된 레이저 집광부를 구비하고, 레이저 출력부는 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저광의 출력을 조정하는 출력 조정부를 가지며, 레이저 집광부는 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와, 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 가진다.
이 레이저 가공 장치에서는, 반사형 공간 광 변조기, 집광 광학계 및 결상 광학계를 가지는 레이저 집광부와는 별체로, 레이저 광원 및 출력 조정부를 가지는 레이저 출력부가 장치 프레임에 대해서 착탈 가능하다. 따라서, 가공 대상물의 사양, 가공 조건 등에 따라서, 가공에 적합한 레이저광의 파장이 다른 경우에는, 원하는 파장을 가지는 레이저광을 출사하는 레이저 광원, 및 파장 의존성을 가지는 출력 조정부를 통합해서 교환할 수 있다. 따라서, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 레이저광의 파장이 서로 다른 복수의 레이저 광원을 이용할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 출력부는 레이저 광원 및 출력 조정부를 지지하고 또한 장치 프레임에 대해서 착탈 가능한 장착 베이스를 더 가지며, 레이저 출력부는 장착 베이스를 통해서 장치 프레임에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 장치 프레임에 대해서 레이저 출력부를 용이하게 착탈할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 출력부는 레이저 출력부로부터 출사되는 레이저광의 광축을 조정하기 위한 미러를 더 가져도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 장치 프레임에 레이저 출력부를 장착했을 때에, 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 광축의 위치 및 각도를 조정할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 출력 조정부는 레이저광의 편광 방향을 조정해도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 장치 프레임에 레이저 출력부를 장착했을 때에, 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 편광 방향, 나아가서는 레이저 집광부로부터 출사되는 레이저광의 편광 방향을 조정할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 출력 조정부는 λ/2 파장판 및 편광판을 포함해도 된다. 이것에 의해, 파장 의존성을 가지는 λ/2 파장판 및 편광판을, 레이저 광원과 통합해서 교환할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 레이저 출력부는 레이저광의 지름을 조정하면서 레이저광을 평행화시키는 레이저광 평행화부를 더 가져도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저 출력부에 대해서 레이저 집광부가 이동하는 경우에도, 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 상태를 일정하게 유지할 수 있다.
본 개시의 제2 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 반사형 공간 광 변조기, 집광 광학계 및 결상 광학계는, 500~550nm, 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 파장 대역에 대응하고 있어도 된다. 이것에 의해, 각 파장 대역의 레이저광을 출사하는 레이저 출력부를 레이저 가공 장치에 장착할 수 있다. 또한, 500~550nm의 파장 대역의 레이저광 L은, 예를 들면 사파이어로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다. 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 각 파장 대역의 레이저광 L은, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다.
본 개시의 제3 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와, 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 구비하고, 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로 중, 적어도 결상 광학계를 통과하는 레이저광의 광로는, 일직선이며, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M은, 0.5<M<1또는 1<M<2를 만족시킨다.
이 레이저 가공 장치에서는, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M이 1은 아니다. 이것에 의해, 결상 광학계가 광축을 따라 이동하면, 집광 광학계측의 공액점이 이동한다. 구체적으로는, 배율 M<1(축소계)인 경우, 결상 광학계가 광축을 따라 집광 광학계측으로 이동하면, 집광 광학계측의 공액점이 반사형 공간 광 변조기의 반대측으로 이동한다. 한편, 배율 M>1(확대계)인 경우, 결상 광학계가 광축을 따라 반사형 공간 광 변조기측으로 이동하면, 집광 광학계측의 공액점이 반사형 공간 광 변조기의 반대측으로 이동한다. 따라서, 예를 들면 집광 광학계의 장착 위치에 어긋남이 발생되었을 경우에, 집광 광학계의 입사 동공면에 집광 광학계측의 공액점을 위치 맞춤할 수 있다. 게다가, 적어도 결상 광학계를 통과하는 레이저광의 광로가 일직선이기 때문에, 결상 광학계를 광축을 따라 용이하게 이동시킬 수 있다. 따라서, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 용이하고 또한 정밀도 좋게 전상할 수 있다. 또한, (양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M)=(집광 광학계의 입사 동공면에서의 상의 크기)/(반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 상의 크기)이다.
또한, 0.5<M<1로 함으로써, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 유효지름을 크게 할 수 있어, 고정밀한 위상 패턴으로 레이저광을 변조할 수 있다. 한편, 1<M<2로 함으로써, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 유효지름을 작게 할 수 있어, 반사형 공간 광 변조기에 입사되는 레이저광의 광축과, 반사형 공간 광 변조기로부터 출사되는 레이저광의 광축이 이루는 각도를 작게 할 수 있다. 반사형 공간 광 변조기에 대한 레이저광의 입사각 및 반사각을 억제하는 것은, 회절 효율의 저하를 억제시켜 반사형 공간 광 변조기의 성능을 충분히 발휘시키는데 있어서 중요하다.
본 개시의 제3 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 결상 광학계가 반사형 공간 광 변조기측의 제1 렌즈계 및 집광 광학계측의 제2 렌즈계를 포함하고, 배율 M, 제1 렌즈계의 제1 초점 거리 f1 및 제2 렌즈계의 제2 초점 거리 f2가 M=f2/f1를 만족시키는 경우가 있다.
본 개시의 제3 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 배율 M은 0.6≤M≤0.95를 만족시켜도 된다. 이것에 의해, 상술한 0.5<M<1로 했을 경우에 달성되는 효과를 유지하면서, 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가 길게 되는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
본 개시의 제3 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 배율 M은 1.05≤M≤1.7를 만족시켜도 된다. 이것에 의해, 상술한 1<M<2로 했을 경우에 달성되는 효과를 유지하면서, 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가 길게 되는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
본 개시의 제3 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 제1 렌즈계 및 제2 렌즈계는, 홀더에 유지되어 있고, 홀더는 레이저광의 광축을 따른 방향에 있어서의 제1 렌즈계 및 제2 렌즈계의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하고 있고, 레이저광의 광축을 따른 방향에 있어서의 제1 렌즈계 및 제2 렌즈계의 위치 조정은, 홀더의 위치 조정에 의해서 실시되어도 된다. 이것에 의해, 제1 렌즈계 및 제2 렌즈계의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하면서, 제1 렌즈계 및 제2 렌즈계의 위치 조정(나아가서는 공액점의 위치 조정)을 용이하고 또한 확실하게 실시할 수 있다.
본 개시의 제4 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와, 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계와, 결상 광학계를 통과한 레이저광을 집광 광학계를 향해서 반사하는 미러를 구비하고, 반사형 공간 광 변조기는 레이저광을 소정의 평면을 따라서 예각으로 반사하고, 반사형 공간 광 변조기로부터 결상 광학계를 통해서 미러에 이르는 레이저광의 광로는, 평면을 따르도록 설정되어 있고, 미러로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로는, 평면과 교차하는 방향을 따르도록 설정되어 있다.
이 레이저 가공 장치에서는, 반사형 공간 광 변조기로부터 결상 광학계를 통해서 미러에 이르는 레이저광의 광로가, 소정의 평면(반사형 공간 광 변조기에 대해서 입출사하는 레이저광의 광로를 포함하는 평면)을 따르도록 설정되어 있고, 미러로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가, 당해 평면과 교차하는 방향을 따르도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 반사형 공간 광 변조기로 레이저광을 P 편광으로서 반사시키고 또한 미러로 레이저광을 S 편광으로서 반사시킬 수 있다. 이것은, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상하는데 있어서 중요하다. 또한, 반사형 공간 광 변조기가 레이저광을 예각으로 반사한다. 반사형 공간 광 변조기에 대한 레이저광의 입사각 및 반사각을 억제하는 것은, 회절 효율의 저하를 억제시켜 반사형 공간 광 변조기의 성능을 충분히 발휘시키는데 있어서 중요하다. 이상에 의해, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상할 수 있다.
본 개시의 제4 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 미러로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로는, 평면과 직교하는 방향을 따르도록 설정되어 있고, 미러는 레이저광을 직각으로 반사해도 된다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로를 직각으로 돌려놓을 수 있다.
본 개시의 제4 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 미러는 다이크로익 미러여도 된다. 이것에 의해, 다이크로익 미러를 투과한 레이저광의 일부를 여러가지 용도로 이용할 수 있다.
본 개시의 제4 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 반사형 공간 광 변조기는 레이저광을 P 편광으로서 반사하고, 미러는 레이저광을 S 편광으로서 반사해도 된다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상할 수 있다.
본 개시의 제4 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 레이저 광원으로부터 반사형 공간 광 변조기에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치되어, 레이저광의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부를 더 구비해도 된다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기가 레이저광을 예각으로 반사하는 것에 대비하여 레이저광의 편광 방향을 조정할 수 있으므로, 레이저 광원으로부터 반사형 공간 광 변조기에 이르는 레이저광의 광로를 직각으로 돌려놓을 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물을 지지하는 지지부와, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계와, 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계와, 결상 광학계를 통과한 레이저광을 집광 광학계를 향해서 반사하는 미러와, 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 제1 센서를 구비하고, 미러로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로는, 제1 방향을 따르도록 설정되어 있고, 반사형 공간 광 변조기로부터 결상 광학계를 통해서 미러에 이르는 레이저광의 광로는, 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따르도록 설정되어 있고, 제1 센서는 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향에 있어서 집광 광학계의 한쪽 측에 배치되어 있다.
이 레이저 가공 장치에서는, 집광 광학계에 대해서 제1 센서가 상대적으로 선행되도록, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 스캔함으로써, 가공 대상물의 임의의 지점에서의 레이저광 입사면의 변위 데이터를, 당해 지점에 레이저광이 조사되기 전에 취득할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 가공 대상물의 레이저광 입사면과 레이저광의 집광점의 거리가 일정하게 유지되도록, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 스캔할 수 있다. 또한, 제1 센서가 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가 배치되는 평면에 대해서 한쪽 측에 배치되어 있다. 즉, 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치된 각 구성에 대해서, 제1 센서가 효율 좋게 배치되어 있다. 따라서, 이 레이저 가공 장치에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 미러는 다이크로익 미러여도 된다. 이것에 의해, 다이크로익 미러를 투과한 레이저광의 일부를 여러가지 용도로 이용할 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 미러는 레이저광을 S 편광으로서 반사해도 된다. 이것에 의해, 제3 방향을 따라서 가공 대상물에 대해서 레이저광을 스캔함으로써, 레이저광의 스캔 방향과 레이저광의 편광 방향을 서로 일치시킬 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 적어도 반사형 공간 광 변조기, 집광 광학계, 결상 광학계, 미러 및 제1 센서를 지지하는 하우징과, 제1 방향을 따라서 하우징을 이동시키는 이동 기구를 더 구비하고, 집광 광학계 및 제1 센서는, 제2 방향에 있어서의 하우징의 한쪽의 단부측에 장착되어 있고, 이동 기구는 제3 방향에 있어서의 하우징의 한쪽 측면에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 장치의 대형화를 억제하면서, 반사형 공간 광 변조기, 집광 광학계, 결상 광학계, 미러 및 제1 센서를 일체로 하여 이동시킬 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 제1 방향을 따라서 집광 광학계를 이동시키는 구동 기구를 더 구비하고, 집광 광학계는, 구동 기구를 통해서, 제2 방향에 있어서의 하우징의 한쪽의 단부측에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 예를 들면, 가공 대상물의 레이저광 입사면과 레이저광의 집광점의 거리가 일정하게 유지되도록, 집광 광학계를 이동시킬 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치에서는, 반사형 공간 광 변조기는, 제2 방향에 있어서의 하우징의 다른 쪽의 단부측에 장착되어 있어도 된다. 이것에 의해, 하우징에 대해서 각 구성을 효율 좋게 배치할 수 있다.
본 개시의 제5 형태에 따른 레이저 가공 장치는, 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 제2 센서를 더 구비하고, 제2 센서는 제3 방향에 있어서 집광 광학계의 다른 쪽 측에 배치되어 있어도 된다. 이것에 의해, 집광 광학계에 대해서 제1 센서가 상대적으로 선행되도록, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 스캔할 때에는, 제1 센서를 이용하여 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있다. 한편, 집광 광학계에 대해서 제2 센서가 상대적으로 선행되도록, 가공 대상물에 대해서 레이저광을 스캔할 때에는, 제2 센서를 이용하여 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있다. 또한, 제1 센서가 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가 배치되는 평면에 대해서 한쪽 측에 배치되어 있고, 제2 센서가 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로가 배치되는 평면에 대해서 다른 쪽 측에 배치되어 있다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기로부터 집광 광학계에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치된 각 구성에 대해서, 제1 센서 및 제2 센서를 효율 좋게 배치할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치는, 레이저광을 출사하는 레이저 광원과, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광의 출력을 조정하는 출력 조정부와, 출력 조정부를 통과한 레이저광을 외부로 출사하는 미러 유닛과, 레이저 광원, 출력 조정부 및 미러 유닛이 배치된 주면을 가지는 장착 베이스를 구비하고, 레이저 광원으로부터 출력 조정부를 통해서 미러 유닛에 이르는 레이저광의 광로는, 주면에 평행한 평면을 따르도록 설정되어 있고, 미러 유닛은 레이저광의 광축을 조정하기 위한 미러를 가지며, 평면과 교차하는 방향을 따라서 레이저광을 외부로 출사한다.
