特開 2024-9576 レーザ加工装置

(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】P2024009576

(43)【公開日】2024-01-23

(54)【発明の名称】レーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/53 20140101AFI20240116BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

B23K26/53

B23K26/064 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022111208

(22)【出願日】2022-07-11

(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

(72)【発明者】

【氏名】荻原 孝文

(72)【発明者】

【氏名】近藤 裕太

(72)【発明者】

【氏名】山田 丈史

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AE01

4E168CA06

4E168CB07

4E168CB17

4E168CB23

4E168DA02

4E168DA03

4E168DA13

4E168DA45

4E168DA46

4E168DA47

4E168EA05

4E168EA24

4E168JA12

4E168KA04

(57)【要約】

【課題】レーザ光入射面のダメージの抑制と好適な加工との両立を図る。
【解決手段】レーザ加工装置１は、レーザ光Ｌを出力するレーザ光源部３と、レーザ光源部３から出力されたレーザ光Ｌが入射する変調面５１ａを含み、変調面５１ａに変調パターンを表示することによって、変調パターンに応じてレーザ光Ｌを変調して出射するための空間光変調器５１と、空間光変調器５１から出射されたレーザ光Ｌを対象物１１の内部に集光するための集光レンズ５４と、空間光変調器５１と集光レンズ５４との間においてレーザ光Ｌの一部を遮断するダンパ５５と、制御部９と、を備える。制御部９は、回折パターンＭＰ３を含む変調パターンを切り替える切替処理を実行する。ダンパ５５は、レーザ光Ｌのうちの回折パターンＭＰ３により生成された回折光Ｌｇを集光レンズ５４に入射しないように遮断する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射する変調面を含み、前記変調面に変調パターンを表示することによって、前記変調パターンに応じて前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を対象物の内部に集光するための集光レンズと、
前記空間光変調器と前記集光レンズとの間に配置され、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の一部を前記集光レンズに入射しないように遮断するダンパと、
前記対象物に対して前記レーザ光の集光点を相対的に移動させるための移動部と、
前記レーザ光源、前記空間光変調器、及び、前記移動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記対象物の前記レーザ光の入射面に交差するＺ方向についての前記集光点の位置を第１位置としつつ、前記集光点を前記入射面に沿ったＸ方向に沿って相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第１加工処理と、
前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記Ｚ方向についての前記集光点の位置を前記第１位置よりも前記入射面側の第２位置としつつ、前記集光点を前記Ｘ方向に沿って相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第２加工処理と、
を実行し、
前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第２加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させると共に、前記第１加工処理を実行する際に、前記回折パターンを前記変調面に表示させないように、前記第１加工処理と前記第２加工処理とで前記変調パターンを切り替える切替処理をさらに実行し、
前記ダンパは、前記レーザ光のうちの前記回折パターンにより生成された回折光を前記集光レンズに入射しないように遮断する、
レーザ加工装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記Ｚ方向についての前記集光点の位置を前記第２位置よりも前記入射面側の第３位置としつつ、前記集光点を前記Ｘ方向に沿って相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第３加工処理を実行し、
前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第３加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させ、
前記第３加工処理の前記回折パターンの前記変調面内の少なくとも１つの領域における回折効率は、前記第２加工処理の前記回折パターンの前記変調面内の対応する領域における回折効率よりも高い、
請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射する変調面を含み、前記変調面に変調パターンを表示することによって、前記変調パターンに応じて前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を対象物の内部に集光するための集光レンズと、
前記空間光変調器と前記集光レンズとの間に配置され、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の一部を前記集光レンズに入射しないように遮断するダンパと、
前記対象物に対して前記レーザ光の集光点を相対的に移動させるための移動部と、
前記レーザ光源、前記空間光変調器、及び、前記移動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記レーザ光の吸収率が第１吸収率である入射面を介して前記対象物の内部に前記集光点を位置させつつ、当該入射面に沿ったＸ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第１加工処理と、
前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記レーザ光の吸収率が前記第１吸収率よりも高い第２吸収率である入射面を介して前記対象物の内部に前記集光点を位置させつつ、当該入射面に沿った前記Ｘ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第２加工処理と、
を実行し、
前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第２加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させると共に、前記第１加工処理を実行する際に、前記回折パターンを前記変調面に表示させないように、前記第１加工処理と前記第２加工処理とで前記変調パターンを切り替える切替処理をさらに実行し、
前記ダンパは、前記レーザ光のうちの前記回折パターンにより生成された回折光を前記集光レンズに入射しないように遮断する、
レーザ加工装置。

【請求項4】

レーザ光として第１レーザ光を出力する第１レーザと、前記第１レーザ光よりも短パルス幅の第２レーザ光を前記レーザ光として出力する第２レーザと、を含むレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射する変調面を含み、前記変調面に変調パターンを表示することによって、前記変調パターンに応じて前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、
前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を対象物の内部に集光するための集光レンズと、
前記空間光変調器と前記集光レンズとの間に配置され、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の一部を前記集光レンズに入射しないように遮断するダンパと、
前記対象物に対して前記レーザ光の集光点を相対的に移動させるための移動部と、
前記変調面に入射する前記レーザ光を前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との間で切り替えるためのレーザ切替機構と、
前記レーザ光源、前記空間光変調器、及び、前記移動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記レーザ光源、前記レーザ切替機構、及び前記移動部を制御することにより、前記第１レーザ光の前記集光点を前記対象物の内部に位置させつつ、前記対象物の前記第１レーザ光の入射面に沿ったＸ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記第１レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第１加工処理と、
前記レーザ光源、前記レーザ切替機構、及び前記移動部を制御することにより、前記第２レーザ光の前記集光点を前記対象物の内部に位置させつつ、前記対象物の前記第２レーザ光の入射面に沿った前記Ｘ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記第２レーザ光を照射することによって、前記対象物に弱化領域を形成する第２加工処理と、
を実行し、
前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第２加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させると共に、前記第１加工処理を実行する際に、前記回折パターンを前記変調面に表示させないように、前記第１加工処理と前記第２加工処理とで前記変調パターンを切り替える切替処理をさらに実行し、
前記ダンパは、前記レーザ光のうちの前記回折パターンにより生成された回折光を前記集光レンズに入射しないように遮断する、
レーザ加工装置。

【請求項5】

前記レーザ切替機構は、
前記第１レーザから出力された前記第１レーザ光を前記変調面に向けて反射するための第１ミラーと、
前記第２レーザから出力された前記第２レーザ光を前記変調面に向けて反射するための第２ミラーと、
前記第１ミラーから前記変調面に向かう前記第１レーザ光の光路に対して前記第２ミラーを挿抜するように前記第２ミラーを駆動するミラー駆動部と、
を含む、
請求項４に記載のレーザ加工装置。

【請求項6】

前記変調面における前記レーザ光のビームプロファイルは、ガウス分布を有し、
前記制御部は、前記変調面の外側から中心に向けて回折効率が高くなるように前記回折パターンを生成する、
請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項7】

前記制御部は、少なくも２段階に回折効率が変化するように前記回折パターンを生成する、
請求項１～６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、レーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置は、光源から出射されたレーザ光を変調するための空間光変調器を備えている。空間光変調器では、液晶層に付与する電圧に基づいて変調パターンを液晶層に表示させることにより、レーザ光を変調している。このレーザ加工装置では、レーザ加工の一例として、レーザ内部加工が挙げられている。このレーザ内部加工では、対象物の内部に改質領域を形成する場合であって、対象物の内部に集光点を合わせた状態で、レーザ光をラインに沿って相対的に移動させる。これにより、改質領域がラインに沿って対象物の内部に形成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２２３６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記のようなレーザ内部加工にあっては、レーザ光のビームプロファイルが例えばガウス分布である場合、対象物のレーザ光の入射面のうち、当該ガウシンアンビームのピーク強度が高い中心部分が入射するエリアにおいて、表面アブレーション等のダメージが生じるおそれがある。

【0005】

特に、対象物のレーザ光の入射面のより近くに集光点を位置させて改質領域を形成する場合、レーザ光の入射面でのビーム径が、レーザ光の集光点を入射面からより遠くに位置させる場合と比較して小さくなるため、当該ダメージが生じやすい（第１の例）。また、対象物のレーザ光の入射面に対して、研削痕が残存していたり、膜やテープが設けられていたりする等、入射面がレーザ光を吸収しやすい状態にある場合にも、当該ダメージが生じやすい（第２の例）。さらに、例えば、対象物の内部に弱化領域（弱化領域の詳細ついては後述する）を形成する場合のように、改質領域を形成する場合と比較してパルス幅の短いレーザ光を用いる場合にも、当該ダメージが生じやすい（第３の例）。

【0006】

上記のようなダメージを抑制するためには、例えば、上記特許文献１に記載されているような空間光変調器を用いてレーザ光を変調することにより、レーザ光のピーク強度を抑えることが考えられる。しかし、上記の第１の例では、レーザ光の集光点を入射面の近くに位置させる加工では、ピーク強度を抑えて当該ダメージを抑制することが望ましい一方で、レーザ光の集光点を入射面からより遠くに位置させる加工では、そもそも当該ダメージが生じにくいことに加えて、加工点でのエネルギーを確保して好適な加工を行うために、ピーク強度を抑えることが望ましくない場合があり得る。

【0007】

また、上記の第３の例では、比較的に短パルス幅のレーザ光を用いて弱化領域を形成する加工では、ピーク強度を抑えて当該ダメージを抑制することが望ましいが、比較的にパルス幅の長いレーザ光を用いて改質領域を形成する加工では、相対的に当該ダメージが生じにくいことから、改質領域を好適に形成するためにピーク強度を抑えることが必ずしも望ましいといえない場合がある。さらに、上記第２の例でも同様に、対象物のレーザ光の入射面の状態によっては、ピーク強度を抑えることが好ましい場合と、ピーク強度を抑える必要性が低い場合とがある。

【0008】

このように、上記技術分野にあっては、対象物のレーザ光の入射面のダメージを抑制することと、対象物の加工を好適に行うこととを両立することが要求され得る。

【0009】

そこで、本開示は、レーザ光入射面のダメージの抑制と好適な加工との両立を図ることが可能なレーザ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】

