專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置。
背景技術：
作為以往的激光加工裝置，已知有通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光從而在加工對象物中形成改質區域的裝置(例如參照專利文獻1、幻。在這樣的激光加工裝置中，試圖用反射型空間光調制器對由激光光源所射出的激光進行調制。專利文獻1 國際公開第2005/106564號小冊子專利文獻2 日本特開2006-68762號公報

發明內容
發明所要解決的課題在此，在上述那樣的激光加工裝置中，例如由于激光光源以及反射型空間光調制器的個體差異等，可能無法使激光高精度地入射于反射型空間光調制器，從而聚光于加工對象物的內部的激光的像差可能會增大。因此，本發明的課題是為了提供一種能夠抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差的激光加工裝置。解決課題的技術手段為了解決上述課題，本發明所涉及的激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置， 具備射出激光的激光光源、以及對由激光光源所射出的激光進行調制的反射型空間光調制器，在激光的光路上的激光光源和反射型空間光調制器之間配置有反射激光的至少2個第1鏡，第1鏡被構成為可以調整激光的反射方向。在該激光加工裝置中，分別利用至少2個第1鏡調整激光的反射方向，從而能夠將入射于反射型空間光調制器的激光的位置以及入射角度調整為所期望的。因此，可以使激光高精度地入射于反射型空間光調制器。其結果，可以使反射型空間光調制器適當地發揮作用，并可以抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差。此外，本發明所涉及的激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置，具備射出激光的激光光源、對由激光光源所射出的激光進行調制的反射型空間光調制器、以及調整由反射型空間光調制器調制后的激光的波陣面形狀的調整光學系統，在激光的光路上的反射型空間光調制器和調整光學系統之間配置有反射激光的至少2個第2鏡，第2鏡被構成為可以調整激光的反射方向。在該激光加工裝置中，分別利用至少2個第2鏡調整激光的反射方向，從而能夠將入射于調整光學系統的激光的位置以及入射角度調整為所期望的。因此，可以使激光高精度地入射于調整光學系統。其結果，可以使調整光學系統適當地發揮作用，并可以抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差。此外，本發明所涉及的激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置，具備射出激光的激光光源、對由激光光源所射出的激光進行調制的反射型空間光調制器、調整由反射型空間光調制器調制后的激光的波陣面形狀的調整光學系統、以及使由調整光學系統調整后的激光聚光于加工對象物的內部的聚光光學系統，在激光的光路上的調整光學系統和聚光光學系統之間配置有使激光透過的分色鏡(dichroic mirror)。在此，若發散或聚光的激光入射于分色鏡，則透過分色鏡后的激光可能會發生像散(astigmatism)。針對該點，在本發明的激光加工裝置中，由調整光學系統進行調整使激光成為平行光，從而能夠使平行光入射于分色鏡，因此，可以抑制透過分色鏡后的激光發生像散。此時，還具備聚光點位置控制單元，該聚光點位置控制單元通過對加工對象物照射測定用激光并接收測定用激光的在加工對象物的反射光，從而使聚光點對準加工對象物的規定位置；分色鏡使激光透過，并且反射測定用激光以及測定用激光的反射光。此外，本發明所涉及的激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置，具備射出激光的激光光源、對由激光光源所射出的激光進行調制的反射型空間光調制器、調整由反射型空間光調制器調制后的激光的波陣面形狀的調整光學系統、使由調整光學系統調整后的激光聚光于加工對象物的內部的聚光光學系統、以及通過對加工對象物照射測定用激光并接收測定用激光的在加工對象物的反射光從而使聚光點對準加工對象物的規定位置的聚光點位置控制單元，在激光的光路上，在激光光源和反射型空間光調制器之間配置有反射激光的至少2個第1鏡，在反射型空間光調制器和調整光學系統之間配置有反射激光的至少2 個第2鏡，在調整光學系統和聚光光學系統之間配置有使激光透過并且反射測定用激光以及測定用激光的反射光的分色鏡。在該激光加工裝置中，由于可以使激光高精度地入射于反射型空間光調制器以及調整光學系統，因此可以使反射型空間光調制器以及調整光學系統適當地發揮作用，可以進一步抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差。此外，也可以抑制透過分色鏡后的激光發生像散。此外，調整光學系統優選為以在第1透鏡和第2透鏡之間第1透鏡以及第2透鏡的焦點彼此一致的方式構成的光學系統。作為這樣的調整光學系統，例如可以列舉4f光學系統。此外，反射型空間光調制器優選為以聚光于加工對象物的內部的激光的像差成為規定像差以下的方式調制激光。在此情況下，能夠提高在激光的聚光位置上的激光的能量密度，能夠形成作為切斷的起點的作用高(例如容易產生割裂)的改質區域。此外，優選，在激光的光路上，鏡中位于最下游側的鏡和反射型空間光調制器之間配置有光束擴展器(beam expander)或光束均束器(beam homogenizer)。在此情況下，可以使激光高精度地入射于光束擴展器或光束均束器的光學中心(透鏡的光學中心)，可以使擴大激光的光束直徑的光束擴展器的作用或使激光的強度分布均勻化的光束均束器的作用充分地發揮。
