JP2023000512A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成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。【解決手段】レーザ加工装置は、対象物100を支持する支持部と、レーザ光を出射する光源と、レーザ光を変調する空間光変調器と、レーザ光をZ方向における一方の側から対象物100に集光する集光部と、集光部を支持部に対して相対的に移動させる移動部と、制御部と、を備える。第1加工光L1の第1集光点及び第2加工光L2の第2集光点の相対的な移動方向をX方向とし、Z方向及びX方向に垂直な方向をY方向とした場合に、制御部は、第1集光点及び第2集光点がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物100において第1集光点及び第2集光点が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、空間光変調器及び移動部を制御する。【選択図】図7

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
対象物にレーザ光を照射することで対象物に改質領域を形成するレーザ加工装置として、レーザ光が複数の加工光に分岐され且つ複数の加工光が互いに異なる箇所に集光されるようにレーザ光を変調する装置が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。このようなレーザ加工装置は、複数の加工光によって複数列の改質領域を形成することができるため、加工時間の短縮化を図る上で極めて有効である。
特開2015-223620号公報 特開2015-226012号公報
ところで、例えば、基板と、基板上にマトリックス状に配置された複数の能素子と、を含む対象物においては、機能素子の微細化が進んでいる。機能素子の微細化が進むと、対象物を機能素子ごとに切断するためのラインの数が増えると共に、隣り合うラインの間隔が狭くなるため、複数のラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域をいかに効率良く且つ精度良く形成し得るかが重要となる。
本発明は、複数のラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成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。
本発明のレーザ加工装置は、対象物を支持する支持部と、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調されたレーザ光をZ方向における一方の側から対象物に集光する集光部と、集光部を支持部に対して相対的に移動させる移動部と、レーザ光が第1加工光及び第2加工光に分岐するように、空間光変調器を制御し、対象物において第1加工光の第1集光点及び第2加工光の第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、移動部を制御する制御部と、を備え、第1集光点及び第2集光点の相対的な移動方向をX方向とし、Z方向及びX方向に垂直な方向をY方向とした場合に、制御部は、第1集光点及び第2集光点がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物において第1集光点及び第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、空間光変調器及び移動部を制御する。
このレーザ加工装置では、第1加工光の第1集光点及び第2加工光の第2集光点が、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物において第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動する。このように、第1集光点及び第2集光点が、Y方向においてだけでなく、X方向においてもずらされるため、第1ライン及び第2ラインの間隔(すなわち、Y方向における第1ラインと第2ラインとの距離)が狭くなったとしても、第1集光点と第2集光点との距離が十分に確保され、干渉による加工品質の劣化が抑制される。よって、このレーザ加工装置によれば、複数のラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成することができる。
本発明のレーザ加工装置では、対象物は、基板と、基板上にマトリックス状に配置された複数の機能素子と、を含み、対象物においては、複数の機能素子のそれぞれの間を通るように複数のストリート領域が格子状に延在しており、制御部は、複数のストリート領域のうち隣り合う第1ストリート領域及び第2ストリート領域のそれぞれに第1ライン及び第2ラインのそれぞれが位置した状態で、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている第1集光点及び第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、空間光変調器及び移動部を制御してもよい。これにより、第1ラインが第1ストリート領域に位置しており、第2ラインが第2ストリート領域に位置している場合に、第1ライン及び第2ラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成することができる。
本発明のレーザ加工装置では、対象物は、基板と、基板上にマトリックス状に配置された複数の機能素子と、を含み、対象物においては、複数の機能素子のそれぞれの間を通るように複数のストリート領域が格子状に延在しており、制御部は、複数のストリート領域のそれぞれに第1ライン及び第2ラインが位置した状態で、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている第1集光点及び第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、空間光変調器及び移動部を制御してもよい。これにより、第1ライン及び第2ラインが同一のストリート領域に位置している場合に、第1ライン及び第2ラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成することができる。
本発明のレーザ加工装置は、第1光遮断部を更に備え、制御部は、レーザ光が第1加工光及び第2加工光を含む0次光及び±n次光(nは自然数)に分岐するように、空間光変調器を制御し、第1光遮断部は、0次光及び±n次光のうち対象物において第1加工光及び第2加工光の外側に集光される光を遮断してもよい。これにより、0次光及び±n次光のうち対象物において第1加工光及び第2加工光の外側に集光される光(以下、「第1加工光及び第2加工光の外側に分岐される光」という)によって対象物にダメージが発生するのを防止することができる。
