(57)【要約】【課題】レーザ光の照射状態の変化を抑制可能なレーザ光照射装置を提供する。【解決手段】  レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌを位相パターンＰ０に応じて変調して出射する反射型空間光変調器４１０と、レーザ光Ｌを加工対象物１に向けて集光する集光レンズユニット４３０と、レーザ光Ｌの一部を遮断するスリット部材４２４と、を備える。位相パターンは、レーザ光Ｌの一部を変調する第１パターンＰ１とレーザ光Ｌの残部を変調する第２パターンＰ２とを含む。第２パターンＰ２は、第２方向に沿ってレーザ光Ｌを複数の第２回折光ＤＬ２に分岐させる第２回折格子パターンＧ２を含む。スリット部材４２４は、第２回折光ＤＬ２を遮断する。【選択図】図１７
2018065174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を第１方向に沿って対象物に照射するレーザ光照射装置であって、
前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を前記対象物に向けて集光する対物レンズと、
前記レーザ光の光路における前記空間光変調器と前記対物レンズとの間に配置され、前記レーザ光を集束する集束レンズと、
前記レーザ光の光路における前記集束レンズの後側の焦点位置に配置され、前記レーザ光の一部を遮断するスリット部材と、
を備え、
前記位相パターンは、前記対物レンズの瞳面に入射する前記レーザ光の一部を変調する第１パターンと、前記レーザ光の残部を変調する第２パターンと、を含み、
前記第２パターンは、前記第１方向に交差する第２方向に沿って前記レーザ光の前記残部を複数の回折光に分岐させるための回折格子パターンを含み、
前記スリット部材は、スリットによって前記回折光を遮断する、
レーザ光照射装置。
【請求項２】
前記スリット部材は、前記第２方向よりも前記第１方向に相対的に長くなるように形成された前記スリットによって、前記回折光を遮断する、
請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項３】
前記第１パターンは、前記第１方向に沿って前記レーザ光の前記一部を複数の別の回折光に分岐させるための別の回折格子パターンを含む、
請求項１又は２に記載のレーザ光照射装置。
【請求項４】
前記第１方向についての前記スリットのサイズは、前記焦点位置における前記別の回折光のビームサイズと、前記焦点位置における前記別の回折光の分岐間隔と、の合計値よりも大きく、
前記第２方向についての前記スリットのサイズは、前記焦点位置における前記回折光のビームサイズよりも大きい、
請求項３に記載のレーザ光照射装置。
【請求項５】
前記分岐間隔は、前記第１方向における±１次の前記別の回折光の間隔である、
請求項４に記載のレーザ光照射装置。
【請求項６】
前記第２方向についての前記スリットのサイズは、前記集束レンズの焦点距離をｆ、前記レーザ光の波長をλ、前記空間光変調器の画素サイズをｘＳＬＭとすると、下記式１で表される最大回折距離Ｆよりも小さい、
請求項４又は５に記載のレーザ光照射装置。
【数１】
2018065174.tif 000008
【請求項７】
前記スリットの前記第１方向についてのサイズは、前記焦点位置における±３次の前記別の回折光の間隔よりも小さい、
請求項４〜６のいずれか一項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項８】
前記別の回折格子パターンは、前記第２方向に沿った複数の溝パターンからなり、
前記回折格子パターンは、前記第１方向に沿った複数の溝パターンからなる、
請求項３〜６のいずれか一項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項９】
前記空間光変調器は、前記位相パターンを表示する液晶層を含み、
前記液晶層は、前記レーザ光が入射する領域のうちの円形状の有効領域と前記有効領域の外側の円環形状の非有効領域とを含み、
前記第１パターンは、前記有効領域に表示され前記レーザ光の前記一部を変調し、
前記第２パターンは、前記非有効領域に表示され前記レーザ光の前記残部を変調する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項１０】
レーザ光を第１方向に沿って対象物に照射するレーザ光照射装置であって、
前記レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を前記対象物に向けて集光する対物レンズと、
前記レーザ光の光路における前記空間光変調器と前記対物レンズとの間に配置され、前記レーザ光を集束する集束レンズと、
前記レーザ光の光路における前記集束レンズの後側の焦点位置に配置され、前記レーザ光の一部を遮断するスリット部材と、
を備え、
前記空間光変調器は、前記位相パターンを表示する液晶層を含み、
前記液晶層は、前記対物レンズの瞳面に入射する前記レーザ光の一部が入射する有効領域と、前記レーザ光の残部が入射する非有効領域と、を含み、
前記スリット部材は、前記非有効領域で変調された光をスリットにより遮断する、
レーザ光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レーザ光を対象物に照射するレーザ光照射装置が記載されている。このレーザ光照射装置においては、レーザ光源で発生させたレーザ光は、空間光変調器により変調された後、対物レンズによって対象物に集光される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５１０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、レーザ光が空間光変調器を介して対物レンズに入射するときに、レーザ光のビームサイズが対物レンズの瞳面のサイズ（瞳径）よりも大きい場合がある。その場合には、レーザ光の一部が対物レンズの瞳面に入射する一方で、レーザ光の残部が対物レンズのホルダといった別部材に入射する。対物レンズの瞳面に入射するレーザ光の一部は、対象物に照射される有効光であり、別部材に入射するレーザ光の残部は、対象物に照射されない非有効光である。非有効光が別部材に入射すると、その別部材において熱が発生する。これにより、レーザ光の集光点の位置が変化する等、レーザ光の対象物への照射状態が変化するおそれがある。
【０００５】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光の対象物への照射状態の変化を抑制可能なレーザ光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、次のような知見を得た。すなわち、上記課題を解決するためには、対物レンズの前段側において非有効光を遮断すればよく、そのためには、例えば、空間光変調器に回折格子パターンを含む位相パターンを表示して非有効光を回折により分岐させ、分岐された回折光をスリットにより遮断すればよい。本発明は、そのような知見に基づいて更なる研究を重ねた結果になされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明に係るレーザ光照射装置は、レーザ光を第１方向に沿って対象物に照射するレーザ光照射装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されたレーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する空間光変調器と、空間光変調器から出射されたレーザ光を対象物に向けて集光する対物レンズと、レーザ光の光路における空間光変調器と対物レンズとの間に配置され、レーザ光を集束する集束レンズと、レーザ光の光路における集束レンズの後側の焦点位置に配置され、レーザ光の一部を遮断するスリット部材と、を備え、位相パターンは、対物レンズの瞳面に入射するレーザ光の一部を変調する第１パターンと、レーザ光の残部を変調する第２パターンと、を含み、第２パターンは、第１方向に交差する第２方向に沿ってレーザ光の残部を複数の回折光に分岐させるための回折格子パターンを含み、スリット部材は、スリットによって回折光を遮断する。
【０００８】
このレーザ光照射装置においては、レーザ光源から出力されたレーザ光が、空間光変調器の位相パターンにより変調された後に、対物レンズにより対象物に向けて集光される。空間光変調器の位相パターンは、対物レンズの瞳面に入射するレーザ光の一部（有効光）を変調する第１パターンと、レーザ光の残部（非有効光）を変調する第２パターンと、を含む。第２パターンは、第１方向に交差する第２方向に沿って光を回折するための回折格子パターンを含む。したがって、レーザ光のうちの非有効光は、レーザ光のスキャン方向に交差する第２方向について、複数の回折光に分岐される。そして、回折光は、集束レンズの後側焦点位置において、スリット部材のスリットにより遮断される。その結果、有効光がスリットを通過して対象物に照射される一方で、非有効光の回折光がスリットにより遮断され、対物レンズに到達しない。よって、このレーザ光照射装置によれば、レーザ光の対象物への照射状態の変化を抑制することが可能である。
【０００９】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、スリット部材は、第２方向よりも第１方向に相対的に長くなるように形成されたスリットによって、回折光を遮断してもよい。
【００１０】
ここで、レーザ光照射装置にあっては、レーザ光を複数に分岐させて対象物に照射する要求がある。そこで、本発明に係るレーザ光照射装置においては、第１パターンは、第１方向に沿ってレーザ光の一部を複数の別の回折光に分岐させるための別の回折格子パターンを含んでもよい。この場合、レーザ光のうちの有効光を、対象物に対するレーザ光の照射方向（スキャン方向）である第１方向について複数の別の回折光に分岐し、対象物に照射可能である。
【００１１】
なお、以下では、第１パターンに含まれる「別の回折格子パターン」を「第１回折格子パターン」と称し（或いは併記し）、その第１回折格子パターンにより分岐された「別の回折光」を「第１回折光」と称する（或いは併記する）場合がある。また、第２パターンに含まれる「回折格子パターン」を「第２回折格子パターン」と称し（或いは併記し）、その第２回折格子パターンにより分岐された「回折光」を「第２回折光」と称する（或いは併記する）場合がある。
【００１２】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、第１方向についてのスリットのサイズは、焦点位置における第１回折光（別の回折光）のビームサイズと、焦点位置における第１回折光（別の回折光）の分岐間隔と、の合計値よりも大きく、第２方向についてのスリットのサイズは、焦点位置における第２回折光（回折光）のビームサイズよりも大きくてもよい。この場合、複数の第１回折光をスリットで遮断することなく確実に対象物に照射可能である。
