JP7475952B2 - レーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工ヘッド及び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。特許文献１に記載のレーザ加工装置では、集光レンズを有するレーザ照射機構が基台に対して固定されており、集光レンズの光軸に垂直な方向に沿ったワークの移動が保持機構によって実施される。

特許第５４５６５１０号公報

特許文献１に記載のレーザ加工装置では、レーザ発振器から集光レンズに至るレーザ光の光路上の各構成が筐体内に配置されているため、集光レンズの光軸に垂直な方向に沿って集光レンズを移動させることが困難である。そのような集光レンズの移動を実現するために、レーザ発振器を筐体外に配置することで筐体を小型化し、集光レンズが設けられた筐体を移動機構に取り付けることが考えられる。しかし、その場合には、集光レンズに入射するレーザ光の光軸が集光レンズの光軸に一致した状態を維持することが困難である。

本発明は、レーザ光を精度良く集光することができるレーザ加工ヘッド、及びそのようなレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工ヘッドは、第１方向において互いに対向する第１壁部及び第２壁部、第１方向に垂直な第２方向において互いに対向する第３壁部及び第４壁部、並びに、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向において互いに対向する第５壁部及び第６壁部を有する筐体と、第１壁部又は第５壁部に配置され、筐体内にレーザ光を入射させる入射部と、筐体内に配置され、入射部から入射したレーザ光を調整するレーザ光調整部と、第６壁部に配置され、レーザ光調整部によって調整されたレーザ光を集光しつつ筐体外に出射する集光部と、を備え、レーザ光調整部は、入射部から入射したレーザ光の光軸を調整するための光軸調整部を有し、入射部は、第１方向において第１壁部側に片寄っており、集光部は、第１方向において第２壁部側に片寄っている。

このレーザ加工ヘッドでは、入射部から集光部に至るレーザ光の光路上に、入射部から入射したレーザ光の光軸を調整するための光軸調整部が配置されている。これにより、例えば、レーザ光を出力する光源からレーザ光を導光するための光ファイバの出射端部を入射部に接続した際に、集光部に入射するレーザ光の光軸を集光部の光軸に一致させることができる。また、入射部が第１方向において筐体の第１壁部側に片寄っており、集光部が第１方向において筐体の第２壁部側に片寄っている。これにより、入射部から光軸調整部に至るレーザ光の光路が長くなるのを抑制することができ、その結果として、集光部に入射するレーザ光の光軸が集光部の光軸からずれるのを抑制することができる。よって、このレーザ加工ヘッドによれば、レーザ光を精度良く集光することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、入射部は、第５壁部に配置されており、レーザ光調整部は、第１反射部、アッテネータ、ビームエキスパンダ、第２反射部、反射型空間光変調器及び結像光学系を更に有し、第１反射部は、入射部から入射したレーザ光を第２壁部側に反射し、アッテネータは、第１反射部で反射されたレーザ光の出力を調整し、光軸調整部は、アッテネータによって出力が調整されたレーザ光を第６壁部側に反射し、ビームエキスパンダは、光軸調整部で反射されたレーザ光の径を拡大し、第２反射部は、ビームエキスパンダによって径が拡大されたレーザ光を第１壁部側且つ第５壁部側に反射し、反射型空間光変調器は、第２反射部で反射されたレーザ光を変調しつつ第６壁部側に反射し、結像光学系は、反射型空間光変調器の反射面と集光部の入射瞳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もよい。これによれば、レーザ光の成形に関する構成である「ビームエキスパンダ、第２反射部、反射型空間光変調器、結像光学系及び集光部」に入射するレーザ光の光軸を調整することができるため、レーザ光をより精度良く集光することができる。また、第１反射部と光軸調整部との間にアッテネータが配置されているため、アッテネータの適用による筐体の大型化を抑制することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、入射部は、第５壁部に配置されており、レーザ光調整部は、アッテネータ、第１反射部、ビームエキスパンダ、第２反射部、反射型空間光変調器及び結像光学系を更に有し、光軸調整部は、入射部から入射したレーザ光を第２壁部側に反射し、アッテネータは、光軸調整部で反射されたレーザ光の出力を調整し、第１反射部は、アッテネータによって出力が調整されたレーザ光を第６壁部側に反射し、ビームエキスパンダは、第１反射部で反射されたレーザ光の径を拡大し、第２反射部は、ビームエキスパンダによって径が拡大されたレーザ光を第１壁部側且つ第５壁部側に反射し、反射型空間光変調器は、第２反射部で反射されたレーザ光を変調しつつ第６壁部側に反射し、結像光学系は、反射型空間光変調器の反射面と集光部の入射瞳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もよい。これによれば、レーザ光の成形に関する構成である「ビームエキスパンダ、第２反射部、反射型空間光変調器、結像光学系及び集光部」に入射するレーザ光の光軸を調整することができるため、レーザ光をより精度良く集光することができる。また、光軸調整部と第１反射部との間にアッテネータが配置されているため、アッテネータの適用による筐体の大型化を抑制することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、入射部は、第１壁部に配置されており、レーザ光調整部は、アッテネータ、ビームエキスパンダ、反射部、反射型空間光変調器及び結像光学系を更に有し、アッテネータは、入射部から入射したレーザ光の出力を調整し、光軸調整部は、アッテネータによって出力が調整されたレーザ光を第６壁部側に反射し、ビームエキスパンダは、光軸調整部で反射されたレーザ光の径を拡大し、反射部は、ビームエキスパンダによって径が拡大されたレーザ光を第１壁部側且つ第５壁部側に反射し、反射型空間光変調器は、反射部で反射されたレーザ光を変調しつつ第６壁部側に反射し、結像光学系は、反射型空間光変調器の反射面と集光部の入射瞳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もよい。これによれば、レーザ光の成形に関する構成である「ビームエキスパンダ、反射部、反射型空間光変調器、結像光学系及び集光部」に入射するレーザ光の光軸を調整することができるため、レーザ光をより精度良く集光することができる。また、入射部と光軸調整部との間にアッテネータが配置されているため、アッテネータの適用による筐体の大型化を抑制することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、第３壁部と第４壁部との距離は、第１壁部と第２壁部との距離よりも小さく、筐体は、第１壁部、第２壁部、第３壁部及び第５壁部の少なくとも１つがレーザ加工装置の取付部側に配置された状態で筐体が取付部に取り付けられるように、構成されており、入射部及び集光部は、第２方向において第４壁部側に片寄っていてもよい。これによれば、第３壁部及び第４壁部が互いに対向する第２方向（集光部の光軸に垂直な方向）に沿って筐体を移動させる場合に、例えば、第４壁部側に他の構成が存在したとしても、当該他の構成に集光部を近付けることができる。また、第３壁部と第４壁部との距離が第１壁部と第２壁部との距離よりも小さいため、第３壁部及び第４壁部が互いに対向する第２方向に沿って筐体を移動させる場合に、筐体が占有する空間を小さくすることができる。更に、入射部及び集光部が第２方向において第４壁部側に片寄っているため、筐体内の領域のうちレーザ光調整部に対して第３壁部側の領域に他の構成を配置する等、当該領域を有効に利用することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドは、筐体内において、レーザ光調整部に対して第３壁部側に配置された回路部を更に備えてもよい。これによれば、筐体内の領域のうちレーザ光調整部に対して第３壁部側の領域を有効に利用することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、筐体内には、筐体内の領域を第３壁部側の領域と第４壁部側の領域とに仕切る仕切壁部が設けられており、レーザ光調整部は、筐体内において、仕切壁部に対して第４壁部側に配置されており、回路部は、筐体内において、仕切壁部に対して第３壁部側に配置されていてもよい。これによれば、回路部で発生する熱がレーザ光調整部に伝わり難くなるため、回路部で発生する熱によってレーザ光調整部に歪みが生じるのを抑制することができ、レーザ光を適切に調整することができる。更に、例えば空冷又は水冷等によって、筐体内の領域のうち第３壁部側の領域において回路部を効率良く冷却することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、レーザ光調整部は、仕切壁部に取り付けられていてもよい。これによれば、レーザ光調整部を筐体内において確実に且つ安定的に支持することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、回路部は、仕切壁部から離間していてもよい。これによれば、回路部で発生する熱が仕切壁部を介してレーザ光調整部に伝わるのをより確実に抑制することができる。

