CN121467902A - 激光加工头以及激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工头以及激光加工装置。激光加工头具备：壳体；第一镜，其反射激光；板型的第二镜，其反射被第一镜反射的激光的一部分，并使被第一镜反射的激光的另一部分透过；聚光部，其将激光的一部分聚光于对象物；光检测部，其检测激光的另一部分；和测定部，其输出测定光，经由聚光部检测被对象物反射的测定光。第二镜使从测定部向聚光部行进的测定光以及从聚光部向测定部行进的测定光透过。

Description

激光加工头以及激光加工装置

技术领域

本公开涉及激光加工头以及激光加工装置。

背景技术

作为应用于激光加工装置的激光加工头，已知一种激光加工头，其具备：壳体；调节部，其配置于壳体内，调节加工用的激光；以及聚光部，其安装于壳体，将由调节部调节后的激光聚光于对象物，配置于壳体内的测定部输出测定光，经由聚光部检测被对象物反射的测定光(例如，参照日本特开2021-171802号公报)。在这样的激光加工头中，有时聚光部经由驱动部安装于壳体，驱动部基于从测定部输出的信号使聚光部在与聚光部的光轴平行的方向上移动。

发明内容

在上述那样的激光加工头中，例如在对象物的内部的规定深度形成改质区域时，在测定部中高精度地检测测定光是重要的。另外，例如，在对象物的内部以希望的状态形成改质区域时，高精度地检测向对象物照射的激光的一部分是重要的。

本公开的目的在于提供能够高精度地检测激光的一部分和测定光的激光加工头、以及具备这样的激光加工头的激光加工装置。

本公开的一个方面的激光加工头是，[1]“一种激光加工头，其具备：壳体；第一镜，其配置于所述壳体内，反射加工用的激光；板型的第二镜，其配置于所述壳体内，反射被所述第一镜反射后的所述激光的一部分，并使被所述第一镜反射后的所述激光的另一部分透过；聚光部，其安装于所述壳体，将被所述第二镜反射后的所述激光的所述一部分聚光于对象物；光检测部，其配置于所述壳体内，检测透过了所述第二镜的所述激光的所述一部分；和测定部，其配置于所述壳体内，输出测定光，经由所述聚光部检测被所述对象物反射后的所述测定光，所述第二镜使从所述测定部向所述聚光部行进的所述测定光以及从所述聚光部向所述测定部行进的所述测定光透过”。

在上述激光加工头中，被第一镜反射的激光的一部分透过第二镜入射到光检测部。由此，例如，能够避免在激光的一部分被第二镜反射并入射到光检测部的情况下可能在第二镜产生的重影反射(镜面以外的面所致的反射)，因此能够在光检测部中高精度地检测激光的一部分。另外，从对象物侧通过聚光部的测定光透过第二镜入射到测定部。由此，例如，能够避免在测定光被第二镜反射而入射到测定部的情况下在第二镜中可能产生的重影反射，因此能够在测定部中高精度地检测测定光。由此，根据上述激光加工头，能够高精度地检测激光的一部分以及测定光。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[2]“如上述[1]所述的激光加工头，其中，还具备：观察部，其配置于所述壳体内，输出观察光，经由所述聚光部检测被所述对象物反射后的所述观察光，所述第一镜使从所述观察部向所述聚光部行进的所述观察光以及从所述聚光部向所述观察部行进的所述观察光透过，所述第二镜反射从所述第一镜向所述聚光部行进的所述观察光以及从所述聚光部向所述第一镜行进的所述观察光”。根据该激光加工头，从对象物侧通过聚光部的观察光透过第一镜而入射到观察部。由此，例如，能够避免在观察光被第一镜反射而入射到观察部的情况下在第一镜可能产生的重影反射。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[3]“如上述[2]所述的激光加工头，其中，还具备：第三镜，其配置于所述壳体内，反射从所述观察部向所述第一镜行进的所述观察光；和第四镜，其配置于所述壳体内，反射从所述第一镜向所述观察部行进的所述观察光”。根据该激光加工头，能够抑制壳体的大型化，并且能够延长观察光的光路长度。延长观察光的光路长度有利于提高观察部的观察倍率，进行高精度的观察。在以聚光部的焦点距离和观察部的观察倍率决定观察光的光路长度时，对于加工用的激光为了得到希望的聚光状态而难以改变聚光部的焦点距离的状况下，通过使观察光的光路长度变长，能够提高观察部的观察倍率。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[4]“如上述[2]或[3]所述的激光加工头，其中，所述观察部检测被所述对象物反射并通过了所述聚光部的所述测定光中被所述第二镜反射并透过了所述第一镜的所述测定光的一部分、以及被所述对象物反射并通过了所述聚光部的所述激光中被所述第二镜反射并透过了所述第一镜的所述激光的一部分”。根据该激光加工头，能够监视测定光的状态及激光的状态(例如，对象物的表面上的测定光及加工用的激光的光点位置)。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[5]“如上述[1]～[4]中任一项所述的激光加工头，其中，从所述测定部向所述聚光部行进的所述测定光的光轴在所述聚光部中从所述聚光部的光轴向一侧偏移，从所述聚光部向所述测定部行进的所述测定光的光轴在所述聚光部中从所述聚光部的所述光轴向另一侧偏移”。根据该激光加工头，能够使用偏心三角测距法来取得对象物的规定面的高度信息。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[6]“如上述[1]～[5]中任一项所述的激光加工头，其中，包含所述第一镜和所述第二镜的镜单元、包含所述光检测部的光检测单元以及包含所述测定部的测定单元分别能够相对于所述壳体进行装卸”。根据该激光加工头，能够容易地实施第一镜和第二镜的维护、光检测部的维护以及测定部的维护。即，在维护目标单元时不会对其他单元造成影响，能够仅独立地装卸目标单元。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[7]“如上述[1]～[6]中任一项所述的激光加工头，其中，还具备：驱动部，其安装于所述壳体，使所述聚光部在与所述聚光部的光轴平行的方向上移动；和电路部，其配置于所述壳体内，基于从所述测定部输出的信号来控制所述驱动部”。根据该激光加工头，能够以对象物的规定面为基准使激光的聚光光点位于对象物的内部的规定的位置。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[8]“如上述[1]～[7]中任一项所述的激光加工头，其中，还具备：空间光调制器，其配置于所述壳体内，对向所述第一镜行进的所述激光进行调制并反射；和成像光学系统，其配置于所述壳体内，使从所述空间光调制器向所述第一镜行进的所述激光透过，所述成像光学系统构成所述空间光调制器的反射面与所述聚光部的入射瞳面处于成像关系且所述空间光调制器的所述反射面与所述光检测部的受光面处于成像关系的两侧远心光学系统”。根据该激光加工头，空间光调制器的反射面上的激光的调制像被转像到聚光部的入射瞳面，因此能够通过调制后的激光高精度地加工对象物。另外，空间光调制器的反射面上的激光的调制像被转像至光检测部的受光面，因此能够监视激光的调制状态。