【0010】

本開示に係るレーザ加工装置は、［１］「レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射する変調面を含み、前記変調面に変調パターンを表示することによって、前記変調パターンに応じて前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を対象物の内部に集光するための集光レンズと、前記空間光変調器と前記集光レンズとの間に配置され、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の一部を前記集光レンズに入射しないように遮断するダンパと、前記対象物に対して前記レーザ光の集光点を相対的に移動させるための移動部と、前記レーザ光源、前記空間光変調器、及び、前記移動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記対象物の前記レーザ光の入射面に交差するＺ方向についての前記集光点の位置を第１位置としつつ、前記集光点を前記入射面に沿ったＸ方向に沿って相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第１加工処理と、前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記Ｚ方向についての前記集光点の位置を前記第１位置よりも前記入射面側の第２位置としつつ、前記集光点を前記Ｘ方向に沿って相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第２加工処理と、を実行し、前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第２加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させると共に、前記第１加工処理を実行する際に、前記回折パターンを前記変調面に表示させないように、前記第１加工処理と前記第２加工処理とで前記変調パターンを切り替える切替処理をさらに実行し、前記ダンパは、前記レーザ光のうちの前記回折パターンにより生成された回折光を前記集光レンズに入射しないように遮断する、レーザ加工装置」である。

【0011】

この加工装置では、第１加工処理と第２加工処理とが行われる。第１加工処理では、対象物のレーザ光の入射面に交差するＺ方向についての集光点の位置を第１位置としつつ、集光点をＸ方向に沿って相対移動させながら対象物にレーザ光を照射し、対象物に改質領域を形成する。第２加工処理では、第１加工処理と同様に改質領域を形成するが、Ｚ方向についての集光点の位置が第１加工処理の場合の第１位置よりも入射面側の第２位置とされる。したがって、第１加工処理に比べて、第２加工処理の方が入射面により近い位置にレーザ光の集光点が位置させられるため、表面アブレーションといった入射面のダメージが生じやすい。そこで、この加工装置では、第２加工処理を実行する際に、レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを空間光変調器に表示させると共に、第１加工処理を実行する際に、当該回折パターンを空間光変調器に表示させないように、第１加工処理と第２加工処理とで変調パターンを切り替える切替処理が行われる。レーザ光のうちの当該回折パターンにより生成された回折光は、集光レンズに入射しないようにダンパによって遮断される。この結果、比較的ダメージが生じやすい第２加工処理の際に、回折パターン及びダンパによってレーザ光のピーク強度が抑えられると共に、比較的ダメージが生じにくい第１加工処理の際には、そのようなピーク強度の制御が行われない。よって、第２加工処理でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、第１加工処理での好適な加工とが両立され得る。

【0012】

本開示に係るレーザ加工装置は、［２］「前記制御部は、前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記Ｚ方向についての前記集光点の位置を前記第２位置よりも前記入射面側の第３位置としつつ、前記集光点を前記Ｘ方向に沿って相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第３加工処理を実行し、前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第３加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させ、前記第３加工処理の前記回折パターンの前記変調面内の少なくとも１つの領域における回折効率は、前記第２加工処理の前記回折パターンの前記変調面内の対応する領域における回折効率よりも高い、上記［１］に記載のレーザ加工装置」であってもよい。この場合、第２加工処理及び第３加工処理でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、第１加工処理での好適な加工とが両立され得る。

【0013】

本開示に係るレーザ加工装置は、［３］「レーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射する変調面を含み、前記変調面に変調パターンを表示することによって、前記変調パターンに応じて前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を対象物の内部に集光するための集光レンズと、前記空間光変調器と前記集光レンズとの間に配置され、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の一部を前記集光レンズに入射しないように遮断するダンパと、前記対象物に対して前記レーザ光の集光点を相対的に移動させるための移動部と、前記レーザ光源、前記空間光変調器、及び、前記移動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記レーザ光の吸収率が第１吸収率である入射面を介して前記対象物の内部に前記集光点を位置させつつ、当該入射面に沿ったＸ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第１加工処理と、前記レーザ光源及び前記移動部を制御することにより、前記レーザ光の吸収率が前記第１吸収率よりも高い第２吸収率である入射面を介して前記対象物の内部に前記集光点を位置させつつ、当該入射面に沿った前記Ｘ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第２加工処理と、を実行し、前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第２加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させると共に、前記第１加工処理を実行する際に、前記回折パターンを前記変調面に表示させないように、前記第１加工処理と前記第２加工処理とで前記変調パターンを切り替える切替処理をさらに実行し、前記ダンパは、前記レーザ光のうちの前記回折パターンにより生成された回折光を前記集光レンズに入射しないように遮断する、レーザ加工装置」である。

【0014】

この加工装置では、第１加工処理と第２加工処理とが行われる。第１加工処理では、レーザ光の吸収率が第１吸収率である入射面を介して対象物の内部に集光点を位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点を相対移動させながら対象物にレーザ光を照射し、対象物に改質領域を形成する。第２加工処理では、第１加工処理と同様に改質領域を形成するが、対象物の入射面のレーザ光の吸収率が第１加工処理の場合よりも高い。したがって、第１加工処理に比べて、第２加工処理の方が入射面においてレーザ光が吸収されやいため、表面アブレーションといった入射面のダメージが生じやすい。そこで、この加工装置では、第２加工処理を実行する際に、レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを空間光変調器に表示させると共に、第１加工処理を実行する際に、当該回折パターンを空間光変調器に表示させないように、第１加工処理と第２加工処理とで変調パターンを切り替える切替処理が行われる。レーザ光のうちの当該回折パターンにより生成された回折光は、集光レンズに入射しないようにダンパによって遮断される。この結果、比較的ダメージが生じやすい第２加工処理の際に、回折パターン及びダンパによってレーザ光のピーク強度が抑えられると共に、比較的ダメージが生じにくい第１加工処理の際には、そのようなピーク強度の制御が行われない。よって、第２加工処理でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、第１加工処理での好適な加工とが両立され得る。

【0015】

本開示に係るレーザ加工装置は、［４］「レーザ光として第１レーザ光を出力する第１レーザと、前記第１レーザ光よりも短パルス幅の第２レーザ光を前記レーザ光として出力する第２レーザと、を含むレーザ光源と、前記レーザ光源から出力された前記レーザ光が入射する変調面を含み、前記変調面に変調パターンを表示することによって、前記変調パターンに応じて前記レーザ光を変調して出射するための空間光変調器と、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光を対象物の内部に集光するための集光レンズと、前記空間光変調器と前記集光レンズとの間に配置され、前記空間光変調器から出射された前記レーザ光の一部を前記集光レンズに入射しないように遮断するダンパと、前記対象物に対して前記レーザ光の集光点を相対的に移動させるための移動部と、前記変調面に入射する前記レーザ光を前記第１レーザ光と前記第２レーザ光との間で切り替えるためのレーザ切替機構と、前記レーザ光源、前記空間光変調器、及び、前記移動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記レーザ光源、前記レーザ切替機構、及び前記移動部を制御することにより、前記第１レーザ光の前記集光点を前記対象物の内部に位置させつつ、前記対象物の前記第１レーザ光の入射面に沿ったＸ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記第１レーザ光を照射することによって、前記対象物に改質領域を形成する第１加工処理と、前記レーザ光源、前記レーザ切替機構、及び前記移動部を制御することにより、前記第２レーザ光の前記集光点を前記対象物の内部に位置させつつ、前記対象物の前記第２レーザ光の入射面に沿った前記Ｘ方向に沿って前記集光点を相対移動させながら前記対象物に前記第２レーザ光を照射することによって、前記対象物に弱化領域を形成する第２加工処理と、を実行し、前記制御部は、前記空間光変調器を制御することによって、前記第２加工処理を実行する際に、前記変調面内における前記レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを前記変調面に表示させると共に、前記第１加工処理を実行する際に、前記回折パターンを前記変調面に表示させないように、前記第１加工処理と前記第２加工処理とで前記変調パターンを切り替える切替処理をさらに実行し、前記ダンパは、前記レーザ光のうちの前記回折パターンにより生成された回折光を前記集光レンズに入射しないように遮断する、レーザ加工装置」である。

【0016】

この加工装置では、第１加工処理と第２加工処理とが行われる。第１加工処理では、第１レーザ光の集光点を対象物の内部に位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点を相対移動させながら対象物に第１レーザ光を照射し、対象物に改質領域を形成する。第２加工処理では、第１加工処理と異なり、第１レーザ光よりも短パルス幅の第２レーザ光が用いられる。すなわち、第２加工処理では、相対的に短パルス幅の第２レーザ光の集光点を対象物の内部に位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点を相対移動させながら対象物に第２レーザ光を照射することによって、対象物に弱化領域を形成する。したがって、第１加工処理に比べて、第２加工処理の方が短いパルス幅のレーザ光が用いられるため、表面アブレーションといった入射面のダメージが生じやすい。そこで、この加工装置では、第２加工処理を実行する際に、レーザ光の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを空間光変調器に表示させると共に、第１加工処理を実行する際に、当該回折パターンを空間光変調器に表示させないように、第１加工処理と第２加工処理とで変調パターンを切り替える切替処理が行われる。レーザ光のうちの回折パターンにより生成された回折光は、集光レンズに入射しないようにダンパによって遮断される。この結果、比較的ダメージが生じやすい第２加工処理の際に、回折パターン及びダンパによってレーザ光のピーク強度が抑えられると共に、比較的ダメージが生じにくい第１加工処理の際には、そのようなピーク強度の制御が行われない。よって、第２加工処理でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、第１加工処理での好適な加工とが両立され得る。