本発明のレーザ加工装置は、レンズとして機能する第1光学素子及び第2光学素子を有する調整光学系を更に備え、第1光学素子及び第2光学素子は、空間光変調器でのレーザ光の波面形状と集光部でのレーザ光の波面形状とが相似的に一致すると共に第1光学素子及び第2光学素子が両側テレセントリック光学系となるように、配置されており、第1光遮断部は、第1光学素子と第2光学素子との間のフーリエ面上に配置されていてもよい。これにより、第1加工光及び第2加工光の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
本発明のレーザ加工装置では、第1光遮断部は、Y方向において向かい合った一対の第1部分を有し、一対の第1部分のそれぞれは、Y方向に沿って移動可能であってもよい。これにより、Y方向における第1集光点及び第2集光点のずれ量に応じて一対の第1部分の間の距離を調整することができ、第1加工光及び第2加工光の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
本発明のレーザ加工装置では、制御部は、Y方向における第1集光点及び第2集光点のずれ量に基づいて一対の第1部分の間の距離を決定し、決定した距離を介して一対の第1部分がY方向において向かい合うように、第1光遮断部を制御してもよい。これにより、Y方向における第1集光点及び第2集光点のずれ量が変更された場合にも、第1加工光及び第2加工光の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
本発明のレーザ加工装置では、第1光遮断部は、X方向において向かい合った一対の第2部分を有してもよい。これにより、Y方向における第1集光点及び第2集光点のずれ量が変更された場合にも、例えば、X方向における第1集光点及び第2集光点のずれ量を一定とすることで、第1加工光及び第2加工光の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
本発明のレーザ加工装置は、0次光及び/又は非変調光を遮断する第2光遮断部を更に備え、第2光遮断部は、0次光の光路及び/又は非変調光の光路に対して進退可能であってもよい。これにより、0次光が第1加工光及び第2加工光のいずれとしても用いられない場合に、0次光によって対象物にダメージが発生するのを防止することができる。また、非変調光によって対象物にダメージが発生するのを防止することができる。
本発明のレーザ加工方法は、対象物を支持する支持部と、レーザ光を出射する光源と、光源から出射されたレーザ光を変調する空間光変調器と、空間光変調器によって変調されたレーザ光をZ方向における一方の側から対象物に集光する集光部と、集光部を支持部に対して相対的に移動させる移動部と、を備えるレーザ加工装置において実施されるレーザ加工方法であって、レーザ光が第1加工光及び第2加工光に分岐するように、空間光変調器を制御する第1ステップと、対象物において第1加工光の第1集光点及び第2加工光の第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、移動部を制御する第2ステップと、を備え、第1ステップにおいては、第1集光点及び第2集光点の相対的な移動方向をX方向とし、Z方向及びX方向に垂直な方向をY方向とした場合に、第1集光点及び第2集光点がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれるように、空間光変調器が制御される。
このレーザ加工方法によれば、上記レーザ加工装置と同様の理由により、複数のラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成することができる。
本発明によれば、複数のラインのそれぞれに沿って対象物に改質領域を効率良く且つ精度良く形成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が可能となる。
一実施形態のレーザ加工装置の構成図である。 図1に示される空間光変調器の一部分の断面図である。 図1に示される第1光遮断部及び第2光遮断部の平面図である。 図1に示されるレーザ加工装置によって加工される対象物の平面図である。 図4に示される対象物の一部分の断面図である。 図4に示される対象物の一部分におけるレーザ光の照射状態を示す模式図である。 図4に示される対象物の一部分における複数の集光点の位置関係を示す模式図である。 図3に示される第1光遮断部及び第2光遮断部における複数の集光点の位置関係を示す模式図である。 図3に示される第1光遮断部及び第2光遮断部における複数の集光点の位置関係を示す模式図である。 図1に示されるレーザ加工装置において実施される制御方法のフローチャートである。 図1に示されるレーザ加工装置によって加工された対象物の一部分の平面図である。 図1に示されるレーザ加工装置におけるずれ量の評価結果を示す表である。 変形例のレーザ光の照射が実施されている対象物の一部分における複数の集光点の位置関係を示す模式図である。 変形例の対象物の一部分における複数の集光点の位置関係を示す模式図である。 図3に示される第1光遮断部及び第2光遮断部における複数の集光点の位置関係を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[レーザ加工装置の構成]
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、対象物100にレーザ光Lを照射することで対象物100に改質領域Mを形成する装置である。レーザ加工装置1は、支持部2と、光源3と、空間光変調器4と、調整光学系5と、第1光遮断部6と、第2光遮断部7と、集光部8と、移動部9と、制御部10と、筐体11と、カバー12と、を備えている。空間光変調器4、調整光学系5、第1光遮断部6及び第2光遮断部7は、筐体11内に配置されている。光源3は、筐体11の天壁11a上に配置されており、カバー12によって覆われている。集光部8は、筐体11の底壁11bに取り付けられている。以下の説明では、互いに直交する3方向を、それぞれ、X方向、Y方向及びZ方向という。本実施形態では、X方向は第1水平方向であり、Y方向は第1水平方向に垂直な第2水平方向であり、Z方向は鉛直方向である。