【００１３】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、分岐間隔は、第１方向における±１次の第１回折光（別の回折光）の間隔であってもよい。この場合、少なくとも、第１回折光のうちの０次光と±１次光とを対象物に照射可能である。
【００１４】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、第２方向についてのスリットのサイズは、集束レンズの焦点距離をｆ、レーザ光の波長をλ、空間光変調器の画素サイズをｘＳＬＭとすると、下記式１で表される１次光の最大回折距離Ｆよりも小さくてもよい。この場合、第２回折光をスリットにより確実に遮断できる。
【数１】
2018065174.tif 000003
【００１５】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、スリットの第１方向についてのサイズは、焦点位置における±３次の第１回折光（別の回折光）の間隔よりも小さくてもよい。この場合、第１回折光のうちの±３次以上の高次光をスリットにより遮断できる。
【００１６】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、第１回折格子パターン（別の回折格子パターン）は、第２方向に沿った複数の溝パターンからなり、第２回折格子パターン（回折格子パターン）は、第１方向に沿った複数の溝パターンからなってもよい。このように、第１回折格子パターンと第２回折格子パターンとで溝パターンの方向を交差するように設定することで、第１回折光の分岐方向と第２回折光の分岐方向とを違えることができる。
【００１７】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、空間光変調器は、位相パターンを表示する液晶層を含み、液晶層は、レーザ光が入射する領域のうちの円形状の有効領域と有効領域の外側の円環形状の非有効領域とを含み、第１パターンは、有効領域に表示されレーザ光の一部を変調し、第２パターンは、非有効領域に表示されレーザ光の残部を変調してもよい。この場合、対物レンズに入射するビームプロファイルに応じて、対象物に照射されるビーム形状を所望に設定することができ、微細な加工制御（照射制御）が可能となる。
【００１８】
ここで、本発明に係るレーザ光照射装置は、レーザ光を第１方向に沿って対象物に照射するレーザ光照射装置であって、レーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されたレーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する空間光変調器と、空間光変調器から出射されたレーザ光を対象物に向けて集光する対物レンズと、レーザ光の光路における空間光変調器と対物レンズとの間に配置され、レーザ光を集束する集束レンズと、レーザ光の光路における集束レンズの後側の焦点位置に配置され、レーザ光の一部を遮断するスリット部材と、を備え、空間光変調器は、位相パターンを表示する液晶層を含み、液晶層は、対物レンズの瞳面に入射するレーザ光の一部が入射する有効領域と、レーザ光の残部が入射する非有効領域と、を含み、スリット部材は、非有効領域で変調された光をスリットにより遮断する。
【００１９】
このレーザ光照射装置においては、レーザ光源から出力されたレーザ光が、空間光変調器の位相パターンにより変調された後に、対物レンズにより対象物に向けて集光される。空間光変調器の液晶層は、対物レンズの瞳面に入射するレーザ光の一部（有効光）が入射する有効領域と、レーザ光の残部（非有効光）が入射する非有効領域と、を含む。そして、非有効領域で変調された光は、集束レンズの後側焦点位置において、スリット部材のスリットにより遮断される。その結果、有効光がスリットを通過して対象物に照射される一方で、非有効光がスリットにより遮断され、対物レンズ（別部材）に到達しない。よって、このレーザ光照射装置によれば、レーザ光の対象物への照射状態の変化を抑制することが可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レーザ光の対象物への照射状態の変化を抑制可能なレーザ光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】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３】図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。
【図４】レーザ加工後の加工対象物の平面図である。
【図５】図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。
【図６】図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。
【図７】実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。
【図８】図７のレーザ加工装置の支持台に取り付けられる加工対象物の斜視図である。
【図９】図７のＸＹ平面に沿ってのレーザ出力部の断面図である。
【図１０】図７のレーザ加工装置におけるレーザ出力部及びレーザ集光部の一部の斜視図である。
【図１１】図７のＸＹ平面に沿ってのレーザ集光部の断面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。
【図１３】図１２のXIII−XIII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。
【図１４】図７のレーザ加工装置における反射型空間光変調器の部分断面図である。
【図１５】図１１のレーザ集光部における反射型空間光変調器、４ｆレンズユニット及び集光レンズユニットの光学的配置関係を示す図である。
【図１６】第１実施形態に係るレーザ加工装置の要部を示す概略構成図である。
【図１７】図１６に示された反射型空間光変調器から加工対象物に至るレーザ光の光路、及び、その光路上の各光学要素を模式的に示す図である。
【図１８】反射型空間光変調器に表示される位相パターンの一例を示す図である。
【図１９】反射型空間光変調器上のレーザ光の強度分布を示す画像である。
【図２０】スリット部材及び回折光のビームスポットを示す図である。
【図２１】最大回折距離を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、互いに同一の要素、又は、互いに相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００２３】
実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００２４】
図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される対象物である加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるための移動機構であるステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。
【００２５】
レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。
【００２６】
加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。切断予定ライン５は、照射予定ラインに対応する。
【００２７】
集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部、表面３又は裏面に形成されていればよい。改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。
【００２８】
ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。
【００２９】
改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。
【００３０】
溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。
【００３１】
実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［実施形態に係るレーザ加工装置］
【００３２】
次に、実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、水平面内において互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。
［レーザ加工装置の全体構成］
【００３３】
図７に示されるように、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、第１移動機構（移動機構）２２０と、支持台２３０と、第２移動機構２４０と、を備えている。さらに、レーザ加工装置２００は、レーザ出力部３００と、レーザ集光部４００と、制御部５００と、を備えている。
【００３４】
第１移動機構２２０は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１移動機構２２０は、第１レールユニット２２１と、第２レールユニット２２２と、可動ベース２２３と、を有している。第１レールユニット２２１は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１レールユニット２２１には、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のレール２２１ａ，２２１ｂが設けられている。第２レールユニット２２２は、Ｙ軸方向に沿って移動可能となるように、第１レールユニット２２１の一対のレール２２１ａ，２２１ｂに取り付けられている。第２レールユニット２２２には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のレール２２２ａ，２２２ｂが設けられている。可動ベース２２３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能となるように、第２レールユニット２２２の一対のレール２２２ａ，２２２ｂに取り付けられている。可動ベース２２３は、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。
【００３５】
