WO2010061794A1 - レーザ加工装置 - Google Patents

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WO2010061794A1
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laser light
optical system
laser beam
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PCT/JP2009/069722
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誠 中野
卓 井上
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浜松ホトニクス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a laser processing apparatus for forming a modified region on an object to be processed.
  • Patent Document 1 an apparatus that forms a modified region on a processing target by irradiating a laser beam with a focusing point inside the processing target.
  • Patent Document 2 an apparatus that forms a modified region on a processing target by irradiating a laser beam with a focusing point inside the processing target.
  • Patent Document 3 an apparatus that forms a modified region on a processing target by irradiating a laser beam with a focusing point inside the processing target.
  • a laser beam emitted from a laser light source is modulated by a reflective spatial light modulator.
  • the laser beam cannot be accurately incident on the reflective spatial light modulator due to, for example, individual variations of the laser light source or the reflective spatial light modulator, and the object to be processed There is a possibility that the aberration of the laser beam condensed inside the lens increases.
  • an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of suppressing the aberration of the laser beam condensed inside the object to be processed.
  • a laser processing apparatus forms a modified region in a processing target by irradiating a laser beam with a focusing point inside the processing target.
  • a laser light source that emits laser light, and a reflective spatial light modulator that modulates the laser light emitted by the laser light source, the laser light source and the reflective spatial light modulator in the optical path of the laser light,
  • Between the two, at least two first mirrors that reflect the laser light are arranged, and the first mirror is configured to be capable of adjusting the reflection direction of the laser light.
  • the position and incident angle of the laser light incident on the reflective spatial light modulator can be adjusted as desired by adjusting the reflection direction of the laser light with at least two first mirrors. Can do. Therefore, it becomes possible to make the laser beam incident on the reflective spatial light modulator with high accuracy. As a result, the reflective spatial light modulator can be suitably functioned, and the aberration of the laser beam condensed inside the object to be processed can be suppressed.
  • the laser processing apparatus is a laser processing apparatus that forms a modified region in a processing object by irradiating the processing object with a laser beam with a focusing point inside the processing object.
  • a laser light source that emits light
  • a reflective spatial light modulator that modulates the laser light emitted by the laser light source
  • an adjustment optical system that adjusts the wavefront shape of the laser light modulated by the reflective spatial light modulator
  • at least two second mirrors that reflect the laser light are disposed between the reflective spatial light modulator and the adjusting optical system in the optical path of the laser light, and the second mirror reflects the laser light in the reflection direction.
  • the position and the incident angle of the laser light incident on the adjusting optical system can be adjusted as desired by adjusting the reflection direction of the laser light with at least two second mirrors. Therefore, it becomes possible to make the laser beam incident on the adjustment optical system with high accuracy. As a result, the adjustment optical system can be suitably functioned, and the aberration of the laser beam condensed inside the object to be processed can be suppressed.
  • the laser processing apparatus is a laser processing apparatus that forms a modified region in a processing object by irradiating the processing object with a laser beam with a focusing point inside the processing object.
  • a laser light source that emits light
  • a reflective spatial light modulator that modulates the laser light emitted from the laser light source
  • an adjustment optical system that adjusts the wavefront shape of the laser light modulated by the reflective spatial light modulator
  • an adjustment A condensing optical system that condenses the laser light adjusted by the optical system inside the workpiece, and transmits the laser light between the adjusting optical system and the condensing optical system in the optical path of the laser light.
  • a dichroic mirror is arranged.
  • the adjustment optical system is adjusted so that the laser light becomes parallel light, so that the parallel light can be incident on the dichroic mirror, and therefore, the laser light transmitted through the dichroic mirror can be incident on the laser light. It is possible to suppress the occurrence of astigmatism.
  • the dichroic mirror further includes a means for transmitting the laser beam and reflecting the measurement laser beam and the reflected light of the measurement laser beam in some cases.
  • the laser processing apparatus is a laser processing apparatus that forms a modified region in a processing object by irradiating the processing object with a laser beam with a focusing point inside the processing object.
  • a laser light source that emits light
  • a reflective spatial light modulator that modulates the laser light emitted from the laser light source
  • an adjustment optical system that adjusts the wavefront shape of the laser light modulated by the reflective spatial light modulator
  • an adjustment A condensing optical system that condenses the laser light adjusted by the optical system inside the workpiece, and irradiates the workpiece with the measurement laser beam, and receives the reflected light of the laser beam for measurement from the workpiece.
  • a condensing point position control means for aligning the condensing point with a predetermined position of the workpiece.
  • a laser beam is provided between the laser light source and the reflective spatial light modulator.
  • at least two second mirrors that reflect the laser light are disposed between the reflective spatial light modulator and the adjustment optical system, and the laser light is disposed between the adjustment optical system and the condensing optical system.
  • a dichroic mirror that transmits and reflects the measurement laser beam and the reflected light of the measurement laser beam is arranged.
  • the laser beam can be accurately incident on the reflective spatial light modulator and the adjusting optical system. Therefore, the reflective spatial light modulator and the adjusting optical system are preferably functioned, and the object to be processed It becomes possible to further suppress the aberration of the laser beam condensed inside the lens. In addition, it is possible to suppress the occurrence of astigmatism in the laser light transmitted through the dichroic mirror.
  • the adjusting optical system is preferably an optical system configured such that the focal points of the first lens and the second lens coincide with each other between the first lens and the second lens.
  • An example of such an adjustment optical system is a 4f optical system.
  • the reflective spatial light modulator modulates the laser light so that the aberration of the laser light condensed inside the object to be processed is not more than a predetermined aberration.
  • the energy density of the laser beam at the laser beam condensing position can be increased, and a modified region having a high function as a starting point of cutting (for example, easily generating cracks) can be formed.
  • a beam expander or a beam homogenizer is disposed between the mirror located on the most downstream side of the mirror in the optical path of the laser beam and the reflective spatial light modulator.
  • the laser beam can be accurately incident on the optical center (the optical center of the lens) of the beam expander or beam homogenizer, and the function of the beam expander for expanding the beam diameter of the laser beam, or the laser beam
  • the function of the beam homogenizer that makes the intensity distribution uniform can be sufficiently exhibited.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the workpiece in FIG. 2. It is a top view of the processing target after laser processing.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of the workpiece in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of the workpiece in FIG. 4.
  • the modified region is formed in the processing target by irradiating the processing target with the laser beam with the focusing point inside the processing target.
  • a laser processing apparatus 100 includes a laser light source 101 that oscillates a laser beam L, a dichroic mirror 103 that is arranged so as to change the direction of the optical axis (optical path) of the laser beam L, and A condensing lens (condensing optical system) 105 for condensing the laser light L.
  • the laser processing apparatus 100 also includes a support 107 for supporting the workpiece 1 irradiated with the laser light L collected by the condensing lens 105, and the support 107 in the X, Y, and Z axis directions.
  • the laser light L emitted from the laser light source 101 has its optical axis changed by 90 ° by the dichroic mirror 103, and the inside of the processing object 1 placed on the support base 107.
  • the light is condensed by the condensing lens 105.
  • the stage 111 is moved, and the workpiece 1 is moved relative to the laser beam L along the planned cutting line 5. As a result, a modified region along the planned cutting line 5 is formed on the workpiece 1.
  • a semiconductor material, a piezoelectric material, or the like is used, and as shown in FIG. 2, a cutting scheduled line 5 for cutting the processing object 1 is set in the processing object 1.
  • the planned cutting line 5 is a virtual line extending linearly.
  • the laser beam L is projected along the planned cutting line 5 in a state where the focused point P is aligned with the inside of the workpiece 1. It moves relatively (that is, in the direction of arrow A in FIG. 2).
  • the modified region 7 is formed inside the workpiece 1 along the planned cutting line 5, and the modified region 7 formed along the planned cutting line 5 is formed. It becomes the cutting start area 8.
  • the condensing point P is a location 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, or may be a line actually drawn on the surface 3 of the workpiece 1 without being limited to a virtual line.
  • the modified region 7 may be formed continuously or intermittently. Further, the modified region 7 may be in the form of a line or a dot. In short, the modified region 7 only needs to be formed at least inside the workpiece 1.
  • a crack may be formed starting from the modified region 7, and the crack and modified region 7 may be exposed on the outer surface (front surface, back surface, or outer peripheral surface) of the workpiece 1.
  • the laser beam L passes through the workpiece 1 and is particularly absorbed in the vicinity of the condensing point inside the workpiece 1, whereby a modified region 7 is formed in the workpiece 1. (Ie, internal absorption laser processing). Therefore, since the laser beam L is hardly absorbed by the surface 3 of the workpiece 1, the surface 3 of the workpiece 1 is not melted. In general, when a removed portion such as a hole or a groove is formed by being melted and removed from the front surface 3 (surface absorption laser processing), the processing region gradually proceeds from the front surface 3 side to the back surface side.
  • the modified region formed by the laser processing apparatus refers to a region where the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings.
  • the modified region include a melt treatment region, a crack region, a dielectric breakdown region, a refractive index change region, and the like, and there is a region where these are mixed.
  • the modified region there are a region where the density of the modified region in the material to be processed is changed compared to the density of the non-modified region, and a region where lattice defects are formed. Also known as the metastatic region).
  • the area where the density of the melt-processed area, the refractive index changing area, the modified area is changed compared to the density of the non-modified area, and the area where lattice defects are formed are further divided into these areas and the modified area.
  • cracks are included in the interface with the non-modified region.
  • the included crack may be formed over the entire surface of the modified region, or may be formed in only a part or a plurality of parts.
