(57)【要約】      （修正有）【課題】難加工性材料を割断できるようにすること、及び透明な加工対象物の内部にマーキングすること。【解決手段】レーザ発生器１と、レーザ光をＡ、Ｂ二つの背向する面３１、３２をもつ平板状の加工対象物３のＡ面３１から集光入射させて該加工対象物３の内部の厚み方向所定位置に集光点を設定する集光点設定手段２１、４３と、該集光点設定手段２１、４３で設定された集光点を該Ａ面３１に平行に移動させる集光点移動手段４１、４２と、を有し、該集光点移動手段４１、４２による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物３を割断するレーザ加工装置であって、前記集光点設定手段４１、４２で前記厚み方向所定位置を前記Ａ面３１と反対の前記Ｂ面３２に近い位置から該Ａ面３１方向に順次設定して前記改質領域を順次形成して該加工対象物を割断すること、及び内部にマーキングすることを特徴とするレーザ加工装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状の加工対象物のＡ面からレーザ発生器からのレーザ光を集光入射させて該加工対象物の内部の厚み方向所定位置に集光点を設定する集光点設定ステップと、
該集光点設定ステップで設定された該集光点を該Ａ面に平行に移動させて集光点移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成ステップと、
を有し、前記集光点設定ステップの前記厚み方向所定位置を前記Ａ面と反対の前記Ｂ面に近い位置から該Ａ面方向に順次設定して前記各ステップを繰り返し、前記加工対象物の内部の厚み方向に前記改質領域を形成して該加工対象物を割断することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
レーザ発生器からのレーザ光を加工対象物の内部に所定方向から集光入射させることで集光点に多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物を割断するレーザ加工方法において、
該加工対象物がＡ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状をしており、該加工対象物のＡ面に該所定方向から該レーザ光を集光入射させて該加工対象物の内部に該集光点を設定し、該集光点を該レーザ光の入射面内で該加工対象物の該二つのＡ、Ｂ面間をジグザグ移動させてジグザグ状の改質領域を形成し該加工対象物を割断することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項３】
前記ジグザグ移動はその移動の方向が前記所定の方向と一致する場合は前記Ｂ面からＡ面に向けて行われることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記加工対象物がガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかであることを特徴とする請求項１ないし３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記レーザ発生器は波長が１〜２μｍ、パルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHz、のパルスレーザを発生することを特徴とする請求項１ないし４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
少なくとも一つの平面をもち、ガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかである加工対象物の該平面からレーザ発生器からのパルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzのレーザ光を集光入射させて該加工対象物の内部の所定の位置に集光点を設定する集光点設定ステップと、
該集光点設定ステップで設定された集光点を該平面に平行に移動させ集光点移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成ステップと、
を有し、前記レーザ発生器は少なくともＥｒまたはＹｂをドープしたファイバレーザ発振器とファイバ増幅器を備えており、該加工対象物の内部にマーキングすることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ発生器と、
該レーザ発生器からのレーザ光をＡ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状の加工対象物のＡ面から集光入射させて該加工対象物の内部の厚み方向所定位置に集光点を設定する集光点設定手段と、
該集光点設定手段で設定された集光点を該Ａ面に平行に移動させる集光点移動手段と、
