特開 2023-153433 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】P2023153433

(43)【公開日】2023-10-18

(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 26/03 20060101AFI20231011BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

B23K26/03

B23K26/00 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020147635

(22)【出願日】2020-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】500171707

【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100170070

【弁理士】

【氏名又は名称】坂田 ゆかり

(72)【発明者】

【氏名】新井 敏成

(72)【発明者】

【氏名】竹下 琢郎

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168CA06

4E168CB22

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA06

4E168DA24

4E168DA38

4E168DA45

4E168DA60

4E168EA11

(57)【要約】

【課題】加工しながら基板面を観察することができる。
【解決手段】レーザ光を出射する光源と、複数の画素がマトリクス状に配置された反射型液晶素子と、光源と反射型液晶素子との間の光路中及び反射型液晶素子と加工対象物との間の光路中に配置された第１偏光ビームスプリッタと、反射型液晶素子で反射されたレーザ光を加工対象物に結像させる結像光学系と、第１偏光ビームスプリッタと加工対象物との間に設けられており、第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタと、第１偏光ビームスプリッタと反射型液晶素子との間の光路中、及び、第２偏光ビームスプリッタと加工対象物との間の光路中にそれぞれ設けられた１／４波長板と、第２偏光ビームスプリッタで反射した光が入射する撮像部と、を備え、レーザ光を加工対象物に照射して加工対象物を加工する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工装置において、
レーザ光を出射する光源と、
複数の画素がマトリクス状に配置された反射型液晶素子と、
前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中及び前記反射型液晶素子と前記加工対象物との間の光路中に配置された第１偏光ビームスプリッタと、
前記反射型液晶素子で反射されたレーザ光を前記加工対象物に結像させる結像光学系と、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記加工対象物との間に設けられており、前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶素子との間の光路中、及び、前記第２偏光ビームスプリッタと前記加工対象物との間の光路中にそれぞれ設けられた１／４波長板と、
前記第２偏光ビームスプリッタで反射した光が入射する撮像部と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項2】

レーザ光を加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工装置において、
レーザ光を出射する光源と、
複数の画素がマトリクス状に配置された反射型液晶素子と、
前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中及び前記反射型液晶素子と前記加工対象物との間の光路中に配置された第１偏光ビームスプリッタと、
前記反射型液晶素子で反射されたレーザ光を前記加工対象物に結像させる結像光学系と、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記加工対象物との間に設けられており、前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶素子との間の光路中に設けられた１／４波長板と、
前記光源から出射されるレーザ光の波長とは異なる波長の光を含む光を前記加工対象物に照射する照明と、
前記照明から照射され、前記加工対象物で反射し、前記第２偏光ビームスプリッタで反射した光が入射する撮像部と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項3】

前記第２偏光ビームスプリッタと前記撮像部との間に設けられた反射部であって、前記照明から照射された光を前記第２偏光ビームスプリッタに向けて反射する反射部を備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記反射型液晶素子を制御する制御部であって、前記撮像部で撮像された画像に基づいて、レーザ光で加工を行う加工領域に照射されるレーザ光の強度分布が均一になるように、前記画素毎に印加する電圧を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

光源から出射したレーザ光を、第１偏光ビームスプリッタで反射させ、１／４波長板を通過させ、反射型液晶素子で反射させ、１／４波長板、前記第１偏光ビームスプリッタ、前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を順に通過させることで加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
前記加工対象物の位置にミラーを配置した状態で前記光源からレーザ光を出射し、前記ミラーで反射された光を前記１／４波長板を通過させて前記第２偏光ビームスプリッタで反射させて撮像部に入射させ、前記撮像部で取得された画像に基づいて前記光源から出射される光の強度プロファイルを取得するステップと、
前記光源から光を出射し、かつ、前記強度プロファイルに基づいて前記反射型液晶素子を制御して前記加工対象物にレーザ光を照射しつつ、前記撮像部が撮像した画像を用いて前記加工対象物を観察するステップと、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。

【請求項6】

光源から出射したレーザ光を、第１偏光ビームスプリッタで反射させ、反射型液晶素子で反射させ、前記第１偏光ビームスプリッタ及び前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタを順に通過させることで加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、
前記光源からレーザ光を出射して前記加工対象物にレーザ光を照射しつつ、照明から前記光源から出射させるレーザ光の波長とは異なる波長の光を含む光を前記加工対象物に照射して撮像部で前記加工対象物を撮像して前記光源から出射される光の強度プロファイルを取得するステップと、
前記光源から光を前記加工対象物に出射し、かつ、前記強度プロファイルに基づいて前記反射型液晶素子を制御するステップと、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。

