(57)【要約】【課題】スリットを通った後において、レーザー光線の光軸と直交する断面におけるレーザー光線の強度のばらつきを抑えることができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】レーザー光線を出力する出力部と、レーザー光線の光軸と平行な視線方向から見て４つの辺に囲まれる矩形状を有した領域であるスリット１３ａであって、レーザー光線を回折させる各辺がスリット要素２１であり、互いに対向する２つのスリット要素２１が１つのスリット要素対２２であるスリット１３ａを区画するマスク１３とを備える。各スリット要素対２２において、スリット要素対２２を構成する２つのスリット要素２１では、一方のスリット要素２１が、視線方向において、他方のスリット要素２１と重ならないように、マスク１３が構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光線を出力する出力部と、
前記レーザー光線の光軸と平行な視線方向から見て４つの辺に囲まれる矩形状を有した領域であるスリットであって、前記レーザー光線を回折させる前記各辺がスリット要素であり、互いに対向する２つの前記スリット要素が１つの要素対である前記スリットを区画するマスクとを備え、
前記各要素対において、前記要素対を構成する２つの前記スリット要素では、一方の前記スリット要素が、前記視線方向において、他方の前記スリット要素と重ならないように、前記マスクが構成されている
レーザー加工装置。
【請求項２】
前記マスクは、前記スリット要素を含むマスク要素であって、前記各スリット要素に対して１つずつ対応付けられた前記マスク要素から構成され、
４つの前記スリット要素は、２つの要素群から構成され、前記各要素群は、２つの前記スリット要素を含み、前記各要素群に含まれる２つの前記スリット要素は互いに交差する方向に沿って延び、
前記マスクは、２つのマスク部材から構成され、前記各マスク部材は、２つの前記マスク要素を含み、
前記各マスク部材が、別々の前記要素群を含む
請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
一方の前記マスク部材が、前記視線方向において、他方の前記マスク部材と重ならないように、前記マスクが構成されている
請求項２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記マスクは、前記スリット要素を含むマスク要素であって、前記各スリット要素に対して１つずつ対応付けられた前記マスク要素から構成され、
前記マスクは、４つのマスク部材から構成され、
前記各マスク部材は、互いに異なる前記マスク要素である
請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記各マスク部材は、前記視線方向において、他の３つの前記マスク部材と重ならないように、前記マスクが構成されている
請求項４に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射体にレーザー光線を照射することによって被照射体を加工するレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの被照射体にレーザー光線を照射して、被照射体を加工するレーザー加工装置には、レーザー光線の光軸と直交する断面の形状を矩形状に成形した状態で、レーザー光線を被照射体に照射する装置が知られている。
【０００３】
こうしたレーザー加工装置は、レーザー光線における断面の形状を成形するマスクを備え、マスクは、レーザー光線が通る隙間であるスリットであって、光軸と平行な視線方向において、矩形状を有したスリットを区画している。
【０００４】
マスクには、１つの部材を貫通する孔によってスリットを区画するマスクが用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、マスクには、光軸と直交する平面において、互いに対向する２つの部材から構成される第１部材と、光軸と平行な視線方向において、第１部材とは互いに異なる位置に配置された第２部材であって、光軸と直交する平面において、互いに対向する２つの部材から構成される第２部材とから構成されるマスクが用いられている。こうしたマスクでは、光軸と平行な視線方向において、第１部材に挟まれた空間と、第２部材に挟まれた空間とが、互いに直交する方向に延び、これら２つの空間によって１つのスリットが区画されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９７１９号公報
【特許文献２】特許第４６６３３５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したマスクを備えるレーザー加工装置では、レーザー光線がスリットを通るときにスリットの端面においてレーザー光線が回折する。これにより、スリットを通ったレーザー光線には、光軸と直交する断面において、回折によって光が強め合う部分と、光が弱め合う部分とが形成され、断面におけるレーザー光線の強度にばらつきが生じる。そのため、被照射体のうち、レーザー光線が照射された被照射部において、レーザー光線の強度におけるばらつきが生じ、結果として、被照射部において、照射後の状態にばらつきが生じてしまう。
【０００７】
本発明は、スリットを通った後において、レーザー光線の光軸と直交する断面におけるレーザー光線の強度のばらつきを抑えることができるレーザー加工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】
【０００８】
上記課題を解決するためのレーザー加工装置は、レーザー光線を出力する出力部と、前記レーザー光線の光軸と平行な視線方向から見て４つの辺に囲まれる矩形状を有した領域であるスリットであって、前記レーザー光線を回折させる前記各辺がスリット要素であり、互いに対向する２つの前記スリット要素が１つの要素対である前記スリットを区画するマスクとを備え、前記各要素対において、前記要素対を構成する２つの前記スリット要素では、一方の前記スリット要素が、前記視線方向において、他方の前記スリット要素と重ならないように、前記マスクが構成されている。
