TWI515066B - Laser processing device - Google Patents

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Description

雷射加工裝置
本發明係關於用來在加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置。
以往的雷射加工裝置，以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在加工對象物形成改質區域的技術是已知的(例如參照專利文獻1、2)。在這種雷射加工裝置，是希望將雷射光源所射出的雷射光用反射型空間光調變器予以調變。
專利文獻1：國際公開第2005/106564號文件
專利文獻2：日本特開2006-68762號公報
在上述雷射加工裝置，例如按照雷射光源、反射型空間光調變器之個別差異等，可能無法讓雷射光高精度地射入反射型空間光調變器，而使聚光於加工對象物內部之雷射光的像差變大。
於是，本發明的課題是為了提供一種：可抑制聚光於加工對象物內部之雷射光的像差之雷射加工裝置。
為了解決上述課題，本發明之雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出雷射光之雷射光源、以及將雷射光源所射出的雷射光予以調變之反射型空間光調變器；在雷射光的光路上之雷射光源和反射型空間光調變器之間，配置用來反射雷射光之至少2個第1反射鏡，將第1反射鏡做成可調整雷射光的反射方向。
在該雷射加工裝置，利用至少2個第1反射鏡分別調整雷射光的反射方向，可將射入反射型空間光調變器的雷射光的位置及入射角度調整成所期望的。如此，能讓雷射光高精度地射入反射型空間光調變器。結果，能使反射型空間光調變器適當地發揮作用，而能抑制聚光於加工對象物內部之雷射光的像差。
此外，本發明的雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出雷射光之雷射光源、將雷射光源所射出的雷射光予以調變之反射型空間光調變器、以及用來調整被反射型空間光調變器調變後的雷射光之波面形狀的調整光學系統；在雷射光的光路上之反射型空間光調變器和調整光學系統之間，配置用來反射雷射光之至少2個第2反射鏡，將第2反射鏡做成可調整雷射光的反射方向。
在該雷射加工裝置，利用至少2個第2反射鏡分別調整雷射光的反射方向，可將射入調整光學系統的雷射光的位置及入射角度調整成所期望的。如此，能讓雷射光高精度地射入調整光學系統。結果，能使調整光學系統適當地發揮作用，而能抑制聚光於加工對象物內部之雷射光的像差。
此外，本發明的雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出雷射光之雷射光源、將雷射光源所射出的雷射光予以調變之反射型空間光調變器、用來調整被反射型空間光調變器調變後的雷射光之波面形狀的調整光學系統、以及將被調整光學系統調整後的雷射光聚光於加工對象物的內部之聚光光學系統；在雷射光的光路上之調整光學系統和聚光光學系統之間，配置讓雷射光透過之分光鏡。
在此，若發散或會聚的雷射光射入分光鏡，透過分光鏡後的雷射光可能會發生像散(astigmatism)。針對這點，在本發明的雷射加工裝置，利用調整光學系統進行調整使雷射光成為平行光，而能讓平行光射入分光鏡，如此可抑制透過分光鏡後的雷射光之像散發生。
這時，可進一步具備聚光點位置控制手段，該手段是藉由對加工對象物照射測定用雷射光並接收測定用雷射光在加工對象物的反射光，以使聚光點對準加工對象物的既定位置；分光鏡是讓雷射光透過，並將測定用雷射光及測定用雷射光的反射光予以反射。
此外，本發明的雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出雷射光之雷射光源、將雷射光源所射出的雷射光予以調變之反射型空間光調變器、用來調整被反射型空間光調變器調變後的雷射光之波面形狀的調整光學系統、將被調整光學系統調整後的雷射光聚光於加工對象物的內部之聚光光學系統、以及藉由對加工對象物照射測定用雷射光並接收測定用雷射光在加工對象物的反射光以使聚光點對準加工對象物的既定位置之聚光點位置控制手段；在雷射光的光路上，在雷射光源和反射型空間光調變器之間配置用來反射雷射光之至少2個第1反射鏡，在反射型空間光調變器和調整光學系統之間配置用來反射雷射光之至少2個第2反射鏡，在調整光學系統和聚光光學系統之間配置讓雷射光透過並將測定用雷射光及測定用雷射光的反射光予以反射之分光鏡。
在此雷射加工裝置，能讓雷射光高精度地射入反射型空間光調變器及調整光學系統，因此能讓反射型空間光調變器及調整光學系統適當地發揮作用，可進一步抑制聚光於加工對象物內部之雷射光的像差。此外，也能抑制透過分光鏡後的雷射光之像散發生。
此外，調整光學系統較佳為，是在第1透鏡和第2透鏡之間讓第1透鏡及第2透鏡的焦點彼此一致的光學系統。作為這種調整光學系統，例如可列舉4f光學系統。
此外，反射型空間光調變器較佳為，將雷射光予以調變而使聚光於加工對象物內部之雷射光的像差成為既定像差以下。在此情況，在雷射光的聚光位置可提高雷射光的能量密度，能夠形成作為切斷起點可發揮良好作用(例如容易讓裂痕發生)之改質區域。
此外較佳為，在雷射光的光路上之透鏡當中位於最下游側的透鏡和反射型空間光調變器之間，配置擴束器或光束均質器。在此情況，能讓雷射光高精度地射入擴束器或光束均質器的光學中心(透鏡的光學中心)，而能讓擴束器的作用(將雷射光的光束徑擴大)或光束均質器的作用(將雷射光的強度分布均一化)充分發揮。