【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、ガラス基板を加工するためのレーザ光を発生するリペア用光源と、レーザ光をガラス基板上に導くレンズ、対物レンズからなる投影光学系とを備え、リペア用光源とガラス基板との間の光路中に、レーザ光の瞳内の光強度分布を変化させる面積分布型減光フィルタを設けたレーザ加工機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３７９９６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

引用文献１に記載の発明は、対物レンズ、各ビームスプリッタを通る光軸の延長上にガラス基板を撮像するカメラが設けられている。しかしながら、引用文献１に記載の発明では、加工しながらガラス基板を観察することは開示されていない。

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、加工しながら基板面を観察す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目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、例えば、レーザ光を加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工装置において、レーザ光を出射する光源と、複数の画素がマトリクス状に配置された反射型液晶素子と、前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中及び前記反射型液晶素子と前記加工対象物との間の光路中に配置された第１偏光ビームスプリッタと、前記反射型液晶素子で反射されたレーザ光を前記加工対象物に結像させる結像光学系と、前記第１偏光ビームスプリッタと前記加工対象物との間に設けられており、前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタと、前記第１偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶素子との間の光路中、及び、前記第２偏光ビームスプリッタと前記加工対象物との間の光路中にそれぞれ設けられた１／４波長板と、前記第２偏光ビームスプリッタで反射した光が入射する撮像部と、を備えたことを特徴とする。これにより、加工しながら基板面を観察することができる。また、第１偏光ビームスプリッタと第２偏光ビームスプリッタが同一の特性を有するため、加工に用いられる光のエネルギーを低下させることなく加工対象物を加工することができる。

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、例えば、レーザ光を加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工装置において、レーザ光を出射する光源と、複数の画素がマトリクス状に配置された反射型液晶素子と、前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中及び前記反射型液晶素子と前記加工対象物との間の光路中に配置された第１偏光ビームスプリッタと、前記反射型液晶素子で反射されたレーザ光を前記加工対象物に結像させる結像光学系と、前記第１偏光ビームスプリッタと前記加工対象物との間に設けられており、前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタと、前記第１偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶素子との間の光路中に設けられた１／４波長板と、前記光源から出射されるレーザ光の波長とは異なる波長の光を含む光を前記加工対象物に照射する照明と、前記照明から照射され、前記加工対象物で反射し、前記第２偏光ビームスプリッタで反射した光が入射する撮像部と、を備えたことを特徴とする。これにより、加工しながら基板面を観察することができる。また、第１偏光ビームスプリッタと第２偏光ビームスプリッタが同一の特性を有するため、加工に用いられる光のエネルギーを低下させることなく加工対象物Ｗを加工することができる。さらに、光源から出射される加工用の光と加工対象物とを確認可能であるため、反射型液晶素子と加工対象物との位置を校正することができる。

【0008】

前記第２偏光ビームスプリッタと前記撮像部との間に設けられた反射部であって、前記照明から照射された光を前記第２偏光ビームスプリッタに向けて反射する反射部を備えてもよい。これにより、照明からの光をより多く撮像部に入射させることができる。

【0009】

前記反射型液晶素子を制御する制御部であって、前記撮像部で撮像された画像に基づいて、レーザ光で加工を行う加工領域に照射されるレーザ光の強度分布が均一になるように、前記画素毎に印加する電圧を制御する制御部を備えてもよい。これにより、レーザ光の強度を均一にする光学系を用いることなく、加工領域に照射されるレーザ光の強度分布を均一にすることができる。

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、例えば、光源から出射したレーザ光を、第１偏光ビームスプリッタで反射させ、１／４波長板を通過させ、反射型液晶素子で反射させ、１／４波長板、前記第１偏光ビームスプリッタ、前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板を順に通過させることで加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、前記加工対象物の位置にミラーを配置した状態で前記光源からレーザ光を出射し、前記ミラーで反射された光を前記１／４波長板を通過させて前記第２偏光ビームスプリッタで反射させて撮像部に入射させ、前記撮像部で取得された画像に基づいて前記光源から出射される光の強度プロファイルを取得するステップと、前記光源から光を出射し、かつ、前記強度プロファイルに基づいて前記反射型液晶素子を制御して前記加工対象物にレーザ光を照射しつつ、前記撮像部が撮像した画像を用いて前記加工対象物を観察するステップと、を含むことを特徴とする。これにより、加工しながら基板面を観察することができる。