根據本發明，可以抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差。


圖1是用于改質區域的形成的激光加工裝置的概略構造圖。圖2是成為改質區域的形成對象的加工對象物的平面圖。圖3是沿著圖2的加工對象物的III-III線的截面圖。圖4是激光加工后的加工對象物的平面圖。圖5是沿著圖4的加工對象物的V-V線的截面圖。圖6是沿著圖4的加工對象物的VI-VI線的截面圖。圖7是顯示本發明的第1實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。圖8是圖7的激光加工裝置的反射型空間光調制器的分解立體圖。圖9是顯示本發明的第2實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。圖10是顯示本發明的第3實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。圖11是顯示本發明的第4實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。圖12是顯示本發明的第5實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。圖13是顯示本發明的第6實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。符號的說明L···加工對象物、7…改質區域、100、200、300、400、500、600、700…激光加工裝置、 101、202…激光光源、105…聚光用透鏡(聚光光學系統)、203、403、703…反射型空間光調制器、204…聚光光學系統、205a、205b…第1鏡、206a、206b…第2鏡、210、238、510、710…分
色鏡、212…AF單元(聚光點位置控制單元)、223…光束擴展器、241…4f光學系統(調整光學系統)、301…光束均束器、L···激光、P…聚光點。
具體實施例方式以下，針對本發明的優選的實施方式，參照附圖進行詳細的說明。還有，在各圖中， 對于相同或相當的要素賦予相同的符號，省略重復的說明。此外，“上” “下” “左” “右”的用語是基于圖示的狀態且便于說明的用語。本實施方式所涉及的激光加工裝置中，通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在加工對象物中形成改質區域。因此，首先，針對由本實施方式的激光加工裝置形成改質區域，參照圖1 圖6進行說明。如圖1所示，激光加工裝置100具備使激光L脈沖振蕩的激光光源101、配置成使激光L的光軸(光路)的方向改變90°的分色鏡103、用于將激光L聚光的聚光用透鏡 (聚光光學系統)105。此外，激光加工裝置100具備用于支承由聚光用透鏡105聚光后的激光L照射的加工對象物1的支承臺107、用于使支承臺107沿X、Y、Z軸方向移動的載臺 111、為了調節激光L的輸出以及脈沖寬度等而控制激光光源101的激光光源控制部102、以及控制載臺111的移動的載臺控制部115。在該激光加工裝置100中，從激光光源101射出的激光L由分色鏡103而使其光軸的方向改變90°，由聚光用透鏡105而聚光在支承臺107上所載置的加工對象物1的內部。與此同時，使載臺111移動，使加工對象物1相對于激光L沿著切斷預定線5相對地移動。由此，在加工對象物1中形成沿著切斷預定線5的改質區域。加工對象物1使用半導體材料或壓電材料等，如圖2所示，在加工對象物1設定有用于切斷加工對象物1的切斷預定線5。切斷預定線5是直線狀延伸的假想線。在加工對象物1的內部形成改質區域的情況下，如圖3所示，在使聚光點P對準加工對象物1的內部的狀態下，使激光L沿著切斷預定線5 (即圖2的箭頭A方向)相對地移動。由此，如圖4 圖6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。還有，聚光點P是指激光L聚光的地方。切斷預定線5不限于直線狀，也可以為曲線狀，不限于假想線，也可以為實際畫在加工對象物1的表面3的線。此外，改質區域7包含連續地形成的情況、斷續地形成的情況。此外，改質區域7可以為列狀也可以為點狀，只要是改質區域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，龜裂以及改質區域7也可以露出于加工對象物1的外表面(表面、背面或外周面)。附帶說一下，在此，激光L透過加工對象物1并且特別是在加工對象物1的內部的聚光點附近被吸收，由此，在加工對象物1中形成改質區域7(即內部吸收型激光加工)。因此，由于在加工對象物1的表面3激光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，在從表面3進行熔融除去而形成孔或溝槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情況下，加工區域從表面3側逐漸朝背面側進行。