を有し、該集光点移動手段による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置であって、前記集光点設定手段で前記厚み方向所定位置を前記Ａ面と反対の前記Ｂ面に近い位置から該Ａ面方向に順次設定して前記改質領域を順次形成して該加工対象物を割断することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項８】
レーザ発生器と、
該レーザ発生器からのレーザ光をＡ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状の加工対象物のＡ面に垂直（Ｚ軸）方向から集光入射させて該加工対象物の内部の該Ｚ軸方向所定位置に集光点を設定する集光点設定手段と、
該集光点設定手段で設定された集光点を該Ｚ軸と直交する方向に移動させる集光点移動手段と、
を有し、該集光点移動手段による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物を割断するレーザ加工装置であって、該集光点設定手段と該集光点移動手段で該集光点を該レーザ光の入射面内で該加工対象物の該二つのＡ、Ｂ面間をジグザグ移動させることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】
前記ジグザグ移動はその移動の方向が前記Ｚ軸方向と一致する場合は前記Ｂ面からＡ面に向けて行われることを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記加工対象物がガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかであることを特徴とする請求項７ないし９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記レーザ発生器はパルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHz、のパルスレーザを発生することを特徴とする請求項７ないし１０に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記レーザ発生器は、前記パルスレーザを発振出力するファイバレーザ発振器と該ファイバレーザ発振器からの出力を増幅するファイバ増幅器とを有し、前記ファイバレーザ発振器及び前記ファイバ増幅器は、少なくともＥｒ又はＹｂがドープされていることを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
少なくともＥｒまたはＹｂをドープしたファイバレーザ発振器とファイバ増幅器を備え、パルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzのレーザ光を発生するレーザ発生器と、
該レーザ発生器からの該レーザ光を、少なくとも一つの平面をもち、ガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかである加工対象物の該平面から集光入射させて該加工対象物の内部の所定の位置に集光点を設定する集光点設定手段と、
該集光点設定手段で設定された集光点を該平面に平行に移動させる集光点移動手段と、
を有し、該集光点移動手段による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物の内部にマーキングすることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光の集光点での多光子吸収を用いてガラス板などを割断する或いはガラス板などにマーキングする加工方法及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、半導体などの基板の内部にレーザ光の集光点を合わせ、集光点を割断予定ラインに沿って移動させ基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成して割断する加工方法が知られていた（例えば、特許文献1参照）。
【０００３】
しかしながら、この従来の割断加工方法では、硬くて脆い難加工性材料を歩留まり良く割断することが難しかった。
【０００４】
一方、多光子吸収という非線形現象を起こさせるためには、集光点でのパワー密度が高くなければならず、レーザ光はパルス幅（持続時間）がフェムト秒〜ピコ秒オーダの超短光パルスでなければならない。しかしながら、これまでの超短光パルスを発生するレーザは、チタンサファイア結晶を用いた再生増幅器をもつレーザであり、レーザ光波長が８００ｎｍ帯で、繰返し周波数が１ｋＨｚ程度であったため、シリコンなどでは吸収があり、表面が加工されるといった問題や加工速度が遅いといった問題があった。
【０００５】
加工対象物の内部にレーザでマーキングする方法としては、複数の透明層からなる液晶パネルの内部の吸収層にレーザ光を吸収させてマーキングする加工方法が知られていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、この従来のマーキング加工方法では、レーザ光の吸収という線形現象を使用しているためレーザ光に透明な加工対象物の内部にマーキングすることができなかった。