  • Examples of the processing object 1 include those containing or consisting of silicon, glass, LiTaO 3 or sapphire (Al 2 O 3 ).
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 200 irradiates the processing target 1 with the laser beam L by aligning the condensing point P inside the processing target 1 on the stage 111, so that the cutting target line 5 is cut. Along with this, a modified region 7 serving as a starting point of cutting is formed.
  • the laser processing apparatus 200 includes a laser light source 202, a reflective spatial light modulator 203, a 4f optical system 241 and a condensing optical system 204 in a housing 231.
  • the laser light source 202 emits laser light L, and for example, a fiber laser is used.
  • the laser light source 202 here is fixed to the top plate 236 of the housing 231 with a screw or the like so as to emit laser light in the horizontal direction (X direction) (in a so-called horizontal state).
  • the reflective spatial light modulator 203 modulates the laser light L emitted from the laser light source 202.
  • the reflective spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) of a liquid crystal (LCOS) is used. Is used.
  • the reflective spatial light modulator 203 reflects the laser light L incident in the horizontal direction obliquely upward with respect to the horizontal direction, and condenses the laser light L (that is, the condensed light) inside the workpiece 1. Modulation is performed so that the aberration of the laser beam L) at the position is less than or equal to a predetermined aberration.
  • the laser beam L incident in the horizontal direction is reflected in a direction inclined upward with respect to the horizontal direction, and is modulated so that the wavefront of the laser beam L becomes a predetermined wavefront inside the workpiece 1.
  • “below the predetermined aberration” means, for example, that the aberration of the laser light L generated at the condensing position is reduced as compared with the case of condensing without using the spatial light modulator 203. ing. Ideally, it means that the aberration of the laser beam L generated at the condensing position of the laser beam L is substantially zero.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the reflective spatial light modulator of the laser processing apparatus of FIG.
  • the reflective spatial light modulator 203 includes a silicon substrate 213, a metal electrode layer 214 provided on the silicon substrate 213, a mirror layer 215 provided on the metal electrode layer 214, and a mirror.
  • a liquid crystal layer 216 provided on the layer 215, a transparent electrode layer 217 provided on the liquid crystal layer 216, and a glass plate 218 provided on the transparent electrode layer 217 are provided.
  • the metal electrode layer 214 and the transparent electrode layer 217 have a plurality of electrode portions 214a and 217a arranged in a matrix, and each electrode portion 214a of the metal electrode layer 214 and each electrode portion 217a of the transparent electrode layer 217 Are opposed to each other in the stacking direction of the reflective spatial light modulator 203.
  • the laser light L is sequentially transmitted from the outside through the glass plate 218 and the transparent electrode layer 217, enters the liquid crystal layer 216, is reflected by the mirror layer 215, and is transparent from the liquid crystal layer 216.
  • the light passes through the electrode layer 217 and the glass plate 218 in order and is emitted to the outside.
  • a voltage is applied to each pair of electrode portions 214a and 217a facing each other, and the refractive index of the portion sandwiched between the pair of electrode portions 214a and 217a facing each other in the liquid crystal layer 216 according to the voltage.
  • a phase shift occurs in a component in a predetermined direction orthogonal to the traveling direction of each light beam, and the laser light L is shaped (phase modulated).
  • the 4f optical system 241 adjusts the wavefront shape of the laser light L modulated by the reflective spatial light modulator 203.
  • the 4f optical system 241 includes a first lens 241a and a second lens 241b.
  • the distance between the reflective spatial light modulator 203 and the first lens 241a is the focal length f1 of the first lens 241a
  • the distance between the condensing optical system 204 and the lens 241b is that of the lens 241b.
  • the reflective spatial light modulator 203 is arranged so that the focal length is f2, the distance between the first lens 241a and the second lens 241b is f1 + f2, and the first lens 241a and the second lens 241b are a bilateral telecentric optical system. It is arranged between the condensing optical system 204.
  • the condensing optical system 204 converts the laser beam L having a wavefront that is phase-modulated by the reflective spatial light modulator 203 and has a predetermined beam diameter and the aberration of the focused laser beam L is equal to or less than the predetermined aberration. It can be condensed.
  • the ratio between the focal length f1 and the focal length f2 is n: 1 (n is a real number), and the beam diameter and wavefront of the laser light L incident on the condensing optical system 204 are reflected by the reflective spatial light modulator 203. 1 / n times and n times the beam diameter and wavefront.
  • the 4f optical system 241 it is possible to prevent the laser light L modulated (corrected) by the reflective spatial light modulator 203 from changing the wavefront shape due to spatial propagation and increasing the aberration.
  • the laser light L is adjusted so that the laser light L incident on the condensing optical system 204 becomes parallel light.
  • the condensing optical system 204 condenses the laser light L modulated by the 4f optical system 241 inside the workpiece 1.
  • the condensing optical system 204 includes a plurality of lenses and is installed on the bottom plate 233 of the housing 231 via a drive unit 232 including a piezoelectric element and the like.
  • the outer shape of the housing 231 has a simple shape that can reduce the distortion, and has a substantially rectangular parallelepiped shape here.
  • the side plates 234, the bottom plate 233, the top plate 236, and the back plate (wall plate on the back side) are formed thick, and the top plate 236 in the case 231 is larger than this thickness.
  • the upper cover 235 and the front plate (the front side wall plate) are thinner than the upper cover 235.
  • the laser processing apparatus 200 includes a surface observation unit 211 and an AF (AutoFocus) unit (condensing point position control means) 212 in the housing 231.
  • the surface observation unit 211 is for observing the surface 3 of the workpiece 1.
  • the surface observation unit 211 includes an observation light source 211a that emits visible light VL1, a detector 211b that receives and detects reflected light VL2 of the visible light VL1 reflected by the surface 3 of the workpiece 1, and laser light.
  • a dichroic mirror 210 that transmits L and reflects visible light VL1 and reflected light VL2.
  • the dichroic mirror 210 is disposed between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204 in the optical path of the laser light L, and is disposed so as to change the directions of the visible light VL1 and the reflected light VL2 by 90 °.
  • the visible light VL1 emitted from the observation light source 211a is sequentially reflected by the mirror 208 and the dichroic mirrors 209 and 210, and condensed by the condensing optical system 204.
  • the reflected light VL ⁇ b> 2 reflected by the surface 2 of the workpiece 1 is collected by the condensing optical system 204, reflected by the dichroic mirror 210, and transmitted through the dichroic mirror 209.
  • the AF unit 212 is for accurately aligning the condensing point P of the laser beam L at a predetermined distance from the surface 3 even when the surface 3 of the workpiece 1 has waviness, for example. Specifically, the AF unit 212 emits the AF laser beam LB1 to the workpiece 1, and receives and detects the reflected light LB2 of the AF laser beam LB1 reflected by the surface 3 of the workpiece 1. Thus, the displacement data of the surface 3 along the scheduled cutting line 5 is acquired. Then, when forming the modified region 7, the drive unit 232 is driven based on the acquired displacement data, so that the condensing optical system 204 is moved along the optical axis along the undulation of the surface 3 of the workpiece 1. The distance between the condensing optical system 204 and the workpiece 1 is finely adjusted by reciprocating in the direction.
  • the AF unit 212 includes at least an AF dichroic mirror 238 that transmits the laser light L and reflects the AF laser light LB1 and the reflected light LB2.
  • the AF dichroic mirror 238 is disposed on the downstream side of the dichroic mirror 210 between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204 in the optical path of the laser light L, and the orientation of the AF laser light LB1 and the reflected light LB2 Is arranged to change 90 °.
  • the AF dichroic mirror 238 is a transmission optical element disposed on the most downstream side in the optical path of the laser beam L. That is, the AF unit 212 is configured such that the reflected light LB2 does not pass through other transmissive optical elements such as other dichroic mirrors.
  • the direction and direction in which the AF laser beam LB1 is incident on the AF dichroic mirror 238 is equal to the direction and direction in which the visible light VL1 is incident on the dichroic mirror 210. That is, the dichroic mirrors 210 and 218 are provided such that their mirror surfaces are inclined at the same angle in the same direction with respect to the optical axis of the laser light L. Thereby, the surface observation unit 211 and the AF unit 212 are arranged on the same side (the right side in the drawing) in the housing 231.
  • the laser processing apparatus 200 is connected to a laser light source 202, a reflective spatial light modulator 203, a stage 111, a casing 231 and an AF unit 212 for controlling the entire laser processing apparatus 200.
  • a control unit 250 for controlling is provided. Specifically, the control unit 250 executes the following control.
  • control unit 250 controls the laser light source 202 and adjusts the output and pulse width of the laser light L emitted from the laser light source 202. Further, when the control unit 250 forms the modified region 7, the condensing point P of the laser light L is located at a predetermined distance from the surface 3 of the workpiece 1 and the condensing point P of the laser light L is scheduled to be cut. At least one of the housing 231 and the stage 111 is controlled so as to move relatively along the line 5.
  • control unit 250 controls the reflective spatial light modulator 203 so that the optical characteristics of the laser light L become predetermined optical characteristics. For example, when the modified region 7 is formed, a predetermined amount is set for each pair of electrode portions 214a and 217a facing each other so that the aberration of the laser light L condensed inside the workpiece 1 is equal to or less than a predetermined aberration.
  • the reflective spatial light modulator 203 is controlled by applying a voltage. More specifically, the control unit 250 reflects wavefront shaping (aberration correction) pattern information for shaping (modulating) the beam pattern (beam wavefront) of the laser light L incident on the reflective spatial light modulator 203 as a reflection type. Input to the spatial light modulator 203.