【０００９】
上記構成によれば、マスクのうち、互いに対向する２つのスリット要素の各々を含む部分において回折した光の位相が、光軸と平行な視線方向において一致し難いため、光軸と直交する断面において回折した光が強め合う位置、および、弱め合う位置の各々が、重なりにくくなる。結果として、レーザー光線の光軸と直交する断面において、レーザー光線の強度のばらつきを抑えることができる。
【００１０】
上記レーザー加工装置において、前記マスクは、前記スリット要素を含むマスク要素であって、前記各スリット要素に対して１つずつ対応付けられた前記マスク要素から構成され、４つの前記スリット要素は、２つの要素群から構成され、前記各要素群は、２つの前記スリット要素を含み、前記各要素群に含まれる２つの前記スリット要素は互いに交差する方向に沿って延び、前記マスクは、２つのマスク部材から構成され、前記各マスク部材は、２つの前記マスク要素を含み、前記各マスク部材が、別々の前記要素群を含むことが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、マスクが２つのマスク部材から構成されるため、マスク部材の点数が増えることを抑えつつ、レーザー光線の光軸と直交する断面において、レーザー光線の強度のばらつきを抑えることができる。
【００１２】
上記レーザー加工装置において、一方の前記マスク部材が、前記視線方向において、他方の前記マスク部材と重ならないように、前記マスクが構成されていることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、２つのマスク部材が視線方向で重ならないために、各要素対を構成する２つのスリット要素において、一方のスリット要素を縁に含むマスク要素と、他方のスリット要素を縁に含むマスク要素とが、視線方向において重ならない。それゆえに、互いに対向する２つのマスク要素がマスク要素対であるとき、マスク要素対の各々に起因するレーザー光線の強度のばらつきがいずれも抑えられる。
【００１４】
上記レーザー加工装置において、前記マスクは、前記スリット要素を含むマスク要素であって、前記各スリット要素に対して１つずつ対応付けられた前記マスク要素から構成され、前記マスクは、４つのマスク部材から構成され、前記各マスク部材は、互いに異なる前記マスク要素であることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、光軸と平行な視線方向において、各スリット要素が、他の３つのスリット要素と重ならない。そのため、互いに対向する２つのスリット要素に起因するレーザー光線の強度のばらつきに加えて、互いに交差する２つのスリット要素に起因するレーザー光線の強度のばらつきも抑えられる。結果として、レーザー光線の光軸と直交する断面において、レーザー光線の強度のばらつきがさらに抑えられる。
【００１６】
上記レーザー加工装置において、前記各マスク部材は、前記視線方向において、他の３つの前記マスク部材と重ならないように、前記マスクが構成されていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、光軸と平行な視線方向において、各マスク要素が、他の３つのマスク要素と重ならないため、レーザー光線の光軸と直交する断面において、レーザー光線の強度のばらつきがさらに抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のレーザー加工装置を具体化した第１実施形態におけるレーザー加工装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるレーザー光線の光軸と平行な視線方向から見たマスクの平面構造を示す平面図である。
【図３】第１実施形態におけるレーザー光線の光軸と直交する視線方向から見たマスクの端面構造を示す端面図である。
【図４】実施例１におけるレーザー光線の強度分布の測定結果と、比較例１におけるレーザー光線の強度分布の測定結果とを示すグラフである。
【図５】第１実施形態の変形例におけるレーザー光線の光軸と平行な視線方向から見たマスクの平面構造を示す平面図である。
【図６】第１実施形態の変形例におけるレーザー光線の光軸と直交する視線方向から見たマスクの端面構造を示す端面図である。
【図７】第１実施形態の変形例におけるレーザー構成の光軸と平行な視線方向から見たマスクの平面構造を示す平面図である。
【図８】第１実施形態の変形例におけるレーザー光線の光軸と直交する視線方向から見たマスクの端面構造を示す端面図である。
【図９】第１実施形態の変形例におけるマスクの斜視構造を示す斜視図である。
【図１０】本発明のレーザー加工装置を具体化した第２実施形態におけるレーザー加工装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態におけるレーザー光線の光軸と平行な視線方向から見たマスクの平面構造を示す平面図である。
【図１２】第２実施形態におけるレーザー光線の光軸と直交する視線方向から見たマスクの平面構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１実施形態］
図１から図４を参照して、本発明のレーザー加工装置を具体化した第１実施形態を説明する。なお、以下では、レーザー加工装置の構成、マスクの構成、および、実施例を順番に説明する。
【００２０】
［レーザー加工装置の構成］
図１を参照してレーザー加工装置の構成を説明する。
図１が示すように、レーザー加工装置１０は、発振器１１、伝送光学系１２、マスク１３、集光レンズ１４、および、ステージ１５を備えている。
【００２１】
発振器１１は、レーザー光線Ｌを出力するレーザーであり、例えば、ピコ秒パルスレーザーである。発振器１１は、例えば、３５５ｎｍの波長を有し、かつ、周波数が５０ｋＨｚであるレーザー光線Ｌであって、強度分布がガウシアン分布であるレーザー光線Ｌを出力する。なお、レーザー光線Ｌにおける強度分布は、レーザー光線Ｌの光軸Ａを通り、かつ、光軸Ａに直交する断面における分布である。
【００２２】
