特開 2022-35948 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022035948

(43)【公開日】2022-03-04

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20220225BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20220225BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20220225BHJP

   B23K 26/066 20140101ALI20220225BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20220225BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

B23K26/00 M

B23K26/067

B23K26/00 N

B23K26/066

H01L21/78 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021013442

(22)【出願日】2021-01-29

(31)【優先権主張番号】P 2020140151

(32)【優先日】2020-08-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100183438

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 泰史

(72)【発明者】

【氏名】荻原 孝文

(72)【発明者】

【氏名】手塚 大貴

(72)【発明者】

【氏名】宮田 裕大

【テーマコード（参考）】

4E168

5F063

【Ｆターム（参考）】

4E168AD07

4E168AE01

4E168CA03

4E168CA06

4E168CA07

4E168DA43

4E168EA05

4E168EA17

4E168EA19

4E168KA04

5F063AA21

5F063AA41

5F063DD27

5F063DD32

(57)【要約】

【課題】分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させること。
【解決手段】レーザ加工装置１は、所定の計算式に基づいて第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に表示させる第１処理と、レーザ光が出射されるように光源ユニット８を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部１７を制御する第３処理と、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成する第４処理と、バランスパラメータによって計算式を補正し、補正された計算式に基づいて、第２分岐パターンを生成し加工プロセス用に反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第５処理と、を実行するように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物にレーザ光を照射することにより前記対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
前記対象物における前記レーザ光の反射光を検出する検出部と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
所定の計算アルゴリズムに基づいて、前記レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した前記第１分岐パターンを前記空間光変調器に設定し表示させる第１処理と、
前記空間光変調器に前記第１分岐パターンが表示された状態において前記レーザ光が出射されるように前記光源を制御する第２処理と、
前記第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の前記反射光が検出されるように前記検出部を制御する第３処理と、
前記検出部による検出結果に基づき前記分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、前記計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって前記出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第４処理と、
前記補正パラメータによって前記計算アルゴリズムを補正し、補正された前記計算アルゴリズムに基づいて、前記第２分岐パターンを生成し、生成した前記第２分岐パターンを、加工プロセス用に前記空間光変調器に設定し表示させる第５処理と、を実行するように構成されている、レーザ加工装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第１処理において、前記分岐後の各レーザ光の出力目標値の組み合わせが互いに異なる複数種類の前記第１分岐パターンを生成し、
前記第４処理において、前記複数種類の第１分岐パターンに含まれる少なくとも２つの前記第１分岐パターンに係る共通の前記補正パラメータを生成する、請求項１記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第４処理において、前記複数種類の第１分岐パターンについて、分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で、共通の前記補正パラメータを生成する、請求項２記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記第４処理において、前記分岐パラメータである前記出力目標値の近似度に応じた前記グループ分けを行う、請求項３記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第５処理において、前記加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、該分岐パラメータに対応するグループの前記補正パラメータによって、前記計算アルゴリズムを補正する、請求項３又は４記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記制御部は、
前記第１処理において、前記対象物の厚さ方向である鉛直方向における異なる位置に前記レーザ光を分岐する前記第１分岐パターンを生成する、請求項１～５のいずれか一項記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

対象物にレーザ光を照射することにより前記対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した前記第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１工程と、
前記第１分岐パターンが表示された前記空間光変調器にレーザ光を出射し、前記第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光を前記対象物に照射する第２工程と、
分岐後の各レーザ光の、前記対象物からの反射光を検出する第３工程と、
前記反射光の検出結果に基づき、前記分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、前記計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって前記出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第４工程と、
前記補正パラメータによって前記計算アルゴリズムを補正し、補正された前記計算アルゴリズムに基づいて、前記第２分岐パターンを生成し、生成した前記第２分岐パターンを、加工プロセス用に前記空間光変調器に設定し表示させる第５工程と、を含む、レーザ加工方法。

【請求項8】

所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した前記第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１工程と、
前記第１分岐パターンが表示された前記空間光変調器にレーザ光を出射し、前記第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光をパワーメータにより計測することにより、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出する第２工程と、
前記計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって前記出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成し出力する第３工程と、を含む、レーザ加工方法。

【請求項9】

前記第２工程では、
前記分岐後の各レーザ光の一部を遮光板で遮光しながら前記パワーメータによる出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、前記遮光板によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながら前記パワーメータによる出力計測を行う、請求項８記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ光源と、空間光変調器と、空間光変調器とは異なる集光補正手段とを備えるレーザ加工装置が記載されている。このようなレーザ加工装置は、レーザ光の照射によって対象物（ウエハ）の内部に改質領域を形成することにより、対象物の分割及び剥離等を行う。特許文献１に記載された技術では、レーザ光の照射によって対象物の内部に改質領域を形成すると共に、集光点からの反射光の一部を撮像し、撮像結果に基づいて集光点の位置ズレ量を検出し、位置ズレが小さくなるように空間光変調器における変調パターンを調整している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６６２０９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したようなレーザ加工装置では、同時に複数の改質領域が形成されるように、空間光変調器に分岐パターンが設定され、該分岐パターンに応じてレーザ光が分岐される場合がある。分岐パターンは、例えば分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定される。ここで、例えば空間光変調器を用いてレーザ光を分岐する場合においては、空間光変調器自体の光学特性やレンズにおける各分岐光の透過領域が互いに異なる等の光学特性、あるいは、光学素子の個体差等の影響により、分岐後の各レーザ光の出力が上述した出力目標値（設計値）とならない現象が起こる。このような現象は、完全に回避することは困難である。分岐後の各レーザ光の出力が想定していた値とならないことによって、改質領域から延びる亀裂量が所望の亀裂量とならず、対象物の未分割・未剥離が生じる（加工品質が悪化する）おそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させることができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、対象物におけるレーザ光の反射光を検出する検出部と、制御部と、を備え、制御部は、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１処理と、空間光変調器に第１分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部を制御する第３処理と、検出部による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第４処理と、補正パラメータによって計算アルゴリズムを補正し、補正された計算アルゴリズムに基づいて、第２分岐パターンを生成し、生成した第２分岐パターンを、加工プロセス用に空間光変調器に設定し表示させる第５処理と、を実行するように構成されている。

【0007】

本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて生成された第１分岐パターンが空間光変調器に表示された状態においてレーザ光が出射され、対象物からの反射光が検出され、検出結果に基づいて各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工装置では、出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータが生成され、該補正パラメータによって補正された計算アルゴリズムによって第２分岐パターンが生成され、該第２分岐パターンが加工プロセス用に空間光変調器に表示される。このような構成によれば、実際に検出された反射光に基づいて高精度に推定される出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成のための補正パラメータが生成される。そして、加工プロセス時においては、計算アルゴリズムが当該補正パラメータによって補正されて、第１分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第２分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本発明の一態様に係るレーザ加工装置によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。

【0008】

制御部は、第１処理において、分岐後の各レーザ光の出力目標値の組み合わせが互いに異なる複数種類の第１分岐パターンを生成し、第４処理において、複数種類の第１分岐パターンに含まれる少なくとも２つの第１分岐パターンに係る共通の補正パラメータを生成してもよい。このように、出力目標値の条件が互いに異なる複数の第１分岐パターンについて共通の補正パラメータが生成されることにより、同じ補正パラメータを用いてそれぞれ特有の第２分岐パターンを生成することが可能となり、第１分岐パターン毎に補正パラメータを生成する場合と比較して、補正パラメータの生成処理及び管理を容易化することができる。

【0009】

制御部は、第４処理において、複数種類の第１分岐パターンについて、分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で、共通の補正パラメータを生成してもよい。例えば、全ての第１分岐パターンについて共通の１つの補正パラメータが生成される場合には、互いに分岐パラメータが大きく異なる第１分岐パターンが含まれる等の場合に、生成した共通の補正パラメータによって計算アルゴリズムを補正することによっても、全ての第２分岐パターンの精度（分岐光の出力を出力目標値に近づける精度）を十分に向上させることができない。この点、分岐パラメータが近似するグループ単位で共通の補正パラメータが生成される、すなわち、分岐パラメータが近似しないグループ間では別の補正パラメータが生成されることにより、第２分岐パターンの精度（分岐光の出力を出力目標値に近づける精度）を担保することができる。