本公开的一个方面的激光加工头也可以是，[9]“如上述[8]所述的激光加工头，其中，还具备：衰减器，其配置于所述壳体内，调节向所述空间光调制器行进的所述激光的输出；和扩束器，其配置于所述壳体内，扩大向所述空间光调制器行进的所述激光的光束直径”。根据该激光加工头，能够在输出被调节且光束直径扩大的状态下对激光进行调制。

本公开的一个方面的激光加工装置是，[10]“一种激光加工装置，其具备：上述[1]～[9]中任一项所述的激光加工头；安装部，其安装有所述激光加工头的所述壳体；光源，其输出入射到所述激光加工头的所述激光；和支承部，其支承所述对象物”。

根据上述激光加工装置，能够在激光加工头中高精度地检测激光的一部分和测定光，因此能够高精度地加工对象物。

附图说明

图1是一个例子的激光加工装置的立体图。

图2是图1所示的激光加工装置的一部分的主视图。

图3是图1所示的激光加工头的主视图。

图4是图1所示的激光加工头的侧视图。

图5是图4所示的激光加工头的结构图。

图6是图5所示的测定部的一部分的结构图。

图7是图5所示的激光加工头的一部分的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本公开的一个例子进行详细的说明。此外，在各图中对相同或相当的部分标注相同的符号，并省略重复的说明。

[激光加工装置的结构]

如图1所示，激光加工装置1具备多个移动机构5、6、支承部7、一对激光加工头10A、10B、光源单元8和控制部9。以下，将相互垂直的三个方向称为X方向、Y方向和Z方向。在激光加工装置1中，Z方向为铅垂方向，X方向及Y方向为水平方向。

移动机构5具有固定部51、移动部53和安装部55。固定部51安装于装置框架1a。移动部53安装于在固定部51设置的轨道，能够沿着Y方向移动。安装部55安装于在移动部53设置的轨道，能够沿着X方向移动。

移动机构6具有固定部61、一对移动部63、64和一对安装部65、66。固定部61安装于装置框架1a。一对移动部63、64分别安装于在固定部61设置的轨道，能够分别独立地沿着Y方向移动。安装部65安装于在移动部63设置的轨道，能够沿着Z方向移动。安装部66安装于在移动部64设置的轨道，能够沿着Z方向移动。

支承部7安装于在移动机构5的安装部55设置的旋转轴，能够以与Z方向平行的轴线为中心线旋转。支承部7支承对象物W。对象物W例如是晶片。

如图1及图2所示，激光加工头10A安装于移动机构6的安装部65。激光加工头10A在Z方向上与支承部7相对的状态下，对支承于支承部7的对象物W照射加工用的激光L。激光加工头10B安装于移动机构6的安装部66。激光加工头10B在Z方向上与支承部7相对的状态下，对支承于支承部7的对象物W照射激光L。

如图1所示，光源单元8具有一对光源81、82。一对光源81、82安装于装置框架1a。一对光源81、82分别输出激光L。从光源81的射出部81a射出的激光L通过光纤2向激光加工头10A导光。从光源82的射出部82a射出的激光L通过其他光纤2向激光加工头10B导光。

控制部9控制激光加工装置1的各部(多个移动机构5、6、一对激光加工头10A、10B和光源单元8等)。控制部9构成为包含处理器、存储器、储存器和通信设备等的计算机装置。在控制部9中，读入到存储器等的软件(程序)由处理器执行，存储器和储存器中的数据的读出及写入、以及通信设备的通信由处理器控制。由此，控制部9实现各种功能。控制部9具有显示器91。显示器91显示各种信息。显示器91也可以构成为接受操作员的指示的输入的触摸面板。