依據本發明，可抑制聚光於加工對象物內部之雷射光的像差。
以下，針對本發明的較佳實施形態，參照圖式詳細地說明。在各圖中，對於相同或相當的要素賦予相同的符號而省略重複的說明。此外，「上」「下」「左」「右」的用語，是根據圖示的狀態以便於說明。
本實施形態之雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在加工對象物形成改質區域。於是，首先針對使用本實施形態的雷射加工裝置來形成改質區域，參照第1圖~第6圖來作說明。
如第1圖所示，雷射加工裝置100係具備：將雷射光L脈衝振盪之雷射光源101、配置成讓雷射光L的光軸(光路)方向改變90°之分光鏡103、用來將雷射光L聚光之聚光用透鏡(聚光光學系統) 105。此外，雷射加工裝置100係具備：用來支承加工對象物1(讓藉由聚光用透鏡105聚光後的雷射光L照射)之支承台107、用來讓支承台107沿X、Y、Z軸方向移動的載台111、為了調節雷射光L的輸出、脈衝寬度等而控制雷射光源101之雷射光源控制部102、用來控制載台111的移動之載台控制部115。
在該雷射加工裝置100，從雷射光源101射出的雷射光L，經由分光鏡103而使其光軸方向改變90°後，藉由聚光用透鏡105聚光在支承台107上所載置的加工對象物1的內部。在此同時，載台111會移動，以相對於雷射光L使加工對象物1沿著切斷預定線5進行相對移動。如此，在加工對象物1形成沿著切斷預定線5的改質區域。
加工對象物1，是使用半導體材料、壓電材料等，如第2圖所示，在加工對象物1設定用來切斷加工對象物1之切斷預定線5。切斷預定線5，是直線狀延伸的假想線。要在加工對象物1的內部形成改質區域的情況，如第3圖所示，以聚光點P對準加工對象物1內部的狀態，讓雷射光L沿著切斷預定線5(亦即第2圖的箭頭A方向)相對移動。如此，如第4圖~第6圖所示，沿著切斷預定線5在加工對象物1的內部形成改質區域7，沿著切斷預定線5所形成的改質區域7成為切斷起點區域8。
此外，聚光點P是指雷射光L聚光處。切斷預定線5，不限於直線狀，亦可為曲線狀；又不限於假想線，亦可為實際畫在加工對象物1表面3的線。此外，改質區域7，是包含連續形成的情況、斷續形成的情況。此外，改質區域7為列狀或點狀皆可，只要讓改質區域7至少形成在加工對象物1的內部即可。此外，會有以改質區域7為起點而形成龜裂的情況，讓龜裂及改質區域7露出加工對象物1的外表面(表面、背面或外周面)亦可。
附帶一提的，在此，雷射光L會透過加工對象物1並在加工對象物1內部的聚光點附近特別被吸收，如此在加工對象物1形成改質區域7(亦即內部吸收型雷射加工)。如此，由於在加工對象物1的表面3雷射光L幾乎不會被吸收，加工對象物1的表面3不會發生熔融。一般而言，要從表面3進行熔融除去而形成孔、溝槽等的除去部(表面吸收型雷射加工)的情況，加工區域是從表面3側逐漸朝背面側進行。
本實施形態的雷射加工裝置所形成的改質區域是指，密度、折射率、機械強度或其他物理特性與周圍的狀態不同之區域。作為改質區域，例如包括：熔融處理區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也包括其等混合存在的區域。再者，作為改質區域也包括：在加工對象物的材料中改質區域的密度相較於非改質區域的密度發生改變的區域、形成有晶格缺陷的區域(其等可統稱為高密轉移區域)。
此外，熔融處理區域、折射率變化區域、改質區域的密度相較於非改質區域的密度發生改變的區域、形成有晶格缺陷的區域，還包括進一步在該等區域的內部、改質區域和非改質區域的界面含有龜裂(裂紋、微裂痕)的情況。所含的龜裂可分成：遍及改質區域全面的情況，僅形成於一部分或複數部分的情況。作為加工對象物1，例如包含矽、玻璃、LiTaO3或藍寶石(Al2O3)，以及其等所構成的。
[第1實施形態]
接著說明第1實施形態的雷射加工裝置。
第7圖係顯示本發明的第1實施形態之雷射加工裝置之概略構造圖。如第7圖所示，雷射加工裝置200，是以聚光點P對準載台111上的加工對象物1內部的方式照射雷射光L，藉此沿著加工對象物1的切斷預定線5形成成為切斷起點之改質區域7。該雷射加工裝置200，是在框體231內具備：雷射光源202、反射型空間光調變器203、4f光學系統241及聚光光學系統204。
雷射光源202，是用來射出雷射光L的，例如使用光纖雷射。在此的雷射光源202，是以朝水平方向(X方向)射出雷射光的方式(所謂橫置狀態)藉由螺釘等固定在框體231的頂板236。
反射型空間光調變器203，是將從雷射光源202射出的雷射光L予以調變的，例如是使用反射型液晶(LCOS：Liquid Crystal on Silicon)之空間光調變器(SLM：Spatial Light Modulator)。該反射型空間光調變器203，是將沿水平方向射入的雷射光L，朝相對於水平方向的斜上方反射，並進行調變而使聚光於加工對象物1內部的雷射光L(亦即聚光位置的雷射光L)的像差成為既定像差以下。換言之，將沿水平方向射入的雷射光L朝相對於水平方向往上傾斜的方向反射，並進行調變而在加工對象物1內部使雷射光L的波面成為既定波面。
在此的「既定像差以下」是指，例如在聚光位置發生的雷射光L的像差，比未利用空間光調變器203而進行聚光的情況更小。理想上是指，在雷射光L的聚光位置所發生的雷射光L的像差為大致0。