本発明のレーザ加工ヘッドは、対象物の表面と集光部との距離を測定するための測定光を出力し、集光部を介して、対象物の表面で反射された測定光を検出する測定部と、測定光を反射し、レーザ光を透過させるダイクロイックミラーと、を更に備え、回路部は、測定部から出力された信号を処理し、ダイクロイックミラーは、筐体内において、レーザ光調整部と集光部との間に配置されていてもよい。これによれば、筐体内の領域を有効に利用しつつ、レーザ加工装置において、対象物の表面と集光部との距離の測定結果に基づいた加工が可能となる。

本発明のレーザ加工ヘッドでは、測定部は、筐体内において、集光部に対して第１壁部側に配置されていてもよい。これによれば、筐体内の領域をより有効に利用しつつ、レーザ加工装置において、対象物の表面と集光部との距離の測定結果に基づいた加工が可能となる。

本発明のレーザ加工ヘッドは、対象物の表面を観察するための観察光を出力し、集光部を介して、対象物の表面で反射された観察光を検出する観察部を更に備え、観察部は、筐体内において、集光部に対して第１壁部側に配置されていてもよい。これによれば、筐体内の領域を有効に利用しつつ、レーザ加工装置において、対象物の表面の観察結果に基づいた加工が可能となる。

本発明のレーザ加工ヘッドは、集光部を第３方向に沿って移動させる駆動部を更に備え、回路部は、測定部から出力された信号に基づいて駆動部を制御してもよい。これによれば、対象物の表面と集光部との距離の測定結果に基づいてレーザ光の集光点の位置を調整することができる。

本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ加工ヘッドである第１レーザ加工ヘッド及び第２レーザ加工ヘッドと、第１レーザ加工ヘッドの筐体が取り付けられた第１取付部と、第２レーザ加工ヘッドの筐体が取り付けられた第２取付部と、第１レーザ加工ヘッドの入射部及び第２レーザ加工ヘッドの入射部のそれぞれに入射させるレーザ光を出力する光源ユニットと、対象物を支持する支持部と、を備え、第１取付部及び第２取付部のそれぞれは、第２方向に沿って移動し、第１レーザ加工ヘッドの筐体である第１筐体は、第１筐体の第４壁部が第１筐体の第３壁部に対して第２レーザ加工ヘッド側に位置し且つ第１筐体の第６壁部が第１筐体の第５壁部に対して支持部側に位置するように、第１取付部に取り付けられており、第２レーザ加工ヘッドの筐体である第２筐体は、第２筐体の第４壁部が第２筐体の第３壁部に対して第１レーザ加工ヘッド側に位置し且つ第２筐体の第６壁部が第２筐体の第５壁部に対して支持部側に位置するように、第２取付部に取り付けられている。

このレーザ加工装置では、第１レーザ加工ヘッド及び第２レーザ加工ヘッドのそれぞれによってレーザ光が精度良く集光されるため、対象物を効率良く且つ精度良く加工することができる。

本発明のレーザ加工装置では、第１取付部及び第２取付部のそれぞれは、第３方向に沿って移動してもよい。これによれば、対象物をより効率良く加工することができる。

本発明のレーザ加工装置では、支持部は、第１方向に沿って移動し、第３方向に平行な軸線を中心線として回転してもよい。これによれば、対象物をより効率良く加工することができる。

本発明のレーザ加工装置は、上記レーザ加工ヘッドと、レーザ加工ヘッドの筐体が取り付けられた取付部と、レーザ加工ヘッドの入射部に入射させるレーザ光を出力する光源ユニットと、対象物を支持する支持部と、を備え、取付部は、第２方向に沿って移動する。

このレーザ加工装置では、レーザ加工ヘッドによってレーザ光が精度良く集光されるため、対象物を精度良く加工することができる。

本発明のレーザ加工装置では、取付部は、第３方向に沿って移動してもよい。これによれば、対象物を効率良く加工することができる。

本発明のレーザ加工装置では、支持部は、第１方向に沿って移動し、第３方向に平行な軸線を中心線として回転してもよい。これによれば、対象物を効率良く加工することができる。

本発明によれば、レーザ光を精度良く集光することができるレーザ加工ヘッド、及びそのようなレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工装置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斜視図である。 図１に示されるレーザ加工装置の一部分の正面図である。 図１に示されるレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドの正面図である。 図３に示されるレーザ加工ヘッドの側面図である。 図３に示されるレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。 変形例のレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。 変形例のレーザ加工ヘッドの光学系の構成図である。 変形例のレーザ加工装置の斜視図である。

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、複数の移動機構５，６と、支持部７と、１対のレーザ加工ヘッド（第１レーザ加工ヘッド、第２レーザ加工ヘッド）１０Ａ，１０Ｂと、光源ユニット８と、制御部９と、を備えている。以下、第１方向をＸ方向、第１方向に垂直な第２方向をＹ方向、第１方向及び第２方向に垂直な第３方向をＺ方向という。本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

移動機構５は、固定部５１と、移動部５３と、取付部５５と、を有している。固定部５１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。移動部５３は、固定部５１に設けられたレールに取り付けられており、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部５５は、移動部５３に設けられたレールに取り付けられており、Ｘ方向に沿って移動することができる。

移動機構６は、固定部６１と、１対の移動部（第１移動部、第２移動部）６３，６４と、１対の取付部（第１取付部、第２取付部）６５，６６と、を有している。固定部６１は、装置フレーム１ａに取り付けられている。１対の移動部６３，６４のそれぞれは、固定部６１に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Ｙ方向に沿って移動することができる。取付部６５は、移動部６３に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。取付部６６は、移動部６４に設けられたレールに取り付けられており、Ｚ方向に沿って移動することができる。つまり、装置フレーム１ａに対しては、１対の取付部６５，６６のそれぞれが、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って移動することができる。

支持部７は、移動機構５の取付部５５に設けられた回転軸に取り付けられており、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。つまり、支持部７は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動することができ、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転することができる。支持部７は、対象物１００を支持する。対象物１００は、例えば、ウェハである。

図１及び図２に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、移動機構６の取付部６５に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ａは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光（第１レーザ光）Ｌ１を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、移動機構６の取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光（第２レーザ光）Ｌ２を照射する。

光源ユニット８は、１対の光源８１，８２を有している。１対の光源８１，８２は、装置フレーム１ａに取り付けられている。光源８１は、レーザ光Ｌ１を出力する。レーザ光Ｌ１は、光源８１の出射部８１ａから出射され、光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ａに導光される。光源８２は、レーザ光Ｌ２を出力する。レーザ光Ｌ２は、光源８２の出射部８２ａから出射され、別の光ファイバ２によってレーザ加工ヘッド１０Ｂに導光される。

制御部９は、レーザ加工装置１の各部（複数の移動機構５，６、１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂ、及び光源ユニット８等）を制御する。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では、メモリ等に読み込まれたソフトウェア（プログラム）が、プロセッサによって実行され、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が、プロセッサによって制御される。これにより、制御部９は、各種機能を実現する。

以上のように構成されたレーザ加工装置１による加工の一例について説明する。当該加工の一例は、ウェハである対象物１００を複数のチップに切断するために、格子状に設定された複数のラインのそれぞれに沿って対象物１００の内部に改質領域を形成する例である。

