JP2011031284A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工対象物に精度よい改質領域を安定して形成することができるレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】本実施形態では、レーザ光Ｌを空間光変調器で変調し、このレーザ光Ｌを加工対象物に集光させる。このとき、レーザ光Ｌの位置を検出すると共に、検出したレーザ光Ｌの位置に基づいて空間光変調器における変調パターンＨの位置を変化させる。そのため、例えば空間光変調器に入射するレーザ光Ｌの位置がズレた場合等においても、かかるズレに応じて変調パターンＨの位置を変化させることができ、空間光変調器でレーザ光Ｌを常に好適に変調させることが可能となる。よって、加工対象物に集光されるレーザ光Ｌの収差を安定して抑制することが可能となる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、加工対象物に改質領域を形成するためのレーザ加工方法に関する。

従来のレーザ加工方法としては、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このようなレーザ加工方法では、レーザ光源で出射されたレーザ光を反射型空間光変調器で変調することが図られている。

国際公開第２００５／１０６５６４号パンフレット 特開２００６−６８７６２号公報

ここで、上述したような従来技術では、例えばレーザ加工装置間の機差（いわゆる装置間機差）に起因する光学系のズレ等によって、加工対象物に精度よい改質領域を安定して形成することが困難となるおそれがある。

そこで、本発明は、加工対象物に精度よい改質領域を安定して形成することができるレーザ加工方法を提供することを課題とする。

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、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、レーザ光を空間光変調器で変調する変調工程と、変調したレーザ光を加工対象物に集光させる集光工程と、レーザ光の位置を検出する検出工程と、を含み、変調工程においては、空間光変調器の表示部に表示した変調パターンにレーザ光を入射させ、該レーザ光に変調パターンに応じた変調を与えると共に、検出工程で検出したレーザ光の位置に基づいて、変調パターンの位置を変化させることを特徴とする。

このレーザ加工方法では、空間光変調器における変調パターンの位置がレーザ光の位置に基づいて変化される。そのため、例えば空間光変調器に入射するレーザ光の位置がズレた場合等においても、かかるズレに応じて変調パターンの位置を変化させることが可能となる。よって、空間光変調器でレーザ光を常に好適に変調でき、加工対象物に集光されるレーザ光の収差を安定して抑制できる。すなわち、加工対象物に精度よい改質領域を安定して形成することが可能となる。

また、検出工程では、レーザ光が基準位置に対して変化した位置変化量を検出し、変調工程では、検出工程で検出したレーザ光の位置変化量に基づいて、レーザ光と変調パターンとが所定位置関係となるよう変調パターンの位置を変化させることが好ましい。この場合、加工対象物に精度よい改質領域を安定して形成するという上記効果を好適に発揮させることができる。

このとき、変調工程では、レーザ光の位置変化量に関連付けられた変調パターンの位置変化量に関するデータテーブルを用いて、変調パターンの位置を変化させる場合や、レーザ光の位置変化量に基づいて変調パターンの位置変化量を算出し、算出した変調パターンの位置変化量に応じて変調パターンの位置を変化させる場合がある。

また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、変調パターンは、表示部の複数の画素毎の屈折率を表しており、変調工程では、変調パターンを所定位置に移動させ、移動させた変調パターンに応じて複数の画素の屈折率を演算し、この演算した値に応じた屈折率となるよう画素の屈折率を制御する構成が挙げられる。

このとき、変調パターンを移動させる移動量は、表示部の１画素サイズ以下である場合がある。

本発明によれば、加工対象物に精度よい改質領域を安定して形成することができる。

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。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。 反射型空間光変調器の部分断面図である。 レーザ加工方法の手順を示すフローチャートである。 ＰＳＤにより検出されたレーザ光の位置情報の一例を示す概念図である。 レーザ光の座標値と変調パターンの位置変化量とに関するデータテーブルを示す図である。 液晶層に表示された変調パターンと液晶層に入射したレーザ光との関係を示す概念図である。 加工対象物に改質領域を形成して切断した際の切断面状態を示す拡大写真図である。 図７のレーザ加工装置の他の例を示す概略構成図である。 １ピクセル以下の変調パターンの移動を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、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要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示される状態に基づいており便宜的なものである。

本実施形態に係るレーザ加工装置では、加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより加工対象物に改質領域を形成する。そこで、まず、本実施形態のレーザ加工装置による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に示すように、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が照射される加工対象物１を支持するための支持台１０７と、支持台１０７をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動させるためのステージ１１１と、レーザ光Ｌの出力やパルス幅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。

