专利名称：激光加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在加工对象物中形成改质区域的激光加工装置。
背景技术：
作为以往的激光加工装置，已知有通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光从而在加工对象物中形成改质区域的装置(例如参照专利文献1、幻。在这样的激光加工装置中，试图用反射型空间光调制器对由激光光源所射出的激光进行调制。专利文献1 国际公开第2005/106564号小册子专利文献2 日本特开2006-68762号公报
发明内容
发明所要解决的课题在此，在上述那样的激光加工装置中，例如由于激光光源以及反射型空间光调制器的个体差异等，可能无法使激光高精度地入射于反射型空间光调制器，从而聚光于加工对象物的内部的激光的像差可能会增大。因此，本发明的课题是为了提供一种能够抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差的激光加工装置。解决课题的技术手段为了解决上述课题，本发明所涉及的激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在加工对象物中形成改质区域的激光加工装置， 具备射出激光的激光光源、以及对由激光光源所射出的激光进行调制的反射型空间光调制器，在激光的光路上的激光光源和反射型空间光调制器之间配置有反射激光的至少2个第1镜，第1镜被构成为可以调整激光的反射方向。在该激光加工装置中，分别利用至少2个第1镜调整激光的反射方向，从而能够将入射于反射型空间光调制器的激光的位置以及入射角度调整为所期望的。因此，可以使激光高精度地入射于反射型空间光调制器。其结果，可以使反射型空间光调制器适当地发挥作用，并可以抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差。此外，本发明所涉及的激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在加工对象物中形成改质区域的激光加工装置，具备射出激光的激光光源、对由激光光源所射出的激光进行调制的反射型空间光调制器、以及调整由反射型空间光调制器调制后的激光的波阵面形状的调整光学系统，在激光的光路上的反射型空间光调制器和调整光学系统之间配置有反射激光的至少2个第2镜，第2镜被构成为可以调整激光的反射方向。在该激光加工装置中，分别利用至少2个第2镜调整激光的反射方向，从而能够将入射于调整光学系统的激光的位置以及入射角度调整为所期望的。因此，可以使激光高精度地入射于调整光学系统。其结果，可以使调整光学系统适当地发挥作用，并可以抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差。此外，本发明所涉及的激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在加工对象物中形成改质区域的激光加工装置，具备射出激光的激光光源、对由激光光源所射出的激光进行调制的反射型空间光调制器、调整由反射型空间光调制器调制后的激光的波阵面形状的调整光学系统、以及使由调整光学系统调整后的激光聚光于加工对象物的内部的聚光光学系统，在激光的光路上的调整光学系统和聚光光学系统之间配置有使激光透过的分色镜(dichroic mirror)。在此，若发散或聚光的激光入射于分色镜，则透过分色镜后的激光可能会发生像散(astigmatism)。针对该点，在本发明的激光加工装置中，由调整光学系统进行调整使激光成为平行光，从而能够使平行光入射于分色镜，因此，可以抑制透过分色镜后的激光发生像散。此时，还具备聚光点位置控制单元，该聚光点位置控制单元通过对加工对象物照射测定用激光并接收测定用激光的在加工对象物的反射光，从而使聚光点对准加工对象物的规定位置；分色镜使激光透过，并且反射测定用激光以及测定用激光的反射光。此外，本发明所涉及的激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在加工对象物中形成改质区域的激光加工装置，具备射出激光的激光光源、对由激光光源所射出的激光进行调制的反射型空间光调制器、调整由反射型空间光调制器调制后的激光的波阵面形状的调整光学系统、使由调整光学系统调整后的激光聚光于加工对象物的内部的聚光光学系统、以及通过对加工对象物照射测定用激光并接收测定用激光的在加工对象物的反射光从而使聚光点对准加工对象物的规定位置的聚光点位置控制单元，在激光的光路上，在激光光源和反射型空间光调制器之间配置有反射激光的至少2个第1镜，在反射型空间光调制器和调整光学系统之间配置有反射激光的至少2 个第2镜，在调整光学系统和聚光光学系统之间配置有使激光透过并且反射测定用激光以及测定用激光的反射光的分色镜。在该激光加工装置中，由于可以使激光高精度地入射于反射型空间光调制器以及调整光学系统，因此可以使反射型空间光调制器以及调整光学系统适当地发挥作用，可以进一步抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差。此外，也可以抑制透过分色镜后的激光发生像散。此外，调整光学系统优选为以在第1透镜和第2透镜之间第1透镜以及第2透镜的焦点彼此一致的方式构成的光学系统。作为这样的调整光学系统，例如可以列举4f光学系统。此外，反射型空间光调制器优选为以聚光于加工对象物的内部的激光的像差成为规定像差以下的方式调制激光。在此情况下，能够提高在激光的聚光位置上的激光的能量密度，能够形成作为切断的起点的作用高(例如容易产生割裂)的改质区域。此外，优选，在激光的光路上，镜中位于最下游侧的镜和反射型空间光调制器之间配置有光束扩展器(beam expander)或光束均束器(beam homogenizer)。在此情况下，可以使激光高精度地入射于光束扩展器或光束均束器的光学中心(透镜的光学中心)，可以使扩大激光的光束直径的光束扩展器的作用或使激光的强度分布均勻化的光束均束器的作用充分地发挥。