【0010】

制御部は、第４処理において、分岐パラメータである出力目標値の近似度に応じたグループ分けを行ってもよい。これにより、出力目標値が近似するグループ単位で共通の補正パラメータが生成されることとなるので、第２分岐パターンの精度（分岐光の出力を出力目標値に近づける精度）を担保することができる。

【0011】

制御部は、第５処理において、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、該分岐パラメータに対応するグループの補正パラメータによって、計算アルゴリズムを補正してもよい。これにより、加工プロセスにおける分岐パラメータに適した補正パラメータによって補正された計算アルゴリズムにより生成された第２分岐パターンを表示して加工プロセスを行うことができ、加工品質を向上させることができる。

【0012】

制御部は、第１処理において、対象物の厚さ方向である鉛直方向における異なる位置にレーザ光を分岐する第１分岐パターンを生成してもよい。実際の加工時においては鉛直方向における異なる位置にレーザ光が分岐される（縦分岐される）場合があるところ、当該縦分岐に係る第１分岐パターンが生成されることにより、縦分岐された場合の分岐光の出力を適切に出力目標値に近づけることができる第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成することができる。

【0013】

本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、対象物にレーザ光を照射することにより対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１工程と、第１分岐パターンが表示された空間光変調器にレーザ光を出射し、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光を対象物に照射する第２工程と、分岐後の各レーザ光の、対象物からの反射光を検出する第３工程と、反射光の検出結果に基づき、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を前記出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成する第４工程と、補正パラメータによって計算アルゴリズムを補正し、補正された計算アルゴリズムに基づいて、第２分岐パターンを生成し、生成した第２分岐パターンを、加工プロセス用に空間光変調器に設定し表示させる第５工程と、を含む。

【0014】

本発明の他の態様に係るレーザ加工方法は、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを空間光変調器に設定し表示させる第１工程と、第１分岐パターンが表示された空間光変調器にレーザ光を出射し、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光をパワーメータにより計測することにより、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出する第２工程と、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータを生成し出力する第３工程と、を含む。

【0015】

本発明の他の態様に係るレーザ加工方法では、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定された第１分岐パターンが空間光変調器に設定された状態においてレーザ光が出射され、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光がパワーメータにより計測され、計測結果に基づいて分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工方法では、出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成に係る補正パラメータが生成されて出力される。このような構成によれば、パワーメータにより実際に計測された出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成のための補正パラメータが生成される。このように、実際に計測した出力を目標値に近づけるように補正パラメータが生成されることにより、加工プロセス時において計算アルゴリズムが当該補正パラメータによって補正されて、第１分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第２分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本発明の一態様に係るレーザ加工方法によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。

【0016】

上記他の態様に係るレーザ加工方法において、第２工程では、分岐後の各レーザ光の一部を遮光板で遮光しながらパワーメータによる出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、遮光板によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながらパワーメータによる出力計測を行ってもよい。このように、遮光板によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながら、それぞれパワーメータによって出力計測が行われることにより、分岐後の各レーザ光の出力を適切に導出することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、分岐光の出力を所望の値に調整することにより加工品質を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。

【図2】図１に示されるレーザ加工装置の一部分の正面図である。

【図3】図１に示されるレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドの正面図である。

【図4】図３に示されるレーザ加工ヘッドの側面図である。

【図5】図３に示されるレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。

【図6】複数の改質スポットを説明するための平面図である。

【図7】ＧＵＩの設定画面の一例を示す図である。

【図8】ＧＵＩの設定画面の管理者モードの例を示す図である。

【図9】２点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。

【図10】３点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。

【図11】４点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。

【図12】縦分岐の態様を説明する図である。

【図13】縦分岐無しで取得したバランスパラメータを縦分岐有り（ＶＤ１６）の加工に適用する場合の、各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。

【図14】縦分岐有り（ＶＤ１６）で取得したバランスパラメータを縦分岐有り（ＶＤ１６）の加工に適用する場合の、各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。

【図15】縦分岐量と最大誤差との関係を示す表である。

【図16】領域毎にバランスパラメータを適用する場合の、各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。

【図17】分岐パラメータに応じたバランスパラメータの運用を説明する図である。

【図18】分岐パラメータに応じたバランスパラメータの運用を説明する図である。

【図19】バランスパラメータを適用した分岐パターンの生成処理を説明するフローチャートである。

【図20】バランスパラメータを適用した分岐パターンの生成処理を説明するフローチャートである。

【図21】変形例に係るレーザ加工装置の概略構成図である。

【図22】パワーメータを利用した分岐後の各レーザ光の出力導出を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0020】

まず、レーザ加工装置の基本的な構成について説明する。

【0021】

［レーザ加工装置の基本構成］
図１に示されるように、レーザ加工装置１は、複数の移動機構５，６と、支持部７と、一対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと、光源ユニット８と、制御部９と、を備えている。なお、以下ではレーザ加工ヘッドが一対である例を説明するが、レーザ加工ヘッドは１つのみであってもよい。以下、第１方向をＸ方向、第１方向に垂直な第２方向をＹ方向、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向をＺ方向という。本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

【0022】

移動機構５は、固定部５１と、移動部５３と、取付部５５と、を有している。固定部５１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。移動部５３は、固定部５１に設けられたレールに取り付けられており、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部５５は、移動部５３に設けられたレールに取り付けられており、Ｘ方向に沿って移動することができる。

【0023】

移動機構６は、固定部６１と、一対の移動部６３，６４と、一対の取付部６５，６６と、を有している。固定部６１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。一対の移動部６３，６４のそれぞれは、固定部６１に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部６５は、移動部６３に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。取付部６６は、移動部６４に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。つまり、装置フレーム１ａに対しては、一対の取付部６５，６６のそれぞれが、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って移動することができる。

【0024】

支持部７は、移動機構５の取付部５５に設けられた回転軸に取り付けられており、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。つまり、支持部７は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動することができ、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。支持部７は、対象物１００を支持する。対象物１００は、例えば、ウエハである。

【0025】

図１及び図２に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、移動機構６の取付部６５に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ａは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、移動機構６の取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。

【0026】

光源ユニット８は、一対の光源８１，８２を有している。光源８１は、レーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１は、光源８１の出射部８１ａから出射され、光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ａに導光される。光源８２は、レーザ光Ｌ２を出力する。レーザ光Ｌ２は、光源８２の出射部８２ａから出射され、別の光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ｂに導光される。

【0027】

制御部９は、レーザ加工装置１の各部（支持部７、複数の移動機構５，６、一対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂ、及び光源ユニット８等）を制御する。制御部９は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。制御部９では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部９は、各種機能を実現する。

【0028】

以上のように構成されたレーザ加工装置１による加工の一例について説明する。当該加工の一例は、ウエハである対象物１００を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインに沿って対象物１００の内部に改質領域を形成する例である。なお、レーザ加工装置１は、対象物１００の一部分を剥離する剥離加工を行うものであってもよい。

【0029】

まず、対象物１００を支持している支持部７がＺ方向において一対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと対向するように、移動機構５が、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って支持部７を移動させる。続いて、対象物１００において一方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

【0030】

続いて、一方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点（集光領域の一部）が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、一方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。

【0031】

続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、一方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ一方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。

【0032】

続いて、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

【0033】

続いて、他方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、他方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。

【0034】

続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、他方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ他方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。

【0035】

なお、上述した加工の一例では、光源８１は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ１を出力し、光源８２は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ２を出力する。そのようなレーザ光が対象物１００の内部に集光されると、レーザ光の集光点に対応する部分においてレーザ光が特に吸収され、対象物１００の内部に改質領域が形成される。改質領域は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲の非改質領域とは異なる領域である。改質領域としては、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等がある。