이 레이저 출력 장치에서는, 레이저 광원, 출력 조정부 및 미러 유닛이 장착 베이스의 주면에 배치되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저 가공 장치의 장치 프레임에 대해서 장착 베이스를 착탈함으로써, 레이저 가공 장치에 대해서 레이저 출력 장치를 용이하게 착탈할 수 있다. 또한, 레이저 광원으로부터 출력 조정부를 통해서 미러 유닛에 이르는 레이저광의 광로가, 장착 베이스의 주면에 평행한 평면을 따르도록 설정되어 있고, 미러 유닛이 당해 평면과 교차하는 방향을 따라서 레이저광을 외부로 출사한다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저광의 출사 방향이 연직 방향을 따르고 있는 경우, 레이저 출력 장치가 저프로파일화 되므로, 레이저 가공 장치에 대해서 레이저 출력 장치를 용이하게 착탈할 수 있다. 또한, 미러 유닛이 레이저광의 광축을 조정하기 위한 미러를 가지고 있다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저 가공 장치의 장치 프레임에 레이저 출력 장치를 장착했을 때에, 레이저 가공 장치측에 마련된 레이저 집광부(가공 대상물에 대해서 레이저광을 집광하는 집광 광학계를 적어도 구비하는 구성)에 입사되는 레이저광의 광축의 위치 및 각도를 조정할 수 있다. 이상에 의해, 이 레이저 출력 장치는, 레이저 가공 장치에 대해서 용이하게 착탈할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치에서는, 미러 유닛은 평면과 직교하는 방향을 따라서 레이저광을 외부로 출사해도 된다. 이것에 의해, 미러 유닛에 있어서의 레이저광의 광축의 조정을 용이화할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치에서는, 출력 조정부는 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광의 편광 방향을 조정해도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저 가공 장치의 장치 프레임에 레이저 출력 장치를 장착했을 때에, 레이저 가공 장치측에 마련된 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 편광 방향, 나아가서는 레이저 집광부로부터 출사되는 레이저광의 편광 방향을 조정할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치에서는, 출력 조정부는 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광이 평면에 평행한 제1 축선을 따라서 입사되는 λ/2 파장판과, 제1 축선을 중심선으로 하여 λ/2 파장판이 회전 가능하게 되도록, λ/2 파장판을 유지하는 제1 홀더와, λ/2 파장판을 통과한 레이저광이 평면에 평행한 제2 축선을 따라서 입사되는 편광 부재와, 제2 축선을 중심선으로 하여 편광 부재가 회전 가능하게 되도록, 편광 부재를 유지하는 제2 홀더를 가져도 된다. 이것에 의해, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광의 출력 및 편광 방향을 간단하고 쉬운 구성으로 조정할 수 있다. 또한, 이와 같은 출력 조정부를 레이저 출력 장치가 구비함으로써, 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저광의 파장에 따른 λ/2 파장판 및 편광 부재를 이용할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치는, 제2 축선을 중심선으로 하여 편광 부재와 일체로 회전 가능하게 되도록 제2 홀더에 유지되어, 편광 부재를 투과 함으로써 제2 축선 상으로부터 벗어난 레이저광의 광축을 제2 축선 상으로 되돌리는 광로 보정 부재를 더 구비해도 된다. 이것에 의해, 편광 부재를 투과하는 것에 의한 레이저광의 광로의 어긋남을 보정할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치에서는, 제1 축선과 제2 축선은, 서로 일치하고 있어도 된다. 이것에 의해, 장치의 간이화 및 소형화를 도모할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치에서는, 미러 유닛은 지지 베이스와, 미러인 제1 미러 및 제2 미러를 가지며, 지지 베이스는, 위치 조정 가능하게 되도록, 장착 베이스에 장착되어 있고, 제1 미러는 각도 조정 가능하게 되도록 지지 베이스에 장착되어, 출력 조정부를 통과한 레이저광을 평면에 평행한 방향을 따라서 반사하고, 제2 미러는 각도 조정 가능하게 되도록 지지 베이스에 장착되어, 제1 미러에 의해서 반사된 레이저광을 평면과 교차하는 방향을 따라서 반사해도 된다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저 가공 장치의 장치 프레임에 레이저 출력 장치를 장착했을 때에, 레이저 가공 장치측에 마련된 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 광축의 위치 및 각도를 보다 정밀도 좋게 조정할 수 있다. 게다가, 지지 베이스를 장착 베이스에 대해서 위치 조정함으로써, 제1 미러 및 제2 미러를 일체로 용이하게 위치 조정할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치는, 출력 조정부로부터 미러 유닛에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치되어, 레이저광의 지름을 조정하면서 레이저광을 평행화시키는 레이저광 평행화부를 더 구비해도 된다. 이것에 의해, 예를 들면, 레이저 출력 장치에 대해서, 레이저 가공 장치측에 마련된 레이저 집광부가 이동하는 경우에도, 레이저 집광부에 입사되는 레이저광의 상태를 일정하게 유지할 수 있다.
본 개시의 일 형태에 따른 레이저 출력 장치는, 레이저 광원으로부터 출력 조정부에 이르는 레이저광의 광로 상에 배치되어, 레이저광의 광로를 개폐하는 셔터를 더 구비하고, 레이저 광원은 레이저광의 출력의 ON/OFF를 전환하는 기능을 가져도 된다. 이것에 의해, 레이저 출력 장치로부터의 레이저광의 출력의 ON/OFF의 전환을, 레이저 광원에서의 레이저광의 출력의 ON/OFF의 전환에 의해서 실시할 수 있다. 게다가, 셔터에 의해서, 예를 들면 레이저 출력 장치로부터 레이저광이 갑자기 출사되는 것을 방지할 수 있다.
본 개시의 제1 형태에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 집광 광학계측의 구성을 가공 대상물에 대해서 이동시킬 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 개시의 제2 형태에 의하면, 레이저광의 파장이 서로 다른 복수의 레이저 광원을 이용할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 개시의 제3 형태에 의하면, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 용이하고 또한 정밀도 좋게 전상할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 개시의 제4 형태에 의하면, 반사형 공간 광 변조기의 반사면에서의 레이저광의 상을 집광 광학계의 입사 동공면에 정밀도 좋게 전상할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 개시의 제5 형태에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
본 개시의 일 형태에 의하면, 레이저 가공 장치에 대해서 용이하게 착탈할 수 있는 레이저 출력 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 개질 영역의 형성에 이용되는 레이저 가공 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 개질 영역의 형성의 대상이 되는 가공 대상물의 평면도이다.
도 3은 도 2의 가공 대상물의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도이다.
도 4는 레이저 가공 후의 가공 대상물의 평면도이다.
도 5는 도 4의 가공 대상물의 Ⅴ-Ⅴ선을 따른 단면도이다.
도 6은 도 4의 가공 대상물의 Ⅵ-Ⅵ선을 따른 단면도이다.
도 7은 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 8은 도 7의 레이저 가공 장치의 지지대에 장착되는 가공 대상물의 사시도이다.
도 9는 도 7의 ZX 평면을 따른 레이저 출력부의 단면도이다.
도 10은 도 7의 레이저 가공 장치에 있어서의 레이저 출력부 및 레이저 집광부의 일부의 사시도이다.
도 11은 도 7의 XY 평면을 따른 레이저 집광부의 단면도이다.
도 12는 도 11의 XⅡ-XⅡ선을 따른 레이저 집광부의 단면도이다.
도 13은 도 12의 XⅢ-XⅢ선을 따른 레이저 집광부의 단면도이다.
도 14는 도 9의 레이저 출력부에 있어서의 λ/2 파장판 유닛 및 편광판 유닛의 광학적 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 15의 (a)는, 도 9의 레이저 출력부의 λ/2 파장판 유닛에 있어서의 편광 방향을 나타내는 도면이고, 도 15의 (b)는, 도 9의 레이저 출력부의 편광판 유닛에 있어서의 편광 방향을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 11의 레이저 집광부에 있어서의 반사형 공간 광 변조기, 4f 렌즈 유닛 및 집광 렌즈 유닛의 광학적 배치 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 16의 4f 렌즈 유닛의 이동에 의한 공액점의 이동을 나타내는 도면이다.
도 18은 일체화된 λ/2 파장판 유닛 및 편광판 유닛의 사시도이다.
도 19는 도 18의 ZX 평면을 따른 λ/2 파장판 유닛 및 편광판 유닛의 단면도이다.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다.
실시 형태에 따른 레이저 가공 장치(후술)에서는, 가공 대상물에 레이저광을 집광함으로써, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물에 개질 영역을 형성한다. 그래서, 먼저, 개질 영역의 형성에 대해서, 도 1~도 6을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는 레이저광 L을 펄스 발진하는 레이저 광원(101)과, 레이저광 L의 광축(광로)의 방향을 90°바꾸도록 배치된 다이크로익 미러(103)와, 레이저광 L을 집광하기 위한 집광용 렌즈(105)를 구비하고 있다. 또한, 레이저 가공 장치(100)는 집광용 렌즈(105)로 집광된 레이저광 L이 조사되는 가공 대상물(1)을 지지하기 위한 지지대(107)와, 지지대(107)를 이동시키기 위한 스테이지(111)와, 레이저광 L의 출력이나 펄스 폭, 펄스 파형 등을 조절하기 위해서 레이저 광원(101)을 제어하는 레이저 광원 제어부(102)와, 스테이지(111)의 이동을 제어하는 스테이지 제어부(115)를 구비하고 있다.
레이저 가공 장치(100)에 있어서는, 레이저 광원(101)으로부터 출사된 레이저광 L은, 다이크로익 미러(103)에 의해서 그 광축의 방향이 90°바뀌어져, 지지대(107) 상에 재치된 가공 대상물(1)의 내부에 집광용 렌즈(105)에 의해서 집광된다. 이것과 함께, 스테이지(111)가 이동되어, 가공 대상물(1)이 레이저광 L에 대해서 절단 예정 라인(5)을 따라서 상대 이동된다. 이것에 의해, 절단 예정 라인(5)을 따른 개질 영역이 가공 대상물(1)에 형성된다. 또한, 여기에서는, 레이저광 L을 상대적으로 이동시키기 위해서 스테이지(111)를 이동시켰지만, 집광용 렌즈(105)를 이동시켜도 되고, 혹은 이들 양쪽을 이동시켜도 된다.
가공 대상물(1)로서는, 반도체 재료로 형성된 반도체 기판이나 압전 재료로 형성된 압전 기판 등을 포함하는 판 모양의 부재(예를 들면, 기판, 웨이퍼 등)가 이용된다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 가공 대상물(1)에는, 가공 대상물(1)을 절단하기 위한 절단 예정 라인(5)이 설정되어 있다. 절단 예정 라인(5)은 직선 모양으로 연장된 가상선이다. 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우, 도 3에 도시되는 바와 같이, 가공 대상물(1)의 내부에 집광점(집광 위치) P를 맞춘 상태로, 레이저광 L을 절단 예정 라인(5)을 따라서(즉, 도 2의 화살표 A방향으로) 상대적으로 이동시킨다. 이것에 의해, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 개질 영역(7)이 절단 예정 라인(5)을 따라서 가공 대상물(1)에 형성되고, 절단 예정 라인(5)을 따라서 형성된 개질 영역(7)이 절단 기점 영역(8)이 된다.
집광점 P란, 레이저광 L이 집광되는 지점을 의미한다. 절단 예정 라인(5)은 직선 모양으로 한정되지 않고 곡선 모양이어도 되고, 이것들이 조합된 3차원 모양이어도 되고, 좌표 지정된 것이어도 된다. 절단 예정 라인(5)은 가상선으로 한정되지 않고 가공 대상물(1)의 표면(3)에 실제로 그어진 선이어도 된다. 개질 영역(7)은 연속적으로 형성되는 경우도 있고, 단속(斷續)적으로 형성되는 경우도 있다. 개질 영역(7)은 열 모양이어도 점 모양이어도 되며, 요점은, 개질 영역(7)은 적어도 가공 대상물(1)의 내부에 형성되어 있으면 된다. 또한, 개질 영역(7)을 기점으로 균열이 형성되는 경우가 있고, 균열 및 개질 영역(7)은, 가공 대상물(1)의 외표면(표면(3), 이면, 혹은 외주면)에 노출되어 있어도 된다. 개질 영역(7)을 형성할 때의 레이저광 입사면은, 가공 대상물(1)의 표면(3)으로 한정되는 것은 아니며, 가공 대상물(1)의 이면이어도 된다.
이와 관련하여, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역(7)을 형성하는 경우에는, 레이저광 L은, 가공 대상물(1)을 투과하는 것과 함께, 가공 대상물(1)의 내부에 위치하는 집광점 P 근방에서 특히 흡수된다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 개질 영역(7)이 형성된다(즉, 내부 흡수형 레이저 가공). 이 경우, 가공 대상물(1)의 표면(3)에서는 레이저광 L이 거의 흡수되지 않기 때문에, 가공 대상물(1)의 표면(3)이 용융되는 일은 없다. 한편, 가공 대상물(1)의 표면(3)에 개질 영역(7)을 형성하는 경우에는, 레이저광 L은, 표면(3)에 위치하는 집광점 P 근방에서 특히 흡수되어, 표면(3)으로부터 용융되어 제거되어, 구멍이나 홈 등의 제거부가 형성된다(표면 흡수형 레이저 가공).
개질 영역(7)은 밀도, 굴절률, 기계적 강도나 그 외의 물리적 특성이 주위와는 다른 상태로 된 영역을 말한다. 개질 영역(7)으로서는, 예를 들면, 용융 처리 영역(일단 용융 후 재고체화된 영역, 용융 상태 중인 영역 및 용융으로부터 재고체화되는 상태 중인 영역 중 적어도 어느 하나를 의미함), 크랙 영역, 절연 파괴 영역, 굴절률 변화 영역 등이 있고, 이것들이 혼재된 영역도 있다. 또한, 개질 영역(7)으로서는, 가공 대상물(1)의 재료에 있어서 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화된 영역이나, 격자 결함이 형성된 영역이 있다. 가공 대상물(1)의 재료가 단결정 실리콘인 경우, 개질 영역(7)은 고전위밀도 영역이라고도 할 수 있다.
용융 처리 영역, 굴절률 변화 영역, 개질 영역(7)의 밀도가 비개질 영역의 밀도와 비교하여 변화된 영역, 및, 격자 결함이 형성된 영역은, 또한, 그들 영역의 내부나 개질 영역(7)과 비개질 영역의 계면에 균열(갈라짐, 마이크로 크랙)을 내포하고 있는 경우가 있다. 내포되는 균열은, 개질 영역(7)의 전면에 걸치는 경우나 일부분만이나 복수 부분에 형성되는 경우가 있다. 가공 대상물(1)은 결정 구조를 가지는 결정 재료로 이루어지는 기판을 포함한다. 예를 들면 가공 대상물(1)은 질화 갈륨(GaN), 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC), LiTaO3, 및, 사파이어(Al2O3) 중 적어도 어느 것으로 형성된 기판을 포함한다. 바꿔말하면, 가공 대상물(1)은, 예를 들면, 질화 갈륨 기판, 실리콘 기판, SiC 기판, LiTaO3 기판, 또는 사파이어 기판을 포함한다. 결정 재료는 이방성 결정 및 등방성 결정 중 어느 것이어도 된다. 또한, 가공 대상물(1)은 비결정 구조(비정질 구조)를 가지는 비결정 재료로 이루어지는 기판을 포함하고 있어도 되고, 예를 들면 유리 기판을 포함하고 있어도 된다.