然而，由本實施方式所涉及的激光加工裝置所形成的改質區域是指成為密度、折射率、機械強度或其它物理特性與周圍不同的狀態的區域。作為改質區域，例如包括熔融處理區域、裂紋區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等，也包括它們混合存在的區域。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比于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(它們可以統稱為高密轉移區域)。此外，熔融處理區域、折射率變化區域、改質區域的密度相比于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，還包括進一步在這些區域的內部或在改質區域和非改質區域的界面上內包(含有)龜裂(割裂、微裂紋)的情況。所內包(含有)的龜裂包括遍及改質區域的整個面的情況以及僅形成于一部分或多個部分的情況。作為加工對象物1，例如包含硅、玻璃、LiTaO3或藍寶石(Al2O3),或者可以列舉由它們所構成的加工對象物。〔第1實施方式〕接著，說明第1實施方式所涉及的激光加工裝置。圖7是顯示本發明的第1實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。如圖7 所示，激光加工裝置200通過使聚光點P對準載臺111上的加工對象物1的內部并照射激光L，從而沿著加工對象物1的切斷預定線5形成成為切斷起點的改質區域7。該激光加工裝置200在框體231內具備激光光源202、反射型空間光調制器203、4f光學系統Ml以及聚光光學系統204。激光光源202射出激光L，例如使用光纖激光。在此的激光光源202以朝水平方向(X方向)射出激光的方式(所謂橫置的狀態下)通過螺釘等固定在框體231的頂板236上。
反射型空間光調制器203將從激光光源202射出的激光L進行調制，例如使用反射型液晶(LCOS :Liquid Crystal on Silicon)的空間光調制器(SLM :Spatial Light Modulator)。該反射型空間光調制器203將在水平方向上入射的激光L朝相對于水平方向的斜上方反射，并進行調制，使聚光于加工對象物1的內部的激光L(即聚光位置上的激光 L)的像差成為規定像差以下。換言之，將沿水平方向入射的激光L朝相對于水平方向往上方傾斜的方向反射，并進行調制，使得在加工對象物1的內部激光L的波陣面成為規定波陣在此的“規定像差以下”是指，例如在聚光位置上發生的激光L的像差，比未利用空間光調制器203進行聚光的情況小。理想上是指，在激光L的聚光位置所發生的激光L 的像差大致為0。圖8是圖7的激光加工裝置的反射型空間光調制器的分解立體圖。如圖8所示， 反射型空間光調制器203具備硅基板213、設置于硅基板213上的金屬電極層214、設置于金屬電極層214上的鏡層215、設置于鏡層215上的液晶層216、設置于液晶層216上的透明電極層217、以及設置于透明電極層217上的玻璃板218。金屬電極層214以及透明電極層217具有配置成矩陣狀的多個電極部2Ha、217a， 金屬電極層214的各電極部21 和透明電極層217的各電極部217a，在反射型空間光調制器203的層疊方向上彼此相對。在該反射型空間光調制器203中，激光L從外部依次透過玻璃板218以及透明電極層217而入射于液晶層216，被鏡層215反射，而從液晶層216依次透過透明電極層217 以及玻璃板218而往外部射出。此時，對每個彼此相對的1對電極部214a、217a施加電壓， 對應于該電壓，液晶層216中被彼此相對的1對電極部214a、217a夾持的部分的折射率產生變化。由此，在構成激光L的多個光線的各個上，在與各光線的行進方向正交的規定方向的成分的相位上產生偏差，激光L被整形(相位調制)。返回圖7，4f光學系統241調整由反射型空間光調制器203調制后的激光L的波陣面形狀。該4f光學系統241具有第1透鏡Mla以及第2透鏡Mlb。關于透鏡Mla、241b，反射型空間光調制器203和第1透鏡Mla的距離成為第1 透鏡Mla的焦點距離Π，聚光光學系統204和透鏡Mlb的距離成為透鏡Mlb的焦點距離f2，第1透鏡Mla和第2透鏡Mlb的距離成為f l+f2，而且第1透鏡Mla和第2透鏡 241b以成為兩側遠心光學系統的方式配置在反射型空間光調制器203和聚光光學系統204 之間。在該4f光學系統Ml中，能夠由聚光光學系統204對由反射型空間光調制器203 進行相位調制而規定光束直徑且聚光的激光L的像差成為規定像差以下的波陣面的激光L 進行聚光。焦點距離Π與焦點距離f2的比為η 1 (η為實數)，入射于聚光光學系統204 的激光L的光束直徑、波陣面，分別為由反射型空間光調制器203反射后的光束直徑以及波陣面的1/η倍、η倍。此外，在4f光學系統Ml中，可以抑制由反射型空間光調制器203調制(修正)后的激光L因空間傳播而使波陣面形狀改變且像差增大。在此的4f光學系統 241中，調整激光L，使入射于聚光光學系統204的激光L成為平行光。聚光光學系統204將由4f光學系統241調制后的激光L聚光于加工對象物1的內部。該聚光光學系統204被構成為包含多個透鏡，經由包含壓電元件等而構成的驅動單元232而設置于框體231的底板233。還有，框體231的外形為其變形減少那樣的單純形狀，在此，呈大致長方體形狀。 