まず、対象物１００を支持している支持部７がＺ方向において１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと対向するように、移動機構５が、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って支持部７を移動させる。続いて、対象物１００において一方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

続いて、一方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、一方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。

続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、一方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ一方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。

続いて、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインがＸ方向に沿うように、移動機構５が、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

続いて、他方向に延在する一のライン上にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、他方向に延在する他のライン上にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｙ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。続いて、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ１の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ａを移動させる。その一方で、対象物１００の内部にレーザ光Ｌ２の集光点が位置するように、移動機構６が、Ｚ方向に沿ってレーザ加工ヘッド１０Ｂを移動させる。

続いて、光源８１がレーザ光Ｌ１を出力してレーザ加工ヘッド１０Ａが対象物１００にレーザ光Ｌ１を照射すると共に、光源８２がレーザ光Ｌ２を出力してレーザ加工ヘッド１０Ｂが対象物１００にレーザ光Ｌ２を照射する。それと同時に、他方向に延在する一のラインに沿ってレーザ光Ｌ１の集光点が相対的に移動し且つ他方向に延在する他のラインに沿ってレーザ光Ｌ２の集光点が相対的に移動するように、移動機構５が、Ｘ方向に沿って支持部７を移動させる。このようにして、レーザ加工装置１は、対象物１００において一方向と直交する他方向に延在する複数のラインのそれぞれに沿って、対象物１００の内部に改質領域を形成する。

なお、上述した加工の一例では、光源８１は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ１を出力し、光源８２は、例えばパルス発振方式によって、対象物１００に対して透過性を有するレーザ光Ｌ２を出力する。そのようなレーザ光が対象物１００の内部に集光されると、レーザ光の集光点に対応する部分においてレーザ光が特に吸収され、対象物１００の内部に改質領域が形成される。改質領域は、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。

パルス発振方式によって出力されたレーザ光が対象物１００に照射され、対象物１００に設定されたラインに沿ってレーザ光の集光点が相対的に移動させられると、複数の改質スポットがラインに沿って１列に並ぶように形成される。１つの改質スポットは、１パルスのレーザ光の照射によって形成される。１列の改質領域は、１列に並んだ複数の改質スポットの集合である。隣り合う改質スポットは、対象物１００に対するレーザ光の集光点の相対的な移動速度及びレーザ光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。
［レーザ加工ヘッドの構成］

図３及び図４に示されるように、レーザ加工ヘッド１０Ａは、筐体１１と、入射部１２と、レーザ光調整部１３と、集光部１４と、を備えている。

筐体１１は、第１壁部２１及び第２壁部２２、第３壁部２３及び第４壁部２４、並びに、第５壁部２５及び第６壁部２６を有している。第１壁部２１及び第２壁部２２は、Ｘ方向において互いに対向している。第３壁部２３及び第４壁部２４は、Ｙ方向において互いに対向している。第５壁部２５及び第６壁部２６は、Ｚ方向において互いに対向している。

第３壁部２３と第４壁部２４との距離は、第１壁部２１と第２壁部２２との距離よりも小さい。第１壁部２１と第２壁部２２との距離は、第５壁部２５と第６壁部２６との距離よりも小さい。なお、第１壁部２１と第２壁部２２との距離は、第５壁部２５と第６壁部２６との距離と等しくてもよいし、或いは、第５壁部２５と第６壁部２６との距離よりも大きくてもよい。

レーザ加工ヘッド１０Ａでは、第１壁部２１は、移動機構６の固定部６１とは反対側に位置しており、第２壁部２２は、固定部６１側に位置している。第３壁部２３は、移動機構６の取付部６５側に位置しており、第４壁部２４は、取付部６５とは反対側であってレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置している（図２参照）。第５壁部２５は、支持部７とは反対側に位置しており、第６壁部２６は、支持部７側に位置している。

筐体１１は、第３壁部２３が移動機構６の取付部６５側に配置された状態で筐体１１が取付部６５に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６５は、ベースプレート６５ａと、取付プレート６５ｂと、を有している。ベースプレート６５ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている（図２参照）。取付プレート６５ｂは、ベースプレート６５ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ｂ側の端部に立設されている（図２参照）。筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６５ｂに接触した状態で、台座２７を介してボルト２８が取付プレート６５ｂに螺合されることで、取付部６５に取り付けられている。台座２７は、第１壁部２１及び第２壁部２２のそれぞれに設けられている。筐体１１は、取付部６５に対して着脱可能である。

入射部１２は、第５壁部２５に配置されている。入射部１２は、筐体１１内にレーザ光Ｌ１を入射させる。入射部１２は、Ｘ方向においては第１壁部２１側に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。つまり、Ｘ方向における入射部１２と第１壁部２１との距離は、Ｘ方向における入射部１２と第２壁部２２との距離よりも小さく、Ｙ方向における入射部１２と第４壁部２４との距離は、Ｘ方向における入射部１２と第３壁部２３との距離よりも小さい。

入射部１２には、光ファイバ２の出射端部２ａが接続されている。具体的には、入射部１２は、第５壁部２５に形成された孔２５ａを含む部分である。第５壁部２５には、取付部２５ｂが設けられている。取付部２５ｂには、出射端部２ａの本体部分２ｂがボルト等によって取り付けられている。この状態で、孔２５ａには、出射端部２ａの先端部分２ｃが挿通されている。これにより、光ファイバ２の出射端部２ａは、入射部１２に対して着脱可能である。第５壁部２５と本体部分２ｂとの間には、カバー２５ｃが配置されている。カバー２５ｃは、孔２５ａと先端部分２ｃとの間に形成された隙間を覆っている。一例として、出射端部２ａにおいては、戻り光を抑制するアイソレータが本体部分２ｂ内に配置されており、レーザ光Ｌ１をコリメートするコリメータレンズが先端部分２ｃ内に配置されている。なお、入射部１２は、光ファイバ２の出射端部２ａが接続可能となるように構成されたコネクタ等であってもよい。

レーザ光調整部１３は、筐体１１内に配置されている。レーザ光調整部１３は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１を調整する。レーザ光調整部１３は、筐体１１内において、仕切壁部２９に対して第４壁部２４側に配置されている。レーザ光調整部１３は、仕切壁部２９に取り付けられている。仕切壁部２９は、筐体１１内に設けられており、筐体１１内の領域を第３壁部２３側の領域と第４壁部２４側の領域とに仕切っている。仕切壁部２９は、筐体１１の一部分として構成されている。レーザ光調整部１３が有する各構成は、第４壁部２４側において仕切壁部２９に取り付けられている。仕切壁部２９は、レーザ光調整部１３が有する各構成を支持する光学ベースとして機能している。

集光部１４は、第６壁部２６に配置されている。具体的には、集光部１４は、第６壁部２６に形成された孔２６ａに挿通された状態で、第６壁部２６に配置されている。集光部１４は、レーザ光調整部１３によって調整されたレーザ光Ｌ１を集光しつつ筐体１１外に出射する。集光部１４は、Ｘ方向においては第２壁部２２側に片寄っており、Ｙ方向においては第４壁部２４側に片寄っている。つまり、Ｘ方向における集光部１４と第２壁部２２との距離は、Ｘ方向における集光部１４と第１壁部２１との距離よりも小さく、Ｙ方向における集光部１４と第４壁部２４との距離は、Ｘ方向における集光部１４と第３壁部２３との距離よりも小さい。