【0017】

本開示に係るレーザ加工装置は、［５］「前記レーザ切替機構は、前記第１レーザから出力された前記第１レーザ光を前記変調面に向けて反射するための第１ミラーと、前記第２レーザから出力された前記第２レーザ光を前記変調面に向けて反射するための第２ミラーと、前記第１ミラーから前記変調面に向かう前記第１レーザ光の光路に対して前記第２ミラーを挿抜するように前記第２ミラーを駆動するミラー駆動部と、を含む、上記［３］に記載のレーザ加工装置」であってもよい。この場合、第１レーザ光の波長と第２レーザ光の波長とが近接している場合であっても、確実に、レーザ光源から出力されて空間光変調器に入射するレーザ光の切り替えを行うことができる。

【0018】

本開示に係るレーザ加工装置は、［６］「前記変調面における前記レーザ光のビームプロファイルは、ガウス分布を有し、前記制御部は、前記変調面の外側から中心に向けて回折効率が高くなるように前記回折パターンを生成する、上記［１］～［４］のいずれかに記載のレーザ加工装置」であってもよい。この場合、ガウス分布を有するレーザ光を用いた加工において、レーザ光入射面のダメージの抑制と好適な加工との両立を容易且つ確実に図ることが可能である。

【0019】

本開示に係るレーザ加工装置は、［７］「前記制御部は、少なくも２段階に回折効率が変化するように前記回折パターンを生成する、上記［１］～［５］のいずれかに記載のレーザ加工装置」であってもよい。この場合、集光レンズ及び対象物に入射するレーザ光のビームプロファイルを、より望ましいものに成形することが可能となる。

【発明の効果】

【0020】

本開示によれば、レーザ光入射面のダメージの抑制と好適な加工との両立を図ることが可能なレーザ加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。

【図3】図３は、図１，２に示された結像光学系を示す図である。

【図4】図４は、図１，２に示された空間光変調器を示す模式的な断面図である。

【図5】図５は、空間光変調器を用いたレーザ光の変調を説明するための図である。

【図6】図６は、レーザ光のビームプロファイルとダメージ閾値との関係を説明するための模式図である。

【図7】図７は、回折パターンの一例を説明するための模式図である。

【図8】図８は、レーザ加工装置の第１加工例を説明するための図である。

【図9】図９は、レーザ加工装置の第１加工例を説明するための図である。

【図10】図１０は、レーザ加工装置の第１加工例を説明するための図である。

【図11】図１１は、レーザ加工装置の第２加工例を説明するための図である。

【図12】図１２は、レーザ加工装置の第２加工例を説明するための図である。

【図13】図１３は、レーザ加工装置の第３加工例を説明するための図である。

【図14】図１４は、レーザ加工装置の第３加工例を説明するための図である。

【図15】図１５は、変形例に係るレーザ加工装置を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、一実施形態について、図面参照して説明する。なお、各図の説明において、同一又は相当する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。また、各図には、Ｘ方向を示すＸ軸、Ｙ方向を示すＹ軸、及びＺ方向を示すＺ軸からなる直交座標系を示す場合がある。一例として、Ｘ方向は第１水平方向であり、Ｙ方向はＸ方向に交差する第２水平方向であり、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に交差する鉛直方向である。
［レーザ加工装置］

【0023】

図１及び図２は、本実施形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図１，２に示されるように、レーザ加工装置１は、ステージ２と、レーザ光源部３と、第１移動機構（移動部）４と、レーザ照射部５と、第２移動機構（移動部）７と、制御部９と、を備えている。

【0024】

ステージ２は、例えば対象物１１に貼り付けられたフィルム（図示省略）を吸着することで、対象物１１の表面１１ａがＺ方向と直交するように対象物１１を支持する。ここでは、対象物１１は、表面１１ａがレーザ照射部５に臨むようにステージ２に支持されている。ステージ２は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの方向に沿って移動可能であり、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

【0025】

レーザ光源部（レーザ光源）３は、例えばパルス発振方式によってレーザ光Ｌを出力する。レーザ光Ｌは、例えば対象物１１に対して透過性を有している。レーザ光源部３は、第１レーザ３１、第２レーザ３２、アッテネータ３３，３６、ビームエキスパンダ３４，３７、第１ミラー３５、第２ミラー３８、及び、ミラー駆動部３９を有している。

【0026】

第１レーザ３１は、レーザ光Ｌとして、第１レーザ光Ｌ１を出力する。アッテネータ３３及びビームエキスパンダ３４は、第１レーザ光Ｌ１の光路上に順に配置されている。アッテネータ３３は、第１レーザ３１から出射した第１レーザ光Ｌ１を入射し、第１レーザ光Ｌ１の出力を調整して出射する。ビームエキスパンダ３４は、アッテネータ３３で出力が調整されて出射された第１レーザ光Ｌ１の径を拡大して出射する。第１ミラー３５は、ビームエキスパンダ３４から出射された第１レーザ光Ｌ１を、レーザ照射部５（後述する空間光変調器５１の変調面５１ａ）に向けて反射する。

【0027】

第２レーザ３２は、レーザ光Ｌとして、第２レーザ光Ｌ２を出力する。アッテネータ３６及びビームエキスパンダ３７は、第２レーザ光Ｌ２の光路上に順に配置されている。アッテネータ３６は、第２レーザ３２から出射した第２レーザ光Ｌ２を入射し、第２レーザ光Ｌ２の出力を調整して出射する。ビームエキスパンダ３７は、アッテネータ３６で出力が調整されて出射された第２レーザ光Ｌ２の径を拡大して出射する。第２ミラー３８は、ビームエキスパンダ３７から出射された第２レーザ光Ｌ２を、レーザ照射部５（後述する空間光変調器５１の変調面５１ａ）に向けて反射する。

【0028】

ミラー駆動部３９は、例えばエアシリンダ等を用いて、第２ミラー３８を駆動する。より具体的には、ミラー駆動部３９は、第１ミラー３５から変調面５１ａに向かう第１レーザ光Ｌ１の光路に対して第２ミラー３８を挿抜するように、第２ミラー３８を駆動する。第２ミラー３８位置は、ミラー駆動部３９により駆動された際に予め設置された部材に押し当てられることで決定される。このため、光軸ずれが生じにくい。なお、図１では、第２ミラー３８が第１レーザ光Ｌ１の光路上から抜去された状態が示され、図２では、第２ミラー３８が第１レーザ光Ｌ１の光路上に挿入された状態が示されている。

【0029】

これにより、レーザ光源部３では、第１レーザ光Ｌ１が出力される状態（第２ミラー３８が第１レーザ光Ｌ１の光路上から除かれた状態）と、第２レーザ光Ｌ２が出力される状態（第２ミラー３８が第１レーザ光Ｌ１の光路上に配置された状態）と、の間で切り替えが可能とされている。すなわち、レーザ加工装置１では、第１レーザ光Ｌ１を用いた加工と第２レーザ光Ｌ２を用いた加工とが切り替えられるように構成されている。第１ミラー３５、第２ミラー３８、及び、ミラー駆動部３９は、レーザ切替機構を構成している。第１ミラー３５及び第２ミラー３８は、第１レーザ光Ｌ１の光軸と第２レーザ光Ｌ２の光軸が一致するように位置合わせされている。

【0030】

なお、第１レーザ３１と第２レーザ３２との組み合わせは、要求される加工の態様に応じて任意に設定され得る。第１レーザ３１と第２レーザ３２との組み合わせの一例は、以下のとおりである。なお、ＳＤとは、対象物１１の内部に改質領域を形成する加工を意味し、ＳＧとは、対象物１１の内部に弱化領域を形成する加工を意味する。

【0031】

［例１：種々のガラス加工］
第１レーザ３１：１０３０ｎｍ（パルス幅：ｆｓ）。
第２レーザ３２：５３２ｎｍ（パルス幅：ｐｓ）。
［例２：異種材料ＳＤ（例：ガラス／Ｓｉ）］
第１レーザ３１：５３２ｎｍ（パルス幅：ｐｓ）。
第２レーザ３２：１０９９ｎｍ（パルス幅：ｎｓ）。
［例３：異種プロセス（ＳＧ／ＳＤ）］
第１レーザ３１：１０９９ｎｍ（パルス幅：ｎｓ）。
第２レーザ３２：１０６４ｎｍ（パルス幅：ｐｓ）。
［例４：Ｓｉ（薄物）／Ｓｉ（厚物）］
第１レーザ３１：１０６４ｎｍ（パルス幅：ｎｓ）。
第２レーザ３２：１０９９ｎｍ（パルス幅：ｎｓ）。

【0032】

引き続き図１，２を参照する。レーザ照射部５は、対象物１１に対して透過性を有するレーザ光Ｌを集光して対象物１１に照射する。ステージ２に支持された対象物１１の内部にレーザ光Ｌが集光されると、レーザ光Ｌの集光点Ｃに対応する部分においてレーザ光Ｌが特に吸収され、対象物１１の内部に改質領域１２（又は後述する弱化領域２２）が形成される。

【0033】

改質領域１２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１２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。改質領域１２は、改質領域１２からレーザ光Ｌの入射側及びその反対側に亀裂が延びるように形成され得る。そのような改質領域１２及び亀裂は、例えば対象物１１の切断に利用される。

【0034】

第１移動機構４は、ステージ２をＺ方向に交差（直交）する面内の一方向に移動させる第１移動部４１と、ステージ２をＺ方向に交差（直交）する面内の別方向に移動させる第２移動部４２と、を含む。一例として、第１移動部４１は、ステージ２をＸ方向に沿って移動させ、第２移動部４２は、ステージ２をＹ方向に沿って移動させる。また、第１移動機構４は、ステージ２をＺ方向に平行な軸線を回転軸として回転させる移動部を含み得る。第２移動機構７は、レーザ照射部５を少なくともＺ方向に沿って移動させる（Ｘ方向及びＹ方向に移動させてもよい）。

【0035】

一例として、ステージ２をＸ方向に沿って移動させ、対象物１１に対して集光点ＣをＸ方向に沿って相対的に移動させると、複数の改質スポット１２ｓがＸ方向に沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポット１２ｓは、１パルスのレーザ光Ｌの照射によって形成される。１列の改質領域１２は、１列に並んだ複数の改質スポット１２ｓの集合である。隣り合う改質スポット１２ｓは、対象物１１に対する集光点Ｃの相対的な移動速度及びレーザ光Ｌ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。このように、第１移動機構４及び第２移動機構７は、対象物１１に対してレーザ光Ｌの集光点Ｃを相対移動させるため移動部である。