根据本发明，可以抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差。
图1是用于改质区域的形成的激光加工装置的概略构造图。图2是成为改质区域的形成对象的加工对象物的平面图。图3是沿着图2的加工对象物的III-III线的截面图。图4是激光加工后的加工对象物的平面图。图5是沿着图4的加工对象物的V-V线的截面图。图6是沿着图4的加工对象物的VI-VI线的截面图。图7是显示本发明的第1实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。图8是图7的激光加工装置的反射型空间光调制器的分解立体图。图9是显示本发明的第2实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。图10是显示本发明的第3实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。图11是显示本发明的第4实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。图12是显示本发明的第5实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。图13是显示本发明的第6实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。符号的说明L···加工对象物、7…改质区域、100、200、300、400、500、600、700…激光加工装置、 101、202…激光光源、105…聚光用透镜(聚光光学系统)、203、403、703…反射型空间光调制器、204…聚光光学系统、205a、205b…第1镜、206a、206b…第2镜、210、238、510、710…分
色镜、212…AF单元(聚光点位置控制单元)、223…光束扩展器、241…4f光学系统(调整光学系统)、301…光束均束器、L···激光、P…聚光点。
具体实施例方式以下，针对本发明的优选的实施方式，参照附图进行详细的说明。还有，在各图中， 对于相同或相当的要素赋予相同的符号，省略重复的说明。此外，“上” “下” “左” “右”的用语是基于图示的状态且便于说明的用语。本实施方式所涉及的激光加工装置中，通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在加工对象物中形成改质区域。因此，首先，针对由本实施方式的激光加工装置形成改质区域，参照图1 图6进行说明。如图1所示，激光加工装置100具备使激光L脉冲振荡的激光光源101、配置成使激光L的光轴(光路)的方向改变90°的分色镜103、用于将激光L聚光的聚光用透镜 (聚光光学系统)105。此外，激光加工装置100具备用于支承由聚光用透镜105聚光后的激光L照射的加工对象物1的支承台107、用于使支承台107沿X、Y、Z轴方向移动的载台 111、为了调节激光L的输出以及脉冲宽度等而控制激光光源101的激光光源控制部102、以及控制载台111的移动的载台控制部115。在该激光加工装置100中，从激光光源101射出的激光L由分色镜103而使其光轴的方向改变90°，由聚光用透镜105而聚光在支承台107上所载置的加工对象物1的内部。与此同时，使载台111移动，使加工对象物1相对于激光L沿着切断预定线5相对地移动。由此，在加工对象物1中形成沿着切断预定线5的改质区域。加工对象物1使用半导体材料或压电材料等，如图2所示，在加工对象物1设定有用于切断加工对象物1的切断预定线5。切断预定线5是直线状延伸的假想线。在加工对象物1的内部形成改质区域的情况下，如图3所示，在使聚光点P对准加工对象物1的内部的状态下，使激光L沿着切断预定线5 (即图2的箭头A方向)相对地移动。由此，如图4 图6所示，沿着切断预定线5在加工对象物1的内部形成改质区域7，沿着切断预定线5所形成的改质区域7成为切断起点区域8。还有，聚光点P是指激光L聚光的地方。切断预定线5不限于直线状，也可以为曲线状，不限于假想线，也可以为实际画在加工对象物1的表面3的线。此外，改质区域7包含连续地形成的情况、断续地形成的情况。此外，改质区域7可以为列状也可以为点状，只要是改质区域7至少形成在加工对象物1的内部即可。此外，会有以改质区域7为起点而形成龟裂的情况，龟裂以及改质区域7也可以露出于加工对象物1的外表面(表面、背面或外周面)。附带说一下，在此，激光L透过加工对象物1并且特别是在加工对象物1的内部的聚光点附近被吸收，由此，在加工对象物1中形成改质区域7(即内部吸收型激光加工)。因此，由于在加工对象物1的表面3激光L几乎不会被吸收，加工对象物1的表面3不会发生熔融。