図５に示されるように、レーザ光調整部１３は、反射部（第１反射部）３１と、アッテネータ３２と、光軸調整部３３と、を有している。反射部３１、アッテネータ３２及び光軸調整部３３は、Ｘ方向に沿って延在する第１直線Ａ１上に配置されている。反射部３１は、Ｚ方向において入射部１２と対向している。すなわち、反射部３１は、Ｚ方向において光ファイバ２の出射端部２ａと対向している。反射部３１は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１を第２壁部２２側に反射する。反射部３１は、例えば、ミラー又はプリズムである。アッテネータ３２は、反射部３１で反射されたレーザ光Ｌ１の出力を調整する。光軸調整部３３は、アッテネータ３２によって出力が調整されたレーザ光Ｌ１を第６壁部２６側に反射する。

光軸調整部３３は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の光軸を調整するための部分である。本実施形態では、光軸調整部３３は、第１ステアリングミラー３３１と、反射部材３３２と、第２ステアリングミラー３３３と、を有している。

第１ステアリングミラー３３１は、第１直線Ａ１上に配置されている。第１ステアリングミラー３３１は、ミラー３３１ａ及びホルダ３３１ｂによって構成されている。ミラー３３１ａは、ホルダ３３１ｂに取り付けられている。ホルダ３３１ｂは、仕切壁部２９に取り付けられている。ホルダ３３３１は、ミラー３３１ａの向きの調整が可能となるようにミラー３３１ａを保持している。第１ステアリングミラー３３１は、アッテネータ３２によって出力が調整されたレーザ光Ｌ１を第６壁部２６側に反射する。

反射部材３３２は、第１ステアリングミラー３３１で反射されたレーザ光Ｌ１を第２壁部２２側に反射する。反射部材３３２は、例えば、ミラー又はプリズムである。

第２ステアリングミラー３３３は、第２直線Ａ２上に配置されている。第２ステアリングミラー３３３は、ミラー３３３ａ及びホルダ３３３ｂによって構成されている。ミラー３３３ａは、ホルダ３３３ｂに取り付けられている。ホルダ３３３ｂは、仕切壁部２９に取り付けられている。ホルダ３３３ｂは、ミラー３３３ａの向きの調整が可能となるようにミラー３３３ａを保持している。第２ステアリングミラー３３３は、反射部材３３２で反射されたレーザ光Ｌ１を第６壁部２６側に反射する。

一例として、各ホルダ３３１ｂ，３３３ｂに対しては、第２壁部２２に形成された蓋付の開口（図示省略）を介した工具のアクセスが可能である。これにより、後述する観察部１７によって取得される画像等を見つつ工具を操作することで、集光部１４に入射するレーザ光Ｌ１の光軸が集光部１４の光軸に一致するように、各ミラー３３１ａ，３３３ａの向きを調整することができる。

レーザ光調整部１３は、ビームエキスパンダ３４と、反射部（第２反射部）３５と、を更に有している。光軸調整部３３、ビームエキスパンダ３４及び反射部３５は、Ｚ方向に沿って延在する第２直線Ａ２上に配置されている。ビームエキスパンダ３４は、光軸調整部３３で反射されたレーザ光Ｌ１の径を拡大する。反射部３５は、ビームエキスパンダ３４で径が拡大されたレーザ光Ｌ１を第１壁部２１側且つ第５壁部２５側に反射する。反射部３５は、例えば、ミラー又はプリズムである。

レーザ光調整部１３は、反射型空間光変調器３６と、結像光学系３７と、を更に有している。反射型空間光変調器３６、結像光学系３７及び集光部１４は、Ｚ方向に沿って延在する第３直線Ａ３上に配置されている。反射型空間光変調器３６は、反射部３５で反射されたレーザ光Ｌ１を変調しつつ第６壁部２６側に反射する。反射型空間光変調器３６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）である。結像光学系３７は、反射型空間光変調器３６の反射面３６ａと集光部１４の入射瞳面１４ａ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。結像光学系３７は、３つ以上のレンズによって構成されている。

第１直線Ａ１、第２直線Ａ２及び第３直線Ａ３は、Ｙ方向に垂直な平面上に位置している。第２直線Ａ２は、第３直線Ａ３に対して第２壁部２２側に位置している。レーザ加工ヘッド１０Ａでは、Ｚ方向に沿って入射部１２から筐体１１内に入射したレーザ光Ｌ１は、反射部３１で反射されて、第１直線Ａ１上を進行する。第１直線Ａ１上を進行したレーザ光Ｌ１は、光軸調整部３３で反射されて、第２直線Ａ２上を進行する。第２直線Ａ２上を進行したレーザ光Ｌ１は、反射部３５及び反射型空間光変調器３６で順次に反射されて、第３直線Ａ３上を進行する。第３直線Ａ３上を進行したレーザ光Ｌ１は、Ｚ方向に沿って集光部１４から筐体１１外に出射される。

レーザ加工ヘッド１０Ａは、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、観察部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を更に備えている。

ダイクロイックミラー１５は、第３直線Ａ３上において、結像光学系３７と集光部１４との間に配置されている。つまり、ダイクロイックミラー１５は、筐体１１内において、レーザ光調整部１３と集光部１４との間に配置されている。ダイクロイックミラー１５は、第４壁部２４側において仕切壁部２９に取り付けられている。ダイクロイックミラー１５は、レーザ光Ｌ１を透過させる。ダイクロイックミラー１５は、非点収差を抑制する観点では、例えば、キューブ型、又は、ねじれの関係を有するように配置された２枚のプレート型が好ましい。

測定部１６は、筐体１１内において、第３直線Ａ３に対して第１壁部２１側に配置されている。つまり、測定部１６は、Ｘ方向においては、集光部１４に対して第１壁部２１側に配置されている。測定部１６は、第４壁部２４側において仕切壁部２９に取り付けられている。測定部１６は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）と集光部１４との距離を測定するための測定光Ｌ１０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０を検出する。つまり、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４を介して測定部１６で検出される。

より具体的には、測定部１６から出力された測定光Ｌ１０は、第４壁部２４側において仕切壁部２９に取り付けられたビームスプリッタ２０、及びダイクロイックミラー１５で順次に反射され、集光部１４から筐体１１外に出射される。対象物１００の表面で反射された測定光Ｌ１０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５及びビームスプリッタ２０で順次に反射され、測定部１６に入射し、測定部１６で検出される。

観察部１７は、筐体１１内において、第３直線Ａ３に対して第１壁部２１側に配置されている。つまり、観察部１７は、Ｘ方向においては、集光部１４に対して第１壁部２１側に配置されている。観察部１７は、第４壁部２４側において仕切壁部２９に取り付けられている。観察部１７は、対象物１００の表面（例えば、レーザ光Ｌ１が入射する側の表面）を観察するための観察光Ｌ２０を出力し、集光部１４を介して、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０を検出する。つまり、観察部１７から出力された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して対象物１００の表面に照射され、対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４を介して観察部１７で検出される。

より具体的には、観察部１７から出力された観察光Ｌ２０は、ビームスプリッタ２０を透過してダイクロイックミラー１５で反射され、集光部１４から筐体１１外に出射される。対象物１００の表面で反射された観察光Ｌ２０は、集光部１４から筐体１１内に入射してダイクロイックミラー１５で反射され、ビームスプリッタ２０を透過して観察部１７に入射し、観察部１７で検出される。なお、レーザ光Ｌ１、測定光Ｌ１０及び観察光Ｌ２０のそれぞれの波長は、互いに異なっている（少なくともそれぞれの中心波長が互いにずれている）。

駆動部１８は、第４壁部２４側において仕切壁部２９に取り付けられている。駆動部１８は、例えば圧電素子の駆動力によって、第６壁部２６に配置された集光部１４をＺ方向に沿って移動させる。