発振器１１は、ピコ秒パルスレーザー以外のレーザーであってもよいし、発振器１１は、波長、周波数、および、強度分布の少なくとも１つが、上述したレーザー光線Ｌとは異なるレーザー光線を出力するように構成されていてもよい。
【００２３】
伝送光学系１２は、発振器１１が出力したレーザー光線Ｌを入力し、レーザー光線Ｌにおける強度分布をガウシアン分布からトップハット型分布に変え、トップハット型分布を有するレーザー光線Ｌをマスク１３に向けて出力する。伝送光学系１２は、例えば、光軸Ａと直交する断面が円形状を有したレーザー光線Ｌを出力する。
発振器１１と伝送光学系１２とが、出力部の一例を構成しているが、出力部は、少なくとも発振器１１を備えていればよい。
【００２４】
マスク１３は、伝送光学系１２の出力したレーザー光線Ｌが通るスリット１３ａを区画している。マスク１３は、レーザー光線Ｌにおける光軸Ａと直交する断面の形状を円形状から矩形状に変える。
ステージ１５は、レーザー光線Ｌが照射される被照射体Ｉを支持する。
【００２５】
集光レンズ１４は、マスク１３を通ったレーザー光線Ｌを集光し、ステージ１５に支持された被照射体Ｉにてレーザー光線Ｌを結像させるように構成されている。集光レンズ１４は、レーザー光線Ｌの条件、例えば、被照射体Ｉ上におけるレーザー光線Ｌの形状、および、レーザー光線Ｌの強度を所定の条件に調整するように構成されている。
【００２６】
なお、レーザー加工装置１０において、ステージ１５が、レーザー光線Ｌの照射位置に対する被照射体Ｉの位置を変えることによって、被照射体Ｉにおけるレーザー光線Ｌの照射される部位を変える構成を備えていてもよい。あるいは、レーザー加工装置１０は、マスク１３を通ったレーザー光線Ｌを被照射体Ｉにおいて走査させる構成を備えてもよい。レーザー加工装置１０がこれら構成の少なくとも一方を備えることによって、レーザー加工装置１０は、被照射体Ｉにおける複数の部位にレーザー光線Ｌを照射することができる。
【００２７】
レーザー加工装置１０において、発振器１１の出力したレーザー光線Ｌが、伝送光学系１２、マスク１３、および、集光レンズ１４を通じて所定の条件を満たすように調整される。そして、調整されたレーザー光線Ｌが被照射体Ｉに照射されることで、被照射体Ｉが加工される。
【００２８】
［マスクの構成］
図２および図３を参照してマスク１３の構成を説明する。なお、以下では、マスク１３を通るレーザー光線Ｌの光軸Ａと平行な視線方向がＺ方向であり、Ｚ方向と直交する１つの方向がＸ方向であり、Ｚ方向と直交する１つの方向であって、Ｘ方向と直交する方向がＹ方向である。
【００２９】
また、レーザー光線Ｌにおいて、レーザー光線Ｌの光軸Ａは、発振器１１から集光レンズ１４までにわたって１つの方向に沿って延びる直線上に位置してもよい。あるいは、発振器１１が出力するレーザー光線Ｌの光軸Ａと、伝送光学系１２が出力して、マスク１３のスリット１３ａを通るレーザー光線Ｌの光軸Ａとは、互いに交差してもよい。以下では、レーザー光線Ｌの光軸Ａと平行な視線方向、すなわち、Ｚ方向は、少なくとも伝送光学系１２がマスク１３に向けて出力するレーザー光線Ｌの光軸Ａと平行な視線方向である。
【００３０】
図２は、光軸Ａと平行な視線方向であって、伝送光学系１２から集光レンズ１４に向かう視線方向、すなわちＺ方向から見たマスク１３の平面構造を示している。そして、図３は、Ｘ方向から見たマスク１３の端面構造を示している。
【００３１】
図２が示すように、マスク１３はスリット１３ａを区画し、スリット１３ａは、レーザー光線Ｌの光軸Ａと平行な視線方向から見て、すなわち、Ｚ方向から見て、４つの辺に囲まれる矩形状を有した領域である。スリット１３ａにおいて、レーザー光線を回折させる４つの辺の各々がスリット要素２１であり、互いに対向する２つのスリット要素２１が１つのスリット要素対２２である。スリット要素対２２は、要素対の一例である。
【００３２】
マスク１３は、４つのマスク要素３１から構成され、マスク要素３１は各スリット要素２１に対して１つずつ対応付けられている。すなわち、各マスク要素３１は、マスク要素３１の縁にスリット要素２１を含んでいる。言い換えれば、スリット要素２１は、マスク１３に対して伝送光学系１２とは反対側の領域であって、マスク１３を透過したレーザー光線が出力される領域と、レーザー光線が透過するスリット１３ａ内との境界であり、マスク１３の厚さ方向における端部を構成する辺である。
【００３３】
マスク１３は、各スリット要素対２２において、スリット要素対２２を構成するスリット要素２１では、一方のスリット要素２１を縁に含むマスク要素３１が、Ｚ方向において、他方のスリット要素２１を縁に含むマスク要素３１と重ならないように構成されている。すなわち、４つのマスク要素３１において、互いに対向する２つのマスク要素３１が１つのマスク要素対３２を構成し、各マスク要素対３２において、２つのマスク要素３１が、Ｚ方向において互いに重ならないように、マスク１３が構成されている。
【００３４】
そのため、互いに対向する２つのマスク要素３１の各々において回折した光の位相が、光軸Ａと平行な視線方向において一致し難い。これにより、光軸Ａと直交する断面において回折した光が強め合う位置、および、弱め合う位置の各々が重なりにくくなり、結果として、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきを抑えることができる。
【００３５】
また、２つのマスク要素対３２の各々に起因するレーザー光線Ｌの強度のばらつきがいずれも抑えられるため、１つのマスク要素対３２のみがＺ方向において互いに重ならない構成と比べて、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきがさらに抑えられる。
【００３６】
４つのスリット要素２１は、２つのスリット要素群２３から構成され、各スリット要素群２３は、２つのスリット要素２１を含み、各スリット要素群２３に含まれる２つのスリット要素２１は、互いに交差する方向に沿って延びている。すなわち、４つのスリット要素２１では、互いに異なる２つのスリット要素２１が１つのスリット要素群２３を構成している。各スリット要素群２３に含まれる２つのスリット要素２１は、互いに交差する方向に沿って延びている。
【００３７】