一般而言，在从表面3进行熔融除去而形成孔或沟槽等的除去部(表面吸收型激光加工)的情况下，加工区域从表面3侧逐渐朝背面侧进行。然而，由本实施方式所涉及的激光加工装置所形成的改质区域是指成为密度、折射率、机械强度或其它物理特性与周围不同的状态的区域。作为改质区域，例如包括熔融处理区域、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等，也包括它们混合存在的区域。再者， 作为改质区域，也包括在加工对象物的材料中改质区域的密度相比于非改质区域的密度发生改变的区域、形成有晶格缺陷的区域(它们可以统称为高密转移区域)。此外，熔融处理区域、折射率变化区域、改质区域的密度相比于非改质区域的密度发生改变的区域、形成有晶格缺陷的区域，还包括进一步在这些区域的内部或在改质区域和非改质区域的界面上内包(含有)龟裂(割裂、微裂纹)的情况。所内包(含有)的龟裂包括遍及改质区域的整个面的情况以及仅形成于一部分或多个部分的情况。作为加工对象物1，例如包含硅、玻璃、LiTaO3或蓝宝石(Al2O3),或者可以列举由它们所构成的加工对象物。〔第1实施方式〕接着，说明第1实施方式所涉及的激光加工装置。图7是显示本发明的第1实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。如图7 所示，激光加工装置200通过使聚光点P对准载台111上的加工对象物1的内部并照射激光L，从而沿着加工对象物1的切断预定线5形成成为切断起点的改质区域7。该激光加工装置200在框体231内具备激光光源202、反射型空间光调制器203、4f光学系统Ml以及聚光光学系统204。激光光源202射出激光L，例如使用光纤激光。在此的激光光源202以朝水平方向(X方向)射出激光的方式(所谓横置的状态下)通过螺钉等固定在框体231的顶板236上。
反射型空间光调制器203将从激光光源202射出的激光L进行调制，例如使用反射型液晶(LCOS :Liquid Crystal on Silicon)的空间光调制器(SLM :Spatial Light Modulator)。该反射型空间光调制器203将在水平方向上入射的激光L朝相对于水平方向的斜上方反射，并进行调制，使聚光于加工对象物1的内部的激光L(即聚光位置上的激光 L)的像差成为规定像差以下。换言之，将沿水平方向入射的激光L朝相对于水平方向往上方倾斜的方向反射，并进行调制，使得在加工对象物1的内部激光L的波阵面成为规定波阵在此的“规定像差以下”是指，例如在聚光位置上发生的激光L的像差，比未利用空间光调制器203进行聚光的情况小。理想上是指，在激光L的聚光位置所发生的激光L 的像差大致为0。图8是图7的激光加工装置的反射型空间光调制器的分解立体图。如图8所示， 反射型空间光调制器203具备硅基板213、设置于硅基板213上的金属电极层214、设置于金属电极层214上的镜层215、设置于镜层215上的液晶层216、设置于液晶层216上的透明电极层217、以及设置于透明电极层217上的玻璃板218。金属电极层214以及透明电极层217具有配置成矩阵状的多个电极部2Ha、217a， 金属电极层214的各电极部21 和透明电极层217的各电极部217a，在反射型空间光调制器203的层叠方向上彼此相对。在该反射型空间光调制器203中，激光L从外部依次透过玻璃板218以及透明电极层217而入射于液晶层216，被镜层215反射，而从液晶层216依次透过透明电极层217 以及玻璃板218而往外部射出。此时，对每个彼此相对的1对电极部214a、217a施加电压， 对应于该电压，液晶层216中被彼此相对的1对电极部214a、217a夹持的部分的折射率产生变化。由此，在构成激光L的多个光线的各个上，在与各光线的行进方向正交的规定方向的成分的相位上产生偏差，激光L被整形(相位调制)。返回图7，4f光学系统241调整由反射型空间光调制器203调制后的激光L的波阵面形状。该4f光学系统241具有第1透镜Mla以及第2透镜Mlb。关于透镜Mla、241b，反射型空间光调制器203和第1透镜Mla的距离成为第1 透镜Mla的焦点距离Π，聚光光学系统204和透镜Mlb的距离成为透镜Mlb的焦点距离f2，第1透镜Mla和第2透镜Mlb的距离成为f l+f2，而且第1透镜Mla和第2透镜 241b以成为两侧远心光学系统的方式配置在反射型空间光调制器203和聚光光学系统204 之间。在该4f光学系统Ml中，能够由聚光光学系统204对由反射型空间光调制器203 进行相位调制而规定光束直径且聚光的激光L的像差成为规定像差以下的波阵面的激光L 进行聚光。焦点距离Π与焦点距离f2的比为η 1 (η为实数)，入射于聚光光学系统204 的激光L的光束直径、波阵面，分别为由反射型空间光调制器203反射后的光束直径以及波阵面的1/η倍、η倍。此外，在4f光学系统Ml中，可以抑制由反射型空间光调制器203调制(修正)后的激光L因空间传播而使波阵面形状改变且像差增大。在此的4f光学系统 241中，调整激光L，使入射于聚光光学系统204的激光L成为平行光。聚光光学系统204将由4f光学系统241调制后的激光L聚光于加工对象物1的内部。该聚光光学系统204被构成为包含多个透镜，经由包含压电元件等而构成的驱动单元232而设置于框体231的底板233。还有，框体231的外形为其变形减少那样的单纯形状，在此，呈大致长方体形状。 