此外，框體231中，兩側板234、底板233、頂板236以及背板(背面側的壁板)的板厚形成為較厚，并且相比于該板厚，框體231中，上部的上蓋235以及前板(前面側的壁板)的板厚比頂板236形成為較薄。此外，激光加工裝置200在框體231內具備表面觀察單元211以及AF (Aut0R)CuS) 單元(聚光點位置控制單元)212。表面觀察單元211用于觀察加工對象物1的表面3。該表面觀察單元211至少具有射出可見光VLl的觀察用光源211a、接收并檢測被加工對象物 1的表面3反射后的可見光VLl的反射光VL2的檢測器211b、使激光L透過并且將可見光 VLl以及反射光VL2反射的分色鏡210。分色鏡210在激光L的光路上配置在4f光學系統 241和聚光光學系統204之間，并且配置成將可見光VLl以及反射光VL2的方向改變90°。在該表面觀察單元211中，從觀察用光源211a射出的可見光VLl依次由鏡208以及分色鏡209、210反射，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反射后的反射光VL2，由聚光光學系統204聚光并被分色鏡210反射，并透過分色鏡209。AF單元212，例如即使在加工對象物1的表面3上存在起伏那樣的情況下，也使激光L的聚光點P高精度地對準離表面3規定距離的位置上。具體而言，該AF單元212，將 AF用激光LBl朝加工對象物1射出，接收并檢測被加工對象物1的表面3反射的AF用激光LBl的反射光LB2，從而取得沿著切斷預定線5的表面3的位移數據。而且，在形成改質區域7時，根據所取得的位移數據，驅動驅動單元232，以沿著加工對象物1的表面3的起伏的方式使聚光光學系統204在其光軸方向上往復移動，對聚光光學系統204和加工對象物 1的距離進行微調整。該AF單元212至少具有使激光L透過并且反射AF用激光LBl以及反射光LB2的 AF用分色鏡238。AF用分色鏡238，在激光L的光路上，配置在4f光學系統241和聚光光學系統204之間且配置在分色鏡210的下游側，并且配置成使AF用激光LBl以及反射光LB2 的方向改變90°。該AF用分色鏡238為在激光L的光路上配置在最下游側的透過光學元件。即，AF單元212被構成為使反射光LB2不透過分色鏡等的其它透過光學元件。由AF用分色鏡238而使AF用激光LBl入射的方向以及朝向，與由上述的分色鏡 210而使可見光VLl入射的方向以及朝向相同。即，分色鏡210、238被設置成，其鏡面相對于激光L的光軸向相同的方向以同角度傾斜。由此，表面觀察單元211以及AF單元212配置在框體231內的相同側(圖示右側)。此外，作為用于控制激光加工裝置200的整體的裝置，激光加工裝置200具備與激光光源202、反射型空間光調制器203、載臺211、框體231、以及AF單元212連接并控制它們的控制部250。具體而言，該控制部250執行以下的控制。即，控制部250控制激光光源202，調節從激光光源202射出的激光L的輸出以及脈沖寬度等。此外，控制部250，在形成改質區域7時，控制框體231以及載臺111的至少一方，使激光L的聚光點P位于離加工對象物1的表面3規定距離的位置并且使激光L的聚光點P沿著切斷預定線5相對地移動。此外，控制部250控制反射型空間光調制器203，使激光L的光學特性成為規定的光學特性。例如，在形成改質區域7時，以聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差成為規定像差以下的方式，對每個彼此相對的1對電極部214a、217a施加規定電壓并控制反射型空間光調制器203。更具體來說，控制部250，將用于對入射于反射型空間光調制器203 的激光L的光束圖案(光束波陣面)進行整形(調制)的波陣面整形(像差修正)圖案信息輸入至反射型空間光調制器203。然后，由基于所輸入的圖案信息的信號，使與一對電極 214a,217a的各個對應的液晶層216的折射率改變，對從反射型空間光調制器203射出(反射)的激光L的光束圖案(光束波陣面)進行整形(調制)。還有，控制部250也可以如圖所示配置于框體231外，也可以配置于框體231內。 此外，控制部250中，輸入至反射型空間光調制器203的圖案信息也可以逐次輸入，也可以選擇預先存儲的圖案信息并進行輸入。在此，本實施方式的激光加工裝置具備，在激光L的光路上，配置于激光光源202 和反射型空間光調制器203之間的一對第1鏡20fe、205b，以及配置于反射型空間光調制器 203和4f光學系統241之間的一對第2鏡206a、206b。第1鏡20fe、205b，將由激光光源202射出的激光L朝向反射型空間光調制器203 反射。這些第1鏡20如、20恥分別配置成使激光L的方向改變90°。具體而言，上游側的第1鏡20 ，將從水平方向右側入射的激光L朝下方反射，下游側的第1鏡20 ，將從上方入射的激光L朝水平方向右側反射。第2鏡206a、206b，將由反射型空間光調制器203反射后的激光L，朝向4f光學系統241反射。具體而言，上游側的第2鏡206a，將從相對于水平方向的斜下方入射的激光L 朝上方反射，下游側的第2鏡206b，將從下方入射的激光L朝水平方向左側反射。此外，鏡20^1、205b、206a、206b，具有在規定方向(此處為Y軸方向)上延伸的軸， 并被構成為能夠繞該軸旋轉。由此，鏡20fe、205b、206a、206b被構成為能夠調整其反射方向(反射角度)。