第8圖係第7圖的雷射加工裝置之反射型空間光調變器的分解立體圖。如第8圖所示，反射型空間光調變器203係具備：矽基板213、設置於矽基板213上的金屬電極層214、設置於金屬電極層214上的反射鏡層215、設置於反射鏡層215上的液晶層216、設置於液晶層216上的透明電極層217、設置於透明電極層217上的玻璃板218。
金屬電極層214及透明電極層217，是具有配置成矩陣狀之複數個電極部214a、217a，金屬電極層214的各電極部214a和透明電極層217的各電極部217a，在反射型空間光調變器203的積層方向是形成互相對置。
在該反射型空間光調變器203，雷射光L，是從外部依序通過玻璃板218及透明電極層217而射入液晶層216，被反射鏡層215反射後，從液晶層216依序透過透明電極層217及玻璃板218而往外部射出。這時，是對每個相對置的1對電極部214a、217a施加電壓，按照該電壓，使液晶層216之被相對置的1對電極部214a、217a挾持的部分之折射率產生變化。如此，在構成雷射光L之複數個光線各個，在與各光線的行進方向正交的既定方向的成分之相位產生偏差，而將雷射光L施以整形(相位調變)。
返回第7圖，4f光學系統241，是用來調整經由反射型空間光調變器203調變後的雷射光L之波面形狀。該4f光學系統241具有第1透鏡241a及第2透鏡241b。
關於透鏡241a、241b，反射型空間光調變器203和第1透鏡241a的距離成為第1透鏡241a的焦點距離f1，聚光光學系統204和透鏡241b的距離成為透鏡241b的焦點距離f2，第1透鏡241a和第2透鏡241b的距離成為f1+f2，而且第1透鏡241a和第2透鏡241b是以成為兩側遠心光學系統的方式配置在反射型空間光調變器203和聚光光學系統204之間。
依據該4f光學系統241，在經由反射型空間光調變器203進行相位調變後，能使既定光束徑且既定波面(所聚光的雷射光L之像差成為既定像差以下)的雷射光L在聚光光學系統204進行聚光。焦點距離f1與焦點距離f2的比為n：1(n為實數)，射入聚光光學系統204的雷射光L的光束徑、波面，是分別為被反射型空間光調變器203反射的光束徑及波面之1/n倍、n倍。此外，在4f光學系統241，可抑制：經由反射型空間光調變器203調變(修正)後的雷射光L隨著在空間傳播而改變波面形狀所造成的像差增大。在此的4f光學系統241，是調整雷射光L而使射入聚光光學系統204的雷射光L成為平行光。
聚光光學系統204，是用來將經由4f光學系統241調變後的雷射光L聚光於加工對象物1的內部。該聚光光學系統204含有複數個透鏡，是透過包含複數個壓電元件等的驅動單元232來設置於框體231的底板233。
框體231的外形，是採用可減少其變形的單純形狀，在此是呈大致長方體形狀。此外，框體231中，兩側板234、底板233、頂板236及背板(背面側的壁板)的板厚是形成較厚，相較於此板厚，框體231之比頂板236更上部的蓋板235及前板(前面側的壁板)的板厚是形成較薄。
此外，雷射加工裝置200，是在框體231內具備表面觀察單元211及AF(AutoFocus)單元(聚光點位置控制手段)212。表面觀察單元211，是用來觀察加工對象物1的表面3。該表面觀察單元211至少具有：射出可見光VL1之觀察用光源211a、接收並檢測被加工對象物1的表面3反射後的可見光VL1之反射光VL2之檢測器211b、讓雷射光L透過且將可見光VL1及反射光VL2予以反射之分光鏡210。分光鏡210，是在雷射光L的光路上配置在4f光學系統241和聚光光學系統204之間，且配置成將可見光VL1及反射光VL2的方向改變90°。
在該表面觀察單元211，從觀察用光源211a射出的可見光VL1，依序經由反射鏡208及分光鏡209、210反射後，藉由聚光光學系統204進行聚光。此外，被加工對象物1的表面3反射後的反射光VL2，經由聚光光學系統204聚光後，被分光鏡210反射，並透過分光鏡209。
AF單元212，例如即使在加工對象物1的表面3存在有起伏的情況，仍能讓雷射光L的聚光點P高精度地對準離表面3既定距離的位置。該AF單元212，具體而言，是將AF用雷射光LB1朝向加工對象物1射出，藉由接收並檢測被加工對象物1的表面3反射的AF用雷射光LB1的反射光LB2，而取得沿著切斷預定線5之表面3的移位資料。而且，在形成改質區域7時，根據所取得的移位資料來驅動驅動系統232，以沿著加工對象物1的表面3起伏的方式讓聚光光學系統204在其光軸方向往復移動，以將聚光光學系統204和加工對象物1的距離施以微調。
該AF單元212至少具有：讓雷射光L透過且用來反射AF用雷射光LB1及反射光LB2之AF用分光鏡238。AF用分光鏡238，是在雷射光L的光路上，配置在4f光學系統241和聚光光學系統204之間且位在分光鏡210的下游側，並配置成使AF用雷射光LB1及反射光LB2的方向改變90°。該AF用分光鏡238，是在雷射光L的光路上，配置在最下游側的穿透光學元件。亦即，AF單元212是讓反射光LB2無法透過分光鏡等的其他穿透光學元件。
AF用分光鏡238之AF用雷射光LB1入射方向及配置方向，是與上述分光鏡210之可見光VL1入射方向及配置方向相同。亦即，分光鏡210、238被設置成，其反射面相對於雷射光L的光軸以同方向且同角度傾斜。如此，表面觀察單元211及AF單元212是配置在框體231內的同一側(圖示右側)。
此外，雷射加工裝置200中，為了控制雷射加工裝置200全體是具有：與雷射光源202、反射型空間光調變器203、載台211、框體231、AF單元212連接而用來控制該等的控制部250。該控制部250，具體而言是執行以下的控制。