此外，框体231中，两侧板234、底板233、顶板236以及背板(背面侧的壁板)的板厚形成为较厚，并且相比于该板厚，框体231中，上部的上盖235以及前板(前面侧的壁板)的板厚比顶板236形成为较薄。此外，激光加工装置200在框体231内具备表面观察单元211以及AF (Aut0R)CuS) 单元(聚光点位置控制单元)212。表面观察单元211用于观察加工对象物1的表面3。该表面观察单元211至少具有射出可见光VLl的观察用光源211a、接收并检测被加工对象物 1的表面3反射后的可见光VLl的反射光VL2的检测器211b、使激光L透过并且将可见光 VLl以及反射光VL2反射的分色镜210。分色镜210在激光L的光路上配置在4f光学系统 241和聚光光学系统204之间，并且配置成将可见光VLl以及反射光VL2的方向改变90°。在该表面观察单元211中，从观察用光源211a射出的可见光VLl依次由镜208以及分色镜209、210反射，由聚光光学系统204进行聚光。此外，被加工对象物1的表面3反射后的反射光VL2，由聚光光学系统204聚光并被分色镜210反射，并透过分色镜209。AF单元212，例如即使在加工对象物1的表面3上存在起伏那样的情况下，也使激光L的聚光点P高精度地对准离表面3规定距离的位置上。具体而言，该AF单元212，将 AF用激光LBl朝加工对象物1射出，接收并检测被加工对象物1的表面3反射的AF用激光LBl的反射光LB2，从而取得沿着切断预定线5的表面3的位移数据。而且，在形成改质区域7时，根据所取得的位移数据，驱动驱动单元232，以沿着加工对象物1的表面3的起伏的方式使聚光光学系统204在其光轴方向上往复移动，对聚光光学系统204和加工对象物 1的距离进行微调整。该AF单元212至少具有使激光L透过并且反射AF用激光LBl以及反射光LB2的 AF用分色镜238。AF用分色镜238，在激光L的光路上，配置在4f光学系统241和聚光光学系统204之间且配置在分色镜210的下游侧，并且配置成使AF用激光LBl以及反射光LB2 的方向改变90°。该AF用分色镜238为在激光L的光路上配置在最下游侧的透过光学元件。即，AF单元212被构成为使反射光LB2不透过分色镜等的其它透过光学元件。由AF用分色镜238而使AF用激光LBl入射的方向以及朝向，与由上述的分色镜 210而使可见光VLl入射的方向以及朝向相同。即，分色镜210、238被设置成，其镜面相对于激光L的光轴向相同的方向以同角度倾斜。由此，表面观察单元211以及AF单元212配置在框体231内的相同侧(图示右侧)。此外，作为用于控制激光加工装置200的整体的装置，激光加工装置200具备与激光光源202、反射型空间光调制器203、载台211、框体231、以及AF单元212连接并控制它们的控制部250。具体而言，该控制部250执行以下的控制。即，控制部250控制激光光源202，调节从激光光源202射出的激光L的输出以及脉冲宽度等。此外，控制部250，在形成改质区域7时，控制框体231以及载台111的至少一方，使激光L的聚光点P位于离加工对象物1的表面3规定距离的位置并且使激光L的聚光点P沿着切断预定线5相对地移动。此外，控制部250控制反射型空间光调制器203，使激光L的光学特性成为规定的光学特性。例如，在形成改质区域7时，以聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差成为规定像差以下的方式，对每个彼此相对的1对电极部214a、217a施加规定电压并控制反射型空间光调制器203。更具体来说，控制部250，将用于对入射于反射型空间光调制器203 的激光L的光束图案(光束波阵面)进行整形(调制)的波阵面整形(像差修正)图案信息输入至反射型空间光调制器203。然后，由基于所输入的图案信息的信号，使与一对电极 214a,217a的各个对应的液晶层216的折射率改变，对从反射型空间光调制器203射出(反射)的激光L的光束图案(光束波阵面)进行整形(调制)。还有，控制部250也可以如图所示配置于框体231外，也可以配置于框体231内。 此外，控制部250中，输入至反射型空间光调制器203的图案信息也可以逐次输入，也可以选择预先存储的图案信息并进行输入。在此，本实施方式的激光加工装置具备，在激光L的光路上，配置于激光光源202 和反射型空间光调制器203之间的一对第1镜20fe、205b，以及配置于反射型空间光调制器 203和4f光学系统241之间的一对第2镜206a、206b。第1镜20fe、205b，将由激光光源202射出的激光L朝向反射型空间光调制器203 反射。这些第1镜20如、20恥分别配置成使激光L的方向改变90°。具体而言，上游侧的第1镜20 ，将从水平方向右侧入射的激光L朝下方反射，下游侧的第1镜20 ，将从上方入射的激光L朝水平方向右侧反射。第2镜206a、206b，将由反射型空间光调制器203反射后的激光L，朝向4f光学系统241反射。具体而言，上游侧的第2镜206a，将从相对于水平方向的斜下方入射的激光L 朝上方反射，下游侧的第2镜206b，将从下方入射的激光L朝水平方向左侧反射。此外，镜20^1、205b、206a、206b，具有在规定方向(此处为Y轴方向)上延伸的轴， 并被构成为能够绕该轴旋转。由此，镜20fe、205b、206a、206b被构成为能够调整其反射方向(反射角度)。因此，在第1镜20fe、2(^b中，适当地调整这些反射方向，调整激光L的位置以及入射角度，使激光L以规定入射角度可靠地入射于反射型空间光调制器203。