如以上那样构成的激光加工装置1能够用于对晶片进行分割的切割加工、将晶片薄化的切片加工、从晶片除去外周部的修整加工等各种用途。在此，对激光加工装置1的加工的一个例子进行说明。该加工的一个例子是为了将作为晶片的对象物W切断成多个芯片，分别沿着设定为格子状的多条线在对象物W的内部形成改质区域的例子(即，切割加工的前半部分的一个例子)。

首先，在支承部7支承对象物W的状态下，以激光加工头10A与支承部7相对的方式，移动机构5使支承部7分别沿着X方向和Y方向移动，并且移动机构6使激光加工头10A沿着Y方向移动。接着，以在对象物W中在一个方向延伸的多个线沿着X方向的方式，移动机构5以与Z方向平行的轴线为中心线使支承部7旋转。

接着，移动机构6使支承部7沿着Y方向移动，以使从激光加工头10A射出的激光L(以下，称为“激光加工头10A的激光L”)的聚光光点位于在一个方向延伸的一条线上。接着，移动机构6使激光加工头10A沿着Z方向移动，以使激光加工头10A的激光L的聚光光点位于对象物W的内部。

接着，光源81射出激光L，而使激光加工头10A向对象物W照射激光L。与此同时，移动机构5使支承部7沿着X方向移动，以使激光加工头10A的激光L的聚光光点沿着在一个方向延伸的一条线相对地移动。这样，激光加工装置1分别沿着在对象物W中在一个方向延伸的多条线，在对象物W的内部形成改质区域。

接着，以在对象物W中在与一个方向正交的另一个方向上延伸的多个线沿着X方向的方式，移动机构5以与Z方向平行的轴线为中心线使支承部7旋转。

接着，移动机构6使支承部7沿着Y方向移动，以使激光加工头10A的激光L的聚光光点位于在另一个方向上延伸的一条线上。接着，移动机构6使激光加工头10A沿着Z方向移动，以使激光加工头10A的激光L的聚光光点位于对象物W的内部。

接着，光源81射出激光L，而使激光加工头10A向对象物W照射激光L。与此同时，移动机构5使激光加工头10A沿着X方向移动，以使激光加工头10A的激光L的聚光光点沿着在另一个方向上延伸的一条线相对地移动。这样，激光加工装置1分别沿着在对象物W中在与一个方向正交的另一个方向延伸的多条线，在对象物W的内部形成改质区域。

在上述加工的一个例子中，光源81例如通过脉冲振荡方式射出对对象物W具有透过性的激光L。当这样的激光L聚光于对象物W的内部时，在与激光L的聚光光点对应的部分，激光L被特别吸收，在对象物W的内部形成改质区域。改质区域是密度、折射率、机械强度、其他物理特性与周围的非改质区域不同的区域。作为改质区域，例如有熔融处理区域、裂纹区域、绝缘破坏区域、折射率变化区域等。

当通过脉冲振荡方式射出的激光L照射到对象物W，激光L的聚光光点沿着设定于对象物W的线相对地移动时，多个改质光点形成为沿着线排列成一列。一个改质光点通过1脉冲的激光L的照射而形成。一列改质区域是排成一列的多个改质光点的集合。相邻的改质光点根据激光L的聚光光点相对于对象物W的相对的移动速度和激光L的重复频率，存在相互相连的情况，也存在相互分离的情况。

另外，在上述加工的一个例子中，在改质区域的形成中使用激光加工头10A，但也可以在改质区域的形成中使用激光加工头10B。在使用激光加工头10B的情况下，也能够通过与使用激光加工头10A的情况同样的动作，在对象物W的内部形成改质区域。在激光加工装置1中，激光加工头10A和激光加工头10B在Y方向上排列，因此通过沿着X方向的激光加工头10A和激光加工头10B的一次相对移动，能够实施沿着在X方向上延伸的多条线的各个的改质区域的形成。

[激光加工头的结构]

如图2、图3和图4所示，激光加工头10A具备壳体11、入射部12、光学元件部13和聚光部14。

壳体11具有第一壁部21和第二壁部22、第三壁部23和第四壁部24、以及第五壁部25和第六壁部26。第一壁部21和第二壁部22在X方向上彼此相对。第三壁部23和第四壁部24在Y方向上彼此相对。第五壁部25和第六壁部26在Z方向上彼此相对。

第三壁部23与第四壁部24的距离比第一壁部21与第二壁部22的距离小。第一壁部21与第二壁部22的距离小于第五壁部25与第六壁部26的距离。此外，第一壁部21与第二壁部22的距离可以与第五壁部25与第六壁部26的距离相等，或者也可以比第五壁部25与第六壁部26的距离大。

在激光加工头10A中，第一壁部21位于移动机构6的固定部61的相反侧，第二壁部22位于固定部61侧。第三壁部23位于移动机构6的安装部65侧，第四壁部24位于安装部65的相反侧、即激光加工头10B侧。第五壁部25位于支承部7的相反侧，第六壁部26位于支承部7侧。

壳体11构成为在第三壁部23配置于移动机构6的安装部65侧的状态下壳体11安装于安装部65。安装部65具有基板65a和安装板65b。基板65a安装于在移动部63设置的轨道。安装板65b竖立设置于基板65a中的激光加工头10B侧的端部。壳体11在第三壁部23与安装板65b接触的状态下，通过经由台座27螺栓28与安装板65b螺合而安装于安装部65。台座27分别设置于第一壁部21和第二壁部22。壳体11能够相对于安装部65装卸。