回路部１９は、筐体１１内において、仕切壁部２９に対して第３壁部２３側に配置されている。つまり、回路部１９は、筐体１１内において、レーザ光調整部１３、測定部１６及び観察部１７に対して第３壁部２３側に配置されている。回路部１９は、仕切壁部２９から離間している。回路部１９は、例えば、複数の回路基板である。回路部１９は、測定部１６から出力された信号、及び反射型空間光変調器３６に入力する信号を処理する。回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて駆動部１８を制御する。一例として、回路部１９は、測定部１６から出力された信号に基づいて、対象物１００の表面と集光部１４との距離が一定に維持されるように（すなわち、対象物１００の表面とレーザ光Ｌ１の集光点との距離が一定に維持されるように）、駆動部１８を制御する。

なお、仕切壁部２９には、測定部１６、観察部１７、駆動部１８及び反射型空間光変調器３６のそれぞれと回路部１９とを電気的に接続するための配線が通る切欠き、孔等（図示省略）が形成されている。また、筐体１１には、回路部１９と制御部９（図１参照）とを電気的に接続するための配線等が接続されるコネクタ（図示省略）が設けられている。

レーザ加工ヘッド１０Ｂは、レーザ加工ヘッド１０Ａと同様に、筐体１１と、入射部１２と、レーザ光調整部１３と、集光部１４と、ダイクロイックミラー１５と、測定部１６と、観察部１７と、駆動部１８と、回路部１９と、を備えている。ただし、レーザ加工ヘッド１０Ｂの各構成は、図２に示されるように、１対の取付部６５，６６間の中点を通り且つＹ方向に垂直な仮想平面に関して、レーザ加工ヘッド１０Ａの各構成と面対称の関係を有するように、配置されている。

例えば、レーザ加工ヘッド１０Ａの筐体（第１筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ｂ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６５に取り付けられている。これに対し、レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体（第２筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ａ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６６に取り付けられている。

レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付部６６側に配置された状態で筐体１１が取付部６６に取り付けられるように、構成されている。具体的には、次のとおりである。取付部６６は、ベースプレート６６ａと、取付プレート６６ｂと、を有している。ベースプレート６６ａは、移動部６３に設けられたレールに取り付けられている。取付プレート６６ｂは、ベースプレート６６ａにおけるレーザ加工ヘッド１０Ａ側の端部に立設されている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、第３壁部２３が取付プレート６６ｂに接触した状態で、取付部６６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂの筐体１１は、取付部６６に対して着脱可能である。
［作用及び効果］

レーザ加工ヘッド１０Ａでは、入射部１２から集光部１４に至るレーザ光Ｌ１の光路上に、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の光軸を調整するための光軸調整部３３が配置されている。これにより、例えば、メンテナンス等のために光ファイバ２の出射端部２ａを筐体１１から外し、再度、光ファイバ２の出射端部２ａを入射部１２に接続した際に、集光部１４に入射するレーザ光Ｌ１の光軸を集光部１４の光軸に一致させることができる。また、入射部１２がＸ方向において筐体１１の第１壁部２１側に片寄っており、集光部１４がＸ方向において筐体１１の第２壁部２２側に片寄っている。これにより、入射部１２から光軸調整部３３に至るレーザ光Ｌ１の光路が長くなるのを抑制することができ、その結果として、集光部１４に入射するレーザ光Ｌ１の光軸が集光部１４の光軸からずれるのを抑制することができる。よって、レーザ加工ヘッド１０Ａによれば、レーザ光Ｌ１を精度良く集光することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、入射部１２が筐体１１の第５壁部２５に配置されており、レーザ光調整部１３において、光軸調整部３３が、反射部３１及びアッテネータ３２の後段（レーザ光Ｌ１の進行方向における下流側）、且つビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６及び結像光学系３７の前段（レーザ光Ｌ１の進行方向における上流側）に、配置されている。ビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６及び結像光学系３７の前段（レーザ光Ｌ１の進行方向における上流側）に配置されている。これにより、レーザ光Ｌ１の成形に関する構成である「ビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６、結像光学系３７及び集光部１４」に入射するレーザ光Ｌ１の光軸を調整することができるため、レーザ光Ｌ１をより精度良く集光することができる。また、入射部１２が第５壁部２５に配置されており、レーザ光調整部１３において、アッテネータ３２が、反射部３１と光軸調整部３３との間に配置されている。これにより、アッテネータ３２の適用による筐体１１の大型化を抑制することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、レーザ光Ｌ１を出力する光源が筐体１１内に設けられていないため、筐体１１の小型化を図ることができる。更に、筐体１１において、第３壁部２３と第４壁部２４との距離が第１壁部２１と第２壁部２２との距離よりも小さく、第６壁部２６に配置された集光部１４がＹ方向において第４壁部２４側に片寄っている。これにより、第３壁部２３及び第４壁部２４が互いに対向するＹ方向に沿って筐体１１を移動させる場合に、例えば、第４壁部２４側に他の構成（例えば、レーザ加工ヘッド１０Ｂ）が存在したとしても、当該他の構成に集光部１４を近付けることができる。また、第３壁部２３と第４壁部２４との距離が第１壁部２１と第２壁部２２との距離よりも小さいため、第３壁部２３及び第４壁部２４が互いに対向するＹ方向に沿って筐体１１を移動させる場合に、筐体１１が占有する空間を小さくすることができる。更に、入射部１２及び集光部１４がＹ方向において第４壁部２４側に片寄っているため、筐体１１内の領域のうちレーザ光調整部１３に対して第３壁部２３側の領域に他の構成（例えば、回路部１９）を配置する等、当該領域を有効に利用することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、回路部１９が、筐体１１内において、レーザ光調整部１３に対して第３壁部２３側に配置されている。これにより、筐体１１内の領域のうちレーザ光調整部１３に対して第３壁部２３側の領域を有効に利用することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、レーザ光調整部１３が、筐体１１内において、仕切壁部２９に対して第４壁部２４側に配置されており、回路部１９が、筐体１１内において、仕切壁部２９に対して第３壁部２３側に配置されている。これにより、回路部１９で発生する熱がレーザ光調整部１３に伝わり難くなるため、回路部１９で発生する熱によってレーザ光調整部１３に歪みが生じるのを抑制することができ、レーザ光Ｌ１を適切に調整することができる。更に、例えば空冷又は水冷等によって、筐体１１内の領域のうち第３壁部２３側の領域において回路部１９を効率良く冷却することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、レーザ光調整部１３が仕切壁部２９に取り付けられている。これにより、レーザ光調整部１３を筐体１１内において確実に且つ安定的に支持することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、回路部１９が仕切壁部２９から離間している。これにより、回路部１９で発生する熱が仕切壁部２９を介してレーザ光調整部１３に伝わるのをより確実に抑制することができる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、測定部１６及び観察部１７が、筐体１１内の領域のうち集光部１４に対して第１壁部２１側の領域に配置されており、回路部１９が、筐体１１内の領域のうちレーザ光調整部１３に対して第３壁部２３側に配置されており、ダイクロイックミラー１５が、筐体１１内においてレーザ光調整部１３と集光部１４との間に配置されている。これにより、筐体１１内の領域を有効に利用することができる。更に、レーザ加工装置１において、対象物１００の表面と集光部１４との距離の測定結果に基づいた加工が可能となる。また、レーザ加工装置１において、対象物１００の表面の観察結果に基づいた加工が可能となる。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、回路部１９が、測定部１６から出力された信号に基づいて駆動部１８を制御する。これにより、対象物１００の表面と集光部１４との距離の測定結果に基づいてレーザ光Ｌ１の集光点の位置を調整することができる。

以上の作用及び効果は、レーザ加工ヘッド１０Ｂによっても同様に奏される。

また、レーザ加工装置１では、各レーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂによってレーザ光Ｌ１が精度良く集光されるため、対象物１００を効率良く且つ精度良く加工することができる。

また、レーザ加工装置１では、１対の取付部６５，６６のそれぞれが、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに沿って移動する。これにより、対象物１００をより効率良く加工することができる。

