JP6689646B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置に関する。

特許文献１には、ワークを保持する保持機構と、保持機構に保持されたワークにレーザ光を照射するレーザ照射機構と、を備えるレーザ加工装置が記載されている。このレーザ加工装置のレーザ照射機構においては、レーザ発振器から集光レンズに至るレーザ光の光路上に配置された各構成が１つの筐体内に配置されており、その筐体が、レーザ加工装置の基台に立設された壁部に固定されている。

特許第５４５６５１０号公報

上述したようなレーザ加工装置においては、加工対象物の仕様、加工条件等に応じて、加工に適したレーザ光の波長が異なる場合がある。

本発明は、複数の波長帯に対応可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を対象物に照射して対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、レーザ光を出力するレーザ出力部と、レーザ出力部から出力されたレーザ光を位相パターンに応じて変調しつつ反射する空間光変調器と、空間光変調器からのレーザ光を対象物に向けて集光する対物レンズと、を備え、空間光変調器は、レーザ光が入射する入射面と、入射面から入射したレーザ光を入射面に向けて反射する反射面と、入射面と反射面との間に配置され、位相パターンを表示してレーザ光を変調する変調層と、を有し、反射面には、互いに連続しない複数の波長帯に高反射率領域を有する誘電体多層膜が形成されている。

このレーザ加工装置においては、レーザ光は、空間光変調器の位相パターンに応じて変調された後に、対物レンズにより対象物に向けて集光される。空間光変調器は、レーザ光が入射する入射面と、入射面から入射したレーザ光を反射する反射面と、入射面と反射面との間に配置された変調層と、を有する。レーザ光は、入射面から入射して変調層を通過する際に、位相パターンに応じて変調される。また、レーザ光は、反射面で反射されて再び変調層を通過する際にも変調され、空間光変調器から出射される。ここで、反射面には、互いに連続しない複数の波長帯に高反射率領域を有する誘電体多層膜が形成されている。したがって、この空間光変調器によれば、複数の波長帯のレーザ光の反射面でのロスを低減しつつ、レーザ光を変調可能である。よって、このレーザ加工装置は、複数の波長帯に対応可能である。

本発明に係るレーザ加工装置は、反射面の平面度に応じてレーザ光の波面に付与される歪を補正するための位相パターンである歪補正パターンを保持するパターン保持部を備え、パターン保持部は、波長帯ごとに異なる歪補正パターンを保持していてもよい。一般に、空間光変調器の反射面は、空間光変調器ごとに所定の平面度を有している。しかしながら、その平面度に応じてレーザ光の波面に付与される歪を補正するためには、波長に応じて異なる位相変調量が必要になる。したがって、この場合のように、波長帯ごとに異なる歪補正パターンを保持していれば、容易且つ確実に複数の波長帯に対応可能である。

本発明に係るレーザ加工装置は、位相パターンを変調層に表示するための画像信号の輝度値と、位相パターンの位相変調量と、を対応付けたテーブルを保持するテーブル保持部を備え、テーブル保持部は、波長帯ごとに異なるテーブルを保持していてもよい。ここで、ある波長のレーザ光に対して、その１波長分（２π分）の位相変調量に対して、例えば画像信号の２５６階調の輝度値を割り当てた（対応付けた）テーブルを用意することにより、その波長に適した位相変調パターンを容易に変調層に表示可能となる。

しかしながら、その波長よりも短い波長のレーザ光に対しては、同じテーブルを用いると、１波長分の位相変調量に対してより少ない階調の輝度値が使用されることになり、変調後の波面の再現性が落ちる。これに対して、この場合には、波長帯ごとに異なるテーブルを保持している。このため、それぞれの波長帯に適したテーブルを用いることが可能となり、波面の再現性が低下することが抑制され得る。

本発明に係るレーザ加工装置においては、入射面には、複数の波長帯に高透過率領域を有する反射防止膜が形成されていてもよい。この場合、レーザ光のロスをより低減し、確実に複数の波長帯に対応可能となる。

本発明に係るレーザ加工装置においては、複数の波長帯は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の第１波長帯、及び、１０００ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の第２波長帯を含んでもよい。或いは、本発明に係るレーザ加工装置においては、複数の波長帯は、１３００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下の第３波長帯を含んでもよい。これらの場合、それぞれの波長帯に対応可能となる。なお、第１波長帯のレーザ光は、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。また、第２波長帯及び第３波長帯のレーザ光は、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。

本発明によれば、複数の波長帯に対応可能なレーザ加工装置を提供することができる。

改質領域の形成に用いられるレーザ加工装置の概略構成図である。 改質領域の形成の対象となる加工対象物の平面図である。 図２の加工対象物のIII−III線に沿っての断面図である。 レーザ加工後の加工対象物の平面図である。 図４の加工対象物のV−V線に沿っての断面図である。 図４の加工対象物のVI−VI線に沿っての断面図である。 実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。 図７のレーザ加工装置の支持台に取り付けられる加工対象物の斜視図である。 図７のＺＸ平面に沿ってのレーザ出力部の断面図である。 図７のレーザ加工装置におけるレーザ出力部及びレーザ集光部の一部の斜視図である。 図７のＸＹ平面に沿ってのレーザ集光部の断面図である。 図１１のXII−XII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。 図１２のXIII−XIII線に沿ってのレーザ集光部の断面図である。 図１１のレーザ集光部における反射型空間光変調器、４ｆレンズユニット及び集光レンズユニットの光学的配置関係を示す図である。 図７のレーザ加工装置における反射型空間光変調器の部分断面図である。 図１５に示された反射膜の反射率特性を示すグラフ、及び、透明基板の表面に設けられた反射防止膜の透過率特性を示すグラフである。 図１５に示された画素電極の表面の歪みを示すグラフである。 図１５に示された液晶層に表示される歪補正パターンを示す図である。 画像信号の輝度値と位相変調量とを対応付けたテーブルを示す図である。 画像信号の輝度値と位相変調量とを対応付けたテーブルを示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、互いに同一の要素、又は、互いに相当する要素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。

実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物にレーザ光を集光することにより、切断予定ラインに沿って加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、改質領域の形成について、図１〜図６を参照して説明する。

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌをパルス発振するレーザ光源１０１と、レーザ光Ｌの光軸（光路）の向きを９０°変えるように配置されたダイクロイックミラー１０３と、レーザ光Ｌを集光するための集光用レンズ１０５と、を備えている。また、レーザ加工装置１００は、集光用レンズ１０５で集光されたレーザ光Ｌが照射される対象物である加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７を移動させるための移動機構であるステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅、パルス波形等を調節するためにレーザ光源１０１を制御するレーザ光源制御部１０２と、ステージ１１１の移動を制御するステージ制御部１１５と、を備えている。

レーザ加工装置１００においては、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３によってその光軸の向きを９０°変えられ、支持台１０７上に載置された加工対象物１の内部に集光用レンズ１０５によって集光される。これと共に、ステージ１１１が移動させられ、加工対象物１がレーザ光Ｌに対して切断予定ライン５に沿って相対移動させられる。これにより、切断予定ライン５に沿った改質領域が加工対象物１に形成される。なお、ここでは、レーザ光Ｌを相対的に移動させるためにステージ１１１を移動させたが、集光用レンズ１０５を移動させてもよいし、或いはこれらの両方を移動させてもよい。