因此，在第1鏡20fe、2(^b中，適當地調整這些反射方向，調整激光L的位置以及入射角度，使激光L以規定入射角度可靠地入射于反射型空間光調制器203。此外， 在第2鏡206a、206b中，適當地調整這些反射方向，調整激光L的位置以及入射角度，使激光L以規定入射角度可靠地入射于4f光學系統Ml。還有，在這些鏡20fe、205b、206a、206b中，可以被構成為通過壓電元件等的電氣機構調整反射方向，也可以被構成為通過螺釘等的機械機構調整反射方向。此外，在激光L的光路上，在下游側的第1鏡20 和反射型空間光調制器203之間配置有光束擴展器223。光束擴展器223，用于擴大激光L的光束直徑，具有凹透鏡213a 以及平凸透鏡213b。平凸透鏡213b，為了使透鏡213a、213b的距離成為可變，可拆裝并且能夠設置在激光L的光路上的多個位置。因此，通過將平凸透鏡21 設置在期望的位置上， 能夠將激光L的光束直徑擴大成所期望的。還有，為了抑制通過光束擴展器223后的激光L的像差，凹透鏡213a以及平凸透鏡21 的各自的焦點距離例如如以下所示設定成較大。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，在激光L的光路上的第1鏡20fe、20 之間，配置有衰減器207。衰減器207用于調整激光L的光強度。該衰減器207被構成為包含用于獲得直線偏光的偏光板207a、 以及用于改變偏光方向的λ/2波長板207b。此外，在激光L的光路上的第2鏡206a、206b之間配置有用于改變偏光方向的 λ/2波長板228。通過該λ/2波長板228，可以使激光L的偏光方向對應于加工進行方向 (沿著切斷預定線5的方向)。在使用如上所述構成的激光加工裝置100來切斷加工對象物1的情況下，首先，在加工對象物1的背面貼附例如擴張膠帶，將該加工對象物1載置在載臺111上。接著，從加工對象物1的表面3使聚光點對準硅晶圓11的內部并照射激光L，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，使擴張膠帶擴張。由此，以改質區域7作為切斷的起點，加工對象物1沿著切斷預定線5被高精度地切斷，從而使多個半導體芯片互相分離。在此，對于從激光光源202射出的激光L，在框體231內沿水平方向行進后，被第1 鏡20 朝下反射，通過衰減器207調整光強度。然后，被第1鏡20 朝水平方向反射，通過光束擴展器223擴大光束直徑而入射于反射型空間光調制器203。入射于反射型空間光調制器203的激光L，通過該反射型空間光調制器203進行調制(修正)而使聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差成為規定像差以下，朝相對于水平方向的斜上方射出。然后，被第2鏡206a朝上方反射后，通過λ/2波長板2 改變偏光方向，通過第2鏡206b朝水平方向反射而入射于4f光學系統Ml。入射于4f光學系統Ml的激光L，波陣面形狀被調整，使得入射于聚光光學系統 204的激光L成為平行光。具體而言，該激光L，透過第1透鏡Mla而被聚束，由鏡291而朝下方反射。然后，經過共焦點0而發散，并且與第1鏡20 以及反射型空間光調制器203 間的光路交叉后，透過第2透鏡Mlb，再次聚束成平行光。然后，激光L，依次透過分色鏡210、238并入射于聚光光學系統204，通過聚光光學系統204聚光在載臺111上所載置的加工對象物1的內部。以上，在本實施方式的激光加工裝置200中，在激光光源202和反射型空間光調制器203之間配置有使激光L的反射方向可變的第1鏡20fe、205b。而且，在這些第1鏡 205a,205b中，適當調整該激光L的反射方向，調整激光L的位置以及入射角度，使激光L以規定入射角度可靠地入射于反射型空間光調制器203。因此，能夠使激光L高精度地入射于反射型空間光調制器203而使反射型空間光調制器203適當地發揮作用，從而可以抑制 (減少)聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。此外，在本實施方式中，如上所述，在激光L的聚光位置上所產生的激光L的像差成為規定像差以下(理想上為大致0)。因此，能夠提高聚光位置上的激光L的能量密度，從而可以形成作為切斷的起點的作用高(例如容易產生龜裂)的改質區域7。S卩，在加工對象物1的內部，通過選擇性地使激光L聚光于小區域，從而能夠增大與周圍的溫度差，因而能夠在該小區域附近產生大的應力，因此，能夠使有助于切斷的龜裂變大。此外，在本實施方式中，如上所述，在激光L的光路上，在第1鏡20 和反射型空間光調制器203之間配置有光束擴展器223，因此能夠使修正后的激光L入射于光束擴展器 223。因此，能夠使擴大激光L的光束直徑的光束擴展器223的作用充分地發揮。此外，在本實施方式的激光加工裝置200中，如上所述，在反射型空間光調制器203和4f光學系統241之間配置有使激光L的反射方向可變的第2鏡206a、206b。而且， 在這些第2鏡206a、206b中，適當調整該激光L的反射方向，調整激光L的位置以及入射角度，使激光L以規定入射角度可靠地入射于4f光學系統Ml。因此，能夠使激光L高精度地入射于4f光學系統241而使4f光學系統241適當地發揮作用，從而可以抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。在此，在分色鏡210、218中，特別是在鏡面與激光L的光軸不垂直地交叉的情況下，若透過的激光L進行發散或聚光，則在該激光L上會發生像散(波陣面變形)。