【特許文献１】特開２００２−１９２３６７公報
【特許文献２】特開２００３−３２２８３２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、これまでのレーザ割断加工方法では、硬くて脆い難加工性材料を歩留まり良く割断することが難しかった。また、シリコンなどでは表面が加工されるといった問題や加工速度が遅いといった問題があった。
【０００８】
これまでのレーザマーキング加工方法では、レーザ光に透明な加工対象物の内部にマーキングすることができなかった。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、難加工性材料を歩留まり良く割断できるようにすること、表面が加工されないようにすること、及び加工速度を上げることである。
【００１０】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、透明な加工対象物の内部にマーキングすることを可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
課題を解決するためになされた請求項1に係る発明は、レーザ加工方法であって、Ａ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状の加工対象物のＡ面からレーザ発生器からのレーザ光を集光入射させて該加工対象物の内部の厚み方向所定位置に集光点を設定する集光点設定ステップと、該集光点設定ステップで設定された該集光点を該Ａ面に平行に移動させて集光点移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成ステップと、を有し、前記集光点設定ステップの前記厚み方向所定位置を前記Ａ面と反対の前記Ｂ面に近い位置から該Ａ面方向に順次設定して前記各ステップを繰り返し、前記加工対象物の内部の厚み方向に前記改質領域を形成して該加工対象物を割断することを特徴としている。
【００１２】
レーザ光の入射するＡ面と反対のＢ面に近い位置からＡ面に平行に改質領域を順次形成するので、形成された改質領域でレーザ光が吸収或いは散乱されることがなく、厚み方向に改質領域を有効に形成することができる。また、厚み方向に複数の改質領域が形成されるので、僅かのストレスを与えるだけで劈開しない難加工性材料を結晶方位に関係なく割断することができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、レーザ加工方法であって、レーザ発生器からのレーザ光を加工対象物の内部に所定方向から集光入射させることで集光点に多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物を割断するレーザ加工方法において、該加工対象物がＡ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状をしており、該加工対象物のＡ面に該所定方向から該レーザ光を集光入射させて該加工対象物の内部に該集光点を設定し、該集光点を該レーザ光の入射面内で該加工対象物の該二つのＡ、Ｂ面間をジグザグ移動させてジグザグ状の改質領域を形成し該加工対象物を割断することを特徴としている。
【００１４】
Ａ、Ｂ面間に改質領域がジグザグ状に形成されるので、僅かのストレスを与えるだけで難加工性材料を歩留まり良く割断することができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載するレーザ加工方法であって、前記ジグザグ移動はその移動の方向が前記所定の方向と一致する場合は前記Ｂ面からＡ面に向けて行われることを特徴としている。
【００１６】
ジグザグ移動がその移動の方向がレーザ光をＡ面に集光入射させる所定の方向と一致する場合は前記Ｂ面からＡ面に向けて行われるので、形成された改質領域でレーザ光が吸収或いは散乱されることがなく、効率良く改質領域をジグザグ状に形成することができる。
【００１７】
また、請求項４に係る発明は、請求項１ないし３に記載するレーザ加工方法であって、前記加工対象物がガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかであることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項５に係る発明は、請求項１ないし４に記載するレーザ加工方法であって、前記レーザ発生器は波長が１〜２μｍ、パルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHz、のパルスレーザを発生することを特徴としている。
【００１９】
波長が１〜２μｍ、パルス幅が１０fs〜２０psのレーザ光は、例えば、上記ガラス、サファイア、水晶、シリコン等の加工対象物の集光点のみで確実に多光子吸収され、確実に内部クラックなどのない改質領域が形成される。さらに、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzであるので、集光点移動を高速化でき加工速度を高めることができる。