실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서 개질 스팟(가공 흔적)을 복수 형성함으로써, 개질 영역(7)을 형성할 수 있다. 이 경우, 복수의 개질 스팟이 모임으로써 개질 영역(7)이 된다. 개질 스팟이란, 펄스 레이저광의 1펄스의 쇼트(즉 1펄스의 레이저 조사: 레이저 쇼트)로 형성되는 개질 부분이다. 개질 스팟으로서는, 크랙 스팟, 용융 처리 스팟 혹은 굴절률 변화 스팟, 또는 이것들 중 적어도 하나가 혼재하는 것 등을 들 수 있다. 개질 스팟에 대해서는, 요구되는 절단 정밀도, 요구되는 절단면의 평탄성, 가공 대상물(1)의 두께, 종류, 결정 방위 등을 고려하여, 그 크기나 발생하는 균열의 길이를 적절히 제어할 수 있다. 또한, 실시 형태에서는, 절단 예정 라인(5)을 따라서, 개질 스팟을 개질 영역(7)으로서 형성할 수 있다.
[실시 형태에 따른 레이저 가공 장치］
다음으로, 실시 형태에 따른 레이저 가공 장치에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 수평면 내에 있어서 서로 직교하는 방향을 X축 방향 및 Y축 방향으로 하고, 연직 방향을 Z축 방향으로 한다.
[레이저 가공 장치의 전체 구성］
도 7에 도시되는 바와 같이, 레이저 가공 장치(200)는 장치 프레임(210)과, 제1 이동 기구(220)와, 지지대(지지부)(230)와, 제2 이동 기구(240)를 구비하고 있다. 또한, 레이저 가공 장치(200)는 레이저 출력부(레이저 출력 장치)(300)와, 레이저 집광부(400)와, 제어부(500)를 구비하고 있다.
제1 이동 기구(220)는 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 제1 이동 기구(220)는 제1 레일 유닛(221)과, 제2 레일 유닛(222)과, 가동 베이스(223)를 가지고 있다. 제1 레일 유닛(221)은 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 제1 레일 유닛(221)에는, Y축 방향을 따라서 연장되는 한쌍의 레일(221a, 221b)이 마련되어 있다. 제2 레일 유닛(222)은, Y축 방향을 따라서 이동 가능하게 되도록, 제1 레일 유닛(221)의 한쌍의 레일(221a, 221b)에 장착되어 있다. 제2 레일 유닛(222)에는, X축 방향을 따라서 연장되는 한쌍의 레일(222a, 222b)이 마련되어 있다. 가동 베이스(223)는, X축 방향을 따라서 이동 가능하게 되도록, 제2 레일 유닛(222)의 한쌍의 레일(222a, 222b)에 장착되어 있다. 가동 베이스(223)는 Z축 방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전 가능하다.
지지대(230)는 가동 베이스(223)에 장착되어 있다. 지지대(230)는 가공 대상물(1)을 지지한다. 가공 대상물(1)은, 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 기판의 표면측에 복수의 기능 소자(포토다이오드 등의 수광 소자, 레이저 다이오드 등의 발광 소자, 또는 회로로서 형성된 회로 소자 등)가 매트릭스 모양으로 형성된 것이다. 가공 대상물(1)이 지지대(230)에 지지될 때에는, 도 8에 도시되는 바와 같이, 링 모양의 프레임(11)에 붙인 필름(12) 상에, 예를 들면 가공 대상물(1)의 표면(1a)(복수의 기능 소자측의 면)이 점착된다. 지지대(230)는 클램프에 의해서 프레임(11)을 유지하는 것과 함께 진공 척 테이블에 의해서 필름(12)을 흡착 함으로써, 가공 대상물(1)을 지지한다. 지지대(230) 상에 있어서, 가공 대상물(1)에는, 서로 평행한 복수의 절단 예정 라인(5a), 및 서로 평행한 복수의 절단 예정 라인(5b)이, 서로 이웃하는 기능 소자의 사이를 통과하도록 격자 모양으로 설정된다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 지지대(230)는, 제1 이동 기구(220)에 있어서 제2 레일 유닛(222)이 동작함으로써, Y축 방향을 따라서 이동된다. 또한, 지지대(230)는, 제1 이동 기구(220)에 있어서 가동 베이스(223)가 동작함으로써, X축 방향을 따라서 이동된다. 또한, 지지대(230)는, 제1 이동 기구(220)에 있어서 가동 베이스(223)가 동작함으로써, Z축 방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전된다. 이와 같이, 지지대(230)는 X축 방향 및 Y축 방향을 따라서 이동 가능하게 되고 또한 Z축 방향에 평행한 축선을 중심선으로 하여 회전 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다.
레이저 출력부(300)는 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 레이저 집광부(400)는 제2 이동 기구(240)를 통해서 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 레이저 집광부(400)는, 제2 이동 기구(240)가 동작함으로써, Z축 방향을 따라서 이동된다. 이와 같이, 레이저 집광부(400)는, 레이저 출력부(300)에 대해서 Z축 방향을 따라서 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있다.
제어부(500)는 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory) 등에 의해서 구성되어 있다. 제어부(500)는 레이저 가공 장치(200)의 각부의 동작을 제어한다.
일례로서, 레이저 가공 장치(200)에서는, 다음과 같이, 각 절단 예정 라인(5a, 5b)(도 8 참조)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역이 형성된다.
먼저, 가공 대상물(1)의 이면(1b)(도 8 참조)이 레이저광 입사면이 되도록, 가공 대상물(1)이 지지대(230)에 지지되고, 가공 대상물(1)의 각 절단 예정 라인(5a)이 X축 방향에 평행한 방향으로 맞춰진다. 이어서, 가공 대상물(1)의 내부에 있어서 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 레이저광 L의 집광점이 위치하도록, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 이동된다. 이어서, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광 L의 집광점의 거리가 일정하게 유지되면서, 각 절단 예정 라인(5a)을 따라서 레이저광 L의 집광점이 상대적으로 이동된다. 이것에 의해, 각 절단 예정 라인(5a)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역이 형성된다.
각 절단 예정 라인(5a)을 따른 개질 영역의 형성이 종료되면, 제1 이동 기구(220)에 의해서 지지대(230)가 회전되어, 가공 대상물(1)의 각 절단 예정 라인(5b)이 X축 방향에 평행한 방향으로 맞춰진다. 이어서, 가공 대상물(1)의 내부에 있어서 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 레이저광 L의 집광점이 위치하도록, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 이동된다. 이어서, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광 L의 집광점의 거리가 일정하게 유지되면서, 각 절단 예정 라인(5b)을 따라서 레이저광 L의 집광점이 상대적으로 이동된다. 이것에 의해, 각 절단 예정 라인(5b)을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역이 형성된다.
이와 같이, 레이저 가공 장치(200)에서는, X축 방향에 평행한 방향이 가공 방향(레이저광 L의 스캔 방향)으로 되어 있다. 또한, 각 절단 예정 라인(5a)을 따른 레이저광 L의 집광점의 상대적인 이동, 및 각 절단 예정 라인(5b)을 따른 레이저광 L의 집광점의 상대적인 이동은, 제1 이동 기구(220)에 의해서 지지대(230)가 X축 방향을 따라서 이동됨으로써, 실시된다. 또한, 각 절단 예정 라인(5a) 간에 있어서의 레이저광 L의 집광점의 상대적인 이동, 및 각 절단 예정 라인(5b) 간에 있어서의 레이저광 L의 집광점의 상대적인 이동은, 제1 이동 기구(220)에 의해서 지지대(230)가 Y축 방향을 따라서 이동됨으로써, 실시된다.
도 9에 도시되는 바와 같이, 레이저 출력부(300)는 장착 베이스(301)와, 커버(302)와, 복수의 미러(303, 304)를 가지고 있다. 또한, 레이저 출력부(300)는 레이저 발진기(레이저 광원)(310)와, 셔터(320)와, λ/2 파장판 유닛(출력 조정부, 편광 방향 조정부)(330)과, 편광판 유닛(출력 조정부, 편광 방향 조정부)(340)과, 빔 익스팬더(레이저광 평행화부)(350)와, 미러 유닛(360)을 가지고 있다.
장착 베이스(301)는 복수의 미러(303, 304), 레이저 발진기(310), 셔터(320), λ/2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340), 빔 익스팬더(350) 및 미러 유닛(360)을 지지하고 있다. 복수의 미러(303, 304), 레이저 발진기(310), 셔터(320), λ/2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340), 빔 익스팬더(350) 및 미러 유닛(360)은, 장착 베이스(301)의 주면(301a)에 장착되어 있다. 장착 베이스(301)는 판 모양의 부재이며, 장치 프레임(210)(도 7 참조)에 대해서 착탈 가능하다. 레이저 출력부(300)는 장착 베이스(301)를 통해서 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 즉, 레이저 출력부(300)는 장치 프레임(210)에 대해서 착탈 가능하다.
커버(302)는, 장착 베이스(301)의 주면(301a) 상에 있어서, 복수의 미러(303, 304), 레이저 발진기(310), 셔터(320), λ/2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340), 빔 익스팬더(350) 및 미러 유닛(360)을 덮고 있다. 커버(302)는 장착 베이스(301)에 대해서 착탈 가능하다.
레이저 발진기(310)는 직선 편광의 레이저광 L을 X축 방향을 따라서 펄스 발진한다. 레이저 발진기(310)로부터 출사되는 레이저광 L의 파장은, 500~550nm, 1000~1150nm 또는 1300~1400nm 중 어느 파장 대역에 포함된다. 500~550nm의 파장 대역의 레이저광 L은, 예를 들면 사파이어로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다. 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 각 파장 대역의 레이저광 L은, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다. 레이저 발진기(310)로부터 출사되는 레이저광 L의 편광 방향은, 예를 들면, Y축 방향에 평행한 방향이다. 레이저 발진기(310)로부터 출사된 레이저광 L은, 미러(303)에 의해서 반사되어, Y축 방향을 따라서 셔터(320)에 입사된다.
레이저 발진기(310)에서는, 다음과 같이, 레이저광 L의 출력의 ON/OFF가 전환된다. 레이저 발진기(310)가 고체 레이저로 구성되어 있는 경우, 공진기 내에 마련된 Q 스위치(AOM(음향 광학 변조기), EOM(전기 광학 변조기) 등)의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광 L의 출력의 ON/OFF가 고속으로 전환된다. 레이저 발진기(310)가 파이버 레이저로 구성되어 있는 경우, 시드 레이저, 앰프(여기용) 레이저를 구성하는 반도체 레이저의 출력의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광 L의 출력의 ON/OFF가 고속으로 전환된다. 레이저 발진기(310)가 외부 변조 소자를 이용하고 있는 경우, 공진기 밖에 마련된 외부 변조 소자(AOM, EOM 등)의 ON/OFF가 전환됨으로써, 레이저광 L의 출력의 ON/OFF가 고속으로 전환된다.
셔터(320)는 기계식의 기구에 의해서 레이저광 L의 광로를 개폐한다. 레이저 출력부(300)로부터의 레이저광 L의 출력의 ON/OFF의 전환은, 상술한 바와 같이, 레이저 발진기(310)에서의 레이저광 L의 출력의 ON/OFF의 전환에 의해서 실시되지만, 셔터(320)가 마련되어 있음으로써, 예를 들면 레이저 출력부(300)로부터 레이저광 L이 갑자기 출사되는 것이 방지된다. 셔터(320)를 통과한 레이저광 L은, 미러(304)에 의해서 반사되어, X축 방향을 따라서 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)에 차례로 입사된다.
λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 레이저광 L의 출력(광 강도)을 조정하는 출력 조정부로서 기능한다. 또한, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 레이저광 L의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부로서 기능한다. 이것들의 상세에 대해서는 후술한다. λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 차례로 통과한 레이저광 L은, X축 방향을 따라서 빔 익스팬더(350)에 입사된다.
빔 익스팬더(350)는 레이저광 L의 지름을 조정하면서, 레이저광 L을 평행화시킨다. 빔 익스팬더(350)를 통과한 레이저광 L은, X축 방향을 따라서 미러 유닛(360)에 입사된다.
미러 유닛(360)은 지지 베이스(361)와, 복수의 미러(362, 363)를 가지고 있다. 지지 베이스(361)는 복수의 미러(362, 363)를 지지하고 있다. 지지 베이스(361)는, X축 방향 및 Y축 방향을 따라서 위치 조정 가능하게 되도록, 장착 베이스(301)에 장착되어 있다. 미러(제1 미러)(362)는 빔 익스팬더(350)를 통과한 레이저광 L을 Y축 방향으로 반사한다. 미러(362)는, 그 반사면이 예를 들면 Z축에 평행한 축선 둘레로 각도 조정 가능하게 되도록, 지지 베이스(361)에 장착되어 있다. 미러(제2 미러)(363)는 미러(362)에 의해서 반사된 레이저광 L을 Z축 방향으로 반사한다. 미러(363)는, 그 반사면이 예를 들면 X축에 평행한 축선 둘레로 각도 조정 가능하게 되고 또한 Y축 방향을 따라서 위치 조정 가능하게 되도록, 지지 베이스(361)에 장착되어 있다. 미러(363)에 의해서 반사된 레이저광 L은, 지지 베이스(361)에 형성된 개구(361a)를 통과하여, Z축 방향을 따라서 레이저 집광부(400)(도 7 참조)에 입사된다. 즉, 레이저 출력부(300)에 의한 레이저광 L의 출사 방향은, 레이저 집광부(400)의 이동 방향에 일치하고 있다. 상술한 바와 같이, 각 미러(362, 363)는, 반사면의 각도를 조정하기 위한 기구를 가지고 있다. 미러 유닛(360)에서는, 장착 베이스(301)에 대한 지지 베이스(361)의 위치 조정, 지지 베이스(361)에 대한 미러(363)의 위치 조정, 및 각 미러(362, 363)의 반사면의 각도 조정이 실시됨으로써, 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축의 위치 및 각도가 레이저 집광부(400)에 대해서 맞춰진다. 즉, 복수의 미러(362, 363)는, 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축을 조정하기 위한 구성이다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 레이저 집광부(400)는 하우징(401)을 가지고 있다. 하우징(401)은 Y축 방향을 길이 방향으로 하는 직육면체 모양의 형상을 나타내고 있다. 하우징(401)의 한쪽 측면(401e)에는, 제2 이동 기구(240)가 장착되어 있다(도 11 및 도 13 참조). 하우징(401)에는, 미러 유닛(360)의 개구(361a)와 Z축 방향에 있어서 대향하도록, 원통 모양의 광 입사부(401a)가 마련되어 있다. 광 입사부(401a)는 레이저 출력부(300)로부터 출사된 레이저광 L을 하우징(401) 내에 입사시킨다. 미러 유닛(360)과 광 입사부(401a)는, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 Z축 방향을 따라서 이동되었을 때에 서로 접촉되는 일이 없는 거리만큼, 서로 이격되어 있다.