此外， 在第2镜206a、206b中，适当地调整这些反射方向，调整激光L的位置以及入射角度，使激光L以规定入射角度可靠地入射于4f光学系统Ml。还有，在这些镜20fe、205b、206a、206b中，可以被构成为通过压电元件等的电气机构调整反射方向，也可以被构成为通过螺钉等的机械机构调整反射方向。此外，在激光L的光路上，在下游侧的第1镜20 和反射型空间光调制器203之间配置有光束扩展器223。光束扩展器223，用于扩大激光L的光束直径，具有凹透镜213a 以及平凸透镜213b。平凸透镜213b，为了使透镜213a、213b的距离成为可变，可拆装并且能够设置在激光L的光路上的多个位置。因此，通过将平凸透镜21 设置在期望的位置上， 能够将激光L的光束直径扩大成所期望的。还有，为了抑制通过光束扩展器223后的激光L的像差，凹透镜213a以及平凸透镜21 的各自的焦点距离例如如以下所示设定成较大。凹透镜213a的焦点距离平凸透镜213b的焦点距离= -10 +20= -20 +40= -30 +60此外，在激光L的光路上的第1镜20fe、20 之间，配置有衰减器207。衰减器207用于调整激光L的光强度。该衰减器207被构成为包含用于获得直线偏光的偏光板207a、 以及用于改变偏光方向的λ/2波长板207b。此外，在激光L的光路上的第2镜206a、206b之间配置有用于改变偏光方向的 λ/2波长板228。通过该λ/2波长板228，可以使激光L的偏光方向对应于加工进行方向 (沿着切断预定线5的方向)。在使用如上所述构成的激光加工装置100来切断加工对象物1的情况下，首先，在加工对象物1的背面贴附例如扩张胶带，将该加工对象物1载置在载台111上。接着，从加工对象物1的表面3使聚光点对准硅晶圆11的内部并照射激光L，沿着切断预定线5在加工对象物1的内部形成改质区域7。接着，使扩张胶带扩张。由此，以改质区域7作为切断的起点，加工对象物1沿着切断预定线5被高精度地切断，从而使多个半导体芯片互相分离。在此，对于从激光光源202射出的激光L，在框体231内沿水平方向行进后，被第1 镜20 朝下反射，通过衰减器207调整光强度。然后，被第1镜20 朝水平方向反射，通过光束扩展器223扩大光束直径而入射于反射型空间光调制器203。入射于反射型空间光调制器203的激光L，通过该反射型空间光调制器203进行调制(修正)而使聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差成为规定像差以下，朝相对于水平方向的斜上方射出。然后，被第2镜206a朝上方反射后，通过λ/2波长板2 改变偏光方向，通过第2镜206b朝水平方向反射而入射于4f光学系统Ml。入射于4f光学系统Ml的激光L，波阵面形状被调整，使得入射于聚光光学系统 204的激光L成为平行光。具体而言，该激光L，透过第1透镜Mla而被聚束，由镜291而朝下方反射。然后，经过共焦点0而发散，并且与第1镜20 以及反射型空间光调制器203 间的光路交叉后，透过第2透镜Mlb，再次聚束成平行光。然后，激光L，依次透过分色镜210、238并入射于聚光光学系统204，通过聚光光学系统204聚光在载台111上所载置的加工对象物1的内部。以上，在本实施方式的激光加工装置200中，在激光光源202和反射型空间光调制器203之间配置有使激光L的反射方向可变的第1镜20fe、205b。而且，在这些第1镜 205a,205b中，适当调整该激光L的反射方向，调整激光L的位置以及入射角度，使激光L以规定入射角度可靠地入射于反射型空间光调制器203。因此，能够使激光L高精度地入射于反射型空间光调制器203而使反射型空间光调制器203适当地发挥作用，从而可以抑制 (减少)聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。此外，在本实施方式中，如上所述，在激光L的聚光位置上所产生的激光L的像差成为规定像差以下(理想上为大致0)。因此，能够提高聚光位置上的激光L的能量密度，从而可以形成作为切断的起点的作用高(例如容易产生龟裂)的改质区域7。S卩，在加工对象物1的内部，通过选择性地使激光L聚光于小区域，从而能够增大与周围的温度差，因而能够在该小区域附近产生大的应力，因此，能够使有助于切断的龟裂变大。此外，在本实施方式中，如上所述，在激光L的光路上，在第1镜20 和反射型空间光调制器203之间配置有光束扩展器223，因此能够使修正后的激光L入射于光束扩展器 223。因此，能够使扩大激光L的光束直径的光束扩展器223的作用充分地发挥。此外，在本实施方式的激光加工装置200中，如上所述，在反射型空间光调制器203和4f光学系统241之间配置有使激光L的反射方向可变的第2镜206a、206b。而且， 在这些第2镜206a、206b中，适当调整该激光L的反射方向，调整激光L的位置以及入射角度，使激光L以规定入射角度可靠地入射于4f光学系统Ml。因此，能够使激光L高精度地入射于4f光学系统241而使4f光学系统241适当地发挥作用，从而可以抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。在此，在分色镜210、218中，特别是在镜面与激光L的光轴不垂直地交叉的情况下，若透过的激光L进行发散或聚光，则在该激光L上会发生像散(波阵面变形)。