入射部12配置于第五壁部25。入射部12使激光L入射到壳体11内。入射部12在X方向上偏向第一壁部21侧，在Y方向上偏向第四壁部24侧。即，X方向上的入射部12与第一壁部21的距离小于X方向上的入射部12与第二壁部22的距离，Y方向上的入射部12与第四壁部24的距离小于Y方向上的入射部12与第三壁部23的距离。

在入射部12连接有光纤2的射出端部2a。入射部12是包括形成于第五壁部25的孔25a的部分。在第五壁部25设置有安装部25b。在安装部25b通过螺栓等安装有射出端部2a的主体部分2b。在该状态下，射出端部2a的前端部分2c通过孔25a。由此，光纤2的射出端部2a能够相对于入射部12装卸。在第五壁部25与主体部分2b之间配置有罩25c。罩25c覆盖形成在孔25a与前端部分2c之间的间隙。作为一个例子，在射出端部2a，抑制返回光的隔离器配置于主体部分2b内，对激光L进行准直的准直透镜配置于前端部分2c内。另外，入射部12也可以是构成为能够连接光纤2的射出端部2a的连接器等。

光学元件部13配置于壳体11内。光学元件部13例如对从入射部12入射的激光L进行调节。光学元件部13在壳体11内相对于分隔壁部29配置于第四壁部24侧。光学元件部13所具有的各结构在第四壁部24侧安装于分隔壁部29。分隔壁部29设置于壳体11内，将壳体11内的区域分隔为第三壁部23侧的区域和第四壁部24侧的区域。分隔壁部29构成为壳体11的一部分。分隔壁部29作为支承光学元件部13所具有的各结构的光学基座发挥功能。

聚光部14配置于第六壁部26。聚光部14以通过形成于第六壁部26的孔26a(参照图5)的状态配置于第六壁部26。聚光部14对由光学元件部13调节后的激光L进行聚光并向壳体11外射出。聚光部14在X方向上偏向第二壁部22侧，在Y方向上偏向第四壁部24侧。即，X方向上的聚光部14与第二壁部22的距离小于X方向上的聚光部14与第一壁部21的距离，Y方向上的聚光部14与第四壁部24的距离小于Y方向上的聚光部14与第三壁部23的距离。

如图5所示，光学元件部13具有镜31、衰减器32、扩束器33和镜34。镜31、衰减器32、扩束器33和镜34配置在与X方向平行的直线上。镜31在Z方向上与入射部12相对。镜31将从入射部12入射的激光L(在图5中用实线表示)向第二壁部22侧反射。衰减器32调节被镜31反射的激光L的输出。扩束器33将由衰减器32调节了输出的激光L的直径扩大。镜34将由扩束器33扩大了直径的激光L向第六壁部26侧反射。镜31和镜34分别例如是板型的镜或者棱镜型的镜。

光学元件部13还具有光轴调节部35和镜36。光轴调节部35是用于调节激光L的光轴的机构。光轴调节部35包括第一转向镜351和第二转向镜352。镜36将由第一转向镜351和第二转向镜352依次反射的激光L向第一壁部21侧且第五壁部25侧反射。镜36例如是板型的镜或棱镜型的镜。

第一转向镜351包括镜351a和保持件351b。镜351a安装于保持件351b。保持件351b安装于分隔壁部29。保持件351b以能够调节镜351a的朝向的方式保持镜351a。第一转向镜351将被镜34反射的激光L向第一壁部21侧且第五壁部25侧反射。

第二转向镜352包括镜352a和保持件352b。镜352a安装于保持件352b。保持件352b安装于分隔壁部29。保持件352b以能够调节镜352a的朝向的方式保持镜352a。第二转向镜352将被第一转向镜351反射的激光L向第一壁部21侧且第六壁部26侧反射。

作为一个例子，相对于各保持件351b、352b，能够经由形成于壳体11的带盖的开口(省略图示)进行工具的接近(access)。由此，通过观察由下述的观察部45取得的图像等并操作工具，能够调节各镜351a、352a的朝向，以使入射到聚光部14的激光L的光轴与聚光部14的光轴一致。

光学元件部13还具有空间光调制器37和成像光学系统38。空间光调制器37和成像光学系统38配置在与Z方向平行的直线上。空间光调制器37对被镜36反射的激光L进行调制并向第六壁部26侧反射。空间光调制器37是反射型的空间光调制器。空间光调制器37例如是LCOS(Liquid Crystal on Silicon)-SLM(Spatial Light Modulator)。成像光学系统38构成空间光调制器37的反射面37a与聚光部14的入射瞳面14a处于成像关系的两侧远心光学系统。成像光学系统38由多个透镜构成。

光学元件部13还具有第一镜41和第二镜42。第一镜41和第二镜42配置在与X方向平行的直线上。第一镜41在Z方向上与成像光学系统38相对。第一镜41将通过了成像光学系统38的激光L向第二壁部22侧反射。第二镜42在Z方向上与聚光部14相对。第二镜42将被第一镜41反射的激光L的一部分La向第六壁部26侧反射，使被第一镜41反射的激光L的另一部分Lb向第二壁部22侧透过。聚光部14将被第二镜42反射的激光L的一部分La相对于对象物W聚光。