도 11 및 도 12에 도시되는 바와 같이, 레이저 집광부(400)는 미러(402)와, 다이크로익 미러(403)를 가지고 있다. 또한, 레이저 집광부(400)는 반사형 공간 광 변조기(410)와, 4f 렌즈 유닛(420)과, 집광 렌즈 유닛(집광 광학계)(430)과, 구동 기구(440)와, 한쌍의 측거 센서(제1 센서 및 제2 센서)(450)를 가지고 있다.
미러(402)는, 광 입사부(401a)와 Z축 방향에 있어서 대향하도록, 하우징(401)의 바닥면(401b)에 장착되어 있다. 미러(402)는 광 입사부(401a)를 통해서 하우징(401) 내로 입사된 레이저광 L을 XY 평면에 평행한 방향으로 반사한다. 미러(402)에는, 레이저 출력부(300)의 빔 익스팬더(350)에 의해서 평행화된 레이저광 L이 Z축 방향을 따라서 입사된다. 즉, 미러(402)에는, 레이저광 L이 평행광으로서 Z축 방향을 따라서 입사된다. 그 때문에, 제2 이동 기구(240)에 의해서 레이저 집광부(400)가 Z축 방향을 따라서 이동되어도, Z축 방향을 따라서 미러(402)에 입사되는 레이저광 L의 상태는 일정하게 유지된다. 미러(402)에 의해서 반사된 레이저광 L은, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사된다.
반사형 공간 광 변조기(410)는, 반사면(410a)이 하우징(401) 내를 향한 상태로, Y축 방향에 있어서의 하우징(401)의 단부(401c)에 장착되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)는 예를 들면 반사형 액정(LCOS: Liquid Crystal on Silicon)의 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)이며, 레이저광 L을 변조하면서, 레이저광 L을 Y축 방향으로 반사한다. 반사형 공간 광 변조기(410)에 의해서 변조되는 것과 함께 반사된 레이저광 L은, Y축 방향을 따라서 4f 렌즈 유닛(420)으로 입사된다. 여기서, XY 평면에 평행한 평면 내에 있어서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사되는 레이저광 L의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축이 이루는 각도 α는, 예각(예를 들면, 10~60°)으로 되어 있다. 즉, 레이저광 L은 반사형 공간 광 변조기(410)에 있어서 XY 평면을 따라서 예각으로 반사된다. 이것은, 레이저광 L의 입사각 및 반사각을 작게 하여 회절 효율의 저하를 억제시켜서, 반사형 공간 광 변조기(410)의 성능을 충분히 발휘시키기 위함이다. 또한, 반사형 공간 광 변조기(410)에서는, 예를 들면, 액정이 이용된 광 변조층의 두께가 수μm~수십μm 정도로 매우 얇기 때문에, 반사면(410a)은 광 변조층의 광 입출사면과 실질적으로 같다고 파악할 수 있다.
4f 렌즈 유닛(420)은 홀더(421)와, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 렌즈(제1 렌즈계, 결상 광학계)(422)와, 집광 렌즈 유닛(430)측의 렌즈(제2 렌즈계, 결상 광학계)(423)와, 슬릿 부재(424)를 가지고 있다. 홀더(421)는 한쌍의 렌즈(422, 423) 및 슬릿 부재(424)를 유지하고 있다. 홀더(421)는 레이저광 L의 광축을 따른 방향에 있어서의 한쌍의 렌즈(422, 423) 및 슬릿 부재(424)의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하고 있다. 한쌍의 렌즈(422, 423)는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 상(반사형 공간 광 변조기(410)에 있어서 변조된 레이저광 L의 상)이, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 전상(결상)된다. 슬릿 부재(424)에는, 슬릿(424a)이 형성되어 있다. 슬릿(424a)은 렌즈(422)와 렌즈(423)의 사이로서, 렌즈(422)의 초점면 부근에 위치하고 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)에 의해서 변조되는 것과 함께 반사된 레이저광 L 중 불필요한 부분은, 슬릿 부재(424)에 의해서 차단된다. 4f 렌즈 유닛(420)을 통과한 레이저광 L은, Y축 방향을 따라서 다이크로익 미러(403)에 입사된다.
다이크로익 미러(403)는 레이저광 L의 대부분(예를 들면, 95~99.5%)을 Z축 방향으로 반사하고, 레이저광 L의 일부(예를 들면, 0.5~5%)를 Y축 방향을 따라서 투과시킨다. 레이저광 L의 대부분은, 다이크로익 미러(403)에 있어서 ZX 평면을 따라서 직각으로 반사된다. 다이크로익 미러(403)에 의해서 반사된 레이저광 L은, Z축 방향을 따라서 집광 렌즈 유닛(430)에 입사된다.
집광 렌즈 유닛(430)은, Y축 방향에 있어서의 하우징(401)의 단부(401d)(단부(401c)의 반대측의 단부)에, 구동 기구(440)를 통해서 장착되어 있다. 집광 렌즈 유닛(430)은 홀더(431)와, 복수의 렌즈(432)를 가지고 있다. 홀더(431)는 복수의 렌즈(432)를 유지하고 있다. 복수의 렌즈(432)는, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)(도 7 참조)에 대해서 레이저광 L을 집광한다. 구동 기구(440)는, 압전 소자의 구동력에 의해서, 집광 렌즈 유닛(430)을 Z축 방향을 따라서 이동시킨다.
한쌍의 측거 센서(450)는, X축 방향에 있어서 집광 렌즈 유닛(430)의 양측에 위치하도록, 하우징(401)의 단부(401d)에 장착되어 있다. 각 측거 센서(450)는 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)(도 7 참조)의 레이저광 입사면에 대해서 측거용의 광(예를 들면, 레이저광)을 출사하고, 당해 레이저광 입사면에 의해서 반사된 측거용의 광을 검출함으로써, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득한다. 또한, 측거 센서(450)에는, 삼각 측거 방식, 레이저 공초점 방식, 백색 공초점 방식, 분광 간섭 방식, 비점 수차 방식 등의 센서를 이용할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 상술한 바와 같이, X축 방향에 평행한 방향이 가공 방향(레이저광 L의 스캔 방향)으로 되어 있다. 그 때문에, 각 절단 예정 라인(5a, 5b)을 따라서 레이저광 L의 집광점이 상대적으로 이동될 때에, 한쌍의 측거 센서(450) 중 집광 렌즈 유닛(430)에 대해서 상대적으로 선행하는 측거 센서(450)가, 각 절단 예정 라인(5a, 5b)을 따른 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득한다. 그리고, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광 L의 집광점의 거리가 일정하게 유지되도록, 구동 기구(440)가, 측거 센서(450)에 의해서 취득된 변위 데이터에 기초하여 집광 렌즈 유닛(430)을 Z축 방향을 따라서 이동시킨다.
레이저 집광부(400)는 빔 스플리터(461)와, 한쌍의 렌즈(462, 463)와, 레이저광 L의 강도 분포 모니터용의 카메라(464)를 가지고 있다. 빔 스플리터(461)는 다이크로익 미러(403)를 투과한 레이저광 L을 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 빔 스플리터(461)에 의해서 반사된 레이저광 L은, Z축 방향을 따라서 한쌍의 렌즈(462, 463) 및 카메라(464)에 차례로 입사된다. 한쌍의 렌즈(462, 463)는, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)과 카메라(464)의 촬상면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 이것에 의해, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에서의 레이저광 L의 상이, 카메라(464)의 촬상면에 전상(결상) 된다. 상술한 바와 같이, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에서의 레이저광 L의 상은, 반사형 공간 광 변조기(410)에 있어서 변조된 레이저광 L의 상이다. 따라서, 레이저 가공 장치(200)에서는, 카메라(464)에 의한 촬상 결과를 감시함으로써, 반사형 공간 광 변조기(410)의 동작 상태를 파악할 수 있다.
또한, 레이저 집광부(400)는 빔 스플리터(471)와, 렌즈(472)와, 레이저광 L의 광축 위치 모니터용의 카메라(473)를 가지고 있다. 빔 스플리터(471)는 빔 스플리터(461)를 투과한 레이저광 L을 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 빔 스플리터(471)에 의해서 반사된 레이저광 L은, Z축 방향을 따라서 렌즈(472) 및 카메라(473)에 차례로 입사된다. 렌즈(472)는 입사된 레이저광 L을 카메라(473)의 촬상면 상에 집광한다. 레이저 가공 장치(200)에서는, 카메라(464) 및 카메라(473)의 각각에 의한 촬상 결과를 감시하면서, 미러 유닛(360)에 있어서, 장착 베이스(301)에 대한 지지 베이스(361)의 위치 조정, 지지 베이스(361)에 대한 미러(363)의 위치 조정, 및 각 미러(362, 363)의 반사면의 각도 조정을 실시함으로써(도 9 및 도 10 참조), 집광 렌즈 유닛(430)에 입사하는 레이저광 L의 광축의 어긋남(집광 렌즈 유닛(430)에 대한 레이저광의 강도 분포의 위치 어긋남, 및 집광 렌즈 유닛(430)에 대한 레이저광 L의 광축의 각도 어긋남)을 보정할 수 있다.
복수의 빔 스플리터(461, 471)는, 하우징(401)의 단부(401d)로부터 Y축 방향을 따라서 연장되는 통체(筒體)(404) 내에 배치되어 있다. 한쌍의 렌즈(462, 463)는, Z축 방향을 따라서 통체(404) 상에 입설된 통체(405) 내에 배치되어 있고, 카메라(464)는 통체(405)의 단부에 배치되어 있다. 렌즈(472)는 Z축 방향을 따라서 통체(404) 상에 입설된 통체(406) 내에 배치되어 있고, 카메라(473)는 통체(406)의 단부에 배치되어 있다. 통체(405)와 통체(406)는, Y축 방향에 있어서 서로 병설되어 있다. 또한, 빔 스플리터(471)를 투과한 레이저광 L은, 통체(404)의 단부에 마련된 댐퍼 등에 흡수되도록 해도 되고, 혹은, 적절한 용도로 이용되도록 해도 된다.
도 12 및 도 13에 도시되는 바와 같이, 레이저 집광부(400)는 가시 광원(481)과, 복수의 렌즈(482)와, 레티클(483)과, 미러(484)와, 하프 미러(485)와, 빔 스플리터(486)와, 렌즈(487)와, 관찰 카메라(488)를 가지고 있다. 가시 광원(481)은 Z축 방향을 따라서 가시광 V를 출사한다. 복수의 렌즈(482)는, 가시 광원(481)으로부터 출사된 가시광 V를 평행화시킨다. 레티클(483)은 가시광 V에 눈금선을 부여한다. 미러(484)는 복수의 렌즈(482)에 의해서 평행화된 가시광 V를 X축 방향으로 반사한다. 하프 미러(485)는 미러(484)에 의해서 반사된 가시광 V를 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 하프 미러(485)에 의해서 반사된 가시광 V는, Z축 방향을 따라서 빔 스플리터(486) 및 다이크로익 미러(403)를 차례로 투과하여, 집광 렌즈 유닛(430)을 통해서, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)(도 7 참조)에 조사된다.
가공 대상물(1)에 조사된 가시광 V는, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면에 의해서 반사되어, 집광 렌즈 유닛(430)을 통해서 다이크로익 미러(403)에 입사되고, Z축 방향을 따라서 다이크로익 미러(403)를 투과한다. 빔 스플리터(486)는 다이크로익 미러(403)를 투과한 가시광 V를 반사 성분과 투과 성분으로 나눈다. 빔 스플리터(486)를 투과한 가시광 V는, 하프 미러(485)를 투과하여, Z축 방향을 따라서 렌즈(487) 및 관찰 카메라(488)에 차례로 입사된다. 렌즈(487)는 입사된 가시광 V를 관찰 카메라(488)의 촬상면 상에 집광한다. 레이저 가공 장치(200)에서는, 관찰 카메라(488)에 의한 촬상 결과를 관찰함으로써, 가공 대상물(1)의 상태를 파악할 수 있다.
미러(484), 하프 미러(485) 및 빔 스플리터(486)는, 하우징(401)의 단부(401d) 상에 장착된 홀더(407) 내에 배치되어 있다. 복수의 렌즈(482) 및 레티클(483)은, Z축 방향을 따라서 홀더(407) 상에 입설된 통체(408) 내에 배치되어 있고, 가시 광원(481)은 통체(408)의 단부에 배치되어 있다. 렌즈(487)는 Z축 방향을 따라서 홀더(407) 상에 입설된 통체(409) 내에 배치되어 있고, 관찰 카메라(488)는 통체(409)의 단부에 배치되어 있다. 통체(408)와 통체(409)는, X축 방향에 있어서 서로 병설되어 있다. 또한, X축 방향을 따라서 하프 미러(485)를 투과한 가시광 V, 및 빔 스플리터(486)에 의해서 X축 방향으로 반사된 가시광 V는, 각각, 홀더(407)의 벽부에 마련된 댐퍼 등에 흡수되도록 해도 되고, 혹은, 적절한 용도로 이용되도록 해도 된다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)의 교환이 상정되어 있다. 이것은, 가공 대상물(1)의 사양, 가공 조건 등에 따라서, 가공에 적합한 레이저광 L의 파장이 다르기 때문이다. 그 때문에, 출사하는 레이저광 L의 파장이 서로 다른 복수의 레이저 출력부(300)가 준비된다. 여기에서는, 출사하는 레이저광 L의 파장이 500~550nm의 파장 대역에 포함되는 레이저 출력부(300), 출사하는 레이저광 L의 파장이 1000~1150nm의 파장 대역에 포함되는 레이저 출력부(300), 및 출사하는 레이저광 L의 파장이 1300~1400nm의 파장 대역에 포함되는 레이저 출력부(300)가 준비된다.
한편, 레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 집광부(400)의 교환이 상정되어 있지 않다. 이것은, 레이저 집광부(400)가 멀티 파장에 대응하고 있기(서로 연속하지 않는 복수의 파장 대역에 대응하고 있기) 때문이다. 구체적으로는, 미러(402), 반사형 공간 광 변조기(410), 4f 렌즈 유닛(420)의 한쌍의 렌즈(422, 423), 다이크로익 미러(403), 및 집광 렌즈 유닛(430)의 렌즈(432) 등이 멀티 파장에 대응하고 있다. 여기에서는, 레이저 집광부(400)는 500~550nm, 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 파장 대역에 대응하고 있다. 이것은, 레이저 집광부(400)의 각 구성에 소정의 유전체 다층막을 코팅하는 것 등, 원하는 광학 성능이 만족되도록 레이저 집광부(400)의 각 구성이 설계됨으로써 실현된다. 또한, 레이저 출력부(300)에 있어서, λ/2 파장판 유닛(330)은 λ/2 파장판을 가지고 있고, 편광판 유닛(340)은 편광판을 가지고 있다. λ/2 파장판 및 편광판은, 파장 의존성이 높은 광학 소자이다. 그 때문에, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 파장 대역마다 다른 구성으로서 레이저 출력부(300)에 마련되어 있다.
