(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力するレーザ出力部と、
位相パターンを表示する変調層を含み、前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を前記位相パターンに応じて変調しつつ反射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集光する集光レンズと、
前記レーザ光の光路における前記集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、
前記レーザ光の光路における前記スリット部材の後段において測定された前記レーザ光の強度を取得する取得部と、
前記位相パターンを保持する保持部と、
前記位相パターンを前記変調層に表示させる表示処理を行う表示制御部と、
を備え、
前記保持部は、前記位相パターンとして、前記変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有する複数の回折格子パターンを保持しており、
前記表示制御部は、前記表示処理として、前記エッジがシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示させ、
前記スリット部材は、前記回折格子パターンに応じて回折された前記レーザ光の±１次以上の回折光を遮断し、
前記取得部は、前記回折格子パターンのそれぞれにより変調された前記レーザ光のそれぞれの強度データを取得する、
レーザ光照射装置。
【請求項２】
前記変調層は、第１方向及び前記第１方向に交差する第２方向に沿って配列され、前記位相パターンを表示する複数の画素領域を含み、
前記保持部は、前記第１方向に延びる前記エッジを有する前記回折格子パターンと、前記第２方向に延びる前記エッジを有する前記回折格子パターンと、を保持し、
前記表示制御部は、前記表示処理として、前記第１方向に延びる前記エッジが前記第２方向にシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示させる第１表示処理と、前記第２方向に延びる前記エッジが前記第１方向にシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示させる第２表示処理と、を行う、
請求項１に記載のレーザ光照射装置。
【請求項３】
前記取得部が取得した強度データから、前記レーザ光の０次回折光に応じた強度成分を除去する演算を行う演算部を備える、
請求項１又は２に記載のレーザ光照射装置。
【請求項４】
前記回折格子パターンは、前記エッジに対向する別のエッジと、前記エッジと前記別のエッジとの間に形成されたスリットと、を含む、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光照射装置。
【請求項５】
位相パターンを表示する変調層を含み、レーザ光を前記位相パターンに応じて変調しつつ反射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集光する集光レンズと、前記レーザ光の光路における集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、を備えるレーザ光照射装置において前記レーザ光のプロファイルを所得するためのプロファイル取得方法であって、
前記位相パターンとしての複数の回折格子パターンを前記変調層に順次表示させる表示ステップと、
前記表示ステップにおいて前記変調層に表示される前記回折格子パターンのそれぞれにより変調された前記レーザ光のそれぞれの強度データを取得する強度取得ステップと、
前記強度データに基づいて、前記レーザ光のプロファイルを取得するプロファイル取得ステップと、
を備え、
前記スリット部材は、前記回折格子パターンに応じて回折された前記レーザ光の±１次以上の回折光を遮断し、
前記回折格子パターンのそれぞれは、前記変調層の互いに異なる位置にエッジを有し、
前記表示ステップにおいては、前記エッジがシフトしていくように前記回折格子パターンを前記変調層に順次表示し、
前記強度取得ステップにおいては、前記レーザ光の光路における前記スリット部材の後段において測定された前記レーザ光の強度を取得する、
プロファイル取得方法。
【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、及び、プロファイル取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、レーザ光を加工対象物に照射することにより加工対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。このようなレーザ光加工において、レーザ光源から出力レーザ光は、空間光変調器により変調された後に、対物レンズによって加工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】
上述したレーザ加工装置等のレーザ光照射装置にあっては、レーザ光のプロファイルを測定する要求がある。しかしながら、レーザ光の波長によっては、プロファイル測定用のカメラが高価であったり輸出管理対象であったりする等の問題がある。この問題が生じない場合であっても、上記の構成以外に、プロファイル測定用の特別な測定器が必要になる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、空間光変調器を用いてレーザ光のプロファイルを取得可能なレーザ光照射装置、及び、プロファイル測定方法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】