また、レーザ加工装置１では、支持部７が、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って移動し、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転する。これにより、対象物１００をより効率良く加工することができる。
［変形例］

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、図６に示されるように、入射部１２が筐体１１の第１壁部２１に配置されており、レーザ光調整部１３において、光軸調整部３３が、アッテネータ３２の後段、且つビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６及び結像光学系３７の前段に、配置されていてもよい。図６に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａでは、入射部１２、アッテネータ３２及び光軸調整部３３（具体的には、光軸調整部３３の第１ステアリングミラー３３１）が、第１直線Ａ１上に配置されている（その他は、図５に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａと同じである）。図６に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａでは、アッテネータ３２が、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の出力を調整する。これによれば、レーザ光Ｌ１の成形に関する構成である「ビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６、結像光学系３７及び集光部１４」に入射するレーザ光Ｌ１の光軸を調整することができるため、レーザ光Ｌ１をより精度良く集光することができる。また、入射部１２と光軸調整部３３との間にアッテネータ３２が配置されているため、アッテネータ３２の適用による筐体１１の大型化を抑制することができる。更に、レーザ加工装置１の低背化を図ることができる。以上の構成は、レーザ加工ヘッド１０Ｂにも適用可能である。

また、レーザ加工ヘッド１０Ａでは、図７に示されるように、入射部１２が筐体１１の第５壁部２５に配置されており、レーザ光調整部１３において、光軸調整部３３が、アッテネータ３２、反射部３１、ビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６及び結像光学系３７の前段に、配置されていてもよい。図７に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａでは、光軸調整部３３（具体的には、光軸調整部３３の第２ステアリングミラー３３３）、アッテネータ３２及び反射部３１が、第１直線Ａ１上に配置されており、光軸調整部３３（具体的には、光軸調整部３３の第１ステアリングミラー３３１）がＺ方向において入射部１２と対向しており、反射部３１がＺ方向においてビームエキスパンダ３４と対向している（その他は、図５に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａと同じである）。図７に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａでは、光軸調整部３３が、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１を筐体１１の第２壁部２２側に反射し、アッテネータ３２が、光軸調整部３３で反射されたレーザ光Ｌ１の出力を調整し、反射部３１が、アッテネータ３２によって出力が調整されたレーザ光Ｌ１を筐体１１の第６壁部２６側に反射し、ビームエキスパンダ３４が、反射部３１で反射されたレーザ光Ｌ１の径を拡大する。これによれば、レーザ光Ｌ１の成形に関する構成である「ビームエキスパンダ３４、反射部３５、反射型空間光変調器３６、結像光学系３７及び集光部１４」に入射するレーザ光Ｌ１の光軸を調整することができるため、レーザ光Ｌ１をより精度良く集光することができる。また、光軸調整部３３と反射部３１との間にアッテネータ３２が配置されているため、アッテネータ３２の適用による筐体１１の大型化を抑制することができる。以上の構成は、レーザ加工ヘッド１０Ｂにも適用可能である。

また、図５及び図６のそれぞれに示されるレーザ加工ヘッド１０Ａにおいて、アッテネータ３２は、光軸調整部３３とビームエキスパンダ３４との間に配置されていてもよい。また、図７に示されるレーザ加工ヘッド１０Ａにおいて、アッテネータ３２は、反射部３１とビームエキスパンダ３４との間に配置されていてもよい。また、図５、図６及び図７のそれぞれに示されるレーザ加工ヘッド１０Ａにおいて、アッテネータ３２は、ビームエキスパンダ３４の後段（例えば、反射部３５と反射型空間光変調器３６との間）に配置されていてもよい。以上のそれぞれの構成は、レーザ加工ヘッド１０Ｂにも適用可能である。

また、光軸調整部３３は、第１ステアリングミラー３３１と、反射部材３３２と、第２ステアリングミラー３３３と、を有するものに限定されない。光軸調整部３３は、入射部１２から入射したレーザ光Ｌ１の光軸を調整するための構成を有していればよい。一例として、光軸調整部３３は、Ｘ方向に沿って第１壁部２１側から入射したレーザ光Ｌ１を第１壁部２１側且つ第５壁部２５側に反射する第１ステアリングミラー３３１と、第１ステアリングミラー３３１で反射されたレーザ光Ｌ１をＺ方向に沿って第６壁部２６側に反射する第２ステアリングミラー３３３と、を有するものであってもよい。また、第１ステアリングミラー３３１及び第２ステアリングミラー３３３のそれぞれは、電動で動作する電動ミラーであってもよい。その場合、第１ステアリングミラー３３１及び第２ステアリングミラー３３３は、観察部１７によって取得された画像に基づいて各ミラー３３１ａ，３３３ａの向きを自動で調整するように構成されていてもよい。

また、筐体１１は、第１壁部２１、第２壁部２２、第３壁部２３及び第５壁部２５の少なくとも１つがレーザ加工装置１の取付部６５（又は取付部６６）側に配置された状態で筐体１１が取付部６５（又は取付部６６）に取り付けられるように、構成されていればよい。

また、回路部１９は、測定部１６から出力された信号、及び／又は、反射型空間光変調器３６に入力する信号を処理するものに限定されず、レーザ加工ヘッドにおいて何らかの信号を処理するものであればよい。

また、光源ユニット８は、１つの光源を有するものであってもよい。その場合、光源ユニット８は、１つの光源から出力されたレーザ光の一部を出射部８１ａから出射し且つ当該レーザ光の残部を出射部８２ａから出射するように、構成されていればよい。

また、レーザ加工装置１は、単一のレーザ加工ヘッド１０Ａを備えるものであって、当該単一のレーザ加工ヘッド１０Ａの筐体１１が取り付けられた取付部６５が、少なくともＹ方向に沿って移動するものであってもよい。その場合にも、レーザ加工ヘッド１０Ａによってレーザ光Ｌ１が精度良く集光されるため、対象物１００を精度良く加工することができる。また、単一のレーザ加工ヘッド１０Ａを備えるレーザ加工装置１において、取付部６５がＺ方向に沿って移動すれば、対象物１００を効率良く加工することができる。また、単一のレーザ加工ヘッド１０Ａを備えるレーザ加工装置１において、支持部７が、Ｘ方向に沿って移動し、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として回転すれば、対象物１００を効率良く加工することができる。

また、レーザ加工装置１は、３つ以上のレーザ加工ヘッドを備えるものであってもよい。図８は、２対のレーザ加工ヘッドを備えるレーザ加工装置１の斜視図である。図８に示されるレーザ加工装置１は、複数の移動機構２００，３００，４００と、支持部７と、１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂと、１対のレーザ加工ヘッド１０Ｃ，１０Ｄと、光源ユニット（図示省略）と、を備えている。

移動機構２００は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれの方向に沿って支持部７を移動させ、Ｚ方向に平行な軸線を中心線として支持部７を回転させる。

移動機構３００は、固定部３０１と、１対の取付部（第１取付部、第２取付部）３０５，３０６と、を有している。固定部３０１は、装置フレーム（図示省略）に取り付けられている。１対の取付部３０５，３０６のそれぞれは、固定部３０１に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Ｙ方向に沿って移動することができる。

移動機構４００は、固定部４０１と、１対の取付部（第１取付部、第２取付部）４０５，４０６と、を有している。固定部４０１は、装置フレーム（図示省略）に取り付けられている。１対の取付部４０５，４０６のそれぞれは、固定部４０１に設けられたレールに取り付けられており、それぞれが独立して、Ｘ方向に沿って移動することができる。なお、固定部４０１のレールは、固定部３０１のレールと立体的に交差するように配置されている。