【0036】

パルス発振方式によって出力されたレーザ光が対象物１００に照射され、対象物１００に設定されたラインに沿ってレーザ光の集光点が相対的に移動させられると、複数の改質スポットがラインに沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポットは、１パルスのレーザ光の照射によって形成される。１列の改質領域は、１列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物１００に対するレーザ光の集光点の相対的な移動速度及びレーザ光の繰り返し周波数によって、互いに繋がる場合も、互いに離れる場合もある。設定されるラインの形状は、格子状に限定されず、環状、直線状、曲線状及びこれらの少なくとも何れかを組合せた形状であってもよい。

【0037】

［レーザ加工ヘッドの構成］
図３及び図４に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、筐体１１と、入射部１２と、調整部１３と、集光部１４と、を備えている。

【0038】

筐体１１は、第１壁部２１及び第２壁部２２、第３壁部２３及び第４壁部２４、並びに、第５壁部２５及び第６壁部２６を有している。第１壁部２１及び第２壁部２２は、Ｘ方向において互いに対向している。第３壁部２３及び第４壁部２４は、Ｙ方向において互いに対向している。第５壁部２５及び第６壁部２６は、Ｚ方向において互いに対向している。

【0039】

レーザ加工ヘッド１０Ａでは、第１壁部２１は、移動機構６の固定部６１とは反対側に位置しており、第２壁部２２は、固定部６１側に位置している。第３壁部２３は、移動機構６の取付部６５側に位置しており、第４壁部２４は、取付部６５とは反対側であってレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置している（図２参照）。第５壁部２５は、支持部７とは反対側に位置しており、第６壁部２６は、支持部７側に位置している。

【0040】

筐体１１は、第３壁部２３が移動機構６の取付部６５側に配置された状態で筐体１１が取付部６５に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６５は、ベースプレート６５ａと、取付プレート６５ｂと、を有している。ベースプレート６５ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている（図２参照）。取付プレート６５ｂは、ベースプレート６５ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ｂ側の端部に立設されている（図２参照）。筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６５ｂに接触した状態で、台座２７を介してボルト２８が取付プレート６５ｂに螺合されることで、取付部６５に取り付けられている。台座２７は、第１壁部２１及び第２壁部２２のそれぞれに設けられている。筐体１１は、取付部６５に対して着脱可能である。

【0041】

入射部１２は、第５壁部２５に取り付けられている。入射部１２は、筐体１１内にレーザ光Ｌ１を入射させる。入射部１２は、Ｘ方向においては第２壁部２２側（一方の壁部側）に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。

【0042】

入射部１２は、光ファイバ２の接続端部２ａが接続可能となるように構成されている。光ファイバ２の接続端部２ａには、ファイバの出射端から出射されたレーザ光Ｌ１をコリメートするコリメータレンズが設けられており、戻り光を抑制するアイソレータが設けられていない。当該アイソレータは、接続端部２ａよりも光源８１側であるファイバの途中に設けられている。これにより、接続端部２ａの小型化、延いては、入射部１２の小型化が図られている。なお、光ファイバ２の接続端部２ａにアイソレータが設けられていてもよい。

【0043】

調整部１３は、筐体１１内に配置されている。調整部１３は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１を調整する。調整部１３が有する各構成は、筐体１１内に設けられた光学ベース２９に取り付けられている。光学ベース２９は、筐体１１内の領域を第３壁部２３側の領域と第４壁部２４側の領域とに仕切るように、筐体１１に取り付けられている。光学ベース２９は、筐体１１と一体となっている。調整部１３が有する各構成は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。調整部１３が有する各構成の詳細については後述する。

【0044】

集光部１４は、第６壁部２６に配置されている。具体的には、集光部１４は、第６壁部２６に形成された孔２６ａに挿通された状態で（図５参照）、第６壁部２６に配置されている。集光部１４は、調整部１３によって調整されたレーザ光Ｌ１を集光しつつ筐体１１外に出射させる。集光部１４は、Ｘ方向においては第２壁部２２側（一方の壁部側）に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。

【0045】

図５に示されるように、調整部１３は、アッテネータ３１と、ビームエキスパンダ３２と、ミラー３３と、を有している。入射部１２、並びに、調整部１３のアッテネータ３１、ビームエキスパンダ３２及びミラー３３は、Ｚ方向に沿って延在する直線（第１直線）Ａ１上に配置されている。アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２は、直線Ａ１上において、入射部１２とミラー３３との間に配置されている。アッテネータ３１は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の出力を調整する。ビームエキスパンダ３２は、アッテネータ３１で出力が調整されたレーザ光Ｌ１の径を拡大する。ミラー３３は、ビームエキスパンダ３２で径が拡大されたレーザ光Ｌ１を反射する。

【0046】

調整部１３は、反射型空間光変調器３４と、結像光学系３５と、を更に有している。調整部１３の反射型空間光変調器３４及び結像光学系３５、並びに、集光部１４は、Ｚ方向に沿って延在する直線（第２直線）Ａ２上に配置されている。反射型空間光変調器３４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）である。反射型空間光変調器３４は、ミラー３３で反射されたレーザ光Ｌ１を変調する。反射型空間光変調器３４は、表示された変調パターンに応じて、レーザ光Ｌ１を変調する。反射型空間光変調器３４には、少なくともレーザ光Ｌ１を複数に分岐するための分岐パターンが設定・表示される。これにより、反射型空間光変調器３４に入射したレーザ光Ｌ１は、反射型空間光変調器３４において複数のレーザ光に分岐される（図６参照。詳細は後述）。結像光学系３５は、反射型空間光変調器３４の反射面３４ａと集光部１４の入射瞳面１４ａ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。結像光学系３５は、３つ以上のレンズによって構成されている。

【0047】

直線Ａ１及び直線Ａ２は、Ｙ方向に垂直な平面上に位置している。直線Ａ１は、直線Ａ２に対して第２壁部２２側（一方の壁部側）に位置している。レーザ加工ヘッド１０Ａでは、レーザ光Ｌ１は、入射部１２から筐体１１内に入射して直線Ａ１上を進行し、ミラー３３及び反射型空間光変調器３４で順次に反射された後、直線Ａ２上を進行して集光部１４から筐体１１外に出射する。なお、アッテネータ３１及びビームエキスパンダ３２の配列の順序は、逆であってもよい。また、アッテネータ３１は、ミラー３３と反射型空間光変調器３４との間に配置されていてもよい。また、調整部１３は、他の光学部品（例えば、ビームエキスパンダ３２の前に配置されるステアリングミラー等）を有していてもよい。

【0048】

レーザ加工ヘッド１０Ａは、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、検出部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を更に備えている。

【0049】

ダイクロイックミラー１５は、直線Ａ２上において、結像光学系３５と集光部１４との間に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー１５は、筐体１１内において、調整部１３と集光部１４との間に配置されている。ダイクロイックミラー１５は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。ダイクロイックミラー１５は、レーザ光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックミラー１５は、非点収差を抑制する観点では、例えば、キューブ型、又は、ねじれの関係を有するように配置された２枚のプレート型が好ましい。

【0050】

測定部１６は、筐体１１内において、調整部１３に対して第１壁部２１側（一方の壁部側とは反対側）に配置されている。測定部１６は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。測定部１６は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）と集光部１４との距離を測定するための測定光Ｌ１０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０を検出する。つまり、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して測定部１６で検出される。

【0051】

より具体的には、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられたビームスプリッタ２０及びダイクロイックミラー１５で順次に反射され、集光部１４から筐体１１外に出射する。対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５及びビームスプリッタ２０で順次に反射され、測定部１６に入射し、測定部１６で検出される。

【0052】

検出部１７は、筐体１１内において、調整部１３に対して第１壁部２１側（一方の壁部側とは反対側）に配置されている。検出部１７は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。検出部１７は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）を観察するための観察光Ｌ２０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０を検出する。つまり、検出部１７から出力された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して検出部１７で検出される。検出部１７は、例えば、反射された観察光Ｌ２０を検出（撮像）するカメラである。