支持部2は、筐体11の下方に配置されている。支持部2は、対象物100を支持する。一例として、支持部2は、対象物100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100の表面100aが集光部8側に向いた状態で対象物100を支持する。本実施形態では、支持部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。
光源3は、レーザ光Lを出射する。一例として、光源3は、対象物100に対して透過性を有するレーザ光Lをパルス発振させる。
空間光変調器4は、光源3から出射されたレーザ光Lを変調する。本実施形態では、空間光変調器4は、反射型液晶(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)の空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)であって、入射したレーザ光Lを変調すると共に反射する。
調整光学系5は、レンズとして機能する第1光学素子51及び第2光学素子52を有している。第1光学素子51及び第2光学素子52は、空間光変調器4でのレーザ光Lの波面形状と集光部8でのレーザ光Lの波面形状とが相似的に一致すると共に第1光学素子51及び第2光学素子52が両側テレセントリック光学系となるように、配置されている。一例として、第1光学素子51及び第2光学素子52は、空間光変調器4と第1光学素子51との間の光路の距離が第1光学素子51の第1焦点距離f1となり且つ集光部8と第2光学素子52との間の光路の距離が第2光学素子52の第2焦点距離f2となり且つ第1光学素子51と第2光学素子52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)となり且つ第1光学素子51及び第2光学素子52が両側テレセントリック光学系となるように、配置されている。つまり、調整光学系5は、4f光学系である。空間光変調器4の反射面でのレーザ光Lの像(空間光変調器4によって変調されたレーザ光Lの像)は、調整光学系5によって、集光部8の入射瞳面に転像(結像)される。
第1光遮断部6及び第2光遮断部7は、第1光学素子51と第2光学素子52との間のフーリエ面(すなわち、共焦点Oを含む面)上に配置されている。本実施形態では、第1光遮断部6及び第2光遮断部7は、後述する第1加工光L1及び第2加工光L2のみを通過させる。
集光部8は、空間光変調器4によって変調されたレーザ光LをZ方向における上側(一方の側)から対象物100(具体的には、支持部2によって支持された対象物100)に集光する。集光部8は、集光レンズユニット81及び駆動機構82を有している。集光レンズユニット81は、例えば、複数のレンズによって構成されている。集光レンズユニット81は、空間光変調器4の反射面でのレーザ光Lの像が調整光学系5によって転像される入射瞳面を有している。駆動機構82は、例えば、圧電素子によって構成されている。駆動機構82は、集光レンズユニット81をZ方向に沿って移動させる。
移動部9は、集光部8を支持部2に対して相対的に移動させる。移動部9は、集光部8及び支持部2の少なくとも一方を移動させることで、集光部8を支持部2に対して相対的に移動させる移動機構(アクチュエータ、モータ等の駆動源を含む)である。本実施形態では、移動部9は、X方向及びY方向のそれぞれの方向に沿って支持部2を移動させ、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部2を回転させ、Z方向に沿って筐体11を移動させる。
制御部10は、レーザ加工装置1の各部の動作を制御する。制御部10は、処理部、記憶部及び入力受付部を有している。処理部は、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。処理部では、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。記憶部は、例えばハードディスク等であり、各種データを記憶する。入力受付部は、オペレータから各種データの入力を受け付けるインターフェース部である。
レーザ加工装置1は、アッテネータ13と、ビームホモジナイザ14と、λ/2波長板15と、表面観察ユニット16と、AFユニット17と、複数のミラー18a,18b,18c,18d,18e,18fと、複数のダイクロイックミラー19a,19b,19cと、を更に備えている。ミラー18aは、カバー12内に配置されている。アッテネータ13、ビームホモジナイザ14、λ/2波長板15、表面観察ユニット16、AF(Auto-Focus)ユニット17、複数のミラー18b,18c,18d,18e,18f、及び複数のダイクロイックミラー19a,19b,19cは、筐体11内に配置されている。
レーザ加工装置1では、光源3から出射されたレーザ光Lは、カバー12内において水平方向に進行した後、ミラー18aによって下側に反射され、筐体11内に入射する。筐体11内に入射したレーザ光Lは、アッテネータ13によって光強度を調整された後、ミラー18bによって水平方向に反射され、ビームホモジナイザ14によって強度分布を均一化された後、空間光変調器4に入射する。空間光変調器4に入射したレーザ光Lは、空間光変調器4によって変調されると共に斜め上側に反射され、ミラー18cによって上側に反射される。
ミラー18cによって反射されたレーザ光Lは、λ/2波長板15によって偏光方向を変更された後、ミラー18dによって水平方向に反射され、調整光学系5の第1光学素子51を透過する。第1光学素子51を透過したレーザ光Lは、ミラー18eによって下側に反射され、第1光遮断部6及び第2光遮断部7によってレーザ光Lの一部分を遮断された後、調整光学系5の第2光学素子52、及び複数のダイクロイックミラー19b,19cを透過する。複数のダイクロイックミラー19b,19cを透過したレーザ光Lは、集光部8によって対象物100に集光される。
表面観察ユニット16は、対象物100を観察するためのユニットである。表面観察ユニット16は、観察用光源16a及び光検出器16bを有している。表面観察ユニット16では、観察用光源211aから出射された可視光VL1は、ミラー18f、及び複数のダイクロイックミラー19a,19bによって反射された後、ダイクロイックミラー19cを透過し、集光部8によって対象物100に集光される。対象物100によって反射された可視光VL1の反射光VL2は、集光部8及びダイクロイックミラー19cを透過し、ダイクロイックミラー19bによって反射された後、ダイクロイックミラー19aを透過し、光検出器16bに入射する。