本発明に係るレーザ光照射装置は、レーザ光を出力するレーザ出力部と、位相パターンを表示する変調層を含み、レーザ出力部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つつ反射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集光する集光レンズと、レーザ光の光路における集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、レーザ光の光路におけるスリット部材の後段において測定されたレーザ光の強度を取得する取得部と、位相パターンを保持する保持部と、位相パターンを変調層に表示させる表示処理を行う表示制御部と、を備え、保持部は、位相パターンとして、変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有する複数の回折格子パターンを保持しており、表示制御部は、表示処理として、エッジがシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示させ、スリット部材は、回折格子パターンに応じて回折されたレーザ光の±１次以上の回折光を遮断し、取得部は、回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光のそれぞれの強度データを取得する。
【０００７】
本発明に係るプロファイル取得方法は、位相パターンを表示する変調層を含み、レーザ光を位相パターンに応じて変調しつつ反射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集光する集光レンズと、レーザ光の光路における集光レンズの後側の焦点位置に配置されたスリット部材と、を備えるレーザ光照射装置においてレーザ光のプロファイルを所得するためのプロファイル取得方法であって、位相パターンとしての複数の回折格子パターンを変調層に順次表示させる表示ステップと、表示ステップにおいて変調層に表示される回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光のそれぞれの強度データを取得する強度取得ステップと、強度データに基づいて、レーザ光のプロファイルを取得するプロファイル取得ステップと、を備え、スリット部材は、回折格子パターンに応じて回折されたレーザ光の±１次以上の回折光を遮断し、回折格子パターンのそれぞれは、変調層の互いに異なる位置にエッジを有し、表示ステップにおいては、エッジがシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示し、強度取得ステップにおいては、レーザ光の光路におけるスリット部材の後段において測定されたレーザ光の強度を取得する。
【０００８】
このレーザ光照射装置及びプロファイル取得方法においては、レーザ光は、空間光変調器の変調層に表示された位相パターンに応じて変調された後に、集光レンズにより集光される。位相パターンとしては、変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有する複数の回折格子パターンが使用される。変調層の互いに異なる位置にパターンのエッジを有するということは、回折格子パターンのそれぞれにおいて回折格子として機能する領域の大きさが異なることを意味する。ここで、ある回折格子パターンを変調層に表示した状態においては、レーザ光に対して、回折格子により回折されて出射される回折光と、回折されずに反射される非回折光と、が生じることになる。レーザ光のうちの非回折光は、集光レンズによって集光され、集光レンズの後段のスリット部材を通過する。一方、レーザ光のうちの±１以上の回折光は、スリット部材により遮断される。
【０００９】
つまり、変調層にある回折格子パターンが表示されているときには、レーザ光のうちの非回折光と０次光のみの強度データが取得される。そして、回折格子パターンのエッジの位置に応じて、すなわち、回折格子として機能する領域の大きさに応じて、当該強度データの値が変化する。より具体的には、回折格子として機能する領域が小さいほど、スリット部材によって遮断される回折光の割合が少なくなるので、強度データの値は大きくなる。
【００１０】
したがって、回折格子パターンのエッジがシフトしていくように、回折格子パターンを変調層に順次表示させ、且つ、回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光のそれぞれの強度データを取得していけば、回折格子パターンのエッジの位置に対応付けられたレーザ光の強度分布が得られることになる。よって、このレーザ光照射装置及びプロファイル取得方法によれば、当該強度分布に基づいて、空間光変調器を用いたレーザ光のプロファイルの取得が可能である。
【００１１】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、変調層は、第１方向及び第１方向に交差する第２方向に沿って配列され、位相パターンを表示する複数の画素領域を含み、保持部は、第１方向に延びるエッジを有する回折格子パターンと、第２方向に延びるエッジを有する回折格子パターンと、を保持し、表示制御部は、表示処理として、第１方向に延びるエッジが第２方向にシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示させる第１表示処理と、第２方向に延びるエッジが第１方向にシフトしていくように回折格子パターンを変調層に順次表示させる第２表示処理と、を行ってもよい。この場合、２つの方向に沿ってエッジの位置に対応付けられたレーザ光の強度分布が得られる。したがって、より正確なレーザ光のプロファイルを取得可能である。