光学元件部13还具有光检测部43。光检测部43在X方向上与第二镜42相对。光检测部43检测透过了第二镜42的激光L的一部分Lb。光检测部43例如由CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体))图像传感器等二维传感器构成。另外，在成像光学系统38的两侧远心光学系统中，空间光调制器37的反射面37a与光检测部43的受光面43a处于成像关系。即，成像光学系统38构成空间光调制器37的反射面37a与聚光部14的入射瞳面14a处于成像关系且空间光调制器37的反射面37a与光检测部43的受光面43a处于成像关系的两侧远心光学系统。

光学元件部13还具有测定部44。测定部44相对于第二镜42配置于聚光部14的相反侧。测定部44输出测定光L10(在图5中用单点划线表示)，经由聚光部14检测被对象物W反射的测定光L10。此时，第二镜42使从测定部44向聚光部14行进的测定光L10以及从聚光部14向测定部44行进的测定光L10透过。作为一个例子，测定光L10是用于测定对象物W的表面(例如，激光L入射的一侧的表面)的高度(换言之，该表面与聚光部14的距离)的激光。在该情况下，从测定部44输出的测定光L10经由第二镜42和聚光部14照射到对象物W的表面，被对象物W的表面反射的测定光L10经由聚光部14和第二镜42在测定部44中被检测。

如图6所示，从测定部44的光源441向聚光部14行进的测定光L10的光轴A1在聚光部14中从聚光部14的光轴A向一侧偏移。被对象物W的表面Wa反射而从聚光部14向测定部44的光检测部442行进的测定光L10的光轴A2在聚光部14中从聚光部14的光轴A向另一侧(与一侧相反的一侧)偏移。从测定部44的光源441入射到聚光部14的测定光L10的光轴A1与聚光部14的光轴A平行，从聚光部14射出的测定光L10的光轴A1以被聚光部14聚光的测定光L10的聚光光点C位于聚光部14的光轴A上的方式倾斜。由此，根据对象物W的表面Wa的高度，被表面Wa反射而透过聚光部14的测定光L10的光路发生变化，其结果，测定光L10的入射位置根据对象物W的表面Wa的高度而在测定部44的光检测部442的受光面上发生变化。因此，能够基于光检测部442的受光面上的测定光L10的入射位置，测定对象物W的表面Wa的高度。

如图5所示，光学元件部13还具有观察部45、第三镜46和第四镜47。观察部45包括光源451和相机452。第三镜46相对于第一镜41配置于第二镜42的相反侧。第四镜47相对于第三镜46配置于第一镜41的相反侧。光源451相对于第三镜46配置于第五壁部25侧。相机452相对于第四镜47配置于第五壁部25侧。相机452例如由CMOS图像传感器等二维传感器构成。

观察部45输出观察光L20(在图5中用虚线表示)，经由聚光部14检测被对象物W反射的观察光L20。在观察部45中，从光源451输出观察光L20，在相机452中检测观察光L20。此时，第三镜46反射从光源451向第一镜41行进的观察光L20，使从第一镜41向第四镜47行进的观察光L20透过。第四镜47反射从第一镜41经由第三镜46向相机452行进的观察光L20。第一镜41使从光源451向聚光部14行进的观察光L20以及从聚光部14向相机452行进的观察光L20透过。第二镜42反射从第一镜41向聚光部14行进的观察光L20以及从聚光部14向第一镜41行进的观察光L20。作为一个例子，观察光L20是用于观察对象物W的表面(例如，激光L入射的一侧的表面)的可见光。在该情况下，从光源451输出的观察光L20经由第三镜46、第一镜41、第二镜42和聚光部14照射到对象物W的表面，被对象物W的表面反射的观察光L20经由聚光部14、第二镜42、第一镜41、第三镜46和第四镜47在相机452中被检测。另外，激光L、测定光L10和观察光L20各自的波长互不相同(至少各自的中心波长相互错开)。

如上所述，在光学元件部13中，衰减器32调节向空间光调制器37行进的激光L的输出。扩束器33扩大从衰减器32向空间光调制器37行进的激光L的光束直径。空间光调制器37对向第一镜41行进的激光L进行调制并反射。成像光学系统38使从空间光调制器37向第一镜41行进的激光L透过。在光学元件部13中，构成有“包含空间光调制器37和成像光学系统38的光学单元300”、“包含第一镜41、第二镜42、第三镜46和第四镜47的镜单元400”、“包含光检测部43的光检测单元430”、“包含测定部44的测定单元440”以及“包含观察部45的观察单元450”。光学单元300、镜单元400、光检测单元430、测定单元440和观察单元450分别能够相对于分隔壁部29装卸。即，各单元300、400、430、440、450能够相对于壳体11装卸。作为一个例子，相对于各单元300、400、430、440、450，能够经由形成于壳体11的带盖的开口(省略图示)进行接近(access)。由此，能够对每个单元实施维护。

如图3和图5所示，激光加工头10A还具备驱动部18和电路部19。在激光加工装置1中，电路部19与控制部9电连接，由此电路部19作为控制部9的一部分发挥功能。即，在激光加工装置1中，电路部19构成控制部9的一部分。

驱动部18在第四壁部24侧安装于分隔壁部29。聚光部14经由驱动部18安装于分隔壁部29。即，驱动部18安装于壳体11，聚光部14经由驱动部18安装于壳体11。驱动部18例如通过压电元件的驱动力使聚光部14在与聚光部14的光轴A平行的方向上移动。