[레이저 가공 장치에 있어서의 레이저광의 광로 및 편광 방향］
레이저 가공 장치(200)에서는, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)에 대해서 집광되는 레이저광 L의 편광 방향은, 도 11에 도시되는 바와 같이, X축 방향에 평행한 방향으로, 가공 방향(레이저광 L의 스캔 방향)과 일치하고 있다. 여기서, 반사형 공간 광 변조기(410)에서는, 레이저광 L이 P 편광으로서 반사된다. 이것은, 반사형 공간 광 변조기(410)의 광 변조층에 액정이 이용되고 있는 경우에 있어서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 대해서 입출사하는 레이저광 L의 광축을 포함하는 평면에 평행한 면 내에서 액정 분자가 경사지도록, 당해 액정이 배향(配向)되어 있을 때에는, 편파(偏波)면의 회전이 억제된 상태로 레이저광 L에 위상 변조가 실시되기 때문이다(예를 들면, 일본 특허 제3878758호 공보 참조). 한편, 다이크로익 미러(403)에서는, 레이저광 L이 S 편광으로서 반사된다. 이것은, 레이저광 L을 P 편광으로서 반사시키는 것보다도, 레이저광 L을 S 편광으로서 반사시키는 쪽이, 다이크로익 미러(403)를 멀티 파장에 대응시키기 위한 유전체 다층막의 코팅수가 감소하는 등, 다이크로익 미러(403)의 설계가 용이하게 되기 때문이다.
따라서, 레이저 집광부(400)에서는, 미러(402)로부터 반사형 공간 광 변조기(410) 및 4f 렌즈 유닛(420)을 통해서 다이크로익 미러(403)에 이르는 광로가, XY 평면을 따르도록 설정되어 있고, 다이크로익 미러(403)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 광로가, Z축 방향을 따르도록 설정되어 있다.
도 9에 도시되는 바와 같이, 레이저 출력부(300)에서는, 레이저광 L의 광로가 X축 방향 또는 Y축 방향(주면(301a)에 평행한 평면)을 따르도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 레이저 발진기(310)로부터 미러(303)에 이르는 광로, 및, 미러(304)로부터 λ/2 파장판 유닛(330), 편광판 유닛(340) 및 빔 익스팬더(350)를 통해서 미러 유닛(360)에 이르는 광로가, X축 방향을 따르도록 설정되어 있고, 미러(303)로부터 셔터(320)를 통해서 미러(304)에 이르는 광로, 및, 미러 유닛(360)에 있어서 미러(362)로부터 미러(363)에 이르는 광로가, Y축 방향을 따르도록 설정되어 있다.
여기서, Z축 방향을 따라서 레이저 출력부(300)로부터 레이저 집광부(400)로 진행된 레이저광 L은, 도 11에 도시되는 바와 같이, 미러(402)에 의해서 XY 평면에 평행한 방향으로 반사되어, 반사형 공간 광 변조기(410)로 입사된다. 이때, XY 평면에 평행한 평면 내에 있어서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사되는 레이저광 L의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축은, 예각인 각도 α를 이루고 있다. 한편, 상술한 바와 같이, 레이저 출력부(300)에서는, 레이저광 L의 광로가 X축 방향 또는 Y축 방향을 따르도록 설정되어 있다.
따라서, 레이저 출력부(300)에 있어서, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을, 레이저광 L의 출력을 조정하는 출력 조정부로서만이 아니라, 레이저광 L의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부로서도 기능시킬 필요가 있다.
[λ/2 파장판 유닛 및 편광판 유닛］
도 14에 도시되는 바와 같이, λ/2 파장판 유닛(330)은 홀더(제1 홀더)(331)와, λ/2 파장판(332)을 가지고 있다. 홀더(331)는, X축 방향에 평행한 축선(제1 축선) XL을 중심선으로 하여 λ/2 파장판(332)이 회전 가능하게 되도록, λ/2 파장판(332)을 유지하고 있다. λ/2 파장판(332)은, 그 광학축(예를 들면, fast축)에 대해서 편광 방향이 각도 θ만큼 기울어져 레이저광 L이 입사되었을 경우에, 축선 XL을 중심선으로 하여 편광 방향을 각도 2θ만큼 회전시켜 레이저광 L을 출사한다(도 15의(a) 참조).
편광판 유닛(340)은 홀더(제2 홀더)(341)와, 편광판(편광 부재)(342)과, 광로 보정판(광로 보정 부재)(343)을 가지고 있다. 홀더(341)는 축선(제2 축선) XL을 중심선으로 하여 편광판(342) 및 광로 보정판(343)이 일체로 회전 가능하게 되도록, 편광판(342) 및 광로 보정판(343)을 유지하고 있다. 편광판(342)의 광 입사면 및 광 출사면은, 소정 각도(예를 들면, 브루스터 각도)만큼 기울어져 있다. 편광판(342)은, 레이저광 L이 입사되었을 경우에, 편광판(342)의 편광축과 일치하는 레이저광 L의 P 편광 성분을 투과시키고, 레이저광 L의 S 편광 성분을 반사 또는 흡수한다(도 15의 (b) 참조). 광로 보정판(343)의 광 입사면 및 광 출사면은, 편광판(342)의 광 입사면 및 광 출사면과는 반대측으로 기울어져 있다. 광로 보정판(343)은 편광판(342)을 투과함으로써 축선 XL 상으로부터 벗어난 레이저광 L의 광축을 축선 XL 상으로 되돌린다.
상술한 바와 같이, 레이저 집광부(400)에서는, XY 평면에 평행한 평면 내에 있어서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사되는 레이저광 L의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축이, 예각인 각도 α를 이루고 있다(도 11 참조). 한편, 레이저 출력부(300)에서는, 레이저광 L의 광로가 X축 방향 또는 Y축 방향을 따르도록 설정되어 있다(도 9 참조).
그래서, 편광판 유닛(340)에서는, 축선 XL을 중심선으로 하여 편광판(342) 및 광로 보정판(343)이 일체로 회전되어, 도 15의 (b)에 도시되는 바와 같이, Y축 방향에 평행한 방향에 대해서 편광판(342)의 편광축이 각도 α만큼 기울어진다. 이것에 의해, 편광판 유닛(340)으로부터 출사되는 레이저광 L의 편광 방향이, Y축 방향에 평행한 방향에 대해서 각도 α만큼 기운다. 그 결과, 반사형 공간 광 변조기(410)에 있어서 레이저광 L이 P 편광으로서 반사되는 것과 함께, 다이크로익 미러(403)에 있어서 레이저광 L이 S 편광으로서 반사되어, 지지대(230)에 지지된 가공 대상물(1)에 대해서 집광되는 레이저광 L의 편광 방향이 X축 방향에 평행한 방향이 된다.
또한, 도 15의 (b)에 도시되는 바와 같이, 편광판 유닛(340)에 입사되는 레이저광 L의 편광 방향이 조정되고, 편광판 유닛(340)으로부터 출사되는 레이저광 L의 광 강도가 조정된다. 편광판 유닛(340)에 입사되는 레이저광 L의 편광 방향의 조정은, λ/2 파장판 유닛(330)에 있어서 축선 XL을 중심선으로 하여 λ/2 파장판(332)이 회전되어, 도 15의 (a)에 도시되는 바와 같이, λ/2 파장판(332)에 입사되는 레이저광 L의 편광 방향(예를 들면, Y축 방향에 평행한 방향)에 대한 λ/2 파장판(332)의 광학축의 각도가 조정됨으로써, 실시된다.
이상과 같이, 레이저 출력부(300)에 있어서, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)은, 레이저광 L의 출력을 조정하는 출력 조정부(상술한 예에서는, 출력 감쇠부)로서만이 아니라, 레이저광 L의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부로서도 기능하고 있다.
[4f 렌즈 유닛］
상술한 바와 같이, 4f 렌즈 유닛(420)의 한쌍의 렌즈(422, 423)는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하고 있다. 구체적으로는, 도 16에 도시되는 바와 같이, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 렌즈(422)와 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a) 사이의 광로의 거리가 렌즈(422)의 제1 초점 거리 f1이 되고, 집광 렌즈 유닛(430)측의 렌즈(423)와 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a) 사이의 광로의 거리가 렌즈(423)의 제2 초점 거리 f2가 되며, 렌즈(422)와 렌즈(423) 사이의 광로의 거리가 제1 초점 거리 f1과 제2 초점 거리 f2의 합(즉, f1＋f2)으로 되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 광로 중 한쌍의 렌즈(422, 423) 간의 광로는, 일직선이다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 유효지름을 크게 하는 관점에서, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M이, 0.5<M<1(축소계)를 만족시키고 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 유효지름이 클수록, 고정밀한 위상 패턴으로 레이저광 L이 변조된다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 길게 되는 것을 억제한다고 하는 관점에서는, 0.6≤M≤0.95인 것이 보다 바람직하다. 여기서, (양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M)=(집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에서의 상의 크기)/(반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 물체의 크기)이다. 레이저 가공 장치(200)의 경우, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M, 렌즈(422)의 제1 초점 거리 f1 및 렌즈(423)의 제2 초점 거리 f2가, M=f2/f1를 만족시키고 있다.
또한, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 유효지름을 작게 하는 관점에서, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M이, 1<M<2(확대계)를 만족시키고 있어도 된다. 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 유효지름이 작을수록, 빔 익스팬더(350)(도 9 참조)의 배율이 작아도 되고, XY 평면에 평행한 평면 내에 있어서, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사되는 레이저광 L의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축이 이루는 각도 α(도 11 참조)가 작게 된다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 길게 되는 것을 억제한다고 하는 관점에서는, 1.05≤M≤1.7인 것이 보다 바람직하다.
4f 렌즈 유닛(420)에서는, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M이 1은 아니기 때문에, 도 17에 도시되는 바와 같이, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 광축을 따라 이동하면, 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 이동한다. 구체적으로는, 배율 M<1(축소계)인 경우, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 광축을 따라 집광 렌즈 유닛(430)측으로 이동하면, 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 반사형 공간 광 변조기(410)의 반대측으로 이동한다. 한편, 배율 M>1(확대계)인 경우, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 광축을 따라 반사형 공간 광 변조기(410)측으로 이동하면, 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 반사형 공간 광 변조기(410)의 반대측으로 이동한다. 이것에 의해, 예를 들면 집광 렌즈 유닛(430)의 장착 위치에 어긋남이 발생되었을 경우에, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 위치 맞춤된다. 4f 렌즈 유닛(420)에서는, 도 11에 도시되는 바와 같이, Y축 방향으로 연장되는 복수의 긴 구멍(421a)이 홀더(421)의 바닥벽에 형성되어 있고, 각 긴 구멍(421a)을 통한 볼트 고정에 의해서, 홀더(421)가 하우징(401)의 바닥면(401b)에 고정되어 있다. 이것에 의해, 광축을 따른 방향에 있어서의 한쌍의 렌즈(422, 423)의 위치 조정은, 하우징(401)의 바닥면(401b)에 대한 홀더(421)의 고정 위치가 Y축 방향을 따라서 조정됨으로써, 실시된다.
[작용 및 효과］
레이저 가공 장치(200)는 장치 프레임(210)과, 장치 프레임(210)에 장착되어, 가공 대상물(1)을 지지하는 지지대(230)와, 장치 프레임(210)에 장착된 레이저 출력부(300)와, 레이저 출력부(300)에 대해서 이동 가능하게 되도록 장치 프레임(210)에 장착된 레이저 집광부(400)를 구비한다. 레이저 출력부(300)는 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310)를 가진다. 레이저 집광부(400)는 레이저광 L을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기(410)와, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 집광하는 집광 렌즈 유닛(430)과, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 한쌍의 렌즈(422, 423)를 가진다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410), 집광 렌즈 유닛(430) 및 한쌍의 렌즈(422, 423)를 가지는 레이저 집광부(400)가, 레이저 발진기(310)를 가지는 레이저 출력부(300)에 대해서 이동 가능하다. 따라서, 예를 들면, 레이저 발진기(310)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로 상에 배치된 각 구성의 전체를 이동시키는 경우에 비해, 이동 대상이 되는 레이저 집광부(400)를 경량화할 수 있고, 레이저 집광부(400)를 이동시키기 위한 제2 이동 기구(240)를 소형화할 수 있다. 게다가, 반사형 공간 광 변조기(410), 집광 렌즈 유닛(430) 및 한쌍의 렌즈(422, 423)는 일체로 하여 이동되어, 서로의 위치 관계가 유지되기 때문에, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 상을 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 정밀도 좋게 전상할 수 있다. 따라서, 레이저 가공 장치(200)에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 집광 렌즈 유닛(430)측의 구성을 가공 대상물(1)에 대해서 이동시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)로부터의 레이저광 L의 출사 방향(Z축 방향)이, 레이저 집광부(400)의 이동 방향(Z축 방향)과 일치하고 있다. 이것에 의해, 레이저 출력부(300)에 대해서 레이저 집광부(400)가 이동해도, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 위치가 변화하는 것을 억제할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)가 레이저광 L을 평행화시키는 빔 익스팬더(350)를 더 가진다. 이것에 의해, 레이저 출력부(300)에 대해서 레이저 집광부(400)가 이동해도, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 지름이 변화하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 빔 익스팬더(350)에 의해서 레이저광 L이 완전한 평행광으로 되지 않고, 예를 들면 레이저광 L의 확산각이 다소 있었다고 해도, 반사형 공간 광 변조기(410)에 있어서 레이저광 L을 평행화시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 집광부(400)가 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통해서 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 내부에 설정된 하우징(401)을 더 가지며, 하우징(401)에, 레이저 출력부(300)로부터 출사된 레이저광 L을 하우징(401) 내에 입사시키는 광 입사부(401a)가 마련되어 있다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통해서 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로의 상태를 일정하게 유지하면서, 레이저 출력부(300)에 대해서 레이저 집광부(400)를 이동시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 집광부(400)가 레이저 집광부(400)의 이동 방향(Z축 방향)에 있어서 광 입사부(401a)와 대향하도록 하우징(401) 내에 배치된 미러(402)를 더 가지며, 미러(402)가, 광 입사부(401a)로부터 하우징(401) 내로 입사된 레이저광 L을 반사형 공간 광 변조기(410)를 향해서 반사한다. 이것에 의해, 레이저 출력부(300)로부터 레이저 집광부(400)로 입사된 레이저광 L을 반사형 공간 광 변조기(410)에 원하는 각도로 입사시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 지지대(230)가 레이저 집광부(400)의 이동 방향(Z축 방향)에 수직한 평면(XY 평면)을 따라서 이동 가능하게 되도록 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 가공 대상물(1)에 대해서 원하는 위치에 레이저광 L의 집광점을 위치시키는 것에 더하여, 레이저 집광부(400)의 이동 방향에 수직한 평면에 평행한 방향에 있어서, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 스캔할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 지지대(230)가 제1 이동 기구(220)를 통해서 장치 프레임(210)에 장착되어 있고, 레이저 집광부(400)가 제2 이동 기구(240)를 통해서 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 지지대(230) 및 레이저 집광부(400)의 각각의 이동을 확실하게 실시할 수 있다.