支持台２３０は、可動ベース２２３に取り付けられている。支持台２３０は、加工対象物１を支持する。加工対象物１は、例えば、シリコン等の半導体材料からなる基板の表面側に複数の機能素子（フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等）がマトリックス状に形成されたものである。加工対象物１が支持台２３０に支持される際には、図８に示されるように、環状のフレーム１１に張られたフィルム１２上に、例えば加工対象物１の表面１ａ（複数の機能素子側の面）が貼付される。支持台２３０は、クランプによってフレーム１１を保持すると共に真空チャックテーブルによってフィルム１２を吸着することで、加工対象物１を支持する。支持台２３０上において、加工対象物１には、互いに平行な複数の切断予定ライン５ａ、及び互いに平行な複数の切断予定ライン５ｂが、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。
【００３６】
図７に示されるように、支持台２３０は、第１移動機構２２０において第２レールユニット２２２が動作することで、Ｙ軸方向に沿って移動させられる。また、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｘ軸方向に沿って移動させられる。更に、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転させられる。このように、支持台２３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能となり且つＺ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。
【００３７】
レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０が動作することで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。このように、レーザ集光部４００は、レーザ出力部３００に対してＺ軸方向に沿って移動可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。
【００３８】
制御部５００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）等によって構成されている。制御部５００は、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。
【００３９】
一例として、レーザ加工装置２００では、次のように、各切断予定ライン５ａ，５ｂ（図８参照）に沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。
【００４０】
まず、加工対象物１の裏面１ｂ（図８参照）がレーザ光入射面となるように、加工対象物１が支持台２３０に支持され、加工対象物１の各切断予定ライン５ａがＸ軸方向に平行な方向に合わせられる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ａに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。
【００４１】
各切断予定ライン５ａに沿っての改質領域の形成が終了すると、第１移動機構２２０によって支持台２３０が回転させられ、加工対象物１の各切断予定ライン５ｂがＸ軸方向に平行な方向に合わせられる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ｂに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。
【００４２】
このように、レーザ加工装置２００では、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。なお、各切断予定ライン５ａに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＸ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。また、各切断予定ライン５ａ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＹ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。
【００４３】
図９に示されるように、レーザ出力部３００は、取付ベース３０１と、カバー３０２と、複数のミラー３０３，３０４と、を有している。更に、レーザ出力部３００は、レーザ発振器（レーザ光源）３１０と、シャッタ３２０と、λ／２波長板ユニット３３０と、偏光板ユニット３４０と、ビームエキスパンダ３５０と、ミラーユニット３６０と、を有している。
【００４４】
取付ベース３０１は、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を支持している。複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０は、取付ベース３０１の主面３０１ａに取り付けられている。取付ベース３０１は、板状の部材であり、装置フレーム２１０（図７参照）に対して着脱可能である。レーザ出力部３００は、取付ベース３０１を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。つまり、レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に対して着脱可能である。
【００４５】
カバー３０２は、取付ベース３０１の主面３０１ａ上において、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を覆っている。カバー３０２は、取付ベース３０１に対して着脱可能である。
【００４６】
レーザ発振器３１０は、直線偏光のレーザ光ＬをＸ軸方向に沿ってパルス発振する。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの波長は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ又は１３００〜１４００ｎｍのいずれかの波長帯に含まれる。５００〜５５０ｎｍの波長帯のレーザ光Ｌは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの各波長帯のレーザ光Ｌは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向は、例えば、Ｙ軸方向に平行な方向である。レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３０３によって反射され、Ｙ軸方向に沿ってシャッタ３２０に入射する。
【００４７】
レーザ発振器３１０では、次のように、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。レーザ発振器３１０が固体レーザで構成されている場合、共振器内に設けられたＱスイッチ（ＡＯＭ（音響光学変調器）、ＥＯＭ（電気光学変調器）等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０がファイバレーザで構成されている場合、シードレーザ、アンプ（励起用）レーザを構成する半導体レーザの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０が外部変調素子を用いている場合、共振器外に設けられた外部変調素子（ＡＯＭ、ＥＯＭ等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。
【００４８】
シャッタ３２０は、機械式の機構によってレーザ光Ｌの光路を開閉する。レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、上述したように、レーザ発振器３１０でのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって実施されるが、シャッタ３２０が設けられていることで、例えばレーザ出力部３００からレーザ光Ｌが不意に出射されることが防止される。シャッタ３２０を通過したレーザ光Ｌは、ミラー３０４によって反射され、Ｘ軸方向に沿ってλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０に順次入射する。
【００４９】
λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力（光強度）を調整する出力調整部として機能する。また、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部として機能する。λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を順次通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってビームエキスパンダ３５０に入射する。
【００５０】
ビームエキスパンダ３５０は、レーザ光Ｌの径を調整しつつ、レーザ光Ｌを平行化する。ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってミラーユニット３６０に入射する。
【００５１】
ミラーユニット３６０は、支持ベース３６１と、複数のミラー３６２，３６３と、を有している。支持ベース３６１は、複数のミラー３６２，３６３を支持している。支持ベース３６１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、取付ベース３０１に取り付けられている。ミラー（第１ミラー）３６２は、ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。ミラー３６２は、その反射面が例えばＺ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。
【００５２】
ミラー（第２ミラー）３６３は、ミラー３６２によって反射されたレーザ光ＬをＺ軸方向に反射する。ミラー３６３は、その反射面が例えばＸ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となり且つＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー３６３によって反射されたレーザ光Ｌは、支持ベース３６１に形成された開口３６１ａを通過し、Ｚ軸方向に沿ってレーザ集光部４００（図７参照）に入射する。つまり、レーザ出力部３００によるレーザ光Ｌの出射方向は、レーザ集光部４００の移動方向に一致している。上述したように、各ミラー３６２，３６３は、反射面の角度を調整するための機構を有している。