このレーザ加工装置１００では、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に形成されることとなる。

加工対象物１は、半導体材料や圧電材料等が用いられ、図２に示すように、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に示すように、加工対象物１の内部に集光点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６に示すように、改質領域７が切断予定ライン５に沿って加工対象物１の内部に形成され、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。

なお、集光点Ｐとは、レーザ光Ｌが集光する箇所のことである。また、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、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。また、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。また、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の内部に形成されていればよい。また、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、裏面、若しくは外周面）に露出していてもよい。

ちなみに、ここでは、レーザ光Ｌが、加工対象物１を透過すると共に加工対象物１の内部の集光点近傍にて特に吸収され、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）。よって、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。一般的に、表面３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）場合、加工領域は表面３側から徐々に裏面側に進行する。

ところで、本実施形態に係るレーザ加工装置で形成される改質領域は、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り、これらが混在した領域もある。さらに、改質領域としては、加工対象物の材料において改質領域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（これらをまとめて高密転移領域ともいう）。

また、溶融処理領域や屈折率変化領域、改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域は、さらにそれら領域の内部や改質領域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としては、例えばシリコン、ガラス、ＬｉＴａＯ_３又はサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む、又はこれらからなるものが挙げられる。

次に、本発明の一実施形態について詳細に説明する。

図７は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置を示す概略構成図である。図７に示すように、レーザ加工装置２００は、レーザ光源２０２、反射型空間光変調器２０３、４ｆ光学系２４１及び集光光学系２０４を筐体２３１内に備えている。

レーザ光源２０２は、レーザ光Ｌを出射するものであり、例えばファイバレーザが用いられている。ここでのレーザ光源２０２は、水平方向（Ｘ方向）にレーザ光を出射するように、筐体２３１の天板２３６にねじ等で固定されている。

反射型空間光変調器２０３は、レーザ光源２０２から出射されたレーザ光Ｌを変調するものであり、例えば反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられている。この反射型空間光変調器２０３は、水平方向から入射するレーザ光Ｌを、水平方向に対し斜め上方に反射しつつ、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌ（つまり、集光位置でのレーザ光Ｌ）の収差が所定収差以下（理想的には、略ゼロ）となるように変調する。

図８は、図７のレーザ加工装置の反射型空間光変調器の部分断面図である。図８に示すように、反射型空間光変調器２０３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（表示部）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を備え、これらがこの順に積層されている。

透明基板２１８は、ＸＹ平面に沿った表面２１８ａを有しており、該表面２１８ａは反射型空間光変調器２０３の表面を構成する。透明基板２１８は、例えばガラス等の光透過性材料を主に含んでおり、反射型空間光変調器２０３の表面２１８ａから入射した所定波長のレーザ光Ｌを、反射型空間光変調器２０３の内部へ透過する。透明導電膜２１７は、透明基板２１８の裏面２１８ａ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）を主に含んで構成されている。

複数の画素電極２１４は、複数の画素の配列に従って二次元状に配列されており、透明導電膜２１７に沿ってシリコン基板２１３上に配列されている。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。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、反射型空間光変調器２０３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のドライバ回路と、Ｙ軸方向に並んだ各画素列の印加電圧を制御する第２のドライバ回路とを有しており、制御部２５０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構成されている。

なお、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、例えばポリイミドといった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たものが適用される。

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、アクティブ・マトリクス回路によって或る画素電極２１４に電圧が印加されると、透明導電膜２１７と該画素電極２１４との間に電界が形成される。

この電界は、反射膜２１５及び液晶層２１６のそれぞれに対し、各々の厚さに応じた割合で印加される。そして、液晶層２１６に印加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。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により変調されてから取り出されることとなる。

このとき、制御部２５０（後述）によって透明導電膜２１７と対向する各画素電極部２１４ａ毎に電圧が印加され、その電圧に応じて、液晶層２１６において透明導電膜２１７と対向する各画素電極部２１４ａに挟まれた部分の屈折率が変化される（各画素に対応した位置の液晶層２１６の屈折率が変化する）。かかる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の画素毎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毎に液晶層２１６によって与えることができる（すなわち、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が空間光変調器２０３に表示される）。その結果、反射型空間光変調器２０３に入射し変調されて反射するレーザ光Ｌにあっては、その波面が調整され、該レーザ光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、その強度、振幅、位相、偏光等の少なくとも１つが調整されることになる。