针对这点，在本实施方式中，如上所述，在激光L的光路上，由于在4f光学系统241和聚光光学系统204之间配置有分色镜210、218，因而使被4f光学系统241调整成平行光的激光L入射于分色镜210、218。因此，可以抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L发生像散。此外，在本实施方式中，如上所述，在激光L的光路上，在光束扩展器223的上游侧配置有衰减器207，因此在衰减器207中，激光L的光束直径变小。因此，可以使衰减器207 中的偏光板207a以及λ /2波长板207b等的光学元件小型化。此外，在本实施方式中，如上所述，由于激光光源202以横置的状态设置于框体 231，因而容易进行激光光源202的替换。此外，在本实施方式中，如上所述，以AF用激光LBl以及反射光LB2不透过分色镜等的其它透过光学元件的方式构成AF单元212。因此，在AF单元212中，能够高精度地检测反射光LB2，从而可以将聚光光学系统204和加工对象物1的距离进行高精度地微调整。然而，为了发挥通过第2镜206a、206b使激光L高精度地入射于4f光学系统241 的上述效果，需要将第1透镜Mla配置在第2镜206b的下游侧。针对这点，在本实施方式中，由于反射型空间光调制器203朝相对于水平方向的斜上方将激光L反射，因而容易使第 1透镜Mla和反射型空间光调制器203的距离设定成焦点距离Π并将第1透镜Mla配置在第2镜206b的下游侧。此外，在本实施方式中，由于激光L的光路在X-Z平面上(-平面上)，不在Y方向 (纸面垂直方向)上行进，因此能够容易地调整镜20fe、205b、206a、206b。S卩，例如在调整镜20fe、205b、206a、2(^b上的反射方向时，可以仅调整绕Y轴的旋转方向。此外，在本实施方式中，反射型空间光调制器203、表面观察单元211以及AF单元 212，在框体231内设置在水平方向的一侧(图示右侧)。因此，连接于它们的配线可以紧凑地集中在一起。再者，在此情况下，由于能够在框体231内在水平方向的另一侧(图示左侧)形成空间S，例如，用于观察加工对象物1的内部的内部光源也可以安装在该空间S内。此外，为了进行相位调制，由从控制部250输入至反射型空间光调制器203的图案信息，聚光于加工对象物1的激光L的入射角(以下称为“NA”)会发生变化。该变化量较小，但在形成精密的改质区域7的情况下可能会成为问题。例如，若NA比规定NA小，则可能难以形成作为切断的起点的作用高的改质区域7。因此，在本实施方式中，通过控制部250 来控制激光L的相位调制，使NA维持在可形成良好的改质区域7的规定范围内。此外，即使NA维持在规定范围内，若因相位调制而使NA改变，则加工位置(聚光点位置)可能会改变。因此，在本实施方式中，通过控制部250的控制，将聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差进行修正，并且调整聚光光学系统204和加工对象物1的距离以维持规定的加工位置。
附带一提，在反射型空间光调制器203中，由其像素构造而会使相位调制量受到限制。因此，在本实施方式的控制部250中，为了正确地再现用于充分地修正像差的波阵面，以减少相位调制量的方式，根据相位调制量来调整聚光光学系统204和加工对象物1的距离。〔第2实施方式〕接着，说明第2实施方式所涉及的激光加工装置。图9是显示本发明的第2实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。如图9所示，本实施方式的激光加工装置300与上述第1实施方式的不同点在于取代光束扩展器223(参照图7)而具备光束均束器301。光束均束器301，用于使激光L的强度分布均勻化，具有非球面透镜301a、301b。该光束均束器301在激光L的光路上配置在第1镜20 和反射型空间光调制器203之间。在本实施方式中，也可以发挥与上述效果相同的效果，即能够抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。此外，在本实施方式中，通过光束均束器301，可以使呈高斯分布的激光L的强度分布均勻化，从而能够高精度地形成改质区域7。〔第3实施方式〕接着，说明第3实施方式所涉及的激光加工装置。图10是显示本发明的第3实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。如图10所示，本实施方式的激光加工装置400 与上述第1实施方式的不同点在于取代反射型空间光调制器203(参照图7)而具备反射型空间光调制器403。反射型空间光调制器403，将从水平方向入射的激光L朝相对于水平方向的斜下方反射。由此，从反射型空间光调制器403射出的激光L与被第2镜206a朝上方反射后入射于反射型空间光调制器403的激光L交叉。此外，反射型空间光调制器403配置在比上述反射型空间光调制器203更靠水平方向右侧的位置上。即，反射型空间光调制器403，相对于上述反射型空间光调制器203，偏离于激光L的入射方向内侧。由此，可以将第1透镜Mla和反射型空间光调制器403的距离设定成焦点距离Π并将第1透镜Mla配置在第2镜206b的下游侧。在本实施方式中，也可以发挥与上述效果相同的效果，即能够抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。此外，在本实施方式中，如上所述，反射型空间光调制器403将激光L朝相对于水平方向的斜下方反射，使入射于反射型空间光调制器403的激光L与所反射的激光L交叉。 