【００５３】
ミラーユニット３６０では、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整が実施されることで、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度がレーザ集光部４００に対して合わされる。つまり、複数のミラー３６２，３６３は、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するための構成である。
【００５４】
図１０に示されるように、レーザ集光部４００は、筐体４０１を有している。筐体４０１は、Ｙ軸方向を長手方向とする直方体状の形状を呈している。筐体４０１の一方の側面４０１ｅには、第２移動機構２４０が取り付けられている（図１１及び図１３参照）。筐体４０１には、ミラーユニット３６０の開口３６１ａとＺ軸方向において対向するように、円筒状の光入射部４０１ａが設けられている。光入射部４０１ａは、レーザ出力部３００から出射されたレーザ光Ｌを筐体４０１内に入射させる。ミラーユニット３６０と光入射部４０１ａとは、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられた際に互いに接触することがない距離だけ、互いに離間している。
【００５５】
図１１及び図１２に示されるように、レーザ集光部４００は、ミラー４０２と、ダイクロイックミラー４０３と、を有している。更に、レーザ集光部４００は、反射型空間光変調器４１０と、４ｆレンズユニット４２０と、集光レンズユニット（対物レンズ）４３０と、駆動機構４４０と、一対の測距センサ４５０と、を有している。
【００５６】
ミラー４０２は、光入射部４０１ａとＺ軸方向において対向するように、筐体４０１の底面４０１ｂに取り付けられている。ミラー４０２は、光入射部４０１ａを介して筐体４０１内に入射したレーザ光ＬをＸＹ平面に平行な方向に反射する。ミラー４０２には、レーザ出力部３００のビームエキスパンダ３５０によって平行化されたレーザ光ＬがＺ軸方向に沿って入射する。つまり、ミラー４０２には、レーザ光Ｌが平行光としてＺ軸方向に沿って入射する。そのため、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられても、Ｚ軸方向に沿ってミラー４０２に入射するレーザ光Ｌの状態は一定に維持される。ミラー４０２によって反射されたレーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０に入射する。
【００５７】
反射型空間光変調器４１０は、反射面４１０ａが筐体４０１内に臨んだ状態で、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられている。反射型空間光変調器４１０は、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid  Crystal  on  Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial  Light  Modulator）であり、レーザ光Ｌを変調しつつ、レーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿って４ｆレンズユニット４２０に入射する。ここで、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度αは、鋭角（例えば、１０〜６０°）とされている。つまり、レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０においてＸＹ平面に沿って鋭角に反射される。これは、レーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えて回折効率の低下を抑制し、反射型空間光変調器４１０の性能を十分に発揮させるためである。なお、反射型空間光変調器４１０では、例えば、液晶が用いられた光変調層の厚さが数μｍ〜数十μｍ程度と極めて薄いため、反射面４１０ａは、光変調層の光入出射面と実質的に同じと捉えることができる。
【００５８】
４ｆレンズユニット４２０は、ホルダ４２１と、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２と、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３と、スリット部材４２４と、を有している。ホルダ４２１は、一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４を保持している。ホルダ４２１は、レーザ光Ｌの光軸に沿った方向における一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４の互いの位置関係を一定に維持している。一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面（瞳面）４３０ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。
【００５９】
これにより、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像（反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像）が、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに転像（結像）される。スリット部材４２４には、スリット４２４ａが形成されている。スリット４２４ａは、レンズ４２２とレンズ４２３との間であって、レンズ４２２の焦点面付近に位置している。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌのうち不要な部分は、スリット部材４２４によって遮断される。４ｆレンズユニット４２０を通過したレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３に入射する。
【００６０】
ダイクロイックミラー４０３は、レーザ光Ｌの大部分（例えば、９５〜９９．５％）をＺ軸方向に反射し、レーザ光Ｌの一部（例えば、０．５〜５％）をＹ軸方向に沿って透過させる。レーザ光Ｌの大部分は、ダイクロイックミラー４０３においてＺＸ平面に沿って直角に反射される。ダイクロイックミラー４０３によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って集光レンズユニット４３０に入射する。
【００６１】
集光レンズユニット４３０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄ（端部４０１ｃの反対側の端部）に、駆動機構４４０を介して取り付けられている。集光レンズユニット４３０は、ホルダ４３１と、複数のレンズ４３２と、を有している。ホルダ４３１は、複数のレンズ４３２を保持している。複数のレンズ４３２は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に対してレーザ光Ｌを集光する。駆動機構４４０は、圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。
【００６２】
一対の測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の両側に位置するように、筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられている。各測距センサ４５０は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）のレーザ光入射面に対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。なお、測距センサ４５０には、三角測距方式、レーザ共焦点方式、白色共焦点方式、分光干渉方式、非点収差方式等のセンサを利用することができる。
【００６３】
レーザ加工装置２００では、上述したように、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。そのため、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる際に、一対の測距センサ４５０のうち集光レンズユニット４３０に対して相対的に先行する測距センサ４５０が、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、駆動機構４４０が、測距センサ４５０によって取得された変位データに基づいて集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。
【００６４】
レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４６１と、一対のレンズ４６２，４６３と、プロファイル取得用カメラ（強度分布取得部）４６４と、を有している。ビームスプリッタ４６１は、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４６１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って一対のレンズ４６２，４６３及びプロファイル取得用カメラ４６４に順次入射する。一対のレンズ４６２，４６３は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとプロファイル取得用カメラ４６４の撮像面とが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像が、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面に転像（結像）される。上述したように、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像は、反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像である。したがって、レーザ加工装置２００では、プロファイル取得用カメラ４６４による撮像結果を監視することで、反射型空間光変調器４１０の動作状態を把握することができる。
【００６５】