亦即，控制部250是控制雷射光源202，並調節從雷射光源202射出的雷射光L的輸出、脈衝寬度等。此外，控制部250，在形成改質區域7時是控制框體231及載台111的至少一方，而使雷射光L的聚光點P離加工對象物1的表面3既定距離且使雷射光L的聚光點P沿著切斷預定線5進行相對移動。
此外，控制部250是控制反射型空間光調變器203，而使雷射光L的光學特性成為既定的光學特性。例如，在形成改質區域7時控制反射型空間光調變器203，以對每個相對置的1對電極部214a、217a施加既定電壓而使聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差成為既定像差以下。更具體的說，控制部250，為了將射入反射型空間光調變器203的雷射光L的光束圖案(光束波面)予以整形(調變)，是將波面整形(像差修正)圖案資訊輸入反射型空間光調變器203。接著，藉由所輸入的圖案資訊而產生之訊號，讓與每個一對電極214a、217a對應之液晶層216的折射率改變，以將從反射型空間光調變器203射出(反射)的雷射光L之光束圖案(光束波面)予以整形(調變)。
此外，控制部250，可如圖示般配置於框體231外，亦可配置於框體231內。在控制部250，輸入反射型空間光調變器203的圖案資訊可逐次輸入，亦可選擇事先儲存的圖案資訊來輸入。
在此，本實施形態的雷射加工裝置，是在雷射光L的光路上具備：配置於雷射光源202和反射型空間光調變器203之間的一對的第1反射鏡205a、205b，以及配置於反射型空間光調變器203和4f光學系統241之間的一對的第2反射鏡206a、206b。
第1反射鏡205a、205b，是將雷射光源202射出的雷射光L朝向反射型空間光調變器203反射。該等第1反射鏡205a、205b分別配置成使雷射光L的方向改變90°。具體而言，上游側的第1反射鏡205a，是將從水平方向右側射入的雷射光L朝下方反射；下游側的第1反射鏡205b，是將從上方射入的雷射光L朝水平方向右側反射。
第2反射鏡206a、206b，是將經由反射型空間光調變器203反射後的雷射光L，朝向4f光學系統241反射。具體而言，上游側的第2反射鏡206a，是將從相對於水平方向的斜下方射入的雷射光L朝上方反射；下游側的第2反射鏡206b，是將從下方射入的雷射光L朝水平方向左側反射。
此外，反射鏡205a、205b、206a、206b，具有朝既定方向(此處為Y軸方向)延伸的軸，而構成能繞該軸旋轉。如此，反射鏡205a、205b、206a、206b成為可調整其反射方向(反射角度)。因此，在第1反射鏡205a、205b，藉由適當地調整其等的反射方向，可適當地調整雷射光L的位置及入射角度而使雷射光L以既定入射角度確實地射入反射型空間光調變器203。此外，在第2反射鏡206a、206b，藉由適當地調整其等的反射方向，可適當地調整雷射光L的位置及入射角度而使雷射光L以既定入射角度確實地射入4f光學系統241。
此外，在該等的反射鏡205a、205b、206a、206b，可藉由壓電元件等的電氣手段來調整反射方向，亦可藉由螺釘等的機械手段來調整反射方向。
此外，在雷射光L的光路上，在下游側的第1反射鏡205b和反射型空間光調變器203之間配置擴束器223。擴束器223，是用來擴大雷射光L的光束徑的，具有凹透鏡213a及平凸透鏡213b。平凸透鏡213b，為了使透鏡213a、213b的距離成為可變，是可拆卸的且能設置在雷射光L的光路上之複數位置。因此，藉由將平凸透鏡213b設置在期望的位置，可將雷射光L的光束徑擴大成所期望的。
此外，為了抑制通過據束器223後的雷射光L的像差，凹透鏡213a及平凸透鏡213b各個的焦點距離例如像以下所示般設定成較大。
凹透鏡213a的焦點距離：平凸透鏡213b的焦點距離=-10:+20=-20:+40=-30:+60
此外，在雷射光L光路上之第1反射鏡205a、205b之間，配置衰減器207。衰減器207是用來調整雷射光L的光強度的。該衰減器207是包含：用來獲得直線偏光的偏光板207a、用來改變偏光方向的λ/2波長板207b。
此外，在雷射光L的光路上，在第2反射鏡206a、206b之間配置：用來改變偏光方向的λ/2波長板228。藉由該λ/2波長板228，能使雷射光L的偏光方向對應於加工進行方向(沿著切斷預定線5的方向)。
使用以上構造的雷射加工裝置100來切斷加工對象物1的情況，首先，在加工對象物1的背面貼附例如擴張膠帶後，將該加工對象物1載置在載台111上。接著，從加工對象物1的表面3，以聚光點對準矽晶圓11內部的方式照射雷射光L，以沿著切斷預定線5在加工對象物1的內部形成改質區域7。接著，讓擴張膠帶擴張。如此，會以改質區域7作為切斷起點，而將加工對象物1沿著切斷預定線5高精度地切斷，藉此使複數個半導體晶片互相分離。
在此，從雷射光源202射出的雷射光L，在框體231內沿水平方向行進後，被第1反射鏡205a朝下反射後，藉由衰減器207調整光強度。然後，被第1反射鏡205b朝水平方向反射後，藉由擴束器223擴大光束徑後射入反射型空間光調變器203。
射入反射型空間光調變器203的雷射光L，藉由該反射型空間光調變器203進行調變(修正)而使聚光於加工對象物1內部的雷射光L之像差成為既定像差以下後，朝相對於水平方向之斜上方射出。然後，被第2反射鏡206a朝上方反射後，藉由λ/2波長板228改變偏光方向，接著藉由第2反射鏡206b朝水平方向反射而射入4f光學系統241。