【0011】

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、光源から出射したレーザ光を、第１偏光ビームスプリッタで反射させ、反射型液晶素子で反射させ、前記第１偏光ビームスプリッタ及び前記第１偏光ビームスプリッタと同一の波長特性を有する第２偏光ビームスプリッタを順に通過させることで加工対象物に照射して前記加工対象物を加工するレーザ加工方法であって、前記光源からレーザ光を出射して前記加工対象物にレーザ光を照射しつつ、照明から前記光源から出射させるレーザ光の波長とは異なる波長の光を含む光を前記加工対象物に照射して撮像部で前記加工対象物を撮像して前記光源から出射される光の強度プロファイルを取得するステップと、前記光源から光を前記加工対象物に出射し、かつ、前記強度プロファイルに基づいて前記反射型液晶素子を制御するステップと、を含むことを特徴とする。これにより、加工しながら基板面を観察することができる。また、第１偏光ビームスプリッタと第２偏光ビームスプリッタが同一の特性を有するため、加工に用いられる光のエネルギーを低下させることなく加工対象物を加工することができる。さらに、光源から出射される加工用の光と加工対象物とを確認可能であるため、反射型液晶素子と加工対象物との位置を校正することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、加工しながら基板面を観察することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】レーザ加工装置１の構成を模式的に示す図である。

【図2】レーザ加工装置１の電気的な構成を示すブロック図である。

【図3】レーザ加工装置１による加工処理の流れを示すフローチャートである。

【図4】レーザ加工装置２の構成を模式的に示す図である。

【図5】偏光ビームスプリッタ３３の波長特性の一例を示す図である。

【図6】レーザ加工装置２の電気的な構成を示すブロック図である。

【図7】レーザ加工装置２による加工処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を加工対象物に照射して加工対象物を加工する装置である。

【0015】

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明のレーザ加工装置１の構成を模式的に示す図である。レーザ加工装置１は、主として、光源部１０と、光学系２０と、観察部３０と、ミラー４１とを有し、加工対象物Ｗにレーザ光を照射する。図１では、レーザ光の経路を二点鎖線で示す。

【0016】

光源部１０は、主として、光源１１と、光アイソレータ１２と、拡大光学系１３と、を有する。光源１１は、赤外光を出射する赤外レーザであり、例えば半導体レーザである。光源１１は、パルス幅がナノ秒台のナノ秒レーザである。光源１１の例としては、YAGレーザの基本波（１０６４ｎｍ）や２倍波（５３２ｎｍ）などが挙げられる。

【0017】

また、光源１１から出射されるレーザ光は、特定の電界方向及び磁界方向に振動している直線偏光である。光源部１０は、図示しない光学系を含み、光源１１から出射する光を偏光ビームスプリッタ２５（後に詳述）の偏光分離面に対してＳ偏光にしている。

【0018】

光源１１から出射されたレーザ光は、拡大光学系１３で拡大される。拡大光学系１３は、例えばビームエキスパンダであり、レーザ光のビーム径を拡大する。光源１１と拡大光学系１３との間には、戻り光による光源１１の損傷を防ぐ光アイソレータ１２が設けられている。ただし、光アイソレータ１２は必須ではない。

【0019】

光学系２０は、主として、反射型液晶素子２１と、フィールドレンズ２２と、チューブレンズ２３と、１／４波長板２４と、偏光ビームスプリッタ２５と、対物レンズ２６と、を有する。なお、フィールドレンズ２２は必須ではない。

【0020】

偏光ビームスプリッタ２５は、光源１１と反射型液晶素子２１との間の光路中及び反射型液晶素子２１と加工対象物Ｗとの間の光路中に配置されている。フィールドレンズ２２、チューブレンズ２３、及び１／４波長板２４は、偏光ビームスプリッタ２５と反射型液晶素子２１との間の光路中に設けられている。対物レンズ２６は、偏光ビームスプリッタ２５と加工対象物Ｗとの間の光路中に設けられている。

【0021】

光源１１から出射され、拡大光学系１３で拡大されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ２５に入射する。偏光ビームスプリッタ２５は、例えば、誘電体多層膜をコートした直角プリズムを２つ貼り合わせたものであり、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射させる。光源１１から出射され、偏光ビームスプリッタ２５に入射するレーザ光はＳ偏光であるため、偏光ビームスプリッタ２５で反射する。