【００２０】
課題を解決するためになされた請求項６に係る発明は、レーザ加工方法であって、少なくとも一つの平面をもち、ガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかである加工対象物の該平面からレーザ発生器からのパルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzのレーザ光を集光入射させて該加工対象物の内部の所定の位置に集光点を設定する集光点設定ステップと、該集光点設定ステップで設定された集光点を該平面に平行に移動させ集光点移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成する改質領域形成ステップと、を有し、前記レーザ発生器は少なくともＥｒまたはＹｂをドープしたファイバレーザ発振器とファイバ増幅を備えており、該加工対象物の内部にマーキングすることを特徴としている。
【００２１】
レーザ光の多光子吸収という非線形現象を使用しているためレーザ光に透明な加工対象物の内部にマーキングすることができる。
【００２２】
課題を解決するためになされた請求項７に係る発明は、レーザ発生器と、該レーザ発生器からのレーザ光をＡ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状の加工対象物のＡ面から集光入射させて該加工対象物の内部の厚み方向所定位置に集光点を設定する集光点設定手段と、該集光点設定手段で設定された集光点を該Ａ面に平行に移動させる集光点移動手段と、を有し、該集光点移動手段による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成するレーザ加工装置であって、前記集光点設定手段で前記厚み方向所定位置を前記Ａ面と反対の前記Ｂ面に近い位置から該Ａ面方向に順次設定して前記改質領域を順次形成して該加工対象物を割断することを特徴としている。
【００２３】
また、請求項８に係る発明は、レーザ発生器と、該レーザ発生器からのレーザ光をＡ、Ｂ二つの背向する面をもつ平板状の加工対象物のＡ面に垂直（Ｚ軸）方向から集光入射させて該加工対象物の内部の該Ｚ軸方向所定位置に集光点を設定する集光点設定手段と、該集光点設定手段で設定された集光点を該Ｚ軸と直交する方向に移動させる集光点移動手段と、を有し、該集光点移動手段による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物を割断するレーザ加工装置であって、該集光点設定手段と該集光点移動手段で該集光点を該レーザ光の入射面内で該加工対象物の該二つのＡ、Ｂ面間をジグザグ移動させることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項９に係る発明は、請求項８に記載するレーザ加工装置であって、前記ジグザグ移動はその移動の方向が前記Ｚ軸方向と一致する場合は前記Ｂ面からＡ面に向けて行われることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１０に係る発明は、請求項７ないし９に記載するレーザ加工装置であって、前記加工対象物がガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかであることを特徴としている。
【００２６】
また、請求項１１に係る発明は、請求項７ないし１０に記載するレーザ加工装置であって、前記レーザ発生器はパルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHz、のパルスレーザを発生することを特徴としている。
【００２７】
また、請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載するレーザ加工装置であって、前記レーザ発生器は、前記パルスレーザを発振出力するファイバレーザ発振器と該ファイバレーザ発振器からの出力を増幅するファイバ増幅器とを有し、前記ファイバレーザ発振器及び前記ファイバ増幅器は、少なくともＥｒ又はＹｂがドープされていることを特徴としている。
【００２８】
課題を解決するためになされた請求項１３に係る発明は、レーザ加工装置であって、少なくともＥｒまたはＹｂをドープしたファイバレーザ発振器とファイバ増幅器を備え、パルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzのレーザ光を発生するレーザ発生器と、該レーザ発生器からの該レーザ光を、少なくとも一つの平面をもち、ガラス、サファイア、水晶、シリコンのうちいずれかである加工対象物の該平面から集光入射させて該加工対象物の内部の所定の位置に集光点を設定する集光点設定手段と、該集光点設定手段で設定された集光点を該平面に平行に移動させる集光点移動手段と、を有し、該集光点移動手段による集光点の移動軌跡上に該レーザ光の多光子吸収による改質領域を形成して該加工対象物の内部にマーキングすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