図７に戻り、４ｆ光学系２４１は、反射型空間光変調器２０３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る。この４ｆ光学系２４１は、第１レンズ２４１ａ及び第２レンズ２４１ｂを有している。

レンズ２４１ａ，２４１ｂにあっては、反射型空間光変調器２０３と第１レンズ２４１ａとの距離が第１レンズ２４１ａの焦点距離ｆ１となり、集光光学系２０４と第２レンズ２４１ｂとの距離がレンズ２４１ｂの焦点距離ｆ２となり、第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂとの距離がｆ１＋ｆ２となり、且つ第１レンズ２４１ａと第２レンズ２４１ｂと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２０３と集光光学系２０４との間に配置されている。

この４ｆ光学系２４１では、反射型空間光変調器２０３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。ここでの４ｆ光学系２４１においては、集光光学系２０４に入射するレーザ光Ｌが平行光となるようにレーザ光Ｌが調整される。

集光光学系２０４は、４ｆ光学系２４１によって変調されたレーザ光Ｌを加工対象物１の内部に集光するものである。この集光光学系２０４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２３２を介して筐体２３１の底板２３３に設置されている。

また、レーザ加工装置２００は、加工対象物１の表面３を観察するための表面観察ユニット２１１と、集光光学系２０４と加工対象物１との距離を微調整するためのＡＦ（AutoFocus）ユニット２１２と、を筐体２３１内に備えている。

表面観察ユニット２１１は、可視光ＶＬ１を出射する観察用光源２１１ａと、加工対象物１の表面３で反射された可視光ＶＬ１の反射光ＶＬ２を受光して検出する検出器２１１ｂとを有している。表面観察ユニット２１１では、観察用光源２１１ａから出射された可視光ＶＬ１が、ミラー２０８及びダイクロイックミラー２０９，２１０，２３８で反射・透過され、集光光学系２０４で加工対象物に向けて集光される。そして、加工対象物１の表面２で反射された反射光ＶＬ２が、集光光学系２０４で集光されてダイクロイックミラー２３８，２１０で透過・反射された後、ダイクロイックミラー２０９を透過して検出器２１１ｂで受光される。

ＡＦユニット２１２は、ＡＦ用レーザ光ＬＢ１を出射し、加工対象物１の表面３で反射されたＡＦ用レーザ光ＬＢ１の反射光ＬＢ２を受光し検出することで、切断予定ライン５に沿った表面３の変位データを取得する。そして、ＡＦユニット２１２は、改質領域７を形成する際、取得した変位データに基づいて駆動ユニット２３２を駆動させ、加工対象物１の表面３のうねりに沿うように集光光学系２０４をその光軸方向に往復移動させる。

さらにまた、レーザ加工装置２００は、該レーザ加工装置２００を制御するためのものとして、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部２５０を備えている。制御部２５０は、レーザ光源２０２を制御し、レーザ光源２０２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２５０は、改質領域７を形成する際、レーザ光Ｌの集光点Ｐが加工対象物１の表面３から所定距離に位置し且つ切断予定ライン５に沿って相対的に移動するように、筐体２３１やステージ１１１の位置、及び駆動ユニット２３２の駆動を制御する。

また、制御部２５０は、改質領域７を形成する際、反射型空間光変調器２０３における画素電極２１４の各電極部２１４ａと透明電極膜２１７に所定電圧を印加することで、反射型空間光変調器２０３における液晶層２１６の各素子の屈折率を変化し、液晶層２１６に所定の変調パターンを表示させる。その結果、反射型空間光変調器２０３から出射され加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差が、所定収差以下となるよう制御されることとなる（詳しくは、後述）。

以上のように構成されたレーザ加工装置２００を用いて加工対象物１を切断する場合、まず、加工対象物１の裏面に、例えばエキスパンドテープを貼り付けて当該加工対象物１をステージ１１１上に載置する。

続いて、加工対象物１の表面３からシリコンウェハ１１の内部に集光点を合わせ、レーザ光源２０２からレーザ光Ｌを照射する（図９のＳ１）。出射されたレーザ光Ｌは、筐体２３１内において水平方向に進行した後、ミラー２０５ａによって下方に反射され、アッテネータ２０７によって光強度が調整される。そして、ミラー２０５ｂによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ２６０によって強度分布が均一化されて反射型空間光変調器２０３に入射する。