レーザ加工ヘッド１０Ａは、移動機構３００の取付部３０５に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ａは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ａから出射されるレーザ光は、光源ユニット（図示省略）から光ファイバ２によって導光される。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、移動機構３００の取付部３０６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｂは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｂから出射されるレーザ光は、光源ユニット（図示省略）から光ファイバ２によって導光される。

レーザ加工ヘッド１０Ｃは、移動機構４００の取付部４０５に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｃは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｃから出射されるレーザ光は、光源ユニット（図示省略）から光ファイバ２によって導光される。レーザ加工ヘッド１０Ｄは、移動機構４００の取付部４０６に取り付けられている。レーザ加工ヘッド１０Ｄは、Ｚ方向において支持部７と対向した状態で、支持部７に支持された対象物１００にレーザ光を照射する。レーザ加工ヘッド１０Ｄから出射されるレーザ光は、光源ユニット（図示省略）から光ファイバ２によって導光される。

図８に示されるレーザ加工装置１における１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂの構成は、図１に示されるレーザ加工装置１における１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂの構成と同様である。図８に示されるレーザ加工装置１における１対のレーザ加工ヘッド１０Ｃ，１０Ｄの構成は、図１に示されるレーザ加工装置１における１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０ＢをＺ方向に平行な軸線を中心線として９０度回転した場合の１対のレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂの構成と同様である。

例えば、レーザ加工ヘッド１０Ｃの筐体（第１筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ｄ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６５に取り付けられている。また、レーザ加工ヘッド１０Ｄの筐体（第２筐体）１１は、第４壁部２４が第３壁部２３に対してレーザ加工ヘッド１０Ｃ側に位置し且つ第６壁部２６が第５壁部２５に対して支持部７側に位置するように、取付部６６に取り付けられている。

また、本発明のレーザ加工ヘッド及びレーザ加工装置は、対象物１００の内部に改質領域を形成するためのものに限定されず、他のレーザ加工を実施するためのものであってもよい。

最後に、レーザ加工装置１の動作の例について説明する。レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。対象物１００には、Ｘ方向に延びると共にＹ方向に配列された複数のラインが設定されているものとする。そのような状態において、制御部９が、一のラインに対してレーザ光Ｌ１をＸ方向にスキャンする第１スキャン処理と、別のラインに対してレーザ光Ｌ２をＸ方向にスキャンする第２スキャン処理とを、少なくとも一部の時間において重複するように実行する。特に、制御部９は、対象物１００のＹ方向の一方の端部に位置するラインからＹ方向の内側のラインに向けて順に第１スキャン処理を実行しつつ、対象物１００のＹ方向の他方の端部に位置するラインからＹ方向の内側のラインに向けて順に第２スキャン処理を実行することができる。これにより、スループットの向上が図られる。

レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。レーザ加工装置１においては、制御部９が、レーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂが一のライン上に配列された第１状態において、レーザ光Ｌ１の集光点をＺ方向における第１位置に位置させつつレーザ光Ｌ１を当該一のラインに対してＸ方向にスキャンする第１スキャン処理と、第１状態において、レーザ光Ｌ２の集光点をＺ方向における第２位置（第１位置よりも入射面側の位置）に位置させつつレーザ光Ｌ２を当該一のラインに対してＸ方向にスキャンする第２スキャン処理と、を実行する。このとき、制御部９は、レーザ光Ｌ２の集光点をレーザ光Ｌ１の集光点よりも所定距離以上Ｘ方向と反対方向に離間した位置としながら、第１スキャン処理及び第２スキャン処理を実行する。所定距離は、例えば３００μｍである。これにより、スループットを向上しつつ、改質領域から亀裂を十分に進展させることができる。

レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。制御部９が、一のラインに対してレーザ光Ｌ１をＸ方向にスキャンする第１スキャン処理と、別のラインに対してレーザ光Ｌ２をＸ方向にスキャンする第２スキャン処理とを、少なくとも一部の時間において重複するように実行すると共に、第２スキャン処理のみを実行しているときに、加工が完了したラインを含む対象物１００の領域を、レーザ加工ヘッド１０Ａと共に可動とされた撮像ユニットにより撮像する撮像処理を実行する。撮像処理においては、対象物１００を透過する光（例えば近赤外領域の光）が用いられる。これにより、第１スキャン処理が行われない時間を利用して、非破壊にてレーザ加工の成否を確認できる。

レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。レーザ加工装置１は、対象物１００において一部分を剥離する剥離加工を実施する。例えば剥離加工では、支持部７を回転しながら、レーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂからレーザ光Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ照射すると共に、当該レーザ光Ｌ１，Ｌ２の集光点それぞれの水平方向における移動を制御することにより、対象物１００の内部において仮想面に沿って改質領域を形成する。その結果、仮想面に渡る当該改質領域を境界として、対象物１００の一部を剥離可能となる。

レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。レーザ加工装置１は、対象物１００において不要部分を除去するトリミング加工を実施する。例えばトリミング加工では、支持部７を回転しながら、対象物１００における有効領域の周縁に沿った位置に集光点を位置させた状態で、支持部７の回転情報に基づきレーザ加工ヘッド１０Ａ，１０Ｂにおけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射の開始及び停止を制御することにより、対象物１００における有効領域の周縁に沿って改質領域を形成する。その結果、例えば冶具又はエアーにより、当該改質領域を境界として不要部分を除去可能となる。

レーザ加工装置１の動作の一例は、次のとおりである。表面側に機能素子層を有する対象物１００に対して、対象物１００の裏面から、ラインに沿ってレーザ光Ｌ１を機能素子層に照射し、ラインに沿って弱化領域を機能素子層に形成する。対象物１００の裏面から、ラインに沿って、レーザ光Ｌ１に対して後行するように、レーザ光Ｌ１のパルス幅よりも短いパルス幅のレーザ光Ｌ２を対象物１００の内部に照射する。レーザ光Ｌ２の照射により、当該弱化領域を利用して、対象物１００の表面に達する亀裂がラインに沿って確実に形成される。

１…レーザ加工装置、７…支持部、８…光源ユニット、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…レーザ加工ヘッド（第１レーザ加工ヘッド、第２レーザ加工ヘッド）、１１…筐体（第１筐体、第２筐体）、１２…入射部、１３…レーザ光調整部、１４…集光部、１４ａ…入射瞳面、１５…ダイクロイックミラー、１６…測定部、１７…観察部、１８…駆動部、１９…回路部、２１…第１壁部、２２…第２壁部、２３…第３壁部、２４…第４壁部、２５…第５壁部、２６…第６壁部、２９…仕切壁部、３１…反射部（第１反射部）、３２…アッテネータ、３３…光軸調整部、３４…ビームエキスパンダ、３５…反射部（第２反射部）、３６…反射型空間光変調器、３６ａ…反射面、３７…結像光学系、６５，６６，３０５，３０６，４０５，４０６…取付部（第１取付部、第２取付部）。

Claims (18)