更に、レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４７１と、レンズ４７２と、レーザ光Ｌの光軸位置モニタ用のカメラ４７３と、を有している。ビームスプリッタ４７１は、ビームスプリッタ４６１を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４７１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４７２及びカメラ４７３に順次入射する。レンズ４７２は、入射したレーザ光Ｌをカメラ４７３の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、カメラ４６４及びカメラ４７３のそれぞれによる撮像結果を監視しつつ、ミラーユニット３６０において、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整を実施することで（図９及び図１０参照）、集光レンズユニット４３０に入射するレーザ光Ｌの光軸のずれ（集光レンズユニット４３０に対するレーザ光の強度分布の位置ずれ、及び集光レンズユニット４３０に対するレーザ光Ｌの光軸の角度ずれ）を補正することができる。
【００６６】
複数のビームスプリッタ４６１，４７１は、筐体４０１の端部４０１ｄからＹ軸方向に沿って延在する筒体４０４内に配置されている。一対のレンズ４６２，４６３は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０５内に配置されており、プロファイル取得用カメラ４６４は、筒体４０５の端部に配置されている。レンズ４７２は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０６内に配置されており、カメラ４７３は、筒体４０６の端部に配置されている。筒体４０５と筒体４０６とは、Ｙ軸方向において互いに並設されている。なお、ビームスプリッタ４７１を透過したレーザ光Ｌは、筒体４０４の端部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。
【００６７】
図１２及び図１３に示されるように、レーザ集光部４００は、可視光源４８１と、複数のレンズ４８２と、レチクル４８３と、ミラー４８４と、ハーフミラー４８５と、ビームスプリッタ４８６と、レンズ４８７と、観察カメラ４８８と、を有している。可視光源４８１は、Ｚ軸方向に沿って可視光Ｖを出射する。複数のレンズ４８２は、可視光源４８１から出射された可視光Ｖを平行化する。レチクル４８３は、可視光Ｖに目盛り線を付与する。ミラー４８４は、複数のレンズ４８２によって平行化された可視光ＶをＸ軸方向に反射する。ハーフミラー４８５は、ミラー４８４によって反射された可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ハーフミラー４８５によって反射された可視光Ｖは、Ｚ軸方向に沿ってビームスプリッタ４８６及びダイクロイックミラー４０３を順次透過し、集光レンズユニット４３０を介して、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に照射される。
【００６８】
加工対象物１に照射された可視光Ｖは、加工対象物１のレーザ光入射面によって反射され、集光レンズユニット４３０を介してダイクロイックミラー４０３に入射し、Ｚ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３を透過する。ビームスプリッタ４８６は、ダイクロイックミラー４０３を透過した可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４８６を透過した可視光Ｖは、ハーフミラー４８５を透過し、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４８７及び観察カメラ４８８に順次入射する。レンズ４８７は、入射した可視光Ｖを観察カメラ４８８の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、観察カメラ４８８による撮像結果を観察することで、加工対象物１の状態を把握することができる。
【００６９】
ミラー４８４、ハーフミラー４８５及びビームスプリッタ４８６は、筐体４０１の端部４０１ｄ上に取り付けられたホルダ４０７内に配置されている。複数のレンズ４８２及びレチクル４８３は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０８内に配置されており、可視光源４８１は、筒体４０８の端部に配置されている。レンズ４８７は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０９内に配置されており、観察カメラ４８８は、筒体４０９の端部に配置されている。筒体４０８と筒体４０９とは、Ｘ軸方向において互いに並設されている。なお、Ｘ軸方向に沿ってハーフミラー４８５を透過した可視光Ｖ、及びビームスプリッタ４８６によってＸ軸方向に反射された可視光Ｖは、それぞれ、ホルダ４０７の壁部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。
【００７０】
レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００の交換が想定されている。これは、加工対象物１の仕様、加工条件等に応じて、加工に適したレーザ光Ｌの波長が異なるからである。そのため、出射するレーザ光Ｌの波長が互いに異なる複数のレーザ出力部３００が用意される。ここでは、出射するレーザ光Ｌの波長が５００〜５５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、出射するレーザ光Ｌの波長が１０００〜１１５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、及び出射するレーザ光Ｌの波長が１３００〜１４００ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００が用意される。
【００７１】
一方、レーザ加工装置２００では、レーザ集光部４００の交換が想定されていない。これは、レーザ集光部４００がマルチ波長に対応している（互いに連続しない複数の波長帯に対応している）からである。具体的には、ミラー４０２、反射型空間光変調器４１０、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３、ダイクロイックミラー４０３、及び集光レンズユニット４３０のレンズ４３２等がマルチ波長に対応している。
【００７２】
ここでは、レーザ集光部４００は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの波長帯に対応している。これは、レーザ集光部４００の各構成に所定の誘電体多層膜をコーティングすること等、所望の光学性能が満足されるようにレーザ集光部４００の各構成が設計されることで実現される。なお、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０はλ／２波長板を有しており、偏光板ユニット３４０は偏光板を有している。λ／２波長板及び偏光板は、波長依存性が高い光学素子である。そのため、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、波長帯ごとに異なる構成としてレーザ出力部３００に設けられている。
［レーザ加工装置におけるレーザ光の光路及び偏光方向］
【００７３】
レーザ加工装置２００では、支持台２３０に支持された加工対象物１に対して集光されるレーザ光Ｌの偏光方向は、図１１に示されるように、Ｘ軸方向に平行な方向であり、加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）に一致している。ここで、反射型空間光変調器４１０では、レーザ光ＬがＰ偏光として反射される。これは、反射型空間光変調器４１０の光変調層に液晶が用いられている場合において、反射型空間光変調器４１０に対して入出射するレーザ光Ｌの光軸を含む平面に平行な面内で液晶分子が傾斜するように、当該液晶が配向されているときには、偏波面の回転が抑制された状態でレーザ光Ｌに位相変調が施されるからである（例えば、特許第３８７８７５８号公報参照）。
【００７４】
一方、ダイクロイックミラー４０３では、レーザ光ＬがＳ偏光として反射される。これは、レーザ光ＬをＰ偏光として反射させるよりも、レーザ光ＬをＳ偏光として反射させたほうが、ダイクロイックミラー４０３をマルチ波長に対応させるための誘電体多層膜のコーティング数が減少する等、ダイクロイックミラー４０３の設計が容易となるからである。
【００７５】
したがって、レーザ集光部４００では、ミラー４０２から反射型空間光変調器４１０及び４ｆレンズユニット４２０を介してダイクロイックミラー４０３に至る光路が、ＸＹ平面に沿うように設定されており、ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至る光路が、Ｚ軸方向に沿うように設定されている。
【００７６】
図９に示されるように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。具体的には、レーザ発振器３１０からミラー３０３に至る光路、並びに、ミラー３０４からλ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０及びビームエキスパンダ３５０を介してミラーユニット３６０に至る光路が、Ｘ軸方向に沿うように設定されており、ミラー３０３からシャッタ３２０を介してミラー３０４に至る光路、及び、ミラーユニット３６０においてミラー３６２からミラー３６３に至る光路が、Ｙ軸方向に沿うように設定されている。
【００７７】
ここで、Ｚ軸方向に沿ってレーザ出力部３００からレーザ集光部４００に進行したレーザ光Ｌは、図１１に示されるように、ミラー４０２によってＸＹ平面に平行な方向に反射され、反射型空間光変調器４１０に入射する。このとき、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とは、鋭角である角度αをなしている。一方、上述したように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。
【００７８】
したがって、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能させる必要がある。
［反射型空間光変調器］
【００７９】
図１４に示されるように、反射型空間光変調器４１０は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層（表示部）２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８がこの順に積層されることで構成されている。
【００８０】