【0036】

レーザ照射部５は、空間光変調器５１、結像光学系５２、ミラー５３、及び、集光レンズ５４を有している。空間光変調器５１は、レーザ光源部３から出力されたレーザ光Ｌの入射を受け、当該レーザ光Ｌを変調して出射する。ミラー５３は、空間光変調器５１から出射されたレーザ光Ｌを集光レンズ５４に向けて反射する。集光レンズ５４は、レーザ光Ｌを対象物１１に向けて集光する。結像光学系５２は、空間光変調器５１と集光レンズ５４（ここではミラー５３）との間に介在されている。

【0037】

図３は、図１，２に示された結像光学系を示す図である。図３に示されるように、結像光学系５２は、４ｆレンズユニットを構成する一対のレンズ５２Ａ，５２Ｂを含む。一対のレンズ５２Ａ，５２Ｂは、空間光変調器５１の変調面５１ａと集光レンズ５４の入射瞳面３３ａとが結像関係にある両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、空間光変調器５１の変調面５１ａでのレーザ光の像（空間光変調器５１において変調されたレーザ光Ｌの像）が、集光レンズ５４の入射瞳面５４ａに転像（結像）される。なお、図中のＦｓはフーリエ面を示す。レーザ照射部５は、当該フーリエ面Ｆｓに配置されたダンパ５５をさらに含む。

【0038】

図４は、図１，２に示された空間光変調器を示す模式的な断面図である。図４に示されるように、空間光変調器５１は、反射型液晶（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）である。空間光変調器５１は、半導体基板５１１上に、駆動回路層５１２、画素電極層５１３、反射膜５１４、配向膜５１５、液晶層５１６、配向膜５１７、透明導電膜５１８及び透明基板５１９がこの順序で積層されることで、構成されている。

【0039】

半導体基板５１１は、例えば、シリコン基板である。駆動回路層５１２は、半導体基板５１１上において、アクティブ・マトリクス回路を構成している。画素電極層５１３は、半導体基板５１１の表面に沿ってマトリックス状に配列された複数の画素電極５１３ａを含んでいる。各画素電極５１３ａは、例えば、アルミニウム等の金属材料によって形成されている。各画素電極５１３ａには、駆動回路層５１２によって電圧が印加される。

【0040】

反射膜５１４は、例えば、誘電体多層膜である。配向膜５１５は、液晶層５１６における反射膜５１４側の表面に設けられており、配向膜５１７は、液晶層５１６における反射膜５１４とは反対側の表面に設けられている。各配向膜５１５，５１７は、例えば、ポリイミド等の高分子材料によって形成されており、各配向膜５１５，５１７における液晶層５１６との接触面には、例えば、ラビング処理が施されている。配向膜５１５，５１７は、液晶層５１６に含まれる液晶分子５１６ａを一定方向に配列させる。

【0041】

透明導電膜５１８は、透明基板５１９における配向膜５１７側の表面に設けられており、液晶層５１６等を挟んで画素電極層５１３と向かい合っている。透明基板５１９は、例えば、ガラス基板である。透明導電膜５１８は、例えば、ＩＴＯ等の光透過性且つ導電性材料によって形成されている。透明基板５１９及び透明導電膜５１８は、レーザ光Ｌを透過させる。

【0042】

以上のように構成された空間光変調器５１では、変調パターンを示す信号が制御部９から駆動回路層５１２に入力されると、当該信号に応じた電圧が各画素電極５１３ａに印加され、各画素電極５１３ａと透明導電膜５１８との間に電界が形成される。当該電界が形成されると、液晶層５１６において、各画素電極５１３ａに対応する領域（画素５１ｐ）ごとに液晶分子５１６ａの配列方向が変化し、各画素電極５１３ａに対応する領域ごとに屈折率が変化する。この状態が、液晶層５１６に変調パターンが表示された状態である。変調パターンは、レーザ光Ｌを変調するためのものである。

【0043】

すなわち、液晶層５１６に変調パターンが表示された状態で、レーザ光Ｌが、外部から透明基板５１９及び透明導電膜５１８を介して液晶層５１６に入射し、反射膜５１４で反射されて、液晶層５１６から透明導電膜５１８及び透明基板５１９を介して外部に出射させられると、液晶層５１６に表示された変調パターンに応じて、レーザ光Ｌが変調される。このように、空間光変調器５１によれば、液晶層５１６に表示する変調パターンを適宜設定することで、レーザ光Ｌの変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等の変調）が可能である。

【0044】

なお、図３等に示された変調面５１ａは、例えば液晶層５１６である。したがって、空間光変調器５１は、レーザ光源部３から出力されたレーザ光Ｌが入射する変調面５１ａを含み、変調面５１ａに変調パターンを表示することによって、変調パターンに応じてレーザ光Ｌを変調して出射するためのものである。変調パターンとしては、歪補正パターンや収差補正パターン等の種々のパターンが用いられ得るが、ここでは、レーザ光Ｌを回折するための回折格子を含む回折パターンを用いる場合について例示する。

【0045】

図５は、空間光変調器を用いたレーザ光の変調を説明するための図である。図５の（ａ）は、変調面５１ａに回折パターンを含まない変調パターンＭＰ１が表示されている（すなわち、回折パターンが表示されていない）状態を示しており、図５の（ｂ）は、変調面５１ａに回折パターンＭＰ２が表示されている状態を示している。図５の（ａ）に示される状態では、レーザ光源部３から出力されて変調面５１ａに入射したレーザ光Ｌは、変調面５１ａにおいて回折されることなく反射されて空間光変調器５１から出射される。そのため、レーザ光Ｌの略全部が、ダンパ５５を通過しつつ結像光学系５２を介して集光レンズ５４（入射瞳面５４ａ）に入射され、対象物１１に向けて集光される。

【0046】

一方、図５の（ｂ）に示される状態では、レーザ光源部３から出力されて変調面５１ａに入射したレーザ光Ｌは、変調面５１ａに表示された回折パターンＭＰ２に応じて回折され、回折光Ｌｇと非回折光Ｌｎとに分岐されて空間光変調器５１から出射される。非回折光Ｌｎは、図５の（ａ）の状態と同様に、偏向されることなくダンパ５５を通過しつつ結像光学系５２を介して集光レンズ５４（入射瞳面５４ａ）に入射され、対象物１１に向けて集光される。

【0047】

一方、回折光Ｌｇは、回折パターンＭＰ２に応じた角度で出射され、ダンパ５５によって遮断される。このため、回折光Ｌｇは、集光レンズ５４（入射瞳面５４ａ）に入射することなく、対象物１１には至らない。すなわち、ダンパ５５は、空間光変調器５１と集光レンズ５４との間に配置され、空間光変調器５１から出射されたレーザ光Ｌの一部を集光レンズ５４に入射しないように遮断するものである。より具体的には、ダンパ５５は、レーザ光Ｌのうちの回折パターンＭＰ２により生成された回折光Ｌｇを集光レンズ５４に入射しないように遮断する。

【0048】

このとき、回折パターンＭＰ２のグレーティングの周期を調整することにより、回折光Ｌｇがダンパ５５で遮断されるように回折光Ｌｇの分岐距離を設定することができる。また、回折パターンＭＰ２の階調値（２値の階調差）を調整することにより、回折光Ｌｇの比率（回折効率）を調整することができる。すなわち、例えば、回折効率が半分となる階調値の回折パターンＭＰ２を変調面５１ａの全面に使用した場合には、回折光Ｌｇと非回折光Ｌｎとの比率が５０：５０となり、レーザ光Ｌの半分がダンパ５５を通過して対象物１１に至ることとなる。

【0049】

また、回折効率が最大となる階調値の回折パターンＭＰ２を変調面５１ａの全面に使用した場合には、回折光Ｌｇと非回折光Ｌｎとの比率が１００：０となり、レーザ光Ｌの全てがダンパ５５で遮断されることとなる。このように、レーザ加工装置１では、空間光変調器５１に表示する回折パターンＭＰ２を調整することにより、レーザ光Ｌのうちの対象物１１に到達して加工に供される割合を調整することが可能とされている。

【0050】

ここで、図６の（ａ）に示されるように、レーザ光ＬのビームプロファイルＰｆが例えばガウス分布を有し、且つ、そのピーク強度（ピークエネルギー）が対象物１１のレーザ光Ｌの入射面（ここでは表面１１ａ）のダメージ閾値Ｔｈを下回る場合には、表面アブレーション等のダメージを生じさせることなく、対象物１１のレーザ内部加工が可能である。一方、図６の（ｂ）に示されるように、対象物１１の入射面のダメージ閾値Ｔｈが低下している場合、入射面における当該ガウシンアンビームのピーク強度が高い中心部分が入射するエリアにおいてダメージが生じるおそれがある。したがって、図６の（ｃ）に示されるように、ピーク強度を抑えて入射面のダメージを抑制しつつ加工を行うことが望ましい場合がある。

【0051】

そこで、レーザ加工装置１では、図７に示されるように、空間光変調器５１の変調面５１ａに対して、変調面５１ａ内におけるレーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３を表示させることにより、集光レンズ５４の入射瞳面５４ａにおいて、ピーク強度が抑えられたビームプロファイルＰｆ２を有するレーザ光Ｌを構成する。

【0052】

図７の例では、レーザ光Ｌは、変調面５１ａにおいてガウス分布であるビームプロファイルｐｆ１を有しており、変調面５１ａの領域Ｒ１から領域Ｒ３にかけて強度が高くなる。すなわち、変調面５１ａの領域Ｒ３は、変調面５１ａの例えば中心に位置すると共に、レーザ光Ｌの強度が最も高くなる領域である。領域Ｒ１は、領域Ｒ３の外側の環状領域であり、レーザ光Ｌの強度が最も低くなる領域である。領域Ｒ２は、領域Ｒ１と領域Ｒ３との間の環状領域であり、レーザ光Ｌの強度が中間となる領域である。