또한, 레이저 가공 장치(200)는 장치 프레임(210)과, 장치 프레임(210)에 장착되어, 가공 대상물(1)을 지지하는 지지대(230)와, 장치 프레임(210)에 대해서 착탈 가능한 레이저 출력부(300)와, 장치 프레임(210)에 장착된 레이저 집광부(400)를 구비한다. 레이저 출력부(300)는 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310)와, 레이저광 L의 출력을 조정하는 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 가진다. 레이저 집광부(400)는 레이저광 L을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기(410)와, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 집광하는 집광 렌즈 유닛(430)과, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 한쌍의 렌즈(422, 423)를 가진다. 이 경우, 레이저 집광부(400)가 장치 프레임(210)에 고정되어 있어도 된다. 그리고, 지지대(230)가, X축 방향 및 Y축 방향을 따르는 것만이 아니라 Z축 방향을 따라서도 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있어도 된다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410), 집광 렌즈 유닛(430) 및 한쌍의 렌즈(422, 423)를 가지는 레이저 집광부(400)와는 별체로, 레이저 발진기(310) 및 λ/2 파장판 유닛(330)과 편광판 유닛(340)을 가지는 레이저 출력부(300)가 장치 프레임(210)에 대해서 착탈 가능하다. 따라서, 가공 대상물(1)의 사양, 가공 조건 등에 따라서, 가공에 적합한 레이저광 L의 파장이 다른 경우에는, 원하는 파장을 가지는 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310), 및 파장 의존성을 가지는 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 통합해서 교환할 수 있다. 따라서, 레이저 가공 장치(200)에 의하면, 레이저광 L의 파장이 서로 다른 복수의 레이저 발진기(310)를 이용할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)가 레이저 발진기(310) 및 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 지지하고 또한 장치 프레임(210)에 대해서 착탈 가능한 장착 베이스(301)를 더 가지며, 레이저 출력부(300)가 장착 베이스(301)를 통해서 장치 프레임(210)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 장치 프레임(210)에 대해서 레이저 출력부(300)를 용이하게 착탈할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)가 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축을 조정하기 위한 미러(362, 363)를 더 가진다. 이것에 의해, 예를 들면 장치 프레임(210)에 레이저 출력부(300)를 장착했을 때에, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 광축의 위치 및 각도를 조정할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)이, 레이저광 L의 편광 방향을 조정한다. 이것에 의해, 예를 들면 장치 프레임(210)에 레이저 출력부(300)를 장착했을 때에, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 편광 방향, 나아가서는 레이저 집광부(400)로부터 출사되는 레이저광 L의 편광 방향을 조정할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)이, λ/2 파장판(332) 및 편광판(342)을 포함하고 있다. 이것에 의해, 파장 의존성을 가지는 λ/2 파장판(332) 및 편광판(342)을, 레이저 발진기(310)와 통합해서 교환할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 레이저 출력부(300)가 레이저광 L의 지름을 조정하면서 레이저광 L을 평행화시키는 빔 익스팬더(350)를 더 가진다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저 출력부(300)에 대해서 레이저 집광부(400)가 이동하는 경우에도, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 상태를 일정하게 유지할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410), 집광 렌즈 유닛(430) 및 한쌍의 렌즈(422, 423)가, 500~550nm, 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 파장 대역에 대응하고 있다. 이것에 의해, 각 파장 대역의 레이저광 L을 출사하는 레이저 출력부(300)를 레이저 가공 장치(200)에 장착할 수 있다. 또한, 500~550nm의 파장 대역의 레이저광 L은, 예를 들면 사파이어로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다. 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 각 파장 대역의 레이저광 L은, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 기판에 대한 내부 흡수형 레이저 가공에 적합하다.
또한, 레이저 가공 장치(200)는 가공 대상물(1)을 지지하는 지지대(230)와, 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310)와, 레이저광 L을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기(410)와, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 집광하는 집광 렌즈 유닛(430)과, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 한쌍의 렌즈(422, 423)를 구비한다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로 중, 적어도 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통과하는(즉, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 렌즈(422)로부터 집광 렌즈 유닛(430)측의 렌즈(423)에 이르는) 레이저광 L의 광로는, 일직선이다. 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M은, 0.5<M<1 또는 1<M<2를 만족시킨다. 또한, 레이저 가공 장치(200)에서는, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M, 렌즈(422)의 제1 초점 거리 f1 및 렌즈(423)의 제2 초점 거리 f2가, M=f2/f1를 만족시킨다. 이 경우, 레이저 집광부(400)가 장치 프레임(210)에 고정되어 있어도 된다. 그리고, 지지대(230)가 X축 방향 및 Y축 방향을 따르는 것만이 아니라 Z축 방향을 따라서도 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있어도 된다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M이 1은 아니다. 이것에 의해, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 광축을 따라 이동하면, 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 이동한다. 구체적으로는, 배율 M<1(축소계)인 경우, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 광축을 따라 집광 렌즈 유닛(430)측으로 이동하면, 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 반사형 공간 광 변조기(410)의 반대측으로 이동한다. 한편, 배율 M>1(확대계)인 경우, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 광축을 따라 반사형 공간 광 변조기(410)측으로 이동하면, 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점이 반사형 공간 광 변조기(410)의 반대측으로 이동한다. 따라서, 예를 들면 집광 렌즈 유닛(430)의 장착 위치에 어긋남이 발생되었을 경우에, 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 집광 렌즈 유닛(430)측의 공액점을 위치 맞춤할 수 있다. 게다가, 적어도 반사형 공간 광 변조기(410)측의 렌즈(422)로부터 집광 렌즈 유닛(430)측의 렌즈(423)에 이르는 레이저광 L의 광로가 일직선이기 때문에, 한쌍의 렌즈(422), 렌즈(423)를 광축을 따라 용이하게 이동시킬 수 있다. 따라서, 레이저 가공 장치(200)에 의하면, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 상을 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 용이하고 또한 정밀도 좋게 전상할 수 있다.
또한, 0.5<M<1로 함으로써, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 유효지름을 크게 할 수 있고, 고정밀한 위상 패턴으로 레이저광 L을 변조할 수 있다. 한편, 1<M<2로 함으로써, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 유효지름을 작게 할 수 있고, 반사형 공간 광 변조기(410)에 입사되는 레이저광 L의 광축과, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축이 이루는 각도 α를 작게 할 수 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)에 대한 레이저광 L의 입사각 및 반사각을 억제하는 것은, 회절 효율의 저하를 억제시켜 반사형 공간 광 변조기(410)의 성능을 충분히 발휘시키는데 있어서 중요하다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 배율 M이, 0.6≤M≤0.95를 만족시켜도 된다. 이것에 의해, 상술한 0.5<M<1로 했을 경우에 달성되는 효과를 유지하면서, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 길게 되는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 배율 M이, 1.05≤M≤1.7를 만족시켜도 된다. 이것에 의해, 상술한 1<M<2로 했을 경우에 달성되는 효과를 유지하면서, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 길게 되는 것을 보다 확실히 억제할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 한쌍의 렌즈(422, 423)가 홀더(421)에 유지되어 있고, 홀더(421)가 레이저광 L의 광축을 따른 방향에 있어서의 한쌍의 렌즈(422, 423)의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하고 있고, 레이저광 L의 광축을 따른 방향(Y축 방향)에 있어서의 한쌍의 렌즈(422, 423)의 위치 조정이, 홀더(421)의 위치 조정에 의해서 실시된다. 이것에 의해, 한쌍의 렌즈(422, 423)의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하면서, 한쌍의 렌즈(422, 423)의 위치 조정(나아가서는 공액점의 위치 조정)을 용이하고 또한 확실하게 실시할 수 있다.
또한, 레이저 가공 장치(200)는 가공 대상물(1)을 지지하는 지지대(230)와, 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310)와, 레이저광 L을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기(410)와, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 집광하는 집광 렌즈 유닛(430)과, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 한쌍의 렌즈(422, 423)와, 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통과한 레이저광 L을 집광 렌즈 유닛(430)을 향해서 반사하는 다이크로익 미러(403)를 구비한다. 반사형 공간 광 변조기(410)는 레이저광 L을 소정의 평면(반사형 공간 광 변조기(410)에 대해서 입출사하는 레이저광 L의 광로를 포함하는 평면, XY 평면에 평행한 평면)을 따라서 예각으로 반사한다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통해서 다이크로익 미러(403)에 이르는 레이저광 L의 광로는, 당해 평면을 따르도록 설정되어 있다. 다이크로익 미러(403)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로는, 당해 평면과 교차하는 방향(Z축 방향)을 따르도록 설정되어 있다. 이 경우, 레이저 집광부(400)가 장치 프레임(210)에 고정되어 있어도 된다. 그리고, 지지대(230)가, X축 방향 및 Y축 방향을 따르는 것만이 아니라 Z축 방향을 따라서도 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있어도 된다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통해서 다이크로익 미러(403)에 이르는 레이저광 L의 광로가, 소정의 평면을 따르도록 설정되어 있고, 다이크로익 미러(403)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가, 당해 평면과 교차하는 방향을 따르도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 반사형 공간 광 변조기(410)에 레이저광 L을 P 편광으로서 반사시키고 또한 미러에 레이저광 L을 S 편광으로서 반사시킬 수 있다. 이것은, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 상을 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 정밀도 좋게 전상하는데 있어서 중요하다. 또한, 반사형 공간 광 변조기(410)가 레이저광 L을 예각으로 반사한다. 반사형 공간 광 변조기(410)에 대한 레이저광 L의 입사각 및 반사각을 억제하는 것은, 회절 효율의 저하를 억제시켜 반사형 공간 광 변조기(410)의 성능을 충분히 발휘시키는데 있어서 중요하다. 이상에 의해, 레이저 가공 장치(200)에 의하면, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 상을 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 정밀도 좋게 전상할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 다이크로익 미러(403)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가, 상술한 평면(XY 평면에 평행한 평면)과 직교하는 방향을 따르도록 설정되어 있고, 다이크로익 미러(403)가 레이저광 L을 직각으로 반사한다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로를 직각으로 돌려놓을 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통과한 레이저광 L을 집광 렌즈 유닛(430)을 향해서 반사하는 미러가, 다이크로익 미러(403)이다. 이것에 의해, 다이크로익 미러(403)를 투과한 레이저광 L의 일부를 여러가지 용도로 이용할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410)가 레이저광 L을 P 편광으로서 반사하고, 다이크로익 미러(403)가 레이저광 L을 S 편광으로서 반사한다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)에서의 레이저광 L의 상을 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)에 정밀도 좋게 전상할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)는 레이저 발진기(310)로부터 반사형 공간 광 변조기(410)에 이르는 레이저광 L의 광로 상에 배치되고, 레이저광 L의 편광 방향을 조정하는 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 더 구비한다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)가 레이저광 L을 예각으로 반사하는 것에 대비하여 레이저광 L의 편광 방향을 조정할 수 있으므로, 레이저 발진기(310)로부터 반사형 공간 광 변조기(410)에 이르는 레이저광 L의 광로를 직각으로 돌려놓을 수 있다.
또한, 레이저 가공 장치(200)는 가공 대상물(1)을 지지하는 지지대(230)와, 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310)와, 레이저광 L을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기(410)와, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 집광하는 집광 렌즈 유닛(430)과, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 한쌍의 렌즈(422, 423)와, 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통과한 레이저광 L을 집광 렌즈 유닛(430)을 향해서 반사하는 다이크로익 미러(403)와, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 한쪽의 측거 센서(450)를 구비한다. 다이크로익 미러(403)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로는, 제1 방향(Z축 방향)을 따르도록 설정되어 있다. 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통해서 다이크로익 미러(403)에 이르는 레이저광 L의 광로는, 제1 방향에 수직한 제2 방향(Y축 방향)을 따르도록 설정되어 있다. 한쪽의 측거 센서(450)는, 제1 방향 및 제2 방향에 수직한 제3 방향(X축 방향)에 있어서 집광 렌즈 유닛(430)의 한쪽 측에 배치되어 있다. 이 경우, 레이저 집광부(400)가 장치 프레임(210)에 고정되어 있어도 된다. 그리고, 지지대(230)가, X축 방향 및 Y축 방향을 따르는 것만이 아니라 Z축 방향을 따라서도 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있어도 된다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 집광 렌즈 유닛(430)에 대해서 한쪽의 측거 센서(450)가 상대적으로 선행되도록, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 스캔함으로써, 가공 대상물(1)의 임의의 지점에서의 레이저광 입사면의 변위 데이터를, 당해 지점에 레이저광 L이 조사되기 전에 취득할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광 L의 집광점의 거리가 일정하게 유지되도록, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 스캔할 수 있다. 또한, 한쪽의 측거 센서(450)가, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 배치되는 평면(YZ 평면에 평행한 평면)에 대해서 한쪽 측에 배치되어 있다. 즉, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로 상에 배치된 각 구성에 대해서, 한쪽의 측거 센서(450)가 효율 좋게 배치되어 있다. 따라서, 레이저 가공 장치(200)에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통과한 레이저광 L을 집광 렌즈 유닛(430)을 향해서 반사하는 미러가, 다이크로익 미러(403)이다. 이것에 의해, 다이크로익 미러(403)를 투과한 레이저광 L의 일부를 여러가지 용도로 이용할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 다이크로익 미러(403)가 레이저광 L을 S 편광으로서 반사한다. 이것에 의해, 제3 방향(X축 방향)을 따라서 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 스캔함으로써, 레이저광 L의 스캔 방향과 레이저광 L의 편광 방향을 서로 일치시킬 수 있다. 예를 들면, 절단 예정 라인을 따라서 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 경우에는, 레이저광 L의 스캔 방향과 레이저광 L의 편광 방향을 서로 일치시킴으로써, 개질 영역을 효율 좋게 형성할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)는 적어도 반사형 공간 광 변조기(410), 집광 렌즈 유닛(430), 한쌍의 렌즈(422, 423), 다이크로익 미러(403) 및 한쪽의 측거 센서(450)를 지지하는 하우징(401)과, 제1 방향(Z축 방향)을 따라서 하우징(401)을 이동시키는 제2 이동 기구(240)를 더 구비한다. 집광 렌즈 유닛(430) 및 한쪽의 측거 센서(450)는, 제2 방향(Y축 방향)에 있어서의 하우징(401)의 단부(401d)에 장착되어 있다. 제2 이동 기구(240)는 제3 방향(X축 방향)에 있어서의 하우징(401)의 한쪽 측면(401e)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 장치의 대형화를 억제하면서, 반사형 공간 광 변조기(410), 집광 렌즈 유닛(430), 한쌍의 렌즈(422, 423), 다이크로익 미러(403) 및 한쪽의 측거 센서(450)를 일체로 하여 이동시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(200)는 제1 방향(Z축 방향)을 따라서 집광 렌즈 유닛(430)을 이동시키는 구동 기구(440)를 더 구비한다. 집광 렌즈 유닛(430)은, 구동 기구(440)를 통해서, 제2 방향(Y축 방향)에 있어서의 하우징(401)의 단부(401d)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면과 레이저광 L의 집광점의 거리가 일정하게 유지되도록, 집광 렌즈 유닛(430)을 이동시킬 수 있다.