射入4f光學系統241後的雷射光L，其波面形狀被調整成讓射入聚光光學系統204的雷射光L成為平行光。具體而言，該雷射光L，透過第1透鏡241a而會聚後，被反射鏡291朝下方反射。接著，經過共焦點O而發散，並與第1反射鏡205b及反射型空間光調變器203間的光路交叉後，透過第2透鏡241b而再度會聚成平行光。
然後，雷射光L，依序透過分光鏡210、238後射入聚光光學系統204，藉由聚光光學系統204聚光在載台111上所載置的加工對象物1內部。
以上，在本實施形態的雷射加工裝置200，是在雷射光源202和反射型空間光調變器203之間配置：可改變雷射光L的反射方向之第1反射鏡205a、205b。而且，在該等第1反射鏡205a、205b，是適當調整該雷射光L的反射方向，以調整雷射光L的位置及入射角度而能以既定入射角度確實地讓雷射光L射入反射型空間光調變器203。因此，能讓雷射光L高精度地射入反射型空間光調變器203而使反射型空間光調變器203適當地發揮作用，以抑制(減少)聚光於加工對象物1的內部之雷射光L的像差。
此外，在本實施形態，如上述般，在雷射光L的聚光位置所產生之雷射光L的像差成為既定像差以下(理想上為大致0)。因此，可提高聚光位置的雷射光L之能量密度。能夠形成作為切斷起點可發揮良好作用(例如容易讓龜裂發生)之改質區域7。亦即，在加工對象物1的內部，藉由在小區域選擇性地讓雷射光L聚光，能使其和周圍的溫度差變大，而在該小區域附近產生大的應力，如此能使龜裂(有助於切斷)變大。
此外，在本實施形態，如上述般，在雷射光L的光路上，是在第1反射鏡205b和反射型空間光調變器203之間配置擴束器223，因此能讓修正後的雷射光L射入擴束器223。如此，能讓擴束器223充分地發揮將雷射光L的光束徑擴大的作用。
此外，在本實施形態的雷射加工裝置200，如上述般，是在反射型空間光調變器203和4f光學系統241之間配置：可改變雷射光L的反射方向之第2反射鏡206a、206b。而且，在該等第2反射鏡206a、206b，是適當調整該雷射光L的反射方向，以調整雷射光L的位置及入射角度而能以既定入射角度確實地讓雷射光L射入4f光學系統241。因此，能讓雷射光L高精度地射入4f光學系統241而使4f光學系統241適當地發揮作用，以抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差。
在此，在分光鏡210、238，特別是鏡面與雷射光L的光軸不是垂直交叉的情況，若透過的雷射光L進行發散或會聚，在該雷射光L可能發生像散(波面變形)。針對這點，在本實施形態，如上述般，在雷射光L的光路上，由於在4f光學系統241和聚光光學系統204之間配置分光鏡210、238，能使被4f光學系統241調整成平行光後的雷射光L射入分光鏡210、238。因此，可抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L發生像散。
此外，在本實施形態，如上述般，在雷射光L的光路上，是在擴束器223的上游側配置衰減器207，因此在衰減器207，雷射光L的光束徑變小。如此，可謀求衰減器207之偏光板207a及λ/2波長板207b等的光學元件之小型化。
此外，在本實施形態，如上述般，由於雷射光源202是以橫置的狀態設置於框體231，容易進行雷射光源202的替換。
此外，在本實施形態，如上述般，是以AF用雷射光LB1及反射光LB2無法透過分光鏡等的其他穿透光學元件的方式來構成AF單元212。因此，在AF單元212，可高精度地檢測反射光LB2，而能將聚光光學系統204和加工對象物1的距離進行高精度地微調。
此外，為了發揮：藉由第2反射鏡206a、206b讓雷射光L高精度地射入4f光學系統241的效果，必須將第1透鏡241a配置在第2反射鏡206b的下游側。針對這點，在本實施形態，由於反射型空間光調變器203是朝相對於水平方向的斜上方將雷射光L反射，容易在將第1透鏡241a和反射型空間光調變器203的距離設定成焦點距離f1的狀態下，將第1透鏡241a配置在第2反射鏡206b的下游側。
此外，在本實施形態，由於雷射光L的光路是在X-Z平面上(一平面上)，不會朝Y方向(紙面垂直方向)行進，因此容易調整反射鏡205a、205b、206a、206b。亦即，例如在調整反射鏡205a、205b、206a、206b的反射方向時，只要調整繞Y軸的旋轉方向即可。
此外，在本實施形態，反射型空間光調變器203、表面觀察單元211及AF單元212，在框體231內都是設置在水平方向的一側(圖示右側)。因此，連接於其等的配線可緊致地集中在一起。再者，在此情況，由於能在框體內213之水平方向的另一側(圖示左側)形成空間S，例如，用來觀察加工對象物1內部的內部光源，也能安裝在此空間S內。
此外，按照為了進行相位調變而從控制部250輸入反射型空間光調變器203的圖案資訊，聚光於加工對象物1的雷射光L之入射角(以下稱為「NA」)可能會改變。雖然此變化量小，但在形成精密的改質區域7的情況可能會發生問題。例如，若NA比既定NA更小，要形成作為切斷起點可發揮良好作用的改質區域7會有困難。因此，在本實施形態，是藉由控制部250來控制雷射光L的相位調變，而使NA維持在可形成良好的改質區域7之既定範圍內。
此外，即使NA維持在既定範圍內，若隨著相位調變而使NA改變，加工位置(聚光點位置)可能會改變。因此，在本實施形態，藉由控制部250的控制，將聚光於加工對象物1內部的雷射光L的像差予以修正，並調整聚光光學系統204和加工對象物1的距離以維持既定的加工位置。