【００１２】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、取得部が取得した強度データから、レーザ光の０次回折光に応じた強度成分を除去する演算を行う演算部を備えてもよい。この場合、より正確なレーザ光のプロファイルを取得可能である。
【００１３】
本発明に係るレーザ光照射装置においては、回折格子パターンは、エッジに対向する別のエッジと、エッジと別のエッジとの間に形成されたスリットと、を含んでもよい。この場合、スリットの位置に対応付けられたレーザ光の強度分布が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、空間光変調器を用いてレーザ光のプロファイルを取得可能なレーザ光照射装置、及び、プロファイル測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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ＺＸ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１５】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１６】一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に示された保持部が保持する複数の位相パターンの一例を示す図である。
【図１８】図１６に示された保持部が保持する複数の位相パターンの一例を示す図である。
【図１９】図１６に示されたレーザ加工装置における回折の様子を示す図である。
【図２０】図１６に示された表示制御部の表示処理の一例を示す図である。
【図２１】取得された強度データの微分値を示すグラフである。
【図２２】ビーム径を求めるための解析を説明するためのグラフである。
【図２３】強度中心を求めるための解析を説明するためのグラフである。
【図２４】強度分布のオフセット成分を説明するためのグラフである。
【図２５】０次光の発生する原理を説明するための図である。
【図２６】０次光に応じた強度成分の除去する演算方法を説明するための図である。
【図２７】０次光に応じた強度成分の除去する演算方法を説明するための図である。
【図２８】０次光に応じた強度成分の除去する演算方法を説明するための図である。
【図２９】第１の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。
【図３０】第２の演算方法又は第３の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。
【図３１】変形例に係る位相パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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］
【００２６】
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］
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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］
【００６７】
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）。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
［４ｆレンズユニット］
【００７３】
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１４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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
［反射型空間光変調器］
【００７６】
図１５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（変調層）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。
【００７７】
透明基板２１８は、表面２１８ａを有している。表面２１８ａは、上述したように、実質的に反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａを構成しているとも捉えられるが、より具体的には、レーザ光Ｌが入射される入射面である。すなわち、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。
【００７８】
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。表面２１４ａは、透明基板２１８の表面２１８ａから入射したレーザ光Ｌを、表面２１８ａに向けて反射する。すなわち、反射型空間光変調器４１０は、レーザ光Ｌが入射される表面２１８ａと、表面２１８ａから入射したレーザ光Ｌを表面２１８ａに向けて反射する表面２１４ａと、を含む。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
このとき、制御部５００により各画素電極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。
【００８３】
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。
【００８４】
さらに換言すれば、各画素電極２１４に印可する電圧に応じて、画素電極２１４の配列方向に沿って液晶層２１６に屈折率分布が発生し、レーザ光Ｌに位相変調を付与し得る位相パターンが液晶層２１６に表示される。すなわち、反射型空間光変調器４１０は、表面２１８ａと表面２１４ａとの間に配置され、位相パターンを表示してレーザ光Ｌを変調する液晶層（変調層）２１６を含む。