【0022】

偏光ビームスプリッタ２５で反射された光は、１／４波長板２４に入射する。１／４波長板２４は、位相差をλ／４（９０°）与えることで直線偏光を円偏光に変換する部材である。Ｓ偏光は、１／４波長板２４を通過することで円偏光に変換され、チューブレンズ２３を介して反射型液晶素子２１に入射する。

【0023】

反射型液晶素子２１は、例えばＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）パネルであり、複数の画素がマトリクス状に配置されている。反射型液晶素子２１は、画素電極が二次元配列されたシリコン基板と透明基板との間に液晶が挟みこまれており、画素毎に印加する電圧を制御する、すなわち画素毎に位相変調することが可能である。

【0024】

反射型液晶素子２１で反射された円偏光は、フィールドレンズ２２及びチューブレンズ２３を通過し、１／４波長板２４で円偏光から直線偏光もしくは楕円偏光に変更され、偏光ビームスプリッタ２５に入射する。

【0025】

反射型液晶素子２１で位相変調されない場合には、反射型液晶素子２１で反射された光は、１／４波長板２４を通過することで全てＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ２５を全て透過する。

【0026】

反射型液晶素子２１の画素の液晶分子が電圧に応じて起き上がり位相変調された場合には、楕円偏光である反射光が１／４波長板２４を通過することで、偏光ビームスプリッタ２５に入射する光のうちのＰ偏光の割合、すなわち偏光ビームスプリッタ２５を透過する光の強度が電圧に応じて変化する。

【0027】

偏光ビームスプリッタ２５を通過した光は、偏光ビームスプリッタ３３（後に詳述）及び１／４波長板３６（後に詳述）を通過し、対物レンズ２６に入射する。偏光ビームスプリッタ３３は偏光ビームスプリッタ２５と同一の波長特性を有する。ここで、偏光ビームスプリッタ２５、３３の波長特性とは、反射と透過によりＰ偏光とＳ偏光とを分離する特性のことであり、Ｐ偏光及びＳ偏光のそれぞれについて波長と透過率との関係で表される。したがって、偏光ビームスプリッタ２５を透過した光は、全て偏光ビームスプリッタ３３及び１／４波長板３６を透過する。

【0028】

チューブレンズ２３及び対物レンズ２６は、反射型液晶素子２１で反射されたレーザ光を加工対象物Ｗに結像させる結像光学系である。チューブレンズ２３及び対物レンズ２６は公知であるため、説明を省略する。

【0029】

加工対象物Ｗは、図示しないステージに載置されている。このステージには、加工対象物Ｗに変えて、ミラー４１を載置することもできる。

【0030】

観察部３０は、加工後の加工対象物Ｗの表面を観察するものであり、主として、撮像部３１と、偏光ビームスプリッタ３３と、チューブレンズ３５と、１／４波長板３６とを有する。

【0031】

撮像部３１は、例えばカメラであり、レンズ及び撮像素子を有する。偏光ビームスプリッタ３３、チューブレンズ３５及び１／４波長板３６は、撮像部３１と加工対象物Ｗとの間の光路中に設けられている。

【0032】

偏光ビームスプリッタ３３は、偏光ビームスプリッタ２５と加工対象物Ｗとの間に設けられており、偏光ビームスプリッタ２５と同一の波長特性を有する。

【0033】

反射型液晶素子２１で反射され、偏光ビームスプリッタ２５、３３を透過したレーザ光は、１／４波長板３６を通過して円偏光に変換され、加工対象物Ｗで反射する。偏光ビームスプリッタ２５、３３を透過した光はＰ偏光であるため、加工対象物Ｗで反射した光は１／４波長板３６を通過してＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ３３で撮像部３１に向けて反射する。偏光ビームスプリッタ３３で反射された光は、チューブレンズ３５で撮像部３１に集光される。

【0034】

図２は、レーザ加工装置１の電気的な構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１は、主として、制御部１０１、記憶部１０２、入力部１０３、出力部１０４、通信部１０５を含んで構成される。

【0035】

制御部１０１は、演算装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプログラム制御デバイスであり、記憶部１０２に格納されたプログラムにしたがって動作し、各部の制御を行う。また、制御部１０１は、光源１１、反射型液晶素子２１、撮像部３１等と接続されている。