加工対象物１としては、半導体材料で形成された半導体基板や圧電材料で形成された圧電基板等を含む板状の部材（例えば、基板、ウェハ等）が用いられる。図２に示されるように、加工対象物１には、加工対象物１を切断するための切断予定ライン５が設定されている。切断予定ライン５は、直線状に延びた仮想線である。加工対象物１の内部に改質領域を形成する場合、図３に示されるように、加工対象物１の内部に集光点（集光位置）Ｐを合わせた状態で、レーザ光Ｌを切断予定ライン５に沿って（すなわち、図２の矢印Ａ方向に）相対的に移動させる。これにより、図４、図５及び図６に示されるように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１に形成され、切断予定ライン５に沿って形成された改質領域７が切断起点領域８となる。切断予定ライン５は、照射予定ラインに対応する。

集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。切断予定ライン５は、直線状に限らず曲線状であってもよいし、これらが組み合わされた３次元状であってもよいし、座標指定されたものであってもよい。切断予定ライン５は、仮想線に限らず加工対象物１の表面３に実際に引かれた線であってもよい。改質領域７は、連続的に形成される場合もあるし、断続的に形成される場合もある。改質領域７は列状でも点状でもよく、要は、改質領域７は少なくとも加工対象物１の内部、表面３又は裏面に形成されていればよい。改質領域７を起点に亀裂が形成される場合があり、亀裂及び改質領域７は、加工対象物１の外表面（表面３、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。改質領域７を形成する際のレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されるものではなく、加工対象物１の裏面であってもよい。

ちなみに、加工対象物１の内部に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、加工対象物１を透過すると共に、加工対象物１の内部に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収される。これにより、加工対象物１に改質領域７が形成される（すなわち、内部吸収型レーザ加工）。この場合、加工対象物１の表面３ではレーザ光Ｌが殆ど吸収されないので、加工対象物１の表面３が溶融することはない。一方、加工対象物１の表面３又は裏面に改質領域７を形成する場合には、レーザ光Ｌは、表面３又は裏面に位置する集光点Ｐ近傍にて特に吸収され、表面３又は裏面から溶融され除去されて、穴や溝等の除去部が形成される（表面吸収型レーザ加工）。

改質領域７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域７としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域７としては、加工対象物１の材料において改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域や、格子欠陥が形成された領域がある。加工対象物１の材料が単結晶シリコンである場合、改質領域７は、高転位密度領域ともいえる。

溶融処理領域、屈折率変化領域、改質領域７の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、及び、格子欠陥が形成された領域は、更に、それら領域の内部や改質領域７と非改質領域との界面に亀裂（割れ、マイクロクラック）を内包している場合がある。内包される亀裂は、改質領域７の全面に渡る場合や一部分のみや複数部分に形成される場合がある。加工対象物１は、結晶構造を有する結晶材料からなる基板を含む。例えば加工対象物１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ＬｉＴａＯ３、及び、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）の少なくとも何れかで形成された基板を含む。換言すると、加工対象物１は、例えば、窒化ガリウム基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＬｉＴａＯ３基板、又はサファイア基板を含む。結晶材料は、異方性結晶及び等方性結晶の何れであってもよい。また、加工対象物１は、非結晶構造（非晶質構造）を有する非結晶材料からなる基板を含んでいてもよく、例えばガラス基板を含んでいてもよい。

実施形態では、切断予定ライン５に沿って改質スポット（加工痕）を複数形成することにより、改質領域７を形成することができる。この場合、複数の改質スポットが集まることによって改質領域７となる。改質スポットとは、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成される改質部分である。改質スポットとしては、クラックスポット、溶融処理スポット若しくは屈折率変化スポット、又はこれらの少なくとも１つが混在するもの等が挙げられる。改質スポットについては、要求される切断精度、要求される切断面の平坦性、加工対象物１の厚さ、種類、結晶方位等を考慮して、その大きさや発生する亀裂の長さを適宜制御することができる。また、実施形態では、切断予定ライン５に沿って、改質スポットを改質領域７として形成することができる。
［実施形態に係るレーザ加工装置］

次に、実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。以下の説明では、水平面内において互いに直交する方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、鉛直方向をＺ軸方向とする。
［レーザ加工装置の全体構成］

図７に示されるように、レーザ加工装置２００は、装置フレーム２１０と、第１移動機構（移動機構）２２０と、支持台２３０と、第２移動機構２４０と、を備えている。さらに、レーザ加工装置２００は、レーザ出力部３００と、レーザ集光部４００と、制御部５００と、を備えている。

第１移動機構２２０は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１移動機構２２０は、第１レールユニット２２１と、第２レールユニット２２２と、可動ベース２２３と、を有している。第１レールユニット２２１は、装置フレーム２１０に取り付けられている。第１レールユニット２２１には、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のレール２２１ａ，２２１ｂが設けられている。第２レールユニット２２２は、Ｙ軸方向に沿って移動可能となるように、第１レールユニット２２１の一対のレール２２１ａ，２２１ｂに取り付けられている。第２レールユニット２２２には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のレール２２２ａ，２２２ｂが設けられている。可動ベース２２３は、Ｘ軸方向に沿って移動可能となるように、第２レールユニット２２２の一対のレール２２２ａ，２２２ｂに取り付けられている。可動ベース２２３は、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能である。

支持台２３０は、可動ベース２２３に取り付けられている。支持台２３０は、加工対象物１を支持する。加工対象物１は、例えば、シリコン等の半導体材料からなる基板の表面側に複数の機能素子（フォトダイオード等の受光素子、レーザダイオード等の発光素子、又は回路として形成された回路素子等）がマトリックス状に形成されたものである。加工対象物１が支持台２３０に支持される際には、図８に示されるように、環状のフレーム１１に張られたフィルム１２上に、例えば加工対象物１の表面１ａ（複数の機能素子側の面）が貼付される。支持台２３０は、クランプによってフレーム１１を保持すると共に真空チャックテーブルによってフィルム１２を吸着することで、加工対象物１を支持する。支持台２３０上において、加工対象物１には、互いに平行な複数の切断予定ライン５ａ、及び互いに平行な複数の切断予定ライン５ｂが、隣り合う機能素子の間を通るように格子状に設定される。

図７に示されるように、支持台２３０は、第１移動機構２２０において第２レールユニット２２２が動作することで、Ｙ軸方向に沿って移動させられる。また、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｘ軸方向に沿って移動させられる。更に、支持台２３０は、第１移動機構２２０において可動ベース２２３が動作することで、Ｚ軸方向に平行な軸線を中心線として回転させられる。このように、支持台２３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って移動可能となり且つＺ軸方向に平行な軸線を中心線として回転可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。

レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。レーザ集光部４００は、第２移動機構２４０が動作することで、Ｚ軸方向に沿って移動させられる。このように、レーザ集光部４００は、レーザ出力部３００に対してＺ軸方向に沿って移動可能となるように、装置フレーム２１０に取り付けられている。

制御部５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等によって構成されている。制御部５００は、レーザ加工装置２００の各部の動作を制御する。

一例として、レーザ加工装置２００では、次のように、各切断予定ライン５ａ，５ｂ（図８参照）に沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

まず、加工対象物１の裏面１ｂ（図８参照）がレーザ光入射面となるように、加工対象物１が支持台２３０に支持され、加工対象物１の各切断予定ライン５ａがＸ軸方向に平行な方向に合わせられる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ａに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ａに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