  • the refractive index of the liquid crystal layer 216 corresponding to each of the pair of electrodes 214 a and 217 a is changed by a signal based on the input pattern information, and the beam of the laser light L emitted (reflected) from the reflective spatial light modulator 203. Shape (modulate) the pattern (beam wavefront).
  • the control unit 250 may be disposed outside the housing 231 as illustrated, or may be installed within the housing 231. Further, the control unit 250 may sequentially input pattern information input to the reflective spatial light modulator 203, or may select and input pattern information stored in advance.
  • the laser processing apparatus of this embodiment includes a pair of first mirrors 205a and 205b disposed between the laser light source 202 and the reflective spatial light modulator 203 in the optical path of the laser light L, and a reflective space. And a pair of second mirrors 206a and 206b disposed between the optical modulator 203 and the 4f optical system 241.
  • the first mirrors 205 a and 205 b reflect the laser light L emitted from the laser light source 202 toward the reflective spatial light modulator 203.
  • the first mirrors 205a and 205b are arranged so as to change the direction of the laser light L by 90 °. Specifically, the first mirror 205a on the upstream side reflects the laser beam L incident from the right side in the horizontal direction downward, and the first mirror 205b on the downstream side reflects the laser beam L incident from the upper side in the horizontal direction. Reflect to the back.
  • the second mirrors 206a and 206b reflect the laser beam L reflected by the reflective spatial light modulator 203 toward the 4f optical system 241. Specifically, the second mirror 206a on the upstream side reflects the laser light L incident obliquely from below in the horizontal direction, and the second mirror 206b on the downstream side reflects the laser light L incident from below. Reflects horizontally to the left.
  • the mirrors 205a, 205b, 206a, 206b have an axis extending in a predetermined direction (here, the Y-axis direction), and are configured to be rotatable around this axis.
  • the mirrors 205a, 205b, 206a, and 206b are configured such that their reflection directions (reflection angles) can be adjusted. Therefore, in the first mirrors 205a and 205b, the reflection direction thereof is appropriately adjusted, and the position of the laser beam L and the laser beam L are reliably incident on the reflective spatial light modulator 203 at a predetermined incident angle. The incident angle is adjusted.
  • the reflection direction thereof is appropriately adjusted, and the position and the incident angle of the laser beam L are set so that the laser beam L is reliably incident on the 4f optical system 241 at a predetermined incident angle. It has been adjusted.
  • the mirrors 205a, 205b, 206a, and 206b may be configured such that the reflection direction is adjusted by electrical means such as piezoelectric elements, or the reflection direction is adjusted by mechanical means such as screws. You may comprise as follows.
  • a beam expander 223 is disposed between the first mirror 205b on the downstream side and the reflective spatial light modulator 203.
  • the beam expander 223 is for expanding the beam diameter of the laser light L, and includes a concave lens 213a and a plano-convex lens 213b.
  • the plano-convex lens 213b is detachable and can be installed at a plurality of positions on the optical path of the laser beam L so that the distance between the lenses 213a and 213b can be changed. Therefore, the beam diameter of the laser light L can be expanded as desired by installing the plano-convex lens 213b at a desired position.
  • the focal lengths of the concave lens 213a and the plano-convex lens 213b are set large as shown below, for example.
  • an attenuator 207 is disposed between the first mirrors 205a and 205b in the optical path of the laser beam L.
  • the attenuator 207 is for adjusting the light intensity of the laser light L.
  • the attenuator 207 includes a polarizing plate 207a for obtaining linearly polarized light and a ⁇ / 2 wavelength plate 207b for changing the polarization direction.
  • a ⁇ / 2 wavelength plate 228 for changing the polarization direction is disposed between the second mirrors 206a and 206b in the optical path of the laser light L.
  • the polarization direction of the laser light L can be made to correspond to the processing progress direction (the direction along the planned cutting line 5).
  • an expand tape is attached to the back surface of the workpiece 1 to place the workpiece 1 on the stage 111. Place. Subsequently, the laser beam L is irradiated from the surface 3 of the workpiece 1 to the inside of the silicon wafer 11 with the focusing point, and the modified region 7 is moved into the workpiece 1 along the planned cutting line 5. Form. Then, the expanded tape is expanded. Thus, the workpiece 1 is accurately cut along the scheduled cutting line 5 with the modified region 7 as a starting point of cutting, and the plurality of semiconductor chips are separated from each other.
  • the laser light L emitted from the laser light source 202 travels in the horizontal direction in the housing 231, is then reflected downward by the first mirror 205 a, and the light intensity is adjusted by the attenuator 207. Thereafter, the light is reflected in the horizontal direction by the first mirror 205 b, the beam diameter is enlarged by the beam expander 223, and is incident on the reflective spatial light modulator 203.
  • the laser light L incident on the reflective spatial light modulator 203 is modulated so that the aberration of the laser light L focused inside the workpiece 1 by the reflective spatial light modulator 203 is equal to or less than a predetermined aberration. (Corrected) and emitted obliquely upward with respect to the horizontal direction. Then, after being reflected upward by the second mirror 206a, the polarization direction is changed by the ⁇ / 2 wave plate 228, reflected by the second mirror 206b in the horizontal direction, and incident on the 4f optical system 241.
  • the wavefront shape of the laser light L incident on the 4f optical system 241 is adjusted so that the laser light L incident on the condensing optical system 204 becomes parallel light.
  • the laser light L is transmitted through the first lens 241a and converged, and reflected downward by the mirror 219. Then, the light diverges through the confocal O and crosses the optical path between the first mirror 205b and the reflective spatial light modulator 203, then passes through the second lens 241b and is converged again to become parallel light.
  • the laser light L sequentially passes through the dichroic mirrors 210 and 218 and enters the condensing optical system 204, and is condensed by the condensing optical system 204 inside the workpiece 1 placed on the stage 111.
  • the first mirrors 205 a and 205 b in which the reflection direction of the laser light L is variable are arranged between the laser light source 202 and the reflective spatial light modulator 203.
  • the reflection direction of the laser beam L is adjusted as appropriate, and the laser beam L is surely incident on the reflective spatial light modulator 203 at a predetermined incident angle.
  • the position and the incident angle are adjusted. Therefore, the laser beam L can be accurately incident on the reflective spatial light modulator 203 to allow the reflective spatial light modulator 203 to function suitably, and the laser beam L focused inside the workpiece 1 can be Aberration can be suppressed (reduced).
  • the aberration of the laser light L generated at the condensing position of the laser light L is equal to or less than a predetermined aberration (ideally substantially zero). Therefore, it is possible to increase the energy density of the laser light L at the condensing position, and it is possible to form the modified region 7 having a high function as a starting point of cutting (for example, easy to generate a crack). That is, since the temperature difference from the surroundings can be increased by selectively condensing the laser beam L in a small area inside the workpiece 1, a large stress is generated in the vicinity of the small area. Therefore, it is possible to enlarge the crack that contributes to cutting.
  • the beam expander 223 since the beam expander 223 is disposed between the first mirror 205b and the reflective spatial light modulator 203 in the optical path of the laser light L, the beam expander 223 includes On the other hand, the corrected laser beam L can be made incident. Therefore, the function of the beam expander 223 for enlarging the beam diameter of the laser light L can be fully exhibited.
  • the second mirrors 206a and 206b in which the reflection direction of the laser light L is variable between the reflective spatial light modulator 203 and the 4f optical system 241. Is arranged.
  • the reflection direction of the laser light L is adjusted as appropriate, and the position of the laser light L and the 4f optical system 241 are surely incident on the 4f optical system 241 at a predetermined incident angle. The incident angle is adjusted. Therefore, the laser beam L can be accurately incident on the 4f optical system 241 so that the 4f optical system 241 can function properly, and the aberration of the laser beam L condensed inside the workpiece 1 can be suppressed. It becomes possible.
  • the dichroic mirrors 210 and 218 are disposed between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204 in the optical path of the laser light L. , 218 is incident with the laser light L adjusted to be parallel light by the 4f optical system 241. For this reason, it is possible to suppress the occurrence of astigmatism in the laser light L condensed inside the workpiece 1.
  • the attenuator 207 is arranged on the upstream side of the beam expander 223 in the optical path of the laser light L, the beam diameter of the laser light L is small in the attenuator 207. Therefore, the optical elements such as the polarizing plate 207a and the ⁇ / 2 wavelength plate 207b in the attenuator 207 can be reduced in size.
  • the laser light source 202 since the laser light source 202 is installed in the housing 231 in a horizontally placed state, the laser light source 202 can be easily replaced.
  • the AF unit 212 is configured so that the AF laser light LB1 and the reflected light LB2 do not pass through other transmissive optical elements such as a dichroic mirror. Therefore, the AF unit 212 can detect the reflected light LB2 with high accuracy and finely adjust the distance between the condensing optical system 204 and the workpiece 1 with high accuracy.
  • the first lens 241a is the downstream side of the second mirror 206b.
  • the distance between the first lens 241a and the reflective spatial light modulator 203 is the focal length f1.
  • the optical path of the laser beam L is on the XZ plane (on one plane) and does not travel in the Y direction (the direction perpendicular to the paper surface), so that the mirrors 205a, 205b, 206a, and 206b can be easily adjusted. can do. That is, for example, when adjusting the reflection direction in the mirrors 205a, 205b, 206a, and 206b, only the rotation direction around the Y axis needs to be adjusted.