【0036】

制御部１０１は、主な機能部として、反射型液晶素子２１を制御する液晶制御部１０１ａと、光源１１を制御する光源制御部１０１ｂと、観察部３０を制御する観察制御部１０１ｃと、を有する。制御部１０１の各機能部が行う処理については、後に詳述する。

【0037】

記憶部１０２は、不揮発性メモリ、揮発性メモリ等であり、制御部１０１によって実行されるプログラム等を保持するとともに、制御部１０１のワークメモリとして動作する。入力部１０３は、キーボードやマウス等の入力デバイスを含む。出力部１０４は、ディスプレイ等である。通信部１０５は、ネットワークや記憶媒体を介して他の機器（例えば、検査装置）からデータを取得して制御部１０１に送信すると共に、ネットワーク等を介して制御部１０１が生成したデータを他の機器に送信する。

【0038】

図２に示すレーザ加工装置１の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、例えば一般的な情報処理装置が備える構成を排除するものではない。レーザ加工装置１の構成要素は、処理内容に応じてさらに多くの構成要素に分類されてもよいし、１つの構成要素が複数の構成要素の処理を実行してもよい。

【0039】

次に、レーザ加工装置１による加工処理について説明する。この加工処理は、主として制御部１０１によって行われる。図３は、加工処理の流れを示すフローチャートである。

【0040】

まず、制御部１０１は、光源１１から出射される光の強度プロファイルを取得する（ステップＳ１１）。具体的には、ステージにミラー４１が載置された状態で、光源制御部１０１ｂは、光源１１からレーザ光を出射する。偏光ビームスプリッタ２５、３３を透過したレーザ光は、１／４波長板３６で円偏光に変換され、ミラー４１で反射され、１／４波長板３６でＳ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ３３で反射されて、撮像部３１に入射する。観察制御部１０１ｃは、撮像部３１で取得された画像に基づいて強度プロファイルを取得する。

【0041】

光源制御部１０１ｂは光源１１から光を出射し、かつ、液晶制御部１０１ａは、ステップＳ１１において撮像部３１で観察された結果（強度プロファイル）に基づいて、反射型液晶素子２１を制御する（ステップＳ１３）。このとき光源１１から出射されるレーザ光の強度は、加工対象物Ｗを加工可能な加工閾値を上回る強度の光である。また、光源１１から出射された光のうち加工対象物Ｗで反射した光は、撮像部３１が有する撮像素子に結像し、観察制御部１０１ｃは、撮像部３１が撮像した画像を用いて加工対象物Ｗを観察する（ステップＳ１３）。

【0042】

ここで、ステップＳ１３における液晶制御部１０１ａの処理について説明する。液晶制御部１０１ａは、照射領域のうち、レーザ光で加工を行う領域（以下、加工領域という）に光が照射されるように、反射型液晶素子２１の各画素に印加する電圧を制御する。反射型液晶素子２１のすべての領域で光が反射された場合には、照射領域全体にレーザ光が照射される。液晶制御部１０１ａは、照射領域の一部である加工領域にのみ光が照射されるように反射型液晶素子２１を制御する。

【0043】

また、液晶制御部１０１ａは、加工領域に照射されるレーザ光の強度分布が均一になるように、反射型液晶素子２１の各画素に印加する電圧を制御する。すなわち、液晶制御部１０１ａは、レーザ光が弱い部分については１／４波長板２４で直線偏光もしくは楕円偏光に変換された後の光（偏光ビームスプリッタ２５に入射する光）のうちのＰ偏光の割合が高くなるように、レーザ光が強い部分については１／４波長板２４で直線偏光もしくは楕円偏光に変換された後の光のうちのＰ偏光の割合が低くなるように、各画素の印加電圧を調整して、偏光ビームスプリッタ２５を通過するＰ偏光の量を画素によらず一定にする。これにより、加工領域に照射されるレーザ光の強度分布が均一になる。したがって、レーザ光の強度を均一にする光学系を用いる必要がない。

【0044】

制御部１０１は、加工対象物Ｗへのレーザ照射が全て終了したかを判定する（ステップＳ１５）。加工対象物Ｗへのレーザ照射が全て終了していない場合（ステップＳ１５でＮＯ）には、制御部１０１は、処理をステップＳ１３に戻す。