因此，可以缩小激光L的相对于反射型空间光调制器403的入射角(反射角)，从而能够抑制液晶层216中邻接的液晶像素间的串扰。此处的入射角(反射角)是指垂直地入射于反射型空间光调制器403时的与激光之间的角度。〔第4实施方式〕接着，说明第4实施方式所涉及的激光加工装置。图11是显示本发明的第4实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。如图11所示，本实施方式的激光加工装置500 与上述第1实施方式的不同点在于取代表面观察单元211(参照图7)而具备表面观察单元 511。表面观察单元511，在框体231内，隔着激光L而配置在与AF单元212对称的位置上。在此，配置在框体231的水平方向左侧。该表面观察单元511，采用与上述表面观察单元211同样的构造，即至少具有观察用光源511a、检测器511b以及分色镜510。由分色镜510而使可见光VLl的入射的方向与由上述AF用分色镜238而使AF用激光LBl入射的方向相同。另一方面，由分色镜510而使可见光VLl入射的方向与由上述 AF用分色镜238而使AF用激光LBl入射的方向相反。即，分色镜510、218被设置成其镜面相对于激光L的光轴朝彼此不同的方向以同角度倾斜。在本实施方式中，也可以发挥与上述效果相同的效果，即能够抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。此外，例如在制造激光加工装置200时，在调整4f光学系统241的透镜Mla、241b 的位置时，通常检测来自加工对象物1的激光L的反射光。此时，如上所述，若在4f光学系统241和聚光光学系统204之间具有镜面相对于激光L的光路倾斜地配置的分色镜，则在透过该分色镜的激光L进行发散或聚光的情况下，激光L以及反射光的波阵面会变形(产生像散)。因此，无法高精度地检测反射光，难以将透镜Mla、241b配置在正确的位置。相对于此，在本实施方式中，在激光L的光路上的4f光学系统241和聚光光学系统204之间设置有镜面相对于激光L的光轴朝彼此不同的方向倾斜的分色镜510、218。因此，由分色镜510所产生的激光L的波阵面变形与由AF用分色镜238所产生的激光L的波阵面变形可以以互相抵消的方式作用。即，即使在透过分色镜510、218的激光L进行发散或聚光的情况下，也能够减少反射光的波阵面变形，能够高精度地调整4f光学系统Ml。〔第5实施方式〕接着，说明第5实施方式所涉及的激光加工装置。图12是显示本发明的第5实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。如图12所示，本实施方式的激光加工装置600 与上述第1实施方式的不同点在于还具备修正板601。修正板601减少通过聚光光学系统204聚光的激光L的波阵面变形，在激光L的光路上配置在分色镜210、218之间。在本实施方式中，也可以发挥与上述效果相同的效果，即能够抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。此外，在本实施方式中，由于通过聚光光学系统204聚光的激光L的波阵面变形由修正板601而被减少，根据上述理由，在调整4f光学系统Ml时可以减少激光L的反射光的波阵面变形，能够高精度地调整4f光学系统Ml。〔第6实施方式〕接着，说明第6实施方式所涉及的激光加工装置。图13是显示本发明的第6实施方式所涉及的激光加工装置的概略构造图。如图13所示，本实施方式的激光加工装置700 与上述第1实施方式的不同点在于取代反射型空间光调制器203以及分色镜210(参照图 7)而具备反射型空间光调制器703以及分色镜710。反射型空间光调制器703调制(修正)激光L，以使聚光于加工对象物1的内部的激光L中像差成为规定像差以下且像散成为规定像散以下。分色镜710在激光L的光路上配置在镜219和第2透镜Mlb之间。在本实施方式中，也可以发挥与上述效果相同的效果，即能够抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L的像差。再者，可以缩短第2透镜Mlb和聚光用光学系统204的聚光透镜之间的距离，能够缩短激光L的光路长整体，从而可以谋求激光加工装置700的小型化。
此外，在本实施方式中，由于分色镜710配置在第2透镜Mlb的上游侧，会有发散光的激光L入射于分色镜710而使激光L产生像散，但在本实施方式中，通过反射型空间光调制器703进行修正调制而使该像散也成为规定像散以下，因此能够抑制聚光于加工对象物1的内部的激光L发生像散。以上，说明了本发明的优选的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，具备表面观察单元211 (511)以及AF单元212，且在4f光学系统 241和聚光光学系统204之间配置有分色镜210 (510,710) ,218,但是，也可以仅具备AF单元212，且在4f光学系统241和聚光光学系统204之间仅配置有AF用分色镜238。另外，在上述实施方式中，具备一对第1镜20^1、20釙以及一对第2镜206a、206b， 但是，第1以及第2镜也可以分别至少具备2个以上。此外，在上述实施方式中，镜20fe、 2(^b、206a、206b被构成为能够绕轴旋转，但是，并不限定于此，只要是被构成为能够调整反射方向(反射角度)即可。此外，形成改质区域7时的激光入射面，并不限定于加工对象物1的表面3，也可以为加工对象物1的背面。此外，当然也可以沿着切断预定线5形成多列的改质区域7。另外，在本发明中，更加优选为，通过计测等求出激光从反射型空间光调制器传播至聚光光学系统时的波阵面形状的变化，将考虑该波阵面形状的变化的波阵面整形(像差整形)图案信息输入至反射型空间光调制器。根据本发明，可以抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差。