レーザ光の入射するＡ面と反対のＢ面に近い位置からＡ面に平行に改質領域を順次形成するので、形成された改質領域でレーザ光が吸収或いは散乱されることがなく厚み方向に改質領域を有効に形成することができる。また、厚み方向に複数の改質領域が形成されるので、僅かのストレスを与えるだけで難加工性材料を歩留まり良く割断することができる。
【００３０】
Ａ、Ｂ面間に改質領域がジグザグ状に形成されるので、僅かのストレスを与えるだけで劈開しない難加工性材料を歩留まり良く割断することができる。
【００３１】
波長が１〜２μｍ、パルス幅が１０fs〜２０psのレーザ光は、例えば、ガラス、サファイア、水晶、シリコン等の加工対象物の集光点のみで確実に多光子吸収され、確実に内部クラックなどのない改質領域が形成される。さらに、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzであるので、集光点移動を高速化でき加工速度を高めることができる。
【００３２】
パルス幅が１０fs〜２０psのレーザ光は、上記加工対象物の集光点のみで多光子吸収されるのでレーザ光に透明な加工対象物の内部にマーキングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のレーザ加工装置の概略構成図であり、図２〜５は集光点設定を説明するための図１の要部拡大図、図６〜７は改質領域形成後の加工対象物の断面図、図８は改質領域形成後の加工対象物の斜視図である。
【００３４】
レーザ加工装置は、レーザ光Ｌを発生するレーザ発生器１と、レーザ光Ｌを集光点ｐに集光する集光レンズ２と、集光レンズ２で集光されたレーザ光ＬがＺ軸方向から入射される加工対象物３が載置される載置台７と、載置台７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ４１と、載置台７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ４２と、載置台７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ４３と、レーザ発生器１からの出力やパルス幅及び三つのステージ４１、４２、４３の移動を制御する制御部５とを備える。
【００３５】
加工対象物３はＡ、Ｂ二つの背向する面３１、３２をもつ平板状をしており、面３１（Ａ）からレーザ光Ｌが集光入射される。Ａ、Ｂ二つの背向する面３１、３２は平行であることが好ましい。平行の場合は以下のように、集光点ｐの設定が容易に行える。
【００３６】
Ｚ軸方向は加工対象物３の面３２（Ｂ）と直交する方向なので、加工対象物３にレーザ光Ｌを集光入射させる集光レンズ２の焦点深度の方向となる。よって、Ｚ軸ステージ４３をＺ軸方向に移動させることにより加工対象物３の内部にレーザ光Ｌの集光点ｐを設定することができる。したがって、本実施形態のレーザ加工装置では、Ｚ軸移動ステージ４３が集光点設定手段になる。
【００３７】
面３１（Ａ）と面３２（Ｂ）が平行でない場合は、載置台７をＸ−Ｚ面内で回転できるゴニオステージに代えて、面３１がＸ軸及びＹ軸方向に平行になるように調節すればよい。なお、レーザ光Ｌの面３１への入射面はＸ−Ｚ面内にある。
【００３８】
集光点ｐのＸ（Ｙ）軸方向の移動は、加工対象物３をＸ（Ｙ）軸ステージ４１（４２）によってＸ（Ｙ）軸方向に移動させることにより行われる。したがって、本実施形態では、Ｘ（Ｙ）軸ステージ４１（４２）が集光点移動手段になる。
【００３９】
加工対象物３としては、ガラス、サファイア、水晶、或いはシリコンを用いることができる。
【００４０】
レーザ発生器１としては、波長が１〜２μｍ、パルス幅が１０fs〜２０ps、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzのレーザ光を発生するＥｒまたはＹｂをドープしたファイバレーザを用いることが好ましい。波長が１〜２μｍ、パルス幅が１０fs〜２０psのレーザ光は、上記ガラス、サファイア、水晶、シリコン等の加工対象物の集光点で確実に多光子吸収され、確実に内部クラックなどのない改質領域が形成される。さらに、繰り返し周波数が１００kHz〜１０MHzであるので、集光点移動を高速化でき加工速度を高めることができる。
【００４１】
次に本実施形態のレーザ加工装置による集光点設定及び集光点移動の様々な態様について説明する。
【００４２】
図２は、集光点ｐを面３２（Ｂ）に近い位置から所定のピッチで面３１（Ａ）方向（矢印ａ方向）に６点等間隔に順次設定した様子を示している。この設定は、前述のように、Ｚ軸ステージ４３で加工対象物３をＺ軸方向に所定のピッチ移動することで、達成される。図６は集光点ｐを所定のピッチで設定する度にその設定された集光点ｐを、例えばＸ軸方向に移動させることで形成される改質領域６を示している。この集光点ｐのＸ軸方向への移動は、前述のように、Ｘ軸ステージ４１で加工対象物３をＸ軸方向に移動させることで達成される。改質領域６付近に応力を加えることで、加工対象物３を割断することができる。
【００４３】