透明基板２１８は、表面２１８ａを有しており、この表面２１８ａは、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａを構成している。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなり、反射型空間光変調器４１０の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器４１０の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。
【００８１】
複数の画素電極２１４は、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上にマトリックス状に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。
【００８２】
アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられており、反射型空間光変調器４１０から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１ドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２ドライバ回路とを有しており、制御部５００における後述の空間光変調器制御部５０２（図１６参照）によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるように構成されている。
【００８３】
配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミド等の高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されている。
【００８４】
液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、駆動回路層９１４のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と各画素電極２１４との間に電界が形成され、液晶層２１６に形成された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。そして、レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは、液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されて、出射する。
【００８５】
このとき、後述の空間光変調器制御部５０２（図１６参照）によって各画素電極２１４に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と各画素電極２１４とに挟まれた部分の屈折率が変化する（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層２１６によって付与することができる。
【００８６】
換言すると、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示させることができる。変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、そのレーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、反射型空間光変調器４１０に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。
［４ｆレンズユニット］
【００８７】
上述したように、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。具体的には、図１５に示されるように、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２の中心と反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａとの間の光路の距離がレンズ４２２の第１焦点距離ｆ１となり、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３の中心と集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとの間の光路の距離がレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２となり、レンズ４２２の中心とレンズ４２３の中心との間の光路の距離が第１焦点距離ｆ１と第２焦点距離ｆ２との和（すなわち、ｆ１＋ｆ２）となっている。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至る光路のうち一対のレンズ４２２，４２３間の光路は、一直線である。
【００８８】
レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を大きくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、０．５＜Ｍ＜１（縮小系）を満たしている。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が大きいほど、高精細な位相パターンでレーザ光Ｌが変調される。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、０．６≦Ｍ≦０．９５であることがより好ましい。ここで、（両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ）＝（集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでの像の大きさ）／（反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでの物体の大きさ）である。レーザ加工装置２００の場合、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ、レンズ４２２の第１焦点距離ｆ１及びレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２が、Ｍ＝ｆ２／ｆ１を満たしている。
【００８９】
なお、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を小さくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、１＜Ｍ＜２（拡大系）を満たしていてもよい。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が小さいほど、ビームエキスパンダ３５０（図９参照）の倍率が小さくて済み、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度α（図１１参照）が小さくなる。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、１．０５≦Ｍ≦１．７であることがより好ましい。
【００９０】
次に、第１実施形態に係るレーザ加工装置２００の要部について詳細に説明する。
【００９１】
図１６は、第１実施形態に係るレーザ加工装置２００の要部を示す概略構成図である。図１７は、図１６に示された反射型空間光変調器から加工対象物に至るレーザ光の光路、及び、その光路上の各光学要素を模式的に示す図である。図１７においては、ダイクロイックミラー４０３が省略されている。レーザ光Ｌは、例えば、Ｙ軸方向に沿って進行した後に、位置Ｐｄにおいてダイクロイックミラー４０３によりＺ軸方向に反射され、Ｚ軸方向に進行して集光レンズユニット４３０に入射する。
【００９２】
図１６，１７に示されるように、レーザ出力部３００（レーザ発振器３１０）から出力されたレーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０に入射する。反射型空間光変調器４１０は、入射されたレーザ光Ｌを、液晶層２１６に表示された位相パターンに応じて変調して出射する。反射型空間光変調器４１０から出射したレーザ光Ｌは、４ｆレンズユニット４２０のリレーレンズであるレンズ（集束レンズ）４２２で集束された後、４ｆレンズユニット４２０のリレーレンズであるレンズ４２３でコリメートされて、ダイクロイックミラー４０３に入射する。ダイクロイックミラー４０３に入射したレーザ光Ｌは、反射光と透過光とに分岐される。ダイクロイックミラー４０３で反射したレーザ光Ｌは、集光レンズユニット４３０に入射する。
【００９３】
すなわち、レーザ加工装置２００は、レーザ光Ｌの光路における反射型空間光変調器４１０と集光レンズユニット４３０との間に配置されたレンズ４２２を備えている。集光レンズユニット４３０に入射したレーザ光Ｌは、集光レンズユニット４３０により加工対象物１に向けて集光される。一方、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌは、リレーレンズである上記レンズ４６３で集束され、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａに入射する。
【００９４】
一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌの波面を、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａと、ダイクロイックミラー４０３の下流側（後段）の共役面４９１と、にリレーする。レンズ４６３は、一対のレンズ４２２，４２３によって共役面４９１にリレーされたレーザ光Ｌの波面（液晶層２１６における実像）を、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａにリレー（結像）する。これにより、液晶層２１６と、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａと、共役面４９１と、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面４６４ａとは、互いに共役の関係を構成する。
【００９５】
プロファイル取得用カメラ４６４は、ダイクロイックミラー４０３で分岐されたレーザ光Ｌの強度分布を取得する撮像装置である。具体的には、プロファイル取得用カメラ４６４は、反射型空間光変調器４１０から出射され集光レンズユニット４３０に入射する前のレーザ光Ｌについてのビーム断面の強度分布に関する画像（強度分布画像）を静止画像として撮像する。撮像した強度分布画像を制御部５００へ出力する。プロファイル取得用カメラ４６４としては、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが用いられる。