  • the reflective spatial light modulator 203, the surface observation unit 211, and the AF unit 212 are installed on one side (right side in the figure) in the horizontal direction in the housing 231. Therefore, the wiring connected to these can be gathered compactly. Further, in this case, since the space S can be formed on the other side (left side in the figure) in the horizontal direction in the housing 231, for example, an internal light source for observing the inside of the workpiece 1 can be attached to the space S. It becomes possible.
  • the incident angle (hereinafter referred to as “NA”) of the laser beam L focused on the workpiece 1 is determined by pattern information input from the control unit 250 to the reflective spatial light modulator 203 in order to perform phase modulation. May change. Although the amount of change is small, there may be a problem when the precise modified region 7 is formed. For example, if the NA is smaller than the predetermined NA, it may be difficult to form the modified region 7 having a high function as a starting point of cutting. Therefore, in the present embodiment, the control unit 250 controls the phase modulation of the laser light L so that the NA is maintained within a predetermined range for forming the good modified region 7.
  • the control by the control unit 250 corrects the aberration of the laser light L condensed inside the workpiece 1 and maintains the predetermined processing position with the condensing optical system 204. The distance from the workpiece 1 is adjusted.
  • the phase modulation amount may be limited by the pixel structure. Therefore, in the control unit 250 of this embodiment, in order to accurately reproduce the wavefront for sufficiently correcting the aberration, the condensing optical system 204 and the object to be processed according to the phase modulation amount so as to reduce the phase modulation amount. The distance to the object 1 is adjusted.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 300 of this embodiment is different from the first embodiment in that a beam homogenizer 301 is provided instead of the beam expander 223 (see FIG. 7).
  • the beam homogenizer 301 is for uniformizing the intensity distribution of the laser light L, and has aspherical lenses 301a and 301b.
  • the beam homogenizer 301 is disposed between the first mirror 205 b and the reflective spatial light modulator 203 in the optical path of the laser light L.
  • the intensity distribution of the laser light L exhibiting a Gaussian distribution can be made uniform by the beam homogenizer 301, and the modified region 7 can be formed with high accuracy.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 400 of the present embodiment is different from the first embodiment in that a reflective spatial light modulator 403 is provided instead of the reflective spatial light modulator 203 (see FIG. 7). It is a point.
  • the reflective spatial light modulator 403 reflects the laser beam L incident from the horizontal direction obliquely downward with respect to the horizontal direction.
  • the laser light L emitted from the reflective spatial light modulator 203 is reflected upward by the second mirror 206a and then intersects with the laser light L incident on the reflective spatial light modulator 203.
  • the reflective spatial light modulator 403 is disposed at a position on the right side in the horizontal direction as compared with the reflective spatial light modulator 203. That is, the reflection type spatial light modulator 403 is shifted from the reflection type spatial light modulator 203 to the back side in the incident direction of the laser light L. Accordingly, the first lens 241a can be disposed on the downstream side of the second mirror 206b while the distance between the first lens 241a and the reflective spatial light modulator 403 is set to the focal length f1.
  • the reflective spatial light modulator 403 reflects the laser light L obliquely downward with respect to the horizontal direction, and reflects the laser light L incident on the reflective spatial light modulator 403.
  • the laser beam L is crossed. Therefore, the incident angle (reflection angle) of the laser light L with respect to the reflective spatial light modulator 403 can be reduced, and crosstalk between adjacent liquid crystal pixels in the liquid crystal layer 216 can be suppressed.
  • the incident angle (reflection angle) means an angle between the incident light and the laser beam when vertically incident on the reflective spatial light modulator 403.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 500 of this embodiment is different from the first embodiment in that a surface observation unit 511 is provided instead of the surface observation unit 211 (see FIG. 7).
  • the surface observation unit 511 is disposed in the casing 231 at a position symmetrical to the AF unit 212 via the laser beam L. Here, it is arranged on the left side in the horizontal direction in the housing 231.
  • the surface observation unit 511 is configured in the same manner as the surface observation unit 211 and includes at least an observation light source 511a, a detector 511b, and a dichroic mirror 510.
  • the direction in which the visible light VL1 is incident on the dichroic mirror 510 is equal to the direction in which the AF laser light LB1 is incident on the AF dichroic mirror 238.
  • the direction in which the visible light VL1 is incident on the dichroic mirror 510 is opposite to the direction in which the AF laser light LB1 is incident on the AF dichroic mirror 238. That is, the dichroic mirrors 510 and 218 are provided such that their mirror surfaces are inclined at the same angle in different directions with respect to the optical axis of the laser light L.
  • the reflected light of the laser light L from the processing target 1 is usually detected.
  • the dichroic mirror disposed with the mirror surface inclined with respect to the optical path of the laser beam L is provided between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204, this dichroic mirror is used.
  • the wavefronts of the laser beam L and the reflected light are distorted (astigmatism occurs). For this reason, the reflected light cannot be detected with high accuracy, and it is difficult to arrange the lenses 241a and 241b at correct positions.
  • the dichroic mirror 510 in which the mirror surfaces are inclined in different directions with respect to the optical axis of the laser light L between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204 in the optical path of the laser light L. , 218 are provided. Therefore, the wavefront distortion of the laser beam L caused by the dichroic mirror 510 and the wavefront distortion of the laser beam L caused by the AF dichroic mirror 238 act so as to cancel each other. That is, even when the laser light L transmitted through the dichroic mirrors 510 and 218 is diverged or condensed, the wavefront distortion of the reflected light can be reduced and the 4f optical system 241 can be adjusted with high accuracy.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the laser processing apparatus 600 of this embodiment is different from the first embodiment in that a correction plate 601 is further provided.
  • the correction plate 601 reduces the wavefront distortion of the laser light L collected by the condensing optical system 204 and is disposed between the dichroic mirrors 210 and 218 in the optical path of the laser light L.
  • the wavefront distortion of the laser light L condensed by the condensing optical system 204 is reduced by the correction plate 601, and therefore the laser light L is adjusted during the adjustment of the 4f optical system 241 for the reason described above.
  • the wavefront distortion in the reflected light can be reduced, and the 4f optical system 241 can be adjusted with high accuracy.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the laser processing apparatus 700 of the present embodiment is different from the first embodiment in that a reflective spatial light is used instead of the reflective spatial light modulator 203 and the dichroic mirror 210 (see FIG. 7). This is a point provided with a modulator 703 and a dichroic mirror 710.
  • the reflective spatial light modulator 703 applies the laser light L to the laser light L focused inside the workpiece 1 so that the aberration is equal to or less than a predetermined aberration and the astigmatism is equal to or less than the predetermined astigmatism. Modulate (correct).
  • the dichroic mirror 710 is disposed between the mirror 219 and the second lens 241b in the optical path of the laser light L.
  • the distance between the second lens 241b and the condensing lens of the condensing optical system 204 can be shortened, and the entire optical path length of the laser light L can be shortened to reduce the size of the laser processing apparatus 700. It becomes possible.
  • the dichroic mirror 710 is disposed on the upstream side of the second lens 241b, the divergent laser beam L is incident on the dichroic mirror 710, and astigmatism occurs in the laser beam L.
  • the astigmatism is corrected and modulated by the reflective spatial light modulator 703 so as to be equal to or less than the predetermined astigmatism, the laser beam condensed inside the workpiece 1 is obtained. It is possible to suppress the occurrence of astigmatism in L.
  • the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the surface observation unit 211 (511) and the AF unit 212 are provided, and the dichroic mirrors 210 (510, 710) and 218 are disposed between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204.
  • the AF unit 212 may be provided, and only the AF dichroic mirror 238 may be disposed between the 4f optical system 241 and the condensing optical system 204.
  • the pair of first mirrors 205a and 205b and the pair of second mirrors 206a and 206b are provided. However, it is sufficient that at least two or more first and second mirrors are provided.
  • the mirrors 205a, 205b, 206a, and 206b are configured to be rotatable about the axis.
  • the present invention is not limited to this, and the reflection direction (reflection angle) is configured to be adjustable. Just do it.
  • the laser light incident surface when forming the modified region 7 is not limited to the surface 3 of the workpiece 1 and may be the back surface of the workpiece 1. Of course, a plurality of rows of modified regions 7 may be formed along the planned cutting line 5.
  • the wavefront shape change (aberration shaping) pattern in consideration of the change in the wavefront shape is obtained by measuring the wavefront shape when the laser light propagates from the reflective spatial light modulator to the condensing optical system. More preferably, information is input to the reflective spatial light modulator.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing object, 7 ... Modified area
  • Laser processing apparatus 101, 202 ... Laser light source, 105 ... Condensing lens (condensing optical system), 203, 403, 703 ... reflective spatial light modulator, 204 ... condensing optical system, 205a, 205b ... first mirror, 206a, 206b ... second mirror, 210, 238, 510, 710 ... dichroic mirror, 212 ... AF Unit (condensing point position control means), 223... Beam expander, 241... 4f optical system (adjusting optical system), 301... Beam homogenizer, L.