反射型空間光変調器２０３に入射したレーザ光Ｌは、所定収差以下の収差で加工対象物１の内部に集光されるよう変調される（Ｓ４）。具体的には、入射したレーザ光Ｌは、液晶層２１６に表示された変調パターンを透過して該変調パターンに応じて変調され、水平方向に対し斜め上方に出射される。そして、ミラー２０６ａによって上方に反射された後、λ／２波長板２２８によって偏光方向が切断予定ライン５に沿う方向となるよう変更され、ミラー２０６ｂによって水平方向に反射されて４ｆ光学系２４１に入射する。

４ｆ光学系２４１に入射したレーザ光Ｌは、平行光で集光光学系２０４に入射するよう波面形状が調整される（Ｓ５）。具体的には、レーザ光Ｌは、第１レンズ２４１ａを透過し収束され、ミラー２１９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２４１ｂを透過し、平行光となるように再び収束される。

その後、レーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー２１０，２１８を順次透過して集光光学系２０４に入射し、ステージ１１１上に載置された加工対象物１の内部に集光光学系２０４によって集光される（Ｓ６）。これにより、切断予定ライン５に沿って、加工対象物１の内部に改質領域７が形成される。そして、エキスパンドテープを拡張することで、改質領域７を切断の起点として、加工対象物１を切断予定ライン５に沿って切断し、複数の半導体チップとして互いに離間させる。

ここで、本実施形態のレーザ加工装置２００にあっては、レーザ光Ｌの位置（ポインティング）を検出する光センサとして、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector：半導***置検出素子）２７０ａ，２７０ｂを備えている。これらＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂは、制御部２５０に接続されており、検出したレーザ光Ｌの位置情報を制御部２５０へ出力する。

ＰＳＤ２７０ａは、レーザ光Ｌの光路においてミラー２０５ａとアッテネータ２０７との間に接続されている。ここでは、ミラー２０５ａで反射されたレーザ光Ｌを、ミラー２７１，２７２で順に反射させてＰＳＤ２７０ａへと導光している。これにより、ＰＳＤ２７０ａは、アッテネータ２０７で光強度が調整される前のレーザ光Ｌのスポットにおける重心位置（中心位置）を、座標値として２次元的に検出する。

ＰＳＤ２７０ｂは、レーザ光Ｌの光路においてミラー２０５ｂとビームホモジナイザ２６０との間に接続されている。ここでは、ミラー２０５ｂで反射されたレーザ光Ｌを、ミラー２７３，２７４で順に反射させてＰＳＤ２７０ｂへと導光している。これにより、ＰＳＤ２７０ｂは、ビームホモジナイザ２６０で強度分布が均一化される前のレーザ光Ｌのスポットにおける重心位置を、座標値として２次元的に検出する。

図１０は、ＰＳＤにより検出されたレーザ光の位置情報の一例を示す概念図である。図中の例では、検出されるレーザ光Ｌの座標値Ｑが、初期状態（初期調整時）のレーザ光Ｌの重心位置を原点（基準位置）とした座標軸にて設定されている。図１０に示すように、ＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂによれば、レーザ光Ｌの座標値が検出される、つまり、レーザ光Ｌの基準値（初期値）に対する位置変化量が検出されることになる。

そこで、本実施形態においては、レーザ光源２０２から出射され反射型空間光変調器２０３に入射する前のレーザ光Ｌの座標値Ｑを、ＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂによって常時モニタする（Ｓ２）。そして、ＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂの少なくとも一方から入力されたレーザ光Ｌの座標値Ｑに基づいて、反射型空間光変調器２０３の電極部２１４ａ及び透明導電膜２１７に印加する電圧を制御部２５０によって制御し、液晶層２１６に表示する変調パターンの位置を自動的に変化（補正）させる（Ｓ３）。

具体的には、レーザ光Ｌの座標値に関連付けられた変調パターンの位置変化量に関するデータテーブルを、制御部２５０に予め格納しておく。図１１に示すように、ここでのデータテーブルＴｂでは、レーザ光Ｌと変調パターンとが所定位置関係を保つように（例えば、互いの重心が一致するように）、レーザ光Ｌの座標値Ｑと変調パターンの位置変化量とがＸ及びＹ座標（図８参照）毎に関連付けられている。そして、このデータテーブルＴｂを用いて、ＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂで検出されたレーザ光Ｌの座標値から変調パターンの位置変化量を導出し、この位置変化量だけ変調パターンの位置を変化させる。