【００９６】
制御部５００は、上記レーザ光源制御部１０２と、空間光変調器制御部（制御部）５０２、カメラ制御部５０４、及び、記憶部５１０を有している。レーザ光源制御部１０２は、レーザ発振器３１０の動作を制御する。また、レーザ光源制御部１０２は、１つの切断予定ライン５に沿うレーザ加工毎において、加工条件（照射条件）に基づいて、レーザ発振器３１０で発生させるレーザ光Ｌの出力を決定して設定する。加工条件は、例えばタッチパネル等の入力部によりオペレータから入力される。加工条件としては、例えば、加工対象物１における改質領域７を形成する深さ位置、レーザ出力等である。
【００９７】
空間光変調器制御部５０２は、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示する位相パターンを制御する。図１８は、反射型空間光変調器４１０に表示される位相パターンの一例を示す図である。図１８の（ａ）は、位相パターンの全体を示し、図１８の（ｂ）は、図１８の（ａ）の領域ＲＡの拡大図である。図１８に示されるように、反射型空間光変調器４１０に表示される位相パターンＰ０は、第１パターンＰ１と第２パターンＰ２とを含む。第１パターンＰ１は、レーザ光Ｌのうちの集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射する一部を変調する。第２パターンＰ２は、レーザ光Ｌのうちの残部、すなわち、入射瞳面４３０ａに入射しない（例えば入射瞳面４３０ａの周縁部に入射する）部分を変調する。この点について、より具体的に説明する。
【００９８】
図１９は、反射型空間光変調器上のレーザ光の強度分布を示す画像である。図１９に示されるように、液晶層２１６は、レーザ光Ｌが入射する領域ＨＡを含む。領域ＨＡは、円形の有効領域ＡＣと、有効領域ＡＣの外側の円環形状の非有効領域ＡＢと、を含む。有効領域ＡＣに入射するレーザ光Ｌの一部は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射して加工対象物１に照射される有効光である。すなわち、有効領域ＡＣは、有効光（レーザ光Ｌの一部）を変調するための領域である。有効領域ＡＣは、例えば、レーザ光Ｌがガウシアンビームの場合、レーザ光Ｌの強度がピークの１３．５（１／ｅ＾２）％となるガウシアンビーム半径ｗを用いると、ガウシアンビーム半径ｗを半径とした円形領域である。
【００９９】
非有効領域ＡＢに入射するレーザ光Ｌの残部は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射せず加工対象物１に照射されない非有効光である。すなわち、非有効領域ＡＢは、非有効光（レーザ光Ｌの残部）を変調するための領域である。非有効領域ＡＢは、例えば、ガウシアンビーム半径ｗを内半径とし、ガウシアンビーム半径ｗの１．２２倍（＝１．２２ｗ）を外半径とする円環領域である。ガウシアンビーム半径ｗの１．２２倍の位置は、レーザ光Ｌの強度がピークの約５％となる位置である。
【０１００】
なお、液晶層２１６は、領域ＨＡの外側の領域ＡＡを含む。領域ＡＡは、実質的にレーザ光Ｌが入射しない領域である。一例として、領域ＡＡは、レーザ光Ｌがガウシアンビームである場合には、レーザ光の強度がピークの５％よりも小さくなる領域である。
【０１０１】
図１８に示される第１パターンＰ１は、液晶層２１６の有効領域ＡＣに表示される。したがって、第１パターンＰ１は、レーザ光Ｌのうちの有効光を変調する。第２パターンＰ２は、液晶層２１６の非有効領域ＡＢ及び領域ＡＡに表示される。したがって、第２パターンＰ２は、レーザ光Ｌのうちの非有効光を変調する。
【０１０２】
第１パターンＰ１は、第１方向（ここではＸ軸方向：レーザ光Ｌのスキャン方向：レーザ光Ｌの集光点の加工対象物１に対する相対的な移動方向）に沿ってレーザ光Ｌの一部（有効光）を複数の第１回折光（別の回折光）ＤＬ１に分岐させるための第１回折格子パターン（別の回折格子パターン）Ｇ１を含む（図１７，２０参照）。ここでは、第１パターンＰ１は、回折格子パターンであるが、収差補正パターン等の別の位相パターンを含んでもよい（すなわち、回折格子パターンに別の位相パターンが重畳されて構成されてもよい）。第１回折格子パターンＧ１は、第１方向及び光軸方向に交差（直交）する第２方向（ここではＺ軸方向）に沿った直線状の複数の溝パターンが第１方向に配列されて構成されている。したがって、レンズ４２２の後側の焦点位置においては、第１方向に沿って分岐された複数の第１回折光ＤＬ１のビームスポットＳＰ１が形成される（図２０参照）。
【０１０３】
第２パターンＰ２は、第２方向に沿ってレーザ光Ｌの残部（非有効光）を複数の第２回折光（回折光）ＤＬ２に分岐させるための第２回折格子パターン（回折格子パターン）Ｇ２を含む（図２０参照）。ここでは、第２パターンＰ２は、回折格子パターンであるが、収差補正パターン等の別の位相パターンを含んでもよい（すなわち、回折格子パターンに別の位相パターンが重畳されて構成されてもよい）。第２回折格子パターンＧ２は、第１方向に沿った直線状の複数の溝パターンが第２方向に配列されて構成されている。したがって、レンズ４２２の後側の焦点位置においては、第２方向に沿って分岐された複数の第２回折光ＤＬ２のビームスポットＳＰ２が形成される（図２０参照）。
【０１０４】
ここで、図１６，１７に示されるように、レーザ光Ｌの光路におけるレンズ４２２の後側の焦点位置には、スリット部材４２４が配置されている。スリット部材４２４は、レーザ光Ｌの位相変調における一定値以上の空間周波数成分（広角回折光）を遮光すると共に、レーザ光Ｌの位相変調における一定値未満の空間周波数成分を通過させる。例えばスリット部材４２４では、一定値以上の空間周波数成分を遮光するように、開口の大きさが設定されている。例えば、反射型空間光変調器４１０（液晶層２１６）に回折格子パターンを含む位相パターンが表示されているときには、スリット部材４２４は、当該回折格子パターンに応じて回折されたレーザ光Ｌの回折光の少なくとも一部を遮断する。
【０１０５】
特に、スリット部材４２４には、図２０に示されるように、第２方向よりも第１方向に相対的に長い長方形状のスリット４２４ａが設けられている。スリット部材４２４は、スリット４２４ａによって、低次の第１回折光ＤＬ１を通過させると共に、高次の第１回折光ＤＬ１及び第２回折光ＤＬ２を遮断する。そのために、ここでは、次のようにスリット４２４ａのサイズが規定されている。
【０１０６】
すなわち、第１方向についてのスリット４２４ａのサイズは、レンズ４２２の後側の焦点位置における第１回折光ＤＬ１のビームサイズ（スポットＳＰ１の直径）Ｓ１と、レンズ４２２の後側の焦点位置における第１回折光ＤＬ１の分岐間隔Ｓ２と、の合計値よりも大きい。分岐間隔Ｓ２は、ここでは、レンズ４２２の後側の焦点位置における第１方向についての±１次の第１回折光ＤＬ１の中心同士の間隔である。また、ここでは、第１方向についてのスリット４２４ａのサイズは、レンズ４２２の後側の焦点位置における±２次の第１回折光ＤＬ１の間隔Ｓ３よりも小さい。
【０１０７】
一方、第２方向についてのスリット４２４ａのサイズは、レンズ４２２の後側の焦点位置における第１回折光ＤＬ１のビームサイズよりも大きい。また、第２方向についてのスリット４２４ａのサイズは、レンズ４２２の焦点距離をｆ、レーザ光Ｌの波長をλ、反射型空間光変調器４１０の画素サイズをｘＳＬＭとすると、下記式１で表される１次光の最大回折距離Ｆよりも小さい。したがって、ここでは、第１回折光ＤＬ１のうちの０次光及び±１次光はスリット４２４ａを通過し、第１回折光ＤＬ１のうちの±３次以上の高次光及び第２回折光ＤＬ２はスリット４２４ａを通過せずに遮断される。
【数２】
2018065174.tif 000004
【０１０８】
ここで、上記の最大回折距離Ｆについて説明する。図２１に示されるように、回折格子Ｇにおける回折角をθ、回折次数をｍ（ｍ＝０,±１,±２,±３,・・・）とし、回折格子Ｇにおける格子間隔（一周期の間隔）をＬとすると、各値の関係が下記式（２）で表される。ｍ次回折光は、格子間隔がＬのときθで回折する光成分を指す。
【数３】
2018065174.tif 000005
【０１０９】
焦点距離がｆである集束レンズＣＬにθの回折角の光が入射し、焦点距離ｆ付近で集光したときの像高をｈとすると、ｈとθとには下記式（３）の関係がある。
【数４】
2018065174.tif 000006
【０１１０】
空間光変調記における最大回折角（分岐間隔）は、格子間隔Ｌ＝２ＸＳＬＭのときであるから、ｍ次光の最大回折距離Ｆｍ＝２×ｈ（ｈは絶対値）は、上記式（２）,（３）から、下記式（４）のように表される。したがって、ｍ＝１である１次光の最大回折距離Ｆが上記式（１）のように表される。
【数５】
2018065174.tif 000007
【０１１１】
なお、スリット部材４２４は、レンズ４２２の後側の焦点位置の近傍に配置されていてもよい。焦点位置の近傍とは、略焦点位置、焦点位置の付近、もしくは焦点位置の周辺であって、スリット部材４２４がレーザ光Ｌにおける一定値以上の空間周波数成分を遮光できる範囲（一定次数以上の回折光を遮断できる範囲）である。
【０１１２】
また、レンズ４２２の後側の焦点位置における第１回折光ＤＬ１のビームサイズＳ１は、位相パターンＰ０に応じて変化し得る。すなわち、位相パターンＰ０（例えば第１パターンＰ１）は、上述したように、回折格子パターン以外のパターンを含む場合に、ビームサイズＳ１が変化する場合がある。例えば、位相パターンＰ０は、レーザ光Ｌが加工対象物１に集光された際に生じる収差を補正するための収差補正パターンを含む場合がある。この場合には、位相パターンＰ０が収差補正パターンを含まない場合に比べて、レンズ４２２の後側の焦点位置でのレーザ光Ｌの拡がりが大きくなる。このため、ビームサイズＳ１が大きくなる。したがって、スリット４２４ａのサイズは、位相パターンＰ０に応じたビームサイズＳ１に基づいて規定すればよい。
【０１１３】
引き続いて図１６を参照する。カメラ制御部５０４は、プロファイル取得用カメラ４６４の動作を制御する。また、カメラ制御部５０４は、強度分布画像をプロファイル取得用カメラ４６４から取得して認識する。これにより、カメラ制御部５０４は、レーザ光Ｌの強度を取得することができる。記憶部５１０は、例えば、反射型空間光変調器４１０に表示するための位相パターンを記憶している。また、記憶部５１０は、カメラ制御部５０４が取得したレーザ光Ｌの強度を記憶してもよい。さらに、制御部５００には、モニタ６００が接続されている。モニタ６００は、空間光変調器制御部５０２により反射型空間光変調器４１０（液晶層２１６）に表示させる位相パターン、及び、プロファイル取得用カメラ４６４で取得した強度分布画像等を表示することができる。
【０１１４】