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Abstract

　加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を抑制できるレーザ加工装置を提供する。レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ光源２０２と、レーザ光源２０２で出射されたレーザ光Ｌを変調する反射型空間光変調器２０３と、を備え、レーザ光Ｌの光路においてレーザ光源２０２と反射型空間光変調器２０３との間には、レーザ光Ｌを反射する第１ミラー２０５ａ，２０５ｂが配置されており、第１ミラー２０５ａ，２０５ｂは、レーザ光Ｌの反射方向を調整可能に構成されている。よって、レーザ加工装置２００では、ミラー２０５ａ，２０５ｂのそれぞれにてレーザ光Ｌの反射方向を調整することで、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌの位置及び入射角度を所望に調整することができる。従って、反射型空間光変調器２０３にレーザ光Ｌを精度よく入射させることができる。

Description

レーザ加工装置
　本発明は、加工対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工装置に関する。
　従来のレーザ加工装置としては、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなレーザ加工装置では、レーザ光源で出射されたレーザ光を反射型空間光変調器で変調することが図られている。
国際公開第２００５／１０６５６４号パンフレット 特開２００６－６８７６２号公報
　ここで、上述したようなレーザ加工装置では、例えばレーザ光源や反射型空間光変調器の個体ばらつき等によって、反射型空間光変調器にレーザ光を精度よく入射させることができず、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差が増大してしまうおそれがある。
　そこで、本発明は、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を抑制することができるレーザ加工装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源で出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器と、を備え、レーザ光の光路においてレーザ光源と反射型空間光変調器との間には、レーザ光を反射する少なくとも２つの第１ミラーが配置されており、第１ミラーは、レーザ光の反射方向を調整可能に構成されていることを特徴とする。
　このレーザ加工装置では、少なくも２つの第１ミラーのそれぞれにてレーザ光の反射方向を調整することで、反射型空間光変調器に入射するレーザ光の位置及び入射角度を所望に調整することができる。よって、反射型空間光変調器にレーザ光を精度よく入射させることが可能となる。その結果、反射型空間光変調器を好適に機能させ、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を抑制することが可能となる。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源で出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器と、反射型空間光変調器で変調されたレーザ光の波面形状を調整する調整光学系と、を備え、レーザ光の光路において反射型空間光変調器と調整光学系との間には、レーザ光を反射する少なくとも２つの第２ミラーが配置されており、第２ミラーは、レーザ光の反射方向を調整可能に構成されていることを特徴とする。
　このレーザ加工装置では、少なくも２つの第２ミラーのそれぞれにてレーザ光の反射方向を調整することで、調整光学系に入射するレーザ光の位置及び入射角度を所望に調整することができる。よって、調整光学系にレーザ光を精度よく入射させることが可能となる。その結果、調整光学系を好適に機能させ、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を抑制することが可能となる。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源で出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器と、反射型空間光変調器で変調されたレーザ光の波面形状を調整する調整光学系と、調整光学系で調整されたレーザ光を加工対象物の内部に集光する集光光学系と、を備え、レーザ光の光路において調整光学系と集光光学系との間には、レーザ光を透過するダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする。
　ここで、ダイクロイックミラーに発散又は集光するレーザ光が入射すると、ダイクロイックミラーを透過したレーザ光に非点収差が発生することがある。この点、本発明のレーザ加工装置では、調整光学系でレーザ光が平行光となるよう調整することで、ダイクロイックミラーに平行光を入射させることができ、よって、ダイクロイックミラーを透過したレーザ光に非点収差が生じるのを抑制することが可能となる。
　このとき、測定用レーザ光を加工対象物に照射し、測定用レーザ光の加工対象物での反射光を受光することで、加工対象物の所定位置に集光点を合わせる集光点位置制御手段をさらに備え、ダイクロイックミラーは、レーザ光を透過すると共に、測定用レーザ光及び測定用レーザ光の反射光を反射する場合がある。
　また、本発明に係るレーザ加工装置は、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源で出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器と、反射型空間光変調器で変調されたレーザ光の波面形状を調整する調整光学系と、調整光学系で調整されたレーザ光を加工対象物の内部に集光する集光光学系と、測定用レーザ光を加工対象物に照射し、測定用レーザ光の加工対象物での反射光を受光することで、加工対象物の所定位置に集光点を合わせる集光点位置制御手段と、を備え、レーザ光の光路において、レーザ光源と反射型空間光変調器との間には、レーザ光を反射する少なくとも２つの第１ミラーが配置され、反射型空間光変調器と調整光学系との間には、レーザ光を反射する少なくとも２つの第２ミラーが配置され、調整光学系と集光光学系との間には、レーザ光を透過すると共に測定用レーザ光及び測定用レーザ光の反射光を反射するダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とする。
　このレーザ加工装置では、反射型空間光変調器及び調整光学系にレーザ光を精度よく入射させることが可能となるため、反射型空間光変調器及び調整光学系を好適に機能させ、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を一層抑制することが可能となる。加えて、ダイクロイックミラーを透過したレーザ光に非点収差が生じるのを抑制することも可能となる。
　また、調整光学系は、第１レンズと第２レンズとの間において第１レンズ及び第２レンズの焦点が互いに一致するように構成された光学系であることが好ましい。このような調整光学系としては、例えば４ｆ光学系が挙げられる。
　また、反射型空間光変調器は、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差が所定収差以下となるようにレーザ光を変調することが好ましい。この場合、レーザ光の集光位置においてのレーザ光のエネルギー密度を高め、切断の起点としての機能の高い（例えば、割れを発生させ易い）改質領域を形成することができる。
　また、レーザ光の光路においてミラーのうち最下流側に位置するミラーと反射型空間光変調器との間には、ビームエキスパンダ又はビームホモジナイザが配置されていることが好ましい。この場合、ビームエキスパンダ又はビームホモジナイザの光学的中心（レンズの光学的中心）にレーザ光を精度よく入射させることができ、レーザ光のビーム径を拡大するビームエキスパンダの機能、又はレーザ光の強度分布を均一化するビームホモジナイザの機能を充分に発揮させることが可能となる。
　本発明によれば、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を抑制することが可能となる。
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。 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。 図２の加工対象物のIII－III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV－V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI－VI線に沿っての断面図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 本発明の第６実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示される状態に基づいており便宜的なものである。
　本実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、本実施形態のレーザ加工装置による改質領域の形成について、図１～図６を参照して説明する。
　図１に示すように、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（集光光学系）１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅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。
　このレーザ加工装置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に形成されることとなる。
　加工対象物１は、半導体材料や圧電材料等が用いられ、図２に示すように、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に示すように、加工対象物１の内部に集光点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６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、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。
　なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、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、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。また、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。また、改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部に形成されていればよい。また、改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。
　ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、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）。よって、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。一般的に、表面３から溶融され除去されて穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。
　ところで、本実施形態に係るレーザ加工装置にて形成される改質領域は、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。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、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。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域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（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。
　また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、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としては、例えばシリコン、ガラス、ＬｉＴａＯ3又はサファイア（Ａｌ2Ｏ3）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。
［第１実施形態］
　次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