マスク１３は、２つのマスク部材３０から構成され、各マスク部材３０は、２つのマスク要素３１を含み、各マスク部材３０が、別々のスリット要素群２３を含んでいる。すなわち、マスク１３は、２つのマスク部材３０から構成され、各マスク部材３０は、４つのマスク要素３１のうちで、互いに異なる２つのマスク要素３１によって構成されている。各マスク部材３０を構成する２つのマスク要素３１において、各マスク要素３１の含むスリット要素２１が、スリット要素群２３を構成している。各マスク部材３０において、マスク部材３０を構成する２つのマスク要素３１の各々が、互いに交差する方向に沿って延びている。
【００３８】
マスク１３は、Ｚ方向から見て矩形枠状を有し、２つのマスク部材３０であって、第１マスク部材３０ａと第２マスク部材３０ｂとから構成されている。各マスク部材３０は、２つのマスク要素３１から構成され、２つのマスク要素３１のうち、Ｘ方向に沿って延びる直線形状を有するマスク要素３１が第１マスク要素３１ａであり、かつ、Ｙ方向に沿って延びる直線形状を有するマスク要素３１が第２マスク要素３１ｂである。各マスク部材３０において、第１マスク要素３１ａの端部から第２マスク要素３１ｂが延びている。
【００３９】
Ｚ方向から見て、第１マスク部材３０ａにおける第１マスク要素３１ａの端部と、第２マスク部材３０ｂにおける第２マスク要素３１ｂの端部とが重なり、かつ、第１マスク部材３０ａにおける第２マスク要素３１ｂの端部と、第２マスク部材３０ｂにおける第１マスク要素３１ａの端部とが重なっている。これにより、マスク１３は、Ｚ方向から見て矩形状を有する１つのスリット１３ａを区画している。
【００４０】
スリット１３ａにおいて、Ｘ方向に沿う長さＬｘとＹ方向に沿う長さＬｙとは互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。Ｘ方向に沿う長さＬｘ、および、Ｙ方向に沿う長さＬｙの各々は、例えば、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【００４１】
Ｚ方向から見て、ＸＹ平面に沿うスリット１３ａの大きさは、伝送光学系１２が出力したレーザー光線Ｌにおける光軸Ａと直交する断面の面積よりも小さい。そのため、マスク１３は、伝送光学系１２が出力したレーザー光線Ｌをスリット１３ａによって矩形状を有したレーザー光線Ｌに成形することができる。
【００４２】
図３は、マスク１３をＸ方向から見た端面構造であって、第１マスク部材３０ａから第２マスク部材３０ｂに向かう視線方向から見た端面構造である。
図３が示すように、第１マスク部材３０ａが、Ｚ方向において第２マスク部材３０ｂとは重ならないように、マスク１３が構成されている。すなわち、Ｚ方向において、第１マスク部材３０ａの第１マスク要素３１ａと、第２マスク部材３０ｂの第１マスク要素３１ａとが重ならず、かつ、第１マスク部材３０ａの第２マスク要素３１ｂと、第２マスク部材３０ｂの第２マスク要素３１ｂとが重ならないように、マスク１３が構成されている。第１マスク部材３０ａと第２マスク部材３０ｂとの間の距離Ｌｚは、例えば、１００μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００４３】
第１マスク部材３０ａの厚さＴａと、第２マスク部材３０ｂの厚さＴｂとは、互いに等しくてもよいし、互いに異なってもよい。第１マスク部材３０ａの厚さＴａ、および、第２マスク部材３０ｂの厚さＴｂの各々は、例えば、数十μｍ以上数百μｍ以下である。
【００４４】
マスク部材３０は、スリット１３ａを通ったレーザー光線Ｌの熱を受けて変形しない程度の耐熱性を有することが好ましい。マスク部材３０は、金属製または合金製であり、マスク部材３０の形成材料は、例えば、ステンレス鋼、タンタル、および、タングステンなどであることが好ましい。
【００４５】
このように、マスク１３が２つのマスク部材３０から構成されるため、マスク部材３０の点数が増えることを抑えつつ、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきを抑えることができる。しかも、２つのマスク部材３０がＺ方向で重ならないために、各スリット要素対２２を構成する２つのスリット要素２１において、一方のスリット要素２１を縁に含むマスク要素３１と、他方のスリット要素２１を縁に含むマスク要素３１とが、Ｚ方向において重ならない。それゆえに、マスク要素対３２の各々に起因するレーザー光線Ｌの強度のばらつきがいずれも抑えられる。
【００４６】
［実施例］
図４を参照して実施例１および比較例１を説明する。
実施例１のレーザー加工装置におけるレーザー光線の強度分布と、比較例１のレーザー光線の強度分布とを測定するときに、実施例１のレーザー加工装置と比較例１のレーザー加工装置とにおいて、マスク以外を以下の構成とした。
【００４７】
すなわち、発振器をピコ秒パルスレーザーであって、波長が３５５ｎｍであり、周波数が５０ｋＨｚであり、かつ、レーザー光線の光軸と直交する断面における強度分布がガウシアン分布であるレーザーを用い、発振器の出力を２Ｗとした。
【００４８】
伝送光学系として、ガウシアン分布を有するレーザー光線を、トップハット型分布を有するレーザー光線に変える伝送光学系を用いた。そして、集光レンズを、ＣＣＤカメラ型ビームプロファイラ（オフィール社製、Ｂｅａｍｓｔａｒ−ＦＸ５０）の受光面に対して、０．０４ｍｍ２の面積でレーザー光線を照射するように構成した。
【００４９】
［実施例１］
第１マスク部材と第２マスク部材とから構成されるマスクであって、第１マスクと第２マスクとが、Ｘ方向に沿って延びる直線形状を有する第１マスク要素と、Ｙ方向に沿って延びる直線形状を有する第２マスク要素とから構成されるマスクを用いた。
【００５０】
第１マスク部材と第２マスク部材とは、Ｚ方向から見て矩形状を有するスリットを区画し、Ｚ方向から見たスリットの開口面積を初期状態として４ｍｍ２となるようにした。また、Ｚ方向における第１マスク部材と第２マスク部材との距離を５ｍｍとした。
【００５１】
［比較例１］
矩形枠状を有した１つの部材から構成されるマスクであって、Ｚ方向から見たスリットの開口面積が４ｍｍ２であるマスクを用いた。
【００５２】
［強度分布］