【0045】

加工対象物Ｗへのレーザ照射が全て終了した場合（ステップＳ１５でＹＥＳ）には、制御部１０１は、加工処理を終了する。

【0046】

本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ３３と加工対象物Ｗとの間に１／４波長板３６を設けるため、光源１１から出射された光を加工対象物Ｗで反射させ、反射した光を１／４波長板３６を透過させ、偏光ビームスプリッタ３３で撮像部３１に向けて反射させることができる。したがって、加工対象物Ｗを常時観察し、加工状況の確認をリアルタイムで行うことができる。

【0047】

また、本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ３３が偏光ビームスプリッタ２５と同一の波長特性を有するため、偏光ビームスプリッタ３３において加工に用いられる光のエネルギーを低下させることなく加工対象物Ｗを加工することができる。また、光源１１から照射され、反射型液晶素子２１で反射された光を観察に用いるため、観察用の光源を用いることなく、加工対象物Ｗを観察することができる。

【0048】

また、本実施の形態によれば、加工対象物Ｗを常時観察することができるため、加工対象物Ｗを観察するときに光学系を移動させる必要がない。例えば、偏光ビームスプリッタ３３の代わりにビームスプリッタを用いる場合には、光源から照射される光が一部ビームスプリッタで反射されるため、加工用の光のエネルギーが半減してしまう。また、加工用の光のエネルギーを減らさないようにするためには、レーザ光を用いた加工時にはビームスプリッタを光路外に移動させ、観察部を用いた観察時にはビームスプリッタを光路中に挿入しなければならず、工程作業時間が長くなってしまう。それに対し、本実施の形態のように偏光ビームスプリッタ３３及び１／４波長板３６を用いることで、加工用の光のエネルギーを半減させず、かつ、工程作業時間を長くすることなく、加工対象物Ｗの加工が可能である。

【0049】

また、本実施の形態によれば、光源１１から出射される加工用の光と加工対象物Ｗとを確認可能であるため、光源１１から出射される加工用の光が加工対象物Ｗのどこを照射したかを確認可能である。したがって、反射型液晶素子２１と加工対象物Ｗとの位置を校正することができる。

【0050】

なお、本実施の形態では、光源部１０が光源１１と、光アイソレータ１２と、拡大光学系１３とを有したが、光源部１０の構成はこれに限られない。拡大光学系１３の代わりに、光源１１の出射光を均一な照度の照明光とする照明光学系を設けてもよい。照明光学系は、例えば、ロッドレンズやクリティカル照明レンズ群を有する。この照明光学系によりレーザ光がトップハットビームに整形され、レーザ光のエネルギーを効率よく使用することができる。

【0051】

＜第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、偏光ビームスプリッタ２５と加工対象物Ｗとの間の光路中に１／４波長板を設け、加工対象物Ｗで反射した光を撮像部３１に入射させて、加工対象物Ｗを撮像部３１で常時観察可能にしたが、加工対象物Ｗを撮像部３１で常時観察可能にする形態はこれに限られない。

【0052】

本発明の第２の実施の形態は、光源と波長が異なる光を加工対象物Ｗに照射する照明部を有する形態である。以下、第２の実施の形態にかかるレーザ加工装置２について説明する。なお、第１の実施の形態に係るレーザ加工装置１と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

【0053】

図４は、本発明のレーザ加工装置２の構成を模式的に示す図である。レーザ加工装置１は、主として、光源部１０と、光学系２０と、観察部３０Ａと、を有し、加工対象物Ｗにレーザ光を照射する。図４では、レーザ光の経路を二点鎖線で示し、観察用の光の経路を破線で示している。

【0054】

観察部３０Ａは、加工後の加工対象物Ｗの表面を観察するものであり、主として、撮像部３１と、照明３２と、偏光ビームスプリッタ３３と、ビームスプリッタ３４と、チューブレンズ３５とを有する。

【0055】

照明３２は、光源１１からから出射されるレーザ光の波長とは波長が異なる光を加工対象物Ｗに照射する。本実施の形態では、照明３２は、光源よりも波長が短い光、例えば可視光を加工対象物Ｗに照射する。照明３２から照射される光は、様々な方向に振動した光で構成されているランダム偏光であり、Ｐ偏光及びＳ偏光を含む。照明３２からの光は、ビームスプリッタ３４で偏光ビームスプリッタ３３に向けて反射される。