　図７は、本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図７に示すように、レーザ加工装置２００は、ステージ１１１上の加工対象物１の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、加工対象物１の切断予定ライン５に沿って、切断の起点となる改質領域７を形成する。このレーザ加工装置２００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４を筐体２３１内に備えている。
　レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向（Ｘ方向）にレーザ光を出射するように（いわゆる、横置きの状態で）筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。
　反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられている。この反射型空間光変調器２０３は、水平方向に入射するレーザ光Ｌを、水平方向に対し斜め上方に反射しつつ、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌ（つまり、集光位置でのレーザ光Ｌ）の収差が所定収差以下となるように変調する。換言すると、水平方向に入射するレーザ光Ｌを水平方向に対し上方に傾斜する方向に向けて反射すると共に、加工対象物１の内部においてレーザ光Ｌの波面が所定波面となるように変調する。
　ここでの「所定収差以下」とは、例えば、集光位置で発生するレーザ光Ｌの収差を、空間光変調器２０３を利用せずに集光する場合と比較して小さくすることを意味している。理想的には、レーザ光Ｌの集光位置で発生するレーザ光Ｌの収差が略ゼロとなるものを意味している。
　図８は、図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の分解斜視図である。図８に示すように、反射型空間光変調器２０３は、シリコン基板２１３と、シリコン基板２１３上に設けられた金属電極層２１４と、金属電極層２１４上に設けられたミラー層２１５と、ミラー層２１５上に設けられた液晶層２１６と、液晶層２１６上に設けられた透明電極層２１７と、透明電極層２１７上に設けられたガラス板２１８と、を備えている。
　金属電極層２１４及び透明電極層２１７は、マトリックス状に配置された複数の電極部２１４ａ，２１７ａを有しており、金属電極層２１４の各電極部２１４ａと透明電極層２１７の各電極部２１７ａとは、反射型空間光変調器２０３の積層方向において互いに対向している。
　この反射型空間光変調器２０３では、レーザ光Ｌは、外部からガラス板２１８及び透明電極層２１７を順次透過して液晶層２１６に入射し、ミラー層２１５によって反射されて、液晶層２１６から透明電極層２１７及びガラス板２１８を順次透過して外部に出射される。このとき、互いに対向する１対の電極部２１４ａ，２１７ａ毎に電圧が印加され、その電圧に応じて、液晶層２１６において互いに対向する１対の電極部２１４ａ，２１７ａに挟まれた部分の屈折率が変化している。これにより、レーザ光Ｌを構成する複数の光線のそれぞれにおいて、各光線の進行方向と直交する所定方向の成分の位相にずれが生じ、レーザ光Ｌが整形（位相変調）されることになる。
　図７に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものである。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。
　レンズ２４１ａ，２４１ｂにあっては、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４とレンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。
　この４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で位相変調され、所定ビーム径且つ集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となる波面のレーザ光Ｌを集光光学系２０４で集光させることができる。焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２の比は、ｎ：１（ｎは実数）であり、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌのビーム径，波面は、反射型空間光変調器２０３で反射されるビーム径及び波面のそれぞれ１／ｎ倍，ｎ倍になる。また、４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３で変調（補正）されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。ここでの４ｆ光学系２４１においては、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるようにレーザ光Ｌが調整される。
　集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。
　なお、筐体２３１の外形は、その歪が低減されるような単純形状とされており、ここでは、略直方体形状を呈している。また、筐体２３１において両側板２３４、底板２３３、天板２３６及び背板（背面側の壁板）の肉厚は厚く形成されていると共に、この肉厚に比べ、筐体２３１において天板２３６よりも上部の上蓋２３５及び前板（前面側の壁板）の肉厚は薄く形成されている。
　また、レーザ加工装置２００は、表面観察ユニット２１１及びＡＦ（AutoFocus）ユニット（集光点位置制御手段）２１２を筐体２３１内に備えている。表面観察ユニット２１１は、加工対象物１の表面３を観察するためのものである。この表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１の表面３で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂと、レーザ光Ｌを透過し且つ可視光ＶＬ１及び反射光ＶＬ２を反射するダイクロイックミラー２１０と、を少なくとも有している。ダイクロイックミラー２１０は、レーザ光Ｌの光路において４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間に配置されると共に、可視光ＶＬ１及び反射光ＶＬ２の向きを９０°変えるように配置されている。
　この表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１は、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０で順次反射され、集光光学系２０４で集光される。また、加工対象物１の表面２で反射された反射光ＶＬ２は、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２１０で反射され、ダイクロイックミラー２０９を透過する。
　ＡＦユニット２１２は、例えば加工対象物１の表面３にうねりが存在するような場合にも、表面３から所定距離の位置にレーザ光Ｌの集光点Ｐを精度良く合わせるためのものである。このＡＦユニット２１２は、具体的には、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を加工対象物１に出射し、加工対象物１の表面３で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿った表面３の変位データを取得する。そして、改質領域７を形成する際に、取得した変位データに基づいて駆動ユニット２３２を駆動させることで、加工対象物１の表面３のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させ、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整する。
　このＡＦユニット２１２は、レーザ光Ｌを透過し且つＡＦ用レーザ光ＬＢ１及び反射光ＬＢ２を反射するＡＦ用ダイクロイックミラー２３８を少なくとも有している。ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８は、レーザ光Ｌの光路において４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間においてダイクロイックミラー２１０の下流側に配置されると共に、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１及び反射光ＬＢ２の向きを９０°変えるように配置されている。このＡＦ用ダイクロイックミラー２３８は、レーザ光Ｌの光路において最も下流側に配置された透過光学素子とされている。つまり、ＡＦユニット２１２は、反射光ＬＢ２が他のダイクロイックミラー等の他の透過光学素子を透過しないように構成されている。
　ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８にてＡＦ用レーザ光ＬＢ１が入射する方向及び向きは、上記のダイクロイックミラー２１０で可視光ＶＬ１が入射する方向及び向きと等しくなっている。つまり、ダイクロイックミラー２１０，２１８は、そのミラー面がレーザ光Ｌの光軸に対して同じ方向に同角度で傾斜するように設けられている。これにより、表面観察ユニット２１１及びＡＦユニット２１２は、筐体２３１内において同じ側（図示右側）に配置されることになる。
　また、レーザ加工装置２００は、レーザ加工装置２００の全体を制御するためのものとして、レーザ光源２０２と反射型空間光変調器２０３とステージ１１１と筐体２３１とＡＦユニット２１２とに接続されこれらを制御する制御部２５０を備えている。この制御部２５０は、具体的には、以下の制御を実行する。
　すなわち、制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の表面３から所定距離に位置し且つレーザ光Ｌの集光点Ｐが切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように筐体２３１及びステージ１１１の少なくとも一方を制御する。
　また、制御部２５０は、レーザ光Ｌの光学特性が所定の光学特性となるように反射型空間光変調器２０３を制御する。例えば、改質領域７を形成する際、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となるように、互いに対向する１対の電極部２１４ａ，２１７ａ毎に所定電圧を印加して反射型空間光変調器２０３を制御する。より具体的には、制御部２５０は、反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌのビームパターン（ビーム波面）を整形（変調）させるための波面整形（収差補正）パターン情報を反射型空間光変調器２０３に入力する。そして、入力されたパターン情報に基づく信号によって一対の電極２１４ａ，２１７ａ毎に対応する液晶層２１６の屈折率を変化させ、反射型空間光変調器２０３から出射（反射）されるレーザ光Ｌのビームパターン（ビーム波面）を整形（変調）する。
　なお、制御部２５０は、図示するように筐体２３１外に配置されてもよいし、筐体２３１内に設置されてもよい。また、制御部２５０では、反射型空間光変調器２０３に入力するパターン情報を逐次入力するようにしてもよいし、予め記憶されたパターン情報を選択して入力するようにしてもよい。
　ここで、本実施形態のレーザ加工装置は、レーザ光Ｌの光路において、レーザ光源２０２と反射型空間光変調器２０３との間に配置された一対の第１ミラー２０５ａ，２０５ｂと、反射型空間光変調器２０３と４ｆ光学系２４１との間に配置された一対の第２ミラー２０６ａ，２０６ｂと、を備えている。
　第１ミラー２０５ａ，２０５ｂは、レーザ光源２０２で出射されたレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３に向けて反射する。これら第１ミラー２０５ａ，２０５ｂは、レーザ光Ｌの向きを９０°変えるようにそれぞれ配置されている。具体的には、上流側の第１ミラー２０５ａは、水平方向右側から入射するレーザ光Ｌを下方へと反射し、下流側の第１ミラー２０５ｂは、上方から入射するレーザ光Ｌを水平方向右側へと反射する。
　第２ミラー２０６ａ，２０６ｂは、反射型空間光変調器２０３で反射されたレーザ光Ｌを、４ｆ光学系２４１に向けて反射する。具体的には、上流側の第２ミラー２０６ａは、水平方向に対し斜め下方から入射するレーザ光Ｌを上方へと反射し、下流側の第２ミラー２０６ｂは、下方から入射するレーザ光Ｌを水平方向左側へと反射する。
　また、ミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂは、所定方向（ここでは、Ｙ軸方向）に延在する軸を有しており、この軸回りに回転可能に構成されている。これにより、ミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂは、その反射方向（反射角度）が調整可能に構成されている。従って、第１ミラー２０５ａ，２０５ｂにおいては、これらの反射方向が適宜調整され、反射型空間光変調器２０３に対して所定入射角度で確実にレーザ光Ｌが入射されるようレーザ光Ｌの位置及び入射角度が調整されている。また、第２ミラー２０６ａ，２０６ｂにおいては、これらの反射方向が適宜調整され、４ｆ光学系２４１に対して所定入射角度で確実にレーザ光Ｌが入射されるようレーザ光Ｌの位置及び入射角度が調整されている。
　なお、これらのミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂでは、圧電素子等の電気的手段によって反射方向が調整されるように構成してもよいし、ねじ等の機械的手段によって反射方向が調整されるように構成してもよい。