【0053】

したがって、この例において変調面５１ａに表示される回折パターンＭＰ３は、変調面５１ａの外側（領域Ｒ１）から中心（領域Ｒ３）に向けて回折効率が段階的に（ここでは２段階に）高くなるようなパターンとされる。一例として、回折パターンＭＰ３の領域Ｒ１での回折効率を０％とし、回折パターンＭＰ３の領域Ｒ２での回折効率を３０％とし、回折パターンＭＰ３の領域Ｒ３での回折効率を５０％とすることができる。

【0054】

これにより、レーザ光Ｌのうちの領域Ｒ３に入射した部分において回折光Ｌｇの割合が最も大きくなる（すなわち、ダンパ５５で遮断される割合が最も大きくなる）。また、レーザ光Ｌのうちの領域Ｒ２に入射した部分、及び、領域Ｒ１に入射した部分の順で、回折光Ｌｇの割合が小さくなる（すなわち、ダンパ５５で遮断されにくくなる）。この結果、集光レンズ５４の入射瞳面５４ａにおいて、ピーク強度が抑えられて全体的にフラットなビームプロファイルｐｆ２を有するレーザ光Ｌが構成される。

【0055】

なお、レーザ加工装置１では、レーザ光Ｌのビームプロファイルがガウス分布を有している場合に限らず、変調面５１ａにおけるレーザ光Ｌの強度が相対的に低い領域から高い領域にかけて回折効率が高くなるように回折パターンＭＰ３を調整することにより、同様の効果が得られる。
［第１加工例］

【0056】

引き続いて、制御部９の制御のもとで実施される各種処理を含むレーザ加工装置１のレーザ加工の第１加工例について説明する。この第１加工例では、対象物１１に対して、表面１１ａに交差するＺ方向の複数の位置において、表面１１ａに沿ったＸ方向に延びるラインＡに沿ってレーザ光Ｌを照射し、改質領域１２を形成する。なお、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は、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）を実行し、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を制御することにより、各種の処理を実行する。

【0057】

この第１加工例では、まず、加工準備が行われる。加工準備では、まず、図８に示されるように、対象物１１がステージ２に支持されている状態とされ、加工条件の設定が行われる。第１加工例の対象物１１は、例えば、シリコンウェハといった半導体ウェハである。対象物１１は、表面１１ａと、表面１１ａの反対側の裏面１１ｂとを含む。対象物１１は、表面１１ａがレーザ照射部５側に向くようにステージ２に支持される。これにより、対象物１１の表面１１ａがレーザ光Ｌの入射面とされる。

【0058】

ここでは、Ｚ方向に異なる複数の位置でのレーザ光Ｌの照射（スキャン）のうち、いずれのスキャンにおいて、上記のような回折パターンＭＰ３を使用するかを設定することができる。例えば、Ｚ方向に異なる位置での複数のスキャンのうち、最も表面１１ａに近い位置でのスキャンの際、及び、２番目に表面１１ａに近い位置でのスキャンの再に、回折パターンＭＰ３を使用するような設定が行われる。その後、実際に、回折パターンＭＰ３を含む変調パターンの生成及びキャリブレーションが行われる。

【0059】

続いて、加工準備では、アライメント及びハイトセットが行われる。一例として、ここでは、図示しないカメラにより撮像された対象物１１及びレーザ光Ｌの画像に基づいて、アライメントとして、Ｘ方向及びＹ方向（表面１１ａに沿う方向）におけるレーザ光Ｌの照射位置を決定すると共に、ハイトセットとして、Ｚ方向におけるレーザ光Ｌの集光点Ｃの位置を調整する。この後、実際に加工が行われる。

【0060】

すなわち、レーザ加工装置１では、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び第２移動機構７を制御することにより、Ｚ方向についてのレーザ光Ｌの集光点Ｃの位置を第１位置Ｚ１としつつ、集光点ＣをＸ方向に沿って相対移動させながら、対象物１１にレーザ光Ｌを照射することによって、対象物１１に改質領域１２を形成する加工処理（第１加工処理）Ｓ１１を実行する。

【0061】

このとき、制御部９は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２のいずれかのレーザ発振を制御すると共に、必要に応じてミラー駆動部３９を制御することで、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のいずれかをレーザ光源部３からレーザ光Ｌとして出力させることができる。なお、制御部９は、互いに異なる２つ以上の第１位置Ｚ１に対して加工処理Ｓ１１を実行してもよい。

【0062】

制御部９は、加工処理Ｓ１１では、変調面５１ａ内におけるレーザ光Ｌの強度が低い領域（例えば領域Ｒ１）から高い領域（例えば領域Ｒ３）に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように（回折パターンＭＰ３を含まない変調パターンＭＰ１が変調面５１ａに表示されるように）、空間光変調器５１の制御を行う。

【0063】

続いて、図９に示されるように、レーザ加工装置１では、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び第２移動機構７を制御することにより、Ｚ方向についての集光点Ｃの位置を第１位置Ｚ１よりも表面１１ａ側の第２位置Ｚ２としつつ、集光点ＣをＸ方向に沿って相対移動させながら対象物１１にレーザ光Ｌを照射することによって、対象物１１に改質領域１２を形成する加工処理（第２加工処理）Ｓ１２を実行する。

【0064】

このとき、制御部９は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のうちの加工処理Ｓ１１で使用した一方がレーザ光Ｌとしてレーザ光源部３から出力されるように、レーザ光源部３を制御してもよい。すなわち、加工処理Ｓ１１と加工処理Ｓ１２とで同一のレーザ光Ｌを利用してもよい。この場合、レーザ加工装置１は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２の一方を備えていればよく、レーザ切替機構も不要となる。

【0065】

制御部９は、加工処理Ｓ１２では、回折パターンＭＰ３が変調面５１ａに表示されるように空間光変調器５１の制御を行う。このように、制御部９は、加工処理Ｓ１２を実行する際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させると共に、加工処理Ｓ１１を実行する際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように、加工処理Ｓ１１と加工処理Ｓ１２とで変調パターンを切り替える切替処理Ｓ１３をさらに実行することとなる（図８，９参照）。

【0066】

以上のように、第１加工例では、加工処理Ｓ１１と加工処理Ｓ１２とが行われる。加工処理Ｓ１１では、Ｚ方向についてのレーザ光の集光点Ｃの位置が第１位置Ｚ１としつつ、集光点ＣをＸ方向に沿って相対移動させながら対象物１１にレーザ光Ｌを照射し、対象物１１に改質領域１２を形成する。加工処理Ｓ１２では、加工処理Ｓ１１と同様に改質領域１２を形成するが、Ｚ方向についての集光点Ｃの位置が第１位置Ｚ１よりも入射面側の第２位置Ｚ２とされる。

【0067】

したがって、加工処理Ｓ１１に比べて、加工処理Ｓ１２の方が入射面により近い位置にレーザ光Ｌの集光点Ｃが位置させられるため、入射面でのレーザ光Ｌのビーム径が小さくなり、表面アブレーションといった入射面のダメージが生じやすい。そこで、レーザ加工装置１では、加工処理Ｓ１２を実行する際に、レーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３を空間光変調器５１に表示させると共に、加工処理Ｓ１１を実行する際に、当該回折パターンＭＰ３を空間光変調器５１に表示させないように、変調パターンを切り替える切替処理が行われる。

【0068】

レーザ光Ｌのうちの当該回折パターンＭＰ３により生成された回折光Ｌｇは、集光レンズ５４に入射しないようにダンパ５５によって遮断される。この結果、比較的ダメージが生じやすい加工処理Ｓ１２の際に、回折パターンＭＰ３及びダンパ５５によってレーザ光Ｌのピーク強度が抑えられると共に、比較的ダメージが生じにくい加工処理Ｓ１１の際には、そのようなピーク強度の制御が行われない。よって、加工処理Ｓ１２でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、加工処理Ｓ１１での好適な加工とが両立され得る。

【0069】

続いて、図１０に示されるように、レーザ加工装置１では、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び第２移動機構７を制御することにより、Ｚ方向についての集光点Ｃの位置を第２位置Ｚ２よりも表面１１ａ側の第３位置Ｚ３としつつ、集光点ＣをＸ方向に沿って相対移動させながら対象物１１にレーザ光Ｌを照射することによって、対象物１１に改質領域１２を形成する加工処理（第３加工処理）Ｓ１４を実行する。

【0070】

このとき、制御部９は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のうちの加工処理Ｓ１１，Ｓ１２で使用した一方がレーザ光Ｌとしてレーザ光源部３から出力されるように、レーザ光源部３を制御してもよい。すなわち、加工処理Ｓ１１，Ｓ１２と加工処理Ｓ１４とで同一のレーザ光Ｌを利用してもよい。この場合、レーザ加工装置１は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２の一方を備えていればよく、レーザ切替機構も不要となる。

【0071】

この第１加工例では、加工処理Ｓ１４でのスキャンが、Ｚ方向に異なる複数の位置でのスキャンのうち、最も表面１１ａに近い位置でのスキャンであるとする。したがって、制御部９は、加工処理Ｓ１４においても、回折パターンが変調面５１ａに表示されるように空間光変調器５１の制御を行う。加工処理Ｓ１４では、加工処理Ｓ１２と同様に改質領域１２を形成するが、Ｚ方向についての集光点Ｃの位置が第２位置Ｚ２よりもさらに入射面側の第３位置Ｚ３とされる。

【0072】

したがって、加工処理Ｓ１２に比べて、加工処理Ｓ１４の方が入射面により近い位置にレーザ光Ｌの集光点Ｃが位置させられるため、入射面でのレーザ光Ｌのビーム径が小さくなり、表面アブレーションといった入射面のダメージがより生じやすい。そこで、レーザ加工装置１では、加工処理Ｓ１４を実行する際に、レーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ４を空間光変調器５１に表示させる。特に、回折パターンＭＰ４の変調面５１ａ内の各領域Ｒ１～Ｒ３のうちの少なくとも一部における回折効率は、加工処理Ｓ１２の回折パターンＭＰ３の変調面５１ａ内の対応する各領域Ｒ１～Ｒ３における回折効率よりも高くされている。