実施例１と比較例１との各々において、ＣＣＤカメラ型ビームプロファイラを用いて、集光レンズによって集光された後のレーザー光線において、レーザー光線の光軸と直交する断面における強度分布を測定した。強度分布を測定した結果は、図４に示す通りであった。なお、図４には、ＣＣＤカメラの受光したレーザー光線の一部における強度分布であって、レーザー光線の光軸を通り、かつ、Ｘ方向に沿って延びる直線上におけるレーザー光線の強度分布が示されている。また、図４では、実施例１における強度分布が実線で示され、比較例１における強度分布が破線で示されている。図４において、横軸は、ＣＣＤカメラの受光面における所定の位置が原点であるときの原点からの距離を示し、縦軸は、レーザー光線の強度（Ｗ／ｃｍ２）を示している。
【００５３】
図４が示すように、比較例１においてレーザー光線の強度が、およそ１００Ｗ／ｃｍ２から１２０Ｗ／ｃｍ２であることが認められた。
【００５４】
ここで、実施例１のマスクと比較例１のマスクとにおいて、スリットの開口面積を同一に設定すると、ビームプロファイラの受光面におけるレーザー光線の強度の絶対値に差が生じることが認められた。実施例１と比較例１との間において、レーザー光線の強度の絶対値に差が生じることは、スリットにおける光の回折の状態が、実施例１と実施例２との間において互いに異なるためであると考えられる。
【００５５】
実施例１では、実施例１におけるレーザー光線の強度の絶対値が、比較例１におけるレーザー光線の強度の絶対値と同程度になるように、スリットの開口面積を調整した。このため、スリットの開口面積は、実施例１と比較例１とにおいて異なる大きさである。
【００５６】
このように、実施例１におけるスリットの開口面積を、初期状態である４ｍｍ２から、ビームプロファイラで観測されるビーム強度の絶対値が比較例１と同程度になるように調整し、実施例１のビーム強度のプロファイルを得た。このとき、実施例１のスリットの開口面積は初期状態よりも小さくなった。なお、実施例１では、初期状態よりもスリットの開口面積を小さくすることによって、実施例１におけるレーザー光線の強度の絶対値が、比較例１におけるレーザー光線の強度の絶対値と同程度であることが認められた。ただし、レーザーの周波数、レーザー光線の出力される位置からビームプロファイラまでの距離、および、マスクの形状などによっては、初期状態よりも大きくなる場合もある。
【００５７】
そして、実施例１と比較例１との各々において、レーザー光線の強度分布を以下の式を用いて算出した。
［強度分布］＝｛（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）／（Ｅｍａｘ＋Ｅｍｉｎ）｝×１００（％）
【００５８】
なお、上記の式において、Ｅｍａｘは、レーザー光線の強度における最大値であり、Ｅｍｉｎは、レーザー光線の強度における最小値である。また、最大値Ｅｍａｘおよび最小値Ｅｍｉｎの各々は、原点を挟んでレーザー光線が立ち上がっている範囲において得られる値である。実施例１において、最大値Ｅｍａｘは、１３７Ｗ／ｃｍ２であり、最小値Ｅｍｉｎは、７８Ｗ／ｃｍ２であることが認められた。これに対して、比較例１において、最大値Ｅｍａｘが１５９Ｗ／ｃｍ２であり、最小値Ｅｍｉｎが６０Ｗ／ｃｍ２であることが認められた。
【００５９】
上記の式を用いて実施例１におけるレーザー光線の強度分布を算出したところ、２７％であり、比較例１におけるレーザー光線の強度分布を算出したところ、４４％であることが認められた。
【００６０】
このように、被照射体に照射されるレーザー光線の強度を所定の値とするためには、発振器における出力、および、ビーム品質などが一定であり、かつ、伝送光学系および集光レンズの各々の構成が同一であれば、マスクにおけるスリットの開口面積を調整することで、開口面積が１つの値に定まる。これにより、スリットの開口を介して得られるレーザー光線の強度が所定の値に定まる。
【００６１】
そして、実施例１によれば、比較例１と比べて、被照射体に照射されるレーザー光線の強度と同等とするときに、レーザー光線の強度におけるばらつきが抑えられることが認められた。
【００６２】
このように、実施例１のマスクによれば、互いに対向する２つのマスク要素に起因するレーザー光線の回折による干渉が抑えられたために、レーザー光線の強度におけるばらつきが抑えられたと考えられる。
【００６３】
以上説明したように、レーザー加工装置の第１実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）互いに対向する２つのマスク要素３１の各々において回折した光の位相が、光軸Ａと平行な視線方向において一致し難いため、回折した光が強め合う位置、および、弱め合う位置の各々が、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において重なりにくくなる。結果として、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきを抑えることができる。
【００６４】
（２）マスク要素対３２の各々に起因するレーザー光線Ｌの強度のばらつきがいずれも抑えられるため、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきがさらに抑えられる。
【００６５】
（３）マスク１３が２つのマスク部材３０から構成されるため、マスク部材３０の点数が増えることを抑えつつ、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきを抑えることができる。
【００６６】
なお、上述した第１実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・マスク１３は、４つのマスク部材から構成されていてもよい。すなわち、第１実施形態にて説明した２つのマスク部材から構成されるマスクであって、１つのスリット要素対ごとに、１つのスリット要素対を構成する２つのスリット要素が別々のマスク部材に含まれるマスクは、４つのマスク部材から構成されていてもよい。
【００６７】
図５が示すように、マスク１３は、４つのマスク部材４０から構成され、各マスク部材４０は、互いに異なるマスク要素である。各マスク部材４０は、Ｚ方向において、他の３つのマスク部材４０と重ならないように、マスク１３が構成されている。