図３は、集光点ｐを面３２（Ｂ）に近い位置から所定のピッチで面３１（Ａ）方向（矢印ａ方向）に９点連続するように順次設定した様子を示している。図７は集光点ｐを所定のピッチで設定する度にその設定された集光点ｐを、例えばＸ軸方向に移動させることで形成される改質領域６を示している。改質領域が面３２近くから面３１近くまで連続して形成されているので僅かの応力で割断でき、割断の歩留まりも高い。
【００４４】
図４は集光点ｐをレーザ光の入射面内（Ｘ−Ｙ面内）でジグザグ移動させて形成した改質領域６を示している。このジグザグ移動は、その移動方向がレーザ光の入射方向であるＺ軸方向と一致する場合は、集光点ｐが面３２側から面３１側に向け矢印ａ方向に行われる。集光点ｐの矢印ａ方向への移動は、加工対象物３をＺ軸ステージ４３でＺ軸方向に移動することで行われる。また、ジグザグ移動の移動方向がＺ軸方向と一致しない場合は、集光点ｐが面３１側から面３２側に向け矢印ｂ方向に行われる。集光点ｐの矢印ｂ方向への移動は、加工対象物３をＺ軸ステージ４３とＸ軸移動ステージ４１でＸ及びＺ方向に移動させることで行われる。
【００４５】
本実施態様では集光点の移動が面３１と面３２の間でジグザグに行われ、改質領域が面３２近くから面３１近くまで連続して形成されているので僅かの応力で割断でき、割断の歩留まりも高い。
【００４６】
次に本実施形態のレーザ加工装置によるマーキングについて説明する。
【００４７】
図５は加工対象物３の内部の所定の位置に集光点ｐを設定した様子を示している。この設定はZ軸ステージ４３で加工対象物３をＺ軸方向に移動させることで行われる。図８は集光点ｐを面３１に平行、すなわちX−Y面内で移動させることで形成される”A”の字の改質領域６を示している。この集光点ｐのX−Y面内での移動は、X軸ステージ４１とY軸ステージ４２でX及びY方向に移動させることで行われる。
【実施例１】
【００４８】
図９に実施例１のレーザ加工装置の概略構成図を示す。本実施例のレーザ加工装置は、レーザ光Lを発生するレーザ発生器１と、レーザ光ＬをＯＮ−ＯＦＦ制御するシャッター８と、レーザ光Lを透過するダイクロイックミラー９と、ダイクロイックミラー９を透過したレーザ光Lを集光する集光レンズ２と、集光レンズ２で集光されたレーザ光ＬがＺ軸方向から入射される加工対象物３が載置される載置台７と、載置台７をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ステージ４１と、載置台７をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ステージ４２と、載置台７をＸ軸及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ステージ４３と、制御用パソコン５と、を備える。
【００４９】
レーザ加工装置は、さらに、載置台７に載置された加工対象物３を可視光線で照明して観察するための可視光線を発生する観察光源２３と、観察光源２３からの可視光線を９０°曲げてダイクロイックミラー９に入射させるハーフミラー１０と、集光レンズ２、ダイクロイックミラー９、及びハーフミラー１０を介して加工対象物３を撮像するＣＣＤカメラ２２を備える。
【００５０】
レーザ加工装置はさらに、レーザ発生器１、シャッター８、ダイクロイックミラー９、集光レンズ２、ハーフミラー１０、観察光源２３、及びＣＣＤカメラ２２を配置する光学ベンチ２４と、光学ベンチ２４をＺ軸方向に駆動する駆動部２１と、を備える。
【００５１】
シャッター８、観察光源２３、ＣＣＤカメラ２２、及び駆動部２１は制御用パソコン５に接続されており、シャッター８、観察光源２３のＯＮ−ＯＦＦ制御、ＣＣＤカメラ２２の撮像データ処理、駆動部２１の駆動制御が行われる。したがって、制御用パソコン５からの命令でレーザ光Ｌの集光点すなわち改質領域をＣＣＤカメラ２２で撮像して制御用パソコン５のモニター上で観察することができる。
【００５２】
レーザ発生器１は、発振モジュール１１と、発振モジュール１１から発振されたレーザ光を伝播するファイバ１３と、ファイバ１３を伝播してきたレーザ光を増幅する増幅モジュール１２と、発振モジュール１１からのレーザ光の出力、パルス幅、繰返し周波数を制御するレーザコントローラ１４と、を備える。レーザコントローラ１４はパソコン５に接続されており、パソコン５からの命令で動作する。発振モジュール１１は、Ｅｒドープのモードロックファイバレーザと、ファイバレーザから発振されたパルスレーザ光を受光して伸張されたパルスレーザ光を出力するファイバー伸張器と、伸張されたパルスレーザ光を受光してパルスを間引くパルス間引き器と、伸張されて間引かれたパルスレーザ光を受光して増幅されたパルスレーザ光を出力するＥｒドープのファイバー前置増幅器と、を備える。増幅モジュール１２は、発振モジュール１１からのパルスレーザ光をファイバ１３を通して受光してさらに増幅するＥｒドープファイバ主増幅器と、増幅されたパルスレーザ光を受光して圧縮されたパルスレーザ光を出力する圧縮器と、を備える。増幅モジュール１２は光学ベンチ２４にレーザ光ＬがＺ軸方向に出射されるように固定されている。増幅モジュール１２からは波長が１．５５μｍ、平均出力が２５０ｍＷ、パルス幅が４００〜６００fs、繰り返し周波数が１０〜２００kHzのレーザ光Ｌが出射される。