AFユニット17は、集光部8の集光レンズユニット81と対象物100の表面100aとの距離を微調整するためのユニットである。AFユニット17は、AF用レーザ光LB1を出射し、対象物100の表面100aによって反射されたAF用レーザ光LB1の反射光LB2を検出することで、対象物100の表面100aの高さデータを取得する。制御部10は、AFユニット17によって取得された高さデータに基づいて、例えば、集光レンズユニット81と対象物100の表面100aとの距離が一定となるように、集光部8の駆動機構82を制御する。
[空間光変調器の構成]
図2に示されるように、空間光変調器4は、半導体基板41上に、駆動回路層42、画素電極層43、反射膜44、配向膜45、液晶層46、配向膜47、透明導電膜48及び透明基板49がこの順序で積層されることで、構成されている。
半導体基板41は、例えば、シリコン基板である。駆動回路層42は、半導体基板41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43は、半導体基板41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43aを含んでいる。各画素電極43a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43aには、駆動回路層42によって電圧が印加される。
反射膜44は、例えば、誘電体多層膜である。配向膜45は、液晶層46における反射膜44側の表面に設けられており、配向膜47は、液晶層46における反射膜44とは反対側の表面に設けられている。各配向膜45,47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45,47における液晶層46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45,47は、液晶層46に含まれる液晶分子46aを一定方向に配列させる。
透明導電膜48は、透明基板49における配向膜47側の表面に設けられており、液晶層46等を挟んで画素電極層43と向かい合っている。透明基板49は、例えば、ガラス基板である。透明導電膜48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49及び透明導電膜48は、レーザ光Lを透過させる。
以上のように構成された空間光変調器4では、変調パターンを示す信号が制御部10から駆動回路層42に入力されると、当該信号に応じた電圧が各画素電極43aに印加され、各画素電極43aと透明導電膜48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46において、各画素電極43aに対応する領域ごとに液晶分子46aの配列方向が変化し、各画素電極43a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46に変調パターンが表示された状態である。
液晶層46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49及び透明導電膜48を介して液晶層46に入射し、反射膜44で反射されて、液晶層46から透明導電膜48及び透明基板49を介して外部に出射させられると、液晶層46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4によれば、液晶層46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。
[第1光遮断部及び第2光遮断部]
図3に示されるように、第1光遮断部6は、一対の第1部分61及び一対の第2部分62を有している。一対の第1部分61は、Y方向において向かい合っている。本実施形態では、一対の第1部分61は、第1光学素子51と第2光学素子52との間のフーリエ面上において共焦点Oを挟んだ状態で、Y方向において向かい合っている。各第1部分61は、Y方向に沿って移動可能である。各第1部分61は、制御部10によって制御されるモータ等の駆動源(図示省略)によってY方向に沿って移動させられる。一対の第2部分62は、X方向において向かい合っている。本実施形態では、一対の第2部分62は、第1光学素子51と第2光学素子52との間のフーリエ面上において共焦点Oを挟んだ状態で、X方向において向かい合っている。各第2部分62は、一対の第2部分62の間の距離が一定の状態で固定されている。
第2光遮断部7は、例えば、レーザ光Lが空間光変調器4によって0次光及び±n次光(nは自然数)に回折された場合に、0次光の光路及び非変調光の光路に対して進退可能であり、当該光路上に位置した状態で0次光及び非変調光を遮断する。本実施形態では、第2光遮断部7は、第1光学素子51と第2光学素子52との間のフーリエ面上において共焦点Oに対して進退可能であり、共焦点O上に位置した状態で0次光及び非変調光を遮断する。第2光遮断部7は、制御部10によって制御されるモータ等の駆動源(図示省略)によって進退させられる。本実施形態では、第2光遮断部7は、X方向に沿って延在しており且つX方向に沿って進退可能な長尺状の部材であるが、他の方向(例えば、Y方向等)に沿って延在しており且つ当該他の方向に沿って進退可能な長尺状の部材であってもよい。なお、非変調光とは、空間光変調器4に入射したレーザ光Lのうち、空間光変調器4によって変調されずに空間光変調器4から出射された光である。例えば、空間光変調器4に入射したレーザ光Lのうち透明基板49の外側表面(透明導電膜48とは反対側の表面)で反射された光が非変調光となる。
[対象物の構成]
図4及び図5に示されるように、対象物100は、基板101と、複数の機能素子102と、を有している。複数の機能素子102は、基板101上にマトリックス状に配置されている。
基板101は、表面101a及び裏面101bを有している。基板101は、例えば、シリコン基板等の半導体基板である。基板101には、結晶方位を示すノッチ101cが設けられている。なお、基板101には、ノッチ101cの替わりにオリエンテーションフラットが設けられていてもよい。
複数の機能素子102は、基板101の表面101aに設けられている。各機能素子102は、例えば、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、メモリ等の回路素子等である。各機能素子102は、複数の層がスタックされて3次元的に構成される場合もある。
対象物100では、複数の機能素子102のそれぞれの間を通るように複数のストリート領域103が格子状に延在している。本実施形態では、一本のストリート領域103に一本のライン90が位置するように、対象物100に対して複数のライン90が設定され、複数のライン90のそれぞれに沿って機能素子102ごとに対象物100が切断される。一例として、各ライン90は、ストリート領域103の中央を通っている。本実施形態では、複数のライン90は、レーザ加工装置1によって対象物100に設定された仮想的なラインであるが、対象物100に実際に引かれたラインであってもよい。なお、一本のストリート領域103に一本又は複数本のライン90が位置するとは、Z方向から見た場合に、一本のストリート領域103内において当該一本のストリート領域103に沿って一本又は複数本のライン90が延在していることを意味する。