以上説明したように、レーザ加工装置２００においては、レーザ出力部３００（レーザ発振器３１０）から出力されたレーザ光Ｌが、反射型空間光変調器４１０の位相パターンＰ０により変調された後に、集光レンズユニット４３０により加工対象物１に向けて集光される。レーザ光Ｌは、第１方向に沿って加工対象物１に照射される。第１方向は、ここでは、レーザ光Ｌと加工対象物１とを相対的に移動させる方向である。反射型空間光変調器４１０の位相パターンＰ０は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに入射するレーザ光Ｌの一部（有効光）を変調する第１パターンＰ１と、レーザ光Ｌの残部（非有効光）を変調する第２パターンＰ２と、を含む。第１パターンＰ１は、第１方向に沿って光を回折するための第１回折格子パターンＧ１を含む。したがって、レーザ光Ｌのうちの有効光は、加工対象物１に対するレーザ光Ｌの照射方向（スキャン方向）である第１方向について、複数の第１回折光ＤＬ１に分岐される。
【０１１５】
一方、第２パターンＰ２は、第１方向に交差する第２方向に沿って光を回折するための第２回折格子パターンＧ２を含む。したがって、レーザ光Ｌのうちの非有効光は、レーザ光Ｌのスキャン方向に交差する第２方向について、複数の第２回折光ＤＬ２に分岐される。そして、第２回折光ＤＬ２は、レンズ４２２の後側の焦点位置において、スリット部材４２４のスリット４２４ａにより遮断される。
【０１１６】
その結果、有効光の回折光である複数の第１回折光ＤＬ１がスリット４２４ａを通過して加工対象物１に照射される一方で、非有効光の回折光である第２回折光ＤＬ２がスリット４２４ａにより遮断され、集光レンズユニット４３０に到達しない。よって、レーザ加工装置２００によれば、レーザ光Ｌの加工対象物１への照射状態の変化を抑制しつつ、レーザ光Ｌを複数に分岐させて加工対象物１に照射することが可能である。つまり、加工精度の劣化を抑制しながら、切断予定ライン５ａ，５ｂに沿って多点（一例では３点）でのレーザ加工（改質領域の形成）を行うことが可能である。
【０１１７】
また、レーザ加工装置２００においては、第１回折格子パターンＧ１は、第２方向に沿った複数の溝パターンからなり、第２回折格子パターンＧ２は、第１方向に沿った複数の溝パターンからなる。このように、第１回折格子パターンＧ１と第２回折格子パターンＧ２とで溝パターンの方向を交差（直交）するように設定することで、第１回折光ＤＬ１の分岐方向と第２回折光ＤＬ２の分岐方向とを違えることができる。
【０１１８】
また、レーザ加工装置２００においては、第１方向についてのスリット４２４ａのサイズは、レンズ４２２の焦点位置における第１回折光ＤＬ１のビームサイズＳ１と、焦点位置における第１回折光ＤＬ１の分岐間隔Ｓ２と、の合計値よりも大きく、第２方向についてのスリット４２４ａのサイズは、焦点位置における第１回折光ＤＬ１のビームサイズＳ１よりも大きい。このため、複数の第１回折光ＤＬ１をスリット４２４ａで遮断することなく確実に加工対象物１に照射可能である。
【０１１９】
また、レーザ加工装置２００においては、分岐間隔Ｓ２は、第１方向における±１次の第１回折光の間隔であってもよい。この場合、少なくとも、第１回折光のうちの０次光と±１次光とを対象物に照射可能である。
【０１２０】
また、レーザ加工装置２００においては、第２方向についてのスリット４２４ａのサイズは、レンズ４２２の焦点距離をｆ、レーザ光Ｌの波長をλ、反射型空間光変調器４１０の画素サイズをｘＳＬＭとすると、上記式１で表される最大回折距離Ｆよりも小さい。このため、第２回折光ＤＬ２をスリット４２４ａにより確実に遮断できる。
【０１２１】
さらに、レーザ加工装置２００においては、スリット４２４ａの第１方向についてのサイズは、レンズ４２２の焦点位置における±３次の第１回折光ＤＬ１の間隔Ｓ３よりも小さい。このため、第１回折光のうちの±３次以上の高次光をスリット４２４ａにより遮断できる。
【０１２２】
以上は、本発明の一実施形態である。本発明は、上記実施形態に限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。
【０１２３】
例えば、上記実施形態は、加工対象物１の内部に改質領域７を形成するものに限定されず、アブレーション等、他のレーザ加工を実施するものであってもよい。上記実施形態は、加工対象物１の内部にレーザ光Ｌを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置に限定されず、加工対象物１の表面１ａ，３又は裏面１ｂにレーザ光Ｌを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置であってもよい。本発明が適用される装置はレーザ加工装置に限定されず、レーザ光Ｌを対象物に照射するものであれば、様々なレーザ光照射装置に適用できる。上記実施形態では、切断予定ライン５を照射予定ラインとしたが、照射予定ラインは切断予定ライン５に限定されず、照射されるレーザ光Ｌを沿わせるラインであればよい。
【０１２４】
また、上記実施形態において、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成する結像光学系は、一対のレンズ４２２，４２３に限定されず、反射型空間光変調器４１０側の第１レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）及び集光レンズユニット４３０側の第２レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）を含むもの等であってもよい。
【０１２５】
また、上記実施形態において、プロファイル取得用カメラ４６４は、その撮像面４６４ａが反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６の反射面と共役な面に位置すればよく、共役面４９１の位置にプロファイル取得用カメラ４６４を配置してもよい。この場合、レーザ加工装置２００（図１６参照）においては、レンズ４６３は不要となる。上記実施形態において、レンズ４２２、レンズ４２３及びレンズ４６３のリレー倍率は任意倍率でもよい。上記実施形態は、反射型空間光変調器４１０を備えたが、空間光変調器は反射型のものに限定されず、透過型の空間光変調器を備えていてもよい。
【０１２６】
また、集光レンズユニット４３０及び一対の測距センサ４５０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｄ側に片寄って取り付けられていればよい。反射型空間光変調器４１０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｃ側に片寄って取り付けられていればよい。また、測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の片側のみに配置されていてもよい。
【０１２７】
さらに、スリット４２４ａの形状及びサイズは、上記の一例に限定されない。例えば、スリット４２４ａは、第２方向よりも第１方向に相対的に長い形状であればよく、例えば楕円形状等であってもよい。スリット４２４ａは、必ずしも高次の第１回折光ＤＬ１を遮断しなくてもよい。例えば、第１方向についてのスリット４２４ａのサイズを、±２次の第１回折光ＤＬ１の間隔よりも大きくしてもよい。
【０１２８】
また、上記実施形態においては、第１パターンＰ１が第１回折格子パターン（別の回折格子パターン）を含む場合について例示した。しかしながら、第１パターンＰ１は、回折格子パターンを含んでいなくてもよい。例えば、第１パターンＰ１は、収差方正のためのパターンであってもよい。一方、第１パターンＰ１及び／又は第２パターンＰ２は、レーザ光Ｌを平面（例えばＸ−Ｙ面）内において分岐させのみならず、当該平面に交差する方向（例えばＺ方向：深さ方向）に分岐するためのパターンを含んでいてもよい。
【０１２９】
ここで、レーザ光Ｌの加工対象物１への照射状態の変化を抑制する観点からは、液晶層２１６が、集光レンズユニット（対物レンズ）４３０の瞳面に入射するレーザ光Ｌの一部（有効光）が入射する有効領域ＡＣと、レーザ光Ｌの残部（非有効光）が入射する非有効領域と、を含み、スリット部材４２４が、非有効領域ＡＢで変調された光をスリット４２４ａにより遮断すればよい。特に、有効領域ＡＣの形状は、上述した円形状に限らず、例えば円環形状であってもよい。さらに、非有効領域ＡＢの形状は、上述した円環形状に限らず、有効領域ＡＣに対して相補的な形状とすることができる。
【０１３０】
すなわち、一例として、有効領域ＡＣが円環形状である場合には、非有効領域ＡＢは、円環の内側の円形部分と、円環の外側の部分と、を含むような形状であってもよい。すなわち、液晶層２１６において、少なくとも一方向に沿って有効領域ＡＣと非有効領域ＡＢとが混在している場合がある。そのような場合であっても、上述したように、非有効領域ＡＢで変調された光のみをスリット４２４ａにより遮断すればよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１…加工対象物（対象物）、１００，２００…レーザ加工装置（レーザ光照射装置）、３１０…レーザ発振器（レーザ光源）、４１０…反射型空間光変調器（空間光変調器）、４２２…レンズ（集束レンズ）、４２４…スリット部材、４２４ａ…スリット、４３０…集光レンズユニット（対物レンズ）、４３０ａ…入射瞳面（瞳面）、Ｌ…レーザ光、ＤＬ１…第１回折光、ＤＬ２…第２回折光、Ｐ０…位相パターン、Ｐ１…第１パターン、Ｐ２…第２パターン、Ｇ１…第１回折格子パターン、Ｇ２…第２回折格子パターン。
【図１】
2018065174.tif 000009
【図２】
2018065174.tif 000010
【図３】
2018065174.tif 000011
【図４】
2018065174.tif 000012
【図５】
2018065174.tif 000013
【図６】
2018065174.tif 000014
【図７】
2018065174.tif 000015
【図８】
2018065174.tif 000016
【図９】
2018065174.tif 000017
【図１０】
2018065174.tif 000018
【図１１】
2018065174.tif 000019
【図１２】
2018065174.tif 000020
【図１３】
2018065174.tif 000021
【図１４】
2018065174.tif 000022
【図１５】
2018065174.tif 000023
【図１６】
2018065174.tif 000024
【図１７】
2018065174.tif 000025
【図１８】
2018065174.tif 000026
【図１９】
2018065174.tif 000027
【図２０】
2018065174.tif 000028
【図２１】
2018065174.tif 000029