【0053】

より具体的には、検出部１７から出力された観察光Ｌ２０は、ビームスプリッタ２０を透過してダイクロイックミラー１５で反射され、集光部１４から筐体１１外に出射する。対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５で反射され、ビームスプリッタ２０を透過して検出部１７に入射し、検出部１７で検出される。なお、レーザ光Ｌ１、測定光Ｌ１０及び観察光Ｌ２０のそれぞれの波長は、互いに異なっている（少なくともそれぞれの中心波長が互いにずれている）。

【0054】

また、検出部１７は、対象物１００の表面で反射されたレーザ光Ｌ１の一部を検出する（詳細は後述）。対象物１００の表面で反射されたレーザ光Ｌ１の一部とは、対象物１００の表面で反射されたレーザ光Ｌ１のうち、ダイクロイックミラー１５において検出部１７方向に少量だけ反射されたレーザ光Ｌ１である。

【0055】

駆動部１８は、第４壁部２４側において光学ベース２９に取り付けられている。駆動部１８は、例えば圧電素子の駆動力によって、第６壁部２６に配置された集光部１４をＺ方向に沿って移動させる。

【0056】

回路部１９は、筐体１１内において、光学ベース２９に対して第３壁部２３側に配置されている。つまり、回路部１９は、筐体１１内において、調整部１３、測定部１６及び検出部１７に対して第３壁部２３側に配置されている。回路部１９は、例えば、複数の回路基板である。回路部１９は、測定部１６から出力された信号、及び反射型空間光変調器３４に入力する信号を処理する。回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて駆動部１８を制御する。一例として、回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて、対象物１００の表面と集光部１４との距離が一定に維持されるように（すなわち、対象物１００の表面とレーザ光Ｌ１の集光点との距離が一定に維持されるように）、駆動部１８を制御する。なお、筐体１１には、回路部１９を制御部９（図１参照）等に電気的に接続するための配線が接続されるコネクタ（図示省略）が設けられている。

【0057】

レーザ加工ヘッド１０Ｂは、レーザ加工ヘッド１０Ａと同様に、筐体１１と、入射部１２と、調整部１３と、集光部１４と、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、検出部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を備えている。ただし、レーザ加工ヘッド１０Ｂの各構成は、図２に示されるように、一対の取付部６５，６６間の中点を通り且つＹ方向に垂直な仮想平面に関して、レーザ加工ヘッド１０Ａの各構成と面対称の関係を有するように、配置されている。

【0058】

例えば、レーザ加工ヘッド１０Ａの筐体（第１筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６５に取り付けられている。これに対し、レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体（第２筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ａ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６６に取り付けられている。

【0059】

レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付部６６側に配置された状態で筐体１１が取付部６６に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６６は、ベースプレート６６ａと、取付プレート６６ｂと、を有している。ベースプレート６６ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている。取付プレート６６ｂは、ベースプレート６６ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ａ側の端部に立設されている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６６ｂに接触した状態で、取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、取付部６６に対して着脱可能である。

【0060】

［レーザ光の分岐］
以下では、図６～図８を参照して、対象物１００の切断及び剥離等を目的として行うレーザ光の分岐について説明する。上述したように、レーザ光Ｌ１は、反射型空間光変調器３４に設定・表示される分岐パターンに応じて分岐される。

【0061】

図６は、レーザ光Ｌ１を４つに分岐する場合の複数の改質スポットＳＡを説明する図である。図６に示される例では、加工進行方向Ｃ１と直交する直交方向に対して傾斜する傾斜方向Ｃ２に沿って一列に並ぶ複数（４つ）の改質スポットＳＡが対象物１００に形成されるように、レーザ光Ｌ１が分岐されている。レーザ光Ｌ１の分岐は、反射型空間光変調器３４（図５参照）に設定・表示される分岐パターン（変調パターン）により実現される。

【0062】

図示される例では、レーザ光Ｌ１が４分岐され、４つの改質スポットＳＡが形成される。分岐された４つの改質スポットＳＡのうち隣接する一対の改質スポットＳＡについて、加工進行方向Ｃ１における間隔が分岐ピッチＢＰｘであり、加工進行方向Ｃ１の直交方向における間隔が分岐ピッチＢＰｙである。連続する２パルスのレーザ光Ｌ１の照射で形成される一対の改質スポットＳＡについて、加工進行方向Ｃ１における間隔がパルスピッチＰＰである。加工進行方向Ｃ１と傾斜方向Ｃ２と間の角度が分岐角度αである。

【0063】

図７は、図６に示されるようなレーザ光Ｌ１の分岐を実現するためのＧＵＩ１１１の設定画面である。ＧＵＩ１１１は、ユーザからの入力を受け付ける入力部として機能する。図７に示されるＧＵＩ１１１の設定画面は、加工条件を選択する加工条件選択ボタン２１１と、レーザ光Ｌ１の分岐数を入力又は選択する分岐数欄２１２と、１本の加工用ラインに沿ったレーザ加工の後に次の加工用ラインまでの移動する距離であるインデックスを入力するインデックス欄２１３と、分岐数及びインデックスの入力又は表示を行うイメージ図２１４と、Ｚ方向における改質スポットＳＡの位置を入力する加工Ｚハイト欄２１５と、加工速度を入力する加工速度欄２１６と、加工条件の切替方法を選択する条件切替方法ボタン２１７と、を含む。

【0064】

加工条件選択ボタン２１１では、具体的な加工条件を複数の選択肢の中から選択できる。インデックス欄２１３によれば、分岐数が１の場合には、その入力値分だけ自動でインデックス方向にレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。分岐数を１よりも大きくした場合には、以下の計算式に基づくインデックスだけ、インデックス方向にレーザ加工ヘッド１０Ａを自動で移動させる。
インデックス＝(分岐数)×インデックス入力値

【0065】

イメージ図２１４は、インデックス入力値の表示部２１４ａと、各改質スポットＳＡの出力を入力する出力入力欄２１４ｂと、を含む。

【0066】

図８は、ＧＵＩ１１１の設定画面の管理者モードの例を示す図である。図８に示される設定画面は、レーザ光Ｌ１の分岐方向を選択する分岐方向選択ボタン２２１と、レーザ光Ｌ１の分岐数を入力又は選択する分岐数欄２２２と、分岐ピッチＢＰｘを入力する分岐ピッチ入力欄２２３と、分岐ピッチＢＰｘの列数を入力する分岐ピッチ列数入力欄２２４と、分岐ピッチＢＰｙを入力する分岐ピッチ入力欄２２５と、インデックスを入力するインデックス欄２２６と、分岐数に基づく光軸イメージ図２２７と、レーザ光Ｌ１のスキャン方向が一方向（往路）か他方向（復路）かを選択する往路復路選択ボタン２２８と、各種の数値のバランスを自動で調整するバランス調整開始ボタン２２９と、を含む。

【0067】

［分岐パターン補正処理］
本実施形態に係るレーザ加工装置１では、対象物１００に改質領域を形成する加工処理（加工プロセス）を行う前段階において、所定の計算式（計算アルゴリズム）に基づいて、分岐後の各レーザ光の出力比（出力目標値）に応じた第１分岐パターンが生成され、該第１分岐パターンが反射型空間光変調器３４に表示された状態において対象物１００にレーザ光が出射され、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出され、検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出されて、当該出力実測値を所望の出力比（出力目標値）に近づける第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータ（補正パラメータ）が生成される。そして、加工処理時においては、本レーザ加工装置１では、上記バランスパラメータにより計算式が補正され、補正された計算式に基づいて第２分岐パターンが生成され、該第２分岐パターンが加工処理用に反射型空間光変調器３４に設定され表示される。

【0068】

このように、本実施形態に係るレーザ加工装置１では、所定の計算式に基づいて生成される第１分岐パターンがそのまま加工処理時に用いられるのではなく、加工処理前に、第１分岐パターンを用いた場合の分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出されて、想定していた出力比と出力実測値との誤差を小さくする第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータが生成され、加工処理時には、当該バランスパラメータによって計算式が補正されて、補正後の計算式から生成される第２分岐パターンが用いられる。これにより、分岐光の出力を所望の値（出力比）に適切に調整し、加工品質を向上させることができる。