　また、レーザ光Ｌの光路において、下流側の第１ミラー２０５ｂと反射型空間光変調器２０３との間には、ビームエキスパンダ２２３が配置されている。ビームエキスパンダ２２３は、レーザ光Ｌのビーム径を拡大するためのものであり、凹レンズ２１３ａ及び平凸レンズ２１３ｂを有している。平凸レンズ２１３ｂは、レンズ２１３ａ，２１３ｂ間の距離を可変とすべく、着脱可能とされると共にレーザ光Ｌの光路上の複数位置に設置可能とされている。よって、平凸レンズ２１３ｂを所望な位置に設置することで、レーザ光Ｌのビーム径を所望に拡大することができる。
　なお、ビームエキスパンダ２２３を通過したレーザ光Ｌの収差を抑制するため、凹レンズ２１３ａ及び平凸レンズ２１３ｂのそれぞれの焦点距離は、例えば以下に示すように大きく設定されている。
　　凹レンズ２１３ａの焦点距離：平凸レンズ２１３ｂの焦点距離
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝－１０：＋２０
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝－２０：＋４０
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＝－３０：＋６０
　また、レーザ光Ｌの光路において第１ミラー２０５ａ，２０５ｂ間には、アッテネータ２０７が配置されている。アッテネータ２０７は、レーザ光Ｌの光強度の調整を行うためのものである。このアッテネータ２０７は、直線偏光を得るための偏光板２０７ａと、偏光方向を変更させるためのλ／２波長板２０７ｂと、を含んで構成されている。
　また、レーザ光Ｌの光路において第２ミラー２０６ａ，２０６ｂ間には、偏光方向を変更させるためのλ／２波長板２２８が配置されている。このλ／２波長板２２８により、加工進行方向（切断予定ライン５に沿う方向）にレーザ光Ｌの偏光方向を対応させることが可能となる。
　以上のように構成されたレーザ加工装置１００を用いて加工対象物１を切断する場合、まず、加工対象物１の裏面に、例えばエキスパンドテープを貼り付けて当該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。続いて、加工対象物１の表面３からシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを照射して、切断予定ライン５に沿って改質領域７を加工対象物１の内部に形成する。そして、エキスパンドテープを拡張させる。これにより、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１が切断予定ライン５に沿って精度よく切断され、複数の半導体チップが互いに離間することになる。
　ここで、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌにあっては、筐体２３１内において水平方向に進行した後、第１ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。その後、第１ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームエキスパンダ２２３によってビーム径が拡大されて反射型空間光変調器２０３に入射する。
　反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、当該反射型空間光変調器２０３にて加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となるように変調（補正）され、水平方向に対し斜め上方に出射される。その後、第２ミラー２０６ａによって上方に反射された後、λ／２波長板２２８によって偏光方向が変更され、第２ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射する。
　４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるように波面形状が調整される。具体的には、かかるレーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９によって下方へ反射される。そして、共焦点Ｏを経て発散すると共に、第１ミラー２０５ｂ及び反射型空間光変調器２０３間の光路を交差した後、第２レンズ２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。
　その後、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１の内部に集光光学系２０４によって集光される。
　以上、本実施形態のレーザ加工装置２００では、レーザ光源２０２と反射型空間光変調器２０３との間に、レーザ光Ｌの反射方向を可変にした第１ミラー２０５ａ，２０５ｂが配置されている。そして、これら第１ミラー２０５ａ，２０５ｂでは、そのレーザ光Ｌの反射方向が適宜調整され、反射型空間光変調器２０３に対して所定入射角度で確実にレーザ光Ｌが入射されるようレーザ光Ｌの位置及び入射角度が調整されている。従って、反射型空間光変調器２０３にレーザ光Ｌを精度よく入射させて反射型空間光変調器２０３を好適に機能させることができ、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制（低減）することが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの集光位置で発生するレーザ光Ｌの収差が所定収差以下（理想的には略ゼロ）となっている。よって、集光位置でのレーザ光Ｌのエネルギー密度を高めることができ、切断の起点としての機能の高い（例えば、亀裂を発生させ易い）改質領域７を形成することが可能となる。すなわち、加工対象物１の内部において、小領域に選択的にレーザ光Ｌを集光することで周囲との温度差を大きくすることができるため、かかる小領域付近にて大きな応力を発生させることができ、よって、切断に寄与する亀裂を大きくすることが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの光路において第１ミラー２０５ｂと反射型空間光変調器２０３との間にビームエキスパンダ２２３が配置されているため、ビームエキスパンダ２２３に対して、補正したレーザ光Ｌを入射させることができる。よって、レーザ光Ｌのビーム径を拡大するというビームエキスパンダ２２３の機能を充分に発揮させることが可能となる。
　また、本実施形態のレーザ加工装置２００では、上述したように、反射型空間光変調器２０３と４ｆ光学系２４１との間に、レーザ光Ｌの反射方向を可変にした第２ミラー２０６ａ，２０６ｂが配置されている。そして、これら第２ミラー２０６ａ，２０６ｂでは、そのレーザ光Ｌの反射方向が適宜調整され、４ｆ光学系２４１に対して所定入射角度で確実にレーザ光Ｌが入射されるようレーザ光Ｌの位置及び入射角度が調整されている。従って、４ｆ光学系２４１にレーザ光Ｌを精度よく入射させて４ｆ光学系２４１を好適に機能させることができ、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制することが可能となる。
　ここで、ダイクロイックミラー２１０，２１８では、特にミラー面とレーザ光Ｌの光軸とが垂直に交差しない場合、透過するレーザ光Ｌが発散又は集光していると、そのレーザ光Ｌに非点収差が発生する（波面が歪む）ことがある。この点、本実施形態では、上述したしたように、レーザ光Ｌの光路において４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間にダイクロイックミラー２１０，２１８が配置されていることから、ダイクロイックミラー２１０，２１８には４ｆ光学系２４１で平行光となるよう調整されたレーザ光Ｌが入射される。そのため、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌに非点収差が生じるのを抑制することが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、レーザ光Ｌの光路においてビームエキスパンダ２２３の上流側にアッテネータ２０７が配置されていることから、アッテネータ２０７ではレーザ光Ｌのビーム径が小径となる。よって、アッテネータ２０７における偏光板２０７ａ及びλ／２波長板２０７ｂ等の光学素子を小型化することが可能となる。
　また、本実施形態では、上述したように、レーザ光源２０２が横置きの状態で筐体２３１に設置されているため、レーザ光源２０２を容易に載せ替えることができる。
　また、本実施形態では、上述したように、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１及び反射光ＬＢ２がダイクロイックミラー等の他の透過光学素子を透過しないようにＡＦユニット２１２が構成されている。よって、ＡＦユニット２１２では、反射光ＬＢ２を精度よく検出することができ、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を高い精度で微調整することが可能となる。
　ところで、第２ミラー２０６ａ，２０６ｂによって４ｆ光学系２４１にレーザ光Ｌを精度よく入射させるという上記効果を発揮するためには、第１レンズ２４１ａを第２ミラー２０６ｂの下流側に配置することが要される。この点、本実施形態では、反射型空間光変調器２０３が水平方向に対し斜め上方にレーザ光Ｌを反射するため、第１レンズ２４１ａと反射型空間光変調器２０３との距離を焦点距離ｆ１にしつつ、第１レンズ２４１ａを第２ミラー２０６ｂの下流側に配置することが容易となる。
　なお、本実施形態では、レーザ光Ｌの光路がＸ－Ｚ平面上（一平面上）にあり、Ｙ方向（紙面垂直方向）に進行しないため、ミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂを容易に調整することができる。つまり、例えばミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂにおける反射方向の調整に際しては、Ｙ軸回り回転方向のみを調整すればよいことになる。
　また、本実施形態では、反射型空間光変調器２０３、表面観察ユニット２１１及びＡＦユニット２１２が、筐体２３１内において水平方向の一方側（図示右側）に設置されている。よって、これらに接続される配線をコンパクトにまとめることが可能となる。さらに、この場合、筐体２３１内において水平方向の他方側（図示左側）にスペースＳを形成できるため、例えば、加工対象物１の内部を観察するための内部光源をこのスペースＳに取り付けることも可能となる。
　なお、位相変調を行うために制御部２５０から反射型空間光変調器２０３に入力されるパターン情報によって、加工対象物１に集光するレーザ光Ｌの入射角（以下、「ＮＡ」という）が変化することがある。この変化量は小さいものの、精密な改質領域７を形成する場合には問題となる場合がある。例えば、所定ＮＡに比べてＮＡが小さくなると、切断の起点としての機能の高い改質領域７を形成することが困難となるおそれがある。よって、本実施形態では、良好な改質領域７が形成されるための所定範囲内にＮＡが維持されるように、制御部２５０にてレーザ光Ｌの位相変調を制御している。
　また、ＮＡが所定範囲内に維持されていても、位相変調によりＮＡが変化すると加工位置（集光点位置）が変化するおそれがある。従って、本実施形態では、制御部２５０による制御によって、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を補正すると共に、所定の加工位置を維持するように集光光学系２０４と加工対象物１との距離を調整している。
　ちなみに、反射型空間光変調器２０３では、その画素構造により位相変調量が制限される場合がある。よって、本実施形態の制御部２５０では、収差を十分に補正するための波面を正確に再現するため、位相変調量が低減されるように位相変調量に応じて集光光学系２０４と加工対象物１との距離を調整している。
［第２実施形態］
　次に、第２実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図９は、本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図９に示すように、本実施形態のレーザ加工装置３００が上記第１実施形態と異なる点は、ビームエキスパンダ２２３（図７参照）に代えてビームホモジナイザ３０１を備えた点である。
　ビームホモジナイザ３０１は、レーザ光Ｌの強度分布を均一化するためのものであり、非球面レンズ３０１ａ，３０１ｂを有している。このビームホモジナイザ３０１は、レーザ光Ｌの光路において第１ミラー２０５ｂと反射型空間光変調器２０３との間に配置されている。
　本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制するという効果を奏する。また、本実施形態では、ビームホモジナイザ３０１によってガウシアン分布を呈するレーザ光Ｌの強度分布を均一化することができ、改質領域７を精度よく形成することが可能となる。
［第３実施形態］
　次に、第３実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図１０に示すように、本実施形態のレーザ加工装置４００が上記第１実施形態と異なる点は、反射型空間光変調器２０３（図７参照）に代えて反射型空間光変調器４０３を備えた点である。
　反射型空間光変調器４０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを、水平方向に対し斜め下方に反射する。これにより、反射型空間光変調器２０３から出射されたレーザ光Ｌは、第２ミラー２０６ａによって上方に反射された後、反射型空間光変調器２０３に入射するレーザ光Ｌと交差する。