各切断予定ライン５ａに沿っての改質領域の形成が終了すると、第１移動機構２２０によって支持台２３０が回転させられ、加工対象物１の各切断予定ライン５ｂがＸ軸方向に平行な方向に合わせられる。続いて、加工対象物１の内部において加工対象物１のレーザ光入射面から所定距離だけ離間した位置にレーザ光Ｌの集光点が位置するように、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００が移動させられる。続いて、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されつつ、各切断予定ライン５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる。これにより、各切断予定ライン５ｂに沿って加工対象物１の内部に改質領域が形成される。

このように、レーザ加工装置２００では、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。なお、各切断予定ライン５ａに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂに沿ったレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＸ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。また、各切断予定ライン５ａ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動、及び各切断予定ライン５ｂ間におけるレーザ光Ｌの集光点の相対的な移動は、第１移動機構２２０によって支持台２３０がＹ軸方向に沿って移動させられることで、実施される。

図９に示されるように、レーザ出力部３００は、取付ベース３０１と、カバー３０２と、複数のミラー３０３，３０４と、を有している。更に、レーザ出力部３００は、レーザ発振器３１０と、シャッタ３２０と、λ／２波長板ユニット３３０と、偏光板ユニット３４０と、ビームエキスパンダ３５０と、ミラーユニット３６０と、を有している。

取付ベース３０１は、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を支持している。複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０は、取付ベース３０１の主面３０１ａに取り付けられている。取付ベース３０１は、板状の部材であり、装置フレーム２１０（図７参照）に対して着脱可能である。レーザ出力部３００は、取付ベース３０１を介して装置フレーム２１０に取り付けられている。つまり、レーザ出力部３００は、装置フレーム２１０に対して着脱可能である。

カバー３０２は、取付ベース３０１の主面３０１ａ上において、複数のミラー３０３，３０４、レーザ発振器３１０、シャッタ３２０、λ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０、ビームエキスパンダ３５０及びミラーユニット３６０を覆っている。カバー３０２は、取付ベース３０１に対して着脱可能である。

レーザ発振器３１０は、直線偏光のレーザ光ＬをＸ軸方向に沿ってパルス発振する。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの波長は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ又は１３００〜１４００ｎｍのいずれかの波長帯に含まれる。５００〜５５０ｎｍの波長帯のレーザ光Ｌは、例えばサファイアからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの各波長帯のレーザ光Ｌは、例えばシリコンからなる基板に対する内部吸収型レーザ加工に適している。レーザ発振器３１０から出射されるレーザ光Ｌの偏光方向は、例えば、Ｙ軸方向に平行な方向である。レーザ発振器３１０から出射されたレーザ光Ｌは、ミラー３０３によって反射され、Ｙ軸方向に沿ってシャッタ３２０に入射する。

レーザ発振器３１０では、次のように、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。レーザ発振器３１０が固体レーザで構成されている場合、共振器内に設けられたＱスイッチ（ＡＯＭ（音響光学変調器）、ＥＯＭ（電気光学変調器）等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０がファイバレーザで構成されている場合、シードレーザ、アンプ（励起用）レーザを構成する半導体レーザの出力のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。レーザ発振器３１０が外部変調素子を用いている場合、共振器外に設けられた外部変調素子（ＡＯＭ、ＥＯＭ等）のＯＮ／ＯＦＦが切り替えられることで、レーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦが高速に切り替えられる。

シャッタ３２０は、機械式の機構によってレーザ光Ｌの光路を開閉する。レーザ出力部３００からのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、上述したように、レーザ発振器３１０でのレーザ光Ｌの出力のＯＮ／ＯＦＦの切り替えによって実施されるが、シャッタ３２０が設けられていることで、例えばレーザ出力部３００からレーザ光Ｌが不意に出射されることが防止される。シャッタ３２０を通過したレーザ光Ｌは、ミラー３０４によって反射され、Ｘ軸方向に沿ってλ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０に順次入射する。

λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの出力（光強度）を調整する出力調整部として機能する。また、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部として機能する。λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を順次通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってビームエキスパンダ３５０に入射する。

ビームエキスパンダ３５０は、レーザ光Ｌの径を調整しつつ、レーザ光Ｌを平行化する。ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光Ｌは、Ｘ軸方向に沿ってミラーユニット３６０に入射する。

ミラーユニット３６０は、支持ベース３６１と、複数のミラー３６２，３６３と、を有している。支持ベース３６１は、複数のミラー３６２，３６３を支持している。支持ベース３６１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、取付ベース３０１に取り付けられている。ミラー（第１ミラー）３６２は、ビームエキスパンダ３５０を通過したレーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。ミラー３６２は、その反射面が例えばＺ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。

ミラー（第２ミラー）３６３は、ミラー３６２によって反射されたレーザ光ＬをＺ軸方向に反射する。ミラー３６３は、その反射面が例えばＸ軸に平行な軸線回りに角度調整可能となり且つＹ軸方向に沿って位置調整可能となるように、支持ベース３６１に取り付けられている。ミラー３６３によって反射されたレーザ光Ｌは、支持ベース３６１に形成された開口３６１ａを通過し、Ｚ軸方向に沿ってレーザ集光部４００（図７参照）に入射する。つまり、レーザ出力部３００によるレーザ光Ｌの出射方向は、レーザ集光部４００の移動方向に一致している。上述したように、各ミラー３６２，３６３は、反射面の角度を調整するための機構を有している。

ミラーユニット３６０では、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整が実施されることで、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸の位置及び角度がレーザ集光部４００に対して合わされる。つまり、複数のミラー３６２，３６３は、レーザ出力部３００から出射されるレーザ光Ｌの光軸を調整するための構成である。

図１０に示されるように、レーザ集光部４００は、筐体４０１を有している。筐体４０１は、Ｙ軸方向を長手方向とする直方体状の形状を呈している。筐体４０１の一方の側面４０１ｅには、第２移動機構２４０が取り付けられている（図１１及び図１３参照）。筐体４０１には、ミラーユニット３６０の開口３６１ａとＺ軸方向において対向するように、円筒状の光入射部４０１ａが設けられている。光入射部４０１ａは、レーザ出力部３００から出射されたレーザ光Ｌを筐体４０１内に入射させる。ミラーユニット３６０と光入射部４０１ａとは、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられた際に互いに接触することがない距離だけ、互いに離間している。

図１１及び図１２に示されるように、レーザ集光部４００は、ミラー４０２と、ダイクロイックミラー４０３と、を有している。更に、レーザ集光部４００は、反射型空間光変調器４１０と、４ｆレンズユニット４２０と、集光レンズユニット（対物レンズ）４３０と、駆動機構４４０と、一対の測距センサ４５０と、を有している。

ミラー４０２は、光入射部４０１ａとＺ軸方向において対向するように、筐体４０１の底面４０１ｂに取り付けられている。ミラー４０２は、光入射部４０１ａを介して筐体４０１内に入射したレーザ光ＬをＸＹ平面に平行な方向に反射する。ミラー４０２には、レーザ出力部３００のビームエキスパンダ３５０によって平行化されたレーザ光ＬがＺ軸方向に沿って入射する。つまり、ミラー４０２には、レーザ光Ｌが平行光としてＺ軸方向に沿って入射する。そのため、第２移動機構２４０によってレーザ集光部４００がＺ軸方向に沿って移動させられても、Ｚ軸方向に沿ってミラー４０２に入射するレーザ光Ｌの状態は一定に維持される。ミラー４０２によって反射されたレーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０に入射する。