1. 第１方向において互いに対向する第１壁部及び第２壁部、前記第１方向に垂直な第２方向において互いに対向する第３壁部及び第４壁部、並びに、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な第３方向において互いに対向する第５壁部及び第６壁部を有する筐体と、
   前記第１壁部又は前記第５壁部に配置され、前記筐体内にレーザ光を入射させる入射部と、
   前記筐体内に配置され、前記入射部から入射した前記レーザ光を調整するレーザ光調整部と、
   前記第６壁部に配置され、前記レーザ光調整部によって調整された前記レーザ光を集光しつつ前記筐体外に出射する集光部と、
   前記筐体内に配置された回路部と、
   対象物の表面と前記集光部との距離を測定するための測定光を出力し、前記集光部を介して、前記対象物の前記表面で反射された前記測定光を検出する測定部と、
   前記測定光を反射し、前記レーザ光を透過させるダイクロイックミラーと、を備え、
   前記レーザ光調整部は、前記入射部から入射した前記レーザ光の光軸を調整するための光軸調整部を有し、
   前記入射部は、前記第１方向において第１壁部側に片寄っており、
   前記集光部は、前記第１方向において第２壁部側に片寄っており、
   前記回路部は、前記測定部から出力された信号を処理し、
   前記ダイクロイックミラーは、前記筐体内において、前記レーザ光調整部と前記集光部との間に配置されている、レーザ加工ヘッド。
2. 前記入射部は、前記第５壁部に配置されており、
   前記レーザ光調整部は、第１反射部、アッテネータ、ビームエキスパンダ、第２反射部、反射型空間光変調器及び結像光学系を更に有し、
   前記第１反射部は、前記入射部から入射した前記レーザ光を前記第２壁部側に反射し、
   前記アッテネータは、前記第１反射部で反射された前記レーザ光の出力を調整し、
   前記光軸調整部は、前記アッテネータによって前記出力が調整された前記レーザ光を前記第６壁部側に反射し、
   前記ビームエキスパンダは、前記光軸調整部で反射された前記レーザ光の径を拡大し、
   前記第２反射部は、前記ビームエキスパンダによって前記径が拡大された前記レーザ光を前記第１壁部側且つ前記第５壁部側に反射し、
   前記反射型空間光変調器は、前記第２反射部で反射された前記レーザ光を変調しつつ前記第６壁部側に反射し、
   前記結像光学系は、前記反射型空間光変調器の反射面と前記集光部の入射瞳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する、請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
3. 前記入射部は、前記第５壁部に配置されており、
   前記レーザ光調整部は、アッテネータ、第１反射部、ビームエキスパンダ、第２反射部、反射型空間光変調器及び結像光学系を更に有し、
   前記光軸調整部は、前記入射部から入射した前記レーザ光を前記第２壁部側に反射し、
   前記アッテネータは、前記光軸調整部で反射された前記レーザ光の出力を調整し、
   前記第１反射部は、前記アッテネータによって前記出力が調整された前記レーザ光を前記第６壁部側に反射し、
   前記ビームエキスパンダは、前記第１反射部で反射された前記レーザ光の径を拡大し、
   前記第２反射部は、前記ビームエキスパンダによって前記径が拡大された前記レーザ光を前記第１壁部側且つ前記第５壁部側に反射し、
   前記反射型空間光変調器は、前記第２反射部で反射された前記レーザ光を変調しつつ前記第６壁部側に反射し、
   前記結像光学系は、前記反射型空間光変調器の反射面と前記集光部の入射瞳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する、請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
4. 前記入射部は、前記第１壁部に配置されており、
   前記レーザ光調整部は、アッテネータ、ビームエキスパンダ、反射部、反射型空間光変調器及び結像光学系を更に有し、
   前記アッテネータは、前記入射部から入射した前記レーザ光の出力を調整し、
   前記光軸調整部は、前記アッテネータによって前記出力が調整された前記レーザ光を前記第６壁部側に反射し、
   前記ビームエキスパンダは、前記光軸調整部で反射された前記レーザ光の径を拡大し、
   前記反射部は、前記ビームエキスパンダによって前記径が拡大された前記レーザ光を前記第１壁部側且つ前記第５壁部側に反射し、
   前記反射型空間光変調器は、前記反射部で反射された前記レーザ光を変調しつつ前記第６壁部側に反射し、
   前記結像光学系は、前記反射型空間光変調器の反射面と前記集光部の入射瞳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する、請求項１に記載のレーザ加工ヘッド。
5. 前記第３壁部と前記第４壁部との距離は、前記第１壁部と前記第２壁部との距離よりも小さく、
   前記筐体は、前記第１壁部、前記第２壁部、前記第３壁部及び前記第５壁部の少なくとも１つがレーザ加工装置の取付部側に配置された状態で前記筐体が前記取付部に取り付けられるように、構成されており、
   前記入射部及び前記集光部は、前記第２方向において前記第４壁部側に片寄っている、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
6. 前記回路部は、前記筐体内において、前記レーザ光調整部に対して前記第３壁部側に配置されている、請求項５に記載のレーザ加工ヘッド。
7. 前記筐体内には、前記筐体内の領域を前記第３壁部側の領域と前記第４壁部側の領域とに仕切る仕切壁部が設けられており、
   前記レーザ光調整部は、前記筐体内において、前記仕切壁部に対して前記第４壁部側に配置されており、
   前記回路部は、前記筐体内において、前記仕切壁部に対して前記第３壁部側に配置されている、請求項６に記載のレーザ加工ヘッド。
8. 前記レーザ光調整部は、前記仕切壁部に取り付けられている、請求項７に記載のレーザ加工ヘッド。
9. 前記回路部は、前記仕切壁部から離間している、請求項７又は８に記載のレーザ加工ヘッド。
10. 前記測定部は、前記筐体内において、前記集光部に対して前記第１壁部側に配置されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
11. 前記対象物の前記表面を観察するための観察光を出力し、前記集光部を介して、前記対象物の前記表面で反射された前記観察光を検出する観察部を更に備え、
    前記観察部は、前記筐体内において、前記集光部に対して前記第１壁部側に配置されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
12. 前記集光部を前記第３方向に沿って移動させる駆動部を更に備え、
    前記回路部は、前記測定部から出力された前記信号に基づいて前記駆動部を制御する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッド。
13. それぞれが請求項１～１２のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッドである第１レーザ加工ヘッド及び第２レーザ加工ヘッドと、
    前記第１レーザ加工ヘッドの前記筐体が取り付けられた第１取付部と、
    前記第２レーザ加工ヘッドの前記筐体が取り付けられた第２取付部と、
    前記第１レーザ加工ヘッドの前記入射部及び前記第２レーザ加工ヘッドの前記入射部のそれぞれに入射させる前記レーザ光を出力する光源ユニットと、
    対象物を支持する支持部と、を備え、
    前記第１取付部及び前記第２取付部のそれぞれは、前記第２方向に沿って移動し、
    前記第１レーザ加工ヘッドの前記筐体である第１筐体は、前記第１筐体の前記第４壁部が前記第１筐体の前記第３壁部に対して前記第２レーザ加工ヘッド側に位置し且つ前記第１筐体の前記第６壁部が前記第１筐体の前記第５壁部に対して前記支持部側に位置するように、前記第１取付部に取り付けられており、
    前記第２レーザ加工ヘッドの前記筐体である第２筐体は、前記第２筐体の前記第４壁部が前記第２筐体の前記第３壁部に対して前記第１レーザ加工ヘッド側に位置し且つ前記第２筐体の前記第６壁部が前記第２筐体の前記第５壁部に対して前記支持部側に位置するように、前記第２取付部に取り付けられている、レーザ加工装置。
14. 前記第１取付部及び前記第２取付部のそれぞれは、前記第３方向に沿って移動する、請求項１３に記載のレーザ加工装置。
15. 前記支持部は、前記第１方向に沿って移動し、前記第３方向に平行な軸線を中心線として回転する、請求項１３又は１４に記載のレーザ加工装置。
16. 請求項１～１２のいずれか一項に記載のレーザ加工ヘッドと、
    前記レーザ加工ヘッドの前記筐体が取り付けられた取付部と、
    前記レーザ加工ヘッドの前記入射部に入射させる前記レーザ光を出力する光源ユニットと、
    対象物を支持する支持部と、を備え、
    前記取付部は、前記第２方向に沿って移動する、レーザ加工装置。
17. 前記取付部は、前記第３方向に沿って移動する、請求項１６に記載のレーザ加工装置。
18. 前記支持部は、前記第１方向に沿って移動し、前記第３方向に平行な軸線を中心線として回転する、請求項１６又は１７に記載のレーザ加工装置。

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