【００８５】
ここで、上述したように、画素電極２１４は、マトリクス状に配列されている。すなわち、画素電極２１４は、第１方向及び第１方向に交差（直交）する第２方向に沿って配列されている。液晶層２１６は、各画素電極２１４と透明導電膜２１７との間において、各画素電極２１４に対応する領域ごとに屈折率が変化される。したがって、液晶層２１６は、画素電極２１４の配列に対応するように、第１方向及び第２方向に沿って配列され、位相パターンを表示する複数の画素領域２１６ｐを含む。一例として、１つの画素領域２１６ｐは、１つの画素電極２１４と透明導電膜２１７とに挟まれた領域である。したがって、以下では、１つの画素電極２１４、及び対応する１つの画素領域２１６ｐを、単に「画素」という場合がある。
【００８６】
次に、一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。
【００８７】
図１６は、一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１６に示されるように、レーザ出力部３００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つつ反射して出射する。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（集光レンズ）４２２で集光された後、４ｆレンズユニット４２０のリレーレンズであるレンズ４２３でコリメートされる。
【００８８】
ここでは、レンズ４２３の後段のダイクロイックミラー４０３、及び、集光レンズユニット４３０等が省略されており、レーザ光Ｌの光路におけるレンズ４２３の後段にはパワーメータ５２０が配置されている。したがって、レンズ４２３によりコリメートされたレーザ光Ｌは、パワーメータ５２０に入射する。一対のレンズ４２２，４２３は、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌの波面を、パワーメータ５２０のレーザ光Ｌの入射面にリレーする。これにより、反射面４１０ａとパワーメータ５２０の入射面とは、互いに共役の関係となる。
【００８９】
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）に位相パターンとして回折格子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（例えば±１次以上の回折光）を遮断する。
【００９０】
制御部５００は、上記のレーザ光源制御部１０２と、表示制御部（取得部、演算部）５０１と、ＳＬＭ駆動部５０２と、保持部５０３と、を有している。レーザ光源制御部１０２は、少なくともレーザ出力部３００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、外部ＰＣ６００や制御部５００の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。
【００９１】
表示制御部５０１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。すなわち、表示制御部５０１は、位相パターンを液晶層２１６に表示させる表示処理を行う。一例としては、表示制御部５０１は、保持部５０３に保持された位相パターンから所定の位相パターンを選択し、ＳＬＭ駆動部５０２を介して当該所定の位相パターンを液晶層２１６に表示させる。保持部５０３は、複数の位相パターンを保持している。図１７及び図１８は、図１６に示された保持部が保持する複数の位相パターンの一例を示す図である。
【００９２】
図１７，１８に示されるように、保持部５０３は、位相パターンとして、液晶層２１６の互いに異なる位置にパターンのエッジＥ１，Ｅ２を有する複数の回折格子パターンＰ１，Ｐ２を保持している。回折格子パターンＰ１，Ｐ２は、回折格子領域ＲＧとブラック領域ＲＢとを含む。回折格子領域ＲＧは、回折格子を構成する複数の溝状のパターンが形成された領域であり、回折格子として機能する領域である。したがって、回折格子領域ＲＧに入射したレーザ光Ｌは、回折により複数の回折光に分岐されながら反射され、出射される。
【００９３】
一方、ブラック領域ＲＢは、一例として、液晶層２１６の画素領域２１６ｐに電圧を印可せず、屈折率分布が実質的に生じていない領域である。したがって、ブラック領域ＲＢに入射したレーザ光Ｌは、位相変調されることなく画素電極２１４で反射され出射される。エッジＥ１，Ｅ２とは、これらの回折格子領域ＲＧとブラック領域ＲＢとの境界である。なお、保持部５０３は、液晶層２１６の全体が回折格子を構成する溝状のパターンとなる（すなわちエッジを有していない）基準パターンをさらに保持している。
【００９４】
図１７に示されるように、保持部５０３は、第１方向Ｄ１に延びるエッジＥ１を有する複数の回折格子パターンＰ１を保持している。複数の回折格子パターンＰ１においては、そのエッジＥ１の第２方向Ｄ２における位置が互いに異なる（例えば１０画素ずつ第２方向Ｄ２にシフトしている）。また、図１８に示されるように、保持部５０３は、第２方向に延びるエッジＥ２を有する複数の回折格子パターンＰ２を保持している。複数の回折格子パターンＰ２においては、そのエッジＥ２の第１方向Ｄ１における位置が互いに異なる（例えば１０画素ずつ第１方向Ｄ１にシフトしている）。なお、回折格子パターンＰ１と回折格子パターンＰ２との間では、回折格子領域ＲＧを構成する溝状のパターンは、いずれも同一方向に沿って延びている（すなわち、回折による光の分岐方向が同一である）。
【００９５】