或いは、レーザ光Ｌの座標値に基づいて、下式（１）によって変調パターンの位置変化量を算出し、この位置変化量だけ変調パターンの位置を変化させてもよい。
ΔＸ＝ＰＳＤｘ×ａ
ΔＹ＝ＰＳＤｙ×ｂ …（１）
但し、ΔＸ ：変調パターンの位置変化量（Ｘ座標）、
ΔＹ ：変調パターンの位置変化量（Ｙ座標）、
ＰＳＤｘ：レーザ光Ｌの座標値（Ｘ座標）
ＰＳＤｙ：レーザ光Ｌの座標値（Ｙ座標）
ａ，ｂ ：所定の設定値

これにより、液晶層２１６に入射されるレーザ光Ｌと液晶層２１６に表示される変調パターンＨとの位置関係が、１ピクセル程度の高い精度で所定位置関係に合わせ込まれる。その結果、反射型空間光変調器２０３では、加工対象物１の内部に集光されるレーザ光Ｌの収差が所定収差以下となるように、レーザ光Ｌが確実且つ精度よく変調されることとなる。

図１２は、液晶層に表示された変調パターンと液晶層に入射したレーザ光との関係を示す概念図である。図１２では、Ｚ軸方向（図８参照）から見たときの液晶層２１６を示しており、変調パターンＨを円形状のものとしている。図１２（ａ）に示すように、例えば光学系のズレ等によって、表示された変調パターンＨの重心と入射したレーザ光Ｌとの重心とがズレて不一致となる場合でも、図１２（ｂ）に示すように、レーザ光Ｌの座標値に基づき変調パターンＨの位置が自動的に移動され、変調パターンＨの重心とレーザ光Ｌとの重心とが一致することになる。

以上、本実施形態では、反射型空間光変調器２０３における変調パターンＨの位置がレーザ光Ｌの位置に基づいて変化され、レーザ光Ｌと変調パターンＨとの位置関係が１ピクセル程度の高い精度で合わせ込まれている。よって、反射型空間光変調器２０３でレーザ光Ｌを常に好適に変調させることができ、加工対象物１に集光されるレーザ光Ｌの収差を安定して抑制することが可能となる。

従って、本実施形態によれば、加工対象物１に精度よい改質領域７を安定して形成することが可能となる。その結果、装置間機差を抑制することができ、加工品質を常に高く維持することが可能となる。

図１３は、加工対象物に改質領域を形成して切断した際の切断面状態を示す拡大写真図である。なお、反射型空間光変調器２０３の画素サイズ（ピクセルサイズ）は、２０μｍ×２０μｍ、画素数（ピクセル数）は横（Ｘ）方向に７９２、縦（Ｙ）方向に６００の７９２×６００とされている。図中では、液晶層２１６において変調パターンである収差補正パターンＨの位置をＸ方向に沿って変化させたときのものを示している。

図１３に示す例では、変調パターンＨの位置変化量が０（基準位置）のとき及び＋４μｍのとき、レーザ光Ｌと変調パターンＨとの位置関係が所定位置関係となり、切断面の品質が良好とされることがわかる。また、変調パターンＨの位置変化量が＋２４μｍのとき、切断面の品質が不良とされ、それ以外のとき、切断面の品質が通常とされることがわかる。また、図１３に示す例により、精度よい改質領域７を形成する場合、レーザ光Ｌと変調パターンＨとの位置関係に高精度の合わせ込みが要されることがわかる。

また、１ピクセル以下の移動量（つまり、縦及び横方向それぞれの画素サイズ以下の移動量）で十分な効果が現れている。この１ピクセル以内の範囲内の移動によって好ましい加工品質が得られない場合は、光学系のセッティングを再調整することが望ましい。

１ピクセル以下の変調パターンの移動ついて説明する。図１５は、１ピクセル以下の変調パターンの移動を説明するための図である。この図１５は、所定のＸ方向である一方向の各画素（液晶）における変調パターン（例えば収差補正等に関する）に応じた屈折率を棒グラフで示している。つまり、変調パターンを、複数の画素毎の屈折率で表している。ここでは、説明のため、２次元パターンを１次元パターンで簡略化して説明する。

まず、図１５（ａ）に示すように、各画素の屈折率を表す変調パターン曲線（図１３の場合、収差補正パターン曲線）Ｗ１が設定されている。なお、１次元で説明するため、変調パターン曲線と表現するが、２次元の場合には、各画素毎の屈折率を表す変調パターンである。