[制御部の機能]
図6に示されるように、対象物100は、複数の機能素子102側から基板101にレーザ光Lが入射するように(すなわち、基板101の表面101aのうちストリート領域103に対応する領域から基板101にレーザ光Lが入射するように)支持部2によって支持されている。以下、複数のライン90のうち隣り合う第1ライン90a及び第2ライン90bに着目して、制御部10の機能について説明する。なお、制御部10は、隣り合う第1ライン90a及び第2ライン90bを最小単位として、全てのライン90に対して同様に機能する。また、制御部10は、複数の機能素子102とは反対側から基板101にレーザ光Lが入射するように(すなわち、基板101の裏面101bから基板101にレーザ光Lが入射するように)対象物100が支持部2によって支持されている場合にも、同様に機能する。
図1及び図6に示されるように、制御部10は、Z方向に平行な軸線を中心線として支持部2が回転するように、移動部9を制御する。これにより、第1ライン90a及び第2ライン90bが、X方向に沿って延在しており且つY方向において隣り合っている状態とされる。この状態で、制御部10は、レーザ光Lが第1加工光L1及び第2加工光L2に分岐するように、空間光変調器4を制御し(第1ステップ)、対象物100において第1加工光L1の第1集光点C1及び第2加工光L2の第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、移動部9を制御する(第2ステップ)。このとき、制御部10は、AFユニット17によって取得された高さデータに基づいて、第1集光点C1及び第2集光点C2のそれぞれが表面101aから所定の深さに位置するように、集光部8の駆動機構82を制御する。以上により、第1ライン90a及び第2ライン90bのそれぞれに沿って基板101の内部に改質領域Mが形成される。
レーザ光Lの分岐について、より詳細に説明する。制御部10は、図7に示されるように、レーザ光Lが第1加工光L1及び第2加工光L2を含む0次光L及び±n次光L±n(nは自然数)に分岐するように、空間光変調器4を制御する。±n次光L±nの複数の集光点は、対象物100において、X方向及びY方向の両方向に対して傾いた一本の直線上に等間隔で並んでいる。0次光Lの集光点及び非変調光Luの集光点は、対象物100において、-1次光L-1の集光点と+1次光L+1の集光点との中間点に位置している。本実施形態では、第1加工光L1は-1次光L-1であり、第2加工光L2は+1次光L+1である。したがって、第1加工光L1の第1集光点C1及び第2加工光L2の第2集光点C2(図6参照)は、Y方向及びX方向のそれぞれの方向において互いにずれていることになる。
つまり、制御部10は、第1集光点C1及び第2集光点C2がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物100において第1集光点C1及び第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御する。本実施形態では、制御部10は、複数のストリート領域103のうち隣り合う第1ストリート領域103a及び第2ストリート領域103bのそれぞれに第1ライン90a及び第2ライン90bのそれぞれが位置した状態で、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている第1集光点C1及び第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御する。
更に、制御部10は、図8及び図9に示されるように、0次光L及び±n次光L±nのうち対象物100において第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に集光される光が遮断されるように、第1光遮断部6を制御すると共に、0次光L及び非変調光Luが遮断されるように、第2光遮断部7を制御する。本実施形態では、第1加工光L1が-1次光L-1であり、第2加工光L2が+1次光L+1であるから、-2次光L-2及び+2次光L+2を含む±m次光(mは2以上の自然数)が第1光遮断部6によって遮断される。
制御部10による第1光遮断部6及び第2光遮断部7の制御について、図10を参照しつつ、より詳細に説明する。まず、制御部10は、X方向ずれ量(X方向における第1集光点C1及び第2集光点C2のずれ量)及びY方向ずれ量(Y方向における第1集光点C1及び第2集光点C2のずれ量)を含む加工条件を取得し(図10のS01)、空間光変調器4に入力する変調パターンを決定する(図10のS02)。
続いて、制御部10は、取得したX方向ずれ量及びY方向ずれ量に基づいて、第1光遮断部6の一対の第1部分61の移動が必要か否かを判断する(図10のS03)。例えば、図8に示されるように、第1加工光L1が-1次光L-1であり、第2加工光L2が+1次光L+1である場合において、-2次光L-2及び+2次光L+2が第1光遮断部6の一対の第2部分62によって遮断されないと想定されるときには、制御部10は、一対の第1部分61の移動が必要であると判断する。一方、図9に示されるように、第1加工光L1が-1次光L-1であり、第2加工光L2が+1次光L+1である場合において、-2次光L-2及び+2次光L+2が第1光遮断部6の一対の第2部分62によって遮断されると想定されるときには、制御部10は、一対の第1部分61の移動が必要でないと判断する。
制御部10は、一対の第1部分61の移動が必要であると判断した場合、Y方向ずれ量に基づいて一対の第1部分61の間の距離を決定し(図10のS04)、決定した距離を介して一対の第1部分61がY方向において向かい合うように、第1光遮断部6を制御する(図10のS05)。上述したように、±n次光L±nの複数の集光点は、対象物100において、X方向及びY方向の両方向に対して傾いた一本の直線上に等間隔で並ぶことになるから、制御部10は、Y方向ずれ量に基づいて、-2次光L-2及び+2次光L+2を含む±m次光(mは2以上の自然数)が第1部分61によって遮断されるように、一対の第1部分61の間の距離を決定することができる。一方、制御部10は、一対の第1部分61の移動が必要でないと判断した場合、図10のS04,S05の処理をスキップする。