反射型空間光変調器４１０は、反射面４１０ａが筐体４０１内に臨んだ状態で、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられている。反射型空間光変調器４１０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）であり、レーザ光Ｌを変調しつつ、レーザ光ＬをＹ軸方向に反射する。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿って４ｆレンズユニット４２０に入射する。ここで、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度αは、鋭角（例えば、１０〜６０°）とされている。つまり、レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０においてＸＹ平面に沿って鋭角に反射される。これは、レーザ光Ｌの入射角及び反射角を抑えて回折効率の低下を抑制し、反射型空間光変調器４１０の性能を十分に発揮させるためである。なお、反射型空間光変調器４１０では、例えば、液晶が用いられた光変調層の厚さが数μｍ〜数十μｍ程度と極めて薄いため、反射面４１０ａは、光変調層の光入出射面と実質的に同じと捉えることができる。

４ｆレンズユニット４２０は、ホルダ４２１と、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２と、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３と、スリット部材４２４と、を有している。ホルダ４２１は、一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４を保持している。ホルダ４２１は、レーザ光Ｌの光軸に沿った方向における一対のレンズ４２２，４２３及びスリット部材４２４の互いの位置関係を一定に維持している。一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面（瞳面）４３０ａ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、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの像（反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像）が、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａに転像（結像）される。スリット部材４２４には、スリット４２４ａが形成されている。スリット４２４ａは、レンズ４２２とレンズ４２３との間であって、レンズ４２２の焦点面付近に位置している。反射型空間光変調器４１０によって変調されると共に反射されたレーザ光Ｌのうち不要な部分は、スリット部材４２４によって遮断される。４ｆレンズユニット４２０を通過したレーザ光Ｌは、Ｙ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３に入射する。

ダイクロイックミラー４０３は、レーザ光Ｌの大部分（例えば、９５〜９９．５％）をＺ軸方向に反射し、レーザ光Ｌの一部（例えば、０．５〜５％）をＹ軸方向に沿って透過させる。レーザ光Ｌの大部分は、ダイクロイックミラー４０３においてＺＸ平面に沿って直角に反射される。ダイクロイックミラー４０３によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って集光レンズユニット４３０に入射する。

集光レンズユニット４３０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄ（端部４０１ｃの反対側の端部）に、駆動機構４４０を介して取り付けられている。集光レンズユニット４３０は、ホルダ４３１と、複数のレンズ４３２と、を有している。ホルダ４３１は、複数のレンズ４３２を保持している。複数のレンズ４３２は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に対してレーザ光Ｌを集光する。駆動機構４４０は、圧電素子の駆動力によって、集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。

一対の測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の両側に位置するように、筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられている。各測距センサ４５０は、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）のレーザ光入射面に対して測距用の光（例えば、レーザ光）を出射し、当該レーザ光入射面によって反射された測距用の光を検出することで、加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。なお、測距センサ４５０には、三角測距方式、レーザ共焦点方式、白色共焦点方式、分光干渉方式、非点収差方式等のセンサを利用することができる。

レーザ加工装置２００では、上述したように、Ｘ軸方向に平行な方向が加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）とされている。そのため、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿ってレーザ光Ｌの集光点が相対的に移動させられる際に、一対の測距センサ４５０のうち集光レンズユニット４３０に対して相対的に先行する測距センサ４５０が、各切断予定ライン５ａ，５ｂに沿った加工対象物１のレーザ光入射面の変位データを取得する。そして、加工対象物１のレーザ光入射面とレーザ光Ｌの集光点との距離が一定に維持されるように、駆動機構４４０が、測距センサ４５０によって取得された変位データに基づいて集光レンズユニット４３０をＺ軸方向に沿って移動させる。

レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４６１と、一対のレンズ４６２，４６３と、プロファイル取得用カメラ（強度分布取得部）４６４と、を有している。ビームスプリッタ４６１は、ダイクロイックミラー４０３を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４６１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿って一対のレンズ４６２，４６３及びプロファイル取得用カメラ４６４に順次入射する。一対のレンズ４６２，４６３は、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとプロファイル取得用カメラ４６４の撮像面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、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像が、プロファイル取得用カメラ４６４の撮像面に転像（結像）される。上述したように、集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでのレーザ光Ｌの像は、反射型空間光変調器４１０において変調されたレーザ光Ｌの像である。したがって、レーザ加工装置２００では、プロファイル取得用カメラ４６４による撮像結果を監視することで、反射型空間光変調器４１０の動作状態を把握することができる。

更に、レーザ集光部４００は、ビームスプリッタ４７１と、レンズ４７２と、レーザ光Ｌの光軸位置モニタ用のカメラ４７３と、を有している。ビームスプリッタ４７１は、ビームスプリッタ４６１を透過したレーザ光Ｌを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４７１によって反射されたレーザ光Ｌは、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４７２及びカメラ４７３に順次入射する。レンズ４７２は、入射したレーザ光Ｌをカメラ４７３の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、カメラ４６４及びカメラ４７３のそれぞれによる撮像結果を監視しつつ、ミラーユニット３６０において、取付ベース３０１に対する支持ベース３６１の位置調整、支持ベース３６１に対するミラー３６３の位置調整、及び各ミラー３６２，３６３の反射面の角度調整を実施することで（図９及び図１０参照）、集光レンズユニット４３０に入射するレーザ光Ｌの光軸のずれ（集光レンズユニット４３０に対するレーザ光の強度分布の位置ずれ、及び集光レンズユニット４３０に対するレーザ光Ｌの光軸の角度ずれ）を補正することができる。

複数のビームスプリッタ４６１，４７１は、筐体４０１の端部４０１ｄからＹ軸方向に沿って延在する筒体４０４内に配置されている。一対のレンズ４６２，４６３は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０５内に配置されており、プロファイル取得用カメラ４６４は、筒体４０５の端部に配置されている。レンズ４７２は、Ｚ軸方向に沿って筒体４０４上に立設された筒体４０６内に配置されており、カメラ４７３は、筒体４０６の端部に配置されている。筒体４０５と筒体４０６とは、Ｙ軸方向において互いに並設されている。なお、ビームスプリッタ４７１を透過したレーザ光Ｌは、筒体４０４の端部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。

図１２及び図１３に示されるように、レーザ集光部４００は、可視光源４８１と、複数のレンズ４８２と、レチクル４８３と、ミラー４８４と、ハーフミラー４８５と、ビームスプリッタ４８６と、レンズ４８７と、観察カメラ４８８と、を有している。可視光源４８１は、Ｚ軸方向に沿って可視光Ｖを出射する。複数のレンズ４８２は、可視光源４８１から出射された可視光Ｖを平行化する。レチクル４８３は、可視光Ｖに目盛り線を付与する。ミラー４８４は、複数のレンズ４８２によって平行化された可視光ＶをＸ軸方向に反射する。ハーフミラー４８５は、ミラー４８４によって反射された可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ハーフミラー４８５によって反射された可視光Ｖは、Ｚ軸方向に沿ってビームスプリッタ４８６及びダイクロイックミラー４０３を順次透過し、集光レンズユニット４３０を介して、支持台２３０に支持された加工対象物１（図７参照）に照射される。