【００５３】
加工対象物３を厚さ６０μｍの水晶板にし、集光レンズ２を開口数０．５、倍率５０倍の顕微鏡対物レンズにして加工を実施した。
【００５４】
先ず、シャッター５をＯＮにして増幅モジュール１２から平均出力１０ｍＷのレーザ光Ｌを発生させる。次に、ＣＣＤカメラ２２で撮像した画像をパソコン５のモニターで観察しながら、集光点ｐが水晶板３の表面に位置するように駆動部２１で光学ベンチ２４をＺ軸方向に微動させる。次に、集光点ｐが水晶板３の表面から５０μｍの深さに位置するように、水晶板３をＺ軸ステージ４３で３４．６μｍ上昇させる。水晶板３の波長１．５５μｍの光に対する屈折率が１．４４５であるので、集光点ｐは水晶板３の表面から５０μｍ（＝３４．６μｍ×１．４４５）の深さに位置する。次に、シャッター８をＯＦＦにして、増幅モジュール１２から平均出力２５０ｍＷ、パルス幅８００ｆｓ、繰返し周波数２００ｋＨｚのレーザ光Ｌを出射させる。次に、シャッター８をＯＮしてレーザ光Ｌを集光点ｐに集光照射しながら水晶板３をＸ軸ステージ４１でＸ軸方向に２０ｍｍ／ｓの速度で移動させた。
【００５５】
次に、集光点ｐを水晶板３の表面から４０μｍの深さに設定して、レーザ光Ｌを集光点ｐに集光照射しながら水晶板３をＸ軸ステージ４１でＸ軸方向に２０ｍｍ／ｓの速度で移動させた。
【００５６】
次に、集光点ｐを水晶板３の表面から３０μｍの深さに設定して、レーザ光Ｌを集光点ｐに集光照射しながら水晶板３をＸ軸ステージ４１でＸ軸方向に２０ｍｍ／ｓの速度で移動させた。
【００５７】
さらに、集光点ｐを水晶板３の表面から２０μｍの深さに設定して、レーザ光Ｌを集光点ｐに集光照射しながら水晶板３をＸ軸ステージ４１でＸ軸方向に２０ｍｍ／ｓの速度で移動させた。
【００５８】
集光点を水晶板の表面から５０μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面側に向けて４点設定してレーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動した後、集光点の移動ライン周辺に適当な衝撃力を加えたところ移動ラインに沿って水晶板をきれいに割断することができた。割断後の断面を観察した結果、多光子吸収によって誘起された改質領域が集光点の移動軌跡上にきれいに発生していることを確認することができた。
【実施例２】
【００５９】
本実施例は、実施例１の加工対象物である水晶板を厚さ２５０μｍのサファイアにし、集光点をサファイアの表面から１００μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面に向けて１０点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動する以外は実施例１と同じである。すなわち、集光点に照射するレーザ光Ｌは、平均出力２５０ｍＷ、パルス幅８００ｆｓ、繰返し周波数２００ｋＨｚであり、サファイアのＸ軸方向移動速度は２０ｍｍ／ｓである。
【００６０】
集光点をサファイアの表面から１００μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面に向けて１０点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動することを１０回行った後、集光点の移動ライン周辺に適当な衝撃力を加えたところ移動ラインに沿ってサファイアをきれいに割断することができた。割断後の断面を観察した結果、多光子吸収によって誘起された改質領域が集光点の移動軌跡上にきれいに発生し、しかも改質領域が厚さ方向（Ｚ軸方向）に連続していることを確認することができた。
【実施例３】
【００６１】
実施例２において、集光点をサファイアの表面から１００μｍの深さから順次２０μｍピッチで表面に向けて５点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動する以外は実施例２と同じである。
【００６２】
集光点をサファイアの表面から１００μｍの深さから順次２０μｍピッチで表面に向けて５点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動することを５回行った後、集光点の移動ライン周辺に適当な衝撃力を加えたところ移動ラインに沿ってサファイアをきれいに割断することができた。割断後の断面を観察した結果、多光子吸収によって誘起された改質領域が集光点の移動軌跡上にきれいに発生し、改質領域が厚さ方向（Ｚ軸方向）に１０μｍあけてとびとびに形成されていることを確認することができた。
【実施例４】
【００６３】
本実施例は、実施例１の加工対象物である水晶板を厚さ５０μｍのシリコンウエハにし、集光点をシリコンウエハの表面から４０μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面に向けて４点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動する以外は実施例１と同じである。