【００６８】
すなわち、マスク１３は、第１マスク部材４０ａ、第２マスク部材４０ｂ、第３マスク部材４０ｃ、および、第４マスク部材４０ｄから構成されている。４つのマスク部材４０のうち、第１マスク部材４０ａおよび第３マスク部材４０ｃの各々が、Ｙ方向に沿って延びる直線形状を有し、第２マスク部材４０ｂおよび第４マスク部材４０ｄの各々が、Ｘ方向に沿って延びる直線形状を有している。
【００６９】
Ｚ方向から見て、第１マスク部材４０ａと第３マスク部材４０ｃとが、Ｘ方向に沿って隙間を空けて並び、第２マスク部材４０ｂと第４マスク部材４０ｄとが、Ｙ方向に沿って隙間を空けて並んでいる。また、Ｚ方向から見て、第１マスク部材４０ａおよび第３マスク部材４０ｃの各々は、第２マスク部材４０ｂおよび第４マスク部材４０ｄと重なっている。これにより、４つのマスク部材４０が、Ｚ方向から見て矩形状を有したスリット１３ａを区画している。
【００７０】
図６が示すように、Ｚ方向において、第１マスク部材４０ａ、第２マスク部材４０ｂ、第３マスク部材４０ｃ、および、第４マスク部材４０ｄが、この順に隙間を空けて並んでいる。すなわち、Ｚ方向において、第２マスク部材４０ｂは、第１マスク部材４０ａと第３マスク部材４０ｃとに挟まれ、かつ、第３マスク部材４０ｃは、第２マスク部材４０ｂと第４マスク部材４０ｄとに挟まれている。
【００７１】
つまり、マスク１３を構成する４つのマスク部材４０において、互いに直交するマスク部材４０が、Ｚ方向において交互に並んでいる。そのため、Ｚ方向から見て、互いに対向するマスク部材４０が隣り合う構成と比べて、互いに対向するマスク部材４０の間の距離が大きくなりやすい。
【００７２】
こうした構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（４）光軸Ａと平行な視線方向において、各マスク部材４０が、他の３つのマスク部材４０と重ならない。そのため、互いに対向する２つのマスク部材４０に起因するレーザー光線Ｌにおける強度のばらつきに加えて、互いに交差する２つのマスク部材４０に起因するレーザー光線Ｌの強度のばらつきも抑えられる。結果として、レーザー光線Ｌの光軸Ａと直交する断面において、レーザー光線Ｌの強度のばらつきがさらに抑えられる。
【００７３】
・４つのマスク部材から構成されるマスク１３は、図７および図８を参照して、以下に説明される構成であってもよい。なお、図８では、Ｚ方向における第３マスク部材の位置と、第４マスク部材の位置との関係を分かりやすくするために、Ｙ方向における位置のみを第３マスク部材と重なるように移動させた第４マスク部材が二点鎖線で示されている。
【００７４】
図７が示すように、マスク１３は、４つのマスク部材５０から構成され、各マスク部材５０は、互いに異なるマスク要素である。各マスク部材５０は、スリット要素５１を含み、互いに対向する２つのスリット要素５１が、スリット要素対５２を構成している。
【００７５】
各スリット要素対５２において、スリット要素対５２を構成する２つのスリット要素５１では、一方のスリット要素５１が、レーザー光線の光軸と平行な視線方向から見て、他方のスリット要素５１と重ならないように、マスク１３が構成されている。
【００７６】
すなわち、マスク１３は、第１マスク部材５０ａ、第２マスク部材５０ｂ、第３マスク部材５０ｃ、および、第４マスク部材５０ｄから構成されている。４つのマスク部材５０のうち、第１マスク部材５０ａおよび第２マスク部材５０ｂの各々が、Ｙ方向に沿って延びる直線形状を有し、第３マスク部材５０ｃおよび第４マスク部材５０ｄの各々が、Ｘ方向に沿って延びる直線形状を有している。
【００７７】
Ｚ方向から見て、第１マスク部材５０ａと第２マスク部材５０ｂとが、Ｘ方向に沿って隙間を空けて並び、第３マスク部材５０ｃと第４マスク部材５０ｄとが、Ｙ方向に沿って隙間を空けて並んでいる。また、Ｚ方向から見て、第１マスク部材５０ａおよび第２マスク部材５０ｂの各々は、第３マスク部材５０ｃおよび第４マスク部材５０ｄと重なっている。これにより、４つのマスク部材５０が、Ｚ方向から見て矩形状を有したスリット１３ａを区画している。
【００７８】
図８が示すように、Ｚ方向において、第１マスク部材５０ａ、第２マスク部材５０ｂ、第３マスク部材５０ｃ、および、第４マスク部材５０ｄが、この順に並んでいる。すなわち、Ｚ方向において、第２マスク部材５０ｂは、第１マスク部材５０ａよりも第３マスク部材５０ｃに近く、かつ、第３マスク部材５０ｃは、第２マスク部材５０ｂよりも第４マスク部材５０ｄに近い。
【００７９】
そして、Ｚ方向において、第１マスク部材５０ａのスリット要素５１と、第２マスク部材５０ｂのスリット要素５１とであって、１つのスリット要素対５２を構成する２つのスリット要素５１が重ならない。一方で、Ｚ方向において、第１マスク部材５０ａの一部と、第２マスク部材５０ｂの一部とが重なっている。
【００８０】
また、Ｚ方向において、第３マスク部材５０ｃのスリット要素５１と、第４マスク部材５０ｄのスリット要素５１とであって、１つのスリット要素対５２を構成する２つのスリット要素５１が重ならない。一方で、Ｚ方向において、第３マスク部材５０ｃの一部と、第４マスク部材５０ｄの一部とが重なっている。
【００８１】
こうした構成では、スリット要素対５２を構成する２つのスリット要素５１が、Ｚ方向において互いに重ならないため、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。
【００８２】
なお、図５および図６を参照して先に説明された構成では、Ｚ方向において、各マスク部材が他の３つのマスク部材と重なっていなければ、Ｚ方向において互いに隣り合う２つのマスク部材は、互いに接触していてもよい。
【００８３】
・マスク１３は、３つのマスク部材から構成されていてもよい。こうしたマスク１３は、例えば、図２を参照して先に説明された第１マスク部材３０ａと、図５を参照して先に説明された第３マスク部材４０ｃ、および、第４マスク部材４０ｄとから構成することができる。
【００８４】
そして、第１マスク部材３０ａにおける第１マスク要素３１ａと、第４マスク部材４０ｄとの対、および、第１マスク部材３０ａにおける第２マスク要素３１ｂと、第３マスク部材４０ｃとの対において、マスク要素とマスク部材とが、Ｚ方向において互いに重なっていなければよい。