加工対象物１に照射された可視光Ｖは、加工対象物１のレーザ光入射面によって反射され、集光レンズユニット４３０を介してダイクロイックミラー４０３に入射し、Ｚ軸方向に沿ってダイクロイックミラー４０３を透過する。ビームスプリッタ４８６は、ダイクロイックミラー４０３を透過した可視光Ｖを反射成分と透過成分とに分ける。ビームスプリッタ４８６を透過した可視光Ｖは、ハーフミラー４８５を透過し、Ｚ軸方向に沿ってレンズ４８７及び観察カメラ４８８に順次入射する。レンズ４８７は、入射した可視光Ｖを観察カメラ４８８の撮像面上に集光する。レーザ加工装置２００では、観察カメラ４８８による撮像結果を観察することで、加工対象物１の状態を把握することができる。

ミラー４８４、ハーフミラー４８５及びビームスプリッタ４８６は、筐体４０１の端部４０１ｄ上に取り付けられたホルダ４０７内に配置されている。複数のレンズ４８２及びレチクル４８３は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０８内に配置されており、可視光源４８１は、筒体４０８の端部に配置されている。レンズ４８７は、Ｚ軸方向に沿ってホルダ４０７上に立設された筒体４０９内に配置されており、観察カメラ４８８は、筒体４０９の端部に配置されている。筒体４０８と筒体４０９とは、Ｘ軸方向において互いに並設されている。なお、Ｘ軸方向に沿ってハーフミラー４８５を透過した可視光Ｖ、及びビームスプリッタ４８６によってＸ軸方向に反射された可視光Ｖは、それぞれ、ホルダ４０７の壁部に設けられたダンパ等に吸収されるようにしてもよいし、或いは、適宜の用途で利用されるようにしてもよい。

レーザ加工装置２００では、レーザ出力部３００の交換が想定されている。これは、加工対象物１の仕様、加工条件等に応じて、加工に適したレーザ光Ｌの波長が異なるからである。そのため、出射するレーザ光Ｌの波長が互いに異なる複数のレーザ出力部３００が用意される。ここでは、出射するレーザ光Ｌの波長が５００〜５５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、出射するレーザ光Ｌの波長が１０００〜１１５０ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００、及び出射するレーザ光Ｌの波長が１３００〜１４００ｎｍの波長帯に含まれるレーザ出力部３００が用意される。

一方、レーザ加工装置２００では、レーザ集光部４００の交換が想定されていない。これは、レーザ集光部４００がマルチ波長に対応している（互いに連続しない複数の波長帯に対応している）からである。具体的には、ミラー４０２、反射型空間光変調器４１０、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３、ダイクロイックミラー４０３、及び集光レンズユニット４３０のレンズ４３２等がマルチ波長に対応している。

ここでは、レーザ集光部４００は、５００〜５５０ｎｍ、１０００〜１１５０ｎｍ及び１３００〜１４００ｎｍの波長帯に対応している。これは、レーザ集光部４００の各構成に所定の誘電体多層膜をコーティングすること等、所望の光学性能が満足されるようにレーザ集光部４００の各構成が設計されることで実現される。なお、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０はλ／２波長板を有しており、偏光板ユニット３４０は偏光板を有している。λ／２波長板及び偏光板は、波長依存性が高い光学素子である。そのため、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０は、波長帯ごとに異なる構成としてレーザ出力部３００に設けられている。
［レーザ加工装置におけるレーザ光の光路及び偏光方向］

レーザ加工装置２００では、支持台２３０に支持された加工対象物１に対して集光されるレーザ光Ｌの偏光方向は、図１１に示されるように、Ｘ軸方向に平行な方向であり、加工方向（レーザ光Ｌのスキャン方向）に一致している。ここで、反射型空間光変調器４１０では、レーザ光ＬがＰ偏光として反射される。これは、反射型空間光変調器４１０の光変調層に液晶が用いられている場合において、反射型空間光変調器４１０に対して入出射するレーザ光Ｌの光軸を含む平面に平行な面内で液晶分子が傾斜するように、当該液晶が配向されているときには、偏波面の回転が抑制された状態でレーザ光Ｌに位相変調が施されるからである（例えば、特許第３８７８７５８号公報参照）。

一方、ダイクロイックミラー４０３では、レーザ光ＬがＳ偏光として反射される。これは、レーザ光ＬをＰ偏光として反射させるよりも、レーザ光ＬをＳ偏光として反射させたほうが、ダイクロイックミラー４０３をマルチ波長に対応させるための誘電体多層膜のコーティング数が減少する等、ダイクロイックミラー４０３の設計が容易となるからである。

したがって、レーザ集光部４００では、ミラー４０２から反射型空間光変調器４１０及び４ｆレンズユニット４２０を介してダイクロイックミラー４０３に至る光路が、ＸＹ平面に沿うように設定されており、ダイクロイックミラー４０３から集光レンズユニット４３０に至る光路が、Ｚ軸方向に沿うように設定されている。

図９に示されるように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。具体的には、レーザ発振器３１０からミラー３０３に至る光路、並びに、ミラー３０４からλ／２波長板ユニット３３０、偏光板ユニット３４０及びビームエキスパンダ３５０を介してミラーユニット３６０に至る光路が、Ｘ軸方向に沿うように設定されており、ミラー３０３からシャッタ３２０を介してミラー３０４に至る光路、及び、ミラーユニット３６０においてミラー３６２からミラー３６３に至る光路が、Ｙ軸方向に沿うように設定されている。

ここで、Ｚ軸方向に沿ってレーザ出力部３００からレーザ集光部４００に進行したレーザ光Ｌは、図１１に示されるように、ミラー４０２によってＸＹ平面に平行な方向に反射され、反射型空間光変調器４１０に入射する。このとき、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とは、鋭角である角度αをなしている。一方、上述したように、レーザ出力部３００では、レーザ光Ｌの光路がＸ軸方向又はＹ軸方向に沿うように設定されている。

したがって、レーザ出力部３００において、λ／２波長板ユニット３３０及び偏光板ユニット３４０を、レーザ光Ｌの出力を調整する出力調整部としてだけでなく、レーザ光Ｌの偏光方向を調整する偏光方向調整部としても機能させる必要がある。
［４ｆレンズユニット］

上述したように、４ｆレンズユニット４２０の一対のレンズ４２２，４２３は、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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。具体的には、図１４に示されるように、反射型空間光変調器４１０側のレンズ４２２の中心と反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａとの間の光路の距離がレンズ４２２の第１焦点距離ｆ１となり、集光レンズユニット４３０側のレンズ４２３の中心と集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａとの間の光路の距離がレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２となり、レンズ４２２の中心とレンズ４２３の中心との間の光路の距離が第１焦点距離ｆ１と第２焦点距離ｆ２との和（すなわち、ｆ１＋ｆ２）となっている。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至る光路のうち一対のレンズ４２２，４２３間の光路は、一直線である。