続いて、制御部10は、取得した加工条件に基づいて、第2光遮断部7の移動が必要か否かを判断する(図10のS06)。例えば、図8及び図9に示されるように、第1加工光L1が-1次光L-1であり、第2加工光L2が+1次光L+1である場合には、対象物100に対する0次光L及び非変調光Luの照射は不要であるから、制御部10は、第2光遮断部7の移動が必要であると判断する。一方、第1加工光L1又は第2加工光L2が0次光Lである場合には、制御部10は、第2光遮断部7の移動が必要でないと判断する。
制御部10は、第2光遮断部7の移動が必要であると判断した場合、0次光L及び非変調光Luが遮断されるように、第2光遮断部7を制御する(図10のS07)。一方、制御部10は、第2光遮断部7の移動が必要でないと判断した場合、図10のS07の処理をスキップする。
続いて、制御部10は、レーザ光Lの照射を開始する(図10のS08)。すなわち、制御部10は、レーザ光Lを出射するように光源3を制御すると共に、第1集光点C1及び第2集光点C2がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物100において第1集光点C1及び第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御する。
[X方向ずれ量及びY方向ずれ量]
図11は、レーザ加工装置1によって加工された対象物100の一部分の平面図である。図11に示されるように、対象物100において一方向に延在する複数本の改質領域Mに着目すると、対象物100の外縁部104には、改質領域Mの外側端部(対象物100の外縁104a側の端部)が位置している。一方向に延在する複数本の改質領域Mにおいては、外縁104aから改質領域Mの外側端部までのX方向の距離が第1距離の改質領域Mと、外縁104aから改質領域Mの外側端部までのX方向の距離が第1距離よりも大きい第2距離の改質領域Mとが周期的に(例えば、交互に)並んでいる。これは、上述したように、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている第1集光点C1及び第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動することが、隣り合う第1ライン90a及び第2ライン90bを最小単位として、全てのライン90に対して同様に実施されたためである。ここで、X方向ずれ量は、複数の機能素子102が形成されている有効部105を包囲する外縁部104の幅(外縁104aの法線方向における幅)よりも小さいことが好ましい。これにより、有効部105の外縁105aと交差するように全ての改質領域Mを形成することができる。
図12は、レーザ加工装置1におけるずれ量の評価結果を示す表である。図12の「ずれ量」は、X方向ずれ量及びY方向ずれ量のそれぞれを意味している。図12に示されるように、X方向ずれ量及びY方向ずれ量のそれぞれは、高次光カットのマージン(0次光L及び±n次光L±nのうち第1加工光L1及び第2加工光L2のみの確実な通過、換言すれば、0次光L及び±n次光L±nのうち対象物100において第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に集光される光のみの確実な遮断)という観点では、30μm以上900μm以下が好ましく、100μm以上900μm以下がより好ましい。また、X方向ずれ量及びY方向ずれ量のそれぞれは、集光部8の選定(改質領域Mを好適に形成するためのNAを実現し得る集光部8の瞳径の最大値の限界)という観点では、10μm以上700μm以下が好ましく、10μm以上300μm以下がより好ましい。よって、X方向ずれ量及びY方向ずれ量のそれぞれは、30μm以上700μm以下が好ましく、100μm以上300μm以下がより好ましい。
[作用及び効果]
レーザ加工装置1、及びレーザ加工装置1において実施されるレーザ加工方法では、第1加工光L1の第1集光点C1及び第2加工光L2の第2集光点C2が、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物100において第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動する。このように、第1集光点C1及び第2集光点C2が、Y方向においてだけでなく、X方向においてもずらされるため、第1ライン90a及び第2ライン90bの間隔(すなわち、Y方向における第1ライン90aと第2ライン90bとの距離)が狭くなったとしても、第1集光点C1と第2集光点C2との距離が十分に確保され、干渉による加工品質の劣化が抑制される。よって、レーザ加工装置1によれば、複数のライン90のそれぞれに沿って対象物100に改質領域Mを効率良く且つ精度良く形成することができる。
レーザ加工装置1では、制御部10が、複数のストリート領域103のうち隣り合う第1ストリート領域103a及び第2ストリート領域103bのそれぞれに第1ライン90a及び第2ライン90bのそれぞれが位置した状態で、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている第1集光点C1及び第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御する。これにより、第1ライン90aが第1ストリート領域103aに位置しており、第2ライン90bが第2ストリート領域103bに位置している場合に、第1ライン90a及び第2ライン90bのそれぞれに沿って対象物100に改質領域Mを効率良く且つ精度良く形成することができる。
レーザ加工装置1では、レーザ光Lが第1加工光L1及び第2加工光L2を含む0次光L及び±n次光L±nに分岐するように、制御部10が空間光変調器4を制御し、0次光L及び±n次光L±nのうち対象物100において第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に集光される光を第1光遮断部6が遮断する。これにより、0次光L及び±n次光L±nのうち対象物100において第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に集光される光(以下、「第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に分岐される光」という)によって対象物100にダメージが発生するのを防止することができる。
レーザ加工装置1では、第1光遮断部6が、第1光学素子51と第2光学素子52との間のフーリエ面上に配置されている。これにより、第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