針對這點，在本實施方式中，如上所述，在激光L的光路上，由于在4f光學系統241和聚光光學系統204之間配置有分色鏡210、218，因而使被4f光學系統241調整成平行光的激光L入射于分色鏡210、218。因此，可以抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L發生像散。此外，在本實施方式中，如上所述，在激光L的光路上，在光束擴展器223的上游側配置有衰減器207，因此在衰減器207中，激光L的光束直徑變小。因此，可以使衰減器207 中的偏光板207a以及λ /2波長板207b等的光學元件小型化。此外，在本實施方式中，如上所述，由于激光光源202以橫置的狀態設置于框體 231，因而容易進行激光光源202的替換。此外，在本實施方式中，如上所述，以AF用激光LBl以及反射光LB2不透過分色鏡等的其它透過光學元件的方式構成AF單元212。因此，在AF單元212中，能夠高精度地檢測反射光LB2，從而可以將聚光光學系統204和加工對象物1的距離進行高精度地微調整。然而，為了發揮通過第2鏡206a、206b使激光L高精度地入射于4f光學系統241 的上述效果，需要將第1透鏡Mla配置在第2鏡206b的下游側。針對這點，在本實施方式中，由于反射型空間光調制器203朝相對于水平方向的斜上方將激光L反射，因而容易使第 1透鏡Mla和反射型空間光調制器203的距離設定成焦點距離Π并將第1透鏡Mla配置在第2鏡206b的下游側。此外，在本實施方式中，由于激光L的光路在X-Z平面上(-平面上)，不在Y方向 (紙面垂直方向)上行進，因此能夠容易地調整鏡20fe、205b、206a、206b。S卩，例如在調整鏡20fe、205b、206a、2(^b上的反射方向時，可以僅調整繞Y軸的旋轉方向。此外，在本實施方式中，反射型空間光調制器203、表面觀察單元211以及AF單元 212，在框體231內設置在水平方向的一側(圖示右側)。因此，連接于它們的配線可以緊湊地集中在一起。再者，在此情況下，由于能夠在框體231內在水平方向的另一側(圖示左側)形成空間S，例如，用于觀察加工對象物1的內部的內部光源也可以安裝在該空間S內。此外，為了進行相位調制，由從控制部250輸入至反射型空間光調制器203的圖案信息，聚光于加工對象物1的激光L的入射角(以下稱為“NA”)會發生變化。該變化量較小，但在形成精密的改質區域7的情況下可能會成為問題。例如，若NA比規定NA小，則可能難以形成作為切斷的起點的作用高的改質區域7。因此，在本實施方式中，通過控制部250 來控制激光L的相位調制，使NA維持在可形成良好的改質區域7的規定范圍內。此外，即使NA維持在規定范圍內，若因相位調制而使NA改變，則加工位置(聚光點位置)可能會改變。因此，在本實施方式中，通過控制部250的控制，將聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差進行修正，并且調整聚光光學系統204和加工對象物1的距離以維持規定的加工位置。
附帶一提，在反射型空間光調制器203中，由其像素構造而會使相位調制量受到限制。因此，在本實施方式的控制部250中，為了正確地再現用于充分地修正像差的波陣面，以減少相位調制量的方式，根據相位調制量來調整聚光光學系統204和加工對象物1的距離。〔第2實施方式〕接著，說明第2實施方式所涉及的激光加工裝置。圖9是顯示本發明的第2實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。如圖9所示，本實施方式的激光加工裝置300與上述第1實施方式的不同點在于取代光束擴展器223(參照圖7)而具備光束均束器301。光束均束器301，用于使激光L的強度分布均勻化，具有非球面透鏡301a、301b。該光束均束器301在激光L的光路上配置在第1鏡20 和反射型空間光調制器203之間。在本實施方式中，也可以發揮與上述效果相同的效果，即能夠抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。此外，在本實施方式中，通過光束均束器301，可以使呈高斯分布的激光L的強度分布均勻化，從而能夠高精度地形成改質區域7。〔第3實施方式〕接著，說明第3實施方式所涉及的激光加工裝置。圖10是顯示本發明的第3實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。如圖10所示，本實施方式的激光加工裝置400 與上述第1實施方式的不同點在于取代反射型空間光調制器203(參照圖7)而具備反射型空間光調制器403。反射型空間光調制器403，將從水平方向入射的激光L朝相對于水平方向的斜下方反射。由此，從反射型空間光調制器403射出的激光L與被第2鏡206a朝上方反射后入射于反射型空間光調制器403的激光L交叉。此外，反射型空間光調制器403配置在比上述反射型空間光調制器203更靠水平方向右側的位置上。即，反射型空間光調制器403，相對于上述反射型空間光調制器203，偏離于激光L的入射方向內側。由此，可以將第1透鏡Mla和反射型空間光調制器403的距離設定成焦點距離Π并將第1透鏡Mla配置在第2鏡206b的下游側。在本實施方式中，也可以發揮與上述效果相同的效果，即能夠抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。