これらの回折格子パターンＰ１，Ｐ２が液晶層２１６に表示されている場合、レーザ光Ｌのうちの回折格子領域ＲＧに入射する一部は、複数の回折光に分岐される。図１９は、レーザ光が回折される様子を示す模式図である。図１９に示されるように、回折格子Ｇとして機能する（すなわち回折格子パターンを表示した）反射型空間光変調器４１０に入射したレーザ光Ｌは、回折により複数の回折光に分岐される。ここでは、０次光Ｌ０、１次光Ｌ１、−１次光Ｌ２のみを図示し、より高次の回折光の図示は省略する。
【００９６】
図１９の（ｃ）に示されるように、１次光Ｌ１及び−１次光Ｌ２は、０次光Ｌ０に対してθ（及び−θ）の回折角でもって回折される。回折角θは、回折格子Ｇの溝間隔ｄ、屈折率ｎ、及びレーザ光Ｌの波長λによって、ｄ・ｓｉｎθ＝ｎ・λと表される。一例として、図１９の（ｂ）に示されるように、０次光Ｌ０は、レンズ４２２により集光され、スリット部材４２４を通過してパワーメータ５２０に到達する。一方、１次光（及び−１次光、±２次以上の高次光）は、レンズ４２２により集光及び偏向された後に、スリット部材４２４により遮断され、パワーメータ５２０に到達しない。
【００９７】
すなわち、スリット部材４２４は、回折格子パターンＰ１，Ｐ２に応じて回折されたレーザ光Ｌの±１次以上の回折光を遮断する。したがって、回折格子パターンＰ１，Ｐ２が液晶層２１６に表示されている場合、回折格子領域ＲＧに入射したレーザ光Ｌの０次光、及び、ブラック領域ＲＢに入射したレーザ光Ｌ（すなわち非回折光）が、パワーメータ５２０に入射することになる。
【００９８】
引き続いて、表示制御部５０１の表示処理について説明する。表示制御部５０１は、表示処理として、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のエッジＥ１，Ｅ２がシフトしていくように、回折格子パターンＰ１，Ｐ２を液晶層２１６に順次表示させる。より具体的には、表示制御部５０１は、表示処理として、まず、図２０に示されるように、第１方向Ｄ１に延びるエッジＥ１が第２方向Ｄ２にシフトしていくように、回折格子パターンＰ１を液晶層２１６に順次表示させる第１表示処理を行う。これにより、液晶層２１６に入射するレーザ光Ｌのうち、回折格子領域ＲＧに入射して回折される一部と、ブラック領域ＲＢに入射して回折されない残部と、の第２方向Ｄ２に沿った割合が、エッジＥ１のシフトと共に変化していく。
【００９９】
その後、表示制御部５０１は、表示処理として、第２方向Ｄ２に延びるエッジＥ２が第１方向Ｄ１にシフトしていくように回折格子パターンを液晶層２１６に順次表示させる第２表示処理を行う。これにより、液晶層２１６に入射するレーザ光Ｌのうち、回折格子領域ＲＧに入射して回折される一部と、ブラック領域ＲＢに入射して回折されない残部と、の第１方向Ｄ１に沿った割合が、エッジＥ２のシフトと共に変化していく。
【０１００】
このような表示処理を行う一方で、表示制御部５０１は、レーザ光Ｌの光路におけるスリット部材４２４の後段のパワーメータ５２０において測定されたレーザ光Ｌの強度を、レーザ光源制御部１０２を介して取得する（すなわち取得部である）。より具体的には、例えば、表示制御部５０１は、表示処理（第１表示処理及び第２表示処理）を行っている間に、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のそれぞれにより変調されたレーザ光Ｌのそれぞれの強度データを取得する。これらの表示処理及び強度データの取得は、ナイフエッジ法によりレーザ光Ｌの強度分布を取得することに相当する。
【０１０１】
図２１は、取得された強度データの微分値を示すグラフである。表示制御部５０１が表示処理を行っている間には、上記のように、回折格子領域ＲＧに入射して回折された回折光と、ブラック領域ＲＢに入射して回折されない非回折光と、の割合が、エッジＥ１，Ｅ２のシフトと共に変化している。したがって、エッジＥ１，Ｅ２の位置に応じて、すなわち、回折格子領域ＲＧの大きさに応じて、当該強度データ（例えば図２１のプロット）の値が変化する。
【０１０２】
したがって、表示処理の間に、エッジＥ１，Ｅ２がシフトして回折格子領域ＲＧが小さくなっていくにしたがって、スリット部材４２４によって遮断される回折光の割合が少なくなっていくので、強度データの値が大きくなる。実際には、ナイフエッジ法の場合には、エッジＥ１，Ｅ２がレーザ光Ｌの強度中心を過ぎると、回折格子領域ＲＧの縮小に伴う強度の増大の割合が徐々に減少し、回折格子領域ＲＧの大きさが０になる（全体がブラック領域ＲＢになる）ときの強度の値に漸近する（図２２の（ａ）参照）。したがって、そのようにして得られた強度分布の微分により、図２１に示されるような正規分布状の強度分布が得られる。
【０１０３】
これらの強度分布は、エッジＥ１，Ｅ２の位置（画素番号）に対応付けられている。したがって、これらの強度分布の解析に基づいて、レーザ光Ｌのプロファイルの取得が可能である。この解析について説明する。ここでは、例えば表示制御部５０１が解析を行う。具体的には、まず、表示制御部５０１は、レーザ光Ｌのビーム径を求めるための解析を行う。すなわち、図２１の微分後の測定結果を示すプロット群に対して、下記式（１）の正規分布関数ｆ（ｘ）をフィッティングする。これにより、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径を、４・σとして求めることができる。或いは、図２２の（ｂ）に示されるように、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径を、ピークから１３．５％となる１／ｅ２の幅Ｓ３として求めることができる。
【数１】
0006689649.tif 000002
【０１０４】