【0069】

補正前における上述した誤差（想定していた出力比と出力実測値との誤差）は、例えば、空間光変調器自体の光学特性やレンズにおける各分岐光の透過領域が互いに異なる等の光学特性、あるいは、光学素子の個体差等の影響により生じるものである。

【0070】

図９は、２点分岐時の各出力比率における設計値（理想的な出力比）からの実測値の誤差を示す表である。図９の左図には、バランスパラメータによる補正が実施されずに上述した第１分岐パターンが用いられた場合の、誤差が示されている。図９の左図に示されるように、バランスパラメータによる補正が実施されなかった場合には、例えば、２点分岐における出力比の設計値が２０：８０である場合に実測値が９：９１（誤差１１％）、設計値が３０：７０である場合に実測値が２１：７９（誤差９％）、設計値が４０：６０である場合に実測値が３５：６５（誤差５％）、設計値が５０：５０である場合に実測値が５１：４９（誤差１％）、設計値が６０：４０である場合に実測値が６５：３５（誤差５％）と、特に分岐された２点の出力の差異が大きい場合に、誤差が大きくなっている。

【0071】

レーザ加工装置１は、図９の左図に示されるような誤差の情報に基づいて、出力実測値を設計値（理想的な出力比）に近づけるバランスパラメータを生成する。当該バランスパラメータは、分岐パターンを生成する計算式を補正するものであり、補正後の計算式による第２分岐パターン（出力実測値を設計値に近づける分岐パターン）の生成を可能にするものである。図９の右図には、バランスパラメータによる補正が実施されて生成された第２分岐パターンが用いられた場合の、誤差が示されている。図９の右図に示される例では、バランスパラメータが適用される、すなわちバランスパラメータにより計算式が補正されることにより生成された第２分岐パラメータが用いられることによって、各出力比率における誤差が小さくなっており、最大誤差が３％にまで小さくなっている。なお、図９は、第１分岐パターンが縦分岐無しの条件とされると共に、第２分岐パターンを適用した加工処理においても縦分岐無しの条件とされた場合の誤差を示している。

【0072】

バランスパラメータを生成し適用した場合の効果は、２点分岐に限られず、その他の分岐数でも同様である。図１０は、３点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。図１１は、４点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。図１０の左図に示されるように、バランスパラメータによる補正が実施されなかった場合には、３点分岐時における各出力比の最大誤差が８％となっているが、図１０の右図に示されるように、バランスパラメータが適用されることにより、３点分岐時における各出力比の最大誤差が３％にまで小さくなっている。また、図１１の左図に示されるように、バランスパラメータによる補正が実施されなかった場合には、４点分岐時における各出力比の最大誤差が９％となっているが、図１１の右図に示されるように、バランスパラメータが適用されることにより、４点分岐時における各出力比の最大誤差が３％にまで小さくなっている。

【0073】

レーザ加工装置１は、対象物１００の厚さ方向であるＺ方向（鉛直方向）における異なる位置にレーザ光を分岐する縦分岐を行う第１分岐パターンを生成してもよい。図１２は、縦分岐の態様を説明する図である。図１２（ａ）は、縦分岐無しの３点分岐時の各レーザ光を示しており、図１２（ｂ）は、縦分岐有りの３点分岐時の各レーザ光を示している。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、横軸は加工進行方向であり、縦軸はＺ方向（鉛直方向）である。図１２（ａ）に示されるように、縦分岐無しの状態においては、Ｚ方向における同じ高さに、分岐後の各レーザ光が照射されている。一方で、図１２（ｂ）に示されるように、縦分岐有りの状態においては、Ｚ方向において互いに異なる高さに、分岐後の各レーザ光が照射されている。なお、図１２（ａ）における「縦分岐 ＶＤ０」とは縦分岐無しであることを意味しており、図１２（ｂ）における「縦分岐 ＶＤ１６」とは、縦分岐有りであってＺ方向における分岐ピッチが１６μであることを意味している。

【0074】

図１３は、縦分岐無しで取得したバランスパラメータを縦分岐有り（ＶＤ１６）の加工に適用する場合の、３点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。図１３の左図には、縦分岐無しの第１分岐パターンが用いられた場合の誤差が示されている。図１３の右図には、図１３の左図に示されるような縦分岐無しの場合の誤差の情報に基づいて生成されたバランスパラメータによる補正が実施されて生成された第２分岐パラメータが用いられて、縦分岐有り（ＶＤ１６）の加工が実施された場合の誤差が示されている。上述したように、第１分岐パターンを用いた処理、及び、第２分岐パターンを適用した加工処理のいずれも、縦分岐無しとされた場合には、３点分岐時において、図１０の右図に示されるように、最大誤差を３％にまで低減することができた。一方で、縦分岐無しの第１分岐パターンによってバランスパラメータが生成されて、該バランスパラメータによる補正が実施されて生成された第２分岐パターンが用いられて縦分岐有り（ＶＤ１６）の加工が実施された場合には、図１３の右図に示されるように、最大誤差が４％となった。このように、バランスパラメータ生成及び加工の縦分岐の条件が互いに異なると、バランスパラメータを適用しても設計値からの実測値の誤差を十分に小さくできないことが考えられる。

【0075】

図１４は、縦分岐有り（ＶＤ１６）で取得したバランスパラメータを縦分岐有り（ＶＤ１６）の加工に適用する場合の、３点分岐時の各出力比率における設計値からの実測値の誤差を示す表である。第１分岐パターンを用いた処理、及び、第２分岐パターンを適用した加工処理のいずれも、縦分岐有り（ＶＤ１６）とされることにより、図１４の右図に示されるように、最大誤差を３％にまで低減することができた。このように、バランスパラメータ生成及び加工の縦分岐の条件を共通化することにより、設計値からの実測値の誤差を十分に小さくすることができる。

【0076】

図１５は、縦分岐量と最大誤差との関係を示す表である。図１５における「縦分岐量」とは、加工処理における縦分岐量を示している。図１５における「最大誤差」とは、ＶＤ１６の第１分岐パターンに基づき生成されたバランスパラメータが適用されて、「縦分岐量」に示された縦分岐の加工が実施された場合の、ある出力比における最大誤差を示している。図１６に示されるように、ＶＤ１６の第１分岐パターンに基づき生成されたバランスパラメータが適用される場合には、ＶＤ１６の分岐加工が実施された場合に、最大誤差が最小（０．８％）となっている。また、図１６に示されるように、ＶＤ１６の第１分岐パターンに基づき生成されたバランスパラメータが適用されてＶＤ２の分岐加工が実施された場合にも、最大誤差が１．４％と比較的小さくなっている。このように、バランスパラメータ生成及び加工の縦分岐の条件が一致していなくても、縦分岐有りの加工が実施される場合には、縦分岐有りの条件で生成されたバランスパラメータが用いられることにより、誤差を小さくすることができる。

【0077】

レーザ加工装置１は、分岐後の各レーザ光の出力比（出力目標値）の組み合わせが互いに異なる複数種類の第１分岐パターンを生成し、当該複数種類の第１分岐パターンに係る共通のバランスパラメータを生成してもよい。ここで、例えば、図１６の左図に示される領域Ａ（実線の四角で囲われた領域）内の設計値からの実測値の誤差が小さくなるように（例えば最小化するように）、各出力比に関する共通のバランスパラメータが生成されたとすると、図１６の左図に示されるように、領域Ａにおける誤差は１％以下と小さくなるものの、領域Ａとは異なる領域Ｂ（一点鎖線の四角で囲われた領域）及び領域Ｃ（破線の四角で囲われた領域）における誤差は３％～６％と大きくなってしまう。このように、ある領域の誤差を小さくなるように生成されたバランスパラメータでは、当該領域から離れた領域の誤差を十分に小さくすることができない。