レーザ加工装置２００では、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を大きくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、０．５＜Ｍ＜１（縮小系）を満たしている。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が大きいほど、高精細な位相パターンでレーザ光Ｌが変調される。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、０．６≦Ｍ≦０．９５であることがより好ましい。ここで、（両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ）＝（集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａでの像の大きさ）／（反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでの物体の大きさ）である。レーザ加工装置２００の場合、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍ、レンズ４２２の第１焦点距離ｆ１及びレンズ４２３の第２焦点距離ｆ２が、Ｍ＝ｆ２／ｆ１を満たしている。

なお、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径を小さくする観点から、両側テレセントリック光学系の倍率Ｍが、１＜Ｍ＜２（拡大系）を満たしていてもよい。反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａでのレーザ光Ｌの有効径が小さいほど、ビームエキスパンダ３５０（図９参照）の倍率が小さくて済み、ＸＹ平面に平行な平面内において、反射型空間光変調器４１０に入射するレーザ光Ｌの光軸と、反射型空間光変調器４１０から出射されるレーザ光Ｌの光軸とがなす角度α（図１１参照）が小さくなる。反射型空間光変調器４１０から集光レンズユニット４３０に至るレーザ光Ｌの光路が長くなるのを抑制するという観点では、１．０５≦Ｍ≦１．７であることがより好ましい。
［反射型空間光変調器］

図１５に示されるように、反射型空間光変調器４１０は、シリコン基板２１３、駆動回路層９１４、複数の画素電極２１４、誘電体多層膜ミラー等の反射膜２１５、配向膜９９９ａ、液晶層（変調層）２１６、配向膜９９９ｂ、透明導電膜２１７、及びガラス基板等の透明基板２１８がこの順に積層されることで構成されている。

透明基板２１８は、表面２１８ａを有している。表面２１８ａは、上述したように、実質的に反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａを構成しているとも捉えられるが、より具体的には、レーザ光Ｌが入射される入射面である。すなわち、透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料からなり、反射型空間光変調器４１０の表面２１８ａから入射したレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器４１０の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面上に形成されており、レーザ光Ｌを透過する導電性材料（例えばＩＴＯ）からなる。

複数の画素電極２１４は、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上にマトリックス状に配列されている。各画素電極２１４は、例えばアルミニウム等の金属材料からなり、これらの表面２１４ａは、平坦且つ滑らかに加工されている。表面２１４ａは、透明基板２１８の表面２１８ａから入射したレーザ光Ｌを、表面２１８ａに向けて反射する。すなわち、反射型空間光変調器４１０は、レーザ光Ｌが入射される表面２１８ａと、表面２１８ａから入射したレーザ光Ｌを表面２１８ａに向けて反射する表面２１４ａと、を含む。複数の画素電極２１４は、駆動回路層９１４に設けられたアクティブ・マトリクス回路によって駆動される。

アクティブ・マトリクス回路は、複数の画素電極２１４とシリコン基板２１３との間に設けられており、反射型空間光変調器４１０から出力しようとする光像に応じて各画素電極２１４への印加電圧を制御する。このようなアクティブ・マトリクス回路は、例えば図示しないＸ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第１ドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２ドライバ回路とを有しており、制御部５００によって双方のドライバ回路で指定された画素の画素電極２１４に所定電圧が印加されるように構成されている。

配向膜９９９ａ，９９９ｂは、液晶層２１６の両端面に配置されており、液晶分子群を一定方向に配列させる。配向膜９９９ａ，９９９ｂは、例えばポリイミド等の高分子材料からなり、液晶層２１６との接触面にラビング処理等が施されている。

液晶層２１６は、複数の画素電極２１４と透明導電膜２１７との間に配置されており、各画素電極２１４と透明導電膜２１７とにより形成される電界に応じてレーザ光Ｌを変調する。すなわち、駆動回路層９１４のアクティブ・マトリクス回路によって各画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と各画素電極２１４との間に電界が形成され、液晶層２１６に形成された電界の大きさに応じて液晶分子２１６ａの配列方向が変化する。そして、レーザ光Ｌが透明基板２１８及び透明導電膜２１７を透過して液晶層２１６に入射すると、このレーザ光Ｌは、液晶層２１６を通過する間に液晶分子２１６ａによって変調され、反射膜２１５において反射した後、再び液晶層２１６により変調されて、出射する。

このとき、制御部５００により各画素電極２１４に印加される電圧が制御され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と各画素電極２１４とに挟まれた部分の屈折率が変化する（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。この屈折率の変化により、印加した電圧に応じて、レーザ光Ｌの位相を液晶層２１６の画素ごとに変化させることができる。つまり、ホログラムパターンに応じた位相変調を画素ごとに液晶層２１６によって付与することができる。

換言すると、変調を付与するホログラムパターンとしての変調パターンを、反射型空間光変調器４１０の液晶層２１６に表示させることができる。変調パターンに入射し透過するレーザ光Ｌは、その波面が調整され、そのレーザ光Ｌを構成する各光線において進行方向に直交する所定方向の成分の位相にずれが生じる。したがって、反射型空間光変調器４１０に表示させる変調パターンを適宜設定することにより、レーザ光Ｌが変調（例えば、レーザ光Ｌの強度、振幅、位相、偏光等が変調）可能となる。

さらに換言すれば、各画素電極２１４に印可する電圧に応じて、画素電極２１４の配列方向に沿って液晶層２１６に屈折率分布が発生し、レーザ光Ｌに位相変調を付与し得る位相パターンが液晶層２１６に表示される。すなわち、反射型空間光変調器４１０は、表面２１８ａと表面２１４ａとの間に配置され、位相パターンを表示してレーザ光Ｌを変調する液晶層（変調層）２１６を含む。

引き続いて、反射型空間光変調器４１０についてより詳細に説明する。反射型空間光変調器４１０は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の第１波長帯、１０００ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の第２波長帯、及び、１３００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下の第３波長帯等の互いに連続しない複数の波長帯に対応可能に構成されている（多波長対応である）。そのために、画素電極２１４の表面２１４ａには、複数の波長帯に高反射率領域を有する誘電体多層膜である反射膜２１５が形成されている。図１６の（ａ）は、反射膜２１５の反射率特性の一例を示す図である。図１６の（ａ）に示されるように、ここでは、反射膜２１５は、第１波長帯に対応する高反射率領域ＲＲ１、第２波長帯に対応する高反射率領域ＲＲ２、及び、第３波長帯に対応する高反射率領域ＲＲ３を有する。

高反射率領域ＲＲ１〜ＲＲ３のそれぞれの間には、低反射率領域が形成されている。これにより、高反射率領域ＲＲ１〜ＲＲ３は、高反射率の範囲において互いに不連続となっている。ここでの高反射率領域とは、反射率が９５％以上の領域である。したがって、ここでは、低反射率領域とは、９５％よりも反射率が低い領域である。なお、このように、反射膜２１５は、（高反射率の範囲において）互いに連続しない複数の高反射率領域ＲＲ１〜ＲＲ３を含むが、高反射率領域ＲＲ１〜高反射率領域ＲＲ３を高反射率の範囲において連続させることも可能である。すなわち、一例として、第１波長帯の下限である５００ｎｍから第３波長帯の上限である１４００ｎｍまでの波長帯の全体にわたって高反射率となるように反射膜２１５を構成することも可能である。しかしながら、この場合には、誘電体多層膜の膜数が増加し、反射膜２１５の膜厚が増大する。その結果、液晶層２１６に所定の位相パターンを表示するために大きな電圧が必要になる。したがって、上記のように、対象となる波長帯（第１波長帯〜第３波長帯）のそれぞれのみを高反射率として誘電体多層膜の膜厚の増大を抑制することが有利である。