一方、図２２の（ａ）に示されるように、ナイフエッジ法により取得される強度分布（微分前の強度分布）から、次ようにしてビーム径を求めることができる。すなわち、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径を、強度が１０％となる画素と９０％となる画素との距離Ｓ１を測定し、１．５６１×距離Ｓ１により求めることができる。或いは、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径を、強度が１６％となる画素と８４％となる画素との距離Ｓ２を測定し、２×距離Ｓ２により求めることができる。レーザ光Ｌが理想的なガウシアンビームである場合には、上記の正規分布関数ｆ（ｘ）を用いたビーム径と、ナイフエッジ法により所得される強度分布から求めたビーム径とは、互いに一致する。
【０１０５】
続いて、表示制御部５０１は、強度分布の解析により、レーザ光Ｌの強度中心を求めるための解析を行う。すなわち、図２３の（ａ）に示されるように、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌの強度中心は、ナイフエッジ法により取得される強度分布において、強度が５０％になった画素の位置となる。これは、レーザ光Ｌの重心位置でもある。一方、図２３の（ｂ）に示されるように、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌの強度中心は、正規分布関数ｆ（ｘ）から、強度が最大となる画素の位置として求められる。これらの強度中心は、レーザ光Ｌが理想的なガウシアンビームである場合には互いに一致する。
【０１０６】
ここで、図２４に示されるように、上記の方法で取得された強度分布は、実際にはオフセット成分Ｌｆを含む。すなわち、レーザ光Ｌの回折格子領域ＲＧに入射した部分の強度は、理想的には０になることが望ましいが、反射型空間光変調器４１０の原理上、若干の漏れ光が発生する。そして、そのオフセット成分Ｌｆの大部分は、０次光Ｌ０の強度成分に由来する。このため、表示制御部５０１は、実際に得られた強度分布に対して、０次光Ｌ０に応じた強度成分を除去する演算を行う（すなわち演算部である）。
【０１０７】
そもそも、０次光Ｌ０は次のような理由から発生する。すなわち、まず、理論上の回折格子の最大効率は、変調量がπ（＝λ／２：１２８階調）のときである。そして、図２５の（ａ），（ｃ）に示されるように、液晶層２１６に対して、高さ（変調量）がπである矩形の位相パターンを表示することが理想的である。しかしながら、図２５の（ｂ），（ｄ）に示されるように、実際に液晶層２１６に表示される位相パターンは、隣接する画素間での屈折率分布の影響が存在するため、変調量の立ち上がり及び立ち下りが鈍化する。
【０１０８】
特に、図２５の（ｄ）のように、溝間隔ｄが比較的小さい場合には、この影響が無視できず、回折効率が落ちて０次光が発生する（０次光の強度が大きくなる）。これに対して、図２５の（ｅ）に示されるように、変調量πの係数ａを調整することにより、回折効率の低下を抑制可能である。したがって、このように変調量πの係数ａを調整して回折効率を最大化することにより、０次光Ｌ０に応じた強度成分を除去することが可能である（第１の演算方法）。なお、上記の１２８階調とは、液晶層２１６に位相パターンを表示するための画像信号における輝度の階調値である。
【０１０９】
０次光Ｌ０に応じた強度成分の除去の別の演算方法について説明を続ける。図２６の（ａ）に示されるように、液晶層２１６にある回折格子パターンＰ１が表示され、レーザ光Ｌの全体が回折格子領域ＲＧに入射する場合（第１の場合）には、測定されるレーザ光Ｌの強度は、ほとんどが漏れ光（０次光）である。このときの強度を、Ｉ０とする（図２７の（ａ）参照）。この第１の場合では、強度Ｉ０の減算により、０次光Ｌ０に応じた強度成分の除去が可能である。
【０１１０】
一方、図２６の（ｂ）に示されるように、液晶層２１６に対してある回折格子パターンＰ１が表示され、レーザ光Ｌのある程度の部分が回折格子領域ＲＧに入射している場合（第２の場合）、０次光Ｌ０に応じた強度成分を除去するためには、回折格子領域ＲＧに入射する比率Ｒに応じて強度の減算が必要となる。さらに、図２６の（ｃ）に示されるように、液晶層２１６に対してある回折格子パターンＰ１が表示されているが、レーザ光Ｌの全体が回折格子領域ＲＧに入射していない場合（第３の場合）がある。この第３の場合の強度をＩｍとする（図２７の（ａ）参照）。この第３の場合には、測定される強度が回折格子の影響を受けないので、強度の減算が不要である。
【０１１１】
以上のような状況に沿って、各画素における減算量を算出する。まず、上記のように、レーザ光Ｌの全体が回折格子領域ＲＧに入射する第１の場合の強度をＩ０とする。続いて、レーザ光Ｌの全体が回折格子領域ＲＧに入射しない第３の場合の強度をＩｍとする。続いて、レーザ光Ｌの一部が回折格子領域ＲＧに入射する第２の場合、エッジＥ１が位置するある画素番号（ｘ[ｐｉｘｅｌ]）における補正前（減算前）の強度をｙ（ｘ）とする。また、同位置における補正後（減算後）の強度をＹ（ｘ）とする。そして、第２の場合には、下記式（２）に示されるように、比率Ｒを使用してＹ（ｘ）を求める。
【数２】
0006689649.tif 000003
【０１１２】
なお、比率Ｒについては、Ｒ＝Ｙ（ｘ）／Ｉｍとして、最終的なデータから比率を求める必要がある。この比率Ｒの式と、上記式（２）とを計算することにより、最終的に得られる式は下記式（３）となる。以上のように、第２の場合には下記式（３）により補正後の強度Ｙ（ｘ）を求め、且つ、第１の場合に強度Ｉ０を減算する共に第３の場合に減算を不要とすることにより、図２７の（ｂ）に示されるように、０次光Ｌ０に応じた強度成分の除去が行われた強度分布を取得することができる（第２の演算方法）。
【数３】
0006689649.tif 000004
【０１１３】