权利要求
1.一种激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在所述加工对象物中形成改质区域的激光加工装置， 具备激光光源，射出所述激光；以及反射型空间光调制器，对由所述激光光源所射出的所述激光进行调制， 在所述激光的光路上的所述激光光源和所述反射型空间光调制器之间，配置有反射所述激光的至少2个第1镜，所述第1镜被构成为能够调整所述激光的反射方向。
2.一种激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在所述加工对象物中形成改质区域的激光加工装置， 具备激光光源，射出所述激光；反射型空间光调制器，对由所述激光光源所射出的所述激光进行调制；以及调整光学系统，调整由所述反射型空间光调制器调制后的所述激光的波阵面形状， 在所述激光的光路上的所述反射型空间光调制器和所述调整光学系统之间，配置有反射所述激光的至少2个第2镜，所述第2镜被构成为能够调整所述激光的反射方向。
3.一种激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在所述加工对象物中形成改质区域的激光加工装置， 具备激光光源，射出所述激光；反射型空间光调制器，对由所述激光光源所射出的所述激光进行调制； 调整光学系统，调整由所述反射型空间光调制器调制后的所述激光的波阵面形状；以及聚光光学系统，将由所述调整光学系统调整后的所述激光聚光于所述加工对象物的内部，在所述激光的光路上的所述调整光学系统和所述聚光光学系统之间，配置有使所述激光透过的分色镜。
4.如权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，还具备聚光点位置控制单元，通过对所述加工对象物照射测定用激光，接收所述测定用激光的在所述加工对象物的反射光，从而使所述聚光点对准所述加工对象物的规定位置，所述分色镜使所述激光透过，并且反射所述测定用激光以及所述测定用激光的所述反射光。
5.一种激光加工装置，其特征在于，是通过使聚光点对准加工对象物的内部并照射激光，从而在所述加工对象物中形成改质区域的激光加工装置， 具备激光光源，射出所述激光；反射型空间光调制器，对由所述激光光源所射出的所述激光进行调制； 调整光学系统，调整由所述反射型空间光调制器调制后的所述激光的波阵面形状； 聚光光学系统，将由所述调整光学系统调整后的所述激光聚光于所述加工对象物的内部；以及聚光点位置控制单元，通过对所述加工对象物照射测定用激光，接收所述测定用激光的在所述加工对象物的反射光，从而使所述聚光点对准所述加工对象物的规定位置， 在所述激光的光路上，在所述激光光源和所述反射型空间光调制器之间配置有反射所述激光的至少2个第1镜，在所述反射型空间光调制器和所述调整光学系统之间配置有反射所述激光的至少2 个第2镜，在所述调整光学系统和所述聚光光学系统之间配置有使所述激光透过并且反射所述测定用激光以及所述测定用激光的所述反射光的分色镜。
6.如权利要求2 5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述调整光学系统为以在第1透镜和第2透镜之间所述第1透镜和所述第2透镜的焦点彼此一致的方式构成的光学系统。
7.如权利要求1 6中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述反射型空间光调制器调制所述激光，使聚光于所述加工对象物的内部的所述激光的像差成为规定像差以下。
8.如权利要求1 7中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，在所述激光的光路上，在所述镜中位于最下游侧的镜和所述反射型空间光调制器之间配置有光束扩展器或光束均束器。
全文摘要
提供能够抑制聚光于加工对象物的内部的激光的像差的激光加工装置。激光加工装置(200)具备射出激光(L)的激光光源(202)、以及对由激光光源(202)所射出的激光(L)进行调制的反射型空间光调制器(203)；在激光(L)的光路上的激光光源(202)和反射型空间光调制器(203)之间，配置有反射激光(L)的第1镜(205a、205b)，第1镜(205a、205b)被构成为能够调整激光(L)的反射方向。因此，在激光加工装置(200)中，分别利用镜(205a、205b)调整激光(L)的反射方向，从而可以将入射于反射型空间光调制器(203)的激光(L)的位置以及入射角度调整成所期望的。因此，能够使激光高精度地入射于反射型空间光调制器(203)。
文档编号B23K26/04GK102227286SQ20098014798
公开日2011年10月26日 申请日期2009年11月20日 优先权日2008年11月28日
发明者中野诚, 井上卓 申请人:浜松光子学株式会社