レーザ加工装置1では、第1光遮断部6が、Y方向において向かい合った一対の第1部分61を有しており、一対の第1部分61がY方向に沿って移動可能である。これにより、第1集光点C1及び第2集光点C2のY方向ずれ量に応じて一対の第1部分61の間の距離を調整することができ、第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
レーザ加工装置1では、制御部10が、第1集光点C1及び第2集光点C2のY方向ずれ量に基づいて一対の第1部分61の間の距離を決定し、決定した距離を介して一対の第1部分61がY方向において向かい合うように、第1光遮断部6を制御する。これにより、第1集光点C1及び第2集光点C2のY方向ずれ量が変更された場合にも、第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
レーザ加工装置1では、第1光遮断部6が、X方向において向かい合った一対の第2部分62を有している。これにより、第1集光点C1及び第2集光点C2のY方向ずれ量が変更された場合にも、例えば、第1集光点C1及び第2集光点C2のX方向ずれ量を一定とすることで、第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に分岐される光を確実に遮断することができる。
レーザ加工装置1では、0次光L及び非変調光Luを遮断する第2光遮断部7が、0次光Lの光路及び非変調光Luの光路に対して進退可能である。これにより、0次光Lが第1加工光L1及び第2加工光L2のいずれとしても用いられない場合に、0次光Lによって対象物100にダメージが発生するのを防止することができる。また、非変調光Luによって対象物100にダメージが発生するのを防止することができる。
[変形例]
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、制御部10は、図13に示されるように、レーザ光Lが第1加工光L1、第2加工光L2及び第3加工光L3に分岐するように、空間光変調器4を制御し、対象物100において第1加工光L1の第1集光点、第2加工光L2の第2集光点及び第3加工光L3の集光点が第1ライン90a、第2ライン90b及び第3ライン90cに沿って相対的に移動するように、移動部9を制御してもよい。つまり、制御部10は、レーザ光Lが複数の加工光を含む複数の光に分岐するように、空間光変調器4を制御し、対象物100において複数の加工光の複数の集光点が複数のラインに沿って相対的に移動するように、移動部9を制御してもよい。
図13に示される例では、第1加工光L1が-1次光L-1であり、第2加工光L2が0次光Lであり、第3加工光L3が+1次光L+1である。この例でも、制御部10は、第1加工光L1の第1集光点及び第2加工光L2の第2集光点がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれており且つ第2加工光L2の第2集光点及び第3加工光L3の第3集光点がX方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、対象物100において第1加工光L1の第1集光点、第2加工光L2の第2集光点及び第3加工光L3の集光点が第1ライン90a、第2ライン90b及び第3ライン90cに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御する。
制御部10は、図14に示されるように、複数のストリート領域103のそれぞれに第1ライン90a及び第2ライン90bが位置した状態(すなわち、一本のストリート領域103に対して第1ライン90a及び第2ライン90bが位置した状態)で、X方向及びY方向のそれぞれの方向において互いにずれている第1集光点C1及び第2集光点C2が第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御してもよい。これにより、第1ライン90a及び第2ライン90bが同一のストリート領域103に位置している場合に、第1ライン90a及び第2ライン90bのそれぞれに沿って対象物100に改質領域Mを効率良く且つ精度良く形成することができる。この場合にも、0次光L及び±n次光L±nのうち対象物100において第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に集光される光を第1光遮断部6によって遮断してもよい。また、この場合にも、0次光L及び非変調光Luを第2光遮断部7によって遮断してもよい。
第1光遮断部6及び第2光遮断部7は、第1光学素子51と第2光学素子52との間のフーリエ面上に配置されている場合に限定されない。第1光遮断部6及び第2光遮断部7は、例えば、集光部8の入射瞳面の直前に配置されていてもよい。
第1光遮断部6において、各第1部分61は、一対の第1部分61の間の距離が一定の状態で固定されていてもよい。その場合、一対の第1部分61の間の距離の範囲内でX方向における第1集光点C1及び第2集光点C2のずれ量が調整されてもよい。第1光遮断部6において、各第2部分62は、X方向に移動可能であってもよい。第1光遮断部6は、一対の第1部分61を有し、一対の第2部分62を有していなくてもよい。第1光遮断部6は、一対の第2部分62を有し、一対の第1部分61を有していなくてもよい。例えば、0次光の光路が非変調光の光路からずれている場合には、第2光遮断部7は、0次光及び非変調光の少なくとも一方を遮断するものであればよい。
第1ライン90a及び第2ライン90bは、所定の直線に沿って延在するものに限定されず、所定の曲線に沿って延在するものであってもよい。第1ライン90a及び第2ライン90bが所定の曲線に沿って延在している場合、第1ライン90a及び第2ライン90bに沿って相対的に移動する第1集光点C1及び第2集光点C2の相対的な移動方向は、当該曲線の接線方向である。
上記実施形態では、X方向が第1水平方向であり、Y方向が第1水平方向に垂直な第2水平方向であり、Z方向が鉛直方向であったが、X方向、Y方向及びZ方向のそれぞれは、それらの各方向に限定されない。例えば、Z方向が鉛直方向と交差する方向であってもよい。
制御部10は、図15に示されるように、第1集光点C1及び第2集光点C2が少なくともY方向において互いにずれている状態で、対象物において第1集光点及び第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、空間光変調器4及び移動部9を制御してもよい。この場合にも、0次光L及び±n次光L±nのうち対象物100において第1加工光L1及び第2加工光L2の外側に集光される光を第1光遮断部6によって遮断してもよい。また、この場合にも、0次光L及び非変調光Luを第2光遮断部7によって遮断してもよい。