【0078】

このため、レーザ加工装置１は、分岐パラメータである出力比（出力目標値）の近似度に応じたグループ分けを行い、グループ単位で、共通のバランスパラメータを生成してもよい。すなわち、レーザ加工装置１は、出力比が近似するグループ（領域）単位に共通のバランスパラメータを生成してもよい。図１６の右図には、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎に、１つずつ共通のバランスパラメータを生成した場合の、３点分岐における誤差が示されている。図１６の右図に示されるように、領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎に共通のバランスパラメータが生成されると、全ての出力比において、設計値と実測値との誤差を１％程度と小さくすることができる。このようにして、加工時に使用する出力比によってバランスパラメータが切り替えられることにより、設計値からの実測値の誤差を小さくすることができる。

【0079】

以下では、上述した分岐パターン補正処理を実現する制御部９の機能について詳細に説明する。

【0080】

制御部９は、所定の計算式（計算アルゴリズム）に基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力比（出力目標値）に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第１処理と、反射型空間光変調器３４に第１分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源ユニット８を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部１７を制御する第３処理と、検出部１７による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算式を補正する補正パラメータであって出力実測値を所望の出力比（出力目標値）に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータ（補正パラメータ）を生成する第４処理と、バランスパラメータによって計算式を補正し、補正された計算式に基づいて、第２分岐パターンを生成し、生成した第２分岐パターンを、加工プロセス用に反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第５処理と、を実行するように構成されている。

【0081】

第１処理では、制御部９は、ＧＵＩ１１１の設定画面（図７及び図８参照）において受付けられた情報に基づき出力比を決定し、決定した出力比に応じた第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定する。制御部９は、予め記憶されている計算式（計算アルゴリズム）に基づいて、出力比に応じた第１分岐パターンを生成する。制御部９は、分岐後の各レーザ光の出力比の組み合わせが互いに異なる複数種類の第１分岐パターンを生成してもよい。また、制御部９は、対象物１００の厚さ方向であるＺ方向（鉛直方向）における異なる位置にレーザ光を分岐する縦分岐を行う第１分岐パターンを生成してもよい。

【0082】

第２処理では、制御部９は、反射型空間光変調器３４に第１分岐パターンが表示された状態において、例えば、対象物１００に改質領域が形成されない出力（改質閾値以下）でレーザ光が照射されるように光源ユニット８を制御する。なお、分岐パターン補正処理後にレーザ加工を行う対象物１００とは別の対象物（補正処理用の対象物）に分岐後のレーザ光が照射されてもよい。

【0083】

第３処理では、制御部９は、少なくとも、分岐後の各レーザ光が対象物１００に照射されている期間において、分岐後の各レーザ光の対象物１００における反射光の検出（撮像）が可能となるように、検出部１７を制御する。制御部９は、検出部１７によって撮像された画像を検出部１７から取得する。

【0084】

第４処理では、制御部９は、例えば、検出部１７によって取得された撮像データにおける、分岐後の各レーザ光に応じた各点の輝度に基づいて、各レーザ光の出力実測値を推定（導出）する。制御部９は、計算式を補正する補正パラメータとして、出力実測値を所望の出力比に近づける第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成する。制御部９は、複数種類の第１分岐パターンが生成されている場合には、当該複数種類の第１分岐パターンに含まれる少なくとも２つの第１分岐パターンに係る共通の補正パラメータを生成する。制御部９は、全ての第１分岐パターンに係る共通の補正パラメータを生成してもよいし、複数種類の第１分岐パターンについて分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で共通のバランスパラメータを生成してもよい。分岐パラメータとは、例えば、分岐数、出力比（出力目標値）、縦分岐量、個別収差補正量等である。図１６に示される例では、制御部９は、分岐パラメータである出力比の近似度に応じたグループ分けを行い、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃのそれぞれのグループ単位でバランスパラメータを生成している。

【0085】

第５処理では、制御部９は、バランスパラメータで計算式を補正し補正後の計算式に基づき第２分岐パターンを生成する処理と、加工プロセス時に第２分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示する処理と、を実行する。制御部９は、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、当該分岐パラメータに対応するグループのバランスパラメータによって、計算式を補正してもよい。図１７及び図１８は、分岐パラメータに応じたバランスパラメータの運用を説明する図である。制御部９は、例えば、ＧＵＩ１１１の設定画面（図７及び図８参照）において受付けられた情報に基づき、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報として分岐数を示す情報を取得し、図１７に示されるように、分岐数に応じたバランスパラメータを特定して、特定したバランスパラメータにより計算式を補正してもよい。図１７には、分岐数が２である場合には２点分岐用バランスパラメータを計算式に反映させ、分岐数が３である場合には３点分岐用バランスパラメータを計算式に反映させ、分岐数が４である場合には４点分岐用バランスパラメータを計算式に反映させることが示されている。

【0086】

制御部９は、例えば、ＧＵＩ１１１の設定画面（図７及び図８参照）において受付けられた情報に基づき、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報として出力比を示す情報を取得し、出力比に応じたバランスパラメータを特定して、特定したバランスパラメータにより計算式を補正してもよい。例えば、図１６に示されるような、出力比に応じた３つの領域（領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ）毎のバランスパラメータが生成されているとする。この場合、図１８に示されるように、制御部９は、例えば、領域Ａに含まれる出力比とする場合には、領域Ａのバランスパラメータ（図１８に示されるバランスパラメータリストＡ）を計算式に反映させ、領域Ｂに含まれる出力比とする場合には、領域Ｂのバランスパラメータ（図１８に示されるバランスパラメータリストＢ）を計算式に反映させる。

【0087】

次に、バランスパラメータを適用した分岐パターンの生成処理について、図１９及び図２０を参照して説明する。図１９及び図２０は、バランスパラメータを適用した分岐パターンの生成処理を説明するフローチャートである。図１９では、１つのバランスパラメータを運用する例が示されており、図２０では、複数のバランスパラメータを切り替えて運用する例が示されている。

【0088】

図１９に示されるように、最初に、ＧＵＩ１１１の設定画面において受付けられた情報（設計値）に基づき、第１分岐パターンが導出され、該第１分岐パターンが反射型空間光変調器３４に設定・表示される（ステップＳ１：第１工程）。

【0089】

つづいて、第１分岐パターンが表示された反射型空間光変調器３４にレーザ光Ｌ１が出射され、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光が対象物１００に照射されてレーザ照射が開始される（ステップＳ２：第２工程）。

【0090】

つづいて、対象物１００からの分岐光の反射光が検出部１７によって検出（撮像）される（ステップＳ３：第３工程）。

【0091】

つづいて、撮像データ（反射光の検出結果）に基づいて、分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出され、出力実測値と所望の出力比（出力目標値，設計値）との誤差から、バランスパラメータが生成される（ステップＳ４：第４工程）。

【0092】

最後に、バランスパラメータによって計算式が補正され、補正された計算式に基づいて第２分岐パターンが生成され、生成された第２分岐パターンが、加工プロセス用に反射型空間光変調器３４に設定・表示される（ステップＳ５：第５工程）。

【0093】

次に、図２０を参照して、複数のバランスパラメータを切り替えて運用する例について説明する。図２０に示されるように、ステップＳ１１～Ｓ１４の処理は、図１９のステップＳ１～ステップＳ４の処理と同様である。ただし、ステップＳ１４においては、複数種類の第１分岐パターンについて分岐パラメータの近似度に応じたグループ分けが行われ、各グループ単位でそれぞれ、バランスパラメータが生成されている。

【0094】

そして、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報（加工条件）が取得され、加工条件（例えば出力比）に基づき、バランスパラメータが切り替えられる（ステップＳ１５）。すなわち、複数のバランスパラメータの中から加工条件に合ったバランスパラメータが選択される。

【0095】

最後に、選択されたバランスパラメータによって計算式が補正され、補正された計算式に基づいて第２分岐パターンが生成され、生成された第２分岐パターンが、加工プロセス用に反射型空間光変調器３４に設定・表示される。