附帶一提的，在反射型空間光調變器203，按照其像素構造可能使相位調變量受到限制。因此，在本實施形態的控制部250，為了正確地再現可充分修正像差的波面，是以減少相位調變量的方式，按照相位調變量來調整聚光光學系統204和加工對象物1的距離。
[第2實施形態]
接著說明第2實施形態的雷射加工裝置。第9圖係顯示本發明的第2實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。如第9圖所示，本實施形態的雷射加工裝置300與上述第1實施形態的不同點在於：取代擴束器223(參照第7圖)而具備光束均質器301。
光束均質器301，是用來將雷射光L的強度分布均一化，其具有非球面透鏡301a、301b。該光束均質器301，是在雷射光L的光路上配置在第1反射鏡205b和反射型空間光調變器203之間。
在本實施形態也是，可發揮與上述效果相同的效果，亦即能夠抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差。此外，在本實施形態，藉由光束均質器301，可將呈高斯分布的雷射光L的強度分布予以均一化，而能高精度地形成改質區域7。
[第3實施形態]
接著說明第3實施形態的雷射加工裝置。第10圖係顯示本發明的第3實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。如第10圖所示，本實施形態的雷射加工裝置400與上述第1實施形態的不同點在於：取代反射型空間光調變器203(參照第7圖)而具備反射型空間光調變器403。
反射型空間光調變器403，是將從水平方向射入的雷射光L朝相對於水平方向的斜下方反射。如此，從反射型空間光調變器403射出的雷射光L是與：被第2反射鏡206a朝上方反射之後射入反射型空間光調變器403的雷射光L交叉。
此外，反射型空間光調變器403，是配置在比上述反射型空間光調變器203更靠水平方向右側的位置。亦即，反射型空間光調變器403，相對於上述反射型空間光調變器203，是偏置於雷射光L的入射方向遠側。如此，能在將第1透鏡241a和反射型空間光調變器403的距離設定成焦點距離f1的狀態下，將第1透鏡241a配置在第2反射鏡206b的下游側。
在本實施形態也是，可發揮與上述效果相同的效果，亦即能夠抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差。
此外，在本實施形態，如上述般，反射型空間光調變器403是將雷射光L朝相對於水平方向的斜下方反射，而使射入反射型空間光調變器403的雷射光L與所反射的雷射光L交叉。因此，可縮小雷射光L對反射型空間光調變器403的入射角(反射角)，而能抑制液晶層216之相鄰液晶像素間的串擾。此處的入射角(反射角)是指：與垂直射入反射型空間光調變器403時的雷射光之間的角度。
[第4實施形態]
接著說明第4實施形態的雷射加工裝置。第11圖係顯示本發明的第4實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。如第11圖所示，本實施形態的雷射加工裝置500與上述第1實施形態的不同點在於：取代表面觀察單元211(參照第7圖)而具備表面觀察單元511。
表面觀察單元511，是在框體231內，隔著雷射光L，配置在與AF單元212對稱的位置。在此是配置在框體231的水平方向左側。該表面觀察單元511，是採用與上述表面觀察單元211同樣的構造，亦即至少具有：觀察用光源511a、檢測器511b及分光鏡510。
分光鏡210之可見光VL1的入射方向，是與上述AF用分光鏡238之AF用雷射光LB1的入射方向相同。另一方面，分光鏡510之可見光VL1的入射方向，是與上述AF用分光鏡238之AF用雷射光LB1的入射方向相反。亦即，分光鏡510、238被設置成，其反射面相對於雷射光L的光軸朝彼此不同的方向以相同角度傾斜。
在本實施形態也是，可發揮與上述效果相同的效果，亦即能夠抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差。
此外，例如在製造雷射加工裝置200中，在調整4f光學系統241之透鏡241a、241b的位置時，通常是檢測來自加工對象物1之雷射光L的反射光。這時，如前述般，若在4f光學系統241和聚光光學系統204之間設有反射面相對於雷射光L的光路呈傾斜配置之分光鏡，在透過該分光鏡的雷射光L進行發散或會聚的情況，雷射光L及反射光的波面會變形(產生像散)。因此，無法高精度地檢測反射光，要將透鏡241a、241b配置在正確的位置是困難的。
相對於此，在本實施形態，在雷射光L的光路上之4f光學系統241和聚光光學系統204之間設有：反射面相對於雷射光L的光軸朝彼此不同的方向傾斜之分光鏡510、238。因此，分光鏡510所產生之雷射光L的波面變形與AF用分光鏡238所產生之雷射光L的波面變形可互相抵消。亦即，即使在透過分光鏡510、238的雷射光L進行發散或會聚的情況，仍能減少反射光的波面變形，而能夠高精度地調整4f光學系統241。
[第5實施形態]
接著說明第5實施形態的雷射加工裝置。第12圖係顯示本發明的第5實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。如第12圖所示，本實施形態的雷射加工裝置600與上述第1實施形態的不同點在於進一步具備修正板601。