1…レーザ加工装置、2…支持部、3…光源、4…空間光変調器、5…調整光学系、6…第1光遮断部、7…第2光遮断部、8…集光部、9…移動部、10…制御部、51…第1光学素子、52…第2光学素子、61…第1部分、62…第2部分、90…ライン、90a…第1ライン、90b…第2ライン、100…対象物、101…基板、102…機能素子、103…ストリート領域、103a…第1ストリート領域、103b…第2ストリート領域、C1…第1集光点、C2…第2集光点、L…レーザ光、L1…第1加工光、L2…第2加工光、L…0次光、L±n…±n次光、Lu…非変調光、M…改質領域。

Claims (10)

  1. 対象物を支持する支持部と、
    レーザ光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
    前記空間光変調器によって変調された前記レーザ光をZ方向における一方の側から前記対象物に集光する集光部と、
    前記集光部を前記支持部に対して相対的に移動させる移動部と、
    前記レーザ光が第1加工光及び第2加工光に分岐するように、前記空間光変調器を制御し、前記対象物において前記第1加工光の第1集光点及び前記第2加工光の第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、前記移動部を制御する制御部と、を備え、
    前記第1集光点及び前記第2集光点の相対的な移動方向をX方向とし、前記Z方向及び前記X方向に垂直な方向をY方向とした場合に、前記制御部は、前記第1集光点及び前記第2集光点が前記X方向及び前記Y方向のそれぞれの方向において互いにずれている状態で、前記対象物において前記第1集光点及び前記第2集光点が前記第1ライン及び前記第2ラインに沿って相対的に移動するように、前記空間光変調器及び前記移動部を制御する、レーザ加工装置。
  2. 前記対象物は、基板と、前記基板上にマトリックス状に配置された複数の機能素子と、を含み、
    前記対象物においては、前記複数の機能素子のそれぞれの間を通るように複数のストリート領域が格子状に延在しており、
    前記制御部は、前記複数のストリート領域のうち隣り合う第1ストリート領域及び第2ストリート領域のそれぞれに前記第1ライン及び前記第2ラインのそれぞれが位置した状態で、前記X方向及び前記Y方向のそれぞれの方向において互いにずれている前記第1集光点及び前記第2集光点が前記第1ライン及び前記第2ラインに沿って相対的に移動するように、前記空間光変調器及び前記移動部を制御する、請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3. 前記対象物は、基板と、前記基板上にマトリックス状に配置された複数の機能素子と、を含み、
    前記対象物においては、前記複数の機能素子のそれぞれの間を通るように複数のストリート領域が格子状に延在しており、
    前記制御部は、前記複数のストリート領域のそれぞれに前記第1ライン及び前記第2ラインが位置した状態で、前記X方向及び前記Y方向のそれぞれの方向において互いにずれている前記第1集光点及び前記第2集光点が前記第1ライン及び前記第2ラインに沿って相対的に移動するように、前記空間光変調器及び前記移動部を制御する、請求項1に記載のレーザ加工装置。
  4. 第1光遮断部を更に備え、
    前記制御部は、前記レーザ光が前記第1加工光及び前記第2加工光を含む0次光及び±n次光(nは自然数)に分岐するように、前記空間光変調器を制御し、
    前記第1光遮断部は、前記0次光及び前記±n次光のうち前記対象物において前記第1加工光及び前記第2加工光の外側に集光される光を遮断する、請求項1~3のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
  5. レンズとして機能する第1光学素子及び第2光学素子を有する調整光学系を更に備え、
    前記第1光学素子及び前記第2光学素子は、前記空間光変調器での前記レーザ光の波面形状と前記集光部での前記レーザ光の波面形状とが相似的に一致すると共に前記第1光学素子及び前記第2光学素子が両側テレセントリック光学系となるように、配置されており、
    前記第1光遮断部は、前記第1光学素子と前記第2光学素子との間のフーリエ面上に配置されている、請求項4に記載のレーザ加工装置。
  6. 前記第1光遮断部は、前記Y方向において向かい合った一対の第1部分を有し、
    前記一対の第1部分のそれぞれは、前記Y方向に沿って移動可能である、請求項5に記載のレーザ加工装置。
  7. 前記制御部は、前記Y方向における前記第1集光点及び前記第2集光点のずれ量に基づいて前記一対の第1部分の間の距離を決定し、決定した前記距離を介して前記一対の第1部分が前記Y方向において向かい合うように、前記第1光遮断部を制御する、請求項6に記載のレーザ加工装置。
  8. 前記第1光遮断部は、前記X方向において向かい合った一対の第2部分を有する、請求項5~7のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
  9. 0次光及び/又は非変調光を遮断する第2光遮断部を更に備え、
    前記第2光遮断部は、前記0次光の光路及び/又は前記非変調光の光路に対して進退可能である、請求項4~8のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
  10. 対象物を支持する支持部と、
    レーザ光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記レーザ光を変調する空間光変調器と、
    前記空間光変調器によって変調された前記レーザ光をZ方向における一方の側から前記対象物に集光する集光部と、
    前記集光部を前記支持部に対して相対的に移動させる移動部と、を備えるレーザ加工装置において実施されるレーザ加工方法であって、
    前記レーザ光が第1加工光及び第2加工光に分岐するように、前記空間光変調器を制御する第1ステップと、
    前記対象物において前記第1加工光の第1集光点及び前記第2加工光の第2集光点が第1ライン及び第2ラインに沿って相対的に移動するように、前記移動部を制御する第2ステップと、を備え、
    前記第1ステップにおいては、前記第1集光点及び前記第2集光点の相対的な移動方向をX方向とし、前記Z方向及び前記X方向に垂直な方向をY方向とした場合に、前記第1集光点及び前記第2集光点が前記X方向及び前記Y方向のそれぞれの方向において互いにずれるように、前記空間光変調器が制御される、レーザ加工方法。
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