【0073】

一例として、加工処理Ｓ１２での回折パターンＭＰ３の領域Ｒ１での回折効率を０％とし、回折パターンＭＰ３の領域Ｒ２での回折効率を１５％とし、回折パターンＭＰ３の領域Ｒ３での回折効率を２５％とした場合、加工処理Ｓ１４での回折パターンＭＰ４の領域Ｒ１での回折効率を０％とし、回折パターンＭＰ４の領域Ｒ２での回折効率を３０％とし、回折パターンＭＰ４の領域Ｒ３での回折効率を５０％とすることができる。すなわち、回折パターンＭＰ４の各領域Ｒ１～Ｒ３の回折効率は、加工処理Ｓ１２の回折パターンＭＰ３の対応する各領域Ｒ１～Ｒ３における回折効率以上であり、特に、回折パターンＭＰ４の領域Ｒ２，Ｒ３の回折効率が回折パターンＭＰ３の領域Ｒ２，Ｒ３の回折効率よりも高くされている。この結果、よりダメージが生じやすい加工処理Ｓ１４の際に、回折パターンＭＰ４及びダンパ５５によってレーザ光Ｌのピーク強度が加工処理Ｓ１２の場合よりも低く抑えられる。

【0074】

なお、レーザ加工装置１では、変調面５１ａにおけるレーザ光ＬのビームプロファイルＰｆ１は、ガウス分布を有し、制御部９は、変調面５１ａの外側から中心に向けて回折効率が高くなるように回折パターンＭＰ３，ＭＰ４を生成してもよい。この場合、ガウス分布を有するレーザ光Ｌを用いた加工において、レーザ光入射面のダメージの抑制と好適な加工との両立を容易且つ確実に図ることが可能である。

【0075】

さらに、レーザ加工装置１では、制御部９は、少なくも２段階に回折効率が変化するように回折パターンＭＰ３，ＭＰ４を生成してもよい。この場合、集光レンズ５４及び対象物１１に入射するレーザ光Ｌのビームプロファイルを、より望ましいものに成形することが可能となる。

【0076】

また、Ｚ方向に異なる複数の位置でのレーザ光Ｌの照射（スキャン）の全てにおいて、レーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３，ＭＰ４を使用してもよい。一例として、比較的にレーザ光Ｌの入射面から遠い第１位置Ｚ１位置にレーザ光Ｌの集光点Ｃを位置させる加工処理Ｓ１１において、相対的に回折効率の低い回折パターンＭＰ３を使用しつつ、比較的にレーザ光Ｌの入射面に近い第２位置Ｚ２にレーザ光Ｌの集光点Ｃを位置させる加工処理Ｓ１２や、第３位置Ｚ３にレーザ光Ｌの集光点Ｃを位置させる加工処理Ｓ１４において、相対的に回折効率の高い回折パターンＭＰ４を使用することができる。すなわち、制御部９は、レーザ光Ｌの集光点ＣのＺ方向の位置が入射面に近い加工であるほど、回折効率の高い回折パターンを空間光変調器５１に表示させるような処理を実行しもよい。
［第２加工例］

【0077】

引き続いて、制御部９の制御のもとで実施される各種処理を含むレーザ加工装置１のレーザ加工の第２加工例について説明する。この第２加工例では、対象物１１に対して、表面１１ａに沿ったＸ方向に延びるラインＡに沿ってレーザ光Ｌを照射し、改質領域１２を形成すると共に弱化領域２２を形成する。この第２加工例では、まず、加工準備が行われる。加工準備では、まず、図１１に示されるように、対象物１１がステージ２に支持されている状態とされ、加工条件の設定が行われる。

【0078】

第２加工例の対象物１１は、基板１６と基板１６上に形成された機能素子層１７とを含む。基板１６は表面１１ａを含み、機能素子層１７は裏面１１ｂを含む。基板１６は、例えば、シリコン等を含む半導体基板である。機能素子層１７は、Ｘ方向及びＹ方向に配列された複数の機能素子（半導体素子）を含む層である。機能素子層１７では、Ｚ方向に沿って複数の機能素子が積層されていてもよい。また、機能素子層１７は、金属配線や金属膜、或いは、Ｌｏｗ－ｋ膜といった絶縁膜を含み得る。対象物１１は、表面１１ａがレーザ照射部５側の向くように、裏面１１ｂに設けられたテープＴを介してステージ２に支持される。これにより、対象物１１の表面１１ａがレーザ光Ｌの入射面とされる。

【0079】

ここでは、改質領域１２を形成するためのレーザ光Ｌの照射（スキャン）、及び、弱化領域２２を形成するためのレーザ光Ｌの照射（スキャン）のうち、いずれのスキャンにおいて、上記のような回折パターンＭＰ３を使用するかを設定することができる。ここでは、弱化領域２２を形成するためのスキャンの際に、回折パターンＭＰ３を使用すると共に、改質領域１２を形成するためのスキャンの際に回折パターンＭＰ３を使用しないような設定が行われる。その後、実際に、回折パターンＭＰ３を含む変調パターンの生成及びキャリブレーションが行われる。

【0080】

続いて、加工準備では、アライメント及びハイトセットが行われる。一例として、ここでは、図示しないカメラにより撮像された対象物１１及びレーザ光Ｌの画像に基づいて、アライメントとして、Ｘ方向及びＹ方向（表面１１ａに沿う方向）におけるレーザ光Ｌの照射位置を決定すると共に、ハイトセットとして、Ｚ方向におけるレーザ光Ｌの集光点Ｃの位置を調整する。この後、実際に加工が行われる。

【0081】

すなわち、レーザ加工装置１では、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び第２移動機構７を制御することにより、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃを対象物１１の内部に位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点Ｃを相対移動させながら対象物１１に第２レーザ光Ｌ２を照射することによって、対象物１１に弱化領域２２を形成する加工処理（第２加工処理）Ｓ２１を実行する。制御部９は、加工処理Ｓ２１において、回折パターンＭＰ３が変調面５１ａに表示されるように、空間光変調器５１の制御を行う。

【0082】

このとき、制御部９は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２のうちの第２レーザ３２のレーザ発振を制御すると共に、ミラー駆動部３９を制御して第２ミラー３８を駆動させることにより、第２レーザ光Ｌ２がレーザ光源部３からレーザ光Ｌとして出力されるようにする。第２レーザ光Ｌ２は、後述する加工処理Ｓ２２で使用される第１レーザ光Ｌ１よりも短パルス幅とされている（具体的な波長・パルス幅の例は上記の［例３：異種プロセス（ＳＧ／ＳＤ）］参照）。また、第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃは、Ｚ方向について、基板１６と機能素子層１７との界面近傍（図示の例では機能素子層１７の内部）に位置させられる。

【0083】

弱化領域２２とは、機能素子層１７を弱化させた領域である。弱化は、脆化を含む。機能素子層１７の弱化とは、機能素子層１７の少なくとも一部の領域（例えば、機能素子層１７の一部分、及び、機能素子層１７を構成する複数層の中の少なくとも一層等）における、第２レーザ光Ｌ２の吸収による溶融及び蒸発等の熱損傷、レーザ照射による化学結合の変化、並びに、切断又はアブレーション加工等の非熱加工の結果等を意味する。

【0084】

機能素子層１７の弱化とは、結果として機能素子層１７に曲げ応力又は引張応力等の応力をかけた場合に、非処理領域（弱化していない領域）と比較して切断又は破壊が生じやすい状態になっていることをいう。弱化領域（脆化領域）２２は、レーザ照射による痕跡が生じた領域とも言え、非処理領域と比較して切断又は破壊がしやすい状態になっている領域である。なお、弱化領域２２は、機能素子層１７の少なくとも一部の領域において、ライン状に連続的に形成されていてもよいし、レーザ照射のパルスピッチに応じて断続的に形成されていてもよい。

【0085】

すなわち、弱化領域２２が、パルス光である第２レーザ光Ｌ２の照射によって、１パルスの第２レーザ光Ｌ２の照射によって形成される１つの弱化スポットが複数配列されることで形成される場合、隣り合う弱化スポットは、連続的に繋がっていてもよいし、断続的に繋がっていてもよいし、互いに離れて独立していてもよい。また、弱化スポットは、機能素子層１７の表面（裏面１１ｂ）に露出していてもよく、露出された弱化スポットは、連続的に繋がっていてもよいし、断続的に繋がっていてもよいし、互いに離れて独立していてもよい。近年では、デバイスの配線微細化に対処するため、Ｌｏｗ－ｋ膜が絶縁膜として採用される事や、３次元化に伴うパターンの積層数増加などにより、膜や金属配線、金属膜が複数積層されることがあり、上記のように弱化領域２２を形成することがより有効となっている。

【0086】

続いて、図１２に示されるように、レーザ加工装置１では、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び、第２移動機構７を制御することにより、第１レーザ光Ｌ１の集光点Ｃを対象物１１の内部に位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点Ｃを相対移動させながら対象物１１に第１レーザ光Ｌ１を照射することによって、対象物１１に改質領域１２を形成する加工処理（第１加工処理）Ｓ２２を実行する。

【0087】

このとき、制御部９は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２のうちの第１レーザ３１のレーザ発振を制御すると共に、ミラー駆動部３９を制御して第２ミラー３８を第１レーザ光Ｌ１の光路から抜去するように駆動させることにより、第１レーザ光Ｌ１がレーザ光源部３からレーザ光Ｌとして出力されるようにする。また、第１レーザ光Ｌ１の集光点Ｃは、Ｚ方向について、弱化領域２２よりも表面１１ａ側に位置させられる。

【0088】

制御部９は、加工処理Ｓ２２では、回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように（回折パターンＭＰ３を含まない変調パターンＭＰ１が変調面５１ａに表示されるように）、空間光変調器５１の制御を行う。このように、制御部９は、加工処理Ｓ２１を実行する際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させると共に、加工処理Ｓ２２を実行する際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように、加工処理Ｓ２１と加工処理Ｓ２２とで変調パターンを切り替える切替処理Ｓ２３をさらに実行することとなる（図１１，１２参照）。