修正板601，是用來減少藉由聚光光學系統204聚光的雷射光L之波面變形，其在雷射光L的光路上配置在分光鏡210、238之間。
在本實施形態也是，可發揮與上述效果相同的效果，亦即能夠抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差。此外，在本實施形態，由於藉由聚光光學系統204聚光的雷射光L之波面變形可利用修正板601來減少，根據前述理由，在調整4f光學系統241時可減少雷射光L之反射光的波面變形，而能高精度地調整4f光學系統241。
[第6實施形態]
接著說明第6實施形態的雷射加工裝置。第13圖係顯示本發明的第6實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。如第13圖所示，本實施形態的雷射加工裝置700與上述第1實施形態的不同點在於：取代反射型空間光調變器203及分光鏡210(參照第7圖)而具備反射型空間光調變器703及分光鏡710。
反射型空間光調變器703，是用來調變(修正)雷射光L，以使聚光於加工對象物1內部之雷射光L之像差成為既定像差以下且像散成為既定像差以下。分光鏡710，是在雷射光L的光路上配置在反射鏡219和第2透鏡241b之間。
在本實施形態也是，可發揮與上述效果相同的效果，亦即能夠抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L的像差。再者，可縮短第2透鏡241b和聚光用光學系統204的聚光透鏡間的距離，而能縮短雷射光L的光路長全體以謀求雷射加工裝置700的小型化。
此外，在本實施形態，由於分光鏡710配置在第2透鏡241b的上游側，雖會有發散光之雷射光L射入分光鏡710而使雷射光L產生像散，但在本實施形態，藉由反射型空間光調變器703進行修正調變而使該像散也成為既定像散以下，因此能抑制聚光於加工對象物1內部之雷射光L發生像散。
以上是說明本發明的較佳實施形態，但本發明並不限於上述實施形態。例如，在上述實施形態，是具備表面觀察單元211(511)及AF單元212，且在4f光學系統241和聚光光學系統204之間配置分光鏡210(510、710)、238，但僅具備AF單元212，且在4f光學系統241和聚光光學系統204之間僅配置AF用分光鏡238亦可。
另外，在上述實施形態，雖是具備一對的第1反射鏡205a、205b及一對的第2反射鏡206a、206b，但第1及第2反射鏡只要分別至少具備2個以上即可。此外，在上述實施形態，反射鏡205a、205b、206a、206b是形成能繞軸旋轉，但並不限定於此，只要是能調整反射方向(反射角度)的構造即可。
此外，形成改質區域7時之雷射光入射面，並不限定於加工對象物1的表面3，亦可為加工對象物1的背面。此外，沿著切斷預定線5形成複數列的改質區域7當然也可以。
另外，在本發明更佳為，藉由計測等來求出雷射光從反射型空間光調變器傳播至聚光光學系統時的波面形狀之變化，將考慮該波面形狀變化之波面整形(像差整形)圖案資訊輸入反射型空間光調變器。
依據本發明，可抑制聚光於加工對象物的內部之雷射光的像差。
1．．．加工對象物
7．．．改質區域
100、200、300、400、500、600、700．．．雷射加工裝置
101、202．．．雷射光源
105．．．聚光用透鏡(聚光光學系統)
203、403、703．．．反射型空間光調變器
204．．．聚光光學系統
205a、205b．．．第1反射鏡
206a、206b．．．第2反射鏡
210、238、510、710．．．分光鏡
212．．．AF單元(聚光點位置控制手段)
223．．．擴束器
241．．．4f光學系統(調整光學系統)
301．．．光束均質器
L．．．雷射光
P．．．聚光點
第1圖係用來形成改質區域之雷射加工裝置的概略構造圖。
第2圖係改質區域的形成對象之加工對象物的俯視圖。
第3圖係沿著第2圖的加工對象物之III-III線的截面圖。
第4圖係雷射加工後的加工對象物的俯視圖。
第5圖係沿著第4圖的加工對象物之V-V線的截面圖。
第6圖係沿著第4圖的加工對象物之VI-VI線的截面圖。
第7圖係顯示本發明的第1實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。
第8圖係第7圖的雷射加工裝置之反射型空間光調變器的分解立體圖。
第9圖係顯示本發明的第2實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。
第10圖係顯示本發明的第3實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。
第11圖係顯示本發明的第4實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。
第12圖係顯示本發明的第5實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。
第13圖係顯示本發明的第6實施形態之雷射加工裝置的概略構造圖。
1．．．加工對象物
3．．．表面
5．．．切斷預定線
7．．．改質區域
111．．．載台
200．．．雷射加工裝置
202．．．雷射光源
203．．．反射型空間光調變器
204．．．聚光光學系統
205a、205b．．．第1反射鏡
206a、206b．．．第2反射鏡
207．．．衰減器
207a．．．偏光板