【００６４】
集光点をシリコンウエハの表面から４０μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面に向けて４点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動することを４回行った後、集光点の移動ライン周辺に適当な衝撃力を加えたところ移動ラインに沿ってシリコンウエハをきれいに割断することができた。割断後の断面を観察した結果、多光子吸収によって誘起された改質領域が集光点の移動軌跡上にきれいに発生していることを確認することができた。
【実施例５】
【００６５】
本実施例は、実施例１の加工対象物である厚さ６０μｍの水晶板を厚さ１６μｍの水晶板にし、集光点を水晶の表面から１０μｍの深さの位置に設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動する以外は実施例１と同じである。
【００６６】
レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動した後、集光点の移動ライン周辺に適当な衝撃力を加えたところ移動ラインに沿って水晶をきれいに割断することができた。割断後の断面を観察した結果、多光子吸収によって誘起された改質領域が集光点の移動軌跡上にきれいに発生していることを確認することができた。
【実施例６】
【００６７】
本実施例は、実施例１の加工対象物である水晶板を厚さ１００μｍの板ガラス（ＢＫ７）にし、集光点を板ガラスの表面から９０μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面に向けて９点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動する以外は実施例１と同じである。
【００６８】
集光点を板ガラスの表面から９０μｍの深さから順次１０μｍピッチで表面に向けて９点設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動することを９回行った後、集光点の移動ライン周辺に適当な衝撃力を加えたところ移動ラインに沿って板ガラスをきれいに割断することができた。割断後の断面を観察した結果、多光子吸収によって誘起された改質領域が集光点の移動軌跡上にきれいに発生していることを確認することができた。
【実施例７】
【００６９】
本実施例は、実施例１の加工対象物である水晶板を厚さ５ｍｍのプラズマディスプレイ用板ガラス（旭ガラス製ＰＤ２００）にし、集光点を板ガラスの表面から８μｍの深さの位置に設定して、レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動する以外は実施例１と同じである。
【００７０】
レーザ光を集光点に照射しながらＸ軸方向に移動した後、集光点の移動ラインを観察光源２３で照明してＣＣＤカメラ２２で観察したところ、多光子吸収による改質領域が未加工のガラス層を通してはっきりと確認できた。すなわち、板ガラス内部にマーキングすることができた。また、ＣＣＤカメラ２２の撮像データをパソコン５で画像処理することで視認できるコントラストであることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明を実施するための最良の形態のレーザ加工装置の概略構成図であである。
【図２】集光点を加工対象物の内部に所定ピッチでとびとびに設定することを説明するための図１の要部拡大図である。
【図３】集光点を加工対象物の内部に連続して設定することを説明するための図１の要部拡大図である。
【図４】集光点をレーザ光の入射面内（Ｘ−Ｙ面内）でジグザグ移動させてジグザグ状の改質領域を形成することを説明するための図１の要部拡大図である。
【図５】集光点を加工対象物の内部に設定することを説明するための図１の要部拡大図である。
【図６】図３で設定した集光点を設定する度にＸ軸方向に移動させることで形成される改質領域を示す加工対象物の断面図である。
【図７】図４で設定した集光点を設定する度にＸ軸方向に移動させることで形成される改質領域を示す加工対象物の断面図である。
【図８】図５で設定した集光点をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることで形成される改質領域を示す加工対象物の斜視図である。
【図９】実施例１のレーザ加工装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・・・・・・レーザ発生器
３・・・・・・・・加工対象物
３１・・・・・・・加工対象物のＡ面、加工対象物の一つの平面
３２・・・・・・・加工対象物のＢ面
２１、４３・・・・集光点設定手段
４１、４２・・・・集光点移動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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