【0089】

なお、第２加工例では、加工処理Ｓ２１と加工処理Ｓ２２とで異なるレーザ光Ｌが使用される。よって、加工準備における変調パターンの生成及びキャリブレーションを、レーザ毎に、すなわち、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とのそれぞれに対して行うと共に、アッテネータ３３，３６の情報を記録することができる。また、必要に応じて、レーザ毎に、パワーメータの設定（出力計測範囲）を切り替えてもよい。

【0090】

以上のように、第２加工例では、加工処理Ｓ２１と加工処理Ｓ２２とが行われる。加工処理Ｓ２２では、第１レーザ光Ｌ１の集光点Ｃを対象物１１の内部に位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点Ｃを相対移動させながら対象物１１に第１レーザ光Ｌ１を照射し、対象物１１に改質領域１２を形成する。加工処理Ｓ２１では、加工処理Ｓ２２と異なり、第１レーザ光Ｌ１よりも短パルス幅の第２レーザ光Ｌ２が用いられる。すなわち、加工処理Ｓ２１では、相対的に短パルス幅の第２レーザ光Ｌ２の集光点Ｃを対象物１１の内部に位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点Ｃを相対移動させながら対象物１１に第２レーザ光Ｌ２を照射することによって、対象物１１に弱化領域２２を形成する。

【0091】

したがって、加工処理Ｓ２２に比べて、加工処理Ｓ２１の方が短いパルス幅のレーザ光が用いられるため、表面アブレーションといった入射面のダメージが生じやすい。そこで、レーザ加工装置１では、加工処理Ｓ２１を実行する際に、レーザ光Ｌ（第２レーザ光Ｌ２）の強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３を空間光変調器５１に表示させると共に、加工処理Ｓ２２を実行する際に、当該回折パターンＭＰ３を空間光変調器５１に表示させないように、加工処理Ｓ２１と加工処理Ｓ２２とで変調パターンを切り替える切替処理が行われる。

【0092】

レーザ光Ｌ（第２レーザ光Ｌ２）のうちの回折パターンＭＰ３により生成された回折光Ｌｇは、集光レンズ５４に入射しないようにダンパ５５によって遮断される。この結果、比較的ダメージが生じやすい加工処理Ｓ２１の際に、回折パターンＭＰ３及びダンパ５５によってレーザ光Ｌ（第２レーザ光Ｌ２）のピーク強度が抑えられると共に、比較的ダメージが生じにくい加工処理Ｓ２２の際には、そのようなピーク強度の制御が行われない。よって、加工処理Ｓ２１でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、加工処理Ｓ２２での好適な加工とが両立され得る。

【0093】

また、レーザ加工装置１は、第１レーザ３１から出力された第１レーザ光Ｌ１を変調面５１ａに向けて反射するための第１ミラー３５と、第２レーザ３２から出力された第２レーザ光Ｌ２を変調面５１ａに向けて反射するための第２ミラー３８と、第１ミラー３５から変調面５１ａに向かう第１レーザ光Ｌ１の光路に対して第２ミラー３８を挿抜するように第２ミラー３８を駆動するミラー駆動部３９と、を含むレーザ切替機構を備えている。このため、第１レーザ光Ｌ１の波長と第２レーザ光Ｌ２の波長とが近接している場合（例えば、上記例のように１０６４ｎｍと１０９９ｎｍとである場合）であっても、確実に、レーザ光源部３から出力される（空間光変調器５１に入射する）レーザ光Ｌの切り替えを行うことができる。
［第３加工例］

【0094】

引き続いて、制御部９の制御のもとで実施される各種処理を含むレーザ加工装置１のレーザ加工の第３加工例について説明する。この第３加工例では、レーザ光Ｌの入射面の状態が互いに異なる２つの対象物１１に対して、それぞれ、表面１１ａＡ，１１ａＢ（後述）に沿ったＸ方向に延びるラインＡに沿ってレーザ光Ｌを照射し、改質領域１２を形成する。この第３加工例では、複数（ここでは２つ）の対象物１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに対して、改質領域１２を形成する。この第３加工例では、まず、加工準備が行われる。加工準備では、まず、図１３に示されるように、対象物１１Ａがステージ２に支持されている状態とされ、加工条件の設定が行われる。

【0095】

対象物１１Ａは、表面１１ａＡを含む。対象物１１Ａは、例えばシリコンウェハといった半導体ウェハであり、その表面１１ａＡは、例えば鏡面といったレーザ光Ｌの吸収率が相対的に低い第１吸収率の面とされている。対象物１１Ａは、表面１１ａＡがレーザ照射部５側に向くように、ステージ２に支持される。これにより、対象物１１Ａの表面１１ａＡがレーザ光Ｌの入射面とされる。

【0096】

一方、対象物１１Ｂは、表面１１ａＢを含む（図１４参照）。対象物１１Ｂは、例えばシリコンウェハといった半導体ウェハであるが、その表面１１ａＢは、例えば研削痕が生じていたり、膜やテープが設けられていたりすることにより、表面１１ａＡのレーザ光Ｌの吸収率よりも高い第２吸収率を有している（すなわち、表面１１ａＡよりもレーザ光Ｌを吸収しやすい）。

【0097】

ここでは、互いに異なる表面１１ａＡ，１１ａＢを有する対象物１１Ａ，１１Ｂへのレーザ光Ｌの照射（スキャン）のうち、いずれのスキャンにおいて、上記のような回折パターンＭＰ３を使用するかを設定することができる。ここでは、比較的にレーザ光Ｌを吸収しやすい表面１１ａＢを有する対象物１１Ｂのスキャンの際に、回折パターンＭＰ３を使用するような設定が行われる。その後、実際に、回折パターンＭＰ３を含む変調パターンの生成及びキャリブレーションが行われる。

【0098】

続いて、加工準備では、アライメント及びハイトセットが行われる。一例として、ここでは、図示しないカメラにより撮像された対象物１１Ａ及びレーザ光Ｌの画像に基づいて、アライメントとして、Ｘ方向及びＹ方向（表面１１ａＡに沿う方向）におけるレーザ光Ｌの照射位置を決定すると共に、ハイトセットとして、Ｚ方向におけるレーザ光Ｌの集光点Ｃの位置を調整する。この後、実際に加工が行われる。

【0099】

すなわち、レーザ加工装置１では、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び第２移動機構７を制御することにより、レーザ光Ｌの吸収率が第１吸収率である入射面（表面１１ａＡ）を介してレーザ光Ｌの集光点Ｃを対象物１１Ａの内部に位置させつつ、集光点ＣをＸ方向に沿って相対移動させながら、対象物１１Ａにレーザ光Ｌを照射することによって、対象物１１Ａに改質領域１２を形成する加工処理（第１加工処理）Ｓ３１を実行する。

【0100】

このとき、制御部９は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２のいずれかのレーザ発振を制御すると共に、必要に応じてミラー駆動部３９を制御することで、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のいずれかをレーザ光源部３からレーザ光Ｌとして出力させることができる。なお、制御部９は、互いに異なる２つ以上のＺ方向位置において、加工処理Ｓ３１を実行してもよい。

【0101】

制御部９は、加工処理Ｓ３１では、変調面５１ａ内におけるレーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように（回折パターンＭＰ３を含まない変調パターンＭＰ１が変調面５１ａに表示されるように）、空間光変調器５１の制御を行う。

【0102】

続いて、図１４に示されるように、レーザ加工装置１では、対象物１１Ｂがステージ２に支持された状態とされる。対象物１１Ｂは、表面１１ａＢがレーザ照射部５側に向くように、ステージ２に支持される。これにより、対象物１１Ｂの表面１１ａＢがレーザ光Ｌの入射面とされる。

【0103】

続いて、アライメント及びハイトセットが行われる。一例として、ここでは、図示しないカメラにより撮像された対象物１１Ｂ及びレーザ光Ｌの画像に基づいて、アライメントとして、Ｘ方向及びＹ方向（表面１１ａＢに沿う方向）におけるレーザ光Ｌの照射位置を決定すると共に、ハイトセットとして、Ｚ方向におけるレーザ光Ｌの集光点Ｃの位置を調整する。この後、実際に加工が行われる。

【0104】

すなわち、制御部９が、レーザ光源部３、第１移動機構４、及び第２移動機構７を制御することにより、レーザ光Ｌの吸収率が第１吸収率よりも高い第２吸収率である入射面（表面１１ａＢ）を介して対象物１１Ｂの内部に集光点Ｃを位置させつつ、集光点ＣをＸ方向に沿って相対移動させながら対象物１１Ｂにレーザ光Ｌを照射することによって、対象物１１Ｂに改質領域１２を形成する加工処理（第２加工処理）Ｓ３２を実行する。

【0105】

このとき、制御部９は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のうちの加工処理Ｓ３１で使用した一方がレーザ光Ｌとしてレーザ光源部３から出力されるように、レーザ光源部３を制御してもよい。すなわち、加工処理Ｓ３１と加工処理Ｓ３２とで同一のレーザ光Ｌを利用してもよい。この場合、レーザ加工装置１は、第１レーザ３１及び第２レーザ３２の一方を備えていればよく、レーザ切替機構も不要となる。なお、表面１１ａＡ，１１ａＢの第１吸収率及び第２吸収率の高低は、実際の値を取得する必要はなく、研削痕やテープの有無等により判断することが可能である。

【0106】

制御部９は、加工処理Ｓ３２では、回折パターンＭＰ３が変調面５１ａに表示されるように空間光変調器５１の制御を行う。このように、制御部９は、加工処理Ｓ３２を実行する際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させると共に、加工処理Ｓ３１を実行する際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように、加工処理Ｓ３１と加工処理Ｓ３２とで変調パターンを切り替える切替処理Ｓ３３をさらに実行することとなる（図１２，１３参照）。