207b、228．．．λ/2波長板
208、219．．．反射鏡
209、210、238．．．分光鏡
211．．．表面觀察單元
211a．．．觀察用光源
211b．．．檢測器
212．．．AF單元(聚光點位置控制手段)
213a．．．凹透鏡
213b．．．平凸透鏡
223．．．擴束器
231．．．框體
232．．．驅動單元
233．．．底板
234．．．兩側板
235．．．蓋板
236．．．頂板
241．．．4f光學系統(調整光學系統)
241a．．．第1透鏡
241b．．．第2透鏡
250．．．控制部
L．．．雷射光
LB1．．．AF用雷射光
O．．．共焦點
LB2．．．AF用雷射光LB1的反射光
P．．．聚光點
S．．．空間
VL1．．．可見光
VL2．．．可見光VL1的反射光

Claims (9)

  1. 一種雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在前述加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出前述雷射光之雷射光源、以及將前述雷射光源所射出的前述雷射光予以調變之反射型空間光調變器；在前述雷射光的光路上之前述雷射光源和前述反射型空間光調變器之間，配置用來反射前述雷射光之至少2個第1反射鏡，將前述第1反射鏡做成可調整前述雷射光的反射方向。
  2. 一種雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在前述加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出前述雷射光之雷射光源、將前述雷射光源所射出的雷射光予以調變之反射型空間光調變器、以及用來調整被前述反射型空間光調變器調變後的前述雷射光之波面形狀的調整光學系統；在前述雷射光的光路上之前述反射型空間光調變器和前述調整光學系統之間，配置用來反射前述雷射光之至少2個第2反射鏡，將前述第2反射鏡做成可調整前述雷射光的反射方 向。
  3. 一種雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在前述加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備：用來射出前述雷射光之雷射光源、將前述雷射光源所射出的前述雷射光予以調變之反射型空間光調變器、用來調整被前述反射型空間光調變器調變後的前述雷射光之波面形狀的調整光學系統、以及將被前述調整光學系統調整後的前述雷射光聚光於前述加工對象物的內部之聚光光學系統；在前述雷射光的光路上之前述調整光學系統和前述聚光光學系統之間，配置讓前述雷射光透過之分光鏡。
  4. 如申請專利範圍第3項記載的雷射加工裝置，其中，進一步具備聚光點位置控制手段，該手段是藉由對前述加工對象物照射測定用雷射光並接收前述測定用雷射光在前述加工對象物的反射光，以使前述聚光點對準前述加工對象物的既定位置；前述分光鏡是讓前述雷射光透過，並將前述測定用雷射光及前述測定用雷射光的前述反射光予以反射。
  5. 一種雷射加工裝置，是以聚光點對準加工對象物內部的方式來照射雷射光，藉此在前述加工對象物形成改質區域之雷射加工裝置，其特徵在於，係具備： 用來射出前述雷射光之雷射光源、將前述雷射光源所射出的前述雷射光予以調變之反射型空間光調變器、用來調整被前述反射型空間光調變器調變後的前述雷射光之波面形狀的調整光學系統、將被前述調整光學系統調整後的前述雷射光聚光於前述加工對象物的內部之聚光光學系統、以及藉由對前述加工對象物照射測定用雷射光，並接收前述測定用雷射光在前述加工對象物的反射光，以使前述聚光點對準前述加工對象物的既定位置之聚光點位置控制手段；在前述雷射光的光路上，在前述雷射光源和前述反射型空間光調變器之間配置用來反射前述雷射光之至少2個第1反射鏡，在前述反射型空間光調變器和前述調整光學系統之間配置用來反射前述雷射光之至少2個第2反射鏡，在前述調整光學系統和前述聚光光學系統之間，配置讓前述雷射光透過並將前述測定用雷射光及前述測定用雷射光的前述反射光予以反射之分光鏡。
  6. 如申請專利範圍第5項記載的雷射加工裝置，其中，前述雷射光，是具有穿透前述加工對象物的波長之加工用雷射光；具備有用來射出測定用雷射光的單元，該測定用雷射 光的波長與前述加工用雷射光的波長不同；從前述單元射出的測定用雷射光，藉由前述聚光光學系統聚光，被前述加工對象物的表面反射後，藉由前述聚光光學系統聚光，而藉由前述單元接收；前述調整光學系統至少具有第1透鏡及第2透鏡，前述調整光學系統，是將前述第1透鏡和前述第2透鏡以成為兩側遠心光學系統的方式配置在前述反射型空間光調變器和前述聚光光學系統之間。
  7. 如申請專利範圍第2至6項中任一項記載的雷射加工裝置，其中，前述調整光學系統，是在第1透鏡和第2透鏡之間讓前述第1透鏡及前述第2透鏡的焦點彼此一致的光學系統。
  8. 如申請專利範圍第2至6項中任一項記載的雷射加工裝置，其中，前述反射型空間光調變器，是將前述雷射光予以調變，而使聚光於前述加工對象物內部而在前述雷射光的聚光位置所產生之前述雷射光的像差，成為既定像差以下。
  9. 如申請專利範圍第2至6項中任一項記載的雷射加工裝置，其中，在前述雷射光的光路上之前述透鏡當中位於最下游側的透鏡和前述反射型空間光調變器之間，配置擴束器或光束均質器。
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