레이저 가공 장치(200)에서는, 반사형 공간 광 변조기(410)가 제2 방향(Y축 방향)에 있어서의 하우징(401)의 단부(401c)에 장착되어 있다. 이것에 의해, 하우징(401)에 대해서 각 구성을 효율 좋게 배치할 수 있다.
레이저 가공 장치(200)는 가공 대상물(1)의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 다른 쪽의 측거 센서(450)를 더 구비한다. 다른 쪽의 측거 센서(450)는, 제3 방향(X축 방향)에 있어서 집광 렌즈 유닛(430)의 다른 쪽 측에 배치되어 있다. 이것에 의해, 집광 렌즈 유닛(430)에 대해서 한쪽의 측거 센서(450)가 상대적으로 선행되도록, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 스캔하는 때에는, 한쪽의 측거 센서(450)를 이용하여 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있다. 한편, 집광 렌즈 유닛(430)에 대해서 다른 쪽의 측거 센서(450)가 상대적으로 선행되도록, 가공 대상물(1)에 대해서 레이저광 L을 스캔하는 때에는, 다른 쪽의 측거 센서(450)를 이용하여 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득할 수 있다. 또한, 한쪽의 측거 센서(450)가, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로가 배치되는 평면(YZ 평면에 평행한 평면)에 대해서 한쪽 측에 배치되어 있고, 다른 쪽의 측거 센서(450)가, 당해 평면에 대해서 다른 쪽 측에 배치되어 있다. 이것에 의해, 반사형 공간 광 변조기(410)로부터 집광 렌즈 유닛(430)에 이르는 레이저광 L의 광로 상에 배치된 각 구성에 대해서, 한쌍의 측거 센서(450)를 효율 좋게 배치할 수 있다.
또한, 레이저 출력부(300)는 레이저광 L을 출사하는 레이저 발진기(310)와, 레이저 발진기(310)로부터 출사된 레이저광 L의 출력을 조정하는 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)과, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 통과한 레이저광 L을 외부로 출사하는 미러 유닛(360)과, 레이저 발진기(310), λ/2 파장판 유닛(330)과 편광판 유닛(340) 및 미러 유닛(360)이 배치된 주면(301a)을 가지는 장착 베이스(301)를 구비한다. 레이저 발진기(310)로부터 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 통해서 미러 유닛(360)에 이르는 레이저광 L의 광로는, 주면(301a)에 평행한 평면을 따르도록 설정되어 있다. 미러 유닛(360)은 레이저광 L의 광축을 조정하기 위한 미러(362, 363)를 가지며, 당해 평면과 교차하는 방향(Z축 방향)을 따라서 레이저광 L을 외부로 출사한다. 이 경우, 레이저 집광부(400)가 장치 프레임(210)에 고정되어 있어도 된다. 그리고, 지지대(230)가, X축 방향 및 Y축 방향을 따르는 것만이 아니라 Z축 방향을 따라서도 이동 가능하게 되도록, 장치 프레임(210)에 장착되어 있어도 된다.
레이저 출력부(300)에서는, 레이저 발진기(310), λ/2 파장판 유닛(330)과 편광판 유닛(340) 및 미러 유닛(360)이 장착 베이스(301)의 주면(301a)에 배치되어 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(200)의 장치 프레임(210)에 대해서 장착 베이스(301)를 착탈함으로써, 레이저 가공 장치(200)에 대해서 레이저 출력부(300)를 용이하게 착탈할 수 있다. 또한, 레이저 발진기(310)로부터 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 통해서 미러 유닛(360)에 이르는 레이저광 L의 광로가, 장착 베이스(301)의 주면(301a)에 평행한 평면을 따르도록 설정되어 있고, 미러 유닛(360)이 당해 평면과 교차하는 방향을 따라서 레이저광 L을 외부로 출사한다. 이것에 의해, 예를 들면 레이저광 L의 출사 방향이 연직 방향을 따르고 있는 경우, 레이저 출력부(300)가 저프로파일화 되므로, 레이저 가공 장치(200)에 대해서 레이저 출력부(300)를 용이하게 착탈할 수 있다. 또한, 미러 유닛(360)이 레이저광 L의 광축을 조정하기 위한 미러(362, 363)를 가지고 있다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(200)의 장치 프레임(210)에 레이저 출력부(300)를 장착했을 때에, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 광축의 위치 및 각도를 조정할 수 있다. 이상에 의해, 레이저 출력부(300)는 레이저 가공 장치(200)에 대해서 용이하게 착탈할 수 있다.
레이저 출력부(300)에서는, 미러 유닛(360)이 주면(301a)에 평행한 평면과 직교하는 방향을 따라서 레이저광 L을 외부로 출사한다. 이것에 의해, 미러 유닛(360)에 있어서의 레이저광 L의 광축의 조정을 용이화할 수 있다.
레이저 출력부(300)에서는, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)이, 레이저 발진기(310)로부터 출사된 레이저광 L의 편광 방향을 조정한다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(200)의 장치 프레임(210)에 레이저 출력부(300)를 장착했을 때에, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 편광 방향, 나아가서는 레이저 집광부(400)로부터 출사되는 레이저광 L의 편광 방향을 조정할 수 있다.
레이저 출력부(300)에서는, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)이, 레이저 발진기(310)로부터 출사된 레이저광 L이 축선 XL(주면(301a)에 평행한 축선)을 따라서 입사되는 λ/2 파장판(332)과, 축선 XL을 중심선으로 하여 λ/2 파장판(332)이 회전 가능하게 되도록, λ/2 파장판(332)을 유지하는 홀더(331)와, λ/2 파장판(332)을 통과한 레이저광 L이 축선 XL을 따라서 입사되는 편광판(342)과, 축선 XL을 중심선으로 하여 편광판(342)이 회전 가능하게 되도록, 편광판(342)을 유지하는 홀더(341)를 가진다. 이것에 의해, 레이저 발진기(310)로부터 출사된 레이저광 L의 출력 및 편광 방향을 간단하고 쉬운 구성으로 조정할 수 있다. 또한, 이와 같은 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 레이저 출력부(300)가 구비함으로써, 레이저 발진기(310)로부터 출사되는 레이저광 L의 파장에 따른 λ/2 파장판(332) 및 편광판(342)을 이용할 수 있다.
레이저 출력부(300)는 축선 XL을 중심선으로 하여 편광판(342)과 일체로 회전 가능하게 되도록 홀더(341)에 유지되어, 편광판(342)을 투과함으로써 축선 XL 상으로부터 벗어난 레이저광 L의 광축을 축선 XL 상으로 되돌리는 광로 보정판(343)을 더 구비하고 있다. 이것에 의해, 편광판(342)을 투과하는 것에 의한 레이저광 L의 광로의 어긋남을 보정할 수 있다.
레이저 출력부(300)에서는, λ/2 파장판(332)이 회전하는 축선과, 편광판(342)이 회전하는 축선이, 축선 XL이며, 서로 일치하고 있다. 즉, λ/2 파장판(332) 및 편광판(342)이 동일한 축선 XL을 중심선으로 하여 회전 가능하다. 이것에 의해, 레이저 출력부(300)의 간이화 및 소형화를 도모할 수 있다.
레이저 출력부(300)에서는, 미러 유닛(360)이 지지 베이스(361)와, 미러(362, 363)를 가지며, 지지 베이스(361)가 위치 조정 가능하게 되도록 장착 베이스(301)에 장착되어 있고, 미러(362)가 각도 조정 가능하게 되도록 지지 베이스(361)에 장착되어, λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)을 통과한 레이저광 L을 주면(301a)에 평행한 방향을 따라서 반사하고, 미러(363)가 각도 조정 가능하게 되도록 지지 베이스(361)에 장착되어, 미러(362)에 의해서 반사된 레이저광 L을 주면(301a)과 교차하는 방향을 따라서 반사한다. 이것에 의해, 레이저 가공 장치(200)의 장치 프레임(210)에 레이저 출력부(300)를 장착했을 때에, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 광축의 위치 및 각도를 보다 정밀도 좋게 조정할 수 있다. 게다가, 지지 베이스(361)를 장착 베이스(301)에 대해서 위치 조정함으로써, 미러(362, 363)를 일체로 용이하게 위치 조정할 수 있다.
레이저 출력부(300)는 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)으로부터 미러 유닛(360)에 이르는 레이저광 L의 광로 상에 배치되어, 레이저광 L의 지름을 조정하면서 레이저광 L을 평행화시키는 빔 익스팬더(350)를 더 구비한다. 이것에 의해, 레이저 출력부(300)에 대해서 레이저 집광부(400)가 이동하는 경우에도, 레이저 집광부(400)에 입사되는 레이저광 L의 상태를 일정하게 유지할 수 있다.
레이저 출력부(300)는 레이저 발진기(310)로부터 λ/2 파장판 유닛(330) 및 편광판 유닛(340)에 이르는 레이저광 L의 광로 상에 배치되어, 레이저광 L의 광로를 개폐하는 셔터(320)를 더 구비한다. 이것에 의해, 레이저 출력부(300)로부터의 레이저광 L의 출력의 ON/OFF의 전환을, 레이저 발진기(310)에서의 레이저광 L의 출력의 ON/OFF의 전환에 의해서 실시할 수 있다. 또한, 셔터(320)에 의해서, 예를 들면 레이저 출력부(300)로부터 레이저광 L이 갑자기 출사되는 것을 방지할 수 있다.
[변형예］
이상, 본 개시의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 개시는 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 도 18 및 도 19에 도시되는 바와 같이, λ/2 파장판 유닛(330)과 편광판 유닛(340)이 일체화되어 있어도 된다. 이 경우, λ/2 파장판(332)을 유지하는 홀더(331)는, 축선 XL을 중심선으로 하여 회전 가능하게 되도록, 프레임(370)의 한쪽의 단면에 장착되어 있다. 편광판(342) 및 광로 보정판(343)을 유지하는 홀더(341)는, 축선 XL을 중심선으로 하여 회전 가능하게 되도록, 프레임(370)의 다른 쪽의 단면에 장착되어 있다. 프레임(370)은 장착 베이스(301)의 주면(301a)에 장착되어 있다. 또한, 홀더(341)에는, 편광판(342)에 의해서 반사된 레이저광 L의 S 편광 성분을 흡수하는 댐퍼(344)가 마련되어 있다.
또한, 편광판 유닛(340)에, 편광판(342) 이외의 편광 부재가 마련되어도 된다. 일례로서, 편광판(342) 및 광로 보정판(343)을 대신하여, 큐브 모양의 편광 부재가 이용되어도 된다. 큐브 모양의 편광 부재는, 직육면체 모양의 형상을 나타내는 부재로서, 당해 부재에 있어서 서로 대향하는 측면이 광 입사면 및 광 출사면으로 되고 또한 그 사이에 편광판의 기능을 가지는 층이 마련된 부재이다.
또한, λ/2 파장판(332)이 회전하는 축선과, 편광판(342)이 회전하는 축선은, 서로 일치하고 있지 않아도 된다.
또한, 레이저 출력부(300)는 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축을 조정하기 위한 미러(362, 363)를 가지고 있었지만, 레이저 출력부(300)로부터 출사되는 레이저광 L의 광축을 조정하기 위한 미러를 적어도 하나 가지고 있으면 된다.
또한, 반사형 공간 광 변조기(410)의 반사면(410a)과 집광 렌즈 유닛(430)의 입사 동공면(430a)이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계는, 한쌍의 렌즈(422, 423)로 한정되지 않고, 반사형 공간 광 변조기(410)측의 제1 렌즈계(예를 들면, 접합 렌즈, 3개 이상의 렌즈 등) 및 집광 렌즈 유닛(430)측의 제2 렌즈계(예를 들면, 접합 렌즈, 3개 이상의 렌즈 등)를 포함하는 것 등이어도 된다.
또한, 레이저 집광부(400)에 있어서는, 한쌍의 렌즈(422, 423)를 통과한 레이저광 L을 집광 렌즈 유닛(430)을 향해서 반사하는 미러가, 다이크로익 미러(403)였지만, 당해 미러는 전반사 미러여도 된다.
또한, 집광 렌즈 유닛(430) 및 한쌍의 측거 센서(450)는, Y축 방향에 있어서의 하우징(401)의 단부(401d)에 장착되어 있었지만, Y축 방향에 있어서의 하우징(401)의 중심 위치보다도 단부(401d)측으로 치우쳐서 장착되어 있으면 된다. 반사형 공간 광 변조기(410)는 Y축 방향에 있어서의 하우징(401)의 단부(401c)에 장착되어 있었지만, Y축 방향에 있어서의 하우징(401)의 중심 위치보다도 단부(401c)측으로 치우쳐서 장착되어 있으면 된다. 또한, 측거 센서(450)는 X축 방향에 있어서 집광 렌즈 유닛(430)의 한쪽 측에만 배치되어 있어도 된다.
또한, 본 개시의 레이저 가공 장치는, 가공 대상물(1)의 내부에 개질 영역을 형성하는 것으로 한정되지 않고, 어블레이션(ablation) 등, 다른 레이저 가공을 실시하는 것이어도 된다.