一方、さらに別の演算方法によっても、０次光Ｌ０に応じた強度成分の除去を行うことが可能である。すなわち、まず、図２８の（ａ）に示されるような、ナイフエッジ法により取得され、０次光Ｌ０に応じた強度成分（オフセット成分Ｌｆ）を含む強度分布を、図２８の（ｂ）に示されるように微分し、正規分布状の強度分布を取得する。この段階で、微分による傾き成分の抽出のため、傾きが実質的に０であるオフセット成分Ｌｆが除去される。
【０１１４】
そして、微分により得られた強度分布を改めて積分することにより、図２８の（ｃ）に示されるように、オフセット成分Ｌｆ（０次光Ｌ０に応じた強度成分）が除去された状態の強度分布が得られる（第３の演算方法）。なお、図２８の（ｃ）のプロットは、測定されたオリジナルの強度データを示しており、曲線は積分により得られた強度分布を示している。以上のように、複数の演算方法によって、０次光Ｌ０に応じた強度成分の除去が可能である。それらのうちのいずれの演算方法を採用するかによって、０次光Ｌ０に応じた強度成分の除去のタイミングが異なる。したがって、後述するように、プロファイル取得方法のフローが異なることになる。
【０１１５】
引き続いて、一実施形態に係るプロファイル取得方法について説明する。図２９は、第１の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。図２９に示されるように、この方法では、まず、レーザ光Ｌの強度の測定準備を行う（ステップＳ１）。このステップＳ１では、例えば、スリット部材４２４（及びレンズ４２３）の後段にパワーメータ５２０を配置したり、各所のケーブルの接続を行ったり、制御部５００のプログラムを立ち上げたりする。
【０１１６】
続いて、回折効率の最大となる位相変調量を確認する（ステップＳ２）。より具体的には、この工程Ｓ２においては、第１の演算方法によって、０次光に応じた強度成分の除去のための演算を行う。すなわち、この工程Ｓ２においては、まず、液晶層２１６に対して、液晶層２１６の全体が回折格子を構成する溝状のパターンとなる基準パターンを表示させる。
【０１１７】
その後、上記係数ａを調整しながらパワーメータ５２０でレーザ光Ｌの強度を測定し、強度が最小となる係数ａを特定する。これにより、回折効率が最大となる位相変調量が、π×ａとして確認される（特定される）。また、その位相変調量を与える画像信号の輝度の階調値が特定される。この結果、０次光に応じた強度成分の影響を実質的に除去しつつ、この後のステップを行うことができる。
【０１１８】
引き続いて、液晶層２１６に対して回折格子パターンを表示する（ステップＳ３、表示ステップ）。ここでは、まず、回折格子パターンとして基準パターンを表示する（すなわち、全面を回折格子とする）。続いて、ステップＳ３で表示した回折格子パターンに応じて変調されたレーザ光Ｌの強度を取得する（ステップＳ４、強度取得ステップ）。その後、回折格子パターンのエッジが液晶層２１６の端の画素に到達したか否かの判定を行う（ステップＳ５）。
【０１１９】
ステップＳ５の判定の結果、エッジが液晶層２１６の端の画素に到達したと判定されるまで、ステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し行う。その際、ステップＳ３においては、回折格子パターンのエッジがシフトしていくように、回折格子パターンを液晶層２１６に順次表示していく。そして、ステップＳ４においては、液晶層２１６に表示された回折格子パターンのそれぞれにより変調されたレーザ光Ｌのそれぞれの強度データを取得していく。これにより、エッジの位置に対応付けられた強度データが順次取得されていく。
【０１２０】
そして、ステップＳ５の判定の結果、エッジが液晶層２１６の端の画素に到達したと判定された場合には、得られた強度データに基づいて上記のような解析を行うことにより、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径や強度中心といったプロファイルを取得する（ステップＳ６、プロファイル取得ステップ）。そして、処理を終了する。なお、ステップＳ３を繰り返し行う際には、例えば、まず、第１方向Ｄ１に延びるエッジＥ１が第２方向Ｄ２に沿ってシフトしていく回折格子パターンＰ１を液晶層２１６に順次表示させた後に、第２方向Ｄ２に延びるエッジＥ２が第１方向Ｄ１に沿ってシフトしていくように回折格子パターンＰ２を液晶層２１６に順次表示させることができる。
【０１２１】
図３０は、第２の演算方法又は第３の演算方法を用いる場合のプロファイル取得方法を示すフローチャートである。図３０に示されるように、この方法では、まず、上記のステップＳ１を行う。続いて、上記のようにステップＳ３〜Ｓ５を繰り返し行う。そして、ステップＳ５の判定の結果、エッジが液晶層２１６の端の画素に到達したと判定された場合には、得られた強度データから０次光応じた強度成分の除去する演算を行う。この際に、上記の第２の演算方法、又は、第３の演算方法を用いる。その後、得られた強度データに基づいて上記のような解析を行うことにより、反射面４１０ａにおけるレーザ光Ｌのビーム径や強度中心といったプロファイルを取得する（ステップＳ６）。そして、処理を終了する。
【０１２２】
以上説明したように、レーザ加工装置２００及びそのプロファイル取得方法においては、レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示された位相パターンに応じて変調された後に、レンズ４２２により集光される。位相パターンとしては、液晶層２１６の互いに異なる位置にパターンのエッジＥ１，Ｅ２を有する複数の回折格子パターンＰ１，Ｐ２が使用される。液晶層２１６の互いに異なる位置にパターンのエッジＥ１，Ｅ２を有するということは、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のそれぞれにおいて回折格子領域ＲＧの大きさが異なることを意味する。