【0096】

次に、本実施形態に係るレーザ加工装置１の作用効果について説明する。

【0097】

本実施形態に係るレーザ加工装置１は、対象物１００にレーザ光を照射することにより対象物１００に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、レーザ光を出射する光源ユニット８と、光源ユニット８から出射されたレーザ光を変調する反射型空間光変調器３４と、対象物１００におけるレーザ光の反射光を検出する検出部１７と、制御部９と、を備え、制御部９は、所定の計算式に基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第１処理と、反射型空間光変調器３４に第１分岐パターンが表示された状態においてレーザ光が出射されるように光源ユニット８を制御する第２処理と、第１分岐パターンによる分岐後の各レーザ光の反射光が検出されるように検出部１７を制御する第３処理と、検出部１７による検出結果に基づき分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出し、計算式を補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成する第４処理と、バランスパラメータによって計算式を補正し、補正された計算式に基づいて、第２分岐パターンを生成し、生成した第２分岐パターンを、加工プロセス用に反射型空間光変調器３４に設定し表示させる第５処理と、を実行するように構成されている。

【0098】

本実施形態に係るレーザ加工装置１では、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて生成された第１分岐パターンが反射型空間光変調器３４に表示された状態においてレーザ光が出射され、対象物１００からの反射光が検出され、検出結果に基づいて各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工装置１では、出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータが生成され、該バランスパラメータによって補正された計算式によって第２分岐パターンが生成され、該第２分岐パターンが加工プロセス用に反射型空間光変調器３４に表示される。このような構成によれば、実際に検出された反射光に基づいて高精度に推定される出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成のためのバランスパラメータが生成される。そして、加工プロセス時においては、計算式が当該バランスパラメータによって補正されて、第１分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第２分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。

【0099】

制御部９は、第１処理において、分岐後の各レーザ光の出力目標値の組み合わせが互いに異なる複数種類の第１分岐パターンを生成し、第４処理において、複数種類の第１分岐パターンに含まれる少なくとも２つの第１分岐パターンに係る共通のバランスパラメータを生成してもよい。このように、出力目標値の条件が互いに異なる複数の第１分岐パターンについて共通のバランスパラメータが生成されることにより、同じバランスパラメータを用いてそれぞれ特有の第２分岐パターンを生成することが可能となり、第１分岐パターン毎にバランスパラメータを生成する場合と比較して、バランスパラメータの生成処理及び管理を容易化することができる。

【0100】

制御部９は、第４処理において、複数種類の第１分岐パターンについて、バランスパラメータの近似度に応じたグループ分けを行い、各グループ単位で、共通のバランスパラメータを生成してもよい。例えば、全ての第１分岐パターンについて共通の１つのバランスパラメータが生成される場合には、互いに分岐パラメータが大きく異なる第１分岐パターンが含まれる等の場合に、生成した共通のバランスパラメータによって計算式を補正することによっても、全ての第２分岐パターンの精度（分岐光の出力を出力目標値に近づける精度）を十分に向上させることができない。この点、分岐パラメータが近似するグループ単位で共通のバランスパラメータが生成される、すなわち、分岐パラメータが近似しないグループ間では別のバランスパラメータが生成されることにより、第２分岐パターンの精度（分岐光の出力を出力目標値に近づける精度）を担保することができる。

【0101】

制御部９は、第４処理において、分岐パラメータである出力目標値の近似度に応じたグループ分けを行ってもよい。これにより、出力目標値が近似するグループ単位で共通のバランスパラメータが生成されることとなるので、第２分岐パターンの精度（分岐光の出力を出力目標値に近づける精度）を担保することができる。

【0102】

制御部９は、第５処理において、加工プロセスにおける分岐パラメータを示す情報を取得し、該分岐パラメータに対応するグループのバランスパラメータによって、計算式を補正してもよい。これにより、加工プロセスにおける分岐パラメータに適したバランスパラメータによって補正された計算式により生成された第２分岐パターンを表示して加工プロセスを行うことができ、加工品質を向上させることができる。

【0103】

制御部９は、第１処理において、対象物１００の厚さ方向である鉛直方向における異なる位置にレーザ光を分岐する第１分岐パターンを生成してもよい。実際の加工時においては鉛直方向における異なる位置にレーザ光が分岐される（縦分岐される）場合があるところ、当該縦分岐に係る第１分岐パターンが生成されることにより、縦分岐された場合の分岐光の出力を適切に出力目標値に近づけることができる第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成することができる。

【0104】

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、バランスパラメータ（補正パラメータ）の生成に関して分岐後の各レーザ光の出力を計測する方法として、対象物からの反射光を検出部によって検出する方法を説明したがこれに限定されない。具体的には、バランスパラメータの生成に関する分岐後の各レーザ光の出力は、パワーメータによって計測されてもよい。以下、パワーメータを利用した態様について、図２１及び図２２を参照して説明する。

【0105】

図２１は、変形例に係るレーザ加工装置５００の概略構成図である。図２１に示されるように、レーザ加工装置５００は、レーザ光源４０２、反射型空間光変調器４０３、４ｆ光学系４４１、遮光板４２０及び集光光学系４０４を筐体４３１内に備えている。レーザ加工装置５００は、対象物にレーザ光Ｌを集光することにより対象物に改質領域を形成する装置である。ここでは、例えば、レーザ加工装置５００の製造時又は調整時においてバランスパラメータが生成される場面を想定しており、加工対象である対象物がステージ（不図示）にセットされていない。そして、レーザ強度を計測するためのパワーメータ７００が集光光学系４０４の下方に設置（例えばステージ（不図示）上に載置）されており、パワーメータ７００によるレーザ光の出力計測結果に基づいてバランスパラメータが生成される（詳細は後述）。

【0106】

レーザ光源４０２は、水平方向にレーザ光Ｌを出射するように、筐体４３１の天板４３６にねじ等で固定されている。反射型空間光変調器４０３は、レーザ光源４０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、水平方向から入射するレーザ光Ｌを変調すると共に、水平方向に対し斜め上方に反射する。

【0107】

４ｆ光学系４４１は、反射型空間光変調器４０３によって変調されたレーザ光Ｌの波面形状を調整するものであり、第１レンズ４４１ａ及び第２レンズ４４１ｂを有している。第１レンズ４４１ａ及び第２レンズ４４１ｂは、反射型空間光変調器４０３と第１レンズ４４１ａとの間の光路の距離が第１レンズ４４１ａの第１焦点距離となり、集光光学系４０４と第２レンズ４４１ｂとの間の光路の距離が第２レンズ４４１ｂの第２焦点距離となり、第１レンズ４４１ａと第２レンズ４４１ｂとの間の光路の距離が第１焦点距離と第２焦点距離との和となり、第１レンズ４４１ａ及び第２レンズ４４１ｂが両側テレセントリック光学系となるように、反射型空間光変調器４０３と集光光学系４０４との間の光路上に配置されている。この４ｆ光学系４４１によれば、反射型空間光変調器４０３で変調されたレーザ光Ｌが空間伝播によって波面形状が変化し収差が増大するのを抑制することができる。

【0108】

遮光板４２０は、後述する第１加工光及び第２加工光を通過させる開口４２０ａを有するアパーチャ部材である。遮光板４２０は、第１レンズ４４１ａと第２レンズ４４１ｂとの間のフーリエ面（すなわち、共焦点Ｏを含む面）上に設けられている。後述するように、遮光板４２０によって遮光されるレーザ光Ｌの範囲が変更されながら、パワーメータ７００によって分岐光の出力計測が実施される。なお、遮光板４２０がレーザ光Ｌをカットする位置は、必ずしも集光点が最も絞られている位置でなくてもよく、フーリエ面の近傍であればよい。

【0109】

集光光学系４０４は、レーザ光源４０２により出射されて反射型空間光変調器４０３により変調されたレーザ光Ｌをパワーメータ７００に集光するものである。この集光光学系４０４は、複数のレンズを含んで構成されており、圧電素子等を含んで構成された駆動ユニット４３２を介して筐体４３１の底板４３３に設置されている。