こうした構成によっても、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。
【００８５】
・３つのマスク部材から構成されるマスク１３においても、スリット要素対を構成する２つのスリット要素がＺ方向において重ならず、かつ、一方のスリット要素を縁に含むマスク要素の一部と、他方のスリット要素を縁に含むマスク要素の一部とがＺ方向において重なる構成であってもよい。
【００８６】
例えば、図２を参照して先に説明された第１マスク部材３０ａは、第１マスク部材３０ａの中で、図５を参照して先に説明された第３マスク部材４０ｃ、および、第４マスク部材４０ｄとＺ方向において重なる部位のうち、第３マスク部材４０ｃおよび第４マスク部材４０ｄと対向する面に溝を有していればよい。各溝は、第１マスク部材３０ａに対して第３マスク部材４０ｃと第４マスク部材４０ｄとが嵌り、かつ、Ｚ方向に沿う深さが第３マスク部材４０ｃの厚さ、および、第４マスク部材４０ｄの厚さよりも小さい形状を有していればよい。
【００８７】
なお、上述した構成と同等の構成は、第３マスク部材４０ｃおよび第４マスク部材４０ｄの各々が、各マスク部材の中で、第１マスク部材３０ａとＺ方向において重なる部分のうち、第１マスク部材３０ａと対向する面に溝を有することによっても実現することができる。
【００８８】
・２つのマスク部材から構成されるマスク１３においても、スリット要素対２２を構成する２つのスリット要素２１がＺ方向において重ならず、かつ、一方のスリット要素２１を縁に含むマスク要素３１の一部と、他方のスリット要素２１を縁に含むマスク要素３１の一部とがＺ方向において重なる構成であってもよい。
【００８９】
例えば、図２を参照して先に説明されたマスク１３では、Ｚ方向において、第２マスク部材３０ｂが、第２マスク部材３０ｂの中で、第１マスク部材３０ａと重なる２つの部位のうち、第１マスク部材３０ａと対向する面に溝を有していればよい。各溝は、第１マスク部材３０ａにおけるマスク要素３１が嵌り、かつ、Ｚ方向に沿う深さが第１マスク部材３０ａの厚さよりも小さい形状を有していればよい。
【００９０】
なお、上述した構成と同等の構成は、第１マスク部材３０ａが、第１マスク部材３０ａの中で、Ｚ方向において第２マスク部材３０ｂと重なる部位のうち、第２マスク部材３０ｂと対向する面に溝を有することによっても実現することができる。
【００９１】
・マスク１３が２つのマスク部材から構成され、かつ、各マスク部材が、２つのマスク要素を備える構成であっても、Ｚ方向において、４つのマスク要素の各々が、他の３つのマスク要素と重ならない構成とすることも可能である。
【００９２】
図９が示すように、マスク１３は、２つのマスク部材６０から構成され、２つのマスク部材６０が、Ｚ方向において互いに重ならず、かつ、各マスク部材６０を構成する２つのマスク要素６１が、Ｚ方向において互いに重ならないように、マスク１３が構成されている。
【００９３】
すなわち、マスク１３は、第１マスク部材６０ａと第２マスク部材６０ｂとから構成され、各マスク部材６０は、Ｘ方向に沿って延びる第１マスク要素６１ａと、Ｙ方向に沿って延びる第２マスク要素６１ｂとを備えている。
【００９４】
各マスク部材６０において、第１マスク要素６１ａはＸ方向において２つの端部を有し、第２マスク要素６１ｂはＹ方向において２つの端部を有し、第１マスク要素６１ａの一方の端部に、第２マスク要素６１ｂの一方の端部が接続している。
【００９５】
第１マスク要素６１ａは、Ｚ方向において第２マスク要素６１ｂと対向する第１対向面６１ｓ１を有し、第２マスク要素６１ｂは、Ｚ方向において第１マスク要素６１ａと対向する第２対向面６１ｓ２を有し、第１対向面６１ｓ１の一部と、第２対向面６１ｓ２の一部とが接続している。すなわち、各マスク部材６０において、第１マスク要素６１ａと第２マスク要素６１ｂとは、Ｚ方向において重ならない。
【００９６】
そして、第１マスク部材６０ａと第２マスク部材６０ｂとは、Ｚ方向において互いに重ならない。そのため、マスク１３を構成する４つのマスク要素６１の各々は、Ｚ方向において、他の３つのマスク要素６１と重ならない。
こうした構成によれば、上述した（４）に準じた効果を得ることができる。
・２つのマスク部材３０から構成されるマスク１３において、第１マスク部材３０ａと第２マスク部材３０ｂとは、Ｚ方向において互いに接触していてもよい。
【００９７】
・マスク１３は、Ｚ方向から見て矩形枠状を有していなくてもよい。すなわち、マスク１３は、Ｚ方向から見て矩形状を有したスリットを形成するための４つのスリット要素の各々に１つずつ対応した４つのマスク要素を備え、かつ、２つのスリット要素対の少なくとも一方において、各スリット要素を含むマスク要素が、Ｚ方向において互いに重なっていなければよい。こうした条件を満たすマスクであれば、Ｚ方向から見たマスクの形状は特に限定されない。
【００９８】
［第２実施形態］
図１０から図１２を参照して、本発明のレーザー加工装置を具体化した第２実施形態を説明する。第２実施形態のレーザー加工装置は、第１実施形態のレーザー加工装置と比べて、レーザー加工装置がマスク部材の位置を変える変更部を備える点が異なっている。そのため、以下ではこうした相違点を詳しく説明する一方で、第１実施形態のレーザー加工装置と共通する構成には、第１実施形態と同じ符号を付すことによって、その詳しい説明を省略する。なお、以下では、レーザー加工装置の構成、および、変更部の機能を順番に説明する。
【００９９】
［レーザー加工装置の構成］
図１０を参照してレーザー加工装置の構成を説明する。
図１０が示すように、レーザー加工装置７０は、第１実施形態のレーザー加工装置１０と同様、発振器１１、伝送光学系１２、マスク１３、集光レンズ１４、および、ステージ１５を備えている。レーザー加工装置７０は、さらに、変更部７１を備えている。
【０１００】
マスク１３は、２つのマスク部材８０から構成されている。変更部７１は、各マスク部材８０の位置を変えるための変更機構と、変更機構の駆動を制御する制御部とを含む。変更機構は、各マスク部材８０のＸＹ平面上における位置と、Ｚ方向における位置との両方を変えることが可能に構成されている。