1…가공 대상물, 200…레이저 가공 장치, 210…장치 프레임, 220…제1 이동 기구, 230…지지대(지지부), 240…제2 이동 기구, 300…레이저 출력부(레이저 출력 장치), 301…장착 베이스, 310…레이저 발진기(레이저 광원), 320…셔터, 330… λ/2 파장판 유닛(출력 조정부, 편광 방향 조정부), 331…홀더(제1 홀더), 332… λ/2 파장판, 340…편광판 유닛(출력 조정부, 편광 방향 조정부), 341…홀더(제2 홀더), 342…편광판(편광 부재), 343…광로 보정판(광로 보정 부재), 350…빔 익스팬더(레이저광 평행화부), 360…미러 유닛, 362…미러(제1 미러), 363…미러(제2 미러), 400…레이저 집광부, 401…하우징, 401a…광 입사부, 401c…단부, 401d…단부, 401e…측면, 402…미러, 403…다이크로익 미러(미러), 410…반사형 공간 광 변조기, 410a…반사면, 421…홀더, 422…렌즈(제1 렌즈계, 결상 광학계), 423…렌즈(제2 렌즈계, 결상 광학계), 430…집광 렌즈 유닛(집광 광학계), 440…구동 기구, 450…측거 센서(제1 센서, 제2 센서), XL…축선, L…레이저광.

Claims (40)

  1. 장치 프레임과,
    상기 장치 프레임에 장착되어, 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 장치 프레임에 장착된 레이저 출력부와,
    상기 레이저 출력부에 대해서 이동 가능하게 되도록 상기 장치 프레임에 장착된 레이저 집광부를 구비하고,
    상기 레이저 출력부는 레이저광을 출사하는 레이저 광원을 가지며,
    상기 레이저 집광부는,
    상기 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 대해서 상기 레이저광을 집광하는 집광 광학계와,
    상기 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 상기 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 가지는 레이저 가공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 출력부로부터의 상기 레이저광의 출사 방향은, 상기 레이저 집광부의 이동 방향과 일치하고 있는 레이저 가공 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이저 출력부는 상기 레이저광을 평행화시키는 레이저광 평행화부를 더 가지는 레이저 가공 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 집광부는 상기 반사형 공간 광 변조기로부터 상기 결상 광학계를 통해서 상기 집광 광학계에 이르는 상기 레이저광의 광로가 내부에 설정된 하우징을 더 가지며,
    상기 하우징에는, 상기 레이저 출력부로부터 출사된 상기 레이저광을 상기 하우징 내에 입사시키는 광 입사부가 마련되어 있는 레이저 가공 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저 집광부는 상기 레이저 집광부의 이동 방향에 있어서 상기 광 입사부와 대향하도록 상기 하우징 내에 배치된 미러를 더 가지며,
    상기 미러는 상기 광 입사부로부터 상기 하우징 내로 입사된 상기 레이저광을 상기 반사형 공간 광 변조기를 향해서 반사하는 레이저 가공 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 레이저 집광부의 이동 방향에 수직한 평면을 따라서 이동 가능하게 되도록 상기 장치 프레임에 장착되어 있는 레이저 가공 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지부는 제1 이동 기구를 통해서 상기 장치 프레임에 장착되어 있고,
    상기 레이저 집광부는 제2 이동 기구를 통해서 상기 장치 프레임에 장착되어 있는 레이저 가공 장치.
  8. 장치 프레임과,
    상기 장치 프레임에 장착되어, 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    상기 장치 프레임에 대해서 착탈 가능한 레이저 출력부와,
    상기 장치 프레임에 장착된 레이저 집광부를 구비하고,
    상기 레이저 출력부는,
    레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저광의 출력을 조정하는 출력 조정부를 가지며,
    상기 레이저 집광부는,
    상기 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 대해서 상기 레이저광을 집광하는 집광 광학계와,
    상기 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 상기 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 가지는 레이저 가공 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 레이저 출력부는 상기 레이저 광원 및 상기 출력 조정부를 지지하고 또한 상기 장치 프레임에 대해서 착탈 가능한 장착 베이스를 더 가지며,
    상기 레이저 출력부는 상기 장착 베이스를 통해서 상기 장치 프레임에 장착되어 있는 레이저 가공 장치.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 레이저 출력부는 상기 레이저 출력부로부터 출사되는 상기 레이저광의 광축을 조정하기 위한 미러를 더 가지는 레이저 가공 장치.
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 조정부는 상기 레이저광의 편광 방향을 조정하는 레이저 가공 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 출력 조정부는 λ/2 파장판 및 편광판을 포함하는 레이저 가공 장치.
  13. 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 출력부는 상기 레이저광의 지름을 조정하면서 상기 레이저광을 평행화시키는 레이저광 평행화부를 더 가지는 레이저 가공 장치.
  14. 청구항 8 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형 공간 광 변조기, 상기 집광 광학계 및 상기 결상 광학계는, 500~550nm, 1000~1150nm 및 1300~1400nm의 파장 대역에 대응하고 있는 레이저 가공 장치.
  15. 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 대해서 상기 레이저광을 집광하는 집광 광학계와,
    상기 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 상기 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계를 구비하고,
    상기 반사형 공간 광 변조기로부터 상기 집광 광학계에 이르는 상기 레이저광의 광로 중, 적어도 상기 결상 광학계를 통과하는 상기 레이저광의 광로는, 일직선이며,
    상기 양측 텔레센트릭 광학계의 배율 M은, 0.5<M<1 또는 1<M<2를 만족시키는 레이저 가공 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 결상 광학계는 상기 반사형 공간 광 변조기측의 제1 렌즈계 및 상기 집광 광학계측의 제2 렌즈계를 포함하고,
    상기 배율 M, 상기 제1 렌즈계의 제1 초점 거리 f1 및 상기 제2 렌즈계의 제2 초점 거리 f2는, M=f2/f1를 만족시키는 레이저 가공 장치.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 배율 M은 0.6≤M≤0.95를 만족시키는 레이저 가공 장치.
  18. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 배율 M은 1.05≤M≤1.7를 만족시키는 레이저 가공 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 렌즈계 및 상기 제2 렌즈계는, 홀더에 유지되어 있고,
    상기 홀더는 상기 레이저광의 광축을 따른 방향에 있어서의 상기 제1 렌즈계 및 상기 제2 렌즈계의 서로의 위치 관계를 일정하게 유지하고 있고,
    상기 레이저광의 광축을 따른 방향에 있어서의 상기 제1 렌즈계 및 상기 제2 렌즈계의 위치 조정은, 상기 홀더의 위치 조정에 의해서 실시되는 레이저 가공 장치.
  20. 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 대해서 상기 레이저광을 집광하는 집광 광학계와,
    상기 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 상기 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계와,
    상기 결상 광학계를 통과한 상기 레이저광을 상기 집광 광학계를 향해서 반사하는 미러를 구비하고,
    상기 반사형 공간 광 변조기는 상기 레이저광을 소정의 평면을 따라서 예각으로 반사하며,
    상기 반사형 공간 광 변조기로부터 상기 결상 광학계를 통해서 상기 미러에 이르는 상기 레이저광의 광로는, 상기 평면을 따르도록 설정되어 있고,
    상기 미러로부터 상기 집광 광학계에 이르는 상기 레이저광의 광로는, 상기 평면과 교차하는 방향을 따르도록 설정되어 있는 레이저 가공 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 미러로부터 상기 집광 광학계에 이르는 상기 레이저광의 광로는, 상기 평면과 직교하는 방향을 따르도록 설정되어 있고,
    상기 미러는 상기 레이저광을 직각으로 반사하는 레이저 가공 장치.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 미러는 다이크로익 미러인 레이저 가공 장치.
  23. 청구항 20 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사형 공간 광 변조기는 상기 레이저광을 P 편광으로서 반사하고,
    상기 미러는 상기 레이저광을 S 편광으로서 반사하는 레이저 가공 장치.
  24. 청구항 20 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 상기 반사형 공간 광 변조기에 이르는 상기 레이저광의 광로 상에 배치되어, 상기 레이저광의 편광 방향을 조정하는 편광 방향 조정부를 더 구비하는 레이저 가공 장치.
  25. 가공 대상물을 지지하는 지지부와,
    레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저광을 변조하면서 반사하는 반사형 공간 광 변조기와,
    상기 가공 대상물에 대해서 상기 레이저광을 집광하는 집광 광학계와,
    상기 반사형 공간 광 변조기의 반사면과 상기 집광 광학계의 입사 동공면이 결상 관계에 있는 양측 텔레센트릭 광학계를 구성하는 결상 광학계와,
    상기 결상 광학계를 통과한 상기 레이저광을 상기 집광 광학계를 향해서 반사하는 미러와,
    상기 가공 대상물의 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 제1 센서를 구비하고,
    상기 미러로부터 상기 집광 광학계에 이르는 상기 레이저광의 광로는, 제1 방향을 따르도록 설정되어 있고,
    상기 반사형 공간 광 변조기로부터 상기 결상 광학계를 통해서 상기 미러에 이르는 상기 레이저광의 광로는, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따르도록 설정되어 있고,
    상기 제1 센서는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한 제3 방향에 있어서 상기 집광 광학계의 한쪽 측에 배치되어 있는 레이저 가공 장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 미러는 다이크로익 미러인 레이저 가공 장치.
  27. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 미러는 상기 레이저광을 S 편광으로서 반사하는 레이저 가공 장치.
  28. 청구항 25 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 반사형 공간 광 변조기, 상기 집광 광학계, 상기 결상 광학계, 상기 미러 및 상기 제1 센서를 지지하는 하우징과,
    상기 제1 방향을 따라서 상기 하우징을 이동시키는 이동 기구를 더 구비하고,
    상기 집광 광학계 및 상기 제1 센서는, 상기 제2 방향에 있어서의 상기 하우징의 한쪽의 단부측에 장착되어 있고,
    상기 이동 기구는 상기 제3 방향에 있어서의 상기 하우징의 한쪽 측면에 장착되어 있는 레이저 가공 장치.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 제1 방향을 따라서 상기 집광 광학계를 이동시키는 구동 기구를 더 구비하고,
    상기 집광 광학계는, 상기 구동 기구를 통해서, 상기 제2 방향에 있어서의 상기 하우징의 한쪽의 상기 단부측에 장착되어 있는 레이저 가공 장치.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 반사형 공간 광 변조기는 상기 제2 방향에 있어서의 상기 하우징의 다른 쪽의 단부측에 장착되어 있는 레이저 가공 장치.
  31. 청구항 25 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공 대상물의 상기 레이저광 입사면의 변위 데이터를 취득하는 제2 센서를 더 구비하고,
    상기 제2 센서는 상기 제3 방향에 있어서 상기 집광 광학계의 다른 쪽 측에 배치되어 있는 레이저 가공 장치.
  32. 레이저광을 출사하는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저광의 출력을 조정하는 출력 조정부와,
    상기 출력 조정부를 통과한 상기 레이저광을 외부로 출사하는 미러 유닛과,
    상기 레이저 광원, 상기 출력 조정부 및 상기 미러 유닛이 배치된 주면을 가지는 장착 베이스를 구비하고,
    상기 레이저 광원으로부터 상기 출력 조정부를 통해서 상기 미러 유닛에 이르는 상기 레이저광의 광로는, 상기 주면에 평행한 평면을 따르도록 설정되어 있고,
    상기 미러 유닛은 상기 레이저광의 광축을 조정하기 위한 미러를 가지며, 상기 평면과 교차하는 방향을 따라서 상기 레이저광을 외부로 출사하는 레이저 출력 장치.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 미러 유닛은 상기 평면과 직교하는 방향을 따라서 상기 레이저광을 외부로 출사하는 레이저 출력 장치.
  34. 청구항 32 또는 청구항 33에 있어서,
    상기 출력 조정부는 상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저광의 편광 방향을 조정하는 레이저 출력 장치.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 출력 조정부는,
    상기 레이저 광원으로부터 출사된 상기 레이저광이 상기 평면에 평행한 제1 축선을 따라서 입사되는 λ/2 파장판과,
    상기 제1 축선을 중심선으로 하여 상기 λ/2 파장판이 회전 가능하게 되도록, 상기 λ/2 파장판을 유지하는 제1 홀더와,
    상기 λ/2 파장판을 통과한 상기 레이저광이 상기 평면에 평행한 제2 축선을 따라서 입사되는 편광 부재와,
    상기 제2 축선을 중심선으로 하여 상기 편광 부재가 회전 가능하게 되도록, 상기 편광 부재를 유지하는 제2 홀더를 가지는 레이저 출력 장치.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 제2 축선을 중심선으로 하여 상기 편광 부재와 일체로 회전 가능하게 되도록 상기 제2 홀더에 유지되고, 상기 편광 부재를 투과함으로써 상기 제2 축선 상으로부터 벗어난 상기 레이저광의 광축을 상기 제2 축선 상으로 되돌리는 광로 보정 부재를 더 구비하는 레이저 출력 장치.
  37. 청구항 35 또는 청구항 36에 있어서,
    상기 제1 축선과 상기 제2 축선은, 서로 일치하고 있는 레이저 출력 장치.
  38. 청구항 32 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미러 유닛은 지지 베이스와, 상기 미러인 제1 미러 및 제2 미러를 가지며,
    상기 지지 베이스는, 위치 조정 가능하게 되도록, 상기 장착 베이스에 장착되어 있고,
    상기 제1 미러는 각도 조정 가능하게 되도록 상기 지지 베이스에 장착되어, 상기 출력 조정부를 통과한 상기 레이저광을 상기 평면에 평행한 방향을 따라서 반사하며,
    상기 제2 미러는 각도 조정 가능하게 되도록 상기 지지 베이스에 장착되어, 상기 제1 미러에 의해서 반사된 상기 레이저광을 상기 평면과 교차하는 상기 방향을 따라서 반사하는 레이저 출력 장치.
  39. 청구항 32 내지 청구항 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 조정부로부터 상기 미러 유닛에 이르는 상기 레이저광의 광로 상에 배치되어, 상기 레이저광의 지름을 조정하면서 상기 레이저광을 평행화시키는 레이저광 평행화부를 더 구비하는 레이저 출력 장치.
  40. 청구항 32 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 광원으로부터 상기 출력 조정부에 이르는 상기 레이저광의 광로 상에 배치되어, 상기 레이저광의 광로를 개폐하는 셔터를 더 구비하고,
    상기 레이저 광원은 상기 레이저광의 출력의 ON/OFF를 전환하는 기능을 가지는 레이저 출력 장치.
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