【０１２３】
ここで、ある回折格子パターンＰ１，Ｐ２を液晶層２１６に表示した状態においては、レーザ光Ｌに対して、回折格子により回折されて出射される回折光と、回折されずに反射される非回折光と、が生じることになる。レーザ光Ｌのうちの非回折光は、レンズ４２２によって集光され、レンズ４２２の後段のスリット部材４２４を通過する。一方、レーザ光Ｌのうちの±１以上の回折光は、スリット部材４２４により遮断される。
【０１２４】
つまり、液晶層２１６にある回折格子パターンＰ１，Ｐ２が表示されているときには、レーザ光Ｌのうちの非回折光と０次光のみの強度データが取得される。そして、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のエッジＥ１，Ｅ２の位置に応じて、すなわち、回折格子領域ＲＧの大きさに応じて、当該強度データの値が変化する。より具体的には、回折格子領域ＲＧが小さいほど、スリット部材４２４によって遮断される回折光の割合が少なくなるので、強度データの値は大きくなる。
【０１２５】
したがって、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のエッジＥ１，Ｅ２がシフトしていくように、回折格子パターンＰ１，Ｐ２を液晶層２１６に順次表示させ、且つ、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のそれぞれにより変調されたレーザ光Ｌのそれぞれの強度データを取得していけば、回折格子パターンＰ１，Ｐ２のエッジＥ１，Ｅ２の位置に対応付けられたレーザ光Ｌの強度分布が得られることになる。よって、当該強度分布に基づいて、反射型空間光変調器４１０を用いたレーザ光Ｌのプロファイルの取得が可能である。また、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａ（又は液晶層２１６）でのレーザ光Ｌのプロファイルが取得可能であるので、光軸ずれが発生した際に、反射型空間光変調器４１０の前段に起因するか後段に起因するかの識別が可能である。
【０１２６】
また、レーザ加工装置２００においては、液晶層２１６は、第１方向Ｄ１及び第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に沿って配列され、位相パターンを表示する複数の画素領域２１６ｐを含む。保持部５０３は、第１方向Ｄ１に延びるエッジＥ１を有する回折格子パターンＰ１と、第２方向Ｄ２に延びるエッジＥ２を有する回折格子パターンＰ２と、を保持している。そして、表示制御部５０１は、表示処理として、第１方向Ｄ１に延びるエッジＥ１が第２方向Ｄ２にシフトしていくように回折格子パターンＰ１を液晶層２１６に順次表示させる第１表示処理と、第２方向Ｄ２に延びるエッジＥ２が第１方向Ｄ１にシフトしていくように回折格子パターンＰ２を液晶層２１６に順次表示させる第２表示処理と、を行う。このため、２つの方向に沿ってエッジＥ１，Ｅ２の位置に対応付けられたレーザ光Ｌの強度分布が得られる。したがって、より正確なレーザ光Ｌのプロファイルを取得可能である。
【０１２７】
また、レーザ加工装置２００においては、表示制御部５０１が、取得した強度データから、レーザ光Ｌの０次回折光に応じた強度成分を除去する演算を行う。このため、より正確なレーザ光Ｌのプロファイルを取得可能である。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
ここで、保持部５０３が保持する位相パターンは、上記の回折格子パターンＰ１，Ｐ２に限定されない。例えば、保持部５０３は、図３１に示されるように、液晶層２１６の互いに異なる位置にパターンのエッジＥ１を有する複数の回折格子パターンＰ３を保持することができる。回折格子パターンＰ３は、エッジＥ１に加えて、エッジＥ１に対向する別のエッジＥ３と、エッジＥ１とエッジＥ３との間に形成されたスリットＲＳと、を有する。スリットＲＳは、エッジＥ１，Ｅ３の延びる方向に沿って延びる長尺状のブラック領域ＲＢである。したがって、エッジＥ３は、回折格子領域ＲＧとブラック領域ＲＢとの境界である。
【０１３１】
スリットＲＳの幅は、複数の回折格子パターンＰ３にわたって実質的に一定である。したがって、複数の回折格子パターンＰ３にわたってエッジＥ１の位置が異なることは、エッジＥ３及びスリットＲＳの位置が異なることを意味する。表示制御部５０１は、表示処理として、エッジＥ１（すなわちエッジＥ３及びスリットＲＳ）がシフトしていくように回折格子パターンＰ３を液晶層２１６に順次表示させる。これにより、スリットＲＳの位置に対応付けられたレーザ光Ｌの強度分布を取得可能である。これは、上記のようなナイフエッジ法とは異なり、所謂スリット法式で強度を測定することに相当する。この場合においても、同様にレーザ光Ｌのプロファイルを取得可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１００，２００…レーザ加工装置（レーザ光照射装置）、２１６…液晶層（変調層）、４１０…反射型空間光変調器（空間光変調器）、４２２…レンズ（集光レンズ）、４２４…スリット部材、５０１…表示制御部（取得部、演算部）、５０３…保持部、Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３…エッジ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…回折格子パターン、ＲＳ…スリット、Ｌ…レーザ光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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