そして、図１５（ｂ）に示すように、変調パターン曲線Ｗ１を所定の移動量（図１３の場合ように、例えば＋４μｍ）だけ右方向にシフトする。次に、シフトした変調パターン曲線Ｗ２に応じた各画素の屈折率（Ｗ２における丸印）を再計算する。次に、再計算した値に応じた屈折率を各画素に与える。例えば図１３に示す例の場合には、各画素に応じて与えられる屈折率は、８ｂｉｔ（２５６階調）とされている。

以上のように変調パターンＨのシフトが行われる。従って、１ピクセル以下のシフトでも補正することが可能であり、より精密に変調パターン（収差補正パターン）をシフトさせることが可能である。

以上、本発明の好適な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るものではない。例えば、上記実施形態は、レーザ光の位置を検出するものとしてＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂを備えているが、これらの何れか一方のみを備えていてもよい。

さらに、ＰＳＤ２７０ａ，２７０ｂに代えて若しくは加えて、他のＰＳＤを備えていてもよく、例えば、図１４に示すように、レーザ光Ｌの光路においてダイクロイックミラー２３８と集光光学系２０４との間にＰＳＤ３７０が接続されていてもよい。この場合、ダイクロイックミラー２３８を透過したレーザ光Ｌが、ミラー３７１，３７２で順に反射されてＰＳＤ３７０へと導光されるため、加工対象物１に集光する直前のレーザ光Ｌの位置が検出される。よって、レーザ光Ｌに係る光学系にズレ等が生じた場合、必ずレーザ光Ｌの位置のズレとして検出されて変調パターンＨの位置が変化され、レーザ光Ｌと変調パターンＨとの位置関係が適正なものとなる。

また、上記実施形態では、ビームホモジナイザ２６０を備え、ビームホモジナイザ２６０で強度分布を均一化したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３に入射させたが、これに代えて、ビームエキスパンダを備え、ビームエキスパンダでビーム径を拡大したレーザ光Ｌを反射型空間光変調器２０３に入射させてもよい。この場合、レーザ光Ｌの位置検出を高精度化するため、ビームエキスパンダでビーム径が拡大される前のレーザ光Ｌの位置をＰＳＤで検出することが好ましい。

また、改質領域７を形成する際におけるレーザ光入射面は、加工対象物１の表面３に限定されず、加工対象物１の裏面であってもよい。また、切断予定ライン５に沿って複数列の改質領域７を形成しても勿論よい。

１…加工対象物、７…改質領域、２０３…反射型空間光変調器（空間光変調器）、２１６…液晶層（表示部）Ｈ…変調パターン、Ｌ…レーザ光、Ｐ…集光点。

Claims (6)

1. 加工対象物の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記加工対象物に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
   前記レーザ光を空間光変調器で変調する変調工程と、
   変調した前記レーザ光を前記加工対象物に集光させる集光工程と、
   前記レーザ光の位置を検出する検出工程と、を含み、
   前記変調工程においては、
   前記空間光変調器の表示部に表示した変調パターンに前記レーザ光を入射させ、該レーザ光に前記変調パターンに応じた変調を与えると共に、
   前記検出工程で検出した前記レーザ光の位置に基づいて、前記変調パターンの位置を変化させることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記検出工程では、前記レーザ光が基準位置に対して変化した位置変化量を検出し、
   前記変調工程では、前記検出工程で検出した前記レーザ光の位置変化量に基づいて、前記レーザ光と前記変調パターンとが所定位置関係となるよう前記変調パターンの位置を変化させることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記変調工程では、前記レーザ光の位置変化量に関連付けられた前記変調パターンの位置変化量に関するデータテーブルを用いて、前記変調パターンの位置を変化させることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工方法。
4. 前記変調工程では、前記レーザ光の位置変化量に基づいて前記変調パターンの位置変化量を算出し、算出した前記変調パターンの位置変化量に応じて前記変調パターンの位置を変化させることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工方法。
5. 前記変調パターンは、前記表示部の複数の画素毎の屈折率を表しており、
   前記変調工程では、前記変調パターンを所定位置に移動させ、移動させた前記変調パターンに応じて前記複数の画素の屈折率を演算し、この演算した値に応じた屈折率となるよう前記画素の屈折率を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
6. 前記変調パターンを移動させる移動量は、前記表示部の１画素サイズ以下であることを特徴とする請求項５記載のレーザ加工方法。