　また、反射型空間光変調器４０３は、上記反射型空間光変調器２０３に比べて水平方向右側の位置に配置されている。つまり、反射型空間光変調器４０３は、上記反射型空間光変調器２０３に対しレーザ光Ｌの入射方向奥側にずれている。これにより、第１レンズ２４１ａと反射型空間光変調器４０３との距離を焦点距離ｆ１にしつつ、第１レンズ２４１ａを第２ミラー２０６ｂの下流側に配置することが可能となる。
　本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制するという効果を奏する。
　また、本実施形態では、上述したように、反射型空間光変調器４０３がレーザ光Ｌを水平方向に対し斜め下方に反射し、反射型空間光変調器４０３に入射するレーザ光Ｌと反射するレーザ光Ｌとを交差させている。よって、反射型空間光変調器４０３に対するレーザ光Ｌの入射角（反射角）を小さくすることができ、液晶層２１６において隣り合う液晶画素間のクロストークを抑制することができる。なお、ここでの入射角（反射角）は、反射型空間光変調器４０３に垂直に入射する場合のレーザ光との間の角度を意味する。
［第４実施形態］
　次に、第４実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１１は、本発明の第４実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図１１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置５００が上記第１実施形態と異なる点は、表面観察ユニット２１１（図７参照）に代えて表面観察ユニット５１１を備えた点である。
　表面観察ユニット５１１は、筐体２３１内において、レーザ光Ｌを介してＡＦユニット２１２と対称となる位置に配置されている。ここでは、筐体２３１内の水平方向左側に配置されている。この表面観察ユニット５１１は、上記表面観察ユニット２１１と同様に構成され、観察用光源５１１ａ、検出器５１１ｂ及びダイクロイックミラー５１０を少なくとも有している。
　ダイクロイックミラー５１０にて可視光ＶＬ１が入射する方向は、上記ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８にてＡＦ用レーザ光ＬＢ１が入射する方向と等しくなっている。一方、ダイクロイックミラー５１０にて可視光ＶＬ１が入射する向きは、上記ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８にてＡＦ用レーザ光ＬＢ１が入射する向きと反対となっている。つまり、ダイクロイックミラー５１０，２１８は、そのミラー面がレーザ光Ｌの光軸に対し互いに異なる方向に同角度で傾斜するように設けられている。
　本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制するという効果を奏する。
　ところで、例えばレーザ加工装置５００の製造時において、４ｆ光学系２４１のレンズ２４１ａ，２４１ｂ位置を調整する際には、通常、加工対象物１からのレーザ光Ｌの反射光を検出して行われる。このとき、前述したように、レーザ光Ｌの光路に対しミラー面を斜めにして配置されたダイクロイックミラーを４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間に有していると、このダイクロイックミラーを透過するレーザ光Ｌが発散又は集光する場合には、レーザ光Ｌ及び反射光の波面が歪んでしまう（非点収差が生じる）。そのため、反射光を精度よく検出できず、レンズ２４１ａ，２４１ｂを正確な位置に配置することが困難となる。
　これに対し、本実施形態では、レーザ光Ｌの光路における４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間に、レーザ光Ｌの光軸に対しミラー面が互いに異なる方向に傾斜するダイクロイックミラー５１０，２１８が設けられている。よって、ダイクロイックミラー５１０によるレーザ光Ｌの波面歪みと、ＡＦ用ダイクロイックミラー２３８によるレーザ光Ｌの波面歪みとが、互いに打ち消し合うように作用されることとなる。すなわち、ダイクロイックミラー５１０，２１８を透過するレーザ光Ｌが発散又は集光する場合においても、反射光の波面歪みを低減でき、４ｆ光学系２４１を精度よく調整することが可能となる。
［第５実施形態］
　次に、第５実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図１２に示すように、本実施形態のレーザ加工装置６００が上記第１実施形態と異なる点は、補正板６０１をさらに備えた点である。
　補正板６０１は、集光光学系２０４によって集光されるレーザ光Ｌの波面歪みを低減させるものであり、レーザ光Ｌの光路においてダイクロイックミラー２１０，２１８間に配置されている。
　本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制するという効果を奏する。また、本実施形態では、集光光学系２０４で集光されるレーザ光Ｌの波面歪みが補正板６０１によって低減されるため、前述した理由から、４ｆ光学系２４１の調整の際にレーザ光Ｌの反射光における波面歪みを低減でき、４ｆ光学系２４１を精度よく調整することが可能となる。
［第６実施形態］
　次に、第６実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。図１３は、本発明の第６実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。図１３に示すように、本実施形態のレーザ加工装置７００が上記第１実施形態と異なる点は、反射型空間光変調器２０３及びダイクロイックミラー２１０（図７参照）に代えて、反射型空間光変調器７０３及びダイクロイックミラー７１０を備えた点である。
　反射型空間光変調器７０３は、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌにおいて、収差が所定収差以下となり且つ非点収差が所定非点収差以下となるように、レーザ光Ｌを変調（補正）する。ダイクロイックミラー７１０は、レーザ光Ｌの光路においてミラー２１９と第２レンズ２４１ｂとの間に配置されている。
　本実施形態においても、上記効果と同様な効果、すなわち、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差を抑制するという効果を奏する。さらに、第２レンズ２４１ｂと集光用光学系２０４の集光レンズとの間の距離を短くすることができ、レーザ光Ｌの光路長全体を短くしてレーザ加工装置７００を小型化することが可能となる。
　また、本実施形態では、ダイクロイックミラー７１０が第２レンズ２４１ｂの上流側に配置されていることから、ダイクロイックミラー７１０に発散光のレーザ光Ｌが入射されてレーザ光Ｌに非点収差が生じるが、本実施形態では、反射型空間光変調器７０３によって、この非点収差も所定非点収差以下となるように補正されて変調されるため、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌに非点収差が生じるのを抑制することが可能となる。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、表面観察ユニット２１１（５１１）及びＡＦユニット２１２を備え、４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間にダイクロイックミラー２１０（５１０,７１０），２１８が配置されているが、ＡＦユニット２１２のみを備え、４ｆ光学系２４１と集光光学系２０４との間にＡＦ用ダイクロイックミラー２３８のみが配置されていてもよい。
　また、上記実施形態は、一対の第１ミラー２０５ａ，２０５ｂと、一対の第２ミラー２０６ａ，２０６ｂを備えているが、第１及び第２ミラーを、それぞれ少なくとも２つ以上備えていればよい。また、上記実施形態では、ミラー２０５ａ，２０５ｂ，２０６ａ，２０６ｂが軸回りに回転可能に構成されているが、これに限定されるものではなく、反射方向（反射角度）が調整可能に構成されていればよい。
　また、改質領域７を形成する際におけるレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されず、加工対象物１の裏面であってもよい。また、切断予定ライン５に沿って複数列の改質領域７を形成しても勿論よい。
　なお、本発明では、レーザ光が反射型空間光変調器から集光光学系に伝播したときの波面形状の変化を計測等によって求め、その波面形状の変化を考慮した波面整形（収差整形）パターン情報を反射型空間光変調器に入力することが一層好ましい。
　本発明によれば、加工対象物の内部に集光されるレーザ光の収差を抑制することが可能となる。
　１…加工対象物、７…改質領域、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００…レーザ加工装置、１０１，２０２…レーザ光源、１０５…集光用レンズ（集光光学系）、２０３，４０３，７０３…反射型空間光変調器、２０４…集光光学系、２０５ａ，２０５ｂ…第１ミラー、２０６ａ，２０６ｂ…第２ミラー、２１０，２３８，５１０,７１０…ダイクロイックミラー、２１２…ＡＦユニット（集光点位置制御手段）、２２３…ビームエキスパンダ、２４１…４ｆ光学系（調整光学系）、３０１…ビームホモジナイザ、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (8)

  1. 　加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源で出射された前記レーザ光を変調する反射型空間光変調器と、を備え、
    　前記レーザ光の光路において前記レーザ光源と前記反射型空間光変調器との間には、前記レーザ光を反射する少なくとも２つの第１ミラーが配置されており、
    　前記第１ミラーは、前記レーザ光の反射方向を調整可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 　加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源で出射された前記レーザ光を変調する反射型空間光変調器と、
    　前記反射型空間光変調器で変調された前記レーザ光の波面形状を調整する調整光学系と、を備え、
    　前記レーザ光の光路において前記反射型空間光変調器と前記調整光学系との間には、前記レーザ光を反射する少なくとも２つの第２ミラーが配置されており、
    　前記第２ミラーは、前記レーザ光の反射方向を調整可能に構成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  3. 　加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源で出射された前記レーザ光を変調する反射型空間光変調器と、
    　前記反射型空間光変調器で変調された前記レーザ光の波面形状を調整する調整光学系と、
    　前記調整光学系で調整された前記レーザ光を前記加工対象物の内部に集光する集光光学系と、を備え、
    　前記レーザ光の光路において前記調整光学系と前記集光光学系との間には、前記レーザ光を透過するダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  4. 　測定用レーザ光を前記加工対象物に照射し、前記測定用レーザ光の前記加工対象物での反射光を受光することで、前記加工対象物の所定位置に前記集光点を合わせる集光点位置制御手段をさらに備え、
    　前記ダイクロイックミラーは、前記レーザ光を透過すると共に、前記測定用レーザ光及び前記測定用レーザ光の前記反射光を反射することを特徴とする請求項３記載のレーザ加工装置。
  5. 　加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
    　前記レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光源で出射された前記レーザ光を変調する反射型空間光変調器と、
    　前記反射型空間光変調器で変調された前記レーザ光の波面形状を調整する調整光学系と、
    　前記調整光学系で調整された前記レーザ光を前記加工対象物の内部に集光する集光光学系と、
    　測定用レーザ光を前記加工対象物に照射し、前記測定用レーザ光の前記加工対象物での反射光を受光することで、前記加工対象物の所定位置に前記集光点を合わせる集光点位置制御手段と、を備え、
    　前記レーザ光の光路において、
    　前記レーザ光源と前記反射型空間光変調器との間には、前記レーザ光を反射する少なくとも２つの第１ミラーが配置され、
    　前記反射型空間光変調器と前記調整光学系との間には、前記レーザ光を反射する少なくとも２つの第２ミラーが配置され、
    　前記調整光学系と前記集光光学系との間には、前記レーザ光を透過すると共に前記測定用レーザ光及び前記測定用レーザ光の前記反射光を反射するダイクロイックミラーが配置されていることを特徴とするレーザ加工装置。
  6. 　前記調整光学系は、第１レンズと第２レンズとの間において前記第１レンズ及び前記第２レンズの焦点が互いに一致するように構成された光学系であることを特徴とする請求項２～５記載のレーザ加工装置。
  7. 　前記反射型空間光変調器は、前記加工対象物の内部に集光される前記レーザ光の収差が所定収差以下となるように前記レーザ光を変調することを特徴とする請求項１～６の何れか一項記載のレーザ加工装置。
  8. 　前記レーザ光の光路において前記ミラーのうち最下流側に位置するミラーと前記反射型空間光変調器との間には、ビームエキスパンダ又はビームホモジナイザが配置されていることを特徴とする請求項１～７の何れか一項記載のレーザ照射装置。
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