また、透明基板２１８の表面２１８ａには、複数の波長帯に高透過率領域を有する反射防止膜（不図示）が形成されている。図１６の（ｂ）は、反射防止膜の透過率特性の一例を示す図である。図１６の（ｂ）に示されるように、表面２１８ａに設けられた反射防止膜は、第１波長帯に対応する高透過率領域ＴＲ１、第２波長帯に対応する高透過率領域ＴＲ２、及び、第３波長帯に対応する高透過率領域ＴＲ３を有する。なお、図１６の（ｂ）においては、実線により０％〜１００％の透過率の範囲（左側の縦軸）を示し、破線により９０％〜１００％の透過率の範囲（右側の縦軸）を示している。また、ここでの高透過率領域とは、透過率が概ね９８％以上の領域である。

ここで、画素電極２１４の表面２１４ａは、所定の平面度を有する。すなわち、表面２１４ａは、所定の歪を有している場合がある。表面２１４ａに歪が生じていると、表面２１４ａで反射されたレーザ光Ｌの波面にも歪が付与される。このため、レーザ加工装置２００は、波面の歪を補正するための位相パターンである歪補正パターンを有している。図１７の（ａ）は、歪の一例を示すグラフである。図１７の（ａ）の例では、例えばシリコン基板２１３の反りに応じて、複数の画素電極２１４の表面２１４ａにわたって歪みが生じている場合を示している。

図１７の（ｂ）は、図１７の（ａ）の歪量をレーザ光Ｌの波長で割ることにより、波長換算の歪量としたグラフである。また、図１７の（ｂ）では、横軸が画素電極２１４のピクセル番号（ピクセル位置）に変換されている。図１７の（ｂ）に示されるように、波長換算の歪量は、１波長（２π）ごとに折り返しＳ１，Ｓ２が形成される。このため、波長換算の場合、例えば、レーザ光Ｌの波長が１０６４ｎｍであるとき（実線）と、レーザ光Ｌの波長が５３２ｎｍであるとき（破線）とで、各ピクセルにおける歪量が異なる。つまり、レーザ光Ｌの波長に応じて異なる位相変調量（すなわち、歪補正パターン）が必要になる。

図１８の（ａ）は、１０６４ｎｍの波長に対する歪補正パターンであり、図１８の（ｂ）は、５３２ｎｍの波長に対する歪補正パターンである。なお、図１８は、実際には、歪補正パターンを液晶層２１６に表示するための画像信号を示している。画像信号においては、その輝度値の分布が電圧を介して液晶層２１６の屈折率の分布に相当する。したがって、図１８の画像信号は位相パターン（歪補正パターン）と等価である。図１８に示されるように、１０６４ｎｍの波長に対する歪補正パターンは、折り返しＳ１に対応するパターンを含むのに対して、５３２ｎｍの波長に対する歪補正パターンは、折り返しＳ１と折り返しＳ２とに対応するパターンを含む（折り返しの周期が半分である）。

レーザ加工装置２００は、このように、複数の波長帯ごとに異なる歪補正パターンを保持している（すなわち、パターン保持部を有している）。パターン保持部は、制御部５００に構成されてもよいし、反射型空間光変調器４１０に構成されてもよい。ここでは、少なくとも、第１波長帯、第２波長帯、及び、第３波長帯の３つの波長帯に応じた歪補正パターンが保持されている。そして、それぞれの歪補正パターンは、歪補正量をそれぞれの波長に換算して得られるパターン、すなわち、波長に応じた周期で歪補正量（位相変調量）の折り返しＳ１，Ｓ２が形成されたパターンとなっている。

ここで、レーザ加工装置２００は、位相パターンを液晶層２１６に形成するための画像信号の輝度値と、位相パターンの位相変調量と、を対応付けたテーブル（以下、「ＬＵＴ（Look-Up table）」という）を有している。引き続いて、このＬＵＴについて説明する。図１９の（ａ）は、液晶層２１６に付加する電圧と、液晶層２１６によりレーザ光Ｌに付与される位相変調量（波長表示）と、の関係の一例を示す図である。図１９の（ｂ）は、ＬＵＴの一例を示す図である。図１９の（ａ）に示されるように、例えば、１０６４ｎｍの波長のレーザ光Ｌに対して１波長（１０６４ｎｍ）分の位相変調を付与するためには、概ね２Ｖの電圧を液晶層２１６に付与すればよい。

したがって、図１９の（ｂ）の実線に示されるように、０〜２Ｖの電圧を、画像信号の２５６階調の輝度値に割り当てることにより、１０６４ｎｍのレーザ光Ｌの０〜２π（１波長分）の位相変調量と、２５６階調の輝度値とを対応付けることができる。一方で、図１９の（ａ）に示されるように、５３２ｎｍの波長のレーザ光Ｌに対して１波長（５３２ｎｍ）分の位相変調を付与するためには、２Ｖよりも小さな電圧（例えば１．２Ｖ程度）を液晶層２１６に付与すれば十分である。なお、位相変調量は絶対量でなく、差分となる。そのため、例えばＬＵＴとして、５３２ｎｍのレーザ光において、２．４Ｖ〜３．５Ｖ程度の領域を使用することも可能である。使用する電圧範囲において、液晶の応答速度等の特性が変化するので、用途に応じて、最適な電圧範囲を使用することが可能である。

したがって、上記のように、０〜２Ｖの電圧を画像信号の２５６階調の輝度値に割り当てていると、図１９の（ｂ）に示されるように、５３２ｎｍのレーザ光Ｌに対しては、２π（１波長分）よりも大きな位相変調量（例えば４π）が、２５６階調の輝度値に対応付けられる。したがって、実効的な５３２ｎｍのレーザ光Ｌの２π分（１波長分）の位相変調量に対して、２５６階調よりも少ない階調（例えば１２８階調）の輝度値が使用されることになる。このため、このように複数の波長で同一のＬＵＴを用いると、複数の波長のうちの相対的に短い波長のレーザ光Ｌの変調後の波面の再現性が劣化する。

これに対して、レーザ加工装置２００は、波長帯ごとに異なるＬＵＴを保持している。一例として、レーザ加工装置２００は、上記のように、０〜２Ｖの電圧を、画像信号の２５６階調の輝度値に割り当てることにより、１０６４ｎｍのレーザ光Ｌの０〜２π（１波長分）の位相変調量と、２５６階調の輝度値とを対応付けたＬＵＴ（図２０の（ａ）参照）と、０〜１．２Ｖの電圧を、画像信号の２５６階調の輝度値に割り当てることにより、５３２ｎｍのレーザ光Ｌの０〜２π（１波長分）の位相変調量と、２５６階調の輝度値とを対応付けたＬＵＴ（図２０の（ｂ）参照）と、を保持している。なお、図２０の（ａ）
と（ｂ）のＬＵＴは、縦軸を波長表示することにより、互いに異なるように表記され得る。

レーザ加工装置２００は、このように、波長帯ごとに異なるＬＵＴを保持している（すなわち、テーブル保持部を有している）。テーブル保持部は、制御部５００に構成されてもよいし、反射型空間光変調器４１０に構成されてもよい。ここでは、少なくとも、第１波長帯、第２波長帯、及び、第３波長帯の３つの波長帯に応じたＬＵＴが保持されている。そして、それぞれのＬＵＴにおいては、短い波長帯ほど、波長換算で少ない位相変調量を一定の階調（ここでは２５６階調）の輝度値に対応付けている。