【0056】

図５は、偏光ビームスプリッタ３３の波長特性の一例を示す図である。偏光ビームスプリッタ３３は、赤外光の波長域（図５における領域Ｉ）では、Ｐ偏光を略１００％透過させ、Ｓ偏光を略１００％反射するのに対し、赤外光よりも波長が短い領域では、Ｐ偏光及びＳ偏光もある程度透過し、ある程度反射する。本実施の形態では、照明３２から照射される光は可視光であり、可視光の波長域（図５における領域ＩＩ）では、Ｐ偏光及びＳ偏光を一部反射する。

【0057】

図４の説明に戻る。照明３２から照射された光は、一部が偏光ビームスプリッタ３３で反射し、加工対象物Ｗに照射される。加工対象物Ｗで反射した光は、偏光ビームスプリッタ３３に入射する。加工対象物Ｗで反射した光もＰ偏光及びＳ偏光を含むため、加工対象物Ｗで反射した光の一部は偏光ビームスプリッタ３３で撮像部３１に向けて反射される。偏光ビームスプリッタ３３で反射された光は、ビームスプリッタ３４を通過し、チューブレンズ３５で撮像部３１に集光される。

【0058】

図６は、レーザ加工装置２の電気的な構成を示すブロック図である。レーザ加工装置１は、主として、制御部１０１Ａ、記憶部１０２、入力部１０３、出力部１０４、通信部１０５を含んで構成される。

【0059】

制御部１０１Ａは、主な機能部として、反射型液晶素子２１を制御する液晶制御部１０１ａと、光源１１を制御する光源制御部１０１ｂと、観察部３０Ａを制御する観察制御部１０１ｄと、を有する。制御部１０１Ａは、光源１１、反射型液晶素子２１、撮像部３１、照明３２等と接続されている。制御部１０１Ａの各機能部が行う処理については、後に詳述する。

【0060】

図６に示すレーザ加工装置２の構成は、本実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、例えば一般的な情報処理装置が備える構成を排除するものではない。レーザ加工装置２の構成要素は、処理内容に応じてさらに多くの構成要素に分類されてもよいし、１つの構成要素が複数の構成要素の処理を実行してもよい。

【0061】

次に、レーザ加工装置２による加工処理について説明する。この加工処理は、主として制御部１０１Ａによって行われる。図７は、加工処理の流れを示すフローチャートである。

【0062】

まず、制御部１０１は、光源１１から出射される光の強度プロファイルを取得する（ステップＳ２１）。例えば、ステージにプロファイラ（図示せず）を載置した状態で、光源制御部１０１ｂは光源１１からレーザ光を出射する。プロファイラは、例えばＣＣＤ等の２次元光センサであり、レーザ光のビーム径や空間的な強度分布である強度プロファイルを測定可能である。制御部１０１は、プロファイラから出力された信号を取得し、レーザ光の強度プロファイルを測定する。なお、強度プロファイルを別装置等において予め測定しておき、それを制御部１０１が通信部１０５を介して取得してもよい。

【0063】

光源制御部１０１ｂは光源１１から光を出射し、かつ、液晶制御部１０１ａは、ステップＳ２１において撮像部３１で取得された結果（強度プロファイル）に基づいて、反射型液晶素子２１を制御する（ステップＳ２３）。このとき光源１１から出射されるレーザ光の強度は、加工対象物Ｗを加工可能な加工閾値を上回る強度の光である。また、観察制御部１０１ｄは、照明３２から光を照射して、撮像部３１が撮像した画像を用いて加工対象物Ｗを観察する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３における液晶制御部１０１ａの処理は、ステップＳ１３と同様であるため、説明を省略する。

【0064】

制御部１０１は、加工対象物Ｗへのレーザ照射が全て終了したかを判定する（ステップＳ２５）。加工対象物Ｗへのレーザ照射が全て終了していない場合（ステップＳ２５でＮＯ）には、制御部１０１は、処理をステップＳ２３に戻す。すなわち、液晶制御部１０１ａは、１回前のステップＳ２３において撮像部３１で撮像された結果に基づいて、反射型液晶素子２１を制御し、かつ、光源制御部１０１ｂは、光源１１から光を出射する（ステップＳ２３）。

【0065】

加工対象物Ｗへのレーザ照射が全て終了した場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）には、制御部１０１は、加工処理を終了する。