电路部19在壳体11内相对于分隔壁部29配置于第三壁部23侧。即，电路部19在壳体11内相对于光学元件部13配置于第三壁部23侧。电路部19与分隔壁部29分离。电路部19例如由多个电路基板构成。电路部19对从测定部44输出的信号以及向空间光调制器37输入的信号进行处理。电路部19基于从测定部44输出的信号来控制驱动部18。作为一个例子，电路部19基于从测定部44输出的信号，控制驱动部18，以将对象物W的表面与聚光部14的距离维持为一定(即，将对象物W的表面与激光L的聚光光点C的距离维持为一定)。

此外，在分隔壁部29形成有用于将光学元件部13所具有的各结构与电路部19电连接的配线所通过的切口、孔等(省略图示)。另外，在壳体11设置有与用于将电路部19和控制部9电连接的配线等连接的连接器(省略图示)。

激光加工头10B与激光加工头10A同样地具备壳体11、入射部12、光学元件部13、聚光部14、驱动部18和电路部19。但是，激光加工头10B的各结构如图2所示，以关于通过一对安装部65、66间的中点且与Y方向垂直的假想平面，与激光加工头10A的各结构具有面对称的关系的方式配置。

例如，激光加工头10A的壳体11以第四壁部24相对于第三壁部23位于激光加工头10B侧，且第六壁部26相对于第五壁部25位于支承部7侧的方式安装于安装部65。与此相对，激光加工头10B的壳体11以第四壁部24相对于第三壁部23位于激光加工头10A侧，且第六壁部26相对于第五壁部25位于支承部7侧的方式安装于安装部66。

激光加工头10B的壳体11构成为在第三壁部23配置于安装部66侧的状态下壳体11安装于安装部66。安装部66具有基板66a和安装板66b。基板66a安装于在移动部63设置的轨道。安装板66b竖立设置于基板66a中的激光加工头10A侧的端部。激光加工头10B的壳体11在第三壁部23与安装板66b接触的状态下安装于安装部66。激光加工头10B的壳体11能够相对于安装部66装卸。

[镜单元所包含的各镜的结构]

参照图7对镜单元400所包含的各镜41、42、46、47进行说明。在图7中，与图5同样，用实线表示激光L，用单点划线表示测定光L10，用虚线表示观察光L20。

如图7所示，第一镜41是具有一对主面41a、41b的板型的镜。作为一个例子，第一镜41是通过在光透过基板的表面形成电介质多层膜而构成的板型的分色镜。在第一镜41中，主面41a是电介质多层膜相对于光透过基板所位于的一侧的主面。主面41a在朝向第二壁部22侧且第五壁部25侧(参照图5)的状态下，以与Y方向平行且相对于X方向和Z方向成45°的角度的方式倾斜。

第二镜42是具有一对主面42a、42b的板型的镜。作为一个例子，第二镜42是通过在光透过基板的表面形成电介质多层膜而构成的板型的分色镜。在第二镜42中，主面42a是电介质多层膜相对于光透过基板所位于的一侧的主面。主面42a在朝向第一壁部21侧且第六壁部26侧(参照图5)的状态下，以与Y方向平行且相对于X方向和Z方向成45°的角度的方式倾斜。

第三镜46是具有一对主面46a、46b的板型的镜。作为一个例子，第三镜46是通过在光透过基板的表面形成电介质多层膜而构成的板型的分色镜。在第三镜46中，主面46a是电介质多层膜相对于光透过基板所位于的一侧的主面。主面46a在朝向第二壁部22侧且第五壁部25侧(参照图5)的状态下，以与Y方向平行且相对于X方向和Z方向成45°的角度的方式倾斜。

第四镜47是具有一对主面47a、47b的板型的镜。作为一个例子，第四镜47是通过在基板的表面形成金属膜而构成的板型的全反射。在第四镜47中，主面47a是金属膜相对于基板所位于的一侧的主面。主面47a在朝向第二壁部22侧且第五壁部25侧(参照图5)的状态下，以与Y方向平行且相对于X方向和Z方向成45°的角度的方式倾斜。第四镜47也可以是棱镜型的镜。

在此，对各镜41、42、46、47相对于中心波长为1099nm的激光L、中心波长为850nm的测定光L10和中心波长为630nm的观察光L20各自的反射率的一个例子进行说明。第一镜41相对于激光L的反射率为95％以上，第一镜41相对于测定光L10的反射率为5％以下，第一镜41相对于观察光L20的反射率为5％以下。第二镜42相对于激光L的反射率为95％以上，第二镜42相对于测定光L10的反射率小于50％，第二镜42相对于观察光L20的反射率为50％以上。

第三镜46相对于激光L的反射率为95％以上，第三镜46相对于测定光L10的反射率小于50％，第三镜46相对于观察光L20的反射率为50％以上。在第二镜42和第三镜46中，通过在电介质多层膜上实施使对测定光L10的反射率大于对观察光L20的反射率的涂层，从而实现部件的共用化。第四镜47相对于激光L的反射率为99％以上，第四镜47相对于测定光L10的反射率为99％以上，第四镜47相对于观察光L20的反射率为99％以上。

通过以上，“通过成像光学系统38而被第一镜41反射的激光L中透过第二镜42的激光L的一部分Lb”、“从测定部44输出的测定光L10中被第二镜42反射的测定光L10的一部分”以及“从观察部45的光源451输出的观察光L20中被第三镜46反射而透过第一镜41和第二镜42的观察光L20的一部分”入射到光检测部43。即，光检测部43不仅能够检测激光L的一部分Lb，还能够检测测定光L10的一部分和观察光L20的一部分。由此，能够观察激光L、测定光L10和观察光L20各自的轮廓。