以上説明したように、レーザ加工装置２００においては、レーザ光Ｌは、反射型空間光変調器４１０の位相パターンに応じて変調された後に、集光レンズユニット４３０により加工対象物１に向けて集光される。反射型空間光変調器４１０は、レーザ光Ｌが入射する透明基板２１８の表面２１８ａと、表面２１８ａから入射したレーザ光Ｌを反射する画素電極２１４の表面２１４ａと、表面２１８ａと表面２１４ａとの間に配置された液晶層２１６と、を有する。

レーザ光Ｌは、表面２１８ａから入射して液晶層２１６を通過する際に、位相パターンに応じて変調される。また、レーザ光Ｌは、表面２１４ａで反射されて再び液晶層２１６を通過する際にも変調され、反射型空間光変調器４１０から出射される。ここで、表面２１４ａには、互いに連続しない複数の波長帯に高反射率領域ＲＲ１〜ＲＲ３を有する誘電体多層膜である反射膜２１５が形成されている。したがって、この反射型空間光変調器４１０によれば、複数の波長帯のレーザ光Ｌの表面２１４ａでのロスを低減しつつ、レーザ光Ｌを変調可能である。よって、このレーザ加工装置２００は、複数の波長帯に対応可能である。

また、レーザ加工装置２００は、画素電極２１４の表面２１４ａの平面度に応じてレーザ光Ｌの波面に付与される歪を補正するための位相パターンである歪補正パターンを保持するパターン保持部（例えば制御部５００）を備えている。そして、パターン保持部は、波長帯ごとに異なる歪補正パターンを保持している。上述したように、画素電極２１４の表面２１４ａは、反射型空間光変調器４１０ごとに所定の平面度を有している。しかしながら、その平面度に応じてレーザ光Ｌの波面に付与される歪を補正するためには、波長に応じて異なる位相変調量が必要になる。したがって、このように、波長帯ごとに異なる歪補正パターンを保持していれば、容易且つ確実に複数の波長帯に対応可能である。

また、レーザ加工装置２００は、位相パターンを液晶層２１６に表示するための画像信号の輝度値と、位相パターンの位相変調量と、を対応付けたＬＵＴを保持するテーブル保持部（例えば制御部５００）を備えている。そして、テーブル保持部は、波長帯ごとに異なるＬＵＴを保持している。上述したように、ある波長のレーザ光Ｌに対して、その１波長分（２π分）の位相変調量に対して、例えば画像信号の２５６階調の輝度値を割り当てた（対応付けた）ＬＵＴを用意することにより、その波長に適した位相変調パターンを容易に液晶層２１６に表示可能となる。

しかしながら、その波長よりも短い波長のレーザ光Ｌに対しては、同一のＬＵＴを用いると、１波長分の位相変調量に対してより少ない階調の輝度値が使用されることになり、変調後の波面の再現性が落ちる。これに対して、レーザ加工装置２００は、波長帯ごとに異なるＬＵＴを保持している。このため、それぞれの波長帯に適したＬＵＴを用いることが可能となり、波面の再現性が低下することが抑制される。

さらに、レーザ加工装置２００においては、透明基板２１８の表面２１８ａには、複数の波長帯に高透過率領域ＴＲ１〜ＴＲ３を有する反射防止膜が形成されている。このため、レーザ光Ｌのロスをより低減し、確実に複数の波長帯に対応可能となる。

以上は、本発明の一実施形態である。本発明は、上記実施形態に限定されず、各請求項の要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記実施形態は、加工対象物１の内部に改質領域７を形成するものに限定されず、アブレーション等、他のレーザ加工を実施するものであってもよい。上記実施形態は、加工対象物１の内部にレーザ光Ｌを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置に限定されず、加工対象物１の表面１ａ，３又は裏面１ｂにレーザ光Ｌを集光させるレーザ加工に用いられるレーザ加工装置であってもよい。

また、上記実施形態において、反射型空間光変調器４１０の反射面４１０ａと集光レンズユニット４３０の入射瞳面４３０ａ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する結像光学系は、一対のレンズ４２２，４２３に限定されず、反射型空間光変調器４１０側の第１レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）及び集光レンズユニット４３０側の第２レンズ系（例えば、接合レンズ、３つ以上のレンズ等）を含むもの等であってもよい。

また、レーザ集光部４００においては、一対のレンズ４２２，４２３を通過したレーザ光Ｌを集光レンズユニット４３０に向けて反射するミラーが、ダイクロイックミラー４０３であったが、当該ミラーは、全反射ミラーであってもよい。

また、集光レンズユニット４３０及び一対の測距センサ４５０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｄに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｄ側に片寄って取り付けられていればよい。反射型空間光変調器４１０は、Ｙ軸方向における筐体４０１の端部４０１ｃに取り付けられていたが、Ｙ軸方向における筐体４０１の中心位置よりも端部４０１ｃ側に片寄って取り付けられていればよい。また、測距センサ４５０は、Ｘ軸方向において集光レンズユニット４３０の片側のみに配置されていてもよい。

１…加工対象物、１００，２００…レーザ加工装置、２１４ａ…表面（反射面）、２１５…反射膜（誘電体多層膜）、２１６…液晶層（変調層）、２１８ａ…表面（入射面）、３００…レーザ出力部、４１０…反射型空間光変調器（空間光変調器）、４３０…集光レンズユニット（対物レンズ）、５００…制御部（パターン保持部、テーブル保持部）、Ｌ…レーザ光。

Claims (6)

1. レーザ光を対象物に照射して前記対象物のレーザ加工を行うレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光を出力するレーザ出力部と、
   前記レーザ出力部から出力された前記レーザ光を位相パターンに応じて変調しつつ反射する空間光変調器と、
   前記空間光変調器からの前記レーザ光を前記対象物に向けて集光する対物レンズと、
   を備え、
   前記空間光変調器は、前記レーザ光が入射する入射面と、前記入射面から入射した前記レーザ光を前記入射面に向けて反射する反射面と、前記入射面と前記反射面との間に配置され、前記位相パターンを表示して前記レーザ光を変調する変調層と、を有し、
   前記反射面には、互いに連続しない複数の波長帯に高反射率領域を有する誘電体多層膜が形成されている、
   レーザ加工装置。
2. 前記反射面の平面度に応じて前記レーザ光の波面に付与される歪を補正するための前記位相パターンである歪補正パターンを保持するパターン保持部を備え、
   前記パターン保持部は、前記波長帯ごとに異なる前記歪補正パターンを保持している、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記位相パターンを前記変調層に表示するための画像信号の輝度値と、前記位相パターンの位相変調量と、を対応付けたテーブルを保持するテーブル保持部を備え、
   前記テーブル保持部は、前記波長帯ごとに異なる前記テーブルを保持している、
   請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記入射面には、前記複数の波長帯に高透過率領域を有する反射防止膜が形成されている、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記複数の波長帯は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の第１波長帯、及び、１０００ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下の第２波長帯を含む、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記複数の波長帯は、１３００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下の第３波長帯を含む、
   請求項５に記載のレーザ加工装置。