此外，在本實施方式中，如上所述，反射型空間光調制器403將激光L朝相對于水平方向的斜下方反射，使入射于反射型空間光調制器403的激光L與所反射的激光L交叉。 因此，可以縮小激光L的相對于反射型空間光調制器403的入射角(反射角)，從而能夠抑制液晶層216中鄰接的液晶像素間的串擾。此處的入射角(反射角)是指垂直地入射于反射型空間光調制器403時的與激光之間的角度。〔第4實施方式〕接著，說明第4實施方式所涉及的激光加工裝置。圖11是顯示本發明的第4實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。如圖11所示，本實施方式的激光加工裝置500 與上述第1實施方式的不同點在于取代表面觀察單元211(參照圖7)而具備表面觀察單元 511。表面觀察單元511，在框體231內，隔著激光L而配置在與AF單元212對稱的位置上。在此，配置在框體231的水平方向左側。該表面觀察單元511，采用與上述表面觀察單元211同樣的構造，即至少具有觀察用光源511a、檢測器511b以及分色鏡510。由分色鏡510而使可見光VLl的入射的方向與由上述AF用分色鏡238而使AF用激光LBl入射的方向相同。另一方面，由分色鏡510而使可見光VLl入射的方向與由上述 AF用分色鏡238而使AF用激光LBl入射的方向相反。即，分色鏡510、218被設置成其鏡面相對于激光L的光軸朝彼此不同的方向以同角度傾斜。在本實施方式中，也可以發揮與上述效果相同的效果，即能夠抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。此外，例如在制造激光加工裝置200時，在調整4f光學系統241的透鏡Mla、241b 的位置時，通常檢測來自加工對象物1的激光L的反射光。此時，如上所述，若在4f光學系統241和聚光光學系統204之間具有鏡面相對于激光L的光路傾斜地配置的分色鏡，則在透過該分色鏡的激光L進行發散或聚光的情況下，激光L以及反射光的波陣面會變形(產生像散)。因此，無法高精度地檢測反射光，難以將透鏡Mla、241b配置在正確的位置。相對于此，在本實施方式中，在激光L的光路上的4f光學系統241和聚光光學系統204之間設置有鏡面相對于激光L的光軸朝彼此不同的方向傾斜的分色鏡510、218。因此，由分色鏡510所產生的激光L的波陣面變形與由AF用分色鏡238所產生的激光L的波陣面變形可以以互相抵消的方式作用。即，即使在透過分色鏡510、218的激光L進行發散或聚光的情況下，也能夠減少反射光的波陣面變形，能夠高精度地調整4f光學系統Ml。〔第5實施方式〕接著，說明第5實施方式所涉及的激光加工裝置。圖12是顯示本發明的第5實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。如圖12所示，本實施方式的激光加工裝置600 與上述第1實施方式的不同點在于還具備修正板601。修正板601減少通過聚光光學系統204聚光的激光L的波陣面變形，在激光L的光路上配置在分色鏡210、218之間。在本實施方式中，也可以發揮與上述效果相同的效果，即能夠抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。此外，在本實施方式中，由于通過聚光光學系統204聚光的激光L的波陣面變形由修正板601而被減少，根據上述理由，在調整4f光學系統Ml時可以減少激光L的反射光的波陣面變形，能夠高精度地調整4f光學系統Ml。〔第6實施方式〕接著，說明第6實施方式所涉及的激光加工裝置。圖13是顯示本發明的第6實施方式所涉及的激光加工裝置的概略構造圖。如圖13所示，本實施方式的激光加工裝置700 與上述第1實施方式的不同點在于取代反射型空間光調制器203以及分色鏡210(參照圖 7)而具備反射型空間光調制器703以及分色鏡710。反射型空間光調制器703調制(修正)激光L，以使聚光于加工對象物1的內部的激光L中像差成為規定像差以下且像散成為規定像散以下。分色鏡710在激光L的光路上配置在鏡219和第2透鏡Mlb之間。在本實施方式中，也可以發揮與上述效果相同的效果，即能夠抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L的像差。再者，可以縮短第2透鏡Mlb和聚光用光學系統204的聚光透鏡之間的距離，能夠縮短激光L的光路長整體，從而可以謀求激光加工裝置700的小型化。
此外，在本實施方式中，由于分色鏡710配置在第2透鏡Mlb的上游側，會有發散光的激光L入射于分色鏡710而使激光L產生像散，但在本實施方式中，通過反射型空間光調制器703進行修正調制而使該像散也成為規定像散以下，因此能夠抑制聚光于加工對象物1的內部的激光L發生像散。以上，說明了本發明的優選的實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式。例如，在上述實施方式中，具備表面觀察單元211 (511)以及AF單元212，且在4f光學系統 241和聚光光學系統204之間配置有分色鏡210 (510,710) ,218,但是，也可以僅具備AF單元212，且在4f光學系統241和聚光光學系統204之間僅配置有AF用分色鏡238。另外，在上述實施方式中，具備一對第1鏡20^1、20釙以及一對第2鏡206a、206b， 但是，第1以及第2鏡也可以分別至少具備2個以上。此外，在上述實施方式中，鏡20fe、 2(^b、206a、206b被構成為能夠繞軸旋轉，但是，并不限定于此，只要是被構成為能夠調整反射方向(反射角度)即可。此外，形成改質區域7時的激光入射面，并不限定于加工對象物1的表面3，也可以為加工對象物1的背面。此外，當然也可以沿著切斷預定線5形成多列的改質區域7。另外，在本發明中，更加優選為，通過計測等求出激光從反射型空間光調制器傳播至聚光光學系統時的波陣面形狀的變化，將考慮該波陣面形狀的變化的波陣面整形(像差整形)圖案信息輸入至反射型空間光調制器。根據本發明，可以抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差。