【0110】

以上のように構成されたレーザ加工装置５００では、レーザ光源４０２から出射されたレーザ光Ｌは、筐体４３１内にて水平方向に進行した後、ミラー４０５ａによって下方に反射され、アッテネータ４０７によって光強度が調整される。そして、ミラー４０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ４６０によってレーザ光Ｌの強度分布が均一化されて反射型空間光変調器４０３に入射する。

【0111】

反射型空間光変調器４０３に入射したレーザ光Ｌは、液晶層に表示された変調パターンである分岐パターンを透過することにより、当該変調パターンに応じて変調（分岐）される。このような変調パターン（分岐パターン）は、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて制御部４５０が生成したものである。分岐後の各レーザ光は、その後、ミラー４０６ａによって上方に反射され、λ／２波長板４２８によって偏光方向が変更され、ミラー４０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系４４１に入射する。

【0112】

４ｆ光学系４４１に入射したレーザ光Ｌは、平行光で集光光学系４０４に入射するよう波面形状が調整される。具体的には、分岐後の各レーザ光Ｌは、第１レンズ４４１ａを透過し収束され、ミラー４１９によって下方へ反射され、共焦点Ｏを経て発散すると共に、第２レンズ４４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。そして、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー４１０，４３８を順次透過して集光光学系４０４に入射し、パワーメータ７００に集光光学系４０４によって集光される。

【0113】

なお、レーザ加工装置５００は、対象物に対するレーザ光入射面を観察するための表面観察ユニット４１１と、集光光学系４０４と対象物との距離を微調整するためのＡＦ（AutoFocus）ユニット４１２と、を筐体４３１内に備えていてもよい。表面観察ユニット４１１は、観察用光源４１１ａと、検出器４１１ｂと、を有している。

【0114】

更に、レーザ加工装置５００は、当該レーザ加工装置５００を制御するためのものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部４５０を備えている。この制御部４５０は、レーザ光源４０２を制御し、レーザ光源４０２から出射されるレーザ光Ｌの出力やパルス幅等を調節する。また、制御部４５０は、筐体４３１、ステージ（不図示）の位置、及び駆動ユニット４３２の駆動を制御する。

【0115】

また、制御部４５０は、反射型空間光変調器４０３における各画素電極に所定電圧を印加し、液晶層に所定の変調パターン（分岐パターン）を表示させ、これにより、レーザ光Ｌを反射型空間光変調器４０３で所望に変調（分岐）させる。ここで、液晶層に表示される変調パターンは、予め生成され制御部４５０に記憶されている。この変調パターンは、レーザ加工装置５００に生じる個体差（例えば、反射型空間光変調器４０３の液晶層に生じる歪）を補正するための個体差補正パターン、球面収差を補正するための球面収差補正パターン等を含んでいる。

【0116】

以上のように構成されたレーザ加工装置５００において実施されるレーザ加工方法は、所定の計算アルゴリズムに基づいて、レーザ光を複数に分岐する分岐パターンであって分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じた第１分岐パターンを生成し、生成した第１分岐パターンを反射型空間光変調器４０３に設定し表示させる第１工程と、第１分岐パターンが表示された反射型空間光変調器４０３にレーザ光を出射し、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光をパワーメータ７００により計測することにより、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出する第２工程と、計算アルゴリズムを補正する補正パラメータであって出力実測値を出力目標値に近づける分岐パターンである第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータを生成し出力する第３工程と、を含む。第２工程では、分岐後の各レーザ光の一部を遮光板４２０で遮光しながらパワーメータ７００による出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、遮光板４２０によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながらパワーメータ７００による出力計測を行う。

【0117】

図２２は、パワーメータ７００を利用した分岐後の各レーザ光の出力導出を説明する図である。図２２（ａ）は、反射型空間光変調器４０３からパワーメータ７００に至る分岐光を示している。図２２（ｂ）は、フーリエ面（すなわち、共焦点Ｏを含む面）に設けられる遮光板４２０の位置を示している。

【0118】

図２２（ａ）に示されるように、反射型空間光変調器４０３の液晶層に表示された第１分岐パターンを透過したレーザ光は、第１分岐パターンによって複数（ここでは３つ）に分岐される。分岐後の各レーザ光は、第１レンズ４４１ａを経てフーリエ面（共焦点Ｏを含む面）に到達する。フーリエ面には遮光板４２０が設けられている。そして、共焦点Ｏを経て発散したレーザ光は、第２レンズ４４１ｂを透過し、集光光学系４０４によってパワーメータ７００に集光され、パワーメータ７００によって出力計測（遮光時出力計測処理）が行われる。

【0119】

ここで、遮光時出力計測処理においては、フーリエ面に設けられる遮光板４２０の位置が連続的に変化させられる。例えば、図２２（ｂ）に示されるように、遮光時出力計測処理の最初のステップ（ＳＴＥＰ１）では、分岐後の各レーザ光（－１次、０次、１次）のいずれについても遮光しない位置に遮光板４２０が配置される。この場合、パワーメータ７００においては、全てのレーザ光（－１次、０次、１次）の出力をふくんだ出力データＰ１が計測される。次のステップ（ＳＴＥＰ２）では、分岐後の各レーザ光（－１次、０次、１次）のうち１次のレーザ光のみが遮光される位置に遮光板４２０が配置される。この場合、パワーメータ７００においては、２つのレーザ光（－１次、０次）の出力を含んだ出力データＰ２が計測される。最後のステップ（ＳＴＥＰ３）では、分岐後の各レーザ光（－１次、０次、１次）のうち０次及び１次のレーザ光が遮光される位置に遮光板４２０が配置される。この場合、パワーメータ７００においては、１つのレーザ光（－１次）の出力を含んだ出力データＰ３が計測される。

【0120】

このように、レーザ光の一部を遮光板４２０で遮光しながらパワーメータ７００による計測を行うことにより、全てのレーザ光（－１次、０次、１次）のうち－１次のレーザ光の出力比率がＰ３／Ｐ１であり、０次のレーザ光の出力比率が（Ｐ２－Ｐ３）／Ｐ１であり、＋１次のレーザ光の出力比率が（Ｐ１－Ｐ２）／Ｐ１であることから、分岐後の各レーザ光の出力実測値を導出することができる。なお、遮光板４２０の配置変更は、手動で行われてもよいし、制御部４５０の制御によって自動で行われてもよい。

【0121】

このようなレーザ加工方法によれば、分岐後の各レーザ光の出力目標値に応じて設定された第１分岐パターンが反射型空間光変調器４０３に設定された状態においてレーザ光が出射され、第１分岐パターンによって複数に分岐されたレーザ光がパワーメータ７００により計測され、計測結果に基づいて分岐後の各レーザ光の出力実測値が導出される。そして、本レーザ加工方法では、出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成に係るバランスパラメータが生成されて出力される。このような構成によれば、パワーメータ７００により実際に計測された出力実測値を出力目標値に近づける第２分岐パターンの生成のためのバランスパラメータが生成される。このように、実際に計測した出力を目標値に近づけるようにバランスパラメータが生成されることにより、加工プロセス時において計算アルゴリズムが当該バランスパラメータによって補正されて、第１分岐パラメータよりも分岐光の出力を出力目標値に近づけることができる第２分岐パターンが生成されることにより、分岐光の出力を所望の値に適切に調整することができる。以上のように、本レーザ加工方法によれば、分岐光の出力を所望の値に調整し、加工品質を向上させることができる。

【0122】

また、第２工程では、分岐後の各レーザ光の一部を遮光板４２０で遮光しながらパワーメータ７００による出力計測を行う遮光時出力計測処理を実施し、該遮光時出力計測処理においては、遮光板４２０によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながらパワーメータ７００による出力計測を行う。このように、遮光板４２０によって遮光されるレーザ光の範囲を変更しながら、それぞれパワーメータ７００によって出力計測が行われることにより、分岐後の各レーザ光の出力を適切に導出することができる。

【符号の説明】

【0123】

１…レーザ加工装置、８…光源ユニット、９，４５０…制御部、１７…検出部、３４，４０３…反射型空間光変調器、１００…対象物、４２０…遮光板、７００…パワーメータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】