【０１０１】
［変更部の機能］
図１１および図１２を参照して変更部７１の機能を説明する。なお、図１１および図１２の各々では、変更部７１による位置変更の一例として、位置を変更される前のマスク１３が実線で示され、位置を変更された後のマスク１３が二点鎖線で示されている。
【０１０２】
図１１が示すように、マスク１３は、第１実施形態のレーザー加工装置１０が備えるマスク１３と同様、第１マスク部材８０ａと第２マスク部材８０ｂとから構成されている。各マスク部材８０は、Ｚ方向から見て、Ｘ方向に沿って延びる直線形状を有した第１マスク要素８１ａと、Ｙ方向に沿って延びる直線形状を有した第２マスク要素８１ｂとから構成されている。
【０１０３】
変更部７１は、Ｚ方向に直交する１つの平面であるＸＹ平面上において、第１マスク部材８０ａの位置と、第２マスク部材８０ｂの位置との各々を変えることができるように構成されている。
【０１０４】
変更前のマスク１３において、スリット１３ａにおけるＸ方向に沿う長さが第１長さＬｘ１であり、Ｙ方向に沿う長さが第１長さＬｙ１である。変更部７１は、各マスク部材８０におけるＸ方向での位置と、Ｙ方向での位置とを変える。これにより、変更部７１は、例えば、スリット１３ａにおけるＸ方向に沿う長さを第１長さＬｘ１から、第１長さＬｘ１よりも小さい第２長さＬｘ２に変え、かつ、Ｙ方向に沿う長さを第１長さＬｙ１から、第１長さＬｙ１よりも小さい第２長さＬｙ２に変える。
【０１０５】
変更部７１によれば、スリット１３ａにおけるＸ方向に沿う長さ、および、Ｙ方向に沿う長さを変えることによって、Ｚ方向から見たスリット１３ａの開口面積を変えることができる。これにより、被照射体Ｉに照射されるレーザー光線の状態を変えることができる。
【０１０６】
図１２が示すように、変更部７１は、Ｚ方向における第１マスク部材８０ａの位置と、第２マスク部材８０ｂの位置との各々を変えることができるように構成されている。
【０１０７】
変更前のマスク１３において、Ｚ方向における第１マスク部材８０ａと第２マスク部材８０ｂとの間の距離が第１距離Ｌｚ１である。変更部７１は、例えば、Ｚ方向における第１マスク部材８０ａと第２マスク部材８０ｂとの位置を変えることによって、第１マスク部材８０ａと第２マスク部材８０ｂとの間の距離を、第１距離Ｌｚ１から、第１距離Ｌｚ１よりも小さい第２距離Ｌｚ２に変える。
【０１０８】
以上説明したように、レーザー加工装置の第２実施形態によれば、上述した（１）から（３）の効果に加えて、以下に記載の効果を得ることができる。
（５）変更部７１によって、Ｚ方向から見たスリット１３ａの開口面積を変えることができ、結果として、被照射体Ｉに照射されるレーザー光線の状態を変えることができる。
【０１０９】
なお、上述した第２実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・変更部７１は、Ｘ方向およびＹ方向のうちの一方のみに沿って各マスク部材８０の位置を変えることができるように構成されていてもよい。こうした構成によっても、Ｚ方向から見たスリット１３ａの開口面積を変えることはできるため、上述した（５）に準じた効果を得ることはできる。
【０１１０】
・変更部７１は、ＸＹ平面上における各マスク部材８０の位置、および、Ｚ方向における各マスク部材８０の位置のうちの一方のみを変えることができるように構成されていてもよい。変更部７１がＸＹ平面上における各マスク部材８０の位置のみを変えることができるように構成されていても、上述した（５）の効果を得ることはできる。
【０１１１】
・変更部７１は、第１マスク部材８０ａおよび第２マスク部材８０ｂのうちの一方のみの位置を変えることができるように構成されていてもよい。こうした構成によっても、第１マスク部材８０ａの位置に対する第２マスク部材８０ｂの位置を変えることによって、Ｚ方向から見たスリット１３ａの開口面積を変えることはできるため、上述した（５）に準じた効果を得ることはできる。
【０１１２】
・マスク１３が図５を参照して先に説明された構成であるとき、変更部は、４つのマスク部材４０の少なくとも１つにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向のうちの少なくとも１つの方向に沿って、マスク部材４０の位置を変えることができるように構成されていればよい。
【０１１３】
・マスク１３が図７を参照して先に説明された構成であるとき、変更部は、４つのマスク部材５０の少なくとも１つにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向のうちの少なくとも１つの方向に沿って、マスク部材５０の位置を変えることができるように構成されていていればよい。
【０１１４】
・マスク１３が図９を参照して先に説明された構成であるとき、変更部は、２つのマスク部材６０の少なくとも１つにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向のうちの少なくとも１つの方向に沿って、マスク部材６０の位置を変えることができるように構成されていればよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１０，７０…レーザー加工装置、１１…発振器、１２…伝送光学系、１３…マスク、１３ａ…スリット、１４…集光レンズ、１５…ステージ、２１，５１…スリット要素、２２，５２…スリット要素対、２３…スリット要素群、３０，４０，５０，６０，８０…マスク部材、３０ａ，４０ａ，５０ａ，６０ａ，８０ａ…第１マスク部材、３０ｂ，４０ｂ，５０ｂ，６０ｂ，８０ｂ…第２マスク部材、３１，６１…マスク要素、３１ａ，６１ａ，８１ａ…第１マスク要素、３１ｂ，６１ｂ，８１ｂ…第２マスク要素、３２…マスク要素対、４０ｃ，５０ｃ…第３マスク部材、４０ｄ，５０ｄ…第４マスク部材、６１ｓ１…第１対向面、６１ｓ２…第２対向面、７１…変更部、Ａ…光軸、Ｉ…被照射体、Ｌ…レーザー光線。
【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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