權利要求
1.一種激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在所述加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置， 具備激光光源，射出所述激光；以及反射型空間光調制器，對由所述激光光源所射出的所述激光進行調制， 在所述激光的光路上的所述激光光源和所述反射型空間光調制器之間，配置有反射所述激光的至少2個第1鏡，所述第1鏡被構成為能夠調整所述激光的反射方向。
2.一種激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在所述加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置， 具備激光光源，射出所述激光；反射型空間光調制器，對由所述激光光源所射出的所述激光進行調制；以及調整光學系統，調整由所述反射型空間光調制器調制后的所述激光的波陣面形狀， 在所述激光的光路上的所述反射型空間光調制器和所述調整光學系統之間，配置有反射所述激光的至少2個第2鏡，所述第2鏡被構成為能夠調整所述激光的反射方向。
3.一種激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在所述加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置， 具備激光光源，射出所述激光；反射型空間光調制器，對由所述激光光源所射出的所述激光進行調制； 調整光學系統，調整由所述反射型空間光調制器調制后的所述激光的波陣面形狀；以及聚光光學系統，將由所述調整光學系統調整后的所述激光聚光于所述加工對象物的內部，在所述激光的光路上的所述調整光學系統和所述聚光光學系統之間，配置有使所述激光透過的分色鏡。
4.如權利要求3所述的激光加工裝置，其特征在于，還具備聚光點位置控制單元，通過對所述加工對象物照射測定用激光，接收所述測定用激光的在所述加工對象物的反射光，從而使所述聚光點對準所述加工對象物的規定位置，所述分色鏡使所述激光透過，并且反射所述測定用激光以及所述測定用激光的所述反射光。
5.一種激光加工裝置，其特征在于，是通過使聚光點對準加工對象物的內部并照射激光，從而在所述加工對象物中形成改質區域的激光加工裝置， 具備激光光源，射出所述激光；反射型空間光調制器，對由所述激光光源所射出的所述激光進行調制； 調整光學系統，調整由所述反射型空間光調制器調制后的所述激光的波陣面形狀； 聚光光學系統，將由所述調整光學系統調整后的所述激光聚光于所述加工對象物的內部；以及聚光點位置控制單元，通過對所述加工對象物照射測定用激光，接收所述測定用激光的在所述加工對象物的反射光，從而使所述聚光點對準所述加工對象物的規定位置， 在所述激光的光路上，在所述激光光源和所述反射型空間光調制器之間配置有反射所述激光的至少2個第1鏡，在所述反射型空間光調制器和所述調整光學系統之間配置有反射所述激光的至少2 個第2鏡，在所述調整光學系統和所述聚光光學系統之間配置有使所述激光透過并且反射所述測定用激光以及所述測定用激光的所述反射光的分色鏡。
6.如權利要求2 5中任一項所述的激光加工裝置，其特征在于，所述調整光學系統為以在第1透鏡和第2透鏡之間所述第1透鏡和所述第2透鏡的焦點彼此一致的方式構成的光學系統。
7.如權利要求1 6中任一項所述的激光加工裝置，其特征在于，所述反射型空間光調制器調制所述激光，使聚光于所述加工對象物的內部的所述激光的像差成為規定像差以下。
8.如權利要求1 7中任一項所述的激光加工裝置，其特征在于，在所述激光的光路上，在所述鏡中位于最下游側的鏡和所述反射型空間光調制器之間配置有光束擴展器或光束均束器。
全文摘要
提供能夠抑制聚光于加工對象物的內部的激光的像差的激光加工裝置。激光加工裝置(200)具備射出激光(L)的激光光源(202)、以及對由激光光源(202)所射出的激光(L)進行調制的反射型空間光調制器(203)；在激光(L)的光路上的激光光源(202)和反射型空間光調制器(203)之間，配置有反射激光(L)的第1鏡(205a、205b)，第1鏡(205a、205b)被構成為能夠調整激光(L)的反射方向。因此，在激光加工裝置(200)中，分別利用鏡(205a、205b)調整激光(L)的反射方向，從而可以將入射于反射型空間光調制器(203)的激光(L)的位置以及入射角度調整成所期望的。因此，能夠使激光高精度地入射于反射型空間光調制器(203)。
文檔編號B23K26/04GK102227286SQ20098014798
公開日2011年10月26日 申請日期2009年11月20日 優先權日2008年11月28日
發明者中野誠, 井上卓 申請人:浜松光子學株式會社