【0066】

本実施の形態によれば、光源１１から出射される光よりも波長が短い光を照明３２から加工対象物Ｗに照射し、加工対象物Ｗで反射された光の一部を偏光ビームスプリッタ３３で反射させ、この光を撮像部３１に入射させることで、光源１１から出射された光で加工対象物Ｗを加工しながら、加工対象物Ｗを常時観察することができる。したがって、加工状況の確認をリアルタイム で行うことができる。また、撮像部３１で常時観察された結果に基づいて反射型液晶素子２１に印加する電圧を画素毎に制御することで、光の強度分布を均一化する照明光学系を用いることなく、強度分布を常時均一にすることができる。

【0067】

また、本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ３３が偏光ビームスプリッタ２５と同一の波長特性を有するため、偏光ビームスプリッタ３３において加工に用いられる光のエネルギーを低下させることなく加工対象物Ｗを加工することができる。

【0068】

また、本実施の形態によれば、照明３２から加工対象物Ｗに照射するため、加工前の加工対象物Ｗを確認することができる。

【0069】

なお、本実施の形態では、照明３２から光源１１よりも波長が短い光、例えば可視光を加工対象物Ｗに照射したが、照明３２は光源１１から出射される光の波長とは異なる波長の光を含む光を加工対象物Ｗに照射すればよい。

【0070】

例えば、照明３２から照射される光の波長は、光源１１から出射されるレーザ光の波長とが異なればよい。つまり、照明３２から照射される光の波長と比べて長くてもよいし、短かくてもよい。偏光ビームスプリッタ２５、３３は、波長特性を任意に設定することができる。本実施の形態では、光源１１から出射される光の波長領域ではＰ偏光とＳ偏光とを分離するように、かつ、光源１１から出射される光の波長領域以外の一部波長領域ではＰ偏光とＳ偏光とをそれぞれ一部反射する（Ｐ偏光とＳ偏光とを分離しない）ように偏光ビームスプリッタ２５、３３の波長特性を設定する。照明３２から照射される光の波長領域は、光源１１から出射される光の波長領域と異なり、偏光ビームスプリッタ２５、３３がＰ偏光とＳ偏光とを分離しない波長を含む。

【0071】

また、例えば、照明３２から照射される光の波長の一部が光源１１から出射されるレーザ光の波長とかさなってもよい。照明３２としては、レーザのような狭帯域の光源を用いることもできるし、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプのような広帯域の光源を用いることもできるし、単色のＬＥＤや白色のＬＥＤを用いることもできる。そして、照明３２としてキセノンランプのような連続波長光源を用いる場合には、光源１１から出射されるレーザ光の波長が照明３２の発光波長範囲内に含まれてもよい。

【0072】

また、本実施の形態では、照明３２からの光を、ビームスプリッタ３４及び偏光ビームスプリッタ３３で反射させて加工対象物Ｗに照射したが、照明３２からの光を加工対象物Ｗに照射する形態はこれに限られない。例えば、加工対象物Ｗの近傍に照明３２を配置してもよい。ただし、照明３２からの光をより多く撮像部３１に入射させるためには、照明３２からの光を、ビームスプリッタ３４及び偏光ビームスプリッタ３３で反射させて加工対象物Ｗに照射することが望ましい。

【0073】

また、本実施の形態のレーザ加工装置２は、１／４波長板３６をさらに備えていてもよい。これにより、光源１１から照射され、反射型液晶素子２１で反射された光を観察に用いることもできる。

【0074】

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0075】

また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略平行とは、厳密に平行の場合には限られない。また、例えば、略矩形形状とは、厳密に矩形形状の場合には限られない。また、例えば、単に平行、直交、同一等と表現する場合において、厳密に平行、直交、同一等の場合のみでなく、略平行、略直交、略同一等の場合を含むものとする。

【符号の説明】

【0076】

１、２ ：レーザ加工装置
１０ ：光源部
１１ ：光源
１２ ：光アイソレータ
１３ ：拡大光学系
２０ ：光学系
２１ ：反射型液晶素子
２２ ：フィールドレンズ
２３ ：チューブレンズ
２４ ：１／４波長板
２５ ：偏光ビームスプリッタ
２６ ：対物レンズ
３０、３０Ａ：観察部
３１ ：撮像部
３２ ：照明
３３ ：偏光ビームスプリッタ
３４ ：ビームスプリッタ
３５ ：チューブレンズ
３６ ：１／４波長板
４１ ：ミラー
１０１ ：制御部
１０１ａ ：液晶制御部
１０１ｂ ：光源制御部
１０１ｃ ：観察制御部
１０２ ：記憶部
１０３ ：入力部
１０４ ：出力部
１０５ ：通信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】