【0107】

以上のように、第３加工例では、加工処理Ｓ３１と加工処理Ｓ３２とが行われる。加工処理Ｓ３１では、レーザ光Ｌの吸収率が第１吸収率である入射面を介して対象物１１Ａの内部に集光点Ｃを位置させつつ、Ｘ方向に沿って集光点Ｃを相対移動させながら対象物１１Ａにレーザ光Ｌを照射し、対象物１１Ａに改質領域１２を形成する。加工処理Ｓ３２では、加工処理Ａ３１と同様に改質領域１２を形成するが、加工の対象が対象物１１Ｂとされており、その入射面のレーザ光Ｌの吸収率が加工処理Ｓ３１の場合よりも高い。したがって、加工処理Ｓ３１に比べて、加工処理Ｓ３２の方が入射面においてレーザ光Ｌが吸収されやいため、表面アブレーションといった入射面のダメージが生じやすい。

【0108】

そこで、レーザ加工装置１では、加工処理Ｓ３２を実行する際に、レーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンＭＰ３を空間光変調器５１に表示させると共に、加工処理Ｓ３１を実行する際に、当該回折パターンＭＰ３を空間光変調器５１に表示させないように、加工処理Ｓ３１と加工処理Ｓ３２とで変調パターンを切り替える切替処理が行われる。

【0109】

レーザ光Ｌのうちの当該回折パターンＭＰ３により生成された回折光Ｌｇは、集光レンズ５４に入射しないようにダンパ５５によって遮断される。この結果、比較的ダメージが生じやすい加工処理Ｓ３２の際に、回折パターンＭＰ３及びダンパ５５によってレーザ光Ｌのピーク強度が抑えられると共に、比較的ダメージが生じにくい加工処理Ｓ３１の際には、そのようなピーク強度の制御が行われない。よって、加工処理Ｓ３２でのレーザ光入射面のダメージの抑制と、加工処理Ｓ３１での好適な加工とが両立され得る。

【0110】

なお、複数のＺ方向の位置において加工処理Ｓ３２を行う場合、制御部９は、第１加工例の加工処理Ｓ１２及び加工処理Ｓ１４のように回折パターンＭＰ３，ＭＰ４を使い分けてもよい。すなわち、複数のＺ方向の位置において加工処理Ｓ３２を行う場合、比較的にレーザ光Ｌの入射面から遠い位置に集光点Ｃを位置させる場合には、相対的に回折効率の低い回折パターンＭＰ３を使用し、比較的にレーザ光Ｌの入射面に近い位置に集光点Ｃを位置させる場合には、相対的に回折効率の高い回折パターンＭＰ４を使用することができる。

【0111】

また、対象物１１Ａに対する加工処理Ｓ３１と対象物１１Ｂに対する加工処理Ｓ３２との両方において、レーザ光Ｌの強度が低い領域から高い領域に向けて回折効率が高くなる回折パターンを使用してもよい。一例として、比較的にレーザ光Ｌの入射面のレーザ光Ｌの吸収率が低い場合の加工処理Ｓ３１において、相対的に回折効率の低い回折パターンＭＰ３を使用しつつ、比較的にレーザ光Ｌの入射面のレーザ光Ｌの吸収率が高い場合の加工処理Ｓ３２において、相対的に回折効率の高い回折パターンＭＰ４を使用することができる。すなわち、制御部９は、レーザ光Ｌの入射面のレーザ光Ｌの吸収率が高い場合の加工であるほど、回折効率の高い回折パターンを空間光変調器５１に表示させるような処理を実行しもよい。
［パターン調整］

【0112】

レーザ加工装置１では、以上のような加工に加えて、条件出しとして変調パターンの調整を行うことができる。このパターン調整では、まず、上記加工例と同様に、対象物１１がステージ２に支持された状態において、アライメント及びハイトセットが行われた後に加工条件が設定され、変調パターンの生成及びキャリブレーションが行われる。

【0113】

その後、対象物１１に対してレーザ光Ｌを照射し、対象物１１のレーザ加工を行う。続いて、対象物１１の観察及び評価を行うことにより、対象物１１の所望のＺ方向の位置に加工ができているか否か（例えば改質領域１２が形成されているか否か）、及び／又は、入射面にダメージが生じていないか否かの判定を行う。この判定の結果、対象物１１の所望の位置に加工ができていない場合、及び／又は、入射面にダメージが生じている場合、所定の回折効率（レーザ光Ｌの遮断割合）及び所定の領域Ｒ１～Ｒ３が設定された回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させるように、空間光変調器５１の制御を行う。

【0114】

その後、再び、加工条件の設定、変調パターンの生成、及びキャリブレーションを行った後に対象物１１のレーザ加工を行う。そして、再度、対象物１１の観察及び評価を行う。そして、再び、対象物１１の所望のＺ方向の位置に加工ができているか否か（例えば改質領域１２が形成されているか否か）、及び／又は、入射面にダメージが生じていないか否かの判定を行う。この判定の結果、対象物１１の所望の位置に加工ができていない場合、及び／又は、入射面にダメージが生じている場合、回折効率や領域Ｒ１～Ｒ３の設定を変更ししつつ回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させるように、空間光変調器５１の制御を行う。

【0115】

以上のように、入射面のダメージを抑制しつつ対象物１１に所望の加工が行われるまで、回折パターンＭＰ３の調整、対象物１１の加工、観察及び評価を繰り返し実施することにより、適切な変調パターンが決定される。
［変形例］

【0116】

以上の実施形態は、本開示の一側面を説明したものである。したがって、本開示は、上述したレーザ加工装置１に限定されることなく、任意に変形され得る。

【0117】

図１５は、変形例に係るレーザ加工装置を示す模式図である。図１５に示されるレーザ加工装置１Ａは、上記実施形態に係るレーザ加工装置１と比較して、レーザ光源部３が第２ミラー３８に代えてダイクロイックミラー３８Ａを有する点、及び、ミラー駆動部３９を有していない点において相違している。ダイクロイックミラー３８Ａは、第１ミラー３５から変調面５１ａに向かう第１レーザ光Ｌ１の光路上に配置されている。ダイクロイックミラー３８Ａは、第２レーザ光Ｌ２を変調面５１ａに向けて反射する。

【0118】

一方、ダイクロイックミラー３８Ａは、第１レーザ光Ｌ１の波長に対して透過性を有する。したがって、ダイクロイックミラー３８Ａは、第１レーザ光Ｌ１に対して単なる透過ウィンドウとして機能する。レーザ加工装置１Ａでは、ダイクロイックミラー３８Ａを透過して出力される第１レーザ光Ｌ１と、ダイクロイックミラー３８Ａで反射されて出力される第２レーザ光Ｌ２の光路が一致するように調整されている。

【0119】

このようなレーザ加工装置１Ａによっても、レーザ加工装置１と同様の加工及び効果を奏することが可能である。また、レーザ加工装置１Ａによれば、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２との切り替えの際に、光軸ズレが生じない。また、レーザ加工装置１Ａでは、第１レーザ光Ｌ１のアライメントは第１ミラー３５によって行うことがき、第２レーザ光Ｌ２のアライメントはダイクロイックミラー３８Ａによって行うことができる。すなわち、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のアライメントが分離される。

【0120】

なお、上記の第１加工例、第２加工例、及び、第３加工例について、それぞれ、特徴的な変調パターンの切替処理を行っているが、これらの切替処理は、互いに組み合わせて行うことが可能である。

【0121】

例えば、第３加工例において、比較的にレーザ光Ｌを吸収しにくい表面１１ａＡを有する対象物１１Ａの加工処理Ｓ３１の際に、Ｚ方向に複数の位置に対して、集光点Ｃを位置させつつレーザ光Ｌを照射（スキャン）して改質領域１２を形成する場合には、上述したように、第１加工例のように、制御部９は、Ｚ方向の複数の位置でのスキャンのうちの入射面（表面１１ａＡ）に近い位置でのスキャンの際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させると共に、他の位置でのスキャンの際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように変調パターンの切替処理を実行してもよい（さらには、より入射面に近い位置でのスキャンの際に回折パターンＭＰ４を表示させてもよい）。

【0122】

同様に、第２加工例において、相対的に長いパルス幅の第１レーザ光Ｌ１を用いる加工処理Ｓ２２の際に、Ｚ方向に複数の位置に対して、集光点Ｃを位置させつつレーザ光Ｌを照射（スキャン）して改質領域１２を形成する場合には、第１加工例のように、制御部９は、Ｚ方向の複数の位置でのスキャンのうちの入射面（表面１１ａ）に近い位置でのスキャンの際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させると共に、他の位置でのスキャンの際に回折パターンＭＰ３を変調面５１ａに表示させないように変調パターンの切替処理を実行してもよい（さらには、より入射面に近い位置でのスキャンの際に回折パターンＭＰ４を表示させてもよい）。

【0123】

さらに、各加工例において、回折パターンＭＰ３によってレーザ光のピーク強度を抑えた場合には、制御部９は、レーザ光源部３からのレーザ光Ｌの出力を増大させることにより、対象物１１への投入エネルギーを上げる処理を実行してもよい。また、回折パターンＭＰ３は、回折効率が１段階で変化するように構成されてもよいし、３段階以上で変化するように構成されてもよい。

【符号の説明】

【0124】

１，１Ａ…レーザ加工装置、３…レーザ光源部（レーザ光源）、４…第１移動機構（移動部）、５…レーザ照射部、７…第２移動機構（移動部）、９…制御部、１１，１１Ａ，１１Ｂ…対象物、１１ａ，１１ａＡ，１１ａＢ…表面（入射面）、１２…改質領域、２２…弱化領域、３１…第１レーザ、３２…第２レーザ、３５…第１ミラー（レーザ切替機構）、３８…第２ミラー（レーザ切替機構）、３９…ミラー駆動部（レーザ切替機構）、５１…空間光変調器、５１ａ…変調面、５４…集光レンズ、５５…ダンパ、Ｃ…集光点、Ｌ…レーザ光、Ｌ１…第１レーザ光、Ｌ２…第２レーザ光、Ｌｇ…回折光、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…領域、ＭＰ３…回折パターン。

【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】