另外，“被对象物W的表面反射并通过了聚光部14的观察光L20中被第二镜42反射而透过第一镜41和第三镜46并被第四镜47反射的观察光L20的一部分”、“被对象物W的表面反射并通过了聚光部14的激光L中被第二镜42反射而透过第一镜41和第三镜46并被第四镜47反射的激光L的一部分”以及“被对象物W的表面反射并通过了聚光部14的测定光L10中被第二镜42反射而透过第一镜41和第三镜46并被第四镜47反射的测定光L10的一部分”入射到观察部45的相机452。即，观察部45不仅能够检测观察光L20的一部分，还能够检测激光L的一部分和测定光L10的一部分。通过由观察部45进行的观察光L20的检测，能够进行对象物W的观察、标线的观察、激光加工头10A相对于对象物W的相对位置信息的取得。通过由观察部45进行的激光L的检测，能够取得激光L的位置信息。通过由观察部45进行的测定光L10的检测，能够取得测定光L10的位置信息。

[作用及效果]

在激光加工头10A中，被第一镜41反射的激光L的一部分Lb透过第二镜42而入射到光检测部43。由此，例如，能够避免在激光L的一部分被第二镜42反射并入射到光检测部43的情况下可能在第二镜42产生的重影反射(基于镜面以外的面的反射)，因此能够在光检测部43高精度地检测激光L的一部分。另外，从对象物W侧通过了聚光部14的测定光L10透过第二镜42而入射到测定部44。由此，例如，能够避免在测定光L10被第二镜42反射而入射到测定部44的情况下可能在第二镜42产生的重影反射，因此能够在测定部44高精度地检测测定光L10。因此，根据激光加工头10A，能够高精度地检测激光L的一部分和测定光L10。能够不使用昂贵的立方体型的分束器而使用板型的第二镜42在第二镜42中避免重影反射是极其有用的。

在激光加工头10A中，第一镜41使从观察部45向聚光部14行进的观察光L20以及从聚光部14向观察部45行进的观察光L20透过，第二镜42使从第一镜41向聚光部14行进的观察光L20以及从聚光部14向第一镜41行进的观察光L20反射。由此，从对象物W侧通过了聚光部14的观察光L20透过第一镜41而入射到观察部45。由此，例如，能够避免在观察光L20被第一镜41反射而入射到观察部45的情况下可能在第一镜41产生的重影反射。

在激光加工头10A中，从观察部45向第一镜41行进的观察光L20被第三镜46反射，从第一镜41向观察部45行进的观察光L20被第四镜47反射。由此，能够抑制壳体11的大型化，并且能够延长观察光L20的光路长度。延长观察光L20的光路长度有利于提高观察部45的观察倍率，进行高精度的观察。在以聚光部14的焦点距离和观察部45的观察倍率决定观察光L20的光路长度时，对于加工用的激光L为了得到希望的聚光状态而难以改变聚光部14的焦点距离的状况下，通过使观察光L20的光路长度变长，能够提高观察部45的观察倍率。

在激光加工头10A中，观察部45对“被对象物W反射并通过了聚光部14的测定光L10中被第二镜42反射并透过了第一镜41的测定光L10的一部分”以及“被对象物W反射并通过了聚光部14的激光L中被第二镜42反射并透过了第一镜41的激光L的一部分”进行检测。由此，能够监视测定光L10的状态和激光L的状态(例如，对象物W的表面上的测定光L10和激光L的光点位置)。

在激光加工头10A中，从测定部44向聚光部14行进的测定光L10的光轴A1在聚光部14中从聚光部14的光轴A向一侧偏移，从聚光部14向测定部44行进的测定光L10的光轴A2在聚光部14中从聚光部14的光轴A向另一侧偏移。由此，能够使用偏心三角测距法来取得对象物W的规定面的高度信息。

在激光加工头10A中，各单元300、400、430、440、450能够相对于壳体11装卸。由此，能够容易地实施空间光调制器37和成像光学系统38的维护、各镜41、42、46、47的维护、光检测部43的维护、测定部44的维护以及观察部45的维护。即，在维护目标单元时不会对其他单元造成影响，能够仅独立地装卸目标单元。

在激光加工头10A中，基于从测定部44输出的信号来控制使聚光部14在与聚光部14的光轴A平行的方向上移动的驱动部18。由此，能够以对象物W的规定面为基准使激光L的聚光光点C位于对象物W的内部的规定的位置。

在激光加工头10A中，成像光学系统38构成空间光调制器37的反射面37a与聚光部14的入射瞳面14a处于成像关系且空间光调制器37的反射面37a与光检测部43的受光面43a处于成像关系的两侧远心光学系统。由此，空间光调制器37的反射面37a处的激光L的调制像被转像至聚光部14的入射瞳面14a，因此能够利用调制后的激光L高精度地加工对象物W。另外，空间光调制器37的反射面37a处的激光L的调制像被转像至光检测部43的受光面43a，因此能够监视激光L的调制状态。

在激光加工头10A中，通过衰减器32调节向空间光调制器37行进的激光L的输出，通过扩束器33扩大向空间光调制器37行进的激光L的光束直径。由此，能够在输出被调节且光束直径被扩大的状态下对激光L进行调制。

以上的作用及效果通过激光加工头10B也同样地实现。

根据激光加工装置1，能够在各激光加工头10A、10B中高精度地检测激光L的一部分和测定光L10，因此能够高精度地加工对象物W。

[变形例]

本公开不限于上述的一个例子。例如，衰减器32也可以配置在扩束器33与空间光调制器37之间的激光L的光路上。另外，在测定部44通过偏心三角测距法取得对象物W的规定面的高度信息的情况下，测定光L10的光轴A1和光轴A2偏移的方向不限于X方向，例如也可以是Y方向。在该情况下，能够通过观察部45监视该测定光L10的光点的位置，以使对象物W的规定面上的测定光L10的光点位于切割街道内。另外，测定部44也可以通过偏心三角测距法以外的方式(例如，激光共焦点方式、白色共焦点方式、分光干涉方式、像散方式等)来取得对象物W的规定面的高度信息。另外，也可以不在第一镜41与观察部45之间的观察光L20的光路上配置第三镜46和第四镜47。

壳体11只要构成为在第一壁部21、第二壁部22、第三壁部23和第五壁部25中的至少一个配置于激光加工装置1的安装部65(或者安装部66)侧的状态下壳体11安装于安装部65(或者安装部66)即可。

光源单元8也可以具有一个光源。在该情况下，光源单元8只要构成为将从一个光源输出的激光的一部分从射出部81a射出并且将该激光的另一部分从射出部82a射出即可。

激光加工装置1可以具备一个激光加工头，也可以具备三个以上的激光加工头。激光加工装置1不限于用于在对象物W的内部形成改质区域，也可以用于实施其他激光加工。

根据本公开，能够提供可高精度地检测激光的一部分和测定光的激光加工头、以及具备这样的激光加工头的激光加工装置。

Claims (10)

1.一种激光加工头，其中，

具备：

壳体；

第一镜，其配置于所述壳体内，反射加工用的激光；

板型的第二镜，其配置于所述壳体内，反射被所述第一镜反射后的所述激光的一部分，并使被所述第一镜反射后的所述激光的另一部分透过；

聚光部，其安装于所述壳体，将被所述第二镜反射后的所述激光的所述一部分相对于对象物聚光；

光检测部，其配置于所述壳体内，检测透过了所述第二镜的所述激光的所述一部分；和

测定部，其配置于所述壳体内，输出测定光，经由所述聚光部检测被所述对象物反射后的所述测定光，

所述第二镜使从所述测定部向所述聚光部行进的所述测定光以及从所述聚光部向所述测定部行进的所述测定光透过。

2.根据权利要求1所述的激光加工头，其中，

还具备：观察部，其配置于所述壳体内，输出观察光，经由所述聚光部检测被所述对象物反射后的所述观察光，

所述第一镜使从所述观察部向所述聚光部行进的所述观察光以及从所述聚光部向所述观察部行进的所述观察光透过，

所述第二镜反射从所述第一镜向所述聚光部行进的所述观察光以及从所述聚光部向所述第一镜行进的所述观察光。

3.根据权利要求2所述的激光加工头，其中，

还具备：

第三镜，其配置于所述壳体内，反射从所述观察部向所述第一镜行进的所述观察光；和

第四镜，其配置于所述壳体内，反射从所述第一镜向所述观察部行进的所述观察光。

4.根据权利要求2或3所述的激光加工头，其中，

所述观察部检测被所述对象物反射并通过了所述聚光部的所述测定光中被所述第二镜反射并透过了所述第一镜的所述测定光的一部分、以及被所述对象物反射并通过了所述聚光部的所述激光中被所述第二镜反射并透过了所述第一镜的所述激光的一部分。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的激光加工头，其中，

从所述测定部向所述聚光部行进的所述测定光的光轴在所述聚光部中从所述聚光部的光轴向一侧偏移，

从所述聚光部向所述测定部行进的所述测定光的光轴在所述聚光部中从所述聚光部的所述光轴向另一侧偏移。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的激光加工头，其中，

包含所述第一镜和所述第二镜的镜单元、包含所述光检测部的光检测单元以及包含所述测定部的测定单元分别能够相对于所述壳体进行装卸。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的激光加工头，其中，

还具备：

驱动部，其安装于所述壳体，使所述聚光部在与所述聚光部的光轴平行的方向上移动；和

电路部，其配置于所述壳体内，基于从所述测定部输出的信号来控制所述驱动部。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的激光加工头，其中，

还具备：

空间光调制器，其配置于所述壳体内，对向所述第一镜行进的所述激光进行调制并反射；和

成像光学系统，其配置于所述壳体内，使从所述空间光调制器向所述第一镜行进的所述激光透过，

所述成像光学系统构成所述空间光调制器的反射面与所述聚光部的入射瞳面处于成像关系且所述空间光调制器的所述反射面与所述光检测部的受光面处于成像关系的两侧远心光学系统。

9.根据权利要求8所述的激光加工头，其中，

还具备：

衰减器，其配置于所述壳体内，调节向所述空间光调制器行进的所述激光的输出；和

扩束器，其配置于所述壳体内，扩大向所述空间光调制器行进的所述激光的光束直径。

10.一种激光加工装置，其中，

具备：

权利要求1～9中任一项所述的激光加工头；

安装部，其安装有所述激光加工头的所述壳体；

光源，其输出入射到所述激光加工头的所述激光；和

支承部，其支承所述对象物。